JPH05312577A

JPH05312577A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH05312577A
Application number: JP4143222A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Horikawa; 俊朗堀川; Shingo Kuroki; 真吾黒木
Original assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Corp; Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1993-11-22

Abstract

(57)【要約】【構成】ベース１２に立設された振動手段１４と、前
記振動手段１４に近接して配置され、磁力により振動手
段にＸ軸方向の振動力を印加する加振手段１６と、前記
振動手段１４のＹ軸方向への変位を検出する変位検出手
段１８と、前記変位検出手段１８のＹ軸方向への変位量
より、角速度を演算する角速度演算手段４６と、前記振
動手段１４の振動波を検出する振動波検出手段３０と、
前記振動波検出手段３０により検出された振動波に同期
して前記加振手段１６を駆動させる加振制御手段３２
と、を備えたことを特徴とする振動ジャイロ。【効果】振動手段を非接触で加振することとしたの
で、簡単な構成で極めて正確な角速度検出を行なうこと
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動ジャイロ、特に振動
手段の振動方向と直交する方向に働くコリオリの力より
角速度を求める振動ジャイロの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来ジャイロは船舶、航空機等の特殊な
用途に用いられているのみであったが、近年では自家用
自動車等のナビゲーションシステム、或いは軌道を要し
ない自走ロボット等にも使用されるようになっている。
これらのシステムは、ジャイロの出力を積分して方位を
決定し、且つ移動速度を積分して移動距離を求め、方位
及び移動距離に基づいて現在位置を把握するものであ
り、ジャイロの僅かな誤差も累積されてしまう。このた
め、これらの分野で用いられるジャイロには、極めて高
い角速度検出機能と共に、小型、低価格、高い耐久性等
のきびしい条件が要求されており、その要求に応えるジ
ャイロの開発が急務である。

【０００３】ジャイロとしては従来より各種の原理に基
づくものが開発されているが、角速度検出感度の高さ等
からいわゆる振動ジャイロ或いは音叉ジャイロが注目さ
れている（特公平２−５７２４７号公報等）。この振動
ジャイロは、振動している物体に回転角速度を加える
と、その振動と直角方向にコリオリの力が働く現象を応
用したものである。そして、一般には振動子に圧電素子
等を貼り合わせ、駆動用圧電素子に周期的に電圧を印加
することにより振動子を一定方向に振動させると共に、
該振動子の振動方向と直交する方向への変位量を別個の
検出用圧電素子により検出している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、振動ジャイ
ロ自体の理論的な角速度検出機構は極めて優れたもので
あるが、駆動用或いは検出用圧電素子の規格の調整、貼
り合わせ精度、或いはヒステレシス特性等により、振動
制御あるいは変位検出に大きな影響を与え、精度の高い
振動ジャイロを安価且つ大量に得ることは困難であっ
た。本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は構成が簡単かつ小型でしかも角速度検
出感度、精度の高い振動ジャイロを提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明にかかる振動ジャイロは、振動手段と、加振手
段と、変位検出手段と、角速度演算手段と、振動波検出
手段と、加振制御手段とを含む。そして、振動手段はベ
ースに立設されている。加振手段は、前記振動手段に近
接して配置され、磁力により振動手段にＸ軸方向の振動
力を印加する。変位検出検出手段は、前記振動手段のＹ
軸方向への変位を検出する。角速度演算手段は、前記変
位検出手段のＹ軸方向への変位量より、角速度を演算す
る。振動波検出手段は、前記振動手段の振動波を検出す
る。加振制御手段は、前記振動波検出手段により検出さ
れた振動波に同期して前記加振手段を駆動させる。

【０００６】

【作用】本発明にかかる振動ジャイロは前述した手段を
有するので、振動手段はその共振周波数で振動し、かつ
振動波検出手段により該振動手段の共振状態での振動波
を検出し、加振制御手段により前記振動手段をその共振
周波数で加振させる。従って、振動手段は常にその共振
周波数で振動し、且つその振幅を一定に制御することが
出来る。

【０００７】この状態で角速度ωが入力されると、角速
度ωに対応したコリオリの力ＦｃがＹ軸方向に発生し、
前記振動手段はＹ軸方向にも振動する。このため、入力
角速度ωに対応したコリオリの力Ｆｃにより発生するＹ
軸方向の変位を変位検出手段で検出することで、角速度
演算手段は入力角速度ωを出力することが可能となる。
このように本発明にかかる振動ジャイロは、振動手段自
体には駆動用圧電素子等が貼着されず、振動に影響を与
えない。このため、極めて正確な角速度検出を行なうこ
とができる。

【０００８】

【実施例】以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を
説明する。図１には本発明の一実施例にかかる振動ジャ
イロが示されており、同図（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は
正面断面図である。同図に示す振動ジャイロ１０は、ベ
ース１２と、該ベース１２に立設した振動手段としての
振動子１４と、振動子１４を振動させる加振手段１６
と、光電型エンコーダよりなる変位検出手段１８とを備
える。そして、ベース１２には筒状のハウジング２０が
設置され、該ハウジング２０はその上端で変位検出手段
１８を支持している。

【０００９】前記振動子１４は丸棒状に形成され、Ｘ方
向及びＹ方向の共振周波数は略同一である。そして、振
動子１４の上端には可動スケール２２が設けられてい
る。また、加振手段１６は、ドーナツ状に形成された磁
石板２４と、前記振動子１４の軸芯と同軸上に軸芯を有
するように円筒状に巻回された励振コイル２６とを有し
ている。そして、前記ドーナツ状の磁石板２４は、その
中央の穴が振動子１４の先端側に嵌合されている。ま
た、前記円筒状の励振コイル２６は、その中央部内面が
前記ドーナツ状の磁石板２４の外周と近接するように配
置され、ハウジング２０の内壁に固定されたコイルボビ
ン２８に巻回している。

【００１０】さらに、前記振動子１４に嵌合された磁石
板２４は、該磁石板２４の平面断面図である図２に示す
ように振動子１４の軸芯を通るＹ軸によってＮ極とＳ極
とに分れている。本実施例にかかる振動ジャイロ１０は
概略以上のように構成され、次に図３〜図５により本発
明の加振手段１６及び角速度の検出機構を説明する。ま
ず、図３に示す励振コイル２６を所定の周期の正弦波で
励磁させると（図４（Ａ））、励振コイル２６の軸芯、
即ち振動子１４の軸芯と平行に磁界が発生する。そし
て、前記磁界の極の方向は、励振コイル２６に流す電流
の方向によって決定される。即ち、図３に示す励振コイ
ル２６の巻始め側から巻終り側へと順方向に電流を流す
と、励振コイル２６の図中上側にＮ極が、下側にＳ極が
発生する。又、逆に励振コイル２６の巻終り側から巻始
め側へと逆方向に電流を流すと、励振コイル２６の図中
上側にＳ極が、下側にＮ極が発生する。

【００１１】そして、図３に示すように磁石板２４の例
えば図中右側にＮ極、左側にＳ極が位置した場合、前記
励振コイル２６に順方向の電流を流すと、前述したよう
に図中上側にＮ極が、下側にＳ極が発生するため、磁石
板２４のＳ極である左側には上側に引上げる力が、逆に
Ｎ極である右側には下側に押し下げる力が夫々発生す
る。また、励振コイル２６に逆方向の電流を流すと、前
述したように発生する磁界の極の方向が反対となるた
め、磁石板２４のＳ極である左側には下側に押し下げら
れ力が、Ｎ極である右側には上側に引上げる力が発生す
る。

【００１２】このため、前記磁石板２４に発生する上側
に引上げられる力を＋Ｆｍ、下側に押し下げられる力を
−Ｆｍとし、振動子１４の軸芯からドーナツ状磁石部２
４の幅の中心点までの距離をｌとすると、振動子１４
は、Ｍ＝２Ｆｍｌ（Ｍ：曲げモーメント）の曲げモーメントを受けることとなる。従って、図４
（Ａ）に示すように振動子１４の共振状態での振動波に
同期して、図３に示す励振コイル２６の巻始め側から巻
終り側へと順方向に、次に巻終り側から巻始め側へと逆
方向に、交互に励振コイル２６へ電流を流すことによっ
て発生する、前記曲げモーメントにより振動子１４が加
振されることとなる（図４（Ｂ））。

【００１３】以上のように励振コイル２６へ電流を流す
ことによって振動子１４を加振させ、さらに励磁周期を
調整し、振動子１４の共振周波数ｆでＸ軸方向に振動さ
せる。そして、前記強制振動させている振動子１４に例
えば既知の角速度ω_aを入力し、励振コイルの出力波形
と、コリオリの力により発生するＹ軸方向の振幅の波形
を比較し、共振周波数ｆや励振コイルの出力を微調整
し、振動速度Ｖ_xが一定の大きさになるようにする（図
４（Ｃ））。これに対し、未知の角速度ωが入力される
と、角速度ωに対応するコリオリの力ＦｃがＹ軸方向に
発生する（図４（Ｄ））。前述したように振動子１４の
共振周波数ｆは、Ｘ軸，Ｙ軸方向ともに同じであるか
ら、振動子はＹ軸方向にも振動する。

【００１４】この結果、Ｙ軸方向への振動の振幅を測定
することにより、コリオリの力、すなわち角速度ωを検
出することができるのである。次に前記振動子１４のＸ
軸方向の振動を制御するための振動制御について説明す
る。前述したように、角速度ωが加わると、振動子１４
は図５に示すような軌跡を描く。一方、角速度ωはＹ軸
方向の速度Ｖｙ（速度最大点＝Ｙ軸振幅がゼロになる
点）に比例する。また、Ｖｙは、Ｖｘ（Ｘ軸方向速度）
にも比例するため、Ｖｘを一定に制御すれば角速度ωは
Ｖｙの変化のみに比例することとなる。ここで、振動子
１４の原点からの距離Ｘ及び速度Ｖｘはそれぞれ次の数
１により示される。

【数１】Ｘ＝Ｐｘ・ｓｉｎ２πｆ・ｔＶｘ＝ｄＸ／ｄｔ＝２πｆ・Ｐｘ・ｃｏｓ２πｆ・ｔなお、Ｐｘ：最大振幅，ｆ：周波数，ｔ：時間である。
前記数１より、最大速度はｃｏｓ２πｆ・ｔ＝１又は−
１の時に、Ｖｘ＝２πｆ・Ｐｘとなる。

【００１５】ここで、振動子１４をその共振周波数ｆで
振動させ、かつ振幅Ｐｘが常に一定になるように制御す
る必要がある。そこで本実施例においては、図６に示す
ように振動波検出手段３０及び加振制御手段３２を設け
ており、該振動波検出手段３０としてＸ−Ｙエンコーダ
１８のＸ方向検出部１８ａ、Ｘ軸プリアンプ３４、Ｘ軸
カウンタ３６を、また加振制御手段３２としてＤ／Ａ変
換器３８、移相器４０、自動制御利得回路（ＡＧＣ）４
２及び増幅器４４を備えている。

【００１６】そして、振動波検出手段３０は、振動子１
４の共振状態での振動波としてＸ軸方向変位を検出する
ために、Ｘ−Ｙエンコーダ１８の出力をＸ軸プリアンプ
３４にて増幅し、Ｘ軸カウンタ３６により変位量を数値
化する。この数値は振動子１４の振動に応じているの
で、正弦波状に変化している。すなわち、この振動子１
４のＸ軸方向の変位は正弦波的変位を行っているのであ
る。この振動子１４のＸ軸の正弦波信号は、本実施例に
おいてカウンタ出力なので、刻々の数値の変化として出
力されるが、一方は加振制御手段３２へ送られ、他方は
角速度ωの演算用に角速度演算手段４６へ係数Ａとして
送られる。

【００１７】また、Ｘ軸カウンタ３６の出力は加振制御
手段３２へ送られると、まずＤ／Ａ変換器３８に入力さ
れ、数値の変化の信号がアナログ信号に変換され、正弦
波信号となる。この正弦波信号は移相器４０によって適
正な位相に変移され、振動子１４を振動させる同期と必
要な大きさを得るため増幅器４４に入力される。また、
Ｄ／Ａ変換器３８の出力は、ＡＧＣ４２にも入力され、
この正弦波の振幅を検出して振動子１４の加振に必要な
利得を増幅器４４に指示する。そして、増幅器４４は所
望の加振利得で、且つ振動子１４の共振状態に同期し
て、前記加振手段１６に加振制御が行われる。

【００１８】また、本実施例にかかる角速度演算手段５
２は、Ｙ軸変位検出手段４６から得られるＹ軸変位量の
数値を用いる。このために本実施例にかかるＹ軸変位検
出手段４６は、Ｙ軸方向変位を検出するためにＸ−Ｙエ
ンコーダ１８のＹ方向検出部１８ｂの出力をＹ軸プリア
ンプ４８にて増幅し、Ｙ軸カウンタ５０によりＹ軸方向
変位量を数値化する。この数値も振動子１４が振動して
いるので、コリオリの力Ｆｃによって生じたＹ軸変位も
同じ周期で振動していて、やはり正弦波状に変化してい
る。この角速度演算手段５２は、Ｙ軸変位検出回路４６
が出力する数値を刻々と取込み、そのピーク値の演算か
らＹ方向変位の振幅を得る。さらに、角速度ωはＹ方向
変位の振幅に比例するから、係数Ａを適当に調整し、乗
算することにより乗算値は角速度ωとなる。

【００１９】また、本実施例ではＸ軸カウンタ３６の出
力を係数Ａとして角速度演算手段５２へ入力し、補正を
行うようにしているので、より正確な角速度出力を行う
ことができる。さらに積分演算器により積分を行えば、
角度出力を得ることができる。以上のようにして本実施
例にかかる振動ジャイロによれば、振動子１４の共振状
態に同期して、該振動子１４の振幅が一定になるように
制御することができる。なお、本発明ではこのようにＹ
軸方向の振幅を測定することにより角速度ωを得ている
ので、例えば図７に示すように低周波外乱が重畳した場
合にもその影響を受けにくい。

【００２０】次に、図８〜図１２に基づき本発明の変位
検出手段１８について説明する。図８には本実施例にお
いて変位検出手段として用いられる光電型エンコーダの
基本構成を示す縦断面図が示されており、また図９には
図８IX−IX線での断面図が示されている。同図におい
て、光電型エンコーダ１８は可動スケール２２と固定ス
ケール６０を含み、両スケールの相対移動量を検出する
ものである。固定スケール６０の図８中上面には、一個
の発光素子６２及び八個の受光素子６４ａ，６４ｂ，…
６４ｈが配置されている。発光素子６２及び各受光素子
６４のリード線は、プリント基板６６に固定されてい
る。

【００２１】前記可動スケール２２には、図１０に示す
第一格子６８が設けられ、該第一格子６８はマトリック
ス状の長方形島状反射格子部７０₁₁，７０₁₂…７０_1n、
７０2₁，７０₂₂…７０_2n、…、７０_m1，７０_m2，…７０
_mnを含む反射式格子よりなる。格子部７０のＸ軸（列）
方向への並びはＹ軸に平行なピッチＰ₁の格子を構成
し、格子部７０のＹ軸（行）方向への並びはＸ軸に平行
なピッチＰ₁'の格子を構成する。一方、固定スケール６
０は、図１１から明らかなように、第二格子７２及び第
三格子７４ａ，７４ｂ，…７４ｈを備えている。そし
て、第二格子７２は前記発光素子６２に対応する各三角
形状の透過格子部７６ａ，７６ｂ，…７６ｄを含む透過
式格子よりなる。また第三格子７４ａ，７４ｂ，…７４
ｈはそれぞれ受光素子６４ａ，６４ｂ，…６４ｈに対応
する透過格子よりなる。このため、発光素子６２から出
光した光Ｌは第二格子部７６ａ，７６ｂ，…７６ｄを介
して第一格子６８に反射され、該反射光は第三格子７４
ａ，７４ｂ，…７４ｈを介して受光素子６４ａ，６４
ｂ，…６４ｈに受光される。

【００２２】以上のように、本実施例に用いられる光電
型エンコーダは、Ｘ方向への相対移動に対しては第二格
子部７６ａ，７６ｂ、第一格子部６８の列方向への並
び、第三格子部７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ、受光
素子６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６４ｄが、それぞれ三格
子型変位検出器として機能する。また、Ｙ方向への相対
移動に対しては第二格子部７６ｃ，７６ｄ、第一格子部
６８の行方向への並び、第三格子部７４ｅ，７４ｆ，７
４ｇ，７４ｈがそれぞれ三格子型変位検出器として機能
する。

【００２３】すなわち、三格子型変位検出器は図１２に
示すように３枚の格子の重なり合いの変化により変位量
を検出するものである(Journal of the optical societ
y ofAmerica, 1965, vol.55, No.4, p373-381)。図１２
に示す三格子型変位検出器は、平行配置された第二格子
７２及び第三格子７４と、両格子７２，７４の間に相対
移動可能に平行配置された第一格子６８と、前記第二格
子７２の図中左側に配置された発光素子６２と、前記第
三格子７４の図中右側に配置された受光素子６４と、を
含む。そして、発光素子６２から出射された光は第二格
子７２、第一格子６８、第三格子７４を介して受光素子
６４に至り、該受光素子６４は各格子７２，６８，７４
で制限された照明光を光電変換し、更にプリアンプ７８
で増幅して検出信号ｓを得る。

【００２４】ここで、第一格子６８が、第二格子７２及
び第三格子７４に対して例えばｘ方向に相対移動する
と、発光素子６２からの照明光のうち、格子７２，６
８，７４により遮蔽される光量が徐々に変化し、検出信
号ｓは略正弦波として出力される。そして、前記第一格
子６８のピッチＰ₁と検出信号ｓの波長Ｐが対応し、該
検出信号ｓの波長及びその分割値より前記第一格子６８
の相対移動量を測定するものである。従って、第一格子
６８可動スケール２２に、第二格子７２及び第三格子７
４を固定スケール６０にそれぞれ設置することにより、
両移動部材の相対移動量を検出することができる。そし
て、本実施例においては第一格子６８の格子部７０のＸ
軸方向への並びはＹ軸に平行でピッチＰ₁の格子が構成
し、格子部７０のＹ軸方向への並びはＸ軸に平行でピッ
チＰ₁'の格子を構成している。

【００２５】また、第二格子７２の格子部７６ａ，７６
ｂにはＹ軸に平行でピッチＰ₂の格子が形成され、格子
部７６ｃ，７６ｄにはＸ軸に平行でピッチＰ₂'の格子が
形成されている。更に、第三格子７４ａにはＡｘ相用の
格子、第三格子７４ｂにはＡｘ'相用の格子、第三格子
７４ｃにはＢｘ相用の格子、第三格子７４ｄにはＢｘ'
相用の格子がそれぞれＹ軸に平行にピッチＰ₃で形成さ
れ、第三格子７４ｅにはＡｙ相用の格子、第三格子７４
ｆにはＡｙ'相用の格子、第三格子７４ｇにはＢｙ相用
の格子、第三格子７４ｈにはＢｙ'相用の格子がそれぞ
れＸ軸に平行にピッチＰ₃'で形成されている。従って、
Ａｘ＝０゜とすると、Ａｘに対し、Ａｘ'＝１８０゜（１／２Ｐ₃異なる）Ｂｘ＝９０゜（１／４Ｐ₃異なる）Ｂｘ'＝２７０゜（３／４Ｐ₃異なる）また、Ａｙ＝Ｏ゜とすると、Ａｙに対してＡｙ'＝１８０゜（１／２Ｐ₃'異なる）Ｂｙ＝９０゜（１／４Ｐ₃'異なる）Ｂｙ'＝２７０゜（３／４Ｐ₃'異なる）となるように目盛が付けられている。

【００２６】この結果、受光素子６４ａ，６４ｂ，６４
ｃ，６４ｄからは、それぞれπ／２ずつ位相のずれたＡ
ｘ相、Ａｘ'相、Ｂｘ相、Ｂｘ'相の信号を得ることがで
き、Ａｘ相−Ａｘ'相より差動振幅増幅されたＡｘ相出
力を、またＢｘ相−Ｂｘ'相より差動振幅増幅されたＢ
ｘ相出力を得る。そして、該Ａｘ相出力及びＢｘ相出力
の位相のずれ方向等よりスケールのＸ方向への相対移動
方向の弁別を行なうと共に、電気的に検出信号の分割を
行ない、分解能の高い変位量検出を行なっている。一
方、受光素子６４ｅ，６４ｆ，６４ｇ，６４ｈからはそ
れぞれπ／２ずつ位相のずれたＡｙ相、Ａｙ'相、Ｂｙ
相、Ｂｙ'相の信号を得ることができ、前記Ｘ方向と同
様にしてスケール２２，６０のＹ方向の位相弁別及び相
対移動距離を検出することができる。

【００２７】以上のように、本実施例に用いられる変位
検出手段１８によれば、一の光電型エンコーダでＸ方向
及びＹ方向の移動方向及び移動距離を検出することがで
きる。尚、Ｘ軸方向検出用の各格子、及びＹ軸方向検出
用の各格子はそれぞれ対応する格子と同一のピッチでも
よいが、各方向毎に異なる精度等を要求する場合には異
なるピッチとすることも好適である。

【００２８】以上説明したように本実施例にかかる振動
ジャイロによれば、自励発振により振動子１４の振動制
御を行うので、振動子１４はその共振周波数で、且つ一
定振幅での振動を維持することができる。また、振動子
１４を極めてシンプルな構成とすることができ、圧電素
子等の貼着も要求されないため、誤差を低減させること
ができる。また、振動子とは非接触の光電型エンコーダ
を用いてＸ軸方向の振動の振幅を制御すると共に、同一
のエンコーダを用いてＹ軸方向の振幅を検出し角速度ω
を得ているので、角速度ωを高分解能、高精度で測定す
ることができる。

【００２９】さらに、加振手段として振動子１４に磁石
板２４を嵌合し、該磁石板２４に近接して励振コイル２
６を設けているので、励振コイル２６に電流を流し発生
させる磁界が非常に弱くても振動子１４が加振されるた
め、励振コイル２６を小型化することができる。なお、
本発明において加振制御手段３２を図１３のように構成
することも好適である。すなわち、Ｘ軸カウンター３６
の出力を、計数ピークディテクタ８０によりピーク値検
出を行い、この結果よりタイミング弁別回路８２は振動
子１４の振動タイミングを検出する。また、計数ピーク
ディテクタ８０の出力は振幅弁別回路８４にも入力さ
れ、該振幅弁別回路８４により振幅を弁別した後、該振
動弁別回路８４よりの振幅電圧信号と振幅基準電圧８６
を比較器８８により比較し、その比較結果より振幅調整
回路９０が方形波発生回路９２にデューティー比を指示
する。

【００３０】また、前記タイミング弁別回路８２は、移
相器４０を介して振動子１４の振動に同期した位相で、
方形波発生回路９２に方形波を発生される。そして、波
形成形回路９４により波形成形した後、加振手段１６に
指示を与え、振動子１４の振動制御を行っている。な
お、図１３中、点線で示した構成は必須のものではな
い。また、本発明において、振動数検出手段３０及び加
振制御手段３２を図１４のように構成することも好適で
ある。すなわち、前記図６に示したＸ−Ｙエンコーダ１
８に替えてエッジセンサ９６により振動子１４のＸ方向
への振動状態を検出し、エッジセンサ９６の出力をＸ軸
プリアンプ３４により増幅して、移相器４０により増幅
器４４に振動子１４の振動の位相を指示する。一方、演
算器５２からはＡＧＣ４２を介して増幅器４４の利得制
御を行っている。

【００３１】本実施例においては、振動制御をエッジセ
ンサ９６ｂからのアナログデータを基に行っているの
で、回路構成を簡略化することができる。また、本発明
において、角速度演算手段５２を図１５のように構成す
ることも好適である。同図においては、Ｙ軸方向変位も
エッジセンサ９６を用いて検出しており、演算器５２を
乗算器、変調器、プロダクト検波器、同期検波器等より
構成することにより、角速度出力を得ている。また、本
発明において、加振制御手段を図１６のように構成する
ことも好適である。

【００３２】同図に示す実施例においては、ＡＧＣを用
いず、常に一定の加振を与え、振動子１４の振動を平衡
状態に至らせるものである。また、本発明において、加
振制御手段３２を図１７のように構成することも好適で
ある。すなわち、図１７に示す実施例において、移相器
４０の出力を三角波発生回路９７に入力し、振動子１４
の振動に同期した三角波を発生させると共に、比較器８
８の出力を電圧発生回路９８を介してパルス幅増幅回路
９９に指示する。そして、前記三角波のパルス幅を変更
し、加振手段１６に指示するものである。また、本発明
において、振動数検出手段３０を図１８のように構成す
ることも好適である。

【００３３】本実施例においては、図１７において振動
子１４の振動検出（Ｘ軸方向変位）にエッジセンサ９６
を、Ｙ軸方向変位検出にエンコーダ１８を用いたもので
ある。また、本発明において、加振制御手段３２を図１
９のように構成することも好適である。本実施例におい
ては、図１７においてＸ軸カウンター３６の出力をＤ／
Ａ変換器３８にて処理したものである。また、本発明に
おいて、Ｙ軸方向変位検出手段を図２０に示すように構
成することも好適である。

【００３４】すなわち、前記図６において、エンコーダ
１８からの出力をＹ軸プリアンプ４８、Ｙ軸カウンタ５
０を介して、Ｄ／Ａ変換器１００に入力し、該Ｄ／Ａ変
換器１００によりアナログデータとしている。そして、
演算器５２を乗算器、変調器、プロダクト検波器等より
構成することにより、アナログデータより角速度出力を
得、さらに角速度出力を積分器により積分することによ
り回転角出力を行っている。図２１及び図２２には、本
実施例において加振を正弦波状出力により行うのではな
く、パルス状出力により行う例が示されている。このよ
うにパルス状出力で加振を行う場合には、加振強度をパ
ルス幅制御により行うことができる。図２３には本発明
の他の実施例にかかる振動ジャイロが示されており、同
図（Ａ）は側断面図、（Ｂ）は正面断面図である。尚、
前記図１と対応する部分には同一符号を付し、説明を省
略する。

【００３５】本実施例において、加振手段１６は、ドー
ナツ状に形成され外側と内側とに夫々Ｎ極とＳ極とに分
極された磁石板２４と、前記振動子１４の軸芯に対し直
交線上、かつ前記磁石板２４の円周方向線上に軸芯を有
するように円筒状に巻回された励振コイル２６ａ，２６
ｂとを有している。そして、前記磁石板２４は、振動子
１４の先端側に嵌合されている。また、前記励振コイル
２６ａ，２６ｂは夫々の開口部を対向し、かつ前記磁石
板２４に近接して配置されており、ハウジング２０に嵌
合されたコイルボビン２８ａ，２８ｂに夫々巻回してい
る。

【００３６】本実施例にかかる振動ジャイロ１０は概略
以上のように構成され、次に図２４〜図２５により本発
明の加振手段１６及び角速度の検出機構を説明する。ま
ず、図２４に示す励振コイル２６ａ，２６ｂを所定の周
期で励磁させると、励振コイル２６ａ，２６ｂの周囲に
磁界が発生する。また、前記磁界の極の向きは励振コイ
ル２６ａ，２６ｂに流す電流の向きにより決定される。
そして、前記磁石板２４側の磁界の極を磁石板２４の外
側の極と異極にすれば磁石板２４は励振コイル２６ａ，
２６ｂに引きつけられ、また同極にすれば磁石板２４は
励振コイル２６ａ，２６ｂから押し離され、その繰返し
により振動子１４を振動させることができる。

【００３７】そこで、図２５（Ａ），（Ｂ）に示すよう
に、振動子１４の共振に同期して、励振コイル２６ａと
励振コイル２６ｂに夫々同一周期で順方向と逆方向とな
るように正弦波電流を交互にかつ互いに逆向きに流す。
この場合、磁石板２４の励振コイル２６ａへの引きつけ
（又は押し離し）と励振コイル２６ｂからの押し離し
（又は引きつけ）が同時に行なわれるため、それぞれの
励振コイル２６ａ，２６ｂには、振動子１４の振動に必
要なエネルギーの１／２を加えればよい。以上のように
励振コイル２６ａ，２６ｂに流す電流の方向と励磁周期
を調整し、振動子１４の共振周波数ｆでＸ軸方向に強制
振動させる（図３（Ｃ））。

【００３８】なお、前記図２３に示した実施例において
は磁石板の極を内側と外側に分けたが、磁石板１２４の
極を励振コイル１２６の軸芯と直交する中心線を境にＮ
極及びＳ極を左右両側に分けても可能である。この場
合、前記励振コイル２６ａ，２６ｂに流す電流の方向
は、互いに同じ方向となる。また、前記実施例において
は磁石板の形状をドーナツ状としたが、磁石板２２４の
断面の形状を中央に振動子２１４が嵌合するための穴の
開いた正四角形状、八角形状、或いは十字形状とするこ
とも可能である。さらに、磁石板２２４の両端２２４
ａ，２２４ｂのみを磁石とすることも可能である。磁石
板はＸ軸方向とＹ軸方向の共振周波数が等しいこと、即
ちダイナミックバランスが等しいことが要求される。

【００３９】また、励振コイル２６は前記実施例に示す
ように空芯コイルが好適である。すなわち、磁芯がある
と励芯コイル２６を励磁させていない時も常に磁石板２
４を引きつけてしまう。そして、前記磁石板２４を引き
つける引張り力が常に働いていると、角速度ωが入力さ
れた時、コリオリ力Ｆｃによる振動子１４のＹ軸方向へ
の振幅を減少させるように作用するため、角速度ωの検
知感度が著しく悪くなってしまうためである。また、前
記実施例においては加振手段を振動子１４の先端側に設
けたが、振動子の固定側に設けることも可能である。さ
らに、図２６〜図２９に示すように加振をパルス状出力
により行うことも好適である。

【００４０】この場合、例えば図２６に示すように励振
コイル２６ａ，２６ｂにそれぞれ正負の加振出力を行わ
せることも可能であり、また図２７に示すように各励振
コイルに正または負の一方のみの加振を行うことも可能
である。さらに図２８ないし図２９に示すように励振コ
イルを一個のみ設け、該励振コイルにより加振を行うこ
とも好適である。なお、前記実施例において、ハウジン
グ２０と振動子１４の線膨張係数がほぼ等しいことが好
適である。すなわち、ハウジング２０と振動子１４の線
膨張係数が大きく異なると、温度変化により可動スケー
ル２２と固定スケール６０の間隙が変化し、測定誤差を
増大するおそれがあるためである。

【００４１】また、ハウジング２０内は密閉構造としヘ
リウム等の不活性ガスを封入するか、あるいは真空とす
ることが好適である。すなわち、ハウジング２０内の気
圧変化により振動子１４の振動に影響を与えるおそれが
あるためである。また、前記実施例においては円柱状の
振動子を用いたが、例えば円筒状、断面正四角形状、正
四角筒状、或いは八角形状等を採用することも可能であ
る。振動子はＸ軸回りの慣性モーメントと、Ｙ軸回りの
慣性モーメントが略同一であり、共振周波数ｆが実質的
に等しいことが要求される。さらに、振動子の形状を上
細段付き形状、下細段付き形状、或いはテーパ状とする
ことも好適である。振動子はＸ軸回りの慣性モーメント
と、Ｙ軸回りの慣性モーメントが略同一であり、共振周
波数ｆが実質的に等しいことが要求される。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明にかかる振動
ジャイロによれば、振動手段を非接触で加振することと
したので、簡単な構成で極めて正確な角速度検出を行な
うことが可能となる。また、加振手段の制御を自励制御
により行うこととしたので、振動手段を常にその共振周
波数で、且つ一定の振幅で振動制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例にかかる振動ジャイロの概
略構成の説明図である。

【図２】〜

【図６】第一実施例にかかる振動ジャイロの振動制御機
構及び角速度測定原理の説明図である。

【図７】第一実施例にかかる振動ジャイロへの低周波外
乱の影響の説明図である。

【図８】〜

【図１２】第一実施例にかかる振動ジャイロの変位検出
手段の説明図である。

【図１３】〜

【図２０】第一実施例にかかる振動ジャイロの他の振動
制御機構の説明図である。

【図２１】，

【図２２】第一実施例にかかる振動ジャイロの他の加振
状態の説明図である。

【図２３】本発明の第二実施例にかかる振動ジャイロの
概略構成の説明図である。

【図２４】第二実施例にかかる振動ジャイロの振動制御
機構の説明図である。

【図２５】〜

【図２９】第二実施例にかかる振動ジャイロの他の加振
状態の説明図である。

【符号の説明】

１２ベース１４振動子（振動手段）１６加振手段１８変位検出手段３０振動波検出手段３２加振制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベースに立設された振動手段と、前記振動手段に近接して配置され、磁力により振動手段
にＸ軸方向の振動力を印加する加振手段と、前記振動手段のＹ軸方向への変位を検出する変位検出手
段と、前記変位検出手段のＹ軸方向への変位量より、角速度を
演算する角速度演算手段と、前記振動手段の振動波を検出する振動波検出手段と、前記振動波検出手段により検出された振動波に同期して
前記加振手段を駆動させる加振制御手段と、を備えたことを特徴とする振動ジャイロ。