JPH01165916A - ジャイロ装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、振動体の角運動量を用いたジャイロ装置（角
速度検出装置）に関する。

〔従来の技術〕

従来の振動体の角運動量を用いたジャイロ装置のうち、
音叉をその振動体とした音叉形ジャイロ装置の１例を、
以下説明する。

第３図は、従来の音叉形ジャイロ装置の１例の一部切欠
斜視図である。

第３図の例においては、音叉（１）を、大なる質量を有
する振動質量部（１−１）、（１１）と、これ等の夫々
に連結した撓み部（１−２）、（１−２）と、両撓み部
（１−２Ｌ　（１−２）の各遊端を連結する基部（１−
３）と、この基部（１−３）より両撓み部（１２）、（
１−２）間の空隙内を両者に非接触で伸びる連結部（１
−４）とより構成する。

尚、（３）はヒンジで、このヒンジ（３）は、中央の連
結部（１−２）と、それから上下に伸延する短冊状のヒ
ンジ部（３−１）、（３−３）と、該２個のヒンジ部（
３−ＬＬ　（３−３）の遊端を一体的に連結、結合する
基部又は円環部（３−４）とから構成される。ヒンジ部
（３−１）、（３−３）には、音叉（１）の入力軸（Ｚ
−Ｚ）まわりに入力する角速度Ωによるヒンジ（３）に
生ずる撓みを検出するための圧電素子（７−１）、（７
−２）が夫々固定される。又、ヒンジ（３）の連結部（
３−２）は、音叉（１）の連結部（１−４）のコ字状凹
部（１−４ａ）に嵌合している。

又、ヒンジ（３）の基部、即ち円環部（３−４）の両開
口端に、一端が閉じている略々同形状、且つ同寸法の筒
状体（４−１）、（１−２）の開口部を夫々気密に固定
する。この場合、円環部（３−４，）、筒状体（４，−
１）、　（４，−２）の共通の中心軸は、夫々音叉軸或
いは入力軸（Ｚ−Ｚ）に一致するようになされている。

筒状体（４−１）、　（４，−２）の夫々の閉端（４１
ａ）、　（４，２ａ）を、円筒状の弾性部材（５−ＩＬ
　（５−２）を介し、下端部が夫々、平板状の取付基台
（９）に固定されている固定金具（６−１）、（６−２
）の上端部に固定する。

尚、上記構成において、基台（９）の被測定物体への取
付の基準面は、その上面又は底面で、この基準面に入力
軸（Ｚ−Ｚ）が平行となるように、上記筒状体（４−−
１）、　（４−２）が支持されるものである。又、音叉
（１）の重心が、ヒンジ（３）の両ヒンジ部（３−１）
、（３−３）の中心、即ぢ連結部（３−２）の中心に一
致するように、音叉（１１の各部は設計されていること
は勿論である。尚、第３図に於て、（８−１）、（８−
２）は、音叉（１）の撓み部（１−２）。

（１−２）及び基部（１−３）に亘ってその両側に固定
した音叉（１）の駆動用の圧電素子を夫々示す。

尚、これ等圧電素子（８−１）、（８−２）は、交流電
圧源（１０）よりの交流電圧を受け、音叉（１）を駆動
する。

第４図は第３図に示した従来例の原理を説明するための
説明図で、その主要部を第３図の軸＜２−２＞方向から
見たものである。同図に示す如く、第３図のジャイロ装
置に、角速度Ωが軸＜２−２＞まわりに加わると、それ
に対応したコリオリの力Ｆｃが、再振動質量部（１−１
）、＜１−１）に互に平行且つ反対向に発生し、これに
よるトルクが、ヒンジ（３）の連結部（３−２）を介し
てヒンジ部（３−１）。

（３−３）に、同図に示す如く、Ｓ字状の曲げ変・　４ 形を生せしめる。この場合、圧電素子（７−１）。

（７−２）は、その分極方向が同図で＋、−で示したよ
うに、互いに逆方向になるように、夫々ヒンジ部（１−
１）、（３−３）に固定されているので、両圧電素子（
７−１）、（７−２）を短絡して１つの出力（１２）と
し、これを、第３図に示す如く、電圧源（１０）よりの
電圧と共にデモシュレータ（１１）で同期整流すること
により、入力角速度Ωを検出し、従ってジャイロ装置を
得ることが出来る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来のジャイロ装置においては、
圧電素子（７−１）、（７−２）からの出力信号は、数
１０μＶ／（度／秒）と微弱であり、従来例の如く、角
速度信号を検出するためのヒンジ（３）と回路部（デモ
シュレータ（１１）、電圧源（１０））とを切り離して
設置すると、ノイズに対して弱いこと、また、圧電素子
（７−１）、（７−２）が高インピーダンスであるため
、回路部及び圧電素子間のリード線の配線位置が外力に
より移動すると、浮遊容量が変化し、出力信号が、その
影響をうける等の欠点があった。

従って、本発明の主目的は、上記従来のジャイロ装置の
欠点を除去したジャイロ装置を提供せんとするものであ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、角速度信号発生部（１，３゜７−１．
　７−２．　８−１．　８−２）　　と、これよりの信
号を処理して角速度を出力する角速度出力部（５７）と
を有し、上記角速度出力部の一部（７０）又は全べて（
５７，７０）を角速度信号発生部と一体に設けたジャイ
ロ装置が得られる。

〔作用〕

本発明のジャイロ装置は、角速度検出部の近くに配置し
たインピーダンス及びレベル変換のための増幅回路（７
０）により、耐ノイズ特性を向上させるとともに、リー
ド線の移動による誤差の混入を防止する。

〔実施例〕

第１図は、本発明のジャイロ装置の外観を表す斜視図で
ある。

本発明の第１図の例においては、図示せずも、第３図に
示す圧電素子（７−ＩＬ　（７−２Ｌ（８−１）、（８
−２）を有する音叉（１）及びヒンジ（３）を、筒状体
（４１）内に、第３図の筒状体（４−１）。

（４−２）と同様に密封し、この筒状体（４１）を、入
力軸（Ｚ−Ｚ）方向に離して配置した、例えば２個の円
筒状の弾性部材（５１）により支持している。従って、
両弾性部材（５１）の中央部に、第３図に示した円環部
（３−４，）が位置する。（５０）は弾性部材（５１）
の取付台であり、基台（９）に対し、図示せずも、ねし
等で固定されている。また、（５２）は支持板であり、
取付台（５０）に、例えば４本（２本は第１図では見え
ない）のねしく５３）で固定されており、取付台（５０
）とともに弾性部材（５１）を基台（９）に対して固定
している。

かかる支持構造のジャイロからの圧電素子（７−１）、
（７−２）、（８−１）、（８−２）　　のリード線は
、入力軸（Ｚ−Ｚ）方向に伸び且つ筒状体（４１）にハ
ーメチックシール等で気密に封着されたリードピン（５
４）の内端に接続されており、その外端は筒状体（４１
）の外側に突出している。

リードピン（５４）には、筒状体（４１）と適当な間隙
を設けて、円板状プリント基板（５５）が半田付は等で
固定される。プリント基板（５５）には、第２図に示す
ような回路（７０）が作成されている。

第２図の回路（７０）は、非反転増幅回路であり、その
利得は、抵抗Ｒ３の抵抗器（６１）及びこれに直列に接
続した抵抗Ｒ２の抵抗器（６０）の比で決定される。ま
た（５８）は増幅器で、この増幅器（５８）として、入
力段に電界効果形ｌ・ランジスタの差動入力を用いたオ
ペアンプを用いれば、その入力インピーダンスは無限大
とみなせるから、圧電素子（７−ＩＬ　（７−２＞に蓄
積された電荷は、入力端（６２）を介して抵抗Ｒ１の負
荷抵抗器（５９）のみに流れることとなる。また、」二
記オペアンプを用いると、オペアンプの出力インピーダ
ンスは、圧電素子（７−１）、　（’１−２）のインピ
ーダンスに比して無視できる程小さいから、このオペア
ンプばインピーダンス変換の作用も兼ねている。すなわ
ち、第２図に示すプリン１一基板（５５）の回路（７０
）は、増幅及びインピーダンス変換の両作用をもってい
るということができる。プリント基板（５５）上の回路
（７０）の出力端（６３）は、第１図のデモシュレータ
回路（５７）に接続されており、ジャイロ装置に入力し
た入力軸＜２−２＞方向の角速度Ωは、その大きさと方
向に対応した直流電圧として、デモシュレータ（５７）
より出力される。

なお、第１図におけるデモシュレータ回路（５７）と第
３図に示した従来の装置のデモシュレータ回路（１１）
との差は、第３図のデモシュレータ回路（１１）は、第
２図に示す本発明の非反転増幅回路（７０）がないとい
うことである。また、第１図の（５６）は、音叉（１）
を駆動するための交流電圧源であり、第３図の交流電圧
源（１０）と同一である。

なお、音叉＋］）の変位又は速度等を、温度変化等の外
乱に対して一定に保つためには、音叉（１）の変位を検
出して、電圧源（５６）の電圧を変化させるための制御
回路が必要であるが、このためには、第３図に示した、
駆動用の圧電素子（８−］ｊ。

（８−２）の他に、音叉（１）の撓み部（１２）。

（１−２）の夫々に、変位検出用の圧電素子（１２）を
設け、これ等圧電素子（１２）の出力を第２図に示す増
幅回路（７０）で増幅すると、角速度信号の場合と全く
同様に、耐ノイズ特性等を向」ニさせることができる。

従って、この様な場合には、プリント基板（５５）に、
増幅回路（７０）の他に、これと略々同一の音叉（１）
の変位増幅用増幅回路を設ければよい。この時、後者の
増幅回路の出力を第１図の破線で示す如く、電圧源（５
６）に供給し、それを制御する。

なお、上述の実施例では、筒状体（４１）をその外周に
於て弾性部材（５１）で支持したが、プリン１一基板（
５５）を筒状体（４１）の内部に内蔵させれば、この筒
状体（４１）を、第３図の如く、その両端で弾性部材（
５１）により、支持することも可能である。また、本実
施例では、音叉（１１を用いた振動ジャイロを例に挙げ
たが、角柱、Ｈ形形状等、他の形状の振動体を用いるジ
ャイロ装置についても、全く同様のことがいえる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、振動形ジャイロ装置の分解能を決定し
ているノイズを大幅に削減することができ、高性能なジ
ャイロ装置を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるジャイロ装置の一例の斜視図、第
２図はその非反転増幅回路の一例の接続図、第３図は従
来のジャイロ装置の一例の一部を除いた斜視図、第４図
は第３図に示した従来装置の動作説明用の路線図である
。 図に於て、（１）は音叉、（３）はヒンジ、（７−１）
。 （７−２）、（８−１）及び（８−２＞は圧電素子、（
９）は取付基台、（１０）、　（５６）は交流電圧源、
（１１）　。 （５７）はデモシュレータ、（４１）は筒状体、（５０
）は取付台、（５１）は弾性部材、（５２）は支持板、
（５４）はリードピン、（５５）はプリント基板、（７
０）は非反転増幅回路を夫々示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、振動体、該振動体を駆動する駆動手段、上記振動体
   に加わる角速度により生ずる該振動体の振動面に垂直に
   作用するコリオリの力を検出する検出手段より成る角速
   度信号発生部と、該角速度信号発生部よりの信号を処理
   して角速度を出力する角速度出力部とより成る振動形ジ
   ャイロ装置において、上記角速度出力部の一部または全
   てを上記角速度信号発生部と一体に設置したことを特徴
   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於
   て、上記駆動手段の一部を上記角速度信号発生部と一体
   に設置したことを特徴とする。