JP2000337882A - Angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 車両等における車体制御システム、ナビゲー
ションシステム等に有効な角速度センサーにおいて、比
較的安価で高感度・高検出精度が得られる角速度センサ
ーを提供すること。
【解決手段】 水晶またはセラミック等の圧電素子材1
1から角柱11a,11b,11cを台12と一体に切
り出し、各角柱の側面に電極A,B,C,Dを設けて交
流電圧を印加することによりその配列方向に駆動し励振
状態とし、真中の角柱11bのこの励振方向と平行な側
面電極Bとの間にスペーサ15により僅かな空隙を構成
して、表面にテフロン等の高分子材等からなるエレクト
レツト材14を設けた対向電極13を配置し、前記空隙
間の容量変化を電気インピーダンス変換器(FET)に
より電圧変化としてコリオリ力を検出する。
(57) [Problem] To provide an angular velocity sensor effective for a vehicle body control system, a navigation system, and the like in a vehicle or the like, which is relatively inexpensive and has high sensitivity and high detection accuracy. SOLUTION: Piezoelectric element material 1 such as quartz or ceramics
1, the prisms 11a, 11b, 11c are cut out integrally with the base 12, and electrodes A, B, C, D are provided on the side surfaces of the respective prisms, and an AC voltage is applied to drive the electrodes in the direction of their arrangement to make an excitation state. A small gap is formed between the prism 11b and the side electrode B parallel to the excitation direction by the spacer 15, and the opposing electrode 13 provided with an electret material 14 made of a polymer material such as Teflon on the surface is provided. The Coriolis force is detected as a voltage change by an electric impedance converter (FET) based on the capacitance change in the air gap.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、車両等における車
体制御システム、ナビゲーションシステム等に有効な角
速度を検出する角速度センサー、特にエレクトレットコ
ンデンサ型の角速度センサーに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor for detecting an angular velocity effective for a vehicle body control system, a navigation system and the like in a vehicle or the like, and more particularly to an electret condenser type angular velocity sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】図7は従来の角速度センサーの構成例を
示している。図7(a)において、1はU字型の金属振
動板であり、上部にこれと直角に配置された二枚の金属
振動板2,3を有しており、各々の金属振動板2,3に
は、圧電素子1a,1b,2a,3aが接着剤等により
固定されている。4はこれらの振動板を固定支持する固
定軸であり、つまり金属振動板は音叉状態を構成してい
ることになる。2. Description of the Related Art FIG. 7 shows a configuration example of a conventional angular velocity sensor. In FIG. 7A, reference numeral 1 denotes a U-shaped metal diaphragm, which has two metal diaphragms 2 and 3 arranged at right angles to the upper portion thereof. 3, the piezoelectric elements 1a, 1b, 2a, 3a are fixed by an adhesive or the like. Reference numeral 4 denotes a fixed shaft for fixedly supporting these diaphragms, that is, the metal diaphragm constitutes a tuning fork state.
【0003】圧電素子1aは、この音叉を駆動(励振)
するための駆動用素子であり、交流電圧の印加により駆
動する。1bも駆動用に用いても良いが、一般的にはこ
の出力を利用し、振動を安定化するためのモニター用に
使用される。駆動周波数は、振幅を大きくするために、
金属振動板の共振周波数に合わせて駆動するのが一般的
であり、5のような方向に振動が得られる。6は回転検
出軸であり、図に示すような時計回り方向に回転を与え
たとすると、図7(b)に示すようなコリオリ力Fcが
発生し、金属振動板2,3を振動させるため、圧電素子
2a,3aには各々逆相の起電力が得られることにな
る。従って、この各々の検出出力の差動をとることによ
り、角速度に比例した出力を得ることができる。一般的
にコリオリ力による出力は非常に小さいため、極力大き
な出力を得るためには、コリオリ力の発生する金属振動
板部の共振周波数を駆動部金属振動板の音叉周波数に合
わせるように構成する。なお、図7において、ωは角速
度、vは振動速度、mは振動板の質量を示す。The piezoelectric element 1a drives (excitations) this tuning fork.
And is driven by application of an AC voltage. Although 1b may be used for driving, it is generally used for monitoring to stabilize vibration using this output. The driving frequency is to increase the amplitude,
In general, driving is performed in accordance with the resonance frequency of the metal diaphragm, and vibration can be obtained in directions such as 5. Reference numeral 6 denotes a rotation detection axis. If rotation is given in a clockwise direction as shown in the figure, a Coriolis force Fc as shown in FIG. 7B is generated and the metal vibration plates 2 and 3 vibrate. The electromotive force of the opposite phase is obtained in each of the piezoelectric elements 2a and 3a. Therefore, an output proportional to the angular velocity can be obtained by taking the difference between the respective detection outputs. In general, the output due to the Coriolis force is very small, and in order to obtain as large an output as possible, the resonance frequency of the metal diaphragm at which the Coriolis force is generated is adjusted to match the tuning fork frequency of the driving unit metal diaphragm. In FIG. 7, ω is the angular velocity, v is the vibration velocity, and m is the mass of the diaphragm.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の角速度センサーにおいては次のような課題がある。 1.音叉駆動のための金属振動板とコリオリ力検出のた
めの金属振動板が同一構造体で作られてはいるが、駆動
部と検出部が同一金属振動板ではないので、各々の共振
周波数を一致させることが非常に難しく、検出感度を上
げることが困難となる。 2.金属振動板の形状が複雑なため、高い加工精度を要
求され、コストアップおよび検出精度のバラツキはやむ
を得ない。 3.圧電素子を金属振動板に接着剤等で固定しているの
で、その固定バラツキは大きく、検出精度・温度特性等
に影響を与え易い。 4.検出部の金属振動板が二個あるため、振動による同
方向への変形に関しては差動で打ち消し合うが、コリオ
リ力と同等な逆方向への変形に関しては出力として検知
してしまう。従って、回転モーメントを伴う振動ノイズ
に対しては弱い欠点がある。However, the conventional angular velocity sensor has the following problems. 1. Although the metal diaphragm for tuning fork drive and the metal diaphragm for Coriolis force detection are made of the same structure, the drive unit and the detection unit are not the same metal diaphragm. It is very difficult to increase the detection sensitivity. 2. Since the shape of the metal diaphragm is complicated, high processing accuracy is required, and cost increases and variations in detection accuracy are unavoidable. 3. Since the piezoelectric element is fixed to the metal vibration plate with an adhesive or the like, the fixing variation is large and easily affects detection accuracy, temperature characteristics, and the like. 4. Since there are two metal diaphragms in the detection unit, the deformation in the same direction due to vibration cancels out differentially, but the deformation in the opposite direction equivalent to the Coriolis force is detected as an output. Therefore, there is a weak point against vibration noise accompanied by a rotational moment.
【0005】本発明、上記従来の問題を解決するもの
で、比較的安価で高感度・高精度の優れた角速度センサ
ーを提供することを目的とする。An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide a relatively inexpensive, high-sensitivity, high-accuracy and excellent angular velocity sensor.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明は、水晶・セラミック等の圧電素子材を角柱に
切り出して形成し、前記角柱を1個もしくは複数個(音
叉状態)直線上に圧電素子と一体もしくは別材の台上に
固定し、角柱の各側面に電極を形成し、各部電極へ交流
電圧印加により、角柱の配列方向に駆動し励振状態と
し、この励振方向と平行に位置する角柱の側面電極の1
個もしくは複数個の各電極面との間に僅かな空隙を絶縁
構成するように、表面にテフロン等の高分子材等からな
るエレクトレット材を融着等により固定した対向電極を
設け、前記空隙間の容量変化を電圧変化として取り出す
電気インビーダンス変換器(FET)等を介して、コリ
オリ力による出力を取り出すように構成したものであ
り、振動体が水晶・セラミック等の圧電素子自体であ
り、駆動と検出を同一振動体で構成したものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is to form a piezoelectric element material such as quartz or ceramic by cutting it into prisms, and to form one or more prisms on a straight line (in a tuning fork state). Fixed on a stand made of a separate material from the piezoelectric element or on a separate material, electrodes are formed on each side of the prism, and by applying an AC voltage to the electrodes of each part, the electrodes are driven in the direction in which the prisms are arranged, and are excited. One of the side electrodes of the located prism
A counter electrode in which an electret material made of a polymer material such as Teflon is fixed to the surface by fusing or the like so as to insulate a slight gap between each of the plurality of or each electrode surface, It is configured to take out the output due to Coriolis force via an electric impedance converter (FET) that takes out the capacitance change as a voltage change, and the vibrating body is the piezoelectric element itself such as quartz / ceramic, The drive and the detection are configured by the same vibrator.
【0007】以上の構成により、駆動と検出の共振周波
数を一致させることが比較的容易であり、接着剤等によ
る固定がなく、加工精度も切り出し加工のみでありハラ
ツキを抑えることが可能である。また、駆動に高いQを
有し励振効率の良い圧電素子を用い、コリオリ力検出に
圧電素子の高いQの振幅を変換効率が高く構成が簡単な
エレクトレットコンデンサ方式を用いているため、比較
的安価で高感度・高検出精度が得られる。振動の影響に
ついては、コリオリ方向の振動に関して多少振動ノイズ
の影響が発生し易いが、励振方向等はその影響も小さ
い。また構成上、従来品に比して共振周波数を高く設定
できるので、振動の影響も受けにくい利点を有する。With the above configuration, it is relatively easy to make the resonance frequencies of driving and detection coincide with each other, there is no fixation with an adhesive or the like, and the processing accuracy is only cutout processing, and it is possible to suppress harassment. In addition, a piezoelectric element having a high Q and high excitation efficiency is used for driving, and an electret capacitor system with a high conversion efficiency and a simple configuration is used for detecting the Coriolis force. High sensitivity and high detection accuracy can be obtained. Regarding the influence of vibration, the influence of vibration noise is likely to occur to some extent with respect to the vibration in the Coriolis direction, but the influence is small in the direction of excitation. In addition, since the resonance frequency can be set higher than that of the conventional product due to the configuration, there is an advantage that it is hardly affected by vibration.
【0008】[0008]
【発明の実施の形態】本発明の請求項1記載の発明は、
台上に角柱を1個もしくは複数個を直線上に配置した圧
電素子材と、前記角柱の各側面に設けられて、交流電圧
印加により前記角柱の配列方向に駆動し励振する電極
と、前記角柱の励振方向と平行な側面に設けられた1個
もしくは複数個の前記電極面との間に僅かな空隙を構成
するように設けられた対向電極と、前記対向電極に接続
されて、前記空隙間の容量変化を電圧変化として取り出
してコリオリ力を検出する電気インビーダンス変換器と
を備えた角速度センサーであり、駆動と検出を同一振動
体で構成しているので各共振周波数が合わせやすく、コ
リオリ力検出に圧電素子の高いQの振幅を効率よく変換
し、かつ構成が簡単なエレクトレツトコンデンサ方式を
用いているため、比較的安価で高感度・高検出精度が得
られるという作用を有する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
A piezoelectric element material in which one or a plurality of prisms are linearly arranged on a table, electrodes provided on each side surface of the prisms, and driven by a AC voltage to drive in the direction in which the prisms are arranged, and an electrode; A counter electrode provided so as to form a slight gap between one or more of the electrode surfaces provided on a side surface parallel to the excitation direction, and a gap connected to the counter electrode; This is an angular velocity sensor equipped with an electrical impedance converter that detects the Coriolis force by taking out the capacitance change of the voltage as a voltage change.Since the drive and detection are composed of the same vibrator, each resonance frequency is easy to match, so Coriolis Efficient conversion of the high Q amplitude of the piezoelectric element for force detection and the use of an electret capacitor system with a simple configuration make it relatively inexpensive and provide high sensitivity and high detection accuracy. To.
【0009】本発明の請求項2記載の発明は、前記対向
電極が、前記角柱の励振方向と平行な両方の側面にそれ
ぞれ設けられた前記複数個の電極面との間に僅かな空隙
を構成するように設けられ、前記各対向電極に接続され
た電気インピーダンス変換器による前記空隙間の容量変
化の出力を差動回路を介して取り出すことを特徴とする
請求項1記載の角速度センサーであり、コリオリ力の出
力レベルをさらに大きくできるという作用を有する。。In the invention according to a second aspect of the present invention, the opposing electrode forms a slight gap between the plurality of electrode surfaces provided on both side surfaces parallel to the excitation direction of the prism. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein an output of a capacitance change of the air gap by an electric impedance converter connected to each of the opposed electrodes is taken out through a differential circuit. This has the effect that the output level of the Coriolis force can be further increased. .
【0010】本発明の請求項3記載の発明は、前記角柱
を圧電素子材からの切り出しにより形成したことを特徴
とする請求項1または2記載の角速度センサーであり、
切り出し加工のため加工精度も良くバラツキが小さいと
いう作用を有する。The invention according to claim 3 of the present invention is the angular velocity sensor according to claim 1 or 2, wherein the prism is formed by cutting out a piezoelectric element material.
Since the cutting process is performed, the processing accuracy is good and the variation is small.
【0011】本発明の請求項4記載の発明は、金属ケー
ス内に収容されてほぼ密閉状態に保たれるとともに、前
記ケースに設けた出力端子により出力を取り出し可能と
したことを特徴とする請求項1または2または3記載の
角速度センサーであり、高い信頼性を得ることができる
という作用を有する。The invention according to claim 4 of the present invention is characterized in that it is housed in a metal case and is kept substantially sealed, and an output can be taken out by an output terminal provided in the case. An angular velocity sensor according to item 1, 2, or 3, which has an effect that high reliability can be obtained.
【0012】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図6を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の第1の実施の形態にお
けるエレクトレットコンデンサ型の角速度センサーの斜
視図を示し、図2は図1における側面図を示している。
本実施の形態では、圧電素子材として水晶等の単結晶圧
電素子材を用いた場合を例にとって述べるが、セラミッ
ク圧電素子等を用いた場合についても、電極の構成・回
路構成等を変えることにより同様な作用効果を得ること
ができる。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. (Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view of an electret condenser type angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of FIG.
In the present embodiment, a case where a single crystal piezoelectric element material such as quartz is used as the piezoelectric element material will be described as an example.However, even when a ceramic piezoelectric element or the like is used, by changing the electrode configuration and circuit configuration, etc. Similar effects can be obtained.
【0013】図1および図2において、Xは水晶等の場
合の一般的に言う電気軸であり、この軸方向を考慮して
切り出し加工することが望ましい。11は切り出し加工
により、三個の角柱11a,11b,11cを台12と
一体に構成した圧電素子材であり、台12は角柱l1
a,11b,11cと一体でなく、別材にて作成し固定
構成することも可能である。複数個の角柱を形成する理
由は音叉状態を作り、駆動・励振の効果を最大限に発揮
させ大きな振幅を得るためであり、例えば、1個の角柱
でも本発明に含まれるものであり、効果の大小はあるが
実用化も可能である。In FIGS. 1 and 2, X is an electric axis generally used in the case of quartz or the like, and it is desirable to carry out cutting processing in consideration of the axial direction. Reference numeral 11 denotes a piezoelectric element material formed by cutting out three prisms 11a, 11b, and 11c integrally with the base 12, and the base 12 is a prism 11
It is also possible to create and fix it separately from the members a, 11b and 11c, instead of using a single member. The reason for forming a plurality of prisms is to create a tuning fork state, maximize the effect of driving and excitation, and obtain a large amplitude. For example, even a single prism is included in the present invention. Although it is large or small, practical application is also possible.
【0014】電極(斜線部)A,B,C,Dは、各角柱
l1a,11b,11cの各面に印刷・蒸着・メツキ等
により形成されており、各部電極の回路結線は後述する
図3の結線の如く、ワイヤーボンディング等を用いて取
り出し行う。13は対向電極であり、表面にテフロン等
の高分子フィルムからなるエレクトレット材14を融着
等により固定しており、スぺーサ15等により各角柱の
駆動・励振方向16と平行に位置する側面電極Bとの間
に僅かな空隙を絶縁構成している。台12と対向電極1
3は何らかの方法で固定されるものである。Pは角柱の
重心ピッチを示すものであり、このピッチ構成によって
も共振周波数の変化・励振効率等が変化を生ずるので、
最適な寸法に設定される。The electrodes (hatched portions) A, B, C, and D are formed on each surface of each of the prisms 11a, 11b, and 11c by printing, vapor deposition, plating, and the like. The circuit connection of each electrode is shown in FIG. As shown in the connection of FIG. Reference numeral 13 denotes a counter electrode, on the surface of which an electret material 14 made of a polymer film such as Teflon is fixed by fusion or the like, and a side surface positioned parallel to the driving / excitation direction 16 of each prism by a spacer 15 or the like. A small gap is insulated from the electrode B. Table 12 and counter electrode 1
3 is fixed in some way. P indicates the pitch of the center of gravity of the prism, and the change in the resonance frequency, the excitation efficiency, etc. also occur with this pitch configuration.
The optimal dimensions are set.
【0015】図3は図1に示した角速度センサーにおけ
る結線を示す回路図であり、Rは抵抗、OSCは発振器
を示す。21は電界方向の例であり、22はエレクトレ
ツトコンデンサの空間容量Coが非常に小さいため、そ
のインピーダンスが非常に高いので、その電気インビー
ダンスの変換を行い電圧出力を取り出すための電気イン
ピーダンス変換器であり、例えばFET等が使用され
る。角柱l1aと11cの電極AとCおよび角柱11b
の電極BとDは、それぞれ発振器OSCの一端に接続さ
れ、角柱l1aと11cの電極BとDおよび角柱11b
の電極AとCは、それぞれ発振器OSCの他端に抵抗R
を介して接続されている。対向電極13は電気インピー
ダンス変換器22に接続され、電気インピーダンス変換
器22の出力とアースとの間に検出出力が取り出され
る。FIG. 3 is a circuit diagram showing connections in the angular velocity sensor shown in FIG. 1, where R indicates a resistor and OSC indicates an oscillator. 21 is an example of the direction of the electric field, and 22 is an electric impedance converter for converting the electric impedance and extracting a voltage output because the spatial capacitance Co of the electret capacitor is very small and the impedance is very high. For example, an FET or the like is used. Electrodes A and C of prisms 11a and 11c and prism 11b
Electrodes B and D are connected to one end of the oscillator OSC, respectively, and electrodes B and D of prisms 11a and 11c and prism 11b
Electrodes A and C are respectively connected to the other end of the oscillator OSC by a resistor R.
Connected through. The counter electrode 13 is connected to the electric impedance converter 22, and a detection output is taken out between the output of the electric impedance converter 22 and the ground.
【0016】次に本実施の形態における動作について説
明する。各角柱l1a,11b,11cの各電極A,
B,C,Dに発振器OSCにより駆動すると、各角柱l
1a,11b,11cは、矢印16で示す方向に振動す
る。一方、エレクトレット材14には電荷Q(本例では
マイナス)が着電されている。つまり対向電極13と角
柱11a,11b,11cの電極面Bとの間には空間の
容量Coが形成されており、例えば角柱11a,11
b,11cが励振方向16と直角な方向(コリオリ力発
生方向17)に振動した場合、この容量に△Cの変化が
生じ、エレクトレットの電荷により下記の如く電圧変化
△Vが発生する。 △V=Q/△C つまり、エレクトレットコンデンサ型の検知方式が実現
され、この方式は変換効率が高いことが知られている。Next, the operation of this embodiment will be described. Each electrode A of each prism 11a, 11b, 11c,
When B, C and D are driven by the oscillator OSC, each prism l
1a, 11b and 11c vibrate in the direction indicated by arrow 16. On the other hand, the electret material 14 is charged with a charge Q (in this example, minus). That is, a space capacitance Co is formed between the counter electrode 13 and the electrode surface B of the prisms 11a, 11b, 11c.
When b and 11c vibrate in a direction perpendicular to the excitation direction 16 (Coriolis force generation direction 17), the capacitance changes by ΔC, and the electret charge causes a voltage change ΔV as described below. ΔV = Q / ΔC That is, an electret condenser type detection method is realized, and this method is known to have high conversion efficiency.
【0017】図4は上記のように構成した角速度センサ
ー30を金属ケース31内に収容した場合の斜視図であ
る。図4(a)は縦型、図4(b)は横型の例であり、
金属ケース31には出力端子32等が設けられ、ほぼ密
閉状態を保つように構成されている。エレクトレット型
の欠点は水・湿気に弱く、また、小さなゴミ等を吸着す
るために信頼性を悪化する点にある。しかし、上記の如
くケース内に収容することにより、何ら問題なく動作さ
せることが可能となる。FIG. 4 is a perspective view when the angular velocity sensor 30 configured as described above is housed in a metal case 31. FIG. 4A shows an example of a vertical type, and FIG. 4B shows an example of a horizontal type.
The metal case 31 is provided with an output terminal 32 and the like, and is configured to keep a substantially sealed state. The drawbacks of the electret type are that it is susceptible to water and moisture, and that it adsorbs small dirt and the like, thereby deteriorating its reliability. However, by accommodating in the case as described above, it is possible to operate without any problem.
【0018】以上のように、本実施の形態1によれば、
圧電素子材11から台12とともに切り出した3個の角
柱11a,11b,11cを直線上に配置し、これら角
柱の各側面に設けられた電極A,B,C,Dに発振器O
SCを接続して励振させるとともに、真中の角柱11b
の一側面に設けられた電極Bとの間に、スペーサ15に
より僅かな空隙を構成してエレクトレット材14を介し
て対向電極13を配置し、この対向電極13に電気イン
ピーダンス変換器22を接続して、前記空隙間の容量変
化を電圧変化として取り出すことにより、コリオリ力を
検出するようにしたので、駆動と検出の共振周波数を一
致させることが比較的容易であり、接着剤等による固定
がなく、加工精度も切り出し加工のみでありハラツキを
抑えることが可能であり、かつ、駆動に高いQを有し励
振効率の良い圧電素子を用い、コリオリ力検出に圧電素
子の高いQの振幅を変換効率が高く構成が簡単なエレク
トレットコンデンサ方式を用いているため、比較的安価
で高感度・高検出精度が得られる。As described above, according to the first embodiment,
Three prisms 11a, 11b, 11c cut out from the piezoelectric element material 11 together with the base 12 are arranged on a straight line, and oscillators O are provided to electrodes A, B, C, D provided on the side surfaces of these prisms.
SC is connected and excited, and prism 11b in the middle
A small gap is formed by the spacer 15 between the electrode B provided on one side surface of the counter electrode 13 and the opposing electrode 13 is arranged via the electret material 14. The electric impedance converter 22 is connected to the opposing electrode 13. Since the Coriolis force is detected by extracting the capacitance change of the air gap as a voltage change, it is relatively easy to match the resonance frequencies of driving and detection, and there is no need to fix with an adhesive or the like. In addition, the processing accuracy is only cutout processing, and it is possible to suppress harassment, and use a piezoelectric element that has a high Q for driving and high excitation efficiency, and converts the high Q amplitude of the piezoelectric element for Coriolis force detection to conversion efficiency Since the electret condenser method, which is high in cost and simple in configuration, is used, relatively low cost and high sensitivity and high detection accuracy can be obtained.
【0019】(実施の形態2)図5は本発明の第2の実
施の形態を示す斜視図であり、図1および図2と同一部
分は同一符号で付している。本実施の形態2が実施の形
態1と異なるのは、エレクトレット材14を介した対向
電極13を、真中の角柱11bの励振方向と平行な両方
の電極面B,Dに対向して配置したことであり、図6に
示すように、電極B側に配置された対向電極13aに電
気インピーダンス変換器22を接続し、電極D側に配置
された対向電極13bに同様な電気インピーダンス変換
器23を接続し、両方の電気インピーダンス変換器2
2、23の逆位相の出力差を差動回路24から取り出す
ようにしたものであり、コリオリ力の出力をさらに大き
く取り出すことができるという利点を有する。(Embodiment 2) FIG. 5 is a perspective view showing a second embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals. The second embodiment is different from the first embodiment in that the opposing electrode 13 via the electret material 14 is disposed so as to face both electrode surfaces B and D parallel to the excitation direction of the center prism 11b. As shown in FIG. 6, an electric impedance converter 22 is connected to the opposing electrode 13a arranged on the electrode B side, and a similar electric impedance converter 23 is connected to the opposing electrode 13b arranged on the electrode D side. And both electric impedance converters 2
The output difference between phases 2 and 23 is taken out from the differential circuit 24, which has the advantage that the output of the Coriolis force can be taken out further.
【0020】以上の各実施の形態では、角柱は11a,
11b,11cの三個の場合であるが、複数個の構成で
は、数・向き等により種々の構成が考えられ、コリオリ
力の出力の取り出しも一個からではなく、複数個から取
り出して合成することもできる。しかし、コスト等を含
め効率的なことを考えれば、角柱11a,11b,11
cにより三個音叉を構成してその真中の角柱11bから
検出するのが適当と考えられる。なお、検出電極数が増
加すれば最適点を見つけることも難しくなる。実験によ
れば角柱11a,11b,11cのピッチP(重心ピッ
チ)は小さい方が励振方向とコリオリ力方向の共振周波
数が一致しやすく、また同ピッチの方が効率が良くなる
ことが分かつた。In each of the above embodiments, the prism is 11a,
11b and 11c. In the case of a plurality of components, various configurations are conceivable depending on the number and direction, and the output of the Coriolis force is not taken out from one piece but taken out from a plurality of pieces and combined. Can also. However, considering the efficiency including the cost, the prisms 11a, 11b, 11
It is considered appropriate to form three tuning forks with c and detect from the center prism 11b. Note that it becomes difficult to find the optimum point as the number of detection electrodes increases. According to the experiment, it was found that the smaller the pitch P (center of gravity pitch) of the prisms 11a, 11b, and 11c, the easier the resonance frequency in the excitation direction and the Coriolis force direction were to match, and the higher the pitch, the higher the efficiency.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上のように本発明は、水晶・セラミッ
ク等の圧電素子材を角柱に切り出して形成し、前記角柱
を1個もしくは複数個(音叉状態)直線上に圧電素子と
一体もしくは別材の台上に固定し、角柱の各側面に電極
を形成し、各部電極へ交流電圧印加により、角柱の配列
方向に駆動し励振状態とし、この励振方向と平行に位置
する角柱の側面電極の1個もしくは複数個の各電極面と
の間に僅かな空隙を絶縁構成するように、表面にテフロ
ン等の高分子材等からなるエレクトレット材を融着等に
より固定した対向電極を設け、前記空隙間の容量変化を
電圧変化として取り出す電気インビーダンス変換器(F
ET)等を介して、コリオリ力による出力を取り出すよ
うに構成したものであり、振動体が水晶・セラミック等
の圧電素子自体であり、駆動と検出を同一振動体で構成
したので、駆動と検出の共振周波数を一致させることが
比較的容易であり、接着剤等による固定がなく、加工精
度も切り出し加工のみでありハラツキを抑えることが可
能である。また、駆動に高いQを有し励振効率の良い圧
電素子を用い、コリオリ力検出に圧電素子の高いQの振
幅を変換効率が高く構成が簡単なエレクトレットコンデ
ンサ方式を用いているため、比較的安価で高感度・高検
出精度が得られる。As described above, according to the present invention, a piezoelectric element material such as quartz or ceramic is cut into a prism and formed, and the prism is integrated with or separate from the piezoelectric element on one or more (tuning fork) straight lines. An electrode is formed on each side surface of the prism, and an AC voltage is applied to each electrode to drive the prism in the direction in which the prisms are arranged to be in an excited state, and the side electrodes of the prism located in parallel with the excitation direction are fixed. An opposing electrode having an electret material made of a polymer material such as Teflon fixed to the surface by fusing or the like is provided so as to insulate a slight gap between one or more electrode surfaces. Electric impedance converter (F
ET) through which the output by Coriolis force is taken out. The vibrating body is the piezoelectric element itself such as quartz or ceramic, and the driving and detecting are configured by the same vibrating body. It is relatively easy to make the resonance frequencies match, there is no fixation with an adhesive or the like, and the processing accuracy is only cutout processing, and it is possible to suppress harassment. In addition, a piezoelectric element having a high Q and high excitation efficiency is used for driving, and an electret capacitor system with a high conversion efficiency and a simple configuration is used for detecting the Coriolis force. High sensitivity and high detection accuracy can be obtained.
【図1】本発明の実施の形態1における角速度センサー
の斜視図FIG. 1 is a perspective view of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態1における角速度センサー
の側面図FIG. 2 is a side view of the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態1における角速度センサー
の回路図FIG. 3 is a circuit diagram of the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明による角速度センサーをケース内に収容
した(a)縦型の場合と(b)横型の場合を示す斜視図FIG. 4 is a perspective view showing (a) a vertical type and (b) a horizontal type in which an angular velocity sensor according to the present invention is accommodated in a case.
【図5】本発明の実施の形態2における角速度センサー
の斜視図FIG. 5 is a perspective view of an angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
【図6】本発明の実施の形態2における角速度センサー
の回路図FIG. 6 is a circuit diagram of an angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
【図7】従来例における角速度センサーの斜視図(a)
と動作説明図(b)FIG. 7A is a perspective view of a conventional angular velocity sensor.
And operation explanatory diagram (b)
11 圧電素子材 11a,11b,11c 角柱 12 台 13 対向電極 14 エレクトレット材 15 スペーサ 16 駆動・励振方向 17 コリオリ力発生方向 21 電界方向 22、23 電気インピーダンス変換器 24 差動回路 30 角速度センサー 31 ケース 32 出力端子 A,B,C,D 電極 P ピッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Piezoelectric element material 11a, 11b, 11c 12 prisms 13 Counter electrode 14 Electret material 15 Spacer 16 Drive / excitation direction 17 Coriolis force generation direction 21 Electric field direction 22, 23 Electrical impedance converter 24 Differential circuit 30 Angular velocity sensor 31 Case 32 Output terminal A, B, C, D electrode P pitch
Claims (4)
上に配置した圧電素子材と、前記角柱の各側面に設けら
れて、交流電圧印加により前記角柱の配列方向に駆動し
励振する電極と、前記角柱の励振方向と平行な側面に設
けられた1個もしくは複数個の前記電極面との間に僅か
な空隙を構成するように設けられた対向電極と、前記対
向電極に接続されて、前記空隙間の容量変化を電圧変化
として取り出してコリオリ力を検出する電気インビーダ
ンス変換器とを備えた角速度センサー。1. A piezoelectric element material in which one or more prisms are linearly arranged on a table, and are provided on each side surface of the prism, and are driven and excited in an arrangement direction of the prisms by applying an AC voltage. An opposing electrode provided so as to form a slight gap between the electrode and one or a plurality of the electrode surfaces provided on a side surface parallel to the excitation direction of the prism, and connected to the opposing electrode; An electrical impedance converter for detecting the Coriolis force by taking out the capacitance change of the air gap as a voltage change.
平行な両方の側面にそれぞれ設けられた前記複数個の電
極面との間に僅かな空隙を構成するように設けられ、前
記各対向電極に接続された電気インピーダンス変換器に
よる前記空隙間の容量変化の出力を差動回路を介して取
り出すことを特徴とする請求項1記載の角速度センサ
ー。2. The opposing electrode is provided so as to form a slight gap between the plurality of electrode surfaces provided on both sides parallel to the excitation direction of the prism. 2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein an output of a change in capacitance of the air gap by an electric impedance converter connected to an electrode is taken out via a differential circuit.
より形成したことを特徴とする請求項1または2記載の
角速度センサー。3. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the prism is formed by cutting out a piezoelectric element material.
に保たれるとともに、前記ケースに設けた出力端子によ
り出力を取り出し可能としたことを特徴とする請求項1
または2または3記載の角速度センサー。4. An apparatus according to claim 1, wherein said casing is housed in a metal case and is kept in a substantially sealed state, and output can be taken out by an output terminal provided in said case.
Or the angular velocity sensor according to 2 or 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11151602A JP2000337882A (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Angular velocity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11151602A JP2000337882A (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Angular velocity sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000337882A true JP2000337882A (en) | 2000-12-08 |
Family
ID=15522128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11151602A Pending JP2000337882A (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Angular velocity sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000337882A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7161281B2 (en) * | 2002-10-10 | 2007-01-09 | Ngk Insulators, Ltd. | Less-dust-generative piezoelectric/electrostrictive device and manufacturing method |
-
1999
- 1999-05-31 JP JP11151602A patent/JP2000337882A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7161281B2 (en) * | 2002-10-10 | 2007-01-09 | Ngk Insulators, Ltd. | Less-dust-generative piezoelectric/electrostrictive device and manufacturing method |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050525 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080122 |