JPH06148231A - Temperature compensating method and apparatus of yaw rate sensor - Google Patents
Temperature compensating method and apparatus of yaw rate sensorInfo
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- JPH06148231A JPH06148231A JP4324626A JP32462692A JPH06148231A JP H06148231 A JPH06148231 A JP H06148231A JP 4324626 A JP4324626 A JP 4324626A JP 32462692 A JP32462692 A JP 32462692A JP H06148231 A JPH06148231 A JP H06148231A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、車両回転角（ヨー角）
の速度変化（ヨーレート）を検出するセンサの温度補償
方法及び温度補償装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a vehicle rotation angle (yaw angle).
The present invention relates to a temperature compensating method and a temperature compensating device for a sensor that detects a speed change (yaw rate) of the sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】車両回転角（ヨー角）のヨーレートのセ
ンサとして、圧電体を用いて振動を印加し、ヨー角の速
度変化による振動の変動を検出する圧電振動ジャイロが
用いられている。2. Description of the Related Art As a yaw rate sensor for a vehicle rotation angle (yaw angle), a piezoelectric vibrating gyro is used which applies a vibration using a piezoelectric material and detects a vibration variation due to a change in the yaw angle speed.
【０００３】従来、圧電振動型ジャイロとしては、例え
ば一端が閉塞されて支持部材に固定されその軸中心に回
動自在とされた中空円筒状部材と、円筒部材に径方向に
所定の振動を与えるための圧電素子から成るトランスジ
ューサと、円筒部材のねじり振動を検出する圧電素子な
どから成るセンサとが円筒部材に配されたものが知られ
ている（英国特許２０６１５０２Ａ及び米国特許第４，
６５５，０８１号など）。Conventionally, as a piezoelectric vibration type gyro, for example, a hollow cylindrical member whose one end is closed and fixed to a supporting member and rotatable about its axis, and a predetermined vibration is applied to the cylindrical member in a radial direction. It is known that a transducer composed of a piezoelectric element and a sensor composed of a piezoelectric element for detecting the torsional vibration of the cylindrical member are arranged on the cylindrical member (UK Patent 2061502A and US Pat.
655,081).
【０００４】図１には圧電振動ジャイロの動作原理が略
示されている。FIG. 1 schematically shows the operation principle of a piezoelectric vibrating gyro.
【０００５】図１（Ａ）において、円筒部材１は、発振
器による交番信号により励振用電極２を介して所定の共
振周波数で径方向に振動され、振動検出用電極３を介し
て振動が検出される。In FIG. 1A, a cylindrical member 1 is vibrated in a radial direction at a predetermined resonance frequency via an excitation electrode 2 by an alternating signal from an oscillator, and vibration is detected via a vibration detection electrode 3. It
【０００６】そして、図１（Ｂ）に示すように、回転運
動が生じると、円筒部材にはコリオリ力が働きねじり振
動により振動検出用電極３には、振動の変化、例えば逆
位相の信号が感知され、回転速度量を表わす信号は電圧
増幅器６により取り出される。Then, as shown in FIG. 1 (B), when a rotational movement occurs, Coriolis force acts on the cylindrical member and torsional vibration causes a vibration change, for example, a signal of opposite phase to the vibration detection electrode 3. The signal which is sensed and which represents the amount of rotational speed is taken out by the voltage amplifier 6.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかし、ＰＺＴなど圧
電セラミックを用いた圧電振動型ジャイロでは、圧電セ
ラミックの温度により特性が変化して共振周波数が変化
するなど、温度によりヨーレートセンサの感度または出
力電圧が変わるという問題があった。However, in a piezoelectric vibration type gyro using a piezoelectric ceramic such as PZT, the characteristics of the piezoelectric ceramic change depending on the temperature and the resonance frequency changes. For example, the sensitivity or output voltage of the yaw rate sensor changes depending on the temperature. There was a problem that was changed.
【０００８】また、圧電振動型ジャイロの温度補償を行
なうために、温度センサを圧電体に別途取り付けた場
合、圧電体とは温度が異なるという問題があった。Further, when a temperature sensor is separately attached to the piezoelectric body to compensate the temperature of the piezoelectric vibration type gyro, there is a problem that the temperature is different from that of the piezoelectric body.
【０００９】したがって、本発明の目的は、前記問題点
を解消し、ＰＺＴなどの圧電セラミックによる圧電振動
ジャイロを用いたヨーレートセンサの温度補償方法を提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems and provide a temperature compensation method for a yaw rate sensor using a piezoelectric vibrating gyro using a piezoelectric ceramic such as PZT.
【００１０】また、本発明の目的は、ＰＺＴなどの圧電
セラミックによる圧電振動ジャイロを用いたヨーレート
センサの温度補償装置を提供することにある。It is another object of the present invention to provide a temperature compensation device for a yaw rate sensor using a piezoelectric vibrating gyro made of piezoelectric ceramic such as PZT.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、一端が固定された中空円筒状の圧電振動部
材と、前記圧電振動部材に固着された電極であって前記
圧電振動部材を励振するための励振用電極と前記圧電振
動部材の振動を検出するための振動検出用電極と、前記
励振用電極に交番信号を供給する発振回路と、前記振動
検出用電極の信号から角速度を検出する角速度検出回路
と、から成るヨーレートセンサの出力信号を温度補償す
るための方法において、前記中空円筒状の圧電振動部材
の基部側一端の内周面と外周面に圧電体の容量を検出す
るための容量検出用電極を設けると共に、該容量検出用
電極をその遮断周波数が圧電体の容量に依存して可変さ
れる瀘波回路に接続し、所定の基準信号を前記瀘波回路
に入力し、該瀘波回路の出力電圧によりその利得が可変
に制御される増幅器に前記角速度検出回路の出力信号を
入力し、温度補正された利得を以て該角速度検出回路の
出力が増幅されるようにしたことを特徴とするヨーレー
トセンサの温度補償のための方法を提供する。To achieve the above object, the present invention provides a piezoelectric vibrating member having a hollow cylindrical shape whose one end is fixed, and an electrode fixed to the piezoelectric vibrating member. An excitation electrode for exciting a vibration detection electrode for detecting vibration of the piezoelectric vibrating member, an oscillation circuit for supplying an alternating signal to the excitation electrode, and an angular velocity from a signal of the vibration detection electrode. A method for temperature compensating an output signal of a yaw rate sensor comprising an angular velocity detection circuit for detecting, and detecting a capacitance of a piezoelectric body on an inner peripheral surface and an outer peripheral surface of one end of a hollow cylindrical piezoelectric vibrating member at a base side. And a capacitance detection electrode for connecting the capacitance detection electrode to a filtering circuit whose cutoff frequency is variable depending on the capacitance of the piezoelectric body, and inputting a predetermined reference signal to the filtering circuit. , The filter The output signal of the angular velocity detection circuit is input to an amplifier whose gain is variably controlled by the output voltage of the path, and the output of the angular velocity detection circuit is amplified with a temperature-corrected gain. A method for temperature compensation of a yaw rate sensor is provided.
【００１２】また、本発明は、一端が固定された中空円
筒状の圧電振動部材と、前記圧電振動部材に固着された
電極であって前記圧電振動部材を励振するための励振用
電極と前記圧電振動部材の振動を検出するための振動検
出用電極と、前記励振用電極に交番信号を供給する発振
回路と、前記振動検出用電極の信号から角速度を検出す
る角速度検出回路と、から成るヨーレートセンサにおい
て、前記中空円筒状の圧電振動部材の基部側一端の内周
面と外周面に圧電体の容量を検出するための容量検出用
電極が設けられると共に該容量検出用電極が容量検出回
路に接続されたことを特徴とするヨーレートセンサの温
度補償装置を提供する。According to the present invention, a hollow cylindrical piezoelectric vibrating member having one end fixed, an electrode fixed to the piezoelectric vibrating member for exciting the piezoelectric vibrating member, and the piezoelectric element. A yaw rate sensor including a vibration detection electrode for detecting the vibration of the vibration member, an oscillation circuit for supplying an alternating signal to the excitation electrode, and an angular velocity detection circuit for detecting an angular velocity from the signal of the vibration detection electrode. In the above, a capacitance detecting electrode for detecting the capacitance of the piezoelectric body is provided on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the base side one end of the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member, and the capacitance detecting electrode is connected to the capacitance detecting circuit. Provided is a temperature compensation device for a yaw rate sensor.
【００１３】そして、本発明は、前記容量検出用電極が
前記中空円筒状の圧電振動部材の振動節点に配設された
ヨーレートセンサの温度補償装置を提供する。The present invention provides a temperature compensating device for a yaw rate sensor in which the capacitance detecting electrode is arranged at a vibration node of the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member.
【００１４】さらに、本発明は、容量検出回路が、予め
定める基準信号を出力する発振回路と、その時定数が前
記圧電体の容量に依存して可変される積分回路とから成
ると共に、前記容量検出回路の出力が、利得が電圧によ
り可変に制御される増幅器の制御信号端子に入力される
ことを特徴とするヨーレートセンサの温度補償装置を提
供する。Further, according to the present invention, the capacitance detecting circuit comprises an oscillating circuit for outputting a predetermined reference signal and an integrating circuit whose time constant is varied depending on the capacitance of the piezoelectric body. A temperature compensating device for a yaw rate sensor, wherein an output of the circuit is input to a control signal terminal of an amplifier whose gain is variably controlled by a voltage.
【００１５】さらにまた、本発明は、電圧により利得が
制御される増幅器が、容量検出回路の出力を入力とする
電圧入力電流出力型のバッファ増幅器と、該バッファ増
幅器の出力が反転入力端子に接続され、前記角速度検出
回路の出力が非反転入力端子にそれぞれ接続された演算
増幅器とから成るヨーレートセンサの温度補償装置を提
供する。Still further, according to the present invention, an amplifier whose gain is controlled by voltage is a voltage input current output type buffer amplifier which receives an output of a capacitance detection circuit as an input, and an output of the buffer amplifier is connected to an inverting input terminal. A temperature compensating device for a yaw rate sensor is provided, which comprises an operational amplifier in which the output of the angular velocity detecting circuit is connected to each non-inverting input terminal.
【００１６】本発明は、中空円筒状の圧電振動部材が真
空容器に入れられたことを特徴とするヨーレートセンサ
を提供する。The present invention provides a yaw rate sensor characterized in that a hollow cylindrical piezoelectric vibrating member is placed in a vacuum container.
【００１７】[0017]
【作用】本発明の温度補償の方法によれば、ＰＺＴ系の
圧電セラミックから成る圧電振動部材の温度特性の変化
を誘電率の変化として検出するための容量検出用の電極
を圧電体自体に設け、圧電体の容量の変化に依存してそ
の遮断周波数が可変にされる瀘波回路に所定の振幅、周
波数の基準信号を入力し、圧電振動型ジャイロの角速度
検出回路の出力信号を増幅する増幅器の利得を瀘波回路
の出力電圧レベルによって可変して制御することによ
り、圧電体の温度特性に原因する角速度検出回路の信号
レベルの変化の温度補正を行なうものである。According to the temperature compensation method of the present invention, a capacitance detecting electrode for detecting a change in temperature characteristic of a piezoelectric vibrating member made of a PZT type piezoelectric ceramic as a change in dielectric constant is provided on the piezoelectric body itself. An amplifier for inputting a reference signal of a predetermined amplitude and frequency to a filtering circuit whose cutoff frequency is variable depending on the change in capacitance of the piezoelectric body and amplifying the output signal of the angular velocity detection circuit of the piezoelectric vibration type gyro. Is controlled by varying the gain according to the output voltage level of the filtering circuit to correct the temperature of the change in the signal level of the angular velocity detection circuit due to the temperature characteristic of the piezoelectric body.
【００１８】また、本発明の温度補償装置では、ＰＺＴ
系の圧電振動型ジャイロにおいて中空円筒状の圧電振動
部材の基部側一端の内周面と外周面に電極を配置し、該
電極間において圧電体は一種のコンデンサとして容量を
有することになり、容量に対応した信号を取り出す容量
検出回路を設けることによって圧電体の温度特性による
変化を容量の変化に対応した電気信号として検出し、こ
の電気信号に基づき角速度検出回路の出力電圧の温度補
償が行なわれる。In the temperature compensator of the present invention, the PZT
In the piezoelectric vibration type gyro of the system, electrodes are arranged on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface at one end on the base side of the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member, and the piezoelectric body has a capacity as a kind of capacitor between the electrodes. By providing a capacitance detection circuit for extracting a signal corresponding to the above, the change due to the temperature characteristic of the piezoelectric body is detected as an electric signal corresponding to the change in capacitance, and the output voltage of the angular velocity detection circuit is temperature-compensated based on this electric signal. .
【００１９】容量検出用の電極を中空円筒状部材の基部
側の一端に設けたのは、該基部側一端において円筒の振
動が最も小さく、円筒の他の部位に配設した場合に比べ
円筒圧電振動部材の振動全体に及ぼす影響が少ないため
である。The capacitance detecting electrode is provided at one end on the base side of the hollow cylindrical member because the vibration of the cylinder is the smallest at the one end on the base side, and a cylindrical piezoelectric element is provided as compared with the case where it is arranged at another portion of the cylinder. This is because there is little influence on the overall vibration of the vibrating member.
【００２０】また、本発明の温度補償装置においては、
容量検出用の電極を圧電振動部材の振動節点に配設され
ることにより該電極による圧電振動部材の振動に及ぼす
影響が極小化される。Further, in the temperature compensation device of the present invention,
By disposing the capacitance detecting electrode at the vibration node of the piezoelectric vibrating member, the influence of the electrode on the vibration of the piezoelectric vibrating member is minimized.
【００２１】本発明においては、前記中空円筒状の圧電
振動部材が真空容器に入れられたことにより、圧電振動
部材の振動音は外部に漏れない。In the present invention, since the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member is placed in the vacuum container, the vibration sound of the piezoelectric vibrating member does not leak to the outside.
【００２２】[0022]
【実施例】以下に、添付した図面を参照して本発明の実
施例について詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
【００２３】図２には、本発明の構成略図が示されてい
る。同図に示すように、中空円筒状の圧電振動部材１は
ＰＺＴ系の圧電セラミックから形成され、図示下端にお
いて支持部材５に固定されている。FIG. 2 shows a schematic diagram of the present invention. As shown in the figure, the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member 1 is made of PZT-based piezoelectric ceramic, and is fixed to the supporting member 5 at the lower end in the figure.
【００２４】圧電振動部材１の円筒外周面には複数個の
励振用電極２と、複数個の振動検出用電極３が蒸着ある
いは銀ペーストをスクリーン印刷したのち焼付けにより
取り付けられる。A plurality of excitation electrodes 2 and a plurality of vibration detection electrodes 3 are attached to the outer peripheral surface of the cylinder of the piezoelectric vibrating member 1 by vapor deposition or screen printing of silver paste and then baking.
【００２５】圧電振動部材１は、角速度検出回路３０に
設けられた発振回路（図示せず）によって出力される交
番信号により励振用電極２を介してその共振周波数で振
動される。The piezoelectric vibrating member 1 is vibrated at its resonance frequency via the excitation electrode 2 by an alternating signal output by an oscillation circuit (not shown) provided in the angular velocity detection circuit 30.
【００２６】そして、振動検出用電極３を介して圧電振
動部材１の振動が電気信号として検出され、回転運動に
伴い円筒部材に誘起されたコリオリ力による振動の変化
に基づき回転角速度の変化が検出される。Then, the vibration of the piezoelectric vibrating member 1 is detected as an electric signal through the vibration detecting electrode 3, and the change of the rotational angular velocity is detected based on the change of the vibration due to the Coriolis force induced in the cylindrical member along with the rotational movement. To be done.
【００２７】図２に示すように、中空円筒状の圧電振動
部材１の基部側の一端には、圧電体の容量を検出するた
めの容量検出用電極４が円筒の内周面と外周面に設けら
れている。As shown in FIG. 2, at one end on the base side of the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member 1, a capacitance detecting electrode 4 for detecting the capacitance of the piezoelectric body is provided on the inner and outer peripheral surfaces of the cylinder. It is provided.
【００２８】容量検出用電極４は容量検出回路２０の積
分回路（図示せず）に接続され、容量検出回路２０の温
度補正信号出力端子１１には、ヨーレートを検出するた
めの角速度検出回路３０の出力信号の温度変化を補正す
るための温度補償信号が出力される。The capacitance detection electrode 4 is connected to an integration circuit (not shown) of the capacitance detection circuit 20, and the temperature correction signal output terminal 11 of the capacitance detection circuit 20 has an angular velocity detection circuit 30 for detecting the yaw rate. A temperature compensation signal for correcting the temperature change of the output signal is output.
【００２９】なお、図２では、中空円筒状の圧電振動部
材１は真空容器１２に封入されている。これは圧電振動
部材の振動音を外部に漏れなくするためである。In FIG. 2, the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member 1 is enclosed in a vacuum container 12. This is to prevent the vibration sound of the piezoelectric vibrating member from leaking to the outside.
【００３０】図３には、本発明の実施例の回路構成が略
示されている。FIG. 3 schematically shows the circuit configuration of the embodiment of the present invention.
【００３１】同図には本発明における圧電体の容量検出
回路２０の構成と、温度補償されたセンサ出力１０を出
力するため、容量検出回路２０の出力電圧により利得が
可変される増幅器６の構成と、圧電振動部材１の角速度
検出回路３０の構成が略示されている。In the figure, the configuration of the piezoelectric capacitance detection circuit 20 according to the present invention and the configuration of the amplifier 6 whose gain is variable by the output voltage of the capacitance detection circuit 20 for outputting the temperature-compensated sensor output 10. And the configuration of the angular velocity detection circuit 30 of the piezoelectric vibrating member 1 is schematically illustrated.
【００３２】角速度検出回路３０の発振回路３１は、そ
の出力が圧電振動部材１の励振用電極２に接続され、圧
電振動部材１をその共振周波数で振動するために所定の
振幅と周波数の交番信号を出力する。The oscillation circuit 31 of the angular velocity detection circuit 30 has its output connected to the excitation electrode 2 of the piezoelectric vibrating member 1, and an alternating signal of a predetermined amplitude and frequency for vibrating the piezoelectric vibrating member 1 at its resonance frequency. Is output.
【００３３】角速度検出回路３０の振動検出回路３２は
振動検出用電極３の出力信号を所定利得増幅して角速度
検出用の信号Ｖsを出力する。The vibration detection circuit 32 of the angular velocity detection circuit 30 amplifies the output signal of the vibration detection electrode 3 by a predetermined gain and outputs a signal Vs for angular velocity detection.
【００３４】圧電体の容量変化を検出するために、中空
円筒状の圧電振動部材１の基部側一端の外周面と内周面
に設けられた容量検出用電極３は、容量検出回路２０に
おいて、図示の如く演算増幅器２４の帰還抵抗２２と並
列に接続される。このため、容量検出用電極４に挟まれ
た圧電体は等価的に容量Ｃのコンデンサ２３として積分
回路を構成する。In order to detect the capacitance change of the piezoelectric body, the capacitance detecting electrodes 3 provided on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface at one end on the base side of the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member 1 are As shown, it is connected in parallel with the feedback resistor 22 of the operational amplifier 24. Therefore, the piezoelectric body sandwiched by the capacitance detection electrodes 4 equivalently constitutes an integrating circuit as the capacitor 23 having the capacitance C.
【００３５】容量検出回路２０における発振回路２１
は、圧電振動部材１を励振するための発振回路３１とは
別途に例えばセラロック等で作られ、予め定める一定の
振幅且つ一定の周波数から成る基準信号を出力するもの
である。Oscillation circuit 21 in capacitance detection circuit 20
Is produced separately from the oscillation circuit 31 for exciting the piezoelectric vibrating member 1, for example, by CERALOCK or the like, and outputs a reference signal having a predetermined constant amplitude and a constant frequency.
【００３６】発振回路２１の出力基準信号は、その出力
に下限リミッタ用ダイオード２６が接続され半波整流回
路を構成すると共に、ボルテージホロワ構成により低イ
ンピーダンスの電圧を出力する演算増幅器２５の非反転
端子に入力され、半波整流された基準信号は前記した積
分回路を構成する演算増幅器２４の反転入力端子に入力
される。The output reference signal of the oscillator circuit 21 is connected to the lower limit limiter diode 26 at its output to form a half-wave rectifier circuit, and the non-inversion of the operational amplifier 25 that outputs a low impedance voltage by the voltage follower configuration. The reference signal that is input to the terminal and is half-wave rectified is input to the inverting input terminal of the operational amplifier 24 that constitutes the above-described integrating circuit.
【００３７】積分回路を構成する演算増幅器２４の出力
信号は負極性の電圧としてＦＥＴ７のゲート端子に給配
される。The output signal of the operational amplifier 24 forming the integrating circuit is supplied to the gate terminal of the FET 7 as a negative voltage.
【００３８】前記した積分回路からは、その時定数に依
存して信号電圧レベルが可変する信号が出力される。The integrating circuit outputs a signal whose signal voltage level varies depending on its time constant.
【００３９】すなわち、コンデンサ２３の容量Ｃが増大
すると積分回路の時定数は大きくなり、基準信号の積分
回路の出力信号の電圧レベルは低下する。That is, when the capacitance C of the capacitor 23 increases, the time constant of the integrating circuit increases, and the voltage level of the output signal of the integrating circuit for the reference signal decreases.
【００４０】このため、温度が上昇し圧電体の容量が増
大すると、前記積分回路の時定数が増大するため、積分
回路の出力信号の電圧レベルは減少する。Therefore, when the temperature rises and the capacitance of the piezoelectric body increases, the time constant of the integrating circuit increases, so that the voltage level of the output signal of the integrating circuit decreases.
【００４１】なお、図５には前記積分回路の周波数特性
のうち、その振幅特性が示されている。FIG. 5 shows the amplitude characteristic of the frequency characteristic of the integrating circuit.
【００４２】図３の積分回路は一次の低域通過瀘波回路
を構成し、その遮断周波数ｆcは１／２πＲＣで与えら
れる。但し、Ｒは図３に示した帰還抵抗２２の抵抗値、
Ｃは同図に示す圧電体の容量である。The integrating circuit of FIG. 3 constitutes a first-order low-pass filter circuit, and its cutoff frequency fc is given by 1 / 2πRC. However, R is the resistance value of the feedback resistor 22 shown in FIG.
C is the capacitance of the piezoelectric body shown in FIG.
【００４３】図５には、一次の低域通過瀘波回路の周波
数応答の振幅特性が図示されている。容量Ｃが大きくな
ると低域通過瀘波回路の遮断周波数はｆc’へと減少
し、一定周波数から成る基準信号の積分回路による減衰
量が増大するため、積分回路の出力信号の電圧レベルは
低下する。FIG. 5 shows the amplitude characteristic of the frequency response of the first-order low-pass filter circuit. When the capacitance C increases, the cut-off frequency of the low-pass filter circuit decreases to fc ', and the amount of attenuation of the reference signal of constant frequency by the integrating circuit increases, so the voltage level of the output signal of the integrating circuit decreases. .
【００４４】また、温度が下がると圧電体の容量は減少
し、積分回路の時定数が減少するため、基準信号の積分
回路の出力信号の電圧レベルは上昇する。Further, when the temperature decreases, the capacitance of the piezoelectric body decreases and the time constant of the integrating circuit decreases, so that the voltage level of the output signal of the integrating circuit of the reference signal rises.
【００４５】図３に示すように、容量検出回路２０の積
分回路の出力信号は電圧入力電流出力型のＦＥＴ７のゲ
ート端子に接続され、角速度検出回路３０の出力信号Ｖ
sの温度補正を行なう。As shown in FIG. 3, the output signal of the integrating circuit of the capacitance detecting circuit 20 is connected to the gate terminal of the voltage input current output type FET 7, and the output signal V of the angular velocity detecting circuit 30 is output.
Correct the temperature of s.
【００４６】後に説明されるように、ＦＥＴ７は演算増
幅器６と共に電圧により利得が制御される増幅器を構成
する。As will be described later, the FET 7 and the operational amplifier 6 constitute an amplifier whose gain is controlled by voltage.
【００４７】ＦＥＴ７のドレイン端子は演算増幅器６の
反転入力端子に接続され、ソース端子は接地されてい
る。The drain terminal of the FET 7 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 6, and the source terminal is grounded.
【００４８】図６には、ＦＥＴにおけるドレイン・ソー
ス間抵抗ＲDSの電圧特性の一例が示されている。同図に
示すとおりＦＥＴのドレインソース間抵抗ＲDSは、負極
性のゲート・ソース間電圧ＶGSの減少に伴い減少する。FIG. 6 shows an example of voltage characteristics of the drain-source resistance RDS in the FET. As shown in the figure, the drain-source resistance RDS of the FET decreases as the negative gate-source voltage VGS decreases.
【００４９】図３において、ＦＥＴ７をドレイン・ソー
ス間抵抗ＲDSで等価的に表わし、帰還抵抗８の抵抗値を
Ｒfとし、角速度検出回路３０の出力端子３４の出力電
圧をＶsで表わすと、演算増幅器６の出力電圧Ｖoは次式
（１）で与えられる。In FIG. 3, the FET 7 is equivalently represented by the drain-source resistance RDS, the resistance value of the feedback resistor 8 is Rf, and the output voltage of the output terminal 34 of the angular velocity detection circuit 30 is represented by Vs. The output voltage Vo of 6 is given by the following equation (1).
【００５０】 Ｖo ＝ （１ ＋ Ｒf／ＲDS） × Ｖs （１）Vo = (1 + Rf / RDS) × Vs (1)
【００５１】したがって、演算増幅器の利得Ａは次式
（２）で与えられる。Therefore, the gain A of the operational amplifier is given by the following equation (2).
【００５２】 Ａ ＝ １ ＋ Ｒf／ＲDS （２）A = 1 + Rf / RDS (2)
【００５３】前記式（２）において帰還抵抗Ｒfは定値
であるため、ＦＥＴ７のドレイン・ソース間抵抗ＲDSが
増大すると増幅器の利得Ａは減少し、ＦＥＴ７のドレイ
ン・ソース間抵抗ＲDSが減少すると増幅器の利得Ａは増
大する。Since the feedback resistance Rf in equation (2) is a constant value, the gain A of the amplifier decreases when the drain-source resistance RDS of the FET 7 increases, and the amplifier gain A decreases when the drain-source resistance RDS of the FET 7 decreases. The gain A increases.
【００５４】図４には、圧電体が所定の一定温度にある
場合の角速度の変化に対する角速度検出回路の３０の出
力電圧レベルと、圧電体の温度が上昇した場合の角速度
検出回路３０の出力電圧レベルの一例が示されている。FIG. 4 shows the output voltage level of the angular velocity detection circuit 30 with respect to changes in the angular velocity when the piezoelectric body is at a predetermined constant temperature, and the output voltage of the angular velocity detection circuit 30 when the temperature of the piezoelectric body rises. An example of levels is shown.
【００５５】同図に示すように圧電体の温度が上昇した
場合に、角速度検出回路３０の出力電圧の回転角速度に
対する傾きは減少し、したがって温度が上昇した時、同
一の回転角速度に対する出力電圧レベルは減少する。As shown in the figure, when the temperature of the piezoelectric body rises, the inclination of the output voltage of the angular velocity detection circuit 30 with respect to the rotational angular velocity decreases. Therefore, when the temperature rises, the output voltage level for the same rotational angular velocity is reduced. Decreases.
【００５６】したがって、圧電振動部材１の温度が上昇
した場合に、角速度検出回路３０の出力電圧は減少する
が、同時に圧電体の容量Ｃが増加するため、積分回路の
時定数が増大し、すなわち一次の低域通過瀘波回路の遮
断周波数が減少することになる。Therefore, when the temperature of the piezoelectric vibrating member 1 rises, the output voltage of the angular velocity detecting circuit 30 decreases, but at the same time, the capacitance C of the piezoelectric body increases, so that the time constant of the integrating circuit increases, that is, The cutoff frequency of the primary low-pass filter circuit will be reduced.
【００５７】このため、発振回路２１により生成される
基準信号の積分回路による減衰量は増大し、積分回路の
出力信号の電圧レベルは低下する。Therefore, the amount of attenuation of the reference signal generated by the oscillation circuit 21 by the integration circuit increases, and the voltage level of the output signal of the integration circuit decreases.
【００５８】積分回路の出力は負極性の電圧信号として
ＦＥＴ７のゲート端子に印加され、ゲート端子電圧が低
下するため、図６の電圧特性に従ってＦＥＴ７のドレイ
ン・ソース間抵抗ＲDSが減少し、前記式（２）により演
算増幅器６の利得は増大することになる。The output of the integrating circuit is applied to the gate terminal of the FET 7 as a negative voltage signal, and the gate terminal voltage decreases, so that the drain-source resistance RDS of the FET 7 decreases according to the voltage characteristics of FIG. Due to (2), the gain of the operational amplifier 6 is increased.
【００５９】このようにして、圧電体の温度が上昇した
場合、演算増幅器６に入力される角速度検出回路３０の
出力信号Ｖsは、圧電体の温度上昇に対応して増大され
た利得を以て増幅されるため、ヨーレートセンサ出力で
ある演算増幅器６の出力端子１０には、角速度検出回路
３０の出力信号Ｖsの温度上昇による出力レベルの減少
が相殺され、温度補正された信号がセンサ信号として出
力される。In this way, when the temperature of the piezoelectric body rises, the output signal Vs of the angular velocity detection circuit 30 input to the operational amplifier 6 is amplified with the gain increased corresponding to the temperature rise of the piezoelectric body. Therefore, at the output terminal 10 of the operational amplifier 6 which is the output of the yaw rate sensor, the decrease of the output level due to the temperature rise of the output signal Vs of the angular velocity detection circuit 30 is offset, and the temperature-corrected signal is output as the sensor signal. .
【００６０】圧電振動部材１の温度が下がった場合に
は、角速度検出回路３０の出力電圧は増大するが、同時
に圧電体の容量Ｃが減少し、積分回路の時定数は減少
し、すなわち一次の低域通過瀘波回路の遮断周波数が大
きくなる。When the temperature of the piezoelectric vibrating member 1 decreases, the output voltage of the angular velocity detecting circuit 30 increases, but at the same time, the capacitance C of the piezoelectric body decreases and the time constant of the integrating circuit decreases, that is, the first order The cutoff frequency of the low-pass filter circuit becomes large.
【００６１】したがって、発振回路２１により生成され
た基準信号の積分回路による減衰量は小さくなり、ＦＥ
Ｔ７のゲート端子に加えられる電圧レベルが負極側に増
大するため、図６の電圧特性に従ってＦＥＴ７のドレイ
ン・ソース間抵抗ＲDSが増大し、前記式（２）により演
算増幅器６の利得が減少するため、ヨーレートセンサ出
力である演算増幅器の出力端子１０には、角速度検出回
路３０の出力信号Ｖsの温度降下による出力レベルの増
大が相殺され、温度補正された信号がセンサ信号として
出力される。Therefore, the amount of attenuation of the reference signal generated by the oscillation circuit 21 by the integration circuit becomes small, and the FE
Since the voltage level applied to the gate terminal of T7 increases to the negative side, the drain-source resistance RDS of the FET 7 increases according to the voltage characteristics of FIG. 6, and the gain of the operational amplifier 6 decreases according to the equation (2). At the output terminal 10 of the operational amplifier which is the output of the yaw rate sensor, the increase in the output level due to the temperature drop of the output signal Vs of the angular velocity detection circuit 30 is offset, and the temperature-corrected signal is output as the sensor signal.
【００６２】図７には、圧電体の容量検出用の電極４が
圧電振動部材１の振動の節点に取り付けられた構成が略
示されている。圧電振動部材１の振動節点は共振時にも
振動せず、このため電極の取付けによる振動部材の振動
全体に及ぼす影響が極小化される。FIG. 7 schematically shows a structure in which the electrode 4 for detecting the capacitance of the piezoelectric body is attached to the vibration node of the piezoelectric vibrating member 1. The vibration node of the piezoelectric vibrating member 1 does not vibrate even at the time of resonance, so that the influence of the attachment of the electrode on the entire vibration of the vibrating member is minimized.
【００６３】[0063]
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の温度補償
方法によれば、ＰＺＴなど圧電体を用いた中空円筒状の
圧電振動部材において、圧電体の温度特性の変化を誘電
率の変化として検出するための電極を円筒部材の基部側
一端に設け、該電極取付けによる圧電振動部材の振動自
体に及ぼす影響を回避し、且つ圧電体の容量の変化に依
存してその遮断周波数が可変とされる瀘波回路に所定の
基準信号を入力し、圧電振動部材の振動検出回路の出力
信号を増幅する増幅器を利得を瀘波回路の出力電圧レベ
ルによって可変に制御することにより、圧電体自体の温
度特性による角速度検出回路の信号の変化を良好な精度
を以て温度補正できるという利点を有する。As described above, according to the temperature compensation method of the present invention, in a hollow cylindrical piezoelectric vibrating member using a piezoelectric body such as PZT, a change in temperature characteristic of the piezoelectric body is detected as a change in dielectric constant. An electrode for doing so is provided at one end on the base side of the cylindrical member to avoid the influence of the attachment of the electrode on the vibration itself of the piezoelectric vibrating member, and the cutoff frequency is variable depending on the change in the capacitance of the piezoelectric body. By inputting a predetermined reference signal to the filter circuit and controlling the gain of the amplifier that amplifies the output signal of the vibration detection circuit of the piezoelectric vibrating member variably according to the output voltage level of the filter circuit, the temperature characteristics of the piezoelectric body itself This has the advantage that the change in the signal of the angular velocity detection circuit due to can be temperature-corrected with good accuracy.
【００６４】また、本発明の温度補償装置によれば、Ｐ
ＺＴなど圧電体を用いた中空円筒状の圧電振動部材にお
いて、圧電体の容量を検出するための電極を中空円筒状
の圧電振動部材の基部側一端に取り付け、該電極取付け
による圧電振動部材の振動自体に及ぼす影響を回避し、
且つ圧電体の温度特性による振動検出信号の変化を圧電
体の容量の変化に基づき補正するための容量検出器を設
けたことにより、圧電体自体の温度変化に基づきヨーレ
ートセンサの温度補正が行なえるという利点を有する。According to the temperature compensator of the present invention, P
In a hollow cylindrical piezoelectric vibrating member using a piezoelectric body such as ZT, an electrode for detecting the capacitance of the piezoelectric body is attached to one end of the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member on the base side, and the piezoelectric vibrating member is vibrated by the electrode attachment. Avoid the effect on itself,
Further, by providing a capacitance detector for correcting the change of the vibration detection signal due to the temperature characteristic of the piezoelectric body based on the change of the capacitance of the piezoelectric body, the temperature of the yaw rate sensor can be corrected based on the temperature change of the piezoelectric body itself. Has the advantage.
【００６５】また、本発明の温度補償装置においては、
容量検出用の電極を圧電振動部材の振動節点に配設され
ることにより、該電極を設けたことによる圧電振動部材
の振動に及ぼす影響が極小にできるという利点を有す
る。In the temperature compensator of the present invention,
By disposing the electrode for capacitance detection at the vibration node of the piezoelectric vibrating member, there is an advantage that the influence of the provision of the electrode on the vibration of the piezoelectric vibrating member can be minimized.
【００６６】さらに本発明の温度補償装置においては、
容量検出回路が、予め定める基準信号を出力する発振回
路と、圧電体を等価的に積分回路の時定数を定めるコン
デンサを構成するように接続したことにより、温度検出
用センサを別途設けることなく簡易な回路構成でありな
がら、圧電体の特性の温度変化が極めて良好な精度で検
出され温度補正用の信号として利用できるという利点を
有する。Further, in the temperature compensator of the present invention,
The capacitance detection circuit is connected so that the oscillation circuit that outputs a predetermined reference signal and the piezoelectric body equivalently configures a capacitor that determines the time constant of the integration circuit. Although it has a simple circuit configuration, it has an advantage that the temperature change of the characteristic of the piezoelectric body can be detected with extremely good accuracy and used as a signal for temperature correction.
【００６７】さらにまた、本発明の温度補償装置におい
ては、圧電体自体の温度変化によりその利得が制御され
る電圧により利得が制御される増幅器により角速度検出
回路の信号が温度補正されるため、温度補正の精度が向
上するという利点を有する。Furthermore, in the temperature compensating device of the present invention, the signal of the angular velocity detecting circuit is temperature-corrected by the amplifier whose gain is controlled by the voltage whose gain is controlled by the temperature change of the piezoelectric body itself, so that This has the advantage that the accuracy of correction is improved.
【００６８】そして、本発明のヨーレートセンサにおい
ては圧電振動部材を真空容器に封入したことにより、圧
電振動部材の振動音が外部に漏れないという利点を有す
る。The yaw rate sensor of the present invention has the advantage that the vibration sound of the piezoelectric vibrating member does not leak to the outside by enclosing the piezoelectric vibrating member in the vacuum container.
【図１】圧電振動型ジャイロの動作原理を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing an operation principle of a piezoelectric vibration type gyro.
【図２】本発明のヨレートセンサの一実施例を示す構成
概略図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a yaw rate sensor of the present invention.
【図３】本発明におけるヨーレートセンサの温度補償装
置の実施例の回路の概略構成図。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a circuit of an embodiment of a temperature compensation device for a yaw rate sensor according to the present invention.
【図４】ヨーレートセンサの出力信号の温度特性を示し
たグラフ。FIG. 4 is a graph showing a temperature characteristic of an output signal of a yaw rate sensor.
【図５】本発明における容量検出回路の積分回路の周波
数特性の一例を示した図。FIG. 5 is a diagram showing an example of frequency characteristics of an integrating circuit of the capacitance detecting circuit according to the present invention.
【図６】ＦＥＴのドレイン・ソース間抵抗ＲDSの電圧特
性を示す図。FIG. 6 is a diagram showing voltage characteristics of a drain-source resistance RDS of an FET.
【図７】振動節点に容量検出用電極が設けられた円筒圧
電振動部材の振動動作原理の模式図。FIG. 7 is a schematic diagram of a vibrating operation principle of a cylindrical piezoelectric vibrating member in which a capacitance detection electrode is provided at a vibrating node.
１ 圧電振動部材 ２ 励振用電極 ３ 振動検出用電極 ４ 容量検出用電極 ５ 支持部材 ６ 演算増幅器 ７ ＦＥＴ １０ センサ出力 １１ 温度補正信号出力端子 １２ 真空容器 ２０ 容量検出回路 ３０ 角速度検出回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric vibration member 2 Excitation electrode 3 Vibration detection electrode 4 Capacitance detection electrode 5 Supporting member 6 Operational amplifier 7 FET 10 Sensor output 11 Temperature correction signal output terminal 12 Vacuum container 20 Capacitance detection circuit 30 Angular velocity detection circuit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 聡宏 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 水元 克芳 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内 (72)発明者 松本 只一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Satoshi Kobayashi 2-1, Asahi-cho, Kariya city, Aichi Prefecture Aisin Seiki Co., Ltd. (72) Inventor Katsuyoshi Mizumoto 2-1-1, Asahi-cho, Kariya city, Aichi prefecture In Seiki Co., Ltd. (72) Inventor Tadashi Matsumoto 1 Toyota-cho, Toyota-shi, Aichi Toyota Motor Co., Ltd.
Claims (6)
材と、前記圧電振動部材に固着された電極であって前記
圧電振動部材を励振するための励振用電極と前記圧電振
動部材の振動を検出するための振動検出用電極と、前記
励振用電極に交番信号を供給する発振回路と、前記振動
検出用電極の信号から角速度を検出する角速度検出回路
と、から成るヨーレートセンサの出力信号を温度補償す
るための方法において、 前記中空円筒状の圧電振動部材の基部側一端の内周面と
外周面に圧電体の容量を検出するための容量検出用電極
を設けると共に、該容量検出用電極をその遮断周波数が
圧電体の容量に依存して可変される瀘波回路に接続し、 所定の基準信号を前記瀘波回路に入力し、該瀘波回路の
出力電圧によりその利得が可変に制御される増幅器に前
記角速度検出回路の出力信号を入力し、温度補正された
利得を以て該角速度検出回路の出力が増幅されるように
したことを特徴とするヨーレートセンサの温度補償方
法。1. A hollow cylindrical piezoelectric vibrating member having one end fixed, an electrode fixed to the piezoelectric vibrating member for exciting the piezoelectric vibrating member, and vibration of the piezoelectric vibrating member. An output signal of a yaw rate sensor, which includes a vibration detection electrode for detecting a vibration, an oscillation circuit that supplies an alternating signal to the excitation electrode, and an angular velocity detection circuit that detects an angular velocity from the signal of the vibration detection electrode. In the method for temperature compensation, a capacitance detecting electrode for detecting the capacitance of the piezoelectric body is provided on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the base side one end of the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member, and the capacitance detecting electrode is provided. Is connected to a filtering circuit whose cutoff frequency is variable depending on the capacitance of the piezoelectric body, a predetermined reference signal is input to the filtering circuit, and the gain is variably controlled by the output voltage of the filtering circuit. Increased Vessel to the output signal of the angular velocity detecting circuit, a temperature compensation method of the yaw rate sensor, wherein the output of the angular velocity detection circuit with a temperature compensated gain was to be amplified.
材と、前記圧電振動部材に固着された電極であって前記
圧電振動部材を励振するための励振用電極と前記圧電振
動部材の振動を検出するための振動検出用電極と、前記
励振用電極に交番信号を供給する発振回路と、前記振動
検出用電極の信号から角速度を検出する角速度検出回路
と、から成るヨーレートセンサにおいて、 前記中空円筒状の圧電振動部材の基部側一端の内周面と
外周面に圧電体の容量を検出するための容量検出用電極
が設けられると共に該容量検出用電極が容量検出回路に
接続されたことを特徴とするヨーレートセンサの温度補
償装置。2. A hollow-cylindrical piezoelectric vibrating member having one end fixed, an electrode fixed to the piezoelectric vibrating member for exciting the piezoelectric vibrating member, and vibration of the piezoelectric vibrating member. A yaw rate sensor comprising: a vibration detection electrode for detecting a vibration, an oscillation circuit that supplies an alternating signal to the excitation electrode, and an angular velocity detection circuit that detects an angular velocity from the signal of the vibration detection electrode. Capacitance detection electrodes for detecting the capacitance of the piezoelectric body are provided on the inner peripheral surface and the outer peripheral surface at one end on the base side of the cylindrical piezoelectric vibration member, and the capacitance detection electrode is connected to the capacitance detection circuit. Characteristic temperature compensation device for yaw rate sensor.
電振動部材の振動節点に配設されたことを特徴とする請
求項２記載のヨーレートセンサの温度補償装置。3. The temperature compensating device for a yaw rate sensor according to claim 2, wherein the capacitance detecting electrode is arranged at a vibration node of the hollow cylindrical piezoelectric vibrating member.
を出力する発振回路と、その時定数が前記圧電体の容量
に依存して可変される積分回路とから成ると共に、前記
容量検出回路の出力が、利得が電圧により可変に制御さ
れる増幅器の制御信号端子に入力されることを特徴とす
る請求項２記載のヨーレートセンサの温度補償装置。4. The capacitance detection circuit comprises an oscillation circuit that outputs a predetermined reference signal and an integration circuit whose time constant is varied depending on the capacitance of the piezoelectric body, and the output of the capacitance detection circuit. Is input to the control signal terminal of an amplifier whose gain is variably controlled by a voltage.
入力とする電圧入力電流出力型のバッファ増幅器と、該
バッファ増幅器の出力が反転入力端子に接続され前記角
速度検出回路の出力が非反転入力端子にそれぞれ接続さ
れた演算増幅器とから成る請求項３記載のヨーレートセ
ンサの温度補償装置。5. The voltage input current output type buffer amplifier, wherein the amplifier receives the output of the capacitance detection circuit as an input, and the output of the buffer amplifier is connected to an inverting input terminal, and the output of the angular velocity detection circuit is non-inverting. 4. The temperature compensation device for a yaw rate sensor according to claim 3, comprising an operational amplifier connected to each input terminal.
空容器に入れられたことを特徴とするヨーレートセン
サ。6. The yaw rate sensor according to claim 2, wherein the piezoelectric vibrating member is placed in a vacuum container.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4324626A JPH06148231A (en) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | Temperature compensating method and apparatus of yaw rate sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4324626A JPH06148231A (en) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | Temperature compensating method and apparatus of yaw rate sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06148231A true JPH06148231A (en) | 1994-05-27 |
Family
ID=18167924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4324626A Withdrawn JPH06148231A (en) | 1992-11-11 | 1992-11-11 | Temperature compensating method and apparatus of yaw rate sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06148231A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100353994B1 (en) * | 1999-12-23 | 2002-09-26 | 현대자동차주식회사 | A device of detecting yaw rate and acceleration |
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| JP2013545061A (en) * | 2010-09-28 | 2013-12-19 | サーブ アクティエボラーグ | Method and apparatus for deicing structural parts |
-
1992
- 1992-11-11 JP JP4324626A patent/JPH06148231A/en not_active Withdrawn
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