JPH04273013A - ジャイロ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はジャイロ装置、特に音叉
を用いたジャイロ装置（角速度検出装置）に関する。

【０００２】

【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　号公報に示すような
ものがある。ここで、従来のジャイロ装置の一例を図９
乃至図１４を参照して説明する。図９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、両撓み部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。

【０００３】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２、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８１−１，８１−
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、円環部８０−４、筒状体２１−１，
２１−２の軸は、夫々音叉軸或いは入力軸（Ｚ−Ｚ）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字型金具２３−１，２３−２の
上端部に固定する。

【０００４】図１０は図９に示した従来例の原理を説明
するための説明図で、その主要部を図９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（Ｚ−Ｚ）まわりに加わると、
それに対応したコリオリの力Ｆｃ　が両振動質量部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、図に示す如く、Ｓ字状の曲
げ変形を生ぜしめる。この場合、圧電素子８１−１，８
１−２は、その分極方向が同図で＋，　−で示したよう
に、互に逆方向になるように、夫々ヒンジ部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ＶＰ１とし、これを
音叉１を駆動する制御装置３５の位相出力ＶＰ２´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。

【０００５】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、制御装置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。

【０００６】図１１及び図１２はそれぞれ図９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の従来例を示すブロック線図である。 図１１の磁励発振系３５Ａと図１２の検出系７Ａとは接
続端子３４ａ及び１０ａを介して接続されている。図１
１において、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
１１Ｂの出力電圧ＶＰ２は、制御装置３５のプリアンプ
３４に加えられ、４５゜位相器３７、乗算器１２を介し
て、制御装置３５の出力として制御信号ＶＣ　を出力し
、その出力ＶＣ　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。

【０００７】４５゜移相器３７の出力ＶＰ３はＡＣ−Ｄ
Ｃ変換部１６にも加えられる。ＡＣ−ＤＣ変換部１６は
、入力電圧ＶＰ３を全波整流し、図示せずも適当な平滑
回路によりＶＰ３の振幅に対応した直流電圧を出力する
。ＶＰ３の直流電圧は、基準電圧Ｖを例えばポテンショ
メータのような設定素子１５を通して得られた設定電圧
ＶＩ　と、加算器ＡＤ１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。

【０００８】上述の如く構成された制御装置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、ループ一巡の信号がそのように振動しつつ増
大することをあらわすので、音叉１もまた、その周波数
で力学的に振動しつつ、その振動を増大する。これにつ
れ、ＡＣ→ＣＤ変換部１６の入力電圧ＶＰ３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、ＶＰ３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
ループ一巡の信号も音叉１の振幅も一定となる。

【０００９】図１３は図１１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１１Ｂと
しての圧電素子６，６Ａの部分を示す結線図である。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。ここで次式が成立している。

【数１】φ＝Φｓｉｎω０　ｔ

【００１０】一方、プリアンプ３４は、抵抗Ｒ２　の入
力抵抗器３４−１、演算増幅器３４−２、抵抗Ｒ３，Ｒ
４　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Ｖｉ２と圧電
素子６，６Ａの出力電圧ＶＰ２との間には、次の関係が
ある。

【数２】Ｖｉ２＝Ｒ２　Ｃ２　Ｓ／（Ｒ２　Ｃ２　Ｓ＋
１）ＶＰ２但し、Ｓはラプラス演算子である。

【００１１】ここでＶＰ２は次の数３で表わされるので
、

【数３】ＶＰ２＝ＫＶ２Φｓｉｎ　ω０　ｔ（Φ；振
動振幅、ω０；音叉の角周波数）この数３を数２に代入
し、時間領域に変換すれば、次式が得られる。

【数４】 ここで、δ２　はＲ２　Ｃ２　等で決まる位相角である
。

【００１２】一方、変位検出器６，６ＡのゲインＫＶ２
は次式で表わされる。

【数５】 ただし、Ｋｈ２　は変位検出器の寸法で決まる定数、Ｋ
ｂ２　は変位検出器６，６Ａの電気機器結合係数を表わ
す。 数５を数４に代入すれば次式が得られる。

【数６】

【００１３】数６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。

【数７】Ｒ２　＝１／Ｃ２　ω０　 しかしながら図１１に示す自励発振系３５Ａ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４
５゜進んでいることになり、（数６のδ２＝４５゜）、
理想発振系としての９０゜進みの条件が満たされていな
いため、一般には通常のＲ，　Ｃ回路で構成される第１
の４５゜位相器３７をプリアンプ３４の出力段に設けて
いる。

【００１４】また、音叉１の振動振幅φは位相検出器６
，６Ａ及び、プリアンプ３４に関する条件式と４５゜位
相器３７と両者合せて９０゜進んだ信号ＶＰ３となり、
この位相信号ＶＰ３は音叉１の振動振幅φの微分値ｄφ
／ｄｔ（レート）に相当することになる。数１より次式
が成立する。

【数８】ｄφ／ｄｔ＝Φω０　ｃｏｓ　ω０ｔ簡単のた
め、プリアンプ３４、４５゜位相器３７のゲインを１と
し、４５゜位相器３７で位相が４５゜進むとすると、４
５゜位相器３７の出力ＶＰ３は次式で表わされる。

【数９】

【００１５】更に、簡単のためにＡＣ→ＤＣ変換部１６
のゲインを１とすると、後述するように数９の振幅が設
定電圧ＶＩ　に等しくなることから、音叉の振動レート
ｄφ／ｄｔ・ω０　は次式で表わされる

【数１０】

【００１６】上述したように図１１の制御装置３５を含
む自励発振系３５Ａの一巡ループは、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ＶＩ　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ＶＩ
　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。

【００１７】次に、図１２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図９に示す音
叉軸（Ｚ−Ｚ）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Ｆｃ　が夫々発
生し、音叉１を上記音叉軸（Ｚ−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。

【００１８】この場合、図１２の検出系７Ａに示す如く
、上記角振動検出器８１の出力電圧ＶＰ１を、プリアン
プ３２を介してデモジュレータ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（Ｚ−Ｚ）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１−１，１−１の質量
、該振動質量部１−１，１−１間の距離の積を比例定数
ＫＴ　で表わすものとする。音叉軸（Ｚ−Ｚ）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　ω０ｔを微分したものとを乗じたコリ
オリの力Ｆｃ　による交番トルクΩＫＴ　Φω０　ｃｏ
ｓ　ω０ｔ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。 図１２の３１は、音叉１を含む（Ｚ−Ｚ）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ＶＰ１に
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、デモジュレータ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、デモジュレータ３３の基準信号として、
自励発振系３５Ａの制御装置３５内のプリアンプ３４の
出力ＶＰ２′が、検出系７Ａの検出装置７内の９０゜位
相器５０を介して供給されている。

【００１９】尚、ＫＶ１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
１　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、Ｉは音叉軸（Ｚ−Ｚ）まわりの
音叉系の慣性能率、Ｃ１　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（Ｚ−Ｚ）
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、図１４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との一例を示す結線図で、同図に於いて、
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ＶＰ
１＝ＫＶ１θ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Ｒ５
，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の入力電圧Ｖｉ１と圧電素子８１−
１，８１−２の出力電圧ＶＰ１との間には、次式の関係
がある。

【数１１】Ｖｉ１＝Ｒ１　Ｃ１　Ｓ／（Ｒ１　Ｃ１　Ｓ
＋１）ＶＰ１但し、Ｓはラプラス演算子である。

【００２０】ところで、機械系３１は、ΩＫＴ　Φω０
　ｃｏｓω０ｔとし、図１２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Ｋ２　とすると、偏角θは
次式となる。

【数１２】θ＝−Ｋ２　ΩＫＴ　Φω０　ｃｏｓ　ω０
ｔ従って、数１１を時間領域で表わすと次式となる。

【００２１】

【数１３】 ここで、δ１　はＲ１，Ｃ１　等で決まる位相角である
。

【００２２】一方、角振動検出器８１の圧電素子８１−
１，８１−２のゲインＫＶ１は次式で現わされる。

【数１４】 但し、Ｋｈ２　は電圧素子の寸法で決まる定数、Ｋｂ１
　は電圧素子の電気機器結合係数を表わす。

【００２３】数１４を数１３に代入すれば次式が得られ
る。

【数１５】

【００２４】数１５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。

【数１６】Ｒ１　＝１／Ｃ１　ω０　 しかしながら、この条件は、図１４のプリアンプ３２の
入力電圧Ｖｉ１、即ちその出力ＶＰ１′の信号位相を４
５゜進めることになる（数１５で、δ１　＝４５゜を意
味する）。

【００２５】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ＶＰ２
′は数６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ＶＰ１′は数１
５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のプリアンプ３４の出力ＶＰ２′を入
力とする９０゜位相器５０を検出装置７内に設け、合計
９０゜の位相差をもつ信号出力ＶＦ　を、デモジュレー
タ３３の基準信号としてデモジュレータ３３に供給し、
基準信号ＶＦ　とプリアンプ３２の出力ＶＰ１′とが同
位相或いは　１８０゜位相になるように構成している。

【００２６】従って、簡単のため、プリアンプ３２、デ
モジュレータ３３及びフィルタ３６のゲインを１とする
と、数１５より、検出装置７の出力Ｙは次式で表わされ
る。

【数１７】 音叉１の振動レートφωを表わす数１０を数１７に代入
すると、次式が得られる。

【００２７】

【数１８】

【００２８】温度変化の影響をうけない数７及び数１６
を数１８にあてはめると、次式を得る。

【数１９】 上式より図１１及び図１２に示すジャイロ装置は、温度
変化の影響をうけないことが知れる。

【００２９】これを、動作的に簡単に述べると、音叉系
の振動レートｄφ／ｄｔ・ω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。

【００３０】図１２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であり、その検出温度Ｔｉ
　と基準温度ＴＲ　との差、即ちΔＴ＝Ｔｉ−ＴＲ　に
比例した信号を減算器４０Ａより得、これをゲイン調整
器４１に供給する。ゲイン調整器４１は、その入力信号
に比例した電圧Ｖ３　が発生し、その比例ゲインＫ２　
を調整することができ、その出力Ｖ３　をデモジュレー
タ３３の出力に加算器４２で加算入力することにより、
バイアス値の温度に対する一次的な変化を補償する。尚
、図１２に於いて、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Ｒ１＝１／（Ｃ１　ω０），Ｒ２＝１／
（Ｃ２　ω０）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
デモジュレータへの基準出力にも９０゜移相器５０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。

【００３１】

【発明が解決しようとする課題】上述の如き従来のジャ
イロ装置においては、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
、温度の影響を受けないようにし、それでも残るわずか
なバイアス（入力角速度が０のときの出力）の温度感度
を検出装置７内のゲイン調整器４１を用いて、温度に関
する一次補正を行っていたが、実際には検出装置７のバ
イアス出力Ｙは、外気温度に対して高次的に変化するた
め、従来のゲイン調整器４１による補正だけは、バイア
ス出力Ｙの温度感度を完全に無くすことができなかった
。上記の問題点の一つの原因として、音叉１の振動系の
検出圧電素子６，６Ａの静電容量温度係数とヒンジ８０
の角振動検出用圧電素子８１−１，８１−２の静電容量
温度係数とが、完全に一致しないために生ずることがあ
げられる。

【００３２】また、バイアスは入力角速度が０のときの
出力であり、数１８中のΩを０とおけば温度に関係なく
バイアス出力Ｙも０になるはずであるが、実際には音叉
１及びヒンジ８０の加工精度等の問題から音叉１の振動
方向がヒンジ部８０−１，８０−３に対して完全に直行
しておらず、ある一定の力がヒンジ部８０−１，８０−
３に加わることとなり、角速度入力があるかのようにな
っており、今後これを「残留振動」と呼べば、この残留
振動の温度に対する変動もバイアス出力Ｙの温度感度の
原因となる。

【００３３】以下、この問題点についてもう少し詳しく
説明する。ヒンジ８０の角振動検出用圧電素子８１−１
，８１−２の静電容量温度係数α１　を次の数２で表し
、

【数２０】 音叉１の検出圧電素子６，６Ａの静電容量温度係数α２
　を次の数２１で表す。

【数２１】

【００３４】そして、残留角振動Ωを一定として数１８
を温度に対して一回微分すれば次式が得られる。

【数２２】

【００３５】ここで、圧電素子８１−１，８１−２及び
６，６Ａの静電容量Ｃ１　及びＣ２　が温度に対して直
線的に変化するとすれば

【数２３】Ｃ１　＝Ｃ１０（１＋α１　ΔＴ）（Ｃ１０
：基準温度での静電容量）， Ｃ２　＝Ｃ２０（１＋α２　ΔＴ） （Ｃ２０：基準温度での静電容量） となり、数２３及び静電容量変化によるスケールファク
タの温度感度なしの条件である数７及び数１６を数２２
に代入し、整理すれば次式が得られる。

【数２４】

【００３６】更に数２４の分母、分子のΔＴ２　の項は
無視でき、 １＋α１　ΔＴ≒１，　　１＋α２　ΔＴ≒１が成り立
つ場合には

【数２５】 となり、これを図示すれば図１５のようになる。

【００３７】図１５に示すように、音叉１の検出圧電素
子６，６Ａとヒンジ８０の角振動検出用圧電素子８１−
１，８１−２に静電容量温度係数の差がある場合は、検
出装置７のバイアス出力Ｙの温度傾斜（１／Ｙ）・（ｄ
Ｙ／ｄＴ）は、正又は負の勾配を持つことになり、その
結果、検出装置７のバイアス出力Ｙは、温度に対して二
次的な分布となる。更に、残留角振動Ωが音叉１、ヒン
ジ８０の温度に対する内部応力の変化等によりヒンジ部
８０−１，８０−３に対して音叉１の振動方向が変化す
ることもあり、例えば残留角振動Ωが温度に対して一次
的に変化したとすれば、バイアス出力Ｙは図１６に示す
二次的な変化と残留角振動の一次的な変化の積となり、
図１７に示すように温度に対して三次的な変化を示すよ
うになる。残留角振動Ωが温度に対して二次、三次と変
化した場合は、バイアス出力Ｙは温度に対して４次、５
次的な変化をするようになる。このため、ジャイロ装置
を例えば車載ナビゲーション用として用いようとする場
合等、ジャイロ装置の使用温度範囲が広くなると、特に
その低温側と高温側で大きなバイアス変動が生じてしま
う問題があった。

【００３８】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
もので、その目的は上記従来の課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。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明によるジャイロ装
置は例えば図１に示すように、音叉（図９の１）と、こ
の音叉に生ずるコリオリ力によるモーメントを検出する
検出部（図９の８１−１，８１−２）と、その音叉を自
励発振させるための制御装置（図１１の３５）と、その
検出部から生ずる信号を処理するためのデモデュレータ
（３３）とを有するジャイロ装置において、任意関数発
生回路（４４）を用いて温度センサ（４０）から得られ
た温度と基準温度との温度差から温度に関して高次的な
任意の信号を発生させ、この発生された信号をそのデモ
デュレータ（３３）の出力に加えるようになしたもので
ある。

【００４０】また、本発明は上記のジャイロ装置におい
て、その任意関数発生回路（４４）が例えば図２に示す
ように、温度信号発生回路（４５）と折線関数発生回路
（４６）とより成るものである。

【００４１】

【作用】本発明による任意関数発生回路（４４）によれ
ば、基準温度と温度センサ（４０）より得られる外部温
度との差から温度に対して任意の信号を作り出し、その
信号をデモジュレータ３３の出力に加算することにより
、例えば音叉（１）の検出圧電素子（６，６Ａ）の静電
容量温度係数とヒンジ８０の角振動検出用圧電素子（８
１−１，８１−２）の静電容量温度係数との差や、残留
振動の変化にともなう温度に対して高次的なバイアスの
温度変動を補償することができる。

【００４２】

【実施例】図１は、本発明によるジャイロ装置の一実施
例の検出系７Ａを示すブロック図である。この図１にお
いて、図１２に示す従来例と同じ部分は同じ符号で示し
、それ等の詳細説明は省略する。またジャイロ装置とし
ての基本的な動作も、従来例と同様であるので、その説
明を省略する。図１の本発明の一実施例と、図１２の従
来例との違いは、図１の本発明の例においては、新たに
任意関数発生回路４４を、ゲイン調整器４１と並列に設
けたことにある。以下この任意関数発生回路４４につい
て述べる。

【００４３】まず、音叉１（図９で図示されている。）
の近傍に設けた温度センサ４０により、音叉１の近傍の
温度Ｔｉ　を検出し、さらにこの温度Ｔｉ　と基準温度
ＴＲ　とを減算器４０Ａで比較し、その差ΔＴ＝Ｔｉ−
ＴＲを任意関数発生回路４４に入力し、これにより温度
に関する任意の関数出力であるＶ４　を得ることができ
る。従来のジャイロ装置としては、温度に関して検出装
置７のバイアス出力は高次的な分布を示すが、これを補
償するように任意関数発生回路４４と温度に関する一次
補正回路であるゲイン調整器４１のゲインＫ２　及びバ
イアス修正回路４３を調整する。

【００４４】ゲイン調整器４１及び任意関数発生回路４
４から出力された電圧Ｖ３　及びＶ４　を加算器４８で
加算し、この加算出力Ｖ５をデモジュレータ３３の出力
に加算器４２で加算入力することにより、バイアス値の
温度に対する高次的な補償をすることができ、温度に対
して影響を受けないジャイロ装置を得ることができる。

【００４５】図２は本発明の主要部である任意関数発生
回路４４の一実施例である。この図２に示すように、任
意関数発生回路４４は温度信号発生回路４５と折線関数
発生回路４６とからなる。温度信号発生回路４５は温度
差信号ΔＴを入力とし、バイアス電圧＋ＶＢＴを加えて
使用温度範囲（ＴＭＩＮ〜ＴＭＡＸ）において、正電圧
の温度信号＋ＥＴ　と負電圧の温度信号−ＥＴ　を折線
関数発生回路４６に出力するものである。折線関数発生
回路４６は、温度信号発生回路４５から接続端子４５ｃ
及び４６ｃを介して供給されるの正の温度信号＋ＥＴ　
と温度信号発生回路４５から接続端子４５ｂ及び４６ｂ
を介して供給される負の温度信号−ＥＴ　とを入力とし
、これらをバイアス電圧−ＶＢ　とバイアス電圧＋ＶＢ
　とそれぞれ比較してダイオードの非直線特性を利用し
て折線関数を作り出す回路である。

【００４６】温度信号発生回路４５において、温度差信
号ΔＴを入力端子４５ａ及び抵抗器４５−３を介して演
算増幅器４５−１の反転入力端子に供給し、この演算増
幅器４５−１の出力端子と反転入力端子との間に抵抗器
４５−４を接続し、バイアス電圧＋ＶＢＴが供給されて
いる端子と演算増幅器４５−１の反転入力端子との間に
抵抗器４５−５を接続し、また演算増幅器４５−１の非
反転入力端子を抵抗器４５−６を介してアース電位に接
続し、演算増幅器４５−１の出力端子と演算増幅器４５
−２の反転入力端子との間に抵抗器４５−７を接続し、
演算増幅器４５−２の出力端子と反転入力端子との間に
抵抗器４５−８を接続し、演算増幅器４５−２の非反転
入力端子とアース電位との間に抵抗器４５−９を接続し
、演算増幅器４５−１の出力電圧である負の温度信号−
ＥＴ　を接続端子４５ｂに供給し、演算増幅器４５−２
の出力電圧である正の温度信号＋ＥＴ　を接続端子４５
ｃに供給する。

【００４７】折線関数発生回路４６において、正の温度
信号＋ＥＴ　が供給される接続端子４６ｃに（ｎ＋１）
個の抵抗器４６ＴＮ０，４６ＴＮ１〜４６ＴＮｎを接続
し、これら（ｎ＋１）個の抵抗器のそれぞれとバイアス
電圧−ＶＢ　が供給される端子との間に抵抗器４６ＢＮ
０，４６ＢＮ１〜４６ＢＮｎを接続し、演算増幅器４６
−１の反転入力端子に抵抗器４６ＴＮ０と４６ＢＮ０と
の接続点及びｎ個のダイオード４６ＤＮ１〜４６ＤＮｎ
のカソードを接続し、前記の抵抗器４６ＴＮ０と４６Ｂ
Ｎ０との接続点を除くｎ個の抵抗器同士の接続点と前記
ｎ個のダイオード４６ＤＮ１〜４６ＤＮｎのカソードと
を接続する。

【００４８】また、負の温度信号−ＥＴ　が供給される
接続端子４６ｂに（ｍ＋１）個の抵抗器４６ＴＰ０，４
６ＴＰ１〜４６ＴＰｍを接続し、これら（ｍ＋１）個の
抵抗器のそれぞれとバイアス電圧＋ＶＢ　が供給される
端子との間に（ｍ＋１）個の抵抗器４６ＢＰ０，４６Ｂ
Ｐ１〜４６ＢＰｍを接続し、演算増幅器４６−１の反転
入力端子に抵抗器４６ＢＰ０と４６ＴＰ０との接続点及
びｍ個のダイオード４６ＤＰ１〜４６ＤＰｍのアノード
を接続し、前記抵抗器４６ＢＰ０と４６ＴＰ０との接続
点を除くｍ個の抵抗器同士の接続点と前記ｍ個のダイオ
ード４６ＤＰ１〜４６ＤＰｍのカソードとを接続し、演
算増幅器４６−１の出力端子と反転入力端子との間に抵
抗器４６−２を接続し、演算増幅器４６−１の非反転入
力端子とアース電位との間に抵抗器４６−３を接続する
。演算増幅器４６−１の出力である任意関数発生回路４
４の出力Ｖ４　を出力端子４６ａに供給する。

【００４９】任意関数発生回路４４の動作を図３から図
５を参照して説明する。任意関数発生回路４４の温度信
号発生回路４５の入出力特性は図３に示すように、音叉
温度Ｔｉに対して温度差信号ΔＴが特性ａ３１のように
得られるものとする。抵抗器４５−３，４５−４及び４
５−５の抵抗値をそれぞれＲ４５３，Ｒ４５４及びＲ４
５５とする。演算増幅器４５−１の出力としては特性ａ
３２に示す−（Ｒ４５４／Ｒ４５３）・ΔＴとバイアス
電圧＋ＶＢＴによる電圧（−Ｒ４５４／Ｒ４５５）・（
＋ＶＢＴ）との和として特性ａ３３の負の温度信号−Ｅ
Ｔ　が得られる。抵抗器４５−７，４５−８の抵抗値Ｒ
４５７，Ｒ４５８が等しいとすると、演算増幅器４５−
２の出力は、−（Ｒ４５８／Ｒ４５７）・（−ＥＴ　）
＝−（−ＥＴ　）となり、信号の極性が正となり特性ａ
３４の正の温度信号＋ＥＴ　が得られる。

【００５０】図４及び図５を参照して折線関数発生回路
４６の動作を説明する。簡単のため、ダイオード４６Ｄ
Ｎ１〜４６ＤＮｎ及び４６ＤＰ１〜４６ＤＰｍの順方向
電圧は０とする。抵抗器４６ＢＮ１〜４６ＢＮｎ及び４
６ＴＮ１〜４６ＴＮｎの抵抗値をそれぞれＲＢＮ１〜Ｒ
ＢＮｎ及びＲＴＮ１〜ＲＴＮｎとし、抵抗器４６ＢＰ１
〜４６ＢＰｍ及び４６ＴＰ１〜４６ＴＰｍの抵抗値をそ
れぞれＲＢＰ１〜ＲＢＰｍ及びＲＴＰ１〜ＲＴＰｍとす
る。

【００５１】図４Ａは、正の温度信号＋ＥＴ　の個々の
折線回路に対する演算増幅器４６−１の出力Ｖ４　への
寄与を示す。抵抗器４６ＢＮ１，４６ＴＮ１及びダイオ
ード４６ＤＮ１からなる折線回路のみが演算増幅器４６
−１の入力回路であるとして考える。正の温度信号＋Ｅ
Ｔ　が０電圧では負のバイアス電圧−ＶＢ　がダイオー
ド４６ＤＮ１を逆バイアスしているので、演算増幅器４
６−１に電流が流れ込まないため演算増幅器４６−１の
出力Ｖ４　は０である。正の温度信号＋ＥＴ　が０から
増加して行くと、＋ＥＴ　＝（ＲＴＮ１／ＲＢＮ１）Ｖ
Ｂ　の点（図４ＡのＮ１点）から−（Ｒ４６２／ＲＴＮ
１）のゲインを持つ折線ａ４１が得られる。同様に、Ｎ
２点で折れた折線カーブａ４２が得られ、更に図示省略
したＮ３〜Ｎｎ点にて折れた折線カーブが得られる。

【００５２】図４Ｂは、負の温度信号−ＥＴ　の個々の
折線回路に対する演算増幅器４６−１の出力を示す。抵
抗器４６ＢＰ１，４６ＴＰ１及びダイオード４６ＤＰ１
からなる折線回路のみが演算増幅器４６−１の入力回路
であると考える。負の温度信号−ＥＴ　が０電圧では正
のバイアス電圧＋ＶＢ　がダイオード４６ＤＰ１を逆バ
イアスしているので、演算増幅器４６−１に電流が流れ
込まないため演算増幅器４６−１の出力Ｖ４　は０であ
る。負の温度信号−ＥＴ　が０から増加していくと、−
ＥＴ　＝−（ＲＴＰ１／ＲＢＰ１）ＶＢ　の点（図４Ｂ
のＰ１点）から−（Ｒ４６２／ＲＴＰ１）のゲインを持
つ折線ａ４３が得られる。同様に、Ｐ２点にて折れた折
線カーブａ４４が得られ、図示省略したＰ３〜Ｐｍ点に
て折れた折線カーブが得られる。図４Ａ及びＢを加算す
ると図４Ｃを得る。

【００５３】また、図５Ａ及びＢは図２に示す抵抗器４
６ＢＮ０，４６ＴＮ０，４６ＢＰ０及び４６ＴＰ０の回
路それぞれに対する演算増幅器４６−１の出力Ｖ４　を
示す。抵抗器４６ＢＮ０及び４６ＢＰ０からの寄与分は
図５Ａの直線ａ５１及び図５Ｂの直線ａ５３で示すよう
に、それぞれ正の温度信号＋ＥＴ　及び負の温度信号−
ＥＴ　に無関係で一定値であり、図１２の従来例に示す
バイアス修正回路４３の機能と同じものである。更に、
抵抗器４６ＴＮ０，４６ＴＰ０からの寄与分としてそれ
ぞれ図５Ａの直線ａ５２及び図５Ｂの直線ａ５４で示す
ように、温度信号に比例した信号が得られるが、これは
図１２の従来例に示すゲイン調整器４１の機能と同じも
のである。ここでは修正動作の説明上記載する。

【００５４】抵抗器４６ＢＮ０，４６ＴＮ０，４６ＢＰ
０及び４６ＴＰ０の抵抗値をそれぞれＲＢＮ０，ＲＴＮ
０，ＲＢＰ０及びＲＴＰ０とすると、バイアス修正は図
５Ａの直線ａ５１及び図５Ｂの直線ａ５３に示すように
それぞれ（Ｒ４６２／ＲＢＮ０）・ＶＢ　及び−（Ｒ４
６２／ＲＢＰ０）・ＶＢ　で与えられる。温度信号に比
例した信号即ち一次補正は、図５Ａの直線ａ５２及び図
５Ｂの直線ａ５４に示すようにそれぞれゲイン−（Ｒ４
６２／ＲＴＮ０）及び（Ｒ４６２／ＲＴＰ０）の直線と
なる。バイアス修正及び一次補正を図５Ｂであるとして
、これと図４Ｃとを加算すると図５Ｃの特性を得る。

【００５５】上述の動作説明から明かなように、正の温
度信号＋ＥＴ　及び負の温度信号−ＥＴ　に対する個々
の折線回路の折れ点及びゲインは任意に選択可能であり
、それぞれ複数個の折線回路を用いることで任意の特性
を得ることができる。温度信号発生回路４５の特性を示
す図３及び折線関数発生回路４６の特性を示す図５Ｃと
を合成すると、任意関数発生回路４４の出力Ｖ４　は図
５Ｄに示すようになる。

【００５６】一般的には、任意関数発生回路４４は上記
理由により任意の関数を発生させることができる。この
任意関数発生回路４４の出力Ｖ４　は、図１７に示す従
来のジャイロ装置の検出装置７の温度によるバイアス出
力の高次的な分布と同型であるので、減算すれば殆どす
べてのバイアスが補償できることは明白であろう。なお
、簡易化のため同型で示したが、修正信号の極性を反転
して加算しても同様である。

【００５７】次に任意関数発生回路４４の温度信号発生
回路４５の他の例を図６に示し、この図６において、図
２に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を
省略する。図６において、４５´は本例の温度信号発生
回路を示し、この温度信号発生回路４５´において、抵
抗器４５−５に供給するバイアス電圧はバイアス電圧−
ＶＢＴとし、演算増幅器４５−１の出力電圧として得ら
れる正の温度信号＋ＥＴ　を接続端子４５ｃに供給し、
演算増幅器４５−２の出力電圧として得られる負の温度
信号−ＥＴ　を接続端子４５ｂに供給する。他の構成は
図２の例と同じである。

【００５８】本例の温度信号発生回路４５´の動作を図
７を参照して説明する。温度信号発生回路４５の入出力
特性は音叉温度Ｔｉに対して温度差信号ΔＴが特性ａ７
１のように得られるものとする。抵抗器４５−３，４５
−４及び４５−５の抵抗値をそれぞれＲ４５３，Ｒ４５
４及びＲ４５５とする。演算増幅器４５−１の出力はカ
ーブａ７２に示す−（Ｒ４５４／Ｒ４５３）・ΔＴとバ
イアス電圧−ＶＢＴによる電圧（Ｒ４５４／Ｒ４５５）
・ＶＢＴの和として、特性ａ７３で示すように正の温度
信号＋ＥＴ　となる。抵抗器Ｒ４５−７，Ｒ４５−８の
抵抗値Ｒ４５７，Ｒ４５８が等しいとすると、演算増幅
器４５−２の出力は−（Ｒ４５８／Ｒ４５７）・（＋Ｅ
Ｔ　）＝−（＋ＥＴ　）となり、信号の極性が負となり
特性ａ７４に示す負の温度信号−ＥＴ　が得られる。

【００５９】図６の温度信号発生回路４５´の特性を示
すこの図７は、使用温度範囲（ＴＭＩＮ〜ＴＭＡＸ）の
上限ＴＭＡＸ　において正の温度信号＋ＥＴ　及び負の
温度信号−ＥＴ　が０となるようにしたことが、図２の
温度信号発生回路４５と異なっている。しかしながら、
この図７に示す正の温度信号＋ＥＴ　及び負の温度信号
−ＥＴ　を図２の折線関数発生回路４６に供給すれば、
任意関数を発生することができることは明白である。

【００６０】次に、図２の折線関数発生回路４６の他の
例を図８に示す。この図２と対応する部分に同一符号を
付して示す図８において、正の温度信号＋ＥＴ　が供給
されている接続端子４６ｃに抵抗器４６ＴＮ０，４６Ｔ
Ｎ１〜４６ＴＮｎの一端及び演算増幅器４６ＣＮ１〜４
６ＣＮｎの非反転入力端子を共通に接続し、正のバイア
ス電圧＋ＶＢ　が供給される端子に抵抗器４６ＢＮ０，
４６ＢＮ１１〜４６ＢＮｎ１の一端を接続し、抵抗器４
６ＢＮ１１〜４６ＢＮｎ１の他端を演算増幅器４６ＣＮ
１〜４６ＣＮｎの反転入力端子及び抵抗器４６ＢＮ１２
〜４６ＢＮｎ２の一端に接続し、演算増幅器４６ＣＮ１
〜４６ＣＮｎの出力端子をそれぞれダイオードＤＮ１〜
ＤＮｎのカソードに接続し、ダイオードＤＮ１〜ＤＮｎ
のアノードをそれぞれ抵抗器ＲＮ１〜ＲＮｎの一端及び
ＦＥＴであるＱＮ１〜ＱＮｎのゲートに接続し、抵抗器
４６ＴＮ１〜４６ＴＮｎの他端をそれぞれＦＥＴである
ＱＮ１〜ＱＮｎのドレインに接続し、抵抗器４６ＢＮ１
２〜４６ＢＮｎ２及び抵抗器ＲＮ１〜ＲＮｎを共通に接
地し、抵抗器４６ＢＮ０，４６ＴＮ０の他端及びＦＥＴ
であるＱＮ１〜ＱＮｎのソースを共通に演算増幅器４６
−１の反転入力端子に接続する。

【００６１】また、負の温度信号−ＥＴ　が供給されて
いる接続端子４６ｂに抵抗器４６ＴＰ０，４６ＴＰ１〜
４６ＴＰｍの一端及び演算増幅器４６ＣＰ１〜４６ＣＰ
ｍの反転入力端子を共通に接続し、負のバイアス電圧−
ＶＢが供給される端子に抵抗器４６ＢＰ０，４６ＢＰ１
１〜４６ＢＰｍ１の一端を接続し、抵抗器４６ＢＰ１１
〜４６ＢＰｍ１の他端を演算増幅器４６ＣＰ１〜４６Ｃ
Ｐｍの非反転入力端子及び抵抗器４６ＢＰ１２〜４６Ｂ
Ｐｍ２の一端に接続し、演算増幅器４６ＣＰ１〜４６Ｃ
Ｐｍの出力端子をそれぞれダイオードＤＰ１〜ＤＰｍの
アノードに接続し、ダイオードＤＰ１〜ＤＰｎのカソー
ドをそれぞれ抵抗器ＲＰ１〜ＲＰｍの一端及びＦＥＴで
あるＱＰ１〜ＱＰｍのゲートに接続し、抵抗器４６ＴＰ
１〜４６ＴＰｍの他端をそれぞれＦＥＴであるＱＰ１〜
ＱＰｍのドレインに接続し、抵抗器４６ＢＰ１２〜４６
ＢＰｍ２及び抵抗器ＲＰ１〜ＲＰｍの他端を共通に接地
し、抵抗器４６ＢＰ０，４６ＴＰ０の他端及びＦＥＴで
あるＱＰ１〜ＱＰｍのソースを共通に演算増幅器４６−
１の反転入力端子に接続する。

【００６２】図８の折線関数発生回路によっても図２の
折線関数発生回路４６と同様に種々の折線関数を発生す
ることができる。なお、本発明は上述実施例に限定され
ず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採り得
ることは勿論である。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下に列挙する効果が得られる。従来例においては、例
えば音叉１の検出圧電素子６，６Ａとヒンジ８０の角振
動検出用圧電素子８１−１，８１−２の圧電素子容量温
度係数との間に違いがある場合、図１６に示すようにバ
イアス出力Ｙは温度に対して二次的な分布を示す。また
、残留振動Ωが温度に関して一次的に変化した場合は、
図１７に示すように温度に関して三次的なバイアス出力
の変化を示す。更に、温度に対して残留振動Ωが二次的
、三次的に変化した場合は、バイアス出力Ｙも四次、五
次的な変化となり複雑な変化となっていた。しかしなが
ら、本発明によれば、任意関数発生回路４４により、バ
イアス出力の温度に関する高次的な分布を補償すること
ができ、広い温度範囲にわたってバイアス出力Ｙの温度
感度を無くすことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるジャイロ装置の一実施例の検出系
のブロック図である。

【図２】図１の回路中の任意関数発生回路４４の一例を
示す構成図である。

【図３】図２の回路中の温度信号発生回路４５の動作特
性図である。

【図４】図２の回路中の折線関数発生回路４６の動作特
性図の一部である。

【図５】図２の回路中の折線関数発生回路４６の動作特
性図の残部である。

【図６】図１の回路中の任意関数発生回路４４の他の例
を示す構成図である。

【図７】図６の任意関数発生回路の動作説明図である。

【図８】図２の回路中の折線関数発生回路の他の例を示
す構成図である。

【図９】従来のジャイロ装置の一部を除いた斜視図であ
る。

【図１０】図９の要部の軸（Ｚ−Ｚ）方向より見た側面
図である。

【図１１】従来の自励発振系の一例を示すブロック図で
ある。

【図１２】従来の検出系の一例を示すブロック図である
。

【図１３】図１１におけるプリアンプ３４と圧電素子６
，６Ａの結線図である。

【図１４】図１２におけるプリアンプ３２と圧電素子８
１−１，８１−２の結線図である。

【図１５】温度と検出装置７のバイアス出力Ｙの温度一
回微分の関係を示す線図である。

【図１６】温度と検出装置７のバイアス出力Ｙとの関係
を示す線図である。

【図１７】温度と検出装置のバイアス出力Ｙとの関係を
示す線図である。

【符号の説明】

１　　音叉 ７　　検出装置 ７Ａ　　検出系 ３３　　デモジュレータ ３５　　制御装置 ３５Ａ　　自励発振系 ４０　　温度センサ ４４　　任意関数発生回路 ４５　　温度信号発生回路 ４６　　折線関数発生回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　音叉と、該音叉に生ずるコリオリ力に
   よるモーメントを検出する検出部と、上記音叉を自励発
   振させるための制御装置と、上記検出部から生ずる信号
   を処理するためのデモデュレータとを有するジャイロ装
   置において、任意関数発生回路を用いて温度センサから
   得られた温度と基準温度との温度差から温度に関して高
   次的な任意の信号を発生させ、該発生された信号を上記
   デモデュレータの出力に加えるようになしたことを特徴
   とするジャイロ装置。
2. 【請求項２】　　上記任意関数発生回路は温度信号発生
   回路と折線関数発生回路とより成ることを特徴とする請
   求項１記載のジャイロ装置。