JPH1078326A - 角速度検出装置 - Google Patents
角速度検出装置Info
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- JPH1078326A JPH1078326A JP8234191A JP23419196A JPH1078326A JP H1078326 A JPH1078326 A JP H1078326A JP 8234191 A JP8234191 A JP 8234191A JP 23419196 A JP23419196 A JP 23419196A JP H1078326 A JPH1078326 A JP H1078326A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡潔な構成で正確な角速度検出を行うことが
できる角速度検出装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 本角速度検出装置は、X軸及びZ軸に沿
った振動成分を有する振動を行うことができる第1部分
4と、第1部分4に機械的に結合した第2部分6と、第
1部分4をX軸方向に沿って振動させる励振信号VBを
第1部分4に与える励振手段1x〜5xと、第2部分6
のZ軸方向の振動成分に対応した検出信号VDを取り出
す信号取出手段W3,W4と、励振信号VBの振幅を調
整して検出信号VDに重畳する重畳手段11x,12x
とを備える。
できる角速度検出装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 本角速度検出装置は、X軸及びZ軸に沿
った振動成分を有する振動を行うことができる第1部分
4と、第1部分4に機械的に結合した第2部分6と、第
1部分4をX軸方向に沿って振動させる励振信号VBを
第1部分4に与える励振手段1x〜5xと、第2部分6
のZ軸方向の振動成分に対応した検出信号VDを取り出
す信号取出手段W3,W4と、励振信号VBの振幅を調
整して検出信号VDに重畳する重畳手段11x,12x
とを備える。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリの力を検
出することにより、運動中の被検出体の角速度を検出す
る角速度検出装置に関する。本発明の角速度検出装置
は、車両、航空機若しくは船舶等の移動体のナビゲーシ
ョンシステム若しくは姿勢制御又は撮像機器の手ブレ補
正等に適用され得る。
出することにより、運動中の被検出体の角速度を検出す
る角速度検出装置に関する。本発明の角速度検出装置
は、車両、航空機若しくは船舶等の移動体のナビゲーシ
ョンシステム若しくは姿勢制御又は撮像機器の手ブレ補
正等に適用され得る。
【0002】
【従来の技術】圧電振動子を備えた角速度センサは角速
度検出装置の一種である。このような圧電振動子に電圧
を印加すると、圧電振動子は逆圧電効果に基づいて変形
し、印加電圧が所定の発振条件を満たす場合には、圧電
振動子は振動する。
度検出装置の一種である。このような圧電振動子に電圧
を印加すると、圧電振動子は逆圧電効果に基づいて変形
し、印加電圧が所定の発振条件を満たす場合には、圧電
振動子は振動する。
【0003】圧電振動子を移動体に固定し、この圧電振
動子を振動させながら移動体を回転させると、圧電振動
子の振動速度及び移動体の回転角速度に基づくコリオリ
の力が圧電振動子に働く。圧電振動子はコリオリの力に
よって歪むので、この歪量を圧電振動子の圧電効果に基
づいて検出すれば、コリオリの力を検知することができ
る。圧電振動子の振動が一定の場合、コリオリの力は移
動体の回転角速度に比例する。したがって、移動体の回
転角速度は検知されたコリオリの力から検出することが
できる。
動子を振動させながら移動体を回転させると、圧電振動
子の振動速度及び移動体の回転角速度に基づくコリオリ
の力が圧電振動子に働く。圧電振動子はコリオリの力に
よって歪むので、この歪量を圧電振動子の圧電効果に基
づいて検出すれば、コリオリの力を検知することができ
る。圧電振動子の振動が一定の場合、コリオリの力は移
動体の回転角速度に比例する。したがって、移動体の回
転角速度は検知されたコリオリの力から検出することが
できる。
【0004】このような角速度センサは、特開平7−1
28069号公報に記載されている。同公報には、一対
の振動部を備えた角速度センサが開示されている。この
角速度センサは、第1方向に沿って振動部を振動させる
励振回路と、コリオリの力の加わらない状態の振動部の
第2方向の振動を予め記憶する記憶回路と、検出された
振動部の第2方向の振動状態から記憶手段により記憶さ
れた振動状態を減じる信号処理回路とを備えている。
28069号公報に記載されている。同公報には、一対
の振動部を備えた角速度センサが開示されている。この
角速度センサは、第1方向に沿って振動部を振動させる
励振回路と、コリオリの力の加わらない状態の振動部の
第2方向の振動を予め記憶する記憶回路と、検出された
振動部の第2方向の振動状態から記憶手段により記憶さ
れた振動状態を減じる信号処理回路とを備えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置においては、正確な角速度検出ができるもの
の、記憶回路を必要とし、構成が複雑となるという課題
があった。
来の装置においては、正確な角速度検出ができるもの
の、記憶回路を必要とし、構成が複雑となるという課題
があった。
【0006】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、簡潔な構成で正確な角速度検出
を行うことができる角速度検出装置を提供することを目
的とする。
になされたものであり、簡潔な構成で正確な角速度検出
を行うことができる角速度検出装置を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、被検出体に設
けられ、その運動の角速度を検出する角速度検出装置を
対象とする。この装置は、第1及び第2方向に沿った振
動成分を有する振動を行うことができる第1部分と、第
1部分に機械的に結合した第2部分と、第1部分を第1
方向に沿って振動させる励振信号を第1部分に与える励
振手段と、第2部分の第2方向の振動成分に対応した検
出信号を取り出す信号取出手段と、励振信号の振幅を調
整して検出信号に重畳する重畳手段とを備える。
けられ、その運動の角速度を検出する角速度検出装置を
対象とする。この装置は、第1及び第2方向に沿った振
動成分を有する振動を行うことができる第1部分と、第
1部分に機械的に結合した第2部分と、第1部分を第1
方向に沿って振動させる励振信号を第1部分に与える励
振手段と、第2部分の第2方向の振動成分に対応した検
出信号を取り出す信号取出手段と、励振信号の振幅を調
整して検出信号に重畳する重畳手段とを備える。
【0008】励振手段は、励振信号を第1部分に与え
る。なお、励振信号は、例えば方形波信号等の信号に波
形成形されて第1部分に与えられてもよい。第1部分
は、励振信号が印加されることにより、第1方向に沿っ
て振動する。
る。なお、励振信号は、例えば方形波信号等の信号に波
形成形されて第1部分に与えられてもよい。第1部分
は、励振信号が印加されることにより、第1方向に沿っ
て振動する。
【0009】第1部分を振動させた状態で、被検出体が
所定の角速度で運動すると、第1部分には、その振動速
度及び被検出体の角速度に依存してコリオリの力が働
く。第1部分は、このコリオリの力によって第2方向に
沿った振動を行う。なお、第1部分は、その形状の非対
称性等によっても第2方向に沿った振動を行うが、これ
ら、コリオリの力による第2方向に沿った振動成分の位
相と、形状の非対象性等による第2方向に沿った振動成
分の位相とは、例えば、90度ずれている。
所定の角速度で運動すると、第1部分には、その振動速
度及び被検出体の角速度に依存してコリオリの力が働
く。第1部分は、このコリオリの力によって第2方向に
沿った振動を行う。なお、第1部分は、その形状の非対
称性等によっても第2方向に沿った振動を行うが、これ
ら、コリオリの力による第2方向に沿った振動成分の位
相と、形状の非対象性等による第2方向に沿った振動成
分の位相とは、例えば、90度ずれている。
【0010】第2部分は第1部分に機械的に結合してい
るので、第1部分の第2方向の振動は、第2部分に伝達
される。第2部分の第2方向の振動成分に対応した検出
信号は、信号取出手段によって取り出される。
るので、第1部分の第2方向の振動は、第2部分に伝達
される。第2部分の第2方向の振動成分に対応した検出
信号は、信号取出手段によって取り出される。
【0011】励振信号の位相と前記形状の非対称性等に
よる振動成分の位相とは略等しい。したがって、重畳手
段によって、励振信号の振幅を適当に調整して検出信号
に重畳すると、この前記形状の非対称性等による振動成
分に起因した信号成分を除去することができ、コリオリ
の力による振動のみに基づく信号を選択的に取り出すこ
とができる。このコリオリの力は被検出体の角速度に基
づいて発生しているので、このコリオリの力による振動
のみに基づく信号を検出すれば、被検出体の角速度を検
出することができる。
よる振動成分の位相とは略等しい。したがって、重畳手
段によって、励振信号の振幅を適当に調整して検出信号
に重畳すると、この前記形状の非対称性等による振動成
分に起因した信号成分を除去することができ、コリオリ
の力による振動のみに基づく信号を選択的に取り出すこ
とができる。このコリオリの力は被検出体の角速度に基
づいて発生しているので、このコリオリの力による振動
のみに基づく信号を検出すれば、被検出体の角速度を検
出することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る角速度検出装
置の一形態について、添付の図面を参照して説明する。
なお、以下の説明において、同一要素には同一符号を用
いるものとし、重複する説明は省略する。
置の一形態について、添付の図面を参照して説明する。
なお、以下の説明において、同一要素には同一符号を用
いるものとし、重複する説明は省略する。
【0013】図1は、実施の態様に係る角速度検出装置
の平面図である。本角速度検出装置は、固定台100
と、固定台100上に一端で固定された圧電振動子20
0とを備える。固定台100は、主表面100a及び設
置表面100bを有し、主表面100aと設置表面10
0bとはその境界で段差Sを形成する。
の平面図である。本角速度検出装置は、固定台100
と、固定台100上に一端で固定された圧電振動子20
0とを備える。固定台100は、主表面100a及び設
置表面100bを有し、主表面100aと設置表面10
0bとはその境界で段差Sを形成する。
【0014】振動子200は、水晶等の圧電性結晶部材
及びこの圧電性結晶部材に設けられた複数の電極から構
成され、この水晶のZ軸は紙面に垂直である。なお、水
晶のZ軸は、紙面に垂直な面から15°以下の角度だけ
ずれていてもよい。なお、図1においては、簡単のた
め、これらの電極を表示していない。
及びこの圧電性結晶部材に設けられた複数の電極から構
成され、この水晶のZ軸は紙面に垂直である。なお、水
晶のZ軸は、紙面に垂直な面から15°以下の角度だけ
ずれていてもよい。なお、図1においては、簡単のた
め、これらの電極を表示していない。
【0015】振動子200は、固定部1と、固定部1の
一端から水晶のY軸に沿って延びた支持棒2と、支持棒
2の他端に連続し、水晶のX軸に沿って延びた基部3
と、基部3の両端から、固定部1から離れる方向に延び
た励振用振動片対4,5と、基部3の両端から固定部1
に近付く方向に延びた検出用振動片対6,7とを備え
る。
一端から水晶のY軸に沿って延びた支持棒2と、支持棒
2の他端に連続し、水晶のX軸に沿って延びた基部3
と、基部3の両端から、固定部1から離れる方向に延び
た励振用振動片対4,5と、基部3の両端から固定部1
に近付く方向に延びた検出用振動片対6,7とを備え
る。
【0016】振動子200の固定部1は、固定台100
の設置表面100bに固定されており、振動子200の
支持棒2、基部3及び振動片4〜7は、固定台100の
主表面100aに空間を介して対向している。
の設置表面100bに固定されており、振動子200の
支持棒2、基部3及び振動片4〜7は、固定台100の
主表面100aに空間を介して対向している。
【0017】図2は、図1に示した励振用振動片4及び
5をA−A線矢印に沿って切った励振用振動片4及び5
の断面XA、検出用振動片6及び7をB−B線矢印に沿
って切った検出用振動片6及び7の断面XB及びこれら
の振動片4〜7に接続された処理回路300を示す。
5をA−A線矢印に沿って切った励振用振動片4及び5
の断面XA、検出用振動片6及び7をB−B線矢印に沿
って切った検出用振動片6及び7の断面XB及びこれら
の振動片4〜7に接続された処理回路300を示す。
【0018】励振用振動片4は、圧電性結晶からなる圧
電性結晶部4p、圧電性結晶部4pの各側面に固定され
た上面電極4a、右面電極4b、下面電極4c及び左面
電極4dから構成される。上面電極4a、右面電極4
b、下面電極4c及び左面電極4dは、それぞれ、圧電
性結晶部4pの上面、右面、下面及び左面のみに形成さ
れ、互いに物理的に分離しており、基部3と振動片4と
の境界近傍から振動片4の先端方向へと延びている。
電性結晶部4p、圧電性結晶部4pの各側面に固定され
た上面電極4a、右面電極4b、下面電極4c及び左面
電極4dから構成される。上面電極4a、右面電極4
b、下面電極4c及び左面電極4dは、それぞれ、圧電
性結晶部4pの上面、右面、下面及び左面のみに形成さ
れ、互いに物理的に分離しており、基部3と振動片4と
の境界近傍から振動片4の先端方向へと延びている。
【0019】励振用振動片5は、圧電性結晶からなる圧
電性結晶部5p及び電極5a〜5dから構成される。な
お、振動片5の構造は、振動片4の構造と同一であるの
で説明を省略する。
電性結晶部5p及び電極5a〜5dから構成される。な
お、振動片5の構造は、振動片4の構造と同一であるの
で説明を省略する。
【0020】検出用振動片6は、圧電性結晶からなる圧
電性結晶部6p及び圧電性結晶部6pの各側面に固定さ
れた上面電極6a,6b、下面電極6c,6dから構成
される。上面電極6a,6b及び下面電極6c,6d
は、それぞれ、圧電性結晶部6pの上面及び下面のみに
形成され、互いに物理的に分離しており、基部3と振動
片6との境界近傍から振動片6の先端方向へと延びてい
る。
電性結晶部6p及び圧電性結晶部6pの各側面に固定さ
れた上面電極6a,6b、下面電極6c,6dから構成
される。上面電極6a,6b及び下面電極6c,6d
は、それぞれ、圧電性結晶部6pの上面及び下面のみに
形成され、互いに物理的に分離しており、基部3と振動
片6との境界近傍から振動片6の先端方向へと延びてい
る。
【0021】検出用振動片7は、圧電性結晶からなる圧
電性結晶部7p及び電極7a〜7dから構成される。な
お、振動片7の構造は、振動片6の構造と同一であるの
で説明を省略する。
電性結晶部7p及び電極7a〜7dから構成される。な
お、振動片7の構造は、振動片6の構造と同一であるの
で説明を省略する。
【0022】励振用振動片4,5の電極群4b,4d,
5a,5cは、配線W1を介して端子T1に接続されて
おり、電極群4a,4c,5b,5dは、配線W2を介
して端子T2に接続されている。
5a,5cは、配線W1を介して端子T1に接続されて
おり、電極群4a,4c,5b,5dは、配線W2を介
して端子T2に接続されている。
【0023】検出用振動片6,7の電極群6a,6d,
7c,7bは、配線W3を介して端子T3に接続されて
おり、電極群6c,6b,7a,7dは、配線W4を介
して端子T4に接続されている。
7c,7bは、配線W3を介して端子T3に接続されて
おり、電極群6c,6b,7a,7dは、配線W4を介
して端子T4に接続されている。
【0024】それぞれの端子T1〜T4には、処理回路
300が接続されている。なお、処理回路300は、図
1に示した固定台100の裏面に設けられる。処理回路
300は、比較器1x、電流電圧変換回路2x、電圧フ
ォロワ3x、反転増幅回路4x,5x、電流電圧変換回
路6x,7x、電圧フォロワ8x,9x、差動増幅回路
10x、利得調整回路11x、差動増幅回路12x、反
転増幅回路13x,14x、ローパスフィルタ付増幅回
路15x,16x及び90°位相回路17xを備える。
抵抗R1〜R37、コンデンサC1〜C15、オペアン
プA1〜A16、インバータI1及びトランジスタQ1
は、図2に示す如く接続されている。なお、電源には5
V単一電源を用い、図中のダイヤ印は、2.5Vの電位
を示す。
300が接続されている。なお、処理回路300は、図
1に示した固定台100の裏面に設けられる。処理回路
300は、比較器1x、電流電圧変換回路2x、電圧フ
ォロワ3x、反転増幅回路4x,5x、電流電圧変換回
路6x,7x、電圧フォロワ8x,9x、差動増幅回路
10x、利得調整回路11x、差動増幅回路12x、反
転増幅回路13x,14x、ローパスフィルタ付増幅回
路15x,16x及び90°位相回路17xを備える。
抵抗R1〜R37、コンデンサC1〜C15、オペアン
プA1〜A16、インバータI1及びトランジスタQ1
は、図2に示す如く接続されている。なお、電源には5
V単一電源を用い、図中のダイヤ印は、2.5Vの電位
を示す。
【0025】図3の(a)〜(h)は、それぞれ、図2
の節点A〜Hにおける電圧波形を示すタイミングチャー
トである。以下、これらのタイミングチャートを適宜参
照しつつ、処理回路103の構造及び動作について説明
する。
の節点A〜Hにおける電圧波形を示すタイミングチャー
トである。以下、これらのタイミングチャートを適宜参
照しつつ、処理回路103の構造及び動作について説明
する。
【0026】比較器1xは、その反転入力端子に入力さ
れる信号が、2.5Vよりも低いときは、ハイレベルの
信号を出力し、2.5Vよりも高いときは、ローレベル
の信号を出力する。比較器1xの入力側には、図3
(c)に示ように、2.5Vを振幅中心とする正弦波交
流電圧VCが入力される。したがって、比較器1xから
は、その繰り返し周波数が正弦波交流電圧VCの周波数
に一致した方形波電圧VAが出力される。方形波電圧VA
の波形を図3(a)に示す。
れる信号が、2.5Vよりも低いときは、ハイレベルの
信号を出力し、2.5Vよりも高いときは、ローレベル
の信号を出力する。比較器1xの入力側には、図3
(c)に示ように、2.5Vを振幅中心とする正弦波交
流電圧VCが入力される。したがって、比較器1xから
は、その繰り返し周波数が正弦波交流電圧VCの周波数
に一致した方形波電圧VAが出力される。方形波電圧VA
の波形を図3(a)に示す。
【0027】方形波電圧VAが、励振用振動片4及び5
の電極群4b,4d,5a,5cと電極群4a,4c,
5b,5dとの間に印加されると、励振用振動片4及び
5は、逆圧電効果に基づき、水晶のX軸方向に沿って互
いに逆位相で屈曲振動する。なお、励振用振動片4及び
5のX軸方向の固有振動数は、方形波電圧VAの繰り返
し周波数に略一致する。
の電極群4b,4d,5a,5cと電極群4a,4c,
5b,5dとの間に印加されると、励振用振動片4及び
5は、逆圧電効果に基づき、水晶のX軸方向に沿って互
いに逆位相で屈曲振動する。なお、励振用振動片4及び
5のX軸方向の固有振動数は、方形波電圧VAの繰り返
し周波数に略一致する。
【0028】励振用振動片4及び5がX軸方向に沿って
屈曲すると、圧電効果によって励振用振動片4及び5の
表面に電荷が発生し、この電荷は電極4a,4c,5
b,5dを介して電流電圧変換回路2xに流入し、この
電流電圧変換回路2xによって電圧信号VBに変換され
る。振動片4及び5は、共に連成して単振動を行ってい
るため、電流電圧変換回路2xから出力される電圧波形
VBは正弦波となる。電圧波形VBを図3(b)に示す。
屈曲すると、圧電効果によって励振用振動片4及び5の
表面に電荷が発生し、この電荷は電極4a,4c,5
b,5dを介して電流電圧変換回路2xに流入し、この
電流電圧変換回路2xによって電圧信号VBに変換され
る。振動片4及び5は、共に連成して単振動を行ってい
るため、電流電圧変換回路2xから出力される電圧波形
VBは正弦波となる。電圧波形VBを図3(b)に示す。
【0029】出力電圧VBは、バッファである電圧フォ
ロア3xを介して反転増幅回路4x,5xに順次入力さ
れる。反転増幅回路4x,5xは、それぞれ、入力信号
の位相を反転させて出力する。したがって、反転増幅回
路5xからは図3の(c)に示す正弦波電圧信号VCが
出力され、上述のように、この正弦波電圧信号VCが比
較器1xに入力されるので、励振用振動片4及び5は持
続振動を行う。
ロア3xを介して反転増幅回路4x,5xに順次入力さ
れる。反転増幅回路4x,5xは、それぞれ、入力信号
の位相を反転させて出力する。したがって、反転増幅回
路5xからは図3の(c)に示す正弦波電圧信号VCが
出力され、上述のように、この正弦波電圧信号VCが比
較器1xに入力されるので、励振用振動片4及び5は持
続振動を行う。
【0030】このように励振用振動片4,5がX軸方向
に沿って振動している状態で、この装置の取付けられた
被検出体が回転運動を行うと、この回転の角速度及び振
動片4,5の振動速度に応じて、振動片4及び5にコリ
オリの力がZ軸方向に沿って働き、振動片4,5は互い
に逆位相でZ軸方向に沿って振動する。コリオリの力
は、振動片4,5の振動速度が最大のとき、すなわち、
X軸方向の振動の位相が0°のとき最大となる。すなわ
ち、振動片4及び5のX軸方向の振動の位相と、コリオ
リの力によるZ軸方向の振動の位相とは90°ずれてい
る。一方、励振用振動片4,5の振動は、その形状の非
対称性等に基づいて、コリオリの力によらないZ軸方向
の振動成分(以下、ノイズ振動成分とする)を有する。
励振用振動片4,5のZ軸方向のノイズ振動成分の位相
は、X軸方向の振動の位相と略一致する。
に沿って振動している状態で、この装置の取付けられた
被検出体が回転運動を行うと、この回転の角速度及び振
動片4,5の振動速度に応じて、振動片4及び5にコリ
オリの力がZ軸方向に沿って働き、振動片4,5は互い
に逆位相でZ軸方向に沿って振動する。コリオリの力
は、振動片4,5の振動速度が最大のとき、すなわち、
X軸方向の振動の位相が0°のとき最大となる。すなわ
ち、振動片4及び5のX軸方向の振動の位相と、コリオ
リの力によるZ軸方向の振動の位相とは90°ずれてい
る。一方、励振用振動片4,5の振動は、その形状の非
対称性等に基づいて、コリオリの力によらないZ軸方向
の振動成分(以下、ノイズ振動成分とする)を有する。
励振用振動片4,5のZ軸方向のノイズ振動成分の位相
は、X軸方向の振動の位相と略一致する。
【0031】検出用振動片6,7は、それぞれ、励振用
振動片4,5のZ軸方向の振動のみが選択的に伝達され
るように励振用振動片4,5に機械的に結合している。
したがって、コリオリの力が励振用振動片4,5に働く
ことにより、検出用振動片6,7は、Z軸方向に沿って
互いに逆位相で振動する。検出用振動片6,7が、Z軸
方向に沿って振動すると、その圧電性結晶部6p,7p
は、Z軸方向に沿って歪み、圧電効果に基づいて圧電性
結晶部6p,7pの表面に、その歪み量に対応した電荷
が発生する。この電荷は、電流電圧変換回路6x,7x
によって電圧信号に変換されるが、それぞれの電圧信号
は互いに逆位相である。
振動片4,5のZ軸方向の振動のみが選択的に伝達され
るように励振用振動片4,5に機械的に結合している。
したがって、コリオリの力が励振用振動片4,5に働く
ことにより、検出用振動片6,7は、Z軸方向に沿って
互いに逆位相で振動する。検出用振動片6,7が、Z軸
方向に沿って振動すると、その圧電性結晶部6p,7p
は、Z軸方向に沿って歪み、圧電効果に基づいて圧電性
結晶部6p,7pの表面に、その歪み量に対応した電荷
が発生する。この電荷は、電流電圧変換回路6x,7x
によって電圧信号に変換されるが、それぞれの電圧信号
は互いに逆位相である。
【0032】電流電圧変換回路6x,7xから出力され
た電圧信号は、それぞれ、電圧フォロア8x,9xを介
して差動増幅回路10xに入力される。これらの電圧信
号は互いに逆位相であるので、差動増幅回路10xから
は、片方の電圧信号の振幅の2倍の振幅を有する電圧信
号VDが出力される。
た電圧信号は、それぞれ、電圧フォロア8x,9xを介
して差動増幅回路10xに入力される。これらの電圧信
号は互いに逆位相であるので、差動増幅回路10xから
は、片方の電圧信号の振幅の2倍の振幅を有する電圧信
号VDが出力される。
【0033】検出用振動片6,7の振動は、励振用振動
片4,5のZ軸方向の振動が検出用振動片6,7に伝達
されることによって生じたものである。前述のように、
励振用振動片4,5のZ軸方向のコリオリの力による振
動成分の位相とノイズ振動成分の位相は、90°ずれて
いる。したがって、これらの振動成分が検出用振動片
6,7に伝達されることによって発生した電圧信号VD
は、位相が互いに90°ずれた電圧信号成分VD1及びV
D2を有する。図3(d)において、コリオリの力の振動
成分による電圧信号成分VD1を実線で示し、ノイズ振動
成分による電圧信号成分VD2を破線で示す。
片4,5のZ軸方向の振動が検出用振動片6,7に伝達
されることによって生じたものである。前述のように、
励振用振動片4,5のZ軸方向のコリオリの力による振
動成分の位相とノイズ振動成分の位相は、90°ずれて
いる。したがって、これらの振動成分が検出用振動片
6,7に伝達されることによって発生した電圧信号VD
は、位相が互いに90°ずれた電圧信号成分VD1及びV
D2を有する。図3(d)において、コリオリの力の振動
成分による電圧信号成分VD1を実線で示し、ノイズ振動
成分による電圧信号成分VD2を破線で示す。
【0034】励振側の電圧フォロア3xから出力された
電圧信号VBは、利得調整回路11xを介して、差動増
幅回路12xに入力される。利得調整回路11xは、オ
ペアンプA11の反転入力端子と出力端子との間に接続
された可変抵抗R10を有しており、この可変抵抗R1
0の抵抗値を調整することにより、出力電圧の利得を調
整することができる。なお、この利得調整は、可変抵抗
R10の抵抗値を調整する代わりに、電圧フォロア3x
側の抵抗R9の抵抗値を調整することによって行っても
よい。
電圧信号VBは、利得調整回路11xを介して、差動増
幅回路12xに入力される。利得調整回路11xは、オ
ペアンプA11の反転入力端子と出力端子との間に接続
された可変抵抗R10を有しており、この可変抵抗R1
0の抵抗値を調整することにより、出力電圧の利得を調
整することができる。なお、この利得調整は、可変抵抗
R10の抵抗値を調整する代わりに、電圧フォロア3x
側の抵抗R9の抵抗値を調整することによって行っても
よい。
【0035】差動増幅回路12xには、励振側の利得調
整回路11xから出力された電圧信号VEと同時に、検
出側の差動増幅回路10xから出力された電圧信号VD
も入力される。電圧信号VDに含まれるノイズ振動成分
による電圧信号成分VD2の位相は、励振振動の位相、す
なわち、利得調整回路11xから出力された電圧信号V
Eの位相と一致する。したがって、これらの信号VD2及
びVEの振幅が等しくなるように利得調整回路11xに
おける利得を調整すれば、差動増幅回路12xによっ
て、検出信号VDからノイズ振動成分による信号成分V
D2が除去され、差動増幅回路12xからは、図3(f)
に示すように、コリオリの力による信号成分VD1のみが
出力される。
整回路11xから出力された電圧信号VEと同時に、検
出側の差動増幅回路10xから出力された電圧信号VD
も入力される。電圧信号VDに含まれるノイズ振動成分
による電圧信号成分VD2の位相は、励振振動の位相、す
なわち、利得調整回路11xから出力された電圧信号V
Eの位相と一致する。したがって、これらの信号VD2及
びVEの振幅が等しくなるように利得調整回路11xに
おける利得を調整すれば、差動増幅回路12xによっ
て、検出信号VDからノイズ振動成分による信号成分V
D2が除去され、差動増幅回路12xからは、図3(f)
に示すように、コリオリの力による信号成分VD1のみが
出力される。
【0036】差動増幅回路12xを通過したコリオリの
力による信号成分VD1は、反転増幅回路13xによって
反転され、反転された信号は、90°位相回路17xに
よって励振信号VCの位相が調整された信号VGで同期検
波される。すなわち、この反転された信号は、信号VG
と同期しており、2.5Vよりも低いレベルの半周期で
はスイッチS1を通過し、高いレベルの半周期では反転
増幅回路14xによって反転された後、スイッチS2を
通過する。したがって、コリオリの力による信号成分V
D1は全波整流され、図3(h)に示すように、ローパス
フィルタ付増幅回路15x,16xによって整流された
信号を平滑化することにより、その直流成分VIが取り
出される。
力による信号成分VD1は、反転増幅回路13xによって
反転され、反転された信号は、90°位相回路17xに
よって励振信号VCの位相が調整された信号VGで同期検
波される。すなわち、この反転された信号は、信号VG
と同期しており、2.5Vよりも低いレベルの半周期で
はスイッチS1を通過し、高いレベルの半周期では反転
増幅回路14xによって反転された後、スイッチS2を
通過する。したがって、コリオリの力による信号成分V
D1は全波整流され、図3(h)に示すように、ローパス
フィルタ付増幅回路15x,16xによって整流された
信号を平滑化することにより、その直流成分VIが取り
出される。
【0037】ローパスフィルタ付増幅回路16xから出
力される直流成分VIのレベルは、コリオリの力による
信号成分VD1の振幅、すなわち、被検出体の角速度の大
きさに依存しているので、ローパスフィルタ付増幅回路
16xの出力レベルを観察することにより、被検出体の
角速度の大きさを検出することができる。なお、ローパ
スフィルタ付増幅回路16xによる直流信号の増幅率
は、反転増幅回路13xによる交流信号の増幅率よりも
低く設定される。
力される直流成分VIのレベルは、コリオリの力による
信号成分VD1の振幅、すなわち、被検出体の角速度の大
きさに依存しているので、ローパスフィルタ付増幅回路
16xの出力レベルを観察することにより、被検出体の
角速度の大きさを検出することができる。なお、ローパ
スフィルタ付増幅回路16xによる直流信号の増幅率
は、反転増幅回路13xによる交流信号の増幅率よりも
低く設定される。
【0038】また、本装置では、検出用の電極6a〜6
d,7a〜7dは、それぞれの振動片6及び7に4つ設
けたが、この電極の数は6つ或いは8つであってもよ
い。
d,7a〜7dは、それぞれの振動片6及び7に4つ設
けたが、この電極の数は6つ或いは8つであってもよ
い。
【0039】さらに、本装置の振動子200は、4つの
振動片4〜7を用いたが、これは、2つの振動片のみを
用い、それぞれの振動片に励振用の電極及び検出用の電
極を配置してもよい。
振動片4〜7を用いたが、これは、2つの振動片のみを
用い、それぞれの振動片に励振用の電極及び検出用の電
極を配置してもよい。
【0040】本装置の圧電性結晶の材料は、水晶を用い
たが、これはLiTaO3等の圧電性結晶を代りに用い
てもよい。
たが、これはLiTaO3等の圧電性結晶を代りに用い
てもよい。
【0041】以上、説明したように、本実施の形態に係
る角速度検出装置は、第1及び第2方向(X軸、Z軸)
に沿った振動成分を有する振動を行うことができる第1
部分4と、第1部分4に機械的に結合した第2部分6
と、第1部分4を第1方向(X軸)に沿って振動させる
励振信号VBを第1部分4に与える励振手段1x〜5x
と、第2部分6の第2方向(Z軸)の振動成分に対応し
た検出信号VDを取り出す信号取出手段W3,W4と、
励振信号VBの振幅を調整して検出信号VDに重畳する重
畳手段11x,12xとを備える。
る角速度検出装置は、第1及び第2方向(X軸、Z軸)
に沿った振動成分を有する振動を行うことができる第1
部分4と、第1部分4に機械的に結合した第2部分6
と、第1部分4を第1方向(X軸)に沿って振動させる
励振信号VBを第1部分4に与える励振手段1x〜5x
と、第2部分6の第2方向(Z軸)の振動成分に対応し
た検出信号VDを取り出す信号取出手段W3,W4と、
励振信号VBの振幅を調整して検出信号VDに重畳する重
畳手段11x,12xとを備える。
【0042】換言すれば、本装置は、第1方向(X軸)
及び該第1方向に直交する第2方向(Z軸)それぞれの
方向に沿った振動成分を有する振動を行うことができる
第1部分4と、前記第1部分4に機械的に結合し、前記
第1部分4の第2方向(Z軸)に沿った振動に連成振動
できる第2部分6と、前記第1部分4を前記第1方向
(X軸)に沿って振動させる励振信号VBを前記第1部
分4に与える励振手段1x〜5xと、前記第2部分6の
前記第2方向(Z軸)に沿った振動成分に対応した検出
信号VDを取り出す信号取出手段W3,W4と、前記励
振信号VBの振幅を調整した信号を前記検出信号VDに重
畳する重畳手段11x,12xと、を備える。
及び該第1方向に直交する第2方向(Z軸)それぞれの
方向に沿った振動成分を有する振動を行うことができる
第1部分4と、前記第1部分4に機械的に結合し、前記
第1部分4の第2方向(Z軸)に沿った振動に連成振動
できる第2部分6と、前記第1部分4を前記第1方向
(X軸)に沿って振動させる励振信号VBを前記第1部
分4に与える励振手段1x〜5xと、前記第2部分6の
前記第2方向(Z軸)に沿った振動成分に対応した検出
信号VDを取り出す信号取出手段W3,W4と、前記励
振信号VBの振幅を調整した信号を前記検出信号VDに重
畳する重畳手段11x,12xと、を備える。
【0043】本装置によれば、重畳手段11x,12x
によって、励振信号VBの振幅を適当に調整して検出信
号VDに重畳すると、ノイズとなる信号成分VD2を除去
することができ、コリオリの力による信号VD1のみを選
択的に取り出すことができる。本装置では、記憶回路等
を用いることなく、ノイズとなる信号成分VD2を除去す
ることができ、したがって、簡単な構成で検出される角
速度の精度を向上させることができる。
によって、励振信号VBの振幅を適当に調整して検出信
号VDに重畳すると、ノイズとなる信号成分VD2を除去
することができ、コリオリの力による信号VD1のみを選
択的に取り出すことができる。本装置では、記憶回路等
を用いることなく、ノイズとなる信号成分VD2を除去す
ることができ、したがって、簡単な構成で検出される角
速度の精度を向上させることができる。
【0044】また、本装置の第1部分4は、第1圧電性
結晶部4pと、励振信号VBが印加されることにより前
記第1圧電性結晶部4pが第1方向に沿って振動するよ
うに前記第1圧電性結晶部4pに設けられた電極4a〜
4dとを備え、前記第2部分6は、第1圧電性結晶部4
pに機械的に結合した第2圧電性結晶部6pと、前記第
2圧電性結晶部6pに設けられた別の電極6a〜6dと
を備え、前記信号取出手段W3,W4は、前記別の電極
6a〜6dに接続されていることが好ましい。
結晶部4pと、励振信号VBが印加されることにより前
記第1圧電性結晶部4pが第1方向に沿って振動するよ
うに前記第1圧電性結晶部4pに設けられた電極4a〜
4dとを備え、前記第2部分6は、第1圧電性結晶部4
pに機械的に結合した第2圧電性結晶部6pと、前記第
2圧電性結晶部6pに設けられた別の電極6a〜6dと
を備え、前記信号取出手段W3,W4は、前記別の電極
6a〜6dに接続されていることが好ましい。
【0045】この場合、第2圧電性結晶部6pの第2方
向の振動成分に対応した検出信号VDは、圧電効果に基
づいて、前記別の電極6a〜6dから取り出すことがで
きる。
向の振動成分に対応した検出信号VDは、圧電効果に基
づいて、前記別の電極6a〜6dから取り出すことがで
きる。
【0046】また、本装置は、第1方向(X軸)及び該
第1方向に直交する第2方向(Z軸)それぞれの方向に
沿った振動成分を有する振動を行うことができる第1部
分4と、前記第1部分4に機械的に結合し、前記第1部
分4の第2方向(Z軸)に沿った振動に連成振動できる
第2部分6と、前記第1部分4を前記第1方向(X軸)
に沿って振動させる励振信号VBを前記第1部分4に与
える励振手段1x〜5xと、前記第2部分6の前記第2
方向(Z軸)に沿った振動成分に対応した検出信号VD
を取り出す信号取出手段W3,W4とを有し、前記第1
方向(X軸)及び前記第2方向(Z軸)の双方に直交す
る第3方向(Y軸)に沿った軸回りの角速度を検出する
角速度検出装置であって、前記角速度が略ゼロの状態に
おける前記検出信号VDの振幅を測定する振幅測定手段
と、前記励振信号VBの振幅を前記測定された振幅とな
るように調整した信号を前記検出信号VDに重畳する重
畳手段11x,12xと、前記重畳信号VFに基づいて
前記角速度を算出する角速度算出手段と、を備える。こ
こで、振幅測定手段及び角速度算出手段は、マイクロプ
ロセッサから構成されることが好ましい。このような角
速度検出装置は、自動車等に搭載される。この場合、マ
イクロプロセッサの振幅測定手段は、車速が3km/h
以下であって、且つ、舵角が±1°以下のときに、自動
車の角速度をゼロと見做し、この時の節点Dの信号の振
幅を記憶することができる。
第1方向に直交する第2方向(Z軸)それぞれの方向に
沿った振動成分を有する振動を行うことができる第1部
分4と、前記第1部分4に機械的に結合し、前記第1部
分4の第2方向(Z軸)に沿った振動に連成振動できる
第2部分6と、前記第1部分4を前記第1方向(X軸)
に沿って振動させる励振信号VBを前記第1部分4に与
える励振手段1x〜5xと、前記第2部分6の前記第2
方向(Z軸)に沿った振動成分に対応した検出信号VD
を取り出す信号取出手段W3,W4とを有し、前記第1
方向(X軸)及び前記第2方向(Z軸)の双方に直交す
る第3方向(Y軸)に沿った軸回りの角速度を検出する
角速度検出装置であって、前記角速度が略ゼロの状態に
おける前記検出信号VDの振幅を測定する振幅測定手段
と、前記励振信号VBの振幅を前記測定された振幅とな
るように調整した信号を前記検出信号VDに重畳する重
畳手段11x,12xと、前記重畳信号VFに基づいて
前記角速度を算出する角速度算出手段と、を備える。こ
こで、振幅測定手段及び角速度算出手段は、マイクロプ
ロセッサから構成されることが好ましい。このような角
速度検出装置は、自動車等に搭載される。この場合、マ
イクロプロセッサの振幅測定手段は、車速が3km/h
以下であって、且つ、舵角が±1°以下のときに、自動
車の角速度をゼロと見做し、この時の節点Dの信号の振
幅を記憶することができる。
【0047】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係る角
速度検出装置によれば、重畳手段によって、励振信号の
振幅を適当に調整して検出信号に重畳することにより、
コリオリの力によらない信号成分を除去することがで
き、したがって、記憶回路等を用いることなく、簡単な
構成で検出される角速度の精度を向上させることがで
き、装置の製造コストを低下させることができる。
速度検出装置によれば、重畳手段によって、励振信号の
振幅を適当に調整して検出信号に重畳することにより、
コリオリの力によらない信号成分を除去することがで
き、したがって、記憶回路等を用いることなく、簡単な
構成で検出される角速度の精度を向上させることがで
き、装置の製造コストを低下させることができる。
【図1】図1は、実施の形態に係る角速度検出装置の平
面図。
面図。
【図2】図2は、振動片の断面及び振動片に取付けられ
た処理回路を示す図。
た処理回路を示す図。
【図3】図3は、処理回路上の電圧波形を示すタイミン
グチャート。
グチャート。
4…第1部分、6…第2部分、1x〜5x…励振手段、
W3,W4…信号取出手段、11x,12x…重畳手
段。
W3,W4…信号取出手段、11x,12x…重畳手
段。
Claims (1)
- 【請求項1】 第1及び第2方向に沿った振動成分を有
する振動を行うことができる第1部分と、前記第1部分
に機械的に結合した第2部分と、前記第1部分を前記第
1方向に沿って振動させる励振信号を前記第1部分に与
える励振手段と、前記第2部分の前記第2方向の振動成
分に対応した検出信号を取り出す信号取出手段と、前記
励振信号の振幅を調整して前記検出信号に重畳する重畳
手段と、を備える角速度検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8234191A JPH1078326A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 角速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8234191A JPH1078326A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 角速度検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1078326A true JPH1078326A (ja) | 1998-03-24 |
Family
ID=16967116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8234191A Withdrawn JPH1078326A (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 角速度検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1078326A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005080919A1 (ja) * | 2004-02-20 | 2005-09-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 角速度センサ |
JP2011158296A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | π/2位相シフト回路、角速度検出回路 |
US9030082B2 (en) | 2010-11-24 | 2015-05-12 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, sensor unit, electronic apparatus, manufacturing method of vibrator element, and manufacturing method of sensor unit |
US9091542B2 (en) | 2011-09-29 | 2015-07-28 | Seiko Epson Corporation | Sensor element, method for manufacturing sensor element, sensor device, and electronic apparatus |
US9103674B2 (en) | 2011-09-29 | 2015-08-11 | Seiko Epson Corporation | Sensor element, method for manufacturing sensor element, sensor device, and electronic apparatus |
US9130147B2 (en) | 2012-04-27 | 2015-09-08 | Seiko Epson Corporation | Vibrating reed, gyro sensor, electronic apparatus, and mobile unit |
US9222775B2 (en) | 2012-02-14 | 2015-12-29 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, sensor unit, and electronic device |
US9299912B2 (en) | 2012-04-06 | 2016-03-29 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, manufacturing method of vibrator element, sensor unit, and electronic apparatus |
US9329040B2 (en) | 2011-09-26 | 2016-05-03 | Seiko Epson Corporation | Angular velocity sensor and method of manufacture |
US9341477B2 (en) | 2012-05-23 | 2016-05-17 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, method of manufacturing vibrator element, angular velocity sensor, electronic device, and moving body |
-
1996
- 1996-09-04 JP JP8234191A patent/JPH1078326A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005080919A1 (ja) * | 2004-02-20 | 2005-09-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 角速度センサ |
US7520184B2 (en) | 2004-02-20 | 2009-04-21 | Panasonic Corporation | Angular velocity sensor |
JP2011158296A (ja) * | 2010-01-29 | 2011-08-18 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | π/2位相シフト回路、角速度検出回路 |
US9030082B2 (en) | 2010-11-24 | 2015-05-12 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, sensor unit, electronic apparatus, manufacturing method of vibrator element, and manufacturing method of sensor unit |
US9362483B2 (en) | 2010-11-24 | 2016-06-07 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element having a suppressed vibration signal of leakage vibration |
US9329040B2 (en) | 2011-09-26 | 2016-05-03 | Seiko Epson Corporation | Angular velocity sensor and method of manufacture |
US9091542B2 (en) | 2011-09-29 | 2015-07-28 | Seiko Epson Corporation | Sensor element, method for manufacturing sensor element, sensor device, and electronic apparatus |
US9103674B2 (en) | 2011-09-29 | 2015-08-11 | Seiko Epson Corporation | Sensor element, method for manufacturing sensor element, sensor device, and electronic apparatus |
US9222775B2 (en) | 2012-02-14 | 2015-12-29 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, sensor unit, and electronic device |
US9299912B2 (en) | 2012-04-06 | 2016-03-29 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, manufacturing method of vibrator element, sensor unit, and electronic apparatus |
US9130147B2 (en) | 2012-04-27 | 2015-09-08 | Seiko Epson Corporation | Vibrating reed, gyro sensor, electronic apparatus, and mobile unit |
US9341477B2 (en) | 2012-05-23 | 2016-05-17 | Seiko Epson Corporation | Vibrator element, method of manufacturing vibrator element, angular velocity sensor, electronic device, and moving body |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20040210 |