JPH03172714A - 検出回路 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は検出回路に関し、特にたとえば振動ジャイロ
などのように２つの信号を合成した信号から所定の信号
を検出するための検出回路に関する。

（従来技術） この発明の背景となる従来の振動ジャイロには、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
れ形成された振動子が、用いられている。

この振動ジャイロでは、それらの圧電素子のうち２つの
ものが検出用として用いられ、それらの２つの圧電素子
あるいは他の１つの圧電素子が駆動用として用いられる
。

そして、この振動ジャイロでは、駆動用の圧電素子に駆
動信号を与えれば、振動体が振動する。

その状態で振動子を回転すれば、検出用の２つの圧電素
子間に出力差が生じ、その出力差によって回転角速度を
知ることができる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような振動ジャイロでは、振動子の加工
歪や応力、圧電素子のばらつき、加工組立精度、それら
の熱膨張係数の違いなどの要因で、温度変化や経時変化
によって、２つの検出用の圧電素子間の出力差にドリフ
ト成分が含まれるという問題がある。

このようなドリフト成分を除去するための手段として不
感帯（シュレシュルド）、ＲＣサーボ回路１時定数（バ
イパスフィルタ）などを設ける工夫が行われているが、
これらの手段によっても、ドリフトによる出力差の変化
と微少回転角速度による出力差の変化との区別ができず
、それらの最小分解能が悪く、また時定数が残り、応答
速度や回転角速度に対する出力差の直線性に問題が生じ
ている。

それゆえに、この発明の主たる目的は、ドリフト成分を
抑制することができる、検出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、入力信号を同期検波するための第１の同期
検波回路と、入力信号を第１の同期検波回路とは別に同
期検波するための第２の同期検波回路と、第１の同期検
波回路と第２の同期検波回路との間に位相差をもたせる
ための位相回路と、第１の同期検波回路の出力を平滑に
するための第１の平滑回路と、第２の同期検波回路の出
力を平滑にするための第２の平滑回路と、第１の平滑回
路の出力と第２の平滑回路の出力とを合成するための合
成回路とを含む、検出回路である。

（作用） 人力信号は、第１の同期検波回路で同期検波される。ま
た、この入力信号は、第２の同期検波回路によっても同
期検波される。この場合、位相回路によって第１の同期
検波回路と第２の同期検波回路との間に位相差をもたせ
ているため、第１の同期検波回路の出力と第２の同期検
波回路の出力とは位相を有する。

また、第１の同期検波回路および第２の同期検波回路の
出力は、第１の平滑回路および第２の平滑回路でそれぞ
れ平滑にされる。

そして、合成回路によって、第１の平滑回路および第２
の平滑回路の出力が合成される。

ここで、入力信号にドリフト成分が含まれている場合に
ついて説明する。

ドリフト成分は入力信号に位相のずれとして表れる。そ
のため、そのドリフト成分によって、第１の同期検波回
路からの出力がひずみ、第１の平滑回路の出力が小さく
なる。

一方、第２の同検波回路からは、第１の同期検波回路の
出力の歪を補う出力が得られ、第２の平滑回路からは、
第１の平滑回路の出力が小さくなった分を補う出力が得
られる。

そして、合成回路によって、第１の平滑回路および第２
の平滑回路の出力が合成されるので、合成回路の出力は
、ドリフト成分を抑制した出力が得られる。

（発明の効果） この発明によれば、ドリフト成分を抑制することができ
る、検出回路が得られる。

そのため、この検出回路をたとえば振動ジャイロに用い
れば、ドリフト成分の有無にかかわらず、回転角速度に
対する出力の直線性がよくなる。

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詳細な説明から
一層明らかとなろう。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例としての振動ジャイロの一
例を示すブロック図である。なお、実施例では、振動ジ
ャイロについて説明するが、この発明は、振動ジャイロ
以外にたとえば速度センサあるいは加速度センサなど２
つの信号を合成した信号から所定の信号を得る任意のも
のに適用されることを予め指摘しておく。

振動ジャイロｌＯは、振動子１１を含み、この振動子１
１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−ニソケル合金（モネルメタル）などの電極材料で、
たとえばスパッタリング、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１８２〜１８ｃ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で支持される。この支持部材２２
は、たとえば溶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、この支持部材２２は、導
電性ペーストで固着されでもよい。この支持部材２２は
、振動ジャイロ１０のアース端子として用いられる。

この振動子１１では、圧電素子１４ａ〜１４Ｃのうち任
意の２つが検出用に用いられ、その２つあるいは他の１
つが駆動用に用いられる。この実施例では、たとえば、
２つの圧電素子１４ａおよび１４ｂが駆動用かつ検出用
として用いられる。

また、他の圧電素子１４Ｃが帰還用として用いられる。

そして、駆動用かつ検出用の圧電素子１４ａおよび１４
ｂに駆動信号を印加すれば、振動体１２が振動し、それ
らの圧電素子１４ａおよび１４ｂから同様の正弦波が出
力される。また、その状態で振動子１１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。

この振動ジャイロ１０の帰還用の圧電素子１４Ｃと、駆
動用の圧電素子１４ａおよび１４ｂ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などが接続される。

この発振回路３０は、第２図に示すように、たとえば、
オペアンプ３２を含む反転増幅回路で構成される。この
反転増幅回路は、帰還用の圧電素子１４ｃ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。

さらに、この発振回路３０の出力端には、第１図に示す
ように、位相回路４０の入力端が接続される。

この位相回路４０は、第２図に示すように、たとえば２
段のＲＣフィルタ４２および４４を含み、それらのＲＣ
フィルタ４２および４４は、それぞれ、たとえば４５度
の遅れ力率を有する。この位相回路４０は、発振回路３
０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
、後段のＲＣフィルタ４４の出力側は、抵抗４６ａを介
して圧電素子１４ａの電極２０ａおよび別の抵抗４６ｂ
を介して圧電素子１４ｂの電極２０ｂに接続される。

さらに、振動ジャイロｌＯの圧電素子１４ａおよび圧電
素子１４ｂは、第１図に示すように、それらの出力差を
検出するための差動増幅回路５０の２つの入力端に、そ
れぞれ接続される。

すなわち、この差動増幅回路５０は、第３図に示すよう
に、たとえばオペアンプ５２を含み、このオペアンプ５
２の非反転入力端および反転入力端に、圧電素子１４ａ
および１４ｂの電極２０ａおよび２０ｂが、それぞれ接
続される。さらに、このオペアンプ５２の出力側に、結
合用のコンデンサ５４および抵抗５６が直列に接続され
る。

この差動増幅回路５０の出力端は、第１図に示すように
、検出回路の一部を構成する第１の同期検波回路７０ａ
および第２の同期検波回路７０ｂに接続される。

第１の同期検波回路７０ａと第２の同期検波回路７０ｂ
は、互いに同じ回路構成なので、第３図を参照して、特
に第１の同期検波回路７０ａについて詳しく説明する。

すなわち、第１の同期検波回路７０ａは、第３図に示す
ように、たとえばＦＥＴ７２を含み、このＦＥＴ７２の
ソースが、差動増幅回路５０の抵抗５６に接続される。

また、このＦＥＴ７２のドレンは接地される。さらに、
このＦＥＴ７２のゲートは、抵抗７４を介して、位相回
路４０のＲＣフィルタ４２　（第２図参照）の入力端に
接続される。また、このＦＥＴ７２のゲートは、別の抵
抗７６を介して接地される。したがって、このＦＥＴ７
２のゲートには、位相回路４０のＲＣフィルタ４２の入
力側の信号が、抵抗７４および７６で分圧した形で与え
られる。

第２の同期検波回路７０ｂは、その回路構成が第１の同
期検波回路７０ａと同様であるが、そのＦＥＴのゲート
には、位相回路４０のＲＣフィルタ４４（第２図参照）
の出力側の信号が、別の２つの抵抗で分圧した形で与え
られる。

したがって、第１の同期検波回路７０ａと第２の同期検
波回路７０ｂとは、位相回路４０によって、９０度の位
相差を有する。

また、第１の同期検波回路７０ａおよび第２の同期検波
回路７０ｂは、第１図に示すように、第１の平滑回路８
０ａおよび第２の平滑回路８０ｂの入力端にそれぞれ接
続される。

第１の平滑回路８０ａは、第３図に示すように、２段の
ＲＣフィルタ８２および８４を含み、前段のＲＣフィル
タ８２が、第１の同期検波回路７０ａのＦＥＴ）ランジ
スタフ２のソースに接続される。

また、第２の平滑回路回路８０ｂは、第１の平滑回路８
０ａと同じ回路構成であって、その前段のＲＣフィルタ
が、第１の同門検波回路７０ｂのＦＥＴのソースに接続
される。

さらに、第１の平滑回路８０ａおよび第２の平滑回路８
０ｂの出力端は、第１図に示すように、合成回路として
の直流増幅回路９０の２つの入力端に接続される。この
直流増幅回路９０としては、たとえば差動増幅回路など
の増幅回路が用いられる。

次に、第１図ないし第３図、第４Ａ図および第４Ｂ図を
参照して、この振動ジャイロ１０の各回路の動作などに
ついて説明する。また、第４Ａ図には、振動子１１の出
力すなわち検出用の圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力
にドリフト成分が含まれない場合における第１の同期検
波回路７０ａの出力、第２の同期検波回路７０ｂの出力
、第１の平滑回路８０ａの出力、第２の平滑回路８０ｂ
の出力および直流増幅回路・９０の出力を示し、第４Ｂ
図には、それらの圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力に
ドリフト成分が含まれる場合におけるそれらの出力を示
した。

この振動ジャイロ１０は、振動子１１の帰還用の圧電素
子１４Ｃの出力が帰還ループとしての発振回路３０およ
び位相回路４０でよって駆動用の圧電素子１４ａおよび
１４ｂに帰還されるため、自励振駆動する。この場合、
帰還用の圧電素子１４Ｃの出力は、発振回路３０で１８
０度遅れ、位相回路４０の２段のＲＣフィルタ４２およ
び４４で９０度遅れ、さらに抵抗４６ａおよび４６ｂと
駆動用の圧電素子１４ａおよび１４ｂの静電容量とで９
０度遅れた形で、圧電素子１４ａおよび１４ｂに帰還さ
れる。そのため、帰還用の圧電素子１４ｃの出力と駆動
用の圧電素子１４ａおよび１４ｂの入力とが同相となり
、振動子１１が効率よく自励振駆動する。

この振動ジャイロ１０では、振動子１１をその軸を中心
に一方向に回転した場合、たとえば、検出用の一方の圧
電素子１４ａの出力が大きくなり、他方の圧電素子１４
ｂの出力が小さくなる。したがって、それらの出力差が
、差動増幅回路５ｏがら正弦波として出力される。

差動増幅回路５ｏの出力は、第１の同期検波回路７０ａ
で同期検波される。この実施例では、差動増幅回路５０
の出力は、第１の同期検波回路７０ａで正側だけ通過さ
れる。そのため、第１の同期検波回路７０ａの出力は、
第４Ａ図に示すように、正弦波を正側だけ半波整流した
波形となる。

さらに、第１の同期検波回路７０ａの出力は、第１の平
滑回路８０ａで整流され、正の直流となる。

また、差動増幅回路５ｏの出力は、第２の同期検波回路
７０ｂによって、９０度遅れの位相をもって同期検波さ
れる。したがって、第２の同期検波回路７０ｂの出力は
、第４Ａ図に示すように、正側および負側にそれぞれ同
じ大きさの略３角波を有する異形の波形となる。さらに
、第２の同期検波回路７０ｂの出力は、第２の平滑回路
８０ｂで整流されるが、第２の同期検波回路８０ｂの出
力が正側および負側に同じ大きさに表れるため、第２の
平滑回路８０ｂの出力は０となる。

そして、第１の平滑回路８０ａおよび第２の平滑回路８
０ｂの出力は、直流増幅回路９０で合成される。

したがって、この検出回路６０の出力は、差動増幅回路
５０の出力を半波整流してから平滑にした直流となる。

一方、温度変化や経時変化で検出用の圧電素子１４ａお
よび１４ｂの出力には、ドリフト成分が含まれることが
ある。このようなドリフト成分は、圧電素子１４ａおよ
び１４ｂの出力において位相のずれとして表れる。たと
えば、圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力の位相がとも
に遅くなる。

このようにドリフト成分を含む場合、差動増幅回路５０
の出力は、ドリフト成分を含まない・場合に比べて、同
じ大きさの正弦波となるがその位相がドリフト成分によ
る分だけすこし遅れる。

この場合、第１の同期検波回路７０ａの出力は、第４Ｂ
図に示すように、正弦波を半波整流した波形において先
行する略３角波に相当する部分が削除されかつその部分
に相当する大きさの略３角波を負側に有する異形の波形
となる。そのため、第１の平滑回路８０ａの出力は、ド
リフト成分を含まない場合に比べて、少し小さくなる。

また、差動増幅回路５０の出力が少し遅れるので、第２
の同期検波回路７０ｂの出力は、第４Ｂ図に示すように
、正側が小さくなり負側か大きくなる。そして、第２の
平滑回路８０ｂの出力は、第１の平滑回路８０ａの出力
が小さくなった分と略同じ大きさの負の直流となる。

このように、第２の平滑回路８０ｂの出力は、第１の平
滑回路８０ａの出力が小さくなった分と略同じ大きさの
負の直流となるので、直流増幅回路９０の出力は、ドリ
フト成分を含まない場合と略同じ大きさになる。

したがって、この検出回路６０では、その入力信号にド
リフト成分が含まれていてもドリフト成分を抑制した所
定の出力が得られる。

一方、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１４ａおよび１４ｂの出力差すなわち
差動増幅回路５０の出力が大きくなるので、検出回路６
０の出力も大きくなる。そのため、検出回路６０の出力
の大きさから、振動ジャイロ１００回転用達度を知るこ
とができる。

したがって、この振動ジャイロＩＯでは、検出回路６０
の出力の大きさによって、ドリフト成分を含む場合もそ
れを含まない場合と同様に、回転角速度を知ることがで
きる。

また、振動ジャイロ１０が逆方向に回転している場合は
、圧電素子１４ａおよび１４ｂの出力の大きさが逆にな
るので、検出回路６０からは、負の直流が出力される。

したがって、検出回路６０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。

さ鳩に、この振動ジャイロ１０では、振動子１１を回転
しない場合、圧電素子１４ａおよび１４ｂからは、同様
な正弦波が出力され、差動増幅回路５０ないしは検出回
路６０の出力はＯとなる。

したがって、この振動ジャイロ１０では、検出回路６０
の出力がＯであることを確認するごとによって、回転し
てないことがわかる。

なお、上述の実施例では、位相回路４０によって、第１
の同期検波回路７０ａと第２の同期検波回路７０ｂとの
位相差を９０度にしたが、それらの位相差を９０度にす
るためには、位相回路４０に代えて、一方の同期検波回
路の前段に９０度の位相を有する位相回路を設けてもよ
く、あるいは、両方の位相回路の前段に互いに９０度の
位相差を有する位相回路をそれぞれ設けてもよい。

また、第１の同期検波回路７０ａと第２の同期検波回路
７０ｂとの位相差を９０度に限らずたとえば３０度、４
５度あるいは６０度など他の大きさの位相差にしてもよ
く、この場合もドリフト成分を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例としての振動ジャイロの一
例を示す回路図である。 第２図は第１図の振動ジャイロの帰還ループを示す回路
図である。 第３図は第１図の振動ジャイロの差動増幅回路、第１の
同期検波回路および第１の平滑回路を示す回路図である
。 第４Ａ図および第４Ｂ図は、それぞれ、第１図の振動ジ
ャイロの各部の出力波形を示すグラフであり、第４Ａ図
は差動増幅回路の出力にドリフト成分を含まない場合の
グラフであり、第４Ｂ図はドリフト成分を含む場合のグ
ラフである。 図において、１０は振動ジャイロ、１１は振動子、３０
は発振回路、４０は位相回路、５０は差動増幅回路、６
０は検出回路、７０ａは第１の同期検波回路、７０ｂは
第２の同期検波回路、８０ａは第１の平滑回路、８０ｂ
は第２の平滑回路、９０は直流増幅回路を示す。 第４Ａ図 イ０の’Ｅ、７Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　入力信号を同期検波するための第１の同期検波回路、 前記入力信号を前記第１の同期検波回路とは別に同期検
   波するための第２の同期検波回路、前記第１の同期検波
   回路と前記第２の同期検波回路との間に位相差をもたせ
   るための位相回路、前記第１の同期検波回路の出力を平
   滑にするための第１の平滑回路、 前記第２の同期検波回路の出力を平滑にするための第２
   の平滑回路、および 前記第１の平滑回路の出力と前記第２の平滑回路の出力
   とを合成するための合成回路を含む、検出回路。