JPH04106410A - 検出回路 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は検出回路に関し、特にたとえば３角柱状の振
動ジャイロの出力を測定するだめの検出回路に関する。

（従来技術） 第１０図はこの発明の背景となる従来の検出回路の一例
を示す回路図である。この検出回路１は、たとえば３角
柱状の振動ジャイロ２の出力を測定するために用いられ
る。

振動ジャイロ２の２つの圧電素子３と他の圧電素子４と
の間には、励振信号発生回路５が接続される。この場合
、振動ジャイロ２の２つの圧電素子３には、それぞれ抵
抗６を介して、励振信号発生回路５が接続される。さら
に、これらの圧電素子３の出力は、差動増幅回路７に入
力される。差動増幅回路７の出力は、平滑回路８で直流
出力に変換される。

振動ジャイロ２は、励振信号発生回路５によって、他の
圧電素子４の主面に直交する方向に屈曲振動させられる
。このとき、２つの圧電素子３間の静電容量の差から発
生する信号が互いに同じになるように調整することによ
り、差動増幅回路７からの出力はＯとなる。

振動ジャイロ２がその軸を中心として回転した場合、振
動ジャイロ２の振動方向と直交する方向にコリオリカか
働く。そのため、振動ジャイロ２の振動方向は、無回転
時の振動方向からずれる。

そのため、２つの圧電素子３間に出力の差が生し、差動
増幅回路７から出力が得られる。この出力は、回転角速
度の大きさに応じた値となる。したがって、この出力を
平滑回路８で平滑した出力を測定することによって、振
動ジャイロ２に加わった回転角速度を測定することがで
きる。

（発明が解決し、ようとする課題） しかしながら、圧電素子の静電容量は雰囲気温度や経時
変化などによって変動し、無回転時においても差動増幅
回路から出力がでるようになる。

この出力が測定誤差となり、正確な回転角速度を測定す
ることができなくなる。

それゆえに、この発明の主たる目的は、雰囲気温度の変
化や経時変化によって、測定誤差が発生しにくい検出回
路を提供することである。

（課題を解決するための手段） この発明は、多角柱状の振動体と、振動体の少なくとも
２つの側面に形成される圧電素子とを含む振動ジャイロ
の出力を測定するための検出回路であって、２つの前記
圧電素子に人力することによって振動体を励振するため
の励振信号発生回路と、励振信号発生回路が接続された
２つの圧電素子からの出力の差を検出するための差動回
路と、差動回路からの出力信号を同期検波するための同
期検波回路と、同期検波回路によって検波される出力信
号の位相を調整するための位相調整回路とを含む、検出
回路である。

（作用） 圧電素子の静電容量により圧電素子の駆動信号は、励振
信号発生回路の出力インピーダンスと差動回路の入力イ
ンピーダンスとから、励振信号に比べて遅れ信号となる
。また、コリオリカによる出力は、励振信号に比べて進
み信号となる。そのため、圧電素子の駆動信号とコリオ
リカによる出力とは、９０°の位相差を有する。同期検
波回路では、コリオリカによる出力に同期させて、検波
が行われる。同期検波回路によって検波される出力の位
相は、位相調整回路で調整される。

（発明の効果） この発明によれば、コリオリカに同期して検波が行われ
るため、それに対して９０°位相差のある駆動信号は、
正部分と負部分とで相殺される。

このとき、静電容量による信号が正確に相殺されるよう
に、位相調整回路で検波される信号の位相が調整される
。そのため、圧電素子の静電容量の変動による誤差がな
くなり、回転角速度に応じた正確な出力を得ることがで
きる。したがって、振動ジャイロに加わった回転角速度
を正確に測定することができる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示す回路図である。この
検出回路１０は、たとえば振動ジャイロ１２の出力を検
出するために用いられる。振動ジャイロ１２は、第２Ａ
図および第２Ｂ図に示すように、たとえば正３角柱状の
振動体１４を含む。

この振動体１４は、たとえばエリンバ、鉄−ニソケル合
金１石英、ガラス、水晶、セラミックなど、−最的に機
械的な振動を生じる材料で形成される。

この振動体１４には、その３つの側面の中央部にそれぞ
れ圧電素子１６ａ、１６ｂおよび１６Ｃが形成される。

圧電素子１６ａは、たとえば磁器からなる圧電層１８ａ
を含み、圧電層１８ａの両主面にはそれぞれ電極２０ａ
および２２ａが形成される。なお、これらの電極２．０
ａおよび２２ａは、たとえば金、銀、アルミニウム、ニ
ッケル。

銅−ニッケル合金（モネルメタル）などの電極材料で、
たとえばスパッタリング、蒸着などの薄膜技術であるい
はその材料によっては印刷技術で形成される。同様に、
他の圧電素子１６ｂ、１６ｃも、それぞれ、たとえば磁
器からなる圧電層１８ｂ、１８ｃを含み、それらの圧電
層１８ｂ、１８Ｃの両主面にも、電極２０ｂ、２２ｂお
よび電極２０Ｃ，２２ｃが形成される。そして、これら
の圧電素子１６ａ〜１６ｃの一方の電極２０ａ〜２０Ｃ
は、たとえば導電接着剤で振動体１４に接着される。

さらに、振動体１４のノード点近傍は、−たとえば金属
線からなる支持部材２４および２６で支持される。この
支持部材２４および２６は、たとえば溶接することによ
って、振動体１４のノード点近傍に固着される。

圧電素子１６ａには抵抗３０が接続され、圧電素子１６
ｂには抵抗３２が接続される。これらの抵抗３０．３２
には、位相補正回路３４を介して発振回路出力ｗ３６が
接続される。これらの位相補正回路３４と発振回路出力
源３６とで励振信号発生回路３８が形成される。さらに
、別の圧電素子１６ｃに、発振回路出力源３６が接続さ
れる。

したがって、圧電素子１６ａ、１６ｂと圧電素子１６Ｃ
との間に励振信号が与えられ、それによって、振動体１
４は圧電素子１６ｃの主面に直交する方向に屈曲振動す
る。

さらに、２つの圧電素子１６ａ、１６ｂは、差動増幅回
路４０の入力端に接続される。差動増幅回路４０の出力
側は、結合用コンデンサ４２および抵抗４４を介して、
平滑回路４６に接続される。

平滑回路４６は、たとえば２つの抵抗４８．５０と２つ
のコンデンサ５２．５４とで形成される。

抵抗４４と平滑回路４６との中間部分は、たとえばＦＥ
Ｔ５６を介して接地される。このＦＥＴ５６は、導通し
たときに差動増幅回路４ｏがらの出力が接地される。そ
れによって、不要な出力信号が平滑回路４６に伝達され
ず、必要な出力信号のみが検波される。このＦＥＴ５６
を動作させるために、そのゲートにダイオード５８を介
して発振回路出力源３６が接続される。また、ＦＥＴ５
６のゲートは、抵抗６０を介して接地される。これらの
ＦＥＴ５６．ダイオード５８および抵抗６０などによっ
て、同期検波回路６２が形成される。

さらに、抵抗４４と平滑回路４６との中間部分には、位
相調整回路６４が接続される。位相調整回路６４は、可
変抵抗器６６およびコンデンサ６８を含む。この可変抵
抗器６６の一方の固定端子が抵抗４４と平滑回路４６と
の中間部分に接続され、他方の固定端子が接地される。

また、可変抵抗器６６の可動端子は、コンデンサ６８を
介して接地される。この位相調整回路６４によって、同
期検波回路６２により検波される信号の位相が調整され
る。

この振動ジャイロ１２は、励振信号発生回路３８からの
励振信号によって、圧電素子Ｌ６ｃの主面に直交する方
向に屈曲振動する。このとき、圧電素子１６ａについて
考えると、その周辺の等価回路は第３図に示すようにな
る。つまり、励振信号発生回路３８の出力インピーダン
スＺｏに抵抗３０が接続され、さらに抵抗３０には、圧
電素子１６ａの静電容量Ｃと差動増幅回路４０の入力イ
ンピーダンスＺｉとの並列回路が接続される。ここで、
出力インピーダンスＺＯと入力インピーダンスＺｉとの
マツチングがとれている場合、第４図に示すように、静
電容量Ｃによって励振信号より４５’遅れた信号が出力
される。

次に、振動ジャイロ１２に回転角速度が加わったとき、
コリオリカが働いて圧電素子１６ａ、１６ｂに起電力が
発生する。このときの等価回路は、第５図に示すような
定電流源を有する回路となる。

これを第３図と同様に定電圧源を有する回路に変換する
と、第６図に示すような回路となる。すなわち、定電圧
源に圧電素子１６ａによる静電容量Ｃが接続され、さら
に静電容量Ｃには、抵抗３０と差動増幅回路４０の入力
インピーダンスＺｉとの並列回路が接続される。したが
って、コリオリカによる信号は、励振信号に比べて４５
°進んだ信号となる。

したがって、第８図に示すように、無回転時の静電容量
Ｃによる信号と回転時のコリオリカによる信号との間に
は、９０°の位相差がある。したがって、差動増幅回路
４０の出力側からは、このような９０６の位相差のある
信号が出力される。

ここで、同期検波回路６２によって、コリオリカによる
信号が正の部分に同期して、これらの信号が検波される
。この場合、第８図に示すように、コリオリカによる信
号が負の部分でＦＥＴ５６か導通し、負の部分が平滑回
路４６に伝達されないようにすればよい。したがって、
コリオリカによる信号の正の部分だけが平滑回路４６で
平滑され、この信号の大きさを測定することによって回
転角速度を知ることができる。

このとき、圧電素子１６ａの静電容量Ｃによる信号は、
コリオリカによる信号と９０°の位相差があるため、正
部分と負部分とが相殺されて、平滑回路４６から出力さ
れない。したがって、温度変化や経時変化による圧電素
子１６ａの静電容量Ｃが変動しても、それによる測定誤
差をなくすことができる。

ここで、第９Ａ図に示すように、圧電素子１６ａの静電
容量Ｃによる信号とコリオリカによる信号とが正確に９
０°の位相差を有しない場合、検波される信号の位相が
、位相調整回路６４で調整される。この場合、可変抵抗
器６６の可動端子を調整することによって検波する位置
をずらし、第９Ｂ図に示すように、静電容量Ｃによる信
号が完全に相殺される位置で検波が行われる。したがっ
て、静電容量Ｃによる信号を完全に無視することができ
、正確な回転角速度を測定することができる。

また、圧電素子１６ｂの静電容量による誤差も、同様に
無視することができる。このように、この検出回路１０
を用いれば、振動ジャイロ１２による回転角速度の測定
を正確に行うことができる。

なお、上述の実施例では、励振信号発生回路３８の出力
インピーダンスＺＯと差動増幅回路４０の入力インピー
ダンスＺｉとのマツチングがとれている場合について説
明したが、これらのマツチングがとれていなくても、そ
れぞれの信号の励振信号に対する位相差が４５″になら
ないだけで、静電容量による信号とコリオリカによる信
号との位相差は９０”となる。したがって、入出力イン
ピーダンスの選定によって、これらの信号の位相差を設
けることができ、回路構成を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図である。 第２Ａ図は第１図に示す検出回路で検出される振動ジャ
イロを示す斜視図であり、第２Ｂ図は第２Ａ図の線ｎＢ
−ｎＢにおける断面図である。 第３図は振動ジャイロの無回転時における圧電素子周辺
の等価回路図である。 第４図は第３図に示す回路の信号波形を示す波形図であ
る。 第５図は振動ジャイロに回転角速度が加わったときの圧
電素子周辺の等価回路図である。 第６図は第５図に示す回路の定電流源を定電圧源に変換
したときの等価回路図である。 第７図は第５図および第６図に示す回路の信号波形を示
す波形図である。 第８図は圧電素子の静電容量による信号とコリオリカに
よる信号との関係と同期検波を行った状態とを示す波形
図である。 第９Ａ図は検波される信号が正確に９０＠の位相差を有
していない状態を示す波形図であり、第９Ｂ図は位相調
整回路で検波される信号の位相を調整した状態を示す波
形図である。 第１０図はこの発明の背景となる従来の検出回路の一例
を示す回路図である。 図において、１０は検出回路、１２は振動ジャイロ、１
５ａ、１６ｂおよび１５．ｃは圧電素子、３０および３
２は抵抗、３８は励振信号発生回路、４０は差動増幅回
路、６２は同期検波回路、６４は位相調整回路を示す。 特許出願人　株式会社　村田製作所 代理人　弁理士　岡　１）　全　啓 第 図 第 図 第２Ａ図 フロ 第 図 第 図 第 図 ｓｓＡ図 第９Ｂ図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多角柱状の振動体と、前記振動体の少なくとも２つの側
   面に形成される圧電素子とを含む振動ジャイロの出力を
   測定するための検出回路であって、２つの前記圧電素子
   に入力することによって前記振動体を励振するための励
   振信号発生回路、前記励振信号発生回路が接続された前
   記２つの圧電素子からの出力の差を検出するための差動
   回路、 前記差動回路からの出力信号を同期検波するための同期
   検波回路、および 前記同期検波回路によって検波される前記出力信号の位
   相を調整するための位相調整回路を含む、検出回路。