JPH03269316A - 振動ジャイロ - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、回転角速度を検出するものであって、特に振
動の変化を検出して回転角速度を検出する振動ジャイロ
に関する。

（従来の技術） この種の振動ジャイロの従来例を第２図に示す。

四角柱状をなす振動体］は、金属等の弾性相からなるも
ので、上部及び下部の２箇所で夫々支持棒２及び３によ
り固定支持されている。そして、振動体１において、側
面１ａ及びこれと隣接する側面１ｂには長方形状の圧電
素子４及び５が貼付されており、圧電素子４は交流電源
６により所定周波数の交流電圧が印加されるようになっ
ていると共に、圧電素子５は振動体１の圧電素子５と垂
直方向の振動成分を検出して電圧信号として出力するよ
うになっている。ここで、振動体１において、その長手
方向を２軸、側面１ａと垂直な方向を、軸、そして側面
１ｂと垂直な方向をｙ軸とするこのような構成において
、圧電素子４に交流電源６により所定周波数の交流電圧
を印加すると、振動体１は支持棒２及び３の部分を節と
してＸ軸方向に励振された状態となる。いま、この励振
状態においては、振動体１はｙ軸方向の振動成分を持た
ないため、圧電素子５からは電圧信号が出力されていな
い。そして、このような励振状態において、振動体１が
２軸の周りに回転角速度Ωで回転されると、周知のよう
に、見かけ上の力としてコリオリの力が働き、励振の周
波数と同じ周波数でｙ軸方向の振動が発生する。この振
動により、圧電素子５には検出方向への応力が加わり、
従って、その応力に比例した振幅値を有する電圧信号が
発生する。そして、このような電圧信号の振幅値は、回
転角速度Ωに略比例することが分かっているので、これ
を検出することにより、回転角速度Ωが測定できるので
ある。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような従来構成の振動ジャイロに
おいては、回転角速度Ωが大きくなってそれに伴うｙ軸
方向の振動の振幅が大きくなると、両者の値は比例関係
から外れてくるため、圧電素子５からの電圧信号の振幅
値も回転角速度Ωの大きさと比例しなくなってしまう不
具合があった。

また、振動体１は、回転角速度Ωがゼロになってからも
その慣性により振動し続けるため、応答速度が悪くなる
という不具合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、回転角速度が大きい場合でも、これを精度良く検出
することができると共に、応答速度を向上させることが
できる振動ジャイロを提供するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の振動ジャイロは、弾性部材からなる柱状の振動
体、及びこの振動体をその長手方向に垂直な方向に振動
させる励振手段、並びに前記振動体の長手方向に垂直な
方向で且つ前記励振手段による振動方向に垂直な方向の
振動を検出する検出手段を備えたものであって、前記検
出手段の検出信号に基づいて前記振動体の長手方向を回
転中心とした回転成分を回転角速度として検出するもの
を対象とし、前記検出手段の検出信号を増幅する増幅手
段、及びこの増幅手段からの出力に基づいて前記検出手
段の検出方向の振動を打消すように励振する割振手段を
設け、前記制振手段の動作状態における前記増幅手段か
らの出力に基づいて前記振動体の前記回転角速度を検出
するところに特徴を有する。

（作用） 本発明の振動ジャイロによれば、励振手段が振動体に所
定の振動を与えた励振状態となっているときに、振動体
にその長手方向を回転中心とした回転成分が与えられる
と、その回転角速度に比例した所謂コリオリの力が発生
して検出手段の検出方向に対する振動が発生する。そし
て、このときの検出手段からの検出信号は増幅手段によ
り増幅され、その出力に基づいて制振手段はコリオリの
力により生じた振動を打ち消すように励振するようにな
る。これにより１．検出手段の検出方向への振動は抑制
され、振動体は励振状態と同様の状態となる。そして、
この状態を保持するためには回転角速度が大きくなる程
これに比例して増幅手段からの出力が大きくなる。従っ
て、そのときの増幅手段からの出力を測定することによ
り対応する回転角速度が得られる。

また、この場合に、振動体は常に励振状態と同じ状態に
制御されることになるため、振動体の慣性を考慮する必
要がなくなる。つまり、増幅手段からの出力信号を検出
することになるので、回転角速度が大きい場合でも精度
良く測定できると共に応答特性も向上するのである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について、第１図を参照しなが
ら説明する。

振動体１１は、四角柱状をなす金属などの弥性材からな
り、その上部及び下部は夫々支持棒１２及び１３により
固定支持されている。この振動体１１において、側面１
１ａには励振手段たる励振用圧電素子１４が貼付され、
側面１１ａと隣接する側面１１ｂには検出手段たる検出
用圧電素子１５が貼付され、さらに、側面１１ｂと対向
する側面１１Ｃには制振手段たる制振用圧電素子１６が
貼付されている。そして、励振用圧電素子１４の入力端
子には所定周波数の交流電源１７が接続され、振動体１
１を励振するようになっている。検出用圧電素子１５は
、その貼付面に対して垂直方向の振動成分を検出して電
圧信号として出力するようになっている。そして、制振
用圧電素子１６は貼付面に垂直な方向に振動体１］を励
振するようになっている。

さて、上記検出用圧電索子１５の出力端子は増幅手段た
るオペアンプ１８を介して制振用圧電素子１６の入力端
子に接続されている。オペアンプ１８は増幅率が極めて
大きく、検出用圧電素子１５の電圧出力はオペアンプ１
８により反転増幅されて、制振用圧電素子１６に与えら
れるようになっている。つまり、検出用圧電素子１５と
制振用圧電素子１６との間でオペアンプ１８は負帰還増
幅回路としての役割を果たしている。

次に、本実施例の作用について説明する。尚、ここでは
振動体１１に対して次のように座標軸を取って説明する
。即ち、図示のように、振動体１１の長手方向を２軸、
励振用圧電素子１４の励振方向をＸ軸、検出用圧電素子
１５の検出方向或は制振用圧電素子１６の励振方向をｙ
軸とする。

まず、励振用圧電素子１４には交流電源１７から所定周
波数の交流電圧が印加され、これにより、振動体１１は
支持棒１２及び１３の部分を節としてＸ軸方向に電源周
波数と同じ周波数で振動する励振状態となる。そして、
この励振状態では、振動体１］においてはｙ軸方向の振
動成分を持たないため、検出用圧電素子１５からの電圧
信号出力はない。

次に、このような励振状態において、振動体１１が２軸
の周りに（図中矢印Ａ）回転角速度Ωで回転されると、
周知のように、見かけ上の力としてコリオリの力が働き
、振動体１１はＸ方向の励振周波数と同じ周波数でｙ軸
方向に振動するようになる。これにより、検出用圧電素
子１５には検出方向に応力が加わることにより、その応
力に比例した振幅の電圧信号が発生する。そしてこの電
圧信号はオペアンプ１８に入力され、ここで反転増幅さ
れた電圧信号として制振用圧電素子１６に出力される。

これにより、制振用圧電素子１６は振動体１１を励振す
るが、このときｙ軸方向の振動をキャンセルするように
励振するので、結果的にｙ軸方向の振動を制止すること
になる。そして、このように振動体１１のｙ軸方向の振
動がキャンセルされた状態を保持するのに必要なオペア
ンプ１８からの出力は、振動体１１の回転角速度Ωに比
例しているので、これを検出出力とすることにより、振
動体１１をｙ軸方向に振動させた状態とすることなく回
転角速度Ωが検出可能となるのである。

尚、上記の原理は次に示すように、数式的に説明できる
。つまり、回転角速度Ωに対して、検出用圧電索子１５
の検出電圧をＡ１オペアンプ１８の増幅率をＧ、出力電
圧をＶとすると、次の関係が成立する。即ち、 Ａ−ａΩ／　（１＋ｂＧ）　　　−＝　（１）Ｖ＝ｃＧ
Ω／　（１＋ｄＧ）　　−（２）但し、ａ、ｂ、ｃ、ｄ
は定数 前述のように、オペアンプ１８の増幅率Ｇは極めて大き
いことから、上記２式は次のように近似できる。

Ａ−０・・・（１′） Ｖ＝　（ｃ／ｄ）Ω　　　　　　　（２′）この結果、
式（１′）により振動体１１のｙ軸方向の振動が略ゼロ
となり、式（２′）によりオペアンプ１８の出力電圧Ｖ
が回転角速度Ωに比例していることがわかる。

このような本実施例によれば、回転角速度Ωが作用して
いる状態でも、振動体１１の励振状態を保持させるよう
に、つまりｙ軸方向の振動を制止するように検出用圧電
素子１５の出力の基づいてオペアンプ１８を介して制振
用圧電素子１６により励振させるようにしたので、回転
角速度Ωが大きい場合でも振動体１１の慣性を考慮する
ことなく検出できると共に、応答速度も向上する。

尚、上記実施例においては、検出手段として圧電素子１
５を用いたがこれに限らず、振動の振幅に比例した出力
が得られるものであれば良い等、　０ 本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能で
ある。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明の振動ジャイロによれば、
増幅手段により、検出手段による振動検出の出力を増幅
し、その振動を打消すように制振手段を励振させるよう
にしたので、振動体が回転されたときにも検出手段の検
出方向における振動を抑制した状態で回転角速度を検出
することができ、従って、回転角速度が大きい場合でも
振動体の慣性による悪影響を受けることなく精度良く検
出できると共に、応答速度も向上するという優れた効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を実体的に示す概略的構成図
であり、第２図は従来例を示す第１図相当図である。 図面中、１１は振動体、１２及び１３は支持棒、］４は
励振用圧電素子（励振手段）、１５は検出用圧電素子（
検出手段）、１６は制振用圧電素子１ （制振手段）１７は交流電源、１８はオペアンプ（増幅
手段）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、弾性部材からなる柱状の振動体と、この振動体をそ
   の長手方向に垂直な方向に振動させる励振手段と、前記
   振動体の長手方向に垂直な方向で且つ前記励振手段によ
   る振動方向に垂直な方向の振動を検出する検出手段とを
   備え、前記検出手段の検出信号に基づいて前記振動体の
   長手方向を回転中心とした回転成分を回転角速度として
   検出する振動ジャイロにおいて、前記検出手段の検出信
   号を増幅する増幅手段と、この増幅手段からの出力に基
   づいて前記検出手段の検出方向の振動を打消すように励
   振する制振手段とを具備し、前記制振手段の動作状態に
   おける前記増幅手段からの出力に基づいて前記振動体の
   前記回転角速度を検出することを特徴とする振動ジャイ
   ロ。