JP2000283764A - Angular velocity detector - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、圧電単結晶体か
らなる音叉振動子または三叉振動子を用いた角速度検出
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity detector using a tuning fork vibrator or a three-fork vibrator made of a piezoelectric single crystal.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から機械式の回転ジャイロスコープ
を用いた角速度検出装置が、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。2. Description of the Related Art Conventionally, an angular velocity detecting device using a mechanical rotary gyroscope has been used as an inertial navigation device for airplanes and ships. Although the mechanical rotary gyroscope has high stability and high performance, it has disadvantages in that the device is large, expensive, and has a short life.
【0003】近年、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
に音叉振動子を用いたジャイロスコープによる角速度検
出装置が提案されている。In recent years, as an alternative to the mechanical rotary gyroscope, a vibrating body has been excited by using a polycrystalline piezoelectric element which is a barium titanate-lead zirconate-based piezoelectric ceramic, and the angular velocity of rotation has been reduced. Practical use of a small vibratory gyroscope that detects a voltage generated by vibration excited by Coriolis force with a piezoelectric element has been advanced. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 3-10112 proposes an angular velocity detecting device using a gyroscope using a tuning fork vibrator.
【0004】そこで、この従来のジャイロスコープによ
る角速度検出装置を簡単に説明する。特開平3−101
12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振動子に駆動用の圧電素子を設け、
その音叉振動子の基部から延設した中央の連結部を、そ
れと直交する方向に設けたヒンジ部を介してケースを兼
ねる円管状部材で支持する構造をなしている。[0004] Therefore, a conventional angular velocity detecting device using a gyroscope will be briefly described. JP-A-3-101
The angular velocity detecting device disclosed in Japanese Patent Publication No. 12 is provided with a driving piezoelectric element on a tuning fork vibrator having a central connecting portion,
The central connecting portion extending from the base of the tuning fork vibrator is supported by a tubular member also serving as a case via a hinge provided in a direction perpendicular to the connecting portion.
【0005】この駆動用の圧電素子に交流電圧を加える
ことによって音叉振動子を振動させ、円管状部材の回転
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することにより、そのヒンジ部に設
けた検出用の圧電素子に電圧が発生し、その発生電圧を
電圧検出回路で検出して角速度を求めている。By applying an AC voltage to the driving piezoelectric element, the tuning fork vibrator is vibrated, and the hinge portion bends and vibrates while being deformed into an S shape by Coriolis force accompanying rotation of the tubular member. A voltage is generated in the detection piezoelectric element provided in the hinge portion, and the generated voltage is detected by a voltage detection circuit to determine the angular velocity.
【0006】図26は、この角速度検出用の圧電素子を
用いた電圧検出回路を示している。この図26におい
て、検出用の圧電素子80は、等価的にコンデンサ86
(容量値C3)と電圧源84と抵抗85(抵抗値R5)
とで表わすことができる。この圧電素子80を演算増幅
器83のプラス入力端子とアースとの間に接続し、その
演算増幅器83のマイナス入力端子とアースとの間に抵
抗87(抵抗値R3)を、マイナス入力端子と出力端子
との間に抵抗88(抵抗値R4)をそれぞれ接続して、
増幅回路による電圧検出回路を構成している。FIG. 26 shows a voltage detecting circuit using the piezoelectric element for detecting the angular velocity. In FIG. 26, a piezoelectric element 80 for detection is equivalent to a capacitor 86
(Capacitance value C3), voltage source 84 and resistor 85 (resistance value R5)
And can be represented by The piezoelectric element 80 is connected between the plus input terminal of the operational amplifier 83 and the ground, and a resistor 87 (resistance R3) is connected between the minus input terminal of the operational amplifier 83 and the ground, and the minus input terminal and the output terminal. And a resistor 88 (resistance value R4) is connected between
A voltage detection circuit is configured by an amplifier circuit.
【0007】したがって、圧電素子80による発生電圧
Vi は、この電圧検出回路によって、Vo=(1+R4
/R3)Vi に電圧増幅され、信号処理可能な出力電圧
Vo が得られる。この出力電圧Vo を音叉振動子の基準
周波数で同期検波することにより角速度を求めている。Therefore, the voltage Vi generated by the piezoelectric element 80 is calculated by the voltage detection circuit as Vo = (1 + R4
/ R3) The voltage is amplified to Vi, and an output voltage Vo capable of signal processing is obtained. The angular velocity is obtained by synchronously detecting the output voltage Vo at the reference frequency of the tuning fork vibrator.
【0008】この従来例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において、図26に
抵抗85で示した等価抵抗の抵抗値R5は1KΩ以下の
低い値であり、等価回路に示されているように定電圧源
に近い性質を持っている。また、1秒間に1度回転する
角速度を受けたときに圧電歪み効果により圧電素子80
に発生する電圧は、数百マイクロVから数ミリVであ
る。In the piezoelectric element made of a polycrystalline material such as piezoelectric ceramics used in this conventional example, the equivalent resistance R5 indicated by a resistor 85 in FIG. 26 is a low value of 1 KΩ or less. It has a property close to that of a constant voltage source. When receiving an angular velocity that rotates once per second, the piezoelectric element 80
Is several hundred microvolts to several millivolts.
【0009】図27は、電圧測定の理論上の限界値を示
すグラフであり、電源のソース抵抗すなわち等価抵抗
(Ω)あるいはインピーダンス(Ω)に比例してノイズ
電圧(V)が直線的に増加することを表わしている。FIG. 27 is a graph showing theoretical limits of voltage measurement. The noise voltage (V) increases linearly in proportion to the source resistance of the power supply, ie, the equivalent resistance (Ω) or impedance (Ω). To do.
【0010】グラフ上のノイズ電圧直線90とノイズ電
圧直線91とはほぼ平行であり、発生電圧Viが、ノイ
ズ電圧直線90から上の領域は簡単な増幅器により電圧
検出が可能な領域を、ノイズ電圧直線91から上の領域
はエレクトロメータ等の精密な測定器を用いなければ電
圧検出が不可能な領域である。また、発生電圧Viが直
線91から下の領域は、理論的にその電圧検出が不可能
な領域である。The noise voltage straight line 90 and the noise voltage straight line 91 on the graph are substantially parallel, and the region above the noise voltage straight line 90 is the region where the voltage can be detected by a simple amplifier. The area above the straight line 91 is an area where voltage cannot be detected unless a precise measuring instrument such as an electrometer is used. The region where the generated voltage Vi is below the straight line 91 is a region where the voltage cannot theoretically be detected.
【0011】圧電素子としては、すでに述べたように、
圧電セラミックが用いられるが、圧電セラミックのソー
ス抵抗すなわち等価抵抗あるいは等価電気インピーダン
スは1KΩ以下である。この抵抗値付近でのノイズ電圧
直線90のノイズ電圧レベルは約1マイクロVである。
しかるに、圧電セラミックの発生電圧は数百マイクロV
から数ミリVもある。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は、図26に
示したような比較的簡単な電圧検出回路を用いて、角速
度を求めることができる。As described above, as a piezoelectric element,
Piezoelectric ceramics are used, and the source resistance of the piezoelectric ceramic, that is, the equivalent resistance or equivalent electric impedance is 1 KΩ or less. The noise voltage level of the noise voltage line 90 near this resistance value is about 1 microV.
However, the generated voltage of the piezoelectric ceramic is several hundred micro V
To several millivolts. Therefore, an angular velocity detecting device using a piezoelectric ceramic-based piezoelectric element for detection can obtain an angular velocity using a relatively simple voltage detection circuit as shown in FIG.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の角速度検出装置には、つぎのような問題があ
る。第1に、音叉振動子を、その基部から延設した中央
の連結部に直交するヒンジ部を設け、そのヒンジ部を介
して円管状部材で支持する構造のため、形状が複雑であ
る。However, such a conventional angular velocity detecting device has the following problems. First, the tuning fork vibrator has a complicated shape due to a structure in which a hinge portion is provided at right angles to a central connecting portion extending from the base portion and is supported by a tubular member via the hinge portion.
【0013】さらに、金属製の音叉振動子とヒンジ部に
複数の圧電素子を接着する必要があり、そのために組立
工程が複雑になるばかりか、全体形状も大きくなり、低
価格化が困難である。また、金属製の音叉振動子を用い
るため、温度特性も良好ではなく、エージング(経年)
により特性が変化するという問題がある。Further, it is necessary to bond a plurality of piezoelectric elements to the metal tuning fork vibrator and the hinge part, which not only complicates the assembling process but also increases the overall shape, making it difficult to reduce the cost. . In addition, since a metal tuning fork vibrator is used, the temperature characteristics are not good, and aging (aging) occurs.
There is a problem that the characteristics change.
【0014】第2に、検出用素子として圧電セラミック
の代わりにソース抵抗(等価抵抗)あるいは等価電気イ
ンピーダンスが10KΩ以上の高い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、
圧電歪み効果により発生する電圧は数マイクロVであ
る。Second, when a single crystal material having a source resistance (equivalent resistance) or a high equivalent electric impedance of 10 KΩ or more is used in place of the piezoelectric ceramic as the detecting element, the angular velocity which rotates once per second is received. When
The voltage generated by the piezoelectric distortion effect is several micro volts.
【0015】図27のノイズ電圧直線90からもわかる
ように、ソース抵抗(等価抵抗)あるいは等価電気イン
ピーダンスが10KΩ以上になると、検出用素子のノイ
ズ電圧は1マイクロV以上に増加し、そのノイズ電圧の
ために、図26に示したような従来の電圧検出回路では
角速度の検出ができなくなり、実用化が困難になるとい
う問題がある。As can be seen from the noise voltage straight line 90 in FIG. 27, when the source resistance (equivalent resistance) or the equivalent electric impedance becomes 10 KΩ or more, the noise voltage of the detecting element increases to 1 μV or more, Therefore, the conventional voltage detection circuit as shown in FIG. 26 cannot detect the angular velocity, and there is a problem that practical application becomes difficult.
【0016】この発明は上記の問題を解決するためにな
されたものであり、小型化および低価格化が可能であ
り、温度特性もよく、エージングによる特性変化がない
角速度検出装置を提供することを目的とする。この発明
はまた、検出用素子としてソース抵抗すなわち等価抵抗
あるいは等価電気インピーダンスが10KΩ以上の高い
値を示す、圧電単結晶体を用いても角速度の検出が可能
な角速度検出装置を提供することも目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide an angular velocity detecting device which can be reduced in size and cost, has good temperature characteristics, and has no characteristic change due to aging. Aim. Another object of the present invention is to provide an angular velocity detecting device capable of detecting angular velocity even when a piezoelectric single crystal is used, in which a source resistance, that is, an equivalent resistance or an equivalent electric impedance shows a high value of 10 KΩ or more as a detecting element. And
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するため、角速度検出装置を次のように構成する。す
なわち、この発明による角速度検出装置は音叉振動子を
備えており、その音叉振動子は圧電単結晶体からなり、
複数の駆動用電極が設けられ、所定方向(X又はZ方
向)に共振周波数で自励振動する駆動用アームと、第
1,第2の検出用電極が設けられ、上記駆動用アームに
同期して該駆動用アームと同じ方向(X又はZ方向)に
振動し、且つ回転に伴うコリオリ力によって強制的に上
記駆動用アームの共振周波数と同じ周波数で上記自励振
動の方向と直交する方向(Z又はX方向)に振動する検
出用アームと、その駆動用アームと検出用アームを互い
に平行に設けた基部と有する。According to the present invention, in order to achieve the above object, an angular velocity detecting device is constituted as follows. That is, the angular velocity detecting device according to the present invention includes a tuning fork vibrator, and the tuning fork vibrator is made of a piezoelectric single crystal,
A plurality of drive electrodes are provided, and a drive arm that self-oscillates at a resonance frequency in a predetermined direction (X or Z direction), and first and second detection electrodes are provided, and are synchronized with the drive arm. And vibrates in the same direction (X or Z direction) as the drive arm, and is forcibly forced by the Coriolis force accompanying rotation at the same frequency as the resonance frequency of the drive arm and orthogonal to the direction of the self-excited vibration ( A detection arm that vibrates in the (Z or X direction), and a base provided with the drive arm and the detection arm provided in parallel with each other.
【0018】さらに、その音叉振動子の駆動用アームの
各駆動電極と接続し、該駆動用アームを自励振動させる
ための発振回路と、この音叉振動子の回転に伴うコリオ
リ力による上記検出用アームの振動を検出するための演
算増幅器を有する検出回路とを備えている。Further, an oscillation circuit is connected to each drive electrode of the drive arm of the tuning fork vibrator to oscillate the drive arm self-excited, and the oscillation circuit for detecting the above by the Coriolis force caused by the rotation of the tuning fork vibrator. A detection circuit having an operational amplifier for detecting the vibration of the arm.
【0019】そして、上記検出用アームの第1の検出用
電極をアース線に接続するとともに、上記検出回路を、
上記演算増幅器のプラス入力端子を上記アース線に接続
し、上記検出用アームの第2の検出用電極と上記演算増
幅器のマイナス入力端子とを接続し、さらにその演算増
幅器のマイナス入力端子と出力端子とを帰還抵抗を介し
て接続して構成する。The first detection electrode of the detection arm is connected to a ground line, and the detection circuit is
A positive input terminal of the operational amplifier is connected to the ground line, a second detection electrode of the detection arm is connected to a negative input terminal of the operational amplifier, and a negative input terminal and an output terminal of the operational amplifier are further connected. Are connected via a feedback resistor.
【0020】また上記検出回路を、上記演算増幅器のプ
ラス入力端子を抵抗と容量との並列回路を介して上記ア
ース線に接続し、上記検出用アームの第2の検出用電極
と上記演算増幅器のマイナス入力端子とを接続し、さら
にその演算増幅器のマイナス入力端子と出力端子とを帰
還抵抗を介して接続して構成してもよい。Further, the detection circuit is connected to the ground line through a parallel circuit of a resistor and a capacitor, and a positive input terminal of the operational amplifier is connected to the second detection electrode of the detection arm and the operational amplifier. A negative input terminal may be connected, and a negative input terminal and an output terminal of the operational amplifier may be connected via a feedback resistor.
【0021】あるいは、上記検出回路を、上記演算増幅
器のプラス入力端子を抵抗を介して上記アース線に接続
し、上記検出用アームの第2の検出用電極と上記演算増
幅器のマイナス入力端子とを接続し、該演算増幅器のマ
イナス入力端子と出力端子とを帰還抵抗を介して接続
し、さらにその演算増幅器の出力端子とプラス入力端子
とを積分回路を介して接続して構成するとよい。Alternatively, the detection circuit is connected to the ground line through a resistor at a positive input terminal of the operational amplifier, and a second detection electrode of the detection arm is connected to a negative input terminal of the operational amplifier. Preferably, the operational amplifier is connected by connecting the minus input terminal and the output terminal of the operational amplifier via a feedback resistor, and the output terminal and the plus input terminal of the operational amplifier are connected by an integrating circuit.
【0022】この発明による角速度検出装置は、上記音
叉振動子に代えて、次のように構成した三叉振動子を用
いることもできる。その三叉振動子は、少なくとも1本
の駆動用アームと少なくとも1本の検出用アームを含む
3本のアームと、その3本のアームを互いに平行に設け
た基部とを有する圧電単結晶体からなり、駆動用アーム
は複数の駆動用電極を有し、所定方向(X又はZ方向)
に共振周波数で自励振動するアームであり、検出用アー
ムは第1,第の検出用電極を有し、駆動用アームに同期
して該駆動用アームと同じ方向(X又はZ方向)に振動
し、且つ回転に伴うコリオリ力によって強制的に駆動用
アームの共振周波数と同じ周波数で上記自励振動の方向
と直交する方向(Z又はX方向)に振動するアームであ
る。In the angular velocity detecting device according to the present invention, a three-forked vibrator configured as follows can be used in place of the tuning fork vibrator. The three-forked oscillator is made of a piezoelectric single crystal having three arms including at least one drive arm and at least one detection arm, and a base having the three arms provided in parallel with each other. , The driving arm has a plurality of driving electrodes and is arranged in a predetermined direction (X or Z direction).
The detection arm has first and first detection electrodes, and oscillates in the same direction (X or Z direction) as the drive arm in synchronization with the drive arm. The arm vibrates in a direction (Z or X direction) orthogonal to the direction of the self-excited vibration at the same frequency as the resonance frequency of the driving arm due to the Coriolis force caused by the rotation.
【0023】そして、前述した角速度検出装置と同様
に、上記三叉振動子の駆動用アームの各駆動電極と接続
し、該駆動用アームを自励振動させるための発振回路
と、この三叉振動子の回転に伴うコリオリ力による上記
検出用アームの振動を検出するための演算増幅器を有す
る検出回路とを備える。さらに、上記検出用アームの第
1の検出用電極をアース線に接続するとともに、上記検
出回路を、前述した音叉振動子を備えた角速度検出装置
における各種の検出回路のうちのいずれかと同様に構成
する。As in the case of the above-described angular velocity detecting device, an oscillation circuit is connected to each drive electrode of the drive arm of the three-forked vibrator to self-oscillate the drive arm. A detection circuit having an operational amplifier for detecting vibration of the detection arm due to Coriolis force caused by rotation. Further, the first detection electrode of the detection arm is connected to a ground line, and the detection circuit is configured in the same manner as any one of the various detection circuits in the angular velocity detection device having the tuning fork vibrator described above. I do.
【0024】また、これらの角速度検出装置において、
上記検出回路を構成する演算増幅器の出力端子と上記ア
ース線との間に、第1の抵抗と第2の抵抗との直列回路
を接続し、上記演算増幅器のマイナス入力端子と出力端
子とを上記帰還抵抗と第1の抵抗とを介して接続すると
よい。In these angular velocity detecting devices,
A series circuit of a first resistor and a second resistor is connected between the output terminal of the operational amplifier that forms the detection circuit and the ground line, and the minus input terminal and the output terminal of the operational amplifier are connected to the negative terminal. It is preferable to connect via a feedback resistor and the first resistor.
【0025】なお、これらの角速度検出装置において、
上記検出用アームの第1の検出用電極と第2の検出用電
極との間の等価抵抗または等価電気インピーダンスが1
0kΩ以上の値になるようにするのが望ましい。In these angular velocity detecting devices,
The equivalent resistance or equivalent electrical impedance between the first detection electrode and the second detection electrode of the detection arm is 1
It is desirable that the value be 0 kΩ or more.
【0026】さらにまた、上記駆動用アームの自励振動
の共振周波数がf0(Hz)、上記検出用アームにおける
駆動用アームの自励振動の振動方向に直交する方向の振
動の共振周波数がf1(Hz)であるとき、上記駆動用ア
ームの共振周波数f0(Hz)と検出用アームの共振周
波数f1(Hz)との間の離調周波数△f=f0−f1の
値が、f1/1000からf1/10の間、または−f
1/1000から−f1/10の間にあるようにするの
が望ましい。Further, the resonance frequency of the self-excited vibration of the drive arm is f0 (Hz), and the resonance frequency of the detection arm in the direction orthogonal to the vibration direction of the self-excited vibration of the drive arm is f1 (Hz). Hz), the value of the detuning frequency Δf = f0−f1 between the resonance frequency f0 (Hz) of the driving arm and the resonance frequency f1 (Hz) of the detection arm is changed from f1 / 1000 to f1. / 10 or -f
It is desirable to be between 1/1000 and -f1 / 10.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明によ
る角速度検出装置の実施の形態を説明する。 〔第1の実施形態:図1から図8〕図1は、この発明に
よる角速度検出装置の第1の実施形態の全体構成を示す
回路図であり、図2はその音叉振動子の等価回路と検出
回路の動作原理を説明するための回路図である。図3は
検出回路の入力インピーダンスを変化させたときの周波
数対利得特性を示す線図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an angular velocity detecting device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment: FIGS. 1 to 8] FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall configuration of a first embodiment of an angular velocity detecting device according to the present invention, and FIG. 2 is an equivalent circuit of the tuning fork vibrator. FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the operation principle of the detection circuit. FIG. 3 is a graph showing frequency versus gain characteristics when the input impedance of the detection circuit is changed.
【0028】図3及び図4は、その音叉振動子の外観例
を示す斜め右表側からみた斜視図及び斜め右裏側からみ
た斜視図である。図5は、この実施形態における水晶振
動子の検出用アームの周波数に対するリアクタンス特性
を示す線図である。図6は、検出回路の入力インピーダ
ンスを変化させたときの周波数対利得特性を示す線図で
ある。FIG. 3 and FIG. 4 are a perspective view as seen from the oblique right front side and a perspective view as seen from the oblique right back side showing an example of the appearance of the tuning fork vibrator. FIG. 5 is a diagram showing reactance characteristics with respect to the frequency of the detection arm of the crystal unit in this embodiment. FIG. 6 is a diagram showing frequency versus gain characteristics when the input impedance of the detection circuit is changed.
【0029】図7及び図8は、それぞれこの第1の実施
形態の角速度検出装置による音叉振動子が、右回転の角
速度を受けたときおよび左回転の角速度を受けたときの
図1における各信号の波形図である。以下これらの図を
参照しながら、この発明の第1の実施形態の角速度検出
装置について説明する。FIGS. 7 and 8 show the respective signals in FIG. 1 when the tuning fork vibrator of the angular velocity detecting device of the first embodiment receives a clockwise angular velocity and a counterclockwise angular velocity, respectively. FIG. Hereinafter, an angular velocity detecting device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to these drawings.
【0030】まず、この実施形態で使用する音叉振動子
について、図3と図4によって説明する。この音叉振動
子1は水晶振動子であり、圧電単結晶体である水晶板か
らワイヤーソー等による機械的加工によって一体に形成
される。また、エッチングやイオン・トラックエッチン
グ等による化学的加工によって形成することも可能であ
る。この音叉振動子1は、駆動用アーム101および検
出用アーム102と、それらを互いに平行に設けた基部
103とからなり、その基部103が図示していない支
持部材によって支持される。First, the tuning fork vibrator used in this embodiment will be described with reference to FIGS. The tuning fork vibrator 1 is a crystal vibrator, and is integrally formed from a quartz plate which is a piezoelectric single crystal body by mechanical processing using a wire saw or the like. Further, it can be formed by chemical processing such as etching or ion / track etching. The tuning fork vibrator 1 includes a drive arm 101 and a detection arm 102, and a base 103 provided in parallel with each other. The base 103 is supported by a support member (not shown).
【0031】駆動用アーム101は角柱状に形成され、
その各面に駆動用電極10,11,12,13,14が
金属膜の真空蒸着等により形成されている。そして、対
向する2面の駆動用電極10と11は接続部L6によっ
て接続され、さらに基部103に形成された引出部L1
によって端子T1に接続している。また、他の対向する
2面の駆動用電極12と13及び14も接続部L7によ
って接続され、さらに基部103に形成された引出部L
2によって端子T2に接続されている。The driving arm 101 is formed in a prism shape.
Driving electrodes 10, 11, 12, 13, and 14 are formed on each surface by vacuum deposition of a metal film or the like. The opposing two surfaces of the driving electrodes 10 and 11 are connected by a connecting portion L6, and furthermore, a lead portion L1 formed on the base portion 103.
To the terminal T1. The other two opposing driving electrodes 12, 13 and 14 are also connected by a connecting portion L 7, and furthermore, a lead portion L formed on the base 103.
2 is connected to the terminal T2.
【0032】検出用アーム102も角柱状に形成され、
その各稜線を含む角部の面に検出用電極15,16,1
7,18が金属膜の真空蒸着等により形成されている。
そして、一方の対角線方向に対向する第1の検出用電極
15と18が接続部L9によって接続され、さらに基部
103に形成された引出部L4によって端子T4に接続
されている。また、他方の対角線方向に対向する第2の
検出用電極16と17も接続部L8によって接続され、
さらに基部103に形成された引出部L3によって端子
T3に接続されている。端子T1〜T4は全て基部10
3の表側の面の下部に設けられている。The detection arm 102 is also formed in a prism shape.
The electrodes 15, 16, 1 for detection are placed on the corner surfaces including the ridges.
7, 18 are formed by vacuum deposition of a metal film or the like.
The first detection electrodes 15 and 18 facing each other in one diagonal direction are connected by a connection portion L9, and further connected to a terminal T4 by a lead portion L4 formed on the base portion 103. In addition, the other diagonally opposed second detection electrodes 16 and 17 are also connected by a connection portion L8,
Further, it is connected to a terminal T3 by a lead portion L3 formed on the base 103. Terminals T1 to T4 are all base 10
3 is provided below the front surface.
【0033】ここで、図1の全体構成を示す回路図を用
いてこの第1の実施形態を説明する。この角速度検出装
置は、図3及び図4によって説明した音叉振動子1(図
1では駆動用アーム101及び検出用アーム102とそ
の各電極の配置のみを上面図で示している)と、発振回
路3,移相回路4,波形整形回路5,検出回路6,反転
回路7,検波回路8,およびローパスフィルタ9から構
成されてる。Here, the first embodiment will be described with reference to a circuit diagram showing the entire configuration of FIG. The angular velocity detecting device includes a tuning fork vibrator 1 (FIG. 1 shows only the arrangement of the driving arm 101 and the detecting arm 102 and their respective electrodes in a top view in FIG. 3), and an oscillation circuit. 3, a phase shift circuit 4, a waveform shaping circuit 5, a detection circuit 6, an inversion circuit 7, a detection circuit 8, and a low-pass filter 9.
【0034】発振回路3は、演算増幅器19,20と抵
抗21,23,24と、容量22とからなる。音叉振動
子1の駆動用アーム101に形成された駆動用電極1
2,13,14が前述のように駆動用アーム101上で
接続され、導線50により演算増幅器19のマイナス入
力端子に接続されている。また、他の駆動用電極10,
11も駆動用アーム101上で接続され、導線51によ
り演算増幅器20の出力端子に接続している。The oscillating circuit 3 includes operational amplifiers 19 and 20, resistors 21, 23 and 24, and a capacitor 22. Driving electrode 1 formed on driving arm 101 of tuning fork vibrator 1
2, 13, and 14 are connected on the driving arm 101 as described above, and are connected to the minus input terminal of the operational amplifier 19 by the conducting wire 50. In addition, other driving electrodes 10,
11 is also connected on the driving arm 101, and is connected to the output terminal of the operational amplifier 20 by the conducting wire 51.
【0035】演算増幅器19のプラス入力端子はアース
線57に、マイナス入力端子は帰還抵抗21を介して出
力端子に接続されている。この演算増幅器19の出力端
子は容量22と抵抗24とを介して演算増幅器20のマ
イナス入力端子に接続している。マイナス入力端子は抵
抗23を介して出力端子に接続し、プラス入力端子はア
ース線57に接続している。The positive input terminal of the operational amplifier 19 is connected to the ground line 57, and the negative input terminal is connected to the output terminal via the feedback resistor 21. The output terminal of the operational amplifier 19 is connected to the minus input terminal of the operational amplifier 20 via a capacitor 22 and a resistor 24. The negative input terminal is connected to the output terminal via the resistor 23, and the positive input terminal is connected to the ground line 57.
【0036】この演算増幅器20と抵抗23,24は反
転電圧増幅回路を構成しており、抵抗23と抵抗24の
抵抗値の比によって電圧増幅度を設定している。また、
演算増幅器19と抵抗21は反転電流増幅回路を構成し
ており、音叉振動子1の駆動用アーム101に流れる電
流を電圧に変換して、演算増幅器20にフィードバック
している。The operational amplifier 20 and the resistors 23 and 24 constitute an inverted voltage amplifier circuit, and the voltage amplification is set by the ratio of the resistance values of the resistors 23 and 24. Also,
The operational amplifier 19 and the resistor 21 constitute an inverting current amplifying circuit, and convert a current flowing through the driving arm 101 of the tuning fork vibrator 1 into a voltage and feed it back to the operational amplifier 20.
【0037】検出回路6は、演算増幅器33と帰還抵抗
34とからなる。音叉振動子1の検出用アーム102に
形成された第1の検出用電極15と18が検出用アーム
102上で接続されてアース線57に接続している。ま
た、検出用アーム102に形成された第2の検出用電極
16と17も検出用アーム102上で接続されて、導線
56によって演算増幅器33のマイナス入力端子に接続
している。The detection circuit 6 comprises an operational amplifier 33 and a feedback resistor 34. The first detection electrodes 15 and 18 formed on the detection arm 102 of the tuning fork vibrator 1 are connected on the detection arm 102 and are connected to the ground wire 57. Further, the second detection electrodes 16 and 17 formed on the detection arm 102 are also connected on the detection arm 102, and are connected to the minus input terminal of the operational amplifier 33 by the conducting wire 56.
【0038】この検出回路6の演算増幅器33のマイナ
ス入力端子は、帰還抵抗34を介して出力端子に接続さ
れる。さらに、その演算増幅器33のプラス入力端子
は、検出用電極18および検出用電極15と同電位のア
ース線57に接続している。そして、帰還抵抗34に
は、検出用アーム102の検出用電極15,18と検出
用電極16,17との間を等価的に短絡した短絡電流が
流れる。A negative input terminal of the operational amplifier 33 of the detection circuit 6 is connected to an output terminal via a feedback resistor 34. Further, the positive input terminal of the operational amplifier 33 is connected to a ground wire 57 having the same potential as the detection electrodes 18 and 15. Then, a short-circuit current that equivalently short-circuits between the detection electrodes 15 and 18 and the detection electrodes 16 and 17 of the detection arm 102 flows through the feedback resistor 34.
【0039】移相回路4は、演算増幅器25と抵抗2
6,27,28と容量29とからなる。そして、発振回
路3の発振出力信号S1は、容量22に接続した導線5
2と抵抗26を介して演算増幅器25のマイナス入力端
子に、抵抗28を介して演算増幅器25のプラス入力端
子にそれぞれ入力する。また、この演算増幅器25のプ
ラス入力端子は容量29を介してアース線57に、マイ
ナス入力端子は抵抗27を介して出力端子にそれぞれ接
続している。この移相回路4はオールパス・フィルタ
で、発振回路3の発振出力信号S1を増幅度を変えずに
その位相を変えることができる。The phase shift circuit 4 comprises an operational amplifier 25 and a resistor 2
6, 27 and 28 and a capacitor 29. The oscillation output signal S1 of the oscillation circuit 3 is connected to the conductor 5 connected to the capacitor 22.
2 and the resistor 26 are input to the minus input terminal of the operational amplifier 25 and the resistor 28 to the positive input terminal of the operational amplifier 25, respectively. The positive input terminal of the operational amplifier 25 is connected to the ground line 57 via the capacitor 29, and the negative input terminal is connected to the output terminal via the resistor 27. The phase shift circuit 4 is an all-pass filter, and can change the phase of the oscillation output signal S1 of the oscillation circuit 3 without changing the amplification degree.
【0040】波形整形回路5は、インバータ30,31
と抵抗32とからなる。そして、移相回路4の出力信号
S2が導線53によりインバータ30の入力端子に入力
される。このインバータ30の入力端子と出力端子とは
抵抗32を介して接続され、その出力端子はインバータ
31の入力端子に接続している。このインバータ30と
31の各出力端子に接続された導線54と55には、位
相が180度反転したパルス幅1対1の検波用パルスS
3とS4が出力される。The waveform shaping circuit 5 includes inverters 30 and 31
And a resistor 32. Then, the output signal S2 of the phase shift circuit 4 is input to the input terminal of the inverter 30 via the conductor 53. The input terminal and output terminal of the inverter 30 are connected via a resistor 32, and the output terminal is connected to the input terminal of the inverter 31. Conducting wires 54 and 55 connected to the respective output terminals of the inverters 30 and 31 have detection pulses S having a pulse width of 1 to 1 and having a phase inversion of 180 degrees.
3 and S4 are output.
【0041】反転回路7は、演算増幅器35と抵抗3
6,37とからなる。そして、検出回路6による検出信
号Voが、導線58と反転回路7の抵抗36を介して演
算増幅器35のマイナス入力端子に入力する。その演算
増幅器35のマイナス入力端子は、抵抗37を介して出
力端子と接続し、プラス入力端子はアース線57に接続
している。この反転回路7は、検出回路6からの検出信
号(交流電圧)Voを増幅度を変えずに位相を180度
反転して出力する。The inverting circuit 7 comprises an operational amplifier 35 and a resistor 3
6, 37. Then, the detection signal Vo from the detection circuit 6 is input to the minus input terminal of the operational amplifier 35 via the conductor 58 and the resistor 36 of the inversion circuit 7. The negative input terminal of the operational amplifier 35 is connected to an output terminal via a resistor 37, and the positive input terminal is connected to a ground line 57. The inversion circuit 7 inverts the phase of the detection signal (AC voltage) Vo from the detection circuit 6 by 180 degrees without changing the amplification degree and outputs the result.
【0042】検波回路8は、トランスミッションゲート
38と39からなる。そして、検出回路6の検出信号V
oが導線58によりトランスミッションゲート38の入
力端子に、反転回路7の出力信号V1が導線59により
トランスミッションゲート39の入力端子に、それぞれ
入力される。The detection circuit 8 includes transmission gates 38 and 39. Then, the detection signal V of the detection circuit 6
The signal o is input to the input terminal of the transmission gate 38 via the conductor 58, and the output signal V1 of the inverting circuit 7 is input to the input terminal of the transmission gate 39 via the conductor 59.
【0043】また、波形整形回路5のインバータ30の
出力である検波用パルスS3が、導線54によりトラン
スミッションゲート38の反転制御端子とトランスミッ
ションゲート39の非反転制御端子とに印加される。ま
た、インバータ31の出力である検出用パルスS4が、
導線55によりトランスミッションゲート38の非反転
制御端子とトランスミッションゲート39の反転制御端
子とに印加される。さらに、トランスミッションゲート
38と39との出力端子を導線60に接続する。A detection pulse S 3 output from the inverter 30 of the waveform shaping circuit 5 is applied to the inversion control terminal of the transmission gate 38 and the non-inversion control terminal of the transmission gate 39 via the conductor 54. The detection pulse S4 output from the inverter 31 is
The voltage is applied to the non-inverting control terminal of the transmission gate 38 and the inverting control terminal of the transmission gate 39 by the conducting wire 55. Further, the output terminals of the transmission gates 38 and 39 are connected to the conductor 60.
【0044】ローパスフィルタ9は、演算増幅器40と
抵抗41,42と容量43,44とからなる。そして、
検波回路8の各トランスミッションゲートの出力信号V
2は導線60によりローパスフィルタ9の抵抗41と4
2とを介して演算増幅器40のプラス入力端子に入力さ
れる。その演算増幅器40のプラス入力端子は容量44
を介してアース線57に接続している。The low-pass filter 9 includes an operational amplifier 40, resistors 41 and 42, and capacitors 43 and 44. And
The output signal V of each transmission gate of the detection circuit 8
The reference numeral 2 designates the resistances 41 and 4 of the low-pass filter 9 by the conducting wire 60.
2 to the plus input terminal of the operational amplifier 40. The positive input terminal of the operational amplifier 40 is a capacitor 44
Is connected to the ground line 57 via the.
【0045】また、抵抗41と抵抗42の接続点が容量
43を介して演算増幅器40のマイナス入力端子と出力
端子61に接続している。このローパスフィルタ9は、
アクティブフィルタの一種である電圧ソース型フィルタ
であり、高域は40dB/decで減衰する。The connection point between the resistors 41 and 42 is connected to the minus input terminal and the output terminal 61 of the operational amplifier 40 via the capacitor 43. This low-pass filter 9 is
This is a voltage source type filter which is a kind of active filter, and the high frequency band is attenuated at 40 dB / dec.
【0046】次に、このように構成した角速度検出装置
の動作を説明する。発振回路3は、反転電圧増幅回路で
ある演算増幅器20と反転電流増幅回路である演算増幅
器19とからなる正帰還の発振器であり、そのループの
中に周波数選択素子として音叉振動子1の駆動用アーム
101を配置しており、直列共振周波数の近傍の周波数
f0(Hz)で発振し、駆動用アーム101は図3のX方
向に面内振動する。Next, the operation of the angular velocity detecting device thus configured will be described. The oscillation circuit 3 is a positive feedback oscillator including an operational amplifier 20 which is an inverting voltage amplifier circuit and an operational amplifier 19 which is an inverting current amplifier circuit, and has a loop for driving the tuning fork vibrator 1 as a frequency selecting element. The arm 101 is arranged, oscillates at a frequency f0 (Hz) near the series resonance frequency, and the driving arm 101 vibrates in the plane in the X direction in FIG.
【0047】図3に示すX方向は音叉振動子1を形成す
る水晶の電気軸に、Y方向は水晶の機械軸に、Z方向は
水晶光軸に、それぞれほぼ平行であるが、最適な温度特
性を得るために1度から10度程度回転させることもあ
る。The X direction shown in FIG. 3 is substantially parallel to the electric axis of the crystal forming the tuning fork resonator 1, the Y direction is substantially parallel to the mechanical axis of the crystal, and the Z direction is substantially parallel to the optical axis of the crystal. It may be rotated about 1 to 10 degrees to obtain characteristics.
【0048】反転電流増幅回路である演算増幅器19
は、音叉振動子1の駆動用アーム101に流れる交流電
流を交流電圧に変換して出力にする。すなわち、図7お
よび図8に示すサイン波形で発振周波数f0(Hz)の信
号電圧S1が発生する。An operational amplifier 19 which is an inverting current amplifier circuit
Converts an AC current flowing through the drive arm 101 of the tuning fork vibrator 1 into an AC voltage and outputs the AC voltage. That is, the signal voltage S1 having the oscillation frequency f0 (Hz) is generated with the sine waveforms shown in FIGS.
【0049】音叉振動子1の駆動用アーム101に同期
して検出用アーム102もX方向に面内振動する。この
とき音叉振動子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。そのコリオリ力Fは
次のように表わせる。 F=2・m・ω・VThe detection arm 102 also oscillates in-plane in the X direction in synchronization with the drive arm 101 of the tuning fork vibrator 1. At this time, when the tuning fork vibrator 1 is rotated at an angular velocity ω whose vector axis is parallel to the Y direction, a Coriolis force F proportional to the angular velocity ω acts in the Z direction perpendicular to the in-plane vibration. The Coriolis force F can be expressed as follows. F = 2 ・ m ・ ω ・ V
【0050】ここに、mは駆動用アーム101または検
出用アーム102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Fにより、面内
振動と同じ周波数f0(Hz)の面外振動が励振され
る。この振動により検出用アーム102の検出用電極1
6,17と15,18に、プラス電荷とマイナス電荷と
が交互に発生する。Here, m is the equivalent mass of the driving arm 101 or the detecting arm 102, and V is the frequency f0 (Hz).
Is the speed of vibration. The Coriolis force F excites out-of-plane vibration having the same frequency f0 (Hz) as in-plane vibration. Due to this vibration, the detection electrode 1 of the detection arm 102 is
Positive charges and negative charges are generated alternately at 6, 17 and 15, 18.
【0051】したがって、検出用アーム102が受ける
コリオリ力Fにしたがって、検出用アーム102の検出
用電極16,17とにプラス電荷が、検出用電極15,
18にマイナス電荷が発生している状態と、検出用電極
16,17にマイナス電荷が、検出用電極15,18に
プラス電荷が発生する状態とが交互に生じる。Therefore, in accordance with the Coriolis force F received by the detection arm 102, positive charges are applied to the detection electrodes 16 and 17 of the detection arm 102, and the detection electrodes 15 and
A state in which a negative charge is generated in 18 and a state in which a negative charge is generated in the detection electrodes 16 and 17 and a state where a positive charge is generated in the detection electrodes 15 and 18 occur alternately.
【0052】ここで、音叉振動子1の検出用アーム10
2と検出回路6との動作について、図2を用いて詳細に
説明する。図2における破線内は、コリオリ力Fによっ
て音叉振動子1の駆動用アーム101と検出用アーム1
02とが、発振周波数f0(Hz)で面外振動する時の
機械的定数を電気的等価回路に置き換えて示したもので
る。Here, the detection arm 10 of the tuning fork vibrator 1
2 and the operation of the detection circuit 6 will be described in detail with reference to FIG. 2 indicate the driving arm 101 and the detecting arm 1 of the tuning fork vibrator 1 by the Coriolis force F.
02 indicates the mechanical constant when out-of-plane vibration at the oscillation frequency f0 (Hz) is replaced by an electrical equivalent circuit.
【0053】この等価回路は、検出用電極16,17と
検出用電極15,18との間の電極間容量や形状寸法等
による並列等価容量62(容量値C0)と、等価インダ
クタンス63(インダクタンス値L1)と等価容量64
(容量値C1)と等価抵抗65(抵抗値R1)の直列回
路とを並列に設けた回路と等価である。This equivalent circuit includes a parallel equivalent capacitance 62 (capacitance value C0) based on the inter-electrode capacitance and shape dimensions between the detection electrodes 16 and 17 and the detection electrodes 15 and 18, and an equivalent inductance 63 (inductance value). L1) and equivalent capacity 64
This is equivalent to a circuit in which a (capacitance value C1) and a series circuit of an equivalent resistor 65 (resistance value R1) are provided in parallel.
【0054】音叉振動子1の機械的な等価質量をm、等
価コンプライアンスをc、等価粘性抵抗係数をr、比例
定数である力係数をAとすると、 L1=m/A2 C1=cA2 R1=r/A2 の関係がある。Assuming that the mechanical equivalent mass of the tuning fork vibrator 1 is m, the equivalent compliance is c, the equivalent viscous drag coefficient is r, and the force coefficient which is a proportional constant is A, L1 = m / A 2 C1 = cA 2 R1 = R / A 2 .
【0055】並列等価容量62からみた等価電気インピ
ーダンスZ1は任意の周波数に対して、 Z1=R1+
j(2πf・L1−1/2πf・Co)となり、リアクタ
ンスXは X1=2πf・L1−1/2πf・C0 となり、リアクタンスX1は、周波数の変化に対して、
図5に示すように共振周波数f1(Hz)のとき0とな
り、周波数にほぼ比例して増加する傾向を示す。The equivalent electric impedance Z1 viewed from the parallel equivalent capacitance 62 is given by Z1 = R1 +
j (2πf · L1-1 / 2πf · Co), and the reactance X becomes X1 = 2πf · L1-1 / 2πf · C0, and the reactance X1 changes with respect to a change in frequency.
As shown in FIG. 5, it becomes 0 at the resonance frequency f1 (Hz), and tends to increase almost in proportion to the frequency.
【0056】音叉振動子の具体的実施例として、時計用
水晶振動子で厚みのみを変更する例を示す。水晶振動子
による音叉振動子1の面内振動方向(図3のX方向)の
駆動用アーム101及び検出用アーム102の幅を59
0μmとし、各アームの長さを3660μmとし、音叉
振動子1の全長を5900μmとし、面外振動の共振周
波数f1(Hz)を面内振動の共振周波数f0(Hz)
に近づけるために厚みを700μmとする。As a specific embodiment of the tuning fork vibrator, an example in which only the thickness of a quartz crystal vibrator for a watch is changed will be described. The width of the driving arm 101 and the detecting arm 102 in the in-plane vibration direction (X direction in FIG. 3) of the tuning fork vibrator 1 by the crystal vibrator is set to 59.
0 μm, the length of each arm is 3660 μm, the total length of the tuning fork vibrator 1 is 5900 μm, and the resonance frequency f1 (Hz) of out-of-plane vibration is the resonance frequency f0 (Hz) of in-plane vibration.
Is set to 700 μm in order to approach
【0057】この音叉振動子(水晶振動子)が真空中で
図3のZ方向へ面外振動するときの等価回路定数は、等
価抵抗R1=20kΩ、等価容量C1=1×10-15
F、等価インダクタンスL1=23.1×103 Hとな
り、面外振動の共振周波数f1は33kHzとなる。大
気中あるいは、1気圧の不活性ガス中では、等価抵抗は
約10倍のR1=200kΩ程度に増加する。[0057] Equivalent circuit constants when the tuning fork oscillator (crystal oscillator) to out-of-plane vibrations in the Z direction of FIG. 3 in a vacuum, the equivalent resistance R1 = 20 k [Omega, the equivalent capacitance C1 = 1 × 10- 15
F, the equivalent inductance L1 = 23.1 × 10 3 H, and the resonance frequency f1 of the out-of-plane vibration is 33 kHz. In the atmosphere or an inert gas at 1 atm, the equivalent resistance is increased about 10 times to about R1 = 200 kΩ.
【0058】面内振動の共振周波数f0と面外振動の共
振周波数f1との差の周波数を離調周波数△f=f0−
f1とする。面外振動の共振周波数f1(Hz)は一定
にしたままで、図1の発振回路3に電気的に受動素子を
付加することにより、面内振動の共振周波数f0を変化
させてみる。The frequency of the difference between the resonance frequency f0 of the in-plane vibration and the resonance frequency f1 of the out-of-plane vibration is represented by the detuning frequency Δf = f0−
f1. With the resonance frequency f1 (Hz) of the out-of-plane vibration kept constant, the resonance frequency f0 of the in-plane vibration is changed by electrically adding a passive element to the oscillation circuit 3 of FIG.
【0059】実際には、面内振動の共振周波数f0(H
z)を一定にして、図3と図4に示した音叉振動子1の
基部103を支持する図示していない支持部材の長さと
等価コンプライアンスは逆比例するので、支持部材の長
さを変えて、面外振動の共振周波数f1(Hz)を変化
させることも可能である。ここでは、面外振動の共振周
波数f1(Hz)を一定にしたまま、面内振動の共振周
波数f0(Hz)を受動素子を用いて変化させることに
して、これによるリアクタンスX1の変化をみることに
する。Actually, the resonance frequency f0 (H
z) is constant, and the equivalent compliance is inversely proportional to the length of a support member (not shown) that supports the base 103 of the tuning fork vibrator 1 shown in FIGS. 3 and 4, so that the length of the support member is changed. It is also possible to change the resonance frequency f1 (Hz) of the out-of-plane vibration. Here, while the resonance frequency f1 (Hz) of the out-of-plane vibration is kept constant, the resonance frequency f0 (Hz) of the in-plane vibration is changed by using a passive element, and the change in the reactance X1 due to this is examined. To
【0060】f0=29.7kHzに設定すると、離調
周波数は△f=−f1/10になりこのときのリアクタ
ンスは、X1=−1.049×109Ω(=−1049
MΩ)になる。また、f0=36.3kHzにすると、
△f=f1/10になり、リアクタンスは、X1=0.
885×109Ω(=885MΩ)になる。When f0 = 29.7 kHz, the detuning frequency is Δf = −f1 / 10, and the reactance at this time is X1 = −1.049 × 10 9 Ω (= −1049).
MΩ). When f0 = 36.3 kHz,
Δf = f1 / 10, and the reactance is X1 = 0.
885 × 10 9 Ω (= 885 MΩ).
【0061】f0=32.967kHzに設定すると、
離調周波数は△f=−f1/1000になり、このとき
のリアクタンスは、X1=−43×106Ω(=−43
MΩ)になる。f0=33.033kHzにすると、△
f=f1/1000になり、リアクタンスは、X1=4
0×106Ω(=40MΩ)になる。When f0 is set to 32.967 kHz,
The detuning frequency is Δf = −f1 / 1000, and the reactance at this time is X1 = −43 × 10 6 Ω (= −43
MΩ). When f0 = 33.033 kHz, △
f = f1 / 1000, and the reactance is X1 = 4
It becomes 0 × 10 6 Ω (= 40 MΩ).
【0062】等価抵抗R1は20kΩから200kΩで
あり、リアクタンスX1に比較して非常に小さいので、
リアクタンスX1の値を等価電気インピーダンスZ1の
値としてもよい。したがって、f1を中心にf0を離調
周波数△fを、△f=±f1/1000から△f=±f
1/10まで変化させたときの等価電気インピーダンス
Z1は、40MΩから1GΩの間の非常に大きな値とな
ることがわかる。The equivalent resistance R1 is between 20 kΩ and 200 kΩ, which is very small compared to the reactance X1.
The value of the reactance X1 may be set as the value of the equivalent electric impedance Z1. Accordingly, the detuning frequency Δf is set to f0 centering on f1, and Δf = ± f from Δf = ± f1 / 1000.
It can be seen that the equivalent electric impedance Z1 when changed to 1/10 has a very large value between 40 MΩ and 1 GΩ.
【0063】離調周波数△fを±f1/1000以下に
すると、面内振動の共振周波数f0(Hz)と面外振動
の共振周波数f1(Hz)とが非常に接近して、Q値が
高くなり、△fの微少変化に対する検出用アーム102
の速度変動が非常に大きくなるため、検出が不安定にな
る。さらに、機械的結合のため角速度が働かなくても面
外振動が発生してしまう。また、離調周波数△fが±f
1/10以上になると、面内振動の周波数f0(Hz)
と面外振動の周波数(Hz)とが離れすぎるため、面外
振動の振動速度Vが非常に小さくなり、発生電荷が少な
くなり、検出出力はほとんど得られなくなる。When the detuning frequency Δf is set to ± f1 / 1000 or less, the resonance frequency f0 (Hz) of the in-plane vibration and the resonance frequency f1 (Hz) of the out-of-plane vibration become very close, and the Q value becomes high. The detection arm 102 for a small change in Δf.
Since the speed fluctuation of the signal becomes very large, the detection becomes unstable. Furthermore, out-of-plane vibrations occur even if the angular velocity does not work due to mechanical coupling. Also, the detuning frequency Δf is ± f
When it becomes 1/10 or more, the frequency f0 (Hz) of the in-plane vibration
And the frequency (Hz) of the out-of-plane vibration is too far away, the vibration speed V of the out-of-plane vibration becomes very small, the generated electric charge decreases, and almost no detection output is obtained.
【0064】図2に示した演算増幅器33の入力インピ
ーダンスは、演算増幅器33の開ループ利得をAとする
と、帰還抵抗34の抵抗値Rfにより、Rf/(1+
A)となる。開ループ利得Aは、100dB以上あるた
め、演算増幅器33の入力インピーダンスは非常に小さ
くなり、並列等価容量62に発生する電荷は等価電気イ
ンピーダンスZ1に流れることなく、ほとんどすべて演
算増幅器33に流れることになる。Assuming that the open-loop gain of the operational amplifier 33 is A, the input impedance of the operational amplifier 33 shown in FIG.
A). Since the open loop gain A is 100 dB or more, the input impedance of the operational amplifier 33 becomes very small, and the charges generated in the parallel equivalent capacitance 62 do not flow to the equivalent electric impedance Z1 but almost all flow to the operational amplifier 33. Become.
【0065】音叉振動子の検出用電極の並列等価容量6
2の一端と演算増幅器33のプラス入力端子とは同じア
ース線57に接続している。一方、並列等価容量62の
他端はマイナス入力端子に接続している。したがって、
演算増幅器33のマイナス入力端子は、バーチュアル・
ショートされてプラス入力端子と同じ電位になり、等価
的に並列等価容量62の両端は短絡された状態になる。
しかしながら、マイナス入力端子とプラス入力端子間の
入力抵抗66の抵抗値Riは非常に大きく、ほぼ無限大
である。このため、等価的な短絡電流Isは帰還抵抗3
4(抵抗値Rf)を流れ、出力端子に接続した導線58
には短絡電流Isが電圧に変換されて、出力電圧Vo=
−Rf・Isが発生する。The parallel equivalent capacitance 6 of the detection electrode of the tuning fork vibrator
One end of the second and the positive input terminal of the operational amplifier 33 are connected to the same ground wire 57. On the other hand, the other end of the parallel equivalent capacitance 62 is connected to the minus input terminal. Therefore,
The negative input terminal of the operational amplifier 33 is
It is short-circuited to have the same potential as the positive input terminal, and both ends of the parallel equivalent capacitance 62 are equivalently short-circuited.
However, the resistance Ri of the input resistor 66 between the minus input terminal and the plus input terminal is very large and almost infinite. Therefore, the equivalent short-circuit current Is is equal to the feedback resistance 3
4 (resistance value Rf), and the lead wire 58 connected to the output terminal
The short-circuit current Is is converted to a voltage, and the output voltage Vo =
-Rf · Is occurs.
【0066】演算増幅器33の出力抵抗67の抵抗値R
0は非常に小さいため、この部分の電圧降下を省略する
と、演算増幅器33の内部の電流源68の変換係数をr
とすると、電圧がr・Is=Rf・Is上昇して、並列
等価容量62が閉ループで短絡された状態となる。The resistance value R of the output resistor 67 of the operational amplifier 33
Since 0 is very small, if the voltage drop in this part is omitted, the conversion coefficient of the current source 68 inside the operational amplifier 33 is r
Then, the voltage increases by r · Is = Rf · Is, and the parallel equivalent capacitance 62 is short-circuited in a closed loop.
【0067】図6は帰還抵抗Rf=1MΩとして、等価
電気インピーダンスZ1を1kΩ,10kΩ,100k
Ω,1MΩに変化させたときの周波数対利得特性を、そ
れぞれ曲線70,71,72,73で示す線図である。
この音叉振動子(水晶振動子)1の共振周波数は8kH
zから40kHz程度であり、この線図から等価電気イ
ンピーダンスZ1が10kΩ以上であれば、実用上ほぼ
満足すべき利得が得られることがわかる。FIG. 6 shows that the equivalent electric impedance Z1 is 1 kΩ, 10 kΩ, 100 k with the feedback resistance Rf = 1 MΩ.
FIG. 7 is a diagram showing frequency versus gain characteristics when curves are changed to Ω and 1 MΩ, respectively, as curves 70, 71, 72 and 73.
The resonance frequency of this tuning fork resonator (quartz resonator) 1 is 8 kHz.
From z to about 40 kHz, it can be seen from the diagram that if the equivalent electric impedance Z1 is 10 kΩ or more, a gain that is practically almost satisfactory can be obtained.
【0068】ここに、音叉振動子1の検出電極の短絡電
流は数ピコアンペアから数マイクロアンペアと小さいた
め、演算増幅器33は、入力電流に比べてフェムトアン
ペアオーダの非常に小さいバイアス電流が要求されるた
め、低雑音のFET入力の演算増幅器あるいはMOS演
算増幅器を用いる。以上で検出回路6の動作の説明を終
わり、図1に示す角速度検出装置全体の動作の説明を、
図7と図8に示す各部の信号波形図を参照しながら行
う。Here, since the short-circuit current of the detection electrode of the tuning fork vibrator 1 is as small as several picoamps to several microamps, the operational amplifier 33 is required to have a bias current that is very small on the order of femto-amperes as compared with the input current. For this reason, a low noise FET input operational amplifier or MOS operational amplifier is used. The operation of the detection circuit 6 has been described above, and the operation of the entire angular velocity detection device shown in FIG.
This is performed with reference to the signal waveform diagrams of the respective parts shown in FIGS.
【0069】図7は、図3に示すY軸方向の右回転する
角速度を受けたときの波形図である。発振回路3の出力
信号S1は、共振周波数f0(Hz)の交流電圧波形で
あり、この電圧波形の検出信号S1は、移相回路4によ
り検出回路6の出力信号Voの電圧波形と同相にするた
め、時刻t=t1が時刻t=t2に対応するように全体が
移相された電圧波形の信号S2となる。この移相回路4
を、発振回路3の後段に入れる代わりに、検出回路6の
後段に入れて検出信号Voを移相する構成にすることも
できる。FIG. 7 is a waveform diagram when receiving the rightward angular velocity in the Y-axis direction shown in FIG. The output signal S1 of the oscillation circuit 3 is an AC voltage waveform having a resonance frequency f0 (Hz), and the detection signal S1 of this voltage waveform is made in phase with the voltage waveform of the output signal Vo of the detection circuit 6 by the phase shift circuit 4. Therefore, the time t = t 1 is a whole so as to correspond to the time t = t 2 becomes the signal S2 of the phase voltage waveform. This phase shift circuit 4
May be inserted after the oscillation circuit 3 instead of the oscillation circuit 3 to shift the phase of the detection signal Vo.
【0070】右回転の角速度を受けると、検出回路6は
角速度に比例したピーク電圧の電圧波形の検出信号Vo
を発生する。この検出信号Voは反転回路7で180度
反転されて、同じピーク電圧の電圧波形の反転信号V1
となる。Upon receiving the clockwise angular velocity, the detection circuit 6 detects the detection signal Vo having a voltage waveform of a peak voltage proportional to the angular velocity.
Occurs. The detection signal Vo is inverted by 180 degrees by the inverting circuit 7, and the inverted signal V1 having the same peak voltage waveform is obtained.
Becomes
【0071】移相回路4の出力信号S2の電圧波形は、
波形整形回路5によって180度位相の異なる電圧波形
のパルス信号S3,S4になる。このパルス信号S3,
S4により、検波回路8のトランスミッション・ゲート
38は、パルス信号S3がハイレベル“H”のとき、た
とえば、時刻t2からt4の間および時刻t6からt8の間
導通する。したがって、検出信号Voのプラス部分のみ
がトランスミッション・ゲート38出力となる。The voltage waveform of the output signal S2 of the phase shift circuit 4 is
The waveform shaping circuit 5 generates pulse signals S3 and S4 having voltage waveforms that are 180 degrees out of phase. This pulse signal S3
The S4, the transmission gate 38 of the detection circuit 8, the pulse signal S3 is when the high level "H", for example, conducts between t 8 from the time t 2 from between and time t 6 of t 4. Therefore, only the plus portion of the detection signal Vo is the output of the transmission gate 38.
【0072】また、検波回路8のトランスミッション・
ゲート39がパルス信号S4がハイレベル“H”のと
き、例えば、時刻t1からt2の間および時刻t4からt6
の間導通する。したがって、反転信号V1のプラス部分
のみがトランスミッション・ゲート39の出力となる。
そのため、この検波回路8からは、上記二つの検波波形
が合成されてプラス部分が連続した電圧波形の検波出力
信号V2が得られる。この検波出力信号V2が、ローパ
ス・フィルタ9により交流成分がカットされ、角速度に
比例した正の直流出力電圧V3となる。The transmission circuit of the detection circuit 8
When the gate 39 is a pulse signal S4 high level "H", for example, from between and times t 4 from the time t 1 t 2 t 6
Conducts during the period. Therefore, only the plus portion of the inverted signal V1 is the output of the transmission gate 39.
Therefore, the detection circuit 8 combines the two detection waveforms to obtain a detection output signal V2 having a voltage waveform having a continuous positive portion. The detection output signal V2 has its AC component cut by the low-pass filter 9, and becomes a positive DC output voltage V3 proportional to the angular velocity.
【0073】つぎに、音叉振動子1がY軸方向の左回転
する角速度を受けたときは、図1における各部の信号は
図8に示すような波形になる。発振回路3出力信号S1
と移相回路4の出力信号S2と波形整形回路5の出力で
あるパルス信号S3,S4の波形は、右回転時と同じで
ある。Next, when the tuning fork vibrator 1 receives an angular velocity of left rotation in the Y-axis direction, the signal of each part in FIG. 1 has a waveform as shown in FIG. Oscillator circuit 3 output signal S1
The waveforms of the output signal S2 of the phase shift circuit 4 and the pulse signals S3 and S4 output from the waveform shaping circuit 5 are the same as those at the time of clockwise rotation.
【0074】左回転の角速度を受けると、検出回路6に
よる検出信号Voは、角速度に比例したピーク値で右回
転の角速度を受けたときと逆位相の電圧波形になる。こ
の検出信号Voは反転回路7で180度反転され同じピ
ーク値の反転信号V1となる。この反転信号V1も右回
転の角速度を受けたときと逆位相の電圧波形になる。When the left rotation angular velocity is received, the detection signal Vo by the detection circuit 6 has a peak value proportional to the angular velocity, and has a voltage waveform having a phase opposite to that when the right rotation angular velocity is received. This detection signal Vo is inverted by 180 degrees in the inverting circuit 7 to become an inverted signal V1 having the same peak value. The inverted signal V1 also has a voltage waveform that is in the opposite phase to that when receiving the clockwise angular velocity.
【0075】波形整形回路5からのパルス信号S3,S
4により、右回転のときに述べたように、パルス信号S
3がハイレベル“H”のとき、たとえば、時刻t2から
t4の間及び時刻t6からt8の間、検波回路8のトラン
スミッション・ゲート38が導通する。したがって、検
出信号Voのマイナス部分のみが出力される。The pulse signals S3 and S from the waveform shaping circuit 5
4, the pulse signal S as described for the clockwise rotation
3 when the high level "H", for example, between from the time t 2 of t 4 and time t 6 of t 8, the transmission gate 38 of the detection circuit 8 becomes conductive. Therefore, only the minus part of the detection signal Vo is output.
【0076】また、パルス信号S4がハイレベル“H”
のとき、たとえば、時刻t1からt2の間及び時刻t4か
らt6の間、検波回路8のトランスミッション・ゲート
39が導通する。したがって、反転信号V1のマイナス
部分のみが出力される。この検波回路8からは、上記2
つの出力が合成されてマイナス部分が連続した電圧波形
の検波出力信号V2が得られる。その検波出力信号V2
が、ローパス・フィルタ9により交流成分がカットさ
れ、角速度に比例した負の直流出力電圧V3となる。The pulse signal S4 is at a high level "H".
At this time, for example, the transmission gate 39 of the detection circuit 8 is turned on between the times t 1 and t 2 and between the times t 4 and t 6 . Therefore, only the minus part of the inverted signal V1 is output. From this detection circuit 8, the above 2
The two outputs are combined to obtain a detection output signal V2 having a voltage waveform in which the minus portion is continuous. The detection output signal V2
However, the AC component is cut off by the low-pass filter 9, and becomes a negative DC output voltage V3 proportional to the angular velocity.
【0077】このようにして、右回転の角速度を受けた
ときは、角速度に比例した正の直流の出力電圧を、左回
転の角速度をうけたときは、角速度に比例した負の直流
の出力電圧を得ることができる。As described above, when receiving the clockwise angular velocity, a positive DC output voltage proportional to the angular velocity is applied, and when receiving the clockwise angular velocity, a negative DC output voltage proportional to the angular velocity is applied. Can be obtained.
【0078】〔第1の実施形態の変更例〕図9は、上述
した第1の実施形態における検出回路6の変更例を示し
ている。この検出回路は、演算増幅器33のの出力端子
とアース線57との間に、第1の抵抗81(抵抗値R
a)と第2の抵抗82(抵抗値Rb)との直列回路を接
続し、演算増幅器33のマイナス入力端子と出力端子と
を帰還抵抗34と第1の抵抗81とを介して接続してい
る。すなわち、帰還抵抗34の一端を演算増幅器33の
マイナス入力端子に接続し、他端を第1の抵抗81と第
2の抵抗82の接続点に接続している。[Modification of First Embodiment] FIG. 9 shows a modification of the detection circuit 6 in the first embodiment. This detection circuit includes a first resistor 81 (resistance R) between the output terminal of the operational amplifier 33 and the ground line 57.
a) and a series circuit of a second resistor 82 (resistance value Rb) are connected, and the minus input terminal and the output terminal of the operational amplifier 33 are connected via the feedback resistor 34 and the first resistor 81. . That is, one end of the feedback resistor 34 is connected to the minus input terminal of the operational amplifier 33, and the other end is connected to a connection point between the first resistor 81 and the second resistor 82.
【0079】この場合の演算増幅器33の出力電圧すな
わち検出信号Voは、帰還抵抗34の抵抗値をRf、帰
還電流値をIsとすると、 Vo=−Is・Rf(1+Ra/Rb) となり、比較的低い抵抗値Rfの帰還抵抗34を用いて
も、抵抗比Ra/Rbで出力電圧を調節できる。また、
帰還抵抗34に低い抵抗値の抵抗として温度特性のよい
金属皮膜抵抗等を用い、第1の抵抗81と第2の抵抗8
2とは温度特性が同じ抵抗を用いれば、温度特性の非常
に良い検出回路を実現できる。In this case, the output voltage of the operational amplifier 33, that is, the detection signal Vo is as follows: Vo = −Is · Rf (1 + Ra / Rb) where Rf is the resistance value of the feedback resistor 34 and Is is the feedback current value. Even if the feedback resistor 34 having a low resistance value Rf is used, the output voltage can be adjusted with the resistance ratio Ra / Rb. Also,
For the feedback resistor 34, a metal film resistor or the like having good temperature characteristics is used as a resistor having a low resistance value, and the first resistor 81 and the second resistor 8 are used.
If a resistor having the same temperature characteristic as that of No. 2 is used, a detection circuit having very good temperature characteristics can be realized.
【0080】図10及び図11は、音叉振動子1の変形
例を示す図3及び図4と同様な図である。この音叉振動
子1も水晶振動子であり、駆動用アーム101と検出用
アーム102と基部103とを水晶板によって一体に形
成している点は図3及び図4に示した音叉振動子と同じ
である。FIGS. 10 and 11 are views similar to FIGS. 3 and 4 showing a modified example of the tuning fork vibrator 1. This tuning fork resonator 1 is also a crystal resonator, and the driving arm 101, the detection arm 102, and the base 103 are integrally formed by a quartz plate in the same manner as the tuning fork resonator shown in FIGS. It is.
【0081】この音叉振動子1が図3及び図4に示した
音叉振動子と異なる点は、駆動用アーム101の表面に
形成した駆動用電極のうち、駆動用電極13,14に代
えて1つの駆動用電極19を形成した点と、検出用アー
ム102の検出用電極として、Z方向に平行な2面にの
み、検出用電極76,77と78,79を形成し、その
第1の検出用電極77と79を接続部L9で、第2の検
出用電極76と78を接続部L8でそれぞれ接続した点
だけである。この音叉振動子1を用いても、図1に示し
た角速度検出装置を構成することができ、前述の場合と
同じ作用効果が得られる。This tuning fork vibrator 1 is different from the tuning fork vibrator shown in FIGS. 3 and 4 in that, of the driving electrodes formed on the surface of the driving arm 101, one of the driving electrodes 13 and 14 is used instead of the driving electrodes 13 and 14. The detection electrodes 76, 77 and 78, 79 are formed only on two points parallel to the Z direction as the detection electrodes of the detection arm 102 and the point where the two drive electrodes 19 are formed. The only difference is that the connecting electrodes 77 and 79 are connected at the connecting portion L9, and the second detecting electrodes 76 and 78 are connected at the connecting portion L8. Even if this tuning fork vibrator 1 is used, the angular velocity detecting device shown in FIG. 1 can be configured, and the same operation and effect as those described above can be obtained.
【0082】以上説明した実施形態では、音叉振動子
(水晶振動子)1のX方向の面内振動を共振周波数とし
たが、検出用アーム102を駆動用とし、駆動用アーム
101を検出用とすることにより、Z方向の面外振動を
共振周波数にす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カット振動子を音叉
振動子として使用することによっても可能である。In the embodiment described above, the in-plane vibration in the X direction of the tuning fork vibrator (crystal vibrator) 1 is used as the resonance frequency. However, the detection arm 102 is used for driving, and the driving arm 101 is used for detection. By doing so, the out-of-plane vibration in the Z direction can be set to the resonance frequency. The same can be achieved by using an X-cut vibrator rotated by 90 degrees about the Y axis of the crystal as a tuning fork vibrator.
【0083】また、音叉振動子1を形成する圧電単結晶
体の材料が水晶の例で説明したが、130度Y板のタン
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の圧電性を示す他の単結晶材料を用
いてもよい。Although the material of the piezoelectric single crystal forming the tuning fork vibrator 1 has been described as an example of quartz, a 130 ° Y-plate lithium tantalate single crystal, lithium niobate single crystal, lithium borate single crystal, etc. Other single crystal materials exhibiting the above piezoelectric properties may be used.
【0084】〔第2の実施形態:図12から図14〕次
に、この発明による角速度検出装置の第2の実施形態に
ついて、図12乃至図13によって説明する。図12は
その角速度検出装置の全体構成を示す回路図であるが、
検出回路6′を除いて、音叉振動子1及び各回路3〜
5,7〜9は、いずれも図1に示した第1の実施形態の
角速度検出装置と同じであるから、それらの説明は省略
する。[Second Embodiment: FIGS. 12 to 14] Next, a second embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a circuit diagram showing the entire configuration of the angular velocity detecting device.
Except for the detection circuit 6 ', the tuning fork vibrator 1 and each of the circuits 3 to
5, 7 to 9 are the same as those of the angular velocity detecting device of the first embodiment shown in FIG.
【0085】この角速度検出装置における検出回路6′
は、演算増幅器33のプラス入力端子を抵抗45と容量
46との並列回路を介してアース線57に接続し、音叉
振動子1の検出用アームの第2の検出用電極16,17
と演算増幅器33のマイナス入力端子とを接続し、さら
に演算増幅器33のマイナス入力端子と出力端子とを帰
還抵抗34を介して接続して構成している。Detection circuit 6 'in this angular velocity detection device
Connects the positive input terminal of the operational amplifier 33 to the ground wire 57 via a parallel circuit of the resistor 45 and the capacitor 46, and connects the second detection electrodes 16 and 17 of the detection arm of the tuning fork vibrator 1.
And the negative input terminal of the operational amplifier 33, and the negative input terminal and the output terminal of the operational amplifier 33 are connected via a feedback resistor.
【0086】この検出回路6′の作用を図13に示す等
価回路図によって説明する。この検出回路6′におい
て、演算増幅器33のプラス入力端子とアース線57と
の間に並列に接続された抵抗45(抵抗値Ri)と容量
46(容量値Ci)とは、演算増幅器33の温度による
入力バイアス電流変化の補償を行う。もしこの抵抗45
がないと、演算増幅器33のマイナス入力端子の入力バ
イアス電流が△Ib1 増加すると、出力電圧Vo=−
(Is+△Ib1)Rfになり、−△Ib1・Rfだけ変動
することになる。The operation of the detection circuit 6 'will be described with reference to an equivalent circuit diagram shown in FIG. In the detection circuit 6 ′, the resistance 45 (resistance value Ri) and the capacitance 46 (capacitance value Ci) connected in parallel between the plus input terminal of the operational amplifier 33 and the ground line 57 indicate the temperature of the operational amplifier 33. To compensate for the change in input bias current. If this resistance 45
Without this, if the input bias current of the minus input terminal of the operational amplifier 33 increases by ΔIb 1 , the output voltage Vo = −
(Is + △ Ib 1 ) Rf, and fluctuates by − △ Ib 1 · Rf.
【0087】プラス入力端子の入力バイアス電流が△I
b2変化するとすれば、プラス入力端子の電圧は△Ib2
・Ri増加する。したがって、△Ib1・Rf=△Ib2
・Riとなるように抵抗45の抵抗値Riを選定すれ
ば、演算増幅器33の出力電圧は、Is・Rfとなり、
変動を押さえることができる。また、大部分のノイズ成
分は容量46でバイパスすることにより、取り去ること
ができる。一般的には、入力バイアス電流△Ib1と△
Ib2とが等しくなるように演算増幅器33を構成でき
る。このため、抵抗45の抵抗値Riを帰還抵抗34の
抵抗値Rfと等しい値にすればよい。The input bias current of the plus input terminal is ΔI
Assuming that b 2 changes, the voltage at the plus input terminal is △ Ib 2
Ri increases. Therefore, △ Ib 1 · Rf = △ Ib 2
If the resistance value Ri of the resistor 45 is selected so as to be Ri, the output voltage of the operational amplifier 33 is Is · Rf,
Fluctuations can be suppressed. Most of the noise components can be removed by bypassing the capacitor 46. Generally, the input bias currents {Ib 1 and {
The operational amplifier 33 can be configured so that Ib 2 is equal. Therefore, the resistance Ri of the resistor 45 may be set to a value equal to the resistance Rf of the feedback resistor 34.
【0088】図14は、この検出回路6′の変更例であ
り、図9に示した第1の実施形態の変更例と同様に、演
算増幅器33の出力端子とアース線57との間に、第1
の抵抗81(抵抗値Ra)と第2の抵抗82(抵抗値R
b)との直列回路を接続し、演算増幅器33のマイナス
入力端子と出力端子とを帰還抵抗と第1の抵抗81とを
介して接続している。すなわち、帰還抵抗34の一端を
演算増幅器33のマイナス入力端子に接続し、他端を第
1の抵抗81と第2の抵抗82の接続点に接続してい
る。FIG. 14 shows a modification of the detection circuit 6 '. Similar to the modification of the first embodiment shown in FIG. 9, the detection circuit 6' is connected between the output terminal of the operational amplifier 33 and the ground line 57. First
The resistance 81 (resistance value Ra) and the second resistance 82 (resistance value R
b), and the minus input terminal and the output terminal of the operational amplifier 33 are connected via a feedback resistor and a first resistor 81. That is, one end of the feedback resistor 34 is connected to the minus input terminal of the operational amplifier 33, and the other end is connected to a connection point between the first resistor 81 and the second resistor 82.
【0089】この場合の演算増幅器33の出力電圧すな
わち検出信号Voも、帰還抵抗34の抵抗値をRf、帰
還電流値をIsとすると、 Vo=−Is・Rf(1+Ra/Rb) となる。そのため、比較的低い抵抗値Rfの帰還抵抗3
4を用いても、抵抗比Ra/Rbで出力電圧を調節でき
る。また、帰還抵抗34に低い抵抗値の抵抗として温度
特性のよい金属皮膜抵抗等を用い、第1の抵抗81と第
2の抵抗82とは温度特性が同じ抵抗を用いれば、温度
特性の非常に良い検出回路を実現できる。なお、音叉振
動子1の検出用アーム102の第1の検出用電極15,
18と第2の検出用電極16,17との間の等価抵抗ま
たは等価電気インピーダンスが、10kΩ以上の値であ
ることが望ましいことは、第1の実施形態の場合と同じ
である。In this case, the output voltage of the operational amplifier 33, that is, the detection signal Vo also becomes Vo = −Is · Rf (1 + Ra / Rb), where Rf is the resistance value of the feedback resistor 34 and Is is the feedback current value. Therefore, the feedback resistor 3 having a relatively low resistance value Rf
4, the output voltage can be adjusted by the resistance ratio Ra / Rb. Further, if a metal film resistor or the like having good temperature characteristics is used for the feedback resistor 34 as a resistor having a low resistance value, and the first resistor 81 and the second resistor 82 have the same temperature characteristics, the temperature characteristics will be very low. A good detection circuit can be realized. The first detection electrode 15 of the detection arm 102 of the tuning fork vibrator 1
It is the same as in the first embodiment that the equivalent resistance or the equivalent electrical impedance between 18 and the second detection electrodes 16 and 17 is desirably 10 kΩ or more.
【0090】また、音叉振動子1の駆動用アーム101
の自励振動の共振周波数がf0(Hz)、検出用アーム1
02における駆動用アーム101の自励振動の振動方向
に直交する方向の振動の共振周波数がf1(Hz)である
とき、駆動用アーム101の共振周波数f0(Hz)と
検出用アーム102の共振周波数f1(Hz)との間の離
調周波数△f=f0−f1の値が、f1/1000から
f1/10の間、または−f1/1000から−f1/
10の間にあることが望ましいことも、第1の実施形態
の場合と同じである。The driving arm 101 of the tuning fork vibrator 1
The resonance frequency of the self-excited vibration of f0 (Hz)
02, the resonance frequency f0 (Hz) of the driving arm 101 and the resonance frequency of the detection arm 102 when the resonance frequency of the vibration in the direction orthogonal to the vibration direction of the self-excited vibration of the driving arm 101 is f1 (Hz). The value of the detuning frequency Δf = f0−f1 between f1 (Hz) and f1 / 1000 to f1 / 10, or −f1 / 1000 to −f1 /
Desirably between 10 and 10 is the same as in the first embodiment.
【0091】〔第3の実施形態:図15から図17〕次
に、この発明による角速度検出装置の第3の実施形態に
ついて、図15乃至図17によって説明する。図15は
その角速度検出装置の全体構成を示す回路図であるが、
検出回路6″を除いて、音叉振動子1及び各回路3〜
5,7〜9は、いずれも図1に示した第1の実施形態の
角速度検出装置と同じであるから、それらの説明は省略
する。[Third Embodiment: FIGS. 15 to 17] Next, a third embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a circuit diagram showing the entire configuration of the angular velocity detecting device.
Except for the detection circuit 6 ″, the tuning fork vibrator 1 and each of the circuits 3 to
5, 7 to 9 are the same as those of the angular velocity detecting device of the first embodiment shown in FIG.
【0092】この角速度検出装置における検出回路6″
は、演算増幅器33のプラス入力端子を抵抗45を介し
てアース線57に接続し、音叉振動子1の検出用アーム
102に形成した第2の検出用電極16,17と演算増
幅器33のマイナス入力端子とを接続し、その演算増幅
器33のマイナス入力端子と出力端子とを帰還抵抗を介
して接続する。さらに、この演算増幅器33の出力端子
とプラス入力端子とを積分回路を介して接続している。
その積分回路を、演算増幅器47と抵抗48および容量
49によって構成している。A detection circuit 6 ″ in this angular velocity detecting device
Connects the plus input terminal of the operational amplifier 33 to the ground line 57 via the resistor 45, and connects the second detection electrodes 16 and 17 formed on the detection arm 102 of the tuning fork vibrator 1 to the minus input of the operational amplifier 33. The negative input terminal and the output terminal of the operational amplifier 33 are connected via a feedback resistor. Further, the output terminal and the plus input terminal of the operational amplifier 33 are connected via an integrating circuit.
The integration circuit is composed of an operational amplifier 47, a resistor 48 and a capacitor 49.
【0093】この積分回路を構成する演算増幅器47
は、プラス入力端子をアース線57に接続し、マイナス
入力端子を抵抗48を介して演算増幅器33の出力端子
に接続し、そのマイナス入力端子と出力端子の間に容量
49を接続している。この検出回路6″の作用を図16
に示す等価回路図によって説明する。The operational amplifier 47 constituting this integrating circuit
Has a positive input terminal connected to the ground line 57, a negative input terminal connected to the output terminal of the operational amplifier 33 via a resistor 48, and a capacitor 49 connected between the negative input terminal and the output terminal. The operation of the detection circuit 6 "is shown in FIG.
This will be described with reference to an equivalent circuit diagram shown in FIG.
【0094】この検出回路6″において、演算増幅器3
3の出力端子とプラス入力端子の間に積分回路は、検出
回路6″の出力電圧(検出信号)Voのオフセットドリ
フト変動の補償を行う。すなわち、この積分回路が、検
出回路6″の直流オフセット電圧を反転して演算増幅器
33のプラス入力端子にフィードバックすることによ
り、直流出力成分を0になるように制御する。In the detection circuit 6 ″, the operational amplifier 3
3 between the output terminal and the plus input terminal of the detection circuit 6 "compensates for the offset drift fluctuation of the output voltage (detection signal) Vo of the detection circuit 6". By inverting the voltage and feeding it back to the plus input terminal of the operational amplifier 33, the DC output component is controlled to be zero.
【0095】このときのカットオフ周波数fcは、抵抗
48の抵抗値をR2、容量45をC2とすれば、fc=
1/2πR2・C2となる。このfcが共振周波数f0
より充分低くなるように抵抗48の抵抗値R2と容量4
9の容量値C2の値を設定する。カットオフ周波数fc
以上の交流周波数の積分回路の出力は減衰して0となる
ため、共振周波数f0では、積分回路による影響は全く
なく、検出回路6″の出力電圧Voは、−Rf・Isと
なる。At this time, if the resistance value of the resistor 48 is R2 and the capacitance 45 is C2, the cutoff frequency fc is fc = fc
1 / 2πR2 · C2. This fc is the resonance frequency f0
The resistance value R2 of the resistor 48 and the capacitance 4
9 is set as the capacitance value C2. Cutoff frequency fc
Since the output of the integrating circuit of the above AC frequency is attenuated and becomes 0, there is no influence of the integrating circuit at the resonance frequency f0, and the output voltage Vo of the detection circuit 6 ″ becomes −Rf · Is.
【0096】図17は、この検出回路6″の変更例であ
り、図9に示した第1の実施形態の変更例と同様に、演
算増幅器33のの出力端子とアース線57との間に、第
1の抵抗81(抵抗値Ra)と第2の抵抗82(抵抗値
Rb)との直列回路を接続し、演算増幅器33のマイナ
ス入力端子と出力端子とを帰還抵抗と第1の抵抗81と
を介して接続している。すなわち、帰還抵抗34の一端
を演算増幅器33のマイナス入力端子に接続し、他端を
第1の抵抗81と第2の抵抗82の接続点に接続してい
る。FIG. 17 shows a modification of the detection circuit 6 ". Similar to the modification of the first embodiment shown in FIG. 9, between the output terminal of the operational amplifier 33 and the ground line 57. , A series circuit of a first resistor 81 (resistance value Ra) and a second resistor 82 (resistance value Rb) is connected, and a minus input terminal and an output terminal of the operational amplifier 33 are connected to a feedback resistor and the first resistor 81. That is, one end of the feedback resistor 34 is connected to the minus input terminal of the operational amplifier 33, and the other end is connected to a connection point between the first resistor 81 and the second resistor 82. .
【0097】この場合の演算増幅器33の出力電圧すな
わち検出信号Voも、帰還抵抗34の抵抗値をRf、帰
還電流値をIsとすると、 Vo=−Is・Rf(1+Ra/Rb) となる。そのため、比較的低い抵抗値Rfの帰還抵抗3
4を用いても、抵抗比Ra/Rbで出力電圧を調節でき
る。また、帰還抵抗34に低い抵抗値の抵抗として温度
特性のよい金属皮膜抵抗等を用い、第1の抵抗81と第
2の抵抗82とは温度特性が同じ抵抗を用いれば、温度
特性の非常に良い検出回路を実現できる。In this case, the output voltage of the operational amplifier 33, that is, the detection signal Vo also becomes Vo = −Is · Rf (1 + Ra / Rb), where Rf is the resistance value of the feedback resistor 34 and Is is the feedback current value. Therefore, the feedback resistor 3 having a relatively low resistance value Rf
4, the output voltage can be adjusted by the resistance ratio Ra / Rb. Further, if a metal film resistor or the like having good temperature characteristics is used for the feedback resistor 34 as a resistor having a low resistance value, and the first resistor 81 and the second resistor 82 have the same temperature characteristics, the temperature characteristics will be very low. A good detection circuit can be realized.
【0098】なお、音叉振動子1の検出用アーム102
の第1の検出用電極15,18と第2の検出用電極1
6,17との間の等価抵抗または等価電気インピーダン
スが、10kΩ以上の値であることが望ましいことは、
第1の実施形態の場合と同じである。Note that the detection arm 102 of the tuning fork vibrator 1
The first detection electrodes 15 and 18 and the second detection electrode 1
Desirably, the equivalent resistance or equivalent electrical impedance between the first and the second and the sixth and the 17th have a value of 10 kΩ or more.
This is the same as in the first embodiment.
【0099】また、音叉振動子1の駆動用アーム101
の自励振動の共振周波数がf0(Hz)、検出用アーム1
02における駆動用アーム101の自励振動の振動方向
に直交する方向の振動の共振周波数がf1(Hz)である
とき、駆動用アーム101の共振周波数f0(Hz)と
検出用アーム102の共振周波数f1(Hz)との間の離
調周波数△f=f0−f1の値が、f1/1000から
f1/10の間、または−f1/1000から−f1/
10の間にあることが望ましいことも、第1の実施形態
の場合と同じである。The driving arm 101 of the tuning fork vibrator 1
The resonance frequency of the self-excited vibration of f0 (Hz)
02, the resonance frequency f0 (Hz) of the driving arm 101 and the resonance frequency of the detection arm 102 when the resonance frequency of the vibration in the direction orthogonal to the vibration direction of the self-excited vibration of the driving arm 101 is f1 (Hz). The value of the detuning frequency Δf = f0−f1 between f1 (Hz) and f1 / 1000 to f1 / 10, or −f1 / 1000 to −f1 /
Desirably between 10 and 10 is the same as in the first embodiment.
【0100】〔第4の実施形態:図18から図20〕上
述の各実施形態では、振動子として音叉振動子を使用す
る例について説明したが、これに限るものではなく、少
なくとも1本の駆動用アームと少なくとも1本の検出用
アームとを有する振動子であればよい。そこで、以下に
振動子として三叉振動子を用いた角速度検出装置の実施
形態を説明する。[Fourth Embodiment: FIGS. 18 to 20] In each of the above embodiments, an example in which a tuning fork vibrator is used as a vibrator has been described. However, the present invention is not limited to this, and at least one drive A vibrator having at least one detection arm and at least one detection arm may be used. Therefore, an embodiment of an angular velocity detecting device using a three-forked vibrator as a vibrator will be described below.
【0101】図18及び図19は、その三叉振動子の表
面側から見た斜視図及び裏面側から見た斜視図である。
この三叉振動子2も水晶振動子であり、圧電単結晶体で
ある水晶板からワイヤーソなどによる機械加工、あるい
はエッチングなどによる化学的加工によって形成され
る。FIGS. 18 and 19 are a perspective view seen from the front side and a perspective view seen from the back side of the three-pronged vibrator.
The three-pronged vibrator 2 is also a quartz oscillator, and is formed from a quartz plate, which is a piezoelectric single crystal body, by mechanical processing using a wire saw or chemical processing such as etching.
【0102】そして、この三叉振動子2は、2本の駆動
用アーム110,112と1本の検出用アーム111か
らなる3本のアームと、その3本のアーム110,11
2,111を互いに平行に設けた基部100とからな
る。2本の駆動用アーム110,112は図18に示す
X方向の両端部に、検出用アーム111はその中間に配
置され、いずれもY方向に延びている。基部100は図
示しない支持部材によって支持される。The three-forked vibrator 2 has three arms including two drive arms 110 and 112 and one detection arm 111, and the three arms 110 and 11.
2 and 111 are provided in parallel with each other. The two drive arms 110 and 112 are arranged at both ends in the X direction shown in FIG. 18, and the detection arm 111 is arranged in the middle thereof, and both extend in the Y direction. The base 100 is supported by a support member (not shown).
【0103】図18でX方向は水晶の電気軸に、Y方向
は水晶の機械軸に、Z方向は水晶の光軸にほぼ平行であ
るが、最良の温度特性を得るために、1度から10度程
度回転させることもある。また、図18,19では、水
晶の光軸方向すなわちZ方向をカットしたZカット振動
子の例を示しているが、電気軸方向をカットしたXカッ
ト振動子とすることも可能である。In FIG. 18, the X direction is substantially parallel to the electric axis of the quartz crystal, the Y direction is substantially parallel to the mechanical axis of the quartz crystal, and the Z direction is substantially parallel to the optical axis of the quartz crystal. It may be rotated about 10 degrees. Although FIGS. 18 and 19 show examples of the Z-cut vibrator in which the crystal is cut in the optical axis direction, that is, the Z direction, an X-cut vibrator in which the electric axis direction is cut may be used.
【0104】駆動用アーム110,112は角柱状をな
し、その駆動用アーム110の各側面にはそれぞれ駆動
用電極113,114,115,116を有し、駆動用
アーム112の各側面にはそれぞれ駆動用電極121,
122,123,124を有する。これらの駆動用アー
ム110,112はX方向(面内方向)に共振周波数で
自励振動するアームである。The driving arms 110 and 112 have a prismatic shape, and have driving electrodes 113, 114, 115 and 116 on the respective side surfaces of the driving arm 110. Driving electrode 121,
122, 123, and 124. These driving arms 110 and 112 are arms that self-excitedly vibrate at a resonance frequency in the X direction (in-plane direction).
【0105】検出用アーム111も角柱状をなし、その
対向する2側面に、第1の検出用電極118,119と
第2の検出用電極117,120を有し、駆動用アーム
110,112に同期してその駆動用アームと同じX方
向に振動し、且つ回転に伴うコリオリ力によって強制的
に駆動用アームの共振周波数と同じ周波数で自励振動の
方向と直交するZ方向に振動するアームである。これら
の各駆動用電極113〜116,121〜124および
検出用電極117〜120は、真空蒸着やスパッタリン
グなどの金属被膜形成法によって形成される。The detection arm 111 also has a prismatic shape, and has first detection electrodes 118 and 119 and second detection electrodes 117 and 120 on two opposing side surfaces. An arm that vibrates in the same X direction as the driving arm in synchronization with it, and forcibly vibrates in the Z direction orthogonal to the direction of self-excited vibration at the same frequency as the resonance frequency of the driving arm due to Coriolis force due to rotation. is there. These drive electrodes 113 to 116 and 121 to 124 and the detection electrodes 117 to 120 are formed by a metal film forming method such as vacuum evaporation or sputtering.
【0106】駆動用アーム110の対向する面に形成さ
れた駆動用電極113と114は、駆動用アーム110
上で接続されて、引出部L11によって基部110の下
端部に設けられた端子T11に接続されている。同様に
駆動用アーム110の他の対向する面に形成された駆動
用電極115と116も、駆動用アーム110上で接続
されて、引出部L12によって端子T12に接続されて
いる。The driving electrodes 113 and 114 formed on the opposing surface of the driving arm 110 are
It is connected above and is connected to the terminal T11 provided at the lower end of the base 110 by the drawer L11. Similarly, the driving electrodes 115 and 116 formed on the other facing surface of the driving arm 110 are also connected on the driving arm 110 and are connected to the terminal T12 by the lead-out portion L12.
【0107】駆動用アーム112の対向する面に形成さ
れた駆動用電極121と122は、駆動用アーム112
上で接続されて、引出部L15によって基部100の下
端部に設けられた端子T15に接続されている。同様に
駆動用アーム112の他の対向する面に形成された駆動
用電極123と124も、駆動用アーム112上で接続
されて、引出部L16によって端子T16に接続されて
いる。The driving electrodes 121 and 122 formed on the opposite surface of the driving arm 112
It is connected above and is connected to a terminal T15 provided at the lower end of the base 100 by a drawer L15. Similarly, the driving electrodes 123 and 124 formed on the other facing surface of the driving arm 112 are also connected on the driving arm 112 and are connected to the terminal T16 by the lead portion L16.
【0108】検出用アーム111の対向する面に形成さ
れた第1の検出用電極118と119は、検出用アーム
111上で接続されて、引出部L13によって基部10
0の下端部に設けられた端子T13に接続されている。
同様に検出用アーム111の同じ対向面に形成された検
出用電極117と120も、検出用アーム111上で接
続されて、引出部L14によって端子T14に接続され
ている。The first detection electrodes 118 and 119 formed on the opposite surface of the detection arm 111 are connected on the detection arm 111, and are connected to the base 10 by a lead-out portion L13.
0 is connected to a terminal T13 provided at the lower end.
Similarly, the detection electrodes 117 and 120 formed on the same opposing surface of the detection arm 111 are also connected on the detection arm 111, and are connected to the terminal T14 by the lead L14.
【0109】この三叉振動子2の具体的な寸法例とし
て、面内(X方向)振動する駆動用アーム110,11
2と、検出用アーム111の各幅をいずれも600μ
m、長さをいずれも3700μmとし、三叉振動子2の
全長を5900μm、全幅を2200μmとし、面外
(Z方向)振動の共振周波数f1(Hz)を面内振動の
共振周波数f0(Hz)に近づけるために、厚さを60
0μmとする。As specific examples of the dimensions of the three-forked vibrator 2, drive arms 110 and 11 that vibrate in a plane (X direction) are provided.
2 and each width of the detection arm 111 is 600 μm.
m and length are all 3700 μm, the total length of the three-forked vibrator 2 is 5900 μm, the overall width is 2200 μm, and the resonance frequency f1 (Hz) of out-of-plane (Z direction) vibration is changed to the resonance frequency f0 (Hz) of in-plane vibration Thickness is 60 to get closer
0 μm.
【0110】図20は、この発明による角速度検出装置
の第4の実施形態の全体構成を示す回路図であるが、図
1における音叉振動子1に代えて上述した三叉振動子2
を用いた他は、図1によって説明した第1の実施形態と
同じであるから、それらの説明は省略する。FIG. 20 is a circuit diagram showing the overall structure of the fourth embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention. The above-described three-forked vibrator 2 replaces the tuning fork vibrator 1 in FIG.
Except for using, the description is omitted because it is the same as the first embodiment described with reference to FIG.
【0111】三叉振動子2は、2本の駆動用アーム11
0と112に設けられた駆動用電極113,114と1
21,122をまとめて、導線51によって発振回路3
の演算増幅器20の出力端子に接続し、駆動電極11
5,116と123,124をまとめて、導線50によ
って発振回路3の演算増幅器19のマイナス入力端子に
接続している。The three-forked vibrator 2 includes two drive arms 11
Driving electrodes 113, 114 and 1 provided on 0 and 112
21 and 122 are put together, and the oscillation circuit 3
Connected to the output terminal of the operational amplifier 20
5, 116 and 123, 124 are connected together to the minus input terminal of the operational amplifier 19 of the oscillation circuit 3 by the conducting wire 50.
【0112】また、検出用アーム111に設けられた第
1の検出用電極118と119はアース線57に接続さ
れ、検出用電極117と120は、導線56によって検
出回路6の演算増幅器33のマイナス入力端子に接続さ
れている。この演算増幅器33のプラス入力端子をアー
ス線57に接続し、そのマイナス入力端子と出力端子と
を帰還抵抗34を介して接続して検出回路6を構成して
いる点は、第1の実施形態と同じである。Further, the first detection electrodes 118 and 119 provided on the detection arm 111 are connected to the ground line 57, and the detection electrodes 117 and 120 are connected to the negative terminal of the operational amplifier 33 of the detection circuit 6 by the conducting wire 56. Connected to input terminal. The first embodiment is different from the first embodiment in that the positive input terminal of the operational amplifier 33 is connected to the ground line 57, and the negative input terminal and the output terminal are connected via the feedback resistor 34 to constitute the detection circuit 6. Is the same as
【0113】この角速度検出装置も、第1の実施形態の
場合と同様に動作し、ローパスフイルタ9の出力端子か
ら、三叉振動子2が受ける回転による角速度の方向に応
じた極性で、その大きさに応じた絶対値の直流電圧が得
られる。This angular velocity detector also operates in the same manner as in the first embodiment, and has a polarity and a magnitude corresponding to the direction of the angular velocity due to the rotation received by the three-forked oscillator 2 from the output terminal of the low-pass filter 9. Is obtained as the absolute value of the DC voltage.
【0114】また、検出回路6を図9に示したように変
更して(但し、音叉振動子1に代えて三叉振動子2を接
続する)、演算増幅器33のの出力端子とアース線57
との間に、第1の抵抗81(抵抗値Ra)と第2の抵抗
82(抵抗値Rb)との直列回路を接続し、演算増幅器
33のマイナス入力端子と出力端子とを帰還抵抗34と
抵抗81とを介して接続するようにしてもよい。それに
よって、温度特性のよい検出回路を実現できる。Further, the detection circuit 6 is changed as shown in FIG. 9 (however, the trike oscillator 2 is connected instead of the tuning fork oscillator 1), and the output terminal of the operational amplifier 33 and the ground line 57 are connected.
, A series circuit of a first resistor 81 (resistance value Ra) and a second resistor 82 (resistance value Rb) is connected, and the negative input terminal and output terminal of the operational amplifier 33 are connected to the feedback resistor 34 and The connection may be made via the resistor 81. Thereby, a detection circuit having good temperature characteristics can be realized.
【0115】なお、この三叉振動子2の駆動用アーム1
10と112を検出用アームとして使用し、検出用アー
ム111を駆動用アームとして使用することにより、図
18におけるZ方向の面外振動を共振周波数にすること
もできる。同様のことは、三叉振動子2を水晶のY軸を
中心に90度回転したXカット振動子とした場合でも可
能である。The drive arm 1 of the three-forked vibrator 2
By using the detection arms 10 and 112 as detection arms and the detection arm 111 as drive arms, the out-of-plane vibration in the Z direction in FIG. 18 can be made the resonance frequency. The same can be applied to a case where the three-forked vibrator 2 is an X-cut vibrator rotated by 90 degrees around the Y axis of quartz.
【0116】また、三叉振動子2を形成する圧電単結晶
体の材料が水晶の例で説明したが、130度Y板のタン
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の圧電性を示す他の単結晶材料を用
いてもよい。さらに、三叉振動子2の検出用アーム11
1の第1の検出用電極118,119と第2の検出用電
極117,120との間の等価抵抗または等価電気イン
ピーダンスが、10kΩ以上の値であることが望まし
い。Although the example of the material of the piezoelectric single crystal forming the three-forked vibrator 2 is quartz crystal, a 130 ° Y-plate lithium tantalate single crystal, lithium niobate single crystal, lithium borate single crystal, etc. Other single crystal materials exhibiting the above piezoelectric properties may be used. Further, the detection arm 11 of the three-forked oscillator 2
It is desirable that the equivalent resistance or equivalent electrical impedance between one first detection electrode 118, 119 and the second detection electrode 117, 120 is 10 kΩ or more.
【0117】そして、三叉振動子2の駆動用アーム11
0,112の自励振動の共振周波数がf0(Hz)、検出
用アーム111における駆動用アームの自励振動の振動
方向に直交する方向の振動の共振周波数がf1(Hz)で
あるとき、駆動用アームの共振周波数f0(Hz)と検
出用アームの共振周波数f1(Hz)との間の離調周波数
△f=f0−f1の値が、f1/1000からf1/1
0の間、または−f1/1000から−f1/10の間
にあることが望ましいことも、第1乃至第3のの実施形
態の場合と同じである。これらについては、以下の第
5,第6の実施形態についても同様である。Then, the driving arm 11 of the three-forked vibrator 2
When the resonance frequency of the self-excited vibrations 0 and 112 is f0 (Hz), and the resonance frequency of the detection arm 111 in the direction orthogonal to the vibration direction of the self-excited vibration of the driving arm is f1 (Hz), The value of the detuning frequency Δf = f0−f1 between the resonance frequency f0 (Hz) of the detection arm and the resonance frequency f1 (Hz) of the detection arm is changed from f1 / 1000 to f1 / 1.
Desirably, it is between 0 and between -f1 / 1000 and -f1 / 10, as in the first to third embodiments. The same applies to the following fifth and sixth embodiments.
【0118】〔第5の実施形態:図21〕次に、この発
明による角速度検出装置の第5の実施形態を説明する。
図21はその角速度検出装置の全体構成を示す回路図で
ある。これは、図20に示した上述の第4の実施形態の
角速度検出装置と、検出回路6′が相違するだけであ
り、また図12に示した第2の実施形態とは、その音叉
振動子1に代えて上述した第4の実施形態と同様な三叉
振動子2を使用した点が相違するだけであり、その検出
回路6′の作用も図13によって説明したとおりである
ので、説明を省略する。[Fifth Embodiment: FIG. 21] Next, a fifth embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention will be described.
FIG. 21 is a circuit diagram showing the entire configuration of the angular velocity detecting device. This is different from the angular velocity detecting device of the above-described fourth embodiment shown in FIG. 20 only in the detection circuit 6 ', and is different from the angular velocity detecting device of the fourth embodiment shown in FIG. The only difference is that a three-pronged vibrator 2 similar to that of the above-described fourth embodiment is used in place of 1 and the operation of the detection circuit 6 'is the same as that described with reference to FIG. I do.
【0119】なお、この第5の実施形態の角速度検出装
置では、振動子として三叉振動子2を使用し、且つ検出
回路6′において、演算増幅器33のプラス入力端子
を、抵抗45と容量46との並列回路を介してアース線
57に接続した点に特徴を有する。この場合も、検出回
路6′を図14に示したような回路に変更することがで
きる。それによる作用効果も図14によって説明したの
と同じである。In the angular velocity detecting device according to the fifth embodiment, the three-forked vibrator 2 is used as the vibrator, and the positive input terminal of the operational amplifier 33 is connected to the resistor 45 and the capacitor 46 in the detecting circuit 6 '. This is characterized in that it is connected to the ground line 57 via the parallel circuit of. Also in this case, the detection circuit 6 'can be changed to a circuit as shown in FIG. The function and effect thereby are the same as those described with reference to FIG.
【0120】〔第6の実施形態:図22〕次に、この発
明による角速度検出装置の第6の実施形態を説明する。
図22はその角速度検出装置の全体構成を示す回路図で
ある。これは、図20に示した上述の第4の実施形態の
角速度検出装置と、検出回路6″が相違するだけであ
り、また図15に示した第3の実施形態とは、その音叉
振動子1に代えて上述した第4の実施形態と同様な三叉
振動子2を使用した点が相違するだけであり、その検出
回路6″の作用も図1によって説明したとおりであるの
で、説明を省略する。[Sixth Embodiment: FIG. 22] Next, a sixth embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention will be described.
FIG. 22 is a circuit diagram showing the entire configuration of the angular velocity detecting device. This is different from the angular velocity detection device of the fourth embodiment shown in FIG. 20 only in the detection circuit 6 ″, and is different from the angular velocity detection device of the fourth embodiment shown in FIG. The only difference is that a three-pronged vibrator 2 similar to that of the above-described fourth embodiment is used in place of 1 and the operation of the detection circuit 6 ″ is the same as that described with reference to FIG. I do.
【0121】なお、この第6の実施形態の角速度検出装
置では、振動子として三叉振動子2を使用し、且つ検出
回路6″において、演算増幅器33のプラス入力端子
を、抵抗45を介してアース線57に接続し、演算増幅
器33のプラス入力端子と出力端子を、演算増幅器47
と抵抗48および容量49によって構成される積分回路
を介して接続した点に特徴を有する。この場合も、検出
回路6″を図17に示したような回路に変更することが
できる。それによって得られる作用効果も図17によっ
て説明したのと同じである。In the angular velocity detecting device according to the sixth embodiment, the three-forked vibrator 2 is used as a vibrator, and the positive input terminal of the operational amplifier 33 is grounded via the resistor 45 in the detecting circuit 6 ″. Line 57 and connect the positive input terminal and the output terminal of the operational amplifier 33 to the operational amplifier 47.
It is characterized in that it is connected via an integrating circuit composed of a resistor 48 and a capacitor 49. Also in this case, the detection circuit 6 "can be changed to a circuit as shown in Fig. 17. The operation and effect obtained thereby are the same as those described with reference to Fig. 17.
【0122】〔三叉振動子の変形例:図23から図2
5〕上述した第4乃至第6の実施形態に使用する三叉振
動子の各種変形例を図23乃至図25に示す。これらの
図は、三叉振動子の各駆動用アームと検出用アーム、お
よびそれらに形成されている駆動用電極と検出用電極の
配置のみを示す上面図であり、基部は図示を省略してい
る。[Modified Example of Trifurcated Vibrator: FIGS. 23 to 2
5] FIGS. 23 to 25 show various modifications of the three-pronged vibrator used in the above-described fourth to sixth embodiments. These figures are top views showing only the drive arm and the detection arm of the three-forked vibrator, and the arrangement of the drive electrode and the detection electrode formed on them, and the base is not shown. .
【0123】図23に示す三叉振動子は、2本の検出用
アーム111,125を設け、その間に1本の駆動用ア
ーム112を設けたものである。そして、駆動用アーム
112の対向する面に設けられた駆動用電極は互いに接
続された、それぞれ端子T10と端子T20に導かれ
る。検出用アーム111,125の第1の検出用電極お
よび第2の検出用電極は並列に接続されて、それぞれ端
子T30と端子T40に導かれる。このように、検出用
アームを2本にすることによって、並進加速度を相殺す
ることができる。The three-forked vibrator shown in FIG. 23 is provided with two detecting arms 111 and 125 and one driving arm 112 between them. The driving electrodes provided on the opposing surfaces of the driving arm 112 are connected to the terminals T10 and T20, respectively, which are connected to each other. The first detection electrode and the second detection electrode of the detection arms 111 and 125 are connected in parallel, and are led to terminals T30 and T40, respectively. As described above, by using two detection arms, the translational acceleration can be canceled.
【0124】図24に示す三叉振動子は、図23に示し
た三叉振動子における一方の検出用アーム125を駆動
用アーム110に代えたものであり、駆動用アームと検
出用アームが分離されるので、真空蒸着やスパッタリン
グによる電極の形成が容易になる。In the three-forked vibrator shown in FIG. 24, one of the detecting arms 125 in the three-forked vibrator shown in FIG. 23 is replaced with a driving arm 110, and the driving arm and the detecting arm are separated. This facilitates the formation of electrodes by vacuum deposition or sputtering.
【0125】図25に示す三叉振動子は、3本のアーム
のうち一端のアームを駆動用アーム110とし、他端の
アームを検出用アーム111とし、その中間のアーム1
26には電極を設けない構成としたものである。このよ
うに、駆動用アーム110と検出用アーム111を離す
ことにより、電気的結合を防止して検出精度を高めるこ
とができる。In the three-forked vibrator shown in FIG. 25, one arm of the three arms is a driving arm 110, the other arm is a detection arm 111, and an intermediate arm 1
26 has no electrode provided. As described above, by separating the drive arm 110 and the detection arm 111, electrical coupling can be prevented and detection accuracy can be increased.
【0126】以上説明した各実施の形態においては、振
動子の基板の材料が水晶である例を示したが、130度
Y板の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の圧電性を示す単結晶材
料を用いてもよい。In each of the embodiments described above, an example was described in which the material of the substrate of the vibrator was quartz. However, a single crystal of lithium tantalate, a single crystal of lithium niobate, and a single crystal of lithium borate of a 130 ° Y plate were used. A single crystal material having piezoelectricity such as a crystal may be used.
【0127】[0127]
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
る角速度検出装置は、圧電性を有する単結晶体からなる
振動子を用いて角速度の検出を可能にしたので、その音
叉振動子あるいは三叉振動子の駆動用アームに駆動用電
極を、検出用アームに検出用電極を、それぞれ直接真空
蒸着やスパッタリングによって形成でき、その形状が単
純になる。また、振動子に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、全体形状も小さくで
き、低価格化を実現できる。さらに、圧電単結晶体を振
動子に用いるため、温度特性も著しく改善され、エージ
ングによる特性の低下を防止できる。As described above, the angular velocity detecting device according to the present invention can detect the angular velocity by using the vibrator made of a single crystal having piezoelectricity. The drive electrode can be formed on the drive arm of the child and the detection electrode can be formed on the detection arm by direct vacuum evaporation or sputtering, respectively, and the shape is simplified. Further, since it is not necessary to bond the piezoelectric element to the vibrator, the assembly process is simplified, the overall shape can be reduced, and the cost can be reduced. Furthermore, since the piezoelectric single crystal is used for the vibrator, the temperature characteristics are remarkably improved, and the deterioration of the characteristics due to aging can be prevented.
【0128】また、音叉振動子又は三叉振動子の検出用
アームの第1の検出用電極と検出回路を構成する演算増
幅器のプラス入力端子とを同電位のアース線に接続し、
第2の検出用電極とその演算増幅器のマイナス入力端子
とを接続し、さらにその演算増幅器のマイナス入力端子
と出力端子とを帰還抵抗を介して接続した検出回路を用
い、等価的に二つの検出用電極を短絡して、帰還抵抗R
fに短絡電流を流して、その短絡電流を直接電圧に変換
するため、2つの検出電極間の等価電気インピーダンス
が10kΩ以上の値でも、ノイズ電圧の影響を受けるこ
となく充分な検出出力を得ることができる。Further, the first detection electrode of the detection arm of the tuning fork vibrator or the three-fork vibrator and the positive input terminal of the operational amplifier constituting the detection circuit are connected to the same potential earth line,
Using a detection circuit in which the second detection electrode is connected to the minus input terminal of the operational amplifier, and the minus input terminal and the output terminal of the operational amplifier are connected via a feedback resistor, two equivalent detection circuits are used. Short-circuit the feedback electrode R
Since a short-circuit current flows through f and the short-circuit current is directly converted into a voltage, a sufficient detection output can be obtained without being affected by noise voltage even when the equivalent electric impedance between the two detection electrodes is 10 kΩ or more. Can be.
【図1】この発明による角速度検出装置の第1の実施形
態の全体構成を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing an overall configuration of a first embodiment of an angular velocity detecting device according to the present invention.
【図2】その音叉振動子の等価回路と検出回路の動作原
理を説明するための回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram for explaining an equivalent circuit of the tuning fork vibrator and an operation principle of a detection circuit.
【図3】その音叉振動子の外観例を示す斜め右表側から
見た斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing an example of the appearance of the tuning fork vibrator as viewed obliquely from the right front side.
【図4】同じくその音叉振動子の斜め右裏側から見た斜
視図である。FIG. 4 is a perspective view of the tuning fork vibrator viewed from an obliquely right back side.
【図5】この発明の第1の実施形態における音叉振動子
の検出用アームの周波数に対するリアクタンス特性を示
す線図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a reactance characteristic with respect to a frequency of a detection arm of the tuning fork vibrator according to the first embodiment of the present invention.
【図6】図1に示した検出回路の入力インピーダンスを
変化させたときの周波数対利得特性を示す線図である。FIG. 6 is a diagram showing frequency versus gain characteristics when the input impedance of the detection circuit shown in FIG. 1 is changed.
【図7】この発明による角速度検出装置の音叉振動子が
右回転の角速度を受けたときの図1における各信号の波
形図である。FIG. 7 is a waveform diagram of each signal in FIG. 1 when the tuning fork vibrator of the angular velocity detecting device according to the present invention receives a clockwise angular velocity.
【図8】同じく左回転の角速度を受けたときの各信号の
波形図である。FIG. 8 is a waveform diagram of each signal when receiving a left-rotating angular velocity.
【図9】この発明の第1の実施形態における検出回路6
の変更例を示す回路図である。FIG. 9 shows a detection circuit 6 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing a modification example of FIG.
【図10】同じく音叉振動子の変更例を示す図3と同様
な斜視図である。FIG. 10 is a perspective view similar to FIG. 3, showing a modification of the tuning fork vibrator.
【図11】同じくその図4と同様な斜視図である。FIG. 11 is a perspective view similar to FIG. 4;
【図12】この発明による角速度検出装置の第2の実施
形態の全体構成を示す回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram showing the overall configuration of a second embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention.
【図13】その音叉振動子の等価回路と検出回路の動作
原理を説明するための回路図である。FIG. 13 is a circuit diagram for explaining an equivalent circuit of the tuning fork vibrator and an operation principle of the detection circuit.
【図14】この発明の第2の実施形態における検出回路
6′の変更例を示す回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram showing a modified example of the detection circuit 6 'according to the second embodiment of the present invention.
【図15】この発明による角速度検出装置の第3の実施
形態の全体構成を示す回路図である。FIG. 15 is a circuit diagram showing an overall configuration of a third embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention.
【図16】その音叉振動子の等価回路と検出回路の動作
原理を説明するための回路図である。FIG. 16 is a circuit diagram for explaining the equivalent circuit of the tuning fork vibrator and the operation principle of the detection circuit.
【図17】この発明の第3の実施形態における検出回路
6″の変更例を示す回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram showing a modified example of the detection circuit 6 ″ according to the third embodiment of the present invention.
【図18】この発明による角速度検出装置の第4乃至第
6の実施形態に使用する三叉振動子の外観例を示す右表
側から見た斜視図である。FIG. 18 is a perspective view, viewed from the right front side, showing an example of the appearance of a three-pronged vibrator used in the fourth to sixth embodiments of the angular velocity detecting device according to the present invention.
【図19】同じくその右裏側から見た斜視図である。FIG. 19 is a perspective view of the same seen from the back right side.
【図20】この発明による角速度検出装置の第4の実施
形態の全体構成を示す回路図である。FIG. 20 is a circuit diagram showing the overall configuration of a fourth embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention.
【図21】この発明による角速度検出装置の第5の実施
形態の全体構成を示す回路図である。FIG. 21 is a circuit diagram showing an overall configuration of a fifth embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention.
【図22】この発明による角速度検出装置の第6の実施
形態の全体構成を示す回路図である。FIG. 22 is a circuit diagram showing an overall configuration of a sixth embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention.
【図23】この発明に使用する三叉振動子の一変形例の
各駆動用アームと検出用アームおよび駆動用電極と検出
用電極の配置のみを示す上面図である。FIG. 23 is a top view showing only a drive arm and a detection arm, and only the arrangement of the drive electrode and the detection electrode in a modified example of the three-pronged vibrator used in the present invention.
【図24】同じく他の変形例を示す図23と同様な上面
図である。FIG. 24 is a top view similar to FIG. 23, showing another modification.
【図25】同じくさらに他の変形例を示す図23と同様
な上面図である。FIG. 25 is a top view similar to FIG. 23, showing still another modification.
【図26】従来の角速度検出装置における検出回路の動
作を説明するための回路図である。FIG. 26 is a circuit diagram for explaining an operation of a detection circuit in a conventional angular velocity detection device.
【図27】従来の検出回路による電圧測定の理論上の限
界を示す線図である。FIG. 27 is a diagram showing theoretical limits of voltage measurement by a conventional detection circuit.
1:音叉振動子 2:三叉振動子 3:発振回路 4:移相回路 5:波形成形回路 6,6′,6″:検出回路 7:反転回路 8:検波回路 9:ローパスフィルタ 10〜14:駆動用電極 15〜18:検出用電極 33:演算増幅器 34:帰還抵抗 45,48:抵抗 46,49:容量 57:アース線 81:第1の抵抗 82:第2の抵抗 100,103:基部 101,110,112:駆動用アーム 102,111,125:検出用アーム 113〜116,121〜124:駆動用電極 117〜120:検出用電極 1: Tuning fork vibrator 2: Three-forked vibrator 3: Oscillation circuit 4: Phase shift circuit 5: Waveform shaping circuit 6, 6 ', 6 ": Detection circuit 7: Inverting circuit 8: Detection circuit 9: Low-pass filter 10 to 14: Driving electrodes 15 to 18: Detection electrodes 33: Operational amplifier 34: Feedback resistors 45, 48: Resistors 46, 49: Capacitance 57: Ground wire 81: First resistor 82: Second resistor 100, 103: Base 101 , 110, 112: drive arm 102, 111, 125: detection arm 113-116, 121-124: drive electrode 117-120: detection electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平11−1564 (32)優先日 平成11年1月7日(1999.1.7) (33)優先権主張国 日本(JP) (31)優先権主張番号 特願平11−21536 (32)優先日 平成11年1月29日(1999.1.29) (33)優先権主張国 日本(JP) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. Hei 11-1564 (32) Priority date January 7, 1999 (Jan. 1999) (33) Priority claim country Japan (JP) (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 11-21536 (32) Priority date January 29, 1999 (Jan. 29, 1999) (33) Priority claim country Japan (JP)
Claims (9)
(X又はZ方向)に共振周波数で自励振動する駆動用ア
ームと、第1,第2の検出用電極が設けられ、前記駆動
用アームに同期して該駆動用アームと同じ方向(X又は
Z方向)に振動し、且つ回転に伴うコリオリ力によって
強制的に前記駆動用アームの共振周波数と同じ周波数で
前記自励振動の方向と直交する方向(Z又はX方向)に
振動する検出用アームと、その駆動用アームと検出用ア
ームを互いに平行に設けた基部とを有する圧電単結晶体
からなる音叉振動子と、 前記駆動用アームの各駆動電極と接続し、該駆動用アー
ムを自励振動させるための発振回路と、 前記音叉振動子の回転に伴うコリオリ力による前記検出
用アームの振動を検出するための演算増幅器を有する検
出回路とを備え、 前記検出用アームの第1の検出用電極をアース線に接続
するとともに、 前記検出回路を、前記演算増幅器のプラス入力端子を前
記アース線に接続し、前記検出用アームの第2の検出用
電極と前記演算増幅器のマイナス入力端子とを接続し、
さらに該演算増幅器のマイナス入力端子と出力端子とを
帰還抵抗を介して接続して構成したことを特徴とする角
速度検出装置。A plurality of drive electrodes, a drive arm that self-oscillates at a resonance frequency in a predetermined direction (X or Z direction), and first and second detection electrodes; Vibrates in the same direction (X or Z direction) as the drive arm in synchronization with the drive arm, and forcibly vibrates at the same frequency as the resonance frequency of the drive arm by the Coriolis force accompanying rotation. A tuning fork vibrator made of a piezoelectric single crystal having a detection arm vibrating in a direction (Z or X direction) orthogonal to the above, and a drive arm and a base provided with the detection arm in parallel with each other; An oscillation circuit connected to each drive electrode of the arm for self-exciting the drive arm; and an operational amplifier for detecting vibration of the detection arm due to Coriolis force caused by rotation of the tuning fork vibrator. Detection circuit and A first detection electrode of the detection arm is connected to a ground line, and the detection circuit is connected to a positive input terminal of the operational amplifier to the ground line, and a second detection of the detection arm is performed. Electrode and the negative input terminal of the operational amplifier,
Further, an angular velocity detecting device, wherein a minus input terminal and an output terminal of the operational amplifier are connected via a feedback resistor.
(X又はZ方向)に共振周波数で自励振動する駆動用ア
ームと、第1,第2の検出用電極が設けられ、前記駆動
用アームに同期して該駆動用アームと同じ方向(X又は
Z方向)に振動し、且つ回転に伴うコリオリ力によって
強制的に前記駆動用アームの共振周波数と同じ周波数で
前記自励振動の方向と直交する方向(Z又はX方向)に
振動する検出用アームと、その駆動用アームと検出用ア
ームを互いに平行に設けた基部とを有する圧電単結晶体
からなる音叉振動子と、 前記駆動用アームの各駆動電極と接続し、該駆動用アー
ムを自励振動させるための発振回路と、 前記音叉振動子の回転に伴うコリオリ力による前記検出
用アームの振動を検出するための演算増幅器を有する検
出回路とを備え、 前記検出用アームの第1の検出用電極をアース線に接続
するとともに、 前記検出回路を、前記演算増幅器のプラス入力端子を抵
抗と容量との並列回路を介して前記アース線に接続し、
前記検出用アームの第2の検出用電極と前記演算増幅器
のマイナス入力端子とを接続し、さらに該演算増幅器の
マイナス入力端子と出力端子とを帰還抵抗を介して接続
したことを特徴とする角速度検出装置。2. A driving arm comprising: a plurality of driving electrodes; a driving arm which self-oscillates at a resonance frequency in a predetermined direction (X or Z direction); and first and second detection electrodes. Vibrates in the same direction (X or Z direction) as the drive arm in synchronization with the drive arm, and forcibly vibrates at the same frequency as the resonance frequency of the drive arm by the Coriolis force accompanying rotation. A tuning fork vibrator made of a piezoelectric single crystal having a detection arm vibrating in a direction (Z or X direction) orthogonal to the above, and a drive arm and a base provided with the detection arm in parallel with each other; An oscillation circuit connected to each drive electrode of the arm for self-exciting the drive arm; and an operational amplifier for detecting vibration of the detection arm due to Coriolis force caused by rotation of the tuning fork vibrator. Detection circuit and Connecting a first detection electrode of the detection arm to a ground line, and connecting the detection circuit to the ground line via a parallel circuit of a resistor and a capacitor at a positive input terminal of the operational amplifier. ,
An angular velocity, wherein a second detection electrode of the detection arm is connected to a minus input terminal of the operational amplifier, and a minus input terminal and an output terminal of the operational amplifier are connected via a feedback resistor. Detection device.
(X又はZ方向)に共振周波数で自励振動する駆動用ア
ームと、第1,第2の検出用電極が設けられ、前記駆動
用アームに同期して該駆動用アームと同じ方向(Z又は
Y方向)に振動し、且つ回転に伴うコリオリ力によって
強制的に前記駆動用アームの共振周波数と同じ周波数で
前記自励振動の方向と直交する方向(Z又はX方向)に
振動する検出用アームと、その駆動用アームと検出用ア
ームを互いに平行に設けた基部とを有する圧電単結晶体
からなる音叉振動子と、 前記駆動用アームの各駆動電極と接続し、該駆動用アー
ムを自励振動させるための発振回路と、 前記音叉振動子の回転に伴うコリオリ力による前記検出
用アームの振動を検出するための演算増幅器を有する検
出回路とを備え、 前記検出用アームの第1の検出用電極をアース線に接続
するとともに、 前記検出回路を、前記演算増幅器のプラス入力端子を抵
抗を介して前記アース線に接続し、前記検出用アームの
第2の検出用電極と前記演算増幅器のマイナス入力端子
とを接続し、該演算増幅器のマイナス入力端子と出力端
子とを帰還抵抗を介して接続し、さらに前記演算増幅器
の出力端子とプラス入力端子とを積分回路を介して接続
して構成したことを特徴とする角速度検出装置。3. A driving arm, comprising: a plurality of driving electrodes; a driving arm that self-oscillates at a resonance frequency in a predetermined direction (X or Z direction); and first and second detection electrodes. Vibrates in the same direction (Z or Y direction) as the drive arm in synchronization with the drive arm, and forcibly vibrates at the same frequency as the resonance frequency of the drive arm by the Coriolis force caused by rotation. A tuning fork vibrator made of a piezoelectric single crystal having a detection arm vibrating in a direction (Z or X direction) orthogonal to the above, and a drive arm and a base provided with the detection arm in parallel with each other; An oscillation circuit connected to each drive electrode of the arm for self-exciting the drive arm; and an operational amplifier for detecting vibration of the detection arm due to Coriolis force caused by rotation of the tuning fork vibrator. Detection circuit and Connecting a first detection electrode of the detection arm to a ground line; connecting the detection circuit to the ground line via a resistor at a positive input terminal of the operational amplifier; A second detection electrode is connected to a minus input terminal of the operational amplifier, a minus input terminal and an output terminal of the operational amplifier are connected via a feedback resistor, and an output terminal and a plus input terminal of the operational amplifier are further connected. Are connected via an integrating circuit.
とも1本の検出用アームを含む3本のアームと、該3本
のアームを互いに平行に設けた基部とを有する圧電単結
晶体からなり、前記駆動用アームは複数の駆動用電極を
有し、所定方向(X又はZ方向)に共振周波数で自励振
動するアームであり、前記検出用アームは第1,第2の
検出用電極を有し、前記駆動用アームに同期して該駆動
用アームと同じ方向(X又はZ方向)に振動し、且つ回
転に伴うコリオリ力によって強制的に前記駆動用アーム
の共振周波数と同じ周波数で前記自励振動の方向と直交
する方向(Z又はX方向)に振動するアームである三叉
振動子と、 前記駆動用アームの各駆動電極と接続し、該駆動用アー
ムを自励振動させるための発振回路と、 前記三叉振動子の回転に伴うコリオリ力による前記検出
用アームの振動を検出するための演算増幅器を有する検
出回路とを備え、 前記検出用アームの第1の検出用電極をアース線に接続
するとともに、 前記検出回路を、前記演算増幅器のプラス入力端子を前
記のアース線に接続し、前記検出用アームの第2の検出
用電極と前記演算増幅器のマイナス入力端子とを接続
し、さらに該演算増幅器のマイナス入力端子と出力端子
とを帰還抵抗を介して接続して構成したことを特徴とす
る角速度検出装置。4. A piezoelectric single crystal having at least one drive arm and at least one detection arm, three arms including: a base having the three arms provided in parallel with each other; The drive arm has a plurality of drive electrodes, and is an arm that self-oscillates at a resonance frequency in a predetermined direction (X or Z direction), and the detection arm has first and second detection electrodes. The drive arm vibrates in the same direction (X or Z direction) as the drive arm in synchronization with the drive arm, and is forced to have the same frequency as the resonance frequency of the drive arm by Coriolis force accompanying rotation. A trifurcated vibrator that is an arm that vibrates in a direction (Z or X direction) orthogonal to the direction of the excitation vibration, and an oscillation circuit that is connected to each drive electrode of the drive arm and causes the drive arm to self-oscillate. And rotation of the three-forked oscillator A detection circuit having an operational amplifier for detecting the vibration of the detection arm due to the accompanying Coriolis force, wherein a first detection electrode of the detection arm is connected to a ground wire, and the detection circuit is A positive input terminal of the operational amplifier is connected to the ground line, a second detection electrode of the detection arm is connected to a negative input terminal of the operational amplifier, and a negative input terminal and an output terminal of the operational amplifier are further connected. Are connected via a feedback resistor.
とも1本の検出用アームを含む3本のアームと、該3本
のアームを互いに平行に設けた基部とを有する圧電単結
晶体からなり、前記駆動用アームは複数の駆動用電極を
有し、所定方向(X又はZ方向)に共振周波数で自励振
動するアームであり、前記検出用アームは第1,第の検
出用電極を有し、前記駆動用アームに同期して該駆動用
アームと同じ方向(X又はZ方向)に振動し、且つ回転
に伴うコリオリ力によって強制的に前記駆動用アームの
共振周波数と同じ周波数で前記自励振動の方向と直交す
る方向(Z又はX方向)に振動するアームである三叉振
動子と、 前記駆動用アームの各駆動電極と接続し、該駆動用アー
ムを自励振動させるための発振回路と、 前記三叉振動子の回転に伴うコリオリ力による前記検出
用アームの振動を検出するための演算増幅器を有する検
出回路とを備え、 前記検出用アームの第1の検出用電極をアース線に接続
するとともに、 前記検出回路を、前記演算増幅器のプラス入力端子を抵
抗と容量との並列回路を介して前記アース線に接続し、
前記検出用アームの第2の検出用電極と前記演算増幅器
のマイナス入力端子とを接続し、さらに該演算増幅器の
マイナス入力端子と出力端子とを帰還抵抗を介して接続
して構成したことを特徴とする角速度検出装置。5. A piezoelectric single crystal having at least one drive arm and at least one detection arm, three arms including: a base having the three arms provided in parallel with each other; The drive arm has a plurality of drive electrodes, is an arm that self-oscillates at a resonance frequency in a predetermined direction (X or Z direction), and the detection arm has first and first detection electrodes. Vibrates in the same direction (X or Z direction) as the drive arm in synchronization with the drive arm, and is forcibly excited at the same frequency as the resonance frequency of the drive arm by the Coriolis force accompanying rotation. A three-forked vibrator, which is an arm that vibrates in a direction (Z or X direction) orthogonal to the direction of vibration, an oscillation circuit that is connected to each drive electrode of the drive arm and that causes the drive arm to self-excited The rotation of the three-forked oscillator A detection circuit having an operational amplifier for detecting vibration of the detection arm due to Coriolis force, wherein a first detection electrode of the detection arm is connected to a ground wire, and the detection circuit is Connect the positive input terminal of the operational amplifier to the ground line via a parallel circuit of a resistor and a capacitor,
The second detection electrode of the detection arm is connected to the minus input terminal of the operational amplifier, and the minus input terminal and the output terminal of the operational amplifier are connected via a feedback resistor. Angular velocity detecting device.
とも1本の検出用アームを含む3本のアームと、該3本
のアームを互いに平行に設けた基部とを有する圧電単結
晶体からなり、前記駆動用アームは複数の駆動用電極を
有し、所定方向(X又はZ方向)に共振周波数で自励振
動するアームであり、前記検出用アームは第1,第2の
検出用電極を有し、前記駆動用アームに同期して該駆動
用アームと同じ方向(X又はZ方向)に振動し、且つ回
転に伴うコリオリ力によって強制的に前記駆動用アーム
の共振周波数と同じ周波数で前記自励振動の方向と直交
する方向(Z又はX方向)に振動するアームである三叉
振動子と、 前記駆動用アームの各駆動電極と接続し、該駆動用アー
ムを自励振動させるための発振回路と、 前記三叉振動子の回転に伴うコリオリ力による前記検出
用アームの振動を検出するための演算増幅器を有する検
出回路とを備え、 前記検出用アームの第1の検出用電極をアース線に接続
するとともに、 前記検出回路を、前記演算増幅器のプラス入力端子を抵
抗を介して前記アース線に接続し、前記検出用アームの
第2の検出用電極と前記演算増幅器のマイナス入力端子
とを接続し、該演算増幅器のマイナス入力端子と出力端
子とを帰還抵抗を介して接続し、さらに前記演算増幅器
の出力端子とプラス入力端子とを積分回路を介して接続
して構成したことを特徴とする角速度検出装置。6. A piezoelectric single crystal having at least one drive arm and at least one detection arm, three arms including: a base provided with the three arms in parallel with each other; The drive arm has a plurality of drive electrodes, and is an arm that self-oscillates at a resonance frequency in a predetermined direction (X or Z direction), and the detection arm has first and second detection electrodes. The drive arm vibrates in the same direction (X or Z direction) as the drive arm in synchronization with the drive arm, and is forced to have the same frequency as the resonance frequency of the drive arm by Coriolis force accompanying rotation. A trifurcated vibrator that is an arm that vibrates in a direction (Z or X direction) orthogonal to the direction of the excitation vibration, and an oscillation circuit that is connected to each drive electrode of the drive arm and causes the drive arm to self-oscillate. And rotation of the three-forked oscillator A detection circuit having an operational amplifier for detecting the vibration of the detection arm due to the accompanying Coriolis force, wherein a first detection electrode of the detection arm is connected to a ground wire, and the detection circuit is A positive input terminal of the operational amplifier is connected to the ground line via a resistor, a second detection electrode of the detection arm is connected to a negative input terminal of the operational amplifier, and a negative input terminal of the operational amplifier is connected to the negative input terminal of the operational amplifier. An angular velocity detecting device comprising: an output terminal connected via a feedback resistor; and an output terminal of the operational amplifier and a positive input terminal connected via an integration circuit.
角速度検出装置において、前記検出回路を構成する演算
増幅器の出力端子と前記アース線との間に、第1の抵抗
と第2の抵抗との直列回路を接続し、前記演算増幅器の
マイナス入力端子と出力端子とを前記帰還抵抗と前記第
1の抵抗とを介して接続したことを特徴とする角速度検
出装置。7. The angular velocity detecting device according to claim 1, wherein a first resistor and a second resistor are provided between an output terminal of an operational amplifier constituting the detection circuit and the ground wire. And an output terminal connected to the negative input terminal of the operational amplifier via the feedback resistor and the first resistor.
角速度検出装置において、前記検出用アームの前記第1
の検出用電極と第2の検出用電極との間の等価抵抗また
は等価電気インピーダンスが10kΩ以上の値であるこ
とを特徴とする角速度検出装置。8. The angular velocity detecting device according to claim 1, wherein said first arm of said detecting arm is provided.
Wherein the equivalent resistance or the equivalent electrical impedance between the detection electrode and the second detection electrode is 10 kΩ or more.
角速度検出装置において、前記駆動用アームの自励振動
の共振周波数がf0(Hz)、前記検出用アームにおける
前記駆動用アームの自励振動の振動方向に直交する方向
の振動の共振周波数がf1(Hz)であるとき、前記駆動
用アームの共振周波数f0(Hz)と検出用アームの共
振周波数f1(Hz)との間の離調周波数△f=f0−f
1の値が、f1/1000からf1/10の間、または
−f1/1000から−f1/10の間にあることを特
徴とする角速度検出装置。9. The angular velocity detection device according to claim 1, wherein a resonance frequency of self-excited oscillation of the driving arm is f0 (Hz), and the resonance frequency of the driving arm in the detection arm is set to f0 (Hz). When the resonance frequency of the vibration in the direction orthogonal to the vibration direction of the self-excited vibration is f1 (Hz), the resonance frequency between the resonance frequency f0 (Hz) of the driving arm and the resonance frequency f1 (Hz) of the detection arm is obtained. Detuning frequency Δf = f0-f
An angular velocity detecting device, wherein the value of 1 is between f1 / 1000 and f1 / 10 or between -f1 / 1000 and -f1 / 10.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007327945A (en) * | 2006-05-12 | 2007-12-20 | Seiko Epson Corp | Detector, gyrosensor and electronic device |
KR100965344B1 (en) * | 2006-12-22 | 2010-06-22 | 타마가와 세이키 가부시키가이샤 | Angular velocity sensor |
JP2016085183A (en) * | 2014-10-28 | 2016-05-19 | セイコーエプソン株式会社 | Sensor element, physical quantity sensor, electronic apparatus and movable body |
JP2019174422A (en) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | セイコーエプソン株式会社 | Circuit arrangement, and physical quantity measuring device, oscillator, electronic apparatus, and movable body using the same |
-
1999
- 1999-02-24 JP JP11047024A patent/JP2000283764A/en active Pending
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JP2022115891A (en) * | 2018-03-29 | 2022-08-09 | セイコーエプソン株式会社 | Resistance element, filter circuit, circuit arrangement, physical quantity measuring device, electronic apparatus, and movable body |
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