JPH05302833A

JPH05302833A - 圧電式振動ジャイロの直流増幅回路

Info

Publication number: JPH05302833A
Application number: JP4085420A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Hosokawa; 靖彦細川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1993-11-16
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: JP3232638B2

Abstract

(57)【要約】【目的】低温域、常温域、高温域の全範囲で感度の温度
変化幅を低減することの出来る圧電式振動ジャイロの直
流増幅回路を提供する。【構成】圧電式振動ジャイロの出力から得られた直流信
号を演算増幅器４１の一方の入力端子（＋端子）に与
え、他方の入力端子（−端子）に基準電位Ｖsを与え、
かつ、上記他方の入力端子と出力端子４６との間にフィ
ードバックループを接続した直流増幅回路において、上
記フィードバックループに固定抵抗４４と第１の温度補
正用サーミスタ４３との直列回路を挿入し、かつ上記基
準電位Ｖsと上記他方の入力端子との間に第２の温度補
正用サーミスタ４５を挿入し、第１のサーミスタ４３の
低温域での抵抗値の増大による感度の急激な増加を第２
のサーミスタ４５によって抑制した圧電式振動ジャイロ
の直流増幅回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、圧電型振動ジャイロ
における感度の温度依存性を補正する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の圧電型振動ジャイロとしては、例
えば図１０に示すようなものがある。一般に、振動して
いる物体に角速度が加えられると、振動方向と直角方向
にコリオリ力が発生する。振動ジャイロは上記の現象を
利用したものであり、振動子１１に振動子駆動用の圧電
素子１２Ａ、１２Ｂを接着し、発振回路１４から圧電素
子１２Ａ、１２Ｂに電圧を加えて振動子１１を振動させ
る。この状態で角速度が加えられると、発生したコリオ
リ力によって検出用の圧電素子１３Ｌ、１３Ｒに歪が生
じ、その表面に電荷が発生する。この圧電素子１３Ｌと
１３Ｒの検出電圧の増減方向は逆位相となるため、その
出力を差動増幅回路１５で差動増幅し、同期検波回路１
６で同期検波したのち直流増幅回路１７で直流増幅する
ことによって角速度を検出することが出来る。図１１は
図１０における各ブロックの出力信号波形を示す図であ
る。また、図１２に示すように、振動子が３角柱のタイ
プも知られている。図１２において、２１は振動子、２
２は圧電素子、２３Ｌ、２３Ｒは検出用圧電素子、２４
は発振回路、２５は差動増幅回路、２６は同期検波回
路、２７は直流増幅回路であり、動作原理は図１０と同
様である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の圧
電型振動ジャイロにおいては、圧電素子の圧電定数ｄ₃₁
の温度依存性のため、温度が変化すると検出感度が変化
する。この検出感度の温度特性を補正する手段として
は、例えば、図３に示すように、直流増幅回路のフィー
ドバック抵抗として固定抵抗４４とサーミスタ４３との
直列回路を用いて温度補正を行なう回路がある。しか
し、このような回路では、図７の一点鎖線６で示すよう
に、低温域でサーミスタの抵抗増加による増幅率の増加
が大きくなるため、図５の一点鎖線６に示すように、低
温域で感度が極端に大きくなり、全体としての温度特性
が悪くなるという問題がある。また、低温域における上
記の抵抗増加分を抑えるため、図４に示すように、サー
ミスタ４３と並列に固定抵抗７１を接続する回路も考え
られるが、その場合には、図５の破線７で示すように、
常温域における補正効果が小さくなり、感度の変動分を
小さく抑えることが出来ないという問題があった。な
お、上記図３〜図７の詳細については実施例の項で詳述
する。

【０００４】本発明は、上記のごとき従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、低温域、常温域、
高温域の全範囲で感度の温度変化幅を低減することの出
来る圧電式振動ジャイロの直流増幅回路を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、本発明においては、直流増
幅回路のフィードバックループに固定抵抗と第１の温度
補正用サーミスタとの直列回路を挿入し、かつ、基準電
位Ｖsと演算増幅器の入力端子との間に第２の温度補正
用サーミスタを挿入したものである。

【０００６】

【作用】基準電位Ｖsと演算増幅器の入力端子との間に
は、通常は固定抵抗（例えば図３の６１）が接続される
が、本発明においては、この固定抵抗の代わりに第２の
サーミスタを用いている。そのため、低温域において、
フィードバックループに挿入された第１のサーミスタの
抵抗値が増加した場合には、上記第２のサーミスタの抵
抗値も増加するので、低温域における演算増幅器の増幅
率の大幅な増加を抑えることが出来る。したがって常温
域、高温域においては、第１のサーミスタによって温度
による感度変化を抑え、低温域においては上記のように
第２のサーミスタによって第１のサーミスタによる過剰
補正を抑制するので、全体の範囲において感度変化を小
さくすることが出来る。

【０００７】

【実施例】図１は、この発明の一実施例の回路図であ
り、例えば、前記図１０における直流増幅回路１７の部
分に相当する直流増幅回路を示す。図１において、演算
増幅器４１の一方の入力端子（＋端子）には、圧電式振
動ジャイロの出力から得られた直流信号（例えば図１０
の同期検波回路１６の出力）が与えられる。また、演算
増幅器４１の他方の入力端子（−端子）と出力端子４６
間には、フィーバックループとして、積分用のコンデン
サ４２と、信号増幅用の固定抵抗４４と温度補正用サー
ミスタ４３との直列回路とを、並列に接続している。ま
た、所定の基準電位Ｖsと演算増幅器４１の他方の入力
端子との間にはサーミスタ４５を挿入している。このサ
ーミスタ４５は、低温域における増幅率増加を抑える作
用を有する。なお、基準電位Ｖsは、角速度が０のとき
の出力電位を決定するものである。

【０００８】次に、図２〜図４は、前記図１の作用を説
明するための回路図であり、図２は温度補正のない回
路、図３はフィードバックループに温度補正用のサーミ
スタ４３を設けた回路、図４は図３のサーミスタ４３に
並列に固定抵抗７１を接続した回路である。また、図５
〜図９は図１〜図４の各回路における温度特性図であ
り、図５および図６は振動ジャイロの圧電素子と直流増
幅回路の全体の感度の温度特性図、図７および図８は直
流増幅回路における増幅率の温度特性図、図９はサーミ
スタの抵抗値の温度特性図である。

【０００９】以下、図２〜図９を参照しながら図１の回
路の作用を説明する。まず、図２に示す温度補正のない
直流増幅回路を用いた場合における全体の感度の温度特
性は、図５の実線５に示すようになる。この場合の直流
増幅回路の増幅率は、抵抗５１の抵抗値をＲ₅₁、抵抗５
２の抵抗値をＲ₅₂とすると、下記（数１）式に示すよう
になる。（Ｒ₅₁＋Ｒ₅₂）／Ｒ₅₂ …（数１）この場合における全体の感度は、図５の実線５で示すよ
うに直線となり、温度変化に比例して変化する。

【００１０】次に、図３に示す回路のように、フィード
バックループにサーミスタ４３を追加して温度特性を補
正した場合における感度の温度特性は、図５の一点鎖線
６で示すようになる。この場合には、直流増幅回路の増
幅率は下記（数２）式で示すようになる。（Ｒ₄₃＋Ｒ₄₄＋Ｒ₆₁）／Ｒ₆₁ …（数２）上記（数２）式において、サーミスタ４３の抵抗値Ｒ₄₃
は図９の実線で示すように変化するので、（数２）式で
示される増幅率は図７の一点鎖線６に示すように、常温
域、高温域では高温になればなるほど増幅率は小さくな
るため、圧電素子の温度特性を補正することが出来る。
しかし、図９の特性から判るように、低温域ではサーミ
スタ４３の抵抗値が極端に大きくなるため、図７に示す
ように増幅率も低温域で極端に大きくなる。そのため圧
電素子の温度特性を含めた全体の感度は、図５の一点鎖
線６で示すように低温域で急激に増加した特性となり、
低温域、常温域、高温域の全体を考慮した場合、感度の
変化幅は補正前に比べてあまり減少しないことになって
しまう。

【００１１】次に、図４に示すように、図３のサーミス
タ４３に並列に固定抵抗７１を接続し、低温域における
サーミスタ４３の抵抗増加分を抑えた回路においては、
増幅率は下記（数３）式に示すようになる。

【００１２】

【数３】

【００１３】上記（数３）式の特性は、図７の破線７で
示すようになる。すなわち、この場合には、低温域での
急激な増加は抑制されるが、常温域、高温域での変化率
も抑えられてしまうため、全体の感度の温度特性は図５
の破線７で示すようになる。すなわち、低温域での特性
はサーミスタ４３のみの場合に比べて良くなるが、常温
域、高温域での特性はサーミスタ４３のみの場合に比べ
て悪くなってしまう。

【００１４】次に、図１に示す本発明の回路において
は、常温域、高温域での感度変化率はサーミスタ４３の
みの場合と同等に抑え、しかも低温域での感度の急激な
増加を抑制するため、基準電位Ｖsと演算増幅器４１の
入力端子（−端子）との間の固定抵抗の代わりに、サー
ミスタ４５を挿入している。この場合の増幅率は、サー
ミスタ４５の抵抗をＲ₄₅とすれば、下記（数４）式で示
される。（Ｒ₄₃＋Ｒ₄₄＋Ｒ₄₅）／Ｒ₄₅ …（数４）サーミスタ４５の抵抗の温度特性を図９の破線で示すよ
うな特性とすれば、（数４）式の特性は、図８の破線４
で示すようになり、したがって全体の感度は図６の破線
４のようになる。図８から判るように、図１の回路にお
いては、図３の回路の特性（一点鎖線６）に比べて低温
域の感度の急激な増加は抑制され、しかも常温域、高温
域での変化率は図３の回路と同等に抑えることが出来
る。したがって、全体の範囲にわたって感度の変化幅を
小さくすることが出来る。

【００１５】なお、サーミスタ４３と４５の特性は、次
のように設定することによって良好な結果が得られる。
すなわち、図９の特性に示すように、サーミスタの温度
に対する抵抗変化率を直線近似した場合、常温域、高温
域での直線の傾きの絶対値が、サーミスタ４５よりもサ
ーミスタ４３の方が大きくなるようにし、かつ、高温域
での直線近似の漸近線と低温域での直線近似の漸近線が
交わる温度が、サーミスタ４５よりもサーミスタ４３の
方が高くなるように、すなわち、抵抗値の温度変化率が
顕著に変わる温度がサーミスタ４３の方が高くなるよう
に設定する。

【００１６】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、感度の温度補正用として演算増幅器のフィードバ
ックループに第１のサーミスタを挿入し、かつ、このサ
ーミスタの低温域での抵抗値の増大による感度の急激な
増加を抑制するために、基準電位Ｖsと演算増幅器の入
力端子との間に第２のサーミスタを接続するように構成
したことにより、常温域および高温域での感度の温度変
化率をサーミスタ１個による補正方法と同等に小さく抑
えることが出来、しかも低温域での感度の温度変化幅を
大幅に小さくすることが出来るので、広い温度範囲で感
度の変化幅を小さくすることが出来る、という効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直流増幅回路の一実施例の回路図。

【図２】温度補正機能のない直流増幅回路の一例の回路
図。

【図３】フィードバックループにサーミスタを用いた直
流増幅回路の回路図。

【図４】サーミスタに並列に固定抵抗を接続した直流増
幅回路の回路図。

【図５】図２〜図４の直流増幅回路を用いた場合におけ
る全体の感度の温度特性図。

【図６】図１および図３の直流増幅回路を用いた場合に
おける全体の感度の温度特性図。

【図７】図３および図４の直流増幅回路における増幅率
の温度特性図。

【図８】図１および図３の直流増幅回路における増幅率
の温度特性図。

【図９】サーミスタの抵抗値の温度特性図。

【図１０】従来の圧電式振動ジャイロの全体の構成を示
す一例の回路図。

【図１１】図１０における信号波形図。

【図１２】従来の圧電式振動ジャイロの全体の構成を示
す他の一例の回路図。

【符号の説明】

１１…振動子１２Ａ、１２Ｂ…圧電素子１３Ｌ、１３Ｒ…検出用圧電素子１４…発振回路１５…差動増幅回路１６…同期検波回路１７…直流増幅回路２１…振動子２２…圧電素子２３Ｌ、２３Ｒ…検出用圧電素子２４…発振回路２５…差動増幅回路２６…同期検波回路２７…直流増幅回路４１…演算増幅器４２…コンデンサ４３…サーミスタ４４…抵抗４５…サーミスタ４６…出力端子５１、５２、６１、７１…抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電式振動ジャイロの出力から得られた直
流信号を演算増幅器の一方の入力端子に与え、他方の入
力端子に基準電位を与え、かつ、上記他方の入力端子と
出力端子との間にフィードバックループを接続した直流
増幅回路において、上記フィードバックループに固定抵抗と第１の温度補正
用サーミスタとの直列回路を挿入し、かつ、上記基準電
位と上記他方の入力端子との間に第２の温度補正用サー
ミスタを挿入した、ことを特徴とする圧電式振動ジャイ
ロの直流増幅回路。