JP2001194148A - Vibrating gyro - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、角速度を検出する
振動ジャイロに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibrating gyroscope for detecting an angular velocity.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から機械式の回転ジャイロスコープ
が、飛行機や船舶の慣性航行装置として使われている
が、装置が大きく、価格が高く、従って小型の電子機器
や小型の輸送機械に組み込むことは困難である。2. Description of the Related Art Conventionally, mechanical rotary gyroscopes have been used as inertial navigation devices for airplanes and ships. However, the devices are large and expensive, so that they can be incorporated into small electronic devices and small transport machines. It is difficult.
【0003】しかし近年、ジャイロスコープも小型化の
研究が進み、圧電素子で振動体を励振し、振動体に設け
た別の圧電素子で振動体が回転により受けるコリオリ力
で起きる振動により発生する電圧を検出する振動ジャイ
ロの実用化が進み、自動車のナビゲーションシステムや
ビデオカメラの手振れ検出装置等に使われている。In recent years, however, research into miniaturization of gyroscopes has been advanced, and a vibrator is excited by a piezoelectric element, and another piezoelectric element provided on the vibrator generates a voltage generated by vibration caused by Coriolis force applied to the vibrator by rotation. The vibrating gyroscope for detecting the vibration has been put into practical use, and is used for a car navigation system, a camera shake detecting device of a video camera, and the like.
【0004】特に圧電性単結晶を用いた振動ジャイロ
は、構造が簡単で、調整もしやすく、また温度特性に優
れ、有望視されている。以下に圧電性単結晶を使用した
例として、水晶を用いた音叉型振動ジャイロの構造を図
面を用いて説明する。図5は音叉型の振動ジャイロを示
す斜視図である。In particular, a vibrating gyroscope using a piezoelectric single crystal is promising because of its simple structure, easy adjustment, and excellent temperature characteristics. As an example using a piezoelectric single crystal, a structure of a tuning fork type vibration gyro using quartz will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a perspective view showing a tuning fork type vibration gyro.
【0005】図5において、音叉J10は水晶を一体加
工したものに、駆動検出電極を蒸着した構造を有してい
る。すなわち音叉J10は、平行に配置された第1の足
J11及び第2の足J12が、基部J15により結合さ
れた構造を持つものである。第1の足J11には、駆動
電極J3及びJ4が蒸着されており、第2の足J12に
は、検出電極J6,J7及びJ8が蒸着されている。基
部J15の底面は、支持に用いられる。ここで、足の伸
びた方向をY’方向、2本の足の並ぶ方向をX方向、X
及びY’方向に直交する方向をZ’方向とする。In FIG. 5, a tuning fork J10 has a structure in which a drive detection electrode is vapor-deposited on an integrally processed quartz. That is, the tuning fork J10 has a structure in which the first foot J11 and the second foot J12 arranged in parallel are connected by the base J15. The drive electrodes J3 and J4 are deposited on the first foot J11, and the detection electrodes J6, J7 and J8 are deposited on the second foot J12. The bottom surface of the base J15 is used for support. Here, the direction in which the feet extend is the Y 'direction, the direction in which the two feet are arranged is the X direction,
And a direction orthogonal to the Y ′ direction is defined as a Z ′ direction.
【0006】作用について説明する。図6は、従来の音
叉型水晶ジャイロの駆動検出方法を説明する為の、足の
断面及び駆動検出回路の模式図である。図6において、
左側に記す第1の足J11の断面には、駆動電極J1,
J2,J3及びJ4の断面が配置され、右側に記す第2
の足J12の断面には検出電極J5,J6,J7及びJ
8の断面が配置されている。まず、第1の足J11が例
えば第2の足J12に向かってX方向に屈曲すると、電
極J2近傍がY’方向に伸び、電極J4近傍がY’方向
に縮むが、この時水晶内部では圧電効果により電極J2
近傍ではX方向に、また電極J4近傍では−X方向に電
界が発生する。この時電界の向きを考慮すると電極J2
及びJ4は同電位で、足の中央より例えば高い電位とな
る。X方向に見ると、足の中央付近に配置された電極J
1及びJ3は、相対的に電極J2及びJ4より低い電位
となるので、電極J2及びJ4と、電極J1及びJ3の
間には、電位差が発生する。圧電効果は可逆的なので、
電極J2及びJ4と、電極J1及びJ3の間に電位差を
与えれば、水晶内部には、これに応じた電界が発生し、
第1の足J11はX方向に屈曲することになる。これら
のことから、例えば電極J1及びJ3の電位を参照とし
て発振条件を超える増幅率でアンプJGを用いて増幅
し、発振条件を満足する位相に移相回路JPで整えて電
極J2及びJ4に戻すことにより、第1の足J11の屈
曲に伴う機械的な戻り力と電気的な力の間でエネルギー
の交換が起こり、第1の足J11をX方向に自励発振さ
せることができる。音叉J10全体で見ると、第1の足
J11及び第2の足J12の運動量をバランスさせる
為、第1の足J11がX方向に動く時、第2の足J12
は−X方向に動き、第1の足J11が−X方向に動く
時、第2の足J12がX方向に動く動作となるが、これ
を、通常の音叉が1つの面内で振動を行うのを理想とす
る慣例から、面内屈曲振動と呼ぶが、第1の足J11,
アンプJG及び移相回路JPで発生させる振動は面内屈
曲振動と同じ動作であり、その周波数は、音叉J10の
面内屈曲振動の共振周波数とほぼ一致する。この状態で
音叉J10全体をY’軸の回りに角速度ωで回転させる
と、音叉J10の2つの足には、面内屈曲振動と直交す
るZ’方向にコリオリ力Fcが働く。コリオリ力Fcは
以下の式で表すことができる。 FC=2・M・ω・V ここで、Mは第1の足J11又は第2の足J12の質量
であり、Vは第1の足J11又は第2の足J12の速度
である。このコリオリ力FCは、第1の足J11及び第
2の足J12に、面内屈曲振動の動作方向であるX方向
と直交する、Z’方向に変位する屈曲振動を励起する。
以下これを面外屈曲振動と呼ぶ。また、コリオリ力は変
位でなく、速度に比例する力なので、コリオリ力により
発生する面外屈曲振動は、面内屈曲振動より90度位相
が遅れて発生する。この面外屈曲振動により、例えば第
2の足J12の電極J5及びJ8の近傍はY’方向に伸
び縮みし、電極J6及びJ7の近傍は電極J5及びJ8
の近傍と逆相で伸び縮みする。例えば、電極J5及びJ
8の近傍がY’方向に伸びている時、第2の足J12の
内部の電極J5及びJ8の近傍では、X方向に電界が発
生し、この時電極J6及びJ7の近傍はY’方向に縮む
ので、第2の足12の内部の電極J6及びJ7の近傍で
は、−X方向に電界が発生する。すなわち電極J5の電
位が電極J8の電位より高い時、電極J7の電位は電極
J6の電位より高い状態となる。また、電極J5及びJ
8の近傍がY’方向に縮んでいる時、第2の足J12の
内部の電極J5及びJ8の近傍では、−X方向に電界が
発生し、この時電極J6及びJ7の近傍はY’方向に伸
びるので、第2の足12の内部の電極J6及びJ7の近
傍では、X方向に電界が発生する。すなわち電極J5の
電位が電極J8の電位より低い時、電極J7の電位は電
極J6の電位より低い状態となる。面外屈曲振動により
発生するこれら電極J5及びJ8と、電極J6及びJ7
の間の電位差は、Z’方向に振れる第2の足J12の方
向に従って変化する。見方を変えると、例えば電極J5
が高電位の時電極J7も高電位であり、この時電極J6
及び電極J8は低電位であり、電極J5が低電位の時電
極J7も低電位であり、この時電極J6及び電極J8は
高電位である。コリオリ力は、電極J5又は電極J7
と、電極J6又は電極J8の間の電位差として現れる。The operation will be described. FIG. 6 is a schematic diagram of a cross section of a foot and a drive detection circuit for describing a conventional drive detection method of a tuning fork type crystal gyro. In FIG.
The drive electrode J1,
Sections of J2, J3 and J4 are arranged, and the second
The detection electrodes J5, J6, J7 and J
Eight sections are arranged. First, when the first foot J11 bends in the X direction toward, for example, the second foot J12, the vicinity of the electrode J2 extends in the Y ′ direction, and the vicinity of the electrode J4 contracts in the Y ′ direction. Effect of electrode J2
An electric field is generated in the X direction in the vicinity and in the -X direction in the vicinity of the electrode J4. At this time, considering the direction of the electric field, the electrode J2
And J4 have the same potential, for example, a potential higher than the center of the foot. When viewed in the X direction, the electrode J located near the center of the foot
Since 1 and J3 have a relatively lower potential than the electrodes J2 and J4, a potential difference occurs between the electrodes J2 and J4 and the electrodes J1 and J3. Because the piezoelectric effect is reversible,
If a potential difference is applied between the electrodes J2 and J4 and the electrodes J1 and J3, an electric field corresponding to this is generated inside the quartz crystal,
The first foot J11 bends in the X direction. From these facts, for example, with reference to the potentials of the electrodes J1 and J3, amplification is performed using the amplifier JG with an amplification factor exceeding the oscillation condition, the phase is adjusted to a phase satisfying the oscillation condition by the phase shift circuit JP, and the phase is returned to the electrodes J2 and J4. As a result, energy exchange occurs between the mechanical return force and the electric force accompanying the bending of the first foot J11, and the first foot J11 can self-oscillate in the X direction. Looking at the entire tuning fork J10, when the first foot J11 moves in the X direction to balance the momentum of the first foot J11 and the second foot J12, the second foot J12
Moves in the -X direction, and when the first foot J11 moves in the -X direction, the second foot J12 moves in the X direction. This is performed by a normal tuning fork vibrating in one plane. Is called an in-plane flexural vibration from the customary practice of making the first leg J11,
The vibration generated by the amplifier JG and the phase shift circuit JP is the same operation as the in-plane bending vibration, and its frequency substantially matches the resonance frequency of the in-plane bending vibration of the tuning fork J10. In this state, when the entire tuning fork J10 is rotated around the Y ′ axis at an angular velocity ω, a Coriolis force Fc acts on the two feet of the tuning fork J10 in the Z ′ direction orthogonal to the in-plane bending vibration. The Coriolis force Fc can be expressed by the following equation. FC = 2 · M · ω · V Here, M is the mass of the first foot J11 or the second foot J12, and V is the speed of the first foot J11 or the second foot J12. The Coriolis force FC excites the first foot J11 and the second foot J12 with bending vibration that is displaced in the Z ′ direction orthogonal to the X direction, which is the operation direction of the in-plane bending vibration.
Hereinafter, this is referred to as out-of-plane bending vibration. Further, since the Coriolis force is not a displacement but a force proportional to the speed, the out-of-plane bending vibration generated by the Coriolis force is delayed by 90 degrees from the in-plane bending vibration. Due to this out-of-plane bending vibration, for example, the vicinity of the electrodes J5 and J8 of the second foot J12 expands and contracts in the Y 'direction, and the vicinity of the electrodes J6 and J7 closes the electrodes J5 and J8.
Expands and contracts in a phase opposite to that of. For example, electrodes J5 and J
8 extends in the Y ′ direction, an electric field is generated in the X direction near the electrodes J5 and J8 inside the second foot J12. An electric field is generated in the −X direction near the electrodes J6 and J7 inside the second foot 12 because of contraction. That is, when the potential of the electrode J5 is higher than the potential of the electrode J8, the potential of the electrode J7 is higher than the potential of the electrode J6. In addition, electrodes J5 and J
8 is contracted in the Y ′ direction, an electric field is generated in the −X direction near the electrodes J5 and J8 inside the second foot J12. At this time, the vicinity of the electrodes J6 and J7 is in the Y ′ direction. Therefore, an electric field is generated in the X direction near the electrodes J6 and J7 inside the second foot 12. That is, when the potential of the electrode J5 is lower than the potential of the electrode J8, the potential of the electrode J7 is lower than the potential of the electrode J6. These electrodes J5 and J8 generated by out-of-plane bending vibration and electrodes J6 and J7
Varies in accordance with the direction of the second foot J12 swinging in the Z ′ direction. From another point of view, for example, the electrode J5
Is high potential, the electrode J7 is also high potential.
The electrode J8 is at a low potential, and when the electrode J5 is at a low potential, the electrode J7 is also at a low potential. At this time, the electrodes J6 and J8 are at a high potential. Coriolis force can be measured at electrode J5 or electrode J7
And the potential difference between the electrode J6 and the electrode J8.
【0007】コリオリ出力の検出信号は、電極J5及び
電極J7を一方の入力信号とし、電極J6及び電極J8
を他方の入力信号とした、差動バッファJDを経て乗算
回路JMに導かれ、面内屈曲振動の発振系の出力を、コ
リオリ力が90度遅れて発生するのを補正する目的で、
アンプJGの出力を、移相回路JP2により90度移相
し、コンパレータJCにより2値化した参照信号により
乗算され、乗算により検波された結果は、更に積分回路
JSにより平滑化され、正確な直流出力として検出でき
る。この直流出力はコリオリ力FCに比例し、コリオリ
力FCは角速度ωに比例するので、この直流出力により
角速度ωを知ることができる。The detection signal of the Coriolis output includes the electrodes J5 and J7 as one input signal and the electrodes J6 and J8.
Is input to the multiplication circuit JM via the differential buffer JD, which is the other input signal, and the output of the oscillation system of the in-plane bending vibration is corrected in order to correct the occurrence of the Coriolis force delayed by 90 degrees.
The output of the amplifier JG is phase-shifted by 90 degrees by the phase shift circuit JP2, multiplied by the reference signal binarized by the comparator JC, and the result of the multiplication detected is further smoothed by the integration circuit JS to obtain an accurate DC signal. Can be detected as output. Since this DC output is proportional to the Coriolis force FC and the Coriolis force FC is proportional to the angular velocity ω, the angular velocity ω can be known from the DC output.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電性単結晶を用いた音叉型の振動ジャイロには以下の
ような課題がある。音叉型振動ジャイロでは棒状の振動
体において、棒の延びた方向に垂直な2方向の屈曲振動
を扱う事になるが、これら2方向の屈曲振動の共振周波
数を数%以内の差に調整すると、棒状の物体の断面は、
ほぼ正方形又は正多角形又は円になる。一方、圧電性単
結晶の加工方法としては、形状が平面型であれば、研削
などの機械加工に比べて形状の自由度や、特に精度にお
いてエッチング加工の方が優れている。加工精度が性能
を左右する振動ジャイロにおいてはエッチング加工が好
ましいが、エッチング加工においては厚みがあると加工
精度が向上しない。従って断面形状が正方形等になる縦
形振動ジャイロではエッチングによっても、それほど高
精度加工ができず、性能を向上させる事ができない。However, the tuning fork type vibration gyro using the conventional piezoelectric single crystal has the following problems. In a tuning fork type vibrating gyroscope, a rod-shaped vibrating body handles bending vibrations in two directions perpendicular to the direction in which the rods extend, but if the resonance frequencies of these two directions of bending vibrations are adjusted to a difference within several percent, The cross section of a rod-shaped object is
It becomes a square, regular polygon, or circle. On the other hand, as a processing method of the piezoelectric single crystal, if the shape is a plane type, the etching process is superior to the mechanical processing such as grinding in terms of the degree of freedom of the shape and particularly the precision. Etching is preferable in a vibrating gyroscope in which the processing accuracy affects performance, but in the etching, if the thickness is large, the processing accuracy is not improved. Therefore, a vertical vibrating gyroscope having a square cross section cannot be processed with high precision even by etching, and the performance cannot be improved.
【0009】また、2脚音叉型振動ジャイロにおいて
は、棒状の振動体が駆動と検出をかねており、従って、
検出部が振動している。理論上は駆動方向が検出方向に
直交しているので、駆動振動の影響は検出振動に及ばな
いのであるが、実際の加工精度においては、この直交度
が充分でなく、検出方向は駆動により予め振動してお
り、また、電極の静電容量により、検出電極は駆動振動
を検出してしまう。これはコリオリ力が無いにもかかわ
らず出力が出ている事を意味し、S/Nが低下する。In the two-leg tuning fork type vibrating gyroscope, the rod-shaped vibrating body does not drive and detect.
The detector is vibrating. Theoretically, the drive direction is orthogonal to the detection direction, so the influence of the drive vibration does not affect the detection vibration.However, in actual machining accuracy, this orthogonality is not sufficient, and the detection direction is determined in advance by the drive. The detection electrode is vibrating, and the detection electrode detects the drive vibration due to the capacitance of the electrode. This means that the output is output despite the absence of the Coriolis force, and the S / N is reduced.
【0010】[発明の目的]本発明の目的は、上記課題
を解決しようとするもので、高精度加工が可能で、量産
性が高く、検出精度の良い、振動ジャイロを提供するこ
とにある。[Object of the Invention] An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to provide a vibrating gyroscope capable of high-accuracy processing, high in mass productivity, and high in detection accuracy.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明の振動ジャイロは、下記の構成を採用する。In order to solve the above-mentioned object, a vibration gyro according to the present invention employs the following configuration.
【0012】本発明の振動ジャイロは、発振用の電極を
有する振動子と、角速度検出用の電極を有する検出部
と、振動子振動の節と検出部とを接続する接合部と、検
出部を支持する支持部からなる振動ジャイロにおいて、
振動子と接合部と検出部と支持部とが略一定の厚さの平
面構造を為し、振動子は中心点に対して点対称の形状を
有し、振動子は平面内で偶数個の変曲点を持つ曲線で構
成され、駆動振動と検出振動は同一平面内にあることを
特徴とする。A vibrating gyroscope according to the present invention includes a vibrator having an electrode for oscillation, a detecting section having an electrode for detecting angular velocity, a connecting section for connecting a node of the vibrator vibration to the detecting section, and a detecting section. In a vibrating gyroscope consisting of supporting parts,
The transducer, the joint, the detector, and the support have a planar structure with a substantially constant thickness, the transducer has a point-symmetric shape with respect to the center point, and the transducer has an even number of It is constituted by a curve having an inflection point, and the driving vibration and the detected vibration are in the same plane.
【0013】全ての構成要素が圧電性単結晶により一体
に形成されることを特徴とする。[0013] It is characterized in that all the constituent elements are integrally formed of a piezoelectric single crystal.
【0014】振動子は円弧のみを接続した構造である事
を特徴とする。The vibrator is characterized in that it has a structure in which only arcs are connected.
【0015】検出部は2つである事を特徴とする。It is characterized in that there are two detection units.
【0016】検出は、2つの検出部からの信号の差動検
出である事を特徴とする。The detection is characterized by differential detection of signals from the two detection units.
【0017】加振及び検出の共振周波数の差を1000
0PPM以上としたことを特徴とする。The difference between the resonance frequencies of excitation and detection is 1000
It is characterized by being at least 0 PPM.
【0018】[作用]本発明による振動ジャイロは、ピー
ナッツ形状を採用し、振動の節を支持する事により、極
めてQ値が高く雑音の少ない駆動振動を用い、また駆動
振動によっては振動しない検出部を用いることにより、
高いS/Nを実現する。また駆動及び検出振動を同一平
面内で実現できる平面型の構造を採用した事により、非
常に薄い平面構造を実現できる。これによりエッチング
加工法による高精度加工が可能となり、加工誤差による
性能低下を低減でき、精度の良い振動ジャイロを量産す
る事ができる。[Operation] The vibrating gyroscope according to the present invention employs a peanut shape and supports a node of vibration, thereby using a driving vibration having a very high Q value and little noise, and a detecting section which does not vibrate due to the driving vibration. By using
Achieve high S / N. In addition, by adopting a planar structure capable of realizing driving and detection vibration in the same plane, a very thin planar structure can be realized. As a result, high-precision processing by the etching method can be performed, performance degradation due to processing errors can be reduced, and a high-precision vibration gyro can be mass-produced.
【0019】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明の振動ジャイロを実
施するための最良の形態による実施の形態を図面を基に
説明する。図1から図4及び図7,図8は本発明の実施
の形態である振動ジャイロであり、図1は以後ピーナッ
ツ10と呼ぶ、ピーナッツ型の振動ジャイロの外観を示
し、以後説明に用いる座標を示し、電極の一部を示す上
面図であり、図2はピーナッツ型の振動ジャイロの外観
を示し、座標を示し、電極の一部を示す下面図であり、
図3はピーナッツ10の断面,回路ブロック及び配線模
式図であり、図4は異方性結晶の切り出し方向の回転方
向を示す座標系の斜視図であり、図7はピーナッツ型振
動体の駆動振動を示す動作説明図であり、図8はピーナ
ッツ型振動体の検出振動を示す動作説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a vibrating gyroscope according to a preferred embodiment of the present invention. FIGS. 1 to 4 and FIGS. 7 and 8 show a vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows the appearance of a peanut type vibrating gyroscope, hereinafter referred to as a peanut 10, and the coordinates used in the following description will be described. FIG. 2 is a top view showing a part of the electrode, and FIG. 2 is a bottom view showing the appearance of a peanut-shaped vibrating gyroscope, showing coordinates, and showing a part of the electrode.
FIG. 3 is a schematic view of a cross section, a circuit block and wiring of the peanut 10, FIG. 4 is a perspective view of a coordinate system showing a rotation direction of a cutting direction of the anisotropic crystal, and FIG. FIG. 8 is an operation explanatory diagram showing the detection vibration of the peanut type vibrator.
【0020】[振動ジャイロの構造説明:図1,図2及
び図4]本実施の形態においては、圧電性単結晶の中
で、特に温度特性に優れた水晶を使用する。水晶は、S
i02の単結晶で、常温では4つの結晶軸を持つ三方晶
系に属する。結晶軸の1つはc軸と呼ばれ、結晶の頂点
を通る結晶軸であり、残りの3つはa軸と呼ばれ、c軸
に垂直な面内に互いに120度の角度を成す結晶軸であ
る。ここでは、3つのa軸のいずれかをX軸とし、c軸
をZ軸とし、X軸及びZ軸に直交する方向にY軸をと
る。[Structural Description of Vibrating Gyroscope: FIGS. 1, 2 and 4] In the present embodiment, a quartz crystal having particularly excellent temperature characteristics is used among piezoelectric single crystals. The crystal is S
i02 is a single crystal belonging to a trigonal system having four crystal axes at room temperature. One of the crystal axes is called a c-axis, which is a crystal axis passing through a vertex of the crystal, and the other three are called a-axes, and crystal axes which form an angle of 120 degrees with each other in a plane perpendicular to the c-axis. It is. Here, one of the three a-axes is set as the X-axis, the c-axis is set as the Z-axis, and the Y-axis is set in a direction orthogonal to the X-axis and the Z-axis.
【0021】図4に示すように、本実施の形態で使用す
る座標系は、上記X,Y,Z軸から、X軸の回りに、Z
軸からY軸の方向にθ度回転させた座標軸Y’軸,Z’
軸及びX軸を用いる。このとき回転角θは0〜10度と
する。ここに示した回転角は、温度特性及び振動の安定
度を指標に最適なものが選択される。ピーナッツ10
は、一定の厚みを持つ2次元形状であるが、この厚み方
向をZ’軸方向にして切り出す。こうして切り出された
ピーナッツ10のピーナッツ形状はX−Y’面内に2次
元形状で表現される。ここで以下の説明において、Z’
軸方向を表裏方向とする。As shown in FIG. 4, the coordinate system used in the present embodiment is such that the X, Y, and Z axes move from the X axis to the Z axis around the X axis.
Coordinate axis Y 'axis, Z' rotated by θ degrees from axis to Y axis direction
The axis and the X axis are used. At this time, the rotation angle θ is set to 0 to 10 degrees. As the rotation angle shown here, an optimum rotation angle is selected based on the temperature characteristics and the stability of vibration. Peanuts 10
Is a two-dimensional shape having a certain thickness, and this thickness direction is cut out in the Z′-axis direction. The peanut shape of the peanut 10 thus cut out is expressed in a two-dimensional shape in the XY ′ plane. Here, in the following description, Z ′
The axial direction is the front and back direction.
【0022】図1は、ピーナッツ10を表から見た図で
あるが、図1に示すように、ピーナッツ10は振動子
1,検出部2〜3,接合部4〜7,支持部9から構成さ
れる。振動子1は弾性と圧電性を持つ水晶からなり、形
状がピーナッツ型であり、上下面及び側面に施された金
属蒸着膜からなる電極を有している。ピーナッツ形状
は、X−Y’平面内にある厚さtのリング形状をリング
の動径方向かつZ’軸方向に平行な平面でZ’軸周りの
回転方向に4分割した円弧状断片の形状を8個用い、同
一平面内で、この円弧状断片を回転及び平行移動し、各
々の切断面同士を、平面内での輪郭を見ると、変曲点を
4つ持つ閉曲線が構成されるように接合する事により得
られる。この時、接合時の各々の円弧状断片は、2個所
で隣の円弧状断片と、切断面同士の矩形の輪郭が一致す
るように、切断面同士が接合している。本実施の形態に
おいては、形状の単純化の為、円弧状断片を8個用いた
が、平面内で点対称であり、複数の変曲点を持つ形状で
あれば、更に自由な形状も考えられる。基部9は弾性を
持つ水晶からなり、X−Y’平面内にある厚さtの矩形
である。検出部2,3は、X−Y’平面内にある厚さt
の矩形である。検出部2及び3は基部9を挟み中心対称
な形状を構成するように配置される。検出部2,3及び
基部9は中心対称なピーナッツ形状に構成された振動子
1の内部に配置され、これらは全体としてやはり中心対
称な形状を構成する位置に配置され、振動子1に存在す
る4つの振動の節は厚さtの接合部4〜7を用いて検出
部2,3に接続される。上記すべての部分は一体構造で
ある。FIG. 1 is a view of the peanut 10 as viewed from the front. As shown in FIG. 1, the peanut 10 is composed of a vibrator 1, detecting sections 2-3, joining sections 4-7, and a supporting section 9. Is done. The vibrator 1 is made of quartz having elasticity and piezoelectricity, has a peanut shape, and has electrodes made of a metal deposition film provided on the upper, lower, and side surfaces. The peanut shape is a shape of an arc-shaped fragment obtained by dividing a ring shape having a thickness t in an XY ′ plane into four parts in a plane parallel to the radial direction of the ring and the Z ′ axis direction in a rotation direction around the Z ′ axis. Are rotated and translated in the same plane, and each cut surface is viewed as a contour in the plane, so that a closed curve having four inflection points is formed. It is obtained by joining to. At this time, each arc-shaped fragment at the time of joining has its cut surfaces joined so that the adjacent arc-shaped fragments at two locations have the same rectangular outline as the cut surfaces. In the present embodiment, eight arc-shaped pieces are used for simplification of the shape. However, any shape that is point-symmetric in a plane and has a plurality of inflection points can be considered. Can be The base 9 is made of elastic quartz and is a rectangle having a thickness t in the XY ′ plane. The detectors 2 and 3 have a thickness t in the XY ′ plane.
Is a rectangle. The detectors 2 and 3 are arranged so as to form a shape symmetrical about the center with the base 9 interposed therebetween. The detectors 2 and 3 and the base 9 are arranged inside the vibrator 1 configured in a peanut shape symmetrical with respect to the center. The four vibration nodes are connected to the detection units 2 and 3 using the joints 4 to 7 having the thickness t. All of the above parts are of unitary construction.
【0023】図1及び図2には、電極の一例としてピー
ナッツ10に金属蒸着膜から成る電極を形成した様子を
示した。図2はピーナッツ10を裏から見た様子を示し
ている。以後、図1に示す面を表面,図2に示す面を裏
面と呼ぶ。電極の形状は、予め形状をエッチングで作成
したマスクを作成しておき、これをピーナッツ10の電
極を生成する面に密着させて真空蒸着を施すことにより
形成する。振動体1の表面の2つの括れた部分に、駆動
電極DLU1,DLU2,DLU3,DRU1,DRU
2及びDRU3を蒸着し、裏面の2つの括れた部分に、
駆動電極DLD1,DLD2,DLD3,DRD1,D
RD2及びDRD3を蒸着する。また、検出部2の表面
には検出用電極S1,S2及びグランドGNDを蒸着
し、検出部3の表面には検出用電極S3,S4及びグラ
ンドGNDを蒸着し、支持部9の表面には端子TS1,
TS2,TS3,TS4及びTGを蒸着し、裏面には端
子TD+,TD−を蒸着する。端子TD+及びTD−は
半田付け等でピーナッツ10を外部に固定する機能を兼
ねている。検出電極S1は端子TS1に連結しており、
検出電極S2は端子TS2に連結しており、検出電極S
3は端子TS3に連結しており、検出電極S4は端子T
S4に連結しており、グランドGNDは端子TGに連結
している。駆動電極DLU1,DLU3,DRU2は振
動体上面に蒸着された導線WU1により連結され、駆動
電極DLD2,DRD1,DRD3は振動体裏面に蒸着
された導線WD1により連結され、導線WU1とWD1
は側面を回る導線WB1により連結され、導線WD1は
下面に形成された端子TD+に連結される。従って駆動
電極DLU1,DLU3,DRU2,DLD2,DRD
1及びDRD3は、電気的に端子TD+に連結される。
駆動電極DLU2,DRU1,DRU3は振動体表面に
蒸着された導線WU2により連結され、駆動電極DLD
1,DLD3,DRD2は振動体裏面に蒸着された導線
WD2により連結され、導線WU2とWD2は側面を回
る導線WB2により連結され、導線WD2は裏面に形成
された端子TD―に連結される。従って駆動電極DLU
2,DRU1,DRU3,DLD1,DLD3及びDR
D2は、電気的に端子TD―に連結される。FIGS. 1 and 2 show an example in which an electrode made of a metal deposition film is formed on a peanut 10 as an example of the electrode. FIG. 2 shows the peanut 10 viewed from behind. Hereinafter, the surface illustrated in FIG. 1 is referred to as a front surface, and the surface illustrated in FIG. 2 is referred to as a back surface. The shape of the electrode is formed by preparing a mask in which the shape is formed in advance by etching, bringing the mask into close contact with the surface of the peanut 10 on which the electrode is to be formed, and performing vacuum deposition. The drive electrodes DLU1, DLU2, DLU3, DRU1, and DRU are provided on two confined portions on the surface of the vibrating body 1.
2 and DRU3 are deposited, and the two
Driving electrodes DLD1, DLD2, DLD3, DRD1, D
RD2 and DRD3 are deposited. Further, detection electrodes S1 and S2 and a ground GND are deposited on the surface of the detection unit 2, detection electrodes S3 and S4 and a ground GND are deposited on the surface of the detection unit 3, and terminals are disposed on the surface of the support unit 9. TS1,
TS2, TS3, TS4 and TG are deposited, and terminals TD + and TD− are deposited on the back surface. The terminals TD + and TD− also have a function of fixing the peanuts 10 to the outside by soldering or the like. The detection electrode S1 is connected to the terminal TS1,
The detection electrode S2 is connected to the terminal TS2,
3 is connected to terminal TS3, and detection electrode S4 is connected to terminal T3.
S4, and the ground GND is connected to the terminal TG. The drive electrodes DLU1, DLU3, and DRU2 are connected by a conductive wire WU1 deposited on the upper surface of the vibrator, and the drive electrodes DLD2, DRD1, and DRD3 are connected by a conductive wire WD1 deposited on the lower surface of the vibrator, and the conductive wires WU1 and WD1 are connected.
Are connected by a conducting wire WB1 turning around the side surface, and the conducting wire WD1 is connected to a terminal TD + formed on the lower surface. Therefore, the drive electrodes DLU1, DLU3, DRU2, DLD2, DRD
1 and DRD3 are electrically connected to terminal TD +.
The drive electrodes DLU2, DRU1, and DRU3 are connected by a conductive wire WU2 deposited on the surface of the vibrator, and the drive electrodes DLD
1, DLD3, DRD2 are connected by a conductive wire WD2 deposited on the back surface of the vibrating body, the conductive wires WU2 and WD2 are connected by a conductive wire WB2 running around the side surface, and the conductive wire WD2 is connected to a terminal TD- formed on the back surface. Therefore, the driving electrode DLU
2, DRU1, DRU3, DLD1, DLD3 and DR
D2 is electrically connected to terminal TD-.
【0024】図3には図1及び図2に示したのと同じ振
動体1の駆動電極DLU1,DLU2,DLU3,DL
D1,DLD2,DLD3,DRU1,DRU2,DR
U3,DRD1,DRD2,DRD3及び、検出部2の
検出電極S1,S2,グランドGND,導線WD1を含
む、Y’軸方向に垂直な、Y’方向の位置Aにおける断
面SEC1〜SEC3を示し、検出部3の検出電極S
3,S4,グランドGND,導線WD2を含む、Y’軸
方向に垂直な、Y’方向の位置Bにおける断面SEC4
を示し、各電極の接続関係及び駆動検出回路を示す。駆
動検出回路は、駆動電極からの信号をアンプG及び移相
回路Pを用いて駆動電極に返す自励発振回路で構成さ
れ、検出回路は、検出電極からの信号を検出する差動型
バッファアンプD、アンプGの出力の位相を変化させる
移相回路P2、位相検出回路の信号を2値化するコンパ
レータC、差動バッファアンプDの出力を移相回路P2
の出力と乗算する乗算回路M、及び乗算結果を積分して
直流化する積分回路Sで構成される。FIG. 3 shows driving electrodes DLU1, DLU2, DLU3, DL of the same vibrating body 1 as shown in FIGS.
D1, DLD2, DLD3, DRU1, DRU2, DR
U3, DRD1, DRD2, DRD3 and the detection electrodes S1, S2, the ground GND, and the conducting wire WD1 of the detection unit 2 show the cross sections SEC1 to SEC3 at the position A in the Y 'direction perpendicular to the Y' axis direction and detected. Detection electrode S of part 3
3, SEC4, a section SEC4 at a position B in the Y 'direction perpendicular to the Y' axis direction, including the ground GND and the conductor WD2.
Shows a connection relation of each electrode and a drive detection circuit. The drive detection circuit includes a self-excited oscillation circuit that returns a signal from the drive electrode to the drive electrode using an amplifier G and a phase shift circuit P. The detection circuit includes a differential buffer amplifier that detects a signal from the detection electrode. D, a phase shift circuit P2 for changing the phase of the output of the amplifier G, a comparator C for binarizing the signal of the phase detection circuit, and a phase shift circuit P2 for outputting the output of the differential buffer amplifier D.
, And an integrating circuit S that integrates the multiplication result and converts the result to a direct current.
【0025】[振動ジャイロの動作・作用説明:図1〜
図3,図7,図8]以下、図7を用いてピーナッツ型振
動体の駆動振動を説明し、図8においてはピーナッツ型
振動体の検出振動を説明し、最後に図1,図2及び図3
を用いて、電気的にピーナッツ10を駆動し、ピーナッ
ツ10の回転の結果である電圧出力から角速度を知る方
法を説明する。[Description of operation and action of vibrating gyroscope: FIGS.
FIGS. 3, 7, and 8] Hereinafter, the driving vibration of the peanut-type vibrator will be described with reference to FIG. 7, and the detection vibration of the peanut-type vibrator will be described with reference to FIG. FIG.
A method for electrically driving the peanut 10 and finding the angular velocity from the voltage output resulting from the rotation of the peanut 10 will be described with reference to FIG.
【0026】ピーナッツ型振動体は多数の固有振動モー
ドを持つが、これらの中でピーナッツ形状の厚み方向に
直交する平面内、即ちX−Y’平面内で完結する振動を
ピーナッツの10の面内振動と呼ぶこととする。本実施
の形態で使用する固有振動モードは、ピーナッツ10の
面内振動の中では低次の振動モードである。ピーナッツ
形状の振動体が等方弾性体で構成されている場合は、面
内振動モードは上記平面内で完結しており、厚み方向へ
の変位は存在しない。The peanut-type vibrator has a number of natural vibration modes. Among them, the vibration completed in a plane perpendicular to the thickness direction of the peanut shape, that is, in the XY 'plane, is generated in the ten planes of the peanut. It is called vibration. The natural vibration mode used in the present embodiment is a low-order vibration mode in the in-plane vibration of the peanut 10. When the peanut-shaped vibrator is made of an isotropic elastic body, the in-plane vibration mode is completed within the plane, and there is no displacement in the thickness direction.
【0027】一方、本実施の形態において使用する水晶
は異方性単結晶であり、方向により弾性率が異なり、こ
の場合は僅かながら厚み方向への変位が存在する。この
厚み方向への振動変位は支持特性の劣化をもたらすが、
厚み方向をZ軸方向とせず、X軸の回りに、Z軸からY
軸の方向にθ度回転させた座標軸Y’軸,Z’軸及びX
軸を用い、厚み方向をZ’軸方向とする事で、厚み方向
への振動変位を低減し、支持特性を向上する事ができ
る。このとき、この回転により駆動振動の共振周波数の
温度特性も変化するので、回転角θは支持特性と温度特
性を勘案して決定するが、この回転角θは0〜10度が
最適である。On the other hand, the quartz used in the present embodiment is an anisotropic single crystal, and has a different elastic modulus depending on the direction. In this case, there is a slight displacement in the thickness direction. This vibration displacement in the thickness direction causes deterioration of the support characteristics,
The thickness direction is not defined as the Z-axis direction.
Coordinate axes Y 'axis, Z' axis and X rotated by θ degrees in the direction of the axis
By using a shaft and setting the thickness direction to the Z′-axis direction, vibration displacement in the thickness direction can be reduced, and the support characteristics can be improved. At this time, the rotation also changes the temperature characteristics of the resonance frequency of the driving vibration due to this rotation. Therefore, the rotation angle θ is determined in consideration of the support characteristics and the temperature characteristics. The rotation angle θ is optimally 0 to 10 degrees.
【0028】図7を用いて、ピーナッツ10の駆動振動
モードを説明する。ピーナッツ10の低次振動モードの
中で、振動体1が屈曲によりX方向に膨らみ,また縮む
運動を繰り返す振動モードがある。図7はこの振動モー
ドにおいて、振動体1がX方向に膨らんだ状態を実線で
示すが、静止時の形状をこれと比較できるように破線で
示している。振動体1はX方向に対称な形状をしてお
り、紙面上、左右の部分が運動量バランスを取りながら
各部分の弾性変形により曲線部分の形状、屈曲により、
図7に示した膨らんだ状態とこれに呼応するへこんだ状
態を繰り返す屈曲振動を行う。これを振動体1の第1の
屈曲振動と呼ぶ。屈曲変形は振動体1の全部分に生じる
が、左右の括れた部分にやや大きな変形が生じる。振動
体1においては、形状がY’方向にも対称軸を持つが、
振動体1の円弧状の部分の中心から、X−Y’平面内
で、括れと反対の方向へY’方向と25度を為す方向へ
引いた半直線と円弧の交点近傍は振動体1の振動の節で
あり、振動体1の円弧状の部分の中心から、括れと反対
の方向へY’方向と−25度を為す方向へ引いた直線と
円弧の交点近傍も振動体1の振動の節である。振動体1
の円弧状部分はY’方向、即ち紙面上、上下に2個所あ
るので、振動体1の第1の屈曲振動の振動の節は合計4
個存在する。振動体1の第1の屈曲振動の振動の振動の
節は、屈曲中に殆ど平行移動を行わないが、X−Y’面
内で僅かに回転運動を行う。ピーナッツ10において
は、矩形で構成された検出部2及び3と振動体1の第1
の屈曲振動の4つの振動の節を接合部4〜7を用いて対
称性良く最短距離で接合する事により、第1の屈曲振動
をスムースに行わせる事ができる。The driving vibration mode of the peanut 10 will be described with reference to FIG. Among the low-order vibration modes of the peanuts 10, there is a vibration mode in which the vibrating body 1 repeatedly expands and contracts in the X direction due to bending. FIG. 7 shows a state in which the vibrating body 1 expands in the X direction in this vibration mode by a solid line, but shows a shape at rest by a broken line so as to be compared with this. The vibrating body 1 has a shape symmetrical in the X direction, and the left and right portions on the paper surface have a momentum balance while elastically deforming each portion to form a curved portion.
A bending vibration is performed in which the expanded state shown in FIG. 7 and the concave state corresponding to the expanded state are repeated. This is called the first bending vibration of the vibrating body 1. The bending deformation occurs in all portions of the vibrating body 1, but slightly large deformation occurs in the constricted portions on the left and right. In the vibrator 1, the shape has a symmetry axis also in the Y 'direction,
From the center of the arc-shaped portion of the vibrating body 1, in the XY ′ plane, in the direction opposite to the constriction, in the direction making 25 ° with the Y ′ direction, the vicinity of the intersection of the arc and the half line is the vibrating body 1. It is a node of the vibration, and the vicinity of the intersection of the straight line and the arc drawn from the center of the arc-shaped portion of the vibrating body 1 in the direction opposite to the constriction in the Y 'direction and -25 degrees is also the vibration of the vibrating body 1. Is a clause. Vibrator 1
Since there are two arc-shaped portions in the Y ′ direction, that is, on the top and bottom on the paper surface, the vibration nodes of the first bending vibration of the vibrating body 1 have a total of 4
Exists. The nodes of the vibration of the first bending vibration of the vibrating body 1 hardly perform parallel movement during bending, but slightly rotate in the XY ′ plane. In the peanut 10, the rectangular detection units 2 and 3 and the first vibrating body 1
The first bending vibration can be smoothly performed by joining the four vibration nodes of the bending vibration at the shortest distance with good symmetry using the joints 4 to 7.
【0029】実際の試作評価においてピーナッツ10の
第1の屈曲振動は、支持部の支持方法に殆ど影響を受け
ない理想的な振動特性を持つ。かねてから一般に屈曲振
動を行う振動体としては、2脚音叉の面内振動が最も優
れた振動特性を持つとされてきた。2脚音叉において
は、支持部の支持方法に殆ど影響を受けず、高いQ値を
実現できるが、ピーナッツ10の第1の屈曲振動は、2
脚音叉の面内振動に匹敵し得る数少ない振動の1つと見
る事ができる。しかも、2脚音叉の振動部は片持ち梁構
造であって、発振周波数が姿勢による重力加速度の影響
を受け易く、また同様に振動ジャイロ全体の並進運動に
よる加速度外乱の影響も受け易く、また片持ち梁の特徴
として、振動部の屈曲変位が支持部近傍に極端に集中す
る為、例えば安定した振動を得る為に振幅を大きくする
と、変位の集中する部分の変位が極めて大きくなり、こ
の部分が非線型振動へ移行し、これに伴う周波数変動が
発生し易いのに対し、ピーナッツ10の第1の屈曲振動
は両持ちであり、重心支持なので、発振周波数は加速度
外乱の景況を受け難く、屈曲変形が片持ち梁のように一
部に集中しないので、振幅を大きくしても非線形振動へ
移行して周波数が変化する程度は少ない。In the actual trial evaluation, the first bending vibration of the peanut 10 has an ideal vibration characteristic which is hardly influenced by the supporting method of the supporting portion. As a vibrating body that generally performs bending vibration for some time, it has been considered that an in-plane vibration of a two-leg tuning fork has the most excellent vibration characteristics. In a two-legged tuning fork, a high Q value can be realized without being substantially affected by the method of supporting the supporting portion, but the first bending vibration of the peanut 10 is 2
It can be seen as one of the few vibrations comparable to the in-plane vibration of a leg tuning fork. In addition, the vibrating part of the two-leg tuning fork has a cantilever structure, and its oscillation frequency is easily affected by the gravitational acceleration due to the posture, and similarly, it is easily affected by the acceleration disturbance due to the translational movement of the whole vibrating gyroscope. As a characteristic of the beam, the bending displacement of the vibrating part is extremely concentrated near the supporting part. For example, if the amplitude is increased to obtain stable vibration, the displacement of the part where the displacement is concentrated becomes extremely large, and this part The transition to non-linear vibration occurs, and the frequency fluctuation accompanying the vibration is likely to occur. On the other hand, the first bending vibration of the peanut 10 is doubly supported and supported by the center of gravity. Since the deformation is not concentrated on a part like a cantilever, even if the amplitude is increased, the degree to which the frequency changes due to the transition to the nonlinear vibration is small.
【0030】図8を用いてピーナッツ10の検出振動モ
ードを説明する。検出振動モードは振動体1の固有振動
ではない。検出モードにおいて主に変位する部分は検出
部2及び3である。矩形の検出部2及び3の片側は支持
部に接合しており、その反対側は接合部4〜7によって
振動体1に接合している。支持部は、半田付け等により
外部に固定されており、振動体1は自由に動ける状態な
ので、検出部2及び3は、片方支持、もう片方に重りの
ついた片持ち梁として振る舞う。ただし、検出部2及び
3は、支持部を挟んでY’方向に対称な形状であり、共
に振動体1と結合しているので、許される屈曲振動とし
ては振動体1がX−Y’面内で回転し、これに伴い、検
出部2及び3はX方向に見て、互いに反対方向に屈曲す
る振動となる。図8には、振動体1が表方向から見て右
回りに回転し、これに伴い検出部2がX方向に屈曲し、
検出部3が−X方向に屈曲した瞬間を実線で示し、変形
を分かりやすくする為、振動体1が回転していない状態
を破線で示している。これに呼応する、振動体1が左に
回る変形との間を繰り返す振動を第2の屈曲振動と呼
ぶ。The detection vibration mode of the peanut 10 will be described with reference to FIG. The detected vibration mode is not the natural vibration of the vibrating body 1. The main displacement parts in the detection mode are the detection units 2 and 3. One side of the rectangular detectors 2 and 3 is joined to the support, and the other side is joined to the vibrating body 1 by joints 4 to 7. The support portion is fixed to the outside by soldering or the like, and the vibrating body 1 can move freely. Therefore, the detection portions 2 and 3 behave as cantilever beams with one support and the other weight. However, since the detection units 2 and 3 are symmetrical in the Y ′ direction with the support unit interposed therebetween and are coupled to the vibrator 1, the vibrator 1 is allowed to be bent in the XY ′ plane. Accordingly, the detection units 2 and 3 vibrate in directions opposite to each other when viewed in the X direction. In FIG. 8, the vibrating body 1 rotates clockwise as viewed from the front, and the detecting unit 2 bends in the X direction with this.
The moment when the detection unit 3 is bent in the −X direction is indicated by a solid line, and the state in which the vibrating body 1 is not rotating is indicated by a broken line to make the deformation easy to understand. The corresponding vibration that repeats between the deformation in which the vibrating body 1 turns to the left is called the second bending vibration.
【0031】第2の屈曲振動は自己完結的な振動ではな
い。第2の屈曲振動では、ピーナッツ10は、支持部と
接合された外部筐体と一体となって振動体を形成する。
振動の安定の為には、少なくともピーナッツ10の10
倍以上の質量を持つ筐体に接合することが望ましい。ま
た第2の屈曲振動は支持の状態に大きく左右される。即
ち支持部9とこの筐体との接合方法は物理的に安定な接
合が望ましい。本実施の形態においては、半田付け等で
ピーナッツ10と金属製筐体を接合することにより、Q
値1000程度の充分な振動特性を得ている。振動ジャ
イロにおいては、大きな振幅を与える必要のある駆動振
動のQ値はドリフトなどを考慮すると、できる限り高い
事が望ましいが、これに対して検出振動のQ値は300
程度で充分である。その理由は、振動ジャイロは、検出
側のQが低い間は感度は検出側のQ値が大きくなると共
に大きくなるが、Qが300を上回る領域では感度の上
昇は頭打ちになるからである。また検出側のQ値をあま
り高くすると、駆動振動と検出振動の共振周波数を近づ
けた時に出力が速やかに減衰しなくなり、共振周波数を
近づけられず、かえって感度を制限してしまうことにな
る。The second bending vibration is not a self-contained vibration. In the second bending vibration, the peanuts 10 form a vibrating body integrally with the external housing joined to the support.
To stabilize the vibration, at least 10 of peanuts 10
It is desirable to join to a housing having twice or more mass. In addition, the second bending vibration largely depends on the state of support. That is, it is desirable that the joining method between the support portion 9 and the housing should be physically stable. In the present embodiment, the peanut 10 and the metal casing are joined by soldering or the like, so that Q
Sufficient vibration characteristics of about 1000 are obtained. In the vibration gyro, the Q value of the drive vibration that needs to give a large amplitude is desirably as high as possible in consideration of drift and the like, whereas the Q value of the detected vibration is 300
A degree is sufficient. The reason is that the sensitivity of the vibration gyro increases as the Q value on the detection side increases while the Q value on the detection side is low, but the sensitivity rises to a plateau in a region where Q exceeds 300. If the Q value on the detection side is too high, the output will not rapidly attenuate when the resonance frequencies of the driving vibration and the detection vibration are made closer, and the resonance frequency will not be made closer, thus limiting the sensitivity.
【0032】次に、第1の屈曲振動及び第2の屈曲振動
とコリオリ力の関係について説明する。図7に示す様
に、第1の屈曲振動を行うピーナッツ10において、振
動体1をX軸方向に見た対称軸で2分割した紙面上左半
分の重心をGLとする。GLが−X方向に変位を行う場
合、重心GLは−X方向に速度−VXを持つ。また、右
半分の重心をGRとする。GRがX方向に変位を行う場
合、重心GRはX方向に速度VXを持つ。この時ピーナ
ッツ10をZ’の周りに角速度ωで回転すると、重心G
Lには、速度−VXに直交する方向にコリオリ力FCが
働き、重心GRには、速度VXに直交する方向にコリオ
リ力−FCが働く。コリオリ力FCはY’方向に働き、
コリオリ力−FCは−Y’方向に働くので、ピーナッツ
10は、図8に示すような、全体としてZ’軸方向から
見て右回りの回転を行う。従って第1の屈曲振動が発生
しているピーナッツ10をZ’軸周りに角速度ωで回転
すると、コリオリ力により第2の屈曲振動が発生するこ
とが分かる。ただし、コリオリ力は速度に比例する力な
ので、第1の屈曲振動により引き起こされる第2の屈曲
振動の変位位相は、第1の屈曲振動の変位位相に対して
90度遅れることに注意しなければならない。Next, the relationship between the first bending vibration and the second bending vibration and the Coriolis force will be described. As shown in FIG. 7, in the peanut 10 performing the first bending vibration, the center of gravity of the left half on the paper of the vibrating body 1 divided into two by the symmetry axis viewed in the X-axis direction is defined as GL. When the GL performs displacement in the -X direction, the center of gravity GL has a velocity -VX in the -X direction. The right half center of gravity is GR. When the GR performs displacement in the X direction, the center of gravity GR has a velocity VX in the X direction. At this time, when the peanut 10 is rotated around Z ′ at an angular velocity ω, the center of gravity G
A Coriolis force FC acts on L in a direction orthogonal to the speed -VX, and a Coriolis force -FC acts on the center of gravity GR in a direction orthogonal to the speed VX. Coriolis force FC acts in Y 'direction,
Since the Coriolis force -FC acts in the -Y 'direction, the peanut 10 rotates clockwise as a whole as viewed from the Z' axis direction, as shown in FIG. Therefore, when the peanut 10 in which the first bending vibration is generated is rotated around the Z ′ axis at an angular velocity ω, the second bending vibration is generated by the Coriolis force. However, since the Coriolis force is a force proportional to the velocity, the displacement phase of the second bending vibration caused by the first bending vibration must be delayed by 90 degrees with respect to the displacement phase of the first bending vibration. No.
【0033】ピーナッツ10の厚さtについて説明す
る。これまで説明した第1の屈曲振動及び第2の屈曲振
動の固有周波数は、振動体1及び検出部2及び3のX−
Y’面内の巾に関係する。一方、ピーナッツ10の振動
には、ピーナッツ10のX−Y’面内振動に直交する方
向の振動であるピーナッツ10の面外振動が存在する。
ピーナッツ10の面外振動の周波数は、ピーナッツ10
の厚さtによって異なる。ピーナッツ10の厚さtが振
動体1や検出部2,3の巾と同程度と厚い場合は、エッ
チング加工の精度が上がらないだけでなく、第1の屈曲
振動又は第2の屈曲振動の共振周波数の近傍にピーナッ
ツ10では使用しないピーナッツ10の面外振動の固有
周波数がスプリアスとして発生する危険がある。The thickness t of the peanuts 10 will be described. The natural frequencies of the first bending vibration and the second bending vibration described so far are the X-rays of the vibrator 1 and the detectors 2 and 3.
It is related to the width in the Y ′ plane. On the other hand, the vibration of the peanut 10 includes an out-of-plane vibration of the peanut 10, which is a vibration in a direction orthogonal to the XY ′ in-plane vibration of the peanut 10.
The frequency of the out-of-plane vibration of the peanut 10 is
Depends on the thickness t. When the thickness t of the peanut 10 is as large as the width of the vibrating body 1 and the widths of the detection units 2 and 3, not only does the accuracy of the etching process not increase, but also the resonance of the first bending vibration or the second bending vibration. There is a risk that the natural frequency of the out-of-plane vibration of the peanut 10 that is not used in the peanut 10 near the frequency may occur as spurious.
【0034】ピーナッツ10は、エッチング加工法を用
いて製造するが、エッチング加工法では、平面内での広
がりの大きさに比して、厚さが薄いものほど相対精度が
向上する特徴がある。従って振動ジャイロとして使用す
る第1の屈曲振動及び第2の屈曲振動が共にX−Y’平
面内の振動であり、周波数が厚さに関係の無いピーナッ
ツ10においては、厚さを薄くする事により、際限なく
加工精度を向上し、性能を向上する事ができる。このこ
とは、ピーナッツ10が振動ジャイロとして、従来の音
叉型振動ジャイロに対して持つ利点の1つである。従来
の音叉型振動ジャイロでは、駆動に用いる振動部の面内
振動と検出に用いる振動部の面外振動の共振周波数をほ
ぼ一致させる為、ビームの厚みをビームの巾と同程度に
しなければならず、厚い平面形状を余儀なくされ、エッ
チングを用いても高精度化できず、高性能化できなかっ
たからである。ただし、ピーナッツ10の厚さを薄くす
るに際しては、高次の面外振動の固有周波数がスプリア
スとして多数発生するので、第1の屈曲振動又は第2の
屈曲振動の共振周波数の近傍にスプリアスが発生しない
厚さを選ぶことに留意すべきである。The peanuts 10 are manufactured by an etching method. The etching method has a characteristic that the smaller the thickness is, the higher the relative accuracy is, as compared with the extent of expansion in a plane. Therefore, the first bending vibration and the second bending vibration used as the vibrating gyroscope are both vibrations in the XY ′ plane, and in the peanut 10 whose frequency is not related to the thickness, the thickness is reduced by reducing the thickness. The processing accuracy can be improved without limit, and the performance can be improved. This is one of the advantages that the peanut 10 has as a vibrating gyroscope over a conventional tuning fork vibrating gyroscope. In a conventional tuning-fork type vibrating gyroscope, the beam thickness must be about the same as the beam width in order to make the resonance frequency of the in-plane vibration of the vibrating part used for driving and the resonance frequency of the out-of-plane vibration of the vibrating part used for detection nearly match. In other words, a thick planar shape was inevitable, and high precision could not be achieved even by using etching, and high performance could not be achieved. However, when the thickness of the peanut 10 is reduced, a large number of natural frequencies of higher-order out-of-plane vibrations are generated as spurious, so that spurious is generated near the resonance frequency of the first bending vibration or the second bending vibration. It should be noted that choosing a thickness that does not.
【0035】次に、実際の駆動検出方法について説明す
る。図3には、ピーナッツ10の2個所のZ’−X断面
が示されている。一方は、図1及び図2に破線Aで示し
たピーナッツ10の中央部付近の振動体1が括れた部分
で、振動体1の駆動部及び検出部2を含む断面であり、
他方は、図1及び図2に破線Bで示したピーナッツ10
の中央部付近の検出部3を含む断面である。紙面上部、
紙面左から、破線Aの位置における、振動体1の断面S
EC1及び駆動電極DLU1,DLU2,DLU3,D
LD1,DLD2,DLD3の断面,そして検出部2の
断面SEC2及び検出電極S1,S2,グランドGN
D,導線WD1の断面,そして振動体1の断面SEC3
及び駆動電極DRU1,DRU2,DRU3,DRD
1,DRD2,DRD3の断面が示され、その下に、破
線Bの位置における、検出部3の断面SEC4及び検出
電極S3,S4,グランドGND,導線WD2の断面が
示されている。Next, an actual driving detection method will be described. FIG. 3 shows two Z′-X cross sections of the peanut 10. One is a section where the vibrating body 1 near the center of the peanut 10 shown by the broken line A in FIGS. 1 and 2 is constricted, and is a cross section including the driving unit and the detecting unit 2 of the vibrating body 1.
The other is a peanut 10 indicated by a broken line B in FIGS.
3 is a cross section including the detection unit 3 near the central part of FIG. The top of the paper,
The cross section S of the vibrating body 1 at the position of the broken line A from the left of the paper surface
EC1 and drive electrodes DLU1, DLU2, DLU3, D
Sections of LD1, DLD2, DLD3, section SEC2 of detection section 2, detection electrodes S1, S2, and ground GN
D, section of the conductor WD1, and section SEC3 of the vibrating body 1
And drive electrodes DRU1, DRU2, DRU3, DRD
1, a cross section of DRD2, DRD3 is shown, and below that, a cross section of the section SEC4 of the detection section 3, the detection electrodes S3, S4, the ground GND, and the conductor WD2 at the position of the broken line B is shown.
【0036】まず、振動体1の左半分が例えば−X方向
に膨らむと、振動体1の括れた部分は、左側がY’方向
に延び、右側がY’方向に縮むが、この時水晶内部では
圧電効果により電極DLU1及びDLD1近傍ではX方
向に、また電極DLU3及びDLD3近傍では−X方向
に電界が発生する。この時電界の向きを考慮すると電極
DLU1,DLD1,DLU3及びDLD3は、X方向
に見て中央にある電極DLU2及びDLD2より例えば
高い電位となり、X方向に見て振動体1左断面SEC1
の外側にある電極DLU1,DLD1,DLU3及びD
LD3と、振動体1左断面SEC1の中心近くにある電
極DLU2及びDLD2の間に電位差が発生する。First, when the left half of the vibrating body 1 expands, for example, in the −X direction, the constricted portion of the vibrating body 1 extends in the Y ′ direction on the left side and contracts in the Y ′ direction on the right side. Then, an electric field is generated in the X direction near the electrodes DLU1 and DLD1 and in the −X direction near the electrodes DLU3 and DLD3 due to the piezoelectric effect. At this time, considering the direction of the electric field, the electrodes DLU1, DLD1, DLU3, and DLD3 have, for example, a higher potential than the electrodes DLU2 and DLD2 at the center when viewed in the X direction, and the vibrator 1 left section SEC1 when viewed in the X direction.
DLU1, DLD1, DLU3 and D
A potential difference is generated between LD3 and the electrodes DLU2 and DLD2 near the center of the vibrator 1 left section SEC1.
【0037】振動体1の右半分については、左半分とは
対称な現象が発生し、例えば右半分がX方向に膨らむ
と、括れた部分は右側がY’方向に延び、左側がY’方
向に縮むが、この時水晶内部では圧電効果により電極D
RU1及びDRD1近傍では−X方向に、また電極DR
U3及びDRD3近傍ではX方向に電界が発生する。こ
の時電界の向きを考慮すると電極DRU1,DRD1,
DRU3及びDRD3は、X方向に見て中央にある電極
DRU2及びDRD2より例えば低い電位となり、X方
向に見て振動体1右断面SEC3の外側にある電極DR
U1,DRD1,DRU3及びDRD3と、振動体1右
断面SEC3の中心近くにある電極DRU2及びDRD
2の間に電位差が発生する。A phenomenon occurs in the right half of the vibrating body 1 symmetrically with the left half. For example, when the right half expands in the X direction, the constricted portion extends on the right side in the Y 'direction and on the left side in the Y' direction. At this time, the electrode D
In the vicinity of RU1 and DRD1, in the -X direction, and the electrode DR
An electric field is generated in the X direction near U3 and DRD3. At this time, considering the direction of the electric field, the electrodes DRU1, DRD1,
The electrodes DRU3 and DRD3 have, for example, a lower potential than the electrodes DRU2 and DRD2 located at the center in the X direction, and the electrodes DR located outside the right section SEC3 of the vibrating body 1 as viewed in the X direction.
U1, DRD1, DRU3 and DRD3, and electrodes DRU2 and DRD near the center of the vibrating body 1 right section SEC3
2 generates a potential difference.
【0038】一方、圧電効果は可逆的なので、電極電極
DLU1,DLD1,DLU3又はDLD3を、電極D
LU2又はDLD2より高電位にすると、水晶内部に
は、これに応じた電界が発生し、振動体1の左半分はX
方向に屈曲し、振動体1の左半分は−X方向に膨らむこ
とになる。振動体1の右半分については、左半分とは対
称な現象が発生し、また、電極電極DRU1,DRD
1,DRU3又はDRD3を、電極DRU2又はDRD
2より低電位にすると、水晶内部には、これに応じた電
界が発生し、振動体1の右半分はX方向に屈曲し、振動
体1の右半分はX方向に膨らむことになる。On the other hand, since the piezoelectric effect is reversible, the electrode electrodes DLU1, DLD1, DLU3 or DLD3 are
When the potential is set higher than LU2 or DLD2, an electric field corresponding to this is generated inside the crystal, and the left half of the vibrating body 1 is X
The left half of the vibrating body 1 expands in the −X direction. In the right half of the vibrating body 1, a phenomenon symmetrical to the left half occurs, and the electrode electrodes DRU1 and DRD
1, DRU3 or DRD3, electrode DRU2 or DRD
When the potential is set lower than 2, an electric field corresponding to this is generated inside the crystal, the right half of the vibrating body 1 bends in the X direction, and the right half of the vibrating body 1 expands in the X direction.
【0039】これらのことから、例えば電極DLU2,
DLD2,DRU1,DRD1,DRU3及びDRD3
を電気的に結合した端子TD+の電位を参照として発振
条件を超える増幅率でアンプJGを用いて増幅し、発振
条件を満足する位相に移相回路JPで整えて電極DRU
2,DRD2,DLU1,DLD1,DLU3及びDL
D3を電気的に結合した端子TD−に戻すことにより、
振動体1の屈曲に伴う機械的な戻り力と電気的な力の間
でエネルギーの交換が起こり、振動体1に第1の屈曲振
動を自励発振させることができる。From these facts, for example, the electrodes DLU2,
DLD2, DRU1, DRD1, DRU3 and DRD3
Are amplified using an amplifier JG with an amplification factor exceeding the oscillation condition with reference to the potential of the terminal TD + to which the electrode DRU is electrically coupled, and adjusted to a phase satisfying the oscillation condition by the phase shift circuit JP.
2, DRD2, DLU1, DLD1, DLU3 and DL
By returning D3 to the electrically coupled terminal TD-,
Energy exchange occurs between a mechanical return force and an electric force accompanying the bending of the vibrating body 1, and the vibrating body 1 can oscillate the first bending vibration by self-excitation.
【0040】この状態でピーナッツ10全体をZ’軸の
回りに角速度ωで回転させると、ピーナッツ10の振動
体1には、既に述べた様に第2の屈曲振動が発生する。
この第2の屈曲振動により、検出部2及び3の電極S1
及びS4の近傍はY’方向に伸び縮みし、電極S2及び
S2及びS3の近傍は電極S1及びS4の近傍と逆相で
伸び縮みする。In this state, when the entire peanut 10 is rotated around the Z ′ axis at an angular velocity ω, the second bending vibration is generated in the vibrating body 1 of the peanut 10 as described above.
Due to this second bending vibration, the electrodes S1 of the detection units 2 and 3
And the vicinity of S4 expands and contracts in the Y 'direction, and the vicinity of the electrodes S2 and S2 and S3 expands and contracts in the opposite phase to the vicinity of the electrodes S1 and S4.
【0041】例えば、検出部2の電極S1の近傍がY’
方向に伸びている時、電極S1の近傍ではX方向に電界
が発生する為、電極 S1は検出部2の電極GNDより
高電位となる。この時電極S2の近傍はY’方向に縮む
ので、電極S2の近傍では、−X方向に電界が発生する
為、電極 S2は検出部2の電極GNDより高電位とな
る。一方、検出部3の電極S4の近傍がY’方向に伸び
ている時、電極S4の近傍ではX方向に電界が発生する
為、電極 S4は検出部2の電極GNDより低電位とな
る。この時電極S3の近傍はY’方向に縮むので、電極
S3の近傍では、−X方向に電界が発生する為、電極
S3は検出部3の電極GNDより低電位となる。従って
コリオリ力は、電極S1及びS2を電気的に結合したも
のと、電極S3及びS4を電気的に結合したものの間
の、グランド電極GNDの電位を挟んで対称な電位差と
して現れる。For example, the vicinity of the electrode S1 of the detecting section 2 is Y '.
When the electrode S1 extends in the direction, an electric field is generated in the X direction near the electrode S1, so that the electrode S1 has a higher potential than the electrode GND of the detection unit 2. At this time, since the vicinity of the electrode S2 contracts in the Y ′ direction, an electric field is generated in the −X direction near the electrode S2, so that the electrode S2 has a higher potential than the electrode GND of the detection unit 2. On the other hand, when the vicinity of the electrode S4 of the detection unit 3 extends in the Y ′ direction, an electric field is generated in the X direction near the electrode S4, and thus the electrode S4 has a lower potential than the electrode GND of the detection unit 2. At this time, since the vicinity of the electrode S3 shrinks in the Y ′ direction, an electric field is generated in the −X direction near the electrode S3.
S3 has a lower potential than the electrode GND of the detection unit 3. Therefore, the Coriolis force appears as a symmetrical potential difference between the electric connection of the electrodes S1 and S2 and the electric connection of the electrodes S3 and S4 with the electric potential of the ground electrode GND interposed therebetween.
【0042】コリオリ力の検出信号は、電極S1の端子
TS1及び電極S2端子TS2を電気的に結合したもの
を一方の入力信号とし、電極S3の端子TS3及び電極
S4の端子TS4を電気的に結合したものを他方の入力
信号とした、グランド電極GNDの電位にに対して対称
に動作する差動バッファDを経て乗算回路Mに導かれ、
面内屈曲振動の発振系の出力を、コリオリ力が90度遅
れて発生するのを補正する目的で、アンプGの出力を、
移相回路P2により90度移相し、コンパレータCによ
り2値化した参照信号により乗算され、乗算により検波
された結果は、更に積分回路Sにより平滑化され、正確
な直流出力として検出できる。この直流出力はコリオリ
力に比例し、コリオリ力は角速度ωに比例するので、こ
の直流出力により角速度ωを知ることができる。The signal for detecting the Coriolis force is obtained by electrically connecting the terminal TS1 of the electrode S1 and the terminal TS2 of the electrode S2 to one input signal, and electrically connecting the terminal TS3 of the electrode S3 and the terminal TS4 of the electrode S4. The resulting signal is used as the other input signal and is led to the multiplication circuit M via a differential buffer D that operates symmetrically with respect to the potential of the ground electrode GND,
In order to correct the output of the oscillation system of the in-plane bending vibration, the occurrence of the Coriolis force delayed by 90 degrees, the output of the amplifier G is
The phase shifted by 90 degrees by the phase shift circuit P2, multiplied by the reference signal binarized by the comparator C, and the result detected by the multiplication is further smoothed by the integration circuit S, and can be detected as an accurate DC output. Since this DC output is proportional to the Coriolis force, and the Coriolis force is proportional to the angular velocity ω, the angular velocity ω can be known from the DC output.
【0043】ここで、コリオリ力の検出が、支持部の中
心から対称な位置に配置された検出部2及び検出部3か
らの2つの出力の差動検出であることは、非常に重要な
意味を持つ。一般に振動ジャイロは振動に弱いと表現さ
れるように、並進加速度と角速度の区別が付けられない
構成の物が多い。ピーナッツ10においては、コリオリ
力により第2の屈曲振動が発生している時の検出部2と
検出部3のX方向への変位は反対であり、端子TS1及
びTS2の出力とTS3及びTS4の出力とでは逆の出
力が発生する。一方ピーナッツ10に並進加速度が働
き、振動子1の質量が検出部2及び3を変形させた場合
は、検出部2と検出部3のX方向への変位は同じであ
り、端子TS1及びTS2の出力とTS3及びTS4の
出力とでは同じ出力が発生する。本実施の形態の構成で
は、これら2つの出力の差をとる事により、並進加速度
の影響を打ち消しているので、並進加速度や振動の影響
を受けにくい。Here, it is very important that the detection of the Coriolis force is a differential detection of two outputs from the detector 2 and the detector 3 arranged symmetrically from the center of the support. have. In general, many vibrating gyros have a configuration in which translational acceleration and angular velocity cannot be distinguished from each other, as described as being weak to vibration. In the peanut 10, when the second bending vibration is generated due to the Coriolis force, the displacement of the detection unit 2 and the detection unit 3 in the X direction is opposite, and the outputs of the terminals TS1 and TS2 and the outputs of the terminals TS3 and TS4. And the opposite output occurs. On the other hand, when translational acceleration acts on the peanut 10 and the mass of the vibrator 1 deforms the detection units 2 and 3, the displacement of the detection unit 2 and the detection unit 3 in the X direction is the same, and the terminals TS1 and TS2 The same output occurs between the output and the outputs of TS3 and TS4. In the configuration of the present embodiment, by taking the difference between these two outputs, the effect of the translational acceleration is negated, so that the effect of the translational acceleration and vibration is less.
【0044】次にピーナッツ10の第1の屈曲振動と第
2の屈曲振動の共振について具体的な数値を用いて説明
する。エッチングで高精度に製作されたピーナッツ10
は、駆動モードである第1の屈曲振動のQ値は10万以
上になり、また検出モードとなる第2の屈曲振動のQ値
は1000程度ある。共振周波数を10kHzで設計す
ると、検出側のQ値は充分高いので、第1の屈曲振動と
第2の屈曲振動の共振周波数を一致させる共振型で設計
を行うと、コリオリ力により発生した第2の屈曲振動の
時間的減衰が緩やかになり、角速度ωの変化に対する検
出出力の時間応答性が極めて悪くなり、実用的でない。
これに対して第1の屈曲振動と第2の屈曲振動の共振周
波数を離した設計では2つの共振周波数の差に対して指
数関数的に時間応答が改善されるが、本実施の形態にお
いては、第1の屈曲振動と第2の屈曲振動の共振周波数
の差を10000PPM程度とすることにより、100
Hz以上の応答性を得ている。Next, the resonance between the first bending vibration and the second bending vibration of the peanut 10 will be described using specific numerical values. Peanuts 10 manufactured with high precision by etching
Is that the Q value of the first bending vibration in the drive mode is 100,000 or more, and the Q value of the second bending vibration in the detection mode is about 1000. When the resonance frequency is designed at 10 kHz, the Q value on the detection side is sufficiently high. Therefore, when the resonance type of the first bending vibration and the second bending vibration is designed to have the same resonance frequency, the second bending generated by the Coriolis force is performed. , The temporal decay of the bending vibration becomes moderate, and the time response of the detection output to the change in the angular velocity ω becomes extremely poor, which is not practical.
In contrast, in a design in which the resonance frequencies of the first bending vibration and the second bending vibration are separated from each other, the time response is exponentially improved with respect to the difference between the two resonance frequencies. By setting the difference between the resonance frequencies of the first bending vibration and the second bending vibration to about 10,000 PPM, 100
Hz.
【0045】[0045]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よる振動ジャイロは、Q値の高い圧電性単結晶を用い、
ピーナッツ型の構成を採り、振動体1の振動の節を支持
する事により、振動体1の極めてQ値が高く雑音の少な
い駆動振動を用い、駆動振動によっては振動しない検出
部を用いることにより、高いS/Nを実現する。また、
ピーナッツ型の構造の特徴として、駆動及び検出振動を
同一平面内で実現できる為、非常に薄い平面構造を実現
できる。これによりエッチング加工法による高精度加工
が可能となり、加工誤差による性能低下を低減でき、精
度の良い振動ジャイロを量産する事ができる。As is apparent from the above description, the vibrating gyroscope according to the present invention uses a piezoelectric single crystal having a high Q value,
By adopting a peanut-type configuration and supporting the nodes of the vibration of the vibrating body 1, by using a driving vibration having a very high Q value and a low noise of the vibrating body 1, by using a detection unit that does not vibrate depending on the driving vibration, Achieve high S / N. Also,
As a feature of the peanut type structure, since the driving and the detection vibration can be realized in the same plane, a very thin planar structure can be realized. As a result, high-precision processing by the etching method can be performed, performance degradation due to processing errors can be reduced, and a high-precision vibration gyro can be mass-produced.
【図1】本発明の実施の形態であるピーナッツ型の振動
ジャイロの外観を示し、以後説明に用いる座標を示し、
電極の一部を示す正面図である。FIG. 1 shows the appearance of a peanut-shaped vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention, and shows coordinates used in the following description,
It is a front view which shows a part of electrode.
【図2】本発明の実施の形態であるピーナッツ型の振動
ジャイロの外観を示し、以後説明に用いる座標を示し、
電極の一部を示す裏面図である。FIG. 2 shows the appearance of a peanut-shaped vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention, and shows coordinates used in the following description;
It is a rear view which shows a part of electrode.
【図3】本発明の実施の形態であるピーナッツの断面を
示し,回路ブロック及び配線を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross section of a peanut according to an embodiment of the present invention, showing circuit blocks and wiring.
【図4】本発明の異方性結晶の回転方向を示す座標系の
斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a coordinate system showing a rotation direction of the anisotropic crystal of the present invention.
【図5】従来の音叉型の水晶ジャイロの外観を示し、座
標を示し、電極の一部を示し、異方性結晶の回転方向を
示す斜視図である。FIG. 5 is a perspective view showing an appearance of a conventional tuning-fork type crystal gyro, showing coordinates, showing a part of an electrode, and showing a rotation direction of an anisotropic crystal.
【図6】従来の音叉型水晶ジャイロの、足の断面及び駆
動検出回路の配線模式図である。FIG. 6 is a schematic sectional view of a foot and wiring of a drive detection circuit of a conventional tuning fork type crystal gyro.
【図7】本発明の実施の形態であるピーナッツ型振動体
の駆動振動を示す動作説明図である。FIG. 7 is an operation explanatory diagram showing driving vibration of the peanut-type vibrating body according to the embodiment of the present invention.
【図8】本発明の実施の形態であるピーナッツ型振動体
の駆動振動を示す動作説明図である。FIG. 8 is an operation explanatory diagram showing driving vibration of the peanut-type vibrating body according to the embodiment of the present invention.
DLU1,DLU2,DLU3 電極 DRU1,DRU2,DRU3 電極 DLD1,DLD2,DLD3 電極 DRD1,DRD2,DRD3 電極 TD+,TD− 端子 S1〜S4 電極 TS1〜TS4 端子 GND 電極及び端子 GL,GR 重心 1 振動体 2,3 検出部 4〜7 接続部 9 支持部 10 ピーナッツ型の振動ジャイロ A,B 断面の位置 C コンパレータ D 差動バッファ G アンプ M 乗算回路 P ,P2 移相回路 S 積分回路 FC コリオリ力 −FC コリオリ力 VX 速度 ―VX 速度 WU1,WU2 導線 WD1,WD2 導線 WB1,WB2 導線 SEC1〜SEC4 断面 J1〜J8 電極 J10 音叉型振動体 J11 第1の足 J12 第2の足 J15 基部 JC コンパレータ JD 差動バッファ JG アンプ JM 乗算回路 JP ,JP2 移相回路 JS 積分回路 DLU1, DLU2, DLU3 electrode DRU1, DRU2, DRU3 electrode DLD1, DLD2, DLD3 electrode DRD1, DRD2, DRD3 electrode TD +, TD− terminal S1 to S4 electrode TS1 to TS4 terminal GND electrode and terminal GL, GR center of gravity 1 vibrator 2, Reference Signs List 3 Detection unit 4-7 Connection unit 9 Support unit 10 Peanut-shaped vibrating gyroscope A, B Cross-sectional position C Comparator D Differential buffer G Amplifier M Multiplying circuit P, P2 Phase shift circuit S Integrating circuit FC Coriolis force -FC Coriolis force VX speed-VX speed WU1, WU2 Conductor WD1, WD2 Conductor WB1, WB2 Conductor SEC1-SEC4 Cross-section J1-J8 Electrode J10 Tuning fork type vibrator J11 First leg J12 Second leg J15 Base JC Comparator JD Differential buffer JM multiplication circuit JP, JP2 Phase shifter JS Integrator
Claims (6)
検出用の電極を有する検出部と、振動子の振動の節と検
出部とを接続する接合部と、検出部を支持する支持部と
を備えた振動ジャイロにおいて、振動子と接合部と検出
部と支持部とが略一定の厚さの平面構造を為し、振動子
は中心点に対して点対称の形状を有し、振動子は平面内
で偶数個の変曲点を持つ曲線で構成され、駆動振動と検
出振動は同一平面内にあることを特徴とする振動ジャイ
ロ。An oscillator having an electrode for oscillation, a detector having an electrode for detecting angular velocity, a joint for connecting a node of vibration of the oscillator to the detector, and a support for supporting the detector. In the vibrating gyroscope provided with, the vibrator, the joint portion, the detecting portion, and the supporting portion have a planar structure having a substantially constant thickness, and the vibrator has a point-symmetric shape with respect to a center point, and The vibrating gyroscope is characterized in that the vibrator is constituted by a curve having an even number of inflection points in a plane, and the drive vibration and the detected vibration are in the same plane.
て、全ての構成要素が圧電性単結晶により一体に形成さ
れることを特徴とする振動ジャイロ。2. The vibrating gyroscope according to claim 1, wherein all the components are integrally formed of a piezoelectric single crystal.
て、振動子は円弧のみを接続した構造である事を特徴と
する振動ジャイロ。3. The vibrating gyroscope according to claim 1, wherein the vibrator has a structure in which only arcs are connected.
て、検出部は2つである事を特徴とする振動ジャイロ。4. The vibrating gyroscope according to claim 1, wherein the number of detecting units is two.
て、検出は、2つの検出部からの信号の差動検出である
事を特徴とする振動ジャイロ。5. The vibrating gyroscope according to claim 4, wherein the detection is a differential detection of signals from two detection units.
て、加振及び検出の共振周波数の差を10000PPM
以上としたことを特徴とする振動ジャイロ。6. The vibrating gyroscope according to claim 2, wherein a difference between a resonance frequency of the vibration and a resonance frequency of the vibration is 10000 PPM.
A vibrating gyroscope characterized by the above.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006064539A (en) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Matsushita Electric Works Ltd | Gyroscope sensor and method for detecting angular speed |
WO2009096086A1 (en) * | 2008-01-29 | 2009-08-06 | Sumitomo Precision Products Co., Ltd. | Vibrating gyroscope using piezoelectric film and method for manufacturing same |
WO2009119204A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | 住友精密工業株式会社 | Vibratory gyroscope using piezoelectric film |
WO2009119205A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | 住友精密工業株式会社 | Vibratory gyroscope using piezoelectric film |
WO2009157246A1 (en) * | 2008-06-23 | 2009-12-30 | 住友精密工業株式会社 | Vibrating gyroscope using piezoelectric film and method for manufacturing the same |
JP2010043955A (en) * | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | Vibration gyro using piezoelectric film |
WO2015190064A1 (en) * | 2014-06-12 | 2015-12-17 | 株式会社デンソー | Vibration-type angular velocity sensor |
CN106415204B (en) * | 2014-06-12 | 2019-07-16 | 株式会社电装 | Vibration type angular velocity sensor |
-
2000
- 2000-01-07 JP JP2000001168A patent/JP2001194148A/en active Pending
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006064539A (en) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Matsushita Electric Works Ltd | Gyroscope sensor and method for detecting angular speed |
JP5392913B2 (en) * | 2008-01-29 | 2014-01-22 | 住友精密工業株式会社 | Vibrating gyroscope using piezoelectric film and method for manufacturing the same |
WO2009096086A1 (en) * | 2008-01-29 | 2009-08-06 | Sumitomo Precision Products Co., Ltd. | Vibrating gyroscope using piezoelectric film and method for manufacturing same |
WO2009119204A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | 住友精密工業株式会社 | Vibratory gyroscope using piezoelectric film |
WO2009119205A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | 住友精密工業株式会社 | Vibratory gyroscope using piezoelectric film |
JP5524045B2 (en) * | 2008-03-25 | 2014-06-18 | 住友精密工業株式会社 | Vibrating gyroscope using piezoelectric film |
JP5524044B2 (en) * | 2008-03-25 | 2014-06-18 | 住友精密工業株式会社 | Vibrating gyroscope using piezoelectric film |
JPWO2009119205A1 (en) * | 2008-03-25 | 2011-07-21 | 住友精密工業株式会社 | Vibrating gyroscope using piezoelectric film |
JPWO2009119204A1 (en) * | 2008-03-25 | 2011-07-21 | 住友精密工業株式会社 | Vibrating gyroscope using piezoelectric film |
JP5209716B2 (en) * | 2008-06-23 | 2013-06-12 | 住友精密工業株式会社 | Vibrating gyroscope using piezoelectric film and method for manufacturing the same |
WO2009157246A1 (en) * | 2008-06-23 | 2009-12-30 | 住友精密工業株式会社 | Vibrating gyroscope using piezoelectric film and method for manufacturing the same |
JP2010043955A (en) * | 2008-08-12 | 2010-02-25 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | Vibration gyro using piezoelectric film |
WO2015190064A1 (en) * | 2014-06-12 | 2015-12-17 | 株式会社デンソー | Vibration-type angular velocity sensor |
JP2016014653A (en) * | 2014-06-12 | 2016-01-28 | 株式会社デンソー | Vibration angular velocity sensor |
CN106415204A (en) * | 2014-06-12 | 2017-02-15 | 株式会社电装 | Vibration-type angular velocity sensor |
CN106415204B (en) * | 2014-06-12 | 2019-07-16 | 株式会社电装 | Vibration type angular velocity sensor |
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