JPH0814916A - 振動ジャイロ検出回路 - Google Patents
振動ジャイロ検出回路Info
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- JPH0814916A JPH0814916A JP6173166A JP17316694A JPH0814916A JP H0814916 A JPH0814916 A JP H0814916A JP 6173166 A JP6173166 A JP 6173166A JP 17316694 A JP17316694 A JP 17316694A JP H0814916 A JPH0814916 A JP H0814916A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度変化があっても精度良くヌル波を除去
し、温度等によるドリフトを効果的に抑制することがで
きる振動ジャイロ検出回路を提供すること。 【構成】 ジャイロ振動素子1のフィードバック電極3
から出力されたFB信号は、自励振動回路6と位相補正
回路8に送られる。自励振動回路6の出力信号は、駆動
電極2に送られる。前記位相補正回路8は感温素子8a
を有しており、FB信号を寄生波(ヌル波)が温度変化
により移相される位相量だけ移相する。該移相されたF
B信号は同期検波回路9に送られる。該同期検波回路9
は副方向振動検出電極4、5から出力され、差動増幅回
路10で増幅された検出信号を同期検波する。この結
果、ドリフトの主因であるヌル波と、同期検波信号との
位相ずれが補正され、検出信号の中からヌル波を除去す
ることができる。ヌル波を除去された検出信号は、平滑
増幅回路11に送られる。
し、温度等によるドリフトを効果的に抑制することがで
きる振動ジャイロ検出回路を提供すること。 【構成】 ジャイロ振動素子1のフィードバック電極3
から出力されたFB信号は、自励振動回路6と位相補正
回路8に送られる。自励振動回路6の出力信号は、駆動
電極2に送られる。前記位相補正回路8は感温素子8a
を有しており、FB信号を寄生波(ヌル波)が温度変化
により移相される位相量だけ移相する。該移相されたF
B信号は同期検波回路9に送られる。該同期検波回路9
は副方向振動検出電極4、5から出力され、差動増幅回
路10で増幅された検出信号を同期検波する。この結
果、ドリフトの主因であるヌル波と、同期検波信号との
位相ずれが補正され、検出信号の中からヌル波を除去す
ることができる。ヌル波を除去された検出信号は、平滑
増幅回路11に送られる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロ検出回路
に関し、特に検出信号から寄生振動による偽信号成分を
除去し、検出精度を向上させるようにして、振動ジャイ
ロスコープの性能の安定化をはかった振動ジャイロ検出
回路に関する。
に関し、特に検出信号から寄生振動による偽信号成分を
除去し、検出精度を向上させるようにして、振動ジャイ
ロスコープの性能の安定化をはかった振動ジャイロ検出
回路に関する。
【0002】
【従来の技術】振動ジャイロスコープは周知のように、
主方向の振動に誘引されたコリオリ力による副振動を検
出して、角速度を検出するものである。該振動ジャイロ
スコープは、慣性ジャイロスコープ、光ファイバジャイ
ロスコープに比べて極めて安価であるが、圧電体が有す
る温度による特性変化、特に、誘電率、圧電定数、弾性
定数の特性変化により、検出感度変化や製造誤差で発生
する寄生信号の変化が発生する。このため、振動ジャイ
ロスコープの検出信号にドリフトが発生し、センサ機能
が低下するという問題があった。
主方向の振動に誘引されたコリオリ力による副振動を検
出して、角速度を検出するものである。該振動ジャイロ
スコープは、慣性ジャイロスコープ、光ファイバジャイ
ロスコープに比べて極めて安価であるが、圧電体が有す
る温度による特性変化、特に、誘電率、圧電定数、弾性
定数の特性変化により、検出感度変化や製造誤差で発生
する寄生信号の変化が発生する。このため、振動ジャイ
ロスコープの検出信号にドリフトが発生し、センサ機能
が低下するという問題があった。
【0003】従来から、この問題点を解決する試みがな
されており、例えば特開平3−172714号公報にお
いては、同期検波回路を2個設け、検波位相ずれによる
感度変化を補正するようにしている。
されており、例えば特開平3−172714号公報にお
いては、同期検波回路を2個設け、検波位相ずれによる
感度変化を補正するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の技術は、同期検波される被検波信号が角速度に
比例する信号成分のみで構成される場合には有効である
が、該角速度に比例する信号成分のみから構成される被
検波信号に含まれるヌル波と呼ばれる寄生波成分を除去
するのにはあまり有効でない。その理由は、ヌル波その
ものが同期検波され、最終出力の検出信号に残留するた
めである。
た従来の技術は、同期検波される被検波信号が角速度に
比例する信号成分のみで構成される場合には有効である
が、該角速度に比例する信号成分のみから構成される被
検波信号に含まれるヌル波と呼ばれる寄生波成分を除去
するのにはあまり有効でない。その理由は、ヌル波その
ものが同期検波され、最終出力の検出信号に残留するた
めである。
【0005】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を除去し、温度変化があっても精度良くヌル波を除去
し、温度等によるドリフトを効果的に抑制することがで
きる振動ジャイロ検出回路を提供することにある。
点を除去し、温度変化があっても精度良くヌル波を除去
し、温度等によるドリフトを効果的に抑制することがで
きる振動ジャイロ検出回路を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、ジャイロ振動素子を主方向に振動させ
ている時に発生する、該主方向と直角方向の副方向の振
動から角速度を検出する振動ジャイロ検出回路におい
て、前記ジャイロ振動素子から得られたフィードバック
信号を、寄生波(ヌル波)が温度変化により移相される
位相量だけ移相する手段と、該移相手段により移送され
たフィードバック信号を検波信号として、前記副方向の
振動によって発生された検出信号を検波する検波回路と
を具備した点に特徴がある。
に、この発明は、ジャイロ振動素子を主方向に振動させ
ている時に発生する、該主方向と直角方向の副方向の振
動から角速度を検出する振動ジャイロ検出回路におい
て、前記ジャイロ振動素子から得られたフィードバック
信号を、寄生波(ヌル波)が温度変化により移相される
位相量だけ移相する手段と、該移相手段により移送され
たフィードバック信号を検波信号として、前記副方向の
振動によって発生された検出信号を検波する検波回路と
を具備した点に特徴がある。
【0007】
【作用】この発明によれば、環境温度の変化により前記
ヌル波が移相しても、検波信号となる前記フィードバッ
ク信号が、該ヌル波と常に所定の位相関係となるので、
前記検波回路による検出信号の検波時に、ヌル波は完全
に相殺される。このため、温度変化があっても精度良く
ヌル波を除去し、温度等によるドリフトを効果的に抑制
することができる。
ヌル波が移相しても、検波信号となる前記フィードバッ
ク信号が、該ヌル波と常に所定の位相関係となるので、
前記検波回路による検出信号の検波時に、ヌル波は完全
に相殺される。このため、温度変化があっても精度良く
ヌル波を除去し、温度等によるドリフトを効果的に抑制
することができる。
【0008】
【実施例】以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説
明する。図1は、本発明の一実施例の振動ジャイロ検出
回路のブロック図である。図において、1はジャイロ振
動素子であり、その断面形状は四角、三角、円形等のも
の、あるいは音叉型のものを用いることができる。該ジ
ャイロ振動素子1には、駆動電極2、主方向振動検出電
極(フィードバック電極)3、副方向振動検出電極4お
よび5が設けられている。
明する。図1は、本発明の一実施例の振動ジャイロ検出
回路のブロック図である。図において、1はジャイロ振
動素子であり、その断面形状は四角、三角、円形等のも
の、あるいは音叉型のものを用いることができる。該ジ
ャイロ振動素子1には、駆動電極2、主方向振動検出電
極(フィードバック電極)3、副方向振動検出電極4お
よび5が設けられている。
【0009】フィードバック電極(以下、FB電極と略
す)3から出力されたFB信号は、オペアンプからなる
ボルテージフォロワを介して自励振動回路6および検波
信号生成回路7の位相補正回路8に入力する。自励振動
回路6は前記FB信号を増幅しかつ移相処理して、駆動
電圧として、駆動電極2に供給する。
す)3から出力されたFB信号は、オペアンプからなる
ボルテージフォロワを介して自励振動回路6および検波
信号生成回路7の位相補正回路8に入力する。自励振動
回路6は前記FB信号を増幅しかつ移相処理して、駆動
電圧として、駆動電極2に供給する。
【0010】前記位相補正回路8には、図2に示されて
いるように、入力側抵抗に感温素子8aが用いられてい
る。この位相補正回路8において、コンデンサ、抵抗の
各大きさを、図示のように、C1 、C2 、R1 およびR
2 とすると、自励振動周波数をfとして、2πfC2 R
2 =1/2πfC1 R1 とすると、その入力信号対出力
信号の比Vo /Vi および位相θは、次式のようにな
る。
いるように、入力側抵抗に感温素子8aが用いられてい
る。この位相補正回路8において、コンデンサ、抵抗の
各大きさを、図示のように、C1 、C2 、R1 およびR
2 とすると、自励振動周波数をfとして、2πfC2 R
2 =1/2πfC1 R1 とすると、その入力信号対出力
信号の比Vo /Vi および位相θは、次式のようにな
る。
【0011】
【数1】 位相補正回路8では、上式から明らかなように、位相θ
は、抵抗R1 の変化率ΔR1 /R1 に比例して変化す
る。位相補正回路8で位相を補正されたFB信号はオペ
アンプを含むチャージアンプを経て、同期検波回路9に
入力する。この実施例では同期検波回路9はモスFET
から構成されており、前記FB信号は該モスFETのゲ
ートに入力する。
は、抵抗R1 の変化率ΔR1 /R1 に比例して変化す
る。位相補正回路8で位相を補正されたFB信号はオペ
アンプを含むチャージアンプを経て、同期検波回路9に
入力する。この実施例では同期検波回路9はモスFET
から構成されており、前記FB信号は該モスFETのゲ
ートに入力する。
【0012】一方、前記副方向振動検出電極4および5
によって検出された検出信号は、差動増幅器10によっ
て増幅され、同期検波回路9によって同期検波され、平
滑増幅器11に入力する。
によって検出された検出信号は、差動増幅器10によっ
て増幅され、同期検波回路9によって同期検波され、平
滑増幅器11に入力する。
【0013】次に、本実施例の主要部の動作について、
図3〜図5を参照して説明する。これらの図において、
(a) は検波信号、(b) は被検波信号成分、(c) は被検波
ヌル波成分の波形を示す。また、該検波信号aは図1の
同期検波回路9に入力する信号であり、被検波信号成分
bおよび被検波ヌル波成分cは差動増幅器10の出力信
号の波形である。
図3〜図5を参照して説明する。これらの図において、
(a) は検波信号、(b) は被検波信号成分、(c) は被検波
ヌル波成分の波形を示す。また、該検波信号aは図1の
同期検波回路9に入力する信号であり、被検波信号成分
bおよび被検波ヌル波成分cは差動増幅器10の出力信
号の波形である。
【0014】図3は、温度ドリフトがない時の各信号の
波形を示し、この時には、検波信号aと被検波ヌル波成
分cとの位相関係は図示のように90°ずれている。し
たがって、検波期間、すなわち検波信号aが正の期間
に、被検波ヌル波成分cは正と負の成分とで相殺され、
ヌル波成分を含まない検出信号が前記平滑増幅器11に
供給される。
波形を示し、この時には、検波信号aと被検波ヌル波成
分cとの位相関係は図示のように90°ずれている。し
たがって、検波期間、すなわち検波信号aが正の期間
に、被検波ヌル波成分cは正と負の成分とで相殺され、
ヌル波成分を含まない検出信号が前記平滑増幅器11に
供給される。
【0015】ここで、振動ジャイロスコープに温度ドリ
フトが発生する場合には、図4に示されているように、
被検波ヌル波成分cがΔθだけ移相し、検波信号aとの
位相差が90°ではなくなる。そこで、仮に本実施例に
おいて、位相補正回路8が存在しないとすると、同期検
波回路9は位相補正されない検波信号aによって同期検
波を行うので、図示のように被検波ヌル波成分cは正と
負の成分とで相殺されずに同期検波され、前記検出信号
の中にヌル波成分が混入されることになる。
フトが発生する場合には、図4に示されているように、
被検波ヌル波成分cがΔθだけ移相し、検波信号aとの
位相差が90°ではなくなる。そこで、仮に本実施例に
おいて、位相補正回路8が存在しないとすると、同期検
波回路9は位相補正されない検波信号aによって同期検
波を行うので、図示のように被検波ヌル波成分cは正と
負の成分とで相殺されずに同期検波され、前記検出信号
の中にヌル波成分が混入されることになる。
【0016】しかしながら、本実施例では、位相補正回
路8が設けられているので、図5に示されているよう
に、検波信号aは該位相補正回路8によってΔθだけ移
相される。この結果、被検波ヌル波成分cは同期検波に
より再び正と負の成分とで相殺されることになり、ヌル
波成分を含まない検出信号が前記平滑増幅器11に供給
される。
路8が設けられているので、図5に示されているよう
に、検波信号aは該位相補正回路8によってΔθだけ移
相される。この結果、被検波ヌル波成分cは同期検波に
より再び正と負の成分とで相殺されることになり、ヌル
波成分を含まない検出信号が前記平滑増幅器11に供給
される。
【0017】なお、前記感温素子8aは、環境温度に応
じて、位相補正回路8が検波信号aの位相を、被検波ヌ
ル波成分cの温度ドリフト量だけ移相するような特性の
素子であることは勿論である。
じて、位相補正回路8が検波信号aの位相を、被検波ヌ
ル波成分cの温度ドリフト量だけ移相するような特性の
素子であることは勿論である。
【0018】以上のように、本実施例によれば、振動ジ
ャイロスコープに温度ドリフトが発生すると、これによ
って被検波ヌル波成分cが移相される量Δθと同じ量だ
け検波信号aも移相されるので、該被検波ヌル波成分c
は同期検波時に消滅し、高精度の検出信号を得ることが
できる。一般に、被検波信号の大部分は製造誤差に基づ
くヌル波である。換言すれば、図3からも明らかなよう
に、被検波信号の信号成分は、ヌル波成分に比べてずっ
と小さい。したがって、検波信号の位相を感温素子を用
いて自動的に調整することは、ドリフトの低減化に非常
に有効である。さらに、位相補正回路8で信号を補正す
ると、前記の式からも明らかなように、振幅もやや変化
する。しかしながら、本実施例では、振幅が変化するの
は被検波でなく検波信号であるので、同期検波には殆ど
悪影響が出ず、前記ヌル波成分は検波によって積分され
て相殺され、この時被検波信号成分の振幅は不変であ
る。よって、高精度の検出信号を得ることができる。
ャイロスコープに温度ドリフトが発生すると、これによ
って被検波ヌル波成分cが移相される量Δθと同じ量だ
け検波信号aも移相されるので、該被検波ヌル波成分c
は同期検波時に消滅し、高精度の検出信号を得ることが
できる。一般に、被検波信号の大部分は製造誤差に基づ
くヌル波である。換言すれば、図3からも明らかなよう
に、被検波信号の信号成分は、ヌル波成分に比べてずっ
と小さい。したがって、検波信号の位相を感温素子を用
いて自動的に調整することは、ドリフトの低減化に非常
に有効である。さらに、位相補正回路8で信号を補正す
ると、前記の式からも明らかなように、振幅もやや変化
する。しかしながら、本実施例では、振幅が変化するの
は被検波でなく検波信号であるので、同期検波には殆ど
悪影響が出ず、前記ヌル波成分は検波によって積分され
て相殺され、この時被検波信号成分の振幅は不変であ
る。よって、高精度の検出信号を得ることができる。
【0019】次に、本発明の第2実施例を、図6を参照
して説明する。図において、20は位相補正回路、21
は平滑化回路を示し、他の符号は図1と同一または同等
物を示す。
して説明する。図において、20は位相補正回路、21
は平滑化回路を示し、他の符号は図1と同一または同等
物を示す。
【0020】本実施例では、位相補正回路20の帰還抵
抗として感温素子8aを用いた点、および該位相補正回
路20と平滑化回路21とにより駆動電極2の自励振動
回路を形成した点に特徴がある。
抗として感温素子8aを用いた点、および該位相補正回
路20と平滑化回路21とにより駆動電極2の自励振動
回路を形成した点に特徴がある。
【0021】位相補正回路20の感温素子8aは、環境
温度が変化するとその抵抗値を変化する。このため、位
相補正回路20は、FB電極3から出力されたFB信号
の位相をΔθだけ移相し、同期検波回路9へ出力する。
この結果、第1実施例と同様に、被検波ヌル波成分cを
同期検波時に消滅させることができ、高精度の検出信号
を得ることができる。なお、本実施例は、位相補正回路
20と平滑化回路21とにより駆動電極2の自励振動回
路を形成したので、該駆動電極2に印加される駆動電圧
の振幅変動が若干発生するが、第1実施例より少量の回
路素子で、かつ安価に構成することができるというメリ
ットがある。
温度が変化するとその抵抗値を変化する。このため、位
相補正回路20は、FB電極3から出力されたFB信号
の位相をΔθだけ移相し、同期検波回路9へ出力する。
この結果、第1実施例と同様に、被検波ヌル波成分cを
同期検波時に消滅させることができ、高精度の検出信号
を得ることができる。なお、本実施例は、位相補正回路
20と平滑化回路21とにより駆動電極2の自励振動回
路を形成したので、該駆動電極2に印加される駆動電圧
の振幅変動が若干発生するが、第1実施例より少量の回
路素子で、かつ安価に構成することができるというメリ
ットがある。
【0022】なお、前記実施例は、圧電型のジャイロ振
動素子1を用いた例で説明したが、本発明はこれに限定
されず、静電力により駆動されるジャイロスコープ、熱
応力により駆動されるジャイロスコープ、あるいは電磁
力により駆動されるジャイロスコープにも適用できるこ
とは勿論である。
動素子1を用いた例で説明したが、本発明はこれに限定
されず、静電力により駆動されるジャイロスコープ、熱
応力により駆動されるジャイロスコープ、あるいは電磁
力により駆動されるジャイロスコープにも適用できるこ
とは勿論である。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
1〜5の発明によれば、ドリフトの主因であるヌル波
と、同期検波信号との位相ずれを補正し、該補正された
同期検波信号で被検波信号を検波するようにしているの
で、検出信号の中からヌル波を除去することができ、高
精度の振動ジャイロ検出回路を提供することができる。
また、振動ジャイロスコープにおいて問題となっている
温度ドリフトによる悪影響を効果的に低減させることが
できる。
1〜5の発明によれば、ドリフトの主因であるヌル波
と、同期検波信号との位相ずれを補正し、該補正された
同期検波信号で被検波信号を検波するようにしているの
で、検出信号の中からヌル波を除去することができ、高
精度の振動ジャイロ検出回路を提供することができる。
また、振動ジャイロスコープにおいて問題となっている
温度ドリフトによる悪影響を効果的に低減させることが
できる。
【0024】また、請求項3の発明によれば、安価に、
本発明の振動ジャイロ検出回路を実現することができ
る。
本発明の振動ジャイロ検出回路を実現することができ
る。
【図1】 本発明の一実施例の構成を示す回路図であ
る。
る。
【図2】 図1の位相補正回路の一具体例を示す回路図
である。
である。
【図3】 ドリフトなしの時の検波信号、被検波信号成
分およびヌル波成分の波形例を示す波形図である。
分およびヌル波成分の波形例を示す波形図である。
【図4】 ドリフトありでかつ位相補正回路なしの時の
検波信号およびヌル波成分の波形例を示す波形図であ
る。
検波信号およびヌル波成分の波形例を示す波形図であ
る。
【図5】 ドリフトありでかつ位相補正回路ありの時の
検波信号およびヌル波成分の波形例を示す波形図であ
る。
検波信号およびヌル波成分の波形例を示す波形図であ
る。
【図6】 本発明の第2実施例の構成を示す回路図であ
る。
る。
1…ジャイロ振動素子、2…駆動電極、3…主方向振動
検出電極(フィードバック電極)、4、5…副方向振動
検出電極、6…自励振動回路、7…検波信号生成回路、
8…位相補正回路、9…同期検波回路、10…差動増幅
回路、11…平滑増幅回路、20…位相補正回路、21
…平滑化回路。
検出電極(フィードバック電極)、4、5…副方向振動
検出電極、6…自励振動回路、7…検波信号生成回路、
8…位相補正回路、9…同期検波回路、10…差動増幅
回路、11…平滑増幅回路、20…位相補正回路、21
…平滑化回路。
Claims (5)
- 【請求項1】 ジャイロ振動素子を主方向に振動させて
いる時に発生する、該主方向と直角方向の副方向の振動
から角速度を検出する振動ジャイロ検出回路において、 前記ジャイロ振動素子から得られたフィードバック信号
を、寄生波(ヌル波)が温度変化により移相される位相
量だけ移相する手段と、 該移相手段により移送されたフィードバック信号を検波
信号として、前記副方向の振動によって発生された検出
信号を検波する検波回路とを具備し、 前記検出信号に含まれているヌル波の検波後残留成分を
除去するようにしたことを特徴とする振動ジャイロ検出
回路。 - 【請求項2】 請求項1記載の振動ジャイロ検出回路に
おいて、 前記移相手段により移相される前のフィードバック信号
を自励振動回路に供給し、該自励振動回路により、前記
ジャイロ振動素子を主方向に振動させる駆動信号を生成
するようにしたことを特徴とする振動ジャイロ検出回
路。 - 【請求項3】 請求項1記載の振動ジャイロ検出回路に
おいて、 前記フィードバック信号を移相する移相手段と平滑回路
とにより自励振動回路を構成し、該自励振動回路によ
り、前記ジャイロ振動素子を主方向に振動させる駆動信
号を生成するようにしたことを特徴とする振動ジャイロ
検出回路。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかの振動ジャイロ
検出回路において、 前記移相手段は、入力抵抗または帰還抵抗として感温素
子を使用し、 環境温度に応じて、前記検波信号の位相を前記ヌル波の
温度ドリフト量だけ移相するようにしたことを特徴とす
る振動ジャイロ検出回路。 - 【請求項5】 請求項1の振動ジャイロ検出回路におい
て、 前記ジャイロ振動素子が、圧電駆動型、静電力駆動型、
熱応力駆動型、および電磁力駆動型のいずれか一つであ
ることを特徴とする振動ジャイロ検出回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6173166A JP2975262B2 (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | 振動ジャイロ検出回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6173166A JP2975262B2 (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | 振動ジャイロ検出回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0814916A true JPH0814916A (ja) | 1996-01-19 |
JP2975262B2 JP2975262B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=15955330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6173166A Expired - Fee Related JP2975262B2 (ja) | 1994-07-04 | 1994-07-04 | 振動ジャイロ検出回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Cited By (5)
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