JPH06307873A

JPH06307873A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH06307873A
Application number: JP4317841A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 村武中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1992-11-02
Publication date: 1994-11-04
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JP3189434B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】振動子を回転するための機構を用いないで、
温度変化などによるドリフト成分を抑制することができ
る、振動ジャイロを提供する。【構成】振動ジャイロ１０は、振動子１２を駆動する
ための駆動信号を発生する発振回路３０を含む。発振回
路３０の出力端は、駆動信号の振幅を減衰するための減
衰回路３２の入力端に接続される。減衰回路３２の別の
入力端には、その減衰量を周期的に変化させるためのパ
ルス発生回路３４の出力端が接続される。減衰回路３２
の２つの出力端は、振動子１２に接続される。また、振
動子１２は、その角速度を検出するための第１の差動回
路４０の２つの入力端に接続される。第１の差動回路４
０の出力端は、駆動信号の振幅が大きい場合の角速度の
検出信号を検波するための第１の同期検波回路４２の入
力端に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロに関し、
特に、たとえば自動車等に搭載されるナビゲーションシ
ステムに用いられる、振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に振動ジャイロでは、角速度を検
出するためには、原理的に角速度にともなうコリオリ力
による振動子のそりを検出しているが、コリオリ力によ
る振動子のそりは、温度変化などによる振動子のそり、
すなわちドリフト成分と識別することができない。従
来、このようなドリフト成分を抑制する技術としては、
たとえば特公平３−３９６１６号に開示されているよう
に、振動子などを回転し、振動子などのある位置とその
位置から振動子などを半回転した位置とにおいて角速度
をそれぞれ検出し、それらの検出信号から真の角速度を
求める技術があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この従来の
技術では、振動子などを回転するための機構が必要であ
って、寿命が短くなり、大型になり、コストもかかる。
また、この従来の技術では、振動子などのある位置とそ
の位置から振動子などを半回転した位置とにおけるそれ
ぞれの角速度を検出しなければならないため、角速度の
検出精度がわるい。さらに、この従来の技術では、振動
子などの回転にともなって振動，衝撃が発生し、誤動作
するおそれがある。

【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、振
動子を回転するための機構を用いないで、温度変化など
によるドリフト成分を抑制することができる、振動ジャ
イロを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、振動子を駆
動するための駆動信号のレベルの異なる２点において角
速度をそれぞれ検出し、それらの検出信号の差から真の
角速度を検出するように構成した、振動ジャイロであ
る。なお、上述の振動ジャイロにおいて、駆動信号の振
幅を周期的に変化させ、前記駆動信号の振幅の変化前後
において角速度をそれぞれ検出するように構成してもよ
い。

【０００６】

【作用】駆動信号のレベルの異なる２点において検出さ
れる角速度の検出信号には、それぞれ、同じ大きさのド
リフト成分が含まれる。そのため、それらの検出信号の
差には、ドリフト成分が含まれない。また、駆動信号の
レベルの異なる２点において検出される角速度の検出信
号は、それぞれ、駆動信号のレベルの大きさに比例す
る。そのため、それらの検出信号の差は、駆動信号のレ
ベルの異なる２点間のレベル差の駆動信号で振動子を駆
動したときの真の角速度に相当する信号となる。なお、
駆動信号の振幅の変化前後に検出される角速度の検出信
号には、それぞれ、同じ大きさのドリフト成分が含まれ
る。そのため、それらの検出信号の差には、ドリフト成
分が含まれない。また、駆動信号の振幅の変化前後に検
出される角速度の検出信号は、それぞれ、駆動信号の振
幅の大きさに比例する。そのため、それらの検出信号の
差は、駆動信号の振幅の変化量と同じ振幅の駆動信号で
振動子を駆動したときの真の角速度に相当する信号とな
る。

【０００７】

【発明の効果】この発明によれば、振動ジャイロにおい
て、振動子を回転するための機構を用いないで、温度変
化などによるドリフト成分を抑制することができる。そ
のため、この発明にかかる振動ジャイロでは、振動子を
回転する機構を有する従来例と比べて、寿命が長くな
り、小型になり、コストも低減する。さらに、この発明
にかかる振動ジャイロでは、振動子を回転するための機
構を有する従来例と比べて、振動子などのある位置とそ
の位置から振動子などを半回転した位置とにおいて角速
度を検出する必要がなく、駆動信号のレベルの異なる２
点において角速度をそれぞれ検出すればよいので、角速
度の検出精度がよくなる。また、この発明にかかる振動
ジャイロでは、振動，衝撃による誤動作を回避すること
ができる。

【０００８】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。

【０００９】

【実施例】図１はこの発明の一実施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１
０は、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。

【００１０】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１８ｃ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２２
ｃとが、それぞれ形成される。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。

【００１１】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。

【００１２】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から同様の波形が出力され
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。

【００１３】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、駆動用かつ検出用の圧電素
子１６ａおよび１６ｂの電極２２ａおよび２２ｂとの間
には、振動子１２を駆動するための帰還ループとして、
発振回路３０などが接続される。

【００１４】すなわち、帰還用の圧電素子１６ｃの電極
２２ｃは、発振回路３０の入力端に接続される。この発
振回路３０は、振動子１２を駆動するための駆動信号を
発生するためのものである。この実施例では、発振回路
３０は、たとえば８ｋＨｚの正弦波を発生する。発振回
路３０の出力端は、減衰回路３２の入力端に接続され、
減衰回路３２の２つの出力端は、駆動用かつ検出用の圧
電素子１６ａおよび１６ｂの電極２２ａおよび２２ｂに
それぞれ接続される。さらに、発振回路３０の出力端
は、パルス発生回路３４を介して、減衰回路３２の別の
入力端に接続される。このパルス発生回路３４は、周期
的にパルスを発生するためのものであって、この実施例
では発振回路３０からの駆動信号に同期してパルスを発
生する。また、減衰回路３２は、駆動信号を周期的に減
衰するためのものであって、パルス発生回路３４からパ
ルスが入力されるごとに、その減衰量が変わる。この実
施例では、減衰回路３２の減衰量は、たとえば０から２
分の１にあるいは２分の１から０に変わる。

【００１５】さらに、駆動用かつ検出用の圧電素子１６
ａおよび１６ｂの電極２２ａおよび２２ｂは、第１の差
動回路４０の２つの入力端に、それぞれ接続される。第
１の差動回路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および１６ｂの電極２２ａおよび２２ｂが、そ
れぞれ接続される。この差動回路４０は、圧電素子１６
ａおよび１６ｂの出力差を検出するためのものである。

【００１６】第１の差動回路４０の出力端は、第１の同
期検波回路４２の入力端に接続される。第１の同期検波
回路４２の別の入力端には、第１の同期信号発生回路４
４を介して、発振回路３０の出力端が接続される。この
第１の同期信号発生回路４４は、発振回路３０からの駆
動信号に同期して、第１の同期信号を発生するためのも
のである。この実施例では、第１の同期信号発生回路４
４は、発振回路３０からの駆動信号の２サイクルごと
に、その駆動信号より位相が９０度進んだ第１の同期信
号を発生する。また、第１の同期検波回路４２は、第１
の同期信号発生回路４４からの第１の同期信号に同期し
て、第１の差動回路４０の出力を検波するためのもので
ある。

【００１７】第１の同期検波回路４２の出力端は、第１
の平滑回路４６の入力端に接続される。第１の平滑回路
４６は、第１の同期検波回路４２の出力を平滑にするた
めのものである。

【００１８】また、第１の差動回路４０の出力端は、第
２の同期検波回路４８の入力端に接続される。第２の同
期検波回路４８の別の入力端には、第２の同期信号発生
回路５０を介して、発振回路３０の出力端が接続され
る。この第２の同期信号発生回路５０は、発振回路３０
からの駆動信号に同期して、第２の同期信号を発生する
ためのものである。この実施例では、第２の同期信号発
生回路５０は、発振回路３０からの駆動信号の２サイク
ルごとに、その駆動信号より位相が９０度進んだ第２の
同期信号を発生する。この場合、第２の同期信号は、第
１の同期信号と比べて、駆動信号の１サイクル分の位相
差を有する。また、第２の同期検波回路４８は、第２の
同期信号発生回路５０からの第２の同期信号に同期し
て、第１の差動回路４０の出力を検波するためのもので
ある。

【００１９】第２の同期検波回路４８の出力端は、第２
の平滑回路５２の入力端に接続される。第２の平滑回路
５２は、第２の同期検波回路４８の出力を平滑にするた
めのものである。

【００２０】第１の平滑回路４６の出力端および第２の
平滑回路５２の出力端は、第２の差動回路５４の非反転
入力端および反転入力端にそれぞれ接続される。この第
２の差動回路５４は、第１の平滑回路４６の出力と第２
の平滑回路５２の出力との差を検出するためのものであ
る。

【００２１】次に、図３に示すタイミング図などを参照
して、この振動ジャイロ１０の動作について説明する。

【００２２】発振回路３０は、図３（Ａ）に示すよう
に、駆動信号として、たとえば振幅がＶ_Aで周波数が８
ｋＨｚの正弦波を出力する。

【００２３】パルス発生回路３４は、発振回路３０から
の駆動信号に同期してパルスを発生する。この場合、パ
ルス発生回路３４は、図３（Ｂ）に示すように、発振回
路３０からの駆動信号の１サイクルごとにパルスを発生
する。

【００２４】減衰回路３２は、パルス発生回路３４から
のパルスによって、その減衰量が０から２分の１あるい
は２分の１から０に変わる。そのため、減衰回路３２か
ら出力される駆動信号は、図３（Ｃ）に示すように、発
振回路３０からの駆動信号の１サイクルごとに振幅がＶ
_AとＶ_Aの２分の１であるＶ_Bとに交互に変わる。この
減衰回路３２から出力される駆動信号によって、振動子
１２が駆動される。

【００２５】振動子１２が駆動されると、駆動用かつ検
出用の圧電素子１６ａおよび１６ｂは、減衰回路３２か
らの駆動信号と同様な波形を出力する。そして、これら
の圧電素子１６ａおよび１６ｂの出力差が、検出信号と
して第１の差動回路４０から出力される。なお、第１の
差動回路４０から出力される検出信号は、減衰回路３２
からの駆動信号を圧電素子１６ａおよび１６ｂなどを介
して得られるので、その駆動信号の位相より９０度進
む。

【００２６】ここで、振動ジャイロ１０に角速度が付与
されている場合について詳しく説明する。

【００２７】振動ジャイロ１０に角速度が付与され振動
子１２がその軸を中心に回転している場合には、その角
速度の大きさに比例して、振動子１２の駆動用かつ検出
用の圧電素子１６ａおよび１６ｂの一方の出力が大きく
なり他方の出力が小さくなる。したがって、圧電素子１
６ａおよび１６ｂの出力差すなわち検出信号には、真の
角速度に相当する大きさの８ｋＨｚの信号を有する。ま
た、それらの圧電素子１６ａおよび１６ｂの出力の大き
さは、減衰回路３２からの駆動信号の大きさにも比例す
る。そのため、真の角速度に相当する８ｋＨｚの信号の
振幅は、たとえばＶ_aとＶ_aの２分の１であるＶ_bとに
１サイクルごとに変わる。さらに、それらの圧電素子１
６ａおよび１６ｂの出力差すなわち検出信号には、たと
えば１Ｈｚという低周波のドリフト成分Ｖ_cを有する。
したがって、第１の差動回路４０から出力される検出信
号は、図３（Ｄ）に示すように、減衰回路３２からの駆
動信号より位相が９０度進み、その正側のピークが、特
に図４にも示すように、１サイクルごとにＶ_a＋Ｖ_cと
Ｖ_b＋Ｖ_cとに交互に変わる。なお、第１の差動回路４
０の出力の負側のピークは、１サイクルごとに−Ｖ_a＋
Ｖ_cと−Ｖ_b＋Ｖ_cとに交互に変わる。

【００２８】また、第１の同期信号発生回路４４は、発
振回路３０からの駆動信号に同期して、第１の同期信号
を出力する。この場合、第１の同期信号は、図３（Ｅ）
に示すように、発振回路３０からの駆動信号の２サイク
ルごとに発生し、その駆動信号より位相が９０進む。す
なわち、第１の同期信号は、第１の差動回路４０からの
検出信号がＶ_a＋Ｖ_cであるときを含む正であるときに
発生する。

【００２９】そして、第１の同期検波回路４２によっ
て、第１の差動回路４０からの検出信号が、図３（Ｆ）
に示すように、第１の同期信号に同期して検波される。

【００３０】さらに、第１の同期検波回路４２の出力
は、第１の平滑回路４６によって、図３（Ｇ）に示すよ
うに、Ｖ_a＋Ｖ_cに平滑にされる。すなわち、第１の平
滑回路４６の出力は、振動子１２を駆動するための駆動
信号の振幅がＶ_Aである場合において、振動ジャイロ１
０に付与している角速度に相当する直流信号Ｖ_aとドリ
フト成分Ｖ_cとの和になる。

【００３１】また、第２の同期信号発生回路５０は、発
振回路３０からの駆動信号に同期して、第２の同期信号
を出力する。この場合、第２の同期信号は、図３（Ｈ）
に示すように、発振回路３０からの駆動信号の２サイク
ルごとに発生し、その駆動信号より位相が９０進み、第
１の同期信号と比べて駆動信号の１サイクル分の位相差
を有する。すなわち、第２の同期信号は、第１の差動回
路４０から検出信号がＶ_b＋Ｖ_cであるときを含む正で
あるときに発生する。

【００３２】そして、第２の同期検波回路４８によっ
て、第１の差動回路４０からの検出信号が、図３（Ｉ）
に示すように、第２の同期信号に同期して検波される。

【００３３】さらに、第２の同期検波回路４８の出力
は、第２の平滑回路５２によって、図３（Ｊ）に示すよ
うに、Ｖ_b＋Ｖ_cに平滑にされる。すなわち、第２の平
滑回路５２の出力は、振動子１２を駆動するための駆動
信号の振幅がＶ_Bである場合において、振動ジャイロ１
０に付与している角速度に相当する直流信号Ｖ_bとドリ
フト成分Ｖ_cとの和になる。

【００３４】そして、第２の差動回路５４によって、第
１の平滑回路４６の出力から第２の平滑回路５２の出力
が差し引かれる。そのため、第２の差動回路５４の出力
は、図３（Ｋ）に示すように、ドリフト成分Ｖ_cが相殺
され、振動子１２を駆動するための駆動信号の振幅がＶ
_Aである場合において振動ジャイロ１０に付与した角速
度の相当する直流信号Ｖ_aから駆動信号の振幅がＶ_Bで
ある場合の角速度に相当する直流信号Ｖ_bを差し引いた
信号となる。すなわち、第２の差動回路５４の出力は、
振動子１２を駆動するための駆動信号の振幅がＶ_A−Ｖ
_Bである場合において、振動ジャイロ１０に付与してい
る真の角速度に相当する直流信号Ｖ_a−Ｖ_bとなる。し
たがって、この振動ジャイロ１０では、第２の差動回路
５４の出力から真の角速度を検出することができる。

【００３５】なお、この振動ジャイロ１０に角速度が付
与されていない場合には、第１の差動回路４０からの検
出信号がドリフト成分のみとなり、第２の差動回路５４
の出力が０となる。

【００３６】また、この振動ジャイロ１０では、駆動信
号の振幅を変化する周期がドリフト成分の変化する周期
と比べて非常に短いため、ドリフト成分の変化を無視す
ることができる。

【００３７】さらに、この振動ジャイロ１０では、駆動
信号の振幅を変える周期が非常に短いため、角速度の急
速的な変化に対応することができる。

【００３８】なお、上述の実施例では、振動子１２を駆
動するための駆動信号として、８ｋＨｚの正弦波を１サ
イクルごとに振幅を２分の１に減衰した信号を用いてい
るが、駆動信号の周波数，波形，振幅を変化させる周期
あるいは振幅を変化するレベルは、任意に変更してもよ
い。たとえば、駆動信号として、１０ｋＨｚの矩形波を
２サイクルごとに振幅を４分の１に減衰した信号を用い
てもよい。この場合、駆動信号に応じて、第１の同期信
号および第２の同期信号のタイミングを変えればよい。

【００３９】さらに、上述の実施例では、駆動信号の振
幅を周期的に変化させ、駆動信号の振幅の変化前後にお
いて角速度をそれぞれ検出し、それらの検出信号の差か
ら真の角速度を検出しているが、この発明では、振動子
を駆動するための駆動信号のレベルの異なる２点におい
て角速度をそれぞれ検出し、それらの検出信号の差から
真の角速度を検出するようにしてもよい。この場合、駆
動信号の振幅は、周期的に変化させてもよいし、一定の
ままでもよい。

【００４０】また、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、円柱状の振動体、４
角柱状の振動体、あるいは他の柱状の振動体が用いられ
てもよい。

【００４１】さらに、上述の実施例では、３つの圧電素
子が用いられているが、駆動用かつ検出用の２つの圧電
素子のみが用いられてもよく、使用する圧電素子の数を
任意に変更してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施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の各回路の出力を示す
タイミング図である。

【図４】図１に示す振動ジャイロの第１の差動回路の出
力を示す図である。

【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３０発振回路３２減衰回路３４パルス発生回路４０第１の差動回路４２第１の同期検波回路４４第１の同期信号発生回路４６第１の平滑回路４８第２の同期検波回路５０第２の同期信号発生回路５２第２の平滑回路５４第２の差動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】振動子を駆動するための駆動信号のレベ
ルの異なる２点において角速度をそれぞれ検出し、それ
らの検出信号の差から真の角速度を検出するように構成
した、振動ジャイロ。
【請求項２】前記駆動信号の振幅を周期的に変化さ
せ、前記駆動信号の振幅の変化前後において角速度をそ
れぞれ検出するように構成した、請求項１の振動ジャイ
ロ。