JPH07280572A - Method for adjusting output of piezoelectric type angular velocity sensor - Google Patents

Method for adjusting output of piezoelectric type angular velocity sensor

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JPH07280572A
JPH07280572A JP6095543A JP9554394A JPH07280572A JP H07280572 A JPH07280572 A JP H07280572A JP 6095543 A JP6095543 A JP 6095543A JP 9554394 A JP9554394 A JP 9554394A JP H07280572 A JPH07280572 A JP H07280572A
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JP
Japan
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piezoelectric element
piezoelectric
angular velocity
output
velocity sensor
Prior art date
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Application number
JP6095543A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoo Kawase
友生 川瀬
Tomoyuki Kanda
知幸 神田
Tetsushi Hayashi
哲史 林
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide an output adjusting method for piezoelectric type angular velocity sensor with suppressed offset noise and its manufacturing method. CONSTITUTION:The method is used for adjusting the output of a piezoelectric type angular velocity sensor 1 provided with a prismatic vibrating part 11. A first side face 111 of the part 11 is joined with a piezoelectric element 20 for vibration and a second side face 112 thereof is joined with a piezoelectric element 20 for detection respectively, and the element 20 is provided with a piezoelectric body 21 and an electrode 22. After the element 20 is joined with the part 11, the electrode 22 and body 21 are partly cut off so as to adjust the output of the element 20. Therefore the output of the sensor 1 can be adjusted.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は,車両の走行時における
基準軸まわりの運動などを検知する角速度センサの出力
調整方法及び製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an output adjusting method and a manufacturing method of an angular velocity sensor for detecting a motion around a reference axis when a vehicle is running.

【0002】[0002]

【従来技術】簡素な形状で加工が容易な圧電式角速度セ
ンサとして,Y字形状に分岐した角柱状の音叉と圧電素
子とを用いたものが提案されている。この圧電式角速度
センサ9は,図10に示すように,角柱状の振動部91
を2個平行に配置して,Y字状とし,音叉形の振動子を
形成し,各振動部91には屈曲振動を発生させるための
励振用圧電素子92と,コリオリの力によって振動部9
1に発生する応力を検出する検知用圧電素子93とが,
各振動部91の側面911,912に接合されている。
2. Description of the Related Art As a piezoelectric angular velocity sensor having a simple shape and easy to process, there has been proposed a piezoelectric angular velocity sensor using a Y-shaped branched prismatic tuning fork and a piezoelectric element. As shown in FIG. 10, the piezoelectric angular velocity sensor 9 has a prismatic vibrating portion 91.
Are arranged in parallel to form a Y-shaped tuning fork-shaped vibrator, and each vibrating portion 91 is provided with an exciting piezoelectric element 92 for generating bending vibration and a vibrating portion 9 by Coriolis force.
The detection piezoelectric element 93 for detecting the stress generated in 1
It is joined to the side surfaces 911 and 912 of each vibrating portion 91.

【0003】そして,両圧電素子92,93は,互に直
交する別個の側面911,912に接合されている。ま
た,励振用圧電素子92が接合された第1の側面911
には帰還用圧電素子94が接合されており,励振用圧電
素子92による振動部91の振動(Fv)を感知し,励
振用圧電素子92の制御電源(図示せず)にフィードバ
ックするものである。
The piezoelectric elements 92 and 93 are joined to separate side surfaces 911 and 912 which are orthogonal to each other. In addition, the first side surface 911 to which the excitation piezoelectric element 92 is joined
A feedback piezoelectric element 94 is joined to the sensor, and senses the vibration (Fv) of the vibrating portion 91 by the excitation piezoelectric element 92 and feeds it back to the control power source (not shown) of the excitation piezoelectric element 92. .

【0004】そして,外部から角速度Ωの外力が印加さ
れると,コリオリの力により上記振動Fvと直角方向に
も振動Fcが発生し,検知用圧電素子93に角速度Ωに
対応する電圧信号が発生する。また,他の形状の圧電式
角速度センサとして,一本の角柱状の振動部からなる音
片形の圧電式角速度センサがある(図7〜図9参照)。
When an external force with an angular velocity Ω is applied from the outside, a Coriolis force causes a vibration Fc in a direction perpendicular to the vibration Fv, and a voltage signal corresponding to the angular velocity Ω is generated in the detecting piezoelectric element 93. To do. Further, as a piezoelectric angular velocity sensor having another shape, there is a sound piece type piezoelectric angular velocity sensor including one prismatic vibrating portion (see FIGS. 7 to 9).

【0005】[0005]

【解決しようとする課題】しかしながら,上記従来の圧
電式角速度センサには次のような問題点がある。それ
は,検知用圧電素子93にオフセットノイズが発生する
ことである。即ち,振動部91を励振用圧電素子92に
よって振動させると,角速度Ωがゼロであっても検知用
圧電素子93に帰還用圧電素子94と同相の電圧出力が
発生し,その結果検知出力のS/N比を悪化させる。
However, the conventional piezoelectric angular velocity sensor described above has the following problems. That is, offset noise is generated in the detection piezoelectric element 93. That is, when the vibrating portion 91 is vibrated by the excitation piezoelectric element 92, a voltage output in phase with the feedback piezoelectric element 94 is generated in the detection piezoelectric element 93 even if the angular velocity Ω is zero, and as a result, the detection output S / N ratio is deteriorated.

【0006】このような現象は,検知用圧電素子93が
均質であり振動の中立軸に対して完全に対称形に配置さ
れておれば理論的には生じないが,実際には,検知用圧
電素子93の不均一な接合,接合位置のずれ,振動部の
中立軸の歪みなど各種の要因によって発生する。
Such a phenomenon does not theoretically occur if the detecting piezoelectric element 93 is homogeneous and is arranged symmetrically with respect to the neutral axis of vibration, but in reality, the detecting piezoelectric element 93 is actually used. It is caused by various factors such as non-uniform joining of the element 93, displacement of the joining position, and distortion of the neutral axis of the vibrating part.

【0007】即ち,図11に示すように,振動部91が
屈曲した場合,検知用圧電素子93が均一であり屈曲の
中立軸Cに対し対称形であれば,圧縮応力F1 の出力と
引張り応力F2 の出力とがバランスして相殺し,オフセ
ットノイズは発生しない。しかしながら,上記各種の要
因によって,オフセットノイズが発生する。また,この
オフセットノイズは周囲温度の変化によっても変動す
る。
That is, as shown in FIG. 11, when the vibrating part 91 is bent, if the detecting piezoelectric element 93 is uniform and symmetrical with respect to the neutral axis C of bending, the output of the compressive stress F 1 and the tensile force are applied. The output of the stress F 2 is balanced and offset, and offset noise does not occur. However, offset noise occurs due to the various factors described above. In addition, this offset noise also fluctuates with changes in ambient temperature.

【0008】本発明は,かかる従来の問題点に鑑みてな
されたものであり,検知用圧電素子からのオフセットノ
イズを低減し角速度の検出精度を向上させることができ
る圧電式角速度センサの出力調整方法,及びこのような
出力調整方法を用いた精度の高い圧電式角速度センサの
製造方法を提供しようとするものである。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an output adjusting method of a piezoelectric angular velocity sensor capable of reducing offset noise from a detecting piezoelectric element and improving angular velocity detection accuracy. And a method of manufacturing a piezoelectric angular velocity sensor with high accuracy using such an output adjusting method.

【0009】[0009]

【課題の解決手段】本発明は,角柱状の振動部を有する
圧電式角速度センサの出力調整方法であって,上記振動
部の第1の側面には励振用圧電素子が接合され,該第1
の側面に直交する第2の側面には検知用圧電素子が接合
されており,該検知用圧電素子は,応力に感応する圧電
体と,該圧電体の表面に配設された信号取出し用の電極
とを有しており,上記検知用圧電素子を上記振動部に接
合した後,部分的に電極と電極下の圧電体とを切除する
ことにより,該検知用圧電素子の出力を適性な値に調整
することを特徴とする圧電式角速度センサの出力調整方
法及び該出力調整方法を用いた圧電式角速度センサの製
造方法にある。
The present invention is a method for adjusting the output of a piezoelectric angular velocity sensor having a prismatic vibrating portion, wherein an exciting piezoelectric element is bonded to a first side surface of the vibrating portion, and
A piezoelectric element for detection is bonded to a second side surface orthogonal to the side surface of the piezoelectric element, and the piezoelectric element for detection is a piezoelectric element sensitive to stress and a signal extracting element arranged on the surface of the piezoelectric element. The piezoelectric element for detection has a suitable value for the output of the piezoelectric element for detection by partially cutting off the electrode and the piezoelectric body under the electrode after the piezoelectric element for detection is joined to the vibrating portion. And a method for manufacturing a piezoelectric angular velocity sensor using the output adjusting method.

【0010】本発明において,最も注目すべきことは,
検知用圧電素子を振動部に接合した後,部分的に電極と
電極下の圧電体とを共に切除し,検知用圧電素子の出力
を適正な値に調整することである。特に注目すべきこと
は,圧電素子の切除は,電極と電極下の圧電体とを共に
切除することによって行なわれることである。
The most remarkable point in the present invention is that
After joining the detecting piezoelectric element to the vibrating portion, the electrode and the piezoelectric body under the electrode are partially cut off, and the output of the detecting piezoelectric element is adjusted to an appropriate value. Of particular note is that the cutting of the piezoelectric element is performed by cutting both the electrode and the piezoelectric body below the electrode.

【0011】なお,上記において適正な値に調整すると
は,前記のオフセットノイズを極力抑制すると共に適当
な信号レベルを得ることである。上記オフセットノイズ
の値の調整は,例えば,任意の通常の温度下において,
角速度をゼロとして励振用圧電素子を駆動して前記振動
部を励振し,検出用圧電素子の出力値が最小となるよう
にする。
The adjustment to an appropriate value in the above means to suppress the offset noise as much as possible and obtain an appropriate signal level. Adjustment of the value of the offset noise is performed, for example, under an arbitrary normal temperature.
The piezoelectric element for excitation is driven with the angular velocity set to zero to excite the vibrating portion, and the output value of the piezoelectric element for detection is minimized.

【0012】[0012]

【作用及び効果】本発明にかかる出力調整方法(及び製
造方法,以下同じ)においては,検出用圧電素子を振動
部に接合した後,電極と電極下の圧電素子とを切除して
出力を調整する。その結果,圧電素子の接合後に図11
に示す圧縮応力F1 の出力と引張り応力F2 の出力とに
アンバランス(いわゆるオフセットノイズ)が生じて
も,電極と圧電素子とを切除して両出力をバランスさせ
ることができる。
In the output adjusting method (and the manufacturing method, the same applies hereinafter) according to the present invention, the output and the piezoelectric element under the electrode are cut off after the piezoelectric element for detection is bonded to the vibrating portion. To do. As a result, after joining the piezoelectric elements, as shown in FIG.
Even if an imbalance (so-called offset noise) occurs between the output of the compressive stress F 1 and the output of the tensile stress F 2 shown in ( 2 ), the electrodes and the piezoelectric element can be cut off to balance both outputs.

【0013】即ち,出力が多い側の電極及び圧電素子を
切除して出力を抑制し,圧縮応力F1 と引張り応力F2
の出力を均衡させることができる。そして,電極と電極
下の圧電素子とを共に切除するから,周囲温度が変化し
ても両応力F1 ,F2 の出力バランスが崩れにくいとい
う効果がある。その理由について以下に説明する。
That is, the electrode and the piezoelectric element on the side with a large output are cut off to suppress the output, and the compressive stress F 1 and the tensile stress F 2 are applied.
The outputs of can be balanced. Since both the electrode and the piezoelectric element under the electrode are cut off, there is an effect that the output balance of both stresses F 1 and F 2 is unlikely to be lost even if the ambient temperature changes. The reason will be described below.

【0014】圧電体をそのままに残し,電極だけを切除
することによっても,ある温度において両応力F1 ,F
2 の出力をバランスさせ,オフセットノイズを極めて小
さくすることができる。しかしながら,この方法では温
度が変化すると再びオフセットノイズが増大するという
不具合がある。
By leaving the piezoelectric material as it is and cutting off only the electrode, both stresses F 1 and F at a certain temperature can be obtained.
The output of 2 can be balanced and the offset noise can be made extremely small. However, this method has a problem that the offset noise increases again when the temperature changes.

【0015】即ち,図12,図13に示すように,検出
用圧電素子93の表面の電極931だけを切除し,電極
下の圧電体932を残存させると,ある温度でミニマム
値にしたオフセットノイズは,温度の変化により増大す
る。図13に示すように,表面の電極931だけを除去
すると,除去した表面電極933に対応する内部電極9
34と圧電体932の部分が残存し,周囲温度がΔTだ
け変化すると,この温度変化ΔTに対応して振動部91
の屈曲振動の中立軸Cの一方の側に発生する出力変化Δ
1 と他方の側に発生する出力変化ΔV2 とに差が生ず
る。
That is, as shown in FIGS. 12 and 13, when only the electrode 931 on the surface of the detecting piezoelectric element 93 is cut off and the piezoelectric body 932 under the electrode is left, the offset noise at a certain temperature becomes a minimum value. Increases with changes in temperature. As shown in FIG. 13, when only the surface electrode 931 is removed, the internal electrode 9 corresponding to the removed surface electrode 933 is removed.
34 and the piezoelectric body 932 remain, and when the ambient temperature changes by ΔT, the vibrating portion 91 corresponds to this temperature change ΔT.
Change Δ that occurs on one side of the neutral axis C of the bending vibration of
There is a difference between V 1 and the output change ΔV 2 that occurs on the other side.

【0016】この差は,切除した表面電極933下の圧
電体によるものであり,温度変化の結果としてオフセッ
トノイズの増加をもたらすこととなる。しかしながら,
本発明のように表面電極と共に電極下の圧電体を除去す
れば,温度が変化しても出力のアンバランスによるオフ
セットノイズは殆ど変化しない(ΔV1 =ΔV2 )。従
って,本発明の出力調整方法によれば温度が変化しても
角速度の検出精度は良好である。
This difference is due to the piezoelectric body below the excised front surface electrode 933, resulting in an increase in offset noise as a result of temperature change. However,
If the surface electrode and the piezoelectric body under the electrode are removed as in the present invention, the offset noise due to the output imbalance hardly changes even if the temperature changes (ΔV 1 = ΔV 2 ). Therefore, according to the output adjusting method of the present invention, the angular velocity detection accuracy is good even if the temperature changes.

【0017】上記のように,本発明によれば,検知用圧
電素子からのオフセットノイズを低減し角速度の検出精
度を向上させることができる圧電式角速度センサの出力
調整方法,及びこのような出力調整方法を用いた精度の
高い圧電式角速度センサの製造方法を提供することがで
きる。
As described above, according to the present invention, an output adjusting method for a piezoelectric angular velocity sensor capable of reducing offset noise from the detecting piezoelectric element and improving the detection accuracy of the angular velocity, and such output adjustment. It is possible to provide a highly accurate method for manufacturing a piezoelectric angular velocity sensor using the method.

【0018】[0018]

【実施例】【Example】

実施例1 本発明の実施例にかかる圧電式角速度センサの出力調整
方法につき,図1〜図6を用いて説明する。本例の圧電
式角速度センサは,図1に示すように,連結部13から
左右に分岐する一対の角柱状の振動部11を有する圧電
式角速度センサ1である。振動部11の第1側面111
には励振用圧電素子30が接合され,第1側面111に
直交する第2側面112には検知用圧電素子20が接合
されている。
Example 1 An output adjusting method for a piezoelectric angular velocity sensor according to an example of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the piezoelectric angular velocity sensor of this example is a piezoelectric angular velocity sensor 1 having a pair of prismatic vibrating portions 11 that branch left and right from a connecting portion 13. First side surface 111 of vibrating portion 11
The excitation piezoelectric element 30 is bonded to the first side surface 112, and the detection piezoelectric element 20 is bonded to the second side surface 112 orthogonal to the first side surface 111.

【0019】検知用圧電素子20は,応力に感応する圧
電体21と圧電体21の表面に配設された信号取出し用
の電極22とを有している。そして,本例では,検知用
圧電素子20を振動部11に接合した後,部分的に電極
22と電極22下の圧電体21とを切除することにより
検知用圧電素子20の出力を適正な値に調整する。
The detecting piezoelectric element 20 has a piezoelectric body 21 sensitive to stress and an electrode 22 for extracting a signal, which is arranged on the surface of the piezoelectric body 21. In this example, after the detection piezoelectric element 20 is bonded to the vibrating portion 11, the electrode 22 and the piezoelectric body 21 under the electrode 22 are partially cut off so that the output of the detection piezoelectric element 20 has an appropriate value. Adjust to.

【0020】以下それぞれについて詳説する。振動部1
1は,金属などの高弾性部材からなり,方形の断面を有
する角柱形状に成形したものである。そして振動部11
を連結部13の左右に平行に配置し音叉を構成する。音
叉の連結部13は,圧入等により基台14に固着されて
いる。
Each of these will be described in detail below. Vibration part 1
Reference numeral 1 is made of a highly elastic material such as metal and is formed into a prismatic shape having a rectangular cross section. And the vibrating section 11
Are arranged in parallel to the left and right of the connecting portion 13 to form a tuning fork. The connecting portion 13 of the tuning fork is fixed to the base 14 by press fitting or the like.

【0021】それぞれの振動部11には,図1に示すよ
うに,板状の励振用圧電素子30,帰還用圧電素子3
1,及び検知用圧電素子20が接合されている。そし
て,各圧電素子30,31,20は,PZT等のセラミ
ック圧電体301,311,21と電極302,31
2,22からなる。
As shown in FIG. 1, each of the vibrating portions 11 has a plate-shaped excitation piezoelectric element 30 and a feedback piezoelectric element 3.
1, and the piezoelectric element 20 for detection are joined. Each of the piezoelectric elements 30, 31, 20 includes a ceramic piezoelectric body 301, 311, 21 such as PZT and electrodes 302, 31.
It consists of 2, 22.

【0022】励振用圧電素子30と帰還用圧電素子31
とを接合する第1側面111は,検知用圧電素子20を
接合する第2側面112と直角方向に形成されている。
励振用圧電素子30は,電極302に交流電圧を印加
し,同図のFv方向に振動部11を屈曲振動させる。
Excitation piezoelectric element 30 and feedback piezoelectric element 31
The first side surface 111 that joins and is formed at a right angle to the second side surface 112 that joins the detection piezoelectric element 20.
The excitation piezoelectric element 30 applies an AC voltage to the electrode 302 and causes the vibrating portion 11 to flexurally vibrate in the Fv direction in the figure.

【0023】そして帰還用圧電素子31は,振動部11
の上記Fv方向の屈曲振動を検知し,図示しない制御装
置にフィードバックし,制御装置(ECUなど)は,振
動部11に所定の大きさの屈曲振動が得られるよう,励
振用圧電素子30の電源を操作する。一方,検知用圧電
素子20は,角速度Ωによって上記Fvと直角方向に発
生するコリオリの力による振動の応力Fc を検知する。
The feedback piezoelectric element 31 includes the vibrating section 11
The bending vibration in the Fv direction is detected and fed back to a control device (not shown), and the control device (ECU or the like) controls the power supply of the excitation piezoelectric element 30 so that the vibration part 11 can obtain a bending vibration of a predetermined magnitude. To operate. On the other hand, the detecting piezoelectric element 20 detects the vibration stress F c due to the Coriolis force generated in the direction perpendicular to Fv by the angular velocity Ω.

【0024】このとき,前記検知用圧電素子20の接合
位置のずれ,不均一な接合状態,振動部11の屈曲振動
の中立軸のずれ等の原因によって検知用圧電素子20か
らは,帰還用圧電素子31から発生する電圧と同位相の
所謂オフセットノイズが発生し,角速度Ωの検出精度の
悪化,即ちS/N比が悪化する。
At this time, due to the displacement of the bonding position of the detection piezoelectric element 20, the non-uniform bonding state, the displacement of the neutral axis of the bending vibration of the vibrating portion 11, and the like, the detection piezoelectric element 20 returns the feedback piezoelectric element. So-called offset noise having the same phase as the voltage generated from the element 31 is generated, and the detection accuracy of the angular velocity Ω deteriorates, that is, the S / N ratio deteriorates.

【0025】そこで本実施例では,このオフセットノイ
ズを低減させるべく,以下に述べる角速度センサの調整
方法を採用している。即ち,励振用圧電素子30によっ
て振動部11を屈曲振動させた場合,振動部11に発生
する応力の発生状態は図2に示すようになる。なお,図
2(a)において側面112上の曲線は等応力線を示
す。
Therefore, in the present embodiment, in order to reduce the offset noise, the following method of adjusting the angular velocity sensor is adopted. That is, when the vibrating portion 11 is flexurally vibrated by the exciting piezoelectric element 30, the state of stress generated in the vibrating portion 11 is as shown in FIG. The curve on the side surface 112 in FIG.

【0026】そして,特に,振動部11の励振方向(図
2のy方向)の応力分布は,図2(b)に示すように振
動部11の中心線C0 に対して対称となり,振動部11
の長手方向(図2のz方向)の応力分布は図2(c)に
示すように振動部11の根元(連結部13側)に向かう
ほど最大となる。
In particular, the stress distribution of the vibrating portion 11 in the excitation direction (y direction in FIG. 2) is symmetrical with respect to the center line C 0 of the vibrating portion 11 as shown in FIG. 11
As shown in FIG. 2C, the stress distribution in the longitudinal direction (z direction in FIG. 2) becomes maximum toward the root of the vibrating portion 11 (on the side of the connecting portion 13).

【0027】このような応力分布を有する角柱音叉の振
動部11では,検知用圧電素子20を振動部11の中心
線C0 に対して対称に振動部11に接合すれば,検知用
圧電素子20に加わる励振方向の応力は面内でキャンセ
ルされて検知用圧電素子20よりオフセットノイズは発
生しない。
In the vibrating portion 11 of the prismatic tuning fork having such a stress distribution, if the detecting piezoelectric element 20 is bonded to the vibrating portion 11 symmetrically with respect to the center line C 0 of the vibrating portion 11, the detecting piezoelectric element 20 will be described. The stress applied in the direction of excitation is canceled in the plane, and offset noise does not occur from the detection piezoelectric element 20.

【0028】しかし,前記のように,接着位置の誤差等
によって図2(a)に示すように駆動方向に位置ズレΔ
yが生じると,検知用圧電素子20に加わる励振方向の
応力は面内においてキャンセルされなくなり,図3に示
すように,検知用圧電素子20からオフセット電圧V0
が発生することになる。
However, as described above, the positional deviation Δ in the driving direction is caused as shown in FIG.
When y occurs, the stress in the excitation direction applied to the detection piezoelectric element 20 is not canceled in the plane, and the offset voltage V 0 from the detection piezoelectric element 20 as shown in FIG.
Will occur.

【0029】そこで本実施例では,励振用圧電素子30
によって振動部11を屈曲振動をさせた状態で,検知用
圧電素子20より出力されるオフセット電圧V0 をモニ
タしながら,図1に示す検知用圧電素子20の電極22
と圧電体21の一部をグラインダーなどにより削り取る
ことによりオフセット電圧V0 を零にするものである。
Therefore, in this embodiment, the exciting piezoelectric element 30 is used.
The electrode 22 of the detection piezoelectric element 20 shown in FIG. 1 is monitored while the offset voltage V 0 output from the detection piezoelectric element 20 is monitored while the vibrating portion 11 is flexibly vibrated by the
The offset voltage V 0 is made zero by scraping off a part of the piezoelectric body 21 with a grinder or the like.

【0030】次に,検知用圧電素子20の圧電素子切除
量とオフセット電圧V0 の関係について,図3を用いて
説明する。図3は,検知用圧電素子20の位置ズレΔy
とオフセット電圧V0 との関係の実験結果を表す特性図
である。
Next, the relationship between the piezoelectric element cutting amount of the detecting piezoelectric element 20 and the offset voltage V 0 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the positional deviation Δy of the detection piezoelectric element 20.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing an experimental result of the relationship between the offset voltage V 0 and the offset voltage V 0 .

【0031】図3中の「Δ」は実験データを示すもので
あるが,同図に示されるように,オフセット電圧V
0 は,位置ズレΔyによる影響だけではなく,検知用圧
電素子20と振動部11との接着ムラ等の影響も受ける
ため,オフセット電圧V0 の値は多少変動することにな
る。
“Δ” in FIG. 3 shows experimental data, but as shown in FIG.
Since 0 is affected not only by the positional deviation Δy but also by the uneven adhesion between the detection piezoelectric element 20 and the vibrating section 11, the value of the offset voltage V 0 will vary somewhat.

【0032】しかし,同図の実験データから知られるよ
うに,図3の破線で示された近似直線51に大旨一致す
る。このため,オフセット電圧V0 を零にするために
は,位置ズレΔyのゼロ点(図1においては振動部11
の側面112の外端部)を中心に,反対方向にほぼ同じ
位置ズレ分(−Δy)となるように,位置ズレΔyの2
倍の量だけ検知用圧電素子20の圧電体21及び電極2
2の一部を上下方向(図2,z方向)に削り取ればよい
(図1において符号201は検知用圧電素子20の切除
部を示すが,以下に述べるように切除部201は上下方
向に貫通されるものに限定されない)。
However, as is known from the experimental data in the figure, it roughly agrees with the approximate straight line 51 shown by the broken line in FIG. Therefore, in order to make the offset voltage V 0 zero, the zero point of the positional deviation Δy (in FIG.
The outer edge of the side surface 112) of the center of the side 112, and the position deviation Δy is 2 so that the position deviation (−Δy) is almost the same in the opposite direction.
The piezoelectric body 21 and the electrode 2 of the detecting piezoelectric element 20 are doubled in amount.
2 may be cut in the vertical direction (z direction in FIG. 2) (reference numeral 201 in FIG. 1 indicates a cut-out portion of the detection piezoelectric element 20, but the cut-out portion 201 is cut in the vertical direction as described below. Not limited to those that are penetrated).

【0033】次に,オフセット電圧V0 を零にする方法
について,図4,図5を用いて説明する。図4は,
(a)に示すように所定の溝幅W(W=0.1mm,図
2のy方向)で検知用圧電素子20の一部を上下方向
(図2のz方向)に研削した際の研削長さLとオフセッ
ト電圧V0 との関係の実験結果を表す特性図(b)であ
る。また,図5は所定の研削長さL(L=13mm)で
研削した際の,上記溝幅Wとオフセット電圧V0 の変化
量との関係の実験結果を表す特性図である。
Next, a method for making the offset voltage V 0 zero will be described with reference to FIGS. 4 and 5. Figure 4 shows
Grinding when a part of the detection piezoelectric element 20 is ground in the vertical direction (z direction in FIG. 2) with a predetermined groove width W (W = 0.1 mm, y direction in FIG. 2) as shown in (a). It is a characteristic view (b) showing the experimental result of the relationship between the length L and the offset voltage V 0 . FIG. 5 is a characteristic diagram showing an experimental result of the relationship between the groove width W and the amount of change in the offset voltage V 0 when grinding is performed with a predetermined grinding length L (L = 13 mm).

【0034】なお,図4及び図5に示す実験結果に使用
した角速度センサ1のサイズは,長さ30mm,断面3
mm×3mmからなる振動部11と,長さ13mm,幅
3mm,板厚0.2mmからなる励振用圧電素子30及
び検知用圧電素子20とより構成された角速度センサで
ある。また,励振用圧電素子30には2Vの交流電圧を
印加し,圧電体21と電極22の切除には,ペンシル型
グラインダーを用いた。
The angular velocity sensor 1 used in the experimental results shown in FIGS. 4 and 5 has a size of 30 mm and a cross section of 3 mm.
The angular velocity sensor includes a vibrating portion 11 having a size of 3 mm × 3 mm, an exciting piezoelectric element 30 having a length of 13 mm, a width of 3 mm, and a plate thickness of 0.2 mm, and a detecting piezoelectric element 20. An alternating voltage of 2 V was applied to the excitation piezoelectric element 30, and a pencil grinder was used to cut off the piezoelectric body 21 and the electrode 22.

【0035】そして,図4(a)に示すように,検知用
圧電素子20の圧電体21を連結部13側から順次削っ
た場合,図2(b)に示すように振動部11の根元に向
かうほど応力が大きくなるため,図4(b)に示すよう
に,オフセット電圧V0 の変化の度合いが大きくなる。
また,図5に示すように削り幅Wを順次大きくするとオ
フセット電圧V0 は次第に大きくなっていく。
Then, as shown in FIG. 4A, when the piezoelectric body 21 of the detecting piezoelectric element 20 is sequentially shaved from the connecting portion 13 side, as shown in FIG. 2B, at the base of the vibrating portion 11. Since the stress increases as the distance increases, the degree of change in the offset voltage V 0 increases as shown in FIG. 4B.
Further, as shown in FIG. 5, when the shaving width W is successively increased, the offset voltage V 0 gradually increases.

【0036】そこで,次に,この実験結果に基づいた角
速度センサの調整過程の一例について説明する。図6は
本例の角速度センサの調整過程を示すフローチャートで
ある。図6において,ステップ601では,角速度セン
サ1の励振用圧電素子30に交流電圧を供給して,振動
部11を励振方向Fvに振動させる。
Therefore, an example of the adjustment process of the angular velocity sensor based on the result of this experiment will be described next. FIG. 6 is a flowchart showing the adjustment process of the angular velocity sensor of this example. In FIG. 6, in step 601, an AC voltage is supplied to the exciting piezoelectric element 30 of the angular velocity sensor 1 to vibrate the vibrating portion 11 in the exciting direction Fv.

【0037】続いてステップ602では,各々の振動部
11に接合された検知用圧電素子20より発生されるオ
フセット電圧V0 を検出する。続く,ステップ603で
は,このオフセット電圧V0 が零であるか否かを判定す
る。そして,この時点で既にオフセット電圧V0 が零で
ある場合には,検知用圧電素子20は振動部11の中心
線C0 (図2)に対して対称に振動部11に接合されて
いると判断して,調整を終了する。
Subsequently, in step 602, the offset voltage V 0 generated by the detection piezoelectric element 20 bonded to each vibrating section 11 is detected. Subsequently, in step 603, it is determined whether or not this offset voltage V 0 is zero. If the offset voltage V 0 is already zero at this point, the detecting piezoelectric element 20 is bonded to the vibrating section 11 symmetrically with respect to the center line C 0 (FIG. 2) of the vibrating section 11. Judge and finish the adjustment.

【0038】しかしながら,ステップ603の判定にお
いてオフセット電圧V0 が零でない場合には,ステップ
604へ進んで検知用圧電素子20の研削を開始する。
この時,上述した実験結果から,検知用圧電素子20の
研削方向としては,図4(a)に示すように,連結部1
3側の(B)点から振動部11の自由端側の(C)点に
向かうように研削を行なうとよい。このようにすれば,
振動部11の自由端側へ向かうほど応力が弱くなってオ
フセット電圧V0 の変化量が小さくなるため,調整段階
終盤の微調整が行ない易くなる。
However, when the offset voltage V 0 is not zero in the judgment of step 603, the routine proceeds to step 604, where the grinding of the detecting piezoelectric element 20 is started.
At this time, based on the above-mentioned experimental results, the grinding direction of the detecting piezoelectric element 20 is as shown in FIG.
It is advisable to perform grinding from point (B) on the side 3 toward the point (C) on the free end side of the vibrating portion 11. If you do this,
Since the stress becomes weaker toward the free end side of the vibrating portion 11 and the change amount of the offset voltage V 0 becomes smaller, it becomes easier to perform fine adjustment at the end of the adjustment stage.

【0039】そして,この研削とほぼ同期して,ステッ
プ605では,再度オフセット電圧V0 が零であるか否
かを判定する。この時,図6に示すように,オフセット
電圧V0 が零とならない場合には,ステップ604,6
05の処理が繰り返し行なわれる。そして,オフセット
電圧V0 が零になると,ステップ606に進んで検索を
停止して,一連の調整過程を終了する。
Then, almost in synchronism with this grinding, in step 605, it is judged again whether or not the offset voltage V 0 is zero. At this time, as shown in FIG. 6, when the offset voltage V 0 does not become zero, steps 604, 6
The processing of 05 is repeated. Then, when the offset voltage V 0 becomes zero, the process proceeds to step 606, the search is stopped, and the series of adjustment processes is completed.

【0040】なお,図4に示す(B)点から(C)点ま
での研削でもまだ不足である場合には,さらに位置をず
らして,(B)点から(C)点へ向かうようにして研削
してもよい。また,この研削方向についても,(B)点
から(C)点という1ラインで研削するのではなく,例
えば(B)点近傍を先に研削することにより大雑把なオ
フセット電圧V0 の調整を行ない,後の微調整を(C)
点近傍で行なうようにしてもよい。
If the grinding from point (B) to point (C) shown in FIG. 4 is still insufficient, the position is further shifted so as to move from point (B) to point (C). It may be ground. Also in this grinding direction, rather than grinding in one line from point (B) to point (C), for example, the vicinity of point (B) is ground first to roughly adjust the offset voltage V 0. , Later fine adjustment (C)
It may be performed near the point.

【0041】そして,本例の出力調整方法においては,
検出用圧電素子20から電極22だけを切除するのでは
なく,圧電体21をも切除する。従って,周囲の温度が
変化しても,振動中心軸C0 の左右における検出用圧電
素子20の出力バランスが崩れることはない。それ故,
温度が変化しても,オフセットノイズV0 はほとんど増
大することがない。
In the output adjusting method of this example,
Not only the electrode 22 is cut off from the detection piezoelectric element 20, but also the piezoelectric body 21 is cut off. Therefore, even if the ambient temperature changes, the output balance of the detection piezoelectric element 20 on the left and right of the vibration center axis C 0 is not disturbed. Therefore,
Even if the temperature changes, the offset noise V 0 hardly increases.

【0042】上記のように,本例によれば周囲温度にか
かわらずオフセットノイズを低減し,角速度の検出精度
を向上することができる。そして,本例のような出力調
整方法を実施すれば,オフセットノイズが少なく検出精
度の良い圧電式角速度センサを製造することができる。
上記のように,本例によれば,検知用圧電素子のオフセ
ットノイズが少なく圧電式角速度センサの検出精度を高
めることができる圧電式角速度センサの出力調整方法,
及びこのような出力調整方法を用いた精度の高い圧電式
角速度センサの製造方法を提供することができる。
As described above, according to this example, the offset noise can be reduced and the angular velocity detection accuracy can be improved regardless of the ambient temperature. Then, if the output adjusting method as in this example is carried out, it is possible to manufacture a piezoelectric angular velocity sensor with little offset noise and high detection accuracy.
As described above, according to this example, there is little offset noise of the piezoelectric element for detection, and the output adjustment method of the piezoelectric angular velocity sensor that can improve the detection accuracy of the piezoelectric angular velocity sensor,
Further, it is possible to provide a highly accurate method for manufacturing a piezoelectric angular velocity sensor using such an output adjusting method.

【0043】実施例2 本例は,図7に示すように,1本の振動部12からなる
音片型の圧電式角速度センサ10への適用例であり,圧
電式角速度センサ10は1個の励振用圧電素子33と2
個の検知用圧電素子24,25とを有している。図7に
示すように,振動部12の第1側面121の中央部には
励振用圧電素子33を接合し,第2側面122の上下に
は1対の検知用圧電素子24,25を接合してある。
Embodiment 2 As shown in FIG. 7, this embodiment is an example of application to a sound piece type piezoelectric angular velocity sensor 10 consisting of one vibrating section 12, and the piezoelectric angular velocity sensor 10 has one Excitation piezoelectric elements 33 and 2
It has the individual detecting piezoelectric elements 24 and 25. As shown in FIG. 7, the excitation piezoelectric element 33 is bonded to the central portion of the first side surface 121 of the vibrating portion 12, and the pair of detection piezoelectric elements 24 and 25 is bonded to the upper and lower sides of the second side surface 122. There is.

【0044】本例では,帰還用圧電素子は,振動部12
の第1側面121の反対側に配置されている。そして,
検知用圧電素子24,25の端部241,251を切除
し,オフセット電圧V0 が最少となるよう出力を調整す
る。同図において,符号123は,振動部12の支持用
の金属線材である。その他については,実施例1と同様
である。
In this example, the feedback piezoelectric element is composed of the vibrating section 12
Is arranged on the opposite side of the first side surface 121. And
The ends 241 and 251 of the detection piezoelectric elements 24 and 25 are cut off, and the output is adjusted so that the offset voltage V 0 is minimized. In the figure, reference numeral 123 is a metal wire rod for supporting the vibrating portion 12. Others are the same as those in the first embodiment.

【0045】実施例3 本例は,図8に示すように,実施例2において,励振用
圧電素子34,35を2個とし,検知用圧電素子26を
1個としたもう1つの圧電式角速度センサ10への適用
例である。即ち,振動部12の第1側面121の上下に
1対の励振用圧電素子34,35を接合し,第2側面1
22の中央部に1個の検知用圧電素子26を接合してあ
る。同図において,符号261は,検知用圧電素子26
の切除部である。その他については,実施例2と同様で
ある。
Example 3 In this example, as shown in FIG. 8, another piezoelectric angular velocity in which the number of excitation piezoelectric elements 34 and 35 is two and the number of detection piezoelectric element 26 is one in the second embodiment. It is an application example to the sensor 10. That is, a pair of excitation piezoelectric elements 34 and 35 are bonded above and below the first side surface 121 of the vibrating portion 12, and the second side surface 1
One detection piezoelectric element 26 is bonded to the central portion of 22. In the figure, reference numeral 261 indicates a piezoelectric element 26 for detection.
Is the excised part. Others are the same as in the second embodiment.

【0046】実施例4 本例は,図9に示すように,振動部12の中央部に励振
用圧電素子33と検知用圧電素子26とを接合した圧電
式角速度センサ10への適用例である。なお,本例の圧
電式角速度センサ10は,実施例2と同様に支持ピン1
23(図9では図示略)で2点を支持,もしくは振動板
12の一端を圧入などして支持する。その他について
は,実施例2又は実施例3と同様である。
Example 4 This example is an example of application to a piezoelectric angular velocity sensor 10 in which an exciting piezoelectric element 33 and a detecting piezoelectric element 26 are joined to the central portion of a vibrating portion 12, as shown in FIG. . The piezoelectric angular velocity sensor 10 of this example is similar to the second embodiment in that the support pin 1
23 (not shown in FIG. 9) is used to support two points, or one end of the diaphragm 12 is press-fitted to be supported. Others are the same as those in the second or third embodiment.

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

【図1】実施例1の圧電式角速度センサの斜視図。FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric angular velocity sensor according to a first embodiment.

【図2】実施例1の振動部における等応力線図(a)
と,振動部の横断面B−Bのy方向に対する応力値の変
化曲線(b)と,側面111におけるz方向に対する応
力値の変化曲線(c)。
FIG. 2 is an iso-stress diagram in the vibrating part of Example 1 (a).
And a change curve (b) of the stress value in the y direction of the transverse section BB of the vibrating part, and a change curve (c) of the stress value in the z direction on the side surface 111.

【図3】実施例1の検知用圧電素子の位置ズレΔy(図
2)と出力V0 との相関図。
FIG. 3 is a correlation diagram between the positional deviation Δy (FIG. 2) and the output V 0 of the detection piezoelectric element according to the first embodiment.

【図4】実施例1の検知用圧電素子の切除長Lを示す説
明図(a)と,Lと出力の変化量との相関図(b)。
FIG. 4 is an explanatory view (a) showing a cut length L of the detection piezoelectric element of the first embodiment and a correlation diagram (b) between L and an output change amount.

【図5】実施例1の検知用圧電素子において図4に示す
切除幅Wと出力電圧の変化量との相関図。
5 is a correlation diagram between the cutting width W and the amount of change in output voltage shown in FIG. 4 in the detection piezoelectric element of Example 1. FIG.

【図6】実施例1の圧電式角速度センサの出力調整工程
のフローチャート。
FIG. 6 is a flowchart of an output adjustment process of the piezoelectric angular velocity sensor according to the first embodiment.

【図7】実施例2の圧電式角速度センサの斜視図。FIG. 7 is a perspective view of a piezoelectric angular velocity sensor according to a second embodiment.

【図8】実施例3の圧電式角速度センサの斜視図。FIG. 8 is a perspective view of a piezoelectric angular velocity sensor according to a third embodiment.

【図9】実施例4の圧電式角速度センサの斜視図。FIG. 9 is a perspective view of a piezoelectric angular velocity sensor according to a fourth embodiment.

【図10】従来の圧電式角速度センサの斜視図。FIG. 10 is a perspective view of a conventional piezoelectric angular velocity sensor.

【図11】従来の圧電式角速度センサの励振時における
変形の模式図。
FIG. 11 is a schematic diagram of deformation of a conventional piezoelectric angular velocity sensor during excitation.

【図12】従来の圧電式角速度センサの出力調整方法の
説明図。
FIG. 12 is an explanatory diagram of an output adjustment method of a conventional piezoelectric angular velocity sensor.

【図13】図12のA矢視図。13 is a view on arrow A of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,10...圧電式角速度センサ, 11...振動部, 111,112...側面, 20...検知用圧電素子, 21...圧電体, 22...電極, 30...励振用圧電素子, 1,10. . . Piezoelectric angular velocity sensor, 11. . . Vibration part, 111, 112. . . Side, 20. . . Detecting piezoelectric element, 21. . . Piezoelectric body, 22. . . Electrode, 30. . . Excitation piezoelectric element,

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 角柱状の振動部を有する圧電式角速度セ
ンサの出力調整方法であって,上記振動部の第1の側面
には励振用圧電素子が接合され,該第1の側面に直交す
る第2の側面には検知用圧電素子が接合されており,該
検知用圧電素子は,応力に感応する圧電体と,該圧電体
の表面に配設された信号取出し用の電極とを有してお
り,上記検知用圧電素子を上記振動部に接合した後,部
分的に電極と電極下の圧電体とを切除することにより,
該検知用圧電素子の出力を適性な値に調整することを特
徴とする圧電式角速度センサの出力調整方法。
1. A method of adjusting the output of a piezoelectric angular velocity sensor having a prismatic vibrating portion, wherein an exciting piezoelectric element is bonded to a first side surface of the vibrating portion and is orthogonal to the first side surface. A detection piezoelectric element is bonded to the second side surface, and the detection piezoelectric element has a piezoelectric body sensitive to stress and an electrode for signal extraction arranged on the surface of the piezoelectric body. Therefore, after the detection piezoelectric element is bonded to the vibrating portion, the electrode and the piezoelectric body under the electrode are partially cut off,
An output adjusting method for a piezoelectric angular velocity sensor, characterized in that the output of the detecting piezoelectric element is adjusted to an appropriate value.
【請求項2】 請求項1において,上記検知用圧電素子
の出力調整方法は,通常の温度下において,角速度をゼ
ロとして励振用圧電素子を駆動し,検知用圧電素子の出
力値を最小とする調整であることを特徴とする圧電式角
速度センサの出力調整方法。
2. The method of adjusting the output of the detection piezoelectric element according to claim 1, wherein the excitation piezoelectric element is driven with an angular velocity of zero under normal temperature to minimize the output value of the detection piezoelectric element. A method for adjusting the output of a piezoelectric angular velocity sensor, which is an adjustment.
【請求項3】 請求項1又は請求項2記載の出力調整方
法を製造工程に含んでいることを特徴とする圧電式角速
度センサの製造方法。
3. A method of manufacturing a piezoelectric angular velocity sensor, characterized in that the manufacturing method includes the output adjusting method according to claim 1 or 2.
JP6095543A 1994-04-08 1994-04-08 Method for adjusting output of piezoelectric type angular velocity sensor Pending JPH07280572A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9347776B2 (en) 2012-03-28 2016-05-24 Seiko Epson Corporation Vibrating element and manufacturing method for the same, gyro sensor, electronic apparatus and moving object
US9354060B2 (en) 2012-03-28 2016-05-31 Seiko Epson Corporation Vibrating element, gyro sensor, electronic apparatus and moving object

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