JPH09145377A - 圧電振動子を用いた検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電振動子に駆動電圧を与えて振動させると
ともに、コリオリ力などによる振動成分を検出すると
き、検出電圧に駆動電圧の洩れ電圧が重畳され、検出精
度を低下させる原因になる。 【解決手段】 洩れ電圧は駆動電圧と同じ波形であ
る。コリオリ力の検出電圧−Ｐ１と−Ｐ２およびヌ
ル電圧を、前記駆動電圧の位相と９０°相違する位相
としておく。駆動電圧から９０°位相の相違する基準信
号Ｓ１を生成し、この基準信号Ｓ１により検出出力を検
波すると、洩れ電圧は除去されて波形Ｓａになる。ま
たヌル電圧の検波出力はＳｂになるため、これは２つの
出力の差をとることにより除去できる。またコリオリ力
の検出電圧の検波出力Ｓｃ−Ｐ１とＳｃ−Ｐ２は前記差
をとることにより絶対値が加算される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動型ジャイロス
コープなどに用いられる圧電振動子を用いた検出装置に
係り、特に、圧電材料の静電効果による洩れ出力による
影響を防止できるようにした圧電振動子を用いた検出装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、圧電振動子を用いた検出装置
の一例として振動型ジャイロスコープを示す斜視図であ
る。図１１に示す振動型ジャイロスコープは、恒弾性金
属（例えばエリンバ）により形成された振動子１の表裏
面に、それぞれ圧電材料２，３，４，５が固着されてい
る。各圧電材料の誘電分極方向は矢印で示され、圧電材
料２および４では互いに向き合う方向であり、圧電材料
３と５は互いに同じ向きであり且つ圧電材料２と異なる
向きである。各圧電材料の上面には、振動子１をＸ方向
へ振動させるための駆動電極２ａ，３ａおよび、コリオ
リ力によるＹ方向の振動成分を検出する検出電極４ａ，
５ａが設けられている。

【０００３】駆動時では、振動子１がグランド電位とさ
れ前記駆動電極２ａおよび３ａに同位相の交流駆動電圧
が印加される。ある時点で、駆動電極２ａに正の電圧が
印加されると、圧電材料２は「伸び」となり、負の電圧
が印加されると「縮み」となる。圧電材料３では、前記
圧電材料２と誘電分極方向が反対なので、駆動電極に正
の電圧が印加されると「縮み」となり、負の電圧が印加
されると「伸び」となる。したがって、駆動電極２ａと
３ａに同相の電圧が与えられると、振動子１はＸ方向へ
曲げ振動する。

【０００４】Ｘ軸方向への曲げ振動を与えられている振
動子１がＺ軸回りの回転系内に置かれると、振動子１に
対し、Ｘ方向への速度に比例した大きさのＹ方向へのコ
リオリ力が作用し、振動子１がＹ方向への振動成分を持
つようになる。この振動成分によるＹ軸方向への変形
が、振動子１の裏面に設けられた圧電材料４と５によっ
て検出される。振動子１のＹ方向への振動により、圧電
材料４と５が共に「伸び」と「縮み」を繰返すため、検
出電極４ａと５ａからは、所定の周波数の検出電圧が得
られる。また両検出電極４ａと５ａから得られるコリオ
リ力の検出成分は同じ位相である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記振動型ジャイロス
コープでは、振動子１がコリオリ力によりＹ方向への振
動を生じたときに、圧電材料４と５に歪みが生じ、これ
が検出電極４ａ，５ａにより検出されるものとなってい
る。しかし、振動子１は圧電材料２と３に与えられてい
る交流駆動電圧により常にＸ方向へ曲げ振動させられて
いる。したがって、前記圧電材料４と５にはコリオリ力
による歪みと、Ｘ方向への駆動振動による歪みとが合成
されたものとなり、検出電極４ａと５ａからはコリオリ
力による振動成分を検出した電圧のみならず、Ｘ方向へ
の振動成分により発生する無効電圧（ヌル電圧）をも検
出されることになる。

【０００６】しかし、図１１では、Ｘ方向への振動成分
となる前記ヌル電圧は、検出電極４ａと５ａとで逆の位
相（１８０度相違する位相）となる。コリオリ力による
検出成分は検出電極４ａと５ａとで互いに同じ位相であ
るため、コリオリ力による検出出力を得るために、検出
電極４ａと５ａからの検出出力は加算される。そして、
この加算により、各検出電極４ａと５ａとで位相の相違
するヌル電圧は減少させられる。したがって、検出電極
４ａと５ａの検出出力の増幅利得を調節することによ
り、両検出電極４ａと５ａのそれぞれから得られるヌル
電圧を、互いにほぼ完全に打ち消すことが可能である。

【０００７】しかし、実際の装置において、ある温度条
件の基で検出電極４ａと５ａからの検出出力の増幅利得
を調節して、検出電極４ａと５ａからそれぞれ得られた
逆位相のヌル電圧をほぼ完全に相殺できるようにしたと
きに、環境温度が変わると、相殺したはずのヌル電圧に
近似したノイズが発生する現象が確認された。その原因
を調べたところ、圧電材料の静電効果による洩れ電圧、
すなわち交流駆動電圧のうち検出電極４ａ，５ａに洩れ
てくる電圧が、ヌル電圧に重畳していることが解った。
この洩れ電圧とヌル電圧は温度特性が相違しているため
に、ある温度条件で洩れ電圧とヌル電圧が重畳された出
力を相殺できるようにしても、他の温度環境で使用する
と、いずれかの電圧が相殺されずに残ってしまいこれが
ノイズ成分となる。

【０００８】図１０は、上記各電圧の波形を示したもの
である。は駆動電極２ａと３ａに与えられる交流駆動
電圧であり、この交流駆動電圧が検出電極４ａと５ａに
洩れた洩れ電圧がである。とは同じ位相である。
振動子がＸ方向へ振動する成分として検出電極４ａまた
は５ａから検出される無効電圧（ヌル電圧）がであ
り、このヌル電圧はコリオリ力の検出出力と同じ位相で
あり、交流駆動電圧とは位相が９０°遅れている。

【０００９】そしてヌル電圧と洩れ電圧とが加算さ
れたノイズ成分がである。前記のようにある温度条件
において検出電極４ａからの出力と、検出電極５ａから
の出力の増幅利得を調整し、加算によりノイズ成分を
除去できるようにした場合、洩れ電圧とヌル電圧は
それぞれ異なる温度特性を有しているため、調整時の温
度と使用環境温度条件が相違してくると、検出電極４ａ
と検出電極５ａとの間で、ノイズ成分を相殺できなくな
る。また、振動型ジャイロスコープ以外の圧電振動子を
用いた装置においても、図１０に示す洩れ電圧は検出
精度に影響を与えるものとなる。

【００１０】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、図１０に示す洩れ電圧を簡単な手段で除去できる
ようにして高精度な検出を可能とした圧電振動子を用い
た検出装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電振動子を用
いた検出装置は、圧電効果を有する振動子に交流駆動信
号を与える駆動部と、前記交流駆動信号の位相とほぼ９
０°異なった位相で振動している振動子から圧電効果に
よる検出出力を得る出力電極とを有し、前記出力電極か
らの検出出力をその出力の位相とほぼ同じ位相または前
記出力の位相とほぼ１８０°異なる位相の信号を基準と
して検波し圧電材料の洩れ出力を除去する検波回路が設
けられていることを特徴とするものである。

【００１２】上記において、検波の基準となる信号は、
交流駆動信号の位相を９０°変えることにより生成され
る。あるいは、検波の基準となる信号が、交流駆動信号
の位相と同位相であり、また出力電極からの検出出力の
位相が９０°変えられてこの検出出力が検波回路におい
て前記の駆動信号と同位相の信号を基準として検波され
るものとなる。

【００１３】また、振動子は、交流駆動信号により第１
の方向へ駆動されるとともに、外力により第２の方向へ
駆動され、この第２の方向への振動成分が出力電極から
の検出出力として得られるものであり、前記出力電極か
らの検出出力に重畳される第１の方向への振動検出成分
である無効出力（ヌル出力）を除去する手段が設けられ
た構成にできる。

【００１４】例えば、出力電極は複数設けられ、それぞ
れの出力電極からの検出出力が検波回路で検波されて洩
れ出力が除去されるとともに、それぞれの検出出力の差
または和をとって無効出力（ヌル出力）が相殺されるも
のとなる。

【００１５】本発明の圧電振動子の検出装置は、例えば
振動子を第２の方向へ振動させる外力が、第１の方向へ
振動している振動子が回転系内に置かれたときに振動子
に作用するコリオリ力であり、検出電極からの検出出力
に基づいて回転系の角速度が算出されるものとなる。

【００１６】本発明では、交流駆動信号（駆動電圧）の
位相と、振動子の圧電効果により検出された検出出力の
位相とが９０°相違するものにおいて、前記検出出力が
これとほぼ同じ位相の基準信号または１８０°位相の相
違する基準信号で検波される。検波回路はマルチプライ
ヤ（掛算器）などが用いられた位相検波回路である。検
出電極からの検出出力が、これと同じ位相または１８０
°異なる位相の基準信号により位相検波されると、検出
電極からの洩れ出力と、基準信号との位相がほぼ９０°
相違することになるため、位相検波の段階で、洩れ出力
が除去される。一方、振動子が第２の方向へ振動するこ
とによる振動検出出力は、これと同じ位相の（または１
８０°位相が相違する）基準信号により検波されるた
め、検波出力から振動検出出力を得ることができる。例
えばこの検波出力は、ローパスフィルターを経た直流成
分として検出される。

【００１７】また、振動子の検出電極からの検出出力に
重畳する第１の方向への振動に関する検出成分すなわち
無効出力（ヌル出力）は、例えば複数の検出電極からの
検出出力の差をとりまたは和をとることにより消去でき
る。この場合に、各検出電極からの検出出力を前記検波
回路により検波しておくと、この検波の時点で前記洩れ
出力を除去できる。したがって、複数の検出電極からの
検出出力の差または和をとるために検出出力の増幅利得
を調節する場合に、従来のようにヌル出力に洩れ出力が
重畳されていないため、調節作業でヌル出力の除去のみ
を行うことができ、調節時の温度環境と、使用時の温度
環境とが相違しても、ヌル出力が常に除去され、ノイズ
が減少するものとなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明について図面を参照
して説明する。図１は、本発明の振動型ジャイロスコー
プの一例として三脚音叉型を示す斜視図、図２は図１の
ＩＩ矢視方向の端面図、図３ないし図５は検出装置の回
路ブロック図、図６は他の構造の振動型ジャイロスコー
プの端面図、図７は図６に用いられる検出装置の回路ブ
ロック図である。図１に示す振動型ジャイロスコープ
は、全体が圧電セラミックなどの圧電材料で形成された
弾性板１０の先部に、互いに平行に分離された３個の振
動子が形成されている。この振動型ジャイロスコープで
は、両側の振動子が同じ位相で振動するため、この両側
の振動子を同じ符号１１で示している。また中央の振動
子は両側の振動子と異なる位相で振動するため、両側の
振動子１１と異なる符号１２で示している。

【００１９】図２に示されるように、左右両側の振動子
１１，１１の表面１１ａ，１１ａには、それぞれ電極１
５ａ，１５ｂ，１５ｃが、裏面１１ｂには、電極１６
ａ，１６ｂ，１６ｃが形成されている。中央の振動子１
２では、表面１２ａに電極１７ａ，１７ｂ，１７ｃが形
成され、裏面１２ｂに、電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃが
形成されている。図１に示すように、各電極は、Ｚ軸方
向に沿って各振動子１１と１２の長軸方向の全長にわた
って延びている。各振動子１１と１２は、その厚み内に
誘電分極が施されている。振動子を構成している圧電セ
ラミックでは、各電極に所定の電圧を与えることにより
その電界方向に沿って誘電分極が施される。図２では、
矢印で示す方向が、各電極間での誘電分極方向である。

【００２０】図２の例では、上面側の電極１５ｂ，１７
ｂがグランド電位であり、下面側では、電極１６ａ，１
６ｃと１８ｂがグランド電位である。上面側の電極１５
ａ，１５ｃ，１７ａ，１７ｃは駆動電極であり、図３に
示す駆動部２１から端子Ｄを経て前記各駆動電極１５
ａ，１５ｃ，１７ａ，１７ｃに同位相の交流駆動電圧が
与えられる。この交流駆動電圧が与えられると、圧電セ
ラミックの圧電歪みにより、各振動子１１と１２がＸ方
向（第１の方向）へ振動駆動される。駆動電極１５ａ，
１５ｃに対する誘電分極方向と、駆動電極１７ａ，１７
ｃに対する誘電分極方向とが、互いに左右対称であるた
め、左右両側の振動子１１，１１と、中央の振動子１２
とでは、振動の位相が１８０°相違し、ある時点での振
動子１１と１１の振幅の方向が＋Ｘ方向のとき、中央の
振動子１２の振幅方向は−Ｘ方向である。

【００２１】この振動型ジャイロスコープがＺ軸回りの
回転系内に置かれると、コリオリ力により振動方向と直
交するＹ方向（第２の方向）への力が作用する。左右の
振動子１１，１１と中央の振動子１２は、Ｘ方向へ互い
に逆の位相で振動駆動されているため、コリオリ力によ
る振動成分は、両側の振動子１１，１１と中央の振動子
１２とで逆位相となり、例えば両側の振動子１１，１１
のある時点での振幅方向が＋Ｙ方向であるとき、中央の
振動子１２の振幅方向は−Ｙ方向である。図２の例で
は、中央の振動子１２の裏面の両縁部に形成された電極
１８ａと１８ｃが検出電極であり、この検出電極１８ａ
と１８ｃからの検出出力をＰ１とＰ２で示している。

【００２２】中央の振動子１２がコリオリ力によりＹ方
向へ振動すると、前記検出電極１８ａと１８ｃからＹ方
向の振動成分が検出される。検出電極１８ａが形成され
ている部分と、検出電極１８ｃが形成されている部分と
で、中央の振動子１２の誘電分極方向が逆である。そし
て検出電極１８ａが設けられている部分と、検出電極１
８ｃが設けられている部分とでは、Ｙ方向への振動の際
の歪み方向が同じである。よって、検出電極１８ａと検
出電極１８ｃとで、Ｙ方向へ振動成分が異なる位相（１
８０°相違する位相）の検出電圧として得られる。

【００２３】図３に示すように、本発明の検出装置で
は、検出電極１８ａと１８ｃからの検出出力Ｐ１とＰ２
がそれぞれ検波回路２２ａと２２ｂに与えられる。検波
回路２２ａと２２ｂは、マルチプライヤ（掛算器）など
のように位相検波を行うものであり、検波の基準信号Ｓ
１は、駆動部２１からの交流駆動電圧の位相から９０°
後れたものとなる。この基準信号Ｓ１は、例えば駆動部
２１からの交流駆動電圧を、波形整形回路２３により波
形整形するとともに、移相回路２４により、位相を９０
°遅らせる（または進ませる）ことにより生成すること
が可能である。各検出出力Ｐ１とＰ２は、検波回路２２
ａと２２ｂにより検波された後に、ローパスフィルタ
（ＬＰＦ）２５ａと２５ｂにより直流成分とされる。そ
して両ローパスフィルタ２５ａと２５ｂからの出力は、
差動増幅器２６によりその差が取られ、増幅器２７によ
り増幅されて出力端子２８から出力される。

【００２４】図３に示す検出装置による検出動作を説明
する。図８（Ａ）では、図１０と同様に、駆動部２１か
ら駆動電極１７ａ，１７ｃに交流駆動電圧が与えられる
ときに、検出電極１８ａと１８ｃから洩れ出る洩れ電圧
をで表わしている。この洩れ電圧は、交流駆動電圧
と位相が同じである。また、検出電極１８ａからの検出
出力Ｐ１には、振動子１２のＹ方向への振動成分（コリ
オリ力の成分）の検出電圧のみならず、振動子１２がＸ
方向へ振動するときの圧電材料の歪みによる無効電圧
（ヌル電圧）が検出される。同様に、検出電極１８ｃ
からの検出出力Ｐ２にも、Ｙ方向へ振動成分の検出電圧
にヌル電圧が重畳される。中央の振動子１２がＸ方向
へ振動するとき、検出電極１８ａが設けられた部分と、
検出電極１８ｃが設けられた部分とで、「伸び」と「縮
み」が逆になるが、誘電分極の方向が、検出電極１８ａ
が形成されている部分と、検出電極１８ｃが形成されて
いる部分とで逆向きであるため、検出出力Ｐ１に重畳す
るヌル電圧と、検出出力Ｐ２に重畳するヌル電圧とは同
じ位相である。

【００２５】また、振動子１２がＹ方向へ振動すること
により検出されるコリオリ力の検出電圧は、検出出力Ｐ
１とＰ２とで逆位相である。そこで図８（Ａ）において
は、検出出力Ｐ１で得られるコリオリ力の成分の検出電
圧の波形を−Ｐ１で示し、検出出力Ｐ２で得られるコ
リオリ力の成分の検出電圧を−Ｐ２で示している。な
お、図８（Ａ）では、交流駆動電圧と同位相である洩れ
電圧と、振動子のＸ方向への振動成分であるヌル電圧
との位相が９０°相違しているものとし、、また振動
子１２のＸ方向への振動成分であるヌル電圧の波形
と、Ｙ方向への振動成分であるコリオリ力の成分の検出
電圧の波形−Ｐ１および−Ｐ２とが、同位相または
１８０°位相が相違しているものとしてそれぞれの波形
を示している。

【００２６】図８（Ｂ）は、マルチプライヤなどの検波
回路２２ａと２２ｂに与えられる基準信号Ｓ１を示して
いる。この基準信号Ｓ１は、洩れ電圧よりも位相が９
０°後れており、ヌル電圧とは同位相あるいは１８０
°の位相の相違となる。検波回路２２ａと２２ｂでは、
それぞれの検出出力Ｐ１またはＰ２が基準信号Ｓ１の位
相に基づいて検波される（検出出力Ｐ１またはＰ２と基
準信号Ｓ１との掛算による検波が行われる）。図８
（Ｃ）は、検出出力Ｐ１とＰ２に含まれている洩れ電圧
の成分の検波出力Ｓａを示している。洩れ電圧は、
基準信号Ｓ１の半周期の期間Ｔに、正と負の成分を均等
に含んでいるため、検波出力Ｓａは０ボルトとなり、洩
れ電圧が消去される。

【００２７】次に、ヌル電圧は、基準信号Ｓ１と同位
相（または１８０°違いの位相）であるため、検波回路
２２ａおよび２２ｂにより検波された検波出力Ｓｂは、
図８（Ｄ）に示すように、一方向の極性の交流成分とな
る。この検波出力Ｓｂは、ローパスフィルタ２５ａと２
５ｂで平滑化されて直流成分になる。ここで、前述のよ
うに、検出出力Ｐ１とＰ２とに重畳するヌル電圧は互い
に同じ位相である。したがって、検出出力Ｐ１からロー
パスフィルタ２５ａを経た直流のヌル電圧と、検出出力
Ｐ２からローパスフィルタ２５ｂを経た直流のヌル電圧
は、互いに同じ極性である。よって、差動増幅器２６に
より差を取られることにより、検出出力Ｐ１のヌル電圧
と検出出力Ｐ２のヌル電圧とで打ち消し合うものとな
る。

【００２８】ヌル電圧の成分を完全に無くすためには、
検出出力Ｐ１側と検出出力Ｐ２側とで、電圧のレベルを
増幅利得により調節し、そして両出力の差をとることに
より、両出力Ｐ１とＰ２に含まれるヌル電圧の成分を完
全に消去することが可能になる。しかし、洩れ電圧に
ついては検波回路２２ａと２２ｂとでの検波の際に既に
消去されているため、ヌル電圧を消去するための前記調
節作業がヌル電圧の影響を受けることがない。

【００２９】次に、コリオリ力の成分の検出電圧は、基
準信号Ｓ１と同位相または１８０°の位相の違いになっ
ているため、検波回路２２ａと２２ｂからの検波出力
は、それぞれ一方の極性の信号となっている。すなわち
検出出力Ｐ１のコリオリ力成分の検出電圧−Ｐ１が検
波されると、図８（Ｄ）でＳｃ−Ｐ１で示す波形とな
り、検出出力Ｐ２のコリオリ力成分の検出電圧−Ｐ２
が検波されると、図８（Ｄ）でＳｃ−Ｐ２で示す波形と
なる。よって、波形Ｓｃ−Ｐ１がローパスフィルタ２５
ａを経た直流成分と、波形Ｓｃ−Ｐ２がローパスフィル
タ２５ｂを経た直流成分は、異なる極性となり、よって
差動増幅器２６により差が算出されることにより、コリ
オリ力の成分である直流電圧の絶対値が加算される。こ
の加算されたコリオリ力の検出成分により、角速度の算
出が行われる。

【００３０】上記のように、洩れ電圧に対して９０°
位相が相違する基準信号により検出電極１８ａ，１８ｃ
からの検出出力Ｐ１とＰ２が検波されることにより、洩
れ電圧が消去される。このとき、ヌル電圧とコリオ
リ力成分の検出電圧−Ｐ１と−Ｐ２が検出されるた
めには、ヌル電圧の位相すなわち振動子１２のＸ方向
への振動（共振）の位相と、コリオリ力成分の検出電圧
の位相すなわち振動子１２のＹ方向への振動（共振）の
位相とが、検波の基準となる信号Ｓ１と同位相または１
８０°異なる位相であることが必要である。すなわちヌ
ル電圧とコリオリ力の検出電圧−Ｐ１と−Ｐ２
が、検波の基準信号Ｓ１と同位相または１８０°の位相
の相違であれば、図８（Ｄ）に示すような波形Ｓｂ、お
よびＳｃ−Ｐ１とＳｃ−Ｐ２を得ることができる。よっ
て、洩れ電圧と同位相である交流駆動電圧の位相に対
し、振動子１２のＸ方向の共振位相と、Ｙ方向の共振位
相とが９０°ずれていることが必要である。なお、検波
回路２２ａ，２２ｂでの検波の基準となる信号Ｓ１は検
出電極からの検出出力とほぼ同位相あるいは検出出力と
ほぼ１８０°異なる位相であれば、前記のように洩れ電
圧を消去することが可能である。

【００３１】図９は圧電振動子の振動周波数と駆動電圧
との位相の関係を示したものである。この図に示すよう
に、振動子１２がＸ方向へ共振周波数ｆxにて振動して
いるとき、交流駆動電圧とＸ方向への振動の位相は９０
°相違する。そのため、前述のように、交流駆動電圧
（およびこれ電圧）とヌル電圧とは位相が９０°相違し
ている。また振動子１２のＹ方向への共振周波数ｆy
を、Ｘ方向へ共振周波数ｆxとほぼ同一させることによ
り、Ｙ方向への振動すなわちコリオリ力による振動の位
相を、交流駆動電圧と９０°相違するものにできる。Ｙ
方向への共振周波数ｆyとＸ方向へ共振周波数ｆxを共に
駆動電圧に対して位相を９０°相違させるためには、
（ｆx−ｆy）の絶対値が５０Ｈｚ以下に近似させること
が必要である。

【００３２】図４以下は、検出装置の他の構成例を示し
ている。図４では、検波回路２２ａと２２ｂの検波の基
準となる信号Ｓ１を、検出出力Ｐ１とＰ２から生成して
いる。すなわち、検出出力Ｐ１とＰ２が和動回路３１に
より加算され、これにより図８（Ｂ）に示す基準信号Ｓ
１が生成される。

【００３３】図５に示す例では、検出出力Ｐ１とＰ２の
電圧が、それぞれ電圧−電流変換器３２ａと３２ｂによ
り電流に変換され、電圧−電流変換により、位相が９０
°変化させられる。一方、検波のための基準信号Ｓ１
は、駆動部２１からの交流駆動電圧を波形整形回路２３
で波形整形することにより生成される。これによって
も、図８に示すように、検波の基準となる信号Ｓ１を、
洩れ電圧（電流変換された出力）に対し位相を９０°
相違させることができ、また、ヌル電圧とコリオリ力に
よる成分（電流に変換された成分）を、基準信号と同位
相または１８０°違う位相にできる。

【００３４】図６は、各振動子１１、１２の他の構成例
を示し、図７は図６の振動子に接続される検出装置を示
している。図６に示す振動型ジャイロスコープは、各振
動子１１，１２，１１が図１に示したのと同様に三脚音
叉状に形成され、電極の形成位置も同じである。ただし
誘電分極方向が図２と相違している。図６では、電極１
５ｂ，１６ｂ，１７ｂ，１８ａ，１８ｃがグランド電位
である。駆動電極１５ａ，１６ｃ，１７ｃには駆動部２
１から同じ位相の交流駆動電圧が与えられ、駆動電極１
５ｃ，１６ａ，１７ａには前記と逆の位相の交流駆動電
圧が与えられ、これにより、各振動子１１と１２が、Ｘ
方向へ振動駆動される。

【００３５】中央の振動子１２の裏面側中央に形成され
たのが検出電極１８ｂであり、その検出出力をＰで示し
ている。図６では、振動子がＸ方向へ振動するときに、
電極１８ｂ−１８ａ間と、電極１８ｂ−１８ｃ間とで、
発生する電界が左右対称にある。よって検出電極１８ｂ
からの検出出力Ｐには、Ｘ方向への振動成分であるヌル
電圧が含まれておらず、洩れ電圧とコリオリ力の成分の
みが検出される。よって、図７に示すように、交流駆動
電圧と９０°位相が相違する基準信号Ｓ１に基づいて検
波回路２２により検出出力Ｐが検波されることにより、
洩れ電圧を消去でき、コリオリ力の成分のみを検出でき
る。なお、本発明は、三脚音叉型の振動型ジャイロスコ
ープに限られず、二脚音叉型や図１１に示した平板状の
振動子に対しても実施可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明では、検出出力を検
波することにより、圧電材料での洩れ出力を除去するこ
とができる。また、検波の基準信号を、ヌル出力と振動
検出出力を得ることのできる位相に設定しておくことに
より、洩れ出力を除去した検出出力からさらにヌル出力
を除去することが可能になる。よって、洩れ出力のない
高精度な検出出力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例として三脚音叉型の振動型ジャイ
ロスコープを示す斜視図、

【図２】図１に示す３個の振動子をＩＩ方向から見た端
面図、

【図３】図２に示す振動型ジャイロスコープにおける圧
電振動子の検出装置の回路ブロック図、

【図４】他の構造の検出装置の回路ブロック図、

【図５】他の構造の検出装置の回路ブロック図、

【図６】振動型ジャイロスコープの振動子の他の構成例
を示す端面図、

【図７】図６の振動型ジャイロスコープにおける圧電振
動子の検出装置を示す回路ブロック図、

【図８】（Ａ）は駆動電圧および検出出力の波形図、
（Ｂ）は検波の基準信号の波形図、（Ｃ）は洩れ出力の
検波出力の波形図、（Ｄ）はヌル電圧とコリオリ力の検
出電圧の検波出力の波形図、

【図９】駆動電圧と共振周波数との位相の関係を示す説
明図、

【図１０】駆動電圧、および圧電振動子の検出出力の波
形を示す説明図、

【図１１】従来の振動型ジャイロスコープを示す斜視
図、

【符号の説明】

１０ 弾性板 １１，１２ 振動子 １１ａ，１２ａ 表面 １１ｂ，１２ｂ 裏面 １５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１
７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 電極 ２１ 駆動部 ２２ａ，２２ｂ 検波回路 ２４ 移相回路 ２５ａ，２５ｂ ローパスフィルタ ２６ 差動増幅器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電効果を有する振動子に交流駆動信号
   を与える駆動部と、前記交流駆動信号の位相とほぼ９０
   °異なった位相で振動している振動子から圧電効果によ
   る検出出力を得る出力電極とを有し、前記出力電極から
   の検出出力をその出力の位相とほぼ同じ位相または前記
   出力の位相とほぼ１８０°異なる位相の信号を基準とし
   て検波し前記交流駆動信号の洩れ出力を除去する検波回
   路が設けられていることを特徴とする圧電振動子を用い
   た検出装置。
2. 【請求項２】 検波の基準となる信号は、交流駆動信号
   の位相を９０°変えることにより生成される請求項１記
   載の圧電振動子を用いた検出装置。
3. 【請求項３】 検波の基準となる信号は、交流駆動信号
   と同位相とされ、出力電極からの検出出力の位相が９０
   °変えられ、検波回路では、位相が９０°変えられた検
   出出力が前記交流駆動信号と同位相の信号を基準として
   検波される請求項１記載の圧電振動子を用いた検出装
   置。
4. 【請求項４】 振動子は、交流駆動信号により第１の方
   向へ駆動されるとともに、外力により第２の方向へ駆動
   され、この第２の方向への振動成分が出力電極からの検
   出出力として得られるものであり、前記出力電極からの
   検出出力に重畳される第１の方向への振動検出成分であ
   る無効出力（ヌル出力）を除去する手段が設けられてい
   る請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電振動子を用
   いた検出装置。
5. 【請求項５】 出力電極は複数設けられ、それぞれの出
   力電極からの検出出力が検波回路で検波されて洩れ出力
   が除去されるとともに、それぞれの検出出力の差または
   和をとって無効出力（ヌル出力）が相殺される請求項４
   記載の圧電振動子を用いた検出装置。
6. 【請求項６】 振動子を第２の方向へ振動させる外力
   は、第１の方向へ振動している振動子が回転系内に置か
   れたときに振動子に作用するコリオリ力であり、検出電
   極からの検出出力に基づいて回転系の角速度が算出され
   る請求項４または５記載の圧電振動子を用いた検出装
   置。