JPH08122080A - Vibrating gyro and correcting device - Google Patents
Vibrating gyro and correcting deviceInfo
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- JPH08122080A JPH08122080A JP6262439A JP26243994A JPH08122080A JP H08122080 A JPH08122080 A JP H08122080A JP 6262439 A JP6262439 A JP 6262439A JP 26243994 A JP26243994 A JP 26243994A JP H08122080 A JPH08122080 A JP H08122080A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、振動ジャイロおよび振
動ジャイロの検出信号に基づいて、角速度により生じた
角変位を補正する補正装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration gyro and a correction device for correcting an angular displacement caused by an angular velocity based on a detection signal of the vibration gyro.
【0002】[0002]
【従来の技術】角速度を検出する手段の一つとして振動
ジャイロが知られており、これは『速度を持った物体に
角速度を加えるとコリオリの力が生じる』という原理を
基に、物体に振動を加えて速度を与え、この物体に角速
度が加わったときに生じるコリオリの力をバネ系で受
け、入力した角速度に比例したコリオリの力を該バネ系
の変位として検出し、物体に加わった角速度を検出する
ものである。2. Description of the Related Art A vibrating gyro is known as one of means for detecting an angular velocity. It vibrates an object based on the principle that when an angular velocity is applied to an object having velocity, Coriolis force is generated. Is applied to give a velocity, and the Coriolis force generated when an angular velocity is applied to this object is received by the spring system, and the Coriolis force proportional to the input angular velocity is detected as the displacement of the spring system, and the angular velocity applied to the object is detected. Is to detect.
【0003】図10は、1つの物体の直交する2軸の回
りの角速度を検出方式の振動ジャイロとして本出願人が
提案したものの概略図である。FIG. 10 is a schematic view of a vibration gyro proposed by the applicant of the present invention as a vibration gyro of a detection type that detects angular velocities around two axes orthogonal to each other.
【0004】この振動ジャイロは、金属製の振動子Aの
圧電素子3の一部に、この振動子Aのねじり固有振動数
に略一致する交流電圧VTin を印加すると、振動子Aに
はねじり振動が発生する。In this vibrating gyroscope, when an AC voltage V Tin that substantially matches the torsional natural frequency of the vibrator A is applied to a part of the piezoelectric element 3 of the vibrator A made of metal, the vibrator A twists. Vibration occurs.
【0005】振動子Aにx軸回り、又はy軸回りの角速
度が加わると、前述のコリオリの力によって夫々z−x
平面内又はz−y平面内の曲げ振動が振動子Aに発生
し、夫々の曲げ振動による歪みを検出するための圧電素
子には、振動子Aに加わった角速度の値に応じた信号成
分を含む交流電圧VBX又はVBYが発生する。When an angular velocity around the x-axis or the y-axis is applied to the vibrator A, the Coriolis force described above causes zx to occur.
Bending vibration in a plane or in a zy plane is generated in the vibrator A, and the piezoelectric element for detecting the strain due to each bending vibration is provided with a signal component according to the value of the angular velocity applied to the vibrator A. An AC voltage V BX or V BY containing the voltage is generated.
【0006】これらの両出力信号はねじり加振周波数成
分に角速度の周波数が重畳されたAM波であるので、こ
れらの両出力信号を第1増幅器19と第2増幅機20で
夫々増幅(変調)した後、第1検波器21と第2検波器
22とで夫々検波(復調)し、第1検波器21からは角
速度に比例した信号成分であるx方向の曲げ信号を出力
し、また第2検波器22からは角速度に比例した信号成
分であるy方向の曲げ信号を出力しており、その際振動
子Aに設けているねじり振動検出用の圧電素子からのね
じり信号VT を同期用増幅器23で増幅後移相器24に
より位相を調整された同期検波信号Refが夫々第1検
波器21と第2検波器22に出力されて上記した復調動
作がなされている。Since both of these output signals are AM waves in which the frequency of the angular velocity is superimposed on the torsional excitation frequency component, these both output signals are amplified (modulated) by the first amplifier 19 and the second amplifier 20, respectively. After that, the first detector 21 and the second detector 22 respectively detect (demodulate), and the first detector 21 outputs a bending signal in the x direction, which is a signal component proportional to the angular velocity, and the second detector 21 A bending signal in the y direction, which is a signal component proportional to the angular velocity, is output from the detector 22. At this time, the torsion signal V T from the piezoelectric element for detecting torsional vibration provided in the vibrator A is converted into a synchronization amplifier. The synchronous detection signals Ref whose phases have been adjusted by the phase shifter 24 after amplification at 23 are output to the first detector 21 and the second detector 22, respectively, and the above-described demodulation operation is performed.
【0007】なお、この同期検波信号Refは自励発振
のためにねじり振動発生用の圧電素子に加振入力VTin
として用いている。また、4は振動子Aを支持する支持
棒、5は支持棒4が取り付けられている基台をなす支持
板である。The synchronous detection signal Ref is applied to the piezoelectric element for generating torsional vibration as a vibration input V Tin due to self-excited oscillation.
Used as. Further, 4 is a support rod that supports the vibrator A, and 5 is a support plate that forms a base on which the support rod 4 is attached.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の振動ジャイロにあっては、振動子Aにねじり振動が励
起されたときに、該加振されたねじり振動によって振動
子Aに曲げ振動が励振されたり、加振されたねじり振動
を曲げ振動検出用圧電素子、すなわち角速度検出用圧電
素子で検出してしまい、実際には角速度が加わっていな
い状態でも検出電圧VBX、VBYが発生してしまうことが
あった。However, in the conventional vibration gyroscope described above, when torsional vibration is excited in the vibrator A, bending vibration is generated in the vibrator A by the applied torsional vibration. Excited or excited torsional vibration is detected by the bending vibration detection piezoelectric element, that is, the angular velocity detection piezoelectric element, and the detection voltages V BX and V BY are generated even when the angular velocity is not actually applied. There were times when it happened.
【0009】本出願に係る第1の発明の目的は、振動子
に角速度が加わっていない状態で不要な振動が検出され
ることのない振動ジャイロを提供することにある。A first object of the present invention according to the present application is to provide a vibration gyro in which unnecessary vibration is not detected in a state where an angular velocity is not applied to the vibrator.
【0010】本出願に係る第2の発明の目的は、第1の
発明の目的を実現した振動ジャイロを用いて、角速度
(角変位)に起因して生じた誤差を補正する補正装置を
提供することにある。A second object of the present invention is to provide a correction device for correcting an error caused by an angular velocity (angular displacement) by using a vibrating gyroscope realizing the object of the first invention. Especially.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】本出願に係る第1の発明
の目的を実現する第1の構成は、請求項1に記載のよう
に、加振信号を入力することにより振動子に加振モード
の振動を励起する加振手段、および角速度に基づく該振
動子の変位による検出モードの振動を逆位相の状態で取
り出す2つの変位検出用の電気−機械エネルギー変換素
子を有する振動ジャイロ本体と、該変位検出用の電気−
機械エネルギー変換素子で検出した逆位相の2つの信号
を減算する減算手段を少なくとも有し、該減算手段を経
た信号に基づいて角速度成分の検出信号を取り出す信号
処理手段と、該変位検出用の電気−機械エネルギー変換
素子からの信号に相互の位相を調節可能とした信号を重
畳する不要振動除去手段とを有することを特徴とする振
動ジャイロにある。A first configuration for achieving the object of the first invention according to the present application is to vibrate a vibrator by inputting a vibration signal as described in claim 1. A vibrating gyro main body having an exciter for exciting mode vibration, and two displacement-detection electro-mechanical energy conversion elements for taking out detection mode vibration due to displacement of the vibrator based on angular velocity in an antiphase state; Electricity for detecting the displacement
At least a subtraction unit for subtracting two signals of opposite phases detected by the mechanical energy conversion element, a signal processing unit for extracting a detection signal of an angular velocity component based on the signal passed through the subtraction unit, and the displacement detection electric device A vibration gyro, comprising: an unnecessary vibration removing unit that superimposes a signal whose mutual phase is adjustable on a signal from the mechanical energy conversion element.
【0012】この構成では、加振モードを励起した状態
で角速度が加わっていない場合、変位検出用の電気−機
械エネルギー変換素子に不要な振動が検出された場合、
この2つの不要な信号は位相が略逆転した状態にある。In this structure, when the angular velocity is not applied in a state where the vibration mode is excited, when unnecessary vibration is detected in the electric-mechanical energy conversion element for displacement detection,
The two unnecessary signals are in a state where their phases are substantially reversed.
【0013】そして、不要振動除去手段により変位検出
用の電気−機械エネルギー変換素子に例えば加振信号を
何らかのインピーダンス回路を介して印加し、この信号
に不要な信号を重畳させる。この状態では、該信号に不
要な信号が乗った状態にあり、また不要な信号が乗った
箇所を基準として着目すると、2つの重畳信号は位相ず
れを有することになる。Then, the unnecessary vibration removing means applies, for example, a vibration signal to the electromechanical energy conversion element for displacement detection through some impedance circuit, and superimposes an unnecessary signal on this signal. In this state, there is an unnecessary signal on the signal, and when attention is focused on the point where the unnecessary signal is on the basis, the two superimposed signals have a phase shift.
【0014】そこで、変位検出用の電気−機械エネルギ
ー変換素子に印加する2つの加振信号の位相を調整する
ためのインピーダンス回路を例えば可変抵抗とすると、
両者に位相ずれが生じ、結果として2つの重畳信号の位
相が一致することになり、この両重畳信号を減算手段で
減算すると出力が0となり、不要な振動が除去されるこ
とになる。Therefore, if the impedance circuit for adjusting the phases of the two excitation signals applied to the electromechanical energy conversion element for displacement detection is a variable resistor, for example,
A phase shift occurs between the two, and as a result, the phases of the two superimposed signals coincide with each other. When the two superimposed signals are subtracted by the subtracting means, the output becomes 0, and unnecessary vibration is removed.
【0015】本出願に係る第1の発明を実現する第2の
構成は、請求項2に記載のように、請求項1において、
変位検出用の電気−機械エネルギー変換素子と信号処理
手段とを一組とし、振動子の異なる2軸回りに対応して
2組み設けたことを特徴とする振動ジャイロにある。A second configuration for realizing the first invention according to the present application is, as described in claim 2, in claim 1.
A vibrating gyro is characterized in that a pair of an electro-mechanical energy conversion element for displacement detection and a signal processing means is provided as one set, and two sets are provided so as to correspond to two different axes of a vibrator.
【0016】この構成では、2軸回りの角速度を一つの
振動子で不要な振動を検出することなく検出することが
できる。With this structure, the angular velocity around the two axes can be detected by one vibrator without detecting unnecessary vibration.
【0017】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第3の構成は、請求項3に記載のように、請求項1にお
いて、加振モードと検出モードは、これらのモードの振
幅が大きい部分における振動方向が互いに直交する2軸
方向に向かう成分を有する2つの振動モードであること
を特徴とする振動ジャイロにある。A third configuration for achieving the object of the first invention according to the present application is, as described in claim 3, in claim 1, in which the vibration mode and the detection mode have different amplitudes in these modes. A vibrating gyro is characterized in that there are two vibrating modes in which the vibrating directions in a large portion are components having two axial directions that are orthogonal to each other.
【0018】この構成では、例えば振動子の中心軸を加
振および検出モードの振幅が大きい部分とすることがで
き、軸対称に検出用の圧電素子等を設けることができ
る。In this configuration, for example, the central axis of the vibrator can be a portion where the amplitude of the vibration and detection modes is large, and the piezoelectric element or the like for detection can be provided in axial symmetry.
【0019】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第4の構成は、請求項4に記載のように、請求項2にお
いて、加振モードと2つの検出モードは、これらのモー
ドの振幅が大きい部分における振動方向が互いに直交す
る3軸方向に向かう成分を有する3つの振動モードであ
ることを特徴とする振動ジャイロにある。A fourth structure for realizing the object of the first invention according to the present application is, as described in claim 4, in claim 2, in which the vibration mode and the two detection modes are of these modes. The vibration gyro is characterized in that there are three vibration modes having components in which the vibration directions in a portion with a large amplitude are directed in three axial directions orthogonal to each other.
【0020】この構成では、上記した第3の構成と同様
の作用効果を2軸回りの角速度を検出できる振動ジャイ
ロでも奏することができる。With this structure, the same operation and effect as those of the above-described third structure can be achieved with a vibrating gyroscope capable of detecting an angular velocity around two axes.
【0021】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第5の構成は、請求項5に記載のように、請求項1また
は3において、加振モードと検出モードとは振動の次数
が等しく、加振モードを曲げ振動、検出モードを該加振
モードの曲げ振動と直交する曲げ振動としたことを特徴
とする振動ジャイロにある。According to a fifth configuration for achieving the object of the first invention according to the present application, as described in claim 5, in the vibration mode and the detection mode in claim 1 or 3, the vibration order is different. Equally, the vibration gyro is characterized in that the vibration mode is bending vibration and the detection mode is bending vibration orthogonal to the bending vibration of the vibration mode.
【0022】この構成では、加振モードと検出モードと
も曲げ振動であるため、加振用の電気−機械エネルギー
変換素子と検出用の電気−機械エネルギー変換素子との
構成を簡単化して、コリオリの力による振動を検出する
ことができる。In this configuration, since both the vibration mode and the detection mode are bending vibrations, the structure of the electro-mechanical energy conversion element for vibration and the electro-mechanical energy conversion element for detection is simplified to reduce Coriolis Vibration due to force can be detected.
【0023】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第6の構成は、請求項6に記載のように、請求項2また
は4において、加振モードと2つの検出モードとは振動
の次数が等しく、加振モードをねじり振動、一方の検出
モードを曲げ振動、他方の検出モードを該一方の検出モ
ードと直交する方向の曲げ振動としたことを特徴とする
振動ジャイロにある。A sixth configuration for achieving the object of the first invention according to the present application is, as described in claim 6, in claim 2 or 4, the vibration mode and the two detection modes are vibration modes. The vibration gyro is characterized in that the vibration modes are equal, the vibration mode is torsional vibration, the one detection mode is bending vibration, and the other detection mode is bending vibration in a direction orthogonal to the one detection mode.
【0024】この構成では、上記の第5の構成と同様の
作用効果を2軸回りの角速度検出にも適用できる。With this structure, the same effect as that of the fifth structure can be applied to the angular velocity detection around the two axes.
【0025】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第7の構成は、請求項7に記載のように、請求項5また
は6において、振動の次数は1であることを特徴とする
振動ジャイロにある。A seventh structure for realizing the object of the first invention according to the present application is characterized in that, in claim 5 or 6, the order of vibration is 1 as described in claim 7. Vibrating gyro.
【0026】この構成では、1次の振動を用いて加振と
検出を行うので、比較的低周波数での角速度を検出で
き、例えばカメラの手振れの検出等を高精度に検出する
ことができる。In this configuration, since the vibration and the detection are performed by using the primary vibration, the angular velocity at a relatively low frequency can be detected, and for example, the camera shake of the camera can be detected with high accuracy.
【0027】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第8の構成は、請求項8に記載のように、請求項3、
4、5または6において、各モードの振動の固有振動数
は略一致していることを特徴とする振動ジャイロにあ
る。An eighth structure for achieving the object of the first invention according to the present application is, as described in claim 8, claim 3,
The vibration gyro is characterized in that the natural frequencies of the vibrations in the modes 4, 5, or 6 are substantially the same.
【0028】この構成では、各モードの振動がそのモー
ドの系の固有振動数と略一致していることにより、略共
振状態で加振と検出を行え、省電力化が図れる。With this configuration, since the vibration of each mode substantially matches the natural frequency of the system of that mode, vibration and detection can be performed in a substantially resonant state, and power can be saved.
【0029】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第9の構成は、請求項9に記載のように、請求項2また
は4において、加振モードが縦振動、二つの検出モード
が曲げ振動であることを特徴とする振動ジャイロにあ
る。A ninth structure for achieving the object of the first invention according to the present application is, as described in claim 9, in claim 2 or 4, wherein the vibration mode is longitudinal vibration and the two detection modes are The vibration gyro is characterized by bending vibration.
【0030】この構成では、縦振動と曲げ振動という扱
いやすい振動を使用することができる。With this configuration, it is possible to use vibrations that are easy to handle, such as longitudinal vibration and bending vibration.
【0031】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第10の構成は、請求項10に記載のように、請求項1
ないし請求項9のいずれかにおいて、変位検出用の電気
−機械エネルギー変換素子からの信号に相互の移相を調
節可能とした信号を重畳する不要振動除去手段は、加振
モードの振動を発生させるための加振信号を、調整可能
なインピーダンスを介して検出モードの変位を検出する
ための2つの電気−機械エネルギー変換素子にも印加す
ることを特徴とする振動ジャイロにある。A tenth structure for realizing the object of the first invention according to the present application is, as described in claim 10, claim 1
In any one of claims 9 to 9, the unnecessary vibration eliminating means for superimposing a signal capable of adjusting the mutual phase shift on the signal from the electromechanical energy conversion element for displacement detection generates vibration in the vibration mode. The vibration gyro is also applied to two electro-mechanical energy conversion elements for detecting the displacement of the detection mode via the adjustable impedance.
【0032】この構成では、不要振動除去手段は加振信
号に不要振動を重畳させているので、簡単な構成で変位
の検出に影響を及ぼしたりすることなく不要振動の除去
が達成できる。In this structure, since the unnecessary vibration eliminating means superimposes the unnecessary vibration on the vibration signal, the unnecessary vibration can be removed with a simple structure without affecting the detection of the displacement.
【0033】本出願に係る第1の発明の目的を実現する
第11の構成は、請求項11に記載のように、請求項1
0において、調整可能なインピーダンスは可変抵抗であ
ることを特徴とする振動ジャイロにある。The eleventh structure for achieving the object of the first invention according to the present application is, as described in claim 11, claim 1
At 0, the adjustable impedance is in a vibrating gyro characterized by a variable resistance.
【0034】この構成では、可変抵抗という簡単な部材
でインピーダンスの調整を可能とし、また調整作業も可
変抵抗を操作するだけで行える。With this structure, the impedance can be adjusted by a simple member called the variable resistance, and the adjustment work can be performed only by operating the variable resistance.
【0035】本出願に係る第2の発明の目的を実現する
構成は、請求項12に記載のように、請求項1ないし請
求項11のいずれかに記載の振動ジャイロの検出信号に
基づいて、角速度により生じた角変位誤差を補正するこ
とを特徴とする補正装置にある。According to a twelfth aspect of the present invention, a configuration for achieving the object of the second invention is based on the detection signal of the vibration gyroscope according to any one of the first to eleventh aspects. A correction device is characterized by correcting an angular displacement error caused by an angular velocity.
【0036】この構成では、角速度が加わっていない場
合に各変位誤差の補正動作が誤って実行されることがな
い。With this configuration, the correction operation of each displacement error is not erroneously executed when the angular velocity is not applied.
【0037】[0037]
(第1の実施例)図1は本発明の第1の実施例を示す振
動ジャイロの概略構成のブロック図で、振動子の一軸回
りの角速度を検出する振動ジャイロを示す。(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram of a schematic configuration of a vibrating gyroscope showing a first embodiment of the present invention, showing a vibrating gyroscope for detecting an angular velocity around one axis of a vibrator.
【0038】本実施例の振動子は、振動弾性体間に加振
モード用の加振用圧電素子(PZT)6と、検出モード
用の第1検出用圧電素子(PZT)7と、検出モード用
の第2検出用(PZT)8とを挟持し、該第1検出用圧
電素子7と該第2検出用圧電素子8とは、同一の軸回り
における角速度を検出する機械−電気エネルギー変換機
能を有していて、角速度により発生したコリオリ力によ
って生じた振動を逆位相で検出する位置に設けられてい
る。すなわち、第1検出用圧電素子7と第2検出用圧電
素子8は、検出電圧の符号が逆で大きさが同じになるよ
うに配置されている。The vibrator of this embodiment has a piezoelectric element for vibration (PZT) 6 for vibration mode, a first piezoelectric element for detection (PZT) 7 for detection mode, and a detection mode between vibration elastic bodies. The second detection piezoelectric element 7 and the second detection piezoelectric element 8 sandwich a second detection (PZT) 8 for use in mechanical-electrical energy conversion function for detecting an angular velocity about the same axis. And is provided at a position where the vibration generated by the Coriolis force generated by the angular velocity is detected in the opposite phase. That is, the first detecting piezoelectric element 7 and the second detecting piezoelectric element 8 are arranged so that the signs of the detected voltages are opposite and the magnitudes thereof are the same.
【0039】10は加振用等に用いられる発信・移相回
路、11、12は可変抵抗、13は増幅・減算回路、1
4は同期検波回路、15は角速度信号VXOUTを出力する
ローパスフィルタ、Dはスティルカメラ,ビデオカメラ
あるいは自動車の振動制御等を行う角速度補正系で、こ
れらの回路等の動作については後述する。Reference numeral 10 is a transmitting / phase shifting circuit used for excitation, 11 and 12 are variable resistors, 13 is an amplifying / subtracting circuit, 1
Reference numeral 4 is a synchronous detection circuit, 15 is a low-pass filter that outputs an angular velocity signal V XOUT , D is an angular velocity correction system that controls vibration of a still camera, a video camera, or an automobile. The operation of these circuits will be described later.
【0040】ここで、加振モードとしては、n4 (n4
=正の整数)次のねじり振動とすると、検出モードはn
4 (n4 =正の整数)次の曲げ振動の内の一つ、例えば
振動子の軸方向をZ軸とし、該Z軸に直交する2方向を
X,Y方向とした場合、加振モードはZ軸の回りのねじ
り振動、検出モードは例えばX方向の曲げ振動とするこ
とができる。Here, the vibration mode is n 4 (n 4
= Positive integer) Assuming the next torsional vibration, the detection mode is n
4 (n 4 = positive integer) If one of the following bending vibrations, for example, the axial direction of the vibrator is the Z axis and the two directions orthogonal to the Z axis are the X and Y directions, the vibration mode Can be torsional vibration around the Z axis, and the detection mode can be bending vibration in the X direction, for example.
【0041】したがって、第1検出用圧電素子7と第2
検出用圧電素子8との検出電圧は、符号が逆で大きさが
同じとなる。Therefore, the first detection piezoelectric element 7 and the second
The detection voltages of the detection piezoelectric element 8 have opposite signs and the same magnitude.
【0042】また、振動弾性体間には加振モード検出用
圧電素子(PZT)9も挟持され、検出した加振信号を
発信・移相回路10に出力し、該発信・移相回路10か
らの加振出力信号VINを加振用圧電素子6に出力する自
励発信回路を構成する一方、該発信・移相回路10の加
振出力信号VINを可変抵抗(R1)11を介して第1検
出用圧電素子7と第2検出用圧電素子8に印加するよう
にしている。A vibration mode detecting piezoelectric element (PZT) 9 is also sandwiched between the vibrating elastic bodies, and the detected vibration signal is output to the transmitting / phase shifting circuit 10 from the transmitting / phase shifting circuit 10. Of the oscillation output signal V IN of the oscillation / phase-shift circuit 10 is generated through the variable resistor (R1) 11 while the self-excited oscillation circuit that outputs the oscillation output signal V IN of The voltage is applied to the first detection piezoelectric element 7 and the second detection piezoelectric element 8.
【0043】すなわち、第1検出用圧電素子7と第2検
出用圧電素子8に印加される電圧VX1とVX2は、不
要信号と加振出力信号VINに起因する信号を重畳した信
号となる。That is, the voltages VX1 and VX2 applied to the first detection piezoelectric element 7 and the second detection piezoelectric element 8 are signals in which the unnecessary signal and the signal resulting from the vibration output signal V IN are superimposed.
【0044】なお、検出用圧電素子である第1、第2検
出用圧電素子7、8に信号を印加すると検出モードが励
振されるように思えるが、第1検出用圧電素子7と第2
検出用圧電素子8とは振動を逆位相で検出する位置に設
けられているので、第1検出用圧電素子7と第2検出用
圧電素子8に同じ信号が印加されると相殺されて加振さ
れることはない。Although it seems that the detection mode is excited when a signal is applied to the first and second detection piezoelectric elements 7 and 8 which are the detection piezoelectric elements, the first detection piezoelectric element 7 and the second detection piezoelectric element 7 are detected.
Since the detection piezoelectric element 8 is provided at a position where the vibration is detected in the opposite phase, when the same signal is applied to the first detection piezoelectric element 7 and the second detection piezoelectric element 8, they are offset and excited. It will not be done.
【0045】ここで、上記した自励発信回路により振動
子を加振すると、角速度を与えない状態で第1検出用圧
電素子7と第2検出用圧電素子8とから不要な信号が検
出されることがあり、この不要な信号は振動子に加振モ
ードの振動が励起されたときに、該加振された振動によ
って振動子に検出モードの振動が励振されたり、加振さ
れた振動を振動検出用圧電素子7、8で検出してしまう
ことに起因する。Here, when the vibrator is vibrated by the above-mentioned self-excited oscillation circuit, an unnecessary signal is detected from the first detection piezoelectric element 7 and the second detection piezoelectric element 8 without applying the angular velocity. This unwanted signal may occur when the vibration of the excitation mode is excited in the vibrator, the vibration of the detection mode is excited by the vibration of the vibration, or the vibration of the vibration vibrates. This is because the piezoelectric elements 7 and 8 for detection detect.
【0046】第1検出用圧電素子7と第2検出用圧電素
子8で検出されるこの不要な信号は、位相ずれを有する
大きさを略同じとする信号であって、その周波数は加振
モードの周波数と等しい。The unnecessary signals detected by the first detecting piezoelectric element 7 and the second detecting piezoelectric element 8 are signals having a phase shift and having substantially the same magnitude, and their frequencies are in the vibration mode. Equal to the frequency of.
【0047】したがって、両検出用圧電素子7、8から
の出力信号を増幅・減算回路13で増幅し振幅を揃えて
から減算した場合、両出力信号の位相が同位相である
と、角速度が加わっていない状態では信号VX が略0と
なり、不要な信号が取り除かれたことになる。Therefore, when the output signals from the detection piezoelectric elements 7 and 8 are amplified by the amplification / subtraction circuit 13 so that their amplitudes are equalized and then subtracted, if the phases of both output signals are in phase, an angular velocity is added. In the state where the signal is not present, the signal V X becomes almost 0, which means that the unnecessary signal is removed.
【0048】本実施例では、両検出用圧電素子7、8か
らの出力信号を一致させる手段として、可変抵抗(R
1)11を用いており、この可変抵抗11の抵抗値を変
化させることにより、加振モードの信号の周波数を変化
させることなく、第1検出用圧電素子7と第2検出用圧
電素子8に印加される加振モードの信号の位相を変化さ
せ、これにより加振モードの信号に不要な信号を重畳さ
せた両方の出力信号VX1、VX2の位相を一致させる
ようにしている。この出力信号VX1とVX2の位相を
一致させる調整方法としては、増幅・減算回路13の出
力波形を見ながら可変抵抗11を調節することにより行
える。In the present embodiment, a variable resistor (R) is used as means for matching the output signals from both the detecting piezoelectric elements 7 and 8.
1) 11 is used. By changing the resistance value of the variable resistor 11, the first detection piezoelectric element 7 and the second detection piezoelectric element 8 can be provided without changing the frequency of the signal in the vibration mode. The phase of the applied vibration mode signal is changed so that the phases of both output signals VX1 and VX2 in which an unnecessary signal is superimposed on the vibration mode signal are matched. An adjustment method for matching the phases of the output signals VX1 and VX2 can be performed by adjusting the variable resistor 11 while watching the output waveform of the amplification / subtraction circuit 13.
【0049】なお、両検出用圧電素子7、8の出力信号
の位相を一致させる、すなわち第1、第2検出用圧電素
子7、8に印加される加振モードの信号の位相をずらす
ための手段としては、図1の(b)に示すように、可変
抵抗以外のインピーダンスYを用いることもできる。It is to be noted that the phases of the output signals of the detection piezoelectric elements 7 and 8 are made to coincide with each other, that is, the phases of the vibration mode signals applied to the first and second detection piezoelectric elements 7 and 8 are shifted. As the means, as shown in FIG. 1B, an impedance Y other than the variable resistor can be used.
【0050】このように調整された振動ジャイロは、ね
じり振動による加振状態において不要な信号が増幅・減
算回路13により除去された状態にあり、ここで角速度
が加わると、第1検出用圧電素子7と第2検出用圧電素
子8から位相が反転したAM波が発生し、この両AM波
を増幅・減算回路13で増幅・減算すると、その出力信
号VX は図2の(b)に示すようになる。The vibration gyro thus adjusted is in a state in which unnecessary signals are removed by the amplifying / subtracting circuit 13 in a vibrating state due to torsional vibration, and when an angular velocity is added, the first detecting piezoelectric element is detected. 7 and the second detection piezoelectric element 8 generate AM waves with inverted phases, and when these AM waves are amplified / subtracted by the amplification / subtraction circuit 13, the output signal V X is shown in FIG. 2B. Like
【0051】すなわち、第1検出用圧電素子7より出力
される信号VX1と第2検出用圧電素子8より出力される
信号VX2は、角速度が加わらない状態では図2の(a)
に示すように、振幅一定の加振モードの振動の周波数の
波(不要な振動については図示せず)であって、位相が
一致している。That is, the signal V X1 output from the first detection piezoelectric element 7 and the signal V X2 output from the second detection piezoelectric element 8 are shown in FIG. 2 (a) when the angular velocity is not applied.
As shown in (3), it is a wave of the frequency of the vibration of the excitation mode with a constant amplitude (unnecessary vibration is not shown), and the phases thereof match.
【0052】そして、角速度が加わるとこの波を夫々搬
送波とし、各搬送波の振幅が角速度によって変調された
変調信号となる。両変調信号の位相は第1検出用圧電素
子7と第2検出用圧電素子8との位相ずれ(約180
°)に応じて位相ずれ(約180°)が生じている。し
たがって、角速度で変調された信号VX1と角速度で変調
された信号VX2とが増幅・減算回路13で減算される
と、両変調信号は重畳されて振幅が略2倍となり、図2
の(b)に示すように、破線で示す角速度で変調された
波形が得られることになる。Then, when the angular velocity is applied, these waves are used as carrier waves, and the amplitude of each carrier wave becomes a modulation signal which is modulated by the angular velocity. The phase of both modulation signals is a phase shift between the first detection piezoelectric element 7 and the second detection piezoelectric element 8 (about 180 degrees).
The phase shift (about 180 °) occurs according to (°). Therefore, when the signal V X1 modulated with the angular velocity and the signal V X2 modulated with the angular velocity are subtracted by the amplifying / subtracting circuit 13, both the modulated signals are superposed and the amplitude is almost doubled.
As shown in (b) of, a waveform modulated at the angular velocity indicated by the broken line is obtained.
【0053】次に、増幅・減算回路13からの出力信号
VX を、発信移相回路10より得られた参照信号VREF
を用いて検波する同期検波回路14により復調し、ロー
パスフィルタ15で高周波成分を取り除くと、角速度信
号VXOUT が得られることになる。この角速度信号V
XOUTは、角速度補正系Dに出力され、例えばスティルカ
メラあるいはビデオカメラの手振れによるカメラ振れ補
正、車載カメラのカメラ振れ補正等の制御に用いられ
る。Next, the output signal V X from the amplification / subtraction circuit 13 is converted into the reference signal V REF obtained from the transmission phase shift circuit 10.
When the signal is demodulated by the synchronous detection circuit 14 which detects the signal using, and the high-frequency component is removed by the low-pass filter 15, the angular velocity signal V XOUT is obtained. This angular velocity signal V
XOUT is output to the angular velocity correction system D and is used for control of camera shake correction due to camera shake of a still camera or video camera, camera shake correction of an in-vehicle camera, and the like.
【0054】なお、図1の(a)において、可変抵抗
(R2)12は第1、第2検出用圧電素子7、8の検出
信号のバランスをとるためのもので、この抵抗12は必
ずしも必要ではない。In FIG. 1A, the variable resistor (R2) 12 is for balancing the detection signals of the first and second detecting piezoelectric elements 7 and 8, and the resistor 12 is not always necessary. is not.
【0055】また、本実施例では、加振モードとしてね
じり振動を用い、検出モードとして曲げ振動を用いて1
軸回りの角速度を検出するようにしているが、以下のよ
うな組み合わせで1軸回りの角速度を検出することもで
き、この場合も図1に示す回路構成により不要の振動を
除去することができる。In this embodiment, torsional vibration is used as the vibration mode and bending vibration is used as the detection mode.
Although the angular velocity around the axis is detected, the angular velocity around one axis can be detected by the following combinations, and in this case also, unnecessary vibration can be eliminated by the circuit configuration shown in FIG. .
【0056】(1)加振モードをn1 (n1 =正の整
数)次の縦振動、検出モードをn2 (n2 =正の整数)
次の曲げ振動のうちの一つ。(1) Excitation mode is n 1 (n 1 = positive integer) Next longitudinal vibration, detection mode is n 2 (n 2 = positive integer)
One of the following bending vibrations.
【0057】(2)加振モードをn5 (n5 =正の整
数)次の曲げ振動、検出モードをn5 (n5 =正の整
数)次の曲げ振動で、加振モードと直交した振動。(2) The excitation mode is the n 5 (n 5 = positive integer) next bending vibration, and the detection mode is the n 5 (n 5 = positive integer) next bending vibration, which is orthogonal to the excitation mode. vibration.
【0058】(第2の実施例)図3は第2の実施例を示
す。(Second Embodiment) FIG. 3 shows a second embodiment.
【0059】本実施例は2軸回りの角速度を検出できる
振動ジャイロに関するもので、図1に示す第1の実施例
における検出回路(検出用圧電素子7と8、可変抵抗1
1と12、増幅・減算回路13、同期検波回路14、ロ
ーパスフィルタ15)を並列して設け、自励発信回路
(加振用圧電素子6、加振モード検出用圧電素子9、発
信・移相回路10)については共有するようにしてい
る。This embodiment relates to a vibrating gyroscope capable of detecting angular velocities around two axes. The detection circuit (detection piezoelectric elements 7 and 8 and variable resistor 1) in the first embodiment shown in FIG.
1 and 12, an amplification / subtraction circuit 13, a synchronous detection circuit 14, and a low-pass filter 15 are provided in parallel, and a self-excited oscillation circuit (excitation piezoelectric element 6, excitation mode detection piezoelectric element 9, oscillation / phase shift). The circuit 10) is shared.
【0060】このような2軸回りの角速度を検出するた
めの加振モードと検出モードとしては、例えば以下のよ
うな組み合わせがある。As the vibration mode and the detection mode for detecting the angular velocity around the two axes, there are the following combinations, for example.
【0061】(1)加振モードをn1 (n1 =正の整
数)次の縦振動、検出モードをn2 (n2 =正の整数)
次の曲げ振動(直交する2軸方向の曲げ振動)。(1) Excitation mode is n 1 (n 1 = positive integer) Next longitudinal vibration, detection mode is n 2 (n 2 = positive integer)
Next bending vibration (bending vibration in two orthogonal axes).
【0062】(2)加振モードをn4 (n4 =正の整
数)次のねじり振動、検出モードをn4(n4 =正の整
数)次の曲げ振動(直交する2軸方向の曲げ振動)。(2) The vibration mode is the n 4 (n 4 = positive integer) next torsional vibration, and the detection mode is the n 4 (n 4 = positive integer) next bending vibration (bending in two orthogonal axes). vibration).
【0063】このようなモードの振動を加振したり、あ
るいは検出したりする圧電素子および検出用圧電素子の
パターン等については種々のものが考えられる。Various patterns are conceivable for the patterns of the piezoelectric element and the detecting piezoelectric element for applying or detecting such a mode of vibration.
【0064】(第3の実施例)図4は第3の実施例を示
す。(Third Embodiment) FIG. 4 shows a third embodiment.
【0065】本実施例は図3に示す第2の実施例で示し
た(2)のモードの加振及び加振モード検出、および2
軸回りの振動検出のための圧電素子を示す。In this embodiment, the vibration of the mode (2) shown in the second embodiment shown in FIG. 3 and the detection of the vibration mode, and 2
2 shows a piezoelectric element for detecting vibration around an axis.
【0066】3Aは直交する2方向の曲げ振動を夫々検
出できる圧電素子で、厚み方向に変位するように分極処
理された圧電体の片面側に90度ピッチで4分割された
分割電極膜を形成し、他面側には接地用全面電極膜を形
成しており、該各分割電極膜のうち、中心軸に対して対
向する一対の分割電極膜同士で一組の検出回路における
第1検出用圧電素子7(7’)と第2検出用圧電素子8
(8’)を構成し、一方の組みの第1検出用圧電素子7
と第2検出用圧電素子8からは夫々信号VX1と信号VX2
とが出力され、他方の組みの第1検出用圧電素子7’と
第2検出用圧電素子8’からは夫々信号VY1と信号VY2
とが出力される。Reference numeral 3A is a piezoelectric element capable of detecting bending vibrations in two directions orthogonal to each other, and a divided electrode film divided into four at 90 ° pitch is formed on one side of a piezoelectric body polarized so as to be displaced in the thickness direction. On the other surface side, a grounding whole surface electrode film is formed. Of the divided electrode films, a pair of divided electrode films facing the central axis are used for the first detection in a set of detection circuits. Piezoelectric element 7 (7 ′) and second detection piezoelectric element 8
(8 ′), one set of the first detection piezoelectric element 7
The signal V X1 and the signal V X2 are output from the second detection piezoelectric element 8 and
Are output, and the signals V Y1 and V Y2 are output from the other pair of the first detection piezoelectric element 7'and the second detection piezoelectric element 8 ', respectively.
And are output.
【0067】この場合、圧電体の分極方向は矢印で示す
厚み方向に同一であることから、角速度によって生じた
コリオリ力で曲げ振動が振動子に励起されると、対向し
た分割電極膜からは逆位相の一次の曲げ振動が検出され
ることになる。また、上記した不要な振動も逆位相で生
じるので、重畳する加振モードの信号の位相を可変抵抗
11(11’)でずらし、角速度が加わっていない状態
で不要な振動を角速度信号と誤検出することを増幅・減
算回路13(13’)により防いでいる。In this case, since the polarization direction of the piezoelectric body is the same as the thickness direction indicated by the arrow, when the bending vibration is excited in the vibrator by the Coriolis force generated by the angular velocity, it is reversed from the divided electrode films facing each other. The primary bending vibration of the phase will be detected. In addition, since the unnecessary vibration described above is also generated in the opposite phase, the phase of the superimposed vibration mode signal is shifted by the variable resistor 11 (11 '), and unnecessary vibration is erroneously detected as an angular velocity signal in the state where the angular velocity is not applied. This is prevented by the amplifying / subtracting circuit 13 (13 ').
【0068】3Bは加振モードの一次のねじり振動を励
起すると共に、加振モードの振動を検出する圧電素子
で、圧電体にはZ軸回りの方向で変位する分極処理が施
され、片面側には略平面C形状の電圧印加用の電極膜3
B1が形成されると共に、径方向に平面矩形形状の加振
モード検出用電極膜3B2が形成され、さらに他面側に
はグランド用の全面電極膜が形成されている。Reference numeral 3B denotes a piezoelectric element that excites the first-order torsional vibration in the vibration mode and detects the vibration in the vibration mode. The piezoelectric body is subjected to a polarization process to displace in the direction around the Z axis, and one side Is a substantially plane C-shaped electrode film 3 for voltage application.
B1 is formed, a vibration mode detection electrode film 3B2 having a rectangular shape in a plane is formed in the radial direction, and a ground whole electrode film is formed on the other surface side.
【0069】したがって、圧電素子3Bの電極膜3B1
に加振用の信号VINを印加すると、この圧電素子は両面
側において相対的なZ軸回りの滑りが生じ、振動子にね
じり振動を励振することになる。そして、電極膜3B2
からは振動子に励振されたねじり振動の検出信号V
SENSORが出力される。Therefore, the electrode film 3B1 of the piezoelectric element 3B is
When a signal V IN for vibration is applied to the piezoelectric element, the piezoelectric element causes relative sliding around the Z axis on both surface sides and excites torsional vibration in the vibrator. Then, the electrode film 3B2
From the detection signal V of the torsional vibration excited by the vibrator
SENSOR is output.
【0070】(第4の実施例)図5、図6は第4の実施
例を示す。(Fourth Embodiment) FIGS. 5 and 6 show a fourth embodiment.
【0071】本実施例は、上記した第2の実施例におい
て示した、(1)の加振モードをn1 (n1 =正の整
数)次の縦振動、検出モードをn2 (n2 =正の整数)
次の曲げ振動(直交する2軸方向の曲げ振動)とする振
動子を示している。In this embodiment, the vibration mode of (1) shown in the above-mentioned second embodiment is n 1 (n 1 = a positive integer), the next longitudinal vibration is n 2 (n 2) = Positive integer)
A vibrator having the following bending vibration (bending vibration in two orthogonal directions of axes) is shown.
【0072】上記の各実施例における振動子は、振動弾
性体の他面側から支持棒を延ばし、その延出端部に基台
を固定して振動子を支持する方式を採用しているが、本
実施例では振動弾性体1と2との間に挟持される絶縁基
板16を利用して振動子の支持を行うようにしている。The vibrator in each of the above-described embodiments employs a system in which the support rod is extended from the other surface side of the vibrating elastic body and the base is fixed to the extended end portion to support the vibrator. In this embodiment, the vibrator is supported by using the insulating substrate 16 sandwiched between the vibrating elastic bodies 1 and 2.
【0073】3aはZ軸方向に分極処理された2軸方向
の曲げ振動検出用圧電素子、3bはZ軸方向に分極処理
された加振のための縦振動を励起するための加振用圧電
素子であり、絶縁基板16をその間に挟んで振動弾性体
1と2により挟持され、双方の振動弾性体1、2をネジ
部1a、2aで螺着することにより固定される。Reference numeral 3a denotes a piezoelectric element for detecting bending vibration in the biaxial directions which is polarized in the Z axis direction, and 3b is a piezoelectric element for exciting the longitudinal vibration for polarization which is polarized in the Z axis direction. It is an element, and is sandwiched between the vibrating elastic bodies 1 and 2 with the insulating substrate 16 sandwiched therebetween, and is fixed by screwing both vibrating elastic bodies 1 and 2 with screw portions 1a and 2a.
【0074】加振用圧電素子3bは、圧電体の片面に図
4の圧電素子3Bの片面側と同様に平面略C形状の電圧
印加用の電極膜と検出用電極膜とが形成され、他面側に
設置用の全面電極膜が形成され、絶縁基板16の裏面側
に形成された電極パターン16cに該電圧印加用の電極
膜が接触し、電極パターン16dに該検出用電極膜が接
触する。また、加振用圧電素子3bの全面電極膜はグラ
ンド用電極板17に接触し接地されるようになってい
る。The vibrating piezoelectric element 3b has a substantially C-shaped planar voltage-applying electrode film and a detecting electrode film formed on one surface of the piezoelectric body as in the one surface of the piezoelectric element 3B of FIG. A full-scale electrode film for installation is formed on the surface side, the electrode pattern 16c formed on the back surface side of the insulating substrate 16 contacts the electrode film for voltage application, and the electrode pattern 16d contacts the electrode film for detection. . Further, the entire surface electrode film of the vibrating piezoelectric element 3b contacts the ground electrode plate 17 and is grounded.
【0075】なお、電極16c、16d、17と圧電素
子3bが十分に密着しているならば、圧電素子3bの表
面に電極膜を設けなくても良い。If the electrodes 16c, 16d, 17 and the piezoelectric element 3b are in close contact with each other, no electrode film may be provided on the surface of the piezoelectric element 3b.
【0076】一方、検出用圧電素子3aは、両面に電極
膜を形成していないZ軸方向に変位する分極処理が施さ
れた状態にあり、振動弾性体1とは絶縁板18を介して
電気的に非導通状態に維持され、絶縁基板16の表面側
に90度のピッチで形成された電極パターン16aの接
触パターン部16a1 、電極パターン16a’の接触パ
ターン部16a’1 、電極パターン16bの接触パター
ン部16b1 、電極パターン16b’の接触パターン部
16b’1 と接触すると共に、中央部に形成されたリン
グ形状の共通パターン部16eに接触するようにしてお
り、このような構成により振動子に形成される曲げ振動
を検出できる原理を以下に説明する。On the other hand, the detecting piezoelectric element 3a is in a state of being polarized so as to be displaced in the Z-axis direction with no electrode film formed on both surfaces, and is electrically connected to the vibrating elastic body 1 via the insulating plate 18. to be maintained in a non-conductive state, the contact pattern portion 16a 1 of the electrode patterns 16a formed at a pitch of 90 degrees on the surface side of the insulating substrate 16, 'contact pattern portion 16a' of first electrode patterns 16a, the electrode patterns 16b contact pattern portion 16b 1, as well as contact with 1 'contact pattern portion 16b' of the electrode patterns 16b, and so as to contact with the common pattern portion 16e of the ring shape formed in the central portion, the vibrator this configuration The principle by which the bending vibration formed in the above can be detected will be described below.
【0077】電極パターン16cに加振用の信号VINを
印加すると、圧電素子3bはZ軸方向に伸縮する。加振
信号VINの周波数が振動子の1次縦振動固有振動数に略
一致していると、振動子には図7に振動子を半断面斜視
図の状態で有限要素法にて示すように、一次の縦振動、
すなわち振動弾性体1、2がZ軸方向に逆位相で伸縮す
るようなモードの振動が生じる。When the vibration signal V IN is applied to the electrode pattern 16c, the piezoelectric element 3b expands and contracts in the Z-axis direction. If the frequency of the excitation signal V IN is substantially equal to the natural longitudinal natural vibration frequency of the vibrator, the vibrator is shown in FIG. The primary longitudinal vibration,
That is, vibration of a mode occurs in which the vibrating elastic bodies 1 and 2 expand and contract in the Z-axis direction in opposite phases.
【0078】もし、今Y軸回りの角速度ωが振動子に加
わると、振動弾性体1、2には白抜きの矢印で示したよ
うに、X軸方向で逆位相のコリオリ力が生じる。なお、
このコリオリ力は周波数が加振信号VINの周波数と略一
致している。If the angular velocity ω about the Y-axis is applied to the vibrator, Coriolis forces of opposite phases are generated in the vibrating elastic bodies 1 and 2 in the X-axis direction, as indicated by the outlined arrows. In addition,
The frequency of this Coriolis force is substantially the same as the frequency of the excitation signal V IN .
【0079】ここで、コリオリ力により曲げ振動が振動
子に励起されることになるが、いま、X−Z平面内の曲
げ2次モードの振動の周波数がコリオリ力の周波数に近
いと、このモードは振動弾性体1、2の振動方向がX軸
方向と逆位相であるため、振動子には図8に示すような
曲げ2次モードの振動が生じる。Here, the bending vibration is excited in the oscillator by the Coriolis force. Now, if the frequency of the vibration of the bending second mode in the XZ plane is close to the frequency of the Coriolis force, this mode is generated. Since the vibration directions of the vibrating elastic bodies 1 and 2 are in the opposite phase to the X-axis direction, vibration in the bending secondary mode as shown in FIG. 8 occurs in the vibrator.
【0080】したがって、この振動の振幅を検出するこ
とにより加わった角速度ωの大きさが分かることにな
る。また、X軸回りの角速度が振動子に加わった場合に
は、上記の場合と同様の原理によりY−Z面内の曲げ2
次モードが生じる。Therefore, the magnitude of the applied angular velocity ω can be known by detecting the amplitude of this vibration. When an angular velocity around the X-axis is applied to the vibrator, bending 2 in the YZ plane is performed by the same principle as the above case.
The next mode occurs.
【0081】この曲げ2次モードが生じた時のX−Z平
面における振動子の状態を図8に示す。この場合、斜線
を施して示した検出用圧電素子3aは剪断変形し、同図
ではX軸方向にずれ変形している。FIG. 8 shows the state of the vibrator in the XZ plane when the bending secondary mode is generated. In this case, the piezoelectric element for detection 3a indicated by hatching is sheared and deformed in the X-axis direction in FIG.
【0082】このような変形を圧電素子により検出する
ためには、 (1)Z軸方向に分極された圧電素子に生じたX方向の
電荷を検出する (2)X軸方向に分極された圧電素子に生じたZ方向の
電荷を検出する かのいずれかが適用できる。In order to detect such deformation by the piezoelectric element, (1) the charge in the X direction generated in the piezoelectric element polarized in the Z-axis direction is detected. (2) the piezoelectric polarized in the X-axis direction. Either of detecting the charge in the Z direction generated in the element can be applied.
【0083】本実施例では上記の(1)の方式を採用す
るが、この方式による検出原理を図9により説明する。In the present embodiment, the above method (1) is adopted. The detection principle of this method will be described with reference to FIG.
【0084】検出用圧電素子3aは、その絶縁基板16
のパターン形成面側の各パターン部16a1 、16a’
1 、16b1 、16b’1 と、共通パターン部16eに
接触しており、具体的には圧電体の片面側において、共
通パターン部16eとその外周側に所定の間隔を有する
各パターン部16a1 、16a’1 、16b1 、16
b’1 と接触している。なお、対向するパターン部16
a1 、16a’1 と、対向するパターン部16b1 、1
6b’1 とは直交した状態にある。The detecting piezoelectric element 3a has the insulating substrate 16
Pattern portions 16a 1 and 16a ′ on the pattern forming surface side of
1 , 16b 1 and 16b ′ 1 and the common pattern portion 16e are in contact with each other. Specifically, on one surface side of the piezoelectric body, the common pattern portion 16e and each pattern portion 16a 1 having a predetermined space on the outer peripheral side thereof. , 16a ′ 1 , 16b 1 , 16
b '1 is in contact with. It should be noted that the pattern portions 16 facing each other
a 1 and 16a ′ 1 and the pattern portions 16b 1 and 1 facing each other
6b ′ 1 is orthogonal to that of 6b ′ 1 .
【0085】ここで、図9の(a)に示すように、検出
用圧電素子3aが剪断変形していな状態では圧電素子内
には電界が発生しないが、図9の(b)に示すように剪
断変形が生じると、破線で示したような電界が生じ、例
えば電極パターン16a、16a’にはZ−X面内の曲
げ2次モードの振幅に比例した電圧VX1、VX2が生じ
る。また同様にして電極パターン16b、16b’には
Z−Y面内の曲げ2次モードの振幅に比例した電圧
VY1、VY2が生じる。したがって、直交する2軸につい
ての角速度の検出が可能となる。Here, as shown in FIG. 9A, an electric field is not generated in the piezoelectric element 3a when the detecting piezoelectric element 3a is not sheared and deformed, but as shown in FIG. 9B. When shear deformation occurs, an electric field as indicated by a broken line is generated, and, for example, voltages V X1 and V X2 proportional to the amplitude of the bending secondary mode in the ZX plane are generated in the electrode patterns 16a and 16a ′. Similarly, voltages V Y1 and V Y2 proportional to the amplitude of the bending secondary mode in the ZY plane are generated in the electrode patterns 16b and 16b ′. Therefore, it is possible to detect the angular velocities on the two orthogonal axes.
【0086】ここで、一対の電極パターンの電圧は符号
が逆となるので、上述した実施例と同様に不要な信号の
除去が増幅・減算回路により行え、角速度の発生により
AM変調された信号を同期検波回路により復調すること
により、各速度信号成分を抽出することができる。Here, since the voltages of the pair of electrode patterns have opposite signs, the unnecessary signals can be removed by the amplifying / subtracting circuit as in the above-described embodiment, and the signals AM-modulated by the generation of the angular velocity are generated. Each velocity signal component can be extracted by demodulating with the synchronous detection circuit.
【0087】このように加振モードを縦振動、検出モー
ドを曲げ振動とした場合において、加振モードの振動の
次数n1 と、検出モードの振動の次数n2 、n3 とは、
n1=1次、n2 =n3 =2次、あるいはn1 =2次、
n2 =n3 =1次、あるいはn1 =3次、n2 =n3 =
2次というように、加振モードの次数を奇数とすると検
出モードの次数を偶数、逆に加振モードの次数を偶数と
すると検出モードの次数を奇数となる。When the vibration mode is the longitudinal vibration and the detection mode is the bending vibration, the vibration mode order n 1 and the detection mode vibration orders n 2 and n 3 are as follows.
n 1 = first order, n 2 = n 3 = second order, or n 1 = second order,
n 2 = n 3 = first order, or n 1 = third order, n 2 = n 3 =
When the order of the excitation mode is odd, such as quadratic, the order of the detection mode is even, and conversely, when the order of the excitation mode is even, the order of the detection mode is odd.
【0088】これは、図11の(a)に示すように、n
1 =2次、n2 =1次の場合や、図11の(b)に示す
ように、n1 =3次、n2 =2次の場合を例にすると、
加振モードの振動と検出モードの振動の波形が同じよう
な波形として現れることによる。This means that, as shown in FIG.
1 = second order, and the case of n 2 = 1 order, as shown in (b) of FIG. 11, n 1 = 3-order and the case of n 2 = Secondary as an example,
This is because the vibration mode vibration and the detection mode vibration waveform appear as similar waveforms.
【0089】つまり、この振動ジャイロの原理は、縦振
動で加振状態にある振動子に角速度が与えられると、縦
振動する方向と直交する2つの軸回りの角速度によって
生じるコリオリの力によって2つの曲げ振動が励振され
ので、縦振動の波形と曲げ振動の波形とが異なると、コ
リオリの力によって生じた振動成分が規則正しく検出で
きず、結果として角速度の検出ができなくなる。In other words, the principle of this vibrating gyroscope is that when an angular velocity is applied to a vibrator excited by longitudinal vibration, the Coriolis force generated by the angular velocity about two axes orthogonal to the direction of longitudinal vibration causes two Since the bending vibration is excited, if the waveform of the longitudinal vibration and the waveform of the bending vibration are different, the vibration component generated by the Coriolis force cannot be regularly detected, and as a result, the angular velocity cannot be detected.
【0090】[0090]
【発明の効果】請求項1に記載の発明によれば、加振モ
ードを励起した状態で角速度が加わっていない場合、変
位検出用の電気−機械エネルギー変換素子に不要な振動
が検出された場合でも、不要な振動を除去することがで
きる。According to the first aspect of the present invention, when the angular velocity is not applied in the state where the vibration mode is excited, and the unnecessary vibration is detected in the electric-mechanical energy conversion element for detecting displacement. However, unnecessary vibration can be eliminated.
【0091】請求項2に記載の発明によれば、2軸回り
の角速度を一つの振動子で不要な振動を検出することな
く検出することができる。According to the second aspect of the present invention, the angular velocity around the two axes can be detected by one vibrator without detecting unnecessary vibration.
【0092】請求項3に記載の発明によれば、例えば振
動子の中心軸を加振および検出モードの振幅が大きい部
分とすることができ、回転対称に検出用の圧電素子等を
設けることができる。According to the third aspect of the present invention, for example, the central axis of the vibrator can be a portion where the amplitude of the vibration and detection modes is large, and the piezoelectric element for detection and the like can be provided rotationally symmetrically. it can.
【0093】請求項4に記載の発明によれば、上記した
請求項3の記載の発明と同様の作用効果を2軸回りの角
速度を検出できる振動ジャイロでも奏することができ
る。According to the invention described in claim 4, the same effect as that of the invention described in claim 3 can be exerted also in the vibration gyro which can detect the angular velocity around the two axes.
【0094】請求項5に記載の発明によれば、加振モー
ドと検出モードとも曲げ振動であるため、加振用の電気
−機械エネルギー変換素子と検出用の電気−機械エネル
ギー変換素子との構成を簡単化して、コリオリの力によ
る振動を検出することができる。According to the invention described in claim 5, since the vibration mode and the detection mode are bending vibrations, the structure of the electric-mechanical energy conversion element for vibration and the electric-mechanical energy conversion element for detection is constituted. Can be simplified, and vibration due to Coriolis force can be detected.
【0095】請求項6に記載の発明によれば、上記の請
求項5に記載の発明とと同様の作用効果を2軸回りの角
速度検出にも適用できる。According to the invention described in claim 6, the same operational effect as that of the invention described in claim 5 can be applied to the angular velocity detection around the two axes.
【0096】請求項7に記載の発明によれば、1次の振
動を用いて加振と検出を行うので、比較的低周波数での
角速度を検出でき、例えばカメラの手振れの検出等を高
精度に検出することができる。According to the invention described in claim 7, since the vibration and the detection are performed by using the primary vibration, it is possible to detect the angular velocity at a relatively low frequency, and for example, the camera shake of the camera can be detected with high accuracy. Can be detected.
【0097】請求項8に記載の発明によれば、各モード
の振動がそのモードの系の固有振動数と略一致している
ことにより、略共振状態で加振と検出を行え、省電力化
が図れる。According to the invention described in claim 8, since the vibration of each mode substantially coincides with the natural frequency of the system of the mode, vibration and detection can be performed in a substantially resonant state, and power saving is achieved. Can be achieved.
【0098】請求項9に記載の発明によれば、縦振動と
曲げ振動という扱いやすい振動を使用することができ
る。According to the ninth aspect of the invention, it is possible to use vibrations that are easy to handle, such as longitudinal vibration and bending vibration.
【0099】請求項10に記載の発明によれば、不要振
動除去手段は加振信号に不要振動を重畳させているの
で、簡単な構成で変位の検出に影響を及ぼしたりするこ
となく不要振動の除去が達成できる。According to the tenth aspect of the present invention, since the unnecessary vibration eliminating means superimposes the unnecessary vibration on the excitation signal, the unnecessary vibration is removed without affecting the detection of the displacement with a simple structure. Removal can be achieved.
【0100】請求項11に記載の発明によれば、可変抵
抗という簡単な部材でインピーダンスの調整を可能と
し、また調整作業も可変抵抗を操作するだけで行える。According to the eleventh aspect of the present invention, the impedance can be adjusted by a simple member called the variable resistor, and the adjustment work can be performed only by operating the variable resistor.
【0101】請求項12に記載の発明によれば、角速度
が加わっていない場合に各変位誤差の補正動作が誤って
実行されることがない。According to the twelfth aspect of the invention, the correction operation of each displacement error is not erroneously executed when the angular velocity is not applied.
【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック図で、
(a)は全体の構成を示し、(b)は変形例を示す。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention,
(A) shows the whole structure, (b) shows a modification.
【図2】図1の実施例における変調と復調を示す波形
図。2 is a waveform diagram showing modulation and demodulation in the embodiment of FIG.
【図3】第2の実施例を示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram showing a second embodiment.
【図4】第3の実施例を示す圧電素子の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of a piezoelectric element showing a third embodiment.
【図5】第4の実施例を示す振動子の断面図。FIG. 5 is a sectional view of a vibrator according to a fourth embodiment.
【図6】第4の実施例の振動子の分解斜視図。FIG. 6 is an exploded perspective view of a vibrator according to a fourth embodiment.
【図7】第4の実施例の振動子の縦振動モードを示す
図。FIG. 7 is a diagram showing a longitudinal vibration mode of a vibrator according to a fourth embodiment.
【図8】第4の実施例の振動子の曲げ振動モードを示す
図。FIG. 8 is a diagram showing a bending vibration mode of a vibrator according to a fourth embodiment.
【図9】第4の実施例の曲げ振動の検出原理を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a bending vibration detection principle of the fourth embodiment.
【図10】従来の振動ジャイロの構成を示すブロック
図。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a conventional vibrating gyro.
【図11】本発明における加振モードの振動と検出モー
ドの振動との次数の関係を示す波形図。FIG. 11 is a waveform diagram showing the order relationship between the vibration in the excitation mode and the vibration in the detection mode in the present invention.
6 加振用圧電素子 7、8 検出用圧電素子 9 加振モード検出用圧電素子 10 発振・移相回路 11、12 可変抵抗 13 増幅・減算回路 14 同期検波回路 15 ローパスフィルタ 16 絶縁基板 D 角速度補正系 Y インピーダンス 6 Piezoelectric element for vibration 7,8 Piezoelectric element for detection 9 Piezoelectric element for vibration mode detection 10 Oscillation / phase shift circuit 11,12 Variable resistance 13 Amplification / subtraction circuit 14 Synchronous detection circuit 15 Low-pass filter 16 Insulation substrate D Angular velocity correction System Y impedance
Claims (12)
加振モードの振動を励起する加振手段、および角速度に
基づく該振動子の変位による検出モードの振動を逆位相
の状態で取り出す2つの変位検出用の電気−機械エネル
ギー変換素子を有する振動ジャイロ本体と、該変位検出
用の電気−機械エネルギー変換素子で検出した逆位相の
2つの信号を減算する減算手段を少なくとも有し、該減
算手段を経た信号に基づいて角速度成分の検出信号を取
り出す信号処理手段と、該変位検出用の電気−機械エネ
ルギー変換素子からの信号に相互の位相を調節可能とし
た信号を重畳する不要振動除去手段とを有することを特
徴とする振動ジャイロ。1. A vibrating means for exciting a vibration in a vibration mode into a vibrator by inputting a vibration signal, and a vibration in a detection mode due to displacement of the vibrator based on an angular velocity are extracted in an antiphase state. A vibration gyro body having two electro-mechanical energy conversion elements for displacement detection, and at least subtraction means for subtracting two signals of opposite phases detected by the electro-mechanical energy conversion element for displacement detection. Signal processing means for extracting a detection signal of an angular velocity component based on the signal passed through the means, and unnecessary vibration eliminating means for superimposing a signal whose mutual phase can be adjusted on a signal from the electromechanical energy conversion element for detecting displacement. A vibrating gyro, which comprises:
機械エネルギー変換素子と信号処理手段とを一組とし、
振動子の異なる2軸回りに対応して2組み設けたことを
特徴とする振動ジャイロ。2. The electric device for detecting displacement according to claim 1.
A set of a mechanical energy conversion element and a signal processing means,
A vibrating gyro, characterized in that two sets are provided corresponding to two different axes of the oscillator.
ードは、これらのモードの振幅が大きい部分における振
動方向が互いに直交する2軸方向に向かう成分を有する
2つの振動モードであることを特徴とする振動ジャイ
ロ。3. The vibrating mode and the detecting mode according to claim 1, wherein the vibrating modes and the detecting modes are two vibrating modes having components in which the vibrating directions of a portion where the amplitude of these modes is large are in two axial directions orthogonal to each other. Vibration gyro to be.
検出モードは、これらのモードの振幅が大きい部分にお
ける振動方向が互いに直交する3軸方向に向かう成分を
有する3つの振動モードであることを特徴とする振動ジ
ャイロ。4. The vibration mode and the two detection modes according to claim 2, which are three vibration modes having components in which vibration directions in a portion having a large amplitude of these modes are directed in three axial directions orthogonal to each other. A vibrating gyro.
と検出モードとは振動の次数が等しく、加振モードを曲
げ振動、検出モードを該加振モードの曲げ振動と直交す
る曲げ振動としたことを特徴とする振動ジャイロ。5. The vibration mode and the detection mode according to claim 1, wherein the vibration modes have the same vibration order, the vibration mode is the bending vibration, and the detection mode is the bending vibration orthogonal to the bending vibration of the vibration mode. A vibrating gyro that is characterized.
と2つの検出モードとは振動の次数が等しく、加振モー
ドをねじり振動、一方の検出モードを曲げ振動、他方の
検出モードを該一方の検出モードと直交する方向の曲げ
振動としたことを特徴とする振動ジャイロ。6. The vibration mode and the two detection modes according to claim 2, wherein the vibration modes have the same vibration order, the vibration mode is torsional vibration, one detection mode is bending vibration, and the other detection mode is the one. A vibration gyro, which is characterized by bending vibration in a direction orthogonal to the detection mode of.
は1であることを特徴とする振動ジャイロ。7. The vibration gyro according to claim 5, wherein the order of vibration is 1.
モードの振動の固有振動数は略一致していることを特徴
とする振動ジャイロ。8. The vibration gyro according to claim 3, 4, 5 or 6, wherein the natural frequencies of the vibrations of the respective modes are substantially the same.
が縦振動、二つの検出モードが曲げ振動であることを特
徴とする振動ジャイロ。9. The vibration gyro according to claim 2, wherein the vibration mode is longitudinal vibration and the two detection modes are bending vibration.
おいて、変位検出用の電気−機械エネルギー変換素子か
らの信号に相互の移相を調節可能とした信号を重畳する
不要振動除去手段は、加振モードの振動を発生させるた
めの加振信号を、調整可能なインピーダンスを介して検
出モードの変位を検出するための2つの電気−機械エネ
ルギー変換素子にも印加することを特徴とする振動ジャ
イロ。10. The unnecessary vibration removing means according to claim 1, wherein the signal from the electromechanical energy conversion element for displacement detection is superposed with a signal whose phase shift can be adjusted. A vibration gyro, characterized in that a vibration signal for generating vibration in a vibration mode is also applied to two electro-mechanical energy conversion elements for detecting a displacement in a detection mode via an adjustable impedance. .
ピーダンスは可変抵抗であることを特徴とする振動ジャ
イロ。11. The vibrating gyroscope according to claim 10, wherein the adjustable impedance is a variable resistance.
に記載の振動ジャイロの検出信号に基づいて、角速度に
より生じた角変位誤差を補正することを特徴とする補正
装置。12. A correction device, which corrects an angular displacement error caused by an angular velocity based on the detection signal of the vibration gyro according to any one of claims 1 to 11.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26243994A JP3265138B2 (en) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | Vibrating gyroscope and compensation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26243994A JP3265138B2 (en) | 1994-10-26 | 1994-10-26 | Vibrating gyroscope and compensation device |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08122080A true JPH08122080A (en) | 1996-05-17 |
JP3265138B2 JP3265138B2 (en) | 2002-03-11 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001255153A (en) * | 2000-02-19 | 2001-09-21 | Robert Bosch Gmbh | Separated multi-disk gyroscope |
-
1994
- 1994-10-26 JP JP26243994A patent/JP3265138B2/en not_active Expired - Fee Related
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