JPH0618544A - 速度センサ - Google Patents

速度センサ

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JPH0618544A
JPH0618544A JP5064272A JP6427293A JPH0618544A JP H0618544 A JPH0618544 A JP H0618544A JP 5064272 A JP5064272 A JP 5064272A JP 6427293 A JP6427293 A JP 6427293A JP H0618544 A JPH0618544 A JP H0618544A
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JP
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speed sensor
resonator
sensor according
exciter
paramagnetic
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JP5064272A
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English (en)
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Sweyn Norris Timothy
テイモテイ・スヴエイン・ノリス
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BAE Systems PLC
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British Aerospace PLC
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/567Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode
    • G01C19/5677Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially two-dimensional [2D] vibrators, e.g. ring-shaped vibrators
    • G01C19/5684Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using the phase shift of a vibration node or antinode of essentially two-dimensional [2D] vibrators, e.g. ring-shaped vibrators the devices involving a micromechanical structure

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 励磁装置と常磁性領域間の小間隙のセパレー
ションを、代表的には0.5mmになるようにしかもその
間に高電圧を発生するようにかなり大きな力を許容する
とともに、狭い間隙における塵埃による汚染を回避し、
かつ空気排除の効果を減ずる速度センサを提供する。 【構成】 例えば、平面型の速度センサ(18)は静電励
磁駆動装置よりは電磁駆動装置を備えている。その電磁
駆動装置は磁気力(Fm )を発生させるための励磁装置
と、前記振動を励起するように前記励磁装置と共働させ
るためのセンサ(18)の振動部分(16)上に設けた常磁
性領域とから構成されている。 【効果】 本装置はかなり大きな力がかかっても耐えら
れるとともに、真空囲壁内において共振器を作動させる
必要もなく、適正な感度が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、速度センサ、特に、振動励起用
電磁駆動装置を有する速度センサに関する。殻内或いは
平面における速度センサの振動を加速するために、静電
励磁が屡々、使用される。このような装置の代表的例は
英国特許第2021266号及び英国特許第21562
3号に示されている。これら両方の装置において駆動技
術は電極間のどんな大きな励起力をも獲得するために小
さな間隙セパレーションを必要とする不利な点を有す
る。そのとき、その励起力Fe は通常次式によって与え
られるコンデンサの2つの並列した板間に生ずる。 Fe =(−AεV2 )/(2X2 ) …式1 ここで、Aは板面積、Vは板間の電圧、Xは板間の間隙
セパレーションで、εは板間の中位誘電率である。
【0002】図1に関して言えば、図1は並列板コンデ
ンサの板配置を示している。適正な力Fe ′が生ずるよ
うに、高電圧が通常使用され(例えば、英国特許第20
21266号では400V)かつ数ミクロンの小間隙離
れているのが普通である。小間隙は、間隙を塞ぎ、共振
器の機械的振動を防ぐ塵埃粒子のようなものの除去の必
要はいうまでもなく、断片一部分の寸法上の強度と安定
性に関しての問題を提供する。加うるに、もし、空気の
ような粘性媒体がコンデンサ板の一枚が共振器の部分を
形成するコンデンサ板間の小間隙に充満すれば共振器の
厳しい減衰は共振しているコリオリ速度センサの基本的
感度を減ずることができるものである。この粘性減衰の
理由として振動する速度センサの共振器は真空環境の中
で作動されなければならない。その真空環境はセンサの
複雑さとコスト高に加え、限られた放置寿命しかないこ
とになる。
【0003】本発明は、静電駆動装置よりはむしろ電磁
駆動装置を装備することによって上述の駆動装置と関連
する問題を克服しようとするものである。したがって、
本発明、即ち速度センサはリング或いはフープ共振器
と、前記共振子の振動励起用振動装置からなり、前記振
動装置は磁気力発生用励磁装置と前記振動を励起するよ
うに前記励磁装置と共働する前記振動部分上における常
磁性領域からなる。上記装置は代表的には0.5mmの間
隙のセパレーションを得られるようにかなりの力を許容
する利点を有し、かつ高電圧を発生する必要を回避す
る。さらに、狭い間隙における塵埃除去の問題は避けら
れ、そして空気排除の効果は減じられ、その結果、適正
な感度が真空囲壁内において共振器を必要とすることな
く得られる。励磁装置は金属芯と、電流を受容しかつ磁
界を発生する前記芯の周りの電気巻線から構成されてい
る。便宜上、芯は二個或いはそれ以上の部分からなり、
その一個あるいはそれ以上は永久磁石型の極性を付与さ
れている。好ましくは速度センサは前記巻線に供給する
交流及び/又は直流の電流を発生する電流発生装置を含
み、それによって磁界を形成することができる。一つの
特殊な装置において常磁性領域は一つの前記共振器上に
おける常磁性材料から構成される。その代わりに常磁性
領域は共振器に付設する分離した常磁性部材から構成さ
れる。さらに別の装置においては、共振器はそれ自体常
磁性材料から構成され、常磁性領域を形成し得る。特に
便利な装置においては、速度センサは励磁装置用の磁気
復帰路を形成する共振器支持構体を含むことができる。
【0004】1或いは4の代替装置においては、共振器
は中央に取り付けられ、励磁装置は振動部分の外側に放
射状に位置している。第2の装置において、共振器は中
央に取り付けられ励磁装置は振動部分の半径方向の内側
に位置されている。第3の装置においては、共振器はそ
の表面に装着され、励磁装置は振動部分の半径方向の内
側に位置している。代わりに、第4の装置は共振器がそ
の表面に装着された構成になっていて、励磁装置は振動
部分の半径方向の外側に位置している。有利には、二個
或いはそれ以上の励磁装置は速度センサを含む。本発明
は、以下の図面を参照してさらに詳述する。図1は先行
技術の静電励磁装置の模式図である。図2は本発明に組
み込まれる電磁振動装置の側面図である。図3は図2に
示す振動装置の好適な実施例の透視図である。図4は多
数の振動装置を備えた本発明による速度センサの平面図
である。図4、5、6及び7は共振器懸吊位置と振動器
位置の種々の配置を示す図である。
【0005】図、特に図2、図3について言及すれば、
通常10で示された振動装置は磁気力を発生する励磁装
置12と、18で示された常磁性領域14からなってお
り、図4から図8を見ればよく分かる。励磁装置12は
図2に示すように一個の芯から構成されるか、或いは一
個或いはそれ以上の芯部分から構成される。一個或いは
それ以上の芯は、例えば図3に示すような永久磁石のよ
うに磁極化される。電流供給装置(図示しない)は無極
性の芯に直流成分及び交流成分、或いは極性化された芯
が使用される単なる交流成分、或いは無極性の芯の交流
成分を備えており、振動数が重なっても耐えられる。そ
れ故、Fm はこの位置におけるIの方向に関係はない。
もし、間隙幅Xの抵抗が大きく磁気回路の抵抗を制限す
るならば、磁気力Fm は、 Fm =μ(H0 +(nI/2X))2 A …式2 ここで、H0 は芯の分極作用と共働する芯の磁化力、n
は芯12の周りの巻線の数、Aは板として図3に示す常
磁性部分14に面する芯端22の略の面積、かつμは間
隙領域gに付与する中位透磁率である。この励磁方法の
利点はその力がコイル電流Iと分極磁化力H0 によって
のみ決められる。A及びXのような幾何学的パラメータ
は安定す傾向があり、μは磁気発散を何ら生じなけれ
ば、一定である。
【0006】上述の装置は代表的には0.5mmの間隙セ
パレーションが得られ、かつ高電圧の発生の必要を避け
るためにかなりの力を許容する付加的利点を有する。さ
らに狭い間隙における塵埃汚染の問題は回避され、空気
排除の効果を減ずることができ、その結果、適正な感度
が真空囲壁内の共振器を作動させる必要もなく得られ
る。式1及び2を比較して、それは導き出される。即ち Fm /Fe =(μ/εV2 )(2X2 0 2 +n2 2 /2+2H0 nIX) …式3 式2においてXが増加すると、磁気力Fm は静電力Fe
よりさらに意義あるものとなる:さらに、Fn は多数の
巻数(大きさn)と強力に磁化された芯(大きさH0 )
を使用することによって増加される。励磁装置を近付け
ると特に、高電圧が使用されるなら静電励磁の場合に存
在する放電の危険もまた避けられる。英国特許第910
506.9号明細書に述べられている速度センサ18を
振動させるものを励磁するために、共振器の大部分の材
料は強い常磁性体、或いは図5ないし7に示すような速
度センサの振動部分上における適当な位置に接着或いは
配置された、ニッケル、鉄或いは希土元素のような材料
の強い常磁性のターゲット14であることが望ましい。
その代わりに、非常磁性の振動部分18は励磁装置とし
て使用するためにニッケルのような常磁性材料14の完
全な層で被覆され、或いはメッキされることができる。
もし、常磁性材料14のターゲットが使用されるなら
ば、その数は速度センサの形態によるであろうし、かつ
それらの位置は振動部分16上或いはそれらと関連する
支持ビーム14上にあるであろう。図4は中央に取着さ
れた振動部分16を示し、端に取着された装置は例えば
図7及び8に示すようにすることができる。
【0007】励磁装置を構成する振動速度センサとし
て、振動部分は鉄、ニッケル、固いベリリウム銅、ガラ
ス或いはシリコンのような比較的高い(>400)機械
的な一常数の材料で加工しなければならない。もし金属
が振動部分として選択されれば、これは金属シートから
エッチング或いは打抜きによって製造される。エッチン
グの方法はより耐久性管理が達成されるが故に好まれ、
付加的応力は加工部分には及ばない。もしエッチングが
金属振動部分の加工方法として使用されるならば、振動
部分の特徴が適当な覆いを使ってさらされる光電性合成
樹脂フィルムにおける金属シートを被覆することが必要
である。防食剤で被覆されたシートはそのとき、酸化或
いは塩化鉄のようなものを含む化学槽の中でエッチング
され、エッチング工程が終わったままの状態で形態成分
が残っている。その成分はそのときすすがれ、残った防
食剤が移送される。シートからその成分をエッチングす
る代わりの方法は直接レーザ切断をすることである。
(アップレーション或いはレーザ補助によるプラズママ
シーニングによる)上述のように振動部分としてシリコ
ン或いはガラスを用いることはまた可能である。これら
の材料のエッチングはフッ化水素酸或いは水酸化カリウ
ムに基づく方法を使用して達成できる。ガスのようなプ
ラズマエッチング或いはレーザマシーニングのようなさ
らに平凡な方法は単に濡らした化学的エッチングより高
価でありがちである。
【0008】速度センサ18の基本的形態は図5〜図8
に例示されている。図5において装着ベース26は安定
した機械的重ね合わせを保証するために励磁装置10と
振動部分16を機械的支持装置に単に備えている。図6
は励磁装置12が振動部分16の半径方向の内側に位置
する類似の装置を示す。図7と8は振動部分16がその
表面でベース26に取着され、かつ励磁装置12が励磁
部分16の外側或いは内側或いは半径方向内側に装着さ
れている装置を示す。上述のC形の励磁装置12の利点
は励磁装置12と関連する磁界が駆動装置それ自体の近
くに配置されているということである。しかしながら、
特に、幾つかの励磁装置はそれぞれの振動部分16とと
もに使用されるならばそれは個々の大多数の部分が要求
される不利な点を有する。もし、振動部分16の体積的
に大きな材料の部分が高い常磁性(例、Ur>50
0)、例えば、鋼が使用されるならば、磁気回路の励磁
装置の部分として支持ビームを使用することができるで
あろう。図9は励磁装置が常磁性のベース26の上に位
置するか、或いはそれと一体部分となっている一個の或
いはそれ以上の常磁性のピラー3の上に位置するこの模
式的に示したものと関連する装置を示す。図9におい
て、ベース26とピラー30は焼鈍された軟鋼製シート
から形成され、そのピラー30は前記ベースの幾らかの
半径方向の端部分を曲げて形成される。その代わりに、
ベース26とピラー30はフェライト合金の型鋼として
加工することもできる。図10は共振器、その外面に取
り付けられ、振動部分16がその内側に設けられた代わ
りの装置を示す。この装置において振動装置10は振動
部分に隣接して設けられている。上述の発明は共振器に
共振を生じさせるコンパクトでかつ簡単な装置を備えた
ものである。その共振器は振動するコリオリ速度センサ
の基本部分を形成するのに適する。本発明は高電圧、小
間隙の幅及び真空の作動環境に欠くべからざるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】先行技術の静電励磁装置の模式図である。
【図2】本発明に組み込まれる電磁振動装置の側面図で
ある。
【図3】図2に示す振動装置の好適な実施例の透視図で
ある。
【図4】多数の振動装置を備えた本発明による速度セン
サの平面図である。
【図5】共振器懸吊位置と振動器位置の1つの配置を示
す図である。
【図6】共振器懸吊位置と振動器位置の別の1つの配置
を示す図である。
【図7】共振器懸吊位置と振動器位置のさらに別の1つ
の配置を示す図である。
【図8】共振器懸吊位置と振動器位置の別の1つの配置
を示す図である。
【図9】常磁性ベース上における励磁装置と振動部分の
配置関係を示した図である。
【図10】常磁性ベース上における励磁装置と振動部分
の配置関係を示した図である。
【符号の説明】
10 振動装置 12 磁気力発生用励磁装置 14 常磁性領域 16 振動部分 18 速度センサ 20 巻線 22 芯端 24 支持ビーム 26 常磁性ベース 30 ピラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テイモテイ・スヴエイン・ノリス イギリス国.エスジイ1・2デイビイ.ハ ートフオードシヤー.ステイーブンエイ ヂ.グネルスウツド・ロード(番地その他 表示なし).ブリテツシユ・エアロスペー ス・システムズ・アンド・エクイプメン ト・リミテツド内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リング或いはフープ共振器がその共振器
    の振動を励起するための振動部分(16)及び振動装置
    (10)を有する速度センサにおいて、前記振動装置(1
    0)が磁気力発生用励磁装置(12)とその励磁装置(1
    2)と共働する前記振動部分(16)上の常磁性領域(1
    4)とからなり、振動を励起するようにしたことを特徴
    とする速度センサ。
  2. 【請求項2】 励磁装置(12)が金属製芯(12)と、電
    流を受入し、磁界を発生するためにその芯の周りに設け
    られた電気的巻線とからなることを特徴とする請求項1
    に記載の速度センサ。
  3. 【請求項3】 永久磁石型極性芯を含むことを特徴とす
    る請求項2に記載の速度センサ。
  4. 【請求項4】 前記芯(12)が複数の部分(22)からな
    り、その複数の部分(22)の一個或いはそれ以上が永久
    磁石型の極性を有することを特徴とする請求項2或いは
    請求項3に記載の速度センサ。
  5. 【請求項5】 前記巻線(20)に供給する交流及び/又
    は直流発生用の電流発生装置を含むことを特徴とする請
    求項2ないし4の何れかの1項に記載の速度センサ。
  6. 【請求項6】 常磁性領域(14)が前記共振器(16)上
    における常磁性材料の被覆よりなることを特徴とする請
    求項1ないし5の何れかの1項に記載の速度センサ。
  7. 【請求項7】 常磁性領域(14)が前記共振器(16)に
    付設された個別の常磁性材料からなることを特徴とする
    請求項1ないし5の何れかの1項に記載の速度センサ。
  8. 【請求項8】 前記共振器(16)が常磁性材料からな
    り、前記常磁性領域を形成していることを特徴とする請
    求項1ないし5の何れかの1項に記載の速度センサ。
  9. 【請求項9】 共振器支持構体(26)が前記励磁装置
    (12)用磁気復帰路を形成していることを特徴とする請
    求項1ないし8の何れかの1項に記載の速度センサ。
  10. 【請求項10】 共振器(16)が中央に取り付けられ、
    かつ前記励磁装置(12)が前記振動部分(16)の半径方
    向外側に位置していることを特徴とする請求項1ないし
    9の何れかの1項に記載の速度センサ。
  11. 【請求項11】 前記共振器(16)が中央に取り付けら
    れ、かつ前記励磁装置(12)が前記振動部分(16)の半
    径方向内側に位置していることを特徴とする請求項1な
    いし9の何れかの1項に記載の速度センサ。
  12. 【請求項12】 前記共振器(16)がその表面に取り付
    けられ、かつ前記励磁装置(12)が前記振動部分(16)
    の半径方向内側に位置していることを特徴とする請求項
    1ないし9の何れかの1項に記載の速度センサ。
  13. 【請求項13】 前記共振器(16)がその表面に取り付
    けられ、かつ前記励磁装置(12)が前記振動部分(16)
    の半径方向外側に位置していることを特徴とする請求項
    1ないし9の何れかの1項に記載の速度センサ。
  14. 【請求項14】 2個よりはさらに多くの励磁装置を含
    むことを特徴とする請求項1ないし13に記載の速度セ
    ンサ。
JP5064272A 1992-04-01 1993-03-23 速度センサ Pending JPH0618544A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9207148:9 1992-04-01
GB9207148A GB9207148D0 (en) 1992-04-01 1992-04-01 Planar rate sensor

Publications (1)

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JPH0618544A true JPH0618544A (ja) 1994-01-25

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ID=10713266

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JP (2) JPH0618544A (ja)
GB (5) GB9207148D0 (ja)

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