JPH0618270A - 診断機能付振動ジャイロ - Google Patents

診断機能付振動ジャイロ

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JPH0618270A
JPH0618270A JP4178268A JP17826892A JPH0618270A JP H0618270 A JPH0618270 A JP H0618270A JP 4178268 A JP4178268 A JP 4178268A JP 17826892 A JP17826892 A JP 17826892A JP H0618270 A JPH0618270 A JP H0618270A
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vibrator
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vibration
impedance
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Kokichi Terajima
厚吉 寺嶋
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動ジャイロの作動の適否を、正確かつ迅速
に診断して、検出結果に対する信頼性を大きく向上させ
る。 【構成】 振動子3の、検出機能を有する少なくとも二
つの圧電素子2a,2bおよび一の容量素子Cを、それ
ぞれのインピーダンス素子Z1 ,Z2 ,Z3 を介して駆
動装置4に接続し、それぞれの圧電素子2a,2bとイ
ンピーダンス素子Z1 ,Z2 とのそれぞれの接続点5
a,5bを、加算器6を介して間接的に、また、容量素
子Cとインピーダンス素子Z3 との接続点5cを直接的
に、差動増幅器7にともに接続して、この作動増幅器7
を、駆動手段4および周波数監視手段14のそれぞれに
接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、自励振動を行う振動
ジャイロ、例えば自動車その他に搭載される姿勢制御シ
ステム、ナビゲーションシステムなどに用いて好適な診
断機能付振動ジャイロに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の振動ジャイロとしては、
例えば図3に示すようなものが知られている。この振動
ジャイロでは、横断面形状が四角形を成す振動体1の一
側面1aに第一の圧電素子2aを、その側面1aと隣接
する他の側面1bに第二の圧電素子2bをそれぞれ貼着
して振動子3を構成し、それらの圧電素子2a,2b
を、それぞれのインピーダンス素子Z1 ,Z2 を介して
駆動装置4の出力側に接続し、さらにこの駆動装置4の
出力側に、他のインピーダンス素子Z3 を介して容量素
子Cも接続することによって、駆動装置4から、両圧電
素子2a,2bおよび容量素子Cに対して同時に交流電
圧が印加されるようになっている。
【0003】またここでは、インピーダンス素子Z1
2 と圧電素子2a,2bとのそれぞれの接続点5a,
5bが、加算器6の入力端子に接続され、そして、この
加算器6の出力端子と、インピーダンス素子Z3 と容量
素子Cの接続点5cとのそれぞれが差動増幅器7の入力
端子に接続されて、その差動増幅器7からの差動出力が
駆動装置4に帰還されるようになっている。この一方に
おいて、インピーダンス素子Z1 ,Z2 と圧電素子2
a,2bとのそれぞれの接続点5a,5bは、差動増幅
器8の入力端子にも接続され、そこからの差動出力は、
同期検波器9で検波された後、図示しない平滑回路で平
滑化されて、角速度検出信号として取り出されるように
なっている。なお、同期検波器9には、駆動装置4の出
力も供給されている。
【0004】かかる振動ジャイロにおいては、駆動装置
4から圧電素子2a,2bに交流電圧を印加することに
よって、振動子3を直交三次元座標系のX軸方向に自励
振動させることができる。この振動状態で、接続点5
a,5bから得られる出力は、駆動装置4からの供給電
圧と、振動子3、ひいては、それぞれの圧電素子2a,
2bの歪みに伴ってそれらの各圧電素子2a,2bから
出力される電圧との合成出力となる。したがって、それ
らの両合成出力の和を加算器6で求め、その加算器6か
らの出力と、接続点5cからの供給電圧に対応する出力
との差を差動増幅器7で求めれば、X軸方向の振動に基
づいて圧電素子2a,2bから発生された電圧だけを抽
出できるので、この差動増幅器7の出力を駆動装置4に
帰還させることにより、振動子3を十分安定して自励振
動させることができる。
【0005】そして、振動子3がこのように自励振動し
ている状態の下で、その振動子3がZ軸廻りの回転を受
けると、振動子3は、角速度に比例するコリオリの力に
よりY軸方向にも振動し、この結果として、接続点5
a,5bからのそれぞれの出力に差が生じる。したがっ
て、それらの出力の差を差動増幅器8で求めれば、コリ
オリの力の発生に伴う電圧を分離して検出することかで
きるので、この差動増幅器8の出力を同期検波器9で検
波した後、平滑回路で平滑することにより角速度検出信
号を得ることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような振動ジャイ
ロにおいては、振動子3は、図4に示すように、支持用
細条10a,10bを介してX軸方向およびY軸方向に
振動可能に支持台11に支持されている。ここで、振動
子3と支持用細条10a,10bとのそれぞれの連結部
12a,12bは、振動子3の振動を拘束しない程度の
小さい面積で連結され、また圧電素子2a,2bに接続
されるリード線13a,13bも同様に、振動子3の振
動を拘束しない程度の細条で構成されている。このた
め、長期に亘る振動や極めて大きな衝撃等によって、連
結部12a,12bが外れたり、リード線13a,13
bがともに切断されて、圧電素子2a,2bに所要の交
流電圧が印加できなくなったりすることがある。
【0007】ここで、連結部12bが外れた場合、およ
び、リード線13a,13bがともに断線して圧電素子
2a,2bに電圧を印加し得なくなった場合はいずれ
も、振動子3を自励振動させることができなくなって、
それのX軸方向の振動が停止するので、たとえ角速度の
入力があっても、圧電素子2a,2bによるコリオリの
力の検出が実質的に不可能となる。従って、従来の振動
ジャイロを、自動車のナビゲーションシステムその他に
適用した場合には、誤作動が生じるおそれがあった。こ
の発明は、従来技術のこのような問題点に着目してなさ
れたものであり、振動ジャイロが正常に作動しているか
否かを、迅速にかつ正確に診断することができ、コリオ
リの力、ひいては角速度の検出結果に対する信頼性を大
きく向上させることができる診断機能付振動ジャイロを
提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の、診断機能付
振動ジャイロは、三角柱状、四角柱状などの角柱状をな
す振動体の側面に、検出機能を有する少なくとも二つの
圧電素子を配設して振動子とし、それらの圧電素子およ
び一の容量素子を、それぞれのインピーダンス素子を介
して駆動装置の出力側に接続し、そして、それぞれの圧
電素子とインピーダンス素子とのそれぞれの接続点を、
加算器を介して、また前記容量素子とインピーダンス素
子との接続点を直接的に、差動増幅器にともに接続し
て、この差動増幅器の出力側を駆動装置に接続して自励
振動系を構成し、ここで、差動増幅器の出力側を、振動
子の励振周波数を監視する周波数監視手段にも接続した
ものである。
【0009】
【作用】この振動ジャイロでは、振動子の連結部の外
れ、リード線の断線などが生じた場合には、振動子のX
軸方向の自励振動に基づいてそれぞれの圧電素子から発
生される電圧がなくなり、駆動装置に帰還される、差動
増幅器の出力中に、その自励振動によって発生される電
圧が含まれなくなり、それ故に振動子の自励振動が停止
する。この一方で、それぞれのインピーダンス素子を通
過した信号はいずれも差動増幅器へ入力されるため、そ
の差動増幅器は、それぞれのインピーダンス素子および
一の容量素子の相互の関連において定まる周波数で電気
的に発振することなる。このような電気的な発振周波数
は、振動子の、正常時における励振周波数から大きくか
け離れているので、その振動子の励振周波数、いいかえ
れば、前記発振周波数の発生の有無を、差動増幅器に接
続した周波数監視手段によって監視することによって、
振動ジャイロの作動の適否を正確かつ迅速に診断するこ
とができる。
【0010】
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、この発明の実施例を示す図であり、図
中、従来技術で述べた部分と同様の構成部分は同一の符
号をもって示す。すなわち、図中の1は、四角柱状をな
す振動体を、2a,2bは、各振動体1の、相互に異な
る側面1a,1bに貼着した、ともに検出機能を有する
圧電素子をそれぞれ示し、3は、これらの振動体1およ
び圧電素子2a,2bのそれぞれからなる振動子を示
す。また、4は駆動装置を示し、この駆動装置4の出力
端子は、それぞれのインピーダンス素子Z1 ,Z2 ,Z
3 を介して圧電素子2a,2bおよび容量素子Cに接続
する。ここで、それぞれの圧電素子2a,2bとインピ
ーダンス素子Z1 ,Z2 とのそれぞれの接続点5a,5
bを、加算器6の入力端子に接続し、そして、この加算
器6の出力端子と、インピーダンス素子Z3 と容量素子
Cの接続点5cとのそれぞれを、差動増幅器7の入力端
子に接続し、さらに、この差動増幅器7の出力端子を駆
動装置4に接続することによって、振動子3の自励振動
系を構成する。
【0011】この一方で、圧電素子2a,2bとインピ
ーダンス素子Z1 ,Z2 とのそれぞれの接続点5a,5
bを、他の差動増幅器8の入力端子にも接続し、その差
動増幅器8をさらに、同期検波器9の入力端子に接続す
ることによって検出系を構成する。なおここで、同期検
波器9は、駆動装置4にも接続する。
【0012】さらに図示例では、差動増幅器7の出力端
子を周波数監視手段14にも接続し、この周波数監視手
段14により、差動増幅器8からの出力周波数が所定の
範囲内にあるか否かを検出可能ならしめる。ところで、
周波数監視手段14としては、たとえば図2に示すよう
に、単安定マルチバイブレータ15と平均値回路16と
からなるF−V変換器を用いることができ、この場合に
は、入力周波数を単安定マルチバイブレータ15によっ
てデューティサイクルに変換し、これを平均値回路16
によって電圧に変換して、そのときの電圧レベルが所定
の範囲内にあるか否かを判断する。
【0013】以上のように構成してなる振動ジャイロに
おいて、それの正常作動時には、前記自励振動系の作用
下で振動子3を、従来技術で述べたところと同様にし
て、直交三次元座標系のX軸方向へ、十分な安定性をも
って自励振動させることができ、また、Z軸廻りの回転
の発生に当っては、前記検出系の作用下で、これもまた
従来技術の場合と同様に、それぞれの接続点5a,5b
からの出力の差を差動増幅器8によって求めて、コリオ
リの力の発生に伴う電圧を分離し、そしてその差動増幅
器8の出力を同期検波器9で検波した後、平滑回路で平
滑化することにより角速度検出信号を得ることができ
る。このように、振動ジャイロが正常な作動状態にある
場合には、差動増幅器7からの出力周波数は所定の範囲
内にあるので、周波数監視手段14から出力される電圧
レベルは所定の範囲内に収まる。
【0014】これに対し、図4について述べたように、
振動子3の連結部12bが外れたり、リード線13a,
13bがともに断線したりした場合には、振動子3がX
軸方向への自励振動することが不可能となり、その自励
振動に基づいて圧電素子2a,2bから発生する電圧が
なくなる。これがため、駆動装置4に帰還される、差動
増幅器7の出力中には、X軸方向への自励振動に基づく
電圧は含まれないこととなって振動子3の自励振動が停
止する。そしてこの場合には、インピーダンス素子
1 ,Z2 を通過した信号と、接続点5cからの信号と
が差動増幅器7に入力されるため、その差動増幅器7
は、それらの各インピーダンス素子Z1 ,Z2 ,Z3
よび容量素子Cの相互の関連において定まる周波数で電
気的に発振するようになり、このときの発振周波数は、
正常時における振動子3の励振周波数から大きくかけ離
れたものとなる。従って、振動子3の励振周波数を、周
波数監視手段14によって監視することにより、振動ジ
ャイロの作動の正否を、正確にしかも迅速に診断するこ
とができる。
【0015】
【発明の効果】以上に述べたところから明らかなよう
に、この発明によれば、検出機能を有する少なくとも二
つの圧電素子の、自励振動に基づく出力を、振動子の励
振周波数をもって監視することによって、その自励振動
の異常を、正確かつ迅速に検知することができるので、
振動ジャイロの作動の適否を適切に診断して、角速度の
検出結果に対する信頼性を大きく向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例を示す図である。
【図2】周波数監視手段の構成例を示す図である。
【図3】従来例を示す図である。
【図4】振動子の支持機構を示す図である。
【符号の説明】
1 振動体 1a,1b 側面 2a,2b 圧電素子 3 振動子 4 駆動装置 5a,5b,5c 接続点 6 加算器 7,8 差動増幅器 9 同期検波器 10a,10b 支持用細条 11 支持台 12a,12b 連結部 13a,13b リード線 14 周波数監視手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 角柱状をなす振動体の側面に、検出機能
    を有する少なくとも二つの圧電素子を配設して振動子と
    し、それらの圧電素子をそれぞれのインピーダンス素子
    を介して駆動装置の出力側に接続するとともに、その駆
    動装置の出力側を、他のインピーダンス素子を介して容
    量素子にも接続し、それぞれの圧電素子とインピーダン
    ス素子とのそれぞれ接続点を、加算器を介して、また、
    前記他のインピーダンス素子と容量素子との接続点を直
    接的に、差動増幅器にともに接続し、この差動増幅器の
    出力側を前記駆動装置に接続して自動振動系を構成した
    ところにおいて、 前記差動増幅器の出力側を、振動子の励振周波数を監視
    する周波数監視手段にも接続したことを特徴とする診断
    機能付振動ジャイロ。
JP4178268A 1992-07-06 1992-07-06 診断機能付振動ジャイロ Expired - Lifetime JP2566707B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4445642A1 (de) * 1994-12-21 1996-06-27 Marco Systemanalyse Entw Piezoaktuatorisches Antriebs- bzw. Verstellelement
US6588274B1 (en) 1999-10-29 2003-07-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Self-diagnosing circuit for vibrating gyroscope
JP2009063328A (ja) * 2007-09-04 2009-03-26 Toyota Motor Corp 容量変化検出装置

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