(57)【要約】【課題】コストのかかる高次のフィルタを用いることなく、離調周波数ノイズを除去できるようにした振動ジャイロを提供する。【解決手段】振動子１１のコリオリ力による振動を電気的に検出して、その検出信号を、振動子１１を共振駆動する駆動信号を用いて同期検波し、その検波出力をローパスフィルタ１９に通して角速度出力Ｓ１を得る振動ジャイロにおいて、振動子１１の駆動方向と検出方向の共振周波数の差である離調周波数の信号Ｓ２を生成する離調周波数信号発生器２１と、角速度出力Ｓ０を離調周波数信号Ｓ２で同期検波する同期検波回路２４と、その同期検波回路２４の出力Ｓ４を積分する積分器２５と、離調周波数信号Ｓ２が入力され、その離調周波数信号Ｓ２のゲインを積分器２５の出力Ｓ５で調整して出力するゲイン調整回路２２と、角速度出力Ｓ１からゲイン調整回路２２の出力Ｓ３を差し引いて角速度出力Ｓ０として出力する減算器２３とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子のコリオリ力による振動を電気的に検出して、その検出信号を、上記振動子を共振駆動する駆動信号を用いて同期検波し、その検波出力をローパスフィルタに通すことによって角速度出力Ｓ１を得る構成の振動ジャイロにおいて、
上記振動子の駆動方向の共振周波数とコリオリ力による振動を検出する検出方向の共振周波数との差である離調周波数の信号を生成する離調周波数信号発生器と、
角速度出力Ｓ０を上記離調周波数信号発生器で生成された離調周波数信号で同期検波する同期検波回路と、
その同期検波回路の出力を積分する積分器と、
上記離調周波数信号発生器から離調周波数信号が入力され、その入力された離調周波数信号のゲインを上記積分器の出力で調整して出力するゲイン調整回路と、
上記角速度出力Ｓ１から上記ゲイン調整回路の出力を差し引いて上記角速度出力Ｓ０として出力する減算器とを設けたことを特徴とする振動ジャイロ。
【請求項２】
請求項１記載の振動ジャイロにおいて、
上記離調周波数信号発生器は上記角速度出力Ｓ１を入力信号とするフェーズロックドループによって構成されていることを特徴とする振動ジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は入力角速度を検出する振動ジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
図３Ａは振動ジャイロにおいて用いられる振動子の一構成例を示したものであり、圧電体よりなる振動子１１はこの例では角柱状をなすものとされ、その一端が基台１２に固定支持されている。振動子１１の側面には図３Ａでは図示を省略しているが、図３Ｂに示したように互いに対向する側面にそれぞれ駆動電極１３が配置され、これら側面と直交する側面に検出電極１４がそれぞれ配置されている。
駆動電極１３に駆動信号を供給することにより振動子１１は共振駆動され、この状態で振動子１１の軸回りに角速度が入力すると、振動子１１にはコリオリ力により駆動振動方向と直交方向の振動が発生し、この振動が検出電極１３から電気的に取り出される。
【０００３】
図４は振動ジャイロの一般的な回路構成を示したものであり、図中、１５は駆動信号を生成する駆動回路を示す。
検出電極１４から取り出された検出信号はバッファ１６に入力されてインピーダンス変換され、このインピーダンス変換された検出信号が同期検波回路１７に入力される。コリオリ力による振動子１１の振動変位は駆動信号に対して９０度位相が遅れて発生するため、検出信号は駆動信号に対し、９０度位相が遅れており、よって同期検波回路１７は駆動信号の位相を９０度遅らせた信号によって入力された検出信号を同期検波する。なお、図４中、１８は駆動信号の位相を９０度遅らせて同期検波回路１７に入力する位相回路を示す。
【０００４】
同期検波回路１７の検波出力は正又は負いずれかの波形となり、ローパスフィルタ１９で平滑化されて直流電圧となる。ローパスフィルタ１９の出力は増幅器２０で増幅され、角速度出力となる。
ところで、振動子１１の駆動方向の共振周波数ＦＤとコリオリ力による振動を検出する検出方向の振動子１１の共振周波数ＦＥとの差（｜ＦＤ−ＦＥ｜）である離調周波数ＦＲはローパスフィルタ１９によって決定される角速度出力の周波数（検出角速度の周波数帯域）より高く設定されるものの、例えば外乱等によって離調相当周波数の振動が振動子１１に加わると、離調周波数ＦＲの比較的大きな角速度出力が発生することが知られており、つまり上述したような振動ジャイロでは外乱等の影響によって離調周波数の角速度が出力されてしまうといった欠点があった。
【０００５】
これに対して、離調周波数を十分離す（十分大きくする）ことによって離調周波数の角速度出力（離調周波数ノイズ）を除去する方法や出力段でローパスフィルタによって離調周波数ノイズを除去する方法が一般的に知られている。また、特許文献１には検出回路にバンドパスフィルタを設けることによって離調周波数ノイズを除去することが記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２１５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、離調周波数を十分に大きくすると、駆動方向の振動と検出方向の振動の周波数が離れるため、共振による感度増大効果が得られず、従って出力感度が非常に小さくなり、ＳＮ比の大幅な低下を招くことになる。また、出力段でローパスフィルタによって離調周波数ノイズを除去するためには非常に高次のフィルタが必要になり、つまりコストがかかり、その分振動ジャイロが高価となる。
一方、特許文献１に記載されている方法では同期検波前の検出信号（振幅変調信号）の、中心周波数（駆動方向の共振周波数）ＦＤから離調周波数ＦＲ離れた信号をバンドパスフィルタで除去するものとなっているが、フィルタで除去するため、上述したローパスフィルタで離調周波数ノイズを除去する方法と同様、高次のフィルタが必要になり、コストがかかるものとなる。
【０００７】
この発明の目的はこのような状況に鑑み、コストのかかる高次のフィルタを用いることなく、角速度出力に発生する離調周波数ノイズを除去できるようにした振動ジャイロを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明によれば、振動子のコリオリ力による振動を電気的に検出して、その検出信号を、振動子を共振駆動する駆動信号を用いて同期検波し、その検波出力をローパスフィルタに通すことによって角速度出力Ｓ１を得る構成の振動ジャイロにおいて、振動子の駆動方向の共振周波数とコリオリ力による振動を検出する検出方向の共振周波数との差である離調周波数の信号を生成する離調周波数信号発生器と、角速度出力Ｓ０を離調周波数信号発生器で生成された離調周波数信号で同期検波する同期検波回路と、その同期検波回路の出力を積分する積分器と、離調周波数信号発生器から離調周波数信号が入力され、その入力された離調周波数信号のゲインを上記積分器の出力で調整して出力するゲイン調整回路と、上記角速度出力Ｓ１からゲイン調整回路の出力を差し引いて上記角速度出力Ｓ０として出力する減算器とが設けられる。
請求項２の発明では請求項１の発明において、離調周波数信号発生器が上記角速度出力Ｓ１を入力信号とするフェーズロックドループによって構成される。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、角速度出力に生じる離調周波数ノイズをコストのかかる高次のフィルタを用いることなく、除去することができ、よって良好な性能を有し、かつ安価な振動ジャイロを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明による振動ジャイロの一実施例の構成を示したものであり、図４と対応する部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この例では図４に示した構成に加え、離調周波数信号発生器２１とゲイン調整回路２２と減算器２３と同期検波回路２４と積分器２５とが設けられる。
離調周波数信号発生器２１は同期検波回路１７、ローパスフィルタ１９及び増幅器２０を介して図４に示した従来の振動ジャイロと同様、出力される角速度出力Ｓ１に発生する離調周波数ノイズと同じ周波数の離調周波数信号Ｓ２を生成する。
【００１１】
離調周波数信号発生器２１で生成された離調周波数信号Ｓ２はゲイン調整回路２２に入力され、ゲイン調整回路２２は離調周波数信号Ｓ２のゲインを調整して、その調整した信号を出力Ｓ３として出力する。減算器２３には角速度出力Ｓ１とゲイン調整回路２２の出力Ｓ３とが入力され、減算器２３は角速度出力Ｓ１からゲイン調整回路２２の出力Ｓ３を差し引いた結果を角速度出力Ｓ０として出力する。
同期検波回路２４は角速度出力Ｓ０を離調周波数信号発生器２１で生成された離調周波数信号Ｓ２で同期検波するもので、その検波出力Ｓ４は積分器２５に入力されて積分される。積分器２５の出力Ｓ５はゲイン調整回路２２に入力され、この積分器２５の出力Ｓ５で前述の、離調周波数信号Ｓ２のゲイン調整が行われる。
【００１２】
積分器２５の初期値（出力Ｓ５）は０であり、よってゲイン調整回路２２におけるゲイン調整の初期値は０であって、ゲイン調整回路２２の出力Ｓ３は０となり、角速度出力Ｓ０＝Ｓ１となる。角速度出力Ｓ０は離調周波数信号Ｓ２で同期検波されるが、角速度出力Ｓ１に含まれる離調周波数成分が０であれば、検波出力Ｓ４＝０となり、積分器２５の出力Ｓ５＝０となる。よって、ゲイン調整回路２２のゲインは０となり、出力Ｓ３＝０となる。
一方、角速度出力Ｓ１が離調周波数成分を含む場合、積分器２５の初期値は０であってゲイン調整回路２２の出力Ｓ３の初期状態は０のため、角速度出力Ｓ０＝Ｓ１となり、角速度出力Ｓ０は離調周波数成分を含む。角速度出力Ｓ０に離調周波数成分が含まれると、同期検波回路２４の検波出力Ｓ４は正または負の全波整流波形となり、この検波出力Ｓ４が積分されて積分器２５の出力Ｓ５がある値となる。よって、ゲイン調整回路２２のゲインは０からある値となり、ゲイン調整回路２２の出力Ｓ３はある値を持つ。つまり、出力Ｓ３はゲイン調整された離調周波数信号となり、減算器２３で角速度出力Ｓ０＝Ｓ１−Ｓ３が行われる。
【００１３】
このように、この例では角速度出力Ｓ０の離調周波数成分が０になるように、ゲイン調整回路２２のゲイン調整が行われ、出力Ｓ３が制御されるものとなっており、これにより角速度出力Ｓ０から離調周波数成分が除去され、つまり離調周波数ノイズが除去された角速度出力Ｓ０が得られるものとなっている。
上記のような構成において、離調周波数信号発生器２１は角速度出力Ｓ１を入力信号とするフェーズロックドループ（ＰＬＬ）で構成するのが好ましい。図２は離調周波数信号発生器２１を位相比較器（ＰＣ）２１ａ，ループフィルタ（ＬＰＦ）２１ｂ，電圧制御発振器（ＶＣＯ）２１ｃからなるフェーズロックドループで構成した場合を示したものであり、電圧制御発振器２１ｃは正弦波出力とし、予め離調周波数±数Ｈｚに設定しておく。
【００１４】
このように離調周波数信号発生器２１をフェーズロックドループで構成すれば、角速度出力Ｓ１に離調周波数成分が含まれている場合に、その離調周波数成分の位相と離調周波数信号Ｓ２の位相とが同位相になるように制御される。
また、例えば製造ばらつきや温度変化等の要因によって離調周波数が変動しても、その変動に対して電圧制御発振器２１ｃの制御範囲内で自動的に追従するため、そのような離調周波数の変動があっても離調周波数ノイズの除去性能を一定に保つことができる。
なお、振動ジャイロの振動子の形状は図３に示したような形状に限らず、他の形状であってもよく、いずれの形状の振動子を用いる場合であってもこの発明を適用することができる。さらに、振動子及びその駆動／検出系としては圧電体に駆動／検出用の電極を設けた構造に限らず、エリンバなどの恒弾性材料に駆動用と検出用の圧電素子を貼り付けた構造のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明による振動ジャイロの一実施例を示すブロック図。
【図２】図１における離調周波数信号発生器の一構成例を説明するための図。
【図３】振動ジャイロの振動子の一構成を説明するための図。
【図４】振動ジャイロの従来構成を示すブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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