(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と、前記可変利得増幅器の出力信号を増幅する第２の増幅器と、前記整流回路の出力電圧と基準電圧発生部の出力電圧が入力されるレベル判定回路と、前記第１の増幅器と前記第２の増幅器との間に第３の増幅器とスイッチ手段とを有し、前記第１の増幅器の出力信号が前記第３の増幅器の正入力端子に入力され、前記第３の増幅器の負入力端子と前記第３の増幅器の出力端子との間に第１の抵抗が挿入され、前記第３の増幅器の負入力端子に電源電圧の１／２近傍の大きさの電圧がコンデンサを介して印加され、前記第３の増幅器の出力端子と前記第２の増幅器の入力端子との間に第２の抵抗と前記スイッチ手段が直列に接続され、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駆動するように構成した角速度センサ。
【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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の角速度センサとして、電装技術会会報（Ｖｏｌ．３８，No．３，１９９４年）第２６頁から第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、起動時間の短縮を図ることが可能な角速度センサ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と、前記可変利得増幅器の出力信号を増幅する第２の増幅器と、前記整流回路の出力電圧と基準電圧発生部の出力電圧が入力されるレベル判定回路と、前記第１の増幅器と前記第２の増幅器との間に第３の増幅器とスイッチ手段とを有し、前記第１の増幅器の出力信号が前記第３の増幅器の正入力端子に入力され、前記第３の増幅器の負入力端子と前記第３の増幅器の出力端子との間に第１の抵抗が挿入され、前記第３の増幅器の負入力端子に電源電圧の１／２近傍の大きさの電圧がコンデンサを介して印加され、前記第３の増幅器の出力端子と前記第２の増幅器の入力端子との間に第２の抵抗と前記スイッチ手段が直列に接続され、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駆動するように構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
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である。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。
【０００９】
【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と、前記可変利得増幅器の出力信号を増幅する第２の増幅器と、前記整流回路の出力電圧と基準電圧発生部の出力電圧が入力されるレベル判定回路と、前記第１の増幅器と前記第２の増幅器との間に第３の増幅器とスイッチ手段とを有し、前記第１の増幅器の出力信号が前記第３の増幅器の正入力端子に入力され、前記第３の増幅器の負入力端子と前記第３の増幅器の出力端子との間に第１の抵抗が挿入され、前記第３の増幅器の負入力端子に電源電圧の１／２近傍の大きさの電圧がコンデンサを介して印加され、前記第３の増幅器の出力端子と前記第２の増幅器の入力端子との間に第２の抵抗と前記スイッチ手段が直列に接続され、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駆動するように構成されているため、簡易な構成ながら起動とともに速やかに第２の増幅器への入力電圧を最大にすることが可能となり、角速度センサの起動時間を著しく短縮できるという作用を有する。
【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）
図１は本発明の実施の形態における角速度センサ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素子ブロック、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は第２の増幅器、７は第４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素子ブロック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、前記可変利得増幅器の出力信号を増幅する第２の増幅器６より構成されている。
【００１１】
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４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。
【００１２】
また、図１において、２０は第３の増幅器、２１はコンデンサ、２２は第１の抵抗、２３は第２の抵抗、２４はコンデンサ、２５は基準電圧発生部、２６はレベル判定回路、２７はスイッチ手段である。
【００１３】
さらに、整流回路３の出力電圧と基準電圧発生部２５の出力電圧が入力されるレベル判定回路２６と、前記第１の増幅器２と前記第２の増幅器６との間に第３の増幅器２０とスイッチ手段２７とを備えている。第３の増幅器２０の負入力端子には、電源電圧Ｖｃｃの１／２の電圧がコンデンサ２１を介して接続されている。
【００１４】
また、前記第１の増幅器２の出力信号が前記第３の増幅器２０の正入力端子に入力され、前記第３の増幅器２０の負入力端子と前記第３の増幅器２０の出力端子との間に第１の抵抗２２が挿入され、前記第３の増幅器２０の出力端子と前記第２の増幅器６の入力端子との間に第２の抵抗２３と前記スイッチ手段２７が直列に接続されている。第１の抵抗２２、第２の抵抗２３は、それぞれ１ＭΩ、２０ｋΩであり、電源（図示せず）投入後、コンデンサ２４の充電電圧値とレベル判定回路２６（基準電圧発生部２５により設定された設定電圧値＝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２７をオン、オフさせる。第３の増幅器２０は基準電圧（電源電圧Ｖｃｃの１／２）を中心に電源電圧から接地電圧までの出力波形で動作しており、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、第３の増幅器２０がそれぞれオン、オフになり、図３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、第２の増幅器６において出力電圧が非常に大きく（励振部１０への印加電圧は、起動時から最大出力電圧となるように）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２７により第３の増幅器２０を駆動し、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。
【００１５】
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なるまでの時間を任意に設定することも当然可能である。
【００１６】
なお、本実施の形態では、音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック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素子ブロックとして、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。
【００１７】
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。
【００１８】
また、本実施の形態においては、第３の増幅器２０の負入力端子に電源電圧Ｖｃｃの１／２の電圧がコンデンサ２１を介して接続されている例について説明したが、厳密に１／２である必要はなく、１／２近傍の値であれば十分要件は満足する。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、起動とともに第３の増幅器とスイッチ手段により第２の増幅器からの出力電圧を最大にし、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起動時間を著しく短縮可能な角速度センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の角速度センサの実施の形態を説明するブロック図
【図２】同センサにおける第２の電圧増幅器のスイッチ制御タイミングチャート
【図３】同センサ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
【符号の説明】
１  音叉構造振動型センサ素子ブロック
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  第２の増幅器
７  第４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
１２  第１のコリオリ力を検出する手段
１３  第２のコリオリ力を検出する手段
１４  連結板
１５  支持棒
２０  第３の増幅器
２１，２４  コンデンサ
２２  第１の抵抗
２３  第２の抵抗
２５  基準電圧発生部
２６  レベル判定回路
２７  スイッチ手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004075152.tif 000004