JPH08178674A - 振動構造における振動モード周波数を整合させる方法 - Google Patents
振動構造における振動モード周波数を整合させる方法Info
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- JPH08178674A JPH08178674A JP7214965A JP21496595A JPH08178674A JP H08178674 A JPH08178674 A JP H08178674A JP 7214965 A JP7214965 A JP 7214965A JP 21496595 A JP21496595 A JP 21496595A JP H08178674 A JPH08178674 A JP H08178674A
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- G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
- G01C19/567—Turn-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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動構造ジャイロスコープ感知要素の振動モ
ード周波数を整合する方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 振動構造ジャイロスコープ感知要素の振
動モード周波数は中立軸（５）におけるまたはその近く
における少なくとも１点（４）において感知要素（１）
から所望の可変量の材料を取り除くおよび（または）感
知要素（１）に所望の可変量の材料を付加することによ
って整合される。
ード周波数を整合する方法及び装置を提供すること。 【解決手段】 振動構造ジャイロスコープ感知要素の振
動モード周波数は中立軸（５）におけるまたはその近く
における少なくとも１点（４）において感知要素（１）
から所望の可変量の材料を取り除くおよび（または）感
知要素（１）に所望の可変量の材料を付加することによ
って整合される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に振動構造ジャ
イロスコープに適した振動構造における振動モード周波
数を整合させる方法に関する。
イロスコープに適した振動構造における振動モード周波
数を整合させる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の振動構造ジャイロスコープは一般
に、実質的に円筒形または実質的にリング状の構造を感
知要素として使用する。
に、実質的に円筒形または実質的にリング状の構造を感
知要素として使用する。
【０００３】このような従来の感知要素は一般に、図１
（Ａ）および（Ｂ）に概略的に示すリングもしくはシリ
ンダの動きにより、ｃｏｓ２θモードで共振的に駆動さ
れる。リングには、２個のモードが互いに４５°の角度
で支持されている。第一のモードリングを図１（Ａ）に
示し、第二のモードリングを図１（Ｂ）に示す。完全に
対称な構造の場合、これらのモードは周波数（振動数）
において縮退であるが、実際には、構造および材質にお
ける不完全さのために、構造上の振動モードの位置をロ
ックする周波数分割が存在する。このような振動構造要
素において最高の性能を達成するためには、これら二つ
の周波数を整合させて、それらの間でエネルギーを効率
的に結合しなければならない。
（Ａ）および（Ｂ）に概略的に示すリングもしくはシリ
ンダの動きにより、ｃｏｓ２θモードで共振的に駆動さ
れる。リングには、２個のモードが互いに４５°の角度
で支持されている。第一のモードリングを図１（Ａ）に
示し、第二のモードリングを図１（Ｂ）に示す。完全に
対称な構造の場合、これらのモードは周波数（振動数）
において縮退であるが、実際には、構造および材質にお
ける不完全さのために、構造上の振動モードの位置をロ
ックする周波数分割が存在する。このような振動構造要
素において最高の性能を達成するためには、これら二つ
の周波数を整合させて、それらの間でエネルギーを効率
的に結合しなければならない。
【０００４】従来の振動構造要素１の略図を図２に示
す。リングパラメータに対する共振周波数依存性は次式
によって求められる。
す。リングパラメータに対する共振周波数依存性は次式
によって求められる。
【０００５】
【数１】
【０００６】ただし、ｋは剛性であり、ｍは質量であ
る。ここで、以下の二つの式を用いる。
る。ここで、以下の二つの式を用いる。
【０００７】
【数２】
【０００８】
【数３】
【０００９】ただし、Ｒはリングの半径であり、ｈおよ
びｔは図３に定義するとおりである。代入を実施してｔ
を消すと、このパラメータに対する周波数依存性は得ら
れない。しかしｆ∝ｈが成り立つ。幅パラメータｈを調
節するものは、モードを平衡させる従来の方法であり、
ｈが減るにつれて周波数の減少をもたらす。半径方向の
動きの点では、１次モードの節（ノード）２が二次モー
ドの波腹（アンチノード）に一致し、その逆も同様であ
る。このように、これらの点での調節は、この点でのモ
ードの経験動を生じさせるだけである。
びｔは図３に定義するとおりである。代入を実施してｔ
を消すと、このパラメータに対する周波数依存性は得ら
れない。しかしｆ∝ｈが成り立つ。幅パラメータｈを調
節するものは、モードを平衡させる従来の方法であり、
ｈが減るにつれて周波数の減少をもたらす。半径方向の
動きの点では、１次モードの節（ノード）２が二次モー
ドの波腹（アンチノード）に一致し、その逆も同様であ
る。このように、これらの点での調節は、この点でのモ
ードの経験動を生じさせるだけである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】このように、この従来
の方法は、効果的ではあるが、それに伴う課題を有して
いる。まず、除去される材質の量の少なさに対して得ら
れる周波数シフトが比較的大きく、したがって、必要な
周波数分解能を達成するためには正確なプロセス制御が
求められる。第二に、気体の援用を要するレーザ切断技
術を使用するとき、リングの縁による気体噴流の偏向が
劣悪な切断品質を招くおそれがある。
の方法は、効果的ではあるが、それに伴う課題を有して
いる。まず、除去される材質の量の少なさに対して得ら
れる周波数シフトが比較的大きく、したがって、必要な
周波数分解能を達成するためには正確なプロセス制御が
求められる。第二に、気体の援用を要するレーザ切断技
術を使用するとき、リングの縁による気体噴流の偏向が
劣悪な切断品質を招くおそれがある。
【００１１】したがって、振動構造における振動モード
周波数を整合させるための全体的に改善された方法が求
められている。
周波数を整合させるための全体的に改善された方法が求
められている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の一態様による
と、振動構造が実質的に円筒形または実質的にリング状
の感知要素である振動構造ジャイロスコープのための振
動構造における振動モード周波数を整合させる方法であ
って、感知要素の断面の中立軸の上またはその付近にあ
る少なくとも一つの選択された地点で、所望の可変量の
材質を感知要素から除去したり感知要素に付加したりし
て、要素の周囲の振動モード周波数を変位、整合させる
方法が得られる。
と、振動構造が実質的に円筒形または実質的にリング状
の感知要素である振動構造ジャイロスコープのための振
動構造における振動モード周波数を整合させる方法であ
って、感知要素の断面の中立軸の上またはその付近にあ
る少なくとも一つの選択された地点で、所望の可変量の
材質を感知要素から除去したり感知要素に付加したりし
て、要素の周囲の振動モード周波数を変位、整合させる
方法が得られる。
【００１３】好ましくは、モードの極大半径方向動の地
点の近くで材質を要素から除去したり要素に付加したり
する。
点の近くで材質を要素から除去したり要素に付加したり
する。
【００１４】好都合には、要素は金属またはケイ素から
なるものである。
なるものである。
【００１５】有利には、レーザビーム切除によって材質
を要素から除去する。
を要素から除去する。
【００１６】好ましくは、接着剤によって材質を要素に
付加する。
付加する。
【００１７】好都合には、この方法を実質的に平面的な
感知要素に適用する。
感知要素に適用する。
【００１８】本発明のさらなる態様によると、振動構造
ジャイロスコープのための振動構造感知要素であって、
前記本発明の方法にしたがって材質をそこに付加された
りそこから除去されたりして要素の振動モード周波数を
整合させた振動構造感知要素が得られる。
ジャイロスコープのための振動構造感知要素であって、
前記本発明の方法にしたがって材質をそこに付加された
りそこから除去されたりして要素の振動モード周波数を
整合させた振動構造感知要素が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明をよりよく理解し、同発明
を実施する方法を示すため、添付の図面を参照しながら
例を挙げて説明する。
を実施する方法を示すため、添付の図面を参照しながら
例を挙げて説明する。
【００２０】振動構造ジャイロスコープのための振動構
造、例えば実質的にリング状の要素１における振動モー
ド周波数を整合させる本発明の方法は、実質的に円筒形
の感知要素（図示せず）に使用することができる。本発
明の方法においては、感知要素１の断面の中立軸５の付
近にある少なくとも一つの地点で、所望の可変量の材質
４を感知要素１から除去したり感知要素１に付加したり
して、要素の周囲の振動モード周波数を変位、整合させ
る。質量の除去に伴う周波数シフトの変動を添付の図５
に見ることができる。
造、例えば実質的にリング状の要素１における振動モー
ド周波数を整合させる本発明の方法は、実質的に円筒形
の感知要素（図示せず）に使用することができる。本発
明の方法においては、感知要素１の断面の中立軸５の付
近にある少なくとも一つの地点で、所望の可変量の材質
４を感知要素１から除去したり感知要素１に付加したり
して、要素の周囲の振動モード周波数を変位、整合させ
る。質量の除去に伴う周波数シフトの変動を添付の図５
に見ることができる。
【００２１】添付の図面の図４は、概念的に要素１の一
部とみなすことができる均質なビームの曲がりを示す。
凹側の縁６が極大の圧縮を受け、そのとき凸側の縁は極
大の引張りの下にある。応力は、要素１の断面にかけて
引張りから圧縮に変化し、圧縮と引張りとの間の転移部
に、応力をまったく受けない面が存在する。この面を中
立軸と称し、符号５で示す。中立軸５の付近またはそれ
に沿う少なくとも一つの地点で材質を要素１のリング状
構造から除去したりそれに付加したりすることは、ビー
ムもしくは要素１の剛性には影響を及ぼさないが、その
質量を変化させる。したがって、図１、２、３および４
に示すリング構造の場合、材質のそのような付加および
／または除去は、共振周波数の増大をもたらすであろ
う。
部とみなすことができる均質なビームの曲がりを示す。
凹側の縁６が極大の圧縮を受け、そのとき凸側の縁は極
大の引張りの下にある。応力は、要素１の断面にかけて
引張りから圧縮に変化し、圧縮と引張りとの間の転移部
に、応力をまったく受けない面が存在する。この面を中
立軸と称し、符号５で示す。中立軸５の付近またはそれ
に沿う少なくとも一つの地点で材質を要素１のリング状
構造から除去したりそれに付加したりすることは、ビー
ムもしくは要素１の剛性には影響を及ぼさないが、その
質量を変化させる。したがって、図１、２、３および４
に示すリング構造の場合、材質のそのような付加および
／または除去は、共振周波数の増大をもたらすであろ
う。
【００２２】したがって、例えば、中立軸５の付近およ
び／またはそれに沿う少なくとも一つの地点で制御され
た量の接着剤をそこに塗布することによって材質を要素
１に付加することは、共振周波数を下げることになる。
中立軸５の周囲の無応力領域に材質を塗布することによ
り、剛性またはＱ値のいずれにも悪影響を加えないです
む。符号４におけるような材質の付加には、平衡を繰り
返し同じ地点で同一の方法で実施することができるとい
う利点がある。要素１は、金属またはケイ素のようない
かなる好都合な材質からなるものでもよく、好都合に
は、レーザービーム切除によって材質を要素から除去す
る。有利には、モードの極大半径方向動の地点の近くで
材質を要素１から除去したり要素に付加したりする。
び／またはそれに沿う少なくとも一つの地点で制御され
た量の接着剤をそこに塗布することによって材質を要素
１に付加することは、共振周波数を下げることになる。
中立軸５の周囲の無応力領域に材質を塗布することによ
り、剛性またはＱ値のいずれにも悪影響を加えないです
む。符号４におけるような材質の付加には、平衡を繰り
返し同じ地点で同一の方法で実施することができるとい
う利点がある。要素１は、金属またはケイ素のようない
かなる好都合な材質からなるものでもよく、好都合に
は、レーザービーム切除によって材質を要素から除去す
る。有利には、モードの極大半径方向動の地点の近くで
材質を要素１から除去したり要素に付加したりする。
【００２３】実験は、モードの極大半径方向動の地点の
近くでの材質除去がモード周波数のみを有意に変化させ
るということを証明した。周波数シフトは定量化するこ
とができ、かつ不変的であり、リング状要素１の全質量
に対する比較的小さな調節の場合、添付の図面の図５か
ら見てとれるように、周波数シフトは、除去される質量
に対して線形の依存性を示す傾向をもつ。
近くでの材質除去がモード周波数のみを有意に変化させ
るということを証明した。周波数シフトは定量化するこ
とができ、かつ不変的であり、リング状要素１の全質量
に対する比較的小さな調節の場合、添付の図面の図５か
ら見てとれるように、周波数シフトは、除去される質量
に対して線形の依存性を示す傾向をもつ。
【００２４】
【発明の効果】本発明の方法による材質の除去を利用す
る周波数シフトは、材質除去量が等しい場合、リング１
の幅を従来の方法で薄くした場合に得られる周波数シフ
トよりも相当に優れている。１オーダの大きさを超える
分解能の改善を達成することができる。さらには、要素
１のバルク材の中に切り込む場合、切断の品質を維持す
るのが比較的易しく、本出願の方法による分解能および
繰返し性は、従来の平衡法よりも劇的に改良されたもの
である。
る周波数シフトは、材質除去量が等しい場合、リング１
の幅を従来の方法で薄くした場合に得られる周波数シフ
トよりも相当に優れている。１オーダの大きさを超える
分解能の改善を達成することができる。さらには、要素
１のバルク材の中に切り込む場合、切断の品質を維持す
るのが比較的易しく、本出願の方法による分解能および
繰返し性は、従来の平衡法よりも劇的に改良されたもの
である。
【図１】（Ａ）はｃｏｓ２θモードで共振的に駆動され
る従来の振動構造感知要素を示す略図であり、要素の動
きを第一または一次モードで示すものである。（Ｂ）は
（Ａ）に類似した略図であり、動きを第二または二次モ
ードで示すものである。
る従来の振動構造感知要素を示す略図であり、要素の動
きを第一または一次モードで示すものである。（Ｂ）は
（Ａ）に類似した略図であり、動きを第二または二次モ
ードで示すものである。
【図２】従来の振動構造要素を上から見た平面図であ
る。
る。
【図３】リングの形状の従来の振動構造感知要素の一部
を拡大して示す斜視図である。
を拡大して示す斜視図である。
【図４】応力を受けた状態にあるリング形状の振動構造
感知要素の平面図であり、本発明の方法による材質の除
去または付加を示すものである。
感知要素の平面図であり、本発明の方法による材質の除
去または付加を示すものである。
【図５】Hz単位の周波数シフトをグラム単位の質量除去
に対して表すグラフであり、本発明の方法による質量除
去が線形のシフト周波数変動をもたらすような線形の関
係を示すものである。
に対して表すグラフであり、本発明の方法による質量除
去が線形のシフト周波数変動をもたらすような線形の関
係を示すものである。
１ 要素 ４ 材質 ５ 中立軸 ６ 凹側の縁 ７ 凸側の縁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストフアー ピイ．フエル イギリス国 デボンシヤー ピイエル６ ６デイイー，プリマウス．サウスウエイ, クリツタフオード・ロード．（番地なし) 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 (8)
- 【請求項１】 振動構造が実質的に円筒形または実質的
にリング状の感知要素である振動構造ジャイロスコープ
のための振動構造における振動モード周波数を整合させ
る方法において、 感知要素の断面の中立軸の上またはその付近にある少な
くとも一つの地点で、所望の可変量の材質を感知要素か
ら除去したり感知要素に付加したりして、要素の周囲の
振動モード周波数を変位、整合させることを特徴とする
方法。 - 【請求項２】 モードの極大半径方向動の地点の近くで
材質を要素から除去したり要素に付加したりする請求項
１記載の方法。 - 【請求項３】 要素が金属またはケイ素からなるもので
ある請求項１または２記載の方法。 - 【請求項４】 レーザビーム切除によって材質を要素か
ら除去する請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項５】 接着剤によって材質を要素に付加する請
求項１〜４のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項６】 実質的に平面的な感知要素に適用される
請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。 - 【請求項７】 実質的に添付の図面の図４または図５を
参照しながら本明細書に説明するとおりの、振動構造ジ
ャイロスコープのための振動構造における振動モード周
波数を整合させる方法。 - 【請求項８】 振動構造ジャイロスコープのための振動
構造感知要素であって、請求項１〜７のいずれか１項の
方法にしたがって材質をそこに付加されたりそこから除
去されたりして要素の振動モード周波数を整合させたこ
とを特徴とする振動構造感知要素。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9417044:6 | 1994-08-24 | ||
| GB9417044A GB2292609B (en) | 1994-08-24 | 1994-08-24 | Method for matching vibration mode frequencies on a vibrating structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08178674A true JPH08178674A (ja) | 1996-07-12 |
| JP3459854B2 JP3459854B2 (ja) | 2003-10-27 |
Family
ID=10760287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21496595A Expired - Lifetime JP3459854B2 (ja) | 1994-08-24 | 1995-08-23 | 振動構造における振動モード周波数を整合させる方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5739410A (ja) |
| EP (1) | EP0698779B1 (ja) |
| JP (1) | JP3459854B2 (ja) |
| DE (1) | DE69518961T2 (ja) |
| GB (1) | GB2292609B (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2010050967A1 (en) * | 2008-10-31 | 2010-05-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Compensating frequency mismatch in gyroscopes |
| JP2013539858A (ja) * | 2010-09-17 | 2013-10-28 | アトランティック・イナーシャル・システムズ・リミテッド | センサ |
| JP2015513095A (ja) * | 2012-03-13 | 2015-04-30 | アトランティック・イナーシャル・システムズ・リミテッドＡｔｌａｎｔｉｃ Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ | 振動リング構造 |
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| KR100360479B1 (ko) * | 1995-05-25 | 2003-03-19 | 삼성전자 주식회사 | 진동구조물의고유진동수조정방법 |
| US5945599A (en) * | 1996-12-13 | 1999-08-31 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Resonance type angular velocity sensor |
| US7745106B2 (en) * | 1997-06-24 | 2010-06-29 | Cascade Medical Enterprises, Llc | Methods and devices for separating liquid components |
| US6230563B1 (en) | 1998-06-09 | 2001-05-15 | Integrated Micro Instruments, Inc. | Dual-mass vibratory rate gyroscope with suppressed translational acceleration response and quadrature-error correction capability |
| GB9817347D0 (en) * | 1998-08-11 | 1998-10-07 | British Aerospace | An angular rate sensor |
| GB9819821D0 (en) | 1998-09-12 | 1998-11-04 | Secr Defence | Improvements relating to micro-machining |
| US7051590B1 (en) | 1999-06-15 | 2006-05-30 | Analog Devices Imi, Inc. | Structure for attenuation or cancellation of quadrature error |
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| US10422641B1 (en) | 2015-03-11 | 2019-09-24 | Hrl Laboratories, Llc | Gyroscope frequency tuning tabs on support spokes |
| GB2565298B (en) | 2017-08-07 | 2022-03-16 | Atlantic Inertial Systems Ltd | Angular rate sensors |
| GB2567479B (en) | 2017-10-13 | 2022-04-06 | Atlantic Inertial Systems Ltd | Angular rate sensors |
| GB2570732B (en) | 2018-02-06 | 2023-01-11 | Atlantic Inertial Systems Ltd | Angular rate sensors |
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- 1994-08-24 GB GB9417044A patent/GB2292609B/en not_active Expired - Fee Related
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1995
- 1995-08-21 DE DE69518961T patent/DE69518961T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-08-21 EP EP95305804A patent/EP0698779B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-08-23 JP JP21496595A patent/JP3459854B2/ja not_active Expired - Lifetime
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- 1996-12-11 US US08/763,348 patent/US5739410A/en not_active Expired - Lifetime
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