JPH09170927A - 振動型角速度検出装置 - Google Patents
振動型角速度検出装置Info
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- JPH09170927A JPH09170927A JP7333559A JP33355995A JPH09170927A JP H09170927 A JPH09170927 A JP H09170927A JP 7333559 A JP7333559 A JP 7333559A JP 33355995 A JP33355995 A JP 33355995A JP H09170927 A JPH09170927 A JP H09170927A
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Abstract
度補正を精度よく行う。 【解決手段】 振動体に、駆動用圧電素子30a、30
b、検出用圧電素子40a、40b、振動参照用圧電素
子50a、50bを設け、振動参照用圧電素子50a、
50bの出力信号により、増幅回路70、位相回路8
0、整流回路90、基準電圧発生回路100、差動増幅
回路110、掛算回路120を用いて、駆動用圧電素子
30a、30bに駆動電圧を印加する帰還制御ループを
構成し、振動体を一定振幅で振動させる。また、振動体
の振動時の検出用圧電素子40a、40bの出力信号に
より、角速度信号が出力される。ここで、差動増幅回路
110の出力電圧は振動体の温度に対応した信号とな
り、この信号を用いて補正信号作成回路160にて補正
信号を作成し、加算回路170にて角速度信号とその補
正信号を加算することにより、角速度信号の温度補正を
行う。
Description
装置に関する。
56300号公報に示す「振動型角速度検出装置」があ
る。このものの構成を図5、図6に示す。図5は振動型
角速度検出装置の振動子の外観図、図6はその電気回路
図である。振動型角速度検出装置は、図5に示すよう
に、直方体形状の金属基体10と、金属からなる振動体
20と、圧電素子30a、30b、40a、40b、5
0a、50bとを備えている。
冊状の平板からなる一対の振動板21、22と、これら
とそれぞれ直交するように形成された短冊状の平板から
なる一対の振動板23、24により構成されている。ま
た、振動板21、22は、基部25により支えられてお
り、基部25を基準として振動する。振動板21、22
には駆動用圧電素子30a、30bが固着されており、
振動板23、24には検出用圧電素子40a、40bが
固着されている。駆動用圧電素子30a、30bに交流
電圧が印加されると、基部25を基準として振動板2
1、22が図の左右方向に対称振動する。この時、角速
度ωが生じると、コリオリの力を受けて振動板23、2
4が紙面に垂直方向に振動する。
圧電素子50a、50bが固着されており、振動板2
1、22の振動に応じた信号を出力する。図6におい
て、振動参照用圧電素子50a、50bの出力信号は増
幅回路70にて増幅され、その増幅電圧は移相回路80
にて90°移相される。この移相された電圧は掛算回路
120を介して駆動用圧電素子30a、30bに印加さ
れる。駆動用圧電素子30a、30bはその電圧を受け
て振動板21、22を振動させ、振動参照用圧電素子5
0a、50bはその振動に応じた信号を出力する。従っ
て、上記した帰還ループにより振動体20の機械的共振
点で自励発振し、駆動用圧電素子30a、30bに交流
信号が印加され、振動板21、22が対称振動する。つ
まり、振動体20が音叉振動する。
路90にて整流され、差動増幅回路110の反転入力端
子に入力される。一方、基準電圧発生回路100から、
振動体21、22を一定振幅で対称振動させるために設
定された基準電圧が差動増幅回路110の非反転入力端
子に入力される。差動増幅回路110は、両入力電圧の
差電圧を出力し、掛算回路120に出力する。そして、
掛算回路120にて上記90°移相された電圧と差動増
幅回路110から出力された差電圧を掛算し、その結果
の電圧を駆動用圧電素子30a、30bに出力する。
動が大きくなると、増幅回路70の出力電圧が大きくな
り、整流回路90の出力電圧も大きくなる。その結果、
差動増幅回路110の出力電圧および掛算回路120の
出力電圧が小さくなり、振動板21、22の振動を小さ
くするようにする。同様に、振動板21、22の振動が
小さくなった時には、振動板21、22の振動を大きく
するようにする。従って、増幅回路70の出力電圧の振
幅を一定の大きさにするように帰還制御が行われ、振動
板21、22の振動振幅を一定の大きさにする。
は角速度ωに応じた信号が出力される。この出力信号
は、同期検波回路130にて同期検波され、ローパスフ
ィルタ回路140を介し増幅回路150にて増幅され、
角速度信号として出力される。なお、振動参照用圧電素
子50a、50bおよび検出用圧電素子40a、40b
は、同一の温度特性を有しており、また各増幅回路6
0、70も同一の温度特性を有している。このことによ
り、振動体20の温度が変化しても、増幅回路70の出
力信号の振幅が一定になるように制御されるため、増幅
回路60の出力信号も温度変化に対し安定化されること
になる。従って、温度変化によるオフセット量(角速度
ωが0の時の角速度信号)の変動を抑制することができ
る。
ば、振動体20の温度変化によるオフセット量の変動を
かなり抑制することができるが、製造工程上、各圧電素
子および各増幅回路の温度特性を全く同一にするのは不
可能であり、その抑制ではまだ不十分であることが判明
した。
号の温度補正を行うものが、特開平5ー264280号
公報あるいは特開平5ー296771号公報に開示され
ている。このものでは、振動体の近傍に温度センサを設
け、温度に応じた直流電圧を角速度信号に加算すること
により、温度補正を行っている。しかしながら、振動体
の近傍に温度センサを設置しても、振動体の温度と温度
センサの検出温度に差が生じてしまい、正確なる温度補
正を行うことができないという問題がある。
ンサを用いることなく角速度信号の温度補正を精度よく
行うことを目的とする。
め、本発明者等は、図5、図6に示す構成において、差
動増幅回路110の出力電圧が、振動体20の温度に対
応した信号であることに着目し、その信号を用いて角速
度信号の温度補正を行うことを検討した。上記した駆動
用圧電素子30a、30bおよび振動参照用圧電素子5
0a、50bは、その電気ー機械変換係数(その逆の機
械ー電気変換係数も含む)に温度特性を有する。従っ
て、温度変化により振動体20の振動振幅が増大した場
合、振動参照用圧電素子50a、50bの出力を増幅回
路70で増幅した交流電圧が増大する。このことによ
り、増幅回路70の出力電圧を整流した電圧も増大し、
その電圧を基準電圧から引いた差動増幅回路110の出
力電圧は減少する。また、温度変化により振動体20の
振動振幅が減少した場合には、全く逆の電圧変化が発生
し、差動増幅回路110の出力電圧は増大する。
監視すれば、振動体20の温度変化を知ることができ
る。図7に、振動体20の温度を−30〜65℃まで変
化させた時の差動増幅回路110の出力電圧を測定した
結果を示す。この図から、差動増幅回路110の出力電
圧は、振動体20の温度とほぼ比例関係にあることが分
かる。
請求項1に記載の発明においては、振動参照用圧電素子
の出力信号に基づき、振動体を一定の振幅で振動させる
ように駆動用圧電素子に駆動電圧を出力する場合の、振
動参照用圧電素子の出力信号を用いて、角速度信号を温
度補正するようにしたことを特徴としている。従って、
温度センサを用いることなく、角速度信号の温度補正を
精度よく行うことができる。
御手段を、振動参照用圧電素子の出力信号を増幅する増
幅回路、その出力を整流する整流回路、整流電圧と基準
電圧との差電圧を出力する差動増幅回路を有して構成
し、この場合の差動増幅手段の出力を用いて角速度信号
を温度補正するようにしたことを特徴としている。この
ように差動増幅回路の出力電圧を用いた場合、振動体の
温度に関する信号を大きく取ることができるため、温度
補正を行いやすくすることができる。
は、請求項3に記載の発明のように、振動体の温度変化
による角速度信号の変動を相殺する補正信号を作成する
補正信号作成回路と、補正信号を角速度信号に加算する
加算回路を有して構成することができる。この場合、補
正信号作成回路は、請求項4に記載の発明のように、振
動体の温度変化に対して角速度信号が変動する方向と逆
方向に変動する補正方向信号を出力する補正方向信号出
力回路と、この出力された補正方向信号の利得を設定す
る利得可変増幅回路とを有して構成するようにすれば、
装置毎に、角速度信号の変動方向および大きさを個別に
調整することができる。
発明のように、振動参照用圧電素子の出力信号に基づい
て作成された複数の補正方向信号のいずれかを選択する
ことにより設定することができる。
す振動型角速度検出装置の電気回路構成を示す。補正信
号作成回路160と加算回路170を付加した点を除
き、他の構成は図6に示すものと同じである。また、振
動子の外観構成は図5に示すものと同じである。
示すように振動体20の温度とほぼ比例関係にあるた
め、補正信号作成回路160は、差動増幅回路110の
出力電圧を用いて、温度補正するための補正信号を作成
する。加算回路170は、増幅回路150からの角速度
信号と補正信号作成回路160からの補正信号を加算
し、温度補正した角速度信号を出力する。
増幅回路150から出力される角速度信号は、温度変化
に対し一義的に変化せず、図2(a)〜(d)に示すよ
うなパターンで変化する。(a)は温度の上昇に対し角
速度信号が単調増加するパターン、(b)は温度の上昇
に対し角速度信号が単調減少するパターン、(c)、
(d)は温度の上昇に対し角速度信号が増減変化するパ
ターンである。
信号が作成できるように補正信号作成回路160が構成
されている。図3に、補正信号作成回路160の具体的
な構成を示す。補正信号作成回路160は、振動体20
の温度変化に対して角速度信号が変動する方向と逆方向
に変動する補正方向信号を出力する補正方向信号出力回
路161と、この出力された補正方向信号の利得を設定
する利得可変増幅回路162とから構成されている。
回路110の出力電圧により振動体の温度変化に対して
変動方向が異なる複数の補正方向信号を作成する回路1
61aと、この回路161aの出力を選択するスイッチ
回路161bとから構成されている。具体的には、回路
161aは、反転増幅器1611aを有し、反転増幅器
1611aにて反転増幅された信号Aと、GNDに接続
された信号Bと、差動増幅回路110の出力信号Cを出
力し、スイッチ回路161bはそのいずれかを選択す
る。
反転増幅回路162に入力される。利得可変反転増幅回
路162は、演算増幅器162a、固定抵抗器162
b、可変抵抗器162cにより構成されており、入力信
号に対し利得が可変できるようになっている。上記した
スイッチ回路161bの選択および利得可変反転増幅回
路162の利得設定は次のようにして行われる。
選択した状態で、振動体20の温度を変化させて角速度
信号を測定する。信号Bが選択されている時は、補正信
号作成回路160から出力される補正信号が0となるた
め、補正なしの状態で角速度信号を測定することができ
る。この測定により、角速度信号の変化パターンが図2
(a)に示す単調増加を示している場合には、スイッチ
回路161bにて信号Cを選択する。この選択された差
動増幅回路110の出力信号Cは、利得可変反転増幅回
路162にて反転増幅されるため、補正信号は、振動体
20の温度変化に対し単調減少する信号となる。
(b)に示す単調減少の場合は、スイッチ回路161b
にて信号Aを選択する。この場合、差動増幅回路110
の出力電圧を反転増幅した信号Aは、利得可変反転増幅
回路162にて反転増幅されるため、補正信号は、振動
体20の温度変化に対し単調増加する信号となる。さら
に、上記したスイッチ回路161bの選択とともに、測
定された角速度信号の変化幅に応じて可変抵抗器162
cの抵抗値を調整し、利得可変反転増幅回路162の利
得を設定する。
作成回路160から出力される補正信号は、図2(a)
に示すパターンに対しては、同じような変化割合で単調
減少する信号となり、図2(b)に示すパターンに対し
ては、同じような変化割合で単調増加する信号となる。
従って、角速度検出時において、上記した補正信号と増
幅回路150からの角速度信号とを加算回路170で加
算することにより、温度補正した角速度信号を出力する
ことができる。
ターンの一例を示す。この図から分かるように、温度変
化に対し角速度信号の変動が非常に小さくなっている。
なお、角速度信号の変化パターンが図2(c)(d)に
示す増減変化の場合には、変化幅が小さい場合が多いの
で、信号Bを選択したままの補正なしの状態とする。な
お、変化幅が大きい場合には、図3の補正信号作成回路
160では補正できないので、不良品として取り扱う。
路110の出力電圧に基づき補正信号作成回路160に
て補正信号を作成するようにしたが、差動増幅回路11
0の出力電圧をA/Dコンバータを介してマイクロコン
ピュータに入力し、その演算にて補正量を演算し、D/
Aコンバータを介して補正信号を出力するようにしても
よい。
増幅回路110の出力電圧を用いたが、掛算回路120
の出力電圧を整流した電圧を用いてもよい。また、増幅
回路70の出力信号の振幅を一定にする帰還制御回路に
おいて、振動体20に固着した振動参照用圧電素子50
a、50bの温度特性を利用した信号であれば、上記し
た信号以外でも温度補正用の入力信号として用いること
ができる。但し、差動増幅回路110の出力電圧が、温
度変化に対し最も大きく出力を取り出すことができるた
め、差動増幅回路110の出力電圧を用いるのが実用上
最も好ましい。
ものとしては、上記実施形態で示した移相回路80に限
らず、特公平6ー56300号公報の第3図に示すPL
L回路、すなわち増幅回路70と駆動用圧素子30a、
30bの出力信号の位相差に応じ、増幅回路70の出力
電圧と90°の位相差を有する交流電圧を駆動用圧素子
30a、30bに印加するものであってもよい。
の以外であってもよく、要は、駆動用圧電素子により振
動体を振動させた時に、その振動方向と直交する振動成
分を検出用圧電素子からの検出できるようなものであれ
ばよい。
示す図である。
ある。
図である。
る。
る。
係を示す図である。
25…基部、30a、30b…駆動用圧電素子、40
a、40b…検出用圧電素子、50a、50b…振動参
照用圧電素子、60、70…増幅回路、80…移相回
路、90…整流回路、100…基準電圧発生回路、11
0…差動増幅回路、120…掛算回路、130…同期検
波回路、150…増幅回路、160…補正信号作成回
路、161…パターン信号出力回路、162…利得可変
反転増幅回路、170…加算回路。
Claims (5)
- 【請求項1】 振動体(20)と、 この振動体を振動させる駆動用圧電素子(30a、30
b)と、 この駆動用圧電素子により前記振動体を振動させた時
に、その振動方向と直交する振動成分の信号を出力する
検出用圧電素子(40a、40b)と、 前記振動体の振動方向に応じた信号を出力する振動参照
用圧電素子(50a、50b)と、 前記検出用圧電素子の出力信号に基づいて角速度信号を
出力する角速度信号出力手段(60、130〜150)
と、 前記振動参照用圧電素子の出力信号に基づき、前記振動
体を一定の振幅で振動させるように前記駆動用圧電素子
に駆動電圧を出力する帰還制御手段(70、80〜12
0)と、 前記振動参照用圧電素子の出力信号に基づき前記出力さ
れた角速度信号を温度補正する補正手段(160、17
0)とを備えた振動型角速度検出装置。 - 【請求項2】 前記帰還制御手段は、前記振動参照用圧
電素子の出力信号を増幅する増幅回路(70)と、この
増幅回路の出力電圧を整流する整流回路(90)と、整
流された電圧と基準電圧との差電圧を出力する差動増幅
回路(110)とを備え、前記差電圧に基づいて前記駆
動電圧を出力するように構成されており、前記補正手段
は前記差電圧を用いて前記角速度信号を温度補正するこ
とを特徴とする請求項1に記載の振動型角速度検出装
置。 - 【請求項3】 前記補正手段は、前記振動体の温度変化
による前記角速度信号の変動を相殺する補正信号を作成
する補正信号作成回路(160)と、前記補正信号を前
記角速度信号に加算する加算回路(170)とを有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の振動型角速度
検出装置。 - 【請求項4】 前記補正信号作成回路は、前記振動体の
温度変化に対して前記角速度信号が変動する方向と逆方
向に変動する補正方向信号を出力する補正方向信号出力
回路(161)と、この出力された補正方向信号の利得
を設定する利得可変増幅回路(162)とを有すること
を特徴とする請求項3に記載の振動型角速度検出装置。 - 【請求項5】 前記補正方向信号出力回路は、前記振動
参照用圧電素子の出力信号に基づき前記振動体の温度変
化に対して変動方向が異なる複数の補正方向信号を作成
する回路(161a)と、そのいずれかを選択する回路
(161b)とを有することを特徴とする請求項4に記
載の振動型角速度検出装置。
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