JPH0714316U - 音響式ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 音響式ジャイロにおける音源の消費電力を低
減すること。 【構成】 検出チャネル１５により連結された２つの部
屋１３、１４を有するケース１に満たされた流体を駆動
する音源として圧電振動板２を用いる。圧電振動板２の
振動により生じた検出チャネル１５における音圧がマイ
クロホン３１、３２により検出される。これら検出され
た音圧における位相差に基づいて、ケース１の回転角速
度が求められる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、音響式ジャイロに関し、特に、音によって振動する流体が回転運動 を受ける時に生じるコリオリの力を利用してその回転角速度を検出する、音響式 ジャイロに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

上記のような音響式ジャイロとしては、例えば特開平２−２１８９１２号公報 に記載されたものが知られている。この音響式ジャイロでは、内側が空気等の流 体で満たされ且つ音響的に閉じたケースを隔壁によって２つの部屋に分けるとと もに、これらの部屋をケース上部に形成した検出チャネル（ダクト）によって連 結ないし連通する構成としている。またケースに取付けた一対のマイクロホンに よって、検出チャネルの中央の両側の２つ点における音圧がそれぞれ検出される 。そしてこれらマイクロホンの出力を例えば位相比較器に入力して位相差に応じ た出力を得ている。

【０００３】 この従来例においては、音源を駆動すると、２つの部屋には絶対値が等しく符 号が反対の体積変化が差動的に与えられ、またこの振動的な体積変化によって検 出チャネルの内部の空気には振動的な流れが発生する。ここで、ケースは、２つ の部屋が検出チャネルによって連結されて１つの音響共振系が構成されたもので あるから、ケースが静止している状態において、音源が例えば正弦波出力によっ て駆動された場合、検出チャネルの内部の空気は検出チャネルの連結方向（長さ 方向）に振動する。そしてこの振動時において、検出チャネルの２つの点に生じ る音圧は互いに等しい。ここで、検出チャネルの内部で音圧が０になる音響的中 立点は、２つの部屋の容積が等しい場合には検出チャネルの中央であり、またこ の中央では音圧はゼロとなる。よって通常は、２つの部屋の容積に違いを持たせ ることによって音響的中立点を検出チャネルの中央からずらして位置させている 。これにより、検出チャネルの２つの点では音圧が残存し、この残存する音圧を マイクロホンにより検出している。

【０００４】 一方、ケースが回転している場合には、２つの点にはコリオリの力よって差圧 が発生する。そしてこの差圧が静止時における２つの点の音圧にそれぞれ分けら れて加減算される結果、２つの点の音圧はケースの回転角速度に応じた位相変化 が生じる。そしてこのようなコリオリの力によって生じる音圧の位相差を検知し 、またこの位相差に基づき、例えば特開平２−２１８９１２号公報の第５図に示 された角速度と出力信号との関係から、ケースの回転角速度を求めている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、上記のような音響式ジャイロにおいて、音源としては通常はムービ ングコイル型スピーカが使用されている。

【０００６】 しかしながら、この種のムービングコイル型スピーカはそのインピーダンスが 小さく、よって所定の大きさの音圧を得るためにはムービングコイル型スピーカ を大電流で駆動する必要がある。このため、消費電力が大きくなるという問題が ある。

【０００７】 本考案の目的は、上記のムービングコイル型スピーカのようにインピーダンス が小さいものを音源として用いた場合における上記の課題を解決し、消費電力を 低減することが可能な、音響式ジャイロを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

本考案の音響式ジャイロは、検出チャネルにより連結された２つの部屋を有す るケースと、前記ケース内に満たされた流体を駆動する音源と、前記検出チャネ ル内の所定の場所での音圧を検出する音圧検出器とを有し、前記音圧の位相変化 に基づいて前記ケースの回転角速度を検知する音響式ジャイロにおいて、前記音 源が圧電振動板であることを特徴とするものである。

【０００９】 上記の圧電振動板としては、例えば、円盤状の圧電セラミックスを金属板に貼 り付けて構成されるもので、圧電セラミックスに電圧を印加した時に発生する拡 がり振動（歪みや応力による）を撓み振動に変えて音波を放射するものが用いら れる。

【００１０】

【作用】

音響式ジャイロにおいて音源としては、２つの部屋に差動的に音圧を発生でき るものであれば良く、このため圧電振動板も使用することができる。そして、こ の圧電振動板を用いることで、例えばムージングコイル型スピーカと比べて、同 じ大きさの部屋音圧を少ない消費電力で得ることができる。

【００１１】

【実施例】

以下に添付図面を用いて本考案の実施例を説明する。

【００１２】 図１〜図２に本考案の実施例の音響式ジャイロを示した。この音響式ジャイロ は、音響的に閉じたケース１を用いてなるものであり、ケース１の内側には空気 等の流体が満たされている。

【００１３】 ケース１の内部には、略中央部に透孔を有する隔壁１１、並びに隔壁１１の上 端に一体に連結された平板状の隔壁１２が形成されている。隔壁１１によって、 ケース１の内側が容積Ｖ１の部屋１３と容積Ｖ２の部屋１４とに分けられる。ま た隔壁１１の透孔には音源となる圧電振動板２が取り付けられている。隔壁１２ とケース１の上面との間には、上記２つの部屋１３、１４を連結ないし連通する 、長さｌの検出チャネル１５が形成されている。

【００１４】 ケース１の上面には、一対のマイクロホン（音圧検出器）３１、３２が距離ｄ で取付けられている。これらマイクロホン３１、３２によって検出チャネル１５ の両側の点Ｑ１、Ｑ２における音圧がそれぞれ検出される。これらマイクロホン ３１、３２の出力の位相差は、例えば図１に示したように、増幅器４１、４２を 介して位相比較器４３に入力される。位相比較器４３は、これらの入力の位相差 に応じた出力を発生し、この出力は指示計器４４に表示される。

【００１５】 図３はこの音響式ジャイロに用いられる圧電振動板２の一例を示したものであ る。この圧電振動板２は、、黄銅板やステンレス板などの金属板２１の上面に接 着剤２２を介して圧電体薄膜２３を接着するとともに、この圧電体薄膜２３の上 面に銀などからなる電極２４を形成して構成される。圧電体薄膜２３としては、 例えば圧電セラミックスが用いられる。

【００１６】 この実施例の音響式ジャイロでは、例えば図１に示した発振器４５からの信号 によって、圧電振動板２が駆動された場合、部屋１３と１４には絶対値が等しく 符号が反対の体積変化が差動的に与えられる。そしてこの圧電振動板２により与 えられる振動的な体積変化によって検出チャネル１５内部の空気には振動的な流 れが発生する。

【００１７】 ここで、この実施例の音響式ジャイロは、隔壁１１により仕切られた部屋１３ と１４が検出チャネル１５によって連結されて音響共振系を構成し、またこの音 響共振系における共振角速度ωは、式（１）となる。

【００１８】

【数１】

【００１９】 但し、Ｌは検出チャネル１５の音響イナータンスであり、Ｌ＝ρｌ／Ｓ（ρ： ケース１の内部の空気の密度、Ｓ：検出チャネル１７の断面積）で表される。ま たＣ１、Ｃ２をそれぞれ容積Ｖ１、Ｖ２の部屋１３、１４の音響コンプライアン スとすれば、Ｃｏ＝Ｃ１・Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）となる。尚、音響コンプライア ンスＣ１、Ｃ２はそれぞれ、Ｃ１＝Ｖ１／γＰｏ、Ｃ２＝Ｖ２／γＰｏ（γ：空 気の比熱比、Ｐｏ：ケース１の空気の内部の静圧力）で表される。更に、Ｃ´は 、音源の出力インピーダンスを表すコンプライアンスであり、音源である圧電振 動板２のコーン部が音圧を受けて撓む度合いを示す。

【００２０】 そして、ケース１が静止している状態において、圧電振動板２が角周波数ωの 正弦波出力によって駆動された場合、検出チャネル１５の内部の空気は、ｕ（ｔ ）＝Ｕｃｏｓωｔ（但し、ｔ：時間、Ｕ：速度振幅）の速度で、検出チャネル１ ５の長さ方向に振動する。

【００２１】 上記の振動時において、検出チャネル１５において点Ｑ１、Ｑ２に生じる音圧 は互いに等しくｐ（ｔ）であり、これは点Ｑ１、Ｑ２が例えば検出チャネル１５ の長さ方向の中央に位置する場合、式（２）で表される。そして、検出チャネル １５の駆動音圧が０になる音響的中立点は、Ｖ１＝Ｖ２であれば、検出チャネル １５の中央であり、またこの音響的中立点ではｐ（ｔ）＝０となる。

【００２２】

【数２】

【００２３】 一方、ケース１が、垂直線Ｚ−Ｚの回りに角速度Ωで回転している場合、点Ｑ １、Ｑ２にはコリオリの力より、Δｐ（ｔ）＝２ρｄΩｕ（ｔ）＝２ρｄΩＵｃ ｏｓω（ｔ）なる差圧が発生する。そしてこの差圧は、上記の静止状態における 点Ｑ１、Ｑ２の音圧に、それぞれ１／２つづに分けられて加減算される。つまり ケース１が回転している時の点Ｑ１、Ｑ２の音圧をそれぞれｐ１（ｔ）、ｐ２（ ｔ）とすれば、これらは式（３）、（４）となる。またこれらの式において、Ａ 、θはそれぞれ式（５）、（６）である。

【００２４】

【数３】

【００２５】

【数４】

【００２６】

【数５】

【００２７】

【数６】

【００２８】 このようにして、ケース１の回転に応じた位相差がマイクロホン３１、３２の 出力から検出される。そしてこの位相差に基づいて、従来と同様にして、ケース １の回転角速度が求められる。

【００２９】 図４は音源に圧電振動板を用いた本考案の音響式ジャイロ（実施例）と、音源 にムービングコイル型スピーカを用いた従来の音響式ジャイロ（従来例）とにお ける部屋音圧（ｄＢ）に対する消費電力（ｍＷ）の関係を示したもので、同じ大 きさの部屋音圧を得る場合、実施例には従来例に比べて低い消費電力で済むこと が判る。また、従来例では部屋音圧が大きくなるにつれて消費電力が幾何級数的 に増大するのに対し、実施例の場合には消費電力の増大の割合が極めて小さく、 また増大も略直線的である。よって、本考案の音響式ジャイロでは、特に大きな 部屋音圧の場合に顕著な効果が得られる。

【００３０】

【考案の効果】

以上の通り、本考案によれば、音源に圧電振動板を用いたことから、従来の例 えばムービングコイル型スピーカを用いた場合に比べて消費電力を十分に低減す ることができる。またこの圧電振動板はムービングコイル型スピーカに比べて安 価であるため、コスト的にも有利であり、コスト低減化が図れるという効果もあ る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の音響式ジャイロの平面図であ
る。

【図２】（ａ）は図１におけるＡ−Ａ線の断面図、
（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線の断面図である。

【図３】（ａ）は実施例の音響式ジャイロに用いる圧電
振動板の平面図、（ｂ）は同じく側面図である。

【図４】実施例の音響式ジャイロと従来の音響式ジャイ
ロにおける部屋音圧に対する消費電力の関係を示したグ
ラフである。

【符号の説明】

１…ケース ２…圧電振動板 １１、１２…隔壁 １３、１４…部屋 ３１、３２…マイクロホン

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出チャネルにより連結された２つの部
   屋を有するケースと、前記ケース内に満たされた流体を
   駆動する音源と、前記検出チャネル内の所定の場所での
   音圧を検出する音圧検出器とを有し、前記音圧の位相変
   化に基づいて前記ケースの回転角速度を検知する音響式
   ジャイロにおいて、前記音源が圧電振動板であることを
   特徴とする音響式ジャイロ。