JPH063454B2 - 振動ジャイロ - Google Patents
振動ジャイロInfo
- Publication number
- JPH063454B2 JPH063454B2 JP20238588A JP20238588A JPH063454B2 JP H063454 B2 JPH063454 B2 JP H063454B2 JP 20238588 A JP20238588 A JP 20238588A JP 20238588 A JP20238588 A JP 20238588A JP H063454 B2 JPH063454 B2 JP H063454B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating
- vibrating body
- gyro
- piezoelectric element
- piezoelectric elements
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Gyroscopes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は振動ジャイロに関し、特にたとえば自動車な
どに搭載して用いるナビゲーションシステムに用いられ
る、振動ジャイロに関する。
どに搭載して用いるナビゲーションシステムに用いられ
る、振動ジャイロに関する。
(従来技術) 第8図はこの発明の背景となる従来の振動ジャイロの一
例を示す斜視図であり、第9図は第8図に示す振動ジャ
イロの線IX−IXにおける断面図である。この振動ジャイ
ロ1は振動体2を含む。振動体2は、断面正方形の柱状
に形成される。振動体2は、恒弾性金属材料などで形成
される。
例を示す斜視図であり、第9図は第8図に示す振動ジャ
イロの線IX−IXにおける断面図である。この振動ジャイ
ロ1は振動体2を含む。振動体2は、断面正方形の柱状
に形成される。振動体2は、恒弾性金属材料などで形成
される。
振動体2の対向する1対の側面には、それぞれ検出用圧
電素子3,3が形成される。この検出用圧電素子3,3
は、第9図に示すように、圧電磁器3aの両面に電極3
bを形成したものである。
電素子3,3が形成される。この検出用圧電素子3,3
は、第9図に示すように、圧電磁器3aの両面に電極3
bを形成したものである。
さらに、振動体2の検出用圧電素子3が形成されていな
い1対の側面には、それぞれ駆動用圧電素子4が形成さ
れる。この駆動用圧電素子4も、検出用圧電素子3と同
様に、圧電磁器4aの両面に電極4bを形成したもので
ある。
い1対の側面には、それぞれ駆動用圧電素子4が形成さ
れる。この駆動用圧電素子4も、検出用圧電素子3と同
様に、圧電磁器4aの両面に電極4bを形成したもので
ある。
そして、この振動ジャイロ1は、振動体2のノード点で
支持部材5によって支持されている。したがって、駆動
用圧電素子4に駆動信号を印加すると、振動体2は、第
10図に誇張して示すように、駆動用圧電素子4の主面
に直交する方向に屈曲振動をする。
支持部材5によって支持されている。したがって、駆動
用圧電素子4に駆動信号を印加すると、振動体2は、第
10図に誇張して示すように、駆動用圧電素子4の主面
に直交する方向に屈曲振動をする。
このような状態で、振動ジャイロ1がたとえばその軸を
中心として回転すると、振動方向に直交する方向にコリ
オリ力が働く。したがって、第11図に誇張して示すよ
うに、コリオリ力によって振動体2の振動方向が変わ
り、検出用圧電素子3に出力電圧が発生する。この出力
電圧は、検出用圧電素子3の主面に直交する方向の屈曲
量に比例するため、この出力電圧を測定することによっ
て、振動ジャイロ1の回転角速度を知ることができる。
振動ジャイロ1が、その軸と沿う任意の軸を回動中心と
して回動しても同様である。
中心として回転すると、振動方向に直交する方向にコリ
オリ力が働く。したがって、第11図に誇張して示すよ
うに、コリオリ力によって振動体2の振動方向が変わ
り、検出用圧電素子3に出力電圧が発生する。この出力
電圧は、検出用圧電素子3の主面に直交する方向の屈曲
量に比例するため、この出力電圧を測定することによっ
て、振動ジャイロ1の回転角速度を知ることができる。
振動ジャイロ1が、その軸と沿う任意の軸を回動中心と
して回動しても同様である。
(発明が解決しようとする課題) このような従来の振動ジャイロでは、振動ジャイロが回
転した時、振動体の屈曲する方向つまり検出用圧電素子
の屈曲する方向(無回転時の屈曲振動方向ベクトルとコ
リオリ力による偏位ベクトルとの合成ベクトルの方向)
がその主面に直交する方向からずれた方向にあるため、
検出用圧電素子に発生する出力電圧が小さかった。その
ため、この出力電圧から振動ジャイロに加わった回転角
速度を測定することが難しかった。したがって、S/N
比をかせぐため、無回転時における出力電圧を0に調整
する必要があるが、たとえば振動体の角部分をカットす
るなどして調整するため、その調整が困難であった。
転した時、振動体の屈曲する方向つまり検出用圧電素子
の屈曲する方向(無回転時の屈曲振動方向ベクトルとコ
リオリ力による偏位ベクトルとの合成ベクトルの方向)
がその主面に直交する方向からずれた方向にあるため、
検出用圧電素子に発生する出力電圧が小さかった。その
ため、この出力電圧から振動ジャイロに加わった回転角
速度を測定することが難しかった。したがって、S/N
比をかせぐため、無回転時における出力電圧を0に調整
する必要があるが、たとえば振動体の角部分をカットす
るなどして調整するため、その調整が困難であった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、回転時における
出力電圧を大きくすることができ、したがって必ずしも
無回転時における出力電圧を0にする必要のない振動ジ
ャイロを提供することである。
出力電圧を大きくすることができ、したがって必ずしも
無回転時における出力電圧を0にする必要のない振動ジ
ャイロを提供することである。
(課題を解決するための手段) この発明は、横断面がN角形(ただしNは3もしくは5
以上の整数)の柱状の振動体と、振動体の平行でない複
数の側面に形成される複数の検出用圧電素子と、振動体
の検出用圧電素子が形成されていない側面に形成され、
複数の検出用圧電素子が振動体の中心軸と振動方向の両
方を含む面の両側に配置されるように振動体を屈曲振動
させるための駆動用圧電素子とを含む、振動ジャイロで
ある。
以上の整数)の柱状の振動体と、振動体の平行でない複
数の側面に形成される複数の検出用圧電素子と、振動体
の検出用圧電素子が形成されていない側面に形成され、
複数の検出用圧電素子が振動体の中心軸と振動方向の両
方を含む面の両側に配置されるように振動体を屈曲振動
させるための駆動用圧電素子とを含む、振動ジャイロで
ある。
(作用) 駆動用圧電素子に駆動信号が印加されると、振動体は駆
動用圧電素子の主面に直交する方向に屈曲振動をする。
このとき、検出用圧電素子は振動体の振動方向を含む面
の両側に配置されるため、その出力電圧の差を測定すれ
ば、互いに相殺されて0に近くなる。
動用圧電素子の主面に直交する方向に屈曲振動をする。
このとき、検出用圧電素子は振動体の振動方向を含む面
の両側に配置されるため、その出力電圧の差を測定すれ
ば、互いに相殺されて0に近くなる。
振動ジャイロがその軸を中心として回転すると、コリオ
リ力によって振動方向が変わるが、振動体が四角柱では
ないため、振動体にはその振動方向にほぼ直交する方向
に主面を有する側面が必ず存在する。したがって、この
面に検出用圧電素子を設けると、それに発生する出力電
圧が大きい。それに対して、別の面に形成された検出用
圧電素子に発生する電圧は小さくなり、これらの検出用
圧電素子の出力電圧の差をとれば、大きい出力信号を得
ることができる。
リ力によって振動方向が変わるが、振動体が四角柱では
ないため、振動体にはその振動方向にほぼ直交する方向
に主面を有する側面が必ず存在する。したがって、この
面に検出用圧電素子を設けると、それに発生する出力電
圧が大きい。それに対して、別の面に形成された検出用
圧電素子に発生する電圧は小さくなり、これらの検出用
圧電素子の出力電圧の差をとれば、大きい出力信号を得
ることができる。
(発明の効果) この発明によれば、振動ジャイロが回転していないと
き、検出用圧電素子の出力電圧の差が0に近くなるた
め、回転角速度が加わっていないことを検出することが
できる。また、振動ジャイロが回転したときの振動体の
屈曲する方向と検出用圧電素子の主面とがほぼ直交状態
にあるため、検出用圧電素子に発生する出力電圧が、従
来の振動ジャイロに比べて大きい。さらに、検出用圧電
素子の出力電圧の差が大きいため、小さい回転角速度が
加わっても、大きい出力信号を得ることができる。その
ため、この振動ジャイロでは、回転角速度を検出するこ
とが簡単である。したがって、S/N比をかせぐために
振動体の角部分をカットするといった微妙な作業が不要
になる。
き、検出用圧電素子の出力電圧の差が0に近くなるた
め、回転角速度が加わっていないことを検出することが
できる。また、振動ジャイロが回転したときの振動体の
屈曲する方向と検出用圧電素子の主面とがほぼ直交状態
にあるため、検出用圧電素子に発生する出力電圧が、従
来の振動ジャイロに比べて大きい。さらに、検出用圧電
素子の出力電圧の差が大きいため、小さい回転角速度が
加わっても、大きい出力信号を得ることができる。その
ため、この振動ジャイロでは、回転角速度を検出するこ
とが簡単である。したがって、S/N比をかせぐために
振動体の角部分をカットするといった微妙な作業が不要
になる。
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。
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。
(実施例) 第1図はこの発明の一実施例を示す斜視図であり、第2
図は第1図実施例の線II−IIにおける断面図である。こ
の振動ジャイロ10は振動体12を含む。振動体12
は、たとえば正三角柱状に形成される。この振動体12
は、たとえばNi,Fe,CrおよびTiの合金のよう
な恒弾性金属材料で形成される。この実施例ではより実
用的にするため、振動体12の2つの側面の中央部にそ
れぞれ検出用圧電素子14および16が形成される。こ
の検出用圧電素子14は、第2図に示すように、圧電磁
器14aの両面に電極14bおよび14cが形成された
ものである。そして、一方の電極14cが、振動体12
の側面に接着される。同様に、検出用圧電素子16も、
圧電磁器16aの両面に電極16bおよび16cが形成
され、一方の電極16cが振動体12に接着される。
図は第1図実施例の線II−IIにおける断面図である。こ
の振動ジャイロ10は振動体12を含む。振動体12
は、たとえば正三角柱状に形成される。この振動体12
は、たとえばNi,Fe,CrおよびTiの合金のよう
な恒弾性金属材料で形成される。この実施例ではより実
用的にするため、振動体12の2つの側面の中央部にそ
れぞれ検出用圧電素子14および16が形成される。こ
の検出用圧電素子14は、第2図に示すように、圧電磁
器14aの両面に電極14bおよび14cが形成された
ものである。そして、一方の電極14cが、振動体12
の側面に接着される。同様に、検出用圧電素子16も、
圧電磁器16aの両面に電極16bおよび16cが形成
され、一方の電極16cが振動体12に接着される。
振動体12の検出用圧電素子14および16の形成され
ていない側面には、長手方向の中央部に2つの駆動用圧
電素子18および20が形成される。これらの駆動用圧
電素子18および20は、振動体12の側面の幅方向に
並んで形成される。駆動用圧電素子18は、第2図に示
すように、圧電磁器18aの両面に電極18bおよび1
8cを形成したものである。そして、一方の電極18c
が振動体12に接着されている。同様に、駆動用圧電素
子20も、圧電磁器20aの両面に電極20bおよび2
0cが形成され、一方の電極20cが振動体12に接着
されている。なお、この実施例では、圧電磁器18aと
20aと、および振動体12に接着された電極18cと
20cとは、共通のものとして形成されている。
ていない側面には、長手方向の中央部に2つの駆動用圧
電素子18および20が形成される。これらの駆動用圧
電素子18および20は、振動体12の側面の幅方向に
並んで形成される。駆動用圧電素子18は、第2図に示
すように、圧電磁器18aの両面に電極18bおよび1
8cを形成したものである。そして、一方の電極18c
が振動体12に接着されている。同様に、駆動用圧電素
子20も、圧電磁器20aの両面に電極20bおよび2
0cが形成され、一方の電極20cが振動体12に接着
されている。なお、この実施例では、圧電磁器18aと
20aと、および振動体12に接着された電極18cと
20cとは、共通のものとして形成されている。
この駆動用圧電素子18および20間に駆動信号を印加
することによって、振動体12が屈曲振動をするが、そ
のノード点に支持部材22および24が形成される。こ
の支持部材22および24は、たとえば金属線などを振
動体12に熔接することによって形成される。
することによって、振動体12が屈曲振動をするが、そ
のノード点に支持部材22および24が形成される。こ
の支持部材22および24は、たとえば金属線などを振
動体12に熔接することによって形成される。
この振動ジャイロ10は、第3図に示すような回路構成
で使用される。
で使用される。
すなわち、振動ジャイロ10の一方の駆動用圧電素子1
8には発振回路30が接続され、さらに発振回路30は
位相回路32およびAGC回路34を介して他方の駆動
用圧電素子20に接続される。したがって、発振回路3
0で増幅された信号は位相回路32で位相制御され、さ
らにAGC回路34で利得制御されて、駆動用圧電素子
20に印加される。そして、これらの発振回路30,位
相回路32およびAGC回路34によって、振動体12
の共振周波数でかつ安定なる駆動信号が与えられる。
8には発振回路30が接続され、さらに発振回路30は
位相回路32およびAGC回路34を介して他方の駆動
用圧電素子20に接続される。したがって、発振回路3
0で増幅された信号は位相回路32で位相制御され、さ
らにAGC回路34で利得制御されて、駆動用圧電素子
20に印加される。そして、これらの発振回路30,位
相回路32およびAGC回路34によって、振動体12
の共振周波数でかつ安定なる駆動信号が与えられる。
さらに、検出用圧電素子14および16は、差動アンプ
36に接続される。この差動アンプ36によって、検出
用圧電素子14および16に発生した出力電圧の差が測
定される。差動アンプ36は同期検波回路38に接続さ
れる。同期検波回路38は発振回路30に接続され、差
動アンプ36の出力が発振回路30の発振周波数に同期
して検波される。同期検波回路38で検波された信号は
平滑回路40で平滑され、さらにDCアンプ42で増幅
されて出力信号となる。
36に接続される。この差動アンプ36によって、検出
用圧電素子14および16に発生した出力電圧の差が測
定される。差動アンプ36は同期検波回路38に接続さ
れる。同期検波回路38は発振回路30に接続され、差
動アンプ36の出力が発振回路30の発振周波数に同期
して検波される。同期検波回路38で検波された信号は
平滑回路40で平滑され、さらにDCアンプ42で増幅
されて出力信号となる。
振動ジャイロ10が回転しない時、第4図に誇張して示
すように、振動ジャイロ10は駆動用圧電素子18およ
び20の主面に直交する方向に屈曲振動をする。この場
合、振動体12の検出用圧電素子14および16が形成
された面の屈曲量は同じであるため、これらの検出用圧
電素子14および16に発生する出力電圧は等しい。し
たがって、差動アンプ36で検出用圧電素子14および
16の出力電圧がたがいに相殺されて、差動アンプ36
の出力は0となる。つまり、この振動ジャイロ10で
は、回転していない時の出力を0にすることが簡単にで
きる。
すように、振動ジャイロ10は駆動用圧電素子18およ
び20の主面に直交する方向に屈曲振動をする。この場
合、振動体12の検出用圧電素子14および16が形成
された面の屈曲量は同じであるため、これらの検出用圧
電素子14および16に発生する出力電圧は等しい。し
たがって、差動アンプ36で検出用圧電素子14および
16の出力電圧がたがいに相殺されて、差動アンプ36
の出力は0となる。つまり、この振動ジャイロ10で
は、回転していない時の出力を0にすることが簡単にで
きる。
さらに、この振動ジャイロ10をその軸を中心として回
転した場合、振動体12の振動方向と直交する方向にコ
リオリ力が働く。この場合、第5図に誇張して示すよう
に、振動体12の振動方向は、無回転時の振動方向から
ずれる。この時、たとえば、検出用圧電素子16はその
主面に直交する方向に近い方向に、検出用圧電素子14
はその主面に平行する方向に近い方向に、それぞれ屈曲
運動をする。そのため、検出用圧電素子16に発生する
出力電圧は大きくなり、検出用圧電素子14に発生する
出力電圧は小さくなる。したがって、差動アンプ36か
ら、従来の振動ジャイロに比べて、より大きな出力を得
ることができる。したがって、この振動ジャイロ10を
用いれば、従来の振動ジャイロを用いた場合に比べて、
回転角速度の検出が容易となる。
転した場合、振動体12の振動方向と直交する方向にコ
リオリ力が働く。この場合、第5図に誇張して示すよう
に、振動体12の振動方向は、無回転時の振動方向から
ずれる。この時、たとえば、検出用圧電素子16はその
主面に直交する方向に近い方向に、検出用圧電素子14
はその主面に平行する方向に近い方向に、それぞれ屈曲
運動をする。そのため、検出用圧電素子16に発生する
出力電圧は大きくなり、検出用圧電素子14に発生する
出力電圧は小さくなる。したがって、差動アンプ36か
ら、従来の振動ジャイロに比べて、より大きな出力を得
ることができる。したがって、この振動ジャイロ10を
用いれば、従来の振動ジャイロを用いた場合に比べて、
回転角速度の検出が容易となる。
なお、上述の実施例では、2つの検出用圧電素子14お
よび16に発生した出力電圧の差を測定したが、どちら
か一方の検出用圧電素子の出力電圧を測定することによ
って回転角速度を検出してもよい。
よび16に発生した出力電圧の差を測定したが、どちら
か一方の検出用圧電素子の出力電圧を測定することによ
って回転角速度を検出してもよい。
また、上述の実施例では、振動体12は正三角柱状に形
成したが、振動体12を二等辺三角柱状に形成してもよ
い。この場合、振動体12の等しい面積を有する側面に
検出用圧電素子14および16を形成すればよい。
成したが、振動体12を二等辺三角柱状に形成してもよ
い。この場合、振動体12の等しい面積を有する側面に
検出用圧電素子14および16を形成すればよい。
さらに、振動体12は二等辺三角柱状以外の三角柱状に
形成されたり、五角柱状や六角柱状などの多角柱状に形
成されてもよい。この場合、検出用圧電素子は、振動体
の側面のうち、駆動用圧電素子が形成されておらずかつ
互いに平行でない複数の側面に形成されればよい。
形成されたり、五角柱状や六角柱状などの多角柱状に形
成されてもよい。この場合、検出用圧電素子は、振動体
の側面のうち、駆動用圧電素子が形成されておらずかつ
互いに平行でない複数の側面に形成されればよい。
また、第1図実施例では、支持部材22および24はそ
れぞれ1点で振動体12に接続されているが、第6図に
示すように、それぞれ2点で接続されてもよい。つま
り、これらの支持部材22および24は、振動体12の
ノード点に接続されていればよい。
れぞれ1点で振動体12に接続されているが、第6図に
示すように、それぞれ2点で接続されてもよい。つま
り、これらの支持部材22および24は、振動体12の
ノード点に接続されていればよい。
さらに、駆動用圧電素子18および20は、第7図に示
すように、振動体12の長手方向に間隔を隔てて形成さ
れていてもよい。
すように、振動体12の長手方向に間隔を隔てて形成さ
れていてもよい。
第1図はこの発明の一実施例を示す斜視図である。 第2図は第1図実施例の線II−IIにおける断面図であ
る。 第3図は第1図および第2図に示す振動ジャイロを使用
するための回路を示すブロック図である。 第4図は第1図および第2図に示す振動ジャイロが回転
していない時の振動状態を示す図解図である。 第5図は第1図および第2図に示す振動ジャイロが回転
している時の振動状態を示す図解図である。 第6図はこの発明の変形例を示す斜視図である。 第7図はこの発明のさらに他の変形例を示す斜視図であ
る。 第8図はこの発明の背景となる従来の振動ジャイロの一
例を示す斜視図である。 第9図は第8図に示す従来の振動ジャイロの線IX−IXに
おける断面図である。 第10図は第8図および第9図に示す従来の振動ジャイ
ロが回転していない時の振動状態を示す図解図である。 第11図は第8図および第9図に示す従来の振動ジャイ
ロが回転している時の振動状態を示す図解図である。 図において、10は振動ジャイロ、12は振動体、14
および16は検出用圧電素子、18および20は駆動用
圧電素子を示す。
る。 第3図は第1図および第2図に示す振動ジャイロを使用
するための回路を示すブロック図である。 第4図は第1図および第2図に示す振動ジャイロが回転
していない時の振動状態を示す図解図である。 第5図は第1図および第2図に示す振動ジャイロが回転
している時の振動状態を示す図解図である。 第6図はこの発明の変形例を示す斜視図である。 第7図はこの発明のさらに他の変形例を示す斜視図であ
る。 第8図はこの発明の背景となる従来の振動ジャイロの一
例を示す斜視図である。 第9図は第8図に示す従来の振動ジャイロの線IX−IXに
おける断面図である。 第10図は第8図および第9図に示す従来の振動ジャイ
ロが回転していない時の振動状態を示す図解図である。 第11図は第8図および第9図に示す従来の振動ジャイ
ロが回転している時の振動状態を示す図解図である。 図において、10は振動ジャイロ、12は振動体、14
および16は検出用圧電素子、18および20は駆動用
圧電素子を示す。
Claims (1)
- 【請求項1】横断面がN角形(ただしNは3もしくは5
以上の整数)の柱状の振動体、 前記振動体の平行でない複数の側面に形成される複数の
検出用圧電素子、および 前記振動体の前記検出用圧電素子が形成されていない側
面に形成され、複数の前記検出用圧電素子が前記振動体
の中心軸と振動方向の両方を含む面の両側に配置される
ように前記振動体を屈曲振動させるための駆動用圧電素
子を含む、振動ジャイロ。
Priority Applications (16)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20238588A JPH063454B2 (ja) | 1988-08-12 | 1988-08-12 | 振動ジャイロ |
GB8918103A GB2223309B (en) | 1988-08-12 | 1989-08-08 | Vibrator and vibratory gyroscope using the same |
DE19893926504 DE3926504C2 (de) | 1988-08-12 | 1989-08-10 | Schwingkreisel |
DE3943805A DE3943805C2 (de) | 1988-08-12 | 1989-08-10 | Schwingkreisel |
DE3943788A DE3943788C2 (de) | 1988-08-12 | 1989-08-10 | Lageraufbau für einen Schwinger eines Schwingkreisels |
DE3943787A DE3943787C2 (de) | 1988-08-12 | 1989-08-10 | Differentialverstärker |
GB9301204A GB2262343A (en) | 1988-08-12 | 1993-01-22 | A vibrator for use in a vibratory gyroscope |
GB9301203A GB2262342A (en) | 1988-08-12 | 1993-01-22 | A vibrator for use in a vibratory gyroscope |
US08/044,630 US5349857A (en) | 1988-08-12 | 1993-04-12 | Vibratory gyroscope |
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