JPH0310112A

JPH0310112A - ジャイロ装置

Info

Publication number: JPH0310112A
Application number: JP1145654A
Authority: JP
Inventors: Isao Masuzawa; 益沢　功; Takao Murakoshi; 尊雄村越; Takeshi Hojo; 武北條
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1989-06-08
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1991-01-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は音叉を用いたジャイロ装置く角速度検出装置）
に関する゛。

〔従来の技術〕

従来、この種のジャイロ装置としては、例えば、特開昭
６３−３８１１０に示すようなものがある。ここで、従
来の技術を第５図乃至第９図を参照して説明する。

第５図に示す従来の例に於ては、音叉（１）を、大なる
質量を有する振動質量部（１−１）、　　（１−１）と
、これ等の夫々に連結した撓み部（１−２）、　　（１
−２）と、両撓みｌＩ’Ｂ（１−２）、　（１−２）の
各遊端を連結する基部（１−３）と、この基部（１−３
）　　より両撓み部（１−２）、　　（１−２）間の空
隙内を両者に非接触で伸びる連結部＜１−４）　　とよ
り構成する。

（８０）はヒンジで、このヒンジ（８０）は、中央の連
結部（８０−２）と、それから上下に伸延する短冊状の
ヒンジ部（８０−１）、　　（８０−３）と、該２個の
ヒンジ部（８０−１）、　　（８０−３）の遊端を一体
的に連結、結合する基部又は円環部（８０−４）とから
構成される。ヒンジ部（８０−１）、　　（８０−３＞
には、音叉（１）の入力軸（Ｚ−Ｚ）まわりに入力する
角速度Ωによる音叉（１）、従って、ヒンジ（８０）に
生ずる撓みを検出するための圧電素子（８０−１）、　
　（８０−２）が夫々固定される。又、ヒンジ（８０）
の連結部（８０−２）は、音叉（１）の連結部（１−４
）　　のコ字状凹部（１−４ａ）に嵌合している。

又、ヒンジ（８０）の基部、即ち円環部（８０−４）の
両開口端に、一端が閉じている略々同形状、且つ同寸法
の筒状体（２１−１）、　　（２１−２）の開口部を夫
々気密に固定する。この場合、円環１１（８０−４）、
筒状体（２１−１）、　　（２１−２）の軸は、夫々音
叉軸或いは入力軸＜２−２＞に一致するようになされて
いる。筒状体（２１−１）、　　（２１−２）の夫々の
閉端（２１−１ａ）、　　（２１−２ａ）を、円筒状の
弾性部材（２２−１）、　　（２２−２）を介し、下端
部が夫々取付基台（２）に固定されているＬ￥：型金具
（２３−１）、　　（２３−２）の上端部に固定する。

第６図は第５図に示した従来例の原理を説明するための
説明図で、その主要部を第５図の軸（Ｚ−Ｚ）方向から
見たものである。同図に示す如く、このジャイロ装置に
、角速度Ωが軸＜２−２＞まわりに加わると、それに対
応したコリオリの力Ｆｃが面振動質量部（１−１）、　
　（１−１）に互に平行且つ反対方向に発生し、これに
よるトルクが、ヒンジ（８０）の連結部（８０−２＞を
介してヒンジ部（８０−１）、　（８０−３）に１図示
に示す如く、Ｓ字状の曲げ変形を生せしめる。この場合
、圧電素子（８１−１）、　　（８１−２）は、その分
掻方向が同図で＋、−で示したように、互いに逆方向に
なるように、夫々ヒンジ８（８０−１）。

（８０−３）に固定されているので、両圧電素子（８１
−１）（８１−２）を並列接続して一つの出力（ｖｐ＋
）とし、これを音叉（１）を駆動する制御装置（３５）
の位相出力（Ｖ　ｐ　３）と共に検出装置（７）で同期
整流することにより、入力角速度Ωを検出し、従ってジ
ャイロ装置を得ることが出来る。

一方、音叉（１）の変位を検出するため、その両撓み部
（１−２）、　　（１−２）に取付けた変位検出器（圧
電素子）　（６）、　（６Ａ）の出力は、制！ＩＩ装置
（３５）を介して、音叉（１）の２個の撓み部（１−２
）、　　（１−２）に取付けられた例えば圧電素子製の
駆動素子（４）、　　（４Ａ）に入力され、これにより
音叉（１）の自励発振系が構成される。

第７図は第５図に示す制御装置（３５）を含んだ自励発
振系（３５Ａ）　　及び検出装置（７）を含んだ検出系
（７Ａ）の一実施例を示すブロック線図である。図中、
（１０）は音叉（１）の力学的振動系、すなわち制御対
象（振動ジャイロの音叉系）を示し、ブロック内はその
伝達関数を示す。（１１Ｂ）は変位検出器（６）、　（
６Ａ）全体を示し、Ｇ２は、そのゲインである。

上記変位検出器（ＩＩＢ）　　の出力電圧Ｖ　Ｐ　２は
、制御装置ｔ（３５）のプリアンプ（３４）に加えられ
、４５°移相器（３７）、乗算器（１２）を介して、制
御装置（３５）の出力として制御信号Ｖ。を出力し、そ
の出力Ｖ。は駆動素子（４）、　　（４Ａ）よりなる駆
動装置（４Ｂ）を介して、力学的振動系（１０）に加え
られ、制御ループが閉じるよう構成されている。

４５°移相器（３７）の出力Ｖ　Ｐ　３はＡＣ−ＤＣ変
換部（１６）にも加えられる。ＡＣ−＋ＤＣ変換部（１
６）は、入力電圧Ｖ　ｐ　ｚを全波整流し、図示せずも
適当な平滑回路によりＶ　Ｐ　３の振幅に対応した直流
電圧を出力する。

Ｖ　Ｐ　ｊの直流電圧は、基準電圧Ｖを例えはポテンシ
ョメータのような設定素子（１５）を通して得られた設
定電圧Ｖｌ　　と、加算器（Ａ［１１）　で比較され、
その偏差信号は、偏差増幅器（１８）に加えられる。偏
差増幅器（１８）は、加えられた偏差信号を増幅し、そ
の出力を乗算器（１２）へ供給する。

上述の如く構成された制御１１装置（３５）を含んだ自
励発振系（３５Ａ＞　　の閉ループは発散振動する性質
をもち、正弦波状の振動を生じ、その振幅は次第に増大
する。これは、ループ−巡の信号がそのように振動しつ
つ増大することをあられすので、音叉（１）もまた、そ
の周波数で力学的に振動しつつ、その振幅を増大する。

これにつれ、ＡＣ→ＤＣ変換部（１Ｇ）の入力電圧ＶＰ
３も増大するので、設定電圧ＶＩとＡＣ→ＤＣ変換部（
１６）の出力電圧との差は次第に減少していき、乗算器
（１２）に加わる偏差増幅器（１８）の出力電圧も減少
する。このため、乗算器（１２〉の出力は、ＶＦ６の増
大と共に偏差増幅器（１８）の出力電圧の減少の影響で
小さな値となって行き、ついにはループ−巡の信号も音
叉（１）の振幅も一定となる。

第８図Ａは第７図に示した自励発振系（３５Ａ）　　の
制御装置（３５）のプリアンプ（３４）と変位検出器（
ＩＩＢ）としての圧電素子（６）、　　（６Ａ）の部分
を示す軸線図である。例えば圧電素子より成る変位検出
器（６）、　（６Ａ）の各々は、音叉（１）の各脚の振
れ角φに比例した電圧ＶＰ２　＝　ＫＶ２φの電圧源（
６−１）　　と静電容量Ｃ２とで近似的に表わされる。

ここで φ＝φｓｉｎ　ω。ｔ　　　　　・・・・・・（１）一
方、プリアンプ（３４）は、抵抗Ｒ２の入力抵抗器（３
４−１）、演算増幅器（３４−２）、抵抗Ｒ３，Ｒ，の
フィードバック抵抗器（３４−３）、　　（３４−４）
より構成される。演算増幅器（３４−２）の入力電圧Ｖ
ｌ□と圧電素子（６）、　　（６＾）の出力電圧ＶＰ２
との間には、Ｖ１２＝Ｒ２Ｃ２Ｓ／（Ｒ２Ｃ２Ｓ＋１）
　ＶＦ６・・・・（２）但し、Ｓはラプラス演算子であ
る。

ここでＶＦ６は次式（３）で表わせるので、ＶＰ２＝Ｋ
Ｖ２φｓｉｎ　ａＵｏ　ｔ　　　−−−−−・Ｃ３）（
岡；振動振幅、ω。；音叉の角周波数）この（３）式を
（２）式に代入し、時間領域に変換すれば、次式が得ら
れる。

・・・・・・（４）ここで、δ２はＲ２Ｃ２等で決まる位相角である。

一方、変位検出器（６）、　（６Ａ）のゲインＫＶ２は
次式％式％（５）但しに２　は変位検出器の寸法で決まる定数、Ｋ２　は
変位検出器（６）、　（６Ａ）の電気機器結合係数を表
わす。

（５）式を（４）式に代入すれば・・・・・・（６）（６）式の中で、温度変化の影響を受けやすいものは、
例えば圧電素子からなる変位検出器（６）、　　（６Ａ
）の静電容量Ｃ２であり、これが温度変化を受けないた
めには、次式が成立する必要がある。

Ｒ２＝　１　／　Ｃ２ωｏ　　　　　　　　　”　”　
”　（７）しかしながら第７図に示す自励発振系（３５
Ａ）　　としてみると、上式の条件は、位相的に音叉（
１）の振幅φに対°して４５°進んでいることになり、
（（６）式の６２＝４５°）、理想発振系としての９０
°進みの条件が満されていないため、一般には通常のＲ
２Ｃ回路で構成される第１の４５°移相器（３７）をプ
リアンプ（３４）の出力段に設けている。

また、音叉（１〕の振動振幅φは変位検出器（６）、　
（６Ａ）及び、プリアンプ〈３４）に関する条件式と４
５°移相器（３７）と両者台せて９０°進んだ信号ＶＰ
３となり、この移相信号Ｖ　Ｐ　３は音叉（１）の振動
振幅φの微分値φ（レート）に相当することになる。

（１）式より φ＝φω。ＣＯ５ω。ｔ　　　　・・・・・・（８）簡
単のため、プリアンプ（３４）　、４５°移相器（３７
）のゲインを１とし、４５°移相器（３７）で移相が４
５゜進°むとすると、４５°移相器（３７）の出力ＶＰ
３は次式％式％（９）更に、簡単のためにＡＣ−ＤＣ変換部（１６）のゲイン
を１とすると、後述するように（９）式の振幅が設定′
電圧ｖＩ　に等しくなることから、音叉（１）の振動レ
ートφω。は次式で表わされる。

上述したように第７図の制御装置（３５）を含む自励発
振系（３５Ａ）　　の−巡ループは、振幅のレートを一
定にするような自動制御機能をもち、且つその周波数を
力学的振動系の共振周波数に保つ機能をも、あわせ備え
ている自励発振系であることがわかる。一定となる振幅
は、設定電圧Ｖ！　と偏差増幅器（１８）のゲインとで
定まるが、偏差増幅器（１８）の伝達関数に、周波数が
低くなるに従ってゲインが増幅するような特性（例えば
「比例＋積分」特性）を用いると、振幅の定常値は設定
電圧ｖ１　のみによって定まる。これより、設定素子（
１５）でｖＩを変えることにより、振幅を任意にきめる
ことができる。

次に、第７図の検出系（７Ａ）について述べる。

前述の如く、音叉（１）を動作させた状態で第５図に示
す音叉軸＜２−２＞のまわりにΩで示す角速度が入力さ
れると、２個の振動質量部（１−１）、　（１−１）に
は、速度Ｖと入力角速度Ωの積に比例したコリオリの力
Ｆ。が夫々発生し、音叉（１）を上記音叉軸＜ｙ、ｚ＞
のまわりに音叉（１）と同一の振動数で交番振動させる
。この交番振動の変角は、圧電素子（８１−１）、　　
（８１−２）からなる角振動検出器（８１）によって、
電気信号に変換され、電圧出力となる。

この場合、第７図の検出系（７Ａ）に示す如く、上記角
振動検出器（８１）の出力電圧、Ｉを、プリアンプ（３
２）を介してデモシュレータ（３３）に入力し、同期整
流した後、必要があればフィルタ（３６）を通すことに
より、音叉（１）の音叉軸＜２−２＞まわりに入力され
る角速度Ωに比例した電圧Ｙが出力され、ジャイロ装置
が構成される。即ち、音叉（１）の両振動質量部（１−
１）の質量、該振動質量部（１−１）、　（１−１）間
の距離の積を比例定数に、で表わすものとする。

音叉軸＜２−２）まわりの入力角速度Ωと比例定数Ｋｔ
　と音叉（１）の速度、即ち振幅φ＝φＳｉｎ　　ω。

ｔを微分したものとを乗じたコリオりの力Ｆ。による交
番トルクΩに、φωＣＯＳ　　ωしは、音叉（１）全体
を音叉軸（Ｚ−Ｚ）のまわりに交番角振動させる。第７
図の（３１）は、音叉（１）を含む＜２−２＞軸まわり
の機械系で、ブロック内はその伝達関数である。交番角
振動の偏角θは角振動検出器〈８１）によって電気信号
Ｖ、−二変換され、検出装置（７）のプリアンプ（３２
）に加えられる。プリアンプ（３２）で交流増幅した後
、デモシュレータ（３３）において、同期整流され、フ
ィルタ（３６）を通して角速度Ωに比例した電圧Ｙが検
出装置（７）から出力できることになる。ここで、デモ
シュレータ（３３）の基準信号として、自励発振系（３
５Ａ）　　の制御装置（３５）内の４５゜移相器（３７
）の出力Ｖ　Ｐ　３が、検出系（７人）の検出装置（７
）内の４５°位を口器（３８）を介して供給されている
。

尚、ＫＶＩは角振動検出器（８１）を構成する圧電素子
（８１−１）、　　（８１−２）の偏角−電圧変換定数
、Ｋ、はプリアンプ（３２）のゲインである。ブロック
（３１）内の伝達関数内に於ける、■は音叉軸＜２−２
＞まわりの音叉系の慣性能率、Ｃ０は音叉系の等価粘性
抵抗係数、Ｋは圧電素子（８１−１）、　　（８１−２
）の音叉軸＜２−２＞まわりのトルクバネ定数、又、Ｓ
はラプラス演算子を夫々示す。

尚、第８図Ｂは検出系（７Ａ）の検出装置（７）のプリ
アンプ（３２）と角振動検出器（８１）を構成する圧電
素子（８１−１）、　　（８１−２＞との−例を示す結
線図で、同図に於て、圧電素子より成る角振動検出器（
８１）は、検出系（７Ａ）に用いた場合には、機械系（
３１）の偏角θに比例した電圧Ｖ、、　＝　ＫＶＩθの
電圧源（８１−１０）と静電容量Ｃ１とで近似的に表わ
される。一方、プリアンプ（３２）は、抵抗Ｒの入力抵
抗器（３２−１）、演算増幅器（３２−２）、抵抗Ｒｓ
　、　　Ｒ６のフィードバック抵抗器（３２−３）、　
　（３２−４）より構成される。演算増幅器（３２−２
）の入力端子Ｖ目と圧電素子（８１−１）。

（８１−２）の出力電圧ＶＰＩとの間には、次式の関係
がある。

Ｖｚ−Ｒ＋　　Ｃ＋　　Ｓ／（Ｒ＋　　Ｃ＋　　Ｓ＋１
）ｖＰｌ・・・・（１１）但し、Ｓはラプラス演算子で
ある。

ところで、機械系（３１）は、ΩＫＴ　φωＯｃｏｓ　
　ωｏ１とし、第７図に示す伝達関数で表わされる関数
で、偏角θを出力する。その共振点は、普通、自励発振
系（３５Ａ）　　の力学的振動系（１０）の共振点より
低い周波数に選ばれるので、振動系（１０）の共振周波
数において、機械系（３１）のゲインは１より小さく、
位相は１８０°遅れている。そのゲインをに２　　とす
ると、偏角θは次式となる。

θ＝−に２　Ωに、φω。ｃｏｓ　　ω。ｔ　　・・・
・（１２）従って、（１１）式を時間領域で表わすと次
式となる。

ｃｏｓ（ω。ｔ＋δ、）　　・−・・−（１３）ここで
、δ１　はＲ，、Ｃ，等で決まる位相角である。

一方、角振動検出器（８１）の圧電素子（８１−１）。

（８１−２）のゲインＫＶＩは次式で表わされる。

Ｋ、、＝＊、　Ｋ、　／Ｅ　　　・・・・・・（１４）
但し、Ｋ１　　は圧電素子の寸法で決まる定数、Ｋ１は
圧電素子の電気機器結合係数を表わす。

（１４）式を（１３）式に代入すればｃｏｓ　（ω。ｔ＋δ１）　　・・・・・・（１５）（
１５）式の中で、温度変化の影響をうけやすいものは、
角振動検出器（８１）を構成する圧電素子（８１−１）
。

（８１−２）の静電容量Ｃ１であり、これが温度変化を
うけないためには次式が成立する必要がある。

Ｒ＋　　＝　１　／　Ｃ＋　　ω。　　　　・・・・・
・（１６）しかしながら、この条件は、第８図Ｂのプリ
アンプ（３２）の入力端子Ｖ、、　、即ちその出力ＶＰ
Ｉ　　の信号位相を４５°進めることになる（（１５）
式で、δ１−４５°を意味する）。

一方、自励発振系（３５Ａ）　の制御装置（３５）のプ
リアンプ（３４）のゲインを１とすると、その出力ＶＰ
２は（６）式で表され、検出系（７Ａ）の検出装置（７
）のプリアンプ（３２）のゲインを１とすれば、その出
力Ｖｐ＋は（１５）式で表され、両者の信号の位相差は
９０°である。従って、制御装置（３５）の４５°移相
器（３７）の出力ＶＰ３を入力とする第２の４５°移相
器（３８）を検出装置（７）内に設け、合計９０°の位
相差をもつ信号出力Ｖｐ　を、デモシュレータ（３３）
の基準信号としてデモシュレータ（３３）に供給し、基
準信号ＶＦ　とプリアンプ（３２）の出力Ｖ、１′とが
同位相或いは１８０°位相になるように構成している。

従って、簡単のため、プリアンプ（３２）、デモシュレ
ータ（３３）及びフィルり（３６）のゲインを１とする
と、（１５）式より、検出装置（７）の出力Ｙは次式で
表わされる。

・・・・（１７）音叉（１）の振動レートφωを表わす＜１０）式を（１
７）式に代入すると、ｇ、　Ｋ、　　Ｒ，、／ＥＴ温度変化の影響をうけない（５）式及び（１６）式を（
１８）式にあてはめると、次式を得る。

上式より、第７図に示すブロック線図のジャイロ装置は
、温度変化の影響をうけないことが知れる。

これを、動作的に簡単に並べると、音叉系の振動レート
φωは、その値が一定となるような制御装置（３５）の
作用により、その振幅φを検出する圧電素子（６）、　
（６Ａ）のゲインが増大すると逆に、小さくなる。一方
、検出系（７Ａ）の圧電素子（８１−１）。

（８１−２）のゲインが増大すると、その出力は増大す
る。ジャイロ出力は、音叉系の振動レートと検出系の出
力との積になっているため、上記音叉系及び検出系のプ
リアンプを含めた圧電素子の温度特性を夫々最小にする
ことにより、温度変化の影響を受けないジャイロ装置を
得ることができる。

尚、上述の構成により、スケールファクターの温度変化
の少いジャイロを得ることが出来るが、実際には、スケ
ールファクターのわずかな温度変化が残存し、又、音叉
（１）の制作上のアンバランス等により、バイアス自体
が温度による影響をうけることが避けがたい。第７図の
検出装置（７）内の符゛号（４０）は、音叉（１）の近
傍に設けた温度センサーで、その出力を調定器（４１）
を介してデモシュレータ（３３）の出力に、加算器（４
２）で加算入力することにより、バイアス温度変化を補
償する。

尚、（４３）はバイアス修正回路で、音叉（１）のアン
バランス等による固定的なバイアス出力を修正するため
のものである。この従来例は、ジャイロ出力に対し、音
叉（１）の振動系の検出圧電素子（６）、　（６Ａ）の
出力伝達関数と、検出系の圧電素子（８１−１）。

（８１−２）の出力伝達関数とが、分母・分子の関係に
なる点に着目し、これ等を同種の素子で構成すると共に
、それぞれのプリアンプの入力抵抗をＲ−１／Ｃ，ωｏ
　、　　Ｒ２＝　１／　Ｃ２（ｊＪｏ　　にすると共に
、音叉の自励発振系のプリアンプの後段に４５゜移相器
（３７）を設けることにより、自励発振系としての動作
を確保すると同時に、検出系のデモシュレータへの基準
出力にも４５°移相器（３８）を設けることにより、圧
電素子の温度特性に依存しない高精度のジャイロ装置を
得ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来のジャイロ装置にあって
は、２個の４５°移相器（３７）、　（３８）　　を使
用しており、その移相量を決定している部品の定数が温
度変化等により変化するため、ジャイロ装置の出力信号
のスケールファクタ、バイアス等が変化して、安定な性
能を得ることが困難という問題があった。

次に、第９図Ａ及びＢを参照して、スケールファクタ及
びバイアスが変化する動作を説明する。

同図に於いて、上述のｖ、２′は制御装置（３５）のプ
リアンプ（３４）の出力、■、は検出装置（７）の４５
°移相器（３８）の出力、■、は図示せずもデモシュレ
ータ（３３）内のスイッチ素子をＯＮ、　ＯＦＦするだ
めの信号電圧、Ｖ　Ｐ　ｌ　　はプリアンプ（３２）の
出力、即ちデモシュレータ（３３）への入力である。ま
た、Ｖｌｌ　はプリアンプ（３２）の出力信号に混在す
るヌル電圧で、音叉（１）のアンバランス等により生じ
る固定的な残電圧で、入力角速度Ωに比例する本来の信
号出力と９０°位相がずれている。また、第７図に示す
従来例の動作説明で述べたように、■、２′　とｖ、１
′とは９０°位相差がある。

第９図Ａは制御装置（３５）の４５°移相器（３７）お
よび検出装置（７）の４５°移相器（３８）が、理想的
に合計９０°の移相量を作っている場合を示し、例えば
Ｖｃが負の半サイクルの区間、デモシュレータ（３３）
の出力が得られるとすると、本来の出力はｖ、１′の波
形の斜線部が、デモシュレータ（３３〉の出力となり、
ＶＰ＋’　とＶＧ　　とは同相なので、これを平滑した
直流電圧出力は最大となる。

一方、第９−８に示すように、２つの４５゛移相器（３
７）、　（３８）　　の合計移相量が９０°でなく、例
えば９０°よりαだけ少ない場合は、本来の出力Ｖ。

の斜線部に示すようなデモシュレータ（３３）の出力波
形となり、これを平滑した直流電圧出力は同国Ａの場合
に比してｃｏｓαを乗算した値となる。即ちスケールフ
ァクタが小さくなる。

また、ヌル電圧ＶＭは２つの４５°移相器（３７）。

（３８）の合計移相量が理想的に９０°であれば、第９
図ＡのＶｌ　波形の斜線部に示すように正負同面積とな
るので、これを平滑すると零となる。しかし、同合計移
相量が９０°でなく、例えば９０°よりαだけ少ない場
合、同図ＢのＶＭ　波形の斜線部に示すように正負同面
積にならないので、これを平滑すると直流出力電圧、即
ちバイアスを発生し、その値はヌル電圧の大きさとｓｉ
ｎαとの積に比例する。

上述のように、温度変化等により、２つの４５゜移相器
Ｄ７）、　　（３８）の移相量がαだけ変化すると、ジ
ャイロ装置の出力信号のスケールファクタはＣＯＳαの
係数で減少し、バイアスはヌル電圧のｓｉｎαの係数で
増大すると云う問題が生ずる。

従って、本発明の主目的は、上記従来の問題を一掃した
新規なジャイロ装置を提供せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による上述の如き従来の課題を解決する手段は、
角周波数ω。で振動する質量部（１−１）　　を有する
音叉（１）、該音叉の質量部の振動の振幅を検出する変
位検出器（１１Ｂ）　　、上記変位検出器の出力゛が入
力される第１のプリアンプ（３４）、該第１のプリアン
プの出力を入力とする第１の４５°移相器（３７）、上
記質量部の振動振幅の微分値（レート）を一定に保持す
るための制御回路を含む自励発振系（３５Ａ）　　の制
御装置（３５）、上記音叉に生ずるコリオリの力（ＦＣ
）　　によるモーメントを検出する角振動検出器（８１
）、該角振動検出器の出力が入力される第２のプリアン
プ（３２）、上記第１の４５°移相器の出力を入力とす
る第２の４５°移相器（３８）、上記第２のプリアンプ
の出力を入力とし上記第２の４５°移相器の出力を基準
信号とするデモシュレータ（３３）より成るジャイロ装
置において、上記第１および第２の４５°移相器の移用
量を決めているコンデンサおよび抵抗器の値と、その温
度係数との間にが成立するように、抵抗器の抵抗温度係数ａＲ／ａＴを
選定するか、或いは、抵抗温度係数ａＲ／ａＴおよび静
電容量温度係数θＣ／ａＴの小さな抵抗器およびコンデ
ンサを選定することを特徴とスルジャイロ装置である。

〔作用〕

本発明は上述のような構成であるので、温度が変化して
も、４５°の移相Ｉを決定しているＲＣω。

−１（ω。：音叉の振動角周波数）の条件は保持される
ので、温度変化に対して、スケールファクタ、バイアス
等の変動の極めて少ないジャモロ装置ヲ得ることができ
る。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。尚、本発明に
よるジャイロ装置は、以下述べる４５°移相器を除けば
、第５乃至第９図に関連して説明した従来のジャイロ装
置と全く同一であるので、それ等の図示及び説明を省略
する。

第１図Ａ及びＢは、夫々従来の４５°移相器（３７）（
３８）に対応する本発明の４５°移相器（３７Ａ）、　
（３８Ａ）の一実施例を示す接続図であり、これ等は夫
々第゛７図に示す従来のジャイロ装置のブロック図にお
いて、自励発振系（３５Ａ）　　の制御装置（３５）の
４５°移相器（３７）及び検出系（３７Ａ）　　の検出
装置（７）の４５°移相器（３８）に、上述の如く適用
される。

まず、それ等の構成を説明する。第１の４５°移相器（
３７Ａ）　　は、第１図Ａに示す如く、演算増幅器（３
７−１５）　、入力端子（３７ｉ）　　と演算増幅器（
３７−１５）の非反転入力端子との間とに設けた静電容
１ｃｔで静電容量温度係数θ（：Ｈ＋／ａＴの入力コン
デンサ（３７−１１）　、演算増幅器（３７−１５）　
　の非反転入力端子とコモン電位との間に設けた抵抗Ｒ
ｑ＋□で抵抗温度係数ｅＲｔ＋２／ａＴの入力抵抗器（
３７−１２）　　、演算増幅器（３７−１５）　　の反
転入力端子とコモン電位との間に設けた抵抗Ｒ１，３の
抵抗器（３７−１３）　　及び演算増幅器（３７−１５
＞　　の反転入力端子と出力端子との間に設けた抵抗Ｒ
７１４の抵抗器（３７−１４）　　とより構成される。

本発明の４５°移相器（３７Ａ）　　の移相量を４５°
にするため、Ｒ７＋　２　Ｃ７＋　１　　の。＝１　　　　・・・・
・・（２６〉（ω。：音叉の振動角周波数）を満たすように抵抗Ｒ１１゜及び静電容量Ｃ７１１を設
定すると共に、の条件を満たすように抵抗器（３７−１２）　　の抵抗
温度係数ａ　Ｒ７＋２／　ａ　Ｔを設定するか或いは、
抵抗器（３７−１２）　　の抵抗温度係数ＥＩ　Ｒ７１
２／　ａ　Ｔ及びコンデンサ（３７−１１）　の静電容
量温度係数ａｃ、ｚ／９Ｔを共に小さな値となし、両者
が上記（２７）式を満足するようになす。

次に、第２の４５°移相器（３８Ａ）　　は、第１−３
に示す如く、演算増幅器（３８−１５）　　、入力端子
（３８ｉ）と演算増幅器（３８−１５）　　の非反転入
力端子との間に設けた静電容量ＣＢ　＋　１　で静電容
量温度係数ａＣ８＋＋／ａＴの入力コンデンサ（３８−
１１）　　、演算増幅器（３８−１５）　　の非反転入
力端子とコモン電位との間に設けた抵抗Ｒ８１２で抵抗
温度係数ａ　Ｒ８＋。／ａＴの入力抵抗器（３８−１２
＞　　、演算増幅器（３８−１５）　　の反転入力端子
とコモン電位との間に設けた抵抗Ｒ８１３の抵抗器（３
８−１３）　　及び演算増幅器（３８−１５）　　の反
転入力端子と出力端子との間に設けた抵抗Ｒ８Ｉ４　の
抵抗器（３８−１４）　　とより構成される。

この４５°移相器（３８Ａ）　　の移相量を４５°に、
するため、Ｒ１１１２Ｃｅｚ　　ω、　＝　１　　　　−・・−・
（２８）（ω。：音叉の振動角周波数）を満たすように抵抗器（３８−１２）　　の抵抗Ｒ８１
２とコンデンサ（３８−１１）　　の静電容Ｉ　Ｃａ　
、＋　を設定すると共に、Ｒｅ＋２ｉ１３　’ｌ’　　　　Ｕｌ１口Ｅ３　’１の
条件を満たすように抵抗器（３８−１２）　　の抵抗温
度係数ａＲ８１２／　Ｆ３　Ｔを設定するか或いは、抵
抗器（３８−１２）　　の抵抗温度係数ａ　Ｒ１１１２
／　ａｔ　Ｔ及びコンデンサ（３８−１１）　　の静電
容量温度係数ａｃｅ□／ａＴを共に小さな値となし、両
者が上記（２９）式を満足するようになす。

Ｖ　Ｐ　３Ｒ７１３＋　Ｒｔ　ｌ　４　　　　Ｒ７１２
Ｃ７１１ωＬ９０　°　　　ｔａｎ−’　　Ｒ７１２Ｃ
７＋　Ｉ　ｃＤ　　　　　　　・・　・・　＝　（３０
）Ｖｐ　　　　　　　Ｒ８１３＋　Ｒ１１＋４　　　　
　Ｒ８１２Ｃ１１ｌｌ　　ω、４９０°　−ｊａｎ−’
　Ｒ１１１２Ｃｅ＋＋　ω　　　　・・・・・・（３Ｉ
）上記（３０）、　　（３１）式の位相角が、角周波数
ω＝ω０（音叉の振動角周波数）のところで、（２６）
、　（２８）式が成豆するようにすることで、４５°の
移相量を得ているのであるが、温度変化と共に、移相量
を決定している抵抗器及びコンデンサの値（Ｒ７１゜。

Ｃ１，１およびＲ１１１□、　Ｃａｚ）が変わると、第
１及び第２の４５°移相器（３７Ａ）、　　（３８Ａ）
としての条件（２６）（２８）式からずれてしまい、結
果として、検出系（７Ａ）の検出装置（７）の出力、即
ちジャイロ装置の出力のスケールファクタ、バイアス等
を変化させることになってしまう。しかし、本発明によ
る第１及び第２の４５°移相器（３７Ａ）、　　（３８
Ａ）は、更に移相量を決定している抵抗器及びコンデン
サの値とそれ等の温度係数とは、（２７）、　　（２９
）式の関係を満たすように設定されているので、温度変
化があっても、（２６）、　　（２８）式が満足される
ことになり、第９図Ａ″に示す状態に保持される。

従って、検出系（７Ａ）の検出装置（７）の出力、即ち
ジャイロ装置の出力のスケールファクタ、バイアス等が
温度変化の影響を受けない。

一方、自励発振系（３５Ａ）　　の制御装置（３５）中
の従来の４５°移相器（３７）の代わりに、本発明の４
５°移相器（３７Ａ）　　を用いると、４５°の移相量
が変化しないので、温度変化があっても安定な発振を続
けられるだけでなく、４５°移相器（３７Ａ）　　のゲ
インが温度変化で変化しないことから、自励発振系（３
５八）に起因するスケールファクタの変化が生じない。

この因果関係は従来例の説明で省略しているので、以下
にもう少し詳しく説明する。

第７図のブロック図に関して述べたように、（１０）式
は、４５°移相器（３７）のゲインを１と仮定して説明
してきた。実際上においては、４５°移相器（３７）の
移相量を決定している部品定数を抵抗Ｒ１静電容量をＣ
とすると、そのゲインもＲ，Ｃの関係で決まるので、温
度変化により移相量を決定している部品の定数が変化す
ると、そのゲイ″”ｉＢ変わってしまう。この場合には
、（１０）式は次のように・・・・・・（１０’）従って、音叉（１）は一定の振動レートになるように制
御装置（３５）の制御を受けているつもりでも、温度変
化があると、４５°移相器＜３７）の移相量を決定して
いる部品の定数（Ｒ，Ｃ）が変化すると、音叉（１）の
振動レートはずれてしまう。すると機械系（３１）への
入力、即ちコリオリの力（ΩＫＴ）　Ｘ（φω。ＣＯＳ
　　ω。し）が変わってしまう。このφω０はコリオリ
の力の振幅に関係づけられているので、この変化は、ジ
ャイロ装置の出力のスケールファクタの変化として現わ
れる。

そこで、本発明の４５°移相器（３７Ａ）　　を用いれ
ば、（３０）式より（１０’）式は次の式となる。

・・・・・（１０”）上式（１０″）の右辺のく　）の項が、高温変化があっ
ても、本発明の４５°移相器（３７八）　　では変化し
ないので、音叉〔１〕は一定の振動レートに保持される
ので、自励発振系（３５Ａ）　　に基因するスケールフ
ァクタの変化は生じない。

尚、本発明の４５°移相器（３７Ａ）、　　（３８Ａ）
の周波数特性式（３０）、　　（３１）のゲインを設定
している他の部品の定数（Ｒ，、、、Ｒ，、、）及び（
Ｒ，，３，Ｒ，ヨ、）も当然温度変化でその定数が変化
しないことが、必要であるが、−船釣に抵抗温度係数の
小さな抵抗器は、それ程高価でないし、人手しやすいの
で、特別な部品として説明することは避けている。それ
に対し、移相量を決定するコンデンサ（Ｃ７ｚ）及び（
Ｃ，、ｌ）は、静電容量の温度係数の小さいものは種類
が少なく、また比較的に高価である。

従って、温度係数の大きなコンデンサを用いても、逆極
性の温度係数をもち、かつ（２７）、　　（２９）式を
満足するような抵抗器を用いることで、温度変化があっ
ても、移相量及びゲインが変化せず、結果としてジャイ
ロ装置の出力のスケールファクタ、バイアス等が影響さ
れないジャイロ装置を実現できる。

尚、また、抵抗温度係数の小さい抵抗器（３７−１２）
、（３８−１２）　　及び静電容量温度係数の小さいコ
ンデンサ（３７−１１）、　　（３８−１１）を用いて
も（２７）、　　（２９）式を満たすので、同様の効果
が得られる。

第２図Ａ及びＢは夫々本発明の第１及び第２の４５°移
、相器（３７Ａ）、　　（３８Ａ）の他の実°施例を示
す回路図である。

この第２図へ及びＢの例は、夫々第１図Ａ及び已に示す
本発明の実施例において、夫々フィードバンク抵抗器（
３７−１３）、　　（３８−１３）をなくし、フィード
バック抵抗器（３７−１４）、　　（３８−１４）を除
去したゲイン１のフォロアー接続として演算増幅器（３
７−１５）。

（３８−１５）を構成したもので、それ以外は第１図Ａ
及びＢと全く同一である。従って、本実施例も、第１図
Ａ及び已に関して説明したと同じ作用・効果が得られる
ことは明らかであるので詳細説明は省略する。

第３図Ａ及びＢは本発明の第１及び第２の４５゜移相器
（３７Ａ）、　　（３８Ａ）の更に他の実施例を示す回
路図である。

第３図Ａは本発明の４５°移相器の更に他の例で、この
例では、■、２′が印加される入力端子（３７ｉ）と第
１の演算増幅器（３７−１５）　　の反転入力端との間
に、静電容量Ｃ７１，のコンデンサ（３７−１１）　　
と抵抗Ｒ７ｌ□の抵抗器（３７−１２）　　の直列回路
を挟入し、第１の演算増幅器（３７−１５）　　の出力
端と反転入力端間に抵抗値Ｒ１１６のフィードバック抵
抗器（３７−１６）を挟入し、第１の演算増幅器（３７
−１５）　　の非反転入力端子とコモン電位点との間に
抵抗器（３７−２０）　　を接続し、第１の演算増幅器
（３７−１５）　　の出力端と第２の演算増幅器（３７
−１９）　　の反転入力端との間に抵抗器Ｒ７１７の入
力抵抗器（３７−１７）　　を投入し、第２の演算増幅
器’（３７−１９）　　の出力端と反転入力端との間に
抵抗Ｒ７１８の抵抗器（３７−１８）　　を挟入し、第
２の演算増幅器（３７−１９）　　の非反転入力端とコ
モン電位点との間に抵抗器（３・７−２１）　　を投入
してなる。

第３−８に示す本発明の４５°移相器は、ＶＦ６が印加
される入力端子（３８ｉ）　　と第１の演算増幅器（３
８−１５）の反転入力端との間に、静電容量Ｃ８１１の
コンデンサ（３８−１１）　　と抵抗Ｒ８，２の抵抗器
（３８−１２）の直列回路を投入し、第１の演算増幅器
（３８−１５）の出力端と反転入力端間に抵抗Ｒ８１６
のフィードバック抵抗器（３ｇ−１６）　　を投入し、
第１の演算増幅器（３８−１５）　　の非反転入力端子
とコモン電位点との間に抵抗器（３８−２０）　を接続
し、第１の演算増幅器（３８−１５）の出力端と第２の
演算増幅器（３８−１９）の反転入力端との間に抵抗Ｒ
８，７の入力抵抗器（３８−１７）を挟入し、第２の演
算増幅器（３８−１９）　　の出力端と反転入力端との
間に抵抗Ｒ６１８の抵抗器（３８−１８）を°捜人し、
第２の演算増幅器（３８−１９）　　の非反転入力端子
とコモン電位点との間に抵抗器（３８−２１）　　を投
入してなる。

第３図Ａ及び已に示す本発明の第１及び第２の４５°移
相器（３７Ａ）、　　（３８Ａ）の周波数特性は、夫々
次式で表わされる。

１９０°−ｊａｎ−’　Ｒｔ＋２Ｃａｌ　＋　ω＝　・
・・・（３２）１９０　°　−ｊａｎ−’　　Ｒ８１２
Ｃａｔ　＋　　ω　　　　　　・−−・　・−（３３）
これら（３２）、　　（３３）式は第１図Ａ及びＢの周
波数特性を現す（３０）、　　（３１）式と同形である
。従って、第３図Ａ及び已に示す第１及び第２の４５°
移相器（３７Ａ）；　　（３８＾）は、第１図Ａ及び已
に示した例と夫々同じ作用効果をもつことは明白であろ
う。

尚、４５°移相器（３７Ａ）、　　（３８＾）の移相量
を決定している抵抗器の抵抗Ｒ１コンデンサの静電容量
Ｃの両者に使用し得る。

第４図Ａに示す本発明の４５°移相器（３７Ａ）、　（
３８Ａ）の周波数特性は次式で表わされる。

−〇を満足する回路は、上述した以外にも多くに存在す
るが、いずれも当該業者に容易に考えつくものである。

また、ＲＣω。−！ＩＦ１回路でも本発明に適用できる
。

第４図Ａは本発明の４５°移相器の更に他の例を示し、
この例では、入力端子（３７ｉ＞　　と演算増幅器（３
７Ａ’）の非反転入力端との間に抵抗Ｒの抵抗器（３７
Ｂ）　　を接続し、この非反転入力端とコモン電位点と
の間に容１ｃのコンデンサ（３７Ｃ）　　を挿入すると
共に、入力端子（３７ｉ）　　と演算増幅器（３７Ａ’
）の出力端との間に抵抗Ｒ８の抵抗器（３７０）　及び
（３７ε）の直列回路を挿入し、面抵抗器（３７０）　
　及び（３７ε）の接続点を演算増幅器（３７Ａ’）の
反転入力端に接続することにより構成される。尚、この
４５°移相器は、第１及び第２の４５°移相器（３７Ａ
）　　及び（３８＾）・・・（３４） ω＝ω０（ω０：音叉の振動角周波数）において、移相
量が４５°であるためには、次式が成立する必要がある
。

ＲＣωｏ　　＝ｔａｎ　６７．５°　　　　−−−・−
（３５）温度が変化しても４５°の移相量が変化しない
ための条件はが成立すればよい。

（３６）式は（２７）、　　（２９）式と同形であり、
しかも、ゲイン（３４）式に示すように、移相量を決定
している部品の定数に無関係で、１である。従って、第
４図Ａに示す４５°移相器を夫々従来の４５°移相器（
３７）、　　（３８）の代わりに用いてもスケールファ
クタ・バイアス等の温度変動の極めて少ないジャイロ装
置を得ることが出来る。

第４図Ｂは本発明の４５°移相器の更に他の例を示し、
この例は、第４図Ａの４５°移相器の抵抗器（３７Ｂ）
　　及びコンデンサ（３７Ｃ）　を入れ換えたものに於
て、更に他の演算増幅器（３７Ｆ）　　を設け、その反
転入力端を抵抗Ｒ１の抵抗器（３７Ｇ）　　を介して演
算増幅器（３７Ａ’）の出力端に接続し、演算増幅器（
３７Ｆ）の出力端子と反転入力端との間に抵抗Ｒｆ　の
抵抗器（３７Ｈ）　　を挿入して構成される。この第４
図Ｂの４５°移相器も、第１及び第２の４５°移相器（
３７＾）及び（３８＾）として使用できる。

第４図Ｂに示す本発明の第１及び第２の４５°移相器（
３７Ａ）、　　（３８＾）の周波数特性は、次式で表わ
される。

温度変化に対して４５°の移相量を保持するための条件
もり３６）式で表わされるので、第４−３に示す４５°
移相器は第４図への例と同じ作用効果をもつことは明白
であろう。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、以下に列挙
する効果が得られる。

自励発振系（３５Ａ）　　の制御装置（３５）の４５°
移相器（３７Ａ）　　及び検出系（７Ａ）の検出装置（
７）の４５°移相器（３８Ａ）　　のそれぞれの移相量
を決定している部品の■ 定数とその温度係数の間にＲＣω。−１１１８０°　−
２ｊａｎ−’　　ＲＣω　　　　　　　−＝　　＝　（
３７）の＝ω。（ω。：音叉の振動角周波数）において
、４５°の移相量をもつ条件は＜３５）式と同一であり
、て、スケールファクタ、バイアス等の変動の極めて少
ないジャイロ装置を得ることが出来るという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは夫々本発明の４５°移相器の一実施例
の接続図、第２図Ａ及びＢは夫々本発明の４５°移相器
の他の例の接続図、第３図Ａ及びＢは夫々本発明による
４５°移相器の他の例の接続図、第４図Ａ及びＢは夫々
本発明の４５°移相器の更に他の例の接続図、第５図は
従来のジャイロ装置の一部を除いた斜視図、第６図は第
５図の要部の側面図、第７図は第５図の自励発振系及び
検出系のブロック図、第８図Ａ及びＢは夫々第７図の第
１のプリアンプ及び圧電素子と第２のプリアンプ及び圧
電素子の結線図、第９図Ａ及びＢはジャイロ装置の検出
系の動作説明図である。図に於て、（１）は音叉、（７）は検出装置、（１１Ｂ
）　　は変位検出器、（３２）及び（３４）は第２及び
第１のプリアンプ、（３３）はデモシュレータ、（３５
）は制御装置、（３７Ａ）、　　（３８Ａ）は４５°移
相器を夫々示す。１　五惠ヤＪ−玉工。。Ｒｑ＋ｚＣ７１１ｔｄｏ＝１ｐ　　Ｒ？１２　　　ａ丁
　　　　Ｃｎｔ　　　９丁￥１の４５′衿相料の回路口〔ＲａｔｚＣａｌｌｔｔ）ｏ−１、ＢＢ１２　？　十Ｃ
ｔｔｔｌ　”ａＴ又’］第２の４５１１相器の口路閏第１図匪に第２第１の４５宰相豚の回路圀工と潤色３７Ａ、３８Ａ［ＲＣＩｔ）ｏ＝ｔａｎＦｒ７．５’、　＃：Ｆｃ　Ｆ
’〕、４ダ科８器のイ亡の口４各圓篤１のブソアンブ（Ｊ４）ｋ、圧電＃子（６，６Ａ）ｒ
ｒｌムｒ、＊ｉ纂２／１アリアンア（３２）ヒ圧電先−
；）（８１−１）、（８１−２）／Ｉ系８１Ｌ！！ｊ図
第８図第凶ジャイロＸ１の検わ糸の動イ脣説明国第９図

Claims

【特許請求の範囲】角周波数ω＿０で振動する質量部を有する音叉、該音叉
の質量部の振動の振幅を検出する変位検出器、該変位検
出器の出力が入力される第１のプリアンプ、該第１のプ
リアンプの出力を入力とする第１の４５゜移相器、上記
質量部の振動振幅の微分値（レート）を一定に保持する
ための制御回路よりなる自励発振系の制御装置、上記音
叉に生ずるコリオリの力によるモーメントを検出する角
振動検出器、該角振動検出器の出力が入力される第２の
プリアンプ、上記第１の４５゜移相器の出力を入力とす
る第２の４５゜移相器、上記第２のプリアンプの出力を
入力とし上記第２の４５゜移相器の出力を基準信号とす
るデモジュレータより成るジャイロ装置において、上記第１及び第２の４５゜移相器を、その移相量を決め
ているコンデンサ及び抵抗器の値と、その温度係数との
間に１／Ｒ　∂Ｒ／∂Ｔ＋１／Ｃ　∂Ｃ／∂Ｔ＝０が成立す
るようになしたことを特徴とするジャイロ装置。