JPH032516A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JPH032516A JPH032516A JP1136428A JP13642889A JPH032516A JP H032516 A JPH032516 A JP H032516A JP 1136428 A JP1136428 A JP 1136428A JP 13642889 A JP13642889 A JP 13642889A JP H032516 A JPH032516 A JP H032516A
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- Gyroscopes (AREA)
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。
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
本発明は、セラミック圧電体を利用した音叉構造の振動
型角速度センサに関する。
型角速度センサに関する。
従来の技術
従来の角速度センサは、第７図に示すようにして取付け
られている。第７図において、■は音叉構造の振動型角
速度センサの本体を内蔵した金属ケース、２は支持金具
、３は筐体もしくは回路基板等の支持体である。角速度
検出方向は同図中の矢印で示す方向であり、支持体３の
動きと角速度センサの出力信号を一致させるために支持
金具２を用いてしっかりと固定される。
られている。第７図において、■は音叉構造の振動型角
速度センサの本体を内蔵した金属ケース、２は支持金具
、３は筐体もしくは回路基板等の支持体である。角速度
検出方向は同図中の矢印で示す方向であり、支持体３の
動きと角速度センサの出力信号を一致させるために支持
金具２を用いてしっかりと固定される。
発明が解決しようとする課題
しかしながら、この種の音叉構造の振動型角速度センサ
は、素子を一定周波数で振動させているため、この周波
数に近い周波数成分を含む外乱振動が加わると、誤動作
してしまう。又、セラミック圧電体は衝撃に弱いため、
外部がらのわずがの衝撃によってクラックが生じたり、
破壊してしまうため、自動車等の振動、衝撃の激しい所
での使用はてきなかった。
は、素子を一定周波数で振動させているため、この周波
数に近い周波数成分を含む外乱振動が加わると、誤動作
してしまう。又、セラミック圧電体は衝撃に弱いため、
外部がらのわずがの衝撃によってクラックが生じたり、
破壊してしまうため、自動車等の振動、衝撃の激しい所
での使用はてきなかった。
課題を解決するだめの手段
上記課題を解決するために本発明は、駆動用圧電バイモ
ルフ素子と第１の検知用バイモルフ素子おを互いに直交
接合してなる第１の振動：１−ニット、及びモニター用
圧電バイモルフ素子と第２の検知用バイモルフ素子とを
互いに直交接合してなる第２の振動ユニットがらなり、
がっ前記第１゜第２の振動ユニットを検知軸に沿って互
いに平行になるように前記駆動用圧電バイモルフ素子と
前記モニター用圧電バイモルフ素子の自由端とうしを連
結板で連結して音叉構造としたセンサ本体と、このセン
サ本体を収納し接地電位に接続された金属ケースと、こ
の金属ケースの外周上に取付けられる重りと、この重り
もしくは金属ケースを支持するだめの支持体と、この支
持体と重りもしくは金属ケースの間に配置される衝撃吸
収体とによって構成したものである。
ルフ素子と第１の検知用バイモルフ素子おを互いに直交
接合してなる第１の振動：１−ニット、及びモニター用
圧電バイモルフ素子と第２の検知用バイモルフ素子とを
互いに直交接合してなる第２の振動ユニットがらなり、
がっ前記第１゜第２の振動ユニットを検知軸に沿って互
いに平行になるように前記駆動用圧電バイモルフ素子と
前記モニター用圧電バイモルフ素子の自由端とうしを連
結板で連結して音叉構造としたセンサ本体と、このセン
サ本体を収納し接地電位に接続された金属ケースと、こ
の金属ケースの外周上に取付けられる重りと、この重り
もしくは金属ケースを支持するだめの支持体と、この支
持体と重りもしくは金属ケースの間に配置される衝撃吸
収体とによって構成したものである。
作用
この技術的手段による作用は次の様になる。
金属クー−スの外周十に取付けられる重りによってセン
サ自体の見かけ」二の質量を自由に設定でき、この質量
と衝撃吸収体の弾力定数と厚みと面積とによって決まる
共振周波数をセンサの電気的共振周波数に影響しに（い
周波数に設定する事ができる。
サ自体の見かけ」二の質量を自由に設定でき、この質量
と衝撃吸収体の弾力定数と厚みと面積とによって決まる
共振周波数をセンサの電気的共振周波数に影響しに（い
周波数に設定する事ができる。
更に外部からの衝撃に対して通常の衝撃吸収構造では衝
撃が加わった時減衰振動しながら衝撃を吸収するが、こ
れを最少限の振動におさえ臨界制動に近い制動状態にす
ることができる。
撃が加わった時減衰振動しながら衝撃を吸収するが、こ
れを最少限の振動におさえ臨界制動に近い制動状態にす
ることができる。
実施例
以下本発明による角速度センサの一実施例を図面を用い
て説明する。
て説明する。
先ずセラミック圧電体を使用した振動型角速度センサに
ついて第４図〜第６図を用いて説明する。
ついて第４図〜第６図を用いて説明する。
角速度センサのセンサ本体は第４図に示す様な構造であ
り、主に４つの圧電バイモルフからなる駆動素子、モニ
ター素子、第１及び第２の検知素子で構成されている。
り、主に４つの圧電バイモルフからなる駆動素子、モニ
ター素子、第１及び第２の検知素子で構成されている。
駆動素子１０１と第１の検知素子１０３を接合部１０５
で直交接合した第１の振動ユニッｌ−１０９と、モニタ
ー素子１．０２と第２の検知素子１０４を接合部１０６
て直交接合した第２の振動ユニッｌ−１１０とを連結板
１０７で連結し、この連結板１０７を支持棒１０８で一
点支持した音叉構造となっている。
で直交接合した第１の振動ユニッｌ−１０９と、モニタ
ー素子１．０２と第２の検知素子１０４を接合部１０６
て直交接合した第２の振動ユニッｌ−１１０とを連結板
１０７で連結し、この連結板１０７を支持棒１０８で一
点支持した音叉構造となっている。
駆動素子１０］に正弦波電圧信号を与えると、逆圧電効
果により第１の振動ユニッｌ−１０９が振動を始め、音
叉信号により第２の振動ユニッｌ−１，］ ０も振動を
開始する。従ってモニター素子１０２の圧電効果によっ
て素子表面に発生ずる電荷は駆動素子１０１へ印加して
いる正弦波電圧信号に比例する。このモニター素子］−
０２に発生する電荷を検出し、これが一定振幅になる様
に駆動素子１０１へ印加する正弦波電圧信号をコントロ
ールする事により安定した音叉振動を得る事ができる。
果により第１の振動ユニッｌ−１０９が振動を始め、音
叉信号により第２の振動ユニッｌ−１，］ ０も振動を
開始する。従ってモニター素子１０２の圧電効果によっ
て素子表面に発生ずる電荷は駆動素子１０１へ印加して
いる正弦波電圧信号に比例する。このモニター素子］−
０２に発生する電荷を検出し、これが一定振幅になる様
に駆動素子１０１へ印加する正弦波電圧信号をコントロ
ールする事により安定した音叉振動を得る事ができる。
このセンサが角速度に比例した出力を発生さぜるメツ１
ニズムを第５図及び第６図を用いて説明する。
ニズムを第５図及び第６図を用いて説明する。
第５図は第４図に示した角速度センサを−１−からみた
もので、速度υで振動している検知素子１０３に角速度
ωの回転が力１目つると、検知素子１０３には「コリオ
リの力」が生ずる。この「コリオリの力」は速度υに垂
直で大きさは２ｍυωである。
もので、速度υで振動している検知素子１０３に角速度
ωの回転が力１目つると、検知素子１０３には「コリオ
リの力」が生ずる。この「コリオリの力」は速度υに垂
直で大きさは２ｍυωである。
検知素子１．０３は音叉振動をしているので、ある時点
で検知素子］、 ０３が速度υて振動しているとずれば
、検知素子１０４は速度−υて振動しており「コリオリ
の力」は−２ｍυωである。よって検知素子１０３，１
０４は第７の様に互いに「コリオリの力」が働（方向に
変形し、素子表面には圧電効果によって電荷が生じる。
で検知素子］、 ０３が速度υて振動しているとずれば
、検知素子１０４は速度−υて振動しており「コリオリ
の力」は−２ｍυωである。よって検知素子１０３，１
０４は第７の様に互いに「コリオリの力」が働（方向に
変形し、素子表面には圧電効果によって電荷が生じる。
ここでυは音叉振動によって生じる運動であり、音叉振
動が１Ｊ＝ａ ” Ｓ Ｉ ｎωｏｔ ａ：音叉振動の振幅 ω０．音叉振動の周期 であるとすれば「コリオリの力」は Ｆｏ−ａ−ω＠ｓｉｎωｏｔ となり、角速度ω及び音叉振幅ａに比例しており、検知
素子１０３，１０４を面方向に変形さぜる力となる。従
って検知素子１０３，１０４の表面電荷量Ｑは Ｑ■ａ−ω・ｓｉｎωｏｔ となり、音叉振幅ａが一定にコントロールされていると
ずれは Ｑ”（７Ｊ ｓｉｎω□ｔ となり、検知素子１０３，１０４に発生ずる表面電荷量
Ｑは角速度ωに比例した出力として得られ、この信号を
ωｏｔて同期検波ずれば角速度ＺＪに比例した直流信号
が得られる。尚、このセンサに角速度以外の併進運動を
与えても検知素子１．０３と検知素子１０４．の２つの
素子表面には同極性の電荷が生ずるため、直流信号に変
換時、互いに打ち消しあって出力は出ない様になってい
る。
動が１Ｊ＝ａ ” Ｓ Ｉ ｎωｏｔ ａ：音叉振動の振幅 ω０．音叉振動の周期 であるとすれば「コリオリの力」は Ｆｏ−ａ−ω＠ｓｉｎωｏｔ となり、角速度ω及び音叉振幅ａに比例しており、検知
素子１０３，１０４を面方向に変形さぜる力となる。従
って検知素子１０３，１０４の表面電荷量Ｑは Ｑ■ａ−ω・ｓｉｎωｏｔ となり、音叉振幅ａが一定にコントロールされていると
ずれは Ｑ”（７Ｊ ｓｉｎω□ｔ となり、検知素子１０３，１０４に発生ずる表面電荷量
Ｑは角速度ωに比例した出力として得られ、この信号を
ωｏｔて同期検波ずれば角速度ＺＪに比例した直流信号
が得られる。尚、このセンサに角速度以外の併進運動を
与えても検知素子１．０３と検知素子１０４．の２つの
素子表面には同極性の電荷が生ずるため、直流信号に変
換時、互いに打ち消しあって出力は出ない様になってい
る。
しかしながら、センサの組立工程でのバラツキによって
、たとえば、駆動素子１０１と第１の検知素子１０３の
直交接合の角度がわずかにずれている場合、もしくは第
１の検知素子１０３と第２の検知素子１０４の性能がわ
ずかにずれていることなとは現実に充分起こりうる問題
であり、この場合は外乱振動による影響を完全に打ち消
す事ができず出力を生じてしまうため、角速度以外の併
進運動はできる限りセンサ部分に伝えない様な支持方法
とする事が望ましい。特に音叉振動の周期ω０もしくは
ω０の整数倍の周波数の成分を含む振動については誤動
作しやすいため支持体の共振周波数はω０より充分低く
する事が望ましい。又、大きな衝撃が印加されるとセラ
ミックの素子にクラックが生し破壊したり特性が劣化し
てしまうため、センサ本体に衝撃が伝わりにくくする支
持方法が望ましい。
、たとえば、駆動素子１０１と第１の検知素子１０３の
直交接合の角度がわずかにずれている場合、もしくは第
１の検知素子１０３と第２の検知素子１０４の性能がわ
ずかにずれていることなとは現実に充分起こりうる問題
であり、この場合は外乱振動による影響を完全に打ち消
す事ができず出力を生じてしまうため、角速度以外の併
進運動はできる限りセンサ部分に伝えない様な支持方法
とする事が望ましい。特に音叉振動の周期ω０もしくは
ω０の整数倍の周波数の成分を含む振動については誤動
作しやすいため支持体の共振周波数はω０より充分低く
する事が望ましい。又、大きな衝撃が印加されるとセラ
ミックの素子にクラックが生し破壊したり特性が劣化し
てしまうため、センサ本体に衝撃が伝わりにくくする支
持方法が望ましい。
第１図は本発明による角速度センサの一実施例を示す図
であり、１］は接地電位に接続された金属ケースで、内
部に前記第４図に示ずセンサ本体を収納している。１２
は支持金具、１３は支持体、１４は重り、１５は衝撃吸
収体である。
であり、１］は接地電位に接続された金属ケースで、内
部に前記第４図に示ずセンサ本体を収納している。１２
は支持金具、１３は支持体、１４は重り、１５は衝撃吸
収体である。
第１図を概念的に表わしたものが第２図であり、第２図
において、質量ｍのセンサは弾力定数Ｃなる衝撃吸収体
１５に支えられており、運動力：衝撃吸収体の弾力定数 ・・ の厚み ・・ の面積 ：振動振幅 質量 Ｘ−Ａｃｏｓ （（ｊＪ ｔ＋β）
・・・（２）と表わす事ができる。周期は 更にインパルス的な衝撃が印加された場合について考え
る。−船釣に物体に衝撃が加わると、第３図に示すよう
な減衰振動をし、その運動方程式は（１，）式の変形に
より、 となる。
において、質量ｍのセンサは弾力定数Ｃなる衝撃吸収体
１５に支えられており、運動力：衝撃吸収体の弾力定数 ・・ の厚み ・・ の面積 ：振動振幅 質量 Ｘ−Ａｃｏｓ （（ｊＪ ｔ＋β）
・・・（２）と表わす事ができる。周期は 更にインパルス的な衝撃が印加された場合について考え
る。−船釣に物体に衝撃が加わると、第３図に示すよう
な減衰振動をし、その運動方程式は（１，）式の変形に
より、 となる。
ここで２ ｍ ｋは便宜上の減衰項である。
であるから、この支持方法における共振周波数ば、重り
１４−の質量上、衝撃吸収体１５の面積。
１４−の質量上、衝撃吸収体１５の面積。
厚み９弾力係数によって決められる事がわかる。
通常このタイプの角速度センナで（１素子をＩ Ｋ ｌ
−１７゜前後で振動さぜながら使用するため、前記理由
により支持体１３上での共振周波数は］、 Ｋ Ｈ７，
よりｔ）充分低く、例えば１０ Ｈｚ前後に設定するの
が望ましい。これにより］、 ＯＨｚ以上の周波数成分
の振動はセンサに伝わる事なくカットする事ができる。
−１７゜前後で振動さぜながら使用するため、前記理由
により支持体１３上での共振周波数は］、 Ｋ Ｈ７，
よりｔ）充分低く、例えば１０ Ｈｚ前後に設定するの
が望ましい。これにより］、 ＯＨｚ以上の周波数成分
の振動はセンサに伝わる事なくカットする事ができる。
となりこれは減衰振動の方程式である。
この微分方程式の解は一般的に以下の３つの場合に分け
て考える。
て考える。
先ず１（２−ω２〈０の場合の（５）式の解はこれより
振幅がａ ｅ −ｋ ｔに従って減少しつつある単振動
と解釈する事ができる。
振幅がａ ｅ −ｋ ｔに従って減少しつつある単振動
と解釈する事ができる。
次にに２−ω２〉０の場合の解は
ｘ ＝ ｅ −ｋｔ（Ａ （Ｂｎ ｔ ＋ Ａ ２ ｅ
−ｒ Ｉ・・（７） となり非周期的である。
−ｒ Ｉ・・（７） となり非周期的である。
最後にに２−ω２−０の場合の解は
ｘ −（Ａ ｔ ＋ Ｂ ） ｅ−ｋｔ＝（８）となり
この状態を臨界制動と呼ぶ。
この状態を臨界制動と呼ぶ。
角速度センサに適する制動状態としては、臨界制動とな
る事が望ましく、外部からの衝撃エネルギーを衝撃吸収
体１５が最も早く熱エネルギーに変換してしまい、セン
サを保護する事が可能となる。
る事が望ましく、外部からの衝撃エネルギーを衝撃吸収
体１５が最も早く熱エネルギーに変換してしまい、セン
サを保護する事が可能となる。
以上の理論により音叉構造の振動型角速度センサに最も
適した支持条件を選定する事ができる。
適した支持条件を選定する事ができる。
すなわち共振周波数ωがセンサの振動周波数に影響を与
えずかつ外部からの衝撃に対し臨界制動状態となる様な
ｍ、ｓ、ｅ、に、ｃの値を設定できるわけである。
えずかつ外部からの衝撃に対し臨界制動状態となる様な
ｍ、ｓ、ｅ、に、ｃの値を設定できるわけである。
発明の効果
以上のように本発明によれば、支持体の共振周波数をセ
ンサの振動周波数よりも光分離れた低い周波数に任意に
設定でき、かつ外部からの衝撃に対し臨界制動に近い制
度となる様な２つの条件を同時に満足しうる条件を容易
に得る事ができる。
ンサの振動周波数よりも光分離れた低い周波数に任意に
設定でき、かつ外部からの衝撃に対し臨界制動に近い制
度となる様な２つの条件を同時に満足しうる条件を容易
に得る事ができる。
これによって、振動型角速度センサの弱点であったセン
サの振動周波数に近い周波数成分を含む外乱振動に弱い
という問題を克服することができる。
サの振動周波数に近い周波数成分を含む外乱振動に弱い
という問題を克服することができる。
第１図は本発明による角速度センサの一実施例を示す斜
視図、第２図、第３図は同センサの動作説明のための概
念図、第４図は音叉構造振動型角速度センサの斜視図、
第５図、第６図は同センサの動作説明図、第７図は従来
の角速度センサを示す斜視図である。 １１・・・・・・金属ケース、１２・・・・・・支持金
具、１３・・・・・・支持体、１４・・・・・・重り、
１５・・・・・・衝撃吸収体、１０２・・・・・・モニ
ター素子、１０３・旧・・第１の検知素子、１０４・・
・・・・第２の検知素子、１ｏ５゜１、０６・・・・・
・接合部、１０７・・・・・・連結板、１０９・・・・
第１の振動ユニット、１１０・・・・・・第２の振動ユ
ニット。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名第１図 ／／金属ケーズ Ｕつ 塚
視図、第２図、第３図は同センサの動作説明のための概
念図、第４図は音叉構造振動型角速度センサの斜視図、
第５図、第６図は同センサの動作説明図、第７図は従来
の角速度センサを示す斜視図である。 １１・・・・・・金属ケース、１２・・・・・・支持金
具、１３・・・・・・支持体、１４・・・・・・重り、
１５・・・・・・衝撃吸収体、１０２・・・・・・モニ
ター素子、１０３・旧・・第１の検知素子、１０４・・
・・・・第２の検知素子、１ｏ５゜１、０６・・・・・
・接合部、１０７・・・・・・連結板、１０９・・・・
第１の振動ユニット、１１０・・・・・・第２の振動ユ
ニット。 代理人の氏名 弁理士 粟野重孝 ほか１名第１図 ／／金属ケーズ Ｕつ 塚
Claims (1)
- 駆動用圧電バイモルフ素子と第１の検知用バイモルフ素
子とを互いに直交接合してなる第１の振動ユニット、及
びモニター用圧電バイモルフ素子と第２の検知用バイモ
ルフ素子とを互いに直交接合してなる第２の振動ユニッ
トからなりかつ前記第１，第２の振動ユニットを検知軸
に沿って互いに平行になるように前記駆動用圧電バイモ
ルフ素子と前記モニター用圧電バイモルフ素子の自由端
どうしを連結板で連結して音叉構造としたセンサ本体と
、このセンサ本体を収納し接地電位に接続された金属ケ
ースと、この金属ケースの外周上に取付けられる重りと
、この重りもしくは金属ケースを支持するための支持体
と、この支持体と重りもしくは金属ケースの間に配置さ
れる衝撃吸収体とによって構成した角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13642889A JPH0658226B2 (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13642889A JPH0658226B2 (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | 角速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH032516A true JPH032516A (ja) | 1991-01-08 |
| JPH0658226B2 JPH0658226B2 (ja) | 1994-08-03 |
Family
ID=15174917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13642889A Expired - Fee Related JPH0658226B2 (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0658226B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04236322A (ja) * | 1991-01-17 | 1992-08-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度検出装置 |
| DE19538659B4 (de) * | 1994-10-19 | 2004-10-14 | Futaba Denshi Kogyo K.K., Mobara | Stoßdämpfer für elektronische Komponenten |
| JP2007532932A (ja) * | 2004-04-16 | 2007-11-15 | ヴアブコ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・オツフエネハンデルスゲゼルシヤフト | センサの操作方法 |
-
1989
- 1989-05-30 JP JP13642889A patent/JPH0658226B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04236322A (ja) * | 1991-01-17 | 1992-08-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度検出装置 |
| DE19538659B4 (de) * | 1994-10-19 | 2004-10-14 | Futaba Denshi Kogyo K.K., Mobara | Stoßdämpfer für elektronische Komponenten |
| JP2007532932A (ja) * | 2004-04-16 | 2007-11-15 | ヴアブコ・ゲゼルシヤフト・ミツト・ベシユレンクテル・ハフツング・ウント・コンパニー・オツフエネハンデルスゲゼルシヤフト | センサの操作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0658226B2 (ja) | 1994-08-03 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |