JPH07113646A - 振動ジャイロ - Google Patents
振動ジャイロInfo
- Publication number
- JPH07113646A JPH07113646A JP5281919A JP28191993A JPH07113646A JP H07113646 A JPH07113646 A JP H07113646A JP 5281919 A JP5281919 A JP 5281919A JP 28191993 A JP28191993 A JP 28191993A JP H07113646 A JPH07113646 A JP H07113646A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- output
- gyro
- angular velocity
- synchronous detection
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】角速度の高精度検出ならしめる振動ジャイロを
提供する。 【構成】振動体１３及び振動体側面に設けた圧電素子１
１、１２から成る振動子１４を含む振動ジャイロであっ
て、振動子１４駆動用途圧電素子１１とコリオリの加速
度による振動検出用途圧電素子１２の動作置換をスイッ
チング回路１６にて繰り返し、動作置換ごとの同期検波
出力の差動出力と動作置換ごとの同期検波出力の加算出
力との比を除算回路２０で採り、これをジャイロ出力と
する振動ジャイロ。 【効果】角速度の大きさに比例しない成分を減じ、電気
エネルギー機械エネルギー変換係数及び機械エネルギー
電気エネルギー変換係数の時間変動を相殺した振動ジャ
イロが得られる。
提供する。 【構成】振動体１３及び振動体側面に設けた圧電素子１
１、１２から成る振動子１４を含む振動ジャイロであっ
て、振動子１４駆動用途圧電素子１１とコリオリの加速
度による振動検出用途圧電素子１２の動作置換をスイッ
チング回路１６にて繰り返し、動作置換ごとの同期検波
出力の差動出力と動作置換ごとの同期検波出力の加算出
力との比を除算回路２０で採り、これをジャイロ出力と
する振動ジャイロ。 【効果】角速度の大きさに比例しない成分を減じ、電気
エネルギー機械エネルギー変換係数及び機械エネルギー
電気エネルギー変換係数の時間変動を相殺した振動ジャ
イロが得られる。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車や船舶などの
移動体に搭載される機器の姿勢制御システム等に使用さ
れる振動ジャイロに関し、より詳細には、駆動用途圧電
素子と検出用途圧電素子とを動作置換し、動作置換ごと
の同期検波出力の比較出力をジャイロ出力とすることに
よって角速度の高精度検出を可能ならしめる振動ジャイ
ロに関する。
移動体に搭載される機器の姿勢制御システム等に使用さ
れる振動ジャイロに関し、より詳細には、駆動用途圧電
素子と検出用途圧電素子とを動作置換し、動作置換ごと
の同期検波出力の比較出力をジャイロ出力とすることに
よって角速度の高精度検出を可能ならしめる振動ジャイ
ロに関する。
【０００２】
という力学現象を利用したものである。すなわち、直交
する、２方向の振動が励起可能な複合振動子において、
一方の振動を励起した状態にて振動子を回転させ 比例し、位相は、角速度の正負により反転することよ
り、振幅と位相を測定すれば角速度が求まる。
する、２方向の振動が励起可能な複合振動子において、
一方の振動を励起した状態にて振動子を回転させ 比例し、位相は、角速度の正負により反転することよ
り、振幅と位相を測定すれば角速度が求まる。
【０００３】図３は、従来の振動ジャイロの一例を示し
たものである。この振動ジャイロでは、両面に電極が形
成されかつ厚み方向に分極された圧電素子３１，３２が
正四角柱３３の平行でない面に接合され振動子３４が構
成されている。振動子３４は、圧電素子３１、３２接合
面と垂直方向の振動に対し略同じ共振周波数で屈曲振動
が可能である。第１の圧電素子３１に共振周波数近傍周
波数ｆ0で交流信号を発振回路３５にて印加した場合、
印加した電気エネルギーが、第１の圧電素子３１にて機
械エネルギーに変換され、振動子３４は、第１の圧電素
子３１と垂直方向に屈曲振動する。このとき、第２の圧
電素子３２には、電気信号は発生しない。振動子３４に
圧電素子３１、３２接合面と平行方向を軸として回転さ
せる角速度ベクトルが負荷されたとき、コリオリの加速
度により、第２の圧電素子３２と垂直方向の振動が振動
子３４に励起される。この振動は、第２の圧電素子３２
にて機械エネルギーより電気エネルギーに変換される。
第２の圧電素子３２より出力される電気信号を周波数ｆ
0にて同期検波回路３７にて同期検波すると、角速度の
大きさ及び正負の符号が求まる。
たものである。この振動ジャイロでは、両面に電極が形
成されかつ厚み方向に分極された圧電素子３１，３２が
正四角柱３３の平行でない面に接合され振動子３４が構
成されている。振動子３４は、圧電素子３１、３２接合
面と垂直方向の振動に対し略同じ共振周波数で屈曲振動
が可能である。第１の圧電素子３１に共振周波数近傍周
波数ｆ0で交流信号を発振回路３５にて印加した場合、
印加した電気エネルギーが、第１の圧電素子３１にて機
械エネルギーに変換され、振動子３４は、第１の圧電素
子３１と垂直方向に屈曲振動する。このとき、第２の圧
電素子３２には、電気信号は発生しない。振動子３４に
圧電素子３１、３２接合面と平行方向を軸として回転さ
せる角速度ベクトルが負荷されたとき、コリオリの加速
度により、第２の圧電素子３２と垂直方向の振動が振動
子３４に励起される。この振動は、第２の圧電素子３２
にて機械エネルギーより電気エネルギーに変換される。
第２の圧電素子３２より出力される電気信号を周波数ｆ
0にて同期検波回路３７にて同期検波すると、角速度の
大きさ及び正負の符号が求まる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図３に
示す従来の振動ジャイロでは、振動子３４において圧電
素子３１、３２の接合面のなす角を正確に９０度とする
ことは、不可能であり、そのため、振動子駆動用途振動
が第２の圧電素子３２にて検出される等の角速度の大き
さに比例しない成分が、同期検波回路３７出力すなわち
ジャイロ出力に含まれるという欠点があった。また、圧
電素子３１、３２がエポキシ樹脂その他の接着剤により
正四角柱３３に接合されているため周囲温度変化により
接着層弾性率変化が生ずる等の電気エネルギー機械エネ
ルギー変換係数及び機械エネルギー電気エネルギー変換
係数の時間変動が同期検波回路３７出力すなわちジャイ
ロ出力に含まれるという欠点があった。
示す従来の振動ジャイロでは、振動子３４において圧電
素子３１、３２の接合面のなす角を正確に９０度とする
ことは、不可能であり、そのため、振動子駆動用途振動
が第２の圧電素子３２にて検出される等の角速度の大き
さに比例しない成分が、同期検波回路３７出力すなわち
ジャイロ出力に含まれるという欠点があった。また、圧
電素子３１、３２がエポキシ樹脂その他の接着剤により
正四角柱３３に接合されているため周囲温度変化により
接着層弾性率変化が生ずる等の電気エネルギー機械エネ
ルギー変換係数及び機械エネルギー電気エネルギー変換
係数の時間変動が同期検波回路３７出力すなわちジャイ
ロ出力に含まれるという欠点があった。
【０００５】
【課題を解決するためための手段】上記課題はこの発明
により解決される。この発明は、振動体及び振動体側面
に設けた圧電作用を持つ圧電素子から成り、異なる方向
の共振が圧電作用により可能な振動子を含み、圧電素子
のいずれかを振動子駆動用途に用い、他のいずれかをコ
リオリの加速度による振動検出用途に用いる振動ジャイ
ロにおいて、駆動用途圧電素子と検出用途圧電素子と
の、動作置換を繰り返し、動作置換ごとの同期検波出力
の差動出力と動作置換ごとの同期検波出力の加算出力と
の比をジャイロ出力とすることを特徴とするものであ
る。
により解決される。この発明は、振動体及び振動体側面
に設けた圧電作用を持つ圧電素子から成り、異なる方向
の共振が圧電作用により可能な振動子を含み、圧電素子
のいずれかを振動子駆動用途に用い、他のいずれかをコ
リオリの加速度による振動検出用途に用いる振動ジャイ
ロにおいて、駆動用途圧電素子と検出用途圧電素子と
の、動作置換を繰り返し、動作置換ごとの同期検波出力
の差動出力と動作置換ごとの同期検波出力の加算出力と
の比をジャイロ出力とすることを特徴とするものであ
る。
【０００６】
【作用】この発明の振動ジャイロは、駆動用途圧電素子
と検出用途圧電素子との動作置換を繰り返し動作置換ご
との同期検波出力の差動出力を採ることによって、角速
度の大きさに比例しない成分を減ずる。さらに、動作置
換ごとの同期検波出力の差動出力と動作置換ごとの同期
検波出力の加算出力の比をジャイロ出力とすることによ
って、角速度の大きさに比例しない成分を減じ、かつ、
電気エネルギー機械エネルギー変換係数及び機械エネル
ギー電気エネルギー変換係数の時間変動を相殺する。
と検出用途圧電素子との動作置換を繰り返し動作置換ご
との同期検波出力の差動出力を採ることによって、角速
度の大きさに比例しない成分を減ずる。さらに、動作置
換ごとの同期検波出力の差動出力と動作置換ごとの同期
検波出力の加算出力の比をジャイロ出力とすることによ
って、角速度の大きさに比例しない成分を減じ、かつ、
電気エネルギー機械エネルギー変換係数及び機械エネル
ギー電気エネルギー変換係数の時間変動を相殺する。
【０００７】
【実施例】図１は、この発明の振動ジャイロの実施例を
示す図である。この態様では、両面に電極が形成されか
つ、厚み方向に分極された圧電素子１１、１２が正四角
柱１３の平行でない面に接合され振動子１４が形成され
る。振動子１４は、圧電素子１１、１２接合面と垂直方
向の振動に対し略同じ共振周波数で屈曲振動が可能であ
る。第１の圧電素子１１にて振動子１４を共振周波数近
傍周波数ｆで発振回路１５にて駆動し、第２の圧電素子
１２にて、コリオリの加速度による振動を検出し、これ
を周波数ｆで同期検波回路１７にて同期検波する。さら
に、第１の圧電素子１１、第２の圧電素子１２の動作置
換をスイッチング回路１６にて繰り返す。第１の圧電素
子１１を振動子駆動用途、第２の圧電素子１２をコリオ
リの加 ，Ω）（Ω＞０）が負荷された場合の同期検波回路１７
出力Ｖ1は、前述したように角速度Ωに係数Ｋを乗じた
項及び、角速度Ωに比例しない成分Ｖ0から成り、Ｖ1＝
ＫΩ＋Ｖ0と表される。また第２の圧電素子１２を振動
子駆動用途、第１の圧電素子１１をコリオリの加速度に
よる振動検出用途とし、振動子１４に角速度 与えられる、正四角柱１３が−Ｘ方向の変位ベクトル２
２を持つとき、コリオリの加速度の向きは、＋Ｙ方向と
なる。前述の第１の圧電素子１１を駆動用途、第２の圧
電素子１２を検出用途としたときは、正四角柱１３が＋
Ｙ方向の変位ベクトル２１を持つとき、コリオリの加速
度の向きは＋Ｘ方向となる。図２に各状態の変位ベクト
ルの向きとコリオリの加速度の向きを示した。ゆえに、
駆動用途、検出用途の圧電素子を動作置換すると同期検
波出力において、角速度を含む成分の符号が反転する。
また、振動ジャイロは、電気エネルギーから機械エネル
ギー及び機械エネルギーから電気エネルギーの変換系で
ある。この変換系の変換係数は、相反性が成立すること
が確認されている。よって、第２の圧電素子１２を駆動
用途、第１の圧電素子１１を検出用途としたときの同期
検波回路１７出力Ｖ2は、Ｖ2＝−ＫΩ＋Ｖ0′となる。
ここで角速度Ωに比例しない成分がＶ0′と前記Ｖ0と異
なる理由は、相反性が成立する系であっても必ず非相反
の項が存在するためである、しかし、系として、相反性
が成立するとき非相反の項は小さい値をとることによ
り、Ｖ0、Ｖ0′は同一符号となる。
示す図である。この態様では、両面に電極が形成されか
つ、厚み方向に分極された圧電素子１１、１２が正四角
柱１３の平行でない面に接合され振動子１４が形成され
る。振動子１４は、圧電素子１１、１２接合面と垂直方
向の振動に対し略同じ共振周波数で屈曲振動が可能であ
る。第１の圧電素子１１にて振動子１４を共振周波数近
傍周波数ｆで発振回路１５にて駆動し、第２の圧電素子
１２にて、コリオリの加速度による振動を検出し、これ
を周波数ｆで同期検波回路１７にて同期検波する。さら
に、第１の圧電素子１１、第２の圧電素子１２の動作置
換をスイッチング回路１６にて繰り返す。第１の圧電素
子１１を振動子駆動用途、第２の圧電素子１２をコリオ
リの加 ，Ω）（Ω＞０）が負荷された場合の同期検波回路１７
出力Ｖ1は、前述したように角速度Ωに係数Ｋを乗じた
項及び、角速度Ωに比例しない成分Ｖ0から成り、Ｖ1＝
ＫΩ＋Ｖ0と表される。また第２の圧電素子１２を振動
子駆動用途、第１の圧電素子１１をコリオリの加速度に
よる振動検出用途とし、振動子１４に角速度 与えられる、正四角柱１３が−Ｘ方向の変位ベクトル２
２を持つとき、コリオリの加速度の向きは、＋Ｙ方向と
なる。前述の第１の圧電素子１１を駆動用途、第２の圧
電素子１２を検出用途としたときは、正四角柱１３が＋
Ｙ方向の変位ベクトル２１を持つとき、コリオリの加速
度の向きは＋Ｘ方向となる。図２に各状態の変位ベクト
ルの向きとコリオリの加速度の向きを示した。ゆえに、
駆動用途、検出用途の圧電素子を動作置換すると同期検
波出力において、角速度を含む成分の符号が反転する。
また、振動ジャイロは、電気エネルギーから機械エネル
ギー及び機械エネルギーから電気エネルギーの変換系で
ある。この変換系の変換係数は、相反性が成立すること
が確認されている。よって、第２の圧電素子１２を駆動
用途、第１の圧電素子１１を検出用途としたときの同期
検波回路１７出力Ｖ2は、Ｖ2＝−ＫΩ＋Ｖ0′となる。
ここで角速度Ωに比例しない成分がＶ0′と前記Ｖ0と異
なる理由は、相反性が成立する系であっても必ず非相反
の項が存在するためである、しかし、系として、相反性
が成立するとき非相反の項は小さい値をとることによ
り、Ｖ0、Ｖ0′は同一符号となる。
【０００８】第１の圧電素子１１を駆動用途とし、第２
の圧電素子１２を検出用途としたときの同期検波回路１
７出力Ｖ1と第２の圧電素子１２を駆動用途とし、第１
の圧電素子１１を検出用途としたときの同期検波回路１
７出力Ｖ2において、差動回路１８にてＶ1、Ｖ2の差動
を採ると、Ｖ1−Ｖ2＝２ＫΩ＋（Ｖ0−Ｖ0′）となり角
速度Ωに比例しない成分が減ずる。また、上記Ｖ1、Ｖ2
における角速度に比例した成分ＫΩ、角速度に比例しな
い成分Ｖ0、Ｖ0′全て電気エネルギー機械エネルギー変
換系及び機械エネルギー電気エネルギー変換系を通り出
力されるものであるから、これらの変換係数の時間変動
を含む項である。ゆえに、第１の圧電素子１１を駆動用
途とし、第２の圧電素子１２を検出用途としたときの同
期検波回路１７出力Ｖ1と第２の圧電素子１２を駆動用
途とし、第１の圧電素子１１を検出用途としたときの同
期検波回路１７出力Ｖ2において、Ｖ1、Ｖ2の差動（Ｖ1
−Ｖ2）を差動回路１８で採り、Ｖ1、Ｖ2の加算（Ｖ1＋
Ｖ2）を加算回路１９で採り、差動（Ｖ1−Ｖ2）と加算
（Ｖ1＋Ｖ2）の比（Ｖ1−Ｖ2）／（Ｖ1＋Ｖ2）を除算回
路２０にて採り、これをジャイロ出力とすると、角速度
Ωに比例しない成分が減じ、かつ、電気エネルギー機械
エネルギー変換係数及び機械エネルギー電気エネルギー
変換係数の時間変動が相殺される。なお、角速度の正負
は、同期検波回路１７出力Ｖ1、Ｖ2いずれかを基準とす
れば容易に判別される。
の圧電素子１２を検出用途としたときの同期検波回路１
７出力Ｖ1と第２の圧電素子１２を駆動用途とし、第１
の圧電素子１１を検出用途としたときの同期検波回路１
７出力Ｖ2において、差動回路１８にてＶ1、Ｖ2の差動
を採ると、Ｖ1−Ｖ2＝２ＫΩ＋（Ｖ0−Ｖ0′）となり角
速度Ωに比例しない成分が減ずる。また、上記Ｖ1、Ｖ2
における角速度に比例した成分ＫΩ、角速度に比例しな
い成分Ｖ0、Ｖ0′全て電気エネルギー機械エネルギー変
換系及び機械エネルギー電気エネルギー変換系を通り出
力されるものであるから、これらの変換係数の時間変動
を含む項である。ゆえに、第１の圧電素子１１を駆動用
途とし、第２の圧電素子１２を検出用途としたときの同
期検波回路１７出力Ｖ1と第２の圧電素子１２を駆動用
途とし、第１の圧電素子１１を検出用途としたときの同
期検波回路１７出力Ｖ2において、Ｖ1、Ｖ2の差動（Ｖ1
−Ｖ2）を差動回路１８で採り、Ｖ1、Ｖ2の加算（Ｖ1＋
Ｖ2）を加算回路１９で採り、差動（Ｖ1−Ｖ2）と加算
（Ｖ1＋Ｖ2）の比（Ｖ1−Ｖ2）／（Ｖ1＋Ｖ2）を除算回
路２０にて採り、これをジャイロ出力とすると、角速度
Ωに比例しない成分が減じ、かつ、電気エネルギー機械
エネルギー変換係数及び機械エネルギー電気エネルギー
変換係数の時間変動が相殺される。なお、角速度の正負
は、同期検波回路１７出力Ｖ1、Ｖ2いずれかを基準とす
れば容易に判別される。
【０００９】この発明は、上記実施例に限定されず種種
の変形が可能である。例えば圧電素子として蒸着等によ
り直接振動体上に形成したものを用いることができる。
また、駆動用途圧電素子及び検出用途圧電素子動作置換
に対するコリオリの加速度の向きの変化及び系の相反性
は、常に上述した関係が成立するため、振動体形状とし
ては、例えば正三角柱等種種の形状を用いることができ
る。さらに、振動子として圧電セラミックス側面に設け
た電極及びこの圧電セラミックスを分極処理を施したも
のを用いることができる。
の変形が可能である。例えば圧電素子として蒸着等によ
り直接振動体上に形成したものを用いることができる。
また、駆動用途圧電素子及び検出用途圧電素子動作置換
に対するコリオリの加速度の向きの変化及び系の相反性
は、常に上述した関係が成立するため、振動体形状とし
ては、例えば正三角柱等種種の形状を用いることができ
る。さらに、振動子として圧電セラミックス側面に設け
た電極及びこの圧電セラミックスを分極処理を施したも
のを用いることができる。
【００１０】
【発明の効果】以上のとおり、この発明によれば、角速
度の大きさに比例しない成分を減じ、さらには電気エネ
ルギー機械エネルギー変換係数及び機械エネルギー電気
エネルギー変換係数の時間変動を相殺した振動ジャイロ
が得られる。
度の大きさに比例しない成分を減じ、さらには電気エネ
ルギー機械エネルギー変換係数及び機械エネルギー電気
エネルギー変換係数の時間変動を相殺した振動ジャイロ
が得られる。
【００１１】
【図１】この発明による振動ジャイロの一実施例の図解
図である。
図である。
【図２】実施例の振動ジャイロにおいてコリオリの加速
度の向きを説明するための説明図である。
度の向きを説明するための説明図である。
【図３】従来の振動ジャイロの図解図である。
【００１２】
１１、１２、３１、３２．圧電素子 １３、３３．正四角柱 １４、３４．振動子 １５、３５．発振回路 １６．スイッチング回路 １７、３７．同期検波回路 １８．差動回路 １９．加算回路 ２０．除算回路 ２１、２２．振動子変位ベクトル
Claims (1)
- 【請求項１】 振動体及び振動体側面に設けた圧電作用
を持つ圧電素子から成り、異なる方向の共振が前記圧電
作用により可能な振動子を含み、前記圧電素子のいずれ
かを振動子駆動用途に用い、他のいずれかをコリオリの
加速度による振動検出用途に用いる振動ジャイロにおい
て、前記駆動用途圧電素子と検出用途圧電素子との動作
置換を繰り返し動作置換ごとの同期検波出力の差動出力
と前記動作置換ごとの同期検波出力の加算出力との比を
ジャイロ出力とすることを特徴とする振動ジャイロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5281919A JPH07113646A (ja) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | 振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5281919A JPH07113646A (ja) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | 振動ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07113646A true JPH07113646A (ja) | 1995-05-02 |
Family
ID=17645786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5281919A Pending JPH07113646A (ja) | 1993-10-14 | 1993-10-14 | 振動ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07113646A (ja) |
-
1993
- 1993-10-14 JP JP5281919A patent/JPH07113646A/ja active Pending
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