JP3291968B2 - 振動ジャイロ - Google Patents
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- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5642—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating bars or beams
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は振動ジャイロに関し、
特にたとえば、振動体の振動を利用して回転角速度を検
出する振動ジャイロに関する。
特にたとえば、振動体の振動を利用して回転角速度を検
出する振動ジャイロに関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０は従来の振動ジャイロの一例を示
す図解図である。振動ジャイロ１は、正３角柱状の振動
体２を含む。振動体２の３つの側面には、圧電素子３
ａ，３ｂ，３ｃが形成される。圧電素子３ａ，３ｂには
抵抗４ａ，４ｂが接続され、これらの抵抗４ａ，４ｂと
圧電素子３ｃとの間に発振回路５が接続される。発振回
路５は、たとえば増幅回路と位相回路とＡＧＣ回路など
の振幅制御回路を含む。そして、発振回路５の出力信号
が圧電素子３ａ，３ｂに与えられ、圧電素子３ｃの出力
信号が発振回路５に帰還される。このようにして、振動
体２は自励振駆動され、振動体２が圧電素子３ｃ形成面
に直交する方向に屈曲振動する。
す図解図である。振動ジャイロ１は、正３角柱状の振動
体２を含む。振動体２の３つの側面には、圧電素子３
ａ，３ｂ，３ｃが形成される。圧電素子３ａ，３ｂには
抵抗４ａ，４ｂが接続され、これらの抵抗４ａ，４ｂと
圧電素子３ｃとの間に発振回路５が接続される。発振回
路５は、たとえば増幅回路と位相回路とＡＧＣ回路など
の振幅制御回路を含む。そして、発振回路５の出力信号
が圧電素子３ａ，３ｂに与えられ、圧電素子３ｃの出力
信号が発振回路５に帰還される。このようにして、振動
体２は自励振駆動され、振動体２が圧電素子３ｃ形成面
に直交する方向に屈曲振動する。
【０００３】圧電素子３ａ，３ｂは、差動回路６の入力
端に接続される。振動ジャイロ１に回転角速度が与えら
れていない場合、圧電素子３ａ，３ｂに入力される駆動
信号は同じである。したがって、差動回路６からは信号
が出力されない。振動ジャイロ１に回転角速度が与えら
れると、コリオリ力によって振動体２の屈曲振動の方向
が変わる。そのため、圧電素子３ａ，３ｂに発生する信
号に差が生じ、差動回路６からその信号の差が出力され
る。振動体２の屈曲振動の変化はコリオリ力に対応して
いるため、差動回路６の出力信号もコリオリ力に対応し
た信号である。したがって、差動回路６の出力信号を同
期検波し、さらに平滑することにより、回転角速度に対
応した直流出力を得ることができる。
端に接続される。振動ジャイロ１に回転角速度が与えら
れていない場合、圧電素子３ａ，３ｂに入力される駆動
信号は同じである。したがって、差動回路６からは信号
が出力されない。振動ジャイロ１に回転角速度が与えら
れると、コリオリ力によって振動体２の屈曲振動の方向
が変わる。そのため、圧電素子３ａ，３ｂに発生する信
号に差が生じ、差動回路６からその信号の差が出力され
る。振動体２の屈曲振動の変化はコリオリ力に対応して
いるため、差動回路６の出力信号もコリオリ力に対応し
た信号である。したがって、差動回路６の出力信号を同
期検波し、さらに平滑することにより、回転角速度に対
応した直流出力を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、雰囲気
温度の変化や振動体の反りなどによって２つの検出系の
共振特性に差が生じると、無回転時においても検出用の
圧電素子に発生する信号に差が生じ、差動回路からドリ
フト信号が出力される。そのため、無回転時において
も、回転角速度が与えられているように誤検知される恐
れがある。
温度の変化や振動体の反りなどによって２つの検出系の
共振特性に差が生じると、無回転時においても検出用の
圧電素子に発生する信号に差が生じ、差動回路からドリ
フト信号が出力される。そのため、無回転時において
も、回転角速度が与えられているように誤検知される恐
れがある。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、振
動体の複数の検出系の共振特性が変化しても、ドリフト
信号を抑制することができる振動ジャイロを提供するこ
とである。
動体の複数の検出系の共振特性が変化しても、ドリフト
信号を抑制することができる振動ジャイロを提供するこ
とである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、振動させる
ための柱状の振動体と、振動体の側面に形成されそれぞ
れが振動体の中心軸に沿って分割された複数の検出手段
と、一方の検出手段の分割部分の２つが入力端に接続さ
れる第１の和動回路と、一方の検出手段の分割部分の２
つが入力端に接続される第１の差動回路と、他方の検出
手段の分割部分の２つが入力端に接続される第２の和動
回路と、他方の検出手段の分割部分の２つが入力端に接
続される第２の差動回路と、第１の和動回路および第２
の和動回路が入力端に接続される第３の差動回路と、第
１の差動回路および第２の差動回路が入力端に接続され
る第４の差動回路と、第３の差動回路および第４の差動
回路が入力端に接続される演算回路とを含む、振動ジャ
イロである。このような振動ジャイロにおいて、複数の
検出手段は、無回転時の振動体の振動方向を含む面に対
して対称となるように配置される。また、それぞれの検
出手段の分割部分の１つが、振動体の中心軸を含む無回
転時における振動体の振動の中立面の両側に跨って形成
されることが望ましい。特に、振動体が正３角柱状に形
成された場合、複数の検出手段としての圧電素子が振動
体の２つの側面に形成され、かつそれぞれの圧電素子は
振動体の中心軸に沿って２分割される。また、振動体が
４角柱状に形成された場合、複数の検出手段としての圧
電素子が振動体の対向する２つの側面に形成され、かつ
それぞれの圧電素子は振動体の中心軸に沿って均等に３
分割される。
ための柱状の振動体と、振動体の側面に形成されそれぞ
れが振動体の中心軸に沿って分割された複数の検出手段
と、一方の検出手段の分割部分の２つが入力端に接続さ
れる第１の和動回路と、一方の検出手段の分割部分の２
つが入力端に接続される第１の差動回路と、他方の検出
手段の分割部分の２つが入力端に接続される第２の和動
回路と、他方の検出手段の分割部分の２つが入力端に接
続される第２の差動回路と、第１の和動回路および第２
の和動回路が入力端に接続される第３の差動回路と、第
１の差動回路および第２の差動回路が入力端に接続され
る第４の差動回路と、第３の差動回路および第４の差動
回路が入力端に接続される演算回路とを含む、振動ジャ
イロである。このような振動ジャイロにおいて、複数の
検出手段は、無回転時の振動体の振動方向を含む面に対
して対称となるように配置される。また、それぞれの検
出手段の分割部分の１つが、振動体の中心軸を含む無回
転時における振動体の振動の中立面の両側に跨って形成
されることが望ましい。特に、振動体が正３角柱状に形
成された場合、複数の検出手段としての圧電素子が振動
体の２つの側面に形成され、かつそれぞれの圧電素子は
振動体の中心軸に沿って２分割される。また、振動体が
４角柱状に形成された場合、複数の検出手段としての圧
電素子が振動体の対向する２つの側面に形成され、かつ
それぞれの圧電素子は振動体の中心軸に沿って均等に３
分割される。
【０００７】
【作用】それぞれの検出手段が振動体の中心軸に沿って
分割されることにより、無回転時の振動体の振動に対し
て、１つの検出系の検出手段の分割部分が異なる屈曲状
態となる。したがって、検出手段の分割部分が接続され
た差動回路からは、屈曲状態の違いに応じた信号が出力
される。ただし、同じ検出系の分割部分に発生するコリ
オリ力に対応した信号はほぼ同じであるため、コリオリ
力に対応した信号は、差動回路で打ち消すことができ出
力されない。そのため、差動回路を調整すれば、回転角
速度の印加の有無にかかわらず、その検出系の共振特性
に対応した信号のみが出力される。つまり、各検出系の
共振特性に応じた信号が、第１の差動回路および第２の
差動回路から出力される。したがって、第４の差動回路
からは、複数の検出系の共振特性の差が、信号として出
力される。
分割されることにより、無回転時の振動体の振動に対し
て、１つの検出系の検出手段の分割部分が異なる屈曲状
態となる。したがって、検出手段の分割部分が接続され
た差動回路からは、屈曲状態の違いに応じた信号が出力
される。ただし、同じ検出系の分割部分に発生するコリ
オリ力に対応した信号はほぼ同じであるため、コリオリ
力に対応した信号は、差動回路で打ち消すことができ出
力されない。そのため、差動回路を調整すれば、回転角
速度の印加の有無にかかわらず、その検出系の共振特性
に対応した信号のみが出力される。つまり、各検出系の
共振特性に応じた信号が、第１の差動回路および第２の
差動回路から出力される。したがって、第４の差動回路
からは、複数の検出系の共振特性の差が、信号として出
力される。
【０００８】和動回路からは、分割された検出手段に発
生する信号の和が出力される。したがって、和動回路か
ら出力される信号には、コリオリ力に対応する信号とそ
の検出系の共振特性に対応する信号とが含まれている。
そのため、第３の差動回路からは、複数の検出系の出力
信号の差が出力され、その信号にはコリオリ力に対応す
る信号と共振特性に対応する信号とが含まれる。したが
って、演算回路からは、共振特性に対応する信号のない
信号が出力される。つまり、演算回路から得られる出力
信号は、コリオリ力に対応した信号のみである。
生する信号の和が出力される。したがって、和動回路か
ら出力される信号には、コリオリ力に対応する信号とそ
の検出系の共振特性に対応する信号とが含まれている。
そのため、第３の差動回路からは、複数の検出系の出力
信号の差が出力され、その信号にはコリオリ力に対応す
る信号と共振特性に対応する信号とが含まれる。したが
って、演算回路からは、共振特性に対応する信号のない
信号が出力される。つまり、演算回路から得られる出力
信号は、コリオリ力に対応した信号のみである。
【０００９】
【発明の効果】この発明によれば、コリオリ力に対応し
た信号のみを得ることができるため、振動体の各方向の
共振特性が変化しても、正確に回転角速度を検出するこ
とができる。
た信号のみを得ることができるため、振動体の各方向の
共振特性が変化しても、正確に回転角速度を検出するこ
とができる。
【００１０】 この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【００１１】
【実施例】図１はこの発明の一実施例を示す図解図であ
る。振動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。振動子１
２は、図２および図３に示すように、たとえば正３角柱
状の振動体１４を含む。振動体１４は、たとえばエリン
バ，鉄−ニッケル合金，石英，ガラス，水晶，セラミッ
クなど、一般的に機械的な振動を生じる材料で形成され
る。
る。振動ジャイロ１０は、振動子１２を含む。振動子１
２は、図２および図３に示すように、たとえば正３角柱
状の振動体１４を含む。振動体１４は、たとえばエリン
バ，鉄−ニッケル合金，石英，ガラス，水晶，セラミッ
クなど、一般的に機械的な振動を生じる材料で形成され
る。
【００１２】 振動体１４の３つの側面のほぼ中央部に
は、それぞれ圧電素子１６，１８，２０が形成される。
圧電素子１６は、振動体１４の中心軸に沿って、均等に
２分割される。したがって、圧電素子１６は、振動体１
４の側面の幅方向に、２つの分割部分１６ａ，１６ｂを
有する。同様に、圧電素子１８は、振動体１４の中心軸
に沿って、均等に２分割される。したがって、圧電素子
１８は、振動体１４の側面の幅方向に、２つの分割部分
１８ａ，１８ｂを有する。ただし、圧電素子２０は、分
割されていない。
は、それぞれ圧電素子１６，１８，２０が形成される。
圧電素子１６は、振動体１４の中心軸に沿って、均等に
２分割される。したがって、圧電素子１６は、振動体１
４の側面の幅方向に、２つの分割部分１６ａ，１６ｂを
有する。同様に、圧電素子１８は、振動体１４の中心軸
に沿って、均等に２分割される。したがって、圧電素子
１８は、振動体１４の側面の幅方向に、２つの分割部分
１８ａ，１８ｂを有する。ただし、圧電素子２０は、分
割されていない。
【００１３】 圧電素子１６は、たとえば圧電セラミック
からなる圧電層２２ａを含み、圧電層２２ａの両面には
電極２４ａ，２６ａが形成される。そして、一方の電極
２６ａが、振動体１４に接着される。同様に、圧電素子
１８，２０は圧電層２２ｂ，２２ｃを含み、圧電層２２
ｂ，２２ｃの両面に電極２４ｂ，２６ｂおよび電極２４
ｃ，２６ｃが形成される。そして、これらの圧電素子１
８，２０の一方の電極２６ｂ，２６ｃが、振動体１４に
接着される。この実施例では、圧電素子１６，１８は、
振動体１４を屈曲振動させるときの帰還用として用いら
れ、さらに回転角速度に対応した信号を得るための検出
用としても用いられる。また、圧電素子２０は、振動体
１４を屈曲振動させるための駆動用として用いられる。
からなる圧電層２２ａを含み、圧電層２２ａの両面には
電極２４ａ，２６ａが形成される。そして、一方の電極
２６ａが、振動体１４に接着される。同様に、圧電素子
１８，２０は圧電層２２ｂ，２２ｃを含み、圧電層２２
ｂ，２２ｃの両面に電極２４ｂ，２６ｂおよび電極２４
ｃ，２６ｃが形成される。そして、これらの圧電素子１
８，２０の一方の電極２６ｂ，２６ｃが、振動体１４に
接着される。この実施例では、圧電素子１６，１８は、
振動体１４を屈曲振動させるときの帰還用として用いら
れ、さらに回転角速度に対応した信号を得るための検出
用としても用いられる。また、圧電素子２０は、振動体
１４を屈曲振動させるための駆動用として用いられる。
【００１４】 圧電素子１６の分割部分１６ａ，１６ｂお
よび圧電素子１８の分割部分１８ａ，１８ｂには、それ
ぞれ抵抗２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄが接続され
る。これらの抵抗２８ａ〜２８ｄと圧電素子２０との間
に、発振回路３０が接続される。発振回路３０は、たと
えば増幅回路と位相回路とＡＧＣ回路などの振幅制御回
路とを含む。そして、圧電素子１６，１８の出力信号が
増幅回路に帰還され、位相回路で位相補正されて圧電素
子２０に入力される。この発振回路３０によって、振動
子１２は自励振駆動される。このようにして、振動体１
４は、圧電素子２０形成面に直交する方向に屈曲振動す
る。
よび圧電素子１８の分割部分１８ａ，１８ｂには、それ
ぞれ抵抗２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄが接続され
る。これらの抵抗２８ａ〜２８ｄと圧電素子２０との間
に、発振回路３０が接続される。発振回路３０は、たと
えば増幅回路と位相回路とＡＧＣ回路などの振幅制御回
路とを含む。そして、圧電素子１６，１８の出力信号が
増幅回路に帰還され、位相回路で位相補正されて圧電素
子２０に入力される。この発振回路３０によって、振動
子１２は自励振駆動される。このようにして、振動体１
４は、圧電素子２０形成面に直交する方向に屈曲振動す
る。
【００１５】 圧電素子１６の分割部分１６ａ，１６ｂ
は、第１の和動回路３２および第１の差動回路３４の入
力端に接続される。また、圧電素子１８の分割部分１８
ａ，１８ｂは、第２の和動回路３６および第２の差動回
路３８の入力端に接続される。第１の和動回路３２およ
び第２の和動回路３６の出力端は、第３の差動回路４０
の入力端に接続される。さらに、第１の差動回路３４お
よび第２の差動回路３８の出力端は、第４の差動回路４
２の入力端に接続される。そして、第３の差動回路４０
および第４の差動回路４２の出力端は、演算回路４４の
入力端に接続される。
は、第１の和動回路３２および第１の差動回路３４の入
力端に接続される。また、圧電素子１８の分割部分１８
ａ，１８ｂは、第２の和動回路３６および第２の差動回
路３８の入力端に接続される。第１の和動回路３２およ
び第２の和動回路３６の出力端は、第３の差動回路４０
の入力端に接続される。さらに、第１の差動回路３４お
よび第２の差動回路３８の出力端は、第４の差動回路４
２の入力端に接続される。そして、第３の差動回路４０
および第４の差動回路４２の出力端は、演算回路４４の
入力端に接続される。
【００１６】 この振動ジャイロ１０を使用する場合、発
振回路３０によって、振動体１４が圧電素子２０形成面
に直交する方向に屈曲振動する。このとき、図４に示す
ように、振動体１４はその中心Ｏを通る一点鎖線の両側
で、伸びと縮みとが逆となるように振動する。つまり、
図４の一点鎖線を境にして、一方側が伸びるとき、他方
側が縮むように屈曲振動する。振動体１４の中心は、圧
電素子２０側からみて、三角形の高さの約１／３の部分
に存在する。したがって、圧電素子１６の分割部分１６
ａは全体に同じ屈曲状態となる。しかしながら、分割部
分１６ｂは一点鎖線の両側に跨がって配置されているた
め、その両側で反対の屈曲状態となる。つまり、圧電素
子１６の分割部分１６ｂは、一点鎖線の一方側が伸びた
とき、他方側が縮むように屈曲する。同様に、圧電素子
１８の分割部分１８ｂも、一点鎖線の両側で、反対の屈
曲状態となる。
振回路３０によって、振動体１４が圧電素子２０形成面
に直交する方向に屈曲振動する。このとき、図４に示す
ように、振動体１４はその中心Ｏを通る一点鎖線の両側
で、伸びと縮みとが逆となるように振動する。つまり、
図４の一点鎖線を境にして、一方側が伸びるとき、他方
側が縮むように屈曲振動する。振動体１４の中心は、圧
電素子２０側からみて、三角形の高さの約１／３の部分
に存在する。したがって、圧電素子１６の分割部分１６
ａは全体に同じ屈曲状態となる。しかしながら、分割部
分１６ｂは一点鎖線の両側に跨がって配置されているた
め、その両側で反対の屈曲状態となる。つまり、圧電素
子１６の分割部分１６ｂは、一点鎖線の一方側が伸びた
とき、他方側が縮むように屈曲する。同様に、圧電素子
１８の分割部分１８ｂも、一点鎖線の両側で、反対の屈
曲状態となる。
【００１７】 振動体１４が屈曲振動しているとき、圧電
素子１６の分割部分１６ａの全体が同じ屈曲状態である
ため、同じ極性の電荷が発生する。それに対して、分割
部分１６ｂでは、一点鎖線の両側で反対の屈曲状態とな
るため、逆極性の電荷が発生する。したがって、分割部
分１６ｂからは、相殺されなかった電荷のみが出力され
る。そのため、分割部分１６ａ，１６ｂの出力信号に差
が生じ、第１の差動回路３４から信号が出力される。同
様に、圧電素子１８の分割部分１８ａ，１８ｂの出力信
号に差が生じ、第２の差動回路３８から信号が出力され
る。
素子１６の分割部分１６ａの全体が同じ屈曲状態である
ため、同じ極性の電荷が発生する。それに対して、分割
部分１６ｂでは、一点鎖線の両側で反対の屈曲状態とな
るため、逆極性の電荷が発生する。したがって、分割部
分１６ｂからは、相殺されなかった電荷のみが出力され
る。そのため、分割部分１６ａ，１６ｂの出力信号に差
が生じ、第１の差動回路３４から信号が出力される。同
様に、圧電素子１８の分割部分１８ａ，１８ｂの出力信
号に差が生じ、第２の差動回路３８から信号が出力され
る。
【００１８】 振動体１４がその軸を中心として回転する
と、コリオリ力によって、振動体１４の屈曲振動の方向
が変わる。コリオリ力は、無回転時の振動に対して直交
する方向に働くから、コリオリ力によって生じる振動の
変化分は、圧電素子１６の分割部分１６ａ，１６ｂの両
方ともほぼ同じである。つまり、コリオリ力によって生
じる分割部分１６ａ，１６ｂの屈曲状態は同じとなる。
そのため、コリオリ力によって分割部分１６ａ，１６ｂ
に生じる電荷はほぼ同じとなり、第１の差動回路３４を
調整してコリオリ力に対応した信号は打ち消すことがで
き出力されない。したがって、第１の差動回路３４から
出力される信号は、振動体１４の一方の検出系の共振特
性に対応した信号のみとなる。同様に、第２の差動回路
３８から出力される信号は、振動体１４の他方の検出系
の共振特性に対応した信号のみとなる。
と、コリオリ力によって、振動体１４の屈曲振動の方向
が変わる。コリオリ力は、無回転時の振動に対して直交
する方向に働くから、コリオリ力によって生じる振動の
変化分は、圧電素子１６の分割部分１６ａ，１６ｂの両
方ともほぼ同じである。つまり、コリオリ力によって生
じる分割部分１６ａ，１６ｂの屈曲状態は同じとなる。
そのため、コリオリ力によって分割部分１６ａ，１６ｂ
に生じる電荷はほぼ同じとなり、第１の差動回路３４を
調整してコリオリ力に対応した信号は打ち消すことがで
き出力されない。したがって、第１の差動回路３４から
出力される信号は、振動体１４の一方の検出系の共振特
性に対応した信号のみとなる。同様に、第２の差動回路
３８から出力される信号は、振動体１４の他方の検出系
の共振特性に対応した信号のみとなる。
【００１９】 また、第１の和動回路３２からは、圧電素
子１６の分割部分１６ａ，１６ｂの出力信号の和が出力
される。この出力信号には、コリオリ力に対応した信号
と一方の検出系の共振特性に対応した信号とが含まれて
いる。同様に、第２の和動回路３６からは、圧電素子１
８の分割部分１８ａ，１８ｂの出力信号の和が出力され
る。この出力信号には、コリオリ力に対応した信号と他
方の検出系の共振特性に対応した信号とが含まれてい
る。
子１６の分割部分１６ａ，１６ｂの出力信号の和が出力
される。この出力信号には、コリオリ力に対応した信号
と一方の検出系の共振特性に対応した信号とが含まれて
いる。同様に、第２の和動回路３６からは、圧電素子１
８の分割部分１８ａ，１８ｂの出力信号の和が出力され
る。この出力信号には、コリオリ力に対応した信号と他
方の検出系の共振特性に対応した信号とが含まれてい
る。
【００２０】 第３の差動回路４０からは、第１の和動回
路３２および第２の和動回路３６の出力信号の差が出力
される。したがって、第３の差動回路４０の出力信号に
は、２つの検出系から得られるコリオリ力に対応した信
号が含まれている。これらの２つの検出系の圧電素子１
６，１８は、無回転時の振動体１４の振動方向を含む面
に対して対称となるように配置されているため、コリオ
リ力によって振動体１４の振動方向が変わると、一方の
圧電素子から発生する電荷と、他方の圧電素子から発生
する電荷とは逆極性となる。したがって、第３の差動回
路４０からは、コリオリ力に対応した大きい出力を得る
ことができる。また、第３の差動回路４０の出力信号に
は、一方の検出系の共振特性と他方の検出系の共振特性
の差に対応する信号が含まれている。
路３２および第２の和動回路３６の出力信号の差が出力
される。したがって、第３の差動回路４０の出力信号に
は、２つの検出系から得られるコリオリ力に対応した信
号が含まれている。これらの２つの検出系の圧電素子１
６，１８は、無回転時の振動体１４の振動方向を含む面
に対して対称となるように配置されているため、コリオ
リ力によって振動体１４の振動方向が変わると、一方の
圧電素子から発生する電荷と、他方の圧電素子から発生
する電荷とは逆極性となる。したがって、第３の差動回
路４０からは、コリオリ力に対応した大きい出力を得る
ことができる。また、第３の差動回路４０の出力信号に
は、一方の検出系の共振特性と他方の検出系の共振特性
の差に対応する信号が含まれている。
【００２１】 さらに、第４の差動回路４２からは、第１
の差動回路３４および第２の差動回路３８の出力信号の
差が出力される。第１の差動回路３４および第２の差動
回路３８からは、２つの検出系の共振特性に対応した出
力信号が出力されるため、第４の差動回路４２からは２
つの検出系の共振特性の差に対応する信号が得られる。
そして、この出力信号には、コリオリ力に対応する信号
は含まれていない。ただし、第４の差動回路４２の出力
信号は、第３の差動回路４０の出力信号に含まれる共振
特性の差に対応する信号とは異なっている。なぜなら
ば、第３の差動回路４０の出力信号は和動回路３２，３
６を経た信号であり、第４の差動回路４２の出力信号は
差動回路３４，３８を経た信号であるからである。しか
しながら、無回転時、圧電素子１６，１８のそれぞれの
分割部分１６ａ，１８ａから発生する電荷に比べ、分割
部分１６ｂ，１８ｂから発生する電荷は小さく、第３の
差動回路４０の出力と第４の差動回路４２の出力はほぼ
等しい。また、分割部分１６ｂ，１８ｂを屈曲振動の中
心になるように配置すれば、無回転時に発生する電荷は
自己相殺されて０になり、第３の差動回路４０の出力と
第４の差動回路４２の出力は等しくなる。
の差動回路３４および第２の差動回路３８の出力信号の
差が出力される。第１の差動回路３４および第２の差動
回路３８からは、２つの検出系の共振特性に対応した出
力信号が出力されるため、第４の差動回路４２からは２
つの検出系の共振特性の差に対応する信号が得られる。
そして、この出力信号には、コリオリ力に対応する信号
は含まれていない。ただし、第４の差動回路４２の出力
信号は、第３の差動回路４０の出力信号に含まれる共振
特性の差に対応する信号とは異なっている。なぜなら
ば、第３の差動回路４０の出力信号は和動回路３２，３
６を経た信号であり、第４の差動回路４２の出力信号は
差動回路３４，３８を経た信号であるからである。しか
しながら、無回転時、圧電素子１６，１８のそれぞれの
分割部分１６ａ，１８ａから発生する電荷に比べ、分割
部分１６ｂ，１８ｂから発生する電荷は小さく、第３の
差動回路４０の出力と第４の差動回路４２の出力はほぼ
等しい。また、分割部分１６ｂ，１８ｂを屈曲振動の中
心になるように配置すれば、無回転時に発生する電荷は
自己相殺されて０になり、第３の差動回路４０の出力と
第４の差動回路４２の出力は等しくなる。
【００２２】 第３の差動回路４０および第４の差動回路
４２の出力信号は、演算回路４４に入力される。そし
て、それらの信号の差が、演算回路４４から出力され
る。このとき、第４の差動回路４２の出力信号が、第３
の差動回路４０の出力信号に含まれる共振特性に対応す
る信号と同じになるように、演算回路４４が調整され
る。したがって、演算回路４４からは、コリオリ力に対
応した信号のみが出力される。この演算回路４４の出力
信号を同期検波し、平滑することによって、回転角速度
を検出することができる。
４２の出力信号は、演算回路４４に入力される。そし
て、それらの信号の差が、演算回路４４から出力され
る。このとき、第４の差動回路４２の出力信号が、第３
の差動回路４０の出力信号に含まれる共振特性に対応す
る信号と同じになるように、演算回路４４が調整され
る。したがって、演算回路４４からは、コリオリ力に対
応した信号のみが出力される。この演算回路４４の出力
信号を同期検波し、平滑することによって、回転角速度
を検出することができる。
【００２３】 この振動子１２において、圧電素子１６，
１８の存在する２つの検出系の共振特性が等しい場合、
第３の差動回路４０の出力信号には、共振特性に対応す
る信号は含まれない。また、第４の差動回路４２から
は、信号が出力されない。したがって、演算回路４４か
ら出力される信号は、コリオリ力に対応する信号のみで
ある。また、雰囲気温度の変化や振動体１４の反りなど
により、２つの検出系の共振特性が変化する場合があ
る。このような場合でも、一方の検出系の圧電素子１６
の分割部分１６ａ，１６ｂの出力信号の変化は同じ割合
である。また、他方の検出系の圧電素子１８の分割部分
１８ａ，１８ｂの出力信号の変化も同じ割合である。し
たがって、第３の差動回路４０の出力に含まれる共振特
性に対応する信号は、第４の差動回路４２の出力に含ま
れる共振特性に対応する信号と同じ割合で変化する。そ
のため、演算回路４４からは、常にコリオリ力に対応す
る信号のみを出力させることができる。
１８の存在する２つの検出系の共振特性が等しい場合、
第３の差動回路４０の出力信号には、共振特性に対応す
る信号は含まれない。また、第４の差動回路４２から
は、信号が出力されない。したがって、演算回路４４か
ら出力される信号は、コリオリ力に対応する信号のみで
ある。また、雰囲気温度の変化や振動体１４の反りなど
により、２つの検出系の共振特性が変化する場合があ
る。このような場合でも、一方の検出系の圧電素子１６
の分割部分１６ａ，１６ｂの出力信号の変化は同じ割合
である。また、他方の検出系の圧電素子１８の分割部分
１８ａ，１８ｂの出力信号の変化も同じ割合である。し
たがって、第３の差動回路４０の出力に含まれる共振特
性に対応する信号は、第４の差動回路４２の出力に含ま
れる共振特性に対応する信号と同じ割合で変化する。そ
のため、演算回路４４からは、常にコリオリ力に対応す
る信号のみを出力させることができる。
【００２４】 このように、この振動ジャイロでは、２つ
の検出系の共振特性が別々に変化しても、コリオリ力に
対応する信号のみを得ることができる。したがって、雰
囲気温度の変化などがあっても、正確に回転角速度を検
出することができる。なお、演算回路４４を調整するた
めには、オフセット調整（無回転時出力＝０）すればよ
く、振動ジャイロ１０を恒温槽などに入れ、雰囲気温度
を変化させたときに出力信号が０となるようにしてもよ
い。
の検出系の共振特性が別々に変化しても、コリオリ力に
対応する信号のみを得ることができる。したがって、雰
囲気温度の変化などがあっても、正確に回転角速度を検
出することができる。なお、演算回路４４を調整するた
めには、オフセット調整（無回転時出力＝０）すればよ
く、振動ジャイロ１０を恒温槽などに入れ、雰囲気温度
を変化させたときに出力信号が０となるようにしてもよ
い。
【００２５】 上述の実施例では、圧電素子１６，１８
は、均等に２分割された。しかしながら、たとえば圧電
素子１６，１８の上端から１：２の割合となるように分
割してもよい。この場合、圧電素子１６の分割部分１６
ａ，１６ｂのコリオリ力に対応する信号比率に応じて第
１の差動回路３４を調整して、第１の差動回路３４の出
力のコリオリ力に対応する信号が０になるようにすれば
よい。圧電素子１８の分割部分１８ａ，１８ｂおよび第
２の差動回路３８についても、同様に調整すればよい。
したがって、圧電素子１６，１８の分割比率は、任意に
変更可能である。なお、圧電素子１６，１８のそれぞれ
の分割部分１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂの信号は、
回路のインピーダンスを考慮して、バッファを介して和
動回路および差動回路に接続してもよい。
は、均等に２分割された。しかしながら、たとえば圧電
素子１６，１８の上端から１：２の割合となるように分
割してもよい。この場合、圧電素子１６の分割部分１６
ａ，１６ｂのコリオリ力に対応する信号比率に応じて第
１の差動回路３４を調整して、第１の差動回路３４の出
力のコリオリ力に対応する信号が０になるようにすれば
よい。圧電素子１８の分割部分１８ａ，１８ｂおよび第
２の差動回路３８についても、同様に調整すればよい。
したがって、圧電素子１６，１８の分割比率は、任意に
変更可能である。なお、圧電素子１６，１８のそれぞれ
の分割部分１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂの信号は、
回路のインピーダンスを考慮して、バッファを介して和
動回路および差動回路に接続してもよい。
【００２６】 上述の実施例において、圧電素子１６の分
割部分１６ａ，１６ｂを形成するためには、図５に示す
ように、圧電層２２ａおよび電極２６ａを共通にし、電
極２４ａのみを分割してもよい。もちろん、圧電素子１
８も、同様に分割することができる。なお、この場合、
分割部分の容量結合を考慮すれば、分割部分間に別の電
極を形成し、振動体１４に接続するなどの方法でアース
を行うといった対策を講じてもよい。
割部分１６ａ，１６ｂを形成するためには、図５に示す
ように、圧電層２２ａおよび電極２６ａを共通にし、電
極２４ａのみを分割してもよい。もちろん、圧電素子１
８も、同様に分割することができる。なお、この場合、
分割部分の容量結合を考慮すれば、分割部分間に別の電
極を形成し、振動体１４に接続するなどの方法でアース
を行うといった対策を講じてもよい。
【００２７】 また、駆動方法としては、圧電素子２０の
出力信号を帰還信号とし、駆動信号を圧電素子１６，１
８に入力してもよい。また、圧電素子１６の分割部分１
６ｂおよび圧電素子１８の分割部分１８ｂの出力信号を
帰還信号とし、駆動信号を分割部分１６ａ，１８ａに入
力してもよい。このように、駆動方法としては、１つに
限らず、さまざまな駆動方法を採用することができる。
出力信号を帰還信号とし、駆動信号を圧電素子１６，１
８に入力してもよい。また、圧電素子１６の分割部分１
６ｂおよび圧電素子１８の分割部分１８ｂの出力信号を
帰還信号とし、駆動信号を分割部分１６ａ，１８ａに入
力してもよい。このように、駆動方法としては、１つに
限らず、さまざまな駆動方法を採用することができる。
【００２８】 上述の実施例では、振動子１２の振動体１
４として正３角柱状のものを用いたが、図６および図７
に示すように、正４角柱状の振動体１４を用いてもよ
い。この振動子１２では、振動体１４の対向する２つの
側面に、圧電素子１６，１８が形成される。そして、圧
電素子１６は、３つの部分１６ａ，１６ｂ，１６ｃに分
割される。これらの分割部分１６ａ，１６ｂ，１６ｃ
は、均等に分割される。したがって、分割部分１６ｂ
は、振動体１４の中心軸を通る一点鎖線上に形成され
る。同様に、圧電素子１８は、３つの部分１８ａ，１８
ｂ，１８ｃに分割される。これらの分割部分１８ａ，１
８ｂ，１８ｃは、均等に分割される。したがって、分割
部分１８ｂは、振動体１４の中心軸を通る一点鎖線上に
形成される。
４として正３角柱状のものを用いたが、図６および図７
に示すように、正４角柱状の振動体１４を用いてもよ
い。この振動子１２では、振動体１４の対向する２つの
側面に、圧電素子１６，１８が形成される。そして、圧
電素子１６は、３つの部分１６ａ，１６ｂ，１６ｃに分
割される。これらの分割部分１６ａ，１６ｂ，１６ｃ
は、均等に分割される。したがって、分割部分１６ｂ
は、振動体１４の中心軸を通る一点鎖線上に形成され
る。同様に、圧電素子１８は、３つの部分１８ａ，１８
ｂ，１８ｃに分割される。これらの分割部分１８ａ，１
８ｂ，１８ｃは、均等に分割される。したがって、分割
部分１８ｂは、振動体１４の中心軸を通る一点鎖線上に
形成される。
【００２９】 このような振動子１２を用いる場合、たと
えば図８に示すように、圧電素子１６，１８の分割部分
１６ｃ，１８ｃに、それぞれ抵抗６０，６２が接続され
る。そして、圧電素子１６，１８の分割部分１６ａ，１
８ａと抵抗６０，６２との間に発振回路３０が接続され
る。この振動ジャイロ１０では、分割部分１６ａ，１８
ａが振動体１４を屈曲振動させるための駆動用として用
いられ、分割部分１６ｃ，１８ｃが帰還用として用いら
れる。したがって、発振回路３０の信号によって、振動
体１４は圧電素子１６，１８形成面に平行する方向に屈
曲振動する。
えば図８に示すように、圧電素子１６，１８の分割部分
１６ｃ，１８ｃに、それぞれ抵抗６０，６２が接続され
る。そして、圧電素子１６，１８の分割部分１６ａ，１
８ａと抵抗６０，６２との間に発振回路３０が接続され
る。この振動ジャイロ１０では、分割部分１６ａ，１８
ａが振動体１４を屈曲振動させるための駆動用として用
いられ、分割部分１６ｃ，１８ｃが帰還用として用いら
れる。したがって、発振回路３０の信号によって、振動
体１４は圧電素子１６，１８形成面に平行する方向に屈
曲振動する。
【００３０】 また、圧電素子１６の分割部分１６ｂ，１
６ｃと圧電素子１８の分割部分１８ｂ，１８ｃとが、検
出用として用いられる。したがって、この振動子１２を
用いる場合、図１に示す実施例と同様に、圧電素子１６
の分割部分１６ｂ，１６ｃが、第１の和動回路３２およ
び第１の差動回路３４に接続される。また、圧電素子１
８の分割部分１８ｂ，１８ｃが、第２の和動回路３６お
よび第２の差動回路３８に接続される。このような振動
ジャイロ１０でも、図１に示す実施例と同様にして、各
検出系の共振特性に対応した信号を含まない、コリオリ
力に対応した信号のみを得ることができる。
６ｃと圧電素子１８の分割部分１８ｂ，１８ｃとが、検
出用として用いられる。したがって、この振動子１２を
用いる場合、図１に示す実施例と同様に、圧電素子１６
の分割部分１６ｂ，１６ｃが、第１の和動回路３２およ
び第１の差動回路３４に接続される。また、圧電素子１
８の分割部分１８ｂ，１８ｃが、第２の和動回路３６お
よび第２の差動回路３８に接続される。このような振動
ジャイロ１０でも、図１に示す実施例と同様にして、各
検出系の共振特性に対応した信号を含まない、コリオリ
力に対応した信号のみを得ることができる。
【００３１】 このような振動子１２を用いれば、図６に
おいて、圧電素子１６，１８の分割部分１６ｂ，１８ｂ
が、振動体１４の中心軸を通る一点鎖線上に形成されて
いるため、無回転時における振動体の屈曲振動の中心線
上に形成されていることになる。そのため、無回転時に
おいては、分割部分１６ｂ，１８ｂは延びる部分と縮む
部分とが等しい面積となり、発生した逆極性の電荷が相
殺されて、その出力は０となる。したがって、第１の和
動回路３２および第１の差動回路３４の出力信号は同じ
となり、第３の差動回路４０の出力を０にすることがで
きる。同様に、第２の和動回路３６および第２の差動回
路３８の出力信号は同じとなり、第４の差動回路４２の
出力を０にすることができる。そのため、無回転時にお
いては、演算回路４４の出力を０にすることができ、オ
フセット調整が可能である。
おいて、圧電素子１６，１８の分割部分１６ｂ，１８ｂ
が、振動体１４の中心軸を通る一点鎖線上に形成されて
いるため、無回転時における振動体の屈曲振動の中心線
上に形成されていることになる。そのため、無回転時に
おいては、分割部分１６ｂ，１８ｂは延びる部分と縮む
部分とが等しい面積となり、発生した逆極性の電荷が相
殺されて、その出力は０となる。したがって、第１の和
動回路３２および第１の差動回路３４の出力信号は同じ
となり、第３の差動回路４０の出力を０にすることがで
きる。同様に、第２の和動回路３６および第２の差動回
路３８の出力信号は同じとなり、第４の差動回路４２の
出力を０にすることができる。そのため、無回転時にお
いては、演算回路４４の出力を０にすることができ、オ
フセット調整が可能である。
【００３２】 正４角柱状の振動体１４を用いた振動子１
２の場合、圧電素子１６の分割部分１６ａ，１６ｂおよ
び圧電素子１８の分割部分１８ａ，１８ｂを検出用とし
て用いてもよい。つまり、中央部の分割部分１６ｂ，１
８ｂを一方の検出用として用いれば、無回転時の演算回
路の出力を０にすることができる。
２の場合、圧電素子１６の分割部分１６ａ，１６ｂおよ
び圧電素子１８の分割部分１８ａ，１８ｂを検出用とし
て用いてもよい。つまり、中央部の分割部分１６ｂ，１
８ｂを一方の検出用として用いれば、無回転時の演算回
路の出力を０にすることができる。
【００３３】 また、感度を上げる手段として共振型にす
る場合、圧電素子１６，１８が形成されていない面を削
るなどの方法を用いることができる。さらに、図５に示
す振動子と同様に、圧電層および振動体に接着される電
極を共通にし、表面の電極のみを３分割してもよい。こ
の場合、圧電層として用いられる圧電セラミックが２枚
ですみ、振動体への接着も簡単になる。また、振動体１
４の材料として圧電セラミックなどを用い、その対向す
る側面に分割された電極を形成してもよく、またバイモ
ルフ構造としてもよい。この４角柱状の振動体１４を用
いる場合、圧電素子１６，１８は必ずしも３分割される
必要はなく、たとえば一端側の分割部分１６ｃ，１８ｃ
を省略してもよい。この場合、分割部分１６ａ，１８ａ
が駆動用として用いられるとともに、分割部分１６ａ，
１６ｂおよび分割部分１８ａ，１８ｂが検出用として用
いられる。
る場合、圧電素子１６，１８が形成されていない面を削
るなどの方法を用いることができる。さらに、図５に示
す振動子と同様に、圧電層および振動体に接着される電
極を共通にし、表面の電極のみを３分割してもよい。こ
の場合、圧電層として用いられる圧電セラミックが２枚
ですみ、振動体への接着も簡単になる。また、振動体１
４の材料として圧電セラミックなどを用い、その対向す
る側面に分割された電極を形成してもよく、またバイモ
ルフ構造としてもよい。この４角柱状の振動体１４を用
いる場合、圧電素子１６，１８は必ずしも３分割される
必要はなく、たとえば一端側の分割部分１６ｃ，１８ｃ
を省略してもよい。この場合、分割部分１６ａ，１８ａ
が駆動用として用いられるとともに、分割部分１６ａ，
１６ｂおよび分割部分１８ａ，１８ｂが検出用として用
いられる。
【００３４】 また、図９に示すように、振動体１４を平
板状に形成してもよい。この場合も、振動体１４の両面
に、３つに分割した圧電素子が形成される。このような
振動体１４を用いる場合、振動体１４の屈曲振動のノー
ド点付近に形成される支持部を、振動体と一体的に形成
することができる。そのため、振動体の生産性を良好に
することができ、低価格化を実現することができる。
板状に形成してもよい。この場合も、振動体１４の両面
に、３つに分割した圧電素子が形成される。このような
振動体１４を用いる場合、振動体１４の屈曲振動のノー
ド点付近に形成される支持部を、振動体と一体的に形成
することができる。そのため、振動体の生産性を良好に
することができ、低価格化を実現することができる。
【００３５】 上述のように、正３角柱状，４角柱状、他
の角柱状または円柱状の振動体を用いてもよい。また、
この発明は、圧電方式だけでなく静電方式で駆動する振
動ジャイロにも適用可能である。つまり、複数の検出系
を有する振動ジャイロにこの発明を適用することによっ
て、それらの検出系の共振特性の変化にかかわらず、正
確に回転角速度を検出することができる。
の角柱状または円柱状の振動体を用いてもよい。また、
この発明は、圧電方式だけでなく静電方式で駆動する振
動ジャイロにも適用可能である。つまり、複数の検出系
を有する振動ジャイロにこの発明を適用することによっ
て、それらの検出系の共振特性の変化にかかわらず、正
確に回転角速度を検出することができる。
【図１】この発明の一実施例を示す図解図である。
【図２】図１に示す振動ジャイロの振動子を示す斜視図
である。
である。
【図３】図２に示す振動子の断面図である。
【図４】図２および図３に示す振動子の振動状態と圧電
素子の屈曲状態との関係を説明するための図解図であ
る。
素子の屈曲状態との関係を説明するための図解図であ
る。
【図５】 この発明の振動ジャイロに用いられる振動子の
他の例を示す断面図である。
他の例を示す断面図である。
【図６】 この発明の振動ジャイロに用いられる振動子の
さらに他の例を示す斜視図である。
さらに他の例を示す斜視図である。
【図７】 図６ に示す振動子の断面図である。
【図８】 図６ に示す振動子を用いた振動ジャイロの一例
を示す図解図である。
を示す図解図である。
【図９】 この発明の振動ジャイロに用いられる振動子の
別の例を示す斜視図である。
別の例を示す斜視図である。
【図１０】 従来の振動ジャイロの一例を示す図解図であ
る。
る。
１０ 振動ジャイロ １２ 振動子 １４ 振動体 １６ 圧電素子 １６ａ，１６ｂ，１６ｃ 圧電素子の分割部分 １８ 圧電素子 １８ａ，１８ｂ，１８ｃ 圧電素子の分割部分 ３０ 発振回路 ３２ 第１の和動回路 ３４ 第１の差動回路 ３６ 第２の和動回路 ３８ 第２の差動回路 ４０ 第３の差動回路 ４２ 第４の差動回路 ４４ 演算回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 19/56 G01P 9/04
Claims (5)
- 【請求項１】 振動させるための柱状の振動体、 前記振動体の側面に形成され、それぞれが前記振動体の
中心軸に沿って分割された複数の検出手段、 一方の前記検出手段の分割部分の２つが入力端に接続さ
れる第１の和動回路、 一方の前記検出手段の分割部分の２つが入力端に接続さ
れる第１の差動回路、 他方の前記検出手段の分割部分の２つが入力端に接続さ
れる第２の和動回路、 他方の前記検出手段の分割部分の２つが入力端に接続さ
れる第２の差動回路、 前記第１の和動回路および前記第２の和動回路が入力端
に接続される第３の差動回路、 前記第１の差動回路および前記第２の差動回路が入力端
に接続される第４の差動回路、および 前記第３の差動回路および前記第４の差動回路が入力端
に接続される演算回路を含む、振動ジャイロ。 - 【請求項２】 前記複数の検出手段は、無回転時の前記
振動体の振動方向を含む面に対して対称となるように配
置される、請求項１に記載の振動ジャイロ。 - 【請求項３】 それぞれの前記検出手段の分割部分の１
つが、前記振動体の中心軸を含む無回転時における前記
振動体の振動の中立面の両側に跨って形成される、請求
項１または請求項２に記載の振動ジャイロ。 - 【請求項４】 前記振動体は正３角柱状に形成され、前
記複数の検出手段としての圧電素子が前記振動体の２つ
の側面に形成され、かつそれぞれの前記圧電素子は前記
振動体の中心軸に沿って２分割される、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載の振動ジャイロ。 - 【請求項５】 前記振動体は４角柱状に形成され、前記
複数の検出手段としての圧電素子が前記振動体の対向す
る２つの側面に形成され、かつそれぞれの前記圧電素子
は前記振動体の中心軸に沿って均等に３分割される、請
求項１ないし請求項３のいずれかに記載の振動ジャイ
ロ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10027995A JP3291968B2 (ja) | 1994-12-15 | 1995-03-31 | 振動ジャイロ |
| US08/571,067 US5675083A (en) | 1994-12-15 | 1995-12-12 | Vibrating gyroscope having divided detection elements |
| DE69515437T DE69515437T2 (de) | 1994-12-15 | 1995-12-15 | Schwingkreisel |
| EP95119875A EP0717263B1 (en) | 1994-12-15 | 1995-12-15 | Vibrating gyroscope |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33397894 | 1994-12-15 | ||
| JP33803994 | 1994-12-26 | ||
| JP6-338039 | 1994-12-26 | ||
| JP6-333978 | 1994-12-26 | ||
| JP10027995A JP3291968B2 (ja) | 1994-12-15 | 1995-03-31 | 振動ジャイロ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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