JPH0721413B2 - 音響ジャイロメーター - Google Patents
音響ジャイロメーターInfo
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- JPH0721413B2 JPH0721413B2 JP21646188A JP21646188A JPH0721413B2 JP H0721413 B2 JPH0721413 B2 JP H0721413B2 JP 21646188 A JP21646188 A JP 21646188A JP 21646188 A JP21646188 A JP 21646188A JP H0721413 B2 JPH0721413 B2 JP H0721413B2
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- Japan
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- cavity
- axis
- line
- measuring
- gyrometer
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/5698—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using acoustic waves, e.g. surface acoustic wave gyros
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、流体が充填されたキャビティと、このキャビ
ティの第１音響共鳴モードを励起する手段と、キャビテ
ィが回転する際にコリオリ力により誘導されるキャビテ
ィの少なくとも第２音響共鳴モードを測定する手段とか
らなり、前記回転が回転軸線を中心として行われる音響
ジャイロメータに関する。
ティの第１音響共鳴モードを励起する手段と、キャビテ
ィが回転する際にコリオリ力により誘導されるキャビテ
ィの少なくとも第２音響共鳴モードを測定する手段とか
らなり、前記回転が回転軸線を中心として行われる音響
ジャイロメータに関する。
運動物体に装着されたこの種のジャイロメータは、一本
もしくは数本の基準軸線を中心とするこの運動物体の回
転速度を測定することができる。
もしくは数本の基準軸線を中心とするこの運動物体の回
転速度を測定することができる。
（従来の技術） 上記種類のジャイロメータは既に使用されており、かつ
フランス特許第2,554,225号公報に記載されている。こ
の特許において、キャビティは直角平行六面体の形状と
なっておりかつ互いに平行な２つの面が測定すべき回転
軸線に対し垂直となるように配置されている。第１共鳴
モード（即ち、励起手段により励起されるモード）は、
粒子音響速度が全て回転軸線に対し平行かつ直交状態と
なるようなモードである。第２共鳴モード（即ち、コリ
オリの力により誘導されるモード）は同じタイプであ
り、即ち、その粒子音響速度は全て平行であるが、誘導
モードの速度の方向は励起モードの速度の方向に対し直
交状態となる。この種のジャイロメータが良好な性能で
機能するためには、幾つかの条件を満足させることが重
要である。これらの条件としては特に次のことが挙げら
れる。
フランス特許第2,554,225号公報に記載されている。こ
の特許において、キャビティは直角平行六面体の形状と
なっておりかつ互いに平行な２つの面が測定すべき回転
軸線に対し垂直となるように配置されている。第１共鳴
モード（即ち、励起手段により励起されるモード）は、
粒子音響速度が全て回転軸線に対し平行かつ直交状態と
なるようなモードである。第２共鳴モード（即ち、コリ
オリの力により誘導されるモード）は同じタイプであ
り、即ち、その粒子音響速度は全て平行であるが、誘導
モードの速度の方向は励起モードの速度の方向に対し直
交状態となる。この種のジャイロメータが良好な性能で
機能するためには、幾つかの条件を満足させることが重
要である。これらの条件としては特に次のことが挙げら
れる。
互いに平行でかつ共鳴モードに対し直交する２面間の間
隔は励起周波数における半波長の整数倍に厳密に等しく
せねばならず、この整数は、一般に同一であって、これ
は励起周波数が自動制御される場合にもキャビティの２
つの寸法が厳密に等しくならなければならないこと。
隔は励起周波数における半波長の整数倍に厳密に等しく
せねばならず、この整数は、一般に同一であって、これ
は励起周波数が自動制御される場合にもキャビティの２
つの寸法が厳密に等しくならなければならないこと。
平行六面体の各面は、厳密に平行でなければならないこ
と。
と。
誘導モードの測定を可能にするトランスジューサは、励
起モードの結節点に厳密に位置していなければならない
こと。
起モードの結節点に厳密に位置していなければならない
こと。
（発明が解決しようとする課題） 一般的に言って、実際には次の条件は満たされない。特
に励起モードの粒子音響速度に対し直交する２面間の距
離が、誘導モードの粒子音響速度に対し直交する２面間
の距離に厳密に等しくなければ、励起モードの自然周波
数は誘導モードの自然周波数から若干異なることにな
る。励起周波数が自動周波数制御により制御されて励起
モードの自然周波数に等しくなれば、誘導モードはその
自然周波数とは若干異なる周波数で励起されて不正確な
測定の原因となる。このように一般的に言って、平行六
面体キャビティを有するこの種のジャイロメータの性能
は、機械的欠陥の影響を極めて受けやすい。
に励起モードの粒子音響速度に対し直交する２面間の距
離が、誘導モードの粒子音響速度に対し直交する２面間
の距離に厳密に等しくなければ、励起モードの自然周波
数は誘導モードの自然周波数から若干異なることにな
る。励起周波数が自動周波数制御により制御されて励起
モードの自然周波数に等しくなれば、誘導モードはその
自然周波数とは若干異なる周波数で励起されて不正確な
測定の原因となる。このように一般的に言って、平行六
面体キャビティを有するこの種のジャイロメータの性能
は、機械的欠陥の影響を極めて受けやすい。
従って本発明の課題は、現在公知のジャイロメータより
も機械的欠陥の影響を受けにくいジャイロメータを提供
することにある。
も機械的欠陥の影響を受けにくいジャイロメータを提供
することにある。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、回転軸線を中心とする角速度を測定す
るための音響ジャイロメーターであって、 （ａ）媒体が充填されており、前記回転軸線を中心とし
て回転自在なキャビティと、 （ｂ）前記回転軸線に垂直に交差している第１ライン上
のキャビティ壁面に設けられ、該第１のライン上に圧力
の極値を有する第１音響共鳴モードを、キャビティ内の
媒体中で励起するための手段と、 （ｃ）前記回転軸線を中心としてキャビティが回転され
る際に、キャビティ内の媒体中でコリオリの力により誘
導され、前記第１ラインと回転軸線とに垂直に交差して
いる第２ライン上に圧力の極値を有する第２音響共鳴モ
ードを測定するための手段とを備え、 （ｄ）前記キャビティは、前記回転軸線と第１ラインと
を含む平面で切断した断面形状を該回転軸線を中心とし
て回転された回転体の形状を有すると共に、該切断断面
の前記回転軸線方向寸法は、第１ライン方向寸法よりも
短いものであること、 を特徴とするキャビティ内の寄生モードが減衰され、感
度が良好な音響ジャイロメータが提供される。
るための音響ジャイロメーターであって、 （ａ）媒体が充填されており、前記回転軸線を中心とし
て回転自在なキャビティと、 （ｂ）前記回転軸線に垂直に交差している第１ライン上
のキャビティ壁面に設けられ、該第１のライン上に圧力
の極値を有する第１音響共鳴モードを、キャビティ内の
媒体中で励起するための手段と、 （ｃ）前記回転軸線を中心としてキャビティが回転され
る際に、キャビティ内の媒体中でコリオリの力により誘
導され、前記第１ラインと回転軸線とに垂直に交差して
いる第２ライン上に圧力の極値を有する第２音響共鳴モ
ードを測定するための手段とを備え、 （ｄ）前記キャビティは、前記回転軸線と第１ラインと
を含む平面で切断した断面形状を該回転軸線を中心とし
て回転された回転体の形状を有すると共に、該切断断面
の前記回転軸線方向寸法は、第１ライン方向寸法よりも
短いものであること、 を特徴とするキャビティ内の寄生モードが減衰され、感
度が良好な音響ジャイロメータが提供される。
この場合、励起モードと誘導モードとは方位角モードで
あり、即ちその粒子音響運動は物体の軸線（換言すれ
ば、この場合には回転軸線）を中心とする同心円にした
がって生じ、これらの同心円は軸線に対し直交する。こ
れらの方位角モードの圧力極値は各モードで回転軸線を
通過するライン上に生じ、かつ２本のラインは直交す
る。事実、これら２つのモードは同じ粒子運動の直交分
解のように発生し、その結果重大な機械的応力を伴わず
に励起モードの自然周波数と誘導モードの自然周波数と
は厳密に同一となる。したがって、このジャイロメータ
の性能は、特に温度性能および感度が向上している。
あり、即ちその粒子音響運動は物体の軸線（換言すれ
ば、この場合には回転軸線）を中心とする同心円にした
がって生じ、これらの同心円は軸線に対し直交する。こ
れらの方位角モードの圧力極値は各モードで回転軸線を
通過するライン上に生じ、かつ２本のラインは直交す
る。事実、これら２つのモードは同じ粒子運動の直交分
解のように発生し、その結果重大な機械的応力を伴わず
に励起モードの自然周波数と誘導モードの自然周波数と
は厳密に同一となる。したがって、このジャイロメータ
の性能は、特に温度性能および感度が向上している。
キャビティは、最高でもその最大断面の直径に等しい軸
線方向寸法を有することが好ましい。その結果、キャビ
ティの内側で発生すると思われる多数の寄生モードの自
然周波数は、励起周波数よりも高くなり、かつ励起周波
数にて減衰するこれらの寄生モードは測定手段により測
定される信号に対しごく僅かしか影響を与えない。かく
して、このジャイロメータの感度閾値（スレッショル
ド）が増大する。
線方向寸法を有することが好ましい。その結果、キャビ
ティの内側で発生すると思われる多数の寄生モードの自
然周波数は、励起周波数よりも高くなり、かつ励起周波
数にて減衰するこれらの寄生モードは測定手段により測
定される信号に対しごく僅かしか影響を与えない。かく
して、このジャイロメータの感度閾値（スレッショル
ド）が増大する。
前述したキャビティの切断断面形状は、楕円形状である
ことが望ましい。
ことが望ましい。
同一の充填流体を有しかつ等しい容積を有する共鳴キャ
ビティでは、このような形状でＱ−値が最大となる。こ
れは更に感度の向上に役に立つ。
ビティでは、このような形状でＱ−値が最大となる。こ
れは更に感度の向上に役に立つ。
（実施例） 以下、本発明の好適なジャイロメータを示す添付図面に
基づいて本発明を詳細に説明する。
基づいて本発明を詳細に説明する。
第１図を参照して、軸線Ox（回転軸）を中心とする回転
運動２の速度を測定するための音響ジャイロメータにつ
いて説明する。
運動２の速度を測定するための音響ジャイロメータにつ
いて説明する。
このジャイロメータはキャビティ１を備え、このキャビ
ティ１は、ここでは標準的な偏平な回転楕円体である。
即ち、短軸線を中心とする楕円10を回転することによっ
て得られる回転楕円体となっている。
ティ１は、ここでは標準的な偏平な回転楕円体である。
即ち、短軸線を中心とする楕円10を回転することによっ
て得られる回転楕円体となっている。
xOy面におけるキャビティ１の切断面である第２図に示
したように、Ｏは楕円の中心であり、かつOy（第１のラ
イン）は測定すべき回転運動２の軸線Oxに対しＯにて垂
直な軸線であり、楕円10の短軸線は軸線Oxに沿って伸び
ると共に、その長さはＨである一方、楕円10の長軸線
は、第２図において軸線Oyに沿って伸びると共にＤの長
さを有する。
したように、Ｏは楕円の中心であり、かつOy（第１のラ
イン）は測定すべき回転運動２の軸線Oxに対しＯにて垂
直な軸線であり、楕円10の短軸線は軸線Oxに沿って伸び
ると共に、その長さはＨである一方、楕円10の長軸線
は、第２図において軸線Oyに沿って伸びると共にＤの長
さを有する。
yOz面におけるキャビティ１の切断面である第３図に示
したように、Ozは軸線Ox及びOyに対しＯにて垂直な軸線
であり、かくして面yOzにおける断面11は、直径Ｄを有
する円となる。この断面は、勿論、キャビティ１が示す
Oxを軸線として備えた回転体の最大断面である。
したように、Ozは軸線Ox及びOyに対しＯにて垂直な軸線
であり、かくして面yOzにおける断面11は、直径Ｄを有
する円となる。この断面は、勿論、キャビティ１が示す
Oxを軸線として備えた回転体の最大断面である。
キャビティ１には流体（この場合には空気）が充填され
ている。
ている。
「ラウド・スピーカー」型の圧電式トランスジューサ３
が、このキャビティ１の断面にてキャビティ１の壁部に
配置されている。この場合には、軸線Oy上に配置されて
いる。当業者に周知な「ラウド・スピーカー」型の圧電
式トランスジューサは、ここでは加えられた電気信号を
内部に配置された流体の音響励起運動に変換するトラン
スジューサであると理解される。この励起用トランスジ
ューサ３は、キャビティ１の寸法と対比して寸法が極め
て小さくなっており、したがって実質的にピンポイント
・トランスジューサとみなされる。
が、このキャビティ１の断面にてキャビティ１の壁部に
配置されている。この場合には、軸線Oy上に配置されて
いる。当業者に周知な「ラウド・スピーカー」型の圧電
式トランスジューサは、ここでは加えられた電気信号を
内部に配置された流体の音響励起運動に変換するトラン
スジューサであると理解される。この励起用トランスジ
ューサ３は、キャビティ１の寸法と対比して寸法が極め
て小さくなっており、したがって実質的にピンポイント
・トランスジューサとみなされる。
「マイクロホン」型の圧電式トランスジューサ4,5及び
６は、励起用トランスジューサ３と同じ断面におけるキ
ャビティ１の壁部に配置されており、トランスジューサ
４および５が励起用トランスジューサ３に対し90゜ずれ
るようにし、トランスジューサ６は180゜ずれている。
かくして図面に示した場合の様に、励起用トランスジュ
ーサ３が負の半軸線Oyに配置されれば、トランスジュー
サ４および５はそれぞれ正の半軸線Ozおよび負の半軸線
Ozに位置するのに対し、トランスジューサ６は正の半軸
線Oy上に位置する。当業者に周知の「マイクロホン」型
の圧電式トランスジューサは、これに加えられた音響圧
力を電気信号に変換するトランスジューサであると理解
される。この種のトランスジューサは、音響圧力測定用
トランスジューサであると言うことができる。これらの
測定用トランスジューサ4,5及び６は、キャビティ１の
寸法と対比して、寸法が相対的に小さい。したがって、
これらトランスジューサは、実質的にピンポイント・ト
ランスジューサとみなされる。ここでは、測定用トラン
スジューサ４および５はマッチングされ、すなわち、厳
密に同一である。第４図に示したように、このジャイロ
メータはさらに各種のトランスジューサ3,4,5及び６に
接続された電子回路をも備える。
６は、励起用トランスジューサ３と同じ断面におけるキ
ャビティ１の壁部に配置されており、トランスジューサ
４および５が励起用トランスジューサ３に対し90゜ずれ
るようにし、トランスジューサ６は180゜ずれている。
かくして図面に示した場合の様に、励起用トランスジュ
ーサ３が負の半軸線Oyに配置されれば、トランスジュー
サ４および５はそれぞれ正の半軸線Ozおよび負の半軸線
Ozに位置するのに対し、トランスジューサ６は正の半軸
線Oy上に位置する。当業者に周知の「マイクロホン」型
の圧電式トランスジューサは、これに加えられた音響圧
力を電気信号に変換するトランスジューサであると理解
される。この種のトランスジューサは、音響圧力測定用
トランスジューサであると言うことができる。これらの
測定用トランスジューサ4,5及び６は、キャビティ１の
寸法と対比して、寸法が相対的に小さい。したがって、
これらトランスジューサは、実質的にピンポイント・ト
ランスジューサとみなされる。ここでは、測定用トラン
スジューサ４および５はマッチングされ、すなわち、厳
密に同一である。第４図に示したように、このジャイロ
メータはさらに各種のトランスジューサ3,4,5及び６に
接続された電子回路をも備える。
即ち、電圧調整自在なオシレータ（発振器）22の出力端
は、励起用トランスジューサ３の入力端に接続されると
共に、位相自動制御回路21の第１入力端に接続されてい
る。測定用トランスジューサ６の出力端は、位相自動制
御回路21の第２入力端に接続されている。位相自動制御
回路21の出力端は、オシレータ22の制御入力端に接続さ
れている。
は、励起用トランスジューサ３の入力端に接続されると
共に、位相自動制御回路21の第１入力端に接続されてい
る。測定用トランスジューサ６の出力端は、位相自動制
御回路21の第２入力端に接続されている。位相自動制御
回路21の出力端は、オシレータ22の制御入力端に接続さ
れている。
測定用トランスジューサ４および５の各出力は、差動増
幅器23の入力端に接続され、各出力端は同期検出回路24
に接続され、この検出回路は補助入力端において測定用
トランスジューサ６の出力信号を受信するようになって
いる。
幅器23の入力端に接続され、各出力端は同期検出回路24
に接続され、この検出回路は補助入力端において測定用
トランスジューサ６の出力信号を受信するようになって
いる。
上記ジャイロメータは次のように機能する。
オシレータ22は励起信号Ｅを励起用トランスジューサ３
に供給する。このトランスジューサは、方位角として知
られた種類の音響共鳴モードをキャビティの内部で励起
する。簡略にするため、励起用トランスジューサ３のみ
を示した第５図は、この種の方位角モードにつき矢印に
より、負の半軸線Oyが圧力最大値の軌跡となる特定時点
におけるキャビティ１の内側の粒子運動を示し、これに
対し正の半軸線Oyは圧力最小値の軌跡である。勿論、信
号Ｅの半分の時間が経過した際、粒子の運動方向は逆転
しかつ負の半軸線Oyが圧力最小値の軌跡となり、是に対
し、正の半軸線Oyが圧力最大値の軌跡となる。
に供給する。このトランスジューサは、方位角として知
られた種類の音響共鳴モードをキャビティの内部で励起
する。簡略にするため、励起用トランスジューサ３のみ
を示した第５図は、この種の方位角モードにつき矢印に
より、負の半軸線Oyが圧力最大値の軌跡となる特定時点
におけるキャビティ１の内側の粒子運動を示し、これに
対し正の半軸線Oyは圧力最小値の軌跡である。勿論、信
号Ｅの半分の時間が経過した際、粒子の運動方向は逆転
しかつ負の半軸線Oyが圧力最小値の軌跡となり、是に対
し、正の半軸線Oyが圧力最大値の軌跡となる。
かくして励起用トランスジューサ３は、圧力極値ライン
が軸線Oyとなる方位角共鳴モードをキャビティ１の内側
で励起する。
が軸線Oyとなる方位角共鳴モードをキャビティ１の内側
で励起する。
勿論、このことは、信号Ｅの周波数がキャビティ１の方
位角モードにおける共鳴周波数に厳密に等しい場合にも
当てはまる。周知のように、この種の周波数は、キャビ
ティの寸法および充填ガス（この場合には空気）におけ
る音響波の速度と関連している。この周波数の計算に関
する詳細については、D.ブレビウス．ロバートによる
「自然周波数に対する式およびモード形状」と題する文
献（1986）〔E.クリーガー．ロバート編、マラバール、
USA〕を参照されたい。
位角モードにおける共鳴周波数に厳密に等しい場合にも
当てはまる。周知のように、この種の周波数は、キャビ
ティの寸法および充填ガス（この場合には空気）におけ
る音響波の速度と関連している。この周波数の計算に関
する詳細については、D.ブレビウス．ロバートによる
「自然周波数に対する式およびモード形状」と題する文
献（1986）〔E.クリーガー．ロバート編、マラバール、
USA〕を参照されたい。
特に、例えばキャビティ１は寸法変化を生じさせ得るよ
うな周囲温度の変化および充填ガスにおける音響波の速
度の変化とは無関係に、信号Ｅの周波数をキャビティ１
の共鳴周波数に等しく保つように、位相自動制御回路21
はオシレータ22の周波数を制御して、測定用トランスジ
ューサ６により供給される基準信号Ｒと励起信号Ｅとの
間の位相を常に90゜に等しくする。
うな周囲温度の変化および充填ガスにおける音響波の速
度の変化とは無関係に、信号Ｅの周波数をキャビティ１
の共鳴周波数に等しく保つように、位相自動制御回路21
はオシレータ22の周波数を制御して、測定用トランスジ
ューサ６により供給される基準信号Ｒと励起信号Ｅとの
間の位相を常に90゜に等しくする。
キャビティ１が回転運動２を受けるこれらの状態におい
て、励起された粒子に加わるコリオリの力は、圧力極値
ラインが励起方位角モード（即ち、軸線Ozにより方向づ
けられる）ラインに対し垂直となるような方位角共鳴モ
ードを引き起こす。コリオリの力により誘導された共鳴
モードにおける圧力変動の振動は回転運動２の速度に比
例している。
て、励起された粒子に加わるコリオリの力は、圧力極値
ラインが励起方位角モード（即ち、軸線Ozにより方向づ
けられる）ラインに対し垂直となるような方位角共鳴モ
ードを引き起こす。コリオリの力により誘導された共鳴
モードにおける圧力変動の振動は回転運動２の速度に比
例している。
差動増幅器23の出力信号Ｍは、コリオリの力により誘導
されたモードの圧力変動を示す。何故ならば、これらの
変動は、２個の測定用トランスジューサ４および５に対
して位相が反対となるのに対して、励起モードによる残
留信号は基本的に測定用トランスジューサ４および５に
対して同一であって信号Ｍには発生しないからである。
されたモードの圧力変動を示す。何故ならば、これらの
変動は、２個の測定用トランスジューサ４および５に対
して位相が反対となるのに対して、励起モードによる残
留信号は基本的に測定用トランスジューサ４および５に
対して同一であって信号Ｍには発生しないからである。
信号Ｅと同じ周波数である信号Ｍは、回路24にて同期検
出を受け、この回路は信号Ｖを発生して回転運動２の速
度を測定する。
出を受け、この回路は信号Ｖを発生して回転運動２の速
度を測定する。
既に上記で説明した本発明によるジャイロメータは、回
転軸線を中心とする回転対称のためのコリオリの力によ
り誘導される共鳴モードの周波数が励起周波数と同一で
ある必要性を有するという事実により従来技術のジャイ
ロメータと対比して、不正確さおよび機械的変動からの
影響をより受けにくくなっている。その結果、測定用ト
ランスジューサにより受信される寄生信号のレベルが極
めて低くなっている。
転軸線を中心とする回転対称のためのコリオリの力によ
り誘導される共鳴モードの周波数が励起周波数と同一で
ある必要性を有するという事実により従来技術のジャイ
ロメータと対比して、不正確さおよび機械的変動からの
影響をより受けにくくなっている。その結果、測定用ト
ランスジューサにより受信される寄生信号のレベルが極
めて低くなっている。
さらに、回転楕円体の形状であるキャビティのＱ−値
は、同容積の平行六面体キャビティのＱ−値よりも高く
なる。このことは、感度の向上に役立っている。
は、同容積の平行六面体キャビティのＱ−値よりも高く
なる。このことは、感度の向上に役立っている。
キャビティの軸線方向寸法Ｈが、その最大断面の直径Ｄ
よりも小さいという事実により、平面xOzに発生すると
思われる共鳴モードは、平面yOzにおける方位角モード
の共鳴周波数よりも明らかに周波数が高くなり、これも
測定用トランスジューサ４および５により受信されると
思われる寄生信号のレベルを減少させるのに役立ってい
る。
よりも小さいという事実により、平面xOzに発生すると
思われる共鳴モードは、平面yOzにおける方位角モード
の共鳴周波数よりも明らかに周波数が高くなり、これも
測定用トランスジューサ４および５により受信されると
思われる寄生信号のレベルを減少させるのに役立ってい
る。
かくして、空気が充填されかつその長軸線が5cm、短軸
線が3cm、さらに共鳴周波数が4000Hzである楕円形キャ
ビティの場合、250というＱ−値および毎時10゜の回転
速度に相当する感度閾値を得ることができる。
線が3cm、さらに共鳴周波数が4000Hzである楕円形キャ
ビティの場合、250というＱ−値および毎時10゜の回転
速度に相当する感度閾値を得ることができる。
この結果を円筒形キャビティで得られる結果と比較すべ
きであり、この共鳴周波数は式： ｆ＝Coλi/2πＲ 〔式中、Co＝音響波速度、 Ｒ＝円筒の半径、 λｉ＝1.84948（第１型のベッセル関数Ｊ′１の第１
根）である〕 によって得られる。
きであり、この共鳴周波数は式： ｆ＝Coλi/2πＲ 〔式中、Co＝音響波速度、 Ｒ＝円筒の半径、 λｉ＝1.84948（第１型のベッセル関数Ｊ′１の第１
根）である〕 によって得られる。
Ｒ＝3cmの半径とＨ＝4cmの高さを有する円筒形キャビテ
ィの共鳴周波数は、前述した楕円形キャビティの共鳴周
波数4000Hzに近似した値となるが、係数（Ｑ−値）は15
0となる。従って、楕円形キャビティは円筒形キャビテ
ィよりも空間的条件が小さくなり、且つ高い感度を示す
ことが理解される。
ィの共鳴周波数は、前述した楕円形キャビティの共鳴周
波数4000Hzに近似した値となるが、係数（Ｑ−値）は15
0となる。従って、楕円形キャビティは円筒形キャビテ
ィよりも空間的条件が小さくなり、且つ高い感度を示す
ことが理解される。
本発明においては、キャビティ１がOxを軸線として回転
する回転体であることから、コリオリの力により誘導さ
れるモードの周波数と励起モードの周波数とが等しいと
いう利点を有する。また軸線Oxを中心としての回転と同
時に、軸線Oy及びOzを中心として回転する回転体であっ
てもよい。この場合、軸線Oyに沿った圧力極値ラインを
有する単一の方位角励起モード（先のトランスジューサ
３と同様な励起用トランスジューサにより発生）によ
り、軸先Oxを中心とする回転速度と軸線Ozを中心とする
回転速度とを、例えば軸線Oz上及び軸線Ox上にそれぞれ
一対の測定用トランスジューサを配置することによっ
て、同時に測定し得ることが明らかである。このように
して構成されるジャイロメータは、直交軸線の２つの回
転速度を測定し得るので二軸ジャイロメータとなる。さ
らに少なくとも１個の励起用トランスジューサを追加し
て、例えば軸線Oxに沿った圧力極値ラインを有する方位
角モードを発生させることにより、励起及び測定の一時
的多重化を行うことにより、三軸ジャイロメータを構成
することもできる。
する回転体であることから、コリオリの力により誘導さ
れるモードの周波数と励起モードの周波数とが等しいと
いう利点を有する。また軸線Oxを中心としての回転と同
時に、軸線Oy及びOzを中心として回転する回転体であっ
てもよい。この場合、軸線Oyに沿った圧力極値ラインを
有する単一の方位角励起モード（先のトランスジューサ
３と同様な励起用トランスジューサにより発生）によ
り、軸先Oxを中心とする回転速度と軸線Ozを中心とする
回転速度とを、例えば軸線Oz上及び軸線Ox上にそれぞれ
一対の測定用トランスジューサを配置することによっ
て、同時に測定し得ることが明らかである。このように
して構成されるジャイロメータは、直交軸線の２つの回
転速度を測定し得るので二軸ジャイロメータとなる。さ
らに少なくとも１個の励起用トランスジューサを追加し
て、例えば軸線Oxに沿った圧力極値ラインを有する方位
角モードを発生させることにより、励起及び測定の一時
的多重化を行うことにより、三軸ジャイロメータを構成
することもできる。
また球体形状のキャビティの場合、或いは軸線方向寸法
が最大断面の直径にほぼ等しいか若しくはそれよりも大
きいような回転体形状を有するキャビティの場合、平面
xOyにおけるモードの自然周波数は、誘導された方位角
の励起モードにおける自然周波数（即ち、信号Ｅの励起
周波数）にほぼ等しくなるか又はそれよりも小さくなる
ことがある。これらのモードは、それ自身の周波数が励
起周波数の近似する際に、強度がより強い寄生信号の供
給源として発生する傾向があるので、妨害レベルが高く
なる。
が最大断面の直径にほぼ等しいか若しくはそれよりも大
きいような回転体形状を有するキャビティの場合、平面
xOyにおけるモードの自然周波数は、誘導された方位角
の励起モードにおける自然周波数（即ち、信号Ｅの励起
周波数）にほぼ等しくなるか又はそれよりも小さくなる
ことがある。これらのモードは、それ自身の周波数が励
起周波数の近似する際に、強度がより強い寄生信号の供
給源として発生する傾向があるので、妨害レベルが高く
なる。
しかるに、本発明においては、キャビティ形状を、軸線
方向寸法が最大断面よりも小さいような「偏平」形状と
しているため、このような問題がない点で有利である。
即ち、本発明においては、平面xOyの内側における寄生
モードでは、実周波数が励起周波数よりも高くなり、こ
のため、この寄生モードがこの周波数にて減衰し、かつ
測定用トランスジューサにより受信される寄生信号のレ
ベルに対する影響も減少するのである。
方向寸法が最大断面よりも小さいような「偏平」形状と
しているため、このような問題がない点で有利である。
即ち、本発明においては、平面xOyの内側における寄生
モードでは、実周波数が励起周波数よりも高くなり、こ
のため、この寄生モードがこの周波数にて減衰し、かつ
測定用トランスジューサにより受信される寄生信号のレ
ベルに対する影響も減少するのである。
本発明において、このような偏平形状を有するキャビテ
ィの代表的な例である回転楕円体キャビティでは、Ｑ−
値が最大となる。
ィの代表的な例である回転楕円体キャビティでは、Ｑ−
値が最大となる。
また本発明においては、本発明の範囲を逸脱しない範囲
でトランスジューサ4,5及び６の位置を変化させること
ができる。特に、トランスジューサ４及び５のような一
対のマッチングされた測定用トランスジューサの使用は
必須ではなく、目的とする特性が特に高くなく且つ残留
レベルが測定すべき信号に対して低く保たれるのであれ
ば、一般に単一のトランスジューサのみで十分でであ
る。同様に測定用トランスジューサ及び位相自動制御回
路21も絶対的に必須ではなく、他の自動制御方法や、キ
ャビティをその共鳴モードで励起する方法を使用するこ
ともできる。
でトランスジューサ4,5及び６の位置を変化させること
ができる。特に、トランスジューサ４及び５のような一
対のマッチングされた測定用トランスジューサの使用は
必須ではなく、目的とする特性が特に高くなく且つ残留
レベルが測定すべき信号に対して低く保たれるのであれ
ば、一般に単一のトランスジューサのみで十分でであ
る。同様に測定用トランスジューサ及び位相自動制御回
路21も絶対的に必須ではなく、他の自動制御方法や、キ
ャビティをその共鳴モードで励起する方法を使用するこ
ともできる。
以上の説明においては、充填流体を空気とみなした。し
かしながら、これは必須でなく、キャビティには他の種
類の流体、特に高分子量のガス（例えばキセノンもしく
は重質炭化水素）を充填して装置の小型化に関しキャビ
ティの寸法を小さくすることも可能である。
かしながら、これは必須でなく、キャビティには他の種
類の流体、特に高分子量のガス（例えばキセノンもしく
は重質炭化水素）を充填して装置の小型化に関しキャビ
ティの寸法を小さくすることも可能である。
第１図は本発明によるジャイロメーターのキャビティの
斜視図であり、 第２図は第１図のxOy面におけるキャビティの切断図で
あり、 第３図は第１図のyOz面におけるキャビティの切断図で
あり、 第４図は本発明によるジャイロメーターのブロック図で
あり、 第５図は方位角モードの特定音響運動を示す略図であ
る。 １……キャビティ、２……回転運動 3,4,5,6……トランスジューサ 10……楕円体
斜視図であり、 第２図は第１図のxOy面におけるキャビティの切断図で
あり、 第３図は第１図のyOz面におけるキャビティの切断図で
あり、 第４図は本発明によるジャイロメーターのブロック図で
あり、 第５図は方位角モードの特定音響運動を示す略図であ
る。 １……キャビティ、２……回転運動 3,4,5,6……トランスジューサ 10……楕円体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミハエル ブルノー フランス国、ル マン セデ 72017 ユ ニバシテ ドゥ メーヌ ビー．ピー. 535 ラボラトワール ダクースティック (56)参考文献 特開 昭60−138471（ＪＰ，Ａ) 米国特許3352162（ＵＳ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】回転軸線を中心とする角速度を測定するた
めの音響ジャイロメーターであって、 （ａ）媒体が充填されており、前記回転軸線を中心とし
て回転自在なキャビティと、 （ｂ）前記回転軸線に垂直に交差している第１ライン上
のキャビティ壁面に設けられ、該第１のライン上に圧力
の極値を有する第１音響共鳴モードを、キャビティ内の
媒体中で励起するための手段と、 （ｃ）前記回転軸線を中心としてキャビティが回転され
る際に、キャビティ内の媒体中でコリオリの力により誘
導され、前記第１ラインと回転軸線とに垂直に交差して
いる第２ライン上に圧力の極値を有する第２音響共鳴モ
ードを測定するための手段とを備え、 （ｄ）前記キャビティは、前記回転軸線と第１ラインと
を含む平面で切断した断面形状を該回転軸線を中心とし
て回転された回転体の形状を有すると共に、該切断断面
の前記回転軸線方向寸法は、第１ライン方向寸法よりも
短いものであること、 を特徴とするキャビティ内の寄生モードが減衰され、感
度が良好な音響ジャイロメータ。 - 【請求項２】キャビティの前記切断断面形状は、楕円形
状である請求項１に記載のジャイロメーター。 - 【請求項３】前記励起手段（ｂ）が少なくとも１つの励
起用トランスジューサであり、前記測定手段（ｃ）は、
第１ライン及び回転軸線を含む平面に垂直であり且つ回
転軸線を含む平面内でキャビティ壁面に設けられている
少なくとも１つの測定用トランスジューサを含む請求項
１に記載のジャイロメーター。 - 【請求項４】前記励起手段（ｂ）が少なくとも１つの励
起用トランスジューサであり、前記測定手段（ｃ）は、
第１ライン及び回転軸線を含む平面内でキャビティ壁面
に設けられている第１の測定用トランスジューサと、回
転軸線を含み且つ前記平面と垂直な平面内でキャビティ
壁面に設けられている第２及び第３の測定用トランスジ
ューサとを含む請求項１に記載のジャイロメーター。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8712124A FR2619908B1 (fr) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | Gyrometre acoustique |
| FR87/12124 | 1987-09-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01131413A JPH01131413A (ja) | 1989-05-24 |
| JPH0721413B2 true JPH0721413B2 (ja) | 1995-03-08 |
Family
ID=9354536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21646188A Expired - Lifetime JPH0721413B2 (ja) | 1987-09-01 | 1988-09-01 | 音響ジャイロメーター |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4903531A (ja) |
| EP (1) | EP0306397B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0721413B2 (ja) |
| CA (1) | CA1320062C (ja) |
| DE (1) | DE3867000D1 (ja) |
| FR (1) | FR2619908B1 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5063680A (en) * | 1990-11-19 | 1991-11-12 | Rockwell International Corporation | Self-erecting tiltmeter |
| US5203209A (en) * | 1991-02-25 | 1993-04-20 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Motion measurement of acoustically levitated object |
| JP3332460B2 (ja) * | 1993-04-16 | 2002-10-07 | キヤノン株式会社 | 角速度検出方法および振動ジャイロ |
| JP2001502063A (ja) | 1997-06-05 | 2001-02-13 | シミュラ・インコーポレーテッド | 回転角度センサのための方法および装置 |
| DE19834535C1 (de) * | 1998-07-31 | 2000-03-16 | Daimler Chrysler Ag | Mikromechanischer Drehratensensor |
| US20010024192A1 (en) * | 2000-01-31 | 2001-09-27 | Lewis Stephen H. | Ergonomic mouse and method of using the same |
| US6792381B2 (en) * | 2002-05-06 | 2004-09-14 | Avaya Technology Corp. | Apparatus and method for locating devices using an acoustic gyroscope |
| EP2035776B1 (en) * | 2006-06-30 | 2017-06-28 | Infineon Technologies AG | Apparatus and method for detecting a rotation |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3352162A (en) | 1958-10-29 | 1967-11-14 | Avco Mfg Corp | Means for and method of detecting rotation |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2554225B1 (fr) * | 1983-11-02 | 1985-12-27 | Crouzet Badin Sa | Gyrometre acoustique |
-
1987
- 1987-09-01 FR FR8712124A patent/FR2619908B1/fr not_active Expired
-
1988
- 1988-08-29 DE DE8888402174T patent/DE3867000D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1988-08-29 EP EP88402174A patent/EP0306397B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1988-09-01 CA CA000576298A patent/CA1320062C/fr not_active Expired - Fee Related
- 1988-09-01 US US07/239,300 patent/US4903531A/en not_active Expired - Fee Related
- 1988-09-01 JP JP21646188A patent/JPH0721413B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3352162A (en) | 1958-10-29 | 1967-11-14 | Avco Mfg Corp | Means for and method of detecting rotation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01131413A (ja) | 1989-05-24 |
| CA1320062C (fr) | 1993-07-13 |
| EP0306397B1 (fr) | 1991-12-18 |
| EP0306397A1 (fr) | 1989-03-08 |
| US4903531A (en) | 1990-02-27 |
| DE3867000D1 (de) | 1992-01-30 |
| FR2619908B1 (fr) | 1989-12-15 |
| FR2619908A1 (fr) | 1989-03-03 |
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