DE69511908T2

DE69511908T2 - Schwingungskontrollanlage für Vibration eines Kreisels

Info

Publication number: DE69511908T2
Application number: DE69511908T
Authority: DE
Inventors: Kokichi Terajima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-01-14
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 1999-12-23
Anticipated expiration: 2015-01-14
Also published as: DE69511908D1; EP0663584B1; US5581142A; EP0663584A1; MY112271A; KR950033752A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vibrationssteuerungsvorrichtung zur Verwendung beispielsweise in einem Vibrationsgyroskop.
Eine herkömmliche Vibrationssteuerungsvorrichtung ist in EP-A2-0 517 259 beschrieben. Solch eine Vibrationssteuerungsvorrichtung umfaßt ein Vibrationselement, ein piezoelektrisches Element auf der Oberfläche des Vibrationselementes, eine Ansteuerungsvorrichtung, die mit dem piezo-elektrischen Element über ein Impedanzelement verbunden ist, und einen Rückkopplungsschaltkreis, der mit dem piezo-elektrischen Element und der Ansteuerungsvorrichtung verbunden ist. Der Rückkopplungsschaltkreis enthält einen differentiellen Rückkopplungsverstärker zur Differenzbildung zwischen der Ausgabespannung, die aus der Verbindung des piezo-elektrischen Elementes mit dem Impedanzelement erhalten wird, und einer Wechselstromreferenzspannung.
Ein Beispiel für ein herkömmliches Vibrationsgyroskop ist in Fig. 18 dargestellt. In diesem Vibrationsgyroskop sind piezo-elektrische Elemente 2 und 3, die einen Vibrator 4 bilden, jeweils über die Impedanzelemente 21 und 22 mit der Ausgangsseite einer Ansteuerungsvorrichtung 6 verbunden. Die Ausgangsseite der Ansteuerungsvorrichtung 6 ist ebenfalls über ein weiteres Impedanzelement 23 mit einer Kapazität C verbunden, so daß die Ansteuerungssignale von der Ansteuerungsvorrichtung 6 gleichzeitig dem piezoelektrischen Elementen 2 und 3 und der Kapazität C zugeführt werden.
Die Ausgaben der jeweiligen Knoten der Impedanzelemente 21 und 22 und der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 sind miteinander verbunden. Diese kombinierte Ausgabe und die Ausgabe der Knoten des Impedanzelementes 23 und der Kapazität C werden einem Differenz-Verstärker 7 zugeführt. Die differentielle Ausgabe wird an die Ansteuerungsvorrichtung 6 zurückgeführt, so daß der Vibrator 4 selbstschwingend ist. Die Ausgaben der jeweiligen Knoten der Impedanzelemente Z1 und Z2 und der piezo- elektrischen Elemente 2 und 3 werden einem weiteren Differrenz-Verstärker 8 zugeführt, um ein Winkelgeschwindigkeitsdetektionssignal zu erhalten, das auf der Ausgabe von dem differentiellen Verstärker 8 basiert.
Ein Beispiel für einen Vibrator 4, der in Fig. 19 gezeigt ist, hat einen viereckigen Querschnitt und hat ein piezo-elektrisches Element 2 auf einer Seitenoberfläche 1a des Vibrationselementes 1 mit einem Resonanzpunkt und ein piezo-elektrisches Element 3 auf einer weiteren Seitenoberfläche 1b, die zur ersten Seitenoberfläche 1a benachbart ist. Ein weiteres Beispiel eines Vibrators 4, der in Fig. 20 gezeigt ist, hat piezoelektrische Elemente 2 und 3, die in der Richtung der Breite auf derselben Seite des Vibrationselementes 1 getrennt sind. Ein weiteres Beispiel eines Vibrators 4, der in Fig. 21 gezeigt ist, hat piezo-elektrische Elemente 2 und 3 auf gegenüberliegenden Seiten des Vibrationselementes 1. Ein weiteres Beispiel eines Vibrators 4, der in Fig. 22 gezeigt ist, hat jeweils piezo-elektrische Elemente 2a und 2b auf gegenüberliegenden Seitenoberflächen des Vibrationselementes 1 und verbindet diese in paralleler Weise, so daß sie sich ebenfalls im wesentlichen wie ein piezo-elektrisches Element 2 verhalten, und hat auch jeweils piezo-elektrische Elemente 3a und 3b auf den anderen gegenüberliegenden Seiten, wobei diese in paralleler Weise verbunden sind, damit sie sich im wesentlichen wie ein piezo-elektrisches Element 3 verhalten.
Noch ein weiteres Beispiel eines Vibrators 4, der in Fig. 23 gezeigt ist, besitzt einen dreieckigen Querschnitt und piezo-elektrische Elemente 2 und 3 auf zwei Seitenoberflächen des Vibrationselementes 1 mit einem Resonanzpunkt. Ein weiteres Beispiel eines Vibrators 4, das in Fig. 24 gezeigt ist, hat einen kreisförmigen Querschnitt und piezoelektrische Elemente 2 und 3 auf der äußeren Oberfläche des Vibrationselementes 1 mit einem Resonanzpunkt. Somit werden Elemente, die im wesentlichen zwei -pizeoelektrische Elemente haben, auf den Seitenoberflächen von Vibrationselementen gebildet, die verschiedene Querschnittformen aufweisen.
Fig. 26 zeigt einen Vibrator 4 mit einem einzigen piezo-elektrischen Element 5, das auf einem Vibrationselement 1 gebildet ist, wie es in Fig. 25 gezeigt ist. Fig. 27 zeigt einen Vibrator 4 mit zwei piezo-elektrischen Elementen 2 und 3 wie in den Fig. 19 bis 24 gezeigt.
Das in Fig. 18 gezeigte herkömmliche Vibrationsgyrokop ist jedoch so hergestellt, daß es die Ansteuerungssignale von der Ansteuerungsvorrichtung 6 den piezo-elektrischen Elementen 2 und 3 über die Impendanzelemente 21 und 22 zuleitet. Der Signalpegel, der den piezo-elektrischen Elementen 2 und 3 zugeführt wird, nimmt deshalb ab, wenn die Impedanzen der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 in der Nähe der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs im Vibrator 4 abnimmt. Die Frequenz, bei der die Ausgabe des Differenz-Verstärkers 7 ein Maximum erreicht, und die mechanische Serienresonanzfrequenz f5 fallen nicht zusammen. Dieses Phänomen wird im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 28 und Fig. 29 erläutert.
Die Fig. 28A und B zeigen Messungsbeispiele des Frequenz- und Phasenverhaltens des Leitwertes (admittance) Y des Vibrators 4 mit dem in Fig. 19 gezeigten Aufbau. Die Fig. 29A und B zeigen das Übertragungs- und Phasenverhalten des Differenzverstärkers 7. Das Vibrationsgyroskop, das in Fig. 18 dargestellt ist, verbindet die piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 direkt mit den jeweiligen Impedanzen 21 und 22, so daß, wie der Fig. 28A zu entnehmen ist, die Signalpegel, die diesen piezoelektrischen Elementen 2 und 3 zugeführt werden, in der Nähe der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs abnehmen, wobei Y groß ist, und in der Nähe der mechanischen Parallelresonanzfrequenz fa zunehmen, wobei Y klein ist. Die Ausgabe des Differenzverstärkers 7 erhält deshalb den Effekt der mechanischen Parallelresonanzfrequenz fa mit ihrem hohen Signalpegel. Der Maximalwert der Frequenz wird in Richtung zu der mechanischen Parallelresonanzfrequenz fa verschoben, wie in Fig. 29A gezeigt.
Der Vibrator 4 wird, so wie durch Ersatzschaltbild in Fig. 30 gezeigt, für ein piezoelektrisches Element als ein Parallelresonanzschaltkreis dargestellt, wobei die Dämpfungskapazität Cd in paralleler Weise mit dem Serienresonanzschaltkreis verbunden ist, der eine Induktionsspule L1, eine Kapazität C1 und einen Widerstand R1 umfaßt. Widerstände und Kapazitäten werden beispielsweise für Impedanzelemente 21 und 22 verwendet. Wenn Kapazitäten als Impendanzelemente 21 und 22 verwendet werden, dann erzeugen die eingeprägten Signale ebenfalls Phasenveränderungen, die von dem Wert der Dämpfungskapazität Cd im Verhältnis zu den Widerstandswerten der fmpedanzelemente 21 und 22 bestimmt werden. Deshalb verändern sich die Pegel und Phasen der zugeführten Signale auf komplexe Weise mit den Impedanzänderungen im Vibrator 4, und die Frequenz, bei der die Ausgabe des Differenzverstärkers 7 ein Maximum erreicht, wandert zu der mechanischen Parallelresonanzfrequenz fa.
Außerdem besitzen die Ersatzkonstanten des Vibrators 4, d. h. die Dämpfungskapazität Cd, das induktive Bauelement L1, die Kapazität C1 und der Widerstand R1, individuelle Temperaturabhängigkeiten. Die Frequenzen, bei denen die Ausgabe des Differenzverstärkers 7 bei einem Maximum ist, wird deshalb abhängig von den Schwankungen der Umgebungstemperatur variieren. Da die selbsterregten Schwingungen bei Frequenzen auftreten, bei denen die Ausgabe des Differenzverstärkers 7 bei einem Maximum ist, werden Schwankungen in der Einstellung der Frequenzen der selbsterregten Schwingung leicht durch Schwankungen der Umgebungstemperaturen verursacht.
Der mechanische Qualitätskoeffizient Qm des Vibrators 4 ist so, daß keine genaue Übereinstimmung zwischen den Werten auf der Seite des piezo-elektrischen Elementes 2 und den Werten auf der Seite des piezo-elektrischen Elementes 3 vorhanden ist, so daß Schwankungen in der Einstellung der Frequenzen der selbst erregten Schwingung dazu führt, daß Differenzen in den Ausgaben der piezo-elektrischen Elemente Z1 und 22 und den Knoten der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 auftreten, so daß niedrige Spannungen und Schwankungen auftreten.
Weiterhin besitzt der Vibrator 4 Impedanzelemente Z1 und Z2, die mit den piezoelektrischen Elementen 2 und 3 verbunden sind, was zu einer hohen Gesamtimpedanz führt. Die Effekte des elektrischen Rauschens neigen dazu, an den jeweiligen Knoten der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 und der Impedanzelemente Z1 und Z2 aufzutreten.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vibrationssteuerungsvorrichtung zu schaffen, bei der die Frequenz der selbst erregten Schwingung des Vibrators auf eine Frequenz eingestellt werden kann, die in der Nähe der mechanischen Serienresonanz liegt.
Dies wird mit der Lehre des neuen Anspruchs 1 und neuen Anspruchs 9 erreicht.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist eine Vibrationssteuerungsvorrichtung vorgesehen, die einen Vibrator mit einem einzigen piezo-elektrischen Element auf der Seitenoberfläche eines Vibrationselementes mit einem Resonanzpunkt, einer Ansteuerungsvorrichtung mit einem Signalausgangsanschluß, der das Ansteuerungssignal des Vibrators ausgibt, und einen Rückkopplungsverstärker mit einem Rückkopplungseingangsanschluß und einem Signaleingangsanschluß umfaßt. Der Signaleingangsanschluß des Rückkopplungsverstärkers ist mit dem Signalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß ist mit einer Elektrode des piezo-elektrischen Elementes verbunden. Die andere Elektrode des piezoelektrischen Elementes ist mit Masse verbunden.
Die Ausgabe des rückgekoppelten Verstärkers ist an die Ansteuerungsvorrichtung zurückgeführt, so daß in dem Vibrator eine selbsterregende Schwingung durch Stabilisierung des Vibrators in der Nähe der mechanischen Serienresonanzfrequenz hervorgerufen wird.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist eine Schwingungssteuerungsvorrichtung vorgesehen, die einen Vibrator mit einem einzigen piezo-elektrischen Element auf der Seitenoberfläche eines Vibrationselementes mit einem Resonanzpunkt, einer Ansteuerungsvorrichtung mit einem Signalausgangsanschluß, der das Ansteuerungssignal für den Vibrator ausgibt, und einen Kompensationssignalausgangsanschluß, der ein Kompensationssignal für die Dämpfungskapazität des Vibrators ausgibt, und einen Rückkopplungsverstärker mit einem Rückkopplungseingangsanschluß und einem Signaleingangsanschluß umfaßt. Der Signaleingangsanschluß des Rückkopplungsverstärkers ist mit dem Signalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß ist mit einer Elektrode des piezo-elektrischen Elementes verbunden. Die andere Elektrode des piezo-elektrischen Elementes ist mit dem Kompensationssignalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung verbunden.
Der Ausgang des rückgekoppelten Verstärkers wird an die Ansteuerungsvorrichtung zurückgeführt, so daß in dem Vibrator eine selbsterregende Schwingung durch Stabilisierung bei einer Frequenz in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz hervorgerufen wird.
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen, die einen Vibrator umfaßt, der dem der zweiten Ausführungsform ähnlich ist. Der Signaleingangsanschluß des rückgekoppelten Verstärkers ist mit der Ansteuerungsvorrichtung verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß ist mit einer Elektrode des piezo-elektrischen Elementes verbunden. Die andere Elektrode des piezo-elektrischen Elementes ist mit Masse verbunden. Der Kompensationssignalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung ist mit dem Ausgangsanschluß des rückgekoppelten Verstärkers verbunden.
Die kombinierte Ausgabe des Kompensationssignalausgangsanschlusses der Ansteuerungsvorrichtung wird an die Ansteuerungsvorrichtung zurückgeführt, so daß in dem Vibrator eine selbsterregte Schwingung durch Stabilisierung bei einer Frequenz hervorgerufen wird, die gut mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz übereinstimmt.
In einer vierten Ausführungsform der Erfindung sind die jeweiligen Signaleingangsanschlüsse der rückgekoppelten Verstärker mit dem Ausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß des einen rückgekoppelten Verstärkers ist mit einer Elektrode eines piezo-elektrischen Elementes verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß des anderen rückgekoppelten Verstärkers ist mit einer Elektrode des anderen piezo-elektrischen Elementes verbunden. Die jeweils anderen Elektroden der piezo-elektrischen Elemente sind mit Masse verbunden.
Die jeweils anderen Ausgänge der beiden rückgekoppelten Verstärker sind verbunden und werden an die Ansteuerungsvorrichtung zurückgeführt, so daß in dem Vibrator eine selbsterregte oder selbstinduzierte Schwingung durch Stabilisierung des Vibrators in der Nähe der mechanischen Serienresonanzfrequenz hervorgerufen wird.
In einer fünften Ausführungsform der Erfindung sind die jeweiligen Signaleingangsanschlüsse der beiden rückgekoppelten Verstärker mit dem Signalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung verbunden. Der Rückkopplundseingangsanschluß eines rückgekoppelten Verstärkers ist mit einer Elektrode des piezo-elektrischen Elementes verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß des anderen rückgekoppelten Verstärkers ist mit einer Elektrode des anderen piezo-elektrischen Elementes verbunden. Die jeweils anderen Elektrode dieser piezo-elektrischen Elemente sind mit dem Kompensationssignalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung verbunden.
Die jeweiligen Ausgänge der beiden rückgekoppelten Verstärker werden in der fünften Ausführungsform kombiniert und an die Ansteuerungsvorrichtung zurückgeführt, so daß in dem Vibrator eine selbsterregte Schwingung durch Stabilisierung bei einer Frequenz hervorgerufen wird, die gut mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz übereinstimmt.
In einer sechsten Ausführungsform der Erfindung sind die jeweiligen Signaleingangsanschlüsse der beiden rückgekoppelten Verstärker mit dem Signalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß eines rückgekoppelten Verstärkers ist mit einer Elektrode eines piezo-elektrischen Elementes verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß des anderen rückgekoppelten Verstärkers ist mit einer Elektrode des anderen piezo-elektrischen Elementes verbunden. Die jeweils anderen Elektroden an den piezo-elektrischen Elemente sind mit Masse verbunden. Der Kompensationssignalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung ist jeweils mit beiden rückgekoppelten Vestärkern verbunden.
Die kombinierte Ausgabe, d. h. das Kompensationssignal und die jeweiligen Ausgaben der beiden rückgekoppelten Verstärker, werden jeweils an die Ansteuerungsvorrichtung zurückgeführt, so daß in dem Vibrator eine selbsterregte oder selbstinduzierte Schwin gung durch Stabilisierung bei einer Frequenz hervorgerufen wird, die gut mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz übereinstimmt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Amplitude und Phase des Ausgabesignals des Kompensationssignalausgangsanschlusses der Ansteuerungsvorrichtung entsprechend dem Wert der Dämpfungskapazität des Vibrators verändert werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Differenzverstärker vorgesehen, der die Differenz der Ausgaben der beiden rückgekoppelten Verstärker erfaßt, so daß die Winkelgeschwindigkeit, die auf den Vibrator wirkt, erfaßt werden kann.
In noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Ansteuerungsvorrichtung eine Kapazität mit einer Temperaturabhängigkeit, die der Temperaturabhängigkeit der Dämpfungskapazität des Vibrators entspricht. Die Amplitude und Phase des Kompensationssignals werden entsprechend der Temperaturabhängigkeit der Dämpfungskapazität des Vibrators durch die Kapazität verändert. Der Vibrator schwingt deshalb mit einer Frequenz, die in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz stabilisiert ist, ohne durch die Umgebungstemperatur beeinträchtigt zu sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besitzt die Kapazität denselben Aufbau wie die piezo-elektrischen Elemente. Die Temperaturabhängigkeit der Dämpfungskapazität des Vibrators und die Temperaturabhängigkeit des Kompensationssignals sind so aufeinander bezogen, daß der Vibrator mit einer Frequenz schwingt, die in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz stabilisiert ist, ohne durch die Umgebungstemperatur beeinträchtigt zu sein.
Wenn in der ersten Ausführungsform der Signalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung mit dem Signaleingangsanschluß des rückgekoppelten Verstärkers verbunden wird und eine Elektrode eines piezo-elektrischen Elementes mit dem Rückkopplungseingangsanschluß des rückgekoppelten Verstärkers verbunden wird, dann variiert der Rückkopplungsspannungsverstärkungsfaktor des Rückkopplungsverstärkers mit der Impedanz des piezo-elektrischen Elementes und wird bei einer Frequenz maximal, die in etwa mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz des Vibrators übereinstimmt.
Wie bei der zweiten Ausführungsform wird ein Teil der Abweichung von der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs des Vibrators, die durch die Dämpfungskapazität verursacht wird, durch Zuführung des Kompensationssignals von der Ansteuerungsvorrichtung der Dämpfungskapazität des Vibrators zu der anderen Elektrode des piezoelektrischen Elementes kompensiert oder wie bei der obigen dritten Ausführungsform durch Kombination des Kompensationssignals mit dem Ausgangssignal des rückgekoppelten Verstärkers, wodurch es möglich wird, eine genauere Frequenzeinstellung für die selbsterregte Schwingung zu erhalten.
Solange der Vibrator bei seiner selbsterregten Schwingungsfrequenz beim Betrieb stabilisiert wird, werden die jeweiligen Ausgaben somit stabilisiert, auch wenn zwei rückgekoppelte Verstärker in einem Vibrator mit einem Paar piezo-elektrischer Elemente vorgesehen sind. Dementsprechend kann die Differenz der Ausgaben der beiden, d. h. niedrige Spannungen und Fluktuation, effektiv vermindert werden.
Die vierte Ausführungsform steuert die Schwingung eines Vibrators mit einem Paar piezoelektrischer Elemente. Es ist deshalb möglich, die Frequenz der selbsterregten Frequenz des Vibrators in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienfrequenzresonanzfrequenz fs einzustellen, während zur gleichen Zeit die jeweiligen Ausgaben der Verstärker in bezug zu den piezo-elektrischen Elementen stabilisiert werden. Es ist dementsprechend also möglich, die Bildung niedriger Spannung und Schwankungen zu vermindern. Mit der fünften und sechsten Ausführungsform ist es außerdem möglich, die Frequenz der selbsterregten Schwingung des Vibrators bei einer Frequenz in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs einzustellen.
In einer siebten Ausführungsform der Erfindung werden die jeweiligen Signaleingangsanschlüsse der beiden rückgekoppelten Vestärker mit dem Signalausgangsanschluß verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß eines rückgekoppelten Verstärkers ist mit einer Elektrode eines der piezo-elektrischen Elemente verbunden und der Rück kopplungseingangsanschluß des anderen rückgekoppelten Verstärkers ist mit einer Elektrode des anderen piezo-elektrischen Elementes verbunden. Das kombinierte Signal des Kompensationssignals und des Signals von der anderen Elektrode des piezoelektrischen Elementes werden der Rückkopplungsvorrichtung zugeführt.
In einer achten Ausführungsform der Erfindung werden die jeweiligen Signaleingangsanschlüsse der beiden rückgekoppelten Verstärker mit dem Signalausgangsanschluß verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß von einem rückgekoppelten Verstärker wird mit einer Elektrode von einem der piezo-elektrischen Elemente verbunden, und der Rückkopplungseingangsanschluß des anderen rückgekoppelten Verstärkers wird mit einer Elektrode des anderen piezo-elektrischen Elementes verbunden. Das kombinierte Signal, das das Kompensationssignal und die Signale von den anderen Elektroden der piezo-elektrischen Elemente umfaßt, wird der Rückkopplungsvorrichtung zugeführt. Ein Signal, das in Phase mit dem Ansteuerungssignal ist, daß auf diesem kombinierten Signal basiert, wird den jeweiligen Eingangsanschlüssen der beiden rückgekoppelten Verstärker zurückgeführt.
In einer neunten Ausführungsform der Erfindung besitzen die beiden rückgekoppelten Verstärker zumindest einen Rückkopplungswiderstand, der ein variabler Widerstand ist. Die Signaleingangsanschlüsse der beiden rückgekoppelten Verstärker werden mit dem Signaleingangsanschluß verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß eines rückgekoppelten Verstärkers wird mit einer Elektrode eines piezo-elektrischen Elementes verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß des anderen rückgekoppelten Verstärkers wird mit einer Elektrode des anderen piezo-elektrischen Elementes verbunden. Die anderen Elektroden des piezo-elektrischen Elementes werden mit dem Kompensationssignalausgangsanschluß verbunden. Ein kombiniertes Signal, das ein Kompensationssignal und die Signale der anderen Elektroden der piezo-elektrischen Elemente umfaßt, wird an die Ansteuerungsvorrichtung zurückgeführt. Ein Signal, daß in Phase mit dem Ansteuerungssignal ist, das auf diesem kombinierten Signal basiert, wird über einen variablen Widerstand dem Rückkopplungseingangsanschluß der beiden rückgekoppelten Verstärker zugeführt.
In einer bevorzugten Ausführungform wird das In-Phase-Signal durch Kombination des kombinierten Signals und des Kompensationssignals gebildet. Das In-Phase-Signal wird entsprechend der Temperaturabhängigkeit der Ersatzwiderstände des Paars der piezoelektrischen Elemente variiert. Die Bildung niedriger Spannung und begleitender Fluktuationen wird so effektiv vermindert.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das In-Phase-Signal durch Kombination des kombinierten Signals und des Ansteuerungssignals gebildet. Das In-Phase- Signal wird entsprechend der Temperaturabhängigkeit der Ersatzwiderstände des Paares der piezo-elektrischen Elemente variiert. Die Bildung niedriger Spannung und der begleitenden Spannungen wird so effektiv vermindert.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Amplitude und Phase des Kompensationssignals entsprechend dem Wert der Dämpfungskapazität des Vibrators variiert, um eine gute Kompensation der Dämpfungskapazität zu erhalten.
In noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist ein Differenzverstärker vorgesehen. Der Differenzverstärker erfaßt die Differenz der Ausgaben der beiden rückgekoppelten Verstärker vom Standpunkt der Erfassung der Schwingung in einer Richtung, die die selbsterregte Schwingungsrichtung des Vibrators durchschneidet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Kapazität mit einer Temperaturabhängigkeit, die der Dämpfungskapazität des Vibrators entspricht, mit dem Kompensationssignalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung verbunden. Der Imaginärteil des Signals bezüglich der Dämpfungskapazität des Vibrators wird aus dem kombinierten Signal entfernt. Der Vibrator befindet sich deshalb in einer selbsterregten oder selbstinduzierten Schwingung bei genau der mechanischen Serienresonanzfrequenz.
In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt die Kapazität den gleichen Aufbau wie die piezo-elektrischen Elemente. Der Imaginärteil bezüglich der Dämpfungskapazität des Vibrators wird aus dem kombinierten Signal entfernt. Der Vibrator befindet sich deshalb in einer selbsterregten oder selbstinduzierten Schwingung bei genau der mechanischen Serienresonanzfrequenz, ohne durch Veränderungen in der umgebenden Atmosphäre beeinträchtigt zu werden.
Der Signalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung ist mit dem Signaleingangsanschlüssen der beiden rückgekoppelten Signaleingangsanschlüsse verbunden. Eine Gruppe der Elektroden eines Paares von piezo-elektrischen Elementen ist mit den jeweiligen Rückkopplungseingangsanschlüssen der beiden rückgekoppelten Verstärker verbunden, während die anderen Elektroden mit dem Kompensationssignalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung verbunden sind. Wenn das kombinierte Signal des Kompensationssignals und der Signale der anderen Elektroden an die Ansteuerungsvorrichtung zurückgeführt werden, bewegt sie sich zu einem Maximum bei einer Frequenz in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz des Vibrators. Dementsprechend wird es möglich, eine gute Frequenzeinstellung für eine selbsterregte Schwingung durch Stabilisierung des Vibrators bei einer Frequenz zu haben, die auf die mechanische Serienresonanzfrequenz fs eingestellt ist, und die Bildung einer niedrigen Spannung und Fluktuationen leicht zu unterdrücken.
Wenn das In-Phase-Signal an die jeweiligen Rückkopplungseingangsanschlüsse der beiden rückgekoppelten Verstärker geführt wird, ist es ebenfalls möglich, die Differenz zwischen den Ausgaben der beiden rückgekoppelten Verstärker effektiv zu vermindern, d. h. die Bildung einer niedrigen Spannung zu vermindern.
Wenn das In-Phase-Signal dem Rückkopplungseingangsanschluß der beiden rückgekoppelten Verstärker über einen variablen Widerstand zugeführt wird, ist es weiterhin möglich, eine Feineinstellung der Differenz in den Realteilen der Ausgaben der beiden rückgekoppelten Verstärker vorzunehmen. Wenn zumindest einer der Rückkopplungswiderstände der beiden rückgekoppelten Verstärker ein variabler Rückkopplungswiderstand ist, ist es möglich, feine Anpassungen in der Differenz in den Imaginärteilen der Ausgaben der beiden rückgekoppelten Verstärker vorzunehmen, was es wiederum möglich macht, die Bildung einer niedrigen Spannung sehr effektiv zu vermindern.
Durch Betreiben des Verstärkers, der bei seiner selbsterregten Schwingungsfrequenz stabilisiert ist, und/oder durch feine Anpassungen in den Realteilen und Imaginärteilen der jeweiligen Ausgaben der beiden rückgekoppelten Verstärker mit Hilfe eines variablen Widerstandes und eines variablen Rückkopplungswiderstandes ist es somit möglich, die Ausgaben der beiden rückgekoppelten Verstärker in bezug zu den Vibrator, der ein Paar piezo-elektrischer Elemente besitzt, zu stabilisieren und somit eine Bildung einer niedrigen Spannung und der begleitenden Schwankungen effektiv zu vermindern.
Fig. 1 zeigt eine Schwingungssteurungsvorrichtung,
Fig. 2 zeigt eine Schwingungssteuerungsvorrichtung,
Fig. 3 zeigt ein Beispiel einer Ansteuerungsvorrichtung,
Fig. 4 zeigt eine Schwingungssteuerungsvorrichtung,
Fig. 5 zeigt ein Beispiel von Messungen des Übertragungs- und Phasenverhaltens für die Ausführungsform der Fig. 4,
Fig. 6 zeigt eine Schwingungssteuerungsvorrichtung,
Fig. 7 zeigt eine Schwingungssteuerungsvorrichtung,
Fig. 8 zeigt eine Schwingungssteuerungsvorrichtung,
Fig. 9 zeigt ein Beispiel für Messungen des Übertragungs- und Phasenverhaltens der Ausführungsform der Fig. 8,
Fig. 10 zeigt Beispiel 1 der Erfindung,
Fig. 11 zeigt Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung,
Fig. 12 zeigt Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung,
Fig. 13 zeigt Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung,
Fig. 14 zeigt Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung,
Fig. 15 zeigt Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung,
Fig. 16 zeigt Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung,
Fig. 17 zeigt Beispiel 8 der vorliegenden Erfindung,
Fig. 18 zeigt eine herkömmliche Schwingungssteuerungsvorrichtung, die Fig. 19-25 zeigen Beispiele von Vibratoren, die in dieser Erfindung verwendet werden,
Fig. 26 zeigt einen Vibrator,
Fig. 27 zeigt eine Vibratoranzeige,
Fig. 28 zeigt ein Beispiel für Messungen des Leitwerts(admittance)-Frequenz- und Phasenverhaltens,
Fig. 29 zeigt ein Beispiel für Messungen des Übertragungs- und Phasenverhaltens in einer herkömmlichen Steuerungsvorrichtung,
Fig. 30 zeigt einen Ersatzschaltkreis für den Vibrator,
Fig. 31 zeigt ein Beispiel 9 der Erfindung,
Fig. 32 zeigt ein Beispiel der in Fig. 31 dargestellten Ansteuerungsvorrichtung,
Fig. 33 zeigt Messungen des Übertragungs- und Phasenverhaltens des Summen-Verstärkers aus Beispiel 9,
Fig. 34 zeigt Beispiel 10 der Erfindung,
Fig. 35 zeigt Beispiel 11 der Erfindung,
Fig. 36 zeigt Messungen des Übertragungsverhaltens der Imaginärkomponente und der Realteilkomponente der Ausgabe eines Rückkopplungsverstärkers aus Beispiel 11 und
Fig. 37 zeigt Beispiel 12 der Erfindung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In den Figuren werden die selben Bezugszeichen für die selben Teile verwendet, die in dem Hintergrundabschnitt erläutert wurden.
Die Beispiele, die unter Bezugnahme, auf die Fig. 1, 2, 4 und 6 bis 8 beschrieben werden, dienen nur der erläuternden Darstellung.
In Fig. 1 wird die Schwingung eines Vibrators 4 gesteuert, der durch Bildung eines piezoelektrischen Elementes 5 auf einer Seite des Vibrationselementes 1 mit einem Resonanzpunkt wie in Fig. 25 aufgebaut ist. Eine Elektrode des piezo-elektrischen Elementes 5 ist mit dem Rückkopplungseingangsanschluß 12 des rückgekoppelten Verstärkers 10 verbunden, und die andere Elektrode ist mit Masse verbunden. Ein Signaleingangsanschluß 11 des rückgekoppelten Verstärkers 10 ist ebenfalls mit einem Signalausgangsanschluß 9 der Ansteuerungsvorrichtung 6 verbunden und leitet ein Ansteuerungssignal einem Eingangsanschluß 14 der Ansteuerungsvorrichtung 6 zu. Außerdem ist ein Rückkopplungswiderstand R1 mit dem Ausgangsanschluß und dem Eingangsanschluß 12 des rückgekoppelten Verstärkers 10 verbunden.
In diesem Beispiel wird die Ausgabe VF des rückgekoppelten Verstärkers 10
VF/VDR = 1 + Rf/R1 + j2 πfsCdRf (1)
bei der mechanischen Serienresonanzfrequenz FS des Vibrators 4 bezüglich der Signalausgabe VDR der Ansteuerungsvorrichtung 6. Liegt in diesem Fall beispielsweise die Dämpfungskapazität Cd in der Größenordnung von 500 pF, der Widerstand R1 in der Größenordnung von 5kΩ und die Dämpfungskapazität Cd sei vernachlässigbar im Vergleich zum Rückkopplungsspannungsverstärkungsfaktor A dann beträgt der praxisbezogenen Ersatzwiderstand des Vibrators 4
A = 1 · Rf/R1 (2)
Dementsprechend erhält der Rückkopplungsspannungsverstärkungsfaktor A seinen Maximalwert bei einer Frequenz, die sich in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs befindet.
Die Vorrichtung der Fig. 2 steuert die Schwingung eines Vibrators 4 so wie in Fig. 1, aber verbindet eine Ansteuerungsvorrichtung 6 mit einem Kompensationssignalausgangsanschluß 13, der das Dämpfungskapazitätskompensationssignal des Vibrators 4 ausgibt. Dieser Kompensationssignalausgangsanschluß 13 ist mit der anderen Elektrodenseite des piezo-elektrischen Elementes 5 verbunden. fn diesem Fall gibt der Kompensationsignalausgangsanschluß 13 ein Kompensationssignal aus, das den Ausdruck (1 + j2πfs CdRf) in der obigen Gleichung 1 auslöscht.
Dementsprechend wird in Beispiel 2 bei der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs des Vibrators 4 der Rückkopplungsspannungsverstärkungsfaktor A des rückgekoppelten Verstärkers 10
A = 1 + Rf/R&sub1; (3)
und erreicht einen Maximalwert bei einer Frequenz, die genau mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs übereinstimmt.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine Ansteuerungsvorrichtung 6 mit dem Kompensationssignalausgangsanschluß 13, wie in Fig. 2 gezeigt. Diese Ansteuerungsvorrichtung 6 enthält Verstärker 15 und 16, einen rückgekoppelten Verstärker 17 und eine Kapazität Cd&sub0;. Der Eingangsanschluß 14 der Ansteuerungsvorrichtung 6 ist mit der Eingangsseite des Verstärker 15 verbunden. Die Ausgangsseite dieses Verstärkers 15 ist mit der Eingangsseite des Verstärkers 16 verbunden, während sie ebenfalls mit dem Signaleingangsanschluß 18 des rückgekoppelten Verstärkers 17 verbunden ist. Der Ausgangsverstärker 16 ist mit dem Signalausgangsanschluß 9 der Ansteuerungsvorrichtung 6 verbunden. Der Rückkopplungseingangsanschluß 19 des rückgekoppelten Verstärkers 17 ist über die Kapazität Cd&sub0; mit Masse verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand Rf&sub0; ist mit dem Rückkopplungseingangsanschluß 19 und der Ausgangsseite des rückgekoppelten Verstärkers 17 verbunden, d. h. dem Kompensationssignalausgangsanschluß 13.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird in der Ansteuerungsvorrichtung 6 die Ausgangsspannung Vc des rückgekoppelten Verstärkers 17 relativ zu der Signalausgangsspannung VDR bei der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs
Vc/Vdr = 1 + j2 πfs CdRf (4)
Durch genaue Einstellung der Kapazität Cd&sub0; und des Rückkopplungswiderstandes Rf&sub0;, d. h. Cd&sub0;Rf&sub0; = CdRf, ist es dementsprechend möglich, die obige Gleichung 3 zu realisieren.
Eine hier verwendete geeignete Kapazität Cd&sub0; wird in etwa dieselbe Temperaturabhängigkeit wie die Dämpfungskapazität Cd des Vibrators 4 haben. Vorzugsweise weist die Kapazität denselben Aufbau wie die piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 auf, so daß sie in der Temperaturabhängigkeit mit der Dämpfungskapazität Cd des Vibrators 4 übereinstimmt. Dieser letzte Punkt ist deshalb vorteilhaft, da der Vibrator bei einer Frequenz schwingt, die in genauer Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs übereinstimmt, ohne durch Veränderungen in der Umgebungstemperatur beeinträchtigt zu sein.
Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung, die in der Lage ist, die Winkelgeschwindigkeit zu erfassen. Der Vibrator 4 wird aus zumindest zwei piezo-elektrischen Elementen 2 und 3 auf den Seitenoberflächen der Vibratorelemente 1 mit verschiedenen Querschnittformen und Resonanzpunkten gebildet, wie sie in den Fig. 19 bis 24 gezeigt sind. Der Signalausgangsanschluß 9 der Ansteuerungsvorrichtung 6 ist jeweils mit den Signaleingangsanschlüssen 11 L und 11 R der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R verbunden. Die Rückkopplungausgangsanschlüsse 12L und 12R der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R sind jeweils mit den Elektroden auf einer Seite jedes piezo-elektrischen Elementes 2 und 3 verbunden, während die Elektroden der anderen Seiten geerdet sind. Die Ausgaben der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R werden durch Verbindungen über Widerstände kombiniert. Die jeweiligen Verbindungen der Rückkopplungswiderstände RfL und RfR sind zwischen den Ausgaben jedes rückgekoppelten Verstärkers 10L und 10R und den entsprechenden Signaleingangsan chlüssen 11L und 11R vorgesehen.
Ähnlich wie in Fig. 1 ist es möglich, Maximalwerte für die jeweiligen Rückkopplungsspannungsverstärkungsfaktoren AL und AR der rückgekoppelten Vestärker 10L und 10R bei einer Frequenz zu erhalten, die in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs ist. Ergebnisse von Messungen des Übertragungs- und Phasen-Verhaltens der kombinierten Ausgabe der Verstärker 10L und 10R sind in den Fig. 5A und 5B unter Verwendung derselben Messungen, wie sie in den Fig. 28 und 29 verwendet wurden, dargestellt.
In Fig. 6 wird die Schwingung in einem Vibrator identisch zu dem in Fig. 4 gesteuert, mit der Ausnahme, daß er einen Kompensationssignalanschluß 13 für die Ansteuerungsvorrichtung 6, wie in Fig. 2 gezeigt, verwendet. Der Kompensationssignalausgangsanschluß 13 ist mit den anderen Elektroden der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 verbunden. Es ist möglich, jeden Ausdruck (1 + j2πfs CdRf) aus Gleichung 1 auszulöschen, der den Rückkopplungsspannungsverstärkungsfaktor der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R entsprechend den piezo-elektrischen Elementen 2 und 3 bei der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs des Vibrators 4 zeigt, wie in Fig. 2. Dementsprechend ist es möglich, Maximalwerte für die Rückkopplungsspannungsverstärkungsfaktoren AL und AR der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R bei einer Frequenz zu erhalten, die genau mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs des Vibrators 4 übereinstimmt.
Die Vorrichtung der Fig. 7 ist ähnlich der der Fig. 1, mit der Ausnahme, daß sie einen Kompensationssignalausgangsanschluß 13 verwendet, so daß die Kompensationssignalausgabe mit der Ausgabe des rückgekoppelten Verstärker 10 kombiniert wird. Durch eine solche Kombination des Kompensationssignals der Ansteuerungsvorrichtung 6 und der Ausgabe des rückgekoppelten Verstärkers 10 ist es möglich, den Maximalwert des Rückkopplungsspannungsverstärkungsfaktors A des rückgekoppelten Verstärkers 10 bei einer Frequenz zu erhalten, die genau mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs des Vibrators 4, wie in Fig. 2, übereinstimmt.
Die Vorrichtung der Fig. 8 ist ähnlich zu der Fig. 4, mit der Ausnahme, daß ein Kompensationssignalausgangsanschluß 13 vorgesehen ist, so daß das Kompensationssignal mit den Ausgaben der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R kombiniert wird. Es ist möglich, den Maximalwert für die kombinierte Ausgabe der Kompensationssignalausgabe der Ansteuerungsvorrichtung 6 und der Ausgaben der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R bei einer Frequenz zu erhalten, die genau mit der mechanischen Serien resonanzfrequenz f5 des Vibrators 4, wie in Fig. 6, übereinstimmt. Die Ergebnisse der Messung des Übertragungs- und Phasen-Verhaltens der Ausgaben der Verstärker 10L und 10R, die mit der Kompensationssignalausgabe der Ansteuerungsvorrichtung 6 kombiniert sind, ist in den Fig. 9A und 9B unter Verwendung derselben Messungen wie in Fig. 28 und Fig. 29, dargestellt.
Fig. 10, Fig. 11 und Fig. 12 zeigen jeweils Beispiele 1, 2 und 3 der Erfindung. Diese Beispiele sind jeweils zu Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 ähnlich, mit der Ausnahme, daß die Ausgabe des rückgekoppelten Verstärkers 10 mit dem Eingangsanschluß 14 der Ansteuerungsvorrichtung 6 verbunden ist, so daß in dem Vibrator 4 eine selbsterregte oder selbstinduzierte Schwingung hervorgerufen wird. Es ist möglich, eine stabilisierte, selbsterregende oder selbstinduzierte Schwingung bei der Frequenz zu haben, bei der die Ausgabe des rückgekoppelten Verstärkers 10 den Maximalwert wie bei Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 erläutert, erreicht, d. h. bei einer Frequenz in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs in Fig. 10 und bei einer Frequenz in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz f5 des Vibrators 4 in Fig. 11 und Fig. 12.
Fig. 13, Fig. 14 und Fig. 15 zeigen jeweils Beispiele 4, 5, und 6 der Erfindung. Diese sind jeweils ähnlich zu Fig. 4, Fig. 6 und Fig. 8, mit der Ausnahme, daß die selbsterregende Schwingung im Vibrator 4 durch Zuführung der kombinierten Ausgabe der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R an einen Eingangsanschluß 14 der Ansteuerungsvorrichtung 6 hervorgerufen wird. In diesem Fall ist es möglich, eine stabilisierte, selbsterregende Schwingung bei Frequenzen zu haben, bei denen die kombinierte Ausgabe der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R Maximalwerte wie bei Fig. 4, Fig. 6 und Fig. 8 erläutert, erreicht, d. h. bei Frequenzen in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs des Vibrators 4 in Fig. 13 und bei Frequenzen in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs des Vibrators 4 in Fig. 14 und Fig. 15.
Fig. 16 und Fig. 17 zeigen jeweils Beispiele 7 und 8 der Erfindung. Diese sind jeweils ähnlich zu Fig. 15 und Fig. 14, mit der Ausnahme, daß ein Differenzverstärker 20 hinzu gefügt ist, um die Differenzausgaben der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R zu erhalten. In diesen Beispielen ist es möglich, eine selbsterregende Schwingung durch Stabilisierung des Vibrators 4 bei Frequenzen zu haben, die in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs sind. Wenn im Vibrator 4 eine Winkelgeschwindigkeit in diesem selbsterregenden Schwingungszustand hervorgerufen wird, ist es möglich, die dabei erzeugte Coriolis-Kraft als Spannung des Differenzverstärkers 20 zu erfassen.
Auch wenn ebenfalls in den Fig. 16 und 17 der mechanische Qualitätskoeffizient Qm des Vibrators 4 nicht genau mit dem beim piezo-elektrischen Element 2 beobachteten Wert und dem beim piezo-elektrischen Element 3 beobachteten Wert übereinstimmt, stimmt die Frequenz der selbsterregenden Schwingung genau mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs des Vibrators 4 überein, so daß die Ausgabe, die die Coriolis-Kraft des Differenzverstärkers 20 begleitet, d. h. die Bildung einer niedrigen Spannung und Schwankungen, leicht unterdrückt werden kann.
Fig. 31 zeigt Beispiel 9 der Erfindung, bei dem die Coriolis-Kraft, die durch die Winkelgeschwindigkeit des Vibrators erzeugt wird, erfaßt wird. Ger Signalausgangsanschluß 9 der Ansteuerungsvorrichtung 6 ist jeweils mit den Signaleingangsanschlüssen 11 L und 11R der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R verbunden. Die Rückkopplungseingangsanschlüsse 12L und 12R der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R sind jeweils mit einer Elektrode der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 verbunden. Die anderen Elektroden der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 sind über eine Kapazität Cc mit einem Kompensationssignalausgangsanschluß 13 der Ansteuerungsvorrichtung 6 verbunden, die das Kompensationssignal für die Dämpfungskapazität des Vibrators 4 ausgibt. Das Kompensationssignal wird somit mit den Signalen der anderen Elektroden der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 kombiniert. Dieses kombinierte Signal wird durch den integrierenden Verstärker 17 verstärkt. Ausgangsanschluß 18 des integrierenden Verstärkers 17 ist mit einem Eingangsanschluß 14 der Ansteuerungsvorrichtung 6 verbunden, so daß in dem Vibrator 4 eine selbsterregende Schwingung hervorgerufen wird. Vorzugsweise besitzt die Kapazität Cc eine Temperaturabhängigkeit, die der Temperaturabhängigkeit der Dämpfungskapazität Cd des Vibrators 4 entspricht. Es ist insbeson dere vorteilhaft, eine Kapazität zu verwenden, die einen Aufbau aufweist, der dem der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 identisch ist, so daß sie mit der Temperaturabhängigkeit der Dämpfungskapazität Cd des Vibrators 4 übereinstimmt.
Die Ausgaben der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R werden dem Differenzverstärker 20 zugeführt. Somit wird die Coriolis-Kraft, die durch die Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird, die auf den Vibrator 4 einwirkt, als Spannung erfaßt. Weiterhin sind Rückkopplungswiderstände Rfl und Rfr mit der Ausgabe jedes rückgekoppelten Verstärkers 10L und 10R und den Seiten in den entsprechenden Rückkopplungseingangsanschlüsse 12L und 12R verbunden. Vorzugsweise besitzt die Kapazität Cc eine Temperaturabhängigkeit, die der Temperaturabhängigkeit der Dämpfungskapazität Cd des Vibrators 4 entspricht.
Fig. 32 zeigt ein Beispiel für eine Ansteuerungsvorrichtung 6 mit dem Kompensationssignalausgangsanschluß 13 wie in Fig. 31 dargestellt. Diese Ansteuerungsvorrichtung 6 enthält einen nichtinvertierenden Verstärker 15 und einen invertierenden Verstärker 16. Das Signal vom Eingangsanschluß 14 wird durch den nichtinvertierenden Verstärker 15 verstärkt, und die Ausgabe wird dem Kompensationsanschluß 13 als Kompensationssignal zugeführt. Die Ausgabe des Verstärkers 15 wird ebenfalls vom invertierenden Verstärker 16 verstärkt und anschließend dem Signalausgangsanschluß 9 als Ansteuersignal zugeführt. In diesem Fall unterscheiden sich die Phasen des Ansteuersignals, das dem Signalausgangsanschluß 9 zugeführt wird, und des Kompensationssignals, das dem Kompensationssignalausgangsanschluß 13 zugeführt wird, um 180º, während das Amplitudenverhältnis der beiden Signale von dem invertierenden Verstärker 16 geeignet eingestellt wird.
Die Fig. 33A und B zeigen die Ergebnisse der Messung des Übertragungs- und Phasen-Verhaltens der Ausgabe des kumulativen Verstärkers 17 unter Verwendung desselben Vibrators 4, wie er für die Messungen in Fig. 28 und Fig. 29 verwendet wurde.
Die Imaginärteile der in den piezo-elektrischen Elementen 2 und 3 fließenden Ströme, die sich auf die jeweiligen Dämpfungskapazitäten Cd beziehen, fließen durch die Ka pazität Cc und werden durch das kombinierte Kompensationssignal ausgelöscht. Die Ausgabe des Summationsverstärkers 17 enthält daher nur den Realteil der in den piezoelektrischen Elementen 2 und 3 fließenden Ströme. Dementsprechend, wie aus den in den Fig. 33A und 33B gezeigten Messungsergebnissen ersichtlich ist, wird der Spannungsverstärkungsfaktor des integrierenden Verstärkers 17 bei der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs des Vibrators 4 maximal. Es ist deshalb möglich, eine selbsterregte Schwingung durch Stabilisierung des Vibrators 4 in genauer Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs zu erhalten. Insbesondere, wenn der Kondensator Cc einen identischen Aufbau wie die piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 besitzt, ist es möglich, eine Temperaturabhängigkeit in Übereinstimmung mit der Temperaturabhängigkeit der Dämpfungskapazität Cd des Vibrators 4 zu haben. Deshalb wird eine größere Stabilität der selbstschwingenden Schwingung bei dieser mechanischen Serienresonanzfrequenz fs erreicht.
Wenn eine Winkelgeschwindigkeit auf den Vibrator 4 einwirkt, wobei sich der Vibrator 4 in einem Zustand der selbsterregenden Schwingung befindet, ist es weiterhin möglich, die erzeugte Coriolis-Kraft als Spannung von dem Differenzverstärker 20 zu erfassen. Da in dem Vibrator 4 eine selbsterregte Schwingung über eine Frequenz hervorgerufen wird, die genau mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs übereinstimmt, auch wenn der mechanische Qualitätskoeffizient Qm des Vibrators 4 nicht genau mit den Werten übereinstimmt, die entweder bei dem piezo-elektrischen Element 2 oder dem piezo-elektrischen Element 3 beobachtet werden, können die Ausgaben, die nicht die Coriolis-Kraft des Differenzverstärkers 20 begleiten, leicht vermindert werden. Mit anderen Worten wird die Bildung einer niedrigen Spannung aufgrund von Schwankungen vermindert.
Fig. 34 zeigt Beispiel 10 der Erfindung. Vom invertierendean Verstärker 19 wird die kombinierte Signalausgabe vom integrierenden Verstärker 17 invers verstärkt, um In-Phase mit dem Ansteuerungssignal zu sein. Das In-Phase-Signal wird anschließend über den variablen Widerstand VR an die Rückkopplungseingangsanschlüsse 12L und 12R der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R geführt. Zumindest einer der Rückkopp lungswiderstände RfL und RfR, in diesem Beispiel der Rückkopplungswiderstand RfR, besitzt einen variablen Rückkopplungswiderstand.
In diesem Beispiel werden Kompensationen für winzige Differenzen in den Ersatzwiderständen der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 durch einen variablen Widerstand VR erzeugt, wodurch die Realteile der durch die Ersatzwiderstände der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 fließenden Ströme den Rückkopplungseingangsanschlüssen 12L und 12R zugeführt werden. Die in den Rückkopplungswiderständen RfL und RfR fließenden Ströme werden jeweils gleich den Strömen, die in den entsprechenden Dämpfungskapazitäten der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 fließen. Ebenfalls werden winzige Differenzen der Dämpfungskapazitäten in den piezo-elektrischen Elementen 2 und 3 durch einen variablen Widerstand RfR kompensiert, so daß die jeweiligen Produkte der Imaginärteile der in den Dämpfungskapazitäten der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 fließenden Ströme und dem entsprechenden Rückkopplungswiderstand RfL und dem variablen Rückkopplungswiderstand RfR, d. h. die Spannungen der Imaginärteil, gleich werden.
In Beispiel 10 fließt nur ein Strom zu dem Rückkopplungswiderstand RfL und dem variablen Rückkopplungswiderstand RFR der rückkoppelnden Verstärker 10L und 10R, der der Coriolis-Kraft entspricht, d. h. ein Imaginärteil des Stromes und nicht ein Realteil des Stromes. Auch wenn sich der mechanische Qualitätskoefflzient Qm des Vibrators 4 nicht in genauer Übereinstimmung mit dem beim piezo-elektrischen Element 2 und beim piezoelektrischen Element 3 beobachteten Werten befindet, kann die Ausgabe, die nicht die Coriolis-Kraft des Differenzverstärkers 20 begleitet, leichter unterdrückt werden. Mit anderen Worten kann die Bildung einer niedrigen Spannung und von Schwankungen unterdrückt werden. Dementsprechend kann die Phasenkomponente der Eingangswinkelgeschwindigkeit in den Rückkopplungsverstärkern 10L und 10R wirksam verstärkt werden.
Entsprechend ist es möglich, die Bildung einer niedrigen Spannung in den Rückkopplungsverstärkern 10L und 10R wirksam zu vermindern, während gleichzeitig die Phasenkomponente, die der Eingangswinkelgeschwindigkeit entspricht, wirksam verstärkt wird. Daher ist es möglich, die Winkelgeschwindigkeit am Differenzverstärker 20 mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu erfassen. Da dieses Beispiel wirksam die Bildung einer niedrigen Spannung vermindert, weist der Rückkopplungswiderstand Rt, eines rückgekoppelten Verstärkers 10R einen variablen Widerstand auf.
Fig. 35 zeigt Beispiel 11 der Erfindung, das die Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit umfaßt. Diese Ausführungsform stellt Abwandlungen bereit, die der Temperaturabhängigkeit der Ersatzwiderstände der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3, zu einem Signal entsprechen, das In-Phase mit dem Ansteuerungssignal der Ansteuerungsvorrichtung 6 ist, das den Rückkopplungseingangsanschlüssen 12L und 12R der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R in Beispiel 10 zugeführt wird, wie in Fig. 34 gezeigt. Die Ausgabe des integrierenden Verstärkers 17 und des Kompensationssignals von dem Kompensationssignalausgangsanschluß 13 werden kombiniert und einem integrierenden Verstärker 21 zugeführt. Die Ausgabe des integrierenden Verstärkers 21 kompensiert kleine Differenzen in den Ersatzwiderständen der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 mit Hilfe eines variablen Widerstandes VR, wie in Fig. 34. Die Ausgabe wird den Rückkopplungseingangsanschlüssen 12L und 12R der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R zugeführt. Weiterhin wird der Imaginärzahlanteil der Dämpfungskapazitäten der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 durch einen variablen Rückkopplungswiderstand RfR des rückgekoppelten Verstärkers 10R, wie in Beispiel 16, angepaßt.
Die Fig. 36 A und B zeigen die Messungsergebnisse des Realteils und des Imaginärteils der Ausgabe eines rückgekoppelten Verstärkers 10L in Fig. 35 unter Verwendung desselben Vibrators 4, wie er für die Messungen in den Fig. 28 und Fig. 29 verwendet wurde.
In Fig. 35 wird der Stromfluß vom integrierenden Verstärker 21 zu den Rückkopplungseingangsanschlüssen 12L und 12R der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R entsprechend dem in den piezo-elektrischen Elementen 2 und 3 fließenden Strom und entsprechend der Temperaturabhängigkeit variiert. Auch bei Schwankungen der Umgebungstemperatur fließt dementsprechend nur ein Strom, der der Coriolis-Kraft entspricht, d. h. der Imaginärteil des Stromes und niemals der Realteil des Stroms, fließt in den Rückkopplungswiderstand RfL und den variablen Rückkopplungswiderstand RfR der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R, wie aus den Fig. 6 A und B ersichtlich. Somit ist es möglich, die Bildung einer niedrigen Spannung und ihrer Schwankungen wirksam zu vermindern, während es gleichfalls möglich ist, die Phasenkomponente entsprechend der Eingangswinkelgeschwindigkeit effektiv zu verstärken. Dementsprechend ist die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit sogar mit einem höheren Grad der Genauigkeit als in Fig. 4 möglich.
Fig. 37 zeigt Beispiel 12 der Erfindung, die die Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit umfaßt. Ein Differenzverstärker 22 ist anstelle des integrierenden Verstärkers 21 aus Beispiel 17, wie in Fig. 35 dargestellt, vorgesehen. Die Ausgabe des integrierenden Verstärkers 17 und das Ansteuerungssignal vom Signalausgangsanschluß 19 der Ansteuerungsvorrichtung 6 werden dem Differenzverstärker 22 zugeführt. Wie in Fig. 35 wird die Differenzausgabe des Differenz-Verstärkers 22 über einen variablen Widerstand VR den Rückkopplungseingangsanschlüssen 12L und 12R der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R zugeführt. Die zugeführten Ströme werden entsprechend zu den Strömen variiert, die in den Ersatzwiderständen der piezo-elektrischen Elemente 2 und 3 in den Rückkopplungseingangsanschlüssen 12L und 12R fließen, und entsprechend der Temperaturabhängigkeit. Dementsprechend ist es möglich, die Winkelgeschwindigkeit mit einer höheren Genauigkeit zu erfassen.
Obwohl Operationsverstärker als rückgekoppelte Verstärker 10L und 10R in den oben beschriebenen Beispiel verwendet werden, ist es ebenso möglich, andere rückgekoppelte Verstärker zu verwenden. Obwohl Differenzverstärker verwendet werden, um die differentielle Kraft der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R in Fig. 4, Fig. 6, Fig. 8 und Fig. 13 zu erhalten, ist es ähnlich ebenfalls möglich, einen Aufbau zu verwenden, der die Winkelgeschwindigkeit, die auf den Vibrator 4 einwirkt, wie in Fig. 16 und Fig. 17 erfaßt. Es ist in diesen Fällen auch möglich, die Bildung einer niedrigen Spannung und Schwankungen wie in Fig. 16 und Fig. 17 leicht zu unterdrücken. Weiterhin ist es nicht immer notwendig, die Ausgaben der rückgekoppelten Verstärker 10L und 10R in Fig. 4 und Fig. 6 zu kombinieren. Der variable Widerstand VR und der variable Rückkopplungswiderstand VfR aus den Beispielen 16 bis 18 können ebenso feststehende Wider stände sein. Außerdem ist die Erfindung nicht auf Vibrationsgyroskope beschränkt, sondern kann als eine Schwingungssteuerungsvorrichtung für verschiedene Vibratoren verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung, wie oben beschrieben, ruft selbsterregende Schwingungen durch Stabilisierung eines Vibrators bei einer Frequenz hervor, die bei einer mechanischen Serienresonanzfrequenz fs eingestellt ist. Mit anderen Worten schwingt der Vibrator bei oder in der Nähe seiner Resonanzfrequenz. Bei der Anwendung in einem Vibrationsgyroskop ist es auch möglich, die Bildung einer niedrigen Spannung und von Schwankungen effektiv zu vermindern. Insbesondere sind die zugeführten Signale basierend auf einem kombinierten Signal, das ein Kompensationssignal und die Signale der jeweiligen anderen Elektroden eines Paares piezo-elektrischer Elemente umfaßt, In- Phase mit dem Ansteuerungssignal. Dieses In-Phase-Signal wird den Rückkopplungseingangsanschlüssen der beiden rückgekoppelten Verstärker zugeführt. Es ist deshalb möglich, die Phasenkomponente, die der Winkelgeschwindigkeit entspricht, wirksam zu verstärken und die Winkelgeschwindigkeit mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu erfassen.
In der ersten Ausführungsform wird der Rückkopplungsshannungsverstärkungsfaktor des rückgekoppelten Verstärkers bei einer Frequenz maximal, die sich in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs des Vibrators befindet, wodurch es möglich wird, die Frequenz der selbsterregten Schwingung des Vibrators bei einer Frequenz einzustellen, die sich in guter Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs befindet.
In der zweiten und dritten Ausführungsform wird ein bestimmter Schwankungsbetrag der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs, der durch die Dämpfungskapazität des Vibrators verursacht wird, kompensiert, wodurch es möglich wird, die Frequenz einer selbsterregten Schwingung des Vibrators bei einer Frequenz einzustellen, die sich in genauer Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs befindet.
Die vierte Ausführungsform ermöglicht die Einstellung der Frequenz der selbsterregenden Schwingung des Vibrators bei einer Frequenz in naher Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs, während es gleichzeitig möglich gemacht wird, die jeweiligen Ausgaben der rückgekoppelten Verstärker entsprechend zu jedem piezo-elektrischen Element zu stabilisieren. Dementsprechend wird die Bildung einer niedrigen Spannung und von Schwankungen effektiv vermindert.
Die fünfte und sechste Ausführungsform ermöglicht eine Einstellung der Frequenz der selbsterregenden Schwingung des Vibrators bei einer Frequenz, die sich in genauer Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs befindet, während es gleichzeitig möglich gemacht wird, die Bildung einer niedrigen Spannung und von Schwankungen wirksam zu vermindern.
In den anderen Ausführungsformen, die die Winkelgeschwindigkeit erfassen, wird der Signalausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung mit den Signaleingangsanschlüssen der beiden rückgekoppelten Verstärker verbunden. Eine Elektrode von jedem eines Paares piezo-elektrischer Elemente wird mit den Rückkopplungseingangsanschlüssen der beiden rückgekoppelten Verstärker verbunden. Die anderen beiden Elektroden werden mit den Kompensationsausgangsanschluß der Ansteuerungsvorrichtung verbunden. Ein kombiniertes Signal aus dem Kompensationssignal und den Signalen der anderen Elektrodenseiten wird an die Ansteuerungsvorrichtung zurückgeführt. Das kombinierte Signal wird maximal bei einer Frequenz, die sich in genauer Übereinstimmung mit der mechanischen Serienresonanzfrequenz des Vibrators befindet. Dementsprechend es ist möglich, die selbsterregte Schwingung des Vibrators bei der mechanischen Serienresonanzfrequenz fs zu stabilisieren, während es ebenfalls möglich ist, eine Bildung von einer niedrigen Spannung und Schwankungen leicht zu unterdrücken.
Da ein Signal, das sich In-Phase mit dem Ansteuerungssignal befindet, das auf dem kombinierten Signal basiert, an die Rückkopplungseingangsanschlüsse der beiden rückgekoppelten Verstärker geführt wird, ist es möglich, die Differenz der Ausgaben von den beiden rückgekoppelten Verstärkern zu vermindern, d. h. die Bildung einer niedrigen Spannung. Dementsprechend ist es möglich, die Winkelgeschwindigkeit mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen, wenn sie auf ein Vibrationsgyroskop angewendet wird, da die Bildung einer niedrigen Spannung und Schwankungen effektiv vermindert werden und die Phasenkomponente, die der Eingangswinkelgeschwindigkeit entspricht, wirksam verstärkt werden kann.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind schließlich nur zur Illustration gedacht.

Claims

1. Schwingungssteuerungsvorrichtung mit:

einem Schwingungselement (4) mit zumindest einer Seitenoberfläche mit einem Resonanzpunkt,

einem ersten piezo-elektrischen Element (5) auf der Seitenoberfläche, wobei das piezo-elektrische Element (5) zumindest eine erste und zweite Elektrode aufweist,

einer Ansteuerungsvorrichtung (6) mit einem Signalausgangsanschluß (9), der, in Gebrauch, ein Ansteuersignal für das Schwingungselement (4) ausgibt, und einen Signaleingangsanschluß (14),

einem ersten rückgekoppelten Verstärker (10) mit einem Rückkopplungseingangsanschluß (12), einem Signaleingangsanschluß (11) und einem Signalausgangsanschluß,

wobei der Signalausgangsanschluß des ersten rückgekoppelten Verstärkers (10) mit dem Signaleingangsanschluß (14) der Ansteuerungsvorrichtung (6) verbunden ist,

wobei die zweite Elektrode des ersten piezo-elektrischen Elementes (5) mit Masse verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Signaleingangsanschluß (11) des ersten rückgekoppelten Verstärkers (10) ausschließlich mit dem Signalausgangsanschluß (9) den Ansteuerungsvorrichtung (6) verbunden ist, und

die erste Elektrode des ersten piezo-elektrischen Elementes (5) ausschließlich mit dem Rückkopplungseingangsanschluß (12) des ersten rückgekoppelten Verstärkers (10) verbunden ist.

2. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß

die Ansteuerungsvorrichtung (6) einen Kompensationssignalausgangsanschluß (13) aufweist, der, in Gebrauch, ein Kompensationssignal für eine Dämpfungskapazität (Cd) des Schwingungselementes (4) ausgibt,

der Kompensationssignalausgangsanschluß (13) mit dem Ausgangsanschluß des rückgekoppelten Verstärkers (10) verbunden ist.

3. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch

ein zweites piezo-elektrisches Element (2, 3) auf der zumindest einen Seitenoberfläche, wobei das piezo-elektrische Element (2, 3) zumindest eine erste und zweite Elektrode aufweist,

einen zweiten rückgekoppelten Verstärker (10L, 10R) mit einem Rückkopplungseingangsanschluß (12L, 12R), einem Signaleingangsanschluß (11L, 11R) und einem Signalausgangsanschluß,

wobei der Signaleingangsanschluß (11L, 11R) des zweiten rückgekoppelten Verstärkers (10L, 10R) mit dem Signalausgangsanschluß (9) der Ansteuerungsvorrichtung (6) verbunden ist,

wobei der Rückkopplungseingangsanschluß (12L, 12R) des zweiten rückgekoppelten Verstärkers (10L, 10R)mit der ersten Elektrode des zweiten piezo- elektrischen Elementes (2, 3) verbunden ist,

wobei die zweite Elektrode des zweiten piezo-elektrischen Elementes (2, 3) mit Masse verbunden ist und

wobei der Ausgangsanschluß des zweiten rückgekoppelten Verstärkers (10L, 10R) mit dem Eingangsanschluß (14) der Ansteuerungsvorrichtung (6) verbunden ist.

4. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Ansteuerungsvorrichtung (6) einen Kompensationssignalausgangsanschluß (13) aufweist, der ein Kompensationssignal für die Dämpfungskapazität (Cd) des Schwingungselementes (4) aufweist, und

der Kompensationssignalausgangsanschluß (13) mit den Ausgangsanschlüssen der rückgekoppelten Verstärker (10L, 10R) verbunden ist.

5. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 4, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungsvorrichtung (6) so aufgebaut ist, daß sich Amplitude und Phase des Kompensationssignals in Abhängigkeit von der Dämpfungskapazität (Cd) des Schwingungselementes (4) verändern.

6. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 4 und 5, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungsvorrichtung außerdem eine Kapazität (Cdo) umfaßt, die eine Temperaturabhängigkeit aufweist, die der Temperaturabhängigkeit der Dämpfungskapazität (Cd) des Schwingungselementes (4) entspricht, wobei sich die Amplitude und die Phase des Kompensationssignals in Abhängigkeit von der Temperaturabhängig keit, die von der Dämpfungskapazität (Cd) des Schwingungselementes (4) verursacht wird, durch die Kapazität (Cd0) verändern.

7. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (Cd0) einen identischen Aufbau wie das piezoelektrische Element (5; 2, 3) aufweist.

8. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, weiterhin gekennzeichnet durch einen Differenzverstärker (20) mit Eingangsanschlüssen, die mit den Ausgangsanschlüssen des ersten und zweiten rückgekoppelten Verstärkers (10L, 10R) verbunden sind, um eine Differenz in den Ausgangssignalen der beiden rückgekoppelten Verstärker (10L, 10R) zu erfassen.

9. Schwingungssteuerungsvorrichtung mit:

einem ersten piezo-elektrischen Element (5) auf der Seitenoberfläche, wobei das erste piezo-elektrische Element (5) zumindest eine erste und zweite Elektrode aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Signaleingangsanschluß (11) des ersten rückgekoppelten Verstärkers (10) ausschließlich mit dem Signalausgangsanschluß (9) der Ansteuerungsvorrichtung (6) verbunden ist,

die erste Elektrode des ersten piezo-elektrischen Elementes (5) ausschließlich mit dem Rückkopplungseingangsanschluß (12) des ersten rückgekoppelten Verstärkers verbunden ist,

die Ansteuerungsvorrichtung (6) einen Kompensationssignalausgangsanschluß (13) aufweist, der ein Kompensationssignal für die Dämpfungskapazität (Cd) des Schwingungselementes (4) ausgibt, und

die zweite Elektrode des ersten piezo-elektrischen Elementes (5) mit dem Kompensationssignalausgangsanschluß (13) der Ansteuerungsvorrichtung (6) verbunden ist.

10. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 9, weiterhin gekennzeichnet durch

ein zweites piezo-elektrisches Element (2, 3) auf der zumindest einen Seitenoberfläche, wobei das piezo-elektrische Element zumindest eine erste und zweite Elektrode aufweist,

einen zweiten rückgekoppelten Verstärker (10L, 10R) mit einem Rückkopplungseingangsanschluß (12L, 12R), einem Signaleingangsanschluß (11L, 11R) und einem Signalausgabeanschluß,

wobei der Signaleingangsanschluß (11L, 11R) des zweiten rückgekoppelten Verstärkers (10L. 10R) mit dem Signalausgangsanschluß (9) Ansteuerungsvorrichtung (6) verbunden ist,

wobei der Rückkopplungseingangsanschluß (12L, 12R) des zweiten rückgekoppelten Verstärkers (10L, 10R) mit der ersten Elektrode des zweiten piezoelektrischen Elementes (2, 3) verbunden ist,

wobei der Ausgabeanschluß des zweiten rückgekoppelten Verstärkers (10L, 10R) mit dem Eingangsanschluß (14) der Ansteuerungsvorrichtung verbunden ist, und

wobei die zweite Elektrode des zweiten piezo-elektrischen Elementes (2, 3) mit dem Kompensationssignalausgangsanschluß (13) der Ansteuerungsvorrichtung (6) verbunden ist.

11. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungsvorrichtung (6) so aufgebaut ist, daß sich Amplitude und Phase des Kompensationssignals in Abhängigkeit von der Dämpfungskapazität (Cd) des Schwingungselementes (4) verändern.

12. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerungsvorrichtung außerdem eine Kapazität (Cdo) umfaßt, die eine Temperaturabhängigkeit aufweist, die der Temperaturabhängigkeit der Dämpfungskapazität (Ca) des Schwingungselementes (4) entspricht, wobei sich die Amplitude und die Phase des Kompensationssignals in Abhängigkeit von der Temperaturabhängigkeit, die von der Dämpfungskapazität (Cd) des Schwingungselementes (4) verursacht wird, durch die Kapazität (Cdo) ändern.

13. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 12, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität (Cd0) einen identischen Aufbau wie das piezo-elektrische Element (5; 2, 3) aufweist.

14. Schwingungssteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, weiterhin gekennzeichnet durch einen Differenzverstärker (20) mit Eingangsanschlüssen, die mit den Ausgangsanschlüssen des ersten und zweiten rückgekoppelten Verstärkers (10L, 10R) verbunden sind, um eine Differenz in den Ausgabesignalen der beiden rückgekoppelten Verstärker (10L, 10R) zu erfassen.