JPH0814912A - 振動ジャイロ - Google Patents
振動ジャイロInfo
- Publication number
- JPH0814912A JPH0814912A JP6146520A JP14652094A JPH0814912A JP H0814912 A JPH0814912 A JP H0814912A JP 6146520 A JP6146520 A JP 6146520A JP 14652094 A JP14652094 A JP 14652094A JP H0814912 A JPH0814912 A JP H0814912A
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- JP
- Japan
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- vibrator
- signal
- piezoelectric elements
- resonance frequency
- output terminal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 入力角速度に対して迅速かつ正確に応答し、
角速度を常に正確に検出できる振動ジャイロを提供す
る。 【構成】 共振点を有する振動体１の側面に、少なくと
も実質一対の圧電素子２，３を有する振動子４を、その
励振方向の共振周波数と、励振方向と交差する感度方向
の共振周波数とが、所要の応答周波数以上異なるよう構
成すると共に、振動子４を励振方向の共振周波数で自励
振動させるよう構成する。
角速度を常に正確に検出できる振動ジャイロを提供す
る。 【構成】 共振点を有する振動体１の側面に、少なくと
も実質一対の圧電素子２，３を有する振動子４を、その
励振方向の共振周波数と、励振方向と交差する感度方向
の共振周波数とが、所要の応答周波数以上異なるよう構
成すると共に、振動子４を励振方向の共振周波数で自励
振動させるよう構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、圧電形振動ジャイ
ロ、特に応答性能を高めた振動ジャイロに関するもので
ある。
ロ、特に応答性能を高めた振動ジャイロに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来の振動ジャイロとして、例えば、図
７に示すようなものが知られている。この振動ジャイロ
においては、正四角柱形状を成す振動体１の一側面１ａ
に圧電素子２を、その側面１ａと隣接する他の側面１ｂ
に圧電素子３をそれぞれ貼着して振動子４を構成してい
る。圧電素子２，３は、インピーダンス素子Ｚ1,Ｚ2 を
介して駆動装置６の出力側にそれぞれ接続している。駆
動装置６の出力側は、他のインピーダンス素子Ｚ3 を介
して容量素子Ｃにも接続し、これにより圧電素子２，３
および容量素子Ｃに交流電圧を同時に印加するようにし
ている。
７に示すようなものが知られている。この振動ジャイロ
においては、正四角柱形状を成す振動体１の一側面１ａ
に圧電素子２を、その側面１ａと隣接する他の側面１ｂ
に圧電素子３をそれぞれ貼着して振動子４を構成してい
る。圧電素子２，３は、インピーダンス素子Ｚ1,Ｚ2 を
介して駆動装置６の出力側にそれぞれ接続している。駆
動装置６の出力側は、他のインピーダンス素子Ｚ3 を介
して容量素子Ｃにも接続し、これにより圧電素子２，３
および容量素子Ｃに交流電圧を同時に印加するようにし
ている。
【０００３】また、インピーダンス素子Ｚ1,Ｚ2 と、圧
電素子２，３とのそれぞれの接続点５ａ，５ｂにおける
出力は、加算器８で加算し、この加算器８の出力と、イ
ンピーダンス素子Ｚ3 および容量素子Ｃの接続点５ｃに
おける出力とを、差動増幅器１５に供給して、その差動
出力を駆動装置６に帰還している。さらに、接続点５
ａ，５ｂにおける出力は、差動増幅器１６にも供給し、
その差動出力を同期検波器１９に供給して、駆動装置６
の出力に同期して検波するようにしている。
電素子２，３とのそれぞれの接続点５ａ，５ｂにおける
出力は、加算器８で加算し、この加算器８の出力と、イ
ンピーダンス素子Ｚ3 および容量素子Ｃの接続点５ｃに
おける出力とを、差動増幅器１５に供給して、その差動
出力を駆動装置６に帰還している。さらに、接続点５
ａ，５ｂにおける出力は、差動増幅器１６にも供給し、
その差動出力を同期検波器１９に供給して、駆動装置６
の出力に同期して検波するようにしている。
【０００４】かかる振動ジャイロにおいては、駆動装置
６から圧電素子２，３に交流電圧を印加すると、振動子
４を直交三次元座標系のＸ軸方向に振動する。この振動
状態において、接続点５ａ，５ｂから得られる出力は、
駆動装置６からの供給電圧と、それぞれの圧電素子２，
３の歪みに伴って各圧電素子２，３から出力される電圧
との合成出力となる。
６から圧電素子２，３に交流電圧を印加すると、振動子
４を直交三次元座標系のＸ軸方向に振動する。この振動
状態において、接続点５ａ，５ｂから得られる出力は、
駆動装置６からの供給電圧と、それぞれの圧電素子２，
３の歪みに伴って各圧電素子２，３から出力される電圧
との合成出力となる。
【０００５】したがって、それらの両合成出力の和を加
算器８で求め、その出力と接続点５ｃからの供給電圧に
対応する出力との差を差動増幅器１５で求めれば、Ｘ軸
方向の振動に基づいて圧電素子２，３から発生された電
圧だけを抽出できるので、その差動出力を駆動装置６に
帰還すれば、振動子４を安定して自励振動させることが
できる。
算器８で求め、その出力と接続点５ｃからの供給電圧に
対応する出力との差を差動増幅器１５で求めれば、Ｘ軸
方向の振動に基づいて圧電素子２，３から発生された電
圧だけを抽出できるので、その差動出力を駆動装置６に
帰還すれば、振動子４を安定して自励振動させることが
できる。
【０００６】また、上記のように振動子４が自励振動し
ている状態で、振動子４がＺ軸廻りの回転を受けると、
振動子４はその角速度に比例するコリオリの力によりＹ
軸方向に振動して、接続点５ａ，５ｂからの出力に差が
生じる。したがって、その差を差動増幅器１６で求めれ
ば、コリオリの力の発生に伴って生じる電圧を分離して
検出することができるので、この差動出力を同期検波器
１９で検波した後、図示しない平滑回路で平滑すれば、
角速度検出信号を得ることができる。
ている状態で、振動子４がＺ軸廻りの回転を受けると、
振動子４はその角速度に比例するコリオリの力によりＹ
軸方向に振動して、接続点５ａ，５ｂからの出力に差が
生じる。したがって、その差を差動増幅器１６で求めれ
ば、コリオリの力の発生に伴って生じる電圧を分離して
検出することができるので、この差動出力を同期検波器
１９で検波した後、図示しない平滑回路で平滑すれば、
角速度検出信号を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の振動ジ
ャイロにおいては、発生するコリオリの力に対して所定
の検出感度を得るため、一次の振動モードでのＸ軸方向
およびＹ軸方向におけるそれぞれの屈曲振動の共振周波
数が、相互に近接または一致するように、振動体１の横
断面形状を、その全長に亘って実質的に同一の正方形形
状としている。
ャイロにおいては、発生するコリオリの力に対して所定
の検出感度を得るため、一次の振動モードでのＸ軸方向
およびＹ軸方向におけるそれぞれの屈曲振動の共振周波
数が、相互に近接または一致するように、振動体１の横
断面形状を、その全長に亘って実質的に同一の正方形形
状としている。
【０００８】しかしながら、このようにＸ軸方向および
Ｙ軸方向におけるそれぞれの屈曲振動の共振周波数を相
互に近接または一致させると、入力角速度の変化に対す
る応答性能、いわゆる周波数応答性能が悪く、例えば、
図８（Ａ）および（Ｂ）に感度特性および位相特性の一
例を示すように、著しい位相遅れを生じると共に、その
感度特性も変動する。このため、正確な角速度の検出が
できなくなり、特に自動車の姿勢、走行等の制御に用い
た場合には、適切な制御が不可能になるおそれがある。
Ｙ軸方向におけるそれぞれの屈曲振動の共振周波数を相
互に近接または一致させると、入力角速度の変化に対す
る応答性能、いわゆる周波数応答性能が悪く、例えば、
図８（Ａ）および（Ｂ）に感度特性および位相特性の一
例を示すように、著しい位相遅れを生じると共に、その
感度特性も変動する。このため、正確な角速度の検出が
できなくなり、特に自動車の姿勢、走行等の制御に用い
た場合には、適切な制御が不可能になるおそれがある。
【０００９】この発明は、上述した従来の問題点に着目
してなされたもので、入力角速度に対して迅速かつ正確
に応答し、角速度を常に正確に検出できるよう適切に構
成した振動ジャイロを提供することを目的とする。
してなされたもので、入力角速度に対して迅速かつ正確
に応答し、角速度を常に正確に検出できるよう適切に構
成した振動ジャイロを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の振動ジャイロは、共振点を有する振動体
の側面に、少なくとも実質一対の圧電素子を有する振動
子を、その励振方向の共振周波数と、前記励振方向と交
差する感度方向の共振周波数とが、所要の応答周波数以
上異なるよう構成すると共に、前記振動子を前記励振方
向の共振周波数で自励振動させるよう構成したことを特
徴とするものである。
め、この発明の振動ジャイロは、共振点を有する振動体
の側面に、少なくとも実質一対の圧電素子を有する振動
子を、その励振方向の共振周波数と、前記励振方向と交
差する感度方向の共振周波数とが、所要の応答周波数以
上異なるよう構成すると共に、前記振動子を前記励振方
向の共振周波数で自励振動させるよう構成したことを特
徴とするものである。
【００１１】
【作用】このように、振動子の励振方向と、これと交差
する感度方向との共振周波数を、所要の応答周波数以上
異ならせて、振動子を励振方向の共振周波数で自励振動
させると、感度方向の機械的先鋭度（Ｑ）が実質的に低
くなって、感度方向の振動が急速に収束することにな
る。したがって、入力角速度の変化に対して高速で応答
することになる。
する感度方向との共振周波数を、所要の応答周波数以上
異ならせて、振動子を励振方向の共振周波数で自励振動
させると、感度方向の機械的先鋭度（Ｑ）が実質的に低
くなって、感度方向の振動が急速に収束することにな
る。したがって、入力角速度の変化に対して高速で応答
することになる。
【００１２】
【実施例】以下、この発明の実施例を、図面に基づいて
説明する。図１は、この発明の一実施例を示すもので、
振動子４をその励振方向（Ｘ）の共振点において正確に
自励振動させるようにしたものである。振動子４は、図
７と同様に、正四角柱形状を成す振動体１の隣接する側
面に圧電素子２，３を貼着して構成するが、この実施例
では、振動子４の励振方向（Ｘ）と感度方向（Ｙ）との
断面二次モーメントを一部または全部に亘って異ならせ
て、励振方向（Ｘ）と感度方向（Ｙ）との共振周波数
を、所要の応答周波数以上異ならせるため、振動体１と
して、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、一つの稜線の
一部に切り欠き部１ｃを形成するか、または図２
（Ｃ），（Ｄ）に示すように、一つの稜線全部に亘って
切り欠き部１ｃを形成したものを用いる。
説明する。図１は、この発明の一実施例を示すもので、
振動子４をその励振方向（Ｘ）の共振点において正確に
自励振動させるようにしたものである。振動子４は、図
７と同様に、正四角柱形状を成す振動体１の隣接する側
面に圧電素子２，３を貼着して構成するが、この実施例
では、振動子４の励振方向（Ｘ）と感度方向（Ｙ）との
断面二次モーメントを一部または全部に亘って異ならせ
て、励振方向（Ｘ）と感度方向（Ｙ）との共振周波数
を、所要の応答周波数以上異ならせるため、振動体１と
して、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、一つの稜線の
一部に切り欠き部１ｃを形成するか、または図２
（Ｃ），（Ｄ）に示すように、一つの稜線全部に亘って
切り欠き部１ｃを形成したものを用いる。
【００１３】図１において、駆動装置６の信号出力端子
９は、帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの信号用入力端子１１
Ｌ，１１Ｒにそれぞれ接続し、これら帰還増幅器１０
Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒを、圧電素
子２，３の一方の電極にそれぞれ接続する。圧電素子
２，３の他方の電極は、コンデンサＣｃを経て、振動子
４の制動容量の補償信号を出力する駆動装置６の補償信
号出力端子１３に接続し、これにより圧電素子２，３の
他方の電極側の信号と補償信号とを合成する。この合成
信号は、和動増幅器１７で増幅し、この和動増幅器１７
の出力端子１８を駆動装置６の入力端子１４に接続し
て、振動子４を自励振動させるようにする。
９は、帰還増幅器１０Ｌ，１０Ｒの信号用入力端子１１
Ｌ，１１Ｒにそれぞれ接続し、これら帰還増幅器１０
Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒを、圧電素
子２，３の一方の電極にそれぞれ接続する。圧電素子
２，３の他方の電極は、コンデンサＣｃを経て、振動子
４の制動容量の補償信号を出力する駆動装置６の補償信
号出力端子１３に接続し、これにより圧電素子２，３の
他方の電極側の信号と補償信号とを合成する。この合成
信号は、和動増幅器１７で増幅し、この和動増幅器１７
の出力端子１８を駆動装置６の入力端子１４に接続し
て、振動子４を自励振動させるようにする。
【００１４】また、和動増幅器１７の出力端子１８にお
ける信号と、駆動装置６の信号用出力端子９における駆
動信号は、差動増幅器２２に供給して差動増幅し、この
差動増幅器２２の出力を可変抵抗ＶＲを経て帰還増幅器
１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒに供給
して、これら帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒに、圧電素
子２，３の等価抵抗を流れる電流値に対応し、かつその
温度依存性に対応して変化する電流を流入させるように
する。
ける信号と、駆動装置６の信号用出力端子９における駆
動信号は、差動増幅器２２に供給して差動増幅し、この
差動増幅器２２の出力を可変抵抗ＶＲを経て帰還増幅器
１０Ｌ，１０Ｒの帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒに供給
して、これら帰還用入力端子１２Ｌ，１２Ｒに、圧電素
子２，３の等価抵抗を流れる電流値に対応し、かつその
温度依存性に対応して変化する電流を流入させるように
する。
【００１５】図３は、図１に示す補償信号出力端子１３
を有する駆動装置６の一例の構成を示すものである。こ
の駆動装置６は、非反転増幅器１５および反転増幅器１
６を有し、入力端子１４からの信号を非反転増幅器１５
で増幅し、その出力を、補償信号として補償信号出力端
子１３に供給すると共に、反転増幅器１６で増幅して駆
動信号として信号出力端子９に供給する。すなわち、こ
の駆動装置６では、信号出力端子９に供給される駆動信
号と、補償信号出力端子１３に供給される補償信号との
位相を１８０°異ならせると共に、それらの信号の振幅
比を反転増幅器１６によって適切に設定する。
を有する駆動装置６の一例の構成を示すものである。こ
の駆動装置６は、非反転増幅器１５および反転増幅器１
６を有し、入力端子１４からの信号を非反転増幅器１５
で増幅し、その出力を、補償信号として補償信号出力端
子１３に供給すると共に、反転増幅器１６で増幅して駆
動信号として信号出力端子９に供給する。すなわち、こ
の駆動装置６では、信号出力端子９に供給される駆動信
号と、補償信号出力端子１３に供給される補償信号との
位相を１８０°異ならせると共に、それらの信号の振幅
比を反転増幅器１６によって適切に設定する。
【００１６】図１に示す振動ジャイロにおいて、圧電素
子２，３に流れる電流成分のうち、それぞれの制動容量
に関わる虚数成分は、コンデンサＣｃを経て合成される
補償信号により打ち消されるので、和動増幅器１７の出
力は、圧電素子２，３を流れる電流成分のうちの実数成
分のみとなる。したがって、和動増幅器１７の電圧利得
は、振動子４の機械的直列共振周波数ｆｓにおいて最大
となるので、振動子４をその機械的直列共振周波数ｆｓ
に正確に一致した周波数で励振方向（Ｘ）に安定して自
励振動させることができる。また、その機械的直列共振
周波数ｆｓでの励振方向の自励振動は、コンデンサＣｃ
として、振動子４の制動容量の温度依存性に対応する温
度依存性を有するものを用いることにより、より安定化
させることができる。
子２，３に流れる電流成分のうち、それぞれの制動容量
に関わる虚数成分は、コンデンサＣｃを経て合成される
補償信号により打ち消されるので、和動増幅器１７の出
力は、圧電素子２，３を流れる電流成分のうちの実数成
分のみとなる。したがって、和動増幅器１７の電圧利得
は、振動子４の機械的直列共振周波数ｆｓにおいて最大
となるので、振動子４をその機械的直列共振周波数ｆｓ
に正確に一致した周波数で励振方向（Ｘ）に安定して自
励振動させることができる。また、その機械的直列共振
周波数ｆｓでの励振方向の自励振動は、コンデンサＣｃ
として、振動子４の制動容量の温度依存性に対応する温
度依存性を有するものを用いることにより、より安定化
させることができる。
【００１７】ここで、励振方向（Ｘ）と感度方向（Ｙ）
とのそれぞれの共振周波数の差による応答特性について
説明する。図４は、その結果を図示したもので、横軸
は、感度方向の共振周波数から励振方向の共振周波数を
引いた値（共振周波数の間隔）Δｆを示し、縦軸は、振
動子４を励振方向の共振周波数において自励振動させな
がら、変化する角速度を印加した場合に、実際の角速度
に対してその振動ジャイロの応答が位相角で９０°遅れ
を生じさせる角速度の周波数ｆΩを示す。
とのそれぞれの共振周波数の差による応答特性について
説明する。図４は、その結果を図示したもので、横軸
は、感度方向の共振周波数から励振方向の共振周波数を
引いた値（共振周波数の間隔）Δｆを示し、縦軸は、振
動子４を励振方向の共振周波数において自励振動させな
がら、変化する角速度を印加した場合に、実際の角速度
に対してその振動ジャイロの応答が位相角で９０°遅れ
を生じさせる角速度の周波数ｆΩを示す。
【００１８】図４から明らかなように、Δｆが正負のい
ずれの場合であっても、ｆΩ≒｜Δｆ｜となっており、
振動ジャイロとしての応答特性を９０°遅れまで許容す
る設定とする場合においては、所要応答周波数に対応す
る正負のいずれかのΔｆを設ければ良いことがわかる。
また、９０°以下の他の位相角遅れを要する場合であっ
ても、必要に応じて｜Δｆ｜を設定することにより対応
することができる。
ずれの場合であっても、ｆΩ≒｜Δｆ｜となっており、
振動ジャイロとしての応答特性を９０°遅れまで許容す
る設定とする場合においては、所要応答周波数に対応す
る正負のいずれかのΔｆを設ければ良いことがわかる。
また、９０°以下の他の位相角遅れを要する場合であっ
ても、必要に応じて｜Δｆ｜を設定することにより対応
することができる。
【００１９】図５（Ａ）および（Ｂ）は、この実施例に
よる振動ジャイロの感度特性および位相特性をそれぞれ
示すものである。図５では、２０Ｈｚまでの周波数特性
しか示していないが、この実施例によれば、ほぼｆΩ＝
５０Ｈｚまで、位相遅れがなく、かつ感度特性の平坦な
振動ジャイロを実現することができる。
よる振動ジャイロの感度特性および位相特性をそれぞれ
示すものである。図５では、２０Ｈｚまでの周波数特性
しか示していないが、この実施例によれば、ほぼｆΩ＝
５０Ｈｚまで、位相遅れがなく、かつ感度特性の平坦な
振動ジャイロを実現することができる。
【００２０】なお、上述した実施例では、振動体１とし
て横断面四角形状の一つの稜線の一部または全部に亘っ
て切り欠き部１ｃを形成したものを用いたが、図６
（Ａ）に示すように、横断面三角形状の一つの稜線の一
部に切り欠き部１ｃを形成したもの、あるいは図６
（Ｂ）に示すように、横断面三角形状の一つの稜線全部
に亘って切り欠き部１ｃを形成したものを用いることも
できる。
て横断面四角形状の一つの稜線の一部または全部に亘っ
て切り欠き部１ｃを形成したものを用いたが、図６
（Ａ）に示すように、横断面三角形状の一つの稜線の一
部に切り欠き部１ｃを形成したもの、あるいは図６
（Ｂ）に示すように、横断面三角形状の一つの稜線全部
に亘って切り欠き部１ｃを形成したものを用いることも
できる。
【００２１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、振動
子の励振方向と、これと交差する感度方向との共振周波
数を、所要の応答周波数以上異ならせて、振動子を励振
方向の共振周波数で自励振動させるようにしたので、入
力角速度に対して迅速かつ正確に応答し、角速度を常に
正確に検出することができる。
子の励振方向と、これと交差する感度方向との共振周波
数を、所要の応答周波数以上異ならせて、振動子を励振
方向の共振周波数で自励振動させるようにしたので、入
力角速度に対して迅速かつ正確に応答し、角速度を常に
正確に検出することができる。
【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す振動体の４つの例を示す図である。
【図３】図１に示す駆動装置の一例の構成を示すブロッ
ク図である。
ク図である。
【図４】励振方向と感度方向とのそれぞれの共振周波数
の差による応答特性を説明するための図である。
の差による応答特性を説明するための図である。
【図５】図１に示す振動ジャイロの応答特性を示す図で
ある。
ある。
【図６】この発明に使用可能な振動体の他の２つの例を
示す図である。
示す図である。
【図７】従来の振動ジャイロを示すブロック図である。
【図８】図７に示す振動ジャイロの応答特性を示す図で
ある。
ある。
１ 振動体 １ｃ 切り欠き部 ２，３ 圧電素子 ４ 振動子 ６ 駆動装置 １０Ｌ，１０Ｒ 帰還増幅器 １７ 和動増幅器
Claims (1)
- 【請求項１】 共振点を有する振動体の側面に、少なく
とも実質一対の圧電素子を有する振動子を、その励振方
向の共振周波数と、前記励振方向と交差する感度方向の
共振周波数とが、所要の応答周波数以上異なるよう構成
すると共に、前記振動子を前記励振方向の共振周波数で
自励振動させるよう構成したことを特徴とする振動ジャ
イロ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6146520A JPH0814912A (ja) | 1994-06-28 | 1994-06-28 | 振動ジャイロ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6146520A JPH0814912A (ja) | 1994-06-28 | 1994-06-28 | 振動ジャイロ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0814912A true JPH0814912A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15409514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6146520A Pending JPH0814912A (ja) | 1994-06-28 | 1994-06-28 | 振動ジャイロ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0814912A (ja) |
-
1994
- 1994-06-28 JP JP6146520A patent/JPH0814912A/ja active Pending
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