JPS63241308A - 角速度センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転体に設置して、その角速度を検出する角速
度センサに関するものであり、特に、ジャイロ素子の出
力信号を処理１−る横出回路に関する。

〔従来の技術〕

近年、自動車や自走式ロボットなどの分野において、回
転体の角速度を検出する角速度センサへの要望が高まっ
ている。中でも振動式のものが、軽量、長寿命、低ヒス
テリシス、低消費成力などの利点から注目されている。

この憑動弐角速度センサとしては、ニスニーイー　テク
ニカル　ペーパー　シリーズ　８３０７２７（１９８５
，４，１２−１５）における、エイレス著による「ソリ
ッドステートセンサ　チクノロシイ　アンド　アフ゛リ
ケーションズＪ　［１（ｔｃｈａｒｄ　Ｕ、　Ａｙｒｅ
ｓ　：　Ｓｏｌ　ｔｄ　−５ｔａｔｅ　５ｅｎｓｏｒ　
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌ　１ｃａｔｉ
ｏｎｓ　、　ＳＡＥ　Ｔｅａｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐｅｒ
　５ｅｒｉｅｓ、８３０７２７．Ａｐｒｉｌ　１２−１
５１９８３〕　　と題する文献におｔ、★て紹介されて
いる。これらの振動式角速度センサの中でも、特開昭５
８−１７４８５４号公報に記載されているものは、一方
を検出用とし、他方を駆動用とした２枚の王゛亀素子を
結合して一対となし、かかる対の圧電素子を２個用いて
音叉形状に伏出素子を形成し、この構出素子を測定しよ
うとする回転体と一体に回獣させるとともに、これら駆
動用の圧電素子を同一振幅、同−周仮数でかつ位相を１
８０°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の合＃：（
７１０ｍ）によるｆｇ号を検出して、そこに含抜れる回
転体の角速度を電気的処理でもって検出てるものである
。検出素子をこのように構成することにより、直線的な
振動や加速度、さしには！Ｉ！Ａ動用の圧電素子が発生
する低動の影響がほぼ取り除かれ、高い精度で角速度が
検出される・ この特開昭５８−１７４８５４号公報に記載の角速度セ
ンサの処理回路の一例としては、センサ技術編集ｆｆ［
！情報調丘会光行：センサテバイスハンドブック（１９
８３，１１，１５）ＰＰ、１９３−１９４　「４９．角
速度センサ」の項ＫＭ介されているように、駆動用圧電
素子（ベースクリスタル）に一定去幅、−ｉ周歿数を供
給する駆動回路として自動利得制御回路と補償用コンデ
ンサを含む自助発振回路が記載されており、また、千束
出用圧′ＦＩＬ素子（センスクリスタル）から角速度の
信号を検出する検出回路として電荷増幅器とバンドバス
フィルタを含む復′ｊＡ器、つまり同期検波回路が記載
されている。

なお、かかる従来技術においては、２つの検出用圧電素
子の電極間での配線（接続）によって、駆動用圧框素子
が発生する駆動の影響を取り除くようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来仮術においては、２つの検出用圧延素子の′ｗ
Ｌ極間での配線（接続）によって、駆動用圧電素子が発
生する振動の影響な取り除くようにしているので、禾だ
に影響が残っていた。すなわち、検出素子が回転してい
ないにもかかわらず、検出用圧１Ｊ７を素子の電極間に
交流電圧が発生していた。

この理由は４枚の圧′区素子のバラツキなどにより、２
つの検出用圧電素子に発生する交流電圧の伽１陽と位相
が同一となりないためである。そして、振幅と位相の異
なる交流電圧の合成は、さらに振幅と位相の異なる交流
′電圧となり、これがコリオリの力の検出誤差を大きく
するといった点については配慮されていなかった。

本発明の目的は、上記した従来の角速度センサの問題点
を解決し、ＩｊＡ動用圧電素子が発生する振動の影響を
一ノｇＩＩＩ戚９除き、検出４８号を精度よ（出力でき
る角速度センサを提供することである。

〔問題点を解決するための＋設〕

上記目的を達成するために、本発明は検出素子０２つの
検出用−極からの出力信号（交流電ＥＥ）を、それぞれ
移相器と分圧器を介して減算器に入力し、減算器の出力
信号にもとづいて、角速度の検出１Ｂ号を出力するもの
である。

〔作用〕

２つの検出用′ＦＩＬ極からの、位相と振幅の異なる２
つの出力１８号は、それぞれ移相器によって同相に調部
されて出力される。そして、それぞれ分圧器によって同
−振幅に調節されて出力される。減Ｘ器は移相器、分圧
器を介した同相、同−振幅の２つの信号を減算するので
、駆動信号の影響がなくなり、コリオリの力の検出信号
を精度よ（出力する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図は、本発明の一実施例で用いる検出素子の平−図
であって、１は圧電基板であり、この圧電基板１０面上
に弾性表面波発生相の駆動電極２゜３および６２．６５
か、それぞれ対になってくし形に設けられている。その
配置は駆動電極２．３および６２．６３によって発生さ
せられる弾性表面波の位相が合うようになされる。駆動
電極２．３および６２、６３から発生した弾性表面波を
反射するグレーティング６．７が、それぞれ駆ｗＪｔ極
２．３および６２．６５の外側にすだれ状に設けられ、
また、圧電基板１ｆｚｒ：角速度ベクトル１８で回転さ
せたときに、弾性表面波による弾性振動部に生じるコリ
オリの力を検出することができる検出電極４，５がくし
形に＆けられている。さらに圧電基板１の面上の中央に
中間′電極３７が設けられ、端子１４を介して接地１５
されるとともに出力端子１６に従続されている。また、
駆動電極２は端子８を介して接地１５′されるとともに
入力端子１３に接続される。駆動電極６２は端子６４を
介して接地１５１される。駆動電極３．６３はそれぞれ
端子９．６５を介して入力端子１２に接続される。検出
′＃ＩＬ極４は端子１０を介して出力端子１９に接続さ
れ、検出電極５は端子１１を介して出力端子２０に接続
される。

このように構成した検出素子の動作を以下に説明する。

入力端子１２．Ｌ５間に交Ｒ１ＩＩＬ圧を印加すると、
駆動電極２．６により発生じた弾性表面波はグレーティ
ング６がある１こめに、中間電極６７１ｊ１１１に進行
する。また、駆動電極６２’、６５により発生じた弾性
表面波はグレーティング７があるために、同様に中間電
極３７１１１１に進何する。この結果、両者の弾性表面
波はその振幅が７ＪＯ算され、中間電極６７の中央す分
に紙面に垂直な方向の振動が発生する。そして、この倣
動によって挽出ｋＬ極４と中間電極３７間に交流電圧が
発生し、同様に検出電極５と中間電極３７間にも交流電
圧が発生する。この交流電圧は電極蒸着の誤差などによ
って、若干、位相と振幅が異なっている。この状態にお
いて、角速度グクトル１日が発生したとすると、中間１
１Ｌ極３７で発生している紙面に垂直な振動によって、
コリオリの力が発生する。このコリオリの力によって、
検出電極４と中間電極５７間に圧縮歪が生じたとてると
、検出電極５と中間［極３７間に伸張歪が生じる。した
がって、構出゛域極４，５にコリオリの力に応じた、互
いにほぼ逆相の交流電圧が発生する。これらの交流電圧
は出力端子１６．１９間と出力端子１６．２０間に出力
される。

次に本発明の一芙九例を、第１図のブロック図に示して
説明する。党振由２１の出力信号は高周波トランス２２
を介して、第２図で述べた検出素子２６０入力端子１２
．１５に供給される。ここで、高周波トランス２２の２
次側は検出素子２３０入力容量などと並列共振を生じる
ように設定するものである。

検出素子２３の出力端子１６は接地され、出力端子１９
．２０からの出力信号は移相器２４．２５１ｃ供給され
る。ここで角速度ベクトル茎が発生していない時点にお
いて、移相器２４は出力端子１９．１６間の各賞などと
並列共振を生じるように構成される。また移相器２５は
、出力端子１７５．２０の容ｔとの並列共振。

周波数付近に設定されるものであって、出力端子１９１
！ｌｌの出力信号と出力端子２０側の出力信号を同相と
するように設定す、るものである。移相器２４２５の出
力イキ号はそれぞれ分圧器２６．２７に供給される。こ
こで、移相器２４の出力信号の損暢が、移相器２５の出
力１♂°号の振幅よりも大きいとすると、分圧器２７は
最小限の分圧な行なうように設定され、分圧器２６はそ
の出力信号が分圧器２７の出力信号と同−振幅となるよ
うに設定されるものである。

したがって、角速度ベクトル至が発生していない時点で
は、分圧器２６．２７の出力信号は同相、同一振幅の交
流電圧となっている。この分圧器２６．２７の出力イｇ
号はｄＸ器２８に供給される。減算器２８は分圧器２６
．２７から供給された２つの信号の減算を行なって、出
力イｇ号を同期検波器３１に供給する。

当然ながら、角速度ベクトル支が発生していない時点で
は減算器２８の出力信号のレベルはＯとなっている。そ
して、角速度ベクトル支が発生すると、第２図で述べた
ように、コリオリの力に応じた互いに逆相の交流′電圧
が、検出素子２６の出力端子１９゜２０に生じる。この
結果、減／Ｘ器２８の出力信号レベルは角速度Ωに応じ
た変化を生じる。

一方、検出素子２３０入力信号はバッファ２９を介して
移相器３０　Ｋ供給される。移相器３０は供給された信
号を所足の位相にして同期検ｅ器３１に供給する。四則
検波器３１はアナログ乗算器とローパスフィルタ形の差
動増幅器から構成され、移相器３０からの信号と減算器
２８からの信号を乗算した後に低周波成分を増幅し、角
速度ベクトルΩの大きさと向きに応じた傷°号を出力す
る。

〔発明の効果〕

以上説明したよ５６Ｃ，本発明によれば、検出素子の２
つの検出用電極からの出力信号を、それぞれ移相器と分
圧器を介して減ＪＬ器に入力し、減算器の出力信号にも
とづいて角速度の検出信号を出力するので、駆動信号の
影響がなくなり、梢匿のよい検出が可能となる。また、
上記の移相器は検出電極部の容量などと並列共振回路の
形１憬をな丁ので、大きな検出電圧を出力させる効果を
有する。

なお、検出素子として弾性表面波素子を用いた実施例を
示したが、従来例で述べたタイプの素子においても、本
発明は有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図で用いた伏出素子を示す平曲図である。 ２１・・・元熾器、２３・・・検出素子、２４．２５・
・・移相器、２６、２７・・・分Ｉｆ益、２８・・・減
Ｊ／４．器、３０・・・移相器、６１・・・同Ｍ慣波器
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．駆動信号が発生する振動に検出信号が影響されるこ
   とを防ぐために、２つ、または２対の検出電極を設け、
   これらの検出電極からの出力信号を相互に補償するよう
   に構成したものにおいて、角速度が発生していない時に
   おける、２つの上記出力信号を同相とする移相器と、同
   一振幅とするための分圧器と、これら移相器と分圧器を
   介した上記出力信号を減算する減算器を設けたことを特
   徴とする角速度センサ。