JPH09105638A

JPH09105638A - 振動ジャイロ

Info

Publication number: JPH09105638A
Application number: JP7291734A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ebara; 原和博江; Katsumi Fujimoto; 本克己藤; Koji Nishiyama; 山浩司西; Takeshi Nakamura; 村武中
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1995-10-12
Publication date: 1997-04-22
Anticipated expiration: 2015-10-12
Also published as: JP2996157B2; US6158281A

Abstract

(57)【要約】【課題】振動体を低電圧電源でも十分に励振すること
ができ、かつ良好な感度を有する振動ジャイロを得る。【解決手段】振動ジャイロ１０は、振動子１２を含
む。振動子１２は３角柱状の振動体１４を含み、その側
面に圧電素子１６ａ，１６ｂ，１６ｃを形成する。圧電
素子１６ａ，１６ｂに抵抗２６，２８を接続し、抵抗２
６，２８と圧電素子１６ｃとの間に発振回路３０を接続
する。位相反転器３４から、接地用端子として用いられ
る振動体１４に、帰還用の圧電素子１６ｃの出力信号と
逆相の信号を入力する。圧電素子１６ａ，１６ｂの出力
信号を差動回路３６に入力する。差動回路３６を同期検
波回路３８に接続し、さらに平滑回路４０およびＤＣア
ンプ４２に順次接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は振動ジャイロに関
し、特に、振動体の屈曲振動を利用して回転角速度を検
出するための振動ジャイロに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の振動ジャイロの一例を示
す図解図である。振動ジャイロ１は振動子２を含む。振
動子２は、図６に示すように、たとえば正３角柱状の振
動体３を含む。振動体３の３つの側面には、それぞれ圧
電素子４ａ，４ｂ，４ｃが形成される。圧電素子４ａ，
４ｂは振動子２を屈曲振動させるための駆動用として用
いられるとともに、回転角速度に対応した信号を得るた
めの検出用としても用いられる。また、圧電素子４ｃ
は、振動子２を駆動するときの帰還用として用いられ
る。

【０００３】圧電素子４ａ，４ｂと圧電素子４ｃとの間
には、抵抗を介して発振回路５が接続される。また、振
動体３が接地用端子として用いられ、電源電圧の中間点
に接続される。さらに、圧電素子４ａ，４ｂの出力信号
は、差動回路６に入力される。差動回路６の出力信号
は、発振回路５の信号に同期して、同期検波回路７で検
波される。さらに、同期検波回路７の出力信号は平滑回
路８で平滑され、さらにＤＣアンプ９で増幅される。

【０００４】この振動ジャイロ１では、図１１に示すよ
うな駆動信号が、圧電素子４ａ，４ｂに入力される。こ
の駆動信号によって、振動体３は圧電素子４ｃ形成面に
直交する方向に屈曲振動する。この状態で、振動体３の
軸を中心として回転すると、コリオリ力によって振動体
３の振動方向が変わる。それにより、圧電素子４ａ，４
ｂ間に出力信号の差が生じる。したがって、差動回路６
で圧電素子４ａ，４ｂの出力信号の差をとれば、回転角
速度に対応した信号を得ることができる。差動回路６の
出力信号は同期検波回路７で検波され、平滑回路８で平
滑されたのち、ＤＣアンプ９で増幅される。そして、こ
の信号を測定することにより、振動子２に加わった回転
角速度を検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな振動ジャイロでは、接地用端子が電源電圧の中間点
に接続されているため、図１１に示すように、駆動用の
圧電素子には最大電源電圧の１／２の電圧Ａしか印加さ
れない。そのため、特に乾電池などの低電圧電源を用い
た場合、振動体の励振を十分に行うことができない。振
動体が十分に励振されないと、振動ジャイロの感度が低
下する。そこで、周辺回路で感度の低下分を補うなどの
手段が用いられてきたが、このような手段を用いると、
振動子ノイズや回路のノイズなども増幅されてしまうた
め、Ｓ／Ｎ比が悪くなる。

【０００６】それゆえに、この発明の主たる目的は、低
電圧電源でも振動体を十分に励振することができ、かつ
良好な感度を有する振動ジャイロを提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、柱状の振動
体と、振動体の側面に形成される駆動手段および帰還手
段と、振動体を振動させるために駆動手段と帰還用端子
との間に接続される発振回路とを含み、帰還手段の出力
信号と逆相の信号が接地用端子に入力される、振動ジャ
イロである。この振動ジャイロにおいて、帰還手段の出
力信号と逆相の信号は増幅された後に接地用端子に入力
されてもよい。駆動手段および帰還手段は圧電素子で形
成することができ、この場合、振動体が接地用端子とし
て用いられる。また、振動体は圧電体で形成することが
でき、この場合、駆動手段、帰還手段および接地用端子
は振動体上に電極として形成される。

【０００８】接地用端子に帰還手段の出力信号と逆相の
信号を入力することにより、帰還手段と接地用端子との
間に大きい電圧の信号が印加され、それによって振動体
が励振される。このとき、帰還用端子の出力信号が増幅
されれば、帰還手段と接地用端子との間に印加される信
号の電圧は大きくなる。

【０００９】

【発明の効果】この発明によれば、帰還手段と接地用端
子との間に大きい電圧の信号が印加されることにより、
帰還手段側においても、振動体を屈曲振動させるための
駆動力が発生する。したがって、駆動手段側と帰還手段
側の両方で振動体が駆動され、乾電池などの低電圧電源
を用いても、十分に振動体を励振することができる。し
たがって、振動体の振幅を大きくすることができ、感度
よく回転角速度を検出することができる。また、帰還手
段の出力信号と逆相の信号が増幅されることによって、
より大きい電圧で振動子を駆動することができ、振動体
の振幅をさらに大きくすることができる。そのため、さ
らに良好な感度で、回転角速度を検出することができ
る。

【００１０】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の振動ジャイロの
一例を示す図解図である。振動ジャイロ１０は、振動子
１２を含む。振動子１２は、図２に示すように、たとえ
ば正３角柱状の振動体１４を含む。振動体１４は、たと
えばエリンバ，鉄−ニッケル合金，石英，ガラス，水
晶，セラミックなど、一般的に機械的な振動を生じる材
料で形成される。

【００１２】振動体１４の側面には、圧電素子１６ａ，
１６ｂおよび１６ｃが形成される。圧電素子１６ａは、
図３に示すように、圧電セラミックなどで形成された圧
電板１８ａを含み、その両面に電極２０ａ，２２ａが形
成されている。そして、一方の電極２２ａが、振動体１
４に貼着されている。同様に、圧電素子１６ｂ，１６ｃ
は圧電板１８ｂ，１８ｃを含み、その両面に電極２０
ｂ，２２ｂおよび電極２０ｃ，２２ｃが形成されてい
る。そして、これらの圧電素子１６ｂ，１６ｃの一方の
電極２２ｂ，２２ｃが、振動体１４に貼着されている。
圧電素子１６ａ，１６ｂは、振動体１４に屈曲振動を与
えるための駆動手段として用いられるとともに、回転角
速度に対応した信号を得るための検出手段としても用い
られる。また、圧電素子１６ｃは、振動体１４を屈曲振
動させるときの帰還手段として用いられる。

【００１３】さらに、振動体１４のノード点付近の稜線
部には、支持部材２４ａ，２４ｂが取り付けられる。支
持部材２４ａ，２４ｂは、たとえば金属線をコ字状にす
ることによって形成される。そして、支持部材２４ａ，
２４ｂの端部は、支持台などに固定される。

【００１４】圧電素子１６ａ，１６ｂには、それぞれ抵
抗２６，２８が接続される。そして、これらの抵抗２
６，２８と帰還用の圧電素子１６ｃとの間に、発振回路
３０が接続される。さらに、振動子１２の接地用端子に
は位相反転器３４が接続され、帰還用の圧電素子１６ｃ
の出力信号と逆相の信号が入力される。接地用端子とし
ては振動体１４が用いられるが、信号入力用としてはた
とえば支持部材２４ａ，２４ｂが用いられる。

【００１５】圧電素子１６ａ，１６ｂは、差動回路３６
の入力端に接続される。差動回路３６の出力信号は、同
期検波回路３８で検波される。同期検波回路３８では、
たとえば発振回路の信号に同期して、差動回路３６の出
力信号が検波される。同期検波回路３８は平滑回路４０
に接続され、さらに平滑回路４０はＤＣアンプ４２に接
続される。

【００１６】この振動ジャイロ１０を使用する場合、圧
電素子１６ａ，１６ｂに図１１に示すような駆動信号が
入力される。この駆動信号によって圧電素子１６ａ，１
６ｂは伸縮を繰り返し、振動体１４は圧電素子１６ｃ形
成面に直交する方向に屈曲振動する。また、位相反転器
３４で帰還信号が反転させられ、帰還信号と逆相の信号
が接地用端子に入力される。このとき、図４（Ａ）に示
すように、帰還信号の振幅をＢとすると、図４（Ｂ）に
示すように、振幅Ｂを有しかつ駆動信号と逆相の信号が
振動体１４に印加される。そのため、帰還用の圧電素子
１６ｃには、電圧２Ｂの信号が印加されることになる。
この信号によって、圧電素子１６ｃに振動体１４を屈曲
振動させるための駆動力が発生し、駆動用の圧電素子１
６ａ，１６ｂによる駆動力とともに振動体１４を屈曲振
動させる。これらの駆動力によって、振動体１４は、圧
電素子１６ｃ形成面に直交する方向に屈曲振動する。こ
のとき、圧電素子１６ａ，１６ｂに発生する信号は同位
相で同レベルであり、差動回路３６から信号は出力され
ない。したがって、振動ジャイロ１０に回転角速度が加
わっていないことがわかる。

【００１７】この状態で、振動体１４の軸を中心として
回転すると、コリオリ力によって振動体１４の振動方向
が変わる。それにより、圧電素子１６ａ，１６ｂに発生
する信号に差が生じ、その差が差動回路３６から出力さ
れる。差動回路３６から出力される信号は、回転角速度
に対応した信号である。したがって、同期検波回路３８
で差動回路３６の出力信号を検波し、平滑回路４０で平
滑すれば、回転角速度に対応した直流信号が得られる。
この直流信号が、ＤＣアンプ４２で増幅される。したが
って、ＤＣアンプ４２の出力信号を測定することによ
り、振動ジャイロ１０に加わった回転角速度を検出する
ことができる。

【００１８】この振動ジャイロ１０では、接地用端子に
帰還信号と逆相の信号が入力されているため、駆動用の
圧電素子１６ａ，１６ｂだけでなく、帰還用の圧電素子
１６ｃにも駆動力が発生する。したがって、乾電池など
の低電圧電源を使用しても、十分に振動体１４を励振す
ることができる。つまり、振動体１４の振幅が従来の振
動ジャイロに比べて大きくなり、回転角速度の検出感度
を大きくすることができる。

【００１９】圧電素子１６ｃから出力される帰還信号
は、発振回路３０で増幅されて圧電素子１６ａ，１６ｂ
に印加されている。つまり、帰還信号の振幅Ｂは駆動信
号の振幅Ａより小さい。そのため、圧電素子１６ｃの両
面に印加される電圧２Ｂは、最大電源電圧より小さくな
る。しかしながら、帰還信号を反転して増幅すれば、圧
電素子１６ｃの両面に最大電源電圧を印加することがで
きる。したがって、帰還信号を反転して増幅せずに振動
体１４に入力する場合に比べて、振動体１４の屈曲振動
の振幅をさらに大きくすることができる。

【００２０】上述の振動ジャイロ１０では、振動子１２
の圧電素子１６ａ，１６ｂを駆動手段および検出手段と
して用い、圧電素子１６ｃを帰還手段として用いたが、
図５に示すように、圧電素子１６ａ，１６ｂを駆動手段
および帰還手段として用い、圧電素子１６ｃを駆動手段
として用いてもよい。この場合、圧電素子１６ａ，１６
ｂの出力信号が合成されて、発振回路３０に帰還され
る。また、圧電素子１６ａ，１６ｂの出力信号が加算器
４４で加算された後にその位相が反転され、振動体１４
に入力される。この場合においても、帰還用の圧電素子
１６ａ，１６ｂに大きい電圧の信号が印加されることに
なり、振動体１４を屈曲振動させるための駆動力が発生
する。それにより、振動体１４の屈曲振動の振幅を大き
くすることができる。したがって、高感度で回転角速度
を検出することができる。

【００２１】また、振動子１２としては、図６および図
７に示すように、円柱状の振動体１４を用いてもよい。
この振動体１４は、圧電体材料で形成されている。振動
体１４の側面には、６つの電極５０ａ，５０ｂ，５０
ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆが形成される。これらの電
極５０ａ〜５０ｆは、振動体１４の長手方向に延びて形
成される。そして、１つおきの電極５０ｂ，５０ｄ，５
０ｆが両端で接続され、接地用端子として用いられる。
振動体１４は、電極５０ａ，５０ｃ，５０ｅと隣接する
電極（接地用端子）との間で分極処理される。

【００２２】この振動子１２を用いる場合においても、
図８に示すように、電極５０ａ，５０ｃを駆動手段およ
び検出手段として用い、電極５０ｅを帰還手段として用
いることができる。この場合も、図１に示す振動ジャイ
ロと同様にして、回転角速度を検出することができる。
また、図９に示すように、電極５０ａ，５０ｂを帰還手
段および検出手段として用い、電極５０ｃを駆動手段と
して用いることができる。この場合も、図５に示す振動
ジャイロと同様にして、回転角速度を検出することがで
きる。

【００２３】これらの振動ジャイロ１０においても、接
地端子として用いられる電極５０ｂ，５０ｄ，５０ｆに
帰還信号と逆相の信号が入力される。それにより、帰還
用電極と接地用電極との間に大きい電圧を有する信号が
印加され、振動体１４の屈曲振動の振幅を大きくするこ
とができる。したがって、従来の振動ジャイロに比べ
て、高感度で回転角速度を検出することができる。これ
らの振動ジャイロ１０においても、帰還信号を反転する
だけでなく、それを増幅して電極５０ｂ，５０ｄ，５０
ｆに与えてもよい。それにより、振動体１４の屈曲振動
の振幅をより大きくすることができ、より高感度な振動
ジャイロを得ることができる。

【００２４】なお、振動体１４の形状としては、４角柱
状や６角柱状など、他の形状に形成してもよい。つま
り、振動子の接地用端子に帰還信号と逆相の信号を与え
ることによって、振動体の振幅を大きくすることがで
き、感度の良好な振動ジャイロを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の振動ジャイロの一例を示す図解図で
ある。

【図２】図１に示す振動ジャイロの振動子を示す斜視図
である。

【図３】図２に示す振動子の断面図である。

【図４】圧電素子１６ｃから出力される帰還信号と接地
用端子に入力される信号とを示す波形図である。

【図５】この発明の振動ジャイロの他の例を示す図解図
である。

【図６】この発明の振動ジャイロに用いられる振動子の
他の例を示す斜視図である。

【図７】図６に示す振動子の断面図である。

【図８】図６に示す振動子を用いた振動ジャイロの一例
を示す図解図である。

【図９】図６に示す振動子を用いた振動ジャイロの他の
例を示す図解図である。

【図１０】従来の振動ジャイロの一例を示す図解図であ
る。

【図１１】図１０に示す振動ジャイロに入力される駆動
信号を示す波形図である。

【符号の説明】

１０振動ジャイロ１２振動子１４振動体１６ａ，１６ｂ，１６ｃ圧電素子２４ａ，２４ｂ支持部材３０発振回路３４反転回路３６差動回路３８同期検波回路４０平滑回路４２ＤＣアンプ５０ａ〜５０ｆ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村武京都府長岡京市天神２丁目26番10号株式会社村田製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柱状の振動体、前記振動体の側面に形成される駆動手段および帰還手
段、および前記振動体を振動させるために前記駆動手段
と前記帰還手段との間に接続される発振回路を含み、前記帰還手段の出力信号と逆相の信号が接地用端子に入
力される、振動ジャイロ。
【請求項２】前記帰還手段の出力信号と逆相の信号は
増幅された後に前記接地用端子に入力される、請求項１
に記載の振動ジャイロ。
【請求項３】前記駆動手段および前記帰還手段は圧電
素子で形成され、前記振動体が前記接地用端子として用
いられる、請求項１または請求項２に記載の振動ジャイ
ロ。
【請求項４】前記振動体は圧電体で形成され、前記駆
動手段、前記帰還手段および前記接地用端子は前記振動
体上に電極として形成される、請求項１または請求項２
に記載の振動ジャイロ。