JPH04203927A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
- Publication number
- JPH04203927A JPH04203927A JP2334019A JP33401990A JPH04203927A JP H04203927 A JPH04203927 A JP H04203927A JP 2334019 A JP2334019 A JP 2334019A JP 33401990 A JP33401990 A JP 33401990A JP H04203927 A JPH04203927 A JP H04203927A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tuning fork
- angular velocity
- supporting
- velocity sensor
- absorbing material
- 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
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- 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、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。
角速度センサに関するものである。
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方法とし
て機械式の回転ジャイロが主に使用されている。
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用されている。
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。
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。
一方回転力を使わずに物体を振動させ、振動する検知素
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２５７号３３９−３５０
ページ）。
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２５７号３３９−３５０
ページ）。
発明が解決しようする課題
上記の原理に基づく構成にて、特願昭５９−１８５８２
５号に示される角速度センサが発明されているが、下記
のような課題があった。
５号に示される角速度センサが発明されているが、下記
のような課題があった。
角速度センサを搭載した機器のモーターの振動等による
外乱加速度が角速度センサに作用した時、角速度センサ
が並進加速度に対して、完全不感でないかぎり、外乱加
速度に応答して、角速度センサは誤差出力を発生する。
外乱加速度が角速度センサに作用した時、角速度センサ
が並進加速度に対して、完全不感でないかぎり、外乱加
速度に応答して、角速度センサは誤差出力を発生する。
これは、検知用圧電素子が基本的に加速度センサであり
、「コリオリの力」のみに選択的に感応するのではない
からである。
、「コリオリの力」のみに選択的に感応するのではない
からである。
検知用圧電素子からは、上述の振動型角速度センナの原
理に従い、角速度に応じた大きさの振動トルクが生じ、
それに応じた交流信号が出力される。この交流信号を同
期検波して直流信号に変換する。そのため加速度応答の
周波数成分は外乱加速度とは同期検波信号の周波数、即
ち、駆動周波数だけ差を持つ。従って、外乱加速度のう
ち特に加速度応答に影響があるのは、駆動周波数近傍の
周波数成分である。
理に従い、角速度に応じた大きさの振動トルクが生じ、
それに応じた交流信号が出力される。この交流信号を同
期検波して直流信号に変換する。そのため加速度応答の
周波数成分は外乱加速度とは同期検波信号の周波数、即
ち、駆動周波数だけ差を持つ。従って、外乱加速度のう
ち特に加速度応答に影響があるのは、駆動周波数近傍の
周波数成分である。
従来より、加速度応答を低減させるために、−対の検知
用圧電素子の感度を整合させキャンセル効果を持たせた
り、センサの保持を防振材を介して行なったり、支持体
の固有振動数を適切な値、例えば、音叉振動素子の駆動
周波数の１／２と１／３のほぼ中央の値に設定すること
で外乱加速度のセンスエレメントへの伝達を抑えたりし
ていた。しかし、加速度応答の低減は充分でなかった。
用圧電素子の感度を整合させキャンセル効果を持たせた
り、センサの保持を防振材を介して行なったり、支持体
の固有振動数を適切な値、例えば、音叉振動素子の駆動
周波数の１／２と１／３のほぼ中央の値に設定すること
で外乱加速度のセンスエレメントへの伝達を抑えたりし
ていた。しかし、加速度応答の低減は充分でなかった。
また、検知用圧電素子の厚み方向の加速度応答は、駆動
用圧電素子の厚み方向及び、検知軸方向の加速度応答に
比べ敏感であり、それゆえ、全方向の防振性能を高めた
り、取付は方向を規定する必要があった。
用圧電素子の厚み方向及び、検知軸方向の加速度応答に
比べ敏感であり、それゆえ、全方向の防振性能を高めた
り、取付は方向を規定する必要があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、外乱加速度
に対して耐性のある角速度センサを得ることを目的とし
ている。
に対して耐性のある角速度センサを得ることを目的とし
ている。
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、音叉振動素子を
ベース部材に支持接合する支持棒の周囲を振動吸収材に
て被覆し、支持体によりこの振動吸収材を介して前記支
持棒を支持補強する構造としたものである。
ベース部材に支持接合する支持棒の周囲を振動吸収材に
て被覆し、支持体によりこの振動吸収材を介して前記支
持棒を支持補強する構造としたものである。
作用
上記の構成により支持棒が外乱加速度により振動したと
き、振動吸収材は支持体に外周を固定されているので、
支持棒は振動吸収材を圧縮膨張させ、振動エネルギーは
熱エネルギーに変換され、振動は速やかに減衰するので
、外乱加速度に対して耐性のある角速度センサを得るこ
とができる。
き、振動吸収材は支持体に外周を固定されているので、
支持棒は振動吸収材を圧縮膨張させ、振動エネルギーは
熱エネルギーに変換され、振動は速やかに減衰するので
、外乱加速度に対して耐性のある角速度センサを得るこ
とができる。
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、１は検知用圧電素子、２
は駆動用圧電素子、３は電極ブロック、６は接合部材で
あり、検知用圧電素子１と駆動圧電素子２とは接合部材
６を介して互いにほぼ直交するように接合されてセンサ
素子が構成され、そして一対のセンサ素子は結合部材と
なる電極ブロック３により結合され音叉振動素子を構成
している。４は支持棒、５はベース、７は振動吸収材、
８は支持体であり、前記音叉振動素子は支持棒４を介し
てベース５に支持されており、支持棒４は、その下部は
、ベース５に植設され、その上部は、振動吸収材７を介
して支持体８により支持されている。
造図である。第１図において、１は検知用圧電素子、２
は駆動用圧電素子、３は電極ブロック、６は接合部材で
あり、検知用圧電素子１と駆動圧電素子２とは接合部材
６を介して互いにほぼ直交するように接合されてセンサ
素子が構成され、そして一対のセンサ素子は結合部材と
なる電極ブロック３により結合され音叉振動素子を構成
している。４は支持棒、５はベース、７は振動吸収材、
８は支持体であり、前記音叉振動素子は支持棒４を介し
てベース５に支持されており、支持棒４は、その下部は
、ベース５に植設され、その上部は、振動吸収材７を介
して支持体８により支持されている。
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
て以下その動作を説明する。
て以下その動作を説明する。
まず一対の駆動用圧電素子２を駆動するには対向してい
る面を共通電極としてそれぞれ外側の面との間に交流信
号をかける。信号を印加された駆動用圧電素子２は電極
ブロック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。以下角速度の検出は従来の技術の項で
示した通りなので省略する。
る面を共通電極としてそれぞれ外側の面との間に交流信
号をかける。信号を印加された駆動用圧電素子２は電極
ブロック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。以下角速度の検出は従来の技術の項で
示した通りなので省略する。
支持棒４は、鉄、コバルト、ニッケルの合金がらなって
おり、長さは４．５ｍ１１１．太さは０．６ｎ＋ｍで先
端に音叉振動素子を付した状態での固有振動数は、約４
００ ）１ｚであり、音叉振動素子の駆動周波数約１ｋ
Ｈｚの１／２と１／３のほぼ中央に値している。支持体
８は外形２鵬、内径１間、長さ４閣の金属の管である。
おり、長さは４．５ｍ１１１．太さは０．６ｎ＋ｍで先
端に音叉振動素子を付した状態での固有振動数は、約４
００ ）１ｚであり、音叉振動素子の駆動周波数約１ｋ
Ｈｚの１／２と１／３のほぼ中央に値している。支持体
８は外形２鵬、内径１間、長さ４閣の金属の管である。
振動吸収材７はシリコーンゲルであり、ジェル状態で支
持体８と支持棒４の間に注入し、加熱、ゲル化している
。支持棒４の回りに振動吸収材７．支持体８を付した状
態であっても、支持棒４の固有振動数は約４４０ ）１
ｚであり、音叉振動素子の駆動周波数の１／２と１／３
のほぼ中央に値しているので、その２次及び３次の高調
波成分が駆動周波数近傍の周波数とはならない。
持体８と支持棒４の間に注入し、加熱、ゲル化している
。支持棒４の回りに振動吸収材７．支持体８を付した状
態であっても、支持棒４の固有振動数は約４４０ ）１
ｚであり、音叉振動素子の駆動周波数の１／２と１／３
のほぼ中央に値しているので、その２次及び３次の高調
波成分が駆動周波数近傍の周波数とはならない。
第２図は、従来の角速度センサと本発明の一実施例にお
ける角速度センサの支持棒の共振周波数近傍の周波数で
の加振における加振強度に対する加速度応答を比較した
図である。従来のセンサでは波線で示すように０．７Ｇ
で弾性限界を超えて加速度応答が急激に増加するが本発
明の実施例におけるセンサでは実線で示すように少なく
とも３Ｇまでは弾性限界内であり、加速度応答は直線性
を保っている。またそのレベルも従来のセンサに比べて
約１／２であり、外乱加速度に対して耐性の向上したこ
とが示されている。
ける角速度センサの支持棒の共振周波数近傍の周波数で
の加振における加振強度に対する加速度応答を比較した
図である。従来のセンサでは波線で示すように０．７Ｇ
で弾性限界を超えて加速度応答が急激に増加するが本発
明の実施例におけるセンサでは実線で示すように少なく
とも３Ｇまでは弾性限界内であり、加速度応答は直線性
を保っている。またそのレベルも従来のセンサに比べて
約１／２であり、外乱加速度に対して耐性の向上したこ
とが示されている。
また、耐落下衝撃においても従来の角速度センサは、３
００Ｇで共振特性の劣化がみられたが、本発明の実施例
における角速度センサは１００ＯＧにおいても、共振特
性の劣化はみられなかった。
００Ｇで共振特性の劣化がみられたが、本発明の実施例
における角速度センサは１００ＯＧにおいても、共振特
性の劣化はみられなかった。
従来の角速度センサでは、落下衝撃により支持棒がたわ
み、音叉振動素子の先端が大きく変位し音叉振動素子を
収納しているケースに接触し、その衝撃が駆動用圧電素
子の付は根に集中し駆動用圧電素子を破壊するからであ
る。本発明の実施例において、耐落下衝撃性が向上した
のは、支持棒のたわみの最大量が支持体に困って規制さ
れるので音叉振動素子の振幅が少なくなるためである。
み、音叉振動素子の先端が大きく変位し音叉振動素子を
収納しているケースに接触し、その衝撃が駆動用圧電素
子の付は根に集中し駆動用圧電素子を破壊するからであ
る。本発明の実施例において、耐落下衝撃性が向上した
のは、支持棒のたわみの最大量が支持体に困って規制さ
れるので音叉振動素子の振幅が少なくなるためである。
発明の詳細
な説明したように本発明によれば、支持棒が外乱加速度
により振動したとき、振動吸収材は支持体に外周を固定
されているので、支持棒は振動吸収材を圧縮膨張させ、
振動エネルギーは熱エネルギーに変換され、振動は速や
かに減衰するので、外乱加速度に対して耐性のある角速
度センサを得ることができる。また、支持棒のたわみの
最大量が規制されるので耐落下衝撃性の優れた角速度セ
ンサを得ることができる。
により振動したとき、振動吸収材は支持体に外周を固定
されているので、支持棒は振動吸収材を圧縮膨張させ、
振動エネルギーは熱エネルギーに変換され、振動は速や
かに減衰するので、外乱加速度に対して耐性のある角速
度センサを得ることができる。また、支持棒のたわみの
最大量が規制されるので耐落下衝撃性の優れた角速度セ
ンサを得ることができる。
第１図は本発明の一実施例における角速度センサの構造
を示す概略図、第２図は従来例及び本発明のセンサにお
ける加振強度に対する加速応答の特性図である。 １・・・・・・検知用圧電素子、２・旧・・駆動用圧電
素子、３・・・・・・電極ブロック、４・・・・・・支
持棒、５・・・・・・ベース、６・・・・・・接合部材
、７・旧・・振動吸収材、８・・・・・・支持体。 代理人の氏名 代理士小鍜治明 ほか２名第１図
を示す概略図、第２図は従来例及び本発明のセンサにお
ける加振強度に対する加速応答の特性図である。 １・・・・・・検知用圧電素子、２・旧・・駆動用圧電
素子、３・・・・・・電極ブロック、４・・・・・・支
持棒、５・・・・・・ベース、６・・・・・・接合部材
、７・旧・・振動吸収材、８・・・・・・支持体。 代理人の氏名 代理士小鍜治明 ほか２名第１図
Claims (1)
- 駆動用圧電素子と検知用圧電素子とを接合部材を介し
て互いにほぼ直交となるように接合した一対のセンサ素
子を前記駆動用圧電素子の端部において結合部材を介し
て結合した音叉振動素子と、この音叉振動素子をベース
部材に支持接合する支持棒と、この支持棒の周囲を被覆
する振動吸収材と、この振動吸収材を介して前記支持棒
を支持補強する支持体とからなる角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2334019A JPH04203927A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2334019A JPH04203927A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04203927A true JPH04203927A (ja) | 1992-07-24 |
Family
ID=18272595
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2334019A Pending JPH04203927A (ja) | 1990-11-29 | 1990-11-29 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04203927A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0518757A (ja) * | 1991-07-08 | 1993-01-26 | Murata Mfg Co Ltd | 振動ジヤイロ |
| EP0768514A3 (en) * | 1995-10-11 | 1998-07-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Vibration gyroscope |
| WO2000000789A1 (en) * | 1998-06-26 | 2000-01-06 | Fujitsu Limited | Tuning fork type vibrational gyroscope |
| JP2008026110A (ja) * | 2006-07-20 | 2008-02-07 | Epson Toyocom Corp | ジャイロ振動片 |
-
1990
- 1990-11-29 JP JP2334019A patent/JPH04203927A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0518757A (ja) * | 1991-07-08 | 1993-01-26 | Murata Mfg Co Ltd | 振動ジヤイロ |
| EP0768514A3 (en) * | 1995-10-11 | 1998-07-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Vibration gyroscope |
| US5889358A (en) * | 1995-10-11 | 1999-03-30 | Murata Manufacturingco., Ltd. | Vibration gyroscope |
| WO2000000789A1 (en) * | 1998-06-26 | 2000-01-06 | Fujitsu Limited | Tuning fork type vibrational gyroscope |
| US6366005B2 (en) | 1998-06-26 | 2002-04-02 | Fujitsu Limited | Tuning fork type vibration gyro |
| EP1091189A4 (en) * | 1998-06-26 | 2003-10-15 | Fujitsu Ltd | VIBRATION TUNING FORK |
| JP2008026110A (ja) * | 2006-07-20 | 2008-02-07 | Epson Toyocom Corp | ジャイロ振動片 |
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