DE10203855A1 - Schwinggyroskop und Temperaturdrift-Einstellverfahren für dasselbe - Google Patents

Abstract

Ein Schwinggyroskop umfaßt einen Schwinger und eine Oszillationsschaltung zum Anregen des Schwingers. Erfassungsanschlüsse für den Schwinger sind durch Lastwiderstände mit Masse verbunden und sind ferner mit einer Differenzschaltung verbunden. Eine Synchronerfassungsschaltung erfaßt eine Signalausgabe von der Differenzschaltung. Eine Glättungsschaltung glättet ein aus der Synchronerfassungsschaltung ausgegebenes Signal. Eine Verstärkungsschaltung verstärkt eine Signalausgabe von der Glättungsschaltung. Widerstandswerte der Lastwiderstände werden in Abhängigkeit von einem Temperaturdriftgradienten des Schwinggyroskops eingestellt, derart, daß der Temperaturdriftgradient minimiert wird.

Description

Beschreibung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Schwinggyroskop und ein Temperaturdrift-Einstellverfahren für dasselbe. Im ein­ zelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Schwinggyroskop und ein Temperaturdrift-Einstellverfahren für dasselbe, die beispielsweise auf ein System zum Entdec­ ken des Verhaltens einer mobilen Einheit durch ein Erfassen der Rotationswinkelgeschwindigkeit, ein Navigationssystem zum geeigneten Führen einer mobilen Einheit durch ein Er­ fassen der Position derselben und ein Schwingungssteuersy­ stem, das eine Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen durch ein Erfassen der Rotationswinkelgeschwindigkeit auf­ grund externer Schwingungen, wie zum Beispiel Handschüt­ teln, umfaßt, anwendbar sind.

Fig. 10 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Schwinggyroskops der verwandten Technik veranschau­ licht. Ein Schwinggyroskop 1 umfaßt einen Schwinger 2. Der Schwinger 2 umfaßt ein Schwingbauglied 3, beispielsweise in Form eines regelmäßigen Dreiecksprismas. Auf den drei Sei­ tenoberflächen des Schwingbauglieds 3 sind piezoelektrische Elemente 4a, 4b bzw. 4c gebildet. Diese piezoelektrischen Elemente 4a, 4b und 4c umfassen jeweils eine piezoelektri­ sche Schicht, die aus Keramik oder dergleichen hergestellt ist. Beide Oberflächen jeder piezoelektrischen Schicht der piezoelektrischen Elemente 4a, 4b und 4c sind mit Elektro­ den versehen, von denen eine mit der Seitenoberfläche des Schwingbauglieds 3 verbunden ist.

Zwischen das Paar von piezoelektrischen Elementen 4a und 4b und das piezoelektrische Element 4c ist eine Oszillationss­ chaltung 5 geschaltet. Eine Signalausgabe von dem piezo­ elektrischen Element 4c wird zu der Oszillationsschaltung 5 zurückgeführt, wo die Phase des Signals korrigiert wird. Das sich ergebende Signal, das als ein Treibersignal dient, wird daraufhin den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b zugeführt. Dieses Treibersignal bewirkt, daß sich das Schwingbauglied 3 in der Richtung biegt und in der Richtung schwingt, die zu der Oberfläche, auf der das piezoelektri­ sche Element 4c gebildet ist, senkrecht ist.

Die beiden piezoelektrischen Elemente 4a und 4b sind mit einer Signalverarbeitungsschaltung verbunden. Die Signal­ verarbeitungsschaltung umfaßt eine Differenzschaltung 6, eine Synchronerfassungsschaltung 7, eine Glättungsschaltung 8 und eine Verstärkungsschaltung 9. Die piezoelektrischen Elemente 4a und 4b sind mit Eingangstoren der Differenz­ schaltung 6 verbunden. Ein Ausgangstor der Differenzschal­ tung 6 ist mit der Synchronerfassungsschaltung 7 verbunden. Die Synchronerfassungsschaltung 7 synchronisiert mit einem Signal aus der Oszillationsschaltung 5, um eine Signalaus­ gabe von der Differenzschaltung 6 zu erfassen. Die Syn­ chronerfassungsschaltung 7 ist mit der Glättungsschaltung 8 verbunden, die wiederum mit der Verstärkungsschaltung 9 verbunden ist.

Bei diesem Schwinggyroskop 1 bewirkt die Oszillationsschal­ tung 5, daß sich das Schwingbauglied 3 in der Richtung biegt und in der Richtung schwingt, die zu der Oberfläche, auf der das piezoelektrische Element 4c gebildet ist, senk­ recht ist. Wenn das Schwingbauglied 3 nicht gedreht wird, sind die Ausgangssignale aus den piezoelektrischen Elemen­ ten 4a und 4b dieselben, so daß keine Signale der piezo­ elektrischen Elemente 4a und 4b aus der Differenzschaltung 6 ausgegeben werden. Wenn das Schwingbauglied 3 jedoch um die Achse desselben gedreht wird, ändert sich die Schwin­ gungsrichtung des Schwingbauglieds 3 aufgrund der Coriolis- Kraft. Folglich wird ein Unterschied erzeugt zwischen den Ausgangssignalen der piezoelektrischen Elemente 4a und 4b, wodurch bewirkt wird, daß die Differenzschaltung 6 ein Si­ gnal ausgibt. Das Ausgangssignal aus der Differenzschaltung 6 wird durch die Synchronerfassungsschaltung 7 erfaßt, durch die Glättungsschaltung 8 geglättet und anschließend durch die Verstärkungsschaltung 9 verstärkt. Da das Aus­ gangssignal aus der Differenzschaltung 6 einer Änderung der Schwingungsrichtung des Schwingbauglieds 3 entspricht, kann eine Rotationswinkelgeschwindigkeit, die an den Schwinger 2 angelegt ist, durch ein Messen der Signalausgabe von der Verstärkungsschaltung 9 erfaßt werden.

Das Schwinggyroskop 1 ist gebildet, um ein Signal aus­ zugeben, das im Nichtdrehungszustand bei ungefähr 25°C als eine Referenzspannung dient; die Ausgangssignale aus dem Schwinger 2 und der Signalverarbeitungsschaltung weisen je­ doch eine Temperaturdrift auf und variieren somit in Abhän­ gigkeit von der Umgebungstemperatur. Ein mögliches Verfah­ ren zum Unterdrücken einer solchen Temperaturdrift liegt darin, die Schaltung so zu konfigurieren, daß die Nullspan­ nung (eine Driftkomponente) nicht erzeugt wird. Wie es in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 7-091957 erörtert wird, besteht ein weiteres Verfahren darin, eine erzeugte Nullspannung (eine Temperaturdriftkomponente) durch ein Addieren und Subtrahieren einer signalverarbeite­ ten Spannung der Nullspannung zu bzw. von der erzeugten Nullspannung zu negieren. Wie in der ungeprüften japani­ schen Patentanmeldung Nr. 2000-171258 gezeigt ist, besteht ein weiteres Verfahren darin, Temperaturdriftkomponenten eines Schwinggyroskops durch ein Erzeugen einer temperatur­ abhängigen Verstärkung bei einem Signalverarbeiten zu ne­ gieren.

Bei der in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 7-091957 offenbarten Schaltung, wie in Fig. 11 gezeigt ist, werden Signale, die aus zwei piezoelektrischen Elementen 4a und 4b eines Schwingers 2 ausgegeben werden, in eine Diffe­ renzverstärkungsschaltung 6 eingegeben, und Ausgangssignale aus der Differenzverstärkungsschaltung 6 werden in Syn­ chronerfassungsschaltungen 7a und 7b eingegeben. Die Syn­ chronerfassungsschaltung 7a erfaßt die Signalausgabe von der Differenzverstärkungsschaltung 6, wie bei dem in Fig. 10 gezeigten Schwinggyroskop, während die andere Synchron­ erfassungsschaltung 7b die Signalausgabe von der Differenz­ verstärkungsschaltung 6 durch Synchronisieren mit einem Si­ gnal, das um 90° zu einem Synchronisationssignal für die Synchronerfassungsschaltung 7a phasenverschoben ist, er­ faßt. Somit gibt die Synchronerfassungsschaltung 7a die Am­ plitudendifferenz der Driftkomponenten aus, während die an­ dere Synchronerfassungsschaltung 7b die Phasendifferenz der Driftkomponenten ausgibt. Durch Entfernen der Differenz zwischen diesen Driftkomponenten wird die Nullspannung ne­ giert. Überdies wird eine Temperaturkompensationsschaltung bereitgestellt, so daß die Driftkomponenten im wesentlichen gleichmäßig werden.

Das in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-171258 offenbarte Schwinggyroskop ist konfiguriert, um, wie in Fig. 12 gezeigt ist, eine Verstärkungstempera­ turcharakteristik aufzuweisen, die eine Temperaturdrift aufweist, die zu der Temperaturdrift des Schwingers in der Schaltung, wie in Fig. 10 gezeigt ist, entgegengesetzt ist. Das Schwinggyroskop ist ferner konfiguriert, um eine Versatzeinstellfähigkeit aufzuweisen. Folglich werden, wie in Fig. 13 gezeigt ist, unabhängig von der Temperaturände­ rung Signale ausgegeben, die fast gleichmäßige Versatzspan­ nungen aufweisen. Ferner wird eine zweite Versatzeinstell­ schaltung verwendet, um eine Einstellung eines Ausgabesi­ gnals im Nichtdrehungszustand auf einen gewünschten Wert, wie beispielsweise eine Referenzspannung, Vdd/2, oder der­ gleichen, zu ermöglichen.

Wenn die Schaltung jedoch so konfiguriert ist, daß die Nullspannung des Schwingers nicht erzeugt wird, aufgrund komplizierter Faktoren bezüglich der Erzeugung der Null­ spannung, wird auch die Konfiguration der Schaltung zum Ne­ gieren oder Aufheben der Nullspannung sehr kompliziert. Das Schwinggyroskop, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, erfordert, daß viele Schaltungen an demselben angebracht sind. Diese Schaltungen erzeugen ebenfalls Temperaturdriftkomponenten, wodurch sie es schwierig machen, die Temperaturdriftkompo­ nenten des gesamten Schwinggyroskops zu unterdrücken. Wäh­ rend ein Schwinggyroskop, das eine Verarbeitungsschaltung umfaßt, die eine temperaturabhängige Verstärkung aufweist, eine relativ einfache Schaltungskonfiguration aufweist, er­ fordert es überdies die Versatzeinstellung ein zweites Mal, wodurch es zwei Versatzeinstellschaltungen benötigt. Dies liegt daran, daß die Versatzeinstellung so durchgeführt wird, wobei die Versatzspannung im wesentlichen konstant gehalten wird, daß die Versatzspannung verschoben wird, um die Temperaturdrift zu minimieren. Ein solches Schwinggyro­ skop erfordert daher einen komplizierten Einstellprozeß, was nicht vorteilhaft ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfah­ ren zum Einstellen eines Schwinggyroskops und ein Schwing­ gyroskop zu schaffen, die eine reduzierte Temperaturabhän­ gigkeit des Ausgangssignals des Schwinggyroskops ermögli­ chen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 und ein Schwinggyroskop gemäß den Ansprüchen 5 bis 8 gelöst.

Dementsprechend besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Schwinggyroskop zu schaffen, das eine einfache Schaltungskonfiguration und eine geringe Temperaturdrift bei niedrigen Kosten aufweist.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Temperaturdrift-Einstellverfahren zum Ermöglichen der Bereitstellung eines solchen Schwinggyroskops zu schaffen.

Zu diesen Zwecken wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Temperaturdrift-Einstellverfahren eines Schwinggyroskops geschaffen, das folgende Merkmale umfaßt: einen Schwinger, der einen Erfassungsanschluß für ein Ex­ trahieren einer elektrischen Ladung, die aufgrund einer Co­ riolis-Kraft erzeugt wird, aufweist; eine Oszillationss­ chaltung zum in Schwingung Versetzen des Schwingers; eine Lastimpedanz, die mit dem Erfassungsanschluß des Schwingers verbunden ist, zum Umwandeln der elektrischen Ladung in ei­ ne Spannung; und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Ver­ arbeiten einer Signalausgabe von dem Erfassungsanschluß des Schwingers und zum Ausgeben eines Signals, das einer Rota­ tionswinkelgeschwindigkeit entspricht. Das Verfahren weist folgenden Schritt auf: Einstellen des Werts der Lastimpe­ danz gemäß einem Temperaturdriftgradienten, der eine Ände­ rung bei einer Spannung angibt, die als Antwort auf eine Änderung der Temperatur, um den Temperaturdriftgradienten zu minimieren, aus der Signalverarbeitungsschaltung ausge­ geben wird.

Vorzugsweise weist der Schwinger mindestens zwei der Erfas­ sungsanschlüsse auf, und mindestens zwei der Lastimpedanzen sind mit den entsprechenden Erfassungsanschlüssen verbun­ den. Die Impedanzwerte der Lastimpedanzen werden daraufhin eingestellt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schwinggyroskop geschaffen, bei dem die Temperaturdrift des Schwinggyroskops durch das oben erwähnte Temperatur­ drift-Einstellverfahren eingestellt wird.

Eine Temperaturdrift wird gemäß dem Wert der Impedanz des Erfassungsanschlusses des Schwingers erzeugt, wo eine elek­ trische Ladung aufgrund der Coriolis-Kraft erzeugt wird. In diesem Fall kann die Temperaturdrift durch ein Einstellen des Werts der Lastimpedanz, die mit dem Erfassungsanschluß des Schwingers verbunden ist, eingestellt werden.

In dem Fall des Schwingers, der zwei Erfassungsanschlüsse aufweist, sind die Lastimpedanzen mit den beiden Erfas­ sungsanschlüssen verbunden, und die Temperaturdrift kann durch ein Einstellen der Beziehung zwischen den beiden Lastimpedanzen eingestellt werden.

Durch ein Verwenden dieser Verfahren kann die Temperatur­ drift mit einer einfachen Schaltung eingestellt werden, was ein kostengünstiges Schwinggyroskop bereitstellen kann.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Schwinggyroskops gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Beispiels ei­ nes Schwingers zur Verwendung bei dem Schwinggy­ roskop der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Bei­ spiels des Schwingers zur Verwendung bei dem Schwinggyroskop der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 einen Graphen, der den Temperaturdriftgradienten des Schwinggyroskops zeigt;

Fig. 5 einen Graphen, der den Temperaturdriftgradienten für Lastwiderstände zeigt, die dieselben Wider­ standswerte aufweisen, in dem Fall, in dem die Impedanzen von Erfassungsanschlüssen eines Schwingers die gleichen sind;

Fig. 6 ein Ersatzschaltbild, das die Beziehung zwischen den Impedanzen der Erfassungsanschlüsse des Schwingers und Lastwiderständen zeigt;

Fig. 7 einen Graphen, der den Temperaturdriftgradienten für die Lastwiderstände zeigt, die voneinander verschiedene Widerstandswerte aufweisen, in dem Fall, in dem die Impedanzen der Erfassungsan­ schlüsse des Schwingers voneinander verschieden sind;

Fig. 8 ein Ersatzschaltbild der Impedanzen der Erfas­ sungsanschlüsse des Schwingers;

Fig. 9 ein schematisches Diagramm eines Schwinggyroskops gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung;

Fig. 10 ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines Schwinggyroskops der verwandten Technik;

Fig. 11 ein schematisches Diagramm eines weiteren Bei­ spiels eines Schwinggyroskops der verwandten Technik;

Fig. 12 einen Graphen, der die Temperaturdrift des Schwingers und die Temperaturcharakteristik einer Signalverarbeitungsschaltung in dem Fall zeigt, in dem die Signalverarbeitungsschaltung bei dem in Fig. 10 gezeigten Schwinggyroskop eine tempe­ raturabhängige Verstärkung aufweist;

Fig. 13 einen Graphen, der eine Spannung zeigt, die aus dem Schwinggyroskop ausgegeben ist, das die in Fig. 12 gezeigte Charakteristik aufweist; und

Fig. 14 ein schematisches Diagramm, das ein weiteres Bei­ spiel eines Schwinggyroskops der verwandten Tech­ nik zeigt.

In dem schematischen Diagramm der Fig. 1 ist ein Schwinggy­ roskop gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung veranschaulicht. Ein Schwinggyroskop 10 umfaßt ei­ nen Schwinger 12, der von dem in Fig. 2 gezeigten bimorphen Typ sein kann. Der Schwinger 12 umfaßt ein Schwingbauglied 18. Das Schwingbauglied 18 weist zwei plattenartige piezo­ elektrische Elemente 14 und 16 auf, die miteinander lami­ niert sind. Die piezoelektrischen Elemente 14 und 16 sind in zueinander entgegengesetzten Richtungen polarisiert, wie durch die Pfeile in Fig. 2 angegeben ist. Zwei Elektroden 20a und 20b, die in der Breitenrichtung getrennt sind, sind an dem piezoelektrischen Element 14 gebildet und werden als Erfassungsanschlüsse zum Ausgeben von Signalen, die der Co­ riolis-Kraft entsprechen, verwendet. Eine Anregungselektro­ de 22 ist ebenfalls auf einer gesamten Oberfläche des pie­ zoelektrischen Elements 16 gebildet und wird als ein Anre­ gungsanschluß zum Biegen und in Schwingung Versetzen des Schwingbauglieds 18 verwendet.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann auch ein Schwinger 12, der ein Schwingbauglied 24 in Form eines regelmäßigen Dreiecks­ prismas aufweist, verwendet werden. Das Schwingbauglied 24 ist in der Regel aus einem Material gebildet, das mechani­ sche Schwingungen erzeugt, wie beispielsweise Elinvar, eine Eisen-Nickel-Legierung, Quarz, Glas, Kristall oder Keramik.

Auf den drei Seitenoberflächen des Schwingbauglieds 24 sind piezoelektrische Elemente 26a, 26b bzw. 26c gebildet. Die piezoelektrischen Elemente 26a, 26b und 26c umfassen je­ weils eine piezoelektrische Schicht, die aus Keramik oder dergleichen hergestellt ist. Beide Oberflächen jeder piezo­ elektrischen Schicht der piezoelektrischen Elemente 26a, 26b und 26c sind mit Elektroden versehen, von denen eine mit der Seitenoberfläche des Schwingbauglieds 24 verbunden ist. Zwei piezoelektrische Elemente 26a und 26b werden als Erfassungsbauglieder oder -anschlüsse zum Ausgeben von Si­ gnalen, die der Coriolis-Kraft entsprechen, verwendet, wäh­ rend das andere piezoelektrische Element 26c als ein Anre­ gungsbauglied oder -anschluß zum in Schwingung Versetzen des Schwingbauglieds 24 in einer Biegemodusschwingung ver­ wendet wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Erfassungsanschlüsse des Schwingers 12 jeweils durch die Lastwiderstände 26 bzw. 28 als Lastimpedanzen mit Masse verbunden. Die Lastwider­ stände 26 und 28 werden nicht nur verwendet, um eine elek­ trische Ladung, die aufgrund der Schwingung des Schwingers 12 erzeugt wird, in eine Spannung umzuwandeln, sondern wer­ den auch verwendet, um die Temperaturdrift einzustellen. Somit können als die Lastwiderstände 26 und 28 variable Wi­ derstände oder dergleichen verwendet werden.

Die Erfassungsanschlüsse des Schwingers 12 sind ferner mit Eingangstoren einer Oszillationsschaltung 30 verbunden. Die Oszillationsschaltung 30 umfaßt eine Summierschaltung 30a, eine Verstärkungsschaltung 30b und eine Phasenschieber­ schaltung 30c, so daß Ausgangssignale aus den beiden Erfas­ sungsanschlüssen des Schwingers 12 addiert, phasenkorri­ giert und daraufhin verstärkt werden, wodurch sie ein Trei­ bersignal bilden. Dieses Treibersignal wird der Anregungs­ elektrode des Schwingers 12 bereitgestellt, wodurch bewirkt wird, daß der Schwinger 12 schwingt. Bei dem in Fig. 2 ge­ zeigten Schwinger 12 biegt sich und schwingt das Schwing­ bauglied 18 in diesem Fall in der zu der Anregungselektrode 22 senkrechten Richtung. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Schwinger 12 biegt sich und schwingt das Schwingbauglied 24 in der Richtung, die senkrecht zu der Oberfläche ist, auf der das piezoelektrische Element 26c gebildet ist.

Ferner sind die Erfassungsanschlüsse des Schwingers 12 mit einer Signalverarbeitungsschaltung verbunden. Die Signal­ verarbeitungsschaltung umfaßt eine Differenzschaltung 32, eine Synchronerfassungsschaltung 34, eine Glättungsschal­ tung 36 und eine Verstärkungsschaltung 38. Die Erfassungs­ anschlüsse des Schwingers 12 sind mit Eingangstoren der Differenzschaltung 32 verbunden, und ein Ausgangstor der Differenzschaltung 32 ist wiederum mit der Synchronerfas­ sungsschaltung 34 verbunden. Die Synchronerfassungsschal­ tung 34 synchronisiert mit einem Signal aus der Oszillati­ onsschaltung 30 durch eine Phasenschieberschaltung 33, um ein Ausgangssignal aus der Differenzschaltung 32 zu erfas­ sen. Die Synchronerfassungsschaltung 34 ist mit der Glät­ tungsschaltung 36 verbunden, die wiederum mit der Verstär­ kungsschaltung 38 verbunden ist.

Bei dem Schwinggyroskop 10 bewirkt die Oszillationsschal­ tung 30 eine Anregung der Schwingung. Bei den in den Fig. 2 und 3 gezeigten Schwingern 12 werden beispielsweise Biege­ schwingungen angeregt. Da die beiden Erfassungsanschlüsse gleichmäßige Signale ausgeben, werden während der Schwin­ gung keine Signale, die aus den Erfassungsanschlüssen aus­ gegeben werden, aus der Differenzschaltung 32 ausgegeben. In diesem Zustand, wenn an den Schwinger 12 eine Rotations­ winkelgeschwindigkeit angelegt wird, ändert sich der Schwingungszustand des Schwingers 12 aufgrund der Coriolis- Kraft. Folglich wird eine Differenz zwischen den Ausgangs­ signalen der beiden Erfassungsanschlüsse erzeugt, wodurch bewirkt wird, daß die Differenzschaltung 32 ein Signal aus­ gibt. Das Ausgangssignal aus der Differenzschaltung 32 wird durch die Synchronerfassungsschaltung 34 erfaßt, durch die Glättungsschaltung 36 geglättet und daraufhin durch die Verstärkungsschaltung 38 verstärkt. Da das Ausgangssignal aus der Differenzschaltung 32 einer Änderung des Schwin­ gungszustands des Schwingers 12 entspricht, kann die an den Schwinger 12 angelegte Rotationswinkelgeschwindigkeit durch ein Messen des aus der Verstärkungsschaltung 38 ausgegebe­ nen Signals erfaßt werden.

Bei dem Schwinggyroskop 10 ist der Schwinger 12 gebildet, um ein Signal auszugeben, das im Nichtdrehungszustand bei ungefähr 25°C als eine Referenzspannung dient; wie in Fig. 4 gezeigt ist, weisen die Ausgangssignale aus dem Schwinger 12 und der Signalverarbeitungsschaltung jedoch eine Tempe­ raturdrift auf und variieren somit in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. In der Fig. 4 ist eine Änderung (ΔV) der Spannung, die aus der Signalverarbeitungsschaltung aus­ gegeben wird, über der Temperaturänderung (ΔT) der Tempera­ turdriftgradient (ΔV/ΔT). In dem Fall, in dem die Resonanz­ charakteristika der beiden Erfassungsanschlüsse des Schwin­ gers 12 dieselben sind, und wenn R_L = R_R, wie in Fig. 5 ge­ zeigt ist, wird der Temperaturdriftgradient Null, wobei R_L und R_R die Widerstandswerte der Lastwiderstände 26 bzw. 28 sind. Wenn andererseits die Differenz zwischen R_L und R_R größer wird, wird auch der Temperaturdriftgradient größer.

Das heißt, daß, wenn die Resonanzcharakteristik jedes der Erfassungsanschlüsse des Schwingers 12 im wesentlichen die­ selbe ist, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die Impedanzen Z_L und Z_R derselben ebenfalls im wesentlichen gleich sind. Durch ein Einstellen der Widerstandswerte R_L und R_R der Lastwi­ derstände 26 und 28 auf denselben Wert werden in diesem Fall die Amplituden und Phasen der Spannungen V_L und V_R, die aus den beiden Erfassungsanschlüssen ausgegeben sind, im wesentlichen gleich, wobei die Spannungen V_L und V_R auf­ grund des Teilungsverhältnisses zwischen Z und R bestimmt werden. Auch bei einer Temperaturänderung bleibt die Ände­ rung zwischen denselben gleich. In diesem Fall findet keine beträchtliche Temperaturdrift statt, so daß der Temperatur­ driftgradient im wesentlichen Null wird.

Wenn die Impedanzen der Erfassungsanschlüsse jedoch derart verschoben sind, daß die Beziehung zwischen denselben bei­ spielsweise Z_L < Z_R wird, werden die Amplituden der erfaß­ ten Spannungen, die aufgrund des Teilungsverhältnisses zwi­ schen Z und R bestimmt werden können, V_L < V_R, wobei die Widerstandwerte R_L und R_R der Lastwiderstände 26 und 28 gleich sind. Ferner wird eine Phasendifferenz erzeugt, so daß sich die Beziehung zwischen den Lastwiderstandswerten und den Erfassungsanschlußimpedanzen ändert. Wenn sich die Umgebungstemperatur ändert, ändern sich folglich sowohl die Amplituden als auch die Phasen der erfaßten Spannungen und werden von den Amplituden und Phasen eines Signals, das aus der Oszillationsschaltung 30 ausgegeben wird, verschieden, was zu einem Ausgangssignal führt, das eine Temperatur­ driftkomponente aufweist.

Wenn bei dem Schwinggyroskop 10 also eine Differenz, wie zum Beispiel Z_L < Z_R, zwischen den Impedanzen der Erfas­ sungsanschlüsse erzeugt wird, ermöglicht ein Einstellen der Lastwiderstandswerte, um die Beziehung R_L < R_R zu erfüllen, daß die Amplituden der erfaßten Spannungen, die aufgrund des Teilungsverhältnisses bestimmt werden, auf im wesentli­ chen V_L = V_R eingestellt werden, und ermöglicht ferner, daß die Phasen derselben im wesentlichen gleich eingestellt werden. Wie bei einer Probe A und einer Probe B in Fig. 7 gezeigt ist, ermöglicht im Fall von Z_L < Z_R ein Einstellen der Lastwiderstandswerte, um die Beziehung R_L < R_R zu erfül­ len, daß der Temperaturdriftgradient auf Null eingestellt wird. Im Falle von Z_L < Z_R ermöglicht ein Einstellen der Lastwiderstandswerte, um die Beziehung R_L < R_R zu erfüllen, daß der Temperaturdriftgradient auf Null eingestellt wird.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, umfassen Ersatzschaltungen der Impedanzen Z_L und Z_R der Erfassungsanschlüsse des Schwin­ gers 12 einen Widerstand, einen Kondensator und einen In­ duktor, so daß ein bloßes Ändern der Lastwiderstandswerte und ein Aufeinanderabstimmen der Amplituden und Phasen den Temperaturdriftgradienten nicht minimieren können. Der Tem­ peraturdriftgradient kann derart minimiert werden, daß die Temperaturdrift im Falle von R_L = R_R gemessen wird, um den Temperaturdriftgradienten zu bestimmen, und eine letzte Einstellung bezüglich R_L und R_R wird gemäß einer empiri­ schen Formel durchgeführt. Die empirische Formel stellt die in den Fig. 5 und 7 gezeigte Beziehung zwischen der Tempe­ raturdrift und dem Lastwiderstandswert dar.

Um eine solche Einstellung durchzuführen, werden die Wider­ standswerte der Lastwiderstände 26 und 28 eingestellt, wo­ bei in diesem Falle Trimm-Widerstände oder -Resistoren als die variablen Widerstände zur Verwendung als die Lastwider­ stände 26 und 28 verwendet werden können, so daß die Tempe­ raturdrift durch ein Einstellen des Trimmbetrags einge­ stellt werden kann.

Während ein Verfahren, das in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 8-189834 offenbart ist, nicht konfigu­ riert ist, um die Temperaturdrift eines Schwinggyroskops einzustellen, offenbart es einen variablen Widerstand, der mit einem der Erfassungsanschlüsse eines Schwingers verbun­ den ist, um die Nullspannung einzustellen. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, ist bei diesem Schwinggyroskop 1 einer von zwei Erfassungsanschlüssen, die auf den Seitenoberflächen eines zylindrischen Schwingbauglieds 3 gebildet sind, durch einen variablen Widerstand mit Masse verbunden, und der an­ dere Anschluß ist durch einen feststehenden Widerstand mit Masse verbunden.

Bei dem in Fig. 14 gezeigten Schwinggyroskop 1 werden Wi­ derstände, die mit den Erfassungsanschlüssen des Schwingers 2 verbunden sind, nicht als Eingangswiderstände für die Differenzverstärkungsschaltung verwendet. Auch wenn die Nullspannung durch ein Einstellen des variablen Widerstands eingestellt wird, kann somit die Erfassungsempfindlichkeit der Signalverarbeitungsschaltung konstant gehalten werden. Wenn der variable Widerstand bei dem Schwinggyroskop 1 je­ doch aus einem Trimmwiderstand oder dergleichen gebildet ist, kann der Widerstand nicht erhöht oder verringert wer­ den, wodurch die Einstellung lediglich in einer Richtung ermöglicht wird. Somit wird die Einstellung der Nullspan­ nung ebenfalls in lediglich einer Richtung ermöglicht. Wenn also eine Abweichung der Schwinger bei dem Herstellungsver­ fahren betrachtet wird, erfordert die Einstellung der Null­ spannung, daß ein Trimmwiderstand gebildet wird, um einen derartigen Widerstandswert bereitzustellen, daß die Null­ spannung stark zu einer Seite hin vorgespannt ist. Deshalb erfordern fast alle Schwinggyroskope eine Einstellung der Trimmwiderstände.

Bei dem Schwinggyroskop 10 der vorliegenden Erfindung wird die Temperaturdrift dagegen durch ein Einstellen der Bezie­ hung zwischen den Lastwiderständen 26 und 28, die mit den beiden Erfassungsanschlüssen des Schwingers 12 verbunden sind, eingestellt. Wie bei der in Fig. 7 gezeigten Probe A und der Probe B kann die Temperaturdrift also durch ein Einstellen eines der Lastwiderstände 26 und 28 in beide Richtungen eingestellt werden. Folglich kann die Tempera­ turdrift des Schwinggyroskops 10 durch eine einfache Ein­ stellung unterdrückt werden, ohne das Erfordernis, die Wi­ derstandswerte der Lastwiderstände 26 und 28 im voraus in hohem Maße vorzuspannen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Temperaturdrift des Schwinggyroskops 10 auf diese Weise durch eine einfache Einstellung eingestellt werden. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, kann somit jeder der Lastwiderstände 26 und 28 aus einem feststehenden Widerstand und einem variablen Widerstand ge­ bildet sein, um eine Feineinstellung zu erreichen. Auch wenn der variable Widerstand eingestellt ist, ändern sich in einem solchen Fall die Widerstandswerte der Lastwider­ stände 26 und 28 im großen und ganzen nicht stark, wodurch eine Einstellung mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.

Während die in den Fig. 1 und 9 gezeigten Schwinggyroskope 10 jeweils die Widerstände als die Lastimpedanzen verwen­ den, können beliebige Elemente, wie beispielsweise Konden­ satoren oder Induktoren, die eine in dem Schwinger 12 er­ zeugte elektrische Ladung in eine Spannung umwandeln kön­ nen, verwendet werden. Zudem kann die vorliegende Erfindung auf jeglichen Schwinger angewendet werden, der eine Tempe­ raturdrift erzeugt, abgesehen von den Schwingern 12, die die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Strukturen aufweisen.

Claims (8)

1. Temperaturdrift-Einstellverfahren für ein Schwinggyro­ skop (10), das folgende Merkmale aufweist: einen Schwinger (12), der einen Erfassungsanschluß für ein Extrahieren elektrischer Ladung, die aufgrund einer Coriolis-Kraft erzeugt wird, aufweist; eine Oszillati­ onsschaltung (30) zum in Schwingung Versetzen des Schwingers (12); eine Lastimpedanz, die mit dem Erfas­ sungsanschluß des Schwingers (12) verbunden ist, zum Umwandeln der elektrischen Ladung in eine Spannung; und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten eines Signals, das von dem Erfassungsanschluß des Schwingers (12) ausgegeben wird, und zum Ausgeben ei­ nes Signals, das einer Rotationswinkelgeschwindigkeit entspricht, wobei das Verfahren folgenden Schritt auf­ weist:
Einstellen des Impedanzwerts der Lastimpedanz gemäß einem Temperaturdriftgradienten (ΔV/ΔT), der Span­ nungsänderung angibt, die als Antwort auf eine Ände­ rung der Temperatur von der Signalverarbeitungsschal­ tung ausgegeben wird, um den Temperaturdriftgradienten (ΔV/ΔT) zu minimieren.

2. Temperaturdrift-Einstellverfahren für ein Schwinggyro­ skop (10), das folgende Merkmale aufweist: einen Schwinger (12), der einen ersten und einen zweiten Er­ fassungsanschluß für ein Extrahieren elektrischer La­ dung, die aufgrund einer Coriolis-Kraft erzeugt wird, aufweist; eine Oszillationsschaltung (30) zum in Schwingung Versetzen des Schwingers (12); eine erste und eine zweite Lastimpedanz, die mit dem ersten be­ ziehungsweise dem zweiten Erfassungsanschluß des Schwingers (12) verbunden sind, zum Umwandeln der elektrischen Ladung, die durch die erste und die zwei­ te Elektrode extrahiert wird, in jeweilige Spannungen; und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten von Signalausgaben von dem ersten und dem zweiten Er­ fassungsanschluß des Schwingers (12) und zum Ausgeben eines Signals, das einer Rotationswinkelgeschwindig­ keit entspricht, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist:
Einstellen des Impedanzwerts mindestens einer der er­ sten und der zweiten Lastimpedanz gemäß einem Tempera­ turdriftgradienten (ΔV/ΔT), der eine Spannungsänderung angibt, die als Antwort auf eine Änderung der Tempera­ tur von der Signalverarbeitungsschaltung ausgegeben wird, um den Temperaturdriftgradienten (ΔV/ΔT) zu mi­ nimieren.

3. Temperaturdrift-Einstellverfahren gemäß Anspruch 2, bei dem jede der ersten und der zweiten Lastimpedanz einen variablen Widerstand umfaßt.

4. Temperaturdrift-Einstellverfahren gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem jede der ersten und der zweiten Last­ impedanz einen feststehenden Widerstand und einen va­ riablen Widerstand umfaßt.

5. Schwinggyroskop (10), bei dem die Temperaturdrift des Schwinggyroskops (10) durch ein Temperaturdrift- Einstellverfahren gemäß Anspruch 1 eingestellt ist.

6. Schwinggyroskop (10), bei dem die Temperaturdrift des Schwinggyroskops (10) durch ein Temperaturdrift- Einstellverfahren gemäß Anspruch 2 eingestellt ist.

7. Schwinggyroskop (10), bei dem die Temperaturdrift des Schwinggyroskops (10) durch ein Temperaturdrift- Einstellverfahren gemäß Anspruch 3 eingestellt ist.

8. Schwinggyroskop (10), bei dem die Temperaturdrift des Schwinggyroskops (10) durch ein Temperaturdrift- Einstellverfahren gemäß Anspruch 4 eingestellt ist.