JPS6120810A - 振動型角速度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は振動型角速度検出装置に関する。

〔従来技術〕

従来、この種の振動型角速度検出装置としては、移動体
、回転体等の可動体の振動方向に振動する第１振動部と
前記可動体に角速度が生じたとき前記第１振動部とは直
角な方向に振動する第２振動部とを一体的に有する振動
体と、前記第１振動部にその振動方向に歪むように固着
されて圧電変換作用を行う第１圧電素子と、前記第２振
動部にその振動方向に歪むように固着されて圧電変換作
用により前記角速度の規定に必要な検出信号を生じる第
２圧電素子と、前記検出信号を増幅して増幅検出信号と
して生じる増幅手段とを備えたものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような構成においては、前記角速度
が零であるとき、前記増幅手段からの増幅検出信号のレ
ベル（各種外乱に基くドリフト量に対応する）が、第３
図に示すごとく、周囲温度Ｔの増大（又は減少）に応じ
指数関数的に低下（又は上昇）するため、このような増
幅検出信号に基づき角速度検出装置から生じる出力信号
の値には周囲温度Ｔの変動による前記検出信号のレベル
誤差が混入することとなり、その結果、この種角速度検
出装置の検出精度が低下するという不具合がある。

これに対し、本発明者等が前記第２圧電素子の電気的特
性を種々検討したところ、この第２圧電素子の静電容量
Ｃが、第４図に示すごとく、周囲温度Ｔの増大（又は減
少）に応じ指数関数的に増大（又は減少）することが観
察された。しかして、第３図及び第４図の各曲線を比較
検討した結果、本発明者等は、前記増幅検出信号のレベ
ルの周囲温度Ｔの変動に基づく変化が、前記第２圧電素
子の静電容量Ｃの周囲温度Ｔの変動に基づく変化に起因
して生じることを確認するとともに、かかる確認に基づ
き、前記増幅手段の増幅率を周囲温度Ｔとの関連におい
て前記第２圧電素子の静電容量Ｃと同様に変化させれば
、前記検出信号のレベル誤差の前記出力信号に対する混
入を防止し得ることを認識した。

本発明はかかる認識のもとになされたもので、前記第２
圧電素子の静電容量が周囲温度の変動に応じて変化して
も、前記増幅手段からの増幅検出信号のレベルを周囲温
度変動との関連においてはソ′一定にするようにした振
動型角速度検出装置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

しかして、以上述べたような問題点を解決にあたり、本
発明の構成上の特徴は、上述した振動型角速度検出装置
において、周囲温度との関連により前記第２圧電素子の
静電容量と同様に変化する増幅率を有する電気的素子を
前記増幅手段に設けて、この増幅手段が前記電気的素子
との協働のもとに前記検出信号を前記増幅率でもって増
幅し前記増幅検出信号として生じるようにしたことにあ
る。

〔発明の作用効果〕

しかして、このように本発明を構成したことにより、前
記検出信号のレベルが周囲温度変動に伴う前記第２圧電
素子の静電容量の変化に応じて変化しても、この検出信
号のレベルが、前記増幅手段により、周囲温度変動に応
じ前記第２圧電素子の静電容量と同様に変化する前記電
気的素子の増幅率でもって補償されて増幅されることと
なり、このため、前記増幅検出信号のレベルには周囲温
度変動が伴う誤差が混入することがなく、その結果この
種振動型角速度検出装置の検出精度を常に高く維持でき
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図及び第２図は本発明に係る振動型角速度検出装置を示
している。この角速度検出装置は車両の車体に組付けた
振動部材１０と、この振動部材１０に接続した電気回路
２０を備えており、振動部材１０は、車体の一部に固着
した基台１１と、この基台１１に一体的に組付けた一対
の振動片１２．１３と、これら各単動片１２．１３にそ
れぞれ取付けた一対の圧電素子１４．１５とにより構成
、されている。

両振動片１２．１３は共に金属板により短冊状に形成さ
れていて、振動片１２はその一表面１２ａを水平にして
基台１１の鉛直状の支持面１１ａから当該車両の後方に
向けて長手状に延出しており、一方振動片１３はその一
表面１３ａを振動片１２の一表面１２ａに直交させて振
動片１２の先端中央からこの振動片１２と同様に長手状
に延出している。しかして、振動片１２は圧電素子１４
との協働により生じる機械的振動に応じてχ方向（第２
図参照）に所定の共振周波数にて振動する。

一方、振動片１３は当該車両の角速度ωに応じてコリオ
リの力のもとにｙ方向（第２図参照）番こ振動し、この
振動片１３のｙ方向への振動成分番よ、当該車両の角速
度ωが零のとき零である。圧電素子１４は、ｌ動片１２
の一表面１２ａに貼着されて、その圧電変換作用のもと
に、電気回路２０を構成する電流検出抵抗２１ａ及び両
増幅器２１ｂ。

２１ｃと共に振動片１２の所定の共振周波数にて発振す
る発振回路を形成し、増幅器２１ｂの出力端子から前記
共振周波数を有する発振信号を発生する。一方、圧電素
子１５は、振動片１３の一表面１３ａに貼着されて、振
動片１３のｙ方向への振動に応じた圧電変換作用のもと
に角速度ωの規定に必要な検出信号を生じる。かかる場
合、圧電素子１５の静電容量Ｃは、周囲温度Ｔとの関連
において第４図に示すような特性曲線に従って変化する
。

電気回路２０は、増幅器２１ｂに接続した波形整形器２
２と、圧電素子１５に接続した本発明の要部を構成して
なる演算増幅回路２３と、この演算増幅回路２３に接続
したフィルタ２４と、波形整形器２２及びフィルタ２４
に接続した同期検波器２５を備えており、波形整形器２
２は増幅器２１ｂからの発振信号を波形整形し矩形波パ
ルスとして順次発生する。

演算増幅回路２３は演算増幅器２３ａを有しそおり、こ
の演算増幅器２３ａは、その非反転入力端子にて圧電素
子１５を介し接地されている。また、演算増幅器２３ａ
の反転入力端子は、コンデンサ２３ｂを介し接地される
とともに、コンデンサ２３Ｃ（静電容量Ｃｏを有する）
を介し演算増幅器２３ａの出力端子に接続されている。

かかる場合、コンデンサ２３ｂは、圧電素子１５の静電
容量Ｃと闇−の静電容量Ｃ１を周囲温度Ｔとの関連にお
いて有する。このことは、演算増幅器２３ａの増幅率か
に＝１　＋　（ＣＩ／Ｇｏ）により決定されることを意
味する。しかして、演算増幅器２３ａは両コンデンサ２
３ｂ、２３ｃとの協働により圧電素子１５からの検出信
号のレベルを増幅率に＝１＋　（Ｃ１／Ｃｏ）でもって
増幅し、この増幅結果をこれに対応するレベルにて増幅
検出信号として発生する。

フィルタ２４は演算増幅器２３ａからの増幅検出信号に
応答してフィルタ信号を発生し、同期検波器２５はフィ
ルタ２４からのフィルタ信号を波形整形器２２からの各
矩形波パルスにより同期検波し、これを同期検波信号と
して発生し、ローパスフィルタ２６は、同期検波器２５
からの同期検波信号の低周波成分以外の周波数成分を除
去し、前記低周波成分をフィルタ信号として発生し、か
つ増幅器２７はローパスフィルタ２６からのフィルタ信
号を増幅し、これを角速度ωを表わす角速度信号として
発生する。

以上のように構成した本実施例において、本発明装置の
作動下にて当該車両を角速度ω−０の状態にて走行させ
れば、角速度センサ１０の振動片１２が圧電素子１４と
の協働により生じる機械的振動に応じ所定の共振周波数
にて振動し、増幅器２１ｂが圧電素子１４の圧電変換作
用のもとにおける電流検出抵抗２１ａ及び増幅器２１Ｃ
との協働により発振信号を生じ、波形整形器２２がかか
る発振信号を波形整形して矩形波パルスを順次発生する
。また、現段階においては角速度ω＝０であるから、振
動部材１０の振動片１３のｙ方向振動成分が零となって
いるが、圧電素子１５が種々の外乱により圧電変換作用
をし当該外乱に基つくドリフト量を検出信号として発生
し演算増幅回路２３に付与する。

すると、演算増幅器２３ａが両コンデンサ２３ｂ、２３
ｃとの協働により圧電素子１５からの検出信号のレベル
を増幅率に＝１　＋　（Ｃ１／Ｇｏ）でも２て増幅し、
この増幅結果に対応するレベルにて増幅検出信号を生じ
る。かかる場合、コンデンサ２３　’ｂの静電容量Ｃ１
，即ち増幅率Ｋが周囲温度Ｔの変動に応じ圧電素子１５
の静電容量Ｃと同様に変化するので、演算増幅器２３ａ
からの増幅検出信号のレベルが周囲温度Ｔの変動とはか
かわりなく前記ドリフト量に対応しては一′一定となる
。このことは、角速度ω−〇における演算増幅器２３ａ
からの増幅検出信号が、圧電素子１５の静電容量Ｃの周
囲温度変動に伴う変化をコンデンサ２３ｂの静電容量Ｃ
１により補償することによって、周囲温度変動の影響を
受けることなく演算増幅器２３ａから得られることを意
味する。

このようにして演算増幅器２’３ａが増幅検出信号を生
じると、フィルタ２４がフィルタ信号を発生し、同期検
波器２５が波形整形器２２からの各矩形波パルスに応答
して前記フィルタ信号を同期検波し同期検波信号として
発生し、これに応答して増幅器２７がローパスフィルタ
２６との協働により角速度信号を生じる。かかる場合、
演算増幅器２３ａからの増幅検出信号には上述したごと
く周囲温度変動による誤差が混入していないため、増幅
器２７からの角速度信号の値は、周囲温度変動とはかか
わりなく、ω＝０に相当する精度のよい値となる。

また、当該車両が角速度を発生する走行状態になると、
振動片１３がｙ方向振動成分を発生し、圧電素子１５が
前記ドリフト量及び振動片１３のｙ方向振動成分の双方
に基づく圧電変換作用により検出信号を発生し、演算増
幅回路２３に付与する。かかる場合、圧電素子１５から
の検出信号のレベルがこの圧電素子１５の静電容量Ｃの
周囲温度変動に応じて変化−しても、この変化が演算増
幅回路２３においてコンデンサ２３ｂの静電容量Ｃ１と
の関連により上述と同様に補償される。よって、このよ
うな補償のもとに演算増幅器２３ａから生じる増幅検出
信号が増幅器２７から角速度信号として生じても、前記
増幅検出信号、即ち前記角速度信号には、周囲温度変動
に伴う誤差が混入することはなく、この種角速度検出装
置の検出精度を周囲温度変動とはかかわりなく常に高く
維持できる。

第５図は前記実施例の変形例を示しており、この変形例
においては、前記実施例にて述べた両コンデンサ２３ｂ
、２３ｃに代えて、サーミスタ２３ｄ及び両抵抗２３ｅ
、２３ｆを演算増幅器２３ａに接続したことにその構成
上の特徴がある。サーミスタ２３ｄはその一端にて接地
され、その他端にて演算増幅器２３ａの反転入力端子に
接続されており、このサーミスタ２３ｄの抵抗値は、Ｒ
１＝ＲｏｅｘｐＢ　（（１／Ｔ）−（１／Ｔｏ））とな
っている。但し、ＴＯ：基準周囲温度、Ｒ。

：基準周囲温度Ｔｏにおける基準抵抗値、Ｂ：定数とす
る。

また、抵抗２３ｅはサーミスタ２３ｄに並列接続されて
おり、一方、抵抗２３ｆはその両端子にて演算増幅器２
３ａの反転入力端子及び出力端子にそれぞさ接続されて
いる。ここにおいて、抵抗２３ＬＡの抵抗値をＲ２とし
、抵抗２３ｆの抵抗値をＲ３とすれば、演算増幅器２３
ａの増幅率はに＝１＋　（（Ｒ１＋Ｒ２）Ｒ３／ＲＩＲ
２）によって決定される。

このように構成した本変形例において、前記実施例と同
様に、当該車両の角速度ω−〇の状態における走行中に
圧電素子１５が前記外乱に基づくドリフト量を検出信号
として発生すれば、演算増幅器２３ａがサーミスタ２３
ｄ及び両抵抗２３ｅ。

２３ｆとの協働により圧電素子１５からの検出信号のレ
ベルを増幅率に＝１＋　（（Ｒ１＋Ｒ２）Ｒ３／ＲＩＲ
２）でもって増幅し、この増幅結果に対応子るレベルに
て増幅検出信号を生じる。かかる場合、サーミスタ２３
ｄの抵抗Ｒ１，即ち増幅率Ｋが、周囲温度Ｔの変動に応
じ圧電素子１５の静電容量Ｃと同様に変化するので、演
算増幅器２３ａからの増幅検出信号のレベルが周囲温度
Ｔの変動とはかかわりなく前記ドリフト量に対応しては
ソ゛一定となる。このことは、角速度ω＝０における演
算増幅器２３ａからの増幅検出信号が、圧電素子１５の
静電容量Ｃの周囲温度変動に伴う変化をサーミスタ２３
ｄ及び抵抗２３ｅにより補償することによって、周囲温
度変動の影響を受けることなく演算増幅器２３ａから得
られることを意味する。

このようにして演算増幅器２３ａが増幅検出信号を生じ
ると、同期検波回路２５が上述と同様にフィルタ２４及
び波形整形器２２との協１りＪにより同期検波信号を発
生し、これに応答して増幅器２７がローパスフィルタ２
６との協働により角速度信号を生じる。かかる場合、演
算増幅器２３ａからの増幅検出信号には、上述したごと
（、周囲温度変動による誤差が混入していないため、増
幅器２７からの角速度信号の値は、周囲温度変動とはか
かわりなく２．−１＝ｏに相当する精度のよい値となる
。

また、角速度ω≠０の場合における検出信号が圧電素子
１５から生じたとき、同検出信号のレヘルが圧電素子１
５の静電容量Ｃの周囲温度変動に応じて変化しても、こ
の変化が演算増幅回路２３においてサーミスタ２３ｄの
抵抗値Ｒ１との関連により上述と同様に補償される。従
って、このような補償のもとに演算増幅器２３ａから生
じる増幅検出信号が増幅器２７から角速度信号として生
じても、前記実施例の場合と同様にして、この種角速度
検出装置の検出精度を周囲温度変動とはかかわりなく常
に高く維持できる。

なお、本発明の実施にあたっては、前記実施例における
コンデンサ２３ｂ、或いは前記変形例におけるサーミス
タ２３ｄ及び抵抗２３ｅの並列回路に限るられることな
く、周囲温度Ｔとの関連により圧電素子１５の静電容量
Ｃと同様に変化する値を有するような圧電素子或いは各
種電気的素子の組合せを演算増幅器２３ａに接続しても
よい。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示す全体構成図
、第３図は増幅検出信号のレベルと周囲温度Ｔとの関係
を示す特性曲線図、第４図は静電容量Ｃと周囲温度Ｔと
の関係を示す特性曲線図、及び第５図は前記実施例の部
分的変形例を示す要部ブロック図である。 符号の説明 １０・・・振動部材、１２．１３・・・振動片、１４．
１５・・・圧電素子、２３・・・演算増幅回路、２３ａ
・・・演算増幅器、２３ｂ・・・コンデンサ、２３ｄ・
・・サーミスタ、２３ｅ・・抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可動体の振動方向に振動する第１振動部と前記可動体に
   角速度が生じたとき前記第１振動部とは直角な方向に振
   動する第２振動部とを一体的に有する振動体と、前記第
   １振動部にその振動方向に歪むように固着されて圧電変
   換作用を行う第１圧電素子と、前記第２振動部にその振
   動方向に歪むように固着されて圧電変換作用により前記
   角速度の規定に必要な検出信号を生じる第２圧電素子と
   、前記検出信号を増幅して増幅検出信号として生じる増
   幅手段とを備えた角速度検出装置において、周囲温度と
   の関連において前記第２圧電素子の静電容量と同様に変
   化する増幅率を有する電気的素子を前記増幅手段に設け
   て、この増幅手段が前記電気的素子との協働のもとに前
   記検出信号を前記増幅率でもって増幅し前記増幅検出信
   号として生じるようにしたことを特徴とする振動型角速
   度検出装置。