JPH03214013A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JPH03214013A JPH03214013A JP2008603A JP860390A JPH03214013A JP H03214013 A JPH03214013 A JP H03214013A JP 2008603 A JP2008603 A JP 2008603A JP 860390 A JP860390 A JP 860390A JP H03214013 A JPH03214013 A JP H03214013A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric element
- angular velocity
- tuning fork
- elastic
- velocity sensor
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- 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
- G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- 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
本発明はジャイロスコープ、とくに圧電素子振動を用い
た角速度センサに関する。
た角速度センサに関する。
従来の技術
従来、ジャイロスコープを用いた慣性航法装置として飛
行機、船舶のような移動する物体の方位を知る手段とし
て主に機械式の回転ジャイロが使われている。
行機、船舶のような移動する物体の方位を知る手段とし
て主に機械式の回転ジャイロが使われている。
これは安定した方位が得られるが機械式であることから
装置が大がかりであり、コストも高く、小型化が望まれ
る機器への応用は困難である。
装置が大がかりであり、コストも高く、小型化が望まれ
る機器への応用は困難である。
一方、回転力を使わずに物体を振動させて振動された検
知素子から「コリオリの力Ｊを検出する振動型角速度セ
ンサがある。多くは圧電式と電磁式のメカニズムを採用
している構造のものである。
知素子から「コリオリの力Ｊを検出する振動型角速度セ
ンサがある。多くは圧電式と電磁式のメカニズムを採用
している構造のものである。
これらはジャイロを構成する質量の運動が一定速度の運
動ではなく振動になっている。したがって角速度が加わ
った場合、「コリオリの力１は、質量の振動数と等しい
振動数の振動トルクとして生じるものである。このトル
クによる振動を検出することによって角速度を測定する
のが振動型角速度センサの原理であり、とくに圧電体を
用いたセンサが多く考案されている。（日本航空宇宙学
会誌第２３巻第２５７号３３９−３５０ページ）角速度
センサの組み立てをはじめ、多（の電子部品などの組立
、実装の過程ではんだ付け、接着を問わず、面接合が行
われている。
動ではなく振動になっている。したがって角速度が加わ
った場合、「コリオリの力１は、質量の振動数と等しい
振動数の振動トルクとして生じるものである。このトル
クによる振動を検出することによって角速度を測定する
のが振動型角速度センサの原理であり、とくに圧電体を
用いたセンサが多く考案されている。（日本航空宇宙学
会誌第２３巻第２５７号３３９−３５０ページ）角速度
センサの組み立てをはじめ、多（の電子部品などの組立
、実装の過程ではんだ付け、接着を問わず、面接合が行
われている。
従来、面接合の際、面接合される２つの被接合部材の間
に接合剤を置き、２つの被接合部材の外側から加圧しな
がら、接合剤を接合面全体に行き渡らせるようにしてい
た。
に接合剤を置き、２つの被接合部材の外側から加圧しな
がら、接合剤を接合面全体に行き渡らせるようにしてい
た。
上記の原理に基づ〈従来の角速度センサの構造を第４図
に示す、第４図に示すように、検知用圧電素子２１と駆
動用圧電素子２２は接合部材２６で接合され電極ブロッ
ク２３により、この接合された素子の一対を音叉構造に
接合している。また図中の４は支持棒、５はベースであ
る。上記構成の製造過程で駆動用圧電素子２２と電極ブ
ロック２３とを面接合する必要があり、はんだ付けで接
合していた。
に示す、第４図に示すように、検知用圧電素子２１と駆
動用圧電素子２２は接合部材２６で接合され電極ブロッ
ク２３により、この接合された素子の一対を音叉構造に
接合している。また図中の４は支持棒、５はベースであ
る。上記構成の製造過程で駆動用圧電素子２２と電極ブ
ロック２３とを面接合する必要があり、はんだ付けで接
合していた。
駆動用圧電素子２２と電極ブロンク２３とは、接合面で
の幅は等しく、はんだ付けは、一対の駆動用圧電素子２
２と電極ブロック２３との間にそれぞれはんだを置き、
一対の駆動用圧電素子２２の外側から加圧しながら、電
極ブロンク２３を加熱するという方法を用いていた。
の幅は等しく、はんだ付けは、一対の駆動用圧電素子２
２と電極ブロック２３との間にそれぞれはんだを置き、
一対の駆動用圧電素子２２の外側から加圧しながら、電
極ブロンク２３を加熱するという方法を用いていた。
以上のように構成された従来の角速度センサを動作させ
るには、まず一対の駆動用圧電素子２２を駆動するため
に対向している面を共通電極としてそれぞれ外側の電極
面との間に交流信号をかける。
るには、まず一対の駆動用圧電素子２２を駆動するため
に対向している面を共通電極としてそれぞれ外側の電極
面との間に交流信号をかける。
信号を印加された駆動用圧電素子２２は電極プロｙり２
３を中心にして対称な振動を始める、いわゆる音叉振動
である。
３を中心にして対称な振動を始める、いわゆる音叉振動
である。
速度υで振動している検知用圧電素子２１に角速度ωの
回転が加わると、検知用圧電素子２１にはｒコリオリの
力１が生ずる。この「コリオリの力Ｊは速度υに垂直で
大きさは２ｍｕωである。（ｍは検知用圧電素子２１の
先端の等価質量である。）音叉素子は音叉振動をしてい
るので、ある時点で一方の検知用圧電素子２１が速度υ
で振動しているとすれば、他方の検知用圧電素子２１は
速度−〇で振動しており「コリオリの力Ｊは一２ｍυω
である。一対の検知用圧電素子２１には、互いに逆向き
のｒコリオリの力ｊが働き、互いに逆向きの方向に変形
し、素子表面には圧電効果によって電荷が生じる。一対
のセンサ素子はｒコリオリの力ｊによる発生電荷が、互
いに加算されるように結線されている。
回転が加わると、検知用圧電素子２１にはｒコリオリの
力１が生ずる。この「コリオリの力Ｊは速度υに垂直で
大きさは２ｍｕωである。（ｍは検知用圧電素子２１の
先端の等価質量である。）音叉素子は音叉振動をしてい
るので、ある時点で一方の検知用圧電素子２１が速度υ
で振動しているとすれば、他方の検知用圧電素子２１は
速度−〇で振動しており「コリオリの力Ｊは一２ｍυω
である。一対の検知用圧電素子２１には、互いに逆向き
のｒコリオリの力ｊが働き、互いに逆向きの方向に変形
し、素子表面には圧電効果によって電荷が生じる。一対
のセンサ素子はｒコリオリの力ｊによる発生電荷が、互
いに加算されるように結線されている。
ここでυは音叉振動によって生じる速度であり、音叉振
動速度が υ＝ Ｕ ｏ ’ Ｓｉｎ ωｏｔυ・ ：音叉振
動速度振幅 ω。：音叉振動の角周期 であるとすればｒコリオリの力ｊは Ｆ ｃｗ２ｒｎ−υ＠ Ｈω・ｓｉｎ （ｃｌｏｔと
なり角速度ωおよび、音叉振動速度υ。に比例しており
、検知用圧電素子２１をそれぞれ面方向に変形させる力
となる。したがって検知用圧電素子２１の表面電荷量Ｑ
ｃは ＱｃｃＸ：ｕｏ−ω−５ｉｎ ｔａｏＬとなり音叉振動
速度振幅υ０が一定にコントロールされているとすれば Ｑｃｏｃω１ｓｉｎ ωｏ ｔ となり検知用圧電素子２１に発生する表面！荷量Ｑは角
速度ωに比例した出力として得られる。
動速度が υ＝ Ｕ ｏ ’ Ｓｉｎ ωｏｔυ・ ：音叉振
動速度振幅 ω。：音叉振動の角周期 であるとすればｒコリオリの力ｊは Ｆ ｃｗ２ｒｎ−υ＠ Ｈω・ｓｉｎ （ｃｌｏｔと
なり角速度ωおよび、音叉振動速度υ。に比例しており
、検知用圧電素子２１をそれぞれ面方向に変形させる力
となる。したがって検知用圧電素子２１の表面電荷量Ｑ
ｃは ＱｃｃＸ：ｕｏ−ω−５ｉｎ ｔａｏＬとなり音叉振動
速度振幅υ０が一定にコントロールされているとすれば Ｑｃｏｃω１ｓｉｎ ωｏ ｔ となり検知用圧電素子２１に発生する表面！荷量Ｑは角
速度ωに比例した出力として得られる。
発明が解決しようとする課題
ところが、従来の１１８ｉブロツク２３いわゆる、弾性
接合部材の厚みが大きい（すなわち保持する深さが大き
い場合）と、駆動用圧電素子２２の振動を保持している
部分が多いため妨げることになり、すなわち角速度セン
サの共振インピーダンスを低く抑えることができなくな
ってしまう。共振インピーダンスは低いほうが望ましく
、高ければ一定振幅を得るためには駆動電圧を高めねば
ならず、電源電圧を高くしなければならない。また共握
インピーダンスの高い角速度センサは最終出力が不安定
な傾向がある。
接合部材の厚みが大きい（すなわち保持する深さが大き
い場合）と、駆動用圧電素子２２の振動を保持している
部分が多いため妨げることになり、すなわち角速度セン
サの共振インピーダンスを低く抑えることができなくな
ってしまう。共振インピーダンスは低いほうが望ましく
、高ければ一定振幅を得るためには駆動電圧を高めねば
ならず、電源電圧を高くしなければならない。また共握
インピーダンスの高い角速度センサは最終出力が不安定
な傾向がある。
また、逆に弾性接合部材の厚みが小さくしすぎると、保
持部分が小さくなり音叉を構成するための半田付は強度
が充分得られず、半田付は状態が不安定になって保持が
不充分になってしまうために、これもまた共振インピー
ダンスを高めてしまうことになる。
持部分が小さくなり音叉を構成するための半田付は強度
が充分得られず、半田付は状態が不安定になって保持が
不充分になってしまうために、これもまた共振インピー
ダンスを高めてしまうことになる。
本発明は上記課題に留意し、共振インビーダンスを低め
、高効率な駆動ができる角速度センサを提供しようとす
るものである。
、高効率な駆動ができる角速度センサを提供しようとす
るものである。
課題を解決するための手段
上記目的を達成するために本発明は、駆動用圧電素子と
検知用圧電素子とを接合部材を介して互いに直交接続し
てセンサ直交素子を構成するとともに、このセンサ素子
の一対を駆動用圧電素子の端部で弾性接合部材にて接合
して音叉素子として構成する。この音叉素子の弾性接合
部材と駆動用圧電素子との接合面において厚み方向すな
わち、音叉構造としての弾性接合部材の保持深さを構成
する一辺の長さは、幅方向すなわち、弾性接合部材の保
持面の他の辺の長さの３０％〜７０％である構成とした
ものである。
検知用圧電素子とを接合部材を介して互いに直交接続し
てセンサ直交素子を構成するとともに、このセンサ素子
の一対を駆動用圧電素子の端部で弾性接合部材にて接合
して音叉素子として構成する。この音叉素子の弾性接合
部材と駆動用圧電素子との接合面において厚み方向すな
わち、音叉構造としての弾性接合部材の保持深さを構成
する一辺の長さは、幅方向すなわち、弾性接合部材の保
持面の他の辺の長さの３０％〜７０％である構成とした
ものである。
作用
上記構成の本発明の角速度センサは駆動用圧電素子を保
持する弾性接合部材との接合面積が強度な安定するに充
分であるとともに、駆動用圧電素子の振動を疎外するよ
うな、不必要に大きな接合面積でなく特性の安定した共
振インピーダンスが低く、高効率な角速度センサを得る
ことが可能となる。
持する弾性接合部材との接合面積が強度な安定するに充
分であるとともに、駆動用圧電素子の振動を疎外するよ
うな、不必要に大きな接合面積でなく特性の安定した共
振インピーダンスが低く、高効率な角速度センサを得る
ことが可能となる。
実施例
以下、本発明の一実施例について、第１図、第２図、第
３図を参照しながら説明する。
３図を参照しながら説明する。
第１図に示すように、検知用圧電素子１と駆動用圧電素
子２とを接合部材３で振動方向が直交するように積み重
ねた酵素をで接合し、弾性接合部材４でこの接合した素
子の２組の駆動用圧電素子のおのおのの端部と接合し、
音叉構造に構成する。
子２とを接合部材３で振動方向が直交するように積み重
ねた酵素をで接合し、弾性接合部材４でこの接合した素
子の２組の駆動用圧電素子のおのおのの端部と接合し、
音叉構造に構成する。
これを支持棒５にてベース６に支持固定する。電気的に
はリードピン（萄よりリード線８を介して駆動用圧電素
子２２の電極７ｂ（反対面の電極および対称にあるもう
一つの駆動用圧電素子の電極は図示していない）に交流
電圧が印加され、駆動用圧電素子２２が振動し、いわゆ
る音叉振動が起こる。
はリードピン（萄よりリード線８を介して駆動用圧電素
子２２の電極７ｂ（反対面の電極および対称にあるもう
一つの駆動用圧電素子の電極は図示していない）に交流
電圧が印加され、駆動用圧電素子２２が振動し、いわゆ
る音叉振動が起こる。
この駆動用圧電素子２２と直交接続されている検知用圧
電素子２１もそれにともない振動することになる。この
音叉振動で生じる速度をυとして検知用圧電素子２１に
発生する角速度に比例した出力が得られる原理は従来例
で示したものと同しなので省略する。
電素子２１もそれにともない振動することになる。この
音叉振動で生じる速度をυとして検知用圧電素子２１に
発生する角速度に比例した出力が得られる原理は従来例
で示したものと同しなので省略する。
第２図は弾性接合部材４の駆動用圧電素子２２との接触
面１１を示しており、ａは厚み方向すなわち、駆動用圧
電素子２２を保持する深さに相当する長さ、ｂは幅方向
すなわち保持面の他の辺の長さを示している０弾性接合
部材４には中央に空いたセンサ支持棒を挿入固定するた
めの穴１２がある。
面１１を示しており、ａは厚み方向すなわち、駆動用圧
電素子２２を保持する深さに相当する長さ、ｂは幅方向
すなわち保持面の他の辺の長さを示している０弾性接合
部材４には中央に空いたセンサ支持棒を挿入固定するた
めの穴１２がある。
以上のように構成された本実施例の角速度センサについ
て以下その関連動作を説明する。
て以下その関連動作を説明する。
第１図に示す、音叉構造体を駆動用圧電素子２２のおの
おの両面に設けられた電極に交流電圧を加えて振動させ
るが、そのときの共振インピーダンスが、弾性接合部材
４との接合面形状で変化する。
おの両面に設けられた電極に交流電圧を加えて振動させ
るが、そのときの共振インピーダンスが、弾性接合部材
４との接合面形状で変化する。
第２図に示した厚み方向の長さａと、幅方向の長さｂを
かえて、センサの共振インピーダンスとの関係を第３図
に示した。このように、ａ ／ ｂの比が小さい、すな
わち厚み方１ｉｉ１（保持深さ）が小さいときは保持が
不安定となり、また、ａ ／ ｂが大きすぎる、すなわ
ち厚み方向（保持深さ）が大きいと、保持面積が大きす
ぎ、駆動用圧電素子２２の振動が抑えられ、共振インピ
ーダンスが高くなる。
かえて、センサの共振インピーダンスとの関係を第３図
に示した。このように、ａ ／ ｂの比が小さい、すな
わち厚み方１ｉｉ１（保持深さ）が小さいときは保持が
不安定となり、また、ａ ／ ｂが大きすぎる、すなわ
ち厚み方向（保持深さ）が大きいと、保持面積が大きす
ぎ、駆動用圧電素子２２の振動が抑えられ、共振インピ
ーダンスが高くなる。
上記の実験により、この中間に最適条件がありａ／ｂ（
％）が３０％〜７０％であれば共振インピーダンス３０
にΩ以下となり、安定した特性が得られる。
％）が３０％〜７０％であれば共振インピーダンス３０
にΩ以下となり、安定した特性が得られる。
発明の効果
以上の実施例の説明より明らかなように本発明は、弾性
接合部材と駆動用圧電素子との接合面において厚み方向
の長さは幅方向の長さの３０％〜７０％であることによ
り、駆動用圧電素子と弾性接合部材の接合強度が安定し
、かつ、駆動用圧電素子の振動を疎外することのないた
め、共振インピーダンスが低（、低電圧で駆動でき特性
の安定した角速度センサを得ることが可能となる。
接合部材と駆動用圧電素子との接合面において厚み方向
の長さは幅方向の長さの３０％〜７０％であることによ
り、駆動用圧電素子と弾性接合部材の接合強度が安定し
、かつ、駆動用圧電素子の振動を疎外することのないた
め、共振インピーダンスが低（、低電圧で駆動でき特性
の安定した角速度センサを得ることが可能となる。
第１図は本発明の一実施例の角速度センサの外対する厚
み方向の長さの比と、それぞれの角速度センサの共振イ
ンピーダンスとの関係を示す特性図、第４図は従来の角
速度センサの側面図である。 １・・・・・・検知用圧電素子、２・・・・・・駆動用
圧電素子、３・・・・・・接合部材、４・・・・・・弾
性接合部材、５・・・・・・支持棒、１１・・・・・・
駆動用圧電素子と弾性接合部材との接合面。
み方向の長さの比と、それぞれの角速度センサの共振イ
ンピーダンスとの関係を示す特性図、第４図は従来の角
速度センサの側面図である。 １・・・・・・検知用圧電素子、２・・・・・・駆動用
圧電素子、３・・・・・・接合部材、４・・・・・・弾
性接合部材、５・・・・・・支持棒、１１・・・・・・
駆動用圧電素子と弾性接合部材との接合面。
Claims (1)
- 駆動用圧電素子と、検知用圧電素子と、前記２つの圧電
素子を接合する接合部材と、前記接合された素子を接合
して音叉構造とする弾性接合部材とを具備し、前記駆動
用圧電素子と前記検知用圧電素子を振動方向が直交する
よう積み上げて、前記接合部材で接合し、前記接合され
た素子の一対を前記駆動用圧電素子の端部で前記弾性接
合部材により接合して音叉構造とするとともに、前記弾
性接合部材と前記駆動用圧電素子の接合面の保持深さを
構成する一辺の長さが、前記接合面の残る一辺であり、
保持の幅を構成する一辺の長さの３０〜７０％である角
速度センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008603A JP2734155B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 角速度センサ |
| US07/643,115 US5212985A (en) | 1990-01-18 | 1991-01-18 | Angular rate sensor having a tuning-fork structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008603A JP2734155B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 角速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03214013A true JPH03214013A (ja) | 1991-09-19 |
| JP2734155B2 JP2734155B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=11697540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008603A Expired - Fee Related JP2734155B2 (ja) | 1990-01-18 | 1990-01-18 | 角速度センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5212985A (ja) |
| JP (1) | JP2734155B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69331116T2 (de) * | 1993-02-03 | 2002-03-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Drehratensensor und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US5802684A (en) * | 1993-09-14 | 1998-09-08 | Nikon Corporation | Process for producing a vibration angular-velocity sensor |
| JP3714974B2 (ja) * | 1993-12-16 | 2005-11-09 | 株式会社デンソー | 振動型角速度検出装置 |
| JP3387199B2 (ja) * | 1994-04-21 | 2003-03-17 | 松下電器産業株式会社 | 角速度センサ装置 |
| US5698784A (en) * | 1996-01-24 | 1997-12-16 | Gyration, Inc. | Vibratory rate gyroscope and methods of assembly and operation |
| US6101878A (en) * | 1997-03-24 | 2000-08-15 | Denso Corporation | Angular rate sensor and method of improving output characteristic thereof |
| US6595054B2 (en) | 2001-05-14 | 2003-07-22 | Paroscientific, Inc. | Digital angular rate and acceleration sensor |
| US6972619B2 (en) | 2002-12-17 | 2005-12-06 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Amplifier with a gain proportional to power source voltage |
| CN101535801A (zh) * | 2006-11-10 | 2009-09-16 | 皇家飞利浦电子股份有限公司 | 用于光声检测器的振荡器元件 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4628734A (en) * | 1982-01-21 | 1986-12-16 | Watson Industries, Inc. | Angular rate sensor apparatus |
| CA1234705A (en) * | 1984-03-22 | 1988-04-05 | Suzushi Kimura | Angular velocity sensor |
| US5014554A (en) * | 1989-04-14 | 1991-05-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Angular rate sensor |
-
1990
- 1990-01-18 JP JP2008603A patent/JP2734155B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-01-18 US US07/643,115 patent/US5212985A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2734155B2 (ja) | 1998-03-30 |
| US5212985A (en) | 1993-05-25 |
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