JP2622331B2 - Vibrating gyro - Google Patents

Vibrating gyro

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JP2622331B2
JP2622331B2 JP4267507A JP26750792A JP2622331B2 JP 2622331 B2 JP2622331 B2 JP 2622331B2 JP 4267507 A JP4267507 A JP 4267507A JP 26750792 A JP26750792 A JP 26750792A JP 2622331 B2 JP2622331 B2 JP 2622331B2
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JP
Japan
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piezoelectric elements
output
vibrator
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piezoelectric
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Inventor
厚吉 寺嶋
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赤井電機株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車等に搭
載される姿勢制御システム、ナビゲーションシステム
や、ビデオカメラの手ブレ補正等に用いる角速度を検出
するための振動ジャイロに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration gyro for detecting an angular velocity used for, for example, a posture control system and a navigation system mounted on an automobile or the like, and a camera shake correction of a video camera.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の振動ジャイロとしては、例えば図
2に示すようなものが知られている。この振動ジャイロ
は、横断面形状が四角形をなす振動体1の一側面1aに
第一の圧電素子2を、その側面1aと隣接する他の側面
1bに第二の圧電素子3を、それぞれ貼着して振動子4
を構成している。そして、上記圧電素子2,3は、それ
ぞれのインピーダンス素子Z1 ,Z2 を介して駆動装置
5に接続され、またこの駆動装置5には、他のインピー
ダンス素子Z3 を介して容量素子6が接続されており、
これらの圧電素子2,3および容量素子6に対して、駆
動装置5からそれぞれ同時に交流電圧が印加されるよう
になっている。
2. Description of the Related Art As a conventional vibrating gyroscope, for example, the one shown in FIG. 2 is known. In this vibrating gyroscope, a first piezoelectric element 2 is attached to one side surface 1a of a vibrating body 1 having a rectangular cross section, and a second piezoelectric element 3 is attached to another side surface 1b adjacent to the side surface 1a. And vibrator 4
Is composed. The piezoelectric elements 2 and 3 are connected to a driving device 5 via respective impedance elements Z 1 and Z 2, and a capacitance element 6 is connected to the driving device 5 via another impedance element Z 3. Connected
An AC voltage is simultaneously applied to these piezoelectric elements 2 and 3 and the capacitive element 6 from the driving device 5.

【0003】一方、それぞれのインピーダンス素子
1 ,Z2 と圧電素子2,3とのそれぞれの接続点7,
8は、加算器9の入力端子に接続され、また、その加算
器9の出力端子と、インピーダンス素子Z3 と容量素子
6の接続点10とが差動増幅器11の入力端子に接続され
て、差動増幅器11からの差動出力が駆動装置5に帰還さ
れるようになっている。さらに、接続点7,8は、差動
増幅器12の入力端子にも接続され、この差動増幅器12の
出力が抵抗13aおよびコンデンサ13bよりなるローパス
フィルタ13を経て同期検波器14(ここではFET)に供
給され、その出力端子15に出力される検波信号に基づい
て角速度検出信号を得るようになっている。
On the other hand, connection points 7, 7 between the impedance elements Z 1 , Z 2 and the piezoelectric elements 2, 3
8 is connected to the input terminal of the adder 9, and the output terminal of the adder 9 and the connection point 10 between the impedance element Z 3 and the capacitive element 6 are connected to the input terminal of the differential amplifier 11. The differential output from the differential amplifier 11 is fed back to the driving device 5. Further, the connection points 7 and 8 are also connected to the input terminal of the differential amplifier 12, and the output of the differential amplifier 12 passes through a low-pass filter 13 including a resistor 13a and a capacitor 13b, and a synchronous detector 14 (here, FET). And an angular velocity detection signal is obtained based on the detection signal output to the output terminal 15 thereof.

【0004】このような振動ジャイロにおいては、駆動
装置5から圧電素子2,3に交流電圧を印加することに
よって、振動子4を直交三次元座標系のX軸方向に自励
振動させることができる。すなわち、圧電素子2,3に
交流電圧を印加すると、接続点7,8から得られる出力
は、駆動装置5からの供給電圧と、それぞれの圧電素子
2,3の歪みに伴って各圧電素子2,3から出力される
電圧との合成出力となる。したがって、それらの両合成
出力の和を加算器9で求め、その出力と、接続点10から
の供給電圧に対応する出力との差を差動増幅器11で求め
れば、X軸方向の振動に基づいて圧電素子2,3から発
生された電圧だけが抽出され、その差動増幅器11の出力
を駆動装置5に帰還させることによって振動子4は自励
振動するようになる。
In such a vibrating gyroscope, the vibrator 4 can be self-oscillated in the X-axis direction of the orthogonal three-dimensional coordinate system by applying an AC voltage from the driving device 5 to the piezoelectric elements 2 and 3. . That is, when an AC voltage is applied to the piezoelectric elements 2 and 3, the output obtained from the connection points 7 and 8 is equal to the supply voltage from the drive device 5 and the piezoelectric elements 2 and 3 due to the distortion of the piezoelectric elements 2 and 3. , 3 are output as a composite output. Accordingly, if the sum of the two combined outputs is obtained by the adder 9 and the difference between the output and the output corresponding to the supply voltage from the connection point 10 is obtained by the differential amplifier 11, the sum is obtained based on the vibration in the X-axis direction. As a result, only the voltage generated from the piezoelectric elements 2 and 3 is extracted, and the output of the differential amplifier 11 is fed back to the driving device 5, whereby the vibrator 4 self-oscillates.

【0005】振動子4がこのように自励振動している状
態で、その振動子4がZ軸廻りの回転を受けると、振動
子4はその角速度に比例するコリオリの力によりY軸方
向に振動し、接続点7,8からの出力に差が生じる。し
たがって、この接続点7,8の出力を差動増幅器12で差
動増幅すれば、コリオリの力の発生に伴う電圧だけを分
離して検出することができるので、その差動出力をロー
パスフィルタ13に供給して、差動出力中に波形歪みとな
って含まれる高調波成分を除去した後、同期検波器14に
おいて振動子4の励振周期に同期して検波すれば、コリ
オリの力を電圧として検出することができ、これに基づ
いて角速度検出信号を得ることができる。
When the vibrator 4 undergoes rotation about the Z-axis while the vibrator 4 is self-excited in this manner, the vibrator 4 moves in the Y-axis direction due to Coriolis force proportional to its angular velocity. It vibrates, and a difference occurs between the outputs from the connection points 7 and 8. Therefore, if the outputs of the connection points 7 and 8 are differentially amplified by the differential amplifier 12, only the voltage accompanying the generation of the Coriolis force can be separated and detected. To remove the harmonic components contained as a waveform distortion in the differential output, and then perform detection in synchronization with the excitation cycle of the vibrator 4 in the synchronous detector 14 to convert the Coriolis force into a voltage. And an angular velocity detection signal can be obtained based on this.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電素子
2,3からの発生電圧には、波形歪に伴なう高調波成分
が含まれており、それらを差動増幅器12によってそのま
ま差動増幅すると、その差動出力中の高調波成分が差動
増幅器12の動作範囲を越えて飽和現象を生じるおそれが
あり、従って、そのような差動出力中の高調波成分をロ
ーパスフィルタ13によって除去しようとしても、ローパ
スフィルタ13は適正に機能することができず、正確な角
速度の検出が困難となる。この発明は、このような、従
来の振動ジャイロの有する問題点の解決を課題として検
討することによってなされたものであり、この発明の目
的は、それぞれの圧電素子からの発生電圧を差動増幅す
る前に、それらの発生電圧に含まれるそれぞれの高調波
成分をともに同程度に近づけることにより、角速度の測
定精度を十分に高めることができる振動ジャイロを提供
することにある。
By the way, the voltages generated from the piezoelectric elements 2 and 3 contain harmonic components accompanying the waveform distortion. However, the harmonic component in the differential output may exceed the operating range of the differential amplifier 12 and cause a saturation phenomenon.Therefore, the harmonic component in the differential output may be removed by the low-pass filter 13. However, the low-pass filter 13 cannot function properly, and it is difficult to accurately detect the angular velocity. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made by examining the solution of the problems of the conventional vibrating gyroscope as a problem, and an object of the present invention is to differentially amplify voltages generated from respective piezoelectric elements. An object of the present invention is to provide a vibrating gyroscope capable of sufficiently increasing the measurement accuracy of the angular velocity by making the respective harmonic components included in the generated voltages close to each other.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、柱状をなす振動体の側面に、検出機
能を有する一対の, 一組または複数組の圧電素子を貼着
して振動子を構成し、この振動子の、前記一対の圧電素
子を、差動増幅器を介して同期検波器に接続したところ
において、それぞれの圧電素子を、容量素子を互して相
互に接続する。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a pair of, one or more sets of piezoelectric elements having a detecting function are attached to a side surface of a columnar vibrating body. When a pair of piezoelectric elements of the vibrator are connected to a synchronous detector via a differential amplifier, the piezoelectric elements are connected to each other with capacitive elements.

【0008】[0008]

【作用】容量素子のインピーダンス[Function] Impedance of capacitive element

【外1】 は、その容量をCとすれば、If the capacity is C,

【外2】 =1/jWC で与えられるので、振動子の励振周波数に対する高次の
周波数においては、そのインピーダンスは低下する。従
って、この発明のように、圧電素子間を容量素子を介し
て相互接続した場合には、高調波成分については、相互
の圧電素子が低インピーダンスで接続されていることに
なり、これが為に、それぞれの圧電素子から発生する高
調波成分は、その値が相互に近づけられることになっ
て、差動増幅による飽和現象の発生を有効に回避するこ
とができる。
## EQU2 ## Since the frequency is given by = 1 / jWC, the impedance of the vibrator at a higher frequency than the excitation frequency thereof decreases. Therefore, when the piezoelectric elements are connected to each other via the capacitive element as in the present invention, the mutual piezoelectric elements are connected with a low impedance with respect to the harmonic components. Since the harmonic components generated from the respective piezoelectric elements have values close to each other, the occurrence of a saturation phenomenon due to differential amplification can be effectively avoided.

【0009】[0009]

【実施例】図1は、この発明の一実施例を示すものであ
り、図2に示す符号と同一の符号は、同一作用をなすも
のを示す。この実施例でもまた、横断面形状が四角形を
なす振動体1の一側面1aに第一の圧電素子2を、その
側面1aと隣接する他の側面1bには第二の圧電素子3
をそれぞれ貼着して振動子4を構成する。圧電素子2,
3は、それぞれのインピーダンス素子Z1 ,Z2 を介し
て駆動装置5に接続し、さらにこの駆動装置5に、他の
インピーダンス素子Z3 を介して容量素子6を接続し
て、これらの圧電素子2,3および容量素子6に対し
て、駆動装置5からともに同時に交流電圧を印加可能な
らしめる。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. The same reference numerals as those shown in FIG. 2 denote the same elements. Also in this embodiment, the first piezoelectric element 2 is provided on one side 1a of the vibrating body 1 having a rectangular cross section, and the second piezoelectric element 3 is provided on the other side 1b adjacent to the side 1a.
To form the vibrator 4. Piezoelectric element 2,
3 is connected to a driving device 5 via respective impedance elements Z 1 and Z 2 , and further connected to the driving device 5 with a capacitive element 6 via another impedance element Z 3. An AC voltage can be simultaneously applied to the capacitors 2 and 3 and the capacitor 6 from the driving device 5.

【0010】またここでは、それぞれのインピーダンス
素子Z1 ,Z2 と圧電素子2,3とのそれぞれの接続点
7,8を、容量素子16を介して相互接続するとともに、
加算器9の入力端子にも接続し、そして、その加算器9
の出力端子と、インピーダンス素子Z3 と容量素子6と
の接続点10のそれぞれを差動増幅器11の入力端子に接続
してそこからの差動出力を駆動装置5に帰還させる。さ
らに、接続点7,8は、差動増幅器12の入力端子にも接
続し、この差動増幅器12の出力を同期検波器14(ここで
はFET)に供給し、その出力端子15に出力される検波
信号に基づいて角速度検出信号を得るようにする。
In this case, the connection points 7 and 8 between the impedance elements Z 1 and Z 2 and the piezoelectric elements 2 and 3 are interconnected via a capacitance element 16, and
It is also connected to the input terminal of the adder 9 and the adder 9
The output terminal, is fed back to each of the connection points 10 between the impedance element Z 3 and the capacitor element 6 in the drive unit 5 to the differential output therefrom connected to the input terminal of the differential amplifier 11. Further, the connection points 7 and 8 are also connected to the input terminal of the differential amplifier 12, and the output of the differential amplifier 12 is supplied to the synchronous detector 14 (here, FET) and output to the output terminal 15 thereof. An angular velocity detection signal is obtained based on the detection signal.

【0011】このように構成してなる振動ジャイロによ
れば、振動子4の、従来例で述べたと同様の自励振動の
下で、その振動子4がZ軸廻りの回転を受けると、振動
子4はその角速度に比例するコリオリの力によりY軸方
向に振動し、この結果として、接続点7,8からの出力
に差が生じる。したがって、この接続点7,8の出力を
差動増幅器12で差動増幅すれば、コリオリの力の発生に
伴う電圧を分離して検出することができるので、その差
動増幅器12の作動出力を同期検波器14に供給し、そこで
振動子4の励振周期に同期して検波すれば、コリオリの
力を電圧として検出でき、これに基づいて角速度検出信
号を得ることができる。
According to the vibrating gyroscope thus configured, when the vibrator 4 is rotated around the Z-axis under self-excited vibration similar to that described in the conventional example, the vibrator 4 vibrates. The child 4 vibrates in the Y-axis direction due to Coriolis force proportional to its angular velocity, and as a result, a difference occurs in the output from the connection points 7 and 8. Therefore, if the outputs of the connection points 7 and 8 are differentially amplified by the differential amplifier 12, the voltage accompanying the generation of the Coriolis force can be separated and detected. If the Coriolis force is supplied to the synchronous detector 14 and detected in synchronization with the excitation cycle of the vibrator 4, Coriolis force can be detected as a voltage, and an angular velocity detection signal can be obtained based on the voltage.

【0012】ところで、図示例では、接続点7,8を、
容量素子16によって相互接続しているので、コリオリの
力のかかる検出に当り、圧電素子2,3からの発生電圧
に含まれる高調波成分に対しては接続点7,8間は低イ
ンピーダンスとなり、それぞれの出力レベルを同程度に
近づけることができるので、差動増幅器12で差動増幅し
た後の出力の高調波成分を有効に低減することができ
る。従って、差動増幅に伴う高調波成分の飽和現象を防
止することが可能となり、ローパスフィルタを用いるま
でもなく、正確な角速度の検出が可能となる。
By the way, in the illustrated example, the connection points 7 and 8 are
Since they are interconnected by the capacitive element 16, the impedance between the connection points 7 and 8 is low for the harmonic components contained in the voltage generated from the piezoelectric elements 2 and 3 in the detection where Coriolis force is applied, Since the respective output levels can be brought close to the same level, the harmonic components of the output after differential amplification by the differential amplifier 12 can be effectively reduced. Therefore, it is possible to prevent the saturation phenomenon of the harmonic component due to the differential amplification, and it is possible to accurately detect the angular velocity without using a low-pass filter.

【0013】なお、上述の実施例においては、圧電素子
として、駆動、帰還および検出のそれぞれの機能を兼ね
具えた二枚一組の圧電素子を貼着したものについて示し
たが、この発明は、この実施例に限定されるものではな
く、検出機能を有する二枚で一対の複数組の圧電素子の
相互を容量素子を介して接続したもの, 例えば、図1
(b) に示すような四角形断面の各側面を利用して2組の
圧電素子を貼着したものであってもよく、この場合も同
じように所期した作用効果を達成することができる。ま
た、柱状振動体の横断面形状としては、断面四角形以外
の多角形, 例えば図1(c) に示すような六角形であって
もよく、さらには円形等の適宜の断面形状のものを選択
して使用することができる。
In the above-described embodiment, a pair of two piezoelectric elements each having the functions of driving, feedback, and detection are attached as the piezoelectric elements. The present invention is not limited to this embodiment, but includes a pair of a plurality of pairs of piezoelectric elements having a detection function and connected to each other via a capacitance element.
As shown in (b), two sets of piezoelectric elements may be adhered using each side face of a rectangular cross section, and in this case, the same desired effect can be achieved. Further, the cross-sectional shape of the columnar vibrator may be a polygon other than a quadrangle in cross section, for example, a hexagon as shown in FIG. 1 (c), or an appropriate cross-sectional shape such as a circle may be selected. Can be used.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、とく
には、検出機能を有する二枚の圧電素子を相互接続する
容量素子の作用に基づき、圧電素子から発生する高調波
出力を、相互に同程度に近づけることができるので、そ
の後の差動増幅によっても出力の飽和現象を生じること
がなく、また、高調波出力をローパスフィルタをもって
除去するまでもなく、十分正確な角速度の測定が可能と
なる。
As described above, according to the present invention, in particular, the harmonic output generated from the piezoelectric element is converted to the mutual power based on the action of the capacitive element interconnecting the two piezoelectric elements having the detecting function. Approximately accurate angular velocity can be measured without causing output saturation even in subsequent differential amplification, and without removing the harmonic output with a low-pass filter. Becomes

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a),(b),(c) は、いずれもこの発明の実施
例を説明する図である。
FIGS. 1A, 1B, and 1C are diagrams illustrating an embodiment of the present invention.

【図2】従来例を示す同様の図である。FIG. 2 is a similar view showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動体 1a,1b 側面 2,3 圧電素子 4 振動子 5 駆動装置 6 容量素子 7,8,10 接続点 9 加算器 11, 12 差動増幅器 14 同期検波器 16 容量素子 Z1 ,Z2 ,Z3 インピーダンス素子1 vibrator 1a, 1b side 2,3 piezoelectric element 4 vibrator 5 driving device 6 capacitive element 7, 8, 10 a connection point 9 the adder 11, 12 a differential amplifier 14 synchronous detector 16 capacitive elements Z 1, Z 2, Z 3 impedance element

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 柱状をなす振動体の側面に、検出機能を
有する一対の, 一組または複数組の圧電素子を貼着して
振動子を構成し、前記一対の圧電素子を、差動増幅器を
介して同期検波器に接続してなる振動ジャイロであっ
て、 それぞれの圧電素子を容量素子を介して相互接続してな
る振動ジャイロ。
1. A vibrator is formed by attaching a pair of one or more sets of piezoelectric elements having a detecting function to side surfaces of a columnar vibrating body, and forming a vibrator. A vibrating gyroscope connected to a synchronous detector via a piezoelectric element, wherein the piezoelectric elements are interconnected via a capacitive element.
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