DE19653577A1 - Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung mit einer sensorlosen Temperaturkompensation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vibrations-Winkelgeschwindigkeits- Erfassungsvorrichtung.

Die allgemeinen Grundlagen dieser Vibrations-Winkelgeschwindigkeits- Erfassungsvorrichtung sind aus der JP 6-56300 bekannt.

Der Aufbau der Erfassungsvorrichtung ist in den Fig. 5 und 6 darge­ stellt. Die Fig. 5 zeigt eine Darstellung eines Vibrationselements einer Vibra­ tions-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung, während Fig. 6 sein elektrisches Schaltbild darstellt. Gemäß Fig. 5 besitzt die Vibrations-Winkel­ geschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung ein rechteckiges parallel verlegtes metallisches Substrat 10, ein metallisches Vibrationselement 20 sowie pie­ zoelektrische Elemente 30a, 30b, 40a, 40b, 50a und 50b.

Das als Stimmgabel aufgebaute Vibrationselement 20 besitzt ein Paar von Diaphragmen bzw. Membranen 21 und 22, die aus rechteckigen flachen Platten bestehen, sowie aus einem weiteren Paar von Diaphragmen bzw. Membranen 23 und 24, die aus rechteckigen flachen Platten bestehen und mit den Membranen 21 und 22 im rechten Winkel miteinander verbunden sind. Die Membrane 21 und 22 werden von einer Basis bzw. Grundplatte 25 derart ge­ tragen, daß das gesamte Vibrationselement 22 relativ zur Basis 25 vibriert.

Die piezoelektrischen Ansteuerelemente 30a und 30b sind fest an den Membranen 21 und 22 montiert, während die piezoelektrischen Erfassungs­ elemente 40a und 40b fest an den Membranen 23 und 24 befestigt sind. Wenn eine Wechselspannung an die piezoelektrischen Ansteuerelemente 30a und 30b angelegt wird, so vibrieren die Membranen 21 und 22 in der Figur seitlich in Bezug auf die Basis 25. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Winkelgeschwindig­ keit ω aufgrund der wirkenden Corioliskraft entwickelt wird, vibrieren die Mem­ brane 23 und 24 in einer zur Papieroberfläche senkrechten Richtung.

In diesem Beispiel sind die piezoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b fest an die Membranen 21 und 22 montiert, um entsprechend der Vibration der Membranen 21 und 22 Ausgangssignale abzugeben.

Gemäß Fig. 6 werden die Ausgangssignale der piezoelektrischen Refe­ renzelemente 50a und 50b durch einen Verstärker 70 verstärkt und die ver­ stärkte Spannung in einer Phasenschieberschaltung 80 um 90° verschoben. Die verschobene Spannung wird den piezoelektrischen Ansteuerelemen­ ten 30a und 30b über einen Multiplizierer 120 zugeführt. Nach Empfangen der phasenverschobenen Spannung bringen die piezoelektrischen Ansteuerele­ mente 30a und 30b die Membrane 21 und 22 derart zum Vibrieren, daß die piezoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b Signale entsprechend der Vibration ausgeben. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Rückkopplungs­ schleife entsteht eine Selbstschwingung des Vibrationselements 20 bei seinem mechanischen Resonanzpunkt, wobei ein Wechselstromsignal den piezoelek­ trischen Ansteuerelementen 30a und 30b zugeführt wird und die Membra­ nen 21 und 22 symmetrisch vibrieren. Dies bedeutet, daß das Vibrationsele­ ment 20 wie eine Stimmgabel vibriert.

Darüber hinaus wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 70 durch ei­ nen Gleichrichter 90 gleichgerichtet und einem invertierenden Eingangsan­ schluß eines Differenzverstärkers 110 zugeführt. Andererseits wird von einer Referenzspannungs-Generatorschaltung 100 eine Referenzspannung einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 110 zugeführt, wobei die Referenzspannung derart eingestellt ist, daß die Membrane 21 und 22 symmetrisch bei einer festen Amplitude vibrieren.

Der Differenzverstärker 110 gibt die Differenzspannung zwischen den Eingangsspannungen an den Multiplizierer 120 ab. Nachdem die um 90° ver­ schobene Spannung und die Differenzspannung des Differenzverstärkers 110 im Multiplizierer 120 multipliziert wurden, wird die resultierende Spannung an die piezoelektrischen Ansteuerelemente 30a und 30b abgegeben.

Beim vorstehend beschriebenen Aufbau wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 70 und ebenso die Ausgangsspannung des Gleichrichters 90 grö­ ßer, sobald die Vibration der Membrane 21 und 22 größer wird. Folglich wird die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 und die Ausgangsspan­ nung des Multiplizierers 120 verringert, so daß die Vibration der Membrane 21 und 22 abnimmt. In gleicher Weise muß die Vibration der Membrane 21 und 22 verstärkt werden, wenn die Vibration der Membrane 21 und 22 abnimmt. Dem­ zufolge wird eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt, mit der die Amplitude der Ausgangsspannung des Verstärkers 70 festgelegt wird, wodurch die Vibra­ tionsamplitude der Membrane 21 und 22 festgelegt wird.

Darüber hinaus wird ein der Winkelgeschwindigkeit ω entsprechendes Si­ gnal von den piezoelektrischen Erfassungselementen 40a und 40b abgegeben. Das Ausgangssignal wird zeitgleich von einem Synchrondetektor 130 erfaßt, über eine Tiefpaß-Filterschaltung 140 vom Verstärker 150 verstärkt und als Winkelgeschwindigkeitssignal ausgegeben.

In diesem Fall haben die piezoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b sowie die piezoelektrischen Erfassungselemente 40a und 40b die gleichen Temperatureigenschaften, wobei jeder der Verstärker 60 und 70 die gleichen Temperatureigenschaften aufweist. Wenn sich demzufolge die Temperatur des Vibrationselements 20 ändert, wird das Ausgangssignal des Verstärkers 60 entsprechend der Temperaturänderung stabilisiert, da das Ausgangssignal des Verstärkers 70 zum Festlegen der Amplitude gesteuert wird. Daher können die Schwankungen der Offset-Spannung (Winkelgeschwindigkeitssignal, wenn die Winkelgeschwindigkeit ω gleich 0 ist) aufgrund von Temperaturänderungen unterdrückt werden.

Gemäß diesem Aufbau können die Schwankungen der Offset-Spannung aufgrund von Temperaturänderungen beim Vibrationselement 20 beträchtlich verringert werden. Eine derartige Unterdrückung bzw. Verringerung zeigt sich jedoch als ungenügend, da es unmöglich ist jedes piezoelektrische Element und jeden Verstärker hinsichtlich ihrer Temperatureigenschaften beim Herstel­ lungsprozeß vollständig gleich zu machen.

Eine Vorrichtung zur Korrektur der Temperatur eines Winkelgeschwindig­ keitssignals entsprechend der Temperaturänderung eines Vibrationselements ist in den Patentschriften JP 5-264280 und JP 5-296771 offenbart. Bei derarti­ gen Vorrichtungen, bei denen ein Temperatursensor in der Nähe eines Vibra­ tionselements angeordnet ist, wird die Temperaturkorrektur durch Hinzufügen einer der Temperatur entsprechenden Gleichspannung zum Winkelgeschwin­ digkeitssignal durchgeführt.

Selbst wenn jedoch der Temperatursensor in der Nähe des Vibrationse­ lements angeordnet wird, besteht zwischen dem Vibrationselement und dem Temperatursensor ein Temperaturunterschied. Daher kann man keine genaue Temperaturkorrektur erhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine genaue Tempera­ turkorrektur eines Winkelgeschwindigkeitssignals durchzuführen, ohne dabei einen Temperatursensor zu verwenden.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die Ausgangsspannung eines Differenzverstärkers 110 gemäß dem in den Fig. 5 und 6 dargestellten Aufbau ein der Temperatur des Vibrationsele­ ments 20 entsprechendes Signal ist, so daß die Temperaturkorrektur eines Winkelgeschwindigkeitssignals auf der Grundlage des Verstärkerausgangssi­ gnals durchgeführt werden kann.

Die vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Ansteuerelemente 30a und 30b sowie die piezoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b besitzen elektromechanische Kopplungsfaktoren (mit mechanoelektrischen Kopplungs­ faktoren), die Temperatureigenschaften aufweisen. Wenn daher die Vibra­ tionsamplitude des Vibrationselements 20 aufgrund der Temperaturänderung ansteigt wird die Wechselspannung der durch den Verstärker 70 verstärkten Ausgangssignale der piezoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b ange­ hoben. Demzufolge wird ebenso die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Verstärkers 70 angehoben und die Ausgangsspannung des Differenzverstär­ kers 110, der die Referenzspannung von der gleichgerichteten Spannung sub­ trahiert, verringert. Wenn darüber hinaus die Vibrationsamplitude des Vibra­ tionselements 20 aufgrund der Temperaturänderung verkleinert wird, entsteht eine völlig entgegengesetzte Änderung in der Spannung, weshalb die Aus­ gangsspannung des Differentialverstärkers 110 ansteigt.

Folglich kann die Temperaturänderung des Vibrationselements 20 durch Analyse der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 ermittelt werden. Die Fig. 7 zeigt das Meßergebnis der Ausgangsspannung des Differenzver­ stärkers 110, wenn die Temperatur des Vibrationselements 20 von -30 bis 65°C geändert wird. Gemäß dieser Figur ist die Ausgangsspannung des Diffe­ renzverstärkers 110 im Wesentlichen proportional zur Temperatur des Vibra­ tionselements 20.

Auf dieser Grundlage wird gemäß einem ersten Teilaspekt der vorliegen­ den Erfindung die Temperatur eines Winkelgeschwindigkeitssignals unter Ver­ wendung des Ausgangssignals des piezoelektrischen Referenzelements korri­ giert, wenn die Ansteuerspannung auf der Grundlage des Ausgangssignals des piezoelektrischen Referenzelements, die das Vibrationselement bei einer fe­ sten Amplitude in Schwingung bringt an die piezoelektrischen Ansteuerele­ mente ausgibt.

Die Temperaturkorrektur des Winkelgeschwindigkeitssignals wird daher genau durchgeführt, ohne dabei einen Temperatursensor zu verwenden.

Gemäß einem zweiten Teilaspekt der vorliegenden Erfindung besitzt eine Rückkopplungssteuereinheit einen Verstärker zum Verstärken eines Aus­ gangssignals eines piezoelektrischen Referenzelements, einen Gleichrichter zum Gleichrichten des verstärkten Ausgangssignals und einen Differenzver­ stärker zum Ausgeben einer Differenzspannung zwischen der gleichgerichteten Spannung und der Referenzspannung. Die Temperaturkorrektur des Winkel­ geschwindigkeitssignals wird unter Verwendung des Ausgangssignals des Dif­ ferenzverstärkers durchgeführt.

Wenn die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers in dieser Art verwendet wird, kann man auf einfache Weise ein der Temperatur des Vibra­ tionselements entsprechendes Signal erhalten, wodurch die Temperaturkorrek­ tur auf einfache Weise durchgeführt wird.

Gemäß einem dritten Teilaspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Korrekturvorrichtung zum Korrigieren der Temperatur durch eine Korrektursi­ gnal-Vorbereitungsschaltung implementiert werden, die ein Korrektursignal ausbildet, die die Schwankungen des Winkelgeschwindigkeitssignals aufgrund der Temperaturänderungen des Vibrationselements beaufschlagt bzw. mit ei­ nem Off-set versieht, sowie eine Summiervorrichtung zum Aufsummieren des Korrektursignals und des Winkelgeschwindigkeitssignals.

Gemäß einem vierten Teilaspekt der vorliegenden Erfindung besitzt die Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung eine Korrektur-Richtungssignal-Aus­ gabeschaltung zum Ausgeben eines Korrektur-Richtungssignals, welches in einer zur Schwankungsrichtung des Winkelgeschwindigkeitssignals aufgrund der Temperaturänderung entgegengesetzten Richtung schwankt, sowie einen Verstärker mit variablem Verstärkungsfaktor zum Einstellen eines Verstär­ kungsfaktors für das ausgegebene Korrektur-Richtungssignal. Demzufolge kann eine Schwankungsrichtung sowie eine Größe des Winkelgeschwindig­ keitssignals individuell in jeder Einheit eingestellt werden.

Gemäß einem fünften Teilaspekt der vorliegenden Erfindung kann das Korrektur-Richtungssignal darüber hinaus durch Auswahl eines aus einer Viel­ zahl von Korrektur-Richtungssignalen eingestellt werden, die auf der Grund­ lage des Ausgangssignals des piezoelektrischen Referenzelements vorbereitet sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild eines bevorzugten erfindungsgemä­ ßen Ausführungsbeispiels;

Fig. 2A-2D graphische Darstellungen von sich ändernden Mustern eines Winkelgeschwindigkeitssignals bevor die Temperaturkorrektur gemäß dem Ausführungsbeispiel durchgeführt wurde;

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild eines detaillierten Aufbaus einer Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines sich ändernden Musters des Winkelgeschwindigkeitssignals nachdem die Temperaturkorrektur gemäß die­ sem Ausführungsbeispiel durchgeführt wurde;

Fig. 5 eine Darstellung eines Vibrationselements einer Vibrations-Win­ kelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung;

Fig. 6 ein schematisches Schaltbild einer herkömmlichen Vibrations- Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung; und

Fig. 7 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Tem­ peratur des Vibrationselements und der Ausgangsspannung eines Differenz­ verstärkers.

Nachfolgend werden eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Ausführungs­ beispielen beschrieben.

In Fig. 1 ist ein elektrischer Schaltungsaufbau einer Vibrations-Winkel­ geschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel dargestellt. Der Aufbau ist dem gemäß Fig. 6 ähnlich mit Ausnahme, daß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eine Korrektursignal- Vorbereitungsschaltung 160 sowie eine Summiervorrichtung 170 hinzugefügt sind. Darüber hinaus ist der Aufbau eines Vibrationselements der gleiche wie der Aufbau gemäß Fig. 5.

Da die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 gemäß Fig. 7 im Wesentlichen proportional zur Temperatur des Vibrationselements 20 ist, bereitet eine Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160 ein Korrektursignal für die Temperaturkorrektur unter Verwendung der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 vor. Die Summiervorrichtung 170 addiert ein Winkel­ geschwindigkeitssignal des Verstärkers 150 zum Korrektursignal der Korrek­ tursignal-Vorbereitungsschaltung 160, wodurch ein temperaturkorrigiertes Win­ kelgeschwindigkeitssignal ausgegeben wird.

Wenn die Winkelgeschwindigkeit ω gleich 0 ist (d. h. das Vibrationsele­ ment 20 sich in einem nicht-rotierenden Zustand befindet), wird in diesem Fall das vom Verstärker 150 abgegebene Winkelgeschwindigkeitssignal nicht mo­ noton gemäß der Temperaturänderung, sondern entsprechend den in den Fig. 2A-2D dargestellten Mustern geändert. Die Fig. 2A zeigt ein Muster, bei dem das Winkelgeschwindigkeitssignal hinsichtlich eines Temperaturan­ stiegs monoton bzw. gleichförmig ansteigt. Die Fig. 2B zeigt ein Muster, bei dem das Winkelgeschwindigkeitssignal hinsichtlich eines Temperaturanstiegs monoton bzw. gleichförmig abnimmt. Die Fig. 2C und 2D zeigen Muster, bei denen die Winkelgeschwindigkeitssignale hinsichtlich eines Temperaturan­ stiegs schwanken.

Demzufolge wird eine Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160 aus­ gebildet, um ein den jeweiligen Mustern entsprechendes Korrektursignal vor­ zubereiten.

Die Fig. 3 zeigt den Aufbau der Korrektursignal-Vorbereitungsschal­ tung 160. Die Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160 besitzt eine Korrek­ tur-Richtungssignal-Ausgabeschaltung 161 zum Ausgeben eines Korrektur- Richtungssignals, das in der zur Schwankungsrichtung des Winkelgeschwin­ digkeitssignals entgegengesetzten Richtung relativ zur Temperaturänderung des Vibrationselements 20 schwankt, und einen Verstärker 162 mit variablem Verstärkungsfaktor zum Einstellen eines Verstärkungsfaktors des ausgegebe­ nen Korrektur-Richtungssignals.

Die Korrektur-Richtungssignalausgabeschaltung 161 besitzt eine Schal­ tung 161a, die eine Vielzahl von Korrektur-Richtungssignalen liefert, die jeweils unterschiedliche Schwankungsrichtungen in Bezug zur Temperaturänderung des Vibrationselements durch die Ausgangsspannung des Differenzverstär­ kers 110 aufweisen, und eine Umschalt-Schaltung 161b zum Auswählen eines Ausgangssignals der Schaltung 161a. Dies bedeutet, daß die Schaltung 161a einen invertierenden Verstärker 1611a aufweist, der ein vom invertierenden Verstärker 1611a invertiertes und verstärktes Signal A, ein mit Masse GND verbundenes Signal B und ein Ausgangssignal C des Differenzverstärkers 110 ausgibt. Die Umschalt-Schaltung 161b wählt aus einem dieser Signale A bis C ein Signal aus.

Das Ausgangssignal der Umschalt-Schaltung 161b wird dem Verstär­ ker 162 mit variablem Verstärkungsfaktor zugeführt. Der Verstärker 162 mit va­ riablem Verstärkungsfaktor besteht aus einem Operationsverstärker 162a, ei­ nem festen Widerstand 162b und einem variablen Widerstand 162c, so daß der Verstärkungsfaktor hinsichtlich des Eingangssignals verändert werden kann.

Die vorstehend beschriebene Auswahl durch die Umschalt-Schal­ tung 161b und die Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 162 mit variablem Verstärkungsfaktor wird wie folgt durchgeführt.

Zunächst wird bei einem durch die Umschalt-Schaltung ausgewählten Si­ gnal B das Winkelgeschwindigkeitssignal gemessen, während die Temperatur des Vibrationselements 20 geändert wird. Wenn das Signal B ausgewählt wird, kann das Winkelgeschwindigkeitssignal ohne jegliche Korrektur gemessen werden, da das von der Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160 ausgege­ bene Korrektursignal zu 0 wird.

Wenn das sich ändernde Muster des Winkelgeschwindigkeitssignals ei­ nen gleichmäßigen Anstieg gemäß Fig. 2A zeigt wird bei dieser Messung das Signal C durch die Umschalt-Schaltung 161B ausgewählt. Das Korrektursignal wird dabei ein Signal, welches hinsichtlich der Temperaturänderung des Vibra­ tionselements 20 gleichförmig abnimmt, da das ausgewählte Ausgangssignal C des Differenzverstärkers 110 durch den Verstärker 162 mit variablem Verstär­ kungsfaktor invertiert und verstärkt wird.

Wenn das sich ändernde Muster des Winkelgeschwindigkeitssignals ein gleichmäßiges Abfallen gemäß Fig. 2B zeigt wird das Signal A von der Um­ schalt-Schaltung 161b ausgewählt. In diesem Fall wird das Korrektursignal zu einem Signal, welches hinsichtlich der Temperaturänderung des Vibrations­ elements gleichförmig ansteigt, da das Signal A, bei dem die Ausgangsspan­ nung des Differenzverstärkers 110 invertiert und verstärkt wird, durch den in­ vertierenden Verstärker 162 mit variablem Verstärkungsfaktor weiter invertiert und verstärkt wird.

Gemeinsam mit der Auswahl der Umschalt-Schaltung 161b wird der Wi­ derstand des variablen Widerstands 162c entsprechend einem Änderungs­ randbereich des gemessenen Winkelgeschwindigkeitssignals eingestellt und der Verstärkungsfaktor des invertierenden Verstärkers 162 mit variablen Ver­ stärkungsfaktor eingestellt.

Durch die derartige Auswahl und Einstellung wird das an der Korrektursi­ gnal-Vorbereitungsschaltung 160 ausgegebene Korrektursignal ein mit der gleichen Änderungsrate gleichförmig abnehmendes Signal, wenn das sich än­ dernde Muster das in Fig. 2A dargestellte ist, und zu einem mit der gleichen Änderungsrate gleichförmig ansteigenden Signal, wenn das sich ändernde Muster das in Fig. 2B dargestellte ist.

Daher kann zum Zeitpunkt des Erfassens der Winkelgeschwindigkeit das temperaturkorrigierte Winkelgeschwindigkeitssignal durch Aufsummieren des vorstehend beschriebenen Korrektursignals und des Winkelgeschwindigkeits­ signals des Verstärkers 150 an der Summiervorrichtung 170 ausgegeben wer­ den.

Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines sich ändernden Musters des tempera­ turkorrigierten Winkelgeschwindigkeitssignals. Wie sich aus dieser Figur er­ gibt, ist die Schwankung des Winkelgeschwindigkeitssignals hinsichtlich der Temperaturänderung deutlich verringert.

Wenn das sich ändernde Muster des Winkelgeschwindigkeitssignals sich gemäß Fig. 2C und 2D ändert bzw. schwankt, wird das Signal als ausge­ wähltes Signal ohne Korrektur ausgewählt, da der Änderungsrandbereich rela­ tiv gering ist. Wenn jedoch der Änderungsrandbereich groß ist, erscheint das Detektorausgangssignal nicht annehmbar, da das Signal in der Korrektursi­ gnal-Vorbereitungsschaltung 160 gemäß Fig. 3 nicht korrigiert werden kann.

Obwohl die vorliegende Beschreibung vollständig in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen be­ schrieben wurde, sei darauf hingewiesen, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vom Fachmann durchgeführt werden können.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsbeispiel wird das Korrektursignal auf der Grundlage der Ausgangsspan­ nung des Differenzverstärkers 110 in der Korrektursignal-Vorbereitungsschal­ tung 160 vorbereitet. Es ist jedoch auch möglich, die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 über einen AID-Umwandler einem Mikroprozessor zu­ zuführen und einen Korrekturbetrag unter Verwendung von Berechnungsschrit­ ten im Mikroprozessor derart zu erzeugen, daß das Korrektursignal über einen D/A-Umwandler ausgegeben wird.

Während gemäß der vorliegenden Erfindung das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 110 als Eingangssignal für die Temperaturkorrektur ver­ wendet wird, kann darüber hinaus das gleichgerichtete Ausgangssignal des Multiplizierers 120 verwendet werden. Hinsichtlich der Rückkopplungssteuer­ schaltung zum Festlegen der Amplitude des Ausgangssignals des Verstär­ kers 70 können neben den vorstehend beschriebenen Signalen irgendwelche Signale als Eingangssignal für die Temperaturkorrektur verwendet werden, die die Temperatureigenschaft der auf dem Vibrationselement festmontierten pie­ zoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b verwenden. Da die Ausgangs­ spannung des Differenzverstärkers 110 eine große Spannungsschwankung hinsichtlich der Temperaturänderung zeigt, ist für die praktische Anwendung die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 die am Besten geeignet­ ste Spannung.

Zur Steuerung einer Phase des Verstärkers 70 muß nicht unbedingt die vorstehend beschriebene Phasenschieberschaltung 80 verwendet werden, sondern es kann anstelle dieser Schaltung eine PLL-Schaltung (phase locked loop) verwendet werden, wie sie in Fig. 3 der JP 6-56300 beschrieben ist. Dies bedeutet, daß irgendeine Vorrichtung verwendet werden kann, welche ei­ ne Wechselspannung mit einer 90°-Phasendifferenz zwischen der Ausgangs­ spannung des Verstärkers 70 und den piezoelektrischen Ansteuerschaltun­ gen 30a und 30b entsprechend der Phasendifferenz in einem Ausgangssignal zwischen den Verstärker 70 und den piezoelektrischen Ansteuerelementen 30a und 30b an legt.

Darüber hinaus kann der Aufbau des Vibrationselements 20 ein anderer Aufbau als der in Fig. 5 dargestellte Aufbau sein. Wenn das Vibrationsele­ ment durch die piezoelektrischen Ansteuerelemente in Schwingung gebracht wird bzw. vibriert, wird eine Vibrationskomponente, die die Vibrationsrichtung in einem rechten Winkel kreuzt vom piezoelektrischen Erfassungselement erfaßt.

Derartige Änderungen und Modifikationen liegen innerhalb der vorliegen­ den Erfindung, wie sie anhand der Patentansprüche definiert ist.

Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung zum hochge­ nauen Korrigieren temperaturabhängiger Änderungen eines Winkelgeschwin­ digkeitssignals, wobei kein Temperatursensor verwendet wird. Ein piezoelektri­ sches Ansteuerelement, ein piezoelektrisches Erfassungselement sowie ein piezoelektrisches Referenzelement werden an einem Vibrationselement ange­ bracht. Unter Verwendung eines Ausgangssignals des piezoelektrischen Refe­ renzelements wird unter Verwendung eines Verstärkers, einer Phasenschie­ berschaltung, eines Gleichrichters, eines Referenzspannungsgenerators, eines Differenzverstärkers und eines Multiplizierers eine Rückkopplungs-Steuer­ schleife zum Anlegen einer Ansteuerspannung an das piezoelektrische An­ steuerelement derart geschaffen, daß das Vibrationselement bei einer festen Amplitude in Vibration gebracht wird. Darüber hinaus wird unter Verwendung eines Ausgangssignals des piezoelektrischen Erfassungselements zum Zeit­ punkt der Vibration des Vibrationselements ein Winkelgeschwindigkeitssignal ausgegeben. In diesem Fall stellt die Ausgangsspannung des Differenzverstär­ kers ein der Temperatur des Vibrationselements entsprechendes Signal dar. Ein Korrektursignal wird von einer Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung un­ ter Verwendung des dem Winkelgeschwindigkeitssignal durch eine Summier­ vorrichtung hinzu addierten Differenzverstärker-Ausgangssignals derart vorbe­ reitet, daß die Temperaturkorrektur des Winkelgeschwindigkeitssignals durch­ geführt wird.

Claims (10)

1. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung mit:
einem Vibrationselement (20);
einem piezoelektrischen Ansteuerelement (30a, 30b) mit dem das Vibra­ tionselement (20) in Vibration gebracht wird;
einem piezoelektrischen Erfassungselement (40a, 40b) zum Ausgeben eines einer Vibrationskomponente entsprechenden Signals, das im rechten Winkel eine Vibrationsrichtung des Vibrationselements (20) kreuzt, wenn das Vibrationselement (20) durch das piezoelektrische Ansteuerelement (30a, 30b) in Vibration gebracht wird;
ein piezoelektrisches Referenzelement (50a, 50b) zum Ausgeben eines der Vibrationsrichtung des Vibrationselements (20) entsprechenden Signals;
einer Winkelgeschwindigkeitssignal-Ausgabevorrichtung (60) zum Aus­ geben eines Winkelgeschwindigkeitssignals auf der Grundlage eines Aus­ gangssignals des piezoelektrischen Erfassungselements (40a, 40b);
einer Rückkkopplungs-Steuervorrichtung (70-120) zum Ausgeben einer Ansteuerspannung für das piezoelektrische Ansteuerelement (30a, 30b) wo­ durch das Vibrationselement (20) bei einer festen Amplitude auf der Grundlage eines Ausgangssignals des piezoelektrischen Referenzelements (50a, 50b) in Vibration gebracht wird; und
einer Korrekturvorrichtung (160, 170) zur Temperaturkorrektur des aus­ gegebenen Winkelgeschwindigkeitssignals auf der Grundlage des Ausgangs­ signals des piezoelektrischen Referenzelements (50a, 50b).

2. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patent­ anspruch 1, wobei:
die Rückkopplungs-Steuervorrichtung (70-120) einen Verstärker (70) zum Verstärken des Ausgangssignals des Referenzelements (50a, 50b), einen Gleichrichter (90) zum Gleichrichten einer Ausgangsspannung des Verstärkers (70) und einen Differenzverstärker (110) zum Ausgeben einer Differenzspan­ nung zwischen der gleichgerichteten Spannung und der Referenzspannung aufweist; und
die Korrekturvorrichtung (160, 170) eine Temperaturkorrektur des Win­ kelgeschwindigkeitssignals unter Verwendung der Differenzspannung durch­ führt.

3. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patent­ anspruch 1 oder 2, wobei die Korrekturvorrichtung (160, 170) eine Korrektursi­ gnal-Vorbereitungsschaltung (160) zum Vorbereiten eines Korrektursignals, welches eine Schwankung des Winkelgeschwindigkeitssignals aufgrund einer Temperaturänderung des Vibrationselements (20) beaufschlagt, und eine Summiervorrichtung (170) aufweist, die das Korrektursignal zum Winkelge­ schwindigkeitssignal aufsummiert.

4. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patent­ anspruch 3, wobei die Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung (160) eine Kor­ rektur-Richtungssignal-Ausgabeschaltung (161) zum Ausgeben eines Korrek­ tur-Richtungssignals, welches in einer entgegengesetzten Richtung zur Rich­ tung des hinsichtlich der Temperaturänderung des Vibrationselements (20) schwankenden Winkelgeschwindigkeitssignals schwankt, und einen Verstärker (162) mit variablem Verstärkungsfaktor aufweist, mit dem ein Verstärkungsfak­ tor des ausgegebenen Korrektur-Richtungssignals eingestellt werden kann.

5. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patent­ anspruch 4, wobei die Korrektur-Richtungssignal-Ausgabeschaltung (161) aus einer Schaltung (161a) zum Vorbereiten einer Vielzahl von Korrektur-Rich­ tungssignalen mit unterschiedlichen Schwankungsrichtungen hinsichtlich der Temperaturänderung des Vibrationselements (20) auf der Grundlage des Aus­ gangssignals des Referenzelements (50a, 50b) und eine Schaltung (161b), zum Auswählen eines aus der Vielzahl der Korrektur-Richtungssignale als Kor­ rektur-Erfassungssignal aufweist.

6. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung mit:
einem Vibrationselement (20);
einem Ansteuerelement (30a, 30b), welches in Kontakt mit dem Vibra­ tionselement (20) steht und eine Vibrationskraft auf das Vibrationselement (20) ausübt;
einem Referenzelement (50a, 50b), welches in Kontakt mit dem Vibra­ tionselement (10) steht und ein erstes eine erste Vibrationskomponente des Vibrationselements (20) darstellendes Signal entsprechend der Vibrationskraft erzeugt;
einem Erfassungselement (40a, 40b), welches in Kontakt mit dem Vibra­ tionselement (20) steht und ein zweites einer zweiten Vibrationskomponente des Vibrationselements (20) entsprechendes Signal entsprechend einer Rota­ tionskomponente des Vibrationselements (20) erzeugt;
einer Rückkopplungs-Steuervorrichtung (70-120) zum Ansteuern der Ansteuerelemente (30a, 30b) mit einer vorgegebenen Amplitude im Anspre­ chen auf das erste Signal;
einer Winkelgeschwindigkeitssignal-Erzeugungsvorrichtung (60) zum Erzeugen eines die Winkelgeschwindigkeit des Vibrationselements (20) dar­ stellenden Winkelgeschwindigkeitssignals im Ansprechen auf das zweite Si­ gnal; und
einer Temperaturkompensationsvorrichtung (160, 170) zur Korrektur des Winkelgeschwindigkeitssignals im Ansprechen auf das erste Signal, wodurch die temperaturabhängigen Änderungen im Winkelgeschwindigkeitssignal kom­ pensiert werden.

7. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patentanspruch 6, wobei:
die Rückkopplungs-Steuervorrichtung (70-120) einen Verstärker (70) zum Verstärken des Ausgangssignals des Referenzelements (50a, 50b), einen Gleichrichter (90) zum Gleichrichten einer Ausgangsspannung des Verstärkers (70) und einen Differenzverstärker (110) zum Ausgeben einer Differenzspan­ nung zwischen der gleichgerichteten Spannung und der Referenzspannung aufweist; und
die Temperaturkompensationsvorrichtung (160, 170) der Temperatur­ kompensation des Winkelgeschwindigkeitssignals unter Verwendung der Diffe­ renzspannung dient.

8. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patentanspruch 6 oder 7, wobei die Temperaturkompensationsvorrichtung (160, 170) eine Kor­ rektursignal-Vorbereitungsschaltung (160) zur Vorbereitung eines Korrektursi­ gnals zur Beaufschlagung einer Schwankung des Winkelgeschwindigkeitssi­ gnals aufgrund von Temperaturänderungen des Vibrationselements (20) und eine Summiervorrichtung (170) aufweist, die das Korrektursignal und das Win­ kelgeschwindigkeitssignal aufsummiert.

9. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patentanspruch 8, wobei die Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung (160) eine Korrektur- Richtungssignal-Ausgabeschaltung (161) zum Ausgeben eines Korrektur- Richtungssignals, welches in einer zur Schwankungsrichtung des Winkel­ geschwindigkeitssignals hinsichtlich der Temperaturänderung des Vibrations­ elements (20) entgegengesetzten Richtung schwankt, und einen Verstärker (162) mit variablem Verstärkungsfaktor aufweist, mit dem ein Verstärkungsfak­ tor des ausgegebenen Korrektur-Richtungssignals eingestellt werden kann.

10. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patentanspruch 9, wobei die Korrektur-Richtungssignal-Ausgabeschaltung (161) eine Schaltung (161a) zum Vorbereiten einer Vielzahl von Korrektur-Richtungssignalen mit unterschiedlichen Schwankungsrichtungen hinsichtlich der Tempe­ raturänderung des Vibrationselements (20) auf der Grundlage des ausgegebe­ nen Signals des Referenzelements (50a, 50b), und eine Schaltung (161b) auf­ weist, die eines aus der Vielzahl der Korrektur-Richtungssignale als Korrektur- Erfassungssignal auswählt.