JPH0791963A - 振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価に、検出感度の温度特性を補償すること
ができる振動ジャイロを得る。 【構成】 振動ジャイロ１０は、３角柱状の振動体１４
と圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃとからなる振動子１
２を含む。圧電素子１６ａ，１６ｂと圧電素子１６ｃと
の間に、発振回路２６を接続する。発振回路２６は、増
幅器２８と移相器３０とで構成される。移相器３０とし
て、抵抗３２とコンデンサ３４とで形成されるＣＲフィ
ルタを使用する。コンデンサ３４として、温度補償用コ
ンデンサを使用する。圧電素子１６ａ，１６ｂの出力信
号を差動回路３６に入力する。差動回路３６を同期検波
回路３８に接続し、同期検波回路３８を平滑回路４０に
接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロに関し、
特にたとえば、柱状の振動体の屈曲振動を利用した振動
ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来の振動ジャイロの一例を示
す図解図である。振動ジャイロ１は、たとえば正３角柱
状の振動体２を含む。振動体２の側面には、それぞれ圧
電素子３ａ，３ｂ，３ｃが形成される。圧電素子３ａ，
３ｂは、振動体２を屈曲振動させるための駆動用として
用いられ、また回転角速度に応じた信号を検出するため
の検出用としても用いられる。そして、圧電素子３ｃ
は、振動体２を駆動するための帰還用として用いられ
る。圧電素子３ａ，３ｂと圧電素子３ｃとの間には、発
振回路としての増幅器４および移相器５が接続される。
位相器５としては、抵抗とコンデンサとからなるＣＲフ
ィルタが用いられる。また、圧電素子３ａ，３ｂは、差
動回路６の入力端に接続される。差動回路６の出力端は
同期検波回路７に接続され、さらに同期検波回路７は平
滑回路８に接続される。

【０００３】この振動ジャイロ１では、帰還用の圧電素
子３ｃからの信号が増幅器４で増幅され、さらに移相器
５で位相が調整される。そして、移相器５の信号が駆動
用の圧電素子３ａ，３ｂに入力されることにより、振動
体２は自励振駆動させられる。このとき、振動体２は、
圧電素子３ｃ形成面に直交する方向に屈曲振動する。こ
の状態で、振動体２の軸を中心として回転すると、コリ
オリ力により振動体２の振動方向が変わる。それによ
り、検出用の圧電素子３ａ，３ｂ間に出力信号の差が生
じ、この出力信号の差が差動回路６から出力される。そ
して、差動回路６の出力信号を検波し、平滑することに
よって、振動ジャイロ１に加わった回転角速度に対応し
た信号を検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発振回
路には温度特性があり、雰囲気温度の変化によって振動
体を屈曲振動させるための励振信号電圧が変化する。そ
のため、雰囲気温度によって振動体の振動状態が変化
し、それにともなって回転角速度の検出感度も変化す
る。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、安
価に、検出感度の温度特性を補償することができる振動
ジャイロを提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、柱状の振動
体と、振動体に屈曲振動を与えるための発振回路とを含
む振動ジャイロにおいて、発振回路は増幅器と増幅器の
出力信号の位相を調整するための移相器とからなり、移
相器に含まれるコンデンサとして温度補償用コンデンサ
が用いられたことを特徴とする、振動ジャイロである。

【０００７】

【作用】雰囲気温度の変化により、温度補償用コンデン
サの静電容量が変化する。静電容量の変化により、抵抗
とコンデンサとで形成される移相器のカットオフ周波数
が変化する。それにより、発振回路の励振信号電圧が変
化する。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、発振回路の温度特性
と逆の特性をもつように温度補償用コンデンサを選ぶこ
とによって、雰囲気温度の変化による励振信号電圧の変
化を相殺することができる。そのため、雰囲気温度が変
化しても、ほぼ一定の励振信号電圧を得ることができ、
振動体の屈曲振動を安定化させることができる。したが
って、雰囲気温度の変化にかかわらず、振動ジャイロの
検出感度をほぼ一定に保つことができる。しかも、温度
補償用コンデンサは安価であり、温度補償のためのコス
トを抑えることができる。

【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１０】

【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す図解図であ
る。振動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。振動子１
２は、図２および図３に示すように、たとえば正３角柱
状の振動体１４を含む。振動体１４は、たとえばエリン
バ，鉄−ニッケル合金，石英，ガラス，水晶，セラミッ
クなど、一般的に機械的な振動を生じる材料で形成され
る。

【００１１】振動体１４の３つの側面には、それぞれ圧
電素子１６ａ，１６ｂおよび１６ｃが形成される。圧電
素子１６ａは、たとえば磁器からなる圧電層１８ａを含
み、圧電層１８ａの両主面にはそれぞれ電極２０ａおよ
び２２ａが形成される。そして、一方の電極２０ａが振
動体１４の側面に接着される。同様に、圧電素子１６
ｂ，１６ｃは圧電層１８ｂ，１８ｃを含み、圧電層１８
ｂ，１８ｃの両主面に電極２０ｂ，２２ｂおよび電極２
０ｃ，２２ｃが形成される。そして、これらの圧電素子
１６ｂ，１６ｃの一方の電極２０ｂ，２０ｃが、振動体
１４の側面に接着される。さらに、振動体１４のノード
点近傍の稜線部分は、たとえば金属線からなる支持部材
２４ａ，２４ｂで支持される。これらの支持部材２４
ａ，２４ｂは、たとえば溶接することによって、振動体
１４に固着される。

【００１２】圧電素子１６ａ，１６ｂは、振動体１４を
屈曲振動させるための駆動用として用いられ、また回転
角速度に応じた信号を検出するための検出用としても用
いられる。そして、圧電素子１６ｃは、振動体１４を駆
動するための帰還用として用いられる。駆動用の圧電素
子１６ａ，１６ｂと帰還用の圧電素子１６ｃとの間に
は、発振回路２６が接続される。発振回路２６は、増幅
器２８と移相器３０とで構成される。移相器３０として
は、たとえば抵抗３２とコンデンサ３４とで形成される
ＣＲフィルタが用いられる。コンデンサ３４としては、
温度補償用コンデンサが使用される。そして、帰還用の
圧電素子１６ｃからの信号が増幅器２８で増幅され、さ
らに移相器３０で位相調整されて圧電素子１６ａ，１６
ｂに入力される。それにより、振動体１４は自励振駆動
させられる。さらに、圧電素子１６ａ，１６ｂは、差動
回路３６の入力端に接続される。差動回路３６の出力端
は同期検波回路３８に接続され、さらに同期検波回路３
８は平滑回路４０に接続される。

【００１３】この振動ジャイロ１０では、発振回路２６
によって、振動体１４が圧電素子１６ｃ形成面に直交す
る方向に屈曲振動させられる。このとき、圧電素子１６
ａ，１６ｂに入力される励振信号は同じ信号であるた
め、差動回路３６からは信号が出力されない。この状態
で、振動体１４の軸を中心として回転すると、コリオリ
力によって振動体１４の振動方向が変わる。それによ
り、圧電素子１６ａ，１６ｂ間に出力信号の差が生じ、
差動回路３６から信号が出力される。差動回路３６の出
力信号は同期検波回路３８で検波され、さらに平滑回路
４０で平滑される。差動回路３６の出力信号は振動体１
４の振動方向の変化に対応しているため、平滑回路４０
の出力信号を測定すれば、振動ジャイロ１０に加わった
回転角速度を検出することができる。

【００１４】この振動ジャイロ１０では、発振回路２６
の温度特性を補正するために、発振回路２６に温度補償
用コンデンサが使用されている。温度補償用コンデンサ
としては、図４に示すように、種々の特性のものがあ
り、必要に応じて適当な特性を有する温度補償用コンデ
ンサが選ばれる。図４において、ＣＨは０±６０ｐｐｍ
／℃，ＰＨは−１５０±６０ｐｐｍ／℃，ＲＨは−２２
０±６０ｐｐｍ／℃，ＳＨは−３３０±６０ｐｐｍ／
℃，ＴＨは−４７０±６０ｐｐｍ／℃，ＵＪは−７５０
±１２０ｐｐｍ／℃の特性を有している。

【００１５】また、図５に示すように、コンデンサ３４
の静電容量が小さくなると、発振回路２６で得られる励
振信号電圧が大きくなる。逆に、コンデンサ３４の静電
容量が大きくなると、発振回路２６の励振信号電圧が小
さくなる。これは、移相器３０として用いられるＣＲフ
ィルタのカットオフ周波数が推移するためである。励振
信号電圧が大きくなると、振動体１４の屈曲振動は大き
くなり、差動回路３６から得られる回転角速度に対応し
た信号も大きくなる。逆に、励振信号電圧が小さくなる
と、振動体１４の屈曲振動は小さくなり、差動回路３６
から得られる回転角速度に対応した信号も小さくなる。
そのため、図６に示すように、励振信号電圧と振動ジャ
イロ１０の感度変化率との間には、ほぼ比例関係があ
る。したがって、図４に示すような特性を有する温度補
償用コンデンサを用いた場合、図７に示すように、温度
と振動ジャイロ１０の感度とが比例した特性を得ること
ができる。

【００１６】このように、温度と振動ジャイロ１０の感
度とが比例するため、温度の上昇にともなって感度が低
くなる特性を有する振動子にこの温度補償用コンデンサ
を用いた発振回路を使用すれば、温度変化に対する感度
の変化が相殺されて、温度の変化にかかわらず一定の感
度を有する振動ジャイロを得ることができる。また、図
８に示すように、温度の上昇にともなって静電容量が増
加する温度補償用コンデンサを用いれば、図９に示すよ
うに、温度の上昇にともなって感度が低くなる振動ジャ
イロを得ることができる。したがって、このような温度
補償用コンデンサを用いれば、温度上昇にともなって感
度が高くなる振動子の特性を補正することができる。

【００１７】また、図１０に示すように、移相器３０と
して２段のＣＲフィルタを用いる場合、それぞれのフィ
ルタに特性の異なる温度補償用コンデンサを用いれば、
振動ジャイロ１０の感度の温度特性をより細かく微調整
することができる。たとえば、図１１に示すように、あ
る温度補償用コンデンサＡを用いたときと別の温度補償
用コンデンサＢを用いたときとで逆の傾きを有する感度
変化が得られる場合、２つのＣＲフィルタのコンデンサ
としてＡ，Ｂの温度補償用コンデンサを用いることによ
って、ほぼ一定の感度を有する振動ジャイロを得ること
ができる。

【００１８】このように、発振回路２６の移相器３０に
温度補償用コンデンサを用いることによって、振動ジャ
イロ１０の感度の温度特性を補正することができる。こ
のような温度補償用コンデンサは安価であり、サーミス
タなどのような高価な部品を用いて温度補償する場合に
比べて部品コストを抑えることができる。

【００１９】なお、上述の実施例では、振動体１４を正
３角柱状に形成したが、たとえば４角柱状など他の角柱
状に形成してもよい。また、振動体１４の材料として圧
電体を用いてもよい。この場合、振動体１４の側面に
は、圧電素子の代わりに電極が形成される。このような
振動子では、振動体の形状として円柱状のものを用いる
ことができる。このような振動子を使用した場合でも、
発振回路の移相器に温度補償用コンデンサを用いること
により、雰囲気温度の変化に対してほぼ一定の感度を有
する振動ジャイロを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。

【図２】図１に示す振動ジャイロに用いられる振動子を
示す斜視図である。

【図３】図２に示す振動子の断面図である。

【図４】図１の振動ジャイロに用いられる温度補償用コ
ンデンサの特性を示すグラフである。

【図５】温度補償用コンデンサの容量変化率と発振回路
から得られる励振信号電圧変化率との関係を示すグラフ
である。

【図６】励振信号電圧変化率と振動ジャイロの感度変化
率との関係を示すグラフである。

【図７】温度と振動ジャイロの感度変化率との関係を示
すグラフである。

【図８】図４とは異なる温度補償用コンデンサの特性を
示すグラフである。

【図９】図８に示す温度補償用コンデンサを用いたとき
の温度と振動ジャイロの感度変化率との関係を示すグラ
フである。

【図１０】この発明の他の実施例を示す図解図である。

【図１１】異なる特性の温度補償用コンデンサを用いた
ときの温度と感度変化率との関係および図１０に示す振
動ジャイロにこれらの温度補償用コンデンサを用いたと
きの温度と感度変化率との関係を示すグラフである。

【図１２】従来の振動ジャイロの一例を示す図解図であ
る。

【符号の説明】

１０ 振動ジャイロ １２ 振動子 １４ 振動体 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 圧電素子 ２６ 発振回路 ２８ 増幅器 ３０ 移相器 ３２ 抵抗 ３４ コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 柱状の振動体と、前記振動体に屈曲振動
   を与えるための発振回路とを含む振動ジャイロにおい
   て、 前記発振回路は増幅器と前記増幅器の出力信号の位相を
   調整するための移相器とからなり、前記移相器に含まれ
   るコンデンサとして温度補償用コンデンサが用いられた
   ことを特徴とする、振動ジャイロ。