JPS62148812A - ジヤイロ装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はジャイロ装置、特に弾性表面波を利用した新規
なジャイロ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

本発明は、原理的に従来用いられている各種の方式のジ
ャイロ装置と異なったものであるが、その中で、比較的
原理が本発明に近い振動ジャイロ装置を従来例として、
第４図を参照して説明する。

同図の例においては、音叉（１）を、撓み軸（３）を介
して基台（２）に取付ける。音叉（１）の上端に近い位
置に、変位検出器（６）及び駆動コイル（４）を取付け
、変位検出器（６）の出力を駆動増幅器（５）を通して
駆りＪコイル（４）に入力し、音叉（１）の振動振幅を
一定に保持している。音叉（１）の撓み軸（３）の軸（
Ｚ−Ｚ）のまわりに、角速度Ωが入力されると、音叉（
１）の振動速度ｖ１人力角速度Ωに対応したコリオリの
力Ｆｃが発生し、これにより、音叉（１）全体が軸＜２
−２＞のまわりに交番的に回転する。即ち、捩り振動が
音叉（１）に発生する。

この第４図に示す従来例では、音叉（１）のこの捩り振
動を、捩り検出器（８）で検出し、この検出出力と駆動
増幅器（５）の出力とを、デモシュレータ（７）で同期
整流することにより、人、方角速度Ωを検出して、ジャ
イロ装置を構成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来の振動形ジャイロ装置にあっ
ては、音叉（１）、撓み軸（３）等に精密機械加工を要
すること、又、音叉（１）自体のアンバランスは、！ｌ
１ｉ（Ｚ−Ｚ）まわりの振動を生じ、出力にバイアス誤
差をもたらすため、音叉＋１）の精密なバランスが必要
であり、バランス調整に多くの時間を必要とすること、
消費電力が大きいこと、形状が大きいこと等の多くの欠
点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点に鑑み、従来の欠点を除いた新規
なジャイロ装置を提供するもので、このジャイロ装置は
、基台（１））上に固定された圧電体（１２）と、該圧
電体上にフォトリソグラフィ等の手段により作製された
二対のすだれ状電極（１３ａ）　。

（１３ｂ）　；　（１４ａ）　、　（１４ｂ）と、上記
すだれ状電極により圧電体を駆動するだめの駆動手段（
１５）　、（１６）、（２１）、（２４ａ）　、（２４
ｂ）　、（２５）及び上記すだれ状電極により励起され
た弾性表面波（ＳＡＷＩ）　、（ＳＡＷＩ［）の速度が
変化することによる周波数変化或いは位相差の変化を検
出する検出手段（１Ｂ）　、（２２）とより構成される
。

〔作用〕

本発明による上述のジャイロ装置によれば、これに加わ
る角速度Ωのため、圧電体（１２）にはコリオリの加速
度が作用し、圧電体の弾性定数等が変化する。このため
、圧電体上に、すだれ状電極（１３ａ）、（１４ａ）か
ら励起された弾性表面波（ＳＡＷＩ）、（ＳＡＷ　ｎ　
）の伝搬速度■が変化するから、この速度変化を位相差
の変化として、または、すだれ状電極（１３ａ）、（１
３ｂ）　、（１４ａ）　、（１４ｂ）と、増幅器（１５
）　、（１６）とにより発振器を構成し、弾性表面波（
ＳＡＷＩ）　、（Ｓ静■）の伝搬速度変化を周波数変化
として検出すれば、基台（１））の慣性空間に対する角
速度Ωを検出することができる。

〔実施例〕

以下、本発明を第１乃至第３図に基すいて説明する。

第１図は、本発明のジャイロ装置の一実施例の斜視図で
ある。同図において、（１））は基台で、この基台（１
））上に分極軸が（Ａ−Ａ’）である直方体状の圧電体
（１２）を設置する。この圧電体（１２）の入力角速度
軸（Ｚ　−Ｚ）に平行な一対の面（１）及び面（ＩＩ）
に、夫々一対のすだれ状電極（１３ａ）、　（１３ｂ）
及び（１４ａ）　、　（１４ｂ）を設置する。

また、各すだれ状電極（１３ａ）〜（１４ｂ）の一方の
端側の圧電体（１２）の面（１）、（ＩＩ）の各端に、
反射波を除去するため、音波吸収物質（１７ａ）〜（１
７ｄ）を設置する。更に圧電体（１２）の面（１）及び
面（ｎ）で構成された弾性表面波遅延線に増幅器（１５
）及び（１６）を夫々電気的に接続する。

このジャイロ装置の動作を具体的に説明する。

面（１）の左側すだれ状電極（１３ａ）を駆動ずれば、
それよりの弾性表面波（ＳＡＷＩ）は、右側すだれ状電
極（１３ｂ）において遅延電気信号として取り出される
。この信号を増幅器（１５）を介して左側のすだれ状電
極（１３ａ）に帰還すると、系全体の利得が１以上にお
いて発振がおこる。このときの発振周波数ｆは、次の位
相条件により決定される。

２π・ｒ−Ｌ □＋φｅ　＝２ｎπ　　・・・（１） ■ ここで、Ｌは、弾性表面波（ＳＡＷＩ）の伝１般距離、
■は弾性表面波（ＳＡＷＩ）の伝搬速度、ψｅは増幅器
（１５）およびすだれ状電極部（１３ａ）、（１３ｂ）
での電気的位相遅延、ｎは発振のモード次数で、整数で
ある。

いま、入力角速度軸（Ｚ　−Ｚ）に入力された角速度Ω
が変化すると、コリオリの加速度により圧電体（１２）
の弾性定数等が変化し、従って、弾性表面波（ＳＡ［）
の伝搬速度Ｖが変化する。然し、式（１）中の左辺第１
項に比してφｅは、無視できる程度に小さいから、伝搬
速度■の変化により、発振周波数ｒが変化する。

一方、面（ＩＩ）における各素子の構成は、上述の面（
１）上と、同様な構成とする。又、増幅器（１６）の接
続は、面（１）における場合と同一とする。この理由は
、入力角速度Ωに対して、二つの面（１）、（ＩＩ）上
の弾性表面波（ＳＡＷＩ）、（ＳＡＷ　ＩＩ　）の伝搬
速度■の増減が互に逆となるからである。このため、２
個の増幅器（１５）、（１６）の出力をミキサ（１８）
に供給し、これにより、両者の差動周波数を検出し、こ
の検出出力をローパスフィルタ（１９）を介して周波数
−電圧変換器（２０）に入力すればこれより、上述のジ
ャイロ装置に入力した角速度Ωを、電圧として検出する
ことができる。

なお、第１図の例においては、増幅器（１５）及び（１
６）　、　　ミキサ（１８）等は圧電体（１２）上にな
いように示しであるが、これらの諸回路は、弾性表面波
（ＳＡＷＩ）　、（ＳＡＷＩＩ）の伝１般を妨害しない
よう、面（Ｉ）及び（ＩＩ）に直交する面上に設置する
ことができる。

また、圧電体（１２）上にアンテナを設けることにより
、ミキサ（工８）は、増幅器（１５）、（１６）等と電
線で結線することなく、別置きが可能である。

また同図の例においては、圧電体（１２）の分極軸の方
向を（Ａ−Ａ’）とし、弾性表面波としてレイリー波を
用いたが、上述とは直交する分極軸とし、電気音響表面
波を用いることも可能である。

第２図は本発明の他の実施例を示す斜視図である。同図
において、第１図と対応する部分には同一番号を付し、
それ等の説明は省略する。

第１図の例においては、１対のすだれ状電極と１個の増
幅器とにより、各面（１）及び（ＩＩ）の発振器を夫々
構成したが、第２図の例においては、外部の駆動電源（
２１）により面（Ｉ）及び面（ＩＩ）の一方のすだれ状
電極（１３ａ）、（１４ａ）を駆動し、他方のすだれ状
電極（１３ｂ）、（１４ｂ）において、弾性表面波（Ｓ
ＡＷＩ）　、（ＳＡＷＩＩ）による位相遅れを検出する
ものである。すなわち、面（Ｉ）における位相おくれψ
１と、面（ｎ）における位相おくれφ２とより、差動増
幅器（２２）から（φ１−φ２）の信号を取り出し、こ
の位相差信号を整流回路（２３）により、入力角速度Ω
を直流電圧として検出するものである。

第３図は、本発明の更に他の実施例を示す斜視図である
。同図において、第１図及び第２図と対応する部分には
、同一番号を付し、それ等の説明は省略する。

第３図の例においては、第２図の例で用いた駆動電源（
２１）のかわりに、圧電体（１２）の面（１）、（Ｉｆ
）の両者と直交する一方の面（Ｉｌｌ）に、一対のすだ
れ状電極（２４ａ）及び（２４ｂ）を設け、両者を増幅
器（２５）を介して電気的に接続し、一方のすだれ状電
極（１３ａ）、（１４ａ）に対する発振器を構成したも
のである。

他の構成は第２図の例と略同−である。

なお、第３図中には、複雑化を避けるため、基台（１）
）及び音波吸収物質（１７ａ）　〜（１７ｄ）は省略し
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、以下に列挙する
効果が得られる。

構造が簡単なため、小形、低コストで、高性能のジャイ
ロを得ることができる。

機械式ジャイロのように、軸受等、摺動部が皆無なため
、信頼性が高く、かつ長寿命である。

従来の振動ジャイロのように、精密なバランス等を必要
とせず、組立が容易である。

アンテナを内蔵することにより、センサ部と検出回路部
を切り離すことができ、遠隔検出が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は本発明の
他の実施例の斜視図、第３図は本発明の更に他の実施例
の一部を除く斜視図、第４図は従来の振動ジャイロの斜
視図である。 図に於て、（１））は基台、（１２）は圧電体、（１３
ａ）、（１３ｂ）　、（１４ａ）　、（１４ｂ）　、（
２４ａ）及び（２４ｂ）はすだれ状電極、（１５）　、
（１６）、（２５）は増幅器、（１７ａ）　〜（１７ｄ
）は音波吸収物質、（１８）はミキサ、（１９）はロー
パスフィルタ、（２０）は周波数−電圧変換器、（２１
）は駆動電源、（２２）は差動増幅器、（２３）は整流
回路を夫々示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基台と、該基台上に設置した圧電体と、該圧電体
   の角速度検出軸に平行でその分極軸と直行する一対の面
   の各々に設けた一対のすだれ状電極と、該すだれ状電極
   に印加する電圧を発生させる駆動手段と、上記各対のす
   だれ状電極間を伝搬する弾性表面波の速度が変化するこ
   とによる周波数変化或いは位相差の変化を検出する検出
   手段とより成ることを特徴とするジャイロ装置。
2. （２）上記特許請求の範囲第１項記載のジャイロ装置に
   おいて、上記分極軸の方向を角速度検出軸と平行となし
   たことを特徴とする。
3. （３）上記特許請求の範囲第１項記載のジャイロ装置に
   おいて、上記圧電体上に上記駆動手段及び検出手段を構
   成したことを特徴とする。
4. （４）上記特許請求の範囲第１項記載のジャイロ装置に
   おいて、上記圧電体上にアンテナを設け、上記すだれ状
   電極と上記検出手段とを別置し、遠隔検出できるように
   なしたことを特徴とする。