JP2529786B2 - 振動ジャイロ - Google Patents

振動ジャイロ

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JP2529786B2 JP3162330A JP16233091A JP2529786B2 JP 2529786 B2 JP2529786 B2 JP 2529786B2 JP 3162330 A JP3162330 A JP 3162330A JP 16233091 A JP16233091 A JP 16233091A JP 2529786 B2 JP2529786 B2 JP 2529786B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、振動ジャイロに関
し、とくに、多角形をなす振動体の一側面に、駆動、帰
還および検出の各機能を兼ね備える一の圧電素子を設け
ることによって、振動子の、常に安定した自励振動をも
たらし、また、角速度の、高い精度での検出を可能なら
しめるものである。
【0002】
【従来の技術】従来の振動ジャイロとしては、例えば、
図3および図4にブロック線図で示すようなものが知ら
れている。ここで、図3に示す振動ジャイロでは、横断
面形状が四角形をなす振動体1の一側面に駆動用圧電素
子2を貼着するとともに、その側面と対向する反対側の
側面には帰還用圧電素子3を貼着し、また、これらと直
交する他の二側面には、それぞれの検出用圧電素子4,
5を貼着することによって振動子6が構成されており、
駆動装置7からの出力を駆動用圧電素子2に供給する一
方、帰還用圧電素子3の出力をその駆動装置7に帰還さ
せることにより、振動子6は、直交三次元座標系のX軸
方向に所定の自励振動を行うようになっている。そし
て、かかる自励振動の下で、振動子6がZ軸の周りに回
転されると、振動子6はコリオリの力の発生によってY
軸方向の振動を惹起され、このY軸方向の振動に伴う電
圧が、それぞれの検出用圧電素子4, 5に発生するの
で、それらの電圧を、差動増幅器8, 同期検波器9およ
び直流増幅器10に順次に通過させることによって、振動
子6の角速度が直流出力として求められる。
【0003】また、図4に示す振動ジャイロは、横断面
形状が三角形をなす振動体1の二側面のそれぞれに、駆
動用圧電素子11, 12を貼着するとともに、他の一側面に
帰還用圧電素子3を貼着し、そして、駆動装置7からの
出力を、それぞれの抵抗13,14を介して駆動用圧電素子1
1, 12に供給し、帰還用圧電素子3からの出力を駆動装
置7に帰還させることによって、X軸方向に自励振動す
る振動子6を構成したものである。ここでは、検出用圧
電素子を兼ねるそれぞれの駆動用圧電素子11,12に発生
する電圧を差動増幅し、同期検波した後に直流増幅する
ことで、振動子6がZ軸の周りに回転されることによっ
て発生するY軸方向のコリオリの力、ひいては、角速度
を検出することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図3に示す
振動ジャイロにあっては、それぞれの圧電素子2, 3,
4, 5がともに、エポキシ樹脂その他の接着剤によって
振動体1に接着されていることから、周囲温度の変化に
起因する接着剤の強度、弾性的性質その他の変化によっ
て、たとえば、駆動用圧電素子2と帰還用圧電素子3と
の間の特性差が変化して、振動条件に変動を来し、それ
によって振動子6の自励振動が不安定なものとなる問題
があった。また、温度サイクルなどが加わった時には、
接着剤の性質が時効的に変化して駆動条件にヒステリシ
スを生じる問題もあり、さらには、検出用圧電素子4,
5の接着強度の変化がドリフトの原因ともなるという問
題もあった。
【0005】また、各圧電素子2, 3, 4, 5の特性の
ばらつき、振動体1の断面形状の非対称性などにより、
理想的には、振動子6の非回転時には発生しないY軸方
向の振動が、現実には発生していわゆる漏れ電圧を生じ
る。ところが、この漏れ電圧の大きさ等もまた、駆動電
圧その他の駆動条件に依存して変化しドリフトの原因に
なるという問題があった。さらには、この従来技術の場
合、振動体1の各側面に、各圧電素子を高い精度で接着
させる必要から、振動子6の組立作業が甚だ面倒である
という問題もあった。
【0006】なお、図4に示す従来技術では、駆動用圧
電素子11, 12を、検出用圧電素子としても用いることか
ら、接着剤の変化に起因する漏れ電圧の変化を、図3に
示す従来技術のそれよりも低減することはできる。しか
しながら、この従来技術においてもまた、帰還用圧電素
子3を、図3に示すものと同様に別途設けているため、
振動条件に関しては、前述したと同様の問題が残ること
になる。
【0007】この発明は、従来技術のこのような問題を
有利に解決するものであり、振動子の組立作業を容易な
らしめてなお、接着剤の影響による駆動条件の変動を有
効に低減し、また、漏れ電圧の変化を十分小さく抑制す
ることができる振動ジャイロを提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明の振動ジャイロ
は、横断面形状が多角形をなす振動体の一側面に一の圧
電素子を貼着するとともに、この圧電素子の少なくとも
電極を、振動体の幅方向に二分割して振動子を構成し、
この振動子の各分割電極を、インピーダンス素子を介し
て一の駆動手段に接続したところにおいて、各分割電極
とインピーダンス素子との接続部を、たとえば、加算器
および、基準交流電圧との差動増幅を行う差動増幅器を
順次に介して、または、それぞれが基準交流電圧との差
動増幅器および加算器を順次に介して、駆動装置に接続
する一方、各分割電極の出力を、それら相互の差動増幅
を行う差動増幅器を経て取り出すものであり、ここで、
より好ましくは、各基準交流電圧を、インピーダンス素
子を介して駆動手段に接続した容量素子と、そのインピ
ーダンス素子との接続部の電圧とするものである。
【0009】
【作用】圧電素子は、それに応力を加えると、ひずみを
発生するとともに、圧電効果によって応力に比例した電
気変位を生じる一方、電界を加えると、電気変位を生じ
るとともに、逆圧電効果によって電界に比例したひずみ
を生じる。従って、圧電素子に、インピーダンス素子を
介して交流電圧を印加すると、その圧電素子とインピー
ダンス素子との接続部では、印加された交流電圧と、圧
電素子のひずみに伴って発生する電圧との合成された電
圧が観察される。
【0010】そこで、本発明の振動ジャイロでは、圧電
素子の、各方向のひずみに伴って発生する電圧を分離し
て取出すことによって、一の圧電素子に、駆動, 帰還お
よび検出の三つの機能をもたせることとした。
【0011】このことによって、本発明の振動ジャイロ
では、駆動条件に及ぼす接着剤の影響を低減して、温度
サイクルなどが加わったときにも駆動条件にヒステリシ
スが生じるのを抑制して、漏れ電圧の変化を十分小さく
抑えることができる。さらに、本発明の振動ジャイロに
よれば、一の圧電素子を貼着するだけで足りるので、振
動子の組立作業を、極めて簡易迅速に行うことができ
る。
【0012】
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、この発明の一実施例を示すブロック線
図であり、図中従来技術で述べた部分と同様の部分はそ
れらと同一の番号で示す。この具体例では、横断面形状
が四角形をなす振動体1の一側面に一の圧電素子21を貼
着するとともに、この圧電素子21の電極を、振動体1の
幅方向に二分割してそれぞれの分割電極21a, 21bとする
ことによって振動子6を構成する。なお、このような分
割は、電極のみならず、圧電素子21の全体にわたっても
行い得ることはもちろんである。
【0013】またここでは、駆動装置7を、それぞれの
インピーダンス素子Z1, Z2を介してそれぞれの分割電極
21a, 21bに接続するとともに、他のインピーダンス素子
Z3を介して容量素子22にも接続して、それらの各々に、
駆動装置7からの交流電圧を印加可能にしてある。
【0014】一方、前記各インピーダンス素子素子Z1,
Z2と、それぞれの分割電極21a, 21bとの接続部23, 24
を、加算器25を介して差動増幅器26に接続し、加算器25
では、それらの両接続部23, 24からの出力を加算し、そ
して、差動増幅器26では、インピーダンス素子Z3と容量
素子22との接続部27からの出力と、加算器25からの出力
とを差動増幅するとともに、そこからの出力を駆動装置
7に帰還させる。
【0015】ところで、前記各インピーダンス素子Z1,
Z2,Z3としては、抵抗型、容量型および誘導型のいずれ
のタイプのものをも用いることができる。 そしてさら
には、前記両接続部23, 24を他の差動増幅器8に接続
し、この差動増幅器8を、従来技術と同様に、同期検波
器9および直流増幅器10に順次に接続する。
【0016】以上のように構成してなる振動ジャイロに
よれば、駆動装置7からそれぞれの分割電極21a, 21bへ
の交流電圧の印加によって、振動子6をX軸方向に自励
振動させることができる。かかる振動状態においては、
それぞれの接続部23, 24からの出力は、駆動装置7から
の供給電圧と、圧電素子21のひずみに伴って、分割電極
21a および21b を経てそれぞれ出力される電圧との合成
出力となる。従って、それらの両合成出力を、加算器25
で加算した後、差動増幅器26に通過させることにより、
X軸方向の振動に伴って発生する電圧だけを抽出し、そ
してそれを駆動装置7に帰還させると、振動子6の自励
振動を十分安定なものとすることができる。
【0017】ここで、振動子6のこのような自励振動の
下で、その振動子6がZ軸の廻りに回転されると、振動
子6には、コリオリの力に基づくY軸方向の振動が発生
し、これにより、接続部23, 24の出力電圧に差を生じ
る。そこで、これらの両出力電圧を、差動増幅器8にて
差動増幅することにより、コリオリの力の発生に伴う電
圧を分離検出することができる。
【0018】図2は、この発明の他の実施例を示すブロ
ック線図である。この例は、駆動装置7を、それぞれの
インピーダンス素子Z1, Z2を介してそれぞれの分割電極
21a, 21bに接続するとともに、他のそれぞれのインピー
ダンス素子Z4, Z5を介してそれぞれの容量素子31, 32に
接続し、また、それぞれの接続部23, 24を、基準交流電
圧との差動を行うそれぞれの差動増幅器33, 34を介して
加算器25に接続する点において、図1に示す実施例と相
違する。
【0019】ここで、差動増幅器33は、インピーダンス
素子Z4と容量素子31との接続部36からの出力と、接続
部23からの出力とを差動増幅し、差動増幅器34は、イン
ピーダンス素子Z5 と容量素子32との接続部37からの出
力と、接続部24からの出力とを差動増幅する。また、加
算器35は、それらの両差動増幅出力を加算することによ
って、振動子6のX軸方向の振動によって発生する電圧
だけを分離検出し、そして、この検出電圧を駆動装置7
に帰還させて、振動子6の安定した自励振動をもたら
す。
【0020】このような振動ジャイロでは、振動子6の
回転時におけるコリオリの力は、それぞれの接続部23,
24の出力を他の差動増幅器8に入力して差動することに
よって分離検出することができる。
【0021】なお、上述したところでは、接続部23, 24
の出力を、差動増幅器8に直接的に入力させることとし
ているが、それぞれの差動増幅器33, 34からの出力をそ
の差動増幅器8に入力することも可能である。また、図
1および図2のいずれの実施例においても、振動体1の
横断面形状を、四角形以外の多角形形状とすることもで
きる。
【0023】
【発明の効果】以上に述べたところから明らかなよう
に、この発明によれば、振動体の一側面に一の圧電素子
を設けるだけで、帰還用圧電素子を特別に設けることな
く、安定した自励振動をもたらすことができ、また、高
い精度にて角速度を検出することができる。すなわち、
一の圧電素子に、駆動、帰還および検出の三つの機能を
発揮させることにより、駆動条件に及ぼす接着剤の影響
を十分に低減して、温度サイクル等が加わったときの、
駆動条件へのヒステリシスの発生を有効に抑制し、ま
た、漏れ電圧の変化を十分小さく抑え、この結果とし
て、常に安定した自励振動をもたらすとともに、高い検
出精度を確保することができる。
【0024】そしてさらには、ここでは、振動体1に一
の圧電素子を貼着するだけで振動子を構成することがで
きるので、振動子の組立を極めて簡易迅速に行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示すブロック線図であ
る。
【図2】この発明の他の実施例を示すブロック線図であ
る。
【図3】従来例を示すブロック線図である。
【図4】他の従来例を示すブロック線図である。
【符号の説明】 1 振動体 6 振動子 7 駆動装置 8, 26, 33, 34 差動増幅器 9 同期検波器 10 直流増幅器 21 圧電素子 21a, 21b 分割電極 22, 31, 32 容量素子 23, 24, 27, 36, 37 接続部 25, 35 加算器 Z1, Z2, Z3, Z4, Z5 インピーダンス素子

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 横断面形状が多角形をなす振動体の一側
    面に一の圧電素子を貼着するとともに、この圧電素子の
    少なくとも電極を、振動体の幅方向に二分割して振動子
    を構成し、この振動子の各分割電極を、インピーダンス
    素子を介して一の駆動手段に接続したところにおいて、
    各分割電極とインピーダンス素子との接続部の各出力の
    和を基準交流電圧と差動して前記駆動手段に帰還させる
    一方、各分割電極の出力を相互に差動させて取出すこと
    を特徴とする振動ジャイロ。
  2. 【請求項2】 横断面形状が多角形をなす振動体の一側
    面に一の圧電素子を貼着するとともに、この圧電素子の
    少なくとも電極を、振動体の幅方向に二分割して振動子
    を構成し、この振動子の各分割電極を、インピーダンス
    素子を介して一の駆動手段に接続したところにおいて、
    各分割電極とインピーダンス素子との接続部の各出力を
    各基準交流電圧と差動させ、それらの和を前記駆動手段
    に帰還させる一方、各分割電極の出力を相互に差動させ
    て取出すことを特徴とする振動ジャイロ。
  3. 【請求項3】 前記基準交流電圧を、インピーダンス素
    子を介して駆動手段に接続した容量素子と該インピーダ
    ンス素子との接続部の電圧とすることを特徴とする請求
    項1もしくは2に記載の振動ジャイロ。
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JP4600031B2 (ja) * 2004-12-17 2010-12-15 パナソニック電工株式会社 角速度検出装置
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