JPH07167661A

JPH07167661A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH07167661A
Application number: JP5343128A
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: 1993-12-14
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1995-07-04
Also published as: DE69412982T2; DE69412982D1; EP0658743A1; EP0658743B1; US5696322A

Abstract

(57)【要約】【目的】温度ドリフトや振動子の特性変化によるドリ
フトを改善し、正確に回転角速度を検出することができ
る振動ジャイロを得る。【構成】振動ジャイロ１０は、振動体１４の側面に検
出片１６ａ，１６ｂと駆動片１６ｃとを形成した振動子
１２を含む。検出片１６ａ，１６ｂの出力電流を、Ｉ−
Ｖ変換回路２４，２６で電圧に変換する。Ｉ−Ｖ変換回
路２４，２６の出力電圧を、位相補正回路４２と増幅回
路４４とで構成した発振回路４０に帰還する。増幅回路
４４から駆動片１６ｃに、定電圧の駆動信号を与える。
Ｉ−Ｖ変換回路２４，２６の出力信号を、差動回路５４
と同期検波回路５６とで構成した検出回路５２に入力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロに関し、
特にたとえば、柱状の振動体の屈曲振動を利用して回転
角速度を検出するための振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の振動ジャイロの一例を示す
図解図である。振動ジャイロ１は、振動子２を含む。振
動子２は、たとえば正３角柱状の振動体３を含む。振動
体３の側面には、圧電素子４ａ，４ｂ，４ｃが形成され
る。圧電素子４ａ，４ｂと圧電素子４ｃとの間には、発
振回路５が接続される。圧電素子４ａ，４ｂは、振動体
３を屈曲振動させるための駆動用として用いられるとと
もに、回転角速度に対応した信号を検出するための検出
用として用いられる。また、圧電素子４ｃは、振動体３
を屈曲振動させるときに、発振回路５への帰還用として
用いられる。さらに、圧電素子４ａ，４ｂは、検出回路
６に接続される。検出回路６は差動回路７と同期検波回
路８とを含み、差動回路７の出力信号が、同期検波回路
８で同期検波される。

【０００３】この振動ジャイロ１では、発振回路５の信
号によって、振動体３が圧電素子４ｃ形成面に直交する
方向に屈曲振動する。このとき、差動回路７に入力され
る信号は同じであり、差動回路７からは信号が出力され
ない。この状態で、振動体３の軸を中心として振動体３
が回転すると、コリオリ力によって振動体３の屈曲振動
の方向が変わる。そのため、圧電素子４ａと圧電素子４
ｂとの間に出力信号の差が生じ、差動回路７からその信
号の差が出力される。さらに、差動回路７の出力信号が
同期検波回路８で検波される。同期検波回路８から出力
される信号は回転角速度に対応した信号であるため、そ
れを測定することによって振動ジャイロ１に加わった回
転角速度を検出することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の振動ジャイロでは、圧電素子の負荷インピー
ダンスが大きい。そのため、雰囲気温度の変化などによ
って、振動子の周波数特性や静電容量などが変化した場
合、駆動信号の電圧や回転角速度に対応した信号の電圧
が変化してしまう。駆動信号の電圧が変化すると、振動
体の振動状態が不安定となり、ドリフトの原因となる。
また、回転角速度に対応した信号の電圧が変化すると、
正確に回転角速度を検出することができない。

【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、温
度ドリフトや振動子の特性変化によるドリフトを改善
し、正確に回転角速度を検出することができる振動ジャ
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、柱状の振動
体と、出力電流を検出するために振動体の側面に形成さ
れる複数の検出片と、振動体を振動させるための駆動信
号を入力するために振動体の側面に形成される１つの駆
動片と、検出片からの出力電流を電圧に変換するための
Ｉ−Ｖ変換回路と、Ｉ−Ｖ変換回路の出力信号を帰還し
て駆動片に定電圧の駆動信号を与えるための発振回路
と、Ｉ−Ｖ変換回路の出力信号を検出するための検出回
路とを含む、振動ジャイロである。

【０００７】

【作用】駆動片に定電圧の駆動信号が入力されるため、
振動子のインピーダンス変化などに関係なく、振動体を
屈曲振動させることができる。また、検出片の出力信号
が、回転角速度に対応した信号を検出するために用いら
れる。このとき、検出片の出力電流が、Ｉ−Ｖ変換回路
で電圧に変換される。検出片の電流を検出する方式にす
ることによって、検出片の負荷インピーダンスがほぼ０
となり、振動子のインピーダンス変化の影響が少なくな
る。

【０００８】

【発明の効果】この発明によれば、定電圧の駆動信号で
振動体が屈曲振動させられるため、振動子のインピーダ
ンス変化に関係なく、安定した屈曲振動を得ることがで
きる。そのため、屈曲振動の変動によるドリフトの発生
を抑えることができる。また、回転角速度に対応した信
号を電流検出することにより、振動子のインピーダンス
変化の影響を少なくすることができる。そのため、振動
子のインピーダンス変化による回転角速度に対応した信
号の変動の影響を少なくすることができる。これらのこ
とから、温度ドリフトや振動子の特性の変化によるドリ
フトを改善することができる。

【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を示す図解図であ
る。振動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。振動子１
２は、図２に示すように、たとえば正３角柱状の振動体
１４を含む。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】振動体１４の側面には、図３に示すよう
に、検出片１６ａ，１６ｂおよび駆動片１６ｃが形成さ
れる。この実施例では、検出片１６ａ，１６ｂおよび駆
動片１６ｃとして、圧電素子が用いられる。圧電素子１
６ａは、たとえば圧電セラミックなどで形成された圧電
板１８ａを含む。この圧電板１８ａの両面には、電極２
０ａ，２２ａが形成されている。そして、一方の電極２
２ａが、振動体１４に貼着されている。同様に、圧電素
子１６ｂ，１６ｃは圧電板１８ｂ，１８ｃを含み、その
両面に電極２０ｂ，２２ｂおよび電極２０ｃ，２２ｃが
形成されている。そして、これらの圧電素子１６ｂ，１
６ｃの一方の電極２２ｂおよび電極２２ｃが、振動体１
４に貼着される。圧電素子１６ａ，１６ｂは、振動体１
４を屈曲振動させるときの帰還用として用いられるとと
もに、回転角速度に対応した信号を検出するための検出
用として用いられる。また、圧電素子１６ｃは振動体１
４を屈曲振動させるための駆動用として用いられ、この
圧電素子１６ｃに駆動信号が入力される。

【００１２】圧電素子１６ａ，１６ｂには、それらの出
力電流を電圧に変換するためのＩ−Ｖ変換回路２４，２
６が接続される。Ｉ−Ｖ変換回路２４は、オペアンプ２
８を含み、オペアンプ２８の非反転入力端は電源電圧の
中間点に接続される。そして、オペアンプ２８の反転入
力端と出力端との間に、抵抗３０とコンデンサ３２との
並列回路が接続される。同様に、Ｉ−Ｖ変換器２６はオ
ペアンプ３４を含み、オヘアンプ３４の非反転入力端が
電源電圧の中間点に接続される。そして、オペアンプ３
４の反転入力端と出力端との間に、抵抗３６とコンデン
サ３８との並列回路が接続される。

【００１３】Ｉ−Ｖ変換回路２４，２６の出力端は、そ
れぞれ抵抗３９ａ，３９ｂを介して発振回路４０に接続
される。発振回路４０は、位相補正回路４２と増幅回路
４４とを含む。位相補正回路４２では、Ｉ−Ｖ変換回路
２４，２６の出力電圧の位相が補正される。この位相補
正回路４２の出力電圧は増幅回路４４で増幅され、圧電
素子１６ｃに与えられる。増幅回路４４はオペアンプ４
６を含み、オペアンプ４６の非反転入力端は電源電圧の
中間点に接続される。また、オペアンプ４６の反転入力
端には、抵抗４８を介して位相補正回路４２が接続され
る。さらに、オペアンプ４６の反転入力端と出力端との
間に、抵抗５０が接続される。この増幅回路４４によっ
て、定電圧の駆動信号が圧電素子１６ｃに与えられる。

【００１４】Ｉ−Ｖ変換回路２４，２６の出力信号は、
検出回路５２に入力される。検出回路５２は、差動回路
５４と同期検波回路５６とを含む。Ｉ−Ｖ変換回路２
４，２６の出力信号は差動回路５４に入力され、差動回
路５４の出力信号は同期検波回路５６で検波される。同
期検波回路５６では、増幅回路４４の出力信号に同期し
て、差動回路５４の出力信号が検波される。

【００１５】この振動ジャイロ１０を使用する場合、発
振回路４０の信号が圧電素子１６ｃに入力され、圧電素
子１６ａ，１６ｂの出力電流を電圧に変換した信号が帰
還される。それによって、振動体１４は、圧電素子１６
ｃ形成面に直交する方向に屈曲振動する。このとき、無
回転時には、圧電素子１６ａ，１６ｂから出力される電
流が同じであり、差動回路５４から信号が出力されな
い。この状態で、振動体１４がその軸を中心として回転
すると、コリオリ力によって屈曲振動の方向が変わる。
それにより、圧電素子１６ａ，１６ｂ間に出力電流の差
が生じ、Ｉ−Ｖ変換回路２４，２６の出力電圧にも差が
生じる。差動回路５４からは、Ｉ−Ｖ変換回路２４，２
６の出力電圧の差が出力される。そして、差動回路５４
の出力信号が、同期検波回路５６で同期検波される。同
期検波回路５６の出力信号は、回転角速度に対応した信
号であり、これを測定することによって、振動ジャイロ
１０に加わった回転角速度を検出することができる。

【００１６】この振動ジャイロ１０では、定電圧の駆動
信号が圧電素子１６ｃに印加されることにより、振動体
１４が屈曲振動させられるため、雰囲気温度の変化など
による振動子１２の周波数特性の変化や容量変化などが
あっても、安定した屈曲振動を得ることができる。した
がって、振動体１４の振動状態の変化による圧電素子１
６ａ，１６ｂの出力信号の変動を少なくすることができ
る。また、回転角速度を検出するために、圧電素子１６
ａ，１６ｂの出力電流を測定することにより、圧電素子
の負荷インピーダンスをほぼ０にすることができ、雰囲
気温度の変化などによる振動子１２のインピーダンス変
化の影響を小さくすることができる。したがって、振動
子１２のインピーダンス変化などによる出力信号の変動
を抑えることができ、ドリフトを少なくすることができ
る。このように、振動子１２の振動特性が変化しても、
回転角速度に対応した信号に与える影響が少なく、ドリ
フトを抑えることができる。そのため、回転角速度を高
感度で検出することができる。

【００１７】なお、上述の実施例では、駆動片および検
出片として圧電素子を用いたが、振動体が圧電体で形成
される場合、駆動片および検出片として電極が用いられ
る。この場合、たとえば振動体１４の側面に、検出片と
しての電極１６ａ，１６ｂおよび駆動片としての電極１
６ｃが形成される。そして、電極１６ｃ形成面に直交す
る方向に振動体１４を分極処理することによって、上述
の実施例と同様にして回転角速度を検出することができ
る。このような振動子を用いた場合でも、定電圧の駆動
信号で振動体１４を駆動し、電極１６ａ，１６ｂの出力
電流を検出することにより、ドリフトの少ない振動ジャ
イロを得ることができる。また、振動体の形状として
は、正３角柱状に限らず、他の角柱状や円柱状などの形
状にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。

【図２】図１に示す振動ジャイロに用いられる振動子の
斜視図である。

【図３】図２に示す振動子の断面図である。

【図４】従来の振動ジャイロの一例を示す図解図であ
る。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１２振動子１４振動体１６ａ検出片１６ｂ検出片１６ｃ駆動片２４Ｉ−Ｖ変換回路２６Ｉ−Ｖ変換回路４０発振回路４２位相補正回路４４増幅回路５２検出回路５４差動回路５６同期検波回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柱状の振動体、出力電流を検出するために前記振動体の側面に形成され
る複数の検出片、前記振動体を振動させるための駆動信号を入力するため
に前記振動体の側面に形成される１つの駆動片、前記検出片からの出力電流を電圧に変換するためのＩ−
Ｖ変換回路、前記Ｉ−Ｖ変換回路の出力信号を帰還して前記駆動片に
定電圧の駆動信号を与えるための発振回路、および前記
Ｉ−Ｖ変換回路の出力信号を検出するための検出回路を
含む、振動ジャイロ。