JPWO2005103619A1 - Vibration gyro and method for detecting angular velocity of vibration gyro - Google Patents
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Abstract
従来よりも一層精度良く角速度を検出することが可能な振動ジャイロおよび振動ジャイロの角速度検出方法を提供する。振動ジャイロは、振動子(1)と、振動子(1)を駆動する駆動手段(101〜104)と、振動子(1)の振動状態をモニタするモニタ手段(91,92)と、角速度印加時のコリオリ力による振動子(1)の振動変位を検出する検出手段(161〜164)と、モニタ手段(91,92)から得られるモニタ信号と検出手段(161〜164)で得られる検出信号とを入力するヒルベルト変換回路(60)と、ヒルベルト変換回路(60)を通過した検出信号を、ヒルベルト変換回路(60)を通過したモニタ信号に同期して検波する同期検波回路(61)とを備える。Provided are a vibration gyro capable of detecting an angular velocity with higher accuracy than before and a method for detecting the angular velocity of the vibration gyro. The vibrating gyroscope includes a vibrator (1), drive means (101 to 104) for driving the vibrator (1), monitor means (91, 92) for monitoring the vibration state of the vibrator (1), and angular velocity application. Detection means (161 to 164) for detecting the vibration displacement of the vibrator (1) due to the Coriolis force at the time, the monitor signal obtained from the monitor means (91, 92) and the detection signal obtained from the detection means (161 to 164) And a synchronous detection circuit (61) that detects a detection signal that has passed through the Hilbert transform circuit (60) in synchronization with a monitor signal that has passed through the Hilbert transform circuit (60). Prepare.
Description
本発明は、例えば角速度を検出するのに使用される振動ジャイロ、および振動ジャイロの角速度検出方法に関する。 The present invention relates to a vibration gyro used for detecting angular velocity, for example, and a method for detecting angular velocity of the vibration gyro.
近年、車両の姿勢検知、ナビゲーション装置の進行方向検知、カメラの手振れ補正、仮想現実操作などの手段として振動ジャイロが使用されている。このような振動ジャイロの回路例を図9に示す。 In recent years, a vibrating gyroscope has been used as means for detecting the posture of a vehicle, detecting the direction of travel of a navigation device, correcting camera shake, and operating a virtual reality. A circuit example of such a vibration gyro is shown in FIG.
この振動ジャイロにおいて、角速度検出素子としての振動子200には、当該振動子200を駆動する駆動手段201と、振動子200の振動状態をモニタするモニタ手段202と、角速度印加時のコリオリ力による振動変位を検出する検出手段203が設けられている。そして、この振動子200は、コリオリ力により生じる振動方向の共振周波数が、駆動手段201により駆動される振動方向の共振周波数と異なるように設定されている、いわゆる非共振型のものである。なお、上記の各手段201〜203は、例えば基板上に駆動電極、モニタ電極、検出電極などを形成することにより構成されている。
In this vibration gyro, the
ここで、モニタ手段202で得られたモニタ信号S2は、信号増幅回路204、位相調整回路205、およびAGC(Auto Gain Control)回路206を介して駆動手段201に対して駆動信号S1として加えられる。したがって、モニタ手段202、信号増幅回路204、位相調整回路205、AGC回路206によって閉ループの自励発振回路が構成されており、これによって振動子200は駆動手段201に加えられる駆動信号S1により一定の振幅でかつ固有の共振周波数で振動される。
Here, the monitor signal S2 obtained by the monitor unit 202 is applied as a drive signal S1 to the
一方、角速度印加時のコリオリ力によって振動変位が生じると、この振動変位が検出手段203によって検出されて検出信号S3が出力される。この場合、前述のような非共振型の圧電振動子においては、コリオリ力により生じる振動と駆動手段201により駆動される駆動振動とは90°の位相差を有するので、検出信号S3は、モニタ信号S2と位相が90°ずれて出力される。また、この検出信号S3にはモニタ信号S2と逆相(あるいは同相)の誤差信号S9が含まれることがある。 On the other hand, when a vibration displacement occurs due to the Coriolis force when the angular velocity is applied, the vibration displacement is detected by the detection means 203 and a detection signal S3 is output. In this case, in the non-resonant type piezoelectric vibrator as described above, the vibration generated by the Coriolis force and the driving vibration driven by the driving means 201 have a phase difference of 90 °. S2 is output with a phase difference of 90 °. In addition, the detection signal S3 may include an error signal S9 having a phase opposite to (or in phase with) the monitor signal S2.
検出信号S3を同期検波するためには、検出信号S3と同相(あるいは逆)の検波参照信号が必要となる。このため、位相調整回路205でモニタ信号S2の位相を90°ずらせることによって検出信号S3と同相(あるいは逆相)の検波参照信号S6を生成し、この検波参照信号S6を同期検波回路208に与えている。
In order to synchronously detect the detection signal S3, a detection reference signal in phase (or opposite) to the detection signal S3 is required. Therefore, the
図10Aに示すように、いま位相調整回路205によってモニタ信号S2の位相が正確に90°ずれていると仮定すると、図10Bに示すように、位相調整回路205からモニタ信号S2を位相調整した後に出力される検波参照信号S6は、検出信号S3と同相になる。したがって、同期検波回路208で同期検波された後の出力信号S7は半波整流された形となり、これを平滑回路209で平滑化すれば角速度に対応した電圧レベルをもつ信号S8が得られる。なお、検波参照信号S6が検出信号S3と逆相の場合も同様である。
As shown in FIG. 10A, assuming that the phase of the monitor signal S2 is exactly 90 ° shifted by the
また、図10Cに示すように、検出信号S3にモニタ信号S2と逆相の誤差信号S9が含まれている場合、位相調整回路205で得られる検波参照信号S6は、誤差信号S9とは位相が90°ずれることになるので、次に同期検波回路208で同期検波された後の出力信号S7は90°周期で交互に正負を繰り返す形となる。したがって、これを平滑回路209で平滑化すれば誤差信号S9が相殺される。なお、誤差信号S9がモニタ信号S2と同相の場合も同様である。
As shown in FIG. 10C, when the detection signal S3 includes an error signal S9 having a phase opposite to that of the monitor signal S2, the detection reference signal S6 obtained by the
ところで、従来の圧電振動ジャイロにおける上記の位相調整回路205としては、例えば図11Aに示すように、抵抗とコンデンサとを組み合わせたCR2次ローパスフィルタ等の遅延回路が広く用いられている(例えば、特開2002−148047号公報(特許文献1)参照)。
しかしながら、このような従来構成の位相調整回路205は、図11Bに示すように、入力信号の周波数変化に対する位相調整精度が悪い。このため、振動子200の個体間の特性のばらつきや振動子200の温度特性等に起因して振動周波数が変化した場合には正確に90°の位相調整が行われず、検波参照信号S6としての位相精度が劣化する。すると、これに伴って同期検波が精度良く行えなくなるため、検波出力の効率が悪くなるとともに、誤差信号S9のキャンセル効果が劣化し、結果的に角速度を精度良く検出することが困難となる。
However, the
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、振動子の個体間の特性のばらつきや振動子の温度特性等に起因して振動周波数が変化した場合でも、それに影響されることなく検出信号に対する検波参照信号の位相が常に正確に維持されるようにして、検出信号を検波参照信号によって確実に同期検波できるようにし、これにより、従来よりも一層精度良く角速度を検出することが可能な振動ジャイロおよび振動ジャイロの角速度検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and even when the vibration frequency changes due to variations in characteristics among the individual vibrators or the temperature characteristics of the vibrator, the invention is affected. The phase of the detection reference signal with respect to the detection signal is always maintained accurately, so that the detection signal can be reliably synchronously detected by the detection reference signal, and thereby the angular velocity can be detected with higher accuracy than in the past. It is an object of the present invention to provide a vibration gyro and a method for detecting the angular velocity of the vibration gyro.
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる振動ジャイロは、振動子と、振動子を駆動する駆動手段と、振動子の振動状態をモニタするモニタ手段と、角速度印加時のコリオリ力による振動子の振動変位を検出する検出手段と、モニタ手段から得られるモニタ信号と検出手段で得られる検出信号とを入力すヒルベルト変換回路と、ヒルベルト変換回路を通過した検出信号を、ヒルベルト変換回路を通過したモニタ信号に同期して検波する同期検波回路とを備える。 In order to solve the above-described problems, a vibration gyro according to an aspect of the present invention includes a vibrator, a driving means for driving the vibrator, a monitor means for monitoring the vibration state of the vibrator, and a Coriolis force when an angular velocity is applied. Detecting means for detecting the vibration displacement of the vibrator by means of, a Hilbert transform circuit for inputting a monitor signal obtained from the monitor means and a detection signal obtained by the detecting means, and a detection signal passing through the Hilbert transform circuit as a Hilbert transform circuit And a synchronous detection circuit for detecting in synchronization with the monitor signal that has passed through.
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる振動ジャイロの角速度検出方法は、振動子を駆動するステップと、振動子の振動状態をモニタするモニタステップと、角速度印加時のコリオリ力による振動子の振動変位を検出する検出ステップと、検出ステップにおいて得られる検出信号およびモニタステップにおいて得られるモニタ信号をヒルベルト変換回路を用いて位相調整するステップと、位相調整された検出信号を位相調整されたモニタ信号に同期して検波するステップとを含む。 In order to solve the above-described problem, a method for detecting the angular velocity of a vibrating gyroscope according to an aspect of the present invention includes a step of driving a vibrator, a monitoring step of monitoring a vibration state of the vibrator, and a Coriolis force when the angular velocity is applied. A detection step for detecting vibration displacement of the vibrator, a phase adjustment of the detection signal obtained in the detection step and a monitor signal obtained in the monitoring step using a Hilbert transform circuit, and a phase adjustment of the phase-adjusted detection signal And detecting in synchronization with the monitor signal.
本発明によれば、モニタ信号と検出信号とを共にヒルベルト変換回路に入力して同回路を通過させることにより、両入力信号の位相調整量が正確に90°の位相差を生じる。すなわち、ヒルベルト変換回路は、広い周波数帯域にわたって位相調整差が正確に90°に保たれるので、振動子の個体間の特性のばらつきや振動子の温度特性等に起因して振動周波数が変化した場合でも、これに影響されることなく常に高い位相調整精度を維持することができる。 According to the present invention, both the monitor signal and the detection signal are input to the Hilbert transform circuit and passed through the circuit, so that the phase adjustment amount of both input signals accurately produces a phase difference of 90 °. That is, in the Hilbert transform circuit, the phase adjustment difference is accurately maintained at 90 ° over a wide frequency band, so that the vibration frequency changes due to variations in characteristics among the individual vibrators, temperature characteristics of the vibrators, and the like. Even in this case, high phase adjustment accuracy can always be maintained without being affected by this.
1 振動子、60 ヒルベルト変換回路、61 同期検波回路、91,92 モニタ電極(モニタ手段)、101〜104 駆動電極(駆動手段)、161〜164 検出電極(検出手段)。
DESCRIPTION OF
図1はこの実施の形態の振動ジャイロに使用される振動子の構造を示す平面図、図2はこの振動ジャイロを構成する振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。 FIG. 1 is a plan view showing a structure of a vibrator used in the vibration gyro according to this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of a state in which the vibrator substrate and the protective substrate constituting the vibration gyro are joined. It is.
この実施の形態の振動ジャイロは、角速度検出素子としての振動子1を備えている。この振動子1は、静電駆動/容量検出型で、かつ非共振型のものであって、例えば単結晶または多結晶をなす低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板2と、この振動子基板2の主面および裏面に設けられた例えば高抵抗なシリコン材料、ガラス材料等からなる保護基板3とを有する。そして、両基板2,3は、振動子基板2の可動部分を確保するためのキャビティ4形成箇所を除いて例えば陽極接合等の接合方法により一体的に接合されている。また、キャビティ4内は振動ダンピングを低減するために真空状態あるいは低圧力状態に保たれている。
The vibration gyro according to this embodiment includes a
振動子基板2には、エッチング処理等の微細加工を施すことにより、第1〜第4の各質量部71〜74や駆動梁8、第1,第2モニタ電極91,92、第1〜第4駆動電極101〜104、第1〜第4検出電極161〜164、および接地電極181,182などが形成されている。ここで、図1において、振動子1の長手方向をY軸方向、これに直交する短手方向をX軸方向、両軸に共に直交する紙面に垂直な方向をZ軸方向としたとき、第1〜第4の各質量部71〜74は、部分的に接地電極181,182に接続された駆動梁8によってY軸方向に沿って直列に支持されており、これによって第1〜第4の各質量部71〜74はX軸方向に沿って振動可能な状態になっている。すなわち、第1〜第4の各質量部71〜74や駆動梁8が可動部となっており、第1,第2モニタ電極91,92、第1〜第4駆動電極101〜104、および接地電極181,182が固定部となっている。
The
上記の第1質量部71は、第1モニタ電極91および第1,第2の駆動電極101,102の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極111a,111b,111cが設けられている。
The
また、第2質量部72は、駆動梁8により支持された四角形の第1駆動枠121と、その内側において上下の第1検出梁131により支持された2つの四角形を連接した形状の第1検出枠141とを有する。第1駆動枠121の外側には第1質量部71に近接して上記の第1,第2駆動電極101,102の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極151a,151bが形成されている。また、第1検出枠141の2つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第1,第2検出電極161,162にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極171が形成されている。これにより、第1検出枠141は可動側電極171と共に第1検出梁131によってY軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
Further, the
上記の第4質量部74は、第2モニタ電極92および第3,第4の駆動電極103,104の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極112a,112b,112cが設けられている。
The
また、第3質量部73は、駆動梁8により支持された四角形の第2駆動枠122と、その内側において上下の第2検出梁132により支持された2つの四角形を連接した形状の第2検出枠142とを有する。第2駆動枠122の外側には第4質量部74に近接して上記の第3,第4駆動電極103,104の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極152a,152bが形成されている。また、第2検出枠142の2つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第3,第4検出電極163,164にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極172が形成されている。これにより、第2検出枠142は可動側電極172と共に第2検出梁132によってY軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
In addition, the third
上記の第1,第2モニタ電極91,92、第1〜第4駆動電極101〜104、第1〜第4検出電極161〜164、および接地電極181,182は、振動子基板2上の保護基板3との接合箇所の上に形成されていて固定状態になっている。そして、これらの固定側の各電極91,92、101〜104、161〜164、181,182は、図2に示すように各電極パッド5にそれぞれ個別に接続されており、これらの各電極パッド5を介して後述する外部の電気回路と電気的接続が可能になっている。なお、振動子1の可動部分は、駆動梁8を介して接地電極181,182と機械的かつ電気的に接続されていて接地電位に保たれている。
The first and
そして、第1〜第4の各駆動電極101〜104が特許請求の範囲の駆動手段に含まれ、また第1,第2モニタ電極91,92が特許請求の範囲のモニタ手段に、第1〜第4検出電極161〜164が特許請求の範囲の検出手段に含まれている。
The first to
図3は振動ジャイロの回路構成を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram showing a circuit configuration of the vibrating gyroscope.
第1モニタ電極91は第1CV(容量電圧:Capacitance Voltage)変換回路31に接続され、第2モニタ電極92は第2CV変換回路32に接続されている。第1,第2CV変換回路31,32は共に第1差動増幅回路41に接続され、第1差動増幅回路41はフィルタ回路51および位相調整回路23を介してAGC回路22に接続されている。また、第1差動増幅回路41の出力は、フィルタ回路51を介して後述するヒルベルト変換回路60の一方の入力部に接続されている。AGC回路22の出力部は、第2駆動電極102と第3駆動電極103とに直接接続されるとともに、反転回路21を介して第1駆動電極101と第4駆動電極104に接続されている。
The
一方、第1検出電極161と第3検出電極163は共に第3CV変換回路33に接続され、また、第2検出電極162と第4検出電極164は共に第4CV変換回路34に接続されている。そして、第3,第4CV変換回路33,34は共に第2差動増幅回路42に接続されている。さらに、第2差動増幅回路42はフィルタ回路52を介して後述のヒルベルト変換回路60の他方の入力部に接続されている。
On the other hand, both the
なお、上記の第1〜第4のCV変換回路31〜34としては、例えば、図4Aに示すような電荷増幅回路や、図4Bに示すようなインピーダンス変換回路が適用される。また、第1,第2差動増幅器41,42としては、例えば演算増幅器が適用される。
As the first to fourth
上記のヒルベルト変換回路60は、図5Aおよび図5Bに示すように、同一信号Vinが2つの入力端子に入力された場合、広い周波数帯域Δfにわたって、出力する2つの信号Vout1,Vout2間で正確に90°の位相差を生じさせるような特性を有している。例えば、5KHz〜25KHzの周波数帯域にわたって2つの出力信号Vout1,Vout2間で90°±1.5°の位相差を生じさせる。つまり、ヒルベルト変換回路60は、2つの位相調整経路を有しており、各々の位相調整量の差が常に90°となる領域を有する。このように、ヒルベルト変換回路60によって振動子1の個体間の特性のばらつきや、振動子1の温度特性等に起因して振動周波数が変化した場合でも、これに影響されることなく常に高い位相調整精度を維持することができる。
As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the Hilbert transform
ヒルベルト変換回路60の2つの出力部は同期検波回路61に接続されている。同期検波回路61は、検波参照信号S4に同期して検出信号S5の位相検波を行うものである。この同期検波回路61には、平滑回路62および増幅回路63が順次接続されている。
The two output units of the
次に上記構成の振動ジャイロの動作について説明する。 Next, the operation of the vibration gyro configured as described above will be described.
第1,第4駆動電極101,104にはAGC回路22から出力される駆動信号S11を反転回路21でレベル反転した後の駆動信号S12が加えられる。また、第2,第3駆動電極102,103にはAGC回路22から出力される駆動信号S11がそのまま加えられる。この場合、両駆動信号S11,S12は、図6Aおよび図6Bに示すように、接地電位に対して例えば+2.5Vのオフセット電位を基準として互いにレベルが反転関係にある交流信号である。
The first and
このため、例えば、一方の駆動信号S12がハイレベル、他方の駆動信号S11がローレベルの場合、第1,第4駆動電極101,104とこれらの電極101,104に対向する可動側電極111a,151aおよび112b,152bの静電引力は“強”の状態になる一方、第2,第3駆動電極102,103とこれらの電極102,103に対向する可動側電極111b,151bおよび112a,152aの静電引力は“弱”の状態になる。当然、両信号S12,S11のレベルが逆の場合には、上記の説明と逆の状態になる。このため、その静電引力の差によって、図7(a)に示すように、第1〜第4の各質量部71〜74は隣どうしX軸方向に互いに逆相で駆動されて振動する。
For this reason, for example, when one drive signal S12 is at a high level and the other drive signal S11 is at a low level, the first and
この振動に依存して、第1質量部71に設けられている可動側電極111cと第1モニタ電極91間の容量、および第4質量部74に設けられている可動側電極112cと第2モニタ電極92間の容量がそれぞれ変化する。
Depending on this vibration, the capacitance between the
振動子1のX軸方向の駆動振動状態をモニタする第1,第2モニタ電極91,92における容量変化は、第1,第2CV変換回路31,32によって各容量変化に対応した電圧レベルをもつモニタ信号S21,S22に変換される。この場合、両モニタ信号S21,S22は互いに逆相の信号であるので、次段の第1差動増幅回路41で一つのモニタ信号S2に増幅変換される。
Capacitance changes in the first and
このモニタ信号S2は、フィルタ回路51で不要なノイズ成分が除かれた後、ヒルベルト変換回路60の一方の入力部に入力されるとともに、位相調整回路23で自励発振に必要な位相調整が行われた後、AGC回路22に入力される。AGC回路22は、AGC回路22の入力信号振幅が一定となるようにAGC回路22の増幅率を自動的に調整する。このため、第1〜第4の各駆動電極101〜104には、適切な振幅をもつ駆動信号S11,S12が常に加えられることになる。
The monitor signal S2 is input to one input section of the Hilbert transform
このようにして、第1,第2モニタ電極91,92で得られるモニタ信号S2から駆動信号S11,S12をそれぞれ生成し、各駆動信号S11,S12を第1〜第4駆動電極に印加することにより、閉ループの自励発振回路が構成され、振動子1は駆動信号と同じ周波数の共振周波数で振動が持続される。
In this way, the drive signals S11 and S12 are generated from the monitor signal S2 obtained by the first and
この状態で、Z軸を中心軸とした回転角速度が振動子1に加わると、各質量部71〜74には振動方向と直交するY軸方向にコリオリ力が発生する。そして、第1,第2検出梁131,132に支持されている第1,第2検出枠141,142は、図7(b)に示すように、コリオリ力によってY軸方向に互いに逆方向に駆動されてX軸方向の駆動振動と同じ周波数で振動する。この振動に依存して、第1,第2検出枠に設けられた可動側電極171,172と第1〜第4検出電極161〜164間の容量がそれぞれ変化する。なお、図7(b)においては、各質量部71〜74のX軸方向の振動については省略している。
In this state, when a rotational angular velocity with the Z axis as the central axis is applied to the
角速度印加時に発生するコリオリ力Fは、次式で与えられる。
F=2Mωv
ここに、Mは第1〜第4質量部71〜74全体の質量、ωは角速度、vは第1〜第4質量部71〜74全体の駆動振動速度である。The Coriolis force F generated when the angular velocity is applied is given by the following equation.
F = 2Mωv
Here, M is the mass of the entire first to fourth
非共振型の振動子1においては、振動子1の構造的なY軸方向の共振周波数が駆動信号によりX軸方向に駆動される際の振動周波数と十分に離れているので、コリオリ力により生じるY軸方向の振動と駆動信号S11,S12によって駆動されるX軸方向の駆動振動とは90°の位相差を有している。このため、X軸方向に駆動振動している状態で、Y軸方向の振動が生じると、図8に示すように、第1〜第4の各質量部71〜74は楕円運動を行う。したがって、駆動振動に伴って第1,第2モニタ電極91,92に発生する容量変化と、コリオリ力による振動に伴って各検出電極161〜164に発生する容量変化とは、90°の位相差が生じることになる。
In the
一方、コリオリ力による振動に伴って第1,第3検出電極161,163に発生する容量変化は、第3CV変換回路33によって容量変化に対応した電圧レベルをもつ検出信号S31に変換される。同様に、コリオリ力による振動に伴って第2,第4検出電極162,164に発生する容量変化は、第4CV変換回路34によって容量変化に対応した電圧レベルをもつ検出信号S32に変換される。
On the other hand, the capacitance change generated in the first and
この場合、第3,第4CV変換回路33,34からそれぞれ出力される検出信号S31,S32はコリオリ力に依存する成分に関しては互いに逆相の信号であるので、次段の第2差動増幅回路42で一つの検出信号S3に増幅変換される。この検出信号S3はフィルタ回路52で不要なノイズ成分が除かれた後、ヒルベルト変換回路60の他方の入力部に入力される。
In this case, the detection signals S31 and S32 output from the third and fourth
前述のように、非共振型の振動子1においては、モニタ信号S2と検出信号S3とは元々90°の位相差をもって出力される。また、フィルタ回路51とフィルタ回路52とは、その位相特性が同一となるように設計されている。したがって、ヒルベルト変換回路60に入力されるモニタ信号S2’と検出信号S3’は、それぞれ、
S2’=Asinωt
S3’=Bsin(ωt+π/2)
(ただし、A,Bは振幅)と表記することができる。As described above, in the
S2 ′ = Asinωt
S3 ′ = Bsin (ωt + π / 2)
(Where A and B are amplitudes).
そして、両信号S2’,S3’がヒルベルト変換回路60に入力されると、ヒルベルト変換回路60は、入力されるモニタ信号S2’と検出信号S3’を各々位相調整するとともに、広い周波数帯域Δfにわたって各々の位相調整量に正確に90°の位相差を生じさせる。このため、ヒルベルト変換回路60を通過した後のモニタ信号をS4、検出信号をS5とすると、
S4=Asin(ωt−α)
S5=Bsin(ωt+π/2−(α+π/2))=Bsin(ωt−α)
(αは両信号に共通の位相変化量)となる。つまり、ヒルベルト変換回路60を通過した後の両信号S4,S5は常に正確に同相(あるいは逆相)になる。When both signals S2 ′ and S3 ′ are input to the Hilbert transform
S4 = Asin (ωt−α)
S5 = Bsin (ωt + π / 2− (α + π / 2)) = Bsin (ωt−α)
(Α is the amount of phase change common to both signals). That is, both signals S4 and S5 after passing through the Hilbert transform
ヒルベルト変換回路60を通過した後のモニタ信号S4は、次段の同期検波回路61に対して検波参照信号S4として与えられる。同期検波回路61は、この検波参照信号S4により、ヒルベルト変換回路60を通過した検出信号S5を同期検波する。この場合、上記の両信号S4,S5は常に正確に同相(あるいは逆相)になっているので、同期検波回路61で同期検波された後に出力される検出信号S7は正しく半波整流された形となり、これを平滑回路62で平滑化すれば角速度の大きさに対応した所期の電圧レベルをもつ検出信号S8が得られる。そして、この検出信号S8が次段の増幅回路63で増幅された後に出力される。この増幅回路63で増幅された後の検出信号は、次段の出力調整回路64により温度ドリフトの影響や感度の温度変化の影響が除かれた後、実際の角速度を算出する図示ない演算回路に与えられる。
The monitor signal S4 after passing through the Hilbert transform
また、第2差動増幅回路42から出力される検出信号S3にモニタ信号S2と逆相あるいは同相の誤差信号S9が含まれている場合、この誤差信号S9がヒルベルト変換回路60を通過すると、検波参照信号S4に対して位相が90°ずれることになるので、次段の同期検波回路61で同期検波された後の出力信号S7は90°周期で交互に正負を繰り返す形となり、これを平滑回路62で平滑化すれば誤差信号S9が相殺される。
Further, when the detection signal S3 output from the second
上記の実施の形態では、静電駆動/容量検出型の振動子1を備えた振動ジャイロについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、圧電材料や単結晶からなる音片型振動子を備えた振動ジャイロや、音叉型振動子を備えた振動ジャイロについても適用することが可能である。
In the above embodiment, the vibration gyro provided with the electrostatic drive / capacitance
Claims (2)
前記振動子(1)を駆動する駆動手段(101〜104)と、
前記振動子(1)の振動状態をモニタするモニタ手段(91,92)と、
角速度印加時のコリオリ力による前記振動子(1)の振動変位を検出する検出手段(161〜164)と、
前記モニタ手段(91,92)から得られるモニタ信号と前記検出手段(161〜164)で得られる検出信号とを入力するヒルベルト変換回路(60)と、
前記ヒルベルト変換回路(60)を通過した検出信号を、前記ヒルベルト変換回路(60)を通過したモニタ信号に同期して検波する同期検波回路(61)とを備える振動ジャイロ。A vibrator (1);
Driving means (101 to 104) for driving the vibrator (1);
Monitoring means (91, 92) for monitoring the vibration state of the vibrator (1);
Detection means (161 to 164) for detecting vibration displacement of the vibrator (1) due to Coriolis force at the time of angular velocity application;
A Hilbert transform circuit (60) for inputting a monitor signal obtained from the monitor means (91, 92) and a detection signal obtained by the detection means (161 to 164);
A vibration gyro comprising a synchronous detection circuit (61) for detecting a detection signal that has passed through the Hilbert transform circuit (60) in synchronization with a monitor signal that has passed through the Hilbert transform circuit (60).
前記振動子(1)の振動状態をモニタするモニタステップと、
角速度印加時のコリオリ力による前記振動子(1)の振動変位を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて得られる検出信号および前記モニタステップにおいて得られるモニタ信号をヒルベルト変換回路(60)を用いて位相調整するステップと、
前記位相調整された検出信号を前記位相調整されたモニタ信号に同期して検波するステップとを含む振動ジャイロの角速度検出方法。Driving the vibrator (1);
A monitoring step for monitoring a vibration state of the vibrator (1);
A detection step of detecting vibration displacement of the vibrator (1) due to Coriolis force at the time of angular velocity application;
Adjusting the phase of the detection signal obtained in the detection step and the monitor signal obtained in the monitoring step using a Hilbert transform circuit (60);
And detecting the phase-adjusted detection signal in synchronization with the phase-adjusted monitor signal.
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