JP2000131073A - 角速度検出装置およびその駆動方法 - Google Patents
角速度検出装置およびその駆動方法Info
- Publication number
- JP2000131073A JP2000131073A JP10305197A JP30519798A JP2000131073A JP 2000131073 A JP2000131073 A JP 2000131073A JP 10305197 A JP10305197 A JP 10305197A JP 30519798 A JP30519798 A JP 30519798A JP 2000131073 A JP2000131073 A JP 2000131073A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- detection
- plane
- circuit
- input terminal
- vibrator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 角速度の検出精度を高めること。
【解決手段】 面内（面外）方向に自励振動するすくな
くとも２対の駆動電極を有する少なくとも一つの駆動用
枝と駆動用枝に同期して面内（面外）振動し、回転にと
もなうコリオリ力によって面外（面内）振動するすくな
くとも１対の検出電極を有する検出用枝とを有する振動
子１と、振動子１が自励振動するために振動子の駆動電
極に接続した発振回路２と、振動子１の検出用枝の検出
電極に接続し、帰還抵抗と演算増幅器とからなる電流電
圧変換回路と加減算回路とを有する検出回路３と、検出
回路３出力を発振回路２出力で検波する検波回路４と、
検波回路４の交流出力をカットするローパスフィルタと
を備える角速度検出装置およびその駆動方法。
くとも２対の駆動電極を有する少なくとも一つの駆動用
枝と駆動用枝に同期して面内（面外）振動し、回転にと
もなうコリオリ力によって面外（面内）振動するすくな
くとも１対の検出電極を有する検出用枝とを有する振動
子１と、振動子１が自励振動するために振動子の駆動電
極に接続した発振回路２と、振動子１の検出用枝の検出
電極に接続し、帰還抵抗と演算増幅器とからなる電流電
圧変換回路と加減算回路とを有する検出回路３と、検出
回路３出力を発振回路２出力で検波する検波回路４と、
検波回路４の交流出力をカットするローパスフィルタと
を備える角速度検出装置およびその駆動方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は単結晶水晶からなる
角速度検出素子を用いた角速度検出装置およびその駆動
方法に関するものである。
角速度検出素子を用いた角速度検出装置およびその駆動
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から機械式の回転ジャイロスコープ
が、飛行機や船舶の慣性航法装置として使われている。
この機械式回転ジャイロスコープは、高安定かつ高性能
を有しているが、その反面、装置が大きく価格も高く、
寿命も短いという欠点があった。
が、飛行機や船舶の慣性航法装置として使われている。
この機械式回転ジャイロスコープは、高安定かつ高性能
を有しているが、その反面、装置が大きく価格も高く、
寿命も短いという欠点があった。
【０００３】さらに、この機械式回転ジャイロスコープ
に代わるものとして、チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛
系の圧電セラミックスである多結晶体の圧電素子を用い
て振動体を励振させておき、回転の角速度にともなうコ
リオリ力で励起する振動により発生する電圧を、圧電素
子で検出する小型の振動式ジャイロスコープの実用化が
進められている。たとえば、特開平３−１０１１２号公
報に振動式装置が提案されている。
に代わるものとして、チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛
系の圧電セラミックスである多結晶体の圧電素子を用い
て振動体を励振させておき、回転の角速度にともなうコ
リオリ力で励起する振動により発生する電圧を、圧電素
子で検出する小型の振動式ジャイロスコープの実用化が
進められている。たとえば、特開平３−１０１１２号公
報に振動式装置が提案されている。
【０００４】以下に従来のジャイロスコープを用いた角
速度検出装置を簡単に説明する。特開平３−１０１１２
号公報に開示されている角速度検出装置は、中央の連結
部を有する音叉型振動体に駆動用の多結晶体からなる圧
電素子を設け、振動体の基部から延長した中央の連結部
と直交するヒンジ部をケースを兼ねる円筒状部材で支持
する構造である。
速度検出装置を簡単に説明する。特開平３−１０１１２
号公報に開示されている角速度検出装置は、中央の連結
部を有する音叉型振動体に駆動用の多結晶体からなる圧
電素子を設け、振動体の基部から延長した中央の連結部
と直交するヒンジ部をケースを兼ねる円筒状部材で支持
する構造である。
【０００５】この駆動用の圧電素子に交流電圧を加える
ことによって音叉型振動体を振動させ、回転にともなう
コリオリ力によってヒンジ部がＳ字状に変形しながら曲
げ振動し、これによってヒンジ部に設けた検出用の多結
晶体からなる圧電素子に発生する発生電圧を電圧検出回
路で検出し角速度を求める。
ことによって音叉型振動体を振動させ、回転にともなう
コリオリ力によってヒンジ部がＳ字状に変形しながら曲
げ振動し、これによってヒンジ部に設けた検出用の多結
晶体からなる圧電素子に発生する発生電圧を電圧検出回
路で検出し角速度を求める。
【０００６】図９は、この角速度検出用の多結晶体の圧
電素子を用いた電圧増幅回路を用いた検出回路を示して
いる。図９において、検出用の圧電素子は、等価的に容
量８３（Ｃ３）と電圧源８１と抵抗８２（Ｒ７）とで表
すことができ、圧電素子の一端は演算増幅器８０の＋入
力端子に接続し、発生電圧Ｖｉは−入力端子に接続され
た抵抗８４（Ｒ５）と抵抗８５（Ｒ６）とにより、信号
処理可能な（１＋Ｒ６／Ｒ５）Ｖｉ倍の出力電圧まで電
圧増幅される。この出力電圧を音叉振動体の規準周波数
で同期検波することにより角速度を求めている。
電素子を用いた電圧増幅回路を用いた検出回路を示して
いる。図９において、検出用の圧電素子は、等価的に容
量８３（Ｃ３）と電圧源８１と抵抗８２（Ｒ７）とで表
すことができ、圧電素子の一端は演算増幅器８０の＋入
力端子に接続し、発生電圧Ｖｉは−入力端子に接続され
た抵抗８４（Ｒ５）と抵抗８５（Ｒ６）とにより、信号
処理可能な（１＋Ｒ６／Ｒ５）Ｖｉ倍の出力電圧まで電
圧増幅される。この出力電圧を音叉振動体の規準周波数
で同期検波することにより角速度を求めている。
【０００７】この従来技術に用いられる圧電セラミック
スのような多結晶体からなる圧電素子の入力抵抗８２
（Ｒ７）で示されている等価抵抗は、１ｋΩ以下の低い
値であり、しかも、１秒間に１度回転する角速度を受け
たときに圧電歪効果により圧電素子に発生する電圧は、
数百マイクロから数ミリＶ程度である。したがって、圧
電セラミック系の圧電素子を検出用に用いた角速度検出
装置では、図９のような入力インピーダンスが数１０ｋ
Ω程度の通常の電圧増幅回路を用いた電圧検出回路によ
り、角速度を求めている。
スのような多結晶体からなる圧電素子の入力抵抗８２
（Ｒ７）で示されている等価抵抗は、１ｋΩ以下の低い
値であり、しかも、１秒間に１度回転する角速度を受け
たときに圧電歪効果により圧電素子に発生する電圧は、
数百マイクロから数ミリＶ程度である。したがって、圧
電セラミック系の圧電素子を検出用に用いた角速度検出
装置では、図９のような入力インピーダンスが数１０ｋ
Ω程度の通常の電圧増幅回路を用いた電圧検出回路によ
り、角速度を求めている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、さきの
特開平３−１０１１２号公報に開示されている角速度検
出装置は、つぎのような課題が指摘される。
特開平３−１０１１２号公報に開示されている角速度検
出装置は、つぎのような課題が指摘される。
【０００９】第１の課題としては、音叉型振動体は、振
動体の基部から延長した中央の連結部と直交するヒンジ
部を設けて円筒状の部材で支持する構造のため、形状が
複雑である。さらに、金属製の音叉型振動体とヒンジ部
に複数の圧電素子を接着する必要があり、このため組立
工程が複雑になり、全体形状も大きくなり、低価格化が
困難である。また、金属振動体を用いるため、温度特性
も良好ではなくエージングにより特性が変化するという
課題がある。
動体の基部から延長した中央の連結部と直交するヒンジ
部を設けて円筒状の部材で支持する構造のため、形状が
複雑である。さらに、金属製の音叉型振動体とヒンジ部
に複数の圧電素子を接着する必要があり、このため組立
工程が複雑になり、全体形状も大きくなり、低価格化が
困難である。また、金属振動体を用いるため、温度特性
も良好ではなくエージングにより特性が変化するという
課題がある。
【００１０】第２の課題としては、検出用素子として圧
電セラミックスの代わりに等価抵抗または等価電器イン
ピーダンスが１０ｋΩ以上高い物性値の単結晶材料を用
いると、１秒間に１度回転する角速度を受けたときに、
圧電歪効果により発生する電圧は数マイクロＶである。
この発生電圧の検出に従来の電圧検出回路を用いると、
ノイズ電圧のため角速度の検出ができなくなり実用化が
困難になるという課題がある。
電セラミックスの代わりに等価抵抗または等価電器イン
ピーダンスが１０ｋΩ以上高い物性値の単結晶材料を用
いると、１秒間に１度回転する角速度を受けたときに、
圧電歪効果により発生する電圧は数マイクロＶである。
この発生電圧の検出に従来の電圧検出回路を用いると、
ノイズ電圧のため角速度の検出ができなくなり実用化が
困難になるという課題がある。
【００１１】〔発明の目的〕そこで、本発明の目的は、
前述の問題点を解決して、ノイズ電圧の影響を受けるこ
とがなく大きな出力が得られるとともに、組立工程が簡
単で全体形状が小さく低価格化も可能な角速度検出装置
の構成およびその駆動方法を提供することである。
前述の問題点を解決して、ノイズ電圧の影響を受けるこ
とがなく大きな出力が得られるとともに、組立工程が簡
単で全体形状が小さく低価格化も可能な角速度検出装置
の構成およびその駆動方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の角速度検出装置およびその駆動方法は、下
記記載の手段を採用する。
に、本発明の角速度検出装置およびその駆動方法は、下
記記載の手段を採用する。
【００１３】本発明の角速度検出装置では、面内（面
外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動電極を有
する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同期して面
内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力によって
面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電極を有す
る検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励振動する
ために振動子の駆動電極に接続した発振回路と、振動子
の検出用枝の検出電極に接続し、帰還抵抗と演算増幅器
とからなる電流電圧変換回路と加減算回路とを有する検
出回路と、検出電圧出力を発振回路出力で検波する検波
回路と、検波回路の交流出力をカットするローパスフィ
ルタとを備えることを特徴とする。
外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動電極を有
する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同期して面
内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力によって
面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電極を有す
る検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励振動する
ために振動子の駆動電極に接続した発振回路と、振動子
の検出用枝の検出電極に接続し、帰還抵抗と演算増幅器
とからなる電流電圧変換回路と加減算回路とを有する検
出回路と、検出電圧出力を発振回路出力で検波する検波
回路と、検波回路の交流出力をカットするローパスフィ
ルタとを備えることを特徴とする。
【００１４】本発明の角速度検出装置では、面内（面
外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動電極を有
する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同期して面
内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力によって
面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電極を有す
る検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励振動する
ために振動子の駆動電極に接続した発振回路と、振動子
の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子とを接続し、
−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で接続し、＋
入力端子を接地した第１の演算増幅器からなる第１の電
流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力端子とを接
続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還抵抗で接続
し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器からなる第
２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器の出力端子
を−入力端子に接続し、第２の演算増幅器の出力端子を
＋入力端子に接続した演算増幅器からなる加減算回路と
を有する検出回路と、検出電圧出力を発振回路出力で検
波する検波回路と、検波回路の交流出力をカットするロ
ーパスフィルタとを備えることを特徴とする。
外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動電極を有
する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同期して面
内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力によって
面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電極を有す
る検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励振動する
ために振動子の駆動電極に接続した発振回路と、振動子
の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子とを接続し、
−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で接続し、＋
入力端子を接地した第１の演算増幅器からなる第１の電
流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力端子とを接
続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還抵抗で接続
し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器からなる第
２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器の出力端子
を−入力端子に接続し、第２の演算増幅器の出力端子を
＋入力端子に接続した演算増幅器からなる加減算回路と
を有する検出回路と、検出電圧出力を発振回路出力で検
波する検波回路と、検波回路の交流出力をカットするロ
ーパスフィルタとを備えることを特徴とする。
【００１５】本発明の角速度検出装置では、面内（面
外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動電極を有
する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同期して面
内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力によって
面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電極を有す
る検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励振動する
ために振動子の駆動電極に接続した発振回路と、振動子
の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子とを接続し、
−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で接続し、＋
入力端子を接地した第１の演算増幅器からなる第１の電
流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力端子とを接
続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還抵抗で接続
し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器からなる第
２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器の出力端子
と−入力端子とを第１の抵抗で接続し、−入力端子と出
力端子とを第２の抵抗で接続し、第２の演算増幅器の出
力端子と＋入力端子とを第３の抵抗で接続し、＋入力端
子を第４の抵抗を介して接地した演算増幅器からなる加
減算回路とを有する検出回路と、検出電圧出力を発振回
路出力で検波する検波回路と、検波回路の交流出力をカ
ットするローパスフィルタとを備えることを特徴とす
る。
外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動電極を有
する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同期して面
内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力によって
面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電極を有す
る検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励振動する
ために振動子の駆動電極に接続した発振回路と、振動子
の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子とを接続し、
−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で接続し、＋
入力端子を接地した第１の演算増幅器からなる第１の電
流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力端子とを接
続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還抵抗で接続
し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器からなる第
２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器の出力端子
と−入力端子とを第１の抵抗で接続し、−入力端子と出
力端子とを第２の抵抗で接続し、第２の演算増幅器の出
力端子と＋入力端子とを第３の抵抗で接続し、＋入力端
子を第４の抵抗を介して接地した演算増幅器からなる加
減算回路とを有する検出回路と、検出電圧出力を発振回
路出力で検波する検波回路と、検波回路の交流出力をカ
ットするローパスフィルタとを備えることを特徴とす
る。
【００１６】本発明の角速度検出装置の駆動方法は、面
内（面外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動電
極を有する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同期
して面内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力に
よって面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電極
を有する検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励振
動するために振動子の駆動電極に接続した発振回路と、
振動子の検出用枝の検出電極に接続し、帰還抵抗と演算
増幅器とからなる電流電圧変換回路と加減算回路とを有
する検出回路と、検出電圧出力を発振回路出力で検波す
る検波回路と、検波回路の交流出力をカットするローパ
スフィルタとを備え、回転にともなうコリオリ力によっ
て、振動子の検出用枝の検出電極に発生する短絡電流に
比例した検出電圧を得ることを特徴とする。
内（面外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動電
極を有する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同期
して面内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力に
よって面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電極
を有する検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励振
動するために振動子の駆動電極に接続した発振回路と、
振動子の検出用枝の検出電極に接続し、帰還抵抗と演算
増幅器とからなる電流電圧変換回路と加減算回路とを有
する検出回路と、検出電圧出力を発振回路出力で検波す
る検波回路と、検波回路の交流出力をカットするローパ
スフィルタとを備え、回転にともなうコリオリ力によっ
て、振動子の検出用枝の検出電極に発生する短絡電流に
比例した検出電圧を得ることを特徴とする。
【００１７】本発明の角速度検出装置の駆動方法は、は
面内（面外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動
電極を有する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同
期して面内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力
によって面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電
極を有する検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励
振動するために振動子の駆動電極に接続した発振回路
と、振動子の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子と
を接続し、−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で
接続し、＋入力端子を接地した第１の演算増幅器からな
る第１の電流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力
端子とを接続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還
抵抗で接続し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器
からなる第２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器
の出力端子を−入力端子に接続し、第２の演算増幅器の
出力端子を＋入力端子に接続した演算増幅器からなる加
減算回路とを有する検出回路と、検出電圧出力を発振回
路出力で検波する検波回路と、検波回路の交流出力をカ
ットするローパスフィルタとを備え、回転にともなうコ
リオリ力によって、振動子の検出用枝の検出電極に発生
する短絡電流と第１の帰還抵抗との積と短絡電流と第２
の帰還抵抗との積とを加算した検出電圧を得ることを特
徴とする。
面内（面外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動
電極を有する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同
期して面内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力
によって面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電
極を有する検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励
振動するために振動子の駆動電極に接続した発振回路
と、振動子の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子と
を接続し、−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で
接続し、＋入力端子を接地した第１の演算増幅器からな
る第１の電流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力
端子とを接続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還
抵抗で接続し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器
からなる第２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器
の出力端子を−入力端子に接続し、第２の演算増幅器の
出力端子を＋入力端子に接続した演算増幅器からなる加
減算回路とを有する検出回路と、検出電圧出力を発振回
路出力で検波する検波回路と、検波回路の交流出力をカ
ットするローパスフィルタとを備え、回転にともなうコ
リオリ力によって、振動子の検出用枝の検出電極に発生
する短絡電流と第１の帰還抵抗との積と短絡電流と第２
の帰還抵抗との積とを加算した検出電圧を得ることを特
徴とする。
【００１８】本発明の角速度検出装置の駆動方法は、面
内（面外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動電
極を有する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同期
して面内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力に
よって面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電極
を有する検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励振
動するために振動子の駆動電極に接続した発振回路と、
振動子の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子とを接
続し、−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で接続
し、＋入力端子を接地した第１の演算増幅器からなる第
１の電流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力端子
とを接続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還抵抗
で接続し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器から
なる第２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器の出
力端子と−入力端子とを第１の抵抗で接続し、−入力端
子と出力端子とを第２の抵抗で接続し、第２の演算増幅
器の出力端子と＋入力端子とを第３の抵抗で接続し、＋
入力端子を第４の抵抗を介して接地した演算増幅器から
なる加減算回路とを有する検出回路と、検出電圧出力を
発振回路出力で検波する検波回路と、検波回路の交流出
力をカットするローパスフィルタとを備え、回転にとも
なうコリオリ力によって、振動子の検出用枝の検出電極
に発生する短絡電流と第１の帰還抵抗との積と短絡電流
と第２の帰還抵抗との積とを加算した検出電圧を得るこ
とを特徴とする。
内（面外）方向に自励振動する少なくとも２対の駆動電
極を有する少なくとも一つの駆動用枝と駆動用枝に同期
して面内（面外）振動し、回転にともなうコリオリ力に
よって面外（面内）振動する少なくとも１対の検出電極
を有する検出用枝とを有する振動子と、振動子が自励振
動するために振動子の駆動電極に接続した発振回路と、
振動子の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子とを接
続し、−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で接続
し、＋入力端子を接地した第１の演算増幅器からなる第
１の電流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力端子
とを接続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還抵抗
で接続し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器から
なる第２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器の出
力端子と−入力端子とを第１の抵抗で接続し、−入力端
子と出力端子とを第２の抵抗で接続し、第２の演算増幅
器の出力端子と＋入力端子とを第３の抵抗で接続し、＋
入力端子を第４の抵抗を介して接地した演算増幅器から
なる加減算回路とを有する検出回路と、検出電圧出力を
発振回路出力で検波する検波回路と、検波回路の交流出
力をカットするローパスフィルタとを備え、回転にとも
なうコリオリ力によって、振動子の検出用枝の検出電極
に発生する短絡電流と第１の帰還抵抗との積と短絡電流
と第２の帰還抵抗との積とを加算した検出電圧を得るこ
とを特徴とする。
【００１９】〔作用〕本発明の角速度検出装置において
は、圧電性を有する単結晶体の水晶を音叉または三叉型
振動子に用いたため、形状が単純になり、電極は真空蒸
着法やスパッタリング法により形成でき、圧電素子を接
着する必要がないため、組立工程が簡単になり、全体形
状も小さく、低価格化も可能になる。また、水晶を振動
体に用いるため、温度特性も改良される。
は、圧電性を有する単結晶体の水晶を音叉または三叉型
振動子に用いたため、形状が単純になり、電極は真空蒸
着法やスパッタリング法により形成でき、圧電素子を接
着する必要がないため、組立工程が簡単になり、全体形
状も小さく、低価格化も可能になる。また、水晶を振動
体に用いるため、温度特性も改良される。
【００２０】水晶振動子の一つの枝を検出用枝とし、そ
の検出用枝に１対の検出電極を設けると、二つの検出電
極間の等価電気インピーダンスは、１０ｋオーム以上と
なるが、従来の電圧検出回路の代わりに、等価的に二つ
の検出用電極を短絡し、短絡電流を電圧に変換するバラ
ンス型の検出回路を用いたため、ノイズ電圧の影響を受
けることなく従来よりも大きな出力が得られる。
の検出用枝に１対の検出電極を設けると、二つの検出電
極間の等価電気インピーダンスは、１０ｋオーム以上と
なるが、従来の電圧検出回路の代わりに、等価的に二つ
の検出用電極を短絡し、短絡電流を電圧に変換するバラ
ンス型の検出回路を用いたため、ノイズ電圧の影響を受
けることなく従来よりも大きな出力が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明を実施す
るための最良の形態における角速度検出装置の構成を説
明する。図１は本発明の実施形態における角速度検出装
置の全体の構成を示すブロック図であり、図２は本発明
の実施形態における角速度検出装置の発振回路、図３は
検出回路、図４は検波回路、図５はローパスフィルタの
構成を示す回路図であり、図６は振動子の前面斜視図、
図７は後面斜視図である。図８は本図８は本発明の第２
の実施形態における振動子の電極構造を示す断面図であ
る。以下、適時各図を参照しながら説明する。
るための最良の形態における角速度検出装置の構成を説
明する。図１は本発明の実施形態における角速度検出装
置の全体の構成を示すブロック図であり、図２は本発明
の実施形態における角速度検出装置の発振回路、図３は
検出回路、図４は検波回路、図５はローパスフィルタの
構成を示す回路図であり、図６は振動子の前面斜視図、
図７は後面斜視図である。図８は本図８は本発明の第２
の実施形態における振動子の電極構造を示す断面図であ
る。以下、適時各図を参照しながら説明する。
【００２２】〔角速度検出装置の全体構成説明：図１、
図６、および図７〕図１に示すように、角速度検出装置
の全体の構成は、振動子１と発振回路２と検出回路３と
検波回路４とローパスフィルタ５とを備え、ローパスフ
ルタ５の出力が角速度出力６となる。振動子１は図６と
図７とに示すように、単結晶水晶から一体形成した駆動
用枝７と検出用枝８とを備え、駆動用枝７には、駆動電
極９、１０、１１、１２を備える。
図６、および図７〕図１に示すように、角速度検出装置
の全体の構成は、振動子１と発振回路２と検出回路３と
検波回路４とローパスフィルタ５とを備え、ローパスフ
ルタ５の出力が角速度出力６となる。振動子１は図６と
図７とに示すように、単結晶水晶から一体形成した駆動
用枝７と検出用枝８とを備え、駆動用枝７には、駆動電
極９、１０、１１、１２を備える。
【００２３】駆動用枝７の下部で駆動電極９と駆動電極
１０とが接続して対となり、上部で駆動電極１１と駆動
電極１２とが接続して対となる。駆動電極９と駆動電極
１０との対は接続線６０を介して出力端子６３に接続
し、さらに、駆動電極１１と駆動電極１２との対は接続
線６１を介して出力端子６４に接続する。これらの電極
は真空蒸着法やスパッタリング法により形成する。また
さらに、出力端子６３は接続線１８により発振回路２の
入力端子と、出力端子６４は接続線１９により発振回路
２の出力端子に接続する。
１０とが接続して対となり、上部で駆動電極１１と駆動
電極１２とが接続して対となる。駆動電極９と駆動電極
１０との対は接続線６０を介して出力端子６３に接続
し、さらに、駆動電極１１と駆動電極１２との対は接続
線６１を介して出力端子６４に接続する。これらの電極
は真空蒸着法やスパッタリング法により形成する。また
さらに、出力端子６３は接続線１８により発振回路２の
入力端子と、出力端子６４は接続線１９により発振回路
２の出力端子に接続する。
【００２４】検出用枝８の上部で検出電極１４と検出電
極１７とが接続して対となり、下部で検出電極１５と検
出電極１６とが接続して対となる。さらに、検出電極１
４と検出電極１７対は接続線６５を介して出力端子６７
に接続し、検出電極１５と検出電極１６との対は接続線
６６を介して出力端子６８に接続する。出力端子６７は
接続線２１、出力端子６８は接続線２２により検出回路
３の入力端子に接続する。
極１７とが接続して対となり、下部で検出電極１５と検
出電極１６とが接続して対となる。さらに、検出電極１
４と検出電極１７対は接続線６５を介して出力端子６７
に接続し、検出電極１５と検出電極１６との対は接続線
６６を介して出力端子６８に接続する。出力端子６７は
接続線２１、出力端子６８は接続線２２により検出回路
３の入力端子に接続する。
【００２５】〔発振回路２説明：図２〕発振回路２は、
図２に示すように、演算増幅器２５とトランジスタ２６
と抵抗２７，２８と容量２９とを備える。なお、演算増
幅器２５とトランジスタ２６の代わりにオープンコレク
タタイプの演算増幅器としてもよい。振動子の駆動用枝
７の出力端子６３は接続線１８により演算増幅器２５の
一方の入力端子と出力端子６８は接続線１９によりトラ
ンジスタ２６のコレクタと接続する。演算増幅器２５の
他方の入力端子は容量２９を介して接地するとともに、
抵抗２８によってトランジスタ２６のコレクタに帰還を
する。トランジスタ２６のエミッタは通常接地するが、
利得を制御するための負帰還用（ＡＧＣ）としても使用
できる。
図２に示すように、演算増幅器２５とトランジスタ２６
と抵抗２７，２８と容量２９とを備える。なお、演算増
幅器２５とトランジスタ２６の代わりにオープンコレク
タタイプの演算増幅器としてもよい。振動子の駆動用枝
７の出力端子６３は接続線１８により演算増幅器２５の
一方の入力端子と出力端子６８は接続線１９によりトラ
ンジスタ２６のコレクタと接続する。演算増幅器２５の
他方の入力端子は容量２９を介して接地するとともに、
抵抗２８によってトランジスタ２６のコレクタに帰還を
する。トランジスタ２６のエミッタは通常接地するが、
利得を制御するための負帰還用（ＡＧＣ）としても使用
できる。
【００２６】〔検出回路３説明：図３〕検出回路３は図
３に示すように、第１の演算増幅器３０と第１の帰還抵
抗３３（Ｒｆ１）とからなる第１の電流電圧変換回路
と、第２の演算増幅器３１と第２の帰還抵抗３４（Ｒｆ
２）とからなる第２の電流電圧変換回路と演算増幅器３
２と抵抗３５（Ｒ１）、３６（Ｒ２）、３７（Ｒ３）、
３８（Ｒ４）とからなる加減算回路とからなる。
３に示すように、第１の演算増幅器３０と第１の帰還抵
抗３３（Ｒｆ１）とからなる第１の電流電圧変換回路
と、第２の演算増幅器３１と第２の帰還抵抗３４（Ｒｆ
２）とからなる第２の電流電圧変換回路と演算増幅器３
２と抵抗３５（Ｒ１）、３６（Ｒ２）、３７（Ｒ３）、
３８（Ｒ４）とからなる加減算回路とからなる。
【００２７】振動子１の検出用枝８の検出電極１４と検
出電極１７との出力端子６７は接続線２１により第１の
演算増幅器３０の−入力端子に接続し、さらに、−入力
端子と出力端子とは第１の帰還抵抗３３（Ｒｆ１）で接
続する。＋入力端子は接地する。振動子１の検出用枝８
の検出電極１５と検出電極１６との出力端子６８は接続
線２２により第２の演算増幅器３１の−入力端子に接続
し、さらに、−入力端子と出力端子とは第２の帰還抵抗
３４（Ｒｆ２）で接続する。＋入力端子は接地する。
出電極１７との出力端子６７は接続線２１により第１の
演算増幅器３０の−入力端子に接続し、さらに、−入力
端子と出力端子とは第１の帰還抵抗３３（Ｒｆ１）で接
続する。＋入力端子は接地する。振動子１の検出用枝８
の検出電極１５と検出電極１６との出力端子６８は接続
線２２により第２の演算増幅器３１の−入力端子に接続
し、さらに、−入力端子と出力端子とは第２の帰還抵抗
３４（Ｒｆ２）で接続する。＋入力端子は接地する。
【００２８】第１の演算増幅器３０の出力端子と演算増
幅器３２の−入力端子とは抵抗３５（Ｒ１）で接続す
る。さらに、演算増幅器３２の−入力端子と出力端子と
は抵抗３６（Ｒ２）で接続する。第２の演算増幅器３１
の出力端子と演算増幅器３２の＋入力端子とは抵抗３７
（Ｒ３）で接続する。さらに、演算増幅器３２の＋入力
端子は抵抗３８（Ｒ４）を介して接地する。第１の演算
増幅器３０と第２の演算増幅器３１の＋入力端子がとも
に接地されるため、二つの−入力端子も仮想接地され
る。これによって、振動子１の検出用枝８の出力端子６
７と出力端子６８は、ともに等価的に接地される。回転
にともなうコリオリ力によって、振動子１の振動周波数
と同じ周波数の短絡電流Ｉｓが検出電極の出力端子６７
と出力端子６８との間および検出回路３の電流電圧変換
回路に流れる。
幅器３２の−入力端子とは抵抗３５（Ｒ１）で接続す
る。さらに、演算増幅器３２の−入力端子と出力端子と
は抵抗３６（Ｒ２）で接続する。第２の演算増幅器３１
の出力端子と演算増幅器３２の＋入力端子とは抵抗３７
（Ｒ３）で接続する。さらに、演算増幅器３２の＋入力
端子は抵抗３８（Ｒ４）を介して接地する。第１の演算
増幅器３０と第２の演算増幅器３１の＋入力端子がとも
に接地されるため、二つの−入力端子も仮想接地され
る。これによって、振動子１の検出用枝８の出力端子６
７と出力端子６８は、ともに等価的に接地される。回転
にともなうコリオリ力によって、振動子１の振動周波数
と同じ周波数の短絡電流Ｉｓが検出電極の出力端子６７
と出力端子６８との間および検出回路３の電流電圧変換
回路に流れる。
【００２９】〔検波回路４説明：図４〕検波回路４は図
４に示すように、抵抗４１、４２と演算増幅器４０とト
ランスミッション・ゲート４３、４４とインバータ４５
とを備える。抵抗４１、４２と演算増幅器４０はゲイン
１の反転アンプを形成する。検出回路３の出力端子は接
続線２３によりトランスミッション・ゲート４３の入力
端子と反転アンプを介してトランスミッション・ゲート
４４の入力端子に接続する。トランスミッション・ゲー
ト４３の出力端子はトランスミッション・ゲート４４の
出力端子に接続する。発振回路２との接続線２０から供
給する発振回路２の出力電圧と、インバータ４５を介し
た反転出力電圧とを、トランスミッション・ゲート４３
とトランスミッション・ゲート４４の各々の制御端子の
参照信号とする。
４に示すように、抵抗４１、４２と演算増幅器４０とト
ランスミッション・ゲート４３、４４とインバータ４５
とを備える。抵抗４１、４２と演算増幅器４０はゲイン
１の反転アンプを形成する。検出回路３の出力端子は接
続線２３によりトランスミッション・ゲート４３の入力
端子と反転アンプを介してトランスミッション・ゲート
４４の入力端子に接続する。トランスミッション・ゲー
ト４３の出力端子はトランスミッション・ゲート４４の
出力端子に接続する。発振回路２との接続線２０から供
給する発振回路２の出力電圧と、インバータ４５を介し
た反転出力電圧とを、トランスミッション・ゲート４３
とトランスミッション・ゲート４４の各々の制御端子の
参照信号とする。
【００３０】〔ローパスフィルタ５説明：図５〕ローパ
スフィルタ５は図５に示すように、抵抗５１、５２、５
３と容量５４、５５と演算増幅器５０とを備える。検波
回路４の出力端子は、接続線２４によりローパスフィル
タ５の入力端子である抵抗５１の一端に接続する。抵抗
５１の他端は抵抗５３を介して演算増幅器５０の一方の
入力端子に接続する。また、抵抗５１の他端は抵抗５２
を介して演算増幅器５０の出力端子に接続するととも
に、容量５４を介して接地する。また、演算増幅器５０
の一方の入力端子は容量５５を介して演算増幅器５０の
出力端子に接続する。さらに、演算増幅器５０の他方の
入力端子は接地する。ローパスフィルタは多重帰還型二
次ローパスフィルタである。
スフィルタ５は図５に示すように、抵抗５１、５２、５
３と容量５４、５５と演算増幅器５０とを備える。検波
回路４の出力端子は、接続線２４によりローパスフィル
タ５の入力端子である抵抗５１の一端に接続する。抵抗
５１の他端は抵抗５３を介して演算増幅器５０の一方の
入力端子に接続する。また、抵抗５１の他端は抵抗５２
を介して演算増幅器５０の出力端子に接続するととも
に、容量５４を介して接地する。また、演算増幅器５０
の一方の入力端子は容量５５を介して演算増幅器５０の
出力端子に接続する。さらに、演算増幅器５０の他方の
入力端子は接地する。ローパスフィルタは多重帰還型二
次ローパスフィルタである。
【００３１】〔角速度検出装置の動作説明〕つぎに以上
の構成による角速度検出装置の動作を説明する。発振回
路２は演算増幅器２５とトランジスタ２６とからなる正
帰還の発振器であり、単結晶水晶の振動子１の共振周波
数ｆ０（Ｈｚ）で発振し、駆動用枝７は図６のＸ方向に
面内振動する。ここに、図６のＸは水晶の電気軸に、Ｙ
は水晶の機械軸に、Ｚは水晶光軸にほぼ平行であるが、
最適な温度特性を得るため１度から１０度程度回転する
こともある。
の構成による角速度検出装置の動作を説明する。発振回
路２は演算増幅器２５とトランジスタ２６とからなる正
帰還の発振器であり、単結晶水晶の振動子１の共振周波
数ｆ０（Ｈｚ）で発振し、駆動用枝７は図６のＸ方向に
面内振動する。ここに、図６のＸは水晶の電気軸に、Ｙ
は水晶の機械軸に、Ｚは水晶光軸にほぼ平行であるが、
最適な温度特性を得るため１度から１０度程度回転する
こともある。
【００３２】振動子１の駆動用枝７に同期して検出用枝
８もＸ方向に面内振動する。このとき振動子１がベクト
ル軸がＹ方向に平行な角速度ωの回転を受けると、面内
振動と直角なＺ方向に角速度ωに比例したコリオリ力Ｆ
が働く。Ｆは以下のように表せる。 Ｆ＝２・ｍ・ω・Ｖ ここに、ｍは駆動用枝７または検出用枝８の等価質量、
Ｖは周波数ｆ０（Ｈｚ）で振動する速度である。このコ
リオリ力により面内振動と同じ周波数ｆ０（Ｈｚ）の面
外振動が励起される。この振動による圧電歪効果によ
り、振動の１周期の前半に検出用枝８の検出電極１４か
ら検出電極１６へ向かう電界と検出電極１７から検出電
極１５へ向かう電界とが発生し、１周期の後半に検出電
極１６から検出電極１４へ向かう電界と検出電極１５か
ら検出電極１７へ向かう電界とが発生する。
８もＸ方向に面内振動する。このとき振動子１がベクト
ル軸がＹ方向に平行な角速度ωの回転を受けると、面内
振動と直角なＺ方向に角速度ωに比例したコリオリ力Ｆ
が働く。Ｆは以下のように表せる。 Ｆ＝２・ｍ・ω・Ｖ ここに、ｍは駆動用枝７または検出用枝８の等価質量、
Ｖは周波数ｆ０（Ｈｚ）で振動する速度である。このコ
リオリ力により面内振動と同じ周波数ｆ０（Ｈｚ）の面
外振動が励起される。この振動による圧電歪効果によ
り、振動の１周期の前半に検出用枝８の検出電極１４か
ら検出電極１６へ向かう電界と検出電極１７から検出電
極１５へ向かう電界とが発生し、１周期の後半に検出電
極１６から検出電極１４へ向かう電界と検出電極１５か
ら検出電極１７へ向かう電界とが発生する。
【００３３】これにより、検出電極１４と検出電極１６
との間および検出電極１７と検出電極１５とのあいだに
は周波数ｆ０（Ｈｚ）の交流電圧が発生する。この実施
形態では検出電極１４と検出電極１７とを接続し、検出
電極１５と検出電極１６とを接続して、発生電圧を並列
出力として得ているが、検出電極は検出電極１４と検出
電極１６、または検出電極１５と検出電極１７のみでも
よく、また、検出電極１４と検出電極１５とを接続し、
検出電極１６と検出電極１７とから検出電圧を直列出力
として得ることも可能である。
との間および検出電極１７と検出電極１５とのあいだに
は周波数ｆ０（Ｈｚ）の交流電圧が発生する。この実施
形態では検出電極１４と検出電極１７とを接続し、検出
電極１５と検出電極１６とを接続して、発生電圧を並列
出力として得ているが、検出電極は検出電極１４と検出
電極１６、または検出電極１５と検出電極１７のみでも
よく、また、検出電極１４と検出電極１５とを接続し、
検出電極１６と検出電極１７とから検出電圧を直列出力
として得ることも可能である。
【００３４】この振動子１の真空中で面外振動するとき
の等価抵抗は１０ｋΩ以上であり、１気圧の大気中また
は不活性ガス中では、等価抵抗は約１０倍の１００ｋΩ
以上に増加する。
の等価抵抗は１０ｋΩ以上であり、１気圧の大気中また
は不活性ガス中では、等価抵抗は約１０倍の１００ｋΩ
以上に増加する。
【００３５】検出回路３の第１の演算増幅器３０と第２
の演算増幅器３１の開ループ利得をともにＡとすると、
第１の演算増幅器３０の入力インピーダンスは第１の帰
還抵抗３３（Ｒｆ１）によって、Ｒｆ１／（１＋Ａ）と
なり、第２の演算増幅器３１の入力インピーダンスは第
２の帰還抵抗３４（Ｒｆ２）により、Ｒｆ２／（１＋
Ａ）となる。演算増幅器の開ループ利得は１００ｄＢ以
上あるため、第１の演算増幅器３０と第２の演算増幅器
３１の入力インピーダンスは数オームと非常に小さくな
り、実質的には０Ωとしてもよい。
の演算増幅器３１の開ループ利得をともにＡとすると、
第１の演算増幅器３０の入力インピーダンスは第１の帰
還抵抗３３（Ｒｆ１）によって、Ｒｆ１／（１＋Ａ）と
なり、第２の演算増幅器３１の入力インピーダンスは第
２の帰還抵抗３４（Ｒｆ２）により、Ｒｆ２／（１＋
Ａ）となる。演算増幅器の開ループ利得は１００ｄＢ以
上あるため、第１の演算増幅器３０と第２の演算増幅器
３１の入力インピーダンスは数オームと非常に小さくな
り、実質的には０Ωとしてもよい。
【００３６】さらに、第１の演算増幅器３０と第２の演
算増幅器３１の＋入力端子は各々接地されているため、
第１の演算増幅器３０と演算増幅器３１の−入力端子
は、各々バーテュアル・ショートされて＋入力端子と同
じ電位になり、接地された状態になる。しかしながら、
第１の演算増幅器３０と第２の演算増幅器３１の各々の
−入力端子と＋入力端子間の入力抵抗は非常に大きく、
ほぼ無限大である。
算増幅器３１の＋入力端子は各々接地されているため、
第１の演算増幅器３０と演算増幅器３１の−入力端子
は、各々バーテュアル・ショートされて＋入力端子と同
じ電位になり、接地された状態になる。しかしながら、
第１の演算増幅器３０と第２の演算増幅器３１の各々の
−入力端子と＋入力端子間の入力抵抗は非常に大きく、
ほぼ無限大である。
【００３７】このため、振動子１の検出用枝８の検出電
極の出力端子６７と出力端子６８との間が等価的に短絡
され、検出電極の出力端子６７と６８との間に短絡電流
Ｉｓが流れる。この短絡電流Ｉｓは第１の演算増幅器３
０の−入力端子側から出力端子方向に第１の帰還抵抗３
３（Ｒｆ１）を通って流れ、さらに、第２の演算増幅器
３１の出力端子側から−入力端子方向に第２の帰還抵抗
３４（Ｒｆ２）を通って逆方向に流れる。したがって、
第１の演算増幅器３０の出力端子には、出力電圧Ｖ１＝
−Ｉｓ・Ｒｆ１が第２の演算増幅器３１の出力端子には
出力電圧Ｖ２＝Ｉｓ・Ｒｆ２が発生する。
極の出力端子６７と出力端子６８との間が等価的に短絡
され、検出電極の出力端子６７と６８との間に短絡電流
Ｉｓが流れる。この短絡電流Ｉｓは第１の演算増幅器３
０の−入力端子側から出力端子方向に第１の帰還抵抗３
３（Ｒｆ１）を通って流れ、さらに、第２の演算増幅器
３１の出力端子側から−入力端子方向に第２の帰還抵抗
３４（Ｒｆ２）を通って逆方向に流れる。したがって、
第１の演算増幅器３０の出力端子には、出力電圧Ｖ１＝
−Ｉｓ・Ｒｆ１が第２の演算増幅器３１の出力端子には
出力電圧Ｖ２＝Ｉｓ・Ｒｆ２が発生する。
【００３８】加減算回路の抵抗３５（Ｒ１）と抵抗３２
（Ｒ２）との値を等しく、抵抗３７（Ｒ３）と抵抗３８
（Ｒ４）との値を等しくすると、演算増幅器３２の出力
電圧Ｖ＝−Ｖ１＋Ｖ２＝Ｉｓ（Ｒｆ１＋Ｒｆ２）が得ら
れる。Ｒｆ１＝Ｒｆ２＝Ｒｆとすれば、出力電圧はＶ＝
２・Ｉｓ・Ｒｆとなる。
（Ｒ２）との値を等しく、抵抗３７（Ｒ３）と抵抗３８
（Ｒ４）との値を等しくすると、演算増幅器３２の出力
電圧Ｖ＝−Ｖ１＋Ｖ２＝Ｉｓ（Ｒｆ１＋Ｒｆ２）が得ら
れる。Ｒｆ１＝Ｒｆ２＝Ｒｆとすれば、出力電圧はＶ＝
２・Ｉｓ・Ｒｆとなる。
【００３９】１気圧の大気中または不活性ガス中で１秒
間に１度回転する角速度を受けたときに発生する短絡電
流Ｉｓは、５０ｐＡ程度であり、帰還抵抗Ｒｆの値を１
００ＭΩとすると、検出回路３の検出電圧としては、従
来の多結晶セラミック体より大きい約１０ｍＶの検出出
力が得られる。
間に１度回転する角速度を受けたときに発生する短絡電
流Ｉｓは、５０ｐＡ程度であり、帰還抵抗Ｒｆの値を１
００ＭΩとすると、検出回路３の検出電圧としては、従
来の多結晶セラミック体より大きい約１０ｍＶの検出出
力が得られる。
【００４０】検出回路３の検出出力は接続線２３により
検波回路４に供給され、接続線２０による発振回路２の
出力電圧によって検波される。この発振回路２と検波回
路４とを結ぶ接続線２０には図には示していないが、検
出回路３の検出出力と位相を合わせるために発振回路２
の出力電圧波形を９０度移相する移相回路を設ける。こ
の検波回路４は等価的な乗算回路であり、角速度の回転
方向を知るとともに検出精度を高める働きをする。
検波回路４に供給され、接続線２０による発振回路２の
出力電圧によって検波される。この発振回路２と検波回
路４とを結ぶ接続線２０には図には示していないが、検
出回路３の検出出力と位相を合わせるために発振回路２
の出力電圧波形を９０度移相する移相回路を設ける。こ
の検波回路４は等価的な乗算回路であり、角速度の回転
方向を知るとともに検出精度を高める働きをする。
【００４１】検波回路４の出力電圧が接続線２４によ
り、ローパスフィルタ５に供給され、交流成分がカット
されて、角速度に比例した直流出力電圧が得られる。
り、ローパスフィルタ５に供給され、交流成分がカット
されて、角速度に比例した直流出力電圧が得られる。
【００４２】〔第２の実施形態の角速度検出装置：図
８〕図８は本発明の角速度検出装置の第２の実施形態に
おける振動子の電極構造を示す断面図である。図６およ
び図７の振動子に新たに駆動用枝７０を追加して三叉振
動子としたものである。駆動用枝７０に駆動電極７１、
７２、７３、７４を設け、駆動電極７１と駆動電極７２
とを接続線１８に接続し、駆動電極７３と駆動電極７４
とを接続線１９の接続する。この図８に示す第２の実施
形態の角速度検出装置においては、駆動用枝が２本にな
るため、発振の安定度が高くなる。
８〕図８は本発明の角速度検出装置の第２の実施形態に
おける振動子の電極構造を示す断面図である。図６およ
び図７の振動子に新たに駆動用枝７０を追加して三叉振
動子としたものである。駆動用枝７０に駆動電極７１、
７２、７３、７４を設け、駆動電極７１と駆動電極７２
とを接続線１８に接続し、駆動電極７３と駆動電極７４
とを接続線１９の接続する。この図８に示す第２の実施
形態の角速度検出装置においては、駆動用枝が２本にな
るため、発振の安定度が高くなる。
【００４３】以上説明した実施形態の説明では、振動子
の自励振動方向をＸ方向である面内方向としたが、自励
方向振動をＺ方向である面外振動として用いることも可
能である。同様のことは、水晶のＹ軸を中心に９０度回
転したＸカット振動子としても可能である。
の自励振動方向をＸ方向である面内方向としたが、自励
方向振動をＺ方向である面外振動として用いることも可
能である。同様のことは、水晶のＹ軸を中心に９０度回
転したＸカット振動子としても可能である。
【００４４】さらに、以上説明した実施形態の説明で
は、振動子の基板の材料が水晶の例を示したが、タンタ
ル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、ホウ酸
リチウム単結晶等圧電性を示す材料でもよい。
は、振動子の基板の材料が水晶の例を示したが、タンタ
ル酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウム単結晶、ホウ酸
リチウム単結晶等圧電性を示す材料でもよい。
【００４５】また、以上説明した実施形態の説明では、
振動子の形状として、音叉および三叉の例を示したが、
これに限定せずに、すくなくとも一つの駆動用枝と、す
くなくとも一つの検出用枝を有する振動子であればよ
い。
振動子の形状として、音叉および三叉の例を示したが、
これに限定せずに、すくなくとも一つの駆動用枝と、す
くなくとも一つの検出用枝を有する振動子であればよ
い。
【００４６】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
角速度検出装置においては、検出回路３によって振動子
１の検出用枝８の検出電極の出力端子６７と６８とを等
価的に短絡し、検出回路３の第１の演算増幅器３０と第
１の帰還抵抗３３とからなる第１の電流電圧変換回路に
よって、短絡電流Ｉｓを電圧Ｖ１＝−Ｉｓ・Ｒｆに変換
し、さらに、第２の演算増幅器３１と第２の帰還抵抗３
４とからなる第２の電流電圧変換回路によって短絡電流
Ｉｓを電圧Ｖ２＝Ｉｓ・Ｒｆに変換し、抵抗と演算増幅
器からなる加減算回路により、検出出力Ｖ＝Ｖ２−Ｖ１
＝２・Ｉｓ・Ｒｆと２倍にすることができる。
角速度検出装置においては、検出回路３によって振動子
１の検出用枝８の検出電極の出力端子６７と６８とを等
価的に短絡し、検出回路３の第１の演算増幅器３０と第
１の帰還抵抗３３とからなる第１の電流電圧変換回路に
よって、短絡電流Ｉｓを電圧Ｖ１＝−Ｉｓ・Ｒｆに変換
し、さらに、第２の演算増幅器３１と第２の帰還抵抗３
４とからなる第２の電流電圧変換回路によって短絡電流
Ｉｓを電圧Ｖ２＝Ｉｓ・Ｒｆに変換し、抵抗と演算増幅
器からなる加減算回路により、検出出力Ｖ＝Ｖ２−Ｖ１
＝２・Ｉｓ・Ｒｆと２倍にすることができる。
【００４７】さらに、検出回路３は、バランス入力とな
るため、第１に演算増幅器３０と第２の演算増幅器３１
とに共通なバイアス電流Ｉｂやオフセット電圧Ｖｏｆお
よび振動子１と検出回路３の接続線２１と２２に外部か
ら加わるコモンモード雑音電圧等が加減算回路によりキ
ャンセルできるため、低雑音で温度特性の良い検出回路
となる。この検出回路を用いることによって、検出精度
が高い角速度検出装置が実現できる。
るため、第１に演算増幅器３０と第２の演算増幅器３１
とに共通なバイアス電流Ｉｂやオフセット電圧Ｖｏｆお
よび振動子１と検出回路３の接続線２１と２２に外部か
ら加わるコモンモード雑音電圧等が加減算回路によりキ
ャンセルできるため、低雑音で温度特性の良い検出回路
となる。この検出回路を用いることによって、検出精度
が高い角速度検出装置が実現できる。
【図１】本発明の実施形態における角速度検出装置の全
体の構成を示すブロック図である。
体の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における角速度検出装置の発
振回路の構成を示す回路図である。
振回路の構成を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態における角速度検出装置の検
出回路の構成を示す回路図である。
出回路の構成を示す回路図である。
【図４】本発明の実施形態における角速度検出装置の検
波回路の構成を示す回路図である。
波回路の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の実施形態における角速度検出装置のロ
ーパスフィルタの構成を示す回路図である。
ーパスフィルタの構成を示す回路図である。
【図６】本発明の実施形態における角速度検出装置の振
動子の前面斜視図である。
動子の前面斜視図である。
【図７】本発明の実施形態における角速度検出装置の振
動子の後面斜視図である。
動子の後面斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態における振動子の電極
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
【図９】従来技術における角速度検出装置の検出回路を
示す図面である。
示す図面である。
１：振動子 ２：発振回路 ３：検出
回路 ４：検波回路 ３０：第１の演算増幅器 ３１：第２の演算増幅器 ３３：第１の帰還抵
抗 ３４：第２の帰還抵抗
回路 ４：検波回路 ３０：第１の演算増幅器 ３１：第２の演算増幅器 ３３：第１の帰還抵
抗 ３４：第２の帰還抵抗
Claims (6)
- 【請求項１】 面内（面外）方向に自励振動する少なく
とも２対の駆動電極を有する少なくとも一つの駆動用枝
と駆動用枝に同期して面内（面外）振動し、回転にとも
なうコリオリ力によって面外（面内）振動する少なくと
も１対の検出電極を有する検出用枝とを有する振動子
と、 振動子が自励振動するために振動子の駆動電極に接続し
た発振回路と、 振動子の検出用枝の検出電極に接続し、帰還抵抗と演算
増幅器とからなる電流電圧変換回路と加減算回路とを有
する検出回路と、 検出電圧出力を発振回路出力で検波する検波回路と、 検波回路の交流出力をカットするローパスフィルタとを
備えることを特徴とする角速度検出装置。 - 【請求項２】 面内（面外）方向に自励振動する少なく
とも２対の駆動電極を有する少なくとも一つの駆動用枝
と駆動用枝に同期して面内（面外）振動し、回転にとも
なうコリオリ力によって面外（面内）振動する少なくと
も１対の検出電極を有する検出用枝とを有する振動子
と、 振動子が自励振動するために振動子の駆動電極に接続し
た発振回路と、 振動子の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子とを接
続し、−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で接続
し、＋入力端子を接地した第１の演算増幅器からなる第
１の電流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力端子
とを接続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還抵抗
で接続し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器から
なる第２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器の出
力端子を−入力端子に接続し、第２の演算増幅器の出力
端子を＋入力端子に接続した演算増幅器からなる加減算
回路とを有する検出回路と、 検出電圧出力を発振回路出力で検波する検波回路と、 検波回路の交流出力をカットするローパスフィルタとを
備えることを特徴とする角速度検出装置。 - 【請求項３】 面内（面外）方向に自励振動する少なく
とも２対の駆動電極を有する少なくとも一つの駆動用枝
と駆動用枝に同期して面内（面外）振動し、回転にとも
なうコリオリ力によって面外（面内）振動する少なくと
も１対の検出電極を有する検出用枝とを有する振動子
と、 振動子が自励振動するために振動子の駆動電極に接続し
た発振回路と、 振動子の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子とを接
続し、−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で接続
し、＋入力端子を接地した第１の演算増幅器からなる第
１の電流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力端子
とを接続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還抵抗
で接続し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器から
なる第２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器の出
力端子と−入力端子とを第１の抵抗で接続し、−入力端
子と出力端子とを第２の抵抗で接続し、第２の演算増幅
器の出力端子と＋入力端子とを第３の抵抗で接続し、＋
入力端子を第４の抵抗を介して接地した演算増幅器から
なる加減算回路とを有する検出回路と、 検出電圧出力を発振回路出力で検波する検波回路と、 検波回路の交流出力をカットするローパスフィルタとを
備えることを特徴とする角速度検出装置。 - 【請求項４】 面内（面外）方向に自励振動する少なく
とも２対の駆動電極を有する少なくとも一つの駆動用枝
と駆動用枝に同期して面内（面外）振動し、回転にとも
なうコリオリ力によって面外（面内）振動する少なくと
も１対の検出電極を有する検出用枝とを有する振動子
と、 振動子が自励振動するために振動子の駆動電極に接続し
た発振回路と、 振動子の検出用枝の検出電極に接続し、帰還抵抗と演算
増幅器とからなる電流電圧変換回路と加減算回路とを有
する検出回路と、 検出電圧出力を発振回路出力で検波する検波回路と、 検波回路の交流出力をカットするローパスフィルタとを
備える角速度検出装置の駆動方法は、 回転にともなうコリオリ力によって、振動子の検出用枝
の検出電極に発生する短絡電流に比例した検出電圧を得
ることを特徴とする角速度検出装置の駆動方法。 - 【請求項５】 面内（面外）方向に自励振動する少なく
とも２対の駆動電極を有する少なくとも一つの駆動用枝
と駆動用枝に同期して面内（面外）振動し、回転にとも
なうコリオリ力によって面外（面内）振動する少なくと
も１対の検出電極を有する検出用枝とを有する振動子
と、 振動子が自励振動するために振動子の駆動電極に接続し
た発振回路と、 振動子の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子とを接
続し、−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で接続
し、＋入力端子を接地した第１の演算増幅器からなる第
１の電流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力端子
とを接続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還抵抗
で接続し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器から
なる第２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器の出
力端子を−入力端子に接続し、第２の演算増幅器の出力
端子を＋入力端子に接続した演算増幅器からなる加減算
回路とを有する検出回路と、 検出電圧出力を発振回路出力で検波する検波回路と、 検波回路の交流出力をカットするローパスフィルタとを
備える角速度検出装置の駆動方法は、 回転にともなうコリオリ力によって、振動子の検出用枝
の検出電極に発生する短絡電流と第１の帰還抵抗との積
と短絡電流と第２の帰還抵抗との積とを加算した検出電
圧を得ることを特徴とする角速度検出装置の駆動方法。 - 【請求項６】 面内（面外）方向に自励振動する少なく
とも２対の駆動電極を有する少なくとも一つの駆動用枝
と駆動用枝に同期して面内（面外）振動し、回転にとも
なうコリオリ力によって面外（面内）振動する少なくと
も１対の検出電極を有する検出用枝とを有する振動子
と、 振動子が自励振動するために振動子の駆動電極に接続し
た発振回路と、 振動子の検出用枝の検出電極の一方と−入力端子とを接
続し、−入力端子と出力端子とを第１の帰還抵抗で接続
し、＋入力端子を接地した第１の演算増幅器からなる第
１の電流電圧変換回路と、検出電極の他方と−入力端子
とを接続し、−入力端子と出力端子とを第２の帰還抵抗
で接続し、＋入力端子を接地した第２の演算増幅器から
なる第２の電流電圧変換回路と、第１の演算増幅器の出
力端子と−入力端子とを第１の抵抗で接続し、−入力端
子と出力端子とを第２の抵抗で接続し、第２の演算増幅
器の出力端子と＋入力端子とを第３の抵抗で接続し、＋
入力端子を第４の抵抗を介して接地した演算増幅器から
なる加減算回路とを有する検出回路と、 検出電圧出力を発振回路出力で検波する検波回路と、 検波回路の交流出力をカットするローパスフィルタとを
備える角速度検出装置の駆動方法は、 回転にともなうコリオリ力によって、振動子の検出用枝
の検出電極に発生する短絡電流と第１の帰還抵抗との積
と短絡電流と第２の帰還抵抗との積とを加算した検出電
圧を得ることを特徴とする角速度検出装置の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10305197A JP2000131073A (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 角速度検出装置およびその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10305197A JP2000131073A (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 角速度検出装置およびその駆動方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000131073A true JP2000131073A (ja) | 2000-05-12 |
Family
ID=17942227
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10305197A Pending JP2000131073A (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 角速度検出装置およびその駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000131073A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015184124A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量検出装置、電子機器及び移動体 |
-
1998
- 1998-10-27 JP JP10305197A patent/JP2000131073A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015184124A (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量検出装置、電子機器及び移動体 |
| US10794778B2 (en) | 2014-03-24 | 2020-10-06 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity detecting device, electronic apparatus, and moving object |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0640008B2 (ja) | ジャイロスコープ | |
| WO2005078389A1 (ja) | 角速度センサ | |
| WO1994011706A1 (en) | Angular velocity detector circuit | |
| WO2001044755A1 (fr) | Capteur de vitesse angulaire | |
| US6018997A (en) | Tuning fork type oscillator and vibration gyroscope using same | |
| JP2005098983A (ja) | 振動子、電子機器および振動子の周波数調整方法 | |
| US6205857B1 (en) | Angular velocity sensing device | |
| US8978473B2 (en) | Electrodes and associated electronic circuits for a piezoelectric vibrating gyrometer | |
| JP4440360B2 (ja) | 角速度検出装置 | |
| JP2000131073A (ja) | 角速度検出装置およびその駆動方法 | |
| JP2000321077A (ja) | 角速度検出装置およびその駆動方法 | |
| JPH07139952A (ja) | 振動ジャイロ | |
| JP2996157B2 (ja) | 振動ジャイロ | |
| JP3720563B2 (ja) | 振動子、振動型ジャイロスコープおよび回転角速度の測定方法 | |
| JP3674013B2 (ja) | 角速度検出装置 | |
| JP2000266547A (ja) | 角速度検出装置 | |
| JP2000283764A (ja) | 角速度検出装置 | |
| JPH07167661A (ja) | 振動ジャイロ | |
| JPH08278141A (ja) | セラミック圧電複合形角速度センサ | |
| JPH11271066A (ja) | 角速度センサ | |
| JP2000321076A (ja) | 角速度検出装置およびその駆動方法 | |
| JP2000321075A (ja) | 角速度検出装置およびその駆動方法 | |
| JP2004301510A (ja) | 音叉型角速度センサ | |
| JP2000131070A (ja) | 角速度検出装置およびその駆動方法 | |
| JP3732602B2 (ja) | エネルギー閉じ込め型圧電振動ジャイロスコープ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040402 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20040402 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050726 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20050802 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Effective date: 20051025 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051118 |
|
| R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 3 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081202 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 4 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091202 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 5 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101202 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111202 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111202 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121202 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 8 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131202 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 8 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131202 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 8 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131202 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |