JPH05312578A

JPH05312578A - ジャイロ

Info

Publication number: JPH05312578A
Application number: JP4143332A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 村武中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1993-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】ドリフト成分を抑制することができる、ジャ
イロを提供する。【構成】振動ジャイロ１０は、角速度センサとしての
振動子１２を含む。振動子１２は、２つの支持部材２４
ａおよび２４ｂで、支持板２６に支持される。この支持
板２６は、支持軸２８で回転可能に支持される。また、
支持板２６には、角速度付与手段としての圧電素子３０
が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はジャイロに関し、特に
回転角速度を検出することができ、たとえば振動ジャイ
ロ，光ファイバ，ガスレート，独楽ジャイロなどのジャ
イロに関する。

【０００２】

【従来の技術】この発明の背景となる従来の振動ジャイ
ロとしては、たとえば、３角柱状の振動体の３つの側面
に圧電素子がそれぞれ形成された振動子を用いたものが
あった。この振動ジャイロでは、たとえば、２つの圧電
素子が駆動用かつ検出用として用いられ、他の１つの圧
電素子が帰還用として用いられる。

【０００３】そして、この従来の振動ジャイロでは、帰
還用の１つの圧電素子から駆動用かつ検出用の２つの圧
電素子に駆動信号を与えれば、振動体が振動する。この
ように振動体が振動した状態で振動子が回転すれば、駆
動用かつ検出用の２つの圧電素子間に出力差が生じ、そ
の出力差に応じた出力信号によって回転角速度が検出さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の振動
ジャイロでは、ドリフト成分によって、出力信号に誤差
が生じ、回転角速度に誤差を生じる可能性がある。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、ド
リフト成分を抑制することができる、ジャイロを提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、角速度セン
サと、角速度センサに既知の回転角速度を付与するため
の角速度付与手段とを含む、ジャイロである。

【０００７】

【作用】角速度センサからは、検出すべき回転角速度に
相当する信号と、ドリフト成分とが出力される。この角
速度センサには、角速度付与手段によって、既知の回転
角速度が付与される。そのため、角速度センサからは、
既知の回転角速度に相当する信号も出力される。そし
て、角速度センサに既知の回転角速度のみを付与すれ
ば、検出すべき回転角速度に相当する信号が０となり、
角速度センサからは、ドリフト成分と、既知の回転角速
度に相当する信号とが出力される。この状態で、既知の
回転角速度に相当する信号が０のときには、角速度セン
サからの出力は、ドリフト成分のみとなり、ドリフト成
分が検出される。そして、このドリフト成分に相当する
補正信号を角速度センサの出力から差し引けば、ドリフ
ト成分が抑制される。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、ドリフト成分を抑制
することができる、ジャイロが得られる。そのため、こ
の発明にかかるジャイロを用いれば、角速度センサの出
力にドリフト成分が含まれていても、回転角速度をほと
んど誤差なく検出することができる。

【０００９】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。

【００１０】

【実施例】図１はこの発明の一実施例としての振動ジャ
イロの一例を示すブロック図である。図２は図１に示す
振動ジャイロの振動子およびその周辺部分を示す側面図
である。この振動ジャイロ１０は、角速度センサとして
の振動子１２を含み、振動子１２は、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−ニッケル合金，石英，ガラス，水晶，セラ
ミックなど、一般的に機械的な振動を生じる材料で形成
される。

【００１１】この振動体１４には、その３つの側面の中
央に、圧電素子１６ａ，１６ｂおよび１６ｃがそれぞれ
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の両主面には電極２
０ａおよび２２ａがそれぞれ形成される。なお、これら
の電極２０ａ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，蒸着等の
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および１６ｃも、
それぞれ、たとえば磁器からなる圧電層１８ｂおよび１
８ｃを含み、それらの圧電層１８ｂと１８ｃとの両主面
にも、電極２０ｂおよび２２ｂと２０ｃおよび２２ｃと
が、それぞれ形成されている。そして、これらの圧電素
子１６ａ〜１６ｃの一方の電極２０ａ〜２０ｃは、たと
えば接着剤で振動体１４に接着される。

【００１２】振動体１４の２つのノード点の近傍部分
は、たとえば金属線からなるコ字形の支持部材２４ａお
よび２４ｂで、それぞれ支持される。これらの支持部材
２４ａおよび２４ｂの中央部は、たとえば溶接すること
によって、あるいは導電性ペーストで接着することによ
って、振動体１４の２つのノード点の近傍部分にそれぞ
れ固着される。また、これらの支持部材２４ａおよび２
４ｂの端部は、支持板２６の一方主面に固着される。

【００１３】支持板２６は、その端部が支持軸２８で回
転可能に支持される。この場合、支持軸２８は、振動体
１４の軸と平行に延びる。さらに、支持板２６の他方主
面には、角速度付与手段として、たとえば圧電素子３０
が設けられる。圧電素子３０は、たとえば磁器からなる
圧電層３２を含み、圧電層３２の両主面には、電極３４
ａおよび３４ｂがそれぞれ形成される。この圧電素子３
０は、角速度センサとしての振動子１２に既知の回転角
速度を付与するためのものである。

【００１４】この振動子１２では、たとえば、２つの圧
電素子１６ａおよび１６ｂが駆動用かつ検出用として用
いられ、他の圧電素子１６ｃが帰還用として用いられ
る。そして、帰還用の圧電素子１６ｃからの出力を増幅
して駆動用かつ検出用の圧電素子１６ａおよび１６ｂに
駆動信号を加えれば、振動体１４が振動し、それらの圧
電素子１６ａおよび１６ｂから同様の正弦波が出力され
る。また、その状態で振動子１２がその軸を中心として
回転すれば、駆動用かつ検出用の一方の圧電素子の出力
は回転角速度に従って大きくなり、逆に駆動用かつ検出
用の他方の圧電素子の出力は回転角速度に従って小さく
なる。

【００１５】そのため、この振動子１２の帰還用の圧電
素子１６ｃの電極２２ｃと、駆動用の圧電素子１６ａお
よび１６ｂの電極２２ａおよび２２ｂとの間には、振動
子１２を自励振駆動するための帰還ループとして、第１
の発振回路４０および位相回路４２が接続される。

【００１６】さらに、圧電素子１６ａおよび圧電素子１
６ｂは、第１の差動回路５０の２つの入力端に、それぞ
れ接続される。第１の差動回路５０は、たとえばオペア
ンプを含み、このオペアンプの非反転入力端および反転
入力端に、圧電素子１６ａおよび１６ｂの電極２２ａお
よび２２ｂが、それぞれ接続される。この第１の差動回
路５０は、圧電素子１６ａおよび１６ｂの出力差を検出
するためのものである。

【００１７】第１の差動回路５０の出力端は、同期検波
回路５２の入力端に接続される。同期検波回路５２の別
の入力端には、位相回路４２が接続される。この同期検
波回路５２は、第１の差動回路５０の出力を振動子１２
の駆動信号に同期して検波するためのものである。

【００１８】さらに、同期検波回路５２の出力端は、整
流増幅回路５４の入力端に接続される。この整流増幅回
路５４は、同期検波回路５２の出力を整流して増幅する
ためのものである。

【００１９】整流増幅回路５４の出力端は、第２の差動
回路５６の一方の入力端に接続される。この第２の差動
回路５６は、整流増幅回路５４の出力からドリフト成分
を抑制するための補正信号を差し引くためのものであ
る。

【００２０】一方、圧電素子３０の電極３４ａおよび３
４ｂには、第２の発振回路６０の出力端が接続される。
したがって、第２の発振回路６０から圧電素子３０に
は、駆動信号が与えられる。

【００２１】また、第２の発振回路６０の別の出力端
は、ゼロクロスデテクタ６２の入力端に接続される。さ
らに、ゼロクロスデテクタ６２の別の入力端には、整流
増幅回路５４の出力端が接続される。このゼロクロスデ
テクタ６２は、振動子１２がほとんど回転していない場
合において、第２の発振回路６０の出力が０であるとき
を検出するためのものであって、そのときにパルスを発
生する。

【００２２】ゼロクロスデテクタ６２の出力端は、サン
プリングホールド６４の入力端に接続される。さらに、
サンプリングホールド６４の別の入力端には、整流増幅
回路５４の出力端が接続される。このサンプリングホー
ルド６４は、ゼロクロスデテクタ６２がパルスを発生し
たときのドリフト成分に相当する補正信号を出力するた
めのものである。また、このサンプリングホールド６４
は、ゼロクロスデテクタ６２が次のパルスを発生するま
で、その補正信号の出力を維持する。なお、ゼロクロス
デテクタ６２が次のパルスを発生したときには、そのと
きのドリフト成分に相当する補正信号をサンプリングホ
ールド６４が出力する。このサンプリングホールド６４
の出力端は、第２の差動回路５６の他方の入力端に接続
される。

【００２３】次に、この振動ジャイロ１０の操作ないし
動作について説明する。

【００２４】振動ジャイロ１０は、振動子１２の帰還用
の圧電素子１６ｃの出力が帰還ループとしての第１の発
振回路４０および位相回路４２よって駆動用かつ検出用
の圧電素子１６ａおよび１６ｂに帰還されるため、自励
振駆動する。

【００２５】さらに、第２の発振回路５０から圧電素子
３０に駆動信号が与えられているので、支持板２６が支
持軸２８を中心に揺動し、振動子１２には既知の回転角
速度が付与されている。

【００２６】振動子１２がほとんど回転していないとき
には、整流増幅回路５４の出力端からは、振動子１２に
付与されている既知の回転角速度に相当する信号（図３
（Ａ））と、たとえば経時的に大きくなるドリフト成分
（図３（Ｂ））とが出力される。

【００２７】一方、ゼロクロスデテクタ６２は、振動子
１２がほとんど回転していないことを整流増幅回路５４
の出力から検出している。それと同時に、ゼロクロスデ
テクタ６２は、第２の発振回路６０の出力が０であると
きを検出し、そのときにパルスを発生する。このときに
は、振動子１２に付与されている既知の回転角速度に相
当する信号は０であり、整流増幅回路５４の出力は、ド
リフト成分のみである。

【００２８】また、ゼロクロスデテクタ６２がパルスを
発生したときには、整流増幅回路５４からサンプリング
ホールド６４にドリフト成分に相当する信号のみが与え
られているので、このサンプリングホールド６４では、
そのドリフト成分に相当する補正信号を出力する。この
サンプリングホールド６４は、ゼロクロスデテクタ６２
が次のパルスを発生するまで、その補正信号の出力を維
持する。なお、ゼロクロスデテクタ６２が次のパルスを
発生したときには、そのときのドリフト成分に相当する
補正信号をサンプリングホールド６４が出力する。した
がって、サンプリングホールド６４から出力される補正
信号は、図３（Ｃ）に示すように、たとえば階段状とな
る。

【００２９】そして、サンプリングホールド６４から出
力される補正信号は、第２の差動回路５６の他方の入力
端に入力される。したがって、第２の差動回路５６の出
力は、整流増幅回路５４の出力から補正信号を差し引い
た信号となる。そのため、第２の差動回路５６の出力に
おいて、ドリフト成分が、図３（Ｄ）に示すように、た
とえばのこぎり波状となり、抑制される。

【００３０】そのため、第２の差動回路５６の出力は、
ほぼ既知の回転角速度に相当する信号となるが、その信
号は交流であるので無視され、第２の差動回路５６の出
力から回転角速度がほぼ０であることが検出される。

【００３１】一方、この振動ジャイロ１０では、振動子
１２がその軸を中心に一方向に回転した場合、たとえ
ば、駆動用かつ検出用の一方の圧電素子１４ａの出力が
その回転角速度に従って大きくなり、他方の圧電素子１
４ｂの出力がその回転角速度に従って小さくなる。その
ため、振動子１２の回転角速度が大きくなればなるほ
ど、圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力差すなわち第１
の差動回路５０の出力が大きくなり、整流増幅回路５４
から出力される直流分の信号が大きくなる。

【００３２】したがって、この振動ジャイロ１０では、
圧電素子１６ａおよび１６ｂ間の出力差にドリフト成分
が含まれていても、第２の差動回路５６から出力される
直流分の信号の大きさから、回転角速度をほとんど誤差
なく検出することができる。

【００３３】また、振動子１２が逆方向に回転している
場合は、圧電素子１６ａおよび１６ｂの出力の大きさが
逆になるので、整流増幅回路５４から出力される直流分
の信号の極性も逆になる。したがって、第２の差動回路
５６から出力される直流分の信号の極性から、振動ジャ
イロ１０の回転方向を知ることができる。

【００３４】なお、上述の実施例では、振動子に正３角
柱状の振動体が用いられているが、たとえば４角柱状な
ど多角柱状の振動体が用いられてもよい。

【００３５】さらに、上述の実施例では、角速度付与手
段として圧電素子が用いられているが、圧電素子に代え
て電磁石や各種アクチュエータが用いられてもよい。

【００３６】また、上述の実施例では振動ジャイロにつ
いて説明したが、この発明は、振動ジャイロ以外にたと
えば光ファイバ，ガスレート，独楽ジャイロなどのジャ
イロにも適用され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例としての振動ジャイロの一
例を示すブロック図である。

【図２】図１に示す振動ジャイロの振動子およびその周
辺部分を示す側面図である。

【図３】図１に示す振動ジャイロにおいて、振動子に付
与される既知の回転角速度に相当する信号と、ドリフト
成分と、補正信号と、補正後のドリフト成分との関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１２振動子１４振動体１６ａ，１６ｂ，１６ｃ圧電素子２４ａ，２４ｂ支持部材２６支持板２８支持軸３０圧電素子４０第１の発振回路４２位相回路５０第１の差動回路５２同期検波回路５４整流増幅回路５６第２の差動回路６０第２の発振回路６２ゼロクロスデテクタ６４サンプリングホールド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】角速度センサ、および前記角速度センサ
に既知の回転角速度を付与するための角速度付与手段を
含む、ジャイロ。