JP3172943B2 - Piezoelectric vibratory gyro using energy trapped vibration mode - Google Patents
Piezoelectric vibratory gyro using energy trapped vibration modeInfo
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のナビゲー
ションシステムやカメラ一体型ＶＴＲカメラの手ブレ補
正などに用いられるジャイロスコープの内、圧電振動子
の超音波振動を利用した振動ジャイロに関し、特に圧電
振動子の振動モードとしてエネルギー閉じ込め振動モー
ドを利用し、構造が簡単で支持が容易な耐振動特性及び
耐衝撃性に優れた圧電振動ジャイロに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibratory gyroscope utilizing ultrasonic vibration of a piezoelectric vibrator, and more particularly to a vibratory gyroscope used in a car navigation system or a camera-integrated VTR camera for correcting camera shake. The present invention relates to a piezoelectric vibrating gyroscope that utilizes an energy trapping vibration mode as a vibration mode of a vibrator, has a simple structure, is easily supported, and has excellent vibration resistance and shock resistance.
【０００２】[0002]
【従来の技術】圧電振動ジャイロとは、振動している物
体に回転角速度が加えられると、その振動方向と直角な
方向にコリオリ力を生ずると言う力学現象を利用したジ
ャイロスコープである。2. Description of the Related Art A piezoelectric vibrating gyroscope is a gyroscope utilizing a mechanical phenomenon that when a rotational angular velocity is applied to a vibrating object, a Coriolis force is generated in a direction perpendicular to the vibration direction.
【０００３】一般に、直交する二つの異なる方向の振動
を励振可能に構成した複合振動系において、一方の振動
を励振した状態で、振動子を回転させると、前述のコリ
オリ力の作用によりこの振動と直角な方向に力が作用
し、他方の振動が励振される。この振動の大きさは、入
力側の振動の振幅及び回転角速度に比例するため、入力
側の振動振幅を一定にした場合、出力電圧の大きさから
印加された回転角速度の大きさを求めることができる。In general, when a vibrator is rotated in a state where one of the vibrations is excited in a composite vibration system configured to be able to excite vibrations in two different directions orthogonal to each other, the above-described vibration and the action of the Coriolis force cause the vibration. A force acts in a perpendicular direction, and the other vibration is excited. Since the magnitude of this vibration is proportional to the amplitude of the vibration on the input side and the rotational angular velocity, when the vibration amplitude on the input side is constant, the magnitude of the applied rotational angular velocity can be obtained from the magnitude of the output voltage. it can.
【０００４】図７は、従来の圧電振動ジャイロの構造を
示す斜視図であり、図７を参照すると、正方形断面形状
を有する金属柱５１の隣合う面のほぼ中央部に、圧電セ
ラミックス薄板５２，５３が接合されている。これらの
圧電セラミックス薄板５２，５３は、それぞれ両面に電
極が形成され、厚さ方向に分極されている。FIG. 7 is a perspective view showing the structure of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope. Referring to FIG. 7, a piezoelectric ceramic thin plate 52 is provided almost at the center of an adjacent surface of a metal column 51 having a square cross section. 53 are joined. These piezoelectric ceramic thin plates 52 and 53 have electrodes formed on both surfaces, respectively, and are polarized in the thickness direction.
【０００５】正方形断面の金属角柱５１には、互いに直
交する二つの屈曲振動モードが存在し、材料の特性が均
質である場合には、二つの屈曲振動モードの共振周波数
はほぼ等しくなることが知られている。従って、圧電セ
ラミックス薄板５２に、この金属角柱の屈曲振動の共振
周波数にほぼ等しい周波数の電圧を印加すると、圧電セ
ラミックス５２を接合した面が凹凸となる方向（ｙ軸方
向）に屈曲振動する。この状態で、金属角柱５１を長さ
方向と平行な軸（ｚ軸）の回りに回転させると、コリオ
リ力の作用により、金属角柱５１は、圧電セラミックス
薄板５３を接合した面が凹凸となる方向（ｘ軸方向）に
も屈曲振動し、圧電効果により、圧電セラミックス薄板
５３に電圧が発生する。この電圧の大きさは、圧電セラ
ミックス薄板５２により励振されている振動の大きさと
印加した回転角速度の大きさに比例する。従って、圧電
セラミックス薄板５２に印加する励振電圧の大きさを一
定とすれば、圧電セラミックス薄板５３に発生する電圧
は、金属角柱５１の回転角速度に比例した電圧となる。[0005] A metal prism 51 having a square cross section has two bending vibration modes orthogonal to each other, and it is known that, when the characteristics of the material are uniform, the resonance frequencies of the two bending vibration modes are substantially equal. Have been. Therefore, when a voltage having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the bending vibration of the metal prism is applied to the piezoelectric ceramics thin plate 52, the surface to which the piezoelectric ceramics 52 are bonded vibrates in a direction in which the surface becomes uneven (y-axis direction). In this state, when the metal prism 51 is rotated around an axis (z-axis) parallel to the length direction, the metal prism 51 is formed in a direction in which the surface to which the piezoelectric ceramic thin plate 53 is joined becomes uneven due to the action of Coriolis force. The bending vibration also occurs in the (x-axis direction), and a voltage is generated in the piezoelectric ceramic thin plate 53 by the piezoelectric effect. The magnitude of this voltage is proportional to the magnitude of the vibration excited by the piezoelectric ceramic thin plate 52 and the magnitude of the applied rotational angular velocity. Accordingly, if the magnitude of the excitation voltage applied to the piezoelectric ceramic thin plate 52 is constant, the voltage generated in the piezoelectric ceramic thin plate 53 is a voltage proportional to the rotational angular velocity of the metal prism 51.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】図７に示した従来の圧
電振動ジャイロにおいては、金属角柱の屈曲振動モード
を利用しているため、振動子の支持、固定は振動の節の
位置で行われなければならない。また、従来の圧電振動
ジャイロにおいて、駆動、検出回路と振動子の電極をリ
ード線で接続する必要があり、接続の状態のばらつきに
よる特性のばらつきを抑えることが難しかった。さら
に、駆動、検出回路の構成された基板の上に、保持具に
より支持された振動子を載せて組み立てるため、小形、
薄形の圧電振動ジャイロを構成することが困難であっ
た。In the conventional piezoelectric vibrating gyroscope shown in FIG. 7, since the bending vibration mode of the metal prism is used, the vibrator is supported and fixed at the position of the node of vibration. There must be. Further, in the conventional piezoelectric vibrating gyroscope, it is necessary to connect the drive and detection circuits and the electrodes of the vibrator with lead wires, and it has been difficult to suppress variations in characteristics due to variations in connection states. Furthermore, since the vibrator supported by the holder is mounted on the board on which the driving and detection circuits are configured, the compact,
It has been difficult to construct a thin piezoelectric vibrating gyroscope.
【０００７】そこで、本発明の技術的課題は、以上に示
した従来の圧電振動ジャイロにおける欠点を除去し、構
造が簡単で、入出力用の端子をリード線を用いないで接
続することが可能で、駆動、検出回路を振動ジャイロを
構成した基板上に構成した、小形、薄形の圧電振動ジャ
イロを提供することにある。Accordingly, the technical problem of the present invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of the conventional piezoelectric vibrating gyroscope, to have a simple structure, and to connect input / output terminals without using lead wires. Accordingly, an object of the present invention is to provide a small and thin piezoelectric vibrating gyroscope in which a drive and detection circuit is formed on a substrate having a vibrating gyroscope.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、厚さ方
向に分極軸を有する圧電単結晶板の少なくとも一方の主
面のほぼ中央部に複数個の駆動及び検出用の電極を形成
し、これら複数個の電極に囲まれる領域の厚さ方向の一
部分の分極の向きをそれ以外の部分と逆向きにしたこと
を特徴とするエネルギー閉じ込め振動モードを利用した
圧電振動ジャイロが得られる。According to the present invention, a plurality of driving and detecting electrodes are formed substantially at the center of at least one main surface of a piezoelectric single crystal plate having a polarization axis in a thickness direction. A piezoelectric vibrating gyroscope utilizing the energy confinement vibration mode is characterized in that the polarization direction of a part of the region surrounded by the plurality of electrodes in the thickness direction is opposite to that of the other parts.
【０００９】また、本発明によれば、前記複数個の駆動
及び検出用の電極として、およそ二等辺三角形を構成す
る各頂点の位置に第１、第２、及び第３の電極を形成
し、前記第１の電極を頂角の位置、前記第２及び第３の
電極をそれぞれ底角の位置に配置したことを特徴とする
請求項１に記載のエネルギー閉じ込め振動モードを利用
した圧電振動ジャイロ。According to the present invention, first, second, and third electrodes are formed as the plurality of driving and detecting electrodes at positions of respective vertices forming an approximately isosceles triangle, The piezoelectric vibrating gyroscope using the energy trapping vibration mode according to claim 1, wherein the first electrode is disposed at a vertex angle position, and the second and third electrodes are disposed at a bottom angle position, respectively.
【００１０】また、本発明によれば、前記第２及び第３
の電極にそれぞれ抵抗を介して励振用の駆動電圧を印加
し、前記圧電単結晶板をその主面と直交する軸の回りに
回転させたときに生ずるコリオリ力の作用により前記第
２及び第３の電極に生ずる電圧の差を検出するように構
成したことを特徴とする請求項２に記載のエネルギー閉
じ込め振動モードを利用した圧電振動ジャイロが得られ
る。According to the present invention, the second and the third
A driving voltage for excitation is applied to each of the electrodes via a resistor, and the second and third electrodes are driven by the action of Coriolis force generated when the piezoelectric single crystal plate is rotated around an axis orthogonal to the main surface thereof. 3. A piezoelectric vibrating gyroscope utilizing the energy confinement vibration mode according to claim 2, wherein a voltage difference generated between the electrodes is detected.
【００１１】さらに、本発明によれば、前記第１の電極
を駆動電極とし、前記第２及び第３の電極にそれぞれ仮
想接地機能を有する第１及び第２の電流検出回路を接続
し、前記第１及び第２の電流検出回路抵抗を介して励振
用の駆動電圧を印加し、前記圧電単結晶板をその主面と
直交する軸の回りに回転させたときに生ずるコリオリ力
の作用により前記第１及び第２の電流検出回路の出力電
圧の差を検出するように構成したことを特徴とする請求
項２に記載のエネルギー閉じ込め振動モードを利用した
圧電振動ジャイロが得られる。Further, according to the present invention, the first electrode is used as a drive electrode, and the second and third electrodes are respectively connected to first and second current detection circuits having a virtual ground function. A drive voltage for excitation is applied through the first and second current detection circuit resistors, and the action of the Coriolis force generated when the piezoelectric single crystal plate is rotated around an axis orthogonal to the main surface is performed. The piezoelectric vibrating gyroscope using the energy trapping vibration mode according to claim 2, wherein a difference between output voltages of the first and second current detecting circuits is detected.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明する
前に、圧電単結晶板を用いた平行電界励振型エネルギー
閉込厚みすべり振動子について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing embodiments of the present invention, a parallel electric field excitation type energy confinement thickness shear resonator using a piezoelectric single crystal plate will be described.
【００１３】図１（ａ）及び（ｂ）は、平行電界励振型
厚みすべりエネルギー閉じ込め振動子の基本構造を夫々
示す平面図及び電極部分のみを示す断面図である。図１
（ａ）及び（ｂ）を参照すると、厚さ方向（ｚ軸方向）
に分極軸成分を有する圧電単結晶板１０の中央部の同一
面上に、ｘ軸方向に対向する部分電極１０１，１０２が
形成されている。部分電極１０１，１０２に挟まれてい
る部分には、ほぼ板の面に平行な方向（ｘ軸方向）の電
界が印加されるため、この電界と直交する厚さ方向の分
極との相互作用により、部分電極１０１，１０２の寸法
を、使用する圧電材料の特性に合わせて適当に設計する
と、この部分に平行電界励振型厚みすべりエネルギー閉
じ込め振動子を構成することができる。厚みすべり振動
とは、変位の方向が板面に平行で、波の伝搬方向が板の
厚さ方向の振動である。図２に示すように、半波長で共
振している場合、厚さ方向（ｚ軸方向）の変位分布を示
す。FIGS. 1A and 1B are a plan view showing a basic structure of a parallel electric field excitation type thickness-shear energy trapping vibrator and a cross-sectional view showing only an electrode portion, respectively. FIG.
Referring to (a) and (b), the thickness direction (z-axis direction)
On the same plane at the center of the piezoelectric single crystal plate 10 having a polarization axis component, partial electrodes 101 and 102 facing each other in the x-axis direction are formed. Since an electric field is applied to the portion sandwiched between the partial electrodes 101 and 102 in a direction substantially parallel to the surface of the plate (x-axis direction), the electric field interacts with the polarization in the thickness direction perpendicular to the plane. If the dimensions of the partial electrodes 101 and 102 are appropriately designed in accordance with the characteristics of the piezoelectric material to be used, a parallel electric field excitation type thickness-shear energy trapping vibrator can be formed in this portion. Thickness shear vibration is vibration in which the direction of displacement is parallel to the plate surface and the direction of wave propagation is the thickness direction of the plate. As shown in FIG. 2, when resonance occurs at a half wavelength, a displacement distribution in the thickness direction (z-axis direction) is shown.
【００１４】このような圧電振動子のエネルギー閉込め
現象は、注目している弾性波に関して局部的な伝搬特性
の差があることに起因している。The energy trapping phenomenon of such a piezoelectric vibrator is caused by a local difference in propagation characteristics of an elastic wave of interest.
【００１５】圧電材料として圧電セラミックスを用いた
場合には、駆動及び検出に使用する領域だけを分極する
ことにより、分極の有無による伝搬特性の局部的な変化
を生じさせることが可能となり良好なエネルギー閉じ込
め振動子を得ることができる。一方圧電セラミックス材
料は、焼結された多結晶体であるため、単結晶と比較し
て材料内部の特性が不均一であること、周囲温度変化に
よる特性の変動が大きく、しかもその変化率自体のばら
つきも大きいなどの欠点を有している。When a piezoelectric ceramic is used as the piezoelectric material, only a region used for driving and detection is polarized, so that a local change in the propagation characteristic due to the presence or absence of the polarization can be generated, and good energy can be obtained. A confined oscillator can be obtained. On the other hand, the piezoelectric ceramic material is a sintered polycrystalline material, so the characteristics inside the material are not uniform compared to single crystals, and the characteristics fluctuate greatly due to changes in ambient temperature. It has disadvantages such as large variations.
【００１６】一方、圧電単結晶として良く知られてい
る。ＬｉＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 は、切断の方位を選ぶ
ことにより、温度特性の安定なものが得られており、表
面波デバイスなどに広く使用されているが、分極処理に
より伝搬特性の異なる領域を作ることは不可能である。On the other hand, it is well known as a piezoelectric single crystal. LiNbO 3 and LiTaO 3 have stable temperature characteristics by selecting the cutting direction, and are widely used for surface wave devices, etc. Is impossible.
【００１７】ところが、ＬｉＮｂＯ3 やＬｉＴａＯ3 の
圧電単結晶板において、適当な化学処理と熱処理を施す
ことにより、圧電単結晶板の一部の面領域の厚さ方向の
一部領域の分極の向きをそれ以外の一様な分極の向きと
逆向きにすることが可能であることが知られている。However, by subjecting a piezoelectric single crystal plate of LiNbO 3 or LiTaO 3 to appropriate chemical treatment and heat treatment, the direction of polarization of a partial region in the thickness direction of a partial surface region of the piezoelectric single crystal plate can be improved. Is known to be opposite to the direction of the other uniform polarization.
【００１８】図３は、本発明に係わる平行電界励振型エ
ネルギー閉じ込め厚みすべり振動子の断面図である。対
向する電極１０３，１０４に挟まれた領域の、厚さ方向
のほぼ１／４の部分の分極の向きがその他の部分の分極
の向きと逆向きに形成されている。このように圧電単結
晶板の一部分の分極の向きを逆向きにすることにより、
その領域の伝搬特性を周囲の伝搬特性と異ならせること
が可能となり、良好なエネルギー閉込め振動子を得るこ
とができる。FIG. 3 is a sectional view of a parallel electric field excitation type energy trapping thickness shear resonator according to the present invention. In the region sandwiched between the opposing electrodes 103 and 104, the direction of polarization of approximately の of the thickness direction is formed to be opposite to the direction of polarization of the other portions. By reversing the polarization direction of a part of the piezoelectric single crystal plate in this way,
The propagation characteristics in that region can be made different from the surrounding propagation characteristics, and a good energy confined oscillator can be obtained.
【００１９】本発明は、この圧電単結晶に局部的な分極
反転領域を形成することにより、エネルギー閉じ込め条
件を改善した構成した圧電振動ジャイロに関するもので
ある。The present invention relates to a piezoelectric vibrating gyroscope having improved energy confinement conditions by forming a local domain-inverted region in the piezoelectric single crystal.
【００２０】図４は、本発明の実施の形態によるエネル
ギー閉じ込め型圧電振動ジャイロの圧電振動子の構造を
示す斜視図である。図４において、圧電振動子１には、
厚さ方向に分極軸成分を有する圧電単結晶板１０の一方
の主面のほぼ中央部のおよそ二等辺三角形を構成する各
頂点の位置に第１の電極１１、第２の電極１２、及び第
３の電極１３が形成されており、これら第１、第２及び
第３の電極に囲まれる領域は、その厚さ方向の一部分の
分極の向きがその他の領域の分極の向きとは逆向きにな
っている。FIG. 4 is a perspective view showing the structure of the piezoelectric vibrator of the energy trap type piezoelectric vibrating gyroscope according to the embodiment of the present invention. In FIG. 4, the piezoelectric vibrator 1 includes:
A first electrode 11, a second electrode 12, and a second electrode 12 are provided at positions of vertexes forming an approximately isosceles triangle at a substantially central portion of one main surface of the piezoelectric single crystal plate 10 having a polarization axis component in a thickness direction. In the region surrounded by the first, second, and third electrodes, the direction of polarization of a part of the region in the thickness direction is opposite to the direction of polarization of the other regions. Has become.
【００２１】図５は図４の圧電振動子１を用いて構成し
た本発明の圧電振動ジャイロの一実施例の構成を示す回
路構成を含めたブロック図である。FIG. 5 is a block diagram including a circuit configuration showing the configuration of an embodiment of the piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention, which is constructed using the piezoelectric vibrator 1 of FIG.
【００２２】図５を参照すると、圧電振動子１は、第１
の電極１１が接地されており、第２及び第３の電極１２
及び１３には、それぞれ抵抗２０，２１を介して交流電
源２２が接続され、第２及び第３の電極１２及び１３
は、それぞれ差動増幅回路２３の入力端子にも接続され
ている。差動増幅回路２３の出力端子は、検波回路２４
を介して、圧電振動ジャイロのセンサ出力となる。Referring to FIG. 5, the piezoelectric vibrator 1 has a first
Electrode 11 is grounded, and the second and third electrodes 12
And 13 are connected to an AC power supply 22 via resistors 20 and 21, respectively, and are connected to the second and third electrodes 12 and 13 respectively.
Are also connected to the input terminals of the differential amplifier circuit 23, respectively. The output terminal of the differential amplifier circuit 23 is
Through the sensor output of the piezoelectric vibrating gyroscope.
【００２３】図４、図５において、第１の電極１１を頂
角の位置に、第２の電極１２及び第３の電極１３をそれ
ぞれ底角の位置に配置し、第１の電極１１を接地し、第
２の電極１２及び第３の電極１３は、それぞれ抵抗２０
及び２１を介して交流電源２２に接続する。In FIGS. 4 and 5, the first electrode 11 is disposed at the apex position, the second electrode 12 and the third electrode 13 are disposed at the bottom position, and the first electrode 11 is grounded. The second electrode 12 and the third electrode 13 are respectively connected to the resistor 20.
And 21 to an AC power supply 22.
【００２４】交流電源からそれぞれ抵抗２０及び２１を
介して、第２の電極１２及び第３の電極１３に前記圧電
単結晶板の厚みすべりモードの共振周波数にほぼ等しい
周波数の励振用の駆動電圧を印加すると、第１、第２、
及び第３の電極１１，１２及び１３によって囲まれる領
域に、第１の電極１１の中心と第２の電極１２の中心を
結ぶ方向のエネルギー閉じ込め振動モードのすべり振動
と第１の電極１１の中心と第３の電極１３の中心を結ぶ
方向のエネルギー閉じ込め振動モードのすべり振動が発
生し、これらの振動は合成されて第１の電極１１の中心
と、第２及び第３の電極１２及び１３の中心を結ぶ直線
の中点を結ぶ直線の方向のエネルギー閉じ込め振動モー
ドのすべり振動が発生する。この状態で、前記圧電単結
晶板１０をその主面と直交する軸の回りに回転させる
と、コリオリ力の作用により、前記励振されている厚み
すべり振動の方向と直角な方向の厚みすべり振動が発生
する。このコリオリ力により発生した厚みすべり振動に
より、第１の電極１１と第２の電極１２間、及び第１の
電極１１と第３の電極１３間のインピーダンスが変化
し、その結果として、前記第２の電極１２及び第３の電
極１３の端子電圧が変化する。インピーダンスの変化は
励振の電圧が一定の場合、加えられた回転角速度に比例
する。A drive voltage for excitation having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the piezoelectric single crystal plate in the thickness-shear mode is applied to the second electrode 12 and the third electrode 13 from the AC power supply via the resistors 20 and 21, respectively. When applied, the first, second,
In the region surrounded by the third electrodes 11, 12 and 13, the slip vibration in the energy trapping vibration mode in the direction connecting the center of the first electrode 11 and the center of the second electrode 12 and the center of the first electrode 11 And the center of the third electrode 13 generates a slip vibration in an energy-trapping vibration mode in which the vibrations are combined. These vibrations are combined and the center of the first electrode 11 and the center of the second and third electrodes 12 and 13 are combined. The slip vibration of the energy trapping vibration mode in the direction of the straight line connecting the center points of the straight lines connecting the centers occurs. In this state, when the piezoelectric single crystal plate 10 is rotated around an axis orthogonal to the main surface thereof, the action of Coriolis force causes thickness shear vibration in a direction perpendicular to the direction of the excited thickness shear vibration. appear. The impedance between the first electrode 11 and the second electrode 12 and the impedance between the first electrode 11 and the third electrode 13 change due to the thickness-shear vibration generated by the Coriolis force. The terminal voltage of the electrode 12 and the third electrode 13 changes. The change in impedance is proportional to the applied angular velocity when the excitation voltage is constant.
【００２５】従って、前記第２の電極１２及び第３の電
極１３の端子電圧の差を差動増幅回路２３により検出
し、この電圧を所定のタイミングで同期検波をすること
により、印加した回転角速度に比例した出力電圧を得る
ことが出来る。Accordingly, the difference between the terminal voltages of the second electrode 12 and the third electrode 13 is detected by the differential amplifier circuit 23, and this voltage is synchronously detected at a predetermined timing, thereby obtaining the applied rotational angular velocity. Can be obtained in proportion to the output voltage.
【００２６】図６、図７は、図４の圧電振動子１を用い
て構成した本発明の圧電振動ジャイロの他の実施例の構
成を示す回路構成を含めたブロック図である。FIGS. 6 and 7 are block diagrams including a circuit configuration showing the configuration of another embodiment of the piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention, which is constructed using the piezoelectric vibrator 1 of FIG.
【００２７】図６、図７において、圧電振動子１の第１
の電極１１には抵抗３４を介して駆動電圧が印加され、
第２及び第３の電極１２及び１３には仮想接地機能を有
する第１の電流検出回路３５及び第２の電流検出回路３
６がそれぞれ接続されている。第１の電流検出回路３５
及び第２の電流検出回路３６の出力電圧端子はそれぞれ
差動増幅回路３７の入力端子に接続されている。差動増
幅回路３７の出力端子は、検波回路３８に接続され、圧
電振動ジャイロのセンサ出力となる。Referring to FIGS. 6 and 7, the first
A drive voltage is applied to the electrode 11 via a resistor 34,
A first current detection circuit 35 and a second current detection circuit 3 having a virtual ground function are provided on the second and third electrodes 12 and 13.
6 are connected to each other. First current detection circuit 35
The output voltage terminal of the second current detection circuit 36 is connected to the input terminal of the differential amplifier circuit 37. An output terminal of the differential amplifier circuit 37 is connected to the detection circuit 38, and serves as a sensor output of the piezoelectric vibrating gyroscope.
【００２８】以下、図４を用いて説明したのと同様の原
理で、第１の電極１１の中心と第２及び第３の電極１２
及び１３の中心を結ぶ直線の中点を結ぶ直線の方向のエ
ネルギー閉じ込め振動モードのすべり振動が発生し、こ
の状態で、前記圧電単結晶板１０をその主面と直交する
軸の回りに回転させると、コリオリ力の作用により、前
記励振されている厚みすべり振動の方向と直角な方向の
厚みすべり振動が発生する。このコリオリ力により発生
した厚みすべり振動により、第２の電極及び第３の電極
からそれぞれ仮想接地機能を有する電流検出回路３５及
び３６に流れ込む電流に変化を生じ、電流検出回路３５
及び３６の出力電圧の差の電圧を検出することにより加
えられた回転角速度を検出することができる。Hereinafter, the center of the first electrode 11 and the second and third electrodes 12 are formed on the same principle as described with reference to FIG.
, A slip vibration in the energy trapping vibration mode in the direction of the straight line connecting the middle points of the straight lines connecting the centers of the straight lines connecting the centers of the piezoelectric single crystal plate 10 is rotated around an axis orthogonal to the main surface thereof. Then, the action of the Coriolis force generates thickness shear vibration in a direction perpendicular to the direction of the excited thickness shear vibration. The thickness shear vibration generated by the Coriolis force causes a change in the current flowing from the second electrode and the third electrode into the current detection circuits 35 and 36 having the virtual grounding function, respectively.
And 36, the applied angular velocity can be detected.
【００２９】[0029]
【発明の効果】以上に示したように、本発明によれば、
構造が簡単で、入出力用の端子をリード線を用いないで
接続することが可能で、支持、固定によるジャイロ特性
への影響がほとんど無く、強固に支持することが可能
で、耐振動、耐衝撃特性の優れた小形の圧電振動ジャイ
ロが得られる。As described above, according to the present invention,
The structure is simple, and the input and output terminals can be connected without using lead wires. A small-sized piezoelectric vibration gyro having excellent impact characteristics can be obtained.
【図１】平行電界励振型厚みすべりモードエネルギー閉
じ込め振動子の駆動原理を説明するための基本構成を示
す図である。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration for explaining a driving principle of a parallel electric field excitation type thickness-shear mode energy trapping vibrator.
【図２】厚みすべりモードエネルギー閉じ込め振動子の
変位分布を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a displacement distribution of a thickness-shear mode energy confinement vibrator.
【図３】本発明の実施の形態によるエネルギー閉じ込め
型振動ジャイロの圧電振動子を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a piezoelectric vibrator of an energy trap type vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の形態によるエネルギー閉じ込め
型振動ジャイロの圧電振動子を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a piezoelectric vibrator of the energy trap type vibrating gyroscope according to the embodiment of the present invention.
【図５】図４の圧電振動子１を用いて構成した本発明の
圧電振動ジャイロの一実施例の構成を示す回路構成を含
めたブロック図である。FIG. 5 is a block diagram including a circuit configuration showing a configuration of an embodiment of a piezoelectric vibrating gyroscope according to the present invention configured using the piezoelectric vibrator 1 of FIG.
【図６】図４の圧電振動子１を用いて構成した本発明の
圧電振動ジャイロの他の実施例の構成を示す回路構成を
含めたブロック図である。6 is a block diagram including a circuit configuration showing a configuration of another embodiment of the piezoelectric vibrating gyroscope of the present invention configured using the piezoelectric vibrator 1 of FIG.
【図７】従来の圧電振動ジャイロの構造例。FIG. 7 is a structural example of a conventional piezoelectric vibrating gyroscope.
１ 圧電振動子 １０ 圧電単結晶板 １１ 第１の電極 １２ 第２の電極 １３ 第３の電極 １０１，１０２，１０３，１０４ 部分電極 ２０，２１ 抵抗 ２２ 交流電源 ２３，３７ 差動増幅回路 ２４，３８ 検波回路 ３５，３６ 電流検出回路 ５１ 金属角柱 ５３ 圧電セラミックス薄板 ５４，５５ リード端子 Reference Signs List 1 piezoelectric vibrator 10 piezoelectric single crystal plate 11 first electrode 12 second electrode 13 third electrode 101, 102, 103, 104 partial electrode 20, 21 resistance 22 AC power supply 23, 37 differential amplifier circuit 24, 38 Detection circuit 35, 36 Current detection circuit 51 Metal prism 53 Piezoelectric ceramic thin plate 54, 55 Lead terminal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−162915（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−322580（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−264281（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−23281（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−101280（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−106914（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−5998（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 19/56 G01P 9/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-62-162915 (JP, A) JP-A-5-322580 (JP, A) JP-A-5-264281 (JP, A) JP-A-11-162 23281 (JP, A) JP-A-3-101280 (JP, A) JP-A-7-106914 (JP, A) JP-A-64-5998 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 7 , DB name) G01C 19/56 G01P 9/04
Claims (4)
晶板の少なくとも一方の主面のほぼ中央部に複数個の駆
動及び検出用の電極を形成し、これら複数個の電極に囲
まれる領域の厚さ方向の一部分の分極の向きをそれ以外
の部分と逆向きにしたことを特徴とするエネルギー閉じ
込め振動モードを利用した圧電振動ジャイロ。1. A plurality of driving and detecting electrodes are formed substantially at the center of at least one main surface of a piezoelectric single crystal plate having a polarization axis component in a thickness direction, and are surrounded by the plurality of electrodes. A piezoelectric vibratory gyroscope utilizing an energy confinement vibration mode, characterized in that the direction of polarization of one part in the thickness direction of the region is made opposite to that of the other part.
て、およそ二等辺三角形を構成する各頂点の位置に第
１、第２、及び第３の電極を形成し、前記第１の電極を
頂角の位置、前記第２及び第３の電極をそれぞれ底角の
位置に配置したことを特徴とする請求項１に記載のエネ
ルギー閉じ込め振動モードを利用した圧電振動ジャイ
ロ。2. A plurality of driving and detecting electrodes, wherein first, second, and third electrodes are formed at positions of respective vertices forming an approximately isosceles triangle, and the first electrode is formed. 2. The piezoelectric vibrating gyroscope using the energy trapping vibration mode according to claim 1, wherein the position of the apex angle and the second and third electrodes are arranged at the positions of the base angle, respectively.
を介して励振用の駆動電圧を印加し、前記圧電単結晶板
をその主面と直交する軸の回りに回転させたときに生ず
るコリオリ力の作用により前記第２及び第３の電極に生
ずる電圧の差を検出するように構成したことを特徴とす
る請求項２に記載のエネルギー閉じ込め振動モードを利
用した圧電振動ジャイロ。3. An excitation drive voltage is applied to each of the second and third electrodes via a resistor, and the piezoelectric single crystal plate is rotated around an axis perpendicular to the main surface thereof. 3. The piezoelectric vibratory gyroscope utilizing the energy confinement vibration mode according to claim 2, wherein a difference between voltages generated at the second and third electrodes by the action of Coriolis force is detected.
２及び第３の電極にそれぞれ仮想接地機能を有する第１
及び第２の電流検出回路を接続し、前記圧電単結晶板を
その主面と直交する軸の回りに回転させたときに生ずる
コリオリ力の作用により前記第１及び第２の電流検出回
路の出力電圧の差を検出するように構成したことを特徴
とする請求項２に記載のエネルギー閉じ込め振動モード
を利用した圧電振動ジャイロ。4. A first electrode having a first electrode as a drive electrode and a second electrode having a virtual grounding function on each of the second and third electrodes.
And a second current detection circuit, and the output of the first and second current detection circuits is generated by the action of Coriolis force generated when the piezoelectric single crystal plate is rotated around an axis orthogonal to the main surface. 3. The piezoelectric vibrating gyroscope according to claim 2, wherein the voltage difference is detected.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17505697A JP3172943B2 (en) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Piezoelectric vibratory gyro using energy trapped vibration mode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17505697A JP3172943B2 (en) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Piezoelectric vibratory gyro using energy trapped vibration mode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1123280A JPH1123280A (en) | 1999-01-29 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17505697A Expired - Fee Related JP3172943B2 (en) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | Piezoelectric vibratory gyro using energy trapped vibration mode |
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| JP (1) | JP3172943B2 (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024087106A1 (en) * | 2022-10-27 | 2024-05-02 | Abb Schweiz Ag | Piezoelectric sensor and liquid level measuring system |
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1997
- 1997-06-30 JP JP17505697A patent/JP3172943B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH1123280A (en) | 1999-01-29 |
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