JP3254257B2 - Vibrating gyro sensor - Google Patents

Vibrating gyro sensor

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JP3254257B2
JP3254257B2 JP25323792A JP25323792A JP3254257B2 JP 3254257 B2 JP3254257 B2 JP 3254257B2 JP 25323792 A JP25323792 A JP 25323792A JP 25323792 A JP25323792 A JP 25323792A JP 3254257 B2 JP3254257 B2 JP 3254257B2
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の旋回判定など
に用いられ、回転角速度を検出するジャイロセンサ、特
に正三角柱形音片形振動ジャイロセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gyro sensor which is used for judging a turning of an automobile and detects a rotational angular velocity, and more particularly to a regular triangular prism shaped sound piece type vibration gyro sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】振動ジャイロセンサは、センサに印加さ
れる回転角速度を、直接、高精度に検出することができ
るので、車両に搭載すると、該車両の旋回方向や旋回時
のヨーレートの検出が可能となる。これらの検出結果
は、ナビゲーション装置や四輪操舵装置およびアンチロ
ックブレーキ制御装置などにとって非常に有用であり、
採用の検討が盛んに行われている。
2. Description of the Related Art A vibration gyro sensor can directly and accurately detect a rotational angular velocity applied to the sensor, so that when mounted on a vehicle, a turning direction of the vehicle and a yaw rate at the time of turning can be detected. Becomes These detection results are very useful for navigation devices, four-wheel steering devices, anti-lock brake control devices, etc.
Examination of adoption is being actively conducted.

【0003】しかしながら、たとえば前記正三角柱形音
片形振動ジャイロセンサの場合には、恒弾性材料から成
る正三角柱状の振動子に、いわゆるPZTなどの圧電素
子が取付けられて構成されている。したがって機構部品
が多く、材料のばらつきや製造時の公差などによって、
信号処理後に、センサ出力電圧の変動範囲の中間値であ
り、回転角速度が入力されていない状態での出力電圧で
ある零点電圧を補正する必要がある。また、前記構成部
品の熱弾性係数の違いなどによって、経時変化や、温度
等による環境変化に対してドリフトが発生してしまうと
いう問題がある。
[0003] However, for example, in the case of the regular triangular prism-shaped vibrating gyro sensor, a piezoelectric element such as so-called PZT is attached to a regular triangular prism-shaped vibrator made of a constant elastic material. Therefore, there are many mechanical parts, and due to variations in materials and manufacturing tolerances,
After the signal processing, it is necessary to correct the zero point voltage which is an intermediate value of the fluctuation range of the sensor output voltage and which is the output voltage when the rotation angular velocity is not input. In addition, there is a problem that a drift occurs due to a change with time or an environmental change due to a temperature or the like due to a difference in thermoelastic coefficient of the component.

【0004】このようなドリフトを補正するために、た
とえば下記のような方法が提案されている。
In order to correct such drift, for example, the following method has been proposed.

【0005】車両に搭載された場合には、他のセンサ
によって車両が定常走行しているか否かを判定すること
が可能であるので、定常走行時におけるセンサ出力をソ
フトウエア処理によって補正する。
When mounted on a vehicle, it is possible to determine whether or not the vehicle is traveling normally by other sensors, so that the sensor output during steady traveling is corrected by software processing.

【0006】センサ信号を高速でアナログ/デジタル
変換し、いわゆるFFT法などでセンサ信号の周波数成
分を解析することによって、低周波のセンサ出力成分
と、極低周波のドリフト成分とを判別し、ドリフト成分
のみを演算によって除去する。
A high-speed analog / digital conversion of a sensor signal is performed, and the frequency component of the sensor signal is analyzed by a so-called FFT method or the like, so that a low-frequency sensor output component and an extremely low-frequency drift component are discriminated. Only components are removed by operation.

【0007】センサ信号を交流結合して直流成分を阻
止し、極低周波のドリフト成分を電気的に除去する。
[0007] The sensor signal is AC-coupled to block a DC component, and an extremely low frequency drift component is electrically removed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前記の方法では、補
正回路に、ステアリングセンサや左右の車輪速センサな
どでの検出結果を入力する必要があり、構成が大掛かり
になるとともに、ソフトウエア処理を必要とするので、
ジャイロセンサ単体での汎用性に著しく劣る。また、ド
リフトが大きい場合には前記零点電圧がセンサのダイナ
ミックレンジの中心から大きくずれてしまい、センサの
ダイナミックレンジを充分に活用することができないと
いう問題もある。
In the above-mentioned method, it is necessary to input detection results from a steering sensor, left and right wheel speed sensors, and the like to the correction circuit, which requires a large-scale configuration and requires software processing. So,
The versatility of the gyro sensor alone is extremely poor. Further, when the drift is large, the zero point voltage greatly deviates from the center of the dynamic range of the sensor, and there is a problem that the dynamic range of the sensor cannot be fully utilized.

【0009】前記の方法では、高速の演算機能を備え
るデジタルシグナルプロセッサなどが必要となり、構成
が大形化するとともにセンサの汎用性に欠ける。
In the above-mentioned method, a digital signal processor having a high-speed operation function is required, so that the configuration becomes large and the sensor lacks versatility.

【0010】前記の方法では、構成が比較的簡便であ
り、したがってそのようなドリフト補正回路をセンサに
内蔵することができ、汎用性に優れている。しかしなが
ら、継続して一定の回転角速度が入力された場合には、
センサ出力は回転角速度が入力されていない状態での出
力である零点電圧にまで変化してしまい、回転角速度が
印加されているにも拘わらず、印加されていない状態と
同じ出力しか得られなくなっていしまうという問題があ
る。
In the above method, the structure is relatively simple, and therefore, such a drift correction circuit can be built in the sensor, and it is excellent in versatility. However, if a constant rotational angular velocity is continuously input,
The sensor output changes to the zero point voltage, which is the output when the rotational angular velocity is not input, and even though the rotational angular velocity is applied, only the same output as when no rotational angular velocity is applied can be obtained. Problem.

【0011】本発明の目的は、汎用性に富んだ簡便な構
成で、経時変化や環境変化によるドリフトを補正するこ
とができる振動ジャイロセンサを提供することである。
An object of the present invention is to provide a vibration gyro sensor capable of correcting drift due to aging and environmental changes with a simple and versatile configuration.

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、振動子の側面
に形成された圧電素子の出力電圧のうちコリオリ力によ
る成分から回転角速度に対応した出力電圧を導出する信
号処理回路を有する振動ジャイロセンサにおいて、前記
出力電圧の予め定める時間当りの変化量から定常状態で
あるか否かを判定し、定常状態であるときには補正許可
信号を出力する定常判定手段と、前記定常判定手段から
の補正許可信号に応答し、定常状態であると判定された
時点での前記出力電圧を目標電圧として記憶し、前記定
常状態である期間中は前記出力電圧が前記目標電圧と等
しくなるような補正電圧を前記信号処理回路に与え、ま
た非定常状態となると前記補正電圧を保持して前記信号
処理回路に与える補正電圧発生手段とを備えることを特
徴とする振動ジャイロセンサである。
According to the present invention, there is provided a vibrating gyroscope having a signal processing circuit for deriving an output voltage corresponding to a rotational angular velocity from a component due to a Coriolis force among output voltages of a piezoelectric element formed on a side surface of a vibrator. A sensor for determining whether or not the output voltage is in a steady state based on a change amount per predetermined time, and outputting a correction permission signal when the sensor is in the steady state; In response to the signal, the output voltage at the time when it is determined to be in the steady state is stored as a target voltage, and during the period of the steady state, the correction voltage is such that the output voltage is equal to the target voltage. A correction voltage generating means for applying the correction voltage to the signal processing circuit and for holding the correction voltage when the signal processing circuit enters an unsteady state and applying the correction voltage to the signal processing circuit. Is Rosensa.

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【作用】本発明に従えば、圧電素子の出力電圧を処理す
る信号処理回路に、定常判定手段と補正電圧発生手段と
を備えるドリフト補正手段を設ける。前記定常判定手段
は、圧電素子の出力電圧の予め定める時間当りの変化
量、すなわち前記出力電圧の変化率から定常状態である
か否かを判定し、回転角速度が変化していない定常状態
であるときには補正電圧発生手段に補正許可信号を出力
する。
According to the present invention, the signal processing circuit for processing the output voltage of the piezoelectric element is provided with drift correction means including steady state determination means and correction voltage generation means. The steady state determining means determines whether the output voltage of the piezoelectric element is in a steady state based on a change amount per predetermined time, that is, a change rate of the output voltage, and is in a steady state in which the rotational angular velocity is not changed. Sometimes, a correction permission signal is output to the correction voltage generating means.

【0018】補正電圧発生手段は、補正許可信号が入力
されると、その時点での圧電素子の出力電圧を目標電圧
として記憶し、その定常状態が継続している期間中は前
記出力電圧が記憶された目標電圧と等しくなるような補
正電圧を前記信号処理回路に与える。また、非定常状態
となると、その非定常状態となる直前の補正電圧を保持
して信号処理回路に与える。信号処理回路は、圧電素子
の出力電圧に前記補正電圧を加算して該振動ジャイロセ
ンサの出力信号として導出する。したがって、定常判定
のために特別にセンサなどを設けることなく、簡便な構
成でドリフト補正を行うことができる。
When the correction permission signal is input, the correction voltage generation means stores the output voltage of the piezoelectric element at that time as a target voltage, and stores the output voltage during a period in which the steady state continues. A correction voltage equal to the set target voltage is supplied to the signal processing circuit. Further, when an unsteady state occurs, the correction voltage immediately before the unsteady state is held and applied to the signal processing circuit. The signal processing circuit adds the correction voltage to the output voltage of the piezoelectric element and derives it as an output signal of the vibration gyro sensor. Therefore, drift correction can be performed with a simple configuration without providing a special sensor or the like for steady state determination.

【0019】[0019]

【0020】[0020]

【0021】[0021]

【0022】[0022]

【実施例】図1は、本発明の一実施例のドリフト補正回
路21を備える振動ジャイロセンサ22の電気的構成を
示すブロック図である。この振動ジャイロセンサ22
は、正三角柱形音片形の振動子1を用いており、該振動
子1の2辺には駆動用の左右の圧電素子2,3がそれぞ
れ設けられ、残余の1辺には帰還用の圧電素子4が設け
られている。前記圧電素子2,3には、発振回路5から
の、たとえば8kHzの駆動信号が、位相補正回路6を
介して90°だけ位相がずれた状態で印加され、振動子
1を励振させる。その状態で振動子1を矢符7方向に回
転させると、回転角速度に比例したコリオリ力によって
発生した電圧が前記駆動信号に重畳し、ライン8,9に
それぞれ参照符8a,9aで示される出力電圧が導出さ
れる。なお、前記出力電圧にはドリフト成分も含まれて
いる。
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a vibration gyro sensor 22 having a drift correction circuit 21 according to one embodiment of the present invention. This vibration gyro sensor 22
Uses a right triangular prism-shaped vibrator 1 having left and right piezoelectric elements 2 and 3 for driving on two sides of the vibrator 1 and a feedback side on the remaining one side. A piezoelectric element 4 is provided. A drive signal of, for example, 8 kHz from the oscillation circuit 5 is applied to the piezoelectric elements 2 and 3 via the phase correction circuit 6 in a state where the phases are shifted by 90 ° to excite the vibrator 1. When the vibrator 1 is rotated in the direction indicated by the arrow 7 in this state, the voltage generated by the Coriolis force proportional to the rotational angular velocity is superimposed on the drive signal, and the output indicated by reference numerals 8a and 9a appears on lines 8 and 9, respectively. A voltage is derived. Note that the output voltage includes a drift component.

【0023】前記圧電素子2,3からの出力電圧を、振
幅補正回路10で振幅補正を行い、かつ差動増幅回路1
1で差動増幅を行うと、位相補正回路6からの駆動信号
は相殺され、該差動増幅回路11からライン12へは参
照符12aで示されるようにコリオリ力およびドリフト
による電圧成分のみを抽出することができる。前記差動
増幅回路11からの出力を同期検波回路13において発
振回路5からの駆動信号に同期して半波整流を行うと、
ライン14を介して直流増幅回路15へは参照符14a
で示される出力が与えられる。この出力が直流増幅回路
15で平滑されることによって、ライン16へは参照符
16aで示されるような回転角速度に比例した出力が導
出される。
The output voltages from the piezoelectric elements 2 and 3 are subjected to amplitude correction by an amplitude correction circuit 10 and output from a differential amplifier circuit 1.
When the differential amplification is performed in step 1, the drive signal from the phase correction circuit 6 is canceled, and only the voltage component due to the Coriolis force and the drift is extracted from the differential amplification circuit 11 to the line 12 as indicated by reference numeral 12a. can do. When the output from the differential amplifier circuit 11 is subjected to half-wave rectification in the synchronous detection circuit 13 in synchronization with the drive signal from the oscillation circuit 5,
Reference numeral 14a indicates to the DC amplification circuit 15 through the line 14.
Is provided. The output is smoothed by the DC amplifier circuit 15, so that an output proportional to the rotational angular velocity as indicated by reference numeral 16 a is derived to the line 16.

【0024】この直流増幅回路15からの出力は、該振
動ジャイロセンサ22のセンサ出力として、ナビゲーシ
ョン装置やアンチロックブレーキ制御装置などに与えら
れ、旋回判定やヨーレート演算のために用いられる。な
おこのセンサ出力はまた、ドリフト補正回路21に与え
られており、このドリフト補正回路21からは、後述す
るようにして作成されたドリフト補正電圧がライン17
を介して前記直流増幅回路15に与えられており、した
がってこの直流増幅回路15からのセンサ出力は、ドリ
フト成分が除去された、回転角速度のみに対応した出力
電圧となる。
The output from the DC amplifying circuit 15 is given as a sensor output of the vibration gyro sensor 22 to a navigation device, an antilock brake control device, and the like, and is used for turning determination and yaw rate calculation. This sensor output is also supplied to a drift correction circuit 21 from which a drift correction voltage generated as described later is output to a line 17.
, And the sensor output from the DC amplification circuit 15 becomes an output voltage corresponding to only the rotational angular velocity from which the drift component has been removed.

【0025】前記ドリフト補正回路21には、前記各回
路5,11,13などへ電力を供給する電源回路23か
ら、ライン24を介してハイレベルの電圧Vccが与え
られており、またライン25を介して前記電圧Vccの
1/2の基準電圧Vrefが印加されている。またライ
ン26を介して発振回路5からの駆動信号が与えられて
いる。
The drift correction circuit 21 is supplied with a high-level voltage Vcc via a line 24 from a power supply circuit 23 for supplying power to the circuits 5, 11, 13 and the like. The reference voltage Vref, which is の of the voltage Vcc, is applied thereto. In addition, a drive signal from the oscillation circuit 5 is given via a line 26.

【0026】図2は、前記ドリフト補正回路21の電気
的構成を示すブロック図である。自動車のイグニション
キースイッチがAccもしくはIG接点に導通される
と、前記電源回路23から該振動ジャイロセンサ22の
各部へ電力供給が開始される。これによってリセット回
路31は、前記電圧Vccの立上がりタイミングで、ラ
イン32を介して目標電圧設定回路33に第1補正許可
信号を出力する。これに応答して目標電圧設定回路33
は、前記ライン25を介して電源回路23から入力され
ている基準電圧Vrefを目標電圧としてライン34に
導出し、これに対応してレベルシフト回路35からは、
前記ライン17を介してドリフト補正電圧が直流増幅回
路15へ帰還される。
FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the drift correction circuit 21. When the ignition key switch of the automobile is turned on to the Acc or IG contact, power supply from the power supply circuit 23 to each part of the vibration gyro sensor 22 is started. As a result, the reset circuit 31 outputs a first correction permission signal to the target voltage setting circuit 33 via the line 32 at the rising timing of the voltage Vcc. In response to this, the target voltage setting circuit 33
Derives a reference voltage Vref input from the power supply circuit 23 via the line 25 to a line 34 as a target voltage, and the level shift circuit 35
The drift correction voltage is fed back to the DC amplifier 15 via the line 17.

【0027】一方、前記ライン16を介する直流増幅回
路15からのセンサ出力は、ホロワ回路36からスイッ
チSW1,SW2を介して、2つのホールド回路37,
38にそれぞれ入力されている。スイッチSW1は、後
述する定常判定回路39からの第2補正許可信号が反転
バファ40によって反転されて、したがって前記第2補
正許可信号が出力されていない期間中は、タイミング信
号発生回路41からのタイミング信号がANDゲート4
2を介して入力されてスイッチング動作を行う。
On the other hand, the sensor output from the DC amplifier circuit 15 via the line 16 is supplied from the follower circuit 36 via the switches SW1 and SW2 to the two hold circuits 37 and 37.
38 respectively. The switch SW1 outputs the timing from the timing signal generation circuit 41 during a period in which the second correction permission signal from the later-described steady state determination circuit 39 is inverted by the inversion buffer 40 and the second correction permission signal is not output. Signal is AND gate 4
2 to perform a switching operation.

【0028】前記タイミング信号発生回路41へは、ラ
イン26を介する発振回路5からの駆動信号が、いわゆ
るゲートICなどによって実現される分周回路43で、
たとえば256分周されて入力されている。したがって
前記8kHzの駆動信号に応答して、該タイミング信号
発生回路41からスイッチSW1に128msec毎に
図3(3)で示されるタイミング信号が導出され、ホー
ルド回路37のホールド値が更新される。また、タイミ
ング信号発生回路41からは、前記スイッチSW1のタ
イミング信号に対して半周期ずれて、すなわち64ms
ecだけずれて、スイッチSW2へ、図3(4)で示さ
れるタイミング信号が導出されている。したがって、前
記定常判定回路39から第2補正許可信号が導出されて
いないときには、2つのホールド回路37,38は相互
に半周期ずつずれて、直流増幅回路15からのセンサ出
力を更新して保持している。
A drive signal from the oscillation circuit 5 via the line 26 is supplied to the timing signal generation circuit 41 by a frequency dividing circuit 43 realized by a so-called gate IC.
For example, it is input after being divided by 256. Therefore, in response to the drive signal of 8 kHz, the timing signal shown in FIG. 3C is derived from the timing signal generation circuit 41 to the switch SW1 every 128 msec, and the hold value of the hold circuit 37 is updated. The timing signal generation circuit 41 deviates from the timing signal of the switch SW1 by a half cycle, that is, 64 ms.
The timing signal shown in FIG. 3D is derived to the switch SW2 with a shift of ec. Therefore, when the second correction permission signal is not derived from the steady state determination circuit 39, the two hold circuits 37 and 38 are shifted from each other by a half cycle to update and hold the sensor output from the DC amplifier circuit 15. ing.

【0029】前記ホールド回路37,38のホールド値
は、前記定常判定回路39の差動増幅および比較回路4
4に与えられており、この差動増幅および比較回路44
は、両ホールド回路37,38のホールド値の変化量
が、たとえば前記64msec当り±5〔mV〕以内で
あるときには定常状態、すなわち車両が停止もしくは直
進走行、もしくは一定の回転角速度で旋回しているもの
と判断して、フィルタ回路45を介して、ライン18,
19へ前記第2補正許可信号を出力する。フィルタ回路
45は、非定常状態において変動しているホールド回路
37,38のホールド値が、一瞬の間でも偶然に前記電
圧5〔mV〕以内となったときに、誤った定常判定を防
止するためのたとえば2秒程度のディレー回路である。
The hold values of the hold circuits 37 and 38 are determined by the differential amplification and comparison circuit 4 of the steady state determination circuit 39.
4 and the differential amplification and comparison circuit 44
When the amount of change in the hold values of the two hold circuits 37 and 38 is, for example, within ± 5 [mV] per 64 msec, the vehicle is in a steady state, that is, the vehicle is stopped or running straight, or turning at a constant rotational angular velocity. Is determined, and the signal is supplied to the line 18,
19, the second correction permission signal is output. The filter circuit 45 prevents an erroneous steady-state determination when the hold values of the hold circuits 37 and 38 that fluctuate in an unsteady state accidentally fall within the voltage 5 [mV] even for a moment. For example, about 2 seconds.

【0030】この第2補正許可信号が導出されると、前
記タイミング信号発生回路41からのスイッチSW1へ
のタイミング信号はANDゲート42で阻止されて、ホ
ールド回路37のホールド値は、非定常状態となる直前
の値で保持される。前記第2補正許可信号はまた前記目
標電圧設定回路33に与えられており、この目標電圧設
定回路33はまた、第2補正許可信号が入力されるとラ
イン46を介して入力されるホールド回路37のホール
ド値を前記目標電圧に設定し、ライン34を介してレベ
ルシフト回路35に導出する。
When the second correction permission signal is derived, the timing signal from the timing signal generation circuit 41 to the switch SW1 is blocked by the AND gate 42, and the hold value of the hold circuit 37 is changed to an unsteady state. Is held at the value immediately before The second correction permission signal is also supplied to the target voltage setting circuit 33, and the target voltage setting circuit 33 also receives a second correction permission signal via a line 46 when the second correction permission signal is input. Is set to the target voltage and is led out to the level shift circuit 35 via the line 34.

【0031】図3(2)で示される前記第1および第2
補正許可信号はまた、ORゲート47を介してスイッチ
SW3に与えられている。このスイッチSW3は、前記
第1および第2補正許可信号が導出されている期間中
は、前記ホロア回路36の出力を積分回路48に与え
る。この積分回路48にはまた、前記目標電圧設定回路
33から目標電圧が与えられており、したがってこの積
分回路48からは、前記ホロア回路36の出力が前記目
標電圧に近付くような補正電圧が発生され、前記レベル
シフト回路35を介してライン17からドリフト補正電
圧として直流増幅回路15に帰還され、こうしてドリフ
ト補正が行われる。
The first and second parts shown in FIG.
The correction permission signal is also supplied to the switch SW3 via the OR gate 47. This switch SW3 supplies the output of the follower circuit 36 to the integration circuit 48 during the period in which the first and second correction permission signals are derived. The integration circuit 48 is also supplied with a target voltage from the target voltage setting circuit 33. Therefore, a correction voltage is generated from the integration circuit 48 so that the output of the follower circuit 36 approaches the target voltage. The drift correction voltage is fed back from the line 17 to the DC amplification circuit 15 via the level shift circuit 35, and thus drift correction is performed.

【0032】したがって、図3において時刻t1から電
力付勢が開始され、ドリフト補正が行われないセンサ出
力が図3(1)において参照符α1で示されるように変
化するとき、ドリフト補正が行われると参照符α2で示
されるセンサ出力が得られる。
Therefore, when the power supply is started from time t1 in FIG. 3 and the sensor output for which drift correction is not performed changes as indicated by reference numeral α1 in FIG. 3 (1), drift correction is performed. And a sensor output indicated by reference symbol α2.

【0033】図4は、ドリフト補正回路21の具体的構
成を示す電気回路図であり、前述の図1および図2に対
応する部分には同一の参照符を付す。前記分周回路43
は、分周用の集積回路43aを含んで構成されており、
この集積回路43aからのパラレル出力がタイミング信
号発生回路41内のゲートIC41a,41bにそれぞ
れ与えられ、前述のように駆動信号が256分周されて
前記64msec毎に、スイッチSW1,SW2に交互
にタイミング信号が出力される。
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a specific configuration of the drift correction circuit 21, and portions corresponding to those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. The frequency dividing circuit 43
Is configured to include an integrated circuit 43a for frequency division,
The parallel output from the integrated circuit 43a is supplied to the gate ICs 41a and 41b in the timing signal generating circuit 41, respectively. The driving signal is divided by 256 as described above, and the switches SW1 and SW2 are alternately switched every 64 msec. A signal is output.

【0034】また、前記定常判定回路39の差動増幅お
よび比較回路44は、差動増幅器44aとウインドコン
パレータ44bとを含んで構成されており、差動増幅器
44aはホールド回路37,38のホールド値の差に対
応した出力を、たとえば20倍のゲインで増幅してウイ
ンドコンパレータ44bに導出する。ウインドコンパレ
ータ44bは、一対の比較器44m,44nおよび分圧
抵抗R1〜R3を含んで構成されており、抵抗R1〜R
3は電圧Vccのライン24と接地レベルのライン49
との間に直列に介在されている。したがって、前記差動
増幅器44aの出力電圧が、これらの抵抗R1〜R3の
分圧によって作成された電圧Vref±100〔mV〕
の2つの基準電圧V1,V2以内であるときには、比較
器44m,44nからはフィルタ回路45にハイレベル
の出力が導出される。
The differential amplifying and comparing circuit 44 of the steady state judging circuit 39 includes a differential amplifier 44a and a window comparator 44b, and the differential amplifier 44a holds the hold values of the hold circuits 37 and 38. The output corresponding to the difference is amplified by, for example, a gain of 20 times and is derived to the window comparator 44b. The window comparator 44b includes a pair of comparators 44m and 44n and voltage dividing resistors R1 to R3.
3 is a line 24 for the voltage Vcc and a line 49 for the ground level.
Are interposed in series. Therefore, the output voltage of the differential amplifier 44a is equal to the voltage Vref ± 100 [mV] created by the voltage division of these resistors R1 to R3.
Are within the two reference voltages V1 and V2, a high-level output is derived from the comparators 44m and 44n to the filter circuit 45.

【0035】フィルタ回路45は、2つの差動増幅器4
5a,45bおよびコンデンサC3を含んで構成されて
おり、差動増幅器45a,45bの反転入力端子には、
ライン25からライン53を介して、基準電圧Vref
が与えられている。差動増幅器45aは前記差動増幅器
44aとウインドコンパレータ44bの基準電圧との差
に対応した出力を導出し、コンデンサC3を充放電させ
る。差動増幅器45bは、前記コンデンサC3の充電電
圧と、ライン25からライン53を介する基準電圧Vr
efとを比較し、コンデンサC3の充電電圧が高いと
き、すなわちホールド回路37,38への入力変動がな
いときには前記ライン18,19へ第2補正許可信号を
出力する。
The filter circuit 45 includes two differential amplifiers 4
5a and 45b and a capacitor C3. The inverting input terminals of the differential amplifiers 45a and 45b
From the line 25 to the reference voltage Vref via the line 53
Is given. The differential amplifier 45a derives an output corresponding to the difference between the differential amplifier 44a and the reference voltage of the window comparator 44b, and charges and discharges the capacitor C3. The differential amplifier 45b receives the charging voltage of the capacitor C3 and the reference voltage Vr from the line 25 to the line 53.
ef, and when the charging voltage of the capacitor C3 is high, that is, when there is no change in the input to the hold circuits 37 and 38, the second correction permission signal is output to the lines 18 and 19.

【0036】前記リセット回路31は、コンデンサC4
と2つの反転バッファ31a,31bとを含んで構成さ
れており、前述のように電源が投入されるとコンデンサ
C4の充電が開始され、このコンデンサC4での端子間
電圧降下が予め定めるレベルとなるまで、反転バッファ
31a,31bからライン32を介して、スイッチSW
3にはハイレベルの第1補正許可信号が導出されること
になる。また、前記ライン19を介する第2補正許可信
号によってもスイッチSW3は導通する。このようにス
イッチSW3が導通されている期間中は、積分回路48
は、該スイッチSW3を介して入力されるセンサ出力
と、目標電圧設定回路33からライン34を介して入力
される目標電圧との偏差が零となるような出力を、レベ
ルシフト回路35へ導出する。
The reset circuit 31 includes a capacitor C4
And two inverting buffers 31a and 31b. When the power is turned on as described above, the charging of the capacitor C4 starts, and the voltage drop between the terminals of the capacitor C4 becomes a predetermined level. Up to the switch SW from the inversion buffers 31a and 31b via the line 32.
3, a high-level first correction permission signal is derived. The switch SW3 is also turned on by the second correction permission signal via the line 19. While the switch SW3 is conducting as described above, the integration circuit 48
Derives an output to the level shift circuit 35 such that the deviation between the sensor output input via the switch SW3 and the target voltage input via the line 34 from the target voltage setting circuit 33 becomes zero. .

【0037】一方、目標値設定回路33において、前記
第2補正許可信号がライン19から入力されると、スイ
ッチSW5が導通し、かつ反転バッファ51を介してス
イッチSW4が遮断し、前記積分回路48へは、前記ラ
イン46を介するホールド回路37のホールド値に後述
するような補正が行われた後、目標電圧として入力され
る。またリセット回路31からライン52を介してハイ
レベルの第1補正許可信号が導出されると、スイッチS
W5は遮断し、スイッチSW4が導通し、前記ライン2
5を介する基準電圧Vrefが目標電圧として積分回路
48に入力される。
On the other hand, in the target value setting circuit 33, when the second correction permission signal is input from the line 19, the switch SW5 is turned on, and the switch SW4 is turned off via the inversion buffer 51. Is input as a target voltage after the hold value of the hold circuit 37 via the line 46 is corrected as described later. When the high-level first correction permission signal is derived from the reset circuit 31 via the line 52, the switch S
W5 is turned off, switch SW4 is turned on, and line 2 is turned off.
5 is input to the integrating circuit 48 as a target voltage.

【0038】しかしながら、このような目標電圧の切換
わり時には、その目標電圧の差に対応して積分回路48
の出力も変移してしまう。このため補償回路であるレベ
ルシフト回路35において、前記スイッチSW4が導通
しているときには、スイッチSW7が導通し、ライン5
3を介する基準電圧Vrefに積分回路48の出力電圧
が加算された後、差動増幅器35aで増幅されて前記ド
リフト補正電圧が作成される。これに対してスイッチS
W5が導通しているときには、差動増幅器35bによっ
て前記基準電圧Vrefと目標値設定回路33の出力電
圧との差を増幅した電圧に前記積分回路48の電圧が加
算された後、前記演算増幅器35を介してドリフト補正
電圧が発生される。こうして目標電圧の切換わり時にお
ける積分回路48の出力変移をも吸収することができ
る。
However, when the target voltage is switched as described above, the integrating circuit 48 corresponds to the difference between the target voltages.
Output also shifts. Therefore, in the level shift circuit 35 which is a compensation circuit, when the switch SW4 is conductive, the switch SW7 is conductive and the line 5
After the output voltage of the integrator circuit 48 is added to the reference voltage Vref through 3, it is amplified by the differential amplifier 35 a to generate the drift correction voltage. On the other hand, switch S
When W5 is conducting, the voltage of the integrating circuit 48 is added to the voltage obtained by amplifying the difference between the reference voltage Vref and the output voltage of the target value setting circuit 33 by the differential amplifier 35b, and then the operational amplifier 35b is turned on. , A drift correction voltage is generated. In this way, it is possible to absorb the output transition of the integrating circuit 48 when the target voltage is switched.

【0039】また、ライン16を介して入力されるセン
サ出力と、ホールド回路37でホールドされ、ライン4
6に導出される電圧VAとの間には、ホロワ回路36お
よびホールド回路37のオフセットなどのために僅かに
ずれが生じてしまうこともある。したがって、このずれ
が生じたままでドリフト補正が行われると、センサ出力
にずれが生じてしまい、したがって定常と非定常とが繰
返されると前記ずれが蓄積されてゆくことになる。
Further, the sensor output input via the line 16 is held by the hold circuit 37,
6 may slightly differ from the voltage VA led to 6 due to the offset of the follower circuit 36 and the hold circuit 37 and the like. Therefore, if drift correction is performed with this deviation occurring, a deviation will occur in the sensor output. Therefore, if the steady state and the unsteady state are repeated, the deviation will accumulate.

【0040】このような不具合を解消するために本実施
例では、前記目標電圧設定回路33内に補正回路55が
設けられている。この補正回路55は、2つの差動増幅
器55a,55bを含んで構成されており、ホールド回
路37のホールド値VAが基準電圧Vrefより大きい
ときには、点56の電圧Vcは抵抗RAによって決定さ
れる僅かな電圧Vrだけ高くなる。したがって比較器5
5の出力電圧VBは、VA−Vrとなる。これに対して
電圧VAが基準電圧Vrefよりも小さいときには、V
B=VA+Vrとなる。なおこの補正回路55は、ホロ
ア回路36およびホールド回路37などのオフセット値
が整合されているときには削除されてもよい。
In this embodiment, a correction circuit 55 is provided in the target voltage setting circuit 33 in order to solve such a problem. The correction circuit 55 includes two differential amplifiers 55a and 55b. When the hold value VA of the hold circuit 37 is higher than the reference voltage Vref, the voltage Vc at the point 56 is slightly determined by the resistor RA. Voltage Vr. Therefore, the comparator 5
5, the output voltage VB becomes VA-Vr. On the other hand, when voltage VA is smaller than reference voltage Vref, V
B = VA + Vr. The correction circuit 55 may be deleted when the offset values of the follower circuit 36 and the hold circuit 37 are matched.

【0041】このように本発明に従うドリフト補正回路
21では、電源投入時に零点電圧を基準電圧Vrefに
設定することができ、該振動ジャイロセンサ22の製造
時における徴調整が不要となり、工程を簡略化すること
ができる。また、前記零点電圧の補正による経時変化だ
けでなく温度変化等の環境変化に対しても、定常時のセ
ンサ出力に対応して補正するので、ソフトウエア処理に
よることなく、簡便な構成でドリフト補正を行うことが
できる。さらにまた、温度特性に優れない材料であって
も機械的強度を優先して使用することができ、耐衝撃性
等の信頼性を向上することができる。さらにまた本発明
に従うドリフト補正回路21は、ゲートICや差動増幅
回路あるいはアナログスイッチなどの基本的な回路の集
合体で構成されており、したがっていわゆるカスタムI
C化が容易で、小形化および低コスト化を図ることがで
きるとともに、センサと一体化して、汎用性を向上する
ことができる。
As described above, in the drift correction circuit 21 according to the present invention, the zero point voltage can be set to the reference voltage Vref when the power is turned on, so that the adjustment of the mark at the time of manufacturing the vibration gyro sensor 22 becomes unnecessary, and the process is simplified. can do. Further, not only a change over time due to the correction of the zero point voltage but also an environmental change such as a temperature change is corrected in accordance with the sensor output in a steady state, so that drift correction can be performed with a simple configuration without using software processing. It can be performed. Furthermore, even if the material does not have excellent temperature characteristics, it can be used with priority given to mechanical strength, and reliability such as impact resistance can be improved. Furthermore, the drift correction circuit 21 according to the present invention is composed of a collection of basic circuits such as a gate IC, a differential amplifier circuit, and an analog switch.
It is easy to reduce the size to C, and the size and cost can be reduced. In addition, the versatility can be improved by being integrated with the sensor.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ソフトウ
エア処理によることなく、簡便な構成で、振動子や圧電
素子のばらつき、ならびにそれらの経時変化や環境変化
によって発生するドリフトを補正することができる。し
たがって、センサ側にこれら補正回路を一体化して汎用
性を向上することができる。また、製造時の調整を簡素
化することができるとともに、必ずしも温度特性が良好
でなくとも機械的強度の良好な部品を使用することがで
き、耐衝撃性能などの信頼性を向上することもできる。
As described above, according to the present invention, variations in transducers and piezoelectric elements and drift caused by aging or environmental changes thereof are corrected by a simple configuration without using software processing. be able to. Therefore, versatility can be improved by integrating these correction circuits on the sensor side. In addition, the adjustment at the time of manufacturing can be simplified, and a component having good mechanical strength can be used even if the temperature characteristics are not necessarily good, and reliability such as impact resistance can be improved. .

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

【図1】本発明の一実施例のドリフト補正回路21を備
える振動ジャイロセンサ22の電気的構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a vibration gyro sensor 22 including a drift correction circuit 21 according to one embodiment of the present invention.

【図2】ドリフト補正回路21の電気的構成を示すブロ
ック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an electrical configuration of a drift correction circuit 21.

【図3】前記ドリフト補正回路21の動作を説明するた
めの波形図である。
FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation of the drift correction circuit 21.

【図4】前記ドリフト補正回路21の具体的構成を示す
電気回路図である。
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a specific configuration of the drift correction circuit 21.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動子 2〜4 圧電素子 21 ドリフト補正回路 22 振動ジャイロセンサ 31 リセット回路 33 目標電圧設定回路 35 レベルシフト回路 36 ホロア回路 37,38 ホールド回路 39 定常判定回路 44 差動増幅および比較回路 45 フィルタ回路 48 積分回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillator 2-4 Piezoelectric element 21 Drift correction circuit 22 Vibration gyro sensor 31 Reset circuit 33 Target voltage setting circuit 35 Level shift circuit 36 Follower circuit 37, 38 Hold circuit 39 Steady state determination circuit 44 Differential amplification and comparison circuit 45 Filter circuit 48 Integrator

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−235310(JP,A) 特開 平3−199972(JP,A) 実開 平3−4215(JP,U) 実開 平4−38512(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/00 - 19/72 G01P 9/00 - 9/04 G01C 21/00 - 21/36 Continuation of the front page (56) References JP-A-4-235310 (JP, A) JP-A-3-199972 (JP, A) JP-A-3-4215 (JP, U) JP-A-4-38512 (JP , U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01C 19/00-19/72 G01P 9/00-9/04 G01C 21/00-21/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 振動子の側面に形成された圧電素子の出
力電圧のうちコリオリ力による成分から回転角速度に対
応した出力電圧を導出する信号処理回路を有する振動ジ
ャイロセンサにおいて、 前記出力電圧の予め定める時間当りの変化量から定常状
態であるか否かを判定し、定常状態であるときには補正
許可信号を出力する定常判定手段と、 前記定常判定手段からの補正許可信号に応答し、定常状
態であると判定された時点での前記出力電圧を目標電圧
として記憶し、前記定常状態である期間中は前記出力電
圧が前記目標電圧と等しくなるような補正電圧を前記信
号処理回路に与え、また非定常状態となると前記補正電
圧を保持して前記信号処理回路に与える補正電圧発生手
段とを備えることを特徴とする振動ジャイロセンサ。
1. A vibrating gyroscope having a signal processing circuit for deriving an output voltage corresponding to a rotational angular velocity from a component due to Coriolis force among output voltages of a piezoelectric element formed on a side surface of a vibrator, A steady state determining unit that determines whether or not the vehicle is in a steady state from a change amount per set time, and outputs a correction permission signal when the vehicle is in a steady state. The output voltage at the point in time when it is determined to be stored is stored as a target voltage, and during the period of the steady state, a correction voltage such that the output voltage is equal to the target voltage is supplied to the signal processing circuit. A vibrating gyro sensor, comprising: a correction voltage generating means for holding the correction voltage and supplying the correction voltage to the signal processing circuit in a steady state.
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