JP4763565B2 - 位相補償同期検波回路、振動ジャイロ - Google Patents

Description

本発明は各種の計測器等に利用して好適な位相補償同期検波回路及びこれを利用した振動ジャイロに関する。

各種物理量を計測するセンサにあってはセンサの検出信号の大きさと極性を同期検波回路の同期検波出力によって読み取って被測定対象となる例えば加速度、荷重等を検出している。その一例を図９を用いて説明する。図９に示す例は角速度を測定する振動ジャイロを示す。振動ジャイロは振動子１０と、この振動子１０を共振駆動する駆動部２０と、コリオリ力による振動子１０の振動を検出する検出部３０とによって構成される。

振動子１０はこの例では簡略化して示しているが、音叉形状をなすものとされており、このような振動子１０は例えばエリンバなどの恒弾性材料によって作成される。振動子１０上には図示を省略しているが駆動用の圧電素子と検出用の圧電素子とが貼り付けられている。振動子の材質としては上述したエリンバの他にシリコン単結晶上に駆動用及び検出用の圧電素子（圧電セラミクス）を貼付したもの、或いは水晶やタンタル酸リチウムなどの圧電性単結晶上に駆動用及び検出用の電極を蒸着したもの等がある。また振動子形状として図９では音叉形状の振動子を例示したが、他にも音片型、３脚型、４脚型、６脚型などの各種型式があり、どの型式の振動子を使用しても本発明を適用することができる。振動ジャイロの基本原理は例えば非特許文献１に詳細に説明されている。

駆動部２０はこの例では自励発振回路２１を備えた例を示す。振動子１０はこの自励発振回路２１により、機械的な共振周波数で駆動される。
振動子１０の共振周波数は振動子１０の材質や大きさ、形状などに依存するが、一般に数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚとされている。振動子１０の２本の脚は図９において紙面と平行する方向に互いに逆相で振動し、この振動が圧電素子の圧電効果によって電気信号に変換され、電気的に取り出される。
検出部３０はこの例では交流増幅器３１、同期検波回路３２、移相回路３４、低域通過フィルタ３５、直流増幅器３６を備えた例を示す。

取り出された角速度検出信号は微弱なため、この例では交流増幅器３１で増幅し、増幅された角速度検出信号が同期検波回路３２に入力される。同期検波回路３２は入力された検出信号（以下では同期検波回路３２に入力される検出信号を被同期検波信号ＳＩと称す）を、自励発振回路２１の自励発振信号を位相調整し、波形整形した参照信号ＲＦによって同期検波し、角速度検出信号を得る。図９において、３４は自励発振信号の位相を偏移させる移相回路を示し、例えば矩形波に波形整形した信号を同期検波の参照信号ＲＦとして出力する。
同期検波回路３２の同期検波出力は低域通過フィルタ３５を介してこの例では直流増幅器３６に入力され、直流増幅器３６でさらに増幅されて角速度出力とされる。なお、低域通過フィルタ３５は振動ジャイロの検出周波数帯域（例えばＤＣ〜１００Ｈｚ）を決定する。

ところで、自励発振信号により振動子１０をその共振周波数で駆動する場合、自励発振信号と振動子１０の脚の機械的な振動との間には９０°の位相差が生じる。更に、振動子１０の脚の機械的振動（共振）とコリオリ力による脚の振動変位との間にも９０°の位相差が生じる。つまり、自励発振信号と被同期検波信号ＳＩとは位相的に同相関係となる。振動子１０に一方の向の角速度が入力されている状況で被同期検波信号の位相が自励発振信号の位相と同位相であるものとすると、振動子１０に入力される角速度の向が逆転した場合には、振動子１０から出力される被同期検波信号の位相は、自励発振信号の位相と１８０°反転した逆位相となる。同期検波回路３２では自励発振信号を参照信号ＲＦとして被同期検波信号を同期検波することにより被同期検波信号（交流信号）の位相の変化を、同期検波出力（直流信号）の極性の変化として取り出すことができ、直流信号の極性によって振動子１０に与えられる角速度の向を知ることができる。

ところで振動子１０或いは交流増幅器３１又は移相回路３４は、温度変動に応じて位相特性が変化する。この位相特性の変化が、同期検波回路３２に与える被同期検波信号ＳＩ又は参照信号ＲＦに位相偏移を与え、被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの間に位相差を発生させる。その位相差の量に応じて同期検波回路３２の同期検波出力に直流成分が発生し、この直流成分が擬似的に角速度検出信号として作用し、検出誤差を発生する。

温度変動による検出誤差の発生を解消するために、特許文献１では直流増幅器３６に温度補償回路を付設し、温度ドリフトを除去する提案がされている。図１０にその構成を示す。直流増幅器３６にバイアス電圧を与える分圧回路に感温素子３６Ａ、３６Ｂを用いることでバイアス電圧自体を温度変化に対応させ、温度ドリフトのキャンセルを実現している。
特開２００２−２２８４４８号公報 「超音波エレクトロニクス振動論―基礎と応用―」富川義朗編著、朝倉書店

図１０に示した回路構成の方法は非常に簡素に構成できるが、出力の温度ドリフト特性を測定した上で、その温度ドリフト特性を打ち消す特性を温度補償回路に持たせるように、分圧回路を構成する抵抗器の抵抗値及び感温素子３６Ａ、３６Ｂの特性を選択しなければならない。また温度ドリフトは線形変化とは限らず、正確にキャンセルできる温度補償回路を作ることは非常に困難な作業となる。

本発明では同期検波回路の同期検波出力を監視し、同期検波回路における被同期検波信号と参照信号との位相差を検出する位相差検出回路を設け、この位相差検出回路の検出結果を移相回路に与え、移相回路における位相偏移量を制御して常時被同期検波信号と参照信号の間の位相差をなくすように補償する機能を備えた位相補償同期検波回路を提案するものである。

具体的には本発明による位相補償同期検波回路は参照信号を用いて被同期検波信号を同期検波する同期検波回路と、制御端子を備え、制御端子に印加される制御電圧により同期検波回路に印加される参照信号の位相を偏移させる移相回路と、同期検波回路の同期検波出力から参照信号の周波数成分を除去して被同期検波信号成分を出力する低域通過フィルタと、低域通過フィルタのカットオフ周波数より低い周波数の位相制御信号を発振し、移相回路において参照信号に周期的な位相偏移を与える位相制御発振回路と、位相制御発振回路の位相制御発振信号を参照信号として低域通過フィルタの出力に含まれる位相制御信号成分を同期検波し、同期検波回路で同期検波される被同期検波信号と参照信号との間に位相差がない場合、直流成分がゼロとなる同期検波信号を出力し、位相差がある場合、正又は負の直流成分を含む同期検波信号を出力する位相差検出用同期検波回路と、位相差検出用同期検波回路の検出出力を積分する積分回路と、積分回路の積分電圧と位相制御発振信号とを加え合わせて移相回路の制御端子に印加する加算回路とによって構成したことを特徴とする。

本発明では更に、共振駆動され、コリオリ力による共振振動の変化を電気信号として検出する振動子と、この振動子を共振駆動する駆動部と、振動子が出力する検出信号からコリオリ力に対応した信号を検出する検出部とを備えて構成される振動ジャイロにおいて、駆動部は振動子を共振振動させる発振回路で構成され、検出部は請求項１記載の位相補償同期検波回路で構成され、振動子は、圧電素子検出信号を、被同期検波信号として同期検波回路に入力し、移相回路は、振動子の駆動信号を矩形波に波形整形して参照信号を生成し、位相補償同期検波回路の出力側に位相制御発振信号を除去し、角速度検出信号を出力する低域通過フィルタを接続したことを特徴とする。

本発明による位相補償同期検波回路によれば、被同期検波信号と参照信号との間の位相差を位相差検出用同期検波回路の出力によって検出することができ、その出力を積分して移相回路の制御端子に入力することにより、移相回路は参照信号の位相を被同期検波信号の位相に近づける向に位相偏移させる制御を実行する。この結果、常に同期検波回路では被同期検波信号と参照信号の位相差がない状態に補償される。従って、被同期検波信号と参照信号の間に位相差があることによって発生する直流成分を常にゼロの状態に維持することができるので、検出誤差の発生を抑制することができる。

［実施例１］
図１に本発明による位相補償同期検波回路の最良の実施形態を示す。図中４０は本発明による位相補償同期検波回路を示す。図９及び図１０と対応する部分には同一符号を付して示している。
本発明による位相補償同期検波回路４０は参照信号ＲＦを用いて被同期検波信号ＳＩを同期検波する同期検波回路３２と、制御端子ＣＴを備え、制御端子ＣＴに印加される制御電圧ＣＶにより同期検波回路３２に印加される参照信号ＲＦの位相を偏移させる移相回路３４と、同期検波回路３２の同期検波出力から参照信号ＲＦの周波数成分を除去して被同期検波信号成分を出力する低域通過フィルタ３５と、低域通過フィルタのカットオフ周波数より低い周波数の位相制御発振信号ＬＷを発振し、移相回路３４において参照信号ＲＦに周期的な位相偏移を与える位相制御発振回路４１と、位相制御発振回路４１の位相制御発振信号ＬＷを参照信号として低域通過フィルタ３５の出力に含まれる位相制御発振信号ＬＷの成分を同期検波し、同期検波回路３２で同期検波される被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとに位相差がない場合、直流成分がゼロとなる同期検波信号を出力し、位相差がある場合、正又は負の直流成分を含む同期検波信号を出力する位相差検出用同期検波回路４２と、位相差検出用同期検波回路４２の検出出力を積分する積分回路４３と、積分回路４３の積分電圧と位相制御発振信号とを加え合わせて移相回路３４の制御端子ＣＴに印加する加算回路４４とによって構成される。

以下にその動作を詳細に説明する。同期検波回路３２は被同期検波信号ＳＩを参照信号ＲＦで同期検波し、矩形波に波形整形された参照信号ＲＦがハイレベルの時、被同期検波信号ＳＩをそのままの極性で出力し、参照信号ＲＦがローレベルの時、被同期検波信号ＳＩの極性を逆にした信号を同期検波信号として出力する。
低域通過フィルタ３５は参照信号ＲＦの周波数成分を除去するために設けられており、出力端子ＯＵＴに出力されるろ波出力信号ＬＦには参照信号ＲＦの周波数成分は含まれない。例として参照信号ＲＦの周波数は１０ｋＨｚ程度に選ばれる場合が多い。

移相回路３４は、移相回路３４に入力される参照信号の位相を偏移させて参照信号ＲＦと被同期検波信号ＳＩの位相を合わせるために設けられている。本発明ではこの参照信号ＲＦの位相偏移を自動制御するために、被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの位相差を検出し、この検出結果に応じて参照信号ＲＦに位相偏移を与える機能を付加する。このために、移相回路３４は制御端子ＣＴを備え、制御端子ＣＴに与える制御電圧の値に応じて、移相回路３４に入力される参照信号と、移相回路３４から出力される参照信号ＲＦとの間に位相差を発生させ位相偏移を与える。

参照信号ＲＦに周期的な位相偏移を与えるために、位相制御発振回路４１が設けられる。位相制御発振回路４１の発振周波数は参照信号ＲＦの周波数が例えば１０ｋＨｚ程度であった場合、それより充分低い例えば１ｋＨｚ程度に選定する。この位相制御発振回路４１の発振信号（ここではこの発振信号を位相制御発振信号と称すことにする）を加算回路４４を介して移相回路３４の制御端子ＣＴに印加することで、位相制御発振信号の電圧変化に応じて移相回路３４を介して同期検波回路３２に印加される参照信号ＲＦに位相制御発振信号の周期で変化する周期的な位相偏移を与える。

位相差検出用同期検波回路４２と積分回路４３と加算回路４４によって構成される制御系の詳細説明をする前に、動作の理解を容易にするために、動作の概要を予め説明する。
低域通過フィルタ３５は上述の通り参照信号ＲＦの周波数成分を除去するために設けられており、位相制御発振信号ＬＷの周波数成分は出力されるようにそのカットオフ周波数は位相制御発振信号ＬＷの周波数（例えば１ｋＨｚ）より高い例えば２〜３ｋＨｚ程度に選定される。この結果、低域通過フィルタ３５は位相制御発振信号ＬＷの周波数成分を含むろ波出力信号ＬＦを出力する。

位相差検出用同期検波回路４２は低域通過フィルタ３５から出力されたろ波出力信号ＬＦを位相制御発振信号ＬＷを参照信号として同期検波する。同期検波回路３２において、被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの間に位相差がない状況下であれば位相差検出用同期検波回路４２は図３Ｂに示すような直流成分を含まない正負対称な位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２が出力される。

図３Ｂに示すような正負対象の信号が積分回路４３に入力された場合、積分回路４３の出力電圧は平均値ゼロである。この結果、参照信号ＲＦは位相制御発振信号ＬＷの周期で位相偏移を繰返し、直流的な位相偏移は発生しない。
一方、同期検波回路３２において、被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの位相差を生じている状況下では位相差検出用同期検波回路４２は図５Ｂ及び図７Ｂに示すような正又は負の直流成分を含む位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２を出力する。

図５Ｂに示す例では参照信号ＲＦが被同期検波信号ＳＩより進み位相であった場合の位相差検出用同期検波回路４２の位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２の波形を示す。図５Ｂに示す位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２が積分回路４３に入力された場合、積分回路４３はこの入力信号を積分して負極性の直流電圧を出力する。負極性の積分電圧が加算回路４４を介して移相回路３４の制御端子ＣＴに入力される。移相回路３４は制御端子ＣＴに負極性の積分電圧（直流電圧）が印加されることにより、参照信号ＲＦの位相を進み位相から遅れ位相方向に偏移し、被同期検波信号ＳＩの位相に合致した状態で制御系の制御動作が収束する。

図７Ｂでは参照信号ＲＦが被同期検波信号ＳＩより遅れ位相であった場合の位相差検出用同期検波回路４２の位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２の波形を示す。
図７Ｂに示す位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２が積分回路４３に入力された場合、積分回路４３はこの入力信号を積分して正極性の直流電圧を出力する。正極性の積分電圧が加算回路４４を介して移相回路３４の制御端子ＣＴに入力される。移相回路３４は制御端子ＣＴに正極性の積分電圧（直流電圧）が印加されることにより、参照信号ＲＦの位相を遅れ位相から進み位相の方向に偏移し、被同期検波信号ＳＩの位相に合致した状態で制御系の制御動作が収束する。

このように、同期検波回路３２において被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの間に位相差が発生すると、この位相差が位相差検出用同期検波回路４２で検出され、その検出結果が積分回路４３で積分され、この積分電圧を移相回路３４の制御端子ＣＴに印加することにより、この制御系は常に被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの位相差をなくすように補償する。
以下では各部の波形を例示して具体的な動作について説明する。

（被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの間に位相差がない場合）
図２Ａに位相制御発振回路４１が発振する位相制御発振信号ＬＷの波形を示す。図２Ａの例ではゼロを中心に振幅が±αである波形を１周期分示す。図２Ｂは位相制御発振信号ＬＷによって移相回路３４で発生する周期的な位相偏移の様子を示す。図２Ｂに示す例では被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの間に位相差がないことから周期的な位相偏移はゼロを中心に位相が＋α°、−α°に偏移する。またここでも先に説明した動作の概要説明と同様に、移相回路３４は制御端子ＣＴに入力される制御電圧ＣＶが正極性に振れると参照信号ＲＦの位相が進み位相方向に偏移し、負極性に振れると参照信号ＲＦの位相が遅れ位相方向に偏移するものとする。図２Ｃは周期的に位相偏移する参照信号ＲＦと被同期検波信号ＳＩの位相関係を示す。図２Ｃに示す実線は被同期検波信号ＳＩを示し、点線は参照信号ＲＦが位相偏移した波形を示す。矩形で表わす波形は同期検波回路３２に印加する参照信号ＲＦの波形を示す。図示するように位相制御発振信号ＬＷの電圧が正に振れている期間では参照信号ＲＦの位相は被同期検波信号ＳＩの位相より進み位相となっており、位相制御発振信号ＬＷの電圧がゼロに近い状況では参照信号ＲＦと被同期検波信号ＳＩの位相差はゼロの状態に近づき、位相制御発振信号ＬＷの電圧が負極性に振れると参照信号ＲＦの位相は被同期検波信号ＳＩの位相より遅れ位相となることが表されている。
図２Ｄに同期検波回路３２から出力される同期検波出力信号ＤＴ−１の波形を示す。

図３Ａに低域通過フィルタ３５のろ波出力信号ＬＦの波形を示す。低域通過フィルタ３５は参照信号ＲＦの周波数を除去するろ波特性を持っていることから、参照信号ＲＦの周波数成分が除去されて取り出される。
図３Ｂに位相差検出用同期検波回路４２の位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２の波形を示す。図から明らかなように位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２の波形は正負が対称であるため、直流成分はゼロとなる。従って、位相差検出同期検波信号ＤＴ−２を積分回路４３で積分した出力電圧は、平均値ゼロの信号となる。
この結果、加算回路４４を介して移相回路３４の制御端子ＣＴに入力される制御電圧ＣＶは位相制御発振回路４１が出力する位相制御発振信号ＬＷのみであり、その制御電圧ＣＶによる参照信号ＲＦの位相偏移は図３Ｃに示すようにゼロを中心に位相制御発振信号ＬＷの周期で進み方向に＋α°、遅れ方向に−α°の位相偏移を呈し、直流的な位相偏移は生じない。

（参照信号ＲＦの位相が被同期検波信号Ｓ１の位相よりδ°進み位相である場合）
図４Ａは位相制御発振信号ＬＷを示す。この場合も上述と同様にゼロを中心に正及び負方向に＋αと−αの振幅で振れている様子を示す。
図４Ｂはδ°進み位相である参照信号ＲＦについて位相制御発振信号ＬＷによる移相回路３４から出力される参照信号ＲＦの位相偏移の様子を示す。ここでは参照信号ＲＦが被同期検波信号ＳＩの位相よりδ°位相が進んでいるものとするから、参照信号ＲＦの位相は＋δ°を中心に進み方向にδ°＋α°、遅れ方向にδ°−α°に偏移する。

図４Ｃは参照信号ＲＦと被同期検波信号ＳＩの位相関係を示す。ここでは参照信号ＲＦの位相が被同期検波信号ＳＩの位相よりδ°だけ進み位相にあり、位相制御発振信号ＬＷが正に振れる期間では移相回路３４では参照信号ＲＦの位相をδ°＋α°に進み位相に偏移させるから、参照信号ＲＦの位相は被同期検波信号ＳＩの位相より大きく進み位相となり、位相制御発振信号ＬＷが負方向に振れる期間では参照信号ＲＦの位相偏移はδ°−α°となるため偏移量は小さくなり被同期検波信号ＳＩの位相に近づくことが見てとれる。
図４Ｄに同期検波回路３２の同期検波出力信号ＤＴ−１の波形を示す。

図５Ａに低域通過フィルタ３５のろ波出力信号ＬＦの波形を示す。この波形は、位相制御発振信号ＬＷの前半の半サイクルと、後半の半サイクルで非対称の波形となる。
位相差検出用同期検波回路４２では図５Ａに示すろ波出力信号ＬＦを位相制御発信信号ＬＷで同期検波することから、位相差検出用同期検波回路４２の位相差検出同期検波信号ＤＴ−２は図５Ｂに示すように前半の半サイクルと後半の半サイクルで非対称の波形となる。つまり、図５Ｂに示す例では前半の正電圧領域より後半の負電圧領域の方が大きい非対称となり、負の直流成分を持つ同期検波出力信号となる。この結果、積分回路４３では負電圧を出力し、この負の積分電圧に加算回路４４で位相制御発振信号ＬＷを加え合せて移相回路３４の制御端子ＣＴに負の積分電圧に位相制御発振信号ＬＷが重畳した制御電圧ＣＶを印加する。

この制御電圧ＣＶに含まれる負極性の積分電圧は、参照信号ＲＦの進み位相δ°を０°に戻すための位相偏移を与える直流電圧である。この負の直流電圧を中心に位相制御発振信号ＬＷが重畳する波形となる。図５Ｃにこの場合の制御電圧ＣＶによって参照信号ＲＦに与えられる位相偏移を示す。この位相偏移は−δ°を中心に−δ°＋α°と−δ°−α°の範囲で位相偏移し、この位相偏移により図４Ｂに示した位相偏移の中のδ°が打ち消され、定常状態では参照信号ＲＦと被同期検波信号ＳＩの位相は実質的に図２Ｂ及び図２Ｃに示した位相偏移状態を維持する。

（参照信号ＲＦが被同期検波信号ＳＩよりδ°遅れ位相である場合）
図６Ａは位相制御発振信号ＬＷを示す。
移相回路３４の制御端子ＣＴには上述と同様に位相制御発振信号ＬＷが印加される。移相回路３４から同期検波回路３２に出力される参照信号ＲＦの位相は図６Ｂに示すように遅れ位相−δ°を中心に−δ°＋α°と−δ°−α°の間を偏移する。この位相偏移によれば位相制御発振信号ＬＷの前半の半サイクルの期間では参照信号ＲＦの位相は被同期検波信号ＳＩの位相に近づくが、後半の半サイクルの期間では参照信号ＲＦの位相は−δ°より更に−α°相当分遅れ位相となる。この様子は図６Ｃに示す参照信号ＲＦと被同期検波信号ＳＩの位相関係から読み取ることができる。

図６Ｄに同期検波回路３２の同期検波出力信号ＤＴ−１の波形を示す。低域通過フィルタ３５から取り出されるろ波出力信号ＬＦを図７Ａに示す。このろ波出力信号ＬＦを位相差検出用同期検波回路４２において位相制御発振信号ＬＷを参照信号として同期検波することにより、図７Ｂに示す位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２が得られる。この場合の位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２は、位相制御発振信号ＬＷの前半の半サイクルの正電圧領域が大きく得られ、後半の半サイクルで得られる負電圧領域は小さくなる。この結果、位相差検出同期検波出力信号ＤＴ−２の平均値は正電圧となり、この正電圧が積分回路４３で出力され、その積分電圧に位相制御発振信号ＬＷが加算回路４４で加え合わされて移相回路３４の制御端子ＣＴに正の積分電圧に位相制御発振信号ＬＷが重畳した制御電圧ＣＶを印加する。

この場合の制御電圧ＣＶに含まれる積分電圧は、参照信号ＲＦの位相をδ°の進み位相に偏移を与える直流電圧である。この直流電圧を中心に位相制御発振信号ＬＷが重畳する波形となる。図７Ｃにこの場合の制御電圧ＣＶによって参照信号ＲＦに与えられる位相偏移を示す。この位相偏移は＋δ°を中心にδ°＋α°とδ°−α°の範囲で位相偏移し、この位相偏移により図６Ｂに示した位相偏移の中の−δ°が打ち消される。定常状態では参照信号ＲＦと被同期検波信号ＳＩの位相は実質的に図２Ｂ及び図２Ｃに示した位相偏移状態を維持する。

以上により、本発明による位相補償同期検波回路４０は移相回路３４−同期検波回路３２−低域通過フィルタ３５−位相差検出用同期検波回路４２−積分回路４３−加算回路４４から成る閉ループは常時同期検波回路３２における被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの位相差を検出し、被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの位相差をなくすように補償することが理解されよう。また、このように、常に被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの間の位相差をなくすように補償することから、位相差に伴なう直流成分の発生現象が回避され、誤差信号の発生が阻止されることが理解できよう。

［実施例２］
以下では上述した位相補償同期検波回路４０を利用した本発明の振動ジャイロの実施例を図８を用いて説明する。図８に示す実施例では図９に示した振動ジャイロの構成に位相補償同期検波回路４０を適用した場合を示す。ここでは振動ジャイロの構成と、振動ジャイロと位相補償同期検波回路４０との係わりに関してのみ説明する。
振動子１０は図９でも説明したように音叉形の共振子で構成され振動子１０で発生する共振検出信号が駆動部２０を構成する自励発振回路２１に帰還されてループ発振回路を構成する。自励発振回路２１は振動子１０の共振周波数で自励発振し、振動子１０をその共振周波数で駆動する。振動子１０の駆動信号は、位相補償同期検波回路４０を構成する移相回路３４に供給され、矩形波に波形整形されて参照信号ＲＦを出力する。

一方、振動子１０に貼着された圧電素子で検出した検出信号が取り出され、この検出信号を必要に応じて交流増幅器３１で増幅し、位相補償同期検波回路４０を構成する同期検波回路３２に被同期検波信号ＳＩとして入力される。この被同期検波信号ＳＩが移相回路３４から与えられる参照信号ＲＦにより同期検波される。
位相補償同期検波回路４０の出力端子ＯＵＴには第２の低域通過フィルタ３７を接続する。そのろ波出力を増幅回路３６で増幅し、角速度信号を出力する。
ここで位相補償同期検波回路４０を構成する低域通過フィルタ３５のろ波出力には位相制御発振信号ＬＷの周波数成分が含まれている。この第２の低域通過フィルタ３７は位相制御発振信号成分を除去するとともに、振動ジャイロの検出周波数帯域を決定する。

本発明による振動ジャイロによれば、位相補償同期検波回路４０の作用によって被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの位相差がない状態に維持されるから、仮に振動子１０又は交流増幅器３１が温度変動等に応じて位相偏移を発生したとしても、その位相偏移は補償され、常に位相差がない状態に保たれる。よって被同期検波信号ＳＩと参照信号ＲＦとの位相差に起因する直流成分の発生が抑制され、位相差に伴って擬似的な角速度信号が発生する不都合が解消される。

本発明による位相補償同期検波回路は計測機器の分野で活用される。

本発明による位相補償同期検波回路の実施例を説明するためのブロック図。 本発明による位相補償同期検波回路の動作を説明するための波形図。 本発明による位相補償同期検波回路の動作の続きを説明するための波形図。 本発明による位相補償同期検波回路の動作の続きを説明するための波形図。 本発明による位相補償同期検波回路の動作の更に続きを説明するための波形図。 本発明による位相補償同期検波回路の更に続きを説明するための波形図。 本発明による位相補償同期検波回路の更に続きを説明するための波形図。 本発明による振動ジャイロの実施例を説明するためのブロック図。 従来の同期検波回路を振動ジャイロに適用した例で説明するためのブロック図。 従来の同期検波回路の改善策を説明するためのブロック図。

符号の説明

１０ 振動子 ３５ 低域通過フィルタ
２０ 駆動部 ３６ 増幅回路
３０ 検出部 ３７ 低域通過フィルタ
３１ 交流増幅器 ４０ 位相補償同期検波回路
３２ 同期検波回路 ４１ 位相制御発振回路
３４ 移相回路 ４２ 位相差検出用同期検波回路
ＣＴ 制御端子 ４３ 積分回路
４４ 加算回路

Claims (2)

1. 参照信号を用いて被同期検波信号を同期検波する同期検波回路と、
   制御端子を備え、制御端子に印加される制御電圧により上記同期検波回路に印加する参照信号の位相を偏移させる移相回路と、
   上記同期検波回路の同期検波出力から上記参照信号の周波数成分を除去して上記被同期検波信号成分を出力する低域通過フィルタと、
   上記低域通過フィルタのカットオフ周波数より低い周波数の位相制御発振信号を発振し、上記移相回路において上記参照信号に周期的な位相偏移を与える位相制御発振回路と、
   上記位相制御発振回路の位相制御発振信号を参照して上記低域通過フィルタの出力に含まれる位相制御発振信号成分を同期検波し、上記同期検波回路で同期検波される被同期検波信号と参照信号との間に位相差がない場合、直流成分がゼロとなる同期検波信号を出力し、位相差がある場合、正又は負の直流成分を含む同期検波信号を出力する位相差検出用同期検波回路と、
   上記位相差検出用同期検波回路の同期検波出力を積分する積分回路と、
   上記積分回路の積分電圧と上記位相制御発振信号とを加え合わせて上記移相回路の制御端子に印加する加算回路と、
   によって構成したことを特徴とする位相補償同期検波回路。
2. 共振駆動され、コリオリ力による共振振動の変化を電気信号として検出可能な振動子と、
   この振動子を共振駆動する駆動部と、
   上記振動子が出力する検出信号から上記コリオリ力に対応した信号を検出する検出部とを備えて構成される振動ジャイロにおいて、
   上記駆動部は上記振動子を共振振動させる発振回路で構成され、
   上記検出部は上記請求項１記載の位相補償同期検波回路で構成され、
   上記振動子は、圧電素子検出信号を、上記被同期検波信号として上記同期検波回路に入力し、上記移相回路は、上記振動子の駆動信号を矩形波に波形整形して上記参照信号を生成し、
   上記位相補償同期検波回路の出力側に上記位相制御発振信号を除去し、角速度検出信号を出力する低域通過フィルタを接続したことを特徴とする振動ジャイロ。

Images