JPS60205313A - 角速度センサ− - Google Patents
角速度センサ−Info
- Publication number
- JPS60205313A JPS60205313A JP59064005A JP6400584A JPS60205313A JP S60205313 A JPS60205313 A JP S60205313A JP 59064005 A JP59064005 A JP 59064005A JP 6400584 A JP6400584 A JP 6400584A JP S60205313 A JPS60205313 A JP S60205313A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric bimorph
- bimorph element
- oscillation
- driving
- resonance 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
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はジャイロスコープに用いる角速度センサーに関
するものである。
するものである。
従来例の構成とその問題点
近年、コンピューター技術が発展し、多くの機能を有し
た製品が商品化されるようになり、そのだめの各種セン
サーの要求が大きくなってきている。角速度センサーの
応用も電装品におけるナビゲーションシステム、ロボッ
トの方向検知、駆動装置のスタビライザー装置などがあ
り、いずれも小型で高性能なものがこれから必要となっ
てくる。
た製品が商品化されるようになり、そのだめの各種セン
サーの要求が大きくなってきている。角速度センサーの
応用も電装品におけるナビゲーションシステム、ロボッ
トの方向検知、駆動装置のスタビライザー装置などがあ
り、いずれも小型で高性能なものがこれから必要となっ
てくる。
従来、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方法に主に使われている。これは
安定した方位が得られる一方、機械式であることから装
置が大がかりであり、コストも高く、小型化が望まれる
民生用機器への応用は困難である。
する物体の方位を知る方法に主に使われている。これは
安定した方位が得られる一方、機械式であることから装
置が大がかりであり、コストも高く、小型化が望まれる
民生用機器への応用は困難である。
一方1回転力を使わずに物体を振動させて、角速度が発
生した時に起こるコリオリの力から角速度を検出する振
動ジャ(o (USP−2544648)が考えられた
。これによれば駆動用弾性体と検知用弾性体の矩形板を
直交接合させたもので速度Vを持った検知用弾性体に働
らくコリオリカを検出するものである。以下図面を参照
しながら説明する。第1図は従来例(USP−2544
646)(7)振動ジャイロの原理図であり、1は検知
用圧電バイモルフ、2i[動用圧[バイモルフ%3はベ
ース部材、4は接着部材、5は接合部材である。以上の
ように構成された角速度センサーについてその動作を以
下に説明する。検知用バイモルフ素子1に速度Vを付与
するために駆動用圧電バイモルフ2が存在する。コリオ
リの力をバイモルフの感度として取り出すために矢印の
方向に振動をする必要がある。ここではペース部材3に
駆動用バイモルフ素子の自由端を接着部材4にて固定し
、検知用圧電バイモルフ1の先端が自由端となる。駆動
用圧電バイモルフ2にこの振動子の共振周波数のAC信
号を印加してやると駆動用圧電バイモルフ2Fiたわみ
振動を始める。振動モードとしてはベース部材を基点と
しだ片持ぼり型の振動モードとなるので共振周波数を低
くとることができ、機械インピーダンスが下がるので振
幅量が犬きくとることができる。コリオリの力を検出す
るためには検知用圧電バイモルフ1を大振幅させる必要
から第1図に示す構成のベース部材3に大きな振動に見
合った反作用が現われる。そのためペース部材には十分
な強度と質量が必要であり、センサーとして用いる時に
振動子の保持・装着法によって特性が変化したり、精度
が悪くなったりするという大きな問題点を有していた。
生した時に起こるコリオリの力から角速度を検出する振
動ジャ(o (USP−2544648)が考えられた
。これによれば駆動用弾性体と検知用弾性体の矩形板を
直交接合させたもので速度Vを持った検知用弾性体に働
らくコリオリカを検出するものである。以下図面を参照
しながら説明する。第1図は従来例(USP−2544
646)(7)振動ジャイロの原理図であり、1は検知
用圧電バイモルフ、2i[動用圧[バイモルフ%3はベ
ース部材、4は接着部材、5は接合部材である。以上の
ように構成された角速度センサーについてその動作を以
下に説明する。検知用バイモルフ素子1に速度Vを付与
するために駆動用圧電バイモルフ2が存在する。コリオ
リの力をバイモルフの感度として取り出すために矢印の
方向に振動をする必要がある。ここではペース部材3に
駆動用バイモルフ素子の自由端を接着部材4にて固定し
、検知用圧電バイモルフ1の先端が自由端となる。駆動
用圧電バイモルフ2にこの振動子の共振周波数のAC信
号を印加してやると駆動用圧電バイモルフ2Fiたわみ
振動を始める。振動モードとしてはベース部材を基点と
しだ片持ぼり型の振動モードとなるので共振周波数を低
くとることができ、機械インピーダンスが下がるので振
幅量が犬きくとることができる。コリオリの力を検出す
るためには検知用圧電バイモルフ1を大振幅させる必要
から第1図に示す構成のベース部材3に大きな振動に見
合った反作用が現われる。そのためペース部材には十分
な強度と質量が必要であり、センサーとして用いる時に
振動子の保持・装着法によって特性が変化したり、精度
が悪くなったりするという大きな問題点を有していた。
発明の目的
本発明の目的は振動ジャイロにおける反作用の影響を留
意する必要のない装着法を可能とする角速度センサーを
提供することである。
意する必要のない装着法を可能とする角速度センサーを
提供することである。
発明の構成
本発明の角速度センサーは駆動用圧電バイモルフ素子と
検知用バイモルフ素子を90°の角度で直交接合し駆動
用圧電バイモルフ素子の自由端と振動部を支えるペース
部材との間を1本の金属弾性部材にて支持接合し、両端
自由のたわみ振動を駆動信号源に用いるように構成した
ものであり、これにより、振動による圧電バイモルフの
反作用を金属弾性部材にて吸収し、センザー外部への圧
電バイモルフによる振動が発生しないので小型。
検知用バイモルフ素子を90°の角度で直交接合し駆動
用圧電バイモルフ素子の自由端と振動部を支えるペース
部材との間を1本の金属弾性部材にて支持接合し、両端
自由のたわみ振動を駆動信号源に用いるように構成した
ものであり、これにより、振動による圧電バイモルフの
反作用を金属弾性部材にて吸収し、センザー外部への圧
電バイモルフによる振動が発生しないので小型。
軽量化が実現できる。
実施例の説明
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。
明する。
第2図は本発明の一実施例における用達1■センサの平
面図を示し、第3図は側面図を示すものである。第2,
3図において1は検知用圧電バイモルフ素子、2は駆動
用圧電バイモルフ素子、3はベース部材、4は接着部材
、6は接合部材、6は金属弾性部材を示す。
面図を示し、第3図は側面図を示すものである。第2,
3図において1は検知用圧電バイモルフ素子、2は駆動
用圧電バイモルフ素子、3はベース部材、4は接着部材
、6は接合部材、6は金属弾性部材を示す。
以上のように構成された本実施例の角速度センサーにつ
いて以下その動作を説明する。
いて以下その動作を説明する。
角速度の検出にはコリオリの力を検出することがこのセ
ンサーの原理であり、検知用圧電バイモルフ1に矢印の
方向に速度Vなる力を与え、その時速度マとは9o0、
そして回転軸とも900の角度、すなわち、検知用圧電
バイモルフ1が接合部材6を基点としてたわむ方向に働
き、バイモルフの出力として検知するものである。今駆
動用圧電バイモルフ2を駆動するには圧電バイモルフの
両面にムC信号(共振周波数)をかける。信号を印加す
るためのリード線はできるだけ細い導線を用いて振動に
影響を与えにくい下部にノ・ンダ付される。このような
信号を印加された駆動用圧電バイモルフ2は振動を始め
、これが検知用圧電バイモルフ1に働らく速度Vとなる
。
ンサーの原理であり、検知用圧電バイモルフ1に矢印の
方向に速度Vなる力を与え、その時速度マとは9o0、
そして回転軸とも900の角度、すなわち、検知用圧電
バイモルフ1が接合部材6を基点としてたわむ方向に働
き、バイモルフの出力として検知するものである。今駆
動用圧電バイモルフ2を駆動するには圧電バイモルフの
両面にムC信号(共振周波数)をかける。信号を印加す
るためのリード線はできるだけ細い導線を用いて振動に
影響を与えにくい下部にノ・ンダ付される。このような
信号を印加された駆動用圧電バイモルフ2は振動を始め
、これが検知用圧電バイモルフ1に働らく速度Vとなる
。
一般に片持ばり構造を有する圧電バイモルフの共振周波
数は圧電定数2寸法形状によって決定される。その時の
共振周波数fr は にて示される。(f、 ;共振周波数、e;片持げりの
長さ、t;バイモルフの厚み、E;ヤング率。
数は圧電定数2寸法形状によって決定される。その時の
共振周波数fr は にて示される。(f、 ;共振周波数、e;片持げりの
長さ、t;バイモルフの厚み、E;ヤング率。
ρi密度)
長さ1511. 中1.51FI、厚みQ、611Mの
圧電バイモルフを第1図のごとく構成するとfrは約2
601を付近となる。次に本発明方法の第2図に示す構
造の共振周波数は一枚のバイモルフ素子の両端自由の屈
曲振動と考える。音片の屈曲振動は節を有して共振周波
数fr は た形態で振動するので共振周波数としては計算式より質
量付加分低くなる。完全両端自由のバイモルフ振動子(
e= 1sm、w = 1.tsm、t =o、rsI
11 )では約21の共振周波数を有するが第2図に示
すところの構造では650Hz付近となる。そしてその
時のインピーダンス特性を第4図に示す。
圧電バイモルフを第1図のごとく構成するとfrは約2
601を付近となる。次に本発明方法の第2図に示す構
造の共振周波数は一枚のバイモルフ素子の両端自由の屈
曲振動と考える。音片の屈曲振動は節を有して共振周波
数fr は た形態で振動するので共振周波数としては計算式より質
量付加分低くなる。完全両端自由のバイモルフ振動子(
e= 1sm、w = 1.tsm、t =o、rsI
11 )では約21の共振周波数を有するが第2図に示
すところの構造では650Hz付近となる。そしてその
時のインピーダンス特性を第4図に示す。
第4図において660 Hzにみられるピークがたわみ
振動による共振を示し、11o1−1z付近にみられる
小さなピークが片持ばりによる振動であるが65011
zの共振ピークより約aodB程度低い値であり、実用
−L問題にはならない。
振動による共振を示し、11o1−1z付近にみられる
小さなピークが片持ばりによる振動であるが65011
zの共振ピークより約aodB程度低い値であり、実用
−L問題にはならない。
どこに共振周波数を設定するかは各素子(主に圧電バイ
モルフ1,2と金属弾性部材6)の寸法形状、材質によ
って異なるので種々の設計が可能となる。この第2図に
示した構造では片持ばり振動から両端自由のたわみ振動
へ振動モードが変化し共振周波数が高くなっている。速
度Vはこのfrに比例するので同じ速度Vを得るには振
幅量を逆比例して小さくすることができる。
モルフ1,2と金属弾性部材6)の寸法形状、材質によ
って異なるので種々の設計が可能となる。この第2図に
示した構造では片持ばり振動から両端自由のたわみ振動
へ振動モードが変化し共振周波数が高くなっている。速
度Vはこのfrに比例するので同じ速度Vを得るには振
幅量を逆比例して小さくすることができる。
そして振動による反作用は全んど金属弾性部材6にて減
衰するのでベース部拐3には伝わらない。
衰するのでベース部拐3には伝わらない。
そのため第1図に示した構造ではベース部材3がどうし
ても大型で質量の大きなものが要求されていたが本発明
の構造によればその問題を解決できる。
ても大型で質量の大きなものが要求されていたが本発明
の構造によればその問題を解決できる。
又、金属弾性部材6の材質としてはヤング率の高い材料
が適しており、リン青銅、黄銅、チタン。
が適しており、リン青銅、黄銅、チタン。
鉄、アルミニウムあるいは合金系のエリンバ−等の金属
材料が最適である。
材料が最適である。
又、金属弾性部材6の形状は出来る限り細くて長い方が
好ましいのでパイプ状、丸棒、角棒の形状が良い。そし
て金1iitJ料であることから駆動用圧電バイモルフ
素子2の電極の引出し線として利用することができる。
好ましいのでパイプ状、丸棒、角棒の形状が良い。そし
て金1iitJ料であることから駆動用圧電バイモルフ
素子2の電極の引出し線として利用することができる。
金属弾性部材6とベース部材3は一体構造として考えて
もよいし1個別に作成してもよい。
もよいし1個別に作成してもよい。
発明の効果
以上の説明で明らかなように本発明は駆動円圧素子の自
由端と振動部を支えるベース部材との間を1本の金属弾
性部材にて支持接合するように構成しているので圧電バ
イモルフの振動による反作用がベース部材まで影響しな
いという優れた効果が得られるので、その効果によりセ
ンサー素子の小型化とセンサー取付のだめの保持に留意
する必要がなくなるという効果が得られる。
由端と振動部を支えるベース部材との間を1本の金属弾
性部材にて支持接合するように構成しているので圧電バ
イモルフの振動による反作用がベース部材まで影響しな
いという優れた効果が得られるので、その効果によりセ
ンサー素子の小型化とセンサー取付のだめの保持に留意
する必要がなくなるという効果が得られる。
第1図は従来の角速度センサーの正面図、第2図は本発
明の一実施例における角速度センサーの正面図、第3図
は側面図である。第4図は本発明の一実施例におけるイ
ンピーダンス特性図である。 1・・・・・・検知用圧電バイモルフ素子%2・・・・
・・駆動用圧電バイモルフ素子、3・・・・・・ベース
部材、4・・・・・・接着部材、5・・・・・・接合部
材、6・・・・・・金属弾性部材。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第
1 図 第2図 □ 原初方向 lAa 面
明の一実施例における角速度センサーの正面図、第3図
は側面図である。第4図は本発明の一実施例におけるイ
ンピーダンス特性図である。 1・・・・・・検知用圧電バイモルフ素子%2・・・・
・・駆動用圧電バイモルフ素子、3・・・・・・ベース
部材、4・・・・・・接着部材、5・・・・・・接合部
材、6・・・・・・金属弾性部材。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第
1 図 第2図 □ 原初方向 lAa 面
Claims (1)
- 駆動用圧電バイモルフ素子と検知用圧電バイモルフ素子
をeooの角度で直交接合し、前記駆動用圧電バイモル
フ素子の自由端と振動部とを支えるベース部拐との間を
1本の金稿弾性部材にて支持接合し、両端自由のたわみ
振動を駆動信号源に用いることを特徴とする角速度セン
サー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59064005A JPS60205313A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 角速度センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59064005A JPS60205313A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 角速度センサ− |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60205313A true JPS60205313A (ja) | 1985-10-16 |
Family
ID=13245643
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59064005A Pending JPS60205313A (ja) | 1984-03-30 | 1984-03-30 | 角速度センサ− |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60205313A (ja) |
-
1984
- 1984-03-30 JP JP59064005A patent/JPS60205313A/ja active Pending
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