JPH0535967B2 - - Google Patents

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JPH0535967B2
JPH0535967B2 JP19400986A JP19400986A JPH0535967B2 JP H0535967 B2 JPH0535967 B2 JP H0535967B2 JP 19400986 A JP19400986 A JP 19400986A JP 19400986 A JP19400986 A JP 19400986A JP H0535967 B2 JPH0535967 B2 JP H0535967B2
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JP
Japan
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signal
angular velocity
phase
piezoelectric transducer
amplitude
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JP19400986A
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JPS6350716A (ja
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Takahiro Oikawa
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Yazaki Corp
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Yazaki Corp
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コリオリ力によつて発生される変位
を電気信号に変換することにより角加速度を検出
する振動型角速度検出装置に関するものである。
斯かる角速度検出装置には、第4図に示すよう
な構成の検知素子が使用されている。すなわち、
検知素子は振動体としての柱状のビーム1からな
り、その主要面の1つ1aに付着された圧電トラ
ンスジユーサ2aによつて正弦波で駆動されると
共に、その不動点a,bが支持体3a,3bによ
つてそれぞれ支持されている。
ビーム1が振動しているとき、ビームの長手軸
Zの回りに角速度が加わると、振動周波数で正弦
波的に変化する力(コリオリ力)が駆動面1aに
直角な方向に発生する。この力はビーム1の駆動
と同じ周波数の振動を発生する。そして、このコ
リオリ力によつてビーム1に誘起された振動は駆
動面1aに直角な面1bに付着された読出し用圧
電トランスジユーサ2bを介して読出し回路(図
示せず)によつて検知される。
また、ビーム1の駆動面1aに平行な面1cに
は、ビーム1の振幅を一定に保持して機械的共振
周波数で励振するために使用されるフイードバツ
ク用圧電トランスジユーサ2cが、そして面1b
に平行な面1dにダンピンク用圧電トランスジユ
ーサ2dがそれぞれ付着されている。
〔従来の技術〕
第4図について上述したような検知素子を使用
した従来の振動型角速度検出装置では、読出し用
の圧電トランスジユーサによつて検知される角速
度で振幅変調された信号を増幅し、その後復調し
てから整流して入力角速度に比例した大きさの直
流信号を発生するようになつている。
〔考案が解決しようとする問題点〕
上述したように従来の角速度検出装置では、角
速度に比例して変調された検出信号を復調して得
られる直流信号の大きさで角速度を検知するよう
にしているが、角速度入力の方向を知るために複
雑な信号処理が必要で、そのための回路構成など
が複雑になるなどの問題があつた。
そこで、このような問題を解決するために、本
願出願人は先に、角速度に応じて変化する振幅に
よつてではなく、振幅と同時に変化するが電圧や
温度変化などの外乱によつて変化しにくい位相を
利用して角速度を検出すると共に位相比較により
基準位相に対する遅れ、進みに応じて正、負の信
号を簡単に発生することができるようにし、方向
検知を簡単に行えるようにした振動型角速度検出
装置を提案している。
しかし、該提案の装置では、十分に大きなレベ
ルの出力が得られないという問題があつた。
そこで、本発明は角速度方向を面倒な信号処理
なしに知ることができ、しかも十分に大きな出力
が得られ角速度検出能力の向上を図つた振動型角
速度検出装置を提供しようとするものである。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕
上記問題点を解消するため本発明によりなされ
た振動型角速度検出装置は、柱状の振動体と、該
振動体の第1の側面に取付けられた駆動用圧電ト
ランスジユーサと、前記第1の側面と直交する第
2の側面に取付けられた読出し用圧電トランスジ
ユーサとを備え、前記駆動用圧電トランスジユー
サにより駆動された前記振動体の振動を前記読出
し用圧電トランスジユーサにより電気信号に変換
し、該電気信号により角速度を検出するようにな
した振動型角速度検出装置において、前記電気信
号の位相の変化を検出する位相検出手段と、前記
電気信号の振幅の変化を検出する振幅検出手段と
を備え、該位相検出手段により検出した位相と前
記振幅検出手段により検出した振幅とに基づいて
角速度を検出することを特徴とする。
以上の構成により、角速度の大きさを位相と振
幅検出により判定することができるようになり、
それ丈精度が高くなると共に、方向を位相により
判定することができるため、面倒な信号処理が不
要になり、回路構成が簡単になつている。
〔実施例〕
以下、本発明による装置の一実施例を図に基づ
いて説明する。
第1図は本発明による振動型角速度検出装置の
ブロツク図であり、図において第4図中のものと
同等の部材には同一の符号を付してある。
図において、ビーム1に付着されている駆動用
圧電トランスジユーサ2aとフイードバツク用圧
電トランスジユーサ2cとは、圧電素子が逆極性
となるように取付けられており、このことによつ
て、駆動用圧電トランスジユーサ2aに駆動信号
が印加されると、フイードバツク用圧電トランス
ジユーサ2cの出力には、駆動信号より90゜位相
の進んだフイードバツク信号が得られる。
10はフイードバツク用圧電トランスジユーサ
2cによるフイードバツク信号を増幅するアン
プ、11はアンプ10によつて増幅されたフイー
ドバツク信号のレベルを一定に保持して出力する
オートゲインコントロール(AGC)、12は
AGC11の出力に得られるフイードバツク信号
を移相する移相器である。
移相器12の出力に得られる移相されたフイー
ドバツク信号は駆動信号として駆動用圧電トラン
スジユーサ2aに印加されると共に、整流器13
において整流された後比較器14の一方の入力に
印加される。比較器14の一方の入力に印加され
た信号は、比較器14の他方の入力に印加されて
いる基準電圧VRと比較される。比較器14の出
力には、その比較結果が出力され、該出力により
AGC11の利得が制御される。このことにより、
AGC11の出力には基準電圧VRに応じたレベル
に保たれたフイードバツク信号が得られ、駆動用
圧電トランスジユーサ2aによるビーム1の駆動
が常に一定振幅で安定に行われるようになる。移
相器12の出力はまた、位相検波器15の一方の
入力に基準位相信号として印加されている。
16は読出し用圧電トランスジユーサ2bによ
る読出し信号を増幅するアンプ、17はアンプ1
6により増幅された読出し信号を濾波し読出し信
号中の不用成分を除去するフイルタ、18はフイ
ル17の出力に得られる読出し信号の振幅を振幅
検出する振幅検出器であり、読出し信号の振幅に
応じたAC信号を出力する。
上記アンプ16により増幅された読出し信号は
位相検波器15の他方の入力に印加されることに
より、位相検波器15はアンプ16からの読出し
信号の位相を移相器12からの基準位相信号の位
相と比較し、両者の位相のずれ量とそのずれ方向
とに応じたAC信号を出力する。
上記位相検波器15及び振幅検出器18からの
AC信号はそれぞれAC−DC変換器19及び20
に印加され、ここでDC信号にそれぞれ変換され
る。AC−DC変換器19及び20により得られる
DC信号はA−D変換器21及び22によりデジ
タル信号にそれぞれ変換され、このデジタル信号
が例えばマイクロコンピユータにより構成されう
る信号処理部23に印加されて処理され、その処
理結果が表示部24により表示される。
以上の構成の振動型角速度検出装置の動作を第
2図及び第3図の各部を波形図を参照しながら説
明する。
まず、読出し信号の位相により角速度を検出す
る動作を説明すると、第2図aに実線で示す波形
fF(t)は駆動用圧電トランスジユーサ2aに印加す
る駆動信号のもので、該駆動信号に応じ駆動用圧
電トランスジユーサ2aはビーム1を駆動し該波
形に応じた振動をビーム1に生じさせる。このビ
ーム1の振動はAGC11により安定化されてい
る。また、第2図aに1点鎖線で示す波形fpp(t)
は回転入力がないときの読出し用圧電トランスジ
ユーサ2bにより読出される振動波形であり、読
出し用圧電トランスジユーサ2bの出力には該波
形に応じた読出し信号が得られる。両波形の比較
によつて明らかになるように、駆動信号と読出し
信号は位相が90゜ずれている。
今、ビーム1に時計方向の回転が加えられ、
ω1の入力角速度があると、読出し用圧電トラン
スジユーサ2bからは例えば第2図aに点線で示
すfpω1(t)のような波形の読出し信号が得られる。
また、ω1と逆に反時計方向の回転が加えられ、
ω2の入力角速度がある場合には、読出し信号の
位相は時計方向の回転のときとは逆の方向に移動
し、例えば第2図aに点線で示すfpω2(t)のような
波形となる。
上記駆動信号fF(t)及び読出し信号fpp(t)、fpω1
(t)、fpω2(t)は位相検波器15に印加され、まず第
2図bに示すようにそれぞれ矩形波fF(t)′,fpp
(t)′,fpω1(t)′,fpω2(t)′に整形される。その後

駆動信号fF(t)を整形して得た矩形波fF(t)′と読出
し信号fpp(t),fpω1(t),fpω2(t)を整形して得た矩形
波fF(t)′,fpω1(t)′,fpω2(t)′とを比較し、両矩

波の極性が同一である部分のみを取り出し、第2
図cに示すような矩形波信号を得、これを位相検
波器15から出力する。第2図cにおいて実線は
fF(t)′とfpp(t)′とにより、点線はfF(t)′とfpω1(t)
′又
はfpω2(t)′とによりそれぞれ得られたものであり、
図から判るように各矩形波信号の持続時間は回転
のない場合の矩形波を中心に増減するようになつ
ている。
第2図cに示す信号はAC−DC変換器19に印
加され、ここで全波整流されまず第2図dに示す
ような波形に変換された後平滑され、第2図eに
示すようなDC信号に変換される。第2図eにお
いて、V01は回転が加えられていないときのDC
信号のレベルである。その後、このレベルV0
0レベルとする信号に変換して第2図fに示すよ
うな信号を得、これをAC−DC変換器19の出力
から送出する。
第2図fにおけるDC信号V1,V2は時計方向、
反時計方向回転時のDC信号で、その出力レベル
はVω1,Vω2となつている。従つて、Vω1及び
2の大きさと極性によつて角速度の大きさとそ
の方向を検出することができる。
次に、読出し信号の振幅により角速度を検出す
る動作を説明すると、回転のないとき、回転が時
計方向のとき、反時計方向のときに読出し信号は
それぞれ第3図aに実線及び点線で示すfpp(t),fp
ω1(t)、fpω2(t)のような波形となる。なお、振幅
検出には位相の違いは考慮する必要がないので、
便宜上、第3図aでは3つの波形は全て同相で示
しているが、実際には、第2図aに示すように位
相が互に異なる。また、振幅の変化は図示のよう
にfpω1(t)>fpp(t)>fpω2(t)となるとは限らず、この
逆の場合、或いはfpω1(t),fpω2(t)の両方がfpp(t)に
対して大きくなつたり小さくなつたりすることが
ある。
第3図aに示す波形の信号は振幅検出器18、
AC−DC変換器20を通じて処理されるが、まず
全波整流することにより第3図bに示すような波
形のAC信号に変換され、次に平滑することによ
り第3図cに示すような波形のDC信号に変換さ
れる。その後更に回転なしの場合のDC信号のレ
ベルV02が0レベルとなるようにシフトして第3
図dに示すような信号を得、これをAC−DC変換
器20の出力に送出する。
第3図dにおけるDC信号V1′,V2′は時計方向、
反時計方向回転時のDC信号であり、その出力レ
ベルはVω1′,Vω2′となつている。従つて、
1′,Vω2′の大きさによつて角速度の大きさを
検出することができる。また、第3図aのように
時計方向と反時計方向の回転時の読出し信号の振
幅変化が回転なしの読出し信号を中心に上下に変
化する場合には、Vω1′,Vω2′の極性によつて角
速度の方向をも同時に検出することができる。
しかし、fpω1(t),fpω2(t)がfpp(t)に対して共に同
一方向に変化する場合には、角速度の方向は検出
することができない。
AC−DC変換器19及び20の出力であるDC
信号はA−D変換器21及び22においてそれぞ
れデジタル信号に変換された後信号処理部23に
印加される。
処号処理部23においては、A−D変換器21
及び22の出力の絶対値をそれぞれ加算してこれ
に基づいて角速度の大きさが検出され、A−D変
換器21の出力の極性によつて角速度の方向が検
出される。
以上のように角速度の大きさは|Vω1|+|
1′|,|Vω2|+|Vω2′|によつて得られるた
め、位相検波によつてのみ角速度の大きさを検出
する場合に比べ|Vω1′|,|Vω2′|分大きくな
り、それ丈精度の高い角速度検出ができるように
なる。
〔効 果〕
以上説明したように本発明によれば、読出し用
圧電トランスジユーサからの読出し信号の位相と
振幅に基づいて角速度を検出するようになつてい
るため、角速度の大きさを表わす大きな信号が得
られ、角速度の検出性能の向上が図られると共
に、角速度の方向も簡単に判定することができる
などの多くの効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による振動型角速度検出装置の
一実施例を示すブロツク図、第2図及び第3図は
第1図の装置の動作を説明するための各部の波形
を示す波形図、第4図は振幅型角速度検出装置に
使用される一般的な検知素子の構成を示す斜視図
である。 1…ビーム、2a…駆動用圧電トランスジユー
サ、2b…読出し用圧電トランスジユーサ、15
…位相検波器、18…振幅検出器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 柱状の振動体と、該振動体の第1の側面に取
    付けられた駆動用圧電トランスジユーサと、前記
    第1の側面と直交する第2の側面に取付けられた
    読出し用圧電トランスジユーサとを備え、前記読
    出し用圧電トランスジユーサにより電気信号に変
    換し、該電気信号により角速度を検出するように
    なした振動型角速度検出装置において、 前記電気信号の位相の変化を検出する位相検出
    手段と、 前記電気信号の振幅の変化を検出する振幅検出
    手段とを備え、 前記位相検出手段により検出した位相と前記振
    幅検出手段により検出した振幅とに基づいて角速
    度を検出する、 ことを特徴とする振動型角速度検出装置。
JP61194009A 1986-08-21 1986-08-21 振動型角速度検出装置 Granted JPS6350716A (ja)

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JP61194009A JPS6350716A (ja) 1986-08-21 1986-08-21 振動型角速度検出装置

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JPS6350716A JPS6350716A (ja) 1988-03-03
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US5461916A (en) 1992-08-21 1995-10-31 Nippondenso Co., Ltd. Mechanical force sensing semiconductor device
US6929385B2 (en) 2001-12-21 2005-08-16 Musco Corporation Apparatus and method for increasing light output over operational life of arc lamp

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JPS6350716A (ja) 1988-03-03

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