JPH1030929A - Angular-velocity detector - Google Patents
Angular-velocity detectorInfo
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- JPH1030929A JPH1030929A JP8186394A JP18639496A JPH1030929A JP H1030929 A JPH1030929 A JP H1030929A JP 8186394 A JP8186394 A JP 8186394A JP 18639496 A JP18639496 A JP 18639496A JP H1030929 A JPH1030929 A JP H1030929A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリの力を検
出することにより運動中の被検出体の角速度を検出する
角速度検出装置に関するものであり、特に、高精度に角
速度を検出する技術に関する。本発明の角速度検出装置
は、車両、航空機若しくは船舶等の移動体のナビゲーシ
ョンシステム若しくは姿勢制御又は撮像機器の手ブレ補
正等に適用され得る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity detector for detecting the angular velocity of a moving object by detecting Coriolis force, and more particularly to a technique for detecting angular velocity with high accuracy. INDUSTRIAL APPLICABILITY The angular velocity detection device of the present invention can be applied to a navigation system or attitude control of a moving object such as a vehicle, an aircraft, or a ship, or a camera shake correction of an imaging device.
【0002】[0002]
【従来の技術】圧電振動子を備えた所謂圧電振動ジャイ
ロは、角速度検出装置の一種である。2. Description of the Related Art A so-called piezoelectric vibrating gyroscope having a piezoelectric vibrator is a kind of angular velocity detecting device.
【0003】このような圧電振動ジャイロは、特開平7
−91957号公報に記載されている。同公報の従来の
技術の欄には、正三角柱の振動体の3側面に圧電素子が
設けられた振動子を用いた圧電振動ジャイロが開示され
ている。この振動体を励振させながら、振動体の軸を中
心として圧電振動ジャイロを回転させると、振動体に回
転の角速度に応じたコリオリの力が働く。振動体に設け
られた圧電素子の2つからは、コリオリの力による圧電
素子の歪み量が電圧信号として出力される。それぞれの
圧電素子からの電圧信号には、コリオリの力による信号
成分に振動体無回転時の駆動信号の成分が重畳されてい
る。これらの圧電素子からの電圧信号は差動増幅器に入
力されるので、駆動信号の成分は相殺され、したがって
コリオリの力による信号成分、すなわち、圧電振動ジャ
イロの角速度を検出することができる。[0003] Such a piezoelectric vibrating gyroscope is disclosed in
No. 91957. In the section of the prior art of this publication, a piezoelectric vibrating gyroscope using a vibrator in which a piezoelectric element is provided on three sides of a vibrating body of a regular triangular prism is disclosed. When the piezoelectric vibrating gyroscope is rotated about the axis of the vibrating body while exciting the vibrating body, Coriolis force acts on the vibrating body according to the angular velocity of rotation. Two piezoelectric elements provided on the vibrator output the amount of distortion of the piezoelectric element due to Coriolis force as a voltage signal. In a voltage signal from each piezoelectric element, a component of a drive signal when the vibrating body is not rotating is superimposed on a signal component due to Coriolis force. Since the voltage signals from these piezoelectric elements are input to the differential amplifier, the components of the drive signal are canceled out, so that the signal component due to the Coriolis force, that is, the angular velocity of the piezoelectric vibrating gyroscope can be detected.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では、温度等の装置外部の環境が変化した場合
に、振動体の励振振動の振幅が変化し、この振幅変化に
基づいてコリオリの力による信号成分が変化する。した
がって、従来の装置においては、コリオリの力に基づい
て検出される角速度の精度は十分とは言えない。However, in the above-described conventional apparatus, when the environment such as temperature changes outside the apparatus, the amplitude of the excitation vibration of the vibrating body changes, and the Coriolis force is determined based on the amplitude change. Causes the signal component to change. Therefore, in the conventional device, the accuracy of the angular velocity detected based on the Coriolis force is not sufficient.
【0005】本発明は、このような課題に基づいてなさ
れたものであり、従来に比してさらに高精度の角速度検
出が可能な角速度検出装置を提供することを目的とす
る。The present invention has been made based on such a problem, and it is an object of the present invention to provide an angular velocity detecting device capable of detecting an angular velocity with higher accuracy than before.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するための角速度検出装置を提供する。本装置は、
所定の軸回りの回動運動を行う移動体や電子情報機器等
の被検出体に設けられ、この被検出体の角速度を検出す
る角速度検出装置を対象とする。The present invention provides an angular velocity detecting device for solving the above-mentioned problems. This device is
The present invention is directed to an angular velocity detection device that is provided on a detection target such as a moving body or an electronic information device that performs a rotational movement about a predetermined axis and detects the angular velocity of the detection target.
【0007】本装置は、振動する第1部分及び第1部分
に機械的に結合し、第1部分の振動の速度及び角速度の
大きさに依存して第1部分に働く力によって、この力の
方向に沿った振動成分を含む振動を行うことが可能な第
2部分を有する振動子と、第2部分に接続され、第2部
分の前記力に基づく振動成分に対応した交流信号成分及
び別の交流信号成分を含む交流信号の位相を検出する検
出手段とを備える。The device is mechanically coupled to the oscillating first portion and the first portion, and the force acting on the first portion depends on the speed of the vibration and the angular velocity of the first portion. A vibrator having a second portion capable of performing vibration including a vibration component along a direction, an AC signal component connected to the second portion and corresponding to a vibration component based on the force of the second portion, and another Detecting means for detecting the phase of the AC signal containing the AC signal component.
【0008】第1部分が振動している状態で、被検出体
が所定の軸回りに回動すると、第1部分には、この振動
の速度及び被検出体の角速度の大きさに依存した力、す
なわち、コリオリの力が働く。第1部分は、振動してい
るので、この振動の速度に依存する力は周期的に方向が
変動し、したがって、第1部分はこの振動の方向と異な
る方向の振動成分の振動も行う。第2部分は、第1部分
に機械的に結合しているので、コリオリの力が第1部分
に働くことによって発生した振動成分は、第2部分に伝
達され、第2部分はこのコリオリの力の方向に沿った振
動成分を含む振動を行う。When the object to be detected rotates around a predetermined axis while the first portion is vibrating, a force depending on the speed of the vibration and the magnitude of the angular velocity of the object is applied to the first portion. That is, Coriolis force works. Since the first part is vibrating, the force dependent on the speed of the vibration periodically fluctuates in direction, so that the first part also vibrates the vibration component in a direction different from the direction of the vibration. Since the second portion is mechanically coupled to the first portion, the vibration component generated by the Coriolis force acting on the first portion is transmitted to the second portion, and the second portion is subjected to the Coriolis force. A vibration including a vibration component along the direction is performed.
【0009】検出手段は、第2部分に接続され、第2部
分の振動成分に対応した交流信号成分及び別の交流信号
成分を含む交流信号の位相を検出する。この交流信号の
位相は、第2部分の振動成分に対応した交流信号成分の
振幅、すなわち、第1部分に働いたコリオリの力の大き
さに依存して変化する。コリオリの力は、被検出体の角
速度に依存しているので、本装置によれば、被検出体の
角速度を検出することができる。The detecting means is connected to the second portion and detects a phase of an AC signal including an AC signal component corresponding to the vibration component of the second portion and another AC signal component. The phase of the AC signal changes depending on the amplitude of the AC signal component corresponding to the vibration component of the second portion, that is, the magnitude of the Coriolis force applied to the first portion. Since the Coriolis force depends on the angular velocity of the detection target, the present apparatus can detect the angular velocity of the detection target.
【0010】コリオリの力に依存しない第1部分の振動
の振幅は、温度等の環境が変わることによって変化す
る。この振幅の変化に伴って、交流信号の振幅は変化す
る。しかしながら、コリオリの力が働いていない状態
で、この第1部分の振動の振幅が変化しても、交流信号
の位相は殆ど変化しない。The amplitude of the vibration of the first portion, which does not depend on the Coriolis force, changes as the environment such as temperature changes. With this change in amplitude, the amplitude of the AC signal changes. However, even if the amplitude of the vibration of the first portion changes in a state where the Coriolis force is not applied, the phase of the AC signal hardly changes.
【0011】また、本装置の第1部分は、圧電性結晶か
らなる第1圧電性結晶部と、交流電圧を印加することに
より、第1圧電性結晶部が所定方向に沿って振動するよ
うに、第1圧電性結晶部に設けられた少なくとも2つの
電極とを有し、第2部分は、圧電性結晶からなり、第1
圧電性結晶部に機械的に結合した第2圧電性結晶部と、
第2圧電性結晶部に設けられた少なくとも2つの別の電
極とを有し、検出手段によってその位相が検出される上
記交流信号は、別の電極間の電位差に対応した信号又は
この信号に上記別の交流信号成分が重畳された信号であ
ることが好ましい。Further, the first part of the present device is configured such that the first piezoelectric crystal part vibrates in a predetermined direction by applying an AC voltage to the first piezoelectric crystal part made of a piezoelectric crystal. , At least two electrodes provided on the first piezoelectric crystal part, and the second part is made of a piezoelectric crystal,
A second piezoelectric crystal part mechanically coupled to the piezoelectric crystal part;
The AC signal, which has at least two other electrodes provided on the second piezoelectric crystal unit and whose phase is detected by the detection means, is a signal corresponding to a potential difference between the other electrodes or the signal It is preferable that the signal is a signal on which another AC signal component is superimposed.
【0012】この場合、第1圧電性結晶部は、圧電性結
晶からできているので、この第1圧電性結晶部に設けら
れた電極間に交流電圧を印加することにより、第1圧電
性結晶部は逆圧電効果に基づき所定方向に沿って振動す
る。このとき、被検出体が所定の角速度で運動すると、
第1圧電性結晶部には、所定方向に沿った第1圧電性結
晶部の振動の速度及び被検出体の角速度に依存したコリ
オリの力が働き、第1圧電性結晶部は、所定方向と異な
る方向に沿って振動する。第2圧電性結晶部は、第1圧
電性結晶部に機械的に結合しているので、第2圧電性結
晶部には第1圧電性結晶部の振動が伝達され、第2圧電
性結晶部は所定方向と異なる方向に沿った振動成分を含
む振動を行う。In this case, since the first piezoelectric crystal portion is made of a piezoelectric crystal, an AC voltage is applied between the electrodes provided on the first piezoelectric crystal portion, whereby the first piezoelectric crystal portion is formed. The portion vibrates in a predetermined direction based on the inverse piezoelectric effect. At this time, when the detected object moves at a predetermined angular velocity,
A Coriolis force that depends on the speed of vibration of the first piezoelectric crystal unit along a predetermined direction and the angular velocity of the object to be detected acts on the first piezoelectric crystal unit. Vibrates along different directions. Since the second piezoelectric crystal portion is mechanically coupled to the first piezoelectric crystal portion, the vibration of the first piezoelectric crystal portion is transmitted to the second piezoelectric crystal portion, and the second piezoelectric crystal portion Performs a vibration including a vibration component along a direction different from the predetermined direction.
【0013】第2圧電性結晶部は圧電性結晶からできて
いるので、第2圧電性結晶部の振動に伴って、第2圧電
性結晶部に設けられた別の電極間には、圧電効果に基づ
く電位差が発生する。この電位差は、第2圧電性結晶部
のコリオリの力に基づく振動成分に対応した信号を含
む。この信号が、コリオリの力に基づかない振動成分を
上記別の交流信号成分として含んでいる場合は、上記交
流信号の位相は、コリオリの力に基づく交流信号成分の
振幅に応じて変化する。この信号が、コリオリの力に基
づかない交流信号成分を含んでいない場合は、この信号
に上記別の交流信号を重畳すれば、交流信号の位相は、
コリオリの力に基づく振動成分の信号の振幅に応じて変
化する。検出手段は、この交流信号の位相を検知するこ
とで、コリオリの力、すなわち、被検出体の角速度の大
きさを検出することができる。Since the second piezoelectric crystal portion is made of a piezoelectric crystal, a piezoelectric effect is generated between the other electrodes provided on the second piezoelectric crystal portion with the vibration of the second piezoelectric crystal portion. , A potential difference is generated. This potential difference includes a signal corresponding to a vibration component based on the Coriolis force of the second piezoelectric crystal unit. When this signal includes a vibration component not based on the Coriolis force as the another AC signal component, the phase of the AC signal changes according to the amplitude of the AC signal component based on the Coriolis force. If this signal does not include an AC signal component that is not based on the Coriolis force, if the another AC signal is superimposed on this signal, the phase of the AC signal becomes
It changes according to the amplitude of the signal of the vibration component based on the Coriolis force. The detecting means can detect the Coriolis force, that is, the magnitude of the angular velocity of the object by detecting the phase of the AC signal.
【0014】第1及び第2の圧電性結晶部の温度特性が
変化すると、第1圧電性結晶部から第2圧電性結晶部に
伝達される雑音となる振動成分、すなわち、コリオリの
力に基づかない振動成分の振幅も変化する。このような
場合、交流信号の振幅は、雑音となる振動成分による信
号の振幅が変化することによって変化し、被検出体の角
速度が零の場合おいても、交流信号の振幅は変化する。
しかしながら、この場合において、交流信号の振幅は変
化するが、位相は変化しない。検出された位相は被検出
体の角速度に対応するので、本装置によれば、温度等の
環境が変化した場合においても、検出される角速度は殆
ど変化しない。When the temperature characteristics of the first and second piezoelectric crystal portions change, a vibration component which becomes a noise transmitted from the first piezoelectric crystal portion to the second piezoelectric crystal portion, that is, is based on the Coriolis force. The amplitude of the non-vibrating component also changes. In such a case, the amplitude of the AC signal changes due to a change in the amplitude of the signal due to a vibration component that becomes noise, and the amplitude of the AC signal changes even when the angular velocity of the detected object is zero.
However, in this case, the amplitude of the AC signal changes, but the phase does not change. Since the detected phase corresponds to the angular velocity of the object to be detected, according to the present apparatus, even when the environment such as temperature changes, the detected angular velocity hardly changes.
【0015】また、検出手段は、上記交流信号から方形
波電圧を生成する比較器を備え、この方形波電圧は所定
の方形波電圧と同期検波されることが好ましい。交流信
号は比較器によって方形波電圧に変換される。これらの
方形波電圧は、振幅情報を含まず、その繰り返し周期に
よって規定される位相情報のみを含む。したがって、方
形波電圧は所定の方形波電圧と同期検波されることによ
り、交流信号の位相情報のみを含む信号を出力する。こ
の位相情報は被検出体の角速度に対応する。したがっ
て、交流信号の振幅が変化しても、検出される被検出体
の角速度は殆ど変化しない。Preferably, the detecting means includes a comparator for generating a square wave voltage from the AC signal, and the square wave voltage is preferably synchronously detected with a predetermined square wave voltage. The AC signal is converted to a square wave voltage by a comparator. These square wave voltages do not include amplitude information, but only phase information defined by the repetition period. Therefore, the square wave voltage is synchronously detected with a predetermined square wave voltage, thereby outputting a signal including only the phase information of the AC signal. This phase information corresponds to the angular velocity of the object to be detected. Therefore, even if the amplitude of the AC signal changes, the detected angular velocity of the detected object hardly changes.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る角速度検出装
置の一形態について、添付の図面を参照して説明する。
なお、以下の説明において、同一要素には同一符号を用
いるものとし、重複する説明は省略する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the angular velocity detecting device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
In the following description, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
【0017】図1は、実施の形態に係る角速度検出装置
を示す。本装置は、支持台101の表面に一端で固定さ
れた振動子102及び支持台101の裏面に取付けられ
た処理回路103を備える。なお、以下の説明におい
て、支持台101の裏面から表面に向かう方向を「上」
方向と規定し、これと逆向きの方向を「下」方向と規定
する。FIG. 1 shows an angular velocity detecting device according to an embodiment. The apparatus includes a vibrator 102 fixed at one end to the front surface of a support 101 and a processing circuit 103 mounted on the back of the support 101. Note that, in the following description, the direction from the back surface to the front surface of the support base 101 is “up”.
Direction and the opposite direction is defined as the “down” direction.
【0018】支持台101は、主表面S1及び主表面S
1に平行であってこの主表面S1から上方に所定距離離
隔した設置表面S2を有し、主表面S1と設置表面S2
とはその境界で段差を形成する。The support table 101 has a main surface S1 and a main surface S1.
1 and has an installation surface S2 which is separated from the main surface S1 by a predetermined distance above the main surface S1.
Forms a step at its boundary.
【0019】振動子102はその一端に固定部1を有
し、固定部1は支持台101の設置表面S2に接着剤等
で固定されている。振動子102は、この固定部1、支
持台101と所定の間隔を保持しつつ設置表面S2から
主表面S1へ向かう方向へ固定部1から延びる支持棒
2、支持棒2によって支持された基体3、基体3から固
定部1に対して離れる方向に延びた一対の励振用振動片
4,5及び基体3から固定部1に近付く方向に延びた一
対の検出用振動片6,7からなる。The vibrator 102 has a fixing portion 1 at one end thereof, and the fixing portion 1 is fixed to an installation surface S2 of the support 101 with an adhesive or the like. The vibrator 102 includes a support rod 2 extending from the fixing part 1 in a direction from the installation surface S2 toward the main surface S1 while maintaining a predetermined distance from the fixing part 1 and the support table 101, and a base 3 supported by the support rod 2. A pair of excitation vibrating reeds 4 and 5 extending in a direction away from the base 3 with respect to the fixed portion 1 and a pair of detection vibrating reeds 6 and 7 extending from the base 3 in a direction approaching the fixed portion 1.
【0020】また、固定部1、支持棒2、基体3及び振
動片4〜7は、一体の圧電性結晶部材及びこの圧電性結
晶部材に取付けられた複数の電極から構成される。本実
施の形態に係る圧電性結晶部材の材料は水晶である。Further, the fixed portion 1, the support rod 2, the base 3, and the vibrating bars 4 to 7 are composed of an integral piezoelectric crystal member and a plurality of electrodes attached to the piezoelectric crystal member. The material of the piezoelectric crystal member according to the present embodiment is quartz.
【0021】なお、天然の水晶は、一般に柱状結晶であ
り、この柱状結晶の縦方向の中心軸はZ軸又は光軸と規
定され、Z軸を通り、柱状結晶の各表面に垂直に交わる
線はY軸又は機械軸と規定される。また、Z軸を通り、
この柱状結晶の縦方向の稜線と直交する線はX軸又は電
気軸と規定される。本振動子102に用いられる水晶
は、人工水晶であるが、その構造は天然の水晶と同じで
あるので、説明において、それぞれの軸の方向は上記規
定に従う。すなわち、振動子102の厚み方向をZ軸と
規定し、このZ軸に直交し、互いに垂直な軸をそれぞれ
X軸及びY軸と規定する。Natural quartz is generally a columnar crystal, and the vertical central axis of the columnar crystal is defined as a Z axis or an optical axis, and a line passing through the Z axis and perpendicularly intersecting each surface of the columnar crystal. Is defined as the Y axis or the machine axis. Also, passing through the Z axis,
A line orthogonal to the vertical ridge line of the columnar crystal is defined as an X axis or an electric axis. The quartz used for the resonator 102 is an artificial quartz, but since the structure is the same as a natural quartz, in the description, the directions of the respective axes comply with the above-described rules. That is, the thickness direction of the vibrator 102 is defined as the Z axis, and axes perpendicular to the Z axis and perpendicular to each other are defined as the X axis and the Y axis, respectively.
【0022】以下、この規定に基づき、振動子102に
ついてさらに詳細に説明する。Hereinafter, the vibrator 102 will be described in more detail based on this rule.
【0023】固定部1は、設置台101の設置表面S2
に固定される下面を有する。下面は、その長手方向がX
軸に沿っており、X軸及びY軸によって各辺が規定され
る長方形形状を有している。下面に対向する上面も下面
と略同一形状である。なお、上面と下面との間に位置す
る固定部1の外表面を固定部1の側面と規定する。支持
棒2の一端は、固定部1の一側面に連続し、固定部1か
らY軸に沿って延びている。基体3は支持棒2の他端に
連続し、X軸に沿って延びている。The fixing portion 1 is provided on the installation surface S2 of the installation table 101.
And has a lower surface fixed thereto. The lower surface is X
It has a rectangular shape along the axis and each side is defined by the X axis and the Y axis. The upper surface facing the lower surface has substantially the same shape as the lower surface. Note that the outer surface of the fixing portion 1 located between the upper surface and the lower surface is defined as a side surface of the fixing portion 1. One end of the support bar 2 is continuous with one side surface of the fixed portion 1 and extends from the fixed portion 1 along the Y axis. The base 3 is continuous with the other end of the support rod 2 and extends along the X axis.
【0024】図2は、図1に示した振動子102をA−
A線矢印の方向から見た振動子102の断面図である。FIG. 2 shows the vibrator 102 shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the vibrator viewed from a direction of an arrow A line.
【0025】第1励振用振動片4は、基体3の一端から
Y軸に沿って固定部1から離れる方向に延びており、図
1及び図2に示すように、圧電性結晶からなる圧電性結
晶部4pと、圧電性結晶部4pの各側面に固定された上
面電極4a,4d、下面電極4c,4f、右面電極4b
及び左面電極4eとから構成される。The first excitation vibrating reed 4 extends from one end of the base 3 in a direction away from the fixed portion 1 along the Y-axis, and as shown in FIGS. Crystal part 4p, upper electrodes 4a, 4d, lower electrodes 4c, 4f, and right electrode 4b fixed to each side surface of piezoelectric crystal part 4p
And the left side electrode 4e.
【0026】圧電性結晶部4pのY軸に垂直な断面は、
四辺によって規定される概略長方形である。なお、説明
において、概略長方形とは、数学上に規定される厳密な
長方形を意味せず、圧電性結晶部4p製造時のエッチン
グに起因して正確な長方形が形成できない場合、例え
ば、四辺のうちの一辺が屈曲して五角形になったものも
概略四角形と規定する。圧電性結晶部4pは、これらの
四辺をそれぞれ含み、Y軸に平行な四側面を有する。こ
れらの圧電性結晶部4pの側面のうち、下面は支持台1
01の主表面S1に空間を介して対向し、上面は圧電性
結晶部4pの下面に対向する。また、圧電性結晶部4p
の残りの二側面は上面及び下面に垂直であり互いに対向
している。これらの二側面のうち、振動片4の先端方向
から見たときに右側に位置するものを右側面、左側に位
置するものを左側面と規定する。The cross section of the piezoelectric crystal portion 4p perpendicular to the Y axis is
It is a general rectangle defined by four sides. In the description, the outline rectangle does not mean an exact rectangle defined mathematically, and when an accurate rectangle cannot be formed due to etching at the time of manufacturing the piezoelectric crystal portion 4p, for example, of the four sides, The one in which one side is bent to form a pentagon is also generally defined as a rectangle. The piezoelectric crystal portion 4p includes these four sides, and has four side surfaces parallel to the Y axis. Of the side surfaces of these piezoelectric crystal parts 4p, the lower surface is the support 1
01 faces the main surface S1 via a space, and the upper surface faces the lower surface of the piezoelectric crystal part 4p. Also, the piezoelectric crystal part 4p
Are perpendicular to the upper and lower surfaces and face each other. Of these two sides, the one located on the right side when viewed from the tip direction of the resonator element 4 is defined as the right side, and the one located on the left side is defined as the left side.
【0027】上面電極4a,4dは、それぞれ、圧電性
結晶部4pの上面のみに互いに物理的に分離して形成さ
れ、基体3とこの振動片4との境界近傍から振動片4の
先端方向に延びている。下面電極4c,4fは、圧電性
結晶部4pの下面のみに互いに物理的に分離して形成さ
れ、基体3とこの振動片4との境界近傍から振動片4の
先端方向に延びている。右面電極4bは、圧電性結晶部
4pの右側面の一部を覆っている。The upper electrodes 4a and 4d are formed physically only on the upper surface of the piezoelectric crystal portion 4p, respectively, from the vicinity of the boundary between the base 3 and the vibrating piece 4 in the direction of the tip of the vibrating piece 4. Extending. The lower electrodes 4c and 4f are physically separated from each other only on the lower surface of the piezoelectric crystal portion 4p, and extend from the vicinity of the boundary between the base 3 and the vibrating reed 4 toward the tip of the vibrating reed 4. The right side electrode 4b covers a part of the right side surface of the piezoelectric crystal part 4p.
【0028】右面電極4bは、右側に位置する上面電極
4aと一定の間隔を保持しつつ、この上面電極4aの長
手方向に沿って、基体3と振動片4との境界近傍から振
動片4の先端方向に延びており、上面電極4aと物理的
に分離している。左面電極4eは、圧電性結晶部4pの
左側面の一部を覆っている。The right-side electrode 4b is maintained at a certain distance from the upper surface electrode 4a located on the right side, and extends along the longitudinal direction of the upper surface electrode 4a from the vicinity of the boundary between the base 3 and the vibrator bar 4 It extends in the tip direction and is physically separated from the upper surface electrode 4a. The left surface electrode 4e covers a part of the left side surface of the piezoelectric crystal part 4p.
【0029】左面電極4eも、左側に位置する上面電極
4dと一定の間隔を保持しつつ、この上面電極4dの長
手方向に沿って、基体3と振動片4との境界近傍から振
動片4の先端方向に延びており、上面電極4dと物理的
に分離している。また、左右側面の電極4b,4eは、
それぞれ、下面電極4c,4fとも一定の間隔を保持
し、物理的に分離している。The left-side electrode 4e is also kept at a constant distance from the upper surface electrode 4d located on the left side, and extends along the longitudinal direction of the upper surface electrode 4d from the vicinity of the boundary between the base 3 and the vibrating bar 4 from the vicinity of the vibrating bar 4. It extends in the tip direction and is physically separated from the upper surface electrode 4d. The electrodes 4b and 4e on the left and right sides are
Each of the lower electrodes 4c and 4f is kept at a fixed interval and physically separated from each other.
【0030】これらの電極4a〜4fは、圧電性結晶部
4pの全表面を覆う電極を形成した後、各電極間の領域
の電極を除去するのみで、これらの電極を物理的に分離
することができる。すなわち、これらの電極4a〜4f
は、フォトリソグラフィ技術のエッチング工程を用いる
ことにより分離できる。After these electrodes 4a to 4f are formed so as to cover the entire surface of the piezoelectric crystal portion 4p, the electrodes are physically separated only by removing the electrodes in the area between the electrodes. Can be. That is, these electrodes 4a to 4f
Can be separated by using a photolithography etching process.
【0031】第2励振用振動片5は、基体3の一端から
Y軸に沿って固定部1から離れる方向に延びており、図
1及び図2に示すように、圧電性結晶からなる圧電性結
晶部5pと、圧電性結晶部5pの各側面に固定された上
面電極5a,5d、下面電極5c,5f、右面電極5b
及び左面電極5eとから構成される。支持棒2の中心線
CLを含むYZ面と第2励振用振動片5との間の最短距
離は、この面と第1励振用振動片4との間の最短距離に
等しい。すなわち、励振用振動片4及び5は、支持棒2
に対して対称な位置に配置されている。The second excitation vibrating reed 5 extends from one end of the base 3 in a direction away from the fixed portion 1 along the Y-axis, and as shown in FIGS. Crystal part 5p, upper electrodes 5a, 5d, lower electrodes 5c, 5f, right electrode 5b fixed to each side surface of piezoelectric crystal part 5p
And the left side electrode 5e. The shortest distance between the YZ plane including the center line CL of the support bar 2 and the second excitation vibrating reed 5 is equal to the shortest distance between this surface and the first excitation vibrating reed 4. That is, the excitation vibrating reeds 4 and 5 are
Are arranged symmetrically with respect to
【0032】なお、第2励振用振動片5は、第1励振用
振動片4と同一の構造を有するので、その構造の詳細に
ついては説明を省略する。Since the second excitation vibrating reed 5 has the same structure as the first excitation vibrating reed 4, the detailed description of the structure is omitted.
【0033】次に、検出用振動片6及び7について説明
する。Next, the detecting vibrating bars 6 and 7 will be described.
【0034】図3は、図1に示した振動子102をB−
B線矢印の方向から見た振動子102の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of the vibrator 102 shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the vibrator viewed from a direction of an arrow B line.
【0035】第1検出用振動片6は、基体3の一端から
Y軸に沿って固定部1に近付く方向に延びており、図1
及び図3に示すように、圧電性結晶からなる圧電性結晶
部6pと、圧電性結晶部6pの各角部を覆う右上電極6
a、右下電極6b、左上電極6c及び左下電極6dとか
ら構成される。第1検出用振動片6の長手方向は、第1
励振用振動片4の長手方向に一致しており、また、これ
らの振動片6及び4は、少なくともZ軸方向の振動が伝
わるようにその形状および重量等が調整されている。The first detecting resonator element 6 extends from one end of the base 3 in the direction approaching the fixed part 1 along the Y axis.
As shown in FIG. 3, a piezoelectric crystal portion 6p made of a piezoelectric crystal and an upper right electrode 6 covering each corner of the piezoelectric crystal portion 6p.
a, lower right electrode 6b, upper left electrode 6c, and lower left electrode 6d. The longitudinal direction of the first detecting vibration piece 6 is the first direction.
The length of the vibrating reeds 4 coincides with the longitudinal direction of the vibrating reed 4, and the shapes and weights of the vibrating reeds 6 and 4 are adjusted so that at least vibration in the Z-axis direction is transmitted.
【0036】圧電性結晶部6pのY軸に垂直な断面は、
四辺によって規定される概略長方形である。圧電性結晶
部6pは、これらの四辺をそれぞれ含み、Y軸に平行な
四側面を有し、圧電性結晶部6pの4つの角部は、それ
ぞれの四側面が交差することによって規定される。これ
らの圧電性結晶部6pの側面のうち、下面は支持台10
1の主表面S1に空間を介して対向し、上面は圧電性結
晶部6pの下面に対向する。また、圧電性結晶部6pの
残りの二側面は上面及び下面に垂直であり互いに対向し
ている。これらの二側面のうち、振動片4の先端方向か
ら見たときに右側に位置するものを右側面、左側に位置
するものを左側面と規定する。The cross section of the piezoelectric crystal portion 6p perpendicular to the Y axis is
It is a general rectangle defined by four sides. The piezoelectric crystal part 6p includes these four sides, and has four sides parallel to the Y axis. Four corners of the piezoelectric crystal part 6p are defined by the intersection of the four sides. Of the side surfaces of these piezoelectric crystal parts 6p, the lower surface is
1 faces the main surface S1 via a space, and the upper surface faces the lower surface of the piezoelectric crystal portion 6p. The remaining two side surfaces of the piezoelectric crystal portion 6p are perpendicular to the upper surface and the lower surface and face each other. Of these two sides, the one located on the right side when viewed from the tip direction of the resonator element 4 is defined as the right side, and the one located on the left side is defined as the left side.
【0037】右上電極6aは、圧電性結晶部6pの上面
と右側面とが交差することにより規定される角部のみを
覆っており、右下電極6bは、圧電性結晶部6pの下面
と右側面とが交差することにより規定される角部のみを
覆っている。また、左上電極6cは、圧電性結晶部6p
の上面と左側面とが交差することにより規定される角部
のみを覆っており、左下電極6dは、圧電性結晶部6p
の下面と左側面とが交差することにより規定される角部
のみを覆っている。それぞれの電極6a〜6dは、互い
に所定の間隔を保持しながら、基体3とこの振動片6と
の境界近傍から振動片6の先端方向に延びており、互い
に物理的に分離している。The upper right electrode 6a covers only the corner defined by the intersection of the upper surface and the right side of the piezoelectric crystal portion 6p, and the lower right electrode 6b is connected to the lower surface and the right side of the piezoelectric crystal portion 6p. It covers only the corner defined by the intersection with the surface. The upper left electrode 6c is connected to the piezoelectric crystal part 6p.
Covers only the corner defined by the intersection of the upper surface and the left side surface of the piezoelectric crystal part 6p.
Covers only the corners defined by the intersection of the lower surface and the left side surface. Each of the electrodes 6a to 6d extends from the vicinity of the boundary between the base 3 and the vibrating piece 6 toward the tip end of the vibrating piece 6 while maintaining a predetermined interval therebetween, and is physically separated from each other.
【0038】図4は、図1に示した振動片6をC−C線
矢印の方向から見た振動片6の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the resonator element 6 shown in FIG. 1 when viewed from the direction of the arrows CC.
【0039】振動片6の質量が変化すると、振動片の固
有振動数は変化する。振動片6の先端側の電極の質量及
び形状変化は、根元側のそれよりも振動片6の固有振動
数に対する影響が大きい。また、先端側に働く応力は根
元側のそれよりも小さいので、振動片6の先端側の電極
の質量及び形状変化は、検出感度への影響が根元側に較
べて小さい。したがって、固有振動数調整のため、図1
及び図4に示すように、振動片6の重心位置よりも先端
側の右上電極6a及び左上電極6cは、その一部分がト
リミングにより除去された領域TRを有する。換言すれ
ば、振動片6の先端の右上電極6aと左上電極6cとの
間の間隔は、振動片6の根元側の間隔よりも広い。な
お、このような電極の除去は、レーザ加工機を用いて行
うことができる。When the mass of the resonator element 6 changes, the natural frequency of the resonator element changes. The change in mass and shape of the electrode on the tip side of the resonator element 6 has a greater effect on the natural frequency of the resonator element 6 than on the root side. Further, since the stress acting on the tip side is smaller than that on the root side, the change in the mass and shape of the electrode on the tip side of the resonator element 6 has less influence on the detection sensitivity than on the root side. Therefore, in order to adjust the natural frequency, FIG.
As shown in FIG. 4, the upper right electrode 6 a and the upper left electrode 6 c on the tip side of the position of the center of gravity of the resonator element 6 have a region TR partially removed by trimming. In other words, the interval between the upper right electrode 6a and the upper left electrode 6c at the tip of the resonator element 6 is wider than the interval on the root side of the resonator element 6. The removal of such an electrode can be performed using a laser beam machine.
【0040】第2検出用振動片7は、基体3の一端から
Y軸に沿って固定部1に近付く方向に延びており、図1
及び図3に示すように、圧電性結晶からなる圧電性結晶
部7pと、圧電性結晶部7pの各角部を覆う右上電極7
a、右下電極7b、左上電極7c及び左下電極7dとか
ら構成される。支持棒2の中心線CLを含むYZ面と第
2検出用振動片7との間の最短距離は、この面と第1検
出用振動片6との間の最短距離に等しい。すなわち、こ
れらの検出用振動片6及び7は、励振用振動片4及び5
と同様に、支持棒2に対して対称な位置に配置されてい
る。The second detecting vibrating piece 7 extends from one end of the base 3 in the direction approaching the fixed portion 1 along the Y axis.
As shown in FIG. 3, a piezoelectric crystal portion 7p made of a piezoelectric crystal and an upper right electrode 7 covering each corner of the piezoelectric crystal portion 7p.
a, a lower right electrode 7b, an upper left electrode 7c, and a lower left electrode 7d. The shortest distance between the YZ plane including the center line CL of the support rod 2 and the second detecting vibrating bar 7 is equal to the shortest distance between this surface and the first detecting vibrating bar 6. That is, these detecting vibrating reeds 6 and 7 correspond to the exciting vibrating reeds 4 and 5.
Similarly to the above, they are arranged at symmetrical positions with respect to the support rod 2.
【0041】なお、第2検出用振動片7は、この振動片
7の先端側の電極が第1検出用振動片6のように除去さ
れていない。この点を除いて、第2検出用振動片7は、
第1検出用振動片6と同一の構造を有するので、その構
造の詳細については説明を省略する。また、各振動片4
〜7が安定して振動するように、振動子102は、内部
の圧力が大気圧よりも低く設定された密閉容器内に配置
されることが望ましい。In the second detecting vibrating bar 7, the electrode on the tip side of the vibrating bar 7 is not removed like the first detecting vibrating bar 6. Except for this point, the second detecting vibrating bar 7 is
Since it has the same structure as the first detecting vibrating reed 6, the detailed description of the structure is omitted. In addition, each vibrating reed 4
It is preferable that the vibrator 102 is disposed in a closed container whose internal pressure is set lower than the atmospheric pressure so that the vibrations 7 to 7 are stably vibrated.
【0042】また、各圧電性結晶部4p,5p,6p,
7pの上面及び下面は、それぞれ、Z軸に対して垂直で
あることが望ましいが、Z軸に垂直な面から15°以下
の角度だけずれていてもよい。Each of the piezoelectric crystal parts 4p, 5p, 6p,
It is desirable that the upper surface and the lower surface of 7p are each perpendicular to the Z axis, but may be shifted from the plane perpendicular to the Z axis by an angle of 15 ° or less.
【0043】次に、振動子102の励振及び角速度の検
出について説明する。Next, the excitation of the vibrator 102 and the detection of the angular velocity will be described.
【0044】図5は、各振動片4〜7の電極4a〜4
f,5a〜5f,6a〜6d,7a〜7dの接続関係及
びこれらの電極に電気的に接続された処理回路103を
示す。FIG. 5 shows the electrodes 4a-4 of the vibrating bars 4-7.
The connection relation of f, 5a to 5f, 6a to 6d, and 7a to 7d and the processing circuit 103 electrically connected to these electrodes are shown.
【0045】励振用振動片4の右側の上下面電極4a,
4c及び励振用振動片5の左面電極5eは、配線W1を
介して端子T1に電気的に接続されている。また、励振
用振動片4の右面電極4b及び励振用振動片5の左側の
上下面電極5d,5fは、配線W2を介して端子T2に
電気的に接続されている。The upper and lower electrodes 4a on the right side of the vibrating piece 4 for excitation,
4c and the left side electrode 5e of the excitation vibrating piece 5 are electrically connected to the terminal T1 via the wiring W1. The right-side electrode 4b of the vibrating piece 4 for excitation and the upper and lower electrodes 5d and 5f on the left side of the vibrating piece 5 for excitation are electrically connected to the terminal T2 via the wiring W2.
【0046】励振用振動片4の左面電極4e及び励振用
振動片5の右側の上下面電極5a,5cは、配線W3を
介して端子T3に電気的に接続されている。また、励振
用振動片4の左側の上下面電極4d,4f及び励振用振
動片5の右面電極5bは、配線W4を介して端子T4に
電気的に接続されている。The left side electrode 4e of the excitation vibrating piece 4 and the upper and lower electrodes 5a, 5c on the right side of the excitation vibrating piece 5 are electrically connected to a terminal T3 via a wiring W3. The upper and lower electrodes 4d and 4f on the left side of the excitation vibrating reed 4 and the right side electrode 5b of the excitation vibrating reed 5 are electrically connected to the terminal T4 via the wiring W4.
【0047】さらに、検出用振動片6の右上電極6a,
左下電極6d及び検出用振動片7の右下電極7b,左上
電極7cは、配線W5を介して端子T5に接続されてい
る。検出用振動片6の右下電極6b,左上電極6c及び
検出用振動片7の右上電極7a,左下電極7dは、配線
W6を介して端子T6に接続されている。なお、これら
の配線W1〜W6は、フォトリソグラフィ技術を用い、
図1に示した振動子102の支持棒2上の領域を通って
固定部1に至るように形成することが望ましい。Further, the upper right electrode 6a,
The lower left electrode 6d and the lower right electrode 7b and the upper left electrode 7c of the detecting resonator element 7 are connected to a terminal T5 via a wiring W5. The lower right electrode 6b and the upper left electrode 6c of the detecting vibrating reed 6 and the upper right electrode 7a and the lower left electrode 7d of the detecting vibrating reed 7 are connected to the terminal T6 via the wiring W6. Note that these wirings W1 to W6 are formed using photolithography technology.
It is desirable that the vibrator 102 be formed so as to reach the fixed portion 1 through a region on the support bar 2 of the vibrator 102 shown in FIG.
【0048】また、入力端子T1〜T6は処理回路10
3の入力側に電気的に接続され、処理回路103の出力
側には出力端子T7が電気的に接続されている。The input terminals T1 to T6 are connected to the processing circuit 10
3 is electrically connected to the input side, and the output side of the processing circuit 103 is electrically connected to the output terminal T7.
【0049】処理回路103は、励振回路8、電流電圧
変換回路9,10、差動増幅回路11及び比較器12か
ら構成される励振駆動回路と、前記比較器12、比較器
17、移相回路18、同期検波回路19及び積分回路2
0から構成される検出回路(検出手段)103aとを備
える。さらに、処理回路103は、検出回路103aの
入力側に、電流電圧変換回路13,14、差動増幅回路
15及びミキサ回路16を備え、検出回路103aの出
力側に、オフセット調整回路21及び増幅回路22を備
えている。なお、比較器12は励振駆動回路及び検出回
路103aに兼用されている。The processing circuit 103 includes an excitation drive circuit including an excitation circuit 8, current-voltage conversion circuits 9 and 10, a differential amplifier circuit 11, and a comparator 12, and the comparator 12, the comparator 17, and the phase shift circuit. 18. Synchronous detection circuit 19 and integration circuit 2
And a detection circuit (detection means) 103a composed of 0. Further, the processing circuit 103 includes current-voltage conversion circuits 13 and 14, a differential amplifier circuit 15 and a mixer circuit 16 on the input side of the detection circuit 103a, and the offset adjustment circuit 21 and the amplification circuit on the output side of the detection circuit 103a. 22. Note that the comparator 12 is also used for the excitation drive circuit and the detection circuit 103a.
【0050】図6は、処理回路103の動作を説明する
ためのタイミングチャートであり、グラフ(c)及び
(f)〜(k)は、それぞれ、図5の節点C及びF〜K
の電圧波形を示す。以下、図6を参照しつつ、実施の態
様に係る角速度検出装置の動作について説明する。FIG. 6 is a timing chart for explaining the operation of the processing circuit 103. Graphs (c) and (f) to (k) show nodes C and F to K in FIG. 5, respectively.
3 shows a voltage waveform of the first embodiment. Hereinafter, the operation of the angular velocity detecting device according to the embodiment will be described with reference to FIG.
【0051】励振回路8は、入力された交流電圧信号を
2つに分岐し、分岐された交流電圧信号の一方をインバ
ータを用いて反転させて出力する。分岐された交流電圧
信号の一方は端子T1に入力され、他方はインバータを
介さずに端子T2に入力される。端子T2に入力される
A点の電圧は、所定の繰り返し周波数の方形波電圧であ
る。端子T1に入力される電圧は、この電圧を反転させ
たものであるので、図5の励振用振動片4の右側の上面
電極4aと右面電極4bとの間には、図6(a)に示す
方形波電圧(第1交流電圧)が印加される。The excitation circuit 8 branches the input AC voltage signal into two, and inverts and outputs one of the branched AC voltage signals using an inverter. One of the branched AC voltage signals is input to a terminal T1, and the other is input to a terminal T2 without passing through an inverter. The voltage at the point A input to the terminal T2 is a square wave voltage having a predetermined repetition frequency. Since the voltage input to the terminal T1 is obtained by inverting this voltage, the voltage between the right upper electrode 4a and the right upper electrode 4b of the excitation vibrating reed 4 in FIG. The indicated square wave voltage (first AC voltage) is applied.
【0052】なお、説明において、方形波電圧とは、そ
の立ち上がり及び立ち下がりの時間が零であって振幅が
一定である厳密なものではなく、その波形が回路の時定
数等により矩形から多少歪んだパルス波電圧であるもの
も方形波電圧と規定する。また、上記電極間に印加され
る第1交流電圧の波形は、振動片4の振動を開始させる
とともにその振動を持続させるものあれば正弦波等であ
ってもよい。In the following description, a square wave voltage is not an exact one whose rise and fall times are zero and whose amplitude is constant, and its waveform is slightly distorted from a rectangle due to the time constant of the circuit and the like. A pulse wave voltage is also defined as a square wave voltage. The waveform of the first AC voltage applied between the electrodes may be a sine wave or the like as long as the vibration of the resonator element 4 is started and the vibration is maintained.
【0053】励振用振動片4に電圧が印加されると、逆
圧電効果に基づいて圧電性結晶部4pは分極し、X軸方
向に沿って屈曲する。本態様に係る励振用振動片4に
は、所定の繰り返し周波数の方形波電圧が印加されてい
るので、圧電性結晶部4pはX軸方向に沿って振動す
る。換言すれば、電極4a〜4cは、第1交流電圧であ
る方形波電圧が印加されることにより、X軸方向に沿っ
て屈曲するように圧電性結晶部4pに設けられている。
なお、繰り返すが、振動片5の構造は振動片4の構造と
同一であるので、端子T1及びT2に接続された電極5
e,5d,5f間に電圧が印加されると圧電性結晶部5
pもX軸方向に沿って振動する。When a voltage is applied to the excitation vibrating reed 4, the piezoelectric crystal portion 4p is polarized by the inverse piezoelectric effect and bends along the X-axis direction. Since a square wave voltage having a predetermined repetition frequency is applied to the excitation vibrating reed 4 according to the present embodiment, the piezoelectric crystal portion 4p vibrates along the X-axis direction. In other words, the electrodes 4a to 4c are provided on the piezoelectric crystal part 4p so as to bend along the X-axis direction when a square wave voltage as the first AC voltage is applied.
Again, since the structure of the resonator element 5 is the same as the structure of the resonator element 4, the electrode 5 connected to the terminals T1 and T2
e, 5d, and 5f, when a voltage is applied between the piezoelectric crystal parts 5
p also vibrates along the X-axis direction.
【0054】励振用振動片4が振動すると、振動片4の
左右側面中央領域及び上下面中央領域にに電荷が誘起す
る。左側面に誘起した電荷は左面電極4eを介して、上
下面に誘起した電荷は上下面電極4d及び4fを介し
て、それぞれ電流電圧変換回路9及び10によって電圧
信号に変換される。したがって、これらの電流電圧変換
回路9及び10からの出力が入力される差動増幅回路1
1では、電極4eと4dとの間の電位差に対応した交流
電圧を検知する。すなわち、電極4a,4c,5eに接
続された端子T1と電極4b,5d,5fに接続された
端子Tとの間に、図6(a)で示す方形波電圧を印加す
ることにより、それぞれの励振用振動片4及び5は、あ
る時間において図1の矢印V1及びV2に示すように、
X軸方向に沿って互いに逆方向に屈曲するように振動す
る。一方、電極4e,5a,5cに接続された端子T3
と電極4f,4d,5bに接続された端子T4との間の
電位差に対応する交流電圧は、差動増幅回路11によっ
て検出される。When the vibrating piece 4 for excitation vibrates, electric charges are induced in the central area on the left and right sides and the central area on the upper and lower faces of the vibrating piece 4. The electric charge induced on the left side surface is converted into a voltage signal by the current-voltage conversion circuits 9 and 10 via the left surface electrode 4e, and the electric charge induced on the upper and lower surfaces via the upper and lower surface electrodes 4d and 4f, respectively. Therefore, the differential amplifier circuit 1 to which the outputs from the current-voltage conversion circuits 9 and 10 are input
At 1, an AC voltage corresponding to the potential difference between the electrodes 4e and 4d is detected. That is, by applying a square wave voltage shown in FIG. 6A between the terminal T1 connected to the electrodes 4a, 4c, 5e and the terminal T connected to the electrodes 4b, 5d, 5f, As shown by arrows V1 and V2 in FIG.
Vibrates so as to bend in opposite directions along the X-axis direction. On the other hand, the terminal T3 connected to the electrodes 4e, 5a, 5c
An AC voltage corresponding to the potential difference between the terminal and the terminal T4 connected to the electrodes 4f, 4d, 5b is detected by the differential amplifier circuit 11.
【0055】励振用振動片4の振動によって電流電圧変
換回路9から出力された電圧は、図6(b)に示す正弦
波電圧であり、この電圧と逆位相の正弦波電圧が電流電
圧変換回路10から出力されるので、これらの正弦波電
圧が入力される差動増幅回路11からは、図6(c)に
示される正弦波電圧Vfが出力される。なお、図面記載
の便宜上、図6(c)の電圧波形の振幅は(b)の電圧
波形の振幅よりも小さく記載するが、図6(c)の電圧
波形の振幅は(b)の電圧波形の振幅よりも大きい。こ
こで、図6(a)に示す方形波電圧の立ち上がり時間の
位相を−90°とし、差動増幅回路11から出力される
励振用交流電圧Vfは、以下の式で与えられるものとす
る。The voltage output from the current-to-voltage conversion circuit 9 due to the vibration of the excitation vibrating reed 4 is a sine wave voltage shown in FIG. 10, the sine wave voltage Vf shown in FIG. 6C is output from the differential amplifier circuit 11 to which these sine wave voltages are input. The amplitude of the voltage waveform shown in FIG. 6C is smaller than the amplitude of the voltage waveform shown in FIG. 6C for convenience of description in the drawing, but the amplitude of the voltage waveform shown in FIG. Greater than the amplitude of Here, the phase of the rise time of the square wave voltage shown in FIG. 6A is set to −90 °, and the excitation AC voltage Vf output from the differential amplifier circuit 11 is given by the following equation. .
【0056】[0056]
【数1】 但し、Afは振幅、ωは交流電圧の角周波数、tは時間
である。(Equation 1) Here, Af is the amplitude, ω is the angular frequency of the AC voltage, and t is the time.
【0057】差動増幅回路11から出力された交流電圧
は、比較器12に入力される。比較器12は、所定の電
圧レベルよりも高い電圧信号が入力されたときにはハイ
レベルの電圧信号を出力し、所定の電圧レベルよりも低
い電圧信号が入力されたときにはローレベルの電圧信号
を出力する。差動増幅回路11からは、図6(c)に示
す所定の電圧レベルを振幅中心とする正弦波電圧が出力
されるので、比較器12からは、この正弦波電圧に同期
した方形波電圧が出力される。したがって、差動増幅器
11から出力された正弦波電圧は、比較器12によって
方形波電圧にパルス整形される。The AC voltage output from the differential amplifier circuit 11 is input to the comparator 12. Comparator 12 outputs a high-level voltage signal when a voltage signal higher than a predetermined voltage level is input, and outputs a low-level voltage signal when a voltage signal lower than the predetermined voltage level is input. . Since the differential amplifier circuit 11 outputs a sine wave voltage having an amplitude center at a predetermined voltage level shown in FIG. 6C, the comparator 12 outputs a square wave voltage synchronized with the sine wave voltage. Is output. Therefore, the sine wave voltage output from the differential amplifier 11 is pulse-shaped by the comparator 12 into a square wave voltage.
【0058】励振回路8は、入力された方形波電圧の繰
り返し周期に対応してその極性を反転させて出力する。
したがって、励振回路8、振動子4及び5、電流電圧変
換回路9及び10、差動増幅回路11及び比較器12
は、フィードバックループを構成し、このループは発振
条件を満たしているので、振動片4及び5はX軸方向に
沿って持続振動する。このフィードバックループでは、
比較器12によって振動片4及び5の振動の位相を検知
しながら、振動片4及び5を振動させる方形波を生成し
ているので、振動時の位相が安定する。この位相を基準
として用いれば、後述のコリオリの力によって発生した
電圧信号の位相を高い信頼性で検出できる。The excitation circuit 8 inverts the polarity of the input square wave voltage in accordance with the repetition period of the square wave voltage and outputs the inverted voltage.
Therefore, the excitation circuit 8, the vibrators 4 and 5, the current-voltage conversion circuits 9 and 10, the differential amplifier circuit 11 and the comparator 12
Constitutes a feedback loop, and since this loop satisfies the oscillation condition, the resonator elements 4 and 5 continuously vibrate along the X-axis direction. In this feedback loop,
Since the comparator 12 detects the phase of the vibration of the vibrating bars 4 and 5 and generates a square wave for vibrating the vibrating bars 4 and 5, the phase at the time of vibration is stabilized. If this phase is used as a reference, the phase of the voltage signal generated by the Coriolis force described later can be detected with high reliability.
【0059】励振用振動片対4及び5が速度VでX軸方
向に沿って振動している状態で、図1の矢印Ωで示す方
向に振動子102が回転させられると、励振用振動片4
及び5には、Z軸方向に沿ってV×Ωに比例したコリオ
リの力が働き、励振用振動片4及び5は、それぞれZ軸
に沿った方向にも振動する。When the vibrator 102 is rotated in the direction indicated by the arrow Ω in FIG. 1 in a state where the pair of excitation vibrating reeds 4 and 5 are vibrating in the X-axis direction at the speed V, the vibrating reeds 4
And 5, a Coriolis force proportional to V × Ω acts along the Z-axis direction, and the excitation vibrating reeds 4 and 5 also vibrate also in the direction along the Z-axis.
【0060】一方、検出用振動片6及び7は、それぞれ
励振用振動片4及び5にZ軸方向の振動が伝わる程度に
機械的に結合しているので、励振用振動片4及び5のZ
軸方向の振動に伴って検出用振動片6及び7がZ軸に沿
って振動する。なお、図1の矢印V3及びV4で示すよ
うに、検出用振動片6及び7は、互いに逆位相、すなわ
ち、振動中の任意の時間における各振動片6及び7のZ
軸方向の速度ベクトルが互いに逆向きになるように振動
する。On the other hand, the detecting vibrating reeds 6 and 7 are mechanically coupled to the exciting vibrating reeds 4 and 5, respectively, to such an extent that the vibration in the Z-axis direction is transmitted.
The detecting vibrating bars 6 and 7 vibrate along the Z-axis along with the axial vibration. As shown by arrows V3 and V4 in FIG. 1, the detecting vibrating bars 6 and 7 have opposite phases, that is, the Z of each vibrating bar 6 and 7 at an arbitrary time during vibration.
It vibrates so that the velocity vectors in the axial direction are opposite to each other.
【0061】検出用振動片6及び7が、コリオリの力に
起因してZ軸方向に屈曲して振動すると、圧電効果によ
り、図5に示す検出用振動片6,7の圧電性結晶部6
p,7pの全ての角部に電荷が発生する。これらの電荷
は角部を覆う電極6a〜6d及び7a〜7dによって効
率的に検知されるので、各電極間の電位差は高精度に検
出される。When the detecting vibrating bars 6 and 7 bend in the Z-axis direction and vibrate due to the Coriolis force, the piezoelectric effect causes the piezoelectric crystal portions 6 and 7 of the detecting vibrating bars 6 and 7 shown in FIG.
Electric charges are generated at all corners of p and 7p. Since these charges are efficiently detected by the electrodes 6a to 6d and 7a to 7d covering the corners, the potential difference between the electrodes is detected with high accuracy.
【0062】検出用振動片6の右上電極6aで覆われた
角部に発生した電荷は、電流電圧変換回路13によって
電圧信号に変換され、左上電極6cで覆われた角部に発
生した電荷は、電流電圧変換回路14によって電圧信号
に変換される。これらの電圧信号は、差動増幅回路15
に入力されるので、差動増幅回路15からは電極6a及
び6c間の電位差に対応した信号を含む電圧信号が出力
される。The electric charge generated at the corner covered by the upper right electrode 6a of the detecting resonator element 6 is converted into a voltage signal by the current-voltage conversion circuit 13, and the electric charge generated at the corner covered by the upper left electrode 6c is Is converted into a voltage signal by the current / voltage conversion circuit 14. These voltage signals are supplied to the differential amplifier 15
, A voltage signal including a signal corresponding to the potential difference between the electrodes 6 a and 6 c is output from the differential amplifier circuit 15.
【0063】この電位差は、コリオリの力による検出用
振動片6の屈曲に基づいて発生したものであるので、こ
の電位差に対応する信号を検知すれば、コリオリの力、
すなわち、振動子102に働いた回転角速度を検出する
ことができる。Since this potential difference is generated based on the bending of the detecting vibrating piece 6 due to the Coriolis force, if a signal corresponding to this potential difference is detected, the Coriolis force,
That is, the rotational angular velocity applied to the vibrator 102 can be detected.
【0064】また、検出用振動片7の右上電極7aで覆
われた角部に発生した電荷は、電流電圧変換回路14に
よって電圧信号に変換され、左上電極7cで覆われた角
部に発生した電荷は、電流電圧変換回路13によって電
圧信号に変換される。検出用振動片7から出力されたこ
れらの電圧信号も、差動増幅回路13に入力されるの
で、差動増幅回路15から出力される電圧信号には、電
極7a及び7c間の電圧に対応した信号成分も含まれ
る。The electric charge generated at the corner covered by the upper right electrode 7a of the detecting resonator element 7 is converted into a voltage signal by the current / voltage converter 14 and generated at the corner covered by the upper left electrode 7c. The electric charge is converted into a voltage signal by the current-voltage conversion circuit 13. Since these voltage signals output from the detecting resonator element 7 are also input to the differential amplifier circuit 13, the voltage signals output from the differential amplifier circuit 15 correspond to the voltages between the electrodes 7a and 7c. Signal components are also included.
【0065】検出用振動片6の残りの角部を覆う電極6
d及び6bからの信号は、それぞれ電極6a及び6cか
らの信号に重畳され、検出用振動片7の残りの角部を覆
う電極7d及び7bからの信号は、電極7a及び7cか
らの信号にそれぞれ重畳される。したがって、これらの
重畳により、雑音成分に対するコリオリの力に基づく電
圧成分の強度は高くなるので、これらの重畳により、本
装置による角速度の検出精度はさらに高くなる。The electrode 6 covering the remaining corners of the detecting resonator element 6
The signals from d and 6b are superimposed on the signals from the electrodes 6a and 6c, respectively, and the signals from the electrodes 7d and 7b covering the remaining corners of the detecting vibrating bar 7 are the signals from the electrodes 7a and 7c, respectively. Superimposed. Therefore, the intensity of the voltage component based on the Coriolis force with respect to the noise component is increased by the superposition, and the accuracy of detecting the angular velocity by the present apparatus is further increased by the superposition.
【0066】したがって、差動増幅回路15は、圧電性
結晶部4p及び5pに設けられた電極4a〜4f,5a
〜5f間に第1交流電圧Vfを印加することにより、圧
電性結晶部6p及び7pに設けられた別の電極6a〜6
d,7a〜7d間に発生する電位差に対応する第2交流
電圧Voを出力する。Therefore, the differential amplifier circuit 15 includes the electrodes 4a to 4f, 5a provided on the piezoelectric crystal portions 4p and 5p.
By applying the first AC voltage Vf to the other electrodes 6a to 6p provided in the piezoelectric crystal portions 6p and 7p.
d, and outputs a second AC voltage V o corresponding to the potential difference generated between 7a to 7d.
【0067】図6(e)は、差動増幅回路15から出力
される第2交流電圧である交流電圧Voのうち、コリオ
リの力に基づく交流電圧の成分を示す。すなわち、コリ
オリの力に基づく交流電圧Vsは、以下の式で与えられ
る。[0067] FIG. 6 (e) of the second alternating voltage at which the AC voltage V o output from the differential amplifier circuit 15, indicating the component of the AC voltage based on the Coriolis force. That is, the AC voltage V s based on the Coriolis force is given by the following equation.
【0068】[0068]
【数2】 但し、Asは定数、Ωは角速度、Φsは位相である。(Equation 2) However, A s is a constant, Omega is the angular velocity, is [Phi s is the phase.
【0069】振動片4〜7の断面形状は、上述のエッチ
ングの不完全性に基づいて完全な長方形にならない場合
が多く、その断面形状は重心を含むYZ面に対して対称
ではない。ここで、励振用振動片4及び5はX軸方向に
沿って振動させているが、振動片4及び5の振動は、そ
の形状の異方性又は非対称性に基いてZ軸方向に沿った
漏れ振動成分を有する。検出用振動片6及び7はZ軸方
向の振動が伝わる程度に励振用振動片4及び5に機械的
に結合しているので、この漏れ振動は、励振用振動片4
及び5から検出用振動片6及び7に伝達される。図6
(d)は、差動増幅回路15から出力される交流電圧V
oのうち、漏れ振動に基づく交流電圧Vnの成分を示す。
すなわち、漏れ振動に基づく交流電圧Vnは、以下の式
で与えられる。In most cases, the cross-sectional shapes of the vibrating bars 4 to 7 are not completely rectangular due to the above-described imperfect etching, and the cross-sectional shapes are not symmetric with respect to the YZ plane including the center of gravity. Here, the excitation vibrating reeds 4 and 5 are vibrated along the X-axis direction, but the vibrations of the vibrating reeds 4 and 5 are along the Z-axis direction based on the anisotropy or asymmetry of the shape. It has a leak vibration component. Since the detection vibrating reeds 6 and 7 are mechanically coupled to the excitation vibrating reeds 4 and 5 to such an extent that the vibration in the Z-axis direction is transmitted, the leakage vibrations
And 5 to the detecting vibrating bars 6 and 7. FIG.
(D) shows the AC voltage V output from the differential amplifier circuit 15;
Of o, indicating the component of the AC voltage V n based on the leakage vibration.
That is, the AC voltage V n based on the leakage vibration is given by the following equation.
【0070】[0070]
【数3】 但し、Anは振幅、Φnは位相である。(Equation 3) Here, An is an amplitude, and Φ n is a phase.
【0071】この漏れ振動に基づく交流電圧Vnは、図
6(c)に示す励振用振動片4及び5から出力された交
流電圧Vfと位相がΦnずれている。なお、Z軸方向に沿
った漏れ振動に基づく交流電圧Vnの振幅Anは、Z軸方
向に沿ったコリオリの力に基づく交流電圧Vsの振幅As
×Ωよりも大きい。[0071] AC voltage V n based on the leak vibration, an AC voltage V f and the phase output from the vibration-use vibrating bars 4 and 5 shown in FIG. 6 (c) are offset [Phi n. The amplitude of the AC voltage V n based on the leaked vibration along the Z-axis direction A n is an AC voltage V s based on the Coriolis force along the Z-axis direction amplitude A s
It is larger than × Ω.
【0072】差動増幅回路15からは、図6(e)のコ
リオリの力に基づく交流電圧Vsに、図6(d)に示す
漏れ振動成分に基づく交流電圧Vnが重畳された第2交
流電圧Voが出力される。図6(f)は、差動増幅回路
15から出力される第2交流電圧Voを示し、以下の式
で与えられる。[0072] differential from the amplifier circuit 15, FIG. 6 to the AC voltage V s based on the Coriolis force (e), a second AC voltage V n based on the leak vibration component is superimposed shown in FIG. 6 (d) AC voltage V o is output. FIG. 6F shows the second AC voltage Vo output from the differential amplifier circuit 15 and is given by the following equation.
【0073】[0073]
【数4】 但し、Aoは振幅、Φoは位相である。(Equation 4) Where A o is the amplitude and Φ o is the phase.
【0074】ここで、周囲の温度が一定の場合、差動増
幅回路11から出力される励振用交流電圧Vfの振幅Af
が変化すると、漏れ振動による交流電圧Vnの振幅A
nは、励振用交流電圧Vfの振幅Afに比例して変化す
る。しかしながら、励振用交流電圧Vfの振幅Afが変化
しても、漏れ振動による交流電圧Vnの位相Φnは殆ど変
化しない。Here, when the ambient temperature is constant, the amplitude A f of the excitation AC voltage V f output from the differential amplifier circuit 11
When you make the transition, the AC voltage V n by leakage vibration amplitude A
n varies in proportion to the amplitude A f of the excitation AC voltage V f. However, even if the amplitude A f of the excitation AC voltage V f changes, the phase Φ n of the AC voltage V n due to the leakage vibration hardly changes.
【0075】コリオリの力が振動片4及び5に加わって
いない状態、すなわち、角速度Ω=0の状態では、式4
から明らかなように、検出用交流電圧Voは漏れ振動に
よる交流電圧Vnに一致する。上述のように、励振用交
流電圧Vfの振幅Afが変化しても、漏れ振動による交流
電圧Vnの位相Φnは変化しないので、角速度Ω=0の状
態では、励振用交流電圧Vfの振幅Afが変化しても、検
出用交流電圧Voの位相Φoは変化しない。換言すれば、
差動増幅回路15から出力される検出用交流電圧Voの
振幅Aoは変化するが、その位相Φoは変化しない。In a state where Coriolis force is not applied to the vibrating bars 4 and 5, that is, in a state where the angular velocity Ω = 0, Equation 4
As it is apparent from, detection AC voltage V o is equal to the AC voltage V n by leakage vibration. As described above, even if the amplitude A f of the excitation AC voltage V f changes, the phase Φ n of the AC voltage V n due to the leakage vibration does not change. Therefore, when the angular velocity Ω = 0, the excitation AC voltage V f is changed. Even if the amplitude A f of f changes, the phase Φ o of the detection AC voltage V o does not change. In other words,
The amplitude A o of the detected AC voltage V o output from the differential amplifier circuit 15 vary, the phase [Phi o does not change.
【0076】一方、励振用振動片4及び5にコリオリの
力が働いたときには、差動増幅回路15から出力される
検出用交流電圧Voの振幅Ao及び位相Φoが変化する。
したがって、この検出用交流電圧Voの位相Φoを検知す
れば、コリオリの力に基づく被検出体の角速度を検出す
ることができる。[0076] On the other hand, when the Coriolis force is exerted on the vibration-use vibrating bars 4 and 5, the amplitude A o and phase [Phi o of detection AC voltage V o output from the differential amplifier circuit 15 is changed.
Therefore, if the phase Φ o of the detection AC voltage V o is detected, the angular velocity of the object to be detected based on the Coriolis force can be detected.
【0077】なお、差動増幅回路15から出力される交
流電圧Voの位相Φoの変化の線形性は、コリオリの力に
基づく交流電圧信号Vsに重畳される信号の振幅が大き
く位相差が大きいほど高い。したがって、本装置では、
このような信号、すなわち、コリオリの力に基づく交流
電圧信号Vsに比較して振幅が大きく、位相が90°ず
れた励振用交流電圧信号Vfを、ミキサ回路16によっ
て検出用交流信号Voに重畳する。なお、漏れ信号は製
造誤差又は温度により変化するが、この変化に対して振
幅の大きな励振用の交流電圧信号Vfの変化は小さい。
したがって、ミキサ回路16により重畳された信号は安
定度が高く、検出出力が安定する。Note that the linearity of the change in the phase Φ o of the AC voltage V o output from the differential amplifier circuit 15 is such that the amplitude of the signal superimposed on the AC voltage signal V s based on the Coriolis force is large and the phase difference is large. The higher is the higher. Therefore, in this device,
Such signals, i.e., large amplitude as compared to the AC voltage signal V s based on a Coriolis force, the phase 90 ° shifted excitation AC voltage signal V f, detection by the mixer circuit 16 AC signal V o Superimposed on Although the leakage signal changes due to a manufacturing error or temperature, a change in the excitation AC voltage signal Vf having a large amplitude is small with respect to the change.
Therefore, the signal superimposed by the mixer circuit 16 has high stability and the detection output is stable.
【0078】ミキサ回路16は、図6(c)に示す励振
側の差動増幅回路11から出力された励振用交流電圧信
号Vfの一部と、検出側の差動増幅回路15から出力さ
れた検出用交流電圧信号Voとを合成する。ミキサ回路
16からの出力電圧Vtを図6(g)に示す。このミキ
サ回路16から出力された交流電圧信号Vtの位相は、
コリオリの力に基づく交流電圧Vsの振幅As×Ωに略比
例して変化する。この交流電圧信号Vtは以下の式で与
えられる。The mixer circuit 16 outputs a part of the excitation AC voltage signal Vf output from the excitation side differential amplifier circuit 11 shown in FIG. 6C and the output from the detection side differential amplifier circuit 15. and the detection AC voltage signal V o was synthesized. The output voltage V t from the mixer circuit 16 shown in FIG. 6 (g). Phase of the AC voltage signal V t output from the mixer circuit 16,
It changes substantially in proportion to the amplitude A s × Ω of the AC voltage V s based on the Coriolis force. The AC voltage signal V t is given by the following equation.
【0079】[0079]
【数5】 但し、Atは振幅、Φtは位相である。(Equation 5) However, A t is the amplitude, Φ t is phase.
【0080】ミキサ回路16から出力された交流電圧信
号は、比較器17に入力される。比較器17は、所定の
電圧レベルよりも高い電圧信号が入力されたときにはハ
イレベルの電圧信号を出力し、所定の電圧レベルよりも
低い電圧信号が入力されたときにはローレベルの電圧信
号を出力する。ミキサ回路16からは、第2交流電圧V
oに基づく信号、すなわち、所定の電圧レベルを振幅中
心とする交流電圧Vtが出力されるので、比較器17か
らは、この交流電圧Vtに同期した方形波電圧が出力さ
れる。図6(h)は、比較器17から出力された方形波
電圧を示す。The AC voltage signal output from mixer circuit 16 is input to comparator 17. Comparator 17 outputs a high-level voltage signal when a voltage signal higher than a predetermined voltage level is input, and outputs a low-level voltage signal when a voltage signal lower than the predetermined voltage level is input. . From the mixer circuit 16, the second AC voltage V
signal based on o, i.e., the AC voltage V t of the amplitude around a predetermined voltage level is outputted from the comparator 17, a square wave voltage synchronized with the AC voltage V t is output. FIG. 6H shows the square wave voltage output from the comparator 17.
【0081】一方、励振側の比較器12から出力された
方形波電圧は、移相回路18に入力され、図6(i)に
示すように、その位相が図6(c)の交流電圧Vfに対
して90°ずらされる。励振側の比較器12から出力さ
れた第1方形波電圧と検出側の比較器17から出力され
た第2方形波電圧は、同期検波回路19に入力され、こ
れらの方形波電圧は図6(j)に示すように掛合わされ
る。On the other hand, the square wave voltage output from the comparator 12 on the excitation side is input to the phase shift circuit 18 and the phase thereof is changed to the AC voltage V shown in FIG. It is shifted 90 ° with respect to f . The first square wave voltage output from the comparator 12 on the excitation side and the second square wave voltage output from the comparator 17 on the detection side are input to the synchronous detection circuit 19, and these square wave voltages are shown in FIG. Multiplied as shown in j).
【0082】これらの第1及び第2方形波電圧は振幅情
報を含まずその繰り返し周期によって規定される位相情
報のみを含む。したがって、第2方形波電圧は第1方形
波電圧と同期検波されることにより、第2交流電圧に基
づく信号の位相情報のみを含む信号を出力する。すなわ
ち、方形波電圧は振幅情報が除去されており、位相情報
のみを含んでいる。処理回路103を構成する増幅器の
増幅率、コンデンサの容量、抵抗の抵抗値等が変化する
と、第2交流電圧に基づく交流電圧信号(g)の振幅が
変化する。しかしながら、第1及び第2方形波電圧は振
幅情報を含んでいないので、処理回路103の信号雑音
比を向上させることができ、最終的に検出される被検出
体の角速度の検出精度を向上させることができる。These first and second square wave voltages do not include amplitude information but only phase information defined by the repetition period. Therefore, the second square-wave voltage is synchronously detected with the first square-wave voltage to output a signal including only phase information of a signal based on the second AC voltage. That is, the square wave voltage has the amplitude information removed and includes only the phase information. When the amplification factor of the amplifier constituting the processing circuit 103, the capacitance of the capacitor, the resistance value of the resistor, and the like change, the amplitude of the AC voltage signal (g) based on the second AC voltage changes. However, since the first and second square wave voltages do not include the amplitude information, the signal-to-noise ratio of the processing circuit 103 can be improved, and the detection accuracy of the finally detected angular velocity of the detected object can be improved. be able to.
【0083】上記処理回路103を構成する素子の特性
は温度等により変化する。したがって、本処理回路10
3では、第2交流電圧に基づく信号を第2方形波電圧に
変換し、これと第1方形波電圧とを比較しているので、
処理回路103の検出出力が温度変化に対して変化しな
い。また、本装置は、この構成を用いているので、特定
の温度補償回路を用いる必要がなく、装置を安価に製造
することができる。The characteristics of the elements constituting the processing circuit 103 change depending on the temperature and the like. Therefore, the processing circuit 10
In 3, the signal based on the second AC voltage is converted into a second square wave voltage, and this is compared with the first square wave voltage.
The detection output of the processing circuit 103 does not change with the temperature change. In addition, since this device uses this configuration, it is not necessary to use a specific temperature compensation circuit, and the device can be manufactured at low cost.
【0084】同期検波回路19から出力された交流電圧
信号の直流成分は、ミキサ回路16から出力された交流
電圧信号の位相、すなわち、コリオリの力に基づく交流
電圧信号Vsの振幅As×Ωに略比例して変化する。した
がって、同期検波回路19から出力された交流電圧信号
を積分回路21に入力すれば、コリオリの力に依存して
変化する直流電圧信号を得ることができる。なお、同期
検波回路19から出力される方形波の振幅を1としてゼ
ロクロスしているとすると、出力Vyは以下の式で与え
られる。The DC component of the AC voltage signal output from the synchronous detection circuit 19 is the phase of the AC voltage signal output from the mixer circuit 16, that is, the amplitude A s × Ω of the AC voltage signal V s based on the Coriolis force. Changes substantially in proportion to. Therefore, if the AC voltage signal output from the synchronous detection circuit 19 is input to the integration circuit 21, a DC voltage signal that changes depending on the Coriolis force can be obtained. If the amplitude of the square wave output from the synchronous detection circuit 19 is assumed to be 1 and zero-crossing is performed, the output Vy is given by the following equation.
【0085】[0085]
【数6】 (Equation 6)
【0086】なお、被検出体の角速度が0のときに、増
幅回路22から出力される直流電圧信号が2.5Vとな
るように、オフセット調整回路21は調整される。した
がって、被検出体の角速度に依存した直流電圧信号が出
力端子T7から出力される。The offset adjustment circuit 21 is adjusted so that the DC voltage signal output from the amplification circuit 22 becomes 2.5 V when the angular velocity of the object to be detected is 0. Therefore, a DC voltage signal depending on the angular velocity of the detected object is output from the output terminal T7.
【0087】以下、本実施例に係る装置の更なる利点に
ついて説明する。Hereinafter, further advantages of the apparatus according to this embodiment will be described.
【0088】図7は、励振用振動片4又は5のX軸及び
Z軸方向の振動のQ値の周波数特性を示すグラフであ
る。FIG. 7 is a graph showing the frequency characteristic of the Q value of the vibration of the excitation vibrating reed 4 or 5 in the X-axis and Z-axis directions.
【0089】励振用振動片4又は5のX軸方向の振動の
周波数が、振動片4のX軸方向の固有振動数fxに一致
したときにX軸方向の振動(水平振動)AのQ値が最も
高くなり、したがって、振動片4のX軸方向の振動は、
最も大きな振幅で振動する。一方、励振用振動片4のZ
軸方向の振動の周波数が、振動片4のZ軸方向の固有振
動数fzに一致したときにはZ軸方向の振動(垂直振
動)BのQ値が最も高くなり、したがって、振動片4の
Z軸方向の振動は、最も大きな振幅で振動する。When the frequency of the vibration in the X-axis direction of the vibrating piece 4 or 5 coincides with the natural frequency f x of the vibrating piece 4 in the X-axis direction, the Q of the vibration (horizontal vibration) A in the X-axis direction is obtained. And the vibration of the resonator element 4 in the X-axis direction is
Vibrates with the largest amplitude. On the other hand, Z of the excitation vibrating piece 4
When the frequency of the vibration in the axial direction matches the natural frequency f z of the vibrating reed 4 in the Z-axis direction, the Q value of the vibration (vertical vibration) B in the Z-axis direction becomes highest, and therefore the Z The axial vibration oscillates with the largest amplitude.
【0090】ここでは、振動片4を周波数fxでX軸方
向に振動させたときのQ値(Qm)に対するこの周波数
fxで振動片4がZ軸方向に振動するときのQ値(Q1)
の比率を伝達効率ηとする。振動片4のX軸方向の固有
振動数fxとZ軸方向の固有振動数fzが一致する場合、
すなわち、周波数差fz−fx=0の場合には、伝達効率
ηは最大となり、振動片4のX軸及びZ軸方向に沿った
振動の振幅を双方とも最大にすることができる。また、
それぞれの方向の固有振動数fx及びfzが互いに離れる
ほど伝達効率ηは低下し、X軸方向の振動の振幅を最大
とする周波数fxで振動片4を振動させたときにおい
て、Z軸方向の振動の振幅は低下する。振動片4のX軸
方向の振動のQ値の周波数特性は、温度依存性を有し、
Z軸方向のそれと異なるので、伝達効率ηは温度によっ
て変化する。[0090] Q value when Here, the vibrating reed 4 in the frequency f x for Q value (Q m) when vibrating the vibrating reed 4 in the X-axis direction at the frequency f x vibrates in the Z-axis direction ( Q 1 )
Is the transmission efficiency η. When the natural frequency f x in the X-axis direction of the vibrating reed 4 matches the natural frequency f z in the Z-axis direction,
That is, when the frequency difference f z −f x = 0, the transmission efficiency η becomes maximum, and the amplitude of the vibration of the vibrating piece 4 along the X-axis and Z-axis directions can both be maximized. Also,
In case that the transfer efficiency η higher natural frequency f x and f z of the respective directions away from each other decreases, to vibrate the vibrating reed 4 with a frequency f x to maximize the amplitude of vibration in the X-axis direction, Z axis The amplitude of the directional vibration decreases. The frequency characteristic of the Q value of the vibration of the resonator element 4 in the X-axis direction has temperature dependency,
Since it is different from that in the Z-axis direction, the transmission efficiency η changes with temperature.
【0091】励振用振動片4をX軸方向に沿って振動さ
せているとき、振動片4の形状の異方性又は非対称性等
に基づいて漏れ振動が誘起する。Z軸方向の振動の振幅
は、伝達効率ηに依存するので、温度変化によって伝達
効率ηが大きくなると、漏れ振動の振幅は大きくなる。
すなわち、温度変化による漏れ振動の影響を低減させる
ためには、X軸方向とZ軸方向の固有振動数を異ならせ
た方が良いが、この場合にはコリオリの力によるZ軸方
向の振動成分の振幅も小さくなる。一方、コリオリの力
による振動の振幅を増加させるためには、X軸方向とZ
軸方向の固有振動数を近づけた方が好ましいが、この場
合には漏れ振動による振動成分の振幅が大きくなる。When the excitation vibrating reed 4 is vibrated along the X-axis direction, leakage vibration is induced based on the anisotropy or asymmetry of the shape of the vibrating reed 4. Since the amplitude of the vibration in the Z-axis direction depends on the transmission efficiency η, if the transmission efficiency η increases due to a temperature change, the amplitude of the leakage vibration increases.
In other words, in order to reduce the influence of the leakage vibration due to the temperature change, it is better to make the natural frequencies in the X-axis direction and the Z-axis direction different. In this case, the vibration component in the Z-axis direction due to the Coriolis force Also becomes smaller. On the other hand, in order to increase the amplitude of the vibration due to the Coriolis force, the X-axis direction and Z
It is preferable to make the natural frequency in the axial direction closer, but in this case, the amplitude of the vibration component due to the leakage vibration increases.
【0092】図8は、漏れ振動によるXZ平面内の振動
片4の重心の動きを説明する図である。漏れ振動による
交流電圧Vnは、励振用振動片4がX軸と所定の角度で
交差する方向に沿って実線矢印L1に示すような往復直
線運動することによって発生した交流電圧Vnxと、励振
用振動片4及び5が実線矢印E1に示すようなX軸に一
致した長軸を有する楕円運動をすることによって発生し
た交流電圧Vnzの合成電圧と考えられる。FIG. 8 is a diagram for explaining the movement of the center of gravity of the resonator element 4 in the XZ plane due to the leakage vibration. AC voltage V n due to leakage vibration, an AC voltage V nx generated by exciting a vibration member 4 is linearly reciprocated as shown by the solid line arrow L1 along a direction intersecting the X-axis at a predetermined angle, excitation This is considered to be a composite voltage of the AC voltage Vnz generated by the vibrating bars 4 and 5 performing an elliptical motion having a major axis coinciding with the X axis as shown by the solid arrow E1.
【0093】すなわち、交流電圧Vnx及びVnzは以下の
式で表される。That is, the AC voltages V nx and V nz are represented by the following equations.
【0094】[0094]
【数7】 但し、knxは定数、kofは伝達効率ηが0のときの振幅
Anxの値である。(Equation 7) Here, k nx is a constant, and k of is the value of the amplitude A nx when the transmission efficiency η is 0.
【0095】[0095]
【数8】 (Equation 8)
【0096】但し、knzは定数、kofzは伝達効率ηが
0の時、形状の非対称性によって発生する上記往復直線
運動によって誘起される電圧の振幅Anzの値である。Here, k nz is a constant, and k ofz is the value of the amplitude A nz of the voltage induced by the reciprocating linear motion caused by the asymmetry of the shape when the transmission efficiency η is 0.
【0097】なお、上記(式2)の定数Asは、以下の
式で与えられる。[0097] Incidentally, the constant A s described above (Equation 2) is given by the following equation.
【0098】[0098]
【数9】 (Equation 9)
【0099】伝達効率ηが増加すると漏れ振動のZ軸方
向に沿った成分は大きくなるので、上記往復直線運動及
び楕円運動は、それぞれ、図8の実線矢印L1及びE1
に示される運動から点線矢印L1及びE1に示される運
動に変化し、漏れ振動は図9の実線矢印C1から点線矢
印C1に示される運動に変化する。As the transmission efficiency η increases, the component of the leakage vibration along the Z-axis direction increases. Therefore, the reciprocating linear motion and the elliptical motion correspond to the solid arrows L1 and E1 in FIG.
9 changes to the motion indicated by the dotted arrows L1 and E1, and the leakage vibration changes from the solid arrow C1 in FIG. 9 to the motion indicated by the dotted arrow C1.
【0100】したがって、伝達効率ηの変化に伴って、
漏れ振動によって発生する交流電圧Vnを構成する交流
電圧の振幅Anx及びAnzが変化し、漏れ振動による交流
電圧Vnの振幅Anが変化する。Therefore, as the transmission efficiency η changes,
Generated by leakage vibration AC voltage V n amplitude A nx and A nz of the AC voltage configuration is changed, the amplitude A n of the AC voltage V n by leakage vibration changes.
【0101】上述の装置によれば、コリオリの力が励振
用振動片4及び5に加わっていない状態で、漏れ振動に
よる交流電圧Vnの振幅Anが変化しても、検出用交流電
圧Voの位相は変化しない。したがって、このような状
態において、温度等の環境の変化により伝達効率ηが変
化して振幅Vnが変化しても、また、励振用交流電圧Vf
の振幅Afが変化しても、本装置はコリオリの力、すな
わち、被検出体の角速度を正確に検出することができ
る。このように、本装置は伝達効率ηの変化に対して検
出出力があまり変らないので、X軸方向の固有振動数f
x及びfzを従来に比してさらに近づけて伝達効率ηを増
加させ、コリオリの力による振動の振幅を大きくするこ
とができ、したがって、検出出力の信号雑音比を向上さ
せることができる。なお、本実施例の装置によれば、振
動片4及び5の形状の異方性又は非対称性を改善すれ
ば、ミキサ回路16で混合される励振用交流電圧の割合
が高くなるので検出出力の精度をさらに向上させること
ができる。[0102] According to the above-described apparatus, in a state where the Coriolis force is not applied to the vibration-use vibrating bars 4 and 5, even if the amplitude A n of the AC voltage V n due to leakage vibration is changed, detection AC voltage V The phase of o does not change. Therefore, in this state, even after changing the amplitude V n transmission efficiency by a change in environment such as temperature η is changed, also the excitation AC voltage V f
This apparatus can accurately detect the Coriolis force, that is, the angular velocity of the object to be detected, even if the amplitude Af of the object changes. As described above, since the detection output of the present apparatus does not change much with the change of the transmission efficiency η, the natural frequency f in the X-axis direction
It is possible to increase the transmission efficiency η by making x and f z closer to each other as compared with the related art, to increase the amplitude of the vibration due to the Coriolis force, and therefore to improve the signal-to-noise ratio of the detection output. According to the apparatus of the present embodiment, if the shape anisotropy or asymmetry of the vibrating bars 4 and 5 is improved, the ratio of the excitation AC voltage mixed in the mixer circuit 16 increases, so that the detection output Accuracy can be further improved.
【0102】図10は、コリオリの力が振動子102に
働いていない状態(Ω=0deg/sec)で、励振用振動片
4及び5の振動の振幅が変化したときの増幅回路22か
ら出力される直流電圧値を示すグラフである。なお、k
nz・η=5mVとし、Kofz=0、knx・η=3.5m
V、kof=11mVとする。センサの感度は15.3μ
Vである。図11は、この状態で、上記従来の装置から
出力される直流電圧値を比較として示すグラフである。
これらのグラフから明らかなように、上記従来の装置の
出力は、励振用振動片4及び5の振動の振幅の変化に伴
って変化するが、本装置の出力は変化しない。また、コ
リオリの力が励振用振動片4及び5に加わっている状態
においても、漏れ振動による交流電圧Vnの振幅変化に
よる検出用交流電圧Voの位相変化は小さいので、本装
置によれば、被検出体の角速度の検出精度を従来に比し
て向上させることができる。FIG. 10 shows a state where the Coriolis force is not acting on the vibrator 102 (Ω = 0 deg / sec), and the output from the amplifier circuit 22 when the amplitude of the vibration of the vibrating vibrating reeds 4 and 5 changes. 6 is a graph showing a DC voltage value. Note that k
nz · η = 5 mV, K ofz = 0, k nx · η = 3.5 m
V, k of = 11 mV. Sensor sensitivity is 15.3μ
V. FIG. 11 is a graph showing a DC voltage value output from the conventional device in this state as a comparison.
As is clear from these graphs, the output of the above-described conventional device changes with the change in the amplitude of the vibration of the excitation vibrating reeds 4 and 5, but the output of the present device does not change. Further, even when the Coriolis force is applied to the vibration-use vibrating bars 4 and 5, since the phase change in the detected AC voltage V o by the amplitude change of the AC voltage V n by leakage vibration is small, according to the apparatus In addition, the detection accuracy of the angular velocity of the detection target can be improved as compared with the related art.
【0103】なお、上記角速度検出装置を自動車等の被
検出体に搭載した場合には、必ずしも被検出体の回転中
心軸が支持棒2の中心線CLと一致するとは限らない
が、被検出体の運動に支持棒2の中心線CLを中心とす
る回転成分が含まれれば、被検出体の角速度は検出する
ことができる。When the angular velocity detecting device is mounted on a detection object such as an automobile, the rotation center axis of the detection object does not always coincide with the center line CL of the support rod 2. If the movement of the object includes a rotation component about the center line CL of the support rod 2, the angular velocity of the object to be detected can be detected.
【0104】図12は、角速度と検出出力の関係を示す
グラフである。自動車用の角速度検出装置では、一般に
5Vの単一電源を使用している。角速度検出装置は、自
動車の例えばヨーイングを検出して、この検出出力を車
体の姿勢制御に用いる。走行中の自動車の進行方向が変
化すると、角速度検出装置で検出される角速度が変化す
る。検出される角速度が零のとき、角速度検出装置は所
定レベルの電圧値を出力する。ヨーイングの方向に応じ
て出力される電圧値はこの所定のレベルを基準として変
化する。したがって、自動車の走行中において予想され
る正方向の最大の角速度(Ωmax=100deg/sec)のと
きに、5Vに近い4Vを出力し、負方向の最大の角速度
−Ωmaxのときに、0Vに近い0.5Vを出力させれ
ば、5Vの単一電源で全ての大きさの角速度を検出する
ことができる。本実施の態様に係る角速度検出装置の出
力は、オフセット調整回路21によって、2.5Vが前
記所定のレベルとなるようにオフセット調整されている
ので、5Vの単一電源で角速度検出装置を駆動すること
ができる。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the angular velocity and the detection output. In general, an angular velocity detecting device for an automobile uses a single power supply of 5V. The angular velocity detecting device detects, for example, yawing of an automobile, and uses the detected output for controlling the attitude of the vehicle body. When the traveling direction of the running vehicle changes, the angular velocity detected by the angular velocity detecting device changes. When the detected angular velocity is zero, the angular velocity detector outputs a voltage value of a predetermined level. The voltage value output according to the yawing direction changes with reference to this predetermined level. Therefore, when the maximum angular velocity in the positive direction (Ω max = 100 deg / sec) expected while the vehicle is running, 4 V close to 5 V is output, and when the maximum angular velocity in the negative direction is −Ω max , 0 V is output. , It is possible to detect angular velocities of all magnitudes with a single power supply of 5V. Since the output of the angular velocity detecting device according to the present embodiment is offset-adjusted by the offset adjusting circuit 21 so that 2.5 V becomes the predetermined level, the angular velocity detecting device is driven by a single power supply of 5 V. be able to.
【0105】さらに、本装置の振動子102は、4つの
振動片4〜7を用いたが、これは、2つの振動片のみを
用い、それぞれの振動片に励振用の電極及び検出用の電
極を配置してもよく、また、本装置の圧電性結晶の材料
は、水晶を用いたが、これはLiTaO3等の圧電性結
晶を代りに用いてもよい。さらに、圧電性結晶の材料と
して、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等を用い、この
圧電性結晶を電極で挟んで金属等に貼り着けて振動片と
してもよい。Further, the vibrator 102 of the present apparatus uses four vibrating reeds 4 to 7, which use only two vibrating reeds, each of which has an excitation electrode and a detection electrode. May be arranged, and quartz is used as the material of the piezoelectric crystal of the present device, but this may be replaced by a piezoelectric crystal such as LiTaO 3 . Furthermore, PZT (lead zirconate titanate) or the like may be used as a material of the piezoelectric crystal, and the piezoelectric crystal may be attached to a metal or the like with electrodes interposed therebetween to form a resonator element.
【0106】もちろん、上記2つの振動片のみを使用し
た振動子は、互いに平行に延びた2つの金属柱201,
202の側面にPZT圧電性結晶及び電極からなる圧電
体を貼り着けて構成してもよく、図13はこのような振
動子を振動片の長手方向に垂直な平面で切ったときの振
動片の断面及び各電極に接続された配線を示す。同図で
は振動片の励振に必要な圧電体203〜206が取付け
られた部分の断面のみを示すが、振動片の励振と検出と
は、圧電効果と逆圧電効果の違いのみであるので、金属
柱201,202の左右面に取付けられた電極203〜
206を上下面に取付け、これらの電極を図5に示した
コリオリの力検出用の端子T5及びT6に接続すれば、
上記実施の態様と同様の機能を奏する角速度検出装置を
提供することができる。Needless to say, the vibrator using only the two vibrating pieces has two metal columns 201,
A piezoelectric body made of a PZT piezoelectric crystal and an electrode may be attached to the side surface of the piezoelectric element 202. FIG. 13 shows the vibrating element when such a vibrator is cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the element. 2 shows a cross section and wiring connected to each electrode. FIG. 3 shows only a cross section of a portion where the piezoelectric bodies 203 to 206 necessary for exciting the vibrating reed are attached. However, excitation and detection of the vibrating reed are only the difference between the piezoelectric effect and the inverse piezoelectric effect. Electrodes 203-mounted on the left and right surfaces of columns 201 and 202
206 are attached to the upper and lower surfaces, and these electrodes are connected to the Coriolis force detection terminals T5 and T6 shown in FIG.
An angular velocity detection device having the same function as the above embodiment can be provided.
【0107】また、上記実施の態様に係る角速度検出装
置では、圧電性結晶部4p及び5pに設けられた電極4
a〜4f,5a〜5f間に印加される第1交流電圧は、
方形波電圧であるが、振動片4及び5の振動を開始させ
るとともにその振動を持続させるものあれば正弦波電圧
等であってもよい。In the angular velocity detecting device according to the above embodiment, the electrodes 4 provided on the piezoelectric crystal parts 4p and 5p
The first AC voltage applied between a to 4f and 5a to 5f is
The square wave voltage may be a sine wave voltage or the like as long as the vibration of the vibrating bars 4 and 5 is started and the vibration is maintained.
【0108】圧電性結晶部4p及び5pの振動に伴っ
て、圧電性結晶部4p及び5pに設けられた電極4a〜
4f,5a〜5f間には、圧電効果に基づく電位差が発
生する。上記実施の態様に係る角速度検出装置では、こ
の電位差に基づいて流れる電流を電圧に変換し、変換さ
れた電圧を差動増幅回路15で増幅し、第2交流電圧と
して出力したが、この電位差は、波形整形、増幅又は位
相変換等が行われてもよく、また、第2交流電圧は、こ
の電位差そのものであってもよい。With the vibration of the piezoelectric crystal parts 4p and 5p, the electrodes 4a to 4e provided on the piezoelectric crystal parts 4p and 5p
A potential difference based on the piezoelectric effect is generated between 4f and 5a to 5f. In the angular velocity detecting device according to the above embodiment, the current flowing based on the potential difference is converted into a voltage, the converted voltage is amplified by the differential amplifier circuit 15 and output as the second AC voltage. , Waveform shaping, amplification or phase conversion may be performed, and the second AC voltage may be the potential difference itself.
【0109】さらに、上記実施の態様に係る角速度検出
装置では、第2交流電圧に基づく信号には、コリオリの
力に基づく電圧成分Vs、漏れ振動に基づく電圧成分
Vn、励振の振動に対応した電圧成分Vfが含まれるが、
漏れ振動に基づく電圧成分Vn及び励振の振動に対応し
た電圧成分Vfは、どちらか一方の成分が含まれれば、
第2交流電圧に基づく信号の位相は変化する。また、コ
リオリの力に基づく電圧成分Vsに別の基準となる交流
電圧成分を重畳しても、重畳された電圧信号の位相は変
化し、この位相を検出することにより、コリオリの力を
検出することができる。Further, in the angular velocity detecting device according to the above embodiment, the signal based on the second AC voltage corresponds to the voltage component V s based on the Coriolis force, the voltage component V n based on the leakage vibration, and the excitation vibration. Voltage component Vf
Voltage component V f corresponding to the vibration of the voltage component V n and excitation based on the leak vibration, if included either component,
The phase of the signal based on the second AC voltage changes. Also, by superimposing the AC voltage component serving as another reference voltage component V s based on the Coriolis force, the phase of the superimposed voltage signal changes, by detecting the phase, detects the Coriolis force can do.
【0110】また、上記実施の態様の角速度検出装置で
は、第2方形波電圧と同期検波される第1方形波電圧
を、圧電性結晶部4p及び5pを励振させる交流電圧の
一部から生成したが、第1方形波電圧は、第2方形波電
圧の位相検知の基準となればよいので、例えば、基準と
なる別のクロックから第1方形波電圧を発生させてもよ
い。Further, in the angular velocity detecting device of the above embodiment, the first square wave voltage synchronously detected with the second square wave voltage is generated from a part of the AC voltage for exciting the piezoelectric crystal parts 4p and 5p. However, since the first square wave voltage only needs to be a reference for phase detection of the second square wave voltage, for example, the first square wave voltage may be generated from another reference clock.
【0111】以上、説明したように、本実施の態様に係
る角速度検出装置は、所定の軸回りの回動運動を行う被
検出体に設けられ、被検出体の角速度を検出する装置を
対象とし、振動する第1部分4及び第1部分4に機械的
に結合し、第1部分4の振動の速度V1及び角速度Ωの
大きさに依存して第1部分4に働く力によって、この力
の方向V3に沿った振動成分を含む振動を行うことが可
能な第2部分6を有する振動子102と、第2部分6に
接続され、第2部分6の前記力に基づく振動成分に対応
した交流信号成分(図6(e))及び別の交流信号成分
(図6(d)又は(c))を含む交流信号(図6
(g))の位相を検出する検出手段103aとを備え
る。As described above, the angular velocity detecting device according to the present embodiment is provided for the object to be detected which performs a rotating motion about a predetermined axis, and is intended for the device for detecting the angular velocity of the object to be detected. The first part 4 that vibrates and is mechanically coupled to the first part 4, and the force acting on the first part 4 depending on the velocity V 1 of the vibration of the first part 4 and the magnitude of the angular velocity Ω, A vibrator 102 having a second portion 6 capable of performing vibration including a vibration component along the direction V3, and an alternating current connected to the second portion 6 and corresponding to a vibration component based on the force of the second portion 6 An AC signal (FIG. 6D) including a signal component (FIG. 6 (e)) and another AC signal component (FIG. 6 (d) or (c))
(G)) detecting means 103a for detecting the phase.
【0112】本装置によれば、環境変化に伴って、交流
信号(図6(g))の振幅は変化するが位相はあまり変
化しない。検出手段103aで検出される交流信号(図
6(g))の位相は、被検出体の角速度に対応する。し
たがって、本装置によれば、環境の変化が起こった場合
においても角速度を正確に検出できる。According to the present apparatus, the amplitude of the AC signal (FIG. 6 (g)) changes but the phase does not change so much as the environment changes. The phase of the AC signal (FIG. 6 (g)) detected by the detecting means 103a corresponds to the angular velocity of the detected object. Therefore, according to the present device, the angular velocity can be accurately detected even when the environment changes.
【0113】さらに、第1部分4は、圧電性結晶からな
る第1圧電性結晶部4pと、交流電圧(図6(a))を
印加することにより、第1圧電性結晶部4pが所定方向
(X軸方向)に沿って振動するように、第1圧電性結晶
部4pに設けられた少なくとも2つの電極4a,4bと
を有し、第2部分6は、圧電性結晶からなり、前記第1
圧電性結晶部4pに機械的に結合した第2圧電性結晶部
6pと、第2圧電性結晶部6pに設けられた少なくとも
2つの別の電極6a,6cとを有し、検出手段103a
によってその位相が検出される前記交流信号は、前記別
の電極6a,6c間の電位差に対応した信号(図6
(f))又はこの信号(図6(f))に別の交流信号成
分(図6(c))が重畳された信号であることが好まし
い。Further, the first portion 4 is formed by applying an AC voltage (FIG. 6A) to the first piezoelectric crystal portion 4p made of a piezoelectric crystal so that the first piezoelectric crystal portion 4p is oriented in a predetermined direction. It has at least two electrodes 4a and 4b provided on the first piezoelectric crystal part 4p so as to vibrate along the (X-axis direction), and the second part 6 is made of a piezoelectric crystal. 1
A second piezoelectric crystal part 6p mechanically coupled to the piezoelectric crystal part 4p, and at least two other electrodes 6a and 6c provided on the second piezoelectric crystal part 6p;
The AC signal whose phase is detected by the signal is a signal corresponding to the potential difference between the other electrodes 6a and 6c (FIG. 6).
(F)) or a signal in which another AC signal component (FIG. 6 (c)) is superimposed on this signal (FIG. 6 (f)).
【0114】本装置によれば、検出手段103aは、交
流信号(図6(g))の位相を第2圧電性結晶部の圧電
効果に基づく信号を用いて検出する。第1及び第2の圧
電性結晶部の温度特性が変化した場合においても、交流
信号(図6(g))の位相はあまり変化しない。したが
って、本装置によれば、環境の変化が起こった場合にお
いても角速度を正確に検出できる。According to this device, the detecting means 103a detects the phase of the AC signal (FIG. 6 (g)) using a signal based on the piezoelectric effect of the second piezoelectric crystal part. Even when the temperature characteristics of the first and second piezoelectric crystal portions change, the phase of the AC signal (FIG. 6 (g)) does not change much. Therefore, according to the present device, the angular velocity can be accurately detected even when the environment changes.
【0115】また、検出手段103aは、交流信号(図
6(g))から方形波電圧(図6(h))を生成する比
較器17を備え、方形波電圧は所定の方形波電圧(図6
(i))と同期検波されることが好ましい。交流信号
(図6(g))は比較器17によって方形波電圧に変換
される。この方形波電圧(図6(h))は所定の方形波
電圧(図6(i))と同期検波されることにより、交流
信号(図6(g))の位相情報のみを含む信号を出力す
る。この位相情報は被検出体の角速度に対応する。した
がって、交流信号(図6(g))の振幅が変化しても、
検出される被検出体の角速度は変化しない。The detecting means 103a is provided with a comparator 17 for generating a square wave voltage (FIG. 6 (h)) from the AC signal (FIG. 6 (g)), and the square wave voltage is a predetermined square wave voltage (FIG. 6 (g)). 6
It is preferable to perform synchronous detection with (i)). The AC signal (FIG. 6 (g)) is converted into a square wave voltage by the comparator 17. This square wave voltage (FIG. 6 (h)) is synchronously detected with a predetermined square wave voltage (FIG. 6 (i)) to output a signal containing only phase information of the AC signal (FIG. 6 (g)). I do. This phase information corresponds to the angular velocity of the object to be detected. Therefore, even if the amplitude of the AC signal (FIG. 6 (g)) changes,
The detected angular velocity of the detected object does not change.
【0116】さらに、本装置は、前記別の電極6a,6
c間の電位差に対応した信号(図6(f))に、上記別
の交流信号成分(図6(c))を重畳するミキサ回路1
6を備え、前記別の交流信号成分(図6(c))の振幅
は、前記別の電極6a,6c間の電位差に対応した前記
信号(図6(f))の振幅よりも大きいことが好まし
い。この場合、ミキサ回路16により、振幅の大きな信
号が上記別の交流信号成分(図6(c))として、信号
(図6(f))に重畳されるので、同期検波される交流
信号が安定し、最終的に検出される角速度の検出精度を
向上させることができる。Further, the present apparatus is different from the above-mentioned other electrodes 6a, 6
Mixer circuit 1 that superimposes another AC signal component (FIG. 6 (c)) on a signal (FIG. 6 (f)) corresponding to the potential difference between c and c.
6, the amplitude of the another AC signal component (FIG. 6 (c)) is larger than the amplitude of the signal (FIG. 6 (f)) corresponding to the potential difference between the other electrodes 6a and 6c. preferable. In this case, the mixer circuit 16 superimposes a signal having a large amplitude on the signal (FIG. 6F) as the another AC signal component (FIG. 6C), so that the AC signal to be synchronously detected is stabilized. However, the detection accuracy of the finally detected angular velocity can be improved.
【0117】[0117]
【発明の効果】以上のように、本発明による角速度検出
装置によれば、第2部分の振動成分に対応する交流信号
成分を含む交流信号の振幅は、環境の変化によって変化
するが、その位相はあまり変化しない。この交流信号の
位相は、被検出体の角速度の大きさに依存する。検出手
段は、交流信号の位相を検出するので、検出される角速
度の検出精度を向上させることができる。As described above, according to the angular velocity detecting device according to the present invention, the amplitude of the AC signal including the AC signal component corresponding to the vibration component of the second portion changes due to a change in the environment. Does not change much. The phase of the AC signal depends on the magnitude of the angular velocity of the object. Since the detection means detects the phase of the AC signal, the detection accuracy of the detected angular velocity can be improved.
【図1】本発明の実施の形態に係る角速度検出装置の斜
視図。FIG. 1 is a perspective view of an angular velocity detecting device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示した振動子をA−A線矢印に沿って切
った断面図。FIG. 2 is a sectional view of the vibrator shown in FIG. 1 taken along the line AA.
【図3】図1に示した振動子をB−B線矢印に沿って切
った断面図。FIG. 3 is a sectional view of the vibrator shown in FIG. 1 taken along the line BB.
【図4】図1に示した振動片をC−C線矢印に沿って切
った断面図。FIG. 4 is a sectional view of the resonator element shown in FIG. 1 taken along the line CC.
【図5】本発明の実施の形態に係る角速度検出装置のシ
ステムを示すブロック図。FIG. 5 is a block diagram showing a system of the angular velocity detection device according to the embodiment of the present invention.
【図6】角速度検出装置内の電圧波形を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a voltage waveform in the angular velocity detecting device.
【図7】振動片のQ値の周波数特性を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a frequency characteristic of a Q value of a resonator element.
【図8】振動片の漏れ振動による重心位置の運動を各成
分に分解して示す図。FIG. 8 is a diagram showing the movement of the position of the center of gravity due to the leakage vibration of the vibrating reed broken down into components.
【図9】振動片の重心位置の運動を示す図。FIG. 9 is a diagram showing the motion of the position of the center of gravity of the resonator element.
【図10】実施の形態に係る角速度検出装置の出力電圧
の振動片の振幅依存性を示す図。FIG. 10 is a diagram showing the amplitude dependence of the resonator element of the output voltage of the angular velocity detection device according to the embodiment.
【図11】比較となる角速度検出装置の出力電圧の振動
片の振幅依存性を示す図。FIG. 11 is a diagram showing the amplitude dependency of a resonator element of the output voltage of a comparative angular velocity detecting device.
【図12】角速度と出力電圧の関係を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a relationship between an angular velocity and an output voltage.
【図13】別の角速度検出装置の振動子の断面の端面
図。FIG. 13 is an end view of a cross section of a vibrator of another angular velocity detecting device.
4p…第1圧電性結晶部、4a,4b…電極、6p…第
2圧電性結晶部、6a,6c…別の電極、102…振動
子、103a…検出回路、17…比較器。4p: first piezoelectric crystal part, 4a, 4b: electrode, 6p: second piezoelectric crystal part, 6a, 6c: another electrode, 102: vibrator, 103a: detection circuit, 17: comparator.
Claims (3)
に設けられ、前記被検出体の角速度を検出する角速度検
出装置において、 振動する第1部分及び前記第1部分に機械的に結合し、
前記第1部分の振動の速度及び前記角速度の大きさに依
存して前記第1部分に働く力によって、前記力の方向に
沿った振動成分を含む振動を行うことが可能な第2部分
を有する振動子と、 前記第2部分に接続され、前記第2部分の前記力に基づ
く前記振動成分に対応した交流信号成分及び別の交流信
号成分を含む交流信号の位相を検出する検出手段と、を
備えることを特徴とする角速度検出装置。1. An angular velocity detecting device provided on an object to be detected which makes a rotating motion about a predetermined axis and detecting an angular velocity of the object to be detected, wherein the vibrating first portion and the first portion are mechanically connected to each other. Combine
A second portion capable of performing a vibration including a vibration component along a direction of the force by a force acting on the first portion depending on a speed of vibration of the first portion and a magnitude of the angular velocity; A vibrator, and detecting means connected to the second portion and detecting a phase of an AC signal including an AC signal component corresponding to the vibration component based on the force of the second portion and another AC signal component. An angular velocity detection device, comprising:
て、 前記第1部分は、圧電性結晶からなる第1圧電性結晶部
と、交流電圧を印加することにより、前記第1圧電性結
晶部が所定方向に沿って振動するように、前記第1圧電
性結晶部に設けられた少なくとも2つの電極とを有し、 前記第2部分は、圧電性結晶からなり、前記第1圧電性
結晶部に機械的に結合した第2圧電性結晶部と、前記第
2圧電性結晶部に設けられた少なくとも2つの別の電極
とを有し、 前記検出手段によってその位相が検出される前記交流信
号は、前記別の電極間の電位差に対応した信号又は前記
信号に前記別の交流信号成分が重畳された信号であるこ
とを特徴とする角速度検出装置。2. The angular velocity detecting device according to claim 1, wherein the first portion is formed by applying a first piezoelectric crystal portion made of a piezoelectric crystal and an AC voltage to the first piezoelectric crystal portion. And at least two electrodes provided on the first piezoelectric crystal part so that the first part vibrates along a predetermined direction. The second part is made of a piezoelectric crystal, and the first piezoelectric crystal part A second piezoelectric crystal portion mechanically coupled to the second piezoelectric crystal portion, and at least two other electrodes provided on the second piezoelectric crystal portion. The AC signal whose phase is detected by the detection unit is An angular velocity detection device, wherein the signal is a signal corresponding to a potential difference between the other electrodes or a signal in which the another AC signal component is superimposed on the signal.
出装置において、 前記検出手段は、前記交流信号から方形波電圧を生成す
る比較器を備え、前記方形波電圧は所定の方形波電圧と
同期検波されることを特徴とする角速度検出装置。3. The angular velocity detecting device according to claim 1, wherein said detecting means includes a comparator for generating a square wave voltage from said AC signal, and wherein said square wave voltage is a predetermined square wave voltage. Angular velocity detection device, wherein the angular velocity is detected synchronously.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8186394A JPH1030929A (en) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | Angular-velocity detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8186394A JPH1030929A (en) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | Angular-velocity detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1030929A true JPH1030929A (en) | 1998-02-03 |
Family
ID=16187638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8186394A Withdrawn JPH1030929A (en) | 1996-07-16 | 1996-07-16 | Angular-velocity detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1030929A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006117225A (en) * | 2004-09-21 | 2006-05-11 | Aisin Seiki Co Ltd | Signal processing system for sensor, and pinch-detecting system |
JP2015184124A (en) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | セイコーエプソン株式会社 | Physical quantity detection device, electronic equipment and mobile object |
-
1996
- 1996-07-16 JP JP8186394A patent/JPH1030929A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006117225A (en) * | 2004-09-21 | 2006-05-11 | Aisin Seiki Co Ltd | Signal processing system for sensor, and pinch-detecting system |
JP2015184124A (en) * | 2014-03-24 | 2015-10-22 | セイコーエプソン株式会社 | Physical quantity detection device, electronic equipment and mobile object |
US10794778B2 (en) | 2014-03-24 | 2020-10-06 | Seiko Epson Corporation | Physical quantity detecting device, electronic apparatus, and moving object |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20040210 |