JPH03251718A - Angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はジャイロスコープなどに用いられる角速度セン
サに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor used in gyroscopes and the like.
従来の技術
近年、コンピュータ技術が発展し、多くの機能を有した
製品が商品化されるようになり、そのための各種センサ
の要求が高くなって来ている。角速度センサの応用も電
装品におけるナビゲーションシステム、ロボットなどの
方向探知、駆動装置のスタビライザ装置などがあり、い
ずれも小型で高性能なものがこれから必要となってくる
。BACKGROUND OF THE INVENTION In recent years, with the development of computer technology, products with many functions have been commercialized, and the demand for various sensors for this purpose has increased. Applications of angular velocity sensors include navigation systems in electrical equipment, direction detection for robots, and stabilizer devices for drive devices, and in the future, small, high-performance sensors will be needed for all of these.
従来、ジャイロスコープを用いた慣性航法装置として、
飛行機・船舶のような移動する物体の方位を知る方法が
主に使われている。これは、安定した方位が得られるが
、機械式であるから装置が大がかりであり、コストも高
く、小型化が望まれる民生用機器への応用は困難である
。一方、回転力を使わずに、物体を振動させて角速度が
発生したときに生じるコリオリの力から角速度を検出す
る振動ジャイロ(特願昭59−55420号)が提案さ
れている。この振動ジャイロは音叉構造を有した振動セ
ンサと考えることができる。これによれば、駆動用弾性
体(励振用)き検知用弾性体の矩形板を直線的かつ直交
接合させたもので、速度(m/ s )を持った検知用
弾性体に働くコリオリの力を検出するものである。Conventionally, as an inertial navigation device using a gyroscope,
It is mainly used to determine the direction of moving objects such as airplanes and ships. Although this method provides a stable orientation, since it is mechanical, the device is large-scale and costly, and it is difficult to apply it to consumer equipment where miniaturization is desired. On the other hand, a vibrating gyroscope (Japanese Patent Application No. 59-55420) has been proposed that detects angular velocity from the Coriolis force generated when an object vibrates and generates angular velocity without using rotational force. This vibration gyroscope can be considered as a vibration sensor having a tuning fork structure. According to this, rectangular plates of a driving elastic body (for excitation) and a sensing elastic body are linearly and orthogonally joined, and the Coriolis force acting on the sensing elastic body with a velocity (m/s) This is to detect.
以下に図面を参照しながら、従来の角速度センサについ
て説明する。A conventional angular velocity sensor will be described below with reference to the drawings.
第7図は従来の角速度センサと駆動回路を含めたブロッ
クダイヤグラムの構成図を示すものである。駆動用圧電
バイモルフ素子103,104と検知用圧電バイモルフ
素子101,102を検知軸に平行でかつ互いに接合部
材105,106を介して直交接合された検知用圧電バ
イモルフ素子101.102があり、この一対を駆動お
よび、駆動用圧電バイモルフ素子103,104の一端
にて支持体107で接合された振動素子とする。FIG. 7 shows a block diagram including a conventional angular velocity sensor and a drive circuit. There is a sensing piezoelectric bimorph element 101, 102 in which driving piezoelectric bimorph elements 103, 104 and sensing piezoelectric bimorph elements 101, 102 are connected parallel to the sensing axis and orthogonally to each other via joining members 105, 106. is a driving piezoelectric bimorph element 103, 104 connected at one end with a support 107 as a vibration element.
そして、前記振動素子とベース109の間を1本の金属
弾性部材108にて支持接合し、駆動用圧電バイモルフ
素子103,104を振動させることで音叉振動をさせ
、検知用圧電バイモルフ素子101.102に角速度が
加わった場合に、角速度出力が得られるように構成した
ものである。Then, the vibration element and the base 109 are supported and joined by one metal elastic member 108, and the driving piezoelectric bimorph elements 103 and 104 are vibrated to cause tuning fork vibration, and the detection piezoelectric bimorph elements 101 and 102 are made to vibrate. The structure is such that an angular velocity output can be obtained when an angular velocity is added to .
つぎに動作回路について説明を続ける。まず、駆動用圧
電バイモルフ素子103へ駆動回路110からの信号に
より、駆動用圧電バイモルフ素子104が共振し、駆動
回路110とAGC回路111と駆動モニタ回路、そし
て駆動用圧電バイモルフ素子104,103とによるフ
ィードバックループで音叉振動を開始する。そして、駆
動用圧電バイモルフ素子104から得られた振幅信号を
自動利得調整回路(AGC回路)111をへて駆動回路
へフィードバックし、音叉振動の振幅を一定にしている
。Next, we will continue to explain the operating circuit. First, the drive piezoelectric bimorph element 104 resonates due to a signal sent from the drive circuit 110 to the drive piezoelectric bimorph element 103, and the drive circuit 110, AGC circuit 111, drive monitor circuit, and drive piezoelectric bimorph elements 104, 103 The tuning fork starts vibrating in a feedback loop. Then, the amplitude signal obtained from the drive piezoelectric bimorph element 104 is fed back to the drive circuit via an automatic gain adjustment circuit (AGC circuit) 111 to keep the amplitude of the tuning fork vibration constant.
また、駆動用圧電バイモルフ103から得られる位相信
号を利用して、検知用圧電バイモルフ素子101,10
2から角速度信号成分を、駆動モニター113から駆動
用圧電バイモルフに生じた検出信号の位相信号情報の一
部を取り出し、検波回路115とローパスフィルタ11
6により角速度に対応した直流検出信号を検出している
。ところで、このような角速度センサは温度変化を与え
ると、温度変化率に対応した熱的焦電効果により、圧電
バイモルフ素子に自己バイアスが印加されたことになり
、角速度センサの検出情報信号(オフセット出力電圧)
は大きく変動する。すなわち、同じ温度変化幅でも、ゆ
っくりしたスロープの温度変化を加えた場合、角速度検
出信号のオフセット電圧の変動は小さいが、温度変化を
ステップ状に加えた場合、前記オフセット電圧の変動は
非常に大きく変動する。すなわち角速度センサとして大
きな性能指数の1つである温度ドリフト(オフセット電
圧の変動)特性に、圧電振動子の焦電効果は大きく影響
を与えるのである。Further, by using the phase signal obtained from the driving piezoelectric bimorph 103, the sensing piezoelectric bimorph elements 101, 10
2, and part of the phase signal information of the detection signal generated in the drive piezoelectric bimorph from the drive monitor 113, and the detection circuit 115 and the low-pass filter 11.
6, a DC detection signal corresponding to the angular velocity is detected. By the way, when such an angular velocity sensor is subjected to a temperature change, a self-bias is applied to the piezoelectric bimorph element due to the thermal pyroelectric effect corresponding to the rate of temperature change, and the detected information signal (offset output) of the angular velocity sensor is Voltage)
varies greatly. In other words, even with the same temperature change width, if a slow slope temperature change is applied, the offset voltage of the angular velocity detection signal will fluctuate small, but if the temperature change is applied in steps, the offset voltage will fluctuate significantly. fluctuate. In other words, the pyroelectric effect of the piezoelectric vibrator has a large effect on the temperature drift (offset voltage fluctuation) characteristic, which is one of the major performance indicators for an angular velocity sensor.
発明が解決しようとする課題
従来の圧電振動子を用いた音叉型角速度センサは、温度
ドリフトの原因の1つに圧電振動子特有の焦電効果現象
がある。すなわち、圧電振動子に遠赤外線を照射すると
起電力が発生することである。すなわち、従来の振動タ
イプ角速度センサはこの温度ドソフトのため高精度セン
サとして限界があり、高精度化への改善が難しいとされ
ていた。Problems to be Solved by the Invention In a conventional tuning fork type angular velocity sensor using a piezoelectric vibrator, one of the causes of temperature drift is a pyroelectric effect phenomenon unique to the piezoelectric vibrator. That is, when a piezoelectric vibrator is irradiated with far infrared rays, an electromotive force is generated. In other words, conventional vibration-type angular velocity sensors have limitations as high-precision sensors due to this temperature softness, and it has been considered difficult to improve them to higher precision.
本発明は上記課題に留意し、温度変化に対するオフセッ
ト電圧変動が小さい角速度センサを提供しようとするも
のである。The present invention takes the above-mentioned problems into consideration and aims to provide an angular velocity sensor with small offset voltage fluctuations with respect to temperature changes.
課題を解決するための手段
本発明は上記目的を達成するために、駆動用圧電バイモ
ルフ素子と、検知用圧電バイモルフ素子と、この駆動用
圧電バイモルフ素子と検知用圧電バイモルフ素子を振動
方向が直交するよう積み上げて接合する第1の接合部材
と、前記接合された素子の一対を音叉構造に接合する第
2の接合部材を具備し、駆動用圧電バイモルフ素子と検
知用圧電バイモルフ素子の少なくともいずれか一方が圧
電体の分極方向が同一となるように中間電極を介して2
枚貼り合わせた圧電バイモルフ素子であるとともに、こ
の2枚貼り合わせた圧電バイモルフ素子の両面にある両
側電極を電気的に接続したものであり、その接続方法は
導電性ペイントなど圧電素子表面に導電路を形成する導
電性膜電極構造で電気的接続を行うのである。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention has a driving piezoelectric bimorph element, a sensing piezoelectric bimorph element, and a driving piezoelectric bimorph element and a sensing piezoelectric bimorph element whose vibration directions are perpendicular to each other. a first joining member that stacks up and joins each other, and a second joining member that joins the pair of joined elements into a tuning fork structure, and includes at least one of a driving piezoelectric bimorph element and a sensing piezoelectric bimorph element. are connected through an intermediate electrode so that the polarization direction of the piezoelectric body is the same.
It is a piezoelectric bimorph element made by laminating two piezoelectric bimorph elements, and the electrodes on both sides of the two piezoelectric bimorph elements are electrically connected. Electrical connections are made using a conductive membrane electrode structure that forms a .
また、圧電バイモルフ素子の両側電極の片方の一部を分
割し、電気的に独立した小電極を設け、この小電極を圧
電バイモルフ素子の中間電極を、上記導電性電極で電気
的に接続することにより、駆動用圧電バイモルフ素子と
しては駆動用の電極として用い、検知用圧電バイモルフ
素子においては検知信号の出力電極として用いるもので
ある。Further, a part of one of the electrodes on both sides of the piezoelectric bimorph element is divided to provide an electrically independent small electrode, and this small electrode is electrically connected to the intermediate electrode of the piezoelectric bimorph element using the conductive electrode. Therefore, the piezoelectric bimorph element for driving is used as a driving electrode, and the piezoelectric bimorph sensing element is used as an output electrode for a detection signal.
作用
従来の角速度センサの課題であるオフセット電圧の変動
の原因は圧電素子の焦電効果であるか、この焦電効果と
は、単位時間当り熱的変化に対応して圧電バイモルフ材
料に発生する電荷であり、この電荷により発生する電圧
がオフセット電圧の温度特性変化をもたらすのである。Effect The offset voltage fluctuation, which is a problem with conventional angular velocity sensors, is caused by the pyroelectric effect of the piezoelectric element.The pyroelectric effect is the electric charge generated in the piezoelectric bimorph material in response to thermal changes per unit time. The voltage generated by this charge causes a change in the temperature characteristics of the offset voltage.
そこで圧電体を同一分極方向で中間電極を介して2枚は
り合わせ、かつ外側面に設けてなる両電極間を質量変化
が少ない導電性膜で形成する電極で接続し、また2枚の
圧電体に設けたおのおのの電極の面積をほぼ同等にする
ことにより、2枚の圧電体より発生した電荷量はほぼ同
等にすることができるので、電荷は相殺し、中和され、
その結果、不要な電荷発生を防ぐことができる。また駆
動時の振動も、左右対称性が保てるので振動の振幅を安
定させることができる。Therefore, two pieces of piezoelectric material are bonded together in the same polarization direction via an intermediate electrode, and the two electrodes provided on the outer surface are connected with an electrode made of a conductive film with little mass change. By making the area of each electrode provided on the piezoelectric body approximately equal, the amount of charge generated by the two piezoelectric bodies can be made approximately equal, so the charges cancel out and are neutralized.
As a result, unnecessary charge generation can be prevented. Furthermore, since the vibration during driving can maintain left-right symmetry, the amplitude of the vibration can be stabilized.
したがって、この不用な電荷発生の防止と安定した振幅
の振動によって、この構成の圧電バイモルフ素子を用い
た音叉構造からなる角速度センサで検出した角速度検出
情報の出力信号は、温度変化に対し、安定した特性が得
られ非常に優れたものとなる。Therefore, by preventing this unnecessary charge generation and vibrating with stable amplitude, the output signal of the angular velocity detection information detected by the angular velocity sensor consisting of the tuning fork structure using the piezoelectric bimorph element of this configuration is stable against temperature changes. The properties obtained are very excellent.
また、圧電バイモルフ素子の両側電極の片方の一部を分
割した小電極と中間電極を、導電性膜で形成する電極で
電気的接続を行うとともに、入出力用の電極として用い
ることにより、駆動用圧電バイモルフ素子においては駆
動用電極となり、検知用圧電バイモルフ素子においては
、信号検出用電極となる。In addition, by electrically connecting the small electrode and the intermediate electrode, which are obtained by dividing one of the electrodes on both sides of the piezoelectric bimorph element, with an electrode formed of a conductive film, and using it as an input/output electrode, it is possible to In a piezoelectric bimorph element, it serves as a driving electrode, and in a piezoelectric bimorph detection element, it serves as a signal detection electrode.
駆動用電極は圧電バイモルフ素子の中間電極に接続され
ているので、中間電極と両側電極間に駆動電圧を印加す
ることになり、低電圧で駆動できる。検知用圧電バイモ
ルフ素子の信号検出用電極を設けることにより、中間電
極に発生する焦電効果による電荷が放電され、影響を少
なくする。Since the driving electrode is connected to the intermediate electrode of the piezoelectric bimorph element, a driving voltage is applied between the intermediate electrode and the electrodes on both sides, and the piezoelectric bimorph element can be driven at a low voltage. By providing the signal detection electrode of the detection piezoelectric bimorph element, the charge due to the pyroelectric effect generated in the intermediate electrode is discharged, thereby reducing the influence.
実施例
以下、本発明の角速度センサの一実施例について、図面
を参照しながら説明する。EXAMPLE Hereinafter, an example of the angular velocity sensor of the present invention will be described with reference to the drawings.
第1図に示すように、圧電バイモルフ素子1゜2.3.
4で角速度センサが構成されている。また、本実施例で
は、この圧電バイモルフ素子1゜2.3.4にはPbC
Mg1/3.Nb2/303、PbTiO3,PbZr
0.+の3成分を主体とする
圧電セラミック材料を用いている。As shown in FIG. 1, piezoelectric bimorph elements 1°2.3.
4 constitutes an angular velocity sensor. In addition, in this embodiment, this piezoelectric bimorph element 1°2.3.4 is made of PbC.
Mg1/3. Nb2/303, PbTiO3, PbZr
0. A piezoelectric ceramic material mainly consisting of three positive components is used.
本実施例では、圧電バイモルフ素子1.2を検知用圧電
バイモルフ素子、圧電バイモルフ素子3.4を駆動用圧
電バイモルフ素子で構成している。In this embodiment, the piezoelectric bimorph element 1.2 is a detection piezoelectric bimorph element, and the piezoelectric bimorph element 3.4 is a driving piezoelectric bimorph element.
検知用圧電バイモルフ素子1.2は、第2図talのよ
うに、外形寸法9X1.6X0.35+n+nとなるよ
うに加工し、両側電極と中間電極である電極1aには材
料はAgを用い、圧電素子の分極方向は、検知用圧電セ
ラミック1bを2枚はり合わせた方イモルフ素子3.4
は、第2図1b+に示すように、外形寸法9X1.6X
0.5mmとなるように加工し、検知用と同様に、電極
ICにはAgを用い、圧電素子の分極方向は駆動用圧電
セラミック1dを2枚はり合わせた方向に沿って同一方
向とする。なお、第2図181. (b)の図中の矢印
の方向は分極の方向を示す。そして、電極1a、lcは
、圧電素子の電極の片面のみが一部分割された構成で、
電気的には不導通である。つぎに、検知用圧電バイモル
フ素子は、第3図1al、 (b)のように圧電バイモ
ルフ素子側面にAgまたはCu導電性ペーストを塗布し
、導通電極1eとした。これにより圧電バイモルフ素子
の中央部の挟まれた電極(以下、中間電極と呼ぶ)と一
部分側された電極とを電気的接続される。これは検知出
力用の電極である。一方バイモルフ先端部の中間電極部
は絶縁体であるエポキシ系樹脂1fを用いて絶縁し、こ
の絶縁体を介して圧電バイモルフ素子の外面両電極間を
AgまたはCu導電性ペーストで塗布し、外の両側電極
間を電気接続する導通電極1gとじている。これで検知
用圧電バイモルフ素子1.2が完成する。The detection piezoelectric bimorph element 1.2 is processed to have external dimensions of 9X1.6X0.35+n+n as shown in FIG. The polarization direction of the element is determined by the direction of the immorph element 3.4, which is made by gluing two piezoelectric ceramics 1b for detection.
As shown in Figure 2 1b+, the external dimensions are 9X1.6X
The piezoelectric element is processed to have a thickness of 0.5 mm, and like the detection electrode IC, Ag is used, and the polarization direction of the piezoelectric element is the same along the direction in which the two drive piezoelectric ceramics 1d are glued together. In addition, Fig. 2 181. The direction of the arrow in the figure (b) indicates the direction of polarization. The electrodes 1a and lc have a structure in which only one side of the electrode of the piezoelectric element is partially divided,
It is electrically non-conductive. Next, as shown in FIGS. 3A and 3B, the piezoelectric bimorph element for detection was coated with Ag or Cu conductive paste on the side surface of the piezoelectric bimorph element to form a conductive electrode 1e. As a result, the electrode sandwiched in the center of the piezoelectric bimorph element (hereinafter referred to as an intermediate electrode) and the electrode partially on the side are electrically connected. This is an electrode for detection output. On the other hand, the intermediate electrode at the tip of the bimorph is insulated using epoxy resin 1f, which is an insulator, and a conductive paste of Ag or Cu is applied between both electrodes on the outer surface of the piezoelectric bimorph element through this insulator. A conductive electrode 1g is connected to electrically connect the electrodes on both sides. This completes the detection piezoelectric bimorph element 1.2.
また駆動用圧電バイモルフは第3図1al、 (blの
ように圧電バイモルフ素子端側面にAgまたはCuの導
電性ペーストを塗布し、導通電極1hとした。これによ
り圧電バイモルフ素子の中間電極と一部分割された電極
とを接続している。この電極は駆動用電極である。一方
圧型バイモルフ素子先端部より、中央寄り側面部には絶
縁体のエポキシ系樹脂11を用いて絶縁し、この絶縁体
を介して圧電バイモルフの外面両電極間にAgまたはC
u導電性ペーストを塗布し、外の両側電極間を電気接続
する導通電極1jとしている。これで検知用圧電バイモ
ルフ素子3.4が完成する。In addition, the drive piezoelectric bimorph is made by applying a conductive paste of Ag or Cu to the end side of the piezoelectric bimorph element as shown in Fig. 3 (1al) and (bl) to form a conductive electrode 1h. This electrode is a driving electrode.The tip of the one-pressure bimorph element and the side surface near the center are insulated using an insulator, epoxy resin 11, and this insulator is Ag or C between the outer electrodes of the piezoelectric bimorph through
U conductive paste is applied to form a conductive electrode 1j that electrically connects the outer electrodes on both sides. This completes the sensing piezoelectric bimorph element 3.4.
つぎに、このようにして得た圧電バイモルフ素子1.2
,3.4は、第5図のように構成する。Next, piezoelectric bimorph element 1.2 obtained in this way
, 3.4 are constructed as shown in FIG.
第1の接合部材である絶縁体ジヨイント5.6はポリア
ミドのプラスチックスからなり、中央部の凹形状の溝を
設けている。そして、この絶縁体ジヨイント5.6の凹
部に圧電バイモルフ1と圧電バイモルフ3、そして圧電
バイモルフ2と圧電バイモルフ4をそれぞれ互いに直交
させ接着接合している。The insulator joint 5.6, which is the first joining member, is made of polyamide plastic and has a concave groove in the center. The piezoelectric bimorph 1, the piezoelectric bimorph 3, and the piezoelectric bimorph 2 and the piezoelectric bimorph 4 are respectively perpendicular to each other and adhesively bonded to the recessed portion of the insulator joint 5.6.
つぎに、このようにして得られた圧電バイモルフ素子の
直交体の2組を第2の接合部材である導電体接合部材7
(たとえば、真鍮製ブロックの中央に穴加工を施した部
材)で、第5図のような音叉構造となるように導電接合
し、音叉構造体を構成する。すなわち、導電体接合部材
7は駆動用圧電バイモルフ素子3.4の間に挿入し、そ
れぞれの圧電バイモルフ素子3.4の内面電極と電気的
に導通し、かつ機械的にも接着している。Next, the two sets of orthogonal piezoelectric bimorph elements obtained in this way are attached to a conductor bonding member 7, which is a second bonding member.
(For example, a member made of a brass block with a hole drilled in the center) and conductively joined to form a tuning fork structure as shown in FIG. 5 to form a tuning fork structure. That is, the conductor bonding member 7 is inserted between the driving piezoelectric bimorph elements 3.4, electrically conductive with the inner surface electrode of each piezoelectric bimorph element 3.4, and mechanically bonded to the piezoelectric bimorph elements 3.4.
つぎに、リード端子8.11,12,13,14゜15
.16は圧電バイモルフ素子1.2.3.4゜を電気的
に接続するためのリード端子であり、それぞれ絶縁ガラ
ス9.17.18,19.20゜21.22を介して、
Feを主体とした支持ベース10から°絶縁し、かつ支
持ベース10を貫通するように、支持ベース10に取付
けられ、外部との電気的接続用リード端子としている。Next, lead terminals 8.11, 12, 13, 14°15
.. 16 is a lead terminal for electrically connecting the piezoelectric bimorph elements 1, 2, 3, and 4 degrees, through insulating glasses 9, 17, 18, 19, 20 degrees, and 21, 22, respectively.
It is insulated from the support base 10, which is mainly made of Fe, and is attached to the support base 10 so as to penetrate through the support base 10, and serves as a lead terminal for electrical connection with the outside.
また、リード端子8の一端は、導電体接合部材7の中央
の穴部に挿入し、接着固定している。Further, one end of the lead terminal 8 is inserted into a hole in the center of the conductor joining member 7 and fixed by adhesive.
つぎに、中継基板23は、リード端子13.14゜15
.16を支持し、検知用圧電バイモルフ素子1.2を電
気的に結線するための中継基板23であり、リード端子
13,14.15.16に取り付けている。この中継基
板23が取り付けられた状態を第1図に示す。Next, the relay board 23 has lead terminals 13.14°15.
.. This is a relay board 23 for supporting the detection piezoelectric bimorph element 1.2 and electrically connecting the detection piezoelectric bimorph element 1.2, and is attached to the lead terminals 13, 14, 15, and 16. FIG. 1 shows a state in which this relay board 23 is attached.
中継基板23はフェノールを用い、外形寸法φ7.0.
厚み0.6nunに加工し、リード端子部が通る部分4
ケ所に貫通孔を設け、その貫通孔にリード端子13,1
4.15.16を貫通させ保持する。The relay board 23 is made of phenol and has an external dimension of φ7.0.
Processed to a thickness of 0.6nun, the part 4 through which the lead terminal part passes
Through-holes are provided at these locations, and the lead terminals 13, 1 are inserted into the through-holes.
4. Penetrate and hold 15.16.
中継基板23の保持は、前記中継基板23の貫通孔上部
の周囲に銅箔を設け、この部分にリード端子13,14
.15.16の先端を半田付けすることにより中継基板
23を保持固定している。To hold the relay board 23, copper foil is provided around the upper part of the through hole of the relay board 23, and the lead terminals 13, 14 are attached to this part.
.. The relay board 23 is held and fixed by soldering the tips of 15 and 16.
つぎに、検知用圧電バイモルフ素子1とリード端子13
.16とをリードワイヤ24.25にて結線する。結線
はリードワイヤ24.25の両端を半田付にて接合する
。なお、リードワイヤ24は検知用圧電バイモルフ素子
1上に設けられた導通電極1eに接続され、検知信号出
力を得る。また、検知用圧電バイモルフ素子2とリード
端子14゜15とを前記と同様にリードワイヤ26.2
7にて結線する。結線は、前記と同様にリードワイヤ2
6.27の両端を半田付にて接合する。なお、リードワ
イヤ26は検知用圧電バイモルフ素子1と同様に検知用
圧電バイモルフ素子2上に設けられた導通電極1eに接
続される。つぎに駆動用圧電バイモルフ素子4の外側の
電極部と先端がL字型に曲がったリード端子12との間
をリードワイヤ29により半田付結線する。このリード
ワイヤ29が接続されるのは、駆動用圧電バイモルフ素
子4の上に設けられた導通電極1hに接続され、駆動電
圧が加えられる。この導通電極1hは駆動用圧電バイモ
ルフ素子4の中間電極に接続されているので、駆動電圧
は中間電極と両性側電極に加えられることになるので低
い電圧で駆動することができる。また、駆動用圧電バイ
モルフ素子3は前記と同様に圧電バイモルフ素子3の外
側電極部とリード端子11との間をリードワイヤ28に
より半田付結線する。そして、このようにして作成した
ものをFeからなる有底筒状の缶ケース30内に収納し
、そして支持ベース10と缶ケース30の開口周縁部と
の接触部をスポット電気溶接にて気密封止接合する。Next, the detection piezoelectric bimorph element 1 and the lead terminal 13
.. 16 with lead wires 24 and 25. For connection, both ends of the lead wires 24 and 25 are joined by soldering. Note that the lead wire 24 is connected to the conductive electrode 1e provided on the detection piezoelectric bimorph element 1 to obtain a detection signal output. Furthermore, the detection piezoelectric bimorph element 2 and the lead terminals 14 and 15 are connected to the lead wires 26 and 2 in the same manner as described above.
Connect at 7. The connection is made using lead wire 2 in the same way as above.
6. Join both ends of 27 with solder. Note that the lead wire 26 is connected to the conductive electrode 1e provided on the piezoelectric bimorph element 2 for detection, similarly to the piezoelectric bimorph element 1 for detection. Next, a lead wire 29 is soldered to connect the outer electrode portion of the drive piezoelectric bimorph element 4 and the lead terminal 12 whose tip is bent into an L-shape. This lead wire 29 is connected to a conductive electrode 1h provided on the driving piezoelectric bimorph element 4, and a driving voltage is applied thereto. Since this conductive electrode 1h is connected to the intermediate electrode of the driving piezoelectric bimorph element 4, the driving voltage is applied to the intermediate electrode and the amphoteric electrode, so that driving can be performed with a low voltage. Further, the driving piezoelectric bimorph element 3 is connected by soldering between the outer electrode portion of the piezoelectric bimorph element 3 and the lead terminal 11 using the lead wire 28 in the same manner as described above. The product thus created is then stored in a bottomed cylindrical can case 30 made of Fe, and the contact area between the support base 10 and the opening periphery of the can case 30 is hermetically sealed by spot electric welding. Make a fixed connection.
そして、この気密封止するときに、缶ケース30内部に
は気密充填ガス31を充填している。When the can case 30 is hermetically sealed, the inside of the can case 30 is filled with an airtight filling gas 31.
つぎに、このように構成した実施例の圧電バイモルフ素
子1,2,3.4を用いた角速度センサの特性について
以下に説明する。Next, the characteristics of the angular velocity sensor using the piezoelectric bimorph elements 1, 2, 3.4 of the embodiment configured as described above will be explained below.
本実施例の特性チエツクのため資料サンプルを4種作成
した。この資料サンプル4種の内容を第1表に示す。Four types of material samples were prepared to check the characteristics of this example. Table 1 shows the contents of these four sample materials.
(以 下 余 白)
この資料サンプル4種の角速度センサの特性チエツクの
ため、第7図の動作回路を用いた。第7図中のセンサ部
分を第1表に示す資料サンプル4種(資料記号A−D)
におのおの置き代えてセンサのオフセット電圧の変動を
調べた。なお、資料サンプル4種について、恒温槽を用
いて、温度20℃から30℃へとセンサ外周部の雰囲気
温度を変えて、そのオフセット電圧を測定した。そのオ
フセy)電圧の変化を経温時間との関連で調へた結果を
第6図に示す。(Left below) To check the characteristics of the four types of angular velocity sensors sampled in this document, the operating circuit shown in Figure 7 was used. Four types of material samples (material symbols A-D) show the sensor parts in Figure 7 in Table 1.
The fluctuations in the offset voltage of the sensor were investigated by replacing each of the two. In addition, for four types of data samples, the offset voltage was measured by changing the ambient temperature around the sensor from 20° C. to 30° C. using a constant temperature bath. FIG. 6 shows the results of examining the change in offset voltage in relation to temperature elapsed time.
第6図の結果によると、資料サンプルAは圧電セラミッ
クを逆向きの分極軸方向に直列に2枚はり合わせてなる
従来のタイプのものを検知用と駆動用にそれぞれ用いて
作成した比較のためのものである。According to the results shown in Figure 6, sample A is a conventional type of piezoelectric ceramic made by bonding two pieces of piezoelectric ceramic in series with opposite polarization axes for detection and drive. belongs to.
資料サンプルBは検知用圧電バイモルフ素子1.2を用
いた音叉構造の角速度センサであり、資料サンプルCは
駆動用圧電バイモルフ素子3゜4を用いた角速度センサ
である。そして、サンプルDは検知用圧電バイモルフ1
,2と駆動用圧電バイモルフ素子3.4を同時に用いた
角速度センサである。すなわち、検知用、または駆動用
圧電バイモルフ素子のいずれかを用いたことによって、
角速度センサのオフセット出力電圧の変化値が小さくな
っていることが第6図よりわかる。すなわち、センサ外
周部に温度変化を与えたとき、オフセット電圧の変動が
小さいことが大きな特徴である角速度センサが実現でき
る。Material sample B is an angular velocity sensor with a tuning fork structure using piezoelectric bimorph elements 1.2 for detection, and material sample C is an angular velocity sensor using piezoelectric bimorph elements 3.4 for driving. Sample D is piezoelectric bimorph 1 for detection.
, 2 and a driving piezoelectric bimorph element 3.4 at the same time. In other words, by using either a sensing or driving piezoelectric bimorph element,
It can be seen from FIG. 6 that the change value of the offset output voltage of the angular velocity sensor has become smaller. In other words, it is possible to realize an angular velocity sensor whose major feature is that the variation in offset voltage is small when a temperature change is applied to the outer circumference of the sensor.
発明の効果
以上の説明より明らかなように本発明によれば、センサ
外周部に温度変化を与えた場合、圧電バイモルフ素子を
含めた音叉構造体は、センサ外周部からの熱伝導により
発生する圧電材料特有の焦電効果によって引き起こると
ころのセンサのオフセット電圧変動を、大きく低減され
ると言う効果が得られた。また、本発明による焦電効果
をキャンセルするための導電性電極による電気接続と同
様な方法で片持支持部側で中間電極とバイモルフ素子外
側画電極の片方の一部を分割した小電極と電気接続した
端子をリード電極端子として取り出し、駆動用圧電バイ
モルフ素子の駆動電極とすることができるため、圧電バ
イモルフ素子の中心に対して振動振幅のアンバランスが
なく安定した振動を得ることができるとともに、低い電
圧で駆動できるので、その結果、圧電バイモルフ素子の
不要振動によって生じるオフセット電圧のドリフト変動
も除去できる効果が得られる。Effects of the Invention As is clear from the above explanation, according to the present invention, when a temperature change is applied to the outer circumferential portion of the sensor, the tuning fork structure including the piezoelectric bimorph element generates piezoelectricity due to heat conduction from the outer circumferential portion of the sensor. The effect was that offset voltage fluctuations in the sensor caused by the pyroelectric effect unique to the material were significantly reduced. In addition, in the same way as the electrical connection using a conductive electrode for canceling the pyroelectric effect according to the present invention, a small electrode and an electrical connection are made by dividing one part of the intermediate electrode and the outer picture electrode of the bimorph element on the cantilever support side. Since the connected terminal can be taken out as a lead electrode terminal and used as the drive electrode of the piezoelectric bimorph element for driving, it is possible to obtain stable vibration without imbalance of vibration amplitude with respect to the center of the piezoelectric bimorph element. Since the piezoelectric bimorph element can be driven with a low voltage, it is possible to eliminate drift fluctuations in the offset voltage caused by unnecessary vibrations of the piezoelectric bimorph element.
第1図は本発明の一実施例の角速度センサの一部を破断
して示す斜視図、第2図(al、 lblは同実施例に
用いる圧電バイモルフ素子の製造過程を示す斜口は周囲
温度を変化させたときの角速度センサのオフセット電圧
の経過時間ごとの変化を示すグラフ、第7図は従来の角
速度センサの件播看埼駆動回路のブロック図である。
1.2・・・・・・検知用圧電バイモルフ素子、3.4
・・・・・・駆動用圧電バイモルフ素子、5.6・・・
・・・絶縁体ジヨイント(第1の接合部材)、7・・・
・・・導電体接合部材(第2の接合部材)、1a、1c
・・・・・・電極、le、Ig、lh、lj・・・・・
・導通電極。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. A graph showing changes in the offset voltage of the angular velocity sensor over time when the angular velocity sensor is changed. Fig. 7 is a block diagram of the conventional angular velocity sensor drive circuit. 1.2...・Piezoelectric bimorph element for detection, 3.4
...Piezoelectric bimorph element for driving, 5.6...
...Insulator joint (first joining member), 7...
... Conductor bonding member (second bonding member), 1a, 1c
... Electrode, le, Ig, lh, lj...
・Conducting electrode.
Claims (3)
ルフ素子と、前記駆動用圧電バイモルフ素子と前記検知
用圧電バイモルフ素子を振動方向が直交するよう積み上
げ接合する第1の接合部材と、前記接合された素子の一
対を音叉構造に接合する第2の接合部材とを具備し、前
記駆動用圧電バイモルフ素子と前記検知用圧電バイモル
フ素子の少なくともいずれか一方が圧電体を同一分極方
向で中間電極を介して2枚貼り合わせた圧電バイモルフ
素子であるとともに、前記2枚貼り合わせた圧電バイモ
ルフ素子の両側電極を電気的に接続した構成である角速
度センサ。(1) A driving piezoelectric bimorph element, a sensing piezoelectric bimorph element, a first joining member for stacking and joining the driving piezoelectric bimorph element and the sensing piezoelectric bimorph element so that their vibration directions are orthogonal; a second joining member that joins the pair of elements to the tuning fork structure, and at least one of the driving piezoelectric bimorph element and the sensing piezoelectric bimorph element connects the piezoelectric body in the same polarization direction through an intermediate electrode. An angular velocity sensor which is a piezoelectric bimorph element made by bonding two piezoelectric bimorph elements together, and in which electrodes on both sides of the two piezoelectric bimorph elements are electrically connected.
フ素子の両側電極を、導電性膜電極により電気的に接続
した請求項1記載の角速度センサ。(2) The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the electrodes on both sides of the drive piezoelectric bimorph element and the detection piezoelectric bimorph element are electrically connected by a conductive membrane electrode.
ルフ素子と、前記駆動用圧電バイモルフ素子と前記検知
用圧電バイモルフ素子を振動方向が直交するよう積み上
げ接合する第1の接合部材と、前記接合された素子の一
対を音叉構造に接合する第2の接合部材とを具備し、前
記駆動用圧電バイモルフ素子と前記検知用圧電バイモル
フ素子の少なくともいずれか一方は、圧電バイモルフ素
子の両側電極のいずれか一方の電極の一部に電気的に切
り離した小電極を有し、かつ前記小電極と前記圧電バイ
モルフ素子の中間電極を導電性膜電極により電気的に接
続し、前記導電性膜電極を前記圧電バイモルフ素子の入
出用電極とした角速度センサ。(3) a driving piezoelectric bimorph element, a sensing piezoelectric bimorph element, a first joining member for stacking and joining the driving piezoelectric bimorph element and the sensing piezoelectric bimorph element so that their vibration directions are perpendicular; a second joining member that joins the pair of the piezoelectric bimorph elements to the tuning fork structure, and at least one of the driving piezoelectric bimorph element and the sensing piezoelectric bimorph element is connected to one of the electrodes on both sides of the piezoelectric bimorph element. a small electrode electrically separated from a part of the electrode, and the small electrode and the intermediate electrode of the piezoelectric bimorph element are electrically connected by a conductive membrane electrode, and the conductive membrane electrode is connected to the piezoelectric bimorph element. Angular velocity sensor used as input and output electrodes of the element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2049757A JPH03251718A (en) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | Angular velocity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2049757A JPH03251718A (en) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | Angular velocity sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH03251718A true JPH03251718A (en) | 1991-11-11 |
Family
ID=12840061
Family Applications (1)
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JP2049757A Pending JPH03251718A (en) | 1990-03-01 | 1990-03-01 | Angular velocity sensor |
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Country | Link |
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JP (1) | JPH03251718A (en) |
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1990
- 1990-03-01 JP JP2049757A patent/JPH03251718A/en active Pending
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