JPH07174568A - 圧電振動ジャイロ用駆動検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出感度が温度に依存せず、常時安定して高
精度に検出を行い得る圧電振動ジャイロ用駆動検出回路
を提供すること。 【構成】 圧電振動子として構成された円柱状圧電セラ
ミックス１の検出用帯状電極５，７から得られる２系統
の検出電圧を合成して加算電圧として出力する加算増幅
回路１１と、この加算電圧を入力して圧電振動子の共振
周波数に等しい周波数の駆動電圧を出力する移相回路１
２と、この駆動電圧を温度補償して温度補償駆動電圧を
生成すると共に、この温度補償駆動電圧を圧電振動子に
印加する温度補償回路１８とによって自励発振回路を構
成している。温度補償回路１８は、サーミスタ１３及び
抵抗１４，１５から構成され、これらの抵抗値は入力端
子１６の駆動電圧と出力端子１７の温度補償駆動電圧と
の間を温度変化に応じて任意に可変させ得るように選定
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電振動子の超音波振
動を利用すると共に、自励発振回路により圧電振動子を
自励振駆動する圧電振動ジャイロ用駆動検出回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、圧電振動ジャイロは、船舶，自動
車等の移動体に搭載される機器類の姿勢を制御する制御
装置や、自動車のナビゲーションシステム等の幅広い分
野で用いられている。一般に圧電振動ジャイロは、振動
している物体に回転角速度が与えられると、その振動方
向と直角な方向にコリオリ力を生じるという力学現象を
利用したジャイロスコープに属する。

【０００３】この圧電振動ジャイロを構成する圧電振動
子は、互いに直交する２つの方向の励振とその検出とが
可能であるように構成した振動系において、一方の入力
側で振動を励振した状態で圧電振動子自体を回転させる
と、上述したコリオリ力の作用によって、この振動と直
角な方向に力が働き、他方の出力側で振動が励振され
る。ここで、出力側に励振される振動の大きさは、入力
側の振動の大きさ及び圧電振動子の回転角速度に比例す
る。そこで、入力側における振動励振のための入力電圧
（駆動電圧）を一定にした状態で、出力側から得られる
出力電圧（検出電力）の大きさを検出すると、回転角速
度の大きさを求めることができる。

【０００４】図３は、圧電振動ジャイロに用いられる圧
電振動子の概略構造を示したもので、同図（ａ）はその
斜視図、同図（ｂ）はその中央部における断面図であ
る。

【０００５】この圧電振動子では、円柱状圧電セラミッ
クス１の外周面上の円周を６等分する位置であって、そ
の長さ方向と平行な位置には６個の帯状電極２〜７が形
成されている。但し、帯状電極２〜７のうち、円周に沿
って１つおきに位置する帯状電極２，４，６の両端は、
アース用接続電極８ａ，８ｂに接続されている。これら
の電極は、円柱状圧電セラミックス１の側曲面にスクリ
ーン印刷により直接形成するか、或いはメッキ等を全面
に形成した後に電極の不要部分をフォトエッチングによ
り除去することで製造される。

【０００６】この圧電振動子では、６個の帯状電極２〜
７のうち、円周に沿う１つおきの帯状電極２，４，６が
アース用として、１個の帯状電極３が駆動用として、更
に残りの２個の帯状電極５，７が検出用として構成され
る。このような構成の圧電振動子では、駆動用帯状電極
３に円柱状圧電振動セラミック１の共振周波数に等しい
周波数で一定の駆動電圧を印加することで、円柱状圧電
セラミックス１が屈曲振動し、検出用帯状電極５，７か
ら圧電振動子の回転角速度に比例した検出電圧が得られ
る。

【０００７】図４は、圧電振動ジャイロに用いられる駆
動検出回路の基本構成を示したブロック図である。この
駆動検出回路は、差動増幅回路１９，加算増幅回路２
１，同期検波回路２０，及び移相回路２２から構成され
る。

【０００８】ここで、圧電振動子として構成された円柱
状圧電セラミックス１の検出用帯状電極５，７から得ら
れる２系統の検出電圧は加算増幅回路２１に入力され、
合成されて加算電圧として出力される。加算増幅回路２
１からの加算電圧は移相回路２２に入力され、移相回路
２２では円柱状圧電セラミックス１の共振周波数に等し
い周波数の一定の駆動電圧を駆動用帯状電極３に印加す
る。これらの加算増幅回路２１及び移相回路２２は、円
柱状圧電セラミックス１の屈曲振動の共振周波数で発振
する自励発振回路として機能する。

【０００９】又、検出用帯状電極５，７から得られる２
系統の検出電圧は同時に差動増幅回路１９に入力され、
差動増幅回路１９からは圧電振動子の回転角速度に比例
した振幅の交流電圧が出力される。差動増幅回路１９か
らの交流電圧と加算増幅回路２１からの加算電圧とは、
それぞれ同期検波回路２０に入力される。同期検波回路
２０では、圧電振動子の回転方向に応じた極性を有し、
且つその回転角速度に比例した直流電圧を出力端子Ｐへ
出力する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に圧電
振動子の機械的尖鋭度Ｑは温度変化に伴って変化する。
これにより、図４に示した圧電振動ジャイロ用駆動検出
回路では、駆動電圧が一定でもその温度変化に伴って圧
電振動子から出力される検出電圧が変化し、この結果、
圧電振動ジャイロの検出感度が温度の影響を受けて不安
定になり易い。

【００１１】具体的に云えば、駆動用帯状電極の入力電
圧が一定であっても、高温状態においては機械的尖鋭度
Ｑが小さくなり、これに伴って圧電振動子からの検出電
圧も小さくなる。この結果、圧電振動ジャイロの検出感
度が鈍化されてしまう。更に、低温状態ではこの逆とな
って圧電振動子からの検出電圧が大きくなり、この結
果、圧電振動ジャイロの検出感度が鋭敏化されてしま
う。即ち、このように圧電振動ジャイロの検出感度は温
度変化に依存して不安定になる。

【００１２】本発明は、かかる問題点を解消すべくなさ
れたもので、その技術的課題は、検出感度が温度に依存
せず、常時安定して高精度に検出を行い得る圧電振動ジ
ャイロ用駆動検出回路を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電振
動子から得られる検出電圧を合成して加算電圧として出
力する加算増幅回路と、加算電圧を入力して圧電振動子
の共振周波数に等しい周波数の駆動電圧を出力する移相
回路とを含む圧電振動ジャイロ用駆動検出回路におい
て、駆動電圧を温度補償して温度補償駆動電圧を生成す
ると共に、該温度補償駆動電圧を圧電振動子に印加する
温度補償回路が設けられた圧電振動ジャイロ用駆動検出
回路が得られる。

【００１４】又、本発明によれば、上記圧電振動ジャイ
ロ用駆動検出回路において、温度補償回路は、検出電圧
の温度変化に伴う可変分に応じて駆動電圧を温度補償す
るこで温度補償駆動電圧を得る圧電振動ジャイロ用駆動
検出回路が得られる。

【００１５】

【作用】本発明の圧電振動ジャイロ用駆動検出回路は、
従来の駆動検出回路において加算増幅回路及び移相回路
で構成された自励発振回路に対し、更に検出電圧の温度
変化に伴う可変分に応じて駆動電圧を温度補償するため
の温度補償回路を付加している。従って、この駆動検出
回路では圧電振動子の機械的尖鋭度Ｑが温度変化に伴っ
て変化することにより、圧電振動子から出力される検出
電圧が温度変化によって可変する場合でも、その可変分
を温度補償回路で補って生成した温度補償駆動電圧を圧
電振動子に印加しているので、圧電振動子から得られる
検出電圧は常に一定に保たれる。

【００１６】

【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明の圧電振動ジャ
イロ用駆動検出回路について、図面を参照して詳細に説
明する。

【００１７】図１は、本発明の一実施例に係る圧電振動
ジャイロ用駆動検出回路の基本構成を示したブロック図
である。

【００１８】この駆動検出回路では、圧電振動子として
構成された円柱状圧電セラミックス１の検出用帯状電極
５，７から得られる２系統の検出電圧を合成して加算電
圧として出力する加算増幅回路１１と、この加算電圧を
入力して圧電振動子の共振周波数に等しい周波数の駆動
電圧を出力する移相回路１２と、この駆動電圧を温度補
償して温度補償駆動電圧を生成すると共に、この温度補
償駆動電圧を圧電振動子に印加する温度補償回路１８と
によって自励発振回路が構成されている。ここで、温度
補償回路１８によって生成される温度補償駆動電圧は、
検出電圧の温度変化に伴う可変分に応じて駆動電圧を温
度補償して得られたものである。因みに、温度補償回路
１８は入力端子１６及び出力端子１７間に挿入されてい
る。

【００１９】又、この駆動検出回路は、検出用帯状電極
５，７から得られる２系統の検出電圧を入力し、圧電振
動子の回転角速度に比例した振幅の交流電圧を出力する
差動増幅回路９と、差動増幅回路９からの交流電圧と加
算増幅回路１１からの加算電圧とを入力し、圧電振動子
の回転方向に応じた極性で、且つその回転角速度に比例
した直流電圧を出力端子Ｐに出力する同期検波回路１０
とを備えている。

【００２０】尚、円柱状圧電セラミックス１には、図３
に示したように、その外周面にアース用帯状電極２，
４，６と、駆動用帯状電極３と、検出用帯状電極５，７
が形成されている。

【００２１】この駆動検出回路の場合、圧電振動子の機
械的尖鋭度Ｑが温度変化に伴って変化することにより、
圧電振動子から出力される検出電圧が温度変化によって
可変する場合でも、その可変分を温度補償回路１８で補
って生成した温度補償駆動電圧を圧電振動子（圧電セラ
ミックス円柱１の駆動用帯状電極３）に印加しているの
で、圧電振動子から得られる検出電圧は常に一定に保た
れることになる。

【００２２】図２は、この駆動検出回路における温度補
償回路１８の回路構成を示したものである。この温度補
償回路１８は、温度上昇によりその抵抗値が大きく変化
するサーミスタ１３と、このサーミスタ１３に直列に接
続された抵抗１４，及びサーミスタ１３に並列に接続さ
れた抵抗１５とから構成されている。ここで、例えばサ
ーミスタ１３における抵抗値の温度係数を負であるよう
に設定すれば、抵抗１４，１５における抵抗値の温度係
数は正となるように設定されれば良い。

【００２３】即ち、この温度補償回路１８において、サ
ーミスタ１３及び抵抗１４，１５の時定数を適切に選択
し、これらの抵抗値に任意の温度変化に対応する可変値
を持たせることで、温度補償回路１８の入力端子１６の
駆動電圧が一定の場合でも出力端子１７からの温度補償
駆動電圧を温度変化に応じて任意に可変させることがで
きる。

【００２４】例えば、温度上昇により圧電振動子からの
検出電圧が降下する傾向にある場合には、温度補償回路
１８を構成するサーミスタ１３の抵抗値をその温度上昇
によって小さくなるようにしておけば、これによって駆
動用帯状電極３を介して圧電振動子に印加される温度補
償駆動電圧が増大し、圧電振動子からの検出電圧を上げ
ることができる。又、温度降下により圧電振動子からの
検出電圧が増加する傾向にある場合には、温度補償回路
１８を構成するサーミスタ１３の抵抗値をその温度降下
によって大きくなるようにしておけば、これによって駆
動用帯状電極３を介して圧電振動子に印加される温度補
償駆動電圧が減少し、圧電振動子からの検出電圧を下げ
ることができる。

【００２５】このように、この駆動検出回路では、圧電
振動子の検出電圧が温度によって変化する場合でも、そ
の出力の可変分を温度補償して生成した温度補償駆動電
圧で圧電振動子を駆動しているので、圧電振動子から得
られる検出電圧は常時一定に保たれる。

【００２６】

【発明の効果】以上に述べた通り、本発明の圧電振動ジ
ャイロ用駆動検出回路によれば、温度補償回路を設けて
圧電振動子の検出電圧が温度によって変化する場合で
も、その出力の可変分を温度補償した温度補償駆動電圧
を圧電振動子に印加しているので、圧電振動子から得ら
れる検出電圧は常時一定に保たれるようになる。この結
果、圧電振動ジャイロにおいては、温度変化による影響
を受けずに安定した検出感度が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る圧電振動ジャイロ用駆
動検出回路の基本構成を示したブロック図である。駆動
回路を構成する温度補償回路の実施例の回路図である。

【図２】図１に示す圧電振動ジャイロ用駆動検出回路の
要部である温度補償回路の回路構成を示したものであ
る。

【図３】従来の圧電振動ジャイロに用いられる圧電振動
子の概略構造を示したもので、（ａ）はその斜視図、
（ｂ）はその中央部における断面図である。

【図４】図３で説明した圧電振動ジャイロに用いられる
駆動検出回路の基本構成を示したブロック図である。

【符号の説明】

１ 円柱状圧電セラミックス ２，４，６ アース用帯状電極 ５ 駆動用帯状電極 ３，７ 検出用帯状電極 ８ａ，８ｂ アース用接続電極 ９，１９ 差動増幅回路 １０，２０ 同期検波回路 １１，２１ 加算演算回路 １２，２２ 移相回路 １３ サーミスタ １４，１５ 抵抗 １８ 温度補償回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子から得られる検出電圧を合成
   して加算電圧として出力する加算増幅回路と、前記加算
   電圧を入力して前記圧電振動子の共振周波数に等しい周
   波数の駆動電圧を出力する移相回路とを含む圧電振動ジ
   ャイロ用駆動検出回路において、前記駆動電圧を温度補
   償して温度補償駆動電圧を生成すると共に、該温度補償
   駆動電圧を前記圧電振動子に印加する温度補償回路が設
   けられたことを特徴とする圧電振動ジャイロ用駆動検出
   回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧電振動ジャイロ用駆動
   検出回路において、前記温度補償回路は、前記検出電圧
   の温度変化に伴う可変分に応じて前記駆動電圧を温度補
   償することで前記温度補償駆動電圧を得ることを特徴と
   する圧電振動ジャイロ用駆動検出回路。