JPS63285412A - Gyroscopic apparatus - Google Patents

Gyroscopic apparatus

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Publication number
JPS63285412A
JPS63285412A JP62121779A JP12177987A JPS63285412A JP S63285412 A JPS63285412 A JP S63285412A JP 62121779 A JP62121779 A JP 62121779A JP 12177987 A JP12177987 A JP 12177987A JP S63285412 A JPS63285412 A JP S63285412A
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JP
Japan
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vibrating body
angular velocity
vibrator
vibration
vibration mode
Prior art date
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Pending
Application number
JP62121779A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuteru Sato
一輝 佐藤
Takeshi Hojo
武 北條
Tadashi Konno
近野 正
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Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokyo Keiki Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Keiki Co Ltd filed Critical Tokyo Keiki Co Ltd
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Publication of JPS63285412A publication Critical patent/JPS63285412A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a high performance gyroscope with the equalization of vibration turbulence, by turning a vibration mode of a cylindrical vibrator. CONSTITUTION:A cylindrical vibrator 13 is supported with supports 12a and 12b fixed on a case 11, driving elements 14a-14h are arranged on the vibrator 13 to drive, and then, the vibrator 13 is driven radially with driving circuit 31a and 31b while turning the vibration mode thereof circumferentially. When an angular velocity acts on a gyroscopic apparatus in the Z-Z axis of the cylindrical vibrator 13, turning angular velocity of the vibration mode of the vibrator 13 changes according to the angular velocity inputted. So, this change in the speed is measured by a computing section 16 from a time difference between displacement detectors 15, and moreover, the computing section 16 detects the max. phase advance angle of a mode turning angle. To maintain the phase advance angle, a driving system of the vibrator 13 is controlled and the angular velocity and an angle are computed from a phase difference detected as mentioned above.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はジャイロ装置、特に振動型のジャイロ装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gyro device, particularly a vibration type gyro device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

本発明は、原理的に従来用いられている各種の方式のジ
ャイロと異なったものであるが、その巾で比較的原理や
構造が本発明に近い振動ジャイロを従来例として第6図
により説明する。同図の例においては、音叉(1)を、
撓み軸(31を介して基台(2]に取付ける。音叉(1
)の上端に近い位置に、変位検出@ (6)及び駆動コ
イル(4)を取付け、変位検出器(6)の出力を駆動増
幅器(5)を通して駆動コイル(4)に入力し、音叉(
1)の振動振幅を一定に保持している。
Although the present invention is different in principle from various types of gyros conventionally used, a vibrating gyro whose principles and structure are relatively similar to the present invention will be explained with reference to FIG. 6 as a conventional example. . In the example shown in the figure, the tuning fork (1) is
Attach to the base (2) via the flexible shaft (31). Tuning fork (1
), install the displacement detector @ (6) and the drive coil (4), input the output of the displacement detector (6) to the drive coil (4) through the drive amplifier (5), and connect the tuning fork (
1) The vibration amplitude is kept constant.

音叉+1)の撓み軸(3)の軸(Z −Z)のまわりに
、角速度Ωが入力されると、音叉(1)の振シJ速度v
1入力角速度Ωに対応したコリオリの力Fcが発生し、
これにより、音叉(1)全体が軸(Z−Z)のまわりに
交番的に回転する。即ち、捩り振動が、音叉(11に発
生する。
When the angular velocity Ω is input around the axis (Z - Z) of the deflection axis (3) of the tuning fork (+1), the vibration J velocity of the tuning fork (1) is
Coriolis force Fc corresponding to one input angular velocity Ω is generated,
This causes the entire tuning fork (1) to alternately rotate around the axis (Z-Z). That is, torsional vibration occurs in the tuning fork (11).

この第6図に示す従来例では、音叉(1)のこの捩り振
動を、捩り検出器(8)で検出し、この検出出力と駆動
増幅器(5)の出力とを、デモジエレータ(7)で同期
整流することにより、入力角速度Ωを検出して、ジャイ
ロ装置を構成している。
In the conventional example shown in FIG. 6, this torsional vibration of the tuning fork (1) is detected by a torsion detector (8), and this detection output and the output of a drive amplifier (5) are synchronized by a demogierator (7). By rectifying the input angular velocity Ω, the input angular velocity Ω is detected and a gyro device is constructed.

〔発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、かかる従来の振動型ジャイロ装置にあっ
ては、音叉(1)等の振動体に入力角速度が作用して出
来るコリオリの力を角変位に変換し、この変位を捩り検
出B +8)で検出する方式のため、検出感度が低い。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in such conventional vibrating gyro devices, the Coriolis force generated by input angular velocity acting on a vibrating body such as the tuning fork (1) is converted into angular displacement. Since this displacement is detected by torsion detection B+8), the detection sensitivity is low.

又、捩り検出器(81として、圧電素子等を用いた場合
、検゛出感度に対する温度の影響が大である。又、音叉
(1)自体のアンバランスは、軸(Z−Z)まわりの振
動を生じ、出力にバイアス誤差を持たらすため、音叉(
1)の精密なバランシングが必要であり、バランス調整
に多くの時間を必要とする等の多くの欠点がある。
Furthermore, when a piezoelectric element or the like is used as the torsion detector (81), the temperature has a large effect on the detection sensitivity.In addition, the unbalance of the tuning fork (1) itself is due to the A tuning fork (
1) It requires precise balancing and has many drawbacks, such as requiring a lot of time for balance adjustment.

従って、本発明は上記従来のジャイロ装置の欠点を一掃
した新規なジャイロ装置を提供せんとするものである。
Therefore, it is an object of the present invention to provide a new gyro device that eliminates the drawbacks of the conventional gyro device described above.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明によるジャイロ装置は、外筺(11)に固定され
た支持体(12a ) 、  (12b )により円筒
状の振動体(13)を支持し、振動体には、振り1体を
駆動するための駆動素子(14a)〜(14h)を配し
、駆動回路(31a ) 、  (31b )により、
上記振動体を半径方向に駆動するとともに、円周方向に
振動モードが回転するよう駆動する。また、振動体の(
Z−Z)軸方向の端部の半径方向の変位の検出を行うた
めの検出素子(15)が外筐に設置され、その出力が演
算部(16)に供給されている。
The gyro device according to the present invention supports a cylindrical vibrating body (13) by supports (12a) and (12b) fixed to an outer casing (11), and the vibrating body has a swing body for driving one body. The drive elements (14a) to (14h) are arranged, and the drive circuits (31a) and (31b)
The vibrating body is driven in the radial direction and also in the circumferential direction so that the vibration mode rotates. Also, the vibration body (
Z-Z) A detection element (15) for detecting the radial displacement of the end in the axial direction is installed in the outer casing, and its output is supplied to the calculation unit (16).

〔作用〕[Effect]

本発明の上述したジャイロ装置に角速度が円筒状の振動
体(13)の(Z−Z)軸方向に作用すると、振動体の
振動モードの旋回角速度は、入力した角速度により変化
するから、これを各変位検出!(15)間の時間差によ
り計測し、モード旋回角の最大位相進み角を検出し、こ
の位相進み角を保持するために、振動体の駆動系を制御
し、上記検出した位相差より、角速度及び角度を演算す
る。
When an angular velocity acts on the above-mentioned gyro device of the present invention in the (Z-Z) axis direction of the cylindrical vibrating body (13), the turning angular velocity of the vibration mode of the vibrating body changes depending on the input angular velocity. Detect each displacement! (15) The maximum phase advance angle of the mode turning angle is detected, and in order to maintain this phase advance angle, the drive system of the vibrating body is controlled, and the angular velocity and Calculate angle.

〔実施例」 以下、本発明の一実施例を第1乃至第5図を参照して説
明する。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.

第1図は、本発明によるジャイロ装置の一例の振動部(
10)の一部を、切り欠いてその内部を承す斜視図及び
振動部(10)の駆動及び変位検出、駆動制御等を行う
演算部(16)の回路素子の結線図をボす。振動部(l
O)を主として外筐(11)と、その内部に配置される
振動体(13)とより構成する。外筺(11)は、内部
が略々真空となるようにその両端開口部が密封された円
筒状の容器で、その内部に、それより小径の円筒状の振
動体(13)が、両者の長平方向の軸、換言すれば中心
軸(2−Z)が互いに一致するように配置される。(2
−Z)軸に生立で、外筺(11)及び振動体(13)の
共通の一つの直径にそれ等の長平方向が沿い、振動体(
13)の(Z−Z)軸方向の略々中央部に、一対の支持
体(12a ) 、  (12b )を両者間に次の如
く配置する。即ち、両支持体(12a ) 、  (1
2b )の外端を円筒状の外筺(11)の内周面に固定
し、内端を円筒状の振動体(13)の外周面に固定する
FIG. 1 shows a vibrating section (
10) is a partially cutaway perspective view showing the inside thereof, and a wiring diagram of the circuit elements of the arithmetic unit (16) that performs drive, displacement detection, drive control, etc. of the vibrating unit (10). Vibrating part (l
O) is mainly composed of an outer casing (11) and a vibrating body (13) disposed inside the outer casing (11). The outer casing (11) is a cylindrical container whose openings at both ends are sealed so that the inside is almost vacuum. They are arranged so that the longitudinal axes, in other words, the central axes (2-Z), coincide with each other. (2
-Z) axis, and the longitudinal direction of the outer casing (11) and the vibrating body (13) are along one common diameter of the vibrating body (13).
13) A pair of supports (12a) and (12b) are arranged approximately at the center in the (Z-Z) axis direction between them as follows. That is, both supports (12a), (1
2b) is fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical outer casing (11), and the inner end is fixed to the outer peripheral surface of the cylindrical vibrating body (13).

従って、振動体(13)は、円筒状の外筺(11)内に
於て、後述の如く自由に振動(変形)し得るように、両
支持体(12a ) 、  (12b )により支持さ
れる。
Therefore, the vibrating body (13) is supported by both supports (12a) and (12b) in the cylindrical outer casing (11) so that it can freely vibrate (deform) as described below. .

円筒状の振動体(13)は、例えば恒弾性材料等の金属
で構成されており、その筒状部の肉厚は略々均一である
。また、上記振動体(13)の中央部の外周面には、同
一円周上に等間隔で例えば8個の圧電素子(14a)〜
(14h)が接着されている。
The cylindrical vibrating body (13) is made of, for example, a metal such as a constant elastic material, and the wall thickness of the cylindrical portion is substantially uniform. Further, on the outer circumferential surface of the central part of the vibrating body (13), for example, eight piezoelectric elements (14a) to 8 are arranged at equal intervals on the same circumference.
(14h) is glued.

振動体(13)の(Z−Z)軸方向の一端部、第1図の
例では、その上端の外周面と間隙をあけて対向する如く
、例えば8個の静電容量形の変位検出器(15)が外筺
(11)の内周面に等間隔をあけて固定されており、振
動体(13)の変位を検出する構造となっている。
For example, eight capacitive displacement detectors are installed at one end of the vibrating body (13) in the (Z-Z) axis direction, in the example shown in FIG. 1, facing the outer peripheral surface of the upper end with a gap. (15) are fixed to the inner peripheral surface of the outer casing (11) at equal intervals, and are structured to detect displacement of the vibrating body (13).

また、上記8個の圧電素子(14a ) 〜(14h 
)及び8個の変位検出器(15)は、共に演算部(16
)に接続されており、振動体(13)の駆動及び変位を
検出し、角度または角速度演界を行う構成となっている
In addition, the eight piezoelectric elements (14a) to (14h
) and the eight displacement detectors (15) are both connected to the calculation unit (16
), and is configured to detect the drive and displacement of the vibrating body (13) and perform angle or angular velocity control.

振動体(工3)の駆動について、第2図を用いて説明す
る。第2図は、振動体(13)のCZ−Z>軸方向中央
のW[面図および圧電素子(14a)〜(14h)の駆
動回路(31a ) 、  (31b ) ヘの結線図
である。同図に示す如く、圧電素子(14a)〜(14
b)は、振動体(13)の外周部に等間隔で8個、第2
図に示す分極軸の方向で接着されている。
The driving of the vibrating body (work 3) will be explained using FIG. 2. FIG. 2 is a side view of the vibrating body (13) where CZ-Z>W at the center in the axial direction and a wiring diagram of the drive circuits (31a) and (31b) of the piezoelectric elements (14a) to (14h). As shown in the figure, piezoelectric elements (14a) to (14
b), there are eight second
They are bonded in the direction of the polarization axis shown in the figure.

そして90°おきの4(lAlの圧電素子(14a )
 、  (14c )(14e ) 、  (14g 
)は、駆動回路(31b )の出力側に接続されており
、上記圧電素子と相隣る圧電素子(14b) 、  (
14d) 、  (14f) 、  (14h)は駆動
回路(31a)の出力側に接続され、両駆動回路(31
a ) 、  (31b )の出力間の信号位相差は9
0゛となっている。このようにB:型素子(14a)〜
(14h)の入力4mを全て同一でなく、45°回転さ
せた駆動位置で相隣る圧電素子と90°位相差の信号で
各圧電素子(14a)〜(14h)を駆動すると、第3
図に示すように、振リノ体(13)の振動モードが駆動
電源の角速度ωの1/2で回転する。
And 4 (lAl piezoelectric elements (14a)) every 90°
, (14c)(14e), (14g
) are connected to the output side of the drive circuit (31b), and the piezoelectric elements (14b) and (14b) adjacent to the piezoelectric element are
14d), (14f), and (14h) are connected to the output side of the drive circuit (31a), and both drive circuits (31
The signal phase difference between the outputs of a) and (31b) is 9
It is 0゛. In this way, B: type element (14a) ~
When each piezoelectric element (14a) to (14h) is driven with a signal having a phase difference of 90° from the adjacent piezoelectric element at a driving position rotated by 45°, the input 4m of (14h) is not all the same, and the third
As shown in the figure, the vibration mode of the oscillatory body (13) rotates at 1/2 of the angular velocity ω of the drive power source.

第3図は振動体(13)の<Z −Z)軸方向端の振動
モードを示したものであり、同図Aはωt=Qのときの
振動モード、同図■3はωを一π/2のときの、同図C
はωt−πのときの振動モードを夫々表わしている。
Figure 3 shows the vibration mode at the <Z - Z) axial end of the vibrating body (13). Figure A shows the vibration mode when ωt=Q, and Figure 3 shows the vibration mode when ω is equal to π. /2, same figure C
represent the vibration modes at ωt−π, respectively.

第3図においては、′W3車のため、−軸とそれに45
°の角度をなす位置に電圧を加えたように図示しである
が、実際の振動モードは8個のIDL:′di素子(1
4a)〜(14h)で駆動した振動体(13)の変形モ
ードである。第3図からも明らかなように、本駆動方式
を用いると、簡便に振動体(13)の振動モードの旋回
を行うことができる。このときの振動体(13)の全体
の振動モードは、第4図に示すようであり、振動体く1
3)の(Z−Z)軸方向の両端面の振動モードは同相と
なっており、全体として楕円のつづみ形彫状である。こ
のため、振動体り13)の(Z −Z)軸方向の中央は
振動の節となっている。したがって、この点を支持すれ
ば、支持による振動モードへの影響を取り除くことがで
きるから、支柱(12a ) 、  (12b )は、
上述の如く振動体(13)の振動の節に配置されること
が望ましい。かかる振動体(13)の振動モードの旋回
中に、振動体(13)の(Z−Z)軸方向に角速度Qが
作用した場合を考える。
In Figure 3, for a 'W3 car, there is a -shaft and a 45mm
Although the illustration shows that voltage is applied to positions forming an angle of
This is the deformation mode of the vibrating body (13) driven in 4a) to (14h). As is clear from FIG. 3, by using this drive method, the vibration mode of the vibrating body (13) can be easily rotated. The overall vibration mode of the vibrating body (13) at this time is as shown in FIG.
3) The vibration modes of both end faces in the (Z-Z) axis direction are in phase, and the overall shape is an elliptical serpentine shape. Therefore, the center of the vibrating body 13) in the (Z-Z) axis direction is a vibration node. Therefore, if this point is supported, the influence of the support on the vibration mode can be removed, so the pillars (12a) and (12b) are
As mentioned above, it is desirable to arrange it at the vibration node of the vibrating body (13). Consider a case where an angular velocity Q acts in the (Z-Z) axis direction of the vibrating body (13) during the rotation of the vibration mode of the vibrating body (13).

第5図は振動体(13〉が角速度ω/2でモード旋回中
に、角速度ω/2で旋回する座標系からみて角速度Ωが
ジャイロに作用した場合のモード旋回である。Ω−〇の
場合において、ある瞬間の振動体(13)の振幅のピー
ク位置は、ジャイロに角速度が、モード旋回方向と同方
向に作用した場合には、振幅のピーク位置が角速度作用
時のみ進み、また逆方向に角速度が作用すると角速度作
用時のみ遅れる。このピーク位置の位相の進み(または
遅れ)角の最大値は、入力した角速度Ωに比例するから
、この最大位相角を検出すれば、入力した角速度を知る
ことができる。
Figure 5 shows the mode rotation when the angular velocity Ω acts on the gyro when viewed from the coordinate system that rotates at the angular velocity ω/2 while the vibrating body (13〉) is rotating at the angular velocity ω/2. In the case of Ω-〇 In , the peak position of the amplitude of the vibrating body (13) at a certain moment is, when the angular velocity acts on the gyro in the same direction as the mode rotation direction, the peak position of the amplitude advances only when the angular velocity acts, and in the opposite direction. When angular velocity acts, there is a delay only when angular velocity acts.The maximum value of the phase lead (or lag) angle at this peak position is proportional to the input angular velocity Ω, so by detecting this maximum phase angle, you can know the input angular velocity. be able to.

実際のジャイロに入力した角速度または角度の1渕は、
次のように行う、第1図に示す如り、振動体(13)の
(Z−Z)軸方向の端部の変位を検出するために、等角
度で8個設けられた静電容量形の変位検出器(15)は
、電源(18)で駆動され、それ等の出力は、ブリッジ
回路、フィルタ回路等より成る変位検出回路(17)に
おいて、電圧値に変換される。振動体(13)の振動モ
ードの旋回中の、各変位検出器(15)でみた変位出力
電圧は、正弦波状に走化しているから、ピーク検出回路
(19)にて、m倚回路(17)の偏倚出力電圧を微分
し、微分値の立上り信号のゼロクロス時の変位検出回路
(17)の出力の電圧から、振動体(13)の振動のピ
ーク時刻を検出する。そして、このピークの時刻におけ
る変位電圧は、ピークホールド回路(20)によりホー
ルドされ、後述の@幅制御用の変位として用いられる。
One end of the angular velocity or angle input to the actual gyro is
As shown in Fig. 1, eight capacitive type sensors are installed at equal angles in order to detect the displacement of the end of the vibrating body (13) in the (Z-Z) axis direction. The displacement detector (15) is driven by a power supply (18), and the output thereof is converted into a voltage value in a displacement detection circuit (17) consisting of a bridge circuit, a filter circuit, etc. Since the displacement output voltage seen by each displacement detector (15) during the rotation of the vibration mode of the vibrating body (13) is chemotactic in a sinusoidal manner, the peak detection circuit (19) detects the ) is differentiated, and the peak time of vibration of the vibrating body (13) is detected from the voltage output from the displacement detection circuit (17) at the zero-crossing of the rising signal of the differential value. The displacement voltage at this peak time is held by a peak hold circuit (20) and used as a displacement for @width control, which will be described later.

一方、上記ピーク検出回路(19)で検出したピーク時
刻は、ピーク周期針側回路(21)へ供給される。この
時、そのカウンタは、ピーク検出回路(19)の出力に
基づいて、基準クロックをカウントし、振動体(13)
のピークが各変位検出器(15)の位置を通過する時刻
を計測することになる。したがって、本方式では、第1
図の一点鎖線ブロックで示す変位検出回路(17)、 
ピーク検出回路(19)、 ピークホールド回路(20
)及びピーク周期計測回路(21)のグループは、図ボ
せずも、変位検出器(15)の数だけ必要であり、第1
図に示す例においては、8チヤンネル醪・要である。上
記ピーク周期計測回路(21)において計測された振動
体(13)のピークの通過時間間隔は、全チャンネルと
も位相差演算部(26)に入力される。位相差演算部(
26)においては、ジャイロの入力軸方向に角速度が入
力しない場合、振動体(13)のモード旋回角速度は、
基準周波数発生器(29)よりの基準周波数により決定
され、一定である。このため、相隣る変位検出器(15
)間を通過する振動体(13)のピークの時間は一定と
なる。しかし、ジャイロの入力軸、即ち(Z−Z)軸方
向に角速度Ωが入力した場合には、第5図に示したよう
に振動体(13)のピークの旋回速度は、角速度Ωが入
力した間だけ変化する。この変化したピークの先端位置
を、ピークが各変位検出器(15)を通過する時間を逐
次比較することより求める。かくして、モード旋回角速
度で旋回する座檄糸からみた振動体(13)のピークの
、角速度非入力時に対する位相差を検出することができ
る。本演算を行う部分が位相差演算部(26)である。
On the other hand, the peak time detected by the peak detection circuit (19) is supplied to the peak cycle hand side circuit (21). At this time, the counter counts the reference clock based on the output of the peak detection circuit (19), and
The time at which the peak passes through the position of each displacement detector (15) is measured. Therefore, in this method, the first
A displacement detection circuit (17) shown in the dashed line block in the figure,
Peak detection circuit (19), peak hold circuit (20)
) and peak cycle measuring circuits (21) are required as many groups as there are displacement detectors (15), although not shown in the figure.
In the example shown in the figure, there are 8 channels of moromi and kana. The peak passing time interval of the vibrating body (13) measured by the peak period measuring circuit (21) is inputted to the phase difference calculating section (26) for all channels. Phase difference calculation section (
In 26), when no angular velocity is input in the input axis direction of the gyro, the mode turning angular velocity of the vibrating body (13) is
It is determined by the reference frequency from the reference frequency generator (29) and is constant. Therefore, adjacent displacement detectors (15
) The peak time of the vibrating body (13) passing between the two regions becomes constant. However, when the angular velocity Ω is input in the direction of the input axis of the gyro, that is, the (Z-Z) axis, the peak turning velocity of the vibrating body (13) is as shown in Fig. 5. It changes only between. The tip position of this changed peak is determined by successively comparing the times during which the peak passes through each displacement detector (15). In this way, it is possible to detect the phase difference of the peak of the vibrating body (13) seen from the sewn yarn rotating at the mode rotation angular velocity with respect to when no angular velocity is input. The part that performs this calculation is a phase difference calculation unit (26).

位相差の最大値は入力角速度に比例しているから、角速
度演算部(32)において位相差演算部(26)よりの
位相差に、振動体(13)の慣性モーメント等で定まる
スケールファクタを東ずれば、入力角速度Ωを得ること
ができる。
Since the maximum value of the phase difference is proportional to the input angular velocity, the angular velocity calculation section (32) applies a scale factor determined by the moment of inertia of the vibrating body (13) to the phase difference from the phase difference calculation section (26). By shifting, the input angular velocity Ω can be obtained.

また、上記位相差演算部(26)で得られた鮫大位相差
を位相加算部(27)において、一時刻前の位相差に加
え合わせる。そして、二角関数発生器(28)において
、位相差加算部(27)で得られた位相差値φを用いて
、As1n (ωt+φ)。
Further, the shark-sized phase difference obtained by the phase difference calculation section (26) is added to the phase difference one time before in the phase addition section (27). Then, the bigonal function generator (28) uses the phase difference value φ obtained by the phase difference adder (27) to calculate As1n (ωt+φ).

Acos (ωt+φ)なる関数を発生させる。ここで
、Aは振動体(13)の駆動振幅であり、後述の振動体
振幅制御回路により決定される。また、ωは振動体(1
3)の振動基準角周波数であり、基準周波数発生器(2
9)より得られる。この三角関数発生器(28)の出力
をD/A変換3B (30a ) 、  (30b )
でD/A変換した後、圧電素子(14a ) 〜(14
h )を駆動するための電流増幅、バイパスフィルタよ
り成る駆動回路(31a ) 、  (31b )を介
して圧電素子(14a ) 〜(14h )を駆動する
A function Acos (ωt+φ) is generated. Here, A is the drive amplitude of the vibrating body (13), which is determined by a vibrating body amplitude control circuit, which will be described later. Also, ω is the vibrating body (1
3) is the vibration reference angular frequency of the reference frequency generator (2).
9). The output of this trigonometric function generator (28) is converted into D/A converter 3B (30a), (30b)
After D/A conversion, the piezoelectric elements (14a) to (14
The piezoelectric elements (14a) to (14h) are driven through drive circuits (31a) and (31b) consisting of current amplification and bypass filters for driving the piezoelectric elements (14a) to (14h).

このように、角速度検出系を構成すると、入力した角速
度により振動体(13)のモード旋回角速度が変化し、
これを位相角の変化としてとらえる′ことができ、さら
にこの位相角の変化値を積算することにより得られる位
相角は、ジャイロの入力軸まわりに入力した角度に比例
している。このため、角度演算部(33)において、位
相差加算部(27)で得られた位相差から、スケールフ
ァクタを乗ずれば、入力した角度を得ることができる。
When the angular velocity detection system is configured in this way, the mode turning angular velocity of the vibrating body (13) changes depending on the input angular velocity,
This can be regarded as a change in phase angle, and the phase angle obtained by integrating the change values of this phase angle is proportional to the angle input around the input axis of the gyro. Therefore, in the angle calculation section (33), the input angle can be obtained by multiplying the phase difference obtained by the phase difference addition section (27) by a scale factor.

このように、ジャイロに入力した回転角を、振動体(1
3)の振動モードの旋回角の原位置における位相差とし
て検出できる点及び計測した位相差を駆動系にもどすこ
とにより、モード旋回の位相差を積分値として計測する
ようにした点が、本発明のジャイロ装置の特徴である。
In this way, the rotation angle input to the gyro is changed to the vibrating body (1
3) The point that the phase difference of the mode turning can be detected as the phase difference at the original position of the vibration mode turning angle and the measured phase difference is returned to the drive system to measure the phase difference of the mode turning as an integral value is the present invention. This is a feature of the gyro device.

一方、振動体(13)の駆動系は、周囲温度の変化によ
り振動体(13)の内部減衰およびヤング率の変化また
、外筺(11)内の気体分子等による減衰、振動体(1
3)の製作上の不均一な変化に基づく外乱等に起因して
、振動体の振動モードが変化する。これに起因して、各
変位検出器(15)を振動体(13)のピークが通過す
る時間差が変化するから、本時間差は直接検出誤差とな
る。このため、振動モードが常に一定となるよう制御す
る必要がある0本発明の実施例では、前述のピークホー
ルド回路(20)で得られた振動体(13)のピークの
高さを、計算機(16’)からの切換命令により、切換
器(22)で切換え、各変位検出′a(15)の出力を
A/D変換器(23)によりA/D変換し、平均値演算
部(24)にて振動体(13)のピークの振幅の平均値
を求める。この平均値を基準振幅源(25)よりの基準
振幅と比較器(25’)で比較し、この比較結果により
、三角関数発生器(28)の振幅値を決定する。このよ
うな制御ループを組むことにより、振動体(13)のピ
ークの振幅値は、常に基準振幅と一致するよう制御され
る。
On the other hand, the drive system of the vibrating body (13) is affected by changes in internal damping and Young's modulus of the vibrating body (13) due to changes in ambient temperature, damping due to gas molecules in the outer casing (11), etc.
3) The vibration mode of the vibrating body changes due to disturbances caused by non-uniform changes in manufacturing. Due to this, the time difference in which the peak of the vibrating body (13) passes through each displacement detector (15) changes, and this time difference directly becomes a detection error. Therefore, in the embodiment of the present invention, where it is necessary to control the vibration mode so that it is always constant, the height of the peak of the vibrating body (13) obtained by the peak hold circuit (20) described above is calculated using a computer ( 16'), the switch (22) switches, the output of each displacement detection 'a (15) is A/D converted by the A/D converter (23), and the average value calculation section (24) The average value of the peak amplitude of the vibrating body (13) is determined. This average value is compared with a reference amplitude from a reference amplitude source (25) by a comparator (25'), and based on the comparison result, the amplitude value of the trigonometric function generator (28) is determined. By constructing such a control loop, the peak amplitude value of the vibrating body (13) is controlled so as to always match the reference amplitude.

以上のようにジャイロ装置を構成すると、簡単な構成で
高精度なジャイロを得ることができる。
By configuring the gyro device as described above, a highly accurate gyro can be obtained with a simple configuration.

なお、第1図においては、振動体(13)の筒状部の肉
厚は均一としたが、振動体(13)の(Z −Z)軸方
向では不均一であっても良く、また、振動体(■3)の
(Z −Z)軸方向の振動モードは、(Z−Z)軸方向
中央に関して対象となるよう構成したが、圧電素子(1
4a ) 〜(14b )の組を(Z−Z)軸方向の上
部及び下部に夫々設け、互に逆極性とすることにより、
振動体(13)をその(Z−Z)軸方向の上部と下部に
おいて180゛の位相差をもたせて別々に1辰動させて
もよい。
In addition, in FIG. 1, the wall thickness of the cylindrical part of the vibrating body (13) is uniform, but it may be non-uniform in the (Z-Z) axis direction of the vibrating body (13). The vibration mode in the (Z-Z) axis direction of the vibrating body (■3) was configured to be symmetrical with respect to the center in the (Z-Z) axis direction, but the piezoelectric element (1
By providing sets of 4a) to (14b) at the upper and lower parts of the (Z-Z) axis direction, respectively, and making the polarities opposite to each other,
The vibrating body (13) may be separately moved by one rotation with a phase difference of 180 degrees in the upper and lower parts of the vibrating body (13) in the (Z-Z) axis direction.

〔発明の効果」 円筒状の振動体の振動モードを回転させるため、振動体
の不均一に基づく、振動外乱を平均化することができ、
高性能なジャイロが得られる。又、構造が@車なため、
低いコストで高性能なジャイロが得られる。回転体を有
するジャイロのように、ボールベアリング等の摩耗部分
が皆無なため、信頼性が高く、長寿命のジャイロを製作
することができる。
[Effect of the invention] Since the vibration mode of the cylindrical vibrating body is rotated, vibration disturbances caused by non-uniformity of the vibrating body can be averaged.
A high-performance gyro can be obtained. Also, since the structure is @car,
A high-performance gyro can be obtained at a low cost. Unlike a gyro with a rotating body, there are no wear parts such as ball bearings, so it is possible to manufacture a gyro that is highly reliable and has a long life.

史に、検出系に圧電素子等の温度変動の大きい素子を使
わないため、温度特性の優れたジャイ1コを得ることが
できる。又、変位検出器の出力を演算処理することによ
り、角速度信号だけでなく、角度信号を、あわせて出力
することができる。
Historically, since the detection system does not use elements with large temperature fluctuations such as piezoelectric elements, it is possible to obtain a gyro with excellent temperature characteristics. Furthermore, by processing the output of the displacement detector, not only the angular velocity signal but also the angle signal can be output.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の路線図、第2図は振動体の
駆動部を含むその中央部の断面図、第3図は振動体の入
力軸と直交する断面の振動モードの図、第4図は振動体
の側面から見た振動モードの図、第5図は角速度入力が
あるときの振動体の振動モードの図、第6図は従来の振
動ジャイロの斜視図である。 図に於て、(10)は振動部、(11)は外筺、(12
a ) 、  (12b )は支持体、(13)は振動
体、(14a ) 〜(14h )は圧電素子、(15
)は変位検出器、(16)は演算部、(16’)は計算
機を夫々示す。
Fig. 1 is a route map of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view of the central part of the vibrating body including the drive section, and Fig. 3 is a diagram of the vibration mode of a cross section perpendicular to the input axis of the vibrating body. , FIG. 4 is a diagram of the vibration mode of the vibrating body seen from the side, FIG. 5 is a diagram of the vibration mode of the vibrating body when there is an angular velocity input, and FIG. 6 is a perspective view of a conventional vibrating gyroscope. In the figure, (10) is the vibrating part, (11) is the outer casing, and (12) is the vibrating part.
a), (12b) are supports, (13) are vibrating bodies, (14a) to (14h) are piezoelectric elements, (15
) indicates a displacement detector, (16) a calculation unit, and (16') a calculator, respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、外筺と、該外筺内に配置された円筒状の振動体と、
上記外筺及び振動体にその両端が固定された支持体と、
上記振動体にその半径方向の振動を与えるとともに円周
方向に上記振動体の振動モードが旋回するように該振動
体に設けた駆動素子と、該駆動素子を駆動する駆動回路
と、上記外筺に対する振動体の半径方向変位を検出する
検出器と、該検出器よりの出力信号を入力とし、上記振
動体の振動モードの旋回角速度の変化を検出し、上記振
動体の振動モードの旋回位相角を前時刻の位相に加え入
力された角度又は角速度を演算する演算部とから成るこ
とを特徴とするジャイロ装置。 2、上記特許請求の範囲第1項記載のジャイロ装置にお
いて、上記円筒状の振動体をその振動の節で支持したこ
とに特徴を有する。
[Claims] 1. An outer casing, a cylindrical vibrating body disposed within the outer casing,
a support whose both ends are fixed to the outer casing and the vibrating body;
a driving element provided on the vibrating body so as to give vibration in the radial direction to the vibrating body and to rotate a vibration mode of the vibrating body in the circumferential direction; a driving circuit that drives the driving element; and the outer casing. a detector that detects the radial displacement of the vibrating body relative to the radial direction; and a detector that receives the output signal from the detector as input, detects a change in the rotational angular velocity of the vibration mode of the vibrating body, and detects the rotation phase angle of the vibration mode of the vibrating body. A gyro device comprising: a calculation unit that calculates the input angle or angular velocity by adding the input angle or angular velocity to the phase of the previous time. 2. The gyro device according to claim 1 is characterized in that the cylindrical vibrating body is supported by its vibration nodes.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03130611A (en) * 1989-07-29 1991-06-04 British Aerospace Plc <Baf> Attitude sensor
JP2008058212A (en) * 2006-09-01 2008-03-13 Matsushita Electric Ind Co Ltd Angular velocity sensor
WO2010084531A1 (en) * 2009-01-22 2010-07-29 パナソニック株式会社 Drive circuit and physical quantity sensor apparatus

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