JP3227975B2 - 振動検出回路 - Google Patents

振動検出回路

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JP3227975B2 JP02277494A JP2277494A JP3227975B2 JP 3227975 B2 JP3227975 B2 JP 3227975B2 JP 02277494 A JP02277494 A JP 02277494A JP 2277494 A JP2277494 A JP 2277494A JP 3227975 B2 JP3227975 B2 JP 3227975B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は振動検出回路に係り、特
に、圧電ジャィロを用いた振動検出回路に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、振動の検出用に、振動の角速度を
検出する圧電振動ジャィロ(以下、圧電ジャイロと記
す)が使用されている。図5は、圧電ジャイロ11の動
作説明図を示す。圧電ジャイロ11は、四角柱の金属製
振動子12の2面に、圧電セラミックを金属で挟んだ圧
電素子13a,13bが接合されて構成されている。
【0003】振動子12の電圧は、電源E11により所定
の電圧に設定しておく。抵抗R51,R52を介して、圧電
素子13a,13bに励振電圧を加えて、振動子12を
Y方向に振動させる。
【0004】外部で発生した検出対象の振動により振動
子12が回転すると、角速度に比例してX方向にコリオ
リの力が発生する。このコリオリの力により、一方の圧
電素子は縮み、他方の圧電素子は伸びる。この結果、夫
々の圧電素子13a,13bの電極の電圧振幅の変化分
はコリオリの力に比例し、一方の電極電圧の振幅は大き
くなり、他方の電極電圧の振幅は小さくなる。この2つ
の電極電圧の振幅の差が角速度に対応する。このため、
2つの電極電圧の差信号から振幅成分を取り出して、角
速度の検出信号が得られる。
【0005】基準の角速度に対する角速度の検出信号の
レベルが、圧電ジャイロ11の感度である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】圧電ジャイロ11の感
度は、温度等により変動する。しかし、従来、圧電ジャ
イロ11を用いた振動検出回路では、2つの電極電圧の
差信号をそのまま用いて、角速度の検出信号を生成して
いる。このため、温度変動等により、感度が変化する
と、角速度の検出信号に誤差が生じるという問題があ
る。
【0007】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
で、感度変化による検出信号の誤差を無くすことができ
る振動検出回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、励振
された圧電ジャイロの2つの検出用電極夫々の電極電圧
の差信号を基に、振動の角速度に対応したレベルの検出
信号を生成する検出信号生成部を有する振動検出回路に
おいて、上記検出信号生成部は、上記検出信号を増幅す
るときの増幅器ゲインを上記圧電ジャイロの2つの電極
電圧の和信号の振幅に比例するように制御する構成とす
る。
【0009】請求項2の発明では、前記検出信号生成部
は、前記2つの電極電圧の和信号の振幅に対応したレベ
ルの制御信号を生成する制御信号生成部と、前記2つの
電極電圧を供給されて、前記2つの電極電圧の差の信号
を、前記制御信号のレベルに応じた増幅度で増幅した差
分信号を生成する可変増幅部と、上記可変増幅部から供
給された差分信号から振幅成分を抽出して検出信号を生
成する振幅成分抽出部とからなる構成とする。
【0010】請求項3の発明では、前記制御信号生成部
は、制御電圧を生成する両波整流回路で構成される。
【0011】
【作用】請求項1の発明では、検出信号を増幅するとき
の増幅器ゲインを圧電ジャイロの2つの電極電圧の和信
号の振幅に比例するように制御することにより、圧電ジ
ャイロの感度が変動しても角速度の検出信号に誤差が生
じないようにすることが可能となる。
【0012】請求項2の発明では、制御信号生成部と、
可変増幅部とを設けることにより、振動ジャイロの感度
に応じて検出信号のレベルを補正する構成を容易に実現
するとすることを可能とする。
【0013】請求項3の発明では、簡単な構成で、制御
信号生成部を実現することを可能とする。
【0014】
【実施例】図1は本発明の一実施例の振動検出回路の構
成図を示す。図1の回路は、図5で説明した圧電ジャイ
ロ11を用いて、振動の角速度を検出する回路であり、
圧電ジャイロ11を励振するための励振電圧を生成する
駆動回路32、検出信号生成部35を備えている。
【0015】検出信号生成部35は、可変増幅部36、
振幅成分抽出部41、制御電圧生成部としての両波整流
回路39からなる。可変増幅部36は、差動増幅回路3
7と電圧制御増幅回路38からなる。また、振幅成分抽
出部41は、同期検波回路42と低域フィルタ43から
なる。駆動回路32は、差動増幅回路33と励振電圧生
成回路34からなる。
【0016】圧電ジャイロ11の振動子12の電圧は、
電源E11により所定の電圧に設定してある。駆動回路3
2で生成された励振電圧VA は、抵抗R21,R22を介し
て、圧電素子13a,13bに加えられる。
【0017】圧電素子13a,13b夫々の電極電圧V
D1,VD2は、可変増幅部36の差動増幅回路37に供給
される。また、抵抗R24,R25により、夫々の電極電圧
D1,VD2の和をとった電圧VD3が、差動増幅回路33
のプラス入力端子、及び、両波整流回路39に供給され
る。また、差動増幅回路33のマイナス入力端子に励振
電圧VA が供給される。
【0018】次に、図1の回路の動作について説明す
る。励振電圧生成回路34は、三角波状の励振電圧VA
を生成する。励振電圧VA が、抵抗R21,R22を介して
圧電素子13a,13bに加えられて、振動子12がY
方向に振動する。夫々の電極電圧VD1,VD2は、略正弦
波状の電圧となる。
【0019】差動増幅回路33は、2つの電極電圧
D1,VD2の和の電圧VD3から、励振電圧VA を引いた
電圧を求めて、励振電圧生成回路34に帰還している。
この帰還により、励振電圧VA を生成する発振回路が構
成されている。差動増幅回路33の帰還電圧により、常
に、振動子12の共振周波数で発振するように、励振電
圧VA の位相が制御される。
【0020】上記のように、振動子12が励振された状
態で、外部で発生した検出対象の振動により振動子12
が回転すると、角速度に比例してX方向にコリオリの力
が発生する。このコリオリの力により、一方の圧電素子
は縮み、他方の圧電素子は伸びる。この結果、夫々の圧
電素子13a,13bの電極電圧VD1,VD2の振幅変化
分はコリオリの力に比例し、一方の電極電圧の振幅は大
きくなり、他方の電極電圧の振幅は小さくなる。
【0021】この2つの電極電圧VD1,VD2の振幅の差
が角速度に対応する。このため、各電極電圧VD1,VD2
の差の信号から振幅成分を取り出して、角速度の検出信
号が得られる。
【0022】可変増幅部36の差動増幅回路37は、2
つの電極電圧VD1,VD2の差の信号を一定の増幅度で増
幅した信号を生成する。電圧制御増幅回路38は、差動
増幅回路37から供給された信号を、両波整流回路39
から供給される制御電圧のレベルに比例した増幅度で増
幅して、差分信号を生成する。
【0023】振幅成分抽出部41は、可変増幅部36か
ら供給される差分信号の振幅成分を抽出して、角速度の
検出信号として出力する。振幅成分抽出部41の同期検
波回路42は、励振電圧生成回路34から励振電圧VA
を供給されて、可変増幅部36から供給される差分信号
を同期検波する。低域フィルタ43は、同期検波された
信号の直流成分を取り出して、角速度の検出信号として
出力する。この検出信号のレベルが、角速度に対応して
いる。
【0024】両波整流回路39には、2つの電極電圧V
D1,VD2の和をとった、略正弦波状の電圧VD3が供給さ
れる。両波整流回路39は、この電圧VD3を両波整流し
て、直流成分の電圧を制御電圧として出力する。即ち、
略正弦波状の電圧VD3の振幅に比例する制御電圧を生成
する。
【0025】次に、圧電ジャイロ11の感度が変化する
際の、検出信号の補正について説明する。図2は、圧電
ジャイロ11の等価回路を示す。圧電素子13a側の等
価回路は、抵抗RS1,コイルLS1,コンデンサCS1の直
列回路とコンデンサCS11 の並列回路となる。同様に、
圧電素子13b側の等価回路は、抵抗RS2,コイル
S2,コンデンサCS2の直列回路とコンデンサCS12
並列回路となる。
【0026】図3は、圧電ジャイロ11の感度の温度特
性の一例を示す。また、図4は、電極電圧VD1,VD2
和をとった電圧VD3の振幅と温度の関係を示す。
【0027】図2の等価回路で示される圧電ジャイロ1
1の励振状態でのインピーダンスは、温度により変化す
る。圧電ジャイロ11の感度は、このインピーダンスが
小さい程良くなる。温度により圧電ジャイロ11のイン
ピーダンスが変化することで、例えば図3に示すよう
に、感度が温度により変化する。基準温度Tm のときの
感度が最大で、基準温度Tm より低い温度と高い温度で
は、感度が低下する特性となっている。
【0028】一方、圧電ジャイロ11の感度が良い程、
圧電ジャイロ11のインピーダンスが小さくなるため、
抵抗R21,R22と圧電ジャイロ11で分圧される電極電
圧V D1,VD2の振幅が小さくなる。従って、電極電圧V
D1,VD2の和の電圧VD3の振幅も小さくなる。このた
め、図3の特性に対して、図4に示すように、電圧VD3
の振幅は、基準温度Tm のときに最小で、基準温度Tm
より低い温度と高い温度では、増大する特性となってい
る。
【0029】圧電ジャイロ11の感度の温度に対する変
化の特性、即ち、検出信号のレベルの温度に対する変化
の特性と、電圧VD3の振幅の温度に対する変化の特性と
は、互いに逆比例の関係にある。例えば、温度変化によ
り、感度が基準温度Tm のときの感度の1/K倍になる
と、電圧VD3の振幅は基準温度Tm のときの振幅のK倍
になる。
【0030】前記のように、両波整流回路39が生成す
る制御電圧は、電圧VD3の振幅に比例している。電圧制
御増幅回路38は、この制御電圧に比例した増幅度に設
定される。また、差動増幅回路37の増幅度は一定であ
る。このため、可変増幅部36の増幅度は、電圧VD3
振幅に比例して変化する。
【0031】従って、圧電ジャイロ11の感度が変化す
ると、可変増幅部36の増幅度が、感度に逆比例して変
化して、検出信号のレベルが補正される。このため、一
定の角速度に対する検出信号のレベルは、振動ジャイロ
11の感度に影響されずに一定値になる。
【0032】例えば、圧電ジャイロ11の感度が1/K
倍になると、電圧VD3の振幅と制御電圧がK倍になり、
可変増幅部36の増幅度もK倍になる。これにより、一
定の角速度に関して、可変増幅部36が出力する差分信
号は一定となり、検出信号のレベルも一定となる。
【0033】上記のように、本実施例では、圧電ジャイ
ロ11の感度に対応している電圧V D3の振幅に比例し
て、検出信号生成部35の可変増幅部36の増幅度を設
定して、生成する検出信号のレベルを補正する。このた
め、圧電ジャイロ11の感度が温度で変動しても検出信
号に誤差が生じないようにすることができる。
【0034】また、本実施例では、構成が簡単な、両波
整流回路39と電圧制御増幅回路38を含む可変増幅部
36とを設けるだけでよく、検出信号のレベルを補正で
きる回路を容易に実現することができる。
【0035】なお、製造時のバラツキなど、感度が温度
以外の要因で変化した場合でも、同様に、検出信号生成
部35により、検出信号のレベルを補正することができ
る。
【0036】また、可変増幅部36の代わりに一定増幅
度の差動増幅回路を設け、振幅成分抽出部41の後段に
設けた増幅部の増幅度を、制御電圧により可変する構成
とすることもできる。
【0037】
【発明の効果】上述の如く、請求項1の発明によれば、
検出信号を増幅するときの増幅器ゲインを圧電ジャイロ
の2つの電極電圧の和信号の振幅に比例するように制御
することにより、圧電ジャイロの感度が変動しても角速
度の検出信号に誤差が生じないようにすることができ
る。
【0038】請求項2の発明によれば、制御信号生成部
と、可変増幅部とを設けることにより、振動ジャイロの
感度に応じて検出信号のレベルを補正する構成を容易に
実現するとすることができる。
【0039】請求項3の発明によれば、簡単な構成で、
制御信号生成部を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の振動検出回路の構成図であ
る。
【図2】圧電ジャイロの等価回路である。
【図3】圧電ジャイロの感度の温度特性の一例を示す図
である。
【図4】2つの電極電圧の和をとった電圧の振幅と温度
の関係を示す図である。
【図5】圧電ジャイロの動作説明図である。
【符号の説明】
11 圧電振動ジャイロ 12 振動子 13a,13b 圧電素子 32 駆動回路 33 差動増幅回路 35 検出信号生成部 36 可変増幅部 37 差動増幅回路 38 電圧制御増幅回路 41 振幅成分抽出部 42 同期検波回路 43 低域フィルタ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励振された圧電ジャイロの2つの検出用
    電極夫々の電極電圧の差信号を基に、振動の角速度に対
    応したレベルの検出信号を生成する検出信号生成部を有
    する振動検出回路において、 上記検出信号生成部は、上記検出信号を増幅するときの
    増幅器ゲインを上記圧電ジャイロの2つの電極電圧の和
    信号の振幅に比例するように制御することを特徴とする
    振動検出回路。
  2. 【請求項2】 前記検出信号生成部は、 前記2つの電極電圧の和信号の振幅に対応したレベルの
    制御信号を生成する制御信号生成部と、 前記2つの電極電圧を供給されて、前記2つの電極電圧
    の差の信号を、前記制御信号のレベルに応じた増幅度で
    増幅した差分信号を生成する可変増幅部と、 上記可変増幅部から供給された差分信号から振幅成分を
    抽出して検出信号を生成する振幅成分抽出部とからなる
    ことを特徴とする請求項1記載の振動検出回路。
  3. 【請求項3】 前記制御信号生成部は、制御電圧を生成
    する両波整流回路で構成されることを特徴とする請求項
    2記載の振動検出回路。
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