KR20010007012A - 진동 자이로스코프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동 자이로스코프(vibrating gyroscope)에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 자이로스코프는 서로 대향하게 배치된 두 개의 평평한 진동판을 포함한다. 두 개의 진동판은 버클링 진동모드(buckling vibration mode) 및 상기 버클링 진동모드로 축퇴되거나 그에 인접한 2차 굴곡 진동모드에서 진동한다. 진동 자이로스코프는, 진동판의 표면과 평행한 축 주위의 각회전 속도가 인가되었을 때, 축퇴되는 2차 굴곡 진동모드의 진폭 밸런스의 변위를 감지함으로써, 코리올리 힘(Coriolis force)을 검출한다.

Description

진동 자이로스코프{Vibrating Gyroscope}

본 발명은 진동 자이로스코프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 예를 들어 카메라 흔들림을 막기 위해서, 각속도를 감지하는 것과 같은 경우에 사용되는 진동 자이로스코프에 관한 것이다.

도 11은 종래 진동 자이로스코프의 일례를 보여주는 사시도이다. 진동 자이로스코프 1은 예를 들면 정삼각형 형태의 진동체 2를 포함한다. 도 11 및 12에서 보는 바와 같이, 상기 진동체 2의 3개의 측면은 각각 압전소자(piezoelectric element) 3a, 3b, 및 3c를 가진다. 도 12에 보이는 것과 같은 진동 자이로스코프 1을 사용하기 위하여, 예를 들면 발진회로(vibration circuit) 4는, 압전소자 3a와 3b 사이 및 압전소자 3c와 접속한다. 또한, 압전소자 3a 및 3b는 검출회로(detection circuit) 5에 접속된다. 검출회로 5는, 예를 들면, 차동회로(differential circuit), 동기 검출회로(synchronous detection circuit), 평활회로(smoothing circuit) 및 직류증폭회로(DC amplifying circuit)를 포함한다.

진동 자이로스코프 1에서, 압전소자 3c로부터 출력된 신호는 발진회로 4로 귀환(feed back)된다. 발진회로 4는 귀환된 신호를 증폭시키고, 증폭된 신호의 위상을 조정(compensate)하여 여진신호(excited signal)를 만든다. 그리하여 얻어진 여진신호는 압전소자 3a 및 3b에 공급된다. 이것은 진동체 2가, 압전소자 3c가 형성되어 있는 표면에 수직한 방향으로 굴곡진동 하게 한다. 이러한 상태에서, 압전소자 3a 및 3b의 굴곡상태는 동일하고, 거기에서 출력된 신호 또한 동일하다. 그러므로, 검출회로 5에서는 차동회로로부터 나오는 출력이 없다. 진동체 2가 굴곡진동하는 상태에서 진동체 2의 축을 중심으로 하는 회전은 코리올리 힘을 발생시키고, 그리하여, 진동체 2의 진동방향을 변화시킨다. 이것은 압전소자 3a 및 3b로부터 출력된 신호에 차이가 생기게 하고, 차동회로에서 신호를 출력하게 한다. 출력신호는 평활회로에서 평활화(smooth)되고, 평활화된 신호는 직류 증폭회로에서 증폭된다. 그러므로, 검출회로 5에서 출력된 신호를 측정함으로써 각회전 속도를 검출할 수 있다.

도 13에 나타난 진동 자이로스코프에 있어서, 진동체 2는 두 개의 압전기판 6a 및 6b의 접합(coupling)에 의하여 제조될 수 있다. 도 13에서 화살표에 의하여 지시된 바와 같이, 압전기판은 서로 반대방향으로 대향하도록 분극되어 있다. 이러한 경우, 각각 길이방향으로 연장된 전극 7a 및 7b는 진동체 2의 대향하는 표면 중의 한 곳에서 형성되고, 전극 8은 그 대향하는 표면의 다른 쪽 전체 표면에서 형성된다. 도 12에 나타난 회로를 사용하여, 상기 설명된 자이로스코프 1은 또한 각속도를 감지할 수 있게 된다.

그럼에도 불구하고, 상기 설명된 각각의 진동 자이로스코프에 있어서, 진동체 축을 중심으로 하는 각속도(angular velocity)만 검출되고, 한 방향에 대한 각속도만 검출된다. 따라서, 두 방향에 대한 각속도를 검출하기 위하여는 두 개의 진동 자이로스코프가 필요하며, 두 개의 발진회로가 이러한 진동 자이로스코프를 여진시켜야 한다. 발진회로는 비싸기 때문에, 여러 방향의 각속도를 검출하기 위하여는 비용이 많이 든다.

이러한 이유로, 하나의 소자를 사용하여 두 방향에 대한 각속도를 측정할 수 있는 진동 자이로스코프를 필요로 했었다.

따라서, 본 발명은 이러한 필요를 만족시키려고 한다.

도 1은 본 발명에 따른 진동 자이로스코프의 일례를 보여주는 사시도이다.

도 2는 상기 도 1의 진동 자이로스코프를 다른 각도에서 본 사시도이다.

도 3은 상기 도 1의 진동 자이로스코프를 분해 사시도이다.

도 4는 상기 도 1에 나타난 진도 자이로스코프로 사용되는 회로의 구조도이다.

도 5a는 회전하지 않을 때, 진동 자이로스코프의 버클링 진동모드에서 한정 성분 방법(finite element method; FEM) 분석도이다.

도 5b는 진동의 단면도이다.

도 6a는 회전할 때, 진동 자이로스코프의 2차 굴곡 진동모드에서 진동을 보여주는 FEM 분석도이다.

도 6b는 도 6a의 일점쇄선을 따라 자른 진동상태의 단면도이다.

도 7a는 진동 자이로스코프가 진동할 때, 진동 자이로스코프의 진동판의 진동을 보여주는 구조도이다.

도 7b는 코리올리 힘이 인가되었을 때, 진동상태를 보여주는 단면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 진동 자이로스코프의 다른 예를 보여주는 분해 사시도이다.

도 9는 본 발명에 따른 진동 자이로스코프의 또 다른 예를 보여주는 분해 사시도이다.

도 10은 변형된 전극구성을 가지는 회로의 구조도이다.

도 11은 종래 진동 자이로스코프의 일례를 보여주는 사시도이다.

도 12는 도 11에 나타난 종래의 진동 자이로스코프를 사용하는 회로의 구조도이다.

도 13은 종래 진동 자이로스코프의 다른 예를 보여주는 사시도이다.

본 발명에 따른 진동 자이로스코프는 서로 대향하는 두 개의 평면 진동판을 포함한다. 두 개의 진동판은 버클링 진동모드 및 버클링 진동모드에 축퇴되거나 또는 인접한 2차 굴곡모드에서 진동한다. 진동 자이로스코프는, 진동판 표면과 평행하게 축 주위로 회전 각속도가 인가되었을 때 발생하는 2차 굴곡 진동모드의 진폭 밸런스의 변위를 검출함으로써, 코리올리 힘을 검출한다.

상기 설명된 진동 자이로스코프는, 두 개의 진동판 사이에 공간부를 형성하기 위하여 두 개의 진동판 사이에 형성된 중간부재, 및 진동판을 진동시키고 진동판의 진동에 의하여 발생된 신호를 출력시키기 위한 복수의 여진 및 검출소자를 포함고; 여기서, 첫 번째 검출부(제 1 검출부)는 두 개의 인접한 여진 및 검출 소자의 결합에 따라 형성되고, 두 번째 검출부(제 2 검출부)는 인접한 여진 및 검출소자의 또 다른 결합에 의하여 생성되는며, 제 1 검출부와 제 2 검출부는 서로서로 직각이 되도록 구성한다.

이러한 경우에, 여진 및 검출소자는 중간 부재와 대향하는 위치에 형성되지 않고, 공간부와 대향하는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 여진 및 검출소자는 압전 기판으로 형성되고, 십자형의 네 부분으로 분할된 전극이 압 전기판 위에 형성되는데, 여기서 전극 및 압전 기판은 여진 및 검출 소자를 형성하는데 사용될 수 있다.

또한, 진동판은 금속판으로 형성될 수 있으며, 십자형의 네 부분으로 분할되고 진동판 위에 형성된 압전 소자는 여진 및 검출 소자를 형성하는 데 사용될 수 있다.

또한, 중간 부재는 중앙부분에 관통 구멍이 형성된 틀 부재(frame member)로 형성될 수도 있다.

또한, 중간 부재는 진동판의 다중 단부(multiple end portion)에 배치된 다중 부재(multiple member)로 형성될 수도 있다.

예를 들어, 모든 여진 및 검출 소자에 여진 신호를 부여함으로써, 개개 진동의 중앙 부분의 진폭이 최대에 도달하도록 하는 버클링 진동이 발생된다. 각각의 축의 중심이 진동판의 표면과 평행하도록 각속도가 인가되었을 때, 코리올리 힘은 이차의 굴곡 진동모드에서 진동판의 진동를 변화시킨다. 버클링 진동 및 2차 굴곡 진동모드에서의 진동이 축퇴되거나 비슷하게 배치될 때, 진동판의 진폭이 최대가 되는 점은 진동판의 중앙부분에서 벗어나서 진동한다. 이러한 이유로, 제 1 및 제 2 검출 영역을 형성하는 두 개의 여진 및 검출 소자의 굴곡상태들 사이에 차이가 유발되고, 코리올리 힘에 대응되는 신호가, 제 1 및 제 2 검출영역 중의 한 곳에서 출력된다. 제 1 및 제 2 검출 영역이 서로 수직으로 배치되어 있기 때문에, 서로 수직하는 두 방향에 대한 각속도에 대응하는 신호가 얻어질 수 있다.

진동판과 중간 부재가 움직일 수 없도록 되어 있으므로 여진 및 검출 소자는 공간부와 대향하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 배치는 버클링 진동을 야기하도록 만들어 져서, 진동판의 중앙부분에서의 진폭은 최대가 된다.

상기 설명된 진동 자이로스코프에서, 압전 기판은 진동 기판으로 사용될 수 있고, 압전 기판 및 그 위에서 십자형의 네 부분으로 분할되어진 전극은 여진 및 검출소자를 형성하도록 사용될 수 있다.

또한, 금속판을 각각의 진동판으로 사용할 수도 있다. 이러한 경우에, 여진 및 검출 소자는 십자형으로 분할된 네 개의 압전 소자에 의하여 형성되어, 진동판 상에 형성된다.

또한, 중간 부재는 서로 대향하는 진동판 사이에서 공간부를 형성하도록 제공된다. 그러므로, 중간 부재는 그 안에 관통하는 구멍이 형성되어 있는 틀 부재 또는 진동판의 다중 단부에 배치된 다중 부재로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 두 방향에서의 축에 대한 각속도를 하나의 진동 자이로스코프에 의하여 측정할 수 있다. 또한, 상기 진동 자이로스코프는 하나의 진동으로 여진될 수 있으므로, 각각 두 개의 진동 자이로스코프를 사용하던 종래의 방법에 비하여 비용절감 효과를 얻을 수 있다.

본 발명을 구체적으로 설명하기 위하여, 도면에서 현재 제시된 몇 가지 형태를 보여준다. 그러나 본 발명은 여기서 보여진 배치나 수단에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 다른 형태 및 이점은 대응하는 도면을 참고하여, 하기 본 발명의 설명으로부터 명백하게 된다.

＜실시예의 상세한 설명＞

이하, 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 진동 자이로스코프의 일례를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1에 나타난 진동 자이로스코프를 다른 각도에서 본 사시도이고; 도 3은 그들의 분해 사시도이다. 진동 자이로스코프 10은 중간부재 12를 포함한다. 도 3에서 보여지는 바와 같이, 중간 부재 12는 중앙 부분에 관통하는 구멍을 가진 틀 형태(frame shape)로 형성되어 있다. 진동판 14는 중간 부재 12의 서로 대향하는 쪽 중의 한 곳에 형성되어 있다. 진동판 14는 예를 들어, 압전 기판 16 및 18을 접합함으로써 형성된다. 도 3에서 화살표로 지시된 바와 마찬가지로, 압전 기판 16 및 18은 두께 방향으로 서로 대립하도록 분극되어 있다.

압전기판 16에는, 16개의 분할된 전극이 형성되어 있는데, 그 중 네 개의 전극 20a, 20b, 20c 및 20d는 신호의 입력 및/또는 출력을 위하여 사용된다. 이러한 전극은 평면전극을 다이서(dicer)에 의하여 격자상으로 절단함으로써 형성된다. 이것은 전극 20a, 20b, 20c 및 20d가 십자모양의 분할 부분을 형성하도록 한다. 진동 자이로스코프 10에서, 전극이 상기의 방식으로 형성되기 때문에, 16개의 전극이 형성된다. 그러나, 전극 20a, 20b, 20c 및 20d가 진동 자이로스코프 10에서 필요한 것이고, 다른 주변 전극은 필요하지 않다. 그러므로, 전극 20a, 20b, 20c 및 20d가 압전 기판 16에 인쇄하여(print) 형성되는 경우에 주변전극은 만들어질 필요가 없다. 전극 20a, 20b, 20c 및 20d가 에칭에 의하여 형성되는 경우에, 주변전극은 비슷하게 제거될 수 있다. 또한, 평면 전극 22는 압전 기판 18에 형성된다. 이러한 압전기판 16 및 18, 전극 20a, 20b, 20c 및 20d 및 평면 전극 22가 여진 및 검출 소자를 형성한다.

또한, 또 다른 진동판 24가 중간부재 12의 서로 대향하는 다른 면에 형성되어 있다. 진동판 24는 진동판 14와 유사한 구조를 가지고 있다. 진동판 24는 서로 접합되어 있는 압전 기판 26 및 28을 포함하는데, 압전 기판 26과 28은 서로 대립되는 방향으로 분극되어 있다. 도 2에서 가장 잘 보이는 것처럼, 압전 기판 26 위에 16개의 분할된 전극이 있는데, 이러한 전극 중 중앙 부분에 있는 전극 30a, 30b, 30c 및 30d가 신호의 입력 및/또는 출력에 사용된다. 또한, 평면전극 32가 압전기판 28위에 형성되어 있다. 압전 기판 26 및 28, 전극 30a, 30b, 30c 및 30d, 및 평면전극 32가 여진 및 검출 소자를 형성한다.

두 개의 진동판 14 및 24는 중간부재 12를 샌드위치처럼 둘러싸는 형태로 배치되어 있고; 따라서, 진동판 14 및 24 사이에 공간부가 형성된다. 여진 및 검출 소자를 형성하는 전극 20a, 20b, 20c 및 20d 및 전극 30a, 30b, 30c 및 30d는 공간부에 대하여 대향하는 위치에 배치된다. 이러한 배치는 진동기판 14 및 24가 여진 신호에 대하여 효과적으로 버클링 진동하도록 한다.

진동 자이로스코프 10의 사용을 위하여 도 4에 나타난 회로와 같이 접속된다. 진동 자이로스코프 10에서 각각의 전극과 회로를 연결하는데 있어서의 상호관계를 보여주기 위하여, 도 4는 단지 전극 20a, 20b, 20c 및 20d, 전극 30a, 30b, 30c 및 30d, 평면전극 22 및 32 및 중간부재 12만을 나타내었다. 각각의 평면전극 22 및 32 및 중간 부재 12는 전극 20a, 20b, 20c 및 20d와 동일한 외형 크기로 나타나 있다. 그러나, 실제로 이들은 도 1에 나타난 바와 같이, 진동판 14 및 24와 동일한 외형 크기를 가진다. 전극 20a, 20b, 20c 및 20d는 각각 저항 40a, 40b, 40c 및 40d와 접속한다. 전극 30a, 30b, 30c 및 30d는 각각 저항 42a, 42b, 42c 및 42d와 접속한다. 저항 40a, 40b, 40c 및 40d와 저항 42a, 42b, 42c 및 42d의 사이에 발진회로 44가 형성되어 있다.

상기와 같은 접속을 제공하기 위하여, 중간부재 12의 일부분 또는 전부에 도전성 물질이 인가된다. 따라서, 중간 부재 12는 평면전극 22 및 32와 전기적으로 접속되고; 따라서, 평면 전극 22 및 32는 중간부재 12를 통하여 발진회로 44와 접속하게 된다. 중간부재 12의 재료로는, 진동판 14 및 24의 진동을 교란시키지 않기 위하여, 진동판 14 및 24에 사용된 물질과 비슷한 물질이 바람직하다. 따라서, 중간부재 12는 압전 기판 16, 18, 26, 및 28에 사용된 것과 같은 물질을 사용하고, 그 물질에 전극 층을 형성하여 만들 수도 있다. 이러한 경우, 평판 전극 22 및 32는 전극 층에 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 중간부재 12를 만들기 위하여 고탄성 물질이 사용될 수도 있다.

진동판 14의 표면에 인접해 있는 두 개의 전극 20b 및 20d는 차동 회로(differential circuit) 46에 접속된다. 차동회로 46으로부터 출력된 신호는 동기 검출회로(synchronous detection circuit) 48에서, 예를 들어 발진회로 44로부터 출력된 신호와 동기(synchronization)로 검출된다. 동기검출회로 48에서 검출된 신호는 평활회로(smoothing circuit) 50에서 평활화되고(smoothed) 이어서, 직류증폭회로(DC amplifying circuit) 52에서 증폭된다. 비슷하게, 진동판 24의 표면에 서로 인접해 있는 두 개의 전극 30c 및 30d는 차동회로 54에 접속된다. 차동회로 54로부터 출력된 신호는 동기 검출회로 56에서, 예를 들어 발진회로 44로부터 출력된 신호와 동기로 검출된다. 동기검출회로 56에서 검출된 신호는 평활회로 58에서 평활화되고 이어서, 직류증폭회로 60에서 증폭된다.

도 4에 나타난 회로에 있어서, 서로 이웃해 있는 두 개의 전극 20b 및 20d는 제 1 검출부를 형성하고; 서로 이웃해 있는 두 개의 전극 30c 및 30d는 제 2 검출부를 형성한다. 비록 이러한 제 1 검출부와 제 2 검출부 각각은 서로 이웃해 있는 두 개의 전극을 임의로 선택한 결합이지만, 제 1 검출부와 제 2 검출부 각각을 이루고 있는 전극은, 서로 수직한 것 중에서 선택하여야 한다. 따라서, 전극 20b 및 20d를 제 1 검출부로 선택하였을 때, 전극 30a 및 30b를 제 2 검출부로 선택할 수도 있다. 한편, 전극 20c 및 20d를 선택하고, 전극 20d를 제 1 검출부와 제 2 검출부가 공유하도록 배치할 수도 있다.

평면전극 22 및 32로부터 출력된 신호는 발진회로 44로 귀환(feed back)될 수 있다. 귀환 신호(feedback signal)는 발진회로 44에서 증폭되고, 또한 위상이 조정되어 여진신호가 된다. 이러한 여진신호는 전극 20a, 20b, 20c, 및 20d 및 전극 30a, 30b, 30c 및 30d에 인가된다. 상기에 따르면, 도 5a 및 5b에서 보여진 바와 같이 진동판 14 및 24는 버클링 진동모드에서 서로 대향하는 방향으로 진동하는데, 각각의 진동판 14 및 24가 중앙부에서 최대의 진폭을 만들도록 진동한다. 도 5a에서 점선 N은 진동 노드를 가리킨다는 것을 주목해야 한다.

동시에, 도 6a 및 6b에서 보는 바와 같이 2차 굴곡진동도 역시 여진되어 있고, 상기에서 설명된 것처럼 2차 굴곡진동 및 버클링 진동은 진동 자이로스코프의 검출감도(detection sensitivity)가 최대가 되도록 축퇴(degenerate)되는 것이 바람직하다. 도 6a에서 보여진 2차 굴곡 진동모드에 수직인 다른 2차 굴곡 진동도 역시 여진되었다는 것을 주목해야 한다. 버클링 진동모드 및 2차 굴곡 진동모드는 판 두께, 영역(외부 크기) 및 공간부의 내부크기를 최적화 하는 것에 의하여 축퇴되도록 할 수 있다. 당연한 일로서, 두 개의 진동모드가 서로 비슷하다면, 즉, 상기 두 개 진동모드의 공진 주파수의 차이가 공진주파수의 1％ 내에 있다면, 충분히 높은 감도를 얻을 수 있다.

상기 진동은 전극 20a, 20b, 20c 및 20d가 형성되어 있고, 전극 20a, 20b, 20c 및 20d로부터 출력된 신호가 동일하도록 하는 압전 기판 16 및 18의 부분에서 동일한 진동상태를 야기한다. 그러므로, 차동회로 54로부터 어떠한 신호도 출력되지 않는다. 이것은 진동 자이로스코프 10에 어떠한 각속도도 인가되지 않았음을 증명한다.

상기 진동상태에서, 진동판 14 및 24에 대하여 평행하고, 제 1 검출부를 이루는 전극 20b 및 20d 사이로 연장되어 있는 축 주위에서 회전이 생길 때는, 회전하지 않을 때의 진동방향에 대하여 수직인 방향으로 생기는 회전 각속도 때문에 코리올리 힘이 발생하고, 따라서, 도 7a에 보여진 것과 같이 진동모드에서 진동판 14 및 24가 달라지게 한다. 코리올리 힘 때문에, 진동판 14 및 24의 최대 진동 위치는 중앙 부분에서 벗어나게 된다. 동시에, 중심에 대하여 대칭이었던 2차 굴곡 진동모드가 영향을 받고, 버클링 진동 및 2차 굴곡진동의 축퇴는 해결된다. 이는 압전 기판 16과 18 사이의 차이를 유발하고, 따라서, 전극 20b와 20d가 다른 신호를 출력하도록 한다.

압전 기판 16 및 18의 진동상태에서의 변위는 코리올리 힘의 크기에 대응하므로, 전극 20b 및 20d에서 출력된 신호의 변화는 코리올리 힘에 대응된다.

도 7b에서 점선으로 표시된 것에서 보는 바와 같이, 버클링 진동 및 2차 굴곡 진동이 축퇴되지 않거나 서로 가깝지 않을 때, 변위는 작아진다. 반대로, 도 7b의 M에서 보는 바와 같이, 버클링 진동과 2차 굴절 진동이 축퇴되거나 또는 서로 가까울 때는 변위는 커지고, 전극 20b 및 20d에서 출력된 신호에서의 진동 또한 커지며, 따라서 검출 감도를 증가시킨다.

상기 신호간의 차이는 차동회로 46에서 출력된다. 전극 20b 및 20d에서 출력된 신호는 코리올리 힘에 대응되기 때문에, 변형 즉 코리올리 힘에 대응하는 큰 수준의 신호는 차동회로 46에서 얻어질 수 있다. 차동회로 46에서 출력된 각각의 신호는 발진회로 44에서 출력된 신호와 동기로 검출된다. 이에 따라, 출력된 신호의 정 부분(positive side)과 부 부분(negative side) 중 하나만 검출되거나 또는 정 부분과 부 부분이 반전된 신호만이 검출된다. 검출된 신호는 평활회로 50에서 평활화되고, 또한, 직류증폭회로 52에서 증폭된다. 차동회로 46으로부터 출력된 신호는 코리올리 힘에 대응하는 수준을 가지기 때문에, 직류증폭회로 52에서 출력된 신호 또한 코리올리 힘에 대응한다. 이러한 경우, 각속도의 주파수는 직류증폭회로 52에서 출력된 신호의 수준에 따라 검출될 수 있다. 또한, 진동 자이로스코프 10에 인가된 각속도의 방향이 반전될 때, 동기검출회로 48에서 검출된 신호의 극성도 반전된다. 따라서, 직류증폭회로 52에서 출력된 신호의 극성 또한 반전된다. 직류증폭회로 52에서 출력된 신호의 극성은 각속도의 방향을 검출하는 역할을 한다.

도 7a에서 보여진 바와 같이, 코리올리 힘은 진동판 14에 대향되는 방향으로 영향을 미치고, 그때 진동판 24의 진동을 변위 시킨다. 그러나, 전극 30b와 30d의 사이로 연장된 축의 두 면에서 진동상태가 변하기 때문에, 전극 30c 및 30d에서 출력된 신호도 또한 변한다. 그러므로, 차동회로 54로는 신호가 출력되지 않는다.

진동 자이로스코프 10 이 진동판 14 및 24와 평행하고, 전극 30c 및 30d 사이로 연장되어 있는 축 주의로 회전할 때, 상기 도 5a, 5b, 6a, 6b 및 6c를 참고로 하여 설명한 진동상태와 비슷하게, 압전기판 26 및 28의 진동상태는 축의 두 개의 면에서 코리올리 힘에 대응하여 변한다. 이것은 전극 30c 및 30d에서 출력된 신호간에 차이를 유발하고, 그리하여, 차동회로 54가 차동회로 54에서 출력된 신호를 검출하게 한다. 그 후, 상기 신호는 평활회로 58에서 평활되고, 이어서 직류증폭회로 60에서 증폭되고, 그리하여 전극 30c 및 30d 사이로 연장되어 있는 축 중심 주위의 각속도를 검출할 수 있게된다. 이 때, 압전 기판 16 및 18은 진동판 14의 전극 20b 및 20d가 형성된 부분에 있기 때문에 상기에서와 마찬가지로 변위한다. 그러므로, 차동회로 46에서 신호는 검출되지 않는다.

이러한 방식으로, 직류증폭회로 52에서 출력된 신호를 측정함에 따라, 전극 20b 및 20d 사이로 연장되어 있는 축을 중심으로 하는 각속도는 검출될 수 있다. 또한, 직류증폭회로 60에서 출력된 신호를 측정함에 따라, 전극 30a, 30b, 30c 및 30d 사이로 연장되어 있는 축을 중심으로 하는 각속도는 검출될 수 있다. 전극 20b 및 20d로 구성된 제 1 검출부가 전극 30c 및 30d로 구성된 제 2 검출부와 수직하는 배치에 따르면, 서로 수직하는 두 개의 축을 중심으로 하는 각속도는 검출될 수 있다. 또한, 하나의 발진회로 44를 가지고도, 진동을 유발하여 진동판 14 및 24를 여진시킬 수 있다. 각각 두 개의 여진 회로를 사용하는 종래의 방법과 비교하여, 상기 방법은 비용절감이 이루어지도록 한다.

도 8에서 보는 바와 같이, 각각은 진동판 14 및 24는 원형 디스크 모양일 수 있다. 이러한 경우, 중간부재 12는 링 모양으로 형성된다. 또한, 진동판 14 측에 있는 각각의 전극 20a, 20b, 20c 및 20d 및 진동판 24 측에 있는 전극 30a, 30b, 30c 및 30d는 아치 형태로 된다. 이러한 경우, 전극 20a, 20b, 20c 및 20d 주위에 있는 전극 및 전극 30a, 30b, 30c 및 30d 주위에 있는 전극은 진동 자이로스코프 10의 작동에 역할을 하지 않기 때문에 이것들을 제거할 수 있다. 상기 설명된 진동 자이로스코프는 또한, 두 개의 축이 서로 수직한 경우, 도 4에 나타난 회로를 이용함으로써 각속도를 검출할 수 있다.

도 9에 나타난 바와 같이, 중간부재 12는 중간부분에 관통구멍을 가지는 틀 형태의 물질로 형성될 필요는 없고, 진동판 14 및 24의 네 개의 꼭지점 각각에 형성될 수도 있다. 그래서, 이들 모두는 본질적으로, 신호의 입력 및/또는 출력에 사용되는 전극 20a, 20b, 20c 및 20d 및 전극 30a, 30b, 30c 및 30d에 대응하여 형성된 공간부에 있을 것이 요망된다. 그러므로, 공간부을 형성하는 중간부재 12의 모양은 필요에 따라 변경될 수 있다.

또한, 도 10에 나타난 바와 같이. 각각 여진 소자 및 검출소자를 구성하는 전극은 두 개로 분할된 전극일 수 있다. 전극 62a 및 62b는 진동판 14 측에서 형성되고, 전극 64a 및 64b는 진동판 24 측에서 형성되어, 서로 수직으로 배치된다. 이러한 경우, 도 10에 나타난 회로를 사용하는 것은 중간부재 12를 여진시킬 수 있고, 서로 수직하는 각각의 축에 대하여 각속도에 대응하는 신호의 검출을 가능하게 한다. 상기 설명된 전극의 배치에서, 다른 경우에서처럼, 전극 62a 및 62b 및 전극 64a 및 64b는 중간 부재 12가 존재하지 않는 공간부에 대응하는 위치에서 형성될 수 있다.

진동판에 있어서, 예를 들면 압전 기판 대신에 금속판과 같은 것이 사용될 수 있다. 이러한 경우, 여진 및 검출 소자로서, 압전 층의 두 개 표면에서 각각 전극을 가지는 압전 소자가 사용될 수도 있다. 이 때, 압전 소자는 도 1에 나타난 전극 20a, 20b, 20c 및 20d 및 전극 30a, 30b, 30c 및 30d 또는 도 10에 나타난 전극 62a 및 62b 및 전극 64a 및 64b 와 비슷하게 배치될 수 있다. 물론, 압전 소자가 상기 전극 주위의 주변 전극에 대응하는 위치에 형성될 필요는 없다. 이러한 경우, 중간부재 12는 진동판 14 및 24에 사용되었던 것과 같은 금속재료로 형성될 수도 있다. 그렇게 하여 형성된 중간 부재 12는 발진회로 44에 접속되고 그리하여, 각각의 압전 소자의 한 쪽에 있는 전극이 발진회로 44와 접속하는 것을 가능하게 한다.

이상에서, 비록, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재하였지만, 하기 청구범위 기술범위 내에서 상기 기재된 원리를 수행하는 다양한 변형들이 예상된다. 그러므로, 본 발명의 범위는 이상에서 한정되지 않는다.

본 발명은 한 개의 진동 자이로스코프를 이용하여 두 방향의 축을 중심으로 하는 각속도를 검출할 수 있도록 하는 진동 자이로스코프에 관한 것으로서, 한 개의 발진회로로 진동 자이로스코프를 여진시킨다. 이것은 카메라와 같은 기기 등에서 진동을 감지하는 데 사용될 수 있다.

Claims (10)

1. 서로 대향하도록 배치된 두 개의 평면 진동판을 구비하고,

   상기 두 개의 진동판은 버클링 진동모드, 및 상기 버클링 진동모드로 축퇴되거나 이에 근접해 있는 2차 굴곡 진동모드에서 진동하고,

   진동판의 표면에 평행한 축 주위로 회전 각속도가 인가되었을 때 발생하는, 2차 굴곡 진동모드의 진폭 밸런스에서의 변위를 검출함으로써 코리올리 힘을 검출하는 진동 자이로스코프.
2. 제 1항에 있어서, 상기 진동 자이로스코프가;

   두 개의 진동판 사이에 공간부를 형성하기 위하여 상기 두 개의 진동판 사이에 형성한 중간부재, 및

   진동판을 진동시키고, 상기 진동판의 진동에 의하여 발생된 신호를 출력하기 위하여 진동판 위에 형성된 복수의 여진 및 검출 소자를 포함하고,

   여기서 제 1 검출부는 두 개의 이웃한 여진 및 검출 소자의 접합을 포함하고, 제 2 검출부는 다른 두 개의 이웃한 여진 및 검출 소자의 또 다른 접합을 포함하며, 상기 제 1 검출부와 제 2 검출부는 서로 수직하도록 배치된 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
3. 제 2항에 있어서, 상기 여진 및 검출 소자는 상기 공간부에 대향하는 위치에 형성하고, 상기 중간부재에는 대향하지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
4. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 여진 및 검출 소자는 그 위에 십자형으로 분할된 전극을 가지는 압전 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
5. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 여진 및 검출 소자는 그 위에 네 개의 전극을 가지는 압전 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
6. 제 2항에 있어서, 상기 각각의 진동판은 금속판으로 형성되어 있고, 상기 여진 및 검출 소자는 각각의 금속판 위에 십자형으로 분할된 네 개의 압전 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
7. 제 2항에 있어서, 상기 중간부재는 중앙부분에 관통구멍을 가지는 틀 부재로 형성된 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
8. 제 2항에 있어서, 상기 중간부재는 진동판의 다중 단부위에 배치된 다중 부재로 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
9. 제 7항에 있어서, 상기 개개의 여진 및 검출 소자는 상기 관통구멍에 대향하는 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.
10. 제 2항에 있어서, 진동판을 진동시키기 위하여, 진동 및 여진 소자에 발진 신호를 인가하는 회로 및 제 1 및 제 2 검출부로부터 나온 검출 신호를 검출하기 위한 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 자이로스코프.