JP2002228448A

JP2002228448A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JP2002228448A
Application number: JP2001020146A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ebara; 和博江原
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2002-08-14

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で、オフセット調整回路が１
つですみ、安価に、温度ドリフトの小さい振動ジャイロ
を得る。【解決手段】振動ジャイロ１０は、振動子１２と、振
動子１２を励振するための発振回路３０とを含む。振動
子１２の検出用端子を差動回路３２に接続し、差動回路
３２の出力信号を同期検波回路３４で検波する。同期検
波回路３４の出力信号を平滑回路３６で平滑し、さらに
増幅回路３８で増幅する。このとき、オフセット調整回
路４８で平滑回路３６の出力信号を調整する。振動子１
２と信号処理回路の温度ドリフトとオフセット調整回路
４８の温度ドリフトとがキャンセルし合うように、オフ
セット調整回路４８に感温素子５０，５２を用いて調整
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、振動ジャイロに
関し、特に、たとえば回転角速度を検出することによっ
て移動体の挙動検出を行なうシステム、または移動体の
位置を検出し適切な誘導を行なうナビゲーションシステ
ム、または手振れなどの外的振動による回転角速度を検
出し適正な制振を行なう手振れ防止装置などの除振シス
テムなどに応用される振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の振動ジャイロの一例を示
す図解図である。振動ジャイロ１は、振動子２を含む。
振動子２は、たとえば正三角柱状の振動体３を含む。振
動体３の３つの側面には、それぞれ圧電素子４ａ，４
ｂ，４ｃが形成される。これらの圧電素子４ａ，４ｂ，
４ｃは、たとえば磁器からなる圧電層を含み、この圧電
層の両面に電極が形成されたものである。そして、圧電
素子４ａ，４ｂ，４ｃの一方の電極が、振動体３の側面
に接着される。

【０００３】圧電素子４ａ，４ｂと圧電素子４ｃとの間
には、発振回路５が接続される。そして、圧電素子４ｃ
からの出力信号が発振回路５に帰還され、ここで増幅お
よび位相補正されて得られた駆動信号が、圧電素子４
ａ，４ｂに与えられる。この駆動信号によって、振動体
３は、圧電素子４ｃ形成面に直交する向きに屈曲振動す
る。

【０００４】２つの圧電素子４ａ，４ｂは、信号処理回
路に接続される。信号処理回路は、差動回路６、同期検
波回路７、平滑回路８、増幅回路９などで構成される。
そして、圧電素子４ａ，４ｂは、差動回路６の入力端に
接続される。差動回路６の出力端は、同期検波回路７に
接続される。同期検波回路７では、発振回路５の信号に
同期して、差動回路６の出力信号が検波される。同期検
波回路７は平滑回路８に接続され、さらに平滑回路８は
増幅回路９に接続される。

【０００５】この振動ジャイロ１では、発振回路５によ
って、振動体３が圧電素子４ｃ形成面に直交する向きに
屈曲振動する。このとき、圧電素子４ａ，４ｂの出力信
号は同じであるため、差動回路６からは圧電素子４ａ，
４ｂの信号が出力されない。この状態で、振動体３の軸
を中心として回転すると、コリオリ力によって振動体３
の振動方向が変わる。それにより、圧電素子４ａ，４ｂ
間に出力信号の差が生じ、差動回路６から信号が出力さ
れる。差動回路６の出力信号は同期検波回路７で検波さ
れ、さらに平滑回路８で平滑されたのち、増幅回路９で
増幅される。差動回路６の出力信号は、振動体３の振動
方向の変化に対応しているため、増幅回路９の出力信号
を測定すれば、振動子２に加わった回転角速度を検出す
ることができる。

【０００６】このような振動ジャイロ１において、無回
転時に、振動子２は２５℃付近で基準電圧やＶｄｄ／２
など所望の値となる信号を出力するように形成されてい
るが、振動子２や信号処理回路の出力信号には温度ドリ
フトがあり、雰囲気温度によって出力信号が変化する。
このような温度ドリフトを抑える方法として、ヌル電圧
（ドリフト成分）が発生しないような回路構成とするこ
とが考えられる。また、特開平７−９１９５７号公報に
示されているように、発生したヌル電圧に信号処理され
た自身の電圧を加減算し、温度ドリフトをキャンセルす
る方法がある。さらに、特開２０００−１７１２５８号
公報に示されているように、信号処理回路のゲインに温
度特性をもたせ、そのゲイン温度特性を利用して振動ジ
ャイロの温度ドリフト成分をキャンセルし、所望の温度
ドリフトを得る方法がある。

【０００７】特開平７−９１９５７号公報に示された回
路は、図７に示すように、振動子２の２つの圧電素子４
ａ，４ｂから出力された信号が差動増幅回路６に入力さ
れ、差動増幅回路６の出力信号が２つの同期検波回路７
ａ，７ｂに入力される。一方の同期検波回路７ａでは、
図６に示す振動ジャイロと同様にして差動増幅回路６の
出力信号が検波されるが、他方の同期検波回路７ｂで
は、同期検波回路７ａにおける同期信号と９０°位相の
異なる信号に同期して差動増幅回路６の出力信号が検波
される。このようにして、一方の同期検波回路７ａから
はドリフト成分のうちの振幅差分が出力され、他方の同
期検波回路７ｂからはドリフト成分のうちの位相差分が
出力される。そして、これらのドリフト成分の差をとる
ことにより、ヌル電圧をキャンセルしているが、これら
のドリフト成分がほぼ一致するように、温度補償回路が
設けられている。

【０００８】また、特開２０００−１７１２５８号公報
に示されている振動ジャイロは、図６に示すような回路
において、図８に示すように、振動子の温度ドリフトと
逆の温度ドリフト成分が発生するよう、ゲイン温度特性
設定やオフセット調整がなされている。それによって、
図９に示すように、温度の変化にかかわらず、ほぼ一定
のオフセット電圧を有する、つまり温度ドリフトの小さ
い信号が出力される。さらに、第２のオフセット調整回
路を用いることによって、無回転時における出力を簡単
に調整する手法を用いている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示す例のように、振動子のヌル電圧が発生しないような
回路にしようとした場合、ヌル電圧の発生要因は複雑で
あるため、それをキャンセルするための回路構成も非常
に複雑かつ回路規模も大きくなり高価なものとなってし
まう。また、付加する回路が多いと、これらの回路から
も温度ドリフトとなる成分が発生するため、振動ジャイ
ロ全体の温度ドリフト成分を抑圧することは難しい。ま
た、特開２０００−１７１２５８のように、信号処理回
路のゲインに温度特性をもたせた振動ジャイロの場合、
回路構成は比較的簡単であるが、温度ドリフトを小さく
するため、出力を基準となる電圧に対しずらす必要があ
り、再度オフセット調整を行うため、オフセット調整回
路部が２つ必要となる。そのため、調整工程が煩雑にな
り、あまり好ましくない。

【００１０】それゆえに、この発明の主たる目的は、簡
単な回路構成で、オフセット調整回路が１つですみ、安
価に、温度ドリフトの小さい振動ジャイロを提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、コリオリ力
がかかることによって電圧が発生する振動子と、振動子
を振動させるための発振回路と、振動子の出力信号を処
理して回転角速度に対応した信号を出力させる信号処理
回路と、コリオリ力がかかっていないときに発生するヌ
ル電圧をキャンセルするためのオフセット調整回路とを
含む振動ジャイロにおいて、オフセット調整回路による
オフセット調整量が温度によって変化するようにオフセ
ット調整回路に感温素子が用いられたことを特徴とす
る、振動ジャイロである。このような振動ジャイロにお
いて、振動子および信号処理回路に発生する温度ドリフ
ト成分にオフセット調整回路の調整量温度特性成分の信
号を加減算することにより温度ドリフト成分を小さくす
ることができる。

【００１２】オフセット調整回路に感温素子を用いるこ
とにより、出力信号を調整するためのオフセット調整量
を温度変化に対応して変化させることができる。このよ
うなオフセット調整回路で信号処理回路の出力信号を調
整することにより、温度変化にかかわりなく、無回転時
に温度ドリフトが小さく、かつオフセット調整がなされ
た振動ジャイロを得ることができる。

【００１３】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の振動ジャイロ
の一例を示す図解図である。振動ジャイロ１０は、振動
子１２を含む。振動子１２としては、たとえば図２に示
すように、バイモルフタイプのものがある。この振動子
１２は、２つの板状の圧電体１４，１６を積層した振動
体１８を含む。圧電体１４，１６は、図２の矢印に示す
ように、互いに逆向きに分極される。圧電体１４の上に
は、幅方向において２つに分割された電極２０ａ，２０
ｂが形成され、コリオリ力に対応した信号を出力するた
めの検出用端子として用いられる。また、圧電体１６上
の全面には、電極２２が形成され、振動体１８を屈曲振
動させるための励振用端子として用いられる。

【００１５】また、図３に示すように、正三角柱状の振
動体２４を用いた振動子１２を用いてもよい。この振動
体２４は、たとえばエリンバ、鉄−ニッケル合金、石
英、ガラス、水晶、セラミックなど、一般的に機械的な
振動を生じる材料で形成される。

【００１６】振動体２４の３つの側面には、それぞれ圧
電素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃが形成される。これらの
圧電素子２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、たとえば磁器から
なる圧電層を含み、この圧電層の両面に電極が形成され
たものである。そして、圧電素子２６ａ，２６ｂ，２６
ｃの一方の電極が、振動体２４の側面に接着される。２
つの圧電素子２６ａ，２６ｂは、コリオリ力に対応した
信号を出力するための検出用端子として用いられ、他の
圧電素子２６ｃは、振動体２４を屈曲振動させるための
励振用端子として用いられる。

【００１７】振動子１２の検出用端子は、発振回路３０
の入力端に接続される。発振回路３０は、加算回路、増
幅回路および位相回路を含み、振動子１２の２つの検出
用端子からの出力信号が加算され、増幅されたのち、位
相補正されて駆動信号が形成される。この駆動信号が、
振動子１２の励振用端子に与えられ、振動子１２が振動
する。この場合、図２に示す振動子１２では、励振用の
電極２２に直交する向きに振動体１８が屈曲振動し、図
３に示す振動子１２では、電極２６ｃ形成面に直交する
向きに振動体２４が屈曲振動する。

【００１８】さらに、振動子１２の検出用端子は、信号
処理回路に接続される。信号処理回路は差動回路３２、
同期検波回路３４、平滑回路３６、増幅回路３８などを
含み、差動回路３２の入力端に振動子１２の検出用端子
が接続される。さらに、差動回路３２の出力端は、同期
検波回路３４に接続される。同期検波回路３４では、発
振回路３０の信号に同期して、差動回路３２の出力信号
が検波される。さらに、同期検波回路３４は平滑回路３
６に接続され、平滑回路３６は増幅回路３８に接続され
る。

【００１９】増幅回路３８はオペアンプ４０を含み、オ
ペアンプ４０の反転入力端に、抵抗４２を介して平滑回
路３６の出力信号が入力される。また、オペアンプ４０
の非反転入力端には、基準電圧４４が接続される。さら
に、オペアンプ４０の出力端と反転入力端との間には、
抵抗４６が接続される。

【００２０】また、増幅回路３８には、平滑回路３６の
出力信号のオフセット調整を行うためのオフセット調整
回路４８が接続される。オフセット調整回路４８は、感
温素子５０，５２を含み、一方の感温素子５０が電源電
圧Ｖｄｄに接続され、他方の感温素子５２がグランドに
接続される。これらの感温素子５０，５２の間には、２
つの抵抗５４，５６が直列に接続される。そして、これ
らの抵抗５４，５６間が、抵抗５８を介してオペアンプ
４０の反転入力端に接続される。ここで、感温素子５
０，５２としては、たとえばサーミスタやダイオード正
特性感温抵抗など、温度に対して抵抗値や電圧降下が変
化する素子が用いられる。

【００２１】このような振動ジャイロ１０では、発振回
路３０によって振動が励振される。たとえば、図２や図
３に示すような振動子１２では、屈曲振動が励振され
る。このとき、２つの検出用端子からは同じ信号が出力
されるため、差動回路３２からは検出用端子の信号が出
力されない。この状態で、振動子１２に回転角速度が加
わると、コリオリ力によって振動子１２の振動状態が変
わり、２つの検出用端子から出力される信号に差が生
じ、差動回路３２から信号が出力される。差動回路３２
の出力信号は同期検波回路３４で検波され、さらに平滑
回路３６で平滑されたのち、増幅回路３８で増幅され
る。差動回路３２の出力信号は、振動子１２の振動状態
の変化に対応しているため、差動出力を信号処理して得
られる増幅回路３８の出力信号を測定すれば、振動子１
２に加わった回転角速度を検出することができる。

【００２２】このような振動ジャイロ１０では、無回転
時に、２５℃付近で基準電圧やＶｄｄ／２など所望の値
となる信号を出力するように形成されているが、振動子
１２や信号処理回路からの出力信号には温度ドリフトが
あり、図４に示すように、雰囲気温度によって出力信号
が変化する。

【００２３】また、オフセット調整回路４８において
は、感温素子５０，５２および抵抗５４，５６で電源電
圧Ｖｄｄが分圧され、平滑回路３６の出力信号と合成さ
れる。ここで、感温素子５０，５２が用いられているこ
とにより、図５に示すように、オフセット調整回路４８
の出力信号に温度特性をもたせることができる。たとえ
ば、平滑回路３６から出力される信号の温度ドリフトと
オフセット調整回路４８から出力される信号の温度ドリ
フトとがキャンセルされるように、オフセット調整回路
４８の出力信号の温度に対する変化量を調整すれば、図
４の補正後の出力電圧に示すように、増幅回路３８から
得られる出力信号は、温度に関係なく所望の値とするこ
とができる。たとえば、図４に示すように、振動子１２
および信号処理回路の温度ドリフトが正の傾きをもって
いる場合、オフセット調整回路４８の温度ドリフトが負
の傾きをもつようにすることにより、振動ジャイロ１０
全体として温度ドリフトの小さなものとすることができ
る。

【００２４】オフセット調整回路４８の温度特性を調整
するには、必ずしも電源電圧Ｖｄｄ側およびグランド側
の両方に感温素子５０，５２を接続する必要はなく、振
動ジャイロ１０の初期の温度ドリフトの傾斜によって、
どちらか一方を選択して使用すればよい。また、振動ジ
ャイロ１０の温度ドリフトの傾向が複雑な場合、異種の
感温素子を組み合わせたり、電源電圧Ｖｄｄ側とグラン
ド側の両方に感温素子を用いることにより、所望の温度
ドリフトを得ることも可能である。

【００２５】このように、この振動ジャイロ１０では、
簡単な構成のオフセット調整回路４８を用いることで、
出力の温度ドリフトを調整し、温度変化に対する変化量
を小さくすることができる。また、このように、１つの
簡単な構成のオフセット調整回路４８を用いるだけで、
温度ドリフトの小さい振動ジャイロ１０を得ることがで
きるので、安価な振動ジャイロを提供することができ
る。

【００２６】なお、振動子１２としては、図２や図３に
示すような構造以外のものであっても、温度ドリフトが
発生するものであれば、この発明の技術を適用すること
ができる。

【００２７】

【発明の効果】この発明によれば、簡単な構成のオフセ
ット調整回路を１つだけ使用することにより、安価で、
しかも温度ドリフトの小さい振動ジャイロを得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の振動ジャイロの一例を示す図解図で
ある。

【図２】図１に示す振動ジャイロに用いられる振動子の
一例を示す斜視図である。

【図３】図１に示す振動ジャイロに用いられる振動子の
他の例を示す斜視図である。

【図４】図１に示す振動ジャイロの振動子および信号処
理回路の温度ドリフトと、オフセット調整回路によって
補正された後の出力電圧を示すグラフである。

【図５】図１に示す振動ジャイロに用いられるオフセッ
ト調整回路の温度ドリフトの一例を示すグラフである。

【図６】従来の振動ジャイロの一例を示す図解図であ
る。

【図７】従来の振動ジャイロの他の例を示す図解図であ
る。

【図８】図６に示す振動ジャイロにおいて、信号処理回
路のゲインに温度特性をもたせた場合の振動子温度ドリ
フトと信号処理回路温度特性の一例を示すグラフであ
る。

【図９】図８に示す特性を有する振動ジャイロから得ら
れる出力電圧を示すグラフである。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１２振動子３０発振回路３２差動回路３４同期検波回路３６平滑回路３８増幅回路４８オフセット調整回路５０，５２感温素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コリオリ力がかかることによって電圧が
発生する振動子、前記振動子を振動させるための発振回路、前記振動子の出力信号を処理して回転角速度に対応した
信号を出力させる信号処理回路、およびコリオリ力がか
かっていないときに発生するヌル電圧をキャンセルする
ためのオフセット調整回路を含む振動ジャイロにおい
て、前記オフセット調整回路によるオフセット調整量が温度
によって変化するように前記オフセット調整回路に感温
素子が用いられたことを特徴とする、振動ジャイロ。
【請求項２】前記振動子および前記信号処理回路に発
生する温度ドリフト成分に前記オフセット調整回路の信
号を加減算することにより前記温度ドリフト成分を小さ
くした、請求項１に記載の振動ジャイロ。