JPH0462415A - Angular velocity detector - Google Patents
Angular velocity detectorInfo
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- JPH0462415A JPH0462415A JP2173467A JP17346790A JPH0462415A JP H0462415 A JPH0462415 A JP H0462415A JP 2173467 A JP2173467 A JP 2173467A JP 17346790 A JP17346790 A JP 17346790A JP H0462415 A JPH0462415 A JP H0462415A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、船舶、車輛等の姿勢制御等に用いられる角速
度検出装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity detection device used for attitude control of ships, vehicles, etc.
従来の技術
従来の技術として音叉構造振動型角速度センサについて
述べる。2. Description of the Related Art As a conventional technology, a tuning fork structure vibration type angular velocity sensor will be described.
従来、ジャイロヌコープを用いた慣性航法装置として飛
行機、船舶のような移動する物体の方位を知る手段とし
て主として機械式の回転ジャイロかつかわれている。BACKGROUND ART Conventionally, a mechanical rotary gyro has been mainly used as an inertial navigation device using a gyronucop as a means of determining the direction of a moving object such as an airplane or a ship.
これは安定した方位が得られるが機械式であることから
装置が大がかりであわ、コヌトも高く。This method provides stable orientation, but because it is mechanical, the equipment is large-scale and expensive.
小型化が望まれる機器への応用は困難である。It is difficult to apply this method to devices where miniaturization is desired.
一方１回転力を使わずに物体を振動させて振動された検
知素子から「コリオリの力」全検出する振動型角速度セ
ンサがある。多くは圧電式と電磁式のメカニズムを採用
している構造のものである。On the other hand, there is a vibration-type angular velocity sensor that vibrates an object and detects the entire "Coriolis force" from the vibrated sensing element without using a single rotational force. Many of these structures employ piezoelectric and electromagnetic mechanisms.
これらはジャイロを構成する質量の運動が一定速度の運
動ではなく振動になっている。したがって角速度が加わ
った場合、コリオリの力は、質量の振動数と等しい振動
数の振動トルクとして生じるものである。このトルクに
よる振動を検出することによって角速度を測定するのが
振動型角速度センサの原理であり、とくに圧電体を用い
たセンサが多く考案されている（日本航空宇宙学会誌第
２３巻筒２６７号３３９−３５０ページ）。In these cases, the mass that makes up the gyro does not move at a constant speed, but instead vibrates. Therefore, when an angular velocity is applied, the Coriolis force occurs as a vibration torque with a frequency equal to the frequency of the mass. The principle of a vibration-type angular velocity sensor is to measure angular velocity by detecting vibrations caused by this torque, and in particular, many sensors using piezoelectric materials have been devised (Journal of the Japan Institute of Aeronautics and Astronautics, Vol. 23, No. 267, 339). -350 pages).
従来の音叉構造振動型角速度センサについて第６図〜第
７図を用いて説明する。A conventional tuning fork structure vibration type angular velocity sensor will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
角速度センサは第６図に示すような構造であシ。The angular velocity sensor has a structure as shown in FIG.
主に４つの圧電バイモルフからなる駆動素子、モニター
素子、第１および第２の検知素子で構成され、駆動素子
１０１と第１の検知素子１０３を接合部１０６で直交接
合した第１の振動ユニット１０９と、モニター素子１０
２と第２の検知素子１０４’（Ｈ接合部１０６で直交接
合した第２の振動ユニッ）１１０とを連結板１０７で連
結し、この連結板１０７を支持棒１０８で一点支持した
音叉構造となっている。A first vibration unit 109 mainly consists of a drive element made of four piezoelectric bimorphs, a monitor element, and a first and second detection element, and the drive element 101 and the first detection element 103 are orthogonally joined at a joint 106. and monitor element 10
2 and the second sensing element 104' (second vibration unit orthogonally connected at the H-joint part 106) 110 are connected by a connecting plate 107, and this connecting plate 107 is supported at one point by a support rod 108 to form a tuning fork structure. ing.
駆動素子１０１に正弦波電圧信号を与えると。When a sine wave voltage signal is applied to the drive element 101.
逆圧電効果により第１の振動ユニツ）１０９が振動を始
め、音叉振動によシ第２の振動ユニット１１０も振動を
開始する。したがってモニター素子１０２の圧電効果に
よって素子表面に発生する電荷は駆動素子１０１へ印加
している正弦波電圧信号に比例する。このモニター素子
１０２に発生する電荷を検出し、これが一定振幅になる
ように駆動素子１０１へ印加する正弦波電圧信号をコン
トロールすることにより安定した音叉振動を得ることが
できる。このセンサが角速度に比例した出力を発生させ
るメカニズムを第６図及び第７図を用いて説明する。The first vibration unit 109 starts to vibrate due to the inverse piezoelectric effect, and the second vibration unit 110 also starts to vibrate due to the tuning fork vibration. Therefore, the charge generated on the surface of the monitor element 102 due to the piezoelectric effect is proportional to the sinusoidal voltage signal applied to the drive element 101. By detecting the charge generated in the monitor element 102 and controlling the sinusoidal voltage signal applied to the drive element 101 so that the charge has a constant amplitude, stable tuning fork vibration can be obtained. The mechanism by which this sensor generates an output proportional to the angular velocity will be explained using FIGS. 6 and 7.
第６図は第５図に示した角速度センサを上からみたもの
で、速度マで振動している検知素子１０３に角速度ωの
回転が加わると、検知素子１０３には「コリオリの力」
が生じる。この「コリオリの力」は速度マに垂直で大き
さは２ｍｍママｍは検知素子１０３の先端の等価質量）
である。検知素子１０３は音叉振動をしているので、あ
る時点で検知素子１０３が速度マで振動しているとすれ
ば。FIG. 6 shows the angular velocity sensor shown in FIG. 5 viewed from above. When a rotation with an angular velocity of ω is applied to the sensing element 103, which is vibrating at a velocity of ω, a “Coriolis force” is applied to the sensing element 103.
occurs. This "Coriolis force" is perpendicular to the velocity m and has a size of 2 mm (m is the equivalent mass of the tip of the sensing element 103)
It is. Since the sensing element 103 is vibrating like a tuning fork, suppose that the sensing element 103 is vibrating at a speed of 1 at a certain point in time.
検知素子１０４は速度−マで振動しておシ「コリオリの
力」は−２ｍｍママある。よって検知素子１０３．１０
４は第７図のように互いに「コリオリの力」が働く方向
に変形し、素子表面には圧電効果によって電荷が生じる
。ここでマは音叉振動によって生じる運動であり、音叉
振動がＶ ＝： ＩＬ−５ｉｎωｏｔ！Ｌ ：音叉振
動ノ振幅ω０：音叉振動の周期
であるとすれば「コリオリの力」は
Ｆ ＝ｌｌａω−ｓ１ｎωｏｔ
となり、角速度ωおよび音叉振幅ａに比例しており、検
知素子１０３．１０４を面方向に変形させる力となる。The sensing element 104 vibrates at a speed of -m and the "Coriolis force" is -2 mm. Therefore, the sensing element 103.10
4 are mutually deformed in the direction in which the "Coriolis force" acts, as shown in FIG. 7, and charges are generated on the element surface due to the piezoelectric effect. Here, Ma is the movement caused by the vibration of the tuning fork, and the vibration of the tuning fork is V =: IL-5inωot! L: amplitude of tuning fork vibration ω0: period of tuning fork vibration, then “Coriolis force” is F = llaω−s1nωot, which is proportional to angular velocity ω and tuning fork amplitude a, and detecting elements 103 and 104 in the plane direction. It becomes the force that transforms it into.
したがって検知素子１０３ 、１０４の表面電荷量Ｑは
Ｑ ｏｃ ａ―ω−ｓｉｎωｏ１
となり音叉振幅ａが一定にコントロールされているとす
れば。Therefore, the surface charge amount Q of the sensing elements 103 and 104 is Q oc a−ω−sinωo1, assuming that the tuning fork amplitude a is controlled to be constant.
Ｑｏｃω―ｓｉｎωｏｔ
となシ検知素子１０３．１０４に発生する表面電荷量Ｑ
は角速度ωに比例した出力として得られ。The amount of surface charge Q generated on the sensing element 103 and 104 is Qocω−sinωot
is obtained as an output proportional to the angular velocity ω.
この信号をωｏｔで同期検波すれば角速度ωに比例した
直流信号が得られる。なお、このセンサに角速度以外の
並進運動を与えても検知素子１０３と検知素子１０４の
２つの素子表面には同極性の電荷が生ずるため、直流信
号に変換時、互いに打ち消しあって出力は出ないように
なっている。If this signal is synchronously detected at ωot, a DC signal proportional to the angular velocity ω can be obtained. Note that even if a translational motion other than angular velocity is applied to this sensor, charges of the same polarity are generated on the surfaces of the two sensing elements 103 and 104, so when converted to a DC signal, they cancel each other out and no output is produced. It looks like this.
発明が解決しようとする課題
しかしながら従来の構造では、角速度センサは音叉構造
の振動型であるため、回路部も合わせて、外部からノイ
ズの影響をうけてしまい、誤検知したわ、安定した出力
信号が得られなかった。Problems to be Solved by the Invention However, with the conventional structure, the angular velocity sensor is a vibrating type with a tuning fork structure, so the circuit section is also affected by external noise, resulting in false detections. was not obtained.
課題を解決するだめの手段
この課題を解決するために本発明の角速度検出装置は、
角速度センサと、この角速度センサ全駆動させ出力信号
処理する回路部と、前記角速度センサ及び前記回路部を
一括して収納するケースとから構成され、前記ケースを
前記角速度センサのグランドピンおよび前記回路部のグ
ランドに電電的に接続したものである。Means for Solving the Problem In order to solve this problem, the angular velocity detection device of the present invention has the following features:
It is composed of an angular velocity sensor, a circuit unit that fully drives the angular velocity sensor and processes the output signal, and a case that collectively houses the angular velocity sensor and the circuit unit, and the case is connected to the ground pin of the angular velocity sensor and the circuit unit. It is electrically connected to the ground of the
作用
この構成によって、角速度検出装置は角速度センサと回
路部とを一括してコンパクトに収納されると同時に、外
部からのノイズを低減させるシールド効果をもたせるこ
とができるという、非常に高性能の角速度検出装置を提
供することができる。Function: With this configuration, the angular velocity detection device can compactly house the angular velocity sensor and the circuitry together, and at the same time provide a shielding effect that reduces external noise.This is an extremely high-performance angular velocity detection device. equipment can be provided.
実施例
以下１本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。Embodiments Below, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例における角速度検出装置の斜
視図、第２図は同角速度検出装置の分解斜視図、第３図
は同角速度検出装置のケースをとった状態の上面図、第
４図は同角速度検出装置のケーヌ全とった状態の断面図
である。FIG. 1 is a perspective view of an angular velocity detection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the angular velocity detection device, FIG. 3 is a top view of the angular velocity detection device with the case removed, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the angular velocity detection device with the entire canine removed.
音叉構造振動型角速度センサ１はホルダー２に固定され
１回路基板３とアングル４とで衝撃吸収材６を介して中
空状態で弾性を持って支持固定されている。センサのリ
ードピンには、このリードピンに接続されるサブ回路基
板６が装着され、リード線ｙａ、７ｂ 、７ｃ 、７ｄ
を介して角速度センサ１と回路基板３の回路パターンと
が電気的に接続されている。ｓａ、ｓｂ、ｓｃは回路基
板２に接続されたリード線で、各々入力用、出力用２グ
ランド用に使われている。９は回路基板２を固定してい
る金属製のベースである。１ｏはこれらを収納するアル
ミニウム、ステンレス等の金属からなるケースで、この
ケース１０の開口部内壁面がベース９の周縁に固定され
る。A tuning fork structure vibration type angular velocity sensor 1 is fixed to a holder 2, and elastically supported and fixed in a hollow state by a circuit board 3 and an angle 4 via a shock absorbing material 6. A sub-circuit board 6 connected to the lead pins of the sensor is attached, and lead wires ya, 7b, 7c, 7d are connected to the lead pins of the sensor.
The angular velocity sensor 1 and the circuit pattern of the circuit board 3 are electrically connected through the angular velocity sensor 1 and the circuit pattern of the circuit board 3. sa, sb, and sc are lead wires connected to the circuit board 2, and are used for two grounds, one for input and one for output, respectively. 9 is a metal base to which the circuit board 2 is fixed. Reference numeral 1o denotes a case made of metal such as aluminum or stainless steel that houses these, and the inner wall surface of the opening of this case 10 is fixed to the periphery of the base 9.
以上のように構成された本実施例の角速度検出装置につ
いて、以下その動作を説明する。The operation of the angular velocity detection device of this embodiment configured as described above will be described below.
音叉構造振動型角速度センサが角速度を受けると、その
角速度に応じた電荷が発生する。この電荷と回路基板３
を介して信号処理し、リードピンから電圧出力するとい
うものである。When the tuning fork structure vibration type angular velocity sensor receives an angular velocity, an electric charge is generated according to the angular velocity. This charge and circuit board 3
The signal is processed through the terminal and the voltage is output from the lead pin.
音叉構造振動型角速度センサ１や回路は外界からのノイ
ズの影響を受けやすいため、音叉構造振動型角速度セン
サ１を回路基板３と共に、ベース９とケース１０の中に
コンパクトに収納する。このことによシ、シールド効果
をもたせた外界からのノイズの影響をうけない安定した
土カ信号が得られる。Since the tuning fork structure vibration type angular velocity sensor 1 and the circuit are easily affected by noise from the outside world, the tuning fork structure vibration type angular velocity sensor 1 is compactly housed together with a circuit board 3 in a base 9 and a case 10. This makes it possible to obtain a stable earth signal that has a shielding effect and is not affected by noise from the outside world.
発明の効果
以上のように本発明は、角速度センサと、この角速度セ
ンサを駆動させ出カ侶号処理する回路部と、前記角速度
センサ及び前記回路部を一括して収納するケースとから
構成され、前記ケースを前記角速度センサのグランドピ
ンおよび前記回路部のグランドに電気的に接続したこと
によって、角速度検出装置は角速度センサと回路部とを
一括してコンパクトに収納されると同時に、外部からの
ノイズを低減させるシールド効果をもたせることができ
るという非常に高性能の角速度検出装置を提供すること
ができる。Effects of the Invention As described above, the present invention includes an angular velocity sensor, a circuit section for driving the angular velocity sensor and processing an output signal, and a case that collectively houses the angular velocity sensor and the circuit section. By electrically connecting the case to the ground pin of the angular velocity sensor and the ground of the circuit section, the angular velocity detecting device can compactly house the angular velocity sensor and the circuit section together, and at the same time, it is possible to reduce noise from the outside. It is possible to provide an extremely high-performance angular velocity detection device that can have a shielding effect that reduces .
第１図は本発明の一実施例における角速度検出装置の斜
視図、第２図は同角速度検出装置の分解斜視図、第３図
は同角速度検出装置のケースをとった状態の上面図、第
４図は同角速度検出装置のケースをとった状態の断面図
、第５図は音叉構造振動型角速度センサの、ｉｎ図、第
６図２第７図は角速度センサの動作説明図である。
１・・・・・・１４センサ、２・・・・・・ホルダー、
３・山・回路基板、４・・曲アングル、６・曲・衝撃吸
収材、６・・・・・・サブ回路基板、７ａ〜７ｄ・・・
・・・リード線、８ａ〜８Ｃ・・・・・・リード線、９
・・・・・・ベース、１ｏ・・・・・・ケース。
代理人の氏名 弁理士 粟 野 重 孝 ほか１名半
シーベベ
罵 、１１
７とト
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城FIG. 1 is a perspective view of an angular velocity detection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an exploded perspective view of the angular velocity detection device, FIG. 3 is a top view of the angular velocity detection device with the case removed, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the angular velocity detection device with the case removed, FIG. 5 is an inside view of the tuning fork structure vibration type angular velocity sensor, and FIG. 6, FIG. 6, and FIG. 7 are explanatory diagrams of the operation of the angular velocity sensor. 1...14 sensors, 2...Holder,
3. Mountain, circuit board, 4. Curved angle, 6. Curved, shock absorbing material, 6... Sub circuit board, 7a to 7d...
... Lead wire, 8a to 8C ... Lead wire, 9
...Base, 1o...Case. Name of agent: Patent attorney Shigetaka Awano and one other person
Claims (2)
力信号を処理する回路部と、前記角速度センサ及び前記
回路部を一括して収納するケースとから構成され、前記
ケースを前記角速度センサのグランドピンおよび前記回
路部のグランドに電気的に接続したことを特徴とする角
速度検出装置。(1) Consists of an angular velocity sensor, a circuit unit that drives the angular velocity sensor and processes output signals, and a case that collectively houses the angular velocity sensor and the circuit unit, and connects the case to the ground pin of the angular velocity sensor. and an angular velocity detection device, characterized in that it is electrically connected to the ground of the circuit section.
構成されていることを特徴とする請求項１記載の角速度
検出装置。(2) The angular velocity detection device according to claim 1, wherein the case is made of metal such as aluminum or stainless steel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2173467A JPH0462415A (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Angular velocity detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2173467A JPH0462415A (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Angular velocity detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0462415A true JPH0462415A (en) | 1992-02-27 |
Family
ID=15961022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2173467A Pending JPH0462415A (en) | 1990-06-29 | 1990-06-29 | Angular velocity detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0462415A (en) |
-
1990
- 1990-06-29 JP JP2173467A patent/JPH0462415A/en active Pending
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