DE19534947C2 - Schwingkreiselgerät - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schwingkreiselgerät, das Drehwinkelgeschwindigkeiten detektiert durch die Verwendung der Corioliskraft, die auftritt, wenn ein schwingender Schwingkörper rotiert, und insbesondere ein Schwingkreiselgerät kleiner Größe, das in großen Mengen hergestellt werden kann und zu einer stabilen Winkelgeschwindigkeitbestimmung fähig ist.

Obwohl Kreiselgeräte zum Detektieren einer Drehwinkelgeschwindigkeit z. B. bei Flugzeug- oder Schiffs-Trägheitsnavigationssystemen verwendet wurden, werden sie in jüngster Zeit mehr und mehr bei Fahrzeugnavigationssystemen oder Robotern oder für die Lageregelung unbemannter Fahrgeräte, bei Geräten zum Verhindern des Verwackelns von Fernsehkameras oder Videokameras, bei Geräten auf dem Unterhaltungssektor usw. verwendet.

Damit Kreiselgeräte in derart unterschiedlichen Anwendungsbereichen anwendbar sind, müssen sie eine geringe Größe besitzen, so daß die Aufmerksamkeit auf die Schwingkreiselgeräte gelenkt wurde.

Fig. 13 zeigt einen grundlegenden Aufbau eines Schwingkreiselgeräts (JP-OS Hei 5-71966).

Dieses Schwingkreiselgerät besitzt ein piezoelektrisches Antriebselement 2 und ein piezoelektrisches Detektierelement 3, die mit einem säulenförmigen Schwingkörper 1 aus einer elastischen Legierung (Elinvarlegierung) verbunden sind.

Wenn der Schwingkörper 1 um eine Achse O gedreht wird, während eine Biegeschwingung auf den Schwingkörper in der x-Achsenrichtung von dem piezoelektrischen Antriebselement 2 aufgebracht wird, wirkt die Corioliskraft auf den Schwingkörper 1 in der y-Achsenrichtung. Diese auf den Schwingkörper 1 in y-Achsenrichtung von der Corioliskraft aufgebrachte Biegeschwingung wird als Spannung von dem piezoelektrischen Element 3 detektiert.

Wenn die Masse des Schwingkörpers 1 mit m bezeichnet wird, die Schwingungsgeschwindigkeit des Schwingkörpers 1 in der x- Achsenrichtung, die von dem piezoelektrischen Antriebselement 2 aufgebracht wird, mit v (Vektorgröße) bezeichnet wird und die Winkelgeschwindigkeit um die O-Achse mit ω (Vektorgröße) bezeichnet wird, ist die Corioliskraft F (Vektorgröße) durch die Formel 1 bestimmt:

F = 2m (v x ω) (Vektorprodukt)

Die Formel zeigt, daß die Corioliskraft F proportional zu der Winkelgeschwindigkeit ω ist. Die Verformungsschwingung des Schwingkörpers 1 in der y-Achsenrichtung, die von der Corioliskraft F verursacht wird, wird von dem piezoelektrischen Detektierelement 3 in eine Spannung umgewandelt, um die Winkelgeschwindigkeit ω aus dieser detektierten Spannung zu bestimmen.

Aber bei dem in Fig. 13 gezeigten Kreiselgerät wird eine sehr kostspielige elastische Legierung zu einer Säulenform verarbeitet, so daß die Materialausbeute gering ist. Zusätzlich resultiert die Notwendigkeit, das Material mit hoher Präzision zu der Form einer Säule zu verarbeiten, in höheren Verarbeitungskosten. Außerdem muß bei dieser Art von Kreiselgerät, wenn die Biegeschwingung auf den Schwingkörper 1 von dem piezoelektrischen Antriebselement 2 aufgebracht wird, die Resonanzfrequenz durch Abschneiden eines Teils des säulenförmigen Schwingkörpers 1 angepaßt werden, wobei die Anpassung sehr beschwerlich ist.

Um derartige Probleme zu überwinden, hat der Erfinder der vorliegenden Erfindung eine Studie an einem Schwingkörper in Form einer konventionellen Stimmgabel durchgeführt, die einen plattenförmigen Schwingkörper 4 aus elastischer Legierung verwendet, der in Fig. 14 gezeigt ist. Bei dieser Art von Kreiselgerät ist ein Schlitz 4a in dem Mittelbereich des Schwingkörpers 4 gebildet. Der Schlitz trennt die Platte in zwei elastische Teile 4b und 4c. Wie in Fig. 15A gezeigt, läßt man die elastischen Teile 4b und 4c getrennt bei ihrer jeweiligen natürlichen Resonanzfrequenz durch das Antriebselement in Plattenrichtung schwingen. Zu einem bestimmten Zeitpunkt schwingen die elastischen Teile 4b und 4c in die + x-Richtung bzw. in die - x- Richtung, so daß ihre Schwingung in der Phase entgegengesetzt wird. Wenn der Schwingkörper 4 um die Achse 0 mit einer solchen daran anliegenden Schwingung rotiert, tritt wegen der Corioliskraft eine Verformung in die - y- bzw. + y-Richtung auf, wie in Fig. 15B gezeigt. Diese Verformung wird durch das piezoelektrische Detektierelement detektiert und die detektierte Verformung wird in eine Spannung umgewandelt, um die Winkelgeschwindigkeit ω zu bestimmen.

Der plattenförmige Schwingkörper 4 vom Typ einer konventionellen Stimmgabel, wie in den Fig. 14 und 15 gezeigt, hat die folgenden Probleme.

• 1. Es tritt eine asymmetrische Schwingung der elastischen Teile 4b und 4c auf, die Drehspannungen in dem gesamten Schwingkörper erzeugt, so daß man keine stabile Winkelgeschwindigkeitdetektierung erhält. Außerdem erfordert die Anpassung der Resonanzfrequenzen beim Antreiben ein gesondertes Nachbearbeiten der elastischen Teile 4b und 4c, so daß die Anpassung der Resonanzfrequenz beschwerlich wird. Außerdem kann es beim Anpassen vorkommen, daß die elastischen Teile 4b und 4c asymmetrisch geformt werden, was eine reduzierte Präzision zur Folge hat.
• 2. Wenn, wegen der Corioliskraft eine Verformungsschwingung von jedem der elastischen Teile 4b und 4c in der y-Richtung auftritt, sind Knotenlinien der Schwingungen in den Bereichen (a) und (b) auf dem Schwingkörper, wie in Fig. 14 gezeigt, angeordnet. Deshalb muß der Schwingkörper 4 z. B. von einer Abstützstange am Zentralbereich an seinem hinteren Ende freitragend abgestützt werden, was die Abstützkonstruktion einengt. Bei einer Konstruktion, bei der der Schwin­ gkörper von einer Abstützstange 5 freitragend abgestützt ist, wird die mechanische Abstützfestigkeit instabil, so daß der Schwingkörper 4 anfälliger wird, von externen Schwingungen beeinfluß zu werden.

Aus der JP 5-203 449 (A) ist eine Gyroskopeinrichtung bekannt, bei dem aus einem Block mittels zweier Schlitze zwei äußere Arme rechteckigen Querschnitts und ein mittlerer Arm dreieckigen Querschnitts ausgeformt sind. An den äußeren Armen befinden sich Elektroden, die Beläge von Kondensatoren bilden, deren andere Beläge durch den mittleren, im Querschnitt dreieckigen Arm gebildet werden.

Aus der JP 6-117 862 (A) ist ein Schwingkreiselgerät bekannt, bei dem von den Enden eines T-Stücks zwei Stimmgabelarme abstehen. Den Enden der Stimmgabelarme stehen einstückig mit dem T-Stück ausgebildete Detektorabschnitte gegenüber, die Elektroden für elektrische Nachweis­ signale darstellen.

Aus der DE 34 17 858 C2 ist ein Stimmgabel-Detektor für Winkelgeschwin­ digkeiten bekannt, der aus einem einzigen Kristall aus piezoelektrischem Material gefertigt ist.

Um die vorangehend beschriebenen Probleme des Stands der Technik zu überwinden, ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schwing­ kreiselgerät bereitzustellen, das einen plattenförmigen Schwingkörper verwendet, der in den Kosten niedrig ist und leicht herzustellen ist, um eine stabile Detektierung der Winkelgeschwindigkeit und eine einfache Frequenzanpassung möglich zu machen, und der die Verwendung einer stabilen Abstützkonstruktion erlaubt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Schwingkreiselgerät bereit­ gestellt, der die Merkmale des Anspruchs 1, 5, 7 bzw. 14 aufweist.

Gemäß dem vorangehend beschriebenen Schwingkreiselgerät der vor­ liegenden Erfindung ist die gesamte Breite der drei elastischen Teile und der zwei Schlitze zusammengezählt kleiner als die Breite des Basisabschnitts des Schwingkörpers, wo die elastischen Teile nicht gebildet sind.

Um die genannten Breiten verschieden zu machen, sind z. B. bei dem Schwingkörper die elastischen Teile und der Basisabschnitt im Verhältnis zu einer Mittellinie mit unterschiedlichem Abstand vorgesehen, so daß der äußere Rand des linken elastischen Teils zum äußeren Rand des Basisabschnitts versetzt ist und der äußere Rand des rechten elastischen Teils zu dem äußeren Rand des Basisabschnitts versetzt ist.

Dann ist die Größe dieser Stufe in Richtung der Breite kleiner als 0,8 mal die Breite eines elastischen Teils.

Das genannte Basiselement des Schwingkreiselgeräts der vorliegenden Erfindung kann so ausgebildet sein, daß die erste Antriebs- /Detektiereinrichtung ein Elektrodenpaar aufweist, das Verformungskräfte in der Form eines Paars von Kräften aufbringen kann, die in entgegengesetzte Richtungen wirken und eine Drehung um eine sich senkrecht zur Plattenoberfläche erstreckende Mittelachse bewirken, und die zweite Antriebs-/Detektiereinrichtung ein Elektrodenpaar besitzt, das Verformungskräfte in der Form eines Paars von Kräften aufbringen kann, die in entgegengesetzte Richtungen wirken und eine Drehung um eine sich parallel zur Plattenoberfläche der elastischen Teile innerhalb der Platten erstreckende Mittelachse bewirken.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Obwohl es nicht aussschließlich so vorgesehen ist, kann das Schwingkreiselgerät der vorliegenden Erfindung all die angeführten Merkmale aufweist.

Wie man aus der vorangehenden Beschreibung erkennt, ist bei dem Schwingkreiselgerät der vorliegenden Erfindung der Schwingkörper plattenförmig, so daß es in großen Mengen bei geringen Kosten hergestellt werden kann. Außerdem sind, da eine Abstützkonstruktion möglich ist, die starre Körper verwendet, die Abstützbedingungen stabil. Außerdem kann die Resonanzfrequenz einfach durch Nachbearbeiten des mittleren elastischen Teils angepaßt werden, so daß ein einfaches Einstellen der Frequenz möglich ist.

Die Ausbildung der äußeren Ränder der elastischen Teile und der Seitenränder des Basisabschnitts des Schwingkörpers so, daß dort eine Stufe entsteht verhindert, daß eine Verdrehspannung auf den Basisabschnitt wirkt, was ein stabiles resonantes Schwingen des Schwingkörpers erlaubt.

Das Ausbilden der Elektroden so, daß sie die elastischen Teile durch Kräftepaare sowohl in dem H-Zustand als auch in dem V-Zustand antreiben können, erlaubt ein effizientes und gutes Antreiben der elastischen Körper in dem H-Zustand oder V-Zustand und eine höchst präzise Detektierung der durch die Corioliskraft verursachten Verformung des Schwingkörpers.

Wenn die elastischen Teile in der Richtung der Plattendicke in dem zweiten oder einem höheren Resonanzzustand schwingen, wird der komprimierte Bereich und der gedehnte Bereich getrennt detektiert, so daß die Summe der Werte verwendet werden kann, um die Verformung der elastischen Teile in der y-Richtung zu detektieren.

Die Herstellung des Schwingkörpers als eine geschichtete Struktur von Schichten aus piezoelektrischem Material auf der Vorderseite und der Rückseite des elastischen Element erlaubt es, daß durch den piezoelektrischen Effekt eine größere 'Verformungskraft auf die elastischen Teile wirkt und die Detektierung der Spannung in den elastischen Teilen mit höherer Genauigkeit ausgeführt werden kann. Das Herstellen des Schwingkörpers durch Ausstanzen des geschichteten Aufbaus macht es überflüssig, die einzelnen Schichten aus piezoelektrischem Material zu positionieren und zu verbinden, und erlaubt so eine einfache Herstellung der Kreiselgeräte mit höherer Genauigkeit.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von teilweise schematisiert dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Grundgestalt und vom Betriebszustand des Schwingkörpers,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Abstützstruktur für den Schwingkörper;

Fig. 3A eine Draufsicht einer bevorzugten Gestalt in Draufsicht des Schwingkörpers und Fig. 3B ist eine Seitenansicht davon;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, die die Genauigkeit der Detektierung des Schwingkreiselgeräts zeigt, das den Schwingkörper mit der in Fig. 3 dargestellten Gestalt verwendet;

Fig. 5 ein Vektordiagramm der detektierten Verlustspannung des Schwingkreiselgeräts;

Fig. 6 eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen den Stufenbereichen 13 von Fig. 3 und der Resonanzfrequenz zeigt;

Fig. 7 eine Draufsicht von einem Schwingkörper einer anderen Ausführungsform;

Fig. 8A eine vergrößerte Endenansicht von Elektrodenschichten der elastischen Teile und Fig. 8B eine vergrößerte Endenansicht von verschiedenen Elektrodenschichten eines elastischen Teils;

Fig. 9 eine Verformung eines elastischen Teils senkrecht zur Oberfläche der Platte im zweiten Resonanzzustand;

Fig. 10A und 10B Seitenansichten eines Aufbaus eines Detektierabschnitts, der die in Fig. 9 gezeigte Verformung effektiv detektieren kann;

Fig. 11 eine graphische Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Länge des Bereichs L₁ von Fig. 10 und einer äquivalenten Kapazität zeigt;

Fig. 12A, 12B und 12C eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Seitenansicht von unten des Schwingkörpers, die spezielle Beispiel der bei dem Schwingkörper gebildeten Elektrodenschichten zeigen;

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines konventionellen Schwingkörpers eines Schwingkreiselgeräts;

Fig. 14 eine Perspektive eines aus Plattenmaterial hergestellten Schwingkörpers in der Art einer konventionellen Stimmgabel; und

Fig. 15A eine Darstellung eines Schwingzustands des von einem Antriebselement angetriebenen Schwingkörpers von Fig. 14, während Fig. 15B die durch die Corioliskraft erzeugte Verformung des Schwingkörpers zeigt.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines grundlegenden Aufbaus und Betriebs des bei dem Schwingkreiselgerät der vorliegenden Erfindung verwendeten Schwingkörpers, während Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Abstützstruktur zeigt, die den Schwingkörper von Fig. 1 hält.

Die Figuren zeigen einen plattenförmigen Schwingkörper 10, der hauptsächlich aus einer elastischen Legierung gebildet ist (Elinvarlegierung). Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind beide Seiten des Plattenmaterials ganz mit Schichten aus piezoelektrischem Material beschichtet, wobei Elektrodenschichten auf den Schichten aus piezoelektrischem Material gebildet sind.

Die genannte elastische Legierung (Elinvar) ist ein Material, dessen Elastizitätsmodul sich im Bereich der Raumtemperatur sehr wenig mit Veränderungen der Temperatur ändert. Beispiele davon umfassen Legierungen aus Fe (Eisen), Ni (Nickel), Cr (Chrom) und Ti (Titan) und solche Legierungen, denen Co (Cobalt) beigefügt wurde.

In der nachfolgenden Beschreibung ist die Richtung der Plattendicke, d. h. die Richtung senkrecht zur Plattenoberfläche, der elastischen Teile des plattenförmigen Schwingkörpers durch "y" bezeichnet, während die Richtung parallel zu der Plattenoberfläche mit "x" bezeichnet ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die Drehwinkelgeschwindigkeit des Schwingkörpers in der x und y-Richtung durch ω dargestellt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt der Schwingkörper 10 zwei Schlitze 11, die darin gebildet sind und die von dem Vorderende des Plattenmaterials gemessen die gleiche Länge besitzen. Die Schlitze 11 sind so gebildet, daß der Schwingkörper 10 in der Richtung der Plattendicke (y-Richtung) komplett durchgeschnitten ist, wodurch im ganzen drei getrennte elastische Teile in x-Richtung gebildet sind. Diese sind ein mittleres elastisches Teil 10a und ein linkes und ein rechtes elastisches Teil 10b und 10c auf beiden Seiten des mittleren elastischen Teils.

Eine erste und eine zweite Antriebs-/Detektiereinrichtung sind aus Schichten aus piezoelektrischem Material, die völlig auf beiden Seiten des Elements aus der elastischen Legierung gebildet sind, und aus Elek­ trodenschichten gebildet, die auf dem Element aus der elastischen Legie­ rung gebildet sind. Die Anordnung der Elektrodenschichten wird nach­ folgend im Detail beschrieben. Die erste Antriebs-/Detektiereinrichtung kann durch den piezoelektrischen Effekt jedes elastische Teil 10a, 10b und 10c parallel zu der Plattenoberfläche (x-Richtung) bewegen. Wenn jedes elastische Teil parallel zur Plattenoberfläche (x-Richtung) verformt ist, kann sie die Verformung infolge des piezoelektrischen Effekts als Spannung detektieren. Die zweite Antriebs-/Detektiereinrichtung kann infolge des piezoelektrischen Effekts jedes elastische Teil 10a, 10b und 10c in der Richtung der Plattendicke (y-Richtung) bewegen. Sie kann die Verformung der elastischen Teile infolge des piezoelektrischen Effekts als Spannung detektieren, wenn sie senkrecht zur Platte (y-Richtung) verformt sind.

Die Schwingzustände der elastischen Teile 10a, 10b und 10c des Schwingkörpers 10 beinhalten den Schwingzustand entlang der Plattenoberfläche, bei dem jedes elastische Teil parallel zur Plattenoberfläche (x-Richtung) schwingt (nachfolgend als "H-Zustand" bezeichnet), und den Schwingzustand senkrecht zu der Platte, bei dem jedes elastische Teil senkrecht zu der Platte (y-Richtung) schwingt (nachfolgend als "V-Zustand" bezeichnet).

Bei einem Verfahren zum Detektieren der Winkelgeschwindigkeit (ω) infolge des piezoelektrischen Effekts, treibt die erste Antriebs- /Detektiereinrichtung die elastischen Teile 10b und 10c beiderseits des mittleren elastischen Teils so an, daß zu einem bestimmen Zeitpunkt die Amplitudenrichtungen davon beide in der + x-Richtung sind, während sie das mittlere elastische Teil 10a so antreibt, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt seine Amplitudenrichtung in die - x-Richtung ist (H-Zustands- Schwingung). Wenn der schwingende Schwingkörper 10 mit einer Winkelgeschwindigkeit w gedreht wird, entsteht eine Corioliskraft, die bewirkt, daß die elastischen Teile 10b und 10c einer Verformungsschwingung mit einer Amplitude in die + y-Richtung ausgesetzt sind und das mittlere elastische Teil 10a einer Verformungsschwingung mit einer Amplitude in die entgegengesetzte oder in die - y-Richtung ausgesetzt ist (V-Zustands-Schwingung). Die Verformung durch die Corioliskraft jedes elastischen Teils verursacht durch die Schwingung in y-Richtung wird von der zweiten Antriebs- /Detektiereinrichtung detektiert. Da die Corioliskraft zu der Winkelgeschwindigkeit ω proportional ist, wie man aus der genannten Formel 1 erkennt, erlaubt die Detektierung der durch die Schwingung jedes elastischen Teils in y-Richtung verursachte Größe der Verformung, z. B. als Spannung, die Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit ω.

Bei einem anderen Verfahren zum Detektieren der Winkelgeschwindigkeit ω wird die erste Antriebs-/Detektiereinrichtung benutzt, um nur die seitlichen elastischen Teile 10b und 10c in der gleichen Phase schwingen zu lassen und anzutreiben, so daß zu einem bestimmten Zeitpunkt die Schwingungsamplitude in der + x-Richtung ist. Die Schwingung der elastischen Teile 10b und 10c in der + x- Richtung erzeugt eine Gegenkraft, die eine Schwingung des mittleren Teils 10a mit einer entgegengesetzten Phase zu den genannten elastischen Teilen 10b und 10c in die - x-Richtung verursacht. Das Rotieren des schwingenden Schwingkörpers 10 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω erzeugt eine Corioliskraft, die eine Schwingung der elastischen Teile 10b und 10c und 10a verursacht. Die elastischen Teile 10b und 10c schwingen so, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt ihre Schwingungsamplituden beide in der + y-Richtung sind. Andererseits schwingt das mittlere elastische Teile 10a so, daß seine Schwingungsamplitude zu einem bestimmten Zeitpunkt in der entgegengesetzten oder - y-Richtung ist. Die Verformung der elastischen Teile in der y-Richtung wird von der zweiten Antriebs- /Detektiereinrichtung detektiert, um so die Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit ω zu erlauben.

Bei einem anderen Verfahren zum Detektieren der Winkelgeschwindigkeit wird die zweite Antriebs-/Detektiereinrichtung verwendet, um jedes elastische Teil in der y-Richtung anzutreiben (V- Zustand). In diesem Fall werden alle elastischen Teile 10a, 10b und 10c mit einer festgelegten Frequenz angetrieben und schwingen mit dieser Frequenz, so daß, wie in Fig. 1 gezeigt, die elastischen Teile 10b und 10c zu einem bestimmten Zeitpunkt in die + y-Richtung verformt sind und das mittlere elastische Teil 10a in die - y-Richtung verformt ist. Wenn der schwingende Schwingkörper 10 rotiert, ergibt sich eine Corioliskraft, die eine Verformung der elastischen Teile 10a, 10b und 10c parallel zur Plattenoberfläche (x-Richtung) und ein Mitschwingen (H-Zustand) verursacht. Die durch das Schwingen der elastischen Teile mit den in Fig. 1 gezeigten Phasen verursachte Verformung wird von der ersten Antriebs-/Detektiereinrichtung als Spannung detektiert, und erlaubt so die Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit ω.

Es ist auch möglich, nur die elastischen Teile 10b und 10c auf beiden Seiten des mittleren elastischen Teils in y-Richtung anzutreiben. In diesem Fall verursacht eine Gegenkraft ein Schwingen des mittleren elastischen Teils 10a und seine Verlagerung in eine zu der Richtung, in der die elastischen Teile 10b und 10c verlagert werden, entgegengesetzten Richtung. Es ist auch möglich, nur das mittlere elastische Teil 10 in der y-Richtung anzutreiben. In diesem Fall verursacht eine Gegenkraft eine Verformung der elastischen Teile 10b und 10c auf beiden Seiten des mittleren elastischen Teils und eine Verlagerung in eine Richtung, die zu der Richtung in der das mittlere elastische Teil 10a verformt ist, entgegengesetzt ist. In beiden Fällen verformt, wenn der schwingende Schwingkörper 10 rotiert, die dadurch auftretende Corioliskraft die elastischen Teile 10a, 10b und 10c in x- Richtung, wie in Fig. 1 gezeigt. Diese Verformungs-Schwingung wird von der ersten Antriebs-/Detektiereinrichtung detektiert.

Man hat bereits daran gedacht, daß, wenn das linke und das rechte elastische Teil 10b und 10c und das mittlere elastische Teil 10a mit einer entgegengesetzten Phase in der y-Richtung schwingen, nur die Länge des mittleren elastischen Teils 10a geändert werden muß, um die Anpassung der Resonanzfrequenz zu vervollständigen. Indem die Frequenz nur durch das Ändern der Länge des mittleren elastischen Teils 10a angepaßt wird, bleibt der Schwingkörper 10 in seiner Gestalt symmetrisch, so daß das Ausführen der Anpassung nicht dazu führen wird, daß der Schwingkörper in seiner Gestalt asymmetrisch wird, und dadurch wird eine Verdrehschwingung eliminiert. Bei der genannen Anpassung der Resonanz-Schwingfrequenz in der y-Richtung beeinflußt das Verändern der Länge des mittleren elastischen Teils nicht die Resonanz- Schwingfrequenz eines der elastischen Teile 10a, 10b und 10c in der x- Richtung. Deshalb kann die sekundäre Resonanzschwingung jedes elastischen Teils 10a, 10b und 10c in der y-Richtung leicht angepaßt werden bis nahe an die primäre Resonanz-Schwingfrequenz in der x- Richtung.

Mit anderen Worten kann, weil jedes elastische Teil in der x-Richtung in dem Primärresonanzzustand schwingt und bewirkt, daß jedes in der y- Richtung in dem zweiten Resonanzzustand mitschwingt, durch Anpassen der Länge des elastischen Teils 10a, die Anzahl der Schwingungen in der x- und in der y-Richtung in beiden Resonanzzuständen fast gleich gemacht werden, was die vorliegende Erfindung für ein Schwingkreiselgerät besonders geeignet macht.

Bei diesem Schwingkörper 10 schwingen, wenn die Schwingung in der y-Richtung erfolgt, das mittlere elastische Teil 10a und die elastischen Teile 10b und 10c auf beiden Seiten des mittleren elastischen Teils mit entgegengesetzten Phasen, so daß die Schwingungsamplitude des Endes des Basisabschnitts 10d, wo keine Schlitze 11 gebildet sind, extrem klein ist. Außerdem tritt eine Verdrehschwingung des Basisabschnitts 10d sehr selten auf. Deshalb ist es, wie in Fig. 2 gezeigt, möglich, eine Abstützstruktur zu bekommen, bei der der Endbereich des Basisabschnitts 10d des Schwingkörpers 10 von starren Elementen 12a und 12b festgeklemmt ist. Bei einer derartigen starre Elemente verwendenden Abstützkonstruktion werden die Schwingzustände des Schwingkörpers nicht beeinflußt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt das Schwingkreiselgerät einen Schwingkörper 10 als ein Hauptteil. Der Schwingkörper besitzt generell die in Fig. 1 gezeigte Gestalt und kann, wie ebenfalls in Fig. 1 gezeigt, in dem V-Schwingzustand und dem H-Schwingzustand schwingen. Aber der Schwingkörper 10 von Fig. 3 besitzt eine Gestalt, die es ihm erlaubt, stabiler zu schwingen und die Winkelgeschwindigkeit (ω) mit höherer Genauigkeit zu bestimmen. Fig. 3A ist eine Draufsicht auf den Schwingkörper 10, und Fig. 3B ist eine Seitenansicht davon.

Der Schwingkörper 10 ist ein geschichtetes Element mit einer Kernschicht gebildet aus einem elastischen Element A (Plattendicke Ta), das aus einer elastischen Legierung in Plattenform hergestellt ist, und auf der Vorder- und Rückseite des elastischen Elements A beschichtet mit Schichten B aus piezoelektrischem Material (Plattendicke Tb).

Der Schwingkörper 10 von Fig. 3A ist auf der linken und der rechten Seite (obere und untere Seite in der Figur) symmetrisch zu der Mittellinie 01-01. Die drei elastischen Teile 10a, 10b und 10c besitzen alle die gleiche Breite (Wa). Beide Schlitze 11, die die elastischen Teile trennen, haben ein Maß Wb. Die drei elastischen Teile 10a, 10b und 10c besitzen alle die gleiche Länge (La), wobei die Länge zwischen dem Basisabschnitt 10d und der Anfangsgrenze der elastischen Teile (oder die Länge des Basisabschnitts 10d) das Maß Lb besitzt.

Wie in der Fig. 3A gezeigt sind Stufenbereiche 13 zwischen dem äußeren linken und dem äußeren rechten Seitenrand 14b der elastischen Teile 10b und 10c und den beiden Seitenrändern 14a des Basisabschnitts 10d gebildet. Die Stufenbereiche 13, die rechtwinklig sind, sind in der Form eines Rücksprungs gebildet. Die rechtwinkligen Stufenbereiche 13 und die unteren Teile der Schlitze 11 sind auf der gleichen Linie D angeordnet. Das Größe der Einschnitte der Stufenbereiche 13 in Richtung der Breite beträgt beiderseits Ws. Bei den so definierten Abmessungen ist die totale Summe der Breiten der drei elastischen Teile 10a, 10b und 10c (oder Wa) und die Größe der zwei Schlitze 11 (oder Wb, oder als Gleichung ausgedrückt 3 × Wa + 2 × Wb, um (2 × Ws) kleiner als die Breite WO des Basisabschnitts 10d.

Da es zwischen den äußeren Seitenränder 14b der elastischen Teile 10b und 10c des Schwingkörpers 10 und den Seitenrändern 14a des Basisabschnitts 10d Stufen gibt, wird, wenn die elastischen Teile 10a, 10b und 10c in der x- und der y-Richtung schwingen, durch die Stufenbereiche 13 die in den Seitenrändern 14b erzeugte Spannung abgefangen und macht es so für die Spannung schwierig, das Ende des Basisabschnitts zu erreichen, wo der Basisabschnitt 10d von den starren Elementen abgestützt ist. Als Folge daraus tritt eine unnötige Schwingung des Basisabschnitts 10d in dessen Verdrehrichtung infolge der Schwingung der elastischen Teile 10a, 10b und 10c weniger häufig auf und führt so zu einer stabilen Schwingung der elastischen Teile und einer Detektierung der Winkelgeschwindigkeit mit höherer Genauigkeit.

Fig. 4 zeigt tatsächliche Messungen der Winkelgeschwindigkeit, ausgeführt unter Verwendung des Schwingkörpers 10 mit Stufenbereichen 13. Obwohl der in Fig. 12 gezeigte Schwingkörper bei dem Experiment verwendet wurde, sind die Abmessungen der Bereiche, usw. in Fig. 3 gezeigt.

Der Schwingkörper 10, der bei dem Experiment verwendet wurde, hatte folgende Maße: Wa = 7 mm, Wb = 0,6 mm, Ws = 2,0 mm, La = 20 mm, Lb = 30 mm, Ta = 0,6 mm, Tb = 0,25 mm. Bei dem Schwingkörper 10 läßt die erste Antriebs-/Detektiereinrichtung die elastischen Teile 10b und 10c zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer Amplitude in der + x-Richtung schwingen und das mittlere elastische Teile 10a zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einer Amplitude in der -x-Richtung schwingen, während der Schwingkörper 10 mit einer Winkelgeschwindigkeit ω gedreht wird. Die dabei durch Schwingung in einem Schwingungszustand in der y-Richtung erzeugte Corioliskraft, so wie die in Fig. 1 gezeigte, verursacht eine Verformung der elastischen Teile und diese Verformung wird von der zweiten Antriebs- /Detektiereinrichtung als Spannung detektiert.

In Fig. 5 bezeichnet der Vektor VO die detektierten Spannungen, die auf den von der Corioliskraft bei dem Schwingkreiselgerät mit dem Schwingkörper 10 erzeugten Verformungen der elastischen Teile in der y-Richtung herrühren. V1 bezeichnet die Restspannung, die anliegt, wenn der Schwingkörper 10 nicht rotiert, während V2 die Spannung proportional zur Winkelgeschwindigkeit ω bezeichnet, die erzeugt wird, wenn der Schwingkörper 10 rotiert. ϕ bezeichnet den Phasenunterschied zwischen V0 und V1. Fig. 4 ist mit einer horizontalen Achse versehen, die VO.cos ϕ zeigt und einer vertikalen Achse, die V0.sin ϕ zeigt, um deutlich zu zeigen, daß eine stabile Detektierung der Winkelgeschwindigkeit ω durch den Schwingkörper 10 mit der in Fig. 3 gezeigten Gestalt erzielt wurde und daß eine stabile Spannung V2 erhalten wurde. Die Linien, die sich von jedem Punkt in der graphischen Darstellung von Fig. 4 nach oben und nach unten erstrecken, bezeichnen Schwankungen bei den Meßwerten, während jeder schwarze Punkt den Mittelwert für die Schwankungen angibt. Fig. 4 zeigt, daß Schwankungen der Meßwerten in keinem Fall sehr groß sind. Das zeigt, daß eine Detektierung der Winkelgeschwindigkeit mit sehr hoher Genauigkeit mit dem Schwingkörper 10 mit den Stufenbereichen 13 erreicht werden kann.

Fig. 6 zeigt, in welchem Ausmaß Veränderungen in der Größe Ws der genannten Stufenbereiche 13 die Resonanzfrequenz beeinflussen.

Für den bei diesem Experiment verwendeten Schwingkörper gelten folgende Maße: Wa = 2,6 mm, Wb = 0,2 mm, La = 6 mm, Lb = 10 mm, Ta = 0,2 mm und Tb = 0,1 mm. Mehrere Schwingkörper mit Stufenbereichen 13 unterschiedlicher Größe Ws wurden hergestellt (W0 wurde verändert). Die Resonanzfrequenzen (kHz) in der x-Richtung (H-Schwingzustand) und in der y-Richtung (V- Schwingzustand), die in Fig. 1 beide gezeigt sind, wurden für jeden Typ von Schwingkörper bestimmt.

In Fig. 6 zeigt die horizontale Achse Ws/Wa, während die vertikale Achse die Resonanzfrequenz (kHz) zeigt. In der Figur wird die Resonanzfrequenz in dem H-Schwingzustand (durch den schwarzen Punkten dargestellt) durch den Wert Ws/Wa nicht beeinflußt, was zeigt, daß die Resonanzfrequenz stabil ist. Demgegenüber wird die Resonanzfrequenz in dem V-Schwingzustand durch den Wert Ws/Wa beeinflußt. Aber wenn Ws/Wa kleiner ist als 0,8 ändert sich, selbst wenn sich Ws/Wa ändert, die Resonanzfrequenz in dem V- Schwingzustand nur wenig.

Insbesondere ist in Fig. 4 gezeigt, daß obwohl die Stufenbereiche 13 ein Auftreten einer Verdrehschwingung des Schwingungskörpers 10 verhindern und so die Genauigkeit der Winkelgeschwindigkeitdetektierung erhöhen, wenn beispielsweise Ws/Wa größer als 0,8 ist, Schwankungen, die bei dem Ws/Wa-Wert infolge von Herstellungstoleranzen, usw. auftreten, ein Auftreten von Schwankungen bei der Resonanzfrequenz in dem V-Schwingzustand verursachen. Fig. 6 zeigt, daß Ws/Wa vorzugsweise kleiner ist als 0,8 oder weniger als 0,8 aber größer als 0,5, vorzugsweise kleiner als 0,75 oder kleiner als 0,75 aber größer als 0,5 oder kleiner als 0,65 oder kleiner als 0,65 aber größer als 0,5. Wenn Ws/Wa in einen der genannten Bereiche fällt, verursachen Schwankungen bei Ws/Wa infolge von Herstellungstoleranzen fast keine Veränderungen bei der Resonanzfrequenz. Durch die vorgesehenen Stufenbereiche 13 und den auf irgendeinen der genannten Wertebereiche eingestellten Wert von Ws/Wa, treten Schwankungen in der Anzahl der Resonanzschwingungen nicht auf, selbst wenn die Produkte mit einer geringen Genauigkeit gestellt werden und eine grobe Verarbeitung durchgeführt wird, so daß eine stabile Winkelgeschwindigkeitdetektierung, wie in Fig. 4 gezeigt, konstanz erzielt werden kann. Es ist festzuhalten, daß Ws/Wa des bei dem Experiment von Fig. 4 verwendeten Schwingkörpers 10 0,5 ist.

Die genannten Vorteile werden erzielt durch das Ausbilden der Stufenbereiche 13 zwischen dem linken und rechten Seitenrand 14b der elastischen Teile 10b und 10c und den Seitenrändern 14a des Basisabschnitts 10d so, daß die Seitenränder 14b und 14a nicht auf der gleichen Stufe ineinander laufen. Die Stufenbereiche 13 müssen nicht unbedingt rechtwinklig sein. Die Seitenränder 14b und 14a können gekrümmt sein. Wie in Fig. 7 gezeigt, kann die Breite W1 zwischen der Grenze oder dem Übergang des Basisabschnitts 10d und den Anfangspunkten der elastischen Teile etwas größer sein als W0, um so zwischen dieser Grenze und den elastischen Teilen 10b und 10c Stufenbereiche zu bilden. Der gesamte Schwingkörper 10 der Fig. 3 und 7 kann aus piezoelektrischem Material gebildet sein.

Fig. 8 zeigt Elektrodenschichten, die zum Antreiben des genannten Schwingkörpers 10 verwendet werden. Fig. 8A ist eine vergrößerte Ansicht von Fig. 3A von den Vorderenden der elastischen Teile 10a, 10b und 10c des Schwingkörpers 10. Fig. 8B ist eine andere vergrößerte Ansicht, die nur das Ende des elastischen Teils 10b zeigt.

Der Schwingkörper (10) der Fig. 8A und 8B besitzt einen geschichteten Aufbau aus Schichten B aus piezoelektrischem Material sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite des elastischen Elements A.

Es ist angenommen, daß der Schwingkörper 10 der Fig. 8A und 8B resonant im gleichen Schwingzustand schwingt, wie in Fig. 1 gezeigt. Jedes elastische Teil 10a, 10b und 10c ist so angetrieben, daß sie in Richtung der Plattenoberfläche (x-Richtung) in dem ersten resonanten H- Zustand schwingen und, wenn der Schwingkörper 10 rotiert, die elastischen Teile 10a, 10b und 10c infolge der Corioliskraft in dem zwieten resonanten V-Zustand in der Richtung der Plattendicke schwingen.

Wie in Fig. 1 gezeigt werden die elastischen Teile 10b und 10c auf der linken und auf der rechten Seite des mittleren elastischen Teils mit der gleichen Phase angetrieben, so daß zu einem bestimmten Zeitpunkt die Amplitude in der + x-Richtung ist. Deshalb werden die elastischen Teile 10b und 10c von einer ersten Antriebs-/Detektiereinrichtung mit dem gleichen Aufbau in x-Richtung angetrieben.

In Fig. 8A sind die Polarisationsrichtungen der Schichten B aus piezoelektrischem Material, die sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite des elastischen Elements A aufgebracht sind, innerhalb des gleichen Flächenbereichs jedes elastischen Teils gleich. In Fig. 8A sind die Polarisationsrichtungen der Schichten B aus piezoelektrischem Material in der Richtung der Dicke entgegengesetzt gerichtet und, wie durch den weißen Pfeil gezeigt, weist die Polarisationsrichtung in Richtung auf die Oberflächen der Schichten aus piezoelektrischem Material.

Man kann erkennen, daß das elastische Teil 10b auf der Schicht B aus piezoelektrischem Material auf der Oberseite der Figur ein Paar von Elektrodenschichten 21a und 22a aufgebracht hat. Wechselspannung (ac) wird an jede Elektrodenschicht 21a und 22a angelegt, wobei zu einem gewissen Zeitpunkt positive (+) Spannung an die Elektrodenschicht 21a und negative (-) Spannung an die Elektrodenschicht 22a angelegt ist. Wenn solche Spannungen angelegt sind, wie in Fig. 3A gezeigt, wird eine Streckkraft f1 (Schubspannung in Dehnungsrichtung) aufgebaut, die auf die Schicht B aus piezoelektrischem Material bei dem Bereich der Elektrodenschicht 21a wirkt, während eine Kompressionskraft f2 (Schubspannung in Kompressionsrichtung) aufgebaut wird, die bei dem Bereich der Elektrodenschicht 22a wirkt. Durch die Paare von Elektrodenschichten 21a und 22a, die in der x-Ebene gebildet sind, sind die Kräfte f1 und f2, die in entgegengesetzte Richtungen wirken, ein Kräftepaar, das in der x-Ebene wirkt. Diese Kräfte f1 und f2 sind ein Kräftepaar, das ein Drehen um die Mittelachse bewirkt, die die imaginäre Linie 0y zeigt und die sich in Richtung der Plattendicke (y- Richtung) des elastischen Teils erstreckt. Wenn eine negative ac Spannung (-) an die Elektrodenschicht 21a und eine positive (+) ac Spannung an die Elektrodenschicht 22a angelegt ist, wirken f1 und f2 in entgegengesetzte Richtungen.

Solche Kräftepaare, die eine Drehung um die Mittelachse 0y verursachen und auf die Schicht B aus piezoelektrischem Material, auf der ein Paar von Elektrodenschichten 21a und 22a gebildet ist, wirkt, erlaubt effizientes Schwingen des elastischen Teils 10b in die ± x-Richtung.

Bei der Ausführungsform von Fig. 8A ist auch auf der Schicht B aus piezoelektrischem Material auf der Unterseite der Figur ein Paar von Elektrodenschichten 21b und 22b gebildet. Die an jede Elektrodenschicht 21b und 22b angelegte Spannungsphasen sind die gleichen, wie die an die genannten Elektrodenschichten 21a bzw. 22a angelegten. Deshalb wirkt das Kräftepaar, das eine Drehung um die Mittelachse, die durch die imaginäre Linie 0y gezeigt ist, auf die Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Unterseite von Fig. 8, wenn die gleichen Spannungsphasen bei der Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Unterseite angelegt sind, wie die an der Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Oberseite angelegten. Deshalb sind an dem elastsischen Teil 10b in entgegengesetzte Richtungen wirkende Kräfte f1 und f2 über beide Schichten aus piezoelektrischem Material, die auf dessen Vorderseite und dessen Rückseite gebildet sind, aufgebracht, so daß das elastische Teil in die ± x-Richtung schwingt und angetrieben wird. Das Kräftepaar bewirkt einen dauernden Antrieb des elastischen Teils 10b in die ± x-Richtung, was zu verringerten Energieverlusten führt.

Das elastische Teil 10c, das an der linken Seite von Fig. 8 gezeigt ist, besitzt Elektrodenschichten, wie das elastische Teil 10b. Insbesondere ist bei dem elastischen Teil 10b ein Paar von Elektrodenschichten 21a und 22a auf der Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Oberseite von Fig. 8A gebildet, während Elektrodenschichten 21b und 22b auf der Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Unterseite gebildet sind. Die Elektrodenschichten des elastischen Teils 10c, die mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind, wie die des elastischen Teils, 10b haben Antriebsspannungen mit der gleichen Polarität und der gleichen Phase daran anliegend. Deshalb wird, wie das elastische Teil 10b, das elastische Teil 10c von Kräftepaaren angetrieben, was eine Drehung um die Mittelachse verursacht, die eine imaginäre Linie 0y ist, wenn f1 und f2 in entgegengesetzte Richtungen sowohl an dessen Vorderseite als auch an dessen Rückseite wirken.

Bei dem elastischen Teil 10a in der Mitte von Fig. 8A ist ein Paar von Elektrodenschichten 23a und 24a getrennt an der Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Oberseite in der x-Richtung gebildet, während ein Paar von Elektrodenschichten 23b und 24b getrennt an der Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Unterseite ähnlich in der x-Richtung gebildet ist. Zu einem gewissen Zeitpunkt werden Spannungen mit unterschiedlichen Polaritäten an die Elektrodenschicht 23a und 24a sowie an die Elektroden 23b und 24b angelegt. Deshalb liegt auch an dem mittleren elastischen Teil 10a ein Kräftepaar an, das eine Drehung um die imaginäre Linie 0y, die sich in Richtung der Plattendicke (y-Richtung) erstreckt.

Bei dieser Ausführungsform ist die erste Antriebs-/Detektiereinrichtung aus den Schichten B aus piezoelektrischem Material und den Elektroden 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a und 24b gebildet, die auf der Vorderseite und auf der Rückseite auf den Schichten B aus piezoelektrischem Material gebildet sind. Die elastischen Teile 10a, 10b und 10c werden von der ersten Antriebs-/Detektiereinrichtung in Richtung der Platte von Kräftepaaren angetrieben, die eine Drehung um die Mittelachse bewirken, die der Linie 0y entspricht, die sich in Richtung der Plattendicke (y) erstreckt. Dabei haben die seitlichen elastischen Teile 10b und 10c zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Phase oder Amplitude, die der Phase oder Amplitude des mittleren elastischen Teils entgegengesetzt ist (s. Fig. 1).

Rotation des Schwingkörpers 10, dessen elastische Arme (oder Zungen) 10a, 10b und 10c im ersten Resonanzschwingungszustand (H-Zustand) in der Plattenoberfläche (x-Richtung) bewegt werden, erzeugt eine Corioliskraft, die eine Kraft in den elastischen Teilen 10a, 10b und 10c in der y-Richtung erzeugt, wodurch jedes elastische Teil in der y- Richtung schwingt wie in Fig. 1 gezeigt. Diese Schwingung wird von der zweiten Antriebs-/Detektiereinrichtung detektiert.

Zu diesem Zweck besitzt das elastische Teil 10b ein Paar von Elektrodenschichten 25 und 26, die jeweils in Richtung der Plattendicke um einen Abstand getrennt auf den jeweiligen Schichten B aus piezoelektrischem Material gebildet sind. Wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt eine positive (+) Antriebsspannung an die Elektrodenschicht 25 angelegt wird und eine negative (-) Spannung an die Elektrodenschicht 26 angelegt wird, wird das elastische Teil 10b in y- Richtung gebogen. Insbesondere wirkt, wie in Fig. 3B gezeigt, wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt eine positive Spannung an die Elektrode 25 angelegt ist, eine Streckkraft fa auf die Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Unterseite der Figur, während, wenn eine negative Spannung an die Elektrode 26 angelegt wird, eine Kompressionskraft fb auf die Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Oberseite der Figur wirkt. Die Kräfte fa und fb, die in Längsrichtung des elastischen Teils in entgegengesetzte Richtung wirken, liegen als ein Kräftepaar an, das eine Drehung um die imaginäre Linie 0x bewirkt, die sich in der Plattenoberfläche (x-Richtung) innerhalb der Richtung der Plattendicke des elastischen Teils 10b erstreckt.

Aber, wenn durch die Elektrodenschichten 21a, 21b, 22a und 22b das elastische Teil 10b in x-Richtung bewegt wird, werden die Elektrodenschichten 25 und 26 verwendet, um eine Verformung des elastischen Teils 10b zu detektieren, wenn die Corioliskraft eine Schwingung in der y-Richtung verursacht. Wenn die Corioliskraft eine Schwingung und Verformung des elastischen Teils 10b zu einem bestimmten Zeitpunkt in die + y-Richtung bewirkt, wirkt eine Streckkraft auf die Schicht B des piezoelektrischen Materials auf der Unterseite während eine Kompressionskraft auf die Schicht B aus piezoelektrischem Material auf der Oberseite wirkt. So wird infolge des piezoelektrischen Effekts eine positive Spannung an der Elektrodenschicht 25 detektiert, während eine negative Spannung an der Elektrodenschicht 26 detektiert wird. Wenn das elastische Teil 10b in -y-Richtung verformt ist, werden Spannungen entgegengesetzter Polarität an den Elektrodenschichten 25 bzw. 26 detektiert.

Wenn z. B. die Polarität der von der Elektrode 26 detektierten Spannung umgekehrt wird und diese Spannung zu der von der Elektrodenschicht 25 detektierten Spannung addiert wird, ist es möglich, die von der Corioliskraft verursachte Verformung des elastischen Teils 10b in der y- Richtung zu detektieren.

Bei einer von der Corioliskraft verursachten Verformung einer Konstruktion, die Elektrodenschichten 25 und 26 aufweist, die ein Kräftepaar entwickeln können, das eine Drehung in der Richtung der Plattendicke (y-Richtung) verursachen kann, werden die Dehnung und die Kompression des elastischen Teils von dem Elektrodenpaar detektiert. Nimmt man die Differenz zwischen den detektierten Spannungen der Elektroden 25 und 26, vergrößert sich die detektierte Spannung, was eine Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit mit höherer Genauigkeit erlaubt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, schwingt das elastische Teil 10c wegen der Corioliskraft mit der gleichen Phase und wird mit der gleichen Phase wie das elastische Teil 10b verformt. Deshalb besitzt das elastische Teil 10c Elektrodenschichten 25 und 26, die genauso strukturiert sind, wie die des elastischen Teils 10b. Beim Detektieren der Corioliskraft können die Elektrodenschichten 25 und 26 verwendet werden, um Dehnung und Kompression des elastischen Teils zu detektieren und so den detektierten Wert erhöhen, um eine Winkelgeschwindigkeitsbestimmung mit höherer Genauigkeit zu ermöglichen.

Das mittlere elastische Teil 10a wird in y-Richtung deformiert mit einer Phase entgegengesetzt zu den Phasen der elastischen Teile 10b und 10c auf beiden Seiten des mittleren elastischen Teils, und besitzt Elektrodenschichten 27 und 28, die sowohl auf dessen Vorderseite als auch auf dessen Rückseite gebildet sind. Über diese Elektrodenschichten 27 und 28 kann ein Kräftepaar an das elastische Teil 10a angelegt werden, das eine Drehung um die imaginäre Linie 0x verursacht. Außerdem können die Elektrodenschichten 27 und 28 benutzt werden, um eine von der Corioliskraft verursachte Verformung in beide Richtungen zu detektieren, nämllich Kompression und Dehnung.

Die zweite Antriebs-/Detektiereinrichtung, die so aufgebaut ist, daß sie Elektrodenschichten 25, 26, 27 und 28, die auf den Schichten B aus piezoelektrischem Material gebildet sind, besitzt, kann die Kompression und die Dehnung der elastischen Teile in y-Richtung als Spannungen detektieren, die infolge des piezoelektrischen Effekts an getrennten Elektroden anliegt. Die Addition der beiden detektierten Spannungsunterschiede erlaubt es, die durch die Corioliskraft verursachte Deformation als einen höheren Spannungswert auszugeben.

Wenn die elastischen Teile 10a, 10b und 10c schwingen und bewegt werden, während sie in der y-Richtung verformt werden, und der Schwingkörper 10 rotiert, um eine Detektierung der von der Corioliskraft verursachten Verformung der elastischen Teile 10a, 10b und 10c in der x-Richtung zu ermöglichen, entwickelt das Anlegen von Antriebskräften an die genannten Elektrodenschichten 25, 26, 27 und 28 Kräftepaare fa und fb, wie in Fig. 3b gezeigt, und die Kräftepaare bewegen die elastischen Teile effektiv in der y-Richtung. Die durch die Corioliskraft verursachte Verformung in der x-Richtung wird als Spannung über die Elektrodenschichten 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23b, 24a und 24b detektiert. Wenn z. B. das elastische Teil 10b in der x- Richtung durch die Corioliskraft deformiert wird, detektiert das Paar von Elektrodenschichten 21a und 22a die Dehnung und Kompression durch verschiedene Elektrodenschichten, so daß man eine hohe Detektierspannung erhalten kann.

In Fig. 8A ist die Polarisationsrichtung der gesamten Schicht B aus piezoelektrischem Material, mit dem die Vorderseite des elastischen Elements A beschichtet ist, die gleiche. Das trifft auch auf die ganze Schicht B aus piezoelektrischem Material zu, mit der die Rückseite des elastischen Elements 1 beschichtet ist. Wie in Fig. 8B gezeigt, ist es aber auch möglich, die Richtung der Polarität von Bereichen des piezoelektrischen Materials B zu ändern, die den Elektrodenschichten gegenüberliegen. Obwohl in der Fig. 8B nur ein elastisches Teil 10b gezeigt ist, können auch die elastischen Teile 10c und 10a verschiedene Polarisationsrichtungen an den Bereichen haben, die jeweils einer Elektrodenschicht gegenüberliegen.

Wenn bei dem Beispiel von Fig. 8B das elastsiche Teil 10b zu einem bestimmten Zeitpunkt in der + x-Richtung verformt ist, liegen Spannungen gleicher Phase an den Elektrodenschichten 21a, 21b, 22a, 22b an. Dann wird das elastische Teil 10b auch von einem Kräftepaar in + x-Richtung bewegt. Wenn das elastische Teil 10b verformt ist, z. B. in die + y-Richtung, werden Dehnung und Kompression als Spannung von den Elektrodenschichten 25 und 26 detektiert, wobei Spannungen gleicher Phase (gleicher Polarität) an den Elektroden 25 und 26 bestimmt werden.

Fig. 9 ist eine Darstellung der elastischen Teile in einem Schwingzustand in der y-Richtung im zweiten Resonanzzustand.

Wenn sich z. B. zu einem bestimmten Zeitpunkt das elastische Teil 10b in der - y-Richtung in dem zweiten Resonanzzustand verformt, wird die aufgebrachte Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Oberseite der Figur gedehnt und gestreckt bei einem Bereich (a). Andererseits tritt eine Komressionsspannung in dem Grenzbereich (b) zwischen dem elastischen Teil 10b und dem Basisabschnitt 10d auf. Das entgegengesetzte geschieht in der Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Unterseite. Eine Kompressionsspannung tritt in dem Bereich (a) auf, während eine Zugspannung in dem Bereich (b) auftritt.

Es wird angenommen, daß die gleichen Elektrodenschichten 25 und 26 und Schichten aus piezoelektrischem Material die zweite Antriebs- /Detektiereinrichtung in der gesamten Länge La in Längsrichtung des elastischen Teils 10b bilden. Wenn das elastische Teil 10b in einem wie in Fig. 9 gezeigten verformten Zustand sind, tritt, obwohl eine auf der Zugspannung der Schicht B aus piezoelektrischem Material basierende Spannung auf der oberen Elektrodenschicht 26 detektiert werden sollte, eine Kompressionsspannung in einem Bereich der Schicht B aus piezoelektrischem Material in dem Bereich (b) auf, so daß das durch den piezoelektrischen Effekt in dem Bereich (b) aufgebaute Potential zu dem Potential des Bereichs (a) in der Polarität entgegengesetzt ist. Mit anderen Worten hebt die durch den piezoelektrischen Effekt in dem Bereich (b) gebildete detektierte Spannung die durch den piezoelektrischen Effekt detektierte Spannung, die sich durch die Zugspannung in den Bereich (a) entwickelt, auf. Deshalb ist beim Detektieren der durch den Corioliseffekt verursachten Verformung des elastischen Teils in y-Richtung die detektierte Ausgangsspannung verringert, so daß auch die Genauigkeit der Detektierung verringert ist.

Nach der Ausführungsform der Fig. 10A und 10B ist es möglich, um ein solches Problem zu vermeiden, die Verformungen des elastischen Teils 10b bei dem Bereich (a) (gedehnter Bereich) und dem Bereich (b) (komprimierter Bereich) getrennt zu detektieren.

Fig. 10A stellt den Fall dar, in dem die Schichten aus piezoelektrischem Material, mit denen sowohl die Vorderseite als auch die Rückseite des elastischen Elements 10b beschichtet sind, jeweils als ganzes die gleiche Richtung der Polarität besitzen. In diesem Fall sind die Elektroden 25 und 26 des elastischen Elements 10b, die die zweite Antriebs- /Detektiereinrichtung aufweist, bei dem Bereich (a) und bei dem Bereich (b) in getrennten Sätzen vorgesehen. In Fig. 10A sind Elektrodenschichten 25a und 26a bei dem Bereich (a) gebildet, während kurze Elektroden 25b und 26b bei dem Bereich (b) gebildet sind.

Wenn in Fig. 10A das elastische Teile 10b im zweiten Resonanzzustand schwingt und zu einem bestimmten Zeitpunkt so, wie in Fig. 9 gezeigt, verformt wird, tritt eine Zugspannung in dem Bereich (a) der Schicht B aus piezoelektrischem Material an der Oberseite auf und diese Spannung wird an der Elektrodenschicht 26a als positive (+) Spannung detektiert, während eine Kompressionsspannung (oder Druckspannung) bei dem Bereich (b) als negative (-) Spannung an der Elektrodenschicht 26b detektiert wird. Andererseits wird bei der Schicht aus piezoelektrischem Material an der Unterseite eine negative (-) Spannung an der Elektrodenschicht 25a detektiert, während eine positive (+) Spannung an der Elektrodenschicht 25b detektiert wird. Wenn z. B. die Polaritäten der detektierten Spannungen der Elektrodenschichten 25a und 26b umgekehrt sind und diese detektierten Spannungen zu den detektierten Spannungen der Elektrodenschichten 26a und 25b addiert werden, wird diese Summe detektiert, ohne daß die Zugspannung in dem Bereich (a) und die Kompressionsspannung bei dem Bereich (b) einander aufheben.

Fig. 10B stellt den Zustand dar, in dem die Polarisationsrichtungen der Bereiche der Schicht aus piezoelektrischem Material, die den Elektrodenschichten gegenüberliegen, verschieden sind, wie in Fig. 8B gezeigt.

In Fig. 10B sind die Polarisationsrichtungen der Bereiche (a) und (b) der Schichten B aus piezoelektrischem Material auf der Vorderseite sowie die Bereiche auf der Rückseite zueinander entgegengesetzt. In diesem Fall ist die Elektrodenschicht 25 auf der gesamten Rückseite der Schicht B aus piezoelektrischem Material gebildet, während die Elektrodenschicht 26 auf der gesamten Vorderseite der Schicht B aus piezoelektrischem Material in Richtung La gebildet ist. Wenn das elastische Teil 10b von Fig. 10B wie in Fig. 9 gezeigt verformt ist, sind die Polarisationsrichtungen der Bereiche (a) und (b) der Schichten B aus piezoelektrischem Material verschieden, so daß, bei dem Bereich (a) der Elektrodenschicht 26 die Zugspannung in der Schicht aus piezoelektrischem Material eine negative (-) Spannung aufbaut, während bei dem Bereich (b) der Elektrodenschicht 26 eine Kompressionsspannung den Aufbau einer negativen (-) Spannung bewirkt. Das gleiche trifft auf die Schicht aus piezoelektrischem Material an der Unterseite zu. Eine Kompressionsspannung, die bei dem Bereich (a) der Elektrodenschicht 25 auftritt, bewirkt, daß sich eine negative (-) Spannung ausbildet, während eine Zugspannung, die bei dem Bereich (b) der Elektrodenschicht 25 auftritt, bewirkt, daß sich eine negative (-) Spannung ausbildet. In Fig. 10B besitzen die Ausgabespannungen die gleiche Polarität, obwohl der gedehnte Bereich und der komprimierte Bereich getrennt detektiert werden, so daß die Addition der detektierten Spannungen der Elektrodenschichten 25 und 26 eine genauere Detektierung der durch die Schwingung in dem zweiten Resonanzzustand erzeugten Verformung des elastischen Teils 10b resultiert, ohne daß die Zugspannung und die Kompressionsspannung einander aufheben.

Wenn aber die Längen L1 der in Fig. 10 gezeigten Elektrodenschichten 25b und 26b oder die Längen L1 der Bereiche mit den verschiedenen Polarisationsrichtungen der Fig. 10B zu lang gemacht werden, heben sich die als Spannungen detektierte Dehnung und Kompression in dem Bereich L1 auf.

Fig. 11 zeigt die Wirkungen, die das Verhältnis der genannten Länge L1 und die Länge des elastischen Teils La auf die Genauigkeit der Detektierung haben.

Fig. 11 zeigt die äquivalente Kapazität C eines elastischen Teils des Schwingkörpers 10 bei Veränderungen von L1/La. Je größer die äquivalente Kapazität C umso präziser ist die Detektierung der Winkelgeschwindigkeit. Fig. 11 zeigt auch die äquivalente Kapazität bei verschiedenen Verhältnissen der Dicke (Tb) der Schicht B aus piezoelektrischem Material zu der Dicke ja) des elastischen Elements A. Das Symbol o gibt eine Tb/(Ta/2) Wert von 1/3 an, das einen Tb/(Ta/2) Wert von 2/3, das ◊ einen Tb/(Ta/2) Wert von 3/3, das Δ Tb/(Ta/2) Wert von 4/3 und das x einen Tb/(Ta/2) Wert von 5/3 an. In Fig. 11 ist auf der horizontalen Achse L1/La, während auf der vertikalen Achse die äquivalente Kapazität C aufgetragen ist. Da die Messungen an einer Schicht des elastischen Element A und einer Schicht von der Schicht B aus piezoelektrischem Material durchgeführt wurden, ist der Wert Ta in Fig. 11 halbiert.

Wie man aus der Fig. 11 erkennen kann, ist für die Tb/(Ta/2) Werte die durch Δ und x angegeben werden mit einer Dicke Tb der Schicht B aus piezoelektrischem Material, die dicker ist als die Dicke Ta des elastischen Elements A die äquivalente Kapazität instabil. Das bedeutet, daß, wenn die Dicke der Schicht B aus piezoelektrischem Material zu groß wird, die Masse des elastischen Elements bezüglich des Elastizitätsmoduls des elastischen Elements zu groß wird, so daß man keine stabile Resonanzschwingung mehr erhalten kann. Deshalb ist es für den Schwingkörper 10, der auf seiner Vorder- und seiner Rückseite mit Schichten aus piezoelektrischem Material beschichtet ist, bevorzugt, daß die Schichtdicke Tb einer Schicht aus piezoelektrischem Material gleich oder kleiner ist als die Hälfte der Dicke Ta des elastischen Elements A.

In Fig. 11 ist die äquivalente Kapazität bei L1 = 0 und L1/La = 1 als C0 bezeichnet. Genauer bedeutet das, daß die äquivalente Kapazität eines elastischen Elements, das aus Schichten aus piezoelektrischem Material und Elektrodenschichten gebildet ist, die eine Länge besitzen, die gleich der Gesamtlänge La des elastischen Teils ist, (das ist ein elastisches Element, das keinen Bereich L1 gemäß Fig. 10 besitzt) als C0 bezeichnet wird.

Wenn die gesamte äquivalente Kapazität größer wird als die genannte C0, erlaubt der Bereich L1 von Fig. 10 eine genauere Detektierung der Schwingungs-Verformung. Fig. 11 zeigt, daß L1/La vorzugsweise kleiner ist als 0,5, insbesondere kleiner als 0,4 oder nicht kleiner als 0,1 und kleiner als 0,4.

Wie in den Fig. 10A und 10B gezeigt, werden die gedehnten und komprimierten Bereiche der Schichten aus piezoelektrischem Material auch für die anderen elastischen Teile 10c und 10a getrennt detektiert.

Obwohl in den Fig. 9 und 10 die Verformung des elastischen Elements gezeigt wurde, wenn es in dem zweiten Resonanzzustand schwingt, kann die Verformung des in dem dritten oder einem höheren Resonanzzustand schwingenden elastischen Elements auch mit hoher Genauigkeit bestimmt werden, ohne daß die Zugspannung und die Kompressionsspannung einander aufheben. Das wird durch getrenntes Detektieren der komprimierten und gedehnten Bereiche der Schichten aus piezoelektrischem Material vorgenommen, wie in Fig. 10 gezeigt.

Fig. 12 zeigt den Gesamtaufbau eines elastischen Elements, bei dem auf der Vorderseite und auf der Rückseite des elastischen Elements A Schichten B aus piezoelektrischem Material gebildet sind, bei denen in den Fig. 8 und 9 gezeigte Elektrodenmuster auf der Vorderseite und auf der Rückseite der Schichten B aus piezoelektrischem Material gebildet sind. Die zu den Elektrodenschichten der Fig. 12 angegebenen Bezugszeichen korrespondieren mit denen bei den Elektrodenschichten der Fig. 8 und 9 angegebenen.

Die Fig. 12A ist eine Draufsicht des Schwingkörpers 10 der Fig. 8 und 10 von oben betrachtet, Fig. 12B ist eine Seitenansicht des Schwingkörpers 10 und die Fig. 12C ist eine Ansicht von unten betrachtet von der Unterseite des Schwingkörpers 10 der Fig. 8 und 10.

Wenn die Schichten B aus piezoelektrischem Material, die auf der Vorderseite und auf der Rückseite des elastischen Elements A gebildet sind, die gleiche Polarisationsrichtung auf dem ganzen Schwingkörper besitzen, insbesondere wenn der Schwingkörper ein wie in den Fig. 8A und 10A gezeigten Aufbau besitzt, haben die Elektroden der Fig. 12A und 12C, die als gestrichelte Elektroden dargestellt sind, eine Antriebsspannung oder eine Detektierspannung, die zu einem bestimmten Zeitpunkt positiv ist, währen die Elektroden, die als nicht gestrichelte Elektroden dargestellt sind, eine Antriebs- oder eine Detektierspannung haben, die zu einem bestimmten Zeitpunkt negativ ist.

Wenn die Bereiche der piezoelektrischen Schicht, die den Elektrodenschichten gegenüberliegen, wie in den Fig. 8B und 10B gezeigt, verschiedene Polarisationsrichtungen besitzen, sind die Polarisationsrichtungen der Schicht aus polarisiertem Material, die unter den in Fig. 12A gestrichelten Elektroden sind, in Richtung der Papieroberfläche gerichtet, während die Polarisationsrichtungen der Schicht aus piezoelektrischem Material, die nicht gestrichelt sind, weg von der Papieroberfläche gerichtet sind. Auch in der Ansicht von unten von Fig. 12C sind die Polarisationsrichtungen der Bereiche der gestrichelten Elektrodenschichten in Richtung auf die Papieroberfläche gerichtet, während die Polarisationsrichtungen der ungestrichelten Elektrodenschichtbereiche von der Papieroberfläche weg gerichtet sind.

Wie man aus der vorangehenden Beschreibung versteht, kann das Schwingkreiselgerät der vorliegenden Erfindung mit geringen Kosten in großen Mengen hergestellt werden, da es einen plattenförmigen Schwingköper besitzt. Außerdem erlaubt die Abstützkonstruktion, die starre Elemente verwendet, eine stabile Abstützung. Außerdem kann die Anpassung der Resonanzfrequenz nur durch Bearbeiten des mittleren elastischen Teils ausgeführt werden, so daß die Frequenzeinstellung leicht durchgeführt werden kann.

Da die Seitenränder oder Außenseiten der seitlichen elastischen Teile und die Seitenränder des Basisabschnitts des Schwingkörpers so gebildet sind, daß eine Stufe dazwischen besteht, wirken Verdrehspannungen weniger häufig auf den Basisabschnitt, was eine stabile Resonanzschwingung ermöglicht.

Ein Aufbau, der Elektroden aufweist, die die elastischen Teile durch Kräftepaare sowohl in dem H-Zustand als auch in dem V-Zustand antreiben können, erlaubt sehr effizientes Antreiben der elastischen Teile in dem H-Zustand oder dem V-Zustand und die Verformung durch die Corioliskraft kann mit hoher Genauigkeit detektiert werden.

Wenn die elastischen Teile in Richtung der Plattendicke im zweiten oder einem höheren Resonanzzustand schwingen, werden der komprimierte Bereich und der gedehnte Bereich getrennt detektiert und zusammengezählt, um so die Detektierung der Verformung der elastischen Teile in der y-Richtung mit hoher Genauigkeit zu ermöglichen.

Wenn der Schwingkörper eine geschichtete Struktur aus Schichten aus piezoelektrischem Material sowohl an der Vorderseite als auch an der Rückseite des elastischen Elements ist, ist es möglich große durch den piezoelektrischen Effekt aufgebaute Verformungskräfte auf die elastischen Elemente aufzubringen und die Verformung der elastischen Elemente mit hoher Genauigkeit zu detektieren. Das Herstellen des Schwingkörpers durch Ausstanzen der geschichteten Struktur macht es überflüssig, die einzelnen Schichten aus piezoelektrischem Material zu positionieren und zu verbinden, so daß der Schwingkörper leichter mit höherer Genauigkeit hergestellt werden kann.

Claims (15)

1. Schwingkreiselgerät mit einem Schwingkörper (10), der drei elastische Teile (10a, 10b, 10c) besitzt, die durch zwei in einem plattenförmigen elastischen Element gebildete Schlitze (11) getrennt sind, einer ersten Antriebs-/Detektiereinrichtung (21a, b; 22a, b; 23a, b; 24a, b) für die Verformung der elastischen Teile parallel zur Plattenoberfläche durch den piezoelektrischen Effekt oder für den Nachweis einer Spannung abhängig von der Verformung der elastischen Teile parallel zur Plattenoberfläche, und einer zweiten Antriebs-/Detektiereinrichtung (25, 26; 27, 28) für die Verformung der elastischen Teile senkrecht zur Plattenoberfläche durch den piezoelektrischen Effekt oder den Nachweis einer Spannung abhängig von der Verformung der elastischen Teile senkrecht zur Plattenoberfläche, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Schwingkörpers (10) aus der von einer der Antriebs- /Detektiereinrichtungen detektierten Spannung bestimmt wird, die abhängig von der durch die Corioliskraft verursachten Verformungsschwingung der elastischen Teile (10a, 10b, 10c) erzeugt wird, und wobei die Corioliskraft auftritt, wenn der Schwingkörper (10) gedreht wird, während die elastischen Teile einer Verformungsschwingung durch die andere Antriebs- /Detektiereinrichtung ausgesetzt sind, wobei die Gesamtbreite der drei elastischen Teile (10a, 10b, 10c) und der zwei Schlitze (11) zusammen kleiner ist als die Breite des Basisabschnitts (10d) des Schwingkörpers, wo die elastischen Teile nicht gebildet sind.

2. Schwingkreiselgerät nach Anspruch 1, bei dem der Schwingkörper bei den Grenzbereichen zwischen den elastischen Teilen (10a, 10b, 10c) und dem Basisabschnitt (10d) eine Stufe (13) aufweist, so daß der äußere Rand des linken elastischen Teils. (10b) zum äußeren Rand des Basisabschnitts (10d) versetzt ist und der äußere Rand des rechten elasitschen Teils (10c) zum äußeren Rand des Basisabschnitts (10d) versetzt ist.

3. Schwingkreiselgerät nach Anspruch 2, bei dem die Größe dieser Stufe (13) in Richtung der Breite kleiner ist als 0,8 mal die Breite eines elastischen Teils (10a, 10b, 10c).

4. Schwingkreiselgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die drei elastischen Teile (10a, 10b, 10c) so angetrieben werden, daß sie einen Verformungs-Schwingungszustand haben, in dem die seitlichen elastischen Teile in die gleiche Richtung bewegt werden, während das mittlere elastische Teil in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.

5. Schwingkreiselgerät mit einem Schwingkörper (10), der drei elastische Teile (10a, 10b, 10c) besitzt, die durch zwei in einem plattenförmigen elastischen Element gebildete Schlitze (11) getrennt sind, einer ersten Antriebs-/Detektiereinrichtung (21a, b-24a, b) für die Verformung der elastischen Teile parallel zur Plattenoberfläche durch den piezoelektrischen Effekt oder für den Nachweis einer Spannung abhängig von der Verformung der elastischen Teile parallel zur Plattenoberfläche, und einer zweiten Antriebs- /Detektiereinrichtung (25-28) für eine Verformung der elastischen Teile (10a, 10b, 10c) senkrecht zur Plattenoberfläche durch den piezoelektrischen Effekt oder zum Nachweis einer Spannung abhängig von der Verformung der elastischen Teile senkrecht zur Plattenoberfläche, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Schwingkörpers (10) aus der von einer der Antriebs- /Detektiereinrichtungen detektierten Spannung bestimmt wird, die abhängig von der durch die Corioliskraft verursachten Verformungsschwingung der elastischen Teile erzeugt wird, und wobei die Corioliskraft auftritt, wenn der Schwingkörper (10) gedreht wird, während die elastischen Teile einer Verformungsschwingung durch die andere Antriebs- /Detektiereinrichtung ausgesetzt sind, wobei die erste Antriebs- /Detektiereinrichtung ein Elektrodenpaar (21a, b; 22a, b; 23a, b; 24a, b) besitzt, das Verformungskräfte in der Form eines Paars von Kräften aufbringen kann, die in entgegengesetzte Richtungen wirken und eine Drehung um eine sich senkrecht zur Plattenoberfläche erstreckende Mittelachse (Oy) bewirken, und die zweite Antriebs- /Detektiereinrichtung ein Elektrodenpaar (25, 26; 27, 28) besitzt, das Verformungskräfte in der Form eines Paars von Kräften aufbringen kann, die in entgegengesetzte Richtungen wirken und eine Drehung um eine sich parallel zur Plattenoberfläche der elastischen Teile innerhalb der Platten erstreckende Mittelachse (Ox) bewirken.

6. Schwingkreiselgerät nach Anspruch 5, bei dem die drei elastischen Teile (10a, 10b, 10c) so angetrieben werden, daß sie einen Verformungs-Schwingungszustand haben, in dem die seitlichen elastischen Teile in die gleiche Richtung bewegt werden, während das mittlere elastische Teil in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.

7. Schwingkreiselgerät mit einem Schwingkörper (10), der drei elastische Teile (10a, 10b, 10c) besitzt, die durch zwei in einem plattenförmigen elastischen Element gebildete Schlitze (11) getrennt sind, einer ersten Antriebs-/Detektiereinrichtung (21a, b-24a, b) für die Verformung der elastischen Teile (10a, 10b, 10c) parallel zur Plattenoberfläche durch den piezoelektrischen Effekt oder zum Nachweis einer Spannung abhängig von der Verformung der elastischen Teile parallel zur Plattenoberfläche und einer zweiten Antriebs-/Detektiereinrichtung (25-28) für die Verformung der elastischen Teile (10c, 10b, 10c) senkrecht zur Plattenoberfläche durch den piezoelektrischen Effekt oder zum Nachweis einer Spannung abhängig von der Verformung der elastischen Teile senkrecht zur Plattenoberfläche, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Schwingkörpers (10) aus der durch eine der Antriebs- /Detektiereinrichtungen detektierte Spannung bestimmt wird, die abhängig von der durch die Corioliskraft verursachten Verformungsschwingung der elastischen Teile (10a, 10b, 10c) erzeugt wird, und wobei die Corioliskraft auftritt, wenn der Schwingkörper (10) gedreht wird, während die elastischen Teile einer Verformungsschwingung durch die andere Antriebs- /Detektiereinrichtung ausgesetzt sind, wobei die zweite Antriebs- /Detektiereinrichtung (25-28) getrennt komprimierte und gedehnte Bereiche auf der Oberfläche der elastischen Teile detektiert, wenn die elastischen Teile senkrecht zur Plattenoberfläche im zweiten oder einem höheren Resonanzzustand schwingen.

8. Schwingkreiselgerät nach Anspruch 7, bei dem die zweite Antriebs- /Detektiereinrichtung Schichten (B) aus piezoelektrischem Material aufweist, die, wenn die elastischen Teile im zweiten oder einem höheren Resonanzzustand senkrecht zur Plattenoberfläche schwingen, bei dem komprimierten und dem gedehnten Bereich auf der Oberfläche der elastischen Teile unterschiedliche Polarisationsrichtungen besitzen, und weiterhin auf den Schichten (B) aus piezoeleketrischem Material gebildete gleiche Elektrodenschichten (25-28) aufweist.

9. Schwingkreiselgerät nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die drei elastischen Teile (10a, 10b, 10c) so angetrieben werden, daß sie einen Verformungs-Schwingungszustand haben, in dem die seitlichen elastischen Teile in die gleiche Richtung bewegt werden, während das mittlere elastische Teil in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.

10. Schwingkreiselgerät nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die elastischen Teile senkrecht zur Plattenoberfläche im zweiten Resonanzzustand schwingen, bei dem die Länge des Detektierbereichs jedes elastischen Teils an der Seite des Basisabschnitts kleiner ist als 0,5 mal die Gesamtlänge eines elastischen Teils.

11. Schwingkreiselgerät nach Anspruch 7, bei dem die zweite Antriebs- /Detektiereinrichtung Schichten (B) aus piezoelektrischem Material aufweist, die, wenn jedes elastische Teil (10a, 10b, 10c) senkrecht zur Plattenoberfläche in einem zweiten oder einem höheren Resonanzzustand schwingt, im komprimierten Bereich und im gedehnten Bereich auf der Oberfläche jedes elastischen Teils gleichen Polarisationsrichtungen, besitzen und weiterhin getrennte Elektrodenschichten an dem komprimierten Bereich und dem gedehnten Bereich jeder Schicht aus piezoelektrischem Material aufweist.

12. Schwingkörper nach Anspruch 11, bei dem die drei elastischen Teile (10a, 10b, 10c) so angetrieben werden, daß sie einen Verformungs-Schwingungszustand haben, in dem die seitlichen elastischen Teile in die gleiche Richtung bewegt werden, während das mittlere elastische Teil in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.

13. Schwingkörper nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die elastischen Teile senkrecht zur Plattenoberfläche im zweiten Resonanzzustand schwingen, und bei dem die Länge des Detektierbereichs jedes elastischen Teils an der Seite des Basisabschnitts kleiner ist als 0,5 mal die Gesamtlänge eines elastischen Teils.

14. Schwingkreiselgerät mit einem Schwingkörper (10), der drei elastische Teile (10a, 10b, 10c) besitzt, die durch zwei in einem plattenförmigen elastischen Element gebildete Schlitze (11) getrennt sind, einer ersten Antriebs-/Detektiereinrichtung (21a, b-24a, b) für die Verformung der elastischen Teile parallel zur Plattenoberfläche durch den piezoelektrischen Effekt oder zum Nachweisen einer Spannung abhängig von der Verformung der elastischen Teile parallel zur Plattenoberfläche, und einer zweiten Antriebs- /Detektiereinrichtung (25-28) für die Verformung der elastischen Teile senkrecht zur Plattenoberfläche durch den piezoelektrischen Effekt oder für den Nachweis einer Spannung abhängig von der Verformung der elastischen Teile senkrecht zur Plattenoberfläche, wobei die Winkelgeschwindigkeit des Schwingkörpers (10) aus der von einer der Antriebs-/Detektiereinrichtungen detektierten Spannung bestimmt wird, die abhängig von der durch die Corioliskraft verursachten Verformungsschwingung der elastischen Teile erzeugt wird, und wobei die Corioliskraft auftritt, wenn der Schwingkörper (10) gedreht wird, während die elastischen Teile einer Verformungsschwingung durch die andere Antriebs- /Detektiereinrichtung ausgesetzt sind, wobei der Schwingkörper sowohl auf der Vorder- als auch auf der Rückseite eines elastischen Elements mit Schichten (B) aus piezoelektrischem Material und mit auf den Schichten (B) aus piezoelektrischem Material gebildeten Elektrodenschichten (21a, b-24a, b; 25-28) beschichtet ist, die zusammen die erste und die zweite Antriebs-/Detektiereinrichtung bilden.

15. Schwingkreiselgerät nach Anspruch 14, bei dem die drei elastischen Teile (10a, 10b, 10e) so angetrieben werden, daß sie einen Verformungs-Schwingungszustand haben, in dem die seitlichen elastischen Teile in die gleiche Richtung bewegt werden, während das mittlere elastische Teil in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.