JPH03276012A - angular velocity sensor - Google Patents
angular velocity sensorInfo
- Publication number
- JPH03276012A JPH03276012A JP2077850A JP7785090A JPH03276012A JP H03276012 A JPH03276012 A JP H03276012A JP 2077850 A JP2077850 A JP 2077850A JP 7785090 A JP7785090 A JP 7785090A JP H03276012 A JPH03276012 A JP H03276012A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angular velocity
- piezoelectric
- detection
- piezoelectric element
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
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、特に圧電素子振動を用いた
角速度センサに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a gyroscope, and particularly to an angular velocity sensor using vibration of a piezoelectric element.
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方法とし
て機械式の回転ジャイロが主に使われている。BACKGROUND OF THE INVENTION Conventionally, a mechanical rotary gyro has been mainly used as an inertial navigation device using a gyroscope to determine the direction of a moving object such as an airplane or a ship.
これは安定した方位が得られるが、機械式であることか
ら装置が犬がかりであり、コストも高く、小型化が望捷
れる機器への応用は困難である。Although this method can provide stable orientation, since it is mechanical, the device is labor intensive and expensive, and it is difficult to apply it to equipment that is desired to be miniaturized.
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」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。従って角速度が加わった場合、コリオリの力は、
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、特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267号339−36
0ページ)。On the other hand, there is a vibration-type angular velocity sensor that vibrates an object without using rotational force and detects the "Coriolis force" from the vibrated sensing element. Many of these structures employ piezoelectric and electromagnetic mechanisms. In these cases, the mass that makes up the gyro does not move at a constant speed, but instead vibrates. Therefore, when angular velocity is applied, the Coriolis force is
It is generated as a vibration torque with a frequency equal to the frequency of the mass. The principle of a vibration-type angular velocity sensor is to measure angular velocity by detecting vibrations caused by this torque, and in particular, many sensors using piezoelectric materials have been devised (Journal of the Japan Society for Aeronautics and Astronautics, Vol. 23, No. 267, 339). -36
0 pages).
上記の原理に基づく、角速度センサの構造を第2図に示
す。第2図において、1は検知用圧電素子、2は結合部
材、3は駆動用圧電素子であり、この駆動用圧電素子3
と検知用圧電素子1とを結合部材2によう互いに直交さ
せて接合、することによりセンサ素子が構成されている
。そして、この一対のセンサ素子を、前記駆動用圧電素
子3の端部において、弾性結合部材4によシ音叉構造と
なるように接合することにより、音叉素子が構成されて
いる。さらに、この音叉素子は、弾性結合部材4のほぼ
中心部に一端が結合される支持ピン5により支持されて
ベース6上に取付けられている。FIG. 2 shows the structure of an angular velocity sensor based on the above principle. In FIG. 2, 1 is a detection piezoelectric element, 2 is a coupling member, and 3 is a drive piezoelectric element.
A sensor element is constructed by joining a detection piezoelectric element 1 and a detection piezoelectric element 1 to a joining member 2 so as to be orthogonal to each other. A tuning fork element is constructed by joining this pair of sensor elements to an elastic coupling member 4 at the end of the driving piezoelectric element 3 so as to form a tuning fork structure. Further, this tuning fork element is mounted on a base 6 while being supported by a support pin 5 whose one end is connected to approximately the center of the elastic coupling member 4.
7は駆動用圧電素子3の両面に相対するように形成した
駆動用電極、8はこの駆動用電極7の外側に配設される
ように駆動用圧電素子3に形成した信号引出線で、前記
検知用圧電素子1の電極からのリード引出しを行うため
のものである。Reference numeral 7 denotes a driving electrode formed to face both sides of the driving piezoelectric element 3; 8 denotes a signal leader line formed on the driving piezoelectric element 3 so as to be disposed outside the driving electrode 7; This is for drawing out leads from the electrodes of the detection piezoelectric element 1.
9はこの駆動用電極7、信号引出線8とベース6に植設
したリードピン10とを接続するリードワイヤである。Reference numeral 9 denotes a lead wire that connects the driving electrode 7, the signal lead wire 8, and the lead pin 10 implanted in the base 6.
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、1ず一対の駆動用圧電素子3を駆動するために
、対向している内側の面を共通電極とし、それぞれ外側
の面の駆動用電極7との間に交流信号を印加する。信号
を印加された駆動用圧電素子3は弾性結合部材4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。To operate the conventional angular velocity sensor configured as described above, first, in order to drive the pair of drive piezoelectric elements 3, the opposing inner surfaces are used as a common electrode, and the outer surfaces are driven respectively. An alternating current signal is applied between the electrode 7 for use. The drive piezoelectric element 3 to which the signal has been applied begins to vibrate symmetrically about the elastic coupling member 4 . This is what is called tuning fork vibration.
速度Vで振動している検知用圧電素子1に角速度ωの回
転が加わると、検知用圧電素子1には「コリオリの力」
が生ずる。この「コリオリの力」は速度Vに垂直で大き
さは2m+17ωである。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1が速度Vで振動してい
るとすれば、他方の検知用圧電素子1は速度−Vで振動
してかり、「コリオリの力」は−2mVωである。一対
の検知用圧電素子1には、互いに′逆向きの「コリオリ
の力」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「コリオリの力」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。When a rotation with an angular velocity ω is applied to the detection piezoelectric element 1 which is vibrating at a speed V, a "Coriolis force" is applied to the detection piezoelectric element 1.
occurs. This "Coriolis force" is perpendicular to the velocity V and has a magnitude of 2m+17ω. Since the tuning fork is vibrating, if one of the sensing piezoelectric elements 1 is vibrating at a speed of V at a certain point, the other sensing piezoelectric element 1 is vibrating at a speed of -V, resulting in the "Coriolis force' is −2 mVω. Coriolis forces acting in opposite directions act on the pair of detection piezoelectric elements 1, causing them to deform in opposite directions, and charges are generated on the surfaces of the elements due to the piezoelectric effect. The pair of sensor elements are wired so that charges generated by the "Coriolis force" are added to each other.
それゆえ、とのセンサに角速度以外の並進運動を与えて
も一対の検知用圧電素子1の表面には同極性の電荷が生
ずるため、互いに打ち消しあって出力は出ないように構
成されている。Therefore, even if a translational motion other than angular velocity is applied to the sensor, charges of the same polarity will be generated on the surfaces of the pair of detection piezoelectric elements 1, so that they will cancel each other out and no output will be produced.
ここでマは音叉振動によって生じる速度であり、音叉振
動速度が
マ=v −5inωot
vo:音叉振動速度振幅
ω。:音叉振動の角周期
であるとすれば、「コリオリの力」は、FC=21トマ
o・ω−!ilnωotとなり、角速度ω及び音叉振動
速度マ。に比例しており、検知用圧電素子1をそれぞれ
面方向に変形させる力となる。従って、検知用圧電素子
1の表面電荷量Q0は
Qcoc”la −to ・Sin ωotとなう、音
叉振動速度振幅V。が一定にコントロールされていると
すれば、
Qcocω・sin (L+ot
となシ、検知用圧電素子1に発生する表面電荷量Qは角
速度ωに比例した出力として得られる。Here, Ma is the speed caused by tuning fork vibration, and the tuning fork vibration speed is Ma=v −5 inωot vo: tuning fork vibration speed amplitude ω. :If it is the angular period of the tuning fork vibration, then the "Coriolis force" is FC=21 tomao・ω−! ilnωot, the angular velocity ω and the tuning fork vibration velocity ma. It is proportional to , and becomes a force that deforms the detection piezoelectric element 1 in the plane direction. Therefore, the surface charge amount Q0 of the detection piezoelectric element 1 is Qcoc''la −to ·Sin ωot, and if the tuning fork vibration velocity amplitude V is controlled to be constant, then Qcocω ·sin (L+ot). , the amount of surface charge Q generated on the detection piezoelectric element 1 is obtained as an output proportional to the angular velocity ω.
曾た、駆動用圧電素子3上の駆動用電極5a。Also, the driving electrode 5a on the driving piezoelectric element 3.
6bには、駆動用圧電素子3の変形に応じて電荷が発生
するが、駆動用電極6aと駆動用電極6bとはその形状
を対称にし、面積を等しくしているので、発生電荷は等
しいから、差動入力により、信号処理することで、発生
電荷をキャンセルしている。Charges are generated in 6b according to the deformation of the drive piezoelectric element 3, but since the drive electrodes 6a and 6b are symmetrical in shape and have the same area, the generated charges are equal. , the generated charge is canceled by signal processing using differential input.
発明が解決しようとする課題
上記の構成による角速度センサには、下記のような課題
があった。Problems to be Solved by the Invention The angular velocity sensor having the above configuration has the following problems.
結線に際して、ワイヤボンディング法により行う場合に
は、素子を保持するためのバックアップ等が必要で、特
に検知用圧電バイモルフ素子等に並列型のバイモルフを
用いる角速度センサを実現する場合など、ワイヤボンデ
ィング法では自動化が困難であった。また、ワイヤは、
その細さが有限であることから、必ず振動を阻害する。When connecting wires using the wire bonding method, a backup device is required to hold the element. Especially when realizing an angular velocity sensor that uses a parallel bimorph for a piezoelectric bimorph element for detection, etc., the wire bonding method It was difficult to automate. Also, the wire
Because its thinness is finite, it always inhibits vibration.
従って、音叉振動の安定した駆動を実現するための障害
ともなっていた。Therefore, this has also been an obstacle to realizing stable driving of tuning fork vibration.
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、このような
問題点を解決できる角速度センサを得ることを目的とし
ている。The present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to obtain an angular velocity sensor that can solve these problems.
課題を解決するための手段
本発明は上記問題点を解決するために、駆動用圧電素子
の電極と検知用圧電素子電極の結線に導電ペーストによ
る電極を用いたものである。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present invention uses electrodes made of conductive paste to connect the electrodes of the drive piezoelectric element and the detection piezoelectric element electrodes.
作用
上記の構成により量産性に富み、出力を安定させ、耐振
性を上げることが可能となる。Effect: The above-mentioned configuration facilitates mass production, stabilizes output, and improves vibration resistance.
実施例
第1図は本発明による角速度センサの一実施例を示す構
造図である。第1図において、11は検知用圧電バイモ
ルフ素子、12は結合部材、13は駆動用圧電バイモル
フ素子であり、この駆動用圧電バイモルフ素子13と検
知用圧電バイモルフ素子11とを結合部材12によシ互
いに直交させて接合することによυセンサ素子が構成さ
れている。そして、この一対のセンサ素子を、前記駆動
用圧電バイモルフ素子13の端部において、セラミック
よりなる結合部材14によシ音叉構造となるように、結
合部材14の凹部に端・部を嵌合して接合することによ
り、音叉素子が構成されている。Embodiment FIG. 1 is a structural diagram showing an embodiment of an angular velocity sensor according to the present invention. In FIG. 1, 11 is a piezoelectric bimorph element for detection, 12 is a coupling member, and 13 is a piezoelectric bimorph element for drive. A υ sensor element is constructed by joining them orthogonally to each other. Then, the ends and portions of the pair of sensor elements are fitted into the recesses of the coupling member 14 made of ceramic at the ends of the driving piezoelectric bimorph element 13 so as to form a tuning fork structure. By joining them together, a tuning fork element is constructed.
さらに、この音叉素子は、結合部材14のほぼ中心部に
一端が結合される支持ピン16によう支持されてベース
16上に取付けられている。Furthermore, this tuning fork element is mounted on the base 16 while being supported by a support pin 16 whose one end is connected to approximately the center of the coupling member 14.
17は駆動用圧電バイモルフ素子130両面に相対する
ように形成した駆動用電極、18はこの駆動用電極17
の外側に配設されるように駆動用圧電バイモルフ素子1
3に形成した信号引出線で、前記検知用圧電バイモルフ
素子11の電極からのリード引出しを行うためのもので
ある。Reference numeral 17 indicates a drive electrode formed to face both sides of the drive piezoelectric bimorph element 130, and 18 indicates this drive electrode 17.
The driving piezoelectric bimorph element 1 is arranged outside the
3 is used to lead out the lead from the electrode of the piezoelectric bimorph element 11 for detection.
19はこの駆動用電極17、信号引出線18とペー、ス
16に植設したり一ドピン2oとを接続するリードワイ
ヤである。Reference numeral 19 denotes a lead wire that is implanted in the driving electrode 17, the signal lead line 18, and the pin 16, or connects the lead pin 2o.
ここで、結合部材12の外表面には、銀ペーストの焼付
けによる引出電極21が設けられ、この引出電極21に
より検知用圧電バイモルフ素子11の電極と駆動用圧電
バイモルフ素子13に設けた信号引出線18とが接続さ
れている。Here, an extraction electrode 21 is provided on the outer surface of the coupling member 12 by baking silver paste, and this extraction electrode 21 connects the electrode of the piezoelectric bimorph element 11 for detection and the signal extraction line provided to the piezoelectric bimorph element 13 for driving. 18 are connected.
豊た、結合部材14の上面および側面には、銀ペースト
の焼付けによる引出電極22が設けられ、この引出電極
22により駆動用圧電バイモルフ素子13の電極および
信号引出線18とり一ドワイヤ19とが接続されている
。A lead electrode 22 is provided on the top and side surfaces of the coupling member 14 by baking silver paste, and the lead electrode 22 connects the electrode of the driving piezoelectric bimorph element 13 and the signal lead wire 18 to the single wire 19. has been done.
なお、11a、13aはそれぞれ検知用圧電バイモルフ
素子11、駆動用圧電バイモルフ素子13の中間電極で
ある。Note that 11a and 13a are intermediate electrodes of the piezoelectric bimorph element 11 for detection and the piezoelectric bimorph element 13 for drive, respectively.
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
て以下その動作を説明する。The operation of the angular velocity sensor of this embodiment configured as described above will be explained below.
角速度検出の原理は、従来例と同じなので省略する。The principle of angular velocity detection is the same as the conventional example, so a description thereof will be omitted.
結合部材14をセラミックで構成したことにより、音叉
素子からのリードワイヤ19の引出し用の電極を結合部
材14から行うことができる。Since the coupling member 14 is made of ceramic, an electrode for leading out the lead wire 19 from the tuning fork element can be provided from the coupling member 14.
検知用圧電バイモルフ素子11と駆動用圧電バイモルフ
素子13の信号引出線18との結線や、リードワイヤ1
9と駆動用圧電バイモルフ素子13との結線に焼付は銀
ペーストを用いている。The connection between the detection piezoelectric bimorph element 11 and the drive piezoelectric bimorph element 13 with the signal lead wire 18 and the lead wire 1
9 and the drive piezoelectric bimorph element 13 are baked using silver paste.
銀ペーストは銀80係で、ガラスと酸化物併用のミック
スボンドタイプを用いている。検知用圧電バイモルフ素
子11と駆動用圧電バイモルフ素子13の信号引出M1
8との結線においては、ボンディングワイヤのような可
動物はなく安定した特性が得られる、また導電体を設け
た結合部材を用いる必要がなくコストダウンが計れる。The silver paste is 80% silver and is a mixed bond type that uses both glass and oxide. Signal extraction M1 of piezoelectric bimorph element 11 for detection and piezoelectric bimorph element 13 for drive
In the connection with 8, there is no movable part such as a bonding wire, so stable characteristics can be obtained, and there is no need to use a connecting member provided with a conductor, so costs can be reduced.
寸たり一ド引出し用電極と駆動用圧電バイモルフ素子1
3との結線においても、ワイヤボンディングの場合のバ
ックアップ等が必要なく、特に駆動用圧電バイモルフ素
子13等をパラレルコンタクトにした場合自動化が容易
となる。Extraction electrode and drive piezoelectric bimorph element 1
3, there is no need for backup in the case of wire bonding, and automation becomes easy, especially when the drive piezoelectric bimorph element 13 and the like are made into parallel contacts.
この実施例では、銀導電ペーストを用いたが、導電ペー
ストであれば、銀に限る必要はなく、銅ペースト、カー
ボンペースト等も可能である。Although silver conductive paste was used in this embodiment, it is not limited to silver as long as it is a conductive paste, and copper paste, carbon paste, etc. can also be used.
発明の詳細
な説明したように本発明によれば、導電ペーストを用い
て結線を行なうことで、リードワイヤをほとんどなくす
ことができ、安定した音叉振動を得ることができ、出力
が安定する。普た、リードワイヤ断線の危険性がなくな
る。しかも、微細配線が可能となシ、自動化が容易とな
う、量産性に富んだ角速度センサを得ることができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As described in detail, according to the present invention, by making connections using conductive paste, lead wires can be almost eliminated, stable tuning fork vibration can be obtained, and output can be stabilized. Additionally, the risk of lead wire breakage is eliminated. Furthermore, it is possible to obtain an angular velocity sensor that allows fine wiring, facilitates automation, and is highly mass-producible.
第1図は本発明の一実施例における角速度センサを示す
斜視図、第2図は従来の角速度センサを示す斜視図であ
る。
11・・・・・・検知用圧電バイモルフ素子、12゜1
4・・・・・・結合部材、13・・・・・・駆動用圧電
バイモルフ素子、21.22・・・・・・引出電極。FIG. 1 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a conventional angular velocity sensor. 11...Piezoelectric bimorph element for detection, 12゜1
4...Coupling member, 13...Piezoelectric bimorph element for drive, 21.22...Extracting electrode.
Claims (1)
互いに直交接続してセンサ素子を構成し、かつ前記駆動
用圧電素子の電極の一部を上記検知用圧電素子の信号線
として用いるとともに、この信号線と上記検知用圧電素
子とを結合部材上に設けた導電ペーストによる電極によ
り結線したことを特徴とする角速度センサ。A driving piezoelectric element and a sensing piezoelectric element are orthogonally connected to each other via a coupling member to constitute a sensor element, and a part of the electrode of the driving piezoelectric element is used as a signal line of the sensing piezoelectric element. An angular velocity sensor characterized in that the signal line and the detection piezoelectric element are connected by an electrode made of a conductive paste provided on a coupling member.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2077850A JPH03276012A (en) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | angular velocity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2077850A JPH03276012A (en) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | angular velocity sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03276012A true JPH03276012A (en) | 1991-12-06 |
Family
ID=13645534
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2077850A Pending JPH03276012A (en) | 1990-03-27 | 1990-03-27 | angular velocity sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03276012A (en) |
-
1990
- 1990-03-27 JP JP2077850A patent/JPH03276012A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2734155B2 (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH03276012A (en) | angular velocity sensor | |
| JPS60216210A (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH03120415A (en) | Vibration gyro | |
| JPH03214018A (en) | Angular-velocity sensor | |
| JPH05264282A (en) | Angular velosity sensor | |
| JP3310029B2 (en) | Vibrator | |
| JPS60239613A (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH03113374A (en) | Angular speed sensor | |
| JP2000283765A (en) | Tripod tuning fork vibrator and angular velocity sensor | |
| JPS61180107A (en) | Method for manufacturing angular velocity sensor element | |
| JPH0385410A (en) | angular velocity sensor | |
| JPH03214015A (en) | Angular-velocity sensor | |
| JPH0390813A (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH04203926A (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH09280867A (en) | Angular velocity sensor | |
| JPS60250207A (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH03214019A (en) | Angular-velocity sensor | |
| JPH04276558A (en) | Angular-velocity sensor | |
| JP3244925B2 (en) | Angular velocity / acceleration sensor | |
| JPS62229023A (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH07110337A (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH04208807A (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH04348219A (en) | Angular velocity sensor | |
| JPS60111110A (en) | Angular velocity sensor |