JP2000283764A5 - - Google Patents

Description

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２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。

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−ｆ１／１０００から−ｆ１／１０の間にあるようにするのが望ましい。

【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。

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・Ｃ０）
となり、リアクタンスＸ１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。

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を変化させて離調周波数△ｆを、△ｆ＝±ｆ１／１０００から△ｆ＝±ｆ１／１０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。

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±ｆ１／１０以上になると、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。

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の出力信号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。

〔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１４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。

この検出回路６″において、演算増幅器３３の出力端子とプラス入力端子の間の積分回路は、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。

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４９の容量値を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４９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。

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ソー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。

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１００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第２の検出用電極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。

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、第２の検出用電極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。

〔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１６によって説明したとおりであるので、説明を省略する。

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、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。