JPH07260493A - 振動ジャイロにおける角速度検出回路 - Google Patents
振動ジャイロにおける角速度検出回路Info
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- JPH07260493A JPH07260493A JP6050103A JP5010394A JPH07260493A JP H07260493 A JPH07260493 A JP H07260493A JP 6050103 A JP6050103 A JP 6050103A JP 5010394 A JP5010394 A JP 5010394A JP H07260493 A JPH07260493 A JP H07260493A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
- G01C19/5649—Signal processing
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 角速度を効率良く検出できると共に、圧電素
子対の等価抵抗に差が生じても、オフセットの発生を極
めて低く抑えることができる振動ジャイロにおける角速
度検出回路を提供する。 【構成】 共振点を有する振動体の側面に実質一対の圧
電素子2,3 を有する振動子４の共振状態下で、圧電素子
2,3 の通過電流の差を検出する検出手段20と、この検出
手段20の出力を振動子４の変位速度が零となるタイミン
グでサンプリングしてホールドするサンプルホールド手
段21とを有し、このサンプルホールド手段21の出力に基
づいて角速度を検出する。
子対の等価抵抗に差が生じても、オフセットの発生を極
めて低く抑えることができる振動ジャイロにおける角速
度検出回路を提供する。 【構成】 共振点を有する振動体の側面に実質一対の圧
電素子2,3 を有する振動子４の共振状態下で、圧電素子
2,3 の通過電流の差を検出する検出手段20と、この検出
手段20の出力を振動子４の変位速度が零となるタイミン
グでサンプリングしてホールドするサンプルホールド手
段21とを有し、このサンプルホールド手段21の出力に基
づいて角速度を検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、特に、圧電形振動ジ
ャイロにおいて角速度を検出するための角速度検出回路
に関するものである。
ャイロにおいて角速度を検出するための角速度検出回路
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧電型振動ジャイロとして、本願人は、
例えば、特開平５−１１３３３６号公報や特願平６−１
０３４８号等において、励振、検出および帰還の三つの
機能を有する二つの圧電素子の通過電流の差により角速
度を検出するようにしたものを提案している。
例えば、特開平５−１１３３３６号公報や特願平６−１
０３４８号等において、励振、検出および帰還の三つの
機能を有する二つの圧電素子の通過電流の差により角速
度を検出するようにしたものを提案している。
【０００３】図４は、上記特願平６−１０３４８号にお
いて提案した振動ジャイロの構成を示すものである。こ
の振動ジャイロでは、駆動装置６の信号出力端子９を、
それぞれ帰還抵抗ＲｆL ，ＲｆR を有する帰還増幅器１
０Ｌ，１０Ｒの信号用入力端子１１Ｌ，１１Ｒに接続
し、これら帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子
１２Ｌ，１２Ｒを、振動子４を構成する圧電素子２，３
の一方の電極に接続している。圧電素子２，３の他方の
電極は、コンデンサＣC を経て、振動子４の制動容量の
補償信号を出力する駆動装置６の補償信号出力端子１３
に接続し、これにより圧電素子２，３の他方の電極側の
信号と補償信号とを合成している。この合成信号は、和
動増幅器１７で電圧変換して増幅し、この和動増幅器１
７の出力端子１８を駆動装置６の入力端子１４に接続し
て、振動子４を自励振動させるようにしている。また、
帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの出力は、差動増幅器２０に
供給し、この出力に基づいて、振動子４に作用する角速
度によって生じるコリオリの力を検出するようにしてい
る。
いて提案した振動ジャイロの構成を示すものである。こ
の振動ジャイロでは、駆動装置６の信号出力端子９を、
それぞれ帰還抵抗ＲｆL ，ＲｆR を有する帰還増幅器１
０Ｌ，１０Ｒの信号用入力端子１１Ｌ，１１Ｒに接続
し、これら帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子
１２Ｌ，１２Ｒを、振動子４を構成する圧電素子２，３
の一方の電極に接続している。圧電素子２，３の他方の
電極は、コンデンサＣC を経て、振動子４の制動容量の
補償信号を出力する駆動装置６の補償信号出力端子１３
に接続し、これにより圧電素子２，３の他方の電極側の
信号と補償信号とを合成している。この合成信号は、和
動増幅器１７で電圧変換して増幅し、この和動増幅器１
７の出力端子１８を駆動装置６の入力端子１４に接続し
て、振動子４を自励振動させるようにしている。また、
帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの出力は、差動増幅器２０に
供給し、この出力に基づいて、振動子４に作用する角速
度によって生じるコリオリの力を検出するようにしてい
る。
【０００４】一方、駆動装置６は、図５に示すように、
非反転増幅器１５および反転増幅器１６を有し、入力端
子１４からの信号を非反転増幅器１５で増幅し、その出
力を補償信号として補償信号出力端子１３に供給すると
共に、反転増幅器１６で増幅して、駆動信号として信号
出力端子９に供給するよう構成している。すなわち、信
号出力端子９に供給される駆動信号と、補償信号出力端
子１３に供給される補償信号との位相を１８０°異なら
せると共に、振幅比を反転増幅器１６によって適切に設
定するようにしている。
非反転増幅器１５および反転増幅器１６を有し、入力端
子１４からの信号を非反転増幅器１５で増幅し、その出
力を補償信号として補償信号出力端子１３に供給すると
共に、反転増幅器１６で増幅して、駆動信号として信号
出力端子９に供給するよう構成している。すなわち、信
号出力端子９に供給される駆動信号と、補償信号出力端
子１３に供給される補償信号との位相を１８０°異なら
せると共に、振幅比を反転増幅器１６によって適切に設
定するようにしている。
【０００５】なお、振動子４としては、例えば、図６
（Ａ）に示すように、横断面形状が四角形を成し、共振
点を有する振動体１の一側面１ａに圧電素子２を、その
側面１ａと隣接する他の側面１ｂに圧電素子３をそれぞ
れ形成したもの、図６（Ｂ）に示すように、振動体１の
同一側面上に幅方向に分割して圧電素子２，３を形成し
たもの、図６（Ｃ）に示すように、振動体１の対向する
側面上に幅方向にずらして圧電素子２，３を形成したも
の、あるいは、図６（Ｄ）に示すように、振動体１の対
向する側面に実質的に一つの圧電素子２として作用する
ように、それぞれ圧電素子２ａ，２ｂを形成してこれら
を並列接続すると共に、他の対向する側面にも実質的に
一つの圧電素子３として作用するように、それぞれ圧電
素子３ａ，３ｂを形成してこれらを並列接続したものが
用いられる。
（Ａ）に示すように、横断面形状が四角形を成し、共振
点を有する振動体１の一側面１ａに圧電素子２を、その
側面１ａと隣接する他の側面１ｂに圧電素子３をそれぞ
れ形成したもの、図６（Ｂ）に示すように、振動体１の
同一側面上に幅方向に分割して圧電素子２，３を形成し
たもの、図６（Ｃ）に示すように、振動体１の対向する
側面上に幅方向にずらして圧電素子２，３を形成したも
の、あるいは、図６（Ｄ）に示すように、振動体１の対
向する側面に実質的に一つの圧電素子２として作用する
ように、それぞれ圧電素子２ａ，２ｂを形成してこれら
を並列接続すると共に、他の対向する側面にも実質的に
一つの圧電素子３として作用するように、それぞれ圧電
素子３ａ，３ｂを形成してこれらを並列接続したものが
用いられる。
【０００６】また、その他の振動子４として、図６
（Ｅ）に示すように、横断面形状が三角形を成し、共振
点を有する振動体１の二つの側面に圧電素子２，３を形
成したものや、図６（Ｆ）に示すように、横断面形状が
円形を成し、共振点を有する振動体１の円周側面に圧電
素子２，３を形成したもの等、種々の横断面形状を有す
る振動体の側面に実質的に二つの圧電素子を形成したも
のが用いられる。
（Ｅ）に示すように、横断面形状が三角形を成し、共振
点を有する振動体１の二つの側面に圧電素子２，３を形
成したものや、図６（Ｆ）に示すように、横断面形状が
円形を成し、共振点を有する振動体１の円周側面に圧電
素子２，３を形成したもの等、種々の横断面形状を有す
る振動体の側面に実質的に二つの圧電素子を形成したも
のが用いられる。
【０００７】図４に示す振動ジャイロによれば、圧電素
子２，３に流れる電流成分のうち、それぞれの制動容量
Ｃｄに関わる虚数成分は、コンデンサＣC を経て合成さ
れる補償信号により打ち消されるので、和動増幅器１７
の出力は、圧電素子２，３を流れる電流成分のうちの実
数成分のみとなる。したがって、和動増幅器１７の電圧
利得は、振動子４の機械的直列共振周波数ｆS において
最大となるので、振動子４をその機械的直列共振周波数
ｆS に正確に一致した周波数で安定して自励振動させる
ことができる。
子２，３に流れる電流成分のうち、それぞれの制動容量
Ｃｄに関わる虚数成分は、コンデンサＣC を経て合成さ
れる補償信号により打ち消されるので、和動増幅器１７
の出力は、圧電素子２，３を流れる電流成分のうちの実
数成分のみとなる。したがって、和動増幅器１７の電圧
利得は、振動子４の機械的直列共振周波数ｆS において
最大となるので、振動子４をその機械的直列共振周波数
ｆS に正確に一致した周波数で安定して自励振動させる
ことができる。
【０００８】また、振動子４に角速度が作用すると、コ
リオリの力が発生して圧電素子２，３の通過電流に差が
生じ、その結果、二つの帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの出
力電圧に差が生じるので、差動増幅器２０の出力を、例
えば、同期検波回路に供給して、駆動装置６からの駆動
信号に同期して検波することにより、角速度の印加方向
およびその大きさを検出することが可能となる。
リオリの力が発生して圧電素子２，３の通過電流に差が
生じ、その結果、二つの帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの出
力電圧に差が生じるので、差動増幅器２０の出力を、例
えば、同期検波回路に供給して、駆動装置６からの駆動
信号に同期して検波することにより、角速度の印加方向
およびその大きさを検出することが可能となる。
【０００９】図７は、かかる同期検波回路の一例の構成
を示すものである。この同期検波回路２５は、帰還増幅
器２６と、その非反転入力端子に接続された電界効果型
トランジスタよりなるスイッチング素子２７とを有する
もので、帰還増幅器２６の反転および非反転入力端子に
差動増幅器２０の出力を並列に印加すると共に、スイッ
チング素子２７のゲート端子に駆動装置６からの駆動信
号を供給して、帰還増幅器２６の非反転入力端子を駆動
信号に同期して接地することにより、差動増幅器２０の
出力を同期検波することができる。
を示すものである。この同期検波回路２５は、帰還増幅
器２６と、その非反転入力端子に接続された電界効果型
トランジスタよりなるスイッチング素子２７とを有する
もので、帰還増幅器２６の反転および非反転入力端子に
差動増幅器２０の出力を並列に印加すると共に、スイッ
チング素子２７のゲート端子に駆動装置６からの駆動信
号を供給して、帰還増幅器２６の非反転入力端子を駆動
信号に同期して接地することにより、差動増幅器２０の
出力を同期検波することができる。
【００１０】また、図７に示す同期検波回路２５に類す
る回路として、特開昭６２−１５０１１６号公報には、
循環的駆動による所望方向成分が極大、極小となるタイ
ミングに同期して、偏位検知信号をサンプルホールドす
ることにより、角速度を検出するようにしたものが開示
されている。
る回路として、特開昭６２−１５０１１６号公報には、
循環的駆動による所望方向成分が極大、極小となるタイ
ミングに同期して、偏位検知信号をサンプルホールドす
ることにより、角速度を検出するようにしたものが開示
されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような同期検波回路においては、入力信号レベルに対
して必ずしも直線的な特性を有さず、例えば、圧電素子
２，３の等価抵抗に差があると、駆動装置６からの駆動
信号と同相または逆相の漏れ信号が入力して、図８に示
すように、直流レベルが変動するオフセットが生じるこ
とになる。
たような同期検波回路においては、入力信号レベルに対
して必ずしも直線的な特性を有さず、例えば、圧電素子
２，３の等価抵抗に差があると、駆動装置６からの駆動
信号と同相または逆相の漏れ信号が入力して、図８に示
すように、直流レベルが変動するオフセットが生じるこ
とになる。
【００１２】一方、振動子４の振動の変位ｘ（ｔ）は、
周期的な外力Ｆ（ｔ）を、 Ｆ（ｔ）＝Ｆ0cosωｔ ………（１） とすると、
周期的な外力Ｆ（ｔ）を、 Ｆ（ｔ）＝Ｆ0cosωｔ ………（１） とすると、
【数１】 で与えられる。ここで、ｒは機械抵抗、ｍは等価質量、
ω0 は機械的直列共振角周波数（２πｆS ）である。
ω0 は機械的直列共振角周波数（２πｆS ）である。
【００１３】また、ベクトルで表される変位速度Ｘ
（ｔ）は、
（ｔ）は、
【数２】 で与えられる。
【００１４】したがって、ω＝ω0 で振動する振動子４
の変位ｘ（ｔ）および変位速度Ｘ（ｔ）は、それぞれ、
の変位ｘ（ｔ）および変位速度Ｘ（ｔ）は、それぞれ、
【数３】 となって、外力Ｆ（ｔ）と同じ時間関数でみて、変位速
度Ｘ（ｔ）が極大、極小となる時刻は、外力Ｆ（ｔ）が
極大、極小となる時刻と一致する。上記の、Ｆ（ｔ）、
ｘ（ｔ）およびＸ（ｔ）の波形図を、図２（Ａ）に示
す。
度Ｘ（ｔ）が極大、極小となる時刻は、外力Ｆ（ｔ）が
極大、極小となる時刻と一致する。上記の、Ｆ（ｔ）、
ｘ（ｔ）およびＸ（ｔ）の波形図を、図２（Ａ）に示
す。
【００１５】同様に、印加角速度Ωにより発生するコリ
オリの力ＦC （ｔ）は、
オリの力ＦC （ｔ）は、
【数４】 で表され、変位速度Ｘ（ｔ）が極大、極小となる時刻
で、同様に極大、極小となる。
で、同様に極大、極小となる。
【００１６】したがって、変位速度Ｘ（ｔ）が極大、極
小となるタイミングで、差動増幅器２０の出力をサンプ
ルホールドすれば、理論的には、角速度を検出すること
ができる。
小となるタイミングで、差動増幅器２０の出力をサンプ
ルホールドすれば、理論的には、角速度を検出すること
ができる。
【００１７】しかしながら、例えば、図４に示したよう
に、一対の圧電素子２，３の通過電流を電圧変換して駆
動装置６に帰還するような場合には、外力に対応する駆
動装置６の駆動信号ｖ（ｔ）を、ｖ（ｔ）＝ｖ0 cosω
ｔ、圧電素子２，３の並列アドミッタンスをＹとする
と、圧電素子２，３を流れる電流Ｉ（ｔ）は、 Ｉ（ｔ）＝Ｙ・ｖ0 cosωｔ ………（７） となり、特に機械的直列共振角周波数ω0 においては、
力係数をＡとすると、
に、一対の圧電素子２，３の通過電流を電圧変換して駆
動装置６に帰還するような場合には、外力に対応する駆
動装置６の駆動信号ｖ（ｔ）を、ｖ（ｔ）＝ｖ0 cosω
ｔ、圧電素子２，３の並列アドミッタンスをＹとする
と、圧電素子２，３を流れる電流Ｉ（ｔ）は、 Ｉ（ｔ）＝Ｙ・ｖ0 cosωｔ ………（７） となり、特に機械的直列共振角周波数ω0 においては、
力係数をＡとすると、
【数５】 となるので、変位に対応する和動増幅器１７による電圧
変換値ｖout （ｔ）およびそれを微分して得られるベク
トルで表される時間微分値Ｖout （ｔ）は、それぞれ、 ｖout （ｔ）∝ cosω0 ｔ ………（８） Ｖout （ｔ）∝ω0sinω0 ｔ ………（９） で表されるようになり、上記（４）式および（５）式で
示された振動子４の実際の運動に対して、電気的には位
相がπ／２ずれた信号として検知されることになる。
変換値ｖout （ｔ）およびそれを微分して得られるベク
トルで表される時間微分値Ｖout （ｔ）は、それぞれ、 ｖout （ｔ）∝ cosω0 ｔ ………（８） Ｖout （ｔ）∝ω0sinω0 ｔ ………（９） で表されるようになり、上記（４）式および（５）式で
示された振動子４の実際の運動に対して、電気的には位
相がπ／２ずれた信号として検知されることになる。
【００１８】このため、差動増幅器２０の出力を、変位
速度Ｘ（ｔ）が極大、極小となるタイミングでサンプル
ホールドしても、観測値は、Ｖout （ｔ）＝０となり、
その結果、電気的信号としては、その時刻で速度が零と
して観測されるため、角速度を検出することができなく
なる。上記の、ｖ（ｔ）、ｖout （ｔ）およびＶ
out（ｔ）の波形図を、図２（Ｂ）に示す。
速度Ｘ（ｔ）が極大、極小となるタイミングでサンプル
ホールドしても、観測値は、Ｖout （ｔ）＝０となり、
その結果、電気的信号としては、その時刻で速度が零と
して観測されるため、角速度を検出することができなく
なる。上記の、ｖ（ｔ）、ｖout （ｔ）およびＶ
out（ｔ）の波形図を、図２（Ｂ）に示す。
【００１９】この発明は、上述したような問題点に着目
してなされたもので、角速度を効率良く検出できると共
に、圧電素子対の等価抵抗に差が生じても、オフセット
の発生を極めて低く抑えることができるよう適切に構成
した振動ジャイロにおける角速度検出回路を提供するこ
とを目的とする。
してなされたもので、角速度を効率良く検出できると共
に、圧電素子対の等価抵抗に差が生じても、オフセット
の発生を極めて低く抑えることができるよう適切に構成
した振動ジャイロにおける角速度検出回路を提供するこ
とを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の角速度検出回路は、共振点を有する振動
体の側面に実質一対の圧電素子を有する振動子の共振状
態下で、前記実質一対の圧電素子の通過電流の差を検出
する検出手段と、この検出手段の出力を前記振動子の変
位速度が零となるタイミングでサンプリングしてホール
ドするサンプルホールド手段とを有し、このサンプルホ
ールド手段の出力に基づいて角速度を検出するよう構成
したことを特徴とするものである。
め、この発明の角速度検出回路は、共振点を有する振動
体の側面に実質一対の圧電素子を有する振動子の共振状
態下で、前記実質一対の圧電素子の通過電流の差を検出
する検出手段と、この検出手段の出力を前記振動子の変
位速度が零となるタイミングでサンプリングしてホール
ドするサンプルホールド手段とを有し、このサンプルホ
ールド手段の出力に基づいて角速度を検出するよう構成
したことを特徴とするものである。
【００２１】この発明の好適実施例においては、前記一
対の圧電素子は、その一方の圧電素子の一方の電極を、
一方の帰還増幅器の帰還用入力端子に、他方の圧電素子
の一方の電極を、他方の帰還増幅器の帰還用入力端子に
それぞれ結合すると共に、これら圧電素子のそれぞれ他
方の電極を、前記振動子の制動容量の補償信号を出力す
る駆動装置の補償信号出力端子に結合し、前記二つの帰
還増幅器のそれぞれの信号用入力端子は、前記振動子の
駆動信号を出力する前記駆動装置の信号出力端子に結合
し、さらに前記一対の圧電素子のそれぞれ他方の電極側
の信号と前記補償信号との合成信号を前記駆動装置に帰
還して、前記振動子をその機械的直列共振周波数で自励
振動させるよう構成し、前記検出手段は、前記二つの帰
還増幅器の出力差を検出するよう構成したことを特徴と
するものである。
対の圧電素子は、その一方の圧電素子の一方の電極を、
一方の帰還増幅器の帰還用入力端子に、他方の圧電素子
の一方の電極を、他方の帰還増幅器の帰還用入力端子に
それぞれ結合すると共に、これら圧電素子のそれぞれ他
方の電極を、前記振動子の制動容量の補償信号を出力す
る駆動装置の補償信号出力端子に結合し、前記二つの帰
還増幅器のそれぞれの信号用入力端子は、前記振動子の
駆動信号を出力する前記駆動装置の信号出力端子に結合
し、さらに前記一対の圧電素子のそれぞれ他方の電極側
の信号と前記補償信号との合成信号を前記駆動装置に帰
還して、前記振動子をその機械的直列共振周波数で自励
振動させるよう構成し、前記検出手段は、前記二つの帰
還増幅器の出力差を検出するよう構成したことを特徴と
するものである。
【００２２】
【作用】この発明において、検出手段で検出される実質
一対の圧電素子の通過電流の差を、サンプルホールド手
段により振動子の変位速度が零となるタイミングでサン
プリングしてホールドすると、この実質一対の圧電素子
の通過電流の差は、角速度の検出信号が極大、極小とな
るタイミングでサンプルホールドされることになる。
一対の圧電素子の通過電流の差を、サンプルホールド手
段により振動子の変位速度が零となるタイミングでサン
プリングしてホールドすると、この実質一対の圧電素子
の通過電流の差は、角速度の検出信号が極大、極小とな
るタイミングでサンプルホールドされることになる。
【００２３】
【実施例】以下、この発明の実施例について、図面を参
照して説明する。図１は、この発明の一実施例を示すも
のである。この実施例は、図４に示す振動ジャイロにお
ける角速度を検出するものである。すなわち、この実施
例では、駆動装置６の信号出力端子９を、それぞれ帰還
抵抗ＲｆL ，ＲｆR を有する帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒ
の信号用入力端子１１Ｌ，１１Ｒに接続し、これら帰還
増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒ
を、振動子４を構成する圧電素子２，３の一方の電極に
接続する。圧電素子２，３の他方の電極は、コンデンサ
ＣC を経て、振動子４の制動容量の補償信号を出力する
駆動装置６の補償信号出力端子１３に接続し、これによ
り圧電素子２，３の他方の電極側の信号と補償信号とを
合成する。この合成信号は、和動増幅器１７で電圧変換
して増幅し、この和動増幅器１７の出力端子１８を駆動
装置６の入力端子１４に接続して、振動子４を自励振動
させるようにする。また、帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの
出力は、差動増幅器２０に供給する。
照して説明する。図１は、この発明の一実施例を示すも
のである。この実施例は、図４に示す振動ジャイロにお
ける角速度を検出するものである。すなわち、この実施
例では、駆動装置６の信号出力端子９を、それぞれ帰還
抵抗ＲｆL ，ＲｆR を有する帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒ
の信号用入力端子１１Ｌ，１１Ｒに接続し、これら帰還
増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒ
を、振動子４を構成する圧電素子２，３の一方の電極に
接続する。圧電素子２，３の他方の電極は、コンデンサ
ＣC を経て、振動子４の制動容量の補償信号を出力する
駆動装置６の補償信号出力端子１３に接続し、これによ
り圧電素子２，３の他方の電極側の信号と補償信号とを
合成する。この合成信号は、和動増幅器１７で電圧変換
して増幅し、この和動増幅器１７の出力端子１８を駆動
装置６の入力端子１４に接続して、振動子４を自励振動
させるようにする。また、帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの
出力は、差動増幅器２０に供給する。
【００２４】差動増幅器２０の出力は、サンプルホール
ド回路２１の信号入力端子２２に供給する。このサンプ
ルホールド回路２１のパルス入力端子２３には、図２に
白抜き矢印で示すタイミングのサンプリングパルスを供
給し、このサンプリングパルスにより、すなわちベクト
ルで表される変位速度Ｘ（ｔ）が零となるタイミング
で、差動増幅器２０の出力をサンプルホールドして出力
端子２４に供給し、このサンプルホールド回路２１の出
力信号に基づいて、振動子４に作用する角速度を検出す
る。
ド回路２１の信号入力端子２２に供給する。このサンプ
ルホールド回路２１のパルス入力端子２３には、図２に
白抜き矢印で示すタイミングのサンプリングパルスを供
給し、このサンプリングパルスにより、すなわちベクト
ルで表される変位速度Ｘ（ｔ）が零となるタイミング
で、差動増幅器２０の出力をサンプルホールドして出力
端子２４に供給し、このサンプルホールド回路２１の出
力信号に基づいて、振動子４に作用する角速度を検出す
る。
【００２５】このように、ベクトルで表される変位速度
Ｘ（ｔ）が零となるタイミングで、差動増幅器２０の出
力をサンプルホールドすれば、図２から明らかなよう
に、角速度の検出信号Ｖout （ｔ）が、極大値、極小値
を示すので、最も効率良く角速度を検出することができ
る。
Ｘ（ｔ）が零となるタイミングで、差動増幅器２０の出
力をサンプルホールドすれば、図２から明らかなよう
に、角速度の検出信号Ｖout （ｔ）が、極大値、極小値
を示すので、最も効率良く角速度を検出することができ
る。
【００２６】また、圧電素子２，３の等価抵抗に差が生
じて、差動増幅器２０の出力に駆動装置６の駆動信号ｖ
（ｔ）と同相または逆相のもれ信号が入力しても、差動
増幅器２０の出力は、駆動信号ｖ（ｔ）が零となるタイ
ミングでサンプルホールドされるので、図３に示すよう
に、等価抵抗差にかかわらず、直流レベルの変動をきわ
めて低く抑えることができる。
じて、差動増幅器２０の出力に駆動装置６の駆動信号ｖ
（ｔ）と同相または逆相のもれ信号が入力しても、差動
増幅器２０の出力は、駆動信号ｖ（ｔ）が零となるタイ
ミングでサンプルホールドされるので、図３に示すよう
に、等価抵抗差にかかわらず、直流レベルの変動をきわ
めて低く抑えることができる。
【００２７】なお、この発明は、上述した実施例にのみ
限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能
である。例えば、上述した実施例においては、帰還増幅
器１０Ｌ，１０Ｒとして演算増幅器を用いたが、その他
の帰還増幅器を用いることもできる。
限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能
である。例えば、上述した実施例においては、帰還増幅
器１０Ｌ，１０Ｒとして演算増幅器を用いたが、その他
の帰還増幅器を用いることもできる。
【００２８】また、和動増幅器１７の出力を反転増幅器
で反転増幅して、駆動信号と同相とし、この反転増幅器
の出力をそれぞれ可変抵抗を経て帰還増幅器１０Ｌ，１
０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒに供給して、圧電
素子２，３の等価抵抗を流れる電流値に対応する電流を
帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒに流入させるよう構成す
ることもできる。このように構成すれば、帰還増幅器１
０Ｌ，１０Ｒの帰還抵抗ＲｆL ，ＲｆR には、実数成分
の電流が流れず、コリオリの力に対応した電流、すなわ
ち虚数成分の電流のみが流れることになるので、帰還増
幅器１０Ｌ，１０Ｒにおいて、ヌル電圧の発生を有効に
低減できると共に、入力角速度に対応した位相成分を有
効に増幅でき、したがって角速度をより高精度で検出す
ることができる。
で反転増幅して、駆動信号と同相とし、この反転増幅器
の出力をそれぞれ可変抵抗を経て帰還増幅器１０Ｌ，１
０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒに供給して、圧電
素子２，３の等価抵抗を流れる電流値に対応する電流を
帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒに流入させるよう構成す
ることもできる。このように構成すれば、帰還増幅器１
０Ｌ，１０Ｒの帰還抵抗ＲｆL ，ＲｆR には、実数成分
の電流が流れず、コリオリの力に対応した電流、すなわ
ち虚数成分の電流のみが流れることになるので、帰還増
幅器１０Ｌ，１０Ｒにおいて、ヌル電圧の発生を有効に
低減できると共に、入力角速度に対応した位相成分を有
効に増幅でき、したがって角速度をより高精度で検出す
ることができる。
【００２９】さらに、かかる変形例において、帰還増幅
器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒ側に
供給する駆動信号と同相の信号に、圧電素子２，３の等
価抵抗の温度依存性に対応する変化をもたせるよう構成
することもできる。この場合には、和動増幅器１７の出
力と駆動装置６からの補償信号とを和動増幅器に供給し
て合成し、その出力を同様に、可変抵抗により圧電素子
２，３の等価抵抗の微妙な差異を調整して帰還増幅器１
０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒに供給す
ればよい。
器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒ側に
供給する駆動信号と同相の信号に、圧電素子２，３の等
価抵抗の温度依存性に対応する変化をもたせるよう構成
することもできる。この場合には、和動増幅器１７の出
力と駆動装置６からの補償信号とを和動増幅器に供給し
て合成し、その出力を同様に、可変抵抗により圧電素子
２，３の等価抵抗の微妙な差異を調整して帰還増幅器１
０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒに供給す
ればよい。
【００３０】このようにすれば、和動増幅器１７の出力
と駆動装置６からの補償信号とを合成する和動増幅器か
ら帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，
１２Ｒに流入する電流は、圧電素子２，３の等価抵抗を
流れる電流に対応し、かつその温度依存性に対応して変
化することになる。したがって、周囲温度が変化して
も、帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還抵抗ＲｆL ，Ｒｆ
R には、常に実数成分の電流が流れず、コリオリの力に
対応した電流、すなわち虚数成分の電流のみが流れるこ
とになるので、ヌル電圧の発生およびその変動を有効に
低減することができると共に、入力角速度に対応した位
相成分をより有効に増幅でき、角速度をより高精度で検
出することができる。
と駆動装置６からの補償信号とを合成する和動増幅器か
ら帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，
１２Ｒに流入する電流は、圧電素子２，３の等価抵抗を
流れる電流に対応し、かつその温度依存性に対応して変
化することになる。したがって、周囲温度が変化して
も、帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還抵抗ＲｆL ，Ｒｆ
R には、常に実数成分の電流が流れず、コリオリの力に
対応した電流、すなわち虚数成分の電流のみが流れるこ
とになるので、ヌル電圧の発生およびその変動を有効に
低減することができると共に、入力角速度に対応した位
相成分をより有効に増幅でき、角速度をより高精度で検
出することができる。
【００３１】また、上記の和動増幅器１７の出力と補償
信号とを合成する和動増幅器に代えて差動増幅器を設
け、この差動増幅器に、和動増幅器１７の出力と駆動装
置６からの駆動信号とを供給して、それらの差動出力
を、可変抵抗を経て帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用
入力端子１２Ｌ，１２Ｒに供給し、これにより帰還用入
力端子１２Ｌ，１２Ｒに圧電素子２，３の等価抵抗を流
れる電流値に対応し、かつその温度依存性に対応して変
化する電流を流入させるようにすることもできる。この
ように構成すれば、上記の場合と同様に、角速度をより
高精度で検出することができる。
信号とを合成する和動増幅器に代えて差動増幅器を設
け、この差動増幅器に、和動増幅器１７の出力と駆動装
置６からの駆動信号とを供給して、それらの差動出力
を、可変抵抗を経て帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用
入力端子１２Ｌ，１２Ｒに供給し、これにより帰還用入
力端子１２Ｌ，１２Ｒに圧電素子２，３の等価抵抗を流
れる電流値に対応し、かつその温度依存性に対応して変
化する電流を流入させるようにすることもできる。この
ように構成すれば、上記の場合と同様に、角速度をより
高精度で検出することができる。
【００３２】さらに、この発明は、上記の特開平５−１
１３３３６号公報に開示されているように、振動体の側
面に貼着した二つの圧電素子を増幅器の正帰還ループに
挿入して、振動子を自励振動させると共に、これら二つ
の圧電素子の帰還電流値に基づいて角速度を検出する場
合にも、有効に適用することができる。
１３３３６号公報に開示されているように、振動体の側
面に貼着した二つの圧電素子を増幅器の正帰還ループに
挿入して、振動子を自励振動させると共に、これら二つ
の圧電素子の帰還電流値に基づいて角速度を検出する場
合にも、有効に適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、実質
一対の圧電素子を有する振動子の共振状態下で、実質一
対の圧電素子の通過電流の差を、振動子の変位速度が零
となるタイミングでサンプルホールして角速度を検出す
るようにしたので、最も効率良く角速度を検出すること
ができると共に、実質一対の圧電素子の等価抵抗に差が
生じても、直流レベル変動、したがってオフセットの発
生をきわめて低く抑えることができる。
一対の圧電素子を有する振動子の共振状態下で、実質一
対の圧電素子の通過電流の差を、振動子の変位速度が零
となるタイミングでサンプルホールして角速度を検出す
るようにしたので、最も効率良く角速度を検出すること
ができると共に、実質一対の圧電素子の等価抵抗に差が
生じても、直流レベル変動、したがってオフセットの発
生をきわめて低く抑えることができる。
【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】その動作を説明するための信号波形図である。
【図３】図１に示す構成において、二つの圧電素子の等
価抵抗差による電圧オフットの発生を示す図である。
価抵抗差による電圧オフットの発生を示す図である。
【図４】この発明を適用し得る振動ジャイロの一例の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す駆動装置の一例の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図６】この発明に使用可能な振動子の６つの例を示す
図である。
図である。
【図７】この発明に使用可能なサンプルホールド回路の
一例の回路構成図である。
一例の回路構成図である。
【図８】従来の問題点の一つを説明するための二つの圧
電素子の等価抵抗差による電圧オフットの発生を示す図
である。
電素子の等価抵抗差による電圧オフットの発生を示す図
である。
１ 振動体 ２，３ 圧電素子 ４ 振動子 ６ 駆動装置 １０Ｌ，１０Ｒ 帰還増幅器 １７ 和動増幅器 ２０ 差動増幅器 ２１ サンプルホールド回路
Claims (1)
- 【請求項１】 共振点を有する振動体の側面に実質一対
の圧電素子を有する振動子の共振状態下で、前記実質一
対の圧電素子の通過電流の差を検出する検出手段と、こ
の検出手段の出力を前記振動子の変位速度が零となるタ
イミングでサンプリングしてホールドするサンプルホー
ルド手段とを有し、このサンプルホールド手段の出力に
基づいて角速度を検出するよう構成したことを特徴とす
る振動ジャイロにおける角速度検出回路。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6050103A JPH07260493A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 振動ジャイロにおける角速度検出回路 |
| US08/371,028 US5551292A (en) | 1994-03-22 | 1995-01-10 | Angular velocity detection circuit for vibratory gyroscopes |
| EP95104242A EP0674152B1 (en) | 1994-03-22 | 1995-03-22 | Angular velocity detection circuit for vibratory gyroscopes |
| DE69510844T DE69510844T2 (de) | 1994-03-22 | 1995-03-22 | Drehgeschwindigkeitsdetektorschaltung für Vibrationskreisel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6050103A JPH07260493A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 振動ジャイロにおける角速度検出回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07260493A true JPH07260493A (ja) | 1995-10-13 |
Family
ID=12849750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6050103A Pending JPH07260493A (ja) | 1994-03-22 | 1994-03-22 | 振動ジャイロにおける角速度検出回路 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5551292A (ja) |
| EP (1) | EP0674152B1 (ja) |
| JP (1) | JPH07260493A (ja) |
| DE (1) | DE69510844T2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6467347B1 (en) | 1999-10-20 | 2002-10-22 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Angular velocity detection circuit, method of detecting angular velocity and vibrating gyroscope |
| JP2008058212A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度センサ |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3937589B2 (ja) * | 1998-06-16 | 2007-06-27 | 松下電器産業株式会社 | 角速度センサ |
| KR101354782B1 (ko) * | 2012-05-25 | 2014-01-22 | 삼성전기주식회사 | 자이로 센서 신호 탐지 장치 및 그 방법 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4510802A (en) * | 1983-09-02 | 1985-04-16 | Sundstrand Data Control, Inc. | Angular rate sensor utilizing two vibrating accelerometers secured to a parallelogram linkage |
| JPH0571967A (ja) * | 1991-09-17 | 1993-03-23 | Akai Electric Co Ltd | 振動ジヤイロ |
| JPH0694734A (ja) * | 1992-03-23 | 1994-04-08 | Taya Eng Kk | 角速度検出センサーにおけるドリフトキャンセル方式およびその装置 |
| EP0579974B1 (en) * | 1992-06-29 | 1996-09-04 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Drift suppressing circuit of gyroscope |
-
1994
- 1994-03-22 JP JP6050103A patent/JPH07260493A/ja active Pending
-
1995
- 1995-01-10 US US08/371,028 patent/US5551292A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-03-22 EP EP95104242A patent/EP0674152B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-03-22 DE DE69510844T patent/DE69510844T2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6467347B1 (en) | 1999-10-20 | 2002-10-22 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Angular velocity detection circuit, method of detecting angular velocity and vibrating gyroscope |
| KR100415076B1 (ko) * | 1999-10-20 | 2004-01-13 | 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼 | 각속도 검출 방법 및 진동 자이로스코프 |
| JP2008058212A (ja) * | 2006-09-01 | 2008-03-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69510844D1 (de) | 1999-08-26 |
| US5551292A (en) | 1996-09-03 |
| EP0674152A1 (en) | 1995-09-27 |
| DE69510844T2 (de) | 1999-11-18 |
| EP0674152B1 (en) | 1999-07-21 |
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