JPH02223818A

JPH02223818A - 発振回路

Info

Publication number: JPH02223818A
Application number: JP1044807A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Nakamura; 武中村
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1989-02-25
Filing date: 1989-02-25
Publication date: 1990-09-06
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JP2536132B2

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は発振回路に関し、特にたとえば振動ジャイロ
などの振動子を自動振駆動させるための発振回路に関す
る。

（従来技術）第５図および第６図は、それぞれ、この発明の背景とな
る従来の振動ジャイロの一例および他の例を示す図解図
である。

第５図に示す振動ジャイロ１では、４角柱状の振動体２
の一方の対向側面に、駆動用圧電素子３ａおよび３ｂが
それぞれ形成され、他方の対向側面に、検出用圧電素子
４ａおよび４ｂがそれぞれ形成されている。

また、第６図に示す振動ジャイロｌでは、３角柱状の振
動体２の１つの側面に２つの駆動用圧電素子３ａおよび
３ｂが間隔を隔てて形成され、他の２つの側面に検出用
圧電素子４ａおよび４ｂがそれぞれ形成されている。

ところが、第５図に示す振動ジャイロ■では、その回転
時に、検出用圧電素子４ａおよび４ｂの屈曲量の差が小
さいので、それらの出力差があまり得られない。そのた
め、その回転角速度を正確に知ることが困難である。

一方、第６図に示す振動ジャイロｌでは、その回転時に
、検出用圧電素子４ａおよび４ｂの屈曲量の差が大きく
なるので、それらの出力差が大きくなり、その回転角速
度を正確に知ることができるが、振動体２の１つの側面
に２つの駆動用圧電素子３ａおよび３ｂを形成しなけれ
ばならないので、その構造が複雑となり、コストが高く
なってしまう。

そこで、本願発明者は、回転角速度を正確に知ることが
でき、しかも、構造が簡単である、新規な振動ジャイロ
を考え出した。この新規な振動ジャイロは、たとえば、
３角柱状の振動体の３つの側面に圧電素子がそれぞれ形
成され、それらの圧電素子のうちいずれかが駆動用とし
て、他の２つの圧電素子が検出用として用いられるムの
である。

この新規な振動ジャイロでは、２つの検出用の圧電素子
からの出力を合成して駆動用の圧電素子に印加すれば、
環８ａ的にみて、それを効率よく自動振駆動することが
できる。

（発明が解決しようとする課題）ところが、この新規な振動ジャイロでは、２つの検出用
の圧電素子からの出力間に電圧誤差や位相差が生じた場
合、従来の発振回路では、それを効率よく自励振駆動す
ることができなかった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、その新規な振動
ジャイロなどのように２つの検出用の圧電素子と１つの
駆動用の圧電素子とを有する振動子を、効率よく自動振
駆動することができ、しかも、構造が簡単である、発振
回路を提供することである。

（課題を解決するための手段）この発明は、２つの入力端を有する発振回路であって、
２つの入力端間に接続される抵抗器、およびその入力側
が抵抗器の中間に接続される増幅器を含む、発振回路で
ある。

（作用）発振回路の２つの入力端をたとえば振動ジャイロなどの
振動子の２つの検出用の圧電素子にそれぞれ接続し、こ
の発振回路の出力端を振動子の駆動用の圧電素子に接続
すれば、２つの検出用の圧電素子からの出力が合成され
た形で駆動用の圧電素子に印加される。この場合、発振
回路の増幅器の入力側と抵抗器の中間との接続点を調整
すれば、２つの検出用の圧電素子の出力間に生じる電圧
誤差および位相差を補正することができる。そのため、
振動子の駆動用の圧電素子には、最適な駆動信号が印加
される。したがって、振動子を効率よく自動振駆動する
ことができる。

（発明の効果）この発明によれば、２つの検出用の圧電素子と１つの駆
動用の圧電素子とを有する振動子を、効率よく自動振駆
動することができ、しかも、構造が簡単である、発振回
路が得られる。

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説明が一層明ら
かとなろう。

（実施例）第２Ａ図および第２Ｂ図は、それぞれ、この発明が適用
される振動子の例としての新規な振動ジャイロの一例を
示し、第２Ａ図はその斜視図であり、第２Ｂ図は第２Ａ
図の線ＩＩＢ−ｎＢにおける断面図である。なお、実施
例では、振動ジャイロを用いた場合について説明するが
、振動子としては、振動ジャイロ以外にたとえば速度セ
ンサおよび加速度センサなと任意のものが考えられる、
ということを予め指摘しておく。

振動ジャイロｌＯは、たとえば正３角柱状の振動体１２
を含む。この振動体１２は、たとえばエリンバ、鉄−ニ
ッケル合金１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。

この振動体１２には、その３つの側面の中央部にそれぞ
れ圧電素子１４ａ、１４ｂおよび１４Ｃが形成される。

圧電素子１４ａは、たとえば磁器からなる圧電層１６ａ
を含み、圧電層１６ａの両主面にはそれぞれ電極１８ａ
および２０ａが形成される。なお、これらの電極１８ａ
および２０ａは、たとえば金、銀、アルミニウム、ニッ
ケル。

銅−ニッケル合金（モネルメタル）などの雪掻材料で、
たとえばスパンタリング、蒸着等の薄膜技術であるいは
その材料によっては印刷技術で形成される。同様に、他
の圧電素子１４ｂおよび１４Ｃも、それぞれ、たとえば
磁器からなる圧電層１６ｂおよび１６ｃを含み、それら
の圧電層１６ｂと１６ｃとの両主面にも、電極１８ｂお
よび２０ｂと１８ｃおよび２０ｃとが、それぞれ形成さ
れている。そして、これらの圧電素子１４ａ〜１４Ｃの
一方の電極１８３〜１８Ｃは、たとえば導電接着剤で振
動体１２に接着される。

さらに、振動体１２のノード点近傍は、たとえば金属線
からなる支持部材２２および２４で支持される。この支
持部材２２および２４は、たとえば切接することによっ
て、振動体１２のノード点近傍に固着される。なお、こ
れらの支持部材２２および２４は、導電性ペーストで固
着されてもよい。これらの支持部材２２および２４は、
振動ジャイロ１０のアース端子として用いられる。

この振動ジャイロｌＯでは、圧電素子１４ａ〜１４ｃの
うち任意のものを駆動用に用いれば、他の２つの圧電素
子を検出用に用いることができる。

この実施例では、たとえば、圧電素子１４ａが駆動用と
して用いられ、他の圧電素子１４ｂおよび１４Ｃが検出
用として用いられる。そして、駆動用の圧電素子１４ａ
に駆動信号を印加すれば、振動体１２が振動し、検出用
の圧電素子１４ｂおよび１４Ｃから同様の正弦波が出力
される。また、その状態で振動ジャイロ１０をその軸を
中心として回転すれば、検出用の一方の圧電素子の出力
は回転角速度に従って大きくなり、逆に検出用の他方の
圧電素子の出力は小さくなる。

第１図を参照して説明すると、この振動ジャイロＩＯの
検出用の圧電素子１４ｂおよび１４ｃと、駆動用の圧電
素子１４ａとの間には、振動ジャイロ１０を自動振駆動
するための帰還ループとして発振回路３０が接続される
。

すなわち、この発振回路３０は、検出用の圧電素子１４
ｂおよび１４ｃの出力を合成した形で駆動用の圧電素子
１４ａに印加するためのものであって、入力端としての
２つの固定端子３２ａおよび３２ｂを有する可変抵抗器
３２を含む。そして、可変抵抗器３２の固定端子３２ａ
および３２ｂは、圧電素子１４ｂの電極２０ｂおよび圧
電素子１４Ｃの電極２０ｃにそれぞれ接続される。この
可変抵抗器３２は、圧電素子１４ｂおよび１４Ｃからの
出力間に生じる電圧誤差および位相差を補正し、かつ、
それらの出力を合成するためのものである。

なお、この可変抵抗器３２の代わりに、２つの固定抵抗
器でそれらの出力を合成するようにしてもよい。

さらに、この可変抵抗器３２の可動端子３２ｃは、反転
増幅器３４の入力側に接続される。この反転増幅器３４
は、１つのオペアンプ３６を含み、可変抵抗器３２から
の出力の位相を反転し、かつ、その信号を増幅するため
のものである。

反転増幅器３４の出力側は、ローパスフィルタ３８の入
力側に接続される。ローパスフィルタ３８は、たとえば
２段のＲＣフィルタ４０および４２を含み、それらのＲ
Ｃフィルタ４０および４２は、それぞれ、たとえば４５
度の遅れ力率を有する。このローパスフィルタ３８は、
反転増幅器３４からの出力の位相を９０度遅らせ、かつ
その出力に含まれる高調波成分を抑制するためのもので
ある。そして、このローパスフィルタ３８の出力側は、
抵抗４２を介して、駆動用の圧電素子１４ａの電極２０
ａに接続される。

さらに、振動ジャイロ１０の圧電素子１４ｂおよび圧電
素子１４ｃの出力は、それらの出力差を検出するための
差動回路５０の２つの入力端にそれぞれ人力される。

すなわち、この差動回路５０は、理想ダイオード回路５
２を含み、この理想ダイオード回路５２の入力側には、
検出用の一方の圧電素子１４ｂの電極２０ｂが接続され
る。この理想ダイオード回路５２は、１つのオペアンプ
５４とそれぞれが順方向に接続された２つのダイオード
５６および５８を含み、圧電素子１４ｂからの正弦波出
力を正の信号に半波整流するためのものである。

また、検出用の他方の圧電素子１４ｃの電極２０Ｃは、
上述の理想ダイオード回路５２とは極性の異なる別の理
想ダイオード回路６０の入力側に接続される。この別の
理想ダイオード回路６０は、１つのオペアンプ６２とそ
れぞれが逆方向に接続された２つのダイオード６４およ
び６６と含み、圧電素子１４ｃからの正弦波出力を負の
信号に半波整流するためのものである。

さらに、理想ダイオード回路５２および６０の出力側は
、それぞれ、たとえばＲＣフィルタからなる平滑回路６
８および７０の入力側に接続される。そして、それらの
平滑回路６８および７０の出力側は、それぞれ、合成手
段としての可変抵抗器７２の固定端子７２ａおよび７２
ｂに接続される。この可変抵抗器７２は、可動端子７２
ｃを有する。

次に、第１図、第３Ａ図および第３Ｂ図を参照して、振
動ジャイロ１０の無回転時およ、び回転時における各回
路の動作などについて説明する。なお、第１図には、振
動ジャイロ１０の無回転時の各部の出力波形を、回路と
ともに示した。また、第３Ａ図には、振動ジャイロ１０
の無回転時における検出用の圧電素子１４ｂおよび１４
ｃの出力。

発振回路３０の可変抵抗器３２の出力、差動回路５０の
出力を示し、第３Ｂ図には、振動ジャイロ１０を一方向
に回転している場合のそれらの出力を示した。この場合
、第３Ａ図および第３Ｂ図には、それらの出力の大きさ
および波形を略正確に表し、それらの位相を正確に表し
ていない。

振動ジャイロ１０の無回転時には、振動ジャイロ１０が
駆動用の圧電素子１・４ａの主面に直交する方向に屈曲
振動をするので、圧電素子１４ｂおよび１４ｃは同様に
屈曲する。そのため、これらの圧電素子１４ｂおよび１
４ｃからは、特に第３Ａ図に示すように、同様な正弦波
が出力される。

発振回路３０では、圧電素子１４ｂおよびＩ４Ｃからの
出力が、合成された形で可変抵抗器３２の可動端子３２
ｃから出力される。この場合、圧電素子１４ｂおよび１
４ｃの合成出力は、理想状態においては、振動ジャイロ
ＩＯの駆動側を基準にして一９０度の位相を有する所定
の正弦波になる。ところが、圧電素子１４ｂおよび１４
ｃの出力間に電圧誤差や位相差が生じる場合には、圧電
素子１４ｂおよび１４Ｃの出力を単に合成しただけでは
、上述の所定の正弦波が得られない。

しかしながら、その可変抵抗器３２を調整することによ
って、圧電素子１４ｂおよび１４Ｃの出力間の電圧誤差
および位相差を補正することができる。したがって、可
変抵抗器３２を調整することによって、可動端子３２ｃ
からの出力を、駆動側を基準にして一９０度の位相を有
する所定の正弦波に補正することができる。

そして、反転増幅器３４では、この可変抵抗器３２から
の正弦波出力の位相が反転され、かつ、その信号が増幅
される。したがって、この反転増幅器３４からは、振動
ジャイロ１０の駆動側を基準にして９０度の位相を有す
る信号が出力される。

そして、ローパスフィルタ３８では、反転増幅器３４か
らの出力の位相が９０度遅れ、かつその出力に含まれる
高調波成分が抑制される。したがって、ローパスフィル
タ３８からは、高調波成分によるスプリアスのない、か
つ°振動ジャイロ１０の駆動側と同相で常に一定な信号
が出力される。

そして、このローパスフィルタ３８からの出力は、結合
用の抵抗４２を介して、駆動用の圧電素子１４ａの電極
２０ａに印加される。したがって、この実施例では、振
動ジャイロ１０を効率よく自励振駆動することができる
。

一方、差動回路５０では、理想ダイオード回路５２によ
りて、圧電素子１４ｂの正弦波出力が順方向に半波整流
される。そのため、理想ダイオード回路５２からは、圧
電素子１４ｂからの正弦波出力の正の信号が出力される
。

また、別の理想ダイオード回路６０によって、圧電素子
１４ｃからの正弦波出力が逆方向に半波整流され、その
正弦波出力の負の信号が出力される。

そして、平滑回路６８および７０によって、理想ダイオ
ード回路５２および６０からの出力は、それぞれ、正の
直流および負の直流に平滑される。

そして、これらの直流出力は、合成手段としての可変抵
抗器７２の固定端子７２ａおよび７２ｂに与えられる。

し、たがって、この可変抵抗器７２の可動端子７２Ｃか
らは、平滑回路６８および７０からの直流出力が合成さ
れた形で出力される。

この差動回路５０では、圧電素子１４ｂの出力を順方向
に半波整流して平滑しかつ圧電素子１４Ｃの出力を逆方
向に半波整流して平滑しそれから合成するため、それら
の出力間に位相差があっても、その位相差による誤差は
生じない。

しかも、それらの出力間に電圧誤差があっても、合成手
段としての可変抵抗器７２を調整することによって、そ
れらの電圧誤差を補正することができる。なお、この実
施例では、振動ジャイロ１０の無回転時における差動回
路５０の出力が０になるように調整される。したがって
、差動回路５０からの出力が０であることを確認すれば
、振動ジャイロｌＯが回転していないことがわかる。

一方、振動ジャイロ１０をその軸を中心として一方向に
回転した場合、振動ジャイロ１０の振動方向と直交する
方向にコリオリカが働（。そのため、振動ジャイロＩＯ
の振動方向は、無回転時の振動方向からずれる。この時
、たとえば、検出用の一方の圧電素子１４ｂはその主面
に直交する方向に近い方向に、検出用の他方の圧電素子
１４ｃはその主面に平行する方向に近い方向に、それぞ
れ屈曲振動する。

この場合、特に第３Ｂ図に示すように、検出用の一方の
圧電素子１４ｂからの出力は大きくなり、逆に、検出用
の他方の圧電素子１４Ｃからの出力は、圧電素子１４ｂ
の出力が大きくなる分だけ小さくなる。したがって、こ
の場合も、発振回路３０の可変抵抗器３２からの出力は
、無回転時の出力と同じになる。

そして、可変抵抗器３２からの出力は、無回転時の場合
と同様に、反転増幅器３４およびローパスフィルタ３８
などを介して、駆動用の圧電素子１４ａに印加される。

したがって、振動ジャイロ１０の回転時にも、その無回
転時と同様に、振動ジャイロ１０を効率よく自動振駆動
することができる。

一方、差動回路５０では、圧電素子１４ｂの出力が圧電
素子１４ｃの出力より大きくなるため、平滑回路６８の
出力の絶対値が他方の平滑回路７０の出力の絶対値より
大きくなる。したがって、合成手段としての可変抵抗器
７２からは第３Ｂ図に示すように正の直流が出力され、
振動ジャイロ１０が一方向に回転していることがわかる
。

なお、振動ジャイロ１０の回転角速度が大きくなればな
るほど、圧電素子１４ｂおよび１４ｃの出力差が大きく
なるので、差動回路５０からの出力も大きくなる。した
がって、差動回路５０の出力の大きさから、振動ジャイ
ロ１０の回転角速度を知ることができる。この場合も、
この差動回路５０では、圧電素子１４ｂの出力を順方向
に半波整流して平滑しかつ圧電素子１４ｃの出力を逆方
向に半波整流して平滑しそれから合成するため、それら
の出力間に位相差があっても、その位相差による誤差は
生じない。

なお、振動ジャイロ１０が逆方向に回転している場合は
、圧電素♀１４ｂおよび１４ｃの出力の大きさが逆にな
るので、差動回路５０からは、負の直流が出力される。

したがって、差動回路５０の出力の極性から、振動ジャ
イロ１０の回転方向を知ることができる。

発明者の実験によれば、この実施例では、振動ジャイロ
１０の回転角速度と差動回路５０の出力電圧とは、それ
らの関係を第４図のグラフに示すように、Ｓ／Ｎ比ない
しは精度のよいリニアな関係を有する。

なお、上述の実施例の発振回路３０では、その入力端と
して可変抵抗器３２の固定端子３２ａおよび３２ｂが用
いられ、可変抵抗器３２の可動端子３２ｃが反転増幅器
３４の入力側に直接接続されているが、その入力端と可
変抵抗器３２の固定端子３２ａおよび３２ｃとを、可変
抵抗器３２の可動端子３２ｃと反転増幅器３４の入力側
とを、それぞれ、抵抗器を介して接続してもよい。

また、上述の実施例において、振動ジャイロｌＯの回転
角速度を検出するために、特別な差動回路５０が用いら
れているが、２つの検出用の圧電素子１４ｂおよび１４
ｃの出力間に電圧誤差や位相差が生じない場合などには
、上述の差動回路５０に代えて通常の差動増幅器が用い
られてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図である。第２Ａ図および第２Ｂ図は、それぞれ、この発明が適用
される振動ジャイロの一例を示し、第２Ａ図はその斜視
図であり、第２Ｂ図は第２Ａ図の線■Ｂ−ＩＩＢにおけ
る断面図である。第３Ａ図および第３Ｂ図は、それぞれ、第１図実施例の
各部における出力を示すグラフであり、第３Ａ図は振動
ジャイロの無回転時の出力を示し、第３Ｂ図はその回転
時の出力を示す。第４図は第１図実施例における振動ジャイロの回転角速
度と差動回路の出力電圧との関係を示すグラフである。第５図および第６図は、それぞれ、この発明の背景とな
る従来の振動ジャイロの一例および他の例を示す図解図
である。図において、ｌＯは振動ジャイロ、３０は発振回路、３
２は可変抵抗器、３４は反転増幅器、３８はローパスフ
ィルタを示す。特許出願人　株式会社　村田製作所代理人　弁理士　岡　１）　全　啓第２Ａ図第２Ｂ図第３Ａ図＆動ｗ鯵５０　ｎ出力第３Ｂ図是り田４５０のｔカ第図

Claims

【特許請求の範囲】１　２つの入力端を有する発振回路であって、前記２つ
の入力端間に接続される抵抗器、およびその入力側が前記抵抗器の中間に接続される増幅器を含
む、発振回路。２　前記抵抗器は可変抵抗器を含む、特許請求の範囲第
１項記載の発振回路。３　さらに、前記増幅器に直列に接続されるローパスフ
ィルタを含む、特許請求の範囲第１項または第２項記載
の発振回路。４　前記ローパスフィルタは、ＲＣフィルタを含む、特
許請求の範囲第３項記載の発振回路。