JPH03285109A - 角速度センサの制御回路 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はジャイロスコープ（方位センサ）等に用いられ
る角速度センサに関する。

（従来の技術） いわゆる振動ジャイロは、−船釣に、第３図に示すよう
な構造になっていた。音叉のような機械振動子を駆動素
子によって駆動してそれに定常的な振動を付加して慣性
力を作り出して、ヘースの回転によって振動子に作用す
るコリオリカを駆動素子に装着した検知素子によって検
知する。コリオリカは振動ジャイロにかかる角速度ωに
応じて変化するので、このコリオリカにより発生する検
知素子の撓みを検出することによって回転の角速度を検
出できる。

（発明が解決しようとする課題） 以上に説明した振動ジャイロでは、角速度センサが置か
れた環境が、例えば、温度変化が激しい環境であるとき
、振動子が温度変化に追従して収縮するため、音叉の共
振周波数を一定に保持することができなかった。このた
め、角速度の検出感度を一定にすることができず、角速
度の検出信号に誤差成分が含まれ、精度の高い角速度の
測定が出来ない可能性があった。

本発明は、角速度センサが設置された環境がいかなる状
態であっても、角速度センサから出力される出力信号が
実際の角速度値を出力できる手段を提供することを技術
的課題とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） このような技術的課題を解決するために講じた技術的手
段は、支持部材；少なくとも一端が前記支持部材に支持
された棒状の連結部材；前記連結部材に支持された板状
の振動部材；前記振動部材に取り付けられた駆動手段：
前記連結部材のねじれ歪みを検出するねじれ検出手段；
前記駆動手段を付勢して、前記振動部材に前記連結部材
の軸方向の振動を与える駆動付勢手段；前記ねじれ検出
器から出力される信号を検出する検出手段−車速信号を
出力する車速検出手段；および、該車速検出手段からの
出力信号を取り込んで前記車速検出手段から出力される
信号が車速零に対応するとき前記ねじれ検出手段の出力
信号に補正項を導入する制御手段；を有する角速度セン
サの制御回路とした、ことである。

（作用） 以上の技術的手段を用いたことによって、角速度センサ
が温度変化の激しい環境下におかれても実際の角速度に
対応する誤差成分を含まない角速度センサの出力信号が
得られるようになった。

（実施例） 第１図に、本発明の一実施例を示す。以下の実施例では
、角速度センサが自動車に搭載されたものとして説明を
進める。第１図を参照すると、各軸Ｘ、ＹおよびＺは、
互いの軸に対して９０度傾いた軸をそれぞれ示している
。支持部材１ｏは、板状の金属をコの字状に曲げて形成
しである。４はその全体に渡って周面に螺子が形成され
た断面が円形のコツト（連結部材）であり、金属材料で
形成されている。このロッド４は、前記支持部材１０の
一端１０ａから他端１０ｂまで貫通する状態で設けられ
ており、ロッド４の一端は、支持部材の一端１０ａの両
面で、それぞれ固定機構８によって支持部材１０に固定
されている。また、ロッド４の他端は支持部材１０の他
端１０ｂで固定機構９によって支持部材１０に固定され
ている。

ロッド４は、この例ではＹ軸に沿って配置されている。

固定機構９は、ロッド４の螺子と螺合するロックナツト
９ａ、　ワッシャ９ｂおよびインシュレータ９ｃで構成
されている。固定機構８および後述する固定機構７も同
様な構成である。

ロッド４の中央部には、ねじれ検出器３（ねじれ検出手
段）が配置され、該ねじれ検出器３の厚み方向（Ｙ軸方
向）の一端にインシュレータ６を介して、それと面接触
する状態に音叉ｌ　（振動部材）が配置されており、ね
じれ検出器３の厚み方向の他端にも、同様に、ねじれ検
出器３に連接されるインシュレータ５を介して音叉２（
振動部材）が配置されている。ロッド４は、ねじれ検出
器３、インシュレータ５．６、音叉１及び２にそれぞれ
設けた図示しない穴を貫通する形で、それらを支持して
いる。

音叉１の支持部材１０の一端１０ａと対向する面（図示
路）、及び音叉２の支持部材１ｏの他端１０ｂと対向す
る面には、それぞれ固定機構７が設けられており、それ
らの締め付けによって、音叉１．インシュレータ６、ね
じれ検出器３．インシュレータ５及び音叉２が、両端か
ら互いに押し付けられて一体に固定されている。但し、
これらはＹ軸方向に対し、僅かにねじれ変形が可能な状
態になっている。

音叉１は、その長手方向がＺ軸方向に向けられた矩形の
薄板状に形成された金属製の振動板１ａを備えている。

この振動板１ａ（駆動手段）は、その長手方向の一端近
傍で、ロッド４に支持されている。振動板１ａの表面に
は酸化シリコンの絶縁薄膜が形成されている。さらにこ
の絶縁薄膜上には、振動板１ａの厚み方向の両方の面に
それぞれ薄板状矩形の圧電セラミック（圧電素子）ｌｂ
およびｌｃが固着されている。また、圧電セラミックｌ
ｂおよびＩＣは、それらの厚み方向に分極されている。

従って、これらの圧電セラミックに交流電圧を印加すれ
ば、それらは厚み方向に歪みを生じるし、逆に厚み方向
の歪みを受けるとそれに電圧が誘起される。音叉２（振
動部材）も音叉ｌと同様な構成であるためその説明は省
略する。

第２図にねじれ検出器３（ねじれ検出手段）の構成を示
す。第２図を参照すると、このねじれ検出器３は、筒状
の絶縁チューブ３ａと、その外周に装着された、圧電体
３ｂ、３ｃ、電極３ｄ、３ｅおよび３ｆで構成されてい
る。圧電体３ｂは電極３ｄと３ｅとで挟まれ、圧電体３
Ｃは電極３ｅと３ｆで挟まれている。絶縁チューブ３ａ
の内部を前述のロッド４が貫通する。

圧電体３ｂは、図示のように、円筒状に形成されている
が、これは各々９０度の円弧状に形成された４つの圧電
素子３　ｂ＋、３　ｂｚ、３　ｂｘおよび３ｂ４を組み
合わせて構成しである。また、各々の圧電体は、矢印で
示す周方向に、それぞれ分極されである。もう一方の圧
電体３Ｃも圧電体３ｂと同一の構成になっている。圧電
体３ｂおよび３ｃは、それがロッド４の軸方向、即ち、
Ｙ軸方向に対してねじる方向（周方向）に力を受けると
、その大きさに応じた電圧を出力する。

再度第１図を参照して、電極３ｄおよび３ｆは互いに共
通に接続され、アースと接続されている。

そして、２つの圧電体３ｂ、３ｃの中央に配置された電
極３ｅから、このねじれ検出器３の信号Ｓ３が取り出さ
れる。電極３ｅからの出力線は、検出回路１１と発振回
路１２（駆動付勢手段）に接続されており、ねじれ検出
器３の信号Ｓ３がこの２つの回路に入力されている。

発振回路１２の出力信号Ｓ１が音叉１および音叉２の圧
電セラミック１ｂおよび２ｂに、駆動付勢信号として印
加されている。また、音叉２の圧電セラミック２ｃから
出力される信号Ｓ２が、フィードバック信号として発振
回路１２に印加されている。このフィードバック信号は
、音叉１．　２に定振動を与えるための信号として発信
回路１２に入力されるものである。さらに、検出回路１
１から出力する信号Ｓ４は整流回路１３に入力されてお
り、整流回路１３からの出力信号Ｓ５は平滑回路１４に
入力されている。ここで、整流回路１３はアースにも接
続されている。この実施例ではフィードバック信号とし
て、圧電セラミック２Ｃからの出力信号Ｓ２のみを取り
出すものとしたが、圧電セラミックＩＣからのみ、ある
いは両方の圧電セラミック２ｃ、ｌｃから出力される信
号をフィードバック信号としてもよい。

さらに、平滑回路１４から出力される信号Ｓ６は、演算
回路１５に入力されている。演算回路１５には、車速セ
ンサ１６の出力信号が入力されている。車速センサ１６
は、例えば、磁石の回転と共に接点が開閉して、車速に
対応したパルス信号を出力するリードスイッチ型のもの
を通常使用するが、車速に対応する信号を出力するもの
であればその形式は問われない。前記したように車速セ
ンサ１６の出力する車速信号、およびねじれ検出器３が
出力して平滑化された角速度に対応する信号が演算回路
１５に人力され、両者の信号が演算回路１５内で処理さ
れる。

以下、本発明の角速度センサの作動について説明する。

始めに角速度センサの作動を説明する。

発振回路１２は、付勢信号Ｓ１として周波数および振幅
の安定化された正弦波を出力する。発振回路１２によっ
て生成される正弦波の付勢信号Ｓｌが印加される２つの
圧電セラミック１ｂおよび２ｂは、各々その厚み方向に
分極されているので、付勢信号Ｓ１によって、それらの
厚み方向に歪みを発生する。印加される付勢信号Ｓ１は
正弦波信号であるため、その歪みの方向が交互に切り換
わるので、厚み方向に振動し、その振動に共振するよう
に振動板１ａおよび２ａ、即ち、音叉１および２が振動
する。したがって、音叉ｌおよび２の振動の方向は、第
１図の矢印Ｆ４、即ち、Ｙ軸方向である。但し、音叉１
と音叉２の振動の方向は逆になっており、音叉１が音叉
２に近づく方向に、撓むときは音叉２も音叉１から離れ
る方向にそれぞれ撓む。

このように、音叉１および音叉２を定常的に振動させた
状態では、この角速度センサに慣性力が働（（角速度セ
ンサがＺ軸を中心として回転しようとする慣性力）ため
音叉１および２には、それぞれＸ軸方向に回転の角速度
ωに応じた大きさのコリオリの力Ｆｅが作用する。音叉
１に働く力Ｆ０と音叉２に働（力Ｆｅは互いに方向が逆
であり、音叉１がＸ軸の正方向の力Ｆｅを受けるときは
、音叉２に働く力ＦＣの方向はＸ軸の負方向になる。

従って、インシュレータ６を介して音叉ｌに接続された
、ねじれ検出器３の厚み方向の一方の面と、インシュレ
ータ５を介して音叉２に接続された、ねじれ検出器３の
厚み方向の他方の面とには、この装置のＺ軸まわりの回
転によって、互いに逆方向の、Ｙ軸まわりに回転する力
が加わる。つまりこれによって、ねじれ検出器３は、Ｙ
軸に沿ってねじられることになる。ねじれ検出器３は、
前述したようにその周方向に分極されているので、ねじ
れ方向の力を受けると、その力に応した電気信号を出力
する。従って、ねじれ検出器３から出力される信号Ｓ３
の振幅の大きさはＺ軸まわりの角速度ωに対応する。

次に、角速度センサ、車速センサからそれぞれ出力され
た出力信号の処理について説明する。

演算回路１５は、ねじれ検出器３の出力する信号を入力
できる入力ボート、車速センサＩ６がらの出力信号を受
は入れる入力ボートを有している。

演算回路Ｉ５内には、角速度が零であるときの演算回路
１５が出力すべき値Ｒ１が予め格納されている。ここで
、角速度が零である状態は車速か零である状態を意味す
るものと規定する。演算回路１５の入力ボートには、ね
じれ検出器３の現在の出力値Ｒ２が入力され、さらに車
速センサ１６からも現在の車速に対応する信号Ｒ３が入
力している。車速センサ１６の出力する信号Ｒ３が車速
零に対応する値であるとき、ねじれ検出器の出力する信
号Ｒ２と、演算回路１５内に格納されたＲ１の値が比較
される。Ｒ１＜Ｒ２である場合には、演算回路１５内で
は（Ｒ２−Ｒ１）の演算が実行され、演算結果によって
得られた値Ｒ４が演算回路１５内に新たに格納される。

この演算結果（Ｒ２−Ｒ１）は、角速度センサから出力
される信号に含まれる誤差分を意味する。それ以後、ね
じれ検出器３からは、Ｒ２からＲ４を差し引いた値がね
じれ検出器３の補正された出力値として出力される。一
方、Ｒ１＞Ｒ２であるときには、演算回路１５内では（
Ｒ１−Ｒ２）なる演算が実行され、この演算結果はＲ４
として演算回路１５内に格納される。これ以後、ねじれ
検出器３からは、Ｒ２にＲ４を加えた値がねじれ検出器
３の補正された出力値として出力される。

２つの演算（Ｒ２−Ｒ１）、（Ｒ１−Ｒ２）はねじれ検
出器３が実際に出力している値に対する補正項となる。

〔発明の効果〕

以上のように、演算回路内で演算処理されて生成される
補正項を、ねじれ検出器３からの出力される値に導入す
ることによって、角速度センサが温度変化の激しい環境
下におかれても、角速度センサは正確な角速度に対応す
る出力値を出力することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による角速度センサの斜視図およびその
制御回路のブロックを示す説明図、第２図はねじれ検出
器の斜視図、第３図は一般的な振動ジャイロの斜視図で
ある。 １０・・・支持部材、 ４・・・連結部材、 １．２・・・振動部材、 ｌｂ、２ｃ・・・駆動手段、 ３−・・ねじれ検出器（ねじれ検出手段１２・・・発振
回路（駆動付勢手段）、１１・・・検出回路（検出手段
）、 １６・・・車速センサ（車速検出手段）、１５・・・演
算回路（制御手段）、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 支持部材； 少なくとも一端が前記支持部材に支持された棒状の連結
   部材； 前記連結部材に支持された板状の振動部材；前記振動部
   材に取り付けられた駆動手段； 前記連結部材のねじれ歪みを検出するねじれ検出手段； 前記駆動手段を付勢して、前記振動部材に前記連結部材
   の軸方向の振動を与える駆動付勢手段；前記ねじれ検出
   器から出力される信号を検出する検出手段； 車速信号を出力する車速検出手段；および、該車速検出
   手段からの出力信号を取り込んで前記車速検出手段から
   出力される信号が車速零に対応するとき前記ねじれ検出
   手段の出力信号に補正項を導入する制御手段； を有する角速度センサの制御回路。