JPH0821733A

JPH0821733A - 振動制御装置

Info

Publication number: JPH0821733A
Application number: JP6153955A
Authority: JP
Inventors: Kokichi Terajima; 厚吉寺嶋
Original assignee: Akai Electric Co Ltd
Current assignee: Akai Electric Co Ltd
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 1996-01-23

Abstract

(57)【要約】【目的】温度変化に影響されることなく、振動子を常
により正確に自励振動させることができる振動制御装置
を提供する。【構成】共振点を有する振動体１の側面に実質一対の
圧電素子２，３を有する振動子４の振動を制御する装置
であって、振動子４の発振信号を出力する第１の信号発
生手段６と、前記発振信号と異なる周波数の信号を発生
する第２の信号発生手段２３と、これら第１および第２
の信号発生手段６，２３の出力を重畳する加算手段２９
と、この加算手段２９の出力を振動子４に印加する手段
１０Ｌ，１０Ｒと、振動子４を経た信号から第２の信号
発生手段２３の出力信号成分に対応する信号を抽出する
フィルタ手段２５，２６と、このフィルタ手段２５，２
６の出力と振動子４を経た信号とを乗算する乗算手段２
４と、この乗算手段２４の出力を振動子４を経た信号に
合成する手段Ｃｃとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、圧電形振動
ジャイロに用いる振動制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来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ある。この振動ジャイロにおい
ては、振動子４を構成する圧電素子２，３を、それぞれ
インピーダンス素子Ｚ₁，Ｚ₂を経て駆動装置６の出力
側に接続すると共に、この駆動装置６の出力側を、更に
他のインピーダンスＺ₃を経て容量素子Ｃにも接続し
て、これら圧電素子２，３および容量素子Ｃに、駆動装
置６からの駆動電圧を同時に印加するようにしている。

【０００３】また、インピーダンス素子Ｚ₁，Ｚ₂と圧
電素子２，３とのそれぞれの接続点における出力は合成
し、その合成出力と、インピーダンス素子Ｚ₃および容
量素子Ｃの接続点における出力とを差動増幅器７に供給
して、その差動出力を駆動装置６に帰還することにより
振動子４を自励振動させるようにし、さらに、これらイ
ンピーダンス素子Ｚ₁，Ｚ₂と圧電素子２，３とのそれ
ぞれの接続点における出力を他の差動増幅器８に供給し
て、この差動増幅器８の出力に基づいて角速度検出信号
を得るようにしている。

【０００４】ここで、振動子４は、例えば、図４に示す
ように、横断面形状が四角形をなし、共振点を有する振
動体１の一側面１ａに圧電素子２を、その側面１ａと隣
接する他の側面１ｂに圧電素子３をそれぞれ形成したも
の、図５に示すように、振動体１の同一側面上に幅方向
に分割して圧電素子２，３を形成したもの、図６に示す
ように、振動体１の対向する側面上に幅方向にずらして
圧電素子２，３を形成したもの、あるいは、図７に示す
ように、振動体１の対向する側面に実質的に一つの圧電
素子２として作用するように、それぞれ圧電素子２ａ，
２ｂを形成してこれらを並列接続すると共に、他の対向
する側面にも実質的に一つの圧電素子３として作用する
ように、それぞれ圧電素子３ａ，３ｂを形成してこれら
を並列接続したものが用いられる。

【０００５】また、他の振動子４として、図８に示すよ
うに、横断面形状が三角形をなし、共振点を有する振動
体１の二つの側面に圧電素子２，３を形成したものや、
図９に示すように、横断面形状が円形をなし、共振点を
有する振動体１の円周側面に圧電素子２，３を形成した
もの等、種々の横断面形状を有する振動体の側面に実質
的に二つの圧電素子を形成したものが用いられる。な
お、ここでは、図４〜図９において例示したように、振
動体１に実質的に二つの圧電素子２，３を形成してなる
振動子を、図１０に示すように表すものとする。

【０００６】このような、図３に示す従来の振動ジャイ
ロにあっては、駆動装置６からの駆動信号をインピーダ
ンス素子Ｚ₁，Ｚ₂を介して圧電素子２，３に印加する
ようにしているため、振動子４の機械的直列共振周波数
ｆｓ近傍において、圧電素子２，３のインピーダンスが
低下した際に、圧電素子２，３に印加される信号レベル
が低下して、差動増幅器７の出力が最大となる周波数
と、振動子４の機械的直列共振周波数ｆｓとが一致しな
くなる問題がある。

【０００７】このような問題を解決するため、本願人
は、特願平６−２３６４号および特願平６−１０３４８
号において、振動子を機械的直列共振周波数ｆｓに設定
した周波数で安定して自励振動させることができ、振動
ジャイロに適用した場合には、ヌル電圧の発生および変
動をも有効に低減できる振動制御装置を既に提案してい
る。

【０００８】図１１は、上記の本願人の提案に係る振動
制御装置の一例の構成示すものである。この振動制御装
置においては、駆動装置６の信号出力端子９を、帰還増
幅器１０Ｌ，１０Ｒの信号用入力端子１１Ｌ，１１Ｒに
それぞれ接続し、これら帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰
還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒを、圧電素子２，３の一方
の電極にそれぞれ接続している。圧電素子２，３の他方
の電極は、コンデンサＣｃを経て、振動子４の制動容量
の補償信号を出力する駆動装置６の補償信号出力端子１
３に接続し、これにより圧電素子２，３の他方の電極側
の信号と補償信号とを合成している。この合成出力は、
和動増幅器１７で増幅し、この和動増幅器１７の出力端
子１８を駆動装置６の入力端子１４に接続して、振動子
４を自励振動させるようにしている。

【０００９】また、和動増幅器１７の出力および駆動装
置６からの駆動信号は、差動増幅器２２に供給して差動
増幅し、この差動増幅器２２の出力を、圧電素子２，３
の等価抵抗の微妙な差異を調整する可変抵抗ＶＲを経て
帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１
２Ｒに供給することにより、帰還用入力端子１２Ｌ，１
２Ｒに、圧電素子２，３の等価抵抗を流れる電流値に対
応し、かつその温度依存性に対応して変化する電流を流
入させるようにしている。さらに、帰還増幅器１０Ｌ，
１０Ｒの出力は、差動増幅器２０に供給し、これにより
振動子４に作用する角速度により生じるコリオリの力を
電圧として検出するようにしている。

【００１０】図１２は、図１１に示す補償信号出力端子
１３を有する駆動装置６の一例の構成を示すものであ
る。この駆動装置６は、非反転増幅器１５および反転増
幅器１６を有し、入力端子１４からの信号を非反転増幅
器１５で増幅し、その出力を、補償信号として補償信号
出力端子１３に供給すると共に、反転増幅器１６で増幅
して駆動信号として信号出力端子９に供給するようにし
ている。すなわち、この駆動装置６では、信号出力端子
９に供給される駆動信号と、補償信号出力端子１３に供
給される補償信号との位相を１８０°異ならせると共
に、それらの信号の振幅比を反転増幅器１６によって適
切に設定するようにしている。

【００１１】図１１に示す振動制御装置によれば、圧電
素子２，３に流れる電流成分のうち、それぞれの制動容
量Ｃｄに関わる虚数成分は、コンデンサＣｃを経て合成
される補償信号により打ち消されるので、和動増幅器１
７の出力は、圧電素子２，３を流れる電流成分のうちの
実数成分のみとなる。したがって、和動増幅器１７の電
圧利得は、振動子４の機械的直列共振周波数ｆｓにおい
て最大となるので、振動子４をその機械的直列共振周波
数ｆｓに正確に一致した周波数で安定して自励振動させ
ることができる。また、その機械的直列共振周波数ｆｓ
での自励振動は、コンデンサＣｃとして、振動子４の制
動容量Ｃｄの温度依存性に対応する温度依存性を有する
ものを用いることにより、より安定化させることができ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者による種々の実験によれば、上記の本願人の提案に係
る振動制御装置には、以下のような改良すべき点がある
ことが判明した。すなわち、振動子４の制動容量Ｃｄお
よびコンデンサＣｃの個々のばらつきは避けられないた
め、そのばらつきの範囲内で、振動子４の自励振動をそ
の機械的直列共振周波数ｆｓに限りなく近づけることは
できても、振動子４の制動容量Ｃｄの温度依存性と、コ
ンデンサＣｃの温度依存性とを完全に一致させること
は、きわめて困難であるため、温度変化があると、それ
らの温度依存性の差により、自励振動の機械的直列共振
周波数ｆｓからのずれを生じる場合がある。

【００１３】この発明は、上記の点に着目してなされた
もので、温度変化に影響されることなく、振動子を常に
より正確に自励振動させることができるよう適切に構成
した振動制御装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、共振点を有する振動体の側面に実質一
対の圧電素子を有する振動子の振動を制御する装置であ
って、前記振動子の発振信号を出力する第１の信号発生
手段と、前記発振信号と異なる周波数の信号を発生する
第２の信号発生手段と、これら第１および第２の信号発
生手段の出力を重畳する加算手段と、この加算手段の出
力を前記振動子に印加する手段と、前記振動子を経た信
号から前記第２の信号発生手段の出力信号成分に対応す
る信号を抽出するフィルタ手段と、このフィルタ手段の
出力と前記振動子を経た信号とを乗算する乗算手段と、
この乗算手段の出力を前記振動子を経た信号に合成する
手段とを有することを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】この発明において、第１の信号発生手段からの
振動子の発振信号と、その周波数と異なる第２の信号発
生手段からの信号とを、加算手段で加算して振動子に印
加すると、振動子を経た信号のうち、第２の信号発生手
段の信号成分は、その周波数が振動子の発振信号と異な
るので、圧電素子の制動容量に対応したものとなる。こ
の振動子を経た第２の信号発生手段の信号成分をフィル
タ手段で抽出し、このフィルタ手段の出力と振動子を経
た信号とを乗算手段で乗算すれば、圧電素子自身の制動
容量の補償信号が得られるので、この乗算手段の出力を
振動子を経た信号に合成すれば、振動子を経た信号から
圧電素子の制動容量に関わる虚数成分を有効に相殺する
ことができる。したがって、温度変化に影響されること
なく振動子を常に正確に自励振動させることが可能とな
る。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例について、図面を参
照して説明する。図１は、この発明の一実施例を示すも
ので、角速度を検出する振動ジャイロに適用したもので
ある。図１において、図１１で説明した部分と同様の部
分には、同一の符号を付してある。この実施例では、図
４から図９に示したような振動子４、すなわち共振点を
有する種々の横断面形状の振動体１の側面に実質的に二
つの圧電素子２，３を形成してなる振動子４の振動を制
御する。

【００１７】図１において、第１の信号発生手段として
の駆動装置６の信号出力端子９は、加算手段としての加
算器２９の一方に入力端子に接続し、この加算器２９の
他方の入力端子には、例えば、振動子４の発振周波数と
異なる周波数を発振する第２の信号発生手段としての発
振器２３の出力端子２７を接続して、この加算器２９に
おいて、駆動装置６の出力信号と発振器２３の出力信号
とを加算して、その重畳信号を出力端子２８に供給す
る。加算器２９の出力端子２８は、帰還増幅器１０Ｌ，
１０Ｒの信号用入力端子１１Ｌ，１１Ｒにそれぞれ接続
し、これら帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子
１２Ｌ，１２Ｒは、圧電素子２，３の一方の電極にそれ
ぞれ接続して、重畳信号を通過させるようにする。

【００１８】圧電素子２，３の他方の電極は、コンデン
サＣｃを経て、振動子４の制動容量の補償信号を出力す
る乗算器２４の出力端子３０に接続し、これにより圧電
素子２，３の他方の電極側の重畳信号と、乗算信号と合
成する。この合成信号は、和動増幅器１７で増幅し、こ
の和動増幅器１７の出力端子１８を駆動装置６の入力端
子１４に接続して、振動子４を自励振動させるようにす
る。

【００１９】また、和動増幅器１７の出力端子１８は、
フィルタ２５の入力端子３１および乗算器２４の一方の
入力端子３２にも接続する。フィルタ２５は、和動増幅
器１７の出力信号から発振器２３の発振周波数の信号成
分のみを通過させるよう構成し、このフィルタ２５の出
力を整流器２６で整流して乗算器２４の他方の入力端子
３３に供給する。乗算器２４は、その一方の入力端子３
２に供給される和動増幅器１７の出力信号と、他方の入
力端子３３に供給される整流器２６からの出力信号とを
乗算して、出力端子３０に振動子４の制動容量の補償信
号を出力するよう構成する。

【００２０】ここで、乗算器２４から出力される補償信
号の生成原理について説明する。図２に示すように、振
動子４は、共振点近傍において、一つの圧電素子につい
て、コイルＬ１、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ１の直列
共振回路に、制動容量Ｃｄを並列に接続した並列共振回
路で表される。このような等価回路を有する振動子４
に、その発振周波数以外の周波数の信号を印加すると、
コイルＬ１、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ１よりなる直
列回路のインピーダンスは大きくなり、特に印加信号の
周波数を発振周波数から離間させた場合には、この直列
回路はほとんど無視できる。したがって、振動子４を通
過する信号成分は、制動容量Ｃｄの値にのみ依存するこ
とになるので、このときの電流値を検出すれば、制動容
量値を知ることができる。

【００２１】さらに、振動子４の発振周波数において
は、コイルＬ１、コンデンサＣ１および抵抗Ｒ１の直列
共振回路と、制動容量Ｃｄとの両方を信号が通過する
が、このときの整流器２６の出力は、制動容量値に対応
した信号となるので、乗算器２４において、整流器２６
の出力と和動増幅器１７の出力とを乗算すれば、制動容
量Ｃｄにかかわる虚数成分の電流と同じ振幅の電流が生
成されることになる。

【００２２】したがって、この乗算器２４の出力を、コ
ンデンサＣｃを経て圧電素子２，３に流れる電流に合成
すれば、それぞれの制動容量Ｃｄに関わる虚数成分は打
ち消されて、和動増幅器１７の出力は、圧電素子２，３
を流れる電流成分のうちの実数成分のみとなるので、和
動増幅器１７の電圧利得は、振動子４の機械的直列共振
周波数ｆｓにおいて最大となり、これにより振動子４は
その機械的直列共振周波数ｆｓに正確に一致した周波数
で安定して自励振動することになる。しかも、この乗算
器２４から出力される補償信号は、振動子４の圧電素子
２，３自身の制動容量Ｃｄにより生成されるので、温度
変化があっても、常に機械的直列共振周波数ｆｓでの自
励振動が可能となる。

【００２３】なお、上述した実施例では、帰還増幅器１
０Ｌ，１０Ｒとして演算増幅器を用いたが、その他の帰
還増幅器を用いることもできる。また、この発明は、振
動ジャイロに限らず、種々の振動子の振動制御装置とし
て適用することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、振動
子の発振信号と、その周波数と異なる信号とを重畳して
振動子に印加し、その振動子を経た重畳信号のうち、発
振信号の周波数と異なる信号成分を抽出して、その抽出
した信号と振動子を経た重畳信号とを乗算するようにし
たので、圧電素子自身の制動容量の補償信号を得ること
ができる。したがって、この補償信号を振動子を経た重
畳信号に合成すれば、圧電素子を流れる電流成分のうち
の虚数成分を有効に相殺することができ、温度変化に影
響されることなく、振動子を機械的直列共振周波数に設
定した周波数で常に正確かつ安定して自励振動させるこ
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ブロック図である。

【図２】振動子の等価回路を示す図である。

【図３】従来例を説明するためのブロック図である。

【図４】この発明に使用可能な振動子の一例の構成を示
す図である。

【図５】同じく、他の例の構成を示す図である。

【図６】同じく、他の例の構成を示す図である。

【図７】同じく、他の例の構成を示す図である。

【図８】同じく、他の例の構成を示す図である。

【図９】同じく、他の例の構成を示す図である。

【図１０】振動子の表示を説明するための図である。

【図１１】本願人が先に提案した振動制御装置の一例の
構成を示すブロック図である。

【図１２】図１１に示す駆動装置の一例の構成を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１振動体２，３圧電素子４振動子６駆動装置１０Ｌ，１０Ｒ帰還増幅器１７和動増幅器２３発振器２４乗算器２５フィルタ２６整流器２９加算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共振点を有する振動体の側面に実質一対
の圧電素子を有する振動子の振動を制御する装置であっ
て、前記振動子の発振信号を出力する第１の信号発生手
段と、前記発振信号と異なる周波数の信号を発生する第
２の信号発生手段と、これら第１および第２の信号発生
手段の出力を重畳する加算手段と、この加算手段の出力
を前記振動子に印加する手段と、前記振動子を経た信号
から前記第２の信号発生手段の出力信号成分に対応する
信号を抽出するフィルタ手段と、このフィルタ手段の出
力と前記振動子を経た信号とを乗算する乗算手段と、こ
の乗算手段の出力を前記振動子を経た信号に合成する手
段とを有することを特徴とする振動制御装置。