JPH02268222A - Gyroscope apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は音叉を用いたジャイロ装置（角速度検出装置）
に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a gyro device (angular velocity detection device) using a tuning fork.
Regarding.
従来の音叉を用いたジャイロ装置では、第３図に示す如
く、音叉（１）を、大なる質量を有する振動質量部（１
−１）、 （１−１） と、これ等の夫々に連結した
撓み部（１−２）、 （１−２） と、両撓み部（１
−２）、 （１−２） の各遊端を連結する基部（１
−３） と、この基部（１−３）より両撓み部（１−
２）、 （１−２） 間の空隙内を両者に非接触で伸
びる連結部（１−４） とより構成する。In a conventional gyro device using a tuning fork, as shown in FIG.
-1), (1-1), flexure parts (1-2), (1-2) connected to these respectively, and both flexure parts (1-1)
-2), the base (1-2) connecting the free ends of (1-2)
-3) and both flexible parts (1-3) from this base (1-3).
2) and (1-2) and a connecting portion (1-4) that extends in the space between the two without contacting them.
尚、（３０）はヒンジで、このヒンジ（３０）は、中央
の連結部（３０−２）と、それから上下に伸延する短冊
状のヒンジ部（３０−１）、 （３０−３） と、該
２個のヒンジ部（３０−１）、 （３０−３） の遊端
を一体的に連結、結合する基部又は円環部（３０−４＞
とから構成される。ヒンジ（３０）は全体として一枚の
板からワイヤカット等の方法で製作することが望ましい
。ヒンジ部（３０−１）、 （３０−３） には音叉
（１）の入力軸＜２−２＞まわりに入力する角速度Ωに
より音叉（１）、従って、ヒンジ（３０）に生ずる撓み
を検出するための圧電素子（３１−１）、 、（３１−
２） が夫々固定される。又、ヒンジ（３０）の連皓
部（３０−２）は、音叉（１）の連結部（１−４）
のコ字状凹部（１４ａ）に嵌合している。In addition, (30) is a hinge, and this hinge (30) includes a central connecting part (30-2), and rectangular hinge parts (30-1) and (30-3) extending vertically from the central connecting part (30-2). A base or annular portion (30-4>) that integrally connects and connects the free ends of the two hinge portions (30-1) and (30-3).
It consists of It is desirable that the hinge (30) be manufactured as a whole from a single plate by a method such as wire cutting. The hinge parts (30-1) and (30-3) detect the deflection that occurs in the tuning fork (1) and therefore the hinge (30) by using the angular velocity Ω input around the input axis <2-2> of the tuning fork (1). Piezoelectric elements (31-1), , (31-
2) are fixed respectively. Further, the connecting part (30-2) of the hinge (30) is the connecting part (1-4) of the tuning fork (1).
It fits into the U-shaped recess (14a).
又、ヒンジ（３０）の基部、即ち円ｉ部（３０−４）の
両開口端に、一端が閉じている略々同形状、且つ同寸法
の筒状体（４１−１）、、 （４１−２） の開口部
を夫々気密に固定する。この場合、円ｉ部（３０−４）
、筒状体（４１−１）、 （４１−２） の軸は、夫
々音叉軸或いは入力軸＜２−２＞に一致するようになさ
れている。筒状体（４１−１）、 （４１−２） の
夫々の閉端（４１−１ａ）、 ＜４ｌ−２ａ）を、円筒
状の弾性部材（４２−１）、 （４２−２） を介し
、下端部が夫々取付基台（４４）に固定されているＬ字
型金具（４３−１）、 （４３−２） の上端部に固
定する。尚、上記構成においで、音叉（１）の重心が、
ヒンジ（３０）の両ヒンジ部（３０−１）、 （３０−
３） の中心、即ち連結部（３０−２）の中心に一致
するように、音叉（１）の各部は設計されていることは
勿論である。尚、第３図に於て、（４ａ）、 （４ａ
）は音叉（１）を駆動する圧電素子である。Further, at the base of the hinge (30), that is, at both open ends of the circle i part (30-4), there is a cylindrical body (41-1) having substantially the same shape and size with one end closed. -2) Fix each opening airtightly. In this case, circle i part (30-4)
The axes of the cylindrical bodies (41-1) and (41-2) are arranged to coincide with the tuning fork axis or the input axis <2-2>, respectively. The closed ends (41-1a), <4l-2a) of the cylindrical bodies (41-1), (41-2) are connected through the cylindrical elastic members (42-1), (42-2). , are fixed to the upper ends of L-shaped fittings (43-1) and (43-2) whose lower ends are respectively fixed to the mounting base (44). In addition, in the above configuration, the center of gravity of the tuning fork (1) is
Both hinge parts (30-1) of the hinge (30), (30-
3) It goes without saying that each part of the tuning fork (1) is designed to coincide with the center of (30-2), that is, the center of the connecting part (30-2). In addition, in Figure 3, (4a), (4a
) is a piezoelectric element that drives the tuning fork (1).
第４図は第３図に示した従来例の原理を説明するための
説明図で、その主要部を第３図の軸（Ｚ−２＞方向から
見たものである。同図に示す如く、このジャイロ装置に
、角速度Ωが軸＜２−２＞まわりに加わると、それに対
応したコリオリの力Ｆｃが、両振動質量部（１−１）、
（ｉ−１＞ に互いに平行且つ反対向に発生し、こ
れによるトルクが、ヒンジ（３０）の連結部（３０−２
）を介してヒンジ部（３０−１）。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the principle of the conventional example shown in FIG. 3, and its main parts are viewed from the axis (Z-2> direction in FIG. 3. , When an angular velocity Ω is applied around the axis <2-2> to this gyro device, a Coriolis force Fc corresponding to it is applied to both vibrating masses (1-1),
(i-1>) in parallel and opposite directions, and the resulting torque is applied to the connecting portion (30-2) of the hinge (30).
) via the hinge part (30-1).
（３０−３）に、同図に示す如く、Ｓ字状の曲げ変形を
生せしめる。この場合、圧電素子（３１−１）、 （３
１−２＞は、その分極方向が同図で＋、−で示したよう
に、互いに逆方向になるように、夫々ヒンジ部（３０１
，）。(30-3), an S-shaped bending deformation is produced as shown in the figure. In this case, the piezoelectric elements (31-1), (3
1-2>, the hinge portions (301
,).
（３０−３）に固定されているので、両電圧素子（３１
−１）。(30-3), both voltage elements (31
-1).
（３１−２）を短絡して つの出力（４５）とし、これ
を電圧源（５ａ）よりの電圧と共にデモジ、レーク（７
）で同期整流することにより、人力角速度Ωを検出し、
従ってジャイロ装置を得ることが出来る。。(31-2) are short-circuited to form two outputs (45), which are combined with the voltage from the voltage source (5a) to demoge and rake (7).
) to detect the human angular velocity Ω,
Therefore, a gyro device can be obtained. .
尚、図示せずも、入力軸（Ｚ−、Ｚ）と直角な軸（Ｙ、
−Ｙ）方向に加速度が作用した場合には、圧電素子（３
１−１）と（３１−２）とに誘起される電圧は互に逆符
号となり、これ等より出力はでない、又、温度による影
響を避けるために、音叉（１）及びヒンジ（３０）を熱
恒弾性材で作るごとが望ましい。Although not shown, the input axis (Z-, Z) and the axes (Y,
-Y) direction, the piezoelectric element (3
The voltages induced in 1-1) and (31-2) have opposite signs, and there is no output from them.In order to avoid the effects of temperature, the tuning fork (1) and hinge (30) are It is preferable to make it from a thermostatically elastic material.
更に、検出感度を上、げるためには、音叉（１）の共振
周波数と、音叉（１）の入力軸＜ ２−２ ＞まわりの
慣性能率と、ヒンジ部（３０−１）、 （３０−３）
の入力軸＜２−２＞まわりのトルクバネ定数及び円環
部（３０−４）１、筒状体（４１−１）、 （４１−２
） の入力軸（Ｚ−Ｚ）まわりの慣性能率で決定され
る入力軸（Ｚ−Ｚ）まわりの自由角共振周波数とを略等
しい値に選定することが望ましい。Furthermore, in order to increase the detection sensitivity, the resonance frequency of the tuning fork (1), the inertia rate around the input axis <2-2> of the tuning fork (1), the hinge part (30-1), (30 -3)
Torque spring constant and annular part (30-4) 1, cylindrical body (41-1), (41-2) around the input shaft <2-2> of
) It is desirable to select a value approximately equal to the free angle resonance frequency around the input shaft (Z-Z) determined by the inertia factor around the input shaft (Z-Z).
しかしながら、このような従来のジャイロ装置にあって
は、単に音叉（１）の撓み部（１−２）、 （１−２）
の軸＜２−２＞方向に振動質量部（１−Ｉ）、 （
１−１） の重心が位置するようにされでいたため、
音叉（１）の振動質量部（１−１）、（１−１）が互に
逆方向（Ｙ−Ｙ方向）に振動する場合、音叉（１）の連
結部（］、−４＞ が不動点とならず、軸＜２−２＞
方向に振動し、その結果、ヒンジ（３０）の連結部（３
０−２＞も軸（Ｚ−２＞方向に振動し、これにより、ヒ
ンジ（３０）のヒンジ部（３０−１）、 （３０−３）
に軸＜２−２＞方向の擾乱力が作用し、ヒンジ（３
０）のヒンジｌ１ｆｆｉ（３０−１）、 （３０−３）
に固定された圧電素子（３１−１）、 （３１−２
） から上記擾乱力による電圧が誘起され、ジャイロの
ドリフト及び分解能等に悪い影響を与えていた。However, in such a conventional gyro device, only the flexible portions (1-2), (1-2) of the tuning fork (1)
The vibrating mass part (1-I) in the axis <2-2> direction of (
1-1) Since the center of gravity of
When the vibrating mass parts (1-1) and (1-1) of the tuning fork (1) vibrate in opposite directions (Y-Y direction), the connecting parts (], -4> of the tuning fork (1) remain stationary. Not a point, axis <2-2>
direction, and as a result, the connection part (3) of the hinge (30)
0-2> also vibrates in the axis (Z-2> direction), which causes the hinge parts (30-1) and (30-3) of the hinge (30) to vibrate in the axis (Z-2> direction).
A disturbance force in the axis <2-2> direction acts on the hinge (3
0) hinge l1ffi (30-1), (30-3)
Piezoelectric elements (31-1) and (31-2) fixed to
), a voltage is induced by the above-mentioned disturbance force, which adversely affects the drift and resolution of the gyro.
又、このような従来のジャイロを複数用い、これ等を互
に隣接して使用する場合等において、方のジャイロのヒ
ンジ（３０）の連結部（３０−２）の軸＜２−２＞方向
の振動が、他方のジャイロ・・、伝搬し、その結果、干
渉を起こす問題もあった。In addition, when a plurality of such conventional gyros are used adjacent to each other, the axis <2-2> direction of the connecting portion (30-2) of the hinge (30) of one gyro There was also the problem that the vibrations of one gyro propagated to the other gyro, resulting in interference.
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされｙ’−もので、
その目的は、上呂ｅ従来の課題を一掃し、た新規なジャ
イロ装置を提供せんとするものであ・べい〔課題を解決
するための手段〕
本発明によれば２個の振動質量部、これらの夫々に連結
した撓み部、該両撓み部の各遊端を連結する基部より成
る音叉と、該音叉に生ずるコリオリの力によるモーメン
トを検出する検出部とを有するジャイロ装置においで、
上記音叉の質量部の各々の重心を上記音叉の振動面内で
その入力軸に直交する方向で且つ該入力軸に近づく方向
へ移動したジャイロ装置が得られる。The present invention was made in view of the above-mentioned conventional problems, and
The purpose is to eliminate the problems of the conventional Gyro e and to provide a new gyro device. [Means for solving the problems] According to the present invention, two vibrating mass parts , a tuning fork consisting of a flexible portion connected to each of the flexible portions, a base portion connecting each free end of the flexible portions, and a detection portion for detecting a moment due to the Coriolis force generated in the tuning fork,
A gyro device is obtained in which the center of gravity of each of the mass parts of the tuning fork is moved within the vibration plane of the tuning fork in a direction perpendicular to its input axis and in a direction approaching the input axis.
音叉（１）の質量部（１−１）、 （１−１） の重
心位置の撓み部の中心面からの該中心面からの直交方向
の距離を所定の値に設計することにより、音叉の振動に
よって、その基部の音叉軸方向に引き起こされる振動を
大幅に低減し、音叉の音叉軸方向の振動によるジャイロ
性能への影響を取り除き、高精度なジャイロ装置を得る
。By designing the distance in the orthogonal direction from the center plane of the bending part of the center of gravity of the mass part (1-1), (1-1) of the tuning fork (1) to a predetermined value, To obtain a highly accurate gyro device by significantly reducing the vibration caused by vibration in the axial direction of the tuning fork at its base, and eliminating the influence on gyro performance due to the vibration of the tuning fork in the axial direction of the tuning fork.
第１図は本発明によるジャイロ装置の一例の主要部の斜
視図である。尚、第１図において、第３図と同一符号は
、同一素子を示すものとして、その説明は省略する。ま
た第１図において省略した部分は、第３図の部分と全く
同一の構造である。FIG. 1 is a perspective view of the main parts of an example of a gyro device according to the present invention. Note that in FIG. 1, the same symbols as in FIG. 3 indicate the same elements, and the explanation thereof will be omitted. Also, the omitted portions in FIG. 1 have exactly the same structure as the portions in FIG. 3.
第１図に示す本発明の例と第３図に示す従来例との異な
る点は、第１図の本発明の例に於いては、音叉（１）の
振動質量部（１−１）、 （１−１） の各々の重心
を、音叉（１）の振動面内で、入力軸（Ｚ−Ｚ）に直交
する方向で且つ入力軸（Ｚ−Ｚ）に近づく方向へ移動し
、更に同図に示す如く、音叉（１）の撓み部（１−２）
。The difference between the example of the present invention shown in FIG. 1 and the conventional example shown in FIG. 3 is that in the example of the present invention shown in FIG. (1-1) The center of gravity of each of the tuning fork (1) is moved within the vibration plane of the tuning fork (1) in a direction perpendicular to the input axis (Z-Z) and in a direction approaching the input axis (Z-Z), and As shown in the figure, the bending part (1-2) of the tuning fork (1)
.
（１−２） 及び基部（１−３） に亘るそれ等の両
外側面と振動質量部（１−１）、 （１−１） の両
外側面とが同一面となる如く構成したことである。(1-2) and the base (1-3) and both outer surfaces of the vibrating mass parts (1-1) and (1-1) are configured to be on the same plane. be.
第２図は、第１図の本発明の主要部を軸（Ｚ−Ｚ）及び
（Ｙ−Ｙ）の両者に直交する（Ｘ−Ｘ）軸方向から見た
図である。本発明においては第２図中の音叉（１）の撓
み部（１−２）、 （１−２） の（Ｙ−Ｙ）軸方向
の幅ｄ、及び音叉（１）の基部（１−３） の（Ｚ−
Ｚ）軸方向の長さｄ２を、音叉（１）の共振周波数を変
化させないように選択すると共に、音叉〔１〕の連結部
（１−４＞ の＜２−２＞軸方向の振幅値Ｕｚ と音
叉（１）の振動質量部（１−１）、 （１−１） の
（Ｙ−Ｙ）軸方向の振幅値Ｕｙ との比Ｕｚ／Ｕｙが極
小、又はゼロとなるように有限要素法により音叉（１）
の形状を決定する。FIG. 2 is a view of the main part of the present invention shown in FIG. 1 viewed from the (X-X) axis direction perpendicular to both the axes (Z-Z) and (Y-Y). In the present invention, the width d in the (Y-Y) axis direction of the flexible portion (1-2) and (1-2) of the tuning fork (1) in FIG. ) of (Z-
Z) The length d2 in the axial direction is selected so as not to change the resonance frequency of the tuning fork (1), and the amplitude value Uz in the <2-2> axial direction of the connection part (1-4> of the tuning fork [1] The finite element method is applied so that the ratio Uz/Uy of the vibration mass part (1-1) of the tuning fork (1), (1-1) to the amplitude value Uy in the (Y-Y) axis direction becomes minimal or zero. Tuning fork (1)
Determine the shape of.
実際の設計の一例を下記に示す。An example of an actual design is shown below.
ａ 、 ＝０．１９ ｊ？
ａｘ＝０．４４１
１１ ＝０．５６１
１ 、 ＝０．２４１
ｄ 、 ＝０．０７１１
ｄ ２＝０．０８５１
尚、ここで、ａｌ は音叉（１）の各振動質量部（１
−１）の（Ｙ−Ｙ）軸方向の幅、ａ２ はその＜２−２
＞軸方向の長さ、β、は音叉（１）の撓み部（１−２）
及び基部（１−３） の（Ｚ−Ｚ）軸方向の長さ
、１２は基部（１−３） の（Ｙ−Ｙ）軸方向の幅の
半分よりやや小さい値０、ｌは音叉（１）の＜２−２＞
軸方向の全長を夫々示す。a, =0.19 j? ax=0.441 11 =0.561 1 , =0.241 d , =0.0711 d 2=0.0851 Here, al is each vibrating mass part (1) of the tuning fork (1).
-1) width in the (Y-Y) axis direction, a2 is <2-2
>Length in the axial direction, β, is the bending part (1-2) of the tuning fork (1)
and the length of the base (1-3) in the (Z-Z) axis direction, 12 is a value 0 that is slightly smaller than half the width of the base (1-3) in the (Y-Y) axis direction, and l is the tuning fork (1 )<2-2>
The total length in the axial direction is shown.
本発明によるジャイロ装置の効果は次の通りである。 The effects of the gyro device according to the present invention are as follows.
音叉（１）の振動質量部（１−１）、 （１−１）
の各々の重心位置を、撓み部の中心面からの該中心面か
らの直交方向の距離を所定の値に設計することにより、
音叉の振動によってその基部（１−３） の音叉軸（
Ｚ−２＞方向に引き起こされる振動を大幅に低減し、音
叉の音叉軸方向の振動によるジャイロ性能への影響を取
り除き、高精度なジャイロを得ることができる。Vibrating mass part (1-1) of tuning fork (1), (1-1)
By designing the position of the center of gravity of each of the flexible parts to a predetermined distance from the center plane of the flexible part in the orthogonal direction from the center plane,
The vibration of the tuning fork causes the base (1-3) of the tuning fork shaft (
It is possible to significantly reduce the vibration caused in the Z-2> direction, eliminate the influence on the gyro performance due to the vibration of the tuning fork in the direction of the tuning fork axis, and obtain a highly accurate gyro.
又、方位姿勢検出装置等のように、３個のジャイロ装置
を一つの基台に併設して使用する場合、従来のジャイロ
装置では、各音叉の軸方向の振動もれにより、互いに干
渉し合うという悪影響があったが、本発明のジャイロ装
置を用いればこのような悪影響を防止できる。In addition, when three gyro devices are used together on one base, such as in an orientation/attitude detection device, conventional gyro devices interfere with each other due to vibration leakage in the axial direction of each tuning fork. However, by using the gyro device of the present invention, such adverse effects can be prevented.
第１図は本発明のジャイロ装置の一実施例の主要部の斜
視図、第２図はその音叉の平面図、第３図は従来のジャ
イロ装置の一部を除いた斜視図、第４図は第３図の原理
説明図である。
図に於いて、（１）は音叉、（１−１） は振動質量
部、（１−２） は撓み部、（１−３） は基部、
（１−４） は連結部、（３０）はヒンジ、（３０−
１）、 （３０−３）はヒンジ部、（３０−２）は連結
部、（３０−４）は円環部、（３１−１）、 （３１−
２） は検出用の圧電素子、（４ａ）は駆動用の圧電
素子を夫々示す。
１−１ 挿動管量部
１−２ 技Ｈ静
１−３ 基部
本発明の一電が一分りの１９部のｓｕｍ第１図
第１図の音叉の手面口
第２因FIG. 1 is a perspective view of the main parts of an embodiment of the gyro device of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the tuning fork, FIG. 3 is a perspective view of a conventional gyro device with some parts removed, and FIG. 4 is a diagram explaining the principle of FIG. 3. In the figure, (1) is the tuning fork, (1-1) is the vibrating mass part, (1-2) is the bending part, (1-3) is the base,
(1-4) is the connecting part, (30) is the hinge, (30-
1), (30-3) is a hinge part, (30-2) is a connecting part, (30-4) is an annular part, (31-1), (31-
2) shows a piezoelectric element for detection, and (4a) shows a piezoelectric element for driving. 1-1 Insertion tube amount part 1-2 Technique H static 1-3 Base Sum of 19 parts of one electric current of the present invention
Claims (1)
両撓み部の各遊端を連結する基部より成る音叉と、該音
叉に生ずるコリオリの力によるモーメントを検出する検
出部とを有するジャイロ装置において、上記音叉の質量
部の各々の重心を上記音叉の振動面内でその入力軸に直
交する方向で且つ該入力軸に近づく方向へ移動したこと
を特徴とするジャイロ装置。A tuning fork consisting of two vibrating mass parts, a flexible part connected to each of these parts, and a base part connecting each free end of the two vibrating parts, and a detection part that detects a moment due to the Coriolis force generated in the tuning fork. A gyro device, characterized in that the center of gravity of each of the mass parts of the tuning fork is moved within the vibration plane of the tuning fork in a direction perpendicular to its input axis and in a direction approaching the input axis.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1090325A JPH02268222A (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | Gyroscope apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1090325A JPH02268222A (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | Gyroscope apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02268222A true JPH02268222A (en) | 1990-11-01 |
Family
ID=13995372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1090325A Pending JPH02268222A (en) | 1989-04-10 | 1989-04-10 | Gyroscope apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02268222A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60185110A (en) * | 1984-03-02 | 1985-09-20 | Tokyo Keiki Co Ltd | Gyroscope device |
-
1989
- 1989-04-10 JP JP1090325A patent/JPH02268222A/en active Pending
Patent Citations (1)
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| JPS60185110A (en) * | 1984-03-02 | 1985-09-20 | Tokyo Keiki Co Ltd | Gyroscope device |
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