JPH0251066A - Vibration gyroscope - Google Patents
Vibration gyroscopeInfo
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- JPH0251066A JPH0251066A JP63202385A JP20238588A JPH0251066A JP H0251066 A JPH0251066 A JP H0251066A JP 63202385 A JP63202385 A JP 63202385A JP 20238588 A JP20238588 A JP 20238588A JP H0251066 A JPH0251066 A JP H0251066A
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Abstract
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に関し、特にたとえば自動車
などに搭載して用い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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a vibrating gyroscope, and more particularly to a vibrating gyroscope used in a navigation system mounted on an automobile or the like.
（従来技術）
第８図はこの発明の背景となる従来の振動ジャイロの一
例を示す斜視図であり、第９図は第８図に示す振動ジャ
イロの線ＩＸ−ＩＸにおける断面図である。この振動ジ
ャイロｌは振動体２を含む。振動体２は、断面正方形の
柱状に形成される。振動体２は、恒弾性金属材料などで
形成される。(Prior Art) FIG. 8 is a perspective view showing an example of a conventional vibrating gyroscope that is the background of the present invention, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the vibrating gyroscope taken along line IX-IX shown in FIG. 8. This vibrating gyroscope l includes a vibrating body 2. The vibrating body 2 is formed into a columnar shape with a square cross section. The vibrating body 2 is made of a constant elastic metal material or the like.
振動体２の対向する１対の側面には、それぞれ検出用圧
電素子°３，３が形成される。この検出用圧電素子３．
３は、第９図に示すように、圧電磁器３ａの両面に電極
３ｂを形成したものである。Detection piezoelectric elements 3, 3 are formed on a pair of opposing side surfaces of the vibrating body 2, respectively. This detection piezoelectric element 3.
3, as shown in FIG. 9, has electrodes 3b formed on both sides of a piezoelectric ceramic 3a.
さらに、振動体２の検出用圧電素子３が形成されていな
い１対の側面には、それぞれ駆動用圧電素子４が形成さ
れる。この駆動用圧電素子４も、検出用圧電素子３と同
様に、圧電磁器４ａの両面に電極４ｂを形成したもので
ある。Furthermore, a drive piezoelectric element 4 is formed on each of the pair of side surfaces of the vibrating body 2 on which the detection piezoelectric element 3 is not formed. Similarly to the detection piezoelectric element 3, this driving piezoelectric element 4 also has electrodes 4b formed on both sides of a piezoelectric ceramic 4a.
そして、この振動ジャイロ１は、振動体２のノード点で
支持部材５によって支持されている。したがって、駆動
用圧電素子４に駆動信号を印加すると、振動体２は、第
１θ図に誇張して示すように、駆動用圧電素子４の主面
に直交する方向に屈曲振動をする。The vibrating gyroscope 1 is supported by a support member 5 at a node point of the vibrating body 2. Therefore, when a drive signal is applied to the drive piezoelectric element 4, the vibrating body 2 bends and vibrates in a direction perpendicular to the main surface of the drive piezoelectric element 4, as shown in an exaggerated manner in FIG. 1θ.
このような状態で、振動ジャイロ１がたとえばその軸を
中心として回転すると、振動方向に直交する方向にコリ
オリカが働く。したがって、第１１図に誇張して示すよ
うに、コリオリカによって振動体２の振動方向が変わり
、検出用圧電素子３に出力電圧が発生する。この出力電
圧は、検出用圧電素子３の主面に直交する方向の屈曲量
に比例するため、この出力電圧を測定することによって
、振動ジャイロ１の回転角速度を知ることができる。When the vibrating gyroscope 1 rotates, for example, around its axis in such a state, Coriolis acts in a direction perpendicular to the vibration direction. Therefore, as shown in an exaggerated manner in FIG. 11, the direction of vibration of the vibrating body 2 changes due to Coriolis, and an output voltage is generated in the detection piezoelectric element 3. Since this output voltage is proportional to the amount of bending of the detection piezoelectric element 3 in the direction perpendicular to the main surface, the rotational angular velocity of the vibrating gyroscope 1 can be determined by measuring this output voltage.
振動ジャイロ１が、その軸と沿う任意の軸を回動中心と
して回動しても同様である。The same holds true even if the vibrating gyroscope 1 rotates about any axis along that axis.
（発明が解決しようとする課題）
このような従来の振動ジャイロでは、振動ジャイロが回
転した時、振動体の屈曲する方向つまり検出用圧電素子
の屈曲する方向（無回転時の屈曲振動方向ベクトルとコ
リオリカによる偏位ベクトルとの合成ベクトルの方向）
がその主面に直交する方向からずれた方向にあるため、
検出用圧電素子に発生する出力電圧が小さかった。その
ため、この出力電圧から振動ジャイロに加わった回転角
速度を測定することが難しかった。したがって、Ｓ／Ｎ
比をかせぐため、無回転時における出力電圧をＯに調整
する必要があるが、たとえば振動体の角部分をカットす
るなどして調整するため、その調整が困難であった。(Problem to be Solved by the Invention) In such a conventional vibrating gyroscope, when the vibrating gyroscope rotates, the direction in which the vibrating body bends, that is, the direction in which the detection piezoelectric element bends (the bending vibration direction vector when not rotating) direction of the composite vector with the deviation vector due to Coriolika)
is in a direction that is deviated from the direction perpendicular to its principal plane, so
The output voltage generated in the detection piezoelectric element was small. Therefore, it has been difficult to measure the rotational angular velocity applied to the vibrating gyroscope from this output voltage. Therefore, S/N
In order to increase the ratio, it is necessary to adjust the output voltage to O during non-rotation, but this adjustment is difficult because the adjustment is done, for example, by cutting the corner portions of the vibrating body.
それゆえに、この発明の主たる目的は、回転時における
出力電圧を大きくすることができ、したがって必ずしも
無回転時における出力電圧をＯにする必要のない振動ジ
ャイロを提供することである。Therefore, the main object of the present invention is to provide a vibrating gyroscope that can increase the output voltage during rotation, and therefore does not necessarily require the output voltage to be zero when not rotating.
（課題を解決するための手段）
この発明は、横断面がＮ角形（ただしＮは３もしくは５
以上の整数）の振動体と、振動体の少なくとも１つの側
面に形成される検出用圧電素子と、振動体の検出用圧電
素子が形成されていない側面に形成され、振動体を振動
させるための駆動用圧電素子とを含む、振動ジャイロで
ある。(Means for Solving the Problems) This invention has an N-gon cross section (where N is 3 or 5).
an integer above), a detection piezoelectric element formed on at least one side of the vibrating body, and a detection piezoelectric element formed on a side of the vibrating body on which the detection piezoelectric element is not formed, for vibrating the vibrating body. This is a vibrating gyroscope including a driving piezoelectric element.
（作用）
駆動用圧電素子に駆動信号が印加されると、振動体は駆
動用圧電素子の主面に直交する方向に屈曲振動をする。(Function) When a drive signal is applied to the drive piezoelectric element, the vibrating body bends and vibrates in a direction perpendicular to the main surface of the drive piezoelectric element.
振動ジャイロがその軸を中心として回転すると、コリオ
リカによって振動方向が変わるが、振動体が四角柱では
ないため、振動体にはその振動方向にほぼ直交する方向
に主面を有する側面が必ず存在する。したがって、この
面に検出用圧電素子を設けると、それに発生する出力電
圧が大きい。When a vibrating gyroscope rotates around its axis, the direction of vibration changes due to Coriolika, but since the vibrating body is not a square prism, the vibrating body always has a side surface whose main surface is approximately perpendicular to the direction of vibration. . Therefore, when a detection piezoelectric element is provided on this surface, the output voltage generated therein is large.
（発明の効果）
この発明によれば、振動ジャイロが回転したときの振動
体の屈曲する方向と検出用圧電素子の主面とがほぼ直交
状態にあるため、検出用圧電素子に発生する出力電圧が
、従来の振動ジャイロに比べて大きい。そのため、この
振動ジャイロでは、回転角速度を検出することが簡単で
ある。したがって、Ｓ／Ｎ比をかせぐために振動体の角
部分をカットするといった微妙な作業が不要になる。(Effects of the Invention) According to the present invention, since the bending direction of the vibrating body when the vibrating gyroscope rotates and the main surface of the detection piezoelectric element are substantially orthogonal, the output voltage generated in the detection piezoelectric element However, it is larger than conventional vibrating gyros. Therefore, with this vibrating gyroscope, it is easy to detect the rotational angular velocity. Therefore, delicate work such as cutting the corners of the vibrating body in order to improve the S/N ratio becomes unnecessary.
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.
（実施例）
第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図であり、第２
図は第１図実施例の線ト」における断面図である。この
振動ジャイロ１０は振動体１２を含む。振動体１２ば、
たとえば正三角柱状に形成される。この振動体１２は、
たとえばＮｉ、Ｆｅ、ＣｒおよびＴｉの合金のような恒
弾性金属材料で形成される。この実施例ではより実用的
にするため、振動体１２の２つの側面の中央部にそれぞ
れ検出用圧電素子１４および１６が形成される。(Embodiment) FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a sectional view taken along the line "G" of the embodiment in FIG. 1. This vibrating gyroscope 10 includes a vibrating body 12. vibrating body 12ba,
For example, it is formed into an equilateral triangular prism shape. This vibrating body 12 is
For example, it is made of a constant modulus metallic material such as an alloy of Ni, Fe, Cr and Ti. In this embodiment, in order to make it more practical, detection piezoelectric elements 14 and 16 are formed at the center of the two sides of the vibrating body 12, respectively.
この検出用圧電素子１４は、第２図に示すように、圧電
磁器１４ａの両面に電極１４ｂおよび１４Ｃが形成され
たものである。そして、一方の電極１４ｃが、振動体１
２の側面に接着される。同様に、検出用圧電素子１６も
、圧電磁器１６ａの両面に電極１６ｂおよび１６ｃが形
成され、一方の電極１６ｃが振動体１２に接着される。As shown in FIG. 2, this detection piezoelectric element 14 has electrodes 14b and 14C formed on both sides of a piezoelectric ceramic 14a. Then, one electrode 14c is connected to the vibrating body 1
It is glued to the side of 2. Similarly, in the detection piezoelectric element 16, electrodes 16b and 16c are formed on both sides of a piezoelectric ceramic 16a, and one electrode 16c is bonded to the vibrating body 12.
振動体１２の検出用圧電素子１４および１６の形成され
ていない側面には、長手方向の中央部に２つの駆動用圧
電素子１８および２０が形成される。これらの駆動用圧
電素子１８および２０は、振動体Ｉ２の側面の幅方向に
並んで形成される。Two driving piezoelectric elements 18 and 20 are formed at the center in the longitudinal direction on the side surface of the vibrating body 12 on which the detection piezoelectric elements 14 and 16 are not formed. These driving piezoelectric elements 18 and 20 are formed side by side in the width direction of the side surface of the vibrating body I2.
駆動用圧電素子１８は、第２図に示すように、圧電磁器
１８ａの両面に電極１８ｂおよび１８ｃを形成したもの
である。そして、一方の電極１８ｃが振動体１２に接着
されている。同様に、駆動用圧電素子２０も、圧電磁器
２０ａの両面に電極２０ｂおよび２０ｃが形成され、一
方の電極２０ｃが振動体１２に接着されている。なお、
この実施例では、圧電磁器１８ａと２０ａと、および振
動体１２に接着された電極１８ｃと２０ｃとは、共通の
ものとして形成されている。As shown in FIG. 2, the driving piezoelectric element 18 is a piezoelectric ceramic 18a with electrodes 18b and 18c formed on both sides. One electrode 18c is bonded to the vibrating body 12. Similarly, in the driving piezoelectric element 20, electrodes 20b and 20c are formed on both sides of a piezoelectric ceramic 20a, and one electrode 20c is bonded to the vibrating body 12. In addition,
In this embodiment, the piezoelectric ceramics 18a and 20a and the electrodes 18c and 20c bonded to the vibrating body 12 are formed in common.
この駆動用圧電素子１８および２０間に駆動信号を印加
することによって、振動体１２が屈曲振動をするが、そ
のノード点に支持部材２２および２４が形成される。こ
の支持部材２２および２４は、たとえば金属線などを振
動体１２に溶接することによって形成される。By applying a drive signal between the drive piezoelectric elements 18 and 20, the vibrating body 12 undergoes bending vibration, and support members 22 and 24 are formed at the node points thereof. The support members 22 and 24 are formed, for example, by welding metal wires or the like to the vibrating body 12.
この振動ジャイロ１０は、第３図に示すような回路構成
で使用される。This vibrating gyroscope 10 is used with a circuit configuration as shown in FIG.
すなわち、振動ジャイロ１０の一方の駆動用圧電素子Ｉ
８には発振回路３０が接続され、さらに発振回路３０は
位相回路３２およびＡＧＣ回路３４を介して他方の駆動
用圧電素子２ｏに接続される。したがって、発振回路３
０で増幅された信号は位相回路３２で位相制御され、さ
らにＡＧＣ回路３４で利得制御されて、駆動用圧電素子
２０に印加される。そして、これらの発振回路３０１位
相回路３２およびＡＧＣ回路３４によって、振動体１２
の共振周波数でかつ安定なる駆動信号が与えられる。That is, one driving piezoelectric element I of the vibrating gyro 10
An oscillation circuit 30 is connected to 8, and the oscillation circuit 30 is further connected to the other driving piezoelectric element 2o via a phase circuit 32 and an AGC circuit 34. Therefore, oscillation circuit 3
The signal amplified by 0 is phase-controlled by a phase circuit 32, further gain-controlled by an AGC circuit 34, and then applied to the driving piezoelectric element 20. The oscillation circuit 301 phase circuit 32 and AGC circuit 34 cause the vibrating body 12 to
A stable drive signal is provided at the resonant frequency of .
さらに、検出用圧電素子１４および工６は、差動アンプ
３６に接続される。この差動アンプ３６によって、検出
用圧電素子１４および１６に発生した出力電圧の差が測
定される。差動アンプ３６は同期検波回路３８に接続さ
れる。同期検波回路３８は発振回路３０に接続され、差
動アンプ３６の出力が発振回路３０の発振周波数に同期
して検波される。同ｙ、１検波回路３８で検波された信
号は平滑回路４０で平滑され、さらにＤＣアンプ４２で
増幅されて出力信号となる。Further, the detection piezoelectric element 14 and the sensor 6 are connected to a differential amplifier 36. This differential amplifier 36 measures the difference in output voltages generated between the detection piezoelectric elements 14 and 16. The differential amplifier 36 is connected to a synchronous detection circuit 38. The synchronous detection circuit 38 is connected to the oscillation circuit 30, and the output of the differential amplifier 36 is detected in synchronization with the oscillation frequency of the oscillation circuit 30. The signal detected by the first detection circuit 38 is smoothed by a smoothing circuit 40, and further amplified by a DC amplifier 42 to become an output signal.
振動ジャイロ１０が回転しない時、第４図ニ誇張して示
すように、振動ジャイロ１０は駆動用圧電素子１８およ
び２０の主面に直交する方向に屈曲振動をする。この場
合、振動体１２の検出用圧電素子１４および１６が形成
された面の屈曲量は同じであるため、これらの検出用圧
電素子１４および１６に発生する出力電圧は等しい。し
たがって、差動アンプ３６で検出用圧電素子１４および
１６の出力電圧がたがいに相殺されて、差動アンプ３６
の出力はＯとなる。つまり、この振動ジャイロ１０では
、回転していない時の出力を０にすることが簡単にでき
る。When the vibrating gyroscope 10 does not rotate, the vibrating gyroscope 10 makes a bending vibration in a direction perpendicular to the main surfaces of the drive piezoelectric elements 18 and 20, as shown in an exaggerated manner in FIG. In this case, since the amount of curvature of the surface of the vibrating body 12 on which the detection piezoelectric elements 14 and 16 are formed is the same, the output voltages generated in these detection piezoelectric elements 14 and 16 are equal. Therefore, the output voltages of the detection piezoelectric elements 14 and 16 are canceled out by the differential amplifier 36, and the differential amplifier 36
The output of is O. In other words, with this vibrating gyroscope 10, the output can be easily set to 0 when the vibrating gyroscope is not rotating.
さらに、この振動ジャイロ１０をその軸を中心として回
転した場合、振動体１２の振動方向と直交する方向にコ
リオリカが働く。この場合、第５図に誇張して示すよう
に、振動体１２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、検出用圧電素子１６はその
主面に直交する方向に近い方向に、検出用圧電素子１４
はその主面に平行する方向に近い方向に、それぞれ屈曲
運動をする。そのため、検出用圧電素子１６に発生する
出力電圧は大きくなり、検出用圧電素子１４に発生する
出力電圧は小さくなる。したがって、差動アンプ３６か
ら、従来の振動ジャイロに比べて、より大きな出力を得
ることがで、きる。したがって、この振動ジャイロ１０
を用いれば、従来の振動ジャイロを用いた場合に比べて
、回転角速度の検出が容易となる。Further, when the vibrating gyroscope 10 is rotated about its axis, Coriolis acts in a direction perpendicular to the vibration direction of the vibrating body 12. In this case, as shown in an exaggerated manner in FIG. 5, the vibration direction of the vibrating body 12 deviates from the vibration direction during non-rotation. At this time, for example, the detection piezoelectric element 16 moves in a direction close to the direction perpendicular to its main surface, and the detection piezoelectric element 14
each makes a bending motion in a direction close to parallel to its principal plane. Therefore, the output voltage generated in the detection piezoelectric element 16 increases, and the output voltage generated in the detection piezoelectric element 14 decreases. Therefore, it is possible to obtain a larger output from the differential amplifier 36 than in a conventional vibrating gyro. Therefore, this vibrating gyro 10
By using this, it is easier to detect the rotational angular velocity than when using a conventional vibrating gyroscope.
なお、上述の実施例では、２つの検出用圧電素子１４お
よび１６に発生した出力電圧の差を測定したが、どちら
か一方の検出用圧電素子の出力電圧を測定することによ
って回転角速度を検出してもよい。In the above embodiment, the difference between the output voltages generated between the two detection piezoelectric elements 14 and 16 was measured, but the rotational angular velocity can be detected by measuring the output voltage of either one of the detection piezoelectric elements 14 and 16. You can.
また、上述の実施例では、振動体１２は正三角柱状に形
成したが、振動体１２を二等辺三角柱状に形成してもよ
い。この場合、振動体１２の等しい面積を有する側面に
検出用圧電素子１４および１６を形成すればよい。Further, in the above embodiment, the vibrating body 12 is formed in the shape of an equilateral triangular prism, but the vibrating body 12 may be formed in the shape of an isosceles triangular prism. In this case, the detection piezoelectric elements 14 and 16 may be formed on the side surfaces of the vibrating body 12 having the same area.
さらに、振動体１２は二等辺三角柱状以外の三角柱状に
形成されたり、五角柱状や六角柱状などの多角柱状に形
成されてもよい。この場合、検出用圧電素子は、振動体
の側面のうち、駆動用圧電素子が形成されていない少な
くとも１つの側面に形成されればよい。Furthermore, the vibrating body 12 may be formed in a triangular prism shape other than the isosceles triangular prism shape, or may be formed in a polygonal prism shape such as a pentagonal prism shape or a hexagonal prism shape. In this case, the detection piezoelectric element may be formed on at least one side surface of the vibrating body on which the driving piezoelectric element is not formed.
また、第１図実施例では、支持部材２２および２４はそ
れぞれ１点で振動体１２に接続されているが、第６図に
示すように、それぞれ２点で接続されてもよい。つまり
、これらの支持部材２２および２４は、振動体１２のノ
ード点に接続されていればよい。Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the support members 22 and 24 are each connected to the vibrating body 12 at one point, but as shown in FIG. 6, they may each be connected at two points. That is, these support members 22 and 24 only need to be connected to the node points of the vibrating body 12.
さらに、駆動用圧電素子１８および２０は、第７図に示
すように、振動体１２の長手方向に間隔を隔てて形成さ
れていてもよい。Furthermore, the driving piezoelectric elements 18 and 20 may be formed at intervals in the longitudinal direction of the vibrating body 12, as shown in FIG.
第１図はこの発明の一実施例を示す斜視図である。
第２図は第１図実施例の線ｎ−ｎにおける断面図である
。
第３図は第１図および第２図に示す振動ジャイロを使用
するための回路を示すブロック図である。
第４図は第１図および第２図に示す振動ジャイロが回転
していない時の振動状態を示す図解図である。
第５図は第１図および第２図に示す振動ジャイロが回転
している時の振動状態を示す図解図である。
第６図はこの発明の変形例を示す斜視図である。
第７図はこの発明のさらに他の変形例を示す斜視図であ
る。
第８図はこの発明の背景となる従来の振動ジャイロの一
例を示す斜視図である。
第９図は第８図に示す従来の振動ジャイロの線ＩＸ−Ｉ
Ｘにおける断面図である。
第１０図は第８図および第９図に示す従来の振動ジャイ
ロが回転していない時の振動状態を示す図解図である。
第１１図は第８図および第９図に示す従来の振動ジャイ
ロが回転している時の振動状態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
および１Ｇは検出用圧電素子、Ｉ８および２０は駆動用
圧電素子を示す。
２図
第
図
第
図
第
図
第１０図
第１１
図FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view taken along line nn of the embodiment of FIG. FIG. 3 is a block diagram showing a circuit for using the vibrating gyroscope shown in FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 4 is an illustrative diagram showing the vibration state when the vibrating gyroscope shown in FIGS. 1 and 2 is not rotating. FIG. 5 is an illustrative diagram showing the vibration state when the vibrating gyroscope shown in FIGS. 1 and 2 is rotating. FIG. 6 is a perspective view showing a modification of the invention. FIG. 7 is a perspective view showing still another modification of the invention. FIG. 8 is a perspective view showing an example of a conventional vibrating gyroscope, which is the background of the present invention. Figure 9 shows the line IX-I of the conventional vibrating gyroscope shown in Figure 8.
FIG. FIG. 10 is an illustrative diagram showing the vibration state when the conventional vibrating gyroscope shown in FIGS. 8 and 9 is not rotating. FIG. 11 is an illustrative view showing the vibration state when the conventional vibrating gyroscope shown in FIGS. 8 and 9 is rotating. In the figure, 10 is a vibrating gyro, 12 is a vibrating body, and 14
1G represents a detection piezoelectric element, and I8 and 20 represent drive piezoelectric elements. Figure 2 Figure Figure Figure 10 Figure 11
Claims (1)
の振動体、 前記振動体の少なくとも１つの側面に形成される検出用
圧電素子、および 前記振動体の前記検出用圧電素子が形成されていない側
面に形成され、前記振動体を振動させるための駆動用圧
電素子を含む、振動ジャイロ。[Claims] The cross section is N-gonal (N is an integer of 3 or 5 or more)
a vibrating body, a detection piezoelectric element formed on at least one side surface of the vibrating body, and a drive formed on a side surface of the vibrating body where the detecting piezoelectric element is not formed, for vibrating the vibrating body. Vibration gyro including piezoelectric element.
Priority Applications (16)
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1988
- 1988-08-12 JP JP20238588A patent/JPH063454B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
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