JPS61193019A - Oscillating gyro - Google Patents

Oscillating gyro

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JPS61193019A
JPS61193019A JP60032887A JP3288785A JPS61193019A JP S61193019 A JPS61193019 A JP S61193019A JP 60032887 A JP60032887 A JP 60032887A JP 3288785 A JP3288785 A JP 3288785A JP S61193019 A JPS61193019 A JP S61193019A
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signal
phase
readout
piezoelectric transducer
angular velocity
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JP60032887A
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Takahiro Oikawa
及川 貴博
Ichiro Kataoka
一郎 片岡
Shigeharu Suzuki
重治 鈴木
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Yazaki Corp
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Yazaki Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make it difficult to be influenced by disturbance and to perform direction detection simply by detecting the angular velocity based on the phase detected by a phase detecting means. CONSTITUTION:A piezoelectric transducer 2a for driving and a piezoelectric transducer 2b for feedback adhered to a beam 1 are fitted so that piezoelectric elements are made reversed polarity. Hereby, when a driving signal is impressed on the transducer 2a, a readout signal and a feedback signal with the phase going ahead 90 deg. than the driving signal are obtained with the outputs of the piezoelectric transducers 2b and 2c for readout and feedback. Then, the feedback signal is made in-phase with the driving signal by a 90 deg. phase shifter 10 and the readout signal is waveform-shaped respectively by waveform shaping circuits 12 and 14 to output pulse signals. These output pulse signals are made phase- comparison 16 and made pulses with the pulse width corresponding to the phase shift and made a DC signal via an LPF 18. Then, this DC signal is converted into a digital signal with an A/D converting circuit 20.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コリオリカによって発生される変位を電気信
号に変換することにより角加速度を検出する振動ジャイ
ロに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a vibrating gyroscope that detects angular acceleration by converting displacement generated by Coriolis into an electrical signal.

該センサの基本的な検知素子は一般に第3図に示すよう
な構成となっている。すなわち、検知素子は振動体とし
ての柱状の金属ビームlからなり、その主要面の1つ1
aが該面に付着された圧電トランスジューサ2aによっ
て正弦波で駆動されると共に、その不動点a、bが支持
体3a 、3bによってそれぞれ支持されている。
The basic sensing element of the sensor generally has a configuration as shown in FIG. That is, the sensing element consists of a columnar metal beam l as a vibrating body, and one of its main surfaces 1
A is driven in a sinusoidal manner by a piezoelectric transducer 2a attached to the surface, and its fixed points a and b are supported by supports 3a and 3b, respectively.

ビームlが振動されているとき、ビームの長手軸Zの回
りに角速度が加わると、振動周波数で正弦波的に変化す
る力(コリオリカ)が駆動面1aに直角な方向に発生す
る。この力はビームlの駆動と同じ周波数の振動を発生
する。そして、このコリオリカによってビーム1に誘起
された振動は駆動面1aに直角な面1bには付着された
読出し用圧電トランスジューサ2bを介して読出し回路
(図示せず)によって検知される。
When the beam l is vibrated, when an angular velocity is applied around the longitudinal axis Z of the beam, a force (Coriolis) that varies sinusoidally at the vibration frequency is generated in a direction perpendicular to the drive surface 1a. This force generates vibrations of the same frequency as the drive of beam l. The vibrations induced in the beam 1 by Coriolis are detected by a readout circuit (not shown) via a readout piezoelectric transducer 2b attached to a surface 1b perpendicular to the drive surface 1a.

なお、コリオリカは回転座標系の運動物体にだけ働く見
かけの力で、慣性系に対する座標系の角速度Wが一定で
あれば、遠心力を除いたものがこの力になる。そして、
回転軸方向の単位ヘクトルをn、物体の質量をm、回転
座標系から見た速度ベクトルをVとすれば、2mw (
vn)で表わささる。
Note that Coriolis is an apparent force that acts only on a moving object in a rotating coordinate system, and if the angular velocity W of the coordinate system with respect to the inertial system is constant, this force is obtained by excluding centrifugal force. and,
If the unit hector in the rotational axis direction is n, the mass of the object is m, and the velocity vector seen from the rotational coordinate system is V, then 2mw (
vn).

また、ビーム1の駆動面1aに平行な面1cには、ビー
ム1の振幅を一定に保持して機械的共振周波数で励振す
るために使用されるフィードバック用圧電トランスジュ
ーサ2dが、そして面1bに平行な面1dにダンピング
用圧電トランスジューサ2dがそれぞれ付着されている
In addition, a feedback piezoelectric transducer 2d, which is used to keep the amplitude of the beam 1 constant and excite it at a mechanical resonance frequency, is mounted on a surface 1c parallel to the driving surface 1a of the beam 1, and parallel to the surface 1b. A damping piezoelectric transducer 2d is attached to each surface 1d.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

第3図について上述したような検知素子を使用した従来
の振動ジャイロでは、読出し用の圧電トランスジューサ
によって検知される角速度で振幅変調された信号を増幅
し、その後復調してから整流して入力角速度に比例した
大きさの直流信号を発生するようになっている。この直
流信号は、上記検知信号とフィードバック用の圧電トラ
ンスジューサからの信号とが同相のとき正の全波整流信
号として与えられ、180°位相が異なるとき負の全波
整流信号として与えられる。従って、この直流信号の振
幅と極性によって角速度入力の大きさとその方向が1旨
示されるようになっている。
Conventional vibrating gyros using sensing elements such as those described above with respect to FIG. It is designed to generate a DC signal of proportional magnitude. This DC signal is provided as a positive full-wave rectified signal when the detection signal and the signal from the piezoelectric transducer for feedback are in phase, and is provided as a negative full-wave rectified signal when they are out of phase by 180 degrees. Therefore, the amplitude and polarity of this DC signal indicate the magnitude and direction of the angular velocity input.

〔考案が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention attempts to solve]

上述したように従来の振動ジャイロでは、角速度に比例
して変調された検出信号を復調して得られる直流信号の
大きさで角速度を検知するようにしているため、電圧変
動や温度変動などの外的な要因によって検知結果が大き
く影客を受は易い他、角速度入力の方向を知るために複
雑な信号処理が必要で、そのための回路構成などが複雑
になるなどの問題があった。
As mentioned above, conventional vibrating gyroscopes detect angular velocity using the magnitude of the DC signal obtained by demodulating a detection signal that is modulated in proportion to angular velocity. In addition to the fact that the detection result is large due to various factors, and it is easy to be affected by problems, complex signal processing is required to know the direction of the angular velocity input, and the circuit configuration for this becomes complicated.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は上述した従来のものの問題点を解除し外乱によ
る影響を受けづら(、しかも方向検知を簡単に行えるよ
うにした振動ジャイロを提供しようとするもので、その
手段は、柱状の振動体と、該振動体の第1の側面に取付
けられた駆動用圧電トランスジェーサと、前記第1の側
面と直交する第2の側面に取付けられた読出し用圧電ト
ランスジューサとを備え、前記駆動用圧電トランスジュ
ーサにより駆動された前記振動体の振動を前記読出し用
圧電トランスジューサにより電気信号に変換し、該電気
信号により角速度を検出するようになした振動ジャイロ
において、前記電気信号の位相の変化を検出する位相検
出手段を備え、該位相検出手段により検出した位相に基
づいて角速度を検出することを特徴とする振動ジャイロ
によってなされる。
The present invention aims to eliminate the above-mentioned problems of the conventional ones and provide a vibrating gyroscope that is less susceptible to disturbances (and can easily detect direction). , a driving piezoelectric transducer attached to a first side surface of the vibrating body, and a readout piezoelectric transducer attached to a second side surface perpendicular to the first side surface, the driving piezoelectric transducer In the vibrating gyroscope, the vibration of the vibrating body driven by the piezoelectric transducer is converted into an electric signal by the readout piezoelectric transducer, and the angular velocity is detected from the electric signal. Phase detection detects a change in phase of the electric signal. This is accomplished by a vibrating gyroscope characterized in that it is equipped with a means for detecting an angular velocity based on the phase detected by the phase detecting means.

〔作 用〕[For production]

本発明は、角速度に応じて変化する振幅によってではな
く、振幅と同時に変化するが、電圧や温度変化などの外
乱によって変化しない位相を利用して角速度を検出して
いる。この位相による検知の場合、位相比較により基準
位相に対する遅れ、進みに応じて正、負の信号を簡単に
発生することができる。
The present invention detects angular velocity not by using amplitude, which changes according to angular velocity, but by using phase, which changes simultaneously with amplitude but does not change due to disturbances such as voltage or temperature changes. In the case of detection based on this phase, it is possible to easily generate positive or negative signals depending on the delay or lead with respect to the reference phase by phase comparison.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明による装置の一実施例を図に基づいて説明
する。
An embodiment of the apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明による振動ジャイロのブロック図であり
、図において第3図中のものと同等の部材には同一の符
号を付しである。
FIG. 1 is a block diagram of a vibrating gyroscope according to the present invention, in which the same members as those in FIG. 3 are given the same reference numerals.

図において、ビームlに付着されている駆動用圧電トラ
ンスジューサ2aとフィードバック用圧電トランスジュ
ーサ2bとは、圧電素子が逆極性となるように取付けら
れており、このことによって、駆動用圧電トランスジュ
ーサ2aに第2図fatに示すような駆動信号が印加さ
れると、読出し用及びフィードバック用圧電トランスジ
ューサ2b、2Cの出力には、駆動信号より90°位相
の進んだ第2図(blに示すような読出し信号及びフィ
ードバック信号がそれぞれ得られる。
In the figure, the driving piezoelectric transducer 2a and the feedback piezoelectric transducer 2b attached to the beam l are attached so that the piezoelectric elements have opposite polarities. When a drive signal as shown in Figure 2 is applied, the output of the readout and feedback piezoelectric transducers 2b and 2C is a readout signal and A feedback signal is obtained respectively.

10はフィードバンク用圧電トランスジューサ2Cによ
るフィードバック信号を駆動信号と同相にするために設
けた90°移相器、12.14は駆動用圧電トランスジ
ューサ2aを駆動する駆動信号(第2図(b))及び読
出し用圧電トランスジューサ2bによって得られる読出
し信号(第2図(b))をそれぞれ波形整形する波形整
形回路であり、これらの出力には第2図(C1、(dl
にそれぞれ示されるようなパルス信号が得られる。
10 is a 90° phase shifter provided to make the feedback signal from the feedbank piezoelectric transducer 2C in phase with the drive signal, and 12.14 is a drive signal for driving the drive piezoelectric transducer 2a (FIG. 2(b)). and a waveform shaping circuit that shapes the readout signal (FIG. 2(b)) obtained by the readout piezoelectric transducer 2b.
Pulse signals as shown in each are obtained.

16は波形成形回路12.14の出力パルスの位相を比
較し、位相のずれに応したパルス幅のパルスを出力する
位相比較回路であり、例えばエクスクル−シブオア(E
X、OR)ゲート回路によって構成され、第2図(C)
 、 fdlに示されるパルスの位相比較のときには、
第2図telに示すようにチューティ比50%のパルス
を出力する。18は位相比較回路16の出力パルスが入
力され、その出力パルスのパルス幅に応じたレベルの直
流信号を出力するローパスフィルタ(L P F)であ
り、第2図(e+のパルスの入力に応じては±0のレベ
ル信号を出力する。そして、デユーティ比の増減に応じ
て十又は−のレベル信号を出力する。
Reference numeral 16 denotes a phase comparison circuit that compares the phases of the output pulses of the waveform shaping circuits 12 and 14 and outputs a pulse with a pulse width corresponding to the phase shift.
2 (C)
When comparing the phases of the pulses shown in , fdl,
As shown in FIG. 2, a pulse with a tuteity ratio of 50% is output. 18 is a low-pass filter (LPF) which receives the output pulse of the phase comparison circuit 16 and outputs a DC signal with a level corresponding to the pulse width of the output pulse; When the duty ratio increases or decreases, a level signal of 10 or -0 is output.

20は上述のようにして得られたアナログ信号をその後
の信号処理のためデジタル信号に変換するA/D変換回
路である。
20 is an A/D conversion circuit that converts the analog signal obtained as described above into a digital signal for subsequent signal processing.

以上説明した本発明の振動形角速度センサは、角速度が
Oのときに読出し用圧電トランスジューサに90°位相
のずれた読出し信号が(fかであるが出力されているこ
とと、角速度の入力の大きさと方向に応して読出し信号
の位相が振幅と共に互いに逆方向に変化していることに
着目してなされたものである。
The vibrating angular velocity sensor of the present invention described above outputs a readout signal with a phase shift of 90° to the readout piezoelectric transducer when the angular velocity is O, and that the magnitude of the angular velocity input is This was done by focusing on the fact that the phase of the readout signal and the amplitude change in opposite directions depending on the direction of the signal.

第2図(al〜(fl中実線は入力角速度がOのときを
示し、角速度が一方向に加わって、読出し信号が第2図
[blに点線で示すように変化すると、波形成形回路1
4、位相比較回路]6、LPF l 8の出力信号は第
2図(dl 、 tel 、 (flにそれぞれ点線で
示すように変化する。これに対し、上述と反対方向の角
速度が加えられた場合には、読出し用圧電トランスジュ
ーサ2b、波形整形回路14、位相比較回路16、LP
F18の出力信号は第2図(1)l 、 (dl、 (
e) 、 (flにそれぞれ1点鎖線で示すようになる
Figure 2 (al~(fl) The solid line indicates when the input angular velocity is O. When the angular velocity is applied in one direction and the readout signal changes as shown by the dotted line in Figure 2 [bl], the waveform shaping circuit 1
4. Phase comparison circuit] 6. The output signal of LPF l 8 changes as shown in the dotted lines in Figure 2 (dl, tel, (fl).On the other hand, when an angular velocity in the opposite direction to that described above is applied includes a readout piezoelectric transducer 2b, a waveform shaping circuit 14, a phase comparison circuit 16, and an LP.
The output signals of F18 are shown in Fig. 2 (1) l, (dl, (
e) and (fl are each shown by a dashed dotted line).

すなわち、LPF18の出力には入力角速度の大きさと
方向に応じた互いに逆極性の信号が得られ、右回転のと
き位相が進むとき、左回転のときには逆に遅れる。従っ
て、回転を判別するために特別の手段を設ける必要がな
く、回路構成が簡単になる。
That is, the output of the LPF 18 provides signals with opposite polarities depending on the magnitude and direction of the input angular velocity, and the phase advances when rotating clockwise, and lags when rotating counterclockwise. Therefore, there is no need to provide special means for determining rotation, and the circuit configuration becomes simple.

特に、読出し信号、すなわち出力信号は電源電圧変動に
よりその振幅が変動しても位相はほとんど変化すること
がないので、入力角速度の変化を精度良く検出すること
ができる。
In particular, even if the amplitude of the read signal, that is, the output signal changes due to fluctuations in the power supply voltage, the phase hardly changes, so changes in the input angular velocity can be detected with high accuracy.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば電源変動や外乱の
影響を受けにくい読出し信号の位相により角速度を検知
するため、高精度の角速度検知ができると共に、その角
速度の方向も簡単に判定することができるなどの多くの
効果が得られる。
As explained above, according to the present invention, the angular velocity is detected by the phase of the readout signal, which is less susceptible to power fluctuations and disturbances, so that it is possible to detect the angular velocity with high precision, and also easily determine the direction of the angular velocity. Many effects can be obtained, such as the ability to

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

第1図は本発明による振動ジャイロの一実施例を示すブ
ロック図、第2図は第1図中の各部の信号波形を示す波
形図、及び第3図は振動ジャイロの原理を説明するため
の斜視図である。 1・・・ビーム、2a・・・駆動用圧電トランスジュー
サ、2b・・・読出し用圧電トランスジューサ、16・
・・位相比較回路。 手続補正書(自発) 昭和60年 7月 298 1、 8件の表示  昭和60年 特許登録願 第32
887号2、 発明の名称  振動ジャイロ 3、 補正をする者 事件との関係  特許出願人 住    所  東京部港区三田1−4−28    
   方 式6式% 4、明細言第7頁第6行目’ (EX、0R)J を’
EX  ORJに訂正する。 5、明、l1II書第7頁第19行目「本発明の振動形
角速度センサ」を「本発明の振動型角速度センサ」に訂
正する。 以上
Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of the vibrating gyroscope according to the present invention, Fig. 2 is a waveform diagram showing signal waveforms of each part in Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing the principle of the vibrating gyroscope. FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Beam, 2a... Piezoelectric transducer for drive, 2b... Piezoelectric transducer for readout, 16.
...Phase comparison circuit. Procedural amendment (voluntary) July 1985 298 1, 8 indications 1985 Patent registration application No. 32
No. 887 No. 2, Title of the invention: Vibrating gyroscope 3, Relationship to the amended case Patent applicant address: 1-4-28 Mita, Minato-ku, Tokyo
Formula 6 % 4, Specification page 7, line 6' (EX, 0R) J'
Correct to EX ORJ. 5, Akira, Book 11II, page 7, line 19, "Vibration type angular velocity sensor of the present invention" is corrected to "Vibration type angular velocity sensor of the present invention". that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 柱状の振動体と、該振動体の第1の側面に取付けられた
駆動用圧電トランスジューサと、前記第1の側面と直交
する第2の側面に取付けられた読出し用圧電トランスジ
ューサとを備え、前記駆動用圧電トランスジューサによ
り駆動された前記振動体の振動を前記読出し用圧電トラ
ンスジューサにより電気信号に変換し、該電気信号によ
り角速度を検出するようになした振動ジャイロにおいて
、前記電気信号の位相の変化を検出する位相検出手段を
備え、該位相検出手段により検出した位相に基づいて角
速度を検出することを特徴とする振動ジャイロ。
A columnar vibrating body, a driving piezoelectric transducer attached to a first side of the vibrating body, and a readout piezoelectric transducer attached to a second side perpendicular to the first side, the driving In the vibrating gyroscope, the vibration of the vibrating body driven by the readout piezoelectric transducer is converted into an electric signal by the readout piezoelectric transducer, and the angular velocity is detected from the electric signal, and a change in the phase of the electric signal is detected. What is claimed is: 1. A vibrating gyroscope comprising: a phase detecting means, and detecting an angular velocity based on the phase detected by the phase detecting means.
JP60032887A 1985-02-22 1985-02-22 Oscillating gyro Granted JPS61193019A (en)

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JPH0414734B2 JPH0414734B2 (en) 1992-03-13

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3805250A1 (en) * 1988-02-19 1989-08-31 Yazaki Corp VIBRATION ANGLE SPEED - DETECTOR DEVICE
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