JPH06160097A

JPH06160097A - ジャイロのドリフト抑制回路

Info

Publication number: JPH06160097A
Application number: JP4248533A
Authority: JP
Inventors: Akira Mori; 章森; Takeshi Nakamura; 村武中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1992-08-24
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ジャイロの出力信号に含まれるドリフト成分
を抑制するための、ジャイロのドリフト抑制回路を得
る。【構成】振動ジャイロ１０の出力信号は、整流増幅回
路４４で整流増幅されて、ドリフト抑制回路５０に入力
される。整流増幅回路４４の出力信号は、ドリフト抑制
回路５０の時定数回路５２で、時定数をもって出力され
る。そして、差動回路５２で、時定数回路５２の出力信
号と整流増幅回路４４の出力信号との差を検出する。時
定数回路５２では、ドリフト成分はそのままの形で出力
され、回転に対応した信号は時定数をもって遅れて出力
される。

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のドリフト抑
制回路に関し、特に回転角速度を検出することができる
振動ジャイロ，光ファイバ，ガスレート，独楽ジャイロ
などのジャイロに生じるドリフト成分を抑制することが
できる、ジャイロのドリフト抑制回路に関する。

【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】このような振動ジャイロでは、帰還用の１
つの圧電素子から駆動用の２つの圧電素子に駆動信号を
与えれば、振動体が屈曲振動する。このように振動体が
屈曲振動した状態で振動子が回転すれば、コリオリ力に
よって振動方向が変わり、検出用の２つの圧電素子間に
出力差が生じる。したがって、その出力差に応じた出力
信号を測定することによって、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、このような
ジャイロにおいては、時間，温度その他の要因によるド
リフトが発生し、角速度検出の誤差の原因となってい
た。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、ジ
ャイロの出力信号に含まれるドリフト成分を抑制するた
めのジャイロのドリフト抑制回路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、ジャイロの
出力に含まれるドリフト成分を抑制するためのジャイロ
のドリフト抑制回路であって、ジャイロからの入力信号
に対して時定数をもって信号を出力する時定数回路と、
ジャイロの出力と時定数回路の出力との差を出力するた
めの差動回路とを含む、ジャイロのドリフト抑制回路で
ある。

【０００７】

【作用】時定数回路によってジャイロからの入力信号に
対して時定数をもって信号が出力され、その出力信号と
ジャイロからの信号との差が差動回路から出力される。
ドリフト成分はゆっくりとした出力変化であるため、ド
リフト成分が時定数回路に入力されても、時定数回路か
らは入力信号とほぼ同じ信号が出力される。ジャイロが
回転すると、ジャイロの出力信号は、回転に対応した出
力信号とドリフト成分との混合出力となる。回転に対応
した出力は急激な変化であるため、時定数回路の出力は
回転に対応した出力信号に短時間で応答しない。そのた
め、差動回路から大きな出力信号が得られる。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、ジャイロからの出力
信号がドリフト成分のみの場合、差動回路で得られるジ
ャイロの出力信号と時定数回路の出力信号との差がほぼ
０となる。したがって、ジャイロで発生するドリフト成
分を除去することができる。また、ジャイロが回転した
場合、時定数回路からは、ドリフト成分が出力されると
ともに、回転に対応する信号に対して時定数をもって信
号が出力される。そのため、差動回路からは、最初にジ
ャイロの出力信号からドリフト成分を引いた出力信号が
出力され、時間とともに徐々に小さくなる信号が得られ
る。したがって、差動回路の出力信号を測定すれば、ド
リフト成分を含まない正確な回転角速度を検出すること
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はこの発明のジャイロのドリフト抑制回
路を振動ジャイロに用いた例を示すブロック図である。
また、図２は図１に示す振動ジャイロの側面図である。
この振動ジャイロ１０は、角速度センサとしての振動子
１２を含む。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の３つの側面の中央には、
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、たとえば圧電セラミックから
なる圧電層１８ａを含み、圧電層１８ａの両主面には電
極２０ａおよび２２ａが形成される。同様に、他の圧電
素子１６ｂ，１６ｃも、それぞれ圧電層１８ｂ，１８ｃ
を含み、それらの圧電層１８ｂ，１８ｃの両主面に電極
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，１６ｂ，１６ｃ
の一方の電極２０ａ，２０ｂ，２０ｃが、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状の支持部材２４ａお
よび２４ｂで支持される。これらの支持部材２４ａ，２
４ｂ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つのノード点近傍の稜線部分に固着される。また、
これらの支持部材２４ａ，２４ｂの端部は、支持板２６
に固着される。

【００１３】この振動子１２では、たとえば、２つの圧
電素子１６ａ，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
動用の圧電素子１６ａ，１６ｂに駆動信号を加えれば、
振動体１４が屈曲振動し、圧電素子１６ａ，１６ｂから
同様の波形が出力される。この状態で振動子１２がその
軸を中心として回転すれば、コリオリ力により振動体１
４の振動方向が変わる。そのため、検出用として用いら
れる圧電素子１６ａ，１６ｂの一方の出力信号が大きく
なり、他方の出力信号が小さくなる。したがって、これ
らの圧電素子１６ａ，１６ｂの出力信号の差を測定する
ことによって、回転角速度を検出することができる。

【００１４】振動子１２を屈曲振動させるために、振動
子１２の帰還用の圧電素子１６ｃと駆動用の圧電素子１
６ａ，１６ｂとの間に、振動子１２を自励振駆動するた
めの帰還ループとして、発振回路３０および位相回路３
２が接続される。

【００１５】さらに、圧電素子１６ａ，１６ｂは、差動
回路４０の２つの入力端に接続される。差動回路４０
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，１６ｂが
接続される。この差動回路４０は、圧電素子１６ａ，１
６ｂの出力差を検出するためのものである。差動回路４
０の出力端は、同期検波回路４２の入力端に接続され
る。同期検波回路４２の別の入力端には、位相回路３２
が接続される。この同期検波回路４２は、差動回路４０
の出力信号を振動子１２の駆動信号に同期して検波する
ためのものである。さらに、同期検波回路４２の出力端
は、整流増幅回路４４の入力端に接続される。この整流
増幅回路４４は、同期検波回路４２の出力信号を整流し
て増幅するためのものである。

【００１６】整流増幅回路４４の出力信号は、ドリフト
抑制回路５０に入力される。ドリフト抑制回路５０は、
時定数回路５２を含む。時定数回路５２は、入力した信
号を時定数をもって出力するための回路である。さら
に、ドリフト抑制回路５０は、差動回路５４を含む。差
動回路５４には、整流増幅回路４４および時定数回路５
２が接続され、これらの出力信号の差が検出される。

【００１７】このドリフト抑制回路５０の回路の一例
が、図３に示される。なお、図３において、逆３角形は
電源電圧の中間点を示す。整流増幅回路４４の出力信号
は、時定数回路５２および差動回路５４に入力される。
時定数回路５２は、抵抗６０およびコンデンサ６２を含
む。整流増幅回路４４は抵抗６０に接続され、コンデン
サ６２を介して電源電圧の中間点に接続される。さら
に、抵抗６０は、オペアンプ６４の非反転入力端に接続
される。そして、オペアンプ６４の出力端から、その反
転入力端に帰還される。

【００１８】差動増幅回路５４は、オペアンプ７０を含
む。オペアンプ７０の非反転入力端には、抵抗７２を介
して整流増幅回路４４の出力端が接続される。また、オ
ペアンプ７０の反転入力端には、抵抗７４を介して時定
数回路５２のオペアンプ６４の出力端が接続される。さ
らに、オペアンプ７０の反転入力端には、その出力端か
ら抵抗７６を介して帰還される。そして、オペアンプ７
０の非反転入力端は、抵抗７８を介して電源電圧の中間
点に接続される。

【００１９】次に、このドリフト抑制回路５０の動作に
ついて説明する。まず、振動子１２が回転していない場
合、図４（Ａ）の範囲（ａ）に示すように、長時間のう
ちに徐々にドリフト成分が発生する。このドリフト成分
は、整流増幅回路４４から出力され、時定数回路５２お
よび差動回路５４に入力される。ドリフト成分は抵抗６
０を介してコンデンサ６２に充電される。そして、コン
デンサ６２の電圧によって、オペアンプ６４から出力信
号が出力される。この時定数回路５２は、抵抗６０とコ
ンデンサ６２とによって時定数を有するが、ドリフト成
分は長時間かけてゆっくりと変化するため、図４（Ｂ）
に示すように、オペアンプ６４の出力信号はドリフト成
分とほぼ同じように変化する。そのため、図４（Ｃ）に
示すように、差動回路５４の出力はほぼ０となる。

【００２０】次に、振動子１２が回転すると、図４
（Ａ）の範囲（ｂ）に示すように、整流増幅回路４４か
らたとえば正の信号が出力される。この場合、時定数回
路５２の時定数により、図４（Ｂ）に示すように、オペ
アンプ６４からは回転に対応した信号がすぐに出力され
ず、徐々に出力信号が大きくなる。そのため、差動回路
５４の出力信号は、図４（Ｃ）に示すように、最初に、
整流増幅回路４４の出力信号からドリフト成分を引いた
値、すなわち回転に対応した信号のみが出力される。し
たがって、この差動回路５４の出力信号を測定すること
によって、正確な回転角速度を検出することができる。
そののち、時定数回路５２の出力信号の増加にしたがっ
て、差動回路５４の出力信号は徐々に小さくなる。

【００２１】再び振動子１２が回転しなくなると、図４
（Ａ）の範囲（ｃ）に示すように、差動回路５４にはド
リフト成分のみが入力される。そのため、図４（Ｂ）に
示すように、時定数回路５２の出力信号は、徐々にドリ
フト成分に近づいていく。したがって、図４（Ｃ）に示
すように、差動回路５４の出力信号は一時的に負側にな
り、そののち徐々に０に近づいていく。したがって、こ
のドリフト抑制回路５０を使用することにより、正確な
回転角速度を検出することができる。

【００２２】また、振動子１２の回転方向が逆の場合、
整流増幅回路４４の出力信号は負となる。そのため、差
動回路５４の出力は図４（Ｃ）と逆方向になる。つま
り、差動回路５４の極性を測定することによって、振動
子１２の回転方向を検出することができる。

【００２３】さらに正確な回転角速度を検出するため
に、図５に示すような回路が考えられる。このドリフト
抑制回路５０の時定数回路５２は、２つのオペアンプ８
０，８２を含む。オペアンプ８０の反転入力端には、抵
抗８４を介して整流増幅回路４４の出力信号が入力され
る。また、オペアンプ８０の非反転入力端には、抵抗８
６，８８を介して、オペアンプ８２の出力端が接続され
る。さらに、オペアンプ８０の反転入力端には、抵抗９
０を介してその出力端から帰還され、オペアンプ８０の
非反転入力端は抵抗９２を介して電源電圧の中間点に接
続される。オペアンプ８０の出力端は、抵抗９４，９６
を介して電源電圧の中間点に接続され、これらの抵抗９
４，９６の中間部分が抵抗９８を介してオペアンプ８２
の反転入力端に接続される。また、オペアンプ８２の反
転入力端と出力端との間にコンデンサ１００が接続さ
れ、オペアンプ８２の非反転入力端は抵抗１０２を介し
て電源電圧の中間点に接続される。このオペアンプ８２
の出力信号は、差動回路５４に入力される。

【００２４】このドリフト抑制回路５０では、時定数回
路５２が２段のオペアンプ８０，８２を用いて形成され
ている。この時定数回路５２では、抵抗９４，抵抗９
６，抵抗９８およびコンデンサ１００とで時定数が得ら
れ、オペアンプ８２の出力信号がオペアンプ８０に帰還
されている。それによって、図３に示す時定数回路より
大きい時定数が得られ、図４（Ｂ）の範囲（ｂ）の傾斜
を小さくすることができる。したがって、図４（Ｃ）の
回転に対応した出力信号部分の傾斜も小さくすることが
でき、さらに正確な回転角速度を検出することができ
る。なお、この回路において、抵抗９４，９６，９８の
抵抗値をそれぞれＲ₉₄，Ｒ₉₆，Ｒ₉₈、コンデンサ１００
の静電容量をＣ₁₀₀とすると、時定数Ｔは次式で表され
る。

【００２５】Ｔ＝（１＋Ｒ₉₄／Ｒ₉₆）×Ｒ₉₈×Ｃ₁₀₀

【００２６】図５に示すドリフト抑制回路５０では、差
動回路５４のオペアンプ７０の反転入力端に整流増幅回
路４４の出力信号が入力され、非反転入力端に時定数回
路５２の出力信号が入力されている。そのため、差動回
路５４の出力信号は整流増幅回路４４の出力信号と逆の
極性となるが、予めそのことがわかっていれば、回転角
速度の検出に支障はない。

【００２７】なお、上述の実施例では、正３角柱状の振
動体を有する振動ジャイロを用いたが、この発明のドリ
フト抑制回路は、他の形状の振動体を用いた振動ジャイ
ロにも適用できる。もちろん、振動体に形成される圧電
素子の数も任意に変更可能であり、自励振駆動だけでな
く他励振駆動の振動ジャイロにも適用可能である。さら
に、このドリフト抑制回路は、振動ジャイロ以外にも、
光ファイバ，ガスレート，独楽ジャイロなどのジャイロ
のドリフト成分を除去することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のドリフト抑制回路を振動ジャイロに
用いた場合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側面図である。

【図３】この発明のドリフト抑制回路の一例を示す回路
図である。

【図４】（Ａ）は整流増幅回路の出力信号を示すグラフ
であり、（Ｂ）は時定数回路の出力信号を示すグラフで
あり、（Ｃ）は差動回路の出力信号を示すグラフであ
る。

【図５】この発明のドリフト抑制回路の他の例を示す回
路図である。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１２振動子５０ドリフト抑制回路５２時定数回路５４差動回路

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図４】整流増幅回路，時定数回路および差動回路の
出力信号を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ジャイロの出力に含まれるドリフト成分
を抑制するためのジャイロのドリフト抑制回路であっ
て、前記ジャイロからの入力信号に対して時定数をもって信
号を出力する時定数回路、および前記ジャイロの出力と
前記時定数回路の出力との差を出力するための差動回路
を含む、ジャイロのドリフト抑制回路。