JPS6338110A - ジヤイロ装置 - Google Patents
ジヤイロ装置Info
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- JPS6338110A JPS6338110A JP61182353A JP18235386A JPS6338110A JP S6338110 A JPS6338110 A JP S6338110A JP 61182353 A JP61182353 A JP 61182353A JP 18235386 A JP18235386 A JP 18235386A JP S6338110 A JPS6338110 A JP S6338110A
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Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
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。
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、ジャイロ装置、特に振動している質量部を用
いたジャイロ装置に関する。
いたジャイロ装置に関する。
本願出願人が先に提案した特願昭59−224760号
のジャイロ装置の概略を、第2図及び第3図を参照して
説明する。このジャイロ装置は、その斜視図である第2
図に示す如く、平板状の基台(2)上に、その上面と略
々垂直となる如く、短冊状バイモルフから成る入力角速
度Ωを検出するための′3板状の検出用圧電素子(30
)を取付ける。尚、この際、必要に応して、取付部(3
0ii)を用いてもよい6名叉(1)を、一対の大なる
質量を有する撮動質量部(1−1) 、 (1−1)と
、これ等の夫々に連結した撓み部(1−2) 、 (1
−2)と、両撓み部(1−2) 、 (1−2)の各遊
端を連結する基部(1−3)とより構成する。ここで基
部(1−3)の上面に、L字状取付部(1−4)を、そ
の一方の脚(1−4a)が略々垂直上方に伸びる如(固
定シ、他方(7]1tIl (1−4b)が両撓み部(
1−2) 、 (1−2)と略々平行に伸びる如くなす
と共に、基部(1−3)の下面にカウンターウェイト部
(1−5)を取り付ける。
のジャイロ装置の概略を、第2図及び第3図を参照して
説明する。このジャイロ装置は、その斜視図である第2
図に示す如く、平板状の基台(2)上に、その上面と略
々垂直となる如く、短冊状バイモルフから成る入力角速
度Ωを検出するための′3板状の検出用圧電素子(30
)を取付ける。尚、この際、必要に応して、取付部(3
0ii)を用いてもよい6名叉(1)を、一対の大なる
質量を有する撮動質量部(1−1) 、 (1−1)と
、これ等の夫々に連結した撓み部(1−2) 、 (1
−2)と、両撓み部(1−2) 、 (1−2)の各遊
端を連結する基部(1−3)とより構成する。ここで基
部(1−3)の上面に、L字状取付部(1−4)を、そ
の一方の脚(1−4a)が略々垂直上方に伸びる如(固
定シ、他方(7]1tIl (1−4b)が両撓み部(
1−2) 、 (1−2)と略々平行に伸びる如くなす
と共に、基部(1−3)の下面にカウンターウェイト部
(1−5)を取り付ける。
上述の如く構成した音叉(1)を次の如く、薄板状の振
動検出用圧電素子(30)に固定する。即ち、音叉+1
+の両撓み部(1−2) 、 (1−2)間の隙間(g
)に、薄板状の圧電素子(30)の幅方向CB)が延在
する如く、圧電素子(30)の上端に、L字状取付部(
1−4)の脚(1−4b)を固定する。かくすれば、第
2図の側面図である第3図に示す如く、音叉(1)は、
その振動面(音叉面)が、水平に配置された基台(2)
の板面と略々平行、即ち圧電素子(30)の長手方向の
中心軸<X −X)と直交する如く、圧電素子(30)
に取付けられる。尚、この場合、両撓み部(1−2)
、 (1−2)間の隙間(g)は、圧電素子(30)が
振動し、音叉(11の振動面が傾斜しても、圧電素子(
30)と両撓み部(1−2) 、 (1−2)が接触し
ないような寸法及び膨軟に設定されていると共に、音叉
(11の振動質量部(1−1) 、 (1−1)及びカ
ウンターウェイト部(1−5)等が、基台(2)の上面
に接触しないように、圧電素子(30)の基台(2)の
上の高さは設定されている。
動検出用圧電素子(30)に固定する。即ち、音叉+1
+の両撓み部(1−2) 、 (1−2)間の隙間(g
)に、薄板状の圧電素子(30)の幅方向CB)が延在
する如く、圧電素子(30)の上端に、L字状取付部(
1−4)の脚(1−4b)を固定する。かくすれば、第
2図の側面図である第3図に示す如く、音叉(1)は、
その振動面(音叉面)が、水平に配置された基台(2)
の板面と略々平行、即ち圧電素子(30)の長手方向の
中心軸<X −X)と直交する如く、圧電素子(30)
に取付けられる。尚、この場合、両撓み部(1−2)
、 (1−2)間の隙間(g)は、圧電素子(30)が
振動し、音叉(11の振動面が傾斜しても、圧電素子(
30)と両撓み部(1−2) 、 (1−2)が接触し
ないような寸法及び膨軟に設定されていると共に、音叉
(11の振動質量部(1−1) 、 (1−1)及びカ
ウンターウェイト部(1−5)等が、基台(2)の上面
に接触しないように、圧電素子(30)の基台(2)の
上の高さは設定されている。
音叉(1)の変位を検出するため、その両撓み部(1−
2) 、 (1−2)に取付けた変位検出器(圧電素子
)(6)、(6A)の出力は、制御装置(35A)を介
して、音叉(1)の2個の撓み部(1−2) 、 (1
−2)に取付けられた例えば圧電素子層の駆動素子(4
1,(4A) ((4A)は図示せず)に入力され、こ
れにより音叉(1)の自励発振系が構成される。
2) 、 (1−2)に取付けた変位検出器(圧電素子
)(6)、(6A)の出力は、制御装置(35A)を介
して、音叉(1)の2個の撓み部(1−2) 、 (1
−2)に取付けられた例えば圧電素子層の駆動素子(4
1,(4A) ((4A)は図示せず)に入力され、こ
れにより音叉(1)の自励発振系が構成される。
第4図は第2図に示す制御装置(35A)及び検出系(
7A)の一実施例を示すブロック線図である。
7A)の一実施例を示すブロック線図である。
図中、(10)はその力学系、すなわち制御対象(振動
ジャイロの音叉系)を示し、ブロック内はその伝達関数
を示す。(IIB)は変位検出器(6)、(6A)全体
を示し、G2は、そのゲインである。VP2は上記変位
検出器(61,(6A)の出力電圧であり、この電圧V
P2は、プリアンプ(34) 、乗算器(12)を介し
て制御回路(14)に印加される。制御回路(14)は
、代表的には微分操作を行い、その微分係数をμとする
。制御回路(14)の出力は、初期値電圧Voに、加算
器(AD)で加算され、その出力を増幅器(17)で増
幅して、力学的振動系(10)の駆動装置(41,(4
A)に加えられ、制御ループが閉じるよう構成されてい
る。
ジャイロの音叉系)を示し、ブロック内はその伝達関数
を示す。(IIB)は変位検出器(6)、(6A)全体
を示し、G2は、そのゲインである。VP2は上記変位
検出器(61,(6A)の出力電圧であり、この電圧V
P2は、プリアンプ(34) 、乗算器(12)を介し
て制御回路(14)に印加される。制御回路(14)は
、代表的には微分操作を行い、その微分係数をμとする
。制御回路(14)の出力は、初期値電圧Voに、加算
器(AD)で加算され、その出力を増幅器(17)で増
幅して、力学的振動系(10)の駆動装置(41,(4
A)に加えられ、制御ループが閉じるよう構成されてい
る。
第4図に示す乗算器(12)は、2つの入力信号を有し
、これをそれぞれX、Yとし、乗算器(12)の出力信
号をZとすると、入出力信号の関係は、(12)によっ
て決まる定数である。ここで、上式ンプ(34)の出力
電圧■p2′を一方の入力信号Xとすると、乗算器(1
2)のVP2’に対するゲインは、他方の入力信号Yの
値に応じて変化する。例えば他方の入力信号Yの値が乗
算器(12)の定数Vcと等しいと、乗算器(12)は
ゲイン1で、■ρ2′を出力する。
、これをそれぞれX、Yとし、乗算器(12)の出力信
号をZとすると、入出力信号の関係は、(12)によっ
て決まる定数である。ここで、上式ンプ(34)の出力
電圧■p2′を一方の入力信号Xとすると、乗算器(1
2)のVP2’に対するゲインは、他方の入力信号Yの
値に応じて変化する。例えば他方の入力信号Yの値が乗
算器(12)の定数Vcと等しいと、乗算器(12)は
ゲイン1で、■ρ2′を出力する。
第4図で、乗算器(12)のゲイン=1の場合を先ず説
明する。この場合、V22′はそのまま制御回路(14
)に供給されることになるので、第4図の例からVP2
’を計算すると、次式のとおりとなる。
明する。この場合、V22′はそのまま制御回路(14
)に供給されることになるので、第4図の例からVP2
’を計算すると、次式のとおりとなる。
・−・−−−−−(1)
(1)式はVp2′がvOに対応した振幅をもつ振動解
になることを示しており、(1)式の右辺がD / I
< G 1G2G4(K/I)μであれば、振動は発
散し、D/I >GI02 G4 (K/I)μであ
れば、振動は収束し、D/ I =Gs G2 G4
(K/ T )μであれば、一定振幅となることを、
表わしている。
になることを示しており、(1)式の右辺がD / I
< G 1G2G4(K/I)μであれば、振動は発
散し、D/I >GI02 G4 (K/I)μであ
れば、振動は収束し、D/ I =Gs G2 G4
(K/ T )μであれば、一定振幅となることを、
表わしている。
ここで、第4図に於いて一点鎖線で示したループについ
て説明する。電圧Vρ2′はAC−DC変換部(16)
乙こも加えられる。AC−=DC変換部(16)は、入
力電圧v P:′を仝波整流し、図示せずも適当な平滑
回路によりVP:′の振幅に対応した直流電圧を出力す
る。Vp2′の直流電圧は、基準電圧を例えばポテンシ
ョメータのような設定素子(15)を通して得られた設
定電圧vIと、加算器(ADI)で比較され、その偏差
信号は、偏差増幅器(18)に加えられる。偏差増幅器
(18)は、加えられた偏差信号を増幅し、その出力を
乗算器(12)へ供給する。
て説明する。電圧Vρ2′はAC−DC変換部(16)
乙こも加えられる。AC−=DC変換部(16)は、入
力電圧v P:′を仝波整流し、図示せずも適当な平滑
回路によりVP:′の振幅に対応した直流電圧を出力す
る。Vp2′の直流電圧は、基準電圧を例えばポテンシ
ョメータのような設定素子(15)を通して得られた設
定電圧vIと、加算器(ADI)で比較され、その偏差
信号は、偏差増幅器(18)に加えられる。偏差増幅器
(18)は、加えられた偏差信号を増幅し、その出力を
乗算器(12)へ供給する。
さて、このような第4図の装置を起動すると、1′!シ
め巳よ未た発振していないので、プリアンプ(34)の
出力Vpダは零からスタートするから、AC−DC変換
部(16)の出力は零である。このため偏差増幅器(1
8)はG3 VIなる出力電圧を発生する。ここで、偏
差増幅器(18)のゲインG3を適当に大きく選んでお
くと、G3 Vl >Vcとなり、上記偏差増幅器(1
8)の出力電圧は乗算器(12)の定数Vcより大とな
る。これにより、乗算器(12)はゲイン1以上の状態
からスタートするので、D/ I < GI G2 G
4 (K/ I )μが成り立つように制御回路(1
4)の微分係数μを選んでおくと、第4図の制御装置(
35A)の−巡閲ループは発散振動する性質をもち、ω
−々′−にフ2−■の角周波数で正弦波状の振動を生し
、その振幅は次第に増大する。これは、ループ−巡の信
号がそのように振動しつつ増大することをあられすので
、音叉(1)もまた、その周波数で力学的に振動しつつ
、その振幅を増大する。これにつれ、AC−DC変換部
(16)の入力電圧Vp2′も増大するので、設定電圧
VIとAC−DC変換部(16)の出力電圧との差は次
第に減少していき、乗算器(12)に加わる偏差増幅器
(18)の出力電圧も減少する。このため、乗算器(1
2)のゲインは、Vpダの増大と共に偏差増幅器(18
)の出力電圧の減少の影響でどんどん小さな値となって
行く。従って、この乗算器(12)のゲインと、制御回
路(14)の微分係数μとを乗じた等価なμをμ′であ
られすと、μ′は起動待最大で、Vp2′が大きくなる
につれ、急速に小さくなって行く。このため、μのかわ
りにμ′を用いたとき、D/I<GI 02 G4
(K/I) μ′は、いつまでも保たれず、右辺のμ′
の低下にともない、やがてD/I =Gt G2 G4
(K/I)μ′の条件が満たされ、ここで、ループ−
巡の信号も、音叉(1)の振幅も一定となる。この点の
周辺では、外乱により振幅が増大すると、μ′は一層小
さくなるので、D/I>Gt G= Gs (K/I
)μ′となって、振動は減衰振動にかわり、元の一定振
幅になるよう振幅が制御され、同様に外乱により、一度
振幅が小さくなり、VP2′が小となれば、μ′が大き
くなるので、振動は増大し、やはり元の一定振幅に向っ
て振幅を制御する。こうして、第4図の制御装置(35
A)の−巡ループは、振幅を一定にするような自動制御
機能をもち、且つその周波数を正しく力学的振動系の共
振周波数に保つ機能をも、あわせ備えている自動発振系
であることがわかる。一定となる振幅は、μを一度定め
てしまえば、設定電圧Vrと偏差増幅器(18)のゲイ
ンとで定まるが、偏差増幅器(18)の伝達関数に、周
波数が低くなるに従ってゲインが増加するような特性(
例えば「比例+積分」特性)を用いると、振幅の定常値
は設定電圧VIのみによって定まる。
め巳よ未た発振していないので、プリアンプ(34)の
出力Vpダは零からスタートするから、AC−DC変換
部(16)の出力は零である。このため偏差増幅器(1
8)はG3 VIなる出力電圧を発生する。ここで、偏
差増幅器(18)のゲインG3を適当に大きく選んでお
くと、G3 Vl >Vcとなり、上記偏差増幅器(1
8)の出力電圧は乗算器(12)の定数Vcより大とな
る。これにより、乗算器(12)はゲイン1以上の状態
からスタートするので、D/ I < GI G2 G
4 (K/ I )μが成り立つように制御回路(1
4)の微分係数μを選んでおくと、第4図の制御装置(
35A)の−巡閲ループは発散振動する性質をもち、ω
−々′−にフ2−■の角周波数で正弦波状の振動を生し
、その振幅は次第に増大する。これは、ループ−巡の信
号がそのように振動しつつ増大することをあられすので
、音叉(1)もまた、その周波数で力学的に振動しつつ
、その振幅を増大する。これにつれ、AC−DC変換部
(16)の入力電圧Vp2′も増大するので、設定電圧
VIとAC−DC変換部(16)の出力電圧との差は次
第に減少していき、乗算器(12)に加わる偏差増幅器
(18)の出力電圧も減少する。このため、乗算器(1
2)のゲインは、Vpダの増大と共に偏差増幅器(18
)の出力電圧の減少の影響でどんどん小さな値となって
行く。従って、この乗算器(12)のゲインと、制御回
路(14)の微分係数μとを乗じた等価なμをμ′であ
られすと、μ′は起動待最大で、Vp2′が大きくなる
につれ、急速に小さくなって行く。このため、μのかわ
りにμ′を用いたとき、D/I<GI 02 G4
(K/I) μ′は、いつまでも保たれず、右辺のμ′
の低下にともない、やがてD/I =Gt G2 G4
(K/I)μ′の条件が満たされ、ここで、ループ−
巡の信号も、音叉(1)の振幅も一定となる。この点の
周辺では、外乱により振幅が増大すると、μ′は一層小
さくなるので、D/I>Gt G= Gs (K/I
)μ′となって、振動は減衰振動にかわり、元の一定振
幅になるよう振幅が制御され、同様に外乱により、一度
振幅が小さくなり、VP2′が小となれば、μ′が大き
くなるので、振動は増大し、やはり元の一定振幅に向っ
て振幅を制御する。こうして、第4図の制御装置(35
A)の−巡ループは、振幅を一定にするような自動制御
機能をもち、且つその周波数を正しく力学的振動系の共
振周波数に保つ機能をも、あわせ備えている自動発振系
であることがわかる。一定となる振幅は、μを一度定め
てしまえば、設定電圧Vrと偏差増幅器(18)のゲイ
ンとで定まるが、偏差増幅器(18)の伝達関数に、周
波数が低くなるに従ってゲインが増加するような特性(
例えば「比例+積分」特性)を用いると、振幅の定常値
は設定電圧VIのみによって定まる。
これより、設定素子(15)でVIを変えることにより
振幅を任意にきめることができる。
振幅を任意にきめることができる。
第5図Aは第4図に示した制御装置(35A)のプリア
ンプ(34)と圧電素子(61,(6A)の部分を示す
結線図である。例えば圧電素子より成る変位ヰ★出器(
61,(6A)の各々は、制御装置(35A)に用いた
場合には、自己共振周波数に比して十分低い周波数にお
いて動作しているため、音叉(1)の各脚の振れ角φに
比例した電圧VP2=KV2φの電圧源(6−1)と静
電容量C2とで近似的に構成される。一方、プリアンプ
(34)は、抵抗R2の入力抵抗器(34−1)、演算
増幅器(34−2)、抵抗R3,R4のフィードバック
抵抗器(34−3) 、 (34−4)より構成される
。演算増幅器(34−2)の入力電圧■12と圧電素子
(61,(6A)の出力電圧VP2との間には、 V;2= R2C2S/(R2C2S +1) Vp2
−121但し、Sはラプラス演算子である。
ンプ(34)と圧電素子(61,(6A)の部分を示す
結線図である。例えば圧電素子より成る変位ヰ★出器(
61,(6A)の各々は、制御装置(35A)に用いた
場合には、自己共振周波数に比して十分低い周波数にお
いて動作しているため、音叉(1)の各脚の振れ角φに
比例した電圧VP2=KV2φの電圧源(6−1)と静
電容量C2とで近似的に構成される。一方、プリアンプ
(34)は、抵抗R2の入力抵抗器(34−1)、演算
増幅器(34−2)、抵抗R3,R4のフィードバック
抵抗器(34−3) 、 (34−4)より構成される
。演算増幅器(34−2)の入力電圧■12と圧電素子
(61,(6A)の出力電圧VP2との間には、 V;2= R2C2S/(R2C2S +1) Vp2
−121但し、Sはラプラス演算子である。
ここでVP2は次式(3)で表わせるので、V R2=
K V2 # sin (JJ t
−−−(3)(f;振動振幅、ω;音叉の角周波数)
この(3)式を(2)式に代入し、時間領域に変換すれ
ば、次式が得られる。
K V2 # sin (JJ t
−−−(3)(f;振動振幅、ω;音叉の角周波数)
この(3)式を(2)式に代入し、時間領域に変換すれ
ば、次式が得られる。
−・・−・・(4)
ここで、φはR,C等で決まる位相角である。
一方、変位検出器(61,(6A)のゲインKV2は次
式1式% 但し22は変位検出器の寸法で決まる定数、v2は変位
検出器(61、(6A)の電気機器結合係数を表わす。
式1式% 但し22は変位検出器の寸法で決まる定数、v2は変位
検出器(61、(6A)の電気機器結合係数を表わす。
(5)式を(4)式に代入すれば
プリアンプ(34)及びAC−DC変換部(16)のゲ
インを1とし、(6)式の振幅が設定電圧VIに等しい
ことから音叉の振幅fは次式にて表わされる。
インを1とし、(6)式の振幅が設定電圧VIに等しい
ことから音叉の振幅fは次式にて表わされる。
上述の如く音叉(1)を動作させた状態で第3図に示す
音叉軸(Z−Z)のまわりにΩで示す角速度が入力され
ると、2個の振動質量部(1−1)、(1〜1)には、
速度Vと角速度Ωの積に比例したコリオリの力Fcが夫
々発生し、音叉(1)を上記音叉軸<2−2)のまわり
に音叉(1)と同一の振動数で交番振動させる。この交
番振動の変角は、バイモルフ型の検出用圧電素子(30
)によって、電気信号に変換され、電圧出力となる。
音叉軸(Z−Z)のまわりにΩで示す角速度が入力され
ると、2個の振動質量部(1−1)、(1〜1)には、
速度Vと角速度Ωの積に比例したコリオリの力Fcが夫
々発生し、音叉(1)を上記音叉軸<2−2)のまわり
に音叉(1)と同一の振動数で交番振動させる。この交
番振動の変角は、バイモルフ型の検出用圧電素子(30
)によって、電気信号に変換され、電圧出力となる。
この場合、第5図の検出系(7A)に示す如く、上記検
出用圧電素子(30)の出力電圧を、プリアンプ(35
)を介して、基準電圧としてのプリアンプ(34)より
の信号と共に、デモジュレータ(7)に入力し、同期整
流した後、必要があればフィルタ(36)を通すことに
より、<X−X)軸と直交する音叉(1)の音叉軸(Z
−Z)まわりに入力される角速度Ωに比例した電圧が出
力され、ジャイロ装置が構成される。即ち、音叉(1)
の両振動質量部(1−1)の質量、該振動質量部(1−
1)の振動振幅及び振動周波数等の積を比例定数KTで
表わすものとする。音叉軸(Z−Z)まわりの角速度Ω
と比例定数KTと音叉(1)の振幅φ=≠sinωtと
を乗じたコリオリの力Fcによる交番トルクΩKrPs
inωtは、音叉(11全体を音叉軸(Z−Z)のまわ
りに交番角振動させる。第4図の(31)は、音叉t1
)を含む(Z −Z)軸まわりの機械系で、ブロック内
はその伝達関数である。交番角振動の偏角θは圧電素子
(30)によって電気信号に変換され、プリアンプ(3
5)において交流増幅した後、デモジュレータ(7)に
おいて、プリアンプ(34)からの信号と同期整流され
、フィルタ(36)を通して角速度ωに比例した電圧Y
が出力できることになる。
出用圧電素子(30)の出力電圧を、プリアンプ(35
)を介して、基準電圧としてのプリアンプ(34)より
の信号と共に、デモジュレータ(7)に入力し、同期整
流した後、必要があればフィルタ(36)を通すことに
より、<X−X)軸と直交する音叉(1)の音叉軸(Z
−Z)まわりに入力される角速度Ωに比例した電圧が出
力され、ジャイロ装置が構成される。即ち、音叉(1)
の両振動質量部(1−1)の質量、該振動質量部(1−
1)の振動振幅及び振動周波数等の積を比例定数KTで
表わすものとする。音叉軸(Z−Z)まわりの角速度Ω
と比例定数KTと音叉(1)の振幅φ=≠sinωtと
を乗じたコリオリの力Fcによる交番トルクΩKrPs
inωtは、音叉(11全体を音叉軸(Z−Z)のまわ
りに交番角振動させる。第4図の(31)は、音叉t1
)を含む(Z −Z)軸まわりの機械系で、ブロック内
はその伝達関数である。交番角振動の偏角θは圧電素子
(30)によって電気信号に変換され、プリアンプ(3
5)において交流増幅した後、デモジュレータ(7)に
おいて、プリアンプ(34)からの信号と同期整流され
、フィルタ(36)を通して角速度ωに比例した電圧Y
が出力できることになる。
尚、KVlは圧電素子(30)の偏角−電圧変換定数、
K1はプリアンプ(35)のゲインである。ブロック(
31)内の伝達関数内に於ける、■は音叉軸(Z−Z)
まわりの音叉系の慣性能率、ζ1は音叉系の等酒粕性抵
抗係数、Kは圧電素子(30)の音叉軸(Z −Z)ま
わりのトルクバネ定数、又、Sはラプラス演算子を夫々
示す。
K1はプリアンプ(35)のゲインである。ブロック(
31)内の伝達関数内に於ける、■は音叉軸(Z−Z)
まわりの音叉系の慣性能率、ζ1は音叉系の等酒粕性抵
抗係数、Kは圧電素子(30)の音叉軸(Z −Z)ま
わりのトルクバネ定数、又、Sはラプラス演算子を夫々
示す。
尚、第5図Bは検出系(7八)のプリアンプ(35)と
圧電素子(30)との−例を示す結線図で、同図に於て
、圧電素子より成る角振動検出器(30)は、検出系(
7A)に用いた場合には、自己共振周波数に比して十分
低い周波数において動作しているため、機械系(31)
の偏角θに比例した電圧V P1= K vlθの電圧
源(30−1)と静電容量C1とで近似的に構成される
。一方、プリアンプ(35)は、抵抗R2の入力抵抗器
(35−1)、演算増幅器(35−2) 、抵抗R5゜
R6のフィードバック抵抗器(35−3) 、 (35
−4)より構成される。演算増幅器(35−2)の入力
電圧Vixと電圧素子(30)の出力電圧VPiとの間
には、Vit=Rx Ct s/(RICI S+1)
VP2 −(8)但し、Sはラプラス演算子である。
圧電素子(30)との−例を示す結線図で、同図に於て
、圧電素子より成る角振動検出器(30)は、検出系(
7A)に用いた場合には、自己共振周波数に比して十分
低い周波数において動作しているため、機械系(31)
の偏角θに比例した電圧V P1= K vlθの電圧
源(30−1)と静電容量C1とで近似的に構成される
。一方、プリアンプ(35)は、抵抗R2の入力抵抗器
(35−1)、演算増幅器(35−2) 、抵抗R5゜
R6のフィードバック抵抗器(35−3) 、 (35
−4)より構成される。演算増幅器(35−2)の入力
電圧Vixと電圧素子(30)の出力電圧VPiとの間
には、Vit=Rx Ct s/(RICI S+1)
VP2 −(8)但し、Sはラプラス演算子である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このような従来のジャイロ装置にあって
は、音叉(1)の自励発振系(35A)の変位検出器や
検出系(7^)の偏角検出に、圧電素子(6)。
は、音叉(1)の自励発振系(35A)の変位検出器や
検出系(7^)の偏角検出に、圧電素子(6)。
(6A) 、 (30)等を用いていたため、周囲温度
等が変化すると、これ等圧電素子の温度感度が大きいた
め、入力角速度に対する出力電圧の比、即ちスケールフ
ァクターが変化し、検出角速度に誤差を生ずるという問
題点があった。
等が変化すると、これ等圧電素子の温度感度が大きいた
め、入力角速度に対する出力電圧の比、即ちスケールフ
ァクターが変化し、検出角速度に誤差を生ずるという問
題点があった。
又、圧電素子の容量にバラツキがあると、スケールファ
クターが温度変化によって、大きく変動するという問題
もあった。
クターが温度変化によって、大きく変動するという問題
もあった。
更に、上記、先願の如く、検出系のプリアンプ(35)
の入力抵抗R1を1/Cωとしただけでは、音叉系の振
動振幅の温度変化のスケールファクターに対する影響が
残ってしまうという問題もあった。
の入力抵抗R1を1/Cωとしただけでは、音叉系の振
動振幅の温度変化のスケールファクターに対する影響が
残ってしまうという問題もあった。
又、温度変化に対して、スケールファクターばかりでな
く、出力電圧(バイアス)そのものが変化するという問
題もあった。
く、出力電圧(バイアス)そのものが変化するという問
題もあった。
本発明は上記問題点を解決せんとするもので、その手段
は、角周波数ωで振動する質量部、核質9邪の振動の振
幅を検出し且つ静電容量C2の第1の圧電素子、入力抵
抗R2を有し、上記第1の圧電素子の出力が入力される
第1のプリアンプ、上記質量部の振動振幅を一定に保持
するための制御回路、上記質9部の振動方向及び振動面
の双方に直交する方向の振動を検出し且つ静電容量C1
の第2の圧電素子、該第2の圧電素子の出力が入力され
、且つ入力抵抗R1を有する第2のプリアンプ、第2の
プリアンプの出力を入力とし上記第1のプリアンプの出
力を基準とするデモジュレータより成るジャイロ装置に
おいて、上記第1及び第2の圧電素子を同一温度特性を
有する材料で構成すると共に上記入力抵抗RI R2を
R1= 1/Ctω、 R2= 1/C2ωとなるよ
うに設定すると共に上記第1のプリアンプの出力側に移
相器を設けたことを特徴とするジャイロ装置である。
は、角周波数ωで振動する質量部、核質9邪の振動の振
幅を検出し且つ静電容量C2の第1の圧電素子、入力抵
抗R2を有し、上記第1の圧電素子の出力が入力される
第1のプリアンプ、上記質量部の振動振幅を一定に保持
するための制御回路、上記質9部の振動方向及び振動面
の双方に直交する方向の振動を検出し且つ静電容量C1
の第2の圧電素子、該第2の圧電素子の出力が入力され
、且つ入力抵抗R1を有する第2のプリアンプ、第2の
プリアンプの出力を入力とし上記第1のプリアンプの出
力を基準とするデモジュレータより成るジャイロ装置に
おいて、上記第1及び第2の圧電素子を同一温度特性を
有する材料で構成すると共に上記入力抵抗RI R2を
R1= 1/Ctω、 R2= 1/C2ωとなるよ
うに設定すると共に上記第1のプリアンプの出力側に移
相器を設けたことを特徴とするジャイロ装置である。
音叉系の振動振幅7は、その値が一定となるような制御
装置(35A)の作用により、その振幅fを検出する圧
電素子(6)、(6A)のゲインが増大すると逆に、小
さくなる。一方、検出系(7^)の圧電素子(30)の
ゲインが増大すると、その出力は増大する。ジャイロ出
力は音叉系の振動振幅と検出系の出力との積になってい
るため、上記、音叉系及び検出系のプリアンプを含めた
圧電素子の温度特性を夫々最小にすることにより、温度
変化の影響を受けないジャイロ装置を得ることができる
。
装置(35A)の作用により、その振幅fを検出する圧
電素子(6)、(6A)のゲインが増大すると逆に、小
さくなる。一方、検出系(7^)の圧電素子(30)の
ゲインが増大すると、その出力は増大する。ジャイロ出
力は音叉系の振動振幅と検出系の出力との積になってい
るため、上記、音叉系及び検出系のプリアンプを含めた
圧電素子の温度特性を夫々最小にすることにより、温度
変化の影響を受けないジャイロ装置を得ることができる
。
第1図は、本発明による制御装置(自動発振系)(35
A )及び検出系(7A)の一実施例を示すブロック図
である。尚、同図に於て、第4図と同一符号は相互に同
一素子を示し、それ等の詳細説明は省略する。
A )及び検出系(7A)の一実施例を示すブロック図
である。尚、同図に於て、第4図と同一符号は相互に同
一素子を示し、それ等の詳細説明は省略する。
すでに第4図に関連して述べたように、符号(35A)
は、音叉(1)(第3図参照)の振動振幅を一定に
保持するだめの自動発振系を全体として示し、符号(7
A)はジャイロ系に角速度Ωが入力されたときに角振動
検出器の圧電素子(30)からの出力を角速度信号とし
て取り出すための検出系を示す。
は、音叉(1)(第3図参照)の振動振幅を一定に
保持するだめの自動発振系を全体として示し、符号(7
A)はジャイロ系に角速度Ωが入力されたときに角振動
検出器の圧電素子(30)からの出力を角速度信号とし
て取り出すための検出系を示す。
温度変化に対するスケールファクターの変化が問題なの
で、例えば機械系(31)はほとんど温度の影響がない
ため、ゲインを1とすれば、プリアンプ(35)の出力
電圧Vi1は次式(9)で与えられる。
で、例えば機械系(31)はほとんど温度の影響がない
ため、ゲインを1とすれば、プリアンプ(35)の出力
電圧Vi1は次式(9)で与えられる。
−−−−−−・(9)
上式(9)の中で、温度変化の影響をうけやすいものは
、ネ★出系(7A)の圧電素子(30)の静電容♀CL
(第5図B参照)及び自励発振系(35A)中の変
位検出器(6)、(6A)の静電容量C2(第5図A参
照)であり、これ等が温度変化をうけないためには次式
(10)が成立する必要がある。
、ネ★出系(7A)の圧電素子(30)の静電容♀CL
(第5図B参照)及び自励発振系(35A)中の変
位検出器(6)、(6A)の静電容量C2(第5図A参
照)であり、これ等が温度変化をうけないためには次式
(10)が成立する必要がある。
しかしながら、自動発振動系(35A)としてみると、
R2=1/C2ωという条件は、位相的に音叉(11の
振幅φに対して45°進んでいることになり、理想発振
系として90°進みの条件が満たされていないため、こ
のままでは、音叉(11は自励発振しない。
R2=1/C2ωという条件は、位相的に音叉(11の
振幅φに対して45°進んでいることになり、理想発振
系として90°進みの条件が満たされていないため、こ
のままでは、音叉(11は自励発振しない。
この問題を解決するため、本発明では、第1図に示す如
(、一般には通常のR,C回路で構成される第1の45
°移相器(34−1)を、プリアンプ(34)の出力段
に設けている。
(、一般には通常のR,C回路で構成される第1の45
°移相器(34−1)を、プリアンプ(34)の出力段
に設けている。
以上の構成により、検出用圧電素子として最も温度変化
の影響をうけにくいR=l/Cωという条件を満たすと
同時に、自励発振系として必要な90゜位相進みを第1
の45°移相器(34−1)を持ち込むことにより実施
した。
の影響をうけにくいR=l/Cωという条件を満たすと
同時に、自励発振系として必要な90゜位相進みを第1
の45°移相器(34−1)を持ち込むことにより実施
した。
尚、上述の構成により、スケールファクターの温度変化
の少いジャイロを得ることが出来るが、実際には、スケ
ールファクターのわずかな温度変化が残存し、又、音叉
(1)の制作上のアンバランス等により、バイアス自体
が温度による影響をうけることが避けがたい。第1図の
符号(40)は、音叉(11の近傍に設けた温度センサ
ーでその出力を調定器(41)を介してデモジュレータ
(7)の出力に加算器(42)で加算入力することによ
り、バイアス温度変化を補償する。
の少いジャイロを得ることが出来るが、実際には、スケ
ールファクターのわずかな温度変化が残存し、又、音叉
(1)の制作上のアンバランス等により、バイアス自体
が温度による影響をうけることが避けがたい。第1図の
符号(40)は、音叉(11の近傍に設けた温度センサ
ーでその出力を調定器(41)を介してデモジュレータ
(7)の出力に加算器(42)で加算入力することによ
り、バイアス温度変化を補償する。
尚、(43)はバイアス修正回路で、音叉(11のアン
バランス等による固定的なバイアス出力を修正するため
のものであり、(34−2)は第2の45゛移相器で、
第1の45°移相器(34−1)とデモジュレータ(7
)との間に挿入され、デモジュレータ(7)の基準信号
を、音叉(1)の振幅φに対して所定の値なすためのも
のである。
バランス等による固定的なバイアス出力を修正するため
のものであり、(34−2)は第2の45゛移相器で、
第1の45°移相器(34−1)とデモジュレータ(7
)との間に挿入され、デモジュレータ(7)の基準信号
を、音叉(1)の振幅φに対して所定の値なすためのも
のである。
尚、上述においては、振動体として音叉を用いたジャイ
ロ装置について説明したが、本発明は上記に限定される
ことはなく、棒状の振動体等を用いたジャイロ装置にも
通用し得ることは勿論である。
ロ装置について説明したが、本発明は上記に限定される
ことはなく、棒状の振動体等を用いたジャイロ装置にも
通用し得ることは勿論である。
圧電素子(6) 、 (6A) 、 (30)の静電容
1cの温度特性は、一般に10−3/”Cのオーダであ
り、温度変化を100’ Cとすれば10%以上のゲイ
ン変動となり、ジャイロ装置としての性能に大きな制約
をうける。
1cの温度特性は、一般に10−3/”Cのオーダであ
り、温度変化を100’ Cとすれば10%以上のゲイ
ン変動となり、ジャイロ装置としての性能に大きな制約
をうける。
本発明はジャイロ出力に対し、音叉(1)の振動系の検
出圧電素子(6)、(6A)の出力伝達関数と、検出系
の圧電素子(30)の出力伝達関数とが、分母・分子の
関係になる点に着目し、これ等を同種の素子で構成する
と共に、それぞれのプリアンプの入力抵抗を(1/Cω
)にすると共に、音叉の自動発振系のプリアンプの後段
に移相器を設けることにより自励発振系としての動作を
確保すると同時に、圧電素子の温度特性に依存しない高
精度のジャイロ装置を得ることが可能となった。
出圧電素子(6)、(6A)の出力伝達関数と、検出系
の圧電素子(30)の出力伝達関数とが、分母・分子の
関係になる点に着目し、これ等を同種の素子で構成する
と共に、それぞれのプリアンプの入力抵抗を(1/Cω
)にすると共に、音叉の自動発振系のプリアンプの後段
に移相器を設けることにより自励発振系としての動作を
確保すると同時に、圧電素子の温度特性に依存しない高
精度のジャイロ装置を得ることが可能となった。
第1図は本発明によるジャイロ装置の一例の音叉系及び
検出系のブロック図、第2図は本発明が適用されるジャ
イロ装置の斜視図、第3図はその主要部の側面図、第4
図は従来のジャイロ装置の音叉系及び検出系の結線図、
第5図A及びBは夫々圧電素子を変位及び角振動検出装
置とする変位及び角振動検出系の結線図である。 図に於て、(1)は音叉、(1−1)はその振動質量部
、(7)はデモジュレータ、(7A)は検出系、(34
)及び(35)はプリアンプ、(R2)、 (R1)は
その入力抵抗、(C2)、 (C1)は音叉系及び検出
系の圧電素子の静電容量、(35A)は自動発振系、(
40)は温度センサー、(41)は調定器、(34−1
) 、 (34−2)は45°移相器、(42)は加算
器、(43)はバイアス修正回路を夫々示す。
検出系のブロック図、第2図は本発明が適用されるジャ
イロ装置の斜視図、第3図はその主要部の側面図、第4
図は従来のジャイロ装置の音叉系及び検出系の結線図、
第5図A及びBは夫々圧電素子を変位及び角振動検出装
置とする変位及び角振動検出系の結線図である。 図に於て、(1)は音叉、(1−1)はその振動質量部
、(7)はデモジュレータ、(7A)は検出系、(34
)及び(35)はプリアンプ、(R2)、 (R1)は
その入力抵抗、(C2)、 (C1)は音叉系及び検出
系の圧電素子の静電容量、(35A)は自動発振系、(
40)は温度センサー、(41)は調定器、(34−1
) 、 (34−2)は45°移相器、(42)は加算
器、(43)はバイアス修正回路を夫々示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、角周波数ωで振動する質量部、該質量部の振動の振
幅を検出し且つ静電容量C_2の第1の圧電素子、入力
抵抗R_2を有し、上記第1の圧電素子の出力が入力さ
れる第1のプリアンプ、上記質量部の振動振幅を一定に
保持するための制御回路、上記質量部の振動方向及び振
動面の双方に直交する方向の振動を検出し且つ静電容量
C_1の第2の圧電素子、該第2の圧電素子の出力が入
力され入力抵抗R_1を有する第2のプリアンプ、該第
2のプリアンプの出力を入力とし上記第1のプリアンプ
の出力を基準とするデモジュレータよりなるジャイロ装
置において、上記第1及び第2の圧電素子を同一温度特
性を有する材料で構成すると共に、上記入力抵抗R_1
、R_2を R_1=1/C_1ω、R_2=1/C_2ωとなるよ
うに選定すると共に、上記第1のプリアンプの出力側に
移相器を設けたことを特徴とするジャイロ装置。 2、上記特許請求の範囲第1項記載のジャイロ装置にお
いて、上記質量部の近傍に温度検出器を設け、該温度検
出器の出力を調定器を介して上記デモジュレータの出力
に加算するようにしたことを特徴とするジャイロ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61182353A JPS6338110A (ja) | 1986-08-02 | 1986-08-02 | ジヤイロ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61182353A JPS6338110A (ja) | 1986-08-02 | 1986-08-02 | ジヤイロ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6338110A true JPS6338110A (ja) | 1988-02-18 |
Family
ID=16116827
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61182353A Pending JPS6338110A (ja) | 1986-08-02 | 1986-08-02 | ジヤイロ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6338110A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6415911U (ja) * | 1987-07-13 | 1989-01-26 | ||
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JPH0310112A (ja) * | 1989-06-08 | 1991-01-17 | Tokimec Inc | ジャイロ装置 |
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EP0663584A1 (en) * | 1994-01-14 | 1995-07-19 | Akai Electric Co., Ltd. | Vibration control device for vibration of gyroscopes |
US6016698A (en) * | 1988-08-12 | 2000-01-25 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Vibratory gyroscope including piezoelectric electrodes or detectors arranged to be non-parallel and non-perpendicular to coriolis force direction |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61102514A (ja) * | 1984-10-25 | 1986-05-21 | Tokyo Keiki Co Ltd | ジヤイロ装置 |
JPS61102519A (ja) * | 1984-10-25 | 1986-05-21 | Tokyo Keiki Co Ltd | 制御装置 |
-
1986
- 1986-08-02 JP JP61182353A patent/JPS6338110A/ja active Pending
Patent Citations (2)
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JPS61102514A (ja) * | 1984-10-25 | 1986-05-21 | Tokyo Keiki Co Ltd | ジヤイロ装置 |
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