JP3398854B2 - Method of adjusting characteristics of energy trap type piezoelectric vibratory gyroscope - Google Patents

Method of adjusting characteristics of energy trap type piezoelectric vibratory gyroscope

Info

Publication number
JP3398854B2
JP3398854B2 JP30613496A JP30613496A JP3398854B2 JP 3398854 B2 JP3398854 B2 JP 3398854B2 JP 30613496 A JP30613496 A JP 30613496A JP 30613496 A JP30613496 A JP 30613496A JP 3398854 B2 JP3398854 B2 JP 3398854B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
electrodes
piezoelectric
vibration
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP30613496A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10148527A (en
Inventor
洋 阿部
哲男 吉田
Original Assignee
エヌイーシートーキン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by エヌイーシートーキン株式会社 filed Critical エヌイーシートーキン株式会社
Priority to JP30613496A priority Critical patent/JP3398854B2/en
Publication of JPH10148527A publication Critical patent/JPH10148527A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3398854B2 publication Critical patent/JP3398854B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

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、回転角速度を検出
するためのジャイロスコープに関し、特に、圧電振動子
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
ャイロスコープの特性調整方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gyroscope for detecting a rotational angular velocity, and more particularly to a method for adjusting a characteristic of a piezoelectric vibrating gyroscope using an energy trapping vibration mode of a piezoelectric vibrator.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電振動ジャイロスコープ(以下簡単の
ために圧電振動ジャイロと呼ぶ)は、圧電振動子を一定
方向に励振しておいた状態で、該圧電振動子がその励振
方向に直角な方向の軸の周りにに回転した際、その励振
方向及び回転軸に直角の方向に生ずるコリオリ力を検知
して、回転角速度を検出するもので、種々の応用がある
が、最近では、例えば、自動車のナビゲーションシステ
ムや、VTRカメラの手振れ補正機構などに用いられる
ようになって来ている。
2. Description of the Related Art A piezoelectric vibrating gyroscope (hereinafter referred to as a piezoelectric vibrating gyro for the sake of simplicity) is a state in which a piezoelectric vibrator is excited in a certain direction and then the piezoelectric vibrator vibrates in a direction perpendicular to the exciting direction. It detects the Coriolis force generated in the direction of excitation and the direction perpendicular to the rotation axis when it is rotated around the axis of, and detects the angular velocity of rotation. Recently, there are various applications. Are being used for such as a navigation system and a camera shake correction mechanism of a VTR camera.

【0003】圧電振動ジャイロとして、振動のエネルギ
ーが駆動電極近傍に集中しているエネルギー閉じ込め振
動モードで振動する圧電振動子を用いたエネルギー閉じ
込め振動モードを利用した圧電振動ジャイロが、例え
ば、特開昭62−162915号や特開平5−3225
80号に提案されている。
As a piezoelectric vibrating gyro, for example, a piezoelectric vibrating gyro utilizing an energy trapping vibration mode using a piezoelectric vibrator that vibrates in an energy trapping vibration mode in which vibration energy is concentrated in the vicinity of a drive electrode is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2004-242242 62-162915 and JP-A-5-3225.
No. 80 is proposed.

【0004】エネルギー閉じ込め振動モードを利用した
圧電振動ジャイロは、振動エネルギーが圧電振動子の局
部に集中しているので、圧電振動子の支持が簡単容易で
あり、遊離しているリード線が不要となる利点がある。
In the piezoelectric vibrating gyro using the energy trapping vibration mode, since the vibration energy is concentrated on the local portion of the piezoelectric vibrator, it is easy and easy to support the piezoelectric vibrator, and a free lead wire is unnecessary. There are advantages.

【0005】特開昭62−162915号は、振動エネ
ルギーを局部に閉じ込めるために、振動子の厚みを局部
的に厚く形成しその部分を厚み方向に分極し、厚い局部
の対向端面に駆動電極を設け、対向側面に検出電極を設
けたものを開示している。また、他の例として、駆動電
極と検出電極を圧電板の一面に設け、駆動電極間に検出
電極として交差指電極を設けたものを開示している。
In Japanese Patent Laid-Open No. 62-162915, in order to confine vibration energy locally, the thickness of the vibrator is locally thickened, and that portion is polarized in the thickness direction, and drive electrodes are provided on the opposite end faces of the thick local area. It is disclosed that a detection electrode is provided on the opposite side surface. Further, as another example, a drive electrode and a detection electrode are provided on one surface of a piezoelectric plate, and an interdigital electrode is provided between the drive electrodes as a detection electrode.

【0006】特開平5−322580号は、圧電板の一
部領域を厚み方向に分極し、その分極領域の主面上に2
組の対向電極を、対向方向を直角にして設け、一方の対
向電極を駆動電極に、他方の対向電極を検出電極とした
圧電振動ジャイロを開示している。
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 5-322580 discloses that a partial region of a piezoelectric plate is polarized in the thickness direction, and 2 is formed on the main surface of the polarized region.
Disclosed is a piezoelectric vibrating gyro in which a pair of counter electrodes are provided with their facing directions at right angles, one counter electrode serving as a drive electrode, and the other counter electrode serving as a detection electrode.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】特開昭62−1629
15号に開示した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は、圧電板の厚みを局部的に厚く
しなければならないとか交差指電極を形成しなければな
らないといった製造上の難点がある。また、一対の駆動
電極と一対の検出電極が互いに近傍に設けられているの
で、駆動電極から圧電板内に印加した駆動電界が検出電
極に影響され、駆動電界方向が変化して精度が得られな
いとの欠点が見られる。
Problems to be Solved by the Invention JP-A-62-1629
The piezoelectric vibrating gyro utilizing the energy trapping vibration mode disclosed in No. 15 has manufacturing difficulties such that the thickness of the piezoelectric plate must be locally increased or the interdigital electrodes must be formed. Further, since the pair of drive electrodes and the pair of detection electrodes are provided in the vicinity of each other, the drive electric field applied from the drive electrodes into the piezoelectric plate is influenced by the detection electrodes, and the drive electric field direction changes to obtain accuracy. There is a defect that it does not exist.

【0008】特開平5−322580号に開示したエネ
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
は、構成は簡単で製造も容易であるが、一対の駆動電極
と一対の検出電極が互いに近傍に設けられているので、
駆動電極から圧電板内に印加した駆動電界が検出電極に
影響され、駆動電界方向が変化し、精度の良い検出出力
を得ることが困難である。
The piezoelectric vibrating gyro using the energy trapping vibration mode disclosed in JP-A-5-322580 has a simple structure and is easy to manufacture, but a pair of drive electrodes and a pair of detection electrodes are provided in the vicinity of each other. Because
The drive electric field applied from the drive electrode to the piezoelectric plate is affected by the detection electrode, the direction of the drive electric field is changed, and it is difficult to obtain an accurate detection output.

【0009】又、前記従来の圧電振動ジャイロは、その
構造が複雑なため、共振周波数や、検出出力の調整が困
難である。
Further, since the structure of the conventional piezoelectric vibration gyro is complicated, it is difficult to adjust the resonance frequency and the detection output.

【0010】従って、本発明は、小型で、構造及び製造
が簡単、高精度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を提案すると共に、その特性を簡
単に調整できる特性調整方法を提供することを目的とす
る。
Therefore, the present invention proposes a piezoelectric vibrating gyro that utilizes a high precision energy trapping vibration mode that is small in size, simple in structure and manufacturing, and provides a characteristic adjusting method capable of easily adjusting the characteristic. With the goal.

【0011】本発明は、圧電板の主面の限定された領域
に出力電極を駆動電極の一部に共用することによって、
出力電極が駆動電界に悪影響を与えないようにしたエネ
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
において、電極面積を微調整することによって、容易に
特性を調整することのできる方法を提供することを目的
とする。
According to the present invention, by sharing the output electrode with a part of the driving electrode in a limited area of the main surface of the piezoelectric plate,
An object of the present invention is to provide a method capable of easily adjusting characteristics by finely adjusting an electrode area in a piezoelectric vibration gyro utilizing an energy trapping vibration mode in which an output electrode does not adversely affect a driving electric field. And

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電板
の厚さ方向に分極を有する部分の主面上であって第一の
方向に互いに所定間隔離れた二位置の内、一方の位置に
前記第一の方向と直角の方向にストリップ状の第1の電
極を設けると共に、他方の位置に前記第一の方向とほぼ
直角方向に互いに間隔をおいて延在したストリップ状の
第2および第3の電極を形成し、前記第1の電極と前記
第2及び第3の電極との間に励振用の駆動電圧を印加
し、前記第2及び第3の電極に生ずる記コリオリ力によ
る振動に対応した起電力を検出するようにし、前記第1
の電極と前記第2および第3の電極との間に生ずる厚み
すべり振動のエネルギー閉じ込め振動モードを利用した
ことを特徴とする圧電振動ジャイロスコープにおいて、
前記第1第2および第3の電極の少なくとも一つの電極
をトリミングすることによって、共振周波数および検出
出力を含む特性を調整することを特徴とするエネルギー
閉じ込め型圧電振動ジャイロスコープの特性調整方法が
得られる。
According to the present invention, one of two positions, which are separated from each other by a predetermined distance in the first direction, on the main surface of the portion having polarization in the thickness direction of the piezoelectric plate. A strip-shaped first electrode is provided at a position in a direction perpendicular to the first direction, and a strip-shaped second electrode extending in a position substantially perpendicular to the first direction at another position. And a third electrode is formed, a driving voltage for excitation is applied between the first electrode and the second and third electrodes, and the Coriolis force generated in the second and third electrodes is applied. The electromotive force corresponding to the vibration is detected, and the first
In the piezoelectric vibrating gyroscope, the energy trapping vibration mode of the thickness shear vibration generated between the electrode and the second and third electrodes is utilized.
A characteristic adjusting method of an energy trap type piezoelectric vibrating gyroscope, characterized in that characteristics including a resonance frequency and a detection output are adjusted by trimming at least one electrode of the first, second and third electrodes. To be

【0013】前記圧電振動ジャイロスコープは、前記圧
電板および前記第1、第2及び第3の電極を含めて前記
圧電板の全面を光透明性の絶縁材料の薄層で被覆してお
き、該被覆の上からレーザービームを照射することによ
って、前記トリミングを行うことによって、特性を調整
することもできる。
In the piezoelectric vibrating gyroscope, the entire surface of the piezoelectric plate including the piezoelectric plate and the first, second and third electrodes is covered with a thin layer of a light-transparent insulating material. It is also possible to adjust the characteristics by performing the trimming by irradiating a laser beam on the coating.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の対象となる小型
構造簡単なエネルギ一閉じ込め型振動ジャイロの振動子
の構成を示す斜視図である。図1に示すように、圧電振
動子は、例えば、PZTやチタン酸バリウムなどの圧電
セラミックス板で構成した、中央部が厚さ方向に分極軸
を有する圧電板10を用いる。この圧電板10の前記中
央部の主面上にストリップ状の第1の電極11が設けら
れている。この第1の電極11と所定距離だけ離れた位
置に該第1の電極と平行に、第2の電極12および第3
の電極13が互いに離れて形成されている。これら電極
11、12、13には、外部に導出するための端子部1
4、15、16が接続されている。なお、これら電極お
よび端子部は、銀ペーストあるいは金スパッタで構成さ
れると良い。もちろん他の導電膜を採用することができ
る。外部に導出するための端子部は振動子上に設けずリ
ード線を用いても良い。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a vibrator of an energy-confinement type vibration gyro having a small structure and a simple structure to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, for the piezoelectric vibrator, for example, a piezoelectric plate 10 having a polarization axis in the thickness direction at the central portion, which is made of a piezoelectric ceramic plate such as PZT or barium titanate, is used. A strip-shaped first electrode 11 is provided on the main surface of the central portion of the piezoelectric plate 10. The second electrode 12 and the third electrode 11 are arranged at a position separated from the first electrode 11 by a predetermined distance in parallel with the first electrode 11.
Electrodes 13 are formed so as to be separated from each other. These electrodes 11, 12 and 13 have terminal portions 1 for leading them to the outside.
4, 15, 16 are connected. It should be noted that these electrodes and terminals may be made of silver paste or gold sputter. Of course, other conductive films can be adopted. A lead wire may be used without providing the terminal portion for leading to the outside on the vibrator.

【0015】図示のとおり、厚み方向をZ軸、電極の対
向方向をX軸、これらに直交する方向をY軸とする三次
元座標を決める。
As shown in the figure, three-dimensional coordinates are determined with the Z direction as the thickness direction, the X axis as the facing direction of the electrodes, and the Y axis as the direction orthogonal to these.

【0016】第1の電極11と第2および第3の電極と
の間に駆動電圧(交流)を印加すると、X方向の振動が
励振される。この状態で、圧電板10がZ軸の周りに回
転すると、Y方向にコリオリ力による振動が発生し、こ
れにより、第2および第3の電極間に起電力が発生す
る。この起電力を検知することによって、コリオリ力に
よる振動の大きさを、したがって、回転角速度を検出す
ることができる。
When a drive voltage (AC) is applied between the first electrode 11 and the second and third electrodes, vibration in the X direction is excited. In this state, when the piezoelectric plate 10 rotates around the Z axis, vibration due to the Coriolis force is generated in the Y direction, which causes electromotive force between the second and third electrodes. By detecting this electromotive force, the magnitude of vibration due to the Coriolis force, and thus the rotational angular velocity, can be detected.

【0017】なお、振動のエネルギーは圧電板の前記中
央部に閉じ込められ、周辺に及ばないので、圧電板の周
辺部を支持することが容易である。
Since the vibration energy is confined in the central portion of the piezoelectric plate and does not reach the periphery, it is easy to support the peripheral portion of the piezoelectric plate.

【0018】図2は図1の圧電振動子1に接続される回
路構成を示すブロック図である。図2を参照をすると、
圧電振動子1の第2及び第3の電極12及び13には、
電流検出回路18、19がそれぞれ接続されている。電
流検出回路18、19の出力側には、差動回路22が接
続され、同期検波回路23、整流回路24を介して、圧
電振動ジャイロの検出出力が得られる。一方、電流検出
回路18、19は自励発振条件を満たすための発振回路
25に接続され、X方向振動を与えるための駆動回路2
6を介して第1の電極11に接続されており、自励発振
回路を構成している。この自励発振回路により圧電振動
子の厚みすベり振動の共振周波数にほぼ等しい周波数の
交流電圧が電極11に印加される。
FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration connected to the piezoelectric vibrator 1 of FIG. Referring to FIG.
In the second and third electrodes 12 and 13 of the piezoelectric vibrator 1,
The current detection circuits 18 and 19 are respectively connected. A differential circuit 22 is connected to the output sides of the current detection circuits 18 and 19, and a detection output of the piezoelectric vibration gyro is obtained via the synchronous detection circuit 23 and the rectification circuit 24. On the other hand, the current detection circuits 18 and 19 are connected to the oscillation circuit 25 for satisfying the self-excited oscillation condition, and the drive circuit 2 for giving the X-direction vibration.
It is connected to the first electrode 11 via 6 and constitutes a self-oscillation circuit. By this self-excited oscillation circuit, an AC voltage having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the thickness shear vibration of the piezoelectric vibrator is applied to the electrode 11.

【0019】図3は、図2の電流検出回路の構成例を示
す図で、第2および第3の電極を仮想的に接地させる機
能を備えるものである。この回路は、演算増幅器31の
非反転入力端子(+)は基準電圧に接地されており、演
算増幅器31の出力端子から反転入力端子に抵抗器Rが
接続されている。反転入力端子(−)は,演算増幅器の
仮想接地機能により常に前記の接地基準電位に保たれ
る。この反転端子に電流が流入すると、抵抗器Rにより
電圧に変換される。すなわち、Vout=−iRなる出
力を得る。すなわち、この電流検出回路は、機能的には
入カインピーダンスがほぼ0で、入力電流に比例した出
力電圧を得ることが出来る回路である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the current detection circuit of FIG. 2, which has a function of virtually grounding the second and third electrodes. In this circuit, the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 31 is grounded to the reference voltage, and the resistor R is connected from the output terminal of the operational amplifier 31 to the inverting input terminal. The inverting input terminal (-) is always kept at the ground reference potential by the virtual ground function of the operational amplifier. When a current flows into this inverting terminal, it is converted into a voltage by the resistor R. That is, an output of Vout = -iR is obtained. That is, this current detection circuit is a circuit that functionally has an input impedance of almost zero and can obtain an output voltage proportional to the input current.

【0020】この電流検出回路を図2の電流検出回路1
8および19に用いる。その際、反転入力端子(−)を
第2および第3の電極12および13に接続する。これ
により、駆動電圧は、第1の電極11と第2および第3
の電極12および13との間に加わることになり、第2
および第3の電極12および13間の起電力は、電流検
出回路18および19の出力間の電位差として検出でき
ることになる。
This current detection circuit is replaced with the current detection circuit 1 shown in FIG.
Used for 8 and 19. At that time, the inverting input terminal (−) is connected to the second and third electrodes 12 and 13. As a result, the driving voltage is applied to the first electrode 11 and the second and third electrodes 11.
Between the electrodes 12 and 13 of the
And the electromotive force between the third electrodes 12 and 13 can be detected as a potential difference between the outputs of the current detection circuits 18 and 19.

【0021】次に、図1の圧電振動子の駆動原理を、図
面を参照して具体的に説明する。
Next, the driving principle of the piezoelectric vibrator of FIG. 1 will be specifically described with reference to the drawings.

【0022】図4(a)及び(b)は、図1および図2
に示したエネルギー閉じ込め型振動子の基本構造をそれ
ぞれ示す平面図及び電極部分のみを示す断面図である。
図4(a)及び(b)を参照すると、厚さ方向(Z軸方
向)に分極された圧電板10の中央部の同一面上に、X
軸方向に間隔を持って対向するスリット状の電極D1お
よびD2が形成されている。なお、T1およびT2は端
子部である。端子T1およびT2間に電圧を印加する
と、対向する電極D1およびD2の間の圧電板10の領
域(電極間領域)には、ほぼ板の面に平行な方向(X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(Z軸方向)の分極との相互作用により、電極間領
域にはX方向にひずみが生ずることになる。電極D1、
D2の寸法を圧電板10の特性に合わせて設計し、印加
電圧を電極間領域の共振周波数に合った周波数の交流電
圧とすると、電極間領域に厚みすべり振動を励起するこ
とができる。その振動は電極間領域の周囲には減衰して
伝搬せずに閉じ込められる。すなわちエネルギー閉じ込
め振動子を構成することができる。また、この振動は、
圧電板の面に平行な電界によって生ずる厚みすべり振動
であるので、平行電界励振型厚みすべり振動と呼ばれ
る。なお、厚みすべり振動とは、圧電板の変位の方向が
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。この振動の様子を図解するために、図5に半波長で
共振している場合の厚さ方向(Z軸方向)の変位分布を
示す。
FIGS. 4A and 4B show FIGS.
FIG. 3 is a plan view showing a basic structure of the energy trap type vibrator shown in FIG. 4 and a sectional view showing only an electrode portion.
Referring to FIGS. 4A and 4B, X is formed on the same plane of the central portion of the piezoelectric plate 10 polarized in the thickness direction (Z-axis direction).
Slit-shaped electrodes D1 and D2 are formed facing each other with a gap in the axial direction. Note that T1 and T2 are terminal portions. When a voltage is applied between the terminals T1 and T2, an electric field in a direction substantially parallel to the plane of the plate (X direction) is applied to the region (inter-electrode region) of the piezoelectric plate 10 between the opposing electrodes D1 and D2. Therefore, the interaction between the electric field and the polarization in the thickness direction (Z-axis direction) orthogonal to the electric field causes strain in the inter-electrode region in the X direction. Electrode D1,
If the dimension of D2 is designed according to the characteristics of the piezoelectric plate 10 and the applied voltage is an AC voltage having a frequency matching the resonance frequency of the inter-electrode region, thickness shear vibration can be excited in the inter-electrode region. The vibration is attenuated around the inter-electrode region and is trapped without propagating. That is, an energy trap oscillator can be configured. Also, this vibration is
Since it is a thickness shear vibration caused by an electric field parallel to the surface of the piezoelectric plate, it is called a parallel electric field excitation type thickness shear vibration. The thickness shear vibration is vibration in which the displacement direction of the piezoelectric plate is parallel to the plate surface and the wave propagation direction is in the plate thickness direction. In order to illustrate the state of this vibration, FIG. 5 shows a displacement distribution in the thickness direction (Z-axis direction) when resonating at a half wavelength.

【0023】図1および図2の振動子は、上の基本構造
を利用したものである。すなわち、第1の電極11がD
1電極であり、これと対向する、第2の電極12および
第3の電極13がD2電極である。D2電極は、検出電
極を構成するために2分割され第2の電極12および第
3の電極13を構成し、それぞれ仮想接地機能を備える
電流検出回路18および19に接続している。これによ
り、第2の電極12および第3の電極13は、仮想的に
基準電位に保たれているから、電位的には接地端子とみ
なすことができる。従って、第1の電極11に前記圧電
板の厚みすベり振動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、図4の振動子と
同様に、第1、第2、および第3の電極11、12およ
び13によって囲まれる領域(電極間領域)に、第1の
電極11の中心と、第2および第3の電極12および1
3の中心を結ぶ直線の中点を結ぶ直線の方向(X方向)
のエネルギー閉じ込め振動モードの厚みすベり振動が発
生する。
The vibrator of FIGS. 1 and 2 utilizes the above basic structure. That is, the first electrode 11 is D
The second electrode 12 and the third electrode 13 which are one electrode and are opposed thereto are the D2 electrode. The D2 electrode is divided into two to form a detection electrode to form a second electrode 12 and a third electrode 13, which are connected to current detection circuits 18 and 19 having a virtual ground function, respectively. As a result, the second electrode 12 and the third electrode 13 are virtually maintained at the reference potential, and thus can be regarded as potential ground terminals. Therefore, when a drive voltage for excitation having a frequency substantially equal to the resonance frequency of the thickness shear vibration mode of the piezoelectric plate is applied to the first electrode 11, the first, second, and In the area (inter-electrode area) surrounded by the third electrodes 11, 12 and 13, the center of the first electrode 11 and the second and third electrodes 12 and 1 are formed.
Direction of the line connecting the midpoints of the lines connecting the centers of 3 (X direction)
Thickness shear vibration of the energy trapping vibration mode of is generated.

【0024】この状態で、前記圧電板10をその主面と
直交する軸の回りに回転させたると、コリオリ力の作用
により、前記励振されている厚みすベり振動の方向と直
角な方向(Y方向)の厚みすベり振動が発生する。この
コリオリ力により発生した厚みすベり振動により、第1
の電極11と第2の電極12の間、および第1の電極1
1と第3の電極13との間のインピーダンスが変化し、
その結果として、前記電流検出回路18及び19に流れ
込む電流値が変化する。第2の電極12と第3の電極1
3は前述したように、励振されている厚みすベり振動の
方向(X方向)に対して対称に配置されているため、電
流検出回路18、19に流れ込むコリオリ力による振動
によって変化する電流は、振幅が等しく、互いに180
度位相の異なった電流となる。従って、電流検出回路1
8および19の出力電圧も、互いに180度位相の異な
った電圧となり、これらの出力電圧の差を差動回路22
により差電圧として検出し、同期検波回路23によって
この電圧を所定のタイミングで同期検波し、整流回路2
4で整流することにより、印加した回転角速度に比例し
た直流の出力電圧を検出出力として得ることが出来る。
In this state, when the piezoelectric plate 10 is rotated around an axis orthogonal to its main surface, due to the action of the Coriolis force, the direction (Y) orthogonal to the direction of the thickness shear vibration being excited. Direction) thickness-shear vibration occurs. Due to the thickness shear vibration generated by this Coriolis force, the first
Between the electrode 11 and the second electrode 12 of the first electrode 1
The impedance between 1 and the third electrode 13 changes,
As a result, the current value flowing into the current detection circuits 18 and 19 changes. Second electrode 12 and third electrode 1
As described above, since 3 is arranged symmetrically with respect to the direction of the thickness-shear vibration being excited (X direction), the current that changes due to the vibration due to the Coriolis force flowing into the current detection circuits 18 and 19 is , Have the same amplitude, 180
The currents have different degrees of phase. Therefore, the current detection circuit 1
The output voltages of 8 and 19 are also different in phase by 180 degrees from each other, and the difference between these output voltages is calculated by the differential circuit 22.
Is detected as a differential voltage by the synchronous detection circuit 23, and this voltage is synchronously detected by the synchronous detection circuit 23 at a predetermined timing.
By rectifying at 4, a DC output voltage proportional to the applied rotational angular velocity can be obtained as a detection output.

【0025】一方、電流検出回路18、19は自励発振
条件を満足するための発振回路25と振動子駆動回路2
6を介して電極11に接続され、自励発振ループを構成
している。これにより、振動子の共振周波数を自動的に
迫尾して効率よく振動子を駆動できるから、高感度なジ
ャイロを得ることができる。
On the other hand, the current detection circuits 18 and 19 include an oscillation circuit 25 and a vibrator drive circuit 2 for satisfying the self-excited oscillation condition.
It is connected to the electrode 11 via 6 and constitutes a self-excited oscillation loop. As a result, the resonance frequency of the vibrator is automatically detected and the vibrator can be efficiently driven, so that a highly sensitive gyro can be obtained.

【0026】図6は、他の回路構成を示すもので、第1
の電極11を接地し、第2および第3の電極間に抵抗R
1およびR2の直列回路からなる分圧回路を接続し、そ
の分圧電圧で発振駆動回路27を制御する。この発振駆
動回路は、接地され、これにより、第1の電極11と第
2および第3の電極との間に駆動電圧が印加される。な
お、発振駆動回路27は図2の発振回路25と駆動回路
26とからなるものである。分圧回路の両端は、差動増
幅回路22に接続される。この差動増幅回路22、検波
回路23、整流回路24は、図2と同様である。
FIG. 6 shows another circuit configuration.
Electrode 11 is grounded and resistance R is placed between the second and third electrodes.
A voltage dividing circuit composed of a series circuit of 1 and R2 is connected, and the oscillation driving circuit 27 is controlled by the divided voltage. This oscillation drive circuit is grounded, so that a drive voltage is applied between the first electrode 11 and the second and third electrodes. The oscillation drive circuit 27 comprises the oscillation circuit 25 and the drive circuit 26 shown in FIG. Both ends of the voltage dividing circuit are connected to the differential amplifier circuit 22. The differential amplifier circuit 22, the detection circuit 23, and the rectifier circuit 24 are the same as those in FIG.

【0027】本発明の説明において、圧電板が「厚み方
向の分極を有する」とは、厚み方向にのみ分極されてい
るものに限定するものではなく、厚み方向の分極成分を
有するもも含むものとする。もちろん厚み方向の分極成
分の大きな方が良いので、厚み方向のみに分極されてい
るものが最も有利である。
In the description of the present invention, the phrase "the piezoelectric plate has polarization in the thickness direction" is not limited to being polarized only in the thickness direction, but also includes having a polarization component in the thickness direction. . Of course, the larger the polarization component in the thickness direction, the better. Therefore, the one polarized in the thickness direction is the most advantageous.

【0028】圧電板10として圧電セラミックスを用い
た場合には、公知のように分極処理を必要とするが、分
極領域は、圧電板の全体に亘っても良いし、振動を閉じ
込める領域のみに限っても良い。
When piezoelectric ceramics is used as the piezoelectric plate 10, polarization treatment is required as is well known, but the polarization region may be the entire piezoelectric plate or only the region for confining vibration. May be.

【0029】圧電板10として、圧電結晶板(例えば水
晶、LiNbO3、LiTO3等)を用いることができ
る。その場合、厚み方向の分極軸を持たせるために、Z
カットの板が最も好ましいが、回転Yカットの板を用い
ることもできる。
As the piezoelectric plate 10, a piezoelectric crystal plate (for example, crystal, LiNbO3, LiTO3, etc.) can be used. In that case, in order to have a polarization axis in the thickness direction, Z
A cut plate is most preferred, but a rotating Y-cut plate can also be used.

【0030】次に、上記した圧電振動ジャイロの特性調
整方法について、図7および図8を参照して説明する。
Next, a method for adjusting the characteristics of the above-mentioned piezoelectric vibrating gyro will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

【0031】図7(a)は、図1振動子1の平面図で電
極間距離d1、d2およびd3を書き込んだものであ
る。同図を参照して、これら電極11,12および13
の少なくとも一つをトリミングしてこれら電極間距離を
変化させると、図8に示すように、共振周波数が変化す
る。すなわち、第1の電極11と第2の電極12との間
の距離d1と、第1の電極11と第3の電極13との間
の距離d2は、設計上は同一距離Dとされるので、一
応、D=d1=d2とする。
FIG. 7A is a plan view of the vibrator 1 shown in FIG. 1 in which the inter-electrode distances d1, d2 and d3 are written. Referring to the figure, these electrodes 11, 12 and 13
When at least one of these is trimmed and the distance between these electrodes is changed, the resonance frequency changes as shown in FIG. That is, the distance d1 between the first electrode 11 and the second electrode 12 and the distance d2 between the first electrode 11 and the third electrode 13 are the same distance D in terms of design. For the time being, D = d1 = d2.

【0032】第1の電極11をレーザービームを用いて
トリミングすることによって、Dを変化させると、図8
(a)に示すように、距離Dの変化にしたがって、励振
方向(X方向)の共振周波数frxは変化するが、励振
方向(X方向)および厚み方向(Z方向)の両方に直角
な方向(Y方向)の共振周波数fryはほとんど変化せ
ず、一定に保たれる。尚、この際、実際に製造した振動
子上で電極間距離d1とd2が僅かなずれを持っている
場合には、電極12あるいは13をトリミングすること
によって、同じ距離になるように微調整することができ
る。
When D is changed by trimming the first electrode 11 by using a laser beam, as shown in FIG.
As shown in (a), although the resonance frequency frx in the excitation direction (X direction) changes according to the change in the distance D, the resonance frequency frx in the excitation direction (X direction) and the thickness direction (Z direction) are perpendicular to each other ( The resonance frequency fry in the Y direction) hardly changes and is kept constant. At this time, if the inter-electrode distances d1 and d2 are slightly deviated on the actually manufactured vibrator, the electrodes 12 or 13 are trimmed to finely adjust the distances. be able to.

【0033】また、第2および第3の電極12および1
3間の距離d3を両電極の少なくとも一方をトリミング
することによって、変化させると、その変化にしたがっ
て、図8(b)に示すように、共振周波数frxは一定
に保たれるが、共振周波数fryは変化する。
Also, the second and third electrodes 12 and 1
When the distance d3 between the two electrodes 3 is changed by trimming at least one of both electrodes, the resonance frequency frx is kept constant as shown in FIG. Changes.

【0034】従って、電極11、12および13のいず
れかをトリミングして共振周波数の微調整が可能であ
り、これにより、圧電振動ジャイロの特性調整が可能で
ある。
Therefore, it is possible to finely adjust the resonance frequency by trimming any one of the electrodes 11, 12 and 13, and it is possible to adjust the characteristics of the piezoelectric vibration gyro.

【0035】また、第2および第3の電極12および1
3の対向辺の長さを変化させることによって、検出出力
の大きさを微調整できる。
Also, the second and third electrodes 12 and 1
The magnitude of the detection output can be finely adjusted by changing the length of the opposite side of 3.

【0036】微調整は、電極表面を含む圧電板の表面を
絶縁被覆する前の状態で、サンドトリマーあるいはレー
ザービームを用いてトリミングを行うことによって、達
成できる。
Fine adjustment can be achieved by trimming with a sand trimmer or a laser beam in a state before the surface of the piezoelectric plate including the electrode surface is covered with an insulating coating.

【0037】また、電極表面を含む圧電板の表面を絶縁
被覆した後でも、絶縁被覆層に光透過性の材料を用いれ
ば、レーザービームを用いてレーザートリミングするこ
とができる。
Even after the surface of the piezoelectric plate including the electrode surface is insulation-coated, if a light-transmissive material is used for the insulation coating layer, laser trimming can be performed using a laser beam.

【0038】この様子を図7の(b)に示している。同
図において、17は光透過性の絶縁被覆層であり、40
がレーザービームである。
This state is shown in FIG. 7 (b). In the figure, 17 is a light-transmissive insulating coating layer, and 40
Is the laser beam.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、圧電板の主面上に平行
に配置した1対のスリット状電極のみを用いて駆動を行
い、該一対の電極の内の一方の電極を2分割して検出電
極として検出を行うので、駆動電界が検出電極の存在に
よって悪影響を受けず、X方向振動を励振するための電
界を保ったままY方向振動を検出することができる簡単
な構造のエネルギ一閉じ込め型振動ジャイロについて、
3電極のいずれかの電極をトリミングすることよって電
極面積を変化させるという簡単な方法で、圧電ジャイロ
の特性を微調整できるので、高精度高感度の信頼性の高
いジャイロを得ることができる。
According to the present invention, driving is performed using only a pair of slit-shaped electrodes arranged in parallel on the main surface of a piezoelectric plate, and one of the pair of electrodes is divided into two. Since the detection electric field is detected by the detection electrode, the driving electric field is not adversely affected by the existence of the detection electrode, and the energy in the Y direction can be detected while keeping the electric field for exciting the X direction vibration. About the confinement type vibration gyro,
Since the characteristics of the piezoelectric gyro can be finely adjusted by a simple method of changing the electrode area by trimming any one of the three electrodes, a highly accurate and highly reliable gyro can be obtained.

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

【図1】本発明の実施の形態による圧電振動子の構成を
示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a piezoelectric vibrator according to an embodiment of the present invention.

【図2】圧電振動子を用いたジャイロの回路構成を示す
ブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of a gyro using a piezoelectric vibrator.

【図3】図2の回路で用いる電流検出回路の一例を示す
回路図である。
3 is a circuit diagram showing an example of a current detection circuit used in the circuit of FIG.

【図4】図1および図2の圧電振動子に採用した振動子
基本構造を示す図で、(a)は平面図、(b)は、電極
の端子部を除いた側面図である。
4A and 4B are views showing a basic structure of a vibrator adopted in the piezoelectric vibrator of FIGS. 1 and 2, in which FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a side view excluding a terminal portion of an electrode.

【図5】図4の基本構造の振動子の厚みすべり振動にお
ける厚み方向の変位分布を示す図である。
5 is a diagram showing a displacement distribution in a thickness direction in a thickness shear vibration of a vibrator having the basic structure of FIG.

【図6】圧電振動子を用いたジャイロの他の回路構成を
示すブロック図である。
FIG. 6 is a block diagram showing another circuit configuration of a gyro using a piezoelectric vibrator.

【図7】図1の圧電振動子の特性の微調整を説明する図
で、(a)図は電極間距離を書き込んだ平面図、(b)
図は側面図である。
7A and 7B are diagrams for explaining fine adjustment of characteristics of the piezoelectric vibrator of FIG. 1, FIG. 7A is a plan view in which a distance between electrodes is written, and FIG.
The figure is a side view.

【図8】図7の電極間距離の変化に対する共振周波数の
変化を示すグラフで、(a)図は図7の距離d1および
d2を変化させた場合のグラフで、(b)図は、距離d
3を変化させたときのグラフである。
8 is a graph showing a change in the resonance frequency with respect to a change in the distance between the electrodes in FIG. 7, FIG. 8 (a) is a graph when the distances d1 and d2 in FIG. 7 are changed, and FIG. d
It is a graph when 3 is changed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 圧電振動子 10 圧電板 11 第1の電極 12 第2の電極 13 第3の電極 14、15、16 端子部 17 絶縁被覆層 18 電流検出回路 19 電流検出回路 22 差動回路 23 同期検波回路 24 整流回路 25 発振回路 26 駆動回路 27 発振駆動回路 31 演算増幅器 40 レーザービーム 1 Piezoelectric vibrator 10 Piezoelectric plate 11 First electrode 12 Second electrode 13 Third electrode 14, 15, 16 Terminal part 17 Insulation coating layer 18 Current detection circuit 19 Current detection circuit 22 Differential circuit 23 Synchronous detection circuit 24 Rectifier circuit 25 oscillator circuits 26 Drive circuit 27 Oscillation drive circuit 31 operational amplifier 40 laser beam

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−148526(JP,A) 特開 平10−148525(JP,A) 特開 平10−68625(JP,A) 特開 平10−47967(JP,A) 特開 平5−322580(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/56 G01C 25/00 G01P 9/04 G01P 21/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-10-148526 (JP, A) JP-A-10-148525 (JP, A) JP-A-10-68625 (JP, A) JP-A-10- 47967 (JP, A) JP-A-5-322580 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01C 19/56 G01C 25/00 G01P 9/04 G01P 21/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 圧電板の厚さ方向に分極を有する部分の
主面上であって第一の方向に互いに所定間隔離れた二位
置の内、一方の位置に前記第一の方向と直角の方向にス
トリップ状の第1の電極を設けると共に、他方の位置に
前記第一の方向とほぼ直角方向に互いに間隔をおいて延
在したストリップ状の第2および第3の電極を形成し、
前記第1の電極と前記第2及び第3の電極との間に励振
用の駆動電圧を印加し、前記第2及び第3の電極に生ず
るコリオリ力による振動に対応した起電力を検出するよ
うにし、前記第1の電極と前記第2および第3の電極と
の間に生ずる厚みすべり振動のエネルギー閉じ込めモー
ドを利用したことを特徴とする圧電振動ジャイロスコー
プにおいて、前記第1第2および第3の電極の少なくと
も一つの電極をトリミングすることによって、共振周波
数および検出出力を含む特性を調整することを特徴とす
るエネルギー閉じ込め型圧電振動ジャイロスコープの特
性調整方法。
1. A piezoelectric plate having, on a main surface of a portion having a polarization in a thickness direction, at a position perpendicular to the first direction in one of two positions separated from each other by a predetermined distance in the first direction. A strip-shaped first electrode is provided in the same direction, and strip-shaped second and third electrodes extending in a direction substantially perpendicular to the first direction and spaced apart from each other are formed at the other position,
A drive voltage for excitation is applied between the first electrode and the second and third electrodes to detect an electromotive force corresponding to vibration due to Coriolis force generated in the second and third electrodes. In the piezoelectric vibrating gyroscope, the energy trapping mode of the thickness shear vibration that occurs between the first electrode and the second and third electrodes is utilized. A characteristic adjusting method for an energy trapping type piezoelectric vibrating gyroscope, which comprises adjusting a characteristic including a resonance frequency and a detection output by trimming at least one of the electrodes.
【請求項2】 請求項1の特性調整方法において、前記
圧電振動ジャイロスコープは、前記圧電板および前記第
1、第2及び第3の電極を含めて前記圧電板の全面を光
透明性の絶縁材料の薄層で被覆してあり、該被覆の上か
らレーザービームを照射することによって、前記トリミ
ングを行うことを特徴とするエネルギー閉じ込め型圧電
振動ジャイロスコープの特性調整方法。
2. The characteristic adjusting method according to claim 1, wherein the piezoelectric vibrating gyroscope has a light-transparent insulating surface over the entire surface of the piezoelectric plate including the piezoelectric plate and the first, second and third electrodes. A characteristic adjusting method for an energy trapping type piezoelectric vibrating gyroscope, which is characterized in that it is covered with a thin layer of a material, and the trimming is performed by irradiating a laser beam on the covering.
JP30613496A 1996-11-18 1996-11-18 Method of adjusting characteristics of energy trap type piezoelectric vibratory gyroscope Expired - Fee Related JP3398854B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30613496A JP3398854B2 (en) 1996-11-18 1996-11-18 Method of adjusting characteristics of energy trap type piezoelectric vibratory gyroscope

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30613496A JP3398854B2 (en) 1996-11-18 1996-11-18 Method of adjusting characteristics of energy trap type piezoelectric vibratory gyroscope

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10148527A JPH10148527A (en) 1998-06-02
JP3398854B2 true JP3398854B2 (en) 2003-04-21

Family

ID=17953471

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30613496A Expired - Fee Related JP3398854B2 (en) 1996-11-18 1996-11-18 Method of adjusting characteristics of energy trap type piezoelectric vibratory gyroscope

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3398854B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10148527A (en) 1998-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7216540B2 (en) Six-legged type piezoelectric vibration gyroscope
JPH09126783A (en) Piezoelectric vibration gyroscope
JP3398854B2 (en) Method of adjusting characteristics of energy trap type piezoelectric vibratory gyroscope
JP3218813B2 (en) Angular velocity sensor and manufacturing method thereof
JP3665978B2 (en) Energy-confined piezoelectric vibration gyroscope
JP2001208545A (en) Piezoelectric vibration gyroscope
JP2003114127A (en) Oscillator, oscillation gyro using the same, and electronic apparatus using the same
JP3398852B2 (en) Energy Confinement Type Piezoelectric Vibratory Gyroscope
JP3398853B2 (en) Energy Confinement Type Piezoelectric Vibratory Gyroscope
JP3351325B2 (en) Resonator
JP3292934B2 (en) Piezoelectric vibrating gyroscope and method of adjusting resonance frequency of piezoelectric vibrating gyroscope
JP3732602B2 (en) Energy-confined piezoelectric vibration gyroscope
JP3766730B2 (en) Energy-confined piezoelectric vibration gyroscope
JP3732601B2 (en) Energy-confined piezoelectric vibration gyroscope
JP2001074466A (en) Vibrator for piezoelectric vibrating gyro
JPH10260046A (en) Piezoelectric vibration gyro
JPH10148529A (en) Energy confinement-type piezoelectric vibrating gyroscope
JP2001099656A (en) Acceleration/angular velocity sensor
JP2000283764A (en) Angular velocity detector
JPH07301535A (en) Frequency adjusting mechanism of vibrating element
JP3690448B2 (en) Piezoelectric vibrator for piezoelectric vibration gyro
JP3690449B2 (en) Piezoelectric vibrator for piezoelectric vibration gyro
JPH10260045A (en) Piezoelectric vibration gyro
JP2001116764A (en) Acceleration meter utilizing energy confinement type piezoelectric vibration
JP3830056B2 (en) Piezoelectric vibration gyro

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20030115

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees