JPH0914974A - 角速度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動の寄生成分をなくした音叉による角速度
測定装置を提供する。 【解決手段】 装置（１）は、従来のように、その変換
器（２）の第１の振動を励起する手段（３から６，１
５）と、この変換器（２）の第２の振動の検出信号（Ｓ
Ｄ）を発生する手段（７から１０）と、前記第２の振動
に応答して変換器（２）の角速度の測定信号（ＳＭ）を
発生する手段（１８）とを具備する。前記第２の振動の
寄生成分の妨害効果を回避するために、装置（１）は、
この寄生成分とは逆の位相関係で変換器（２）の第３の
振動を励起し且つこの第３の振動の振幅が寄生成分の振
幅と等しくなるように、第３の振動の振幅を従属させる
手段（１１から１４，１９から２１）を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、角速度をもって回
転する圧電変換器と；一定の周波数で第１の方向へ変換
器の第１の振動を起こさせる第１の励振手段と、第１の
振動によって引き起こされ、前記の一定の周波数を有し
且つ第１の方向に対し垂直な第２の方向であると共に、
角速度を表わす振幅を有する有効成分と、角速度とは無
関係である振幅を有する寄生成分とを含む変換器の第２
の振動に応答して、角速度の測定信号を発生する測定手
段とを具備する角速度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】以上定義されているような装置の変換器
の第１の振動の励振手段は、周知のように、この変換器
に配置される励振電極と、それらの電極に接続し且つこ
の第１の振動の励振信号を電極に印加するように配置さ
れる電子回路とを具備する。

【０００３】さらに、そのような装置の測定手段は、変
換器の第２の振動に応答して検出信号を発生するように
変換器に配置される検出電極を具備する。測定手段は、
その検出信号に応答して、変換器の角速度を表わす測定
信号を発生する電子回路をさらに具備する。

【０００４】角速度測定装置の変換器の第２の振動は、
この変換器の角速度を表わす振幅を有する有効成分と、
変換器の角速度によって左右されない振幅を有する寄生
成分とを含むことは良く知られている。

【０００５】先に述べた検出信号も、第２の振動の有効
成分の振幅を表わす有効成分と、寄生成分の振幅を表す
寄生成分とを含むことになる。

【０００６】米国特許第４，６７１，１１２号に記載さ
れているような周知の装置においては、検出信号を減結
合増幅器により増幅した後に、検出信号を電子ミクサに
印加する。変換器の励振信号も、減結合増幅器による増
幅の後に、この混合回路に印加される。

【０００７】このミクサにより発生した信号は、次に、
低域フィルタに印加される。低域フィルタの出力端子
は、変換器の角速度の測定信号である連続信号を発生す
る。ところが、この信号は、変換器により供給される検
出信号の有効成分を表わし、従って、変換器の角速度を
表わす第１の成分を含むのに加えて、この検出信号の寄
生成分を表わす第２の成分をさらに含む。

【０００８】しかしながら、特に変換器の角速度が低い
場合に、角速度測定装置の変換器の第２の振動の有効成
分の振幅は非常に小さくなると考えられ、そのような場
合、この第２の振動の寄生成分の振幅は有効成分の振幅
よりはるかに大きいことは良く知られている。

【０００９】変換器の第２の振動の検出電極により発生
される検出信号の有効成分と寄生成分についても全く同
じことが当てはまるのは自明である。

【００１０】たとえば、角速度測定装置の変換器はこの
種の多くの装置の場合と同様に水晶音叉により構成され
ているとき、検出信号の有効成分はほぼ０．１ミリボル
ト、多くとも十分の数ミリボルトである振幅を有し、音
叉の角速度が毎秒約数度である場合には、この検出信号
の寄生成分は十分の数ミリボルト、さらには数百ミリボ
ルトにもなる。

【００１１】その結果、先に述べた米国特許第４，６７
１，１１２号に記載されているような装置のフィルタに
より供給される信号の第１の成分の値は非常に小さくな
り、この信号の第２の成分の値は、変換器の角速度が低
いときには、第１の成分の値よりはるかに大きい。従っ
て、そのような測定装置の感度は低い。

【００１２】減結合増幅器は検出信号の２つの成分を同
じように増幅してしまうので、混合回路に印加される前
に検出信号を増幅する前述の減結合増幅器の利得を増加
させても、この感度を向上できないことに注意すべきで
ある。

【００１３】さらに、言うまでもなく、この増幅器の利
得はその出力端子が飽和させる利得より劣っていなけれ
ばならない。先に示した通り、検出信号の寄生成分の増
幅は相対的に大きいので、この利得が相対的に低くなる
以外のことはありえない。そのため、変換器の角速度が
低いときには、増幅器によって増幅した後でも、検出信
号の有効成分の振幅は小さい。

【００１４】また、変換器の第２の振動の寄生成分の振
幅は変換器の温度の関数として変化するが、第２の振動
の有効成分の振幅は実際には温度とは無関係であること
も良く知られている。従って、米国特許第４，６７１，
１１２号に記載されているような装置により供給される
信号も温度の関数として変化する。

【００１５】変換器の第２の振動の寄生成分は実質的に
は変換器の第１の振動と同じ位相であるが、第２の振動
の有効成分は第１の振動に対してほぼ直角位相の関係に
あることも良く知られている。

【００１６】従って、検出信号の寄生成分と有効成分
も、変換器の第１の振動の励振信号に対して、それぞ
れ、同一位相と直角位相の関係にある。そこで、米国特
許第４，６７１，１１２号に記載されているような装置
において、混合回路の代わりに、入力端子に印加され
る、基準信号に対して直角位相の関係にある信号の成分
を表わす信号を供給する出力端子をもつ周知の回路であ
る直角位相復調回路を使用することも可能であろう。こ
のような装置の変形によって、装置が供給する信号は検
出信号の有効成分のみを表わすことになるであろう。

【００１７】ところが、先に述べた通り、変換器の角速
度が低いとき、この有効成分はごく小さい振幅を有す
る。そのような変形を加えた装置により供給される信号
についても同じことが当てはまり、装置により低い角速
度を測定すべき場合には、この信号を強力に増幅するこ
とが必要になるであろう。そのような場合に必要である
増幅器は製造が難しく、そのため、かなり高価になると
考えられる。これは、増幅しなければならない信号が値
の小さい連続信号であるので、この増幅器が温度変化に
対しても非常に安定した仕様を有していなければならな
いためであろう。

【００１８】感度の低さ及び温度変化に対するこの不安
定さにより課される上記の問題を解決するために、いく
つかの方法が提案されている。たとえば、米国特許第
５，２８７，７４５号に記載されている角速度測定装置
においては、装置の出力信号は、変換器の第１の振動の
励振信号と、変換器の第２の振動の検出信号との位相ず
れを測定することによって得られる。さらに、この特許
の具体例の１つにおいては、変換器の角速度がゼロであ
るときに、先に述べた位相ずれの値を記憶するメモリを
具備しているために、この装置の感度は向上する。この
位相ずれの値が検出信号の寄生成分の振幅を表わすこと
は自明である。この装置は、記憶されている値を測定値
から永久的に減算する回路をさらに具備し、そのため、
この回路により供給される信号は検出信号の有効成分の
振幅によってのみ左右される。

【００１９】この装置は前述の位相ずれを測定するため
にきわめて安定したタイムベースを使用しなければなら
ないので、相対的に複雑である。さらに、装置はデジタ
ル信号である測定信号を発生する。しかしながら、角速
度の測定信号を供給すべき装置は、アナログの性質をも
つ装置である場合が多い。そのような場合には、先に挙
げた米国特許第５，２８７，７４５号により説明されて
いる装置は、相対的に複雑な回路であるデジタル／アナ
ログ変換器によって完成されなければならず、それをさ
らに複雑にしない限り、変換器の温度安定性を保証する
ことは不可能である。

【００２０】米国特許第５，３２９，８１６号は、基部
によって互いに接合された２本のアームを有する音叉の
形状をとる変換器を含む角速度測定装置を説明してい
る。この変換器は、互いに絶縁され且つ音叉の第１のア
ームに配置され、それにより、第１の振動を励振する２
つの別個の励振電極群を形成する６個の電極を具備す
る。

【００２１】１群の検出電極は音叉の第２のアームに、
変換器の第２の振動に応答して変換器の角速度を表わす
検出信号を発生するように配置されている。さらに、１
群の電極、いわゆる帰還電極も音叉の第２のアームに、
変換器の第１の振動に応答して帰還信号を発生するよう
に配置されている。この米国特許第５，３２９，８１６
号により説明されている装置の電子回路は、検出信号及
び上記の帰還信号に応答して変換器の角速度の測定信号
を供給するために、従来通りの復調回路と、従来通りの
低域フィルタとを具備する。この装置は、同様に検出信
号と帰還信号を受信して、変換器の励振電極群の一方に
それぞれ接続する２つの出力端子を有する被制御発振器
に制御信号を供給する第２の復調回路をさらに具備す
る。

【００２２】この被制御発振器の構成と機能はこの特許
の中には記載されておらず、励振電極を別個の電極群に
分割したことと、帰還電極を設けたこととによって得ら
れるべき所望の効果に関して、いくつかの具体的な説明
が簡潔に述べられているのみである。ただし、専門家で
あれば、それらの説明から、発振器が変換器の２つの励
振電極群に異なる励振信号に供給するべきであり、それ
らの信号の差は帰還信号によって決まり、それにより、
変換器の第１の振動を変換器の第２の振動の寄生成分を
相殺する成分を含むように修正しようとしていることを
推論できるであろう。ところが、発振器に作用する帰還
信号は変換器の第１の振動に応答して発生され、従っ
て、変換器の第２の振動とは無関係であるので、この第
１の振動の修正という目的をどのようにして達成しうる
かはわからない。

【００２３】いずれの場合にも、この装置で必要である
被制御発振器は、少なくとも一方が可変である２つの異
なる信号を供給しなければならないので、製造するのが
相対的に複雑であり、従って、相対的に高価である。さ
らに、この装置で使用される変換器はその第１の振動を
励振する２つの励振電極群を具備していなければならな
いために、これも相対的に複雑であり、従って、相対的
に高価である。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、周知
の装置の感度よりはるかに高い感度を有することができ
且つ温度とは実質的に無関係である測定信号を供給し、
それにより、相対的に単純で、低コストである変換器と
電子回路を使用する角速度測定装置を提案することであ
る。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この目的は、角速度をも
って回転する圧電変換器と；一定の周波数で第１の方向
へ変換器の第１の振動を起こさせる第１の励振手段と；
第１の振動によって引き起こされ且つ前記の一定の周波
数を有し、第１の方向に対し垂直である第２の方向であ
り、角速度を表わす振幅を有する有効成分と、その角速
度とは無関係である振幅を有する寄生成分とを含む変換
器の第２の振動に応答して、角速度の測定信号を発生す
る測定手段とを具備する角速度測定装置であり、且つ前
記の一定の周波数で第２の方向へ、第２の振動の寄生成
分に対して逆位相の関係にある変換器の第３の振動を起
こさせる第２の励振手段と；第３の振動の振幅を第２の
振動の寄生成分の振幅に従属させる従属手段とをさらに
具備することを特徴とする本発明による装置によって達
成される。

【００２６】以下にさらに詳細に説明するように、それ
らの特徴をもつ結果として、この装置の変換器の検出電
極により発生される検出信号は有効成分によってのみ形
成され、寄生成分を全く含まないということになる。従
って、検出信号を復調回路に印加する減結合増幅器の利
得を単純に増加させることにより、この装置の感度を向
上させることが可能である。さらに、検出信号は変換器
の温度には左右されず、これは装置により供給される測
定信号についても当てはまる。本発明のその他の目的及
び利点は、添付の図面を参照してなされる以下の一実施
形態の説明から明白になるであろう。

【００２７】

【発明の実施の形態】限定的な意味をもたない例として
図１に表わされている実施形態においては、全体を図中
符号１により指示された本発明による角速度測定速度
は、共通の基部２ｃ（図２を参照）により一体に接合さ
れた２本のアーム２ａ及び２ｂを有する音叉２から形成
されている変換器を具備する。

【００２８】この実施形態では、音叉２は、周知のよう
に、水晶板から切出されており、その両面は水晶の光軸
Ｚに対しほぼ垂直であり、また、そのアーム２ａ及び２
ｂの長さの方向は水晶の機械的軸Ｙとほぼ平行である。
水晶板の面と、水晶板の光軸Ｚとが成す角度及びアーム
２ａ及び２ｂの長さの方向と、水晶板の軸Ｙとが成す角
度は、周知のように、音叉２が有しているべきである特
徴によってそれぞれ確定される。

【００２９】従来の通り、音叉２はそのアーム２ａ及び
２ｂの第１の振動を発生させる励振電極を具備する。励
振電極はアーム２ａの２つの主面に互いに対向するよう
に配置された２つの電極３及び４と、同様に、同じアー
ム２ａのそれぞれの側面に互いに対抗するように配置さ
れた２つの電極５及び６とにより形成されている。導通
経路（図示せず）は電極３及び４を互いに接続すると共
に、音叉２の基部２ｃに配置された接続端子に接続する
一方で、電極５及び６を互いに接続すると共に、同様に
基部２ｃに配置された別の接続端子に接続する。それら
２つの接続端子も図示されていない。

【００３０】電極３〜６が音叉２のアーム２ａ及び２ｂ
の、主面の平面と平行な第１の方向への、実質的にその
寸法によって決まる周波数のたわみ振動を起こさせるこ
とは当業者には容易に理解されるであろう。音叉２の第
１の振動を形成するのは、それらのアーム２ａ及び２ｂ
のこのたわみ振動である。音叉２のこの第１の振動が音
叉の第２の振動を発生させることは良く知られている。
第２の振動もアーム２ａ及び２ｂのたわみ振動である
が、その方向は主面の平面に対し垂直な方向、すなわ
ち、第１の振動の方向に対し垂直な方向であり、第２の
振動の周波数は第１の振動と等しい。

【００３１】この第２の振動は、アーム２ａ及び２ｂが
先に定義した第１の振動に従って振動するとき及び音叉
２が図２に図中符号Ｓにより指示されている感度軸を中
心として回転するときにアーム２ａ及び２ｂに作用する
コリオリのカによって発生する第１の成分を含む。従っ
て、この第１の成分の振副は、感度軸Ｓを中心とする音
叉２の角速度を表わしており、この第１の成分はこの音
叉２の第２の振動の有効成分である。

【００３２】音叉２の第２の振動は第２の成分をさらに
含み、この第２の成分は水晶の機械的な特徴の異方性に
よってのみ起こり、その振幅は音叉２の角速度とは無関
係であるが、その代わりに温度の関数として変化するこ
とも良く知られている。一般に、この第２の成分を第２
の振動の寄生成分と呼ぶ。

【００３３】図１の装置１においては、音叉２は、さら
に、以下に説明する態様で励振される第３の振動に従っ
て振動する。ここでは、単に、この第３の振動も同様に
主面の平面に対し垂直である方向への音叉２のアーム２
ａ及び２ｂのたわみ振動であり、従って、先に述べた第
２の振動と同じ方向の振動である。さらに、この第３の
振動は第１の振動及び第２の振動と同じ振動数を有す
る。

【００３４】また、音叉２は、アーム２ｂの主面の一方
に互いに隣接して配置され且つこのアームの長さの約半
分を占める２つの電極７及び８と、アーム２ｂの他方の
主面に電極７及び８とそれぞれ対向するように配置され
た２つの電極９及び１０とをさらに具備する。導通経路
（図示せず）は電極７及び１０を互いに接続すると共
に、音叉２の基部２ｃに配置された接続端子に接続す
る。同様に、電極８及び９を互いに接続すると共に、基
部２ｃに配置された別の接続端子に接続する。それら２
つの接続端子も図示されていない。

【００３５】以上説明した電極７〜１０がアーム２ｂの
主面の平面に対し垂直な方向へのアーム２ｂのたわみに
応答して信号を発生するための検出電極であることは、
当業者には容易に理解されるであろう。この場合、これ
らの電極７〜１０は、先に説明した音叉２の第２の振動
と第３の振動の重ね合わせに応答して、検出信号ＳＤと
呼ばれる信号を発生するものである。

【００３６】音叉２は、同様にアーム２ｂに配置された
４つの電極１１，１２，１３及び１４をさらに具備し、
これらの電極は検出電極７，８，９及び１０の延長方向
に沿ってそれぞれ延びており、このアーム２ｂの長さの
残る半分をほぼ占めている。導通経路（図示せず）は電
極１１及び１４を互いに接続すると共に、音叉２の基部
２ｃに配置された接続端子に接続する一方で、電極１２
及び１３を互いに接続すると共に、同様に基部２ｃに配
置された別の接続端子に接続する。それら２つの接続端
子も図示されていない。これらの電極１１〜１４は、以
下にさらに詳細に説明するように、先に述べた音叉２の
第３の振動を励振しようとする。

【００３７】図１に示されている図中符号Ａ、Ｂ及びＣ
は、図２の平面Ａ−Ａに沿ったアーム２ａ及び電極３〜
６の概略切断面と、図２の平面Ｂ−Ｂに沿ったアーム２
ｂ及び電極７〜１０の概略切断面と、図２の平面Ｃ−Ｃ
に沿ったアーム２ｂ及び電極１１〜１４の概略切断面と
をそれぞれ表わす。図１は、本発明による角速度測定装
置１が、従来と同様に、音叉２の第１の振動を維持する
回路（図中符号１５により示されている）を具備するこ
とを示している。この回路の入力端子と出力端子は電極
５及び６と、電極３及び４とにそれぞれ接続している。

【００３８】この維持回路１５は当業者には良く知られ
ているいくつかの方式で実現できるので、この回路につ
いては詳細には説明しない。維持回路１５の出力端子に
より電極３及び４に印加される信号ＳＥを、音叉２の第
１の振動の励振信号と呼ぶ。この信号ＳＥが音叉２の第
１の振動と同じ周波数を有することは自明である。

【００３９】また、図１において、電極８及び９は先に
説明した検出電極の一部を形成し且つ装置１の接地点、
すなわち、この装置１に給電する電圧供給源（図示せ
ず）の端子の中の接地端子に接続していることがわか
る。この電圧源の電圧は基準電圧として任意に選択され
る。従って、先に述べた検出信号ＳＤは、他の２つの検
出電極７及び１０により供給される信号である。

【００４０】先に既に述べた通り、この信号ＳＤは音叉
２の第２の振動と第３の振動の重ね合わせに応答して発
生されるので、それらの振動と同じ周波数を有する。信
号ＳＤは、第２の振動の有効成分と、第２の振動の寄生
成分と、第３の振動とをそれぞれ表わす３つの成分をさ
らに含む。信号ＳＤのこれら３つの成分は信号ＳＤと同
じ、従って、信号ＳＥと同じ周波数を有するが、それら
の成分をアナログ方式でこの信号ＳＤの有効成分、寄生
成分及び第３の成分と呼ぶ。

【００４１】音叉２の第３の振動が第２の振動の寄生成
分と逆位相の関係にあることをさらに詳細に示す。これ
と同じことが信号ＳＤの寄生成分と第３の成分について
もいえる。以下の説明を簡単にするために、信号ＳＤの
寄生成分と第３の成分の組合わせを信号ＳＤの組合わせ
成分と呼ぶ。

【００４２】検出信号ＳＤの有効成分が第１の振動の励
振信号ＳＥに対してほぼ直角位相関係にある、すなわ
ち、この有効成分とこの信号ＳＥとの差はほぼ±９０°
に等しいことは良く知られており、この位相差のシグナ
ムは電極３〜６及び７〜１０の配置と接続によって決ま
り、所定の位置と接続に対しては、音叉２の感度軸Ｓを
中心とする音叉２の回転の方向によって決まる。さら
に、検出信号ＳＤの寄生成分が同様に電極３〜６及び７
〜１０の配置と接続に従って、励振信号ＳＥに対してほ
ぼ同じ位相又は逆位相の関係にあることも良く知られて
いる。

【００４３】この後の説明の中では、それらの電極３〜
６及び７〜１０は、信号ＳＤの寄生成分が信号ＳＥと同
じ位相になるように配置、接続されているものと想定す
る。この結果、先に定義した信号ＳＤの組合わせ成分
は、この信号ＳＤの寄生成分の振幅が信号ＳＤの第３の
成分の振幅より大きい場合は信号ＳＥと同じ位相にあ
り、逆の場合には、この信号ＳＥと逆の位相にあるとい
うことになる。回路１５により電極３及び４に印加され
る音叉の第１の振動の励振信号ＳＥは、減結合増幅器１
６の入力端子にも印加され、この減結合増幅器１６の出
力端子は、この励振信号ＳＥに比例し且つ信号ＳＥと同
じ位相にある信号ＳＥ′を供給する。

【００４４】また、検出信号ＳＤは減結合増幅器１７に
印加され、減結合増幅器１７の出力端子は、この検出信
号ＳＤに比例し且つ検出信号ＳＤと同じ位相にある信号
ＳＤ′を供給する。この信号ＳＤ′は、信号ＳＤの有効
成分と、組合わせ成分とにそれぞれ比例し且つそれら２
つの成分とそれぞれ同じ位相にある有効成分及び組合わ
せ成分を含むことは自明である。

【００４５】同様に周知の通り、信号ＳＥ′及びＳＤ′
は直角位相復調回路１８の入力端子に印加され、この回
路１８の出力端子は装置１の出力端子を形成し、音叉２
の角速度の測定信号ＳＭを供給する。回路１８は当業者
には良く知られているいくつかの方法で得られるので、
ここでは回路１８について詳細には説明しない。単に、
直角位相復調回路は、基準信号に対して直角位相の関係
にある入力信号の成分の振幅を表わす値を有する連続信
号を供給する出力端子を有する回路であり、この連続信
号のシグナムはこれら２つの信号の位相差のシグナムに
よって決まるということを述べておく。

【００４６】この例では、基準信号は信号ＳＥ′であ
り、入力信号は信号ＳＤ′であり、基準信号に対して直
角位相の関係であるこの入力信号の成分はこの信号Ｓ
Ｄ′の有効成分である。従って、回路１８により供給さ
れる信号ＳＭとそのシグナムは、信号ＳＤ′のこの有効
成分の振幅と、この有効成分と信号ＳＥ′の位相差のシ
グナムとをそれぞれ表わしている。すなわち、この信号
ＳＭは音叉２の感度軸Ｓを中心とする音叉２の角速度
と、この角速度の方向をも表わしている。

【００４７】信号ＳＥ′及びＳＤ′は位相復調回路１９
の入力端子にも印加され、この回路１９の出力端子は信
号ＳＰを供給する。この回路１９も当業者には良く知ら
れている回路であるので、ここでは回路１９についてさ
らに詳細には説明しない。ここでは、単に、位相復調回
路は、出力端子が基準信号に対して同じ位相又は、逆位
相の関係にある入力信号の成分の振幅を表わす値を有す
る連続信号を供給するような回路であり、この連続信号
は、たとえば、この成分がこの基準信号に対して同じ位
相にあるか又は逆位相の関係にあるかに従って正又は負
であるということを述べておく。この例においては、基
準信号は信号ＳＥ′であり、入力信号は信号ＳＤ′であ
り、この基準信号に対して同じ位相又は逆位相の関係に
ある入力信号の成分は信号ＳＤ′の組合わせ成分であ
る。従って、この信号ＳＰの値はこの組合わせ成分の振
幅を表わしており、そのシグナムは、組合わせ成分が信
号ＳＥ′に対して同じ位相であるか又は逆位相であるか
に従って、正又は負である。

【００４８】回路１９により発生する信号ＳＰは調整回
路２０の第１の入力端子に印加される。この調整回路２
０の第２の入力端子は接地点に接続し、出力端子は、信
号ＳＰがゼロの値を有するときは一定の値を有し、信号
ＳＰが正であるときは増加し、信号ＳＰが負であるとき
には減少する信号ＳＧを供給する。回路２０は当業者に
は良く知られているいくつかの方法で得られるので、こ
こでは回路２０についてさらに詳細には説明しない。こ
こでは、単に、そのような調整回路は、一般に、入力端
子に印加される２つの信号を比較する比較回路と、その
比較回路により発生される信号の積分回路と、所望の特
徴を提供し且つその機能の安定性を確保するためのいく
つかの素子とを具備するということを述べておく。

【００４９】装置１は増幅器２１をさらに具備し、増幅
器２１の入力端子は増幅器１６により供給される信号Ｓ
Ｅ′を受信し、出力端子は音叉２のアーム２ｂに配置さ
れた電極１１及び１４に接続している。増幅器の利得は
制御入力端子に印加される信号ＳＧの値の関数として可
変である。電極１２及び１３も音叉２のアーム２ｂに配
置され、装置１の接地点に接続している。

【００５０】増幅器２１の入力端子に印加される信号が
音叉２の第１の振動と同じ周波数を有する交番信号であ
ることは自明である。従って、電極１１及び１４に印加
される信号ＳＣも交番信号であり、その周波数も音叉２
の第１の振動の周波数と等しい。

【００５１】容易に理解できるであろうが、この信号Ｓ
Ｃは音叉２のアーム２ｂを励振し、アーム２ａをも励振
する。その結果、電極１１〜１４は、この信号が音叉２
の主面の平面に対し垂直な方向への音叉のアーム２ａ及
び２ｂのたわみ振動であるような配置となっている。

【００５２】さらに、それらの電極１１〜１４は、この
第３の振動が音叉２の第２の振動に対して逆位相となる
ように配置された増幅器２１に接続している。従って、
先に述べた音叉２の第３の振動となるのは、増幅器２１
により印加される信号ＳＣに応答して発生するこの振動
である。装置１が機能すると、維持回路１５は音叉２の
第１の振動を励振し、それにより、この音叉の第２の振
動を間接的に励振する。そこで、復調回路１８は、周知
のように、信号ＳＥ′及びＳＤ′に応答して音叉２の角
速度の測定信号ＳＭを発生する。

【００５３】次に、まず、増幅器２１の利得を制御する
信号ＳＧは、信号ＳＣの振幅を音叉２の第３の振動が音
叉の第２の振動の寄生成分の振幅と等しい振幅を有する
ようにさせる値を厳密に有すると仮定することにより、
装置１の残る部分の機能を説明する。この第３の振動
と、先に説明したように逆位相にあるこの寄生成分、信
号ＳＤの組合わせ成分及び信号ＳＤ′の組み合わせ成分
は、ゼロに等しい振幅を有する。従って、信号ＳＰはゼ
ロの値を有するので、信号ＳＧは変化せず、先に述べた
その値を維持する。

【００５４】そのため、音叉２と、電極７〜１０と、増
幅器１７と、復調器１９と、調整回路２０と、増幅器２
１と、電極１１〜１４とにより形成されるループは安定
状態にある。そこで、音叉２の第２の振動の寄生成分の
振幅が何らかの理由により、たとえば、この音叉２の温
度の変化に続いて増加した場合、ゼロであった信号ＳＤ
及びＳＤ′の組合わせ成分の振幅は少なくとも第１の瞬
間については増加する。さらに、それらの組合わせ成分
は信号ＳＥ及びＳＥ′と同じ位相ということになる。こ
の結果、ゼロであった信号ＳＰの値は正になる。従っ
て、信号ＳＧの値は、信号ＳＣの振幅、ひいては音叉２
の第３の振動の振幅の場合と同様に増加し始める。

【００５５】この第３の振動の振幅の増加によって、信
号ＳＤ及びＳＤ′の組合わせ成分の振幅は減少し、その
ため、信号ＳＰの値も減少する。信号ＳＰが正のままで
ある間は、信号ＳＧの値は増加し続け、信号ＳＣと音叉
２の第３の振動の振幅も増加し続ける。

【００５６】ところが、第３の振動の振幅が音叉２の第
２の振動の寄生成分の振幅と等しくなると、信号ＳＤ及
びＳＤ′の組合わせ成分の振幅は再びゼロになり、信号
ＳＰの値も同様である。信号ＳＧは増加を停止し、先に
規定したループは再び新たな安定状態に入ることがわか
る。

【００５７】音叉２の第２の振動の寄生成分の振幅が何
らかの理由により減少した場合、類似するプロセスが起
こることは容易にわかるであろう。そのような場合に
は、信号ＳＤ及びＳＤ′の組合わせ成分の振幅も増加す
るが、その組合わせ成分は信号ＳＥ及びＳＥ′に対して
逆位相の関係にある。従って、信号ＳＰの値は負になる
ので、信号ＳＧの値は減少し、その結果、信号ＳＣの振
幅は減少し、そのため、音叉２の第３の振動の振幅も減
少する。この第３の振動の振幅が音叉２の第２の振動の
寄生成分の振幅と等しくなったとき、先に規定したルー
プは再び安定状態に到達する。

【００５８】そこで、先に規定したループは、音叉２の
第２の振動の寄生成分の振幅や、その変動又はそのよう
な変動の原因とは無関係に、第３の振動の振幅を第２の
振動の寄生成分の振幅に従属させることがわかる。さら
に、この従属させる動作は、先に説明したプロセスが起
こることが必要である時間中を除いて、信号ＳＤ及びＳ
Ｄ′の組合わせ成分が常にゼロの振幅を有するという効
果をもつことがわかる。

【００５９】ところが、この従属ループを形成している
様々な回路の特徴、特に調整回路２０の特徴を当業者の
能力の範囲内で慎重に選択すれば、音叉２の第２の振動
の寄生成分の振幅の変化は決してごく速くはならないの
で、先に説明したプロセスの発生が必要になる時間を非
常に短くできるであろう。信号ＳＤ及びＳＤ′の組合わ
せ成分の振幅は実際には常にゼロであり、従って、これ
らの信号は実際にはその有効成分によってのみ形成され
ることがわかる。従って、これら２つの信号は実際には
音叉２の第２の振動の寄生成分の振幅及びこの寄生成分
の変動とは無関係であり、これは、周知の装置と比較し
た場合の本発明による装置の非常に重要な利点である。

【００６０】従って、本発明による測定装置によって低
い角速度を測定すべきときに、測定装置の感度を高める
のは簡単であることが容易にわかるであろう。そのよう
な場合には、実質的には信号ＳＤ′の唯一の成分である
この信号の有効成分に、それ自体が実現に際して相当の
困難を伴う直流増幅器による増幅を要求せずに測定信号
ＳＭを直接に使用することを可能にするような振幅をも
たせるのに十分な高さの利得をもつ増幅器１７を設ける
だけで十分である。

【００６１】また、本発明による装置のこれらの利点は
先の述べたフィードバックループを形成している様々な
回路の特徴のいかなる変動とも無関係であることもわか
るであろう。従って、このような装置の機能は周知の装
置の機能よりはるかに安定している。

【００６２】さらに、本発明による装置で使用する全て
の回路は良く知られており、相対的に単純である。ま
た、このような装置の変換器は製造するのが非常に簡単
であり、この装置が第１の振動の励振電極を１組しか具
備していないため、米国特許第５，３２９，８１６号に
記載されている装置と比べて、はるかに安価である。

【００６３】この点に関して、先に説明した装置１にお
いて使用される音叉２の製造は、電極８及び１２と、電
極９及び１３とを単一の部材から製造することにより、
この実施形態では、それら４つの電極が装置１の接地点
に接続しているので、さらに簡略化されうることを述べ
ておく。この簡略化によって、この実施形態においてそ
れらの電極に接続している２つの接続端子の一方を取り
除くこともできる。

【００６４】さらに、本発明の範囲から逸脱せずに、先
に説明したこの装置にいくつかの変形を適用できる。た
とえば、音叉２の第１の振動の方向がその主面の平面に
対し垂直であり且つその第２の振動及び第３の振動の方
向はそれらの平面と平行になるように、音叉２のいくつ
かの電極を配置しても良い。

【００６５】また、これら様々な電極を音叉のアーム２
ａ及び２ｂに、先に説明したのとは異なる配列で配置し
ても良い。たとえば、第１の振動の励振電極と第３の振
動の励振電極をそれらのアームの一方に配置し、第２の
振動及び第３の振動の検出電極を他方のアームに配置し
ても良い。さらに、１例として、先に説明した装置１に
おいて変換器として使用されている音叉２の代わりに、
そのような装置で使用可能な別の変換器を使用してもさ
しつかえない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 角速度測定装置の一実施形態のブロック線
図。

【図２】 図１の装置で使用しうる変換器の概略図。

【符号の説明】

２…音叉、２ａ，２ｂ…アーム、２ｃ…基部、３，４，
５，６…電極、７，８，９，１０…検出電極、１１，１
２，１３，１４…電極、１５…維持回路、１６，１７…
減結合増幅器、１８…直角位相復調回路、１９…位相変
調回路、２０…調整回路、２１…増幅器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 角速度をもって回転する圧電変換器
   （２）と；一定の周波数で第１の方向へ前記変換器
   （２）の第１の振動を起こさせる第１の励振手段（３か
   ら６、１５）と；前記第１の振動によって引き起こさ
   れ、前記一定の周波数を有し且つ前記第１の方向に対し
   垂直な第２の方向であると共に、前記角速度を表わす振
   幅を有する有効成分と、前記角速度とは無関係である振
   幅を有する寄生成分とを含む前記変換器（２）の第２の
   振動に応答して、前記角速度の測定信号（ＳＭ）を発生
   する測定手段（７から１０，１６から１８）とを具備す
   る角速度測定装置において、 前記一定の周波数で前記第２の方向へ、前記第２の振動
   の前記寄生成分に対して逆の位相関係をもって前記変換
   器（２）の第３の振動を起こさせる第２の励振手段（１
   １から１４，２１）と；前記第３の振動の振幅を前記第
   ２の振動の前記寄生成分の振幅に従属させる従属手段
   （１９，２０）とを具備することを特徴とする角速度測
   定装置。
2. 【請求項２】 前記第１の励振手段（３から６，１５）
   は、前記変換器（２）に配置された第１の励振電極（３
   から６）と、前記第１の励振電極に結合し、第１の励振
   信号（ＳＥ）を供給する維持回路（１５）とを有し；前
   記測定手段（７から１０，１６から１８）は、前記変換
   器（２）に配置され、前記第２の振動及び前記第３の振
   動に応答して、前記第２の振動の前記有効成分を表わす
   有効成分と、前記第３の振動と前記第２の振動の前記寄
   生成分との組合わせを表わす組合わせ成分とを有する検
   出信号（ＳＤ）を発生する検出電極（７から１０）と、
   前記検出信号（ＳＤ）の前記有効成分及び前記励振信号
   （ＳＥ）に応答して、前記測定信号（ＳＭ）を発生する
   手段（１６から１８）とを有し；前記第２の励振手段
   （１１から１４，２１）は、第２の励振電極（１１から
   １４）と、前記第１の励振信号（ＳＥ）及び制御信号
   （ＳＧ）に応答して、前記第２の励振電極（１１から１
   ４）に第２の励振信号（ＳＣ）を供給する可変利得増幅
   器回路（２１）とを有し；前記従属手段（１９，２０）
   は、前記第１の励振信号（ＳＥ）及び前記検出信号（Ｓ
   Ｄ）に応答して、前記検出信号（ＳＤ）の前記組合わせ
   成分の測定信号（ＳＰ）を発生する手段（１９）と、前
   記組合わせ成分の前記測定信号（ＳＰ）に応答して、前
   記第３の振動が前記第２の振動の前記寄生成分の振幅と
   等しい振幅を有し、且つ前記組合わせ成分の前記測定信
   号（ＳＰ）はゼロに等しい値を有する値をもつ前記制御
   信号（ＳＧ）を発生する調整手段（２０）とを有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の角速度測定装置。
3. 【請求項３】 前記変換器は、基部（２ｃ）により一体
   に結合された第１のアーム及び第２のアーム（２ａ，２
   ｂ）を有する水晶音叉（２）によって形成され、前記音
   叉（２）の主面は前記水晶の光軸に対しほぼ垂直であり
   且つ前記アーム（２ａ，２ｂ）の長さはほぼ前記水晶の
   機械的軸の方向に延びていて；前記第１の励振電極（３
   から６）は、前記第１のアーム（２ａ）の前記主面の各
   々に互いに対向するように配置され且つ互いに電気的に
   接続する２つの電極（３，４）と、前記第１のアーム
   （２ａ）の各々の側面に互いに対向するように配置され
   且つ互いに電気的に接続する２つの電極（５，６）とを
   含み；前記検出電極（７から１０）は、前記第２のアー
   ム（２ｂ）の主面の一方に互いに隣接して配置され且つ
   ほぼ前記第２のアーム（２ｂ）の長さの半分に沿って延
   びる第１の電極及び第２の電極（７，８）と、前記第２
   のアーム（２ｂ）の他方の主面に前記第１の電極及び第
   ２の電極（７，８）とそれぞれ対向するように配置され
   た第３の電極及び第４の電極（９，１０）とを含み、前
   記第１の電極及び第４の電極（７，１０）は互いに電気
   的に接続し且つ前記第２の電極及び第３の電極（８，
   ９）は互いに電気的に接続し；前記第２の励振電極（１
   １から１４）は、前記第１の電極（７）、前記第２の電
   極（８）、前記第３の電極（９）及び前記第４の電極
   （１０）にそれぞれ配置され且つ前記第２のアーム（２
   ｂ）の前記長さの残る半分にほぼ沿って延びる第５の電
   極（１１）、第６の電極（１２）、第７の電極（１３）
   及び第８の電極（１４）を含み、前記第５の電極及び第
   ８の電極（１１，１４）は互いに電気的に接続し、且つ
   前記第６の電極及び第７の電極（２，１３）は互いに電
   気的に接続していることを特徴とする請求項２記載の角
   速度測定装置。