專利名稱：振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路，該振蕩回轉(zhuǎn)儀包括形成在振蕩器中的兩個(gè)壓電元件。
背景技術(shù)：
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本發(fā)明包含涉及日本專利申請(qǐng)JP 2004-207026的主旨，該申請(qǐng)于2004年7月14日在日本專利局提交，其全部?jī)?nèi)容在此引用作為參考。
使用撓曲振蕩(flexing oscillation)的柱狀振蕩回轉(zhuǎn)儀已經(jīng)用作用于檢測(cè)使用數(shù)碼照相機(jī)采集圖像時(shí)手的非故意移動(dòng)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中的方向檢測(cè)、可移動(dòng)體(例如車輛等)的姿態(tài)控制的民用回轉(zhuǎn)儀。例如，實(shí)際使用了其中兩個(gè)壓電元件被粘附到四角柱狀振蕩器的振蕩回轉(zhuǎn)儀(例如，專利文件1日本專利待審申請(qǐng)公開號(hào)No.2000-304543)。
迄今為止，例如，如圖1所示，驅(qū)動(dòng)電路20驅(qū)動(dòng)振蕩回轉(zhuǎn)儀1，該振蕩回轉(zhuǎn)儀1包括四角柱狀振蕩器2、壓電元件3a和壓電元件3b，以使得壓電元件3a和壓電元件3b在振蕩器2的第一側(cè)面上平行排列。振蕩器2的表面被導(dǎo)電電鍍。然后，檢測(cè)信號(hào)從兩個(gè)壓電元件3a、3b的輸出端輸出。
在圖1所示的傳統(tǒng)振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路20中，振蕩器2的與第一側(cè)面相對(duì)的第二側(cè)面連接到參考電勢(shì)Vref。該參考電勢(shì)Vref通過振蕩器2施加到壓電元件3a和壓電元件3b的與振蕩器2接觸的側(cè)面。
加法電路22和差分放大器26分別連接到設(shè)在振蕩器2的第一側(cè)面上的壓電元件3a和壓電元件3b，并且振蕩電路24通過電阻器21a、21b和電容器25連接到所述壓電元件3a和壓電元件3b。加法電路22也連接到比較電路23，該比較電路23連接到振蕩電路24。
差分放大器26連接到同步檢測(cè)器27，該同步檢測(cè)器27的檢測(cè)信號(hào)Vsd’通過DC放大器28輸出為檢測(cè)信號(hào)。
在這種配置的驅(qū)動(dòng)電路20中，振蕩電路24的輸出信號(hào)Vgo’通過電容器25和電阻器21a、21b提供到與鄰接振蕩器2的壓電元件3a、3b的另一側(cè)面相對(duì)的壓電元件3a、3b的側(cè)面上。
壓電元件3a的輸出信號(hào)Vgl’和壓電元件3b的輸出信號(hào)Vgr’通過加法電路22相加，加法電路22的加法信號(hào)Vsa’輸入到比較電路23。比較電路23比較加法電路22的加法信號(hào)Vsa’和振蕩電路24的輸出信號(hào)Vgo’，并且將比較輸出信號(hào)Vcm’提供給振蕩電路24。同時(shí)，壓電元件3a的輸出信號(hào)Vgl’和壓電元件3b的輸出信號(hào)Vgr’之間的差分信號(hào)Vda’由差分放大器26輸出，并由同步檢測(cè)器27同步檢測(cè)。同步檢測(cè)器27通過使用由振蕩電路24形成的時(shí)鐘信號(hào)Vck’檢測(cè)差分信號(hào)Vda’。同步檢測(cè)器27的檢測(cè)信號(hào)Vsd’被DC放大器28放大并作為檢測(cè)信號(hào)輸出。
此處，圖2是圖1所示傳統(tǒng)振蕩回轉(zhuǎn)儀1的驅(qū)動(dòng)電路20的每個(gè)部分的電壓波形的時(shí)序圖。在圖2中，沒有以振蕩回轉(zhuǎn)儀1的主軸為中心的旋轉(zhuǎn)的情況被表示為靜止?fàn)顟B(tài)，并且施加了以主軸為中心的旋轉(zhuǎn)的情況被表示為施加了旋轉(zhuǎn)角速度的狀態(tài)。
振蕩系統(tǒng)由包括振蕩回轉(zhuǎn)儀1、電阻器21a、電阻器21b、電容器25、加法電路22、比較電路23和振蕩電路24的正反饋回路形成，并且在振蕩回轉(zhuǎn)儀1的諧振頻率下自振蕩。振蕩回轉(zhuǎn)儀1通過該振蕩在垂直于第一側(cè)面和第二側(cè)面的方向上撓曲振蕩。當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，振蕩回轉(zhuǎn)儀1的主軸作為中心，在這種狀態(tài)下，撓曲振蕩的方向由科里奧利力改變。因此，在壓電元件3a和壓電元件3b之間產(chǎn)生輸出差(Vgl’-Vgr’)，并且從差分放大器26獲得差信號(hào)Vda’。此時(shí)，用于驅(qū)動(dòng)振蕩回轉(zhuǎn)儀1的信號(hào)是靜止?fàn)顟B(tài)下壓電元件3a和壓電元件3b的輸出，并且是壓電元件3a和壓電元件3b中相位和幅度相同的信號(hào)。因此用于驅(qū)動(dòng)振蕩回轉(zhuǎn)儀1的信號(hào)被差分放大器26抵消。然后，響應(yīng)于科里奧利力的信號(hào)是壓電元件3a和壓電元件3b中相位相反但幅度相同的信號(hào)Vcl’和Vcr’。因此，通過差分放大器26獲得的差信號(hào)Vda’是與(Vcl’-Vcr’)成比例的信號(hào)。
通過差分放大器26獲得的差信號(hào)Vda’被同步檢測(cè)，由此轉(zhuǎn)換成DC檢測(cè)信號(hào)Vsd’。同步檢測(cè)器27以時(shí)鐘信號(hào)Vck’的時(shí)序全波整流來自差分放大器26的差信號(hào)Vda’，由此將信號(hào)Vda’轉(zhuǎn)換成信號(hào)Vfr’，然后積分信號(hào)Vfr’，以獲得DC檢測(cè)信號(hào)Vsd’。該檢測(cè)信號(hào)Vsd’通過DC放大器28被DC放大到預(yù)定幅度，并且只有由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的角速度信號(hào)能被檢測(cè)到。
響應(yīng)于科里奧利力的信號(hào)在通過加法電路22獲得的加法信號(hào)Vsa’中被抵消，并且變成與靜止?fàn)顟B(tài)下壓電元件3a和壓電元件3b的輸出之和成比例的信號(hào)。當(dāng)Zgl是壓電元件3a的阻抗，Zgr是壓電元件3b的阻抗，Rb是電阻器21a和電阻器21b的值，且2.Rs是加法電路22的輸入阻抗時(shí)，壓電元件3a的輸出信號(hào)Vgl’和壓電元件3b的輸出信號(hào)Vgr’如下所示。
Vgl’＝[(Zgl//Rs)/{(Zgl//Rs)+Rb}].Vgo’＝{1/(1+Rb/Rs+Rb/Zgl)}.Vgo’Vgr’＝[(Zgr//Rs)/{(Zrg//Rs)+Rb}].Vgo’＝{1/(1+Rb/Rs+Rb/Zgr)}.Vgo’由于當(dāng)振蕩回轉(zhuǎn)儀1以諧振頻率振蕩時(shí)壓電元件3a的阻抗Zgl和壓電元件3b的阻抗Zgr變得最小，所以壓電元件3a的輸出信號(hào)Vgl’和壓電元件3b的輸出信號(hào)Vgr’的電壓幅度也變得最小。因此，通過加法電路22獲得的加法信號(hào)Vsa’的電壓幅度也變得最小。當(dāng)將加法電路22的加法信號(hào)Vsa’與振蕩電路24的輸出信號(hào)Vgo’相比較時(shí)，在比較電路23的比較輸出信號(hào)Vcm’中，當(dāng)振蕩電路24以諧振頻率振蕩時(shí)電壓幅度變得最大，從而變成用于形成振蕩系統(tǒng)的正反饋回路。比較電路23的比較輸出信號(hào)Vcm’是與(Vgo’-Vsa’)成比例的信號(hào)。由于信號(hào)Vcm’的波形失真，信號(hào)Vcm’的波形被振蕩電路24變形成三角波，并作為輸出信號(hào)Vgo’輸出。
由于在傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路20中信號(hào)Vgo’的DC偏置電壓被切除，所以電容器25是必需的。如果不包含電容器25，則信號(hào)Vgo’的DC偏置電壓通過加法電路22被輸入到比較電路23，并且該DC偏置電壓在比較電路23的兩個(gè)輸入端變成相同的值。這樣，振蕩電路24的輸出信號(hào)Vgo’飽和，因此不振蕩。

發(fā)明內(nèi)容
由于如上所述的迄今已知的振蕩回轉(zhuǎn)儀1將壓電元件3a和壓電元件3b共同用于驅(qū)動(dòng)部分和檢測(cè)部分，所以其可以以很簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形成。然而，存在一個(gè)問題，即用于驅(qū)動(dòng)振蕩回轉(zhuǎn)儀1的驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜并且難以以低成本實(shí)現(xiàn)。
因此，考慮到上述的常規(guī)問題，期望提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且成本降低的振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的以及根據(jù)本發(fā)明獲得的具體優(yōu)點(diǎn)將通過對(duì)下述的實(shí)施例的描述得到進(jìn)一步闡明。
更具體地，根據(jù)本發(fā)明的包括形成在振蕩器中的兩個(gè)壓電元件的諧振回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路包括加法電路，用于向兩個(gè)壓電元件的一個(gè)側(cè)面提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)并將從與所述壓電元件的一個(gè)側(cè)面相對(duì)的另一側(cè)面獲得的信號(hào)相加；以及振蕩電路，適于被反饋給通過加法電路獲得的加法輸出信號(hào)，其中作為振蕩電路的振蕩輸出獲得的正弦波信號(hào)被作為所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給所述兩個(gè)壓電元件的一個(gè)側(cè)面。
根據(jù)本發(fā)明，通過將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入到形成在振蕩回轉(zhuǎn)儀的振蕩器中的兩個(gè)壓電元件的一個(gè)側(cè)面，將從與上述一個(gè)側(cè)面相對(duì)的另一側(cè)面輸出的信號(hào)輸入到加法電路，將加法電路的輸出信號(hào)輸入振蕩電路，并且將作為振蕩電路的振蕩輸出獲得的正弦波信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入兩個(gè)壓電元件的所述一個(gè)側(cè)面，結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化并且成本可以降低。


圖1是示出傳統(tǒng)振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖；圖2是該傳統(tǒng)振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路的各部分的電壓波形的時(shí)序圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)實(shí)例的框圖；圖4是該振蕩回轉(zhuǎn)儀的透視圖；圖5是該振蕩回轉(zhuǎn)儀的側(cè)視圖；圖6是該振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路的各部分的電壓波形的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。本發(fā)明不限于下述實(shí)施例，并且可以在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)任意變化。
在本發(fā)明中，振蕩回轉(zhuǎn)儀1由驅(qū)動(dòng)電路10驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路10具有例如如圖3所示的配置。
振蕩回轉(zhuǎn)儀1包括四角柱狀振蕩器2、壓電元件3a和壓電元件3b，使得壓電元件3a和壓電元件3b在振蕩器2的第一側(cè)面上平行排列，如圖4和5所示。振蕩器2的表面被導(dǎo)電電鍍。振蕩器2通常由用于產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的材料形成，例如鎳鉻恒彈性鋼(Elinvar)、鐵鎳、石英、玻璃、晶體、陶瓷等。
用于驅(qū)動(dòng)振蕩回轉(zhuǎn)儀1的驅(qū)動(dòng)電路10包括用于將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供到兩個(gè)壓電元件3a、3b的一個(gè)側(cè)面并將從與所述壓電元件3a、3b的一個(gè)側(cè)面相對(duì)的另一側(cè)面獲得的信號(hào)相加的加法電路11，以及適于被反饋給通過加法電路11獲得的加法輸出信號(hào)的振蕩電路12，其中作為振蕩電路12的振蕩輸出獲得的正弦波信號(hào)被作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供到所述兩個(gè)壓電元件3a、3b的一個(gè)側(cè)面。差分放大器13與加法電路11一起連接到設(shè)在振蕩器2的第一側(cè)面上的壓電元件3a和壓電元件3b，通過差分放大器13獲得的差信號(hào)Vda被同步檢測(cè)器14同步檢測(cè)，并且檢測(cè)信號(hào)Vsd通過DC放大器15輸出作為檢測(cè)信號(hào)。
更具體地，振蕩回轉(zhuǎn)儀1具有在振蕩器2的第一側(cè)面上平行排列形成的壓電元件3a和壓電元件3b，并且振蕩電路12的輸出信號(hào)Vgo輸入到與振蕩器2的第一側(cè)面相對(duì)的第二側(cè)面。信號(hào)Vgo通過振蕩器2施加到與振蕩器2鄰接的壓電元件3a和壓電元件3b的側(cè)面。從與鄰接振蕩器2的側(cè)面相對(duì)的側(cè)面輸出的壓電元件3a的輸出信號(hào)Vgl和壓電元件3b輸出信號(hào)Vgr輸入到加法電路11。加法電路11的加法輸出信號(hào)Vsa輸入到振蕩電路12。壓電元件3a的輸出信號(hào)Vgl和壓電元件3b輸出信號(hào)Vgr也輸入到差分放大器13。差分放大器13的輸出Vda被同步檢測(cè)器14同步檢測(cè)，但利用在振蕩電路12中形成的時(shí)鐘信號(hào)Vck控制其時(shí)序。同步檢測(cè)器14的輸出信號(hào)Vsd被DC放大器15放大。
此處，圖6是圖3所示的用于驅(qū)動(dòng)振蕩回轉(zhuǎn)儀1的驅(qū)動(dòng)電路10的每一部分的電壓波形的時(shí)序圖。沒有以振蕩回轉(zhuǎn)儀1的主軸為中心的旋轉(zhuǎn)的情況被表示為靜止?fàn)顟B(tài)，施加了以主軸為中心的旋轉(zhuǎn)的情況表示為施加旋轉(zhuǎn)角速度時(shí)的狀態(tài)。
振蕩系統(tǒng)由包括振蕩回轉(zhuǎn)儀1、加法電路11、振蕩電路12的正反饋回路形成，并且以振蕩回轉(zhuǎn)儀1的諧振頻率自振蕩。振蕩回轉(zhuǎn)儀1通過該振蕩在垂直于第一側(cè)面和第二側(cè)面的方向上撓曲振蕩。當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，振蕩回轉(zhuǎn)儀1的主軸作為中心，在這種狀態(tài)下，通過科里奧利力改變撓曲振蕩的方向。因此，在壓電元件3a和壓電元件3b之間產(chǎn)生輸出差(Vgl-Vgr)，并且從差分放大器13獲得輸出Vda。此時(shí)，用于驅(qū)動(dòng)振蕩回轉(zhuǎn)儀1的信號(hào)是靜止?fàn)顟B(tài)下壓電元件3a和壓電元件3b的輸出，并且是壓電元件3a和壓電元件3b中具有相同相位和幅度的信號(hào)。因此，用于驅(qū)動(dòng)振蕩回轉(zhuǎn)儀1的信號(hào)通過差分放大器13被抵消。然后，響應(yīng)于科里奧利力的信號(hào)是壓電元件3a和壓電元件3b中相位相反但幅度相同的信號(hào)Vcl和信號(hào)Vcr。因此，通過差分放大器13獲得的差信號(hào)Vda是與(Vgl-Vgr)成比例的信號(hào)。
通過差分放大器13獲得的差信號(hào)Vda被同步檢測(cè)器14同步檢測(cè)，并由此被轉(zhuǎn)變成DC信號(hào)Vsd。同步檢測(cè)器14以時(shí)鐘信號(hào)Vck的時(shí)序全波整流由差分放大器13提供的差信號(hào)Vda，從而將差信號(hào)Vda轉(zhuǎn)變成信號(hào)Vfr，并隨后積分信號(hào)Vfr以獲得DC信號(hào)Vsd。該信號(hào)Vsd通過DC放大器15被DC放大到預(yù)定幅度，并且只有由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的角速度信號(hào)能被檢測(cè)到。
響應(yīng)于科里奧利力的信號(hào)在加法電路11的加法輸出信號(hào)Vsa中被抵消，并且變成與靜止?fàn)顟B(tài)下壓電元件3a和壓電元件3b的輸出之和成比例的信號(hào)。當(dāng)Zgl是壓電元件3a的阻抗，Zgr是壓電元件3b的阻抗，且2·Rs是加法電路11的輸入阻抗時(shí)，壓電元件3a的輸出Vgl和壓電元件3b的輸出Vgr如下所示。
Vgl＝{Rs/(Zgl+Rs)}.Vgo＝{1/(1+Zgl/Rs)}.VgoVgr＝{Rs/(Zgr+Rs)}.Vgo＝{1/(1+Zgr/Rs)}.Vgo由于在振蕩回轉(zhuǎn)儀1以諧振頻率振蕩時(shí)壓電元件3a的阻抗Zgl和壓電元件3b的阻抗Zgr變得最小，所以壓電元件3a的輸出Vgl和壓電元件3b的輸出Vgr的電壓幅度變得最大。因此加法電路11的加法輸出信號(hào)Vsa的電壓幅度變得最大，從而充當(dāng)用于形成振蕩系統(tǒng)的正反饋回路。此外，該信號(hào)的放大程度由振蕩電路12調(diào)整，因此振蕩電路12振蕩為正弦波信號(hào)，并且其輸出信號(hào)Vgo變成正弦波信號(hào)。
在圖1所示的常規(guī)振蕩回轉(zhuǎn)儀1的驅(qū)動(dòng)電路20中，需要電阻器21a、電阻器21b、電容器25和比較電路23。此外，波形在振蕩電路24中被重新定形為三角波形。另一方面，在圖3所示的根據(jù)本發(fā)明的振蕩回轉(zhuǎn)儀1的驅(qū)動(dòng)電路10中，功能上不需要與電阻器21a、電阻器21b、電容器25和比較電路23相對(duì)應(yīng)的部件，此外，不需要振蕩電路24中的波形定形。因此，振蕩回轉(zhuǎn)儀1由被簡(jiǎn)化了的驅(qū)動(dòng)電路10驅(qū)動(dòng)，并且回轉(zhuǎn)儀輸出可被檢測(cè)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其它因素進(jìn)行各種修改、組合、局部組合和改變，只要它們?cè)谒綑?quán)利要求或其等效表述的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路，該振蕩回轉(zhuǎn)儀包括形成在振蕩器中的兩個(gè)壓電元件，該驅(qū)動(dòng)電路包括加法電路，用于向兩個(gè)壓電元件的一個(gè)側(cè)面提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且將從與所述壓電元件的一個(gè)側(cè)面相對(duì)的另一側(cè)面獲得的信號(hào)相加；以及振蕩電路，適于被反饋給通過所述加法電路獲得的加法輸出信號(hào)，其中作為振蕩電路的振蕩輸出獲得的正弦波信號(hào)被作為所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給所述兩個(gè)壓電元件的一個(gè)側(cè)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路，其中振蕩器的前表面被導(dǎo)電電鍍。
全文摘要
本發(fā)明提供了振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路，該振蕩回轉(zhuǎn)儀包括形成在振蕩器中的兩個(gè)壓電元件，該驅(qū)動(dòng)電路包括加法電路，用于向兩個(gè)壓電元件的一個(gè)側(cè)面提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且將從與所述壓電元件的一個(gè)側(cè)面相對(duì)的另一側(cè)面獲得的信號(hào)相加；以及振蕩電路，適于被反饋給通過所述加法電路獲得的加法輸出信號(hào)，其中作為振蕩電路的振蕩輸出獲得的正弦波信號(hào)被作為所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供給所述兩個(gè)壓電元件的一個(gè)側(cè)面。因此，可提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并能獲得穩(wěn)定輸出的振蕩回轉(zhuǎn)儀的驅(qū)動(dòng)電路。
文檔編號(hào)G01P9/04GK1721819SQ20051008481
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2005年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月14日
發(fā)明者栗原一夫, 佐藤善記, 川村俊行, 松永融 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社