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Hintergrund
der Erfindung
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1.
Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schwinggyroskop und insbesondere
auf ein Schwinggyroskop, das für
eine Antischüttelvorrichtung
für eine
Kamera, ein Autonavigationssystem, eine Zeigevorrichtung oder dergleichen
verwendet wird.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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In 4 und 5 ist
ein Beispiel eines herkömmlichen
Schwinggyroskops gezeigt. Ein Schwinggyroskop 1 umfasst
eine rechteckig-parallelepipedförmige
Schwingeinheit 2. Die Schwingeinheit 2 weist zwei
benachbarte plattenförmige
piezoelektrische Körper 3 und 4 auf.
Die piezoelektrischen Körper 3 und 4 sind
in entgegengesetzte Richtungen polarisiert. Die Schwingeinheit 2 weist
ferner eine Zwischenelektrode 5 auf, die zwischen den piezoelektrischen
Körpern 3 und 4 gebildet
ist. An dem piezoelektrischen Körper 3 ist
eine Elektrode 6 gebildet und an dem piezoelektrischen
Körper 4 ist
eine Elektrode 7 gebildet. Die Elektrode 6 an
dem piezoelektrischen Körper 3 ist
durch Rillen in sechs Elektrodenabschnitte 6a–6f getrennt.
Die Zwischenelektrode 5 ist mit Tragebaugliedern 8 um
Knoten der Biegeschwingung der Schwingeinheit 2 herum versehen.
Die Tragebauglieder 8 werden verwendet, um die Schwingeinheit 2 zu
tragen, und sind mit einem Referenzpotential verbunden.
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Die
Summe von Ausgangssignalen von den Elektrodenabschnitten 6c und 6d in
der Mitte der Längsrichtung
des piezoelektrischen Körpers 3 wird zu
einer Verstärkungsschaltung 9 als
ein Rückkopplungssignal
eingegeben. Das Ausgangssignal von der Verstärkungsschaltung 9 wird
durch einen Ver stärkungssteuerverstärker 10 eingestellt,
so dass die Amplitude des Ausgangssignals konstant ist und zu einer
Phasenkorrekturschaltung 11 eingegeben wird. Die Phase
des Ausgangssignals wird durch eine Phasenkorrekturschaltung 11 korrigiert
und das Ausgangssignal von der Phasenkorrekturschaltung 11 wird
zu der Elektrode 7 als ein Treibersignal geliefert. Somit
bilden die Verstärkungsschaltung 9,
der Verstärkungssteuerverstärker 10 und
die Phasenkorrekturschaltung 11 eine Treiberschaltung 16,
die das Rückkopplungssignal
empfängt
und das Treibersignal ausgibt.
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Die
Differenz zwischen den Ausgangssignalen von den Elektrodenabschnitten 6c und 6d jedoch wird
von einer Differenzschaltung 12 ausgegeben. Das Ausgangssignal
der Differenzschaltung 12 wird in Synchronisation mit einem
Signal von der Phasenkorrekturschaltung 11 in einer Synchronerfassungsschaltung 13 erfasst.
Das Ausgangssignal von der Synchronerfassungsschaltung 13 wird
durch eine Glättungsschaltung 14 geglättet und
wird ferner durch eine DC-Verstärkungsschaltung 15 verstärkt.
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Bei
dem Schwinggyroskop 1 ist die Zwischenelektrode 5 mit
dem Referenzpotential verbunden und das Treibersignal von der Phasenkorrekturschaltung 11 ist
an die Elektrode 7 angelegt. Dies bewirkt, dass der piezoelektrische
Körper 4 schwingt. Da
der piezoelektrische Körper 4 mit
dem piezoelektrischen Körper 3 verbunden
bzw. gebondet ist, schwingt die gesamte Schwingeinheit 2 unter
dem Biegemodus in eine Richtung senkrecht zu den Oberflächen mit
den Elektroden 6 und 7. Diese Biegeschwingung
der Schwingeinheit 2 biegt auch den piezoelektrischen Körper 3 und
die Signale, die dem Biegen entsprechen, werden von den Elektrodenabschnitten 6c und 6d ausgegeben.
Die Summe der Ausgangssignale wird zu der Verstärkungsschaltung 9 eingegeben.
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Während des
oben erläuterten
Betriebs wird ein elektrisches Signal als das Treibersignal bei
dem piezoelektrischen Körper 4 zuerst
in eine mechanische Schwingung umgewandelt.
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Die
mechanische Schwingung bei dem piezoelektrischen Körper 4 wird
dann zu dem piezoelektrischen Körper 3 übertragen
und bewirkt die mechanische Schwingung bei dem piezoelektrischen
Körper 3.
Schließlich
wird die mechanische Schwingung bei dem piezoelektrischen Körper 3 in
ein anderes elektrisches Signal als das Ausgangssignal umgewandelt,
das für
das Rückkopplungssignal
verwendet wird. Aufgrund dieser Umwandlungen entsteht eine Phasendifferenz
zwischen dem Treibersignal, das zu der Schwingeinheit 2 eingegeben
wird, und dem Ausgangssignal von der Schwingeinheit 2.
Dies bedeutet, dass die Oszillationsfrequenz unter dem Biegemodus
der Schwingeinheit 2 mit Bezug auf die Resonanzfrequenz
unter dem Biegemodus der Schwingeinheit 2 verschoben ist.
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Damit
die Schwingeinheit 2 selbstangeregt ist, und damit die
Schwingeinheit 2 und die Treiberschaltung 16 eine
Oszillationsschaltung bilden, die konstant oszilliert, ist es notwendig,
dass das Treibersignal, das basierend auf dem Ausgangssignal von der
Schwingeinheit 2 erzeugt wird und zu der Schwingeinheit 2 eingegeben
wird, das nächste
Mal die ursprüngliche
Phase aufweist, die vorhergehend zu der Schwingeinheit 2 eingegeben
wurde. Andernfalls würde
das Treibersignal, das zu der Schwingeinheit 2 eingegeben
wird, jedes Mal eine unterschiedliche Phase aufweisen und die Oszillationsschaltung, die
die Schwingeinheit 2 und die Treiberschaltung 16 aufweist,
kann keinen konstanten Zustand erreichen, so dass die Schwingeinheit 2 selbstangeregt
sein kann. Normalerweise wird eine Schwingungsverstärkung bei
einer Phasendifferenz von 90° maximal
und die Schwingeinheit 2 ist so entworfen, dass das Ausgangssignal
von der Schwingeinheit 2 und das Treibersignal, das zu
der Schwingeinheit 2 eingegeben wird, die Phasendifferenz
von 90° aufweisen.
Folglich wird die Phasenkorrekturschaltung 11 verwendet,
um die Phasendifferenz von 90° zwischen
dem Treibersignal und dem Rückkopplungssignal
zu korrigieren.
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Während sich
dieselbe nicht dreht, schwingt die Schwingeinheit 2 unter
dem Biegemodus senkrecht zu den Oberflächen mit den Elektroden 6 und 7, die
auf denselben gebildet sind, was bewirkt, dass die Ausgangssignale
von den Elektrodenabschnitten 6c und 6d ähnlich sind
und kein Signal von der Differenzschaltung 12 ausgegeben
wird. Wenn sich die Schwingeinheit 2 an der Achse derselben
dreht, verändert
eine Corioliskraft die Schwingrichtung der Schwingeinheit 2.
Dies erzeugt eine Differenz zwischen den Erfassungssignalen von
den Elektrodenabschnitten 6c und 6d und die Signaldifferenz
wird von der Differenzschaltung 12 ausgegeben. Das Ausgangssignal
der Differenzschaltung 12 wird durch die Synchronschaltung 13 erfasst
und wird durch die Glättungsschaltung 14 geglättet, bevor
dasselbe durch die DC-Verstärkungsschaltung 15 verstärkt wird,
wodurch ein DC-Signal
entsprechend einer Drehwinkelgeschwindigkeit erhalten werden kann.
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Bei
dem zuvor erwähnten
herkömmlichen Schwinggyroskop
muss die Zwischenelektrode 5 der Schwingeinheit 2 mit
dem Referenzpotential verbunden sein. Dies bewirkt eine komplizierte
Verbindung für
die Zwischenelektrode 5. Zusätzlich müssen Kondensatoren, Widerstände usw.
verwendet werden, um die Phasenkorrekturschaltung 11 zu
bilden. Deshalb entsteht ein Problem dahingehend, dass die Empfindlichkeit
und Temperaturcharakteristika des Schwinggyroskops 1 sich
abhängig
von der Abweichung der Kapazität,
des Widerstandswerts oder dergleichen der Kondensatoren und Widerstände, die bei
dem Schwinggyroskop 1 verwendet werden, verändern.
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Außerdem bewirkt
die Abweichung der Kapazität,
des Widerstandswerts oder dergleichen der Kondensatoren und Widerstände die
Veränderung oder
Fluktuation der Phase der Erfassungssignale, was ferner bewirkt,
dass sich die Erfassungszeit durch die Synchronerfassungsschaltung 13 ohne weiteres
verschiebt. Dies resultiert in einer Drift des Ausgangssignals von
der DC-Verstärkungsschaltung 15 und
einer Verschlechterung der Temperaturcharakteristika.
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In
dem Fall, in dem die Schwingeinheit bei einer niedrigen Frequenz
von 500 kHz oder weniger betrieben wird, muss ein Kondensator, der
bei der Phasenkorrekturschaltung 11 verwendet wird, eine große Kapazität aufweisen,
was es unmöglich
macht, die Phasenkorrekturschaltung 11 in einer integrierten Schaltung
zu umfassen. Folglich erhöht
sich die Anzahl von verwendeten Schaltungskomponenten, wodurch eine
Kostenerhöhung
bewirkt wird und verhindert wird, dass das Schwinggyroskop klein
hergestellt wird.
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Die
EP-A-08-00057, die ein Dokument des Stands der Technik gemäß Artikel
54 (3) und (4) EPÜ ist,
betrifft ein Schwinggyroskop, das einen Schwinger umfasst, der ein
erstes piezoelektrisches Substrat und ein zweites piezoelektrisches
Substrat aufweist. Zwei geteilte Elektroden sind auf der Hauptoberfläche des
ersten piezoelektrischen Substrats gebildet, während eine gemeinsame Elektrode
auf der Hauptoberfläche
des zweiten piezoelektrischen Substrats angeordnet ist. Der Schwinger
ist durch einen ersten Tragestift und einen zweiten Tragestift getragen,
die beide allgemein in einer L-Form gebildet sind. Die Tragestifte
sind an der Nähe
der Knoten an den jeweiligen geteilten Elektroden angebracht. Ein dritter
Tragestift ist allgemein in einer U-Form gebildet, die bei dem Zwischenabschnitt
derselben mit der Nähe
des Knotens an der gemeinsamen Elektrode verbunden ist. Der erste
und der zweite Tragestift tragen nicht nur den Schwinger, sondern
sind ferner elektrisch mit den jeweiligen geteilten Elektroden verbunden
und sind ferner mit externen Schaltungen gekoppelt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Schwinggyroskop
zu schaffen, das nicht die Nachteile aufweist, die herkömmlichen
Schwinggyroskopen zugeordnet sind.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Schwinggyroskop gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Schwinggyroskop gerichtet, das
der Forderung genügt.
Das Schwinggyroskop weist eine Schwingeinheit und eine Treibereinheit
für die
Schwingeinheit auf. Die Schwingeinheit umfasst zumindest ein Paar von
piezoelektrischen Körpern,
die gestapelt und in eine gestapelte Richtung derselben polarisiert
sind, derart, dass Polarisierungsrichtungen der piezoelektrischen
Körper
einander entgegengesetzt sind. Eine Schnittstelle bzw. Grenzfläche zwischen
den piezoelektrischen Körpern
ist elektrisch floatend mit Bezug auf ein Referenzpotential. Die
Treiberschaltung empfängt
zumindest ein Rückkopplungssignal
von der Schwingeinheit und gibt zu der Schwingeinheit ein Treibersignal
aus, das im Wesentlichen die gleiche Phase, wie das Rückkopplungssignal
aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel
umfasst die Schwingeinheit ferner eine erste und eine zweite Elektrode
auf einer oberen Oberfläche
bzw. einer unteren Oberfläche
der gestapelten piezoelektrischen Körper und das Rückkopplungssignal
wird von der ersten Elektrode ausgegeben und das Treibersignal wird
zu der zweiten Elektrode eingegeben. Die Schwingeinheit umfasst
ferner eine Zwischenelektrode bei der Schnittstelle zwischen den
piezoelektrischen Körpern.
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Die
erste Elektrode weist vorzugsweise zwei geteilte Elektrodenabschnitte
auf und die Treiberschaltung empfängt zwei der Rückkopplungssignale. Ferner
weist das Schwinggyroskop vorzugsweise eine Erfassungsschaltung
zum Erfassen der Differenz zwischen zwei Signalen basierend auf
den zwei der Rückkopplungssignale
auf.
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Die
Schwingeinheit kann ferner ein Tragebauglied umfassen, das mit der
zweiten Elektrode verbunden ist, wobei das Tragebauglied bei einem Punkt
positioniert ist, der einem Knoten der Schwingeinheit entspricht.
Das Tragebauglied kann aus einem leitfähigen Material hergestellt
sein und das Treibersignal wird an das Tragebauglied angelegt. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es nicht notwendig, einen Schwingkörper mit einem Referenzpotential
zu verbinden, was eine vereinfachte Verbindung verglichen mit einer
herkömmlichen
Verbindung ermöglicht.
Ferner ist es nicht notwendig, eine Phasenkorrekturschaltung bei
einer Treiberschaltung zu bilden, was eine Schaltungsgrößenreduzierung
ermöglicht.
Zusätzlich
sind Veränderungen
bei Widerstandswerten und Kapazitäten bei der Phasenkorrekturschaltung
eliminiert, was eine Signalphasenverschiebung unterdrücken kann,
und der Schwingungspunkt zum Aktivieren der Biegeschwingung der Schwingeinheit
ist nicht verändert,
so dass Veränderungen
bei einer Empfindlichkeit und bei Temperaturcharakteristika reduziert
werden können.
Außerdem
kann die Synchronisationserfassungszeitverschiebung aufgrund von
Signalphasenveränderungen
unterdrückt
werden und eine Verschlechterung bei einer Drift und einer Empfindlichkeit
und bei Temperaturcharakteristika kann unterdrückt werden. Zum Zweck eines
Darstellens der Erfindung sind in den Zeichnungen mehrere Formen
gezeigt, die gegenwärtig
bevorzugt sind, wobei jedoch klar ist, dass die Erfindung nicht
auf die genauen gezeigten Anordnungen und Instrumentalitäten begrenzt
ist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Schwinggyroskops der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Schwingeinheit, die bei dem Schwinggyroskop
verwendet wird, das in 1 gezeigt ist.
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3 ist
eine Schnittansicht der Schwingeinheit, die in 2 gezeigt
ist.
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4 ist
ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen Schwinggyroskops zeigt.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Schwingers, der bei dem herkömmlichen
Schwinggyroskop verwendet wird, das in 4 gezeigt
ist.
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Detaillierte
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Hierin
wird im Folgenden das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
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1, 2 und 3 zeigen
ein Schwinggyroskop 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Wie es in 1 gezeigt
ist, umfasst ein Schwinggyroskop 20 eine Schwingeinheit 22.
Die Schwingeinheit 22 umfasst einen rechteckigen parallelepipedförmigen Schwingkörper 24. Wie
es am besten in 2 zu sehen ist, weist der Schwingkörper 24 zwei
gestapelte piezoelektrische Körper 26 und 28 auf.
Zwischen den piezoelektrischen Körpern 26 und 28 ist
eine Zwischenelektrode 30 gebildet. An den piezoelektrischen
Körpern 26 und 28 sind
Elektroden 32 und 34 gebildet, so dass die piezoelektrischen
Körper 26 und 28 zwischen
der Elektrode 32 und der Zwischenelektrode bzw. zwischen
der Elektrode 34 und der Zwischenelektrode 30 angeordnet
sind. Die Elektrode 32 an dem piezoelektrischen Körper 26 ist
durch Rillen 36a und 36b in sechs Elektrodenabschnitte 32a, 32b, 32c, 32d, 32e und 32f getrennt.
Die Rille 36a ist in der Mitte der Breitenrichtung des
Schwingkörpers 24 gebildet,
um sich in die Längsrichtung
des Schwingkörpers 22 zu erstrecken
und die Elektrodenabschnitte 32a, 32c und 32e von
den Elektrodenabschnitten 32b, 32d und 32f zu
trennen. Die zwei Rillen 36b sind bei Punkten gebildet,
die zwei Knoten der Biegeschwingung des Schwingkörpers 24 entsprechen,
um sich in die Breitenrichtung des Schwingkörpers 24 zu erstrecken
und die Elektrodenabschnitte 32c und 32d von den
Elektrodenabschnitten 32a und 32b und den Elektrodenabschnitten 32e und 32f zu
trennen.
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Die
Elektrode 34 ist mit zwei Tragebaugliedern 38 bei
den Punkten versehen, die den jeweiligen zwei Knoten des Schwingkörpers 24 entsprechen. Diese
Tragebauglieder 38 sind aus einem leitfähigen Material gebildet, wie
beispielsweise Metall. Die Tragebauglieder 38 tragen den
Schwingkörper 22 und werden
verwendet, um ein Signal zu der Elektrode 34 einzugeben
oder auszugeben. Eine Verdrahtung für eine Verbindung mit einer
Treiberschaltung 52 und einer Erfassungsschaltung 62 (1)
ist mit den Elektrodenabschnitten 32c und 32d bei
Abschnitten nahe den Knoten des Schwingkörpers 24, z. B. bei Punkten
P, verbunden.
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Die
piezoelektrischen Körper 26 und 28 sind in
die gestapelte Richtung polarisiert, derart, dass die Polarisierungsrichtungen
der piezoelektrischen Körper 26 und 28 entgegengesetzt
sind, wie es durch Pfeile in 1 und 3 angegeben
ist. Das heißt, die
piezoelektrischen Körper 26 und 28 sind
von der Innenseite des Schwingkörpers 24 zu
den Elektroden 32 bzw. 34 hin polarisiert. Alternativ
können
die piezoelektrischen Körper 26 und 28 von
den Elektroden 32 bzw. 34 zu der Innenseite des
Schwingkörpers 24 hin
polarisiert sein. Um die piezoelektrischen Körper 26 und 28 zu
polarisieren, sind elektrische Felder zwischen die Zwischenelektrode 30 und
die Elektroden 32 und 34 angelegt. In dem Fall,
in dem die piezoelektrischen Körper 26 und 28,
die vorhergehend polarisiert wurden, verbunden sind, muss die Zwischenelektrode 30 nicht
gebildet sein. Dies ist so, weil die Zwischenelektrode 30 nicht
mit einem Referenzpotential verbunden ist und elektrisch floatend mit
Bezug auf das Referenzpotential ist. In dem Fall, in dem keine Zwischenelektrode
zwischen den piezoelektrischen Körpern 26 und 28 vorgesehen
ist, kann man sagen, dass die Schnittstelle bzw. Grenzfläche zwischen
den piezoelektrischen Körpern 26 und 28 elektrisch
floatend mit Bezug auf das Refe renzpotential ist. Da die piezoelektrischen
Körper 26 und 28 in entgegengesetzte
Richtungen polarisiert sind, und die oben beschriebene Schichtstruktur
aufweisen, weist die Schwingeinheit 22 eine bimorphe Struktur auf.
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Wie
es am Besten in 1 gezeigt ist, sind die zwei
Elektrodenabschnitte 32c und 32d mit Pufferschaltungen 42a bzw. 42b über Widerstände 40a bzw. 40b verbunden.
Die Pufferschaltungen 42a und 42b sind mit einer
Kumulationsschaltung 46 über Widerstände 44a und 44b verbunden.
Das Ausgangsende der Kumulationsschaltung 46 ist mit einem
Verstärkungssteuerverstärker 48 verbunden
und der Verstärkungssteuerverstärker 48 ist
mit einer Verstärkungsschaltung 50 verbunden.
Das Ausgangssignal der Verstärkungsschaltung 50 wird
als ein Treibersignal zu der Elektrode 34 über die
Tragebauglieder 38 geliefert. Die Pufferschaltungen 42a, 42b,
die Kumulationsschaltung 46, der Verstärkungssteuerverstärker 48 und
die Verstärkungsschaltung 50 bilden
eine Treiberschaltung 52. Es ist wichtig für die vorliegende
Erfindung, dass die Treiberschaltung 52 keine Phasenkorrekturschaltung
aufweist, und deshalb ein Treibersignal ausgibt, das die gleiche
Phase wie das Rückkopplungssignal
aufweist, das die Treiberschaltung 52 empfängt.
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Die
Ausgangssignale der Pufferschaltungen 42a und 42b werden
zu einer Differenzverstärkungsschaltung 54 eingegeben.
Das Ausgangssignal der Differenzverstärkungsschaltung 54 wird
durch eine Synchronerfassungsschaltung 56 in Synchronisation mit
einem Signal von der Kumulationsschaltung 46 erfasst. Das
Ausgangssignal der Synchronerfassungsschaltung 56 wird
durch eine Glättungsschaltung 58 geglättet und
wird durch eine DC-Verstärkungsschaltung 60 verstärkt. Die
Differenzverstärkungsschaltung 54,
die Synchronerfassungsschaltung 56, die Glättungsschaltung 58 und
die DC-Verstärkungsschaltung 60 bilden
eine Erfassungsschaltung 62.
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Bei
dem Schwinggyroskop 20 werden die Ausgangssignale von den
Elektrodenabschnitten 32c und 32d zu der Treiberschaltung 52 als
Rückkopplungssignale
eingegeben. Genauer gesagt werden die Ausgangssignale von den Elektrodenabschnitten 32c und 32d zu
der Kumulationsschaltung 46 über die Pufferschaltungen 42a und 42b eingegeben,
die für
eine Impedanzanpassung verwendet werden, und die Summe der Ausgangssignale
wird von der Kumulationsschaltung 46 ausgegeben. Das Ausgangssignal
der Kumulationsschaltung 46 wird durch den Verstärkungssteuerverstärker 48 eingestellt,
so dass die Amplitude desselben konstant ist. Das Ausgangssignal
des Verstärkungssteuerverstärkers 48 wird
durch eine Verstärkungsschaltung 50 verstärkt, bevor
dasselbe als ein Treibersignal zu der Elektrode 34 geliefert
wird. Somit empfängt
die Treiberschaltung 52 die Rückkopplungssignale von den Elektrodenabschnitten 32c und 32d und
gibt das Treibersignal zu den Elektroden 34 aus. Die Lieferung
des Treibersignals zu der Elektrode 32 ohne ein Verbinden
der Zwischenelektrode 30 mit einem Referenzpotential legt
eine AC-Spannung
an die zwei piezoelektrischen Körper 26 und 28 zwischen
den Elektrodenabschnitten 32c und 32d und der
Elektrode 34 an. Da die piezoelektrischen Körper 26 und 28 in
entgegengesetzte Richtungen polarisiert sind, bewirkt das Treibersignal,
dass dieselben in die entgegengesetzten Richtungen schwingen. Das
heißt, wenn
der piezoelektrische Körper 26 sich
ausdehnt, zieht sich der piezoelektrische Körper 28 zusammen. Wenn
sich umgekehrt der piezoelektrische Körper 26 zusammenzieht,
dehnt sich der piezoelektrische Körper 28 aus. Folglich
schwingt der Schwingkörper 24 unter
dem Biegemodus in eine Richtung senkrecht zu den Oberflächen mit
den Elektroden 32 und 34, die auf denselben gebildet
sind, oder in die Stapelrichtung der piezoelektrischen Körper 26 und 28.
Zu dieser Zeit sind die Ausgangssignale der Elektrodenabschnitte 32c und 32d identisch
und kein Signal wird von der Differenzverstärkungsschaltung 54 ausgegeben.
Folglich gibt dies an, dass keine Drehwinkelgeschwindigkeit auf
das Schwinggyroskop 20 wirkt. Wenn der Schwingkörper 24 sich
an der Achse desselben dreht, verän dert eine Corioliskraft die
Richtung der Biegeschwingung des Schwingkörpers 24. Dies erzeugt
eine Differenz zwischen den Biegebedingungen in der Nähe der Elektrodenabschnitte 32c und 32d und
die Erfassungssignale, die von den Elektrodenabschnitten 32c und 32 ausgegeben
werden, weisen eine Differenz gemäß dieser Differenz auf. Folglich
wird ein Signal, das der Differenz zwischen den Ausgangssignalen
der Elektrodenabschnitte 32c und 32d entspricht,
von der Differenzverstärkungsschaltung 54 ausgegeben.
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Das
Ausgangssignal der Differenzverstärkungsschaltung 54 wird
durch die Synchronerfassungsschaltung 56 in Synchronisation
mit einem Signal von der Kumulationsschaltung 46 erfasst,
wodurch ein Signal erfasst wird, bei dem lediglich die positiven
Abschnitte des Ausgangssignals von der Differenzverstärkungsschaltung 54,
lediglich die negativen Abschnitte desselben oder beide Polaritäten desselben
invertiert sind. Das Ausgangssignal der Synchronerfassungsschaltung 56 wird
durch die Glättungsschaltung 58 geglättet und
wird durch die DC-Verstärkungsschaltung 60 verstärkt. Der
Betrag der Corioliskraft, die auf den Schwingkörper 24 wirkt, entspricht
einer Drehwinkelgeschwindigkeit und eine Veränderung der Biegeschwingung
des Schwingkörpers 24 entspricht
dem Betrag der Corioliskraft. Folglich entspricht eine Veränderung
bei dem Ausgangssignal von den Elektrodenabschnitten 32c und 32d ebenfalls
dem Betrag der Corioliskraft. Deshalb ist es möglich, aus dem Betrag des Ausgangssignals
der DC-Verstärkungsschaltung 60 den
Betrag der Drehwinkelgeschwindigkeit zu erfahren, die auf das Schwinggyroskop 20 wirkt.
Wenn sich zusätzlich
die Richtung der wirkenden Drehwinkelgeschwindigkeit umkehrt, kehrt
sich auch die Richtung der Corioliskraft um, was eine Veränderung
bei der Schwingrichtung des Schwingkörpers 24 umkehrt.
Somit ist die Polarität
des Signals, das durch die Synchronerfassungsschaltung 56 erfasst
wird, umgekehrt und die Polarität
eines Signals, das schließlich
von der DC-Verstärkungsschaltung 60 ausgegeben
wird, ist umgekehrt. Folglich ist es möglich, die Richtung der Drehwinkelge schwindigkeit
aus der Polarität
des Ausgangssignals der DC-Verstärkungsschaltung 60 zu
erfahren. Bei dem Schwinggyroskop 20 ist die Schnittstelle
zwischen den piezoelektrischen Körpern 26 und 28 elektrisch
floatend mit Bezug auf ein Referenzpotential hergestellt und eine
AC-Spannung ist über
die Elektrodenabschnitte 32c und 32d und die Elektrode 34 angelegt,
so dass das Treibersignal von der Treiberschaltung 52 zu
beiden der piezoelektrischen Körper 26 und 28 geliefert
wird, d. h. zu dem gesamten Schwingkörper 24. Deshalb wird
das Ausgangssignal, das als das Rückkopplungssignal für die Treiberschaltung 52 verwendet
wird, ohne ein Umwandeln zwischen einem elektrischen Signal und einer
mechanischen Schwingung erhalten. Folglich entsteht im Wesentlichen
keine Phasenveränderung zwischen
dem Treibersignal, das zu der Schwingeinheit 2 eingegeben
wird, und dem Ausgangssignal von der Schwingeinheit 2.
Das heißt,
die Phasendifferenz zwischen dem Treibersignal und dem Rückkopplungssignal
ist näherungsweise
Null und die Schwingeinheit 22 kann bei der Resonanzfrequenz
unter der Biegeschwingung der Schwingeinheit 22 schwingen, wenn
sich dieselbe nicht dreht.
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Ferner
eliminiert die im Wesentlichen nicht vorhandene Phasenveränderung
den Bedarf nach einem Einbringen einer Phasenkorrekturschaltung
in der Treiberschaltung 52, was die Schaltungsanordnung
vereinfacht und ermöglicht,
dass eine kleine Schaltungsgröße durch
ein Verwenden integrierter Schaltungen realisiert wird. Deshalb
kann die Schwingeinheit 22 durch ein Verwenden der Treiberschaltung 52,
die keine Phasenkorrekturschaltung umfasst, selbstangeregt sein.
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Zusätzlich werden
Kondensatoren, Widerstände
oder dergleichen, die herkömmlicherweise bei
der Phasenkorrekturschaltung verwendet wurden, nicht benötigt, und
das Schwinggyroskop der Erfindung weist weniger Abweichung bei einer
Oszillationsfrequenz oder der Phase desselben auf. Dies resultiert
in einem Schwinggyroskop, das eine geringe Abwei chung bei einer
Empfindlichkeit und bei Temperaturabhängigkeitscharakteristika aufweist.
Ferner verhindern keine Signalphasenveränderungen eine Verschiebung
bei der Synchronisationserfassungszeit durch die Synchronisationserfassungsschaltung 56,
was verhindert, dass sich eine Drift und eine Empfindlichkeit und
Temperaturcharakteristika verschlechtern.
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Weil
es ferner keinen Bedarf nach einem Verbinden der Schwingeinheit 22 mit
dem Referenzpotential gibt, ist die Verbindungsverdrahtung vereinfacht.
Bei der Schwingeinheit 22 können die Tragebauglieder 38 verwendet
werden, um das Treibersignal einzugeben, so dass dasselbe zu dem
zweifachen Zweck eines Tragens der Schwingeinheit 22 und
einer Signaleingabe verwendet werden kann. Zusätzlich müssen die Tragebauglieder 38 nicht
in die Zwischenelektrode eindringen, wie es die herkömmlichen
Tragebauglieder machen, was die Produktion der Schwingeinheit 22 vereinfacht.
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Gemäß dem oben
beschriebenen Schwinggyroskop 20 werden die Signale von
zwei Ausgangsabschnitten als das Rückkopplungssignal verwendet, jedoch
kann das Signal anstelle dessen von einem Ausgangsabschnitt rückgekoppelt
werden. Mit anderen Worten kann bei dem Ausgangssignal von der Elektrode 34 als
dem Rückkopplungssignal
die Amplitude desselben gesteuert sein, um das Treibersignal zu
bilden. Dieser Fall eliminiert den Bedarf nach der Kumulationsschaltung,
wobei die Impedanz des Ausgangssignals von der Elektrode 34 durch
die Pufferschaltung umgewandelt wird, bevor die Amplitude desselben
durch den Verstärkungssteuerverstärker und
die Verstärkungsschaltung
eingestellt wird. Das somit erhaltene Treibersignal wird zu den
Elektroden 32c und 32d geliefert. Auf diese Weise
kann ferner die Biegeschwingung der Schwingeinheit 24 aktiviert werden,
um die oben beschriebenen Vorteile zu liefern.
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Während bevorzugte
Ausführungsbeispiele der
Erfindung offenbart wurden, werden verschiedene Modi zum Ausführen der hierin
offenbarten Prinzipien als innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche betrachtet.
Deshalb ist klar, dass der Schutzbereich der Erfindung nicht begrenzt
sein soll, außer
wie es in den Ansprüchen
anderweitig dargelegt ist.