JP3042501B2 - 音叉型圧電ジャイロセンサ - Google Patents
音叉型圧電ジャイロセンサInfo
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Description
ャイロスコープに用いて好適な音叉型圧電ジャイロセン
サに関する。
舶、宇宙衛星などにおける位置の確認用として使用され
てきた。最近では、民生用の分野としてカーナビゲーシ
ョンやVTRやスチルカメラの手振れの検出などにも使
用されている。最近、光ファイバージャイロセンサや圧
電型ジャイロセンサが開発され、実用化され始めてい
る。圧電ジャイロセンサの原理は1950年頃の研究に
遡り、音叉や音片を利用したものなどが開発されてき
た。圧電ジャイロセンサの測定精度は光ファイバージャ
イロセンサに比較して劣るものの、軽量小型で安価な点
が他のジャイロセンサと大きく異なっている。
に角速度が加わると、この振動と直角方向にコリオリ力
が生じることを利用したものである。圧電ジャイロセン
サとしては種々のものがあり、例えば、スペリー音叉ジ
ャイロ、ワトソン音叉ジャイロ、音片ジャイロ、円筒型
振動ジャイロといったものが提案されている。また、最
近では、LiTaO3の単結晶や圧電セラミックによる
音叉型圧電ジャイロセンサが提案されており、このセン
サは音片型圧電ジャイロセンサに比べて長さ方向の寸法
を短くできるという長所を有している。
からなる音叉型ジャイロセンサは、図示されない仮想平
面内に位置して該仮想平面に平行な励振駆動を行う駆動
側アーム31と、該駆動側アーム31と並列して前記仮
想平面内に位置し、該仮想平面に垂直な振動を感知する
検出側アーム32とを具備している。図5(c)に、音
叉型圧電ジャイロセンサの面内屈曲振動を引き起こすた
めの電極配置図を示す。図5(b)および5(c)に示
される太い矢印のベクトルPは、分極方向を示してい
る。また、図5(c)の駆動側アーム31内の細い矢印
は、電界の方向を示すものである。駆動側アーム31に
おける面内屈曲振動は、図5(b)に示す一点鎖線で示
される中心線を境として、左右どちらか一方が伸びたと
きに他方が縮むといった動作を繰り返すよう、交流電界
を加えることで行われる。
32の斜視図を図6(a)に、平面図を図6(b)に、
電極構成を図6(c)を示す。図6(b)、6(c)に
おける太い矢印のベクトルPは、分極方向を示してい
る。また、図6(c)に示される検出側アーム32内の
細い矢印は、瞬時の電界ベクトルを示している。駆動側
アーム31を励振駆動させた状態で、図6(a)のz軸
を軸線としてΩなる角速度をもって音叉型圧電ジャイロ
センサを回転させると、コリオリ力Fcが発生し、検出
側アーム32は前記仮想平面に垂直な振動を起こす。こ
のとき、図6(b)に示すように、検出側アーム31
は、一点鎖線で示した中央線を境として、どちらか一方
が伸びて他方が縮んだときに検出側アーム32内に電界
が生じるよう、図6(c)に示すように電極44、4
5、46、47が装備されている。このようにしてコリ
オリ力Fcは、検出側アーム32内に発生する出力電圧
として計測される。
型圧電ジャイロセンサには、下記の問題があった。すな
わち、駆動側アーム31においては、電極40、41、
42、43の幅に比べて電極間距離が長いため、駆動電
界に曲がりが生じて分散しやすくなり、能率良く励振駆
動ができないという問題を有していた。また、検出側ア
ーム32においては、面垂直振動の検出に寄与するのは
曲がった電界ベクトルの中で前記仮想平面に垂直な方向
の成分のみであり、圧電活性部の一部しか検出に貢献で
きず、検出感度が低いという問題も有していた。
であって、励振駆動を能率良く駆動できる駆動側アーム
を備えた音叉型圧電ジャイロセンサの提供を目的とす
る。また、本発明の別の目的としては、コリオリ力を高
感度で感知できる検出側アームを備えた音叉型圧電ジャ
イロセンサとすることも目的とする。
イロセンサは、上記課題を解決するために以下の手段を
採用した。すなわち、請求項1記載の音叉型圧電ジャイ
ロセンサは、圧電材料からなり、仮想平面内に並列され
た駆動側アームと検出側アームとを有するコ字形状の音
叉型圧電ジャイロセンサにおいて、前記駆動側アーム
が、前記仮想平面に平行かつ該駆動側アームの厚み方向
の中央に配置され、中央部分にて分断された駆動側内部
電極と、該駆動側内部電極に相対向する外面に配置され
た複数の駆動側外部電極とを備えると共に、前記検出側
アームに近い側の内側部分と離れた側の外側部分とに分
割したときの分極方向が互いに逆向きとされ、前記検出
側アームが、前記仮想平面に平行な検出側内部電極と、
該検出側内部電極に相対向するよう外面に配置された複
数の検出側外部電極とを備えると共に、その厚み方向の
分極処理が一様とされていることを特徴とする。
によれば、駆動側アームにおける電極間距離は従来の半
分となり、駆動電界の曲がりによる分散が抑えられる。
また、検出側アームにおいては、その内部に発生する電
界ベクトルは検出側外部電極および検出側内部電極と直
交し、圧電活性部のほとんどがコリオリ力の検出に使用
される。
は、請求項1記載の音叉型圧電ジャイロセンサにおい
て、前記検出側アームには、前記仮想平面に平行かつ厚
み方向の中央部分に位置するよう検出側内部電極が設け
られ、該検出側内部電極から相対向する前記検出側外部
電極にかける分極処理が互いに逆向きとされ、該外部電
極間にて出力電圧が検出されるよう電気的結線がなされ
ていることを特徴とする。
ンサによれば、請求項1記載の検出側アームに比較し
て、検出側アームの出力インピーダンスおよび出力電圧
が高くなる。
て、図面を参照して以下に説明する。図1、2に示す音
叉型圧電ジャイロセンサは、圧電材料からなり、図示さ
れない仮想平面内に並列された駆動側アーム21と検出
側アーム22とを備えている。この駆動側アーム21
は、前記仮想平面に平行かつ該駆動側アーム21の厚み
方向の中央に配置され、中央部分にて分断された駆動側
内部電極17’および17”と、該駆動側内部電極1
7’および17”に相対向する外面に配置された複数の
駆動側外部電極11、12、13、14とを備えてい
る。そして、検出側アーム22に近い側の内側部分と離
れた側の外側部分とに分割したときの分極方向は、互い
に逆向きとされている。そして、駆動側内部電極17’
および17”は共に電気端子24に結線され、また、駆
動側外部電極11、12、13、14は全て電気端子2
3に結線されている。
な検出側内部電極18と、該検出側内部電極18に相対
向するよう外面に配置された複数の検出側外部電極1
5、16とを備えると共に、その厚み方向の分極処理が
一様とされている。検出側内部電極18は電気端子26
に結線され、検出側外部電極15および16は共に電気
端子25に結線されている。
音叉型圧電ジャイロセンサが有する共振周波数で交流電
界を加えると、駆動側アーム21において、駆動側内部
電極17’を有する右半分もしくは駆動側内部電極1
7”を有する左半分のどちらか一方が圧電横効果により
縮むと同時に他方が伸び、このような伸縮動作が交互に
繰り返されることで、励振駆動が行われる。この励振駆
動が起きている状態で、図1に示すz軸を軸線として角
速度Ωで音叉型圧電ジャイロセンサ全体を回転させる
と、コリオリ力Fcが励振方向と直交する方向、すなわ
ち前記仮想平面に垂直な方向に作用する。すると、検出
側アーム22は、検出側内部電極18を境として一方が
伸びると同時に他方が縮み、圧電横効果による出力電圧
が発生する。そしてこの出力電圧は電気端子25、26
において検出される。このようにしてコリオリ力Fc
は、電気端子25、26間における出力電圧として計測
される。
て、長さ8mm、厚さ1mmで各アームの長さを4.5
mmの寸法を有するものを試作し、感度特性を求めた結
果を図3に例示する。この音叉型圧電ジャイロセンサで
は、圧電材料としてPZT系セラミック(NEPEC−
6、トーキン製)を使用した。駆動と検出の離調周波数
は約100Hzで、ほぼフラットな感度特性が得ること
ができた。ロックインアンプを用いて測定した本ジャイ
ロセンサの感度特性は、図3に示すように、本ジャイロ
センサが小型にも拘わらず高感度で良いリニアリティを
有することを示している。
ンサによれば、駆動側アーム21においては、電極間距
離は従来の半分となって駆動電界の曲がりによる分散が
抑えられるので、効率の良い励振駆動を行うことが可能
となる。また、検出側アーム22においては、その内部
に発生する電界ベクトルに対して、検出側外部電極1
5、16および検出側内部電極18が直交するようにし
たことで、圧電活性部のほとんどが検出に使用されるの
で、コリオリ力Fcの検出感度を高めることが可能とな
る。
の形態について説明する。図4において図2と同一構成
要素には同一符号を付し、その説明を省略する。以下、
図2と異なる点についてのみ説明する。図4に示すよう
に、検出側アーム22は、検出側内部電極18を境とし
た分極方向が互いに逆向きとされている。また、検出側
外部電極15、16間にて出力電圧の検出がなされるよ
う、検出側外部電極15は電気端子25に、検出側外部
電極16は電気端子26に結線されている。この実施の
形態によれば、検出側アーム22にコリオリ力Fcが加
わると、第1の実施の形態に比較して、高い出力インピ
ーダンスおよび出力電圧が発生する。この音叉型圧電ジ
ャイロセンサにおいても、上述した第1の実施の形態と
同様の効果が得られる上に、検出側アーム22での出力
電圧が高くなるので、コリオリ力Fcをより高感度で検
出することが可能となる。
センサによれば、駆動側アームにおいては、電極間距離
は従来の半分となって駆動電界の曲がりによる分散が抑
えられるので、効率の良い励振駆動を行うことが可能と
なる。また、検出側アームにおいては、その内部に発生
する電界ベクトルに対して、検出側外部電極および検出
側内部電極が直交するようにしたことで、圧電活性部の
ほとんどが検出に使用されるので、コリオリ力の検出感
度を高めることが可能となる。また、検出側アームにお
いて、検出側内部電極を境とした分極方向を互いに逆向
きとし、かつ検出側外部電極間にて出力電圧の検出を行
う構成をとることで、検出側アームでの出力電圧を高
め、コリオリ力Fcをより高感度で検出することが可能
となる。
音叉型圧電ジャイロセンサの斜視図である。
す図であって、平面図である。
特性を示すグラフである。
音叉型圧電ジャイロセンサにおける電気的結線を示す平
面図である。
視図を示し、(b)は同音叉型圧電ジャイロセンサの平
面図を示し、(c)は同音叉型圧電ジャイロセンサの電
気的結線を示す平面図である。
視図を示し、(b)は同音叉型圧電ジャイロセンサの平
面図を示し、(c)は同音叉型圧電ジャイロセンサの電
気的結線を示す平面図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 圧電材料からなり、仮想平面内に並列さ
れた駆動側アームと検出側アームとを有するコ字形状の
音叉型圧電ジャイロセンサにおいて、 前記駆動側アームは、前記仮想平面に平行かつ該駆動側
アームの厚み方向の中央に配置され、中央部分にて分断
された駆動側内部電極と、該駆動側内部電極に相対向す
る外面に配置された複数の駆動側外部電極とを備えると
共に、前記検出側アームに近い側の内側部分と離れた側
の外側部分とに分割したときの分極方向が互いに逆向き
とされ、 前記検出側アームは、前記仮想平面に平行な検出側内部
電極と、該検出側内部電極に相対向するよう外面に配置
された複数の検出側外部電極とを備えると共に、その厚
み方向の分極処理が一様とされていることを特徴とする
音叉型圧電ジャイロセンサ。 - 【請求項2】 請求項1記載の音叉型圧電ジャイロセン
サにおいて、 前記検出側アームには、前記仮想平面に平行かつ厚み方
向の中央部分に位置するよう検出側内部電極が設けら
れ、該検出側内部電極から相対向する前記検出側外部電
極にかける分極処理は互いに逆向きとされ、該外部電極
間にて出力電圧が検出されるよう電気的結線がなされて
いることを特徴とする音叉型圧電ジャイロセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10170347A JP3042501B2 (ja) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | 音叉型圧電ジャイロセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10170347A JP3042501B2 (ja) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | 音叉型圧電ジャイロセンサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000002545A JP2000002545A (ja) | 2000-01-07 |
JP3042501B2 true JP3042501B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=15903253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10170347A Expired - Fee Related JP3042501B2 (ja) | 1998-06-17 | 1998-06-17 | 音叉型圧電ジャイロセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3042501B2 (ja) |
-
1998
- 1998-06-17 JP JP10170347A patent/JP3042501B2/ja not_active Expired - Fee Related
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