JPH03226621A

JPH03226621A - 角速度センサ駆動装置

Info

Publication number: JPH03226621A
Application number: JP2023141A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Ichise; 俊彦市瀬; Jiro Terada; 二郎寺田; Hiroshi Takenaka; 寛竹中; Kazumitsu Ueda; 上田　和光
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1991-10-07
Anticipated expiration: 2012-10-22
Also published as: JP2666506B2

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セラミック圧電素子を音叉構造に接合した振動
型角速度センサの駆動装置に関する。

従来の技術近年角速度が検出できる角速度センサの実用化が進んで
おり、たとえばビデオカメラに角速度センサを取りつけ
、手ぶれによる撮影画面の揺れを、角速度センサの出力
によりレンズ位置を変えて補正する方式など実用化され
ている。とくに圧電素子を音叉構造に接合した振動型角
速度センサはその応答速度や感度の面で優れており、今
後の幅広い活用が期待されている。

従来の振動型角速度センサの駆動装置について図面に基
づいて説明する。第６図は従来の振動型角速度センサ駆
動装置の構成を示す回路ブロック図であり、第１の増幅
器（１）と、整流器（２）と、平滑回路（３）と、第２
の増幅器（４）で構成される駆動部分と、第３の増幅器
（５）と、同期検波器（６）と、ローパスフィルタ（７
）とで構成される検知部分とからなり、音叉構造振動型
角速度センサ（９）に接続されている。

つぎに構成要素の互いの関連動作を説明する。

音叉構造振動型角速度センサ（９）は、第１の増幅器（
］）と、第１の増幅器（１）の出力電荷を整流する整流
器（２）と、この整流器（２）の出力電圧を平滑する平
滑回路（３）と、平滑回路（３）の出力電圧値によって
第１の増幅器（１）からの出力電圧を増幅する増幅度が
変化する第２の増幅器（４）とによって一定振幅に制御
されて音叉振動している。音叉構造振動型角速度センサ
（９）に角速度が加わると角速度信号は第３の増幅器（
５）で増幅および位相シフトされ、同期検波器（６）で
検波され、さらにローパスフィルタ（７）にて平滑、増
幅されて出力される。

発明が解決しようとする課題しかしながら、従来の振動型角速度センサ駆動回路では
角速度出力が零のときに、センサに加わる角速度が零な
のか、センサ素子自体が故障なのか、またはセンサの駆
動回路が故障なのかがわからなかった。

本発明は上記課題に留重し、角速度センサ駆動回路内部
に故障の自己診断をする機能を存する角速度センサ駆動
装置を提供しようとするものであ課題を解決するための
手段本発明の上記目的を達成するために、音叉構造の振動型
角速度センサと、その角速度センサの第１、第２の検知
用圧電素子の表面電極に生ずる電荷を入力とする増幅器
と、この増幅器の出力電圧を検波する第１の検波器と、
この増幅器の出力電圧を音叉振動周波数のタイミングに
よって同期検波する第２の検波器と、この第１．第２の
検波器の出力を切換えるスイッチ手段とを具備し、スイ
ッチ手段をきりかえることにより第１の検波器の出力で
、センサや駆動回路の故障を診断し、第２の検波出力で
角速度成分の出力信号を得る手数を有するものである。

作用上記構成の本発明の角速度センサ駆動装置は、まず角速
度センサを駆動すると第１．第２の検知用圧電素子は音
叉振動するモニタ用圧電素子もしくは駆動用圧電素子と
は直交しているため、原理的には角速度信号が加わらな
ければ表面電極には電荷は生しない、しかし実際にはわ
ずかに音叉振動によるもれ電荷が生じる。このため音叉
構造の振動周波数にあわせた第２の検波器による同期検
波によってこのもれ電荷の影響を除外して角速度信号の
み出力することができる。これが、角速度センサとして
の出力信号となる。

一方、もれ電荷があるということを検知することにより
、角速度センサが音叉振動していることがわかり、また
音叉振動させるための駆動回路も正常に動作しているこ
とがわかる。さらにもれ電荷が生ずるということは検知
用圧電素子も感度があり、その増幅器も動作しているこ
とがわかるので、同期検波せず単に検波する第１の検波
器の出力により、センサや、駆動回路の故障を検出する
ことができる。この第１と第２の検波器の出力をスイッ
チ手段により切りかえること番こより、角速度センサの
出力をうる従来の機能に加えて、角速度センサや駆動回
路の正常動作しているかどうかの自己診断ができる出力
が得られる。

実施例施例を図面に基づいて説明する。

まず音叉構造振動型角速度センサについて第３図〜第５
図を用いて説明する。

角速度センサは第３図に示すような構造であり、主に４
つの圧電バイモルフからなる駆動素子、モニター素子、
第１および第２の検知素子で構成され、駆動素子（１０
１）と第１の検知素子（１０３）を第１の接合部材であ
る接合部（１０５）で直交接合した第１の振動ユニット
（１０９）と、モニター素子（１０２）と第２の検知素
子（１０４）を接合部（１０６）で直交接合した第２の
振動ユニット　（１１０）とを第２の接合部材である連
結板（１０７）で連結し、この連結板（１０７）を支持
棒（１０８）で−点支持した音叉構造となっている。

駆動素子（１０１）に正弦波電圧信号を与えると、逆圧
電効果により第１の振動ユニソ）　（１０９）が振動を
始め、音叉振動により第２の振動ユニット（１１０）　
も振動を開始する。したがってモニター素子（１０２）
の圧電効果によって素子表面に発生する電荷は駆動素子
（１０１）へ印加している正弦波電圧信号に比例する。

このモニター素子（１０２）に発生する電荷を検出し、
これが一定振幅になるように駆動素子（１０１）へ印加
する正弦波電圧信号をコントロールすることにより安定
した音叉振動を得ることができる。なお、モニター素子
（１０２）は、定振幅制御が不要な場合は、第２の駆動
素子として駆動される。このセンサが角速度に比例した
出力を発生させるメカニズムを第４図および第５図を用
いて説明する。

第４図は第３図に示した角速度センサを上からみたもの
で、速度υで振動している検知素子（１０３）に角速度
ωの回転が加わると、検知素子（１０３）には「コリオ
リの力１が生しる。この「コリオリの力Ｊは速度υに垂
直で大きさは２ｍυωである。

（ｍは検知素子（１０３）の先端の等酒質量である）検
知素子（１０３）は音叉振動をしているので、ある時点
で検知素子（１０３）が速度υで振動しているとすれば
、検知素子（１０４）は速度−υで振動しており「コリ
オリの力」は−２ｍυωである。よって検知素子（１０
３）　、　（１０４）は第５図のように互いに「コリオ
リの力１が働く方向に変形し、素子表面には圧電効果に
よって電荷が生じる。ここでυは音叉振動によって生じ
る運動であり、音叉振動がυ−ａ−ｓｉｎω、ｔａ：音
叉振動の振幅ω。：音叉振動の周期であるとすれば、ｒコリオリの力１はＦｃ＝ａ−ω−ｓ　ｉｎωａｔとなり、角速度ωおよび音叉振動ａに比例しており、検
知素子（１０３）　、　（１０４）を面方向に変形させ
る力となる。したがって検知素子（１０３）　、　（１
０４）の表面電荷量ＱはＱａ−ａ−ω−５ｒｎω、１となり音叉振幅ａが一定にコントロールされているとす
れば、Ｑｃｃω−８ｉｌωａｔとなり検知素子（１０３）　、　（１０４）に発生する
表面電荷量Ｑは角速度ωに比例した出力として得られ、
この信号をω。ｔで同期検波すれば角速度ωに比例した
直流信号が得られる。なお、このセンサに角速度以外の
並進運動を与えても検知素子（１０３）と検知素子（１
０４）の２つの素子表面には同極性の電荷が生ずるため
、直流信号に変換時、互に打ち消しあって出力は出ない
ようになっている以上、圧電バイモルフ素子で説明した
が、一般の圧電素子でも同様の機能を有することは言う
までもない。

第１図は本発明の一実施例であり、従来例と同一機能を
有するものには同一符号を付し説明を省略する。

第１１２１に示すように第３の増幅器（５）の出力に接
続された検波器ＯＱｌと２．同期検波器（６）と検波器
００の出力をきりかえるスイッチ手段０１＋が構成とし
て、追加されており、またローパスフィルタ（７）はそ
の力、トオフ周波数は使用される周波数よりも充分低く
設定されている。

音叉構造振動型角速度センサ（９）の音叉振動の制御は
従来例で説明した通りであり、モニタ用圧電バイモルフ
素子の表面電荷を増幅する第１の増幅器（１）と、この
第１の増幅器（１）の出力電圧を整流する整流器（２）
と、この整流器（２）の出力電圧を平滑する平滑回路（
３）と、この平滑回路（３）の出力電圧値が高くなると
増幅度が低下し平滑回路（３）の出力電圧値が低くなる
と増幅度が高くなる第２の増幅器（４）とによって駆動
用圧電バイモルフ素子に印加される電圧振幅が制御され
て音叉振動は一定振幅となる。

第１．第２の検知用圧電バイモルフ素子の表面電極には
印加される角速度に応じて電荷が生じ、この電荷は第３
の増幅器（５）で増幅され同期検波器（６）で音叉振動
の周期で検波されて角速度に比例した電圧となりローパ
スフィルタ（７）によって増幅されて角速度電圧出力と
して出力される。

第３の増幅器（５）の出力電圧は角速度が零のときには
、検知用バイモルフに生じるもれ電荷によって第２１Ｎ
（ａ）の正弦波が生じる。この波形の周期は音叉振動の
周期と同じであり、同検波器（６）によって音叉振動の
周期で検波されると同図（Ｃ）の波形となり、この波形
を平滑すればもれ！荷の影響は全て除外されてしまう。

第２図のら）は第１図の検波回路００）によって検波さ
れた出力であり、スイノチ手段００によって検波回路０
［Ｄの出力をローパスフィルタ（７）に接続すればもれ
電荷の量を測定できる。

もれ電荷は音叉振動がなければ零になり、また検知用バ
イモルフが動作していない場合も、もれ電殉は零になる
。第３の増幅器（５）、ローパスフィルタ（７）が故障
の場合も同様であり、このもれ電荷をチエツクすること
により、角速度センサ（９）およびその駆動回路のほと
んどのブロックがチエ・７りできる。もれ電荷はセンサ
の組立上のバラツキによって生じるため、センサ１つ１
つが全く異なる値をもつ、したがって故障を検出するに
は使用するセンサの正常動作時のもれ電荷を記憶してお
き、一定時間ごとスイッチ手段（Ｉｌｌを切換えて測定
したもれ電荷量と比較をすることにより、目的が達成さ
れる。なお、この自己診断を正常時の値を記憶し、切換
え時に自動的に故障を知らせることは容易に実現できる
。

発明の詳細な説明より明らかなように、本発明の角速度センサ駆動
装置は音叉構造振動型角速度センサに故障が生じた場合
、もしくはその駆動回路に故障が生じた場合に、ただち
にその故障の発生を検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の角速度センサ駆動装置の一実施例を示
すブロック図、第２図は同実施例の動作を説明するため
の波形図、第３図は音叉構造振動型角速度センサの斜視
図、第４図および第５図は同センサの動作説明図、第６
図は従来の角速度センサ駆動装置のブロック図である。１・・・・・・第１の増幅器、２・・・・・・整流器、
３・・・・・・平滑回路、４・・・・・・第２の増幅器
、５・・・・・・第３の増幅器、６・・・・・・同期検
波器、７・・・・・・ローパスフィルタ、９・・・・・
・角速度センサ、１０・・・・・・検波器、１１・・・
・・・スイッチ素子、１０１・・・・・・駆動素子、１
０２・・・・・・モニター素子、１０３・・・・・・第
１の検知素子、１０４・・・・・・第２の検知素子、１
０５　、１０６・・・・・・接合部（第１の接合部材）
、１０７・・・・・・連結板（第２の接合部材）、１０
９・・・・・・第１の振動ユニット、１１０・・・・・
・第２の振動ユニット。第２凶第区缶図

Claims

【特許請求の範囲】

　駆動用圧電素子、検知用圧電素子、前記駆動用圧電素
子と前記検知用圧電素子とを振動方向が直交するように
積み上げ接合する第１の接合部材および前記接合された
素子の一対を音叉構造に接合する第２の接合部材とを具
備した角速度センサと、前記検知用圧電素子の表面電極
に発生する電荷を入力とした増幅器と、前記増幅器の出
力電圧を検波する第１の検波器と、前記増幅器の出力電
圧を前記音叉構造の音叉振動周波数のタイミングで同期
検波する第２の検波器と、前記第１および第２の検波器
の出力を切りかえるスイッチ手段とを具備し、前記スイ
ッチ手段を切りかえることにより前記角速度センサの動
作確認ができるように構成した角速度センサ駆動装置。