JPH095088A - 角速度測定装置と角速度測定方法 - Google Patents
角速度測定装置と角速度測定方法Info
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- JPH095088A JPH095088A JP8179855A JP17985596A JPH095088A JP H095088 A JPH095088 A JP H095088A JP 8179855 A JP8179855 A JP 8179855A JP 17985596 A JP17985596 A JP 17985596A JP H095088 A JPH095088 A JP H095088A
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- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
- G01C19/5614—Signal processing
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 検出信号の有効部分を、十分な分解能で分離
し、決定できるようにするコリオリの力の使用に基づく
角速度測定装置を提案する 【解決手段】 音叉の検出用アームで検出した検出信号
から処理手段（２３）でアナログ測定信号（Ｓ”）を得
え、このアナログ測定信号から振幅が電気検出信号（Ｄ
ＥＴ）の有効成分のみに依存し、寄生成分を除去する。
し、決定できるようにするコリオリの力の使用に基づく
角速度測定装置を提案する 【解決手段】 音叉の検出用アームで検出した検出信号
から処理手段（２３）でアナログ測定信号（Ｓ”）を得
え、このアナログ測定信号から振幅が電気検出信号（Ｄ
ＥＴ）の有効成分のみに依存し、寄生成分を除去する。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、角速度で回転する
トランスデューサと、励振信号に応答して、１つの寄生
成分と、前記角速度を表す振幅を有する少なくとも１つ
の有効成分とを含む機械的振動を前記トランスデューサ
に発生させる手段と、前記の機械的振動を表し、やはり
１つの寄生成分と前記の角速度を表す振幅を有する少な
くとも１つの有効成分とを含む電気検出信号を生成する
手段とを含む角速度測定装置に関する。
トランスデューサと、励振信号に応答して、１つの寄生
成分と、前記角速度を表す振幅を有する少なくとも１つ
の有効成分とを含む機械的振動を前記トランスデューサ
に発生させる手段と、前記の機械的振動を表し、やはり
１つの寄生成分と前記の角速度を表す振幅を有する少な
くとも１つの有効成分とを含む電気検出信号を生成する
手段とを含む角速度測定装置に関する。
【０００２】本発明はさらに、検出信号の有効成分の測
定を容易にするために、励振信号と検出信号を処理する
方法に関する。
定を容易にするために、励振信号と検出信号を処理する
方法に関する。
【０００３】本発明は特に、音叉に作用するコリオリの
力による、励振信号に応答して音叉ジャイロメータによ
って与えられる電気検出信号の有効成分の決定に適用さ
れる。
力による、励振信号に応答して音叉ジャイロメータによ
って与えられる電気検出信号の有効成分の決定に適用さ
れる。
【０００４】
【従来の技術】音叉ジャイロメータは、寸法が小さくて
廉価であるため、回転体の角速度決定に多用される傾向
がある。長い間、複雑で高価なジャイロスコープが特に
航空機またはミサイルの中で使用されており、これらは
航空機またはミサイルの固定基準に対する方向づけを追
跡するために使用される。
廉価であるため、回転体の角速度決定に多用される傾向
がある。長い間、複雑で高価なジャイロスコープが特に
航空機またはミサイルの中で使用されており、これらは
航空機またはミサイルの固定基準に対する方向づけを追
跡するために使用される。
【０００５】しかし、音叉ジャイロスコープに関係する
小型化の可能性によって、特に自動車の分野において新
たな適用が企図された。この場合、これらをすべり止め
装置または平衡修正装置の中に組み込むこともできる。
小型化の可能性によって、特に自動車の分野において新
たな適用が企図された。この場合、これらをすべり止め
装置または平衡修正装置の中に組み込むこともできる。
【０００６】水晶音叉を使用する角速度測定装置が、本
出願人のヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ−０５１５９８１号に
詳しく記載されている。水晶音叉ジャイロメータでは、
音叉のアームは励振信号を加えるための電極と、縦軸の
周りに回転する間の音叉の応答に対応する検出信号を検
出するための電極とを備えている。
出願人のヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ−０５１５９８１号に
詳しく記載されている。水晶音叉ジャイロメータでは、
音叉のアームは励振信号を加えるための電極と、縦軸の
周りに回転する間の音叉の応答に対応する検出信号を検
出するための電極とを備えている。
【０００７】最新のいくつかの資料、特にヨーロッパ特
許ＥＰ０４９４５８８号の明細書は、音叉ジャイロメー
タの正しい操作が、一方では励振信号と検出信号との間
の結合を最小にすることのできる音叉に対する励振電極
と検出電極の実行に依存し、また他方では、ジャイロメ
ータが動いている間のコリオリの力による、一般的には
非常に小さい有効成分を完全に活用するように音叉に関
連する電子処理手段の質に依存するものと仮定してい
る。
許ＥＰ０４９４５８８号の明細書は、音叉ジャイロメー
タの正しい操作が、一方では励振信号と検出信号との間
の結合を最小にすることのできる音叉に対する励振電極
と検出電極の実行に依存し、また他方では、ジャイロメ
ータが動いている間のコリオリの力による、一般的には
非常に小さい有効成分を完全に活用するように音叉に関
連する電子処理手段の質に依存するものと仮定してい
る。
【０００８】しかしながら、周知のジャイロメータは、
現状では、コリオリの力に相当する検出信号の有効部分
の測定が困難であるために不利であることが知られてい
る。これはジャイロメータの回転速度が低いときには特
にそうである。
現状では、コリオリの力に相当する検出信号の有効部分
の測定が困難であるために不利であることが知られてい
る。これはジャイロメータの回転速度が低いときには特
にそうである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、トラ
ンスデューサによって得られる検出信号の有効部分を、
十分な分解能で分離し、決定できるようにするコリオリ
の力の使用に基づく角速度測定装置を提案することによ
って、上記の不都合を是正することである。
ンスデューサによって得られる検出信号の有効部分を、
十分な分解能で分離し、決定できるようにするコリオリ
の力の使用に基づく角速度測定装置を提案することによ
って、上記の不都合を是正することである。
【００１０】本発明の他の１つの目的は、検出された有
効信号の測定中にさらに高い分解能を有する上述の形式
の角速度測定装置を提案することである。
効信号の測定中にさらに高い分解能を有する上述の形式
の角速度測定装置を提案することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この趣意で、本発明が対
象とする角速度測定装置は、角速度で回転するトランス
デューサと、励振信号に応答して、１つの寄生成分と、
前記の角速度を表す振幅を有する少なくとも１つの有効
成分とを含む機械的振動をトランスデューサに発生させ
る手段と、前記の機械的振動を表し、やはり１つの寄生
成分と前記の角速度を表す振幅を有する少なくとも１つ
の有効成分とを含む電気検出信号を生成する手段とを含
み、電気検出信号の寄生成分は除去され、振幅が電気検
出信号の有効成分のみに依存するアナログ測定信号を前
記の電気検出信号から得るための処理手段を含み、その
処理手段は検出信号と励振信号をミキシングする手段を
含み、さらにそのミキシングする手段の入力部に接続さ
れ、励振信号と検出信号との間の初期移相とは独立した
アナログ測定信号を出すことができ、その結果生じる測
定信号の振幅が測定すべき角速度に比例する値を示す移
相器を含むことを特徴とする。
象とする角速度測定装置は、角速度で回転するトランス
デューサと、励振信号に応答して、１つの寄生成分と、
前記の角速度を表す振幅を有する少なくとも１つの有効
成分とを含む機械的振動をトランスデューサに発生させ
る手段と、前記の機械的振動を表し、やはり１つの寄生
成分と前記の角速度を表す振幅を有する少なくとも１つ
の有効成分とを含む電気検出信号を生成する手段とを含
み、電気検出信号の寄生成分は除去され、振幅が電気検
出信号の有効成分のみに依存するアナログ測定信号を前
記の電気検出信号から得るための処理手段を含み、その
処理手段は検出信号と励振信号をミキシングする手段を
含み、さらにそのミキシングする手段の入力部に接続さ
れ、励振信号と検出信号との間の初期移相とは独立した
アナログ測定信号を出すことができ、その結果生じる測
定信号の振幅が測定すべき角速度に比例する値を示す移
相器を含むことを特徴とする。
【００１２】これらの信号アナログ処理手段が低域フィ
ルタを有することが有利である。この低域フィルタはミ
クサの出力部で接続され、励振信号の周波数より高い周
波数を有する混合された信号の成分を除去するために選
択されるカットオフ周波数を有する。さらにまた、移相
器として使用される増幅器と全域フィルタが、励振信号
と検出信号との間の初期移相に対する測定信号の依存性
を除去するために、ミキサに続いて接続されており、そ
の結果生じる測定出力信号の振幅が測定すべき角速度に
比例する値を示す。
ルタを有することが有利である。この低域フィルタはミ
クサの出力部で接続され、励振信号の周波数より高い周
波数を有する混合された信号の成分を除去するために選
択されるカットオフ周波数を有する。さらにまた、移相
器として使用される増幅器と全域フィルタが、励振信号
と検出信号との間の初期移相に対する測定信号の依存性
を除去するために、ミキサに続いて接続されており、そ
の結果生じる測定出力信号の振幅が測定すべき角速度に
比例する値を示す。
【００１３】処理手段は低域フィルタ手段と移相手段に
関連し、その結果、角速度と基準信号の振幅との関数で
ある振幅を有し、したがって検出信号の寄生成分とは独
立している出力信号を生成する励振信号と検出信号を基
準信号にそれぞれミキシングする手段を含むことが好ま
しい。このような場合、基準信号は、角速度の測定信号
の分解能を増加することのできる十分に大きな振幅によ
って選択される。
関連し、その結果、角速度と基準信号の振幅との関数で
ある振幅を有し、したがって検出信号の寄生成分とは独
立している出力信号を生成する励振信号と検出信号を基
準信号にそれぞれミキシングする手段を含むことが好ま
しい。このような場合、基準信号は、角速度の測定信号
の分解能を増加することのできる十分に大きな振幅によ
って選択される。
【００１４】これから本発明の目的と特徴を、添付の図
面を参照して限定されない例としてさらに詳細に説明す
る。
面を参照して限定されない例としてさらに詳細に説明す
る。
【００１５】
【発明の実施の形態】ここで図１を参照すると、ジャイ
ロメータで使用される形式の音叉１の一例が示されてい
る。音叉１が図１Ａに縦断面図として示され、これは基
本的に、２つのアーム５、７に接触固定されたベース３
を含み、この組立品は水晶圧電材料で作られている。図
１Ｂによって横断面で示されているように、各アーム
５、７は電極９、１１を有する。励振アーム（Ｅ）５は
４つの励振電極９を有するが、ただ１つだけに参照符号
を付けてある。これらの電極は電気信号±Ｖが加えら
れ、励振されて矢印１３で示すように第１平面内におい
て音叉１のアーム５、７を機械的に振動させる。同様に
検出アーム（Ｄ）７は１つだけに参照符号が付けられた
４つの検出電極１１を有する。これらの検出電極は、検
出アームの機械的振動を電気検出済み信号に変換するこ
とができる。
ロメータで使用される形式の音叉１の一例が示されてい
る。音叉１が図１Ａに縦断面図として示され、これは基
本的に、２つのアーム５、７に接触固定されたベース３
を含み、この組立品は水晶圧電材料で作られている。図
１Ｂによって横断面で示されているように、各アーム
５、７は電極９、１１を有する。励振アーム（Ｅ）５は
４つの励振電極９を有するが、ただ１つだけに参照符号
を付けてある。これらの電極は電気信号±Ｖが加えら
れ、励振されて矢印１３で示すように第１平面内におい
て音叉１のアーム５、７を機械的に振動させる。同様に
検出アーム（Ｄ）７は１つだけに参照符号が付けられた
４つの検出電極１１を有する。これらの検出電極は、検
出アームの機械的振動を電気検出済み信号に変換するこ
とができる。
【００１６】音叉ジャイロメータの原理によれば、励振
信号が励振電極（Ｅ）９に印加されているときに、音叉
１がその縦軸１５の周りに回転運動をすると、この回転
運動は、この励振に直角のコリオリの力を発生させ、こ
の結果として矢印１７で示すように、励振振動の平面に
直角の平面内における少なくとも検出アーム（Ｄ）７の
振動を発生させる。
信号が励振電極（Ｅ）９に印加されているときに、音叉
１がその縦軸１５の周りに回転運動をすると、この回転
運動は、この励振に直角のコリオリの力を発生させ、こ
の結果として矢印１７で示すように、励振振動の平面に
直角の平面内における少なくとも検出アーム（Ｄ）７の
振動を発生させる。
【００１７】この機械的振動は、音叉１の圧電水晶によ
って電気信号に変換され、この電気信号は音叉１の検出
電極７によって検出される。
って電気信号に変換され、この電気信号は音叉１の検出
電極７によって検出される。
【００１８】本発明では、音叉１の励振電極９と検出電
極１１の音叉の最適電気応答を発生させるような位置決
めの問題は検討しないことにする。この問題は、最新の
技術分野に属する既述の資料で検討され、解決されてい
る。これに対して本発明は、電気励振信号と検出信号を
電子的に処理する方法に関係するもので、また検出信号
の有効成分すなわちコリオリの力による成分を分離して
測定するように、前記の方法に付随する手段、及び新た
な適用に音叉を使用できるようにするために十分な分解
能と速度を有する前記の手段に関する。
極１１の音叉の最適電気応答を発生させるような位置決
めの問題は検討しないことにする。この問題は、最新の
技術分野に属する既述の資料で検討され、解決されてい
る。これに対して本発明は、電気励振信号と検出信号を
電子的に処理する方法に関係するもので、また検出信号
の有効成分すなわちコリオリの力による成分を分離して
測定するように、前記の方法に付随する手段、及び新た
な適用に音叉を使用できるようにするために十分な分解
能と速度を有する前記の手段に関する。
【００１９】この趣意で、図２を参照すると、この図に
は、励振信号と検出信号の電子処置回路に関連する図１
の音叉に相当する音叉１が略図で示されている。
は、励振信号と検出信号の電子処置回路に関連する図１
の音叉に相当する音叉１が略図で示されている。
【００２０】周知の方法で、音叉１の励振電極９は、ル
ープ１９によって略図で示されている共振回路の中に結
合され、この共振回路には増幅器２１によって直流が供
給される。ここで検出信号（ＤＥＴ）が検出電極１１の
端子に検出される。
ープ１９によって略図で示されている共振回路の中に結
合され、この共振回路には増幅器２１によって直流が供
給される。ここで検出信号（ＤＥＴ）が検出電極１１の
端子に検出される。
【００２１】続く考察を簡単にするために、励振信号
（ＯＳＣ）は正弦波であり、検出信号（ＤＥＴ）は、励
振信号に対して角ψ０だけ移相された、寄生成分とコリ
オリの力に相当する有効成分との重ね合わせに該当する
と想定する。この条件の下で、信号ＯＳＣとＤＥＴは次
の等式を満足する。 （１）ＯＳＣ＝Ａ・ｓｉｎ（ω０ｔ＋ψ０） ただし、Ａは励振信号の振幅、ω０はその角周波数、そ
してψ０は検出信号に対する初期移相であり、及び （２）ＤＥＴ＝Ｂ・ｓｉｎ（ω０ｔ）＋Ｃ・ｃｏｓ（ω
０ｔ） ただし、第１項は音叉のアーム間の容量性機械的結合に
起因する有害信号を表し、第２項はコリオリの力に起因
する有効信号を表し、その振幅Ｃは測定されるべき振幅
であり、音叉の回転速度Ωに比例する。
（ＯＳＣ）は正弦波であり、検出信号（ＤＥＴ）は、励
振信号に対して角ψ０だけ移相された、寄生成分とコリ
オリの力に相当する有効成分との重ね合わせに該当する
と想定する。この条件の下で、信号ＯＳＣとＤＥＴは次
の等式を満足する。 （１）ＯＳＣ＝Ａ・ｓｉｎ（ω０ｔ＋ψ０） ただし、Ａは励振信号の振幅、ω０はその角周波数、そ
してψ０は検出信号に対する初期移相であり、及び （２）ＤＥＴ＝Ｂ・ｓｉｎ（ω０ｔ）＋Ｃ・ｃｏｓ（ω
０ｔ） ただし、第１項は音叉のアーム間の容量性機械的結合に
起因する有害信号を表し、第２項はコリオリの力に起因
する有効信号を表し、その振幅Ｃは測定されるべき振幅
であり、音叉の回転速度Ωに比例する。
【００２２】励振信号ＯＳＣと検出信号ＤＥＴとの間の
移相ψ０は、与えられた音叉については一定であり、図
１に示すような音叉については一般的に約５６°である
ことに、さらに注目すべきである。
移相ψ０は、与えられた音叉については一定であり、図
１に示すような音叉については一般的に約５６°である
ことに、さらに注目すべきである。
【００２３】検出信号ＤＥＴは、次の等式にしたがって
定義することのできる位相変調信号として現れる。 （３）ＤＥＴ＝（Ａ2＋Ｂ2）1/2・ｓｉｎ（ψ（ｔ）） ただし、ψ（ｔ）＝ω０ｔ＋Ψ、ここでΨ＝ａｒｃ ｔ
ａｎ Ｃ／Ｂ
定義することのできる位相変調信号として現れる。 （３）ＤＥＴ＝（Ａ2＋Ｂ2）1/2・ｓｉｎ（ψ（ｔ）） ただし、ψ（ｔ）＝ω０ｔ＋Ψ、ここでΨ＝ａｒｃ ｔ
ａｎ Ｃ／Ｂ
【００２４】実際には、検出信号の有効成分の振幅Ｃ
は、約５０°／秒の回転速度Ωについては有害結合成分
の振幅Ｂよりもはるかに小さく、したがってＣ／Ｂ比は
一般的には約１／５０であり、これは約１°という非常
に小さい移相角ψに相当するもので、測定して音叉１の
回転速度Ωを決定するために使用するには困難であるこ
とが指摘されている。
は、約５０°／秒の回転速度Ωについては有害結合成分
の振幅Ｂよりもはるかに小さく、したがってＣ／Ｂ比は
一般的には約１／５０であり、これは約１°という非常
に小さい移相角ψに相当するもので、測定して音叉１の
回転速度Ωを決定するために使用するには困難であるこ
とが指摘されている。
【００２５】したがって、本発明の原理は、検出された
信号に有効成分の振幅Ｃをより容易に抽出できるよう
に、信号ＯＳＣとＤＥＴのアナログ処理を提供すること
を意図する。
信号に有効成分の振幅Ｃをより容易に抽出できるよう
に、信号ＯＳＣとＤＥＴのアナログ処理を提供すること
を意図する。
【００２６】本発明の第１実施形態によれば、図２にブ
ロック２３で概略的に示すように、このアナログ処理
は、信号ＯＳＣとＤＥＴをアナログ掛け算器に送ること
にある。結果として得られる信号Ｓ（ｔ）は下記の関係
式（４）に相当する。 （４）Ｓ（ｔ）＝ＯＳＣ・ＤＥＴ＝［Ａ・ｓｉｎ（ω０
ｔ＋ψ０］・［Ｂ・ｓｉｎ（ω０ｔ）＋Ｃ・ｃｏｓ（ω
０ｔ）］ したがって： Ｓ（ｔ）＝Ａ・Ｂ／２［ｃｏｓψ０−ｃｏｓ（２ω０ｔ
＋ψ０］＋Ａ・Ｃ／２［ｓｉｎ（２ω０ｔ＋ψ０）＋ｓ
ｉｎψ０］
ロック２３で概略的に示すように、このアナログ処理
は、信号ＯＳＣとＤＥＴをアナログ掛け算器に送ること
にある。結果として得られる信号Ｓ（ｔ）は下記の関係
式（４）に相当する。 （４）Ｓ（ｔ）＝ＯＳＣ・ＤＥＴ＝［Ａ・ｓｉｎ（ω０
ｔ＋ψ０］・［Ｂ・ｓｉｎ（ω０ｔ）＋Ｃ・ｃｏｓ（ω
０ｔ）］ したがって： Ｓ（ｔ）＝Ａ・Ｂ／２［ｃｏｓψ０−ｃｏｓ（２ω０ｔ
＋ψ０］＋Ａ・Ｃ／２［ｓｉｎ（２ω０ｔ＋ψ０）＋ｓ
ｉｎψ０］
【００２７】本発明によれば、信号ＯＳＣとＤＥＴのミ
キシングの次に、ω０の倍数値を除去するように適切な
カットオフ周波数を含む全域フィルタが続く。角周波数
ω０が例えば８ｋＨｚの周波数に該当するように選択さ
れる場合には、１６ｋＨｚでＳ（ｔ）の成分を濾過する
ことで十分である。残るものは、上記の関係式（４）に
したがう信号Ｓ’（ｔ）である。 （５）Ｓ’（ｔ）＝Ａ・Ｂ／２・ｃｏｓψ０＋Ａ・Ｃ／
２・ｓｉｎψ０
キシングの次に、ω０の倍数値を除去するように適切な
カットオフ周波数を含む全域フィルタが続く。角周波数
ω０が例えば８ｋＨｚの周波数に該当するように選択さ
れる場合には、１６ｋＨｚでＳ（ｔ）の成分を濾過する
ことで十分である。残るものは、上記の関係式（４）に
したがう信号Ｓ’（ｔ）である。 （５）Ｓ’（ｔ）＝Ａ・Ｂ／２・ｃｏｓψ０＋Ａ・Ｃ／
２・ｓｉｎψ０
【００２８】信号ＯＳＣとＤＥＴは、これらのミキシン
グの前に、これらの移相をπ／２に固定できるようにす
る全域フィルタ移相器を使用して、移相されることが好
ましい。こうしてＯＳＣとＤＥＴが直角位相にあると、
これらのミキシングと濾過の結果は、関係式（６）すな
わちＳ”（ｔ）＝Ａ・Ｃ／２を満足する信号Ｓ”（ｔ）
となり、この振幅は有効成分の振幅Ｃに比例し、そして
角速度Ω（ｔ）を表し、これが測定されるべきものであ
る。
グの前に、これらの移相をπ／２に固定できるようにす
る全域フィルタ移相器を使用して、移相されることが好
ましい。こうしてＯＳＣとＤＥＴが直角位相にあると、
これらのミキシングと濾過の結果は、関係式（６）すな
わちＳ”（ｔ）＝Ａ・Ｃ／２を満足する信号Ｓ”（ｔ）
となり、この振幅は有効成分の振幅Ｃに比例し、そして
角速度Ω（ｔ）を表し、これが測定されるべきものであ
る。
【００２９】この結果、速度を、励振信号ＯＳＣの振幅
Ａと検出信号ＤＥＴの有効成分の振幅Ｃによってのみ、
しかも検出信号の寄生成分とは独立して、上記のアナロ
グ処理のおかげで決定することもできる。
Ａと検出信号ＤＥＴの有効成分の振幅Ｃによってのみ、
しかも検出信号の寄生成分とは独立して、上記のアナロ
グ処理のおかげで決定することもできる。
【００３０】次に図３を参照すると、信号ＯＳＣ＝Ｖ1
（ｔ）及びＤＥＴ＝Ｖ2（ｔ）から、上に定義したよう
なアナログ信号Ｓ”（ｔ）を発生させることのできる電
子装置の一実施形態が略図で示されている。
（ｔ）及びＤＥＴ＝Ｖ2（ｔ）から、上に定義したよう
なアナログ信号Ｓ”（ｔ）を発生させることのできる電
子装置の一実施形態が略図で示されている。
【００３１】図３に示す電子装置は主として、音叉１に
励振信号ＯＳＣを供給する発振器ステージ２５と、音叉
の角速度を測定できるようにする出力信号Ｓ”（ｔ）を
生成するために励振信号ＯＳＣと検出信号ＤＥＴを使用
するアナログ処理ステージ２７を含む。
励振信号ＯＳＣを供給する発振器ステージ２５と、音叉
の角速度を測定できるようにする出力信号Ｓ”（ｔ）を
生成するために励振信号ＯＳＣと検出信号ＤＥＴを使用
するアナログ処理ステージ２７を含む。
【００３２】発振器ステージ２５は、周知の様式では、
全域フィルタ３１の入力側に接続された出力側を有する
増幅器２９を含む。基準電流源３７（ＲＥＦＩ）を使用
する電流積算調整器３５と直列に整流器３３を含むフィ
ードバック・ループは、励振信号ＯＳＣの振幅を測定
し、この振幅を一定に維持するため及びこれを所定の値
に調整して発振器ステージによって提供される励振信号
ＯＳＣのレベルを安定化するために、増幅器２９の振幅
Ａ0 に作用する。整流器３３の入力側とアースとの間に
接続された抵抗Ｒ１によって、音叉１を通過して流れる
電流の表示を得ることができる。
全域フィルタ３１の入力側に接続された出力側を有する
増幅器２９を含む。基準電流源３７（ＲＥＦＩ）を使用
する電流積算調整器３５と直列に整流器３３を含むフィ
ードバック・ループは、励振信号ＯＳＣの振幅を測定
し、この振幅を一定に維持するため及びこれを所定の値
に調整して発振器ステージによって提供される励振信号
ＯＳＣのレベルを安定化するために、増幅器２９の振幅
Ａ0 に作用する。整流器３３の入力側とアースとの間に
接続された抵抗Ｒ１によって、音叉１を通過して流れる
電流の表示を得ることができる。
【００３３】アナログ処理ステージ２７は、励振信号Ｏ
ＳＣと検出信号ＤＥＴそれぞれの増幅器３８、３９を含
む。これらの増幅器の出力側はそれぞれ、特に全域フィ
ルタによって実現された移相手段４１、４３に接続され
ており、増幅された信号ＯＳＣとＤＥＴを直角位相にす
ることができる。移相器４１、４３の出力側は、上記の
等式（４）にしたがってミックスされた信号を出力側で
供給するアナログ・ミクサ４５の入力側に接続されてい
る。この信号は、励振信号の周波数の倍数である周波数
を除去し、また上記の等式（６）にしたがって信号Ｓ”
（ｔ）を供給する低域フィルタ４７に伝達される。
ＳＣと検出信号ＤＥＴそれぞれの増幅器３８、３９を含
む。これらの増幅器の出力側はそれぞれ、特に全域フィ
ルタによって実現された移相手段４１、４３に接続され
ており、増幅された信号ＯＳＣとＤＥＴを直角位相にす
ることができる。移相器４１、４３の出力側は、上記の
等式（４）にしたがってミックスされた信号を出力側で
供給するアナログ・ミクサ４５の入力側に接続されてい
る。この信号は、励振信号の周波数の倍数である周波数
を除去し、また上記の等式（６）にしたがって信号Ｓ”
（ｔ）を供給する低域フィルタ４７に伝達される。
【００３４】装置の分解能ΔΩ（°／Ｓ）を向上するた
めに、本発明が、励振信号ＯＳＣと検出信号ＤＥＴのよ
り大きな振幅を有する第３基準信号ＲＥＦとのダブル・
ミキシング技法の使用を可能にすることは好ましい。
めに、本発明が、励振信号ＯＳＣと検出信号ＤＥＴのよ
り大きな振幅を有する第３基準信号ＲＥＦとのダブル・
ミキシング技法の使用を可能にすることは好ましい。
【００３５】本発明のこの好ましい実施形態を図４に略
図で示す。この図では信号ＯＳＣとＤＥＴの処理ステー
ジのみを示した。信号ＯＳＣ＝Ｖ1（ｔ） はミクサ４９
内で信号ＲＥＦ＝Ｖ3（ｔ）とミキシングされ、結果と
して得られる信号はＵ1（ｔ）で示される。さらに、信
号ＤＥＴ＝Ｖ2（ｔ） もミクサ５１内で基準信号と、特
に同じ信号ＲＥＦ＝Ｖ3（ｔ）とミキシングされ、結果
として得られる信号はＵ2（ｔ）で示される。それから
信号Ｕ1（ｔ）とＵ2（ｔ）は増幅器手段５３、５５によ
って処理され、対応するアナログ処理回路によって、図
３に関連して説明したものと類似の方法で、全域フィル
タ５７、５９を通って実現された移相手段によって移相
される。それから全域フィルタ５７、５９から来る信号
は、新しい増幅器６１に伝達され、増幅器６１の出力は
低域フィルタ６３に伝達され、低域フィルタ６３は音叉
１の角速度の測定信号Ｓ”（ｔ）を供給する。
図で示す。この図では信号ＯＳＣとＤＥＴの処理ステー
ジのみを示した。信号ＯＳＣ＝Ｖ1（ｔ） はミクサ４９
内で信号ＲＥＦ＝Ｖ3（ｔ）とミキシングされ、結果と
して得られる信号はＵ1（ｔ）で示される。さらに、信
号ＤＥＴ＝Ｖ2（ｔ） もミクサ５１内で基準信号と、特
に同じ信号ＲＥＦ＝Ｖ3（ｔ）とミキシングされ、結果
として得られる信号はＵ2（ｔ）で示される。それから
信号Ｕ1（ｔ）とＵ2（ｔ）は増幅器手段５３、５５によ
って処理され、対応するアナログ処理回路によって、図
３に関連して説明したものと類似の方法で、全域フィル
タ５７、５９を通って実現された移相手段によって移相
される。それから全域フィルタ５７、５９から来る信号
は、新しい増幅器６１に伝達され、増幅器６１の出力は
低域フィルタ６３に伝達され、低域フィルタ６３は音叉
１の角速度の測定信号Ｓ”（ｔ）を供給する。
【００３６】次の関係式（７）： （７）Ｖ3（ｔ） ＝Ｒ・ｃｏｓ［（ω＋Δω）ｔ）］ にしたがって基準信号Ｖ3（ｔ）を選択し、信号ＯＳＣ
とＤＥＴのために先の関係式を保存することによって、
下記が得られる。 （８）Ｕ1（ｔ） ＝Ａ・Ｒ／２・ｃｏｓ（Δωｔ−ψ）
及び （９）Ｕ2（ｔ） ＝Ｂ・Ｒ／２・ｃｏｓΔωｔ＋Ｃ・Ｒ
／２・ｓｉｎΔωｔ 次に、上に説明した濾過と移相の後に、そしてミクサ６
１におけるミキシングの後に、Ｓ”（ｔ）が得られ、こ
れは下記の関係式（１０）に相当する。 （１０）Ｓ”（ｔ）＝Ａ’・Ｃ’／２ ただし、Ａ’＝Ａ・Ｒ／２、そしてＣ’＝Ｃ・Ｒ／２で
あり、したがって （１１）Ｓ”（ｔ）＝（Ａ・Ｃ／２）・（Ｒ2／４） この結果、音叉１の角回転速度の測定信号Ｓ”（ｔ）は
上述のダブル・ミクサ技法によって、検出信号の有効成
分の振幅Ｃに常に比例するが、ダブル・ミクサ技法なし
の実施形態に関しては、これはさらに項（Ｒ2／４）に
よって乗算されることになる。測定信号Ｓ”（ｔ）の振
幅を増加するように、２ボルト以上である振幅Ｒを有す
る基準信号を選択することで十分である。したがって、
十分に大きな振幅を有する基準信号ＲＥＦを選択するこ
とによって、角速度の測定の分解能を望み通りに増加す
ることが可能になる。
とＤＥＴのために先の関係式を保存することによって、
下記が得られる。 （８）Ｕ1（ｔ） ＝Ａ・Ｒ／２・ｃｏｓ（Δωｔ−ψ）
及び （９）Ｕ2（ｔ） ＝Ｂ・Ｒ／２・ｃｏｓΔωｔ＋Ｃ・Ｒ
／２・ｓｉｎΔωｔ 次に、上に説明した濾過と移相の後に、そしてミクサ６
１におけるミキシングの後に、Ｓ”（ｔ）が得られ、こ
れは下記の関係式（１０）に相当する。 （１０）Ｓ”（ｔ）＝Ａ’・Ｃ’／２ ただし、Ａ’＝Ａ・Ｒ／２、そしてＣ’＝Ｃ・Ｒ／２で
あり、したがって （１１）Ｓ”（ｔ）＝（Ａ・Ｃ／２）・（Ｒ2／４） この結果、音叉１の角回転速度の測定信号Ｓ”（ｔ）は
上述のダブル・ミクサ技法によって、検出信号の有効成
分の振幅Ｃに常に比例するが、ダブル・ミクサ技法なし
の実施形態に関しては、これはさらに項（Ｒ2／４）に
よって乗算されることになる。測定信号Ｓ”（ｔ）の振
幅を増加するように、２ボルト以上である振幅Ｒを有す
る基準信号を選択することで十分である。したがって、
十分に大きな振幅を有する基準信号ＲＥＦを選択するこ
とによって、角速度の測定の分解能を望み通りに増加す
ることが可能になる。
【００３７】さらにまた、本発明による装置は、上述の
ヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ−０５１５９８１号に記載され
ているような角速度測定装置のディジタル回路と組み合
わせて使用することもできるのは有利である。信号Ｖ1
（ｔ）とＶ2（ｔ）とが、上述のような信号のアナログ
処理を通るのではなく、関係式（１０）に該当する信号
Ｓ”（ｔ）を得るように基準信号Ｖ3（ｔ） とミキシン
グされると、出力信号は、この信号をディジタル化する
ようにカウンタを通される。上述の特許で説明されたよ
うに、装置は角速度の測定信号をサンプリングするため
に基準クロック信号を使用する。装置の分解能は、角速
度の測定信号の周波数とクロック信号の周波数との間の
関係によって決定される。測定信号の周波数がクロック
信号の周波数に対して低いほど、分解能は高い。
ヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ−０５１５９８１号に記載され
ているような角速度測定装置のディジタル回路と組み合
わせて使用することもできるのは有利である。信号Ｖ1
（ｔ）とＶ2（ｔ）とが、上述のような信号のアナログ
処理を通るのではなく、関係式（１０）に該当する信号
Ｓ”（ｔ）を得るように基準信号Ｖ3（ｔ） とミキシン
グされると、出力信号は、この信号をディジタル化する
ようにカウンタを通される。上述の特許で説明されたよ
うに、装置は角速度の測定信号をサンプリングするため
に基準クロック信号を使用する。装置の分解能は、角速
度の測定信号の周波数とクロック信号の周波数との間の
関係によって決定される。測定信号の周波数がクロック
信号の周波数に対して低いほど、分解能は高い。
【００３８】しかしながら、クロック信号の周波数は例
えば２０ＭＨｚに固定され、そしてこれをディジタル回
路による消費量を増加することなく容易に変更してはな
らない。したがって、角速度の測定信号の周波数を低下
できることが好ましい。こうして、本発明による装置
は、これを基準信号ＲＥＦを通じて行うことができる。
実際に、信号Ｓ”（ｔ）は（ω−Δω）に比例する周波
数を有するので、測定信号の周波数が低くなるようにΔ
ωをωに近く選択してもよい。例えば、振動信号ＯＳＣ
の周波数が約８ｋＨｚである場合には、約１ｋＨｚにな
る信号Ｓ”（ｔ）の周波数を得るように、基準信号ＲＥ
Ｆの周波数は約７ｋＨｚに選択されることになる。こう
して分解能は、上記のヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ−０５１
５９８１号に記載された装置によって得ることのできる
分解能に対して８倍増加することになる。
えば２０ＭＨｚに固定され、そしてこれをディジタル回
路による消費量を増加することなく容易に変更してはな
らない。したがって、角速度の測定信号の周波数を低下
できることが好ましい。こうして、本発明による装置
は、これを基準信号ＲＥＦを通じて行うことができる。
実際に、信号Ｓ”（ｔ）は（ω−Δω）に比例する周波
数を有するので、測定信号の周波数が低くなるようにΔ
ωをωに近く選択してもよい。例えば、振動信号ＯＳＣ
の周波数が約８ｋＨｚである場合には、約１ｋＨｚにな
る信号Ｓ”（ｔ）の周波数を得るように、基準信号ＲＥ
Ｆの周波数は約７ｋＨｚに選択されることになる。こう
して分解能は、上記のヨーロッパ特許ＥＰ−Ｂ−０５１
５９８１号に記載された装置によって得ることのできる
分解能に対して８倍増加することになる。
【００３９】このことから、本発明による角速度測定装
置は、一方では、検出信号の有効成分にのみに依存する
出力信号を供給できるようにして、また他方では、出力
信号の振幅を増加するか、または角速度測定の分解能を
増加するように出力信号の周波数を低下できるようにし
て、その目的に到達する。
置は、一方では、検出信号の有効成分にのみに依存する
出力信号を供給できるようにして、また他方では、出力
信号の振幅を増加するか、または角速度測定の分解能を
増加するように出力信号の周波数を低下できるようにし
て、その目的に到達する。
【図１】 いくつかのジャイロメータにおいて使用され
るような音叉の平面図と断面図である。
るような音叉の平面図と断面図である。
【図２】 本発明による角速度測定装置の概略図であ
る。
る。
【図３】 本発明による角速度測定装置の第１実施形態
のより詳細な図である。
のより詳細な図である。
【図４】 本発明による角速度測定装置の他の実施形態
の概略図である。
の概略図である。
１ 音叉 ３ ベース ５ 励振アーム（Ｅ） ７ 検出アーム（Ｄ） ９ 励振電極 １１ 検出電極 ２５ 発振器ステージ ２７ アナログ処理ステージ ２９ 増幅器 ３１ 全域フィルタ ３３ 整流器 ３５ 電流積算調整器 ３７ 基準電流源 ３８ 増幅器 ３９ 増幅器 ４１ 移相手段 ４３ 移相手段 ４５ アナログ・ミクサ ４７ 低域フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン−ダニエル・エチエンヌ スイス国 シイエイチ−2206 レ ジュネ ーブィ−スール−コフランヌ・ルート ド ゥ ヴァネル・31 (72)発明者 シルヴィオ・ダラ・ピアッツァ スイス国 シイエイチ−2610 サン−イミ ール・パッセージュ デルギュエル・６
Claims (10)
- 【請求項１】 角速度測定装置において、 ある角速度で回転するトランスデューサ（１）と、 励振信号（ＯＳＣ）に応答して、１つの寄生成分と、前
記の角速度を表す振幅を有する少なくとも１つの有効成
分とを含む機械的振動を前記のトランスデューサ（１）
に発生させる手段（９）と、 前記の機械的振動を表し、やはり１つの寄生成分と前記
の角速度を表す振幅を有する少なくとも１つの有効成分
とを含む電気検出信号（ＤＥＴ）を生成する手段とを含
み、 さらに、前記電気検出信号（ＤＥＴ）から振幅が電気検
出信号（ＤＥＴ）の有効成分のみに依存し、電気検出信
号の寄生成分は除去されたアナログ測定信号（Ｓ”）を
得るための処理手段（２３）を含み、その処理手段（２
３）は検出信号（ＤＥＴ）と励振信号（ＯＳＣ）をミキ
シングする手段（４５、４９、５１、６１）を含み、さ
らにそのミキシングする手段（４５、６１）の入力部に
接続され、励振信号と検出信号との間の初期移相とは独
立したアナログ測定信号（Ｓ”）を出すことができ、そ
の結果生じる測定信号（Ｓ”）の振幅が測定すべき角速
度に比例する値を示す移相手段（４１、４３、５７、５
９）を含むことを特徴とする角速度測定装置。 - 【請求項２】 前記のトランスデューサ１が水晶音叉で
あることを特徴とする請求項１に記載の装置。 - 【請求項３】 前記の信号アナログ処理手段（２３）が
低域フィルタ（４７、６３）を含み、この低域フィルタ
は前記のミキシング手段（４５、６１）の出力側に接続
され、励振信号の周波数より高い周波数を有する混合さ
れた信号の成分を除去するように選択されたカットオフ
周波数を有することを特徴とする請求項２に記載の装
置。 - 【請求項４】 励振信号、検出信号、または測定信号、
あるいはそれらの組合せの増幅手段（３８、３９、５
３、５５）を含むことを特徴とする請求項１から３のい
ずれか一項に記載の装置。 - 【請求項５】 前記の処理手段（２３）が、それぞれ励
振信号（ＯＳＣ）と検出信号（ＤＥＴ）を基準信号（Ｒ
ＥＦ）とミキシングする手段（４９、５１）を含み、こ
れらの手段は低域濾過手段（６３）または移相手段（５
７、５９）もしくはこれらの両方に関連し、その結果ト
ランスデューサの角速度と基準信号の振幅との関数であ
る振幅を有する出力信号（Ｓ”）を生成することを特徴
とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項６】 前記の処理手段（２３）が、それぞれ励
振信号（ＯＳＣ）と検出信号（ＤＥＴ）を基準信号（Ｒ
ＥＦ）とミキシングする手段（４９、５１）を含み、こ
れらの手段は低域フィルタ手段（６３）または移相手段
（５７、５９）もしくはこれらの両方に関連し、その結
果トランスデューサの角速度と基準信号の周波数との関
数である振幅を有する出力信号（Ｓ”）を生成すること
を特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載
の装置。 - 【請求項７】 前記の基準信号（ＲＥＦ）が、角速度の
測定信号（Ｓ”）の分解能を増加することのできる十分
に高い振幅（Ｒ）を有することを特徴とする請求項５に
記載の装置。 - 【請求項８】 その角移動によるコリオリの力を受けて
いるトランスデューサ１の角速度を測定する方法におい
て、 トランスデューサの角速度を表す有効成分と寄生成分を
含む検出信号（ＤＥＴ）を応答として発生させることの
できるトランスデューサ１に、電気励振信号（ＯＳＣ）
を印加するステップと、 前記検出信号を検出するステップとを含み、さらに励振
信号（ＯＳＣ）を検出信号（ＤＥＴ）とミキシングする
ステップと、 前記の有効成分を表す振幅を有するが、前記の寄生成分
とは独立した出力信号（Ｓ”）を生成するように、励振
信号（ＯＳＣ）、検出信号（ＤＥＴ）、またはミキシン
グされた信号あるいはそれらの組合せを処理するステッ
プを含むことを特徴とする方法。 - 【請求項９】 励振信号（ＯＳＣ）と検出信号（ＤＥ
Ｔ）との間の初期移相に該当する値によって、励振信号
と検出信号を移相するステップと、 移相された信号とミキシングされた出力信号の励振信号
の周波数より高い周波数を有する成分を濾過によって除
去し、角速度の関数である振幅を有する出力信号
（Ｓ”）を得るステップとをさらに含むことを特徴とす
る請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 角移動によるコリオリの力を受けてい
るトランスデューサ１の角速度を測定する方法におい
て、 トランスデューサ１の角速度を表す有効成分と寄生成分
とを含む検出信号（ＤＥＴ）を応答として発生させるこ
とのできるトランスデューサ１に電気励振信号（ＯＳ
Ｃ）を印加するステップと、 前記の検出信号を検出するステップとを含み、さらに励
振信号（ＯＳＣ）と検出信号（ＤＥＴ）とを基準信号
（ＲＥＦ）とミキシングするステップと、 励振信号と検出信号との間の初期移相に該当する値によ
って、ミキシングされた信号を移相するステップと、 ミキシングされた信号と移相された信号を濾過して、励
振信号の周波数より高い周波数を有する移相された信号
の成分を除去するステップと、 得られた濾過された信号をミキシングして、出力信号を
得、かつ前記の出力信号を濾過して、角速度の関数であ
るが前記の寄生成分とは独立した振幅を有する測定信号
を得るステップとをさらに含むことを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9507416 | 1995-06-21 | ||
| FR9507416A FR2735868B1 (fr) | 1995-06-21 | 1995-06-21 | Dispositif de mesure d'une vitesse angulaire |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH095088A true JPH095088A (ja) | 1997-01-10 |
| JP3761111B2 JP3761111B2 (ja) | 2006-03-29 |
Family
ID=9480218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17985596A Expired - Fee Related JP3761111B2 (ja) | 1995-06-21 | 1996-06-21 | 角速度測定装置と角速度測定方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5736640A (ja) |
| EP (1) | EP0750176B1 (ja) |
| JP (1) | JP3761111B2 (ja) |
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| FR (1) | FR2735868B1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| GB2329471B (en) * | 1997-09-18 | 2001-08-15 | British Aerospace | A digital control system for a vibrating structure gyroscope |
| US6665633B2 (en) | 2000-12-29 | 2003-12-16 | Seagate Technology Llc | Relation of rotational vibration stimuli to performance of a hard disc drive |
| DE10248734B4 (de) | 2002-10-18 | 2004-10-28 | Litef Gmbh | Verfahren zur elektronischen Abstimmung der Ausleseschwingungsfrequenz eines Corioliskreisels |
| DE10248733B4 (de) | 2002-10-18 | 2004-10-28 | Litef Gmbh | Verfahren zur elektronischen Abstimmung der Ausleseschwingungsfrequenz eines Corioliskreisels |
| JP4437699B2 (ja) * | 2004-05-14 | 2010-03-24 | 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 | センサ |
| DE602004013170T2 (de) * | 2004-12-20 | 2009-06-18 | Eta Sa Manufacture Horlogère Suisse | Messwertgeber zur Drehgeschwindigkeitsmessung |
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| US8689426B2 (en) | 2008-12-17 | 2014-04-08 | Sand 9, Inc. | Method of manufacturing a resonating structure |
| US8661899B2 (en) | 2010-03-01 | 2014-03-04 | Sand9, Inc. | Microelectromechanical gyroscopes and related apparatus and methods |
| US8833161B2 (en) | 2010-04-20 | 2014-09-16 | Sand 9, Inc. | Microelectromechanical gyroscopes and related apparatus and methods |
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| KR101513352B1 (ko) * | 2013-07-22 | 2015-04-17 | 삼성전기주식회사 | 관성센서의 구동장치 및 그 제어방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4791815A (en) * | 1986-04-11 | 1988-12-20 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Cyclically driven gyro and adjusting system therefor |
| EP0406891B1 (en) * | 1989-07-07 | 1994-06-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular velocity sensor |
| SE512378C2 (sv) * | 1991-01-08 | 2000-03-06 | Colibri Pro Dev Ab | För stämgaffelgyro avsett elektrodmönster |
| DE69213976T2 (de) * | 1991-03-12 | 1997-04-03 | New Sd Inc | Stimmgabelinertialsensor mit einem Ende und Verfahren |
| FR2677127B1 (fr) * | 1991-05-31 | 1993-08-13 | Asulab Sa | Dispositif de mesure d'une vitesse angulaire. |
| DE4334736A1 (de) * | 1992-10-12 | 1994-04-14 | Nippon Soken | Winkelgeschwindigkeitssensor und Verfahren zum Justieren desselben |
| US5447066A (en) * | 1993-09-01 | 1995-09-05 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Angular velocity sensor having a tuning fork construction and its method of manufacture |
| US5481914A (en) * | 1994-03-28 | 1996-01-09 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Electronics for coriolis force and other sensors |
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1995
- 1995-06-21 FR FR9507416A patent/FR2735868B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-06-13 US US08/661,322 patent/US5736640A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-06-13 EP EP96109450A patent/EP0750176B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1996-06-13 DE DE69620824T patent/DE69620824T2/de not_active Expired - Fee Related
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