JP2536262B2 - 検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は検出回路に関し、特にたとえば３角柱状の
振動ジャイロの出力を測定するための検出回路に関す
る。

（従来技術） 第10図はこの発明の背景となる従来の検出回路の一例
を示す回路図である。この検出回路１は、たとえば３角
柱状の振動ジャイロ２の出力を測定するために用いられ
る。

振動ジャイロ２の２つの圧電素子３と他の圧電素子４
との間には、励振信号発生回路５が接続される。この場
合、振動ジャイロ２の２つの圧電素子３には、それぞれ
抵抗６を介して、励振信号発生回路５が接続される。さ
らに、これらの圧電素子３の出力は、差動増幅回路７に
入力される。差動増幅回路７の出力は、平滑回路８で直
流出力に変換される。

振動ジャイロ２は、励振信号発生回路５によって、他
の圧電素子４の主面に直交する方向に屈曲振動させられ
る。このとき、２つの圧電素子３間の静電容量の差から
発生する信号が互いに同じになるように調整することに
より、差動増幅回路７からの出力は０となる。

振動ジャイロ２がその軸を中心として回転した場合、
振動ジャイロ２の振動方向と直交する方向にコリオリ力
が働く。そのため、振動ジャイロ２の振動方向は、無回
転時の振動方向からずれる。そのため、２つの圧電素子
３間に出力の差が生じ、差動回路７から出力が得られ
る。この出力は、回転角速度の大きさに応じた値とな
る。したがって、この出力平滑回路８で平滑した出力を
測定することによって、振動ジャイロ２に加わった回転
角速度を測定することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、圧電素子の静電容量は雰囲気温度や経
時変化などによって変動し、無回転時においても差動増
幅回路から出力がでるようになる。この出力が測定誤差
となり、正確な回転角速度を測定することができなくな
る。

それゆえに、この発明の主たる目的は、雰囲気温度の
変化や経時変化によって、測定誤差が発生しにくい検出
回路を提供することである。

（課題を解決するための手段） この発明は、多角柱状の振動体と、振動体の少なくと
も平行でない２つの側面に形成される圧電素子とを含む
振動ジャイロの出力を測定するための検出回路であっ
て、２つの圧電素子に入力することによって振動体を励
振するための励振信号発生回路と、励振信号発生回路が
接続された２つの圧電素子からの出力の差を検出するた
めの差動回路と、差動回路からの出力信号を同期検波す
るための同期検波回路と、同期検波回路によって検波さ
れる出力信号の位相を調整するための位相調整回路とを
含む、検出回路である。

（作用） 圧電素子の静電容量により圧電素子の駆動信号は、励
振信号発生回路の出力インピーダンスと差動回路の入力
インピーダンスとから、励振信号に比べて遅れ信号とな
る。また、コリオリ力による出力は、励振信号に比べて
進み信号となる。そのため、圧電素子の駆動信号とコリ
オリ力による出力とは、90゜の位相差を有する。同期検
波回路では、コリオリ力による出力に同期させて、検波
が行われる。同期検波回路によって検波される出力の位
相は、位相調整回路で調整される。

（発明の効果） この発明によれば、コリオリ力に同期して検波が行わ
れるため、それに対して90゜位相差のある駆動信号は、
正部分と負部分とで相殺される。このとき、静電容量に
よる信号が正確に相殺されるように、位相調整回路で検
波される信号の位相が調整される。そのため、圧電素子
の静電容量の変動による誤差がなくなり、回転角速度に
応じた正確な出力を得ることができる。したがって、振
動ジャイロに加わった回転角速度を正確に測定すること
ができる。

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

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示す回路図である。こ
の検出回路10は、たとえば振動ジャイロ12の出力を検出
するために用いられる。振動ジャイロ12は、第2A図およ
び第2B図に示すように、たとえば正３角柱状の振動体14
を含む。この振動体14は、たとえばエリンバ，鉄−ニッ
ケル合金，石英，ガラス，水晶，セラミックなど、一般
的に機械的な振動を生じる材料で形成される。

この振動体14には、その３つの側面の中央部にそれぞ
れ圧電素子16a,16bおよび16cが形成される。圧電素子16
aは、たとえば磁器からなる圧電層18aを含み、圧電層18
aの両主面にはそれぞれ電極20aおよび22aが形成され
る。なお、これらの電極20aおよび22aは、たとえば金，
銀，アルミニウム，ニッケル，銅−ニッケル合金（モネ
ルメタル）などの電極材料で、たとえばスパッタリン
グ，蒸着などの薄膜技術であるいはその材料によっては
印刷技術で形成される。同様に、他の圧電素子16b,16c
も、それぞれ、たとえば磁器からなる圧電層18b,18cを
含み、それらの圧電層18b,18cの両主面にも、電極20b,2
2bおよび電極20c,22cが形成される。そして、これらの
圧電素子16a〜16cの一方の電極20a〜20cは、たとえば導
電接着剤で振動体14に接着される。

さらに、振動体14のノード点近接は、たとえば金属線
からなる支持部材24および26で支持される。この支持部
材24および26は、たとえば溶接することによって、振動
体14のノード点近傍に固着される。

圧電素子16aには抵抗30が接続され、圧電素子16bには
抵抗32が接続される。これらの抵抗30,32には、位相補
正回路34を介して発振回路出力源36が接続される。これ
らの位相補正回路34と発振回路出力源36とで励振信号発
生回路38が形成される。さらに、別の圧電素子16cに、
発振回路出力源36が接続される。したがって、圧電素子
16a,16bと圧電素子16cとの間に励振信号が与えられ、そ
れによって、振動体14は圧電素子16cの主面に直交する
方向に屈曲振動する。

さらに、２つの圧電素子16a,16bは、差動増幅回路40
の入力側に接続される。差動増幅回路40の出力側は、結
合用コンデンサ42および抵抗44を介して、平滑回路46に
接続される。平滑回路46は、たとえば２つの抵抗48,50
と２つのコンデンサ52,54とで形成される。

抵抗44と平滑回路46との中間部分は、たとえばFET56
を介して接地される。このFET56は、導通したときに差
動増幅回路40からの出力が接地される。それによって、
不要な出力信号が平滑回路46に伝達されず、必要な出力
信号のみが検波される。このFET56を動作させるため
に、そのゲートにダイオード58を介して発振回路出力源
36が接続される。また、FET56のゲートは、抵抗60を介
して接地される。これらのFET56,ダイオード58および抵
抗60などによって、同期検波回路62が形成される。

さらに、抵抗44と平滑回路46との中間部分には、位相
調整回路64が接続される。位相調整回路64は、可変抵抗
器66およびコンデンサ68を含む。この可変抵抗器66の一
方の固定端子が抵抗44と平滑回路46との中間部分に接続
され、他方の固定端子が接地される。また、可変抵抗器
66の可動端子は、コンデンサ68を介して接地される。こ
の位相調整回路64によって、同期検波回路62により検波
される信号の位相が調整される。

この振動ジャイロ12は、励振信号発生回路38からの励
振信号によって、圧電素子16cの主面に直交する方向に
屈曲振動する。このとき、圧電素子16aについて考える
と、その周辺の等価回路は第３図に示すようになる。つ
まり、励振信号発生回路38の出力インピーダンスZoに抵
抗30が接続され、さらに抵抗30には、圧電素子16aの静
電容量Ｃと差動増幅回路40の入力インピーダンスZiとの
並列回路が接続される。ここで、出力インピーダンスZo
と入力インピーダンスZiとのマッチングがとれている場
合、第４図に示すように、静電容量Ｃによって励振信号
より45゜遅れた信号が出力される。

次に、振動ジャイロ12に回転角速度が加わったとき、
コリオリ力が働いて圧電素子16a,16bに起電力が発生す
る。このときの等価回路は、第５図に示すような定電流
源を有する回路となる。これを第３図と同様に定電圧源
を有する回路に変換すると、第６図に示すような回路と
なる。すなわち、定電圧源に圧電素子16aによる静電容
量Ｃが接続され、さらに静電容量Ｃには、抵抗30と差動
増幅回路40の入力インピーダンスZiとの並列回路が接続
される。したがって、コリオリ力による信号は、励振信
号に比べて45゜進んだ信号となる。

したがって、第８図に示すように、無回転時の静電容
量Ｃによる信号と回転時のコリオリ力による信号との間
には、90゜の位相差がある。したがって、差動増幅回路
40の出力側からは、このような90゜の位相差のある信号
が出力される。

ここで、同期検波回路62によって、コリオリ力による
信号が正の部分に同期して、これらの信号が検波され
る。この場合、第８図に示すように、コリオリ力による
信号が負の部分でFET56が導通し、負の部分が平滑回路4
6に伝達されないようにすればよい。したがって、コリ
オリ力による信号の正の部分だけが平滑回路46で平滑さ
れ、この信号の大きさを測定することによって回転角速
度を知ることができる。

このとき、圧電素子16aの静電容量Ｃによる信号は、
コリオリ力による信号と90゜の位相差があるため、正部
分と負部分とが相殺されて、平滑回路46から出力されな
い。したがって、温度変化や経時変化による圧電素子16
aの静電容量Ｃが変動しても、それによる測定誤差をな
くすことができる。

ここで、第9A図に示すように、圧電素子16aの静電容
量Ｃによる信号とコリオリ力による信号とが正確に90゜
の位相差を有しない場合、検波される信号の位相が、位
相調整回路64で調整される。この場合、可変抵抗器66の
可動端子を調整することによって検波する位置をずら
し、第9B図に示すように、静電容量Ｃによる信号が完全
に相殺される位置で検派が行われる。したがって、静電
容量Ｃによる信号を完全に無視することができ、正確な
回転角速度を測定することができる。

また、圧電素子16bの静電容量による誤差も、同様に
無視することができる。このように、この検出回路10を
用いれば、振動ジャイロ12による回路角速度の測定を正
確に行うことができる。

なお、上述の実施例では、励振信号発生回路38の出力
インピーダンスZoと差動増幅回路40の入力インピーダン
スZiとのマッチングがとれている場合について説明した
が、これらのマッチングがとれていなくても、それぞれ
の信号の励振信号に対する位相差が45゜にならないだけ
で、静電容量による信号とコリオリ力による信号との位
相差は90゜となる。したがって、入出力インピーダンス
の選定によって、これらの信号の位相差を設けることが
でき、回路構成を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図である。 第2A図は第１図に示す検出回路で検出される振動ジャイ
ロを示す斜視図であり、第2B図は第2A図の線II B−II B
における断面図である。 第３図は振動ジャイロの無回転時における圧電素子周辺
の等価回路図である。 第４図は第３図に示す回路の信号波形を示す波形図であ
る。 第５図は振動ジャイロに回転角速度が加わったときの圧
電素子周辺の等価回路図である。 第６図は第５図に示す回路の定電流源を定電圧源に変換
したときの等価回路図である。 第７図は第５図および第６図に示す回路の信号波形を示
す波形図である。 第８図は圧電素子の静電容量による信号とコリオリ力に
よる信号との関係と同期検波を行った状態とを示す波形
図である。 第9A図は検波される信号が正確に90゜の位相差を有して
いない状態を示す波形図であり、第9B図は位相調整回路
で検波される信号の位相を調整した状態を示す波形図で
ある。 第10図はこの発明の背景となる従来の検出回路の一例を
示す回路図である。 図において、10は検出回路、12は振動ジャイロ、16a,16
bおよび16cは圧電素子、30および32は抵抗、38は励振信
号発生回路、40は差動増幅回路、62は同期検波回路、64
は位相調整回路を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多角柱状の振動体と、前記振動体の少なく
   とも平行でない２つの側面に形成される圧電素子とを含
   む振動ジャイロの出力を測定するための検出回路であっ
   て、 ２つの前記圧電素子に入力することによって前記振動体
   を励振するための励振信号発生回路、 前記励振信号発生回路が接続された前記２つの圧電素子
   からの出力の差を検出するための差動回路、 前記差動回路からの出力信号を同期検波するための同期
   検波回路、および 前記同期検波回路によって検波される前記出力信号の位
   相を調整するための位相調整回路を含む、検出回路。