JPS61258110A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JPS61258110A JPS61258110A JP60099634A JP9963485A JPS61258110A JP S61258110 A JPS61258110 A JP S61258110A JP 60099634 A JP60099634 A JP 60099634A JP 9963485 A JP9963485 A JP 9963485A JP S61258110 A JPS61258110 A JP S61258110A
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- angular velocity
- voltage
- circuit
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、回転体の角速度な検出するための角速度セン
サに関する。
サに関する。
近年、自動車やロボットなどの分野において。
角速度センサに対する要望が高まっている。その中でも
、寿命などの点から、特に、振動式のものが注目されて
い／）。この振動式Ｑ角速度センサの一例が特開昭５８
−１７４８５４号公報に開示されているが、この従来例
は、−万ケ検出用とし。
、寿命などの点から、特に、振動式のものが注目されて
い／）。この振動式Ｑ角速度センサの一例が特開昭５８
−１７４８５４号公報に開示されているが、この従来例
は、−万ケ検出用とし。
他方を駆動用とした２枚の圧電素子を結合して一対とな
し、かかる対の圧電素子馨２個用いて音叉形状に検出素
子χ形成し、この検出゛素子を測定しようとする回転体
と一体に回転させるとともに、これら駆動用の圧電素子
を同一振幅、同一周波数でかつ位相ｖｉｓｏ＠異ならせ
て振動させて夫々の検出用圧電素子にコリオリの力を生
じさせ、これらコリオリの力？検出してそこに含まれる
回転体の角速度Ｙ電気的処理でもって検出部Φものであ
る。検出素子χこりように構成丁Φことにより、直線的
な振動や加速度、さらＶＣｔ工、駆動用の圧電素子が発
生する音響振動の影響が取り除かれ、高い精度で角速度
が検出される。
し、かかる対の圧電素子馨２個用いて音叉形状に検出素
子χ形成し、この検出゛素子を測定しようとする回転体
と一体に回転させるとともに、これら駆動用の圧電素子
を同一振幅、同一周波数でかつ位相ｖｉｓｏ＠異ならせ
て振動させて夫々の検出用圧電素子にコリオリの力を生
じさせ、これらコリオリの力？検出してそこに含まれる
回転体の角速度Ｙ電気的処理でもって検出部Φものであ
る。検出素子χこりように構成丁Φことにより、直線的
な振動や加速度、さらＶＣｔ工、駆動用の圧電素子が発
生する音響振動の影響が取り除かれ、高い精度で角速度
が検出される。
しかしながら、検出用圧電素子から検出するコリオリの
力は駆動用圧電素子の振動振幅、振動周波数に依存し、
また、これらは駆動用圧電素子の駆動信号の振幅、周波
数（依存するから、この駆動信号の振幅や周波数が変化
すると、検出されたコリオリの力も変動して正確な角速
度の検出が行なえない。
力は駆動用圧電素子の振動振幅、振動周波数に依存し、
また、これらは駆動用圧電素子の駆動信号の振幅、周波
数（依存するから、この駆動信号の振幅や周波数が変化
すると、検出されたコリオリの力も変動して正確な角速
度の検出が行なえない。
そこで、かかる問題点？解消するために、センナ技術編
集部情報調査会発行：センサデバイスノ・ンドブツク（
１９８３，１１，１５）ｐＰ、１９３−１９４「４９．
角速度センサ」の項に警工、検出素子の駆動回路に駆動
信号の振幅を一定にするための自動利得制御方式を採用
し、かつ周波数Ｖ 一定に丁６ための補償用コンデンサ
を設げた技術が開示されている。
集部情報調査会発行：センサデバイスノ・ンドブツク（
１９８３，１１，１５）ｐＰ、１９３−１９４「４９．
角速度センサ」の項に警工、検出素子の駆動回路に駆動
信号の振幅を一定にするための自動利得制御方式を採用
し、かつ周波数Ｖ 一定に丁６ための補償用コンデンサ
を設げた技術が開示されている。
しかしながら、かかる従来技術において管工、やはり検
出用圧電素子から検出される信号はこの圧電素子の振動
振幅や振動周波数に依存しており、かつ、駆動信号の振
幅や周波数を所望の値に正確に設定することは困難であ
るから、補償が不充分であるし、また、自動利得制御の
ための補正量の調整は非常に難かくし、高度の熟練と手
間ケ必要としていた。さらに、検出用圧電素子から検出
された信号から回転体の角速度の太きさや向きＹ検出す
るため（、この信号を同期検波しているが、このための
基準クロックは上記駆動１号と所定電圧とを比較するこ
と［よって形成している。したがって、駆動信号の振幅
や周波数が所望の値からづれていたり、変動したりする
と、基準クロックのパルス幅や位相が変動丁Φことにな
り、こり結果、得られる角速度の大きさに誤差が生ずる
ことになる。
出用圧電素子から検出される信号はこの圧電素子の振動
振幅や振動周波数に依存しており、かつ、駆動信号の振
幅や周波数を所望の値に正確に設定することは困難であ
るから、補償が不充分であるし、また、自動利得制御の
ための補正量の調整は非常に難かくし、高度の熟練と手
間ケ必要としていた。さらに、検出用圧電素子から検出
された信号から回転体の角速度の太きさや向きＹ検出す
るため（、この信号を同期検波しているが、このための
基準クロックは上記駆動１号と所定電圧とを比較するこ
と［よって形成している。したがって、駆動信号の振幅
や周波数が所望の値からづれていたり、変動したりする
と、基準クロックのパルス幅や位相が変動丁Φことにな
り、こり結果、得られる角速度の大きさに誤差が生ずる
ことになる。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、高い
精度で回転体Ｑ角速度？検出丁すことができるようにし
た角速度センサ？提供するにある。
精度で回転体Ｑ角速度？検出丁すことができるようにし
た角速度センサ？提供するにある。
この目的を達成するために、本発明シエ、検出素子から
得られた検出信号と該検出素子の駆動信号との比から角
速度の大きさ？検出し、これとは独立に、該検出信号と
該駆動信号の位相関係から該角速度の向きを検出するよ
うにした点に特徴がある。
得られた検出信号と該検出素子の駆動信号との比から角
速度の大きさ？検出し、これとは独立に、該検出信号と
該駆動信号の位相関係から該角速度の向きを検出するよ
うにした点に特徴がある。
まず、第５図によって本発明Ｑ厘埋Ｙ説明する。
互いに直交するＹ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる三次元座標系
において、Ｙ軸とＹ軸とからなるＸ−Ｙ平面上ｇＺ軸Ｙ
中心として角速度Ωで物体Ｍが回転しており、この物体
Ｍが画く軌道ハ原点Ｏからの半径Ｒの円軌道であるもの
とし、この物体ＭがさらにＸ−Ｙ平面内で振動している
ものとすると、この物体Ｍには、その振動方向と２軸に
平行な方向とに垂直な方向に次に示すコリオリの力Ｆ。
において、Ｙ軸とＹ軸とからなるＸ−Ｙ平面上ｇＺ軸Ｙ
中心として角速度Ωで物体Ｍが回転しており、この物体
Ｍが画く軌道ハ原点Ｏからの半径Ｒの円軌道であるもの
とし、この物体ＭがさらにＸ−Ｙ平面内で振動している
ものとすると、この物体Ｍには、その振動方向と２軸に
平行な方向とに垂直な方向に次に示すコリオリの力Ｆ。
が生ずる。
ＦＣ＝ｚｍ（￥ｘ７）
ここで、ｍ ｔｚ物体Ｍの質量％ｖは物体Ｍ １７）振
動による速度ベクトル、″７！ハ角速変成クトルで方向
はＺ軸方向である。ここで、物体Ｍを原点Ｏ方向大−に
に振動させるものとし、これによるコリオリの力Ｙｃは
回転軌道の接線方向Ｂ−Ｂ／に生ずる。
動による速度ベクトル、″７！ハ角速変成クトルで方向
はＺ軸方向である。ここで、物体Ｍを原点Ｏ方向大−に
に振動させるものとし、これによるコリオリの力Ｙｃは
回転軌道の接線方向Ｂ−Ｂ／に生ずる。
いま、質量ＭがＡ−に方向にｒ ｓｉｎωｔで変位（振
動）しているとすると、コリオリの力ｆＣの大きさＦＣ
は次式で表わされる。なお、ωは２πｆであって、ｆは
振動周波数である。
動）しているとすると、コリオリの力ｆＣの大きさＦＣ
は次式で表わされる。なお、ωは２πｆであって、ｆは
振動周波数である。
ＦＣ＝２ｍΩｒ ωｃｏｓ ωｔ −−−−
（１）この式において、ｍ、ｒ、ωは単なる大きさを示
すものであるが、角速度Ωは向きにより正負の値？もっ
ている。したがって、コリオリの力ＦＣは質量Ｍの変位
を表わすｒ ｓｉｎωｔに対して、その位相が角速度Ω
の向きによって９０°遅れ、または９０°進みとなる。
（１）この式において、ｍ、ｒ、ωは単なる大きさを示
すものであるが、角速度Ωは向きにより正負の値？もっ
ている。したがって、コリオリの力ＦＣは質量Ｍの変位
を表わすｒ ｓｉｎωｔに対して、その位相が角速度Ω
の向きによって９０°遅れ、または９０°進みとなる。
一万、もともとのＡ−Ａ／方向の振動における半径方向
ＱカＦＡは、 Ｆｈ＝ ｍｒω”ｓｉｎωｔ となる。さらに、角速度Ωによる遠心力ＦＣＬは半径Ｒ
を、ｒ７１−「フ１−とすると、ＦｃＬ＝ ｍΩ”
（Ｒ＋ ｒｓｉＪ６） ｔ ）となり。したがって、Ａ
−に方向に発生している力Ｆ、は、 Ｆ、＝ＦＡ＋ＦｃＬ；−ｍｒ（ω２−Ω”）ｓｉｎｃｃ
＋ｔ−１−ｍＲ１２２・・・・・・（２） となる。ここで、ω〉Ωと設定し、力ＦＴの交流分χフ
ィルタによって抽出すると、その方Ｆ？□は、 ＦＴＡ中−ｍ ｒ Ｑ１２ｓｉｏωｔ ＝、ｐムとなる
。したがって、力ＦＴＡ）二質量Ｍの変位を表わ丁ｒ
５ｉｆｌωｔに対して、その位相が１８０＠ずれている
。
ＱカＦＡは、 Ｆｈ＝ ｍｒω”ｓｉｎωｔ となる。さらに、角速度Ωによる遠心力ＦＣＬは半径Ｒ
を、ｒ７１−「フ１−とすると、ＦｃＬ＝ ｍΩ”
（Ｒ＋ ｒｓｉＪ６） ｔ ）となり。したがって、Ａ
−に方向に発生している力Ｆ、は、 Ｆ、＝ＦＡ＋ＦｃＬ；−ｍｒ（ω２−Ω”）ｓｉｎｃｃ
＋ｔ−１−ｍＲ１２２・・・・・・（２） となる。ここで、ω〉Ωと設定し、力ＦＴの交流分χフ
ィルタによって抽出すると、その方Ｆ？□は、 ＦＴＡ中−ｍ ｒ Ｑ１２ｓｉｏωｔ ＝、ｐムとなる
。したがって、力ＦＴＡ）二質量Ｍの変位を表わ丁ｒ
５ｉｆｌωｔに対して、その位相が１８０＠ずれている
。
そこで、力ＦＴＡｔ？基準としてコリオリの力ＦｃＹみ
ると、その位相は角速度Ωり向きによって９０°進み、
また！工９０°遅れとなっているので、この位相χ検出
部会ことにより角速度Ωの向きが検出できる。また、力
ＦＴＡの振幅によってコリオリリカＦｃｇ）振幅を割算
すると、が得られΦ。さらに、これに力ＦＴＡ のｓｉ
ｎωｔからωを抽出して掛算すると、質量Ｍの振幅ｒと
周波数ｆの変動にかかわらず角速度Ωの大きさを検出で
きる。
ると、その位相は角速度Ωり向きによって９０°進み、
また！工９０°遅れとなっているので、この位相χ検出
部会ことにより角速度Ωの向きが検出できる。また、力
ＦＴＡの振幅によってコリオリリカＦｃｇ）振幅を割算
すると、が得られΦ。さらに、これに力ＦＴＡ のｓｉ
ｎωｔからωを抽出して掛算すると、質量Ｍの振幅ｒと
周波数ｆの変動にかかわらず角速度Ωの大きさを検出で
きる。
以上が本発明の原理であるが、以下、かかる原理にもと
づ（本発明の実施例を図面によって説明する。
づ（本発明の実施例を図面によって説明する。
第１図は本発明による角速度センサリー実施例？示すブ
ロック図であって、１は検出素子、２は駆動部、３は検
出部、４は駆動回路、５は電荷増幅回路、６，７）Ｘバ
ンドパスフィルタ、８）Ｘ移相回路、９は増幅回路、１
０は半波整流回路、１工は全波整流回路、１２は周波数
−電圧変換回路、１３は平滑回路、１４は位相検出回路
、１５はプログラマブル・マルチファンクションリモジ
ュール、１６は対数増幅回路、１７は対数比増幅回路、
１８４！加算回路、１９は逆対数増幅回路、２０は反転
回路、２１はアナログスイッチ、２２は増幅回路、２３
，２４．２５は出力端子である。
ロック図であって、１は検出素子、２は駆動部、３は検
出部、４は駆動回路、５は電荷増幅回路、６，７）Ｘバ
ンドパスフィルタ、８）Ｘ移相回路、９は増幅回路、１
０は半波整流回路、１工は全波整流回路、１２は周波数
−電圧変換回路、１３は平滑回路、１４は位相検出回路
、１５はプログラマブル・マルチファンクションリモジ
ュール、１６は対数増幅回路、１７は対数比増幅回路、
１８４！加算回路、１９は逆対数増幅回路、２０は反転
回路、２１はアナログスイッチ、２２は増幅回路、２３
，２４．２５は出力端子である。
同図において、駆動回路４は検出素子Ｉ Ｃ１）駆動部
２１Ｃ駆動信号を供給し、検出部３を振動させる。
２１Ｃ駆動信号を供給し、検出部３を振動させる。
検出素子１は、第２図に示すように、音叉形の圧電素子
（水晶振動子）からなる駆動部２と同じく音叉形の圧電
素子（水晶振動子）からなる検出部３とが、夫々り共振
波２Ａと３Ａ、共振波２Ｂと３Ｂとが互いに接合されて
一体となって構成されている。これら圧電素子は人工水
晶をフォ）ＩＪノグラフイ技術で同一形状に加工し定も
のであるが、それらの結晶の機械軸が互いに直交するよ
うにカットされている。かかる構成の検出素子ｌには、
そり長さ方向に検出すべき角速度Ωを加える。
（水晶振動子）からなる駆動部２と同じく音叉形の圧電
素子（水晶振動子）からなる検出部３とが、夫々り共振
波２Ａと３Ａ、共振波２Ｂと３Ｂとが互いに接合されて
一体となって構成されている。これら圧電素子は人工水
晶をフォ）ＩＪノグラフイ技術で同一形状に加工し定も
のであるが、それらの結晶の機械軸が互いに直交するよ
うにカットされている。かかる構成の検出素子ｌには、
そり長さ方向に検出すべき角速度Ωを加える。
駆動部２には、第３図（ａ） ｖｃ示すように、夫々の
共振波２Ａ、２Ｂ一方の面にアルミニウム蒸着による電
極２６．２７が設けられ、また、第３図（ａ）の分断線
Ｃ−Ｃ／に沿う断面？示す第３図（ｂ）に示すよう和、
共振波２Ａ、２Ｂり他方の面にも、電極２６．２７に対
向して電極２６’、２７’が設けられている。さらに、
Ｉ！３図（ａ）に示すように、共振波２Ａ、２Ｂの先端
部（低融点金属の接着材２８゜２９が設けられている。
共振波２Ａ、２Ｂ一方の面にアルミニウム蒸着による電
極２６．２７が設けられ、また、第３図（ａ）の分断線
Ｃ−Ｃ／に沿う断面？示す第３図（ｂ）に示すよう和、
共振波２Ａ、２Ｂり他方の面にも、電極２６．２７に対
向して電極２６’、２７’が設けられている。さらに、
Ｉ！３図（ａ）に示すように、共振波２Ａ、２Ｂの先端
部（低融点金属の接着材２８゜２９が設けられている。
ここで、第３図（ｂ）に示す電極２６と２７′、電極２
７ｔ２６’を工夫々電気的に接続されており、電極２６
．２７間に駆動回路４から駆動信号が印加されて駆動部
２が振動する。
７ｔ２６’を工夫々電気的に接続されており、電極２６
．２７間に駆動回路４から駆動信号が印加されて駆動部
２が振動する。
この振動の分布は、共振波２人について示すと、第３図
（！ｌ）の矢印３０および破線３１で示す工うになる。
（！ｌ）の矢印３０および破線３１で示す工うになる。
一方、検出部３は、第４図（ａ）およびその分断線Ｄ−
Ｄ／に沿う断面を示す第４図（ｂｌに示すように、共振
波３Ａ、３Ｂの夫々の外側面ｆ！１５ＶＣ沿って互いに
連結した電極３２と、同じく夫々の内側ＷＪｆＩＢに沿
って互いに連結した電極３３とが設けられ、さらに、共
振波３Ａ、３Ｂの先端部に低融点金属の接着材３４．３
５が設けられていｂ０ ０Ｂ図（ａ）に示す駆動部２の共振波２ Ａ Ｉ）先端
部と第４図［ａ）に示す検出部３の共振波３Ａ（１）先
端部とｔ接着材２８．３４で接着し、駆動部２の共振波
２ Ｂ ｃｙ）先端部と検出部３ （１）共振波３Ｂの
先端部とを接着材２９．３５で接着することにより、第
２図に示す検出素子ｌか得られる。そして、駆動！ｆｌ
ｓ２に’矢印３０および破線３１に示す分布で角速度Ω
（第２図）の方向とｔ工直交する方向に振動させると、
検出Ｔ！ｉ５３には、第４図ｆ１）に示すように、共振
枝３Ａ、３Ｂに矢印３６．破線３７で示す方向および分
布でコリオリの力Ｆｃが生ずる。電極３２．３３間には
、こりコリオリの力ＦｃＴｌｃ比例した電圧が得られる
。
Ｄ／に沿う断面を示す第４図（ｂｌに示すように、共振
波３Ａ、３Ｂの夫々の外側面ｆ！１５ＶＣ沿って互いに
連結した電極３２と、同じく夫々の内側ＷＪｆＩＢに沿
って互いに連結した電極３３とが設けられ、さらに、共
振波３Ａ、３Ｂの先端部に低融点金属の接着材３４．３
５が設けられていｂ０ ０Ｂ図（ａ）に示す駆動部２の共振波２ Ａ Ｉ）先端
部と第４図［ａ）に示す検出部３の共振波３Ａ（１）先
端部とｔ接着材２８．３４で接着し、駆動部２の共振波
２ Ｂ ｃｙ）先端部と検出部３ （１）共振波３Ｂの
先端部とを接着材２９．３５で接着することにより、第
２図に示す検出素子ｌか得られる。そして、駆動！ｆｌ
ｓ２に’矢印３０および破線３１に示す分布で角速度Ω
（第２図）の方向とｔ工直交する方向に振動させると、
検出Ｔ！ｉ５３には、第４図ｆ１）に示すように、共振
枝３Ａ、３Ｂに矢印３６．破線３７で示す方向および分
布でコリオリの力Ｆｃが生ずる。電極３２．３３間には
、こりコリオリの力ＦｃＴｌｃ比例した電圧が得られる
。
第１図にもどって、駆動回路４は上記Ｑ）Ｊ：５に構成
された駆動部２？Ｉｌ−共振素子として発振回路Ｙ構成
しており、したがって、こり駆動回路４を工、先に説明
した駆動素子１ｖ回転半径方向す力ＦＡおよび遠心力Ｆ
ＣＬの和の力Ｆ、ｒに比例した駆動電圧ｖｌＹ発生して
いる。この駆動電圧■ｘは、ｖＸｏｃ−ｍｒ（ω２−Ω
”）ｓｉｎωｔ−４−ｍＢΩ” ・−・−（３）で表わ
され、検出素子１の駆動部２に供給されるとともに、駆
動回路４中のバッファＹ介してバンドパスフィルタ６に
も供給される。
された駆動部２？Ｉｌ−共振素子として発振回路Ｙ構成
しており、したがって、こり駆動回路４を工、先に説明
した駆動素子１ｖ回転半径方向す力ＦＡおよび遠心力Ｆ
ＣＬの和の力Ｆ、ｒに比例した駆動電圧ｖｌＹ発生して
いる。この駆動電圧■ｘは、ｖＸｏｃ−ｍｒ（ω２−Ω
”）ｓｉｎωｔ−４−ｍＢΩ” ・−・−（３）で表わ
され、検出素子１の駆動部２に供給されるとともに、駆
動回路４中のバッファＹ介してバンドパスフィルタ６に
も供給される。
−万、先に説明したように、角速度Ωによる上記式（１
）のコリオリの力Ｆｃによって、検出１１３の電極３２
．３３間に電荷が発生する。この電荷は電荷増幅回路５
Ｖｃ供給され、その出力電圧ｖｓがバンドパスフィルタ
７へ供給される。しタカって、この電圧Ｖ８はコリオリ
の力Ｆｃに対応する電圧となる。つまり、 Ｖ ｓｏｅ ２ ｒｒ）Ωｒａ＋ｃｏｓωｔとなる。
）のコリオリの力Ｆｃによって、検出１１３の電極３２
．３３間に電荷が発生する。この電荷は電荷増幅回路５
Ｖｃ供給され、その出力電圧ｖｓがバンドパスフィルタ
７へ供給される。しタカって、この電圧Ｖ８はコリオリ
の力Ｆｃに対応する電圧となる。つまり、 Ｖ ｓｏｅ ２ ｒｒ）Ωｒａ＋ｃｏｓωｔとなる。
バンドパスフィルタ６．７は中心周波数Ｙｆに設定した
ものであって、バンドパスフィルタ６を工電圧ｖＸから
前記式（３）の第１項の成分Ｖｌｌ だけＹ通過させ、
バンドパスフィルタ７は電圧■８γバンドパスフィルタ
６と同じ時間だけ遅延して通過させる。そして、バンド
パスフィルタ６ｆ工電圧ｖ１□ を移相回路８に供給し
、バンドパスフィルタ７は電圧Ｖ８ｔ’に’増幅回路９
に供給する。そこで、電圧Ｖ１１ とｖ、１ｔ’ｚそ
れぞれ以下の比例関係をもつことになる。
ものであって、バンドパスフィルタ６を工電圧ｖＸから
前記式（３）の第１項の成分Ｖｌｌ だけＹ通過させ、
バンドパスフィルタ７は電圧■８γバンドパスフィルタ
６と同じ時間だけ遅延して通過させる。そして、バンド
パスフィルタ６ｆ工電圧ｖ１□ を移相回路８に供給し
、バンドパスフィルタ７は電圧Ｖ８ｔ’に’増幅回路９
に供給する。そこで、電圧Ｖ１１ とｖ、１ｔ’ｚそ
れぞれ以下の比例関係をもつことになる。
ＶＩｌｏｃ ｍ、（ωｘ−Ωｔ）ｓｉｎωｔ ・・
・・−（４）Ｖ、 １ ｏｅ２ｍｒ ΩωＣ０５（
ｃ）ｆ ”
’ 奉ｅ・（５）なお、ω＝２πｆである。
・・−（４）Ｖ、 １ ｏｅ２ｍｒ ΩωＣ０５（
ｃ）ｆ ”
’ 奉ｅ・（５）なお、ω＝２πｆである。
次に、増幅回路９は電圧Ｖｓｔ’！’増幅して電圧Ｖ８
□ とし、これ乞全波整流回路１１と位相検出回路１４
にと供給する。また、移相回路８は電圧Ｖｌｌ の位相
を電圧ｖ８よ とほぼ同相（または逆相）＆ＣＬ、て電
圧ＶＩ２ とし、これｔ半波整流回路１０に供給する
。半波整流回路１０はレベルシフト部と理想化ダイオー
ド部からなり、電圧ｖＸ□の振幅な減衰させた後に半波
整流を行なって電圧Ｖ工ｓｌｋ：得、これを周波数−電
圧変換回路１２゜平滑回路１３．および位相検出回路１
４に供給丁ｂ０また、全波整流回路１１は絶対値回路部
と平滑部からなり、電圧ｖｓ□ を直流電圧Ｖ１１３
に変換する。この直流電圧Ｖ８３はプログラマブル・
マルチファンクション拳モジュール（アナログデパイセ
ズ社製（１） ４３３ Ｂ ） １５の対数比増幅部１
７に供給する。ここで電圧ｖｓ３％１次の比例関係をも
っている。
□ とし、これ乞全波整流回路１１と位相検出回路１４
にと供給する。また、移相回路８は電圧Ｖｌｌ の位相
を電圧ｖ８よ とほぼ同相（または逆相）＆ＣＬ、て電
圧ＶＩ２ とし、これｔ半波整流回路１０に供給する
。半波整流回路１０はレベルシフト部と理想化ダイオー
ド部からなり、電圧ｖＸ□の振幅な減衰させた後に半波
整流を行なって電圧Ｖ工ｓｌｋ：得、これを周波数−電
圧変換回路１２゜平滑回路１３．および位相検出回路１
４に供給丁ｂ０また、全波整流回路１１は絶対値回路部
と平滑部からなり、電圧ｖｓ□ を直流電圧Ｖ１１３
に変換する。この直流電圧Ｖ８３はプログラマブル・
マルチファンクション拳モジュール（アナログデパイセ
ズ社製（１） ４３３ Ｂ ） １５の対数比増幅部１
７に供給する。ここで電圧ｖｓ３％１次の比例関係をも
っている。
Ｖ Ｂ ｓ Ｏｅ ２ｍｒΩω −−−
−−１（６）周波数−電圧変換回路工２は供給された電
圧ＶＸＳ の周波数ｆに比例した直流電圧ｖｒな形成し
、このモジュール１５（１）対数増幅部１６に供給する
。また、平滑回路１３警工電王■ＩＩＷＩ’平滑して直
流電圧ＶＩ４形成し、これをモジュール１５の対数比増
幅部１７に供給する。ここで、電圧ｖｒとＶＸ、を工以
下の比例関係をもっている。すなわち、 ｖ、ｏｃω （°、°ω＝２ｒｆ） ・−
・−・（’７）ｖ、４ｏｃｍｒ（ω２−Ω２）
・・・・・・（８）モジュール１５において、対数
比増幅部１７（工供給された電圧ＶＢ３ とＶＸ４の対
数比をとって電圧ＶＬ、ｒｘ形成し、これｔ加算部１８
に供給する。一方、対数増幅部１６は供給された電圧■
２な対数に変換して電圧ＶＬ４ｖ形成し、これを加算部
１８に供給子ｂ０加算部１８は両電王ｖ１１とＶＬ４
な加算して、電圧ＶＬ５ Ｖ得、これを逆対数増幅部
１９に供給する。そして、逆対数増幅部１９は電圧ｖＬ
ｓを逆対数変換して、電圧Ｖ。！を出力する。ここで、
電圧Ｖ。！警工。
−−１（６）周波数−電圧変換回路工２は供給された電
圧ＶＸＳ の周波数ｆに比例した直流電圧ｖｒな形成し
、このモジュール１５（１）対数増幅部１６に供給する
。また、平滑回路１３警工電王■ＩＩＷＩ’平滑して直
流電圧ＶＩ４形成し、これをモジュール１５の対数比増
幅部１７に供給する。ここで、電圧ｖｒとＶＸ、を工以
下の比例関係をもっている。すなわち、 ｖ、ｏｃω （°、°ω＝２ｒｆ） ・−
・−・（’７）ｖ、４ｏｃｍｒ（ω２−Ω２）
・・・・・・（８）モジュール１５において、対数
比増幅部１７（工供給された電圧ＶＢ３ とＶＸ４の対
数比をとって電圧ＶＬ、ｒｘ形成し、これｔ加算部１８
に供給する。一方、対数増幅部１６は供給された電圧■
２な対数に変換して電圧ＶＬ４ｖ形成し、これを加算部
１８に供給子ｂ０加算部１８は両電王ｖ１１とＶＬ４
な加算して、電圧ＶＬ５ Ｖ得、これを逆対数増幅部
１９に供給する。そして、逆対数増幅部１９は電圧ｖＬ
ｓを逆対数変換して、電圧Ｖ。！を出力する。ここで、
電圧Ｖ。！警工。
であって、以乍に設定するものであり０ｖＲＦｊ Ｆ
” ９ ＊ ｎ ＝１ｖ丁＝ｖ、、ＶｚｅＶＦ１．．
Ｖｘ＝Ｖ、。
” ９ ＊ ｎ ＝１ｖ丁＝ｖ、、ＶｚｅＶＦ１．．
Ｖｘ＝Ｖ、。
したかつ【、上記式（６）−（８）から、電１Ｅｖｏ！
ｔｚ以下の比例関係で表わされる。つまり、 Ｖ ０ＣＩＯ２ｍｒΩω ０１ ］璽” ｍｒ（ω−Ω） となる。
ｔｚ以下の比例関係で表わされる。つまり、 Ｖ ０ＣＩＯ２ｍｒΩω ０１ ］璽” ｍｒ（ω−Ω） となる。
ところで、前記したように、検出すべき角速度Ωに対し
【振動周波数ｆを十分高い値に設定すると（つまり、ω
〉Ωと設定すると）、（ω！−、ｇりはω８￥Ｃ近似で
きる。例えば、角速度Ωを０．０１度／ｓｅｃとした場
合に、振動周波数ｆを３３ＫＨｚとすれば、ω；２πｆ
であり、２πを３６０ と置き換えると、約１２Ｘ１０
’度／ｓｅｃになる。したがって、上記のよ５に近似し
ても問題は生じない。そこで、前記の式（９）は、 ２０ ω８ Ω−ユＬΩ ｖｏｌ ９ （、、９ となる。
【振動周波数ｆを十分高い値に設定すると（つまり、ω
〉Ωと設定すると）、（ω！−、ｇりはω８￥Ｃ近似で
きる。例えば、角速度Ωを０．０１度／ｓｅｃとした場
合に、振動周波数ｆを３３ＫＨｚとすれば、ω；２πｆ
であり、２πを３６０ と置き換えると、約１２Ｘ１０
’度／ｓｅｃになる。したがって、上記のよ５に近似し
ても問題は生じない。そこで、前記の式（９）は、 ２０ ω８ Ω−ユＬΩ ｖｏｌ ９ （、、９ となる。
さ【、このモジュール１５の出力電圧Ｖ。１は出力端子
２５４反転回路２０およびアナログスイッチ２１に供給
される。そして、反転回路２０は電圧Ｖ。！を逆極性に
して電圧■。！を形成し、七の電圧■ｏ２Ｙ：アナログ
スイッチ２１に供給する。
２５４反転回路２０およびアナログスイッチ２１に供給
される。そして、反転回路２０は電圧Ｖ。！を逆極性に
して電圧■。！を形成し、七の電圧■ｏ２Ｙ：アナログ
スイッチ２１に供給する。
一方、位相検出回路１４は同期検波部と比較部からなり
、電圧ＶＫ３ によって電圧ｖ、２？同期検波し、この
同期検波した電圧を平滑した後に基準電圧（はぼＯｖ）
と比較して高レベルまｒｓ ｆＺ低レベルの電圧Ｖ、ｒ
ｅ出力する。ここで、電圧Ｖ１３は電圧ｖＸ２′ｌｋ：
半波整流したものどあり、電圧Ｖ１２＋ｚ上記式（４）
お工び移相回路８によって、はぼ Ｖ １ ｚ ｏｅ −１１１ｒ （ω２−Ω２）ｃｎｓ
ωｔとなっていｂ６そして、電圧Ｖ、２ｔｚＶｓエ （
式（５））と同様に、 Ｖ ８． ｏｅ ２ ｍ ｒΩωｃｏｓωｔであるので
、角速度Ωの向きによって、Ｖ Ｂ ２０ｅ ２
ｍ ｒ ｌ Ω ｌ ωｃｏｓ ω １
−争・ ・壷ｊＱ、１ま７％：は、 ”Ｉ ８２０Ｃ−２ｍ ｒＩΩ１ωｃｏｓωｔ
−−−−−−Ｄａとなっている。したがって、電圧ｖｓ
３％ｔ［ＥＥｖ！、で同期検波して得られた電圧ｖＰの
正負（同相また％工逆相）のみが、角速度Ωの向きの検
出に有効なものとなっている。
、電圧ＶＫ３ によって電圧ｖ、２？同期検波し、この
同期検波した電圧を平滑した後に基準電圧（はぼＯｖ）
と比較して高レベルまｒｓ ｆＺ低レベルの電圧Ｖ、ｒ
ｅ出力する。ここで、電圧Ｖ１３は電圧ｖＸ２′ｌｋ：
半波整流したものどあり、電圧Ｖ１２＋ｚ上記式（４）
お工び移相回路８によって、はぼ Ｖ １ ｚ ｏｅ −１１１ｒ （ω２−Ω２）ｃｎｓ
ωｔとなっていｂ６そして、電圧Ｖ、２ｔｚＶｓエ （
式（５））と同様に、 Ｖ ８． ｏｅ ２ ｍ ｒΩωｃｏｓωｔであるので
、角速度Ωの向きによって、Ｖ Ｂ ２０ｅ ２
ｍ ｒ ｌ Ω ｌ ωｃｏｓ ω １
−争・ ・壷ｊＱ、１ま７％：は、 ”Ｉ ８２０Ｃ−２ｍ ｒＩΩ１ωｃｏｓωｔ
−−−−−−Ｄａとなっている。したがって、電圧ｖｓ
３％ｔ［ＥＥｖ！、で同期検波して得られた電圧ｖＰの
正負（同相また％工逆相）のみが、角速度Ωの向きの検
出に有効なものとなっている。
ところで、駆動部２あるいは駆動回路４が外部環境の影
響を受けて、駆動信号の振幅と周波数が変動すると、回
路自体の特性から位相検波回路１４での同期検波のタイ
ミング（時間幅と位相）が変動する。こりため、同期検
波して平滑（積分）して得られた電圧Ｖ、のレベルも変
動することになる。しかしながら、電圧Ｖ８□、■１３
間の位相が９０°近く変動しなければ、式ＱＧ、（１υ
の電圧Ｖ、、ｇ）正負の判定は行なえ、したがって角速
度Ωυ向きの検出を１行なえる。
響を受けて、駆動信号の振幅と周波数が変動すると、回
路自体の特性から位相検波回路１４での同期検波のタイ
ミング（時間幅と位相）が変動する。こりため、同期検
波して平滑（積分）して得られた電圧Ｖ、のレベルも変
動することになる。しかしながら、電圧Ｖ８□、■１３
間の位相が９０°近く変動しなければ、式ＱＧ、（１υ
の電圧Ｖ、、ｇ）正負の判定は行なえ、したがって角速
度Ωυ向きの検出を１行なえる。
さて、位相検出回路１４の出力電圧Ｖ、＋ｚ出力端子２
４とアナログスイッチ２１に供給される。
４とアナログスイッチ２１に供給される。
アナログスイッチ２１は、電ＥＥｖＰが高レベルのとき
に、 電ＥＥＶ０、Ｙｅ 低レベルのときにｔ工、電圧
Ｖ。、Ｙ選択し、出力電ＥＥＶｏ、として増幅回路２２
に供給する。増幅回路２２はローパスフィルタ構成のも
ので、電圧Ｖ。、Ｖ増幅して電圧Ｖｏ４ ｖ得、これを
出力端子２３に供給する。
に、 電ＥＥＶ０、Ｙｅ 低レベルのときにｔ工、電圧
Ｖ。、Ｙ選択し、出力電ＥＥＶｏ、として増幅回路２２
に供給する。増幅回路２２はローパスフィルタ構成のも
ので、電圧Ｖ。、Ｖ増幅して電圧Ｖｏ４ ｖ得、これを
出力端子２３に供給する。
したがって、電圧ＶＱ４ｋ”Ｌ電８１：Ｖｏ工（ｏｃΩ
）？増幅したものであって、角速度Ωυ向きによって極
性がかわる電圧である。
）？増幅したものであって、角速度Ωυ向きによって極
性がかわる電圧である。
ちなみにアナログのメータによる表示？行なうｊＪ％＆
に電ＥＥｖｏ、Ｙ用い、コンピュータなどに裏って角速
度Ω？検出、処理丁６場合に電圧Ｖ、とＭｏ！’！’用
いる。
に電ＥＥｖｏ、Ｙ用い、コンピュータなどに裏って角速
度Ω？検出、処理丁６場合に電圧Ｖ、とＭｏ！’！’用
いる。
なお、位相検出回路１４ｇ）同期検波部は、アナログ乗
算器と積分器に置き換えることができる。
算器と積分器に置き換えることができる。
以上説明したように、本発明によれば、検出素子から得
られるコリオリの力に応じた検出信号を全波整流し、こ
れＩＣよって該検出信号の振＠Ｙ正確に表わすべく効率
よく得られた電圧信号と駆動信号との振幅比でもって検
出すべき角速度の大きさを検出するものであるから、検
出された角速度の大きさｔ！駆動信号の振幅２周波数お
よび位相や検出素子を構成する振動子の質量などの影響
を受ゆずに効率よく検出できるし、また、前記検出信号
χ前記駆動信号で同期検波部Φことにより、検出すべき
角速度の向きを検出するものであるから、前記検出信号
と前記駆動信号とり間の比較的広い範囲にわたる位相変
化に対しても角速度の向きの検出結果は影響されること
がなく、シたがって、角速度を常に高い精度で検出でき
るという優れた
られるコリオリの力に応じた検出信号を全波整流し、こ
れＩＣよって該検出信号の振＠Ｙ正確に表わすべく効率
よく得られた電圧信号と駆動信号との振幅比でもって検
出すべき角速度の大きさを検出するものであるから、検
出された角速度の大きさｔ！駆動信号の振幅２周波数お
よび位相や検出素子を構成する振動子の質量などの影響
を受ゆずに効率よく検出できるし、また、前記検出信号
χ前記駆動信号で同期検波部Φことにより、検出すべき
角速度の向きを検出するものであるから、前記検出信号
と前記駆動信号とり間の比較的広い範囲にわたる位相変
化に対しても角速度の向きの検出結果は影響されること
がなく、シたがって、角速度を常に高い精度で検出でき
るという優れた
を示すブロック図、第２図は第１図における検出素子の
一興体例Ｙ示す概略構成図、第３図（ａｔは第２図にお
ける駆動部の具体的構成？示す斜視図、第３図ｆｂ）は
第３図ｆａ）の分断線Ｃ−Ｃ／に沿う断面図、Ｉ！４図
（ａ）は第２図におげ６検出部の具体的構成を示す斜視
図、ｗｃ４図（ｂｌ Ｇ！ 第４図（ａ） ａ＞分断線
Ｄ−Ｄ／に沿う断面図、第５図は本発明のＮ埋説明図で
ある０ １・・・・・・検出素子、２・・・・・・駆動部、３・
・・・・・検出部、４・・・・・・駆動回路、１０・・
・・・・半波整流回路、１１・・・・・・全波整流回路
、１２・・・・・・周波数−電圧変換回路、１３・・・
・・・平滑回路、１４・・・・・・位相検出回路、１６
・・・・・・対数増幅回路、１７・・・・・・対数比増
幅回路、１８・・・・・・加算回路、１９・・・・・・
逆対数増幅回路。 第１図 第２図 第３図
一興体例Ｙ示す概略構成図、第３図（ａｔは第２図にお
ける駆動部の具体的構成？示す斜視図、第３図ｆｂ）は
第３図ｆａ）の分断線Ｃ−Ｃ／に沿う断面図、Ｉ！４図
（ａ）は第２図におげ６検出部の具体的構成を示す斜視
図、ｗｃ４図（ｂｌ Ｇ！ 第４図（ａ） ａ＞分断線
Ｄ−Ｄ／に沿う断面図、第５図は本発明のＮ埋説明図で
ある０ １・・・・・・検出素子、２・・・・・・駆動部、３・
・・・・・検出部、４・・・・・・駆動回路、１０・・
・・・・半波整流回路、１１・・・・・・全波整流回路
、１２・・・・・・周波数−電圧変換回路、１３・・・
・・・平滑回路、１４・・・・・・位相検出回路、１６
・・・・・・対数増幅回路、１７・・・・・・対数比増
幅回路、１８・・・・・・加算回路、１９・・・・・・
逆対数増幅回路。 第１図 第２図 第３図
Claims (1)
- 駆動部と検出部とを有し回転体と一体に回転する検出
素子と、該駆動部に駆動信号を供給し該検出部を振動さ
せる駆動手段と、該検出部からのコリオリの力に応じた
検出信号を全波整流する全波整流手段と、該全波整流手
段の出力信号と該駆動信号との振幅比を検出する振幅比
検出手段と、該駆動信号の周波数を検出する周波数検出
手段と、該振幅比検出手段の出力信号と該周波数検出手
段の出力信号とを乗算する乗算手段と、該駆動信号によ
つて該検出信号の位相を検出する位相検出手段とを備え
、該乗算手段が前記回転体の角速度の大きさに応じた信
号を出力し、該位相検出手段が該角速度の向きを表わす
信号を出力するように構成したことを特徴とする角速度
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60099634A JPS61258110A (ja) | 1985-05-13 | 1985-05-13 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60099634A JPS61258110A (ja) | 1985-05-13 | 1985-05-13 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61258110A true JPS61258110A (ja) | 1986-11-15 |
Family
ID=14252501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60099634A Pending JPS61258110A (ja) | 1985-05-13 | 1985-05-13 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61258110A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6484576B2 (en) | 1996-02-21 | 2002-11-26 | Fujitsu Limited | Tuning-fork vibratory gyro |
| JP2009229447A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-10-08 | Seiko Epson Corp | 物理量測定装置および電子機器 |
| JP2015099072A (ja) * | 2013-11-19 | 2015-05-28 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | 圧電センサ及びその製造方法 |
| JP2017207440A (ja) * | 2016-05-20 | 2017-11-24 | 株式会社デンソー | ジャイロセンサ装置 |
-
1985
- 1985-05-13 JP JP60099634A patent/JPS61258110A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6484576B2 (en) | 1996-02-21 | 2002-11-26 | Fujitsu Limited | Tuning-fork vibratory gyro |
| JP2009229447A (ja) * | 2008-02-29 | 2009-10-08 | Seiko Epson Corp | 物理量測定装置および電子機器 |
| JP2015099072A (ja) * | 2013-11-19 | 2015-05-28 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | 圧電センサ及びその製造方法 |
| JP2017207440A (ja) * | 2016-05-20 | 2017-11-24 | 株式会社デンソー | ジャイロセンサ装置 |
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