JPH10339637A - 振動型角速度検出装置 - Google Patents

振動型角速度検出装置

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JPH10339637A
JPH10339637A JP9149415A JP14941597A JPH10339637A JP H10339637 A JPH10339637 A JP H10339637A JP 9149415 A JP9149415 A JP 9149415A JP 14941597 A JP14941597 A JP 14941597A JP H10339637 A JPH10339637 A JP H10339637A
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vibration
phase
piezoelectric
axis
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Application number
JP9149415A
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English (en)
Inventor
Takayuki Ishikawa
Takashi Ito
Yasushi Matsuhiro
Yoshi Yoshino
岳志 伊藤
好 吉野
泰 松廣
隆之 石川
Original Assignee
Denso Corp
Nippon Soken Inc
株式会社デンソー
株式会社日本自動車部品総合研究所
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Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp, Nippon Soken Inc, 株式会社デンソー, 株式会社日本自動車部品総合研究所 filed Critical Denso Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5642Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
    • G01C19/5649Signal processing

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出出力中のオフセット量を積極的に打ち消
すようにした振動型角速度検出装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 両検出用圧電素子60、70の各検出出
力中の各オフセット量が、振動片12に対する両駆動用
圧電素子40、50からのY軸方向加振力及び振動片1
3に対する両駆動用圧電素子20、30からの上記Y軸
方向加振力とは逆位相のY軸方向加振力によって打ち消
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両等に採用する
に適した振動型角速度検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、車両用振動型角速度検出装置
は、音叉型或いは棒状の振動部材と、この振動部材に貼
着した両駆動用圧電素子、検出用圧電素子及び参照用圧
電素子とを備えている。そして、この角速度検出装置で
は、車両に角速度が発生している状態で振動部材が両駆
動用圧電素子の逆位相の駆動によりX軸方向に振動(以
下、駆動振動という)するとき、この駆動振動に基づき
振動部材にY軸方向に発生するコリオリ力に伴う振動
(以下、検知振動という)を検出用圧電素子により検出
するとともに、振動部材のX軸方向の振動を参照用圧電
素子によりモニターし、この参照用圧電素子の参照出力
の位相をY軸方向の振動の位相に合わせるように位相を
調整し、この位相調整出力に基づき検出用圧電素子の検
出出力を同期検波して角速度として取り出す。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記振動型
角速度検出装置において、上述した駆動振動と検知振動
は、同じ振動部材の振動であって、その各振動の方向が
互いに垂直になるだけである。ここで、コリオリ力をF
とし、振動部材の質量、振動速度及び角速度をそれぞれ
m、V及びΩとすれば、コリオリ力は、通常、次の数1
の式により表される。
【0004】
【数1】F=2m(V×Ω) 但し、コリオリ力F、車両の振動速度V及び角速度Ωは
共にベクトル量である。また、数1の式において、符号
×はベクトル積(所謂、外積)を表す。従って、車両の
角速度を検出するためには、数1の式に基づくコリオリ
力Fによる振動、即ち検知振動のみを選択して検出する
必要がある。
【0005】しかし、振動部材の加工精度上、駆動用圧
電素子の振動方向と、検出用圧電素子の振動方向とが、
互いに完全に直交するように、駆動用圧電素子や検出用
圧電素子を振動部材に貼着することは困難である。この
ため、駆動振動の極く微量の漏れが検知振動として検出
されてしまうという不具合がある。
【0006】これに対しては、特開昭62−52410
号公報にて示すような振動型角速度検出装置がある。こ
の角速度検出装置によれば、駆動用圧電素子、検出用圧
電素子及び参照用圧電素子を振動部材に貼着して、参照
用圧電素子の出力を一定にするように駆動用圧電素子を
駆動するとともに、駆動用圧電素子及び検出用圧電素子
の各出力の位相差を90°に維持するようにして、駆動
用圧電素子の出力に基づき検出用圧電素子の出力を同期
検波し、角速度Ωとして出力するようになっている。
【0007】しかし、このような角速度検出装置では、
上述のように駆動用圧電素子及び検出用圧電素子の各出
力の位相差を90°に維持するために、検出用圧電素子
の出力に対し90°の位相差のずれをもつ振動を駆動用
圧電素子に加えるのみであって、Y軸方向への加振力を
振動部材に対し積極的に与えてはいない。従って、角速
度Ωが零のときの検出用圧電素子の出力、即ちオフセッ
ト量(ナル出力)が十分には低減されないという不具合
が生ずる。
【0008】これに対し、本発明者等は、上記オフセッ
ト量を効果的に低減する対策につき種々検討してみた。
角速度Ωが零であるにもかかわらず、検出用圧電素子の
出力に表れるオフセット量は、数1の式によれば、角速
度Ω=0であるのにコリオリ力F=0が実質的には成立
しないことに起因する。
【0009】従って、このコリオリ力F=0を実現する
には、例えば、数1の式において振動速度Vを減少させ
ればよい。そこで、このような観点に基づき、振動部材
に対しX軸方向への駆動力に加えY軸方向の駆動力を積
極的に作用させるように両駆動用圧電素子の一方に加振
力を与え、一方、この加振力とは逆位相の加振力を他方
の駆動用圧電素子に与えてみた。
【0010】これによれば、振動部材に対し、オフセッ
ト量と同位相又は逆位相の振動をY軸方向に生じさせ得
ることが分かった。その結果、上述した両駆動用圧電素
子の一方に対する加振力の大きさ及び位相を調整すれ
ば、両駆動用圧電素子の各駆動振動の位相が、共に、逆
方向にずれてて、両駆動用圧電素子の各駆動振動の大き
さを減少させ得ることが分かった。
【0011】そして、このようにすれば、上記オフセッ
ト量を効果的に打ち消すことができることが分かった。
そこで、本発明は、以上のようなことに着目して、検出
出力中のオフセット量を積極的に打ち消すようにした振
動型角速度検出装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題に解決にあた
り、請求項1及び2に記載の発明によれば、制御手段
が、参照用圧電素子の参照用出力に基づき振動部材のX
軸方向の振動の位相をずらせるように当該振動部材に対
するY軸方向への加振力を発生する加振力発生手段を備
え、当該加振力に基づき両駆動用圧電素子を介し振動部
材にY軸方向に加振する。
【0013】これにより、検出用圧電素子の検出出力中
のオフセット量が、振動部材に対する両駆動用圧電素子
からのY軸方向加振力によって、積極的に打ち消され得
る。その結果、角速度検出手段の検出出力は、上記オフ
セット量を誤差として含むことなく、精度のよいものと
して得られる。ここで、請求項2に記載の発明によれ
ば、角速度検出手段の第1位相調整手段が、上記参照用
出力に基づきその位相を検出用圧電素子の検出出力の位
相に合わせるように位相を調整する。そして、同期検波
手段が第1位相調整手段の位相調整出力に基づき検出用
圧電素子の検出出力を同期検波して角速度を出力する。
【0014】また、制御手段の第2位相調整手段が、上
記参照用出力の位相を90°ずれるように位相調整す
る。また、加振力発生手段の第1加振力発生手段が、第
2位相調整手段の位相調整出力を上記参照用出力に加算
して第1加振力を発生するとともに、第2加振力発生手
段が、第2位相調整手段の位相調整出力を逆位相にて上
記参照用出力に加算して第2加振力を発生する。
【0015】そして、制御手段が、第1加振力に基づき
振動部材にY軸方向に加振するように両駆動用圧電素子
の一方を駆動し、また、第2加振力に基づき振動部材に
Y軸方向に逆位相にて加振するように他方の駆動用圧電
素子を駆動する。これにより、角速度出力のより一層の
精度の向上を確保しつつ、上記オフセット量の打ち消し
をより一層確実に行うことができる。
【0016】また、請求項3及び4に記載の発明によれ
ば、制御手段は、参照用圧電素子の参照用出力に基づき
上記検出出力中のオフセット量を打ち消すように前記振
動部材に対するY軸方向への加振力を発生する加振力発
生手段を備えて、当該加振力に基づき両駆動用圧電素子
を介し振動部材にY軸方向に加振する。これによって
も、請求項1及び2に記載の発明の作用効果を達成でき
る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図面
により説明する。 (第1実施形態)図1及び図2は、車両用振動型角速度
検出装置に本発明が適用された一例を示している。
【0018】この角速度検出装置は、図1にて示すごと
く、振動子Sを備えており、この振動子Sは、音叉型板
状振動部材10を備えている。この振動部材10は、そ
の板厚方向を鉛直方向(図1にて図示Y軸方向)に向
け、その基部11にて、バー状支持部11aを介し当該
車両の適所に支持されている。また、振動部材10の基
部11の長手方向(図1にて図示X軸方向)は、当該車
両の左右方向に一致している。また、この振動部材10
の両振動片12、13は、基部11の両端部から当該車
両の後方(図1にて図示Z軸方向)に向けて互いに平行
に水平状に延出している。なお、Z軸は振動部材10の
軸(即ち、支持部11aの軸)に一致している。
【0019】振動子Sは、一対の駆動用圧電素子20、
30と、他の一対の駆動用圧電素子40、50と、一対
の検出用圧電素子60、70と、一対の参照用圧電素子
80、90と、他の一対の参照用圧電素子100、11
0を備えている。一対の駆動用圧電素子20、30は、
図1にて示すごとく、Z軸を基準として対称的に、基部
11の上面にその長手方向に沿い同軸的に装着されてお
り、一方、一対の駆動用圧電素子40、50は、Z軸を
基準として対称的に、基部11の上面にその長手方向に
沿い一対の駆動用圧電素子20、30に平行に装着され
ている。
【0020】ここで、一対の駆動用圧電素子20、30
に加えられる駆動信号の各位相は、一対の駆動用圧電素
子40、50に加えられる駆動信号の各位相に対し、そ
れぞれ180度異なっている。この場合、一対の駆動用
圧電素子20、30に加えられる駆動信号の各位相が基
部11をその長手方向に縮ませる方向(伸ばす方向)の
位相になっているとき、一対の駆動用圧電素子40、5
0に加えられる駆動信号の各位相が基部11をその長手
方向に伸ばす方向(縮ませる方向)の位相になってい
る。
【0021】これにより、振動部材10の両振動片1
2、13は、各駆動用圧電素子20乃至50の振動に伴
い、XZ平面内にてX軸方向に振動する。なお、この振
動は共振振動となるように調整されている。また、各振
動片12、13は、図1にて示すごとく、それぞれ、重
り部12a、13aを一体に備えている。検出用圧電素
子60は、振動片12の上面前側部に装着されており、
一方、検出用圧電素子70は、振動片13の上面前側部
に装着されている。
【0022】これにより、振動部材10のX軸方向の振
動状態にて当該車両が上下方向にローリングすると、こ
れにより発生する角速度に基づきコリオリ力が発生して
両振動片12、13に作用する。このため、振動部材1
0が両振動片12、13にてY軸方向に互いに逆位相に
て振動する。よって、一対の検出用圧電素子60、70
が、両振動片12、13のY軸方向の各振動を検出す
る。このことは、一対の検出用圧電素子60、70が上
記コリオリ力に応じた振動を検出することを意味する。
【0023】一対の参照用圧電素子80、90は、振動
片12の上面後部に装着されており、一方、一対の参照
用圧電素子100、110は、振動片13の上面後部に
装着されている。そして、一対の参照用圧電素子80、
90は、振動片12のX軸方向の振動に応じて振動し参
照用電圧を発生し、一対の参照用圧電素子100、11
0は、振動片13のX軸方向の振動に応じて振動し参照
用電圧を発生する。
【0024】ここで、各振動片12、13のX軸方向の
振動に伴う各重り12a、13aの振動のため、一対の
参照用圧電素子80、90の各参照用電圧の位相及び一
対の参照用圧電素子100、110の各参照用電圧の位
相は、それぞれ、互いに逆位相となるようになってい
る。なお、このような現象は、各重り12a、13aが
なくても同様に生ずる。
【0025】また、角速度検出装置は、差動増幅器12
0を備えており、この差動増幅器120はその正側入力
端子にて両参照用圧電素子80、110の各一側電極に
接続されている。また、この差動増幅器120の負側入
力端子は、両参照用圧電素子90、100の各一側電極
に接続されている。そして、差動増幅器120は、両参
照用圧電素子80、110の各参照用電圧の和及び参照
用圧電素子90、100の各参照用電圧の和を差動増幅
し差動増幅電圧を発生する。
【0026】位相調整器130は、差動増幅器120の
差動増幅電圧の位相を、上記コリオリ力の位相(Y軸方
向の振動の位相)と同位相にするように、90度だけ負
側に調整して位相調整電圧を発生する。位相調整器14
0は、差動増幅器120の差動増幅電圧の位相をその誤
差分の位相ずれをなくするように調整し位相調整電圧を
発生する。また、位相調整器150は、差動増幅器12
0の差動増幅電圧の位相を90°だけ負側に調整して位
相調整電圧を発生する。
【0027】高ゲイン型差動増幅器160は一対の検出
用圧電素子60、70の各検出電圧を差動増幅して差動
増幅電圧を発生する。同期検波器170は、位相調整器
130の位相調整電圧に基づき差動増幅器160の差動
増幅電圧を同期検波して、当該車両の角速度(即ち、振
動部材10の角速度に相当する)をヨーレート出力とし
て発生する。
【0028】増幅器180は位相調整器140の位相調
整電圧を増幅して増幅電圧として発生する。加算器19
0は、位相調整器150の位相調整電圧を増幅器180
の増幅電圧と加算して加算電圧を発生し両駆動用圧電素
子20、30に印加する。加算器200は、位相調整器
150の位相調整電圧を増幅器180の増幅電圧と加算
して加算電圧を発生する。インバータ210は、加算器
200の加算電圧を位相反転して位相反転電圧を両駆動
用圧電素子40、50に印加する。
【0029】このように構成した本第1実施形態におい
て、当該車両の走行中において、そのローリングによる
角速度Ωが発生しているものとする。このような状態で
は、振動部材10が、その基部11にて、各駆動用圧電
素子20乃至50により駆動され、両振動片12、13
にて、X軸方向に共振振動している。
【0030】このとき、両駆動用圧電素子20、30か
ら基部11に加わる駆動電圧の波形は、図3(c)にて
示す正弦波形となっており、両駆動用圧電素子40、5
0から基部11に加わる駆動電圧の波形は、図3(c)
の正弦波形とは逆位相の正弦波形(図3(d)参照)と
なっている。従って、両振動片12、13は、その各振
動の位相にて、互いに180度異なるように、各駆動用
圧電素子20乃至50により駆動されている。なお、図
3(a)及び図3(b)の各波形は、後述する位相調整
器150の位相調整電圧が各駆動用圧電素子20、3
0、40、50に作用する前のものである。
【0031】また、両参照用圧電素子80、90は、振
動片12のX軸方向の振動をモニタしており、一方、両
参照用圧電素子100、110は、振動片13のX軸方
向の振動をモニタしている。また、このような状態で
は、振動部材10の各振動片12、13が、上記角速度
Ωに基づき発生するコリオリ力Fに基づきY軸方向に振
動している。
【0032】このような段階にて、両参照用圧電素子8
0、110の各参照用電圧の和と、両参照用圧電素子9
0、100の各参照用電圧の和とが、差動増幅器120
により差動増幅されて差動増幅電圧として発生される。
すると、この差動増幅電圧が、各位相調整器130乃至
150により位相調整される。ここで、位相調整器15
0の位相調整電圧の波形は、図4(a)にて示す波形と
なる。
【0033】また、検出用圧電素子60が振動片12の
コリオリ力Fに基づくY軸方向の振動を検出するととも
に、検出用圧電素子70が振動片13ののコリオリ力F
に基づくY軸方向の振動を検出すると、これら両検出用
圧電素子60、70の検出電圧が差動増幅器160によ
り差動増幅されて差動増幅電圧として発生される。する
と、同期検波器170が、位相調整器130の位相調整
電圧に基づき差動増幅器160の差動増幅電圧を同期検
波して、角速度Ωをヨーレート出力として発生する。こ
の場合、後述する位相調整器140の位相調整電圧は大
きい値を有するので、増幅器160のゲインは従来より
も小さくできる。
【0034】また、増幅器180は、位相調整器140
の位相調整電圧を増幅して増幅電圧を発生する。する
と、加算器190が、位相調整器150の位相調整電圧
を増幅器180の増幅電圧と加算し加算電圧(図4
(b)参照)を発生し両駆動用圧電素子20、30に印
加する。
【0035】また、加算器200が増幅器180の増幅
電圧を位相調整器150の位相調整電圧と加算して加算
電圧を発生すると、この加算電圧が、インバータ210
により位相反転されて位相反転電圧(図4(c)参照)
として両駆動用圧電素子40、50に印加する。ここ
で、上記位相調整においては、位相調整器130の位相
調整電圧が、差動増幅器120の差動増幅電圧の位相
を、上記コリオリ力の位相と同位相にするように、90
度だけ負側に調整したものである。
【0036】また、位相調整器140の位相調整電圧
は、差動増幅器120の差動増幅電圧の位相をその誤差
分の位相ずれをなくするように調整したものである。従
って、増幅器180の増幅電圧の位相も位相調整器14
0の位相調整電圧と同様に調整される。また、位相調整
器150の位相調整電圧は、差動増幅器120の差動増
幅電圧の位相から90°だけ負側に調整されている。
【0037】従って、両加算器190、200の各加算
電圧の波形は共に同位相となるから、インバータ210
の位相反転電圧の波形(図4(c)参照)は、加算器1
90の加算電圧の波形(図4(b)参照)に対し位相の
ずれた波形となる。このため、加算器190の加算電圧
による両駆動用圧電素子20、30の駆動方向は、イン
バータ210の位相反転電圧により両駆動用圧電素子4
0、50の駆動方向と共にY軸方向であり、かつ、互い
に逆方向になる。
【0038】つまり、両振動片12、13は、Y軸方向
であって互いに逆方向の加振力を受けて振動する。この
ときの振動片12に加わる振動波形は図4(d)にて示
す波形となる。この波形は、振動片12のX軸方向の振
動の波形(図3(a)参照)の位相とはずれた位相を有
し、かつ、図4(d)にて示す波形の振幅も、振動片1
2のX軸方向の振動の振幅よりも減少している。このこ
とは、振動片12のX軸方向の振動が抑制されて振動片
12に対しY軸方向に加振されることを意味する。
【0039】これにより、振動片12における数1の式
の振動速度Vの振幅が減少する。その結果、振動片12
におけるコリオリ力Fが減少して上記オフセット量が打
ち消され得る。一方、振動片13の振動波形は図4
(d)にて示す波形とは逆位相の振動波形となるが、こ
の振動波形も、振動片13のX軸方向の振動の波形(図
3(b)参照)の位相とはずれた位相を有し、かつ、振
動片13のX軸方向の振動の振幅よりも減少している。
このことは、振動片13のX軸方向の振動が抑制されて
振動片13に対しY軸方向に振動片12とは逆位相にて
加振されることを意味する。
【0040】これにより、振動片13における数1の式
の振動速度Vの振幅が減少する。その結果、振動片13
におけるコリオリ力Fが減少して上記オフセット量が打
ち消され得る。このことは、両検出用圧電素子60、7
0の各検出出力に含まれる各オフセット量が、振動片1
2に対する両駆動用圧電素子40、50からのY軸方向
加振力及び振動片13に対する両駆動用圧電素子20、
30からのY軸方向加振力によって、積極的に打ち消さ
れ得ることを意味する。
【0041】その結果、同期検波器220の検波出力
は、上記オフセット量を誤差として含むことなく、精度
のよいもととして得られる。図5は、上記第1実施形態
の変形例を示している。この変形例では、上記第1実施
形態とは異なり、両駆動用圧電素子20、40が、両参
照用圧電素子90、80に対しそれぞれ同軸的に位置す
るように、振動部材10の振動片12の長手方向に沿い
その上面前部から基部11上面にかけて装着されてい
る。
【0042】一方、上記第1実施形態とは異なり、両駆
動用圧電素子30、50が、両参照用圧電素子100、
110に対しそれぞれ同軸的に位置するように、振動部
材10の振動片13の長手方向に沿いその上面前部から
基部11上面にかけて装着されている。その他の構成は
上記第1実施形態と同様である。このように構成した本
変形例においても、上記第1実施形態にて述べたと同様
に加算器190の加算電圧を両駆動用圧電素子20、3
0に印加するとともに、インバータ210の位相反転電
圧を両駆動用圧電素子40、50に印加することで、上
記第1実施形態にて述べたと同様の作用効果を達成でき
る。
【0043】(第2実施形態)図6は、本発明の第2実
施形態の要部を示すブロック図である。この第2実施形
態では、両差動増幅器120a、120b及び位相調整
器130aが、上記第1実施形態にて述べた差動増幅器
120及び位相調整器130に代えて、採用されてい
る。
【0044】差動増幅器120aは、高ゲインの差動増
幅器であって、この差動増幅器120aは、両参照用圧
電素子80、110の各参照用電圧を差動増幅し差動増
幅電圧を発生する。一方、差動増幅器120bは、両参
照用圧電素子90、100の各参照用電圧を差動増幅し
差動増幅電圧を発生する。位相調整器130aは、差動
増幅器120aの差動増幅電圧の位相を、上記コリオリ
力の位相(Y軸方向の振動の位相)と同位相にするよう
に、90度だけ負側に調整して位相調整電圧を発生す
る。
【0045】また、上記第1実施形態にて述べた位相調
整器140は、差動増幅器120に代えて、差動増幅器
120bの差動増幅電圧の位相をその誤差分の位相ずれ
をなくするように調整し位相調整電圧を発生する。ま
た、上記第1実施形態にて述べた位相調整器150は、
差動増幅器120に代えて、差動増幅器120bの差動
増幅電圧の位相を90°だけ負側に調整して位相調整電
圧を発生する。
【0046】また、上記第1実施形態にて述べた同期検
波器170は、位相調整器130に代えて、位相調整器
130aの位相調整電圧に基づき差動増幅器160の差
動増幅電圧を同期検波して、当該車両の角速度をヨーレ
ート出力として発生する。その他の構成は上記第1実施
形態と同様である。このように構成した本第2実施形態
においては、上記第1実施形態とは異なり、両参照用圧
電素子80、110の各差動増幅電圧が差動増幅器12
0aにより差動増幅されるとともに、両参照用圧電素子
90、100の各差動増幅電圧が差動増幅器120bに
より差動増幅される。
【0047】また、位相調整器130aによる位相調整
は差動増幅器120aの差動増幅電圧に基づいてなさ
れ、両位相調整器140、150の各位相調整は、差動
増幅器120aとは別個に設けた差動増幅器120bの
差動増幅電圧に基づきなされる。このため、位相調整器
130aの位相調整電圧の位相ずれが両検出用圧電素子
60、70の検出電圧の位相と同じになる。従って、同
期検波器170の検出出力の精度の向上を確保しつつ上
記第1実施形態にて述べた作用効果と同様の作用効果を
達成できる。
【0048】(第3実施形態)図7乃至図9は本発明の
第3実施形態を示している。この第3実施形態では、上
記第1実施形態にて述べた振動子Sに代えて、振動子S
aが採用されている。この振動子Saは、図7乃至図9
にて示すごとく、断面正方形の柱状振動部材10aを備
えている。
【0049】この振動部材10aは、その図7にて図示
上端にて、当該車両の適所に支持されている。ここで、
振動部材10aの上下両壁14、15は、水平状に位置
しており、左右両壁16、17は、鉛直状に位置してい
る。なお、この振動部材10aは、当該車両の後方に向
けて互いに平行に水平状に延出している。振動子Sa
は、上記第1実施形態にて述べた両駆動用圧電素子2
0、40、両検出用圧電素子60、70及び参照用圧電
素子80を備えている。
【0050】両駆動用圧電素子20、40は、振動部材
10aの右側壁17にその長手方向に沿い互いに平行に
装着されている。これにより、両駆動用圧電素子20、
40は、その駆動により、振動部材10aをX軸方向に
振動させる。各検出用圧電素子60、70は、振動部材
10aの上下両壁14、15にその長手方向に沿いそれ
ぞれ装着されており、これら各検出用圧電素子60、7
0は、振動部材10aのコリオリ力に基づくY軸方向の
振動を検出する。
【0051】また、参照用圧電素子80は、振動部材1
0aの左側壁16にその長手方向に沿い装着されてお
り、この参照用圧電素子80は、振動部材10aのX軸
方向の振動に応じて参照用電圧を発生する。また、本第
3実施形態では、上記第1実施形態にて述べた差動増幅
器120に代えて、増幅器120cが採用されており、
この増幅器120cは、参照用圧電素子80の参照用電
圧を増幅して増幅電圧を発生し、上記第1実施形態にて
述べた各位相調整器130乃至150に出力する。
【0052】ここで、位相調整器130は、増幅器12
0cの増幅電圧の位相を、上記コリオリ力の位相と同位
相にするように、90度だけ負側に調整して位相調整電
圧を発生する。位相調整器140は、増幅器120cの
増幅電圧の位相をその誤差分の位相ずれをなくするよう
に調整し位相調整電圧を発生する。また、位相調整器1
50は、増幅器120cの増幅電圧の位相を90°だけ
負側に調整して位相調整電圧を発生する。
【0053】また、上記第1実施形態にて述べた加算器
190の加算電圧は、駆動用圧電素子20のみに印加さ
れる。インバータ220は、位相調整器150の位相調
整電圧の位相を反転して位相反転電圧を発生する。上記
第1実施形態にて述べた加算器200は、位相調整器1
50の位相調整電圧をインバータ220の位相反転電圧
と加算して加算電圧を発生し駆動用圧電素子40に印加
する。その他の構成は上記第1実施形態と同様である。
【0054】このように構成した本第3実施形態におい
て、振動部材10aが、上記第1実施形態と同様の当該
車両の角速度Ωの発生のもと、両駆動用圧電素子20、
40により駆動され、X軸方向に共振振動している。こ
のとき、両駆動用圧電素子20、40から振動部材10
aの右側壁17に加わる駆動電圧の波形は、互いに逆位
相の正弦波形となっている。
【0055】また、参照用圧電素子80は、振動部材1
0aのX軸方向の振動をモニタしている。また、このよ
うな状態では、振動部材10aが、上記角速度Ωに基づ
き発生するコリオリ力Fに基づきY軸方向に振動してい
る。このような段階にて、参照用圧電素子80の参照用
電圧が、差動増幅器120cにより差動増幅されて差動
増幅電圧として発生される。すると、この差動増幅電圧
が、各位相調整器130乃至150により上記第1実施
形態と同様に位相調整される。
【0056】また、両検出用圧電素子60、70が振動
部材10aのコリオリ力Fに基づくY軸方向の振動を互
いに逆位相にて検出すると、これら両検出用圧電素子6
0、70の検出電圧が差動増幅器160により差動増幅
されて差動増幅電圧として発生される。すると、同期検
波器170が、位相調整器130の位相調整電圧に基づ
き差動増幅器160の差動増幅電圧を同期検波して、角
速度Ωをヨーレート出力として発生する。この場合、後
述する位相調整器140の位相調整電圧は大きい値を有
するので、増幅器120cのゲインは従来よりも小さく
できる。
【0057】また、加算器190が、両位相調整器14
0、150の各位相調整電圧を加算し加算電圧を発生し
駆動用圧電素子20に印加する。また、インバータ22
0が位相調整器150の位相調整電圧の位相を反転して
位相反転電圧を発生すると、加算器200がこの位相反
転電圧を位相調整器150の位相調整電圧と加算して加
算電圧を発生し、駆動用圧電素子40に印加する。
【0058】これにより、上記第1実施形態と実質的に
同様に、両検出用圧電素子60、70の各検出出力に含
まれる各オフセット量が、振動部材10aに対する両駆
動用圧電素子20、40からの互いに逆位相のY軸方向
加振力によって、積極的に打ち消され得る。その結果、
同期検波器220の検波出力は、上記オフセット量を誤
差として含むことなく、精度のよいもととして得られ
る。
【0059】なお、本発明に実施にあたり、上記第1及
び第2実施形態にて述べた一対の駆動用圧電素子20、
30及び他の一対の駆動用圧電素子40、50は、それ
ぞれ一方の駆動用圧電素子を廃止して実施してもよい。
また、本発明に実施にあたり、上記第1及び第2実施形
態にて述べた一対の参照用圧電素子80、110及び他
の一対の参照用圧電素子90、100は、それぞれ一方
の参照用圧電素子を廃止して実施してもよい。
【0060】また、本発明の実施にあたり、車両用角速
度検出装置に限ることなく、船舶、航空機等の各種の可
動体の角速度検出する角速度検出装置に本発明を適用し
て実施してもよい。また、本発明の実施にあたり、位相
調整器130による位相調整は、上記各実施形態にて述
べたように負側への90°の位相調整に限ることなく、
例えば、正側への90°の位相調整であってもよい。
【0061】また、本発明の実施にあたり、位相調整器
150による位相調整は、上記各実施形態にて述べたよ
うに負側への90°の位相調整に限ることなく、例え
ば、正側への90°の位相調整、或いは上記オフセット
量を打ち消すに必要な位相角だけの位相調整であっても
よい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る角速度検出装置の第1実施形態に
おける振動子を示す平面図である。
【図2】上記角速度検出装置の電気回路構成図である。
【図3】(a)は、図2の加算器190の出力波形を、
位相調整器150の出力前の状態にて示すタイミングチ
ャート、(b)は、図2のインバータ210の出力波形
を、位相調整器150の出力前の状態にて示すタイミン
グチャート、(c)は、図2の両参照用圧電素子80、
110の出力波形(共振波形)を示すタイミングチャー
ト、(d)は、図2の両参照用圧電素子90、100の
出力波形(共振波形)を示すタイミングチャートであ
る。
【図4】(a)は、図2の位相調整器150の出力波形
を示すタイミングチャート、(b)は、加算器190の
出力波形を示すタイミングチャート、(c)は、インバ
ータ210の出力波形を示すタイミングチャート、
(d)は、両駆動用圧電素子20、30の出力波形を示
すタイミングチャートである。
【図5】上記第1実施形態の変形例を示す要部平面図で
ある。
【図6】本発明の第2実施形態の要部を示す電気回路図
である。
【図7】本発明の第3実施形態における振動子の平面図
である。
【図8】当該振動子の右側面図である。
【図9】当該振動子の後面図である。
【図10】上記第3実施形態における電気回路構成図で
ある。
【符号の説明】
S、Sa…振動子、10、10a…振動部材、20乃至
50…駆動用圧電素子、60、70…検出用圧電素子、
80乃至110…参照用圧電素子、120、120a、
120b、160、180…差動増幅器、120c…増
幅器、130、130a、140、150…位相調整
器、170…同期検波器、190、200…加算器、2
10…インバータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 隆之 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 吉野 好 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X軸、Y軸及びZ軸からなる直交座標系
    にてZ軸方向を軸として可動体に支持される振動部材
    (10、10a)と、 この振動部材に当該振動部材をX軸方向に振動させるよ
    うに装着された両駆動用圧電素子(20乃至50)と、 前記振動部材に装着されて前記振動部材のX軸方向の振
    動をモニターして参照用出力を発生する参照用圧電素子
    (80乃至110)と、 前記振動部材に装着されてこの振動部材のX軸方向の振
    動のもと可動体の角速度に応じて前記振動部材に発生す
    るY軸方向の振動を検出する検出用圧電素子(60、7
    0)と、 前記振動部材がX軸方向に振動するように前記参照用圧
    電素子の参照用出力に基づき前記両駆動用圧電素子を互
    いに逆位相にて駆動する制御手段(120、150、1
    80乃至210)と、 前記参照用圧電素子の参照用出力及び前記検出用圧電素
    子の検出出力に基づき前記角速度を検出する角速度検出
    手段(120、130、160、170)とを備える振
    動型角速度検出装置であって、 前記制御手段が、 前記参照用出力に基づき前記X軸方向の振動の位相をず
    らせるように前記振動部材に対するY軸方向への加振力
    を発生する加振力発生手段(190乃至210)を備え
    て、 前記加振力に基づき前記両駆動用圧電素子を介し前記振
    動部材にY軸方向に加振するようにした振動型角速度検
    出装置。
  2. 【請求項2】 前記角速度検出手段が、 前記参照用出力に基づきその位相を前記検出用圧電素子
    の検出出力の位相に合わせるように位相を調整する第1
    位相調整手段(120、130)と、 この第1位相調整手段の位相調整出力に基づき前記検出
    用圧電素子の検出出力を同期検波して前記角速度を出力
    する同期検波手段(160、170)を備えており、 前記制御手段が、前記参照用出力の位相を90°ずれる
    ように位相調整する第2位相調整手段(150)を備え
    ており、 前記加振力発生手段が、 前記第2位相調整手段の位相調整出力を前記参照用出力
    に加算して第1加振力を発生する第1加振力発生手段
    (190)と、 前記第2位相調整手段の位相調整出力を逆位相にて前記
    参照用出力に加算して第2加振力を発生する第2加振力
    発生手段(200、210)とを備えており、 前記制御手段が、前記第1加振力に基づき前記振動部材
    に前記Y軸方向に加振するように前記両駆動用圧電素子
    の一方を駆動し、また、前記第2加振力に基づき前記振
    動部材に前記Y軸方向に逆位相にて加振するように前記
    他方の駆動用圧電素子を駆動するようにしたことを特徴
    とする請求項1に記載の振動型角速度検出装置。
  3. 【請求項3】 X軸、Y軸及びZ軸からなる直交座標系
    にてZ軸方向を軸として可動体に支持される振動部材
    (10、10a)と、 この振動部材に当該振動部材をX軸方向に振動させるよ
    うに装着された両駆動用圧電素子(20乃至50)と、 前記振動部材に装着されて前記振動部材のX軸方向の振
    動をモニターして参照用出力を発生する参照用圧電素子
    (80乃至110)と、 前記振動部材に装着されてこの振動部材のX軸方向の振
    動のもと可動体の角速度に応じて前記振動部材に発生す
    るY軸方向の振動を検出する検出用圧電素子(60、7
    0)と、 前記振動部材がX軸方向に振動するように前記参照用圧
    電素子の参照用出力に基づき前記両駆動用圧電素子を互
    いに逆位相にて駆動する制御手段(120、150、1
    80乃至210)と、 前記参照用圧電素子の参照用出力及び前記検出用圧電素
    子の検出出力に基づき前記角速度を検出する角速度検出
    手段(120、130、160、170)とを備える振
    動型角速度検出装置であって、 前記制御手段が、 前記参照用出力に基づき前記検出出力中のオフセット量
    を打ち消すように前記振動部材に対するY軸方向への加
    振力を発生する加振力発生手段(190乃至210)を
    備えて、 前記加振力に基づき前記両駆動用圧電素子を介し前記振
    動部材にY軸方向に加振するようにした振動型角速度検
    出装置。
  4. 【請求項4】 前記角速度検出手段が、 前記参照用出力に基づきその位相を前記検出用圧電素子
    の検出出力の位相に合わせるように位相を調整する第1
    位相調整手段(120、130)と、 この第1位相調整手段の位相調整出力に基づき前記検出
    用圧電素子の検出出力を同期検波して前記角速度を出力
    する同期検波手段(160、170)を備えており、 前記制御手段が、前記参照用出力の位相を前記オフセッ
    ト量を打ち消すに必要な値だけずらせるように位相調整
    する第2位相調整手段(150)を備えており、 前記加振力発生手段が、 前記第2位相調整手段の位相調整出力を前記参照用出力
    に加算して第1加振力を発生する第1加振力発生手段
    (190)と、 前記第2位相調整手段の位相調整出力を逆位相にて前記
    参照用出力に加算して第2加振力を発生する第2加振力
    発生手段(200、210)とを備えており、 前記制御手段が、前記第1加振力に基づき前記振動部材
    に前記Y軸方向に加振するように前記両駆動用圧電素子
    の一方を駆動し、また、前記第2加振力に基づき前記振
    動部材に前記Y軸方向に逆位相にて加振するように前記
    他方の駆動用圧電素子を駆動するようにしたことを特徴
    とする請求項4に記載の振動型角速度検出装置。
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