JP2000039324A - 振動形角速度センサ - Google Patents
振動形角速度センサInfo
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- JP2000039324A JP2000039324A JP10204749A JP20474998A JP2000039324A JP 2000039324 A JP2000039324 A JP 2000039324A JP 10204749 A JP10204749 A JP 10204749A JP 20474998 A JP20474998 A JP 20474998A JP 2000039324 A JP2000039324 A JP 2000039324A
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- Japan
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- angular velocity
- vibration
- vibrating body
- velocity sensor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 感度を大とする。
【解決手段】 角形ビーム状振動体１１の一側面に圧電
形駆動手段１４が設けられ、その両隣の側面に、それぞ
れ方形板状圧電体１９の両端が細いスペーサ３１，３２
を介して取り付けられ、圧電体１９の両面の電極２１，
３３が形成される。Ｘ方向駆動振動、Ｚ軸まわりの角速
度に対し、コリオリ力によりＹ方向に振動し、その振動
周波数と、圧電体１９の固有振動周波数との差だけの振
幅倍率で、圧電体１９の歪みが共振増幅される。
形駆動手段１４が設けられ、その両隣の側面に、それぞ
れ方形板状圧電体１９の両端が細いスペーサ３１，３２
を介して取り付けられ、圧電体１９の両面の電極２１，
３３が形成される。Ｘ方向駆動振動、Ｚ軸まわりの角速
度に対し、コリオリ力によりＹ方向に振動し、その振動
周波数と、圧電体１９の固有振動周波数との差だけの振
幅倍率で、圧電体１９の歪みが共振増幅される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は振動体を駆動手段
により振動させ、角速度が入力するとコリオリ力が発生
して振動体が変形又は変位し、その変形又は変位を検出
手段で検出する振動形角速度センサに関する。
により振動させ、角速度が入力するとコリオリ力が発生
して振動体が変形又は変位し、その変形又は変位を検出
手段で検出する振動形角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図５に従来のビーム形の振動形角速度セ
ンサを示す。角形ビーム状振動体１１はその固有振動の
不動点では支持部材１２により固定部１３に支持されて
いる。振動体１１の中支持点間の１側面に駆動手段１４
が取り付けられ、駆動手段１４により振動体１１が振動
させられる。駆動手段１４として、圧電体１５が振動体
１１に貼付けられ、圧電体１５上に電極１６が形成さ
れ、振動体１１が一方の電極とされ、両電極間に駆動信
号を印加して、振動体１１をその固有振動で振動させ
る。
ンサを示す。角形ビーム状振動体１１はその固有振動の
不動点では支持部材１２により固定部１３に支持されて
いる。振動体１１の中支持点間の１側面に駆動手段１４
が取り付けられ、駆動手段１４により振動体１１が振動
させられる。駆動手段１４として、圧電体１５が振動体
１１に貼付けられ、圧電体１５上に電極１６が形成さ
れ、振動体１１が一方の電極とされ、両電極間に駆動信
号を印加して、振動体１１をその固有振動で振動させ
る。
【０００３】駆動手段１４が設けられた振動体１１の側
面と両隣接する側面に検出手段１７，１８が設けられ、
これら検出手段１７，１８により角速度の入力にもとづ
くコリオリ力により発生した変位又は変形が検出され
る。この検出手段１７も圧電体１９と電極２１とにより
駆動手段１４と同様に構成された場合であり、検出手段
１８も同様に構成される。検出手段１７，１８の一方は
省略してもよい。振動体１１の駆動手段１４と反対の側
面にこの例ではモニタ手段２２が設けられた場合で、モ
ニタ手段でも同様に圧電体と電極で構成される。
面と両隣接する側面に検出手段１７，１８が設けられ、
これら検出手段１７，１８により角速度の入力にもとづ
くコリオリ力により発生した変位又は変形が検出され
る。この検出手段１７も圧電体１９と電極２１とにより
駆動手段１４と同様に構成された場合であり、検出手段
１８も同様に構成される。検出手段１７，１８の一方は
省略してもよい。振動体１１の駆動手段１４と反対の側
面にこの例ではモニタ手段２２が設けられた場合で、モ
ニタ手段でも同様に圧電体と電極で構成される。
【０００４】振動体１１の長手方向をＺ軸、振動体１１
の駆動手段１４が設けられた面と垂直な方向をＸ軸、検
出手段１７，１８が設けられた面と垂直な方向をＹ軸と
すると、入力角速度ΩはＺ軸を中心とし、振動体１１を
回転させる角速度であるとする。入力角速度Ωがゼロの
場合は、図６Ａ，Ｂの（１）〜（４）に示すように、振
動体１１はＸ−Ｚ面間で撓み振動がなされている。この
状態で角速度Ωが入力されると、図Ａ，Ｃの（１）〜
（４）に示すようにコリオリ力が発生し、これにより振
動体１１はＹ−Ｚ面間で撓み振動する。よって図７Ａ，
Ｃの（５）に示すように駆動手段１４による振動と、コ
リオリによる振動とが合成されたものとなり、Ω＝０と
Ω≠０の場合における振動中央断面における拡大したも
のを図７Ｂ，Ｃの（６）に示す。Ω≠０の場合は駆動手
段１４による振動でコリオリ力による振動との相互作用
により、その両振動周波数差に応じた振幅倍率分だけ増
幅された振動がＹ方向に励起されて振動体１１が振動
し、その変形又は変位は大きなものとなる。この変形又
は変位ΔＤｃが検出手段１７，１８により検出される。
の駆動手段１４が設けられた面と垂直な方向をＸ軸、検
出手段１７，１８が設けられた面と垂直な方向をＹ軸と
すると、入力角速度ΩはＺ軸を中心とし、振動体１１を
回転させる角速度であるとする。入力角速度Ωがゼロの
場合は、図６Ａ，Ｂの（１）〜（４）に示すように、振
動体１１はＸ−Ｚ面間で撓み振動がなされている。この
状態で角速度Ωが入力されると、図Ａ，Ｃの（１）〜
（４）に示すようにコリオリ力が発生し、これにより振
動体１１はＹ−Ｚ面間で撓み振動する。よって図７Ａ，
Ｃの（５）に示すように駆動手段１４による振動と、コ
リオリによる振動とが合成されたものとなり、Ω＝０と
Ω≠０の場合における振動中央断面における拡大したも
のを図７Ｂ，Ｃの（６）に示す。Ω≠０の場合は駆動手
段１４による振動でコリオリ力による振動との相互作用
により、その両振動周波数差に応じた振幅倍率分だけ増
幅された振動がＹ方向に励起されて振動体１１が振動
し、その変形又は変位は大きなものとなる。この変形又
は変位ΔＤｃが検出手段１７，１８により検出される。
【０００５】図７に振動体１１が音叉状とされた角速度
センサを示す。基板２４上に支柱２５が立てられ、支柱
２５に支持片２６が横に突き出して固定され、支持片２
６の突出端に音叉状振動体１１が固定される。振動体１
１の音叉の一方の腕に駆動手段１４が設けられ、支持片
２６に検出手段１７が設けられる。この場合のΩ＝０，
Ω≠０の各場合の図７と対応する振動状態を図８に示
す。
センサを示す。基板２４上に支柱２５が立てられ、支柱
２５に支持片２６が横に突き出して固定され、支持片２
６の突出端に音叉状振動体１１が固定される。振動体１
１の音叉の一方の腕に駆動手段１４が設けられ、支持片
２６に検出手段１７が設けられる。この場合のΩ＝０，
Ω≠０の各場合の図７と対応する振動状態を図８に示
す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の振駆動形角速度
センサは、図５，図６に示したように、振動体１１自体
による共振増幅によるか、図７，図８に示したようにモ
ーメントによる増幅を用いるかにより感度を上げるもの
であった。このため感度を十分高くすることができず、
分解能が上がらず、感度換算により評価するバイアス安
定性やバイアス温度特性が、その駆動周波数や振動体の
大きさ、および加工精度に依存する傾向を示し、振動体
の大きさによって、その性能限界が決まるという欠点が
あった。
センサは、図５，図６に示したように、振動体１１自体
による共振増幅によるか、図７，図８に示したようにモ
ーメントによる増幅を用いるかにより感度を上げるもの
であった。このため感度を十分高くすることができず、
分解能が上がらず、感度換算により評価するバイアス安
定性やバイアス温度特性が、その駆動周波数や振動体の
大きさ、および加工精度に依存する傾向を示し、振動体
の大きさによって、その性能限界が決まるという欠点が
あった。
【０００７】この発明の目的は振動体の大きさに大きく
影響されることなく、分解能やバイアス安定性を改善で
きる振動形角速度センサを提供することにある。
影響されることなく、分解能やバイアス安定性を改善で
きる振動形角速度センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明によれば検出手
段自体が共振増幅する構造とされている。従って、従来
の同様の角速度センサと比較して、検出手段の共振によ
る振幅倍率分だけ感度が大きくなり、感度換算において
バイアス安定性、バイアス温度特性が向上する。
段自体が共振増幅する構造とされている。従って、従来
の同様の角速度センサと比較して、検出手段の共振によ
る振幅倍率分だけ感度が大きくなり、感度換算において
バイアス安定性、バイアス温度特性が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１にこの発明の実施例を示し、
図５と対応する部分に同一符号を付けてある。この実施
例は検出手段１７，１８に圧電体を用いた場合で、検出
手段１７は方形板状の圧電体１９の両端が細いスペーサ
３１，３２を介在して振動体１１に取り付けられ、つま
り圧電体１９がスペーサ３１，３２間に橋渡された状態
となる。圧電体１９の振動体１１との対向面には電極３
３が形成される。圧電体１９の固有振動周波数は、コリ
オリ力により生じる振動体１１の振動周波数に対しわず
かずらされてある。検出手段１８も検出手段１７と同様
に構成されてある。
図５と対応する部分に同一符号を付けてある。この実施
例は検出手段１７，１８に圧電体を用いた場合で、検出
手段１７は方形板状の圧電体１９の両端が細いスペーサ
３１，３２を介在して振動体１１に取り付けられ、つま
り圧電体１９がスペーサ３１，３２間に橋渡された状態
となる。圧電体１９の振動体１１との対向面には電極３
３が形成される。圧電体１９の固有振動周波数は、コリ
オリ力により生じる振動体１１の振動周波数に対しわず
かずらされてある。検出手段１８も検出手段１７と同様
に構成されてある。
【００１０】この構成において、振動体１１が駆動手段
１４により振動されている状態で、角速度が入力される
と、振動体１１はコリオリ力にもとづく振動が生じ、し
かもその振動は従来のものと同様に共振増幅された振動
に検出手段１７，１８の圧電体が駆動され、これら圧電
体が共振してその共振周波数と、圧電体１２に対する駆
動の共振周波数との周波数差に応じた分だけ再び振幅倍
率分だけ増幅してその圧電体の変形、変位は大きく共振
増幅され、電極間に大きな出力が得られる。つまり図
５，図６に示した角速度センサよりも、検出手段１７，
１８（圧電素子１９）の振幅倍率分だけ増幅された出力
が得られる。
１４により振動されている状態で、角速度が入力される
と、振動体１１はコリオリ力にもとづく振動が生じ、し
かもその振動は従来のものと同様に共振増幅された振動
に検出手段１７，１８の圧電体が駆動され、これら圧電
体が共振してその共振周波数と、圧電体１２に対する駆
動の共振周波数との周波数差に応じた分だけ再び振幅倍
率分だけ増幅してその圧電体の変形、変位は大きく共振
増幅され、電極間に大きな出力が得られる。つまり図
５，図６に示した角速度センサよりも、検出手段１７，
１８（圧電素子１９）の振幅倍率分だけ増幅された出力
が得られる。
【００１１】図２にこの発明の他の実施例を示し、図
５，図６と対応する部分に同一符号を付けてある。この
例では検出手段１７，１８として静電容量形のものとし
て構成した場合で、検出手段１７は方形電極板３４がそ
の両端を絶縁スペーサ３５，３６を介在させて、振動体
１１と近接対向され、振動体１１と電極板３４間に静電
容量が構成される。コリオリ力により振動した振動体１
１により電極板３４が振動され、その固有共振周波数
と、振動体１１による駆動振動周波数との差に応じた分
再び振幅倍率分だけ増幅して電極板３４が歪み、静電容
量が大きく変化する。
５，図６と対応する部分に同一符号を付けてある。この
例では検出手段１７，１８として静電容量形のものとし
て構成した場合で、検出手段１７は方形電極板３４がそ
の両端を絶縁スペーサ３５，３６を介在させて、振動体
１１と近接対向され、振動体１１と電極板３４間に静電
容量が構成される。コリオリ力により振動した振動体１
１により電極板３４が振動され、その固有共振周波数
と、振動体１１による駆動振動周波数との差に応じた分
再び振幅倍率分だけ増幅して電極板３４が歪み、静電容
量が大きく変化する。
【００１２】図３にこの発明の更に他の実施例を示す。
この実施例は振動体１１の駆動振動と、コリオリ力によ
る振動との周波数差に応じた振幅倍率の共振増幅を利用
しない角速度センサである。リング状振動体１１は４本
のビーム（はり）４１により円筒状基台４２に連結さ
れ、振動体１１上の１つの直径が通る二点に駆動手段１
４がそれぞれ設けられ、これと角度的に９０度離れた位
置にモニタ手段２２が設けられる。駆動手段１４による
振動体１１の振動に対し、ビーム４１は不動点であり、
この不動点であるビーム４１に検出手段１７，１８が設
けられる。この実施例ではこのビーム４１がコリオリ力
により振動すると、その振動周波数とわずかことなる周
波数で共振するように固有振動周波数が選定されてい
る。駆動手段１４、検出手段１７，１８モニタ手段２２
も圧電体を用いて構成した場合である。
この実施例は振動体１１の駆動振動と、コリオリ力によ
る振動との周波数差に応じた振幅倍率の共振増幅を利用
しない角速度センサである。リング状振動体１１は４本
のビーム（はり）４１により円筒状基台４２に連結さ
れ、振動体１１上の１つの直径が通る二点に駆動手段１
４がそれぞれ設けられ、これと角度的に９０度離れた位
置にモニタ手段２２が設けられる。駆動手段１４による
振動体１１の振動に対し、ビーム４１は不動点であり、
この不動点であるビーム４１に検出手段１７，１８が設
けられる。この実施例ではこのビーム４１がコリオリ力
により振動すると、その振動周波数とわずかことなる周
波数で共振するように固有振動周波数が選定されてい
る。駆動手段１４、検出手段１７，１８モニタ手段２２
も圧電体を用いて構成した場合である。
【００１３】リング状振動体１１の中心軸を中心とする
角速度Ωが入力すると、コリオリ力にもとづき、不動点
のはり４１が振動体１１のリングの半径方向に共振振動
し、これによりコリオリ力による振動周波数と、はり４
１の共振振動周波数との周波数差に応じた振幅倍率だけ
ビーム４１の振動が増幅され、検出手段１７，１８の圧
電体１９が大きな変位、変形をする。
角速度Ωが入力すると、コリオリ力にもとづき、不動点
のはり４１が振動体１１のリングの半径方向に共振振動
し、これによりコリオリ力による振動周波数と、はり４
１の共振振動周波数との周波数差に応じた振幅倍率だけ
ビーム４１の振動が増幅され、検出手段１７，１８の圧
電体１９が大きな変位、変形をする。
【００１４】図４に示すように、圧電体１９をはり４１
に対してスペーサ３１，３２により間隔をおいて設け、
かつその圧電体１９の固有共振周波数をはり４１の固有
共応周波数に対してわずか差をもたせ、共振増幅が、複
数段により行われ、より感度が増加するようにすること
もできる。図６に示した音叉状振動体１１を用いる場合
にも、その支持片２６の固有振動周波数をコリオリ力に
より生じるその支持片２６の振動周波数に対しわずか差
を設けることにより、共振増幅を得るようにすることも
できる。図３，図４の検出手段１７，１８としては静電
容量式のものとすることもできる。また、図３，図４の
リング状振動体１１の一方の開口を浅いドーム状の蓋で
塞いだ構成としてもよい。
に対してスペーサ３１，３２により間隔をおいて設け、
かつその圧電体１９の固有共振周波数をはり４１の固有
共応周波数に対してわずか差をもたせ、共振増幅が、複
数段により行われ、より感度が増加するようにすること
もできる。図６に示した音叉状振動体１１を用いる場合
にも、その支持片２６の固有振動周波数をコリオリ力に
より生じるその支持片２６の振動周波数に対しわずか差
を設けることにより、共振増幅を得るようにすることも
できる。図３，図４の検出手段１７，１８としては静電
容量式のものとすることもできる。また、図３，図４の
リング状振動体１１の一方の開口を浅いドーム状の蓋で
塞いだ構成としてもよい。
【００１５】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、検
出手段自体がコリオリ力によって生じる変形又は変位を
共振増幅する構造であるため、つまり、振動体自体の共
振とは別に検出手段の部分が共振増幅され、従来の振動
形角速度センサよりも検出手段で形成される共振構造に
よる振幅倍率分だけ感度が大きくなり感度換算において
バイアス安定性，バイアス温度特性をも向上させること
ができる。
出手段自体がコリオリ力によって生じる変形又は変位を
共振増幅する構造であるため、つまり、振動体自体の共
振とは別に検出手段の部分が共振増幅され、従来の振動
形角速度センサよりも検出手段で形成される共振構造に
よる振幅倍率分だけ感度が大きくなり感度換算において
バイアス安定性，バイアス温度特性をも向上させること
ができる。
【図１】Ａはこの発明の実施例を示す斜視図、Ｂはその
検出部分における断面図である。
検出部分における断面図である。
【図２】Ａはこの発明の他の実施例を示す斜視図、Ｂは
その検出部分における断面図である。
その検出部分における断面図である。
【図３】この発明をリング状振動体の角速度センサに適
用した実施例を示す斜視図。
用した実施例を示す斜視図。
【図４】この発明をリング状振動体の角速度センサに適
用した他の実施例を示す斜視図。
用した他の実施例を示す斜視図。
【図５】Ａは従来のビーム形角速度センサを示す斜視図
Ｂはその端面図である。
Ｂはその端面図である。
【図６】図５に示した角速度センサの動作を説明するた
めの図。
めの図。
【図７】Ａは従来の音叉形角速度センサを示す斜視図、
Ｂはその平面図である。
Ｂはその平面図である。
【図８】図７に示した角速度センサの動作を説明するた
めの図。
めの図。
Claims (5)
- 【請求項１】 振動体と、 その振動体を振動する駆動手段と、 各速度入力により生ずるコリオリ力によって発生する前
記振動体の変形又は変位を検出する検出手段とを備え、 前記検出手段の部分は前記コリオリ力によって前記変形
または変位を共振増幅する構造である振動形角速度セン
サにおいて、 前記検出手段自体が共振増幅する構造とされていること
を特徴とする振動形角速度センサ。 - 【請求項２】 前記検出手段は圧電材料素子を有し、そ
の圧電材料素子はその固有振動の不動点で前記振動体に
連結されて、前記コリオリ力によって共振する構造とさ
れていることを特徴とする請求項１記載の振動形角速度
センサ。 - 【請求項３】 前記検出手段は静電容量を検出する手段
であって、その静電容量検出用電極の少なくとも一方は
その固有振動の不動点で前記振動体に保持されて、前記
コリオリ力によって共振する構造とされていることを特
徴とする請求項１記載の振動形角速度センサ。 - 【請求項４】 振動体と、 その振動体を振動する駆動手段と、 角速度入力により発生するコリオリ力によって発生する
前記振動体の変形又は変位を検出する検出手段とを備
え、 前記振動体は不動点を有するリング状をしており、前記
コリオリ力によって前記不動点に振動が発生する構造で
ある振動形角速度センサにおいて、 前記検出手段は前記不動点部に取り付けられ、それ自体
が共振増幅する構造とされていることを特徴とする振動
形角速度センサ。 - 【請求項５】 前記検出手段にはその共振増幅する構造
が複数段設けられていることを特徴とする請求項１乃至
４の何れかに記載の振動形角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10204749A JP2000039324A (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | 振動形角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10204749A JP2000039324A (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | 振動形角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000039324A true JP2000039324A (ja) | 2000-02-08 |
Family
ID=16495705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10204749A Withdrawn JP2000039324A (ja) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | 振動形角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000039324A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007514947A (ja) * | 2003-12-19 | 2007-06-07 | コミサリア、ア、レネルジ、アトミク | 微細加工振動構造及び関連するマイクロ・ジャイロスコープ |
-
1998
- 1998-07-21 JP JP10204749A patent/JP2000039324A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007514947A (ja) * | 2003-12-19 | 2007-06-07 | コミサリア、ア、レネルジ、アトミク | 微細加工振動構造及び関連するマイクロ・ジャイロスコープ |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20051004 |