DE69410973T2

DE69410973T2 - Oszillatorschaltung

Info

Publication number: DE69410973T2
Application number: DE69410973T
Authority: DE
Inventors: Akira C/O Murata Manufacturing Co. Ltd. Nagaokakyo-Shi Kyoto-Fu Kumada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1999-02-18
Anticipated expiration: 2014-12-22
Also published as: JP3178212B2; US5473288A; DE69410973D1; EP0661521A1; EP0661521B1; JPH07198395A

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Oszillatorschaltung, insbesondere auf eine Oszillatorschaltung zum Erzeugen eines Treibersignals, das einen Vibrator treibt, durch die Verwendung des Signals, das von dem Vibrator erhalten wird, welcher für ein Vibrationsgyroskop, das eine Drehwinkelgeschwindigkeit erfassen kann, verwendet wird.

Beschreibung des Stands der Technik

Der Vibrator 1 umfaßt einen regelmäßigen, dreieckigen, prismenförmigen Schwingkörper 2, wobei auf drei Seitenflächen des Schwingkörpers 2 piezoelektrische Elemente 3a, 3b bzw. 3c gebildet sind. Jedes der piezoelektrischen Elemente 3a, 3b und 3c weist eine piezoelektrische Schicht auf, wobei jeweils Elektroden an beiden Oberflächen der piezoelektrischen Schichten gebildet sind. Eine der Elektroden ist mit einer Seite des Schwingkörpers 2 verbunden, während die andere zur Signal-Eingabe/Ausgabe verwendet ist. Wenn bei dem Vibrator 1 an die zwei piezoelektrischen Elemente 3a und 3b gleichartige Treibersignale angelegt werden, oder dieselben an das piezoelektrische Element 3c angelegt werden, biegt sich der Schwingkörper 2 und vibriert in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche des piezoelektrischen Elements 3c. Wenn sich der Vibrator 1 nicht dreht, können von den piezoelektrischen Elementen 3a und 3b gleichartige Signale erfaßt werden. Wenn der Vibrator 1 mit einer Drehwinkelgeschwindigkeit um eine Mittelachse des Schwingkörpers 2 beaufschlagt wird, ändert sich die Biege- und Schwing-Richtung des Schwingkörpers 2 durch die Corioliskraft, wobei Signale proportional zu der Drehwinkelgeschwindigkeit von den zwei piezoelektrischen Elementen 3a und 3b erfaßt werden. In diesem Fall wird beispielsweise ein Signal mit einem größeren Pegel von dem piezoelektrischen Element 3a erfaßt, während eines mit einem kleineren Pegel von dem anderen piezoelektrischen Element 3b als Reaktion auf die Drehwinkelgeschwindigkeit erfaßt wird.
Wenn der Vibrator 1 für das Vibrationsgyroskop verwendet wird, (1) ist das piezoelektrische Element 3c mit einem Eingangsanschluß einer Oszillatorschaltung verbunden, wobei ein Ausgangsanschluß der Oszillatorschaltung mit den zwei piezoelektrischen Elementen 3a und 3b verbunden ist, (2) sind die zwei piezoelektrischen Elemente 3a und 3b mit dem Eingangsanschluß der Oszillatorschaltung verbunden, wobei der Ausgangsanschluß der Oszillatorschaltung mit dem piezoelektrischen Element 3c verbunden ist, oder (3) ist das piezoelektrische Element 3a oder 3b mit dem Eingangsanschluß der Oszillatorschaltung verbunden, wobei der Ausgangsanschluß der Oszillatorschaltung mit dem piezoelektrischen Element 3c verbunden ist, um das Treibersignal an den Vibrator 1 anzulegen. Ferner sind die zwei piezoelektrischen Elemente 3a und 3b mit einem invertierenden Eingangsanschluß und einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß einer Differentialverstärkerschaltung verbunden, um die Drehwinkelgeschwindigkeit durch die Differenz zwischen erfaßten Signalen von den zwei piezoelektrischen Elementen 3a und 3b zu erfassen.
Fig. 5 ist ein Schaltungsdiagramm, das die herkömmliche Oszillatorschaltung zum Anlegen eines Treibersignals an den Vibrator 1, der in Fig. 4 gezeigt ist, darstellt, welche im wesentlichen beispielsweise den Lehren der US-A-5197331 entspricht. Die Oszillatorschaltung 10 weist einen Eingangsanschluß 11 auf, der mit dem piezoelektrischen Element 3c des Vibrators 1 verbunden ist. Das piezoelektrische Element 3c ist über einen Widerstand 4c geerdet. Der Eingangsanschluß 11 ist über einen Puffer 12, der aus einem Operationsverstärker besteht, mit einem Eingangsanschluß einer automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 verbunden. Die automatische Verstärkungssteuerschaltung 13 besteht aus einem Operationsverstärker 14, einem Widerstand 15 für eine negative Rückkopplung und einem FET 16 als einem variablen Impedanzelement; die Verstärkung desselben wird reduziert, wenn die Impedanz zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des FET 16 zunimmt. Ferner ist der Ausgangsanschluß des Puffers 12 mit der Gate-Elektrode des FET 16 verbunden, der über einen Steuersignalgenerator 17 in die automatische Verstärkungssteuerschaltung 13 eingebaut ist. Der Steuersignalgenerator 17 erzeugt ein Steuersignal basierend auf einer Differenz zwischen (1) der Referenzspannung Vref einer Referenzleistungsversorgung 18 und (2) dem Signal, das an dem Ausgangsanschluß des Puffers 12 erscheint, d. h. dem Signal von dem piezoelektrischen Element 3c. Außerdem ist der Ausgangsanschluß der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 über eine Phasenschieberschaltung 19 mit dem Ausgangsanschluß 20 verbunden. Der Ausgangsanschluß 20 ist über die Widerstände 4a und 4b mit den piezoelektrischen Elementen 3a bzw. 3b verbunden.
Bei der Oszillatorschaltung 10, die in Fig. 5 gezeigt ist, wird das Signal, das von dem piezoelektrischen Element 3c des Vibrators 1 erhalten wird, als das Treibersignal über den Puffer und die automatische Verstärkungssteuerschaltung 13 an die piezoelektrischen Elemente 3a und 3b angelegt. Wenn eine Amplitude des Signals, das von dem piezoelektrischen Element 3c erhalten wird, zunimmt, da eine Amplitude des Treibersignals, das an die piezoelektrischen Elemente 3a und 3b angelegt wird, zunimmt, nimmt der Spannungspegel des Steuersignals, das durch den Steuersignalgenerator 17 an die Gate-Elektrode des FET 16 der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 angelegt wird, ab. Daher nimmt die Impedanz zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des FET 16 zu, die Verstärkung der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 nimmt ab, und somit nimmt die Ampli tude des Treibersignals, das an die piezoelektrischen Elemente 3a und 3b angelegt wird, ab. Umgekehrt erhöht sich, wenn die Amplitude des Signals, das von dem piezoelektrischen Element 3c erhalten wird, abnimmt, da die Amplitude des Treibersignals, das an die piezoelektrischen Elemente 3a und 3b angelegt wird, abnimmt, der Spannungspegel des Steuersignals, das durch den Steuersignalgenerator 17 an die Gate-Elektrode des FET 16 der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 angelegt wird. Daher nimmt die Impedanz zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des FET 16 ab, die Verstärkung der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 nimmt zu, und somit nimmt die Amplitude des Treibersignals, das an die piezoelektrischen Elemente 3a und 3b angelegt wird, zu. Folglich kann bei dieser Oszillatorschaltung 10 erwartet werden, daß ein stabiles Treibersignal an die piezoelektrischen Elemente 3a und 3b des Vibrators 1 angelegt wird. Wenn somit ein stabiles Treibersignal an die piezoelektrischen Elemente 3a und 3b des Vibrators 1 angelegt wird, wird eine Empfindlichkeitsschwankung bei der Erfassung der Drehwinkelgeschwindigkeit bei dem Vibrationsgyroskop, bei dem der Vibrator 1 verwendet ist, unterdrückt.
Jedoch muß bei der Oszillatorschaltung 10, die in Fig. 5 gezeigt ist, der Spannungspegel, der zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des FET 16, der als variables Impedanzelement verwendet ist, angelegt wird, klein gehalten werden, um die Linearität des Ausgangssignals zu dem Eingangssignal der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 sicherzustellen. Es ist erwünscht, daß der Spannungspegel kleiner als 100 mV ist, obwohl dies von dem verwendeten FET abhängt. Um folglich ein großes Eingangssignal für die automatische Verstärkungsschaltung 13 abzudecken und einen großen Verstärkungsbereich der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 zu erhalten, muß der Widerstandswert des negativen Rückkopplungswiderstands 15 groß sein, um eine hohe Verstärkung in der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 zu erhalten; dies hat eine Verschlechterung des Si gnal/Rausch-Verhältnisses des Treibersignals zur Folge.
Ferner ändert sich bei der Oszillatorschaltung 10, die in Fig. 5 gezeigt ist, eine elektrostatische Kapazität zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des FET 16 entsprechend der Änderung der Impedanz zwischen der Drain-Elektrode und der Source-Elektrode des FET 16 als dem variablen Impedanzelement der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13. Folglich wird eine Phasendifferenz zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 erzeugt, wobei sich dieselbe ansprechend auf die Änderung der Verstärkung der automatischen Verstärkungssteuerschaltung 13 ändert.
In anderen Worten heißt das, daß die Zustandsänderungen der Schaltungselemente in der Oszillatorschaltung 10, die in Fig. 5 gezeigt ist, die Stabilität der Schwingung beeinträchtigen, und daß somit das Treibersignal, das an die piezoelektrischen Elemente 3a und 3b des Vibrators 1 angelegt wird, schwankt. Dies hat die Tatsache zur Folge, daß das Signal, das von dem piezoelektrischen Elementen 3a und 3b des Vibrators 1 erfaßt wird, nicht stabilisiert ist, so daß die Erfassungsempfindlichkeit der Drehwinkelgeschwindigkeit selbst bei dem Vibrationsgyroskop, bei dem der Vibrator 1, der durch das Treibersignal der Oszillatorschaltung 10 getrieben wird, verwendet ist, nicht stabilisiert ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Oszillatorschaltung zu schaffen, die ein Treibersignal zum Treiben eines Vibrators durch die Verwendung eines Signals, das von dem Vibrator selbst erfaßt wird, erzeugt und die das erfaßte Signal stabilisieren kann, um die oben genannten Probleme zu lösen.
Die Oszillatorschaltung, auf die sich die vorliegende Erfin dung bezieht umfaßt (1) einen Komparator, der das Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, empfängt und das erfaßte Signal in ein Rechtecksignal mit einer konstanten Amplitude formt, (2) einen Steuersignalgenerator, der das Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, empfängt und dasselbe mit einer Referenzspannung vergleicht, um basierend auf der Differenz zwischen dem erfaßten Signal und der Referenzspannung ein Steuersignal zu erzeugen, (3) einen Transistor, dessen Kollektor-Elektrode das Rechtecksignal, das von dem Komparator erhalten wird, empfängt, und dessen Basis-Elektrode das Steuersignal, das von dem Steuersignalgenerator erhalten wird, empfängt, und (4) eine Phasenschieberschaltung, deren Eingangsanschluß mit der Emitter-Elektrode des Transistors verbunden ist; wobei das Ausgangssignal der Phasenschieberschaltung als das Treibersignal zum Treiben des Vibrators verwendet wird. Überdies kann das Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, mehrere erfaßte Signale enthalten, wobei dieselben mittels eines Addierers addiert werden können und dem Komparator und dem Steuersignalgenerator in der Oszillatorschaltung, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, zugeführt werden.
Der Komparator formt das Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, in ein Rechtecksignal mit einer konstanten Amplitude. Der Steuersignalgenerator vergleicht die Referenzspannung mit dem Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, und erzeugt ein Steuersignal basierend auf der Differenz zwischen dem erfaßten Signal und der Referenzspannung. Das Rechtecksignal, das von dem Komparator erhalten wird, wird an die Kollektor-Elektrode des Transistors angelegt, während das Steuersignal, das von dem Steuersignalgenerator erhalten wird, an die Basis-Elektrode des Transistors angelegt wird. Folglich wird die Amplitude des Rechtecksignals durch den Transistor bezugnehmend auf das Steuersignal eingestellt. Falls die Amplitude des Signals, das von dem Vibrator erfaßt wird, groß ist, wird die Amplitude des Rechtecksignals eingestellt, um kleiner zu werden; umgekehrt wird, wenn die Amplitude des Signals, das von dem Vibrator erfaßt wird, klein ist, die Amplitude des Rechtecksignal eingestellt, um größer zu werden. Danach wird bezüglich des Rechtecksignals, dessen Amplitude eingestellt ist, durch die Phasenschieberschaltung eine Phasenkompensation durchgeführt, derart, daß dasselbe die Oszillationsschleife stabil halten kann, wobei dasselbe nachfolgend als das Treibersignal zum Treiben des Vibrators verwendet wird.
Wie oben erwähnt wurde, erzeugt die Oszillatorschaltung, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, das Treibersignal zum Treiben des Vibrators durch die Verwendung des Signals, das von dem Vibrator selbst erfaßt wird. Die Amplitude des Treibersignals wird basierend auf dem Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, durch den Transistor, dessen Reaktanz sich etwas ändert, eingestellt. Die Phase des Treibersignals wird durch die Phasenschieberschaltung kompensiert. Daher ist das Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, stabilisiert.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Oszillatorschaltung, die ein Treibersignal zum Treiben eines Vibrators durch die Verwendung des Signals, das von dem Vibrator erfaßt wird, erzeugt und das erfaßte Signal stabilisiert. Auf diese Weise wird das Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, stabilisiert, wobei eine Empfindlichkeit, um eine Drehwinkelgeschwindigkeit zu erfassen, in einem Vibrationsgyroskop, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, für die der Vibrator, der durch das Treibersignal der Oszillatorschaltung betrieben wird, verwendet ist, ebenfalls stabilisiert ist.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung des Ausführungsbeispiels bezugnehmend auf die Zeichnungen offensichtlicher.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Abweichung des Ausführungsbeispiels, das in Fig. 1 gezeigt ist, zeigt.
Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 4 ist eine darstellende Ansicht, die ein Beispiel eines herkömmlichen Vibrators zeigt, der ein für ein Vibrationsgyroskop verwendet ist, das den Hintergrund der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 5 ist ein Schaltungsdiagramm, das die herkömmliche Oszillatorschaltung zum Anlegen eines Treibersignals an den Vibrator, der in Fig. 4 gezeigt ist, zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Oszillatorschaltung 30 enthält zwei Eingangsanschlüsse 32a und 32b. Die Eingangsanschlüsse 32a und 32b sind vorgesehen, um ein Signal, das von einem Vibrator erfaßt wird, anzulegen und sind beispielsweise mit den piezoelektrischen Elementen 3a und 3b des Vibrators 1, der in Fig. 1 gezeigt ist, verbunden. Die piezoelektrischen Elementen 3a und 3b sind über Widerstände 4a und 4b geerdet. Wenn C eine elektrostatische Kapazität von jedem der piezoelektrischen Elemente 3a und 3b darstellt und f eine Resonanzfrequenz des Vibrators 1 darstellt, ist es erwünscht, den Widerstandswert von jedem der Widerstände 4a und 4b auf 1/(2πfC) einzustellen.
Die Eingangsanschlüsse 32a und 32b sind mit Puffern 34a und 34b verbunden, von denen jeder aus einem Operationsverstärker besteht. Die Puffer 34a und 34b wandeln eine Impedanz der Signale, die von den piezoelektrischen Elementen 3a und 3b des Vibrators 1 erfaßt werden, in einen viel kleineren Wert um.
Die Ausgangsanschlüsse der zwei Puffer 34a und 34b sind mit zwei Anschlüssen eines Addierers 36 verbunden. Der Addierer 36 enthält einen Operationsverstärker 38. Ein nicht-invertierender Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 38 ist geerdet. Ein Widerstand 40 ist zwischen einen invertierenden Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 38 geschaltet. Die Ausgangsanschlüsse der Puffer 34a und 34b sind jeweils über Widerstände 42a und 42b mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 38 verbunden. Der Addierer 36 ist vorgesehen, um Ausgangssignale der Puffer 34a und 34b, die die Signale sind, die von dem piezoelektrischen Elementen 3a und 3b des Vibrators 1 erfaßt werden, zu invertieren und zu addieren.
Ein Ausgangsanschluß des Addierers 36 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 44, der als ein Komparator verwendet ist, verbunden. Ein nichtinvertierender Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 44 ist geerdet. Der Operationsverstärker 44 ist vorgesehen, um ein Ausgangssignal des Addierers 36 zu invertieren und dasselbe in ein Rechtecksignal mit einer konstanten Amplitude zu formen.
Der Ausgangsanschluß des Addierers 36 ist mit einem Eingangsanschluß eines Steuersignalgenerators 46 verbunden. Der Steuersignalgenerator 46 enthält eine Diode 48, deren Anode mit dem Ausgangsanschluß des Addierers 36 verbunden ist. Die Kathode der Diode 48 ist mit einer Leistungsversorgung Vee mit negativer Spannung verbunden und über einen Widerstand 52 und einen Kondensator 54 geerdet. Folglich ist durch die Diode 48, die Widerstände 50 und 52 und den Kondensator 54 eine Gleichrichterschaltung gebildet. Ein Verbindungspunkt des Widerstands 52 und des Kondensators 54 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 56 verbunden. Ein Kondensator 58 ist zwischen den invertierenden Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 56 geschaltet, wobei eine Referenzleistungsversorgung 60 mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 56 verbunden ist, um eine Referenzspannung Vref an denselben anzulegen. Auf diese Weise wird von dem Operationsverstärker 56, dem Kondensator 58 und der Referenzleistungsversorgung 60 eine geschlossene Schleifenschaltung gebildet. Die geschlossene Schleifenschaltung arbeitet basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzspannung Vref und einem Ausgangssignal der Gleichrichterschaltung. Der Steuersignalgenerator 46, der aus der Gleichrichterschaltung und der geschlossenen Schleifenschaltung besteht, ist vorgesehen, um ein Steuersignal zum Steuern eines Transistors 62, der später beschrieben wird, basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzspannung Vref und einer Amplitude des Ausgangssignals des Addierers 36 zu erzeugen. Eine Diode kann seriell mit der Referenzleistungsversorgung 60 verbunden sein, um hinsichtlich Temperaturcharakteristika des Vorwärtsspannungsabfalls in der Diode 48, die in der Gleichrichterschaltung verwendet ist, zu kompensieren. In diesem Fall ist es beispielsweise empfehlenswert, (1) die Kathode einer Diode 59 mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 56 zu verbinden, (2) die Referenzspannung Vref der Referenzleistungsversorgung 60 an die Anode der Diode 59 anzulegen, und (3) den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 56 über einen Widerstand 61 zu erden, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Ein Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 44, der als der oben genannten Komparator verwendet ist, ist mit einer Kollektor-Elektrode eines Transistors 62 verbunden. Eine Leistungsversorgung Vcc mit positiver Spannung ist über ei nen Widerstand 64 mit der Kollektor-Elektrode des Transistors 62 verbunden. Einen Ausgangsanschluß des Steuersignalgenerators 46 (ein Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 56) ist über einen Widerstand 66 mit der Basis-Elektrode des Transistors 62 verbunden. Der Transistor 62 ist vorgesehen, um eine Amplitude eines Rechtecksignals, das von dem Operationsverstärker 44 gesendet wird, basierend auf dem Steuersignal, das von dem Steuersignalgenerator 46 zugeführt wird, einzustellen.
Die Emitter-Elektrode des Transistors 62 ist über einen Widerstand 68 mit der Leistungsversorgung Vee mit negativer Spannung verbunden und ferner mit einem Eingangsanschluß einer Phasenschieberschaltung 70 verbunden. Die Phasenschieberschaltung 70 besteht aus zwei RC-Netzwerken, die zwei Widerstände 72 und 74 und zwei Kondensatoren 76 und 78 aufweisen, und kompensiert die Phase des Rechtecksignals, das von der Emitter-Elektrode des Transistors 62 erhalten wird, derart, daß dieselbe die optimale Phase zum Treiben des Vibrators 1 sein kann.
Ein Ausgangsanschluß der Phasenschieberschaltung 70 ist mit einem Ausgangsanschluß 80 verbunden. Der Ausgangsanschluß 80 der Oszillatorschaltung 30 ist über einen Widerstand 4c mit dem piezoelektrischen Element 3c des Vibrators 1 verbunden.
Die Oszillatorschaltung 30 wandelt mittels der Puffer 34a und 34b die Impedanz der Signale, die von den piezoelektrischen Elementen 3a und 3b des Vibrators 1 erfaßt werden, in kleinere Werte um, wobei die erfaßten Signale invertiert und durch den Addierer 36 addiert werden.
Das Ausgangssignal des Addierers 36 wird durch den Operationsverstärker 44, der als ein Komparator verwendet ist, invertiert und in das Rechtecksignal mit der konstanten Amplitude geformt. Das Rechtecksignal wird zu der Kollektor- Elektrode des Transistors 62 geliefert.
Der Steuersignalgenerator 46 vergleicht die Referenzspannung Vref mit der Amplitude des Ausgangssignals von dem Addierer 36 und erzeugt dann das Steuersignal basierend auf der Differenz. In diesem Fall wird in dem Steuersignalgenerator 46 das Ausgangssignal des Addierers 36 durch die Gleichrichterschaltung, die aus der Diode 48 und den anderen Elementen besteht, gleichgerichtet, das Differenzsignal zwischen der Referenzschaltung Vref und dem Ausgangssignal von der Gleichrichterschaltung wird durch die geschlossene Schleifenschaltung, deren Hauptkomponente der Operationsverstärker 56 ist, erfaßt, und das Steuersignal wird nachfolgend erhalten. Das Steuersignal wird zu der Basis-Elektrode des Transistors 62 geliefert. Das Steuersignal, das somit erhalten wird, ändert sich automatisch, derart, daß ein Pegel des Signals, das durch die Diode 48 gleichgerichtet wird, der gleiche wie der der Referenzspannung Vref werden kann. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal des Addierers 36, das die Summe der Ausgangssignale der piezoelektrischen Elemente 3a und 3b ist, zu jeder Zeit auf einem konstanten Pegel gehalten.
Folglich wird die Amplitude des oben genannten Rechtecksignals durch den Transistor 62 basierend auf dem Steuersignal eingestellt. Wenn die Amplituden der Signale, die von den piezoelektrischen Elementen 3a und 3b des Vibrators 1 erfaßt werden, groß sind, wird der Spannungspegel des Steuersignals gesenkt und die Amplitude des Rechtecksignals wird eingestellt, um kleiner zu sein. Umgekehrt wird, wenn die Amplituden der obigen erfaßten Signale klein sind, der Spannungspegel des Steuersignals erhöht und die Amplitude des Rechtecksignals wird eingestellt, um größer zu sein.
Das Rechtecksignal, dessen Amplitude eingestellt wird, wird durch die Phasenschieberschaltung 70 kompensiert, so daß die Phase desselben optimal sein kann, um den Vibrator 1 zu treiben; das Rechtecksignal als das Treibersignal wird an das piezoelektrische Element 3c des Vibrators 1 angelegt. Die Phase des Rechtecksignals wird durch die Phasenschie berschaltung 70 derart gesteuert, daß die Oszillation fortgesetzt beibehalten wird, und der Signalverlauf desselben wird in eine bestimmte Form konditioniert.
Wie oben erwähnt wurde, erzeugt die Oszillatorschaltung 30 durch die Verwendung der Signale, die von den piezoelektrischen Elementen 3a und 3b des Vibrators 1 erfaßt werden, das Treibersignal zum Treiben des Vibrators 1. Die Amplitude des Treibersignals wird durch den Transistor 62 eingestellt, dessen Reaktanz sich basierend auf den Signalen, die von den piezoelektrischen Elementen 3a und 3b des Vibrators 1 erfaßt werden, etwas ändert, und die Phase desselben wird durch die Phasenschieberschaltung 70 kompensiert. Folglich werden die Signale, die von den piezoelektrischen Elementen 3a und 3b des Vibrators 1 erfaßt werden, stabilisiert. Somit werden die Signale, die von den piezoelektrischen Elementen 3a und 3b des Vibrators 1 erfaßt werden, stabilisiert, und die Empfindlichkeit, um eine Drehwinkelgeschwindigkeit zu erfassen, ist bei einem Vibrationsgyroskop, bei dem der Vibrator 1, der durch das Treibersignal, das durch die Oszillatorschaltung 30 erzeugt wird, getrieben wird, verwendet ist, ebenfalls stabilisiert.
Wie oben erwähnt wurde, wird die Schwingungsstabilität zufriedenstellend gehalten, da der Signalverlauf und die Phase des erzeugten Treibersignals in der Oszillatorschaltung 30 gut gesteuert werden. Dies hat zur Folge, daß die Stabilität der Empfindlichkeit zum Erfassen einer Drehwinkelgeschwindigkeit bei dem Vibrationsgyroskop, bei dem der Vibrator durch das Treibersignal, das von dem Vibrator selbst stammt, getrieben wird, verbessert ist.
Bei dieser Oszillatorschaltung 30 wird die Amplitude des Treibersignals, das ursprünglich in dem Vibrator erzeugt wird, durch ein Basispotential des Transistors 62 bestimmt und kann in einem weiten Bereich variiert werden, da dasselbe nur durch die Amplitude des Ausgangssignals des Komparators 44, die Amplitude des Ausgangssignals des Steuersi gnalgenerators 46 und eine Spannung, die über die Basis- Elektrode und die Emitter-Elektrode des Transistors 62 angelegt wird, begrenzt ist. Folglich kann eine Abweichung der Empfindlichkeit zum Erfassen des Ausgangssignals des Vibrators 1 in einem weiten Bereich kompensiert werden.
Die Erfassungsempfindlichkeit einer Drehwinkelgeschwindigkeit kann bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, gegenüber der herkömmlichen Schaltung, die in Fig. 5 gezeigt ist, stark verbessert sein. Der Grund hierfür besteht darin, daß sich bei der herkömmlichen Schaltung, die in Fig. 5 gezeigt ist, die piezoelektrischen Elemente 3a und 3b zum Erfassen der Drehwinkelgeschwindigkeit von dem piezoelektrischen Element 3c zum Erfassen der Amplitude unterscheiden, jedoch bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die gleichen piezoelektrischen Elemente 3a und 3b zum Erfassen der Drehwinkelgeschwindigkeit und der Amplitude verwendet werden.
In anderen Worten heißt das, daß gemäß dem Stand der Technik, der in Fig. 5 gezeigt ist, die piezoelektrischen Elemente 3a, 3b und 3c die Charakteristik der Empfindlichkeit und die Charakteristik der Amplitude (wie sie durch das Herstellungsverfahren bewirkt sind) nicht in Übereinstimmung bringen; daher kann die Aufgabe des Erreichens einer stabilen Empfindlichkeit nicht erreicht werden, und das Signal, das durch die Drehwinkelgeschwindigkeit erzeugt wird, kann einen Fehler bewirken.
Im Gegensatz zu dem oben Gesagten werden bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 1 gezeigt ist, die gleichen piezoelektrischen Elemente 3a und 3b zum Erfassen der Drehwinkelgeschwindigkeit und der Amplitude verwendet. Die Signale, die entsprechend der Drehwinkelgeschwindigkeit in den piezoelektrischen Elementen 3a und 3b erzeugt werden, sind größenmäßig gleich und weisen umgekehrte Polaritäten auf; daher können dieselben durch das Verwenden der Summe derselben beseitigt werden. Folglich kann die Empfindlichkeit zum Erfassen der Drehwinkelgeschwindigkeit bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 1 gezeigt ist, einfacher als bei dem Stand der Technik, der in Fig. 5 gezeigt ist, stabilisiert werden.
Die Größen des Steuersignals und des Treibersignals können variiert werden, indem die Referenzspannung Vref der Referenzleistungsversorgung in der Oszillatorschaltung 30 geändert wird; daher können die Größe des Signals, das von dem Vibrator 1 erfaßt wird, und die Empfindlichkeit zum Erfassen der Drehwinkelgeschwindigkeit des Vibrationsgyroskops gesteuert werden.
Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, sind der Eingangsanschluß 32b, der Puffer 34b und der Addierer 36, der bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet sind, nicht verwendet. Folglich ist bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, der Ausgangsanschluß des Puffers 34a mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 44, der als ein Komparator verwendet ist, verbunden, und ist ferner mit der Anode der Diode 48 des Steuersignalgenerators 46 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 44, der als der Komparator verwendet ist, ist geerdet.
Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, wird das Treibersignal zum Treiben des Vibrators 1 durch die Verwendung des Signals, das von dem piezoelektrischen Element 3a des Vibrators 1 erfaßt wird, erzeugt. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, wird die gleiche Operation durchgeführt wie bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, und die gleiche Wirkung kann erhalten werden. Bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 3 gezeigt ist, ist der Addierer 36, der bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet ist, zum Invertieren des Signals nicht vor dem Operationsverstärker 44, der als der Komparator verwendet ist, plaziert; daher invertiert der Operationsverstärker 44 das Signal nicht.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen kann der Puffer durch einen nicht-invertierenden Verstärker ersetzt sein.
Bei den obigen Ausführungsbeispielen kann die Gleichrichterschaltung, die aus der Diode 48, den Widerständen 50 und 52 und dem Kondensator 54 besteht, durch einen Operationsverstärker ersetzt sein. Obwohl die vorliegende Erfindung speziell beschrieben und gezeigt wurde, ist es offensichtlich, daß eine solche Beschreibung lediglich als eine Veranschaulichung und ein Beispiel verwendet ist, und nicht als eine Begrenzung, wobei der Bereich der vorliegenden Erfindung ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt ist.

Claims

1. Eine Oszillatorschaltung mit folgenden Merkmalen:

einem Komparator, der ein Signal, das von einem Vibrator erfaßt wird, empfängt und dasselbe in ein Rechtecksignal mit einer konstanten Amplitude formt,

einem Steuersignalgenerator, der das erfaßte Signal von dem Vibrator empfängt, dasselbe mit einer Referenzspannung vergleicht, und ein Steuersignal basierend auf einer Differenz zwischen der Referenzspannung und dem Steuersignal erzeugt,

einem Transistor, dessen Kollektor das Rechtecksignal von dem Komparator empfängt, und dessen Basis das Steuersignal von dem Steuersignalgenerator empfängt, und

einer Phasenschieberschaltung, deren Eingangsanschluß mit einem Emitter des Transistors verbunden ist;

wobei ein Ausgangssignal der Phasenschieberschaltung zum Treiben des Vibrators verwendet ist.

2. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 1, bei der das Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, mehrere erfaßte Signale enthält, die addiert und an den Komparator und den Steuersignalgenerator angelegt werden.

3. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 1, die das Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, empfängt, mit einem Puffer, der eine Impedanz des erfaßten Signals umwandelt, wobei der Puffer zwischen den Komparator, den Steuersignalgenerator und den Vibrator geschaltet ist.

4. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 1, bei der der Steuersignalgenerator folgende Merkmale aufweist:

einen Operationsverstärker,

eine Referenzspannung-Leistungsversorgung zum Anlegen einer Referenzspannung an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers,

eine Gleichrichterschaltung, die ein Signal, das von dem Vibrator erfaßt wird, gleichrichtet und das gleichgerichtete Signal an einen invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers anlegt, und

einen Kondensator, der zwischen einen Ausgangsanschluß und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers geschaltet ist.

5. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 2, die das Signal empfängt, das von dem Vibrator erfaßt wird, mit einem Puffer, der die Impedanz des erfaßten Signals umwandelt, wobei der Puffer zwischen den Vibrator und den Addierer geschaltet ist.

6. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 2, bei dem der Steuersignalgenerator folgende Merkmale aufweist:

einen Operationsverstärker,

eine Referenzspannung-Leistungsversorgung zum Anlegen der Referenzspannung an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers,

eine Gleichrichterschaltung, die ein Signal, das von dem Addierer erhalten wird, gleichrichtet und dasselbe an einen invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers anlegt, und

7. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 3, bei der der Steuersignalgenerator folgende Merkmale aufweist:

einen Operationsverstärker,

eine Referenzspannungs-Leistungsversorgung zum Anlegen der Referenzspannung an einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers,

eine Gleichrichterschaltung, die ein Signal, das von dem Puffer erhalten wird, gleichrichtet und dasselbe an einen invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers anlegt, und

8. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 4, bei der der Steuersignalgenerator folgende Merkmale aufweist:

eine erste Diode in der Gleichrichterschaltung, und eine zweite Diode, die zwischen die Referenzspannungs- Leistungsversorgung und den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers geschaltet ist, um die Temperaturcharakteristik eines Vorwärtsspannungsabfalls der ersten Diode zu kompensieren.

9. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 5, bei der der Steuersignalgenerator folgende Merkmale aufweist:

einen Operationsverstärker,

10. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 6, bei der der Steuersignalgenerator folgende Merkmale aufweist:

eine erste Diode in der Gleichrichterschaltung, und

eine zweite Diode, die zwischen die Referenzspannungs- Leistungsversorgung und einen nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers geschaltet ist, um die Temperaturcharakteristik eines Vorwärtsspannungsabfalls der ersten Diode zu kompensieren.

11. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 7, bei der der Steuersignalgenerator folgende Merkmale aufweist:

eine erste Diode in der Gleichrichterschaltung, und

12. Eine Oszillatorschaltung gemäß Anspruch 9, bei der der Steuersignalgenerator folgende Merkmale aufweist:

eine erste Diode in der Gleichrichterschaltung, und