CN1721819A - 振荡回转仪的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了振荡回转仪的驱动电路，该振荡回转仪包括形成在振荡器中的两个压电元件，该驱动电路包括：加法电路，用于向两个压电元件的一个侧面提供驱动信号并且将从与所述压电元件的一个侧面相对的另一侧面获得的信号相加；以及振荡电路，适于被反馈给通过所述加法电路获得的加法输出信号，其中作为振荡电路的振荡输出获得的正弦波信号被作为所述驱动信号提供给所述两个压电元件的一个侧面。因此，可提供结构简单并能获得稳定输出的振荡回转仪的驱动电路。

Description

振荡回转仪的驱动电路

技术领域

本发明涉及振荡回转仪的驱动电路，该振荡回转仪包括形成在振荡器中的两个压电元件。

背景技术

相关申请的交叉引用

本发明包含涉及日本专利申请JP 2004-207026的主旨，该申请于2004年7月14日在日本专利局提交，其全部内容在此引用作为参考。

使用挠曲振荡(flexing oscillation)的柱状振荡回转仪已经用作用于检测使用数码照相机采集图像时手的非故意移动、汽车导航系统中的方向检测、可移动体(例如车辆等)的姿态控制的民用回转仪。例如，实际使用了其中两个压电元件被粘附到四角柱状振荡器的振荡回转仪(例如，专利文件1：日本专利待审申请公开号No.2000-304543)。

迄今为止，例如，如图1所示，驱动电路20驱动振荡回转仪1，该振荡回转仪1包括四角柱状振荡器2、压电元件3a和压电元件3b，以使得压电元件3a和压电元件3b在振荡器2的第一侧面上平行排列。振荡器2的表面被导电电镀。然后，检测信号从两个压电元件3a、3b的输出端输出。

在图1所示的传统振荡回转仪的驱动电路20中，振荡器2的与第一侧面相对的第二侧面连接到参考电势Vref。该参考电势Vref通过振荡器2施加到压电元件3a和压电元件3b的与振荡器2接触的侧面。

加法电路22和差分放大器26分别连接到设在振荡器2的第一侧面上的压电元件3a和压电元件3b，并且振荡电路24通过电阻器21a、21b和电容器25连接到所述压电元件3a和压电元件3b。加法电路22也连接到比较电路23，该比较电路23连接到振荡电路24。

差分放大器26连接到同步检测器27，该同步检测器27的检测信号Vsd’通过DC放大器28输出为检测信号。

在这种配置的驱动电路20中，振荡电路24的输出信号Vgo’通过电容器25和电阻器21a、21b提供到与邻接振荡器2的压电元件3a、3b的另一侧面相对的压电元件3a、3b的侧面上。

压电元件3a的输出信号Vgl’和压电元件3b的输出信号Vgr’通过加法电路22相加，加法电路22的加法信号Vsa’输入到比较电路23。比较电路23比较加法电路22的加法信号Vsa’和振荡电路24的输出信号Vgo’，并且将比较输出信号Vcm’提供给振荡电路24。同时，压电元件3a的输出信号Vgl’和压电元件3b的输出信号Vgr’之间的差分信号Vda’由差分放大器26输出，并由同步检测器27同步检测。同步检测器27通过使用由振荡电路24形成的时钟信号Vck’检测差分信号Vda’。同步检测器27的检测信号Vsd’被DC放大器28放大并作为检测信号输出。

此处，图2是图1所示传统振荡回转仪1的驱动电路20的每个部分的电压波形的时序图。在图2中，没有以振荡回转仪1的主轴为中心的旋转的情况被表示为静止状态，并且施加了以主轴为中心的旋转的情况被表示为施加了旋转角速度的状态。

振荡系统由包括振荡回转仪1、电阻器21a、电阻器21b、电容器25、加法电路22、比较电路23和振荡电路24的正反馈回路形成，并且在振荡回转仪1的谐振频率下自振荡。振荡回转仪1通过该振荡在垂直于第一侧面和第二侧面的方向上挠曲振荡。当旋转时，振荡回转仪1的主轴作为中心，在这种状态下，挠曲振荡的方向由科里奥利力改变。因此，在压电元件3a和压电元件3b之间产生输出差(Vgl’-Vgr’)，并且从差分放大器26获得差信号Vda’。此时，用于驱动振荡回转仪1的信号是静止状态下压电元件3a和压电元件3b的输出，并且是压电元件3a和压电元件3b中相位和幅度相同的信号。因此用于驱动振荡回转仪1的信号被差分放大器26抵消。然后，响应于科里奥利力的信号是压电元件3a和压电元件3b中相位相反但幅度相同的信号Vcl’和Vcr’。因此，通过差分放大器26获得的差信号Vda’是与(Vcl’-Vcr’)成比例的信号。

通过差分放大器26获得的差信号Vda’被同步检测，由此转换成DC检测信号Vsd’。同步检测器27以时钟信号Vck’的时序全波整流来自差分放大器26的差信号Vda’，由此将信号Vda’转换成信号Vfr’，然后积分信号Vfr’，以获得DC检测信号Vsd’。该检测信号Vsd’通过DC放大器28被DC放大到预定幅度，并且只有由旋转产生的角速度信号能被检测到。

响应于科里奥利力的信号在通过加法电路22获得的加法信号Vsa’中被抵消，并且变成与静止状态下压电元件3a和压电元件3b的输出之和成比例的信号。当Zgl是压电元件3a的阻抗，Zgr是压电元件3b的阻抗，Rb是电阻器21a和电阻器21b的值，且2.Rs是加法电路22的输入阻抗时，压电元件3a的输出信号Vgl’和压电元件3b的输出信号Vgr’如下所示。

Vgl’＝[(Zgl//Rs)/{(Zgl//Rs)+Rb}].Vgo’＝{1/(1+Rb/Rs+Rb/Zgl)}.Vgo’

Vgr’＝[(Zgr//Rs)/{(Zrg//Rs)+Rb}].Vgo’＝{1/(1+Rb/Rs+Rb/Zgr)}.Vgo’

由于当振荡回转仪1以谐振频率振荡时压电元件3a的阻抗Zgl和压电元件3b的阻抗Zgr变得最小，所以压电元件3a的输出信号Vgl’和压电元件3b的输出信号Vgr’的电压幅度也变得最小。因此，通过加法电路22获得的加法信号Vsa’的电压幅度也变得最小。当将加法电路22的加法信号Vsa’与振荡电路24的输出信号Vgo’相比较时，在比较电路23的比较输出信号Vcm’中，当振荡电路24以谐振频率振荡时电压幅度变得最大，从而变成用于形成振荡系统的正反馈回路。比较电路23的比较输出信号Vcm’是与(Vgo’-Vsa’)成比例的信号。由于信号Vcm’的波形失真，信号Vcm’的波形被振荡电路24变形成三角波，并作为输出信号Vgo’输出。

由于在传统驱动电路20中信号Vgo’的DC偏置电压被切除，所以电容器25是必需的。如果不包含电容器25，则信号Vgo’的DC偏置电压通过加法电路22被输入到比较电路23，并且该DC偏置电压在比较电路23的两个输入端变成相同的值。这样，振荡电路24的输出信号Vgo’饱和，因此不振荡。

发明内容

由于如上所述的迄今已知的振荡回转仪1将压电元件3a和压电元件3b共同用于驱动部分和检测部分，所以其可以以很简单的结构形成。然而，存在一个问题，即用于驱动振荡回转仪1的驱动电路复杂并且难以以低成本实现。

因此，考虑到上述的常规问题，期望提供结构简单且成本降低的振荡回转仪的驱动电路。

此外，本发明的另一个目的以及根据本发明获得的具体优点将通过对下述的实施例的描述得到进一步阐明。

更具体地，根据本发明的包括形成在振荡器中的两个压电元件的谐振回转仪的驱动电路包括：加法电路，用于向两个压电元件的一个侧面提供驱动信号并将从与所述压电元件的一个侧面相对的另一侧面获得的信号相加；以及振荡电路，适于被反馈给通过加法电路获得的加法输出信号，其中作为振荡电路的振荡输出获得的正弦波信号被作为所述驱动信号提供给所述两个压电元件的一个侧面。

根据本发明，通过将驱动信号输入到形成在振荡回转仪的振荡器中的两个压电元件的一个侧面，将从与上述一个侧面相对的另一侧面输出的信号输入到加法电路，将加法电路的输出信号输入振荡电路，并且将作为振荡电路的振荡输出获得的正弦波信号作为驱动信号输入两个压电元件的所述一个侧面，结构可以简化并且成本可以降低。

附图说明

图1是示出传统振荡回转仪的驱动电路的结构实例的框图；

图2是该传统振荡回转仪的驱动电路的各部分的电压波形的时序图；

图3是示出根据本发明的振荡回转仪的驱动电路的结构实例的框图；

图4是该振荡回转仪的透视图；

图5是该振荡回转仪的侧视图；

图6是该振荡回转仪的驱动电路的各部分的电压波形的时序图。

具体实施方式

将参照附图详细描述本发明的实施例。本发明不限于下述实施例，并且可以在不脱离本发明的主旨的范围内任意变化。

在本发明中，振荡回转仪1由驱动电路10驱动，驱动电路10具有例如如图3所示的配置。

振荡回转仪1包括四角柱状振荡器2、压电元件3a和压电元件3b，使得压电元件3a和压电元件3b在振荡器2的第一侧面上平行排列，如图4和5所示。振荡器2的表面被导电电镀。振荡器2通常由用于产生机械振动的材料形成，例如镍铬恒弹性钢(Elinvar)、铁镍、石英、玻璃、晶体、陶瓷等。

用于驱动振荡回转仪1的驱动电路10包括用于将驱动信号提供到两个压电元件3a、3b的一个侧面并将从与所述压电元件3a、3b的一个侧面相对的另一侧面获得的信号相加的加法电路11，以及适于被反馈给通过加法电路11获得的加法输出信号的振荡电路12，其中作为振荡电路12的振荡输出获得的正弦波信号被作为驱动信号提供到所述两个压电元件3a、3b的一个侧面。差分放大器13与加法电路11一起连接到设在振荡器2的第一侧面上的压电元件3a和压电元件3b，通过差分放大器13获得的差信号Vda被同步检测器14同步检测，并且检测信号Vsd通过DC放大器15输出作为检测信号。

更具体地，振荡回转仪1具有在振荡器2的第一侧面上平行排列形成的压电元件3a和压电元件3b，并且振荡电路12的输出信号Vgo输入到与振荡器2的第一侧面相对的第二侧面。信号Vgo通过振荡器2施加到与振荡器2邻接的压电元件3a和压电元件3b的侧面。从与邻接振荡器2的侧面相对的侧面输出的压电元件3a的输出信号Vgl和压电元件3b输出信号Vgr输入到加法电路11。加法电路11的加法输出信号Vsa输入到振荡电路12。压电元件3a的输出信号Vgl和压电元件3b输出信号Vgr也输入到差分放大器13。差分放大器13的输出Vda被同步检测器14同步检测，但利用在振荡电路12中形成的时钟信号Vck控制其时序。同步检测器14的输出信号Vsd被DC放大器15放大。

此处，图6是图3所示的用于驱动振荡回转仪1的驱动电路10的每一部分的电压波形的时序图。没有以振荡回转仪1的主轴为中心的旋转的情况被表示为静止状态，施加了以主轴为中心的旋转的情况表示为施加旋转角速度时的状态。

振荡系统由包括振荡回转仪1、加法电路11、振荡电路12的正反馈回路形成，并且以振荡回转仪1的谐振频率自振荡。振荡回转仪1通过该振荡在垂直于第一侧面和第二侧面的方向上挠曲振荡。当旋转时，振荡回转仪1的主轴作为中心，在这种状态下，通过科里奥利力改变挠曲振荡的方向。因此，在压电元件3a和压电元件3b之间产生输出差(Vgl-Vgr)，并且从差分放大器13获得输出Vda。此时，用于驱动振荡回转仪1的信号是静止状态下压电元件3a和压电元件3b的输出，并且是压电元件3a和压电元件3b中具有相同相位和幅度的信号。因此，用于驱动振荡回转仪1的信号通过差分放大器13被抵消。然后，响应于科里奥利力的信号是压电元件3a和压电元件3b中相位相反但幅度相同的信号Vcl和信号Vcr。因此，通过差分放大器13获得的差信号Vda是与(Vgl-Vgr)成比例的信号。

通过差分放大器13获得的差信号Vda被同步检测器14同步检测，并由此被转变成DC信号Vsd。同步检测器14以时钟信号Vck的时序全波整流由差分放大器13提供的差信号Vda，从而将差信号Vda转变成信号Vfr，并随后积分信号Vfr以获得DC信号Vsd。该信号Vsd通过DC放大器15被DC放大到预定幅度，并且只有由旋转产生的角速度信号能被检测到。

响应于科里奥利力的信号在加法电路11的加法输出信号Vsa中被抵消，并且变成与静止状态下压电元件3a和压电元件3b的输出之和成比例的信号。当Zgl是压电元件3a的阻抗，Zgr是压电元件3b的阻抗，且2·Rs是加法电路11的输入阻抗时，压电元件3a的输出Vgl和压电元件3b的输出Vgr如下所示。

Vgl＝{Rs/(Zgl+Rs)}.Vgo＝{1/(1+Zgl/Rs)}.Vgo

Vgr＝{Rs/(Zgr+Rs)}.Vgo＝{1/(1+Zgr/Rs)}.Vgo

由于在振荡回转仪1以谐振频率振荡时压电元件3a的阻抗Zgl和压电元件3b的阻抗Zgr变得最小，所以压电元件3a的输出Vgl和压电元件3b的输出Vgr的电压幅度变得最大。因此加法电路11的加法输出信号Vsa的电压幅度变得最大，从而充当用于形成振荡系统的正反馈回路。此外，该信号的放大程度由振荡电路12调整，因此振荡电路12振荡为正弦波信号，并且其输出信号Vgo变成正弦波信号。

在图1所示的常规振荡回转仪1的驱动电路20中，需要电阻器21a、电阻器21b、电容器25和比较电路23。此外，波形在振荡电路24中被重新定形为三角波形。另一方面，在图3所示的根据本发明的振荡回转仪1的驱动电路10中，功能上不需要与电阻器21a、电阻器21b、电容器25和比较电路23相对应的部件，此外，不需要振荡电路24中的波形定形。因此，振荡回转仪1由被简化了的驱动电路10驱动，并且回转仪输出可被检测。

本领域的技术人员应当理解，可以根据设计需要和其它因素进行各种修改、组合、局部组合和改变，只要它们在所附权利要求或其等效表述的范围内。

Claims (2)

1、振荡回转仪的驱动电路，该振荡回转仪包括形成在振荡器中的两个压电元件，该驱动电路包括：

加法电路，用于向两个压电元件的一个侧面提供驱动信号并且将从与所述压电元件的一个侧面相对的另一侧面获得的信号相加；以及

振荡电路，适于被反馈给通过所述加法电路获得的加法输出信号，其中

作为振荡电路的振荡输出获得的正弦波信号被作为所述驱动信号提供给所述两个压电元件的一个侧面。

2、根据权利要求1的振荡回转仪的驱动电路，其中振荡器的前表面被导电电镀。

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