DE19620009B4

DE19620009B4 - Stimmgabelkreisel

Info

Publication number: DE19620009B4
Application number: DE19620009A
Authority: DE
Inventors: Myung-Seok Kang; Young-Ho Cho; Ci-Moo Song; Sung-Kie Youn
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2016-05-18
Also published as: KR100374804B1; JP3814016B2; DE19620009A1; JPH09119837A; US5780739A; KR960042014A

Abstract

Stimmgabelkreisel mit Plattenelementen, die im Abstand voneinander angeordnet sind, Schwingungseinrichtungen, die die Plattenelemente in Schwingung versetzen, Aufhängeeinrichtungen zum Aufhängen der Plattenelemente und Elektroden, die im unteren Teil der Plattenelemente angeordnet sind, wobei die Aufhängeeinrichtungen
Hauptschienen (401a, b), die über Verbindungselemente (103a, b) mit den Plattenelementen (101a, b) verbunden sind,
Befestigungseinrichtungen (410), die mit beiden Enden der Hauptschienen (401a, b) verbunden sind, um die Hauptschienen (401a, b) zu halten und die Rückstellzugkraft in Längsrichtung der Hauptschienen (401a, b) zu verringern, und
Halteeinrichtungen (420) umfassen, die mit dem mittleren Teil der Hauptschienen (401a, b) verbunden sind, um die Hauptschienen (401a, b) zu halten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stimmgabelkreisel.
Ein Kreisel oder Gyroskop zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit eines Trägheitsgegenstandes wird als Kernstück von Navigationsvorrichtungen für Lenkflugkörper, hochseetüchtige Schiffe oder Flugzeuge verwandt. Das Anwendungsgebiet für Kreisel hat sich auf Bereiche wie beispielsweise die Navigationsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge sowie Vorrichtungen zum Erfassen und Korrigieren des Zitterns der Hand bei Camcordern mit hoher Vergrößerung erweitert. Ein herkömmlicher Kreisel zur Verwendung beim Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit wird dadurch gefertigt, dass eine Vielzahl von komplizierten Bauteilen zusammengesetzt wird, was eine maschinelle Präzisionsarbeit erforderlich macht. Da ein herkömmlicher Kreisel mit beträchtlichen Herstellungskosten verbunden ist und einen großformatigen Aufbau hat, eignet er sich nicht für die allgemeine Verwendung auf industriellem Gebiet oder in elektronischen Haushaltsgeräten.

In der nachveröffentlichten DE 44 14 237 A1 ist bereits ein Stimmgabelkreisel mit Plattenelementen beschrieben, die im Abstand voneinander angeordnet sind. Bei diesem Stimmgabelkreisel sind Schwingungseinrichtungen, die die Plattenelemente in Schwingungen versetzen, Aufhängeeinrichtungen zum Aufhängen der Plattenelemente und Elektroden vorgesehen, die im unteren Teil der Plattenelemente angeordnet sind. Weiterhin sind Hauptschienen über Verbindungselemente mit den Plattenelementen verbunden und sind Befestigungseinrichtungen vorgesehen, die mit beiden Enden der Hauptschienen verbunden sind, um diese zu halten und die Rückstellzugkraft in Längsrichtung der Hauptschienen zu verringern.

Ein kammgesteuerter Stimmgabelkreisel, der von der Firma The Charles Stark Draper Laboratory in den USA entwickelt wurde und in der US 5 349 855 beschrieben ist, ist in 8 der zugehörigen Zeichnung dargestellt. Ein derartiger Stimmgabelkreisel ist auch in der US 5 496 436 beschrieben.

Mit ausgezogenen oder gestrichelten Linien schraffierte Teile geben jeweils Elektroden (Anschlüsse) und Befestigungskonstruktionen wieder, während die nichtschraffierten Teile eine aufgehängte Konstruktion wiedergeben, wie es in 8 dargestellt ist.

Gemäß 8 sind Kämme 102a und 102b auf beiden Seiten eines Plattenelementes 101a und Kämme 102c und 102d auf beiden Seiten eines Plattenelementes 101b ausgebildet. Hauptschienen 104a und 104b sind mit den Plattenelementen 101a und 101b über Verbindungselemente 103a und 103b verbunden und durch Befestigungsteile 105a und 105b gehalten. Befestigungskonstruktionen 106a, 106b und 106c weisen Kämme 107a, 107b, 107c und 107d auf, die jeweils mit den Kämmen 102a, 102b 102c und 102d in bestimmten Intervallen kämmen.

Elektroden 108a und 108b sind im unteren Teil der Plattenelemente 101a und 101b angeordnet und über Anschlüsse 109a, 109b, 109c, 109d und 109e liegt jeweils eine Spannung an den Befestigungskonstruktionen 106a, 106b und 106c sowie den Elektroden 108a und 108b.

Wenn bei dem oben beschriebenen Kreisel eine Wechselspannung an den Anschlüssen 109a, 109b, 109c, 109d und 109e liegt, dann wird eine elektrostatische Kraft zwischen den Kämmen 102a, 102b, 102c und 102d sowie den Kämmen 107a, 107b, 107c und 107d der Befestigungskonstruktionen 106a, 106b und 106c erzeugt, wodurch die Plattenelemente 101a und 101b entlang der X-Achse in Schwingung versetzt werden. Die Kämme 107b und 107c der Befestigungskonstruktion 106b werden dazu verwandt, die Positionen der Plattenelemente 101a und 101b auf der X-Achse zu erfassen. Wenn zu diesem Zeitpunkt sich der Kreisel um die Y-Achse mit einer Winkelgeschwindigkeit Ω dreht, dann wirkt auf die Plattenelemente 101a und 101b eine Corioliskraft in der Z-Achse. Dementsprechend werden die Plattenelemente 101a und 101b entlang der Z-Achse versetzt und wird die Winkelgeschwindigkeit Ω dadurch erfaßt, dass der Kapazitätsunterschied nach Maßgabe einer Änderung im Abstand zwischen den Plattenelementen 101a und 101b und den Elektroden 108a und 108b gemessen wird.

Da bei dem herkömmlichen oben beschriebenen Kreisel nur die mittleren Teile der Hauptschienen 104a und 104b gelagert sind, ist die Versetzung der Plattenelemente 101a und 101b in der Z-Achse infolge der Corioliskraft nicht gleichmäßig. Die Kapazitätsänderung nach Maßgabe der Versetzung der Plattenelemente 101a und 101b in der Z-Achse wird somit nichtlinear.

Bei einem weiteren herkömmlichen Kreisel, der in 9 dargestellt ist, sind zwei parallele Hauptschienen 201a und 201b vorgesehen, deren beide Enden durch Befestigungsteile 202a, 202b, 202c und 202d gehalten sind.

Bei der Arbeit eines derartigen Kreisels halten die Plattenelemente 203a und 203b und die Elektroden 204a und 204b jedoch nicht den gleichen Abstand dazwischen bei. Wie es weiterhin in 10 dargestellt ist, ist die Versetzung der mittleren Teile der Hauptschienen 201a und 201b groß, was dazu führt, dass der Abstand zwischen den Plattenelementen 203a und 203b einerseits und den Elektroden 204a und 204b andererseits nicht gleichmäßig wird, was die Erzeugung von Störsignalen zur Folge hat. Da die Hauptschienen 201a und 201b an beiden Enden festgelegt sind, wird dann, wenn die Versetzung groß ist, die Rückstellzugkraft in Längsrichtung der Hauptschienen 201a und 201b größer als die Corioliskraft, was unerwünscht ist. Wenn darüber hinaus die Plattenelemente 203a und 203b auf und ab schwingen, ist es bevorzugt, dass die Hauptschienen 201a und 201b in gewissem Maße torsionselastisch sind. Die Hauptschienen 201a und 201b bleiben jedoch starr, da sie durch die Befestigungsteile 202a, 202b, 202c und 202d festgelegt sind.

Durch die Erfindung soll daher ein Stimmgabelkreisel geschaffen werden, bei dem die Rückstellzugkraft in Längsrichtung einer Hauptschiene verringert ist, die dann auftritt, wenn die Versetzung der Plattenelemente in Richtung der Z-Achse groß wird, und bei dem die Nichtlinearität der Kapazitätsänderung nach Maßgabe einer Winkelgeschwindigkeit beseitigt ist.

Dazu ist der erfindungsgemäße Stimmgabelkreisel so ausgebildet, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Stimmgabekreisels,
2 bis 4 in Drauf sichten Ausführungsbeispiele der Befestigungseinrichtungen des Kreisels,
5 und 6 Drauf sichten auf Ausführungsbeispiele der Halteeinrichtungen des Kreisels,
7 in einer Seitenansicht den schwingenden Zustand des Stimmgabelkreisels,
8 eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Kreisel,
9 eine Draufsicht auf einen weiteren herkömmlichen Kreisel und
10 in einer Seitenansicht den schwingenden Zustand des in 9 dargestellten Kreisels.
In 1, die ein Ausführungsbeispiel des Stimmgabekreisels zeigt, sind gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile wie in 8 verwandt.
Gemäß 1 umfassen Schwingungseinrichtungen, die Plattenelemente 101a und 101b in Schwingung versetzen, Kämme 102a, 102b, 102c und 102d jeweils, die von beiden Seiten der Plattenelemente 101a und 101b vorstehen, weitere Kämme 107a, 107b, 107c und 107d, die jeweils mit den Kämmen 102a, 102b, 102c und 102d in bestimmten Intervallen kämmen, sowie Anschlüsse 109a, 109b, 109c, 109d und 109e zur elektrischen Stromversorgung der Kämme 102a bis 102d und 107a bis 107d. Aufhängeeinrichtungen zum Aufhängen der Plattenelemente 101a und 101b bezüglich des oberen Teils der Elektroden 108a, 108b umfassen Hauptschienen 401a und 401b, auf denen Verbindungselemente 103a und 103b ausgebildet sind, die mit den Plattenelementen 101a und 101b verbunden sind, Befestigungseinrichtungen 410, die mit beiden Enden der Hauptschienen 401a und 401b jeweils verbunden sind, um die Hauptschienen 401a und 401b zu halten und die Rückstellzugkraft der Hauptschienen 401a und 401b zu verringern, damit die Hauptschienen 401a und 401b in Längsrichtung entspannt sind, und Halteeinrichtungen 420 zum Halten der mittleren Teile der Hauptschienen 401a und 401b.
Die Befestigungseinrichtungen 410 weisen einen Pufferteil 411, der rechtwinklig von den Enden der Hauptschienen 401a und 401b ausgeht, und einen Befestigungsteil 412 auf, der mit dem Pufferteil 411 verbunden ist und an einer nicht dargestellten Schaltungsplatte befestigt ist.
Weitere Ausführungsbeispiele der Befestigungseinrichtungen 410 sind in den 2 bis 4 dargestellt. In 2 ist eine Hauptschiene 501a mit einem Befestigungsteil 512 über einen rechtwinkligen ringförmigen Pufferteil 511 verbunden. Der Pufferteil 511 kann wenigstens einen U-förmig gebogenen Teil 511a aufweisen, wie es in 3 dargestellt ist, um die Zugkraft in Längsrichtung der Hauptschiene 501a abzupuffern. In 4 ist ein Pufferteil 711 vorgesehen, der rechteckzinnenförmig ausgebildet ist.
Die Halteeinrichtungen 420 von 1 weisen Verformungsstreben 421a und 421b auf, die rechtwinklig von beiden Seiten der mittleren Teile der Hauptschienen 401a und 401b, d.h. von den Teilen der Hauptschienen 401a und 401b ausgehen, die die größte Versetzung während der Schwingung zeigen, und Befestigungsteile 422a und 422b sind mit den Enden der Verformungsstreben 421a und 421b verbunden und an der Schaltungsplatte befestigt.
Weitere Ausführungsbeispiele der Halteeinrichtungen 420 in 1 sind in den 5 und 6 dargestellt. In 5 gehen Verbindungsstreben 821a rechtwinklig von beiden Seiten einer Hauptschiene 801a aus. Ein in Form eines rechtwinkligen Ringes ausgebildeter Verformungsteil 821b, der mit einem Befestigungsteil 822 verbunden ist, ist mit den Ende der Verbindungsstrebe 821a verbunden, um für eine zusätzliche Elastizität zu sorgen. In 6 umfassen die Halteeinrichtungen 420 von 1 Verbindungsstreben 921a, die rechtwinklig von beiden Seiten einer Hauptschiene 901a ausgehen, Verformungsstreben 921b, die rechtwinklig von beiden Seiten der Enden der Verbindungsstreben 921a ausgehen und an ihrem Ende nach innen gebogen sind, und Befestigungsteile 922, mit denen die gebogenen Enden der Verformungsstreben 921b verbunden sind.
Die Befestigungseinrichtungen und die Halteeinrichtungen sind nicht auf die oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, es kann vielmehr jede Konstruktion. verwandt werden, die die Rückstellzugkraft und die Verformung verringert, während das Plattenelement schwingt.
Wie es in 1 dargestellt ist, ist es bevorzugt, dass die Verbindungselemente 103a und 103b zum Halten der Plattenelemente 101a und 101b an Teilen der Hauptschienen 401a und 401b angeordnet sind, an denen die Versetzung der Hauptschienen 401a und 401b in Richtung der Z-Achse am größten ist.
Wie es in 7 dargestellt ist, ist beim Betrieb des Kreisels, dann, wenn die Hauptschienen 401a und 401b schwingen, der Abstand zwischen den Plattenelementen 101a und 101b und den Elektroden 108a und 108b gleichförmig. Die Kapazitätsänderung nach Maßgabe einer Änderung in der Winkelgeschwindigkeit ist daher linear.
Wenn bei dem oben beschriebenen Stimmgabelkreisel das Plattenelement schwingt, reduzieren die Befestigungseinrichtungen und die Halteeinrichtungen die Rückstellzugkraft in Längsrichtung der Hauptschiene, so dass ein gleichmäßiger Abstand zwischen dem Plattenelement und der Elektrode beibehalten wird, um dadurch Störsignale zu vermeiden und die Winkelgeschwindigkeit genauer zu erfassen.

Claims

Stimmgabelkreisel mit Plattenelementen, die im Abstand voneinander angeordnet sind, Schwingungseinrichtungen, die die Plattenelemente in Schwingung versetzen, Aufhängeeinrichtungen zum Aufhängen der Plattenelemente und Elektroden, die im unteren Teil der Plattenelemente angeordnet sind, wobei die Aufhängeeinrichtungen Hauptschienen (401a, b), die über Verbindungselemente (103a, b) mit den Plattenelementen (101a, b) verbunden sind, Befestigungseinrichtungen (410), die mit beiden Enden der Hauptschienen (401a, b) verbunden sind, um die Hauptschienen (401a, b) zu halten und die Rückstellzugkraft in Längsrichtung der Hauptschienen (401a, b) zu verringern, und Halteeinrichtungen (420) umfassen, die mit dem mittleren Teil der Hauptschienen (401a, b) verbunden sind, um die Hauptschienen (401a, b) zu halten.
Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtungen (410) einen Pufferteil (411, 511, 711), der mit einem Ende der Hauptschiene (501a) verbunden ist, und einen Befestigungsteil (512) umfassen, der mit dem Pufferteil (411, 511, 711) verbunden ist, um die Hauptschiene (501a) zu halten.
Kreisel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferteil (411) von einem Ende der Hauptschiene (501a) rechtwinklig ausgeht.
Kreisel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferteil (511) in Form eines rechtwinkligen Ringes ausgebildet ist.
Kreisel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Ring des Pufferteils (511) wenigstens ein U-förmig gebogenen Teil (511a) vorgesehen ist.
Kreisel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pufferteil (711) rechteckzinnenförmig ausgebildet ist.
Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtungen (420) Verformungsstreben (421a, 421b), die rechtwinklig von beiden Seiten des mittleren Teils der Hauptschiene (401a, 401b) ausgehen, und einen Befestigungsteil (422a, 422b) umfassen, der mit einem Ende der Verformungsstreben (421a, 421b) verbunden ist, um die Hauptschiene (401a, 401b) zu halten.
Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtungen (420) Verbindungsstreben (821a), die rechtwinklig von beiden Seiten des mittleren Teils der Hauptschiene (801a) ausgehen, in Form eines rechteckigen Ringes ausgebildete Verformungsteile (821b), die mit einem Ende die Verbindungsstreben (821a) jeweils verbunden ist, und Befestigungsteile (822) umfassen, die mit den Verformungsteilen (821b) jeweils verbunden sind, um die Hauptschiene (801a) zu halten.
Kreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtungen (420) Verbindungsstreben (921a), die rechtwinklig von beiden Seiten des mittleren Teils der Hauptschiene (901a) ausgehen, Verformungsstreben (921b), die rechtwinklig von beiden Seiten eines Endes jeder Verbindungsstrebe (921a) ausgehen und an ihrem Ende nach innen gebogen sind, und Befestigungsteile (922) umfassen, die mit dem Ende der Verformungsstreben (921b) jeweils verbunden sind.