JP2686209B2 - Vibrating gyro - Google Patents

Vibrating gyro

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JP2686209B2
JP2686209B2 JP4186722A JP18672292A JP2686209B2 JP 2686209 B2 JP2686209 B2 JP 2686209B2 JP 4186722 A JP4186722 A JP 4186722A JP 18672292 A JP18672292 A JP 18672292A JP 2686209 B2 JP2686209 B2 JP 2686209B2
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piezoelectric
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厚吉 寺嶋
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赤井電機株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、一対の圧電素子に、
駆動、帰還および検出の各機能を発揮させることによ
り、常に安定した自励振動および検出を可能ならしめる
振動ジャイロに関するものである。
This invention relates to a pair of piezoelectric elements,
The present invention relates to a vibrating gyroscope that can always perform stable self-excited vibration and detection by exerting functions of driving, feedback, and detection.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の振動ジャイロとしては、例えば、
図5および図6にブロック線図で示すようなものが知ら
れている。ここで、図5に示す振動ジャイロでは、横断
面形状が四角形をなす振動体51の一側面に駆動用圧電素
子52を貼着するとともに、その側面と対向する反対側の
側面には帰還用圧電素子53を貼着し、また、これらと直
交する他の二側面には、それぞれの検出用圧電素子54,
55を貼着することによって振動子56が構成されており、
駆動装置57からの出力を駆動用圧電素子52に供給する一
方、帰還用圧電素子53の出力をその駆動装置57に帰還さ
せることにより、振動子56は、直交三次元座標系のX軸
方向に所定の自励振動を行うようになっている。そし
て、かかる自励振動の下で、振動子56がZ軸の周りに回
転されると、振動子56はコリオリの力の発生によってY
軸方向の振動を惹起され、このY軸方向の振動に伴う電
圧が、それぞれの検出用圧電素子54, 55に発生するの
で、それらの電圧を、差動増幅器58, 同期検波器59およ
び直流増幅器50に順次に通過させることによって、振動
子56の角速度が直流出力として求められる。
2. Description of the Related Art As a conventional vibrating gyroscope, for example,
The ones shown in block diagrams in FIGS. 5 and 6 are known. Here, in the vibrating gyroscope shown in FIG. 5, the driving piezoelectric element 52 is attached to one side surface of the vibrating body 51 having a quadrangular cross section, and the feedback piezoelectric element 52 is provided on the side surface opposite to the side surface. The element 53 is attached, and on the other two side surfaces orthogonal to these, the respective piezoelectric detection elements 54,
The vibrator 56 is configured by attaching 55,
By supplying the output from the driving device 57 to the driving piezoelectric element 52 and returning the output of the feedback piezoelectric element 53 to the driving device 57, the vibrator 56 moves in the X-axis direction of the orthogonal three-dimensional coordinate system. A predetermined self-excited vibration is performed. Then, under the self-excited vibration, when the oscillator 56 is rotated around the Z axis, the oscillator 56 generates Y due to the Coriolis force.
Axial vibration is induced, and a voltage associated with this Y-axis vibration is generated in each of the detecting piezoelectric elements 54 and 55. Therefore, these voltages are applied to the differential amplifier 58, the synchronous detector 59 and the DC amplifier. By sequentially passing through 50, the angular velocity of the oscillator 56 is obtained as a DC output.

【0003】また、図6に示す振動ジャイロは、横断面
形状が三角形をなす振動体61の二側面のそれぞれに、駆
動用圧電素子71, 72を貼着するとともに、他の一側面に
帰還用圧電素子63を貼着し、そして、駆動装置67からの
出力を、それぞれの抵抗73,74を介して駆動用圧電素子7
1, 72に供給し、帰還用圧電素子63からの出力を駆動装
置67に帰還させることによって、X軸方向に自励振動す
る振動子66を構成したものである。ここでは、検出用圧
電素子を兼ねるそれぞれの駆動用圧電素子71,72に発生
する電圧を差動増幅し、同期検波した後に直流増幅する
ことで、振動子66がZ軸の周りに回転されることによっ
て発生するY軸方向のコリオリの力、ひいては、角速度
を検出することができる。
Further, in the vibrating gyro shown in FIG. 6, driving piezoelectric elements 71 and 72 are attached to each of two side surfaces of a vibrating body 61 having a triangular cross section, and the other side surface is used for returning. The piezoelectric element 63 is attached, and the output from the driving device 67 is applied to the driving piezoelectric element 7 via the resistors 73 and 74, respectively.
The oscillator 66 is configured to be self-oscillated in the X-axis direction by supplying the output to the drive device 67 by supplying the output from the return piezoelectric element 63 to the drive device 67. Here, the oscillator 66 is rotated around the Z axis by differentially amplifying the voltage generated in each of the driving piezoelectric elements 71 and 72 that also serve as the detecting piezoelectric element, performing synchronous detection, and then performing DC amplification. It is possible to detect the Coriolis force in the Y-axis direction, which is generated by the above, and thus the angular velocity.

【0004】ところで、図5に示す振動ジャイロにあっ
ては、それぞれの圧電素子52, 53,54, 55がともに、エ
ポキシ樹脂その他の接着剤によって振動体51に接着され
ていることから、周囲温度の変化に起因する接着剤の強
度、弾性的性質その他の変化によって、たとえば、駆動
用圧電素子52と帰還用圧電素子53との間の特性差が変化
して、振動条件に変動を来し、それによって振動子56の
自励振動が不安定なものとなる問題があった。また、温
度サイクルなどが加わった時には、接着剤の性質が経時
に変化して駆動条件にヒステリシスを生じる問題もあ
り、さらには、検出用圧電素子54, 55の接着強度の変化
がドリフトの原因ともなるという問題もあった。
By the way, in the vibration gyro shown in FIG. 5, since the respective piezoelectric elements 52, 53, 54, 55 are adhered to the vibrating body 51 by an epoxy resin or other adhesive, the ambient temperature The strength of the adhesive caused by the change of, the elastic properties and other changes, for example, the characteristic difference between the driving piezoelectric element 52 and the feedback piezoelectric element 53 is changed, the vibration conditions fluctuate, This causes a problem that the self-excited vibration of the vibrator 56 becomes unstable. Also, when a temperature cycle is applied, the adhesive properties will change over time.
There are also problems caused hysteresis varying to driving conditions, further, there is a problem in that the change in adhesive strength of the detecting piezoelectric elements 54, 55 also causes drift.

【0005】また、各圧電素子52, 53, 54, 55の特性の
ばらつき、振動体51の断面形状の非対称性などにより、
理想的には、振動子56の非回転時には発生しないY軸方
向の振動が、現実には発生していわゆる漏れ電圧を生じ
る。ところが、この漏れ電圧の大きさ等もまた、駆動電
圧その他の駆動条件に依存して変化しドリフトの原因に
なるという問題があった。さらには、この従来技術の場
合、振動体51の各側面に、各圧電素子を高い精度で接着
させる必要から、振動子56の組立作業が甚だ面倒である
という問題もあった。
Further, due to variations in the characteristics of the piezoelectric elements 52, 53, 54, 55 and the asymmetry of the sectional shape of the vibrating body 51,
Ideally, vibration in the Y-axis direction that does not occur when the vibrator 56 does not rotate actually occurs and causes a so-called leakage voltage. However, there is a problem in that the magnitude of the leakage voltage also changes depending on the driving voltage and other driving conditions and causes drift. Further, in the case of this conventional technique, there is a problem that the assembling work of the vibrator 56 is extremely troublesome because each piezoelectric element needs to be bonded to each side surface of the vibrating body 51 with high accuracy.

【0006】なお、図6に示す従来技術では、駆動用圧
電素子71, 72を、検出用圧電素子としても用いることか
ら、接着剤の変化に起因する漏れ電圧の変化を、図5に
示す従来技術のそれよりも低減することはできる。しか
しながら、この従来技術においてもまた、帰還用圧電素
子63を、図5に示すものと同様に別途設けているため、
振動条件に関しては、前述したと同様の問題が残ること
になる。
In the prior art shown in FIG. 6, since the driving piezoelectric elements 71, 72 are also used as the detecting piezoelectric elements, the change in leakage voltage due to the change in adhesive is shown in FIG. It can be less than that of technology. However, also in this conventional technique, the feedback piezoelectric element 63 is separately provided as in the case shown in FIG.
Regarding the vibration condition, the same problem as described above remains.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、かつて、
上記従来技術が抱える上述した問題を有利に解決するた
めに、振動子の組立作業を容易ならしめてなお、接着剤
の影響による駆動条件の変動を有効に低減し、また、漏
れ電圧の変化を十分小さく抑制することができる振動ジ
ャイロについて提案した(特願平3−162330号) 。
The present inventor once found that
In order to advantageously solve the above-mentioned problems that the above-mentioned conventional technology has, the work of assembling the vibrator is facilitated and the fluctuation of the driving condition due to the influence of the adhesive is effectively reduced, and the change of the leakage voltage is sufficiently suppressed. We proposed a vibration gyro that can be suppressed small (Japanese Patent Application No. 3-162330).

【0008】本発明者が先に提案したこの振動ジャイロ
は、図4にブロック線図で示すようなものである。この
図4に示す振動ジャイロでは、横断面形状が四角形をな
す振動体1の一側面に一の圧電素子2を貼着するととも
に、この圧電素子2の電極を、振動体1の幅方向に二分
割してそれぞれの分割電極2a,2bとすることによっ
て振動子3を構成している。
This vibrating gyro, previously proposed by the present inventor, is as shown in the block diagram of FIG. In the vibrating gyro shown in FIG. 4, one piezoelectric element 2 is attached to one side surface of the vibrating body 1 having a quadrangular cross-sectional shape, and the electrodes of the piezoelectric element 2 are arranged in the width direction of the vibrating body 1. The vibrator 3 is configured by dividing the electrodes into the divided electrodes 2a and 2b.

【0009】またここでは、駆動装置4を、それぞれの
インピーダンス素子Z6 ,Z7 を介してそれぞれの分割
電極2a,2bに接続するとともに、他のインピーダン
ス素子Z8 を介して容量素子5にも接続して、それらの
各々に、駆動装置4からの交流電圧を同時に印加可能に
してある。
Further, here, the drive unit 4 is connected to the respective divided electrodes 2a and 2b via the impedance elements Z 6 and Z 7 , and also to the capacitive element 5 via the other impedance element Z 8. By connecting them, an AC voltage from the driving device 4 can be simultaneously applied to each of them.

【0010】一方、前記各インピーダンス素子Z6 ,Z
7 と、それぞれの分割電極2a,2bとの接続部6, 7
を、加算器8を介して差動増幅器9に接続し、加算器8
ではそれらの両接続部6, 7からの出力を加算し、そし
て、差動増幅器9では、インピーダンス素子Z8 と容量
素子5との接続部10からの出力と、加算器8からの出力
とを差動増幅するとともに、そこからの出力を駆動装置
4に帰還させることとしている。そしてさらには、前記
両接続部6, 7を他の差動増幅器11に接続し、この差動
増幅器11を、同期検波器12および直流増幅器13に順次に
接続している。
On the other hand, each of the impedance elements Z 6 , Z
7 and connecting portions 6, 7 between the respective divided electrodes 2a, 2b
Is connected to the differential amplifier 9 via the adder 8 and the adder 8
Then, the outputs from both the connecting portions 6 and 7 are added, and in the differential amplifier 9, the output from the connecting portion 10 between the impedance element Z 8 and the capacitive element 5 and the output from the adder 8 are added. In addition to differential amplification, the output from the amplifier is fed back to the drive unit 4. Further, both the connecting portions 6 and 7 are connected to another differential amplifier 11, and this differential amplifier 11 is sequentially connected to the synchronous detector 12 and the DC amplifier 13.

【0011】以上のように構成してなる振動ジャイロに
よれば、駆動装置4からそれぞれの分割電極2a,2b
への交流電圧の印加によって、振動子3をX軸方向に自
励振動させることができる。かかる振動状態において
は、それぞれの接続部6,7からの出力は、駆動装置4
からの供給電圧と、圧電素子2のひずみに伴って、分割
電極2aおよび2bを経てそれぞれ出力される電圧との
合成出力となる。従って、それらの両合成出力を、加算
器8で加算した後、差動増幅器9に入力させることによ
り、X軸方向の振動に伴って発生する電圧だけを抽出
し、そしてそれを駆動装置4に帰還させることで、振動
子3の自励振動を安定なものとすることができる。
According to the vibrating gyroscope constructed as described above, the drive device 4 drives the respective divided electrodes 2a, 2b.
By applying an AC voltage to the vibrator 3, the vibrator 3 can be self-oscillated in the X-axis direction. In this vibrating state, the output from each of the connecting portions 6 and 7 is the drive device 4
Is a combined output of the voltage supplied from the device and the voltage output through the divided electrodes 2a and 2b with the strain of the piezoelectric element 2. Therefore, by adding the two combined outputs by the adder 8 and inputting them to the differential amplifier 9, only the voltage generated with the vibration in the X-axis direction is extracted, and the extracted voltage is supplied to the drive device 4. By feeding back, the self-excited vibration of the vibrator 3 can be made stable.

【0012】ここで、振動子3のこのような自励振動の
下で、その振動子3がZ軸の廻りに回転されると、振動
子3には、コリオリの力に基づくY軸方向の振動が発生
し、これにより、接続部6, 7の出力電圧に差を生じ
る。そこで、これらの両出力電圧を、差動増幅器11にて
差動増幅することにより、コリオリの力の発生に伴う電
圧を分離検出することができる。
Under the self-excited vibration of the vibrator 3, when the vibrator 3 is rotated around the Z axis, the vibrator 3 moves in the Y axis direction based on the Coriolis force. Vibration is generated, which causes a difference in the output voltage of the connecting portions 6 and 7. Therefore, by differentially amplifying both of these output voltages with the differential amplifier 11, it is possible to separately detect the voltage associated with the generation of the Coriolis force.

【0013】ところで、このような先に提案した図4に
示す振動ジャイロにあっては、振動体1の一側面に貼着
した一の圧電素子2の電極を、振動体1の幅方向に二分
割して、それぞれの分割電極2a,2bとしていること
から、それぞれの分割電極の幅が、振動体1の幅の半分
以下となるとともに、それらの分割電極2a,2bが振
動体1の同一側面上に位置することとなり、振動子3の
駆動力およびコリオリの力の検出感度が共に小さくなる
とともに、S/Nが低下するという問題があった。この
発明は、かかる先行提案技術の有する問題点を解決する
ことを課題として検討した結果なされたものであり、こ
の発明の目的は、振動子の組立作業を容易にし、接着剤
の影響による駆動条件の変動を低減し、また、漏れ電圧
の変化を小さく抑えることはもちろん、振動子の駆動振
動の時出力を小ならしめることに併せて、コリオリの
力, ひいては角速度の検出感度を十分に高め、S/N
値を大きく改善した振動ジャイロを提供することにあ
る。
By the way, in the above-proposed vibration gyro shown in FIG. 4, the electrodes of one piezoelectric element 2 attached to one side surface of the vibrating body 1 are arranged in the width direction of the vibrating body 1. Since the electrodes are divided into the divided electrodes 2a and 2b, the width of each divided electrode is less than half the width of the vibrating body 1, and the divided electrodes 2a and 2b are formed on the same side surface of the vibrating body 1. Since it is positioned above, there is a problem that both the driving force of the vibrator 3 and the detection sensitivity of the Coriolis force decrease and the S / N decreases. The present invention has been made as a result of studying as a subject to solve the problems of the prior proposed technique, and an object of the present invention is to facilitate the assembling work of a vibrator and to provide an adhesive agent.
The fluctuation of driving conditions due to the influence of
The change in the drive
In addition to reducing the output during movement, the detection sensitivity of Coriolis force, and thus of angular velocity, is sufficiently increased to improve the S / N ratio.
It is to provide a vibration gyro with greatly improved values.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】この発明の振動ジャイロ
は、横断面形状が多角形をなす振動体の第1の側面に第
1の圧電素子を、その第1の側面に平行となる第2の側
面に第2の圧電素子を、ともにそれらの各側面の一方側
に偏せて貼着し、各圧電素子の幅を、それの貼着側面の
幅の半分を越える寸法として振動子を構成し、この振動
子の第1および第2の圧電素子のそれぞれを、それぞれ
のインピーダンス素子を介して一の振動子振動用駆動手
段に接続したところにおいて、各圧電素子とインピーダ
ンス素子との接続部を、たとえば、加算器および、そこ
からの加算出力と基準交流電圧との差動を行う差動増幅
器を順次に介して駆動手段に接続する一方、前記各接続
部を、それらの接続部の出力の相互の差動を行う差動増
幅器にも接続したものである。
A vibrating gyroscope according to the present invention has a first piezoelectric element on a first side surface of a vibrating body having a polygonal transverse cross section, and a second piezoelectric element parallel to the first side surface. The second piezoelectric elements are attached to the side surfaces of the piezoelectric element while being biased to one side of each of the side surfaces, and the width of each piezoelectric element is set to the width of the attached side surface.
As a dimension exceeding half the width constitutes a vibrator, each of the first and second piezoelectric elements of the transducer, in conneted to one vibrator vibrating drive means via a respective impedance element While connecting the connecting portion of each piezoelectric element and the impedance element to the driving means through, for example, an adder and a differential amplifier that performs a differential between the addition output from the piezoelectric element and the reference AC voltage in order, Each connection is also connected to a differential amplifier that performs the differential of the outputs of those connections.

【0015】また、この発明の他の振動ジャイロは、横
断面形状が多角形をなす振動体の第1の側面に第1の圧
電素子を、その第1の側面に平行となる第2の側面に第
2の圧電素子を、ともにそれらの各側面の一方側に偏せ
て貼着し、各圧電素子の幅を、それの貼着側面の幅の半
分を越える寸法として振動子を構成し、この振動子の第
1および第2の圧電素子のそれぞれを、それぞれのイン
ピーダンス素子を介して一の振動子振動用駆動手段に接
続したところにおいて、各圧電素子とインピーダンス素
子との接続部を、各接続部の出力と各基準交流電圧との
差動を行うそれぞれの差動増幅器および加算器を順次に
介して駆動手段に接続する一方、前記各接続部を、それ
らの接続部の出力の相互の差動を行う差動増幅器にも接
続したもの、または、各圧電素子とインピーダンス素子
との接続部を、各接続部の出力と各基準交流電圧との差
動を行うそれぞれの差動増幅器および加算器を順次に介
して駆動手段に接続する一方、前記それぞれの差動増幅
器を、それらの各差動増幅器からの差動出力の相互の差
動を行う他の差動増幅器にも接続したものである。
According to another vibrating gyroscope of the present invention, a first piezoelectric element is provided on a first side surface of a vibrating body having a polygonal cross-sectional shape, and a second side surface parallel to the first side surface. The second piezoelectric element is attached to one side of each side so that the width of each piezoelectric element is half the width of the attached side surface.
As a dimension exceeding the amount constitutes a vibrator, each of the first and second piezoelectric elements of the transducer, in conneted to one vibrator vibrating drive means via a respective impedance elements, each The connection portion between the piezoelectric element and the impedance element is connected to the driving means through the respective differential amplifiers and adders that perform the differential between the output of each connection portion and each reference AC voltage, while each of the connection portions is connected. Section is also connected to a differential amplifier that performs a differential operation of the outputs of these connection sections, or the connection section between each piezoelectric element and the impedance element is connected to the output of each connection section and each reference AC voltage. Each of the differential amplifiers and the adder for performing the differential of the above is sequentially connected to the driving means, while the respective differential amplifiers are connected to each other and the differential outputs of the respective differential amplifiers are connected to each other. Other differential to do Which are connected to a width unit.

【0016】ところで、前述したそれぞれの振動ジャイ
ロにおいて、より好ましくは、各基準交流電圧を、イン
ピーダンス素子を介して駆動手段に接続した容量素子
と、そのインピーダンス素子との接続部の電圧とする。
In each of the above-mentioned vibration gyros, more preferably, each reference AC voltage is a voltage at a connecting portion between the capacitive element connected to the driving means via the impedance element and the impedance element.

【0017】[0017]

【作用】以上のような振動ジャイロでは、横断面形状が
多角形をなす振動体の第1の側面に第1の圧電素子を、
そして、その第1の側面に平行となる第2の側面に第2
の圧電素子を、ともにそれらの各側面の一方側に偏せて
貼着するとともに、各圧電素子の幅寸法を、それの貼着
側面の幅の半分を越える寸法として振動子を構成するこ
とによって、その振動子は2つの圧電素子を貼着した側
面と平行な方向へ駆動可能となる。この場合、貼着側面
の幅の半分を越える幅を有する各圧電素子は、振動子の
駆動方向の振動に対しては、必ずその振動の中立面を横
切って位置することになり、その駆動振動時には、各圧
電素子に、それの伸長に伴う電荷と、圧縮に伴う電荷と
のそれぞれが同時に発生し、相互に逆符号となるそれら
の電荷の多くの部分が各圧電素子内で相殺されるので、
振動子の駆動振動に対する圧電素子出力を有効に低減さ
せることができる。しかも、ここにおける第1および第
2の圧電素子はともに、それらの各々の貼着側面の幅の
半分を越える幅を有しており、振動子に、それの駆動方
向と直交する方向のコリオリの力が発生した場合には、
各圧電素子がコリオリの力の作用方向と直交する姿勢で
そのコリオリの力を検知すること、それぞれの圧電素子
が相互に逆方向に、また、各圧電素子は、その全体にわ
たって同一方向に歪むこととも相俟って、各圧電素子の
出力を十分大ならしめることができ、これにより、振動
ジャイロの、コリオリの力に対する検出感度を高めるこ
とができる。従って、コリオリの力による出力電圧を上
述したように十分大きくする一方で、コリオリの力の検
知のためには本来的には不要である、駆動方向振動に対
する出力電圧を有利に低減させることによって、S/N
を従来技術に比してはるかに高めることができる。
In the vibrating gyroscope as described above, the first piezoelectric element is provided on the first side surface of the vibrating body having a polygonal cross section.
Then, the second side surface is parallel to the first side surface and the second side surface is formed.
By sticking together the piezoelectric elements on one side of each of the side surfaces, and by configuring the vibrator so that the width dimension of each piezoelectric element exceeds half the width of the sticking side surface. , the vibrator is allowed dynamic driving the side surface parallel to the direction in which the bonding the two piezoelectric elements. In this case , each piezoelectric element having a width exceeding half the width of the sticking side surface must be positioned across the neutral plane of the vibration in the driving direction of the vibrator. At the time of vibration, each piezoelectric element simultaneously generates an electric charge associated with its extension and an electric charge associated with compression, and a large part of those charges having mutually opposite signs are canceled out within each piezoelectric element. So
It is possible to effectively reduce the piezoelectric element output with respect to the driving vibration of the vibrator. Moreover, both the first and second piezoelectric element in this case, Propelled by one a width exceeding half the width of the bonded sides of each of them to vibration Doko, the direction of which is perpendicular to that of the driving direction When Coriolis force is generated,
That each piezoelectric element detects the Coriolis force in a posture perpendicular to the direction of action of the Coriolis force, in opposite directions of the piezoelectric elements to each other, and each piezoelectric element is distorted in the same direction throughout its Together with this, the output of each piezoelectric element can be made sufficiently large, and thereby the detection sensitivity for the Coriolis force of the vibration gyro can be increased. Therefore, while making the output voltage due to the Coriolis force sufficiently large as described above, by advantageously reducing the output voltage for vibration in the driving direction, which is essentially unnecessary for detecting the Coriolis force, S / N
Can be much higher than in the prior art.

【0018】[0018]

【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、この発明の一実施例を示すブロック線
図であり、この図において図4で述べた部分と同様の部
分はそれらと同一の番号で示す。この具体例では、横断
面形状が四角形をなす振動体1の一側面1aに第1の圧電
素子20を貼着するとともに、その側面1a平行をなす対
抗側面1bに、第2の圧電素子21を貼着し、それらの両圧
電素子20, 21をともに、それぞれの側面1a, 1bの一方側
に偏せて位置させるとともに、各圧電素子20, 21の幅寸
法を、それの貼着面の幅の半分を越える寸法とすること
によって振動子22を構成し、そして、それらのそれぞれ
の圧電素子20, 21を、それぞれのインピーダンス素子
Z1, Z2を介して駆動装置4に接続するとともに、その駆
動装置4を、他のインピーダンス素子Z3を介して容量素
子23にも接続することにより、駆動装置4からの交流電
圧を、両圧電素子20, 21および容量素子23のそれぞれに
同時に印加可能とする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, in which the same parts as those described in FIG. 4 are designated by the same reference numerals. In this embodiment, as well as adhering the first piezoelectric element 20 on one side 1a of the vibration member 1 which cross-sectional shape forms a rectangle, the opposing side surface 1b which forms a parallel to the side surface 1a, the second piezoelectric element 21 And both the piezoelectric elements 20 and 21 are positioned so as to be offset to one side of the respective side surfaces 1a and 1b , and the width dimension of each piezoelectric element 20 and 21 is adjusted.
Of the piezoelectric element 20 and 21 and the impedance element of each of the piezoelectric elements 20 and 21.
By connecting the driving device 4 via Z 1 and Z 2 and also connecting the driving device 4 to the capacitive element 23 via another impedance element Z 3 , the AC voltage from the driving device 4 is The piezoelectric elements 20 and 21 and the capacitive element 23 can be applied simultaneously.

【0019】一方、前記各インピーダンス素子Z1, Z
2と、それぞれの圧電素子20, 21との接続部24, 25を、
加算器8を介して差動増幅器9に接続し、加算器8で
は、それらの両接続部24, 25からの出力を加算し、そし
て、差動増幅器9では、インピーダンス素子Z3と容量素
子23との接続部26からの出力と、加算器8からの出力を
差動増幅して、そこからの差動出力を駆動装置4に帰還
させる。ところで、ここにおけるそれぞれのインピーダ
ンス素子Z1, Z2,Z3としては、抵抗型、容量型および誘
導型のいずれのタイプのものをも用いることができる。
[0019] On the other hand, each of the impedance element Z 1, Z
2 and the connecting portions 24 and 25 between the piezoelectric elements 20 and 21,
It is connected to the differential amplifier 9 via the adder 8, and the adder 8 adds the outputs from both of the connecting portions 24 and 25. Then, in the differential amplifier 9, the impedance element Z 3 and the capacitive element 23 are added. The output from the connection section 26 and the output from the adder 8 are differentially amplified, and the differential output therefrom is fed back to the drive unit 4. By the way, as each of the impedance elements Z 1 , Z 2 and Z 3 here, any type of resistance type, capacitance type and inductive type can be used.

【0020】そしてさらには、それぞれのインピーダン
ス素子Z1, Z2と、それぞれの圧電素子20, 21との接続部
24, 25を、従来技術の場合と同様に、他の差動増幅器11
に接続し、この差動増幅器11を、同期検波器12および直
流増幅器13に順次に接続する。
Further, a connecting portion between the impedance elements Z 1 and Z 2 and the piezoelectric elements 20 and 21 is connected.
24 and 25 are replaced with other differential amplifiers 11 as in the prior art.
The differential amplifier 11 is sequentially connected to the synchronous detector 12 and the DC amplifier 13.

【0021】かかる振動ジャイロでは、駆動装置4から
それぞれの圧電素子20, 21への交流電圧の印加によっ
て、振動子22を三次元直交座標系のX軸方向に自励振動
させることができる。このような自励振動状態において
は、それぞれの接続部24, 25からの出力は、駆動装置4
からの供給電圧と、それぞれの圧電素子20, 21のひずみ
に伴って、それらの各圧電素子20, 21から出力される電
圧との合成出力となる。従って、それらの両合成出力
を、加算器8で加算した後、差動増幅器9に通過させる
ことにより、X軸方向の振動に基づいて圧電素子20, 21
から発生された電圧だけを抽出することができ、それを
駆動装置4に帰還させることによって、振動子6の自励
振動を十分安定なものとすることができる。なお、ここ
での、圧電素子20, 21からの出力は、先にも述べたよう
に、いずれの圧電素子20, 21も、振動子22の自励振動の
中立面を横切って位置することに基づき、十分小さい値
となる。
In such a vibrating gyro, the vibrator 22 can be self-oscillated in the X-axis direction of the three-dimensional orthogonal coordinate system by applying an AC voltage from the driving device 4 to the respective piezoelectric elements 20, 21. In such a self-excited vibration state, the output from each of the connection portions 24 and 25 is the drive device 4
And a voltage output from each of the piezoelectric elements 20 and 21 due to the strain of each of the piezoelectric elements 20 and 21. Therefore, by adding both combined outputs by the adder 8 and passing them through the differential amplifier 9, the piezoelectric elements 20, 21 are caused based on the vibration in the X-axis direction.
It is possible to extract only the voltage generated from the above, and by feeding back it to the drive device 4, the self-excited vibration of the vibrator 6 can be made sufficiently stable. In addition, here
The outputs from the piezoelectric elements 20 and 21 are as described above.
In addition, both piezoelectric elements 20 and 21
Small enough based on being located across the midplane
Becomes

【0022】そして、振動子22のこのような自励振動の
下で、その振動子22がZ軸の廻りに回転されると、振動
子22には、コリオリの力に基づくY軸方向の振動が発生
し、これにより、接続部24, 25の出力電圧に差を生じ
る。そこで、これらの両出力電圧を、差動増幅器11にて
差動増幅し、同期検波器12および直流増幅器13に順次通
過させることにより、コリオリの力の発生に伴う電圧を
分離検出することができる。
Under such self-excited vibration of the vibrator 22, when the vibrator 22 is rotated around the Z axis, the vibrator 22 vibrates in the Y axis direction based on the Coriolis force. Occurs, which causes a difference in the output voltage of the connection portions 24 and 25. Therefore, both of these output voltages are differentially amplified by the differential amplifier 11 and sequentially passed through the synchronous detector 12 and the DC amplifier 13, whereby the voltage associated with the generation of Coriolis force can be separated and detected. .

【0023】ここで、この振動ジャイロによれば、とく
に、貼着面積が大きく、かつコリオリの力の作用方向と
直交する姿勢で位置する2つの圧電素子20, 21によって
コリオリの力を検知することに加え、それらの圧電素子
20, 21が、振動体1の相互に対抗する二側面上に配設さ
れて逆方向に歪むとともに、同一の圧電素子がその全体
にわたって同一方向に歪むことにより、検出感度を十分
に高めることができる。しかも、この振動ジャイロで
は、振動子22の自励振動時におけるそれぞれの圧電素子
20, 21からの出力が小さいことと相俟って、S/Nを大
きく向上させることができる。
Here, according to this vibrating gyroscope, in particular, the attachment area is large and the action direction of the Coriolis force is
In addition to detecting the Coriolis force by the two piezoelectric elements 20 and 21 positioned in the orthogonal posture , those piezoelectric elements
20, 21 are arranged on two side surfaces of the vibrating body 1 facing each other and are distorted in the opposite directions, and the same piezoelectric element is formed as a whole.
By distorting in the same direction over , the detection sensitivity can be sufficiently enhanced. Moreover, with this vibrating gyro
Are the piezoelectric elements of the vibrator 22 during self-excited vibration.
Combined with the small output from 20, 21, increase S / N
Can be improved.

【0024】図2は、この発明の他の実施例を示すブロ
ック線図である。この例は、駆動装置4を、それぞれの
インピーダンス素子Z1, Z2を介してそれぞれの圧電素子
20, 21に接続するとともに、他のそれぞれのインピーダ
ンス素子Z4, Z5を介してそれぞれの容量素子31, 32に接
続し、そして、インピーダンス素子Z1, Z2と圧電素子2
0, 21とのそれぞれの接続部24, 25を、基準交流電圧と
の差動を行うそれぞれの差動増幅器33, 34を介して加算
器35に接続する点において、図1に示す実施例と相違す
る。
FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention. In this example, the driving device 4 is connected to each piezoelectric element via each impedance element Z 1 and Z 2.
20 and 21, and connected to the respective capacitive elements 31 and 32 via the other respective impedance elements Z 4 and Z 5 , and then to the impedance elements Z 1 and Z 2 and the piezoelectric element 2
1 in that the respective connection portions 24 and 25 with 0 and 21 are connected to the adder 35 via the respective differential amplifiers 33 and 34 which perform differential with the reference AC voltage. Be different.

【0025】ここで、差動増幅器33は、インピーダンス
素子Z4と容量素子31との接続部36からの出力と、接続部
24からの出力とを差動増幅し、差動増幅器34は、インピ
ーダンス素子Z5と容量素子32との接続部37からの出力
と、接続部25からの出力とを差動増幅する。また、加算
器35は、それらの両差動増幅出力を加算することによっ
て、振動子22のX軸方向の振動によって発生する電圧だ
けを分離検出し、そして、この検出電圧を駆動装置4に
帰還させて、その振動子22の安定した自励振動をもたら
す。
Here, the differential amplifier 33 includes an output from the connecting portion 36 of the impedance element Z 4 and the capacitive element 31, and a connecting portion
And an output from the 24 differentially amplified, the differential amplifier 34, the output from the connection portion 37 of the impedance element Z 5 and the capacitor 32, and an output from the connection 25 to the differential amplifier. In addition, the adder 35 separates and detects only the voltage generated by the vibration of the vibrator 22 in the X-axis direction by adding both differential amplified outputs, and feeds back the detected voltage to the drive device 4. The stable self-excited vibration of the vibrator 22 is brought about.

【0026】このような振動ジャイロでは、振動子22の
回転時におけるコリオリの力は、それぞれの接続部24,
25の出力を他の差動増幅器11に入力して差動することに
よって分離検出することができる。
In such a vibrating gyro, the Coriolis force during rotation of the vibrator 22 is
The output of 25 can be separately detected by inputting it to another differential amplifier 11 and making it differential.

【0027】以上のような振動ジャイロによってもま
た、それぞれの圧電素子20, 21は、振動子22の自励振動
の中立面を横切って位置するとともに、十分大きな面積
をもって、振動体1のそれぞれの対抗側面に貼着されて
いることから、前述した実施例と同様、コリオリの力の
検出感度を高めるとともに、S/Nを有効に改善するこ
とができる。
Also by the vibrating gyroscope as described above, the respective piezoelectric elements 20 and 21 cause the self-excited vibration of the vibrator 22.
With position across the neutral plane, with a sufficiently large area, enhanced because it is attached to each of the opposing sides of the vibrating body 1, similarly to the embodiment described above, the detection sensitivity of the Coriolis force Rutotomoni , S / N can be effectively improved.

【0028】なお、上述したところでは、検出系におい
て、接続部24, 25の出力を、差動増幅器11に直接的に入
力させることとしているが、図3に示すように、それぞ
れの差動増幅器33, 34からの出力をその差動増幅器11に
入力することによっても、図2に示すものと同様に、コ
リオリの力、ひいては、角速度を検出することが可能で
ある。そしてまた、この発明では、振動体1の横断面形
状を、四角形以外の任意の偶数角の多角形形状とするこ
ともできる。
In the above description, in the detection system, the outputs of the connection parts 24 and 25 are directly input to the differential amplifier 11. However, as shown in FIG. By inputting the outputs from 33 and 34 to the differential amplifier 11, it is possible to detect the Coriolis force, and thus the angular velocity, as in the case shown in FIG. Further, in the present invention, the cross-sectional shape of the vibrating body 1 may be a polygonal shape of any even angle other than a quadrangle.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上に述べたところから明らかなよう
に、この発明によれば、振動体の、相互に平行となる二
側面に、それらの側面幅の半分を越える幅寸法のそれぞ
れの圧電素子を、それぞれの側面の一方側に偏せて配設
することにより、高い感度にて角速度を検出することが
でき、しかも、振動子の駆動方向振動に対するそれぞれ
の圧電素子の出力を小さくできるので、S/Nを大きく
向上させることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, each piezoelectric element having a width dimension that exceeds half of the side surface width of two side surfaces of the vibrating body that are parallel to each other. and Ri by the be disposed in polarized allowed on one side of each side, it is possible to detect angular velocity at not sensitive, yet, reducing the output of each of the piezoelectric elements to the driving direction vibration of the vibrator Therefore , the S / N can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の一実施例を示すブロック線図であ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】この発明の他の実施例を示すブロック線図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the present invention.

【図3】この発明のさらに他の実施例を示すブロック線
図である。
FIG. 3 is a block diagram showing still another embodiment of the present invention.

【図4】本発明に先行する本発明者の提案したものにつ
いてのブロック線図である。
FIG. 4 is a block diagram of a proposal of the present inventor prior to the present invention.

【図5】従来例を示すブロック線図である。FIG. 5 is a block diagram showing a conventional example.

【図6】他の従来例を示すブロック線図である。FIG. 6 is a block diagram showing another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動体、 1a, 1b 側面、 4 駆動装置、 8, 35 加算器、 9, 11, 33, 34 差動増幅器 12 同期検波器、 13 直流増幅器、 20, 21 圧電素子、 22 振動子、 23, 31, 32 容量素子 24, 25, 26, 36, 37 接続部 Z1, Z2, Z3, Z4, Z5 インピーダンス素子1 vibrating body, 1a, 1b side surface, 4 driving device, 8, 35 adder, 9, 11, 33, 34 differential amplifier 12 synchronous detector, 13 DC amplifier, 20, 21 piezoelectric element, 22 oscillator, 23, 31, 32 Capacitance element 24, 25, 26, 36, 37 Connection Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z 5 Impedance element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−160809(JP,A) 実開 平4−38513(JP,U) 昭和61年度文部省科学研究費補助金 (一般研究(B))研究成果報告書(課 題番号:No.60460142),「圧電形の 振動ジャイロ・方向センサー」,昭和62 年3月,研究代表者 近野正(山形大学 工学部),P.8〜12 NIKKEI ELECTRONIC S 1992.5.11 (No.553) P. 90−91,「赤井電機が村田製作所に続い て,小型圧電振動ジャイロ発売へ」 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-58-160809 (JP, A) Fukukaihei 4-38513 (JP, U) 1986 Grant-in-Aid for Scientific Research (General Research (B)) Research Results Report (Subject Number: No. 60460142), "Piezoelectric Vibration Gyro-Directional Sensor", March 1987, Principal Investigator Tadashi Kino (Faculty of Engineering, Yamagata University), p. 8-12 NIKKEI ELECTRONIC S 1992.5.11 (No.553) P. 90-91, "Akai Denki to Murata Manufacturing to Launch Small Piezoelectric Vibratory Gyro"

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 横断面形状が多角形をなす振動体の第1
の側面に第1の圧電素子を、その第1の側面に平行とな
る第2の側面に第2の圧電素子を、ともにそれらの各側
面の一方側に偏せて貼着し、各圧電素子の幅を、それの
貼着側面の幅の半分を越える寸法としてなる振動子の
1および第2の圧電素子のそれぞれを、各インピーダ
ンス素子を介して一の振動用駆動手段に接続したところ
において、 各圧電素子とインピーダンス素子との接続部の各出力の
和を基準交流電圧と差動して前記駆動手段に帰還させる
一方、前記接続部の各出力を相互に差動して取出すこと
を特徴とする振動ジャイロ。
1. A first vibrating body having a polygonal cross section.
A first piezoelectric element on a side surface of the first piezoelectric element, a second piezoelectric element on a second side surface parallel to the first side surface, and both sides thereof.
Stick it on one side of the surface and set the width of each piezoelectric element to
Oscillator formed by a dimension that exceeds half of the width of the bonded sides,
When each of the first and second piezoelectric elements is connected to one vibration driving means via each impedance element, the sum of the respective outputs of the connecting portion of each piezoelectric element and the impedance element is defined as the reference AC voltage. A vibrating gyro, wherein the output of the connecting portion is differentially extracted from each other while being differentially fed back to the driving means.
【請求項2】 横断面形状が多角形をなす振動体の第1
の側面に第1の圧電素子を、その第1の側面に平行とな
る第2の側面に第2の圧電素子を、ともにそれらの各側
面の一方側に偏せて貼着し、各圧電素子の幅を、それの
貼着側面の幅の半分を越える寸法としてなる振動子の
1および第2の圧電素子のそれぞれを、各インピーダ
ンス素子を介して一の振動用駆動手段に接続したところ
において、 各圧電素子とインピーダンス素子との接続部の各出力を
基準交流電圧と差動して、各差動出力の和を前記駆動手
段に帰還させる一方、前記接続部の各出力を相互に差動
して取出すことを特徴とする振動ジャイロ。
2. A first vibrating body having a polygonal cross section.
A first piezoelectric element on a side surface of the first piezoelectric element, a second piezoelectric element on a second side surface parallel to the first side surface, and both sides thereof.
Stick it on one side of the surface and set the width of each piezoelectric element to
Oscillator formed by a dimension that exceeds half of the width of the bonded sides,
When each of the first and second piezoelectric elements is connected to one vibration driving means via each impedance element, each output of the connection portion between each piezoelectric element and the impedance element is differentiated from the reference AC voltage. Then, the sum of the respective differential outputs is fed back to the driving means, while the respective outputs of the connecting portion are differentially extracted from each other and taken out.
【請求項3】 横断面形状が多角形をなす振動体の第1
の側面に第1の圧電素子を、その第1の側面に平行とな
る第2の側面に第2の圧電素子を、ともにそれらの各側
面の一方側に偏せて貼着し、各圧電素子の幅を、それの
貼着側面の幅の半分を越える寸法としてなる振動子の
1および第2の圧電素子のそれぞれを、各インピーダ
ンス素子を介して一の振動用駆動手段に接続したところ
において、 各圧電素子とインピーダンス素子との接続部の各出力を
基準交流電圧と差動して、各差動出力の和を前記駆動手
段に帰還させる一方、前記各差動出力を相互に差動して
取出すことを特徴とする振動ジャイロ。
3. A first vibrating body having a polygonal cross section.
A first piezoelectric element on a side surface of the first piezoelectric element, a second piezoelectric element on a second side surface parallel to the first side surface, and both sides thereof.
Stick it on one side of the surface and set the width of each piezoelectric element to
Oscillator formed by a dimension that exceeds half of the width of the bonded sides,
When each of the first and second piezoelectric elements is connected to one vibration driving means via each impedance element, each output of the connection portion between each piezoelectric element and the impedance element is differentiated from the reference AC voltage. Then, the sum of the respective differential outputs is fed back to the driving means, while the respective differential outputs are differentially extracted from each other.
【請求項4】 前記基準交流電圧を、インピーダンス素
子を介して駆動手段に接続した容量素子と、そのインピ
ーダンス素子との接続部の電圧とすることを特徴とする
請求項1〜3のいずれか1項に記載の振動ジャイロ。
4. The reference AC voltage is a voltage at a connecting portion between a capacitive element connected to a driving means via an impedance element and the impedance element. The vibrating gyroscope according to item.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NIKKEI ELECTRONICS 1992.5.11 (No.553) P.90−91,「赤井電機が村田製作所に続いて,小型圧電振動ジャイロ発売へ」
昭和61年度文部省科学研究費補助金(一般研究(B))研究成果報告書(課題番号:No.60460142),「圧電形の振動ジャイロ・方向センサー」,昭和62年3月,研究代表者 近野正(山形大学工学部),P.8〜12

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