JPH05141977A

JPH05141977A - 振動表面ジヤイロスコープ

Info

Publication number: JPH05141977A
Application number: JP3213872A
Authority: JP
Inventors: Donald F Morton; ドナルド・フランク・モートン
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1993-06-08
Also published as: US5287033A; EP0472424A3; EP0472424A2; GB9018661D0

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】装置の回転を決定するために用いられる振動表
面ジャイロスコープにおいて、振動の予め定められたモ
ード模様が確立されるようにする。【構成】２つの電極を配置されたピエゾ要素をピエゾ構
造１０内に複数配列し、それぞれのピエゾ要素に二極の
逆極性の極１２，１４分布を与える。各ピエゾ要素はそ
の極性の方向および空間配置に従って交番する引張およ
び圧縮の歪を生じる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は、振動表面ジャイロスコープに
関する。

【０００２】この発明の一観点によれば、感知軸線、圧
電共振器構造、前記圧電共振器構造を共振するように励
起させる手段、および、装置の回転を決定するために、
前記構造の振動に基いて発生した電界に応答する手段、
を有する振動表面ジャイロスコープにおいて、前記圧電
共振器構造が、前記構造のまわりに配置された交代する
極性の多くの極区域を包含し、そのおのおのが、前記極
区域の極性に依存した局所的な引張りまたは圧縮の歪み
を作り上げるために、電圧に応答し、これによつて、前
記構造を励起させる使用中に、振動の予め定められたモ
ード模様が確立されること、を特徴とする振動表面ジャ
イロスコープが提供される。

【０００３】望ましくは、前記極区域は、前記感知軸線
のまわりに等間隔に配置される。共振器構造は、円板、
円筒形または半球のような任意の適当な形状にできる。

【０００４】この発明の別の観点によれば、感知軸線、
圧電共振器構造、前記圧電共振器構造を励起させるため
の手段、および、装置の回転を決定するために、前記構
造の振動に基いて発生した電界に応答する手段、を有す
る振動表面ジャイロスコープにおいて、励起させるため
の前記手段が、前記構造の２つのそれぞれ対向する表面
に設けられた電極手段を包含し、前記電極の１つが、構
造体をその共振周波数の近くにしたときに、電極手段の
間の圧電材料のリアクタンスに匹敵できる平方当りの抵
抗を有すること、を特徴とする振動表面ジャイロスコー
プが提供される。

【０００５】この発明の別の観点によれば、感知軸線、
圧電共振器構造、前記構造を励起させるための手段、お
よび、回転を決定するために、前記構造の振動に基いて
発生した電界に応答する手段、を有する振動表面ジャイ
ロスコープにおいて、前記圧電共振器構造が、前記感知
軸線のまわりに分布された交代する極性の多くの極区域
を包含し、これによつて、使用の際に、前記共振器構造
の共振が前記感知軸線のまわりで変化する電界を発生
し、前記構造の振動に応答する前記手段が、前記圧電構
造における相離れた点で電界をサンプリングするための
手段と、前記電界における回転で誘起された変位を監視
するための手段とを有すること、を特徴とする振動表面
ジャイロスコープが提供される。

【０００６】この発明の別の観点によれば、感知軸線、
圧電共振器構造、前記構造を励起させるための手段、お
よび、加えられた回転を決定するために、前記構造の励
起に基いて発生した電界に応答する検出器手段、を有す
る振動表面ジャイロスコープにおいて、前記励起手段
が、前記圧電共振器構造に交代の励起信号を加えるため
の手段を包含し、前記装置が、前記励起信号の電圧をそ
の電流と実質に同相にするために、前記励起手段を制御
するように使用中に作動できる手段を包含すること、を
特徴とする振動表面ジャイロスコープが提供される。

【０００７】この発明の別の観点によれば、感知軸線、
圧電共振器構造、前記構造を横切る励起信号を加えるた
めの、予め定められた表面抵抗率の電極手段を包含する
手段、および、相離れた位置で前記構造を横切る電界を
表わす少くとも２つの電界サンプル信号を得るための手
段、を有する振動表面ジャイロスコープにおいて、電極
手段および圧電構造が、一緒にブリッジ回路を形成し、
前記サンプル信号の間の平衡を提供するように前記ブリ
ッジ回路を調節するための手段が設けられること、を特
徴とする振動表面ジャイロスコープが提供される。

【０００８】この発明の別の観点によれば、感知軸線、
圧電共振器構造、前記圧電共振器構造を励起させるため
の第１電極手段、および、前記圧電共振器構造の励起に
応答して発生した電界を検出するための第２電極手段、
を有する振動表面ジャイロスコープにおいて、前記圧電
共振器構造が前記感知軸線のまわりに配置された交代す
る極性の多くの極区域を、その中に有し、前記第１電極
手段および第２電極手段のおのおのが、互に分離した電
極を有すること、を特徴とする振動表面ジャイロスコー
プが提供される。

【０００９】この発明について上述したけれども、この
発明は、上述したまたは以下に述べる特色のどのような
組合わせも含む。

【００１０】この発明は、種種の方法で遂行でき、その
いくつかの実施例について、図面を参照しながら、以下
に説明する。

【００１１】以下には、角度レート入力を検出するため
の手段を提供しながら、圧電構造を多モードフープ振動
に駆動するための、新規なアプローチが記載される。

【００１２】２つの電極だけが、選択的に形成された装
置をプッシュプル対称で駆動するための単一交流電圧源
と共に必要である。分離した電極形も考慮される。

【００１３】次の記載は、ピエゾ構造の多モード二極駆
動、表面電界の発生、レートの検出、スケール係数補
償、フイードバックからの広帯域幅応答、分離した電極
形への延長、の６つの部分についてなされる。

【００１４】ピエゾ構造の多モード二極駆動図１は、ピエゾ構造における振動のモードおよびモード
位置を確立するための、ピエゾ構造１０の二方向（前向
きおよび逆向き）の極付けの原理を図示する。この配備
は、だいたいにおいてモータの電界回路に極を分布させ
る方法で、二極の逆極性の極１２，１４の分布を確立す
る。これによれば、連続電極１６，１８を構造１０の各
側に１つ配置したときに、図２、これが円板２０、円筒
２２、半球２４または任意の同様な組合わせのいずれで
あつても、これら電極１６，１８を横切る固定された極
性の直流電圧の印加は、製造の際に予め確立されたよう
な材料における極付け（または極性）の方向およびその
空間配置に従って、交番する引張（膨脹）および圧縮
（収縮）の歪を生じる。

【００１５】これによればさらに、交番電圧が、例えば
電源２６によつて加えられ、周波数が、構造１０に極付
けられたモード模様に対応して、原理固有値に調整され
たときに、構造１０は、駆動電圧、歪みの圧電係数およ
び構造における減衰損失に依存した大きさの変位を達成
するように、共振する。

【００１６】表面電界の発生図３を参照すれば、要求される表面電界は、電極の特定
の選択によつて発生する。双方の電極１６，１８は、ピ
エゾ要素の表面に渉つて一様な厚さに構成される。電極
１６，１８の双方またはその一方だけ１６は、機械的共
振の周波数の近くにしかしこれから離調されたときに、
電極１６，１８の間の圧電材料のリアクタンスに部分的
に匹敵できる平方当りの抵抗または表面抵抗率を有す
る。これは、電極の中央または頂点２８の間に加えられ
た電圧が、電極のおのおのまたは一方を横切る表面電界
を作り上げ、これが、構造を機械的共振に戻したとき
に、角レート入力を検出するに使用できる、ということ
である。

【００１７】「一重電界表面」配備は、四極かつ振動モ
ードｍ−２に対して、図４に電気的に示される。これに
よれば、対称性から、二重配備が、導電性電極１８の代
りに第１電極１６の鏡像等価物を挿入することによつ
て、同様に示すことができる。

【００１８】明らかになるように、二重電界配備では、
多くの電気的接続が必要であり、それで一般に、これに
よれば、これは望ましさの少ない形である。

【００１９】次の議論は、二重および一重の電界装置に
等しく適用できるけれども、記載を容易にするため、論
及は、一般に、一重の電界形だけについてなされる。

【００２０】レート入力の効果は、「表面」電界、図５
（ａ）、が、単一の円板に対して最良に記載された対称
の輪郭に従うような、配備を最初に離調させることによ
つて、最も容易に観察される。定電圧の線は、供給電圧
を時間と共に交代させたときにピークとトラフの間で連
続的に変化する、概観マップにおける一定の高さまたは
深さの輪郭にたとえられる輪郭に従う。

【００２１】これによれば、配備が機械的共振に戻し調
整されて、その状態で、動的アドミッタンスが極におい
て最大であるときに、例えば図５（ｂ）に示されるよう
な電圧の表面マップが、極付けられた区域にわたって、
強い付加のトラフ３０およびピークを生じる。

【００２２】さらにれによれば、選ばれた例の平面に直
交する軸線のまわりのレート入力が、コリオリの力を作
り上げ、これが、円板における固定されたデータマーク
に対する極付けられた電圧のピークおよびトラフの小さ
な周変位を生じさせ、これが、電気的に検出でき、入力
レートに対して較正できる。

【００２３】レートの検出次いで図６を参照すれば、角度入力レートを検出できる
方法が、ここでは記載され、精密な調整に大きく独立し
た入力レートの方向および大きさを与えるために、直流
信号電圧が引き出される。

【００２４】極は、ピエゾ要素の製造において選択され
た極付けられた電界の形状によつて決定される周の周の
まわりで、突出できまたは正弦的に分布でき、極の位置
は、構造の物理的特性に正確にインデックシングされ
る。

【００２５】四極配備（ｍ＝２）および一重電界円板モ
デルを考慮することが、好都合である。

【００２６】極付け地帯３０，１１を通過する、図６に
示されるような周方向のサンプリング要素３２を考慮す
れば、この要素に沿う電圧分布は、線型にレイアウトさ
れ、定常の基準電圧平面３４が、８個の点で電界を切る
ように、電界を横切つて配置できる。

【００２７】トラフまたはピークを１，２，３，４で表
わし、８個の点をＬ１，Ｒ１，Ｌ２，Ｒ２，Ｌ３，Ｒ
３，Ｌ４，Ｒ４で表わす。ここで、Ｌは左側の面または
スロープ、Ｒは右側の面またはスロープである。

【００２８】極めて細かいワイヤ３６が、図７に示され
るように、これら点Ｌ１，Ｒ１，Ｌ２，Ｒ２，Ｌ３，Ｒ
３，Ｌ４，Ｒ４に取付けられ、それで、電圧が測定でき
る。

【００２９】一対例えばＬ１およびＲ１を考慮すれば、
図８に示されるように、これらは、良好な共通のモード
拒絶で、２つの増幅器に、一方では合計増幅器３６に、
他方では差増幅器４０に接続される。

【００３０】差増幅器の出力は、位相感知検出器４２に
送られ、これは、その基準を合計増幅器３６の出力から
取る。付与されるレートが存しないとすれば、出力は観
測されない。

【００３１】レートが付与されたときには、図６に示さ
れるように、円板における振動の周変位および対応する
電界が存し、それで、図８に示されるように、Ｌ１およ
びＲ１は差電圧を測定し、これは、レート入力の符号に
依存して、位相検出器４２から正または負の電圧出力を
与えるために、位相検出され、その際に、振幅がレート
を測定する。

【００３２】点検によれば判るように、同一の出力が、
他の三対の接続によつて測定され、そこで、Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３およびＬ４が、またＲ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ
４も、すべてが共通にでき、ここで図４の同等のもの
が、図８に示されるような簡単な４つの要素のブリッジ
に低減する。

【００３３】合計および差の増幅器の入力インピーダン
スは、電極電界に影響を及ぼさないように、十分に高く
すべきである。

【００３４】装置が良好な対称および平衡になるように
製造されるときに、ゼロレート出力は、レートに対する
信号の感度が低減するけれども、離調で安定にとどまる
べきである。これはまた、ピエゾ係数が温度と共に変化
するときに起る。質量およびコンプライアンスは本質的
に変化しないから、後者は、減衰損失における変化とし
て反映する。

【００３５】スケール係数補償装置の調整を補償するスケール係数補償について、図９
を参照しつつ次に説明する。

【００３６】これは、電極１６，１８の間のアドミッタ
ンスが最大の接近する統一電力係数（図４を参照）であ
る機械的共振における、特徴である。

【００３７】信号点接続Ｌ１−４，Ｒ１−４の頂点（供
給）と中間の間で測った電気抵抗と電圧は、電流（速
度）を測定する準備手段を提供する。

【００３８】故に、圧電要素１２を横切る電圧は、配備
を調整状態に保つために、電流の位相と接地に対する中
間信号点の電圧の位相とを比較し、位相を締付けたルー
プ構成における電圧で制御される発信器を使用すること
によつて、電流と同相にされる。かくして、図９におい
て、Ｌ１からＬ４およびＲ１からＲ４でサンプリングさ
れた信号は、４４において合計され、合計は、差増幅器
４６に供給され、これにはまた、信号点接続Ｌ１−４お
よびＲ１−４の信号点の頂点２８と中間の間の電圧も供
給される。これは、電流の指示を提供する。合計増幅器
４４の出力は、電圧を指示する。電流および電圧の位相
は、位相比較器４８によつて比較され、その出力は、電
圧で制御される発振器５０を制御する。

【００３９】スケール係数に対して、第１に、振動の変
位または振幅における変化を補償し、第２に、減衰抵抗
における変化を補償する、２つの要素が存する。

【００４０】補償は、図１０に示されるように、２つの
部分で達成される。

【００４１】第１に、電流に対して、自動ゲイン制御５
３が、低帯域幅ループを介して頂点交流電圧を増減する
ことによつて、電流を一定に保つように作動される。こ
れは、差増幅器５４によつて供給される頂点と中間信号
点の間の電圧を５２においてピーク整流し、直流電圧基
準５８と比較することによつて、達成される。

【００４２】第２に，減衰抵抗に対して、実際のゲイン
制御６０が、変化を補償するようにスケール係数を増減
するための前向きレート信号処理の中に配置される。こ
れは、ピーク整流された電圧と電圧を接地させるための
中間信号点と固定された直流基準の比較に基づくもので
あり、ここで、誤差信号が、前向き信号ゲインを調節す
るために発生される。

【００４３】図１０を参照すれば、中間信号点交流電圧
は、ゲイン制御された増幅器６２によつて、レート検出
された信号と合計される。この増幅器の出力は、高域フ
イルタ６４および低域フイルタ６６を使用して、交流成
分と信号成分とに分割される。交流電圧は、６８におい
てピーク整流のちにゲインを制御し、７０において直流
基準７２と比較するに、使用される。

【００４４】次に、広い帯域幅応答と改良された直線性
とを達成するために、フイードバックを加える手段、に
ついて説明する。

【００４５】これまでは、装置は、構造の共振周波数と
その質係数Ｑとによつて決定されるような、機械的に調
整された共振のいずれかの側に対する２つの半パワ点の
周波数の差に等しい、ｆ^９０°Ｈｚと０との間の周波数
に、帯域幅を限定した、角度レート入力の開ループ感知
に対してだけ説明された。

【００４６】最初に考慮するのが好都合な点として、不
完全な製造の結果として極付けまたは電界抵抗（または
その組合わせ）からの非平衡が存する時には、外部の別
個の構成要素７４，７６の形の付加抵抗が、信号点（Ｌ
およびＲ）の間の平衡を得るために、図１１に示すよう
に、ブリッジ（これは、表面抵抗電極およびピエゾ構造
で作られる）に付加できる。この付加抵抗は、選択的で
ある（１つの成分で十分であろう）。

【００４７】これによれば、同様な方法で、付加の抵抗
が接続でき、適当な電圧が、レート入力を加えたときに
ブリッジをゼロに引張るように加えることができ、その
配備は、可能なフイードバック選択の１つに対して、図
１２に示されるように選択される。

【００４８】図１２に示されるようなこの第１の選択に
対して、レート入力からのブリッジ出力電圧が、（適当
なフイードバックループゲインを与えるために）７８に
おいて差増幅され、等しい大きさの０°成分および１８
０°の成分に、８０において位相分割され、これは、２
つの等しい（平衡した）抵抗８２を介してブリッジに戻
されて、ブリッジの再平衡を生じさせる。

【００４９】２つの成分電圧（０°および１８０°）
は、異っていて、レート信号出力を与えるために、８４
において位相感知検出される。

【００５０】これによれば、上述したフイードバック制
御の結果として、帯域幅は、ループゲインおよび位相安
定度の基準によつて決定されるように、広げることがで
きる。

【００５１】これによればさらに、自動調整およびスケ
ール係数補償はまた、図１３に示されるような作動の閉
ループ形に適用でき、これには、図９、図１０、図１１
および図１２から特性を取り入れる。同様の成分は、同
様の符号を与えられ、再び説明することを省略する。要
約すれば、図１３の実施例は、ブリッジ回路を平衡に維
持するための閉ループ制御に、平衡を最初に作り上げる
ための調節可能な抵抗要素（図１１）を加えたもの、を
備える。位相ロックループ（図９）は、頂点電圧および
電流を同相に維持する。電流ループおよび減衰補正ルー
プ（図１０）は、スケール係数補償を提供する。

【００５２】分離した電極形への延長次に、「連続した」抵抗電界電極（二重電界モデル）ま
たは電極（一重電界モデル）の代りに、分離した電極が
使用者にとつて望ましい形であるべき場合に、使用する
ための、上述した技術の延長について、説明する。

【００５３】振動の選択されたモードに対する交代の極
付を使用する上述した実施例において、望ましくは、レ
ート入力を検出する手段を提供するために、これらの分
離した電極８８の中心線は、図１４に示されるように、
（最大および最小と印し付けられた）ピークとゼロの極
付けられた区域の間に位置すべきである。かくして、モ
ードｍ−２（４極）は通常、８つの電極（二重電界のと
きは側当り）を使用し、ｍ−３（６極）は１２の電極を
使用し、ｍ−４（８極）は１６の電極を使用し、以下同
様。モードｍ＝２の図示だけに対して説明がなされる
が、或る場合には、他の形状も使用できる。

【００５４】図１５（ａ）および（ｂ）を参照し、かつ
便宜上単一の「電界」モデルを保持すれば、見ることが
できるように、図１５（ａ）におけるように、電極が、
平方当り１つの測定できる抵抗を有する共通の頂点から
形成されるとしても、図１５（ｂ）におけるように、電
極９２がそれ自身で完全に導電性であるけれども、分離
した抵抗要素９６を介して共通の「頂点」９４接続に帰
するとしても、元来の形に対して類似性が維持される。

【００５５】故に、上述した形に対して、電気回路およ
びレート測定手段は、本質的に、前述したものから不変
にとどまる。

【００５６】しかしながら、後述できるように、導電性
の形（無視できる抵抗）の分離した電極も使用できる。

【００５７】図１６を参照すれば、電極９０は、図１４
に関して前述したように位置するが、このときには、無
視できる抵抗を有する。ｍ＝２（４極モデル）に対し
て、電極９０は、ワイヤまたはストリップ９２によつ
て、対角線的に接続される。

【００５８】一対Ｌ_ｄおよびＲ_ｄは、駆動電極として選
択され、他の対Ｌ_ｓおよびＲ_ｓは、信号電極として選択
される。

【００５９】図１７に示されるような開ループの形にお
いて、共通の単一位相供給駆動電圧９４は、Ｌ_ｄおよび
Ｒ_ｄに加えられるが、Ｌ_ｓおよびＲ_ｓからの信号は、９
６で差をとられ、レート入力に対して位相感知検出器９
８によつて検出され、その基準は、駆動電極Ｌ_ｄおよび
Ｒ_ｄへの交流駆動電圧から引き出される。

【００６０】（改良された帯域幅および直線性に対す
る）閉ループの形において、図１８に示されるように、
駆動電圧源は、この源９４から２つの駆動電極Ｌ_ｄおよ
びＲ_ｄに分割されるが、この電圧の付加の小さな成分
が、各電極に加えられ、それで、レートを加えることな
しに、電極電圧は、（よく製造された平衡した装置に対
して）同等である。レートを加えた場合に、差出力信号
は、信号電極Ｌ_ｓおよびＲ_ｓから９８において位相感知
検出され、これは、ゲイン制御１００を介して補正また
はゼロ化の作用を加えるに使用され、これは、等しい部
分で駆動電極の１つ（たとえばＲ_ｄ）への駆動電圧を増
大させ、他方の駆動電極（例えばＬ_ｄ）への駆動電圧を
減少させる（完全な適合は、本質的でないが望まし
い）。

【００６１】この電圧成分の大きさ（振幅）は、信号電
極のもとでの振動のレートで誘起される空間変位に対抗
するに必要な、駆動空間変位の尺度である。これら成分
は、差増幅器１０２によつて位相感知検出され、その位
相基準は、レート信号出力を与えるために、駆動電圧の
合計（平均）から引き出される。

【００６２】自動的な調整（同調）およびスケーリング
の補償は、この交代的な形に適用でき、図１９に示され
る。これは、図９、図１０および図１３に関連してすで
に説明した形式のものである。かくして、電流および電
圧を同相にするための位相ロックループ１０４、電流ル
ープ１０６、およびスケール係数補償のための減衰補正
ループ１０８が存する。（出力のゼロ調節は、駆動を空
間的に前進または後退させるようにフイードバック抵抗
体を選択することによつて達成される。）理解されるよ
うに、上述した実施例は円板形式の共振器を示すけれど
も、他の共振器、例えば図２に示した形式、も使用でき
る。

【００６３】つぎの利点は、上述した実施例から生じ
る。

【００６４】電極質量非平衡効果は、電極が圧電要素の
面を横切って連続的に形成される場合に、最小にされ
る。

【００６５】「連続した」電極形は、正確な位置におけ
る正確な形への多電極の機械加工における製造過程の難
点を回避する。

【００６６】プッシュプル形式の駆動力が、単一の位相
供給から生成される。

【００６７】共振器の調整の状態またはパワ係数は、安
定なゼロを維持するに、本来、重要でない。

【００６８】電気的構成は、位相をロックしたループを
介して調整を自動的に制御するに十分に適し、かつ、温
度によるスケール係数の変化を補償しながらレート信号
を取り出すための簡単な手段を提供する。

【００６９】極のもとでの信号は、感知器ブリッジの平
衡の状態を変える外部の抵抗を使用して、平衡させるこ
とができる。

【００７０】開ループ装置の帯域幅および改良された直
線性を延長するために、フイードバックが容易に適用で
きる。

【００７１】望ましい場合には、分離した電極が、連続
した電極の代りとして採用できる。

【００７２】偏倚に関して、双極付け配備は、ピエゾ要
素におけるフープ振動のｍ＝ｎモードを励起させるため
に、単一位相交流電圧によつて駆動できる。その理由と
して、ピエゾ歪み係数の符号は、１つの極から次の極に
進行するときに、逆にされる。

【００７３】フープ歪み（ｈ）は、速度（ｖ）がゼロの
ときに、最大（引張または圧縮）である。フープ歪みに
対して、発生した電圧は、歪みと同相である。共振構造
に対して、駆動電圧と速度ｖとは同相である（図２０
（ａ））。故にみることができるように、図２０に示さ
れるように、（良く平衡した装置における）この機構
は、左手（Ｌ）信号点および次いで右手（Ｒ）信号点の
共通統一が、個個の直角成分フープ発生器を共通の短絡
ループに位置させ、その際に、フープ歪みの変化が要素
の中に閉じ込められ続けるので、図１１のブリッジ配備
などにおいて、フープ歪み直角成分信号電圧を、電極の
導出点から出現しないように阻止する。これは、電子的
に直角成分信号を拒絶するという負担を著しく低減さ
せ、これは次いで、微細な調整への偏倚の依存を低減さ
せるように、望ましく作業する。

【００７４】図１７から１９に図示されるように、分離
した電極配備が採用されている場合に、信号電極で現わ
れる直角成分電圧は、最初に、高い共通のモード拒絶
で、差増幅器に与えられる。従ってこれは、直角成分電
圧通過量を信号位相感知検出器に還元する。

【００７５】スケール係数補償は、コリオリの力が依存
する振動の速度に類似して、ピエゾ要素を通る一定の交
流の供給電流を維持することに、最初に基づく。これ
は、荷電電子の易動性が構造の易動性に直接関連する
と、仮定する。

【００７６】「前向きの」スケヘル係数補正は、電流の
補償に加えて、ピエゾ要素を横切る観察された平均電圧
に従って出力を上または下にスケーリングすることによ
つてなされ、それで、ピエゾ係数における変化が補正さ
れる。

【００７７】かくして、期待されるように、温度または
時間によるスケール係数の変化は、（残余の効果を温度
の変化に対して容易にモデリングできる程度まで）大き
く低減される。

【００７８】製造の特色は、普通の単一に極付けされた
装置から異っているが、しかしながら、極付けは、電圧
を直流の固定されたレベルに保持するように与えられた
時間毎に繰返す簡単な工具に基づくことができるから、
簡単に繰返される。ボールまたはくさびを接合させたワ
イヤを電極に空間的に固定するための正確な基準のマー
クまたはデータが、必要である。この薄膜技術を使用す
る連続の均等に分布された抵抗表面の形成は、すでに良
く確立されている。達成できる方法は、金属の昇華を解
放しながら、ピエゾ要素を回転させることである。

【００７９】この装置を作るための費用は、単一極の装
置と匹敵すべきであるが、マスキングを必要としない場
合に製造に熟練を余り要しない点で生産高が高いとすれ
ば、或る利点が生じる。

【００８０】電子的費用も匹敵すべきであるが、マイク
ロ制御器補償器が高い費用を生じるかも知れないので、
これを或る可能な費用節約が伴なう。

【００８１】材料は、良く確立された技術を使用して、
極付けされる。材料が、ワイヤの温度の上方に高めら
れ、極を形成すべき区域を横切つて、電界が加えられ、
次いで材料が、ワイヤの温度の下方に冷却できる。

【００８２】交代する多重配備における別の利点とし
て、これは、単一位相信号を使用して材料を励起でき、
また電極の構成を簡単にする。これら特色の双方は、出
力信号における位相情報の保持を助けることができ、正
確度を増大させられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】その（ａ）、（ｂ）および（ｃ）で、４極、
６極および８極の圧電共振器構造に対する極付け構成し
モード模様をそれぞれ示す。

【図２】その（ａ）、（ｂ）および（ｃ）で、円板、
円筒および半球の圧電共振器構造をそれぞれ示す。

【図３】その（ａ）および（ｂ）で、二重表面電界お
よび一重表面電界のための電極構成を示す。

【図４】その（ａ）で、図３（ｂ）の一重表面電界構
成を有する４極配備に対する等価電気回路を示し、その
（ｂ）および（ｃ）で、圧電材料の等価電気回路および
そのアドミッタンス応答をそれぞれ示す。

【図５】その（ａ）で、圧電構造を離調させたときの
時間に対する電圧の変化の点から見た、４極配備の１つ
の電極における表面電界を示し、その（ｂ）で、圧電構
造を共振させたときの４極配備の１つの電極における表
面電を概念的に示す。

【図６】共振における４極配備の電界と、周サンプル
要素の選択とを示す。

【図７】円板、中空円筒および半球の共振器に対する
４極一重電界共振器構造のための電極構成を示す。

【図８】図７における電界サンプルの運動を検出する
ためのブリッジ技術を採用したジャイロスコープの第１
実施例を示す。

【図９】ジャイロスコープの調整のための緩い位相ル
ープを組入れたジャイロスコープの第２実施例を示す。

【図１０】スケール係数補償を組入れたジャイロスコ
ープの第３実施例を示す。

【図１１】図８から図１０のいずれかのジャイロスコ
ープのブリッジ回路を平衡させるための方法を示す。

【図１２】閉ループ制御を組入れたジャイロスコープ
の第４実施例を示す。

【図１３】自動調整、スケール係数補償およびゼロト
リミングを組入れたジャイロスコープの第５実施例を示
す。

【図１４】第１電極を一連の分離した電極の形にした
４極配備のための交代的電極を概略的に示す。

【図１５】（ａ）および（ｂ）で、著しい表面抵抗率
を備えている分離した電極に対する等価電気回路、およ
び無視できる表面抵抗率を備えているが外部抵抗を備え
ている分離した電極に対する等価電気回路、をそれぞれ
示す。

【図１６】４極配備に対する分離した導電性電極の配
備および相互接続を示す。

【図１７】分離した導電性電極を備え開ループ感知器
として作動するジャイロスコープの第６実施例を示す。

【図１８】分離した導電性電極を備え広帯域幅の閉ル
ープ感知器として作動するジャイロスコープの第７実施
例を示す。

【図１９】分離した導電性電極を備え、開ループ感知
器として作動し、この感知器が自動調整およびスケール
係数補償を備える、ジャイロスコープの第８実施例を示
す。

【図２０】その（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）
で図１１の配備における導出点で、どのようにして直角
成分（フープ）電圧を低減できるるか、を示す。

【符号の説明】

１０共振器１２極１４極

【手続補正書】

【提出日】平成３年１０月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【図１】

【図３】

【図４】

【図５】

【図７】

【図１６】

【図６】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１７】

【図１５】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

フロントページの続き (72)発明者ドナルド・フランク・モートンイギリス国．エスジイ１・２デイエイ．ハートフオードシヤー．ステイーブンエイジ．シツクス・ヒルズ・ウエイ．ブリテツシユ・エアロスペース・パブリツク・リミテツド・カンパニー・システム・アンド・エクイプメント内（番地その他表示なし）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】感知軸線、圧電共振器構造、前記圧電共
振器構造を共振するように励起させる手段、および、装
置の回転を決定するために、前記構造の振動に基いて発
生した電界に応答する手段、を有する振動表面ジャイロ
スコープにおいて、前記圧電共振器構造が、前記構造の
まわりに配置された交代する極性の多くの極区域を包含
し、そのおのおのが、前記極区域の極性に依存した局所
的な引張りまたは圧縮の歪みを作り上げるために、電圧
に応答し、これによつて、前記構造を励起させる使用中
に、振動の予め定められたモード模様が確立されるこ
と、を特徴とする振動表面ジャイロスコープ。
【請求項２】感知軸線、圧電共振器構造、前記圧電共
振器構造を励起させるための手段、および、装置の回転
を決定するために、前記構造の振動に基いて発生した電
界に応答する手段、を有する振動表面ジャイロスコープ
において、励起させるための前記手段が、前記構造の２
つのそれぞれ対向する表面に設けられた電極手段を包含
し、前記電極手段の１つが、構造体をその共振周波数の
近くにしたときに、電極手段の間の圧電材料のリアクタ
ンスに匹敵できる平方当りの抵抗を有すること、を特徴
とする振動表面ジャイロスコープ。
【請求項３】感知軸線、圧電共振器構造、前記構造を
励起させるための手段、および、回転を決定するため
に、前記構造の振動に基いて発生した電界に応答する手
段、を有する振動表面ジャイロスコープにおいて、前記
圧電共振器構造が、前記感知軸線のまわりに分布された
交代する極性の多くの極区域を包含し、これによつて、
使用の際に、前記共振器構造の共振が、前記感知軸線の
まわりで変化する電界を発生し、前記構造の振動に応答
する前記手段が、前記圧電構造における相離れた点で電
界をサンプリングするための手段と、前記電界における
回転で誘起された変位を監視するための手段とを有する
こと、を特徴とする振動表面ジャイロスコープ。
【請求項４】感知軸線、圧電共振器構造、前記構造を
励起させるための手段、および、加えられた回転を決定
するために、前記構造の励起に基いて発生した電界に応
答する検出器手段、を有する振動表面ジャイロスコープ
において、前記励起手段が、前記圧電共振器構造に交代
の励起信号を加えるための手段を包含し、前記装置が、
前記励起信号の電圧をその電流と実質に同相にするため
に、前記励起手段を制御するように使用中に作動できる
手段を包含すること、を特徴とする振動表面ジャイロス
コープ。
【請求項５】前記圧電構造における電界をサンプリン
グするための手段と、前記圧電共振器構造の振動の変位
または振幅における変化に対する少くとも部分的なスケ
ール係数補償を加えるための手段とを包含し、少くとも
部分な補償を加えるための前記手段が、励起信号の電流
を予め設定された大きさに維持するように、その電圧の
大きさを制御するための、自動ゲイン制御回路を有す
る、請求項４に記載の振動表面ジャイロスコープ。
【請求項６】圧電共振器構造の減衰抵抗における変化
に対して少くとも部分的なスケール係数補償を加えるた
めの手段を包含し、この手段が、前記検出器手段におけ
るゲインの項を制御するために、前記サンプリング手段
によつてサンプリングされた電圧に応答する手段を有す
る、請求項５に記載の振動平面ジャイロスコープ。
【請求項７】感知軸線、圧電共振器構造、前記構造を
横切る励起信号を加えるための、予め定められた表面抵
抗率の電極手段を包含する手段、および、相離れた位置
で前記構造を横切る電界を表わす少くとも２つの電界サ
ンプル信号を得るための手段、を有する振動表面ジャイ
ロスコープにおいて、電極手段および圧電構造が、一緒
にブリッジ回路を形成し、前記サンプル信号の間の平衡
を提供するように前記ブリッジ回路を調節するための手
段が設けられること、を特徴とする振動表面ジャイロス
コープ。
【請求項８】感知軸線、圧電共振器構造、前記圧電共
振器構造を励起させるための第１電極手段、および、前
記圧電共振器構造の励起に応答して発生して電界を検出
するための第２電極手段、を有する振動表面ジャイロス
コープにおいて、前記圧電共振器構造が、前記感知軸線
のまわりに配置された交代する極性の多くの極区域を、
その中に有し、前記第１電極手段および第２電極手段の
おのおのが、互に分離した電極を有すること、を特徴と
する振動表面ジャイロスコープ。