JPH07110337A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
- Publication number
- JPH07110337A JPH07110337A JP5255612A JP25561293A JPH07110337A JP H07110337 A JPH07110337 A JP H07110337A JP 5255612 A JP5255612 A JP 5255612A JP 25561293 A JP25561293 A JP 25561293A JP H07110337 A JPH07110337 A JP H07110337A
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- JP
- Japan
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- angular velocity
- velocity sensor
- vibrating
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 広い温度範囲で温度特性に優れかつ安価な角
速度センサ装置を提供することを目的とする。 【構成】 検知軸に沿って互いに平行になるように構成
された第１，第２の振動ユニット４１，５１と、第１，
第２の振動ユニット４１，５１の同一平面上に第１，第
２の駆動用素子４３，５３と第１，第２の検知用素子４
５，４６，５５，５６とをそれぞれ配置した構成としこ
の同一平面にしたことにより、広い温度特性に優れた角
速度センサを提供できる。
速度センサ装置を提供することを目的とする。 【構成】 検知軸に沿って互いに平行になるように構成
された第１，第２の振動ユニット４１，５１と、第１，
第２の振動ユニット４１，５１の同一平面上に第１，第
２の駆動用素子４３，５３と第１，第２の検知用素子４
５，４６，５５，５６とをそれぞれ配置した構成としこ
の同一平面にしたことにより、広い温度特性に優れた角
速度センサを提供できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、振動を用いた角速度セ
ンサに関するものである。
ンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、角速度センサを用いたジャイロス
コープを慣性航法装置として飛行機、船舶等の移動する
物体の方位を知る方法として機械式ジャイロが主に使わ
れているが、安定した方位が得られるが、機械式である
ため装置が大がかりとなりコストも高く、小型化が望ま
れる機器への応用が困難であった。
コープを慣性航法装置として飛行機、船舶等の移動する
物体の方位を知る方法として機械式ジャイロが主に使わ
れているが、安定した方位が得られるが、機械式である
ため装置が大がかりとなりコストも高く、小型化が望ま
れる機器への応用が困難であった。
【０００３】一方、回転力を用いずに物体を振動させ
て、その振動を検知用素子からコリオリの力を検出する
圧電式および電磁式の振動型角速度センサ装置がある。
これらは、ジャイロを構成する質量の運動が一定速度の
運動でない振動となっているため、角速度が変わった場
合、コリオリの力は、質量の振動数の振動トルクとして
生じる。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形角速度センサ装置の原理で
あり、特に圧電素子を用いた角速度センサ装置が種々提
案されている（日本航空宇宙学会誌第２３巻第２５７号
ページ２３９−３５０）。
て、その振動を検知用素子からコリオリの力を検出する
圧電式および電磁式の振動型角速度センサ装置がある。
これらは、ジャイロを構成する質量の運動が一定速度の
運動でない振動となっているため、角速度が変わった場
合、コリオリの力は、質量の振動数の振動トルクとして
生じる。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形角速度センサ装置の原理で
あり、特に圧電素子を用いた角速度センサ装置が種々提
案されている（日本航空宇宙学会誌第２３巻第２５７号
ページ２３９−３５０）。
【０００４】以下に、従来の角速度センサを図面を用い
て説明する。図１０は、従来例における角速度センサの
斜視図である。図１０において、１，２はＦｅ，Ｎｉを
主体とした金属板を折曲げ構成した左右対称の一対の第
１，第２の振動ユニットで、この第１，第２の振動ユニ
ット１，２は駆動部と検知部とを、一体化した構造で、
かつ駆動部と検知部が、同一方向上に互いに向かい合う
ように直交に配置されている。１ａ，２ａは振動部材
１，２の中央で折曲げられた折曲部で、この折曲部１
ａ，２ａより上部が検知部となり、下部が駆動部とな
る。３，４，５，６は圧電素子であり、圧電セラミック
スの両面にＡｇ電極を設けることにより構成されてい
る。７は金属ブロックで左右一対の振動部材１，２を平
行に接合保持している。８は支持棒で、金属ブロック７
の中央の穴に挿入され、振動部材１，２からなる音叉部
全体を支えている。９は支持棒８を固定する端子ベース
で、Ｆｅを主体としリード端子１０，１１，１２，１
３，１４，１５と支持棒８とを絶縁ガラス１６，１７，
１８，１９，２０，２１，２２に介在させて、植設して
いる。１０，１１，１２，１３はリード端子で４箇所の
圧電素子３，４，５，６からの電気信号を外部に導き出
す端子である。２３，２４，２５，２６はリードワイヤ
で、圧電素子３，４，５，６とリード端子１０，１１，
１２，１３とを接続している。２７は缶キャップで、端
子ベース９と溶接にて接合し角速度センサを構成してい
た。
て説明する。図１０は、従来例における角速度センサの
斜視図である。図１０において、１，２はＦｅ，Ｎｉを
主体とした金属板を折曲げ構成した左右対称の一対の第
１，第２の振動ユニットで、この第１，第２の振動ユニ
ット１，２は駆動部と検知部とを、一体化した構造で、
かつ駆動部と検知部が、同一方向上に互いに向かい合う
ように直交に配置されている。１ａ，２ａは振動部材
１，２の中央で折曲げられた折曲部で、この折曲部１
ａ，２ａより上部が検知部となり、下部が駆動部とな
る。３，４，５，６は圧電素子であり、圧電セラミック
スの両面にＡｇ電極を設けることにより構成されてい
る。７は金属ブロックで左右一対の振動部材１，２を平
行に接合保持している。８は支持棒で、金属ブロック７
の中央の穴に挿入され、振動部材１，２からなる音叉部
全体を支えている。９は支持棒８を固定する端子ベース
で、Ｆｅを主体としリード端子１０，１１，１２，１
３，１４，１５と支持棒８とを絶縁ガラス１６，１７，
１８，１９，２０，２１，２２に介在させて、植設して
いる。１０，１１，１２，１３はリード端子で４箇所の
圧電素子３，４，５，６からの電気信号を外部に導き出
す端子である。２３，２４，２５，２６はリードワイヤ
で、圧電素子３，４，５，６とリード端子１０，１１，
１２，１３とを接続している。２７は缶キャップで、端
子ベース９と溶接にて接合し角速度センサを構成してい
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、金属板を折曲げ構成して駆動部３，４と検
知部５，６が同一方向上に互いに向かい合うように直交
に配置するように一体化したセンサ手段として第１，第
２の振動ユニット１，２を構成するため、温度変化を与
えると検知部と駆動部とが折曲げられている部分で可動
し、直交角度が変化するために広い温度範囲でオフセッ
ト出力変動が少ないセンサが得られないという課題を有
していた。また、温度特性が良好でかつ直交角度が変化
せず高精度を得るために金属ブロックを削り出して振動
部材を構成すると、製造コストが高くなるという課題を
有していた。
の構成では、金属板を折曲げ構成して駆動部３，４と検
知部５，６が同一方向上に互いに向かい合うように直交
に配置するように一体化したセンサ手段として第１，第
２の振動ユニット１，２を構成するため、温度変化を与
えると検知部と駆動部とが折曲げられている部分で可動
し、直交角度が変化するために広い温度範囲でオフセッ
ト出力変動が少ないセンサが得られないという課題を有
していた。また、温度特性が良好でかつ直交角度が変化
せず高精度を得るために金属ブロックを削り出して振動
部材を構成すると、製造コストが高くなるという課題を
有していた。
【０００６】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
で広い温度範囲で温度特性に優れかつ安価な角速度セン
サを提供することを目的とする。
で広い温度範囲で温度特性に優れかつ安価な角速度セン
サを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の角速度センサは、検知軸に沿って互いに平行
になるように構成された第１，第２の振動ユニットと、
前記第１，第２の振動ユニットの表面か裏面のどちらか
一方の同一平面上にそれぞれ配置された第１，第２の駆
動用素子と第１，第２の検知用素子とからなる構成を有
している。
に本発明の角速度センサは、検知軸に沿って互いに平行
になるように構成された第１，第２の振動ユニットと、
前記第１，第２の振動ユニットの表面か裏面のどちらか
一方の同一平面上にそれぞれ配置された第１，第２の駆
動用素子と第１，第２の検知用素子とからなる構成を有
している。
【０００８】
【作用】この構成によって、圧電素子を用いて駆動部と
検知部を同一平面上で構成し、圧電素子の面に沿って振
動させ振動方向と直交する振動信号成分を同一平面で検
知することにより、広い温度範囲で温度特性に優れた角
速度センサを提供するものである。
検知部を同一平面上で構成し、圧電素子の面に沿って振
動させ振動方向と直交する振動信号成分を同一平面で検
知することにより、広い温度範囲で温度特性に優れた角
速度センサを提供するものである。
【０００９】
（実施例１）以下本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
照しながら説明する。
【００１０】図１は、本発明による角速度センサの斜視
図、図２は本発明による角速度センサの振動ユニットの
拡大図である。従来例と同一のものについては同一符号
を付し詳細な説明は省略する。図１，図２において、４
０は検知軸で、４１，５１はＦｅ，Ｎｉを主体とした金
属板からなる振動板の両面に電極を施した圧電素子から
なる左右対称の一対の第１，第２の振動ユニットで、検
知軸４０に沿って互いに平行となるように構成されてい
る。４５，４６は第１の検知用素子、５５、５６は第２
の検知用素子、４３は第１の駆動用素子、５３は第２の
駆動用素子で、互いに電極構成されかつ分極されて、第
１，第２の振動ユニット４１，５１と同一平面上に構成
されている。８は支持棒で、端子ベース９の中央の穴
（図示せず）に挿入され、第１，第２の振動ユニット４
１，５１からなる音叉部全体を支えている。また、この
端子ベース９はＦｅを主体としリード端子１０，１１，
１２，１３，１４，１５と支持棒８とを絶縁ガラス１
６，１７，１８，１９，２０，２１，２２を介在させ、
植設させている。１０，１１，１２，１３はリード端子
で圧電素子からの電気信号を外部に導き出す端子であ
る。２３，２４，２５，２６はリードワイヤで、圧電素
子とリード端子１０，１１，１２，１３とを接続してい
る。２７は缶キャップで、端子ベース９と溶接にて接合
し角速度センサを構成する。
図、図２は本発明による角速度センサの振動ユニットの
拡大図である。従来例と同一のものについては同一符号
を付し詳細な説明は省略する。図１，図２において、４
０は検知軸で、４１，５１はＦｅ，Ｎｉを主体とした金
属板からなる振動板の両面に電極を施した圧電素子から
なる左右対称の一対の第１，第２の振動ユニットで、検
知軸４０に沿って互いに平行となるように構成されてい
る。４５，４６は第１の検知用素子、５５、５６は第２
の検知用素子、４３は第１の駆動用素子、５３は第２の
駆動用素子で、互いに電極構成されかつ分極されて、第
１，第２の振動ユニット４１，５１と同一平面上に構成
されている。８は支持棒で、端子ベース９の中央の穴
（図示せず）に挿入され、第１，第２の振動ユニット４
１，５１からなる音叉部全体を支えている。また、この
端子ベース９はＦｅを主体としリード端子１０，１１，
１２，１３，１４，１５と支持棒８とを絶縁ガラス１
６，１７，１８，１９，２０，２１，２２を介在させ、
植設させている。１０，１１，１２，１３はリード端子
で圧電素子からの電気信号を外部に導き出す端子であ
る。２３，２４，２５，２６はリードワイヤで、圧電素
子とリード端子１０，１１，１２，１３とを接続してい
る。２７は缶キャップで、端子ベース９と溶接にて接合
し角速度センサを構成する。
【００１１】図３は、本発明の第１の振動ユニットの拡
大図である。図３において、４１は第１の振動ユニット
で、その中央に第１の駆動用素子４３、両端に第１の検
知用素子４５，４６を第１の振動ユニット４１の同一平
面上に有している。この第１の駆動用素子４３，４４お
よび第１の検知用素子４５，４６は電極構成されかつ同
一平面上に電界印加により局部的に伸縮を得るための分
極を互いに逆向き方向にかつ厚み方向に分極しており、
本実施例では、第１の駆動用素子４３の一方および第１
の検知用素子４５，４６はプラス、第１の駆動用素子４
３の他方はマイナスに分極されている。ここで、図中の
「＋」、「−」は分極方向を示している。なお、第２の
振動ユニットについても、第１の振動ユニット同様に構
成される。
大図である。図３において、４１は第１の振動ユニット
で、その中央に第１の駆動用素子４３、両端に第１の検
知用素子４５，４６を第１の振動ユニット４１の同一平
面上に有している。この第１の駆動用素子４３，４４お
よび第１の検知用素子４５，４６は電極構成されかつ同
一平面上に電界印加により局部的に伸縮を得るための分
極を互いに逆向き方向にかつ厚み方向に分極しており、
本実施例では、第１の駆動用素子４３の一方および第１
の検知用素子４５，４６はプラス、第１の駆動用素子４
３の他方はマイナスに分極されている。ここで、図中の
「＋」、「−」は分極方向を示している。なお、第２の
振動ユニットについても、第１の振動ユニット同様に構
成される。
【００１２】以上のように構成された角速度センサの動
作について以下に、図面を用いて説明する。図４は本発
明のセンサ手段駆動回路のブロックダイヤグラムであ
る。６１は電荷増幅手段で、センサ手段の中心軸に回転
（角速度）を与えることより振動ユニットの第１の検知
用素子４５，４６から発生した検知電荷信号を検知電圧
信号に変換する。６２は発振手段で、第１の振動ユニッ
トの第１の駆動用素子４３，４４から発生した検知電荷
信号から駆動同期信号を出力する。６３は同期整流手段
で、電荷増幅手段６１からの検知電圧信号を発振手段６
２の出力である駆動同期信号により同期検波して整流し
角速度整流信号を出力する。６４はローパスフィルタ手
段で、同期整流手段からの角速度整流信号を入力して平
滑し角速度信号情報を得る。
作について以下に、図面を用いて説明する。図４は本発
明のセンサ手段駆動回路のブロックダイヤグラムであ
る。６１は電荷増幅手段で、センサ手段の中心軸に回転
（角速度）を与えることより振動ユニットの第１の検知
用素子４５，４６から発生した検知電荷信号を検知電圧
信号に変換する。６２は発振手段で、第１の振動ユニッ
トの第１の駆動用素子４３，４４から発生した検知電荷
信号から駆動同期信号を出力する。６３は同期整流手段
で、電荷増幅手段６１からの検知電圧信号を発振手段６
２の出力である駆動同期信号により同期検波して整流し
角速度整流信号を出力する。６４はローパスフィルタ手
段で、同期整流手段からの角速度整流信号を入力して平
滑し角速度信号情報を得る。
【００１３】なお、図５，図６に示すようにＵ字形の振
動ユニットの構成、図８に示すように圧電素子が音叉の
左右で各々個別に貼付けられ駆動部および検知部が一体
化する構成にしても、本実施例と同様である。
動ユニットの構成、図８に示すように圧電素子が音叉の
左右で各々個別に貼付けられ駆動部および検知部が一体
化する構成にしても、本実施例と同様である。
【００１４】さらに第１，第２の検知素子は、第１，第
２の振動ユニットの表面か裏面のどちらか一方に配置し
ても本実施例と同様である。
２の振動ユニットの表面か裏面のどちらか一方に配置し
ても本実施例と同様である。
【００１５】（実施例２）以下、本発明の他の実施例に
ついて、図面を参照しながら説明する。
ついて、図面を参照しながら説明する。
【００１６】図７は、本発明の他の実施例における振動
ユニットの拡大図である。従来例および実施例１と同一
のものについては同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。図７において、７１，７２は、Ｆｅ，Ｎｉを主体と
した金属板からなる振動板の両面に電極を施した圧電素
子からなる左右対称の一対の第１，第２の振動ユニッ
ト、その中央に第１の駆動用素子７４、第２の駆動用素
子７５、両端部に第１の検知部４５，４６、第２の検知
部５５，５６を有しており、第１，第２の駆動ユニット
７１，７２の縦方向の中央よりどちらか一方に寄せた構
成とする。この第１の駆動用素子７４、第２の駆動用素
子７５および第１の検知用素子４５，４６、第２の検知
用素子５５，５６は電極構成されかつ同一面上に電界印
加により局部的に伸縮を得るための分極を互いに逆向き
方向にかつ厚み方向に分極されている。
ユニットの拡大図である。従来例および実施例１と同一
のものについては同一符号を付し詳細な説明は省略す
る。図７において、７１，７２は、Ｆｅ，Ｎｉを主体と
した金属板からなる振動板の両面に電極を施した圧電素
子からなる左右対称の一対の第１，第２の振動ユニッ
ト、その中央に第１の駆動用素子７４、第２の駆動用素
子７５、両端部に第１の検知部４５，４６、第２の検知
部５５，５６を有しており、第１，第２の駆動ユニット
７１，７２の縦方向の中央よりどちらか一方に寄せた構
成とする。この第１の駆動用素子７４、第２の駆動用素
子７５および第１の検知用素子４５，４６、第２の検知
用素子５５，５６は電極構成されかつ同一面上に電界印
加により局部的に伸縮を得るための分極を互いに逆向き
方向にかつ厚み方向に分極されている。
【００１７】なお、図８，図９に示すようにＵ字形のセ
ンサ手段の構成にしても、本実施例と同様である。
ンサ手段の構成にしても、本実施例と同様である。
【００１８】
【発明の効果】以上のように本発明は、検知軸に沿って
互いに平行になるように構成された第１，第２の振動ユ
ニットと、前記第１，第２の振動ユニットの表面か裏面
のどちらか一方の同一平面上にそれぞれ配置された第
１，第２の駆動用素子と第１，第２の検知用素子を構成
した角速度センサとすることにより、振動ユニットを振
動させた時、駆動振動の方向と検知部の方向が同一平面
上に構成されているので、検知部への不要信号が低減さ
れる。また、同一平面上に検知用素子と、駆動用素子が
構成されることにより、広い温度範囲で、かつ、急激な
温度変化に対し特性変化の少ない角速度センサを提供で
きる。さらに、構造が簡単なため、量産性に優れ、低コ
スト化を図ることもできる。
互いに平行になるように構成された第１，第２の振動ユ
ニットと、前記第１，第２の振動ユニットの表面か裏面
のどちらか一方の同一平面上にそれぞれ配置された第
１，第２の駆動用素子と第１，第２の検知用素子を構成
した角速度センサとすることにより、振動ユニットを振
動させた時、駆動振動の方向と検知部の方向が同一平面
上に構成されているので、検知部への不要信号が低減さ
れる。また、同一平面上に検知用素子と、駆動用素子が
構成されることにより、広い温度範囲で、かつ、急激な
温度変化に対し特性変化の少ない角速度センサを提供で
きる。さらに、構造が簡単なため、量産性に優れ、低コ
スト化を図ることもできる。
【図１】本発明の角速度センサの一実施例の斜視図
【図２】同要部である振動ユニットの拡大図
【図３】同要部である第１の振動ユニットの拡大図
【図４】同要部である振動ユニットのブロックダイヤグ
ラム
ラム
【図５】同他の実施例の要部であるＵ字形の振動ユニッ
トの斜視図
トの斜視図
【図６】同他のＵ字形の振動ユニットの斜視図
【図７】同他の実施例における振動ユニットの拡大図
【図８】同他の実施例のＵ字形の振動ユニットの斜視図
【図９】同他のＵ字形の振動ユニットの斜視図
【図１０】従来例における角速度センサの斜視図
４１ 第１の振動ユニット ５１ 第２の振動ユニット ４５，４６ 第１の検知用素子 ４３ 第１の駆動用素子 ５３ 第２の駆動用素子 ５５，５６ 第２の検知用素子
Claims (4)
- 【請求項１】 検知軸に沿って互いに平行になるように
構成された第１，第２の振動ユニットと、前記第１，第
２の振動ユニットの表面か裏面のどちらか一方の同一平
面上に第１，第２の駆動用素子と第１，第２の検知用素
子をそれぞれ配置することを特徴とする角速度センサ。 - 【請求項２】 第１または第２の検知用素子および駆動
用素子が電極構成されかつ分極された分極方向が互いに
異なることを特徴とする請求項１記載の角速度センサ。 - 【請求項３】 振動ユニットの両端に検知用素子、中央
部に駆動用素子を配置することを特徴とする請求項１記
載の角速度センサ。 - 【請求項４】 第１および第２の振動ユニットが略Ｕ字
形であることを特徴とする請求項１記載の角速度セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5255612A JPH07110337A (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5255612A JPH07110337A (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07110337A true JPH07110337A (ja) | 1995-04-25 |
Family
ID=17281166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5255612A Pending JPH07110337A (ja) | 1993-10-13 | 1993-10-13 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07110337A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6253613B1 (en) | 1996-02-21 | 2001-07-03 | Fujitsu Limited | Tuning fork vibratory gyro utilizing a piezoelectric transversal effect |
| JPWO2006038675A1 (ja) * | 2004-10-07 | 2008-05-15 | 松下電器産業株式会社 | 角速度センサ |
-
1993
- 1993-10-13 JP JP5255612A patent/JPH07110337A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6253613B1 (en) | 1996-02-21 | 2001-07-03 | Fujitsu Limited | Tuning fork vibratory gyro utilizing a piezoelectric transversal effect |
| US6484576B2 (en) | 1996-02-21 | 2002-11-26 | Fujitsu Limited | Tuning-fork vibratory gyro |
| JPWO2006038675A1 (ja) * | 2004-10-07 | 2008-05-15 | 松下電器産業株式会社 | 角速度センサ |
| JP4980063B2 (ja) * | 2004-10-07 | 2012-07-18 | パナソニック株式会社 | 角速度センサ |
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