JPH09184725A - Vibration gyro - Google Patents

Vibration gyro

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JPH09184725A
JPH09184725A JP7343439A JP34343995A JPH09184725A JP H09184725 A JPH09184725 A JP H09184725A JP 7343439 A JP7343439 A JP 7343439A JP 34343995 A JP34343995 A JP 34343995A JP H09184725 A JPH09184725 A JP H09184725A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric element
circuit
phase
vibrating body
output signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP7343439A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Katsushige Kotani
勝重 小谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration gyro for accurately detecting a rotary angular velocity by suppressing the drift signal generated due to temperature change and aging. SOLUTION: A vibration gyro 1 has piezoelectric elements 3 and 4 for detection being provided at a vibrator 2 of a regular triangular column and a piezoelectric element 5 for drive. Also, a middle point between an oscillation circuit 11 and the piezoelectric element 5 is connected to phase-shift comparison circuits 12a and 12b and further is connected to the piezoelectric elements 3 and 4 via first and second PLL circuits 16a and 16b. Then, the output signal of the oscillation circuit 11 is phase-shifted by phase-shift comparison circuits 12a and 12b and the phase of the output signals of the piezoelectric elements 3 and 4 is corrected in reference to the phase-shifted signal, thus locking the output signal of the piezoelectric elements 3 and 4 so that they constantly have a certain phase difference for the output signal of the piezoelectric element 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転角速度を検知
することによって移動体の位置を検出し、適切な誘導を
行うナビゲーションシステム、または手ぶれ等の外的振
動による回転角速度を検知し、適切な制振を行う手ぶれ
防止装置等の除振システム等に応用できる振動ジャイロ
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a navigation system that detects the position of a moving body by detecting the rotational angular velocity, and performs appropriate guidance, or detects the rotational angular velocity due to external vibration such as camera shake, and detects the appropriate position. The present invention relates to a vibration gyro that can be applied to a vibration isolation system such as a camera shake prevention device for vibration control.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、従来の振動ジャイロの一例を示
す図解図である。振動ジャイロ51は例えば正三角柱状
の振動体52を含む。振動体52の各側面のほぼ中央に
は、回転角速度に対応した出力を得るための検出用の圧
電素子53、54、および振動体52を駆動させるため
の駆動用の圧電素子55が形成される。このうち、圧電
素子55には、発振回路56の出力端が接続される。ま
た、圧電素子53、54間に可変抵抗器57が接続さ
れ、発振回路56と可変抵抗器57との間に、移相回路
58が接続される。さらに、圧電素子53、54と可変
抵抗器57との中間点には、差動増幅回路59が接続さ
れる。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is an illustrative view showing an example of a conventional vibrating gyro. The vibrating gyro 51 includes a vibrating body 52 having, for example, a regular triangular prism shape. Piezoelectric elements 53, 54 for detection for obtaining an output corresponding to the rotational angular velocity, and a piezoelectric element 55 for driving for driving the vibrating body 52 are formed at approximately the center of each side surface of the vibrating body 52. . Of these, the output end of the oscillation circuit 56 is connected to the piezoelectric element 55. A variable resistor 57 is connected between the piezoelectric elements 53 and 54, and a phase shift circuit 58 is connected between the oscillation circuit 56 and the variable resistor 57. Further, a differential amplifier circuit 59 is connected to an intermediate point between the piezoelectric elements 53 and 54 and the variable resistor 57.

【0003】ここで、発振回路56から駆動信号が圧電
素子55に印加されることにより、振動体52は圧電素
子55の形成面に直交する方向に屈曲振動する。この状
態で、振動ジャイロ51が振動体52の回転軸52aを
中心として回転すると、圧電素子53、54間に出力差
が生ずる。この出力差を差動増幅回路59によって検出
することにより、振動ジャイロ51に加わった回転角速
度を検出することができる。
When a drive signal is applied from the oscillation circuit 56 to the piezoelectric element 55, the vibrating body 52 bends and vibrates in a direction orthogonal to the surface on which the piezoelectric element 55 is formed. In this state, when the vibrating gyro 51 rotates about the rotary shaft 52a of the vibrating body 52, an output difference occurs between the piezoelectric elements 53 and 54. By detecting this output difference by the differential amplifier circuit 59, the rotational angular velocity applied to the vibration gyro 51 can be detected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、振動ジ
ャイロ51においては、振動体52の各側面は、それぞ
れ固有の共振周波数および温度特性を有しており、温度
変化および経時変化に伴い、各側面がそれぞれ異なる振
動数の変化を起こそうとするため、互いに位相がずれる
ことがあった。このように位相がずれた場合、無回転時
であっても、検出用の圧電素子53、54間で出力差が
生じるため、差動増幅回路59からドリフト信号が出力
され、このドリフト信号が測定誤差となり、正確な回転
角速度を検出することができなくなる。これに対して、
差動増幅回路59からの出力信号を0にするためには、
可変抵抗器57を調整しなければならない。しかしなが
ら、可変抵抗器57の調整は、通常、振動ジャイロの製
造工程において、その場の雰囲気温度に合わせてなされ
るものであり、振動ジャイロがビデオカメラ等に搭載さ
れて実用に供された後で、可変抵抗器57を再調整する
ことは実質的に不可能であり、正確な回転角速度を検出
することができなかった。
However, in the vibrating gyroscope 51, each side surface of the vibrating body 52 has its own resonance frequency and temperature characteristics, and each side surface changes with temperature and time. Since they tried to cause different frequency changes, the phases were sometimes out of phase with each other. When the phases are deviated in this way, an output difference is generated between the piezoelectric elements 53 and 54 for detection even when there is no rotation, and therefore a drift signal is output from the differential amplifier circuit 59, and this drift signal is measured. There is an error, and it becomes impossible to detect an accurate rotational angular velocity. On the contrary,
In order to make the output signal from the differential amplifier circuit 59 zero,
The variable resistor 57 must be adjusted. However, the adjustment of the variable resistor 57 is usually performed according to the ambient temperature of the place in the manufacturing process of the vibration gyro, and after the vibration gyro is mounted on a video camera or the like and put into practical use. It was virtually impossible to readjust the variable resistor 57, and it was not possible to detect an accurate rotational angular velocity.

【0005】それゆえ、本発明においては、温度変化お
よび経時変化によって生ずるドリフト信号を抑制し、正
確な回転角速度を検出することができる振動ジャイロを
提供することを目的とする。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a vibrating gyro that can suppress a drift signal caused by a temperature change and a temporal change and detect an accurate rotational angular velocity.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、柱状の振動体と、前記振動体の
側面に形成された前記振動体を駆動させるための駆動用
の圧電素子と、前記振動体の他の側面に形成された回転
角速度に対応した出力を得るための検出用の圧電素子と
を含む振動ジャイロであって、前記駆動用の圧電素子の
出力信号と、前記検出用の圧電素子の出力信号との位相
差を一定に保つためのPLL回路を備えたことを特徴と
する。
In order to achieve the above object, in the present invention, a columnar vibrating body and a driving piezoelectric element for driving the vibrating body formed on a side surface of the vibrating body. And a piezoelectric element for detection for obtaining an output corresponding to a rotational angular velocity formed on the other side surface of the vibrating body, the output signal of the piezoelectric element for driving, and the detection signal. It is characterized by comprising a PLL circuit for keeping a constant phase difference from the output signal of the piezoelectric element for use.

【0007】また、柱状の振動体と、前記振動体の側面
に形成された前記振動体を駆動させるための駆動用、か
つ回転角速度に対応した出力を得るための検出用の圧電
素子と、前記振動体の他の側面に形成された前記振動体
が駆動する際の帰還用の圧電素子とを含む振動ジャイロ
であって、前記駆動用かつ検出用の圧電素子の出力信号
と、前記帰還用の圧電素子の出力信号との位相差を一定
に保つためのPLL回路を備えたことを特徴とする。
Further, a columnar vibrating body, a piezoelectric element for driving the vibrating body formed on the side surface of the vibrating body, and a detecting piezoelectric element for obtaining an output corresponding to a rotational angular velocity, A vibrating gyro including a piezoelectric element for feedback when the vibrating body formed on the other side surface of the vibrating body is driven, the output signal of the piezoelectric element for driving and detecting, and the It is characterized by including a PLL circuit for keeping a constant phase difference from the output signal of the piezoelectric element.

【0008】したがって、本発明にかかる振動ジャイロ
によれば、PLL回路によって、検出用の圧電素子と駆
動用の圧電素子との間、または、検出用かつ駆動用の圧
電素子と帰還用の圧電素子との間で、出力信号の位相差
が常に一定に保たれるため、温度変化または経時変化に
より振動体の特性が変化した際にも、検出用の圧電素子
からドリフト信号が発生することが抑制され、正確な回
転角速度を検出することができる。
Therefore, according to the vibrating gyroscope of the present invention, a PLL circuit is provided between the piezoelectric element for detection and the piezoelectric element for driving, or the piezoelectric element for detection and driving and the piezoelectric element for feedback. Since the phase difference between the output signals is always kept constant between and, it is possible to prevent the detection piezoelectric element from generating a drift signal even when the characteristics of the vibrating body change due to temperature changes or changes over time. Therefore, the accurate rotational angular velocity can be detected.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明にかかる第一の実施例を、
図1および図2を用いて説明する。なお、本実施例の振
動ジャイロは、三角柱状の振動体に設けられた三つの圧
電素子のうち、一つを駆動用、二つを検出用として用い
るものである。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment according to the present invention,
This will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The vibrating gyroscope of this embodiment uses one of the three piezoelectric elements provided on the triangular prism vibrating body for driving and two for detecting.

【0010】図1において、1は振動ジャイロであり、
振動体2を備える。振動体2は、例えば、エリンバ等の
恒弾性金属材料、または石英、ガラス、水晶、セラミッ
ク等の一般に機械的振動を生ずる材料を断面正三角柱状
に成形してなる。また、図2に示すように、振動体2の
三つの側面の略中央には、圧電素子3、4ならびに5が
設けられる。このうち、圧電素子3は、例えば磁器から
なる圧電層6aを含み、圧電層6aの両主面にはそれぞ
れ電極7aおよび8aが形成される。なお、電極7aお
よび8aは、金、銀、アルミニウム等の電極材料からな
るものであり、例えばスパッタリング、蒸着等の薄膜技
術で、あるいはその材料によっては印刷技術で形成され
る。同様に、他の圧電素子4、5も、それぞれ、例えば
磁器からなる圧電層6b、6cを含み、これら圧電層6
b、6cの両主面に、電極7b、8bおよび電極7c、
8cが形成される。そして、これら圧電素子3乃至5の
各一方の電極7a乃至7cが、例えば導電接着剤で振動
体2に接着される。
In FIG. 1, 1 is a vibrating gyro,
The vibrating body 2 is provided. The vibrating body 2 is made of, for example, a constant elastic metal material such as elinvar or a material that generally causes mechanical vibration such as quartz, glass, crystal, and ceramic, and has a regular triangular cross section. Further, as shown in FIG. 2, piezoelectric elements 3, 4 and 5 are provided at approximately the center of the three side surfaces of the vibrating body 2. Among them, the piezoelectric element 3 includes a piezoelectric layer 6a made of, for example, porcelain, and electrodes 7a and 8a are formed on both main surfaces of the piezoelectric layer 6a, respectively. The electrodes 7a and 8a are made of an electrode material such as gold, silver or aluminum, and are formed by a thin film technique such as sputtering or vapor deposition, or a printing technique depending on the material. Similarly, the other piezoelectric elements 4 and 5 also include piezoelectric layers 6b and 6c made of, for example, porcelain.
The electrodes 7b, 8b and the electrode 7c are provided on both main surfaces b, 6c.
8c is formed. Then, the electrodes 7a to 7c on one side of each of the piezoelectric elements 3 to 5 are bonded to the vibrating body 2 with, for example, a conductive adhesive.

【0011】ここで、圧電素子3、4は、振動ジャイロ
1に加わった回転角速度に対応する信号を検出するため
の検出用として用いられ、圧電素子5は、振動体2を屈
曲振動させるための駆動用として用いられる。
Here, the piezoelectric elements 3 and 4 are used for detection for detecting a signal corresponding to the rotational angular velocity applied to the vibrating gyro 1, and the piezoelectric element 5 is for bending and vibrating the vibrating body 2. Used for driving.

【0012】そして、振動体2に駆動信号を印加するた
めに、発振回路11の出力端が圧電素子5に接続され
る。発振回路11と圧電素子5との中間点は、二つの移
相回路12aおよび12bに接続される。このうち、一
方の移相回路12aの出力端は位相比較回路13aに接
続され、位相比較回路13aは、ローパスフィルタ14
aを介して、容量付加回路15aに接続され、容量付加
回路15aは圧電素子3に接続される。ここで、位相比
較回路13a、ローパスフィルタ14aおよび容量付加
回路15aは、この順路でループをなし、第一のPLL
(フェイズ・ロックド・ループ)回路16aを形成して
いる。そして、容量付加回路15aと圧電素子3との中
間点が位相比較回路13aに接続されることにより、圧
電素子3の出力が、第一のPLL回路16aに帰還する
ようになっている。また、第一のPLL回路16aは、
圧電素子3と容量付加回路15aとの中間点において、
差動増幅回路17の反転入力端(図示せず)に接続され
る。
The output end of the oscillation circuit 11 is connected to the piezoelectric element 5 in order to apply a drive signal to the vibrating body 2. An intermediate point between the oscillator circuit 11 and the piezoelectric element 5 is connected to the two phase shift circuits 12a and 12b. Of these, the output terminal of one of the phase shift circuits 12a is connected to the phase comparison circuit 13a, and the phase comparison circuit 13a includes the low-pass filter 14a.
It is connected to the capacitance adding circuit 15a via a, and the capacitance adding circuit 15a is connected to the piezoelectric element 3. Here, the phase comparison circuit 13a, the low-pass filter 14a, and the capacitance addition circuit 15a form a loop on this route, and the first PLL
(Phase locked loop) circuit 16a is formed. The output of the piezoelectric element 3 is fed back to the first PLL circuit 16a by connecting the intermediate point between the capacitance adding circuit 15a and the piezoelectric element 3 to the phase comparison circuit 13a. In addition, the first PLL circuit 16a
At the intermediate point between the piezoelectric element 3 and the capacitance adding circuit 15a,
It is connected to the inverting input terminal (not shown) of the differential amplifier circuit 17.

【0013】一方、他方の移相回路12bは、位相比較
回路13bに接続されており、位相比較回路13b、ロ
ーパスフィルタ14bおよび容量付加回路15bは、こ
の順路でループをなし、第二のPLL回路16bを形成
している。そして、容量付加回路15bと圧電素子4と
の中間点が位相比較回路13bに接続されることによ
り、圧電素子4の出力が、第二のPLL回路16bに帰
還するようになっている。また、第二のPLL回路16
bは、圧電素子4と容量付加回路15bとの中間点にお
いて、差動増幅回路17の非反転入力端(図示せず)に
接続される。
On the other hand, the other phase shift circuit 12b is connected to the phase comparison circuit 13b, and the phase comparison circuit 13b, the low-pass filter 14b and the capacitance addition circuit 15b form a loop on this route, and the second PLL circuit is formed. 16b is formed. The output of the piezoelectric element 4 is fed back to the second PLL circuit 16b by connecting the intermediate point between the capacitance adding circuit 15b and the piezoelectric element 4 to the phase comparison circuit 13b. In addition, the second PLL circuit 16
b is connected to a non-inverting input terminal (not shown) of the differential amplifier circuit 17 at an intermediate point between the piezoelectric element 4 and the capacitance adding circuit 15b.

【0014】また、とくに図示しないが、圧電素子3、
4の出力を発振回路11に帰還させるための接続もなさ
れており、帰還信号を受けて発振回路11から駆動信号
が圧電素子5に印加される。
Although not shown in particular, the piezoelectric element 3,
A connection for returning the output of 4 to the oscillation circuit 11 is also made, and a drive signal is applied from the oscillation circuit 11 to the piezoelectric element 5 in response to the feedback signal.

【0015】このように構成される振動ジャイロ1にお
いては、振動体2を屈曲振動させるために、発振回路1
1の出力信号が圧電素子5に印加される。この発振回路
11の出力信号は、一方の移相回路12aにも入力さ
れ、移相回路12aにより、本実施例においては例えば
270゜移相される。また、圧電素子3の出力信号は、
容量付加回路15aによって共振周波数が調整され、位
相比較回路13aに入力される。そして、位相比較回路
13aにおいて、圧電素子3の出力信号は、発振回路1
1の出力信号を270゜移相した信号を基準として、位
相比較される。この位相比較において検出された位相差
に応じて、ローパスフィルタ14aによって直流の制御
用電圧が出力され、この制御用電圧が容量付加回路15
aに帰還されることにより、圧電素子3の出力信号の位
相が補正される。このとき、位相比較の基準となる位相
は、発振回路11の出力に対して270゜ずれているた
め、圧電素子3の出力信号は、圧電素子5の出力信号に
対して270゜ずれた位相、すなわち90゜ずれた位相
を有することとなる。このように、第一のPLL回路1
6aによって、圧電素子3と圧電素子5との間で、出力
信号が常に一定の位相差を有するようにロックされる。
In the vibrating gyroscope 1 constructed as described above, in order to flexurally vibrate the vibrating body 2, the oscillation circuit 1
The output signal of 1 is applied to the piezoelectric element 5. The output signal of the oscillation circuit 11 is also input to one of the phase shift circuits 12a, and the phase shift circuit 12a shifts the phase by, for example, 270 ° in this embodiment. The output signal of the piezoelectric element 3 is
The resonance frequency is adjusted by the capacitance adding circuit 15a and is input to the phase comparison circuit 13a. Then, in the phase comparison circuit 13a, the output signal of the piezoelectric element 3 is the oscillation circuit 1
Phase comparison is performed with reference to a signal obtained by shifting the output signal of 1 by 270 °. In accordance with the phase difference detected in this phase comparison, the low-pass filter 14a outputs a DC control voltage, and this control voltage is added to the capacitance adding circuit 15
By returning to a, the phase of the output signal of the piezoelectric element 3 is corrected. At this time, since the reference phase of the phase comparison is deviated by 270 ° from the output of the oscillation circuit 11, the output signal of the piezoelectric element 3 is deviated from the output signal of the piezoelectric element 5 by 270 °. That is, it has a phase shifted by 90 °. In this way, the first PLL circuit 1
6a locks the output signals between the piezoelectric element 3 and the piezoelectric element 5 so that the output signals always have a constant phase difference.

【0016】また、発振回路11の出力信号は、一方の
移相回路12aに入力されるとともに、他方の移相回路
12bにも入力され、本実施例においては、例えば27
0゜移相される。そして、圧電素子4の出力信号は、容
量付加回路15bによって共振周波数が調整され、位相
比較回路13bに入力される。さらに、位相比較回路1
3bにおいて、圧電素子4の出力信号は、発振回路11
の出力信号を270゜移相した信号を基準として、位相
比較される。この位相比較において検出された位相差に
応じて、ローパスフィルタ14bによって直流の制御用
電圧が出力され、この制御用電圧が容量付加回路15b
に帰還されることにより、圧電素子4の出力信号の位相
が補正される。このとき、位相比較の基準となる位相
は、発振回路11の出力に対して270゜ずれているた
め、圧電素子4の出力信号は、圧電素子5の出力信号に
対して270゜ずれた位相、すなわち90゜ずれた位相
を有することとなる。このように、第二のPLL回路1
6bによって、圧電素子4と圧電素子5との間で、出力
信号が常に一定の位相差を有するようにロックされる。
The output signal of the oscillation circuit 11 is input to one phase shift circuit 12a and also to the other phase shift circuit 12b. In this embodiment, for example, 27
The phase is shifted 0 °. The resonance frequency of the output signal of the piezoelectric element 4 is adjusted by the capacitance adding circuit 15b and is input to the phase comparison circuit 13b. Furthermore, the phase comparison circuit 1
3b, the output signal of the piezoelectric element 4 is the oscillation circuit 11
Phase comparison is performed on the basis of the signal obtained by phase-shifting the output signal of 270 °. In accordance with the phase difference detected in this phase comparison, the low-pass filter 14b outputs a DC control voltage, and this control voltage is added to the capacitance adding circuit 15b.
By being fed back to, the phase of the output signal of the piezoelectric element 4 is corrected. At this time, the reference phase of the phase comparison deviates from the output of the oscillation circuit 11 by 270 °, so that the output signal of the piezoelectric element 4 deviates from the output signal of the piezoelectric element 5 by 270 °. That is, it has a phase shifted by 90 °. In this way, the second PLL circuit 1
6b locks the output signals between the piezoelectric elements 4 and 5 so that the output signals always have a constant phase difference.

【0017】ところで、発振回路11から圧電素子5に
駆動信号が印加されることにより、振動体2は圧電素子
5の形成面に垂直な方向に屈曲振動し、圧電素子3、4
から同じ信号が出力される。また、振動ジャイロ1が振
動体2の回転軸2aを中心として回転した場合、コリオ
リ力が働き、振動体2は無回転時における振動方向とは
異なる方向に振動し、圧電素子3、4から互いに異なる
信号が出力される。この信号の変化は、振動体2の振動
方向の変化に対応するため、圧電素子3、4の出力信号
は回転角速度に対応した信号となる。したがって、圧電
素子3、4の出力信号の差を差動増幅回路によって検出
することにより、振動ジャイロ1に加わった回転角速度
を検出することができる。
When a drive signal is applied from the oscillation circuit 11 to the piezoelectric element 5, the vibrating body 2 flexurally vibrates in the direction perpendicular to the surface on which the piezoelectric element 5 is formed, and the piezoelectric elements 3 and 4
Will output the same signal. Further, when the vibrating gyro 1 rotates about the rotary shaft 2a of the vibrating body 2, Coriolis force acts, and the vibrating body 2 vibrates in a direction different from the vibrating direction when it is not rotating, and the piezoelectric elements 3 and 4 mutually separate. Different signals are output. The change in this signal corresponds to the change in the vibration direction of the vibrating body 2, so that the output signals of the piezoelectric elements 3 and 4 are signals corresponding to the rotational angular velocity. Therefore, the rotational angular velocity applied to the vibration gyro 1 can be detected by detecting the difference between the output signals of the piezoelectric elements 3 and 4 by the differential amplifier circuit.

【0018】ここで、前述のように、圧電素子3、4の
出力信号は、それぞれ圧電素子5の出力信号に対して、
常に位相が90゜ずれるようにロックされているため、
温度変化および経時変化により振動体2の特性が変化し
た際にも、圧電素子3、4からのドリフト信号の発生が
抑制され、正確な回転角速度を検出することができる。
Here, as described above, the output signals of the piezoelectric elements 3 and 4 are different from the output signals of the piezoelectric element 5, respectively.
Since the phase is always locked so that it shifts 90 °,
Even when the characteristics of the vibrating body 2 change due to temperature changes and changes over time, the generation of drift signals from the piezoelectric elements 3 and 4 is suppressed, and accurate rotational angular velocity can be detected.

【0019】なお、図3に示すように、ローパスフィル
タ14aと容量付加回路15aとの中間点を差動増幅回
路17の反転入力端(図示せず)に接続し、ローパスフ
ィルタ14bと容量付加回路15bとの中間点を差動増
幅回路17の非反転入力端(図示せず)に接続して構成
される振動ジャイロ21においても、上記振動ジャイロ
1と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 3, the midpoint between the low-pass filter 14a and the capacitance adding circuit 15a is connected to the inverting input terminal (not shown) of the differential amplifier circuit 17, and the low-pass filter 14b and the capacitance adding circuit are connected. Also in the vibration gyro 21 configured by connecting the intermediate point with 15b to the non-inverting input terminal (not shown) of the differential amplifier circuit 17, the same effect as that of the vibration gyro 1 can be obtained.

【0020】次に、本発明にかかる第二の実施例を図4
を用いて説明する。なお、第一の実施例と同一または相
当する部分には同一の符号を付し、その説明は省略す
る。また、本実施例の振動ジャイロは、三角柱状の振動
体に設けられた三つの圧電素子のうち、二つを駆動用か
つ検出用、一つを帰還用として用いるものである。
Next, a second embodiment according to the present invention is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. The same or corresponding parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Further, the vibrating gyroscope of the present embodiment uses two of the three piezoelectric elements provided on the triangular prism vibrating body for driving and detecting, and one for returning.

【0021】図4において、31は振動ジャイロであ
り、振動体2を備える。振動体2は、例えば、正三角柱
状をなし、各側面の略中央に、圧電素子3、4ならびに
5が設けられる。このうち、圧電素子3、4は、振動体
2を屈曲振動させるための駆動用と、振動ジャイロ1に
加わった回転角速度に対応する信号を検出するための検
出用とを兼ねており、圧電素子5は、駆動信号を帰還さ
せるための帰還用として用いられる。そして、発振回路
11が移相回路12aおよび12cを介して、圧電素子
3、4に接続され、圧電素子5が発振回路11に接続さ
れる。
In FIG. 4, reference numeral 31 is a vibrating gyro, which is provided with the vibrating body 2. The vibrating body 2 has, for example, a regular triangular prism shape, and the piezoelectric elements 3, 4 and 5 are provided at substantially the center of each side surface. Of these, the piezoelectric elements 3 and 4 serve both as a drive for bending and vibrating the vibrating body 2 and as a detection for detecting a signal corresponding to the rotational angular velocity applied to the vibration gyro 1. Reference numeral 5 is used for feedback for feeding back the drive signal. Then, the oscillation circuit 11 is connected to the piezoelectric elements 3 and 4 via the phase shift circuits 12 a and 12 c, and the piezoelectric element 5 is connected to the oscillation circuit 11.

【0022】また、圧電素子5と発振回路11との中間
点が移相回路12bに接続される。この移相回路12b
の出力端は位相比較回路13aに接続され、位相比較回
路13aは、ローパスフィルタ14aを介して容量付加
回路15aに接続され、容量付加回路15aは圧電素子
3に接続される。ここで、位相比較回路13a、ローパ
スフィルタ14aおよび容量付加回路15aは、この順
路でループをなし、第一のPLL(フェイズ・ロックド
・ループ)回路16aを形成している。そして、容量付
加回路15aと圧電素子3との中間点が位相比較回路1
3aに接続されることにより、圧電素子3の出力が第一
のPLL回路16aに帰還するようになっている。ま
た、第一のPLL回路16aは、圧電素子3と容量付加
回路15aとの中間点において、差動増幅回路17の反
転入力端(図示せず)に接続される。
Further, the intermediate point between the piezoelectric element 5 and the oscillation circuit 11 is connected to the phase shift circuit 12b. This phase shift circuit 12b
The output terminal of is connected to the phase comparison circuit 13a, the phase comparison circuit 13a is connected to the capacitance addition circuit 15a via the low-pass filter 14a, and the capacitance addition circuit 15a is connected to the piezoelectric element 3. Here, the phase comparison circuit 13a, the low-pass filter 14a, and the capacitance addition circuit 15a form a loop on this route to form a first PLL (phase locked loop) circuit 16a. The midpoint between the capacitance adding circuit 15a and the piezoelectric element 3 is the phase comparison circuit 1
By being connected to 3a, the output of the piezoelectric element 3 is fed back to the first PLL circuit 16a. The first PLL circuit 16a is connected to the inverting input terminal (not shown) of the differential amplifier circuit 17 at an intermediate point between the piezoelectric element 3 and the capacitance adding circuit 15a.

【0023】一方、発振回路11と圧電素子4との中間
には、移相回路12cが設けられる。また、圧電素子5
と発振回路11との中間点が移相回路12dに接続され
る。この移相回路12dの出力端は位相比較回路13b
に接続され、位相比較回路13bは、ローパスフィルタ
14bを介して容量付加回路15bに接続され、容量付
加回路15bは圧電素子4に接続される。ここで、位相
比較回路13b、ローパスフィルタ14bおよび容量付
加回路15bは、この順路でループをなし、第二のPL
L回路16bを形成している。そして、容量付加回路1
5bと圧電素子4との中間点が位相比較回路13bに接
続されることにより、圧電素子4の出力が、第二のPL
L回路16bに帰還するようになっている。また、第二
のPLL回路16bは、圧電素子4と容量付加回路15
bとの中間点において、差動増幅回路17の非反転入力
端(図示せず)に接続される。
On the other hand, a phase shift circuit 12c is provided between the oscillator circuit 11 and the piezoelectric element 4. Also, the piezoelectric element 5
The intermediate point between the oscillator circuit 11 and the oscillator circuit 11 is connected to the phase shift circuit 12d. The output terminal of the phase shift circuit 12d is the phase comparison circuit 13b.
The phase comparison circuit 13b is connected to the capacitance addition circuit 15b via the low-pass filter 14b, and the capacitance addition circuit 15b is connected to the piezoelectric element 4. Here, the phase comparison circuit 13b, the low-pass filter 14b, and the capacitance addition circuit 15b form a loop on this route, and the second PL
The L circuit 16b is formed. Then, the capacitance adding circuit 1
By connecting the intermediate point between 5b and the piezoelectric element 4 to the phase comparison circuit 13b, the output of the piezoelectric element 4 becomes the second PL.
It is adapted to be fed back to the L circuit 16b. Further, the second PLL circuit 16b includes the piezoelectric element 4 and the capacitance adding circuit 15
It is connected to a non-inverting input terminal (not shown) of the differential amplifier circuit 17 at an intermediate point with respect to b.

【0024】このように構成される振動ジャイロ31に
おいては、振動体2を屈曲振動させるために、発振回路
11の出力信号が圧電素子3、4に印加され、圧電素子
5の出力信号が発振回路11に帰還される。このとき、
発振回路11の出力信号は、移相回路12aにも入力さ
れ、移相回路12aにより、本実施例においては例えば
270゜移相される。また、圧電素子3の出力信号は、
容量付加回路15aによって共振周波数が調整され、位
相比較回路13aに入力される。一方、圧電素子5から
発振回路11に帰還される信号は、移相回路12bに入
力され、本実施例おいては、例えば270゜移相された
後、位相比較回路13aに入力される。そして、位相比
較回路13aにおいて、圧電素子3の出力信号は、圧電
素子5から発振回路11に帰還される信号を270゜移
相した信号を基準として、位相比較される。この位相比
較において検出された位相差に応じて、ローパスフィル
タ14aによって直流の制御用電圧が出力され、この制
御用電圧が容量付加回路15aに帰還されることによ
り、圧電素子3の出力信号の位相が補正される。このと
き、位相比較の基準となる位相は、圧電素子5の出力に
対して270゜ずれているため、圧電素子3の出力信号
は、圧電素子5の出力信号に対して270゜ずれた位
相、すなわち90゜ずれた位相を有することとなる。こ
のように、第一のPLL回路16aによって、圧電素子
3と圧電素子5との間で、出力信号が常に一定の位相差
を有するようにロックされる。
In the vibrating gyroscope 31 thus constructed, the output signal of the oscillation circuit 11 is applied to the piezoelectric elements 3 and 4, and the output signal of the piezoelectric element 5 is applied to the oscillation circuit in order to flexurally vibrate the vibrating body 2. Returned to 11. At this time,
The output signal of the oscillation circuit 11 is also input to the phase shift circuit 12a, and is phase-shifted by 270 ° in this embodiment by the phase shift circuit 12a. The output signal of the piezoelectric element 3 is
The resonance frequency is adjusted by the capacitance adding circuit 15a and is input to the phase comparison circuit 13a. On the other hand, the signal fed back from the piezoelectric element 5 to the oscillation circuit 11 is input to the phase shift circuit 12b, and in this embodiment, after being phase-shifted by 270 °, for example, is input to the phase comparison circuit 13a. Then, in the phase comparison circuit 13a, the output signal of the piezoelectric element 3 is phase-compared with reference to the signal obtained by phase-shifting the signal fed back from the piezoelectric element 5 to the oscillation circuit 11 by 270 °. According to the phase difference detected in this phase comparison, a low-pass filter 14a outputs a DC control voltage, and this control voltage is fed back to the capacitance adding circuit 15a, whereby the phase of the output signal of the piezoelectric element 3 is returned. Is corrected. At this time, since the reference phase of the phase comparison is deviated by 270 ° from the output of the piezoelectric element 5, the output signal of the piezoelectric element 3 is deviated by 270 ° from the output signal of the piezoelectric element 5, That is, it has a phase shifted by 90 °. Thus, the first PLL circuit 16a locks the output signals between the piezoelectric elements 3 and 5 so that the output signals always have a constant phase difference.

【0025】また、発振回路11の出力信号は、移相回
路12aに入力されるとともに、移相回路12cにも入
力され、本実施例においては、例えば270゜移相され
る。そして、圧電素子4の出力信号は、容量付加回路1
5bによって共振周波数が調整され、位相比較回路13
bに入力される。そして、位相比較回路13bにおい
て、圧電素子4の出力信号は、圧電素子5からの帰還信
号を移相した信号を基準として、位相比較される。この
位相比較において検出された位相差に応じて、ローパス
フィルタ14bによって直流の制御用電圧が出力され、
この制御用電圧が容量付加回路15bに帰還されること
により、圧電素子4の出力信号の位相が補正される。こ
のとき、位相比較の基準となる位相は、圧電素子5の出
力に対して270゜ずれているため、圧電素子4の出力
信号は、圧電素子5の出力信号から270゜ずれた位
相、すなわち90゜ずれた位相を有することとなる。こ
のように、第二のPLL回路16bにより、圧電素子4
と圧電素子5との間で、出力信号が常に一定の電位差を
有するようにロックされる。
The output signal of the oscillation circuit 11 is input to the phase shift circuit 12a and also to the phase shift circuit 12c, and in the present embodiment, is phase-shifted by 270 °, for example. Then, the output signal of the piezoelectric element 4 is the capacitance addition circuit 1
The resonance frequency is adjusted by 5b, and the phase comparison circuit 13
b. Then, in the phase comparison circuit 13b, the output signal of the piezoelectric element 4 is phase-compared with reference to the signal obtained by shifting the phase of the feedback signal from the piezoelectric element 5. According to the phase difference detected in this phase comparison, a DC control voltage is output by the low-pass filter 14b,
By feeding back the control voltage to the capacitance adding circuit 15b, the phase of the output signal of the piezoelectric element 4 is corrected. At this time, the reference phase of the phase comparison is deviated by 270 ° from the output of the piezoelectric element 5, so that the output signal of the piezoelectric element 4 is deviated by 270 ° from the output signal of the piezoelectric element 5, that is, 90 °. The phase will be shifted. In this way, the second PLL circuit 16b causes the piezoelectric element 4 to
And the piezoelectric element 5 are locked so that the output signal always has a constant potential difference.

【0026】ところで、発振回路11から圧電素子3、
4に駆動信号が印加されることにより、振動体2は圧電
素子5の形成面に垂直な方向に屈曲振動し、圧電素子
3、4から同じ信号が出力される。また、振動ジャイロ
31が振動体2の回転軸2aを中心として回転した場
合、コリオリ力が働き、振動体2は無回転時における振
動方向とは異なる方向に振動し、圧電素子3、4から互
いに異なる信号が出力される。この信号の変化は振動体
2の振動方向の変化に対応するため、圧電素子3、4の
出力信号は回転角速度に対応した信号となる。したがっ
て、圧電素子3、4の出力信号の差を差動増幅回路によ
って検出することにより、振動ジャイロ31に加わった
回転角速度を検出することができる。
By the way, from the oscillation circuit 11 to the piezoelectric element 3,
When a drive signal is applied to the piezoelectric element 4, the vibrating body 2 flexurally vibrates in the direction perpendicular to the surface on which the piezoelectric element 5 is formed, and the same signal is output from the piezoelectric elements 3 and 4. When the vibrating gyro 31 rotates about the rotary shaft 2a of the vibrating body 2, Coriolis force acts, and the vibrating body 2 vibrates in a direction different from the vibrating direction when it is not rotating, and the piezoelectric elements 3 and 4 mutually vibrate. Different signals are output. Since the change in this signal corresponds to the change in the vibration direction of the vibrating body 2, the output signals of the piezoelectric elements 3 and 4 are signals corresponding to the rotational angular velocity. Therefore, the rotational angular velocity applied to the vibration gyro 31 can be detected by detecting the difference between the output signals of the piezoelectric elements 3 and 4 by the differential amplifier circuit.

【0027】ここで、前述のように、圧電素子3、4の
出力信号は、それぞれ圧電素子5の出力信号に対して、
常に位相が90゜ずれるようにロックされているため、
温度変化および経時変化により振動体2の特性が変化し
た際にも、圧電素子3、4からのドリフト信号の発生が
抑制され、正確な回転角速度を検出することができる。
Here, as described above, the output signals of the piezoelectric elements 3 and 4 are different from the output signals of the piezoelectric element 5, respectively.
Since the phase is always locked so that it shifts 90 °,
Even when the characteristics of the vibrating body 2 change due to temperature changes and changes over time, the generation of drift signals from the piezoelectric elements 3 and 4 is suppressed, and accurate rotational angular velocity can be detected.

【0028】なお、図5に示すように、ローパスフィル
タ14aと容量付加回路15aとの中間点を差動増幅回
路17の反転入力端(図示せず)に接続し、ローパスフ
ィルタ14bと容量付加回路15bとの中間点を差動増
幅回路17の非反転入力端(図示せず)に接続して構成
される振動ジャイロ41においても、上記振動ジャイロ
31と同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 5, the midpoint between the low-pass filter 14a and the capacitance adding circuit 15a is connected to the inverting input terminal (not shown) of the differential amplifier circuit 17, and the low-pass filter 14b and the capacitance adding circuit are connected. Even in the vibration gyro 41 configured by connecting the intermediate point with 15b to the non-inverting input terminal (not shown) of the differential amplifier circuit 17, the same effect as that of the vibration gyro 31 can be obtained.

【0029】また、上記第一、第二の実施例において
は、PLL回路によって、検出用の圧電素子と駆動用の
圧電素子との間、および、検出用かつ駆動用の圧電素子
と帰還用の圧電素子との間で、出力信号の位相差を90
゜に保つ場合について説明したが、これらの位相差は、
90゜以外の値に設定してもよい。
Further, in the first and second embodiments, the PLL circuit is used to provide a space between the detecting piezoelectric element and the driving piezoelectric element, and between the detecting and driving piezoelectric element and the feedback piezoelectric element. The phase difference of the output signal with the piezoelectric element is 90
I explained about the case of keeping the angle of
It may be set to a value other than 90 °.

【0030】さらに、上記第一、第二の実施例において
は、振動体が三角柱状である場合について説明したが、
柱状であれば三角柱状に限らず、円柱状または多角柱状
の振動体を備える振動ジャイロにも本発明を適用するこ
とができる。
Further, in the above first and second embodiments, the case where the vibrating body has a triangular prism shape has been described.
The present invention can be applied to a vibrating gyroscope including a vibrating body having a columnar shape or a polygonal column shape as long as it has a columnar shape.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明にかかる振動ジャイロによれば、
PLL回路によって、検出用の圧電素子と駆動用の圧電
素子との間、または、検出用かつ駆動用の圧電素子と帰
還用の圧電素子との間で、出力信号の位相差が常に一定
に保たれるため、温度変化または経時変化により振動体
の特性が変化した際にも、検出用の圧電素子からドリフ
ト信号が発生することが抑制され、正確な回転角速度を
検出することができる。
According to the vibrating gyroscope of the present invention,
With the PLL circuit, the phase difference of the output signal is always kept constant between the detecting piezoelectric element and the driving piezoelectric element, or between the detecting and driving piezoelectric element and the feedback piezoelectric element. Therefore, even if the characteristics of the vibrating body change due to temperature change or temporal change, it is possible to prevent the detection piezoelectric element from generating a drift signal, and it is possible to detect an accurate rotational angular velocity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第一の実施例にかかる振動ジャイロを
示す図解図である。
FIG. 1 is an illustrative view showing a vibrating gyroscope according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の振動ジャイロを構成する振動体を示す断
面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a vibrating body that constitutes the vibrating gyro of FIG.

【図3】図1の振動ジャイロを一部変形した振動ジャイ
ロを示す図解図である。
FIG. 3 is an illustrative view showing a vibration gyro that is a partial modification of the vibration gyro of FIG.

【図4】本発明の第二の実施例にかかる振動ジャイロを
示す図解図である。
FIG. 4 is an illustrative view showing a vibrating gyroscope according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4の振動ジャイロを一部変形した振動ジャイ
ロを示す図解図である。
FIG. 5 is an illustrative view showing a vibration gyro that is a partial modification of the vibration gyro of FIG.

【図6】従来の振動ジャイロを示す図解図である。FIG. 6 is an illustrative view showing a conventional vibrating gyro.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、21、31、41 振動ジャイロ 2 振動体 3、4、5 圧電素子 16a、16b PLL回路 1, 21, 31, 41 Vibration gyro 2 Vibrating body 3, 4, 5 Piezoelectric element 16a, 16b PLL circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 柱状の振動体と、 前記振動体の側面に形成された前記振動体を駆動させる
ための駆動用の圧電素子と、 前記振動体の他の側面に形成された回転角速度に対応し
た出力を得るための検出用の圧電素子とを含む振動ジャ
イロであって、 前記駆動用の圧電素子の出力信号と、前記検出用の圧電
素子の出力信号との位相差を一定に保つためのPLL回
路を備えたことを特徴とする振動ジャイロ。
1. A columnar vibrating body, a driving piezoelectric element formed on a side surface of the vibrating body for driving the vibrating body, and a rotational angular velocity formed on another side surface of the vibrating body. A vibration gyro including a piezoelectric element for detection to obtain an output, for maintaining a constant phase difference between the output signal of the piezoelectric element for driving and the output signal of the piezoelectric element for detection. A vibrating gyro that includes a PLL circuit.
【請求項2】 柱状の振動体と、 前記振動体の側面に形成された前記振動体を駆動させる
ための駆動用、かつ回転角速度に対応した出力を得るた
めの検出用の圧電素子と、 前記振動体の他の側面に形成された前記振動体が駆動す
る際の帰還用の圧電素子とを含む振動ジャイロであっ
て、 前記駆動用かつ検出用の圧電素子の出力信号と、前記帰
還用の圧電素子の出力信号との位相差を一定に保つため
のPLL回路を備えたことを特徴とする振動ジャイロ。
2. A columnar vibrating body, a piezoelectric element for driving for driving the vibrating body formed on a side surface of the vibrating body, and a detecting piezoelectric element for obtaining an output corresponding to a rotational angular velocity, A vibrating gyro including a piezoelectric element for feedback when the vibrating body is formed on the other side surface of the vibrating body, the output signal of the piezoelectric element for driving and detecting, and the feedback A vibration gyro, comprising a PLL circuit for maintaining a constant phase difference with an output signal of a piezoelectric element.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100450994B1 (en) * 2002-04-26 2004-10-02 학교법인 대양학원 Compenastion method of nonlinear thermal bias drift of vibratory gyroscope by using fuzzy logic

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100450994B1 (en) * 2002-04-26 2004-10-02 학교법인 대양학원 Compenastion method of nonlinear thermal bias drift of vibratory gyroscope by using fuzzy logic

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