JP2005055255A - Gyroscope output detection method and gyroscope output detection device - Google Patents

Gyroscope output detection method and gyroscope output detection device Download PDF

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JP2005055255A JP2003285293A JP2003285293A JP2005055255A JP 2005055255 A JP2005055255 A JP 2005055255A JP 2003285293 A JP2003285293 A JP 2003285293A JP 2003285293 A JP2003285293 A JP 2003285293A JP 2005055255 A JP2005055255 A JP 2005055255A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gyroscope output detection method and a gyroscope output detection device which reduce a drift or a noise. <P>SOLUTION: This gyroscope output detection method is a method for detecting an output from a oscilating gyroscope 1 including detection pieces 3a, 3b where a oscilator 2 is formed. In the method, output signals from the detection pieces 3a, 3b are differentially amplified, and a signal at least on the lower band side than a frequency band wherein a signal corresponding to an angular velocity signal including a resonance frequency appears remarkably is removed from the differentially-amplified output signal, and the output signal after removing the signal on the lower band side is synchronously detected, and the angular velocity signal from which a noise generated in the output from the oscilating gyroscope 1 is removed is detected. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ビデオカメラの手振れ検知やカーナビゲーションシステムの方向検知や、自動車などの移動体の姿勢制御等に用いられるジャイロの出力検出に関するもので、特に屈曲振動を利用した柱状の振動ジャイロの出力を測定するためのジャイロ出力検出方法及びその方法を用いるジャイロ出力検出装置に関する。   The present invention relates to detection of a gyroscope used for detecting camera shake of a video camera, direction detection of a car navigation system, attitude control of a moving body such as an automobile, and the like, and in particular, output of a columnar vibration gyro using bending vibration. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gyro output detection method for measuring a gyro and a gyro output detection device using the method.

近年、ビデオカメラの手振れやカーナビゲーションの走行位置を検出するため、或いは移動体の姿勢を制御するために振動ジャイロが広く普及している。従来、このような振動ジャイロとして四角柱状の振動子に圧電素子を貼り付けたものや、三角柱状の振動子に圧電素子を貼り付けたものや、円柱状の振動子に電極を印刷したもの等が実用化している。図12は、従来の四角柱状の振動子を用いた振動ジャイロの一例を示す。図12Aは斜視図、図12Bは断面図である。振動ジャイロ1は、四角柱状の振動子2の第1の側面に、圧電素子3a、3bが並ぶように取り付けられている。図13は、この振動ジャイロ1の出力を検出する従来の回路ブロック、即ち振動ジャイロ検出回路111を示す。振動ジャイロ1の第1の側面と対向する第2の側面が、基準電位Vrefに接続される。発振回路106の出力は、抵抗104aと抵抗104bを通して圧電素子3aと圧電素子3bに夫々接続される。夫々の圧電素子3a、3bからの出力は、加算回路105に入力され、さらに加算回路105の出力は、発振回路106に入力されている。また、圧電素子3aと圧電素子3bの出力は、差動増幅回路107に入力され、同期検波回路108で同期検波され、その信号が直流増幅回路109で増幅される。同期検波回路108には発振回路106からタイミング信号が供給される。   In recent years, a vibration gyro has been widely used for detecting a camera shake of a video camera, a traveling position of a car navigation, or for controlling a posture of a moving body. Conventionally, as such a vibrating gyroscope, a piezoelectric element pasted on a quadrangular prism-shaped vibrator, a piezoelectric element pasted on a triangular prism-shaped vibrator, an electrode printed on a cylindrical vibrator, etc. Is in practical use. FIG. 12 shows an example of a vibration gyro using a conventional quadrangular columnar vibrator. 12A is a perspective view, and FIG. 12B is a cross-sectional view. The vibrating gyroscope 1 is attached to the first side surface of the quadrangular columnar vibrator 2 so that the piezoelectric elements 3a and 3b are arranged. FIG. 13 shows a conventional circuit block for detecting the output of the vibration gyro 1, that is, a vibration gyro detection circuit 111. A second side surface facing the first side surface of the vibrating gyroscope 1 is connected to the reference potential Vref. The output of the oscillation circuit 106 is connected to the piezoelectric element 3a and the piezoelectric element 3b through the resistor 104a and the resistor 104b, respectively. Outputs from the respective piezoelectric elements 3 a and 3 b are input to the adder circuit 105, and an output of the adder circuit 105 is input to the oscillation circuit 106. The outputs of the piezoelectric element 3 a and the piezoelectric element 3 b are input to the differential amplifier circuit 107, synchronously detected by the synchronous detector circuit 108, and the signal is amplified by the DC amplifier circuit 109. A timing signal is supplied from the oscillation circuit 106 to the synchronous detection circuit 108.

振動ジャイロ1と抵抗104a、抵抗104bと加算回路105と発振回路106で形成される自励発振回路によって、振動ジャイロ1が発振し、第1の側面及び第2の側面に直交する方向に屈曲振動する。この状態で、振動ジャイロ1の長軸を中心として回転すると、コリオリ力によって屈曲振動の向きが変わる。これによって、圧電素子3aと圧電素子3bとの間に出力差が生じて、差動増幅回路107から出力が得られる。このとき、振動ジャイロ1を駆動するための信号は、圧電素子3aと圧電素子3bにおいて同相で同じ大きさの信号である。このため、振動ジャイロ1を駆動するための信号は、差動増幅回路107で相殺される。即ち、差動増幅回路107からは、回転角速度の大きさに応じた信号のみが出力される。従って、この出力を同期検波した後、直流増幅した出力を測定することにより、振動ジャイロ1に加わった回転角速度を測定することができる。圧電素子3aと圧電素子3bは駆動片と検出片の共用として用いられる。   The vibration gyro 1 oscillates by a self-excited oscillation circuit formed by the vibration gyro 1, the resistor 104 a, the resistor 104 b, the adder circuit 105, and the oscillation circuit 106, and bends and vibrates in a direction perpendicular to the first side surface and the second side surface. To do. In this state, when the vibratory gyroscope 1 is rotated around the long axis, the direction of the bending vibration is changed by the Coriolis force. As a result, an output difference is generated between the piezoelectric element 3 a and the piezoelectric element 3 b, and an output is obtained from the differential amplifier circuit 107. At this time, the signal for driving the vibrating gyroscope 1 is a signal having the same phase and the same magnitude in the piezoelectric element 3a and the piezoelectric element 3b. For this reason, the signal for driving the vibration gyro 1 is canceled by the differential amplifier circuit 107. That is, only a signal corresponding to the magnitude of the rotational angular velocity is output from the differential amplifier circuit 107. Therefore, the rotational angular velocity applied to the vibrating gyroscope 1 can be measured by measuring the direct current amplified output after synchronous detection of this output. The piezoelectric element 3a and the piezoelectric element 3b are used as a shared drive piece and detection piece.

図14は、従来の三角柱状の振動子を用いた振動ジャイロの他の例を示す。同図Aは斜視図、同図Bは断面図である。振動ジャイロ21は、三角柱状の振動子22の側面に、圧電素子23aと圧電素子23bと圧電素子23cが形成されて成る。
図15は、この振動ジャイロ21の出力を検出する従来の回路ブロック、即ち振動ジャイロ検出回路131を示す。この振動ジャイロ検出回路131では、発振回路126が抵抗124aと抵抗124bを通して圧電素子23aと圧電素子23bに接続されるとともに、圧電素子23cに接続される。さらに、圧電素子23aと圧電素子23bの出力は、差動増幅回路127に入力される。差動増幅回路127の出力は、同期検波回路128で同期検波され、その信号が直流増幅回路129で増幅される。同期検波回路128には、発振回路126からタイミング信号が供給される。
この振動ジャイロ検出回路131においては、振動ジャイロ21と抵抗124a、抵抗124bと発振回路126で形成される自励発振回路によって、振動ジャイロ21は発振し、駆動片として用いられる第3の圧電素子23c形成面に直交する方向に屈曲振動する。この状態で、振動ジャイロ21の長軸を中心として回転すると、コリオリ力によって屈曲振動の向きが変わる。これによって、検出片として用いられる圧電素子23aと圧電素子23bの間に出力差が生じ、差動増幅回路127から出力が得られる。このとき、振動ジャイロ21を駆動するための信号は、圧電素子23aと圧電素子23bにおいて同相で同じ大きさの信号である。このため、振動ジャイロ21を駆動するための信号は、差動増幅回路127で相殺される。すなわち、差動増幅回路127からは、回転角速度の大きさに応じた信号のみが出力される。したがって、この出力を同期検波して、直流増幅した出力を測定することにより、振動ジャイロ21に加わった回転角速度を測定することができる。
FIG. 14 shows another example of a vibration gyro using a conventional triangular prism-shaped vibrator. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view. The vibration gyro 21 is formed by forming a piezoelectric element 23a, a piezoelectric element 23b, and a piezoelectric element 23c on a side surface of a triangular prism-shaped vibrator 22.
FIG. 15 shows a conventional circuit block for detecting the output of the vibration gyro 21, that is, a vibration gyro detection circuit 131. In the vibration gyro detection circuit 131, the oscillation circuit 126 is connected to the piezoelectric element 23a and the piezoelectric element 23b through the resistor 124a and the resistor 124b, and is also connected to the piezoelectric element 23c. Further, the outputs of the piezoelectric element 23 a and the piezoelectric element 23 b are input to the differential amplifier circuit 127. The output of the differential amplifier circuit 127 is synchronously detected by the synchronous detector circuit 128, and the signal is amplified by the DC amplifier circuit 129. A timing signal is supplied from the oscillation circuit 126 to the synchronous detection circuit 128.
In the vibration gyro detection circuit 131, the vibration gyro 21 oscillates by a self-excited oscillation circuit formed by the vibration gyro 21 and the resistor 124 a, the resistor 124 b and the oscillation circuit 126, and is used as a driving piece. Flexurally vibrates in a direction perpendicular to the forming surface. In this state, when the vibration gyro 21 is rotated around the long axis, the direction of the bending vibration is changed by the Coriolis force. As a result, an output difference is generated between the piezoelectric element 23 a and the piezoelectric element 23 b used as the detection piece, and an output is obtained from the differential amplifier circuit 127. At this time, the signal for driving the vibrating gyroscope 21 is a signal having the same phase and the same magnitude in the piezoelectric element 23a and the piezoelectric element 23b. For this reason, the signal for driving the vibration gyro 21 is canceled by the differential amplifier circuit 127. That is, only a signal corresponding to the magnitude of the rotational angular velocity is output from the differential amplifier circuit 127. Therefore, the rotational angular velocity applied to the vibration gyro 21 can be measured by synchronously detecting this output and measuring the direct current amplified output.

図16は、従来の円柱状の振動子を用いた振動ジャイロの更に他の例を示す。同図Aは斜視図、同図Bは断面図である。振動ジャイロ41は、円柱状の振動子22の側面に6つの電極43a、43b、43c、43d、43e、43fが順次形成されている。
図17は、この振動ジャイロ41の出力を検出する従来の回路ブロック、即ち振動ジャイロ検出回路151を示す。電極43a、43b、43cがそれぞれ独立し、電極43d、43e、43fが共通グランドに接続される。発振回路146の出力は、電極43cに接続される。さらに、電極43aと電極43bの出力は、加算回路145に入力される。加算回路145の出力は、発振回路146に入力される。また、電極43aと電極43bの出力は、差動増幅回路147に入力される。差動増幅回路147の出力は、同期検波回路148で同期検波され、その信号が直流増幅回路149で増幅される。同期検波回路148には発振回路146からタイミング信号が供給される。
振動ジャイロ検出回路151においては、振動ジャイロ41と加算回路145と発振回路146で形成される自励発振回路によって、振動ジャイロ41が発振し、駆動片として用いられる電極43cの側面に直交する方向に屈曲振動する。この状態で、振動ジャイロ41の長軸を中心として回転すると、コリオリ力によって屈曲振動の向きが変わる。これによって、検出片として用いられる電極43aと電極43bの間に出力差が生じ、差動増幅回路147から出力が得られる。このとき、振動ジャイロ41を駆動するための信号は、電極43aと電極43bにおいて同相で同じ大きさである。このため、振動ジャイロ41を駆動するための信号は、差動増幅回路147で相殺される。すなわち、差動増幅回路147からは、回転角速度の大きさに応じた信号のみが出力される。したがって、この出力を同期検波して、直流増幅した出力を測定することにより、振動ジャイロ41に加わった回転角速度を測定することができる。
FIG. 16 shows still another example of a vibration gyro using a conventional columnar vibrator. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view. In the vibration gyro 41, six electrodes 43a, 43b, 43c, 43d, 43e, and 43f are sequentially formed on the side surface of the columnar vibrator 22.
FIG. 17 shows a conventional circuit block for detecting the output of the vibration gyro 41, that is, a vibration gyro detection circuit 151. The electrodes 43a, 43b, and 43c are independent of each other, and the electrodes 43d, 43e, and 43f are connected to a common ground. The output of the oscillation circuit 146 is connected to the electrode 43c. Further, the outputs of the electrodes 43 a and 43 b are input to the adder circuit 145. The output of the adder circuit 145 is input to the oscillation circuit 146. The outputs of the electrodes 43a and 43b are input to the differential amplifier circuit 147. The output of the differential amplifier circuit 147 is synchronously detected by the synchronous detector circuit 148, and the signal is amplified by the DC amplifier circuit 149. A timing signal is supplied from the oscillation circuit 146 to the synchronous detection circuit 148.
In the vibration gyro detection circuit 151, the vibration gyro 41 oscillates by a self-excited oscillation circuit formed by the vibration gyro 41, the addition circuit 145, and the oscillation circuit 146, in a direction orthogonal to the side surface of the electrode 43 c used as a drive piece. Bends and vibrates. In this state, when the vibration gyro 41 is rotated around the long axis, the direction of the bending vibration is changed by the Coriolis force. As a result, an output difference is generated between the electrode 43a and the electrode 43b used as the detection piece, and an output is obtained from the differential amplifier circuit 147. At this time, signals for driving the vibrating gyroscope 41 have the same phase and the same magnitude in the electrodes 43a and 43b. For this reason, the signal for driving the vibration gyro 41 is canceled by the differential amplifier circuit 147. That is, only a signal corresponding to the magnitude of the rotational angular velocity is output from the differential amplifier circuit 147. Therefore, the rotational angular velocity applied to the vibration gyro 41 can be measured by synchronously detecting this output and measuring the direct current amplified output.

図18は、従来の振動体に1つの検出片を有した振動ジャイロの他の例を示す。同図Aは斜視図、同図Bは断面図である。振動ジャイロ61は、四角柱状の振動子62の互いに直交する側面に、圧電素子63aと圧電素子63bが形成されて成る。
図19は、この振動ジャイロ61の出力を検出する従来の回路ブロック、即ち振動ジャイロ検出回路171を示す。この振動ジャイロ検出回路171では、振動子62が共通グランドに接続される。発振回路166の出力は、圧電素子63aに接続される。さらに、圧電素子63bからの出力は交流増幅回路167に入力され、交流増幅回路167からの出力は発振回路166に入力される。また、交流増幅回路167からの出力は、同期検波回路168で同期検波され、その信号が直流増幅回路169で増幅される。同期検波回路168には発振回路166からタイミング信号が供給される。
この振動ジャイロ検出回路171においては、振動ジャイロ61と交流増幅回路167と発振回路166で形成される自励発振回路によって、振動ジャイロ61が発振し、駆動片として用いられる圧電素子63aの側面に直交する方向に屈曲振動する。この状態で、振動ジャイロ61の長軸を中心として回転すると、コリオリ力によって屈曲振動の向きが変わる。これによって、検出片として用いられる圧電素子63bの出力が変化する。この変化量が回転角速度の大きさに応じた信号である。したがって、この信号を交流増幅し、同期検波して、直流増幅した出力を測定することにより、振動ジャイロ61に加わった回転角速度を測定することができる。
FIG. 18 shows another example of a vibrating gyroscope having one detection piece in a conventional vibrating body. 1A is a perspective view, and FIG. 1B is a cross-sectional view. The vibration gyro 61 is formed by forming a piezoelectric element 63a and a piezoelectric element 63b on side surfaces orthogonal to each other of a quadrangular columnar vibrator 62.
FIG. 19 shows a conventional circuit block for detecting the output of the vibration gyro 61, that is, a vibration gyro detection circuit 171. In the vibration gyro detection circuit 171, the vibrator 62 is connected to a common ground. The output of the oscillation circuit 166 is connected to the piezoelectric element 63a. Further, the output from the piezoelectric element 63 b is input to the AC amplifier circuit 167, and the output from the AC amplifier circuit 167 is input to the oscillation circuit 166. The output from the AC amplifier circuit 167 is synchronously detected by the synchronous detector circuit 168, and the signal is amplified by the DC amplifier circuit 169. A timing signal is supplied from the oscillation circuit 166 to the synchronous detection circuit 168.
In the vibration gyro detection circuit 171, the vibration gyro 61 oscillates by a self-excited oscillation circuit formed by the vibration gyro 61, the AC amplification circuit 167, and the oscillation circuit 166, and is orthogonal to the side surface of the piezoelectric element 63a used as a drive piece. Bends and vibrates in the direction of In this state, when the vibration gyro 61 is rotated around the long axis, the direction of the bending vibration is changed by the Coriolis force. As a result, the output of the piezoelectric element 63b used as the detection piece changes. This amount of change is a signal corresponding to the magnitude of the rotational angular velocity. Therefore, the rotational angular velocity applied to the vibration gyro 61 can be measured by AC amplification of this signal, synchronous detection, and measurement of the DC amplified output.

その他に、特許文献1〜5に記載の通り、さまざまなタイプの振動ジャイロの検出方法が提案されている。
特許2801013号 特開平11−118492号公報 特開平11−257969号公報 特開平11−83495号公報 特開平11−83496号公報
In addition, as described in Patent Documents 1 to 5, various types of vibration gyro detection methods have been proposed.
Japanese Patent No. 2801013 Japanese Patent Laid-Open No. 11-118492 Japanese Patent Laid-Open No. 11-257969 Japanese Patent Laid-Open No. 11-83495 Japanese Patent Laid-Open No. 11-83396

上述した従来から知られている振動ジャイロの出力を検出する方法では、周囲温度の変化や振動子の揺れなどにより、静止時であるにもかかわらず2つの検出片の出力間において位相差や電位差が生じ、ドリフトやノイズの原因となっていた。また、差動増幅回路や同期検波回路などで発生するドリフトやノイズも直流増幅されるために無視できなかった。   In the above-described conventional method for detecting the output of a vibration gyro, the phase difference or potential difference between the outputs of the two detection pieces due to a change in ambient temperature or the vibration of the vibrator, even when the detector is stationary. Caused drift and noise. In addition, drift and noise generated in a differential amplifier circuit, a synchronous detection circuit, and the like cannot be ignored because they are DC amplified.

図20は、ビデオカメラの手振れ検出で用いられている振動ジャイロの出力を検出した特性図の一例である。縦軸は角速度信号SとノイズNの大きさを表し、横軸は周波数fの大きさを表している。ビデオカメラの手振れ検知に必要な周波数は、10〜100Hz程度であるが、同じ周波数帯域内にもノイズ成分があり、ノイズを除去することによりS/Nを改善することが困難であった。
また、図21は、カーナビゲーションシステムの方向検知に用いられる振動ジャイロの出力を検出した特性図の一例である。縦軸は角速度信号SとノイズNの大きさを表し、横軸は周波数fの大きさを表している。カーナビゲーションシステムの方向検知に必要な周波数は、0〜10Hz程度であるが、同じ周波数帯域内にもノイズ成分があり、ノイズを除去することによりS/Nを改善することが同様に困難であった。
FIG. 20 is an example of a characteristic diagram in which an output of a vibration gyro used for camera shake detection of a video camera is detected. The vertical axis represents the magnitude of the angular velocity signal S and the noise N, and the horizontal axis represents the magnitude of the frequency f. The frequency required for camera shake detection of a video camera is about 10 to 100 Hz, but there are noise components in the same frequency band, and it has been difficult to improve the S / N by removing the noise.
FIG. 21 is an example of a characteristic diagram in which the output of a vibration gyro used for detecting the direction of the car navigation system is detected. The vertical axis represents the magnitude of the angular velocity signal S and the noise N, and the horizontal axis represents the magnitude of the frequency f. The frequency required for the direction detection of the car navigation system is about 0 to 10 Hz, but there is also a noise component in the same frequency band, and it is similarly difficult to improve the S / N by removing the noise. It was.

本発明は、上述の点に鑑み、ドリフトやノイズの低減化を図るジャイロ出力検出方法及びジャイロ出力検出装置を提供するものである。   In view of the above, the present invention provides a gyro output detection method and a gyro output detection device that reduce drift and noise.

本発明に係るジャイロ出力検出方法は、振動体の形成された検出片を含む振動ジャイロの出力を検出する方法であって、検出片の出力信号を差動増幅し、この差動増幅した出力信号から、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より少なくとも低域側の信号を除去し、この低域側の信号を除去した後の出力信号を同期検波し、
振動ジャイロの出力に生じるノイズが除去された角速度信号を検出する。
A gyro output detection method according to the present invention is a method for detecting an output of a vibration gyro including a detection piece on which a vibrating body is formed. The output signal of the detection piece is differentially amplified, and the differentially amplified output signal is detected. From the frequency band at least lower than the frequency band in which the signal corresponding to the angular velocity signal including the resonant frequency appears prominently, synchronously detect the output signal after removing this low-frequency signal,
An angular velocity signal from which noise generated in the output of the vibration gyro is removed is detected.

本発明に係るジャイロ出力検出装置は、振動体の形成された検出片を含む振動ジャイロの出力を検出する方法であって、検出片の出力信号を入力する差動増幅回路と、この差動増幅回路の出力信号から、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より少なくとも低域側の信号を除去する除去回路と、除去回路の出力信号を同期検波する同期検波回路とを有し、振動ジャイロの出力に生じるノイズが除去された角速度信号を検出する。   A gyro output detection device according to the present invention is a method for detecting an output of a vibration gyro including a detection piece on which a vibrating body is formed, a differential amplifier circuit for inputting an output signal of the detection piece, and the differential amplification A removal circuit that removes at least a signal in a lower frequency range than a frequency band in which a signal corresponding to an angular velocity signal including a resonance frequency appears prominently from an output signal of the circuit, and a synchronous detection circuit that synchronously detects the output signal of the removal circuit And detecting an angular velocity signal from which noise generated in the output of the vibration gyro is removed.

本発明に係るジャイロ出力検出方法によれば、振動ジャイロの検出片からの出力信号は、信号Sと必要な周波数帯域のノイズ成分Nとが分離された状態にある。この差動増幅後の出力信号から、フィルタ回路等によって共振周波数を含む角速度信号に応じた信号Sが顕著に現れる周波数帯域より少なくとも低域側の信号(ノイズ成分Nを含む信号)を除去することで、その後の同期検波により、振動ジャイロの出力に生じるノイズ成分を除去した角速度信号が検出される。   According to the gyro output detection method of the present invention, the output signal from the vibration gyro detection piece is in a state where the signal S and the noise component N in the necessary frequency band are separated. From the output signal after differential amplification, a filter circuit or the like removes a signal (a signal including a noise component N) at least on the lower frequency side than the frequency band in which the signal S corresponding to the angular velocity signal including the resonance frequency appears prominently. Thus, the angular velocity signal from which the noise component generated in the output of the vibration gyro is removed is detected by the subsequent synchronous detection.

本発明に係るジャイロ出力検出装置によれば、振動ジャイロの検出片の出力信号を入力する差動増幅回路からは、信号Sと必要な周波数帯域のノイズ成分Nとが分離された出力信号が出力される。この差動増幅回路と同期検波回路との間にフィルタ回路などの除去回路を設けることにより、除去回路によって共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より少なくとも低域側の信号(ノイズ成分を含む信号)を除去することができる。従って、除去回路からの出力信号を同期検波回路で同期検波することにより、振動ジャイロの出力に生じるノイズ成分を除去した角速度信号が検出される。   According to the gyro output detection device of the present invention, an output signal in which the signal S and the noise component N in the necessary frequency band are separated is output from the differential amplifier circuit that receives the output signal of the detection piece of the vibration gyro. Is done. By providing a removal circuit such as a filter circuit between the differential amplifier circuit and the synchronous detection circuit, a signal at least on a lower frequency side than a frequency band in which a signal corresponding to an angular velocity signal including a resonance frequency appears prominently by the removal circuit. (A signal including a noise component) can be removed. Therefore, by detecting the output signal from the removal circuit synchronously with the synchronous detection circuit, the angular velocity signal from which the noise component generated in the output of the vibration gyro is removed is detected.

本発明に係るジャイロ出力検出方法によれば、振動ジャイロの出力に生じるノイズ、ドリフトを除去した角速度信号を検出することができる。従って、例えばビデオカメラの手振れ検出、カーナビゲーションシステムにおける方向検知、或いは自動車などの移動体の姿勢制御等に適用して好適である。
ハイ・パス・フィルタを用いることにより、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より低域側の信号(ノイズ成分を含む信号)を除去することができる。
バンド・パス・フィルタを用いることにより、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より低域側及び高域側の信号(ノイズ成分を含む信号)を除去することができる。
バンド・エリミネーション・フィルタを用いることにより、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より低域側及び高域側の信号(ノイズ成分を含む信号)を除去することができる。
振動体に2つの検出片を形成し、2つの検出片からの出力信号を差動増幅に入力するときは、実用的且つ確実にノイズ成分を除去した角速度信号を検出することができる。
According to the gyro output detection method of the present invention, it is possible to detect an angular velocity signal from which noise and drift generated in the output of the vibration gyro are removed. Therefore, it is suitable for application to, for example, camera shake detection of a video camera, direction detection in a car navigation system, or posture control of a moving body such as an automobile.
By using the high-pass filter, it is possible to remove a signal (a signal including a noise component) on a lower frequency side than a frequency band in which a signal corresponding to the angular velocity signal including the resonance frequency appears prominently.
By using the band pass filter, it is possible to remove signals on the low frequency side and high frequency side (signals including noise components) from the frequency band in which a signal corresponding to the angular velocity signal including the resonance frequency appears prominently.
By using the band elimination filter, it is possible to remove signals on the low frequency side and high frequency side (signals including noise components) from the frequency band in which a signal corresponding to the angular velocity signal including the resonance frequency appears prominently. .
When two detection pieces are formed on the vibrator and the output signals from the two detection pieces are input to the differential amplification, the angular velocity signal from which the noise component has been removed can be detected practically and reliably.

本発明に係るジャイロ出力検出装置によれば、差動増幅回路と同期検波回路との間に除去回路を設けるという簡単な構成により、振動ジャイロの出力に生じるノイズ、ドリフトを除去した角速度信号を検出することができる。従って、例えば、ビデオカメラの手振れ検出、カーナビゲーションシステムにおける方向検知、或いは自動車などの移動体の姿勢制御等に適用して好適である。
除去回路にハイ・パス・フィルタ回路を用いることにより、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より低域側の信号(ノイズ成分を含む信号)を除去することができる。
除去回路にバンド・パス・フィルタ回路を用いることにより、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より低域側及び高域側の信号(ノイズ成分を含む信号)を除去することができる。
除去回路にバンド・エリミネーション・フィルタ回路を用いることにより、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より低域側及び高域側の信号(ノイズ成分を含む信号)を除去することができる。
振動体に2つの検出片を形成し、2つの検出片からの出力信号を差動増幅に入力するときは、実用的且つ確実にノイズ成分を除去した角速度信号を検出できるジャイロ出力検出装置を構成することができる。
The gyro output detection device according to the present invention detects an angular velocity signal from which noise and drift generated in the output of the vibration gyro are removed by a simple configuration in which a removal circuit is provided between the differential amplifier circuit and the synchronous detection circuit. can do. Therefore, it is suitable for application to, for example, camera shake detection of a video camera, direction detection in a car navigation system, or posture control of a moving body such as an automobile.
By using a high-pass filter circuit for the removal circuit, it is possible to remove a signal (a signal including a noise component) on the lower frequency side than a frequency band in which a signal corresponding to an angular velocity signal including a resonance frequency appears prominently.
By using a band-pass filter circuit for the removal circuit, signals on the lower and higher frequencies (signals containing noise components) than the frequency band in which signals corresponding to angular velocity signals including the resonance frequency appear prominently are removed. be able to.
By using a band elimination filter circuit in the removal circuit, signals on the low and high frequencies (signals containing noise components) are removed from the frequency band in which signals corresponding to angular velocity signals including the resonance frequency appear prominently. can do.
When two detection pieces are formed on the vibrating body and the output signals from the two detection pieces are input to differential amplification, a gyro output detection device that can detect angular velocity signals from which noise components have been removed practically and reliably is constructed. can do.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係るジャイロ出力検出方法及びそのジャイロ出力検出装置の一実施の形態を示す。本実施の形態に係るジャイロ出力検出装置11は、振動ジャイロ1として前述の図11に示すと同様の構成の振動ジャイロ1を用いる。即ち、振動ジャイロ1は、四角柱状の振動子2の第1の側面に圧電素子3a,3bが並ぶように取り付けられて成る。この振動子2の材料としては、エリンバ、鉄―ニッケル、石英、ガラス、水晶、セラミックなど、一般に機械的な振動を生じる材料で形成される。振動子2においては、圧電素子3a、3bが形成された第1の側面と対向する第2の側面が基準電位Vrefに接続される。振動ジャイロ1の圧電素子3a、3bは夫々加算回路5に接続され、加算回路5は発振回路6に接続される。発振回路6の出力側は抵抗4a及び4bを介して夫々圧電素子3a及び3bに接続される。一方、圧電素子3a、3bは夫々差動増幅回路7に接続され、差動増幅回路7の出力側に順次除去回路となるフィルタ回路10、同期検波回路8及び直流増幅回路9が順次接続され、直流増幅回路9より出力端子t1が導出される。同期検波回路8は、発振回路6からタイミング信号が供給されるように発振回路6に接続される。除去回路となるフィルタ回路10は、後述で明らかとなるが、差動増幅回路7の出力信号から、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より少なくとも低域側の信号を除去する回路である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an embodiment of a gyro output detection method and a gyro output detection device according to the present invention. The gyro output detection device 11 according to the present embodiment uses the vibration gyro 1 having the same configuration as that shown in FIG. In other words, the vibrating gyroscope 1 is configured such that the piezoelectric elements 3a and 3b are arranged side by side on the first side surface of the quadrangular columnar vibrator 2. The material of the vibrator 2 is generally formed of a material that causes mechanical vibration, such as Elinba, iron-nickel, quartz, glass, quartz, and ceramic. In the vibrator 2, the second side surface facing the first side surface on which the piezoelectric elements 3 a and 3 b are formed is connected to the reference potential Vref. The piezoelectric elements 3 a and 3 b of the vibration gyro 1 are each connected to an adding circuit 5, and the adding circuit 5 is connected to an oscillation circuit 6. The output side of the oscillation circuit 6 is connected to the piezoelectric elements 3a and 3b via the resistors 4a and 4b, respectively. On the other hand, the piezoelectric elements 3a and 3b are respectively connected to a differential amplifier circuit 7, and a filter circuit 10, a synchronous detection circuit 8 and a DC amplifier circuit 9 which are sequentially removed circuits are sequentially connected to the output side of the differential amplifier circuit 7, An output terminal t1 is derived from the DC amplifier circuit 9. The synchronous detection circuit 8 is connected to the oscillation circuit 6 so that a timing signal is supplied from the oscillation circuit 6. The filter circuit 10 serving as a removal circuit, which will be described later, is a signal at least on the lower side of the frequency band in which a signal corresponding to the angular velocity signal including the resonance frequency appears prominently from the output signal of the differential amplifier circuit 7. A circuit to be removed.

このジャイロ出力検出装置11では、発振回路6の出力Vgoが抵抗4aと抵抗4bを通じて圧電素子3aと圧電素子3bに入力され、圧電素子3a及び3bの出力Vgr及びVglが加算回路5に入力され、加算回路5の出力VSaが発振回路6に入力される。一方、圧電素子3aの出力Vgrと圧電素子3bの出力Vglが差動増幅回路7に入力され、差動増幅回路7の出力Vdaがフィルタ回路10に入力される。フィルタ回路10の出力Vfoは同期検波回路8で同期検波されるが、そのタイミングは発振回路6で作られたクロック信号Vckを用いて行われる。同期検波の出力Vsdは直流増幅回路9で増幅されて、出力端子t1から出力される。   In this gyro output detection device 11, the output Vgo of the oscillation circuit 6 is input to the piezoelectric elements 3a and 3b through the resistors 4a and 4b, and the outputs Vgr and Vgl of the piezoelectric elements 3a and 3b are input to the adder circuit 5, The output VSa of the addition circuit 5 is input to the oscillation circuit 6. On the other hand, the output Vgr of the piezoelectric element 3 a and the output Vgl of the piezoelectric element 3 b are input to the differential amplifier circuit 7, and the output Vda of the differential amplifier circuit 7 is input to the filter circuit 10. The output Vfo of the filter circuit 10 is synchronously detected by the synchronous detection circuit 8, and the timing is performed using the clock signal Vck generated by the oscillation circuit 6. The synchronous detection output Vsd is amplified by the DC amplifier circuit 9 and output from the output terminal t1.

次に、本実施の形態のジャイロ出力検出装置11によるジャイロ出力の検出方法を詳述する。図2は、図1のジャイロ出力検出装置11の各部における電圧波形のタイムチャートを示す。図2は、振動ジャイロ1(図12参照)の長軸を中心とした回転がない場合を静止時として表し、振動の長軸を中心とした回転が加わった場合を回転角速度が加わったときとして表している。   Next, a method for detecting the gyro output by the gyro output detection device 11 of the present embodiment will be described in detail. FIG. 2 shows a time chart of voltage waveforms in each part of the gyro output detection device 11 of FIG. FIG. 2 shows the case where the vibration gyro 1 (see FIG. 12) does not rotate around the long axis as stationary, and the case where rotation around the vibration long axis is applied as the rotational angular velocity is applied. Represents.

ジャイロ出力検出装置11においては、振動ジャイロ1と抵抗4a、4bと加算回路5と発振回路6で形成される自励発振回路によって、振動ジャイロ1が発振して第1の側面及び第2の側面に直交する方向に屈曲振動する。
振動ジャイロ1が、屈曲振動状態のとき、振動ジャイロ1の長軸を中心に回転すると、コリオリ力によって屈曲振動の向きが変わる。この屈曲振動の向きが変わることによって、圧電素子3aと圧電素子3bの間に出力差Vgl−Vgr(図2B2,C2参照)が生じることで、差動増幅回路7から出力Vda(図2E2参照)が得られる。このとき、振動ジャイロ1を駆動するための信号は、静止時の圧電素子3aと圧電素子3bの出力Vgl、Vgrであり、圧電素子3aと圧電素子3bにおいて同相で同じ大きさの信号である。このため、振動ジャイロ1を駆動するための信号Vgl、Vgrは、差動増幅回路7で相殺される。次に、コリオリ力に応じた信号は、圧電素子3aと圧電素子3bにおいて逆相で同じ大きさの信号VclおよびVcrである。したがって、差動増幅回路7の出力VdaはVcl−Vcrに比例した信号となる。即ち、振動ジャイロ1に回転角速度が加わった場合、圧電素子3aからは振動ジャイロを駆動する静止時の信号Vgl(破線)とコリオリ力に応じた信号Vcl(一点鎖線)を含む信号Vgl(実線)が出力され、圧電素子3bからは振動ジャイロを駆動する静止時の信号Vgr(破線)とコリオリ力に応じた信号Vcr(一点鎖線)を含む信号Vgr(実線)が出力される(図2B2、図2C2参照)。従って、差動増幅回路7で両信号Vgl(破線)とVgr(破線)とが相殺されて信号Vcl−Vcrに比例した信号Vda(図2E2参照)が差動増幅回路7から出力される。
In the gyro output detection device 11, the vibration gyro 1 oscillates by the self-excited oscillation circuit formed by the vibration gyro 1, the resistors 4 a and 4 b, the adder circuit 5, and the oscillation circuit 6. Bends and vibrates in a direction perpendicular to.
When the vibrating gyroscope 1 is in a bending vibration state, when the vibrating gyroscope 1 is rotated around the major axis, the direction of the bending vibration is changed by the Coriolis force. By changing the direction of the bending vibration, an output difference Vgl−Vgr (see FIGS. 2B2 and C2) is generated between the piezoelectric element 3a and the piezoelectric element 3b, so that the output Vda (see FIG. 2E2) from the differential amplifier circuit 7. Is obtained. At this time, the signals for driving the vibrating gyroscope 1 are the outputs Vgl and Vgr of the piezoelectric element 3a and the piezoelectric element 3b at rest, and are signals having the same phase and the same magnitude in the piezoelectric element 3a and the piezoelectric element 3b. For this reason, the signals Vgl and Vgr for driving the vibration gyro 1 are canceled by the differential amplifier circuit 7. Next, signals corresponding to the Coriolis force are signals Vcl and Vcr having the same magnitude in opposite phases in the piezoelectric element 3a and the piezoelectric element 3b. Therefore, the output Vda of the differential amplifier circuit 7 is a signal proportional to Vcl−Vcr. That is, when a rotational angular velocity is applied to the vibration gyro 1, the piezoelectric element 3a outputs a signal Vgl (solid line) including a stationary signal Vgl (dashed line) for driving the vibration gyro and a signal Vcl (one-dot chain line) corresponding to the Coriolis force. And a signal Vgr (solid line) including a stationary signal Vgr (dashed line) for driving the vibrating gyroscope and a signal Vcr (dashed line) corresponding to the Coriolis force are output from the piezoelectric element 3b (FIG. 2B2, FIG. 2). 2C2). Accordingly, both signals Vgl (broken line) and Vgr (broken line) are canceled by the differential amplifier circuit 7 and a signal Vda (see FIG. 2E2) proportional to the signal Vcl−Vcr is output from the differential amplifier circuit 7.

この差動増幅回路7の出力Vdaに含まれる低域ノイズ成分のみをフィルタ回路10で取り除くことでS/Nが大幅に改善された信号Vfo(図2F2参照)を得る。次に、このフィルタ回路10の出力Vfoを同期検波することで直流信号VSd(図2H2参照)に変換している。同期検波回路8は、フィルタ回路10の出力Vfoをクロック信号Vckのタイミングで全波整流することで信号Vfrに変換した後で積分し、直流信号Vsdを得る。この信号Vsdを直流増幅回路9で所定の大きさまで直流増幅することで、回転により生じる角速度信号のみを検出することができる。   By removing only the low-frequency noise component included in the output Vda of the differential amplifier circuit 7 by the filter circuit 10, a signal Vfo (see FIG. 2F2) having a significantly improved S / N is obtained. Next, the output Vfo of the filter circuit 10 is converted into a DC signal VSd (see FIG. 2H2) by synchronous detection. The synchronous detection circuit 8 converts the output Vfo of the filter circuit 10 into a signal Vfr by full-wave rectification at the timing of the clock signal Vck, and then integrates it to obtain a DC signal Vsd. Only the angular velocity signal generated by the rotation can be detected by DC-amplifying the signal Vsd to a predetermined magnitude by the DC amplifier circuit 9.

また、加算回路5の出力Vsaは、コリオリ力に応じた信号VclとVcrが相殺されるため、静止時の圧電素子3aと圧電素子3bからの出力VglとVgrの和となる。この加算回路5と振動ジャイロ1と抵抗4a、抵抗4bと発振回路6による正帰還ループで発振回路を形成し、振動ジャイロ1の共振周波数にて自励発振する。夫々の圧電素子3a、3bは、駆動片と検出片を共用として用いている。   The output Vsa of the adder circuit 5 is the sum of the outputs Vgl and Vgr from the piezoelectric element 3a and the piezoelectric element 3b at rest because the signals Vcl and Vcr corresponding to the Coriolis force are canceled. An oscillation circuit is formed by a positive feedback loop including the adding circuit 5, the vibration gyro 1, the resistor 4 a, the resistor 4 b, and the oscillation circuit 6, and self-oscillates at the resonance frequency of the vibration gyro 1. Each piezoelectric element 3a, 3b uses a drive piece and a detection piece in common.

次に、回転により生じる角速度信号と低域ノイズの関係をさらに詳細に説明する。
上述のフィルタ回路10がない従来例の場合は、前述したように周囲温度の変化や振動子の揺れ等が原因で発生するドリフトやノイズ、また差動増幅回路や同期検波回路などで発生するドリフトやノイズが無視できない。そして、前述の図20のビデオカメラの手振れ検知で用いられる振動ジャイロの出力、あるいは図21のカーナビゲーションシステムにおける方向検知に用いられる振動ジャイロの出力で示すように、従来は検知に必要な周波数帯域内に角速度信号Sとレベルの大きいノイズ成分Nがあり、S/N比を改善することが困難であった。
Next, the relationship between the angular velocity signal generated by the rotation and the low frequency noise will be described in more detail.
In the case of the conventional example without the filter circuit 10 described above, as described above, drift and noise caused by changes in ambient temperature, vibration of the vibrator, and the like, and drift caused by a differential amplifier circuit and a synchronous detection circuit, etc. And noise cannot be ignored. Then, as shown by the output of the vibration gyro used for the camera shake detection of the video camera of FIG. 20 or the output of the vibration gyro used for the direction detection in the car navigation system of FIG. There are an angular velocity signal S and a noise component N having a large level, and it is difficult to improve the S / N ratio.

これに対し、上述した差動増幅回路7の出力に注目すると、コリオリ力に応じた信号VclおよびVcrは自励発振周波数で変調されていることから差動増幅回路7の出力Vdaも同様に変調されている。これを利用することで角速度信号Sを検出するのに必要な周波数帯域のノイズのみを取り除くことができる。   On the other hand, paying attention to the output of the differential amplifier circuit 7 described above, since the signals Vcl and Vcr corresponding to the Coriolis force are modulated at the self-excited oscillation frequency, the output Vda of the differential amplifier circuit 7 is similarly modulated. Has been. By utilizing this, it is possible to remove only noise in the frequency band necessary for detecting the angular velocity signal S.

図3は、上述した差動増幅回路7の出力Vdaでの特性図の一例である。縦軸はコリオリ力に応じた信号SとノイズNの大きさを表し、横軸は周波数fの大きさを表している。信号Sは周波数foで変調されており、この周波数foは自励発振周波数で通常10k〜100kHz程度に設定されている。また、手振れ検知の周波数帯域は10〜100Hz程度であり、方向検知の周波数帯域は0〜10Hz程度であることから、信号Sと必要な周波数帯域のノイズ成分は分離されていると言える。   FIG. 3 is an example of a characteristic diagram at the output Vda of the differential amplifier circuit 7 described above. The vertical axis represents the magnitude of the signal S and noise N corresponding to the Coriolis force, and the horizontal axis represents the magnitude of the frequency f. The signal S is modulated with a frequency fo, and this frequency fo is a self-excited oscillation frequency and is usually set to about 10 k to 100 kHz. In addition, since the frequency band of camera shake detection is about 10 to 100 Hz and the frequency band of direction detection is about 0 to 10 Hz, it can be said that the signal S and the noise component of the necessary frequency band are separated.

図4は、図1のフィルタ回路10にハイ・パス・フィルタを用いたときの、フィルタ回路出力Vfoを表した特性図の一例である。縦軸はコリオリ力に応じた信号SとノイズNの大きさを表し、横軸は周波数fの大きさを表している。例えばフィルタ回路10のカット・オフ周波数fcを1kHzに選んだ場合の特性で、コリオリ力に応じた信号Sを減少させずに、手振れ検知や方向検知に必要な周波数帯域のノイズ成分のみを低減することができる。   FIG. 4 is an example of a characteristic diagram showing the filter circuit output Vfo when a high-pass filter is used in the filter circuit 10 of FIG. The vertical axis represents the magnitude of the signal S and noise N corresponding to the Coriolis force, and the horizontal axis represents the magnitude of the frequency f. For example, it is a characteristic when the cut-off frequency fc of the filter circuit 10 is selected as 1 kHz, and only the noise component in the frequency band necessary for camera shake detection and direction detection is reduced without reducing the signal S corresponding to the Coriolis force. be able to.

同様に、図1のフィルタ回路10にバンド・パス・フィルタを用いることで、コリオリ力に応じた信号Sを減少させずに、手振れ検知や方向検知に必要な周波数帯域のノイズ成分のみを低減することができる。
このようなフィルタ回路10の出力Vfoを同期検波回路8で直流信号VSdに復調することで、必要な周波数帯域のドリフトやノイズの低減化を図るのである。
Similarly, by using a band-pass filter in the filter circuit 10 of FIG. 1, only the noise component in the frequency band necessary for camera shake detection and direction detection is reduced without reducing the signal S corresponding to the Coriolis force. be able to.
By demodulating the output Vfo of the filter circuit 10 into the DC signal VSd by the synchronous detection circuit 8, the required frequency band drift and noise can be reduced.

図5は、本発明に係るジャイロ出力検出装置のフィルタ回路10でノイズの低減化を図った振動ジャイロの出力特性を表した特性図の一例であり、特にビデオカメラの手振れ検知で用いる。縦軸は角速度信号SとノイズNの大きさを表し、横軸は周波数fの大きさを表す。この手振れ検知に必要な周波数は、10〜100Hz程度であるが、同じ周波数帯域内のノイズ成分が低減化されるので、S/Nが大幅に改善される。   FIG. 5 is an example of a characteristic diagram showing an output characteristic of a vibration gyro in which noise is reduced by the filter circuit 10 of the gyro output detection device according to the present invention, and is particularly used for camera shake detection of a video camera. The vertical axis represents the magnitude of the angular velocity signal S and the noise N, and the horizontal axis represents the magnitude of the frequency f. The frequency required for the hand shake detection is about 10 to 100 Hz, but the noise component in the same frequency band is reduced, so that the S / N is greatly improved.

図6は、本発明に係るジャイロ出力検出装置のフィルタ回路でノイズの低減化を図った振動ジャイロの出力特性を表した特性図の一例であり、特にカーナビゲーションシステムにおける方向検知に用いる。縦軸は角速度信号SとノイズNの大きさを表し、横軸は周波数fの大きさを表す。方向検知に必要な周波数は、0〜10Hz程度であるが、同じ周波数帯域内のノイズ成分が低減化されるので、S/Nが大幅に改善される。   FIG. 6 is an example of a characteristic diagram showing an output characteristic of a vibration gyro in which noise is reduced by the filter circuit of the gyro output detection device according to the present invention, and is used particularly for direction detection in a car navigation system. The vertical axis represents the magnitude of the angular velocity signal S and the noise N, and the horizontal axis represents the magnitude of the frequency f. The frequency necessary for direction detection is about 0 to 10 Hz, but the noise component in the same frequency band is reduced, so that the S / N is greatly improved.

図7は、本発明に係るジャイロ出力検出装置のフィルタ回路10にバンド・パス・フィルタを用いたときのフィルタ回路出力Vfoを表した特性図の一例である。縦軸はコリオリ力に応じた信号SとノイズNの大きさを表し、横軸は周波数fの大きさを表す。例えばフィルタのカット・オフ周波数fcを自励発振周波数foと同じ周波数に選んだ場合の特性で、コリオリ力に応じた信号Sは減少させずに、手振れ検知や方向検知に必要な周波数帯域のノイズ成分のみを低減することができる。   FIG. 7 is an example of a characteristic diagram showing the filter circuit output Vfo when a band-pass filter is used for the filter circuit 10 of the gyro output detection device according to the present invention. The vertical axis represents the magnitude of the signal S and the noise N corresponding to the Coriolis force, and the horizontal axis represents the magnitude of the frequency f. For example, it is a characteristic when the cut-off frequency fc of the filter is selected to be the same frequency as the self-excited oscillation frequency fo, and the signal S corresponding to the Coriolis force is not reduced, but the noise in the frequency band necessary for camera shake detection and direction detection Only the components can be reduced.

図8は、本発明に係るジャイロ出力検出装置のフィルタ回路10にバンド・エリミネーション・フィルタを用いたときのフィルタ回路出力Vfoを表した特性図の一例である。縦軸はコリオリ力に応じた信号SとノイズNの大きさを表し、横軸は周波数fの大きさを表す。例えばフィルタのカット・オフ周波数fcを30Hzに選んだ場合の特性で、コリオリ力に応じた信号Sは減少させずに、手振れ検知や方向検知に必要な周波数帯域のノイズ成分のみを低減することができる。   FIG. 8 is an example of a characteristic diagram showing the filter circuit output Vfo when a band elimination filter is used for the filter circuit 10 of the gyro output detection device according to the present invention. The vertical axis represents the magnitude of the signal S and noise N corresponding to the Coriolis force, and the horizontal axis represents the magnitude of the frequency f. For example, it is a characteristic when the cut-off frequency fc of the filter is selected to be 30 Hz, and only the noise component in the frequency band necessary for camera shake detection and direction detection can be reduced without reducing the signal S corresponding to the Coriolis force. it can.

さらに、差動増幅回路7のゲインを大きくし、直流増幅回路9のゲインを小さく設定することで、差動増幅回路7で発生するドリフトやノイズはフィルタ回路10で低減し、同期検波回路8で発生するドリフトやノイズは直流増幅回路9で大きく増幅されないために低く押さえることが出来る。   Furthermore, by increasing the gain of the differential amplifier circuit 7 and setting the gain of the DC amplifier circuit 9 small, drift and noise generated in the differential amplifier circuit 7 are reduced by the filter circuit 10. The generated drift and noise are not greatly amplified by the DC amplifying circuit 9 and can be kept low.

図9は、本発明に係るジャイロ出力検出方法及びそのジャイロ出力検出装置の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るジャイロ出力検出装置21は、前述の図15に示すと同様の構成、即ち三角柱状の振動子22の各側面に圧電素子23[23a、23b、23c]を形成しそのうちの2つの圧電素子23a、23bを検出片とした振動ジャイロ21と、発振回路26と、抵抗24a、24bと、差動増幅回路27と、同期検波回路28と、直流増幅回路29とを備え、さらに、差動増幅回路27と同期検波回路28との間に上述の本発明におけるフィルタ回路10と同様のフィルタ回路30を接続して構成される。フィルタ回路30を除く他の各振動ジャイロ21、抵抗24a、24b、発振回路26、差動増幅回路27、同期検波回路28及び直流増幅回路29の相互の接続関係は、前述の図15と同様であるので重複説明を省略する。
本実施の形態に係るジャイロ出力検出方法及びジャイロ出力検出装置31によれば、差動増幅回路27と同期検波回路28との間にフィルタ回路30を追加することにより、上述の実施の形態と同様に角速度信号を損なわず、ドリフトやノイズの低減化を図ることが出来る。
FIG. 9 shows another embodiment of the gyro output detection method and the gyro output detection device according to the present invention. The gyro output detection device 21 according to the present embodiment has the same configuration as that shown in FIG. 15 described above, that is, the piezoelectric elements 23 [23a, 23b, 23c] are formed on each side surface of the triangular prism-shaped vibrator 22, A vibration gyro 21 using two piezoelectric elements 23a and 23b as detection pieces, an oscillation circuit 26, resistors 24a and 24b, a differential amplifier circuit 27, a synchronous detection circuit 28, and a DC amplifier circuit 29 are further provided. A filter circuit 30 similar to the filter circuit 10 in the present invention is connected between the differential amplifier circuit 27 and the synchronous detection circuit 28. The mutual connection relationship of each vibration gyro 21, except for the filter circuit 30, resistors 24a and 24b, oscillation circuit 26, differential amplifier circuit 27, synchronous detection circuit 28, and DC amplifier circuit 29 is the same as in FIG. Because of this, duplicate explanation is omitted.
According to the gyro output detection method and the gyro output detection device 31 according to the present embodiment, by adding the filter circuit 30 between the differential amplifier circuit 27 and the synchronous detection circuit 28, the same as in the above-described embodiment. In addition, drift and noise can be reduced without impairing the angular velocity signal.

図10は、本発明に係るジャイロ出力検出方法及びそのジャイロ出力検出装置の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るジャイロ出力検出装置51は、前述の図16に示すと同様の構成、即ち円柱状の振動子42の各側面に電極43[43a、43b、43c、43d、43e、43f]を形成しそのうちの2つの圧電素子43a、43bを検出片とした振動ジャイロ41と、加算回路45と、発振回路46と、差動増幅回路47と、同期検波回路48と、直流増幅回路49とを備え、さらに、差動増幅回路47と同期検波回路48との間に上述の本発明におけるフィルタ回路10と同様のフィルタ回路50を接続して構成される。フィルタ回路50を除く他の各振動ジャイロ41、加算回路49、発振回路46、差動増幅回路47、同期検波回路48及び直流増幅回路49の相互の接続関係は、前述の図17と同様であるので重複説明を省略する。
本実施の形態に係るジャイロ出力検出方法及びジャイロ出力検出装置51によれば、差動増幅回路47と同期検波回路48との間にフィルタ回路50を追加することにより、上述の実施の形態と同様に角速度信号を損なわず、ドリフトやノイズの低減化を図ることが出来る。
FIG. 10 shows another embodiment of the gyro output detection method and the gyro output detection device according to the present invention. The gyro output detection device 51 according to the present embodiment has the same configuration as that shown in FIG. 16 described above, that is, electrodes 43 [43a, 43b, 43c, 43d, 43e, 43f] on each side surface of the columnar vibrator 42. And the piezoelectric element 43a, 43b of which is a detection piece, a vibration gyro 41, an addition circuit 45, an oscillation circuit 46, a differential amplification circuit 47, a synchronous detection circuit 48, and a DC amplification circuit 49, And a filter circuit 50 similar to the filter circuit 10 in the present invention described above is connected between the differential amplifier circuit 47 and the synchronous detection circuit 48. The mutual connection relationship of each vibration gyro 41 except the filter circuit 50, the addition circuit 49, the oscillation circuit 46, the differential amplifier circuit 47, the synchronous detection circuit 48, and the DC amplifier circuit 49 is the same as that of FIG. Therefore, duplicate explanation is omitted.
According to the gyro output detection method and the gyro output detection apparatus 51 according to the present embodiment, by adding the filter circuit 50 between the differential amplifier circuit 47 and the synchronous detection circuit 48, the same as in the above-described embodiment. In addition, drift and noise can be reduced without impairing the angular velocity signal.

図11は、本発明に係るジャイロ出力検出方法及びそのジャイロ出力検出装置の他の実施の形態を示す。本実施の形態に係るジャイロ出力検出装置は、前述の図19に示すと同様の構成、即ち四角柱状の振動子62の互いに直交する側面に、圧電素子63aと圧電素子63bを形成し、そのうち圧電素子63bを検出片とした振動ジャイロ61と、発振回路66と、交流増幅回路67と、同期検波回路68と、直流増幅回路69とを備え、さらに、交流増幅回路67と同期検波回路68との間に上述の本発明におけるフィルタ回路10と同様のフィルタ回路70を接続して構成される。フィルタ回路70を除く他の各振動ジャイロ61、発振回路66、交流増幅回路67、同期検波回路68及び直流増幅回路69の相互の接続関係は、前述の図19と同様であるので重複説明を省略する。
本実施の形態に係るジャイロ出力検出方法及びジャイロ出力検出装置71によれば、交流増幅回路67と同期検波回路68との間にフィルタ回路70を追加することにより、上述の実施の形態と同様に角速度信号を損なわず、ドリフトやノイズの低減化を図ることが出来る。
FIG. 11 shows another embodiment of the gyro output detection method and the gyro output detection device according to the present invention. The gyro output detection device according to the present embodiment has the same configuration as that shown in FIG. 19 described above, that is, the piezoelectric element 63a and the piezoelectric element 63b are formed on the side surfaces of the quadrangular prism-shaped vibrator 62 that are orthogonal to each other. A vibration gyro 61 using the element 63b as a detection piece, an oscillation circuit 66, an AC amplification circuit 67, a synchronous detection circuit 68, and a DC amplification circuit 69 are provided. Further, the AC amplification circuit 67 and the synchronous detection circuit 68 are A filter circuit 70 similar to the filter circuit 10 in the present invention described above is connected in between. The mutual connection relationships of the vibration gyro 61, the oscillation circuit 66, the AC amplifier circuit 67, the synchronous detection circuit 68, and the DC amplifier circuit 69 other than the filter circuit 70 are the same as those in FIG. To do.
According to the gyro output detection method and the gyro output detection device 71 according to the present embodiment, by adding the filter circuit 70 between the AC amplifier circuit 67 and the synchronous detection circuit 68, the same as in the above-described embodiment. Drift and noise can be reduced without impairing the angular velocity signal.

上述の実施の形態に係るジャイロ出力検出方法によれば、振動ジャイロの2つの検出片(圧電素子、電極)の出力信号Vgl、Vgrを差動増幅回路に入力し、その出力信号Vdaをフィルタ回路に供給することにより、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号Sが顕著に現れる周波数帯域より低周波側の信号、或いはこの周波数帯域の低周波側及び高周波側の信号、特にノイズ信号Nを除去することができる。この低周波側の信号、或いは低周波側及び高周波側のノイズ信号Nが除去された信号Sを同期検波回路で同期検波することにより、振動ジャイロの出力に生じるノイズ、ドリフトが除去された角速度信号を検出することができる。このジャイロ出力検出方法は、例えばビデオカメラの手振れ検出、カーナビゲーションシステムにおける方向検知、或いは自動車などの移動体の姿勢制御等に適用して好適である。   According to the gyro output detection method according to the above-described embodiment, the output signals Vgl and Vgr of the two detection pieces (piezoelectric element, electrode) of the vibration gyro are input to the differential amplifier circuit, and the output signal Vda is input to the filter circuit. By removing the signal, the signal on the lower frequency side than the frequency band where the signal S corresponding to the angular velocity signal including the resonance frequency appears prominently, or the signal on the lower and higher frequency sides of this frequency band, particularly the noise signal N, is removed. can do. This low-frequency signal or the signal S from which the low-frequency and high-frequency noise signals N have been removed is synchronously detected by a synchronous detection circuit so that the noise and drift generated in the output of the vibration gyro are removed. Can be detected. This gyro output detection method is suitable for application to camera shake detection of a video camera, direction detection in a car navigation system, or posture control of a moving body such as an automobile.

上述の実施の形態に係るジャイロ出力検出装置によれば、振動ジャイロの2つの検出片(圧電素子、電極)の出力信号Vgl、Vgrを差動増幅する差動増幅回路と、同期検波回路との間にフィルタ回路を接続することにより、フィルタ回路の出力には、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号Sが顕著に現れる周波数帯域より低周波側の信号、或いはこの周波数帯域の低周波側及び高周波側の信号、特にノイズ信号Nが除去された信号Sが得られる。この信号Sを同期検波回路で同期検波することにより、振動ジャイロの出力に生じるノイズ、ドリフトが除去された角速度信号を検出することができる。このジャイロ出力検出装置は、例えばビデオカメラの手振れ検出、カーナビゲーションシステムにおける方向検知、或いは自動車などの移動体の姿勢制御等に適用して好適である。   According to the gyro output detection device according to the above-described embodiment, the differential amplification circuit that differentially amplifies the output signals Vgl and Vgr of the two detection pieces (piezoelectric element, electrode) of the vibration gyro, and the synchronous detection circuit By connecting a filter circuit between them, the output of the filter circuit includes a signal on the lower frequency side than the frequency band in which the signal S corresponding to the angular velocity signal including the resonance frequency appears prominently, or the lower frequency side of this frequency band and A signal S from which a signal on the high frequency side, particularly the noise signal N is removed, is obtained. By synchronously detecting this signal S with a synchronous detection circuit, it is possible to detect an angular velocity signal from which noise and drift generated in the output of the vibration gyro are removed. This gyro output detection device is suitable for application to camera shake detection of a video camera, direction detection in a car navigation system, or attitude control of a moving body such as an automobile.

なお、本発明のジャイロ出力検出方法及びそのジャイロ出力検出装置は、振動ジャイロとして、振動体に1つの検出片を有した振動ジャイロを備えた場合にも適用することができる。   The gyro output detection method and the gyro output detection device of the present invention can also be applied to a case where a vibration gyro having a single detection piece is provided as a vibration gyro.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能であることは言うまでもない。   Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明を適用したジャイロ出力検出方法の一例を示す回路ブロック図を示す。The circuit block diagram which shows an example of the gyro output detection method to which this invention is applied is shown. 図1に示したジャイロ出力検出方法の各部における電圧波形のタイムチャート図を示す。The time chart figure of the voltage waveform in each part of the gyro output detection method shown in FIG. 1 is shown. 図1に示したジャイロ出力検出方法の差動増幅回路出力での特性図の一例である。It is an example of the characteristic view in the differential amplifier circuit output of the gyro output detection method shown in FIG. 図1に示したジャイロ出力検出方法のフィルタ回路にハイ・パス・フィルタを用いたときのフィルタ回路出力での特性図の一例である。It is an example of the characteristic figure in the filter circuit output when a high pass filter is used for the filter circuit of the gyro output detection method shown in FIG. 手振れ検知に図1に示したジャイロ出力検出方法を用いたときの特性図の一例である。It is an example of the characteristic view when using the gyro output detection method shown in FIG. 1 for camera shake detection. 方向検知に図1に示したジャイロ出力検出方法を用いたときの特性図の一例である。FIG. 2 is an example of a characteristic diagram when the gyro output detection method shown in FIG. 1 is used for direction detection. 図1に示したジャイロ出力検出方法のフィルタ回路にバンド・パス・フィルタを用いたときのフィルタ回路出力での特性図の一例である。It is an example of the characteristic figure in the filter circuit output when a band pass filter is used for the filter circuit of the gyro output detection method shown in FIG. 図1に示したジャイロ出力検出方法のフィルタ回路にバンド・エリミネーション・フィルタを用いたときのフィルタ回路出力での特性図の一例である。It is an example of the characteristic figure in the filter circuit output when a band elimination filter is used for the filter circuit of the gyro output detection method shown in FIG. 本発明を適用したジャイロ出力検出方法の他の例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the other example of the gyro output detection method to which this invention is applied. 本発明を適用したジャイロ出力検出方法の図1とは異なる他の例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the other example different from FIG. 1 of the gyro output detection method to which this invention is applied. 本発明を適用したジャイロ出力検出方法の図1とは異なる他の例を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the other example different from FIG. 1 of the gyro output detection method to which this invention is applied. A 振動ジャイロの一例を示す斜視図を示す。 B 図12の断面図を示す。A A perspective view showing an example of a vibrating gyroscope is shown. B shows a cross-sectional view of FIG. 従来のジャイロ出力検出方法の一例を示す回路ブロック図を示す。The circuit block diagram which shows an example of the conventional gyro output detection method is shown. A 振動ジャイロの他の例を示す斜視図を示す。 B 図14Aの断面図を示す。A A perspective view showing another example of a vibrating gyroscope is shown. B shows a cross-sectional view of FIG. 14A. 従来のジャイロ出力検出方法の他の例を示す回路ブロック図を示す。The circuit block diagram which shows the other example of the conventional gyro output detection method is shown. A 振動ジャイロの図14とは異なる他の例を示す斜視図を示す。 B 図16Aの断面図を示す。A The perspective view which shows the other example different from FIG. 14 of a vibration gyro is shown. B shows a cross-sectional view of FIG. 16A. 従来のジャイロ出力検出方法の図13とは異なる他の例を示す回路ブロック図を示す。The circuit block diagram which shows the other example different from FIG. 13 of the conventional gyro output detection method is shown. A 振動ジャイロの図14とは異なる他の例を示す斜視図を示す。 B 図18Aの断面図を示す。A The perspective view which shows the other example different from FIG. 14 of a vibration gyro is shown. B shows a cross-sectional view of FIG. 18A. 従来のジャイロ出力検出方法の図13とは異なる他の例を示す回路ブロック図を示す。The circuit block diagram which shows the other example different from FIG. 13 of the conventional gyro output detection method is shown. 手振れ検知に用いられている振動ジャイロの出力を検出した特性図の一例である。It is an example of the characteristic diagram which detected the output of the vibration gyro used for camera shake detection. 方向検知に用いられている振動ジャイロの出力を検出した特性図の一例である。It is an example of the characteristic diagram which detected the output of the vibration gyro used for direction detection.

符号の説明Explanation of symbols

1、21、41、61・・振動ジャイロ
2、22、42、62・・振動子
3a、3b、23a、23b、23c、63a、63b・・圧電素子
43a、43b、43c、43d、43e、43f・・電極
4a、4b、24a、24b、104a、104b、124a、124b・・抵抗
5、45、105、145・・加算回路
6、26、46、106、126、146、166・・発振回路
7、27、47、107、127、147・・差動増幅回路
8、28、48、108、128、148、168・・同期検波回路
9、29、49、109、129、149、169・・直流増幅回路
167・・交流増幅回路
10、30、50、70・・フィルタ回路
11、31、51、71、111、131、151、171・・ジャイロ出力検出装置
1, 2, 41, 61 ..Vibrating gyros 2, 22, 42, 62 ..Vibrators 3 a, 3 b, 23 a, 23 b, 23 c, 63 a, 63 b. .. Electrodes 4a, 4b, 24a, 24b, 104a, 104b, 124a, 124b ..Resistance 5, 45, 105, 145 ..Adder circuits 6, 26, 46, 106, 126, 146, 166 ..Oscillator circuit 7 27, 47, 107, 127, 147 ... Differential amplifier circuits 8, 28, 48, 108, 128, 148, 168 ... Synchronous detection circuits 9, 29, 49, 109, 129, 149, 169 ... DC Amplifier circuit 167 .. AC amplifier circuit 10, 30, 50, 70 ..Filter circuit 11, 31, 51, 71, 111, 131, 151, 171 ..Gyro output detection device

Claims (10)

振動体の形成された検出片を含む振動ジャイロの出力を検出する方法であって、
前記検出片の出力信号を差動増幅し、
該差動増幅した出力信号から、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より少なくとも低域側の信号を除去し、
該低域側の信号を除去した後の出力信号を同期検波し、
前記振動ジャイロの出力に生じるノイズが除去された角速度信号を検出する、
ことを特徴とするジャイロ出力検出方法。
A method for detecting an output of a vibrating gyroscope including a detecting piece on which a vibrating body is formed,
Differentially amplifying the output signal of the detection piece,
From the differentially amplified output signal, a signal at least on a lower frequency side than a frequency band in which a signal corresponding to an angular velocity signal including a resonance frequency appears prominently is removed,
Synchronously detect the output signal after removing the low-frequency side signal,
Detecting an angular velocity signal from which noise generated in the output of the vibrating gyroscope has been removed;
The gyro output detection method characterized by the above-mentioned.
ハイ・パス・フィルタにより、前記共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より少なくとも低域側の信号を除去する
ことを特徴とした請求項1記載のジャイロ出力検出方法。
The gyro output detection method according to claim 1, wherein a high-pass filter removes a signal at least on a lower frequency side than a frequency band in which a signal corresponding to the angular velocity signal including the resonance frequency appears prominently.
バンド・パス・フィルタにより、前記共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より低域側及び高域側の信号を除去する
ことを特徴とした請求項1記載のジャイロ出力検出方法。
2. The gyro output detection according to claim 1, wherein a band-pass filter removes signals on a low frequency side and a high frequency side from a frequency band in which a signal corresponding to an angular velocity signal including the resonance frequency appears prominently. Method.
バンド・エリミネーション・フィルタにより、前記共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より少なくとも低域側の信号を除去する
ことを特徴とした請求項1記載のジャイロ出力検出方法。
The gyro output detection method according to claim 1, wherein a band elimination filter removes at least a signal on a lower frequency side than a frequency band in which a signal corresponding to an angular velocity signal including the resonance frequency appears prominently.
前記振動体に2つの検出片を形成し、前記2つの検出片からの出力信号を差動増幅する
ことを特徴とする請求項1記載のジャイロ出力検出方法。
The gyro output detection method according to claim 1, wherein two detection pieces are formed on the vibrating body, and an output signal from the two detection pieces is differentially amplified.
振動体の形成された検出片を含む振動ジャイロの出力を検出する装置であって、
前記検出片の出力信号を入力する差動増幅回路と、
該差動増幅回路の出力信号から、共振周波数を含む角速度信号に応じた信号が顕著に現れる周波数帯域より少なくとも低域側の信号を除去する除去回路と、
前記除去回路の出力信号を同期検波する同期検波回路とを有し、
前記振動ジャイロの出力に生じるノイズが除去された角速度信号を検出する、
ことを特徴とするジャイロ出力検出装置。
An apparatus for detecting an output of a vibrating gyroscope including a detecting piece on which a vibrating body is formed,
A differential amplifier circuit for inputting an output signal of the detection piece;
A removal circuit that removes at least a low-frequency side signal from a frequency band in which a signal corresponding to an angular velocity signal including a resonance frequency appears prominently from the output signal of the differential amplifier circuit;
A synchronous detection circuit for synchronously detecting the output signal of the removal circuit,
Detecting an angular velocity signal from which noise generated in the output of the vibrating gyroscope has been removed;
A gyro output detection device characterized by the above.
前記除去回路がハイ・パス・フィルタ回路である
ことを特徴とする請求項6記載のジャイロ出力検出装置。
The gyro output detection device according to claim 6, wherein the removal circuit is a high-pass filter circuit.
前記除去回路がバンド・パス・フィルタ回路である
ことを特徴とする請求項6記載のジャイロ出力検出装置。
The gyro output detection device according to claim 6, wherein the removal circuit is a band-pass filter circuit.
前記除去回路がバンド・エリミネーション・フィルタ回路である
ことを特徴とする請求項6記載のジャイロ出力検出装置。
The gyro output detection device according to claim 6, wherein the removal circuit is a band elimination filter circuit.
前記振動体に2つの検出片が形成され、前記2つの検出片からの出力信号が差動増幅回路に入力される
ことを特徴とする請求項6記載のジャイロ出力検出装置。
The gyro output detection device according to claim 6, wherein two detection pieces are formed on the vibrating body, and output signals from the two detection pieces are input to a differential amplifier circuit.
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