DE19712021C2 - Detektorschaltung für einen Vibrationskreisel und ein diesen verwendendes Vibrationskreiselgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen Kreisel zum De­ tektieren einer Winkelgeschwindigkeit, und betrifft speziel­ ler einen Vibrationskreisel vom Stimmgabeltyp, der eine pie­ zoelektrische Substanz und eine Detektorschaltung (Sensor) verwendet, die ein Ausgangssignal des Vibrationskreisels ver­ arbeitet.

Aus der EP 07 73 430 A1 ist ein Winkelgeschwindigkeits­ sensor bekannt, der mit einer Selbst-Diagnosefunktion ausge­ stattet ist. Der Winkelgeschwindigkeitssensor enthält einen Antriebsteil, um die Antriebseinrichtung eines Sensors stabil in Vibration zu versetzen, welcher Sensor auch einen Detekto­ rabschnitt umfaßt, um eine Winkelgeschwindigkeit zu detektie­ ren und auch eine Detektoreinrichtung umfaßt, um die Winkel­ geschwindigkeit des Sensorelements zu detektieren, wobei die genannten Einrichtungen Bestandteil einer Selbst-Diagnose­ einrichtung sind, um eine Fehlfunktion festzustellen, indem ein mechanisches Kopplungssignal, welches von der Detek­ toreinrichtung erhalten wird, überwacht wird.

Eine ähnliche Überwachungseinrichtung in Verbindung mit einem Vibrationskreisel ist aus der JP 6-18 267 (A) bekannt. Auch diese bekannte Überwachungseinrichtung umfaßt eine De­ tektorschaltung und eine Auswerteschaltung mit einem Kompara­ tor, der dafür ausgebildet ist, um ein Rückkopplungssignal von einem Oszillator mit einem Bezugssignal zu vergleichen.

Die Ausgangsgröße des Komparators wird einem Eingang eines weiteren Komparators zugeführt, der ein einstellbares Bezugs­ signal empfängt. Der zweitgenannte Komparator vergleicht so­ mit die Ausgangsgröße des erstgenannten Komparators mit einem vorbestimmten Spannungsbereich, der durch das Bezugssignal von einer Bezugsspannungsquelle vorgegeben wird, wobei auf dieser Grundlage die Betriebsweise des Vibrationskreisels diagnostiziert werden kann.

Eine ähnliche Selbstdiagnoseeinrichtung ist ferner aus der JP 3-226 620 (A) bekannt.

Es wurde ein Gyroskop dazu verwendet, um die momentane Position eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Flugzeugs, eines Schiffes oder eines Satelliten zu identifizieren. Kürz­ lich wurde ein Gyroskop bei Vorrichtungen für eine Personal- Verwendung angewendet, wie beispielsweise eine Fahrzeugnavi­ gation und eine Vibrationsdetektion in Videokameras und Ein­ zelbildkameras.

Ein piezoelektrischer Vibrationskreisel verwendet den Effekt, bei dem dann, wenn eine Winkelgeschwindigkeit auf ei­ nen Kreisel aufgebracht wird, der in Vibration versetzt ist, eine Coriolis-Kraft in einer Richtung erzeugt wird, senkrecht zur Richtung, in welcher der Kreisel vibriert. Es wurden vielfache Typen von piezoelektrischen Vibrationskreiseln vor­ geschlagen. Kürzlich hat ein Vibrationskreisel vom Stimmga­ beltyp auf sich aufmerksam gemacht, da dieser eine relativ kostspielige Qualität besitzt. Spe­ ziell entstanden beträchtliche Aktivitäten bei der Entwick­ lung eines Vibrationskreisels vom Stimmgabeltyp unter Ver­ wendung eines piezoelektrischen Einzelkristalls.

Solche Vibrationskreisel vom Stimmgabeltyp, die einen piezoelektrischen Einzelkristall verwenden, sind bei­ spielsweise vorgeschlagen in den US-Patenten Nrn. 5,329,816 und 5,251,483. Die USP Nr. 5,329,816 offenbart einen Vibra­ tionskreisel (Kreiselelement) vom Stimmgabeltyp unter Ver­ wendung eines piezoelektrischen Einzelkristalls, der so ge­ staltet ist, daß zwei Arme und eine Basis, welche die Arme abstützt, einstückig ausgebildet sind. Es sind Treiberelek­ troden zum Antreiben einer Stimmgabel-Vibration an einem der zwei Arme vorgesehen und es sind Detektionselektroden an dem anderen Arm vorgesehen, um eine Spannung zu detek­ tieren, basierend auf der Winkelgeschwindigkeit, die bei dem Kreisel aufgebracht wird.

Die Fig. 1A und 1B zeigen einen Vibrationskreisel vom Stimmgabeltyp mit einer Elektrodenanordnung, wie sie oben beschrieben wurde. Der Kreisel enthält eine Stimmga­ bel, die aus einem piezoelektrischen Einzelkristall herge­ stellt ist, wie beispielsweise LiTaO₃ oder LiNbO₃. Die Stimmgabel besitzt zwei Arme 11 und 12 und eine Basis 13, welche die Arme 11 und 12 einstückig miteinander verbindet. Wie in Fig. 1B gezeigt ist, sind Treiberelektroden 14-17 an dem Arm 11 angebracht und es sind Detektionselektroden 18 und 19 an dem Arm 12 angebracht. Eine Treiberquelle 20, die ein rechteckförmiges Wellensignal erzeugt, ist an die Elektroden 14-17 angeschlossen. Ein Detektionssignal (Spannung), die von der Winkelgeschwindigkeit abhängt, wird an den Detektionselektroden 18 und 19 ausgegeben.

Die USP Nr. 5,251,483 offenbart einen Vibrations­ kreisel vom piezoelektrischen Stimmgabeltyp mit einer Elek­ trodenanordnung, die von derjenigen des Kreisels, der in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, verschieden ist. Der in der USP Nr. 5,251,483 offenbarte Kreisel besitzt Detektionse­ lektroden, die an zwei Armen befestigt sind. Im allgemeinen wird eine solche Elektrodenanordnung als Differentialtyp- Konstruktion bezeichnet. Die Detektionselektroden, die in der USP Nr. 5,251,483 offenbart sind, sind an vier von drei Flächen von jedem der zwei Arme vorgesehen.

Ein Vibrationskreisel mit der Elektrodenanord­ nung, wie sie zuvor beschrieben wurde, ist in den Fig. 2A und 2B gezeigt. Es sind Elektroden 14-17 und 25 an dem Arm 11 vorgesehen und es sind Elektroden 21-24 und 26 an dem Arm 12 vorgesehen. Die Elektroden 15, 17, 21 und 23 funktionieren als Treiberelektroden und die Elektroden 14, 16, 22, 24, 25 und 26 funktionieren als Detektionselektro­ den. Wie in Fig. 2B gezeigt ist, werden zwei Detektions­ signale DET1 und DET2 erhalten und die Potentialdifferenz zwischen den Detektionssignalen DET1 und DET2 entspricht der Winkelgeschwindigkeit, die bei dem Kreisel aufgebracht ist.

Fig. 3 zeigt eine Betriebsweise der Kreisel, die in den Fig. 1A, 1B, 2A und 2B gezeigt sind. Wenn das Trei­ bersignal (Spannung), die durch die Treiberquelle erzeugt wird, an die Treiberelektroden angelegt wird, werden die zwei Arme 11 und 12 in den X-Richtungen in Vibration ver­ setzt. Wenn der Vibrationskreisel um die Z-Achse gedreht wird, werden die zwei Arme 11 und 12 in den Y-Richtungen, senkrecht zu den X-Richtungen, in Vibration versetzt. Die Größe der Vibrationen der Arme 11 und 12 in der Y-Richtun­ gen ist proportional zu der Coriolis-Kraft, die proportio­ nal zur Winkelgeschwindigkeit ist. Damit gibt ein Signal (ein Detektionssignal) proportional zu den Vibrationen der Arme 11 und 12 in den Y-Richtungen den Wert der Winkelge­ schwindigkeit wieder, die bei dem Kreisel aufgebracht ist.

Es ist eine Detektorschaltung vorgesehen, die ein Detektionssignal detektiert. Eine Detektorschaltung 27, die in Fig. 4 gezeigt ist, wird für den Vibrationskreisel ver­ wendet, bei dem die Treiberelektroden an einem der zwei Ar­ me 11 und 12 befestigt sind und die Detektionselektroden an dem anderen einen der zwei Arme 11 und 12 vorgesehen sind. Das Detektionssignal von dem Vibrationskreisel wird an eine Synchron-Detektorschaltung 31 über eine Phaseneinstell­ schaltung (nicht gezeigt) angelegt. Die Synchron-Detektor­ schaltung 31 führt eine synchrone Detektion durch, bei der ein Treibersignal, welches durch eine Treiberschaltung 30 ausgegeben wird, als ein Bezugssignal für eine synchrone Detektion verwendet wird. Das resultierende Signal, welches von der Synchron-Detektorschaltung 31 abgeleitet wurde, wird an einen Differenzverstärker 32 über eine Glättungs­ schaltung (nicht gezeigt) angelegt. Der Differenzverstärker 32 führt eine Differential-Verstärkungsoperation zwischen der synchronen Detektions-Ausgangsgröße und einer Offset- Spannung durch, die durch eine Offset-Einstellschaltung 29 erzeugt wird, die mit einer Stromversorgungsspannung 28 versorgt wird. Die oben erläuterte Differenzverstärkungs­ operation führt zu ersten und zweiten Ausgangssignalen OUT1 und OUT2. Der Wert der Spannungsdifferenz zwischen dem er­ sten Ausgangssignal OUT1 und dem zweiten Ausgangssignal OUT2 zeigt den Wert der Winkelgeschwindigkeit an, die auf den Kreisel aufgebracht ist, und das Vorzeichen der Span­ nungsdifferenz zeigt die Drehrichtung an.

Fig. 5 zeigt eine Detektorschaltung 33 für die Verwendung in dem Kreisel mit der Elektrodenanordnung, die in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist. Die Detektionssignale DET1 und DET2 werden an einen Differenzverstärker 34 ange­ legt, der eine Differenzverstärkungsoperation an diesem vornimmt. Ein Ausgangssignal des Differenzverstärkers 34 wird mit der Offset-Spannung durch die Differenzverstärker­ schaltung 32 verglichen, die in der Konstruktion nach Fig. 4 verwendet wird. Der Differenzverstärker 32 liefert erste und zweite Ausgangssignale OUT1 und OUT2.

Die Detektionssignale DET1 und DET2 werden der Differenzverstärkungsoperation unterworfen, so daß eine Leck-Spannung (Verlust-Spannung), die in den Detektions­ signalen DET1 und DET2 enthalten sein kann, beseitigt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß der Kreisel keine Detekti­ onssignale erzeugt, wenn der Kreisel keinerlei Winkelge­ schwindigkeit empfängt bzw. besitzt. Jedoch kann der Krei­ sel in geringfügigem Ausmaß Detektionssignale erzeugen, un­ geachtet davon, ob der Kreisel irgendeine Winkelgeschwin­ digkeit empfängt. Solche Detektionssignale sind Leck- Spannungen oder Signale.

Fig. 6 zeigt Faktoren, welche die Leck-Spannung verursachen. Die Faktoren können in drei Gruppen aufgeteilt werden. Die erste Gruppe von Faktoren wird als eine elek­ tromagnetische Kopplungsleckage bezeichnet und ergibt sich aufgrund einer Überschußkomponente der Kraft-Koeffizienten, verursacht durch eine unabgeglichene Situation der Elektro­ den (Fehler in der Größe der Elektroden und/oder den Posi­ tionen derselben). Die elektromagnetische Kopplungsleckage enthält eine Leckage auf der Treiberseite und eine Leckage auf der Detektionsseite. Die zweite Gruppe von Faktoren wird als eine elektrostatische Kopplungsleckage bezeichnet und ergibt sich aufgrund einer elektrostatischen Kopplungs­ kapazität zwischen den Eingangs- und Ausgangsseiten, das heißt zwischen den treiberseitigen Elektroden und den de­ tektionsseitigen Elektroden. Die dritte Gruppe von Faktoren wird als eine mechanische Kopplungsleckage bezeichnet und ergibt sich aufgrund einer mechanischen Kopplung zwischen der treiberseitigen Vibration und der detektorseitigen Vi­ bration.

Es kann möglich sein, die Leckagespannungen auf­ grund irgendeiner der ersten bis dritten Gruppen von Fakto­ ren mit Hilfe von Komplexen und aufwendigen Einrichtungen zu reduzieren. Beispielsweise können die Elektroden sehr fein ausgebildet werden und sehr fein positioniert werden. Wenn Elektrode beispielsweise abgeschnitten. Alternativ oder zu­ sätzlich, wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt ist, wird ein Eckenabschnitt 35 von einem oder von beiden Armen 11 und 12 abgeschnitten, um das Moment von wenigstens einem der Arme 11 und 12 zu ändern und um dadurch eine unerwünschte Vibra­ tion zu vermindern.

Es ist jedoch in der Praxis sehr schwierig, die Leckage stark zu reduzieren, bevorzugt auf Null zu reduzie­ ren, während die oben erwähnten Einstellungseinrichtungen komplex und aufwendig sind. Beispielsweise ist bei einem Kreisel des in den Fig. 1A und 1B gezeigten Typs die Lecks­ pannung so, wie sie in dem Teil (B) von Fig. 8 gezeigt ist, das heißt es sind Stufenabschnitte in einer Sinuswelle des Detektionssignals vorhanden, die sich um 90° außer Phase mit dem Treibersignal befindet, welches aus einem kontinu­ ierlichen rechteckförmigen Wellensignal besteht, das in dem Teil (A) von Fig. 8 gezeigt ist. Die Stufenabschnitte wer­ den durch die elektrostatische Kopplungsleckage verursacht. Die Sinuswelle des Detektionssignals wird ebenfalls durch eine Leckage aufgrund der elektromechanischen Kopplungs­ leckage verursacht.

Fig. 9 zeigt die Betriebsweise des Kreisels des in den Fig. 2A und 2B gezeigten Typs. Wie in den Teilen (B) und (C) von Fig. 9 gezeigt ist, enthalten die Detektions­ signale DET1 und DET2 jeweils elektrostatische Kopplungs­ leckagekomponenten in verschiedenen Größen und wobei die jeweiligen Sinuswellen-Leckagekomponenten unterschiedliche Größen haben. Die Sinuswellenkomponente verbleibt bei der Differenzverstärkungsoperation auf den Detektionssignalen DET1 und DET2, während die elektrostatischen Kopplungs­ leckagen beseitigt werden können, wie dies in dem Teil (D) von Fig. 9 gezeigt ist. Wenn versucht wird, die Sinuswel­ len-Leckagekomponenten zu beseitigen, verbleibt eine uner­ wünschte Komponente aufgrund der elektrostatischen Kopplung in dem Ausgangssignal der Differenzverstärkungsoperation.

Es kann aus den vorangegangenen Ausführungen ersehen wer­ den, daß eine einfache Differenzverstärkungsoperation nicht vollständige die Leckagekomponenten beseitigen kann. Ferner verschlechtert eine Leckagespannung, die erhalten wird, wenn der Kreisel keine Winkelgeschwindigkeit empfängt, die Auflösung des Kreisels.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Detektorschaltung und ein Kreiselgerät, welches diese verwendet, zu schaffen, bei der die oben er­ läuterten Nachteile beseitigt sind.

Ein spezifisches Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Leckagekomponenten dadurch zu reduzie­ ren, indem die Detektorschaltung verbessert wird, ohne daß sie dabei komplex und aufwendig gestaltet wird, um dadurch die Auflösung und Produktivität des Kreisels zu verbessern.

Die genannten Ziele der vorliegenden Erfindung werden mit Hilfe einer Detektorschaltung für einen Vibrati­ onskreisel erreicht, der aufweist: eine erste Schaltung, die ein Detektionssignal detektiert, welches von dem Vibra­ tionskreisel ausgegeben wurde und die ein Ausgangssignal erzeugt, welches eine Winkelgeschwindigkeit angibt, die auf den Vibrationskreisel aufgebracht wurde; und eine zweite Schaltung, die betriebsmäßig mit der ersten Schaltung ge­ koppelt ist und die eine Leckagekomponente bzw. Streukompo­ nente (leakage component) vermindert, die in dem Detekti­ onssignal enthalten ist.

Die Detektorschaltung kann so ausgelegt sein, daß die zweite Schaltung einen Schaltungsteil enthält, der we­ nigstens einen elektromechanischen Kopplungsstreuverlust (leakage) reduziert, der von einer Treiberseite des Vibra­ tionskreisels zu einer Detektionsseite desselben hin ge­ richtet ist und/oder einen elektrostatischen Kopplungs­ streuverlust (leakage) reduziert, der von der Treiberseite des Vibrationskreisels zur Detektorseite desselben hin ge­ richtet ist.

Die Detektorschaltung kann so ausgeführt sein, daß die zweite Schaltung eine Differenzverstärkerschaltung enthält, die eine Differenzverstärkungsoperation bei dem Detektionssignal ausführt und einem Signal, welches an ei­ ner ersten Treiberelektrode erhalten wird, die paarweise mit einer zweiten Treiberelektrode vorgesehen ist, an die ein Treibersignal angelegt wird, so daß ein elektromechani­ scher Kopplungsstreuverlust, der in dem Detektionssignal enthalten ist, reduziert werden kann.

Die Detektorschaltung kann so ausgelegt sein, daß die zweite Schaltung eine Addierschaltung enthält, die ein Treibersignal, welches an den Vibrationskreisel angelegt ist, und das Detektionssignal addiert, so daß ein elektro­ statischer Kopplungsstreuverlust, der in dem Detektions­ signal enthalten ist, reduziert werden kann.

Die Detektorschaltung kann ferner so ausgeführt sein, daß das Detektionssignal ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal enthält; und die zweite Schaltung eine Differenzverstärkerschaltung enthält, die eine Differenzverstärkungsoperation an dem ersten und dem zweiten Detektionssignal durchführt, so daß die elektrome­ chanischen Kopplungsverluste oder Leckagen, die in dem er­ sten und dem zweiten Detektionssignal enthalten sind, redu­ ziert werden können.

Die Detektorschaltung kann ferner so ausgeführt sein, daß das Detektionssignal ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal enthält; und die zweite Schaltung eine Addierschaltung enthält, die das erste und das zweite Detektionssignal addiert, so daß elektromechani­ sche Kopplungsverluste bzw. Leckagen, die in dem ersten und dem zweiten Detektionssignal enthalten sind, reduziert wer­ den können.

Die Detektorschaltung kann ferner so konfiguriert sein, daß die zweite Schaltung folgendes enthält: eine Ad­ dierschaltung, die ein Treibersignal, welches an den Vibra­ tionskreisel angelegt wird, und ein Detektionssignal ad­ diert; und eine Differenzverstärkerschaltung, die eine Dif­ ferenzverstärkungsoperation an einem Ausgangssignal der Ad­ dierschaltung und einem Signal vornimmt, welches an einer ersten Elektrode erhalten wird, die paarweise mit einer zweiten Elektrode vorhanden ist, an die das Treibersignal angelegt wird.

Die Detektorschaltung kann ferner so konfiguriert sein, daß die zweite Schaltung folgendes enthält: eine Dif­ ferenzverstärkerschaltung, die eine Differenzverstärkungs­ operation an dem Detektionssignal und einem Signal durch­ führt, welches an einer ersten Elektrode erhalten wird, die paarweise mit einer zweiten Elektrode vorhanden ist, an die Treibersignal angelegt wird; und eine Addierschaltung, die ein Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung und das Treibersignal addiert, welches an die zweite Elektrode des Vibrationskreisels angelegt wurde.

Die Detektorschaltung kann ferner so konfiguriert sein, daß das Detektionssignal ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal enthält; und die zweite Schaltung eine Addierschaltung enthält, welche ein Treiber­ signal, welches an den Vibrationskreisel angelegt wird, und das erste und das zweite Detektionssignal addiert, und eine Differenzverstärkerschaltung, die eine Differenzverstär­ kungsoperation an den zwei Ausgangssignalen der Addier­ schaltung vornimmt.

Die Detektorschaltung kann ferner so konfiguriert sein, daß das Detektionssignal ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal umfaßt; und die zweite Schaltung eine Differenzverstärkerschaltung enthält, die eine Differenzverstärkungsoperation an dem ersten und dem zweiten Detektionssignal durchführt, und eine Addierschal­ tung vorgesehen ist, die ein Treibersignal, welches an den Vibrationskreisel angelegt wird, und ein Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung addiert.

Die oben genannten Ziele der vorliegenden Erfin­ dung werden auch mit Hilfe eines Vibrationskreiselgerätes erreicht, welches aufweist: einen Vibrationskreisel; und eine Detektorschaltung, die eine erste Schaltung enthält, welche ein Detektionssignal detektiert, das von dem Vibra­ tionskreisel ausgegeben wurde und welche ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Winkelgeschwindigkeit anzeigt, die an dem Vibrationskreisel aufgebracht wurde, und eine zweite Schal­ tung enthält, die betriebsmäßig an die erste Schaltung ge­ koppelt ist und die eine Leckkomponente oder Verlustkompo­ nente, die in dem Detektionssignal enthalten ist, redu­ ziert.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorlie­ genden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden detail­ lierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen:

Fig. 1A eine Frontansicht eines herkömmlichen Vi­ brationskreisels vom Stimmgabeltyp ist;

Fig. 1B ein Diagramm ist, welches eine Anordnung von Elektroden zeigt, die an den Armen des in Fig. 1A ge­ zeigten Kreisels vorgesehen sind;

Fig. 2A eine Frontansicht eines anderen herkömm­ lichen Vibrationskreisels vom Stimmgabeltyp ist;

Fig. 2B ein Diagramm ist, welches eine Anordnung von Elektroden zeigt, die an Armen des in Fig. 2A gezeigten Kreisels vorgesehen sind;

Fig. 3 ein Diagramm ist, welches eine Betriebs­ weise des Vibrationskreisels vom Stimmgabeltyp veranschau­ licht;

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Detektorschal­ tung ist für die Verwendung in dem Vibrationskreisel, der in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Detektorschal­ tung ist für die Verwendung in dem Vibrationskreisel, der in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist;

Fig. 6 ein Diagramm ist, welches die Faktoren veranschaulicht, welche die Verlustspannungen verursachen;

Fig. 7A und 7B Diagramme eines Verfahrens zum Re­ duzieren einer Verlustspannung sind;

Fig. 8 ein Wellenformdiagramm ist, welches veran­ schaulicht, auf welche Weise das Detektionssignal des in den Fig. 1A und 1B gezeigten Kreisels durch die Verlustfak­ toren beeinflußt wird;

Fig. 9 ein Wellenformdiagramm ist, welches veran­ schaulicht, auf welche Weise die Detektionssignale des Kreisels, der in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist, durch die Verlustfaktoren beeinflußt werden;

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer ersten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 12 ein Blockschaltbild einer dritten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 13 ein Blockschaltbild einer vierten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 14 ein Wellenformdiagramm einer Betriebswei­ se der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 15 ein Wellenformdiagramm einer Betriebswei­ se der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 16 ein Wellenformdiagramm einer Betriebswei­ se der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 17 ein Wellenformdiagramm einer Betriebswei­ se der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 18 ein Blockschaltbild einer fünften Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 19 ein Blockschaltbild einer sechsten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 20 ein Blockschaltbild einer siebten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 21 ein Blockschaltbild einer achten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 22 ein Wellenformdiagramm einer Betriebswei­ se der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 23 ein Wellenformdiagramm einer Betriebswei­ se der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 24 ein Wellenformdiagramm einer Betriebswei­ se der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 25 ein Wellenformdiagramm einer Betriebswei­ se der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 26 ein Blockschaltbild einer Phaseneinstell­ schaltung ist, die bei den Ausführungsformen der vorliegen­ den Erfindung verwendet werden kann;

Fig. 27 ein Blockschaltbild einer rückwärtigen Stufenschaltung ist, die in den Fig. 10 bis 13 und den Fig. 18 bis 21 gezeigt ist;

Fig. 28 ein Schaltungsdiagramm einer detaillier­ ten Schaltungskonfiguration der Struktur der vierten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 29 ein Schaltungsdiagramm einer anderen de­ taillierten Schaltungskonfiguration der Struktur der vier­ ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

Fig. 30 ein Schaltungsdiagramm einer detaillier­ ten Schaltungskonfiguration der Struktur der achten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung ist; und

Fig. 31 ein Schaltungsdiagramm einer anderen de­ taillierten Schaltungskonfiguration der Struktur der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung kann wie folgt erläu­ tert werden. Ein Differenzverstärker ist vorgesehen, der dazu dient, den elektromechanischen Kopplungsverlust zu re­ duzieren. Eine Addierschaltung ist vorgesehen, die dazu dient den elektrostatischen Kopplungsverlust zu reduzieren. Der oben genannte Differenzverstärker kann sowohl bei dem Kreisel angewendet werden, der in den Fig. 1A und 1B ge­ zeigt ist, als auch bei dem Kreisel angewendet werden, der in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist. In ähnlicher Weise kann die Addierschaltung sowohl bei dem Kreisel nach den Fig. 1A und 1B als auch bei dem Kreisel gemäß den Fig. 2A und 2B verwendet werden.

Die Fig. 10, 11, 12 und 13 sind Diagramme von Vi­ brationskreiselvorrichtungen, die jeweils den Vibrations­ kreisel mit der in den Fig. 1A und 1B gezeigten Elektro­ denanordnung verwenden.

Zuerst soll eine Beschreibung unter Hinweis auf Fig. 10 folgen, und zwar von einer Vibrationskreiselvor­ richtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung. Die Vibrationskreiselvorrichtung, die in Fig. 10 gezeigt ist, besitzt ein Merkmal, wonach ein Diffe­ renzverstärker vorgesehen ist, um den elektromechanischen Kopplungsverlust (leakage) aufgrund der überschüssigen Kom­ ponente des Kraftkoeffizienten auf der Antriebsseite zu re­ duzieren.

In Fig. 10 entspricht eine Elektrode 36 den Elek­ troden 14 und 17, die in den Fig. 1A und 1B gezeigt sind, und eine Elektrode 37 entspricht den Elektroden 15 und 16 in diesen Figuren. Eine Treiberschaltung 38 enthält eine Treiberquelle 20, die in Fig. 1B gezeigt ist. Die Elektrode 37 ist mit einem von zwei Eingängen einer Differenzverstär­ kerschaltung 40 über eine Verstärkerschaltung 39 verbunden. Ein Signal, welches an der Elektrode 37 erhalten wird, wird an die Differenzverstärkerschaltung 40 über die Verstärker­ schaltung 39 angelegt. Das an der Elektrode 37 erhaltene Signal ist ein sinusförmiges Signal, welches in Phase mit dem Treibersignal steht (fortlaufendes rechteckförmiges Si­ gnal), welches durch die Treiberschaltung 38 erzeugt wird. Das sinusförmige Signal, welches an der Elektrode 37 erhal­ ten wird, wird durch die Verstärkerschaltung 39 verstärkt, die einen geeigneten Verstärkungsfaktor besitzt (der an späterer Stelle beschrieben werden soll).

Das über den Detektionselektroden erhaltene De­ tektionssignal, die an dem Arm 12 befestigt sind, wird an den anderen Eingangsanschluß der Differenzverstärkerschal­ tung 40 angelegt. Das Detektionssignal ist ein sinusförmi­ ges Signal. Wie an früherer Stelle beschrieben wurde, exi­ stiert eine Phasendifferenz von 90° zwischen dem Detekti­ onssignal und dem Signal, welches an der Elektrode 37 er­ halten wird. Um eine In-Phase-Beziehung (keine Phasendiffe­ renz) zwischen dem Detektionssignal und dem Signal zu er­ halten, welches an der Elektrode 37 erhalten wird, ist eine Phaseneinstellschaltung vorgesehen, um die Phase von wenig­ stens einem der zwei Signale einzustellen, um die Signale in einen In-Phase-Zustand zu bringen. Eine solche Phasen­ einstellschaltung soll an späterer Stelle beschrieben wer­ den.

Die Differenzverstärkerschaltung 40 führt eine Differenzverstärkungsoperation an den zwei Eingangssignalen durch und gibt ein resultierendes Signal an eine Schaltung 41 einer rückwärtigen Stufe aus. Wie an späterer Stelle be­ schrieben wird, enthält die Schaltung 41 der rückwärtigen Stufe die zuvor erwähnte Offset-Einstellschaltung 29, die Synchron-Detektorschaltung 31 und den Differenzverstärker 32.

Fig. 14 zeigt ein Wellenformdiagramm, welches ei­ ne Betriebsweise der Vibrationskreiselvorrichtung zeigt, die in Fig. 10 veranschaulicht ist. Die Treiberschaltung 38 legt das fortlaufende Rechteckwellen-Treibersignal (in (A) von Fig. 14 gezeigt) an die Elektrode 36 an. Der Verstärker 39 verstärkt das sinusförmige Signal, welches an der Elek­ trode 37 erhalten wurde. Der Verstärkungsfaktor der Ver­ stärkerschaltung 39 ist so bestimmt bzw. festgelegt, daß eine Sinuswellenkomponente, die in dem Detektionssignal enthalten ist (in (B) von Fig. 14 gezeigt) und an die Dif­ ferenzverstärkerschaltung angelegt wird, beseitigt wird. Somit enthält das in (D) von Fig. 14 gezeigte Ausgangs­ signal der Differenzverstärkerschaltung 40 keine wesentli­ che Sinuswellenkomponente. Das Ausgangssignal der Diffe­ renzverstärkerschaltung 40 enthält eine rechteckförmige Welle, in welcher ein elektrostatischer Kopplungsverlust verbleibt. Da jedoch das Ausgangssignal der Differenzver­ stärkerschaltung 40 keine wesentliche Sinuswellenkomponente enthält, kann der elektromechanische Kopplungsverlust auf der Treiberseite stark reduziert werden. Es sei darauf hin­ gewiesen, daß eine Sinuswellenkomponente, die geringfügig in dem Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 40 enthalten ist, grundsätzlich ein mechanischer Kopplungsver­ lust ist, der mit Hilfe des Verfahrens reduziert werden kann, welches in den Fig. 7A und 7B gezeigt ist, wenn dies gewünscht wird.

Fig. 11 zeigt eine Vibrationskreiselvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung. In Fig. 11 sind Teile, welche die gleichen sind wie diejenigen in Fig. 10, mit den gleichen Bezugszeichen ver­ sehen. Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung besitzt ein Merkmal, wonach eine Addierschaltung vor­ gesehen ist, um den elektrostatischen Kopplungsverlust zu reduzieren. Das Treibersignal (fortlaufende rechteckförmige Welle), welches von der Treiberschaltung 38 ausgegeben wird, wird durch die Verstärkerschaltung 42 mit einem ge­ eigneten Verstärkungsfaktor verstärkt und wird dann an die Addierschaltung 43 angelegt. Die Addierschaltung 42 emp­ fängt das Detektionssignal von dem Kreisel und addiert zu diesem das verstärkte Signal von der Verstärkerschaltung 42. Es ist erforderlich, entweder das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 42 oder das Detektionssignal zu inver­ tieren, um den elektrostatischen Kopplungsverlust zu besei­ tigen. Durch Einstellen des Verstärkungsfaktors der Ver­ stärkerschaltung 42 auf einen geeigneten Wert können Stu­ fenabschnitte, die in dem Detektionssignal enthalten sind und die dem elektrostatischen Kopplungsverlust entsprechen (in (B) von Fig. 15 gezeigt) beseitigt werden, so daß das Ausgangssignal der Addierschaltung 43 im wesentlichen le­ diglich eine Sinuswellenkomponente enthält, wie in (C) von Fig. 15 gezeigt ist. Das Ausgangssignal der Addierschaltung 43 wird durch die Schaltung 41 der rückwärtigen Stufe ver­ arbeitet. Ein in dem Ausgangssignal der Addierschaltung 43 enthaltener mechanischer Kopplungsverlust kann mit Hilfe des Verfahrens reduziert werden, welches in den Fig. 7A und 7B gezeigt ist, wenn dies gewünscht wird.

Fig. 12 zeigt eine Vibrationskreiselvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung, in der Teile, welche die gleichen sind wie diejeni­ gen, die in den früher beschriebenen Figuren vorkommen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Fig. 16 zeigt ein Wellenformdiagramm einer Betriebsweise der dritten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 12 ge­ zeigte Vibrationskreiselvorrichtung entspricht einer Kombi­ nation der Strukturen, die in den Fig. 10 und 11 gezeigt sind. Das Ausgangssignal der Addierschaltung 43 wird an die Differenzverstärkerschaltung 40 angelegt. Wie an früherer Stelle beschrieben wurde, besteht das Ausgangssignal der Addierschaltung 43 aus einem Sinuswellensignal, wie in (B) von Fig. 16 gezeigt ist. Wie ebenfalls bereits beschrieben wurde, besteht das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 39 aus einem Sinuswellensignal. Wenigstens eines der Sinus­ wellensignale wird einem Phaseneinstellprozeß unterworfen. Die Differenzverstärkungsoperation wird durch die Diffe­ renzverstärkerschaltung 40 ausgeführt. Es ist damit mög­ lich, in dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers 40 den elektrostatischen Kopplungsverlust und den treiberseitigen elektromechanischen Kopplungsverlust zu reduzieren, wie in (C) in Fig. 16 gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 40 eine Sinuswellenkomponente enthalten kann, basierend auf dem me­ chanischen Kopplungsverlust, der auf die in den Fig. 7A und 7B gezeigte Weise reduziert werden kann.

Fig. 13 zeigt eine Vibrationskreiselvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung, in welcher Figur die Teile, welche die gleichen sind wie diejenigen, die in früher beschriebenen Figuren vorkom­ men, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Fig. 17 zeigt ein Wellenformdiagramm einer Betriebsweise der vier­ ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die in Fig. 12 gezeigte Vibrationskreiselvorrichtung entspricht einer anderen Kombination der Strukturen, die in den Fig. 10 und 11 gezeigt sind. Die Addierschaltung 43 addiert das Aus­ gangssignal der Differenzverstärkerschaltung 40 und das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 42. Wie bereits an früherer Stelle beschrieben wurde, besteht das Ausgangs­ signal der Differenzverstärkerschaltung 40 aus einem Sinus­ wellensignal, wie in (B) von Fig. 17 gezeigt ist. Wie eben­ falls beschrieben wurde, besteht das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 42 aus einem Sinuswellensignal, wie in (C) von Fig. 17 gezeigt ist. Die Phase von wenigstens einem der Ausgangssignale, die in (B) und (C) von Fig. 17 gezeigt sind, wird einem Phaseneinstellprozeß unterworfen. Dann werden das Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 40 und das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 42 mit Hilfe der Addierschaltung 43 addiert. Es ist damit möglich, in dem Ausgangssignal der Addierschaltung 43 den elektro­ statischen Kopplungsverlust und den treiberseitigen elek­ tromechanischen Kopplungsverlust zu reduzieren, wie in (C) von Fig. 17 gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß das Ausgangssignal der Addierschaltung 43 eine Sinuswellenkom­ ponente enthalten kann, und zwar basierend auf dem mechani­ schen Kopplungsverlust, der auf die in den Fig. 7A und 7B gezeigte Weise reduziert werden kann.

Es können verschiedene Variationen der in den Fig. 10 bis 13 gezeigten Strukturen vorgenommen werden. Es kann beispielsweise eine Verstärkerschaltung, die das De­ tektionssignal verstärkt, in irgendeiner der Strukturen vorgesehen werden, die in den Fig. 10 bis 13 gezeigt sind.

Es soll nun eine Beschreibung der fünften bis achten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung folgen, die einen Vibrationskreisel enthalten, der die Elektro­ denanordnung besitzt, wie sie in den Fig. 2A und 2B gezeigt sind.

Fig. 18 zeigt eine Vibrationskreiselvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung, die ein Merkmal aufweist, wonach eine Differenzver­ stärkerschaltung vorgesehen ist, die dazu dient den elek­ tromechanischen Kopplungsverlust aufgrund einer Überschuß­ komponente des Kraftkoeffizienten auf der Treiberseite zu reduzieren. Fig. 22 zeigt ein Wellenformdiagramm, welches die Betriebsweise der Vibrationskreiselvorrichtung veran­ schaulicht, die in Fig. 18 gezeigt ist.

Wie an früherer Stelle beschrieben wurde, erzeugt der in den Fig. 2A und 2B gezeigte Vibrationskreisel das erste Detektionssignal DET1 ((B) von Fig. 22) und das zwei­ te Detektionssignal DET2 ((C) von Fig. 22). Wie in Fig. 18 gezeigt ist, wird das Detektionssignal DET1 durch eine Ver­ stärkerschaltung 45 verstärkt, die einen geeigneten Ver­ stärkungsfaktor besitzt und es wird dann ein verstärktes Detektionssignal DET1 an eine Differenzverstärkerschaltung 46 angelegt. Das Detektionssignal DET2 wird an die Diffe­ renzverstärkerschaltung 46 angelegt. Durch Einstellen des Verstärkungsfaktors der Verstärkerschaltung 45 auf einen geeigneten Wert, wird es möglich, die Sinuswellenkomponen­ ten zu beseitigen, die jeweils in den Detektionssignalen DET1 und DET2 enthalten sind und somit den elektromechani­ schen Kopplungsverlust auf der Treiberseite zu reduzieren. Als ein Ergebnis basiert eine Sinuswellenkomponente, die in dem Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 46 ((D) von Fig. 22) verblieben ist, auf dem mechanischen Kopp­ lungsverlust, der auf die Weise reduziert werden kann, wie sie in den Fig. 7A und 7B gezeigt ist. Das Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 46 wird einem synchronen Detektions- und Verstärkungsprozeß in der Schaltung 47 ei­ ner rückwärtigen Stufe unterzogen.

Fig. 19 zeigt eine Vibrationskreiselvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Er­ findung, in welcher Figur Teile, welche die gleichen sind wie diejenigen, die in Fig. 18 gezeigt sind, mit den glei­ chen Bezugszeichen versehen sind. Fig. 23 zeigt ein Wellen­ formdiagramm der Betriebsweise der Vibrationskreiselvor­ richtung, die in Fig. 19 gezeigt ist. Die sechste Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung besitzt ein Merkmal, wonach eine Addierschaltung vorgesehen ist, um den elektro­ statischen Kopplungsverlust zu reduzieren.

Die Verstärkerschaltungen 49 und 50 verstärken das Treibersignal (eine fortlaufende rechteckförmige Welle, die bei (A) von Fig. 23 gezeigt ist) aus der Treiberschal­ tung 38, und zwar mit jeweils geeigneten Verstärkungsfakto­ ren. Das durch die Verstärkerschaltung 49 verstärkte Trei­ bersignal wird an eine Addierschaltung 51 angelegt, die das Detektionssignal DET1 empfängt, welches bei (B) von Fig. 23 gezeigt ist. Das durch die Verstärkerschaltung 50 verstärk­ te Treibersignal wird an eine Addierschaltung 52 angelegt, die das Detektionssignal DET2 empfängt, welches in (C) von Fig. 23 gezeigt ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die verstärkten Treibersignale aus den Verstärkerschaltungen 49 und 50 einem Phaseneinstellprozeß unterworfen werden, um diese verstärkten Treibersignale in Phase zu ziehen, und zwar jeweils mit den Detektionssignalen DET1 und DET2.

Die Addierschaltung 51 addiert das Detektions­ signal DET1 und das verstärkte Treibersignal aus der Ver­ stärkerschaltung 49, was dann zu einem Ausgangssignal führt, welches bei (D) von Fig. 23 gezeigt ist. Die Addier­ schaltung 52 addiert das Detektionssignal DET2 und das ver­ stärkte Treibersignal aus der Verstärkerschaltung 50, was dann zu einem Ausgangssignal führt, welches bei (E) in Fig. 23 gezeigt ist. Wie bei (D) und (E) von Fig. 23 gezeigt ist, besitzen die Ausgangssignale der Addierstufen 51 und 52 stark reduzierte Rechteckwellenkomponenten. Das heißt, die in den Detektionssignalen DET1 und DET2 enthaltenen Rechteckwellenkomponenten können stark reduziert werden, so daß der elektrostatische Kopplungsverlust stark reduziert werden kann. Die Ausgangssignale der Addierstufen 51 und 52 enthalten grundlegend Sinuswellenkomponenten, die den elek­ tromechanischen Kopplungsverlusten entsprechen. Eine Schal­ tung 55 der rückwärtigen Stufe führt eine Differenzverstär­ kungs-, Synchrondetektions- und Verstärkungsoperation an den Ausgangssignalen der Addierschaltungen 51 und 52 durch.

Fig. 20 zeigt eine Vibrationskreiselvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung, in welcher Figur Teile, welche die gleichen sind wie diejenigen, die in früher beschriebenen Figuren gezeigt sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die in Fig. 20 gezeigte Vibrationskreiselvorrichtung entspricht einer Kombination der Strukturen, die in den Fig. 18 und 19 gezeigt sind. Fig. 24 zeigt ein Wellenformdiagramm der Be­ triebsweise der Vibrationskreiselvorrichtung, die in Fig. 20 gezeigt ist.

Wie an früherer Stelle unter Hinweis auf Fig. 19 beschrieben wurde, sind die Ausgangssignale der Addier­ schaltungen 51 und 52 Sinuswellenkomponenten, in denen die elektrostatischen Kopplungsverluste bereits vermindert sind. Das Ausgangssignal der Addierschaltung 51 wird durch die Verstärkerschaltung 45 mit einem geeigneten Faktor ver­ stärkt. Die Differenzverstärkerschaltung 46 führt eine Dif­ ferenzverstärkungsoperation an dem Ausgangssignal der Ver­ stärkerschaltung 45 durch und auch an dem Ausgangssignal der Addierschaltung 52. Es ist damit möglich, den elektro­ mechanischen Kopplungsverlust auf der Treiberseite zu redu­ zieren. Eine Sinuswellenkomponente, die in dem Ausgangs­ signal der Differenzverstärkerschaltung 46 verblieben ist, basiert auf dem mechanischen Kopplungsverlust und kann auf die in den Fig. 7A und 7B veranschaulichte Weise beseitigt werden.

Fig. 21 zeigt eine Vibrationskreiselvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung, wobei in dieser Figur Teile, die die gleichen sind wie diejenigen, die in früher beschriebenen Figuren bereits gezeigt sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Fig. 25 zeigt ein Wellenformdiagramm der Betriebsweise der Vibrationskreiselvorrichtung, die in Fig. 21 gezeigt ist. Die in Fig. 21 gezeigte Struktur entspricht einer anderen Kombination der Strukturen, die in den Fig. 18 und 19 ge­ zeigt sind. Wie in (B) von Fig. 25 dargestellt ist, besteht das Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 46 aus einem Rechteckwellensignal, wie bereits unter Hinweis auf die Fig. 18 und 22 beschrieben worden ist. Das Treibersi­ gnal, welches von der Treiberschaltung 38 ausgegeben wird, besteht ebenfalls aus einem Rechteckwellensignal, wie in (A) von Fig. 25 gezeigt ist. Damit ist es durch Addieren der oben erläuterten zwei Rechteckwellensignale nach der Phaseneinstellung möglich, in dem Ausgangssignal der Ad­ dierschaltung 51 den elektrostatischen Kopplungsverlust und den treiberseitigen elektromechanischen Kopplungsverlust zu reduzieren, wie in (C) von Fig. 25 gezeigt ist. Die in dem Ausgangssignal der Addierschaltung 51 verbleibende Sinus­ wellenkomponente basiert auf dem mechanischen Kopplungsver­ lust und kann auf die Weise beseitigt werden, wie sie in den Fig. 7A und 7B veranschaulicht ist.

Es sind vielfältige Variationen der Konstruktio­ nen, die in den Fig. 18 bis 21 gezeigt sind, möglich. Es kann beispielsweise eine Verstärkerschaltung in irgendeine der Strukturen, die in den Fig. 18 bis 21 gezeigt sind, vorgesehen sein, die das zweite Detektionssignal DET2 ver­ stärkt.

Fig. 26 zeigt ein Beispiel der Phaseneinstell­ schaltung, die an früherer Stelle beschreiben wurde. Ein variabler Kondenstor C1, der als Phaseneinstellschaltung funktioniert, ist zwischen den erde-seitigen Elektroden, die an dem treiberseitigen Arm 11 befestigt sind, und Masse oder Erde vorgesehen. Durch Variieren der Kapazität des va­ riablen Kondensators C1 ist es möglich, die Phasenbeziehung zwischen dem Detektionssignal und dem Signal, welches an der Elektrode 37 erhalten wird, einzustellen.

Fig. 27 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispiels von Schaltungen 41, 47 und 55 einer rückwärtigen Stufe. Je­ de der Schaltungen 41, 47 und 55 der rückwärtigen Stufe be­ steht aus einem Phasenschieber 57, einem Wechselstromver­ stärker 58, einer Phasendetektorschaltung 59, einem Tief­ paßfilter (LPF) 60 und einem Gleichstromverstärker 61. Der Phasenschieber 57 verschiebt die Phase des Ausgangssignals von der Schaltung der früheren Stufe (das ist beispielswei­ se das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 40, der in Fig. 10 gezeigt ist). Der Wechselstromverstärker 58 ver­ stärkt das Ausgangssignal des Phasenschiebers 57 wechsel­ strommäßig. Die Synchron-Detektorschaltung 59 führt die synchrone Detektionsoperation an dem Ausgangssignal des Wechselstromverstärkers 58 durch, indem das Treibersignal aus der Treiberschaltung 38 verwendet wird. Die Synchron- Detektorschaltung 59 kann aus einer herkömmlichen IC für die Verwendung bei der synchronen Detektion gebildet sein. Das Tiefpaßfilter 60 beseitigt unnötige Hochfrequenzkompo­ nenten, wie beispielsweise Überschwingkomponenten, die in dem Synchron-Detektionsausgang enthalten sind. Der Gleich­ stromverstärker 61 führt eine Gleichstromverstärkung des Signals aus dem Tiefpaßfilter 60 durch. Der Gleichstromver­ stärker 61 entspricht der Offset-Einstellschaltung 29 und der Differenzverstärkerschaltung 32, die in Fig. 4 gezeigt ist, und erzeugt die Ausgangssignale OUT1 und OUT2 abhängig von dem Pegel des Signals vom Tiefpaßfilter 60. Wie an frü­ herer Stelle beschrieben wurde, zeigt die Potentialdiffe­ renz zwischen den Ausgangssignalen OUT1 und OUT2 die Win­ kelgeschwindigkeit an, die auf den Kreisel aufgebracht wird und das Vorzeichen derselben zeigt die Drehrichtung an.

In der Schaltung 55 der rückwärtigen Stufe, die in den Fig. 19 und 20 gezeigt ist, wird eines der zwei Si­ gnale aus der vorhergehenden Schaltung an den Phasenschie­ ber 57 angelegt.

Fig. 28 ist ein Schaltungsdiagramm einer Schal­ tung, die der Struktur entspricht, welche in Fig. 13 ge­ zeigt ist. Die Treiberschaltung 38 enthält Widerstände mit einem variablen Widerstand R1, Kondensatoren mit einem va­ riablen Kondensator C1, Pufferstufen mit drei Zuständen und Zenerdioden. Diese Komponenten bilden eine Oszillatorschal­ tung zusammen mit dem treiberseitigen Arm 11. Die Oszilla­ tionsfrequenz und die Phase kann durch den variablen Wider­ stand R1 und den variablen Kondensator C1 eingestellt wer­ den. Es sei darauf hingewiesen, daß der variable Kondensa­ tor C1, der in Fig. 26 gezeigt ist, als die Phaseneinstell­ schaltung erläutert wurde, während der variable Kondensator C1, der in Fig. 28 gezeigt ist, als ein Teil der Treiber­ schaltung 38 veranschaulicht ist.

Die Verstärkerschaltung 39, die an den variablen Kondensator C1 angeschaltet ist, besteht aus einer Emitter- Folger-Schaltung mit einem Transistor Q2. Obwohl in Fig. 13 nicht verwendet, wird eine Verstärkerschaltung 39A dazu verwendet, um das Detektionssignal zu verstärken. Die Ver­ stärkerschaltung 39A besteht aus einer Emitter-Folger- Schaltung mit einem Transistor Q1.

Die Ausgangssignale der Verstärkerschaltungen 39 und 39A werden an eine Differenzverstärkerschaltung 40 an­ gelegt. Das Treibersignal aus der Treiberschaltung 38 wird an die Addierschaltung 43 angelegt. Die Verstärkerschaltung 42, die in Fig. 13 gezeigt ist, wird in der Konstruktion nach Fig. 28 nicht verwendet. Die Differenzverstärkerschal­ tung 40 enthält die Transistoren Q3, Q4 und Q5. Das Aus­ gangssignal der Verstärkerschaltung 39A wird an die Basis des Transistors Q4 über einen Kopplungskondensator ange­ legt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 39 wird an die Ba­ sis des Transistors Q4 über einen Kopplungskondensator an­ gelegt. Der Transistor Q5 arbeitet als eine Konstantstrom­ quelle und die Größe des Stromes derselben wird durch das Ausgangssignal der Addierschaltung 43 gesteuert. Die Ad­ dierschaltung 43 enthält einen variablen Widerstand R2 und einen stationären Widerstand R3. Die Treiberspannung wird durch die Widerstände R2 und R3 aufgeteilt und die aufge­ teilte Spannung wird an die Basis des Transistors Q5 ange­ legt. Die Basisspannung, die auf diese Weise festgelegt ist, dient dazu, den Verstärkungsfaktor der Differenzver­ stärkerschaltung 40 zu ändern.

Es sei darauf hingewiesen, daß Fig. 13 so wieder­ gegeben ist, daß die Addierschaltung 43 das Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 40 zu dem Treibersignal addiert, während die Schaltungskonfiguration, die in Fig. 28 gezeigt ist, im wesentlichen die Funktion realisiert, die in Fig. 13 gezeigt ist, indem der Verstärkungsfaktor der Differenzverstärkerschaltung 40 entsprechend der Trei­ berspannung geändert wird.

Eines von zwei Ausgangssignalen der Differenzver­ stärkerschaltung 40 (die Kollektorspannung des Transistors Q3) wird an den Phasenschieber 57 der Schaltung 41 der rückwärtigen Stufe angelegt. Der Phasenschieber 57 enthält einen Transistor Q5, Widerstände und einen Kondensator 57 und bestimmt die Phase des Signals, welches an die Basis des Transistors Q5 angelegt wird. Der Wechselstromverstär­ ker 58 enthält Transistoren Q6 und Q7, Widerstände und Kon­ densatoren und führt eine Wechselstromverstärkung des Aus­ gangssignals des Phasenschiebers 57 durch. Das Ausgangs­ signal des Wechselstromverstärkers 58 wird an die Synchron- Detektorschaltung 59 angelegt und wird einem Synchron-De­ tektionsprozeß unterworfen, und zwar unter Verwendung des Treibersignals aus der Treiberschaltung 38.

Das Signal aus der Synchron-Detektorschaltung 59 gelangt über das Tiefpaßfilter 60, welches einen Widerstand und einen Kondensator enthält, und wird an den Gleichstrom­ verstärker 61 angelegt. Wie in Fig. 28 gezeigt ist, enthält der Gleichstromverstärker 61 Transistoren Q8, Q9, Wider­ stände und einen variablen Widerstand R4 und einen Konden­ sator. Das Signal aus dem Tiefpaßfilter 60 wird an die Ba­ sis des Transistors Q9 angelegt. Eine Bezugsspannung, die durch den Widerstand R4 definiert ist, wird an die Basis des Transistors Q8 über den Widerstand angelegt. Die auf diese Weise erzeugte Bezugsspannung arbeitet als eine Offset-Spannung-Einstellspannung, welche die Offset-Größe eines Differenzverstärkers einstellt, der aus den Transi­ storen Q8 und Q9 zusammengesetzt ist. Die Ausgangssignale OUT1 und OUT2 werden an den Kollektoren der Transistoren Q9 und Q8 erhalten.

Die in Fig. 28 gezeigte Schaltung arbeitet mit einer Stromversorgungsspannung Vcc.

Die detaillierten Schaltungskonfigurationen, wel­ che die Strukturen betreffen, die in den Fig. 10 bis 12 ge­ zeigt sind, ergeben sich aus der Schaltungskonfiguration, die in Fig. 28 gezeigt ist, entsprechend der in Fig. 13 ge­ zeigten Struktur.

Fig. 29 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Schal­ tungskonfiguration, die so ausgelegt ist, daß die in Fig. 13 gezeigte Konfiguration durch Operationsverstärker reali­ siert ist. Die Verstärkerschaltung 39, welche an die erd­ seitige Elektrode 37 angeschlossen ist, welche an dem trei­ berseitigen Arm 11 befestigt ist, enthält einen Operations­ verstärker OP1, Widerstände und einen Kondensator. Der Kon­ densator, der zwischen den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers OP2 und den Ausgangsanschluß des­ selben geschaltet ist, funktioniert, um die unnötigen hoch­ frequenten Komponenten, wie beispielsweise Überschwingkom­ ponenten zu glätten. Die Verstärkerschaltung 42, die mit der Treiberschaltung 38 verbunden ist, enthält einen Opera­ tionsverstärker OP3, Widerstände mit einem variablen Wider­ stand R2 und einem Kondensator. Das an der Elektrode 37 er­ haltene Signal wird hier invertiert und wird an die Addier­ schaltung 43 angelegt. Durch Verändern des Widerstandes des variablen Widerstandes R2 kann der Verstärkungsfaktor der Verstärkerschaltung 42 eingestellt werden. Der zwischen den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers OP3 und den Ausgangsanschluß desselben geschaltete Konden­ sator arbeitet dahingehend, daß die unerwünschten Komponen­ ten, wie beispielsweise Überschwingkomponenten, geglättet werden.

Das Detektionssignal wird durch eine Verstärker­ schaltung 65 verstärkt (die in der Konfiguration nach Fig. 13 nicht verwendet wird) und wird an die Differenzverstär­ kerschaltung 40 angelegt. Die Verstärkerschaltung 65 ent­ hält einen Operationsverstärker OP2, Widerstände und einen Kondensator. Der Kondensator, der zwischen den invertieren­ den Eingangsanschluß des Operationsverstärkers OP2 und den Ausgangsanschluß desselben geschaltet ist, arbeitet in sol­ cher Weise, um unerwünschte Komponenten, wie beispielsweise Überschwingkomponenten zu glätten.

Die Differenzverstärkerschaltung 40 enthält einen Operationsverstärker OP4 und Widerstände mit einem varia­ blen Widerstand R3. Der variable Widerstand R3 funktioniert in solcher Weise, um den Verstärkungsfaktor der Differenz­ verstärkerschaltung 40 einzustellen. Das Ausgangssignal der Verstärkerschaltung 65 wird an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers OP4 über den Wi­ derstand angelegt. Das Ausgangssignal des Operationsver­ stärkers OP4 wird zurück zum invertierenden Eingangsan­ schluß des Operationsverstärkers OP4 geführt.

Die Addierschaltung 43 besteht aus einem Operati­ onsverstärker OP3 und aus Widerständen. Die Ausgangssignale der Differenzverstärkerschaltung 40 und der Verstärker­ schaltung 42 werden über die jeweiligen Widerstände addiert und werden an den invertierenden Eingangsanschluß des Ope­ rationsverstärkers OP5 angelegt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP5 wird über die Schaltung 41 der rückwärtigen Stufe ausgegeben (Fig. 13).

Die detaillierten Schaltungskonfigurationen der Strukturen, die in den Fig. 10 bis 12 gezeigt sind, welche Operationsverstärker verwenden, ergeben sich aus der Konfi­ guration, die in Fig. 29 gezeigt ist, welche die Struktur gemäß Fig. 13 realisiert.

Fig. 30 ist ein Schaltungsdiagramm einer Konfigu­ ration, die der in Fig. 21 gezeigten Struktur entspricht. In Fig. 30 sind Teile, welche die gleichen sind wie dieje­ nigen, die in Fig. 28 gezeigt sind, mit den gleichen Be­ zugszeichen versehen. Die Verstärkerschaltung 50, die das Detektionssignal DET1 verstärkt, besitzt die gleiche Konfi­ guration wie die Verstärkerschaltung 39A, die in Fig. 28 gezeigt ist. Eine Verstärkerschaltung 50A, die das Detekti­ onssignal DET2 verstärkt, besitzt die gleiche Konfiguration wie der Verstärker 39, der in Fig. 28 gezeigt ist. Die Dif­ ferenzverstärkerschaltung 46, die in Fig. 30 gezeigt ist, ist in der gleichen Weise wie die Differenzverstärkerschal­ tung 40 konfiguriert, die in Fig. 28 gezeigt ist. Die in Fig. 28 gezeigte Addierschaltung 51 ist in der gleichen Weise konfiguriert wie die Addierschaltung 43, die in Fig. 28 gezeigt ist.

Fig. 31 ist ein Schaltungsdiagramm einer Konfigu­ ration, welches die Struktur nach Fig. 21 realisiert, indem Operationsverstärker verwendet werden. In Fig. 31 sind Tei­ le, welche die gleichen sind wie diejenigen, die in Fig. 29 gezeigt sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Verstärkerschaltung 50 verstärkt das Detektionssignal DET1 und ist in der gleichen Weise konfiguriert wie die Verstär­ kerschaltung 65, die in Fig. 29 gezeigt ist. Die in Fig. 31 gezeigte Verstärkerschaltung 50A ist in der gleichen Weise konfiguriert wie die Verstärkerschaltung 39, die in Fig. 29 gezeigt ist. Die in Fig. 31 gezeigte Differenzverstärker­ schaltung 46 ist in der gleichen Weise konfiguriert wie die Differenzverstärkerschaltung 40, die in Fig. 29 gezeigt ist. Die in Fig. 31 gezeigte Verstärkerschaltung 49 ist in der gleichen Weise konfiguriert wie die Verstärkerschaltung 42, die in Fig. 29 gezeigt ist. Die in Fig. 31 gezeigte Ad­ dierschaltung 51 ist in der gleichen Weise konfiguriert wie die Addierschaltung 42, die in Fig. 29 gezeigt ist.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die spe­ zifischen offenbarten Ausführungsformen begrenzt und es sind Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

1. Detektorschaltung für einen Vibrationskrei­ sel, mit:
einer ersten Schaltung, die ein Detektionssignal detektiert, welches von dem Vibrationskreisel ausgegeben wurde und welche ein Ausgangssignal erzeugt, welches eine Winkelgeschwindigkeit angibt, die auf den Vibrationskreisel aufgebracht wurde; und
einer zweiten Schaltung, die betriebsmäßig mit der ersten Schaltung gekoppelt ist und die eine Verlust- oder Leckkomponente reduziert, welche in dem Detektions­ signal enthalten ist,
welche zweite Schaltung einen Schaltungsteil ent­ hält, der wenigstens einen Verlust gemäß einem elektromechanischen Kopplungsverlust, der von einer Treiberseite des Vibrationskreisels zu einer Detektionsseite desselben hin gerichtet ist und einen elektrostatischen Kopplungsverlust, der von der Treiberseite des Vibrationskreisels zur Detektorseite des­ selben hin gerichtet ist, reduziert,
und welche zweite Schaltung eine vorbestimmte Operati­ on an dem Detektionssignal und einem Signal, welches an ei­ ner ersten Treiberelektrode erhalten wird, ausführt.

2. Detektorschaltung nach Anspruch 1, bei der die zweite Schaltung eine Differenzverstärkerschaltung ent­ hält, die eine Differenzverstärkungsoperation bei dem De­ tektionssignal und einem Signal durchführt, welches an ei­ ner ersten Treiberelektrode erhalten wird, die paarweise mit einer zweiten Treiberelektrode vorgesehen ist, an die ein Treibersignal angelegt wird, so daß ein elektromechani­ scher Kopplungsverlust (coupling leakage), der in dem De­ tektionssignal enthalten ist, reduziert werden kann.

3. Detektorschaltung nach Anspruch 1, bei der die zweite Schaltung eine Addierschaltung enthält, die ein Treibersignal, welches an den Vibrationskreisel angelegt ist, und das Detektionssignal addiert, so daß ein elek­ trostatischer Kopplungsverlust, der in dem Detektionssignal enthalten ist, reduziert werden kann.

4. Detektorschaltung nach Anspruch 1, bei der das Detektionssignal ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal enthält; und die zweite Schaltung eine Differenzverstärker­ schaltung enthält, die eine Differenzverstärkungsoperation an dem ersten und dem zweiten Detektionssignal durchführt, so daß elektromechanischen Kopplungsverluste, die in dem ersten und dem zweiten Detektionssignal enthalten sind, re­ duziert werden können.

5. Detektorschaltung nach Anspruch 1, bei der das Detektionssignal ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal enthält; und die zweite Schaltung eine Addierschaltung ent­ hält, die das erste und das zweite Detektionssignal ad­ diert, so daß elektrostatische Kopplungsverluste, die in dem ersten und dem zweiten Detektionssignal enthalten sind, reduziert werden können.

6. Detektorschaltung nach Anspruch 1, bei der die zweite Schaltung folgendes enthält:
eine Addierschaltung, die ein Treibersignal, wel­ ches an den Vibrationskreisel angelegt wird, und das Detek­ tionssignal addiert; und
eine Differenzverstärkerschaltung, die eine Dif­ ferenzverstärkungsoperation an einem Ausgangssignal der Ad­ dierschaltung und einem Signal durchführt, welches an einer ersten Elektrode erhalten wird, die paarweise mit einer zweiten Elektrode vorhanden ist, an welche das Treibersi­ gnal angelegt wird.

7. Detektorschaltung nach Anspruch 1, bei der die zweite Schaltung folgendes enthält:
eine Differenzverstärkerschaltung, die eine Dif­ ferenzverstärkungsoperation an dem Detektionssignal und ei­ nem Signal durchführt, welches an einer ersten Elektrode erhalten wird, die paarweise mit einer zweiten Elektrode vorgesehen ist, an die ein Treibersignal angelegt wird; und
eine Addierschaltung, die ein Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung und das Treibersignal, welches an die zweite Elektrode des Vibrationskreisels angelegt wird, addiert.

8. Detektorschaltung nach Anspruch 1, bei der das Detektionssignal ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal enthält; und die zweite Schaltung eine Addierschaltung ent­ hält, die ein Treibersignal, welches an den Vibrationskrei­ sel angelegt wird, und das erste und das zweite Detektions­ signal addiert, und eine Differenzverstärkerschaltung, die eine Differenzverstärkungsoperation an zwei Ausgangssigna­ len der Addierschaltung durchführt.

9. Detektorschaltung nach Anspruch 1, bei der das Detektionssignal ein erstes Detektionssignal und ein zweites Detektionssignal enthält; und die zweite Schaltung eine Differenzverstärker­ schaltung enthält, die eine Differenzverstärkungsoperation an dem ersten und dem zweiten Detektionssignal durchführt, und eine Addierschaltung, die ein Treibersignal, welches an den Vibrationskreisel angelegt wird, und ein Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung addiert.

10. Vibrationskreiselvorrichtung, mit:
einem Vibrationskreisel; und
einer Detektorschaltung, die eine erste Schaltung enthält, welche ein Detektionssignal detektiert, das von dem Vibrationskreisel ausgegeben wurde und die ein Aus­ gangssignal erzeugt, das eine Winkelgeschwindigkeit an­ zeigt, die auf den Vibrationskreisel aufgebracht wurde, und
eine zweite Schaltung, die betriebsmäßig an die erste Schaltung gekoppelt ist und eine Verlustkomponente reduziert, die in dem Detektionssignal enthalten ist,
welche zweite Schaltung einen Schaltungsteil ent­ hält, der wenigstens einen Verlust gemäß einem elektromechanischen Kopplungsverlust, der von einer Treiberseite des Vibrationskreisels zu einer Detektionsseite desselben hin gerichtet ist und einen elektrostatischen Kopplungsverlust, der von der Treiberseite des Vibrationskreisels zur Detektorseite des­ selben hin gerichtet ist, reduziert,
und welche zweite Schaltung eine vorbestimmte Operati­ on an dem Detektionssignal und einem Signal, welches an ei­ ner ersten Treiberelektrode erhalten wird, ausführt.