專利名稱：振動陀螺儀電路、振動陀螺儀單元、以及振動陀螺儀輸出檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動陀螺儀電路、振動陀螺儀單元、以及振動陀螺儀輸出檢測方法，用來檢測與當(dāng)一旋轉(zhuǎn)角速度施加于振動裝狀態(tài)下的振動器時所生成的科里奧利力(地球自轉(zhuǎn)偏向力)對應(yīng)的信號，從而檢測所施加的旋轉(zhuǎn)角速度。具體地，本發(fā)明涉及振動陀螺儀電路、振動陀螺儀單元、以及振動陀螺儀輸出檢測的方法，其中根據(jù)振動陀螺儀的特性最優(yōu)地設(shè)置對應(yīng)于科里奧利力的信號的檢測時序。
背景技術(shù)：
陀螺儀作為檢測旋轉(zhuǎn)角速度的傳感器為大家所知。具體地，使用振動器的陀螺儀被稱為振動陀螺儀，并且被廣泛用于多種用途，例如檢測施加于攝像機(jī)或數(shù)字照相機(jī)的無意的手部顫抖、車載導(dǎo)航系統(tǒng)中的方向檢測、以及諸如交通工具等可移動物體的姿態(tài)控制。
已投入實際使用的振動陀螺儀包含其上附接壓電元件的三棱柱形或四棱柱形振動器，以及由其上印制電極的壓電陶瓷形成的柱形振動器(例如參見日本未審專利申請，公開號2000-337883)。
圖13顯示說明公知振動陀螺儀的配置方框圖的例子。振動陀螺儀31由振動器32以及附接于振動器32的壓電元件33a、33b構(gòu)成，其連接到振動陀螺儀電路。振動陀螺儀電路包含相加電路1、振蕩電路2、差分放大器電路4、同步檢測電路5、移相電路13、以及直流放大器電路6。振動陀螺儀31、相加電路1、以及振蕩電路2構(gòu)成自激振蕩電路7a，用來造成振動陀螺儀31的、在振動陀螺儀31的彎曲(bending)振動的諧振頻率上的自激振蕩。
振蕩電路2的輸出信號輸入到振動器32，并且通過振動器32表面上的導(dǎo)電板施加到壓電元件33a和33b。壓電元件33b的輸出信號以及壓電元件33a的輸出信號輸入到相加電路1，并且一起相加。相加電路1的輸出信號輸入到振蕩電路2以及移相電路13。
壓電元件33b的輸出信號以及壓電元件33a的輸出信號還輸入到差分放大器電路4。差分放大器電路4輸出對應(yīng)于壓電元件33b的輸出信號以及壓電元件33a的輸出信號之間差異的信號。同步檢測電路5與從移相電路13輸出的時序信號同步地檢測差分放大器電路4的輸出信號。直流放大器電路6放大由同步檢測電路5同步檢測的直流信號。
振動陀螺儀31由自激振蕩電路7a驅(qū)動，并且進(jìn)行相對于其縱向方向的正交方向上的彎曲振動。當(dāng)圍繞振動陀螺儀31的縱向中心軸沒有施加旋轉(zhuǎn)角速度時，以嚴(yán)格相同的方式生成壓電元件33a中的應(yīng)力(strain)與壓電元件33b中的應(yīng)力。由此，壓電元件33b的輸出信號以及壓電元件33a的輸出信號在幅度與相位上相同，從而導(dǎo)致從差分放大器電路4輸出為零。
當(dāng)進(jìn)行上述彎曲振動的同時圍繞振動陀螺儀31的縱向中心軸向振動陀螺儀31施加旋轉(zhuǎn)角速度時，在與縱向方向以及彎曲振動的方向以直角交叉的方向上生成科里奧利力。所生成的科里奧利力造成彎曲振動方向的改變、以及來自兩個檢測元件(壓電元件33a與壓電元件33b)的輸出之間的差異。由此，可以從差分放大器電路4獲得與兩個檢測元件輸出差異成比例的輸出信號。
當(dāng)施加旋轉(zhuǎn)角速度時，壓電元件33b輸出一信號，其中疊加了對應(yīng)于提供到振動陀螺儀31的驅(qū)動信號的輸出信號、以及對應(yīng)于科里奧利力的輸出信號。類似地，當(dāng)施加旋轉(zhuǎn)角速度時，壓電元件33a輸出一信號，其中疊加了對應(yīng)于提供到振動陀螺儀31的驅(qū)動信號的輸出信號、以及對應(yīng)于科里奧利力的輸出信號。
對應(yīng)于驅(qū)動信號的壓電元件33b的輸出信號以及壓電元件33a的輸出信號在幅度與相位上相同，并且由此在差分放大器電路4中相互抵消。相反，對應(yīng)于科里奧利力的壓電元件33b以及壓電元件33a的輸出信號在相位上相反、幅度上相同。由此，差分放大器電路4的輸出信號與壓電元件33b的輸出信號以及壓電元件33a的輸出信號之間的差異成比例，并且從差分放大器電路4只輸出對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)角速度的幅度的信號。用來驅(qū)動振動陀螺儀31的驅(qū)動信號以及相加電路1的輸出信號同相，并且在幅度上成比例。
對應(yīng)于驅(qū)動信號在相對于彎曲振動的正交方向上形成科里奧利力。因此，在原理上，對應(yīng)于科里奧利力的、從差分放大器電路4輸出的信號在與驅(qū)動信號相關(guān)(同相)的、相加電路1的輸出信號的最大幅度點上變?yōu)榱?，并且在相加電?的輸出信號的零交叉點上變?yōu)樽畲蟆＿@表示差分放大器電路4的輸出信號與相加電路1的輸出信號相移90°。相應(yīng)地，同步檢測電路5將按照相對于相加電路1的輸出信號具有90度相位差的、移相電路13的輸出信號的時序檢測差分放大器電路4的輸出信號。

發(fā)明內(nèi)容
在公知技術(shù)中，根據(jù)以下預(yù)先條件進(jìn)行信號處理差分放大器電路4的輸出信號相對于相加電路1的輸出信號具有90度相位差。然而，由于可歸因于振動陀螺儀31的結(jié)構(gòu)、材料、以及大小的因素，差分放大器電路4的輸出信號與相加電路1的輸出信號之間的相位差不一定是90度。因此，在具有使得相位差不是90度的特性的振動陀螺儀中，如果與從相加電路1的輸出信號相移90度的、移相電路13的時序信號同步地檢測差分放大器電路4的輸出信號，則差分放大器電路4的輸出信號的檢測靈敏度、即檢測旋轉(zhuǎn)角速度的靈敏度，無法被最大化。另外，因為噪聲不隨振動陀螺儀31的結(jié)構(gòu)、材料、以及大小顯著變化，所以檢測旋轉(zhuǎn)角速度中的S/N比減少。
考慮到上述缺點作出了本發(fā)明。相應(yīng)地，需要使之能夠以高靈敏度檢測旋轉(zhuǎn)角速度的振動陀螺儀電路、振動陀螺儀單元、以及振動陀螺儀輸出檢測的方法。
為此，本發(fā)明采用了下述配置。具體地，根據(jù)本發(fā)明的振動陀螺儀電路包含差分放大器電路，用來輸出對應(yīng)于振動陀螺儀兩個檢測部件的輸出信號之間差異的信號；同步檢測電路，用來對差分放大器電路的輸出信號進(jìn)行同步檢測；以及移相電路，用來向同步檢測電路提供信號作為用于同步檢測的時序信號，該時序信號相對于提供到振動陀螺儀的驅(qū)動信號進(jìn)行了移相。根據(jù)對于差分放大器電路輸出信號的檢測靈敏度的相位差特性，設(shè)置驅(qū)動信號與時序信號之間的相位差。在驅(qū)動狀態(tài)下向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下預(yù)先獲得該相位差特性。
根據(jù)本發(fā)明的振動陀螺儀單元包含振動陀螺儀，具有兩個檢測部件；差分放大器電路，用來輸出對應(yīng)于所述檢測部件的輸出信號之間差異的信號；同步檢測電路，用來對差分放大器電路的輸出信號進(jìn)行同步檢測；以及移相電路，用來向同步檢測電路提供信號作為用于同步檢測的時序信號，該時序信號相對于提供到振動陀螺儀的驅(qū)動信號進(jìn)行了移相。根據(jù)對于差分放大器電路輸出信號的檢測靈敏度的相位差特性，設(shè)置驅(qū)動信號與時序信號之間的相位差。在驅(qū)動狀態(tài)下向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下預(yù)先獲得該相位差特性。
在沒有向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，振動陀螺儀單元兩個檢測部件的輸出信號之間的差異為零。當(dāng)向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度時，振動陀螺儀單元兩個檢測部件的輸出信號之間的差異具有對應(yīng)于所施加的旋轉(zhuǎn)角速度的值。由此，在沒有向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，差分放大器電路的輸出為零；并且在施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，差分放大器電路的輸出具有對應(yīng)于所施加的旋轉(zhuǎn)角速度的值。該差分放大器電路的輸出信號為交流信號。同步檢測電路同步地檢測差分放大器電路的輸出信號，并且將該輸出信號整流為直流。移相電路產(chǎn)生用于同步檢測的時序信號。與該時序信號同步地整流差分放大器電路的輸出信號。
該時序信號相對于提供到振動陀螺儀的驅(qū)動信號被移相。相移量(驅(qū)動信號與時序信號之間的相位差)根據(jù)對于差分放大器電路輸出信號的檢測靈敏度的相位差特性設(shè)置，該相位差特性在驅(qū)動狀態(tài)下向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下預(yù)先獲得。對于差分放大器電路輸出信號的檢測靈敏度指在差分放大器電路輸出信號的整流之后獲得的直流信號的幅度，并且對應(yīng)于對于施加到振動陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度。更具體地，在本發(fā)明中，可變地改變該相位差，從而預(yù)先獲得每個改變后的相位差與對于旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度之間的關(guān)系。根據(jù)所獲得的關(guān)系，可以將帶來高靈敏度的相位差設(shè)置為設(shè)置值。該相位差不是如現(xiàn)有技術(shù)所知地固定為90度，而是可以設(shè)置最優(yōu)相位差，以符合振動陀螺儀的特性，從而使之能夠以高靈敏度檢測旋轉(zhuǎn)角速度。
另外，可以配置移相電路，以包含積分電路，用來使輸入的驅(qū)動信號延遲由電阻器與電容器的時間常數(shù)確定的相位差。利用該配置，通過調(diào)整所述電阻器的電阻(包括通過改變電阻器階段的數(shù)目來調(diào)整電阻)，或者通過調(diào)整所述電容器的電容(包括通過改變電容器階段的數(shù)目來調(diào)整電阻)，可以容易地設(shè)置所希望的相位差。該配置還有利于電路設(shè)計，從而以較低的成本實現(xiàn)具有上述功能的移相電路。
在根據(jù)本發(fā)明的檢測振動陀螺儀輸出的方法中，利用相對于施加到振動陀螺儀的驅(qū)動信號進(jìn)行了移相的時序信號，對對應(yīng)于振動陀螺儀的兩個檢測部件的輸出信號之間的差異的信號進(jìn)行同步檢測，從而檢測施加到振動陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角速度。根據(jù)對于與所述振動陀螺儀兩個檢測部件的輸出信號之間的差異對應(yīng)的信號的檢測靈敏度的相位差特性，設(shè)置施加到振動陀螺儀的驅(qū)動信號與相對于驅(qū)動信號進(jìn)行了相移的時序信號之間的相位差。在驅(qū)動狀態(tài)下向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下預(yù)先獲得該檢測靈敏度。與相對于驅(qū)動信號相移了所設(shè)置的相位差的時序信號同步地檢測對應(yīng)于所述兩個檢測部件的輸出信號之間的差異的信號。
在沒有向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，振動陀螺儀單元兩個檢測部件的輸出信號之間的差異為零。當(dāng)向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度時，振動陀螺儀單元兩個檢測部件的輸出信號之間的差異具有對應(yīng)于所施加的旋轉(zhuǎn)角速度的值。由此，在沒有施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，對應(yīng)于所述兩個檢測部件的輸出信號之間差異的信號為零；并且在施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，該信號具有對應(yīng)于所施加的旋轉(zhuǎn)角速度的值。對應(yīng)于所述檢測部件的輸出信號之間差異的信號為交流信號。與相對于施加到振動陀螺儀的驅(qū)動信號進(jìn)行移相的時序信號同步地檢測該信號，并且將該信號整流為直流。
該相移量(驅(qū)動信號與時序信號之間的相位差)根據(jù)對于與所述檢測部件的輸出信號對應(yīng)的信號的檢測靈敏度的相位差特性設(shè)置。該相位差特性在驅(qū)動狀態(tài)下向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下預(yù)先獲得。對于與所述檢測部件的輸出信號之間差異對應(yīng)的信號的檢測靈敏度指在對應(yīng)于所述檢測部件的輸出信號之間差異的信號的整流之后獲得的直流信號的幅度。該檢測靈敏度對應(yīng)于對于施加到振動陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度。更具體地，在本發(fā)明中，可變地改變相位差，從而預(yù)先獲得每個改變后的相位差與對于旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度之間的關(guān)系。根據(jù)所獲得的關(guān)系，將帶來高靈敏度的相位差設(shè)置為設(shè)置值。該相位差不是如現(xiàn)有技術(shù)所知地固定為90度，而是可以設(shè)置最優(yōu)相位差，以符合振動陀螺儀的特性，從而使之能夠以高靈敏度檢測旋轉(zhuǎn)角速度。


圖1為顯示說明根據(jù)本發(fā)明第一實施例的振動陀螺儀單元的配置的方框圖；圖2為圖1所示振動陀螺儀的透視圖；圖3為該振動陀螺儀的剖面圖；
圖4為說明圖1所示振動陀螺儀電路中每個部件中電壓波形的時序圖；圖5為說明驅(qū)動信號與用于同步檢測的時序信號之間相位差θ、與對于旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度S之間關(guān)系的例子的曲線圖；圖6為說明圖1所示移相電路的例子的電路圖；圖7為顯示說明根據(jù)本發(fā)明第二實施例的振動陀螺儀單元的配置的方框圖；圖8為圖7所示振動陀螺儀的透視圖；圖9為該振動陀螺儀的剖面圖；圖10為顯示說明根據(jù)本發(fā)明第三實施例的振動陀螺儀單元的配置的方框圖；圖11為圖10所示振動陀螺儀的透視圖；圖12為該振動陀螺儀的剖面圖；圖13為說明公知振動陀螺儀的配置的例子的方框圖。
具體實施例方式
在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述應(yīng)用本發(fā)明的示范性實施例。然而，本發(fā)明不限于以下實施例，并且可以在本發(fā)明的技術(shù)概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種修改。
第一實施例圖2為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的振動陀螺儀31的透視圖，圖3為振動陀螺儀31的剖面圖。振動陀螺儀31由表面上覆蓋有導(dǎo)電材料的四棱柱形振動器32、以及附接于振動器32第一側(cè)面32a的兩個壓電元件33a、33b構(gòu)成。壓電元件33a、33b作為驅(qū)動部件，用來提供驅(qū)動信號給振動陀螺儀31，并且還作為檢測部件，用來檢測對應(yīng)于施加到振動陀螺儀31的旋轉(zhuǎn)角速度的信號。
振動器32由可以生成機(jī)械彎曲振動的材料形成，例如無定形碳、鎳鉻恒彈性鋼、鐵鎳合金、石英、玻璃、水晶、陶瓷等等。以長度等于振動器32長度的四棱柱形形成的兩個壓電元件33a、33b的每一個都沿振動器32的縱向方向延伸，并且與另一壓電元件相對、在其間形成間隙。壓電元件33a與壓電元件33b相對于在寬度方向上二等分第一側(cè)面32a的中心線對稱。
振動陀螺儀31連接到振動陀螺儀電路。該電路與振動陀螺儀31構(gòu)成振動陀螺儀單元。如圖1所示，振動陀螺儀電路包含相加電路1、振蕩電路2、差分放大器電路4、同步檢測電路5、移相電路3、以及直流放大器電路6。振動陀螺儀31、相加電路1、以及振蕩電路2構(gòu)成自激振蕩電路7a，用來造成振動陀螺儀31的、在振動陀螺儀31的彎曲振動的諧振頻率上的自激振蕩。振動陀螺儀電路例如在利用一個半導(dǎo)體芯片的IC(集成電路)上形成。該半導(dǎo)體芯片以裸芯片或封裝組件的形式在電路板上實現(xiàn)。該電路板還裝備有振動陀螺儀31，從而構(gòu)成振動陀螺儀單元。
振蕩電路2的輸出信號Vgo輸入到與振動器32第一側(cè)面32a相對的第二側(cè)面32b，并且通過振動器32表面上的導(dǎo)電板被施加到附接于第一側(cè)面32a的壓電元件33a、33b。壓電元件33b的輸出信號Vgl以及壓電元件33a的輸出信號Vgr輸入到相加電路1，并且一起相加。相加電路1的輸出信號Vsa由振蕩電路2在幅度與相位上進(jìn)行調(diào)整，并且施加到振動陀螺儀31作為驅(qū)動信號。相加電路1的輸出信號Vsa還輸入到移相電路3。
壓電元件33b的輸出信號Vgl以及壓電元件33a的輸出信號Vgr還輸入到差分放大器電路4。差分放大器電路4輸出對應(yīng)于Vgl以及Vgr之間差異的信號Vda。同步檢測電路5與從移相電路3輸出的時序信號Vck同步地檢測信號Vda。直流放大器電路6放大由同步檢測電路5同步檢測的直流信號Vsd，并且輸出信號S。
圖4為顯示上述各個信號的波形的時序圖。該圖左側(cè)顯示當(dāng)沒有向振動陀螺儀31施加旋轉(zhuǎn)角速度時的每個信號波形。該圖右側(cè)顯示當(dāng)圍繞振動陀螺儀31的縱向中心軸C(參看圖1)施加旋轉(zhuǎn)角速度時的每個信號波形。
振動陀螺儀31由自激振蕩電路7a驅(qū)動，并且進(jìn)行相對于第一與第二側(cè)面32a、32b以及縱向方向(圖1中y方向)的正交方向上的彎曲振動。在圍繞振動陀螺儀31的縱向中心軸C沒有施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，以嚴(yán)格相同的方式生成壓電元件33a中的應(yīng)力與壓電元件33b中的應(yīng)力。由此，壓電元件33b的輸出信號Vgl以及壓電元件33a的輸出信號Vgr在幅度與相位上相同，從而導(dǎo)致從差分放大器電路4的輸出為零。
當(dāng)在y方向上進(jìn)行彎曲振動的同時圍繞振動陀螺儀31的縱向中心軸C向振動陀螺儀31施加旋轉(zhuǎn)角速度時，在與縱向及y方向二者以直角交叉的方向x上生成科里奧利力。該科里奧利力造成彎曲振動方向的改變、以及來自兩個檢測元件(壓電元件)33a與壓電元件33b之間的輸出差異。
更具體地，來自壓電元件33b的輸出信號Vgl以及來自壓電元件33a的輸出信號Vgr產(chǎn)生差異(Vgl-Vgr)，并且可以從差分放大器電路4獲得與差異(Vgl-Vgr)成比例的輸出信號Vda。
當(dāng)施加旋轉(zhuǎn)角速度時，壓電元件33b輸出信號Vgl，其上疊加了對應(yīng)于提供到振動陀螺儀31的驅(qū)動信號的輸出信號(圖4中點虛線)、以及對應(yīng)于科里奧利力的輸出信號Vcl(圖4中點劃虛線)。類似地，當(dāng)施加旋轉(zhuǎn)角速度時，壓電元件33a輸出信號Vgr，其上疊加了對應(yīng)于提供到振動陀螺儀31的驅(qū)動信號的輸出信號(圖4中點虛線)、以及對應(yīng)于科里奧利力的輸出信號Vcr(圖4中點劃虛線)。
對應(yīng)于驅(qū)動信號的壓電元件33b的輸出信號以及壓電元件33a的輸出信號在幅度與相位上相同，并且由此在差分放大器電路4中相互抵消。相反，對應(yīng)于科里奧利力的壓電元件33b的輸出信號Vcl以及壓電元件33a的輸出信號Vcr在相位上相反、幅度上相同。由此，差分放大器電路4的輸出信號Vda與差異(Vgl-Vgr)成比例，并且從差分放大器電路4只輸出對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)角速度的幅度的信號。
對應(yīng)于科里奧利力的壓電元件33b的輸出信號以及壓電元件33a的輸出信號在相位上相反、幅度上相同，因此在相加電路1中彼此抵消。由此，振動陀螺儀31被提供有恒定的驅(qū)動信號而與所產(chǎn)生的科里奧利力無關(guān)。驅(qū)動信號和相加電路1的輸出信號Vsa同相，并且在幅度上成比例。在原理上，對應(yīng)于科里奧利力的、從差分放大器電路4輸出的信號Vda在用于驅(qū)動振動陀螺儀31的驅(qū)動信號的最大幅度點、即與驅(qū)動信號同相的相加電路1的輸出信號Vsa的最大幅度點上變?yōu)榱悖⑶以谳敵鲂盘朧sa的零交叉點上變?yōu)樽畲?。這表示差分放大器電路4的輸出信號Vda與相加電路1的輸出信號Vsa具有90度的相位差。
然而，由于可歸因于振動陀螺儀31的結(jié)構(gòu)、材料、以及大小的因素，差分放大器電路4的輸出信號Vda與相加電路1的輸出信號Vsa之間的相位差不一定是90度。在圖4中顯示的例子中，生成了差分放大器電路4的輸出信號Vda與相加電路1的輸出信號Vsa之間的、大于90度的相位差θps。
相應(yīng)地，在該實施例中，時序信號Vck距離相加電路1的輸出信號Vsa的相移量不固定為90度，而是根據(jù)在Vsa與Vda之間實際生成的相差來設(shè)置。這樣，按照相移了設(shè)置相位差θps的時序信號Vck的時序，進(jìn)行差分放大器電路4的輸出信號Vda的同步檢測。這表示移相電路3產(chǎn)生方波形狀的時序信號Vck，其從相加電路1的輸出信號Vsa相移了θps，并且向同步檢測電路5提供Vck作為用于同步檢測的時序信號。
同步檢測電路5與時序信號Vck同步地、對為交流信號的差分放大器電路4的輸出信號Vda進(jìn)行全波整流，從而將Vda轉(zhuǎn)換為信號Vfr。然后，同步檢測電路5積分(或者平滑)Vfr，并且輸出直流信號Vsd。具體地，當(dāng)時序信號Vck為低電平時，差分放大器電路4的輸出信號Vda的負(fù)電壓被轉(zhuǎn)換為正電壓，從而允許兩個信號相加。另外，由于全波整流，所以與半波整流相比，可以獲得對于信號Vda的更高的檢測靈敏度，以及因此而得的信號Vsd的更高的值。
同步檢測電路5的輸出信號Vsd具有對應(yīng)于施加到振動陀螺儀31的旋轉(zhuǎn)角速度的方向的極性，并且與旋轉(zhuǎn)角速度的幅度成比例。直流放大器電路6對信號Vsd進(jìn)行至預(yù)定幅度的直流放大，并且輸出信號S。
圖5顯示對于差分放大器電路4的輸出信號Vda的檢測靈敏度(即施加到振動陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度)的相位差特性的例子。縱標(biāo)表示直流放大器電路6輸出信號S的幅度、或者同步檢測電路5的輸出信號Vsd的幅度。橫軸表示相對于相加電路1的輸出信號Vsa的時序信號Vck的相移量θ。
圖5中所示的特性顯示利用振動陀螺儀31檢測旋轉(zhuǎn)角速度的結(jié)果，該振動陀螺儀31由以下構(gòu)成由無定形碳形成的具有長度7.5mm、寬度0.58mm、厚度0.6mm的振動器32；以及由PZT形成的壓電元件33a與壓電元件33b，如圖2所示。在該檢測中，圍繞縱向軸C施加旋轉(zhuǎn)角速度，同時驅(qū)動振動陀螺儀31、并且由此進(jìn)行y方向上的彎曲振動。然后，在該驅(qū)動的條件以及所施加的旋轉(zhuǎn)角速度的方向和幅度條件下，時序信號Vck的相移量θ被可變地改變、并且被設(shè)置來檢測旋轉(zhuǎn)角速度。
從圖5中可以明顯看出，當(dāng)相對于相加電路1的輸出信號Vsa的時序信號Vck的相移量θ在110度至150度的范圍內(nèi)時，可以獲得高靈敏度(包含最大靈敏度)，并且可以穩(wěn)定地保持高靈敏度。因此，對于具有圖5所示特性的振動陀螺儀31，關(guān)于信號Vsa的時序信號Vck相移量的設(shè)置值θps被安排在110度至150度的范圍內(nèi)。這就使之能夠增加對于與時序信號Vck同步檢測的、差分放大器電路4的輸出信號Vda的檢測靈敏度，相應(yīng)地這會增加對施加到振動陀螺儀31的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度。
如果與對應(yīng)于固定為90度的相移θps的時序信號同步地檢測差分放大器電路4的輸出信號Vda，則與利用圖4所示的時序進(jìn)行同步檢測的情況相比，在全波整流與積分之后獲得的信號Vda的直流值會被降低。相應(yīng)地，如從圖5中的圖示所能看出的，信號S的值，即對于旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度會得到增加。在這種情況下，如果施加到振動陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角速度為低，則可能所施加的旋轉(zhuǎn)角速度會與噪聲混合，并且因此無法識別。另外，科里奧利力與振動陀螺儀的質(zhì)量成比例。因此，因為差分放大器電路4的輸出信號Vda小，尤其是在小型振動陀螺儀中，所以以高靈敏度檢測信號Vda是重要的。
圖5所示特性只是個例子，并且如果振動陀螺儀的結(jié)構(gòu)、材料、大小等等改變，則其特性可能因此改變。顯然，根據(jù)原理，對于某些振動陀螺儀，當(dāng)相對于驅(qū)動信號的時序信號Vck的相位差為90度或者90度左右時，可以達(dá)到最大靈敏度。另外，在這種情況下，可以根據(jù)如圖5所示的、預(yù)先獲得的靈敏度S的相位差特性，將相位差θps設(shè)置為90度。
在圖4所示的例子中，根據(jù)相對于相加電路1的輸出信號Vsa的差分放大器電路4的輸出信號Vda的相位差，設(shè)置相對于相加電路1的輸出信號Vsa的時序信號Vck的相位差θps。然而，這些相位差不一定彼此一致。如從圖5所示的特性圖可以看出，在靈敏度水平恒定保持在最大靈敏度時的相位差的范圍內(nèi)，沒有可歸因于相位差差異的靈敏度差異，或者即使有的話，也是可以忽略的。因此，希望將相位差θps設(shè)置在該相位差范圍內(nèi)。
圖6為顯示相移電路3的例子的電路圖。該相移電路3具有由電阻器63與電容器64構(gòu)成的積分電路，其作為延遲電路，用來向輸入的相加電路1的輸出信號Vsa施加相位延遲。電阻器63的一端連接到相加電路1的輸出側(cè)，并且電阻器63的另一端連接到運算放大器65的正輸入端。電容器64的一端連接到電阻器63的另一端，電容器64的的另一端接地。兩個串聯(lián)的電阻器61、62連接在電阻器63的一端與運算放大器65的輸出端之間。運算放大器65的負(fù)輸入端連接在電阻器61與電阻器62之間。運算放大器65的輸出端連接到比較器66的輸入端。
輸出信號Vsa通過由電阻器63與電容器64構(gòu)成的積分電路，然后輸入到運算放大器65的正輸入端。因為運算放大器65的負(fù)輸入端的電勢為在正輸入端處的電勢，所以跨越電阻器61的電壓為積分電路的輸出與相加電路1的輸出Vsa之間的差異?？缭诫娮杵?1的電壓所導(dǎo)致的電流施加到電阻器62，并且運算放大器65的輸出電壓得到確定。該運算放大器65的輸出通過比較器66，并且由此獲得圖4所示的移相電路3的輸出信號(時序信號)Vck。
此處，電阻器63的電阻表示為Rps，電容器64的電容表示為Cps，并且相加電路1的輸出信號Vsa的頻率表示為f0。此處，電阻器61的電阻假定等于電阻器62的電阻。在該條件下，移相電路3的輸入與輸出之間的相位差、即相對于相加電路1的輸出信號的時序信號Vck的相位差θps由以下公式(1)確定θps＝2·tan-1(2·π·Rps·Cps·f0) (1)這表示相位延遲量θps由時間常數(shù)(Rps·Cps)確定。由此，通過調(diào)整電阻器63的電阻Rps或者電容器64的電容Cps(包括對電阻器63與電容器64的階數(shù)(the number of stages)的調(diào)整)，可以容易地設(shè)置所希望的相位差θps。
移相電路3不限于使用由延遲電路(積分電路)提供的相位延遲的移相電路，并且可以是使用由相位超前電路(差分電路)提供的相位超前的移相電路。
近年來，隨著安裝振動陀螺儀單元的裝置的小型化與成本下降，存在對此類振動陀螺儀的小型化與成本下降的需求。振動陀螺儀電路實現(xiàn)在利用半導(dǎo)體芯片的集成電路上。在制造此類電路時，首先，在在集成電路上實現(xiàn)的階段之前，獲得如圖5所示的相位差θ與靈敏度S之間的關(guān)系。根據(jù)所獲得的關(guān)系，調(diào)整電阻器63的電阻Rps或者電容器64的電容Cps，從而確定可以帶來高靈敏度的相位差的設(shè)置值θps。然后，使用所確定的設(shè)置值θps，來實現(xiàn)該集成電路。利用示波器來監(jiān)控該集成電路的輸出，以確認(rèn)設(shè)置正確。
在該確認(rèn)中，如果發(fā)現(xiàn)未獲得所希望的靈敏度，則重新設(shè)置θps。例如，電阻器63具有以下配置，其中多個電阻器通過熔絲連接。通過施加激光或者高壓到熔絲的選定部分來切斷熔絲的選定部分而調(diào)整電阻器63的電阻Rps，來調(diào)整θps。
在確定設(shè)置值θps時，對于多個振動陀螺儀獲得如圖5所示的特性曲線圖，然后這些所獲得的特性曲線圖的統(tǒng)計數(shù)據(jù)用于該確定。可替換地，可以利用一個振動陀螺儀的特性曲線圖，確定設(shè)置值θps。然后在具有包括結(jié)構(gòu)、大小、材料、制造條件等等的相同標(biāo)準(zhǔn)的振動陀螺儀中，共同使用該設(shè)置值θps。
第二實施例現(xiàn)在描述本發(fā)明的第二實施例。與第一實施例中相同的組件具有相同的標(biāo)記，并且省略其詳細(xì)描述。
圖8顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的振動陀螺儀41的透視圖，圖9顯示振動陀螺儀41的剖面圖。振動陀螺儀41由三角棱柱形振動器42構(gòu)成，其具有三個壓電元件43a、43b、43c，每個壓電元件附接于振動器42的一個側(cè)面。壓電元件43c作為驅(qū)動部件，用來向振動陀螺儀41提供驅(qū)動信號。壓電元件43a、43b作為檢測部件，用來檢測對應(yīng)于施加到振動陀螺儀41的旋轉(zhuǎn)角速度的信號。
振動器42由可以生成機(jī)械彎曲振動的材料形成，例如無定形碳、鎳鉻恒彈性鋼、鐵鎳合金、石英、玻璃、水晶、陶瓷等等。相對于振動器42的縱向中心軸，對稱地安排具有相同形狀(矩形棱柱)與大小的三個壓電元件43a、43b、43c。
振動陀螺儀41連接到圖7所示的振動陀螺儀電路。該電路與振動陀螺儀41構(gòu)成振動陀螺儀單元。與第一實施例類似，振動陀螺儀電路包含相加電路1、振蕩電路2、差分放大器電路4、同步檢測電路5、移相電路3、以及直流放大器電路6。振動陀螺儀41、相加電路1、以及振蕩電路2構(gòu)成自激振蕩電路7b，用來造成振動陀螺儀41的、在振動陀螺儀41的彎曲振動的諧振頻率上的自激振蕩。
振蕩電路2的輸出信號Vgo施加到為驅(qū)動部件的壓電元件43c。壓電元件43b的輸出信號Vgl以及壓電元件43a的輸出信號Vgr輸入到相加電路1，并且一起相加。相加電路1的輸出信號Vsa輸入到振蕩電路2與移相電路3。
壓電元件43b的輸出信號Vgl以及壓電元件43a的輸出信號Vgr還輸入到差分放大器電路4。差分放大器電路4輸出對應(yīng)于Vgl以及Vgr之間差異的信號Vda。同步檢測電路5與從移相電路3輸出的時序信號Vck同步地檢測信號Vda。直流放大器電路6放大由同步檢測電路5同步檢測的直流信號Vsd，并且輸出信號S。
振動陀螺儀41由自激振蕩電路7b驅(qū)動，并且進(jìn)行相對于附接壓電元件43c的表面以及縱向方向(圖7中y方向)的正交方向上的彎曲振動。在向振動陀螺儀41的縱向中心軸C沒有施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，以嚴(yán)格相同的方式生成壓電元件43a中的應(yīng)力與壓電元件43b中的應(yīng)力。由此，壓電元件43b的輸出信號Vgl以及壓電元件43a的輸出信號Vgr在幅度與相位上相同，從而導(dǎo)致從差分放大器電路4的輸出為零。
當(dāng)在y方向上進(jìn)行彎曲振動的同時圍繞振動陀螺儀41的縱向中心軸C向振動陀螺儀41施加旋轉(zhuǎn)角速度時，在與縱向及y方向二者以直角交叉的方向x上生成科里奧利力。該科里奧利力造成彎曲振動方向的改變、以及兩個檢測元件(壓電元件)43a與壓電元件43b之間的輸出差異。
更具體地，來自壓電元件43b的輸出信號Vgl以及來自壓電元件43a的輸出信號Vgr產(chǎn)生差異(Vgl-Vgr)，并且可以從差分放大器電路4獲得與差異(Vgl-Vgr)成比例的輸出信號Vda。
當(dāng)施加旋轉(zhuǎn)角速度時，壓電元件43b輸出信號Vgl，其上疊加了對應(yīng)于提供到振動陀螺儀41的驅(qū)動信號的輸出信號、以及對應(yīng)于科里奧利力的輸出信號Vcl。類似地，當(dāng)施加旋轉(zhuǎn)角速度時，壓電元件43a輸出信號Vgr，其上疊加了對應(yīng)于提供到振動陀螺儀41的驅(qū)動信號的輸出信號、以及對應(yīng)于科里奧利力的輸出信號Vcr。
對應(yīng)于驅(qū)動信號的壓電元件43b的輸出信號以及壓電元件43a的輸出信號在幅度與相位上相同，并且由此在差分放大器電路4中相互抵消。相反，對應(yīng)于科里奧利力的壓電元件43b的輸出信號Vcl以及壓電元件43a的輸出信號Vcr在相位上相反、幅度上相同。由此，差分放大器電路4的輸出信號Vda與差異(Vcl-Vcr)成比例，并且從差分放大器電路4只輸出對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)角速度的幅度的信號。
因為對應(yīng)于科里奧利力的壓電元件43b的輸出信號Vcl以及壓電元件43a的輸出信號Vcr在相位上相反、幅度上相同，因此在相加電路1中相互抵消。因此，向振動陀螺儀41施加恒定驅(qū)動信號，而不管所生成的科里奧利力為何。相加電路1的輸出信號Vsa與驅(qū)動信號同相，并且幅度相互成比例。
在第二實施例中，與第一實施例類似，時序信號Vck距離相加電路1的輸出信號Vsa的相移量根據(jù)在Vsa與Vda之間實際生成的相差設(shè)置。這樣，按照從相加電路1的輸出信號Vsa相移了設(shè)置相位差θps的時序信號Vck的時序，進(jìn)行差分放大器電路4的輸出信號Vda的同步檢測。這表示移相電路3產(chǎn)生方波形狀的時序信號Vck，其從相加電路1的輸出信號Vsa相移了θps，并且向同步檢測電路5提供Vck作為用于同步檢測的時序信號。
同步檢測電路5與時序信號Vck同步地、對為交流信號的差分放大器電路4的輸出信號Vda進(jìn)行全波整流，從而將Vda轉(zhuǎn)換為信號Vfr。然后，同步檢測電路5積分(或者平滑)Vfr，并且輸出直流信號Vsd。該信號Vsd具有對應(yīng)于施加到振動陀螺儀41的旋轉(zhuǎn)角速度的方向的極性，并且與所施加的旋轉(zhuǎn)角速度的幅度成比例。直流放大器電路6放大信號Vsd至預(yù)定幅度，并且輸出信號S。
另外，在該實施例中，預(yù)先獲得對于差分放大器電路4的輸出信號Vda的檢測靈敏度(即對于施加到振動陀螺儀41的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度)與相對于相加電路1的輸出信號Vsa的時序信號Vck的相位差量θ之間的關(guān)系。根據(jù)所獲得的關(guān)系，設(shè)置相位差θps。因此，按照其相移量相對于相加電路1的輸出信號Vsa設(shè)置為θps的時序信號Vck，同步檢測差分放大器電路4的輸出信號Vda。這可以增加對于輸出信號Vda的檢測靈敏度，這相應(yīng)地增加對于施加到振動陀螺儀41的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度。
第三實施例現(xiàn)在描述本發(fā)明的第三實施例。與第一實施例中相同的組件具有相同的標(biāo)記，并且省略其詳細(xì)描述。
圖11顯示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的振動陀螺儀51的透視圖，圖12顯示振動陀螺儀51的剖面圖。振動陀螺儀51由圓柱形振動器52、以及在振動器52的外表面上形成的電極53a至53f構(gòu)成。電極53a、53b、53c中的每一個為獨立的，并且電極53d至53f連接到公共地。電極53c作為驅(qū)動部件，用來向振動陀螺儀51提供驅(qū)動信號。電極53a與53b作為檢測部件，用來檢測施加到振動陀螺儀51的旋轉(zhuǎn)角速度。
振動器52由諸如壓電陶瓷等壓電材料形成。電極53a至53f中的每一個與振動器52的縱向方向平行地放置。電極53a至53f位于圍繞振動器52的橫剖面圓周的六個等距離的位置上。
振動陀螺儀51連接到圖10所示的振動陀螺儀電路。該電路與振動陀螺儀51構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明第三實施例的振動陀螺儀單元。與第一實施例類似，振動陀螺儀電路包含相加電路1、振蕩電路2、差分放大器電路4、同步檢測電路5、移相電路3、以及直流放大器電路6。振動陀螺儀51、相加電路1、以及振蕩電路2構(gòu)成自激振蕩電路7c，用來造成振動陀螺儀51的、在振動陀螺儀51的彎曲振動的諧振頻率上的自激振蕩。
振蕩電路2的輸出信號Vgo施加到為驅(qū)動部件的電極53c。電極53a的輸出信號Vgl以及電極53b的輸出信號Vgr輸入到相加電路1，并且一起相加。相加電路1的輸出信號Vsa輸入到振蕩電路2與移相電路3。
電極53a的輸出信號Vgl以及電極53b的輸出信號Vgr還輸入到差分放大器電路4。差分放大器電路4輸出對應(yīng)于Vgl以及Vgr之間差異的信號Vda。同步檢測電路5與從移相電路3輸出的時序信號Vck同步地檢測信號Vda。直流放大器電路6放大由同步檢測電路5同步檢測的直流信號Vsd，并且輸出信號S。
振動陀螺儀51由自激振蕩電路7c驅(qū)動，并且進(jìn)行相對于電極53的表面以及縱向方向(圖10中y方向)的正交方向上的彎曲振動。在向振動陀螺儀51的縱向中心軸C沒有施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，以嚴(yán)格相同的方式生成電極53a中的應(yīng)力與電極53b中的應(yīng)力。由此，電極53a的輸出信號Vgl以及電極53b的輸出信號Vgr在幅度與相位上相同，從而導(dǎo)致從差分放大器電路4的輸出為零。
當(dāng)在y方向上進(jìn)行彎曲振動的同時圍繞振動陀螺儀51的縱向中心軸C向振動陀螺儀51施加旋轉(zhuǎn)角速度時，在與縱向及y方向二者以直角交叉的方向x上生成科里奧利力。該科里奧利力造成彎曲振動方向的改變、以及兩個檢測元件(電極53a與電極53b)之間的輸出差異。
更具體地，來自電極53a的輸出信號Vgl以及來自電極53b的輸出信號Vgr產(chǎn)生差異(Vgl-Vgr)，并且可以從差分放大器電路4獲得與差異(Vgl-Vgr)成比例的輸出信號Vda。
當(dāng)施加旋轉(zhuǎn)角速度時，電極53a輸出信號Vgl，其上疊加了根據(jù)提供到振動陀螺儀51的驅(qū)動信號的輸出信號、以及對應(yīng)于科里奧利力的輸出信號Vcl。類似地，當(dāng)施加旋轉(zhuǎn)角速度時，電極53b輸出信號Vgr，其上疊加了對應(yīng)于提供到振動陀螺儀51的驅(qū)動信號的輸出信號、以及對應(yīng)于科里奧利力的輸出信號Vcr。
對應(yīng)于驅(qū)動信號的電極53a的輸出信號以及電極53b的輸出信號在幅度與相位上相同，并且由此在差分放大器電路4中相互抵消。相反，對應(yīng)于科里奧利力的電極53a的輸出信號Vcl以及電極53b的輸出信號Vcr在相位上相反、幅度上相同。由此，差分放大器電路4的輸出信號Vda與差異(Vcl-Vcr)成比例，并且從差分放大器電路4只輸出對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)角速度的幅度的信號。
因為對應(yīng)于科里奧利力的電極53a的輸出信號Vcl以及電極53b的輸出信號Vcr在相位上相反、幅度上相同，因此在相加電路1中相互抵消。因此，向振動陀螺儀51施加恒定驅(qū)動信號，而不管所生成的科里奧利力為何。相加電路1的輸出信號Vsa與驅(qū)動信號同相，并且幅度相互成比例。
在第三實施例中，與第一實施例類似，時序信號Vck距離相加電路1的輸出信號Vsa的相移量根據(jù)在Vsa與Vda之間實際生成的相位差設(shè)置。這樣，按照從相加電路1的輸出信號Vsa相移了設(shè)置相位差θps的時序信號Vck的時序，進(jìn)行差分放大器電路4的輸出信號Vda的同步檢測。這表示移相電路3產(chǎn)生方波形狀的時序信號Vck，其從相加電路1的輸出信號Vsa相移了θps，并且向同步檢測電路5提供Vck作為用于同步檢測的時序信號。
同步檢測電路5與時序信號Vck同步地、對為交流信號的差分放大器電路4的輸出信號Vda進(jìn)行全波整流，從而將Vda轉(zhuǎn)換為信號Vfr。然后，同步檢測電路5積分(或者平滑)Vfr，并且輸出直流信號Vsd。該信號Vsd具有對應(yīng)于施加到振動陀螺儀51的旋轉(zhuǎn)角速度的方向的極性，并且正比于所施加的旋轉(zhuǎn)角速度的幅度。直流放大器電路6放大信號Vsd至預(yù)定幅度，并且輸出信號S。
另外，在該實施例中，預(yù)先獲得對于差分放大器電路4的輸出信號Vda的檢測靈敏度(即對于施加到振動陀螺儀51的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度)與相對于相加電路1的輸出信號Vsa的時序信號Vck的相位差量θ之間的關(guān)系。根據(jù)所獲得的關(guān)系，設(shè)置相位差θps。因此，利用其相移量相對于相加電路1的輸出信號Vsa設(shè)置為θps的時序信號Vck，進(jìn)行差分放大器電路4的輸出信號Vda的同步檢測。這可以增加對于輸出信號Vda的檢測靈敏度，這相應(yīng)地增加對于施加到振動陀螺儀51的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測靈敏度。
在上述每個實施例中，提供相位差θps作為時序信號Vck相對于相加電路1的輸出信號Vsa的相位差。然而，因為振蕩電路2的輸出信號Vgo與相加電路1的輸出信號Vsa同相，并且在幅度上相互成比例，所以相位差θps可以是Vck相對于振蕩電路2的輸出信號Vgo的相位差。
工業(yè)實用性在根據(jù)本發(fā)明的振動陀螺儀電路中，根據(jù)對于差分放大器電路輸出信號的檢測靈敏度的相位差特性，設(shè)置用于同步檢測的時序信號相對于驅(qū)動信號的相位差。在驅(qū)動狀態(tài)下向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，預(yù)先獲得該相位差特性。相應(yīng)地，即使可以帶來高靈敏度的相位差隨振動陀螺儀的類型或結(jié)構(gòu)變化，也可以設(shè)置可以帶來高靈敏度的相位差。相應(yīng)地，這使之能夠以高靈敏度檢測旋轉(zhuǎn)角速度，并且增加信噪比(S/N比)。
在根據(jù)本發(fā)明的振動陀螺儀單元中，根據(jù)對于差分放大器電路輸出信號的檢測靈敏度的相位差特性，設(shè)置用于同步檢測的時序信號相對于驅(qū)動信號的相位差。在驅(qū)動狀態(tài)下向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，預(yù)先獲得該相位差特性。因此，即使可以帶來高靈敏度的相位差隨振動陀螺儀的類型或結(jié)構(gòu)變化，也可以設(shè)置可以帶來高靈敏度的相位差。相應(yīng)地，這使之能夠以高靈敏度檢測旋轉(zhuǎn)角速度，并且增加信噪比(S/N比)。另外，因為一般地當(dāng)減少振動陀螺儀的大小時靈敏度減少，所以在進(jìn)行振動陀螺儀小型化時，以高靈敏度檢測旋轉(zhuǎn)角速度是有利的。
在根據(jù)本發(fā)明的檢測振動陀螺儀輸出的方法中，根據(jù)對于與振動陀螺儀的兩個檢測部件輸出之間差異對應(yīng)的信號的檢測靈敏度的相位差特性，設(shè)置用于同步檢測的時序信號相對于驅(qū)動信號的相位差。在驅(qū)動狀態(tài)下向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下，預(yù)先獲得該相位差特性。因此，即使可以帶來高靈敏度的相位差隨振動陀螺儀的類型或結(jié)構(gòu)變化，也可以設(shè)置可以帶來高靈敏度的相位差。相應(yīng)地，這使之能夠以高靈敏度檢測旋轉(zhuǎn)角速度，并且增加信噪比(S/N比)。
權(quán)利要求
1.一種振動陀螺儀電路，包含差分放大器電路，用來輸出對應(yīng)于振動陀螺儀兩個檢測部件的輸出信號之間差異的信號；同步檢測電路，用來對差分放大器電路的輸出信號進(jìn)行同步檢測；以及移相電路，用來向同步檢測電路提供信號作為用于同步檢測的時序信號，該時序信號相對于提供到振動陀螺儀的驅(qū)動信號進(jìn)行了移相，其中根據(jù)對于差分放大器電路輸出信號的檢測靈敏度的相位差特性，設(shè)置驅(qū)動信號與時序信號之間的相位差，在驅(qū)動狀態(tài)下向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下預(yù)先獲得該相位差特性。
2.如權(quán)利要求1所述的振動陀螺儀電路，其中移相電路包含具有電阻器與電容器的積分電路，向該積分電路輸入驅(qū)動信號，并且該積分電路使驅(qū)動信號延遲由該電阻器與電容器的時間常數(shù)確定的相位差。
3.一種振動陀螺儀單元，包含振動陀螺儀，具有兩個檢測部件；差分放大器電路，用來輸出對應(yīng)于所述檢測部件的輸出之間差異的信號；同步檢測電路，用來對差分放大器電路的輸出信號進(jìn)行同步檢測；以及移相電路，用來向同步檢測電路提供信號作為用于同步檢測的時序信號，該時序信號相對于提供到振動陀螺儀的驅(qū)動信號進(jìn)行了移相，其中根據(jù)對于差分放大器電路輸出信號的檢測靈敏度的相位差特性，設(shè)置驅(qū)動信號與時序信號之間的相位差，在驅(qū)動狀態(tài)下向振動陀螺儀施加旋轉(zhuǎn)角速度的條件下預(yù)先獲得該相位差特性。
4.如權(quán)利要求3所述的振動陀螺儀單元，其中移相電路包含具有電阻器與電容器的積分電路，向該積分電路輸入驅(qū)動信號，并且該積分電路使驅(qū)動信號延遲由該電阻器與電容器的時間常數(shù)確定的相位差。
5.一種檢測振動陀螺儀輸出的方法，其中利用相對于施加到振動陀螺儀的驅(qū)動信號進(jìn)行了移相的時序信號，對對應(yīng)于振動陀螺儀的兩個檢測部件的輸出信號之間的差異的信號進(jìn)行同步檢測，從而檢測施加到振動陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角速度，其中根據(jù)對于與所述檢測部件的輸出信號之間的差異對應(yīng)的信號的檢測靈敏度的相位差特性，設(shè)置驅(qū)動信號與時序信號之間的相位差，并且利用相對于驅(qū)動信號相移了所設(shè)置的相位差的時序信號，進(jìn)行所述同步檢測。
6.如權(quán)利要求5所述的檢測振動陀螺儀輸出的方法，其中通過調(diào)整在具有電阻器與電容器的積分電路中包含的所述電阻器的電阻，設(shè)置所述相位差，向該積分電路輸入驅(qū)動信號，并且該積分電路延遲該驅(qū)動信號。
7.如權(quán)利要求5所述的檢測振動陀螺儀輸出的方法，其中通過調(diào)整在具有電阻器與電容器的積分電路中包含的所述電容器的電容，設(shè)置所述相位差，向該積分電路輸入驅(qū)動信號，并且該積分電路延遲該驅(qū)動信號。
全文摘要
一種振動陀螺儀輸出檢測方法、振動陀螺儀單元、以及振動陀螺儀電路，用來以高靈敏度檢測旋轉(zhuǎn)角速度，包含差分放大器電路(4)，用來輸出根據(jù)振動陀螺儀(31)的兩個檢測部件的輸出信號之間差異(Vgl－Vgr)的信號(Vda)；同步檢測電路(5)，用來對差分放大器電路(4)的輸出信號(Vda)進(jìn)行同步檢測；以及移相電路(3)，用來向同步檢測電路(5)提供信號作為用于同步檢測的時序信號(Vck)，該時序信號(Vck)相對于提供到振動陀螺儀(31)的驅(qū)動信號(Vsa)(相加電路(1)的輸出信號)進(jìn)行了移相；其中根據(jù)對于差分放大器電路(4)的輸出信號(Vda)的檢測靈敏度(S)的相位差特性，設(shè)置驅(qū)動信號(Vsa)與時序信號(Vck)之間的相位差(θps)，該相位差特性已在通過驅(qū)動振動陀螺儀(31)而施加旋轉(zhuǎn)角速度的狀態(tài)下獲得。
文檔編號G01P9/04GK1918452SQ20058000428
公開日2007年2月21日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月8日
發(fā)明者栗原一夫 申請人:索尼株式會社