JPS6162814A - 角速度センサ− - Google Patents
角速度センサ−Info
- Publication number
- JPS6162814A JPS6162814A JP59185825A JP18582584A JPS6162814A JP S6162814 A JPS6162814 A JP S6162814A JP 59185825 A JP59185825 A JP 59185825A JP 18582584 A JP18582584 A JP 18582584A JP S6162814 A JPS6162814 A JP S6162814A
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- JP
- Japan
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- vibrator
- detection
- vibration
- angular velocity
- piezoelectric
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- Pending
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- 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、そのための各種センサー
の要求が大きくなってきている。
品が商品化されるようになり、そのための各種センサー
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、各種制御装置のスタビ
ライザー機能などがあり、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O 従来、ジャイロスコープを用いた慣性航法装置があり、
飛行機、船舶のような移動する物体の方位を知る方法と
して機械式の回転型ジャイロが主に使われている。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。
システム、ロボットの方向検知、各種制御装置のスタビ
ライザー機能などがあり、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O 従来、ジャイロスコープを用いた慣性航法装置があり、
飛行機、船舶のような移動する物体の方位を知る方法と
して機械式の回転型ジャイロが主に使われている。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、回転力を使わずに物体を振動させて励振された検
知用素子からコリオリの力を検出する振動型角速度セン
サーがある。圧電式と電磁式のメカニズムを採用してい
る構造のものが多くみられるに れらはいずれも低周波領域での使用が考えられているが
周波数の高い領域になると駆動周波数のリップル成分が
信号成分に影響を及ぼし、正確な角速度情報が得られな
い欠点があった。
知用素子からコリオリの力を検出する振動型角速度セン
サーがある。圧電式と電磁式のメカニズムを採用してい
る構造のものが多くみられるに れらはいずれも低周波領域での使用が考えられているが
周波数の高い領域になると駆動周波数のリップル成分が
信号成分に影響を及ぼし、正確な角速度情報が得られな
い欠点があった。
また片持ばり構造を有するために支店での作用−反作用
の影響が大きく、非常に大きな質量で支える必要がある
ことから小型、軽量化の点でも限界があった。
の影響が大きく、非常に大きな質量で支える必要がある
ことから小型、軽量化の点でも限界があった。
発明の目的
本発明の目的は検出範囲が広く、高い周波数領域捷で使
用可能で、外乱ノイズに強く、小型化と量産性の高い角
速度センサーを提供することである。
用可能で、外乱ノイズに強く、小型化と量産性の高い角
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矩形状たわみ振動子の中央を
一本の弾性部材にて支持し、その両端に振動面に直角で
かつ、検知用圧電振動子が検知軸に対して平行になるよ
うに構成したものである。
一本の弾性部材にて支持し、その両端に振動面に直角で
かつ、検知用圧電振動子が検知軸に対して平行になるよ
うに構成したものである。
これにより、1つのたわみ振動子を用いることによって
、2つの検知用圧電振動子を駆動することができるため
に検知用圧電振動子を正確に180゜の位相差にて1駆
動させることができる。又、検知軸に対して平行に位置
しているために音叉振動となり、作用−反作用でキャン
セルされ外力が出てとないセンサーとなる。又、たわみ
振動子に直角に検知用圧電振動子が接合されているため
にたわみ振動子にかかる慣性モーメントが小さくなり、
共振周波数を高く設定することができ、小型で量産性の
高いセンサーとなる。
、2つの検知用圧電振動子を駆動することができるため
に検知用圧電振動子を正確に180゜の位相差にて1駆
動させることができる。又、検知軸に対して平行に位置
しているために音叉振動となり、作用−反作用でキャン
セルされ外力が出てとないセンサーとなる。又、たわみ
振動子に直角に検知用圧電振動子が接合されているため
にたわみ振動子にかかる慣性モーメントが小さくなり、
共振周波数を高く設定することができ、小型で量産性の
高いセンサーとなる。
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1図は本発明の一実施例における角速度センサーの正
面図を示し、第2図は側面図を示す。
面図を示し、第2図は側面図を示す。
第1.2図において1は検知用圧電振動子、2は駆動用
圧電振動子、3は振動子支持材、4は接合部材、5はベ
ースを示す。
圧電振動子、3は振動子支持材、4は接合部材、5はベ
ースを示す。
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、第1,2図に示すところの検知用
圧電振動子に矢印の方向に速度(V)なる力を与えると
その検知用圧電振動子の面上にコリオリの力が角速度の
発生とともに作用する。その時、角速度は検知軸Z方向
にとり、コリオリの力は圧電振動子のたわみ出力として
検知する。
ンサーの原理であり、第1,2図に示すところの検知用
圧電振動子に矢印の方向に速度(V)なる力を与えると
その検知用圧電振動子の面上にコリオリの力が角速度の
発生とともに作用する。その時、角速度は検知軸Z方向
にとり、コリオリの力は圧電振動子のたわみ出力として
検知する。
速度(V)なる力を与えるためには駆動用圧電振動モ2
を振動させることによって検知用圧電振動子1を第1図
に示す矢印方向に18o0の位相にて励振する。180
0の位相にて励振させることによって角速度に対するコ
リオリカの発生が検知部に逆方向に現われる。一般の振
動、加速度などの外乱ノイズは左右の検知用圧電振動子
1の同一ベクトル方向に作用するので角速度情報と分離
することができるものである。
を振動させることによって検知用圧電振動子1を第1図
に示す矢印方向に18o0の位相にて励振する。180
0の位相にて励振させることによって角速度に対するコ
リオリカの発生が検知部に逆方向に現われる。一般の振
動、加速度などの外乱ノイズは左右の検知用圧電振動子
1の同一ベクトル方向に作用するので角速度情報と分離
することができるものである。
次に各部の構造について詳述する。
駆動用圧電振動子2の両端に接合部材4を介して検知用
圧電振動子1を振動面に直交し、検知軸Z軸に平行にな
るように接合されている。駆動用圧電振動子には矩形状
バイモルフ素子、モノモルフ素子のようにたわみ振動を
する振動子を用いる。
圧電振動子1を振動面に直交し、検知軸Z軸に平行にな
るように接合されている。駆動用圧電振動子には矩形状
バイモルフ素子、モノモルフ素子のようにたわみ振動を
する振動子を用いる。
、駆動用圧電振動子2は振動子の長さの棒の部分を支持
して1本の弾性部材3はヤング率の高い、ねじれ剛性の
大きいものがよく、金属弾性部材が最も適している。
して1本の弾性部材3はヤング率の高い、ねじれ剛性の
大きいものがよく、金属弾性部材が最も適している。
以−ヒ述べてきた構造は一枚の圧電振動子の駆動6 /
。
。
にて2枚の圧電振動子を振動させる音叉振動とみること
ができる。
ができる。
一枚の振動子を駆動するだけでよいことから、左右の対
称性が高く、一般的にはバイモルフ素子がこの場合用い
られるが複数枚用いる時におこる不整合が少ない。
称性が高く、一般的にはバイモルフ素子がこの場合用い
られるが複数枚用いる時におこる不整合が少ない。
又、さらに2枚の検知用圧電振動子の整合性を高めるた
めに弾性部材3を構成する。
めに弾性部材3を構成する。
接合部材4は一般的に溝ありの三次元構造を有すること
と、絶縁性を要求されることから樹脂の射出成型品を用
いるのがよい。
と、絶縁性を要求されることから樹脂の射出成型品を用
いるのがよい。
上記のように構成されたセンサーを動作させるために駆
動用圧電振動子2の両面に駆動信号(共振周波数)を印
加する。信号を与えるには細いリード線を用いて振動子
の電極面に・・ンダ付け、あるいはボンディングによっ
て行なえばよく、一般的には銀電極を設けて細い銅線を
・・ンダ付けする方法がよい。
動用圧電振動子2の両面に駆動信号(共振周波数)を印
加する。信号を与えるには細いリード線を用いて振動子
の電極面に・・ンダ付け、あるいはボンディングによっ
て行なえばよく、一般的には銀電極を設けて細い銅線を
・・ンダ付けする方法がよい。
駆動時の振動モードは矩形板の屈曲振動であり、その時
の共振周波数frは次式で示される。
の共振周波数frは次式で示される。
(1+振動子の厚み、6.振動子の長さ、E+ギヤング
率ρ;密度) 実際には振動子の両端に検知用圧電振動子という質量が
加わるためにその質量に応じて低い共振周波数を持つこ
とになる。本実施例で設計した角速度センサーの共振周
波数は約1.5 KHzである。
率ρ;密度) 実際には振動子の両端に検知用圧電振動子という質量が
加わるためにその質量に応じて低い共振周波数を持つこ
とになる。本実施例で設計した角速度センサーの共振周
波数は約1.5 KHzである。
振動を支えるべきところは弾性部材3で支えたところと
なり、そこを支点として振動させる。
なり、そこを支点として振動させる。
約1.5 KHzにて振動させた駆動用圧電振動子2は
接合部材4を介して検知用圧電振動子1へ振動を伝える
。検知用圧電振動子1は矢印取方向にZ軸を対称として
逆相関係で振れる。弾性部材3はベース5に接合されて
おり、弾性部材3とベース6は一体設計であってもよい
。
接合部材4を介して検知用圧電振動子1へ振動を伝える
。検知用圧電振動子1は矢印取方向にZ軸を対称として
逆相関係で振れる。弾性部材3はベース5に接合されて
おり、弾性部材3とベース6は一体設計であってもよい
。
振動子は逆相に振動しているので作用−反作用の力がキ
ャンセルされるので外力がセンサーより出ることはなく
、このことはセンサー取り付けが簡単で振動設計を要し
ない利点となる。
ャンセルされるので外力がセンサーより出ることはなく
、このことはセンサー取り付けが簡単で振動設計を要し
ない利点となる。
そして本センサーの検知軸はZ方向の軸回りに発生する
角速度を検知する。
角速度を検知する。
発明の効果
以上の説明で明らかなように本発明は矩形状たわみ振動
子の中央を一体の弾性部材にて支持し、その両端に振動
面に直角でかつ、検知用圧電振動子が検知軸に対して平
行になるように構成しているので検知周波数帯域を広く
設計できるようになる。又外乱ノイズをキャンセルする
効果と合わせて、一本の振動子にて駆動するために左右
の検知用圧電振動子の整合性が高く彦り、作用−反作用
もキャンセルされて振動が外力として出てこないために
振動ノイズが発生しない、又、取付の振動設計が不必要
となる。
子の中央を一体の弾性部材にて支持し、その両端に振動
面に直角でかつ、検知用圧電振動子が検知軸に対して平
行になるように構成しているので検知周波数帯域を広く
設計できるようになる。又外乱ノイズをキャンセルする
効果と合わせて、一本の振動子にて駆動するために左右
の検知用圧電振動子の整合性が高く彦り、作用−反作用
もキャンセルされて振動が外力として出てこないために
振動ノイズが発生しない、又、取付の振動設計が不必要
となる。
これらの効果により、角速度センサーの高性能化と小型
化が実現される。
化が実現される。
第1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2図は同側面図である。 1・・・・・・検知用圧電振動子、2・・・・・・駆動
用圧電振動子、3・・・・・・弾性部材、4・・・・・
・接合部材、6・・・・・・ベース。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図
面図、第2図は同側面図である。 1・・・・・・検知用圧電振動子、2・・・・・・駆動
用圧電振動子、3・・・・・・弾性部材、4・・・・・
・接合部材、6・・・・・・ベース。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図
Claims (1)
- 矩形状たわみ振動子の中央を一本の弾性部材にて支持
し、その両端に振動面に直角でかつ、検知用圧電振動子
が検知軸に対して平行になるような構造を有した角速度
センサー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59185825A JPS6162814A (ja) | 1984-09-05 | 1984-09-05 | 角速度センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59185825A JPS6162814A (ja) | 1984-09-05 | 1984-09-05 | 角速度センサ− |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6162814A true JPS6162814A (ja) | 1986-03-31 |
Family
ID=16177531
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59185825A Pending JPS6162814A (ja) | 1984-09-05 | 1984-09-05 | 角速度センサ− |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6162814A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62289719A (ja) * | 1986-06-10 | 1987-12-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度センサ |
-
1984
- 1984-09-05 JP JP59185825A patent/JPS6162814A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62289719A (ja) * | 1986-06-10 | 1987-12-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度センサ |
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