JPH02223817A - 振動ジャイロ - Google Patents

振動ジャイロ

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JPH02223817A
JPH02223817A JP1044806A JP4480689A JPH02223817A JP H02223817 A JPH02223817 A JP H02223817A JP 1044806 A JP1044806 A JP 1044806A JP 4480689 A JP4480689 A JP 4480689A JP H02223817 A JPH02223817 A JP H02223817A
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武 中村
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は振動ジャイロに関し、特にたとえば自動車な
どに搭載されるナビゲーションシステムに用いられる、
振動ジャイロに関する。
(従来技術) 第6図および第7図は、それぞれ、従来の振動ジャイロ
の一例および他の例を示す図解図である。
第6図に示す振動ジャイロ1では、4角柱状の振動体2
の一方の対向側面に、駆動用圧電素子3aおよび3bが
それぞれ形成され、他方の対向側面に、検出用圧電素子
4aおよび4bがそれぞれ形成されている。
第7図に示す振動ジャイロ1では、3角柱状の振動体2
の1つの側面に、駆動用圧電素子3aおよび3bが間隔
を隔てて形成され、他の2つの側面に、検出用圧電素子
4aおよび4bがそれぞれ形成されている。
(発明が解決しようとする課題) ところが、第6図に示す振動ジャイロlでは、その回転
時に、検出用圧電素子4aおよび4bの屈曲量の差が小
さいので、それらの出力差があまり得られない。そのた
め、その回転角速度を正確に知ることが困難である。
一方、第7図に示す振動ジャイロ1では、その回転時に
、検出用圧電素子4aおよび4bの屈曲量の差が大きく
なるので、それらの出力差が大きくなり、その回転角速
度を正確に知ることができるが、振動体2の1つの側面
に2つの駆動用圧電素子3aおよび3bを形成しなけれ
ばならないので、その構造が複雑となり、コストが高く
なってしまう。
それゆえに、この発明の主たる目的は、回転角速度を正
確に知ることができ、しかも、構造が簡単である、振動
ジャイロを提供することである。
(課題を解決するための手段) この発明は、横断面が多角形の振動体、および振動体の
少な(とも3つの側面にそれぞれ形成される圧電素子を
含み、それらの圧電素子のうちいずれかのものが駆動用
に用いられ、さらに圧電素子のうち他のものが検出用に
用いられる0、振動ジャイロである。
(作用) いずれかの圧電素子に駆動信号を印加すれば、振動体が
振動する。
そして、振動ジャイロがその軸を中心として回転すると
、コリオリカによってその振動方向がかわるが、振動体
にはその振動方向にほぼ直交する方向の主面を有する側
面が必ず存在する。そのため、この側面に形成されてい
る圧電素子を検出用に用いれば、その出力は大きい。
(発明の効果) この発明によれば、圧電素子からの出力が大きいので、
振動ジャイロの回転角速度を正確に知ることができる。
しかも、振動体の少なくとも3つの側面にそれぞれ圧電
素子を形成すればよく、振動体の1つの側面に2つもの
圧電素子を形成する必要がないので、構造が簡単となる
。そのため、コストも高(ならない。
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説明が一層明ら
かとなろう。
(実施例) 第1A図および第1B図は、それぞれ、この発明の一実
施例を示し、第1A図はその斜視図であり、第1B図は
第1A図の線IB−IBにおける断面図である。
振動ジャイロ■0は、たとえば正3角柱状の振動体12
を含む。この振動体12は、たとえばエリンバ、鉄−ニ
ッケル合金2石英、ガラス、水晶、セラミックなど、一
般的に機械的な振動を生じる材料で形成される。
この振動体12には、その3つの側面の中央部にそれぞ
れ圧電素子14a、14bおよび14cが形成される。
圧電素子14aは、たとえば磁器からなる圧電層16a
を含み、圧電層) 6 aの両主面にはそれぞれ電極1
8aおよび20aが形成される。なお、これらの電極1
8aおよび20aは、たとえば金、銀、アルミニウム、
ニッケル。
銅−ニッケル合金(モネルメタル)などの電極材料で、
たとえばスパッタリング、蒸着等の薄膜技術であるいは
その材料によっては印刷技術で形−成される。同様に、
他の圧電素子14bおよび14Cも、それぞれ、たとえ
ば磁器からなる圧電層16bおよび16cを含み、それ
らの圧電層16bと16cとの両主面にも、電118b
および20bと18cおよび20Cとが、それぞれ形成
されている。そして、これらの圧電素子143〜14C
の一方の電極18a−18cは、たとえば導電接着剤で
振動体12に接着される。
さらに、振動体12のノード点近傍は、たとえば金属線
からなる支持部材22および24で支持される。この支
持部材22および24は、たとえば溶接することによっ
て、振動体12のノード点近傍に固着される。なお、こ
れらの支持部材22および24は、導電性ペーストで固
着されてもよい。これらの支持部材22および24は、
振動ジャイロIOのアース端子として用いられる。
この振動ジャイロ10では、圧電素子14a〜14Cの
うち任意のものを駆動用に用いれば、他の2つの圧電素
子を検出用に用いることができる。
この実施例では、たとえば、圧電素子14aが駆動用と
して用いられ、他の圧電素子14bおよび14Cが検出
用として用いられる。そして、駆動用の圧電素子14a
に駆動信号を印加すれば、振動体12が振動し、検出用
の圧電素子14bおよび14Cから同様の正弦波が出力
される。また、その状態で振動ジャイロ10をその軸を
中心として回転すれば、検出用の一方の圧電素子の出方
は回転角速度に従って大きくなり、逆に検出用の他方の
圧電素子の出力は小さくなる。
第2図を参照して説明すると、この振動ジャイロ10の
検出用の圧電素子14bおよび14cと、駆動用の圧電
素子14aとの間には、振動ジャイロlOを自動振駆動
するための帰還ループとして発振回路30が接続される
すなわち、この発振回路30は、検出用の圧電素子14
bおよび14cの出力を合成した形で駆動用の圧電素子
14aに印加するためのものであって、入力端としての
2つの固定端子32aおよび32bを有する可変抵抗器
32を含む。そして、可変抵抗器32の固定端子32a
および32bは、圧電素子14bの電極20bおよび圧
電素子14Cの電極20cにそれぞれ接続される。この
可変抵抗器32は、圧電素子14bおよび14Cからの
出力間に生じる電圧誤差および位相差を補正し、かつ、
それらの出力を合成するためのものである。
なお、この可変抵抗器32の代わりに、2つの固定抵抗
器でそれらの出力を合成するようにしてもよい。
さらに、この可変抵抗器32の可動端子32cは、反転
増幅器34の入力側に接続される。この反転増幅器34
は、1つのオペアンプ36を含み、可変抵抗器32から
の出力の位相を反転し、かつ、その信号を増幅するため
のものである。
反転増幅器34の出力側は、ローパスフィルタ38の入
力側に接続される。ローパスフィルタ38は、たとえば
2段のRCフィルタ40および42を含み、それらのR
Cフィルタ40お゛よび42は、それぞれ、たとえば4
5度の遅れ力率を有する。このローパスフィルタ38は
、反転増幅器34からの出力の位相を90度遅らせ、か
つその出力に含まれる高調波成分を抑制するためのもの
である。そして、このローパスフィルタ38の出力側は
、抵抗42を介して、駆動用の圧電素子14aの電極2
0aに接続される。
さらに、振動ジャイロ10の圧電素子14bおよび圧電
素子14cの出力は、それらの出力差を検出するための
差動回路50の2つの入力端にそれぞれ入力される。
すなわち、この差動回路50は、理想ダイオード回路5
2を含み、この理想ダイオード回路52の入力側には、
検出用の一方の圧電素子14bの電極20bが接続され
る。この理想ダイオード回路52は、1つのオペアンプ
54とそれぞれが順方向に接続された2つのダイオード
56および58を含み、圧電素子14bからの正弦波出
力を正の信号に半波整流するためのものである。
また、検出用の他方の圧電素子14cの電極20cは、
上述の理想ダイオード回路52とは極性の異なる別の理
想ダイオード回路60の入力側に接続される。この別の
理想ダイオード回路60は、1つのオペアンプ62とそ
れぞれが逆方向に接続された2つのダイオード64およ
び66と含み、圧電素子14cからの正弦波出力を負の
信号に半波整流するためのものである。
さらに、理想ダイオード回路52および60の出力側は
、それぞれ、たとえばRCフィルタからなる平滑回路6
8および70の入力側に接続される。そして、それらの
平滑回路68および70の出力側は、それぞれ、合成手
段としての可変抵抗器72の固定端子72aおよび72
bに接続される。この可変抵抗器72は、可動端子72
cを有する。
次に、第2図、第3A図および第3B図を参照して、振
動ジャイロ10の無回転時および回転時における各回路
の動作などについて説明する。なお、第2図には、振動
ジャイロ10の無回転時の各部の出力波形を、回路とと
もに示した。また、第3A図には、振動ジャイロ10の
無回転時における検出用の圧電素子14bおよび14c
の出力、発振回路30の可変抵抗器32の出力、差動回
路50の出力を示し、第3B図には、振動ジャイロ10
を一方向に回転している場合のそれらの出力を示した。
この場合、第3A図および第3B図には、それらの出力
の大きさおよび波形を略正確に表し、それらの位相を正
確に表していない。
振動ジャイロ10の無回転時には、振動ジャイロIOが
駆動用の圧電素子14aの主面に直交する方向に屈曲振
動をするので、圧電素子14bおよび14cは同様に屈
曲する。そのため、これらの圧電素子14bおよび14
cからは、特に第3A図に示すように、同様な正弦波が
出力される。
発振回路30では、圧電素子14bおよび14Cからの
出力が、合成された形で可変抵抗器32の可動端子32
cから出力される。この場合、圧電素子14bおよび1
4cの合成出力は、理想状態においては、振動ジャイロ
10の駆動側を基準にして一90度の位相を有する所定
の正弦波になる。ところが、圧電素子14bおよび14
cの出力間に電圧誤差や位相差が生じる場合には、圧電
素子14bおよび14cの出力を単に合成しただけでは
、上述の所定の正弦波が得られない。
しかしながら、その可変抵抗器32を調整することによ
って、圧電素子14bおよび“14cの出力間の電圧誤
差および位相差を補正することができる。したがって、
可変抵抗器32を調整することによって、可動端子32
cからの出力を、駆動側を基準にして一90度の位相を
有する所定の正弦波に補正することができる。
そして、反転増幅器34では、この可変抵抗器32から
の正弦波出力の位相が反転され、かつ、その信号が増幅
される。したがって、この反転増幅器34からは、振動
ジャイロIOの駆動側を基準にして90度の位相を有す
る信号が出力される。
そして、ローパスフィルタ38では、反転増幅器34か
らの出力の位相が90度遅れ、かつその出力に含まれる
高調波成分が抑制される。したがって、ローパスフィル
タ38からは、高調波成分によるスプリアスのない、か
つ振動ジャイロ10の駆動側と同相で常に一定な信号が
出力される。
そして、このローパスフィルタ38からの出力は、結合
用の抵抗42を介して、駆動用の圧電素子14aの電極
20aに印加される。したがって、この実施例では、振
動ジャイロlOを効率よく自動振駆動することができる
一方、差動回路50では、理想ダイオード回路52によ
って、圧電素子14bの正弦波出力が順方向に半波整流
される。そのため、理想ダイオード回路52からは、圧
電素子14bからの正弦波出力の正の信号が出力される
また、別の理想ダイオード回路60によって、圧電素子
14Cからの正弦波出力が逆方向に半波整流され、その
正弦波出力の負の信号が出力される。
そして、平滑回路68および70によって、理想ダイオ
ード回路52および60からの出力は、それぞれ、正の
直流および負の直流に平滑される。
そして、これらの直流出力は、合成手段としての可変抵
抗器72の固定端子72aおよび72bに与えられる。
したがって、この可変抵抗器72の可動端子72cから
は、平滑回路68および70からの直流出力が合成され
た形で出力される。
この差動回路50では、圧電素子14bの出力を順方向
に半波整流して平滑しかつ圧電素子14Cの出力を逆方
向に半波整流して平滑しそれから合成するため、それら
の出力間に位相差があっても、その位相差による誤差は
生じない。
しかも、それらの出力間に電圧誤差があっても、合成手
段としての可変抵抗器72を調整することによって、そ
れらの電圧誤差を補正することができる。なお、この実
施例では、振動ジャイロ10の無回転時における差動回
路50の出力が0になるように調整される。したがって
、差動回路50からの出力が0であることを確認すれば
、振動ジャイロ10が回転していないことがわかる。
一方、振動ジャイロlOをその軸を中心として一方向に
回転した場合、振動ジャイロlOの振動方向と直交する
方向にコリオリカが働く。そのため、振動ジャイロ10
の振動方向は、無回転時の振動方向からずれる。この時
、たとえば、検出用の一方の圧電素子14bはその主面
に直交する方向に近い方向に、検出用の他方の圧電素子
14Cはその主面に平行する方向に近い方向に、それぞ
れ屈曲振動する。
この場合、特に第3B図に示すように、検出用の一方の
圧電素子14bからの出力は大きくなり、逆に、検出用
の他方の圧電素子14cからの出力は、圧電素子14b
の出力が大きくなる分だけ小さくなる。したがって、こ
の場合も、発振回路30の可変抵抗器32からの出力は
、無回転時の出力と同じになる。
そして、可変抵抗器32からの出力は、無回転時の場合
と同様に、反転増幅器34およびローパスフィルタ38
などを介して、駆動用の圧電素子14aに印加される。
したがって、振動ジャイロ10の回転時にも、その無回
転時と同様に、振動ジャイロlOを効率よく自動振駆動
することができる。
一方、差動回路50では、圧電素子14bの出力が圧電
素子14cの出力より大きくな−るため、平滑回路68
の出力の絶対値が他方の平滑回路70の出力の絶対値よ
り大きくなる。したがって、合成手段としての可変抵抗
器72からは第3B図に示すように正の直流が出力され
、振動ジャイロ10が一方向に回転していることがわか
る。
なお、振動ジャイロlOの回転角速度が大きくなればな
るほど、圧電素子14bおよび14cの出力差が大きく
なるので、差動回路50からの出力も大きくなる。した
がって、差動回路50の出力の大きさから、振動ジャイ
ロ10の回転角速度を知ることができる。この場合も、
この差動回路50では、圧電素子14bの出力を順方向
に半波整流して平滑しかつ圧電素子14cの出力を逆方
向に半波整流して平滑しそれから合成するため、それら
の出力間に位相差があっても、その位相差による誤差は
生じない。
なお、振動ジャイロ10が逆方向に回転している場合は
、圧電素子14bおよび14cの出力の大きさが逆にな
るので、差動回路50からは、負の直流が出力される。
したがって、差動回路50の出力の極性から、振動ジャ
イロlOの回転方向を知ることができる。
発明者の実験によれば、この実施例では、振動ジャイロ
lOの回転角速度と差動回路50の出力電圧とは、それ
らの関係を第4図のグラフに示すように、S/N比ない
しは精度のよいリニアな関係を有する。
なお、上述の実施例では、振動ジャイロ10を自励振駆
動するために、特別な発振回路30によって、2つの検
出用の圧電素子14bおよび14Cの出力を合成した形
で駆動用の圧電素子14aに印加したが、この特別な発
振回路30に代えて通常の和動増幅器などによって、そ
れらの出力を合成した形で駆動用の圧電素子に印加して
もよい。
要するに、この振動ジャイロ10を自動振駆動するため
には、2つの検出用の圧電素子の出力を合成した形で駆
動用の圧電素子に印加すればよい。
また、上述の実施例では、振動ジャイロ10の回転角速
度を測定するために、2つの検出用の圧電素子14bお
よび14cの出力差を特別な差動回路50で検出したが
、この特別な差動回路50に代えて通常の差動増幅器で
その出力差を検出してもよい。この場合、その出力差は
正弦波で得られる。要するに、この振動ジャイロ10の
回転角速度を測定するためには、2つの検出用の圧電素
子の出力差を検出すればよい。
第5図は第1A図および第1B図に示す実施例の変形例
を示す断面図である。この実施例の振動ジャイロ10で
は、特に、振動体12がエリンバ、鉄−ニッケル合金な
どの金属からなる振動材料で形成される。この振動体1
2の3つの側面には、圧電素子141〜14Cの圧電%
 l 6 a 〜16 cが、たとえばPZT(ジルコ
ン・チタン酸鉛)ZnO(酸化鉛)などの圧電材料で、
たとえばスパッタリング、蒸着などの薄膜技術によって
形成される。したがって、これらの圧電素子16a〜1
6Cと圧電体12との間には、第1A図および第1B図
に示す実施例における電極18a〜18Cが形成されな
い。なぜなら、振動体12がそれらの電極183〜18
Cを兼ねるからである。
さらに、圧電素子16a−16cの表面には、電極20
a〜20cが、たとえば金、銀、アルミニウム、ニッケ
ル、銅−ニッケル合金(モネルメタル)などの電極材料
で、たとえばスパッタリング、蒸着などの薄膜技術によ
って形成される。
また、この実施例では、支持部材22および24は、そ
れぞれ、振動体12のノード点近傍に2点で固着される
そして、この実施例も、第1A図および第1B図に示す
実施例と同様に用いられる。
なお、上述の各実施例では、振動体12が正3角柱状に
形成されているが、この発明では、振動体12は2等辺
3角柱状に形成されてもよい。この場合、振動体12の
等しい面積を有する側面に形成される圧電素子を、検出
用として用いればよい。あるいは、振動体12は、2等
辺3角柱状以外の3角柱状に形成されたり、4角柱状、
5角柱状、6角柱状などの多角柱状に形成されてもよい
この場合、圧電素子は、振動体の側面のうち少なくとも
3つの側面にそれぞれ形成されれ、ばよい。
そして、それらの圧電素子のうちいずれかを駆動用とし
て用い、他の圧電素子を検出用として用いればよい。
【図面の簡単な説明】
第1A図および第1B図は、それぞれ、この発明の一実
施例を示し、第1A図はその斜視図であり、第1B図は
第1A図の線IB−IBにおける断面図である。 第2図は第1A図および第1B図に示す振動ジャイロを
用いたジャイロ装置の一例を示す回路である。 第3A図および第3B図は、それぞれ、第2図の回路の
各部における出力を示すグラフであり、第3A図は振動
ジャイロの無回転時の出力を示し、第3B図はその回転
時の出力を示す。 第4図は第2図の回路における振動ジャイロの回転角速
度と差動回路の出力電圧との関係を示すグラフである。 第5図は第1A図および第1B図に示す実施例の変形例
を示す断面図である。 第6図および第7図は、それぞれ、この発明の背景とな
る従来の振動ジャイロの一例および他の例を示す図解図
である。 図において、10は振動ジャイロ、12は振動体、14
a〜14cは圧電素子を示す。 第1A 図 第1B図 第3A図 第3B図 第 図 kn>−qイロn田す角UシIL(DEG/5EC)晃
動田外50 ntfJ L勧田側ト5oの戯カ 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 横断面が多角形の振動体、および 前記振動体の少なくとも3つの側面にそれぞれ形成され
    る圧電素子を含み、 前記圧電素子のうちいずれかのものが駆動用に用いられ
    、さらに前記圧電素子のうち他のものが検出用に用いら
    れる、振動ジャイロ。 2 前記検出用の圧電素子は、前記振動体の隣接する側
    面にそれぞれ形成される、特許請求の範囲第1項記載の
    振動ジャイロ。
JP4480689A 1988-08-12 1989-02-25 振動ジャイロ Expired - Lifetime JPH0695099B2 (ja)

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JP4480689A JPH0695099B2 (ja) 1989-02-25 1989-02-25 振動ジャイロ
GB8918103A GB2223309B (en) 1988-08-12 1989-08-08 Vibrator and vibratory gyroscope using the same
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DE3943787A DE3943787C2 (de) 1988-08-12 1989-08-10 Differentialverstärker
DE19893926504 DE3926504C2 (de) 1988-08-12 1989-08-10 Schwingkreisel
DE3943805A DE3943805C2 (de) 1988-08-12 1989-08-10 Schwingkreisel
GB9301203A GB2262342A (en) 1988-08-12 1993-01-22 A vibrator for use in a vibratory gyroscope
GB9301204A GB2262343A (en) 1988-08-12 1993-01-22 A vibrator for use in a vibratory gyroscope
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