JP2010071909A - Piezoelectric vibration gyro - Google Patents

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Nagayuki Ono
長幸 小野
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Tokin Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric vibration gyro having a small output drift and a low noise, capable of acquiring stable output. <P>SOLUTION: The gyro has a constitution wherein output from a current detection circuit 8 is used as the first injection signal, and the first injection signal is connected to an inverting terminal or a non-inverting terminal of addition/subtraction amplifying circuits 2, 3 through the first amplitude adjustment circuit, and the second injection signal acquired by allowing the output from the current detection circuit 8 to pass a 90-degree phase shift circuit 13 is connected to the non-inverting terminal or the inverting terminal of the addition/subtraction amplifying circuits 2, 3 through the second amplitude adjustment circuit, to thereby reduce and adjust an output amplitude of the addition/subtraction amplifying circuits 2, 3. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、角速度センサとして使用される振動ジャイロに関し、特に自動車のナビゲーションシステムや姿勢制御装置、カメラ一体型VTR、デジタルカメラの手ぶれ防止装置等に用いられるジャイロスコープに好適な振動ジャイロに関するものである。   The present invention relates to a vibration gyro used as an angular velocity sensor, and more particularly to a vibration gyro suitable for a gyroscope used in a navigation system, an attitude control device, a camera-integrated VTR, a camera shake prevention device for a digital camera, etc. .

振動ジャイロとは、速度を持つ物体に回転角速度が与えられると、その物体自身に速度方向と直角な方向にコリオリ力が発生するという力学現象を利用した角速度センサである。振動ジャイロは、電気的な信号を印加することで機械的な振動(以下、「駆動モード」と呼ぶ。)を励起することができ、且つ、駆動振動と直交する方向の機械的な振動(以下、「検出モード」と呼ぶ。)の大きさを電気的に検出可能とした系を有し、予め、駆動モードを励振した状態で、駆動モードの振動面と検出モードの振動面との交線と平行な軸を中心とした回転角速度を与えると、前述のコリオリ力の作用により、検出モードが発生し、出力電圧として検出できる。この検出された出力電圧は駆動モードの大きさおよび回転角速度に比例するので、駆動モードの大きさを一定にした状態では、出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めることができる。   A vibrating gyroscope is an angular velocity sensor that utilizes a dynamic phenomenon in which when a rotational angular velocity is applied to an object having a velocity, a Coriolis force is generated in the object itself in a direction perpendicular to the velocity direction. The vibration gyro can excite mechanical vibration (hereinafter referred to as “driving mode”) by applying an electrical signal, and mechanical vibration in a direction orthogonal to the driving vibration (hereinafter referred to as “driving mode”). , Referred to as “detection mode”) in a state where the magnitude of the detection mode) can be electrically detected and the drive mode is excited in advance, the line of intersection between the vibration surface in the drive mode and the vibration surface in the detection mode When a rotational angular velocity about an axis parallel to the axis is given, a detection mode is generated by the action of the Coriolis force described above, and can be detected as an output voltage. Since the detected output voltage is proportional to the magnitude of the drive mode and the rotational angular velocity, the magnitude of the rotational angular velocity can be obtained from the magnitude of the output voltage when the magnitude of the drive mode is constant.

近年、その他の電子部品と同様に振動ジャイロにおいても、小型化、低価格化が急速に進められている。例えば、手ぶれ防止装置等では、一般に2軸の回転角速度の検出が必要であるため、従来は1軸の回転角速度を検出できる製品を2つ使用している場合がほとんどであった。しかし最近、2軸の回転角速度の検出を1つの製品で可能とした振動ジャイロが製品化されてきている。1軸の製品を別々に生産するのに比べ、IC等の回路部やパッケージなど、共通部分を共有することが可能となり、小型、低価格化が図られる。   In recent years, as with other electronic components, vibration gyros have been rapidly reduced in size and price. For example, an anti-shake device or the like generally requires detection of a biaxial rotational angular velocity, and conventionally, in most cases, two products capable of detecting a single axial rotational angular velocity are used. Recently, however, vibratory gyros that enable detection of the rotational angular velocity of two axes with one product have been commercialized. Compared to producing single-axis products separately, it is possible to share common parts such as circuit parts and packages such as ICs, and the size and price can be reduced.

図6は、圧電振動ジャイロ用振動子を示す上面図である。図6の圧電振動ジャイロ用振動子は、2軸の回転角速度を検出できる圧電振動ジャイロ用振動子を示している。付加質量部104a〜104dをビーム103a〜103hによって枠体102に接続し、振動子101を形成している。付加質量部104a〜104dにはそれぞれビーム103a〜103dが接続されている。また、ビーム103aの表面には検出電極106a、基準電圧電極107c、107dを、ビーム103bの表面には検出電極106b、基準電圧電極107f、107gを、ビーム103cの表面には検出電極106c、基準電圧電極107f、107hを、ビーム103dの表面には検出電極106d、基準電圧電極107c、107eを、ビーム103eの表面には駆動電極105a、基準電圧電極107aを、ビーム103fの表面には駆動電極105b、基準電圧電極107bを形成している。   FIG. 6 is a top view showing the vibrator for piezoelectric vibration gyro. The piezoelectric vibration gyro vibrator in FIG. 6 is a piezoelectric vibration gyro vibrator capable of detecting a biaxial rotational angular velocity. The additional mass portions 104a to 104d are connected to the frame body 102 by beams 103a to 103h to form the vibrator 101. Beams 103a to 103d are connected to the additional mass portions 104a to 104d, respectively. Further, the detection electrode 106a and reference voltage electrodes 107c and 107d are provided on the surface of the beam 103a, the detection electrode 106b and reference voltage electrodes 107f and 107g are provided on the surface of the beam 103b, and the detection electrode 106c and reference voltage are provided on the surface of the beam 103c. The electrodes 107f and 107h, the detection electrode 106d and the reference voltage electrodes 107c and 107e on the surface of the beam 103d, the drive electrode 105a and the reference voltage electrode 107a on the surface of the beam 103e, and the drive electrode 105b and the surface of the beam 103f, A reference voltage electrode 107b is formed.

図7は、図6の圧電振動ジャイロ用振動子の振動モードを示す上面図である。図7(a)はXモード、図7(b)はYモード、図7(c)はZモードを示す。図7(a)に示すXモードは、図6を同時に参照し、2つの同位相の付加質量部104aおよび104cと、2つの同位相の付加質量部104bおよび104dとが互いに逆位相で、且つ付加質量部をX軸方向に振動する。Xモードを励振した状態でY軸と平行な軸回りの角速度を印加すると、付加質量部にコリオリ力が働き、付加質量部104aおよび104cと、付加質量部104bおよび104dとが互いに逆位相で、Z軸方向に振動する。   FIG. 7 is a top view showing a vibration mode of the vibrator for piezoelectric vibration gyro of FIG. 7A shows the X mode, FIG. 7B shows the Y mode, and FIG. 7C shows the Z mode. In the X mode shown in FIG. 7 (a), referring to FIG. 6 at the same time, the two in-phase additional mass portions 104a and 104c and the two in-phase additional mass portions 104b and 104d are in opposite phases, and The additional mass part is vibrated in the X-axis direction. When an angular velocity about an axis parallel to the Y axis is applied in the state where the X mode is excited, a Coriolis force acts on the additional mass unit, and the additional mass units 104a and 104c and the additional mass units 104b and 104d are in opposite phases. Vibrates in the Z-axis direction.

すなわちXモードを励振することで、付加質量部104aおよび104cが+X方向の速度を持ち、付加質量部104bおよび104dが−X方向の速度を持った状態において、Y軸と平行な軸回りの角速度を印加し、コリオリ力が発生すると付加質量部104aおよび104cは−Z方向に力を受け、付加質量部104bおよび104dは+Z方向に力を受ける。この振動の検出にはZモードが利用できる。   That is, by exciting the X mode, the additional mass portions 104a and 104c have a velocity in the + X direction, and the additional mass portions 104b and 104d have a velocity in the -X direction, the angular velocity about the axis parallel to the Y axis. When the Coriolis force is generated, the additional mass portions 104a and 104c receive a force in the -Z direction, and the additional mass portions 104b and 104d receive a force in the + Z direction. The Z mode can be used to detect this vibration.

同様に、Z軸と平行な軸回りの角速度を印加すると、付加質量部にコリオリ力が働き、付加質量部104aおよび104cと、付加質量部104bおよび104dとが互いに逆位相でY軸方向に力を受ける。しかし付加質量部104a〜104dにはそれぞれビーム103a〜103dが接続され、Y軸方向の変位が制限されている。したがってそれぞれの付加質量部は回転し、Z軸方向に振動することになる。   Similarly, when an angular velocity about an axis parallel to the Z-axis is applied, Coriolis force acts on the additional mass unit, and the additional mass units 104a and 104c and the additional mass units 104b and 104d are in opposite phases with respect to the Y-axis direction. Receive. However, the beams 103a to 103d are connected to the additional mass portions 104a to 104d, respectively, and displacement in the Y-axis direction is limited. Therefore, each additional mass part rotates and vibrates in the Z-axis direction.

すなわちXモードを励振することで、付加質量部104aおよび104cが+X方向の速度を持ち、付加質量部104bおよび104dが−X方向の速度を持った状態において、Z軸と平行な軸回りの角速度を印加し、コリオリ力が発生すると付加質量部104aおよび104cは+Y方向に力を受け、付加質量部104bおよび104dは−Y方向に力を受ける。しかし、ビーム103a〜103dの存在により、Y軸方向の変位を制限するため、それぞれの付加質量部は、ビームとの接続部を中心に回転しようとする。その結果、付加質量部104aおよび104dは+Z方向に変位し、付加質量部104bおよび104cは、−Z方向に変位する。したがって、付加質量部104aおよび104dと、付加質量部104bおよび104cとが互いに逆位相で、Z軸方向に振動する。この振動の検出にはYモードが利用できる。   That is, by exciting the X mode, the additional mass portions 104a and 104c have a velocity in the + X direction, and the additional mass portions 104b and 104d have a velocity in the -X direction, the angular velocity about the axis parallel to the Z axis. When the Coriolis force is generated, the additional mass portions 104a and 104c receive a force in the + Y direction, and the additional mass portions 104b and 104d receive a force in the -Y direction. However, in order to limit the displacement in the Y-axis direction due to the presence of the beams 103a to 103d, each additional mass portion tries to rotate around the connection portion with the beam. As a result, the additional mass portions 104a and 104d are displaced in the + Z direction, and the additional mass portions 104b and 104c are displaced in the −Z direction. Therefore, the additional mass portions 104a and 104d and the additional mass portions 104b and 104c vibrate in the Z-axis direction in opposite phases. The Y mode can be used to detect this vibration.

そして振動子101のビーム103e、103fに形成した駆動電極105a,105bにXモードの共振周波数の電気信号を入力することでXモードを励振し、ビーム103a〜103dに形成した検出電極106a〜106dに生じる電荷を検出することで、YモードおよびZモードの振動を検出することができ、Z軸およびY軸と平行な軸回りの角速度を検出できる。   An X-mode resonance signal is input to drive electrodes 105a and 105b formed on the beams 103e and 103f of the vibrator 101 to excite the X mode, and the detection electrodes 106a to 106d formed on the beams 103a to 103d are excited. By detecting the generated charges, vibrations in the Y mode and the Z mode can be detected, and the angular velocities around the axes parallel to the Z axis and the Y axis can be detected.

図8は、従来の圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図である。図9は、従来の圧電振動ジャイロの入力アンプ部の回路構成の一例を示す図である。図9(a)は電流検出回路であり、図9(b)はチャージアンプ回路である。図6の振動子101を共振周波数で自励発振させる駆動手段として、電流検出回路8、位相調整回路9、自動利得制御回路(以下AGC回路)10を有する駆動回路、検出手段として入力アンプ1a〜1d、加減算増幅回路2,3、位相調整回路11、同期検波回路4,5、ローパスフィルタ回路6,7とを有する検出回路、また各回路の動作基準電圧を作る基準電圧回路12を有する。入力アンプ1a〜1dには図9(a)に示すような、演算増幅器1eの反転端子と出力端子間に固定抵抗1fを接続し、非反転端子を基準電圧に接地した電流検出回路や、図9(b)に示すような演算増幅器1eの反転端子と出力端子間に固定抵抗1gとコンデンサ1hを接続し、非反転端子を基準電圧に接地したチャージアンプ回路などが用いられる。   FIG. 8 is a block diagram showing a drive detection circuit of a conventional piezoelectric vibration gyro. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of an input amplifier unit of a conventional piezoelectric vibration gyro. FIG. 9A shows a current detection circuit, and FIG. 9B shows a charge amplifier circuit. A drive circuit having a current detection circuit 8, a phase adjustment circuit 9, and an automatic gain control circuit (hereinafter referred to as AGC circuit) 10 as drive means for causing the vibrator 101 of FIG. 6 to self-oscillate at a resonance frequency, and input amplifiers 1a to 1a as detection means. 1d, addition / subtraction amplification circuits 2 and 3, phase adjustment circuit 11, synchronous detection circuits 4 and 5, and low-pass filter circuits 6 and 7, and a reference voltage circuit 12 that generates an operation reference voltage for each circuit. As shown in FIG. 9A, the input amplifiers 1a to 1d include a current detection circuit in which a fixed resistor 1f is connected between the inverting terminal and the output terminal of the operational amplifier 1e, and the non-inverting terminal is grounded to the reference voltage. A charge amplifier circuit or the like in which a fixed resistor 1g and a capacitor 1h are connected between the inverting terminal and the output terminal of the operational amplifier 1e as shown in 9 (b) and the non-inverting terminal is grounded to the reference voltage is used.

Xモードの周波数で駆動電極105aおよび105bを駆動するには駆動状態を一定に保つためのAGC回路10の出力を駆動電極105aおよび105bに接続し、電流検出回路8の入力を基準電圧電極107aおよび107bに接続する。電流検出回路の仮想接地の効果により、基準電圧電極107a、107bの電位は、基準電圧に固定され、駆動電極105aおよび105bと基準電圧電極107aおよび107bの間に駆動電圧を印加することができる。   In order to drive the drive electrodes 105a and 105b at the frequency of the X mode, the output of the AGC circuit 10 for keeping the drive state constant is connected to the drive electrodes 105a and 105b, and the input of the current detection circuit 8 is connected to the reference voltage electrode 107a and Connect to 107b. Due to the virtual ground effect of the current detection circuit, the potentials of the reference voltage electrodes 107a and 107b are fixed to the reference voltage, and the drive voltage can be applied between the drive electrodes 105a and 105b and the reference voltage electrodes 107a and 107b.

駆動電極105aおよび105bに流れる駆動電流は、電流検出回路8の電流検出用抵抗8aを流れ、電圧に変換されて検出され、位相調整回路9で自励発振の位相調整を行い、AGC回路10で振幅調整され、駆動電極105a、105bに再び印加される。この閉ループによりXモードの共振周波数で自励発振させることができる。同時に電流検出回路8の出力は位相調整回路11を通り、同期検波回路4および5に参照信号として入力される。   The drive current flowing through the drive electrodes 105a and 105b flows through the current detection resistor 8a of the current detection circuit 8, is converted into a voltage and detected, and the phase adjustment circuit 9 adjusts the phase of self-excited oscillation, and the AGC circuit 10 The amplitude is adjusted and applied again to the drive electrodes 105a and 105b. This closed loop enables self-excited oscillation at the X-mode resonance frequency. At the same time, the output of the current detection circuit 8 passes through the phase adjustment circuit 11 and is input to the synchronous detection circuits 4 and 5 as a reference signal.

前述の通り、Xモードを自励発振させた状態で、Z軸回りに角速度を印加するとYモードの振動により検出電極106aおよび106dと検出電極106bおよび106cには、互いに逆位相の電荷が発生する。検出電極106a〜106dには入力アンプ1a〜1dがそれぞれ接続され、発生する電荷が電圧に変換される。加減算増幅回路2の反転端子側には入力アンプ1aと1dが固定抵抗2aと2dを介して接続され、非反転端子側には入力アンプ1bと1cが固定抵抗2bと2cを介して接続され、同相成分同士の信号を加算し、且つ逆相成分同士の信号を減算することにより、Z軸回りの角速度に比例した信号が増幅され、同期検波回路4、ローパスフィルタ回路6によって直流信号として取り出すことができる。加減算増幅回路2に用いる抵抗として、固定抵抗2e、2fが用いられる。   As described above, when an angular velocity is applied around the Z axis in a state where the X mode is self-excited, charges in opposite phases are generated in the detection electrodes 106a and 106d and the detection electrodes 106b and 106c due to the vibration of the Y mode. . Input electrodes 1a to 1d are connected to the detection electrodes 106a to 106d, respectively, and generated charges are converted into voltages. Input amplifiers 1a and 1d are connected to the inverting terminal side of the addition / subtraction amplifier circuit 2 via fixed resistors 2a and 2d, and input amplifiers 1b and 1c are connected to the non-inverting terminal side via fixed resistors 2b and 2c. By adding the signals of the in-phase components and subtracting the signals of the anti-phase components, a signal proportional to the angular velocity around the Z axis is amplified and taken out as a DC signal by the synchronous detection circuit 4 and the low-pass filter circuit 6. Can do. Fixed resistors 2e and 2f are used as resistors used in the addition / subtraction amplifier circuit 2.

同様にY軸回りに角速度を印加するとZモードの振動により検出電極106aおよび106cと検出電極106bおよび106dには、互いに逆位相の電荷が発生する。加減算増幅回路3の反転端子側には入力アンプ1aと1cが固定抵抗3aと3cを介して接続され、非反転端子側には入力アンプ1bと1dが固定抵抗3bと3dを介して接続され、同相成分同士の信号を加算し、且つ逆相成分同士の信号を減算することにより、Y軸回りの角速度に比例した信号が増幅され、同期検波回路5、ローパスフィルタ回路7によって直流信号として取り出すことができる。加減算増幅回路3に用いる抵抗として、固定抵抗3e、3fが用いられる。   Similarly, when an angular velocity is applied around the Y axis, charges in opposite phases are generated in the detection electrodes 106a and 106c and the detection electrodes 106b and 106d by the vibration of the Z mode. Input amplifiers 1a and 1c are connected through fixed resistors 3a and 3c to the inverting terminal side of addition / subtraction amplifier circuit 3, and input amplifiers 1b and 1d are connected through fixed resistors 3b and 3d to the non-inverting terminal side. By adding the signals of the in-phase components and subtracting the signals of the opposite-phase components, a signal proportional to the angular velocity around the Y axis is amplified and taken out as a DC signal by the synchronous detection circuit 5 and the low-pass filter circuit 7. Can do. Fixed resistors 3e and 3f are used as resistors used in the addition / subtraction amplification circuit 3.

また、Yモードによる発生電荷は加減算増幅回路3によって相殺され、Zモードによる発生電荷は加減算増幅回路2によって相殺される。したがってローパスフィルタ回路6の出力はZ軸回りのみの角速度に比例した出力が、ローパスフィルタ回路7の出力はY軸回りのみの角速度に比例した出力がそれぞれ得られる。このような振動ジャイロは特許文献1に開示されている。   Further, the charge generated by the Y mode is canceled by the addition / subtraction amplification circuit 3, and the charge generated by the Z mode is canceled by the addition / subtraction amplification circuit 2. Accordingly, the output of the low-pass filter circuit 6 is an output proportional to the angular velocity only around the Z axis, and the output of the low-pass filter circuit 7 is an output proportional to the angular velocity only around the Y axis. Such a vibration gyro is disclosed in Patent Document 1.

特開2008−145325号公報JP 2008-145325 A

図7(a)〜図7(c)に示す振動子101のXモードとYモードおよびZモードは独立しているため振動子101がXモードで自励発振している状態でZ軸周りおよびY軸周りに角速度が印加されない場合、つまりコリオリ力によりYモードおよびZモードが励振されない状態では、理想的には入力アンプ1a〜1dの出力端子に信号は検出されない。   Since the X mode, the Y mode, and the Z mode of the vibrator 101 shown in FIGS. 7A to 7C are independent, the vibrator 101 is self-oscillated in the X mode and is rotated around the Z axis. When an angular velocity is not applied around the Y axis, that is, in a state where the Y mode and the Z mode are not excited by the Coriolis force, ideally no signal is detected at the output terminals of the input amplifiers 1a to 1d.

しかしながら、実際には振動子の加工寸法精度のばらつき、振動子表面に形成されている電極寸法のばらつき等により振動子のXモードの振動方向がX軸に平行ではなく、斜め振動になったり、振動方向が直線ではなく楕円振動になってしまうことがあり、その場合、角速度が印加されなくとも検出電極に不要な電荷が発生してしまうことになる。また、振動子表面に形成されている各電極間には浮遊容量が少なからず存在し、その容量のカップリングによる誤差が入力アンプ1a〜1dで増幅され、出力端子には不要な誤差信号として出力されてしまうことになる。   However, in reality, due to variations in the processing dimensional accuracy of the vibrator, variations in the dimensions of the electrodes formed on the vibrator surface, etc., the X-mode vibration direction of the vibrator is not parallel to the X axis, but becomes oblique vibration, In some cases, the vibration direction is not a straight line but an elliptical vibration. In this case, unnecessary charges are generated in the detection electrode even if the angular velocity is not applied. In addition, there is a considerable amount of stray capacitance between the electrodes formed on the surface of the vibrator, and errors due to coupling of the capacitance are amplified by the input amplifiers 1a to 1d and output as unnecessary error signals to the output terminals. It will be done.

以下に、入力アンプ1a〜1dが図9(a)の電流検出回路の場合で説明する。なお、入力アンプが図9(b)のチャージアンプを使用する場合は、チャージアンプの入力信号と出力信号とは位相が90度ずれるため、以下の説明におけるそれぞれの波形の位相関係もそれぞれ90度ずれることになる。   Hereinafter, the case where the input amplifiers 1a to 1d are the current detection circuit of FIG. 9A will be described. When the input amplifier uses the charge amplifier shown in FIG. 9B, the phase of the input signal and the output signal of the charge amplifier are shifted by 90 degrees. It will shift.

図10は、従来の圧電振動ジャイロの駆動検出回路における誤差信号の波形の模式図である。図10(a)は駆動回路の電流検出回路出力波形を示し、図10(b)は入力アンプ1aから出力される誤差信号波形を示し、図10(c)は4つの入力アンプ1a〜1dから出力される誤差信号波形を示し、図10(d)は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形を示す。図10の波形の模式図を用いて動作の一例を説明する。前記誤差信号のうち、斜め振動などにより発生する第一の誤差信号は、振動子の自励発振により検出される駆動電流と同位相(または逆位相)の信号となる。つまりは電流検出回路8の出力と同位相(または逆位相)となる。   FIG. 10 is a schematic diagram of a waveform of an error signal in a drive detection circuit of a conventional piezoelectric vibration gyro. 10A shows the current detection circuit output waveform of the drive circuit, FIG. 10B shows the error signal waveform output from the input amplifier 1a, and FIG. 10C shows the four input amplifiers 1a to 1d. FIG. 10D shows the error signal waveform output from the addition / subtraction amplification circuit. An example of the operation will be described with reference to the waveform schematic diagram of FIG. Of the error signals, the first error signal generated by oblique vibration or the like is a signal having the same phase (or opposite phase) as the drive current detected by self-oscillation of the vibrator. That is, it becomes the same phase (or opposite phase) as the output of the current detection circuit 8.

一方、楕円振動や浮遊容量成分による第二の誤差信号は、前記駆動電流の位相と90度ずれた信号成分となる。つまりは電流検出回路8の出力と90度ずれた信号となる。したがって、結果的に発生する誤差信号は、駆動電流と同位相(または逆位相)の第一の誤差信号と駆動電流と90度位相がずれた第二の誤差信号の合成した信号となる。   On the other hand, the second error signal due to elliptical vibration or stray capacitance component is a signal component that is shifted by 90 degrees from the phase of the drive current. In other words, the signal is 90 degrees shifted from the output of the current detection circuit 8. Accordingly, the resultant error signal is a composite signal of the first error signal having the same phase (or opposite phase) as the drive current and the second error signal that is 90 degrees out of phase with the drive current.

つまり、図10(a)に示す出力波形51が電流検出回路8の出力波形とすれば、図10(b)に示す誤差信号波形54は、角速度が印加されていない状態での検出電極106aに接続された、入力アンプ1aの出力波形である。前記入力アンプ1aから出力される誤差信号波形54は、図10(a)に示す電流検出回路8の出力波形51と同位相の入力アンプ1aから出力される誤差信号の第一の誤差信号成分52と90度位相がずれた入力アンプ1aから出力される誤差信号の第二の誤差信号成分53とが合成されたものである。   That is, if the output waveform 51 shown in FIG. 10A is the output waveform of the current detection circuit 8, the error signal waveform 54 shown in FIG. 10B is applied to the detection electrode 106a in a state where no angular velocity is applied. It is the output waveform of the connected input amplifier 1a. The error signal waveform 54 output from the input amplifier 1a is a first error signal component 52 of the error signal output from the input amplifier 1a in phase with the output waveform 51 of the current detection circuit 8 shown in FIG. And the second error signal component 53 of the error signal output from the input amplifier 1a that is 90 degrees out of phase.

同様に検出電極106b〜106dに接続された入力アンプ1b〜1dから出力される誤差信号波形56〜58は、例えば図10(c)のようになり、それぞれ振幅と位相が異なる信号波形となる。そして各々の信号が加算、減算されて、次段の加減算増幅回路2の出力は図10(d)の加減算増幅回路から出力される誤差信号波形61のようになる。図10(d)の加減算増幅回路から出力される誤差信号波形61も当然のことながら、電流検出回路8の出力波形51と同位相の加減算増幅回路から出力される誤差信号の第一の誤差信号成分59と90度位相がずれた加減算増幅回路から出力される誤差信号の第二の誤差信号成分60とが合成された波形ということになる。ただし、誤差信号は前述のとおり、加工精度、電極精度、浮遊容量などにより発生するものであるため、入力アンプ1a〜1dから出力される誤差信号は、各々同一波形とはならない。   Similarly, error signal waveforms 56 to 58 output from the input amplifiers 1b to 1d connected to the detection electrodes 106b to 106d are as shown in FIG. 10C, for example, and are signal waveforms having different amplitudes and phases. Then, the respective signals are added and subtracted, and the output of the next addition / subtraction amplification circuit 2 becomes an error signal waveform 61 output from the addition / subtraction amplification circuit of FIG. As a matter of course, the error signal waveform 61 output from the addition / subtraction amplification circuit in FIG. 10D is also the first error signal of the error signal output from the addition / subtraction amplification circuit having the same phase as the output waveform 51 of the current detection circuit 8. This is a waveform obtained by synthesizing the component 59 and the second error signal component 60 of the error signal output from the addition / subtraction amplification circuit 90 degrees out of phase. However, since the error signal is generated due to processing accuracy, electrode accuracy, stray capacitance, etc. as described above, the error signals output from the input amplifiers 1a to 1d do not have the same waveform.

一般的にこれらの不要な誤差信号は、振動子自体の任意の部分を研削したり、振動子表面に形成された電極自体を除去することにより低減させることができる。これらの振動子調整にはレーザートリミングやサンドブラスト加工などが用いられている。   In general, these unnecessary error signals can be reduced by grinding an arbitrary portion of the vibrator itself or removing the electrode itself formed on the vibrator surface. Laser trimming, sandblasting, or the like is used for adjusting these vibrators.

しかし、これらの振動子調整は圧電振動ジャイロの組立工程の途中で行われるため、調整後の組立工程で、例えば加熱などの熱ストレスやケーシングなどによる外的な機械的ストレスにより振動子の特性が変化してしまうことがある。そのため振動子の調整具合がずれてしまい、結果的に駆動検出回路と組み合わせた場合、入力アンプ1a〜1dに誤差信号が出力されてしまうことになる。   However, since these vibrator adjustments are performed in the middle of the assembly process of the piezoelectric vibration gyroscope, the characteristics of the vibrators are affected by thermal stress such as heating or external mechanical stress due to the casing in the assembly process after adjustment. It may change. Therefore, the degree of adjustment of the vibrator is shifted, and as a result, when combined with the drive detection circuit, an error signal is output to the input amplifiers 1a to 1d.

したがって本発明の課題は、前記加減算増幅回路から出力される誤差信号が駆動電流と同位相(または逆位相)成分と90度ずれた成分との合成信号であることを利用して、振動子調整工程で調整しきれなかった誤差信号或いは、調整後の状態変化によって生じた誤差信号を加減算増幅回路にて相殺して縮小することにより、安定した出力が得られ、出力ドリフトの小さい、低ノイズの圧電振動ジャイロを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to make use of the fact that the error signal output from the adder / subtracter amplifier circuit is a composite signal of a component that is in phase (or opposite phase) to the drive current and a component that is shifted by 90 degrees. An error signal that could not be adjusted in the process or an error signal generated by the change in state after adjustment is canceled and reduced by the addition / subtraction amplification circuit, so that a stable output can be obtained, low output drift, and low noise It is to provide a piezoelectric vibration gyro.

本発明は、誤差信号が駆動電流と同位相(または逆位相)成分と90度ずれた成分との合成信号であることを利用して、振動子調整工程で調整しきれなかった誤差信号或いは、調整後の状態変化によって生じた誤差信号を加減算増幅回路にて相殺して縮小するように構成した圧電振動ジャイロである。   The present invention makes use of the fact that the error signal is a composite signal of a component that is in phase (or opposite phase) to the drive current and a component that is shifted by 90 degrees. This is a piezoelectric vibration gyro configured to cancel and reduce an error signal generated due to a state change after adjustment by an addition / subtraction amplification circuit.

本発明によれば、共振周波数で振動させるための少なくとも2つの駆動電極と角速度が加わるに伴い発生する信号を検出する少なくとも2つ以上の検出電極をもつ圧電振動子と、前記圧電振動子の前記検出電極により検出される角速度に比例した微小信号出力を増幅し、直流電圧として出力する入力アンプ部、加減算増幅回路、同期検波回路、ローパスフィルタ回路からなる検出回路と、前記圧電振動子を共振周波数で自励発振させるための信号を前記駆動電極に与えるための電流検出回路、位相調整回路、自動利得制御回路からなる駆動回路から構成される圧電振動ジャイロであって、前記電流検出回路の出力を第一の注入信号とし、該第一の注入信号を第一の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子に接続し、また、前記電流検出回路の出力を90度移相回路を通した第二の注入信号を第二の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の非反転端子または反転端子に接続することにより前記加減算増幅回路の出力振幅を縮小調整することを特徴とする圧電振動ジャイロが得られる。   According to the present invention, a piezoelectric vibrator having at least two drive electrodes for vibrating at a resonance frequency and at least two detection electrodes for detecting a signal generated as an angular velocity is applied, and the piezoelectric vibrator A detection circuit comprising an input amplifier unit, an addition / subtraction amplification circuit, a synchronous detection circuit, a low-pass filter circuit that amplifies a minute signal output proportional to the angular velocity detected by the detection electrode and outputs it as a DC voltage, and a resonance frequency of the piezoelectric vibrator. A piezoelectric vibration gyro comprising a drive circuit comprising a current detection circuit for providing a signal for self-excited oscillation to the drive electrode, a phase adjustment circuit, and an automatic gain control circuit, the output of the current detection circuit being As the first injection signal, the first injection signal is connected to the inverting terminal or the non-inverting terminal of the addition / subtraction amplifier circuit through the first amplitude adjustment circuit. Further, the addition / subtraction amplification is performed by connecting the output of the current detection circuit to the non-inverting terminal or the inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit through the second amplitude adjustment circuit through the second injection signal that has passed through the 90-degree phase shift circuit. A piezoelectric vibration gyro characterized by reducing and adjusting the output amplitude of the circuit is obtained.

本発明によれば、圧電ジャイロにおいて、前記第一および第二の振幅調整回路は可変抵抗で構成され、前記可変抵抗の抵抗値を変えることにより、前記加減算増幅回路に入力する信号振幅を調整することを特徴とする圧電振動ジャイロが得られる。   According to the present invention, in the piezoelectric gyro, the first and second amplitude adjustment circuits are configured by variable resistors, and the signal amplitude input to the addition / subtraction amplification circuit is adjusted by changing the resistance value of the variable resistors. A piezoelectric vibration gyro characterized by the above can be obtained.

本発明によれば、圧電ジャイロにおいて、前記第一および第二の振幅調整回路はアンプゲインを可変することができる演算増幅回路とその次段に接続される固定抵抗で構成され、前記演算増幅回路のアンプゲインを変えることにより、前記加減算増幅回路に入力する信号振幅を調整することを特徴とする圧電振動ジャイロが得られる。   According to the present invention, in the piezoelectric gyro, each of the first and second amplitude adjustment circuits includes an operational amplifier circuit capable of varying an amplifier gain and a fixed resistor connected to the next stage, and the operational amplifier circuit A piezoelectric vibration gyro characterized by adjusting the amplitude of the signal input to the adder / subtractor amplifier circuit by changing the amplifier gain is obtained.

本発明によれば、圧電ジャイロにおいて、前記第一および第二の注入信号を入力する前記加減算増幅回路の入力端子を、前記第一および第二の振幅調整回路の次段に設けた切替スイッチにより反転端子か非反転端子かを切り替えられる構造であることを特徴とした圧電振動ジャイロが得られる。   According to the present invention, in the piezoelectric gyro, an input terminal of the addition / subtraction amplifier circuit for inputting the first and second injection signals is provided by a changeover switch provided at a stage subsequent to the first and second amplitude adjustment circuits. A piezoelectric vibration gyro characterized by having a structure capable of switching between an inverting terminal and a non-inverting terminal is obtained.

本発明によれば、共振周波数で振動させるための少なくとも2つの駆動電極と角速度が加わるに伴い発生する信号を検出する少なくとも2つ以上の検出電極をもつ圧電振動子と、前記圧電振動子の前記検出電極により検出される角速度に比例した微小信号出力を増幅し、直流電圧として出力する入力アンプ部、加減算増幅回路、同期検波回路、ローパスフィルタ回路からなる検出回路と、前記圧電振動子を共振周波数で自励発振させるための信号を前記駆動電極に与えるための電流検出回路、位相調整回路、自動利得制御回路からなる駆動回路から構成される圧電振動ジャイロであって、前記電流検出回路の出力を、一方はそのまま次段に設けた切替スイッチの一方に接続し、他方は前記電流検出回路の出力を、反転増幅回路を介して該切替スイッチの他方に接続し、該切替スイッチにより極性を切り替えて、後段の前記第一の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子のどちらか一方に接続し、且つ前記電流検出回路の出力を90度移相回路を通した出力を、一方はそのまま次段に設けた切替スイッチの一方に接続し、他方は前記電流検出回路の出力を、反転増幅回路を介して該切替スイッチの他方に接続し、該切替スイッチにより極性を切り替えて、後段の前記第二の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子のどちらか一方に接続することを特徴とした圧電振動ジャイロが得られる。   According to the present invention, a piezoelectric vibrator having at least two drive electrodes for vibrating at a resonance frequency and at least two detection electrodes for detecting a signal generated as an angular velocity is applied, and the piezoelectric vibrator A detection circuit comprising an input amplifier unit, an addition / subtraction amplification circuit, a synchronous detection circuit, a low-pass filter circuit that amplifies a minute signal output proportional to the angular velocity detected by the detection electrode and outputs it as a DC voltage, and a resonance frequency of the piezoelectric vibrator. A piezoelectric vibration gyro comprising a drive circuit comprising a current detection circuit for providing a signal for self-excited oscillation to the drive electrode, a phase adjustment circuit, and an automatic gain control circuit, the output of the current detection circuit being One is directly connected to one of the selector switches provided in the next stage, and the other is connected to the output of the current detection circuit via an inverting amplifier circuit. Connected to the other of the switch, the polarity is switched by the changeover switch, and connected to either the inverting terminal or the non-inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit through the first amplitude adjustment circuit in the subsequent stage, and the current detection circuit Is connected to one of the selector switches provided in the next stage, and the other is connected to the output of the current detection circuit via an inverting amplifier circuit. The piezoelectric vibration gyro is connected to the other, the polarity is switched by the changeover switch, and connected to either the inverting terminal or the non-inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit through the second amplitude adjustment circuit at the subsequent stage. Is obtained.

本発明により、誤差信号が駆動電流と同位相(または逆位相)成分と90度ずれた成分との合成信号であることを利用して、振動子調整工程で調整しきれなかった誤差信号或いは、調整後の状態変化によって生じた誤差信号を加減算増幅回路にて相殺して縮小することにより、安定した出力が得られ、出力ドリフトの小さい、低ノイズの圧電振動ジャイロの提供が可能になった。   According to the present invention, the error signal is a combined signal of a component that is in-phase (or anti-phase) with the driving current and a component that is shifted by 90 degrees. The error signal generated by the state change after adjustment is canceled and reduced by the addition / subtraction amplification circuit, so that a stable output can be obtained, and a low-noise piezoelectric vibration gyro with low output drift can be provided.

本発明の圧電振動ジャイロは、誤差信号が駆動電流と同位相(または逆位相)成分と90度ずれた成分との合成信号であることを利用して、振動子調整工程で調整しきれなかった誤差信号或いは、調整後の状態変化によって生じた誤差信号を加減算増幅回路にて相殺して縮小している。   The piezoelectric vibration gyro of the present invention cannot be adjusted in the vibrator adjustment process by utilizing that the error signal is a composite signal of a component that is in phase (or opposite phase) to the drive current and a component that is shifted by 90 degrees. The error signal or the error signal generated by the change in state after adjustment is canceled and reduced by the addition / subtraction amplification circuit.

以下に図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図である。図8に示す従来例と同じように、電流検出回路8、位相調整回路9、AGC回路10を有する駆動回路、検出手段として入力アンプ部1a〜1d、加減算増幅回路2,3、位相調整回路11、同期検波回路4,5、ローパスフィルタ回路6,7とを有する検出回路、また各回路の動作基準電圧を作る基準電圧回路12を有する。振動子101と駆動検出回路の接続も図8と同様であるので、ここでは説明は省略し、従来例と異なる部分を以下に説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a drive detection circuit of a piezoelectric vibration gyro according to Embodiment 1 of the present invention. As in the conventional example shown in FIG. 8, a drive circuit having a current detection circuit 8, a phase adjustment circuit 9, and an AGC circuit 10, and input amplifier units 1a to 1d as detection means, addition / subtraction amplification circuits 2 and 3, a phase adjustment circuit 11 , A detection circuit having synchronous detection circuits 4 and 5, low-pass filter circuits 6 and 7, and a reference voltage circuit 12 for generating an operation reference voltage for each circuit. Since the connection between the vibrator 101 and the drive detection circuit is the same as that in FIG. 8, the description thereof is omitted here, and different portions from the conventional example will be described below.

電流検出回路8の出力(第一の注入信号)を加減算増幅回路2の反転端子に可変抵抗14a、切替スイッチ16aを介して、非反転端子に可変抵抗14b、切替スイッチ16bを介してそれぞれ接続する。また、電流検出回路8の出力を90度移相回路13を通した出力(第二の注入信号)を、加減算増幅回路2の反転端子に可変抵抗15a、切替スイッチ17aを介して、非反転端子に可変抵抗15b、切替スイッチ17bを介してそれぞれ接続する。   The output (first injection signal) of the current detection circuit 8 is connected to the inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 2 via the variable resistor 14a and the changeover switch 16a, and to the non-inverting terminal via the variable resistor 14b and the changeover switch 16b. . Further, the output (second injection signal) obtained by passing the output of the current detection circuit 8 through the 90-degree phase shift circuit 13 is connected to the inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 2 via the variable resistor 15a and the changeover switch 17a, and the non-inverting terminal. Are connected to each other via a variable resistor 15b and a changeover switch 17b.

同様に電流検出回路8の出力(第一の注入信号)を加減算増幅回路3の反転端子に可変抵抗14c、切替スイッチ16cを介して、非反転端子に可変抵抗14d、切替スイッチ16dを介してそれぞれ接続する。また、電流検出回路8の出力を90度移相回路13を通した出力(第二の注入信号)を、加減算増幅回路3の反転端子に可変抵抗15c、切替スイッチ17cを介して、非反転端子に可変抵抗15d、切替スイッチ17dを介してそれぞれ接続する。   Similarly, the output (first injection signal) of the current detection circuit 8 is supplied to the inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 3 via the variable resistor 14c and the changeover switch 16c, and to the non-inverting terminal via the variable resistance 14d and the changeover switch 16d. Connecting. Further, the output (second injection signal) obtained by passing the output of the current detection circuit 8 through the 90-degree phase shift circuit 13 is connected to the inverting terminal of the adder / subtractor amplifier circuit 3 via the variable resistor 15c and the changeover switch 17c. Are connected to each other via a variable resistor 15d and a changeover switch 17d.

第一の注入信号は、それぞれ可変抵抗14aまたは14bの抵抗値を調整することにより任意の振幅に調整し、切替スイッチ16aまたは16bどちらか一方のスイッチをONにすることで加減算増幅回路2の反転端子か非反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。   The first injection signal is adjusted to an arbitrary amplitude by adjusting the resistance value of the variable resistor 14a or 14b, respectively, and one of the switches 16a or 16b is turned on to invert the addition / subtraction amplifier circuit 2. The polarity of the signal to be injected can be switched by selecting a terminal or a non-inverting terminal.

同様に第一の注入信号は可変抵抗14cまたは14dの抵抗値を調整することにより任意の振幅に調整し、切替スイッチ16cまたは16dどちらか一方のスイッチをONにすることで加減算増幅回路3の反転端子か非反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。   Similarly, the first injection signal is adjusted to an arbitrary amplitude by adjusting the resistance value of the variable resistor 14c or 14d, and one of the switches 16c or 16d is turned on to invert the addition / subtraction amplification circuit 3. The polarity of the signal to be injected can be switched by selecting a terminal or a non-inverting terminal.

また第二の注入信号は、それぞれ可変抵抗15aまたは15bの抵抗値を調整することにより任意の振幅に調整し、切替スイッチ17aまたは17bどちらか一方のスイッチをONにすることで加減算増幅回路2の非反転端子か反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。同様に第二の注入信号は可変抵抗15cまたは15dの抵抗値を調整することにより任意の振幅に調整し、切替スイッチ17cまたは17dどちらか一方のスイッチをONにすることで加減算増幅回路3の非反転端子か反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。   Also, the second injection signal is adjusted to an arbitrary amplitude by adjusting the resistance value of the variable resistor 15a or 15b, and either one of the changeover switches 17a or 17b is turned on to turn on the addition / subtraction amplification circuit 2. The polarity of a signal to be injected can be switched by selecting a non-inverting terminal or an inverting terminal. Similarly, the second injection signal is adjusted to an arbitrary amplitude by adjusting the resistance value of the variable resistor 15c or 15d, and either the changeover switch 17c or 17d is turned on to turn off the addition / subtraction amplification circuit 3. The polarity of the signal to be injected can be switched by selecting the inverting terminal or the inverting terminal.

図2は、本発明の実施の形態1での圧電振動ジャイロの駆動検出回路における誤差信号の縮小動作例を説明する波形の模式図である。図2(a)は駆動回路の電流検出回路出力波形(駆動電流の電圧変換した波形)を示し、図2(b)は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形を示し、図2(c)は加減算増幅回路に加える第一および第二の注入信号波形を示し、図2(d)は第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力波形を示す。   FIG. 2 is a schematic waveform diagram illustrating an example of an error signal reduction operation in the piezoelectric vibration gyro drive detection circuit according to the first embodiment of the present invention. 2A shows a current detection circuit output waveform of the drive circuit (a waveform obtained by voltage conversion of the drive current), FIG. 2B shows an error signal waveform output from the addition / subtraction amplification circuit, and FIG. Shows the first and second injection signal waveforms applied to the addition / subtraction amplification circuit, and FIG. 2 (d) shows the output waveform of the addition / subtraction amplification circuit after the addition of the first and second injection signals.

図2の波形の模式図を用いて動作の一例を説明する。図2(a)は、駆動回路に構成されている電流検出回路8の出力波形31であり、振動子101の自励発振により駆動電極105aおよび105bに流れる駆動電流に相当する。図2(b)は角速度が印加されていない状態で、加減算増幅回路に出力される誤差信号波形34で、これは図10(d)と同じものである。加減算増幅回路に出力される誤差信号波形34は電流検出回路8の出力波形31と同位相成分の加減算増幅回路に出力される誤差信号の第一の誤差信号成分32と90度位相がずれた成分の加減算増幅回路に出力される誤差信号の第二の誤差信号成分33とが合成された波形である。図2(c)は加減算増幅回路に出力され誤差信号波形34をキャンセルするために加減算増幅回路2に注入すべき信号波形であり、電流検出回路8の出力波形31と同位相成分の加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形35と90度位相がずれた成分の加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形36である。ただし、ここで示した2つの波形は、加減算増幅回路2の出力としてみた場合の波形である。   An example of the operation will be described with reference to the waveform schematic diagram of FIG. FIG. 2A shows an output waveform 31 of the current detection circuit 8 configured in the drive circuit, and corresponds to a drive current that flows through the drive electrodes 105 a and 105 b due to self-oscillation of the vibrator 101. FIG. 2B shows an error signal waveform 34 output to the addition / subtraction amplification circuit when no angular velocity is applied, which is the same as FIG. 10D. The error signal waveform 34 output to the addition / subtraction amplification circuit is a component that is 90 degrees out of phase with the first error signal component 32 of the error signal output to the addition / subtraction amplification circuit having the same phase component as the output waveform 31 of the current detection circuit 8. This is a waveform obtained by synthesizing the second error signal component 33 of the error signal output to the addition / subtraction amplification circuit. FIG. 2C shows a signal waveform that is output to the addition / subtraction amplification circuit and is to be injected into the addition / subtraction amplification circuit 2 in order to cancel the error signal waveform 34, and an addition / subtraction amplification circuit having the same phase component as the output waveform 31 of the current detection circuit 8. The first injection signal waveform 35 to be added to the addition / subtraction amplification circuit of the component 90 degrees out of phase with the first injection signal waveform 35 to be added to FIG. However, the two waveforms shown here are waveforms when viewed as the output of the addition / subtraction amplification circuit 2.

先ず、加減算増幅回路に出力される誤差信号の第一の誤差信号成分32と加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形35が同位相であることから、加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形35を加減算増幅回路に出力される誤差信号の第一の誤差信号成分32と同一振幅になるように可変抵抗14aで振幅調整し、加減算増幅回路2の反転端子に接続されている切替スイッチ16aをオン(切替スイッチ16bはオフ)に切り替えて2つの波形を減算することで、加減算増幅回路に出力される誤差信号の第一の誤差信号成分32はキャンセルされる。   First, since the first error signal component 32 of the error signal output to the addition / subtraction amplification circuit and the first injection signal waveform 35 applied to the addition / subtraction amplification circuit have the same phase, the first injection signal applied to the addition / subtraction amplification circuit. The change-over switch 16a connected to the inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 2 is adjusted with the variable resistor 14a so that the waveform 35 has the same amplitude as the first error signal component 32 of the error signal output to the addition / subtraction amplification circuit. Is turned on (the changeover switch 16b is turned off) to subtract the two waveforms, thereby canceling the first error signal component 32 of the error signal output to the addition / subtraction amplification circuit.

また、加減算増幅回路に出力される誤差信号の第二の誤差信号成分33と加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形36が逆位相であることから、加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形36を加減算増幅回路に出力される誤差信号の第二の誤差信号成分33と同一振幅になるように、可変抵抗15bで振幅調整し、加減算増幅回路2の非反転端子に接続されている切替スイッチ17bをオン(切替スイッチ17aはオフ)に切り替えて2つの波形を加算することで、加減算増幅回路に出力される誤差信号の第二の誤差信号成分33はキャンセルされる。したがって、加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形35と加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形36を注入することにより、加減算増幅回路2に出力されていた加減算増幅回路に出力され誤差信号波形34は、第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力信号波形37のようになり、不要な誤差信号をなくすことができる。加減算増幅回路3側についても同様の動作となる。   Further, since the second error signal component 33 of the error signal output to the addition / subtraction amplification circuit and the second injection signal waveform 36 applied to the addition / subtraction amplification circuit are in opposite phases, the second injection signal applied to the addition / subtraction amplification circuit. The amplitude of the waveform 36 is adjusted by the variable resistor 15b so as to have the same amplitude as that of the second error signal component 33 of the error signal output to the addition / subtraction amplification circuit, and the switching connected to the non-inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 2 The second error signal component 33 of the error signal output to the addition / subtraction amplification circuit is canceled by switching the switch 17b on (the changeover switch 17a is off) and adding the two waveforms. Therefore, by injecting the first injection signal waveform 35 applied to the addition / subtraction amplification circuit and the second injection signal waveform 36 applied to the addition / subtraction amplification circuit, the error signal output to the addition / subtraction amplification circuit output to the addition / subtraction amplification circuit 2 is obtained. The waveform 34 is similar to the output signal waveform 37 of the addition / subtraction amplification circuit after adding the first and second injection signals, and unnecessary error signals can be eliminated. The same operation is performed on the addition / subtraction amplification circuit 3 side.

図3は、本発明の実施の形態1での圧電振動ジャイロの駆動検出回路における自励発振変調時の誤差信号の縮小動作例を説明する波形の模式図である。図3(a)は駆動回路の電流検出回路出力波形(駆動電流の電圧変換した波形)を示し、図3(b)は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形を示し、図3(c)は加減算増幅回路に加える第一および第二の注入信号波形を示し、図3(d)は第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力波形を示す。   FIG. 3 is a schematic waveform diagram illustrating an example of a reduction operation of an error signal at the time of self-excited oscillation modulation in the drive detection circuit of the piezoelectric vibration gyro according to the first embodiment of the present invention. 3A shows a current detection circuit output waveform of the drive circuit (a waveform obtained by voltage conversion of the drive current), FIG. 3B shows an error signal waveform output from the addition / subtraction amplification circuit, and FIG. Shows the first and second injection signal waveforms applied to the addition / subtraction amplification circuit, and FIG. 3 (d) shows the output waveform of the addition / subtraction amplification circuit after the addition of the first and second injection signals.

次に、本発明による出力ノイズの低減について説明する。振動子の自励発振が何らかの原因で、不安定な状態になることがある。このような状態になると、図3(a)に示すように電流検出回路8の出力波形(変調時)38が変調しているのが観測される。自励発振が不安定になると、当然のことながら振動子の検出波形も同様に不安定になってしまう。つまり、各入力アンプ1a〜1dの出力も変調し、結果として図3(b)に示すように加減算増幅回路に出力される誤差信号波形(変調時)39も変調してしまうことになる。この加減算増幅回路に出力される誤差信号波形(変調時)39が変調していると、それ以降の同期検波回路4およびローパスフィルタ回路6を通して出力された直流信号にも変調成分が重畳し、これが出力信号のノイズとなってしまうことになる。   Next, reduction of output noise according to the present invention will be described. The self-excited oscillation of the vibrator may cause an unstable state for some reason. In such a state, it is observed that the output waveform (during modulation) 38 of the current detection circuit 8 is modulated as shown in FIG. If the self-excited oscillation becomes unstable, the detected waveform of the vibrator becomes unstable as a matter of course. That is, the outputs of the input amplifiers 1a to 1d are also modulated, and as a result, the error signal waveform (during modulation) 39 output to the addition / subtraction amplifier circuit is also modulated as shown in FIG. When the error signal waveform (during modulation) 39 output to the addition / subtraction amplifier circuit is modulated, the modulation component is also superimposed on the DC signal output through the subsequent synchronous detection circuit 4 and low-pass filter circuit 6, which This will result in noise in the output signal.

ここで、電流検出回路8の出力波形38が変調していると、図3(c)に示すように加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形(変調時)40および加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形(変調時)41も同様に変調するため、本発明の加減算増幅回路の出力振幅調整を行った後では、加減算増幅回路に出力される誤差信号波形(変調時)39の変調成分が相殺されて、加減算増幅回路2の出力が図3(d)の第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力信号波形(変調時)42のように不要な誤差信号とともに変調成分もキャンセルすることができる。したがって本発明により、出力信号に発生するノイズの原因のうち自励発振の変調に起因するノイズ成分を低減することができる。加減算増幅回路3側についても同様の動作となる。   Here, if the output waveform 38 of the current detection circuit 8 is modulated, the first injection signal waveform (during modulation) 40 applied to the addition / subtraction amplification circuit and the addition / subtraction amplification circuit as shown in FIG. Since the second injection signal waveform (during modulation) 41 is similarly modulated, the modulation of the error signal waveform (during modulation) 39 output to the addition / subtraction amplification circuit is performed after adjusting the output amplitude of the addition / subtraction amplification circuit of the present invention. The components are canceled and the output of the addition / subtraction amplification circuit 2 is an unnecessary error such as the output signal waveform (during modulation) 42 of the addition / subtraction amplification circuit after adding the first and second injection signals of FIG. The modulation component can be canceled together with the signal. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce a noise component caused by modulation of self-excited oscillation among causes of noise generated in the output signal. The same operation is performed on the addition / subtraction amplification circuit 3 side.

(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図である。本発明の別の実施の形態である。電流検出回路8の出力(第一の注入信号)を加減算増幅回路2の反転端子に振幅調整アンプ18a、固定抵抗20a、切替スイッチ16aを介して、非反転端子に振幅調整アンプ18a、固定抵抗20b、切替スイッチ16bを介してそれぞれ接続する。また、電流検出回路8の出力(第一の注入信号)を加減算増幅回路3の反転端子に振幅調整アンプ18b、固定抵抗20c、切替スイッチ16cを介して、非反転端子に振幅調整アンプ18b、固定抵抗20d、切替スイッチ16dを介してそれぞれ接続する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a block diagram showing a drive detection circuit of the piezoelectric vibration gyro according to the second embodiment of the present invention. It is another embodiment of the present invention. The output (first injection signal) of the current detection circuit 8 is supplied to the inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 2 via the amplitude adjustment amplifier 18a, the fixed resistor 20a, and the changeover switch 16a, and to the non-inverting terminal, the amplitude adjustment amplifier 18a and the fixed resistance 20b. And are connected via the changeover switch 16b. Further, the output (first injection signal) of the current detection circuit 8 is fixed to the inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 3 via the amplitude adjustment amplifier 18b, the fixed resistor 20c, and the changeover switch 16c, and the amplitude adjustment amplifier 18b is fixed to the non-inverting terminal. The resistor 20d and the changeover switch 16d are connected to each other.

一方、電流検出回路8の出力を90度移相回路13を通した出力(第二の注入信号)を、加減算増幅回路2の反転端子に振幅調整アンプ19a、固定抵抗21a、切替スイッチ17aを介して、非反転端子に振幅調整アンプ19a、固定抵抗21b、切替スイッチ17bを介してそれぞれ接続する。また、電流検出回路8の出力を90度移相回路13を通した出力(第二の注入信号)を、加減算増幅回路3の反転端子に振幅調整アンプ19b、固定抵抗21c、切替スイッチ17cを介して、非反転端子に振幅調整アンプ19b、固定抵抗21d、切替スイッチ17dを介してそれぞれ接続する。   On the other hand, the output (second injection signal) obtained by passing the output of the current detection circuit 8 through the 90-degree phase shift circuit 13 is connected to the inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 2 via the amplitude adjustment amplifier 19a, the fixed resistor 21a, and the changeover switch 17a. The non-inverting terminal is connected to each other through the amplitude adjusting amplifier 19a, the fixed resistor 21b, and the changeover switch 17b. The output (second injection signal) obtained by passing the output of the current detection circuit 8 through the 90-degree phase shift circuit 13 is connected to the inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 3 via the amplitude adjustment amplifier 19b, the fixed resistor 21c, and the changeover switch 17c. The non-inverting terminal is connected to each other through the amplitude adjusting amplifier 19b, the fixed resistor 21d, and the changeover switch 17d.

図1に示す実施の形態1では、注入信号の振幅を可変抵抗14a〜14dおよび15a〜15dの抵抗値を変えることにより調整していたが、図4に示す実施例では振幅調整アンプ18a、18b、19a、19bのゲインを変えることにより調整している。なお、図1の場合と同様に、第一の注入信号の極性は切替スイッチ16aか16bおよび16cか16d、第二の注入信号の極性は切替スイッチ17aか17bおよび17cか17dのどちらかのスイッチをONにすることで加減算増幅回路2および3の反転端子か非反転端子を切り替えて注入する。   In the first embodiment shown in FIG. 1, the amplitude of the injection signal is adjusted by changing the resistance values of the variable resistors 14a to 14d and 15a to 15d, but in the embodiment shown in FIG. 4, the amplitude adjusting amplifiers 18a and 18b are adjusted. , 19a and 19b are adjusted by changing the gain. As in the case of FIG. 1, the polarity of the first injection signal is the selector switch 16a or 16b and 16c or 16d, and the polarity of the second injection signal is the selector switch 17a or 17b and the switch 17c or 17d. Is turned on to switch between the inverting terminal and the non-inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuits 2 and 3 for injection.

(実施の形態3)
図5は、本発明の実施の形態3での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図である。本発明の更に別の実施の形態である。電流検出回路8の出力(第一の注入信号)を一方は切替スイッチ24の切替スイッチ端子24aに接続し、もう一方はゲイン1倍の反転増幅回路22を介して切替スイッチ24の切替スイッチ端子24bに接続する。切替スイッチ24の切替スイッチ端子24cは可変抵抗26aおよび可変抵抗26bを介して、加減算増幅回路2および加減算増幅回路3の反転端子あるいは非反転端子のどちらか一方に接続する。図5では反転端子に接続した例である。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a block diagram showing a drive detection circuit of a piezoelectric vibration gyro according to Embodiment 3 of the present invention. It is another embodiment of this invention. One of the outputs (first injection signal) of the current detection circuit 8 is connected to the changeover switch terminal 24a of the changeover switch 24, and the other is connected to the changeover switch terminal 24b of the changeover switch 24 via the inverting amplification circuit 22 having a gain of 1. Connect to. The changeover switch terminal 24c of the changeover switch 24 is connected to either the inverting terminal or the non-inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 2 and the addition / subtraction amplification circuit 3 via the variable resistor 26a and the variable resistor 26b. FIG. 5 shows an example of connection to the inverting terminal.

同様に電流検出回路8の出力を90度移相回路13を通した出力(第二の注入信号)を一方は切替スイッチ25の切替スイッチ端子25aに接続し、もう一方はゲイン1倍の反転増幅回路23を介して切替スイッチ25の切替スイッチ端子25bに接続する。切替スイッチ25の切替スイッチ端子25cは可変抵抗27aおよび可変抵抗27bを介して、加減算増幅回路2および加減算増幅回路3の反転端子あるいは非反転端子のどちらか一方に接続する。図5では反転端子に接続した例である。   Similarly, the output (second injection signal) obtained by passing the output of the current detection circuit 8 through the 90-degree phase shift circuit 13 is connected to the changeover switch terminal 25a of the changeover switch 25, and the other is inverted and amplified by 1 time. The switch 23 is connected to the changeover switch terminal 25 b of the changeover switch 25 through the circuit 23. The changeover switch terminal 25c of the changeover switch 25 is connected to either the inverting terminal or the non-inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 2 and the addition / subtraction amplification circuit 3 via the variable resistor 27a and variable resistor 27b. FIG. 5 shows an example of connection to the inverting terminal.

図1に示す実施の形態1では、第一の注入信号は切替スイッチ16aまたは16bどちらかのスイッチをONにすることで加減算増幅回路2の反転端子か非反転端子を選択し、切替スイッチ16cまたは16dどちらかのスイッチをONにすることで加減算増幅回路3の反転端子か非反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。また、第二の注入信号は、それぞれ切替スイッチ17aまたは17bどちらかのスイッチをONにすることで加減算増幅回路2の反転端子か非反転端子を選択し、切替スイッチ17cまたは17dどちらかのスイッチをONにすることで加減算増幅回路3の反転端子か非反転端子を選択し、注入する信号の極性を切り替えることができる。   In the first embodiment shown in FIG. 1, the first injection signal selects either the inversion terminal or the non-inversion terminal of the addition / subtraction amplification circuit 2 by turning on either the changeover switch 16a or 16b, and the changeover switch 16c or By turning on one of the switches 16d, the inverting terminal or the non-inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 3 can be selected, and the polarity of the signal to be injected can be switched. The second injection signal selects either the inversion terminal or the non-inversion terminal of the addition / subtraction amplification circuit 2 by turning on either the changeover switch 17a or 17b, and turns on either the changeover switch 17c or 17d. By turning ON, the inverting terminal or non-inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit 3 can be selected, and the polarity of the injected signal can be switched.

しかし、図5の実施の形態3では、切替スイッチ端子24aと切替スイッチ端子24bおよび切替スイッチ端子25aと切替スイッチ端子25bは、それぞれ逆位相の信号のため、第一の注入信号の極性は切替スイッチ端子24aと切替スイッチ端子24bの切り替えで、また第二の注入信号の極性は端子25aと端子25bの切り替えで選択することができる。このため、図1の実施例と比較し、切替スイッチの数が8個から2個に、可変抵抗の数が8個から4個に削減できるという利点がある。   However, in the third embodiment of FIG. 5, the changeover switch terminal 24a, the changeover switch terminal 24b, the changeover switch terminal 25a, and the changeover switch terminal 25b are signals of opposite phases, so the polarity of the first injection signal is the changeover switch. The polarity of the second injection signal can be selected by switching between the terminal 25a and the terminal 25b by switching between the terminal 24a and the changeover switch terminal 24b. Therefore, there is an advantage that the number of changeover switches can be reduced from 8 to 2 and the number of variable resistors can be reduced from 8 to 4 compared with the embodiment of FIG.

なお、本発明では加減算増幅回路に出力される誤差信号を相殺するように第一、第二の注入信号を加えているが、同様の方法で元々の入力アンプ1a〜1dに出力される誤差信号を相殺するように、第一および第二の注入信号を加えて、結果的に加減算増幅回路の出力を縮小となるように調整してもよい。   In the present invention, the first and second injection signals are added so as to cancel the error signal output to the addition / subtraction amplifier circuit. However, the error signal output to the original input amplifiers 1a to 1d by the same method. The first and second injection signals may be added so as to cancel each other, and as a result, the output of the addition / subtraction amplification circuit may be adjusted to be reduced.

以上に記した実施の形態のごとく、本発明によれば誤差信号が駆動電流と同位相(または逆位相)成分と90度ずれた成分との合成信号であることを利用して、振動子調整工程で調整しきれなかった誤差信号或いは、調整後の状態変化によって生じた誤差信号を加減算増幅回路にて相殺して縮小することにより、安定した出力が得られ、出力ドリフトの小さい、低ノイズの圧電振動ジャイロを提供することができる。   As in the above-described embodiment, according to the present invention, the vibrator is adjusted by utilizing the fact that the error signal is a combined signal of the component in phase (or opposite phase) to the drive current and the component shifted by 90 degrees. An error signal that could not be adjusted in the process or an error signal generated by the change in state after adjustment is canceled and reduced by the addition / subtraction amplification circuit, so that a stable output can be obtained, low output drift, and low noise A piezoelectric vibration gyro can be provided.

以上、実施の形態を用いて、この発明を説明したが、この発明は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更であっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然成しえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。   The present invention has been described above using the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and the present invention can be applied to design changes that do not depart from the gist of the present invention. included. That is, various modifications and corrections that can naturally be made by those skilled in the art are also included in the present invention.

本発明の圧電振動ジャイロを用いることにより、ジャイロスコープに代表される、多様な角速度センサにおいて、安定した出力が得られ、出力ドリフトの小さい、低ノイズのシステムを構築することができる。   By using the piezoelectric vibration gyro of the present invention, a stable output can be obtained in various angular velocity sensors represented by a gyroscope, and a low noise system with a small output drift can be constructed.

本発明の実施の形態1での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図。1 is a block diagram showing a drive detection circuit for a piezoelectric vibration gyro according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1での圧電振動ジャイロの駆動検出回路における誤差信号の縮小動作例を説明する波形の模式図。図2(a)は駆動回路の電流検出回路出力波形(駆動電流の電圧変換した波形)。図2(b)は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形。図2(c)は加減算増幅回路に加える第一および第二の注入信号波形。図2(d)は第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力波形。FIG. 6 is a schematic waveform diagram illustrating an example of an error signal reduction operation in the piezoelectric vibration gyro drive detection circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A shows a current detection circuit output waveform of the drive circuit (a waveform obtained by converting the drive current voltage). FIG. 2B shows an error signal waveform output from the addition / subtraction amplification circuit. FIG. 2C shows first and second injection signal waveforms applied to the addition / subtraction amplifier circuit. FIG. 2D shows an output waveform of the addition / subtraction amplification circuit after adding the first and second injection signals. 本発明の実施の形態1での圧電振動ジャイロの駆動検出回路における自励発振変調時の誤差信号の縮小動作例を説明する波形の模式図。図3(a)は駆動回路の電流検出回路出力波形(駆動電流の電圧変換した波形)。図3(b)は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形。図3(c)は加減算増幅回路に加える第一および第二の注入信号波形。図3(d)は第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力波形。FIG. 3 is a schematic waveform diagram illustrating an example of a reduction operation of an error signal at the time of self-oscillation modulation in the piezoelectric vibration gyro drive detection circuit according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3A shows a current detection circuit output waveform of the drive circuit (a waveform obtained by converting the drive current voltage). FIG. 3B shows an error signal waveform output from the addition / subtraction amplification circuit. FIG. 3C shows first and second injection signal waveforms applied to the addition / subtraction amplification circuit. FIG. 3D shows an output waveform of the addition / subtraction amplification circuit after adding the first and second injection signals. 本発明の実施の形態2での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図。The block diagram which shows the drive detection circuit of the piezoelectric vibration gyroscope in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3での圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図。The block diagram which shows the drive detection circuit of the piezoelectric vibration gyro in Embodiment 3 of this invention. 圧電振動ジャイロ用振動子を示す上面図。The top view which shows the vibrator | oscillator for piezoelectric vibration gyroscopes. 図6の圧電振動ジャイロ用振動子の振動モードを示す上面図。図7(a)はXモードを示す図、図7(b)はYモードを示す図、図7(c)はZモードを示す図。The top view which shows the vibration mode of the vibrator | oscillator for piezoelectric vibration gyros of FIG. 7A is a diagram showing the X mode, FIG. 7B is a diagram showing the Y mode, and FIG. 7C is a diagram showing the Z mode. 従来の圧電振動ジャイロの駆動検出回路を示すブロック図。The block diagram which shows the drive detection circuit of the conventional piezoelectric vibration gyro. 従来の圧電振動ジャイロの入力アンプ部の回路構成の一例を示す図。図9(a)は電流検出回路。図9(b)はチャージアンプ回路。The figure which shows an example of the circuit structure of the input amplifier part of the conventional piezoelectric vibration gyro. FIG. 9A shows a current detection circuit. FIG. 9B shows a charge amplifier circuit. 従来の圧電振動ジャイロの駆動検出回路における誤差信号の波形の模式図。図10(a)は駆動回路の電流検出回路出力波形。図10(b)は入力アンプから出力される誤差信号波形。図10(c)は4つの入力アンプから出力される誤差信号波形。図10(d)は加減算増幅回路から出力される誤差信号波形。The schematic diagram of the waveform of the error signal in the drive detection circuit of the conventional piezoelectric vibration gyroscope. FIG. 10A shows the output waveform of the current detection circuit of the drive circuit. FIG. 10B shows an error signal waveform output from the input amplifier. FIG. 10C shows error signal waveforms output from four input amplifiers. FIG. 10D shows an error signal waveform output from the addition / subtraction amplification circuit.

符号の説明Explanation of symbols

1a〜1d 入力アンプ
1h コンデンサ
1e 演算増幅器
1f、1g、2a〜2f、3a〜3f、20a〜20d、21a〜21d 固定抵抗
2、3 加減算増幅回路
4、5 同期検波回路
6、7 ローパスフィルタ回路
8 電流検出回路
8a 電流検出用抵抗
9、11 位相調整回路
10 自動利得制御回路(AGC回路)
12 基準電圧回路
13 90度移相回路
14a〜14d、15a〜15d、26a、26b、27a、27b 可変抵抗
16a〜16d、17a〜17d 切替スイッチ
18a,18b、19a,19b 振幅調整アンプ
22、23 ゲイン1倍の反転増幅回路
24,25 切替スイッチ
24a〜24c、25a〜25c 切替スイッチ端子
31 電流検出回路の出力波形
32 加減算増幅回路に出力される誤差信号の第一の誤差信号成分
33 加減算増幅回路に出力される誤差信号の第二の誤差信号成分
34 加減算増幅回路に出力される誤差信号波形
35 加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形
36 加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形
37 第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力信号波形
38 電流検出回路の出力波形(変調時)
39 加減算増幅回路に出力される誤差信号波形(変調時)
40 加減算増幅回路に加える第一の注入信号波形(変調時)
41 加減算増幅回路に加える第二の注入信号波形(変調時)
42 第一および第二の注入信号を加えた後の加減算増幅回路の出力信号波形(変調時)
51 電流検出回路の出力波形
52 入力アンプから出力される誤差信号の第一の誤差信号成分
53 入力アンプから出力される誤差信号の第二の誤差信号成分
54 入力アンプから出力される誤差信号波形
56、57、58 入力アンプから出力される誤差信号波形
59 加減算増幅回路から出力される誤差信号の第一の誤差信号成分
60 加減算増幅回路から出力される誤差信号の第二の誤差信号成分
61 加減算増幅回路から出力される誤差信号波形
101 振動子
102 枠体
103a〜103h ビーム
104a〜104d 付加質量部
105a、105b 駆動電極
106a〜106d 検出電極
107a〜107h 基準電圧電極
1a to 1d Input amplifier 1h Capacitor 1e Operational amplifiers 1f, 1g, 2a to 2f, 3a to 3f, 20a to 20d, 21a to 21d Fixed resistor 2, 3 Addition / subtraction amplifier circuit 4, 5 Synchronous detection circuit 6, 7 Low pass filter circuit 8 Current detection circuit 8a Current detection resistors 9, 11 Phase adjustment circuit 10 Automatic gain control circuit (AGC circuit)
12 Reference voltage circuit 13 90 degree phase shift circuit 14a-14d, 15a-15d, 26a, 26b, 27a, 27b Variable resistor 16a-16d, 17a-17d Changeover switch 18a, 18b, 19a, 19b Amplitude adjustment amplifier 22, 23 Gain 1 × inverting amplifier circuit 24, 25 changeover switch 24a-24c, 25a-25c changeover switch terminal 31 output waveform 32 of current detection circuit first error signal component 33 of error signal output to addition / subtraction amplification circuit to addition / subtraction amplification circuit Second error signal component 34 of output error signal Error signal waveform 35 output to addition / subtraction amplification circuit First injection signal waveform 36 applied to addition / subtraction amplification circuit Second injection signal waveform 37 applied to addition / subtraction amplification circuit First Output signal waveform 38 of the addition / subtraction amplifier circuit after adding the second injection signal and the output signal of the current detection circuit Shape (during modulation)
39 Error signal waveform output to addition / subtraction amplification circuit (during modulation)
40 First injection signal waveform applied to addition / subtraction amplification circuit (during modulation)
41 Second injection signal waveform to be added to addition / subtraction amplification circuit (during modulation)
42 Output signal waveform of addition / subtraction amplification circuit after adding first and second injection signals (during modulation)
51 Output waveform 52 of current detection circuit 52 First error signal component 53 of error signal output from input amplifier Second error signal component 54 of error signal output from input amplifier Error signal waveform 56 output from input amplifier 57, 58 Error signal waveform output from input amplifier 59 First error signal component 60 of error signal output from addition / subtraction amplification circuit Second error signal component 61 of error signal output from addition / subtraction amplification circuit 61 Addition / subtraction amplification Error signal waveform output from circuit 101 Vibrator 102 Frames 103a to 103h Beams 104a to 104d Additional mass portions 105a and 105b Drive electrodes 106a to 106d Detection electrodes 107a to 107h Reference voltage electrodes

Claims (5)

共振周波数で振動させるための少なくとも2つの駆動電極と角速度が加わるに伴い発生する信号を検出する少なくとも2つ以上の検出電極をもつ圧電振動子と、前記圧電振動子の前記検出電極により検出される角速度に比例した微小信号出力を増幅し、直流電圧として出力する入力アンプ部、加減算増幅回路、同期検波回路、ローパスフィルタ回路からなる検出回路と、前記圧電振動子を共振周波数で自励発振させるための信号を前記駆動電極に与えるための電流検出回路、位相調整回路、自動利得制御回路からなる駆動回路から構成される圧電振動ジャイロであって、
前記電流検出回路の出力を第一の注入信号とし、該第一の注入信号を第一の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子に接続し、また、前記電流検出回路の出力を90度移相回路を通した第二の注入信号を第二の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の非反転端子または反転端子に接続することにより前記加減算増幅回路の出力振幅を縮小調整することを特徴とする圧電振動ジャイロ。
Detected by a piezoelectric vibrator having at least two drive electrodes for oscillating at a resonance frequency, at least two detection electrodes for detecting a signal generated as an angular velocity is applied, and the detection electrodes of the piezoelectric vibrator In order to amplify a minute signal output proportional to the angular velocity and output it as a DC voltage, a detection circuit comprising an addition / subtraction amplification circuit, a synchronous detection circuit, a low-pass filter circuit, and a self-oscillation of the piezoelectric vibrator at a resonance frequency A piezoelectric vibration gyro comprising a drive circuit comprising a current detection circuit, a phase adjustment circuit, and an automatic gain control circuit for providing the drive electrode with a signal of
The output of the current detection circuit is a first injection signal, the first injection signal is connected to the inverting terminal or the non-inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit through a first amplitude adjustment circuit, and the current detection circuit The output amplitude of the addition / subtraction amplification circuit is reduced and adjusted by connecting the second injection signal whose output has passed through the 90-degree phase shift circuit to the non-inverting terminal or the inverting terminal of the addition / subtraction amplification circuit through the second amplitude adjustment circuit. A piezoelectric vibration gyro characterized by that.
請求項1に記載の圧電ジャイロにおいて、前記第一および第二の振幅調整回路は可変抵抗で構成され、前記可変抵抗の抵抗値を変えることにより、前記加減算増幅回路に入力する信号振幅を調整することを特徴とする圧電振動ジャイロ。   2. The piezoelectric gyro according to claim 1, wherein the first and second amplitude adjustment circuits are configured by variable resistors, and a signal amplitude input to the addition / subtraction amplification circuit is adjusted by changing a resistance value of the variable resistors. A piezoelectric vibration gyro characterized by that. 請求項1に記載の圧電ジャイロにおいて、前記第一および第二の振幅調整回路はアンプゲインを可変することができる演算増幅回路とその次段に接続される固定抵抗で構成され、前記演算増幅回路のアンプゲインを変えることにより、前記加減算増幅回路に入力する信号振幅を調整することを特徴とする圧電振動ジャイロ。   2. The piezoelectric gyro according to claim 1, wherein the first and second amplitude adjustment circuits include an operational amplifier circuit capable of varying an amplifier gain and a fixed resistor connected to a subsequent stage thereof, and the operational amplifier circuit is provided. The piezoelectric vibration gyro is characterized in that the amplitude of the signal input to the addition / subtraction amplification circuit is adjusted by changing the amplifier gain. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の圧電振動ジャイロにおいて、前記第一および第二の注入信号を入力する前記加減算増幅回路の入力端子を、前記第一および第二の振幅調整回路の次段に設けた切替スイッチにより反転端子か非反転端子かを切り替えられる構造であることを特徴とした圧電振動ジャイロ。   4. The piezoelectric vibration gyro according to claim 1, wherein an input terminal of the addition / subtraction amplification circuit for inputting the first and second injection signals is connected to the first and second amplitude adjustments. 5. A piezoelectric vibration gyro characterized by having a structure that can be switched between an inversion terminal and a non-inversion terminal by a change-over switch provided at the next stage of the circuit. 共振周波数で振動させるための少なくとも2つの駆動電極と角速度が加わるに伴い発生する信号を検出する少なくとも2つ以上の検出電極をもつ圧電振動子と、前記圧電振動子の前記検出電極により検出される角速度に比例した微小信号出力を増幅し、直流電圧として出力する入力アンプ部、加減算増幅回路、同期検波回路、ローパスフィルタ回路からなる検出回路と、前記圧電振動子を共振周波数で自励発振させるための信号を前記駆動電極に与えるための電流検出回路、位相調整回路、自動利得制御回路からなる駆動回路から構成される圧電振動ジャイロであって、
前記電流検出回路の出力を、一方はそのまま次段に設けた切替スイッチの一方に接続し、他方は前記電流検出回路の出力を、反転増幅回路を介して該切替スイッチの他方に接続し、該切替スイッチにより極性を切り替えて、後段の前記第一の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子のどちらか一方に接続し、且つ前記電流検出回路の出力を90度移相回路を通した出力を、一方はそのまま次段に設けた切替スイッチの一方に接続し、他方は前記電流検出回路の出力を、反転増幅回路を介して該切替スイッチの他方に接続し、該切替スイッチにより極性を切り替えて、後段の前記第二の振幅調整回路を通して前記加減算増幅回路の反転端子または非反転端子のどちらか一方に接続することを特徴とした圧電振動ジャイロ。
Detected by a piezoelectric vibrator having at least two drive electrodes for oscillating at a resonance frequency, at least two detection electrodes for detecting a signal generated as an angular velocity is applied, and the detection electrodes of the piezoelectric vibrator In order to amplify a minute signal output proportional to the angular velocity and output it as a DC voltage, a detection circuit comprising an addition / subtraction amplification circuit, a synchronous detection circuit, a low-pass filter circuit, and a self-oscillation of the piezoelectric vibrator at a resonance frequency A piezoelectric vibration gyro comprising a drive circuit comprising a current detection circuit, a phase adjustment circuit, and an automatic gain control circuit for providing the drive electrode with a signal of
One of the outputs of the current detection circuit is directly connected to one of the changeover switches provided in the next stage, and the other is connected to the other of the changeover switches via the inverting amplifier circuit, and the other is connected to the other of the changeover switches. The polarity is switched by a changeover switch, connected to either the inverting terminal or the non-inverting terminal of the addition / subtraction amplifier circuit through the first amplitude adjustment circuit at the subsequent stage, and the output of the current detection circuit is a 90-degree phase shift circuit One of them is connected to one of the changeover switches provided in the next stage as it is, and the other is connected to the other of the changeover switches via the inverting amplifier circuit, and the other is connected to the other of the changeover switches. The piezoelectric vibration jar is switched in polarity and connected to either the inverting terminal or the non-inverting terminal of the adder / subtractor amplifier circuit through the second amplitude adjusting circuit in the subsequent stage. B.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015080110A1 (en) * 2013-11-26 2015-06-04 株式会社村田製作所 Angular-velocity sensor
CN108562286A (en) * 2018-06-13 2018-09-21 中国兵器工业集团第二四研究所苏州研发中心 Digital PLL circuit in restructural MEMS gyro number TT&C system

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