JP2004333460A

JP2004333460A - 振動ジャイロスコープ

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Publication number: JP2004333460A
Application number: JP2003165768A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Tomikawa; 義朗富川; Yoshiya Okada; 恵也岡田
Original assignee: Microstone Corp
Current assignee: Microstone Corp
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】三脚音叉を用いたジャイロスコープにおいて、より多軸検出に適した励振モードの組合わせを提供すること。またその励振技術を提供すること。
【解決手段】ほぼ平行な３本の振動脚を有する三脚型音叉の概形をなし、三脚面に垂直な方向にＺ軸を、音叉軸に平行な方向にＹ軸を、Ｚ軸とＹ軸とに直交する方向にＸ軸をとったとき、両外脚がＸ方向に同時に開閉するＨＳモードと、両外脚がＺ方向に逆向きに変位するＴモードと、両外脚がＸ方向に同じ向きに変位し中脚がその反対向きに変位するＨＡモードを可能な振動モードとして有する振動体と、前記両モードを所定の位相差を保って振動させる駆動回路手段と、更に前記振動体に作用する回転運動によって生起されるコリオリ力により各振動脚に発生する歪みを検出するコリオリ力検出手段を備えたこと。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は振動ジャイロスコープに関する。更に詳しくは、三脚型の音叉を用いた多軸の振動ジャイロスコープに関する。なお、三脚型の音叉とは、共通の基部からほぼ平行に同方向に突出した３本の片持ちの振動体を備え、前記基部を利用して支持を行うように構成した振動体を指すものとする。
【０００２】
【従来の技術】
三脚音叉の材質や形状は本発明と従来技術とに実質的に共通であり図１の平面図に示すような概形を持つ。（但し電極膜の形状は目的に応じて様々である。）同図において１は三脚音叉で、水晶あるいは圧電性磁器等の平板状の材料から切り出されている。２は基部で、これに３本の平行な振動脚が形成される。３、４はそれぞれ外脚で対称形状に成型され、図示のように先端部に突起部（質量が軸線より偏心した屈曲部）を有することがある。
【０００３】
５は中脚で、その長さは、外脚３、４が突起部を持ちかつ脚断面が中脚５の断面と等しいとき、振動質量のバランスをとるためやや長くなる。また音叉に対する方向を定義するため、図示した如くＸ、Ｙ、Ｚの直交座標軸を設定する。Ｚ軸は板面に垂直、Ｙ軸は平行な各脚の軸方向に、Ｘ軸は各脚の幅方向にとる。三脚音叉１の材料に水晶のＺカット板に近い板（特性調節のため数度傾けることがある）を用いるとき、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸は水晶材の所謂電気軸、機械軸、光軸にほぼ対応する。
【０００４】
次に三脚音叉に生起しうる基本的な（最低次数の）振動モードについて述べる。それらは４種類あって、（１）両外脚３、４が（通常の２脚の音叉と同様に）Ｘ方向に同時に開閉し、中脚５は動かないＨＳモード、（２）両外脚３、４がＺ方向に互いに反対向きに変位するＴモード、（３）両外脚３、４がＺ方向に同じ向きに変位し中脚５がその反対向きに変位するＶモード、（４）両外脚３、４がＸ方向に同じ向きに変位し中脚５がその反対向きに変位するＨＡモードである。なお従来例に関係するのはＨＳモード、Ｖモード、ＨＡモードの３つ、本発明に特に関係するのはＨＳモード、Ｔモード、ＨＡモードの３つである。
【０００５】
三脚型の音叉を用いた振動ジャイロスコープの作用を簡単に述べる。三脚音叉が上記いずれかの振動モードで定常的に振動しているとき、ある回転軸の回りにある角速度で振動系全体が回転させられると、コリオリ加速度により振動質量に見かけの力であるコリオリ力が生ずる。コリオリ力の大きさおよび方向は角速度と振動する質量の運動量のベクトル積の２倍である。コリオリ力は振動する各脚にそれぞれ生じ、位相は振動速度と一致するので、振動変位とは９０°ずれる。従って各脚の振動を適宜に組み合わせて圧電的に検出し、位相を考慮して検出出力を同期検波手段により整流すれば、コリオリ力、すなわち角速度の振動体座標軸方向の成分ωｘ、ωｙ、ωｚに比例する直流が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の振動ジャイロスコープ（例えば棒状振動体や二脚の音叉を用いたもの）では一個の振動体で検出できる角速度は１方向（１軸）であったが、三脚音叉をうまく用いると、一個の振動体で２軸または３軸の角速度成分を検出できる。これは、振動ジャイロスコープ自体およびそれが組み込まれる機器の多機能化、小型化、低コスト化に極めて効果があるので望ましい。
【０００７】
多軸の角速度成分を検出するには、角速度を作用させる振動モードを１個でなく複数個励振し、それぞれに発生するコリオリ力による振動の歪みを検出する。各振動モードによる歪み効果を分離して検出できるように、励振する複数の振動モードの位相をずらしておく。提案された従来例では、ＨＳモードとＶモードを９０°位相をずらして励振する。（ＨＳ＋Ｖモードと称する。）その結果、両外脚の先端は円運動または楕円運動を行う。Ｖモードにωｘが作用するとコリオリ力ＦｃｘによりＨＳモードの振幅が変化し、Ｖモードにωｙが作用するとコリオリ力ＦｃｙによりＨＡモードが発生して中脚が振動する。またＨＳモードにωｚが作用するとコリオリ力ＦｃｚによりやはりＨＡモードが発生して中脚が振動する。後者の２つのＨＡモードにおける中脚の信号は、基礎となるＶ、ＨＳモードの位相差を利用して中脚の検出信号に対し、位相をずらせた２系統の同期検波を行うことで分離する。
【０００８】
しかしその後、上記従来例には難点があることがわかった。一般に２つのモードの励振をずれた位相で行うためには、両モードの固有振動数に適度の差を設けておき、その一方あるいは中間のある周波数で励振することが考えられる。図１４は三脚音叉の一例（水晶製で各部の基本寸法はｍｍ単位で、板厚ｚ＝０．３、基部はｘ＝２．１、ｙ−４．０、両外脚およびスリットの幅ｘ＝０．３、スリット底から外脚先端まで４．２、屈曲部のスリット面から先端までｘ＝０．８、屈曲部の幅ｙ＝０．３）について、中脚の長さを変えてシミュレーションを行った結果であり、一方の外脚の振動変位（先端振幅）ｕｘ（ＨＳモード）、ｕｙ（Ｖモード）、両者の位相差を周波数変化に対してプロットしたものである。
【０００９】
図１５より、両モードの位相差が９０°となる周波数ではＨＳモードの振動変位がＴモードに対して極めて小さくなる（ほぼ１／１０）ことがわかった。（他のパラメータを変えて周波数差を与えた場合でも、結果はほぼ同様であった。）なお両モードの周波数を近づけると振幅差も減少するが、周波数差ほぼ５０Ｈｚまでが限界であった。これは両モードが結合モードであるためで、外脚の円運動または円に近い楕円運動は得られず、両モードにおける角速度の感度の差が大きく、高感度の多軸ジャイロスコープは、単一の周波数でＨＳ、Ｖ両モードを自励発振させる方法では実現困難であることを示している。
【００１０】
本発明の目的は、振動体として三脚音叉を用いたジャイロスコープにおいて、改良された振動モードを組合わせて、感度の高い多軸の振動ジャイロスコープを提供することである。また更なる目的は、その振動モードの励振技術を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の振動ジャイロスコープは次の特徴を備える。
（１）ほぼ平行な３本の振動脚を有する三脚型音叉の概形をなし、三脚面に垂直な方向にＺ軸を、音叉軸に平行な方向にＹ軸を、Ｚ軸とＹ軸とに直交する方向にＸ軸をとったとき、両外脚がＸ方向に同時に開閉するＨＳモードと、両外脚がＺ方向に逆向きに変位するＴモードと、両外脚がＸ方向に同じ向きに変位し中脚がその反対向きに変位するＨＡモードを可能な振動モードとして有する振動体と、前記両モードを振動させる駆動回路手段と、更に前記振動体に作用する回転運動によって生起されるコリオリ力により各振動脚に発生する歪みを検出するコリオリ力検出手段を備えたこと。
【００１２】
本発明の振動ジャイロスコープは更に以下の特徴を備えることがある。
（２）前記ＨＳモードと前記Ｔモードを同じ周波数で駆動する１個の発振回路手段を備えたこと。
【００１３】
上記目的を達成するため本発明の振動ジャイロスコープは次の特徴を備える。
（３）ほぼ平行な３本の振動脚を有する三脚型音叉の概形をなし、三脚面に垂直な方向にＺ軸を、音叉軸に平行な方向にＹ軸を、Ｚ軸とＹ軸とに直交する方向にＸ軸をとったとき、両外脚がＸ方向に同時に開閉するＨＳモードと、両外脚がＺ方向に逆向きに変位するＴモードと、両外脚がＸ方向に同じ向きに変位し中脚がその反対向きに変位するＨＡモードを可能な振動モードとして有し、ＨＳモードとＴモードの両モードは互いに近い所定の固有振動数を与えられた振動体と、前記両モードを互いにほぼ９０°の位相差を保って振動させる駆動回路手段と、更に前記振動体に作用する回転運動によって生起されるコリオリ力による前記３本の振動脚に発生する歪みを検出するコリオリ力検出手段を含み、前記コリオリ力検出手段はＴモードに作用するωｘにより生起するＨＡモードの振動を検出する第１の検出回路手段と、ＨＳモードに作用するωｙによって生起するＴモードの変化分を検出する第２の検出回路手段、およびＨＳモードに作用するωｚによって生起するＨＡモードの振動を検出する第３の検出回路手段のうち少なくとも２つの検出回路手段を含むこと。
【００１４】
本発明の振動ジャイロスコープは更に以下の特徴の少なくとも一つを備えることがある。
（４）前記励振回路手段は前記ＨＳモードを励振する回路構成を有し、前記Ｔモードは前記ＨＳモードと僅かに異なる固有振動数を与えたことによって自動的にほぼ９０°の位相差をもって自動的に駆動されること。
【００１５】
（５）前記励振回路手段は前記Ｔモード（あるいはＨＳモード）を励振する発振回路および前記Ｔモード（あるいはＨＳモード）の励振出力とほぼ９０°位相の異なる励振出力を発生する回路手段を有し、後者の励振出力をもって前記ＨＳモード（あるいはＴモード）を駆動すること。
【００１６】
（６）前記検出回路手段は、異なる角速度ωｘおよびωｚによって生起されるＨＡモードを利用する前記第１の検出回路手段と前記第２の検出回路手段を備え、前記第１の検出回路手段と前記第２の検出回路手段とは互いに９０°位相のずれた同期検波を行うことによりωｘおよびωｚを分離して検出すること。
【００１７】
（７）前記振動体の圧電材料は水晶であること。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の原理的な作用とその長所について包括的な説明をしておく。
本発明では三脚音叉の駆動にＨＳモードとＴモードを組合わせて用いる。（ＨＳ＋Ｔモードと称する。）図１６はＨＳおよびＴモードにおける外脚の振動変位と振動の位相差を駆動周波数に対して示した強制振動の応答シミュレーションによるグラフである。本例においては、両外脚の幅をｘ＝０．２７５ｍｍ（中脚の長さをｙ＝４．３ｍｍ、その他の基本寸法は従来例と共通）とした。
【００１９】
図１６に示す通り、本例では両モードの周波数を極めて接近させることができた。これは両モードが結合モードではないためである。また９０°の位相差において、振動変位ｕｘとｕｚとがほぼ等しくなる駆動周波数が（Ｔモードの共振点付近に）存在することがわかった。またその点での振動変位の大きさも、ＨＳモードのｕｘは従来の約３５倍、Ｔモードのｕｚは従来のＶモードのほぼ５．５倍にも大きくなり、外脚の振動軌跡も円運動により近づき、検出感度向上のために極めて有利になった。
【００２０】
図１１は本発明で利用する２つの振動モードを示す線画であって、（ｂ）はＴモード、（ｃ）はＨＳモード、（ａ）はこれら両モードを９０°位相差つきで同時に駆動した結果得られるドライブモード（Ｔ＋ＨＳモード）であり、両外脚先端が合成された円運動を行っている状態を示している。
【００２１】
次に図１２〜図１４を用いて角速度の検出作用を説明する。各図の（ａ）は定常的に駆動されている基本的振動モードを互いの位相差には無関係に示し、各図（ｂ）はそのモードに作用することが想定された角速度ωｘ、ωｙ、ωｚを示し、各図（ｃ）はそれによって生起するコリオリ力Ｆｃｘ、Ｆｃｙ、Ｆｃｚ（各脚の振動の瞬時速度に比例し、速度と角速度とに直交する向きに現れる）と、それによって発生する、検出すべき振動モードを示している。
【００２２】
図１〜図３は本発明の振動ジャイロスコープの第１の実施の形態に関するもので、図１は振動体の電極膜を含めた平面図、図２はその電極配置と接続を示すＡ−Ａ断面図、図３は励振および検出回路の構成を示すブロック図である。なお、既に述べた従来例と共通する事項については、重複する説明を以下省略する。
【００２３】
図１および図２において、外脚３の電極膜６は脚の周囲４面に、外脚４の電極膜７は脚の上下２面のみにそれぞれ分割された形で、また中脚５の電極膜８は脚の周囲４面に設けられている。水晶材のＺカット板においては、一般に外脚の上下面のみに脚の名が手方向に平行に分割して設けた電極膜はＴモードの駆動・検出に適し、外脚の周囲４面に設けた電極膜はＨＳモードまたはＨＡモードの駆動・検出に適する。なお各電極膜の接続あるいは引出線のために振動体の表面に設けられる導体パターンは図示を省略する。
【００２４】
図２、図３において、ＧｎｄおよびＲｅｆは信号の基準電位を与える端子（Ｒｅｆの電位はＧｎｄと電源電位の中間とすることもあるが、本例ではＧｎｄと等しいとし、図３の回路図にはＲｅｆ端子を示していない）、Ｄｒは駆動（励振）信号を回路側とやりとりする駆動端子、Ｄｔ１およびＤｔ２はそれぞれコリオリ力による信号を含んだ検出端子である。また図３では基本的な回路ブロックのみを図示しており補正的に作用する回路は図示していない。また結線の矢印は信号の流れる方向を示している。回路動作は、２端子の発振回路１１に接続された駆動端子ＤｒとＧｎｄにより外脚３がＨＳモードで励振される。
【００２５】
Ｔモードも両モードの僅かな周波数差によりほぼ９０°位相差で同時に生起される。なおＴモードはその共振周波数で生起されること、あるいは両モードにおいて振幅が同程度に得られることが望ましい。そのためには発振回路１１から得られるＨＳモードの駆動出力を、同モードの振動位相に対してずらすような回路手段あるいは素子を発振回路周辺に適宜追加したり、両モードの共振周波数差を三脚音叉の設計によって調節したりすることが可能である。
【００２６】
ＡＧＣ回路１２は発振回路１１の駆動出力を制御し、基本振動の振幅を安定化させる。同期検波回路１３ｘは中脚５の検出信号をＤｔ１端子から得てこれに、ＡＧＣ回路１２から得た信号（必要に応じて位相をずらす）にて同期検波をかけ、図８の作用により角速度ωｘに比例する出力ωｘｏｕｔを得る。
また中脚５のＤｔ１端子から得た検出信号は図１０のように角速度ωｚに関する振動成分を、ωｘとは９０°位相が異なる形で含んでいるので、この信号を同期検波回路１３ｚによって、ＡＧＣ回路１２の信号を位相シフト回路１５により９０°ずれた同期検波信号を作成し、同期検波回路１３ｚに与えて角速度ωｚに比例する出力ωｚｏｕｔを得る。
【００２７】
また検出端子Ｄｔ２から得られる信号は、図９のωｙに比例するＴモード信号と駆動信号とを含んでいるので、まず差動増幅器１４により両者の差をとった上でωｘｏｕｔを得た場合と同様に同期検波回路１３ｙを用いてωｙｏｕｔを得ることができる。
【００２８】
図４〜６は本発明の第２の実施の形態の電極配置、結線、および駆動・検出回路を示している。図４において三脚音叉１の表面（ａ）のみならず、軸Ｐに関して三脚音叉１を反転した裏面（ｂ）を示している。また三脚音叉の対称軸（図示せず）に関して、両外脚の電極は、２面（上下のＺ面）と周囲４面との２段の異なる配置を持っているので、それぞれ断面Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃをとり、図５に結線を含めて図示した。断面Ｂ−Ｂの電極と断面Ｃ−Ｃの電極は一部で連続してつながっており、引回し用の電極パターンの簡素化が図られている。
【００２９】
第２の実施の形態の特徴は、両外脚双方をＴモードを駆動および検出できる電極を持つことであり、それ以外は第１の形態とほぼ同じ作用をする。従って図６の発振・検出回路の構成および作用は、その大部分は図３の回路と共通である。相違点は、Ｄｔ２、Ｄｔ３検出端子から得られた２脚の検出信号を加算回路１６によって加算してから利用することである。
【００３０】
図７〜９は本発明の第３の実施の形態の電極配置、結線、および駆動・検出回路を示している。本実施の形態の特徴は、Ｔモード用の電極６ｄ、７ｄ（断面Ｄ−Ｄ部分）とＨＳモード用の電極６ｅ、７ｅ（断面Ｅ−Ｅ部分）を両外脚３、４の上で長手方向に分離して設けたことである。電極が多くなり引回しパターンが複雑化するが、例えば脚の先端側の電極６ｅ、７ｅからの引出し線は脚の根元側の並列電極６ｄ、７ｄの隙間を通すとか外脚の側面を利用して基部２側へ導くようにする。また脚の周囲に鉢巻き型の電極を設けて反対面の電極を接続したり、ＨＳ用電極とＴ用電極のＧｎｄラインを共通化して引出し線を減らすことができる。なお基部２内に設けたくびれ部９はＴモード振動の生起を容易にするために設けたものである。
【００３１】
そして駆動・検出回路（図９）では、Ｔモード用の電極６ｄ、７ｄ（ＧｎｄおよびＤｒ１端子）を直接発振回路１１に接続してＴモードの共振周波数（固有振動数）で励振させ、Ｔモードの駆動出力を駆動位相シフト回路１７によってほぼ９０°シフトしてＨＳモード用の電極６ｅ、７ｅ（Ｄｒ２端子）に供給し、ＨＳモードもＴモードの共振周波数で駆動するようにし、両モードで同等の振幅を得ようとしていることが特徴である。角速度の検出作用は他の実施の形態と同様であるが、図９の発振回路１１はＴモードを励振し、他の実施の形態の図３、図６における発振回路１１はＨＳモードを励振していることから、それぞれの実施の形態においてＡＧＣ回路１２より得られる駆動信号と、ある角速度成分を検出するに必要な同期検波信号との位相関係が９０°異なる。それを考慮して位相シフト回路１５の挿入位置が異なっている。
【００３２】
上記各実施の形態では、単一の発振回路でＨＳ、Ｔ両モードの基本振動を生起させたが、２つのモードの基本振動を別個の異なる周波数で駆動することも考えられる。図１０は第４の実施の形態における駆動・検出回路のブロック図である。この実施の形態における振動体としては第３の実施の形態の振動体と同様に、ＨＳ、Ｔ両モードの駆動、検出電極がモード毎に設けられたものを用いる。図１０においては各モードに対して異なる周波数で駆動する専用の発振回路を設けてあり、発振回路１１ａはＤｔ１端子に接続されＴモードを駆動する。また発振回路１１ｂはＤｔ２端子に接続されＨＳモードを駆動する。角速度の検出回路の構成は第３の実施の形態の回路部分と類似するが、同期検波用の信号をその角速度成分が利用する基本モードの駆動信号から得ている点が異なっている。
【００３３】
本発明の実施の形態は既述の例に限られない。三脚音叉の形状寸法、振動体の材質（例えば他の圧電性結晶、圧電性磁器、金属に圧電素子を貼ったもの）を用いることができる。また電極膜や引出線の配置構造（例えばＴモード用電極を脚の上下面〔Ｚ面〕ではなく脚の左右面〔Ｘ面〕に設ける等）、更に駆動回路や検出回路の構成等に種々変更あるいは改善を図ることが許される。例えば任意の場所に小範囲の位相調節のための論理回路やＬ、Ｃ、Ｒ等のアナログ要素を挿入する、信号の適宜増幅を行う、フィルターを設ける。あるいはＤｔ１、Ｄｔ２等の検出信号の一部をコリオリ力検出だけでなく、発振を助けるためのフィードバック信号として用いる（発振回路は３端子化する）等が考えられる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明においては、ＨＳモードとＴモードを組み合わせて用いたので２軸または３軸の角速度成分の検出が可能になった。また単一の周波数で駆動しても両モードについて十分大きな振幅が得られ、単純な構成で各軸の角速度に対して感度の高い多軸ジャイロスコープが得られる効果がある。また両モードにおいては中脚は原理的に不動なので、中脚を検出専用に用いることができ、回路構成を簡素化できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の振動ジャイロスコープの第１の実施の形態における振動体の、電極膜を含めた平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における振動体の電極配置と接続を示す、図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における、励振および検出回路の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の振動ジャイロスコープの第２の実施の形態における振動体の、電極膜の配置を含めて示す平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における振動体の電極配置と接続を示す、図１におけるＢ−Ｂ断面図（ａ）およびＣ−Ｃ断面図（ｂ）である。
【図６】本発明の第２の実施の形態における、励振および検出回路の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の振動ジャイロスコープの第３の実施の形態における振動体の、電極膜の配置を含めて示す平面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態における振動体の電極配置と接続を示す、図１におけるＤ−Ｄ断面図（ａ）およびＥ−Ｅ断面図（ｂ）である。
【図９】本発明の第３の実施の形態における、励振および検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態における、励振および検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明で用いる、三脚音叉の２種の振動モードを説明するための平面図的な模式図である。
【図１２】駆動と検出の作用の関連を説明するための模式図であり、（ａ）はＴ駆動モード、（ｂ）はそれに作用する角速度ωｘ、（ｃ）はコリオリ力Ｆｃｘによって生起されるＨＡ振動モードである。
【図１３】駆動と検出の作用の関連を説明するための模式図であり、（ａ）はＨＳ駆動モード、（ｂ）はそれに作用する角速度ωｙ、（ｃ）はコリオリ力Ｆｃｙによって生起されるＴ振動モードである。
【図１４】駆動と検出の作用の関連を説明するための模式図であり、（ａ）はＨＳ駆動モード、（ｂ）はそれに作用する角速度ωｚ、（ｃ）はコリオリ力Ｆｃｚによって生起されるＨＡ振動モードである。
【図１５】従来例において、ＨＳおよびＶモードにおける外脚の振動変位と振動の位相差を駆動周波数に対して示したグラフである。
【図１６】本発明において、ＨＳおよびＴモードにおける外脚の振動変位と振動の位相差を駆動周波数に対して示したグラフである。
【符号の説明】
１三脚音叉
２基部
３、４外脚
５中脚
６、７、７ｄ、７ｅ、８、８ｄ、８ｅ電極膜
９くびれ部
１１、１１ａ、１１ｂ発振回路
１２ＡＧＣ回路
１３ｘ、１３ｙ、１３ｚ同期検波回路
１４差動増幅器
１５位相シフト回路
１６加算回路
１７駆動位相シフト回路
Ｄｒ、Ｄｒ１、Ｄｒ２駆動端子
Ｄｔ１、Ｄｔ２検出端子
Ｇｎｄ、Ｒｅｆ基準端子
Ｅ電界
Ｆｃｘ、Ｆｃｙ、Ｆｃｚコリオリ力
ｕ３、ｕ４、ｕ５脚の速度成分
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標軸

Claims

ほぼ平行な３本の振動脚を有する三脚型音叉の概形をなし、三脚面に垂直な方向にＺ軸を、音叉軸に平行な方向にＹ軸を、Ｚ軸とＹ軸とに直交する方向にＸ軸をとったとき、両外脚がＸ方向に同時に開閉するＨＳモードと、両外脚がＺ方向に逆向きに変位するＴモードと、両外脚がＸ方向に同じ向きに変位し中脚がその反対向きに変位するＨＡモードを可能な振動モードとして有する振動体と、前記両モードを振動させる駆動回路手段と、更に前記振動体に作用する回転運動によって生起されるコリオリ力により各振動脚に発生する歪みを検出するコリオリ力の検出回路手段を備えたことを特徴とする振動ジャイロスコープ。
前記ＨＳモードと前記Ｔモードを同じ周波数で駆動する１個の発振回路手段を備えたことを特徴とする請求項１の振動ジャイロスコープ。
ほぼ平行な３本の振動脚を有する三脚型音叉の概形をなし、三脚面に垂直な方向にＺ軸を、音叉軸に平行な方向にＹ軸を、Ｚ軸とＹ軸とに直交する方向にＸ軸をとったとき、両外脚がＸ方向に同時に開閉するＨＳモードと、両外脚がＺ方向に逆向きに変位するＴモードと、両外脚がＸ方向に同じ向きに変位し中脚がその反対向きに変位するＨＡモードを可能な振動モードとして有し、ＨＳモードとＴモードの両モードは互いに近い所定の固有振動数を与えられた振動体と、前記両モードを互いにほぼ９０°の位相差を保って振動させる駆動回路手段と、更に前記振動体に作用する回転運動によって生起されるコリオリ力による前記３本の振動脚に発生する歪みを検出するコリオリ力検出手段を含み、前記コリオリ力検出手段はＴモードに作用するωｘにより生起するＨＡモードの振動を検出する第１の検出回路手段と、ＨＳモードに作用するωｙによって生起するＴモードの変化分を検出する第２の検出回路手段、およびＨＳモードに作用するωＺによって生起するＨＡモードの振動を検出する第３の検出回路手段のうち少なくとも２つの検出回路手段を含むことを特徴とする振動ジャイロスコープ。
前記励振回路手段は前記ＨＳモードを励振する回路構成を有し、前記Ｔモードは前記ＨＳモードと僅かに異なる固有振動数を与えたことによって自動的にほぼ９０°の位相差をもって自動的に駆動されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの振動ジャイロスコープ。
前記励振回路手段は前記Ｔモード（あるいはＨＳモード）を励振する発振回路および前記Ｔモード（あるいはＨＳモード）の励振出力とほぼ９０°位相の異なる励振出力を発生する回路手段を有し、後者の励振出力をもって前記ＨＳモード（あるいはＴモード）を駆動することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの振動ジャイロスコープ。
前記検出回路手段は、異なる角速度ωｘおよびωｚによって生起されるＨＡモードを利用する前記第１の検出回路手段と前記第２の検出回路手段を備え、前記第１の検出回路手段と前記第２の検出回路手段とは互いに９０°位相のずれた同期検波を行うことによりωｘおよびωｚを分離して検出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの振動ジャイロスコープ。
前記振動体の圧電材料は水晶であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの振動ジャイロスコープ。