(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体に振動を与える励振部と、振動体の振動レベルを検出する手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段と、前記振動レベルを検出する手段の出力信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路と、前記第１の増幅器の出力信号を入力し前記整流回路の出力電圧の値に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器を備え、前記可変利得増幅器の出力を前記励振部への駆動信号とした角速度センサ駆動回路において、前記整流回路の出力電圧を入力とするレベル判定回路と、前記可変利得増幅器もしくは前記可変利得増幅器の後段に設けられた電圧増幅器の増幅度を切替えるスイッチ手段を有し、前記レベル判定回路の出力によって前記スイッチ手段を制御し前記振動体の振幅を制御する角速度センサ駆動回路。
【請求項２】
振動体に振動を与える励振部と、振動体の振動レベルを検出する手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段と、前記振動レベルを検出する手段の出力信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路と、前記第１の増幅器の出力信号を入力し前記整流回路の出力電圧の値に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器を備え、前記可変利得増幅器の出力を前記励振部への駆動信号とした角速度センサ駆動回路において、電源投入によってセットされ一定時間パルスを出力するタイマー回路と、前記可変利得増幅器の後段に設けられた電圧増幅器の増幅度を切替えるスイッチ手段を有し、前記タイマー回路の出力によって前記スイッチ手段を制御し前記振動体の振幅を制御する角速度センサ駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角速度センサの起動時間の短縮を図る角速度センサ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の角速度センサ駆動回路として、電装技術会会報（Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．３，１９９４年）第２６頁から３３頁に発表されたものが知られている。
【０００３】
この角速度センサ駆動回路は、音叉振動体に振動を与える励振部と、振動体の振動レベルを検出する手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段と、前記振動レベルを検出する手段の出力信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路と、前記整流器の出力電圧と基準電圧との比較部と、前記第１の増幅器からの出力電圧の位相を９０°シフトした電圧を前記比較部からの出力電圧によって増幅する増幅度が変化し音叉振動体の振幅を一定に制御するように前記励振部に接続した可変利得増幅器より構成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、電源投入直後は可変利得増幅器の増幅度が既定値内で最大になり、音叉振動体の振幅を急激に増加させるように働き、センサの起動時間を短縮する効果も多少はある。しかし、可変利得増幅器の増幅度の可変範囲が有限かつあまり大きくできないため、音叉振動体の振幅レベルが既定値に到達するまでにある程度長い時間が必要であった。また、可変利得増幅器の増幅度の最大値を既定値以上に大きく設定すれば、センサの起動時間を短縮可能であるが、可変利得増幅器の出力電圧波形の飽和の問題、ノイズの低減維持、音叉振動体の振幅を一定に制御する場合の安定性といった総合的な観点から可変利得増幅器の増幅度の最大値を既定値以上に大きくすることは困難である。
【０００５】
従って、可変利得増幅器の増幅度の最大値を既定値以上に大きくせずに、音叉振動体の振幅を一定にするまでの時間（起動時間）を短縮するのは難しい。また、尖鋭度Ｑ（振動エネルギー／投入エネルギー）の大きな水晶音叉振動体のような場合は、時定数τ＝Ｑ／２πｆ（ｆ：駆動周波数）をｆの著しい増加なしに小さくすることは極めて難しい。従って、起動時間の低減のために、可変利得増幅器の増幅度の最大値を既定値以上に大きくできないことは著しい障害となる。
【０００６】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、角速度センサの起動時間の短縮を図る角速度センサ駆動回路を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、振動体に振動を与える励振部と、振動体の振動レベルを検出する手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段と、前記振動レベルを検出する手段の出力信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路と、前記第１の増幅器の出力信号を入力し前記整流回路の出力電圧の値に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器を備え、可変利得増幅器の出力を前記励振部への駆動信号とした角速度センサ駆動回路において、前記整流回路の出力電圧を入力とするレベル判定回路と、前記可変利得増幅器もしくは前記可変利得増幅器の後段に設けられた電圧増幅器の増幅度を切替えるスイッチ手段を有し、前記レベル判定回路の出力によって前記スイッチ手段を制御し前記振動体の振幅を制御することを特徴とするものである。この構成により、可変利得増幅器の出力電圧波形の飽和の問題、ノイズの低減維持、音叉振動体の振幅を一定に制御する場合の安定性といった総合的な項目をすべてクリアーしながら角速度センサの起動時間の短縮を図ることが可能となる。特に尖鋭度Ｑの大きな水晶音叉振動体のような場合には、有効である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、振動体に振動を与える励振部と、振動体の振動レベルを検出する手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段と、前記振動レベルを検出する手段の出力信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路と、前記第１の増幅器の出力信号を入力し前記整流回路の出力電圧の値に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器を備え、前記可変利得増幅器の出力を前記励振部への駆動信号とした角速度センサ駆動回路において、前記整流回路の出力電圧を入力とするレベル判定回路と、前記可変利得増幅器もしくは前記可変利得増幅器の後段に設けられた電圧増幅器の増幅度を切替えるスイッチ手段を有し、前記レベル判定回路の出力によって前記スイッチ手段を制御し前記振動体の振幅を制御する構成であるため、簡易な構成ながら角速度センサの起動時間を著しく短縮できる作用を有する。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、振動体に振動を与える励振部と、振動体の振動レベルを検出する手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段と、前記振動レベルを検出する手段の出力信号を増幅する第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路と、前記第１の増幅器の出力信号を入力し前記整流回路の出力電圧の値に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器を備え、前記可変利得増幅器の出力を前記励振部への駆動信号とした角速度センサ駆動回路において、電源投入によってセットされ一定時間パルスを出力するタイマー回路と、前記可変利得増幅器の後段に設けられた電圧増幅器の増幅度を切替えるスイッチ手段を有し、前記タイマー回路の出力によって前記スイッチ手段を制御し前記振動体の振幅を制御する構成としたため、角速度センサの起動時間を任意かつ著しく短縮できる作用を有する。
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における角速度センサ駆動回路のブロック図である。図１において、１は音叉構造振動型角速度センサ、２は第１の増幅器、３は整流器、４は平滑回路、５は可変利得増幅器、６は後段に設けた電圧増幅器、７は第２の増幅器、８は同期検波器、９はローパスフィルタである。１０は振動部材に圧電素子を貼付して構成した励振部、１１は振動部材に圧電素子を貼付して構成し振動レベルを検出する手段、１２，１３は角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する第１、第２の検出手段で、励振部１０と第１の検出手段１２は直交接合され、振動レベルを検出する手段１１と第２の検出手段１３も直交接合され、それぞれは連結板１４で連結され、この連結板１４を支持棒１５で一点支持し、音叉構造振動型角速度センサ１を構成している。励振部１０の振動により音叉振動する振動レベルを検出する手段１１と振動レベルを検出する手段１１の出力信号を入力信号として増幅する第１の増幅器２と、前記第１の増幅器２の出力信号を整流する整流器３と、前記整流器３の出力電圧を平滑する平滑回路４と、前記平滑回路４の出力電圧値によって前記第１の増幅器２からの出力電圧を増幅する増幅度が変化し音叉振動体の振幅を一定に制御する可変利得増幅器５と、音叉振動体の振幅が一定に到達するまでの時間を設定する機能を有する後段に設けた電圧増幅器６を前記可変利得増幅器５と前記励振部１０の間に備えている。印加される角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する前記第１、第２の検出手段１２，１３の信号は第２の増幅器７で増幅され、同期検波器８で音叉振動体の周期で検波されて角速度に比例した電圧となり、ローパスフィルタ９によって増幅されて角速度電圧信号として出力される。後段に設けた電圧増幅器６は、抵抗１６，１７，１８、スイッチ手段２１、オペアンプ２３、基準電圧発生部２５、レベル判定回路２６より構成されている。抵抗１６，１７，１８は、それぞれ１００Ω、１０ｋΩ、１００ｋΩであり、電源２７を投入後、コンデンサ２４の充電電圧値とレベル判定回路２６（設定電圧値＝Ｖ１）と、図２に示すスイッチ制御タイミングチャートに従って、スイッチ手段２１をオン、オフさせる。タイミングチャート（図２参照）の第１ステージ、第２ステージでは、後段に設けた電圧増幅器６の増幅度がそれぞれ１０１０倍、１０倍に設定されるため、図３（ａ）に示すように音叉振動体の振幅の小さな初期の段階（振動レベルを検出する手段１１の出力信号の小さな初期の段階）では、後段に設けた電圧増幅器６において増幅度が非常に大きく（励振部１０への印加電圧が初期の段階から大きく）でき、音叉振動体の振幅が既定値に近づいてくる後半（振動レベルを検出する手段１１の出力信号が既定値に達する段階）では小さな増幅度となり（励振部１０への印加電圧も小さくなり）、角速度センサの起動時間を著しく短縮可能となるばかりか、起動時の必要な時だけスイッチ手段２１により後段に設けた電圧増幅器６の増幅度を大きくし、少なくとも最終制御領域に入ってからは可変利得増幅器５の増幅度の最大値を従来通りの既定値に維持可能なため、出力電圧波形の飽和の問題、ノイズの低減維持、音叉振動体の振幅を一定に制御する場合の安定性といった総合的な項目もすべてクリアー可能となる。また、図２に示すようにコンデンサ２４の充電電圧値とレベル判定回路２６の設定電圧値＝Ｖ１を所望に設定し、各ステージにおける増幅度を適宜設定することにより、音叉振動体の振幅が一定に到達するまでの時間を任意に設定することも可能である。また、本実施の形態１においては、レベル判定回路２６の出力によって可変利得増幅器５の後段に設けた電圧増幅器６の増幅度を切替えるスイッチ手段２１を制御する例について述べたが、前記可変利得増幅器の増幅度を切替えるスイッチ手段を制御する構成であっても構わない。図３（ｂ）に従来例における手段１１の出力信号波形と励振部１０への印加電圧波形を示す。
【００１１】
なお、本実施の形態では、音叉構造振動型角速度センサとして振動体に圧電素子を貼付した構成の例のみについて説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。特に音叉構造振動型角速度センサとして、尖鋭度Ｑの大きな水晶音叉振動体を利用した場合には、その効果が顕著である。また、振動体としては、必ずしも従来のような音叉構造振動型に限定されるものではない。
【００１２】
（実施の形態２）
図４は本発明の実施の形態２における角速度センサ駆動回路のブロック図である。なお、図４において図１と同一構成部分には同一番号を付して詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳述する。図４において、後段に設けた電圧増幅器６は、抵抗１６，１７，１８，１９，２０、スイッチ手段２１，２２、オペアンプ２３、一定時間パルスを出力するタイマー２８より構成されている。抵抗１６，１７，１８，１９，２０は、それぞれ１００Ω、１０ｋΩ、１００ｋΩ、１００Ω、１０ｋΩであり、電源２７が投入されタイマー２８が初期セットされた後、図５に示すスイッチ制御タイミングチャートに従って、スイッチ手段２１，２２がオン、オフ制御させる。タイミングチャートの第１ステージ、第２ステージ、第３ステージ、第４ステージでは、後段に設けた電圧増幅器６の増幅度がそれぞれ１１１１倍、１０１１倍、１１倍、１０倍に設定されるため、音叉振動の振幅の小さな初期の段階では非常に大きな増幅度が確保でき、音叉振動体の振幅が既定値に近づいてくる後半では小さな増幅度が確保できるため、角速度センサの起動時間を著しく短縮可能となるばかりか、起動時の必要な時だけスイッチ手段２１，２２により後段に設けた電圧増幅器６の増幅度を大きくし、少なくとも最終制御領域に入ってからは可変利得増幅器５の増幅度の最大値を従来通りの既定値に維持可能なため、出力電圧波形の飽和の問題、ノイズの低減維持、音叉振動体の振幅を一定に制御する場合の安定性といった総合的な項目もすべてクリアー可能となる。また、タイマー２８と各ステージにおける増幅度を適宜設定することにより、音叉振動体の振幅が一定に到達するまでの時間を任意に設定することも可能である。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、起動時の必要な時だけスイッチ手段により電圧増幅器の増幅度を大きくし、少なくとも最終制御領域に入ってからは可変利得増幅器の増幅度の最大値を従来通りの既定値に維持可能なため、振動体の振幅が一定に到達するまでの時間を任意に設定する機能を有するばかりか、可変利得増幅器の出力電圧波形の飽和の問題、ノイズの低減維持、振動体の振幅を一定に制御する場合の安定性といった総合的な項目をすべてクリアーしながら角速度センサの起動時間を著しく短縮可能な角速度センサ駆動回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における角速度センサ駆動回路のブロック図
【図２】同回路における電圧増幅器のスイッチ制御タイミングチャート
【図３】（ａ）同回路における振動レベルを検出する手段の出力信号と励振部への電圧印加状態の説明図
（ｂ）従来回路における振動レベルを検出する手段の出力信号と励振部への電圧印加状態の説明図
【図４】本発明の実施の形態２における角速度センサ駆動回路のブロック図
【図５】同回路における電圧増幅器のスイッチ制御タイミングチャート
【符号の説明】
１  角速度センサ
２  第１の増幅器
３  整流器
４  平滑回路
５  可変利得増幅器
６  電圧増幅器
７  第２の増幅器
８  同期検波器
９  ローパスフィルタ
１０  励振部
１１  振動レベルを検出する手段
１６，１７，１８，１９，２０  抵抗
２１，２２  スイッチ手段
２３  オペアンプ
２４  コンデンサ
２５  基準電圧発生部
２６  レベル判定回路
２７  電源Ｖｃｃ
２８  タイマー
【図１】
0003932661.tif 000002
【図２】
0003932661.tif 000003
【図３】
0003932661.tif 000004
【図４】
0003932661.tif 000005
【図５】
0003932661.tif 000006