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Diese Erfindung bezieht sich auf
ein Schwinggyroskop und ein Temperaturdrift-Einstellverfahren für dasselbe.
Im einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Schwinggyroskop
und ein Temperaturdrift-Einstellverfahren für dasselbe, die beispielsweise
auf ein System zum Entdecken des Verhaltens einer mobilen Einheit
durch ein Erfassen der Rotationswinkelgeschwindigkeit, ein Navigationssystem
zum geeigneten Führen
einer mobilen Einheit durch ein Erfassen der Position derselben und
ein Schwingungssteuersystem, das eine Vorrichtung zum Dämpfen von
Schwingungen durch ein Erfassen der Rotationswinkelgeschwindigkeit
aufgrund externer Schwingungen, wie zum Beispiel Handschütteln, umfaßt, anwendbar
sind.
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10 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines Schwinggyroskops,
wie es aus der
JP
2000221040 A bekannt ist, veranschaulicht. Ein Schwinggyroskop
1 umfaßt einen
Schwinger
2. Der Schwinger
2 umfaßt ein Schwingbauglied
3,
beispielsweise in Form eines regelmäßigen Dreiecksprismas. Auf
den drei Seitenoberflächen
des Schwingbauglieds
3 sind piezoelektrische Elemente
4a,
4b bzw.
4c gebildet.
Diese piezoelektrischen Elemente
4a,
4b und
4c umfassen
jeweils eine piezoelektrische Schicht, die aus Keramik oder dergleichen hergestellt
ist. Beide Oberflächen
jeder piezoelektrischen Schicht der piezoelektrischen Elemente
4a,
4b und
4c sind mit Elektroden versehen, von denen
eine mit der Seitenoberfläche
des Schwingbauglieds
3 verbunden ist.
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Zwischen das Paar von piezoelektrischen Elementen 4a und 4b und
das piezoelektrische Element 4c ist eine Oszillationsschaltung 5 geschaltet. Eine
Signalausgabe von dem piezoelektrischen 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 piezoelektrische
Element 4c gebildet ist, senkrecht ist.
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Die beiden piezoelektrischen Elemente 4a und 4b sind
mit einer Signalverarbeitungsschaltung verbunden. Die Signalverarbeitungsschaltung
umfaßt
eine Differenzschaltung 6, eine Synchronerfassungsschaltung 7,
eine Glättungsschaltung 8 und eine
Verstärkungsschaltung 9.
Die piezoelektrischen Elemente 4a und 4b sind
mit Eingangstoren der Differenzschaltung 6 verbunden. Ein
Ausgangstor der Differenzschaltung 6 ist mit der Synchronerfassungsschaltung 7 verbunden.
Die Synchronerfassungsschaltung 7 synchronisiert mit einem
Signal aus der Oszillationsschaltung 5, um eine Signalausgabe
von der Differenzschaltung 6 zu erfassen. Die Synchronerfassungsschaltung 7 ist
mit der Glättungsschaltung 8 verbunden,
die wiederum mit der Verstärkungsschaltung 9 verbunden
ist.
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Bei diesem Schwinggyroskop 1 bewirkt
die Oszillationsschaltung 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, senkrecht
ist. Wenn das Schwingbauglied 3 nicht gedreht wird, sind die
Ausgangssignale aus den piezoelektrischen Elementen 4a und 4b dieselben,
so daß keine
Signale der piezoelektrischen Elemente 4a und 4b aus
der Differenzschaltung 6 ausgegeben werden. Wenn das Schwingbauglied 3 jedoch
um die Achse desselben gedreht wird, ändert sich die Schwingungsrichtung 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
Signal 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 Ausgangssignal 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.
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Das Schwinggyroskop 1 ist
gebildet, um ein Signal auszugeben, das im Nichtdrehungszustand bei
ungefähr
25°C als
eine Referenzspannung dient; die Ausgangssignale aus dem Schwinger 2 und
der Signalverarbeitungsschaltung weisen jedoch eine Temperaturdrift
auf und variieren somit in Abhängigkeit
von der Umgebungstemperatur. Ein mögliches Verfahren zum Unterdrücken einer
solchen Temperaturdrift liegt darin, die Schaltung so zu konfigurieren, daß die Nullspannung
(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 signalverarbeiteten Spannung der Nullspannung zu bzw. von
der erzeugten Nullspannung zu negieren. Wie in der ungeprüften japanischen
Patentanmeldung Nr. 2000-171258 gezeigt ist, besteht ein weiteres
Verfahren darin, Temperaturdriftkomponenten eines Schwinggyroskops
durch ein Erzeugen einer temperaturabhängigen Verstärkung bei
einem Signalverarbeiten zu negieren.
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Bei der in der ungeprüften japanischen
Patentanmeldung Nr. 7-091957 offenbarten Schaltung, wie in 11 gezeigt ist, werden Signale,
die aus zwei piezoelektrischen Elementen 4a und 4b eines Schwingers 2 ausgegeben
werden, in eine Differenzverstärkungsschaltung 6 eingegeben,
und Ausgangssignale aus der Differenzverstärkungsschaltung 6 werden
in Synchronerfassungsschaltungen 7a und 7b eingegeben.
Die Synchronerfassungsschaltung 7a erfaßt die Signalausgabe von der
Differenzverstärkungsschaltung 6,
wie bei dem in 10 gezeigten
Schwinggyroskop, während
die andere Synchronerfassungsschaltung 7b die Signalausgabe
von der Differenzverstärkungsschaltung 6 durch
Synchronisieren mit einem Signal, das um 90° zu einem Synchronisationssignal
für die
Synchronerfassungsschaltung 7a phasenverschoben ist, erfaßt. Somit gibt
die Synchronerfassungsschaltung 7a die Amplitudendifferenz
der Driftkomponenten aus, während die
andere Synchronerfassungsschaltung 7b die Phasendifferenz
der Driftkomponenten ausgibt. Durch Entfernen der Differenz zwischen
diesen Driftkomponenten wird die Nullspannung negiert. Überdies
wird eine Temperaturkompensationsschaltung bereitgestellt, so daß die Driftkomponenten
im wesentlichen gleichmäßig werden.
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Das in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung
Nr. 2000-171258 offenbarte Schwinggyroskop ist konfiguriert, um,
wie in 12 gezeigt ist, eine
Verstärkungstemperaturcharakteristik
aufzuweisen, die eine Temperaturdrift aufweist, die zu der Temperaturdrift
des Schwingers in der Schaltung, wie in 10 gezeigt ist, entgegengesetzt ist.
Das Schwinggyroskop ist ferner konfiguriert, um eine Versatzeinstellfähigkeit
aufzuweisen. Folglich werden, wie in 13 gezeigt
ist, unabhängig
von der Temperaturänderung
Signale ausgegeben, die fast gleichmäßige Versatzspannungen aufweisen.
Ferner wird eine zweite Versatzeinstellschaltung verwendet, um eine
Einstellung eines Ausgabesignals im Nichtdrehungszustand auf einen
gewünschten
Wert, wie beispielsweise eine Referenzspannung, Vdd/2, oder dergleichen,
zu ermöglichen.
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Wenn die Schaltung jedoch so konfiguriert ist,
daß die
Nullspannung des Schwingers nicht erzeugt wird, aufgrund komplizierter
Faktoren bezüglich
der Erzeugung der Nullspannung, wird auch die Konfiguration der
Schaltung zum Negieren oder Aufheben der Nullspannung sehr kompliziert.
Das Schwinggyroskop, wie es in 11 gezeigt
ist, erfordert, daß viele
Schaltungen an demselben angebracht sind. Diese Schaltungen erzeugen
ebenfalls Temperaturdriftkomponenten, wodurch sie es schwierig machen,
die Temperaturdriftkomponenten des gesamten Schwinggyroskops zu
unterdrücken. Während ein
Schwinggyroskop, das eine Verarbeitungsschaltung umfaßt, die
eine temperaturabhängige
Verstärkung
aufweist, eine relativ einfache Schaltungskonfiguration aufweist,
erfordert 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 Schwinggyroskop erfordert daher einen komplizierten
Einstellprozeß,
was nicht vorteilhaft ist.
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Die
DE 39 43 805 C2 beschreibt einen Schwingkreisel
mit einem stabförmigen
schwingfähigen
Körper
und einer Treibereinrichtung, um den schwingfähigen Körper in einem Biegemodus in Schwingung
zu versetzen. Ferner sind zwei Elektroden vorgesehen, die mit dem
schwingfähigen
Körper verbunden
sind, um Signale von dem schwingfähigen Körper an einen Differentialverstärker, der
mit den Elektroden verbunden ist, auszugeben. Bei Anlegen einer
Corioliskraft wird hierdurch eine Richtung der Schwingung des schwingfähigen Körpers detektiert.
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Die
DE 196 53 577 A1 beschreibt eine Erfassungseinrichtung
zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit, mit einem Vibrationselement,
einem piezoelektrischen Ansteuerelement und einem piezoelektrischen
Erfassungselement. Das piezoelektrische Erfassungselement gibt ein
einer Vibrationskomponente entsprechendes Signal aus, das an einem
Differenzverstärker
ausgegeben wird.
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Die
DE 695 10 850 T2 beschreibt ein Vibrationsgyroskop-Erfassungssystem,
welches ein Vibrationsgyroskop zum Erzeugen von zwei Erfassungssignalen
zum Erfassen einer Rotationswinkelgeschwindigkeit basierend auf
einer Schwingung eines stabartigen Schwingers umfaßt. Ferner
sind Schaltungen vorgesehen, um jeweils zwei Erfassungssignale zum
empfangen und abwechselnd als zusammengesetztes Signal auszugeben,
wobei eine Differenzschaltung vorgesehen ist, die das zusammengesetzte
Signal empfängt.
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Die
JP 08014916 A beschreibt eine Erfassungsschaltung
für ein
Vibrationsgyroskop, bei der ein Vibrationselement vorgesehen ist,
welches über darauf
angeordnete Elektroden Ausgangssignale an einer Erfassungsschaltung
bereitstellt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, ein Verfahren zum Einstellen eines Schwinggyroskops
und ein Schwinggyroskop zu schaffen, die eine reduzierte Temperaturabhängigkeit
des Ausgangssignals des Schwinggyroskops ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren
gemäß Anspruch
1 oder 2 und durch ein Schwinggyroskop gemäß Anspruch 5 gelöst.
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Dementsprechend besteht ein Ziel
der vorliegenden Erfindung darin, ein Schwinggyroskop zu schaffen,
das eine einfache Schaltungskonfiguration und eine geringe Temperaturdrift
bei niedrigen Kosten aufweist.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung besteht darin, ein Temperaturdrift-Einstellverfahren zum
Ermöglichen
der Bereitstellung eines solchen Schwinggyroskops zu schaffen.
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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 Coriolis-Kraft erzeugt
wird, aufweist; eine Oszillationsschaltung zum in Schwingung Versetzen
des Schwingers; eine Lastimpedanz, die mit dem Erfassungsanschluß des Schwingers
verbunden ist, zum Umwandeln der elektrischen Ladung in eine Spannung;
und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Verarbeiten einer Signalausgabe
von dem Erfassungsanschluß des
Schwingers und zum Ausgeben eines Signals, das einer Rotationswinkelgeschwindigkeit
entspricht. Das Verfahren weist folgenden Schritt auf: Einstellen
des Werts der Lastimpedanz gemäß einem
Temperaturdriftgradienten, der eine Änderung bei einer Spannung
angibt, die als Antwort auf eine Änderung der Temperatur, um
den Temperaturdriftgradienten zu minimieren, aus der Signalverarbeitungsschaltung
ausgegeben wird.
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Vorzugsweise weist der Schwinger
mindestens zwei der Erfassungsanschlüsse auf, und mindestens zwei
der Lastimpedanzen sind mit den entsprechenden Erfassungsanschlüssen verbunden. Die
Impedanzwerte der Lastimpedanzen werden daraufhin eingestellt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Schwinggyroskop geschaffen, bei
dem die Temperaturdrift des Schwinggyroskops durch das oben erwähnte Temperaturdrift-Einstellverfahren
eingestellt wird.
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Eine Temperaturdrift wird gemäß dem Wert der
Impedanz des Erfassungsanschlusses des Schwingers erzeugt, wo eine
elektrische 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.
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In dem Fall des Schwingers, der zwei
Erfassungsanschlüsse
aufweist, sind die Lastimpedanzen mit den beiden Erfassungsanschlüssen verbunden, und
die Temperaturdrift kann durch ein Einstellen der Beziehung zwischen
den beiden Lastimpedanzen eingestellt werden.
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Durch ein Verwenden dieser Verfahren
kann die Temperaturdrift mit einer einfachen Schaltung eingestellt
werden, was ein kostengünstiges Schwinggyroskop
bereitstellen kann.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm eines Schwinggyroskops gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Schwingers zur Verwendung
bei dem Schwinggyroskop der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels des Schwingers
zur Verwendung bei dem Schwinggyroskop der vorliegenden Erfindung;
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4 einen
Graphen, der den Temperaturdriftgradienten des Schwinggyroskops
zeigt;
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5 einen
Graphen, der den Temperaturdriftgradienten für Lastwiderstände zeigt,
die dieselben Widerstandswerte aufweisen, in dem Fall, in dem die
Impedanzen von Erfassungsanschlüssen
eines Schwingers die gleichen sind;
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6 ein
Ersatzschaltbild, das die Beziehung zwischen den Impedanzen der
Erfassungsanschlüsse
des Schwingers und Lastwiderständen zeigt;
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7 einen
Graphen, der den Temperaturdriftgradienten für die Lastwiderstände zeigt,
die voneinander verschiedene Widerstandswerte aufweisen, in dem
Fall, in dem die Impedanzen der Erfassungsanschlüsse des Schwingers voneinander
verschieden sind;
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8 ein
Ersatzschaltbild der Impedanzen der Erfassungsanschlüsse des
Schwingers;
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9 ein
schematisches Diagramm eines Schwinggyroskops gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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10 ein
schematisches Diagramm eines Beispiels eines Schwinggyroskops der
verwandten Technik;
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11 ein
schematisches Diagramm eines weiteren Beispiels eines Schwinggyroskops
der verwandten Technik;
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12 einen
Graphen, der die Temperaturdrift des Schwingers und die Temperaturcharakteristik
einer Signalverarbeitungsschaltung in dem Fall zeigt, in dem die
Signalverarbeitungsschaltung bei dem in 10 gezeigten Schwinggyroskop eine temperaturabhängige Verstärkung aufweist;
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13 einen
Graphen, der eine Spannung zeigt, die aus dem Schwinggyroskop ausgegeben
ist, das die in 12 gezeigte
Charakteristik aufweist; und
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14 ein
schematisches Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines Schwinggyroskops
der verwandten Technik zeigt.
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In dem schematischen Diagramm der 1 ist ein Schwinggyroskop
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Ein Schwinggyroskop 10 umfaßt einen
Schwinger 12, der von dem in 2 gezeigten
bimorphen Typ sein kann. Der Schwinger 12 umfaßt ein Schwingbauglied 18.
Das Schwingbauglied 18 weist zwei plattenartige piezoelektrische
Elemente 14 und 16 auf, die miteinander laminiert
sind. Die piezoelektrischen Elemente 14 und 16 sind
in zueinander entgegengesetzten Richtungen polarisiert, wie durch
die Pfeile in 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 Coriolis-Kraft entsprechen, verwendet.
Eine Anregungselektrode 22 ist ebenfalls auf einer gesamten
Oberfläche
des piezoelektrischen Elements 16 gebildet und wird als
ein Anregungsanschluß zum
Biegen und in Schwingung Versetzen des Schwingbauglieds 18 verwendet.
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Wie in 3 gezeigt
ist, kann auch ein Schwinger 12, der ein Schwingbauglied 24 in
Form eines regelmäßigen Dreiecksprismas
aufweist, verwendet werden. Das Schwingbauglied 24 ist
in der Regel aus einem Material gebildet, das mechanische Schwingungen
erzeugt, wie beispielsweise Elinvar, eine Eisen-Nickel-Legierung,
Quarz, Glas, Kristall oder Keramik.
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Auf den drei Seitenoberflächen des Schwingbauglieds 24 sind
piezoelektrische Elemente 26a, 26b bzw. 26c gebildet.
Die piezoelektrischen Elemente 26a, 26b und 26c umfassen
jeweils eine piezoelektrische Schicht, die aus Keramik oder dergleichen
hergestellt ist. Beide Oberflächen
jeder piezoelektrischen 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 Signalen,
die der Coriolis-Kraft entsprechen, verwendet, während das andere piezoelektrische
Element 26c als ein Anregungsbauglied oder -anschluß zum in Schwingung
Versetzen des Schwingbauglieds 24 in einer Biegemodusschwingung
verwendet wird.
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Wie in 1 gezeigt
ist, sind die Erfassungsanschlüsse
des Schwingers 12 jeweils durch die Lastwiderstände 26 bzw. 28 als
Lastimpedanzen mit Masse verbunden. Die Lastwiderstände 26 und 28 werden
nicht nur verwendet, um eine elektrische Ladung, die aufgrund der
Schwingung des Schwingers 12 erzeugt wird, in eine Spannung
umzuwandeln, sondern werden auch verwendet, um die Temperaturdrift
einzustellen. Somit können
als die Lastwiderstände 26 und 28 variable
Widerstände
oder dergleichen verwendet werden.
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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 Phasenschieberschaltung 30c, so daß Ausgangssignale aus den beiden Erfassungsanschlüssen des
Schwingers 12 addiert, phasenkorrigiert und daraufhin verstärkt werden,
wodurch sie ein Treibersignal bilden. Dieses Treibersignal wird
der Anregungselektrode des Schwingers 12 bereitgestellt,
wodurch bewirkt wird, daß der
Schwinger 12 schwingt. Bei dem in 2 gezeigten Schwinger 12 biegt
sich und schwingt das Schwingbauglied 18 in diesem Fall
in der zu der Anregungselektrode 22 senkrechten Richtung.
Bei dem in 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.
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Ferner sind die Erfassungsanschlüsse des Schwingers 12 mit
einer Signalverarbeitungsschaltung verbunden. Die Signalverarbeitungsschaltung umfaßt eine
Differenzschaltung 32, eine Synchronerfassungsschaltung 34,
eine Glättungsschaltung 36 und
eine Verstärkungsschaltung 38.
Die Erfassungsanschlüsse
des Schwingers 12 sind mit Eingangstoren der Differenzschaltung 32 verbunden,
und ein Ausgangstor der Differenzschaltung 32 ist wiederum mit
der Synchronerfassungsschaltung 34 verbunden. Die Synchronerfassungsschaltung 34 synchronisiert mit
einem Signal aus der Oszillationsschaltung 30 durch eine
Phasenschieberschaltung 33, um ein Ausgangssignal aus der
Differenzschaltung 32 zu erfassen. Die Synchronerfassungsschaltung 34 ist
mit der Glättungsschaltung 36 verbunden,
die wiederum mit der Verstärkungsschaltung 38 verbunden
ist.
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Bei dem Schwinggyroskop 10 bewirkt
die Oszillationsschaltung 30 eine Anregung der Schwingung.
Bei den in den 2 und 3 gezeigten Schwingern 12 werden
beispielsweise Biegeschwingungen angeregt. Da die beiden Erfassungsanschlüsse gleichmäßige Signale
ausgeben, werden während der
Schwingung keine Signale, die aus den Erfassungsanschlüssen ausgegeben
werden, aus der Differenzschaltung 32 ausgegeben. In diesem
Zustand, wenn an den Schwinger 12 eine Rotationswinkelgeschwindigkeit
angelegt wird, ändert
sich der Schwingungszustand des Schwingers 12 aufgrund
der Coriolis-Kraft.
Folglich wird eine Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden
Erfassungsanschlüsse erzeugt,
wodurch bewirkt wird, daß die
Differenzschaltung 32 ein Signal ausgibt. 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 Schwingungszustands des Schwingers 12 entspricht, kann
die an den Schwinger 12 angelegte Rotationswinkelgeschwindigkeit
durch ein Messen des aus der Verstärkungsschaltung 38 ausgegebenen
Signals erfaßt
werden.
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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 4 gezeigt
ist, weisen die Ausgangssignale aus dem Schwinger 12 und
der Signalverarbeitungsschaltung jedoch eine Temperaturdrift auf
und variieren somit in Abhängigkeit
von der Umgebungstemperatur. In der 4 ist eine Änderung
(ΔV) der
Spannung, die aus der Signalverarbeitungsschaltung ausgegeben wird, über der
Temperaturänderung
(ΔT) der
Temperaturdriftgradient (ΔV/ΔT). In dem
Fall, in dem die Resonanz charakteristika der beiden Erfassungsanschlüsse des
Schwingers 12 dieselben sind, und wenn RL = RR, wie in 5 gezeigt
ist, wird der Temperaturdriftgradient Null, wobei RL und
RR die Widerstandswerte der Lastwiderstände 26 bzw. 28 sind.
Wenn andererseits die Differenz zwischen RL und
RR größer wird, wird
auch der Temperaturdriftgradient größer.
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Das heißt, daß, wenn die Resonanzcharakteristik
jedes der Erfassungsanschlüsse
des Schwingers 12 im wesentlichen dieselbe ist, wie in 6 gezeigt ist, die Impedanzen
ZL und ZR derselben
ebenfalls im wesentlichen gleich sind. Durch ein Einstellen der
Widerstandswerte RL und RR der
Lastwiderstände 26 und 28 auf
denselben Wert werden in diesem Fall die Amplituden und Phasen der
Spannungen VL und VR,
die aus den beiden Erfassungsanschlüssen ausgegeben sind, im wesentlichen
gleich, wobei die Spannungen VL und VR aufgrund des Teilungsverhältnisses
zwischen Z und R bestimmt werden. Auch bei einer Temperaturänderung
bleibt die Änderung
zwischen denselben gleich. In diesem Fall findet keine beträchtliche
Temperaturdrift statt, so daß der
Temperaturdriftgradient im wesentlichen Null wird.
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Wenn die Impedanzen der Erfassungsanschlüsse jedoch
derart verschoben sind, daß die
Beziehung zwischen denselben beispielsweise ZL > ZR wird,
werden die Amplituden der erfaßten
Spannungen, die aufgrund des Teilungsverhältnisses zwischen Z und R bestimmt
werden können,
VL < VR, wobei die Widerstandwerte RL und
RR 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 Temperaturdriftkomponente aufweist.
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Wenn bei dem Schwinggyroskop 10 also eine
Differenz, wie zum Beispiel ZL > ZR,
zwischen den Impedanzen der Erfassungsanschlüsse erzeugt wird, ermöglicht ein
Einstellen der Lastwiderstandswerte, um die Beziehung RL > RR zu
erfüllen,
daß die Amplituden
der erfaßten
Spannungen, die aufgrund des Teilungsverhältnisses bestimmt werden, auf
im wesentlichen VL = VR eingestellt
werden, und ermöglicht
ferner, daß die
Phasen derselben im wesentlichen gleich eingestellt werden. Wie
bei einer Probe A und einer Probe B in 7 gezeigt ist, ermöglicht im Fall von ZL > ZA ein Einstellen der Lastwiderstandswerte,
um die Beziehung RL > RR zu erfüllen, daß der Temperaturdriftgradient
auf Null eingestellt wird. Im Falle von ZL < ZA ermöglicht ein
Einstellen der Lastwiderstandswerte, um die Beziehung RL < RR zu
erfüllen,
daß der
Temperaturdriftgradient auf Null eingestellt wird.
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Wie in 8 gezeigt
ist, umfassen Ersatzschaltungen der Impedanzen ZL und
ZR der Erfassungsanschlüsse des Schwingers 12 einen
Widerstand, einen Kondensator und einen Induktor, so daß ein bloßes Ändern der
Lastwiderstandswerte und ein Aufeinanderabstimmen der Amplituden
und Phasen den Temperaturdriftgradienten nicht minimieren können. Der
Temperaturdriftgradient kann derart minimiert werden, daß die Temperaturdrift
im Falle von RL = RR gemessen
wird, um den Temperaturdriftgradienten zu bestimmen, und eine letzte
Einstellung bezüglich
RL und RR wird gemäß einer
empirischen Formel durchgeführt.
Die empirische Formel stellt die in den 5 und 7 gezeigte
Beziehung zwischen der Temperaturdrift und dem Lastwiderstandswert
dar.
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Um eine solche Einstellung durchzuführen, werden
die Widerstandswerte der Lastwiderstände 26 und 28 eingestellt,
wobei in diesem Falle Trimm-Widerstände oder -Resistoren als die
variablen Widerstände
zur Verwendung als die Lastwiderstände 26 und 28 verwendet
werden können,
so daß die
Temperaturdrift durch ein Einstellen des Trimmbetrags eingestellt
werden kann.
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Während
ein Verfahren, das in der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 8-189834 offenbart ist, nicht konfiguriert
ist, um die Temperaturdrift eines Schwinggyroskops einzustellen,
offenbart es einen variablen Widerstand, der mit einem der Erfassungsanschlüsse eines
Schwingers verbunden ist, um die Nullspannung einzustellen. Wie
in 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 andere Anschluß ist durch
einen feststehenden Widerstand mit Masse verbunden.
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Bei dem in 14 gezeigten Schwinggyroskop 1 werden
Widerstände,
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 jedoch
aus einem Trimmwiderstand oder dergleichen gebildet ist, kann der
Widerstand nicht erhöht
oder verringert werden, wodurch die Einstellung lediglich in einer
Richtung ermöglicht
wird. Somit wird die Einstellung der Nullspannung ebenfalls in lediglich
einer Richtung ermöglicht.
Wenn also eine Abweichung der Schwinger bei dem Herstellungsverfahren
betrachtet wird, erfordert die Einstellung der Nullspannung, daß ein Trimmwiderstand
gebildet wird, um einen derartigen Widerstandswert bereitzustellen,
daß die
Nullspannung stark zu einer Seite hin vorgespannt ist. Deshalb erfordern
fast alle Schwinggyroskope eine Einstellung der Trimmwiderstände.
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Bei dem Schwinggyroskop 10 der
vorliegenden Erfindung wird die Temperaturdrift dagegen durch ein
Einstellen der Beziehung zwischen den Lastwiderständen 26 und 28,
die mit den beiden Erfassungsanschlüssen des Schwingers 12 verbunden sind,
eingestellt. Wie bei der in 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 Temperaturdrift
des Schwinggyroskops 10 durch eine einfache Einstellung
unterdrückt
werden, ohne das Erfordernis, die Widerstandswerte der Lastwiderstände 26 und 28 im
voraus in hohem Maße
vorzuspannen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann die Temperaturdrift des Schwinggyroskops 10 auf diese Weise
durch eine einfache Einstellung eingestellt werden. Wie in 9 gezeigt ist, kann somit
jeder der Lastwiderstände 26 und 28 aus
einem feststehenden Widerstand und einem variablen Widerstand gebildet
sein, um eine Feineinstellung zu erreichen. Auch wenn der variable
Widerstand eingestellt ist, ändern
sich in einem solchen Fall die Widerstandswerte der Lastwiderstände 26 und 28 im
großen
und ganzen nicht stark, wodurch eine Einstellung mit hoher Genauigkeit
ermöglicht
wird.
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Während
die in den 1 und 9 gezeigten Schwinggyroskope 10 jeweils
die Widerstände
als die Lastimpedanzen verwenden, können beliebige Elemente, wie
beispielsweise Kondensatoren oder Induktoren, die eine in dem Schwinger 12 erzeugte elektrische
Ladung in eine Spannung umwandeln können, verwendet werden. Zudem
kann die vorliegende Erfindung auf jeglichen Schwinger angewendet
werden, der eine Temperaturdrift erzeugt, abgesehen von den Schwingern 12,
die die in den 2 und 3 gezeigten Strukturen aufweisen.