JPH0516522B2 - - Google Patents

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JPH0516522B2
JPH0516522B2 JP20106984A JP20106984A JPH0516522B2 JP H0516522 B2 JPH0516522 B2 JP H0516522B2 JP 20106984 A JP20106984 A JP 20106984A JP 20106984 A JP20106984 A JP 20106984A JP H0516522 B2 JPH0516522 B2 JP H0516522B2
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JP
Japan
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piezoelectric
drive
detection
angular velocity
driving
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JP20106984A
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Japanese (ja)
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Naoki Hara
Kenji Kato
Shuichi Kosuge
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Denso Corp
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NipponDenso Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電振動型の角速度センサに関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piezoelectric vibration type angular velocity sensor.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来、音叉状の移動体に圧電体を貼り付けて振
動させる角速度センサが知られている。
Conventionally, an angular velocity sensor is known in which a piezoelectric body is attached to a tuning fork-shaped moving body and vibrated.

ここで、この種の角速度センサの1つであつ
て、発明者等が本発明案出前に開発した角速度セ
ンサ(非公知)について説明する。
Here, an angular velocity sensor (not known to the public), which is one of this type of angular velocity sensor and which was developed by the inventors before the invention was proposed, will be described.

このものの構成を説明すると、2枚の圧電体を
張り合わせた駆動用圧電バイモルフ1,1′(駆
動部)と、この駆動用圧電バイモルフ1,1′と
同様2枚の圧電体を張り合わせた検知用圧電バイ
モルフ2,2′(検知部)とが、接着剤3,3′に
てそれぞれ直交するように接着されている。ま
た、駆動用圧電バイモルフ1,1′の内側の圧電
体は金属端子4に接着、半田等で固定されてお
り、この金属端子4を介して接地されている。そ
して、駆動用圧電バイモルフ1,1′に交流駆動
電源5(自励発振方式のものでもよい)により交
流駆動電圧が印加されるようになつている。そし
て、駆動用圧電バイモルフ1,1′に交流駆動電
圧が印加された時、駆動用圧電バイモルフ1,
1′は、図の実線の矢印方向に、位相が180゜ずれ
て振動(対称振動)し、その振動時に、検知用圧
電バイモルフ2,2′の垂直方向に屈曲状態を検
出して、角速度を得るようにしている。すなわ
ち、測定軸Aの回りに角速度が生じると、コリオ
リの力によつて検知用圧電バイモルフ2,2′が
屈曲するため、その屈曲状態を検出して角速度を
得るようにしている。なお、駆動用圧電バイモル
フ1,1′における点線の矢印はそれぞれの圧電
体の分極方向を示しており、それぞれの駆動用圧
電バイモルフ1,1′における対応する圧電体
(内側と内側、外側と外側の圧電体)は分極方向
が逆になつている。このため、同一位相の交流駆
動電圧を印加することによりそれぞれの駆動用圧
電バイモルフは位相が180゜ずれて振動する。(な
お、駆動部における圧電体は2枚設けることなく
基板に1枚を張り合わせても上記と同様に180゜ず
らして振動させることができ、この場合は両者と
も基板に対して外側あるいは内側に対応させて張
り合わせる。)また、検知用圧電バイモルフ2,
2′における点線の矢印はそれぞれの圧電体の分
極方向を示しており、それぞれ逆の分極方向にな
つている。これは、ある角速度を受けたとき、駆
動用圧電バイモルフ1,1′が対称振動している
ために、検知用圧電バイモルフ2,2′も対称振
動することになり、それぞれの検知用圧電バイモ
ルフ2,2′からの検知信号の位相をあわせるよ
うにするためである。
To explain the structure of this device, there is a drive piezoelectric bimorph 1, 1' (drive part) made of two piezoelectric materials pasted together, and a sensing piezoelectric bimorph made of two piezoelectric materials pasted together like the drive piezoelectric bimorph 1, 1'. Piezoelectric bimorphs 2 and 2' (sensing parts) are adhered to each other with adhesives 3 and 3' so as to be perpendicular to each other. Further, the piezoelectric bodies inside the driving piezoelectric bimorphs 1, 1' are fixed to metal terminals 4 with adhesive, solder, etc., and are grounded via the metal terminals 4. An AC driving voltage is applied to the driving piezoelectric bimorphs 1, 1' by an AC driving power source 5 (a self-oscillation type one may be used). When an AC driving voltage is applied to the driving piezoelectric bimorphs 1, 1', the driving piezoelectric bimorphs 1, 1'
1' vibrates with a phase shift of 180° in the direction of the solid arrow in the figure (symmetrical vibration), and at the time of the vibration, detects the bending state of the detection piezoelectric bimorphs 2, 2' in the vertical direction and calculates the angular velocity. I'm trying to get it. That is, when an angular velocity occurs around the measurement axis A, the detection piezoelectric bimorphs 2, 2' are bent by the Coriolis force, so the angular velocity is obtained by detecting the bent state. Note that the dotted arrows in the driving piezoelectric bimorphs 1 and 1' indicate the polarization direction of each piezoelectric body, and the corresponding piezoelectric bodies (inside and inside, outside and outside) in each drive piezoelectric bimorph 1 and 1' piezoelectric materials) have opposite polarization directions. Therefore, by applying AC drive voltages of the same phase, each driving piezoelectric bimorph vibrates with a phase shift of 180°. (In addition, it is possible to vibrate by shifting 180 degrees in the same way as above even if the piezoelectric body in the drive part is not provided with two pieces but one piece is pasted on the board. In this case, both can be attached to the outside or inside of the board. ) Also, piezoelectric bimorph 2 for detection,
The dotted arrows at 2' indicate the polarization directions of the respective piezoelectric bodies, which are opposite to each other. This is because when receiving a certain angular velocity, the drive piezoelectric bimorphs 1 and 1' vibrate symmetrically, so the detection piezoelectric bimorphs 2 and 2' also vibrate symmetrically, and each detection piezoelectric bimorph 2 This is to match the phases of the detection signals from , 2'.

しかしながら、このものでは、接着剤3,3′
を通して駆動用圧電バイモルフ1,1′から検知
用圧電バイモルフ2,2′に駆動電圧が容易結合
にてもれるため、角速度検出信号に対して非常に
大きなオフセツト電圧が発生し、正確なる角速度
検出を行なうことができない。このことを詳述す
ると、第1図に示すものの等価回路は第2図に示
すようになり、駆動用圧電バイモルフ1,1′と
検知用圧電バイモルフ2,2′のそれぞれの間が
接着剤3,3′に起因する容量C3,C3′にて容量結
合される。従つて、交流駆動電源5より容量C3
C3′を通じて交流駆動電圧が検知側にもれ、その
もれた交流駆動電圧の位相がそれぞれ同じである
ため、その両者が合成されて出力端子a,b間に
大きなオフセツト電圧が発生する。
However, in this case, the adhesive 3, 3'
Because the drive voltage easily leaks from the drive piezoelectric bimorphs 1, 1' to the detection piezoelectric bimorphs 2, 2' through the coupling, a very large offset voltage is generated with respect to the angular velocity detection signal, making it difficult to accurately detect angular velocity. I can't do it. To explain this in detail, the equivalent circuit of the one shown in FIG. 1 is as shown in FIG. , 3' are capacitively coupled by capacitances C 3 and C 3 '. Therefore, from the AC drive power source 5, the capacity C 3 ,
The AC drive voltage leaks to the detection side through C 3 ', and since the phases of the leaked AC drive voltages are the same, both are combined and a large offset voltage is generated between the output terminals a and b.

〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上記問題に鑑みたもので、その目的と
するところは、駆動部と検知部との間の容量結合
によるオフセツト電圧の発生を防止して正確なる
角速度検出を行なうことができる角速度センサを
提供することにある。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to prevent the generation of offset voltage due to capacitive coupling between the driving part and the sensing part, and to improve accuracy. An object of the present invention is to provide an angular velocity sensor capable of detecting angular velocity.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は上記目的を達成するため、駆動用圧電
体を有する駆動部と、検知用圧電体を有する検知
部とを直交して結合した振動子を2組対称に配置
するとともに、それぞれの駆動用圧電体に交流駆
動電圧を印加するための交流駆動電源を備えた角
速度センサであつて、 一方の振動子に対し、前記交流駆動電源から前
記駆動用圧電体に交流駆動電圧を印加し、前記検
知用圧電体から検知信号を取り出す電気経路に、
入力信号の位相を180゜ずらす位相反転回路を設
け、 さらに、前記交流駆動電圧を前記それぞれの駆
動用圧電体に印加した時に、それぞれの駆動部が
対称振動するように、それぞれの駆動用圧電体の
分極方向を定め、かつ、前記それぞれの検知用圧
電体からの検知信号を合成して角速度を得るよう
に、それぞれの検知用圧電体の分極方向を定めた
ことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention symmetrically arranges two sets of vibrators in which a driving part having a piezoelectric body for driving and a detecting part having a piezoelectric body for sensing are orthogonally coupled, and An angular velocity sensor equipped with an AC drive power source for applying an AC drive voltage to a piezoelectric body, the AC drive voltage being applied from the AC drive power source to the drive piezoelectric body for one vibrator, and the detection In the electrical path for extracting the detection signal from the piezoelectric material,
A phase inversion circuit that shifts the phase of the input signal by 180° is provided, and the drive piezoelectric bodies are arranged so that when the AC drive voltage is applied to the respective drive piezoelectric bodies, the respective drive parts vibrate symmetrically. The polarization direction of each of the detection piezoelectric bodies is determined such that the polarization direction of each of the detection piezoelectric bodies is determined, and the detection signals from the respective detection piezoelectric bodies are synthesized to obtain an angular velocity.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明は上記のように、それぞれの振動子にお
ける駆動部と検知部の間の容量結合による交流駆
動電圧のもれを、位相反転回路の作用により相殺
するようにしているから、駆動部と検知部との間
の容量結合に起因するオフセツト電圧の発生を防
止して正確なる角速度検出を行なうことができる
という優れた効果がある。
As described above, in the present invention, leakage of AC drive voltage due to capacitive coupling between the drive section and the detection section in each vibrator is canceled out by the action of the phase inverting circuit, so that the drive section and the detection section are offset. This has the excellent effect of preventing the generation of offset voltage due to capacitive coupling between the two parts and allowing accurate angular velocity detection.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明を図に示す実施例について説明す
る。第3図はその一実施例を示す構成図であり、
第1図に示すものと駆動用電圧体1′における圧
電体の分極方向を逆にした(駆動用圧電体1おけ
るそれぞれの圧電体と対応する圧電体の分極方向
を同一方向とした)点、および位相反転回路6を
設けた点において異なつている。すなわち、駆動
用圧電バイモルフ1′に印加する交流駆動電圧と
駆動用圧電バイモル1′に印加する交流駆動電圧
とが互いに位相が180゜異なるように、位相反転回
路6を通して駆動用圧電バイモルフ1′に交流駆
動電圧を印加する。そして、上記交流駆動電圧を
印加しても図の実線の矢印に示すように位相が
180゜ずれて振動するよう、圧電バイモルフ1,
1′の分極方向を図の点線の矢印で示す方向とし
ている。
The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. FIG. 3 is a configuration diagram showing an example thereof,
The polarization direction of the piezoelectric body in the drive voltage body 1' is reversed from that shown in FIG. The difference is that a phase inversion circuit 6 is provided. That is, the AC driving voltage applied to the driving piezoelectric bimorph 1' is applied to the driving piezoelectric bimorph 1' through the phase inversion circuit 6 so that the phases of the AC driving voltage applied to the driving piezoelectric bimorph 1' are 180 degrees different from each other. Apply AC drive voltage. Even when the above AC drive voltage is applied, the phase remains unchanged as shown by the solid arrow in the figure.
A piezoelectric bimorph 1,
The polarization direction of 1' is shown by the dotted arrow in the figure.

従つて、上記構成によれば、圧電バイモルフ
1′における圧電体の分極方向を第1図に示すも
のと逆にするとともに、この圧電バイモルフ1′
に位相を180゜ずらす位相反転回路6を介して交流
駆動電圧を印加するようにしているから、圧電バ
イモルフ1,1′は第1図に示すものと同様に位
相が180゜ずれて振動する。
Therefore, according to the above configuration, the polarization direction of the piezoelectric material in the piezoelectric bimorph 1' is reversed to that shown in FIG.
Since the alternating current drive voltage is applied through the phase inversion circuit 6 which shifts the phase by 180 degrees, the piezoelectric bimorphs 1 and 1' vibrate with a phase shift of 180 degrees, similar to that shown in FIG.

また、このものの等価回路は第4図に示すもの
のようになる。ここで、結合容量C3,C3′を介し
て検知部にもれる交流駆動電圧は、位相反転回路
6を設けたことにより位相が180゜ずれたものにな
り、それを合成することにより、それらが相殺さ
れて出力端子a,b間に生じるオフセツト電圧を
著しく小さくすることができる。なお、位相反転
回路6としては、第5図に示すように、オペアン
プを用いた反転増幅器を用いることができる。
The equivalent circuit of this device is as shown in FIG. Here, the AC drive voltage leaking to the detection unit via the coupling capacitances C 3 and C 3 ' has a phase shift of 180° due to the provision of the phase inversion circuit 6, and by combining them, These cancel each other out, and the offset voltage generated between output terminals a and b can be significantly reduced. Note that as the phase inverting circuit 6, as shown in FIG. 5, an inverting amplifier using an operational amplifier can be used.

なお、上記実施例では、位相反転回路6を交流
駆動電源5と駆動用電圧バイモルフ1′の間に設
けるものを示したが、第6図に示すように検知用
電圧バイモルフ2′の出力側に設けるようにして
もよい。この場合、第1図に示すものに対し検知
用圧電バイモルフ2′の分極方向を逆にする必要
がある。
In the above embodiment, the phase inversion circuit 6 is provided between the AC drive power source 5 and the drive voltage bimorph 1', but as shown in FIG. It may also be provided. In this case, it is necessary to reverse the polarization direction of the detection piezoelectric bimorph 2' with respect to that shown in FIG.

また、第3図、第4図に示す実施例において、
検知用圧電バイモルフ2,2′の電気的出力を並
列接続するものを示したが、直列接続して角速度
検出信号を得るようにしてもよい。
Furthermore, in the embodiments shown in FIGS. 3 and 4,
Although the electrical outputs of the detection piezoelectric bimorphs 2 and 2' are connected in parallel, they may be connected in series to obtain an angular velocity detection signal.

また、第7図に示すように、それぞれの振動子
を金属板7,7′にて一体的に形成し、その金属
板7,7′の上に駆動用圧電体8,8′および検知
用圧電体9,9′を設け、金属板7,7′を金属端
子4を介して接地するようにしてもよい。このも
のにおいても駆動用圧電体8,8′と検知用圧電
体9,9′の間に空気等を媒体とした結合容量が
存在する。この場合、駆動用圧電体8,8′およ
び検知用圧電体9,9′を金属板7,7′の片側の
みならず反対側にも設けてその2枚の圧電体にて
駆動あるいは検知を行なうようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 7, each vibrator is integrally formed with metal plates 7, 7', and piezoelectric bodies 8, 8' for driving and piezoelectric bodies 8' for detection are placed on the metal plates 7, 7'. The piezoelectric bodies 9, 9' may be provided and the metal plates 7, 7' may be grounded via the metal terminals 4. In this case as well, there is a coupling capacitance using air or the like as a medium between the drive piezoelectric bodies 8, 8' and the detection piezoelectric bodies 9, 9'. In this case, the drive piezoelectric bodies 8, 8' and the detection piezoelectric bodies 9, 9' are provided not only on one side of the metal plates 7, 7' but also on the opposite side, and the two piezoelectric bodies are used for driving or sensing. You may do so.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明案出前に発明者等が開発した角
速度センサの構成図、第2図は第1図に示すもの
等価回路図、第3図は本発明に係る角速度センサ
の構成図、第4図は第3図に示すものの等価回路
図、第5図は位相反転回路の電気結線図、第6図
は他の実施例を示す等価回路図、第7図はさらに
他の実施例を示す構成図である。 1,1′……駆動用圧電バイモルフ、2,2′…
…検知用圧電バイモルフ、5……交流駆動用電
源、6……位相反転回路。
Fig. 1 is a block diagram of an angular velocity sensor developed by the inventors before the invention was proposed, Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of the one shown in Fig. 1, and Fig. 3 is a block diagram of an angular velocity sensor according to the present invention. Fig. 4 is an equivalent circuit diagram of the one shown in Fig. 3, Fig. 5 is an electrical wiring diagram of a phase inverting circuit, Fig. 6 is an equivalent circuit diagram showing another embodiment, and Fig. 7 is a still further embodiment. FIG. 1, 1'... Drive piezoelectric bimorph, 2, 2'...
...Piezoelectric bimorph for detection, 5...Power source for AC drive, 6...Phase inversion circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 駆動用圧電体を有する駆動部と、検知用圧電
体を有する検知部とを直交して結合した振動子を
2組対称に配置するとともに、それぞれの駆動用
圧電体に交流駆動電圧を印加するための交流駆動
電源を備えた角速度センサであつて、 一方の振動子に対し、前記交流駆動電源から前
記駆動用圧電体に交流駆動電圧を印加し、前記検
知用圧電体から検知信号を取り出す電気経路に、
入力信号の位相を180゜ずらす位相反転回路を設
け、 さらに、前記交流駆動電圧を前記それぞれの駆
動用圧電体に印加した時に、それぞれの駆動部が
対称振動するように、それぞれの駆動用圧電体の
分極方向を定め、かつ、前記それぞれの検知用圧
電体からの検知信号を合成して角速度を得るよう
に、それぞれの検知用圧電体の分極方向を定めた
ことを特徴とする角速度センサ。 2 前記位相反転回路が、前記交流駆動電源と一
方の振動子における駆動用圧電体の間に設けられ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の角速度センサ。 3 前記位相反転回路が、前記一方の振動子にお
ける検知用圧電体の検知信号の出力部分に設けら
れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の角速度センサ。
[Scope of Claims] 1. Two sets of vibrators are arranged symmetrically, in which a driving part having a driving piezoelectric body and a detecting part having a detecting piezoelectric body are orthogonally coupled, and An angular velocity sensor equipped with an AC drive power supply for applying an AC drive voltage, the AC drive voltage being applied to one of the vibrators from the AC drive power supply to the drive piezoelectric body, and the detection piezoelectric body In the electrical path that extracts the detection signal from
A phase inversion circuit that shifts the phase of the input signal by 180° is provided, and the drive piezoelectric bodies are arranged so that when the AC drive voltage is applied to the respective drive piezoelectric bodies, the respective drive parts vibrate symmetrically. An angular velocity sensor characterized in that the polarization direction of each of the detection piezoelectric bodies is determined so that the polarization direction of each of the detection piezoelectric bodies is determined, and the detection signals from the respective detection piezoelectric bodies are synthesized to obtain an angular velocity. 2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the phase inversion circuit is provided between the AC drive power source and a driving piezoelectric body in one of the vibrators. 3. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the phase inversion circuit is provided at an output portion of the detection signal of the detection piezoelectric body in the one vibrator.
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