JPH10260043A - Angular velocity detecting device - Google Patents

Angular velocity detecting device

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Publication number
JPH10260043A
JPH10260043A JP9063539A JP6353997A JPH10260043A JP H10260043 A JPH10260043 A JP H10260043A JP 9063539 A JP9063539 A JP 9063539A JP 6353997 A JP6353997 A JP 6353997A JP H10260043 A JPH10260043 A JP H10260043A
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JP
Japan
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vibration
vibrating
angular velocity
piece
excitation
Prior art date
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Application number
JP9063539A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyoshi Sugitani
伸芳 杉谷
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect angular velocity of high S/N by coincide the excitation direction of second and third both vibration pieces and the lengthwise direction of a first vibration piece with the Y-direction, and cutting leakage vibration against the first vibration piece. SOLUTION: When an excitation circuit is driven so as to output rectangular waves of duty ratio one to one and opposite phase to each other to output terminals, a first vibration piece 11 and a second vibration piece 12 vibrate in-phase in the Y-direction. Namely, the second vibration piece 12 and a third vibration piece 13 are simultaneously bent in the direction of +Y, thereafter simultaneously bent in the direction of -Y, and then this is continuously repeated hereafter. The vibration phase is deviated from the phase of an excitation signal by 90 deg.. When a vibrator 10 stands still, the second vibration piece 12 and the third vibration piece 13 only vibrate in the Y-direction, and because the first vibration piece 11 is connected to them at the node of the vibration, force in the Y-direction is only applied to the first vibration piece 11. Consequently, the excitation vibration is hardly leaked to the first vibration piece 11. Therefore, excitation vibration of noise is not leaked into vibration to be detected, and hence angular velocity of high S/N can be detected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のナビゲー
ションシステムや姿勢制御などに用いられる角速度検出
装置に関するものであり、特に、振動型の角速度検出装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity detecting device used for an automobile navigation system and attitude control, and more particularly to a vibration type angular velocity detecting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、振動子に回転を加えるとコリ
オリの力によって回転角速度に応じた新たな振動が発生
することを利用した振動型角速度検出装置が知られてい
る。そのなかでも、振動子の励振用振動片と検出用振動
片とを直交させたものとして、特開平7−167883
号に記載された振動型角速度検出装置が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a vibration type angular velocity detecting device utilizing the fact that when a vibrator is rotated, a new vibration corresponding to the rotational angular velocity is generated by Coriolis force. Among them, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-167883 describes that the vibrating piece for excitation of the vibrator and the vibrating piece for detection are orthogonal to each other.
There is known a vibration type angular velocity detecting device described in the above publication.

【0003】この振動型角速度検出装置の振動子は、コ
字型のそれぞれの先端を外側に直角に折り曲げた形状を
しており、折り曲げ部よりも根本側の互いに対向する部
分を励振用振動片とし、折り曲げ部よりも先の部分を検
出用振動片としている。この振動子によれば、励振用振
動片を励振すると検出用振動片も励振振動方向、すなわ
ち自己の長手方向に振動するため、この状態で、励振用
振動片と検出用振動片と含む面に垂直な方向に振動子が
回転すると、コリオリの力により検出用振動片が励振振
動方向と垂直な方向に振動する。このようにして検出用
振動片に生じたコリオリの力による振動の振幅を検出す
れば、回転角速度を検出することができる。
The vibrator of this vibration type angular velocity detecting device has a shape in which each of the U-shaped ends is bent outward at right angles, and the opposing portions on the root side from the bent portion are used as excitation vibrating reeds. The portion ahead of the bent portion is used as the detecting resonator element. According to this vibrator, when the exciting vibrating piece is excited, the detecting vibrating piece also vibrates in the exciting vibration direction, that is, in its own longitudinal direction. When the vibrator rotates in the vertical direction, the vibrating piece for detection vibrates in the direction perpendicular to the excitation vibration direction due to the Coriolis force. By detecting the amplitude of the vibration due to the Coriolis force generated in the detecting vibrating piece in this manner, the rotational angular velocity can be detected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来技術
では、励振用振動片を励振したときに、検出用振動片は
励振用振動片の根本部を中心とした回転運動方向に振動
する。そのため、検出用振動片はその長手方向だけでな
くこれに垂直な方向にも振動してしまい、検出すべきコ
リオリの力による振動に、同方向の漏れ振動が重畳して
しまう。
However, in the prior art, when the excitation vibrating piece is excited, the detecting vibrating piece vibrates in the direction of rotational movement about the root of the exciting vibrating piece. Therefore, the detecting vibrating piece vibrates not only in the longitudinal direction but also in the direction perpendicular thereto, and the leak vibration in the same direction is superimposed on the vibration due to the Coriolis force to be detected.

【0005】このコリオリの力による振動と漏れ振動は
位相が90度ずれているため、検出用振動片の振動か
ら、ノイズ成分である励振振動の漏れ振動を除去してコ
リオリの力による振動のみを抽出することは可能であ
る。しかし、漏れ振動の除去は必ずしも完全ではなく、
検出精度を高めるためにも検出用振動片に励振振動の漏
れ振動が生じない角速度検出装置が求められていた。
Since the phase of the vibration due to the Coriolis force and the phase of the leakage vibration are shifted by 90 degrees, the leakage vibration of the excitation vibration, which is a noise component, is removed from the vibration of the detecting vibrating piece, and only the vibration due to the Coriolis force is removed. It is possible to extract. However, the removal of leakage vibration is not always perfect,
In order to increase the detection accuracy, an angular velocity detection device that does not cause leakage vibration of the excitation vibration in the detection vibration piece has been required.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の角速度検出装置
は、このような課題を解決するためになされたものであ
り、XYZ三次元座標空間において、角速度を検出すべ
き被検出体に固定される基体から+Yの向きに突出する
第1振動片と、この第1振動片の先端から+Xの向きに
突出する第2振動片と、第1振動片の先端から−Xの向
きに突出する第3振動片とを有する振動子と、第2振動
片および第3振動片をY方向に同相で励振する励振手段
と、第1振動片のX方向の振動振幅を検出する検出手段
と、検出手段により検出された振幅の大きさからZ方向
を軸とする回転角速度を演算する角速度演算手段とを備
えたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An angular velocity detecting device according to the present invention has been made to solve such a problem, and is fixed to an object to be detected whose angular velocity is to be detected in an XYZ three-dimensional coordinate space. A first vibrating reed protruding in the direction of + Y from the base, a second vibrating reed protruding in the direction of + X from the tip of the first vibrating reed, and a A vibrator having three vibrating pieces; an exciting means for exciting the second vibrating piece and the third vibrating piece in phase in the Y direction; a detecting means for detecting a vibration amplitude of the first vibrating piece in the X direction; And angular velocity calculating means for calculating a rotational angular velocity about the Z direction from the magnitude of the amplitude detected by the above.

【0007】この角速度検出装置によれば、励振用振動
片である第2振動片と第3振動片の励振方向と検出用振
動片である第1振動片の長手方向がともにY方向に一致
しており、しかも、第2振動片と第3振動片を同相で励
振したときの両振動片による連成振動の節の部分におい
て第2振動片および第3振動片と第1振動片とが連結し
ているため、第1振動片にY方向の振動である漏れ振動
が伝達されない。
According to this angular velocity detecting device, the exciting directions of the second vibrating piece and the third vibrating piece as the exciting vibrating pieces and the longitudinal direction of the first vibrating piece as the detecting vibrating piece coincide with the Y direction. In addition, when the second vibrating piece and the third vibrating piece are excited in the same phase, the second vibrating piece, the third vibrating piece, and the first vibrating piece are connected to each other at a node of the coupled vibration by the two vibrating pieces. Therefore, the leakage vibration that is the vibration in the Y direction is not transmitted to the first vibrating piece.

【0008】また、本発明の角速度検出装置において
は、第1振動片の先端から+Yの向きに突出する第4振
動片を備えることが望ましい。
In the angular velocity detecting device according to the present invention, it is desirable to provide a fourth vibrating reed projecting in the direction of + Y from the tip of the first vibrating reed.

【0009】第4振動片の長さ等を調整することによ
り、検出用振動片である第1振動片の固有振動数を変化
させることができるので、励振振動の振動周波数と第1
振動片の固有振動数を容易に一致させることができ、感
度の向上を図ることができる。
By adjusting the length and the like of the fourth vibrating reed, the natural frequency of the first vibrating reed as the detecting vibrating reed can be changed.
The natural frequencies of the resonator element can be easily matched, and the sensitivity can be improved.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施形態であ
る角速度検出装置に用いられる振動子を示す斜視図であ
る。この振動子10は、第1振動片11、第2振動片1
2、第3振動片13および振動子基体14を備え、これ
らは鉄・ニッケル合金であるエリンバという金属材料で
一体に構成されている。一体構造は研削等により作製す
ることができ、材料としてエリンバを用いたのは、弾性
係数の温度特性が比較的安定しているからである。
FIG. 1 is a perspective view showing a vibrator used in an angular velocity detecting device according to an embodiment of the present invention. The vibrator 10 includes a first vibrating reed 11, a second vibrating reed 1
A second vibrating piece 13 and a vibrator base 14 are provided, which are integrally formed of a metal material called an elinvar, which is an iron-nickel alloy. The integral structure can be manufactured by grinding or the like, and the reason why the elinvar is used as the material is that the temperature characteristics of the elastic coefficient are relatively stable.

【0011】ここで、同図にその方向を示したXYZ三
次元空間座標を利用して、振動子10を構成する各要素
の位置関係および形状等を説明する。第1振動片11
は、角速度を検出すべき被検出体に直接または間接に固
定される振動子基体14から+Yの向きに延びるYZ平
面に平行な平板である。第2振動片12は、第1振動片
11の先端から+Xの向きに延びるXZ平面に平行な平
板である。また、第3振動片13は、第1振動片11の
先端から−Xの向きに延びるXZ平面に平行な平板であ
る。第1〜第3振動片11〜13の厚みは全て等しく、
各振動片のZ方向の幅も互いに等しい。また、第2振動
片12と第3振動片13の長手方向(X方向)の長さも
等しい。
Here, the positional relationship, the shape, and the like of each element constituting the vibrator 10 will be described using XYZ three-dimensional spatial coordinates whose directions are shown in FIG. First vibrating bar 11
Is a flat plate parallel to the YZ plane extending in the + Y direction from the vibrator base 14 fixed directly or indirectly to the object to be detected of the angular velocity. The second vibrating bar 12 is a flat plate extending from the tip of the first vibrating bar 11 in the + X direction and parallel to the XZ plane. The third vibrating reed 13 is a flat plate parallel to the XZ plane extending in the −X direction from the tip of the first vibrating reed 11. The thicknesses of the first to third vibrating bars 11 to 13 are all equal,
The widths of the respective vibrating bars in the Z direction are also equal to each other. The lengths of the second vibrating bar 12 and the third vibrating bar 13 in the longitudinal direction (X direction) are also equal.

【0012】第1振動片11のYZ平面に平行な面の一
方には、圧電材料であるPZT(チタン酸ジルコン酸
鉛)を2枚の電極で挟んだ圧電素子15が設けられてお
り、圧電素子15の一方の電極が第1振動片11に密着
固定されている。第2振動片12および第3振動片13
のXZ平面に平行な面の一方には、それぞれ圧電素子1
5と同様の圧電素子16および17が設けられており、
圧電素子16および17の一方の電極がそれぞれに対応
する振動片に密着固定されている。圧電素子15の両電
極は後述する検出回路の入力端子に接続され、圧電素子
16および17のそれぞれの両電極は後述する励振回路
の出力端子に接続される。
A piezoelectric element 15 in which PZT (lead zirconate titanate), which is a piezoelectric material, is sandwiched between two electrodes is provided on one of the surfaces of the first resonator element 11 parallel to the YZ plane. One electrode of the element 15 is tightly fixed to the first resonator element 11. Second vibrating bar 12 and third vibrating bar 13
Each of the planes parallel to the XZ plane of
5, piezoelectric elements 16 and 17 are provided.
One electrode of each of the piezoelectric elements 16 and 17 is tightly fixed to the corresponding resonator element. Both electrodes of the piezoelectric element 15 are connected to input terminals of a detection circuit described later, and both electrodes of the piezoelectric elements 16 and 17 are connected to output terminals of an excitation circuit described later.

【0013】圧電素子15は振動検出用に用いられるも
のであり、Y方向の伸び縮みに応じてPZTに誘電分極
が生じ2枚の電極に電荷が現れる。第1振動片11が+
Xの向きに屈曲すると圧電素子15はY方向に縮み、逆
に、−Xの向きに屈曲すると、圧電素子15はY方向に
伸びる。したがって、第1振動片11がX方向に振動す
ると、振動周波数と同じ周波数の交流電圧が圧電素子1
5の電極間に現れる。
The piezoelectric element 15 is used for detecting vibration, and dielectric polarization occurs in PZT in response to expansion and contraction in the Y direction, and electric charges appear on two electrodes. The first resonator element 11 is +
When bent in the X direction, the piezoelectric element 15 contracts in the Y direction, and when bent in the -X direction, the piezoelectric element 15 expands in the Y direction. Therefore, when the first vibrating piece 11 vibrates in the X direction, an AC voltage having the same frequency as the vibration frequency is applied to the piezoelectric element 1.
Appears between 5 electrodes.

【0014】圧電素子16および17は励振用に用いら
れるものであり、それぞれの電極間に交流電圧を与える
ことにより圧電素子16および17は交流電圧と同じ周
波数でX方向に伸び縮みする。圧電素子16および17
が伸びると、第2振動片12および第3振動片13はい
ずれも−Yの向きに屈曲し、圧電素子16および17が
縮むと、両振動片はいずれも+Yの向きに屈曲する。し
たがって、圧電素子16および17に交流電圧を与える
ことにより、第2振動片12および第3振動片13はY
方向に印加交流電流と同じ周波数で振動する。
The piezoelectric elements 16 and 17 are used for excitation. When an AC voltage is applied between the electrodes, the piezoelectric elements 16 and 17 expand and contract in the X direction at the same frequency as the AC voltage. Piezoelectric elements 16 and 17
Extend, both the second vibrating piece 12 and the third vibrating piece 13 bend in the -Y direction, and when the piezoelectric elements 16 and 17 contract, both vibrating pieces bend in the + Y direction. Therefore, by applying an AC voltage to the piezoelectric elements 16 and 17, the second vibrating piece 12 and the third vibrating piece 13
Vibrates in the direction at the same frequency as the applied alternating current.

【0015】図2は本実施形態の角速度検出装置に用い
られる励振回路、検出回路および角速度演算回路を示し
た回路図であり、図3はこれらの回路に対する入出力波
形を示す波形図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an exciting circuit, a detecting circuit, and an angular velocity calculating circuit used in the angular velocity detecting device of the present embodiment. FIG. 3 is a waveform diagram showing input / output waveforms for these circuits.

【0016】励振回路21は発振回路22を備え、出力
端子23および24に図3(b)に示すようなデューテ
ィ比が1対1の矩形波を出力する。図3(b)の上段が
出力端子23の出力波形であり、下段が出力端子24の
出力波形であり、両者は互いに逆相である。出力端子2
3は圧電素子16および17の振動片に貼付された側の
電極に接続され、出力端子24は圧電素子16および1
7の他方の電極すなわち露出している電極に接続されて
いる。
The excitation circuit 21 has an oscillation circuit 22 and outputs a rectangular wave having a duty ratio of 1 to 1 as shown in FIG. The upper part of FIG. 3B shows the output waveform of the output terminal 23, and the lower part of FIG. 3B shows the output waveform of the output terminal 24, both of which have opposite phases. Output terminal 2
3 is connected to the electrode of the piezoelectric elements 16 and 17 on the side attached to the vibrating reed, and the output terminal 24 is connected to the piezoelectric elements 16 and 1
7 is connected to the other electrode, that is, the exposed electrode.

【0017】検出回路25は第1振動片1の振動振幅を
検出する回路であり、差動増幅回路26、同期検波回路
27、積分回路28、DC増幅回路29およびオフセッ
ト調整回路30を備えている。
The detection circuit 25 is a circuit for detecting the vibration amplitude of the first resonator element 1 and includes a differential amplifier circuit 26, a synchronous detection circuit 27, an integration circuit 28, a DC amplification circuit 29, and an offset adjustment circuit 30. .

【0018】差動増幅回路26は、入力端子31および
32に入力される信号の差動増幅を行う回路であり、入
力端子31は圧電素子15の振動片に貼付された側の電
極に接続され、入力端子32は圧電素子15の他方の電
極に接続されている。したがって、入力端子31および
32には互いに逆相の信号が入力される。
The differential amplifier circuit 26 is a circuit for performing differential amplification of signals input to the input terminals 31 and 32. The input terminal 31 is connected to an electrode of the piezoelectric element 15 on the side attached to the vibrating reed. , The input terminal 32 is connected to the other electrode of the piezoelectric element 15. Therefore, signals having phases opposite to each other are input to input terminals 31 and 32.

【0019】第1振動片11がX方向に振動している場
合には、入力端子31および32に図3(c)の上段お
よび下段に示すような互いに逆相の正弦波が与えられ、
差動増幅回路26は、端子32の入力信号レベルを基準
にした端子31の入力信号レベルを示す図3(d)のよ
うな差動増幅信号を出力する。
When the first vibrating reed 11 is vibrating in the X direction, sine waves of opposite phases are given to the input terminals 31 and 32 as shown in the upper and lower parts of FIG.
The differential amplifier circuit 26 outputs a differential amplified signal as shown in FIG. 3D indicating the input signal level of the terminal 31 based on the input signal level of the terminal 32.

【0020】同期検波回路27は、差動増幅回路26か
ら出力された交流信号を発振回路22の一方の出力信号
を検波信号として用いて検波する回路である。差動増幅
回路26から出力される交流信号は、後述するように第
1振動片11および第2振動片12の励振振動と90度
位相がずれており、発振回路22の一方の出力信号と同
相となるので、この出力信号を検波信号として利用する
ことができる。
The synchronous detection circuit 27 is a circuit for detecting the AC signal output from the differential amplifier circuit 26 by using one output signal of the oscillation circuit 22 as a detection signal. The AC signal output from the differential amplifying circuit 26 is 90 degrees out of phase with the excitation vibration of the first vibrating reed 11 and the second vibrating reed 12 as described later, and is in phase with one output signal of the oscillation circuit 22. Therefore, this output signal can be used as a detection signal.

【0021】積分回路28は、同期検波回路27の出力
信号を平滑化する回路であり、その出力値は、差動増幅
回路26の出力信号振幅に対応している。したがって、
第1振動片11の振動振幅を示すものでもある。
The integration circuit 28 is a circuit for smoothing the output signal of the synchronous detection circuit 27, and its output value corresponds to the output signal amplitude of the differential amplifier circuit 26. Therefore,
It also indicates the vibration amplitude of the first vibrating reed 11.

【0022】DC増幅回路29は積分回路28の出力信
号を後の信号処理を容易にするために増幅する回路であ
り、オフセット調整回路30は、振動子の特性等に起因
するオフセット成分を除去すると共に、振動子が静止し
ているとき、すなわち差動増幅回路26の出力値が零の
ときの出力電圧を所望の電位(ここでは、2.5V)に
シフトさせる回路である。オフセット調整回路30の出
力信号は、出力端子33を介して角速度演算回路35に
入力される。
The DC amplifying circuit 29 is a circuit for amplifying the output signal of the integrating circuit 28 in order to facilitate subsequent signal processing. The offset adjusting circuit 30 removes an offset component caused by the characteristics of the vibrator. At the same time, the circuit shifts the output voltage to a desired potential (here, 2.5 V) when the vibrator is stationary, that is, when the output value of the differential amplifier circuit 26 is zero. The output signal of the offset adjustment circuit 30 is input to the angular velocity calculation circuit 35 via the output terminal 33.

【0023】角速度演算回路35は、第1振動片11の
振動振幅を示す検出回路25の出力信号に基づいて、振
動子1のZ軸に平行な軸を中心とする回転角速度を角速
度とコリオリの力との関係式に基づいて演算する回路で
ある。
The angular velocity calculating circuit 35 calculates a rotational angular velocity about an axis parallel to the Z axis of the vibrator 1 based on an output signal of the detecting circuit 25 indicating a vibration amplitude of the first vibrating reed 11 and an angular velocity and Coriolis. This is a circuit that calculates based on a relational expression with force.

【0024】つぎに、本実施形態の角速度検出装置の動
作を説明する。図4は図1に示した振動子1の第2振動
片12および第3振動片13を励振させたときの様子を
示す平面図である。励振回路21を駆動して、出力端子
23、24に図3(b)に示すような互いに逆相のデュ
ーティ比が1対1の矩形波を出力すると、第1振動片1
1および第2振動片12は、図4に示すように同相でY
方向に振動する。すなわち、第2振動片12および第3
振動片13は、両者同時に+Yの向きに屈曲した後同時
に−Yの向きに屈曲し、以後これを連続的に繰り返す。
その振動位相は図3の(a)に示すように、励振信号に
対して90度位相がずれている。励振周波数は、第2振
動片12および第3振動片13の連成振動の固有振動数
にほぼ一致させている。
Next, the operation of the angular velocity detecting device according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is a plan view showing a state when the second vibrating piece 12 and the third vibrating piece 13 of the vibrator 1 shown in FIG. 1 are excited. When the excitation circuit 21 is driven to output to the output terminals 23 and 24 rectangular waves having mutually opposite phases and a duty ratio of 1: 1 as shown in FIG.
As shown in FIG. 4, the first and second resonator elements 12
Vibrates in the direction. That is, the second resonator element 12 and the third
The vibrating piece 13 simultaneously bends in the + Y direction after being simultaneously bent in the −Y direction, and thereafter repeats this continuously.
The vibration phase is 90 degrees out of phase with the excitation signal as shown in FIG. The excitation frequency is made substantially equal to the natural frequency of the coupled vibration of the second vibrating bar 12 and the third vibrating bar 13.

【0025】振動子10が静止しているときには、第2
振動片12および第3振動片13は上述したようにY方
向に振動するだけであり、しかも、その振動の節におい
て第1振動片11が連結しているので、第1振動片11
にはY方向の力しか掛からない。したがって、第1振動
片11に励振振動はほとんど漏れない。
When the vibrator 10 is stationary, the second
The vibrating reed 12 and the third vibrating reed 13 only vibrate in the Y direction as described above, and the first vibrating reed 11 is connected at a node of the vibration.
Applies only a force in the Y direction. Therefore, the excitation vibration hardly leaks to the first vibrating reed 11.

【0026】振動子10がZ軸に平行な軸に回転する
と、X方向に振動している第2振動片12および第3振
動片13に対して次式(1)に示す回転角速度ωに応じ
たコリオリの力Fが加わる。
When the vibrator 10 rotates about an axis parallel to the Z-axis, the second vibrating piece 12 and the third vibrating piece 13 vibrating in the X direction correspond to the rotational angular velocity ω shown in the following equation (1). Coriolis force F is applied.

【0027】F=2mV×ω …(1) ここに、mは振動片の質量、Vは振動速度である。F = 2 mV × ω (1) where m is the mass of the vibrating reed, and V is the vibration speed.

【0028】このコリオリの力を図4を用いて説明する
と、振動子10がZ軸に平行な軸を中心に角速度ωで回
転しているときに、励振により矢印A、Bで示すように
+Yの向きに向かう第2振動片12および第3振動片1
3には矢印C、Dで示すようなコリオリの力Fが発生す
る。このコリオリの力は速度Vに比例するものであるか
ら、第2振動片12および第3振動片13が直線になっ
たときに最大となる。この矢印C、Dで示される力は第
1振動片11に伝達され、第1振動片11を矢印Eの方
向に屈曲させる。同様に、第2振動片12および第3振
動片13が−Yの向きに移動する際には、第2振動片1
2および第3振動片13に+Xの方向のコリオリの力が
働き、この力は第1振動片11を+X方向に屈曲させ
る。
The Coriolis force will be described with reference to FIG. 4. When the vibrator 10 is rotating at an angular velocity ω about an axis parallel to the Z axis, the excitation causes + Y as indicated by arrows A and B. Vibrating reed 12 and third vibrating reed 1 in the direction of
3, a Coriolis force F as shown by arrows C and D is generated. Since this Coriolis force is proportional to the speed V, it becomes maximum when the second vibrating bar 12 and the third vibrating bar 13 are linear. The forces indicated by the arrows C and D are transmitted to the first vibrating reed 11 and bend the first vibrating reed 11 in the direction of the arrow E. Similarly, when the second vibrating piece 12 and the third vibrating piece 13 move in the −Y direction, the second vibrating piece 1
A Coriolis force in the + X direction acts on the second and third vibrating bars 13, and this force causes the first vibrating bar 11 to bend in the + X direction.

【0029】以上のような動作によって、第1振動片1
1は角速度ωに比例した振幅でX方向に振動する。圧電
素子15はこの振動振幅に応じた電圧を電極間に発生
し、両電極に現れる信号は検出回路25の入力端子3
1、32に入力される。検出回路25では、この入力信
号を上述したように処理して第1振動片11の振動振幅
に応じた電圧値を示す信号を出力端子33に出力する。
With the above operation, the first vibrating reed 1
1 vibrates in the X direction with an amplitude proportional to the angular velocity ω. The piezoelectric element 15 generates a voltage between the electrodes in accordance with the vibration amplitude.
1 and 32 are input. The detection circuit 25 processes the input signal as described above and outputs a signal indicating a voltage value corresponding to the vibration amplitude of the first vibrating reed 11 to the output terminal 33.

【0030】出力端子33の信号は角速度演算回路35
に入力され、角速度ωを演算により求める。図5は、角
速度演算回路35内で実行される電圧−角速度変換の関
係を示すグラフである。同図において横軸に角速度(ヨ
ー)をとり、縦軸に検出回路25の出力信号電圧をとっ
ている。検出回路25は振動子10が静止しているとき
には2.5Vの電圧を出力するように調整されているの
で、このグラフは、図示のように検出回路25の出力電
圧が2.5V、角速度が零の点を通る直線となり、この
直線に基づいて検出回路出力から角速度を演算する。
The signal at the output terminal 33 is supplied to an angular velocity arithmetic circuit 35.
To calculate the angular velocity ω by calculation. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the voltage and the angular velocity conversion executed in the angular velocity calculation circuit 35. In the figure, the horizontal axis represents the angular velocity (yaw), and the vertical axis represents the output signal voltage of the detection circuit 25. Since the detection circuit 25 is adjusted to output a voltage of 2.5 V when the vibrator 10 is stationary, this graph shows that the output voltage of the detection circuit 25 is 2.5 V and the angular velocity is A straight line passes through the zero point, and the angular velocity is calculated from the output of the detection circuit based on this straight line.

【0031】図6は本発明の第2の実施形態である角速
度検出装置に用いられる振動子60を示すものである。
この振動子60は第1実施形態の振動子10を2つ備え
たような構造となっている。すなわち、振動子基体64
の+Y側に第1の振動子を備え、−Y側に第2の振動子
を備えている。第1の振動子は、振動子基体64から+
Yの向きに突出した第1振動片61と、第1振動片61
の先端から+Xおよび−Xの向きにそれぞれ突出した第
2振動片62および第3振動片63を備えている。第2
の振動子は、振動子基体64から−Yの向きに突出した
第1振動片65と、第1振動片65の先端から+Xおよ
び−Xの向きにそれぞれ突出した第2振動片66および
第3振動片67を備えている。第1振動片61および6
5には、検出用圧電素子が設けられ、第2振動片62、
66および第3振動片63、67には励振用圧電素子が
それぞれ設けられている。なお、振動子基体64の両端
には固定台68、69がそれぞれ設けられている。
FIG. 6 shows a vibrator 60 used in an angular velocity detecting device according to a second embodiment of the present invention.
The vibrator 60 has a structure including two vibrators 10 according to the first embodiment. That is, the vibrator base 64
The first vibrator is provided on the + Y side and the second vibrator is provided on the -Y side. The first vibrator receives +
A first vibrating reed 61 protruding in the Y direction;
Are provided with a second vibrating piece 62 and a third vibrating piece 63 which respectively protrude in the + X and -X directions from the tip of the. Second
The vibrator includes a first vibrating piece 65 protruding from the vibrator base 64 in the -Y direction, a second vibrating piece 66 and a third vibrating piece protruding from the tip of the first vibrating piece 65 in the + X and -X directions, respectively. The vibrating piece 67 is provided. First vibrating bars 61 and 6
5 is provided with a detecting piezoelectric element, and a second vibrating reed 62,
The 66 and the third vibrating bars 63 and 67 are provided with piezoelectric elements for excitation, respectively. Note that fixed bases 68 and 69 are provided at both ends of the vibrator base 64, respectively.

【0032】第1の振動子の第2振動片62および第3
振動片63をY方向に同相で励振し、同時に第2の振動
子の第2振動片66および第3振動片67を互いに同相
で且つ第2振動片62および第3振動片63とは逆相と
なるように励振する。この励振状態で振動子60がZ軸
に平行な軸を中心に回転すると、コリオリの力により回
転角速度に応じた振幅で第1振動片61および65はX
方向に振動するので、第1実施形態と同様にこの振動振
幅を検出すれば、角速度を求めることができる。しか
も、この振動子60の場合には、第2振動片62、66
および第3振動片63、67の励振による重心移動が生
じない。そのため、振動子基体からのわずかな振動漏れ
さえも抑制することができる。
The second vibrating piece 62 of the first vibrator and the third vibrating piece
The vibrating bar 63 is excited in the same direction in the Y direction, and at the same time, the second vibrating bar 66 and the third vibrating bar 67 of the second vibrator are in the same phase as each other and in the opposite phase to the second vibrating bar 62 and the third vibrating bar 63. Excit so that When the vibrator 60 rotates about an axis parallel to the Z-axis in this excited state, the first vibrating pieces 61 and 65 are driven by the Coriolis force at an amplitude corresponding to the rotational angular velocity.
Since it vibrates in the direction, the angular velocity can be obtained by detecting the vibration amplitude as in the first embodiment. In addition, in the case of the vibrator 60, the second vibrating bars 62, 66
In addition, the center of gravity does not move due to the excitation of the third vibrating bars 63 and 67. Therefore, even slight vibration leakage from the vibrator base can be suppressed.

【0033】図7は本発明の第3の実施形態である角速
度検出装置に用いられる振動子70を示すものである。
この振動子70は、第1実施形態の振動子10に第4振
動片75を付加したものである。第4振動片75は第1
振動片11をさらに延長するように+Yの向きに突出し
た自由端を持つ振動片である。この第4振動片75は、
その長さ等を調整することにより、第1振動片11のX
方向振動の固有振動数を所望の値に容易に設定すること
ができる。
FIG. 7 shows a vibrator 70 used in an angular velocity detecting device according to a third embodiment of the present invention.
The vibrator 70 is obtained by adding a fourth vibrating piece 75 to the vibrator 10 of the first embodiment. The fourth resonator element 75 is the first
The vibrating reed has a free end protruding in the + Y direction so as to further extend the vibrating reed 11. The fourth resonator element 75
By adjusting the length and the like, the X of the first vibrating piece 11
The natural frequency of the directional vibration can be easily set to a desired value.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の角速度検
出装置によれば、励振用振動片である第2振動片と第3
振動片の励振振動が、検出用振動片である第1振動片に
漏洩することがない。すなわち、検出すべき振動中にノ
イズである励振振動の漏れがない。したがって、S/N
比の高い角速度検出が可能である。
As described above, according to the angular velocity detecting device of the present invention, the second vibrating piece and the third vibrating piece, which are vibrating pieces for excitation, are used.
Excitation vibration of the vibrating reed does not leak to the first vibrating reed, which is the detecting vibrating reed. That is, there is no leakage of the excitation vibration which is noise during the vibration to be detected. Therefore, S / N
Angular velocity detection with a high ratio is possible.

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

【図1】本発明の第1実施形態である角速度検出装置に
用いられる振動子を示す斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a vibrator used in an angular velocity detecting device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施形態である角速度検出装置に
用いられる励振回路、検出回路および角速度演算回路を
示す回路図。
FIG. 2 is a circuit diagram showing an excitation circuit, a detection circuit, and an angular velocity calculation circuit used in the angular velocity detection device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】その動作を示すタイミングチャート。FIG. 3 is a timing chart showing the operation.

【図4】振動子の励振振動およびコリオリの力に基づく
振動を説明するための平面図。
FIG. 4 is a plan view for explaining excitation vibration of a vibrator and vibration based on Coriolis force.

【図5】角速度演算回路で用いられる検出回路出力電圧
−角速度の関係を示す特性図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a detection circuit output voltage and an angular velocity used in the angular velocity calculation circuit.

【図6】本発明の第2実施形態である角速度検出装置に
用いられる振動子を示す斜視図。
FIG. 6 is a perspective view showing a vibrator used in an angular velocity detecting device according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3実施形態である角速度検出装置に
用いられる振動子を示す斜視図。
FIG. 7 is a perspective view showing a vibrator used in an angular velocity detecting device according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、60、70…振動子、11、61、65…第1振
動片、12、62、66…第2振動片、13、63、6
7…第3振動片、14、64…振動子基体、21…励振
回路、25…検出回路、35…角速度演算回路。
10, 60, 70 ... vibrator, 11, 61, 65 ... first vibrating reed, 12, 62, 66 ... second vibrating reed, 13, 63, 6
7: third vibrating reed, 14, 64: vibrator base, 21: excitation circuit, 25: detection circuit, 35: angular velocity calculation circuit.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 XYZ三次元座標空間において、 角速度を検出すべき被検出体に固定される基体から+Y
の向きに突出する第1振動片と、この第1振動片の先端
から+Xの向きに突出する第2振動片と、前記第1振動
片の先端から−Xの向きに突出する第3振動片とを有す
る振動子と、 前記第2振動片および第3振動片をY方向に同相で励振
する励振手段と、 前記第1振動片のX方向の振動振幅を検出する検出手段
と、 前記検出手段により検出された振幅の大きさからZ方向
を軸とする回転角速度を演算する角速度演算手段とを備
えたことを特徴とする角速度検出装置。
1. In an XYZ three-dimensional coordinate space, a base fixed to a detection target whose angular velocity is to be detected is + Y
A first vibrating reed protruding in the direction of +, a second vibrating reed protruding in the + X direction from the tip of the first vibrating reed, and a third vibrating reed protruding in the -X direction from the tip of the first vibrating reed. An exciting unit that excites the second vibrating bar and the third vibrating bar in the same direction in the Y direction; a detecting unit that detects a vibration amplitude of the first vibrating bar in the X direction; Angular velocity calculating means for calculating a rotational angular velocity about the Z direction from the magnitude of the amplitude detected by the method.
【請求項2】 前記第1振動片の先端から+Yの向きに
突出する第4振動片を備えたことを特徴とする請求項1
に記載の角速度検出装置。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising a fourth vibrating reed protruding in a + Y direction from a tip of said first vibrating reed.
3. The angular velocity detecting device according to claim 1.
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Cited By (6)

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