JPH07239234A - 圧電振動ジャイロ用検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電振動ジャイロ用振動子の信号検出回路に
おいて、振動子からの出力信号を倍検出し、高精度な圧
電振動ジャイロを得る。 【構成】 圧電振動ジャイロの振動子の出力信号を差動
増幅回路８にて増幅した信号Ａと、該信号Ａを更に反転
増幅回路９にて位相を反転した信号Ｂとを同一の同期検
波回路１０の二つの入力端子Ａ，Ｂに各々入力し、同期
検波する。同期検波回路の出力が倍増し、高精度な圧電
振動ジャイロを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検出回路に関し、特に
圧電振動ジャイロに用いられる圧電振動子の出力を検出
するための検出回路並びに同期検波回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動ジャイロは、振動している物体
に回転角速度が与えられると、その振動方向と直角な方
向にコリオリ力を生ずるという力学現象を利用したジャ
イロスコープである。互いに直交する二つの方向の励振
と検出が可能であるように構成した振動系に於て、一方
の振動を励振した状態で、振動子自身を二つの振動面が
交わる線を中心軸として回転させると、前述のコリオリ
力の作用により、この振動と直角な方向に力が働き、他
方の振動が励振される。この振動の大きさは、入力側の
振動の大きさ及び回転角速度に比例するため、励振入力
電圧を一定にした状態では、この振動の大きさに比例し
た出力電圧の大きさから回転角速度の大きさを求めるこ
とが出来る。これが一般的な圧電振動ジャイロの原理で
ある。図３は、圧電振動ジャイロに用いられている圧電
振動子の構造概略図であり、圧電セラミック円柱１の外
周面上の円周を６等分する位置に、長さ方向と平行な６
本の帯状電極２，３，４，５，６，７を形成し、この帯
状電極を互いに一つおきに接続して、２端子として分極
処理を施し、分極処理後、一つおきの帯状電極２，４，
６を接続して共通アース電極とし、残りの帯状電極の
内、帯状電極３を駆動電極、帯状電極５および７を検出
用電極として構成している。図４は、従来の圧電振動ジ
ャイロに用いられている駆動検出回路の回路例であり、
加算増幅回路１１、差動増幅回路８及び同期検波回路１
０から構成されている。図４に於て、検出電極５及び７
は加算増幅回路１１の入力端子に接続され、加算増幅回
路１１の出力端子は移相回路１２を介して駆動電極３に
印加され、圧電セラミック円柱１を屈曲振動の共振周波
数で発振する自励発振回路を構成している。一方、検出
電極５及び７は、同時に差動増幅回路８の入力端子に接
続され、差動増幅回路８の出力端子には回転角速度に比
例した交流電圧が得られる。差動増幅回路８の出力電圧
及び前記加算増幅回路１１の出力電圧を同期検波回路１
０に入力することにより、回転方向に応じた極性を有
し、回転角速度に比例した直流電圧を出力端子１７に得
ることができる。図５は、従来の圧電振動ジャイロに用
いられている同期検波回路２例と、図５（ｃ）は同期検
波の働きを説明する波形例である。一つの例は、図５
（ａ）に示すごとく、差動増幅回路８の出力信号を加算
増幅回路１１の出力信号によりＦＥＴ１６をＯＮ，ＯＦ
Ｆさせて同期検波している。また、図５（ｂ）にはアナ
ログスイッチ１４を用いて、差動増幅回路８の出力信号
とリファレンス信号を、加算増幅回路１１の出力信号に
より切り換えて、スイッチ選択させて同期検波する回路
である。上記のいずれの回路においても、差動増幅回路
の出力信号の一部だけを同期検波回路１０にて出力端子
１７に出力させている。即ち、図５（ｃ）のＡの信号波
形だけであり、Ｂの信号は零である。Ａの信号だけが同
期検波され、端子１７に出力している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図４に示した従来の圧
電振動ジャイロ用駆動検出回路においては、差動増幅回
路の出力信号を加算増幅回路の出力信号により、同期検
波を行う構成としている圧電振動ジャイロ用検出回路で
ある。しかし、このように構成した場合、回転角速度に
対する感度が低く、低回転角速度に対して十分出力が得
られることが出来ず、圧電振動ジャイロの感度や精度が
不安定になっていた。本回路の目的は、前記した従来の
圧電振動ジャイロの駆動検出回路の欠点を除去し、感度
が２倍の安定した圧電振動ジャイロ検出回路により、高
精度な圧電振動ジャイロを得ることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電振
動子からの二つの出力の差を取る差動増幅回路の出力信
号と、前記差動増幅回路の出力信号を反転増幅回路を通
した反転出力信号の、２つの出力信号を、前記圧電振動
子からの二つの出力を合成した加算増幅回路の出力信号
により、位相を１８０℃ずらして同期検波を行う構成と
した。即ち、差動増幅回路の出力信号の一部だけを同期
検波し出力するのではなく、反転出力信号も同じように
同期検波するので、高い出力が得られる。

【０００５】

【作用】圧電振動ジャイロ用振動子を本発明の検出回路
に接続した場合、図２の回路例のように、オペアンプに
より構成された反転増幅回路と、アナログスイッチによ
り構成された同期検波回路により、差動増幅回路の出力
信号と差動増幅回路の反転出力信号を、加算増幅回路の
出力信号によりそれぞれ位相を１８０℃ずらして同期検
波して出力している。従って、振動子からの出力信号を
倍検出しているため、高精度な圧電振動ジャイロを得る
ことが出来る。

【０００６】

【実施例】図１に、本発明の圧電振動ジャイロ用検出回
路の回路例を示す。圧電振動子としては、図３に示した
圧電振動子を使用している。図１に於て、基本的な圧電
振動ジャイロ用検出回路は従来回路と同様な動作で、差
動増幅回路８の出力信号と差動増幅回路８の反転出力信
号を同期検波回路１０に入力し、加算増幅回路１１の出
力信号により、それぞれ位相を１８０゜ずらして同期検
波する。図２（ａ）は、本発明の圧電振動ジャイロ用検
出回路に用いられているオペアンプ１３による反転増幅
回路９と同期検波回路１１の例であり、オペアンプ１３
を利用して差動増幅回路８の反転出力信号を作り出し、
同期検波回路１０のアナログスイッチ１４を利用して差
動増幅回路８の出力信号と前記反転増幅回路９の反転信
号をアナログスイッチ１４の入力信号として端子Ａ、端
子Ｂに入力する。加算増幅回路１１の出力信号により、
アナログスイッチ１４は差動増幅回路８の出力信号（端
子Ａの波形）と前記反転出力信号（端子Ｂの波形）を切
り換え、同期検波し出力信号としている。この際の波形
例を図２（ｂ）に示す。アナログスイッチ１４のＢ端子
に入力する反転出力信号も、出力端子１７に出力され
る。この反転回路９と同期検波回路１０を設けることに
より、検出回路の出力も変動なく正確な信号を出力する
ことが出来、振動ジャイロ感度や精度が安定し、高精度
の圧電振動ジャイロを得ることが出来る。

【０００７】

【発明の効果】以上に示したように、本発明によれば、
一つの駆動端子と二つの検出用端子を有する圧電振動子
から、効率よく回転角速度を検出することができ、さら
に回転角速度の検出感度が２倍で安定した高精度な検出
信号が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電振動ジャイロ用検出回路を示す回
路ブロック図。

【図２】本発明の反転回路・同期検波回路例を示す図、
図２（ａ）は、その動作波形を示す図、図２（ｂ）は図
２（ａ）と同様にその動作波形を示す図。

【図３】圧電振動ジャイロに用いられている圧電振動子
の外観斜視図。

【図４】従来の圧電振動ジャイロに用いられている検出
回路を示す回路ブロック図。

【図５】図５（ａ）は従来の圧電振動ジャイロに用いら
れているＦＥＴによる同期検波回路を示す図、図５
（ｂ）は従来の圧電振動ジャイロに用いられているアナ
ログスイッチによる同期検波回路を示す図、図５（ｃ）
はアナログスイッチの各端子部の波形を示す図。

【符号の説明】

１ 圧電セラミック円柱 ２，３，４，５，６，７ （帯状）電極 ８ 差動増幅回路 ９ 反転増幅回路 １０ 同期検波回路 １１ 加算増幅回路 １２ 移相回路 １３ オペアンプ １４ アナログスイッチ １５ ダイオード １６ ＦＥＴ １７ 出力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電振動子からの二つの出力の差を取る
   差動増幅回路の出力信号と、前記差動増幅回路の出力信
   号を反転増幅回路を通した反転出力信号の、２つの出力
   信号を、前記圧電振動子からの二つの出力を合成した加
   算増幅回路の出力信号により、それぞれ位相を１８０゜
   ずらして同期検波を行う構成としたことを特徴とする圧
   電振動ジャイロ用検出回路