JPS60140114A - 音叉型振動式角速度計 - Google Patents
音叉型振動式角速度計Info
- Publication number
- JPS60140114A JPS60140114A JP58246665A JP24666583A JPS60140114A JP S60140114 A JPS60140114 A JP S60140114A JP 58246665 A JP58246665 A JP 58246665A JP 24666583 A JP24666583 A JP 24666583A JP S60140114 A JPS60140114 A JP S60140114A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric element
- facial
- angular velocity
- vibration
- adhered
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〈産業上の利用分野〉
本発明は航空機等の移動体の姿勢制御信号源として必須
な角速度１ｔに関する。特にコリオリカを利用した音叉
型撮動式角速度計の新規な構成に関し、小型で高感度の
角速度計を提供する。
な角速度１ｔに関する。特にコリオリカを利用した音叉
型撮動式角速度計の新規な構成に関し、小型で高感度の
角速度計を提供する。
〈従来例〉
コリオリカを利用した振動式角速度計は、Ｑが高くとれ
て駆動エネルギーを小さく出来ること、及び検出感度を
高く出来ること等から、音叉型にする場合が多い。
て駆動エネルギーを小さく出来ること、及び検出感度を
高く出来ること等から、音叉型にする場合が多い。
第１図は例えば特公昭３５−３６９２号等で公知の音叉
型撮動式角速度計１の構造を示す。１ａ、１ｂは角速度
Ωの入力軸２に対向した一対のフォークであり、２ａ、
２ｂはこれらフォークに接着された圧電素子で、外部の
交流枢動電源よシ励振され、フォーク１゜１、を軸２に
対し接近又は離反するωで示す振動。
型撮動式角速度計１の構造を示す。１ａ、１ｂは角速度
Ωの入力軸２に対向した一対のフォークであり、２ａ、
２ｂはこれらフォークに接着された圧電素子で、外部の
交流枢動電源よシ励振され、フォーク１゜１、を軸２に
対し接近又は離反するωで示す振動。
即ち面内振動を与える。
この振動の周波数はフォーク１ａ、 １．の固有振動数
に一致させて共振させ、小さい駆動エネルギーで大きな
振幅を発生させる。
に一致させて共振させ、小さい駆動エネルギーで大きな
振幅を発生させる。
軸２に角速度人力Ωが与えられるとＮ Ａ、 Ｂ又はＡ
＋、Ｂ＋で示すととくωの方向とけ直角方向Ｋ、駆動周
波数と等しく、振動がＩＪに比例したコリオリカ即ちね
じＤトルクが発生する。６はこのねじりトルクを検出す
るシャフトであシ、一端が音叉の底部に対し振動の吸収
材４を介して結合しておム他端がベース部材５に固定さ
れている。３ａはトルク伝達レバーで、ベース部材に設
けた柱５に接着されている圧電素子６に振動するねじｌ
トルクを与え、電気信号に変換して外部に取出す。
＋、Ｂ＋で示すととくωの方向とけ直角方向Ｋ、駆動周
波数と等しく、振動がＩＪに比例したコリオリカ即ちね
じＤトルクが発生する。６はこのねじりトルクを検出す
るシャフトであシ、一端が音叉の底部に対し振動の吸収
材４を介して結合しておム他端がベース部材５に固定さ
れている。３ａはトルク伝達レバーで、ベース部材に設
けた柱５に接着されている圧電素子６に振動するねじｌ
トルクを与え、電気信号に変換して外部に取出す。
ここでシャフト３．ペース郵相５を含む部分のねじシの
一次モードの固有振動数は、音叉の上記面内振動の一次
モードの固有振動数に等しく選定され、共振により偉弱
なコリオリカの振動を増幅して取出す構成となっている
。
一次モードの固有振動数は、音叉の上記面内振動の一次
モードの固有振動数に等しく選定され、共振により偉弱
なコリオリカの振動を増幅して取出す構成となっている
。
しかしながらこのように、駆動部分の固有振動数と検出
部分の固有撮動数を等しくした場合には、駆動部の振動
が検出部に影響を与え、微弱なコリオリカによるトルク
を検出することが困難となるので、ねじりトルクのみを
伝達し、駆動側の撮動エネルギーを吸収する吸収材４か
必須となシ、全体の構造が複雑となる。又この絶縁材の
ためにコリオリカによるねじりトルク自体の伝達も減衰
するため、高感度の測定の阻害要因となっている。
部分の固有撮動数を等しくした場合には、駆動部の振動
が検出部に影響を与え、微弱なコリオリカによるトルク
を検出することが困難となるので、ねじりトルクのみを
伝達し、駆動側の撮動エネルギーを吸収する吸収材４か
必須となシ、全体の構造が複雑となる。又この絶縁材の
ためにコリオリカによるねじりトルク自体の伝達も減衰
するため、高感度の測定の阻害要因となっている。
〈発明の構成〉
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて成されたもので
あって、その構成上の特徴は、（１） 一対のフォーク
に対する駆動入力を面外振動で与える。
あって、その構成上の特徴は、（１） 一対のフォーク
に対する駆動入力を面外振動で与える。
（２） コリオリカの検出を面内振動で検出する。
（３）面外−次モード振動の固有周波数と面内−次モー
ドの振動の固有周波数を一致はさせないが相互干渉が問
題とならない範囲で極めて近接させる。
ドの振動の固有周波数を一致はさせないが相互干渉が問
題とならない範囲で極めて近接させる。
の５点である◇
以下実施例に基づき、本発明の詳細な説明する。
第２図（４）は本発明に用いられる音叉本体の正面図、
同図（Ｂ）は平面図であυ、フォーク１ａ、１ｂの長さ
を４１面内方向の幅をＷ１面外方向の厚さをｈとする。
同図（Ｂ）は平面図であυ、フォーク１ａ、１ｂの長さ
を４１面内方向の幅をＷ１面外方向の厚さをｈとする。
このような形状における面内方向の一次モード固有振動
周波数ｆと面外方向の一次モード固有振動周波数ｆは、
片持ちぼりに関するベルヌーイ・オイラーの式より、 で表わされる。ここでＥは材料のヤング率１ｇけ１【力
加速度、ρけ密度である。λ、は振動の固有値であυ、
片持ちばりではλ、 ＝ １．８７５１となるが、第２
図の形状の音叉では細長比（ｚ／ｈ、 ｚ／ｗ）が１０
程朋であること、又せん断変形効果を考慮すると、λｊ
＝１８１６程度となる。
周波数ｆと面外方向の一次モード固有振動周波数ｆは、
片持ちぼりに関するベルヌーイ・オイラーの式より、 で表わされる。ここでＥは材料のヤング率１ｇけ１【力
加速度、ρけ密度である。λ、は振動の固有値であυ、
片持ちばりではλ、 ＝ １．８７５１となるが、第２
図の形状の音叉では細長比（ｚ／ｈ、 ｚ／ｗ）が１０
程朋であること、又せん断変形効果を考慮すると、λｊ
＝１８１６程度となる。
金材料として恒弾性材料を用いると、Ｅ＝２００ｘ１０
（Ｎ７ｍ）、ρ＝ ８．３ ｘ １０３〔ｋｇｆ ／
ａｍ３）となり、ｈ＝５．ｏｏ［’ｍ＋ｎ ） 、 ｗ
−４，９０［’ｍｍ 〕に選定したとき、ｆ−１，３５
６，（Ｈ２） （５） へ ｆ＝１，３５０ ＣＨｚ〕（４） を得ることができた。
（Ｎ７ｍ）、ρ＝ ８．３ ｘ １０３〔ｋｇｆ ／
ａｍ３）となり、ｈ＝５．ｏｏ［’ｍ＋ｎ ） 、 ｗ
−４，９０［’ｍｍ 〕に選定したとき、ｆ−１，３５
６，（Ｈ２） （５） へ ｆ＝１，３５０ ＣＨｚ〕（４） を得ることができた。
このときの面内方向のＱｔ−Ｑ、面外方向のＱをＱｏと
して測定した結果、 Ｑｃ＝ ５，０００ （５） Ｑ。＝ ２，７００ ＜６） となり、面内方向のＱが面外方向のＱの約２倍大ｍ自−
＞１−４１ｍ１０口１ｊ−）、１−’ｌ、１１に出射＝
醗ムｕ？Ｊｗ−Ｊ−’Ｍｄｅｒ分ニおいて対象であシ、
エネルギー７３！ 外部Ｋ 洩りないためであると考え
られる。
して測定した結果、 Ｑｃ＝ ５，０００ （５） Ｑ。＝ ２，７００ ＜６） となり、面内方向のＱが面外方向のＱの約２倍大ｍ自−
＞１−４１ｍ１０口１ｊ−）、１−’ｌ、１１に出射＝
醗ムｕ？Ｊｗ−Ｊ−’Ｍｄｅｒ分ニおいて対象であシ、
エネルギー７３！ 外部Ｋ 洩りないためであると考え
られる。
従って、面内方向の振動をコリオリカの検出に利用する
ことが高感度の角速度計を得るのに有利である。
ことが高感度の角速度計を得るのに有利である。
次に面内振動と面外振動の周波数の接近に伴って、面外
振動が面内振動に対して干渉が起る度合の指標となる結
合位相φ。は、面内振動のＱをＱ。とするとき、 で与えられ、この位相を例えば１〜１．５ （ｄｅｇ）
若しくは１７ｓ、５−１７９ Ｃｄｅｇ）と規定した場
合に位相結合が発生しないことが知られている。φ０を
一定値としたときは（７）式より明らかなように、Ｑｏ
が高い方がｆとｆの差を小さくすることができること
Ｃ がわかる。
振動が面内振動に対して干渉が起る度合の指標となる結
合位相φ。は、面内振動のＱをＱ。とするとき、 で与えられ、この位相を例えば１〜１．５ （ｄｅｇ）
若しくは１７ｓ、５−１７９ Ｃｄｅｇ）と規定した場
合に位相結合が発生しないことが知られている。φ０を
一定値としたときは（７）式より明らかなように、Ｑｏ
が高い方がｆとｆの差を小さくすることができること
Ｃ がわかる。
角速度人力Ｑが小さい範囲では、コリオリカによる振動
は、共振により、静的な歪みと比較して”０（８） ｆ −ｆ ＯＣ だけ増幅される。従ってＱ。を高くとＤ、（７）式を満
足させなからｆとｆ を出来るだけ近ずけることがｃ。
は、共振により、静的な歪みと比較して”０（８） ｆ −ｆ ＯＣ だけ増幅される。従ってＱ。を高くとＤ、（７）式を満
足させなからｆとｆ を出来るだけ近ずけることがｃ。
高感度の角速度計を得るのに有利であることがわかる。
以上の考察により、本発明ではＱの高い面内振動をコリ
オリカ検出に用い、面外振動を駆動側に用いる。
オリカ検出に用い、面外振動を駆動側に用いる。
第３図（Ａ）、（１３）ｉ−ｉ：本発明の実施例を示す
正面図及び平面図であり、６は左側フォーク１の表側に
接着された駆動用圧電素子、６．は右側フォーク１ｂの
裏側に接着された駆動用圧電素子、７は左側フォーク１
の裏側に接着された面外振動振幅の検出用圧電素子、７
ｂは右側フォークの正面に接着された面外振動振幅の検
出用圧電素子であり Ｎ ７ａ ＋ ７ｂよυの撮幅検
出伯号が一定となるように外部の交流駆動電源で６ａ、
６ｂを駆動し、Ａ、Ｂ又けＡ、Ｂ方向の市外振動を与
える。
正面図及び平面図であり、６は左側フォーク１の表側に
接着された駆動用圧電素子、６．は右側フォーク１ｂの
裏側に接着された駆動用圧電素子、７は左側フォーク１
の裏側に接着された面外振動振幅の検出用圧電素子、７
ｂは右側フォークの正面に接着された面外振動振幅の検
出用圧電素子であり Ｎ ７ａ ＋ ７ｂよυの撮幅検
出伯号が一定となるように外部の交流駆動電源で６ａ、
６ｂを駆動し、Ａ、Ｂ又けＡ、Ｂ方向の市外振動を与
える。
８け左側フォークの外側面に接着されたコリオリカ検出
用圧電素子、８ｂは右側フォークの外側面に接着された
同じくコリオリカ検出用圧電素子であり、面内方向に発
生するコリオリカによる振動ωを検出する。
用圧電素子、８ｂは右側フォークの外側面に接着された
同じくコリオリカ検出用圧電素子であり、面内方向に発
生するコリオリカによる振動ωを検出する。
第４図は本発明の他の実施例でろＤ、（Ａ）は左面図、
（Ｂ）は正面図である。第３図との相違点は、駆動用圧
電素子６ａ、６ｂに代えて、電磁コイル９ａ、９ｂが用
いられている点であり、その他の要素は同一である。
（Ｂ）は正面図である。第３図との相違点は、駆動用圧
電素子６ａ、６ｂに代えて、電磁コイル９ａ、９ｂが用
いられている点であり、その他の要素は同一である。
第５図は両端が閉じた形状の音叉本体の例であるが、こ
のような形状でも、面内振動のＱが面外振動のＱよりも
高いため、本発明の角速度計に用いることができる。
のような形状でも、面内振動のＱが面外振動のＱよりも
高いため、本発明の角速度計に用いることができる。
〈効果〉
ここで、（３）〜（６）式で得られた数値を（７）式に
代入してφ。を計算すると、 となり、相互干渉は充分小さいことがわかる。又（７）
式より、 となり、充分な増幅利得を有する。
代入してφ。を計算すると、 となり、相互干渉は充分小さいことがわかる。又（７）
式より、 となり、充分な増幅利得を有する。
ちなみに１面内振動を駆動側に、面外振動をコリオリカ
検出側とする従来のごとき使用寸法を実施した場合、相
互干渉を避けるため、φ。＝ １２９（ｄｅｇ ）と上
記と同一にした場合は、Ｑｏが礼７００と低いので、ｆ
とｆの周波数差を１２ （Ｉｌｚ ）程度に Ｏ する必要があり、その場合のム１は１２０倍となり、本
発明の場合の約半分の増幅度しか得られない。
検出側とする従来のごとき使用寸法を実施した場合、相
互干渉を避けるため、φ。＝ １２９（ｄｅｇ ）と上
記と同一にした場合は、Ｑｏが礼７００と低いので、ｆ
とｆの周波数差を１２ （Ｉｌｚ ）程度に Ｏ する必要があり、その場合のム１は１２０倍となり、本
発明の場合の約半分の増幅度しか得られない。
更に、本発明ではｆとｆは極めて近い値をとるので、幅
Ｗと厚さｈの差は数−であり、静的な歪−ドを用いた方
がＱの差だけ大きな角速度出力を期待できる。
Ｗと厚さｈの差は数−であり、静的な歪−ドを用いた方
がＱの差だけ大きな角速度出力を期待できる。
第１図は従来の音叉型振動式角速度δｔの一例を示す構
成図、第２図は本発明に用いる音叉本体の構成図、第３
図、第４図は本発明の一実施例を示す構成図、第５図は
本発明に使用可能な音叉本体の他の構成図である。 ：Ｌａ、 １ｂ・・・音叉フォーク、６ａ、６ｂ・・・
駆動用圧電素子、７ａ、７ｂ・・・振幅検出用圧電素子
、８１Ｌ、８．・・・コリオリカ検出用圧電素子、９ａ
、９ｂ・・・駆動用電磁コイル、Ｚ・・・入力軸、Ω・
・・角速度入力。 第１図 ２ ｂｑ 第２図
成図、第２図は本発明に用いる音叉本体の構成図、第３
図、第４図は本発明の一実施例を示す構成図、第５図は
本発明に使用可能な音叉本体の他の構成図である。 ：Ｌａ、 １ｂ・・・音叉フォーク、６ａ、６ｂ・・・
駆動用圧電素子、７ａ、７ｂ・・・振幅検出用圧電素子
、８１Ｌ、８．・・・コリオリカ検出用圧電素子、９ａ
、９ｂ・・・駆動用電磁コイル、Ｚ・・・入力軸、Ω・
・・角速度入力。 第１図 ２ ｂｑ 第２図
Claims (1)
- 測定すべき角速度入力が与えられる軸を挾んで対向配置
された一対のフォークを有する音叉型振動式角速度計に
おいて、上記一対のフォークの面内−次モード固有振動
数と面外−次モード固有振動数を相互干渉の許容限界に
近接させると共に、駆動源により上記面外−次モードの
撮動を与え、上記角速度入力によりコリオリカとして発
生する上記面内−次モード振動を検出することを特徴と
する音叉型振動式角速度Ｉｔ０
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58246665A JPS60140114A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 音叉型振動式角速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58246665A JPS60140114A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 音叉型振動式角速度計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60140114A true JPS60140114A (ja) | 1985-07-25 |
Family
ID=17151787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58246665A Pending JPS60140114A (ja) | 1983-12-28 | 1983-12-28 | 音叉型振動式角速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60140114A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02101217U (ja) * | 1989-01-31 | 1990-08-13 | ||
| US5329816A (en) * | 1991-01-08 | 1994-07-19 | Swedish Ordnance - Ffv/Bofors Ab | Electrode pattern intended for tuning fork-controlled gyro |
| JP2001194149A (ja) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Kinseki Ltd | 角速度センサ |
-
1983
- 1983-12-28 JP JP58246665A patent/JPS60140114A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02101217U (ja) * | 1989-01-31 | 1990-08-13 | ||
| US5329816A (en) * | 1991-01-08 | 1994-07-19 | Swedish Ordnance - Ffv/Bofors Ab | Electrode pattern intended for tuning fork-controlled gyro |
| JP2001194149A (ja) * | 2000-01-07 | 2001-07-19 | Kinseki Ltd | 角速度センサ |
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