JP2009222691A - Angular velocity data processor and angular velocity data processing method - Google Patents

Angular velocity data processor and angular velocity data processing method Download PDF

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正芳 山下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To dynamically correct the offset of a vibrating gyroscope. <P>SOLUTION: An angular velocity processor, deriving an angular velocity based on a differential signal of output signals of a pair of detection means provided for an oscillator excited in a reference phase includes distortion signal generation means for generating a distortion signal, by detecting the differential signal in the reference phase and extracting a low-frequency component; an angular velocity signal generation means for generating an angular velocity signal by detecting the differential signal, in a phase having a difference of 1/4 period from the reference phase and extracting the low-frequency component; an offset derivation means for deriving an offset component by multiplying the distortion signal by a constant; and an offset compensation means for compensating the angular velocity signal, by subtracting the offset component from the angular velocity signal. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は角速度データ処理装置および角速度データ処理方法に関し、特に振動ジャイロスコープのオフセット補正に関する。   The present invention relates to an angular velocity data processing apparatus and an angular velocity data processing method, and more particularly to offset correction of a vibration gyroscope.

振動ジャイロスコープは、圧電効果、電磁誘導などによって振動子を励振し、角速度の関数であるコリオリ力が加わって振動する振動子の歪みを圧電気や静電容量などに変換することによって角速度を計測する計測器である（特許文献１参照）。振動子の歪みは圧電素子やキャパシタなどの検出手段によって電気信号に変換される。検出手段の出力信号は、角速度に比例する角速度成分と、角速度に依存しない基本成分とを含む。出力信号の角速度成分については極性が反転し基本成分については極性が一致する関係をもって振動子に設けられる一対の検出手段の出力信号の差分を取ると、理想的には、角速度成分は２倍になり、基本成分は打ち消される。しかし、出力信号の角速度成分については厳密に極性が反転する関係をもって振動子に一対の検出手段を設けることは事実上不可能であるし、検出手段の入力と出力の関係にはそもそもヒステリシスやばらつきがある。このため、角速度がゼロであるにも関わらず、その一対の振動子の出力信号の差分はゼロにならない。角速度がゼロであるときに、その一対の振動子の出力信号の差分に応じて計測される信号をオフセットという。このオフセットは温度や湿度に応じてドリフトする。振動ジャイロスコープでは、その一対の振動子の出力信号の差分に応じて計測される信号からオフセット成分を差し引くオフセット補正が行われる（特許文献２，３参照）。
特開２００５−２２７１１０号公報 特許第２７０２６００号公報 特開平６−１６００９６号公報 A vibratory gyroscope excites a vibrator by piezoelectric effect, electromagnetic induction, etc., and measures the angular velocity by converting the vibration of the vibrator to vibrate by applying Coriolis force, which is a function of angular velocity, to piezoelectricity or capacitance. (Refer to Patent Document 1). The distortion of the vibrator is converted into an electric signal by detection means such as a piezoelectric element or a capacitor. The output signal of the detection means includes an angular velocity component that is proportional to the angular velocity and a basic component that does not depend on the angular velocity. If the difference between the output signals of the pair of detection means provided in the vibrator is such that the polarity of the angular velocity component of the output signal is inverted and the polarity of the basic component is the same, ideally the angular velocity component is doubled. The basic component is canceled out. However, with respect to the angular velocity component of the output signal, it is practically impossible to provide a pair of detection means in the vibrator with a relationship in which the polarity is strictly reversed, and the relationship between the input and output of the detection means is inherently subject to hysteresis and variations. There is. For this reason, although the angular velocity is zero, the difference between the output signals of the pair of vibrators does not become zero. When the angular velocity is zero, a signal measured according to the difference between the output signals of the pair of vibrators is called an offset. This offset drifts with temperature and humidity. In the vibration gyroscope, offset correction is performed by subtracting an offset component from a signal measured according to a difference between output signals of the pair of vibrators (see Patent Documents 2 and 3).
JP 2005-227110 A Japanese Patent No. 2702600 JP-A-6-160096

しかし、特許文献２に記載された振動ジャイロスコープでは、静止状態でオフセットを導出することができない、すなわち動的にオフセットを補正できないため、時々刻々とオフセットがドリフトするような環境には不向きである。また特許文献２に記載された振動ジャイロスコープでは、温度センサが必要であるとともに、温度依存性のあるオフセットを補正するための補正データを固体毎にルックアップテーブルに出荷前に格納しておく必要があるため、製造コストが増大する。   However, the vibratory gyroscope described in Patent Document 2 is not suitable for an environment where the offset drifts from moment to moment because the offset cannot be derived in a stationary state, that is, the offset cannot be corrected dynamically. . The vibration gyroscope described in Patent Document 2 requires a temperature sensor and stores correction data for correcting a temperature-dependent offset in a lookup table for each solid before shipment. Therefore, the manufacturing cost increases.

また、特許文献３に記載された振動ジャイロスコープでは、動的にオフセットを補正することはできるものの、振動子が三角柱であるため、微細な振動子を三角柱に形成するとともに三角柱の側面に圧電素子を形成することが困難である。また、特許文献３に記載された振動ジャイロスコープでは、３つの圧電素子から３対の圧電素子を順次選択するための複雑なスイッチング回路とその制御回路とを必要とする。したがって特許文献３に記載された振動ジャイロスコープでは、動的にオフセットを補正することはできるものの振動ジャイロスコープの製造コストが増大する。   Further, in the vibration gyroscope described in Patent Document 3, although the offset can be dynamically corrected, the vibrator is a triangular prism, so that a fine vibrator is formed on the triangular prism and a piezoelectric element is formed on the side surface of the triangular prism. Is difficult to form. Further, the vibrating gyroscope described in Patent Document 3 requires a complicated switching circuit and its control circuit for sequentially selecting three pairs of piezoelectric elements from three piezoelectric elements. Therefore, although the vibration gyroscope described in Patent Document 3 can dynamically correct the offset, the manufacturing cost of the vibration gyroscope increases.

本発明は、これらの問題に鑑みて創作されたものであって、振動ジャイロスコープのオフセットを動的に補正できる角速度データ処理装置および角速度データ処理方法を提供することを目的の１つとする。   The present invention has been created in view of these problems, and an object of the present invention is to provide an angular velocity data processing apparatus and an angular velocity data processing method capable of dynamically correcting an offset of a vibrating gyroscope.

（１）上記目的を達成するための角速度データ処理装置は、基準位相で励振される振動子に対に設けられた検出手段の出力信号の差分信号に基づいて角速度を導出する角速度データ処理装置であって、前記基準位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成する歪み信号生成手段と、前記基準位相に対して１／４周期の差がある位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成する角速度信号生成手段と、前記歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出するオフセット導出手段と、前記角速度信号から前記オフセット成分を減ずることにより前記角速度信号を補正するオフセット補正手段と、を備える。
この角速度データ処理装置によると、基準位相において差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成し、歪み信号を定数倍したオフセット成分を角速度信号から減ずるため、振動ジャイロスコープのオフセットを動的に補正できる。またこの角速度データ処理装置によると、複雑なスイッチング回路や制御回路や温度センサが不要であるため、製造コストを抑制できる。 (1) An angular velocity data processing device for achieving the above object is an angular velocity data processing device for deriving an angular velocity based on a differential signal of output signals of detection means provided in pairs with a vibrator excited with a reference phase. A distortion signal generating means for generating a distortion signal by detecting the differential signal in the reference phase and extracting a low frequency component; and the difference in a phase having a quarter cycle difference from the reference phase. An angular velocity signal generating means for generating an angular velocity signal by detecting a signal and extracting a low frequency component, an offset deriving means for deriving an offset component by multiplying the distortion signal by a constant, and the offset component from the angular velocity signal. Offset correction means for correcting the angular velocity signal by subtracting.
According to this angular velocity data processing device, a differential signal is detected in the reference phase and a low-frequency component is extracted to generate a distortion signal, and an offset component obtained by multiplying the distortion signal by a constant is subtracted from the angular velocity signal. Can be corrected dynamically. Moreover, according to this angular velocity data processing apparatus, since a complicated switching circuit, control circuit, and temperature sensor are unnecessary, manufacturing cost can be suppressed.

（２）上記目的を達成するための角速度データ処理装置において、前記出力信号は圧電信号でもよい。   (2) In the angular velocity data processing apparatus for achieving the above object, the output signal may be a piezoelectric signal.

（３）上記目的を達成するための角速度データ処理装置において、前記出力信号は静電容量信号でもよい。   (3) In the angular velocity data processing apparatus for achieving the above object, the output signal may be a capacitance signal.

（４）上記目的を達成するための角速度データ処理方法は、基準位相で励振される振動子に対に設けられた検出手段の出力信号の差分信号に基づいて角速度を導出する角速度データ処理方法であって、前記基準位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成し、前記基準位相に対して１／４周期の差がある位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成し、前記歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出し、前記角速度信号から前記オフセット成分を減ずることにより前記角速度信号を補正する、ことを含む。
この角速度データ処理方法によると、基準位相において差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成し、歪み信号を定数倍したオフセット成分を角速度信号から減ずるため、振動ジャイロスコープのオフセットを動的に補正できる。またこの角速度データ処理方法は、複雑なスイッチング回路や制御回路や温度センサを備えない振動ジャイロスコープに適用できるため、振動ジャイロスコープの製造コストを抑制できる。 (4) An angular velocity data processing method for achieving the above object is an angular velocity data processing method for deriving an angular velocity based on a differential signal of output signals of detection means provided in pairs with a vibrator excited with a reference phase. The differential signal is detected in the reference phase and a low frequency component is extracted to generate a distortion signal, and the differential signal is detected in a phase having a difference of ¼ period from the reference phase. Generating an angular velocity signal by extracting a frequency component, deriving an offset component by multiplying the distortion signal by a constant, and correcting the angular velocity signal by subtracting the offset component from the angular velocity signal.
According to this angular velocity data processing method, a differential signal is detected in the reference phase and a low-frequency component is extracted to generate a distortion signal, and an offset component obtained by multiplying the distortion signal by a constant is subtracted from the angular velocity signal. Can be corrected dynamically. Further, since this angular velocity data processing method can be applied to a vibration gyroscope that does not include a complicated switching circuit, control circuit, or temperature sensor, the manufacturing cost of the vibration gyroscope can be suppressed.

尚、請求項に記載された動作の順序は、技術的な阻害要因がない限りにおいて記載順に限定されず、同時に実行されても良いし、記載順の逆順に実行されても良いし、連続した順序で実行されなくても良い。また請求項に記載された各手段の機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、又はそれらの組み合わせにより実現される。また、これら各手段の機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。   The order of the operations described in the claims is not limited to the order of description as long as there is no technical obstruction factor, and may be executed at the same time, may be executed in the reverse order of the description order, or may be continuous. It does not have to be executed in order. The function of each means described in the claims is realized by hardware resources whose function is specified by the configuration itself, hardware resources whose function is specified by a program, or a combination thereof. The functions of these means are not limited to those realized by hardware resources that are physically independent of each other.

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。尚、各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。
１．角速度データ処理方法
はじめに、図１に示す片持ち梁を振動子１０とする振動ジャイロスコープに適用される角速度データ処理方法について説明する。振動子１０は圧電効果や電磁誘導によって励振されることによって基本振動方向に振動する。この振動子１０が振動子１０の長手方向に対して垂直な基本振動方向に振動している状態で振動子１０の長手方向と平行な回転軸まわりに振動子１０が回転すると振動方向と回転軸とにそれぞれ直交する方向のコリオリ力が振動子１０に作用する。すると振動子１０がコリオリ力が作用する方向に歪む。変位ｘにある質量ｍの質点が角速度ωで回転するときに作用するコリオリ力Ｆは、Ｆ＝２ｍωｄｘ／ｄｔである。したがって回転軸と基本振動方向とに直交する方向において振動子１０の歪みを電気信号に変換して検出すれば角速度を求めることができる。回転軸と基本振動方向とに直交する方向において振動子１０の歪みを電気信号に変換する検出手段としては圧電素子やキャパシタを用いることが出来る。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the corresponding component in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
1. Angular Velocity Data Processing Method First, an angular velocity data processing method applied to a vibrating gyroscope having the cantilever shown in FIG. The vibrator 10 vibrates in the basic vibration direction by being excited by a piezoelectric effect or electromagnetic induction. When the vibrator 10 rotates in a basic vibration direction perpendicular to the longitudinal direction of the vibrator 10 and the vibrator 10 rotates about a rotation axis parallel to the longitudinal direction of the vibrator 10, the vibration direction and the rotation axis Coriolis forces in directions orthogonal to each other act on the vibrator 10. Then, the vibrator 10 is distorted in the direction in which the Coriolis force acts. The Coriolis force F acting when the mass point of the mass m at the displacement x rotates at the angular velocity ω is F = 2mωdx / dt. Accordingly, the angular velocity can be obtained by detecting the distortion of the vibrator 10 by converting it into an electric signal in a direction orthogonal to the rotation axis and the basic vibration direction. A piezoelectric element or a capacitor can be used as detection means for converting the distortion of the vibrator 10 into an electric signal in a direction orthogonal to the rotation axis and the basic vibration direction.

ここで四角柱体の振動子１０の側面１００に圧電素子２０を設けるとする。圧電素子２０は共通電極２５と圧電膜２４と駆動電極２２と２つの検出電極２１、２３を備えているとする。３層に重なっている駆動電極２２と圧電膜２４と共通電極２５は振動子１０を励振する駆動手段としての圧電素子２０２を構成する。圧電膜２４に垂直な方向が基本振動方向となる。駆動電極２２の両側に配置されている検出電極２１、２３は振動子１０の回転軸と基本振動方向とに直交する方向の歪みを電気信号に変換する検出手段を構成する。すなわち圧電素子２０は駆動手段としての圧電素子２０２と検出手段としての２つの圧電素子２０１、２０３とを構成している。便宜的に検出電極２１から出力信号を取り出す検出手段として圧電素子２０に言及するときには第一圧電素子２０１といい、検出電極２３から出力信号を取り出す検出手段として圧電素子２０に言及するときには第二圧電素子２０３というものとする。すなわち第一圧電素子２０１は３層に重なっている共通電極２５と圧電膜２４と検出電極２１とからなる検出手段を構成している。第二圧電素子２０３は３層に重なっている共通電極２５と圧電膜２４と検出電極２３とからなる検出手段を構成している。第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３とは振動子１０の長手方向と平行で振動子１０の中心線を含む断面を対称面として面対称に配置されている。   Here, it is assumed that the piezoelectric element 20 is provided on the side surface 100 of the quadrangular prism vibrator 10. The piezoelectric element 20 is assumed to include a common electrode 25, a piezoelectric film 24, a drive electrode 22, and two detection electrodes 21 and 23. The driving electrode 22, the piezoelectric film 24, and the common electrode 25 that overlap the three layers constitute a piezoelectric element 202 as a driving means for exciting the vibrator 10. The direction perpendicular to the piezoelectric film 24 is the basic vibration direction. The detection electrodes 21 and 23 arranged on both sides of the drive electrode 22 constitute detection means for converting distortion in a direction orthogonal to the rotation axis of the vibrator 10 and the fundamental vibration direction into an electric signal. That is, the piezoelectric element 20 constitutes a piezoelectric element 202 as driving means and two piezoelectric elements 201 and 203 as detecting means. For convenience, when referring to the piezoelectric element 20 as the detection means for extracting the output signal from the detection electrode 21, it is referred to as the first piezoelectric element 201, and when referring to the piezoelectric element 20 as the detection means for extracting the output signal from the detection electrode 23, the second piezoelectric element is referred to. The element 203 is assumed. That is, the first piezoelectric element 201 constitutes a detection means including the common electrode 25, the piezoelectric film 24, and the detection electrode 21 that are stacked in three layers. The second piezoelectric element 203 constitutes a detection means including the common electrode 25, the piezoelectric film 24, and the detection electrode 23 that are stacked in three layers. The first piezoelectric element 201 and the second piezoelectric element 203 are arranged in plane symmetry with a cross section including the center line of the vibrator 10 being parallel to the longitudinal direction of the vibrator 10 and being a symmetry plane.

駆動電極２２と共通電極２５とに正弦波形の駆動電圧（駆動信号）を印加すると、振動子１０は圧電膜２４と垂直な基本振動方向に振動する。時間ｔの関数である駆動信号ｖを励振周波数ｆと基準電圧Ｖを用いると次式（１）で表すことができる。
ｖ＝Ｖｓｉｎ（ｆｔ）・・・（１） When a sinusoidal drive voltage (drive signal) is applied to the drive electrode 22 and the common electrode 25, the vibrator 10 vibrates in the basic vibration direction perpendicular to the piezoelectric film 24. A drive signal v that is a function of time t can be expressed by the following equation (1) using the excitation frequency f and the reference voltage V.
v = Vsin (ft) (1)

駆動電極２２と共通電極２５とに駆動信号を印加している状態において角速度がゼロのとき、すなわちコリオリ力がゼロのとき、振動子１０は基本振動方向にのみ振動する。このため、検出電極２１と共通電極２５との電位差と、検出電極２３と共通電極２５との電位差は等しくなり、第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３からは駆動信号と同位相の正弦波の同一の信号が出力される（図２、図３の破線参照）。角速度がゼロの状態における第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３の出力信号を基本成分というものとする。第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３の出力信号の基本成分ｂは、いずれも比例定数αを用いて次式（２）で表すことが出来る。   When the angular velocity is zero in the state where the drive signal is applied to the drive electrode 22 and the common electrode 25, that is, when the Coriolis force is zero, the vibrator 10 vibrates only in the basic vibration direction. For this reason, the potential difference between the detection electrode 21 and the common electrode 25 is equal to the potential difference between the detection electrode 23 and the common electrode 25, and the first piezoelectric element 201 and the second piezoelectric element 203 have a sine wave in phase with the drive signal. The same signal is output (see the broken lines in FIGS. 2 and 3). The output signals of the first piezoelectric element 201 and the second piezoelectric element 203 when the angular velocity is zero are referred to as basic components. The basic component b of the output signal of the first piezoelectric element 201 and the second piezoelectric element 203 can be expressed by the following equation (2) using the proportionality constant α.

ｂ＝αＶｓｉｎ（ｆｔ）・・・（２）
駆動電極２２と共通電極２５とに駆動信号を印加している状態において、振動子１０がその長手方向と平行な軸を回転軸として回転すると、次式（３）で表されるコリオリ力Ｆが振動子１０に作用する。
Ｆ＝βωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（３）
ただしβは比例定数でありωは角速度である。 b = αVsin (ft) (2)
When a drive signal is applied to the drive electrode 22 and the common electrode 25, when the vibrator 10 rotates about an axis parallel to the longitudinal direction, a Coriolis force F expressed by the following equation (3) is obtained. It acts on the vibrator 10.
F = βωVf cos (ft) (3)
Where β is a proportionality constant and ω is an angular velocity.

振動子１０にコリオリ力が作用すると基本振動方向に対して垂直な方向にも振動子１０が振動する。基本振動方向に対して垂直な方向にも基本振動方向にも振動子１０が振動するとき、振動子１０がねじれるために第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３との出力信号には基本成分以外の成分である角速度成分が含まれる。次式（４）、（５）においてｃ１、ｃ２で表される成分である角速度成分は、図２および図３において破線と実線の差分として表示されており、第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３とが振動子１０の長手方向と平行で振動子１０の中心線を含む断面を対称面として面対称に配置されているため極性が逆で大きさは等しくなる。ただし、ｃ１は第一圧電素子２０１の出力信号の角速度成分であり、ｃ２は第二圧電素子２０３の出力信号の角速度成分であるとする。またγは比例定数である。
ｃ１＝γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（４）
ｃ２＝−γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（５） When the Coriolis force acts on the vibrator 10, the vibrator 10 vibrates in a direction perpendicular to the basic vibration direction. When the vibrator 10 vibrates both in the direction perpendicular to the basic vibration direction and in the basic vibration direction, the vibrator 10 is twisted, so that the output signal from the first piezoelectric element 201 and the second piezoelectric element 203 has a basic component. An angular velocity component which is a component other than is included. The angular velocity components, which are components represented by c 1 and c 2 in the following expressions (4) and (5), are displayed as the difference between the broken line and the solid line in FIGS. Since the two piezoelectric elements 203 are arranged in plane symmetry with the cross section including the center line of the vibrator 10 being parallel to the longitudinal direction of the vibrator 10 and being symmetrical, the polarities are opposite and the sizes are equal. However, c 1 is the angular velocity component of the output signal of the first piezoelectric element 201, and c 2 is the angular velocity component of the output signal of the second piezoelectric element 203. Γ is a proportionality constant.
c 1 = γωVf cos (ft) (4)
c 2 = −γωVf cos (ft) (5)

すなわち、駆動電極２２と共通電極２５とに駆動信号を印加し、振動子１０がその長手方向と平行な軸を回転軸として回転している状態では、第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１は次式（６）となり、第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２は次式（７）となる。
Ｓ１＝αＶｓｉｎ（ｆｔ）＋γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（６）
Ｓ２＝αＶｓｉｎ（ｆｔ）−γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（７） That is, when a drive signal is applied to the drive electrode 22 and the common electrode 25 and the vibrator 10 is rotated about an axis parallel to the longitudinal direction, the output signal S 1 of the first piezoelectric element 201 is equation (6) and the output signal S 2 of the second piezoelectric element 203 is represented by the following formula (7).
S 1 = αVsin (ft) + γωVfcos (ft) (6)
S 2 = αVsin (ft) −γωVfcos (ft) (7)

したがって、第一圧電素子２０１と第二圧電素子２０３の出力信号の差分信号Ｓを求めると、角速度に依存しない基本成分が除去され、次式（８）で表される差分信号Ｓとして角速度成分が抽出される。
Ｓ＝２γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）・・・（８） Therefore, when the difference signal S between the output signals of the first piezoelectric element 201 and the second piezoelectric element 203 is obtained, the fundamental component that does not depend on the angular velocity is removed, and the angular velocity component is expressed as the difference signal S expressed by the following equation (8). Extracted.
S = 2γωVf cos (ft) (8)

ところが実際には、式（１）で表す駆動信号ｖを駆動電極２２に印加したとしても振動子１０の形状のばらつきや圧電膜２４のヒステリシスやばらつきなどがあるため、第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１、第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２は式（６）、（７）のようにはならない。実際には、差分信号Ｓは次式（９）のように基本成分ｂのひずみに対応する成分などを含むものとなる。ただしδ（Ｔ）は温度Ｔの関数である。 However, in reality, even if the drive signal v represented by the equation (1) is applied to the drive electrode 22, there are variations in the shape of the vibrator 10, hysteresis and variations in the piezoelectric film 24, and so on. The signal S 1 and the output signal S 2 of the second piezoelectric element 203 do not become as shown in equations (6) and (7). Actually, the differential signal S includes a component corresponding to the distortion of the basic component b as shown in the following equation (9). Where δ (T) is a function of temperature T.

Ｓ＝δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（ｆｔ）＋１／３δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（３ｆｔ）＋１／５δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（５ｆｔ）＋・・・＋１／∞δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（∞ｆｔ）＋２γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）＋δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（ｆｔ）＋１／３δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（３ｆｔ）＋１／５δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（５ｆｔ）＋・・・＋１／∞δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（∞ｆｔ）・・・（９）   S = δ (T) αVsin (ft) + 1 / 3δ (T) αVsin (3ft) + 1 / 5δ (T) αVsin (5ft) +... + 1 / ∞δ (T) αVsin (∞ft) + 2γωVfcos (ft) + Δ (T) αVfωcos (ft) + 1 / 3δ (T) αVfωcos (3ft) + 1 / 5δ (T) αVfωcos (5ft) + ... + 1 / ∞δ (T) αVfωcos (∞ft) (9)

基本成分ｂのひずみなどに相当する成分を含む第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１、第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２をそれぞれ角速度に依存しない基本成分と角速度に依存する角速度成分に分解して表すと図４、図５、図６、図７のようになる。図４の実線は第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１に含まれる基本成分を表し、図４の破線は基本成分のひずみなどに対応する成分を含まない第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１に含まれる基本成分（すなわちαＶｓｉｎ（ｆｔ））を表している。図５の実線は第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１に含まれる角速度成分を表し、図５の破線は基本成分のひずみなどに対応する成分を含まない第一圧電素子２０１の出力信号Ｓ１に含まれる角速度成分（すなわちγωＶｆｃｏｓ（ｆｔ））を表している。図６の実線は第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２に含まれる基本成分を表し、図６の破線は基本成分のひずみなどに対応する成分を含まない第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２に含まれる基本成分（すなわちαＶｓｉｎ（ｆｔ））を表している。図７の実線は第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２の角速度成分を表し、図７の破線は基本成分のひずみなどに対応する成分を含まない第二圧電素子２０３の出力信号Ｓ２の角速度成分（すなわち−γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ））を表している。 Output signals S 1 of the first piezoelectric element 201 including a component corresponding to such strain basic components b, decomposed into basic components and the angular velocity component dependent on the angular velocity of the output signal S 2 not respectively depend on the angular velocity of the second piezoelectric element 203 As shown in FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, and FIG. Figure 4 solid lines represent the basic component contained in the output signals S 1 of the first piezoelectric element 201, the output signals S 1 of the first piezoelectric element 201 does not contain a component dashed line corresponding to such strain of the basic components of Figure 4 Represents the basic component (ie, αVsin (ft)). The solid line in Figure 5 represents the angular velocity component included in the output signals S 1 of the first piezoelectric element 201, the output signals S 1 of the first piezoelectric element 201 that does not include the dashed line component corresponding to such strain of the basic components of Figure 5 Represents an angular velocity component (that is, γωVf cos (ft)) included in. The solid line in FIG. 6 represents a fundamental component included in the output signal S 2 of the second piezoelectric element 203, the output signal S 2 of the second piezoelectric element 203 that does not include the dashed line component corresponding to such strain of the basic components of Figure 6 Represents the basic component (ie, αVsin (ft)). The solid line in Figure 7 represents the angular velocity component of the output signal S 2 of the second piezoelectric element 203, the output signal S 2 of the angular velocity of the second piezoelectric element 203 that does not include a component dashed line corresponding to such strain of the basic components of Figure 7 Represents the component (ie, -γωVf cos (ft)).

差分信号Ｓに含まれる基本成分Ｓｂと、差分信号Ｓに含まれる角速度成分Ｓωとは次式（１０）、（１１）によって表される。
Ｓｂ＝δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（ｆｔ）＋１／３δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（３ｆｔ）＋１／５δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（５ｆｔ）＋・・・＋１／∞δ（Ｔ）αＶｓｉｎ（∞ｆｔ）・・・（１０）
Ｓω＝２γωＶｆｃｏｓ（ｆｔ）＋δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（ｆｔ）＋１／３δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（３ｆｔ）＋１／５δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（５ｆｔ）＋・・・１／∞δ（Ｔ）αＶｆωｃｏｓ（∞ｆｔ）・・・（１１） A fundamental component S b contained in the difference signal S, and the angular velocity component S omega contained in the difference signal S following equation (10), represented by (11).
S b = δ (T) αVsin (ft) + 1 / 3δ (T) αVsin (3ft) + 1 / 5δ (T) αVsin (5ft) +... + 1 / ∞δ (T) αVsin (∞ft). (10)
S ω = 2γωVfcos (ft) + δ (T) αVfωcos (ft) + 1 / 3δ (T) αVfωcos (3ft) + 1 / 5δ (T) αVfωcos (5ft) + ··· 1 / ∞δ (T) αVfωcos (∞ft (11)

図８の実線は差分信号Ｓに含まれる基本成分Ｓｂを示している。図９の実線は差分信号Ｓに含まれる角速度成分Ｓωを示している。 The solid line in Figure 8 shows the basic components S b contained in the difference signal S. The solid line in FIG. 9 indicates the angular velocity component S ω included in the differential signal S.

式（１０）に示した基本成分Ｓｂの第一項の位相は駆動信号の位相（基準位相）と一致している。したがってこれは基準位相において差分信号を検波して平滑化すると除去される。式（１１）に示した角速度成分Ｓωの第一項および第二項の位相と駆動信号の位相（基準位相）は１／４周期ずれる。したがってこれらは基準位相から１／４周期ずれた位相で差分信号を検波して平滑化すると除去される。 Paragraph phase of the fundamental component S b shown in equation (10) is consistent with the driving signal of the phase (reference phase). Therefore, this is removed when the difference signal is detected and smoothed in the reference phase. The phase of the first term and the second term of the angular velocity component Sω shown in Expression (11) and the phase of the drive signal (reference phase) are shifted by ¼ period. Therefore, they are removed when the difference signal is detected and smoothed at a phase shifted by 1/4 period from the reference phase.

コリオリ力は振動子１０の基本振動方向の変位の時間微分に比例する。したがって振動子１０を励振する基準位相に対して１／４周期の差がある位相において差分信号Ｓを検波し、低周波成分を抽出すると大部分が角速度成分Ｓωに対応し、残部が基本成分Ｓｂに対応する角速度信号Ｓｐを生成できる。角速度信号Ｓｐは次式（１２）で表される。 The Coriolis force is proportional to the time derivative of the displacement of the vibrator 10 in the basic vibration direction. Therefore, when the differential signal S is detected at a phase having a quarter cycle difference with respect to the reference phase for exciting the vibrator 10 and a low frequency component is extracted, the majority corresponds to the angular velocity component S ω and the remainder is the basic component. It can generate an angular velocity signal S p corresponding to S b. The angular velocity signal Sp is expressed by the following equation (12).

Ｓｐ＝１／３δ（Ｔ）αＶ＋１／５δ（Ｔ）αＶ＋・・・＋１／∞δ（Ｔ）αＶ＋２γωＶｆ＋δ（Ｔ）φ（Ｖ、ｆ、ω）・・・（１２） S p = 1 / 3δ (T) αV + 1 / 5δ (T) αV +... + 1 / ∞δ (T) αV + 2γωVf + δ (T) φ (V, f, ω) (12)

ただしφ（Ｖ、ｆ、ω）は駆動信号の基準電圧Ｖ、振動子１０の励振周波数ｆ、角速度ωの関数である。δ（Ｔ）φ（Ｖ、ｆ、ω）は、式（１１）に示した角速度成分Ｓωの第三項以降の成分に対応し、角速度ノイズ成分というものとする。式（１１）に示した角速度成分Ｓωの第一項および第二項の成分は、基本成分に対応し、基本オフセット成分というものとする。 However, φ (V, f, ω) is a function of the reference voltage V of the drive signal, the excitation frequency f of the vibrator 10, and the angular velocity ω. δ (T) φ (V, f, ω) corresponds to the third and subsequent components of the angular velocity component S ω shown in equation (11), and is referred to as an angular velocity noise component. The components of the first term and the second term of the angular velocity component Sω shown in Expression (11) correspond to the basic component and are referred to as a basic offset component.

尚、基準位相に対して１／４周期の差がある位相において差分信号を検波すると１／４ｆから３／４ｆの区間までの極性が反転した信号が生成される。この信号には図１０に実線で示す成分と図１１に実線で示す成分が含まれる。   When a differential signal is detected at a phase having a 1/4 cycle difference with respect to the reference phase, a signal having an inverted polarity from the 1 / 4f to the 3 / 4f interval is generated. This signal includes a component indicated by a solid line in FIG. 10 and a component indicated by a solid line in FIG.

図１２において、実線は角速度信号Ｓｐに含まれる基本オフセット成分を示している。図１３において、実線は角速度信号Ｓｐの角速度成分Ｓωを示し、ハッチングは角速度信号に含まれている角速度ノイズ成分を示している。尚、図１２および図１３において縦軸のスケールは一致していない。 12, a solid line indicates the base offset component included in the angular velocity signal S p. 13, a solid line indicates an angular velocity component S omega of the angular velocity signal S p, hatching indicates the angular velocity noise component included in the angular velocity signal. In FIGS. 12 and 13, the vertical scales do not match.

ここで温度Ｔと角速度信号Ｓｐと角速度ωの関係について図１４を用いて説明する。実線Ｓ０は温度が基準温度における角速度信号Ｓｐと角速度ωの関係を示している。実線ＳＴは温度が基準温度よりも高い温度における角速度信号Ｓｐと角速度ωの関係を示している。基本オフセット成分と角速度成分Ｓωの和が角速度信号Ｓｐである。したがって角速度信号Ｓｐから基本オフセット成分を差し引けば角速度成分Ｓωを導出できる。角速度成分Ｓωには温度Ｔに依存しない２γωＶｆで表される成分と温度Ｔに依存する角速度ノイズ成分δ（Ｔ）φ（Ｖ、ｆ、ω）が含まれる。 Here, the relationship among the temperature T, the angular velocity signal Sp, and the angular velocity ω will be described with reference to FIG. A solid line S 0 indicates the relationship between the angular velocity signal Sp and the angular velocity ω when the temperature is the reference temperature. The solid line S T represents the relation between the angular velocity signal S p and the angular velocity ω at a temperature higher than the temperature reference temperature. The sum of the base offset component and an angular velocity component S omega is the angular velocity signal S p. Thus derive the angular velocity component S omega by subtracting the base offset component from the angular velocity signal S p. The angular velocity component S ω includes a component represented by 2γωVf that does not depend on the temperature T and an angular velocity noise component δ (T) φ (V, f, ω) that depends on the temperature T.

しかし角速度ノイズ成分は、角速度ωに比例するため、角速度ωが小さい範囲においては無視できるほど小さいし、角速度信号Ｓｐから基本オフセット成分を差し引いた成分に占める角速度ノイズ成分の割合は十分小さく一定である。したがって角速度信号Ｓｐから基本オフセット成分を除去できさえすれば、角速度ノイズ成分は問題にならない。すなわち角速度信号Ｓｐから差し引くべきオフセット成分は基本オフセット成分そのものとしてよい。 But angular velocity noise component is proportional to the angular velocity omega, to negligibly small in scope angular velocity omega is small, the ratio of the angular velocity noise component occupying the component obtained by subtracting the base offset component from the angular velocity signal S p is a sufficiently small constant is there. Accordingly, if even possible to remove the base offset component from the angular velocity signal S p, the angular velocity noise component is not a problem. That offset component to subtract from the angular velocity signal S p good as a base offset component itself.

次に差分信号Ｓから基本オフセット成分を抽出する方法を説明する。
基本オフセット成分は圧電膜２４に対して垂直な基本振動方向の振動を表している。このため、基本オフセット成分を抽出するためには圧電素子２０２の駆動信号の位相である基準位相において差分信号を検波し、低周波成分を抽出すればよい。基準位相において差分信号を検波し、低周波成分を抽出した信号を歪み信号というものとする。歪み信号ＳＢは次式（１３）で表される。
ＳＢ＝１／３δ（Ｔ）αＶ＋１／５δ（Ｔ）αＶ＋・・・＋１／∞δ（Ｔ）αＶ＋δ（Ｔ）σ（Ｖ、ｆ、ω）・・・（１３）
ただしσ（Ｖ、ｆ、ω）は駆動信号の基準電圧Ｖ、振動子１０の励振周波数ｆ、角速度ωの関数である。最終項のδ（Ｔ）σ（Ｖ、ｆ、ω）は角速度ノイズ成分に対応する。式（１３）の最終項以外の成分が基本オフセット成分に対応する。 Next, a method for extracting the basic offset component from the difference signal S will be described.
The basic offset component represents vibration in the basic vibration direction perpendicular to the piezoelectric film 24. For this reason, in order to extract the basic offset component, it is only necessary to detect the difference signal in the reference phase that is the phase of the drive signal of the piezoelectric element 202 and extract the low frequency component. A signal obtained by detecting a differential signal in the reference phase and extracting a low frequency component is referred to as a distortion signal. Distorted signal S B is represented by the following formula (13).
S B = 1 / 3δ (T) αV + 1 / 5δ (T) αV +... + 1 / ∞δ (T) αV + δ (T) σ (V, f, ω) (13)
However, σ (V, f, ω) is a function of the reference voltage V of the drive signal, the excitation frequency f of the vibrator 10, and the angular velocity ω. The final term δ (T) σ (V, f, ω) corresponds to the angular velocity noise component. Components other than the final term of Expression (13) correspond to the basic offset component.

尚、基準位相において差分信号を検波すると１／２ｆから１／ｆの区間までの極性が反転した信号が生成される。この信号には図１５に実線で示す成分と図１６に実線で示す成分が含まれる。図１７において、実線は歪み信号ＳＢが含む基本オフセット成分に対応する成分を示している。図１８において、実線は歪み信号ＳＢが含む角速度成分に対応する成分を示し、ハッチングは歪み信号ＳＢが含む角速度ノイズ成分に対応する成分を示している。 When the differential signal is detected in the reference phase, a signal with the polarity reversed from 1 / 2f to 1 / f is generated. This signal includes a component indicated by a solid line in FIG. 15 and a component indicated by a solid line in FIG. 17, a solid line indicates the component corresponding to the basic offset component contained in the distorted signal S B. 18, the solid line indicates the component corresponding to the angular velocity component comprising distortion signal S B, the hatching indicates the component corresponding to the angular velocity noise component contained in the distorted signal S B.

歪み信号が含む基本オフセット成分に対応する成分は角速度信号の基本オフセット成分と同様に温度に比例する。また歪み信号の基本オフセット成分に対応する成分と角速度信号の基本オフセット成分は、いずれも１つの差分信号に含まれる基本成分であるところの同一の波形に対応しているため、ほぼ比例関係にある。また歪み信号の角速度ノイズ成分に対応する成分と角速度信号の角速度ノイズ成分は、いずれも１つの差分信号に含まれる角速度成分であるところの同一の波形に対応しているため、ほぼ比例関係にある。そして、圧電素子２０１、２０３の出力信号の基本成分は一般に角速度成分に対して十分大きく、また、歪み信号を生成するときには振動子１０を励振する基準位相において差分信号Ｓを検波しているため（すなわち角速度成分が除去されるように検波しているため）、歪み信号の基本オフセット成分に対応する成分は角速度ノイズ成分に対して十分大きい（図１７および図１８において縦軸のスケールは一致していない。）。したがって、温度に依存しない定数を歪み信号に掛け合わせれば、オフセット成分を導出できることになる。したがって、オフセット成分Ｄは次式（１４）に従って導出する。
Ｄ＝ＫＳＢ・・・（１４）
ただしＫは定数である。 The component corresponding to the basic offset component included in the distortion signal is proportional to the temperature in the same manner as the basic offset component of the angular velocity signal. In addition, the component corresponding to the basic offset component of the distortion signal and the basic offset component of the angular velocity signal both correspond to the same waveform, which is the basic component included in one differential signal, and therefore are in a substantially proportional relationship. . In addition, the component corresponding to the angular velocity noise component of the distortion signal and the angular velocity noise component of the angular velocity signal both correspond to the same waveform as the angular velocity component included in one differential signal, and therefore are substantially proportional. . The basic components of the output signals of the piezoelectric elements 201 and 203 are generally sufficiently large with respect to the angular velocity component, and when the distortion signal is generated, the differential signal S is detected at the reference phase for exciting the vibrator 10 ( That is, since detection is performed so that the angular velocity component is removed), the component corresponding to the basic offset component of the distortion signal is sufficiently larger than the angular velocity noise component (the scales of the vertical axes in FIGS. 17 and 18 are the same). Absent.). Therefore, the offset component can be derived by multiplying the distortion signal by a constant independent of temperature. Therefore, the offset component D is derived according to the following equation (14).
D = KS B (14)
However, K is a constant.

以上の方法で求めたオフセット成分Ｄを角速度信号Ｓｐから差し引くことにより、正確な角速度を表すように角速度信号を補正することができる。そして、このように角速度信号を補正するためのオフセット成分は角速度がゼロであるか否かに関わらず導出できる。すなわち、以上の方法によると振動ジャイロスコープのオフセットを動的に補正できる。 By subtracting the offset component D obtained by the above method from the angular velocity signal S p, it is possible to correct the angular velocity signals to represent the correct angular velocity. The offset component for correcting the angular velocity signal can be derived regardless of whether the angular velocity is zero or not. That is, according to the above method, the offset of the vibration gyroscope can be dynamically corrected.

２．角速度データ処理装置
図１９は上述した角速度データ処理方法が適用される角速度データ処理装置としての振動ジャイロスコープ１の具体的構成例を示すブロック図である。
振動子１０は断面が矩形である片持ち梁型であり、フォトリソグラフィなどの微細加工によって形成される。振動子１０の側面には振動子１０を励振するための駆動手段としての圧電素子２０２と振動子１０の変位を圧電信号に変換するための検出手段としての圧電素子２０１、２０３とが設けられている。圧電素子２０１、２０３は、それぞれの出力信号の角速度成分については極性が反転し基本成分については極性が一致する関係をもって振動子１０に設けられる。 2. Angular Velocity Data Processing Device FIG. 19 is a block diagram showing a specific configuration example of the vibrating gyroscope 1 as an angular velocity data processing device to which the above-described angular velocity data processing method is applied.
The vibrator 10 is a cantilever type having a rectangular cross section, and is formed by fine processing such as photolithography. A piezoelectric element 202 as a driving unit for exciting the vibrator 10 and piezoelectric elements 201 and 203 as detection means for converting the displacement of the vibrator 10 into a piezoelectric signal are provided on the side surface of the vibrator 10. Yes. The piezoelectric elements 201 and 203 are provided in the vibrator 10 so that the polarities of the angular velocity components of the respective output signals are inverted and the polarities of the basic components are the same.

圧電素子２０２を駆動し、差分信号を検波するための基本クロックは発振回路３１によって生成される。増幅回路３０は基本クロックを増幅することにより圧電素子２０２を励振する。   A basic clock for driving the piezoelectric element 202 and detecting a differential signal is generated by the oscillation circuit 31. The amplifier circuit 30 excites the piezoelectric element 202 by amplifying the basic clock.

検出手段としての圧電素子２０１、２０３にはオペアンプ３３の入力端子が接続される。オペアンプ３３は圧電素子２０１、２０３のそれぞれの出力信号の差分を増幅することにより差分信号を生成する。   An input terminal of the operational amplifier 33 is connected to the piezoelectric elements 201 and 203 as detection means. The operational amplifier 33 generates a differential signal by amplifying the difference between the output signals of the piezoelectric elements 201 and 203.

オペアンプ３３の出力端子は検波回路３４、３５に接続される。検波回路３４と検波回路３５が検波に用いるクロックは圧電素子２０２を励振する駆動信号の周期の１／４だけずれている。   The output terminal of the operational amplifier 33 is connected to the detection circuits 34 and 35. The clock used for detection by the detection circuit 34 and the detection circuit 35 is shifted by ¼ of the cycle of the drive signal for exciting the piezoelectric element 202.

一方の検波回路３４に入力されるクロックは基本クロックの位相を１／４周期だけずらした信号である。すなわち検波回路３４は圧電素子２０２を励振する駆動信号の位相に対して１／４周期の差がある位相において差分信号を検波する。検波回路３４に入力されるクロックに入力されるクロックは基本クロックを入力とする位相差発生回路３２によって生成される。検波回路３４の出力端子はローパスフィルタ３６に接続される。ローパスフィルタ３６は検波回路３４の出力信号を平滑化することにより検波回路３４の出力信号の低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成する。すなわち検波回路３４およびローパスフィルタ３６は圧電素子２０２を励振する駆動信号の位相（基準位相）に対して１／４周期の差がある位相において差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成する角速度信号生成手段を構成する。   The clock input to one detection circuit 34 is a signal obtained by shifting the phase of the basic clock by a quarter period. That is, the detection circuit 34 detects the difference signal at a phase having a quarter cycle difference with respect to the phase of the drive signal for exciting the piezoelectric element 202. The clock input to the clock input to the detection circuit 34 is generated by the phase difference generation circuit 32 that receives the basic clock. The output terminal of the detection circuit 34 is connected to the low pass filter 36. The low-pass filter 36 generates an angular velocity signal by smoothing the output signal of the detection circuit 34 and extracting a low frequency component of the output signal of the detection circuit 34. That is, the detection circuit 34 and the low-pass filter 36 detect the differential signal at a phase having a difference of ¼ period with respect to the phase (reference phase) of the drive signal that excites the piezoelectric element 202, and extract the low frequency component to thereby detect the angular velocity. An angular velocity signal generating means for generating a signal is configured.

他方の検波回路３５に入力されるクロックは発信回路３１から出力される基本クロックである。すなわち検波回路３５は圧電素子２０２を励振する駆動信号と同期して差分信号を検波する。検波回路３５の出力端子はローパスフィルタ３８に接続される。ローパスフィルタ３８は検波回路３５の出力信号を平滑化することにより検波回路３５の出力信号の低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成する。すなわち検波回路３５およびローパスフィルタ３８は圧電素子２０２を励振する駆動信号の位相（基準位相）において差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成する歪み信号生成手段を構成する。   The clock input to the other detection circuit 35 is a basic clock output from the transmission circuit 31. That is, the detection circuit 35 detects the difference signal in synchronization with the drive signal for exciting the piezoelectric element 202. An output terminal of the detection circuit 35 is connected to a low pass filter 38. The low-pass filter 38 smoothes the output signal of the detection circuit 35 and extracts a low frequency component of the output signal of the detection circuit 35 to generate a distortion signal. That is, the detection circuit 35 and the low-pass filter 38 constitute distortion signal generation means for generating a distortion signal by detecting a differential signal and extracting a low-frequency component in the phase (reference phase) of the drive signal for exciting the piezoelectric element 202.

ローパスフィルタ３８の出力端子は増幅回路３９に接続される。増幅回路３９はローパスフィルタ３８から出力される歪み信号を増幅することにより定数倍する。すなわち増幅回路３９は歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出するオフセット導出手段を構成する。   The output terminal of the low-pass filter 38 is connected to the amplifier circuit 39. The amplification circuit 39 multiplies the distortion signal output from the low-pass filter 38 by a constant. That is, the amplifier circuit 39 constitutes an offset deriving means for deriving an offset component by multiplying the distortion signal by a constant.

ローパスフィルタ３６と増幅回路３９の出力端子はオペアンプ４０の入力端子に接続される。オペアンプ４０はローパスフィルタ３６の出力信号である角速度信号と増幅回路３９の出力信号であるオフセット成分との差分を増幅する。すなわちオペアンプ４０は角速度信号からオフセット成分を減ずることにより角速度信号を補正するオフセット補正手段を構成する。   The output terminals of the low-pass filter 36 and the amplifier circuit 39 are connected to the input terminal of the operational amplifier 40. The operational amplifier 40 amplifies the difference between the angular velocity signal that is the output signal of the low-pass filter 36 and the offset component that is the output signal of the amplifier circuit 39. That is, the operational amplifier 40 constitutes an offset correction unit that corrects the angular velocity signal by subtracting the offset component from the angular velocity signal.

上述した角速度データ処理方法が適用される振動ジャイロスコープ１には、温度に応じてオフセット成分を導出するための補正データを格納するためのメモリや、温度を検出するための温度センサや、複雑なスイッチング回路や、制御回路が不要である。すなわち角速度データ処理方法が適用される振動ジャイロスコープの製造コストは抑制され得る。   The vibration gyroscope 1 to which the above-described angular velocity data processing method is applied includes a memory for storing correction data for deriving an offset component according to temperature, a temperature sensor for detecting temperature, a complicated No switching circuit or control circuit is required. That is, the manufacturing cost of the vibration gyroscope to which the angular velocity data processing method is applied can be suppressed.

３．他の実施形態
振動子は少なくともその質点が２次元または３次元に振動できる形態であればよく、例えば両持ち梁型でもダイヤフラム型でもよい。振動子の励振には電磁誘導や静電気を用いてもよい。振動子の歪みの検出手段にはキャパシタや光センサを用いてもよい。すなわち振動子の歪みの検出手段の出力は静電容量信号でもよい。また角速度データ処理装置が内部で処理する信号をいずれかの段階でデジタル化してもよいし、オフセットが補正された角速度信号をアナログ信号として出力してもよい。またローパスフィルタ３６、３８のように同一機能を持つ独立した２つの機能素子の一方を省略し、スイッチング回路を追加するなど、本発明の角速度データ処理装置の機能要素の具体的実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 3. Other Embodiments The vibrator may be in any form as long as at least its mass point can vibrate two-dimensionally or three-dimensionally. Electromagnetic induction or static electricity may be used for exciting the vibrator. A capacitor or an optical sensor may be used as a means for detecting the distortion of the vibrator. That is, the output of the transducer distortion detection means may be a capacitance signal. In addition, a signal processed internally by the angular velocity data processing apparatus may be digitized at any stage, or an angular velocity signal whose offset is corrected may be output as an analog signal. Further, specific embodiments of functional elements of the angular velocity data processing apparatus of the present invention, such as omitting one of two independent functional elements having the same function such as the low-pass filters 36 and 38 and adding a switching circuit, Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

本発明の実施形態にかかる模式図。The schematic diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる線グラフ。The line graph concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかる波形図。The wave form diagram concerning embodiment of this invention. 本発明の実施形態にかかるブロック図。The block diagram concerning embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１：振動ジャイロスコープ、１０：振動子、２０：圧電素子、２１：検出電極、２２：駆動電極、２３：検出電極、２４：圧電膜、２５：共通電極、３０：増幅回路、３１：発振回路、３２：位相差発生回路、３３：オペアンプ、３４：検波回路、３５：検波回路、３６：ローパスフィルタ、３８：ローパスフィルタ、３９：増幅回路、４０：オペアンプ、１００：側面、２０１：圧電素子、２０２：圧電素子、２０３：圧電素子 1: vibrating gyroscope, 10: vibrator, 20: piezoelectric element, 21: detection electrode, 22: drive electrode, 23: detection electrode, 24: piezoelectric film, 25: common electrode, 30: amplification circuit, 31: oscillation circuit 32: phase difference generation circuit, 33: operational amplifier, 34: detection circuit, 35: detection circuit, 36: low-pass filter, 38: low-pass filter, 39: amplification circuit, 40: operational amplifier, 100: side surface, 201: piezoelectric element, 202: Piezoelectric element, 203: Piezoelectric element

Claims (4)

基準位相で励振される振動子に対に設けられた検出手段の出力信号の差分信号に基づいて角速度を導出する角速度データ処理装置であって、
前記基準位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成する歪み信号生成手段と、
前記基準位相に対して１／４周期の差がある位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成する角速度信号生成手段と、
前記歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出するオフセット導出手段と、
前記角速度信号から前記オフセット成分を減ずることにより前記角速度信号を補正するオフセット補正手段と、
を備える角速度データ処理装置。 An angular velocity data processing device for deriving an angular velocity based on a differential signal of output signals of detection means provided in pairs with a vibrator excited with a reference phase,
Distortion signal generation means for generating a distortion signal by detecting the differential signal in the reference phase and extracting a low frequency component;
Angular velocity signal generating means for generating an angular velocity signal by detecting the difference signal and extracting a low frequency component in a phase having a quarter period difference with respect to the reference phase;
Offset derivation means for deriving an offset component by multiplying the distortion signal by a constant;
Offset correction means for correcting the angular velocity signal by subtracting the offset component from the angular velocity signal;
An angular velocity data processing apparatus comprising: 前記出力信号は圧電信号である、
請求項１に記載の角速度データ処理装置。 The output signal is a piezoelectric signal;
The angular velocity data processing apparatus according to claim 1. 前記出力信号は静電容量信号である、
請求項１に記載の角速度データ処理装置。 The output signal is a capacitance signal;
The angular velocity data processing apparatus according to claim 1. 基準位相で励振される振動子に対に設けられた検出手段の出力信号の差分信号に基づいて角速度を導出する角速度データ処理方法であって、
前記基準位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより歪み信号を生成し、
前記基準位相に対して１／４周期の差がある位相において前記差分信号を検波し低周波成分を抽出することにより角速度信号を生成し、
前記歪み信号を定数倍することによりオフセット成分を導出し、
前記角速度信号から前記オフセット成分を減ずることにより前記角速度信号を補正する、
ことを含む角速度データ処理方法。 An angular velocity data processing method for deriving an angular velocity based on a differential signal of output signals of detection means provided in pairs with a vibrator excited at a reference phase,
A distortion signal is generated by detecting the difference signal in the reference phase and extracting a low frequency component,
An angular velocity signal is generated by detecting the difference signal and extracting a low frequency component at a phase having a quarter period difference with respect to the reference phase,
Deriving an offset component by multiplying the distortion signal by a constant,
Correcting the angular velocity signal by subtracting the offset component from the angular velocity signal;
An angular velocity data processing method including the above.
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