JP2001188011A - Vibrating gyro - Google Patents

Vibrating gyro

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JP2001188011A
JP2001188011A JP2000316143A JP2000316143A JP2001188011A JP 2001188011 A JP2001188011 A JP 2001188011A JP 2000316143 A JP2000316143 A JP 2000316143A JP 2000316143 A JP2000316143 A JP 2000316143A JP 2001188011 A JP2001188011 A JP 2001188011A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibrating gyro outputting an angular velocity detecting signal that Coriolis force is peak-held and a voltage is amplified to be digitized. SOLUTION: A level of a reference signal that an L signal from a vibrator 1 and R signal are added in an adder circuit 2, is set constantly in an AGC circuit 4 and a phase of the signal is adjusted in a phase-shift circuit 5, and then the vibrator 1 is excited. The reference signal is formed to a rectangular wave in a rectangular wave forming circuit 6, and a timing signal for a sample- hold is provided a V-T conversion circuit 8 through a microprocessor 7. A differential amplification circuit 3 sample-holds a sum of differential component of the L and R signals and Coriolis force in a sample-hold circuit 81, integrates it in an integration circuit 82, compares it with a fixed level in a comparator 83, and provides a digital signal with a duty factor corresponding to Coriolis force to the microprocessor 7 as the angular velocity detecting signal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は振動ジャイロに関
し、たとえばカメラの手振れ補正やナビゲーションシス
テムなどに利用されるバイモルフ振動子の出力から角速
度を検出する振動ジャイロに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrating gyroscope, and more particularly, to a vibrating gyroscope for detecting an angular velocity from an output of a bimorph vibrator used for a camera shake correction or a navigation system.

【0002】[0002]

【従来の技術】図12は振動ジャイロに用いられるバイ
モルフ振動子の一例を示す外観斜視図である。図12に
おいて、バイモルフ振動子1は、圧電素子を分極方向を
逆向きにして2枚貼り付けて断面が四角形となるように
したものである。この振動子1を駆動して面垂直方向
(X軸方向)に縦振動モードで振動させておき、長手方
向(Z軸方向)にある角速度(Ω)で回転させると、コ
リオリ力によって駆動方向と垂直な方向(Y軸方向)に
同期した横振動モードで振動が生ずる。
2. Description of the Related Art FIG. 12 is an external perspective view showing an example of a bimorph vibrator used in a vibrating gyroscope. In FIG. 12, the bimorph vibrator 1 is configured such that two piezoelectric elements are attached with the polarization directions being opposite to each other, so that the cross-section becomes rectangular. When the vibrator 1 is driven to vibrate in a vertical vibration mode in a direction perpendicular to the surface (X-axis direction) and rotated at an angular velocity (Ω) in a longitudinal direction (Z-axis direction), the driving direction is changed by Coriolis force. Vibration occurs in a transverse vibration mode synchronized with a vertical direction (Y-axis direction).

【0003】この横振動の振幅は角速度に比例するの
で、これを利用して角速度の値が検出される。振動子1
には図示しないが一方主面には左右の電極が、他方主面
には全面電極が設けられていて、左右の電極からL
(左)信号とR(右)信号が出力される。このような振
動子1では、バランスやヌル電圧(オフセット電圧,中
性点電圧とも称する)や感度をそれぞれ個別に調整する
必要がある。
Since the amplitude of the lateral vibration is proportional to the angular velocity, the value of the angular velocity is detected by using this. Vibrator 1
Although not shown, left and right electrodes are provided on one main surface, and full-surface electrodes are provided on the other main surface.
The (left) signal and the R (right) signal are output. In such a vibrator 1, it is necessary to individually adjust balance, null voltage (also referred to as offset voltage and neutral point voltage), and sensitivity.

【0004】図13は図12に示した振動子1の出力を
得るための角速度検出回路のブロック図である。図13
において、振動子1の2つの出力の差が差動増幅回路2
1で増幅され、同期検波回路22によって振幅波形が検
波され、平滑回路23で平滑されて直流電圧となり、D
Cアンプ24で直流増幅される。この信号にはヌル電圧
が含まれている。DCアンプ24で信号を増幅すると、
ヌル電圧も増幅されてしまうため、たとえばフィルタで
構成されたDCカット回路25によってDC成分がカッ
トされ、残った角速度の変化に対応する低周波の交流信
号が増幅回路26でさらに増幅されてアナログ信号とし
て出力される。ここでアナログ信号はA/Dコンバータ
27でデジタル信号に変換され、角速度検出信号として
マイクロプロセッサ28に与えられてカメラの振動振れ
を抑制したり、ナビゲーションのための制御が行なわれ
る。
FIG. 13 is a block diagram of an angular velocity detecting circuit for obtaining the output of the vibrator 1 shown in FIG. FIG.
, The difference between the two outputs of the vibrator 1 is
1, the amplitude waveform is detected by the synchronous detection circuit 22 and smoothed by the smoothing circuit 23 to become a DC voltage.
DC amplification is performed by the C amplifier 24. This signal contains a null voltage. When the signal is amplified by the DC amplifier 24,
Since the null voltage is also amplified, the DC component is cut by, for example, a DC cut circuit 25 constituted by a filter, and the remaining low-frequency AC signal corresponding to the change in the angular velocity is further amplified by the amplifier circuit 26 to be converted into an analog signal. Is output as Here, the analog signal is converted into a digital signal by the A / D converter 27, and is supplied to the microprocessor 28 as an angular velocity detection signal to control the vibration of the camera and perform control for navigation.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】図13に示した角速度
検出回路において、振動子1からはL成分とR成分の信
号が出力され、差動増幅回路21によって差動信号が出
力され、理想的にはヌル電圧が0Vになるはずである
が、左右のバランスがずれていると、ずれの成分の電圧
がヌル電圧として出力されてしまう。信号成分を増幅す
るためにDCアンプ24のゲインを大きくすると、含ま
れているヌル電圧によってDCアンプが飽和してしまう
ため、DCアンプの絶対的な増幅度の上限が定まってし
まう。
In the angular velocity detection circuit shown in FIG. 13, an L component and an R component signals are output from the vibrator 1 and a differential signal is output by the differential amplifier circuit 21. , The null voltage should be 0 V, but if the left and right balance is shifted, the voltage of the shifted component is output as the null voltage. If the gain of the DC amplifier 24 is increased to amplify the signal component, the DC voltage is saturated by the included null voltage, so that the absolute upper limit of the amplification degree of the DC amplifier is determined.

【0006】また、DCカット回路25でDC成分をカ
ットするためには、たとえば0.1Hz以上の信号のみ
を通過させるようなハイパスフィルタを構成しようとす
ると、20μFの大容量のコンデンサと、1MΩの抵抗
の組合せのハイパスフィルタを必要とし、装置が大型化
してしまう。
In order to cut a DC component by the DC cut circuit 25, for example, if a high-pass filter that allows only a signal of 0.1 Hz or more to pass is constructed, a large-capacity capacitor of 20 .mu.F and a 1 M.OMEGA. A high-pass filter with a combination of resistors is required, and the device becomes large.

【0007】さらに、図13に示した回路では、差動増
幅回路21の出力は左右の信号成分の位相がずれて出力
される場合と、左右の信号成分の振幅がずれて出力され
る場合とがある。左右の信号成分はsin波であるため
振幅がずれている場合には差動出力の振幅が変わるだけ
で済むが、左右の信号成分の位相がずれていると、基準
信号に対して位相のずれた信号が出力されてしまうとい
う問題点もある。
Further, in the circuit shown in FIG. 13, the output of the differential amplifier circuit 21 is output with the left and right signal components shifted in phase, and the output is output with the left and right signal components shifted in amplitude. There is. Since the left and right signal components are sin waves, if the amplitude is shifted, only the amplitude of the differential output needs to be changed. However, if the left and right signal components are out of phase, the phase is shifted with respect to the reference signal. There is also a problem that the output signal is output.

【0008】他の従来例として、特公平6−13970
号公報には、振動子の回転時の角速度による出力電圧の
ベクトルと静止時のヌル電圧のベクトルのなす位相差角
度が90度になるように振動子の検出側面に駆動信号を
与え、出力電圧とヌル電圧の合成ベクトルの位相差から
角速度を検知することが記載されている。
As another conventional example, Japanese Patent Publication No. Hei 6-13970
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163873 discloses that a drive signal is supplied to a detection side surface of a vibrator so that a phase difference angle formed by a vector of an output voltage based on an angular velocity when the vibrator rotates and a vector of a null voltage when the vibrator is stationary is 90 degrees. It describes that an angular velocity is detected from a phase difference between a composite vector of the null voltage and a null voltage.

【0009】しかし、この例では、振動子出力の振幅は
線形性を有しているが、位相差−感度の関係は基本的に
リニアではなく、ヌル位相の影響を受けて非線形性が変
動しやすいという欠点がある。このため、コリオリ力の
振幅値をデジタル化するのが望ましい。
However, in this example, although the amplitude of the oscillator output has a linearity, the relationship between the phase difference and the sensitivity is not basically linear, and the nonlinearity fluctuates under the influence of the null phase. There is a disadvantage that it is easy. Therefore, it is desirable to digitize the amplitude value of the Coriolis force.

【0010】そのような例として、特開昭62−150
116号公報には、発振の駆動による角速度信号が極
大,極小になる時刻でサンプルホールドすることが記載
されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-150 discloses such an example.
Japanese Patent Publication No. 116 describes that sampling and holding are performed at a time when an angular velocity signal due to driving of oscillation becomes maximum and minimum.

【0011】また、特開平7−260493号公報に
は、圧電素子の通過電流の差を検出し、この検出する振
動子の変位速度が0となるタイミングでサンプルホール
ドすることについて記載されている。ただし、サンプル
ホールドした信号をどのようにデジタル処理するかにつ
いては記載されていない。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-260493 describes that a difference between passing currents of a piezoelectric element is detected, and sample-hold is performed at a timing when the detected displacement speed of the vibrator becomes zero. However, it does not describe how to digitally process the sampled and held signal.

【0012】それゆえに、この発明の主たる目的は、コ
リオリ力をコリオリ力位相の位置によらずサンプルホー
ルドして増幅し、デジタル化する振動ジャイロにおける
角速度検出回路を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is, therefore, a main object of the present invention to provide an angular velocity detecting circuit in a vibrating gyroscope which samples and holds and amplifies and digitizes a Coriolis force irrespective of the position of the Coriolis force phase.

【0013】この発明の他の目的は、ヌル電圧を検出し
て補正できる振動ジャイロにおける角速度検出回路を提
供することである。
It is another object of the present invention to provide an angular velocity detecting circuit in a vibrating gyroscope capable of detecting and correcting a null voltage.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
振動子をX軸方向に励振させ、Z軸周りに回転したとき
に、Y軸方向に発生したコリオリ力による振動を検出す
る振動ジャイロであって、振動子から出力される第1お
よび第2の信号に基づいて基準信号を発生し、振動子を
励振させる駆動手段と、振動子から出力される第1およ
び第2の信号に基づいてコリオリ力を含む差動信号を抽
出する信号抽出手段と、駆動手段から出力される基準信
号に基づいてコリオリ力をサンプルホールドするための
タイミング信号を発生するタイミング信号発生手段と、
抽出された差動信号をタイミング信号に基づいてサンプ
ルホールドし、差動信号の微小な電圧変化を時間軸に拡
大して角速度検出信号として出力する電圧−時間軸変換
手段とを備えて構成される。なお、サンプル点はピーク
値近傍が効率の点で好ましいが、どの位相に特定される
までなく成立することはいうまでもない。
The invention according to claim 1 is
A vibrating gyroscope that excites a vibrator in the X-axis direction and detects vibration due to Coriolis force generated in the Y-axis direction when the vibrator is rotated around the Z-axis. Driving means for generating a reference signal based on the signal and exciting the vibrator; signal extracting means for extracting a differential signal including a Coriolis force based on the first and second signals output from the vibrator; Timing signal generating means for generating a timing signal for sampling and holding the Coriolis force based on a reference signal output from the driving means,
Voltage-time axis conversion means for sampling and holding the extracted differential signal based on the timing signal, expanding a minute voltage change of the differential signal on the time axis, and outputting the signal as an angular velocity detection signal . Although the sampling point is preferably near the peak value in terms of efficiency, it goes without saying that the sampling point is established without being specified at any phase.

【0015】請求項2に係る発明では、請求項1の振動
子は、それぞれがわずかな振幅と位相の差を有して第1
および第2の信号を出力する第1および第2の電極と全
面電極とを有していて、駆動手段は第1および第2の信
号を加算して基準信号として出力する加算手段と、加算
手段から出力される基準信号のレベルを一定にするレベ
ル制御手段と、レベル制御手段から出力される基準信号
の位相を調整して全面電極に出力する位相調整手段とを
含む。
In the invention according to claim 2, the vibrator according to claim 1 has a small difference between amplitude and phase, and
And first and second electrodes for outputting the first and second signals and a full-surface electrode, and the driving means adds the first and second signals and outputs the sum as a reference signal; And level adjusting means for adjusting the phase of the reference signal output from the level control means and outputting the adjusted reference signal to the entire surface electrode.

【0016】請求項3に係る発明では、請求項1または
2の電圧−時間軸変換手段は、コリオリ力を含む差動信
号をタイミング信号に基づいてサンプルホールドするサ
ンプルホールド手段と、サンプルホールド手段の出力信
号を積分する積分手段と、積分された信号を所定のレベ
ルで比較して時間軸に拡大して出力する比較手段とを含
む。
According to a third aspect of the present invention, the voltage-time axis converting means according to the first or second aspect includes a sample-and-hold means for sampling and holding a differential signal including a Coriolis force based on a timing signal; Integrating means for integrating the output signal, and comparing means for comparing the integrated signal at a predetermined level, expanding the signal on a time axis, and outputting the result.

【0017】請求項4に係る発明では、請求項1または
2の電圧−時間軸変換手段は、コリオリ力を含む差動信
号をタイミング信号に基づいてサンプリングし、ドルー
プ特性によりピーク値をリニアに減少させるサンプルホ
ールド手段と、リニアに減少する信号を所定のレベルで
比較して時間軸を拡大して出力する比較手段とを含む。
According to a fourth aspect of the present invention, the voltage-time axis conversion means of the first or second aspect samples a differential signal including a Coriolis force based on a timing signal, and linearly reduces a peak value by a droop characteristic. And a comparing means for comparing a linearly decreasing signal at a predetermined level and expanding and outputting the time axis.

【0018】請求項5に係る発明では、サンプルホール
ド手段によるサンプリング点をコリオリ力の特定位相と
別の波長における別の位相で異ならせるためのタイミン
グ信号を発生する手段と、サンプルホールド手段による
サンプルホールド値を比較してヌルの差動電圧を類推
し、類推したヌルの差動電圧に基づいて比較手段の所定
のレベルを制御する。
According to the fifth aspect of the present invention, there is provided a means for generating a timing signal for causing a sampling point by the sample and hold means to be different from a specific phase of Coriolis force and another phase at another wavelength, and a sample and hold means by the sample and hold means. The values are compared to infer a null differential voltage, and a predetermined level of the comparing means is controlled based on the inferred null differential voltage.

【0019】請求項6に係る発明では、請求項1ないし
5のいずれかのタイミング信号発生手段は、基準信号の
前縁と後縁を検出してクロック信号を計数し、所定の計
数値のときにタイミング信号を出力する。
According to a sixth aspect of the present invention, the timing signal generating means of any one of the first to fifth aspects detects the leading edge and the trailing edge of the reference signal and counts the clock signal. To output a timing signal.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の一実施形態の振
動ジャイロのブロック図である。図1において、振動子
1には左電極1Lと右電極1Rと全面電極1Cとが設け
られていて、左電極1Lと右電極1Rには抵抗R1,R
2を介して電圧+Vが与えられている。+Vは通常中正
電位もしくは基準電位である。左電極1L,右電極1R
からは第1の信号であるL信号と第2の信号であるR信
号とがそれぞれコリオリ力を含んで出力されて加算手段
である加算回路2と、信号抽出手段である差動増幅回路
3とに与えられる。加算回路2はL信号とR信号とを加
算してL+R信号を出力する。このように、加算回路2
でL信号とR信号とを加算することにより、コリオリ力
が消されて安定な帰還信号となる。
FIG. 1 is a block diagram of a vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a vibrator 1 is provided with a left electrode 1L, a right electrode 1R, and a full-surface electrode 1C, and the left electrode 1L and the right electrode 1R have resistors R1 and R1, respectively.
2, a voltage + V is applied. + V is usually a middle positive potential or a reference potential. Left electrode 1L, right electrode 1R
The L signal, which is the first signal, and the R signal, which is the second signal, are output including Coriolis forces, respectively, and output from an adder circuit 2 as an adder, and a differential amplifier circuit 3 as a signal extractor. Given to. The addition circuit 2 adds the L signal and the R signal and outputs an L + R signal. Thus, the addition circuit 2
By adding the L signal and the R signal, the Coriolis force is eliminated and a stable feedback signal is obtained.

【0021】上述の帰還信号が基準信号としてレベル制
御手段であるAGC回路4に与えられてレベルが一定な
駆動電圧となり、この駆動電圧が位相調整手段である移
相回路5を介して振動子1の全面電極1Cに与えられ
る。移相回路5は加算回路2の出力の位相を調整するも
のであり、加算回路2の出力と全面電極1Cに与えられ
る駆動電圧の位相差が所望する周波数で安定に発振する
ように調整する。この実施形態では位相差はほぼ0であ
る。これらの振動子1と加算回路2とAGC回路4と移
相回路5は発振回路を構成している。また、加算回路2
とAGC回路4と移相回路5とで振動子1を励振させる
駆動手段を構成している。
The above-mentioned feedback signal is supplied as a reference signal to an AGC circuit 4 as a level control means, and becomes a drive voltage having a constant level, and this drive voltage is passed through a phase shift circuit 5 as a phase adjustment means. To the entire surface electrode 1C. The phase shift circuit 5 adjusts the phase of the output of the adder circuit 2, and adjusts the phase difference between the output of the adder circuit 2 and the drive voltage applied to the entire surface electrode 1C to oscillate stably at a desired frequency. In this embodiment, the phase difference is almost zero. The vibrator 1, the adding circuit 2, the AGC circuit 4, and the phase shift circuit 5 constitute an oscillation circuit. Also, the addition circuit 2
The AGC circuit 4 and the phase shift circuit 5 constitute driving means for exciting the vibrator 1.

【0022】加算回路2の出力の基準信号は、たとえば
コンパレータから構成された矩形波形成回路6に与えら
れ、矩形波が形成されてタイミング抽出信号としてマイ
クロプロセッサ7に与えられる。なお、矩形波形成回路
6には、加算回路2の出力ではなく、図1の点線に示す
ように、移相回路5の出力の駆動電圧を基準信号として
与えるようにしてもよい。
The reference signal output from the adding circuit 2 is supplied to a rectangular wave forming circuit 6 composed of, for example, a comparator, and a rectangular wave is formed and supplied to the microprocessor 7 as a timing extraction signal. Note that the driving voltage of the output of the phase shift circuit 5 may be supplied to the rectangular wave forming circuit 6 as a reference signal, as shown by the dotted line in FIG.

【0023】マイクロプロセッサ7は、タイミング抽出
信号の前縁と後縁とを判別するとともに、タイミング抽
出信号の前縁から後縁までの時間を基準パルスで計数
し、その計数値で周波数を識別する。したがって、マイ
クロプロセッサ7は加算回路2の出力の基準信号の周波
数と位相とがどのような関係になっているかを容易に判
別できる。さらに、マイクロプロセッサ7はタイミング
抽出信号に基づいてサンプルホールドのためのタイミン
グ信号を電圧−時間軸変換手段であるをV−T変換回路
8に出力する。すなわち、矩形波形成回路6とマイクロ
プロセッサ7とでタイミング信号発生手段を構成してい
る。
The microprocessor 7 discriminates the leading edge and the trailing edge of the timing extraction signal, counts the time from the leading edge to the trailing edge of the timing extraction signal using a reference pulse, and identifies the frequency based on the count value. . Therefore, the microprocessor 7 can easily determine the relationship between the frequency and the phase of the reference signal output from the adder circuit 2. Further, the microprocessor 7 outputs a timing signal for sampling and holding to the VT conversion circuit 8 which is a voltage-time axis conversion means based on the timing extraction signal. That is, the timing signal generating means is constituted by the rectangular wave forming circuit 6 and the microprocessor 7.

【0024】振動子1から出力されたL信号とR信号と
が与えられた差動増幅回路3は、その出力である差動信
号をV−T変換回路8に出力する。V−T変換回路8
は、微小な電圧の変化ΔEを大きな時間の領域ΔTに拡
散するものである。これは、差動増幅回路3の出力はレ
ベルが低いため増幅する必要があり、従来の直流増幅回
路では、従来例で説明したようにヌル電圧によって飽和
してしまうために増幅率の上限が決まってしまっていた
という問題点を解決するものである。
The differential amplifying circuit 3 to which the L signal and the R signal output from the vibrator 1 are given outputs the differential signal as the output to the VT conversion circuit 8. VT conversion circuit 8
Is for diffusing a minute voltage change ΔE into a large time region ΔT. This is because the output of the differential amplifier circuit 3 has a low level and needs to be amplified. In the conventional DC amplifier circuit, as described in the conventional example, the output is saturated by the null voltage, so that the upper limit of the amplification factor is determined. It solves the problem of having been lost.

【0025】これに対して、この発明の実施形態では、
小さなレベルの差動増幅回路3の出力電圧を大きな時間
の領域ΔTに拡散し、それをコンパレータで所定のレベ
ルと比較してデジタル信号を出力する。このため、V−
T変換回路8にはサンプルホールド手段であるサンプル
ホールド回路81と、積分手段である積分回路82と、
比較手段であるコンパレータ83とが設けられている。
サンプルホールド回路81は、マイクロプロセッサ7か
らのタイミング信号に基づいて、差動増幅回路3の出力
をサンプルホールドして積分回路82に与える。積分回
路82はサンプルホールドされた信号を積分し、コンパ
レータ83に出力する。コンパレータ83は積分出力を
所定のレベルと比較してコリオリに応じたデューティ比
を有するデジタル信号としてマイクロプロセッサ7に出
力する。
On the other hand, in the embodiment of the present invention,
The output voltage of the differential amplifier circuit 3 having a small level is spread over a region ΔT of a large time, which is compared with a predetermined level by a comparator to output a digital signal. Therefore, V-
The T conversion circuit 8 includes a sample and hold circuit 81 as a sample and hold means, an integration circuit as an integration means,
A comparator 83 as comparison means is provided.
The sample hold circuit 81 samples and holds the output of the differential amplifier circuit 3 based on the timing signal from the microprocessor 7 and supplies the output to the integration circuit 82. The integration circuit 82 integrates the sampled and held signal and outputs the signal to the comparator 83. The comparator 83 compares the integrated output with a predetermined level and outputs a digital signal having a duty ratio according to Coriolis to the microprocessor 7.

【0026】図2および図3は図1に示した角速度検出
回路の各部の波形図である。次に、図2を参照して、振
動子1から出力される信号について説明する。振動子1
から出力されるL信号(a)とR信号(b)はわずかな
がら振幅と位相に差を有している。L信号(a)とR信
号(b)の差をとるとL−R(c)となり、和ととると
L+R(d)となる。
FIGS. 2 and 3 are waveform diagrams of each part of the angular velocity detecting circuit shown in FIG. Next, a signal output from the vibrator 1 will be described with reference to FIG. Vibrator 1
The L signal (a) and the R signal (b) output from are slightly different in amplitude and phase. Taking the difference between the L signal (a) and the R signal (b) results in LR (c), and taking the sum as L + R (d).

【0027】L−R(c)は、L信号とR信号との位相
のずれが大きければ大きいほどゼロクロス点が移動す
る。このL−R信号はヌル差動電圧とも称する。L−R
信号にはコリオリ力が重なって出力されており、差動+
コリオリとして出力される。コリオリ力は差動電圧と分
離したくとも分離することができない性質を持ってい
る。その理由は、コリオリ力は図2(e)に示すよう
に、実際の信号として出力されるものではないからであ
る。以下の説明では、L−R信号は差動+コリオリ力を
意味しているものとする。コリオリ力(e)はL+R
(d)と同相になり、L+Rの極大点と極小点近傍でコ
リオリ力も極大,極小となる。振動子1を左右に回転さ
せると、コリオリ力(e)の振幅が変化し、L信号
(a),R信号(b)はL+R(d)に対して位相が変
化する。
In LR (c), the larger the phase shift between the L signal and the R signal, the more the zero cross point moves. This LR signal is also called a null differential voltage. LR
Coriolis force is superimposed on the signal and output, and differential +
Output as Coriolis. The Coriolis force has a property that it cannot be separated from the differential voltage even if it is desired. The reason is that the Coriolis force is not output as an actual signal as shown in FIG. In the following description, it is assumed that the LR signal means differential + Coriolis force. Coriolis force (e) is L + R
(D), the Coriolis force becomes maximum and minimum near the maximum and minimum points of L + R. When the vibrator 1 is rotated left and right, the amplitude of the Coriolis force (e) changes, and the phases of the L signal (a) and the R signal (b) change with respect to L + R (d).

【0028】このように、振動子1の左電極1Lと右電
極1Rから出力される図2で示したL信号(a)とR信
号(b)は加算回路2で加算され、図2に示すL+R信
号(d)が基準信号としてAGC回路4に与えられてレ
ベルが一定にされる。さらに、基準信号は移相回路5で
位相が調整された後、振動子1の全面電極1Cに与える
ことによって発振回路が発振動作を持続する。加算回路
2から出力されたL+R信号は矩形波形成回路6によっ
て矩形波に形成されてタイミング抽出信号としてマイク
ロプロセッサ7に与えられる。
As described above, the L signal (a) and the R signal (b) output from the left electrode 1L and the right electrode 1R of the vibrator 1 shown in FIG. 2 are added by the adding circuit 2, and shown in FIG. The L + R signal (d) is supplied to the AGC circuit 4 as a reference signal, and the level is made constant. Further, after the phase of the reference signal is adjusted by the phase shift circuit 5, the reference signal is applied to the entire surface electrode 1C of the vibrator 1 so that the oscillation circuit keeps oscillating. The L + R signal output from the adding circuit 2 is formed into a rectangular wave by the rectangular wave forming circuit 6 and supplied to the microprocessor 7 as a timing extraction signal.

【0029】ここで、図2に示すように、基準信号とし
てのL+R信号(d)の極大点および極小点近傍でコリ
オリ力(e)が最大,最小となる。この位相は発振回路
の位相や検出抵抗による位相ずれに依存する。基準信号
は移相回路5で任意に調整が可能である。なお、基準信
号としては要するに位相や周波数が安定なものであれ
ば、図2に示すL信号(a)やR信号(b)をそれぞれ
単独で使用してもよい。しかし、L信号やR信号にはコ
リオリ力が重畳されているため、矩形波にしたとき、差
動との位相ずれが生じたり、デューティが変動したりす
るので好ましくはない。
Here, as shown in FIG. 2, the Coriolis force (e) becomes maximum and minimum near the maximum and minimum points of the L + R signal (d) as the reference signal. This phase depends on the phase of the oscillation circuit and the phase shift due to the detection resistor. The reference signal can be arbitrarily adjusted by the phase shift circuit 5. Note that the L signal (a) and the R signal (b) shown in FIG. 2 may be used independently as long as the reference signal has a stable phase and frequency. However, since a Coriolis force is superimposed on the L signal and the R signal, a square wave is not preferable because a phase shift from the differential occurs or the duty fluctuates.

【0030】一方、差動増幅回路3はL信号とR信号と
の差のL−R信号を出力する。L−R信号はV−T変換
回路8に与えられてサンプルホールド回路81によりサ
ンプルホールドされる。ここで、マイクロプロセッサ7
は図2(f)に示すように、矩形波に形成された基準信
号の前縁である立上がりと後縁である立下がりを検出
し、マイクロプロセッサ7内で発生される図2(g)に
示すような基準クロック信号またはそれに類するクロッ
ク信号によって基準信号の1周期の計数値を演算する。
図2(h)は基準信号のたとえば1/4の周期のタイミ
ングでサンプルホールドするためのタイミング信号を出
力するタイミングを示している。
On the other hand, the differential amplifier circuit 3 outputs an LR signal representing the difference between the L signal and the R signal. The LR signal is applied to the VT conversion circuit 8 and sampled and held by the sample and hold circuit 81. Here, the microprocessor 7
As shown in FIG. 2F, the leading edge and the trailing edge of the reference signal formed in the rectangular wave are detected as shown in FIG. The count value of one cycle of the reference signal is calculated by the reference clock signal as shown or a clock signal similar thereto.
FIG. 2H shows the timing at which a timing signal for sampling and holding is output at a timing of, for example, 1/4 of the reference signal.

【0031】図3(a)は基準信号を示し、図3(b)
はサンプルホールドのタイミング信号を示し、サンプル
ホールド回路81はこのタイミング信号に基づいて、L
−R信号を図3(c)に示すようにサンプルホールドす
る。最も好ましいのはコリオリ力のピーク点でサンプル
ホールドすることが最も効率的であるが、必ずしもピー
ク点でサンプルホールドする必要はなく、ピーク点の近
傍でサンプルホールドしてもよい。このサンプルホール
ド電圧は、角速度に依存し、積分回路82によって積分
され、積分回路82のリーク電流によって図3(d)に
示すように信号波形が時間の経過に伴って右下がりでリ
ニアに傾斜し、次のタイミング信号に基づいて、L−R
信号が再びサンプルホールドされる。
FIG. 3A shows a reference signal, and FIG.
Indicates a sample-hold timing signal, and the sample-hold circuit 81 outputs L based on the timing signal.
The -R signal is sampled and held as shown in FIG. It is most efficient to sample and hold at the peak point of the Coriolis force most preferably. However, it is not always necessary to sample and hold at the peak point, and sample and hold may be performed near the peak point. The sample-hold voltage depends on the angular velocity and is integrated by the integration circuit 82, and the signal waveform linearly slopes down to the right with time as shown in FIG. , L-R based on the next timing signal
The signal is sampled and held again.

【0032】積分回路82の出力の積分信号はコンパレ
ータ83に与えられ、所定のレベルと比較されて図3
(e)に示すコリオリ力に応じたデューティ比を有する
デジタル信号に変換され、角速度検出信号としてマイク
ロプロセッサ7に出力される。マイクロプロセッサ7
は、このデジタル信号を基準クロックで計数し、角速度
を演算する。
The integrated signal output from the integrating circuit 82 is applied to a comparator 83, which compares the integrated signal with a predetermined level.
The digital signal is converted into a digital signal having a duty ratio corresponding to the Coriolis force shown in (e), and is output to the microprocessor 7 as an angular velocity detection signal. Microprocessor 7
Calculates the angular velocity by counting this digital signal with a reference clock.

【0033】V−T変換回路8は、図4に示すように、
積分回路83のリーク電流を小さくすることによって時
定数を大きくしてホールド時間を長くすれば、同じ角速
度電圧の変化ΔEに対して、時間領域ΔT1がΔT2の
ように大きくなり、分解能もしくは感度が上昇する。し
たがって、サンプルホールドのあるタイミングから次の
サンプルホールドのタイミングまでの時間を任意に設定
すれば時間領域を任意に拡張できる。
The VT conversion circuit 8, as shown in FIG.
If the time constant is increased and the hold time is lengthened by reducing the leak current of the integrating circuit 83, the time domain ΔT1 becomes larger as ΔT2 for the same change ΔE of the angular velocity voltage, and the resolution or sensitivity increases. I do. Therefore, the time domain can be arbitrarily expanded by arbitrarily setting the time from one sample-hold timing to the next sample-hold timing.

【0034】この場合、ホールド時間は基準信号の1周
期を超えることがあり得る。このことは、従来の同期検
波−積分−直流増幅が電圧レベルの増幅であるのに対し
て、この実施形態では、時間軸レベルでの拡張にあるこ
とを意味する。従来例では、DC増幅器に電源電圧によ
る絶対的な増幅度の上限があるのに対して、本発明では
基本的には無限大の増幅度が得られることを意味してい
る。
In this case, the hold time may exceed one cycle of the reference signal. This means that the conventional synchronous detection-integration-DC amplification is amplification at the voltage level, whereas in this embodiment, it is at the time axis level. In the conventional example, the DC amplifier has an absolute upper limit of the amplification degree due to the power supply voltage, whereas the present invention basically means that an infinite amplification degree can be obtained.

【0035】このように時間領域を拡大することによっ
て、その間のL−R信号を捨て去ることができる。バイ
モルフ振動子の駆動周波数は、数kHzから100kH
zであり、カメラの手振れ補正やカーナビゲーションシ
ステムにおいては、角速度信号の上限はせいぜい50H
z以下の信号があればよいためにL−R信号を部分的に
捨て去っても構わないので、この実施形態では1000
倍以上の拡張が可能であることを意味している。
By expanding the time domain in this way, the LR signal during that time can be discarded. The driving frequency of the bimorph vibrator is several kHz to 100 kHz.
In camera shake correction and car navigation systems, the upper limit of the angular velocity signal is at most 50H.
Since the LR signal may be partially discarded because there is only a signal equal to or less than z, in this embodiment, 1000 is used.
This means that it can be expanded more than twice.

【0036】図5は、この発明の他の実施形態のブロッ
ク図である。前述の図1に示した例では、基準信号を矩
形波に変換してマイクロプロセッサ7のソフト処理によ
ってサンプルホールドのタイミング信号を生成したが、
この図5に示した例は、加算回路2の出力の基準信号を
タイミング信号発生回路9に与え、ハード構成によりサ
ンプルホールドのためのタイミング信号を生成してサン
プルホールド回路81に与えるようにしたものである。
すなわち、タイミング信号発生回路9は、図1に示した
マイクロプロセッサ7のソフト処理をハード構成で実現
するものであり、基準信号の前縁と後縁を検出する検出
回路と、前縁から後縁までの期間基準クロックパルスで
計数するカウンタと、カウンタの計数値に基づいて、タ
イミング信号を出力する論理回路などによって構成され
る。その結果、タイミング信号発生回路9は単独でタイ
ミング信号発生手段を構成していることになる。
FIG. 5 is a block diagram of another embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 1 described above, the reference signal is converted into a rectangular wave, and the sample and hold timing signal is generated by the software processing of the microprocessor 7.
In the example shown in FIG. 5, a reference signal output from the adder circuit 2 is supplied to a timing signal generation circuit 9, and a timing signal for sample and hold is generated by a hardware configuration and supplied to a sample and hold circuit 81. It is.
That is, the timing signal generation circuit 9 realizes the software processing of the microprocessor 7 shown in FIG. 1 with a hardware configuration, and includes a detection circuit for detecting a leading edge and a trailing edge of a reference signal, and a leading edge to a trailing edge. And a logic circuit that outputs a timing signal based on the count value of the counter. As a result, the timing signal generating circuit 9 alone constitutes a timing signal generating means.

【0037】なお、コンパレータ83から出力されるデ
ジタル出力は、図1と同様のマイクロプロセッサ7に入
力してソフト処理してもよく、あるいはハード回路でデ
ジタル信号を基準クロックで計数し、角速度信号を出力
するようにしてもよい。
The digital output output from the comparator 83 may be input to a microprocessor 7 similar to that shown in FIG. 1 and subjected to software processing, or the digital signal may be counted by a hardware circuit using a reference clock, and the angular velocity signal may be calculated. You may make it output.

【0038】図6はこの発明のさらに他の実施形態に用
いられるサンプルホールド回路を示す回路図である。図
1および図5に示した実施形態では、V−T変換回路8
はサンプルホールド回路81でサンプルホールドし、そ
のサンプル電圧を積分回路82で積分するようにした
が、この実施形態では、サンプルホールド回路のドルー
プ特性を利用して積分回路を不要にする。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a sample and hold circuit used in still another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 5, the VT conversion circuit 8
Is sampled and held by the sample and hold circuit 81, and the sampled voltage is integrated by the integration circuit 82. In this embodiment, the integration circuit is not required by using the droop characteristic of the sample and hold circuit.

【0039】このため、図6に示したサンプルホールド
回路81は、従来から知られたものであり、入力バッフ
ァBA1と、出力バッファBA2と、トランジスタTR
1,TR2と、FETと、抵抗R1とコンデンサCとに
よって構成されており、マイクロプロセッサ7からトラ
ンジスタTR1のエミッタにタイミング信号が与えられ
ると、トランジスタTR1,TR2およびFETが順次
導通し、入力バッファBA1を介して入力された信号が
コンデンサCに貯えられる。そして、FETが遮断する
と、FETのソースとゲートとの間に接続されている抵
抗R1を介してコンデンサCの充電電圧がリークする。
For this reason, the sample and hold circuit 81 shown in FIG. 6 is conventionally known, and includes an input buffer BA1, an output buffer BA2, and a transistor TR.
1, TR2, an FET, a resistor R1, and a capacitor C. When a timing signal is given from the microprocessor 7 to the emitter of the transistor TR1, the transistors TR1, TR2 and the FET are sequentially turned on, and the input buffer BA1 is turned on. Is stored in the capacitor C. When the FET is cut off, the charged voltage of the capacitor C leaks via the resistor R1 connected between the source and the gate of the FET.

【0040】図7および図8は図6に示したサンプルホ
ールド回路によるサンプルホールド信号とドループ特性
を示す図である。図6に示した抵抗R1がなければ極め
て一般的なサンプルホールド回路であり、次式のリーク
電流iによって決まる傾斜で信号のレベルを変換する。
FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the sample-hold signal and the droop characteristic by the sample-hold circuit shown in FIG. If the resistor R1 shown in FIG. 6 is not provided, this is a very general sample-and-hold circuit, and converts the level of a signal with a slope determined by the leak current i in the following equation.

【0041】ΔV/ΔT=i(leak)/C しかし、図6に示す抵抗R1を設けて感度増幅度を調整
すれば、図7(c)に示すようなドループ特性により、
積分回路で積分したのと同様なリニアなスロープの特性
を持たせることができる。抵抗R1を大きくすればする
ほどスロープの傾斜が緩やかになる。その場合、サンプ
ルホールドのタイミングパルスの間隔を広くする必要が
ある。
ΔV / ΔT = i (leak) / C However, if the sensitivity amplification is adjusted by providing the resistor R1 shown in FIG. 6, the droop characteristic shown in FIG.
A linear slope characteristic similar to that obtained by integration by the integration circuit can be provided. The slope of the slope becomes gentler as the resistance R1 increases. In that case, it is necessary to widen the interval between the timing pulses of the sample hold.

【0042】図7(c)に示すサンプルホールド出力を
図1に示したコンパレータ83で所定のレベルと比較す
ることにより、図7(d)に示すようにコンパレータ8
3の出力であるデジタル信号を出力できる。
By comparing the sample hold output shown in FIG. 7C with a predetermined level by the comparator 83 shown in FIG. 1, the comparator 8 shown in FIG.
3 can be output.

【0043】図8は振動子1が振られてコリオリ力が動
いているときの波形図であり、コリオリ力のピークが動
くことによって、サンプルホールド出力も図8(c)に
示すように、それに追従して動き、図8(d)に示すコ
ンパレータ83のデジタル出力のデューティ比が変化す
る。このデューティ比が角速度信号となる。
FIG. 8 is a waveform diagram when the vibrator 1 is shaken and the Coriolis force is moving. When the peak of the Coriolis force moves, the sample-and-hold output also changes as shown in FIG. Following the movement, the duty ratio of the digital output of the comparator 83 shown in FIG. 8D changes. This duty ratio becomes the angular velocity signal.

【0044】図9および図10はこの発明のさらに他の
実施形態の振動ジャイロを示すブロック図である。この
図9および図10に示した実施形態は、コリオリ力の1
波長目と2波長目のサンプルホールドさせる点をそれぞ
れ異ならせ、それぞれのサンプルホールド値を比較して
ヌルの差動電圧を類推し、類推したヌルの差動電圧の大
きさをマイクロプロセッサ7内でD/A変換し、図9に
示すようにオフセット調整回路10によってヌル電圧を
取り除くか、または図10に示すようにコンパレータ8
3のレベルを制御するものである。
FIGS. 9 and 10 are block diagrams showing a vibrating gyroscope according to still another embodiment of the present invention. The embodiment shown in FIGS. 9 and 10 has a Coriolis force of one.
The sample and hold points of the second wavelength and the second wavelength are made different from each other, the respective sample and hold values are compared, a null differential voltage is inferred, and the magnitude of the null differential voltage inferred in the microprocessor 7 is calculated. D / A conversion is performed, and a null voltage is removed by an offset adjusting circuit 10 as shown in FIG.
The third level is controlled.

【0045】図11はサンプルホールド点を示す波形図
である。図11に示すように、サンプルホールド信号の
立上がり位置を基準信号の90度位相(F1)の後、同
じ90度位相(F1’)ではなく、それからさらに90
度ずれたポイント(F2)で検出する。温度などにより
差動の形が変化することが十分考えられるが、その値を
求めれば、以下の式より常時ヌル電圧を監視して制御を
かけることができる。
FIG. 11 is a waveform diagram showing sample hold points. As shown in FIG. 11, after the rising position of the sample-and-hold signal is shifted from the same 90-degree phase (F1 ') after the 90-degree phase (F1) of the reference signal, the rising position is further increased by 90.
Detection is performed at a point (F2) shifted by degrees. Although it is conceivable that the form of the differential changes depending on the temperature or the like, if the value is obtained, the control can be performed by constantly monitoring the null voltage from the following equation.

【0046】図11のF1,F2は次式で表わすことが
できる。 F1=A{(sinωt+α)+(Bsinωt)} F2=A(cosωt+α) AはL−R信号の振幅であり、コリオリ力Bが0のとき
は次式で示される。
F1 and F2 in FIG. 11 can be expressed by the following equations. F1 = A {(sin ωt + α) + (Bsin ωt)} F2 = A (cos ωt + α) A is the amplitude of the LR signal, and when the Coriolis force B is 0, it is expressed by the following equation.

【0047】F12+F22=A2 上記式を演算することによって、差動の振幅の大きさを
知ることができ、Aの値からヌル電圧を知ることができ
る。
F1 2 + F2 2 = A 2 By calculating the above equation, the magnitude of the differential amplitude can be known, and the null voltage can be known from the value of A.

【0048】以下、図11を参照して図10の動作につ
いて説明する。図11において、F1点はコリオリ力極
大点であり、F2点はコリオリ力ゼロ点である。F2点
でのサンプリングに対応するコンパレータ出力時間であ
るT2はコリオリ力の存在に関わらず一定である。
The operation of FIG. 10 will be described below with reference to FIG. In FIG. 11, the point F1 is the maximum point of the Coriolis force, and the point F2 is the zero point of the Coriolis force. T2, which is the comparator output time corresponding to sampling at point F2, is constant regardless of the presence of Coriolis force.

【0049】まず、振動ジャイロの起動直後はコリオリ
力はゼロなので、起動直後のT1およびT2であるT1
(0)およびT2(0)から差動入力のAおよびαの初
期値であるA(0)およびα(0)を計算する(ステッ
プ1)。
First, since the Coriolis force is zero immediately after the start of the vibrating gyro, T1 and T2 immediately after the start, ie, T1
From (0) and T2 (0), A (0) and α (0) which are the initial values of A and α of the differential input are calculated (step 1).

【0050】次に、T2(0)の大きさを基に、マイク
ロプロセッサ7はD/Aコンバータ(マイクロプロセッ
サ7に含まれている)を介してT2(0)のデューティ
比が1:1になるようにコンパレータ83のレベルを調
整して、再度T2(t1)を測定する(ステップ2)。
Next, based on the size of T2 (0), the microprocessor 7 sets the duty ratio of T2 (0) to 1: 1 via a D / A converter (included in the microprocessor 7). The level of the comparator 83 is adjusted so that T2 (t1) is measured again (step 2).

【0051】この状態でT1(t2)を測定する。T1
(t2)はコリオリ力とともに変動する。この変動がな
くなるように、再びD/Aコンバータがコンパレータ8
3のレベルを調整する。つまり、コリオリ力を0にする
ように調整する。すると、T2(t3)はコンパレータ
83のレベルの変動に応じてデューティ比1:1を中心
に変動し、ヌル電圧がキャンセルされてコリオリ力のみ
を反映した出力が得られる。このときのT1(t2)と
T2(t1)から再びA(t2)およびα(t2)を計
算する(ステップ3)。
In this state, T1 (t2) is measured. T1
(T2) varies with the Coriolis force. The D / A converter is again operated by the comparator 8 so that this fluctuation is eliminated.
Adjust level 3. That is, the Coriolis force is adjusted to zero. Then, T2 (t3) fluctuates around the duty ratio of 1: 1 according to the level fluctuation of the comparator 83, the null voltage is canceled, and an output reflecting only the Coriolis force is obtained. A (t2) and α (t2) are calculated again from T1 (t2) and T2 (t1) at this time (step 3).

【0052】上記の(ステップ2)、(ステップ3)を
間欠的に行い、T2の大きさをある一定の間隔でモニタ
ーする。温度変化などによりヌル電圧が変動すると、そ
の都度(ステップ2)のアクションでコンパレータオフ
セットレベルを調整する。この際、A、αを求めること
は必ずしも必要ではないが、外部からの衝撃などの異常
入力でT2が大きく変動し、A、αが特異な値を取った
ときは、過去のA、αの値からのずれの大きさを判断す
ることにより、オフセットレベル調整をスキップするこ
とができる。
The above (Step 2) and (Step 3) are performed intermittently, and the value of T2 is monitored at certain intervals. When the null voltage fluctuates due to a temperature change or the like, the comparator offset level is adjusted by the action (step 2) each time. At this time, it is not always necessary to obtain A and α. However, when T2 greatly fluctuates due to an abnormal input such as an external impact, and A and α take unique values, the past A and α By judging the magnitude of the deviation from the value, the offset level adjustment can be skipped.

【0053】なお、図9の場合でも、図10との違いは
D/Aコンバータがコンパレータ83の代わりにオフセ
ット調整回路10を制御するという点だけで、コンパレ
ータ83を制御する場合とほぼ同様に機能する。
9 also differs from FIG. 10 only in that the D / A converter controls the offset adjustment circuit 10 instead of the comparator 83, and functions almost in the same manner as in the case of controlling the comparator 83. I do.

【0054】従来例では、ヌル電圧は同期検波の積分信
号として出力されるため、それらのヌル電圧を補正する
手段は設けられていなかった。このため、一定の角速度
の回転では、角速度出力とヌル電圧との区別がつかない
ということが起こり得る。
In the conventional example, since the null voltage is output as an integrated signal of synchronous detection, there is no means for correcting the null voltage. For this reason, with rotation at a constant angular velocity, it may happen that the angular velocity output and the null voltage cannot be distinguished.

【0055】これに対して、この実施形態では、連続し
て検出する2つの信号のコリオリ力の差が微小であるこ
とが条件となるものの、それらの中点電位によりヌル電
圧を常に0となるように制御することができ、ヌル電圧
の温度変化の影響をキャンセルすることができる。
On the other hand, in this embodiment, the condition is that the difference between the Coriolis forces of two signals to be detected successively is small, but the null voltage is always zero due to the midpoint potential of these signals. Control can be performed as described above, and the influence of the temperature change of the null voltage can be canceled.

【0056】なお、この図9および図10の実施形態
は、図5に示した実施形態に適用してもよい。
The embodiments shown in FIGS. 9 and 10 may be applied to the embodiment shown in FIG.

【0057】また、上述の実施形態は、この発明をバイ
モルフ振動子に適用した場合について説明したが、これ
に限ることはなく、金属の四角柱や三角柱に圧電素子を
貼付けた振動子や、円柱状の圧電素子を使用した音片型
の振動子または音叉構造の振動子などのようにL/R信
号が出力され、基準信号と励振電圧や和電圧がとれる圧
電振動ジャイロにはすべてこの発明を適用できる。
In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a bimorph vibrator is described. However, the present invention is not limited to this. For example, a vibrator in which a piezoelectric element is attached to a square or triangular prism made of metal, The present invention is applied to a piezoelectric vibrating gyroscope that outputs an L / R signal, such as a vibrator of a tuning piece type or a vibrator of a tuning fork structure using a columnar piezoelectric element, and can obtain an excitation voltage or a sum voltage with a reference signal. Applicable.

【0058】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
The embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、振動
子から出力される第1および第2の信号に基づいて基準
信号を発生して振動子を励振させ、振動子から抽出した
コリオリ力を含む差動信号をタイミング信号によりサン
プルホールドし、サンプルホールド値の微小な電圧変化
を時間軸に拡大し、その出力を所定のレベルと比較する
ことにより角速度検出信号を出力できる。したがって、
従来のように同期検波などのデジタル化するうえで重複
する回路を不要にでき、コストを下げることができる。
As described above, according to the present invention, the reference signal is generated based on the first and second signals output from the oscillator to excite the oscillator, and the Coriolis extracted from the oscillator is generated. A differential signal including force is sampled and held by a timing signal, a minute voltage change of the sample and hold value is expanded on a time axis, and the output is compared with a predetermined level to output an angular velocity detection signal. Therefore,
As in the related art, it is possible to eliminate the need for an overlapping circuit for digitizing synchronous detection or the like, thereby reducing costs.

【0060】さらに、より好ましくは、V−T変換手段
としてサンプルホールド手段のスルーレートを可変にし
て増幅機能を持たせることにより、V−T変換手段の回
路構成を簡単にできる。
More preferably, the circuit configuration of the VT conversion means can be simplified by changing the slew rate of the sample and hold means as the VT conversion means to have an amplifying function.

【0061】さらに、より好ましくは、コリオリ力の1
波長目の特定位相点とそれとは異なる位相点でサンプル
ホールド値を比較してヌルの差動電圧を類推し、類推し
たヌルの差動電圧に基づいて差動信号にオフセットをか
けたり、比較手段のレベルを制御することにより、ヌル
電位が常に0となるような制御を行なうことができ、ヌ
ル電圧の温度変化の影響をキャンセルすることができ
る。
More preferably, one of the Coriolis forces is used.
The sample and hold values are compared at a specific phase point of the wavelength and a phase point different therefrom to infer a null differential voltage, and an offset is applied to the differential signal based on the inferred null differential voltage. Can be controlled so that the null potential is always 0, and the influence of the temperature change of the null voltage can be canceled.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の一実施形態の角度検出回路を示す
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating an angle detection circuit according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1に示した角速度検出回路の各部の波形図
である。
FIG. 2 is a waveform chart of each part of the angular velocity detection circuit shown in FIG.

【図3】 図1に示した角速度検出回路の各部の波形図
である。
FIG. 3 is a waveform diagram of each part of the angular velocity detection circuit shown in FIG.

【図4】 図1に示したV−T変換回路の積分回路の時
定数と分解能もしくは感度との関係を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a time constant of an integrating circuit of the VT conversion circuit shown in FIG. 1 and resolution or sensitivity.

【図5】 この発明の他の実施形態の角速度検出回路を
示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing an angular velocity detection circuit according to another embodiment of the present invention.

【図6】 この発明のさらに他の実施形態で用いられる
サンプルホールド回路の回路図である。
FIG. 6 is a circuit diagram of a sample and hold circuit used in still another embodiment of the present invention.

【図7】 図6に示したサンプルホールド回路の動作を
説明するための波形図である。
FIG. 7 is a waveform chart for explaining the operation of the sample and hold circuit shown in FIG. 6;

【図8】 図6に示したサンプルホールド回路の動作を
説明するための波形図である。
FIG. 8 is a waveform chart for explaining the operation of the sample and hold circuit shown in FIG. 6;

【図9】 この発明のさらに他の実施形態の角速度検出
回路を示すブロック図であり、ヌル電圧を取り除く例を
示す。
FIG. 9 is a block diagram showing an angular velocity detection circuit according to still another embodiment of the present invention, showing an example of removing a null voltage.

【図10】 この発明のさらに他の実施形態の角速度検
出回路を示すブロック図であり、コンパレータのレベル
を制御する例を示す。
FIG. 10 is a block diagram showing an angular velocity detection circuit according to still another embodiment of the present invention, showing an example of controlling a level of a comparator.

【図11】 図9および図10に示した実施形態の動作
を説明するための波形図である。
FIG. 11 is a waveform chart for explaining the operation of the embodiment shown in FIGS. 9 and 10;

【図12】 この発明の背景となりかつこの発明が適用
されるバイモルフ振動子の外観斜視図である。
FIG. 12 is an external perspective view of a bimorph vibrator which is a background of the present invention and to which the present invention is applied.

【図13】 従来の角速度検出回路のブロック図であ
る。
FIG. 13 is a block diagram of a conventional angular velocity detection circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動子、2 加算回路、3 差動増幅回路、4 A
GC回路、5 移相回路、6 矩形波形成回路、7 マ
イクロプロセッサ、8 V−T変換回路、9タイミング
信号発生回路、10 ヌル電圧調整回路、81 サンプ
ルホールド回路、82 積分回路、83 コンパレー
タ。
1 oscillator, 2 adder circuit, 3 differential amplifier circuit, 4 A
GC circuit, 5 phase shift circuit, 6 rectangular wave formation circuit, 7 microprocessor, 8 VT conversion circuit, 9 timing signal generation circuit, 10 null voltage adjustment circuit, 81 sample hold circuit, 82 integration circuit, 83 comparator.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動子をX軸方向に励振させ、Z軸周り
に回転したときに、Y軸方向に発生したコリオリ力によ
る振動を検出する振動ジャイロであって、 前記振動子から出力される第1および第2の信号に基づ
いて基準信号を発生し、前記振動子を励振させる駆動手
段、 前記振動子から出力される前記第1および第2の信号に
基づいて、コリオリ力を含む差動信号を抽出する信号抽
出手段、 前記駆動手段から出力される基準信号に基づいて、前記
コリオリ力をサンプルホールドするためのタイミング信
号を発生するタイミング信号発生手段、および前記信号
抽出手段によって抽出された前記差動信号を前記タイミ
ング信号発生手段から発生されたタイミング信号に基づ
いてサンプルホールドし、前記差動信号の微小な電圧変
化を時間軸に拡大して角速度検出信号として出力する電
圧−時間軸変換手段を備えた、振動ジャイロ。
1. A vibrating gyroscope for exciting a vibrator in an X-axis direction and detecting vibration due to Coriolis force generated in a Y-axis direction when the vibrator is rotated around a Z-axis, wherein the vibrator is output from the vibrator. Driving means for generating a reference signal based on the first and second signals and exciting the vibrator; differential including Coriolis force based on the first and second signals output from the vibrator A signal extracting unit for extracting a signal, a timing signal generating unit for generating a timing signal for sampling and holding the Coriolis force based on a reference signal output from the driving unit, and the signal extracted by the signal extracting unit. The differential signal is sampled and held based on the timing signal generated from the timing signal generating means, and a minute voltage change of the differential signal is expanded on a time axis. A vibratory gyroscope having a voltage-time axis converting means for outputting as an angular velocity detection signal.
【請求項2】 前記振動子は、それぞれがわずかな振幅
と位相の差を有する前記第1および第2の信号を出力す
る第1および第2の電極と、全面電極とを有していて、 前記駆動手段は、 前記第1および第2の信号を加算して前記基準信号とし
て出力する加算手段と、 前記加算手段から出力される前記基準信号のレベルを一
定にするレベル制御手段と、 前記レベル制御手段から出力される前記基準信号の位相
を調整して前記全面電極に出力する位相調整手段とを含
む、請求項1に記載の振動ジャイロ。
2. The vibrator has first and second electrodes for outputting the first and second signals, each having a slight difference in amplitude and phase, and a full-surface electrode, An adder that adds the first and second signals and outputs the same as the reference signal; a level controller that makes a level of the reference signal output from the adder constant; 2. The vibrating gyroscope according to claim 1, further comprising: a phase adjusting unit configured to adjust a phase of the reference signal output from the control unit and output the adjusted reference signal to the entire surface electrode. 3.
【請求項3】 前記電圧−時間軸変換手段は、 コリオリ力を含む前記差動信号を前記タイミング信号に
基づいて、サンプルホールドするサンプルホールド手段
と、 前記サンプルホールド手段の出力信号を積分する積分手
段と、 前記積分手段によって積分された信号を所定のレベルで
比較して時間軸に拡大して出力する比較手段とを含む、
請求項1または2に記載の振動ジャイロ。
3. The voltage-time axis conversion means includes: a sample and hold means for sampling and holding the differential signal including a Coriolis force based on the timing signal; and an integration means for integrating an output signal of the sample and hold means. And comparing means for comparing the signal integrated by the integrating means at a predetermined level, expanding the signal on a time axis, and outputting the result.
The vibrating gyroscope according to claim 1.
【請求項4】 前記電圧−時間軸変換手段は、 コリオリ力を含む前記差動信号を前記タイミング信号に
基づいてサンプリングし、ドループ特性によりピーク値
をリニアに減少させるサンプルホールド手段と、 前記サンプルホールド手段によってリニアに減少する信
号を所定のレベルで比較して時間軸に拡大して出力する
比較手段とを含む、請求項1または2に記載の振動ジャ
イロ。
4. The voltage-time axis conversion means samples the differential signal including the Coriolis force based on the timing signal, and linearly reduces a peak value by a droop characteristic. 3. The vibrating gyroscope according to claim 1, further comprising: comparing means for comparing a signal linearly reduced by the means at a predetermined level and expanding and outputting the signal on a time axis.
【請求項5】 前記サンプルホールド手段によるサンプ
リング点をコリオリ力の特定位相と別の波長における別
の位相で異ならせるためのタイミング信号を発生する手
段と、 前記サンプルホールド手段によるサンプルホールド値を
比較してヌルの差動電圧を類推し、類推したヌルの差動
電圧に基づいて前記比較手段の所定のレベルを制御する
手段とを含む、請求項3または4に記載の振動ジャイ
ロ。
5. A means for generating a timing signal for causing a sampling point by said sample and hold means to be different between a specific phase of Coriolis force and another phase at another wavelength, and comparing a sample and hold value by said sample and hold means. 5. The vibrating gyroscope according to claim 3, further comprising: means for inferring a null differential voltage, and controlling a predetermined level of the comparing means based on the inferred null differential voltage.
【請求項6】 前記タイミング信号発生手段は、前記基
準信号の前縁と後縁を検出してクロック信号を計数し、
所定の計数値のときに前記タイミング信号を出力するこ
とを特徴とする、請求項1ないし5のいずれかに記載の
振動ジャイロ。
6. The timing signal generating means detects a leading edge and a trailing edge of the reference signal and counts a clock signal.
6. The vibrating gyroscope according to claim 1, wherein the timing signal is output at a predetermined count value.
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