JPH11142161A - Vibrational gyro - Google Patents
Vibrational gyroInfo
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- JPH11142161A JPH11142161A JP9322497A JP32249797A JPH11142161A JP H11142161 A JPH11142161 A JP H11142161A JP 9322497 A JP9322497 A JP 9322497A JP 32249797 A JP32249797 A JP 32249797A JP H11142161 A JPH11142161 A JP H11142161A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は振動ジャイロに関
し、特にたとえば、カメラの手振れ補正、カーナビゲー
ションシステムにおける位置検出、車両の姿勢制御など
に利用される角速度検出のための振動ジャイロに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrating gyroscope and, more particularly, to a vibrating gyroscope for detecting a camera shake, detecting a position in a car navigation system, and detecting an angular velocity used for controlling a posture of a vehicle.
【0002】[0002]
【従来の技術】図8は、従来の振動ジャイロの一例を示
すブロック図である。振動ジャイロ1は、振動子2を含
む。振動子2は、たとえば正3角柱状の振動体3と、振
動体3の3つの側面に形成される圧電素子4a,4b,
4cとで形成される。圧電素子4a,4bは、バッファ
回路5a,5bを介して、コンパレート回路6に接続さ
れる。コンパレート回路6は、位相補正回路7に接続さ
れ、この位相補正回路7の出力信号が、駆動信号として
圧電素子4cに入力される。2. Description of the Related Art FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional vibrating gyroscope. The vibrating gyroscope 1 includes a vibrator 2. The vibrator 2 includes, for example, a regular triangular prism-shaped vibrator 3 and piezoelectric elements 4 a, 4 b, formed on three side surfaces of the vibrator 3.
4c. The piezoelectric elements 4a and 4b are connected to a comparator circuit 6 via buffer circuits 5a and 5b. The comparator circuit 6 is connected to a phase correction circuit 7, and an output signal of the phase correction circuit 7 is input to the piezoelectric element 4c as a drive signal.
【0003】また、バッファ回路5a,5bは、検出回
路を構成する差動回路8に接続される。差動回路8の主
力信号は、同期検波回路9において、コンパレート回路
6の信号に同期して検波される。同期検波回路9の出力
信号は、平滑回路10で平滑され、さらに直流増幅回路
11で増幅される。[0005] The buffer circuits 5a and 5b are connected to a differential circuit 8 constituting a detection circuit. The main signal of the differential circuit 8 is detected by the synchronous detection circuit 9 in synchronization with the signal of the comparator circuit 6. The output signal of the synchronous detection circuit 9 is smoothed by the smoothing circuit 10 and further amplified by the DC amplifier circuit 11.
【0004】圧電素子4a,4bの出力信号はバッファ
回路5a,5bでインピーダンス変換され、バッファ回
路5a,5bの出力信号が合成されて、コンパレート回
路6で波形が成形される。そして、コンパレート回路6
の出力信号が位相補正回路7で位相補正され、駆動信号
として圧電素子4cに与えられる。この駆動信号によっ
て、圧電素子4cは伸縮し、それによって、振動体3は
圧電素子3c形成面に直交する向きに屈曲振動する。The output signals of the piezoelectric elements 4a and 4b are impedance-converted by buffer circuits 5a and 5b, the output signals of the buffer circuits 5a and 5b are combined, and the waveform is shaped by a comparator circuit 6. And the comparator circuit 6
Is output to the piezoelectric element 4c as a drive signal. This drive signal causes the piezoelectric element 4c to expand and contract, whereby the vibrating body 3 bends and vibrates in a direction orthogonal to the surface on which the piezoelectric element 3c is formed.
【0005】無回転時においては、圧電素子4a,4b
の屈曲状態は同じとなり、それぞれの出力信号は同じで
ある。そのため、差動回路8からは信号が出力されず、
回転角速度が加わっていないことがわかる。振動体3の
軸を中心として回転すると、コリオリ力によって振動体
3の振動方向が変わる。それにより、圧電素子4a,4
bの出力信号に差が生じ、差動回路8からその差に対応
した信号が出力される。差動回路8の出力信号は、同期
検波回路9において、コンパレート回路6の信号に同期
して検波される。同期検波回路9の出力信号は平滑回路
10で平滑され、さらに直流増幅回路11で増幅され
る。At the time of non-rotation, the piezoelectric elements 4a, 4b
Have the same bending state, and their output signals are the same. Therefore, no signal is output from the differential circuit 8,
It can be seen that the rotational angular velocity is not applied. When rotated about the axis of the vibrating body 3, the vibration direction of the vibrating body 3 changes due to Coriolis force. Thereby, the piezoelectric elements 4a, 4
A difference occurs in the output signal b, and a signal corresponding to the difference is output from the differential circuit 8. The output signal of the differential circuit 8 is detected by the synchronous detection circuit 9 in synchronization with the signal of the comparator circuit 6. The output signal of the synchronous detection circuit 9 is smoothed by a smoothing circuit 10 and further amplified by a DC amplifier circuit 11.
【0006】振動体3の振動方向の変化はコリオリ力に
対応しているため、圧電素子4a,4bの出力信号の変
化もコリオリ力に対応したものとなる。そのため、差動
回路8からは、コリオリ力に対応した信号が出力され
る。したがって、差動回路8の出力信号を平滑して増幅
した信号もコリオリ力に対応したものとなる。コリオリ
力は、振動ジャイロ1に加わった回転角速度に対応して
いるため、直流増幅回路11の出力信号を測定すること
により、振動ジャイロ1に加わった回転角速度を検出す
ることができる。Since the change in the vibration direction of the vibrator 3 corresponds to the Coriolis force, the change in the output signals of the piezoelectric elements 4a and 4b also corresponds to the Coriolis force. Therefore, a signal corresponding to the Coriolis force is output from the differential circuit 8. Therefore, a signal obtained by smoothing and amplifying the output signal of the differential circuit 8 also corresponds to the Coriolis force. Since the Coriolis force corresponds to the rotational angular velocity applied to the vibrating gyroscope 1, the rotational angular velocity applied to the vibrating gyroscope 1 can be detected by measuring the output signal of the DC amplifier circuit 11.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転角
速度が加わっていない場合においても、差動回路からは
オフセットドリフトが出力される。このドリフト成分
は、同期検波のための基準信号と位相差がある。図9
は、基準信号に同期して検波されたドリフト成分を示す
グラフである。このように検波されたドリフト成分を平
滑したときの出力信号dは、次の式(1)で表される。However, even when the rotational angular velocity is not applied, an offset drift is output from the differential circuit. This drift component has a phase difference from a reference signal for synchronous detection. FIG.
Is a graph showing drift components detected in synchronization with the reference signal. The output signal d when the drift component detected in this way is smoothed is expressed by the following equation (1).
【0008】[0008]
【数1】 (Equation 1)
【0009】ここで、fは基準信号およびドリフトの周
波数であり、αは基準信号とドリフト信号の位相差であ
る。式(1)からわかるように、α=π/2のとき、正
部分と負部分とが相殺されて、ドリフト成分は0とな
る。しかしながら、ドリフト成分の位相には温度特性が
あり、各温度によって位相が異なる場合がある。たとえ
ば、温度変化によってドリフト成分の位相が変わった場
合、同期検波回路で検波されたドリフト成分の正部分と
負部分とが等しくならず、その差に相当する信号が直流
増幅回路から出力されることになる。Here, f is the frequency of the reference signal and the drift, and α is the phase difference between the reference signal and the drift signal. As can be seen from equation (1), when α = π / 2, the positive part and the negative part cancel each other, and the drift component becomes zero. However, the phase of the drift component has a temperature characteristic, and the phase may be different depending on each temperature. For example, if the phase of the drift component changes due to a temperature change, the positive and negative parts of the drift component detected by the synchronous detection circuit will not be equal, and a signal corresponding to the difference will be output from the DC amplifier circuit. become.
【0010】このようなドリフト成分を抑制するため
に、圧電素子の温度特性をよくするか、各温度で発生す
るジャイロ出力の温度特性をキャンセルすることが考え
られる。前者の方法として、圧電素子の方向ばらつきを
低減する方法があるが、材料の性質上の限界がある。ま
た、後者の方法については、各圧電素子ごとの傾向が千
差万別であり、実質上補正は不可能である。In order to suppress such drift components, it is conceivable to improve the temperature characteristics of the piezoelectric element or cancel the temperature characteristics of the gyro output generated at each temperature. As the former method, there is a method of reducing the direction variation of the piezoelectric element, but there is a limit in the property of the material. In the latter method, the tendency of each piezoelectric element varies widely, and correction is practically impossible.
【0011】それゆえに、この発明の主たる目的は、振
動子の温度特性を個別に補正することなく、簡単な回路
を用いることでドリフト成分を除去することができる振
動ジャイロを提供することである。SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide a vibrating gyroscope capable of removing a drift component by using a simple circuit without individually correcting the temperature characteristics of the vibrator.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】この発明は、振動体の振
動を利用して回転角速度に対応した信号を出力する振動
子と、振動子の出力信号を基準信号に同期して検波する
ための同期検波回路と、温度に対応して基準信号の位相
を調整するための移相回路とを含む、振動ジャイロであ
る。このような振動ジャイロにおいて、振動子の出力信
号から振動子を振動させるための駆動信号を形成するた
めの発振回路を含み、発振回路の信号が移相回路で位相
補正されて基準信号が形成される。そして、この移相回
路には、感温素子が含まれる。According to the present invention, there is provided a vibrator for outputting a signal corresponding to a rotational angular velocity by utilizing the vibration of a vibrating body, and for detecting an output signal of the vibrator in synchronization with a reference signal. A vibration gyro includes a synchronous detection circuit and a phase shift circuit for adjusting a phase of a reference signal according to a temperature. Such a vibrating gyroscope includes an oscillation circuit for forming a drive signal for vibrating the vibrator from an output signal of the vibrator, and a signal of the oscillation circuit is phase-corrected by a phase shift circuit to form a reference signal. You. The phase shift circuit includes a temperature sensing element.
【0013】振動子の出力信号中に含まれるドリフト成
分の温度特性に対応する温度特性を有する移相回路を用
いることにより、各温度において、ドリフト成分とπ/
2の位相差をもつ基準信号を得ることができる。したが
って、この基準信号に同期して振動子の出力信号を検波
すれば、正部分と負部分とがほぼ同じであるドリフト成
分を検波することができ、それを平滑することによっ
て、正部分と負部分とを相殺することができる。By using a phase shift circuit having a temperature characteristic corresponding to the temperature characteristic of the drift component included in the output signal of the oscillator, the drift component and the π /
A reference signal having a phase difference of 2 can be obtained. Therefore, if the output signal of the oscillator is detected in synchronization with the reference signal, it is possible to detect a drift component in which the positive portion and the negative portion are substantially the same, and smooth the drift component to obtain a positive component and a negative component. Parts and can be offset.
【0014】このような基準信号を得るために、振動子
を駆動するための発振回路から信号を取り出し、その信
号を移相回路で位相補正することができる。このとき、
移相回路に感温素子を含めることによって、移相回路の
出力信号に温度特性をもたせることができる。In order to obtain such a reference signal, a signal can be taken out from an oscillation circuit for driving the vibrator, and the signal can be phase-corrected by a phase shift circuit. At this time,
By including a temperature-sensitive element in the phase shift circuit, the output signal of the phase shift circuit can have a temperature characteristic.
【0015】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】図1は、この発明の振動ジャイロ
の一例を示すブロック図である。振動ジャイロ20は、
振動子22を含む。振動子22は、図2および図3に示
すように、たとえば正3角柱状の振動体24を含む。振
動体24は、たとえばエリンバ,鉄−ニッケル合金,石
英,ガラス,水晶,セラミックなど、一般的に機械的な
振動を生じる材料で形成される。FIG. 1 is a block diagram showing an example of a vibrating gyroscope according to the present invention. The vibrating gyro 20
The vibrator 22 is included. The vibrator 22 includes, for example, a regular triangular prism-shaped vibrator 24 as shown in FIGS. The vibrating body 24 is generally formed of a material that generates mechanical vibration, such as an elinvar, an iron-nickel alloy, quartz, glass, quartz, or ceramic.
【0017】振動体24の3つの側面には、それぞれ圧
電素子26a,26b,26cが形成される。圧電素子
26aは、たとえば圧電セラミックなどで形成される圧
電層28aを含む。圧電層28aの両面には、電極30
a,32aが形成される。そして、一方の電極32a
が、振動体24の側面に接着される。同様に、圧電素子
26b,26cは圧電層28b,28cを含み、これら
の圧電層28b,28cの両面に、電極30b,32b
および電極30c,32cが形成される。そして、圧電
素子26b,26cの一方の電極32b,32cが、振
動体24の側面に接着される。On the three side surfaces of the vibrating body 24, piezoelectric elements 26a, 26b and 26c are formed, respectively. The piezoelectric element 26a includes a piezoelectric layer 28a formed of, for example, a piezoelectric ceramic. The electrodes 30 are provided on both sides of the piezoelectric layer 28a.
a, 32a are formed. Then, one electrode 32a
Is adhered to the side surface of the vibrating body 24. Similarly, the piezoelectric elements 26b and 26c include piezoelectric layers 28b and 28c, and electrodes 30b and 32b are provided on both surfaces of the piezoelectric layers 28b and 28c.
And the electrodes 30c and 32c. Then, one of the electrodes 32b and 32c of the piezoelectric elements 26b and 26c is bonded to the side surface of the vibrator 24.
【0018】圧電素子26a,26bは、それぞれ抵抗
34a,34bを介して、基準電位に接続される。さら
に、圧電素子26a,26bは、バッファ回路36a,
36bに接続される。バッファ回路36a,36bの出
力信号は合成され、発振回路38に入力される。発振回
路38は、反転増幅回路40と自動利得制御回路(AG
C回路)42とを含み、バッファ回路36a,36bの
出力を合成した信号は、発振回路38で処理されて、駆
動信号として圧電素子26cに与えられる。The piezoelectric elements 26a and 26b are connected to a reference potential via resistors 34a and 34b, respectively. Further, the piezoelectric elements 26a, 26b are connected to the buffer circuits 36a,
36b. The output signals of the buffer circuits 36a and 36b are combined and input to the oscillation circuit 38. The oscillation circuit 38 includes an inverting amplification circuit 40 and an automatic gain control circuit (AG
C circuit 42), and the signal obtained by combining the outputs of the buffer circuits 36a and 36b is processed by the oscillation circuit 38 and supplied to the piezoelectric element 26c as a drive signal.
【0019】さらに、バッファ回路36a,36bの出
力信号は、検出回路44に入力される。検出回路44は
差動回路46を含み、バッファ回路36a,36bの出
力信号の差が差動回路46から出力される。差動回路4
6の出力信号は、同期検波回路48で基準信号に同期し
て検波される。基準信号は、反転増幅回路40の出力信
号の位相を調整することによって得られる。このとき、
反転増幅回路40の出力信号は移相回路50に入力さ
れ、この移相回路50で位相が調整される。Further, the output signals of the buffer circuits 36a and 36b are input to the detection circuit 44. The detection circuit 44 includes a differential circuit 46, and a difference between output signals of the buffer circuits 36a and 36b is output from the differential circuit 46. Differential circuit 4
The output signal of No. 6 is detected by the synchronous detection circuit 48 in synchronization with the reference signal. The reference signal is obtained by adjusting the phase of the output signal of the inverting amplifier circuit 40. At this time,
The output signal of the inverting amplifier circuit 40 is input to the phase shift circuit 50, and the phase is adjusted by the phase shift circuit 50.
【0020】移相回路50は、たとえば図4に示すよう
に、抵抗R1,R2,R3、コンデンサC1,C2およ
び感温素子としてのサーミスタN1を梯子状に接続して
形成される。この移相回路50では、抵抗R1とコンデ
ンサC1とが並列に接続された第1の並列回路と、抵抗
R2とサーミスタN1とが並列に接続された第2の並列
回路と、抵抗R3とコンデンサC2とが並列に接続され
た第3の並列回路とが、互いに直列に接続される。反転
増幅回路40の出力信号は、第1の並列回路に入力さ
れ、第2の並列回路と第3の並列回路との中間部分から
基準信号が出力される。この移相回路50では、サーミ
スタN1が組み込まれていることにより、温度によって
インピーダンスが変わり、基準信号の位相が調整され
る。同期検波回路48の出力信号は平滑回路52で平滑
され、さらに平滑回路52の出力信号は直流増幅回路5
4で増幅される。The phase shift circuit 50 is formed, for example, by connecting resistors R1, R2, R3, capacitors C1, C2 and a thermistor N1 as a temperature sensing element in a ladder shape as shown in FIG. In this phase shift circuit 50, a first parallel circuit in which a resistor R1 and a capacitor C1 are connected in parallel, a second parallel circuit in which a resistor R2 and a thermistor N1 are connected in parallel, a resistor R3 and a capacitor C2 Are connected in series with each other. An output signal of the inverting amplifier circuit 40 is input to the first parallel circuit, and a reference signal is output from an intermediate portion between the second parallel circuit and the third parallel circuit. In the phase shift circuit 50, since the thermistor N1 is incorporated, the impedance changes depending on the temperature, and the phase of the reference signal is adjusted. The output signal of the synchronous detection circuit 48 is smoothed by the smoothing circuit 52, and the output signal of the smoothing circuit 52 is further
Amplified at 4.
【0021】このような振動ジャイロ20では、発振回
路38で得られた駆動信号によって、圧電素子26cが
伸縮し、それによって振動体24は、圧電素子26c形
成面に直交する向きに屈曲振動する。無回転時において
は、圧電素子26a,26bの屈曲状態は同じになり、
その出力信号も同じである。そのため、差動回路46か
らは信号が出力されず、回転角速度が加わっていないこ
とがわかる。In such a vibrating gyroscope 20, the piezoelectric element 26c expands and contracts by the drive signal obtained by the oscillation circuit 38, whereby the vibrating body 24 bends and vibrates in a direction perpendicular to the surface on which the piezoelectric element 26c is formed. At the time of no rotation, the bending state of the piezoelectric elements 26a and 26b becomes the same,
The output signal is the same. Therefore, no signal is output from the differential circuit 46, and it can be seen that the rotational angular velocity is not applied.
【0022】振動体24の軸を中心として回転すると、
コリオリ力によって、振動体24の振動方向が変わる。
そのため、圧電素子26a,26bの屈曲状態が変わ
り、これらの圧電素子26a,26bから異なる信号が
出力される。したがって、差動回路46からは、圧電素
子26a,26bの出力信号の差に対応した信号が出力
される。差動回路46の出力信号は、同期検波回路48
において、移相回路50から出力される基準信号に同期
して検波される。When rotating about the axis of the vibrating body 24,
The direction of vibration of the vibrating body 24 is changed by the Coriolis force.
Therefore, the bending state of the piezoelectric elements 26a and 26b changes, and different signals are output from the piezoelectric elements 26a and 26b. Therefore, the differential circuit 46 outputs a signal corresponding to the difference between the output signals of the piezoelectric elements 26a and 26b. The output signal of the differential circuit 46 is
, The signal is detected in synchronization with the reference signal output from the phase shift circuit 50.
【0023】同期検波回路48では、差動回路46の出
力信号の正部分のみまたは負部分のみ、あるいは正負い
ずれかを反転した信号が検波される。そして、同期検波
回路48の出力信号が平滑回路52で平滑され、さらに
直流増幅回路54で増幅される。振動体24の振動方向
の変化はコリオリ力に対応しており、圧電素子26a,
26bの出力信号の変化は振動体24の振動方向の変化
に対応している。したがって、直流増幅回路54の出力
信号のレベルから、振動子22に加わった回転角速度を
検出することができる。In the synchronous detection circuit 48, only the positive portion or only the negative portion of the output signal of the differential circuit 46, or a signal obtained by inverting either the positive or negative signal is detected. Then, the output signal of the synchronous detection circuit 48 is smoothed by the smoothing circuit 52 and further amplified by the DC amplifier circuit 54. The change in the vibration direction of the vibrating body 24 corresponds to the Coriolis force, and the piezoelectric element 26a,
The change in the output signal of 26b corresponds to the change in the vibration direction of the vibrating body 24. Therefore, the rotational angular velocity applied to the vibrator 22 can be detected from the level of the output signal of the DC amplifier circuit 54.
【0024】振動子22に加わる回転角速度の方向が逆
になると、発生するコリオリ力の方向も逆となり、振動
体24の振動方向の変化も逆となる。そのため、圧電素
子26a,26bの出力信号の変化も逆となり、差動回
路46からは逆極性の信号が出力される。そのため、最
終的な直流増幅回路54の出力信号の極性も逆になる。
したがって、直流増幅回路54の出力信号の極性から、
回転角速度の方向を知ることができる。When the direction of the rotational angular velocity applied to the vibrator 22 is reversed, the direction of the generated Coriolis force is also reversed, and the change in the vibration direction of the vibrator 24 is also reversed. Therefore, the output signals of the piezoelectric elements 26a and 26b change in reverse, and the differential circuit 46 outputs a signal of the opposite polarity. Therefore, the polarity of the final output signal of the DC amplifier circuit 54 is also reversed.
Therefore, from the polarity of the output signal of the DC amplifier circuit 54,
The direction of the rotational angular velocity can be known.
【0025】このような振動ジャイロ20では、無回転
時においても、オフセットドリフトが出力される場合が
ある。同期検波の基準信号およびドリフト信号の周波数
をfとし、基準信号とドリフト信号との位相差をαとし
たとき、このようなドリフト成分は、式(1)で示され
る。したがって、α=π/2のとき、同期検波回路48
で検波されたドリフト成分には、正部分と負部分とが同
じ割合で含まれており、平滑回路52で平滑することに
より、正部分と負部分とが相殺されて、直流増幅回路5
4からはドリフト成分が出力されない。In such a vibrating gyroscope 20, offset drift may be output even during non-rotation. When the frequency of the reference signal and the drift signal for synchronous detection is f, and the phase difference between the reference signal and the drift signal is α, such a drift component is expressed by Expression (1). Therefore, when α = π / 2, the synchronous detection circuit 48
The drift component detected in step (a) contains a positive part and a negative part in the same ratio, and the smoothing circuit 52 smoothes out the positive part and the negative part, thereby canceling the DC component.
4 does not output a drift component.
【0026】しかしながら、温度が変化すると、圧電素
子26a〜26cの温度特性などによって、ドリフト成
分の位相が変化する場合がある。たとえば、図9に示す
ように、温度が上がったとき、ドリフト成分の位相が進
み、温度が下がったとき、ドリフト成分の位相が遅れ
る。ところが、この振動ジャイロ20では、移相回路5
0にサーミスタN1が含まれているため、温度によって
サーミスタN1の抵抗値が変わり、移相回路50のイン
ピーダンスも変わる。そのため、移相回路50の出力信
号の位相が、温度によって変わる。However, when the temperature changes, the phase of the drift component may change due to the temperature characteristics of the piezoelectric elements 26a to 26c. For example, as shown in FIG. 9, when the temperature rises, the phase of the drift component advances, and when the temperature falls, the phase of the drift component lags. However, in this vibration gyro 20, the phase shift circuit 5
Since 0 includes the thermistor N1, the resistance value of the thermistor N1 changes depending on the temperature, and the impedance of the phase shift circuit 50 also changes. Therefore, the phase of the output signal of the phase shift circuit 50 changes depending on the temperature.
【0027】したがって、適当な温度特性を有するサー
ミスタN1を用いることにより、基準信号の位相の温度
変化をドリフト成分の位相の温度変化に合わせることが
できる。なお、移相回路50の移相量は、次式から得る
ことができる。つまり、抵抗R1とコンデンサC1の並
列回路のインピーダンスZ1 および抵抗R2とサーミス
タN1の並列回路のインピーダンスZ2 は、それぞれ式
(2)および式(3)で表され、Z1 およびZ2 の合成
インピーダンスZ1 +Z2 は式(4)で表される。Therefore, by using the thermistor N1 having appropriate temperature characteristics, it is possible to adjust the temperature change of the phase of the reference signal to the temperature change of the phase of the drift component. The phase shift amount of the phase shift circuit 50 can be obtained from the following equation. That is, the impedance Z 2 of the parallel circuit of the impedance Z 1 and the resistor R2 and the thermistor N1 of the parallel circuit of the resistor R1 and the capacitor C1 are represented by respectively formula (2) and (3) Synthesis of Z 1 and Z 2 The impedance Z 1 + Z 2 is represented by equation (4).
【0028】[0028]
【数2】 (Equation 2)
【0029】[0029]
【数3】 (Equation 3)
【0030】[0030]
【数4】 (Equation 4)
【0031】なお、式(4)において、S=N1R2+
R1R2+N1R1、T=ωC1N1R1R2、V=N
1+R2、W=ωC1R1である。また、抵抗R3とコ
ンデンサC2の並列回路のインピーダンスZ3 は、次の
式(5)で表される。In the equation (4), S = N1R2 +
R1R2 + N1R1, T = ωC1N1R1R2, V = N
1 + R2, W = ωC1R1. The impedance Z 3 of the parallel circuit of the resistor R3 and the capacitor C2 is expressed by the following equation (5).
【0032】[0032]
【数5】 (Equation 5)
【0033】なお、式(5)において、X=R3、Y=
ωC2R3である。そして、インピーダンスZ1 ,
Z2 ,Z3 の合成インピーダンスZ0 は、次の式(6)
で表される。In the equation (5), X = R3 and Y =
ωC2R3. And impedance Z 1 ,
The combined impedance Z 0 of Z 2 and Z 3 is given by the following equation (6)
It is represented by
【0034】[0034]
【数6】 (Equation 6)
【0035】ここで、A=S+VX−TY、B=T+S
Y+VWX、D=V−VWY、E=VW+VYである。
したがって、入力信号Vinと出力信号Vout の比は、次
の式(7)で示される。Where A = S + VX-TY, B = T + S
Y + VWX, D = V−VWY, and E = VW + VY.
Accordingly, the ratio of the input signal V in and the output signal V out is represented by the following equation (7).
【0036】[0036]
【数7】 (Equation 7)
【0037】ここで、F=XD、G=EX、H=A−B
Y、K=B+AY、L=FH+GK、M=GH−FK、
N=H2 +K2 である。したがって、入力信号と出力信
号との間の移相量θは、次の式(8)で表される。Where F = XD, G = EX, H = AB
Y, K = B + AY, L = FH + GK, M = GH-FK,
N = H 2 + K 2 . Therefore, the phase shift amount θ between the input signal and the output signal is expressed by the following equation (8).
【0038】[0038]
【数8】 (Equation 8)
【0039】この移相量θをドリフト成分の温度特性に
合わせることによって、ドリフト成分の正部分と負部分
とが等しくなるように検波することができる。それによ
り、温度変化にかかわらず、直流増幅回路54から出力
されるドリフト成分の少ない振動ジャイロ20を得るこ
とができる。By matching the phase shift amount θ with the temperature characteristics of the drift component, it is possible to detect the drift component so that the positive part and the negative part are equal. Thus, the vibrating gyroscope 20 with a small drift component output from the DC amplifier circuit 54 can be obtained regardless of the temperature change.
【0040】実験例として、図4に示した移相回路50
の温度特性を図5に示す。ここでは、サーミスタN1と
して、負特性サーミスタが用いられているため、高温部
では位相が進む方向に変化し、低温部では位相が遅れる
方向に変化している。それにより、各温度において、最
適な同期検波位相とすることができ、その結果、オフセ
ットドリフト特性を低減することができる。移相回路5
0を用いた場合と、用いない場合とについて、オフセッ
トドリフト特性を図6に示す。図6からわかるように、
2次関数で表される温度特性成分について、容易に補正
をすることができる。As an experimental example, the phase shift circuit 50 shown in FIG.
FIG. 5 shows the temperature characteristics. Here, since a negative temperature coefficient thermistor is used as the thermistor N1, the phase changes in a high temperature part in a direction in which the phase advances, and in a low temperature part, the phase changes in a direction in which the phase delays. Thereby, the optimum synchronous detection phase can be obtained at each temperature, and as a result, the offset drift characteristics can be reduced. Phase shift circuit 5
FIG. 6 shows the offset drift characteristics for the case where 0 is used and the case where it is not used. As can be seen from FIG.
The temperature characteristic component represented by the quadratic function can be easily corrected.
【0041】なお、1次関数成分については抵抗R3
を、2次関数成分については抵抗R2を可変すること
で、図5の移相カーブを変化させることができる。これ
により、1次関数および2次関数で表される温度特性を
簡単に補正することができる。なお、感温素子として、
たとえば温度補償用コンデンサなどのようにリニアな特
性の素子を用いれば、移相温度特性はリニアなものとな
る。つまり、図5の特性が2次関数的な特性をもってい
るのは、サーミスタの特性によるものであり、振動子2
2の温度特性に合わせたからである。したがって、振動
子22がリニアな温度特性をもつものであれば、感温素
子としてリニアな温度特性をもつものを使用することが
できる。Note that the linear function component has a resistance R3
By varying the resistance R2 for the quadratic function component, the phase shift curve in FIG. 5 can be changed. Thus, the temperature characteristics represented by the linear function and the quadratic function can be easily corrected. In addition, as a temperature sensing element,
For example, if an element having a linear characteristic such as a temperature compensating capacitor is used, the phase shift temperature characteristic becomes linear. That is, the characteristic of FIG. 5 has a quadratic function characteristic due to the characteristics of the thermistor.
This is because the temperature characteristics of FIG. Therefore, if the vibrator 22 has a linear temperature characteristic, a temperature-sensitive element having a linear temperature characteristic can be used.
【0042】このように、感温素子としては、サーミス
タに限らず、振動子の特性に応じた特性のものを使用す
ることができる。なお、振動子としては、3角柱状の振
動体を用いたものに限らず、4角柱状などの他の角柱状
の振動体や円柱状の振動体を用いたものなど、各種の形
状の振動体を用いた振動子を用いることができる。ま
た、圧電体で形成した振動体に電極を形成した振動子を
用いてもよい。As described above, the temperature-sensitive element is not limited to the thermistor, but may be one having characteristics according to the characteristics of the vibrator. In addition, the vibrator is not limited to a vibrator using a triangular prism-shaped vibrator, but may be a vibrator of various shapes such as a vibrator using another rectangular vibrator such as a quadrangular prism or a vibrator having a columnar shape. A vibrator using a body can be used. Further, a vibrator in which electrodes are formed on a vibrating body formed of a piezoelectric body may be used.
【0043】さらに、図7に示すように、バイモルフ型
の振動子を用いることもできる。この振動子60は、内
部電極62を挟んで、2つの圧電体基板64,66が積
層されている。圧電体基板64,66は、内部電極62
と直交する向きに分極され、一方の圧電体基板66の全
面に駆動用電極68が形成されている。そして、他方の
圧電体基板64上には、幅方向に2分割された検出用電
極70,72が形成される。このような振動子60で
は、検出用電極70,72の出力信号がバッファ回路3
6a,36bに接続され、発振回路38の出力信号が駆
動用電極68に与えられる。このような振動子60につ
いても、移相回路50を用いることによって、ドリフト
成分の温度特性を補正することができる。Further, as shown in FIG. 7, a bimorph type vibrator can be used. In this vibrator 60, two piezoelectric substrates 64 and 66 are laminated with an internal electrode 62 interposed therebetween. The piezoelectric substrates 64 and 66 are provided with the internal electrodes 62.
A driving electrode 68 is formed on the entire surface of one of the piezoelectric substrates 66. On the other piezoelectric substrate 64, detection electrodes 70 and 72 divided in the width direction are formed. In such a vibrator 60, the output signals of the detection electrodes 70 and 72 are
6a and 36b, the output signal of the oscillation circuit 38 is given to the driving electrode 68. Also for such a vibrator 60, the temperature characteristics of the drift component can be corrected by using the phase shift circuit 50.
【0044】また、移相回路50としては、図4に示す
ような梯子型の回路に限らず、振動子22の特性に応じ
て、他の回路を用いることができる。移相回路50とし
て他の回路を用いた場合においても、適当な感温素子を
用いることにより、基準信号の位相を調整することがで
き、ドリフト成分の少ない振動ジャイロを得ることがで
きる。The phase shift circuit 50 is not limited to a ladder type circuit as shown in FIG. 4, but may be another circuit according to the characteristics of the vibrator 22. Even when another circuit is used as the phase shift circuit 50, by using an appropriate temperature sensing element, the phase of the reference signal can be adjusted, and a vibrating gyroscope with a small drift component can be obtained.
【0045】[0045]
【発明の効果】この発明によれば、振動ジャイロのオフ
セットドリフトの温度特性を補正して、ドリフト成分の
少ない振動ジャイロを得ることができる。そのため、温
度が変化しても、正確に回転角速度を検出することきが
できる。しかも、振動子を調整する必要はなく、簡単な
回路を付け加えるだけで、オフセットドリフトの温度特
性を補正することができる。According to the present invention, it is possible to obtain a vibration gyro having a small drift component by correcting the temperature characteristics of the offset drift of the vibration gyro. Therefore, even if the temperature changes, the rotational angular velocity can be accurately detected. Moreover, it is not necessary to adjust the vibrator, and the temperature characteristics of the offset drift can be corrected only by adding a simple circuit.
【図1】この発明の振動ジャイロの一例を示すブロック
図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of a vibrating gyroscope according to the present invention.
【図2】図1に示す振動ジャイロに用いられる振動子の
一例を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a vibrator used in the vibrating gyroscope shown in FIG.
【図3】図2に示す振動子の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of the vibrator shown in FIG. 2;
【図4】図1に示す振動ジャイロに用いられる移相回路
の一例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of a phase shift circuit used in the vibration gyro shown in FIG.
【図5】図4に示す移相回路の出力信号の温度特性のを
示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a temperature characteristic of an output signal of the phase shift circuit shown in FIG. 4;
【図6】移相回路がある場合とない場合におけるオフセ
ットドリフト特性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing offset drift characteristics with and without a phase shift circuit.
【図7】この発明の振動ジャイロに用いられる振動子の
他の例を示す図解図である。FIG. 7 is an illustrative view showing another example of the vibrator used in the vibrating gyroscope according to the present invention;
【図8】従来の振動ジャイロの一例を示すブロック図で
ある。FIG. 8 is a block diagram showing an example of a conventional vibrating gyroscope.
【図9】基準信号に同期して検波したドリフト信号の位
相を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the phase of a drift signal detected in synchronization with a reference signal.
20 振動ジャイロ 22 振動子 24 振動体 26a,26b,26c 圧電素子 36a,36b バッファ回路 38 発振回路 40 反転増幅回路 42 AGC回路 44 検出回路 46 差動回路 48 同期検波回路 50 移相回路 52 平滑回路 54 直流増幅回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Vibration gyroscope 22 Vibrator 24 Vibrator 26a, 26b, 26c Piezoelectric element 36a, 36b Buffer circuit 38 Oscillation circuit 40 Inverting amplifier circuit 42 AGC circuit 44 Detection circuit 46 Differential circuit 48 Synchronous detection circuit 50 Phase shift circuit 52 Smoothing circuit 54 DC amplifier circuit
Claims (3)
応した信号を出力する振動子、 前記振動子の出力信号を基準信号に同期して検波するた
めの同期検波回路、および温度に対応して前記基準信号
の位相を調整するための移相回路を含む、振動ジャイ
ロ。1. A vibrator for outputting a signal corresponding to a rotational angular velocity using vibration of a vibrating body, a synchronous detection circuit for detecting an output signal of the vibrator in synchronization with a reference signal, and corresponding to a temperature. A vibrating gyroscope including a phase shift circuit for adjusting a phase of the reference signal.
振動させるための駆動信号を形成するための発振回路を
含み、前記発振回路の信号が前記移相回路で位相補正さ
れて前記基準信号が形成される、請求項1に記載の振動
ジャイロ。2. An oscillator circuit for forming a drive signal for oscillating the oscillator from an output signal of the oscillator, wherein a signal of the oscillator circuit is phase-corrected by the phase shift circuit and the reference signal is The vibrating gyro according to claim 1, wherein
請求項1または請求項2に記載の振動ジャイロ。3. The phase shift circuit includes a temperature sensing element.
The vibrating gyroscope according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9322497A JPH11142161A (en) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Vibrational gyro |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9322497A JPH11142161A (en) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Vibrational gyro |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11142161A true JPH11142161A (en) | 1999-05-28 |
Family
ID=18144314
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9322497A Pending JPH11142161A (en) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Vibrational gyro |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11142161A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
IT201700031177A1 (en) * | 2017-03-21 | 2018-09-21 | St Microelectronics Srl | COMPENSATED DEMODULATOR FOR MODULATED PHASE AND SQUARE SIGNALS, MEMS GYROSCOPE INCLUDING THE SAME AND DEMODULATION METHOD |
US10648813B2 (en) | 2017-03-21 | 2020-05-12 | Stmicroelectronics S.R.L. | Demodulator for in-phase and quadrature modulated signals, MEMS gyroscope including the same and demodulation method |
-
1997
- 1997-11-06 JP JP9322497A patent/JPH11142161A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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IT201700031177A1 (en) * | 2017-03-21 | 2018-09-21 | St Microelectronics Srl | COMPENSATED DEMODULATOR FOR MODULATED PHASE AND SQUARE SIGNALS, MEMS GYROSCOPE INCLUDING THE SAME AND DEMODULATION METHOD |
US10648813B2 (en) | 2017-03-21 | 2020-05-12 | Stmicroelectronics S.R.L. | Demodulator for in-phase and quadrature modulated signals, MEMS gyroscope including the same and demodulation method |
US10900805B2 (en) | 2017-03-21 | 2021-01-26 | Stmicroelectronics S.R.L. | Compensated demodulator for in-phase and quadrature modulated signals, MEMS gyroscope including the same and demodulation method |
US11199422B2 (en) | 2017-03-21 | 2021-12-14 | Stmicroelectronics S.R.L. | Compensated demodulator for in-phase and quadrature modulated signals, MEMS gyroscope including the same and demodulation method |
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