JP3201054B2 - ジャイロ出力検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はジャイロ出力検出方法
に関し、特にたとえば、屈曲振動を利用した柱状の振動
ジャイロの出力を測定するためのジャイロ出力検出方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は、この発明の背景となる従来のジ
ャイロ出力検出方法に用いられる検出回路の一例を示す
ブロック図である。この検出回路１は、たとえば３角柱
状の振動ジャイロ２の出力を測定するために用いられ
る。

【０００３】振動ジャイロ２の２つの圧電素子３と他の
圧電素子４との間には、発振回路５が接続される。発振
回路５は、抵抗６を介して圧電素子３に接続される。さ
らに、これらの圧電素子３の出力は、差動回路７に入力
される。差動回路７の出力は、同期検波回路８で同期検
波される。そして、検波された信号が、直流増幅回路９
で増幅される。

【０００４】発振回路５によって、振動ジャイロ２は、
圧電素子４形成面に直交する方向に屈曲振動する。この
状態で、振動ジャイロ２の長軸を中心として回転する
と、コリオリ力によって屈曲振動の向きが変わる。それ
によって、検出片として用いられる２つの圧電素子３間
に出力の差が生じ、差動回路７から出力が得られる。こ
のとき、振動ジャイロ２を駆動するための駆動信号は、
２つの圧電素子３において同相で同レベルの信号であ
る。そのため、振動ジャイロ２を駆動するための信号
は、差動回路７で相殺される。したがって、差動回路７
からは、回転角速度の大きさに応じた信号のみが出力さ
れる。したがって、この出力を同期検波して、直流増幅
した出力を測定することによって、振動ジャイロ２に加
わった回転角速度を測定することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、雰囲気
温度の変化などにより、検出用の圧電素子の出力間にお
いて位相差が生じ、ドリフトの原因となっていた。この
ような位相差を補正するために、たとえば可変抵抗器を
介して発振回路と振動ジャイロとを接続し、この可変抵
抗器を調整するなどの方法が採用されていた。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、可
変抵抗器などを使用することなく、ドリフトを軽減する
ことができる、ジャイロ出力検出方法を提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、多角柱状の
振動体と、振動体の２つの側面に形成される検出片とを
含む振動ジャイロの出力を測定するためのジャイロ出力
検出方法において、２つの検出片の出力信号の差を差動
回路で求め、２つの検出片の出力信号の和を和動回路で
求め、和動回路の出力信号を同期検波回路で同期検波
し、同期検波回路の出力信号を平滑回路で平滑し、平滑
回路の出力信号が０となるように、検出片の一方または
両方の出力信号を位相補正することによって、差動回路
の出力信号に含まれるドリフト成分を補正する、ジャイ
ロ出力検出方法である。また、この発明は、多角柱状の
振動体と、振動体の２つの側面に形成される検出片とを
含む振動ジャイロの出力を測定するためのジャイロ出力
検出方法において、２つの検出片の出力信号の差を差動
回路で求め、２つの検出片の出力信号の和を和動回路で
求め、和動回路の出力信号を同期検波回路で同期検波
し、同期検波回路の出力信号を平滑回路で平滑し、差動
回路の出力信号を別の同期検波回路で同期検波し、別の
同期検波回路の出力信号を別の平滑回路で平滑し、平滑
回路の出力信号と別の平滑回路の出力信号とを合成回路
で合成することにより、差動回路の出力信号に含まれる
ドリフト成分を補正する、ジャイロ出力検出方法であ
る。

【０００８】

【作用】２つの検出片の出力信号の差および和を求め、
それぞれを同期検波したのち平滑すると、位相差に応じ
て互いに比例関係にある直流出力を得ることができる。
したがって、振動ジャイロを駆動するための駆動信号が
０となるように調整すれば、雰囲気温度の変化などによ
って、２つの検出片における駆動信号に位相差が生じて
も、常に駆動信号を除去した信号を得ることができる。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、振動ジャイロを駆動
するための駆動信号を除去できるため、回転角速度に対
応した信号のみを取り出すことができる。そのため、雰
囲気温度の変化などによるドリフト分として、２つの検
出片における駆動信号に位相差が生じても、それとは無
関係に回転角速度を検出することができる。また、この
ような位相差による影響が除去されるため、調整用の可
変抵抗器などが不要となる。

【００１０】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。

【００１１】

【実施例】図１は、この発明のジャイロ出力検出方法に
用いられる検出回路の一例を示すブロック図である。こ
の検出回路１０は、たとえば振動ジャイロ１２の出力を
検出するために用いられる。振動ジャイロ１２は、図２
（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、たとえば正３角
柱状の振動体１４を含む。この振動体１４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。

【００１２】振動体１４の３つの側面の中央部には、そ
れぞれ圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃが形成される。
圧電素子１６ａは、たとえば圧電セラミックからなる圧
電層１８ａを含み、圧電層１８ａの両面には電極２０
ａ，２２ａが形成される。そして、一方の電極２２ａ
が、振動体１４の側面に接着される。同様に、圧電素子
１６ｂ，１６ｃは圧電層１８ｂ，１８ｃを含み、その両
面に電極２０ｂ，２２ｂおよび電極２０ｃ，２２ｃが形
成される。そして、これらの圧電素子１６ｂ，１６ｃの
一方の電極２２ｂ，２２ｃが、振動体１４の側面に接着
される。さらに、振動体１４のノード点近傍は、たとえ
ば金属線からなる支持部材２４および２６で支持され
る。これらの支持部材２４，２６は、たとえば溶接する
ことによって、振動体１４のノード点近傍に固着され
る。

【００１３】圧電素子１６ａ，１６ｂと圧電素子１６ｃ
間には、抵抗３０，３２を介して発振回路３４が接続さ
れる。発振回路３４には同期信号送出回路３６が接続さ
れ、後述の同期検波回路で検波するための同期信号が送
出される。圧電素子１６ａ，１６ｂは、回転角速度に対
応した信号を検出するための検出片としても使用され
る。そして、圧電素子１６ａ，１６ｂは差動増幅回路３
８に接続され、圧電素子１６ａ，１６ｂの出力信号の差
が求められる。さらに、差動増幅回路３８は、第１の同
期検波回路４０に接続される。この第１の同期検波回路
４０では、同期信号送出回路３６からの同期信号によっ
て、差動増幅回路３８の出力信号が同期検波される。第
１の同期検波回路４０の出力信号は、第１の平滑回路４
２で平滑される。

【００１４】また、圧電素子１６ａ，１６ｂは、抵抗４
４，４６を介して和動増幅回路４８に接続され、圧電素
子１６ａ，１６ｂの出力信号の和が求められる。さら
に、和動増幅回路４８は、第２の同期検波回路５０に接
続される。この第２の同期検波回路５０では、同期信号
送出回路３６からの同期信号によって、和動増幅回路４
８の出力信号が同期検波される。第２の同期検波回路５
０の出力信号は、第２の平滑回路５２で平滑される。

【００１５】第１の平滑回路４２および第２の平滑回路
５２の出力信号は、合成回路５４に入力される。この合
成回路５４において、第１の平滑回路４２および第２の
平滑回路５２の出力信号が合成される。

【００１６】この振動ジャイロ１２では、発振回路３４
によって、振動体１４が圧電素子１６ｃ形成面に直交す
る方向に屈曲振動する。この状態で、振動体１４の長軸
を中心として回転すると、コリオリ力により屈曲振動の
方向が変わる。それにより、圧電素子１６ａと圧電素子
１６ｂの出力信号に差が生じる。したがって、圧電素子
１６ａ，１６ｂの出力信号の差を測定することによっ
て、振動ジャイロ１２に加わった回転角速度を検出する
ことができる。

【００１７】圧電素子１６ａ，１６ｂにおける駆動信号
およびコリオリ力によって発生する信号は、差動増幅回
路３８で差が求められ、和動増幅回路４８で和が求めら
れる。振動ジャイロ１２にドリフト分がない場合、図３
に示すように、圧電素子１６ａの出力端Ａ１および圧電
素子１６ｂの出力端Ａ２における駆動信号は同相とな
る。したがって、差動増幅回路３８の出力信号は０とな
り、和動増幅回路４８の出力信号は駆動信号と同位相で
かつレベルの大きい信号が得られる。

【００１８】そして、第１の同期検波回路４０および第
２の同期検波回路５０では、差動増幅回路３８および和
動増幅回路４８の出力信号が、駆動信号に同期して検波
される。ドリフト分がない場合には、両方の駆動信号は
同相となるため、第１の同期検波回路４０の出力端Ｂ１
の出力信号は０となり、第２の同期検波回路５０の出力
端Ｂ２では、駆動信号の正負部分が相殺される。したが
って、第１の平滑回路４２の出力端Ｃ１および第２の平
滑回路５２の出力端Ｃ２では、それぞれ出力信号は０と
なる。そのため、合成回路５４の出力端Ｄにおいては、
駆動信号成分が０となる。

【００１９】振動ジャイロ１２に回転角速度が加わる
と、コリオリ力による振動体１４の屈曲振動の方向の変
化により、圧電素子１６ａ，１６ｂに電圧が発生する。
これらの信号は、図３に示すように、駆動信号と９０°
の位相差を有する。これらのコリオリ力による信号の振
幅および極性は、回転角速度の大きさおよび方向に応じ
て変化する。たとえば図３の場合、差動増幅回路３８か
らレベルの大きい信号が出力され、和動増幅回路４８か
らの出力信号は０となる。したがって、第１の同期検波
回路４０の出力端Ｂ１の出力信号は、差動増幅回路３８
の出力信号の正部分が出力される。また、第２の同期検
波回路５０の出力端Ｂ２の出力信号は０となる。

【００２０】このような信号を平滑すると、第１の平滑
回路４２の出力端Ｃ１では正側に直流出力が現れ、第２
の平滑回路５２の出力端Ｃ２における信号は０となる。
もちろん、圧電素子１６ｂの出力信号のレベルが変われ
ば、出力端Ｃ１に直流出力が現れる。そして、合成回路
５４では、第１の平滑回路４２および第２の平滑回路５
２の出力信号が差動合成される。したがって、図３に示
す実施例では、合成回路５４の出力端Ｄには、第１の平
滑回路４２の出力端Ｃ１の信号と同じ信号が出力され
る。

【００２１】次に、振動ジャイロ１２にドリフト分があ
る場合、図４に示すように、圧電素子１６ａと圧電素子
１６ｂにおける駆動信号に位相差が生じる。この場合、
差動増幅回路３８および和動増幅回路４８で、駆動信号
の差および和を出力させると、図４のＢ１，Ｂ２に示す
ように、互いに９０°の位相差を有する信号が得られ
る。そして、これらの信号を駆動信号に同期して検波す
ると、第１の同期検波回路４０の出力端Ｂ１および第２
の同期検波回路５２の出力端Ｂ２からは、それぞれ正部
分と負部分とを有する信号が出力される。

【００２２】これらの信号を平滑すると、第１の平滑回
路４２の出力端Ｃ１では、出力端Ｂ１の信号の正部分と
負部分との差が直流出力として得られる。また、第２の
平滑回路５２の出力端Ｃ２では、出力端Ｂ２の信号の正
部分と負部分との差が直流出力として得られる。出力端
Ｃ１および出力端Ｃ２の信号は、圧電素子１６ａ，１６
ｂにおける駆動信号の位相差に比例するため、合成回路
５４で差動合成してその出力端Ｄの出力が０となるよう
に調整すれば、駆動信号の位相差が変わっても駆動信号
成分が検出回路１０から出力されない。

【００２３】圧電素子１６ａ，１６ｂに発生するコリオ
リ力による信号は、図４に示すように、それぞれの駆動
信号と９０°の位相差を有する。そして、差動回路３８
および和動回路４８で、これらの信号の差および和を出
力させると、互いに９０°の位相差を有する信号が現れ
る。この実施例では、差動増幅回路３８の出力信号のレ
ベルが位相ずれのない場合に比較して小さく、和動増幅
回路４８の出力信号にレベルが発生する。これらの信号
を、駆動信号に同期させて検波すると、第１の同期検波
回路４０の出力端Ｂ１および第２の同期検波回路５０の
出力端Ｂ２からは、それぞれ正部分と負部分とを含む信
号が出力される。これらの信号を平滑すると、第１の平
滑回路４２の出力端Ｃ１および第２の平滑回路５２の出
力端Ｃ２からは、それぞれ出力端Ｂ１，Ｂ２の信号の正
部分と負部分との差が直流出力として得られる。

【００２４】そして、合成回路５４で、出力端Ｃ１，Ｃ
２の信号が差動合成される。図４に示す実施例では、出
力端Ｃ２の信号が負であるため、合成回路５４の出力端
Ｄのレベルは大きくなっている。したがって、位相ずれ
によるコリオリ検出の低下分を補うことができる。な
お、コリオリ力による信号は、振動ジャイロ１２に加わ
る回転角速度の大きさおよび方向によって、そのレベル
および極性が変化するため、出力端Ｃ１，Ｃ２に現れる
信号のレベルおよび極性も変化する。それにともなっ
て、合成回路５４の出力端Ｄの信号も変化するが、その
変化を測定することによって、回転角速度を検出するこ
とができる。

【００２５】なお、上述の実施例では圧電素子１６ａの
出力信号が圧電素子１６ｂの出力信号より遅れた場合を
示しているが、圧電素子１６ａの出力信号が圧電素子１
６ｂの出力信号より進んでいる場合、出力端Ｃ１には負
の直流信号が出力される。この場合、出力端Ｃ１および
Ｃ２の信号を合成回路５４で和動合成することによっ
て、駆動信号成分を除去することができる。

【００２６】このように、この検出回路１０を用いれ
ば、ドリフト分の有無に関係なく、駆動信号を除去する
ことができる。したがって、圧電素子１６ａ，１６ｂに
おける駆動信号に位相差があっても、検出回路１０から
は駆動信号成分が出力されない。そのため、従来のよう
に、駆動信号の位相差を調整するための可変抵抗器など
を取り付ける必要がない。

【００２７】また、図５および図６に示すような回路を
用いて、第２の平滑回路５２の出力端Ｃ２の出力信号を
０にするようにしてもよい。この場合、図５および図６
に示す回路の可変抵抗器を調整することによって、図３
に示すように、駆動信号の位相を合わせることができ
る。したがって、ドリフト分がない場合の説明と同様に
して、検出回路１０の出力から駆動信号成分を除去する
ことができる。このような回路を用いても、コリオリ力
による出力のみを取り出すことができ、正確な回転角速
度を検出することができる。

【００２８】上述の実施例では、検出回路１０を正３角
柱状の振動ジャイロの信号検出用として使用したが、た
とえば４角柱状など他の柱状の振動ジャイロであって
も、２つの圧電素子からの出力信号の差を検出するもの
であれば使用可能である。また、振動ジャイロの検出片
として圧電素子を使用したが、たとえば柱状の圧電セラ
ミックで形成された振動体に電極を形成した振動ジャイ
ロの信号検出用としても使用できる。この場合、振動体
の側面に形成された２つの電極が検出片となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のジャイロ出力検出方法に用いられる
検出回路の一例を示すブロック図である。

【図２】（Ａ）は図１に示す検出回路で検出される振動
ジャイロの一例を示す斜視図であり、（Ｂ）はその断面
図である。

【図３】ドリフト分がない場合の各部における駆動信号
とコリオリ力による信号との波形図である。

【図４】ドリフト分がある場合の各部における駆動信号
とコリオリ力による信号との波形図である。

【図５】この発明の他の実施例を示す回路図である。

【図６】この発明のさらに他の実施例を示す回路図であ
る。

【図７】この発明の背景となる従来のジャイロ出力検出
回路に用いられる検出回路の一例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０ 検出回路 １２ 振動ジャイロ １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 圧電素子 ３８ 差動増幅回路 ４０ 第１の同期検波回路 ４２ 第１の平滑回路 ４８ 和動増幅回路 ５０ 第２の同期検波回路 ５２ 第２の平滑回路 ５４ 合成回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多角柱状の振動体と、前記振動体の２つ
   の側面に形成される検出片とを含む振動ジャイロの出力
   を測定するためのジャイロ出力検出方法において、 前記２つの検出片の出力信号の差を差動回路で求め、 前記２つの検出片の出力信号の和を和動回路で求め、前記和動回路の出力信号を同期検波回路で同期検波し、 前記同期検波回路の出力信号を平滑回路で平滑し、 前記平滑回路の出力信号が０となるように、前記検出片
   の一方または両方の出力信号を位相補正することによっ
   て、 前記差動回路の出力信号に含まれるドリフト成分を
   補正する、ジャイロ出力検出方法。
2. 【請求項２】 多角柱状の振動体と、前記振動体の２つ
   の側面に形成される検出片とを含む振動ジャイロの出力
   を測定するためのジャイロ出力検出方法において、 前記２つの検出片の出力信号の差を差動回路で求め、 前記２つの検出片の出力信号の和を和動回路で求め、 前記和動回路の出力信号を同期検波回路で同期検波し、 前記同期検波回路の出力信号を平滑回路で平滑し、 前記差動回路の出力信号を別の同期検波回路で同期検波
   し、 前記別の同期検波回路の出力信号を別の平滑回路で平滑
   し、 前記平滑回路の出力信号と前記別の平滑回路の出力信号
   とを合成回路で合成することにより、前記差動回路の出
   力信号に含まれるドリフト成分を補正する、ジャイロ出
   力検出方法。