JPS5827387A - 一体のドライバおよびセンサを有する圧電変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧電変換器、いっそう詳しくは。

変換器を駆動し、その位置を感知する共通の圧電結晶を
利用することによってより良好な熱補正７行う変換器に
関する。

一体のドライバおよびセンサを有する圧電変換器は、特
に、空胴長さを調節するためにリングレーザ−ジャイロ
で用いられている。

リングレーザ−ジャイロの本質は、同じ経路の回りに互
に逆方向に循環する２つの光波が、この経路の回転時に
周波数偏移２行つということにある。この周波数偏移は
互に逆方向に行われて２つの光波の間に光学的な周波数
差を作りだ丁。これらの２種類の周波数は共通の光検出
器の所でまぜ合わされ０回転率に正比例した唸り周波数
を発生する。

レーザー空胴は、しばしば、多数の孔を穿った石英体内
に作り出される。これらの孔が内側通路Ｚ形成しシ　リ
ングレーザ−の空胴ン構成する。通路の交差によって形
成される。

空胴の各コーナが１つの通路から次の通路への２つの逆
方向に伝ばんする光波を反射する鏡乞備えている。

リングレーザ−正しく作用させるためには。

ジャイロ乞得成する２種の逆方向に循環する光波の振幅
がほぼ等しいことが重要である。

２種の光波の特性相互変調が、古典的な振幅変調であり
、瞬時成分の合計が同位相にあるときにはマキシマが生
じ、これらの成分が１８０度の位相ずれにあるとさには
ミニマが生じる。２種の光波信号の一万が他方よりも大
さくて有意差があるときには、唸り信号は０まで低下し
ない。

この唸り信号の最低点乞検出し、この最低点が実際に０
であるがどうかを決定下ることによって正しいリングレ
ーザ−ジャイロの作用を行うことかでさる。最低点が０
でない場合には、レーザー空胴の長さを調節して最低点
を０に向かって押し進める。レーザー空胴の長さビ調節
するために、圧電変換器がレーザーの鏡の１つに取付け
である。空胴制御回路がこの圧電変換器を躯動し、従来
は、その入力信号をレーザーの出力信号から受けている
。本出願人に譲渡された。

［ＭＵＬＴＩＯ８ＣＩＬＬＡＴＯＲＲＩＮＧ　ＬＡＳＥ
ＲＧＹＲＯＯＵＴＰＵＴＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＰＲ
ＯＣＥＳＳＩＮＧ　ＳＹＳＴＥＭ　Ｊという名称の、　
　Ｖ、　Ｅ、　５ａｎｂｅｒｓに１９７８年１０月３１
日に許された米国特許１ｉ４１２３１６２　　号音参照
されたい。

従って０本発明の目的は、リングレーザ−コーナの鏡の
位置乞追跡することにある。

本発明の別の目的は、圧電変換器にフィードバック信号
を発生させてその変換器の位置χ示させることにある。

本発明の又別の目的は、対称的に組立てた圧電変換器か
らドライバ信号およびセンサ信号の両万乞発生させるこ
とにある６対称性は別々に取付けたセンサ、例えば、圧
電チップ。

ひずみゲージ、電磁装置、キャパシタンス・チックオフ
に固有の熱ひずみによって生じる誤差ン減じる。

圧電変換器は、方面に圧電円板乞装着するかあるいは２
つの圧電円板の間に挾んだ薄い金属膜で作られている。

これらの円板は金属コーティングで被覆されている。使
用時には。

第１の圧電円板が金属膜？支える。この第１の円板の上
の金属コーティングは第１の電極を構成し、第２の圧電
円板の上の金属コーティングは対称的に分けられていて
、第２．第６の電極ビ構成している。これらの圧電円板
は以後結晶と呼ぶ。第２の結晶は２つの別々の導電材料
区域によって覆われておをハ　１つ構造で２つの結晶と
なる。第２の電極の下の結晶構造部分はドライバ又はセ
ンサ結晶として用いることかでさ、第６の電極の下の結
晶構造部分もセンサ又はドライバとして用いることかで
さる。結晶の、実際にドライバ又はセンサとして用いら
れる部分の結晶の内部構造に依存する。結晶構造の最大
ひずみおよび通常は最大応力音発生する区域はセンサに
とっては好ましい部分である。

変換器は対称的に設計されていなければならない。対称
であることによって、別に取付けたセンサに固有の熱ひ
ずみ乞除くことがでさるからである。さらに、ドライバ
およびセンサとして同じ結晶礪造ン用いることにより。

中間の取付部９例えば機械的な層又接着剤層なしにセン
サによってドライバを直接監視することかでさ、製造公
差による誤差１組立て誤差、不整合又は熱ひずみン生じ
させる可能性のある多くの成分ン除去することかでさる
。

本発明の他の目的および別の利点は以下の説明および添
付図面乞注意深く考察することによって当業者に明らか
となろう。

図面を参照して、第１図は代表的なリングレーザ−ジャ
イロ１０を示しており、このジャイロは本体１２１例え
ば０石英又はチタンシリケートのような超低膨張材料内
に形成されている。レーザ二本体１２は４つの通路１４
が設けてあり、これらの通路は閉じた矩形の径路を構成
するように配置されている。

三角形その他の多角形の別の形態も知られている。さら
に、レーザーが偏平のものである必要はない。通路１４
は密閉されており９例えば、約３　ｔｏｒｒ　　の真空
に約９０パーセントのヘリウムと１０パーセントのネオ
ン乞入れた混合ガスを封入されている。ついでながら、
大気圧は約７６Ｄｔｏｒｒである。

本体１２は例えば２つのカソード１６゜１８と２つのア
ノード２０．２２’！’備えており、すれらは周知の要
領で本体に取付けることかでさる。他の付勢手段も知ら
れている。

例えば、単一のカソードを用いることは普通である。カ
ソード１６とアノード２ｏとの間およびカソード１８と
オノード２２との間で通路１４においてガス放電が行わ
れる。通路１４内のガスにある不純？Ｉ￥吸収するため
にゲッタ２４乞設けてもよい。リングレーザ−ジャイロ
１０の通路１４内に形成されたレーザー光学径路の４つ
のコーナに鏡２Ｂ、５０゜５２．６４が設けである。鏡
”２８は光検出装置３６に装着しである。この光検出装
置６６はリングレーザ−ジャイロ１０の感知軸線回りの
角度率の測定値として対向伝播レーザ′−光線に検出し
たとさに唸り周波数信号ビ発生する。

鏡６４は圧電変換器６８に装着してあり。

この圧電変換器は鏡３４の空胴１４内の位置乞制御して
リングレーザ−ジャイロのレーザー長さ乞制御下る。圧
電変換器３８は第２図に詳しく示しである。代表的には
、変換器５８は薄いコツプ状の金属部材によって構成さ
れるハウジング４Ｑｙ有し、このハウジングの底面は可
撓性のダイアフラム４２ン構成している。このダイアフ
ラムは石、英本体１２にｇＭしであり、適当な接合部に
よってそこにシールされている。石英本体１２の内側通
路に向いたダイアフラム４２の表面は鏡３４を支えてい
る。こめダイアフラム４２を駆動するのに用いられるボ
スト４４がダイヤフラム４２の中心から延びている。コ
ツプ状のハウジング４０は変換器ハウジング４８によっ
て閉ざされており、このハウジング４８の円環状外側リ
ム４９は０例えば、８つのバネ負荷’フィンガ５０乞包
含する。これらのフィンガは５つだけ第２図に示してあ
り、コツプ４０の外面２覆うように延びている。バネ負
荷フィンガは円弧状の表面１１乞有し、この表面はコツ
プ４０の外面にぴったりと押し付けられ、接着などによ
ってそこに取付けられている。ハウジング４８の円環状
の外側リム４９は薄い可撓性のある膜５４によって中心
ボス５２に連結しである。膜５４の内外面には、それぞ
れ０円板状の圧電結晶５６．５８が装着しである。

好ましい実施例では、内側の圧電円板５６χ用、いる必
要はない。代りにこの円板に補強材として用いてもよい
。第３図、第４図で最もよく分かるように、圧電円板構
造５８は上翼コーティング５９で被覆されており１円板
の表面に２つの同心状の電極を形成している。

コーティング５９は円墳状のカット部６０によって中断
されており、同心の内外電極６２゜６４２形成している
。金属コーティング５９の中断は、いくつかの方法９例
えば、金属コーティング５９の所望の区域にマス／ｙｙ
、−かＣ九取除こうとしているマスクのかかっていない
区域、Ｔなわち円環状のリング６０を研削することによ
って達成することかでさる。

ボス５２の中心にはスタッド６６が螺合してあってダイ
アフラムコツプ４０のボスト４４と接触している。この
螺合したスタッド６６はボスｒ−４４の内面と確実に係
合するまで調節される、。電源が圧電結晶５８を横切っ
て投入されたとさ、この結晶が第２図の左側からみてふ
くらみスタッド６６によってあらかじめセットしたダイ
アフラム４２の変位量を除くことになる。これは鏡３４
で拡大され。

レーザー空胴通路１４の長さを調節する。

第９図で分かるように結晶５８は膜５４を共通電源０例
えばシステムアースに接続し。

外側電極６４乞共通電源と調節自在の電源６８との間に
接続することによって電源に接続することかでさる。内
側電極６２【ネ膜５４の所で共通電源から電圧検出器７
ｏに接続される。

２つの結晶を第２図に示−［ように用いる場合には、共
通電源は第１の結晶５６の全表面にわたって金属コーテ
ィングに接続するとよい。この場合、結晶５６は窪んだ
位置に駆動され、−万、結晶５８は第２図の左側から見
て突出した位置に駆動される。

第３図、第４図、第９図で分かるように。

電圧検出器７０によって表わされるセンサは。

好ましくは、最大のひずみを生じる結晶５８の部分ン覆
うように配置された内側電極６２に接続される。実験で
分かったことであるが。

小さな内径全有する環状の圧電結晶がその内径部あるい
はその付近で最大の応力およびひずみン生じる。

しかしながら、環状の圧電結晶の内径を大さくするにつ
れて、センサがその外径部付近で最大の応力およびひず
みを生じるという状況もある。それゆえ、外側電極６４
がセンサとして用いられることになろう。

第５図、第６図に示すように、膜７２は大きな内径を有
する孔７４を備えてもよく、少なくとも片面を圧電結晶
７６に装着される。

この結晶は金属コーティング７８で被覆されており、こ
のフーテ、イングは円環状の、カット部８０によって中
断され、内側の電極８２および外側の電極８４乞形成し
ている。内側電極８２は調節自在の電源１例えば調節自
在の直流電源６８に接続されて結晶７６を駆動するよう
にしてもよい。外側電層８４は電圧検出器７０によって
測定されて有用なフィードバック信号を発生し得る電圧
音発生する。

空胴長さの制御ビ伴わない本発明のいくつかの用途では
、棒の撓み乞測定することが望ましい。例えば、細飛い
金属製の棒が、リングレーザ−ジャイロχその入力軸線
回りに機械的に撮動させるばね形において用いられる。

第７図、第８図に示すように、このようなドライブシス
テムは図示実施例では矩形のプロフィル奮有する四辺形
圧電結晶８８Ｙ装着した棒状の撓みはね８６乞含み得る
。結晶８８の表面は金属コーティング９０で被覆され。

このコーティングは結晶８８の長手軸ｍ＜二ｍしてほぼ
直角のカット部９２によって中断され、主電極９４およ
び副電極９６乞形成する。

副電極９６は、好ましくは、結晶８８の一端に設置され
、この結晶８百がばね８６の最大ひずみ位置付近に位置
させられる。電極９６はセンサ電極として作用して電圧
検出器７０に与えるぺさセッサ信号音発生する。主電極
９４は電源に接続されて結晶８８￥収縮させばね８６を
駆動することかでさる。

第９図は別々の制御電圧源６８とセンサ電圧測定装置７
０と？示しており、明らかなように１代表的なサーボ増
幅器（図示せず〕？電圧源６８を駆動するのに用いるこ
とかでさ。

７０の所で測定した電圧ンこのサーボ増幅器に与えるフ
ィードバック電圧とすることができる。

以上に１本発明の圧電変換器馨リングレーザージャイロ
内で用いるように説明してさたが、同様の変換器ビ任意
の他の装置で用いることもでさることは了解されたい。

さらに。

本発明の好ましい実施例として示した形態はより大きい
内径、四辺形プロフィルあるいは矩形プロフィルの変形
乞含む多くの変更を行うように修正することかでさる。

従って１本発明は特許請求の範囲でのみ限定されるべき
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の変換器を利用し得る代表的なリングレ
ーザ−ジャイロを示す部分断面頂面図である。 第２図は本発明の圧電変換器を示す、第１図の２−２線
に沿った横断図である。 第３図は本発明で利用される圧電変換器の平面図である
。 第４図は第３図の変換器の側面図である。 第５図は別の圧電変換器の平面図である。 第６図は第５図の変換器の側面図である。 第７図は本発明の又別の圧電変換器乞示す平面図である
。 第８図は第７図の側面図である。 第９図は第１−第４図に示す変換器の電気接続２示す図
である。 〔主要部分の符号の説明〕 １０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・副〕ング
レーザージャイロ１２・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・レーザ一本体１４・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・通路ｉ６．ｉＢ　　・・・・・・・
・・・・・カソード２０、２２　　・・・・・・・・・
・・・アノード２８、３０．３２．５４・・・鏡 ６８・・・・・・・・・・・・・・・・・−・旧型変換
器４０・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ハ
ウジング５４・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・可撓膜５６．５８・・・・・・・・・・・・・・・
圧電円板５９・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・金属コーテイ、−ング６２．６４　　・・・・・・
・・・・・・電極６６・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・スタッド６８・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・電源出　願　人　：　リドン　システ
ムズ インコーボレーテツド ３１１ｇ、１ ０ Ｆｉｇ、　２ １１９．３　　　　　　　’Ｂｉｇ・４Ｊｉｇ、　５　
　　　　　４ｇＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　可撓性部材と、この可撓性部材の方面に装着した
   圧電結晶と、この圧電結晶の第１の表面と接触させて設
   けた第１．ｉ２の金属製電極と、前記圧電結晶の第２の
   表面と接触している第６の金属製電極と、前記第１と第
   ６の電極の間に接続したドライバ電圧装置と、前記第２
   と第６の電極の間に接続したセンサ装置とｔ包含し、前
   記圧電結晶が、前記可撓極部材に駆動変位力を与えると
   共に、前記可撓性部材の変位ン感知する感知信号音発生
   するようになっているこ嘱とを特徴とする圧電変換器。 ２、膜χ変位させる熱ひずみのない圧電変換器であって
   、この膜乞取付けるためのハウジング装置と、前記膜の
   方面に装着した圧電結晶とこの圧電結晶の上に電極ビ形
   成するようにこの圧電結晶を覆う金属材料のコーチイブ
   であって、２つに分かれて第１゜第２の電極を形成して
   いるコーチイブと。 普通の電源に前記膜を電気的に接続する装置と、前記圧
   電結晶上の前記第１電極および前記共通の電源に接続し
   たドライバ装置と、前記圧電結晶上の前記第２電極およ
   び前記共通の電源に接続したセンサ装置と乞包含し、前
   記圧電結晶が駆動変位信号と感知信号の両方ｌ廃生じて
   、前記圧電結晶乞共通に用いることによる前記信号間の
   熱ひずみＺ減ら丁ようになっていることを特徴とする圧
   電変換器。 ３、・特許請求の範囲第２項記載の圧電変換器において
   、前記圧電結晶が四辺形プロフィルを有し、前記第１．
   第２の電極が前記圧電結晶のこの四辺形プロフィル上で
   前記金属製のコーティングを中断するまつ丁ぐな勝によ
   って形成されていることＺ特徴とする圧電変換器。 ４、　特許請求の範囲第２項記載の圧電変換器において
   、前記圧電結晶が円形のプロフィルを有し、前記第１．
   第２の電極が前記円形プロフィル上で前記金属製コーチ
   イブＺ中断する内径線によって形成されていること乞特
   徴とする圧電変換器。 ５、％許請求の範囲第４項記載の圧電変換器において、
   前記円形プロフィルン中断する０内経線の内側の表面部
   分が前記センサ装置に接Ｉｆ、する前記第２電極ン形成
   していること乞特徴とする圧電変換器。 ６、　特許請求の範囲第４項記載の圧電変換器において
   、前記円形プロフィルの中断ン行う前記内径線の外側の
   表面部分が前記センサ装置に接続する前記第２電極ビ形
   成していることン特徴さする圧電変換器。 Ｚ　％許請求の範囲＠４項記載の圧電変換器において、
   前記第１．　第２の電極の前記プロフィルが対称的であ
   って前記変換器の非対称的な変位ビ防ぐようになってい
   ることン特徴とする圧電変換器。 ８、特許請求の範囲第６項、第４項、第５現第６項のい
   ずれかに記載の圧電変換器において、前記センサ装置が
   、最大ひずみ量を発生する前記圧電結晶の表面に設けた
   電極に接続しであることＺ特徴とする圧電変換器。 ９　特許請求の範囲第２項記載の圧電変換器において、
   前記膜が、それと前記第１電極とＺ横切って連結したド
   ライバ装置によって駆動される鏡に取付けてあり、この
   鏡の変位が前記膜と前記第２電極Ｚ横切って連結した前
   記センサ装置によって感知されること乞特徴とする圧電
   変換器。 １０、　　％許請求の範囲第２項記載の圧電変換器にお
   いて、さらに、前記膜の、前記最初ｄ二連べた圧電結晶
   とは反対側の表面に連結した第２の圧電結晶と、第６の
   電極を形成するように前記第２圧′電結晶乞覆って設け
   た金属材料のコーティングとを包含し、この第２のコー
   ティングが前記膜ではなくて前記共通電源に接続しであ
   ることン特徴とする圧電変換器。 １１、　　鏡乞その平面に対して直角な方向に駆動する
   ようになっている。熱ひずみの少ない圧電変換器であっ
   て、鏡Ｚ装着するためのハウジングと、このハウジング
   内に装着してあって、鏡の平面に対して平行な平面ン有
   する膜と、この膜の方面に装着した円板状の圧電結晶と
   、この圧電結晶上に電極を形成するようにこの圧電結晶
   を覆って設けた金属材料のコーティングであって、第１
   の外径電極と第゛２の内径電極馨前記圧電結晶上に形成
   するように中断されているコーティングと、前記膜ン共
   通の電源に電気的に接続する装置と、前記圧電結晶上の
   前記第１電極に接続してあり１次に前記膜の所で前記共
   通電源に接続しであるドライバ装置と、前記圧電結晶上
   の前記第２電極に接続してあり、且つ前記膜の所で前記
   共通電源に接続しであるセンサ装置とＺ包含し。 前記圧電結晶が駆動変位信号と感知信号の両方Ｚ発生し
   、前記圧電結晶共通使用することによる信号間の熱ひず
   みン減するようになっていることを特徴とする圧電変換
   器。 １２、　　特許請求の範囲＠１１項記載の圧電変換器に
   おいて、さらに、前記最初に述べた圧電結晶とは反対側
   の前記膜の表面に接続した第２の圧電結晶と、第６の電
   極乞形成するようにこの第２の圧電結晶上に設けた金属
   コーティングとビ包含し、この金属コーティングが前記
   膜ではなくて前記共通電源に接続しであること馨特徴と
   する圧電変換器０