JP2001356018A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JP2001356018A JP2001356018A JP2000179564A JP2000179564A JP2001356018A JP 2001356018 A JP2001356018 A JP 2001356018A JP 2000179564 A JP2000179564 A JP 2000179564A JP 2000179564 A JP2000179564 A JP 2000179564A JP 2001356018 A JP2001356018 A JP 2001356018A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
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- G—PHYSICS
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
- G01C19/5649—Signal processing
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コリオリ信号の増減を同期検波や直流化を行
なうことなく簡単な回路構成で検出できる角速度センサ
を提供する。 【解決手段】 振動子１からのコリオリ成分を含む差動
信号を差動増幅回路３から出力し、Ａ／Ｄコンバータ１
０でデジタル信号に変換し、差動信号をヒルベルトトラ
ンスフォーマ２１でπ／２位相ずらせ、元の差動信号と
２π位相ずれた差動信号をそれぞれ乗算器２２，２３で
２乗し、加算器２４で両者の総和を求め、平方根回路２
５で平方根を求めてコリオリ力に比例する強度信号を出
力する。
なうことなく簡単な回路構成で検出できる角速度センサ
を提供する。 【解決手段】 振動子１からのコリオリ成分を含む差動
信号を差動増幅回路３から出力し、Ａ／Ｄコンバータ１
０でデジタル信号に変換し、差動信号をヒルベルトトラ
ンスフォーマ２１でπ／２位相ずらせ、元の差動信号と
２π位相ずれた差動信号をそれぞれ乗算器２２，２３で
２乗し、加算器２４で両者の総和を求め、平方根回路２
５で平方根を求めてコリオリ力に比例する強度信号を出
力する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は角速度センサに関
し、たとえばカメラの手ぶれ補正やナビゲーションシス
テムなどに利用されるバイモルフ振動子を用いた振動ジ
ャイロの発振出力から角速度を検出する角速度センサに
関する。
し、たとえばカメラの手ぶれ補正やナビゲーションシス
テムなどに利用されるバイモルフ振動子を用いた振動ジ
ャイロの発振出力から角速度を検出する角速度センサに
関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は角速度センサに用いられるバイモ
ルフ振動子の一例を示す外観斜視図であり、図５は図４
に示したバイモルフ振動子から出力される振動波形図で
ある。
ルフ振動子の一例を示す外観斜視図であり、図５は図４
に示したバイモルフ振動子から出力される振動波形図で
ある。
【０００３】図４において、バイモルフ振動子１は圧電
素子を分極方向を逆向きにして２枚貼付け、断面が四角
形となるようにしたものである。この振動子１を面垂直
振動（Ｘ軸方向）に縦振動モードで振動させておき、軸
方向（Ｚ軸方向）にある角度（ω）で回転させると、コ
リオリ力によって駆動面と垂直方向（Ｙ軸方向）に横振
動モードで振動が生ずる。
素子を分極方向を逆向きにして２枚貼付け、断面が四角
形となるようにしたものである。この振動子１を面垂直
振動（Ｘ軸方向）に縦振動モードで振動させておき、軸
方向（Ｚ軸方向）にある角度（ω）で回転させると、コ
リオリ力によって駆動面と垂直方向（Ｙ軸方向）に横振
動モードで振動が生ずる。
【０００４】この振動の振幅は角速度に比例するので、
これを利用して角速度の値が検出される。振動子１には
図示しないが左右の電極と全面電極が設けられていて、
図５に示すように左右の電極からＬ（左）信号（ａ）と
Ｒ（右）信号（ｂ）が出力される。このＬ信号とＲ信号
はわずかながら振幅と位相に差を有している。Ｌ信号と
Ｒ信号の差をとるとＬ−Ｒ（ｃ）となり、和をとるとＬ
＋Ｒ（ｄ）となる。
これを利用して角速度の値が検出される。振動子１には
図示しないが左右の電極と全面電極が設けられていて、
図５に示すように左右の電極からＬ（左）信号（ａ）と
Ｒ（右）信号（ｂ）が出力される。このＬ信号とＲ信号
はわずかながら振幅と位相に差を有している。Ｌ信号と
Ｒ信号の差をとるとＬ−Ｒ（ｃ）となり、和をとるとＬ
＋Ｒ（ｄ）となる。
【０００５】Ｌ−Ｒ信号はＬ信号とＲ信号との位相のず
れが大きければ大きいほどゼロクロス点が移動する。こ
のＬ−Ｒ信号はヌル差電圧とも称する。Ｌ−Ｒ信号には
コリオリ力が重なって出力されており、差動＋コリオリ
として出力される。コリオリ力は分離したくとも分離す
ることができない性質を持っている。その理由は、コリ
オリ力は図５（ｅ）に示すように、実際の信号として出
力されるものではなく、あくまでも仮想的なものだから
である。以下の説明では、Ｌ−Ｒ信号は差動＋コリオリ
力を意味しているものとする。コリオリ力（ｅ）はＬ＋
Ｒ（ｄ）と同相になり、Ｌ＋Ｒの極大点と極小点近傍で
コリオリ力も極大，極小となる。振動子１を左右に振る
と、コリオリ力（ｅ）の位相が図５で左右に変化し、Ｌ
信号（ａ），Ｒ信号（ｂ）は位相が変化しない。
れが大きければ大きいほどゼロクロス点が移動する。こ
のＬ−Ｒ信号はヌル差電圧とも称する。Ｌ−Ｒ信号には
コリオリ力が重なって出力されており、差動＋コリオリ
として出力される。コリオリ力は分離したくとも分離す
ることができない性質を持っている。その理由は、コリ
オリ力は図５（ｅ）に示すように、実際の信号として出
力されるものではなく、あくまでも仮想的なものだから
である。以下の説明では、Ｌ−Ｒ信号は差動＋コリオリ
力を意味しているものとする。コリオリ力（ｅ）はＬ＋
Ｒ（ｄ）と同相になり、Ｌ＋Ｒの極大点と極小点近傍で
コリオリ力も極大，極小となる。振動子１を左右に振る
と、コリオリ力（ｅ）の位相が図５で左右に変化し、Ｌ
信号（ａ），Ｒ信号（ｂ）は位相が変化しない。
【０００６】このような振動子１では、バランスやヌル
電圧（オフセット電圧，中性点電圧とも称する）や感度
をそれぞれ個別に調整する必要がある。
電圧（オフセット電圧，中性点電圧とも称する）や感度
をそれぞれ個別に調整する必要がある。
【０００７】図６は図４に示した振動子１の出力を得る
ための角速度検出回路のブロック図である。図６におい
て、振動子１の差動出力が差動増幅回路２０１で増幅さ
れ、同期検波回路２０２によって振幅波形が検波され、
平滑回路２０３で平滑されて直流電圧となり、ＤＣアン
プ２０４で直流増幅される。ＤＣアンプ２０４で信号増
幅すると、ヌル電圧も増幅されてしまうため、たとえば
フィルタで構成されたＤＣカット回路２０５によってＤ
Ｃ成分がカットされ、増幅回路２０６でさらに増幅され
てアナログ信号として出力される。ここでアナログ信号
はＡ／Ｄコンバータ２０７でデジタル信号に変換され、
角速度検出信号がマイクロプロセッサ２０８に与えられ
てカメラの振動ぶれを抑制したり、ナビゲーションのた
めの制御が行なわれる。
ための角速度検出回路のブロック図である。図６におい
て、振動子１の差動出力が差動増幅回路２０１で増幅さ
れ、同期検波回路２０２によって振幅波形が検波され、
平滑回路２０３で平滑されて直流電圧となり、ＤＣアン
プ２０４で直流増幅される。ＤＣアンプ２０４で信号増
幅すると、ヌル電圧も増幅されてしまうため、たとえば
フィルタで構成されたＤＣカット回路２０５によってＤ
Ｃ成分がカットされ、増幅回路２０６でさらに増幅され
てアナログ信号として出力される。ここでアナログ信号
はＡ／Ｄコンバータ２０７でデジタル信号に変換され、
角速度検出信号がマイクロプロセッサ２０８に与えられ
てカメラの振動ぶれを抑制したり、ナビゲーションのた
めの制御が行なわれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図６に示した角速度検
出回路において、振動子1の源感度が低いためＤＣアン
プ２０４として２０ｄＢのゲインで信号を増幅する必要
がある。また、ヌル電圧の温度特性などによって、基準
レベルがシフトすると直流増幅した場合に、ヌル電圧が
電源電圧を超えてしまうような場合があるため、ＤＣ増
幅度に制限を加える必要がある。それを防ぐためにＤＣ
カット回路２０５を設け、再度増幅回路２０６で増幅す
る必要があり、さらに回路要素が増加してしまう。
出回路において、振動子1の源感度が低いためＤＣアン
プ２０４として２０ｄＢのゲインで信号を増幅する必要
がある。また、ヌル電圧の温度特性などによって、基準
レベルがシフトすると直流増幅した場合に、ヌル電圧が
電源電圧を超えてしまうような場合があるため、ＤＣ増
幅度に制限を加える必要がある。それを防ぐためにＤＣ
カット回路２０５を設け、再度増幅回路２０６で増幅す
る必要があり、さらに回路要素が増加してしまう。
【０００９】最近のマイクロプロセッサやデジタルプロ
セッサ（ＤＳＰ）の性能向上は著しくまたコストも安価
になっているので、できる限り前処理の段階でデジタル
信号に変換する方がシステムトータルコストは低減でき
る。
セッサ（ＤＳＰ）の性能向上は著しくまたコストも安価
になっているので、できる限り前処理の段階でデジタル
信号に変換する方がシステムトータルコストは低減でき
る。
【００１０】特に、ポインティングデバイスのように低
コストで角速度を検出しかつ２軸を必要とするようなデ
バイスでは、同期検波回路２０２や平滑回路２０３およ
びＤＣアンプ２０４などの多くの周辺回路を２つ準備し
て対応することによるコストアップが問題となってい
た。
コストで角速度を検出しかつ２軸を必要とするようなデ
バイスでは、同期検波回路２０２や平滑回路２０３およ
びＤＣアンプ２０４などの多くの周辺回路を２つ準備し
て対応することによるコストアップが問題となってい
た。
【００１１】それゆえに、この発明の主たる目的は、冗
長な回路を必要とせず、比較的簡単な回路構成で角速度
信号が直接得られるような角速度センサを提供すること
である。
長な回路を必要とせず、比較的簡単な回路構成で角速度
信号が直接得られるような角速度センサを提供すること
である。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
振動子をＸ軸方向に振動させ、Ｚ軸回りに回転したとき
に、Ｙ軸方向に発生したコリオリ力による振動から角速
度を検出する角速度センサであって、振動子から出力さ
れる左右信号または差動信号に基づいて基準信号を発生
し、振動子を励振させる駆動手段と、振動子から出力さ
れるコリオリ力を含む左右信号または差動信号を抽出す
る信号抽出手段と、出力されたコリオリ力を含む左右信
号または差動信号をデジタル信号に変換する変換手段
と、デジタル信号に変換された左右信号または差動信号
からπ／２位相のずれた左右信号または差動信号を生成
し、この左右信号または差動信号と元の左右信号または
差動信号との２乗総和を演算し、コリオリ力に比例する
強度信号を演算して出力する演算手段を備えて構成され
る。
振動子をＸ軸方向に振動させ、Ｚ軸回りに回転したとき
に、Ｙ軸方向に発生したコリオリ力による振動から角速
度を検出する角速度センサであって、振動子から出力さ
れる左右信号または差動信号に基づいて基準信号を発生
し、振動子を励振させる駆動手段と、振動子から出力さ
れるコリオリ力を含む左右信号または差動信号を抽出す
る信号抽出手段と、出力されたコリオリ力を含む左右信
号または差動信号をデジタル信号に変換する変換手段
と、デジタル信号に変換された左右信号または差動信号
からπ／２位相のずれた左右信号または差動信号を生成
し、この左右信号または差動信号と元の左右信号または
差動信号との２乗総和を演算し、コリオリ力に比例する
強度信号を演算して出力する演算手段を備えて構成され
る。
【００１３】請求項２に係る発明では、請求項１の演算
手段は、差動信号の位相をπ／２シフトする位相回路
と、元の差動信号を２乗する第１の乗算回路と、位相が
π／２シフトされた差動信号を２乗する第２の乗算回路
と、第１の乗算回路の出力と第２の乗算回路の出力とを
加算する加算回路と、加算回路の出力の平方根を求める
平方根回路とを含む。
手段は、差動信号の位相をπ／２シフトする位相回路
と、元の差動信号を２乗する第１の乗算回路と、位相が
π／２シフトされた差動信号を２乗する第２の乗算回路
と、第１の乗算回路の出力と第２の乗算回路の出力とを
加算する加算回路と、加算回路の出力の平方根を求める
平方根回路とを含む。
【００１４】請求項３に係る発明では、請求項１の演算
手段は、左右信号の位相をそれぞれπ／２シフトする位
相回路と、元の左右信号をそれぞれ個別的に２乗する第
１の乗算回路と、位相がπ／２シフトされた左右信号を
それぞれ個別的に２乗する第２の乗算回路と、第１の乗
算回路で２乗された左右信号と第２の乗算回路で２乗さ
れた位相がπ／２シフトされた左右信号とを個別的に加
算する第１の加算回路と、第１の乗算回路で２乗された
左右信号と第２の乗算回路で２乗された左右信号とを加
算する第２の加算回路と、第１の加算回路の出力の平方
根を求める第１の平方根回路と、第２の加算回路の出力
の平方根を求める第２の平方根回路と、第１および第２
の平方根回路の差を求めて１／２する減算回路とを備え
て構成される。
手段は、左右信号の位相をそれぞれπ／２シフトする位
相回路と、元の左右信号をそれぞれ個別的に２乗する第
１の乗算回路と、位相がπ／２シフトされた左右信号を
それぞれ個別的に２乗する第２の乗算回路と、第１の乗
算回路で２乗された左右信号と第２の乗算回路で２乗さ
れた位相がπ／２シフトされた左右信号とを個別的に加
算する第１の加算回路と、第１の乗算回路で２乗された
左右信号と第２の乗算回路で２乗された左右信号とを加
算する第２の加算回路と、第１の加算回路の出力の平方
根を求める第１の平方根回路と、第２の加算回路の出力
の平方根を求める第２の平方根回路と、第１および第２
の平方根回路の差を求めて１／２する減算回路とを備え
て構成される。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の一実施形態にお
ける角速度センサのブロック図である。図１において、
振動子１には左電極１Ｌと右電極１Ｒと全面電極１Ｃと
が設けられていて、左電極１Ｌと右電極１Ｒには抵抗Ｒ
１，Ｒ２を介して電圧Ｖが与えられている。左電極１
Ｌ，右電極１Ｒからは前述の図５に示したＬ信号とＲ信
号とがそれぞれコリオリ力を含んで出力されて加算回路
２と差動増幅回路３とに与えられる。加算回路２はＬ信
号とＲ信号とを加算してＬ＋Ｒ信号を出力する。このよ
うに、加算回路２でＬ信号とＲ信号とを加算することに
より、コリオリ力が消されて安定な帰還信号となる。
ける角速度センサのブロック図である。図１において、
振動子１には左電極１Ｌと右電極１Ｒと全面電極１Ｃと
が設けられていて、左電極１Ｌと右電極１Ｒには抵抗Ｒ
１，Ｒ２を介して電圧Ｖが与えられている。左電極１
Ｌ，右電極１Ｒからは前述の図５に示したＬ信号とＲ信
号とがそれぞれコリオリ力を含んで出力されて加算回路
２と差動増幅回路３とに与えられる。加算回路２はＬ信
号とＲ信号とを加算してＬ＋Ｒ信号を出力する。このよ
うに、加算回路２でＬ信号とＲ信号とを加算することに
より、コリオリ力が消されて安定な帰還信号となる。
【００１６】上述の帰還信号は基準信号としてＡＧＣ回
路４に与えられてレベルが一定な駆動電圧となり、この
駆動電圧が発振回路５に与えられる。発振回路５は加算
回路２の出力の位相を調整するための信号を発振して全
面電極１Ｃに与える。発振回路５は加算回路２の出力と
全面電極１Ｃに与えられる駆動電圧の位相差が所望する
周波数で安定に発振するように調整する。この実施形態
では位相差はほぼ０である。
路４に与えられてレベルが一定な駆動電圧となり、この
駆動電圧が発振回路５に与えられる。発振回路５は加算
回路２の出力の位相を調整するための信号を発振して全
面電極１Ｃに与える。発振回路５は加算回路２の出力と
全面電極１Ｃに与えられる駆動電圧の位相差が所望する
周波数で安定に発振するように調整する。この実施形態
では位相差はほぼ０である。
【００１７】差動増幅回路３は前述の図５に示したＬ−
Ｒ信号を出力してＤＳＰ２０に与える。なお、差動増幅
回路３からＬ−Ｒの差動信号をＤＳＰ２０に与えること
なく、左信号Ｌ／右信号Ｒを個別的にＤＳＰ２０に与え
るようにしてもよい。
Ｒ信号を出力してＤＳＰ２０に与える。なお、差動増幅
回路３からＬ−Ｒの差動信号をＤＳＰ２０に与えること
なく、左信号Ｌ／右信号Ｒを個別的にＤＳＰ２０に与え
るようにしてもよい。
【００１８】図２は図１に示したＤＳＰの具体的な構成
を示すブロック図である。この図２は図１に示した振動
子１から直接Ｌ／Ｒ信号が個別的に与えられるものとす
る。振動子１からのＬ信号とＲ信号は個別的にＡ／Ｄコ
ンバータ１０１，１０２に与えられてデジタル信号に変
換される。ここで、Ｌ／Ｒ信号は角速度入力時にはそれ
ぞれ次式に示すように符号を反対にして出力される。
を示すブロック図である。この図２は図１に示した振動
子１から直接Ｌ／Ｒ信号が個別的に与えられるものとす
る。振動子１からのＬ信号とＲ信号は個別的にＡ／Ｄコ
ンバータ１０１，１０２に与えられてデジタル信号に変
換される。ここで、Ｌ／Ｒ信号は角速度入力時にはそれ
ぞれ次式に示すように符号を反対にして出力される。
【００１９】 Ｌ＝Ａ＊ｓｉｎ（ω＋ｔ１）＋Ｂ＊ｓｉｎ（ω） … （１） Ｒ＝Ａ＊ｓｉｎ（ω＋ｔ２）−Ｂ＊ｓｉｎ（ω） … （２） Ａ：基本波の振幅Ｂ：コリオリ力の信号振幅最初に、入
力Ｌ／Ｒから振幅Ｂを抽出することを考えてみる。今第
（１）式の信号に対してヒルベルトトランスフォーマ２
１１でπ／２位相がずれた信号をＬ′とすると、 Ｌ′＝Ａ＊ｃｏｓ（ω＋ｔ１）＋Ｂ＊ｃｏｓ（ω） … （３） 乗算器２２１と２３１とによってＬおよびＬ′の２乗を
それぞれ求め、加算器２４１によってそれらの２乗総和
を計算すると、第（４）式で表わされる。
力Ｌ／Ｒから振幅Ｂを抽出することを考えてみる。今第
（１）式の信号に対してヒルベルトトランスフォーマ２
１１でπ／２位相がずれた信号をＬ′とすると、 Ｌ′＝Ａ＊ｃｏｓ（ω＋ｔ１）＋Ｂ＊ｃｏｓ（ω） … （３） 乗算器２２１と２３１とによってＬおよびＬ′の２乗を
それぞれ求め、加算器２４１によってそれらの２乗総和
を計算すると、第（４）式で表わされる。
【００２０】 Ｘ＝Ｌ＊Ｌ＋Ｌ′＊Ｌ′ ＝（Ａ＊Ａ＋２Ａ＊Ｂ＊ｃｏｓ（ｔ１）＋Ｂ＊Ｂ） … （４） 同様にして、Ｒ側はヒルベルトトランスフォーマ２１２
によってπ／２位相がずれた信号Ｒ′が出力され、乗算
器２２２と２３２とによってＲおよびＲ′の２乗をそれ
ぞれ求め、加算器２４２によってそれらの２乗総和を求
めると、第（５）式となる。
によってπ／２位相がずれた信号Ｒ′が出力され、乗算
器２２２と２３２とによってＲおよびＲ′の２乗をそれ
ぞれ求め、加算器２４２によってそれらの２乗総和を求
めると、第（５）式となる。
【００２１】 Ｙ＝Ｒ＊Ｒ＋Ｒ′＊Ｒ′ ＝（Ａ＊Ａ−２Ａ＊Ｂ＊ｃｏｓ（ｔ２）＋Ｂ＊Ｂ） … （５） 第（４）式および第（５）式において、ｔ１およびｔ２
が０のときは、第（７）式となる。
が０のときは、第（７）式となる。
【００２２】 Ｘ＝（Ａ＋Ｂ）＊（Ａ＋Ｂ） Ｙ＝（Ａ−Ｂ）＊（Ａ−Ｂ） … （６） 第（６）式より、平方根回路２５１，２５２でＸＹの平
方根をそれぞれ計算すると、 Ｘ′＝√Ｘ＝Ａ＋Ｂ Ｙ′＝√Ｙ＝Ａ−Ｂ さらに、減算器２６と１／２回路によりＢ＝（Ｘ′−
Ｙ′）／２を演算することにより、コリオリ振幅を判別
できる。
方根をそれぞれ計算すると、 Ｘ′＝√Ｘ＝Ａ＋Ｂ Ｙ′＝√Ｙ＝Ａ−Ｂ さらに、減算器２６と１／２回路によりＢ＝（Ｘ′−
Ｙ′）／２を演算することにより、コリオリ振幅を判別
できる。
【００２３】なお、位相ずれがあった場合は、Ｘ＝（Ａ
＋Ｂ）＊（Ａ＋Ｂ）−α，Ｙ＝（Ａ−Ｂ）＊（Ａ−Ｂ）
−βとなり、Ｂに初期差動差のファクタが加算もしくは
減算される。しかし、ポインティングデバイスなどのア
プリケーションに必要なのは角速度入力の時間的変化で
あるので、Ａ，ｔ１、ｔ２が一定であれば、結果的に
Ｘ′，Ｙ′から計算されたＢが真のＢ′よりずれていた
としても相変わらずＢはＢ′に未定な比例定数との積に
比例している。その値を基準として経時変化を追えば特
にＢ′が既知のものである必要はない。
＋Ｂ）＊（Ａ＋Ｂ）−α，Ｙ＝（Ａ−Ｂ）＊（Ａ−Ｂ）
−βとなり、Ｂに初期差動差のファクタが加算もしくは
減算される。しかし、ポインティングデバイスなどのア
プリケーションに必要なのは角速度入力の時間的変化で
あるので、Ａ，ｔ１、ｔ２が一定であれば、結果的に
Ｘ′，Ｙ′から計算されたＢが真のＢ′よりずれていた
としても相変わらずＢはＢ′に未定な比例定数との積に
比例している。その値を基準として経時変化を追えば特
にＢ′が既知のものである必要はない。
【００２４】つまり、Ａ／Ｄコンバータ１０１，１０２
で得られたＬ／Ｒの信号をπ／２位相をずらせるヒルベ
ルトトランスフォーマ２１１，２１２を数学的に構成す
ることおよびその解の２乗総和の平方根の和の１／２で
振幅を特定することができる。
で得られたＬ／Ｒの信号をπ／２位相をずらせるヒルベ
ルトトランスフォーマ２１１，２１２を数学的に構成す
ることおよびその解の２乗総和の平方根の和の１／２で
振幅を特定することができる。
【００２５】図３はこの発明の他の実施形態のブロック
図である。図２に示した実施形態は、Ｌ，Ｒ信号を個別
にＡ／Ｄ変換してコリオリ成分を抽出するようにした
が、図３に示した実施形態は、Ｌ−Ｒの差動信号に基づ
いてコリオリ成分を抽出するものである。
図である。図２に示した実施形態は、Ｌ，Ｒ信号を個別
にＡ／Ｄ変換してコリオリ成分を抽出するようにした
が、図３に示した実施形態は、Ｌ−Ｒの差動信号に基づ
いてコリオリ成分を抽出するものである。
【００２６】図１に示した差動増幅回路３から出力され
たＬ−Ｒ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１０でＡ／Ｄ変換さ
れ、ヒルベルトトランスフォーマ２１によってπ／２ず
れた信号（Ｌ−Ｒ）′が出力され、元の（Ｌ−Ｒ）信号
が乗算器２２で２乗され、π／２ずれた（Ｌ−Ｒ）′信
号が乗算器２３で２乗され、それらが加算器２４で加算
され、平方根回路２５で平方根が求められてコリオリ成
分が抽出される。
たＬ−Ｒ信号は、Ａ／Ｄコンバータ１０でＡ／Ｄ変換さ
れ、ヒルベルトトランスフォーマ２１によってπ／２ず
れた信号（Ｌ−Ｒ）′が出力され、元の（Ｌ−Ｒ）信号
が乗算器２２で２乗され、π／２ずれた（Ｌ−Ｒ）′信
号が乗算器２３で２乗され、それらが加算器２４で加算
され、平方根回路２５で平方根が求められてコリオリ成
分が抽出される。
【００２７】これらの動作を式で示すと、差動信号（Ｌ
−Ｒ）は、第（７）式で表わされる。
−Ｒ）は、第（７）式で表わされる。
【００２８】 （Ｌ−Ｒ）＝ｃ＊ｓｉｎ（ω） … （７） ヒルベルトトランスフォーマ２１はＬ−Ｒ信号をπ／２
位相をずらせることにより、次の第（８）式に示す信号
を出力する。
位相をずらせることにより、次の第（８）式に示す信号
を出力する。
【００２９】 （Ｌ−Ｒ）′＝ｃ＊ｃｏｓ（ω） … （８） 乗算器２２，２３はそれぞれ２乗し、加算器２４が２乗
総和を求めると、次の第（９）式に示す信号が出力され
る。
総和を求めると、次の第（９）式に示す信号が出力され
る。
【００３０】 Ｘ＝（Ｌ−Ｒ）＊（Ｌ−Ｒ）＋（Ｌ−Ｒ）′＊（Ｌ−Ｒ）′＝ｃ＊ｃ…（９） 平方根回路２５は第（９）式の平方根Ｘ′＝√ｃ（＝２
Ｂ）を求め、コリオリ信号の大きさを参照する。
Ｂ）を求め、コリオリ信号の大きさを参照する。
【００３１】上述のごとく、図３で示した実施形態で
は、Ｌ−Ｒ信号に基づいてコリオリ成分を求めることに
より、図２に示した実施形態に比べて構成を簡単にでき
る。
は、Ｌ−Ｒ信号に基づいてコリオリ成分を求めることに
より、図２に示した実施形態に比べて構成を簡単にでき
る。
【００３２】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【００３３】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、振動
ジャイロから出力されるＬ／Ｒ信号もしくは差動信号を
デジタル信号に変換し、そのπ／２位相ずれた信号と元
の信号との２乗総和からコリオリ力に比例する強度信号
を冗長な回路を用いることなく容易に抽出することがで
きる。
ジャイロから出力されるＬ／Ｒ信号もしくは差動信号を
デジタル信号に変換し、そのπ／２位相ずれた信号と元
の信号との２乗総和からコリオリ力に比例する強度信号
を冗長な回路を用いることなく容易に抽出することがで
きる。
【図１】 この発明の一実施形態の概略ブロック図であ
る。
る。
【図２】 図１に示したＤＳＰの具体的なブロック図で
ある。
ある。
【図３】 図１に示したＤＳＰの他の具体例を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図４】 この発明の背景となりかつこの発明が適用さ
れるバイモルフ振動子の外観斜視図である。
れるバイモルフ振動子の外観斜視図である。
【図５】 バイモルフ振動子から出力される振動波形を
示す図である。
示す図である。
【図６】 従来の角速度検出回路のブロック図である。
１ 振動子、２ 加算回路、３ 差動増幅回路、４ Ａ
ＧＣ回路、５ 発振回路、１０,１０１,１０２ Ａ／Ｄ
コンバータ、２０ ＤＳＰ、２１，２１１，２１２ ヒ
ルベルトトランスフォーマ、２２，２３，２２１，２２
２，２３１，２３２ 乗算器、２４，２４１，２４２
加算器、２５，２５１，２５２ 平方根回路、２６ 減
算器、２７ １／２回路。
ＧＣ回路、５ 発振回路、１０,１０１,１０２ Ａ／Ｄ
コンバータ、２０ ＤＳＰ、２１，２１１，２１２ ヒ
ルベルトトランスフォーマ、２２，２３，２２１，２２
２，２３１，２３２ 乗算器、２４，２４１，２４２
加算器、２５，２５１，２５２ 平方根回路、２６ 減
算器、２７ １／２回路。
フロントページの続き (72)発明者 岡野 恵一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 室橋 浩一 東京都新宿区西新宿六丁目24番１号 日本 テキサス・インスツルメンツ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F105 AA01 AA08 CC01 CC06 CD02 CD06 CD11
Claims (3)
- 【請求項１】 振動子をＸ軸方向に励振させ、Ｚ軸回り
に回転したときに、Ｙ軸方向に発生したコリオリ力によ
る振動から角速度を検出する角速度センサであって、 前記振動子から出力される左右信号または差動信号に基
づいて基準信号を発生し、前記振動子を励振させる駆動
手段、 前記振動子から出力されるコリオリ力を含む左右信号ま
たは差動信号を抽出する信号抽出手段、 前記信号抽出手段から出力されたコリオリ力を含む左右
信号または差動信号をデジタル信号に変換する変換手
段、および前記変換手段によってデジタル信号に変換さ
れた左右信号または差動信号からπ／２位相のずれた左
右信号または差動信号を生成し、この左右信号または差
動信号と元の左右信号または差動信号との２乗総和を演
算し、前記コリオリ力に比例する強度信号を演算して出
力する演算手段を備えた、角速度センサ。 - 【請求項２】 前記演算手段は、 前記差動信号の位相をπ／２シフトする位相回路と、 前記元の差動信号を２乗する第１の乗算回路と、 前記位相回路によって位相がπ／２シフトされた差動信
号を２乗する第２の乗算回路と、 前記第１の乗算回路の出力と前記第２の乗算回路の出力
とを加算する加算回路と、 前記加算回路の出力の平方根を求める平方根回路とを備
えた、請求項１に記載の角速度センサ。 - 【請求項３】 前記演算手段は、 前記左右信号の位相をそれぞれπ／２シフトする位相回
路と、 元の左右信号をそれぞれ個別的に２乗する第１の乗算回
路と、 前記位相回路によって位相がπ／２シフトされた左右信
号をそれぞれ個別的に２乗する第２の乗算回路と、 前記第１の乗算回路で２乗された左右信号と前記第２の
乗算回路で２乗された位相がπ／２シフトされた左右信
号とをそれぞれ個別的に加算する第１の加算回路と、 前記第１の乗算回路で２乗された左右信号と前記第２の
乗算回路で２乗された位相がπ／２シフトされた左右信
号とを個別的に加算する第２の加算回路と、 前記第１の加算回路の出力の平方根を求める第１の平方
根回路と、 前記第２の加算回路の出力の平方根を求める第２の平方
根回路と、 前記第１および第２の平方根回路の差を求めて１／２し
て出力する減算回路とを備えた、角速度センサ。
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| KR10-2001-0032486A KR100454045B1 (ko) | 2000-06-15 | 2001-06-11 | 각속도 센서 |
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| EP01114491A EP1164355B1 (en) | 2000-06-15 | 2001-06-15 | Angular velocity sensor |
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- 2000-06-15 JP JP2000179564A patent/JP3664950B2/ja not_active Expired - Lifetime
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2001
- 2001-06-11 KR KR10-2001-0032486A patent/KR100454045B1/ko active IP Right Grant
- 2001-06-14 US US09/882,470 patent/US6584842B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-15 EP EP01114491A patent/EP1164355B1/en not_active Expired - Lifetime
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| US20020073778A1 (en) | 2002-06-20 |
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| KR20010113002A (ko) | 2001-12-24 |
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| US6584842B2 (en) | 2003-07-01 |
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