JPH116734A - Oscillation gyro and driving method therefor - Google Patents
Oscillation gyro and driving method thereforInfo
- Publication number
- JPH116734A JPH116734A JP9160915A JP16091597A JPH116734A JP H116734 A JPH116734 A JP H116734A JP 9160915 A JP9160915 A JP 9160915A JP 16091597 A JP16091597 A JP 16091597A JP H116734 A JPH116734 A JP H116734A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating gyroscope
- plate
- vibrator
- piezoelectric
- frequency
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、コリオリ力を利用
して回転角速度の検出を行う振動ジャイロ及びその駆動
方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrating gyroscope for detecting a rotational angular velocity using a Coriolis force, and a driving method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図１０に従来型の振動ジャイロの一例を
示す。この形式の振動ジャイロは、四角形の断面形状を
有する恒弾性金属音片型振動子１１よりなり、ｚ−ｙ平
面内の断面に対してｚ方向に長い細棒で構成される。振
動子１１は、ｙ軸方向の面で対になった支持ピン１２
ａ，１２ｂよりなる支持体と、支持ピン１２ｃ，１２ｄ
よりなる支持体とにより長手方向の２箇所により固定さ
れる。また振動子１１には、ｘ軸方向の面に駆動用圧電
磁器１３が、ｙ軸方向の面には検出用圧電磁器１４が接
着されている。2. Description of the Related Art FIG. 10 shows an example of a conventional vibrating gyroscope. This type of vibrating gyroscope is made up of a constant-elastic metal vibrating piece vibrator 11 having a square cross-sectional shape, and is formed by a thin rod long in the z direction with respect to a cross section in the zy plane. The vibrator 11 includes a pair of support pins 12 that are paired in the y-axis direction.
a, 12b, and support pins 12c, 12d
It is fixed at two points in the longitudinal direction by the support made of the resin. Further, a piezoelectric ceramic for driving 13 is adhered to the surface of the vibrator 11 in the x-axis direction, and a piezoelectric ceramic for detection 14 is adhered to the surface in the y-axis direction.
【０００３】次に、この形式の振動ジャイロの動作原理
について説明する。図示されていない電気信号発生器か
らの電気信号で駆動用電磁器１３を励振すると、振動子
１１はｘ軸面に沿った曲げ振動で励振される。このよう
に励振された振動子１１のｚ軸からなる中心軸に回転角
速度Ωを加えると、ｘ軸面に沿った曲げ振動に対して直
角方向、即ちｙ軸面に回転角速度Ωに比例した曲げ振動
が生じる。この作用は、一般に良く知られるコリオリ力
によるものである。この回転角速度の結果生じたｙ軸方
向の振動成分を、検出用磁器１４で出力することによ
り、ｚ軸周りの回転角速度を検出する（参考文献、今
野，“圧電振動ジャイロスコープ”，日本音響学会誌４
５（５），ｐｐ４０２−４０８（１９８９））。Next, the operating principle of this type of vibrating gyroscope will be described. When the driving electromagnetic device 13 is excited by an electric signal from an electric signal generator (not shown), the vibrator 11 is excited by bending vibration along the x-axis plane. When the rotational angular velocity Ω is applied to the center axis of the vibrator 11 excited in this way, the bending axis is in a direction perpendicular to the bending vibration along the x-axis plane, that is, in the y-axis plane, the bending is proportional to the rotational angular velocity Ω. Vibration occurs. This effect is due to the generally well-known Coriolis force. The vibration component in the y-axis direction generated as a result of the rotation angular velocity is output from the detection porcelain 14 to detect the rotation angular velocity around the z-axis (reference literature, Konno, “Piezoelectric vibration gyroscope”, The Acoustical Society of Japan) Magazine 4
5 (5), pp 402-408 (1989)).
【０００４】上記振動ジャイロは、３次元的な曲げ振動
を用いているため、構造が３次元的なものになり、薄型
化に限界があった。この問題を解決したものとして面内
振動モードで駆動する振動ジャイロが提案されている。
（特開平７−１１３６４４号）。Since the vibrating gyroscope uses three-dimensional bending vibration, the structure becomes three-dimensional, and there is a limit to the reduction in thickness. As a solution to this problem, a vibration gyro driven in an in-plane vibration mode has been proposed.
(JP-A-7-113644).
【０００５】上記提案による振動ジャイロは、図１１に
示すように、厚み方向に励振される板状圧電素子１５が
板状振動子１６の一方の板面の中央に固定され、板状圧
電素子１５の両面に電極１９ａ，１９ｂが設けられてい
る。この電極１９ａ，１９ｂを電極信号発生器１７に接
続し板状振動子１６の面内振動モードとなる固有共振周
波数の電気信号を印加すると面内方向に振動する。In the vibration gyro proposed above, a plate-like piezoelectric element 15 excited in the thickness direction is fixed to the center of one plate surface of a plate-like vibrator 16 as shown in FIG. Are provided with electrodes 19a and 19b on both surfaces thereof. When the electrodes 19a and 19b are connected to the electrode signal generator 17 and an electric signal having a natural resonance frequency which is an in-plane vibration mode of the plate-shaped vibrator 16 is applied, the plate-shaped vibrator 16 vibrates in a plane direction.
【０００６】板状圧電素子１５の面に垂直な軸１８の周
りに回転運動を加えるとコリオリ力が発生し、板状振動
子１６の固有共振周波数が変化するので、このときの入
力電圧，入力電流あるいはその位相差を計測することに
より回転角速度Ωの検出ができる。When a rotational motion is applied around an axis 18 perpendicular to the surface of the plate-shaped piezoelectric element 15, Coriolis force is generated, and the natural resonance frequency of the plate-shaped vibrator 16 changes. By measuring the current or its phase difference, the rotational angular velocity Ω can be detected.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に振動
ジャイロの検出感度をあげるために、駆動／検出周波数
を低くすることが有効である。しかし板状の面内振動を
利用した振動ジャイロでは、周波数は振動子の外形寸法
（辺の長さ）で決定されるため、高感度化（固有周波数
を下げる）のためには振動子が大きくなる欠点がある。In general, it is effective to lower the drive / detection frequency in order to increase the detection sensitivity of the vibrating gyroscope. However, in a vibrating gyroscope using plate-shaped in-plane vibration, the frequency is determined by the external dimensions (length of sides) of the vibrator. There are disadvantages.
【０００８】この発明は、従来のこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、薄
型化が可能で、しかも振動子を大きくすることなく、回
転角周波数の検出精度を上げることができる、振動ジャ
イロ及びその駆動方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and has as its object to detect a rotational angular frequency without increasing the size of a vibrator. An object of the present invention is to provide a vibrating gyroscope and a driving method thereof, which can increase the accuracy.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明の振動ジャイロ
は、圧電体よりなる板状振動子に貫通穴を形成して振動
周波数を低くし、その表裏にそれぞれ対向して駆動電極
と検出電極を設けて構成する。According to the vibrating gyroscope of the present invention, a through-hole is formed in a plate-shaped vibrator made of a piezoelectric material to lower the vibration frequency, and a driving electrode and a detecting electrode are respectively opposed to the front and back surfaces. It is provided and configured.
【００１０】板状振動子の保持は、振動子外周部におけ
る振動の節部を弾性的ばね機構により保持する。また
は、振動子外周部の一部に一体に固定保持部を形成し、
固定保持部の外端を保持する。In holding the plate-shaped vibrator, a node of vibration at the outer peripheral portion of the vibrator is held by an elastic spring mechanism. Alternatively, a fixed holding portion is formed integrally with a part of the outer peripheral portion of the vibrator,
Hold the outer end of the fixed holding part.
【００１１】板状振動子の励振は、面内振動モードとな
る固有周波数の電気信号を駆動電極に印加して行う。Excitation of the plate-shaped vibrator is performed by applying an electric signal of a natural frequency in an in-plane vibration mode to a drive electrode.
【００１２】面内に構成された各検出電極からの出力
は、差動構成として取り出す。または、２つの信号の和
又は差をとることにより温度変化に対して安定な回転数
の検出を行う。The output from each detection electrode formed in the plane is extracted as a differential configuration. Alternatively, by detecting the sum or difference of the two signals, the number of rotations stable with respect to a temperature change is detected.
【００１３】[0013]
実施の形態１ 図１に実施の形態１にかかる振動ジャイロを示す。板状
振動子２は１辺の長さが５０ｍｍ，板厚２ｍｍで、厚み
方向に分極された等方性セラミック圧電体（ＰＺＴ）で
できている。板状振動子２は４ケ所に貫通穴ｈa〜ｈdが
穿設され田字状に形成されており、内側の十字状部２1
と外周部２2とが交差する４ケ所の表，裏に駆動用電極
６ａ〜６ｄがそれぞれ形成され、外周部２2の各コーナ
の表，裏に検出電極７ａ〜７ｂがそれぞれ対向するよう
に形成されている。First Embodiment FIG. 1 shows a vibrating gyroscope according to a first embodiment. The plate-shaped vibrator 2 has a side length of 50 mm, a plate thickness of 2 mm, and is made of an isotropic ceramic piezoelectric material (PZT) polarized in the thickness direction. Plate vibrator 2 4 through the places holes h a to h d is formed on the bored-like field shape, the inside of the cross-shaped portion 2 1
And the outer peripheral portion 2 2 crosses X4 table driving electrodes 6a~6d are formed respectively on the back, so that each corner of the table of the peripheral portion 2 2, the detection electrode 7a~7b back faces, respectively Is formed.
【００１４】板状振動子２は上記のように貫通孔ｈa〜
ｈdが穿設されているので、共振周波数が低下すると共
に、弾性的な屈曲変位が起こり易くなる（固有振動数約
４．７ｋＨｚ）。[0014] plate vibrator 2 through holes h a ~ as above
Since h d is drilled, the resonance frequency decreases, easily occur elastic bending displacement (natural frequency about 4.7 kHz).
【００１５】この振動ジャイロの動作原理を図２に示す
振動モードを例に取り説明する。この振動モードは、縮
退モードである。このモードは、板状振動子２の中央部
を固定した状態で励振される。振動ジャイロを目的とす
る振動モードで効率良く駆動するためには、駆動用電極
の配置及び電圧極性が重要となる。The principle of operation of the vibrating gyroscope will be described with reference to a vibration mode shown in FIG. This vibration mode is a degenerate mode. This mode is excited with the center of the plate-shaped vibrator 2 fixed. In order to drive efficiently in a vibration mode intended for a vibrating gyroscope, arrangement of driving electrodes and voltage polarity are important.
【００１６】板状振動子２は図２の振動モードで励振し
やすいように、電極６ａ〜６ｄの形状が図１のようにＴ
字状としてある。駆動用信号の周波数は振動モードの固
有振動周波数ｆoで、駆動電極６ａ，６ｂに−１Ｖ、駆
動電極６ｃ，６ｄに＋１Ｖの電気信号を入力する（信号
は交流信号であり、±は位相を表す）。The shape of the electrodes 6a to 6d of the plate-shaped vibrator 2 is set to T as shown in FIG.
It is shaped like a letter. Frequency of the drive signal at the natural vibration frequency f o of the vibration mode, the driving electrode 6a, -1 V to 6b, the driving electrodes 6c, inputting an electric signal of + 1V to 6d (signal is an alternating signal, ± the phase Represent).
【００１７】振動ジャイロに回転を加えない時は、図２
（ａ）で示された振動モードで板状振動子２は駆動され
る。いま振動ジャイロを駆動状態で、板状振動子２に対
して垂直な軸８を中心に回転運動を加える。その結果コ
リオリ力が発生して、図２（ｂ）のように振動モードが
２つに分離し、モードは複素量（位相が生じたことを示
す）となる。これを検出電極７ａ〜７ｂで取り出すこと
により回転角周波数を求めることが可能となる。When no rotation is applied to the vibrating gyroscope, FIG.
The plate-shaped vibrator 2 is driven in the vibration mode shown in FIG. Now, with the vibrating gyroscope being driven, a rotational motion is applied about an axis 8 perpendicular to the plate-shaped vibrator 2. As a result, a Coriolis force is generated, and the vibration mode is separated into two as shown in FIG. 2B, and the mode becomes a complex amount (indicating that a phase has occurred). By extracting this from the detection electrodes 7a to 7b, the rotation angular frequency can be obtained.
【００１８】図３に振動ジャイロ回転時の、検出電極７
ａ，７ｃでの出力電圧特性を示す。この結果は、有限要
素法により求めたもので、回転数に比例した電圧が生
じ、回転角周波数の検出が可能なことが分かる。FIG. 3 shows the detection electrode 7 when the vibrating gyroscope rotates.
The output voltage characteristics at a and 7c are shown. This result is obtained by the finite element method, and shows that a voltage proportional to the number of rotations is generated, and that the rotation angular frequency can be detected.
【００１９】この振動ジャイロは、板状振動子２の４ケ
所に貫通穴を穿設して面内曲げ振動モードを利用してい
るため、従来の板状振動子よりも駆動・検出周波数が低
くなり、高感度な回転角周波数の検出が可能である。Since this vibrating gyroscope utilizes the in-plane bending vibration mode by forming through holes at four locations of the plate-shaped vibrator 2, the driving / detection frequency is lower than that of the conventional plate-shaped vibrator. Thus, it is possible to detect the rotational angular frequency with high sensitivity.
【００２０】なお、回転角周波数の検出法としては、上
記のように出力電圧を測定する以外に、分離した各２つ
のモードの周波数差より求めることも可能である。ま
た、回転により出力電圧の位相が変化するため、入力電
力に対する出力電圧の位相差を検出することにより回転
角周波数が求められる。As a method of detecting the rotational angular frequency, in addition to measuring the output voltage as described above, it is also possible to obtain the rotational angular frequency from the frequency difference between each of the two separated modes. Further, since the phase of the output voltage changes due to the rotation, the rotation angular frequency is obtained by detecting the phase difference of the output voltage with respect to the input power.
【００２１】実施の形態２ 図４に実施の形態２にかかる振動ジャイロを示す。上記
図１の振動ジャイロは、図２のように板状振動子外周部
において変位が小ない節を４ケ所に持つ。実施の形態２
は図４に示すように、図１と同様にＰＺＴで作られた板
状振動子２の振動の節部に弾性的ばね機構５を持つ枠形
の保持機構４を一体成形で構成し、板状振動子２を保持
している。Second Embodiment FIG. 4 shows a vibrating gyroscope according to a second embodiment. The vibrating gyroscope of FIG. 1 has four nodes at the outer periphery of the plate-shaped vibrator with small displacement as shown in FIG. Embodiment 2
As shown in FIG. 4, a frame-shaped holding mechanism 4 having an elastic spring mechanism 5 at a node of vibration of a plate-shaped vibrator 2 made of PZT as in FIG. The vibrator 2 is held.
【００２２】上記のように板状振動子２の節部分をばね
機構５を有する枠形の保持機構４で保持したため、板状
振動子２に影響を与えることなく容易に外周部２2での
固定が可能となる。[0022] Since, held by the holding mechanism 4 of the frame-shaped having a spring mechanism 5 the section portion of the plate-shaped vibrator 2, as described above, readily in the outer peripheral portion 2 2 without affecting the plate vibrator 2 Fixation becomes possible.
【００２３】なお、保持機構４は枠形構造となっている
が、ばね機構５の外側を固定点として固定すればよく、
枠形構造である必要はない。Although the holding mechanism 4 has a frame-shaped structure, it may be fixed by fixing the outside of the spring mechanism 5 as a fixing point.
It need not be a frame structure.
【００２４】実施の形態３ 図５に実施の形態３にかかる振動ジャイロを示す。この
板状振動子３はＰＺＴを使用し、正方形の枠状部３1と
その各辺の中央部分からそれぞれ外方へ突出した４本の
アーム部３2でできている。Third Embodiment FIG. 5 shows a vibrating gyroscope according to a third embodiment. The plate-like transducer 3 using the PZT, made of square frame-shaped portion 3 1 and the four arms 3 2 protruding from the central portion of the sides towards the outside, respectively.
【００２５】Ｔ字状電極６ａ〜６ｄはそれぞれ枠状部３
1とアーム部３2との交差する部分の表，裏に形成され、
検出電極７ａ〜７ｄは枠状部３1の各コーナの表裏に形
成されている。そして４本のアーム部３2の各外端部は
枠形構造の保持機構４の内側に固定され保持されてい
る。Each of the T-shaped electrodes 6a to 6d is
Formed on the front and back of the intersection of 1 and the arm 3 2 ,
Detection electrodes 7a~7d are formed on the front and back of each corner of the frame-like portion 3 1. And each outer end of the four arms 3 2 is held fixed inside the holding mechanism 4 of the frame-shaped structure.
【００２６】この振動ジャイロの基本的な動作原理は上
記図１の振動ジャイロと同様である。The basic operation principle of this vibrating gyroscope is the same as that of the vibrating gyroscope shown in FIG.
【００２７】図６に無回転時の振動のモード図を、図７
に有限要素法による、振動ジャイロ回転時での出力電極
部の出力圧特性の計算結果を示す。この結果から感度を
低下させることなく、板状振動子３の保持が可能である
ことが分かる。FIG. 6 is a vibration mode diagram at the time of non-rotation, and FIG.
Fig. 8 shows the calculation results of the output pressure characteristics of the output electrode unit during the vibration gyro rotation by the finite element method. From this result, it can be seen that the plate-shaped vibrator 3 can be held without lowering the sensitivity.
【００２８】なお、保持機構４を枠形構造としている
が、図５のように変位の小さいアーム部３2の外端を固
定するものであれば枠形構造である必要はない。[0028] Note that the holding mechanism 4 is set to Wakugata structure does not need to be displaced a small arm 3 2 out framed as long as it fixes the end structure as shown in FIG.
【００２９】実施の形態４ 上記実施の形態１の振動ジャイロ（図１）では、板状振
動子２に等方性セラミック圧電体を使用して振動ジャイ
ロを構成したが、材質による温度特性が悪く、十分な検
出精度が得られない。そこでより温度変化に対して安定
な材料が求められる。温度安定性の高い材質としては、
水晶など単結晶材料が有効であるが、異方性材料である
ため面内等方性が得られず縮退モードを励振することが
できない。Fourth Embodiment In the vibrating gyroscope according to the first embodiment (FIG. 1), a vibrating gyroscope is formed by using an isotropic ceramic piezoelectric material for the plate-shaped vibrator 2, but the temperature characteristics due to the material are poor. , Sufficient detection accuracy cannot be obtained. Therefore, a material that is more stable against temperature changes is required. Materials with high temperature stability include:
Although a single crystal material such as quartz is effective, since it is an anisotropic material, in-plane isotropy cannot be obtained and a degenerate mode cannot be excited.
【００３０】水晶などの三方晶系点群３２に属する結晶
は、オイラー角表示（φ、φ、ψ）でφ＝４５°の場合
θ＝０〜３６０°の広範囲で、Ｘ方向とＹ方向の弾性コ
ンプライアンス定数Ｓ11 E，Ｓ22 Eが等しくなり面内等方
性が得られる。具体的な弾性コンプライアンス定数Ｓ11
E，Ｓ22 Eの計算値を図８に示す。全ての角度範囲でＳ11
E＝Ｓ22 EとなりＸＹ方向面内で等方性が実現されている
ことが分かる。Crystals belonging to the trigonal point group 32, such as quartz, have a wide range of θ = 0 to 360 ° when φ = 45 ° in Euler angle notation (φ, φ, ψ), and have a wide range in the X and Y directions. The elastic compliance constants S 11 E and S 22 E become equal, and in-plane isotropy is obtained. Specific elastic compliance constant S 11
FIG. 8 shows the calculated values of E and S 22 E. S 11 in all angle ranges
It can be seen that E = isotropic S 22 E next XY direction plane is realized.
【００３１】実施の形態４では、板状振動子にカット角
（４５°，１３８．９°，０°）の水晶基板を使用し
て、１辺の長さが１０ｍｍ、板厚０．３ｍｍの寸法で、
実施の形態１の振動ジャイロ（図１）と同様に構成し
た。回転時の出力時の出力電極部７ａ，７ｃでの出力電
圧特性を図９に示す。回転数に比例した電圧が生じ、回
転角周波数の検出が可能なことが分かる。また小型な素
子にもかかわらず高感度な出力が得られている。In the fourth embodiment, a quartz substrate having a cut angle (45 °, 138.9 °, 0 °) is used for the plate-shaped vibrator, and the length of one side is 10 mm and the plate thickness is 0.3 mm. By dimensions,
The configuration was the same as that of the vibration gyro (FIG. 1) of the first embodiment. FIG. 9 shows output voltage characteristics at the output electrode portions 7a and 7c at the time of output during rotation. It can be seen that a voltage proportional to the rotation speed is generated, and that the rotation angular frequency can be detected. In addition, a high-sensitivity output is obtained despite the small size of the device.
【００３２】上記のように単結晶を利用した振動ジャイ
ロは、基板の優れた温度特性や高いＱ値ために高感度な
検出ができる。As described above, the vibrating gyroscope using a single crystal can perform highly sensitive detection because of the excellent temperature characteristics and high Q value of the substrate.
【００３３】実施の形態５ 上記実施の形態２の振動ジャイロ（図４）は振動子２に
等方向性セラミック圧電体を用いているが、これを実施
の形態４と同様に面内等方性が得られるカット角の異方
性圧電材料で構成した。この場合、エッチング加工等に
より外周部の保持構造も含めた一体成形が可能である。Fifth Embodiment The vibrating gyroscope of the second embodiment (FIG. 4) uses an isotropic ceramic piezoelectric material for the vibrator 2, but this is similar to that of the fourth embodiment. Was formed of an anisotropic piezoelectric material having a cut angle at which the following was obtained. In this case, integral molding including the outer peripheral holding structure can be performed by etching or the like.
【００３４】実施の形態６ 上記実施の形態３の振動ジャイロ（図５）は振動子３に
等方性セラミック圧電体を用いているが、これを実施の
形態４と同様に面内等方性が得られるカット角の異方性
圧電材料で構成した。Embodiment 6 The vibrating gyroscope according to Embodiment 3 (FIG. 5) uses an isotropic ceramic piezoelectric material for the vibrator 3, but the in-plane isotropic ceramic is used similarly to Embodiment 4. Was formed of an anisotropic piezoelectric material having a cut angle at which the following was obtained.
【００３５】実施の形態７ 上記実施の形態１の振動ジャイロ（図１）は、板状振動
子と両面に伸縮励振が可能な電極と同形状の圧電振動子
とを張合わせ、面内振動を励振することにより素子の構
成が可能である。この場合、実施の形態１の板状振動子
の駆動・検出電極部に圧電振動子を張付け駆動・検出を
行うことによる振動ジャイロも構成可能である。Embodiment 7 A vibrating gyroscope according to Embodiment 1 (FIG. 1) is composed of a plate-shaped vibrator and a piezoelectric vibrator having the same shape as electrodes capable of extensible excitation on both sides, thereby reducing in-plane vibration. Excitation makes it possible to configure an element. In this case, a vibration gyro can be configured by attaching and driving and detecting a piezoelectric vibrator to the drive / detection electrode portion of the plate-shaped vibrator according to the first embodiment.
【００３６】実施の形態８ 上記実施の形態２の振動ジャイロ（図４）は、板状振動
子と両面に伸縮励振が可能な圧電振動子とを組み合わ
せ、面内振動を励振することにより素子の構成が可能で
ある。この場合保持機構は、板状振動子を機械加工また
はフォトエッチング等で加工することにより一体構造の
保持機構が構成可能である。Embodiment 8 The vibrating gyroscope according to Embodiment 2 (FIG. 4) combines a plate-shaped vibrator with a piezoelectric vibrator capable of extensible excitation on both sides, and excites the in-plane vibration to excite the element. Configuration is possible. In this case, the holding mechanism can be configured as an integral holding mechanism by processing the plate-shaped vibrator by machining or photoetching.
【００３７】実施の形態９ 上記実施の形態３の振動ジャイロ（図５）は、板状振動
子と両面に伸縮励振が可能な圧電振動子とを組合わせ、
面内振動を励振することにより素子の構成が可能であ
る。Ninth Embodiment A vibration gyro according to the third embodiment (FIG. 5) is a combination of a plate-shaped vibrator and a piezoelectric vibrator capable of expanding and contracting on both sides,
An element can be configured by exciting in-plane vibration.
【００３８】実施の形態１０ 上記実施の形態１〜９では、縮退モードを利用した例を
示したが、縮退以外の振動モードでも回転角周波数の検
出が可能である。実施例１〜９の振動ジャイロを固有振
動周波数で駆動した場合、回転を生じさせるとコリオリ
の力の作用により、共振周波数が変化する。この結果駆
動電極部でのインピーダンスが回転周波数に応じて変化
する。従ってこの時の入力電圧値・入力電流値あるい
は、入力電圧と入力電流の位相差を計測することにより
回転角周波数の検出が可能となる。Embodiment 10 In the first to ninth embodiments, the example in which the degenerate mode is used has been described. However, the rotational angular frequency can be detected even in a vibration mode other than the degenerate mode. When the vibrating gyroscopes of the first to ninth embodiments are driven at the natural vibration frequency, when the rotation is caused, the resonance frequency changes due to the action of the Coriolis force. As a result, the impedance at the drive electrode section changes according to the rotation frequency. Therefore, the rotation angular frequency can be detected by measuring the input voltage value, the input current value, or the phase difference between the input voltage and the input current at this time.
【００３９】実施の形態１１ 上記実施の形態１〜９の各構成の振動ジャイロは、出力
電極の電気信号を差動構成とし取り出すことにより検出
感度を上げることができる。実施の形態１の振動ジャイ
ロを例に取り原理を説明する。図３に示されるように出
力電極７ａ，７ｃは逆電圧で出力される。よって、この
各電極間の差動出力を取り出すことにより倍の出力感度
が得られる。Embodiment 11 In the vibrating gyroscope of each of the above-described embodiments 1 to 9, the detection sensitivity can be increased by extracting the electric signal of the output electrode in a differential configuration. The principle will be described by taking the vibration gyro of the first embodiment as an example. As shown in FIG. 3, the output electrodes 7a and 7c are output with a reverse voltage. Therefore, double output sensitivity can be obtained by extracting the differential output between the electrodes.
【００４０】実施の形態１２ 上記実施の形態１〜９の各構成の振動ジャイロは、振動
子材料の温度特性により、検出周波数・検出電圧が変化
する。ただし２つの出力チャンネルでの信号は、共に材
料の温度特性の影響を受ける。Embodiment 12 In each of the vibrating gyroscopes according to Embodiments 1 to 9, the detection frequency and the detection voltage change depending on the temperature characteristics of the vibrator material. However, the signals on the two output channels are both affected by the temperature characteristics of the material.
【００４１】よって単一振動材料で振動子を形成した場
合、各出力チャンネル部での温度影響は同一となり、２
つの出力チャンネルの信号の和または差を検出すること
により、温度による変化成分をキャンセルした検出が可
能となる。Therefore, when a vibrator is formed of a single vibrating material, the temperature effect at each output channel becomes the same, and
By detecting the sum or difference of the signals of the two output channels, it is possible to perform the detection in which the change component due to the temperature is canceled.
【００４２】なお、回転角周波数の検出法としては、上
記のように出力電圧を測定する以外に、分離した各２つ
のモードの周波数差より求めることも可能である。また
回転により出力電圧の位相が変化するため、入力電力に
対する出力電圧の位相差を検出することにより回転角周
波数が求められる。As a method of detecting the rotational angular frequency, in addition to measuring the output voltage as described above, it is also possible to obtain the rotational angular frequency from the frequency difference between each of the two separated modes. Further, since the phase of the output voltage changes due to the rotation, the rotation angular frequency is obtained by detecting the phase difference of the output voltage with respect to the input power.
【００４３】[0043]
【発明の効果】この発明は、上述のとおり構成されてい
るので、以下に記載する効果を奏する。Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
【００４４】（１）板状振動子の面内屈曲振動を利用す
るため薄型化が可能である。(1) Since the in-plane bending vibration of the plate-shaped vibrator is used, the thickness can be reduced.
【００４５】（２）板状振動子の一部分を切り抜いた構
造として面内曲げ振動モードを利用しているため、従来
の板状振動子よりも駆動・検出周波数が低くなり、高感
度な回転角周波数の検出が可能である。そのため同一感
度であれば小型化が可能となる。(2) Since the in-plane bending vibration mode is used as a structure in which a part of the plate-shaped vibrator is cut out, the driving / detection frequency is lower than that of the conventional plate-shaped vibrator, and a highly sensitive rotation angle is obtained. Frequency detection is possible. Therefore, if the sensitivity is the same, the size can be reduced.
【００４６】（３）板状振動子の一部分を切り抜いた構
造として弾性的変位を大きくとれる構造としたため、従
来の板状振動子より駆動・検出効率が高くなり、高感度
な回転角周波数の検出が可能である。(3) Since a structure in which a portion of the plate-shaped vibrator is cut out to provide a large elastic displacement is obtained, the driving / detection efficiency is higher than that of the conventional plate-shaped vibrator, and the rotation angle frequency is detected with high sensitivity. Is possible.
【００４７】（４）縮退モードで駆動・検出を行うこと
により検出感度が向上する。そのため同一感度であれば
小型が可能となる。(4) The detection sensitivity is improved by driving and detecting in the degenerate mode. Therefore, if the sensitivity is the same, the size can be reduced.
【００４８】（５）請求項２，３，５，６，８，９のも
のは、保持部を一体構造に構成可能であり、しかも保持
により特性が影響されない。(5) According to the second, third, fifth, eighth, and ninth aspects, the holding portion can be formed as an integral structure, and the characteristics are not affected by the holding.
【００４９】（６）請求項７，８，９のものは、温度特
性・圧電特性に優れた異方性単結晶基板の利用が可能と
なる。(6) According to the seventh, eighth, and ninth aspects, it is possible to use an anisotropic single crystal substrate having excellent temperature characteristics and piezoelectric characteristics.
【００５０】（７）請求項１１のものは、差動出力をと
るので、高感度化ができる。(7) According to the eleventh aspect, since differential output is obtained, high sensitivity can be achieved.
【００５１】（８）請求項１２のものは、２つの出力信
号の和または差分を検出するので、温度特性に影響され
ない回転角周波数の検出が可能である。(8) According to the twelfth aspect, since the sum or difference of two output signals is detected, it is possible to detect the rotational angular frequency which is not affected by the temperature characteristics.
【図１】実施の形態１にかかる振動ジャイロの構造を示
す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a vibrating gyroscope according to a first embodiment.
【図２】同、ジャイロの振動モード図。FIG. 2 is a gyro vibration mode diagram.
【図３】同、ジャイロの出力電圧特性を示すグラフ。FIG. 3 is a graph showing output voltage characteristics of the gyro.
【図４】実施の形態２にかかる振動ジャイロの構造を示
す斜視図。FIG. 4 is a perspective view showing the structure of a vibrating gyroscope according to a second embodiment;
【図５】実施の形態３にかかる振動ジャイロの構造を示
す斜視図。FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a vibrating gyroscope according to a third embodiment;
【図６】同、ジャイロの振動モード図。FIG. 6 is a vibration mode diagram of the gyro.
【図７】同、ジャイロの出力電圧特性を示すグラフ。FIG. 7 is a graph showing output voltage characteristics of the gyro.
【図８】水晶基板における弾性定数のカット角の依存性
を示すグラフ。FIG. 8 is a graph showing the dependence of the elastic constant on the cut angle in a quartz substrate.
【図９】実施の形態４にかかる出力電圧特性を示すグラ
フ。FIG. 9 is a graph showing output voltage characteristics according to the fourth embodiment.
【図１０】従来例にかかる振動ジャイロを示す斜視図。FIG. 10 is a perspective view showing a vibrating gyroscope according to a conventional example.
【図１１】他の従来例にかかる振動ジャイロを示す斜視
図。FIG. 11 is a perspective view showing a vibrating gyroscope according to another conventional example.
２，３…板状振動子 ４…保持機構 ５…ばね機構 ６…駆動電極 ７…検出電極 １１…音片型振動子 １２…支持ピン １３…駆動用圧電磁器 １４…検出用圧電磁器 １６…板状振動子 １７…信号発生器 １９…電極。 2, 3 ... plate vibrator 4 ... holding mechanism 5 ... spring mechanism 6 ... drive electrode 7 ... detection electrode 11 ... sound piece type vibrator 12 ... support pin 13 ... drive piezoelectric ceramic 14 ... detection piezoelectric ceramic 16 ... plate Shaped oscillator 17 ... Signal generator 19 ... Electrode.
Claims (9)
成し、表裏にそれぞれ対向して駆動電極と検出電極を設
けた振動ジャイロ。1. A vibrating gyroscope in which a through-hole is formed in a plate-shaped vibrator made of a piezoelectric material, and a drive electrode and a detection electrode are provided to face each other.
構により保持した振動ジャイロ。2. The vibrating gyroscope according to claim 1, wherein a node of vibration at an outer peripheral portion of the plate-shaped vibrator is held by an elastic spring mechanism.
ャイロ。3. The vibrating gyroscope according to claim 1, wherein the vibrating gyroscope has a fixed holding portion at a part of an outer peripheral portion of the plate-shaped vibrator.
動ジャイロ。4. The vibrating gyroscope according to claim 1, 2 or 3, wherein an in-plane anisotropic piezoelectric crystal is used for the piezoelectric body.
属し、オイラー角表示（φ、θ、ψ）でφ＝４５°，θ
＝０〜３６０°，ψ＝４０〜５０°とした振動ジャイ
ロ。5. The anisotropic piezoelectric crystal according to claim 4, wherein the anisotropic piezoelectric crystal is a trigonal piezoelectric crystal material belonging to the point group 32, and is expressed by Euler angles (φ, θ, ψ) as φ = 45 °, θ.
= 0 to 360 °, ψ = 40 to 50 °.
た振動ジャイロ。6. The vibrating gyroscope according to claim 1, wherein the vibrating gyroscope comprises a plate-shaped vibrator and a piezoelectric vibrator capable of extensible excitation.
有周波数の電気信号で励振し検出する請求項１ないし６
のいずれか１つに記載する振動ジャイロの駆動方法。7. The plate-like vibrator is excited and detected by an electric signal having a natural frequency in an in-plane vibration mode.
The driving method of the vibrating gyroscope according to any one of the above.
て、 検出電極の電気信号を差動構成として取り出す回路を備
えた振動ジャイロ。8. The vibrating gyroscope according to claim 1, further comprising a circuit for extracting an electric signal of the detection electrode as a differential configuration.
て、表裏の検出電極からの２つの出力信号の和または差
をとることにより温度変化に対して安定な回転数の検出
を行う回路を備えた振動ジャイロ。9. The circuit according to claim 1, wherein a circuit for detecting a rotation speed stable with respect to a temperature change by calculating a sum or a difference between two output signals from the front and back detection electrodes. Vibrating gyro equipped.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9160915A JPH116734A (en) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | Oscillation gyro and driving method therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9160915A JPH116734A (en) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | Oscillation gyro and driving method therefor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH116734A true JPH116734A (en) | 1999-01-12 |
Family
ID=15725072
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9160915A Pending JPH116734A (en) | 1997-06-18 | 1997-06-18 | Oscillation gyro and driving method therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH116734A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005527805A (en) * | 2002-04-17 | 2005-09-15 | サジェム エス アー | Method for manufacturing a mechanical resonator with a flat monolithic vibration structure machined by a crystalline material, and a resonator so manufactured |
| JP2007271497A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Kyocera Kinseki Corp | Oscillator and angular velocity sensor |
| JP2020204506A (en) * | 2019-06-17 | 2020-12-24 | 多摩川精機株式会社 | Vibration gyroscope |
-
1997
- 1997-06-18 JP JP9160915A patent/JPH116734A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005527805A (en) * | 2002-04-17 | 2005-09-15 | サジェム エス アー | Method for manufacturing a mechanical resonator with a flat monolithic vibration structure machined by a crystalline material, and a resonator so manufactured |
| JP2007271497A (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Kyocera Kinseki Corp | Oscillator and angular velocity sensor |
| JP2020204506A (en) * | 2019-06-17 | 2020-12-24 | 多摩川精機株式会社 | Vibration gyroscope |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3421720B2 (en) | Angular velocity detection circuit | |
| JP3407689B2 (en) | Vibrating gyro | |
| JPWO2006075764A1 (en) | Vibrating gyroscope | |
| JP2006201118A (en) | Piezoelectric vibrating gyroscope element and gyro sensor | |
| JP3751745B2 (en) | Vibrator, vibratory gyroscope and measuring method of rotational angular velocity | |
| JPH08278146A (en) | Vibrating gyro | |
| JP2007232710A (en) | Oscillator for oscillating gyroscope | |
| JPH02218914A (en) | Vibrating gyroscope | |
| JPS61294311A (en) | Oscillation gyro | |
| JPH116734A (en) | Oscillation gyro and driving method therefor | |
| JPH11304494A (en) | Vibration gyro and method of its use | |
| JP3720563B2 (en) | Vibrator, vibratory gyroscope and measuring method of rotational angular velocity | |
| JP2996157B2 (en) | Vibrating gyro | |
| JP2001208545A (en) | Piezoelectric vibration gyroscope | |
| JP2002277247A (en) | Vibratory gyro | |
| JP3301403B2 (en) | Vibrating gyro | |
| JP2005249746A (en) | Vibrator, and apparatus for measuring physical quantity | |
| JPH09113279A (en) | Vibrational gyro | |
| JP2001324332A (en) | Piezoelectric gyro | |
| JP3122925B2 (en) | Piezoelectric vibrator for piezoelectric vibrating gyroscope | |
| JPH10206162A (en) | Variation gyro sensor | |
| JP3830056B2 (en) | Piezoelectric vibration gyro | |
| JP5016652B2 (en) | Tuning fork type vibration gyro | |
| JPH0251066A (en) | Vibration gyroscope | |
| JP3398852B2 (en) | Energy Confinement Type Piezoelectric Vibratory Gyroscope |