JPH07139951A - Angular velocity sensor - Google Patents

Angular velocity sensor

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Publication number
JPH07139951A
JPH07139951A JP5253039A JP25303993A JPH07139951A JP H07139951 A JPH07139951 A JP H07139951A JP 5253039 A JP5253039 A JP 5253039A JP 25303993 A JP25303993 A JP 25303993A JP H07139951 A JPH07139951 A JP H07139951A
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JP
Japan
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width
angular velocity
prisms
vibration
velocity sensor
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5253039A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Ito
岳志 伊藤
Muneo Yorinaga
宗男 頼永
Tomoyuki Kanda
知幸 神田
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.)
Denso Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
NipponDenso Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Soken Inc, NipponDenso Co Ltd filed Critical Nippon Soken Inc
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Priority to US08/134,813 priority patent/US5481913A/en
Priority to DE4334736A priority patent/DE4334736A1/en
Publication of JPH07139951A publication Critical patent/JPH07139951A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an angular velocity sensor, which can securely support a vibrating body even if the balance of the vibrating body is collapsed and can perform vibration efficiently with less leakage of vibration. CONSTITUTION:In a square tuning-fork-type piezoelectric vibration gyroscope, two square forks 3 and 4 are supported with a square shaped supporting part 2 with respect to a base stage part 1. The cross sections of the base stage part 2, the supporting part 2 and the square forks 3 and 4 have the square shape, respectively. Driving piezoelectric elements 5 and 6, feedback piezoelectric elements 9 and 10 and detecting piezoelectric elements 7 and 8 are fixed to the orthogonally intersecting surfaces of the square forks 3 and 4. The width of the supporting part 2 is set at 5mm or less.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、圧電振動型ジャイロ
を用いて角速度を測定する角速度センサに係り、同セン
サは車両・船舶・飛行機・ロボット等の運動体の運動状
態を測定する際に用いられ、例えば、車両の姿勢制御の
ための車両旋回角速度を測定するために用いられるもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor for measuring an angular velocity using a piezoelectric vibration type gyro, which sensor is used for measuring a motion state of a moving body such as a vehicle, a ship, an airplane or a robot. For example, it is used to measure the vehicle turning angular velocity for controlling the attitude of the vehicle.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、角速度センサとして角柱音叉型圧
電振動ジャイロを用いたものがある。これは、図23に
示すように、基台部31に対し支持部32にて2本の角
柱33が支持され、各角柱33の直交する面に駆動用圧
電素子34と検知用圧電素子35とがそれぞれ止着され
ている。この際、図23のように支持部32としてピン
構造で振動の節を支持したり、図24のように支持部を
設けない構造のものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is an angular velocity sensor using a prismatic tuning fork type piezoelectric vibrating gyro. As shown in FIG. 23, two prisms 33 are supported by a supporting portion 32 with respect to a base portion 31, and a driving piezoelectric element 34 and a detecting piezoelectric element 35 are provided on the surfaces orthogonal to each prism 33. Are fastened respectively. At this time, as shown in FIG. 23, there is a structure having a pin structure for supporting the vibration node as shown in FIG. 23 or a structure having no support portion as shown in FIG.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところが、図23のよ
うに断面が円形状のピン(32)のような細い部材で節
を支えた場合、製造時のバラツキなどにより振動体のバ
ランスが崩れている時には、不要振動が支持部32に発
生し、振動体をしっかりと支持することができない。
However, when a node is supported by a thin member such as a pin (32) having a circular cross section as shown in FIG. 23, the balance of the vibrating body is lost due to variations in manufacturing. When it is present, unnecessary vibration is generated in the support portion 32, and the vibrating body cannot be firmly supported.

【0004】又、図24のように支持部を設けず振動体
を固定すると、振動のモレが大きく、効率良く振動させ
ることができない。更に、この振動モレは、センサ出力
のオフセット信号にも影響を与え、振動モレが温度の変
化によって変わることにより、オフセットの温度ドリフ
トを引き起こすと考えられている。
Further, as shown in FIG. 24, if the vibrating body is fixed without providing the supporting portion, the leakage of the vibration is large and the vibrating cannot be performed efficiently. Further, it is considered that this vibration leak also affects the offset signal of the sensor output, and the vibration leak changes due to a change in temperature, thereby causing a temperature drift of the offset.

【0005】そこで、この発明の目的は、振動体のバラ
ンスが崩れていても振動体を確実に支持できるととも
に、振動の漏れが少なく効率良く振動させることができ
る角速度センサを提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor capable of reliably supporting a vibrating body even when the balance of the vibrating body is lost and efficiently vibrating with less leakage of vibration.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】第1の発明は、基台部に
対し角柱状の支持部にて2本の角柱が支持され、当該角
柱の直行する面に駆動用圧電素子と検知用圧電素子とを
それぞれ止着した角柱音叉型圧電振動ジャイロを用いた
角速度センサにおいて、前記角柱に設けられた前記駆動
用圧電素子による前記角柱の振動による前記基台部の振
動が1.5%以下である角速度センサを提供することを
要旨とする。
According to a first aspect of the present invention, two prisms are supported on a base portion by a prismatic support portion, and a driving piezoelectric element and a detection piezoelectric element are provided on a surface orthogonal to the prisms. In an angular velocity sensor using a prismatic tuning fork type piezoelectric vibrating gyro fixed to each of the elements, the vibration of the base portion due to the vibration of the prism by the driving piezoelectric element provided in the prism is 1.5% or less. It is a gist to provide an angular velocity sensor.

【0007】第2の発明は、基台部に対し角柱状の支持
部にて2本の角柱が支持され、当該角柱の直行する面に
駆動用圧電素子と検知用圧電素子とをそれぞれ止着した
角柱音叉型圧電振動ジャイロを用いた角速度センサにお
いて、前記支持部の幅を5ミリメートル以下とする角速
度センサを提供する。第3の発明は、前記支持部の厚み
は、前記角柱の厚みと略同一である角速度センサを提供
する。
According to a second aspect of the present invention, two prisms are supported by a prismatic support portion with respect to a base portion, and a driving piezoelectric element and a detecting piezoelectric element are fixed to the orthogonal surfaces of the prisms. In an angular velocity sensor using the prismatic tuning fork type piezoelectric vibrating gyro, there is provided an angular velocity sensor in which the width of the supporting portion is 5 mm or less. A third aspect of the invention provides an angular velocity sensor in which the thickness of the support portion is substantially the same as the thickness of the prism.

【0008】さらに、第4の発明は、前記支持部の幅
は、5ミリメートル以下かつ0.5ミリメートル以上の
範囲内である角速度センサを提供する。また、第5の発
明は、基台部に対し角柱状の支持部にて2本の角柱が支
持され、当該各角柱の直交する面に駆動用圧電素子と検
知用圧電素子とをそれぞれ止着した角柱音叉型圧電振動
ジャイロを用いた角速度センサにおいて、支持部の幅を
Aミリメートルとし、角柱の幅をBミリメートルとし、
支持部の長さをCミリメートルとしたとき、
Further, the fourth invention provides an angular velocity sensor in which the width of the supporting portion is within a range of 5 mm or less and 0.5 mm or more. According to a fifth aspect of the present invention, two prisms are supported by a prismatic support portion with respect to the base portion, and the driving piezoelectric element and the detecting piezoelectric element are fixed to the surfaces orthogonal to each other. In the angular velocity sensor using the prismatic tuning fork type piezoelectric vibrating gyro, the width of the supporting portion is A millimeter and the width of the prism is B millimeter,
When the length of the support part is C millimeter,

【0009】[0009]

【数3】A≦0.4×C+B を満足させるようにした角速度センサをその要旨とす
る。又、第6の発明は、基台部に対し角柱状の支持部に
て2本の角柱が支持され、当該各角柱の直交する面に駆
動用圧電素子と検知用圧電素子とをそれぞれ止着した角
柱音叉型圧電振動ジャイロを用いた角速度センサにおい
て、支持部の幅をAミリメートルとし、角柱の幅をBミ
リメートルとし、支持部の長さをCミリメートルとした
とき、
## EQU00003 ## The gist is an angular velocity sensor that satisfies A.ltoreq.0.4.times.C + B. According to a sixth aspect of the present invention, two prisms are supported by a prismatic support portion with respect to the base portion, and the driving piezoelectric element and the detecting piezoelectric element are fixed to the orthogonal surfaces of the respective prisms. In the angular velocity sensor using the prismatic tuning fork type piezoelectric vibrating gyro, when the width of the support portion is A millimeter, the width of the prism is B millimeter, and the length of the support portion is C millimeter,

【0010】[0010]

【数4】0.4×C+B−1≦A≦0.4×C+B+1 を満足させるようにした角速度センサをその要旨とする
ものである。。
The gist of the present invention is an angular velocity sensor satisfying the following condition: 0.4 × C + B-1 ≦ A ≦ 0.4 × C + B + 1. .

【0011】[0011]

【作用】前記支持部材の幅を5ミリメートル以下とする
場合、又、前記数3式あるいは数4式を満足させる寸法
とすることにより、振動体が安定に支持される。つま
り、ジャイロの製造工程の加工寸法誤差などで左右の振
動子の寸法が違っても、音叉内部に振動エネルギーを効
果的に閉じ込めることができる。
When the width of the support member is 5 mm or less, and the size is set so as to satisfy the formula 3 or the formula 4, the vibrating body is stably supported. In other words, vibration energy can be effectively trapped inside the tuning fork even if the dimensions of the left and right vibrators are different due to processing dimension errors in the manufacturing process of the gyro.

【0012】このため、不要な振動漏れが低減され、こ
れによるノイズの発生を抑えることができる。又、不要
な振動漏れが低減される結果、安定な振動状態となり、
温度の変化に対して安定であり温度特性が良い。
Therefore, unnecessary vibration leakage can be reduced, and noise generation due to this can be suppressed. Moreover, as a result of reducing unnecessary vibration leakage, a stable vibration state is achieved,
It is stable against temperature changes and has good temperature characteristics.

【0013】[0013]

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
振動体のバランスが崩れていても振動体を確実に支持で
きるとともに、振動のモレが少なく効率良く振動させる
ことができる優れた効果を発揮する。
As described above in detail, according to the present invention,
Even if the balance of the vibrating body is unbalanced, the vibrating body can be reliably supported, and the excellent effect that vibration of the vibrating body is small and the vibrating body can be efficiently vibrated.

【0014】[0014]

【実施例】【Example】

(第1実施例)以下、この発明を具体化した一実施例を
図面に従って説明する。図1には、本実施例の角柱音叉
型圧電振動ジャイロを用いた角速度センサを示す。基台
部1に対し角柱状の支持部2にて2本の角柱3,4が支
持されている。
(First Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an angular velocity sensor using the prismatic tuning fork type piezoelectric vibrating gyro of this embodiment. Two prisms 3 and 4 are supported by a support 2 having a prismatic shape with respect to the base 1.

【0015】基台部1と支持部2と角柱3,4とは、断
面が正方形に形成されているとともに、その厚みは、略
同一となっている。角柱3の右側面下部には駆動用圧電
素子5が貼り付けられるとともに角柱4の右側面下部に
は駆動用圧電素子6が貼り付けられている。そして、駆
動用圧電素子5,6に交流電圧を印加すると、角柱3,
4が図1において左右方向に振動するようになってい
る。
The base portion 1, the support portion 2, and the prisms 3 and 4 are formed in a square cross section, and have substantially the same thickness. The driving piezoelectric element 5 is attached to the lower portion of the right side surface of the prism 3 and the driving piezoelectric element 6 is attached to the lower portion of the right side surface of the prism 4. When an AC voltage is applied to the driving piezoelectric elements 5 and 6, the prism 3 and
4 is oscillated in the left-right direction in FIG.

【0016】又、角柱3の正面上部には検知用圧電素子
7が貼り付けられるとともに、角柱4の正面上部にも検
知用圧電素子8が貼り付けられている。そして、検知用
圧電素子7,8は、角柱3,4(振動子)の中心軸に回
転角速度が加わると、駆動用圧電素子5,6の交流電圧
印加による角柱3,4の振動に伴い図1において前後方
向に作用するコリオリ力を電圧として検出する。
Further, the detection piezoelectric element 7 is attached to the upper front portion of the prism 3, and the detection piezoelectric element 8 is also attached to the upper front portion of the prism 4. When the rotational angular velocity is applied to the central axes of the prisms 3 and 4 (vibrator), the detection piezoelectric elements 7 and 8 are accompanied by the vibration of the prisms 3 and 4 due to the application of the AC voltage to the driving piezoelectric elements 5 and 6. At 1, the Coriolis force acting in the front-back direction is detected as a voltage.

【0017】又、フィードバック用圧電素子9,10が
駆動用素子5,6の上部に貼られている。このフィード
バック用圧電素子9,10は、振動状態をモニターし、
自励発振させるのに用いられる。センサの動作として
は、駆動用圧電素子5,6に交流電圧が供給されると、
同素子5,6が伸縮し、角柱3,4が駆動振動方向に屈
曲振動する。この状態において、角柱3,4(振動子)
の中心軸に回転角速度が加わると、コリオリの力により
検知振動が発生し、屈曲振動による信号が検知用圧電素
子7,8に発生する。そして、この検知用圧電素子7,
8の信号に基づいて角速度が検出される。
The feedback piezoelectric elements 9 and 10 are attached to the upper portions of the driving elements 5 and 6. The feedback piezoelectric elements 9 and 10 monitor the vibration state,
Used for self-excited oscillation. As the operation of the sensor, when an alternating voltage is supplied to the driving piezoelectric elements 5 and 6,
The elements 5 and 6 expand and contract, and the prisms 3 and 4 flexurally vibrate in the driving vibration direction. In this state, prisms 3 and 4 (transducer)
When the rotational angular velocity is applied to the central axis of the, the detection vibration is generated by the Coriolis force, and the signal due to the bending vibration is generated in the detection piezoelectric elements 7 and 8. Then, the detection piezoelectric element 7,
The angular velocity is detected based on the signal of 8.

【0018】ここで、支持部2の幅Aは、3ミリメート
ルとした。以下に各種の実験結果を示す。図1に示す角
速度センサは、左右の角柱3,4の形状寸法誤差や左右
の圧電素子(駆動用圧電素子5,6、検知用圧電素子
7,8)の質量誤差を有する場合、振動の安定性を十分
に引き出すことができない。このことは基台部1の振幅
として現れてしまう。
Here, the width A of the supporting portion 2 is 3 mm. The results of various experiments are shown below. The angular velocity sensor shown in FIG. 1 stabilizes vibration when there is a shape dimension error of the right and left prisms 3 and 4 and a mass error of the left and right piezoelectric elements (driving piezoelectric elements 5 and 6, detection piezoelectric elements 7 and 8). I can not bring out the full potential. This appears as the amplitude of the base 1.

【0019】本実施例では、図2に示すように、左側の
角柱3の幅を3.0mm、右側の角柱4の幅を2.7m
mとした。即ち、正規値の角柱の幅3.0mmに対しマ
イナス側に10%ずらすことによって、右側の角柱4の
幅が2.7mmとなった場合を想定した。そして、基台
部1の所定の一か所をX点として、各種の実験を行っ
た。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the width of the left prism 3 is 3.0 mm and the width of the right prism 4 is 2.7 m.
m. That is, it was assumed that the width of the right prism 4 was 2.7 mm by shifting the regular prism width of 3.0 mm to the negative side by 10%. Then, various experiments were conducted with a predetermined point on the base 1 as the X point.

【0020】図3〜図7は、角柱音叉型圧電振動ジャイ
ロの各部寸法を変えた場合の基台部1の振幅と、支持部
幅Aとの相関を示すものである。各実験時における角速
度センサの寸法を図にあわせ示した。ここで、図1に示
すように、角柱(振動子)3,4の離間距離をWとし、
角柱3,4の幅をB,長さをLおよび支持部長さをCと
し、角柱3,4の根元部分の長さをDとする。
3 to 7 show the correlation between the amplitude of the base 1 and the width A of the support when the dimensions of each part of the prismatic tuning fork type piezoelectric vibrating gyro are changed. The dimensions of the angular velocity sensor during each experiment are also shown in the figure. Here, as shown in FIG. 1, the distance between the prisms (vibrator) 3 and 4 is W,
The width of the prisms 3 and 4 is B, the length is L, and the support portion length is C, and the length of the root portion of the prisms 3 and 4 is D.

【0021】図3は、支持部長さCを変化させた場合の
図2の基台部1のX点における振幅である基台部1の振
動と、支持部幅Aとの相関を示すものである。図3より
明らかなように、支持部幅Aが小さい程、振幅差が最も
小さくなる。従って、支持部幅Aが小さい程、振動が安
定することが分かった。図4は、角柱3,4の幅Bを変
化させた場合の基台部1のX点における振動と支持部幅
Aとの相関を示す。図5には角柱3,4の離間距離Wを
変化させた場合の基台部1のX点における振動と支持部
幅Aとの相関を示す。図6には角柱3,4の長さLを変
化させた場合の基台部1のX点における振動と支持部幅
Aとの相関を示す。さらに、図7には角柱3,4の根元
部分の長さDを変化させた場合の基台部1のX点におけ
る振動と支持部幅Aとの相関を示す。
FIG. 3 shows the correlation between the support portion width A and the vibration of the base portion 1 which is the amplitude at the point X of the base portion 1 in FIG. 2 when the support portion length C is changed. is there. As is clear from FIG. 3, the smaller the support portion width A, the smaller the amplitude difference. Therefore, it was found that the smaller the support portion width A, the more stable the vibration. FIG. 4 shows the correlation between the vibration at the point X of the base 1 and the support width A when the widths B of the prisms 3 and 4 are changed. FIG. 5 shows the correlation between the vibration at the point X of the base 1 and the support width A when the distance W between the prisms 3 and 4 is changed. FIG. 6 shows the correlation between the vibration at the point X of the base 1 and the support width A when the lengths L of the prisms 3 and 4 are changed. Further, FIG. 7 shows the correlation between the vibration at the point X of the base 1 and the support width A when the length D of the root portions of the prisms 3 and 4 is changed.

【0022】これら、図3乃至7から、基台部1のX点
における振幅に対し、角柱3,4の離間距離W,角柱
3,4の長さL,角柱3,4の根元部分の長さD,角柱
の幅B,支持部長さCによる影響はないことが判明し
た。以上、どのような寸法の場合においても、支持部幅
Aが小さい程、基台部1の振幅が小さいことが分かっ
た。即ち、支持部幅Aは、基台部の振幅に対しての支配
的要因であり、支持部幅Aが小さい程、基台部の振幅が
小さくなることが判明した。
From these FIGS. 3 to 7, the distance W between the prisms 3 and 4, the length L of the prisms 3 and 4, and the length of the root portion of the prisms 3 and 4 with respect to the amplitude at the point X of the base 1. It was found that there was no influence by the thickness D, the width B of the prism, and the length C of the supporting portion. As described above, it was found that the smaller the support portion width A, the smaller the amplitude of the base portion 1 in any size. That is, it was found that the support portion width A is a dominant factor for the amplitude of the base portion, and the smaller the support portion width A, the smaller the amplitude of the base portion.

【0023】また、ジャイロの重要な特性である、零点
の温度ドリフト特性と支持部幅Aとの対応関係は、図8
のようになった。図8より明らかなように、基台部1の
振動の結果と同様、支持部2の幅Aが小さい方が温度ド
リフトが小さく、良い特性となっている。また、支持部
幅が5mm以下において、十分な温度ドリフト特性を得
ることがわかった。そして、この結果を基台部1の振動
の結果に照らし合わせてみると、支持部幅Aが5mm以
下であるということは、基台部1の振幅が先端振幅の
1.5%以下に対応している。
The correspondence between the temperature drift characteristic of the zero point and the support portion width A, which is an important characteristic of the gyro, is shown in FIG.
It became like. As is clear from FIG. 8, similar to the result of the vibration of the base 1, the smaller the width A of the support 2, the smaller the temperature drift and the better characteristics. It was also found that sufficient temperature drift characteristics were obtained when the width of the support portion was 5 mm or less. Then, comparing this result with the result of the vibration of the base 1, it means that the width A of the support portion is 5 mm or less, which means that the amplitude of the base 1 corresponds to 1.5% or less of the tip amplitude. is doing.

【0024】そこで、基台振幅を1.5%以下となるよ
うに、支持部形状を設計すれば、特性の良いセンサが得
られると考えられる。その一手段として、温度ドリフト
特性の良い振動ジャイロを得るためには、支持部の幅A
を小さくすることが図3乃至図7からも容易に理解でき
る。しかし、実際のセンサ製造工程からの制限があり、
支持部2が太くならざる得ない場合には、振動モレによ
る基台部1の振動が1.5%以下となるように、支持部
2の形状を設計すれば良い。
Therefore, it is considered that a sensor with good characteristics can be obtained by designing the shape of the supporting portion so that the base amplitude is 1.5% or less. As one of the means, in order to obtain a vibration gyro with good temperature drift characteristics, the width A of the support portion is
It can be easily understood from FIG. 3 to FIG. However, there are limitations from the actual sensor manufacturing process,
If the support 2 must be thicker, the shape of the support 2 may be designed so that the vibration of the base 1 due to vibration leakage is 1.5% or less.

【0025】このように、振動型ジャイロの支持部2の
形状を、基台部1の振動が1.5%以下となるように、
そして具体的には、5mm以下に設計することにより、
振動安定性の高いジャイロを得ることができる。このよ
うに本実施例では、角柱3,4に設けられた駆動用圧電
素子5,6による角柱3,4の振動による基台部1の振
幅が角柱3,4の振幅の1.5%以下となるように設計
した時、具体的には、支持部2の幅を5ミリメートル以
下とすることにより、振動体が安定に支持される。
In this way, the shape of the support portion 2 of the vibrating gyro is adjusted so that the vibration of the base portion 1 is 1.5% or less.
And specifically, by designing it to be 5 mm or less,
A gyro with high vibration stability can be obtained. As described above, in this embodiment, the vibration of the prisms 3 and 4 by the driving piezoelectric elements 5 and 6 provided on the prisms 3 and 4 causes the amplitude of the base portion 1 to be 1.5% or less of the amplitude of the prisms 3 and 4. When designed so that specifically, the width of the support portion 2 is set to 5 mm or less, so that the vibrating body is stably supported.

【0026】つまり、ジャイロの製造工程の加工寸法誤
差などで左右の角柱3,4(振動子)の寸法が違って
も、音叉内部に振動エネルギーを効果的に閉じ込めるこ
とができる。このため、不要な振動漏れが低減され、こ
れによるノイズの発生を抑えることができる。又、不要
な振動漏れが低減される結果、安定な振動状態となり、
温度の変化に対して安定であり温度特性が良くなる。こ
のように、振動体のバランスが崩れていても振動体を確
実に支持できるとともに、振動の漏れが少なく効率良く
振動させることができる。
That is, even if the dimensions of the right and left prisms 3 and 4 (vibrator) are different due to a processing dimension error in the manufacturing process of the gyro, the vibration energy can be effectively trapped inside the tuning fork. Therefore, unnecessary vibration leakage can be reduced, and noise generation due to this can be suppressed. Moreover, as a result of reducing unnecessary vibration leakage, a stable vibration state is achieved,
It is stable against changes in temperature and has good temperature characteristics. In this way, even if the balance of the vibrating body is lost, the vibrating body can be reliably supported and the vibration can be efficiently vibrated with less leakage of vibration.

【0027】(第2実施例)次に我々は、さらに鋭意研
究を行った。用いた角速度センサは、図2に示すのもの
と同一のものを使用した。以下に各種の実験結果を示
す。図9は、左右の角柱(振動子)3,4の先端での振
幅差と、支持部幅Aとの相関を示すものである。支持部
幅Aが3.0mmの時に振幅差が最も小さくなる。従っ
て、支持部幅Aが3.0mmの時に振動が安定すること
が分かった。
(Second Embodiment) Next, we conducted further diligent research. The same angular velocity sensor as shown in FIG. 2 was used. The results of various experiments are shown below. FIG. 9 shows a correlation between the amplitude difference at the tips of the left and right prisms (vibrators) 3 and 4 and the support portion width A. The amplitude difference is smallest when the support width A is 3.0 mm. Therefore, it was found that the vibration was stable when the support width A was 3.0 mm.

【0028】図10〜図16は、角柱(振動子)3,4
の幅Bと支持部長さCを変えた場合の、左右の角柱(振
動子)3,4の先端振幅差と、支持部幅Aとの相関を示
すものである。その結果、角柱(振動子)3,4の先端
での振幅差を最小とする寸法関係が存在することが分か
った。ここで、それぞれの箇所のW,L,Dは、第1実
施例と同一の箇所を示すものとする。
10 to 16 show prisms (vibrator) 3 and 4.
3 shows the correlation between the tip end amplitude difference between the right and left prisms (vibrators) 3 and 4 and the support portion width A when the width B and the support portion length C are changed. As a result, it was found that there is a dimensional relationship that minimizes the amplitude difference at the tips of the prisms (vibrator) 3, 4. Here, W, L, and D at the respective points indicate the same points as in the first embodiment.

【0029】図10には角柱3,4の幅Bを変化させた
場合(規定値1.5mm,3mm,5mmに対しマイナ
ス側に10%ズレた場合)の振幅差と支持部幅Aとの相
関を示す。また、図11乃至図13には支持部2の長さ
Cを変化させた場合の振幅差と支持部幅Aとの相関を示
す。尚、変化寸法は、各図に示した。この図10乃至1
3から、左右の振幅誤差に対し、支持部幅A,角柱3,
4の幅B,支持部2の長さCによる影響を受けることが
判明した。
FIG. 10 shows the difference between the amplitude and the width A of the supporting portion when the width B of the prisms 3 and 4 is changed (when the specified values are deviated by 10% from the specified values of 1.5 mm, 3 mm and 5 mm). Show correlation. 11 to 13 show the correlation between the amplitude difference and the width A of the supporting portion when the length C of the supporting portion 2 is changed. The changed dimensions are shown in each figure. 10 to 1
From 3, the width A of the supporting portion, the prism 3,
It was found that the width B of No. 4 and the length C of the supporting portion 2 were affected.

【0030】図14には角柱3,4の離間距離Wを変化
させた場合の振幅差と支持部幅Aとの相関を示す。又、
図15には角柱3,4の長さLを変化させた場合の振幅
差と支持部幅Aとの相関を示す。さらに、図16には角
柱3,4の根元部分の長さDを変化させた場合の振幅差
と支持部幅Aとの相関を示す。この図14乃至図15か
ら、左右の振幅差に対し、角柱3,4の離間距離W,角
柱3,4の長さL,角柱3,4の根元部分の長さDによ
る影響はないことが判明した。
FIG. 14 shows the correlation between the amplitude difference and the support width A when the distance W between the prisms 3 and 4 is changed. or,
FIG. 15 shows the correlation between the amplitude difference and the support portion width A when the lengths L of the prisms 3 and 4 are changed. Further, FIG. 16 shows the correlation between the amplitude difference and the support portion width A when the length D of the root portions of the prisms 3 and 4 is changed. From FIGS. 14 to 15, there is no influence on the left-right amplitude difference due to the separation distance W of the prisms 3 and 4, the length L of the prisms 3 and 4, and the length D of the root portion of the prisms 3 and 4. found.

【0031】これらの条件の場合における振動差の最小
値をまとめたものが、図17である。これら最小値のプ
ロット点は、次の条件式にまとめることができた。
FIG. 17 shows a summary of the minimum values of the vibration difference under these conditions. The plot points of these minimum values could be summarized in the following conditional expression.

【0032】[0032]

【数5】A≦0.4×C+B ただし、A;支持部2の幅(ミリメートル) B;角柱3,4の幅(ミリメートル) C;支持部2の長さ(ミリメートル) さらに、## EQU00005 ## A.ltoreq.0.4.times.C + B where A is the width of the supporting portion 2 (millimeters) B is the width of the prisms 3 and 4 (millimeters) C is the length of the supporting portion 2 (millimeters)

【0033】[0033]

【数6】0.4×C+B−1≦A≦0.4×C+B+1 とすることが好ましい。ここで、上式において(0.4
×C+B)に対し±1mmの幅を設けたのは、角柱(振
動子)3,4の先端での振幅差が10%以下となるよう
にしたものである。
## EQU6 ## It is preferable that 0.4 × C + B-1 ≦ A ≦ 0.4 × C + B + 1. Here, in the above equation, (0.4
The width of ± 1 mm with respect to (× C + B) is provided so that the amplitude difference at the tips of the prisms (vibrators) 3 and 4 is 10% or less.

【0034】このように、振動型ジャイロの支持部形状
を、上式のように設計することにより、振動安定性の高
いジャイロを得ることができる。つまり、ジャイロの製
造工程の加工寸法誤差などで左右の角柱3,4(振動
子)の寸法が違っても、音叉内部に振動エネルギーを効
果的に閉じ込めることができる。このため、不要な振動
漏れが低減され、これによるノイズの発生を抑えること
ができる。又、不要な振動漏れが低減される結果、安定
な振動状態となり、温度の変化に対して安定であり温度
特性が良くなる。このように、振動体のバランスが崩れ
ていても振動体を確実に支持できるとともに、振動の漏
れが少なく効率良く振動させることができる。
As described above, by designing the shape of the support portion of the vibration type gyro according to the above equation, a gyro having high vibration stability can be obtained. That is, even if the dimensions of the right and left prisms 3 and 4 (vibrator) are different due to processing dimension errors in the manufacturing process of the gyro, the vibration energy can be effectively trapped inside the tuning fork. Therefore, unnecessary vibration leakage can be reduced, and noise generation due to this can be suppressed. Further, as a result of reducing unnecessary vibration leakage, a stable vibration state is achieved, which is stable with respect to temperature changes and the temperature characteristics are improved. In this way, even if the balance of the vibrating body is lost, the vibrating body can be reliably supported and the vibration can be efficiently vibrated with less leakage of vibration.

【0035】次に、駆動振動と検知振動の共振周波数の
差Δfと、感度の関係について説明する。Δfを小さく
すれば感度は大きくなる。例えば、図18に示す角速度
センサにおいて、角柱の厚みを3mm、角柱の長さLを
35mmとした場合で、Δfと感度を検討した結果、図
19のような関係が得られた。
Next, the relationship between the difference Δf between the resonance frequencies of the driving vibration and the detected vibration and the sensitivity will be described. The sensitivity increases as Δf decreases. For example, in the angular velocity sensor shown in FIG. 18, when the thickness of the prism is 3 mm and the length L of the prism is 35 mm, Δf and the sensitivity are examined. As a result, the relationship shown in FIG. 19 is obtained.

【0036】即ち、Δfを小さくする程、感度を高くす
ることができる。しかし、Δfを小さくすると以下に述
べるような問題があることが判明した。 (1)共振周波数の差Δfが小さい場合には感度は高い
が、共振周波数の温度変化によって感度の変化やオフセ
ットの変動を起こしやすく、温度特性は悪化する。 (2)又、角速度が周期的に加わる場合、例えば、車の
姿勢制御に用いようとすれば、実用上0〜40Hz程度
の応答性が必要とされる。しかしながら、図20に示す
ように、応答特性は、角速度周波数fo と周波数差Δf
が等しくなる点でピークを持つ。 図21のように、共振周波数を合わ込んだジャイロでは
フラットな応答性を持たない。40Hzまでの周波数で
フラットな応答性をジャイロに持たせるためには、図2
2のようにΔfは60Hz以上が必要である。
That is, the smaller Δf is, the higher the sensitivity can be. However, it has been found that there is a problem described below when Δf is reduced. (1) When the difference Δf in resonance frequency is small, the sensitivity is high, but a change in sensitivity or a change in offset is likely to occur due to a temperature change in the resonance frequency, and the temperature characteristic deteriorates. (2) Further, when the angular velocity is periodically applied, for example, when it is used for controlling the attitude of the vehicle, a response of about 0 to 40 Hz is practically required. However, as shown in FIG. 20, the response characteristics are the angular velocity frequency fo and the frequency difference Δf.
Has a peak at the points where are equal. As shown in FIG. 21, a gyro with a resonance frequency matched does not have a flat response. To give the gyro a flat response at frequencies up to 40 Hz, use the
As shown in 2, Δf needs to be 60 Hz or higher.

【0037】このように、共振周波数の差Δfはある程
度以上の値にする必要があり、具体的には60Hz以上
にするのが望ましい。又、逆に、Δfがあまり大きくな
ると感度が低下するためにあまり大きくできず、具体的
には200Hz以下が望ましい。従って、特性の良い角
柱音叉型ジャイロを作るためには、駆動と検知の共振周
波数の差をある程度設ける必要があり、具体的には60
〜200Hz程度が望ましい。
As described above, the resonance frequency difference Δf needs to be a certain value or more, and specifically, it is desirable to set it to 60 Hz or more. On the other hand, if Δf is too large, the sensitivity is lowered and therefore it cannot be made so large. Specifically, it is preferably 200 Hz or less. Therefore, in order to make a prismatic tuning fork type gyro with good characteristics, it is necessary to provide a certain difference between the resonance frequencies of drive and detection.
Approximately 200 Hz is desirable.

【0038】このように駆動振動と検知振動の共振周波
数を完全に一致させず、ある程度の差を設ける、より具
体的には60〜200Hzとする。ここで、60〜20
0Hzはプラス・マイナスいずれでもよい。その結果、
駆動と検知の共振周波数がある程度近いため、高感度で
ある。又、共振周波数の合せ込みのための微調整が必要
でなく、低コストで生産できる。さらに、共振周波数へ
の温度変化による影響が少ないため、温度特性の良いジ
ャイロを提供できる。
As described above, the resonance frequencies of the driving vibration and the detection vibration are not completely matched with each other, and a certain difference is provided, more specifically, 60 to 200 Hz. Where 60 to 20
0 Hz may be either plus or minus. as a result,
Since the resonance frequencies of drive and detection are close to each other to some extent, high sensitivity is achieved. Further, it is not necessary to make fine adjustments for matching the resonance frequencies, and the production can be performed at low cost. Furthermore, since the resonance frequency is less affected by the temperature change, it is possible to provide a gyro with good temperature characteristics.

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

【図1】実施例の角速度センサを示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an angular velocity sensor of an embodiment.

【図2】角速度センサの正面図である。FIG. 2 is a front view of an angular velocity sensor.

【図3】支持部幅と基台部振幅との関係を示す線図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a support portion width and a base portion amplitude.

【図4】支持部幅と基台部振幅との関係を示す線図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a support portion width and a base portion amplitude.

【図5】支持部幅と基台部振幅との関係を示す線図であ
る。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a support portion width and a base portion amplitude.

【図6】支持部幅と基台部振幅との関係を示す線図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a support portion width and a base portion amplitude.

【図7】支持部幅と基台部振幅との関係を示す線図であ
る。
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a support portion width and a base portion amplitude.

【図8】支持部幅と温度ドリフトとの関係を示す線図で
ある。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a support portion width and a temperature drift.

【図9】支持部幅と振幅差との関係を示す線図である。FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a support width and an amplitude difference.

【図10】支持部幅と振幅差との関係を示す線図であ
る。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a width of a support portion and an amplitude difference.

【図11】支持部幅と振幅差との関係を示す線図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a support width and an amplitude difference.

【図12】支持部幅と振幅差との関係を示す線図であ
る。
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a support width and an amplitude difference.

【図13】支持部幅と振幅差との関係を示す線図であ
る。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a width of a support portion and an amplitude difference.

【図14】支持部幅と振幅差との関係を示す線図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a support width and an amplitude difference.

【図15】支持部幅と振幅差との関係を示す線図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing a relationship between a width of a support portion and an amplitude difference.

【図16】支持部幅と振幅差との関係を示す線図であ
る。
FIG. 16 is a diagram showing a relationship between a support width and an amplitude difference.

【図17】支持部長さと支持部幅との関係を示す線図で
ある。
FIG. 17 is a diagram showing a relationship between a support portion length and a support portion width.

【図18】角速度センサを示す斜視図である。FIG. 18 is a perspective view showing an angular velocity sensor.

【図19】周波数差Δfと感度との関係を示す線図であ
る。
FIG. 19 is a diagram showing a relationship between frequency difference Δf and sensitivity.

【図20】角速度周波数とゲインとの関係を示す線図で
ある。
FIG. 20 is a diagram showing a relationship between an angular velocity frequency and a gain.

【図21】周波数と応答性との関係を示す線図である。FIG. 21 is a diagram showing a relationship between frequency and responsiveness.

【図22】周波数と応答性との関係を示す線図である。FIG. 22 is a diagram showing the relationship between frequency and responsiveness.

【図23】従来の角速度センサを示す斜視図である。FIG. 23 is a perspective view showing a conventional angular velocity sensor.

【図24】従来の角速度センサを示す斜視図である。FIG. 24 is a perspective view showing a conventional angular velocity sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基台部 2 支持部 3 角柱 4 角柱 5 駆動用圧電素子 6 駆動用圧電素子 7 検知用圧電素子 8 検知用圧電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Base part 2 Support part 3 Prismatic prism 4 Prismatic prism 5 Piezoelectric element for driving 6 Piezoelectric element for driving 7 Piezoelectric element for detection 8 Piezoelectric element for detection

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神田 知幸 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本電 装株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tomoyuki Kanda 1-1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi Nihon Denso Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基台部に対し角柱状の支持部にて2本の
角柱が支持され、当該角柱の直行する面に駆動用圧電素
子と検知用圧電素子とをそれぞれ止着した角柱音叉型圧
電振動ジャイロを用いた角速度センサにおいて、 前記角柱に設けられた前記駆動用圧電素子による前記角
柱の振動による前記基台部の振動が前記角柱の振幅の
1.5%以下であることを特徴とする角速度センサ。
1. A prismatic tuning fork type in which two prisms are supported by a prismatic support portion with respect to a base part, and a driving piezoelectric element and a detecting piezoelectric element are respectively fixed to the orthogonal surfaces of the prisms. In an angular velocity sensor using a piezoelectric vibrating gyro, the vibration of the base due to the vibration of the prism due to the driving piezoelectric element provided in the prism is 1.5% or less of the amplitude of the prism. Angular velocity sensor.
【請求項2】 基台部に対し角柱状の支持部にて2本の
角柱が支持され、当該角柱の直行する面に駆動用圧電素
子と検知用圧電素子とをそれぞれ止着した角柱音叉型圧
電振動ジャイロを用いた角速度センサにおいて、 前記支持部の幅を5ミリメートル以下とすることを特徴
とする角速度センサ。
2. A prismatic tuning fork type in which two prisms are supported by a prismatic support part with respect to a base part, and a driving piezoelectric element and a detecting piezoelectric element are respectively fixed to the orthogonal surfaces of the prisms. An angular velocity sensor using a piezoelectric vibrating gyro, wherein the width of the support portion is 5 mm or less.
【請求項3】 前記支持部の厚みは、前記角柱の厚みと
略同一であることを特徴とする請求項1記載の角速度セ
ンサ。
3. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a thickness of the supporting portion is substantially the same as a thickness of the prism.
【請求項4】 前記支持部の幅は、5ミリメートル以下
かつ0.5ミリメートル以上の範囲内であることを特徴
とする請求項1記載の角速度センサ。
4. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the width of the supporting portion is within a range of 5 mm or less and 0.5 mm or more.
【請求項5】 基台部に対し角柱状の支持部にて2本の
角柱が支持され、当該各角柱の直交する面に駆動用圧電
素子と検知用圧電素子とをそれぞれ止着した角柱音叉型
圧電振動ジャイロを用いた角速度センサにおいて、 支持部の幅をAミリメートルとし、角柱の幅をBミリメ
ートルとし、支持部の長さをCミリメートルとしたと
き、 【数1】A≦0.4×C+B を満足させるようにしたことを特徴とする角速度セン
サ。
5. A prismatic tuning fork in which two prisms are supported by a prismatic support part with respect to a base part, and a driving piezoelectric element and a detecting piezoelectric element are respectively fixed to the surfaces orthogonal to each other. In an angular velocity sensor using a piezoelectric piezoelectric gyro, when the width of the supporting portion is A millimeter, the width of the prism is B millimeter, and the length of the supporting portion is C millimeter, the following equation is obtained: A ≦ 0.4 × An angular velocity sensor characterized by satisfying C + B.
【請求項6】 基台部に対し角柱状の支持部にて2本の
角柱が支持され、当該各角柱の直交する面に駆動用圧電
素子と検知用圧電素子とをそれぞれ止着した角柱音叉型
圧電振動ジャイロを用いた角速度センサにおいて、 支持部の幅をAミリメートルとし、角柱の幅をBミリメ
ートルとし、支持部の長さをCミリメートルとしたと
き、 【数2】0.4×C+B−1≦A≦0.4×C+B+1 を満足させるようにしたことを特徴とする角速度セン
サ。
6. A prismatic tuning fork in which two prisms are supported by a prismatic support portion with respect to a base portion, and a driving piezoelectric element and a detecting piezoelectric element are fixed to the surfaces of the prisms orthogonal to each other. In an angular velocity sensor using a piezoelectric vibrating gyro, when the width of the supporting portion is A millimeter, the width of the prism is B millimeter, and the length of the supporting portion is C millimeter, the following equation is obtained: 0.4 × C + B- An angular velocity sensor characterized in that 1 ≦ A ≦ 0.4 × C + B + 1 is satisfied.
JP5253039A 1992-10-12 1993-10-08 Angular velocity sensor Withdrawn JPH07139951A (en)

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JP5253039A JPH07139951A (en) 1992-10-13 1993-10-08 Angular velocity sensor
US08/134,813 US5481913A (en) 1992-10-12 1993-10-12 Angular velocity sensor and method of adjusting the same
DE4334736A DE4334736A1 (en) 1992-10-12 1993-10-12 Angular velocity sensor using tuning-fork vibrator and piezoelements - detects Coriolis force setting square prongs in vibration at right angles to direction of their piezoelectric excitation

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JP5-237637 1993-09-24
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2000000789A1 (en) * 1998-06-26 2000-01-06 Fujitsu Limited Tuning fork type vibrational gyroscope

Cited By (2)

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