JP2000292172A - Driving and detecting device for piezoelectric vibrator - Google Patents

Driving and detecting device for piezoelectric vibrator

Info

Publication number
JP2000292172A
JP2000292172A JP11101958A JP10195899A JP2000292172A JP 2000292172 A JP2000292172 A JP 2000292172A JP 11101958 A JP11101958 A JP 11101958A JP 10195899 A JP10195899 A JP 10195899A JP 2000292172 A JP2000292172 A JP 2000292172A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric vibrator
drive
voltage
output current
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11101958A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Hasegawa
和男 長谷川
Daisuke Takai
大輔 高井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alps Electric Co Ltd filed Critical Alps Electric Co Ltd
Priority to JP11101958A priority Critical patent/JP2000292172A/en
Publication of JP2000292172A publication Critical patent/JP2000292172A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the driving and detecting device for piezoelectric vibrator which enables the piezoelectric vibrator to output an output current with a constant amplitude without using an automatic gain control means. SOLUTION: When a driver resistance RD is interposed between a drive means 27 and a piezoelectric vibrator 11, a driving voltage VC can be determined by the division ratio of the drive resistance RD and the internal resistance Z of the piezoelectric vibrator 11. When the output current I1 tends to decrease at high temperature, the internal resistance Z increases and the drive voltage VC can be set large, so that the mechanical amplitude of the piezoelectric vibrator 11 increases. The decrease of the output current I1 due to the increase in the internal loss of the piezoelectric vibrator 11 is therefore compensated. At low temperature, the internal resistance Z becomes small and the drive voltage VC drops to the contrary, so the mechanical amplitude can be made small. The increase of the output current I1 of the piezoelectric vibrator 11 can be compensated. Namely, no AGC circuit is needed, so the trouble of an AGC circuit can be eliminated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ジャイロスコープ
などに使用される圧電振動子の駆動および検出装置に係
わり、特に温度変化に対して安定した状態で動作できる
ようにした圧電振動子の駆動および検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving and detecting device for a piezoelectric vibrator used in a gyroscope or the like, and more particularly to a driving and detecting device for a piezoelectric vibrator capable of operating in a stable state against a temperature change. It relates to a detection device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は、従来のジャイロスコープの回路
構成を示すブロック図、図9は発振手段の入力電圧信号
(自動利得調整手段の出力電圧)を示し、Aは外乱がな
い場合、Bは外乱が生じた場合、図10は図9A,Bに
対応するジャイロスコープの出力を示し、Aは外乱がな
い場合、Bは外乱が生じた場合、図11は圧電振動子の
内部インピーダンスの抵抗成分(内部抵抗)の温度特性
を示す図、図12は圧電振動子の出力電流の温度特性を
示す図をそれぞれ示している。
2. Description of the Related Art FIG. 8 is a block diagram showing a circuit configuration of a conventional gyroscope. FIG. 9 shows an input voltage signal of an oscillating means (output voltage of an automatic gain adjusting means). 10 shows the output of the gyroscope corresponding to FIGS. 9A and 9B when a disturbance occurs, FIG. 11A shows the case where there is no disturbance, B shows the case where a disturbance occurs, and FIG. 11 shows the resistance of the internal impedance of the piezoelectric vibrator. FIG. 12 shows a temperature characteristic of a component (internal resistance), and FIG. 12 shows a temperature characteristic of an output current of the piezoelectric vibrator.

【0003】図8に示すように、ジャイロスコープの回
路構成は、圧電振動子1に所定の駆動振動を与えて振動
駆動させる駆動系と、圧電振動子1に生じたコリオリ力
から角速度を検出する検出系とから構成されている。
As shown in FIG. 8, the circuit configuration of the gyroscope detects an angular velocity from a driving system that applies a predetermined driving vibration to the piezoelectric vibrator 1 to vibrate the piezoelectric vibrator 1 and a Coriolis force generated in the piezoelectric vibrator 1. And a detection system.

【0004】前記制御系は、I/V(電流/電圧)変換
手段2A,2B、二値化手段3A,3Bおよび位相差検
出手段4から構成されている。なお、前記位相差検出手
段4は、位相比較器4a,4b、ローパスフィルタ4
c,4d、差動増幅器4eおよびローパスフィルタ4f
から構成されている。
The control system comprises I / V (current / voltage) conversion means 2A and 2B, binarization means 3A and 3B, and phase difference detection means 4. The phase difference detecting means 4 includes a phase comparator 4a, 4b, a low-pass filter 4,
c, 4d, differential amplifier 4e and low-pass filter 4f
It is composed of

【0005】一方、駆動系はAGC回路(自動利得調整
手段)5、PLL(フェーズ・ロック・ループ)6、ロ
ーパスフィルタ7およびドライブ手段8から構成されて
おり、前記AGC回路5は、振幅検波器5a,振幅基準
電圧発生器5b,差動増幅器5cおよび振幅調整器5か
ら、前記PLL6はローパスフィルタ6a,VCO(電
圧制御発振器)6bおよび分周器6cからそれぞれ構成
されている。
On the other hand, the driving system comprises an AGC circuit (automatic gain adjusting means) 5, a PLL (phase locked loop) 6, a low-pass filter 7, and a driving means 8, and the AGC circuit 5 comprises an amplitude detector. The PLL 6 includes a low-pass filter 6a, a VCO (voltage controlled oscillator) 6b, and a frequency divider 6c. The PLL 6 includes an amplitude reference voltage generator 5b, a differential amplifier 5c, and an amplitude adjuster 5.

【0006】圧電振動子1は、例えば三脚音叉型の振動
子であり、前記ドライブ手段8から駆動電極に所定の交
流駆動信号(ドライブ信号)Sを与えると各振動子が振
動駆動され、2つの出力電極から出力電流I1およびI
2を出力する。この圧電振動子1がある回転系に置かれ
ると、圧電振動子1にコリオリ力が作用し、前記出力電
流I1およびI2間に位相差が生じる。
The piezoelectric vibrator 1 is, for example, a tripod tuning fork type vibrator. When a predetermined AC drive signal (drive signal) S is supplied from the drive means 8 to the drive electrode, each vibrator is driven to vibrate. The output currents I1 and I
2 is output. When the piezoelectric vibrator 1 is placed in a rotating system, a Coriolis force acts on the piezoelectric vibrator 1 and a phase difference occurs between the output currents I1 and I2.

【0007】この出力電流I1およびI2は、上記I/
V変換手段2A,2Bにおいて出力電圧V1およびV2
にそれぞれ変換され、この出力電圧V1,V2は二値化
手段3A,3BおよびAGC回路5に出力されている。
二値化手段3A,3Bでは、所定の基準電圧に基づき、
前記出力電圧V1,V2を各自のパルス幅に比例したパ
ルス幅からなるディジタル信号D1およびD2に変換
し、これらディジタル信号D1およびD2を位相差検出
手段4に出力する。
The output currents I1 and I2 are equal to I /
The output voltages V1 and V2 are output from the V conversion means 2A and 2B.
The output voltages V1 and V2 are output to the binarization means 3A and 3B and the AGC circuit 5, respectively.
In the binarization means 3A and 3B, based on a predetermined reference voltage,
The output voltages V1 and V2 are converted into digital signals D1 and D2 having pulse widths proportional to their own pulse widths, and these digital signals D1 and D2 are output to the phase difference detecting means 4.

【0008】位相差検出手段4では、位相比較器4a,
4bにおいて、PLL6の分周器6cから出力される参
照信号refと各ディジタル信号D1,D2とを比較した
信号が生成され、これら比較した信号は加算(加算信
号)されてPLL6に入力されている。PLL6では、
この加算信号に基づき、前記参照信号refがディジタル
信号D1とD2の位相差の中点から所定位相(例えばπ
/2)だけ遅れるようにVCO6bを発振させる。
In the phase difference detecting means 4, the phase comparators 4a, 4a
At 4b, a signal is generated by comparing the reference signal ref output from the frequency divider 6c of the PLL 6 with each of the digital signals D1 and D2, and these compared signals are added (added signal) and input to the PLL 6. . In PLL6,
Based on this addition signal, the reference signal ref is shifted by a predetermined phase (for example, π) from the midpoint of the phase difference between the digital signals D1 and D2.
The VCO 6b is oscillated so as to be delayed by (/ 2).

【0009】またAGC回路5では、前記圧電振動子1
の出力である出力電流I1,I2が常に一定の振幅とな
るように前記制御信号S0の調整を行なう。すなわち、
AGC回路の初段の振幅検波器5aでは、上記出力電圧
V1およびV2を加算した信号についての振幅検波を行
なう。差動増幅器5cでは、前記検波後の信号と基準電
圧発生手段5bで生成された基準信号との差信号を求
め、この差信号を増幅して振幅調整器5dに出力する。
振幅調整器5dでは、この差信号に基づきPLL6から
出力される参照信号refの振幅の調整を行なった制御信
号S0を生成する。そして、この制御信号S0は、ロー
パスフィルタ7で余分な高周波成分が除去され、さらに
ドライブ手段8ではこの制御信号S0に基づき圧電振動
子1を駆動するための最終的な駆動信号Sを生成する。
In the AGC circuit 5, the piezoelectric vibrator 1
The control signal S0 is adjusted so that the output currents I1 and I2, which are the outputs of the above, always have a constant amplitude. That is,
The first stage amplitude detector 5a of the AGC circuit performs amplitude detection on the signal obtained by adding the output voltages V1 and V2. The differential amplifier 5c obtains a difference signal between the signal after the detection and the reference signal generated by the reference voltage generating means 5b, amplifies the difference signal, and outputs the amplified signal to the amplitude adjuster 5d.
The amplitude adjuster 5d generates a control signal S0 in which the amplitude of the reference signal ref output from the PLL 6 is adjusted based on the difference signal. The control signal S0 has a low-pass filter 7 from which excess high-frequency components are removed, and the drive means 8 generates a final drive signal S for driving the piezoelectric vibrator 1 based on the control signal S0.

【0010】上記のように構成されるジャイロスコープ
がある回転に置かれると、圧電振動子1にコリオリ力F
が発生する。このコリオリ力Fは、F=2・m(v×
ω)で表わせる。ただし、mは圧電振動子1の質量、v
は圧電振動子1の振動方向への振動速度(ベクトル
値)、ωは角速度(ベクトル値)、×はベクトル積であ
る。そして、このコリオリ力Fにより、前記出力電流I
1およびI2との間に位相差λが生じる。
When the gyroscope constructed as described above is placed in a certain rotation, the Coriolis force F is applied to the piezoelectric vibrator 1.
Occurs. This Coriolis force F is expressed as F = 2 · m (v ×
ω). Here, m is the mass of the piezoelectric vibrator 1 and v
Is a vibration speed (vector value) of the piezoelectric vibrator 1 in the vibration direction, ω is an angular velocity (vector value), and X is a vector product. The Coriolis force F causes the output current I
1 and I2, a phase difference λ occurs.

【0011】ジャイロスコープの検出系では、位相差検
出手段4において前記ディジタル信号D1およびD2と
の間の位相差λを検出し、この位相差を直流電圧出力V
outとして出力する。この直流電圧出力Voutは、回転系
で生じた角速度ωに比例した出力となる。そして、この
角速度ω(直流電圧出力Vout)は、例えばジャイロス
コープが搭載されるナビゲーションの本体などにおいて
時間積分され、角度θが求められる。
In the detection system of the gyroscope, a phase difference detecting means 4 detects a phase difference λ between the digital signals D1 and D2, and detects this phase difference as a DC voltage output V.
Output as out. This DC voltage output Vout is an output proportional to the angular velocity ω generated in the rotating system. Then, this angular velocity ω (DC voltage output Vout) is time-integrated in, for example, a navigation body equipped with a gyroscope, and the angle θ is obtained.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】圧電振動子1を効率良
く駆動するには、圧電振動子1の内部インピーダンスが
最も小さくなる機械的な共振点近傍で駆動することが理
想的である。しかし、圧電振動子1の内部インピーダン
スの抵抗成分(内部抵抗)Zは、図11に示すように温
度に依存して変化するという特長を有する。一般的な圧
電振動子では、温度が高いときほど内部インピーダンス
Zが高く、温度が低いときほど内部インピーダンスZが
低くなる傾向がある。よって、この場合、高温時ほどの
圧電振動子1の内部損失が高くなり、低温時ほどの内部
損失が低くなる。
In order to drive the piezoelectric vibrator 1 efficiently, it is ideal that the piezoelectric vibrator 1 is driven near a mechanical resonance point where the internal impedance of the piezoelectric vibrator 1 becomes minimum. However, the resistance component (internal resistance) Z of the internal impedance of the piezoelectric vibrator 1 has the characteristic that it changes depending on the temperature as shown in FIG. In a general piezoelectric vibrator, there is a tendency that the higher the temperature, the higher the internal impedance Z, and the lower the temperature, the lower the internal impedance Z. Therefore, in this case, the internal loss of the piezoelectric vibrator 1 becomes higher at higher temperatures, and lower at lower temperatures.

【0013】一方、図12に示すように圧電振動子1の
出力電流I1およびI2は、高温時ほど小さくなり低温
時ほど大きくなるという特性を有する。このため、電圧
変換後の出力電圧V1およびV2の振幅も高温時ほど小
さく出力され、低温時ほど大きく出力される。
On the other hand, as shown in FIG. 12, the output currents I1 and I2 of the piezoelectric vibrator 1 have such characteristics that they become smaller at high temperatures and larger at low temperatures. For this reason, the amplitudes of the output voltages V1 and V2 after the voltage conversion are output smaller at higher temperatures and larger at lower temperatures.

【0014】よって、上記従来のジャイロスコープの回
路構成では、温度に変化が生じた場合にも出力電圧V1
およびV2の振幅が安定化されるように、AGC自動利
得調整手段5を用いて交流駆動信号Sの振幅の調整を行
なっている。
Therefore, in the circuit configuration of the conventional gyroscope, even when the temperature changes, the output voltage V1
The amplitude of the AC drive signal S is adjusted using the AGC automatic gain adjustment means 5 so that the amplitudes of V and V2 are stabilized.

【0015】しかし、例えば図9Aに示すように、自動
利得調整手段6の出力電圧に高周波成分からなるインパ
ルス性の外乱Nが印加されると、自動利得調整手段6の
出力は図9Bに示すような挙動を示す。すなわち、出力
電圧V1およびV2に外乱Nはノイズ除去手段3で除去
されるが、自動利得調整手段6により正弦波出力が一時
的(時間t)に無出力状態となるという現象が生じる。
However, as shown in FIG. 9A, for example, when an impulse disturbance N composed of a high frequency component is applied to the output voltage of the automatic gain adjusting means 6, the output of the automatic gain adjusting means 6 becomes as shown in FIG. 9B. Behavior. That is, the disturbance N is removed from the output voltages V1 and V2 by the noise removing means 3, but the automatic gain adjusting means 6 causes the sine wave output to temporarily become non-output state (time t).

【0016】このため、図10Bに示すように、ジャイ
ロスコープの出力Voutには、高周波の外乱による直接
的な影響は生じないが、自動利得調整手段6により生じ
た無信号による影響が出力Voutに現れるという弊害が
生じる。
Therefore, as shown in FIG. 10B, the output Vout of the gyroscope is not directly affected by the high-frequency disturbance, but is affected by the no-signal generated by the automatic gain adjusting means 6 on the output Vout. The adverse effect of appearing occurs.

【0017】また、このような自動利得調整手段6の弊
害を防止すべく、自動利得調整手段6自体そのものを取
り去ると、温度変化に対し出力電圧V1およびV2の振
幅が変動するため、ジャイロスコープの出力Voutが不
安定になりやすいという問題がある。
If the automatic gain adjusting means 6 itself is removed in order to prevent such an adverse effect of the automatic gain adjusting means 6, the amplitudes of the output voltages V1 and V2 fluctuate with a change in temperature. There is a problem that the output Vout tends to be unstable.

【0018】また、圧電振動子1の内部インピーダンス
Zが温度変化を持つ場合には、予め温度と内部インピー
ダンスとの関係を求め、これを温度補正用のデータとし
て蓄積しておき、圧電振動子1の温度をサーミスタ等の
温度センサで検出し、検出温度ごとに前記補正用のデー
タを読み出し、このデータに基づいて発振手段2を制御
する方法も考えられる。しかし、一般に温度センサは圧
電振動子に直付けできないため、その近傍の温度を検出
できるのに留まる。よって、温度センサの設置箇所の温
度と実際の圧電振動子1の温度とが異なり、圧電振動子
1の出力電流の振幅を正確に制御することが難かしい。
If the internal impedance Z of the piezoelectric vibrator 1 has a temperature change, the relationship between the temperature and the internal impedance is determined in advance, and this relationship is stored as temperature correction data. Is detected by a temperature sensor such as a thermistor, the correction data is read for each detected temperature, and the oscillating means 2 is controlled based on the data. However, in general, a temperature sensor cannot be directly attached to a piezoelectric vibrator, so that only a temperature near the temperature sensor can be detected. Therefore, the temperature of the place where the temperature sensor is installed is different from the actual temperature of the piezoelectric vibrator 1, and it is difficult to accurately control the amplitude of the output current of the piezoelectric vibrator 1.

【0019】本発明は上記従来の課題を解決するための
ものであり、自動利得調整手段を用いることなく、圧電
振動子が一定振幅の出力電流を出力できるようにした圧
電振動子の駆動および検出装置を提供することを目的と
している。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to drive and detect a piezoelectric vibrator capable of outputting a constant amplitude output current without using an automatic gain adjusting means. It is intended to provide a device.

【0020】また本発明は、圧電振動子の内部インピー
ダンスが温度変化した場合であっても、常に一定振幅の
出力電流を出力できるようにした圧電振動子を駆動する
圧電振動子の駆動および検出装置を提供することを目的
としている。
The present invention also provides a piezoelectric vibrator driving and detecting apparatus for driving a piezoelectric vibrator capable of always outputting an output current having a constant amplitude even when the internal impedance of the piezoelectric vibrator changes in temperature. It is intended to provide.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明は、温度の上昇に
応じて内部インピーダンスと出力電流とが変化する温度
特性を有する圧電振動子と、この圧電振動子に交流駆動
信号を与えるドライブ手段と、前記圧電振動子の出力電
流を出力電圧に変換するI/V変換手段とからなる圧電
振動子の駆動および検出装置であって、前記圧電振動子
とドライブ手段の間には、温度が上昇したときに圧電振
動子に印加される駆動電圧を高めて前記圧電振動子の出
力電流の減少を防止し且つ温度が下ったときに前記圧電
振動子の駆動電圧を低下させて前記圧電振動子の出力電
流の増加を防止して前記出力電流の振幅を一定に維持す
るドライブ抵抗が挿入されていることを特徴とするもの
である。
According to the present invention, there is provided a piezoelectric vibrator having a temperature characteristic in which an internal impedance and an output current change according to a rise in temperature, and a drive means for supplying an AC drive signal to the piezoelectric vibrator. And an I / V conversion means for converting an output current of the piezoelectric vibrator into an output voltage. A driving and detecting device for a piezoelectric vibrator, wherein a temperature is increased between the piezoelectric vibrator and the driving means. Sometimes, the drive voltage applied to the piezoelectric vibrator is increased to prevent a decrease in the output current of the piezoelectric vibrator, and when the temperature drops, the drive voltage of the piezoelectric vibrator is reduced to reduce the output of the piezoelectric vibrator. A drive resistor for preventing an increase in current and keeping the amplitude of the output current constant is inserted.

【0022】また本発明は、温度の上昇に応じて内部イ
ンピーダンスが高くなる正の温度特性と温度の上昇に応
じて出力電流が小さくなる負の温度特性とを有する圧電
振動子と、この圧電振動子に交流駆動信号を与えるドラ
イブ手段と、前記圧電振動子の出力電流を出力電圧に変
換するI/V変換手段とからなる圧電振動子の駆動およ
び検出装置であって、前記圧電振動子とドライブ手段の
間には、温度が上昇したときに圧電振動子に印加される
駆動電圧を高めて前記圧電振動子の出力電流の減少を防
止し且つ温度が下ったときに前記圧電振動子の駆動電圧
を低下させて前記圧電振動子の出力電流の増加を防止し
て前記出力電流の振幅を一定に維持するドライブ抵抗が
挿入されていることを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a piezoelectric vibrator having a positive temperature characteristic in which the internal impedance increases as the temperature rises and a negative temperature characteristic in which the output current decreases as the temperature rises. And a drive unit for supplying an AC drive signal to the piezoelectric vibrator and an I / V conversion unit for converting an output current of the piezoelectric vibrator into an output voltage. Between the means, the drive voltage applied to the piezoelectric vibrator when the temperature rises is increased to prevent a decrease in the output current of the piezoelectric vibrator, and the drive voltage for the piezoelectric vibrator when the temperature falls And a drive resistor for preventing the output current of the piezoelectric vibrator from increasing and keeping the amplitude of the output current constant is inserted.

【0023】本発明では、圧電振動子が有する正の温度
特性と負の温度特性、すなわち温度が上昇すると内部イ
ンピーダンスが上昇し、温度が下がると内部インピーダ
ンスが下るという圧電振動子の有する正の温度特性と、
内部インピーダンスが大きいときには出力電流が小さく
なり、反対に小さいときには出力電流が大きくなるとい
う圧電振動子の有する負の温度特性とに着目し、負の温
度特性を正の温度特性で補うことにより、温度変化が生
じた場合でも出力電流に変化が生じないようにできる。
According to the present invention, the positive temperature characteristic and the negative temperature characteristic of the piezoelectric vibrator, that is, the positive temperature characteristic of the piezoelectric vibrator that the internal impedance rises when the temperature rises and falls when the temperature falls. Characteristics and
Focusing on the negative temperature characteristic of the piezoelectric vibrator that the output current decreases when the internal impedance is large and increases when the internal impedance is small, and compensates for the negative temperature characteristic with the positive temperature characteristic. Even when a change occurs, it is possible to prevent the output current from changing.

【0024】一般に、圧電振動子に直接加える駆動電圧
を大きくすると、圧電振動子の機械的振幅が大きくなる
ため出力電流が大きくなる。また圧電振動子とドライブ
手段との間にドライブ抵抗を挿入すると、圧電振動子の
内部インピーダンス(内部抵抗)Zとドライブ抵抗RD
とで分割比Z/(RD+Z)が成立する。このうち圧電
振動子の内部インピーダンス(内部抵抗)Zが正の温度
特性を持つことから、温度が上昇すると前記分割比Z/
(RD+Z)を大きくすることができ、温度が下がると
分割比Z/(RD+Z)を小さくすることができる。し
たがって、例えば圧電振動子の内部インピーダンスZと
ドライブ抵抗RDとの間の入力電圧(ドライブ信号の電
圧)を一定とすると、温度に対し圧電振動子自身の内部
インピーダンスが変化するため、圧電振動子に直接加わ
る駆動電圧を自己調整することができる。すなわち、温
度が高いときには駆動電圧が大きくなるため、圧電振動
子の機械的振幅が大きくなり、その出力電流の減少を補
うことができる。反対に、温度が低くなると駆動電圧も
低くなるため、圧電振動子の機械的振幅が小さくなり、
出力電流の増加を防止できるようになる。
In general, when the drive voltage directly applied to the piezoelectric vibrator is increased, the output current increases because the mechanical amplitude of the piezoelectric vibrator increases. When a drive resistor is inserted between the piezoelectric vibrator and the drive means, the internal impedance (internal resistance) Z of the piezoelectric vibrator and the drive resistance R D
And the division ratio Z / (R D + Z) is established. Since the internal impedance (internal resistance) Z of the piezoelectric vibrator has a positive temperature characteristic, when the temperature rises, the division ratio Z /
(R D + Z) can be increased, and when the temperature decreases, the division ratio Z / (R D + Z) can be reduced. Therefore, for example, when the input voltage (drive signal voltage) between the internal impedance Z of the piezoelectric vibrator and the drive resistance RD is constant, the internal impedance of the piezoelectric vibrator itself changes with temperature. It is possible to self-adjust the drive voltage directly applied to the motor. That is, when the temperature is high, the driving voltage increases, so that the mechanical amplitude of the piezoelectric vibrator increases, thereby making it possible to compensate for the decrease in the output current. Conversely, when the temperature decreases, the drive voltage also decreases, so the mechanical amplitude of the piezoelectric vibrator decreases,
The output current can be prevented from increasing.

【0025】例えば、前記ドライブ抵抗RDと内部イン
ピーダンスの抵抗成分Zとの分割比をZ/(RD+Z)
とし、前記抵抗成分Zが正の温度特性で変化したとき
に、前記ドライブ抵抗RDが前記分割比Z/(RD+Z)
の値を1/15から1/2の範囲に設定するものが好ま
しい。
For example, the division ratio between the drive resistance R D and the resistance component Z of the internal impedance is Z / (R D + Z)
When the resistance component Z changes with a positive temperature characteristic, the drive resistance R D becomes equal to the division ratio Z / (R D + Z).
Is preferably set in the range of 1/15 to 1/2.

【0026】このような範囲にドライブ抵抗RDを設定
しておくと、一般的なドライブ信号Sの電圧値VS(振
幅のピーク値で2ボルト乃至15ボルト)であれば、圧
電振動子の駆動電圧を温度によって変化した圧電振動子
11の内部インピーダンスZで調整することができ、さ
らには出力電流を一定とすることができる。
If the drive resistance R D is set in such a range, if the voltage value V S of the general drive signal S (peak voltage 2 to 15 volts) is used, the piezoelectric vibrator The drive voltage can be adjusted by the internal impedance Z of the piezoelectric vibrator 11 changed by the temperature, and the output current can be kept constant.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図1は圧電ジャイロスコープの駆動系お
よび検出系を示すブロック図、図2は圧電ジャイロスコ
ープに使用される圧電振動子を示す斜視図、図3は図2
の圧電振動子をIII方向からみた正面図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a drive system and a detection system of the piezoelectric gyroscope, FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric vibrator used in the piezoelectric gyroscope, and FIG.
FIG. 3 is a front view of the piezoelectric vibrator viewed from a direction III.

【0028】図1に示すブロック図は、圧電振動子(圧
電音叉)11を中心とし、この圧電振動子11を駆動す
るための駆動系と、圧電振動子11から出力される出力
電流を検出するための検出系とからなり、検出系の一部
が駆動系に帰還するフィードバック制御系が構成されて
いる。
The block diagram shown in FIG. 1 has a piezoelectric vibrator (piezoelectric tuning fork) 11 as a center, and a drive system for driving the piezoelectric vibrator 11 and an output current output from the piezoelectric vibrator 11 are detected. And a feedback control system in which a part of the detection system returns to the drive system.

【0029】圧電振動子11は、例えば図2に示すよう
に、エリンバなどの恒弾性材料の平板の表裏両面に圧電
材料が積層されたもの、またはPZTや水晶のように全
体が圧電材料の板材により形成されたものであり、圧電
振動子11の先端には3つの振動脚11u、11vおよ
び11wが分岐形成されている。
As shown in FIG. 2, for example, the piezoelectric vibrator 11 is made of a plate made of a constant elastic material such as an elinvar with a piezoelectric material laminated on both front and back surfaces, or a plate made of a piezoelectric material such as PZT or quartz. The vibrating legs 11u, 11v, and 11w are formed at the tip of the piezoelectric vibrator 11 in a branched manner.

【0030】図2および図3に示すように、各振動脚1
1u、11vおよび11wの一方の面(+Y側)には、
駆動電極11a,11b,11c,11d,11e,1
1fがそれぞれプリント形成されている。また他方の面
(−Y側)には、前記各駆動電極に対応する出力電極1
1a′,11b′,11c′,11d′,11e′,1
1f′がそれぞれプリント形成されている。後述のドラ
イブ手段27から、前記各駆動電極11a,11b,1
1c,11d,11eおよび11fに正弦波状の交流駆
動信号(ドライブ信号)Sが与えられると、振動脚11
u、11vおよび11wは、圧電効果により各振動脚の
並び方向となるX方向(+X及び−X方向)へ振動駆動
される。
As shown in FIG. 2 and FIG.
On one surface (+ Y side) of 1u, 11v and 11w,
Drive electrodes 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 1
1f are printed. On the other surface (−Y side), output electrodes 1 corresponding to the respective drive electrodes are provided.
1a ', 11b', 11c ', 11d', 11e ', 1
1f 'are printed. The drive electrodes 11a, 11b, 1
When a sinusoidal AC drive signal (drive signal) S is given to 1c, 11d, 11e and 11f, the vibration leg 11
u, 11v, and 11w are driven to vibrate in the X direction (+ X and -X directions) in which the vibrating legs are arranged by the piezoelectric effect.

【0031】各振動脚11u、11vおよび11wは、
X方向へ一次または数次モードによる曲げ変形振動を生
じる。また、両側の振動脚11uと11wが同じ位相で
駆動され、中央の振動脚11vは、両側の振動脚11u
および11wと位相がπ(180度)相違するように駆
動される。すなわち、両側の振動脚11uと11wのあ
る時点での振幅の方向が+X方向のとき、中央の振動脚
1vの振幅方向は−X方向である。
Each of the vibrating legs 11u, 11v and 11w is
Bending deformation vibration is generated in the X direction in the first or several modes. The vibrating legs 11u and 11w on both sides are driven in the same phase, and the center vibrating leg 11v is
And 11w are driven so as to have a phase difference of π (180 degrees). That is, when the direction of the amplitude of the vibrating legs 11u and 11w on both sides at a certain point is the + X direction, the amplitude direction of the central vibrating leg 1v is the -X direction.

【0032】上記のように振動駆動された状態で、この
圧電振動子11をZ軸回りの回転系に置くと、各振動脚
11u、11vおよび11wに対し振動駆動方向と直交
する方向へのコリオリ力が作用し、各振動脚11u、1
1vおよび11wはY方向へ振動する。このコリオリ力
による振動成分も、両側の振動脚11u、11wと、中
央の振動脚11vとで逆の位相となる。ある時点で両側
の振動脚11uと11wがコリオリ力により+Y方向へ
の振幅成分を持つとき、中央の振動脚11vは−Y方向
への振幅成分を持つこととなる。
When the piezoelectric vibrator 11 is placed in a rotation system around the Z axis in the state of being driven as described above, Coriolis in a direction perpendicular to the direction of vibration is applied to each of the vibrating legs 11u, 11v and 11w. A force is applied to each of the vibrating legs 11u, 1
1v and 11w vibrate in the Y direction. Vibration components due to this Coriolis force also have opposite phases between the vibrating legs 11u and 11w on both sides and the central vibrating leg 11v. When the vibrating legs 11u and 11w on both sides have an amplitude component in the + Y direction due to Coriolis force at a certain point in time, the center vibrating leg 11v has an amplitude component in the −Y direction.

【0033】図1に示すように、圧電振動子11の後段
には検出系が構成されている。検出系は、正弦波状の出
力電流I1,I2を正弦波状の出力電圧V1,V2に変
換するI/V(電流/電圧)変換手段12,12′、正
弦波状の出力電圧V1,V2をディジタル信号D1,D
2に変換する二値化手段13,13′、排他的論理和の
EXor1およびEXor2ゲート回路等からなる位相比較手段
14,14′、ローパスフィルタ15,15′および差
動増幅手段16およびローパスフィルタ17などから構
成されている。
As shown in FIG. 1, a detection system is provided downstream of the piezoelectric vibrator 11. The detection system includes I / V (current / voltage) conversion means 12 and 12 'for converting the sine-wave output currents I1 and I2 into sine-wave output voltages V1 and V2, and converts the sine-wave output voltages V1 and V2 into digital signals. D1, D
Binarization means 13 and 13 'for converting to 2;
The circuit comprises phase comparators 14 and 14 'comprising EXor1 and EXor2 gate circuits and the like, low-pass filters 15 and 15', differential amplifier 16 and low-pass filter 17, and the like.

【0034】一方、圧電振動子11の前段には駆動系が
構成されている。駆動系は、ローパスフィルタ22、V
CO(電圧制御発振器)23、分周手段24、振幅安定
化手段25、2次系のローパスフィルタ26およびドラ
イブ手段27から構成されている。そして、分周手段2
4の出力は、参照信号refとして前記位相比較手段1
4,14′に入力されている。なお、ローパスフィルタ
22、VCO(電圧制御発振器)23および分周手段2
4により、PLL(フェーズ・ロック・ループ)が構成
されている。このPLLでは、前記分周後の参照信号re
fが、位相比較手段14,14′の各出力の位相差の中
心点からπ/2だけ遅れるようにVCO23を発振させ
る。
On the other hand, a drive system is configured in front of the piezoelectric vibrator 11. The drive system is a low-pass filter 22, V
It comprises a CO (voltage controlled oscillator) 23, a frequency dividing means 24, an amplitude stabilizing means 25, a secondary low-pass filter 26 and a driving means 27. And dividing means 2
4 is used as a reference signal ref.
4, 14 '. Note that the low-pass filter 22, the VCO (voltage controlled oscillator) 23 and the frequency dividing means 2
4 constitutes a PLL (Phase Lock Loop). In this PLL, the divided reference signal re
The VCO 23 oscillates so that f is delayed by π / 2 from the center of the phase difference between the outputs of the phase comparison means 14 and 14 '.

【0035】図4は本発明における実施の形態を示す圧
電ジャイロスコープ用駆動装置の回路構成図、図5は図
4の圧電ジャイロスコープ用駆動装置の等価回路図、図
6は圧電振動子の駆動電極に直接印加される駆動電圧の
温度特性を示す図、図7は圧電振動子の出力電流の温度
特性を示す図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a piezoelectric gyroscope driving device showing an embodiment of the present invention, FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the piezoelectric gyroscope driving device of FIG. 4, and FIG. 6 is driving of a piezoelectric vibrator. FIG. 7 is a diagram illustrating a temperature characteristic of a driving voltage applied directly to an electrode, and FIG. 7 is a diagram illustrating a temperature characteristic of an output current of a piezoelectric vibrator.

【0036】図4は図1のブロック図のうち、圧電振動
子11とその前段に設けられたドライブ手段27、およ
び圧電振動子11の後段に設けられた2つのI/V変換
手段12,12′をより具体的に示したものである。な
お、I/V変換手段12とI/V変換手段12′とは、
機能が同様であるため、以下では主にI/V変換手段1
2について説明する。
FIG. 4 is a block diagram of FIG. 1 in which the piezoelectric vibrator 11 and the drive means 27 provided at the preceding stage and the two I / V converting means 12 and 12 provided at the subsequent stage of the piezoelectric vibrator 11 are shown. 'Is shown more specifically. The I / V conversion means 12 and the I / V conversion means 12 '
Since the functions are the same, the following mainly describes the I / V conversion means 1
2 will be described.

【0037】図4に示すように、ドライブ手段27は、
例えばオペアンプなどの演算増幅器27Aを主体とした
反転増幅回路から構成されている。ドライブ手段27の
出力端子27cは、圧電振動子11の各振動脚11u、
11vおよび11wの駆動電極11a,11b,11
c,11d,11eおよび11fにドライブ抵抗RD
介して接続されている。
As shown in FIG. 4, the drive means 27
For example, it comprises an inverting amplifier circuit mainly composed of an operational amplifier 27A such as an operational amplifier. The output terminal 27c of the drive unit 27 is connected to each of the vibrating legs 11u of the piezoelectric vibrator 11,
11v and 11w drive electrodes 11a, 11b, 11
c, 11d, 11e and 11f are connected via a drive resistor RD .

【0038】一方、I/V変換手段12,12′は,オ
ペアンプなどの演算増幅器12A,12Bから構成され
ている。I/V変換手段12,12′では、演算増幅器
12A,12Bの反転入力端子(−端子)12a,12
a′と前記中央の振動脚11vの出力電極11c′,1
1d′とがそれぞれ接続されている。また各反転入力端
子12a,12a′と出力端子12c,12c′とは所
定の抵抗Rf,Rfを介してそれぞれ接続されている。
また非反転入力端子12b,12b′は、基準電位V0
(例えば、0ボルト)に接続されている。なお、I/V
変換手段12,12′の入力インピーダンスはほぼ零で
ある。振動脚11vの出力電極11c′から出力される
出力電流I1はI/V変換手段12によって出力電圧V
1に変換されるが、この出力電圧V1はV1=−Rf・
I1となる。同様に出力電流I2と出力電圧V2との間
にはV2=−Rf・I2の関係が成立する。
On the other hand, the I / V converters 12 and 12 'are composed of operational amplifiers 12A and 12B such as operational amplifiers. In the I / V conversion means 12, 12 ', inverting input terminals (-terminals) 12a, 12a of the operational amplifiers 12A, 12B.
a 'and the output electrode 11c', 1 of the center vibrating leg 11v.
1d 'are connected to each other. The inverting input terminals 12a, 12a 'and the output terminals 12c, 12c' are connected via predetermined resistors Rf, Rf, respectively.
The non-inverting input terminals 12b and 12b 'are connected to the reference potential V0.
(For example, 0 volt). In addition, I / V
The input impedance of the conversion means 12, 12 'is almost zero. The output current I1 output from the output electrode 11c 'of the vibrating leg 11v is output from the output voltage V
The output voltage V1 is V1 = −Rf ·
I1. Similarly, a relationship of V2 = −Rf · I2 is established between the output current I2 and the output voltage V2.

【0039】なお、圧電振動子11のその他の振動脚1
1uおよび11wの出力電極11a′,11b′,11
e′および11f′は基準電位V0に接続されている。
The other vibrating legs 1 of the piezoelectric vibrator 11
1u and 11w output electrodes 11a ', 11b', 11
e 'and 11f' are connected to the reference potential V0.

【0040】以下、圧電ジャイロスコープ用駆動装置の
動作について説明する。図1に示すように、前記VCO
23で発振された信号は、所定の駆動周波数となるよう
に分周手段24で分周され振幅安定化手段25に入力さ
れる。振幅安定化手段25では、電源電圧変動によらず
ドライブ信号Sの振幅が一定となるよう調整を行なう。
そして、このように分周され且つ振幅が調整された信号
は、ローパスフィルタ26で高周波が除去され正弦波に
変換し、ドライブ手段27の反転端子(−端子)27a
に制御信号S0として入力される。
The operation of the driving device for a piezoelectric gyroscope will be described below. As shown in FIG.
The signal oscillated by 23 is frequency-divided by frequency dividing means 24 so as to have a predetermined driving frequency, and input to amplitude stabilizing means 25. The amplitude stabilizing means 25 adjusts the amplitude of the drive signal S to be constant regardless of the power supply voltage fluctuation.
The frequency-divided signal whose amplitude has been adjusted in this way is converted into a sine wave by removing the high frequency by the low-pass filter 26, and the inverted terminal (− terminal) 27 a of the drive unit 27 is provided.
Is input as a control signal S0.

【0041】ドライブ手段27では、制御信号S0を増
幅することによりドライブ信号Sを生成し、このドライ
ブ信号Sをドライブ抵抗RDを介して圧電振動子11の
各駆動電極11a,11b,11c,11d,11eお
よび11fに供給する。
In the drive means 27, a drive signal S is generated by amplifying the control signal S0, and this drive signal S is applied to each drive electrode 11a, 11b, 11c, 11d of the piezoelectric vibrator 11 via a drive resistor RD. , 11e and 11f.

【0042】ドライブ信号Sが供給されると、圧電振動
子11の各振動脚11u、11vおよび11wは、上述
したような振動を開始する。そして、振動脚11vの出
力電極11c′および11d′から出力電流I1および
I2が検出される。なお、このような圧電振動子11を
有するジャイロスコープを回転系におくと、各振動脚1
1u、11vおよび11wにコリオリ力が生じるため、
出力電流I1およびI2間には角速度に相当する位相差
が生じる。
When the drive signal S is supplied, each of the vibrating legs 11u, 11v and 11w of the piezoelectric vibrator 11 starts vibrating as described above. Then, output currents I1 and I2 are detected from output electrodes 11c 'and 11d' of vibrating leg 11v. When a gyroscope having such a piezoelectric vibrator 11 is placed in a rotating system, each vibrating leg 1
Because 1u, 11v and 11w have Coriolis forces,
A phase difference corresponding to the angular velocity occurs between the output currents I1 and I2.

【0043】図5に示すように、圧電振動子11の内部
インピーダンス(内部抵抗)Z、ドライブ信号Sの電圧
Sおよび圧電振動子11に直接印加される駆動電圧VC
との間には、VC=VS・Z/(RD+Z)で表わされ
る。ただし、基準電位V0を0ボルトとしている。この
とき、出力電極11c′の出力電流をI1およびI/V
変換後の出力電圧をV1とする。
As shown in FIG. 5, the internal impedance (internal resistance) Z of the piezoelectric vibrator 11, the voltage V S of the drive signal S, and the drive voltage V C applied directly to the piezoelectric vibrator 11
Between, represented by V C = V S · Z / (R D + Z). However, the reference potential V0 is set to 0 volt. At this time, the output current of output electrode 11c 'is changed to I1 and I / V
The converted output voltage is assumed to be V1.

【0044】上述したように、圧電振動子11の温度が
高くなると、圧電振動子11内の内部損失が大きくなる
ため(図11参照)、内部インピーダンスZも大きくな
る。これにより、圧電振動子11の出力電極11c′か
ら流れ出る(I/V変換手段12に流れ込む)出力電流
I1の振幅が減少するため、I/V変換後の出力電圧V
1の振幅も小さくなる。反対に圧電振動子11の温度が
低くなると、圧電振動子11内の内部損失が小さくなる
ため、内部インピーダンスZも小さくなる。よって、I
/V変換手段12に流れ込む出力電流I1の振幅が増加
するため、I/V変換後の出力電圧V1の振幅も大きく
なる。すなわち、このジャイロスコープの検出系では、
出力電圧V1の振幅が、高温時に小さく、低温時に大き
くなるという負の温度特性を持つ。
As described above, when the temperature of the piezoelectric vibrator 11 increases, the internal loss in the piezoelectric vibrator 11 increases (see FIG. 11), so that the internal impedance Z also increases. As a result, the amplitude of the output current I1 flowing out of the output electrode 11c 'of the piezoelectric vibrator 11 (flowing into the I / V conversion means 12) decreases, so that the output voltage V after the I / V conversion is reduced.
1 also decreases. Conversely, when the temperature of the piezoelectric vibrator 11 decreases, the internal loss in the piezoelectric vibrator 11 decreases, so that the internal impedance Z also decreases. Therefore, I
Since the amplitude of the output current I1 flowing into the / V conversion means 12 increases, the amplitude of the output voltage V1 after the I / V conversion also increases. That is, in this gyroscope detection system,
The output voltage V1 has a negative temperature characteristic in which the amplitude is small at high temperatures and large at low temperatures.

【0045】一方、図6に示すように、ジャイロスコー
プの駆動系では、圧電振動子11の温度が高くなると、
圧電振動子11の内部インピーダンスZとドライブ抵抗
Dからなる分割比Z/(RD+Z)が高くなるので、圧
電振動子11の駆動電極に加わる駆動電圧VCが高くな
る。よって、圧電振動子11の機械的な振幅が大きくな
る。また圧電振動子11の温度が低くなると、圧電振動
子11の内部インピーダンスZが低くなり分割比Z/
(RD+Z)も小さくなる。よって、この場合には駆動
電圧VCも低くなるため、圧電振動子11の機械的な振
幅が小さくなる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, in the drive system of the gyroscope, when the temperature of the piezoelectric vibrator 11 increases,
Since the division ratio Z / (R D + Z) comprising the internal impedance Z of the piezoelectric vibrator 11 and the drive resistance RD increases, the drive voltage V C applied to the drive electrode of the piezoelectric vibrator 11 increases. Therefore, the mechanical amplitude of the piezoelectric vibrator 11 increases. When the temperature of the piezoelectric vibrator 11 decreases, the internal impedance Z of the piezoelectric vibrator 11 decreases, and the division ratio Z /
(R D + Z) also decreases. Therefore, in this case, the drive voltage V C is also reduced, and the mechanical amplitude of the piezoelectric vibrator 11 is reduced.

【0046】すなわち、このジャイロスコープの駆動系
では、圧電振動子11の駆動電極に加わる駆動電圧VC
が、高温時に大きく、低温時に小さくなるという正の温
度特性を持つようになる。
That is, in this gyroscope drive system, the drive voltage V C applied to the drive electrode of the piezoelectric vibrator 11
However, it has a positive temperature characteristic that it is large at high temperatures and small at low temperatures.

【0047】上記検出系においては、検出系における負
の温度特性と駆動系における正の温度特性により、高温
時に出力電流I1が低下傾向にある場合には、駆動系に
おいて圧電振動子11が大きな機械的な振幅で動作させ
られるため、圧電振動子11の内部損失の増加による出
力電流I1の低下を補うことが可能となる。また低温時
に出力電流I1が増加傾向にある場合には、駆動系にお
いて圧電振動子11を小さな機械的な振幅で動作させら
れるため、圧電振動子11の内部損失の減少による出力
電流I1の増加を補うことが可能となる。
In the above detection system, when the output current I1 tends to decrease at a high temperature due to the negative temperature characteristic of the detection system and the positive temperature characteristic of the drive system, the piezoelectric vibrator 11 is large in the drive system. It is possible to compensate for a decrease in the output current I1 due to an increase in the internal loss of the piezoelectric vibrator 11 because the operation is performed with an appropriate amplitude. When the output current I1 tends to increase at a low temperature, the piezoelectric vibrator 11 can be operated with a small mechanical amplitude in the drive system. It is possible to make up for it.

【0048】すなわち、ドライブ抵抗RDを挿入するこ
とにより、このジャイロスコープの駆動系では、高温時
には圧電振動子11の駆動電極に加わる駆動電圧VC
高く設定され圧電振動子11の機械的な振幅を大きくで
きるため、検出系において低下傾向にある出力電流I1
を増加させて一定の振幅を確保することができる。また
低温時には、駆動系において圧電振動子11の駆動電圧
Cを低く設定され、圧電振動子11の機械的な振幅を
小さくできるため、検出系において増加傾向にある出力
電流I1を低下させて一定の振幅を確保することができ
る。
That is, by inserting the drive resistor RD , in the drive system of the gyroscope, the drive voltage V C applied to the drive electrode of the piezoelectric vibrator 11 is set high at high temperature, and the mechanical Since the amplitude can be increased, the output current I1 which tends to decrease in the detection system
Can be increased to secure a constant amplitude. At a low temperature, the drive voltage V C of the piezoelectric vibrator 11 is set low in the drive system, and the mechanical amplitude of the piezoelectric vibrator 11 can be reduced. Therefore, the output current I1, which tends to increase in the detection system, is reduced to be constant. Can be secured.

【0049】例えば、ドライブ手段27のドライブ信号
Sのピーク電圧を4[V]、ドライブ抵抗を47[K
Ω]とした場合、図11に示す−20℃における圧電振
動子の内部インピーダンスの内部抵抗ZはZ=4[K
Ω]程度であるから、分割比は、Z/(RD+Z)=4
×103/(4+47)×103≒0.08となる。よっ
て、図6に示すように駆動電圧VCはVC=0.08×4
=0.32[V]となる。そして、図7に示すように、
このときの出力電流I1は、I1=8[μA]程度とな
る。
For example, the peak voltage of the drive signal S of the drive means 27 is 4 [V], and the drive resistance is 47 [K].
Ω], the internal resistance Z of the internal impedance of the piezoelectric vibrator at −20 ° C. shown in FIG.
Ω], the division ratio is Z / (R D + Z) = 4
× 10 3 / (4 + 47) × 10 3 ≒ 0.08. Therefore, as shown in FIG. 6, the driving voltage V C is V C = 0.08 × 4
= 0.32 [V]. And, as shown in FIG.
At this time, the output current I1 is about I1 = 8 [μA].

【0050】また図11に示す80℃における圧電振動
子11の内部抵抗ZはZ=19[KΩ]程度であるか
ら、分割比はZ/(RD+Z)=19×103/(19+
47)×103≒0.29となる。よって、図6に示す
ように駆動電圧VCはVC=0.29×4=0.16
[V]となる。そして図7に示されるこのときの出力電
流I1は、I1=6.1[μA]程度となる。これらの
ことから、出力電流I1は、大きく変動することなくほ
ぼ一定の値とすることができる。
Further, since the internal resistance Z of the piezoelectric vibrator 11 at 80 ° C. shown in FIG. 11 is about Z = 19 [KΩ], the division ratio is Z / (R D + Z) = 19 × 10 3 / (19+
47) × 10 3 ≒ 0.29. Therefore, as shown in FIG. 6, the driving voltage V C is V C = 0.29 × 4 = 0.16
[V]. The output current I1 at this time shown in FIG. 7 is about I1 = 6.1 [μA]. From these facts, the output current I1 can be set to a substantially constant value without largely changing.

【0051】この例では、分割比Z/(RD+Z)は、
低温時(−20℃)で0.08であり、高温時(80
℃)で0.29であることから、若干の余裕をみて、ド
ライブ抵抗を選定するには、分割比Z/(RD+Z)を
1/15乃至1/2程度に設定するように選べばよいこ
とがわかる。ただし、この分割比は、ドライブ手段27
から供給されるドライブ信号の電圧VSが変わると、圧
電振動子11に直接加わる駆動電圧VCも変わるが、一
般的な入力電源電圧の範囲(例えば2[v]乃至15
[v])程度を考慮すると、上記分割比Z/(RD
Z)の設定範囲1/15乃至1/2はほぼ妥当なものと
いえる。
In this example, the division ratio Z / (R D + Z) is
It is 0.08 at low temperature (−20 ° C.) and at high temperature (80 ° C.).
° C), which is 0.29, so that the drive resistance is selected with some margin, if the division ratio Z / (R D + Z) is selected to be set at about 1/15 to 1/2. It turns out to be good. However, this division ratio is determined by the drive means 27
When the voltage V S of the drive signal supplied from the controller changes, the drive voltage V C directly applied to the piezoelectric vibrator 11 also changes, but the range of the general input power supply voltage (for example, 2 [v] to 15 [V])
[V]), the above-mentioned division ratio Z / (R D +
It can be said that the setting range 1/15 to 1/2 of Z) is almost appropriate.

【0052】以上のように、ドライブ手段27と圧電振
動子11との間にドライブ抵抗RDを挿入すると、図7
に示すように広い温度範囲に渡り出力電流I1およびI
2を一定の振幅に設定することが可能となるため、I/
V変換後の出力電圧V1およびV2を一定の振幅に設定
することができる。
As described above, when the drive resistor RD is inserted between the drive means 27 and the piezoelectric vibrator 11, FIG.
The output currents I1 and I1 over a wide temperature range as shown in FIG.
2 can be set to a constant amplitude.
The output voltages V1 and V2 after V conversion can be set to a constant amplitude.

【0053】このように、温度変化の影響を受けず常に
一定の振幅として出力される出力電圧V1およびV2
は、二値化手段13,13′により出力電圧V1および
V2のパルス幅に比例したパルス幅からなるディジタル
信号D1およびD2に変換される。そして、位相比較手
段14,14′では、参照信号refとディジタル信号D
1との排他的論理和出力、参照信号refとディジタル信
号D2との排他的論理和出力、およびこれらの反転出力
を求め、さらに各出力信号どうしを互いに加算すること
により、出力電流I1とI2間の位相差に相当するパル
ス信号を出力する。ローパスフィルタ15,15′で
は、前記位相差に相当するパルス出力を積分平滑するこ
とにより直流電圧信号に変換する。差動増幅手段16で
は、ローパスフィルタ15,15′の直流電圧信号どう
しの差動増幅出力をとることにより、出力電流I1とI
2間の位相差、すなわち角速度ωに比例した直流電圧出
力Voutを出力する。
As described above, the output voltages V1 and V2 always output as a constant amplitude without being affected by the temperature change.
Are converted into digital signals D1 and D2 having pulse widths proportional to the pulse widths of the output voltages V1 and V2 by the binarizing means 13 and 13 '. Then, the phase comparison means 14 and 14 'provide the reference signal ref and the digital signal D
1 and the exclusive OR output of the reference signal ref and the digital signal D2, and their inverted outputs, and by adding the output signals to each other, the output current I1 and I2 And outputs a pulse signal corresponding to the phase difference. The low-pass filters 15 and 15 'convert the pulse output corresponding to the phase difference into a DC voltage signal by integrating and smoothing the pulse output. The differential amplifying means 16 obtains the differential amplified output of the DC voltage signals of the low-pass filters 15 and 15 ', thereby obtaining the output currents I1 and I1.
The DC voltage output Vout is proportional to the phase difference between the two, that is, the angular velocity ω.

【0054】なお、上記実施の形態では、PLL回路を
用いて位相制御を行なうものを示したが、本発明はこれ
に限られるものではなく、例えば演算増幅器を主体とす
るCR正弦波発振回路などからなる移相回路を用いたも
のであってもよい。
In the above embodiment, the phase control is performed by using the PLL circuit. However, the present invention is not limited to this. For example, a CR sine wave oscillation circuit mainly including an operational amplifier may be used. May be used.

【0055】[0055]

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、従来のよ
うにAGC回路などの自動利得調整手段を用いることな
く、ドライブ手段と圧電振動子の各駆動電極との間にド
ライブ抵抗を挿入するだけで出力電流の振幅を一定とす
ることができるため、回路構成を簡素化することができ
る。
According to the present invention described in detail above, a drive resistor is inserted between the drive means and each drive electrode of the piezoelectric vibrator without using an automatic gain adjustment means such as an AGC circuit as in the prior art. Since the amplitude of the output current can be kept constant by simply performing the operation, the circuit configuration can be simplified.

【0056】また自動利得調整手段(AGC回路)を用
いなくてよいため、外乱が入力された場合に自動利得調
整手段自身による弊害が生じることがない。
Further, since the automatic gain adjusting means (AGC circuit) need not be used, no adverse effect is caused by the automatic gain adjusting means itself when a disturbance is input.

【0057】さらに圧電振動子の内部インピーダンスが
温度変化した場合であっても、I/V変換手段の出力電
圧の振幅を常に一定とすることができる。よって、この
出力電圧から精度の高い角速度を検出することが可能と
なる。
Further, even when the internal impedance of the piezoelectric vibrator changes in temperature, the amplitude of the output voltage of the I / V conversion means can be kept constant. Therefore, a highly accurate angular velocity can be detected from the output voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】圧電ジャイロスコープの回路構成を示すブロッ
ク図、
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a piezoelectric gyroscope.

【図2】圧電ジャイロスコープに使用される圧電振動子
を示す斜視図、
FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric vibrator used for a piezoelectric gyroscope;

【図3】図2の圧電振動子をIII方向からみた正面図、FIG. 3 is a front view of the piezoelectric vibrator of FIG. 2 as viewed from a direction III.

【図4】本発明における実施の形態を示す圧電振動子の
駆動および検出装置の回路構成図、
FIG. 4 is a circuit diagram of a driving and detecting device for a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention;

【図5】図4の圧電振動子の駆動および検出装置の等価
回路図、
5 is an equivalent circuit diagram of the driving and detecting device of the piezoelectric vibrator of FIG. 4,

【図6】駆動電圧の温度特性を示す図、FIG. 6 is a diagram showing a temperature characteristic of a driving voltage.

【図7】圧電振動子の出力電流の温度特性を示す図、FIG. 7 is a diagram showing a temperature characteristic of an output current of the piezoelectric vibrator;

【図8】従来のジャイロスコープ用圧電振動子の駆動装
置を示すブロック図、
FIG. 8 is a block diagram showing a conventional driving device for a piezoelectric vibrator for a gyroscope.

【図9】発振手段の入力電圧信号(自動利得調整手段の
出力電圧信号)を示し、Aは外乱がない場合、Bは外乱
が生じた場合、
FIG. 9 shows an input voltage signal of the oscillation means (output voltage signal of the automatic gain adjustment means), where A is when there is no disturbance, B is when there is disturbance,

【図10】図9A,Bに対応するジャイロスコープの出
力を示し、Aは外乱がない場合、Bは外乱が生じた場
合、
10A and 10B show outputs of the gyroscope corresponding to FIGS. 9A and 9B, where A is when there is no disturbance, B is when there is disturbance,

【図11】圧電振動子の内部インピーダンスの抵抗成分
の温度特性を示す図、
FIG. 11 is a diagram showing a temperature characteristic of a resistance component of an internal impedance of the piezoelectric vibrator;

【図12】は圧電振動子の出力電流の温度特性を示す
図、
FIG. 12 is a diagram showing a temperature characteristic of an output current of the piezoelectric vibrator;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 圧電振動子 12,12′ I/V(電流/電圧)変換手段 13,13′ 二値化手段 14,14′ 位相比較手段 27 ドライブ手段 RD ドライブ抵抗 I1,I2 出力電流 V1,V2 出力電圧 VS ドライブ信号の電圧 VC 駆動電圧 S ドライブ信号 Z 圧電振動子の内部インピーダンスの抵抗成分(内部
抵抗)
11 Piezoelectric vibrator 12, 12 'I / V (current / voltage) conversion means 13, 13' Binarization means 14, 14 'Phase comparison means 27 Drive means RD Drive resistance I1, I2 Output current V1, V2 Output voltage V S drive signal voltage V C drive voltage S drive signal Z resistance component of the internal impedance of the piezoelectric vibrator (internal resistance)

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 温度の上昇に応じて内部インピーダンス
と出力電流とが変化する温度特性を有する圧電振動子
と、この圧電振動子に交流駆動信号を与えるドライブ手
段と、前記圧電振動子の出力電流を出力電圧に変換する
I/V変換手段とからなる圧電振動子の駆動および検出
装置であって、 前記圧電振動子とドライブ手段の間には、温度が上昇し
たときに圧電振動子に印加される駆動電圧を高めて前記
圧電振動子の出力電流の減少を防止し且つ温度が下った
ときに前記圧電振動子の駆動電圧を低下させて前記圧電
振動子の出力電流の増加を防止して前記出力電流の振幅
を一定に維持するドライブ抵抗が挿入されていることを
特徴とする圧電振動子の駆動および検出装置。
1. A piezoelectric vibrator having a temperature characteristic in which an internal impedance and an output current change in accordance with a rise in temperature, a drive means for applying an AC drive signal to the piezoelectric vibrator, and an output current of the piezoelectric vibrator. And an I / V conversion means for converting a voltage into an output voltage. A driving and detecting device for the piezoelectric vibrator, wherein a voltage is applied between the piezoelectric vibrator and the driving means when the temperature rises. The drive voltage of the piezoelectric vibrator is increased to prevent the output current of the piezoelectric vibrator from decreasing, and when the temperature decreases, the drive voltage of the piezoelectric vibrator is reduced to prevent the output current of the piezoelectric vibrator from increasing, thereby reducing the output current. A drive and detection device for a piezoelectric vibrator, wherein a drive resistor for maintaining a constant output current amplitude is inserted.
【請求項2】 温度の上昇に応じて内部インピーダンス
が高くなる正の温度特性と温度の上昇に応じて出力電流
が小さくなる負の温度特性とを有する圧電振動子と、こ
の圧電振動子に交流駆動信号を与えるドライブ手段と、
前記圧電振動子の出力電流を出力電圧に変換するI/V
変換手段とからなる圧電振動子の駆動および検出装置で
あって、 前記圧電振動子とドライブ手段の間には、温度が上昇し
たときに圧電振動子に印加される駆動電圧を高めて前記
圧電振動子の出力電流の減少を防止し且つ温度が下った
ときに前記圧電振動子の駆動電圧を低下させて前記圧電
振動子の出力電流の増加を防止して前記出力電流の振幅
を一定に維持するドライブ抵抗が挿入されている圧電振
動子の駆動および検出装置。
2. A piezoelectric vibrator having a positive temperature characteristic in which the internal impedance increases as the temperature rises and a negative temperature characteristic in which the output current decreases as the temperature rises. Drive means for providing a drive signal;
I / V for converting an output current of the piezoelectric vibrator into an output voltage
A driving and detecting device for a piezoelectric vibrator comprising: a converting means, wherein a driving voltage applied to the piezoelectric vibrator when the temperature rises is increased by increasing a driving voltage between the piezoelectric vibrator and the driving means. The output voltage of the piezoelectric vibrator is prevented from decreasing, and the drive voltage of the piezoelectric vibrator is reduced when the temperature drops, thereby preventing the output current of the piezoelectric vibrator from increasing and keeping the amplitude of the output current constant. A drive and detection device for a piezoelectric vibrator in which a drive resistor is inserted.
【請求項3】 前記ドライブ抵抗RDと内部インピーダ
ンスの内部抵抗Zとの分割比をZ/(RD+Z)とし、
前記内部抵抗Zが正の温度特性で変化したときに、前記
ドライブ抵抗RDが前記分割比Z/(RD+Z)の値を1
/15から1/2の範囲に設定する請求項1又は2に記
載の圧電振動子の駆動および検出装置。
3. A division ratio between the drive resistance RD and the internal resistance Z of the internal impedance is Z / ( RD + Z).
When the internal resistance Z changes with a positive temperature characteristic, said drive resistor R D is the value of the division ratio Z / (R D + Z) 1
The piezoelectric vibrator driving and detecting device according to claim 1 or 2, wherein the driving frequency is set in a range of / 15 to 1/2.
JP11101958A 1999-04-09 1999-04-09 Driving and detecting device for piezoelectric vibrator Withdrawn JP2000292172A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11101958A JP2000292172A (en) 1999-04-09 1999-04-09 Driving and detecting device for piezoelectric vibrator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11101958A JP2000292172A (en) 1999-04-09 1999-04-09 Driving and detecting device for piezoelectric vibrator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000292172A true JP2000292172A (en) 2000-10-20

Family

ID=14314389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11101958A Withdrawn JP2000292172A (en) 1999-04-09 1999-04-09 Driving and detecting device for piezoelectric vibrator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000292172A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006153715A (en) * 2004-11-30 2006-06-15 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Vibration gyroscope
US7337667B2 (en) * 2004-02-16 2008-03-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Angular velocity sensor and its designing method
JP2009501337A (en) * 2005-07-15 2009-01-15 ワトソン インダストリーズ,インコーポレイティド AGC circuit for reducing high frequency in drive signal
JP2010534823A (en) * 2008-01-25 2010-11-11 コンクク、ユニバーシティー、インダストリアル、コーオペレーション、コーポレーション Force balance control system and control method using automatic gain control loop
CN105841683A (en) * 2016-05-20 2016-08-10 上海交通大学 Piezoelectric gyro equivalent circuit capable of considering energy loss
US10520311B2 (en) 2016-05-20 2019-12-31 Denso Corporation Gyro sensor apparatus

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7337667B2 (en) * 2004-02-16 2008-03-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Angular velocity sensor and its designing method
JP2006153715A (en) * 2004-11-30 2006-06-15 Japan Aviation Electronics Industry Ltd Vibration gyroscope
JP2009501337A (en) * 2005-07-15 2009-01-15 ワトソン インダストリーズ,インコーポレイティド AGC circuit for reducing high frequency in drive signal
JP2010534823A (en) * 2008-01-25 2010-11-11 コンクク、ユニバーシティー、インダストリアル、コーオペレーション、コーポレーション Force balance control system and control method using automatic gain control loop
CN105841683A (en) * 2016-05-20 2016-08-10 上海交通大学 Piezoelectric gyro equivalent circuit capable of considering energy loss
CN105841683B (en) * 2016-05-20 2019-01-11 上海交通大学 A kind of piezolectric gyroscope equivalent circuit considering energy loss
US10520311B2 (en) 2016-05-20 2019-12-31 Denso Corporation Gyro sensor apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7849744B2 (en) Driving device, physical quantity measurement device, and electronic instrument
JP5274803B2 (en) Oscillator and vibration gyro
US6255760B1 (en) Driving apparatus of piezoelectric vibrator
US20100011857A1 (en) Arrangement for measuring a rate of rotation using a vibration sensor
JP4668407B2 (en) Angular velocity sensor
US7812681B2 (en) Driver device, physical quantity measuring device, and electronic instrument
US7107841B2 (en) Capacitance-sensing vibratory gyro and method for detecting change in capacitance
JP5136016B2 (en) Drive device, physical quantity measuring device and electronic device
JP3178212B2 (en) Oscillation circuit
US8656775B2 (en) Vibratory gyro-sensor and vibratory gyro circuit
JP2000292172A (en) Driving and detecting device for piezoelectric vibrator
JPS62228126A (en) Gas pressure gauge
US7692506B2 (en) Oscillation driver device, physical quantity measuring device, and electronic instrument
JP2008089572A (en) Drive unit, physical quantity measuring apparatus, and electronic apparatus
EP0658743B1 (en) Vibrating gyroscope
JPH10206166A (en) Vibration-type gyroscope
US20060011000A1 (en) Drive circuit of oscillation gyro
JP2004212111A (en) Angular velocity sensor
JPH09105637A (en) Vibrating gyro
JP5040117B2 (en) Oscillation circuit, physical quantity transducer, and vibration gyro sensor
JPH07270165A (en) Vibration gyro
JPH09250930A (en) Angular velocity detecting device
JP4421754B2 (en) Phase comparison circuit, PLL circuit using the phase comparison circuit, and vibrator driving device using the PLL circuit
JPH0783670A (en) Drive and detection circuit of piezoelectric vibrator
JPH0829181A (en) Vibration control apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060704