JP2615439B2 - 振動型ジャイロ装置 - Google Patents
振動型ジャイロ装置Info
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- JP2615439B2 JP2615439B2 JP7016638A JP1663895A JP2615439B2 JP 2615439 B2 JP2615439 B2 JP 2615439B2 JP 7016638 A JP7016638 A JP 7016638A JP 1663895 A JP1663895 A JP 1663895A JP 2615439 B2 JP2615439 B2 JP 2615439B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は角速度を検出するジャイ
ロ装置に関するものであり、さらに詳しくは電磁的、圧
電的手段を励振源とした振動型ジャイロ装置に関するも
のである。
ロ装置に関するものであり、さらに詳しくは電磁的、圧
電的手段を励振源とした振動型ジャイロ装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来の振動型ジャイロ装置は、例えば特
開昭６０−１８５１１１号公報に提案されているよう
に、運動する主振動体（音叉）に入力した角速度を、コ
リオリの力に比例して捻り振動を行う捻り振動系の変位
として検出するものである。
開昭６０−１８５１１１号公報に提案されているよう
に、運動する主振動体（音叉）に入力した角速度を、コ
リオリの力に比例して捻り振動を行う捻り振動系の変位
として検出するものである。
【０００３】図２は振動型ジャイロ装置の代表例である
音叉型ジャイロ装置を示す図である。図において、主振
動体である音叉１は、撓み軸（支持軸）３を介して基台
２に取り付けられ、全体として撓み軸３を中心とする捻
り振動系を構成する。音叉１の上端に近い位置に、変位
検出器６および励振装置４が取り付けられている。駆動
増幅器（交流信号源）５は、変位検出器６からのフィー
ドバック信号を基にして駆動信号を励振装置４に出力
し、音叉１をそのＵ字状の面１ａと平行な方向に振動さ
せ、その振動振幅を一定に制御する。この制御によっ
て、音叉１はその固有振動数において一定振幅を保ち振
動する。音叉１の撓み軸（支持軸、Ｚ軸）３の軸まわり
に、角速度Ωが入力されると、音叉１の振動速度ｖおよ
び入力角速度Ωに対応したコリオリの力Ｆｃが、図に示
すように発生し、これにより、音叉１全体が撓み軸３を
中心として交番的に回転し、捻り振動する。この捻り振
動はＦｃに比例した振幅を持つ振幅変調波とみなすこと
ができ、その振幅を音叉１の基部１ｃに設けた捻り振動
検出器８で検出し、この検出信号と駆動増幅器５の信号
とを、デモジュレータ７０で同期検波することにより入
力角速度Ωを検出することができる。そして、この振動
型ジャイロ装置では、角速度Ωの検出感度を上げるため
には、交番的に発生するコリオリの力Ｆｃによる捻り振
動の振幅が大きいことが必要であり、これは、主振動体
である音叉１の固有振動数と、撓み軸３を中心とする捻
り振動系の固有振動数を正確に一致させること、および
捻り振動における減衰係数を小さくすることにより実現
される。
音叉型ジャイロ装置を示す図である。図において、主振
動体である音叉１は、撓み軸（支持軸）３を介して基台
２に取り付けられ、全体として撓み軸３を中心とする捻
り振動系を構成する。音叉１の上端に近い位置に、変位
検出器６および励振装置４が取り付けられている。駆動
増幅器（交流信号源）５は、変位検出器６からのフィー
ドバック信号を基にして駆動信号を励振装置４に出力
し、音叉１をそのＵ字状の面１ａと平行な方向に振動さ
せ、その振動振幅を一定に制御する。この制御によっ
て、音叉１はその固有振動数において一定振幅を保ち振
動する。音叉１の撓み軸（支持軸、Ｚ軸）３の軸まわり
に、角速度Ωが入力されると、音叉１の振動速度ｖおよ
び入力角速度Ωに対応したコリオリの力Ｆｃが、図に示
すように発生し、これにより、音叉１全体が撓み軸３を
中心として交番的に回転し、捻り振動する。この捻り振
動はＦｃに比例した振幅を持つ振幅変調波とみなすこと
ができ、その振幅を音叉１の基部１ｃに設けた捻り振動
検出器８で検出し、この検出信号と駆動増幅器５の信号
とを、デモジュレータ７０で同期検波することにより入
力角速度Ωを検出することができる。そして、この振動
型ジャイロ装置では、角速度Ωの検出感度を上げるため
には、交番的に発生するコリオリの力Ｆｃによる捻り振
動の振幅が大きいことが必要であり、これは、主振動体
である音叉１の固有振動数と、撓み軸３を中心とする捻
り振動系の固有振動数を正確に一致させること、および
捻り振動における減衰係数を小さくすることにより実現
される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記２つの固
有振動数を正確に一致させることは製造上非常に困難で
コストも高く付き、かつ一致させたとしても温度変化な
どにより固有振動数は容易に変動する。また、捻り振動
系の減衰係数を小さくすると、角速度の変動に対する検
出帯域が低下し、固有振動数変化により検出感度も大き
く変化してしまう。したがって、角速度Ωの検出感度を
向上させるのは困難であった。本発明は、上記のような
従来技術の課題を解決するものであり、角速度を検出す
る際の検出感度を容易に上げることができる振動型ジャ
イロ装置を提供することを目的としたものである。
有振動数を正確に一致させることは製造上非常に困難で
コストも高く付き、かつ一致させたとしても温度変化な
どにより固有振動数は容易に変動する。また、捻り振動
系の減衰係数を小さくすると、角速度の変動に対する検
出帯域が低下し、固有振動数変化により検出感度も大き
く変化してしまう。したがって、角速度Ωの検出感度を
向上させるのは困難であった。本発明は、上記のような
従来技術の課題を解決するものであり、角速度を検出す
る際の検出感度を容易に上げることができる振動型ジャ
イロ装置を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の振動型ジャイロ装置は、支持軸で支持した
音叉と、上記音叉を、その音叉のＵ字状の面と平行な方
向に音叉の固有振動数および一定振幅で振動させる第１
の励振系と、上記音叉を支持軸を中心に交番的に回転さ
せ、その支持軸を中心とする捻り振動系をその固有振動
数で捻り振動させる第２の励振系と、上記捻り振動数を
検出する捻り振動検出器と、上記音叉に角速度を加えた
ときのその角速度を検出する角速度検出器と、を有し、
上記角速度検出器は、上記音叉を第１の励振系および第
２の励振系で振動させた状態で音叉に角速度を加えたと
きに変化を受ける捻り振動数を捻り振動検出器で検出
し、その検出した捻り振動数と、上記捻り振動系の固有
振動数との差分から上記角速度を検出することを特徴と
する。
め、本発明の振動型ジャイロ装置は、支持軸で支持した
音叉と、上記音叉を、その音叉のＵ字状の面と平行な方
向に音叉の固有振動数および一定振幅で振動させる第１
の励振系と、上記音叉を支持軸を中心に交番的に回転さ
せ、その支持軸を中心とする捻り振動系をその固有振動
数で捻り振動させる第２の励振系と、上記捻り振動数を
検出する捻り振動検出器と、上記音叉に角速度を加えた
ときのその角速度を検出する角速度検出器と、を有し、
上記角速度検出器は、上記音叉を第１の励振系および第
２の励振系で振動させた状態で音叉に角速度を加えたと
きに変化を受ける捻り振動数を捻り振動検出器で検出
し、その検出した捻り振動数と、上記捻り振動系の固有
振動数との差分から上記角速度を検出することを特徴と
する。
【０００６】
【作用】上述したように、本発明によれば、主振動体
（音叉）および捻り振動系をそれぞれの固有振動数で振
動させておき、音叉に角速度を加えたときの捻り振動検
出器の振動数を検出する。音叉には、角速度に比例した
コリオリの力が発生し、このときのコリオリの力は捻り
振動系の見かけ上のバネ剛性を変化させるので、コリオ
リの力に比例して捻り振動系の振動数は変化する。これ
は、弦の固有振動数が張力によって変化するのと同じ原
理である。したがって、捻り振動系の捻り振動数（周波
数）は、固有振動数を中心に周波数変調されたものにな
り、その振動数の固有振動数に対する差分は入力した角
速度に比例するので、捻り振動数を検出し固有振動数と
の差分を求めることにより、角速度を検出することがで
きる。
（音叉）および捻り振動系をそれぞれの固有振動数で振
動させておき、音叉に角速度を加えたときの捻り振動検
出器の振動数を検出する。音叉には、角速度に比例した
コリオリの力が発生し、このときのコリオリの力は捻り
振動系の見かけ上のバネ剛性を変化させるので、コリオ
リの力に比例して捻り振動系の振動数は変化する。これ
は、弦の固有振動数が張力によって変化するのと同じ原
理である。したがって、捻り振動系の捻り振動数（周波
数）は、固有振動数を中心に周波数変調されたものにな
り、その振動数の固有振動数に対する差分は入力した角
速度に比例するので、捻り振動数を検出し固有振動数と
の差分を求めることにより、角速度を検出することがで
きる。
【０００７】
【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は本発明の振動型ジャイロ装置の全
体構成を示す図である。この図１に示した振動型ジャイ
ロ装置は、図２の従来例と同様に音叉型ジャイロ装置で
あり、図２と同一の構成要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。図２の従来例と異なるのは、捻り振
動系を固有振動数で振動させるための励振装置９を付加
したこと、およびデモジュレータ７が周波数検波装置と
なることである。
細に説明する。図１は本発明の振動型ジャイロ装置の全
体構成を示す図である。この図１に示した振動型ジャイ
ロ装置は、図２の従来例と同様に音叉型ジャイロ装置で
あり、図２と同一の構成要素には同一の符号を付してそ
の説明を省略する。図２の従来例と異なるのは、捻り振
動系を固有振動数で振動させるための励振装置９を付加
したこと、およびデモジュレータ７が周波数検波装置と
なることである。
【０００８】励振装置９は、撓み軸３に音叉１の一方の
側端面（Ｕ字状の面）１ａと平行に水平に固定した棒状
のものであり、その先端には励振源９ａが設けてある。
駆動増幅器（交流信号源）５０は、駆動信号をその励振
源９ａに出力して振動させ、撓み軸３にその固有振動数
での捻り振動を行わせる。なお上述したように、主振動
体である音叉１は、撓み軸３を介して基台２に取り付け
られ、全体として撓み軸３を中心とする捻り振動系を構
成しており、固有振動数はその捻り振動系全体に固有の
ものであるが、それは撓み軸３や捻り振動検出器８の持
つ固有振動数でもあるといえる。
側端面（Ｕ字状の面）１ａと平行に水平に固定した棒状
のものであり、その先端には励振源９ａが設けてある。
駆動増幅器（交流信号源）５０は、駆動信号をその励振
源９ａに出力して振動させ、撓み軸３にその固有振動数
での捻り振動を行わせる。なお上述したように、主振動
体である音叉１は、撓み軸３を介して基台２に取り付け
られ、全体として撓み軸３を中心とする捻り振動系を構
成しており、固有振動数はその捻り振動系全体に固有の
ものであるが、それは撓み軸３や捻り振動検出器８の持
つ固有振動数でもあるといえる。
【０００９】捻り振動系をその固有振動数で振動させて
おき、音叉１に任意の角速度Ωを加えたときの捻り振動
系の振動数を捻り振動検出器８で検出する。デモジュレ
ータ（角速度検出器）７は、その捻り振動検出器８から
の検出信号を受け取るとともに、駆動増幅器５０から固
有振動数の信号を受け取り、その周波数に関して同期検
波して角速度Ωを検出する。すなわち、捻り振動検出器
８が検出した振動数と、捻り振動系の固有振動数との差
分を求めて、角速度Ωを検出する。なお、デモジュレー
タ７はＡＧＣ（利得調整装置）、バンドパスフィルタお
よび周波数弁別器などからなり、これは通常用いられる
周波数検波装置で実現できる。
おき、音叉１に任意の角速度Ωを加えたときの捻り振動
系の振動数を捻り振動検出器８で検出する。デモジュレ
ータ（角速度検出器）７は、その捻り振動検出器８から
の検出信号を受け取るとともに、駆動増幅器５０から固
有振動数の信号を受け取り、その周波数に関して同期検
波して角速度Ωを検出する。すなわち、捻り振動検出器
８が検出した振動数と、捻り振動系の固有振動数との差
分を求めて、角速度Ωを検出する。なお、デモジュレー
タ７はＡＧＣ（利得調整装置）、バンドパスフィルタお
よび周波数弁別器などからなり、これは通常用いられる
周波数検波装置で実現できる。
【００１０】このようにして角速度Ωを検出できるの
は、以下の理由による。すなわち、捻り振動系をその固
有振動数で振動させておき、音叉１に角速度Ωを加える
と、音叉には、角速度Ωに比例したコリオリの力Ｆｃが
発生し、このときのコリオリの力Ｆｃは捻り振動系の見
かけ上のバネ剛性を変化させるので、弦の固有振動数が
張力によって変化するのと同じ原理に従って、コリオリ
の力Ｆｃに比例して捻り振動系の振動数は変化する。し
たがって、捻り振動系の振動数は、固有振動数を中心に
周波数変調されたものになり、その振動数の固有振動数
に対する差分は入力した角速度Ωに比例するので、振動
数を検出し固有振動数との差分を求めることにより、角
速度を検出することができる。
は、以下の理由による。すなわち、捻り振動系をその固
有振動数で振動させておき、音叉１に角速度Ωを加える
と、音叉には、角速度Ωに比例したコリオリの力Ｆｃが
発生し、このときのコリオリの力Ｆｃは捻り振動系の見
かけ上のバネ剛性を変化させるので、弦の固有振動数が
張力によって変化するのと同じ原理に従って、コリオリ
の力Ｆｃに比例して捻り振動系の振動数は変化する。し
たがって、捻り振動系の振動数は、固有振動数を中心に
周波数変調されたものになり、その振動数の固有振動数
に対する差分は入力した角速度Ωに比例するので、振動
数を検出し固有振動数との差分を求めることにより、角
速度を検出することができる。
【００１１】このように、励振装置９を設けて撓み軸３
を固有振動数で捻り振動させておき、音叉１に角速度Ω
を加えたときの捻り振動検出器８の振動数と固有振動数
との差分を求めることにより、角速度Ωを検出するよう
にしたので、簡単な構成かつ低コストで角速度Ωを検出
することができ、音叉（主振動体）１の固有振動数と捻
り振動系の固有振動数とを一致させて振幅を大きくする
ような複雑な手法を用いることなく、容易に角速度Ωの
検出感度を上げることができる。
を固有振動数で捻り振動させておき、音叉１に角速度Ω
を加えたときの捻り振動検出器８の振動数と固有振動数
との差分を求めることにより、角速度Ωを検出するよう
にしたので、簡単な構成かつ低コストで角速度Ωを検出
することができ、音叉（主振動体）１の固有振動数と捻
り振動系の固有振動数とを一致させて振幅を大きくする
ような複雑な手法を用いることなく、容易に角速度Ωの
検出感度を上げることができる。
【００１２】また、コリオリの力Ｆｃが作用すると角速
度Ωに応じて即座に振動数の変化が生じるため、捻り振
動系の減衰係数が小さくても、角速度Ωに対する検出帯
域は低下せず、減衰係数の大小によらずに角速度Ωを精
度良く検出することができる。
度Ωに応じて即座に振動数の変化が生じるため、捻り振
動系の減衰係数が小さくても、角速度Ωに対する検出帯
域は低下せず、減衰係数の大小によらずに角速度Ωを精
度良く検出することができる。
【００１３】さらに、検出信号が周波数変調されている
ため、復調するまでの雑音や外乱に強く、安定した精度
の良い測定を行うことができる。
ため、復調するまでの雑音や外乱に強く、安定した精度
の良い測定を行うことができる。
【００１４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、捻り振動
系をその固有振動数で振動させておき、音叉に角速度を
加えたときの捻り振動検出器の振動数と固有振動数との
差分を求めることにより、角速度を検出するようにした
ので、簡単な構成かつ低コストで角速度を検出すること
ができ、音叉（主振動体）の固有振動数と捻り振動系の
固有振動数とを一致させて振幅を大きくするような複雑
な手法を用いることなく、容易に角速度の検出感度を上
げることができる。また、コリオリの力が作用すると角
速度に応じて即座に振動数の変化が生じるため、捻り振
動系の減衰係数が小さくても、角速度に対する検出帯域
は低下せず、減衰係数の大小によらずに角速度を精度良
く検出することができる。さらに、検出信号が周波数変
調されているため、復調するまでの雑音や外乱に強く、
安定した精度の良い測定を行うことができる。
系をその固有振動数で振動させておき、音叉に角速度を
加えたときの捻り振動検出器の振動数と固有振動数との
差分を求めることにより、角速度を検出するようにした
ので、簡単な構成かつ低コストで角速度を検出すること
ができ、音叉（主振動体）の固有振動数と捻り振動系の
固有振動数とを一致させて振幅を大きくするような複雑
な手法を用いることなく、容易に角速度の検出感度を上
げることができる。また、コリオリの力が作用すると角
速度に応じて即座に振動数の変化が生じるため、捻り振
動系の減衰係数が小さくても、角速度に対する検出帯域
は低下せず、減衰係数の大小によらずに角速度を精度良
く検出することができる。さらに、検出信号が周波数変
調されているため、復調するまでの雑音や外乱に強く、
安定した精度の良い測定を行うことができる。
【図１】本発明の振動型ジャイロ装置の構成を示す斜視
図である。
図である。
【図２】従来の振動型ジャイロ装置の構成を示す斜視図
である。
である。
１ 音叉（主振動体） ２ 基台 ３ 撓み軸（支持軸） ４ 励振装置 ５，５０ 駆動増幅器（交流信号源） ６ 変位検出器 ７ デモジュレータ（角速度検出器） ８ 捻り振動検出器 ９ 励振装置
Claims (1)
- 【請求項１】 支持軸で支持した音叉と、 上記音叉を、その音叉のＵ字状の面と平行な方向に音叉
の固有振動数および一定振幅で振動させる第１の励振系
と、 上記音叉を支持軸を中心に交番的に回転させ、その支持
軸を中心とする捻り振動系をその固有振動数で捻り振動
させる第２の励振系と、 上記捻り振動数を検出する捻り振動検出器と、 上記音叉に角速度を加えたときのその角速度を検出する
角速度検出器と、 を有し、 上記角速度検出器は、上記音叉を第１の励振系および第
２の励振系で振動させた状態で音叉に角速度を加えたと
きに変化を受ける捻り振動数を捻り振動検出器で検出
し、その検出した捻り振動数と、上記捻り振動系の固有
振動数との差分から上記角速度を検出する、 ことを特徴とする振動型ジャイロ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7016638A JP2615439B2 (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | 振動型ジャイロ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7016638A JP2615439B2 (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | 振動型ジャイロ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08210857A JPH08210857A (ja) | 1996-08-20 |
| JP2615439B2 true JP2615439B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=11921911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7016638A Expired - Lifetime JP2615439B2 (ja) | 1995-02-03 | 1995-02-03 | 振動型ジャイロ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2615439B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU6547786A (en) * | 1985-10-21 | 1987-05-05 | Sundstrand Data Control, Inc. | Synchronous fm digital detector |
| JP2535396B2 (ja) * | 1988-07-23 | 1996-09-18 | ローベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 角速度測定装置 |
-
1995
- 1995-02-03 JP JP7016638A patent/JP2615439B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08210857A (ja) | 1996-08-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |