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JPH10170277A - Detection circuit of piezoelectric oscillation angular velocity meter - Google Patents

Detection circuit of piezoelectric oscillation angular velocity meter

Info

Publication number
JPH10170277A
JPH10170277A JP8335255A JP33525596A JPH10170277A JP H10170277 A JPH10170277 A JP H10170277A JP 8335255 A JP8335255 A JP 8335255A JP 33525596 A JP33525596 A JP 33525596A JP H10170277 A JPH10170277 A JP H10170277A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
detection
output
piezoelectric body
electrodes
Prior art date
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Pending
Application number
JP8335255A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitaka Sango
貴敬 三五
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP8335255A priority Critical patent/JPH10170277A/en
Publication of JPH10170277A publication Critical patent/JPH10170277A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect rotational angular velocity, by forming plural electrodes on two vertically facing surfaces of sides which expand in the direction of the center of rotation. SOLUTION: A piezoelectric material 10-1 for driving has an earth electrode 14 on its upper side and an excitation electrode 11 entirely on its lower side, and a piezoelectric material 10-2 for detection has an earth electrode 14 lower a feedback electrode 12 and detection electrodes 13L, 13R on its upper side. The detection electrodes 13L, 13R are bilaterally symmetric in relation to a rotation axis 1 and expand along the rotation axis 1, and the feedback electrode 12 is in the intermediate area between two detection electrodes 13L, 13R and expands in parallel with them. A cross section vertical to the rotation axis 1 of the oscillator 10 is almost square to make mechanical resonance frequency (fc) in the excitation direction (v direction) equal to that in the direction that Coriolis force occurs.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は回転角速度を検出す
る圧電振動角速度計の検出回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a detection circuit of a piezoelectric vibration gyro for detecting a rotational angular velocity.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4に、従来より実施されている圧電振
動角速度計の検出回路の構成図を示す。この検出回路4
は例えば直方体状の圧電体より構成される振動子100
の検出用電極103からの出力信号を測定するために用
いられる。
2. Description of the Related Art FIG. 4 shows a block diagram of a detection circuit of a conventional piezoelectric vibrating gyro. This detection circuit 4
Is a vibrator 100 composed of, for example, a rectangular parallelepiped piezoelectric body.
Is used to measure the output signal from the detection electrode 103 of FIG.

【0003】この振動子100は回転中心1の方向に伸
びる駆動用の圧電体100−1と、検出用の圧電体10
0−2と、前記二つの圧電体100−1,100−2の
間に形成されたアース電極104と、駆動用圧電体10
0−1の外部下側面に形成された励振用電極101と、
検出用圧電体100−2の外部上側面に回転中心1の方
向に左右2つに分割されて形成された検出用電極103
L,103Rと、この二つの検出用電極間の中央を前記
二つの検出用電極と平行に伸びて形成された帰還用電極
102とから構成されている。
The vibrator 100 includes a driving piezoelectric body 100-1 extending in the direction of the rotation center 1 and a detecting piezoelectric body 10-1.
0-2, a ground electrode 104 formed between the two piezoelectric bodies 100-1 and 100-2, and a driving piezoelectric body 10
An excitation electrode 101 formed on the outer lower surface of 0-1;
A detection electrode 103 formed on the outer upper surface of the detection piezoelectric body 100-2 by being divided into two right and left parts in the direction of the rotation center 1.
L, 103R, and a feedback electrode 102 formed at the center between the two detection electrodes so as to extend in parallel with the two detection electrodes.

【0004】駆動用圧電体100−1の外部下側面に形
成された励振用電極101と、検出用圧電体100−2
の外部上側面に形成された帰還用電極102との間には
振動子100を励振駆動するための自励振駆動回路30
0が接続され、また検出用圧電体100−2の外部上側
面に形成された2つの検出用電極103L、103Rは
それぞれ差動回路200の反転(−)入力端子、非反転
(+)入力端子に接続され、差動回路200によって2
つの検出用電極103L、103Rからの出力差が検出
されるように構成されている。
An excitation electrode 101 formed on the lower surface of the outside of the driving piezoelectric element 100-1 and a detecting piezoelectric element 100-2
A self-excited drive circuit 30 for exciting and driving the vibrator 100 between the feedback electrode 102 formed on the outer upper surface of
0 is connected, and the two detection electrodes 103L and 103R formed on the outer upper surface of the detection piezoelectric body 100-2 are an inverting (-) input terminal and a non-inverting (+) input terminal of the differential circuit 200, respectively. And the differential circuit 200
The configuration is such that an output difference between the two detection electrodes 103L and 103R is detected.

【0005】差動回路200の出力は同期検波回路40
0に入力されて検波される。差動回路200の出力は振
動子の無回転時には原理的に0であるが、振動子100
の回転時においては同相分の励振信号が相殺されて、逆
相分の交流コリオリ信号のみとなる。検波はこのコリオ
リ信号位相に同期して行なうことができるように、同期
スイッチング信号が位相調整回路500から同期検波回
路400に入力されている。位相調整回路500は自励
振駆動回路300に接続されており、励振信号の位相を
およそ90度ずらしてコリオリ信号位相と同位相のスイ
ッチング信号を生成するための回路である。同期検波回
路400の出力は平滑回路600に入力され、リップル
の少ない直流信号に変換される。
The output of the differential circuit 200 is a synchronous detection circuit 40
It is input to 0 and detected. The output of the differential circuit 200 is 0 in principle when the vibrator is not rotating.
During the rotation of, the excitation signal for the same phase is canceled out, and only the AC Coriolis signal for the opposite phase is obtained. The synchronous switching signal is input from the phase adjustment circuit 500 to the synchronous detection circuit 400 so that the detection can be performed in synchronization with the Coriolis signal phase. The phase adjustment circuit 500 is connected to the self-excitation drive circuit 300, and is a circuit for shifting the phase of the excitation signal by approximately 90 degrees to generate a switching signal having the same phase as the Coriolis signal phase. The output of the synchronous detection circuit 400 is input to the smoothing circuit 600 and is converted into a DC signal with little ripple.

【0006】このような従来の検出回路4は無回転時に
は以下のように動作する。自励振駆動回路300により
駆動用圧電体100−1の機械的な共振周波数の交流電
圧(励振信号)を励振用電極101に印加することで、
振動子100は励振方向(振動子100の上下方向、図
4内においてvで示される方向)に励振(屈曲)させら
れる。この振動に伴った機械的な共振周波数の信号が、
検出用圧電体100−2の外部上側面に形成された検出
用電極103R、103Lから検出されるが、このとき
の検出信号は検出用電極103R,103Lにおいて、
振幅、位相ともに同一であり原理的に差動回路200の
出力は0となる。従って、同期検波回路400の出力も
0となり、平滑回路600の出力も0となっている。
[0006] Such a conventional detection circuit 4 operates as follows during non-rotation. By applying an AC voltage (excitation signal) having a mechanical resonance frequency of the driving piezoelectric body 100-1 to the excitation electrode 101 by the self-excitation drive circuit 300,
The vibrator 100 is excited (bent) in an exciting direction (vertical direction of the oscillator 100, a direction indicated by v in FIG. 4). The signal of the mechanical resonance frequency accompanying this vibration,
Detection is performed from detection electrodes 103R and 103L formed on the outer upper surface of the detection piezoelectric body 100-2, and a detection signal at this time is detected by the detection electrodes 103R and 103L.
The amplitude and the phase are the same, and the output of the differential circuit 200 is 0 in principle. Therefore, the output of the synchronous detection circuit 400 is also 0, and the output of the smoothing circuit 600 is also 0.

【0007】振動子100が回転中心1を中心に回転す
ると、振動子100の励振方向v及び振動子100の回
転中心1とは直角の方向(図1の図面上における左右方
向)にコリオリの力Fcが加わり、振動子100は無回
転時の励振方向から左右の方向に少しずれて振動するこ
とになる。このずれた分が二つの検出用電極103R、
103Lからコリオリ信号として検出される。
When the vibrator 100 rotates about the center of rotation 1, the Coriolis force is applied in a direction perpendicular to the excitation direction v of the vibrator 100 and the center of rotation 1 of the vibrator 100 (the left-right direction in the drawing of FIG. 1). With the addition of Fc, the vibrator 100 vibrates with a slight shift in the left and right directions from the excitation direction during non-rotation. The difference is the two detection electrodes 103R,
103L is detected as a Coriolis signal.

【0008】ところで、回転中心1に対して二つの検出
用電極103L,103Rは左右対称であり、一方の電
極側が伸びるときには他方の電極側が縮小し圧電横効果
により互いに相反する分極電荷が検出用電極103L、
103Rに誘起される。従って、左右二つの検出用電極
103L、103Rから検出されるコリオリ信号は振幅
が同一で互いに逆位相の機械的な共振周波数での交流信
号となる。
By the way, the two detection electrodes 103L and 103R are symmetrical with respect to the center of rotation 1. When one of the electrodes is extended, the other electrode is reduced, and polarization charges opposite to each other due to the piezoelectric transverse effect are generated. 103L,
Induced to 103R. Accordingly, the Coriolis signals detected from the two left and right detection electrodes 103L and 103R are AC signals having the same amplitude and opposite mechanical resonance frequencies.

【0009】また、原理的には励振信号に対して二つの
検出用電極103L、103Rからのコリオリ信号は一
方は90度進み位相で、他方は90度遅れ位相である。
よって、回転の角速度Ωが一定の場合には差動回路20
0の出力にはコリオリ信号が励振信号に対して90度の
位相差をもって、回転角速度に比例した振幅値で出力さ
れる。この出力を平滑回路600で平滑し測定すること
によって、回転角速度Ωを検出することができる。
In principle, one of the Coriolis signals from the two detection electrodes 103L and 103R has a 90-degree leading phase and the other has a 90-degree lagging phase with respect to the excitation signal.
Therefore, when the angular speed Ω of rotation is constant, the differential circuit 20
At the output of 0, the Coriolis signal is output with an amplitude value proportional to the rotational angular velocity with a phase difference of 90 degrees with respect to the excitation signal. By smoothing and measuring this output with the smoothing circuit 600, the rotational angular velocity Ω can be detected.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の圧電
振動角速度計の検出回路4は、外部環境や振動子100
を形成する圧電体の経時変化等によって無回転時におい
て差動回路200の出力が0とならず、誤差信号が生じ
てしまった場合であっても、コリオリ信号はこのような
誤差信号に対しておよそ90度の位相差をもって出力さ
れているので、このコリオリ信号の位相に同期して検波
することにより差動回路出力後の誤差信号は正の部分と
負の部分が常に対称になるように整流することができ
る。従って、この誤差信号は平滑回路600によって相
殺されることになり、正確な回転角速度測定への影響を
軽減できるという利点を有するものであった。
The detection circuit 4 of such a conventional piezoelectric vibrating gyro uses an external environment or the vibrator 100.
Even when the output of the differential circuit 200 does not become 0 during non-rotation due to a change with time of the piezoelectric body forming the element and an error signal is generated, the Coriolis signal is Since the error signal is output with a phase difference of about 90 degrees, the error signal after differential circuit output is detected by synchronizing with the phase of the Coriolis signal so that the positive and negative parts are always symmetrical. can do. Therefore, this error signal is canceled by the smoothing circuit 600, and has an advantage that the influence on the accurate measurement of the rotational angular velocity can be reduced.

【0011】しかしながら、振動子100を形成する圧
電体の個体間の特性のばらつき、経時変化及び外部環境
の変化に伴う静電容量の変化等により検出電極103
R、103Lから発生する帰還された励振信号の振幅及
び位相が現実には必ずしも同一とはならないため、無回
転時における両者の誤差信号がコリオリ信号位相と正確
には90度の位相差を持たないこともあり、同期検波回
路400及び平滑回路600を通過しても誤差信号が完
全には相殺されない場合が生じうる。そのため、より正
確な回転角速度Ωの測定ができないことがあった。
However, the detection electrode 103 is not used due to variations in the characteristics of the piezoelectric bodies forming the vibrator 100 among individual members, changes in capacitance with time, changes in the external environment, and the like.
Since the amplitude and phase of the feedback excitation signal generated from the R and 103L are not always the same in reality, the error signal between the two at the time of non-rotation does not exactly have a phase difference of 90 degrees from the Coriolis signal phase. In some cases, the error signal may not be completely canceled even after passing through the synchronous detection circuit 400 and the smoothing circuit 600. Therefore, more accurate measurement of the rotational angular velocity Ω may not be performed.

【0012】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、振動子個体間の特性のばらつきや外部環
境変化等の影響を受けにくく、より正確な回転角速度の
検出が可能な圧電振動角速度計の検出回路を提供すると
ともに、量産が可能で安価に提供でき、しかも小型の振
動子を用いた圧電振動角速度計に適した検出回路を提供
することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is less susceptible to variations in characteristics among individual vibrators and changes in the external environment, and is capable of detecting a rotational angular velocity more accurately. It is an object of the present invention to provide a detection circuit for a vibration angular velocity meter, and to provide a detection circuit suitable for a piezoelectric vibration angular velocity meter that can be mass-produced and can be provided at low cost and that uses a small vibrator.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に使用される圧電振動角速度計用の振動子
は回転中心方向に長尺状に伸びた圧電体と、この圧電体
の回転中心方向に伸びた側面上に形成された複数の電極
とを有して構成される。特に圧電体が直方体状であり、
前記複数の電極が回転中心方向に伸びた側面のうち上下
方向に相対する2側面上に形成されている振動子である
ことが望ましい。また、振動子の励振を確実とするため
圧電体内部において前記上下方向に相対する2側面と平
行にアース電極面を形成し、圧電体を前記上下方向に2
つに分割しそれぞれ駆動用圧電体、検出用圧電体として
構成することが最適である。
In order to achieve the above object, a vibrator for a piezoelectric vibrating gyro used in the present invention comprises a piezoelectric body elongated in the direction of the center of rotation, And a plurality of electrodes formed on side surfaces extending in the direction of the center of rotation. In particular, the piezoelectric body has a rectangular parallelepiped shape,
It is preferable that the plurality of electrodes are vibrators formed on two vertically opposed sides of the side extended in the direction of the rotation center. Further, in order to ensure the excitation of the vibrator, a ground electrode surface is formed inside the piezoelectric body in parallel with the two vertically opposed side surfaces, and the piezoelectric body is moved in the vertical direction by two.
It is optimal to divide the two into a driving piezoelectric body and a detecting piezoelectric body.

【0014】本発明に係る圧電振動角速度計の角速度検
出回路は上記振動子に形成された複数の電極のうち少な
くとも二つの電極間に接続され、励振信号に同期して振
動子を励振駆動させる自励振駆動回路と、複数の電極の
うちいずれか一の電極に接続され、その電極からの検出
出力に追従して同一位相の矩形波を生成するPLL回路
と、この矩形波と同一位相でかつ基本周波数の正弦波を
抽出するバンドパスフィルタ回路と、このバンドパスフ
ィルタ回路から前記基本周波数の正弦波を検出出力と同
一振幅の再生正弦波に補整する振幅調整回路と、前記検
出出力と再生正弦波との出力差を検出する差動回路と、
前記矩形波と90度位相の異なるスイッチング信号を生
成する位相調整回路と、差動回路の出力をスイッチング
信号に同期して検波する同期検波回路と、同期検波回路
の出力を平滑化する平滑回路とから構成されている。
The angular velocity detecting circuit of the piezoelectric vibrating gyro according to the present invention is connected between at least two of a plurality of electrodes formed on the vibrator, and drives the vibrator to drive in synchronization with an excitation signal. An excitation drive circuit, a PLL circuit connected to any one of the plurality of electrodes, and generating a rectangular wave having the same phase by following a detection output from the electrode; A band-pass filter circuit for extracting a sine wave of a frequency; an amplitude adjustment circuit for adjusting the sine wave of the fundamental frequency from the band-pass filter circuit to a reproduced sine wave having the same amplitude as a detection output; A differential circuit for detecting the output difference between
A phase adjustment circuit that generates a switching signal having a phase different from the rectangular wave by 90 degrees, a synchronous detection circuit that detects the output of the differential circuit in synchronization with the switching signal, and a smoothing circuit that smoothes the output of the synchronous detection circuit. It is composed of

【0015】このように構成された圧電振動角速度計の
検出回路では、従来のように二つの検出用電極からの出
力を同時に差動回路に入力し、同一位相の励振信号分を
相殺して90度位相の相違するコリオリ力成分のみを抽
出するのではなく、一の検出用電極からの検出出力とこ
の検出出力より再生される励振信号と同一位相の正弦波
とをPLL回路の追従遅れを利用しながら差動回路で比
較し、その差をとることによってコリオリ信号を検出す
る。すなわち、一の検出用電極からの出力のみを使用し
てコリオリ信号を抽出するため、圧電体の個体間のばら
つき、経時変化及び外部環境の変化に伴う静電容量の変
化等が生じても無回転時の誤差信号が差動回路より出力
されることが少なく、より正確な角速度の検出が可能と
なる。
In the detection circuit of the piezoelectric vibrating gyro configured as described above, the outputs from the two detection electrodes are simultaneously input to the differential circuit and the same phase of the excitation signal component is canceled out, as in the prior art. Rather than extracting only the Coriolis force components having different phase, the detection output from one detection electrode and a sine wave having the same phase as the excitation signal reproduced from the detection output are used by using the tracking delay of the PLL circuit. Then, the signals are compared by a differential circuit, and the Coriolis signal is detected by taking the difference. In other words, since the Coriolis signal is extracted using only the output from one detection electrode, there is no variation in the capacitance between individual piezoelectric materials, aging, and changes in the external environment due to changes in the external environment. An error signal during rotation is less likely to be output from the differential circuit, and more accurate angular velocity detection is possible.

【0016】また、コリオリ信号は励振信号と明確に9
0度の位相差をもっており、同期検波回路においてはこ
のコリオリ信号と同位相のスイッチング信号に同期して
検波を行うことから差動回路出力のコリオリ信号が10
0%検波されることになる。たとえ励振信号の位相が変
化してもコリオリ信号はこの位相変化した励振信号に対
しても必ず90度の位相差をもって出力されるので、検
波の効率を常に100%とすることができる。
The Coriolis signal is clearly 9
It has a phase difference of 0 degrees, and the synchronous detection circuit performs detection in synchronization with the switching signal having the same phase as this Coriolis signal.
0% will be detected. Even if the phase of the excitation signal changes, the Coriolis signal is always output with a phase difference of 90 degrees with respect to the phase-changed excitation signal, so that the detection efficiency can always be 100%.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下図面を用いて本発明の実施の
形態を説明する。図1は本発明の実施例に使用する振動
子の基本構成を示すものである。圧電材料からなる振動
子10は全体として直方体状をしており、回転中心1の
方向に長尺状に形成されている。振動子10は励振方向
(図面上、vの方向)に対して圧電材料の2層積層構造
とされ、上下の圧電体10−1,10−2の結合面には
結合面全体に広がるアース電極14が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a basic configuration of a vibrator used in an embodiment of the present invention. The vibrator 10 made of a piezoelectric material has a rectangular parallelepiped shape as a whole, and is formed in a long shape in the direction of the rotation center 1. The vibrator 10 has a two-layer laminated structure of a piezoelectric material with respect to an excitation direction (the direction of v in the drawing), and a ground electrode extending over the entire coupling surface between the upper and lower piezoelectric bodies 10-1 and 10-2. 14 are formed.

【0018】駆動用となる圧電体10−1にはアース電
極14と相対する外部側面に励振用電極11が側面全面
に形成されており、検出用となる圧電体10−2にはア
ース電極14と相対する外部側面に帰還用電極12と検
出用電極13L、13Rが形成されている。検出用電極
13L、13Rは回転中心1に対して左右対称にかつ回
転中心1の方向に伸びて形成されており、帰還用電極1
2は二つの検出用電極13R、13Lの中央をこれと平
行に延びて形成されている。なお、振動子10の回転中
心1に垂直な断面は励振方向(v方向)とコリオリ力の
生じる方向の機械的な共振周波数foを一致させるため
にほぼ正方形に形成されている。
An excitation electrode 11 is formed on the entire outer side surface of the piezoelectric body 10-1 for driving, which is opposite to the ground electrode 14, and a ground electrode 14 is formed on the piezoelectric body 10-2 for detection. A return electrode 12 and detection electrodes 13L and 13R are formed on an external side surface opposite to the above. The detection electrodes 13L and 13R are formed symmetrically with respect to the rotation center 1 and extend in the direction of the rotation center 1.
Reference numeral 2 is formed so as to extend in the center of the two detection electrodes 13R and 13L in parallel with the two electrodes. The cross section perpendicular to the rotation center 1 of the vibrator 10 is formed in a substantially square shape in order to match the mechanical resonance frequency fo in the direction of excitation (v direction) with the direction in which Coriolis force is generated.

【0019】図2は以上説明した振動子10を使用した
本発明に係る圧電振動角速度計の検出回路2の構成図で
ある。帰還用電極12に自励振駆動回路30の入力端が
接続され、励振用電極11に自励振駆動回路30の出力
端が接続されている。この自励振駆動回路30は振動子
10を励振し、機械的振動を与えるための交流電圧を供
給する回路であり、ゲインをかけるための増幅器と不要
なスプリアス発振を防止するためのループフィルタ(共
に図示せず)を有して構成されている。
FIG. 2 is a configuration diagram of the detection circuit 2 of the piezoelectric vibration gyro according to the present invention using the vibrator 10 described above. The input terminal of the self-excitation drive circuit 30 is connected to the feedback electrode 12, and the output terminal of the self-excitation drive circuit 30 is connected to the excitation electrode 11. The self-excited drive circuit 30 is a circuit that excites the vibrator 10 and supplies an AC voltage for applying mechanical vibration. The self-excited drive circuit 30 includes an amplifier for applying a gain and a loop filter for preventing unnecessary spurious oscillation (both are used). (Not shown).

【0020】この自励振駆動回路30は電源の投入によ
り発振条件を満足して、振動子10の機械的な共振周波
数fo付近の交流電圧を発生させるが、帰還用電極12
から正弦波出力を帰還させることにより基本モード以外
の不要な振動モードが前記のループフィルタにより除去
され振動子10を機械的な共振周波数付近の基本モード
で励振駆動できるように構成されている。さらに回転中
心1に垂直な断面をほぼ正方形としてコリオリ力の作用
する左右方向(図1のFc方向)の共振周波数と励振方
向vの共振周波数の整合がとられているため、コリオリ
力による振動も共振状態とすることができ、コリオリ検
出感度の向上が図られている。
The self-excited drive circuit 30 generates an AC voltage near the mechanical resonance frequency fo of the vibrator 10 by satisfying the oscillation condition when the power is turned on.
By feeding back a sine wave output from, unnecessary vibration modes other than the fundamental mode are removed by the loop filter, and the vibrator 10 can be excited and driven in the fundamental mode near the mechanical resonance frequency. Furthermore, since the resonance frequency in the left-right direction (the Fc direction in FIG. 1) on which the Coriolis force acts and the resonance frequency in the excitation direction v are matched with each other by setting the cross section perpendicular to the rotation center 1 to be substantially square, the vibration due to the Coriolis force is also reduced. A resonance state can be achieved, and Coriolis detection sensitivity is improved.

【0021】二つの検出用電極13L、13Rのうち一
方の検出用電極(図2では13Rを使用している)が差
動回路20のいずれか一方の入力端子(図2では反転入
力端子)とPLL回路21の入力端子に接続される。二
つの検出用電極13L、13Rは、それぞれの電極から
検出されるコリオリ信号の位相が反対になるだけであ
り、原理的にどちらでもほぼ同一の信号が検出される。
従って、どちらを使用してもよく、どちらを使用するか
は自由である。
One of the two detection electrodes 13L and 13R (13R is used in FIG. 2) is connected to one of the input terminals (inverted input terminal in FIG. 2) of the differential circuit 20. Connected to the input terminal of PLL circuit 21. In the two detection electrodes 13L and 13R, the phases of the Coriolis signals detected from the respective electrodes are only opposite, and in principle, substantially the same signal is detected in either case.
Therefore, either of them may be used, and which one is used is free.

【0022】PLL回路21には一の検出用電極13R
からの検出出力が入力されるが、この検出出力は振動子
10を構成する圧電体自体の濾過作用により励振信号が
たとえ矩形波、三角波等であっても正弦波になる(図3
(a)(1))。従って振動子10の無回転時には励振信号
と同位相の正弦波(以後、これを帰還正弦波と呼ぶ)と
なっており、回転中心1の廻りに回転が加わったときに
はコリオリ力のために振幅及び位相のずれた同一周波数
の正弦波となる(図3(b)(1))。PLL回路21は振
動子10の無回転時においてはこの励振信号と同位相の
帰還正弦波に追従し、これと同位相の矩形波を出力して
いる(図3(a)(2))。そして、振動子10が回転し入
力正弦波信号に位相変化が生じたときにはその入力正弦
波との位相差が0になるように常に出力を制御してい
る。
The PLL circuit 21 has one detection electrode 13R.
The detection output is a sine wave even if the excitation signal is a rectangular wave, a triangular wave, or the like due to the filtering action of the piezoelectric body constituting the vibrator 10 (FIG. 3).
(a) (1)). Accordingly, when the vibrator 10 is not rotating, it has a sine wave having the same phase as the excitation signal (hereinafter referred to as a feedback sine wave). When the rotation is applied around the rotation center 1, the amplitude and the amplitude are increased due to the Coriolis force. The sine waves have the same frequency and are out of phase (FIG. 3 (b) (1)). When the vibrator 10 is not rotating, the PLL circuit 21 follows a feedback sine wave having the same phase as the excitation signal and outputs a rectangular wave having the same phase as the excitation signal (FIGS. 3A and 2B). When the vibrator 10 rotates and a phase change occurs in the input sine wave signal, the output is always controlled so that the phase difference from the input sine wave becomes zero.

【0023】PLL回路21の出力はバンドパスフィル
タ回路22に接続されている。バンドパスフィルタ回路
22はPLL回路21の矩形波出力から高調波の成分を
除去し基本周波数成分のみを抽出することにより検出用
電極13Rからの励振信号出力と同位相の正弦波を出力
する。この出力は振幅調整回路(以下、AGC回路とい
う)23に入力される。
The output of the PLL circuit 21 is connected to a band pass filter circuit 22. The bandpass filter circuit 22 outputs a sine wave having the same phase as the excitation signal output from the detection electrode 13R by removing harmonic components from the rectangular wave output of the PLL circuit 21 and extracting only the fundamental frequency component. This output is input to an amplitude adjustment circuit (hereinafter, referred to as an AGC circuit) 23.

【0024】AGC回路23は前記検出用電極13Rか
らの検出出力の振幅とバンドパスフィルタ回路22の出
力正弦波の振幅を同一にするための回路である。このた
めAGC回路23には検出用電極13Rから直接振幅モ
ニタ信号として検出出力(無回転時には帰還正弦波)が
入力されており、この検出出力の振幅と同一振幅の正弦
波が生成される。特に振動子10が無回転時における帰
還正弦波と同一の正弦波を仮に再生正弦波と呼ぶ(図3
(a)(3))。この再生正弦波は前記検出用電極13Rか
らの出力が入力されている差動回路20の反転(−)入
力端子と異なる他の非反転(+)入力端子に入力され
る。
The AGC circuit 23 is a circuit for making the amplitude of the detection output from the detection electrode 13R equal to the amplitude of the sine wave output from the bandpass filter circuit 22. Therefore, a detection output (a feedback sine wave when the motor is not rotating) is directly input from the detection electrode 13R to the AGC circuit 23 as an amplitude monitor signal, and a sine wave having the same amplitude as the amplitude of the detection output is generated. In particular, the same sine wave as the feedback sine wave when the vibrator 10 is not rotating is temporarily referred to as a reproduced sine wave (FIG. 3).
(a) (3)). This reproduced sine wave is input to another non-inverting (+) input terminal different from the inverting (-) input terminal of the differential circuit 20 to which the output from the detection electrode 13R is input.

【0025】差動回路20は検出用電極13Rの出力と
再生正弦波の出力差を検出する。振動子10が無回転の
ときは検出用電極13Rの出力は帰還正弦波であり、こ
れは再生正弦波と位相振幅とも同一であるため、通常、
差動回路20の出力は0となっている(図3(a)(4))
が振動子10が回転するとコリオリ力が発生し交流コリ
オリ信号が生じる。差動回路20の出力は同期検波回路
40に入力されて検波される。検波は差動回路20の出
力信号である交流コリオリ信号位相に同期して行われる
が、この同期信号として位相調整回路50からスイッチ
ング信号が同期検波回路40に入力されている。
The differential circuit 20 detects a difference between the output of the detection electrode 13R and the output of the reproduced sine wave. When the vibrator 10 is not rotating, the output of the detection electrode 13R is a feedback sine wave, which is the same as the reproduced sine wave and the phase amplitude.
The output of the differential circuit 20 is 0 (FIGS. 3A and 4D).
When the vibrator 10 rotates, Coriolis force is generated and an AC Coriolis signal is generated. The output of the differential circuit 20 is input to the synchronous detection circuit 40 and detected. The detection is performed in synchronization with the phase of the AC Coriolis signal, which is the output signal of the differential circuit 20, and a switching signal from the phase adjustment circuit 50 is input to the synchronous detection circuit 40 as the synchronization signal.

【0026】位相調整回路50はPLL回路21の矩形
波出力の位相をほぼ90度ずらし、振動子の回転時に検
出される交流コリオリ信号位相に一致したスイッチング
信号(図3(a)(5))を生成するための回路である。そ
して、この同期検波回路40により検波された出力を平
滑回路60に入力することにより、差動回路20の交流
出力をリップルの少ない直流出力に変換し、振動子10
の回転角速度Ωに比例したアナログ出力を得る。
The phase adjusting circuit 50 shifts the phase of the rectangular wave output of the PLL circuit 21 by approximately 90 degrees, and the switching signal matches the phase of the AC Coriolis signal detected when the oscillator rotates (FIGS. 3A and 5). Is a circuit for generating. Then, by inputting the output detected by the synchronous detection circuit 40 to the smoothing circuit 60, the AC output of the differential circuit 20 is converted into a DC output with little ripple, and
To obtain an analog output proportional to the rotational angular velocity Ω.

【0027】以上のように構成された圧電振動角速度計
の検出回路2の動作を図面を参照しながら説明する。振
動子10に回転が加わっていない場合において自励振駆
動回路30から振動子10に励振信号として正弦波交流
電圧が印加されたとき、自励振用電極11とアース電極
14との間に交番電界がかかり、両電極に挟まれた駆動
用圧電体10−1は圧電逆効果により回転中心1の方向
に伸縮する。一方、検出用圧電体10−2には直接この
励振信号がかからず、この伸縮運動を抑制するように働
くため振動子10は全体として印加電圧の方向(v方
向)に屈曲振動を行うことになる。
The operation of the detection circuit 2 of the piezoelectric vibrating gyro configured as described above will be described with reference to the drawings. When a sine wave AC voltage is applied as an excitation signal from the self-excited drive circuit 30 to the oscillator 10 when the oscillator 10 is not rotated, an alternating electric field is generated between the self-excited electrode 11 and the ground electrode 14. As a result, the driving piezoelectric body 10-1 sandwiched between the two electrodes expands and contracts in the direction of the rotation center 1 due to the inverse piezoelectric effect. On the other hand, the excitation signal is not directly applied to the detecting piezoelectric body 10-2, and the vibrator 10 performs bending vibration in the direction of the applied voltage (v direction) as a whole in order to suppress the expansion and contraction movement. become.

【0028】仮に自励振用電極11が正の電圧になり、
駆動用圧電体10−1が縮動して振動子10が検出用電
極13側に凸に屈曲した場合、検出用圧電体10−2が
伸長し、帰還用電極12及び検出用電極13からは圧電
横効果による負の電圧が検出されることになる。検出用
圧電体10−2は屈曲運動により全体が伸縮しているの
で帰還用電極12及び検出用電極13からは機械的振動
と同一周波数の帰還正弦波が検出され、しかもこれら電
圧は原理的に励振信号の正弦波交流電圧と同相同電圧で
ある。
If the self-excited electrode 11 becomes a positive voltage,
When the driving piezoelectric body 10-1 contracts and the vibrator 10 bends to the detection electrode 13 side, the detection piezoelectric body 10-2 expands, and the feedback electrode 12 and the detection electrode 13 A negative voltage due to the lateral piezoelectric effect will be detected. Since the entirety of the detection piezoelectric body 10-2 expands and contracts due to the bending motion, a feedback sine wave having the same frequency as the mechanical vibration is detected from the feedback electrode 12 and the detection electrode 13, and these voltages are in principle It is the same homologous voltage as the sine wave AC voltage of the excitation signal.

【0029】検出用電極13Rからの帰還正弦波出力は
PLL回路21に入力される。PLL回路21は基準と
なる入力信号(帰還された励振信号)に追従し、入力信
号と位相及び周波数の一致した発振出力を得るための回
路であり、このPLL回路21によって帰還正弦波は一
旦これと同位相同周波数の矩形波に変換されたのち、バ
ンドパスフィルタ回路22に入力される。そして、バン
ドパスフィルタ回路22においてこの矩形波が基本周波
数成分のみの正弦波に変換される。さらにAGC回路2
3においてその振幅を自動調整することにより帰還正弦
波からこの出力と同位相同電圧の正弦波出力(再生正弦
波)を得ている。従って、帰還正弦波と再生正弦波の差
を検出する差動回路20の出力は原理的に0となり、出
力端からは何ら信号出力は検出されない(図3(a)
(7))。
The feedback sine wave output from the detection electrode 13R is input to the PLL circuit 21. The PLL circuit 21 follows an input signal (feedback excitation signal) serving as a reference, and obtains an oscillation output having the same phase and frequency as the input signal. After being converted into a rectangular wave having the same phase and the same frequency, it is input to the band-pass filter circuit 22. Then, this rectangular wave is converted into a sine wave having only the fundamental frequency component in the band-pass filter circuit 22. AGC circuit 2
In step 3, a sine wave output (reproduced sine wave) having the same phase and the same voltage as this output is obtained from the feedback sine wave by automatically adjusting the amplitude. Therefore, the output of the differential circuit 20 that detects the difference between the feedback sine wave and the reproduced sine wave is 0 in principle, and no signal output is detected from the output terminal (FIG. 3A).
(7)).

【0030】すなわち、このような回路では振動子10
の圧電体に個体間の特性のばらつきが生じても、差動回
路20の反転入力端子(−)に入力される帰還正弦波と
非反転入力端子(+)に入力される再生正弦波は同一振
幅同一位相となるため、差動回路20の出力は常に0と
なっている。また、経時変化或いは外部環境変化による
静電容量の変化等が生じて検出用電極13Rからの帰還
正弦波の振幅及び位相が変化してもそれは時間的に非常
にゆっくりとした直流的な変化であるので、PLL回路
21及びAGC回路23はその入力変化に追従して作動
し、よって差動回路20への2つの入力は同一振幅同一
位相が保たれる。その結果、差動回路20の出力は常に
0となっている(図3(a)(4))。
That is, in such a circuit, the vibrator 10
Even if there is a variation in characteristics among the individual piezoelectric materials, the feedback sine wave input to the inverting input terminal (-) of the differential circuit 20 and the reproduced sine wave input to the non-inverting input terminal (+) are the same. Since the amplitudes have the same phase, the output of the differential circuit 20 is always 0. Further, even if the capacitance and the like due to a change over time or a change in the external environment occur and the amplitude and phase of the feedback sine wave from the detection electrode 13R change, the change is a very slow temporal DC change. As a result, the PLL circuit 21 and the AGC circuit 23 operate following the input change, so that the two inputs to the differential circuit 20 have the same amplitude and the same phase. As a result, the output of the differential circuit 20 is always 0 (FIGS. 3A and 4D).

【0031】振動子10が機械的な共振周波数の共振振
動をしている状態で回転中心1の周りに回転が加わると
コリオリ力が発生する。このコリオリ力は図1に示すよ
うに回転中心1の方向及び励振方向(v方向)とは互い
に直角な方向(Fc方向)に作用し、このため振動子1
0は励振方向vからずれて振動することになる。このコ
リオリ力による振動は電極が形成されていない振動子1
0の左右側面に向かう方向に生じるので、例えば振動子
10の右側が伸びたときには左側が縮むことになり二つ
の検出用電極13R、13Lから発生する電圧は原理的
に逆位相の同電圧信号となる。これはコリオリ力により
生ずるので以後コリオリ信号(若しくはコリオリ電圧)
と呼ぶ。
When rotation is applied around the rotation center 1 in a state where the vibrator 10 is oscillating at a mechanical resonance frequency, Coriolis force is generated. The Coriolis force acts in a direction (Fc direction) perpendicular to the direction of the rotation center 1 and the excitation direction (v direction) as shown in FIG.
0 means that the vibration is shifted from the excitation direction v. The vibration caused by this Coriolis force is caused by the vibrator 1 having no electrodes formed.
0, the right and left sides of the vibrator 10 contract, for example, when the right side of the vibrator 10 expands, the voltage generated from the two detection electrodes 13R and 13L is in principle opposite to the same voltage signal of the opposite phase. Become. Since this is caused by Coriolis force, the Coriolis signal (or Coriolis voltage)
Call.

【0032】ところで、コリオリ力FcはFc=2m
[v×Ω]で表される。従って、角速度Ωが一定の場合に
はコリオリ力Fcは励振速度vに比例する。この励振速
度vは振動子10の変位の微分で表されることから、振
動子10の励振信号が正弦波交流電圧で与えられるとき
はコリオリ信号は励振信号と同一周波数で90度の位相
差を有する余弦波交流電圧として検出される。さらに振
動子10には励振信号による振動とコリオリ力Fcによ
る振動が同時に生じているため、検出用電極13Rから
の出力信号は帰還正弦波にコリオリ信号が重畳し振幅と
位相が変化した正弦波となる(図3(b)(1))。
The Coriolis force Fc is Fc = 2 m
It is represented by [v × Ω]. Therefore, when the angular velocity Ω is constant, the Coriolis force Fc is proportional to the excitation velocity v. Since the excitation speed v is represented by the derivative of the displacement of the vibrator 10, when the excitation signal of the vibrator 10 is given as a sine wave AC voltage, the Coriolis signal has the same frequency as the excitation signal and a phase difference of 90 degrees. It is detected as a cosine wave AC voltage having the same. Furthermore, since the vibration by the excitation signal and the vibration by the Coriolis force Fc occur simultaneously in the vibrator 10, the output signal from the detection electrode 13R is a sine wave whose amplitude and phase are changed by superimposing the Coriolis signal on the feedback sine wave (FIG. 3 (b) (1)).

【0033】一般に振動子10に加わる回転は通常一定
ではなく、比較的速い周波数で変化する。従って検出用
電極13Rから検出されるコリオリ信号は励振信号(す
なわち帰還正弦波)と90度の位相差をもった振動子1
0の回転の変化の周波数で振幅変調された変調波にな
る。ここで、この変調波が入力されるPLL回路21の
応答時間を極めて長くし回転変化の速いコリオリ信号に
PLL回路21が追従することがないように設定してお
くことにより、また、AGC回路23の応答性も悪くし
ておくことにより比較的速い周波数で変化する回転が振
動子10に加わってもAGC回路23からは無回転時に
おける励振信号と同位相の再生正弦波がそのまま出力さ
れるようにしておく(図3(b)(3))。
Generally, the rotation applied to the vibrator 10 is not usually constant, but changes at a relatively high frequency. Therefore, the Coriolis signal detected from the detection electrode 13R is a vibrator 1 having a phase difference of 90 degrees from the excitation signal (that is, the feedback sine wave).
A modulated wave is amplitude-modulated at the frequency of the rotation change of 0. Here, by setting the response time of the PLL circuit 21 to which the modulated wave is input to be extremely long so that the PLL circuit 21 does not follow the Coriolis signal having a fast rotation change, the AGC circuit 23 Of the AGC circuit 23, even if rotation that changes at a relatively fast frequency is applied to the vibrator 10, the reproduced sine wave having the same phase as the excitation signal during non-rotation is output as it is. (FIG. 3 (b) (3)).

【0034】このようにしておくと、振動子10に回転
が加わったとき、差動回路20の反転(−)入力端子に
は無回転時における励振信号の帰還正弦波と回転に伴っ
て発生するコリオリ信号の重畳された正弦波信号が入力
され、他方、非反転(+)入力端子には帰還正弦波と同
一電圧同一位相の再生正弦波が入力され、その差が取ら
れることになる。従って、たとえ経時変化や外部環境変
化による静電容量の変化等があって帰還正弦波の位相が
変化しても差動回路20において励振信号分が誤差電圧
を生じることなく正確に相殺され、差動回路20の出力
には励振信号(帰還正弦波)と90度の位相差をもった
コリオリ信号のみが出力される(図3(b)(4)参照)。
In this manner, when rotation is applied to the vibrator 10, the feedback sine wave of the excitation signal and the rotation are generated at the inverting (-) input terminal of the differential circuit 20 during non-rotation. A sine wave signal on which a Coriolis signal is superimposed is input, while a non-inverted (+) input terminal receives a reproduced sine wave having the same voltage and the same phase as the feedback sine wave, and the difference is obtained. Therefore, even if the phase of the feedback sine wave changes due to a change with time or a change in capacitance due to a change in the external environment, the excitation signal component in the differential circuit 20 is accurately canceled without generating an error voltage. Only the Coriolis signal having a phase difference of 90 degrees from the excitation signal (feedback sine wave) is output to the output of the driving circuit 20 (see FIGS. 3B and 4D).

【0035】差動回路20のコリオリ信号出力は回転角
速度に比例した振幅を有する交流信号であり、従って、
この差動回路20の出力を検波して平滑化すれば角速度
に比例した直流信号を得ることができる。この場合にお
いて、仮に回転時における検出用電極13Rの出力に含
まれる帰還正弦波分と再生正弦波が正確に相殺されず誤
差電圧が出力された場合であっても、この誤差信号は励
振信号と同位相の信号であり、差動回路20の出力であ
る差動後コリオリ信号はこの誤差信号に対して常に90
度の位相差をもって出力されるので、差動回路20の出
力を同期検波回路40で検波する際に、このコリオリ信
号位相に同期したスイッチング信号に同期して行えば、
誤差信号は正の部分と負に部分が互いに対称になるよう
に検波されることになる。
The Coriolis signal output of the differential circuit 20 is an AC signal having an amplitude proportional to the rotational angular velocity.
If the output of the differential circuit 20 is detected and smoothed, a DC signal proportional to the angular velocity can be obtained. In this case, even if the feedback sine wave included in the output of the detection electrode 13R during rotation and the reproduced sine wave are not exactly canceled out and an error voltage is output, this error signal is the same as the excitation signal. The post-differential Coriolis signal, which is a signal of the same phase and which is the output of the differential circuit 20, is always 90
Since the signals are output with a phase difference of one degree, when the output of the differential circuit 20 is detected by the synchronous detection circuit 40, if it is performed in synchronization with the switching signal synchronized with the Coriolis signal phase,
The error signal is detected such that the positive and negative parts are symmetrical to each other.

【0036】従って、同期検波回路40の出力を平滑回
路60に入力することにより、前記誤差信号は平滑回路
60にて正の部分と負の部分が過不足なく相殺され、直
流的には0となることから正確な角速度検出における誤
差信号の影響を消滅させることができる(図3(b)
(7))。なお、PLL回路21の出力は帰還正弦波と同
一位相の矩形波であり、スイッチング信号はPLL回路
21の出力を位相調整回路50によって90度位相をず
らすことにより簡単に生成することができる。
Therefore, by inputting the output of the synchronous detection circuit 40 to the smoothing circuit 60, the positive and negative parts of the error signal are canceled by the smoothing circuit 60 without excess or deficiency. Therefore, the influence of the error signal on accurate angular velocity detection can be eliminated (FIG. 3B).
(7)). Note that the output of the PLL circuit 21 is a rectangular wave having the same phase as the feedback sine wave, and the switching signal can be easily generated by shifting the phase of the output of the PLL circuit 21 by 90 degrees by the phase adjustment circuit 50.

【0037】上記した実施の態様では振動子10に帰還
用電極12を形成し帰還ループを形成して、簡単な回路
構成で振動子10をその機械的な共振周波数付近で駆動
できるようにするとともに、ループフィルタにより不要
なスプリアス発振を防止して単一周波数の励振モードで
駆動できるようにしているが、本発明はこれに限らず自
励振駆動回路30を直接、自励振電極11とアース電極
14との間に接続して振動子10を駆動することも可能
である。また検出用電極は左右いずれの電極を使用して
もかまわず、コリオリ信号の極性が逆になるだけであ
る。
In the above-described embodiment, the feedback electrode 12 is formed on the vibrator 10 and a feedback loop is formed so that the vibrator 10 can be driven near its mechanical resonance frequency with a simple circuit configuration. Although the loop filter prevents unnecessary spurious oscillation and can be driven in a single-frequency excitation mode, the present invention is not limited to this, and the self-excitation drive circuit 30 can directly drive the self-excitation electrode 11 and the ground electrode 14. To drive the vibrator 10. Also, the left and right electrodes may be used as the detection electrodes, and only the polarity of the Coriolis signal is reversed.

【0038】なお、振動子10の無回転時を基準に回転
角速度Ωの検出を行う場合について動作説明したが、本
発明に係る圧電振動角速度計の検出回路2では振動子1
0が任意の定速回転をしているときの検出用電極13R
の検出出力を基準信号として回転角速度の検出ができる
ことはいうまでもない。
Although the operation has been described for the case where the rotational angular velocity Ω is detected based on the non-rotation of the vibrator 10, the detecting circuit 2 of the piezoelectric vibrating angular velocity meter according to the present invention uses the vibrator 1.
Detection electrode 13R when 0 is rotating at an arbitrary constant speed
It is needless to say that the rotational angular velocity can be detected using the detected output as a reference signal.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる圧
電振動角速度計の検出回路によれば、二つの検出用電極
からの出力を差動回路に入力して比較しそのうちの同一
位相の励振信号分を相殺して励振信号と90度位相の相
違するコリオリ信号のみを検出するのではなく、一の検
出用電極からの出力のみを使用して同一位相の励振信号
分を相殺しコリオリ力成分のみを抽出するため、圧電体
の個体間のばらつき、経時変化及び外部環境変化に伴う
静電容量の変化等が生じても、これらに伴う励振信号の
変化は差動回路により確実に相殺され、より正確な角速
度の検出が可能となる。
As described above, according to the detection circuit of the piezoelectric vibration gyro according to the present invention, the outputs from the two detection electrodes are input to the differential circuit and compared, and the excitation of the same phase is performed. Rather than detecting only the Coriolis signal that is 90 degrees out of phase with the excitation signal by canceling the signal component, the excitation signal component of the same phase is canceled using only the output from one detection electrode and the Coriolis force component is used. In order to extract only, even if variations among individual piezoelectric bodies, changes over time and changes in capacitance due to changes in the external environment occur, changes in the excitation signal due to these are reliably canceled by the differential circuit, More accurate angular velocity detection becomes possible.

【0040】また、コリオリ信号は励振信号と明確に9
0度の位相差をもっており、同期検波回路においてはこ
のコリオリ信号と同位相のスイッチング信号に同期して
検波を行うことから差動回路出力のコリオリ信号が10
0%検波されることになる。たとえ励振信号の位相が変
化しても、コリオリ信号はこの位相変化した励振信号に
対しても90度の位相差をもって出力されるので、検波
の効率は100%であり平滑回路の出力は一定に保たれ
る。従って精度よく回転角速度を検出することができ
る。
The Coriolis signal is clearly defined as the excitation signal.
It has a phase difference of 0 degrees, and the synchronous detection circuit performs detection in synchronization with the switching signal having the same phase as this Coriolis signal.
0% will be detected. Even if the phase of the excitation signal changes, the Coriolis signal is output with a phase difference of 90 degrees with respect to the phase-changed excitation signal, so that the detection efficiency is 100% and the output of the smoothing circuit is constant. Will be kept. Therefore, the rotational angular velocity can be accurately detected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に使用される振動子の構成例を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a vibrator used in the present invention.

【図2】本発明に係る圧電振動角速度計の検出回路の構
成例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a detection circuit of the piezoelectric vibration gyro according to the present invention.

【図3】本発明に係る圧電振動角速度計の各部の検出波
形である。(a)は無回転時、(b)は回転時の波形を
示す。
FIG. 3 is a detection waveform of each part of the piezoelectric vibration gyro according to the present invention. (A) shows the waveform at the time of no rotation, and (b) shows the waveform at the time of rotation.

【図4】従来の圧電振動角速度計の検出回路の構成図で
ある。
FIG. 4 is a configuration diagram of a detection circuit of a conventional piezoelectric vibration gyro.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 回転中心 10、100 振動子 11、101 自励振用電極 12、102 帰還用電極 13、103 検出用電極 14、104 アース電極 20、200 差動回路 21 PLL回路 22 バンドパスフィルタ回路 23 振幅調整回路 30、300 自励振駆動電極 40、400 同期検波回路 50、500 位相調整回路 60、600 平滑回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotation center 10, 100 Oscillator 11, 101 Self-excited electrode 12, 102 Feedback electrode 13, 103 Detection electrode 14, 104 Ground electrode 20, 200 Differential circuit 21 PLL circuit 22 Band-pass filter circuit 23 Amplitude adjustment circuit 30, 300 Self-excited drive electrode 40, 400 Synchronous detection circuit 50, 500 Phase adjustment circuit 60, 600 Smoothing circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回転中心方向に長尺状に伸びた圧電体の
前記回転中心方向に伸びる側面上に複数の電極が形成さ
れてなる振動子と、 前記複数の電極のうち、少なくとも二つの電極間に接続
され前記振動子を励振させる自励振駆動回路と、 前記複数の電極のうちいずれか一の電極に接続され、そ
の電極からの検出出力に追従して同一位相の矩形波を生
成するPLL回路と、 このPLL回路の出力から前記矩形波と同一位相でかつ
基本周波数の正弦波を抽出するバンドパスフィルタ回路
と、 このバンドパスフィルタ回路からの前記正弦波を前記検
出出力と同一振幅の再生正弦波に補整する振幅調整回路
と、 前記検出出力と前記再生正弦波との差を検出する差動回
路と、 前記矩形波と90度位相の異なるスイッチング信号を生
成する位相調整回路と、 前記差動回路の差動出力を前記スイッチング信号に同期
して検波する同期検波回路と、 前記同期検波回路の検波出力を平滑化する平滑回路とか
らなり、 前記振動子が前記回転中心を軸に回転したとき、前記い
ずれか一の電極に誘起される分極電荷による電圧の重畳
した前記検出出力と前記PLL回路の追従遅れを利用し
て生成される前記再生正弦波との差を前記差動回路によ
り検出し、前記回転による角速度に比例した電圧を得る
ことを特徴とする圧電振動角速度計の検出回路。
A vibrator in which a plurality of electrodes are formed on a side surface of the piezoelectric body extending in the direction of the rotation center and extending in the direction of the rotation center; and at least two electrodes among the plurality of electrodes. A self-excited drive circuit connected between the plurality of electrodes, the self-excited drive circuit being connected to any one of the plurality of electrodes to generate a rectangular wave having the same phase following a detection output from the electrode; A band-pass filter circuit for extracting a sine wave having the same phase as the rectangular wave and a fundamental frequency from the output of the PLL circuit; and reproducing the sine wave from the band-pass filter circuit with the same amplitude as the detection output. An amplitude adjustment circuit that compensates for a sine wave; a differential circuit that detects a difference between the detection output and the reproduced sine wave; and a phase adjustment circuit that generates a switching signal having a 90-degree phase difference from the rectangular wave. A synchronous detection circuit that detects a differential output of the differential circuit in synchronization with the switching signal; and a smoothing circuit that smoothes a detection output of the synchronous detection circuit, wherein the vibrator has the rotation center. When rotating about an axis, the difference between the detection output in which the voltage due to the polarization charge induced in any one of the electrodes is superimposed and the reproduced sine wave generated by using the tracking delay of the PLL circuit is calculated as the difference A detection circuit for a piezoelectric vibrating gyro, wherein the detection circuit obtains a voltage proportional to the angular velocity due to the rotation.
【請求項2】 前記圧電体が長手方向に回転中心を有す
る直方体状の圧電体であり、前記圧電体の前記回転中心
の方向に伸びた側面のうち、上下方向に相対する2側面
上に前記複数の電極が形成されてなる振動子を用いるこ
とを特徴とする請求項1に記載の圧電振動角速度計の検
出回路。
2. The piezoelectric body according to claim 1, wherein the piezoelectric body is a rectangular parallelepiped piezoelectric body having a center of rotation in a longitudinal direction, and two side faces of the piezoelectric body extending in a direction of the center of rotation are opposed to each other in two vertical directions. 2. The detection circuit according to claim 1, wherein a vibrator having a plurality of electrodes is used.
【請求項3】 前記直方体状の前記圧電体が前記回転中
心に垂直な平面内において前記上下方向に駆動用圧電体
と検出用圧電体に分割され、前記駆動用圧電体と前記検
出用圧電体の間にアース電極を配して構成される振動子
を用いることを特徴とする請求項2に記載の圧電振動角
速度計の検出回路。
3. The piezoelectric body of a rectangular parallelepiped shape is divided into a driving piezoelectric body and a detecting piezoelectric body in the vertical direction in a plane perpendicular to the rotation center, and the driving piezoelectric body and the detecting piezoelectric body are separated from each other. 3. A detection circuit for a piezoelectric vibrating gyro according to claim 2, wherein a vibrator configured by arranging a ground electrode therebetween is used.
【請求項4】 前記自励振駆動回路が前記駆動用圧電体
の前記回転中心方向に伸びた外部側面に形成された一の
電極と検出用圧電体の前記外部側面方向に伸びた外部側
面に形成された一の電極との間に接続されてなることを
特徴とする請求項3に記載の圧電振動角速度計の検出回
路。
4. The self-excited drive circuit is formed on one electrode formed on an outer side surface of the driving piezoelectric body extending in the direction of the rotation center and on an outer side surface of the detection piezoelectric body extending in the outer side direction. 4. The detection circuit for a piezoelectric vibration gyro according to claim 3, wherein said detection circuit is connected between said one electrode and said one electrode.
【請求項5】 前記自励振駆動回路が前記複数の電極の
うちいずれか一の電極とアース電極との間に接続されて
なることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか
に記載の圧電振動角速度計の検出回路。
5. The self-excited drive circuit is connected between one of the plurality of electrodes and a ground electrode. Detection circuit of the piezoelectric vibration gyro.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006308359A (en) * 2005-04-27 2006-11-09 Kyocera Kinseki Corp Inertial sensor element and method of manufacturing inertial sensor element
US7291511B2 (en) 2004-03-08 2007-11-06 Sony Corporation Method of manufacturing vibration gyro sensor element, vibration gyro sensor element, and method of adjusting vibration direction
CN102957423A (en) * 2011-08-26 2013-03-06 华润矽威科技(上海)有限公司 Resonant frequency tracking circuit of piezoelectric ceramic transformer

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