DE19653577B4 - Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung mit einer sensorlosen Temperaturkompensation - Google Patents

Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung mit einer sensorlosen Temperaturkompensation Download PDF

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Abstract

Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung mit:
einem Vibrationselement (20);
einem piezoelektrischen Ansteuerelement (30a, 30b) mit dem das Vibrationselement (20) in Vibration gebracht wird;
einem piezoelektrischen Erfassungselement (40a, 40b) zum Ausgeben eines Signals entsprechend einer Vibrationskomponente, die im rechten Winkel eine Vibrationsrichtung des Vibrationselements (20) kreuzt, wenn das Vibrationselement (20) durch das piezoelektrische Ansteuerelement (30a, 30b) in Vibration gebracht wird;
einem piezoelektrischen Referenzelement (50a, 50b) zum Ausgeben eines Signals entsprechend der durch das Ansteuerelement (30a, 30b) bewirkten Vibration des Vibrationselements (20);
einer Winkelgeschwindigkeitssignal-Ausgabevorrichtung (60) zum Ausgeben eines Winkelgeschwindigkeitssignals auf der Grundlage eines Ausgangssignal des piezoelektrischen Erfassungselements (40a, 40b);
einer Rückkopplungs-Steuervorrichtung (70, 80, 90, 100, 110, 120) zum Ausgeben einer Ansteuerspannung für das piezoelektrische Ansteuerelement (30a, 30b) wodurch 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 ausgegebenen Winkelgeschwindigkeitssignals...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung.
  • Die allgemeinen Grundlagen dieser Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung sind aus der JP 6-56300 bekannt. Weitere gattungsgemäße Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtungen sind aus der FR 2736153 A1 , der US 5343749 A und der US 5430342 A bekannt.
  • Der Aufbau der Erfassungsvorrichtung ist in den 5 und 6 dargestellt. Die 5 zeigt eine Darstellung eines Vibrationselements einer Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung, während 6 seinelektrisches Schaltbild darstellt. Gemäß 5 besitzt die Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung ein rechteckiges parallel verlegtes metallisches Substrat 10, ein metallisches Vibrationselement 20 sowie piezoelektrische 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 getragen, 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 Erfassungselemente 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 Membrane 21 und 22 in der Figur seitlich in Bezug auf die Basis 25. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Winkelgeschwindigkeit ω aufgrund der wirkenden Corioliskraft entwickelt wird, vibrieren die Membrane 23 und 24 in einer zur Papieroberfläche senkrechten Richtung.
  • In diesem Beispiel sind die piezoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b fest an die Membrane 21 und 22 montiert, um entsprechend der Vibration der Membrane 21 und 22 Ausgangssignale abzugeben.
  • Gemäß 6 werden die Ausgangssignale der piezoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b durch einen Verstärker 70 verstärkt und die verstärkte Spannung in einer Phasenschieberschaltung 80 um 90° verschoben. Die verschobene Spannung wird den piezoelektrischen Ansteuerelementen 30a und 30b über einen Multiplizierer 120 zugeführt. Nach Empfangen der phasenverschobenen Spannung bringen die piezoelektrischen Ansteuerelemente 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 Rückkopplungsschleife entsteht eine Selbstschwingung des Vibrationselements 20 bei seinem mechanischen Resonanzpunkt, wobei ein Wechselstromsignal den piezoelektrischen Ansteuerelementen 30a und 30b zugeführt wird und die Membranen 21 und 22 symetrisch vibrieren. Dies bedeutet, daß das Vibrationselement 20 wie eine Stimmgabel vibriert.
  • Darüber hinaus wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 70 durch einen Gleichrichter 90 gleichgerichtet und einem invertierenden Eingangsanschluß 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 symetrisch bei einer festen Amplitude vibrieren.
  • Der Differenzverstärker 110 gibt die Differenzspannung zwischen den Eingangsspannungen an den Multiplizierer 120 ab. Nachdem die um 90°-verschobene 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 größer, 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. Demzufolge wird eine Rückkopplungssteuerung durchgeführt, mit der die Amplitude der Ausgangsspannung des Verstärkers 70 festgelegt wird, wodurch die Vibrationsamplitude der Membrane 21 und 22 festgelegt wird.
  • Darüber hinaus wird ein der Winkelgeschwindigkeit ω entsprechendes Signal 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 Herstellungsprozeß vollständig gleich zu machen.
  • Eine Vorrichtung zur Korrektur der Temperatur eines Winkelgeschwindigkeitssignals entsprechend der Temperaturänderung eines Vibrationselements ist in den Patentschriften JP 5-264280 und JP 5-296771 offenbart. Bei derartigen Vorrichtungen, bei denen ein Temperatursensor in der Nähe eines Vibrationselements angeordnet ist, wird die Temperaturkorrektur durch Hinzufügen einer der Temperatur entsprechenden Gleichspannung zum Winkelgeschwindigkeitssignal durchgeführt.
  • Selbst wenn jedoch der Temperatursensor in der Nähe des Vibrationselements 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 Temperaturkorrektur eines Winkelgeschwindigkeitssignals durchzuführen, ohne dabei einen Temperatursensor zu verwenden.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6. Dabei wird von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die Ausgangsspannung eines Differenzverstärkers 110 gemäß dem in den 5 und 6 dargestellten Aufbau ein der Temperatur des Vibrationselements 20 entsprechendes Signal ist, so daß die Temperaturkorrektur eines Winkelgeschwindigkeitssignals auf der Grundlage des Verstärkerausgangssignals durchgeführt werden kann.
  • Die vorstehend beschriebenen piezoelektrischen Ansteuerelemente 30a und 30b sowie die piezoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b besitzen elektromechanische Kopplungsfaktoren (mit mechanoelektrischen Kopplungsfaktoren), die Temperatureigenschaften aufweisen. Wenn daher die Vibrationsamplitude des Vibrationselements 20 aufgrund der Temperaturänderung ansteigt, wird die Wechselspannung der durch den Verstärker 70 verstärkten Ausgangssignale der piezoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b angehoben. Demzufolge wird ebenso die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Verstärkers 70 angehoben und die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110, der die Referenzspannung von der gleichgerichteten Spannung subtrahiert, verringert. Wenn darüber hinaus die Vibrationsamplitude des Vibrationselements 20 aufgrund der Temperaturänderung verkleinert wird, entsteht eine völlig entgegengesetzte Änderung in der Spannung, weshalb die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 110 ansteigt.
  • Folglich kann die Temperaturänderung des Vibrationselements 20 durch Analyse der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 ermittelt werden. Die 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 Differenzverstärkers 110 im Wesentlichen proportional zur Temperatur des Vibrationselements 20.
  • Auf dieser Grundlage wird gemäß einem ersten Teilaspekt der vorliegenden Erfindung die Temperatur eines Winkelgeschwindigkeitssignals unter Verwendung des Ausgangssignals des piezoelektrischen Referenzelements korrigiert, wenn die Ansteuerspannung auf der Grundlage des Ausgangssignals des piezoelektrischen Referenzelements, die das Vibrationselement bei einer festene Amplitude in Schwingung bringt, an die piezoelektrischen Ansteuerelemente 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 Ausgangssignals eines piezoelektrischen Referenzelements, einen Gleichrichter zum Gleichrichten des verstärkten Ausgangssignals und einen Differenzverstärker zum Ausgeben einer Differenzspannung zwischen der gleichgerichteten Spannung und der Referenzspannung. Die Temperaturkorrektur des Winkelgeschwindigkeitssignals wird unter Verwendung des Ausgangssignals des Differenzverstärkers durchgeführt.
  • Wenn die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers in dieser Art verwendet wird, kann man auf einfache Weise ein der Temperatur des Vibrationselements entsprechendes Signal erhalten, wodurch die Temperaturkorrektur auf einfache Weise durchgeführt wird.
  • Gemäß einem dritten Teilaspekt der vorliegenden Erfindung kann eine Korrekturvorrichtung zum Korrigieren der Temperatur durch eine Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung implementiert werden, die ein Korrektursignal ausbildet, die die Schwankungen des Winkelgeschwindigkeitssignals aufgrund der Temperaturänderungen des Vibrationselements beaufschlagt bzw. mit einem 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-Ausgabeschaltung 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 Verstärkungsfaktors für das ausgegebene Korrektur-Richtungssignal. Demzufolge kann eine Schwankungsrichtung sowie eine Größe des Winkelgeschwindigkeitssignals individuell in jeder Einheit eingestellt werden.
  • Gemäß einem fünften Teilaspekt der vorliegenden Erfindung kann das Korrektur-Richtungssignal darüber hinaus durch Auswahl eines aus einer Vielzahl von Korrektur-Richtungssignalen eingestellt werden, die auf der Grundlage des Ausgangssignals des piezoelektrischen Referenzelements vorbereitet sind.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Schaltbild eines bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
  • 2A–2D graphische Darstellungen von sich ändernden Mustern eines Winkelgeschwindigkeitssignals bevor die Temperaturkorrektur gemäß dem Ausführungsbeispiel durchgeführt wurde;
  • 3 ein schematisches Schaltbild eines detaillierten Aufbaus einer Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung gemäß diesem Ausführungsbeispiel;
  • 4 eine graphische Darstellung eines sich ändernden Musters des Winkelgeschwindigkeitssignals nachdem die Temperaturkorrektur gemäß diesem Ausführungsbeispiel durchgeführt wurde;
  • 5 eine Darstellung eines Vibrationselements einer Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung;
  • 6 ein schematisches Schaltbild einer herkömmlichen Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung; und
  • 7 eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen der Temperatur des Vibrationselements und der Ausgangsspannung eines Differenzverstärkers.
  • Nachfolgend werden eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen beschrieben.
  • In 1 ist ein elektrischer Schaltungsaufbau einer Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Der Aufbau ist dem gemäß 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 5.
  • Da die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 gemäß 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 Winkelgeschwindigkeitssignal des Verstärkers 150 zum Korrektursignal der Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160, wodurch ein temperaturkorrigiertes Winkelgeschwindigkeitssignal ausgegeben wird.
  • Wenn die Winkelgeschwindigkeit ω gleich 0 ist (d.h. das Vibrationselement 20 sich in einem nicht-rotierenden Zustand befindet), wird in diesem Fall das vom Verstärker 150 abgegebene Winkelgeschwindigkeitssignal nicht monoton gemäß der Temperaturänderung, sondern entsprechend den in den 2A–2D dargestellten Mustern geändert. Die 2A zeigt ein Muster, bei dem das Winkelgeschwindigkeitssignal hinsichtlich eines Temperaturanstiegs monoton bzw. gleichförmig ansteigt. Die 2B zeigt ein Muster, bei dem das Winkelgeschwindigkeitssignal hinsichtlich eines Temperaturanstiegs monoton bzw. gleichförmig abnimmt. Die 2C und 2D zeigen Muster, bei denen die Winkelgeschwindigkeitssignale hinsichtlich eines Temperaturanstiegs schwanken.
  • Demzufolge wird eine Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160 ausgebildet, um ein den jeweiligen Mustern entsprechendes Korrektursignal vorzubereiten.
  • Die 3 zeigt den Aufbau der Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160. Die Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160 besitzt eine Korrektur-Richtungssignal-Ausgabeschaltung 161 zum Ausgeben eines Korrektur-Richtungssignals, das in der zur Schwankungsrichtung des Winkelgeschwindigkeitssignals entgegengesetzten Richtung relativ zur Temperaturänderung des Vibrationselements 20 schwankt, und einen Verstärker 162 mit variablem Verstärkungsfaktor zum Einstellen eines Verstärkungsfaktors des augegebenen Korrektur-Richtungssignals.
  • Die Korrektur-Richtungssignalausgabeschaltung 161 besitzt eine Schaltung 161a, die eine Vielzahl von Korrektur-Richtungssignalen liefert, die jeweils unterschiedliche Schwankungsrichtungen in Bezug zur Temperaturänderung des Vibrationselements durch die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 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 Verstärker 162 mit variablem Verstärkungsfaktor zugeführt. Der Verstärker 162 mit variablem Verstärkungsfaktor besteht aus einem Operationsverstärker 162a, einem festen Widerstand 162b und einem variablem Widerstand 162c, so daß der Verstärkungsfaktor hinsichtlich des Eingangssignals verändert werden kann.
  • Die vorstehend beschriebene Auswahl durch die Umschalt-Schaltung 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 Signal 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 ausgegebene Korrektursignal zu 0 wird.
  • Wenn das sich ändernde Muster des Winkelgeschwindigkeitssignals einen gleichmäßigen Anstieg gemäß 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 Vibrationselements 20 gleichförmig abnimmt, da das ausgewählte Ausgangssignal C des Differenzverstärkers 110 durch den Verstärker 162 mit variablem Verstärkungsfaktor invertiert und verstärkt wird.
  • Wenn das sich ändernde Muster des Winkelgeschwindigkeitssignals ein gleichmäßiges Abfallen gemäß 2B zeigt, wird das Signal A von der Umschalt-Schaltung 161b ausgewählt. In diesem Fall wird das Korrektursignal zu einem Signal, welches hinsichtlich der Temperaturänderung des Vibrationselements gleichförmig ansteigt, da das Signal A, bei dem die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 invertiert und verstärkt wird, durch den invertierenden Verstärker 162 mit variablem Verstärkungsfaktor weiter invertiert und verstärkt wird.
  • Gemeinsam mit der Auswahl der Umschalt-Schaltung 161b wird der Widerstand des variablen Widerstands 162c entsprechend einem Änderungsrandbereich des gemessenen Winkelgeschwindigkeitssignals eingestellt und der Verstärkungsfaktor des invertierenden Verstärkers 162 mit variablen Verstärkungsfaktor eingestellt.
  • Durch die derartige Auswahl und Einstellung wird das an der Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160 ausgegebene Korrektursignal ein mit der gleichen Änderungsrate gleichförmig abnehmendes Signal, wenn das sich ändernde Muster das in 2A dargestellte ist, und zu einem mit der gleichen Änderungsrate gleichförmig ansteigenden Signal, wenn das sich ändernde Muster das in 2B dargestellte ist.
  • Daher kann zum Zeitpunkt des Erfassens der Winkelgeschwindigkeit das temperaturkorrigierte Winkelgeschwindigkeitssignal durch Aufsummieren des vorstehend beschriebenen Korrektursignals und des Winkelgeschwindigkeitssignals des Verstärkers 150 an der Summiervorrichtung 170 ausgegeben werden.
  • Die 4 zeigt ein Beispiel eines sich ändernden Musters des temperaturkorrigierten Winkelgeschwindigkeitssignals. Wie sich aus dieser Figur ergibt, ist die Schwankung des Winkelgeschwindigkeitssignals hinsichtlich der Temperaturänderung deutlich verringert.
  • Wenn das sich ändernde Muster des Winkelgeschwindigkeitssignals sich gemäß 2C und 2D ändert bzw. schwankt, wird das Signal als ausgewähltes Signal ohne Korrektur ausgewählt, da der Änderungsrandbereich relativ gering ist. Wenn jedoch der Änderungsrandbereich groß ist, erscheint das Detektorausgangssignal nicht annehmbar, da das Signal in der Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160 gemäß 3 nicht korrigiert werden kann.
  • Obwohl die vorliegende Beschreibung vollständig in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vom Fachmann durchgeführt werden können.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird das Korrektursignal auf der Grundlage der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 in der Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung 160 vorbereitet. Es ist jedoch auch möglich, die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 über einen A/D-Umwandler einem Mikroprozessor zuzuführen und einen Korrekturbetrag unter Verwendung von Berechnungsschritten 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 verwendet wird, kann darüber hinaus das gleichgerichtete Ausgangssignal des Multiplizierers 120 verwendet werden. Hinsichtlich der Rückkopplungssteuerschaltung 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 piezoelektrischen Referenzelemente 50a und 50b verwenden. Da die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 eine große Spannungsschwankung hinsichtlich der Temperaturänderung zeigt, ist für die praktische Anwendung die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 110 die am Besten geeignetste 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 3 der JP 6-56300 beschrieben ist. Dies bedeutet, daß irgendeine Vorrichtung verwendet werden kann, welche eine Wechselspannung mit einer 90°-Phasendifferenz zwischen der Ausgangsspannung des Verstärkers 70 und den piezoelektrischen Ansteuerschaltungen 30a und 30b entsprechend der Phasendifferenz in einem Ausgangssignal zwischen den Verstärker 70 und den piezoelektrischen Ansteuerelementen 30a und 30b anlegt.
  • Darüber hinaus kann der Aufbau des Vibrationselements 20 ein anderer Aufbau als der in 5 dargestellte Aufbau sein. Wenn das Vibrationselement 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 vorliegenden Erfindung, wie sie anhand der Patentansprüche definiert ist.
  • Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung zum hochgenauen Korrigieren temperaturabhängiger Änderungen eines Winkelgeschwindigkeitssignals, wobei kein Temperatursensor verwendet wird. Ein piezoelektrisches Ansteuerelement, ein piezoelektrisches Erfassungselement sowie ein piezoelektrisches Referenzelement werden an einem Vibrationselement angebracht. Unter Verwendung eines Ausgangssignals des piezoelektrischen Referenzelements wird unter Verwendung eines Verstärkers, einer Phasenschieberschaltung, eines Gleichrichters, eines Referenzspannungsgenerators, eines Differenzverstärkers und eines Multiplizierers eine Rückkopplungs-Steuerschleife zum Anlegen einer Ansteuerspannung an das piezoelektrische Ansteuerelement derart geschaffen, daß das Vibrationselement bei einer festen Amplitude in Vibration gebracht wird. Darüber hinaus wird unter Verwendung eines Ausgangssignals des piezoelektrischen Erfassungselements zum Zeitpunkt der Vibration des Vibrationselements ein Winkelgeschwindigkeitssignal ausgegeben. In diesem Fall stellt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers ein der Temperatur des Vibrationselements entsprechendes Signal dar. Ein Korrektursignal wird von einer Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung unter Verwendung des dem Winkelgeschwindigkeitssignal durch eine Summiervorrichtung hinzu addierten Differenzverstärker-Ausgangssignals derart vorbereitet, daß die Temperaturkorrektur des Winkelgeschwindigkeitssignals durchgeführt wird.

Claims (10)

  1. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung mit: einem Vibrationselement (20); einem piezoelektrischen Ansteuerelement (30a, 30b) mit dem das Vibrationselement (20) in Vibration gebracht wird; einem piezoelektrischen Erfassungselement (40a, 40b) zum Ausgeben eines Signals entsprechend einer Vibrationskomponente, die im rechten Winkel eine Vibrationsrichtung des Vibrationselements (20) kreuzt, wenn das Vibrationselement (20) durch das piezoelektrische Ansteuerelement (30a, 30b) in Vibration gebracht wird; einem piezoelektrischen Referenzelement (50a, 50b) zum Ausgeben eines Signals entsprechend der durch das Ansteuerelement (30a, 30b) bewirkten Vibration des Vibrationselements (20); einer Winkelgeschwindigkeitssignal-Ausgabevorrichtung (60) zum Ausgeben eines Winkelgeschwindigkeitssignals auf der Grundlage eines Ausgangssignal des piezoelektrischen Erfassungselements (40a, 40b); einer Rückkopplungs-Steuervorrichtung (70, 80, 90, 100, 110, 120) zum Ausgeben einer Ansteuerspannung für das piezoelektrische Ansteuerelement (30a, 30b) wodurch 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 ausgegebenen Winkelgeschwindigkeitssignals auf der Grundlage des Ausgangssignals des piezoelektrischen Referenzelements (50a, 50b).
  2. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patentanspruch 1, wobei: die Rückkopplungs-Steuervorrichtung (70, 80, 90, 100, 110, 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 Differenzspannung zwischen der gleichgerichteten Spannung und der Referenzspannung aufweist; und die Korrekturvorrichtung (160, 170) eine Temperaturkorrektur des Winkelgeschwindigkeitssignals unter Verwendung der Differenzspannung durchführt.
  3. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Korrekturvorrichtung (160, 170) eine Korrektursignal-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 Winkelgeschwindigkeitssignal aufsummiert.
  4. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patentanspruch 3, wobei die Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung (160) eine Korrektur-Richtungssignal-Ausgabeschaltung (161) zum Ausgeben eines Korrektur-Richtungssignals, welches in einer entgegengesetzten Richtung zur Richtung des hinsichtlich der Temperaturänderung des Vibrationselements (20) schwankenden Winkelgeschwindigkeitssignals schwankt, und einen Verstärker (162) mit variablem Verstärkungsfaktor aufweist, mit dem ein Verstärkungsfaktor des ausgegebenen Korrektur-Richtungssignals eingestellt werden kann.
  5. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patentanspruch 4, wobei die Korrektur-Richtungssignal-Ausgabeschaltung (161) aus einer Schaltung (161a) zum Vorbereiten einer Vielzahl von Korrektur-Richtungssignalen mit unterschiedlichen Schwankungsrichtungen hinsichtlich der Temperaturänderung des Vibrationselements (20) auf der Grundlage des Ausgangssignals des Referenzelements (50a, 50b) und eine Schaltung (161b), zum Auswählen eines aus der Vielzahl der Korrektur-Richtungssignale als Korrektur-Erfassungssignal aufweist.
  6. Vibrations-Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung mit: einem Vibrationselement (20); einem Ansteuerelement (30a, 30b), welches in Kontakt mit dem Vibrationselement (20) steht und eine Vibrationskraft auf das Vibrationselement (20) ausübt; einem Referenzelement (50a, 50b), welches in Kontakt mit dem Vibrationselement (20) 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 Vibrationselement (20) steht und ein zweites einer zweiten Vibrationskomponente des Vibrationselements (20) entsprechendes Signal entsprechend einer Rotationskomponente des Vibrationselements (20) erzeugt; einer Rückkopplungs-Steuervorrichtung (70, 80, 90, 100, 110, 120) zum Ansteuern der Ansteuerelemente (30a, 30b) mit einer vorgegebenen Amplitude als Reaktion auf das Anlegen des ersten Signals; einer Winkelgeschwindigkeitssignal-Erzeugungsvorrichtung (60) zum Erzeugen eines die Winkelgeschwindigkeit des Vibrationselements (20) darstellenden Winkelgeschwindigkeitssignals als Reaktion auf das Anlegen des zweiten Signals; und einer Temperaturkompensationsvorrichtung (160, 170) zur Korrektur des Winkelgeschwindigkeitssignals als Reaktion auf das Anlegen des ersten Signals, wodurch die temperaturabhängigen Änderungen im Winkelgeschwindigkeitssignal kompensiert werden.
  7. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patentanspruch 6, wobei: die Rückkopplungs-Steuervorrichtung (70, 80, 90, 100, 110, 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 Differenzspannung zwischen der gleichgerichteten Spannung und der Referenzspannung aufweist; und die Temperaturkompensationsvorrichtung (160, 170) der Temperaturkompensation des Winkelgeschwindigkeitssignals unter Verwendung der Differenzspannung dient.
  8. Winkelgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung nach Patentanspruch 6 oder 7, wobei die Temperaturkompensationsvorrichtung (160, 170) eine Korrektursignal-Vorbereitungsschaltung (160) zur Vorbereitung eines Korrektursignals zur Beaufschlagung einer Schwankung des Winkelgeschwindigkeitssignals aufgrund von Temperaturänderungen des Vibrationselements (20) und eine Summiervorrichtung (170) aufweist, die das Korrektursignal und das Winkelgeschwindigkeitssignal 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 Winkelgeschwindigkeitssignals hinsichtlich der Temperaturänderung des Vibrationselements (20) entgegengesetzten Richtung schwankt, und einen Verstärker (162) mit variablem Verstärkungsfaktor aufweist, mit dem ein Verstärkungsfaktor 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 Temperaturänderung des Vibrationselements (20) auf der Grundlage des ausgegebenen Signals des Referenzelements (50a, 50b), und eine Schaltung (161b) aufweist, die eines aus der Vielzahl der Korrektur-Richtungssignale als Korrektur-Erfassungssignal auswählt.
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