JP3356013B2 - Vibrating gyro - Google Patents

Vibrating gyro

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JP3356013B2
JP3356013B2 JP20987197A JP20987197A JP3356013B2 JP 3356013 B2 JP3356013 B2 JP 3356013B2 JP 20987197 A JP20987197 A JP 20987197A JP 20987197 A JP20987197 A JP 20987197A JP 3356013 B2 JP3356013 B2 JP 3356013B2
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谷 勝 重 小
原 哲 郎 栗
明 久万田
合 義 男 河
崎 二 郎 宮
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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】この発明は振動ジャイロに関
し、特にたとえば、カメラの手振れ補正、カーナビゲー
ションシステム、車両の姿勢制御などを行うために角速
度を検出するための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 vibrating gyroscope, and more particularly to a vibrating gyroscope for detecting an angular velocity for performing, for example, camera shake correction, a car navigation system, and vehicle attitude control.

【0002】[0002]

【従来の技術】図9は従来の振動ジャイロの一例を示す
斜視図である。この振動ジャイロ1は、音叉型の振動体
2を含む。この振動ジャイロ1では、互いの面が直交す
るように配置された駆動板2aと検出板2bとで振動体
2が形成されている。駆動板2aには、駆動用圧電素子
3が形成され、検出板2bには検出用圧電素子4が形成
される。2つの駆動用圧電素子3間に駆動回路が接続さ
れ、一方の駆動用圧電素子3の出力信号が帰還用として
用いられ、他方の駆動用圧電素子3に駆動信号が与えら
れる。これによって、振動体2は、開閉するように振動
する。
2. Description of the Related Art FIG. 9 is a perspective view showing an example of a conventional vibrating gyroscope. The vibrating gyroscope 1 includes a tuning fork type vibrating body 2. In this vibrating gyroscope 1, a vibrating body 2 is formed by a driving plate 2a and a detecting plate 2b arranged so that their surfaces are orthogonal to each other. The driving piezoelectric element 3 is formed on the driving plate 2a, and the detecting piezoelectric element 4 is formed on the detecting plate 2b. A driving circuit is connected between the two driving piezoelectric elements 3, an output signal of one driving piezoelectric element 3 is used for feedback, and a driving signal is given to the other driving piezoelectric element 3. Thus, the vibrating body 2 vibrates so as to open and close.

【0003】さらに、検出用圧電素子4は、検出回路に
接続される。検出回路は、たとえば差動回路,同期検波
回路,平滑回路,増幅回路などを含む。無回転時におい
ては、検出板2bはその幅方向に動くため、検出板2b
に屈曲は生じない。そのため、検出用圧電素子4の出力
信号は0となり、回転角速度が加わっていないことがわ
かる。振動体2の軸を中心として回転角速度が加わる
と、コリオリ力によって、検出板2bの面に直交する向
き、つまり検出板2bの厚み方向に屈曲振動が生じる。
このとき、2つの検出板2bは互いに逆向きに屈曲する
ため、2つの検出用圧電素子4に発生する電荷に差が生
じる。したがって、2つの検出用圧電素子4の出力信号
の差をとり、同期検波,平滑,増幅を行うことにより、
コリオリ力に対応した直流信号を得ることができる。
Further, the detecting piezoelectric element 4 is connected to a detecting circuit. The detection circuit includes, for example, a differential circuit, a synchronous detection circuit, a smoothing circuit, an amplification circuit, and the like. At the time of non-rotation, since the detection plate 2b moves in the width direction, the detection plate 2b
Does not bend. Therefore, the output signal of the detecting piezoelectric element 4 becomes 0, which indicates that the rotational angular velocity is not applied. When a rotational angular velocity is applied about the axis of the vibrating body 2, bending vibration occurs in a direction perpendicular to the surface of the detection plate 2b, that is, in a thickness direction of the detection plate 2b due to Coriolis force.
At this time, since the two detection plates 2b are bent in opposite directions, there is a difference between the charges generated in the two detection piezoelectric elements 4. Therefore, by taking the difference between the output signals of the two detecting piezoelectric elements 4 and performing synchronous detection, smoothing, and amplification,
A DC signal corresponding to the Coriolis force can be obtained.

【0004】また、エネルギー閉じ込め型の振動子や、
弾性表面波を用いた振動子を用いて、これらの振動に働
くコリオリ力を検出することにより、回転角速度を検出
する振動ジャイロもある。
[0004] In addition, energy trap type vibrators,
There is also a vibration gyro that detects a rotational angular velocity by detecting a Coriolis force acting on these vibrations using a vibrator using surface acoustic waves.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】一般的に、単一振動を
している質点が回転するときに発生するコリオリ力Fc
は、次のような式で示される。 Fc=−2mvΩ ここで、mは質量であり、vは振動速度であり、Ωは角
速度である。図9に示すような従来の振動ジャイロで
は、コリオリ力による振動体の変位を、検出用圧電素子
に発生する電荷で検出している。しかしながら、振動体
の小型化がすすむと、上式における質量mおよび振動速
度vが小さくなるため、コリオリ力の検出感度が低下
し、回転角速度を正確に検出するのが難しくなる。
Generally, a Coriolis force Fc generated when a material point having a single vibration rotates.
Is represented by the following equation. Fc = −2 mvΩ where m is mass, v is vibration velocity, and Ω is angular velocity. In a conventional vibrating gyroscope as shown in FIG. 9, displacement of a vibrating body due to Coriolis force is detected by electric charges generated in a detecting piezoelectric element. However, if the vibrating body is reduced in size, the mass m and the vibration velocity v in the above equation become smaller, so that the detection sensitivity of the Coriolis force is reduced and it becomes difficult to accurately detect the rotational angular velocity.

【0006】また、エネルギー閉じ込め型の振動ジャイ
ロや弾性表面波を用いた振動ジャイロでは、その振幅が
非常に小さく、振動速度も極めて小さい。そのため、そ
の振動波に働くコリオリ力は非常に小さく、これらの振
動の変化から回転角速度を検出することは困難である。
[0006] Further, in an energy confinement type vibrating gyroscope or a vibrating gyroscope using a surface acoustic wave, the amplitude is very small and the vibration speed is also very small. Therefore, the Coriolis force acting on the vibration wave is very small, and it is difficult to detect the rotational angular velocity from the change in the vibration.

【0007】それゆえに、この発明の主たる目的は、小
型化をすることができ、しかも高感度で回転角速度を検
出することができる振動ジャイロを提供することであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, a main object of the present invention is to provide a vibrating gyroscope that can be downsized and that can detect a rotational angular velocity with high sensitivity.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は、2つのアー
ムの一端を連結して音叉型にした圧電体からなる振動体
と、振動体に開閉振動を励振するために2つのアームの
基部において振動体の両面に対向して形成される1次電
極と、それぞれのアームの両面に対向して形成される2
次電極とを含み、アームの2次電極に挟まれた部分と2
次電極とによってエネルギー閉じ込め型共振子が形成さ
れた、振動ジャイロである。このような振動ジャイロに
おいて、それぞれのアームの両面に1つずつの2次電極
を形成することができる。また、それぞれのアームにお
いて、その一方面に2つの2次電極を形成し、その他方
面に一方面の2次電極と対向する1つの2次電極を形成
することもできる。また、この発明は、2つのアームの
一端を連結して音叉型にした圧電体からなる振動体と、
振動体に開閉振動を励振するために2つのアームの基部
において振動体の両面に対向して形成される1次電極
と、それぞれのアームの表面に形成されるくし型電極と
を含み、くし型電極とアームとで弾性表面波共振子が形
成された、振動ジャイロである。
According to the present invention, there is provided a vibrating body made of a piezoelectric body formed by connecting one end of two arms to form a tuning fork and a base of the two arms for exciting the vibrating body to open and close. Primary electrodes formed opposite to both surfaces of the vibrating body, and two primary electrodes formed opposite to both surfaces of each arm.
A second electrode including a secondary electrode and a portion sandwiched between the secondary electrodes of the arm.
This is a vibrating gyroscope in which an energy trap type resonator is formed by a next electrode. In such a vibrating gyroscope, one secondary electrode can be formed on both surfaces of each arm. Further, in each arm, two secondary electrodes can be formed on one surface, and one secondary electrode facing the secondary electrode on one surface can be formed on the other surface. Also, the present invention provides a vibrating body composed of a piezoelectric body in which one ends of two arms are connected to form a tuning fork.
A comb-shaped electrode including a primary electrode formed at the base of the two arms to oppose both surfaces of the vibrating body to excite the vibrating body to open and close, and a comb-shaped electrode formed on the surface of each arm; This is a vibrating gyroscope in which a surface acoustic wave resonator is formed by electrodes and arms.

【0009】音叉型の振動体に開閉振動をさせることに
より、回転角速度が加わったときに、振動体にコリオリ
力が加わる。このコリオリ力によって、振動体の振動方
向が変わり、2つのエネルギー閉じ込め型共振子の形成
部分またはくし型電極形成部分に逆向きの応力がかか
る。そのため、2つのエネルギー閉じ込め型共振子の共
振特性に差が生じ、または2つの弾性表面波共振子の共
振特性に差が生じる。したがって、音叉型の振動体の振
動方向の変化にともなって、2つのエネルギー閉じ込め
型共振子の出力信号、または2つの弾性表面波共振子の
出力信号に差が生じる。これらの出力信号の差から、回
転角速度に対応した信号を得ることができる。
By causing the tuning fork type vibrator to open and close, Coriolis force is applied to the vibrator when a rotational angular velocity is applied. Due to this Coriolis force, the vibration direction of the vibrating body changes, and reverse stress is applied to the portion where the two energy trapping type resonators are formed or the portion where the comb electrodes are formed. Therefore, a difference occurs in the resonance characteristics of the two energy trap type resonators, or a difference occurs in the resonance characteristics of the two surface acoustic wave resonators. Accordingly, a change occurs in the output signal of the two energy trap type resonators or the output signal of the two surface acoustic wave resonators according to the change in the vibration direction of the tuning fork type vibrator. From the difference between these output signals, a signal corresponding to the rotational angular velocity can be obtained.

【0010】この発明の上述の目的,その他の目的,特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の振動ジャイロの
一例を一方面側からみた斜視図であり、図2は他方面側
からみた斜視図である。振動ジャイロ10は、圧電セラ
ミックや単結晶などの圧電体で形成された振動体12を
含む。振動体12は、2つのアーム12a,12bの一
端を連結した音叉型に形成される。この振動体12は、
その厚み方向に分極される。
FIG. 1 is a perspective view of one example of a vibrating gyroscope according to the present invention as viewed from one side, and FIG. 2 is a perspective view as viewed from the other side. The vibrating gyroscope 10 includes a vibrating body 12 formed of a piezoelectric material such as a piezoelectric ceramic or a single crystal. The vibrating body 12 is formed in a tuning fork shape in which one ends of two arms 12a and 12b are connected. This vibrating body 12
Polarized in its thickness direction.

【0012】2つのアーム12a,12bの基部におい
て、振動体12の両面に1次電極14a,14bが形成
される。これらの1次電極14a,14bは、互いに対
向するように形成される。また、一方のアーム12aの
一方面上には、その長手方向に並ぶようにして、2つの
2次電極16a,16bが形成される。さらに、アーム
12aの他方面上には、2次電極16a,16bに対向
するようにして、1つの2次電極16cが形成される。
これらの2次電極16a,16b,16cと、その間に
挟まれたアーム12aとによって、エネルギー閉じ込め
型共振子が形成される。同様に、他方のアーム12bの
一方面上には、その長手方向に並ぶようにして、2つの
2次電極18a,18bが形成される。さらに、アーム
12bの他方面上には、2次電極18a,18bに対向
するようにして、1つの2次電極18cが形成される。
これらの2次電極18a,18b,18cと、その間に
挟まれたアーム12bとによって、エネルギー閉じ込め
型共振子が形成される。
At the base of the two arms 12a and 12b, primary electrodes 14a and 14b are formed on both surfaces of the vibrating body 12. These primary electrodes 14a and 14b are formed so as to face each other. On one surface of one arm 12a, two secondary electrodes 16a and 16b are formed so as to be arranged in the longitudinal direction. Further, one secondary electrode 16c is formed on the other surface of the arm 12a so as to face the secondary electrodes 16a and 16b.
These secondary electrodes 16a, 16b, 16c and the arms 12a sandwiched therebetween form an energy trap type resonator. Similarly, two secondary electrodes 18a and 18b are formed on one surface of the other arm 12b so as to be arranged in the longitudinal direction. Further, one secondary electrode 18c is formed on the other surface of the arm 12b so as to face the secondary electrodes 18a and 18b.
These secondary electrodes 18a, 18b, 18c and the arm 12b sandwiched therebetween form an energy trap type resonator.

【0013】この振動ジャイロ10を使用するために、
図3に示すような回路が用いられる。1次電極14b,
2次電極16c,18cは、基準電位に接続される。ま
た、1次電極14aは、第1の駆動回路20に接続され
る。第1の駆動回路20では、振動体12に振動を励起
するための駆動信号がつくられる。この駆動信号が1次
電極14aに与えられることにより、1次電極14a,
14bに挟まれた部分の振動体12が伸縮し、2つのア
ーム12a,12bは、開閉するように振動する。
In order to use this vibrating gyroscope 10,
A circuit as shown in FIG. 3 is used. Primary electrode 14b,
The secondary electrodes 16c and 18c are connected to a reference potential. Further, the primary electrode 14a is connected to the first drive circuit 20. In the first drive circuit 20, a drive signal for exciting the vibration body 12 to generate vibration is generated. When this drive signal is applied to the primary electrode 14a, the primary electrode 14a,
The portion of the vibrating body 12 sandwiched between 14b expands and contracts, and the two arms 12a and 12b vibrate to open and close.

【0014】さらに、2次電極16a,18aには、第
2の駆動回路22が接続される。第2の駆動回路22か
らは、2つのエネルギー閉じ込め型共振子を励振するた
めの駆動信号が与えられる。さらに、2次電極16b,
18bは、検出回路30に接続される。検出回路30は
差動回路32を含み、2次電極16b,18bの出力信
号の差が出力される。差動回路32は整流回路34に接
続され、整流回路34の出力信号は第1の平滑回路36
で平滑される。第1の平滑回路36の出力信号は直流成
分除去回路38で直流成分が除かれ、さらに同期検波回
路40において第1の駆動回路20の信号に同期して検
波される。同期検波回路40の出力信号は第2の平滑回
路42で平滑され、増幅回路44で増幅される。
Further, a second drive circuit 22 is connected to the secondary electrodes 16a and 18a. From the second drive circuit 22, a drive signal for exciting the two energy trap type resonators is provided. Further, the secondary electrodes 16b,
18b is connected to the detection circuit 30. The detection circuit 30 includes a differential circuit 32, and outputs a difference between output signals of the secondary electrodes 16b and 18b. The differential circuit 32 is connected to a rectifier circuit 34, and an output signal of the rectifier circuit 34 is supplied to a first smoothing circuit 36.
Is smoothed. The DC component of the output signal of the first smoothing circuit 36 is removed by a DC component removing circuit 38, and the output signal is detected by a synchronous detection circuit 40 in synchronization with the signal of the first drive circuit 20. The output signal of the synchronous detection circuit 40 is smoothed by the second smoothing circuit 42 and amplified by the amplifier circuit 44.

【0015】第2の駆動回路22によって、2次電極1
6a,16b,16cとアーム12aとで形成されるエ
ネルギー閉じ込め型共振子および2次電極18a,18
b,18cとアーム12bとで形成されるエネルギー閉
じ込め型共振子に、エネルギー閉じ込め振動が励振され
る。このエネルギー閉じ込め振動は、2次電極16a,
16b,16cの間および2次電極18a,18b,1
8cの間でのみ発生する振動であり、振動体12の開閉
振動に比べて周波数が高い振動である。
The second driving circuit 22 causes the secondary electrode 1
Energy confined resonator formed by 6a, 16b, 16c and arm 12a and secondary electrodes 18a, 18
Energy-trapping vibration is excited in the energy-trapping resonator formed by the b, 18c and the arm 12b. This energy trapping vibration is caused by the secondary electrode 16a,
16b, 16c and the secondary electrodes 18a, 18b, 1
This vibration is generated only during the period 8c, and has a higher frequency than the opening and closing vibration of the vibrating body 12.

【0016】振動体12が開閉振動することにより、エ
ネルギー閉じ込め型共振子の形成された部分も屈曲し、
屈曲状態に応じて、その共振伝達特性が変化する。その
ため、図4(a),(b)に示すように、エネルギー閉
じ込め型共振子の振動波形に振動体12の振動波形が重
畳され、振幅変調された信号が出力される。無回転時に
おいては、2つのエネルギー閉じ込め型共振子の屈曲状
態は同じであるため、差動回路32には、同じ波形の信
号が入力される。そのため、図4(c)に示すように、
差動回路32からは信号が出力されず、回転角速度が加
わっていないことがわかる。
When the vibrating body 12 opens and closes, the portion where the energy trap type resonator is formed also bends,
The resonance transmission characteristic changes according to the bending state. Therefore, as shown in FIGS. 4A and 4B, the vibration waveform of the vibrating body 12 is superimposed on the vibration waveform of the energy trap type resonator, and an amplitude-modulated signal is output. At the time of non-rotation, the bending state of the two energy trap type resonators is the same, so that a signal having the same waveform is input to the differential circuit 32. Therefore, as shown in FIG.
No signal is output from the differential circuit 32, and it can be seen that the rotational angular velocity is not applied.

【0017】振動体12の軸を中心として回転すると、
アーム12a,12bの開閉振動の向きと直交する向き
にコリオリ力が働く。このコリオリ力によってアーム1
2a,12bは変位し、アーム12a,12bの屈曲振
動の向きが変わる。このとき、エネルギー閉じ込め型共
振子の振動速度は非常に小さいため、エネルギー閉じ込
め型共振子の振動に対してはコリオリ力がほとんど発生
しない。アーム12a,12bの変位により、2つのエ
ネルギー閉じ込め型共振子に応力が加わり、その共振伝
達特性が変化して、2次電極16b,18bの出力信号
の波形が変化する。アーム12a,12bは、互いに開
閉するように逆向きに振動するため、2つのアーム12
a,12bに働くコリオリ力は逆向きとなる。そのた
め、2つのエネルギー閉じ込め型共振子に加わる応力は
逆方向であり、2次電極16b,18bから出力される
信号の波形変化も逆になる。それにより、図5(a),
(b)に示すように、2つのエネルギー閉じ込め型共振
子の出力信号の間に振幅の差が生じる。したがって、図
5(c)に示すように、差動回路32から、2つの入力
信号の振幅の差に相当する振幅を有する信号が出力され
る。さらに、図5(d)に示すように、整流回路34で
は、たとえば差動回路32の出力信号の正部分のみが出
力される。
When rotating about the axis of the vibrating body 12,
Coriolis force acts in a direction orthogonal to the direction of the opening and closing vibration of the arms 12a and 12b. This Coriolis force causes the arm 1
2a and 12b are displaced, and the directions of bending vibration of the arms 12a and 12b change. At this time, since the vibration speed of the energy trap type resonator is very low, Coriolis force hardly occurs with respect to the vibration of the energy trap type resonator. Due to the displacement of the arms 12a and 12b, stress is applied to the two energy trapping type resonators, the resonance transfer characteristics thereof change, and the waveforms of the output signals of the secondary electrodes 16b and 18b change. The arms 12a and 12b vibrate in opposite directions so as to open and close with each other.
Coriolis forces acting on a and 12b are reversed. Therefore, the stresses applied to the two energy trap type resonators are in opposite directions, and the waveform changes of the signals output from the secondary electrodes 16b and 18b are also opposite. As a result, FIG.
As shown in (b), an amplitude difference occurs between the output signals of the two energy trap type resonators. Therefore, as shown in FIG. 5C, a signal having an amplitude corresponding to the difference between the amplitudes of the two input signals is output from the differential circuit 32. Further, as shown in FIG. 5D, in the rectifier circuit 34, for example, only the positive portion of the output signal of the differential circuit 32 is output.

【0018】整流回路34の出力信号は、図5(e)に
示すように、第1の平滑回路36で高周波成分が除去さ
れる。さらに、図5(f)に示すように、直流成分除去
回路38において、直流成分を除去することにより、ア
ーム12a,12bの屈曲振動の変化に対応した信号が
得られる。この信号が、同期検波回路40で第1の駆動
回路20の信号に同期して検波され、図5(g)に示す
ように、たとえば信号の正部分のみが出力される。した
がって、この信号を第2の平滑回路42で平滑し、さら
に増幅回路44で増幅すれば、コリオリ力に対応した直
流信号を得ることができる。
As shown in FIG. 5 (e), the output signal of the rectifier circuit 34 has a high frequency component removed by a first smoothing circuit 36. Further, as shown in FIG. 5F, a signal corresponding to a change in the bending vibration of the arms 12a and 12b is obtained by removing the DC component in the DC component removing circuit 38. This signal is detected by the synchronous detection circuit 40 in synchronization with the signal of the first drive circuit 20, and for example, only the positive portion of the signal is output as shown in FIG. Therefore, if this signal is smoothed by the second smoothing circuit 42 and further amplified by the amplifier circuit 44, a DC signal corresponding to the Coriolis force can be obtained.

【0019】また、図6に示すように、エネルギー閉じ
込め型共振子の共振周波数特性の変化から、回転角速度
を検出することもできる。ここで用いられる振動ジャイ
ロ10では、アーム12aの対向面に、それぞれ1つず
つの2次電極46a,46bが形成される。また、アー
ム12bの対向面に、それぞれ1つずつの2次電極48
a,48bが形成される。そして、図7に示すように、
1次電極14a,14b間には、第1の発振回路50が
接続される。そして、1次電極14bからの出力信号が
発振回路50に帰還され、発振回路50で得られた信号
が、駆動信号として1次電極14aに入力される。それ
によって、振動体12は、アーム12a,12bが開閉
するように振動する。
Further, as shown in FIG. 6, the rotational angular velocity can be detected from the change of the resonance frequency characteristic of the energy trap type resonator. In the vibrating gyroscope 10 used here, one secondary electrode 46a, 46b is formed on the opposing surface of the arm 12a. Also, one secondary electrode 48 is provided on each of the facing surfaces of the arms 12b.
a, 48b are formed. And, as shown in FIG.
A first oscillation circuit 50 is connected between the primary electrodes 14a and 14b. Then, the output signal from the primary electrode 14b is fed back to the oscillation circuit 50, and the signal obtained by the oscillation circuit 50 is input to the primary electrode 14a as a drive signal. Thereby, the vibrating body 12 vibrates so that the arms 12a and 12b open and close.

【0020】さらに、2次電極46a,46b間には第
2の発振回路52が接続され、2次電極48a,48b
間には第3の発振回路54が接続される。これらの発振
回路52,54によって、2つのエネルギー閉じ込め型
共振子にエネルギー閉じ込め振動が励振される。さら
に、2次電極46a,48aは、検出回路60に接続さ
れる。検出回路60は、周波数差検出回路62を含む。
周波数差検出回路62は、2つの入力信号の周波数差に
対応した電圧を出力する回路である。周波数差検出回路
62の出力信号は、同期検波回路64において、第1の
発振回路50の出力信号に同期して検波される。同期検
波回路64で検波された信号は平滑回路66で平滑さ
れ、さらに増幅回路68で増幅される。
Further, a second oscillation circuit 52 is connected between the secondary electrodes 46a and 46b, and the secondary electrodes 48a and 48b
A third oscillation circuit 54 is connected between them. These oscillation circuits 52 and 54 excite energy confinement vibrations in the two energy confinement type resonators. Further, the secondary electrodes 46a and 48a are connected to the detection circuit 60. The detection circuit 60 includes a frequency difference detection circuit 62.
The frequency difference detection circuit 62 is a circuit that outputs a voltage corresponding to the frequency difference between two input signals. The output signal of the frequency difference detection circuit 62 is detected by the synchronous detection circuit 64 in synchronization with the output signal of the first oscillation circuit 50. The signal detected by the synchronous detection circuit 64 is smoothed by the smoothing circuit 66 and further amplified by the amplifier circuit 68.

【0021】このような回路を用いた振動ジャイロ10
の場合、エネルギー閉じ込め型共振子の出力信号は、振
動体12の屈曲振動に対応して周波数変調された信号と
なる。つまり、アーム12a,12bの屈曲振動に対応
して、周波数の高い部分と周波数の低い部分とが交互に
現れる信号となる。無回転時においては、2つのエネル
ギー閉じ込め型共振子の屈曲状態は同じであるため、2
次電極46a,48aからは、同じ周波数特性を有する
信号が出力される。したがって、周波数差検出回路62
からは、信号が出力されない。
A vibrating gyroscope 10 using such a circuit
In the case of (1), the output signal of the energy trap type resonator is a signal whose frequency is modulated in accordance with the bending vibration of the vibrating body 12. That is, the signal has a high frequency portion and a low frequency portion alternately appearing in response to the bending vibration of the arms 12a and 12b. At the time of non-rotation, the bending state of the two energy trap type resonators is the same,
Signals having the same frequency characteristics are output from the next electrodes 46a and 48a. Therefore, the frequency difference detection circuit 62
Does not output a signal.

【0022】振動体12の軸を中心として回転すると、
コリオリ力によってアーム12a,12bの屈曲振動の
向きが変わり、2つのエネルギー閉じ込め型共振子に逆
向きの応力がかかる。それによって、エネルギー閉じ込
め型共振子の共振周波数特性が変化し、2つの出力信号
の周波数が変化する。このとき、2つのエネルギー閉じ
込め型共振子にかかる応力は逆向きであるため、その出
力信号の周波数変化も逆となり、これらの出力信号に周
波数差が生じる。したがって、検出回路60の周波数差
検出回路62から、2次電極46a,48aの出力信号
の周波数差に対応した電圧が出力される。この周波数差
検出回路62の出力信号が、同期検波回路64におい
て、第1の発振回路50の出力信号に同期して検波され
る。検波された信号は平滑回路66で平滑され、さらに
増幅回路68で増幅されて、コリオリ力に対応した直流
信号が得られる。
When rotating about the axis of the vibrating body 12,
The direction of the bending vibration of the arms 12a and 12b is changed by the Coriolis force, and opposite stresses are applied to the two energy trap type resonators. Thereby, the resonance frequency characteristic of the energy trap type resonator changes, and the frequency of the two output signals changes. At this time, since the stresses applied to the two energy trap type resonators are in opposite directions, the frequency changes of the output signals are also reversed, and a frequency difference occurs between these output signals. Therefore, a voltage corresponding to the frequency difference between the output signals of the secondary electrodes 46a and 48a is output from the frequency difference detection circuit 62 of the detection circuit 60. The output signal of the frequency difference detection circuit 62 is detected by the synchronous detection circuit 64 in synchronization with the output signal of the first oscillation circuit 50. The detected signal is smoothed by a smoothing circuit 66 and further amplified by an amplifier circuit 68 to obtain a DC signal corresponding to the Coriolis force.

【0023】さらに、図8に示すように、弾性表面波を
用いた振動ジャイロとしてもよい。この振動ジャイロ1
0では、圧電体で形成された音叉型の振動体12に1次
電極14a,14bが形成され、さらに、アーム12
a,12bに2つのくし型電極70a,70bが形成さ
れている。くし型電極70aは、共通電極72aと入出
力電極74a,76aとで形成される。そして、共通電
極72aと入出力電極74aとの間で圧電体で形成され
たアーム12aが分極され、また共通電極72aと入出
力電極76aとの間でアーム12aが分極される。同様
に、くし型電極70bは、共通電極72bと入出力電極
74b,76bとで形成される。そして、共通電極72
bと入出力電極74bとの間で圧電体で形成されたアー
ム12bが分極され、また共通電極72bと入出力電極
76bとの間でアーム12bが分極される。これらのく
し型電極70aとアーム12aとで弾性表面波共振子が
形成され、くし型電極70bとアーム12bとで弾性表
面波共振子が形成される。
Further, as shown in FIG. 8, a vibration gyro using a surface acoustic wave may be used. This vibrating gyro 1
0, primary electrodes 14a and 14b are formed on a tuning-fork type vibrating body 12 formed of a piezoelectric body.
Two comb-shaped electrodes 70a and 70b are formed on a and 12b. The comb-shaped electrode 70a is formed by a common electrode 72a and input / output electrodes 74a and 76a. Then, the arm 12a formed of a piezoelectric material is polarized between the common electrode 72a and the input / output electrode 74a, and the arm 12a is polarized between the common electrode 72a and the input / output electrode 76a. Similarly, the comb-shaped electrode 70b is formed by the common electrode 72b and the input / output electrodes 74b and 76b. Then, the common electrode 72
The arm 12b formed of a piezoelectric material is polarized between the input electrode b and the input / output electrode 74b, and the arm 12b is polarized between the common electrode 72b and the input / output electrode 76b. A surface acoustic wave resonator is formed by the comb-shaped electrode 70a and the arm 12a, and a surface acoustic wave resonator is formed by the comb-shaped electrode 70b and the arm 12b.

【0024】この振動ジャイロ10を使用するために、
1次電極14a,14b間には、発振回路50が接続さ
れる。この発振回路50によって、振動体12に開閉振
動が励振される。さらに、くし型電極70a,70bの
共通電極72a,72bは、基準電位に接続される。そ
して、入出力電極74a,74bに駆動回路80が接続
され、その駆動信号によって弾性表面波が励起される。
励起された弾性表面波は、アーム12a,12bを伝搬
し、入出力電極76a,76bで電気信号に変換され
る。そして、入出力電極76a,76bから出力される
信号は、検出回路30に入力される。
In order to use the vibrating gyroscope 10,
An oscillation circuit 50 is connected between the primary electrodes 14a and 14b. The oscillation circuit 50 excites the vibration of the vibrating body 12. Further, the common electrodes 72a and 72b of the comb electrodes 70a and 70b are connected to a reference potential. The drive circuit 80 is connected to the input / output electrodes 74a and 74b, and the surface acoustic waves are excited by the drive signals.
The excited surface acoustic waves propagate through the arms 12a and 12b, and are converted into electric signals at the input / output electrodes 76a and 76b. Then, signals output from the input / output electrodes 76a and 76b are input to the detection circuit 30.

【0025】検出の方法としては、図4および図5と同
様にして、弾性表面波共振子の共振伝達特性の変化によ
る出力信号の変化を検出することにより行われる。図4
および図5では、エネルギー閉じ込め型共振子の出力信
号を検出回路30で処理したが、ここでは、弾性表面波
共振子の出力信号を検出回路30で処理することによ
り、振動ジャイロ10に加わった回転角速度が検出され
る。
The detection is performed by detecting a change in the output signal due to a change in the resonance transfer characteristic of the surface acoustic wave resonator in the same manner as in FIGS. FIG.
In FIG. 5 and FIG. 5, the output signal of the energy trap type resonator is processed by the detection circuit 30. Here, the output signal of the surface acoustic wave resonator is processed by the detection circuit 30 so that the rotation applied to the vibrating gyroscope 10 is controlled. An angular velocity is detected.

【0026】なお、弾性表面波共振子を利用した振動ジ
ャイロ10において、2つの弾性表面波共振子に別個の
発振回路を接続し、コリオリ力によるアーム12a,1
2bの変形による弾性表面波共振子の導波路長の変化に
より、2つの弾性表面波共振子の発振周波数に差が生じ
ることを利用してもよい。この場合、たとえば、2つの
弾性表面波共振子の出力信号のビートをとることで、差
動出力をとることの代わりとすることができる。
In the vibrating gyroscope 10 using the surface acoustic wave resonator, separate oscillation circuits are connected to the two surface acoustic wave resonators, and the arms 12a, 1 by Coriolis force.
The fact that a difference in the oscillation frequency between the two surface acoustic wave resonators due to a change in the waveguide length of the surface acoustic wave resonator due to the deformation of 2b may be used. In this case, for example, by taking the beat of the output signals of the two surface acoustic wave resonators, it can be used instead of taking the differential output.

【0027】このように、この発明の振動ジャイロ10
では、従来の振動ジャイロのように圧電素子の圧電特性
を利用して回転角速度を検出するのでなく、エネルギー
閉じ込め型共振子や弾性表面波共振子の共振特性を利用
して回転角速度を検出することができる。これらの共振
子の共振特性は、振動体12の振動方向の変化にともな
う応力に大きく影響されるため、発生するコリオリ力が
小さくても、非常に高感度で回転角速度を検出すること
ができる。したがって、振動体12を小型化しても、高
感度で回転角速度を検出することができる。
As described above, the vibration gyro 10 of the present invention
Instead of using the piezoelectric characteristics of a piezoelectric element to detect the rotational angular velocity as in conventional vibrating gyros, the rotational angular velocity must be detected using the resonance characteristics of an energy trap type resonator or surface acoustic wave resonator. Can be. Since the resonance characteristics of these resonators are greatly affected by the stress caused by the change in the vibration direction of the vibrating body 12, even if the generated Coriolis force is small, the rotational angular velocity can be detected with extremely high sensitivity. Therefore, even if the vibrating body 12 is downsized, the rotational angular velocity can be detected with high sensitivity.

【0028】[0028]

【発明の効果】この発明によれば、エネルギー閉じ込め
型共振子や弾性表面波共振子の共振特性を利用して回転
角速度を検出することができるため、発生するコリオリ
力が小さくても、非常に高感度で回転角速度を検出する
ことができる。しかも、回転角速度の検出感度が高いた
め、振動ジャイロの小型化が可能である。
According to the present invention, since the rotational angular velocity can be detected by using the resonance characteristics of the energy trap type resonator and the surface acoustic wave resonator, even if the generated Coriolis force is small, it can be very small. The rotational angular velocity can be detected with high sensitivity. In addition, since the rotational angular velocity detection sensitivity is high, the size of the vibrating gyroscope can be reduced.

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

【図1】この発明の振動ジャイロを一方面側からみた斜
視図である。
FIG. 1 is a perspective view of a vibrating gyroscope according to the present invention as viewed from one surface side.

【図2】図1に示す振動ジャイロを他方面側からみた斜
視図である。
FIG. 2 is a perspective view of the vibrating gyroscope shown in FIG. 1 as viewed from the other surface side.

【図3】図1に示す振動ジャイロを用いるための回路を
示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a circuit for using the vibrating gyroscope shown in FIG. 1;

【図4】図3に示す回路の無回転時における各回路の信
号波形を示すグラフである。
4 is a graph showing signal waveforms of each circuit when the circuit shown in FIG. 3 is not rotating.

【図5】図3に示す回路の回転時における各回路の信号
波形を示すグラフである。
5 is a graph showing a signal waveform of each circuit when the circuit shown in FIG. 3 rotates.

【図6】この発明の振動ジャイロの他の例を示す斜視図
である。
FIG. 6 is a perspective view showing another example of the vibrating gyroscope according to the present invention.

【図7】図6に示す振動ジャイロを用いるための回路を
示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a circuit for using the vibrating gyroscope shown in FIG. 6;

【図8】弾性表面波を利用した振動ジャイロの平面図と
それを用いるための回路を示すブロック図である。
FIG. 8 is a plan view of a vibrating gyroscope using a surface acoustic wave and a block diagram showing a circuit for using the same.

【図9】従来の振動ジャイロの一例を示す斜視図であ
る。
FIG. 9 is a perspective view showing an example of a conventional vibrating gyroscope.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 振動ジャイロ 12 振動体 12a,12b アーム 14a,14b 1次電極 16a,16b,16c 2次電極 18a,18b,18c 2次電極 46a,46b,48a,48b 2次電極 70a,70b くし型電極 72a,72b 共通電極 74a,74b,76a,76b 入出力電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vibrating gyroscope 12 Vibrating body 12a, 12b Arm 14a, 14b Primary electrode 16a, 16b, 16c Secondary electrode 18a, 18b, 18c Secondary electrode 46a, 46b, 48a, 48b Secondary electrode 70a, 70b Comb-shaped electrode 72a, 72b common electrode 74a, 74b, 76a, 76b input / output electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久万田 明 京都府長岡京市天神2丁目26番10号 株 式会社 村田製作所内 (72)発明者 河 合 義 男 京都府長岡京市天神2丁目26番10号 株 式会社 村田製作所内 (72)発明者 宮 崎 二 郎 京都府長岡京市天神2丁目26番10号 株 式会社 村田製作所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/56 G01P 9/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Akira Kumanda 2-26-10 Tenjin, Nagaokakyo-shi, Kyoto Inside Murata Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Yoshio Kawai 2-26-10 Tenjin, Nagaokakyo-shi, Kyoto No. 10 In Murata Manufacturing Co., Ltd. (72) Inventor Jiro Miyazaki 2-26-10 Tenjin, Nagaokakyo-shi, Kyoto Pref. In Murata Manufacturing Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01C 19/56 G01P 9/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 2つのアームの一端を連結して音叉型に
した圧電体からなる振動体、 前記振動体に開閉振動を励振するために2つの前記アー
ムの基部において前記振動体の両面に対向して形成され
る1次電極、およびそれぞれの前記アームの両面に対向
して形成される2次電極を含み、 前記アームの前記2次電極に挟まれた部分と前記2次電
極とによってエネルギー閉じ込め型共振子が形成され
た、振動ジャイロ。
1. A vibrating body comprising a piezoelectric body formed by connecting one ends of two arms into a tuning fork shape, and opposing both sides of the vibrating body at bases of the two arms to excite opening and closing vibrations in the vibrating body. And a secondary electrode formed opposite to both sides of each of the arms. Energy is confined by the portion of the arm sandwiched between the secondary electrodes and the secondary electrode. A vibrating gyroscope with a shaped resonator.
【請求項2】 それぞれの前記アームの両面に1つずつ
の前記2次電極が形成された、請求項1に記載の振動ジ
ャイロ。
2. The vibrating gyroscope according to claim 1, wherein one of said secondary electrodes is formed on both sides of each of said arms.
【請求項3】 それぞれの前記アームにおいて、その一
方面に2つの前記2次電極が形成され、その他方面に前
記一方面の前記2次電極と対向する1つの前記2次電極
が形成された、請求項1に記載の振動ジャイロ。
3. In each of the arms, two of the secondary electrodes are formed on one surface thereof, and one of the secondary electrodes facing the secondary electrode of the one surface is formed on the other surface. The vibrating gyroscope according to claim 1.
【請求項4】 2つのアームの一端を連結して音叉型に
した圧電体からなる振動体、 前記振動体に開閉振動を励振するために2つの前記アー
ムの基部において前記振動体の両面に対向して形成され
る1次電極、およびそれぞれの前記アームの表面に形成
されるくし型電極を含み、 前記くし型電極と前記アームとで弾性表面波共振子が形
成された、振動ジャイロ。
4. A vibrating body made of a piezoelectric body formed into a tuning fork by connecting one ends of two arms, and opposing both sides of the vibrating body at bases of the two arms to excite the vibrating body to open and close vibrations. A vibrating gyroscope, comprising: a primary electrode formed as described above; and a comb-shaped electrode formed on a surface of each of the arms, wherein a surface acoustic wave resonator is formed by the comb-shaped electrode and the arm.
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