JPH06222073A - 2軸角速度計 - Google Patents

2軸角速度計

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JPH06222073A
JPH06222073A JP5011768A JP1176893A JPH06222073A JP H06222073 A JPH06222073 A JP H06222073A JP 5011768 A JP5011768 A JP 5011768A JP 1176893 A JP1176893 A JP 1176893A JP H06222073 A JPH06222073 A JP H06222073A
Authority
JP
Japan
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coriolis force
detecting
piezoelectric elements
driving
angular velocity
Prior art date
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Pending
Application number
JP5011768A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroharu Tanabe
弘治 田辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication date
Application filed by Japan Aviation Electronics Industry Ltd filed Critical Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一体構造の2軸角速度計を提供する。 【構成】 支持軸11を中心に、この支持軸11と鉛直
に交叉する面に沿って放射状に配置されて支持され、配
置された面と直交する方向に与えられるコリオリ力を検
出する複数の圧電体21A〜21Dと、この圧電体21
A〜21Dの支持軸11を中心に微小振動させる駆動手
段22とによって構成した2軸角速度計。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えば移動体の姿勢等
を検出することに適した2軸角速度計に関する。
【0002】
【従来の技術】最近、カーナビゲーション、或は車のサ
スペンションコントロール用角速度検出、ビデオカメラ
の手ブレ防止用などに低価格の角速度計(レートジャイ
ロとも呼ばれている)が多く利用されるようになった。
低価格な角速度計としては一般に振動ジャイロがよく知
られている。
【0003】図6A〜図6Dに従来の振動ジャイロの原
理的な構造を示す。図6Aは四角柱、図6Bは三角柱の
形状をしたエリンバ等の金属片1に駆動用圧電体2及び
振動検出用圧電体3を貼り、金属片1をx軸方向に屈曲
振動させ、入力角速度Ωが与えられたとき、y軸方向に
発生するコリオリ力を検出する構造の場合を示す。図6
Cは音叉形構造の場合を示す。つまり音叉としての振動
片1,1に対して直角に振動片4,4を取付け、振動片
1,1に駆動用圧電体2,2を貼り付け、振動片4,4
に振動検出用圧電体3,3を貼り付け、入力角速度Ωが
与えられたときy軸方向に発生するコリオリ力を振動検
出用圧電体3,3によって検出する。この音叉型式の場
合は、音叉としての振動片1,1が対象に振動するた
め、安定に動作する特徴がある。
【0004】図6Dは振動片1から突片5を4本突出さ
せ、各突片5の振動方向と直交する面に振動検出用圧電
体3を貼り付けた構造の場合を示す。この構造は図6C
の変形であり、図6Cの構造と同等の作用効果が得られ
る。尚、特に図示しないが、その他の構造として円筒状
の圧電体に帯状の電極を複数形成し、これら複数の電極
を使って駆動とコリオリ力検出を行なう構造のものもあ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の振動型ジャイロ
は単体では一軸方向しか測定することができない。仮に
2軸方向のレートを測定しようとした場合には図6A〜
Dに示した各構造のジャイロを互に直交する向の姿勢で
2個配置しなければならない。単体の振動型ジャイロを
2個用いると、その形状が大きくなる欠点がある。
【0006】この発明の目的は2軸方向の加速度を測定
することができ、然も形状を小型に作ることができる2
軸角速度計を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明では支持軸と鉛
直に交叉する面に沿って支持軸を中心に放射状に突出し
て環状に配置されて支持され、この配置面に対して直交
する方向に与えられる力を検出する複数のコリオリ力検
出用圧電体と、このコリオリ力検出用圧電体の支持軸を
中心に微小振動させる駆動手段とによって2軸角速度計
を構成したものである。
【0008】この発明の構成によれば一体構造にも係わ
らず、直交する2つの方向の角速度を検出することがで
きる。然も一体構造であるため、2軸方向に対する駆動
手段は1個で済む。よって全体として小型に作ることが
できる利点が得られる。
【0009】
【実施例】図1にこの発明による2軸角速度計の外観構
造を説明するための斜視図を示す。図中10はコ字状の
固定台を示す。コ字状の固定台10の遊端部間に支持軸
11が架設される。支持軸11は一部が細く削られて捩
りに対して自由度が与えられ、いわゆるトーションバー
として作用する。
【0010】支持軸11の中央部にこの発明の要部とな
る2軸角速度検出手段20が搭載される。2軸角速度検
出手段20は支持軸11と鉛直に交叉する面に沿って、
支持軸11を中心に放射状に配置された複数のコリオリ
力検出用圧電体21A〜21Dによって構成されるコリ
オリ力検出手段21と、この複数のコリオリ力検出手段
21を支持軸11を中心に軸廻り方向に微振動させる駆
動手段22とによって構成される。
【0011】コリオリ力検出手段21を構成するコリオ
リ力検出用圧電体21A〜21Dは例えば図5Aに示す
ように、円盤状の例えばセラミック板の表と裏に電極を
4分割して蒸着等によって被形成し、4つの圧電体21
A〜21Dを形成するか、又は図5Bに示すようにセラ
ミック板を4つに分離して形成し、それぞれに電極を形
成して圧電体21A〜21Dを形成するか、又は図5C
に示すように十字状に形成することもできる。何れにし
ても各圧電体21A〜21Dは支持軸11を中心に放射
状に一面に揃えられて配列され、その配列面と直交する
向の力に対して表と裏に被着した電極から電気信号を出
力する。尚、図では4枚の圧電体21A〜21Dを形成
した場合を示したが、4枚以上の偶数であればよく、4
枚に制限されるものではない。
【0012】コリオリ力検出用圧電体21A〜21Dの
中心部には駆動手段22を装着するための台座23が図
5に示すように設けられる。台座23には切欠23Aと
23Bを形成し、この切欠23Aと23Bに駆動手段2
2を構成する駆動用圧電体22Aと22Bの各一端を係
合させて装着する。駆動用圧電体22Aと22Bは例え
ば角柱状にされ、その長手方向が支持軸11に対して偏
芯した位置で接線方向に装着される。駆動用圧電体22
A、22B及び後述する変位検出用圧電体24A、24
Bは角柱の長手方向に分極を有し、二つの面に形成した
電極(特に図示しない)電圧を与えることにより、その
電圧の極性に応じて長手方向に伸張、圧縮変形する。互
に180°逆向に取付けた駆動用圧電体22Aと22B
を共に伸張させると、図1の場合にはコリオリ力検出用
圧電体21A〜21Dに駆動用圧電体22Aと22Bの
質量から発生する反力によって反時計廻り方向の回転力
を与える。また駆動用圧電体22Aと22Bを共に圧縮
変形させると、コリオリ力検出用圧電体21A〜21D
に時計廻り方向の回転力が与えられる。従って駆動用圧
電体22Aと22Bの双方に同位相の正弦波を与えるこ
とによりコリオリ力検出用圧電体21A〜21Dにはそ
の正弦波の周期で変化する微振動を与えることができ
る。
【0013】コリオリ力検出用圧電体21A〜21Dの
裏側には駆動手段22と同様の構造の変位検出手段24
を設ける。変位検出手段24を構成する圧電体24Aと
24Bはこの例ではその長手方向を駆動用圧電体22
A,22Bの姿勢と90°異ならせて配置した例を示す
が、必ずしもこの姿勢に限定しなくてもよい。何れにし
てもコリオリ力検出用圧電体21A〜21Dに与えられ
る駆動力は変位検出手段24を構成する圧電体24Aと
24Bに与えられ、これら圧電体24Aと24Bから、
駆動信号と同じ周波数の電気信号を得ることができる。
この電気信号を駆動回路に帰還させることにより、自励
発振ループを構成することができ、駆動用圧電体22
A,22Bの固有振動周波数と、支持軸11の軸廻り方
向の回転モーメント等によって決まる固有振動周波数で
自励発振させることができ、この固有振動周波数により
コリオリ力検出用圧電体21A〜21Dを微振動させる
ことができる。
【0014】図3に電気回路の構成を示す。変位検出手
段24で検出した信号を変位信号増幅器30に与え、変
位信号増幅器30で増幅して駆動回路31に与え、駆動
回路31で増幅して駆動手段22を構成する駆動用圧電
体22A,22Bに与える。この帰還ループによって自
励発振回路が構成される。尚、図3において各圧電体2
1A〜21D及び22A,22B,24A,24Bへの
接続点の黒丸は表側の電極に接続したことを意味し、白
丸は表側の電極に接続したことを意味している。またこ
の例ではコリオリ力検出用圧電体21A〜21Dは図5
Aに示した例を示し、裏側の電極は各圧電体21A〜2
1Dに対して共通の一つの電極とした場合を示してい
る。
【0015】互に180°対向するコリオリ力検出用圧
電体21Aと21Cの検出信号を差動増幅器32に与
え、21Bと21Dの検出信号を差動増幅器33に与
え、それぞれの偏差信号を取出す。差動増幅器32,3
3から取出した偏差信号は同期検波回路34,35にて
同期検波する。同期検波の基準信号REFは駆動回路3
1から与えられる。同期検波回路34,35の同期検波
出力を直流増幅器36,37で直流増幅し、出力端子3
8,39から2軸の角速度検出信号θΩ1 ,θΩ2を出
力する。
【0016】ここでコリオリ力検出用圧電体が支持軸1
1を中心に振動している状態で入力角速度が加わった場
合に発生するコリオリ力について説明する。座標軸x,
y,zを図4Aに示すように決める。図4Bと図4Cは
コリオリ力の発生方向を説明する図である。コリオリ力
検出用圧電体21A〜21Dが回転中心となるy軸から
見て図4Bに示すように反時計廻り方向(矢印Sで示
す)に微小回転しているとき、入力角速度Tがz軸から
見て時計廻り方向に加わったとすると、この場合、コリ
オリ力Pはx軸から見て時計廻り方向に発生する。
【0017】コリオリ力検出用圧電体21A〜21Dの
回転方向が図4Cに示すようにy軸から見て時計廻り方
向に逆転すると、コリオリ力Pが図4Cに示すようにx
軸方向から見て反時計廻り方向に発生し、先の場合と逆
向の力となる。つまりz軸を中心に角速度Tが入力され
た場合はz軸方向に配置されたコリオリ力検出用圧電体
21Aと21Cにコリオリ力Sが印加される。これらコ
リオリ力検出用圧電体21Aと21Cに印加されるコリ
オリ力Sは互に逆向となる。従ってコリオリ力Sによっ
てこれら圧電体21Aと21Cは互に逆向に変形され
る。逆向に変形された圧電体21Aと21Cは互に逆極
性の電圧信号を発生する。この逆極性の電圧信号を差動
増幅器32で減算すると、偏差出力としては結果的に加
算値が出力される。この加算結果は同期検波回路34で
同期検波され直流増幅器36で増幅されて出力端子38
に出力される。
【0018】同期検波回路34の同期検波出力は入力さ
れる角速度Tの方向に応じて極性が反転する。つまり入
力角速度Tが図4BとCに示す方向の逆向の場合は、x
軸から見たコリオリ力Sの向は逆向となる。この結果、
入力角速度Tの向によって差動増幅器32から出力され
る交流信号の極性は反転する。従って同期検波回路34
の同期検波出力の極性によって入力角速度の方向を判別
することができ、出力端子38に出力される検出信号θ
Ω1 の極性によって入力角速度Tの方向が解り、またそ
の信号のレベルに応じて入力角速度Tの速度が測定でき
る。
【0019】一方入力角速度Tがx軸を中心に入力され
た場合は図4B及び図4Cに示したTとPの関係を入れ
換えればよい。つまりx軸を中心に角速度Tが入力され
た場合はx軸方向に配置されたコリオリ力検出用圧電体
21Bと21Dにコリオリ力が印加され、これら圧電体
21Bと21Dから互に逆極性の電圧信号が出力され
る。この電圧信号は差動増幅器33で結果的に加算さ
れ、同期検波回路35で同期検波され、入力角速度Tの
方向を弁別し、その弁別出力を直流増幅器37で増幅し
て出力端子39から出力する。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
一体構造のコリオリ力検出用圧電体21A〜21Dによ
り2軸方向の角速度を検出することができる。従って駆
動手段を2軸に対して共用することができるから、2軸
角速度計を小形に作ることができ、各種の装置に組込む
場合に都合がよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による2軸角速度計の外観構造の1例
を説明するための斜視図。
【図2】図1に示した2軸角速度計の正面と両側面から
見た構造を説明するための図。
【図3】この発明による2軸角速度計の電気部分の構造
を説明するためのブロック図。
【図4】この発明の動作を説明するための図。
【図5】この発明の2軸角速度計に用いることができる
コリオリ力検出用圧電体の構造を説明するための側面
図。
【図6】従来の技術を説明するための斜視図。
【符号の説明】
10 固定台 11 支持軸 20 2軸角速度検出手段 21 コリオリ力検出手段 21A〜21D コリオリ力検出用圧電体 22 駆動手段 22A,22B 駆動用圧電体 23 台座 23A,23B 切欠 24 変位検出手段 24A,24B 変位検出用圧電体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 A.支持軸と鉛直に交叉する面に沿って
    支持軸を中心に放射状に突出して配置されて支持され、
    この配置面と直交する方向に支えられるコリオリ力を検
    出する複数のコリオリ力検出用圧電体と、 B.このコリオリ力検出用圧電体の支持軸を中心に、微
    小振動させる駆動手段と、によって構成した2軸角速度
    計。
JP5011768A 1993-01-27 1993-01-27 2軸角速度計 Pending JPH06222073A (ja)

Priority Applications (1)

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JP5011768A JPH06222073A (ja) 1993-01-27 1993-01-27 2軸角速度計

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JP5011768A JPH06222073A (ja) 1993-01-27 1993-01-27 2軸角速度計

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JPH06222073A true JPH06222073A (ja) 1994-08-12

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ID=11787160

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JP5011768A Pending JPH06222073A (ja) 1993-01-27 1993-01-27 2軸角速度計

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JP (1) JPH06222073A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07113644A (ja) * 1993-10-19 1995-05-02 Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd 振動ジャイロ及びその駆動方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07113644A (ja) * 1993-10-19 1995-05-02 Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd 振動ジャイロ及びその駆動方法

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20011211