DE69510844T2 - Drehgeschwindigkeitsdetektorschaltung für Vibrationskreisel - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung
• Diese Erfindung betrifft eine Winkelgeschwindigkeitsdetektorschaltung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere in einem piezoelektrischen Vibrationskreisel.
Hintergrund der Erfindung
• Eine Winkelgeschwindigkeitsdetektorschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus EP-A-0579974 bekannt.
• Beispiele von Vibrationskreiseln sind von dem gegenwärtigen Anmelder in der japanischen Patentveröffentlichung Hei 5-113336 und in der japanischen Patentanmeldung Hei 6-10348 geoffenbart worden. In diesen früheren Schaltungen wird die Winkelgeschwindigkeit durch die Differenz der Ströme erfaßt, die in zwei piezoelektrischen Elementen fließen und drei Funktionen aufweisen: Erregung, Erfassung und Rückkopplung.
• Fig. 4 stellt einen Vibrationskreisel dar, der in der japanischen Patentanmeldung Hei 6- 10348 geoffenbart ist. Die Signalausgangsklemme 9 der Treibervorrichtung 6 ist jeweils mit Signaleingangsklemmen 11L und 11R des Rückkopplungsverstärkers 10L und 10R verbunden, die Rückkopplungswiderstände RfL und RfR aufweisen. Jede der Rückkopplungseingangsklemmen 12L und 12R der Rückkopplungsverstärker 10L und 10R sind mit einer Elektrode jeweils eines piezoelektrischen Elements 2 und 3 verbunden, die den Vibrator 4 bilden. Die anderen Elektroden der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 sind über einen Kondensator Cc mit einer Ausgleichssignalausgangsklemme 13 der Treibersvorrichtung 6 verbunden. Das Ausgleichssignal der Dämpfungskapazität des Vibrators 4 wird an der Ausgleichssignalausgangsklemme 13 ausgegeben. Die Signale der anderen Elektroden der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 sind mit dem Ausgleichssignal kombiniert. Das kombinierte Signal wird bei einem Summierverstärker 17 verstärkt. Die Ausgangsklemme 18 des Summierverstärkers 17 ist mit einer Eingangsklemme 14 der Treibersvorrichtung 6 verbunden, so daß dem Vibrator 4 eine eigeninduzierte Vibration gegeben wird. Die Ausgänge der Rückkopplungsverstärker 10L und 10R werden einem Differenzverstärker 20 zugeführt, so daß die Coriolis-Kraft, die sich aus der auf den Vibrator 4 wirkenden Winkelgeschwindigkeit ergibt, an dem Ausgang des Differenzverstärkers 20 erfaßt wird.
• Die Treibervorrichtung 6 hat, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, einen nichtumkehrenden Verstärker 15 und einen umkehrenden Verstärker 16. Das Signal von der Eingangsklemme 14 wird bei dem nichtumkehrenden Verstärker 15 verstärkt. Der Ausgang des nichtumkehrenden Verstärkers 15 ist das Ausgleichssignal an der Ausgleichssignalausgangsklemme 13 und wird auch bei dem umkehrenden Verstärker 16 verstärkt, um der Signalausgangsklemme 9 ein Treibersignal zuzuführen. Es gibt eine 180º Phasendifferenz zwischen dem Treibersignal und dem Ausgleichssignal. Das Amplitudenverhältnis dieser Signale wird geeignet durch den umkehrenden Verstärker 16 eingestellt.
• Beispiele des Vibrators 4 sind in den Fig. 6(A) bis (F) gezeigt. Wie es in Fig. 6(A) gezeigt ist, hat der Vibrator 4 eine Form mit einem quadratischen Querschnitt und weist ein piezoelektrisches Element 2 auf einer Seitenfläche 1a des Vibrationselements 1 auf, das einen Resonanzpunkt aufweist, und ein piezoelektrisches Element 3 auf einer anderen Seitenfläche 1b, die an die Seitenfläche 1a angrenzt. Wie es in Fig. 6(B) gezeigt ist, weist der Vibrator 4 piezoelektrische Elemente 2 und 3, die in der Weitenrichtung geteilt sind, auf der gleichen Seite des Vibrationselements 1 auf. Wie es in Fig. 6(C) gezeigt ist, hat der Vibrator 4 piezoelektrische Elemente 2 und 3, die auf gegenüberstehenden Seiten des Vibrationselements 1 außermittig verschoben sind. Wie es in Fig. 6(D) gezeigt ist, hat der Vibrator 5 piezoelektrische Elemente 2a und 2b auf gegenüberstehenden Seitenflächen des Vibrationselements 1, und sie sind parallel verbunden, so daß sie im wesentlichen als ein piezoelektrisches Element 2 wirken, während auch die entsprechenden piezoelektrischen Elemente 3a und 3b auf den anderen gegenüberstehenden Seiten des Vibrationselements 1 vorgesehen sind, die parallel verbunden sind, so daß sie im wesentlichen als ein piezoelektrisches Element 3 wirken.
• Wie es in Fig. 6(E) gezeigt ist, weist der Vibrator 4 einen dreieckförmigen Querschnitt auf, und hat piezoelektrische Elemente 2 und 3 an zwei Seitenflächen des Vibrationse lements 1, die einen Resonanzpunkt haben. Wie es in Fig. 6(F) gezeigt ist, hat der Vibrator 4 einen kreisförmigen Querschnitt, und die piezoelektrischen Elemente 2 und 3 auf der Umfangsfläche des Vibratorelements 1 haben einen Resonanzpunkt. Somit werden Elemente mit im wesentlichen zwei piezoelektrischen Elementen auf den Seitenflächen der Vibrationselemente gebildet, die verschiedene Querschnittsformen besitzen.
• Bei dem Vibrationskreisel, der in Fig. 4 dargestellt ist, wird der imaginäre Teil des Stroms in bezug auf die entsprechenden Dämpfungskapazitäten Cd, der in den piezoelektrischen Elementen 2 und 3 fließt, durch das kombinierte Ausgleichssignal ausgelöscht, das durch den Kondensator Cc fließt. Deshalb wird der Ausgang des Integrationsverstärkers 17 nur der Realteil des Stroms, der durch die piezoelektrischen Elemente 2 und 3 fließt. Infolgedessen hat die Spannungsverstärkung des Integrationsverstärkers 17 bei der mechanischen Reihenresonanzfrequenz fs des Vibrators 4 ein Maximum, so daß der Vibrator 4 bei einer Frequenz in genauer Übereinstimmung mit der mechanischen Reihenresonanzfrequenz fs stabilisiert werden kann, so daß eine eigeninduzierte Vibration gegeben ist.
• Wenn eine Winkelgeschwindigkeit auf den Vibrator 4 wirkt, wird eine Coriolis-Kraft erzeugt und es entsteht eine Differenz zwischen den Strömen, die in den piezoelektrischen Elementen 2 und 3 fließen. Als Ergebnis gibt es eine Differenz bei den Ausgangsspannungen der zwei Rückkopplungsverstärker 10L und 10R, so daß es, bspw. indem der Ausgang des Differenzverstärkers 20 einer Synchrondetektorschaltung zugeführt und erfaßt wird, wenn er zu dem Treibersignal von der Treiberschaltung 6 synchron ist, möglich wird, die Richtung und die Größe der Winkelgeschwindigkeit zu bestimmen.
• Fig. 7 stellt ein Beispiel einer solchen Synchrondetektorschaltung dar. Diese Synchrondetektorschaltung 25 weist einen Rückkopplungsverstärker 26 und ein Schaltelement 27 auf, das einen Feldeffekttransistor (FET) umfaßt, der mit dessen nichtumkehrender Eingangsklemme verbunden ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 20 ist parallel an die umkehrende und die nichtumkehrende Eingangsklemme des Differenzverstärkers 26 gelegt, während das Treibersignal von der Treibervorrichtung 6 der Gateklemme des Schaltelements 27 zugeführt wird. Indem die nichtumkehrende Eingangsklemme des Rückkopplungsverstärkers 26 mit dem Treibersignal synchronisiert und an Masse gelegt wird, ist es möglich, eine Synchronerfassung des Ausgangs des Differenzverstärkers 20 zu erhalten.
• Auch offenbart die japanische Patentveröffentlichung Sho 62-150116 die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit durch Abtasten und Halten eines Verschiebungserfassungssignals in einer Schaltung, die der in Fig. 7 dargestellten Synchronerfassungsschaltung 25 ähnlich ist, indem mit dem Zeitpunkt synchronisiert wird, wo die geeignete Richtungskomponente von dem zirkulierenden Ansteuern bei einem Maximum und einem Minimum ist.
• Jedoch weist bei den herkömmlichen Synchrondetektorschaltungen, wie sie oben beschrieben wurden, der Eingangssignalpegel nicht immer notwendigerweise eine lineare Charakteristik auf. Beispielsweise werden, wenn es bei den äquivalenten Widerständen der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 eine Differenz gibt, Lecksignale, die in Phase oder außer Phase mit dem Treibersignal von der Treibervorrichtung 6 sind, eingegeben, wodurch eine Verschiebung erzeugt wird, wo sich der Gleichstrompegel ändert, wie es in Fig. 8 gezeigt ist.
• Andererseits wird, wenn die periodische äußere Kraft F(t) genommen wird zu
• F(t) = Fo cos ωt (1)
• die Verschiebung x(t) des Vibrators 4 zu
• Hier ist r die Anfangskonstante, ist m die äquivalente Masse und ist ωo die mechanische Reihenresonanzwinkelfrequenz (2πfs). Ferner ist die als Vektor gezeigte Verschiebungsgeschwindigkeit X(t)
• Infolgedessen werden die Verschiebung x(t) des Vibrators 4, der bei w = wo vibriert, und die Verschiebungsgeschwindigkeit X(t) jeweils
• x(t) = (Fo/rωo) sin ωt (4)
• x(t) = (Fo/r) cos ωot (5)
• wo bei einem Zeitkoeffizient, dem gleichen wie die äußere Kraft F(t), die Zeiten, zu denen die Verschiebungsgeschwindigkeit X(t) ein Maximum und ein Minimum ist, mit den Zeiten übereinstimmt, zu denen die äußere Kraft F(t) ein Maximum und ein Minimum ist. Fig. 2(A) zeigt Wellenformdiagramme der oben beschriebenen F(t), x(t) und X(t).
• Ähnlich wird die Coriolis-Kraft Fc(t), die durch die angewendete Winkelgeschwindigkeit W erzeugt wird, gegeben durch
• Fc(t) = -2mΩ · X(t)
• = (-2 mΩFo/r) cos ωot (6)
• wo diese zur gleichen Zeit auf ein Maximum und ein Minimum geht, wenn die Verschiebungsgeschwindigkeit X(t) ein Maximum und ein Minimum hat.
• Infolgedessen wird es theoretisch möglich, wenn der Ausgang des Differenzverstärkers 20 Zeiten abgetastet und gehalten wird, wenn die Verschiebungsgeschwindigkeit X(t) bei einem Maximum und einem Minimum ist, die Winkelgeschwindigkeit zu erfassen.
• Jedoch wird, wenn die Ströme, die in einem Paar piezoelektrischer Elemente 2 und 3 fließen, verstärkt und zu der Treibervorrichtung 6 rückgekoppelt werden, wie es in Fig. 4 beispielhaft gezeigt ist, und wenn das Treibersignal v(t) der Treibervorrichtung 6 entsprechend der äußeren Kraft zu v(t) = vo cosωt und die parallelen komplexen Scheinleitwerte der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 als Y bezeichnet werden, dann der in den piezoelektrischen Elementen 2 und 3 fließende Strom I(t)
• I(t) = Y · Vo · cos ωt (7)
• und, wenn insbesondere der Kraftkoeffizient der mechanischen Reihenresonanzwinkelfrequenz ωo genommen wird zu
• I(t) = (A²vo/r) cos ωot
• dann können der Spannungswert vaus(t) von dem Integrationsverstärker 17, der der Verschiebung entspricht, und der Zeitdifferenzwert der Spannung vaus(t), der durch seine Integration erhalten und als ein Vektor angezeigt wird, jeweils angezeigt werden als
• Vaus(t)α cos ωot (8)
• Vaus(t)α ωo sin ωot (9)
• Es wird möglich, ein Signal, bei dem die Phase elektrisch um π/2, relativ zu der tatsächlichen Bewegung des Vibrators 4 verschoben ist, zu erfassen, wie durch die Formeln (4) und (5) oben gezeigt ist.
• Deshalb ist, selbst wenn der Ausgang des Differenzverstärkers 20 zu einer Zeit abgetastet und gehalten wird, wenn die Verschiebungsgeschwindigkeit X(t) ein Maximum und ein Minimum ist, der beobachtete Wert Vaus(t) = 0. Als Ergebnis wird die Geschwindigkeit zu solchen Zeiten in Größen elektrischer Signale als null beobachtet, so daß die Winkelgeschwindigkeit nicht erfaßt werden kann. Wellenformdiagramme für die obigen v(t), vaus(t) und Vaus(t) sind in Fig. 2(B) angegeben.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung löst die Probleme des Standes der Technik, wie sie oben beschrieben sind. Eine Zielsetzung der Erfindung ist, eine Winkelgeschwindigkeitdektorschaltung für einen Vibrationskreisel zu schaffen, die die Winkelgeschwindigkeit mit gutem Wirkungsgrad erfassen kann, während sie auch fähig ist, die Bildung einer Verschiebung auf ein sehr geringes Maß selbst dann zu unterdrücken, wenn es Unterschiede bei den äquivalenten Widerständen des piezoelektrischen Elementenpaares gibt.
• Diese Zielsetzung wird durch eine Winkelgeschwindigkeitsdetektorschaltung gelöst, die die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
• Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Winkelgeschwindigkeitsdetektorschaltung vorgesehen. Ein Vibrator weist ein Paar elektrische Elemente auf der Seitenfläche eines Vibrationselements auf, das einen Resonanzpunkt besitzt. Eine Detektorschaltung erfaßt die Unterschiede des Stroms, der in einem Paar piezoelektrischer Elemente im Resonanzzustand des Vibrators fließt. Eine Abtast- und Halteschaltung tastet den Ausgang der Detektorschaltung zu einem Zeitpunkt ab und hält ihn, wenn die Verschiebungsgeschwindigkeit des Vibrators zu null wird. Die Winkelgeschwindigkeit wird auf der Grundlage des Ausgangs dieser Abtast- und Halteschaltung bestimmt.
• Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist eine Elektrode eines piezoelektrischen Elements mit einer Rückkopplungseingangsklemme eines Rückkopplungsverstärkers verbunden, und eine Elektrode des anderen piezoelektrischen Elements ist mit der Rückkopplungseingangsklemme des anderen Rückkopplungsverstärkers verbunden. Die anderen Elektroden der piezoelektrischen Elemente sind mit einer Ausgleichssignalausgangsklemme der Treibervorrichtung verbunden, die ein Ausgleichssignal für die Dämpfungskapazität des Vibrators ausgibt. Die entsprechenden Signalausgangsklemmen der zwei Rückkopplungsverstärker sind mit der Signalausgangsklemme der Treibervorrichtung verbunden, die das Treibersignal des Vibrators ausgibt. Das Ausgleichssignal und die Signale der anderen Elektroden des Paares piezoelektrischer Elemente sind kombiniert. Das kombinierte Signal wird an die Treibervorrichtung rück gekoppelt, so daß dem Vibrator eine eigeninduzierte Vibration bei seiner mechanischen Reihenresonanzfrequenz verliehen wird. Die Detektorschaltung erfaßt die Ausgangsunterschiede der zwei Rückkopplungsverstärker.
• Wenn mit der Abtast- und Halteschaltung zu einer Zeit abgetastet und gehalten wird, zu der die Verschiebungsgeschwindigkeit des Vibrators bei null ist, wird die Differenz der Ströme, die in dem Paar piezoelektrischer Elemente fließen, die durch die Detektoreinrichtung erfaßt wird, zu einem Zeitpunkt abgetastet und gehalten, wenn das Erfassungssignal der Winkelgeschwindigkeit bei einem Maximum und einem Minimum ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 stellt ein Beispiel der Erfindung dar.
• Fig. 2 ist ein Signalwellenformdiagramm, um die Arbeitsweise des Beispiels 1 in Fig. 1 zu erläutern.
• Fig. 3 stellt die Bildung der Spannungsverschiebung von den äquivalenten Widerstandsunterschieden der zwei piezoelektrischen Elemente dar, die in Fig. 1 gezeigt sind,
• Fig. 4 stellt ein Beispiel eines herkömmlichen Vibrationskreisels dar, bei dem die Erfindung angewendet werden kann,
• Fig. 5 stellt ein Beispiel einer herkömmlichen Treibervorrichtung dar, die in Fig. 4 gezeigt ist,
• Fig. 6 A-F stellen Beispiele von Vibratoren dar, die mit der Erfindung verwendet werden können,
• Fig. 7 ist ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer Abtast- und Halteschaltung der Erfindung, und
• Fig. 8 stellt die Bildung der Spannungsverschiebung durch die äquivalenten Widerstandsunterschiede zwischen zwei piezoelektrischen Elementen dar, die ein Problem bei der früheren Technologie darstellt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
• Die Erfindung wird als nächstes durch Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 stellt ein Beispiel der Erfindung dar. Die Winkelgeschwindigkeit in einem Vibrationskreisel wird erfaßt, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Die Signalausgangsklemme 9 einer Treibervorrichtung 6 ist mit den Signaleingangsklemmen 11L und 11R des Rückkopplungsverstärkers 10L bzw. 10R verbunden, die die Rückkopplungswiderstände RfL und RfR haben. Die Rückkopplungseingangsklemmen 12L und 12R der Rückkopplungsklemmen 10L und 10R sind mit einer Elektrode von jeweils einem piezoelektrischen Element 2 und 3 verbunden. Die anderen Elektroden der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 sind über einen Kondensator Cc mit dem Ausgleichsausgangssignal 13 der Treibervorrichtung 6 verbunden. Ein Ausgleichssignal der Dämpfungskapazität des Vibrators 4 wird bei dem Ausgleichsausgangssignal 13 ausgegeben. Das Ausgleichssignal wird mit den Signalen der anderen Elektroden der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 kombiniert. Dieses kombinierte Signal wird bei einem Integrationsverstärker 17 verstärkt. Die Ausgangsklemme 18 des Integrationsverstärkers 17 ist mit der Eingangsklemme 14 der Treibervorrichtung 6 verbunden, so daß dem Vibrator 4 eine eigeninduzierte Vibration verliehen wird. Mit anderen Worten schwingt der Vibrator bei oder nahe bei seiner Resonanzfrequenz. Auch werden die Ausgänge der Rückkopplungsverstärker 10L und 10R dem Differenzverstärker 20 zugeführt.
• Der Ausgang des Differenzverstärkers 20 wird der Signaleingangsklemme 22 der Abtast- und Halteschaltung 21 zugeführt. Der Impulseingangsklemme 23 der Abtast- und Halteschaltung 21 wird der Abtastzeitimpuls zugeführt, der in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien und durch Pfeile angegeben ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 20 wird der Ausgangsklemme 24 durch den Abtastimpuls zugeführt, d. h., zu der Zeit, wenn die vektormäßig angezeigte Verschiebungsgeschwindigkeit X(t) auf null geht. Somit wird die Winkelgeschwindigkeit, die auf den Vibrator 4 wirkt, auf der Grundlage des Ausgangssignals der Abtast- und Halteschaltung 21 erfaßt.
• Auf diese Weise zeigt, wenn der Ausgang des Differenzverstärkers 20 zu einem Zeitpunkt abgetastet und gehalten wird, zu dem die vektormäßig angezeigte Verschiebungsgeschwindigkeit X(t) bei null ist, das Winkelgeschwindigkeitserfassungssignal Vaus(t) einen maximalen Wert und einen minimalen Wert. Die Winkelgeschwindigkeit kann deshalb mit dem höchsten Wirkungsgrad erfaßt werden.
• Selbst wenn es bei den äquivalenten Widerständen der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 einen Unterschied gibt, und ein Lecksignal, das mit dem Treibersignal v(t) der Treibervorrichtung 6 in Phase oder außer Phase ist, dem Ausgang des Differenzverstärkers 20 eingegeben wird, wird der Ausgang des Differenzverstärkers 20 zu einer Zeit abgetastet und gehalten, zu der das Treibersignal v(t) auf null geht. Deshalb werden, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, Änderungen des Gleichstrompegels auf ein sehr geringes Maß unabhängig von dem Unterschied der äquivalenten Widerstände unterdrückt.
• Des weiteren kann diese Erfindung zahlreiche Formen und Abänderungen aufweisen, ohne auf das beschriebene Beispiel beschränkt zu sein. Beispielsweise können, obgleich Operationsverstärker als Rückkopplungsverstärker 10L und 10R verwendet werden, andere Rückkopplungsverstärker ebenfalls verwendet werden.
• Es ist auch möglich, ein System zu haben, bei dem der Ausgang des Integrationsverstärkers 17 durch einen umkehrenden Verstärker umgekehrt verstärkt wird, damit er mit dem Treibersignal gleichphasig gemacht wird, und der Ausgang des umkehrenden Verstärkers wird über jeweils veränderbare Widerstände den Rückkopplungseingangsklemmen 12L und 12R der Rückkopplungsverstärker 10L und 10R zugeführt. In einem solchen System fließen Ströme, die den Strömen entsprechen, die in die äquivalenten Widerstände der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 fließen, in die Rückkopplungseingangsklemmen 12L und 12R. Der einzige Strom, der in den Rückkopplungswiderständen RfL und RfR der Rückkopplungsverstärker 10L und 10R fließt, ist der Strom, der der Coriolis-Kraft entspricht, d. h., der Imaginärteil des Stroms, ohne irgendwelchen Stromfluß des Realteils des Stroms. Demgemäß ist es möglich, wirksam die Bildung einer niedrigen Spannung in den Rückkopplungsverstärkern 10L und 10R herabzusetzen und wirksam die Phasenkomponente zu verstärken, die der Eingangswinkelgeschwindigkeit entspricht, wodurch es möglich gemacht wird, die Winkelgeschwindigkeit mit höherer Genauigkeit zu bestimmen.
• Des weiteren ist es auch möglich, die Signale, die mit dem Treibersignal gleichphasig sind und den Eingangsklemmen 12L und 12R der Rückkopplungsverstärker 10L und 10R zugeführt werden, gemäß der Temperaturabhängigkeit der äquivalenten Widerstände der piezoelektrischen Elemente 2 und 2 zu verändern. In diesem Fall können der Ausgang des Integrationsverstärkers 17 und das Ausgleichssignal von der Treibervorrichtung 6 dem Integrationsverstärker zugeführt und kombiniert werden. Der Ausgang kann ähnlich den Rückkopplungseingangsklemmen 12L und 12R der Rückkopplungsverstärker 10L und 10R zugeführt werden, indem kleine Differenzen der äquivalenten Widerstände der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 durch veränderbare Widerstände ausgeglichen werden.
• Wenn dies vorgenommen wird, entsprechen die Ströme, die den Rückkopplungseingangsklemmen 12L und 12R der Rückkopplungsverstärker 10L und 10R von dem Integrationsverstärker zugeführt werden, wo der Ausgang des Integrationsverstärkers 17 und das Ausgleichssignal von der Treibervorrichtung 6 kombiniert werden, den Strömen, die in den äquivalenten Widerständen der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 fließen, und ändern sich somit entsprechend ihrer Temperaturabhängigkeit. Infolgedessen gibt es selbst bei Änderungen der Umgebungstemperatur niemals einen Stromfluß des Realteils des Stroms in den Rückkopplungswiderständen RfL und RfR der Rückkopplungsverstärker 10L und 10R, sondern nur einen Stromfluß, der der Coriolis-Kraft entspricht, d. h., dem imaginären Teil des Stroms. Es ist deshalb möglich, wirksam die Bildung einer niedrigen Spannung und von Schwankungen zu verringern, um wirksamer die Phasenkomponente zu verstärken, die der Eingangswinkelgeschwindigkeit entspricht, um die Winkelgeschwindigkeit mit höherer Genauigkeit zu bestimmen.
• Es ist auch möglich, einen Differenzverstärker statt eines Integrationsverstärkers zu verwenden, um den Ausgang des Integrationsverstärkers 17 mit dem Ausgleichssignal zu kombinieren. Diesem Differenzverstärker kann der Ausgang des Integrationsverstärkers 17 und das Treibersignal von der Treibervorrichtung 6 zugeführt werden. Der Differenzausgang kann über veränderbare Widerstände den Rückkopplungseingangsklem men 12L und 12R der Rückkopplungsverstärker 10L und 10R zugeführt werden. Somit ändern sich die Ströme, die in die Rückkopplungseingangsklemmen 12L und 12R fließen, gemäß den Stromwerten, die in den äquivalenten Widerständen der piezoelektrischen Elemente 2 und 3 fließen, und entsprechend ihrer Temperaturabhängigkeit. Die Winkelgeschwindigkeit kann in der gleichen Weise, wie es oben beschrieben wurde, jedoch mit höherer Genauigkeit bestimmt werden.
• Diese Erfindung kann auch wirksam in den Fällen angewendet werden, wenn, wie es in der obigen japanischen Patentoffenbarung Hei 5-113336 geoffenbart ist, zwei piezoelektrische Elemente, die an der Seitenfläche eines Vibrationselements angebracht sind, in die positive Rückkopplungsschleife eines Verstärkers eingefügt werden, um dem Vibrator eine eigeninduzierte Vibration zu verleihen, während die Winkelgeschwindigkeit auf der Grundlage der Rückkopplungsstromwerte dieser zwei piezoelektrischen Elemente erfaßt wird.
• Die erfindungsgemäße Detektorschaltung erfaßt die Winkelgeschwindigkeit, indem die Differenz der Ströme abgetastet und gehalten wird, die in dem Paar piezoelektrischer Elemente zu einem Zeitpunkt fließen, wenn die Verschiebungsgeschwindigkeit des Vibrators null ist, und im Resonanzzustand eines Vibrators, der ein Paar piezoelektrischer Elemente aufweist. Die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit bei höchstem Wirkungsgrad ist möglich. Es ist auch möglich, Schwankungen des Gleichstrompegels und infolgedessen das Auftreten einer Versetzung auf eine sehr geringe Größe selbst dann zu unterdrücken, wenn es Unterschiede der äquivalenten Widerstände eines Paares piezoelektrischer Elemente gibt.
• Schließlich sollen die oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur der Darstellung dienen. Zahlreiche alternative Ausführungsformen können von dem Durchschnittsfachmann entwickelt werden, ohne von dem Bereich der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims (2)

1. Winkelgeschwindigkeitsdetektorschaltung für einen Vibrationskreisel, die umfaßt:

eine Treibereinrichtung (6), die ein Treibersignal ausgibt,

einen Vibrator (4) mit einem Vibrationselement (1), das zumindest eine Seitenfläche mit einem Resonanzpunkt aufweist,

ein erstes und zweites piezoelektrisches Element (2, 3) auf zumindest einer Seitenfläche davon, wobei jedes piezoelektrische Element (2, 3) eine erste und zweite Elektrode aufweist, die verbunden sind, das genannte Treibersignal zu erhalten,

einer Detektorschaltung (20), die Differenzen in Strömen erfassen kann, die in dem genannten Paar piezoelektrischer Elemente (2, 3) im Resonanzzustand fließen, und

eine Abtast- und Halteschaltung (21), dadurch gekennzeichnet, daß

die genannte Abtast- und Halteschaltung eine Signaleingangsklemme (22), die mit einem Ausgang der genannten Detektorschaltung (20) verbunden ist, und eine Impulseingangsklemme (23) aufweist, die so verbunden ist, daß ihr ein Abtastzeitimpuls zu einer Zeit zugeführt wird, die um π/2 in bezug auf das genannte Treibersignal verschoben ist, um dadurch die Winkelgeschwindigkeit auf der Grundlage der Ausgabe der genannten Abtast- und Halteschaltung zu erfassen, wenn die Schwingungsverschiebungsgeschwindigkeit des genannten Vibrators null wird.

2. Die Winkelgeschwindigkeitsdetektorschaltung des Anspruchs 1, die des weiteren umfaßt:

eine Treibervorrichtung (6), die eine Ausgleichsausgangsklemme, die ein Ausgleichssignal der Dämpfungskapazität des genannten Vibrators ausgibt, und eine Signalausgangsklemme aufweist, die ein Treibersignal ausgibt, und

einen ersten und zweiten Rückkopplungsverstärker (10L, 10R), wobei jeder Verstärker eine Rückkopplungseingangsklemme und eine Signalausgangsklemme aufweist, wobei die genannte Rückkopplungseingangsklemme des genannten ersten Rückkopplungsverstärkers mit der genannten ersten Elektrode des genannten ersten piezoelektrischen Elements verbunden ist, die genannte Rückkopplungseingangsklemme des genannten zweiten Rückkopplungsverstärkers mit der genannten ersten Elektrode des genannten zweiten piezoelektrischen Elements verbunden ist, die zweiten Elektroden des genannten ersten und zweiten piezoelektrischen Elements mit der genannten Ausgleichsausgangsklemme verbunden sind, und die genannten Signalausgangsklemmen der genannten Rückkopplungsverstärker mit der Signalausgangsklemme der Treibervorrichtung verbunden sind,

ein kombiniertes Signal, das das genannte Ausgleichssignal und das Signal von den genannten zweiten Elektroden umfaßt und zu der genannten Treibervorrichtung rückgekoppelt wird, und

wobei die genannte Detektorschaltung Ausgangsunterschiede des genannten ersten und zweiten Rückkopplungsverstärkers erfaßt.