JPH1091249A - Flexural deflection vibrator and its resonance frequency control method - Google Patents

Flexural deflection vibrator and its resonance frequency control method

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JPH1091249A
JPH1091249A JP26532896A JP26532896A JPH1091249A JP H1091249 A JPH1091249 A JP H1091249A JP 26532896 A JP26532896 A JP 26532896A JP 26532896 A JP26532896 A JP 26532896A JP H1091249 A JPH1091249 A JP H1091249A
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JP
Japan
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voltage
detection
control
resonance frequency
vibrator
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Pending
Application number
JP26532896A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazusuke Maenaka
一介 前中
Takio Kojima
多喜男 小島
Takuya Mizuno
卓也 水野
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Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To facilitate the effective excitation of a vibration system by selecting a ratio between the detection voltage and the control voltage for control of the resonance frequency of a drive system when the control voltage proportional to the detection voltage detected by a detection element is applied to a control element. SOLUTION: When the AC voltage of frequency approximately equal to the resonance frequency of a flexural deflection vibrator A is applied to a drive element 1 from an AC power supply 6 via an amplifier 7, a free end of a fixed part held by the holding levers 4 and 4 has the flexural reciprocating motions around the fixed part. Then a mobile lever 5 vibrates with a large amplitude. Then a flexural distortion is caused to a detection element 2 and the AC voltage generated on both sides of the element 2 are inputted to an amplification factor setting means 11. When the control voltage generated by an amplifier 9 and amplified in a prescribed ratio is applied to a control element 3, the element 3 has a flexural motion and its distortion is superposably applied to the vibrator A. Thus, a flexural deflection vibration system is effectively excited.

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、屈曲撓み振動系の
共振周波数調整方法及び該方法を実施するための屈曲撓
み振動器に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for adjusting the resonance frequency of a flexural flexural vibration system and a flexural flexural vibrator for implementing the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電バイモルフ(以下圧電モノモルフを
含む概念としてとらえる)は簡単な構造で大振幅が得ら
れるという利点を備えるため、屈曲撓み振動子として、
振動ジャイロ,パーツフィーダ等種々の装置の駆動源に
用いられている。この振動子により駆動される振動系を
最も効率よく励振するためには、該振動系の共振周波数
と印加電圧の共振周波数を一致させれば良い。特に、近
年注目を集めている振動ジャイロでは高感度化の手段と
して、コリオリ力を検知する検知部の共振周波数と外部
励振の共振周波数を一致させることが有効であり、この
点からも、共振周波数の容易な調整方法が求められてい
る。さらには、複数の圧電バイモルフを用いて、駆動す
る場合には、駆動系の整合を取るために、各圧電バイモ
ルフの共振周波数が一致している必要がある。
2. Description of the Related Art A piezoelectric bimorph (hereinafter referred to as a concept including a piezoelectric monomorph) has an advantage that a large amplitude can be obtained with a simple structure.
It is used as a driving source for various devices such as a vibrating gyroscope and a parts feeder. In order to excite the vibration system driven by the vibrator most efficiently, the resonance frequency of the vibration system and the resonance frequency of the applied voltage may be matched. In particular, in a vibrating gyroscope that has been attracting attention in recent years, it is effective to match the resonance frequency of the detection unit for detecting Coriolis force with the resonance frequency of external excitation as a means of increasing the sensitivity. There is a demand for an easy adjustment method. Furthermore, when driving using a plurality of piezoelectric bimorphs, the resonance frequency of each piezoelectric bimorph needs to match in order to match the drive system.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電バイモ
ルフは、作成時の形状や材料の組成比で共振周波数が決
まるものの、同仕様のものを作成した場合にでも、特性
に若干の差異を生じる。また、この共振母体としての圧
電バイモルフ自体だけではなく、その取付け形態のばら
つき等、機械的条件の変化によっても、振動系の共振周
波数は変化する。
By the way, although the resonance frequency of the piezoelectric bimorph is determined by the shape and the composition ratio of the material at the time of production, a slight difference is caused in the characteristics even when the piezoelectric bimorph having the same specification is produced. In addition, the resonance frequency of the vibration system changes not only due to the piezoelectric bimorph itself as the resonance base, but also due to a change in mechanical conditions such as a variation in the mounting form.

【0004】従って、印加電圧の周波数を、圧電バイモ
ルフを用いた屈曲撓み振動子の共振周波数と一致するよ
うに設定しても、実際には、バラツキが生じることとな
る。
Therefore, even if the frequency of the applied voltage is set so as to coincide with the resonance frequency of the bending flexural vibrator using the piezoelectric bimorph, there actually occurs variation.

【0005】そこで、圧電バイモルフの共振周波数の調
整が必要となるが、この調整は物理的なトリミングに頼
っており、組み付け後の精密な調整は困難であった。ま
た、トリミングは、作業者が手作業により行なう必要が
あるため、コストが高く、歩留まりが悪いという欠点も
あった。
[0005] Therefore, it is necessary to adjust the resonance frequency of the piezoelectric bimorph, but this adjustment relies on physical trimming, and it has been difficult to perform precise adjustment after assembly. Further, since the trimming must be performed manually by an operator, there are disadvantages that the cost is high and the yield is low.

【0006】さらには、このような、振動母体の特性の
調整だけでは、その取付け形態等による振動系全体の共
振周波数の後発的な変化には対応できなかった。
Furthermore, it is not possible to cope with a subsequent change in the resonance frequency of the entire vibration system due to the mounting form or the like, only by adjusting the characteristics of the vibration base.

【0007】そこで、振動系を効率的に励振するため
に、調整容易な共振周波数調整方法が求められている。
本発明は、電気的手段により、かかる要求に対応し得る
共振周波数調整方法及び該方法を実施するための屈曲撓
み振動器を提供することを目的とするものである。
Therefore, in order to efficiently excite the vibration system, there is a need for a resonance frequency adjustment method that can be easily adjusted.
An object of the present invention is to provide a resonance frequency adjusting method capable of responding to such a demand by electrical means, and a flexural vibrator for implementing the method.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、所定周波数の
交流電圧が印加される駆動素子と、該駆動素子により屈
曲振動する振動系の振動により検出電圧を発生する検出
素子と、該検出素子からの検出電圧に比例する制御電圧
が印加される制御素子とを備え、検出電圧と制御電圧の
比を選定することにより駆動系の共振周波数を調整する
ようにしたことを特徴とする屈曲撓み振動系の共振周波
数調整方法である。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a drive element to which an alternating voltage of a predetermined frequency is applied, a detection element for generating a detection voltage by vibrating a vibration system that bends and vibrates by the drive element, and a detection element. A control element to which a control voltage proportional to the detection voltage from the control element is applied, and the resonance frequency of the drive system is adjusted by selecting a ratio between the detection voltage and the control voltage. This is a method of adjusting the resonance frequency of the system.

【0009】かかる方法は次の知見により成立するもの
である。圧電バイモルフの振動は自由度質点系の運動方
程式・・ mx+λx+κx=F1 式(1) で記述できる。ここで、減衰項;λ=mω0 /Q,バネ
定数;κ=mω0 2である。ただし、ω0 はバネの共振周
波数,Qは系の機械的Q値とも表現できる。また、F1
はバイモルフに印加される振動電圧によって発生する力
である。
Such a method is established based on the following findings. Vibration of the piezoelectric bimorph can be described by the freedom mass system equations of motion ·· · mx + λx + κx = F 1 Formula (1). Here, an attenuation term; λ = mω 0 / Q, a spring constant; κ = mω 0 2 . However, ω 0 can be expressed as the resonance frequency of the spring, and Q can be expressed as the mechanical Q value of the system. Also, F 1
Is the force generated by the oscillating voltage applied to the bimorph.

【0010】ここで、変位xに比例する力F2 =αxを
この系に与えることができれば、上式は、・・ mx+λx+(κ−α)x=F1 式(2) となり、αを変化させることによってxの係数,すなわ
ち振動系の共振周波数を変化させることができる。図1
0は、かかる関係を示す動作原理図である。本発明は、
このαを設定して、振動系の共振周波数を調整しようと
するものである。
[0010] Here, if it is possible to apply a force F 2 = .alpha.x proportional to the displacement x in this system, the above formula, ·· · mx + λx + ( κ-α) x = F 1 Formula (2), and the alpha By changing the coefficient, the coefficient of x, that is, the resonance frequency of the vibration system can be changed. FIG.
0 is an operation principle diagram showing such a relationship. The present invention
This α is set to adjust the resonance frequency of the vibration system.

【0011】ここで、変位xに比例する電圧は、mの変
位が直接与えられるように設けた検出バイモルフによ
り、検出電圧として得ることができる。そして、この検
出電圧に比例する制御電圧を生成し、この制御電圧を制
御素子に印加すれば、変位xに比例する力F2 を発生さ
せることが可能となる。このことは、検出電圧と制御電
圧との比α’を選定することによりαを随意に変化させ
ることが可能となることを意味する。
Here, the voltage proportional to the displacement x can be obtained as a detection voltage by a detection bimorph provided so as to directly give a displacement of m. Then generates a control voltage proportional to the detected voltage, by applying a control voltage to the control device, it is possible to generate a force F 2 which is proportional to the displacement x. This means that it is possible to arbitrarily change α by selecting the ratio α ′ between the detection voltage and the control voltage.

【0012】ここで、上記の関係は次のようになる。 x=c1det (c1 ;比例定数,Vdet ;検出電圧) Vcont/Vdet =α’ (Vcont;制御電圧,α’;比例定数) F2 =c2cont (c2 ;比例定数) これから F2 =c2det α’ α=F2 /x=c2det α’/c1det =cα’(c;定数) このように、検出電圧と制御電圧との比α’を選定する
ことにより、式2に基づき、バネの共振周波数ω0 を含
むxの係数(κ−α)、すなわち振動系の共振周波数を
変化させることが可能となることがわかる。
Here, the above relationship is as follows. x = c 1 V det (c 1 ; proportional constant, V det ; detection voltage) V cont / V det = α ′ (V cont ; control voltage, α ′; proportional constant) F 2 = c 2 V cont (c 2 F 2 = c 2 V det α ′ α = F 2 / x = c 2 V det α ′ / c 1 V det = c α ′ (c; constant) Thus, the detection voltage and the control voltage It can be understood that by selecting the ratio α ′, it is possible to change the coefficient of x (κ−α) including the resonance frequency ω 0 of the spring, that is, the resonance frequency of the vibration system, based on Equation 2.

【0013】図6は、α’の値を種々選定して、周波数
と変位量との関係を調べたものであり、α’を変えるこ
とにより波形が変化することが解る。ここで各波形の変
位量の最大値に対応する周波数が共振周波数となる。従
って、そのうち最も大きな変位量を生じる波形のα’を
選出することにより、屈曲撓み振動系を効率的に励振す
ることができることとなる。また、屈曲撓み振動系の共
振周波数を調整する必要がある場合には、目的の共振周
波数になるようにα’を選択すれば良い。
FIG. 6 shows the relationship between the frequency and the amount of displacement when various values of α ′ are selected. It can be seen that the waveform changes when α ′ is changed. Here, the frequency corresponding to the maximum value of the displacement amount of each waveform is the resonance frequency. Therefore, by selecting the waveform α ′ that produces the largest displacement, the flexural vibration system can be efficiently excited. Further, when it is necessary to adjust the resonance frequency of the flexural bending vibration system, α ′ may be selected so that the resonance frequency becomes the target resonance frequency.

【0014】そこで、駆動素子により発生する振動によ
り検出素子を励振して、検出電圧を発生させ、この検出
電圧に基づいて制御用の交流電圧を、所要の比率により
生成し、これを制御素子に印加する。そしてこれに伴う
制御素子の駆動によって、振動系の共振周波数を調整す
ることが可能となる。
Therefore, the detection element is excited by the vibration generated by the drive element to generate a detection voltage, and based on the detection voltage, an AC voltage for control is generated at a required ratio, and this is applied to the control element. Apply. The resonance frequency of the vibration system can be adjusted by driving the control element accordingly.

【0015】上述した共振周波数調整方法を実行する構
成として、所定周波数の交流電圧が印加される駆動素子
と、該駆動素子により屈曲振動する振動系の振動により
検出電圧を発生する検出素子と、該検出素子からの検出
電圧に比例する制御電圧が印加される制御素子と、所定
比で検出電圧を増幅して制御電圧を生成する増幅器等か
らなる増幅比設定手段とを備えた屈曲撓み振動器が提案
される。尚、この増幅比設定手段としては、外部帰還抵
抗を変えることによる増幅率の調整や可変増幅器の利用
がある。すなわち、この増幅器の選定又は増幅率の調整
によってα’を変えることにより、共振周波数の調整が
可能となる。
As a configuration for executing the above-described resonance frequency adjusting method, a drive element to which an AC voltage having a predetermined frequency is applied, a detection element that generates a detection voltage by vibration of a vibration system that bends and vibrates by the drive element, A bending flexural vibrator including a control element to which a control voltage proportional to a detection voltage from the detection element is applied, and amplification ratio setting means including an amplifier or the like that amplifies the detection voltage at a predetermined ratio to generate a control voltage is provided. Suggested. Incidentally, as the amplification ratio setting means, there is a method of adjusting an amplification factor by changing an external feedback resistance or using a variable amplifier. That is, the resonance frequency can be adjusted by changing α ′ by selecting the amplifier or adjusting the amplification factor.

【0016】この圧電屈曲撓み振動器として、駆動素
子、検出素子及び制御素子を並設して一体化し、一端を
固定し、その開放端を駆動端としたものが提案される。
この場合に、各駆動素子、検出素子及び制御素子を同一
材料で、同一構成で形成することにより、製造が容易と
なる。さらには、一枚の圧電素子を金属板に貼着してお
いてから、ダイサーなどで削除して分割することによっ
ても、駆動素子、検出素子及び制御素子を容易に並成で
きる。この場合に、前者のように複数の素子を一体に組
み付ける場合に比し、小型で高いQ値が得られる。
As this piezoelectric bending / flexing vibrator, there is proposed a piezoelectric bending / flexing vibrator in which a drive element, a detection element and a control element are juxtaposed and integrated, one end is fixed, and the open end is used as a drive end.
In this case, manufacturing is facilitated by forming each drive element, detection element and control element with the same material and the same configuration. Furthermore, the drive element, the detection element, and the control element can be easily formed in parallel by attaching one piezoelectric element to a metal plate, and then removing and dividing the element using a dicer or the like. In this case, a small and high Q value can be obtained as compared with the former case where a plurality of elements are integrally assembled.

【0017】または金属板の片面に、駆動素子、検出素
子及び制御素子のいずれを二つの素子を並設し、他面に
残り一つの素子を配設して一端を固定し、その開放端を
駆動端としても良い。この構成にあっては、検出素子を
金属板の他面全体を覆うように、広く配設するなど、そ
の面積を自由に設定でき、設計の自由度が向上する。さ
らに、駆動素子、検出素子、制御素子お作る別の手法と
して、少なくとも、一つの圧電素子の主表面に、独立し
た三つの部分電極を形成し、各々の電極に駆動用、検出
用、制御用の機能を持たせることもできる。このような
構成は、三つの素子を一体に組み立てたり、ダイサー等
によって分割したりすることなく、電極印刷時に部分電
極に対応したスクリーンマスクを用いるだけで良いの
で、生産性が極めて向上する。
[0017] Alternatively, one of two elements, a driving element, a detecting element and a control element, is juxtaposed on one side of a metal plate, the other element is arranged on the other side, one end is fixed, and the open end is fixed. It may be a driving end. In this configuration, the area can be freely set by, for example, disposing the detection element widely so as to cover the entire other surface of the metal plate, and the degree of design freedom is improved. Furthermore, as another method of making a drive element, a detection element, and a control element, at least three independent partial electrodes are formed on the main surface of at least one piezoelectric element, and each electrode is used for drive, detection, and control. Function can be provided. In such a configuration, the productivity is greatly improved because only the screen mask corresponding to the partial electrode is used at the time of printing the electrode without assembling the three elements integrally or dividing the element by a dicer or the like.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】添付図面について本発明の一実施
形態を説明する。図1は本発明に係る屈曲撓み振動器A
を示すものである。ここで、この屈曲撓み振動器Aは、
駆動素子1の両側に検出素子2及び制御素子3を並設し
てなるものであり、各素子1,2,3の基端を表裏で差
し渡した保持杆4,4により固定すると共に、その自由
端の一側に可動杆5を差し渡して、各自由端を連結する
ようにしている。前記駆動素子1及び制御素子3は、圧
電磁器の表裏に電極を形成してなる圧電素子を二枚、金
属板を介して接合した公知構造の圧電バイモルフで構成
される。一方、検出素子2にも同一の圧電バイモルフを
採用することにより、その各圧電素子を、制御素子3の
各圧電素子と対応させれば良いから、電圧印加制御が容
易となる。尚、制御素子2は単一の圧電素子により構成
してもよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 shows a bending flexure vibrator A according to the present invention.
It shows. Here, this bending flexural vibrator A
A detection element 2 and a control element 3 are arranged side by side on both sides of a driving element 1. The base ends of the elements 1, 2, 3 are fixed by holding rods 4, 4 which are crossed over from front to back. The movable rod 5 is extended to one side of the end to connect each free end. The drive element 1 and the control element 3 are each composed of a piezoelectric bimorph having a known structure in which two piezoelectric elements each having electrodes formed on the front and back of a piezoelectric ceramic are joined via a metal plate. On the other hand, by employing the same piezoelectric bimorph as the detection element 2, it is only necessary to make each piezoelectric element correspond to each piezoelectric element of the control element 3, so that voltage application control becomes easy. Note that the control element 2 may be constituted by a single piezoelectric element.

【0019】そして、前記駆動素子1の表裏の電極に
は、増幅器7を介して、交流電源6が接続され、さら
に、検出素子2には検出電圧を1/10に落す、アッテネ
ータ8,増幅器9,パワーアンプ10からなる比率α’
を設定する増幅比設定手段11が接続され、その出力側
を前記制御素子3の電極に接続するようにしている。
An AC power supply 6 is connected to the front and back electrodes of the drive element 1 via an amplifier 7, and the detection voltage is reduced to 1/10 in the detection element 2. , The ratio α ′ of the power amplifier 10
Is set, and the output side thereof is connected to the electrode of the control element 3.

【0020】かかる構成を振動ジャイロ,パーツフィー
ダ等に取りつける場合には、保持杆4,4を固定側の基
台に取り付け、可動杆5を可動部に固定すれば良い。
When such a structure is mounted on a vibrating gyroscope, a parts feeder, or the like, the holding rods 4, 4 may be attached to a fixed base, and the movable rod 5 may be fixed to the movable part.

【0021】かかる構成にあって、交流電源6から、ア
ンプ7を介して、この屈曲撓み振動器Aの共振周波数に
あらかじめほぼ合致した周波数の交流電圧を印加する
と、前記保持杆4,4によって保持された固定部を中心
にその自由端が往復湾動し、前記可動杆5が大きな振幅
で揺動することとなる。
In this configuration, when an AC voltage having a frequency substantially matching the resonance frequency of the flexural vibrator A is applied from the AC power source 6 via the amplifier 7 in advance, the holding rods 4 and 4 hold the AC voltage. The free end reciprocates around the fixed portion, and the movable rod 5 swings with a large amplitude.

【0022】そして、その駆動にともない検出素子2に
湾曲歪が発生し、その表裏に発生する交流電圧が増幅比
設定手段11に入力され、増幅器8で増幅された交流電
極が制御素子3に印加され、該制御素子3が湾動する。
そしてこの歪が、振動器屈曲撓み振動器Aに重畳的に加
わることとなる。
Then, a bending distortion occurs in the detecting element 2 due to the driving, and AC voltages generated on the front and back sides are input to the amplification ratio setting means 11, and the AC electrode amplified by the amplifier 8 is applied to the control element 3. Then, the control element 3 moves.
Then, this strain is applied to the vibrator flexure vibrator A in a superimposed manner.

【0023】すなわち、上述した交流電源6から駆動素
子1に印加される交流電圧と、屈曲撓み振動器Aの共振
周波数とはあらかじめほぼ合致するように設定される
が、駆動素子1の形成のバラツキなどにより必ずしも、
屈曲撓み振動器Aの共振周波数は、必ずしも仕様に従っ
た正確な値とならず、種々の取付け部材の態様や寸法の
バラツキ、さらには、被駆動部自体の質量や、取付け形
態により、振動系全体としても一定しない。
That is, the AC voltage applied from the AC power supply 6 to the drive element 1 and the resonance frequency of the flexural vibrator A are set in advance so as to substantially match, but the formation of the drive element 1 varies. Due to such factors,
The resonance frequency of the bending flexure vibrator A is not always an accurate value in accordance with the specifications, but may vary depending on the mode and dimensions of various mounting members, the mass of the driven part itself, and the mounting form. It is not constant as a whole.

【0024】そこで、駆動素子1による振動を検出素子
2で電圧値として検出し、この検出電圧に対して、増幅
比設定手段11により、所定の比率α’で増幅して生成
した制御電圧を制御素子3に印加することにより、調整
するようにしている。この理論的根拠は、上述したよう
に、式(2)に基づき、比率α’を変化させることによ
り、振動系の共振周波数を変化させることが可能である
とする、知見に基づくものである。
Therefore, the vibration caused by the drive element 1 is detected as a voltage value by the detection element 2, and the control voltage generated by amplifying the detected voltage by the amplification ratio setting means 11 at a predetermined ratio α ′ is controlled. The adjustment is performed by applying the voltage to the element 3. This theoretical basis is based on the finding that, as described above, it is possible to change the resonance frequency of the vibration system by changing the ratio α ′ based on Equation (2).

【0025】増幅比率α’を変える方法としては、増幅
器の外部帰還抵抗(図示省略)の値を可変させることで
可能となる。ここで、素子1,2,3を、幅(a)2m
m,長さ(b)15mm,厚さ(c)0.53mmの寸
法設定で同一構造とし、これにより屈曲撓み振動器Aを
作製して、α’を変化させ、その周波数と、変位量の関
係を調べたところ、図6のようになった。この結果か
ら、α’を変えることにより波形が変化することが解
る。ここで各波形の変位量の最大値に対応する周波数が
共振周波数となる。従って、そのうち最も大きな変位量
を生じる波形のα’を選出することにより、屈曲撓み振
動系を効率的に励振することができることとなる。また
必要に応じて、共振周波数を任意の値に調整することも
可能となる。
The amplification ratio α 'can be changed by changing the value of an external feedback resistor (not shown) of the amplifier. Here, the elements 1, 2, and 3 are set to have a width (a) of 2 m.
m, length (b) 15 mm, thickness (c) 0.53 mm and the same structure. The flexural flexural vibrator A is manufactured, α ′ is changed, and the frequency and displacement amount are changed. When the relationship was examined, the result was as shown in FIG. From this result, it is understood that changing α ′ changes the waveform. Here, the frequency corresponding to the maximum value of the displacement amount of each waveform is the resonance frequency. Therefore, by selecting the waveform α ′ that produces the largest displacement, the flexural vibration system can be efficiently excited. Further, the resonance frequency can be adjusted to an arbitrary value as needed.

【0026】さらに、本発明にかかる屈曲撓み振動器の
実施例を図2〜図5に従って説明する。ここで図2は、
第2の実施例の屈曲撓み振動器Bを示す。この屈曲撓み
振動器Bは、金属板20の表裏面に、短冊状の圧電磁器
の表裏に電極を形成してなる短冊状の圧電素子を夫々配
設し、金属板20の表裏一対の圧電素子により、バイモ
ルフ構造からなる駆動素子21,検出素子22及び制御
素子23を配設したものである。すなわち、金属板20
の中央部に駆動素子21が設けられ、図中左側に間隔を
おいて検出素子22が設けられ、さらに右隣に同様に制
御素子23が設けられてなるものである。その寸法例と
しては、縦方向の長さを15mm、金属板20の幅長を
2mm、各素子を接合した部分の厚さを0.5mmとし
たものが提案される。
Further, an embodiment of the bending flexure vibrator according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG.
7 shows a bending flexure vibrator B of a second embodiment. The flexural flexural vibrator B has strip-shaped piezoelectric elements formed by forming electrodes on the front and back sides of a strip-shaped piezoelectric ceramic on the front and back surfaces of the metal plate 20, respectively. Thus, a drive element 21, a detection element 22, and a control element 23 having a bimorph structure are provided. That is, the metal plate 20
A drive element 21 is provided at the center of the sensor, a detection element 22 is provided at an interval on the left side in the figure, and a control element 23 is similarly provided on the right side. As an example of the dimensions, it is proposed that the length in the vertical direction is 15 mm, the width of the metal plate 20 is 2 mm, and the thickness of a portion where each element is joined is 0.5 mm.

【0027】尚、この屈曲撓み振動器Bは、金属板20
の表裏の全面を覆うように、一枚の素子を接合し、その
表裏で、ダイサーにより両素子を夫々切断して、分割
し、夫々の面で圧電素子板を分離形成することにより、
駆動素子21,検出素子22及び制御素子23を配設し
て製造され得る。その回路構成は、図1と同様であり、
省略する。このように、一枚の金属板に、駆動素子、検
出素子を一体的に配置する構造では、複数の素子を別々
に組み付ける第1実施例のような圧電撓み振動子Aに比
して、小型でかつ高いQ値が得られるから、大きな変位
量を得ることができる。
The bending and bending vibrator B is a metal plate 20
By bonding one element so as to cover the entire surface of the front and back, by dicing the two elements with a dicer on the front and back, respectively, dividing and forming a piezoelectric element plate separately on each surface,
It can be manufactured by arranging the drive element 21, the detection element 22, and the control element 23. The circuit configuration is the same as in FIG.
Omitted. As described above, in the structure in which the driving element and the detecting element are integrally arranged on one metal plate, the size is smaller than that of the piezoelectric flexural vibrator A of the first embodiment in which a plurality of elements are separately assembled. And a high Q value can be obtained, so that a large displacement can be obtained.

【0028】図3は、第3実施例の屈曲撓み振動器Cを
示す。ここでは、金属板30の一側にあって中央に制御
素子33を構成する短冊状の圧電素子を、その左右に同
じく駆動素子31を構成する短冊状の圧電素子を夫々配
設すると共に、金属板30の他面に全面を覆うように、
検出素子32となるを圧電素子を接合してなるものであ
る。この構成にあっては、駆動素子31及び制御素子3
3は、一枚の短冊状圧電素子と金属板30とからなるモ
ノモルフ構造となる。
FIG. 3 shows a bending flexure vibrator C according to a third embodiment. Here, a strip-shaped piezoelectric element constituting the control element 33 is disposed at the center on one side of the metal plate 30, and a strip-shaped piezoelectric element similarly constituting the drive element 31 is disposed on the left and right sides thereof. So that the other surface of the plate 30 covers the entire surface,
The detection element 32 is formed by joining a piezoelectric element. In this configuration, the driving element 31 and the control element 3
Reference numeral 3 denotes a monomorph structure including one strip-shaped piezoelectric element and a metal plate 30.

【0029】かかる構成にあって、検出素子32は金属
板30の片面全体を使用できるから、設計の自由度が増
し、広い面積を確保できるため、大きな検出電圧を得る
ことができる。この構成にあっては、屈曲撓み振動器B
とは異なり一面側の素子のみを縦方向に切断して、駆動
素子31及び制御素子33を形成することにより、製造
できる。尚、駆動素子、検出素子、制御素子の配置の組
み合わせは、本例に限らず、任意に選択することができ
る。
In this configuration, since the detecting element 32 can use the entire surface of the metal plate 30, the degree of freedom of design increases and a large area can be secured, so that a large detecting voltage can be obtained. In this configuration, the flexural vibrator B
In contrast to this, it can be manufactured by cutting only the element on one surface side in the vertical direction and forming the driving element 31 and the control element 33. The combination of the arrangement of the drive element, the detection element, and the control element is not limited to this example, and can be arbitrarily selected.

【0030】図4は、前記屈曲撓み振動器Cの構成にあ
って、各部寸法を幅(a’)2mm,長さ(b’)15
mm,厚さ(c))0.5mmとし、図1の第1実施例
と同様にして、比率α’を変化させ、その周波数と変位
量の関係を調べたところ、図7のようになった。この結
果からも比率α’を変えることにより、波形が変化する
ことが解る。さらに、比率α’に対する共振周波数の変
化率を求めたところ、図8のようになった。この結果か
らも、比率α’の変化に対してリニアな共振周波数の制
御が可能であることが解る。
FIG. 4 shows the configuration of the bending / flexing vibrator C. The dimensions of each part are 2 mm in width (a ') and 15 mm in length (b').
mm, thickness (c)) of 0.5 mm, and the ratio α ′ was changed in the same manner as in the first embodiment of FIG. 1 to examine the relationship between the frequency and the displacement amount. Was. From this result, it is understood that the waveform changes by changing the ratio α ′. Further, when the change rate of the resonance frequency with respect to the ratio α ′ was obtained, the result was as shown in FIG. From this result, it is understood that the resonance frequency can be linearly controlled with respect to the change in the ratio α ′.

【0031】図5は第4実施例の屈曲撓み振動器Dを示
す。かかる構成にあっては、2枚の同一の圧電素子3
5,35を金属板を介し、又は介さずして貼着したバイ
モルフ構造あるいは、一方の圧電素子35を金属板等の
非圧電素子に代えて貼着したモノモルフ構造において、
少なくとも、一つの圧電素子35の外電極を3つの部分
電極に分割すると共に、中央の電極に対応する部分を駆
動素子36とし、両側の電極に対応する部分をそれぞれ
検出素子37、制御素子38として機能するように構成
したものである。
FIG. 5 shows a flexural vibrator D according to a fourth embodiment. In such a configuration, two identical piezoelectric elements 3
In a bimorph structure in which 5, 35 are attached via or without a metal plate, or in a monomorph structure in which one piezoelectric element 35 is attached instead of a non-piezoelectric element such as a metal plate,
At least the outer electrode of one piezoelectric element 35 is divided into three partial electrodes, the part corresponding to the central electrode is used as the driving element 36, and the parts corresponding to the electrodes on both sides are used as the detecting element 37 and the control element 38, respectively. It is configured to work.

【0032】かかる構成の場合、3個の独立した素子を
一体に組付ける第1実施例の圧電撓み振動器Aやダイサ
ーにより3個の素子に分断する第2,3実施例の圧電撓
み振動器B,Cに比して、電極印刷時に部分電極に対応
したスクリーンマスクを用いるだけで良いので、生産性
を顕著に向上させることができる利点がある。
In such a configuration, the piezoelectric flexural vibrator A of the first embodiment in which three independent elements are integrally assembled and the piezoelectric flexural vibrator of the second and third embodiments in which the three elements are divided by a dicer. Compared with B and C, it is only necessary to use a screen mask corresponding to the partial electrode at the time of electrode printing, so that there is an advantage that productivity can be remarkably improved.

【0033】次に、この屈曲撓み振動器の適用例を説明
する。図9は、振動ジャイロ40に適用したものであ
る。この振動ジャイロ40は、可動台板41と、固定台
板42間に、後記する検出用デバイス46に回転振動を
与えるための本発明にかかる複数の屈曲撓み振動器A〜
Dが設けられる。この屈曲撓み振動器A〜Dの共振周波
数の調整機能により、検出デバイス46の共振周波数と
外部励振の共振周波数を一致させることができ、かつ各
屈曲撓み振動器A〜Dの周波数の整合を保つことがで
き、振動ジャイロの感度を大幅に向上させることが可能
となる。
Next, an application example of the bending / flexing vibrator will be described. FIG. 9 shows an example in which the present invention is applied to a vibrating gyroscope 40. The vibrating gyroscope 40 includes a plurality of flexural vibrators A to A according to the present invention for applying rotational vibration to a detection device 46 described below between a movable base plate 41 and a fixed base plate 42.
D is provided. With the function of adjusting the resonance frequencies of the bending bending vibrators A to D, the resonance frequency of the detection device 46 and the resonance frequency of the external excitation can be matched, and the matching of the frequencies of the bending bending vibrators A to D is maintained. Therefore, the sensitivity of the vibrating gyroscope can be greatly improved.

【0034】この振動ジャイロ40にあって、可動台板
41上の検出用デバイス46は、シリコン等の半導体か
らなる基板43上に、少なくとも4枚の振動板44が設
けられる。各振動板44も、シリコン等の半導体からな
ると共に、その一端が絶縁層45を介して基板43に固
定された片持ち梁状となっている。そして屈曲撓み振動
器A〜Cにより検出用デバイス41の中央にz軸回りの
回転運動を与えると、y軸回りの回転角速度が印加され
ることにより、コリオリ力により、z軸方向の力を生
じ、これにより、振動板44とこれに対面する半導体と
の間の静電容量が変化する。そしてこのとき、回転角速
度の大きさに応じて、静電容量が変化するため、この変
化量から角速度を求めることができるものである。
In the vibrating gyroscope 40, at least four vibrating plates 44 are provided on a substrate 43 made of a semiconductor such as silicon as the detecting device 46 on the movable base plate 41. Each of the vibration plates 44 is also made of a semiconductor such as silicon and has a cantilever shape having one end fixed to the substrate 43 via an insulating layer 45. When a rotational motion about the z-axis is given to the center of the detection device 41 by the bending / flexing vibrators A to C, a rotational angular velocity about the y-axis is applied, and a force in the z-axis direction is generated by Coriolis force. Thus, the capacitance between the diaphragm 44 and the semiconductor facing the diaphragm 44 changes. At this time, since the capacitance changes according to the magnitude of the rotational angular velocity, the angular velocity can be obtained from the amount of change.

【0035】その他、屈曲撓み振動器A〜Cはパーツフ
ィーダの振動源や、各種搬送装置等の駆動源として用い
られる。そしてこのとき、複数の屈曲撓み振動器A〜C
を用いた場合には、その共振周波数を一致させる必要が
あったり、又は振動系の共振周波数を駆動電圧の周波数
に一致させることにより、効率の良い駆動が可能となる
ことから、上述したα’の調整により共振周波数を調整
することとなる。
In addition, the bending / flexing vibrators A to C are used as a vibration source of a parts feeder and a driving source of various transporting devices. At this time, a plurality of flexural vibrators A to C
Is used, it is necessary to match the resonance frequency, or by matching the resonance frequency of the vibration system to the frequency of the drive voltage, it is possible to drive efficiently, so that the above α ′ Is adjusted to adjust the resonance frequency.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明は、検出電圧と制御電圧の比を選
定することにより駆動系の共振周波数を調整するように
したものであるから、電気的手段による共振周波数調整
が可能となって、調整が容易となる。したがって、取付
け状態における振動系の共振周波数を最適にすることに
より最大変位量となるように調整でき、さらには、複数
の屈曲撓み振動器を適用する場合にも、容易にその共振
周波数を一致させることができる等の優れた効果があ
る。特に、本発明を図9で示す振動ジャイロに適用した
場合には、検知デバイス側の共振周波数に一致するよう
に駆動系の共振周波数を任意に可変可能とすることによ
り感度の大幅な向上が得られるという効果がある。
According to the present invention, the resonance frequency of the drive system is adjusted by selecting the ratio between the detection voltage and the control voltage. Therefore, the resonance frequency can be adjusted by electric means. Adjustment becomes easy. Therefore, by adjusting the resonance frequency of the vibration system in the mounted state, it is possible to adjust the resonance frequency to be the maximum displacement amount. Further, even when applying a plurality of bending flexure vibrators, the resonance frequencies can be easily matched. There are excellent effects such as being able to do. In particular, when the present invention is applied to the vibrating gyroscope shown in FIG. 9, the sensitivity can be greatly improved by arbitrarily changing the resonance frequency of the drive system so as to match the resonance frequency of the detection device. There is an effect that it can be.

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

【図1】第1実施例に係る屈曲撓み振動器Aをその駆動
回路と共に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a bending flexure vibrator A according to a first embodiment together with a drive circuit thereof.

【図2】第2実施例に係る屈曲撓み振動器Bの斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view of a flexural vibrator B according to a second embodiment.

【図3】第3実施例に係る屈曲撓み振動器Cの斜視図で
ある。
FIG. 3 is a perspective view of a flexural vibrator C according to a third embodiment.

【図4】屈曲撓み振動器Cをその駆動回路と共に示す斜
視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing the bending flexure vibrator C together with its drive circuit.

【図5】第4実施例に係る屈曲撓み振動器Dの斜視図で
ある。
FIG. 5 is a perspective view of a flexural vibrator D according to a fourth embodiment.

【図6】屈曲撓み振動器Aを用いたときの屈曲比率α’
と共振周波数との関係を示すグラフである。
FIG. 6 shows a bending ratio α ′ when the bending flexure vibrator A is used.
6 is a graph showing a relationship between the frequency and the resonance frequency.

【図7】屈曲撓み振動器Cを用いたときの共振特性を示
すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing resonance characteristics when a bending flexure vibrator C is used.

【図8】屈曲撓み振動器Cを用いたときの共振周波数変
化率を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a resonance frequency change rate when the bending flexure vibrator C is used.

【図9】振動ジャイロへの適用例を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing an example of application to a vibration gyro.

【図10】動作原理図である。FIG. 10 is an operation principle diagram.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A〜C 屈曲撓み振動器 1,21,31,36 駆動素子 2,22,32,37 検出素子 3,23,33,38 制御素子 6 交流電源 9 増幅器 11 増幅比設定手段 20,30 金属板 AC flexural flexural vibrator 1,21,31,36 Driving element 2,22,32,37 Detection element 3,23,33,38 Control element 6 AC power supply 9 Amplifier 11 Amplification ratio setting means 20,30 Metal plate

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定周波数の交流電圧が印加される駆動素
子と、該駆動素子により屈曲振動する振動系の振動によ
り検出電圧を発生する検出素子と、該検出素子からの検
出電圧に比例する制御電圧が印加される制御素子とを備
え、検出電圧と制御電圧の比を選定することにより駆動
系の共振周波数を調整するようにしたことを特徴とする
屈曲撓み振動系の共振周波数調整方法。
1. A drive element to which an AC voltage having a predetermined frequency is applied, a detection element that generates a detection voltage by vibration of a vibration system that bends and vibrates by the drive element, and a control that is proportional to the detection voltage from the detection element. A resonance frequency adjustment method for a flexural vibration system, comprising: a control element to which a voltage is applied; and adjusting a resonance frequency of the drive system by selecting a ratio between the detection voltage and the control voltage.
【請求項2】所定周波数の交流電圧が印加される駆動素
子と、該駆動素子により屈曲振動する振動系の振動によ
り検出電圧を発生する検出素子と、該検出素子からの検
出電圧に比例する制御電圧が印加される制御素子と、所
定比で検出電圧を増幅して制御電圧を生成する増幅比設
定手段とを備えたことを特徴とする屈曲撓み振動器。
2. A drive element to which an AC voltage having a predetermined frequency is applied, a detection element that generates a detection voltage by vibration of a vibration system that bends and vibrates by the drive element, and a control that is proportional to the detection voltage from the detection element. A flexural vibrator comprising: a control element to which a voltage is applied; and amplification ratio setting means for amplifying a detection voltage at a predetermined ratio to generate a control voltage.
【請求項3】駆動素子、検出素子及び制御素子を並設し
て一体化し、一端を固定し、その開放端を駆動端とした
ことを特徴とする請求項2記載の圧電屈曲撓み振動器。
3. The piezoelectric bending vibration device according to claim 2, wherein the drive element, the detection element and the control element are juxtaposed and integrated, one end is fixed, and the open end is the drive end.
【請求項4】金属板の片面に、駆動素子、検出素子及び
制御素子のいずれか二つの素子を並設し、他面に残り一
つの素子を配設して一端を固定し、その開放端を駆動端
としたことを特徴とする請求項2記載の圧電屈曲撓み振
動器。
4. A metal plate, on which one of two elements of a drive element, a detection element and a control element is juxtaposed, and the other element is arranged on the other surface, one end of which is fixed, and the open end thereof. The piezoelectric bending / flexing vibrator according to claim 2, wherein a is a drive end.
【請求項5】少なくとも一枚の圧電素子の主表面に独立
して形成された三つの分割電極により駆動素子、検出素
子、制御素子を形成したことを特徴とする請求項2記載
の圧電屈曲撓み振動器。
5. The piezoelectric bending deflection according to claim 2, wherein a drive element, a detection element, and a control element are formed by three divided electrodes independently formed on a main surface of at least one piezoelectric element. Vibrator.
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