JPH09196686A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JPH09196686A JPH09196686A JP8024822A JP2482296A JPH09196686A JP H09196686 A JPH09196686 A JP H09196686A JP 8024822 A JP8024822 A JP 8024822A JP 2482296 A JP2482296 A JP 2482296A JP H09196686 A JPH09196686 A JP H09196686A
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- ferromagnetic material
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 構成を簡単にし、感度および精度を向上させ
る。 【解決手段】 検出部１０の巻線１５に交流電流が通電
されると、強磁性体部１２，１３が励磁され、各強磁性
体部１２，１３が磁歪効果によって長手方向に振動（伸
縮）する。振動中の強磁性体部１２，１３が角速度ωで
回転すると、強磁性体部１２，１３にコリオリ力Ｆc が
作用し、支持部材１１が撓み、強磁性体部１２，１３の
一方が伸びるときは他方が縮むように強磁性体部１２，
１３に応力が作用する。これにより、逆磁歪効果によっ
て強磁性体部１２，１３のインピーダンスに差に生じ
る。従って、高周波電源２１によって各強磁性体部１
２，１３に高周波電圧Ｖs を印加して、各強磁性体部１
２，１３に流れる電流の差を差動増幅器２２によって増
幅することにより差動増幅器２２の出力より角速度ωを
求めることができる。
る。 【解決手段】 検出部１０の巻線１５に交流電流が通電
されると、強磁性体部１２，１３が励磁され、各強磁性
体部１２，１３が磁歪効果によって長手方向に振動（伸
縮）する。振動中の強磁性体部１２，１３が角速度ωで
回転すると、強磁性体部１２，１３にコリオリ力Ｆc が
作用し、支持部材１１が撓み、強磁性体部１２，１３の
一方が伸びるときは他方が縮むように強磁性体部１２，
１３に応力が作用する。これにより、逆磁歪効果によっ
て強磁性体部１２，１３のインピーダンスに差に生じ
る。従って、高周波電源２１によって各強磁性体部１
２，１３に高周波電圧Ｖs を印加して、各強磁性体部１
２，１３に流れる電流の差を差動増幅器２２によって増
幅することにより差動増幅器２２の出力より角速度ωを
求めることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性体の磁歪効
果および逆磁歪効果を利用した角速度センサに関する。
果および逆磁歪効果を利用した角速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、角速度センサとしては、ピエ
ゾジャイロのように、圧電セラミック素子（以下、単に
圧電素子と言う。）を利用したものが種々提案されてい
る。例えばピエゾジャイロでは、振動体に駆動用圧電素
子と検出用圧電素子とが取り付けられ、駆動用圧電素子
によって振動体を振動させ、角速度によって振動体に作
用するコリオリ力を検出用圧電素子を用いて検出するよ
うになっている。
ゾジャイロのように、圧電セラミック素子（以下、単に
圧電素子と言う。）を利用したものが種々提案されてい
る。例えばピエゾジャイロでは、振動体に駆動用圧電素
子と検出用圧電素子とが取り付けられ、駆動用圧電素子
によって振動体を振動させ、角速度によって振動体に作
用するコリオリ力を検出用圧電素子を用いて検出するよ
うになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の角速度センサでは、検出用圧電素子の出力
が小さく、例えば出力を３０倍程度増幅するアンプが必
要になる等、感度が劣るという問題点があった。また、
構造が複雑で、組立工数が多く、コストが高くなるとい
う問題点があった。更には、ドリフトやオフセットが大
きく精度が劣るという問題点があった。
ような従来の角速度センサでは、検出用圧電素子の出力
が小さく、例えば出力を３０倍程度増幅するアンプが必
要になる等、感度が劣るという問題点があった。また、
構造が複雑で、組立工数が多く、コストが高くなるとい
う問題点があった。更には、ドリフトやオフセットが大
きく精度が劣るという問題点があった。
【０００４】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その課題は、構成が簡単で、感度および精度の高
い角速度センサを提供することにある。
ので、その課題は、構成が簡単で、感度および精度の高
い角速度センサを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の角速度センサ
は、平行な二面を有する細長い支持部材と、支持部材の
二面にそれぞれ設けられた磁歪効果および逆磁歪効果を
有する細長い二つの強磁性体部と、強磁性体部の周囲に
巻回され、交流電流の通電により強磁性体部を磁歪効果
によって長手方向に振動させるための巻線と、角速度に
より強磁性体部に作用するコリオリ力によって生じる支
持部材の撓みに応じて、逆磁歪効果によって生じる二つ
の強磁性体部のインピーダンスの差に応じた信号を検出
する検出手段とを備えたものである。
は、平行な二面を有する細長い支持部材と、支持部材の
二面にそれぞれ設けられた磁歪効果および逆磁歪効果を
有する細長い二つの強磁性体部と、強磁性体部の周囲に
巻回され、交流電流の通電により強磁性体部を磁歪効果
によって長手方向に振動させるための巻線と、角速度に
より強磁性体部に作用するコリオリ力によって生じる支
持部材の撓みに応じて、逆磁歪効果によって生じる二つ
の強磁性体部のインピーダンスの差に応じた信号を検出
する検出手段とを備えたものである。
【０００６】この角速度センサでは、強磁性体部の周囲
に巻回された巻線に交流電流を通電すると、強磁性体部
は磁歪効果によって長手方向に振動する。振動中の強磁
性体部には角速度に応じたコリオリ力が作用し、このコ
リオリ力によって支持部材が撓み、これにより、逆磁歪
効果によって二つの強磁性体部のインピーダンスに差に
生じる。従って、検出手段によって、二つの強磁性体部
のインピーダンスの差に応じた信号を検出することによ
り、角速度を求めることができる。
に巻回された巻線に交流電流を通電すると、強磁性体部
は磁歪効果によって長手方向に振動する。振動中の強磁
性体部には角速度に応じたコリオリ力が作用し、このコ
リオリ力によって支持部材が撓み、これにより、逆磁歪
効果によって二つの強磁性体部のインピーダンスに差に
生じる。従って、検出手段によって、二つの強磁性体部
のインピーダンスの差に応じた信号を検出することによ
り、角速度を求めることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【０００８】図１は本発明の第１の実施の形態に係る角
速度センサの構成を示す説明図、図２は図１における検
出部の平面図である。これらの図に示したように、本実
施の形態に係る角速度センサは、計測対象に取り付けら
れる検出部１０を備えている。検出部１０は、適度の弾
性率を有する非磁性材料で形成され、平行な二面を有す
る細長い板状の支持部材１１と、この支持部材１１の平
行な二面にそれぞれ設けられた磁歪効果および逆磁歪効
果を有する細長い板状の二つの強磁性体部１２，１３
と、各強磁性体部１２，１３の両端部にそれぞれ設けら
れた電極部１４と、支持部材１１および強磁性体部１
２，１３の周囲に巻回され、交流電流の通電により強磁
性体部１２，１３を磁歪効果によって長手方向に振動
（伸縮）させるための巻線１５とを有する検出部１０を
備えている。
速度センサの構成を示す説明図、図２は図１における検
出部の平面図である。これらの図に示したように、本実
施の形態に係る角速度センサは、計測対象に取り付けら
れる検出部１０を備えている。検出部１０は、適度の弾
性率を有する非磁性材料で形成され、平行な二面を有す
る細長い板状の支持部材１１と、この支持部材１１の平
行な二面にそれぞれ設けられた磁歪効果および逆磁歪効
果を有する細長い板状の二つの強磁性体部１２，１３
と、各強磁性体部１２，１３の両端部にそれぞれ設けら
れた電極部１４と、支持部材１１および強磁性体部１
２，１３の周囲に巻回され、交流電流の通電により強磁
性体部１２，１３を磁歪効果によって長手方向に振動
（伸縮）させるための巻線１５とを有する検出部１０を
備えている。
【０００９】強磁性体部１２，１３は、Ｎｉ−Ｆｅ系、
Ｃｏ−Ｆｅ系等の合金（例えばパーマロイ（商品名））
やアモルファス等、磁歪効果および逆磁歪効果を有する
強磁性体で形成される。強磁性体の磁歪定数は、例えば
１×１０-6より大きい値とする。このような強磁性体の
組成の一例としては、Ｃｏ６５％，Ｆｅ１０％，Ｃａ１
５％，Ｂ１０％が挙げられる。強磁性体部１２，１３の
形状は、例えば長さ１５ｍｍ、幅０．１ｍｍ、厚み２５
μｍとしている。強磁性体部１２，１３は、長手方向に
振動（伸縮）できるように、支持部材１１に対して長手
方向に摺動可能に取り付けるのが好ましい。電極部１４
は、例えば、強磁性体部１２，１３の両端部に銀ペース
ト（銀粉と有機性硬化樹脂の混合物）を付着させて形成
される。巻線１５には、交流電源２０によって、例えば
周波数が１００Ｈｚよりも大きい励磁信号Ｖr が印加さ
れるようになっている。検出部１０は、図１に示したよ
うに、支持部材１１の両端部近傍の２箇所を支点１６と
して、測定箇所に固定されるようになっている。
Ｃｏ−Ｆｅ系等の合金（例えばパーマロイ（商品名））
やアモルファス等、磁歪効果および逆磁歪効果を有する
強磁性体で形成される。強磁性体の磁歪定数は、例えば
１×１０-6より大きい値とする。このような強磁性体の
組成の一例としては、Ｃｏ６５％，Ｆｅ１０％，Ｃａ１
５％，Ｂ１０％が挙げられる。強磁性体部１２，１３の
形状は、例えば長さ１５ｍｍ、幅０．１ｍｍ、厚み２５
μｍとしている。強磁性体部１２，１３は、長手方向に
振動（伸縮）できるように、支持部材１１に対して長手
方向に摺動可能に取り付けるのが好ましい。電極部１４
は、例えば、強磁性体部１２，１３の両端部に銀ペース
ト（銀粉と有機性硬化樹脂の混合物）を付着させて形成
される。巻線１５には、交流電源２０によって、例えば
周波数が１００Ｈｚよりも大きい励磁信号Ｖr が印加さ
れるようになっている。検出部１０は、図１に示したよ
うに、支持部材１１の両端部近傍の２箇所を支点１６と
して、測定箇所に固定されるようになっている。
【００１０】本実施の形態に係る角速度センサは、更
に、角速度により強磁性体部１２，１３に作用するコリ
オリ力によって生じる支持部材１１の撓みに応じて、逆
磁歪効果によって生じる二つの強磁性体部１２，１３の
インピーダンスの差に応じた信号を検出する検出手段と
して、各強磁性体部１２，１３に高周波電圧Ｖs を印加
する高周波電源２１と、この高周波電圧Ｖs によって各
強磁性体部１２，１３に流れる電流の差を増幅する差動
増幅器２２とを備えている。
に、角速度により強磁性体部１２，１３に作用するコリ
オリ力によって生じる支持部材１１の撓みに応じて、逆
磁歪効果によって生じる二つの強磁性体部１２，１３の
インピーダンスの差に応じた信号を検出する検出手段と
して、各強磁性体部１２，１３に高周波電圧Ｖs を印加
する高周波電源２１と、この高周波電圧Ｖs によって各
強磁性体部１２，１３に流れる電流の差を増幅する差動
増幅器２２とを備えている。
【００１１】ここで、図３を参照して、検出部１０の強
磁性体部１２，１３に作用する応力とインピーダンスと
の関係について説明する。ここでは、図３に示したよう
に、適度の弾性率を有する細長い板状の基体３１の一面
に強磁性体層３２を接合した素子３０を考える。強磁性
体層３２は、強磁性体部１２，１３と同様に磁歪効果お
よび逆磁歪効果を有するものである。この素子３０は、
強磁性体層３２が接合された面とは反対側における基体
３１の両端部近傍の２箇所を支点３４，３４として測定
箇所に固定されるようになっている。
磁性体部１２，１３に作用する応力とインピーダンスと
の関係について説明する。ここでは、図３に示したよう
に、適度の弾性率を有する細長い板状の基体３１の一面
に強磁性体層３２を接合した素子３０を考える。強磁性
体層３２は、強磁性体部１２，１３と同様に磁歪効果お
よび逆磁歪効果を有するものである。この素子３０は、
強磁性体層３２が接合された面とは反対側における基体
３１の両端部近傍の２箇所を支点３４，３４として測定
箇所に固定されるようになっている。
【００１２】Ｎｉ−Ｆｅ系、Ｃｏ−Ｆｅ系等の強磁性体
の合金膜やアモルファス膜は、磁歪効果を有し、磁歪定
数（λ）は±５０×１０-6程度であるが、応力に応じて
抗磁力、インダクタンス、透磁率等の磁気特性が変化す
る逆磁歪効果も有することが明らかになっている。
の合金膜やアモルファス膜は、磁歪効果を有し、磁歪定
数（λ）は±５０×１０-6程度であるが、応力に応じて
抗磁力、インダクタンス、透磁率等の磁気特性が変化す
る逆磁歪効果も有することが明らかになっている。
【００１３】ここで、逆磁歪効果を有する強磁性体にお
ける応力と透磁率の関係について考察する。等方磁歪の
場合に、応力をσとすると、強磁性体内部に発生する磁
気弾性エネルギ（一軸異方性エネルギ）Ｅは、次の
（１）式のように表される（近角著「強磁性」（裳華
房、１９３６年発行）の第１３０ページ参照）。
ける応力と透磁率の関係について考察する。等方磁歪の
場合に、応力をσとすると、強磁性体内部に発生する磁
気弾性エネルギ（一軸異方性エネルギ）Ｅは、次の
（１）式のように表される（近角著「強磁性」（裳華
房、１９３６年発行）の第１３０ページ参照）。
【００１４】
【数１】Ｅ＝（−３／２）・λ・σ …（１）
【００１５】磁気弾性エネルギＥは、強磁性体の透磁率
μに影響し、次の（２）式の関係がある（前出の「強磁
性」の第１８７ページ参照）。
μに影響し、次の（２）式の関係がある（前出の「強磁
性」の第１８７ページ参照）。
【００１６】
【数２】μ∝１／Ｅ …（２）
【００１７】ここで、応力σの絶対値が小さい範囲すな
わち磁気弾性エネルギＥの絶対値が小さい範囲では、透
磁率μの変化量Δμは、近似的に次の（３）式のように
表すことができる。
わち磁気弾性エネルギＥの絶対値が小さい範囲では、透
磁率μの変化量Δμは、近似的に次の（３）式のように
表すことができる。
【００１８】
【数３】Δμ∝Ｅ …（３）
【００１９】一方、図３に示したような構造の素子３０
では、基体３１に外力Ｆが作用すると、基体３１が撓
み、強磁性体層３２に応力が作用する。外力Ｆと強磁性
体層３２に作用する応力σとの関係は、次の（４）式の
ように表される。ただし、ｋは係数である。
では、基体３１に外力Ｆが作用すると、基体３１が撓
み、強磁性体層３２に応力が作用する。外力Ｆと強磁性
体層３２に作用する応力σとの関係は、次の（４）式の
ように表される。ただし、ｋは係数である。
【００２０】
【数４】σ∝ｋ・Ｆ …（４）
【００２１】（１）式、（３）式および（４）式より、
次の（５）式が導かれる。
次の（５）式が導かれる。
【００２２】
【数５】Δμ∝Ｅ∝λ・σ∝λ・Ｆ …（５）
【００２３】強磁性体層３２のインダクタンスＬの変化
量ΔＬはΔμに比例するので、次の（６）式が導かれ
る。
量ΔＬはΔμに比例するので、次の（６）式が導かれ
る。
【００２４】
【数６】ΔＬ∝Ｆ …（６）
【００２５】ここで、測定角周波数をωとすると、強磁
性体層３２のインピーダンスＺは、次の（７）式で表さ
れる。ただし、Ｒは抵抗である。
性体層３２のインピーダンスＺは、次の（７）式で表さ
れる。ただし、Ｒは抵抗である。
【００２６】
【数７】Ｚ＝Ｒ＋ｊ・ω・Ｌ …（７）
【００２７】（６）式および（７）式より、強磁性体層
３２のインダクタンスＬおよびインピーダンスＺは外力
Ｆに応じて変化することが分かる。
３２のインダクタンスＬおよびインピーダンスＺは外力
Ｆに応じて変化することが分かる。
【００２８】図４は、強磁性体層３２の両端間に１３Ｍ
Ｈｚの高周波電圧を印加し、強磁性体層３２に１３ＭＨ
ｚの高周波電流を通電した場合において素子３０に作用
する応力（外力Ｆに比例）と強磁性体層３２のリアクタ
ンス（ω・Ｌ）との関係を測定した結果の一例を示した
ものである。なお、ここでは、図４の縦軸の２つのスケ
ールのうち左側のものを用いる。この図から、応力（外
力）の小さい範囲では、強磁性体部１２のインピーダン
スＺを決定するリアクタンス（ω・Ｌ）が、応力（外
力）に応じて略直線的に変化することが分かる。
Ｈｚの高周波電圧を印加し、強磁性体層３２に１３ＭＨ
ｚの高周波電流を通電した場合において素子３０に作用
する応力（外力Ｆに比例）と強磁性体層３２のリアクタ
ンス（ω・Ｌ）との関係を測定した結果の一例を示した
ものである。なお、ここでは、図４の縦軸の２つのスケ
ールのうち左側のものを用いる。この図から、応力（外
力）の小さい範囲では、強磁性体部１２のインピーダン
スＺを決定するリアクタンス（ω・Ｌ）が、応力（外
力）に応じて略直線的に変化することが分かる。
【００２９】また、図３に示したように、基体３１のお
よび強磁性体層３２の周囲に導線を例えば２００回の巻
回してなる巻線３５を設け、この巻線３５に１ＭＨｚの
高周波電流を通電した場合において素子３０に作用する
応力と強磁性体層３２および巻線３５を含むコイルのリ
アクタンス（ω・Ｌ）との関係を測定した結果も、図４
に示したように、前述の素子３０に作用する応力と強磁
性体層３２のリアクタンス（ω・Ｌ）との関係と同様と
なった。なお、ここでは、図４の縦軸の２つのスケール
のうち右側のものを用いる。従って、応力（外力）の小
さい範囲では、強磁性体層３２および巻線３５を含むコ
イルのインピーダンスＺを決定するリアクタンス（ω・
Ｌ）が、応力（外力）に応じて略直線的に変化すること
が分かる。
よび強磁性体層３２の周囲に導線を例えば２００回の巻
回してなる巻線３５を設け、この巻線３５に１ＭＨｚの
高周波電流を通電した場合において素子３０に作用する
応力と強磁性体層３２および巻線３５を含むコイルのリ
アクタンス（ω・Ｌ）との関係を測定した結果も、図４
に示したように、前述の素子３０に作用する応力と強磁
性体層３２のリアクタンス（ω・Ｌ）との関係と同様と
なった。なお、ここでは、図４の縦軸の２つのスケール
のうち右側のものを用いる。従って、応力（外力）の小
さい範囲では、強磁性体層３２および巻線３５を含むコ
イルのインピーダンスＺを決定するリアクタンス（ω・
Ｌ）が、応力（外力）に応じて略直線的に変化すること
が分かる。
【００３０】このように、強磁性体層３２に応力が作用
すると、強磁性体層３２のインピーダンスおよび強磁性
体層３２および巻線３５を含むコイルのインピーダンス
が変化する。図１における検出部１０についても同様で
あり、強磁性体部１２，１３に応力が作用すると、強磁
性体部１２，１３のインピーダンスが変化する。
すると、強磁性体層３２のインピーダンスおよび強磁性
体層３２および巻線３５を含むコイルのインピーダンス
が変化する。図１における検出部１０についても同様で
あり、強磁性体部１２，１３に応力が作用すると、強磁
性体部１２，１３のインピーダンスが変化する。
【００３１】次に、本実施の形態に係る角速度センサの
作用について説明する。
作用について説明する。
【００３２】検出部１０の巻線１５には、交流電源２０
によって、例えば周波数が１００Ｈｚよりも大きい励磁
信号Ｖr が印加され、巻線１５に交流電流が通電され
る。これにより、各強磁性体部１２，１３が励磁され、
各強磁性体部１２，１３が磁歪効果によって長手方向に
振動（伸縮）する。このように振動中の強磁性体部１
２，１３が、図１に示したように角速度ωで回転する
と、強磁性体部１２，１３にはコリオリ力Ｆc が作用す
る。強磁性体部１２，１３の振動の速度をｖとすると、
コリオリ力Ｆc は、ωｖに比例した大きさを持ち、方向
は速度ｖの方向を角速度ωの方向と反対の方向に９０°
回転した方向となる。強磁性体部１２，１３がコリオリ
力Ｆc を受けることによって支持部材１１は撓み、強磁
性体部１２，１３の一方が伸びるときは他方が縮むよう
に、強磁性体部１２，１３に応力が作用する。これによ
り、逆磁歪効果によって強磁性体部１２，１３のインピ
ーダンスが変化すると共に、強磁性体部１２，１３のイ
ンピーダンスの変化量が異なるため、強磁性体部１２，
１３のインピーダンスに差に生じる。従って、強磁性体
部１２，１３のインピーダンスの差に応じた信号を検出
することにより、角速度ωを求めることができる。本実
施の形態では、強磁性体部１２，１３のインピーダンス
の差に応じた信号を検出するために、高周波電源２１に
よって各強磁性体部１２，１３に高周波電圧Ｖs を印加
して、各強磁性体部１２，１３に流れる電流の差を差動
増幅器２２によって増幅しており、差動増幅器２２の出
力より角速度ωを求めることができる。
によって、例えば周波数が１００Ｈｚよりも大きい励磁
信号Ｖr が印加され、巻線１５に交流電流が通電され
る。これにより、各強磁性体部１２，１３が励磁され、
各強磁性体部１２，１３が磁歪効果によって長手方向に
振動（伸縮）する。このように振動中の強磁性体部１
２，１３が、図１に示したように角速度ωで回転する
と、強磁性体部１２，１３にはコリオリ力Ｆc が作用す
る。強磁性体部１２，１３の振動の速度をｖとすると、
コリオリ力Ｆc は、ωｖに比例した大きさを持ち、方向
は速度ｖの方向を角速度ωの方向と反対の方向に９０°
回転した方向となる。強磁性体部１２，１３がコリオリ
力Ｆc を受けることによって支持部材１１は撓み、強磁
性体部１２，１３の一方が伸びるときは他方が縮むよう
に、強磁性体部１２，１３に応力が作用する。これによ
り、逆磁歪効果によって強磁性体部１２，１３のインピ
ーダンスが変化すると共に、強磁性体部１２，１３のイ
ンピーダンスの変化量が異なるため、強磁性体部１２，
１３のインピーダンスに差に生じる。従って、強磁性体
部１２，１３のインピーダンスの差に応じた信号を検出
することにより、角速度ωを求めることができる。本実
施の形態では、強磁性体部１２，１３のインピーダンス
の差に応じた信号を検出するために、高周波電源２１に
よって各強磁性体部１２，１３に高周波電圧Ｖs を印加
して、各強磁性体部１２，１３に流れる電流の差を差動
増幅器２２によって増幅しており、差動増幅器２２の出
力より角速度ωを求めることができる。
【００３３】以上説明したように本実施の形態に係る角
速度センサによれば、構成が簡単であるためコストを低
減することができる。また、構成が簡単であると共に、
同様の強磁性体部１２，１３のインピーダンスの差に応
じた信号を検出するようにしたので、ドリフトやオフセ
ットが小さく（オフセットはほとんど零にすることが可
能）、精度が向上する。更に、本実施の形態に係る角速
度センサでは、従来の圧電素子を利用した角速度センサ
に比べて、例えば１０倍以上の大きな出力が得られるた
め、感度が向上する。
速度センサによれば、構成が簡単であるためコストを低
減することができる。また、構成が簡単であると共に、
同様の強磁性体部１２，１３のインピーダンスの差に応
じた信号を検出するようにしたので、ドリフトやオフセ
ットが小さく（オフセットはほとんど零にすることが可
能）、精度が向上する。更に、本実施の形態に係る角速
度センサでは、従来の圧電素子を利用した角速度センサ
に比べて、例えば１０倍以上の大きな出力が得られるた
め、感度が向上する。
【００３４】図５は本発明の第２の実施の形態に係る角
速度センサの構成を示す説明図である。本実施の形態に
係る角速度センサは、計測対象に取り付けられる検出部
４０を備えている。検出部４０は、適度の弾性率を有す
る非磁性材料で形成された支持部材４１を有している。
支持部材４１は、二つの細長い板状部４１ａ，４１ｂを
所定の間隔で平行に配置し、これら板状部４１ａ，４１
ｂの両端部間を連結した形状に形成されている。検出部
４０は、更に、支持部材４１の板状部４１ａ，４１ｂの
外側の平行な二面にそれぞれ設けられた磁歪効果および
逆磁歪効果を有する細長い板状の二つの強磁性体部４
２，４３と、板状部４１ａおよび強磁性体部４２の周囲
に巻回され、高周波電流の通電により強磁性体部４２を
磁歪効果によって長手方向に振動（伸縮）させると共に
強磁性体部４２のインピーダンスの変化を検出するため
の巻線４５ａと、板状部４１ｂおよび強磁性体部４３の
周囲に巻回され、高周波電流の通電により強磁性体部４
３を磁歪効果によって長手方向に振動（伸縮）させると
共に強磁性体部４３のインピーダンスの変化を検出する
ための巻線４５ｂとを有している。強磁性体部４２，４
３は、第１の実施の形態における強磁性体部１２，１３
と同様のものであり、板状部４１ａ，４１ｂに対する取
り付け方法も第１の実施の形態と同様である。検出部４
０は、支持部材４１の両端部近傍の２箇所を支点４６と
して、測定箇所に固定されるようになっている。
速度センサの構成を示す説明図である。本実施の形態に
係る角速度センサは、計測対象に取り付けられる検出部
４０を備えている。検出部４０は、適度の弾性率を有す
る非磁性材料で形成された支持部材４１を有している。
支持部材４１は、二つの細長い板状部４１ａ，４１ｂを
所定の間隔で平行に配置し、これら板状部４１ａ，４１
ｂの両端部間を連結した形状に形成されている。検出部
４０は、更に、支持部材４１の板状部４１ａ，４１ｂの
外側の平行な二面にそれぞれ設けられた磁歪効果および
逆磁歪効果を有する細長い板状の二つの強磁性体部４
２，４３と、板状部４１ａおよび強磁性体部４２の周囲
に巻回され、高周波電流の通電により強磁性体部４２を
磁歪効果によって長手方向に振動（伸縮）させると共に
強磁性体部４２のインピーダンスの変化を検出するため
の巻線４５ａと、板状部４１ｂおよび強磁性体部４３の
周囲に巻回され、高周波電流の通電により強磁性体部４
３を磁歪効果によって長手方向に振動（伸縮）させると
共に強磁性体部４３のインピーダンスの変化を検出する
ための巻線４５ｂとを有している。強磁性体部４２，４
３は、第１の実施の形態における強磁性体部１２，１３
と同様のものであり、板状部４１ａ，４１ｂに対する取
り付け方法も第１の実施の形態と同様である。検出部４
０は、支持部材４１の両端部近傍の２箇所を支点４６と
して、測定箇所に固定されるようになっている。
【００３５】本実施の形態に係る角速度センサは、更
に、角速度により強磁性体部４２，４３に作用するコリ
オリ力によって生じる板状部４１ａ，４１ｂの撓みに応
じて、逆磁歪効果によって生じる二つの強磁性体部４
２，４３のインピーダンスの差に応じた信号を検出する
検出手段として、各巻線４５ａ，４５ｂに高周波電圧Ｖ
sを印加する高周波電源５１と、この高周波電圧Ｖs に
よって各巻線４５ａ，４５ｂに流れる電流の差を増幅す
る差動増幅器５２とを備えている。
に、角速度により強磁性体部４２，４３に作用するコリ
オリ力によって生じる板状部４１ａ，４１ｂの撓みに応
じて、逆磁歪効果によって生じる二つの強磁性体部４
２，４３のインピーダンスの差に応じた信号を検出する
検出手段として、各巻線４５ａ，４５ｂに高周波電圧Ｖ
sを印加する高周波電源５１と、この高周波電圧Ｖs に
よって各巻線４５ａ，４５ｂに流れる電流の差を増幅す
る差動増幅器５２とを備えている。
【００３６】次に、本実施の形態に係る角速度センサの
作用について説明する。
作用について説明する。
【００３７】検出部４０の各巻線４５ａ，４５ｂには、
高周波電源５１によって、例えば１ＭＨｚの高周波電圧
が印加される。この高周波電圧は、各強磁性体部４２，
４３を振動させるための励磁信号と各強磁性体部４２，
４３のインピーダンスの変化を検出するための高周波電
圧とを兼ねたものである。この高周波電圧の印加によ
り、各強磁性体部４２，４３は磁歪効果によって長手方
向に振動（伸縮）する。このように振動中の強磁性体部
４２，４３が、図５に示したように角速度ωで回転する
と、強磁性体部４２，４３にはコリオリ力Ｆc が作用す
る。強磁性体部４２，４３の振動の速度をｖとすると、
コリオリ力Ｆc は、ωｖに比例した大きさを持ち、方向
は速度ｖの方向を角速度ωの方向と反対の方向に９０°
回転した方向となる。強磁性体部４２，４３がコリオリ
力Ｆc を受けることによって支持部材４１の板状部４１
ａ，４１ｂは撓み、強磁性体部４２，４３の一方が伸び
るときは他方が縮むように、強磁性体部４２，４３に応
力が作用する。これにより、逆磁歪効果によって強磁性
体部４２，４３のインピーダンスが変化すると共に、強
磁性体部４２，４３のインピーダンスの変化量が異なる
ため、強磁性体部４２，４３のインピーダンスに差に生
じる。従って、強磁性体部４２，４３のインピーダンス
の差に応じた信号を検出することにより、角速度ωを求
めることができる。本実施の形態では、高周波電源５１
による高周波電圧の印加によって各巻線４５ａ，４５ｂ
に流れる電流の差を差動増幅器５２によって増幅し、こ
の差動増幅器５２の出力より角速度ωを求めるようにな
っている。
高周波電源５１によって、例えば１ＭＨｚの高周波電圧
が印加される。この高周波電圧は、各強磁性体部４２，
４３を振動させるための励磁信号と各強磁性体部４２，
４３のインピーダンスの変化を検出するための高周波電
圧とを兼ねたものである。この高周波電圧の印加によ
り、各強磁性体部４２，４３は磁歪効果によって長手方
向に振動（伸縮）する。このように振動中の強磁性体部
４２，４３が、図５に示したように角速度ωで回転する
と、強磁性体部４２，４３にはコリオリ力Ｆc が作用す
る。強磁性体部４２，４３の振動の速度をｖとすると、
コリオリ力Ｆc は、ωｖに比例した大きさを持ち、方向
は速度ｖの方向を角速度ωの方向と反対の方向に９０°
回転した方向となる。強磁性体部４２，４３がコリオリ
力Ｆc を受けることによって支持部材４１の板状部４１
ａ，４１ｂは撓み、強磁性体部４２，４３の一方が伸び
るときは他方が縮むように、強磁性体部４２，４３に応
力が作用する。これにより、逆磁歪効果によって強磁性
体部４２，４３のインピーダンスが変化すると共に、強
磁性体部４２，４３のインピーダンスの変化量が異なる
ため、強磁性体部４２，４３のインピーダンスに差に生
じる。従って、強磁性体部４２，４３のインピーダンス
の差に応じた信号を検出することにより、角速度ωを求
めることができる。本実施の形態では、高周波電源５１
による高周波電圧の印加によって各巻線４５ａ，４５ｂ
に流れる電流の差を差動増幅器５２によって増幅し、こ
の差動増幅器５２の出力より角速度ωを求めるようにな
っている。
【００３８】本実施の形態に係る角速度センサのその他
の構成、作用および効果は第１の実施の形態と同様にで
ある。
の構成、作用および効果は第１の実施の形態と同様にで
ある。
【００３９】なお、本発明は上記各実施の形態に限定さ
れず、例えば、強磁性体部１２，１３，４２，４３の形
状および材料等の条件は用途等に応じて適宜に設定する
ことができる。また、検出手段の構成は、各実施の形態
に示したものに限定されず、例えば、第１の実施の形態
における強磁性体部１２，１３に流れる電流の位相差や
第２の実施の形態における巻線４５ａ，４５ｂに流れる
電流の位相差を検出し、この位相差から角速度を求める
ようにしても良い。また、例えば、強磁性体部１２，１
３、強磁性体部４２および巻線４５ａ、強磁性体部４３
および巻線４５ｂを、それぞれ、ＬＣ（インダクタンス
・コンデンサ）発振器のＬ（インダクタンス）となるよ
うに構成し、各ＬＣ発振器の発振周波数の変化から角速
度を求めるようにしても良い。
れず、例えば、強磁性体部１２，１３，４２，４３の形
状および材料等の条件は用途等に応じて適宜に設定する
ことができる。また、検出手段の構成は、各実施の形態
に示したものに限定されず、例えば、第１の実施の形態
における強磁性体部１２，１３に流れる電流の位相差や
第２の実施の形態における巻線４５ａ，４５ｂに流れる
電流の位相差を検出し、この位相差から角速度を求める
ようにしても良い。また、例えば、強磁性体部１２，１
３、強磁性体部４２および巻線４５ａ、強磁性体部４３
および巻線４５ｂを、それぞれ、ＬＣ（インダクタンス
・コンデンサ）発振器のＬ（インダクタンス）となるよ
うに構成し、各ＬＣ発振器の発振周波数の変化から角速
度を求めるようにしても良い。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の角速度セン
サによれば、強磁性体部を磁歪効果によって長手方向に
振動させ、角速度に応じたコリオリ力によって生じる支
持部材の撓みに応じて、逆磁歪効果によって生じる二つ
の強磁性体部のインピーダンスの差に応じた信号を検出
することにより、角速度を検出するようにしたので、構
成が簡単であり、しかも、従来の圧電素子を利用した角
速度センサに比べて大きな出力が得られるため感度が向
上すると共にドリフトやオフセットが小さくなるため精
度が向上するという効果を奏する。
サによれば、強磁性体部を磁歪効果によって長手方向に
振動させ、角速度に応じたコリオリ力によって生じる支
持部材の撓みに応じて、逆磁歪効果によって生じる二つ
の強磁性体部のインピーダンスの差に応じた信号を検出
することにより、角速度を検出するようにしたので、構
成が簡単であり、しかも、従来の圧電素子を利用した角
速度センサに比べて大きな出力が得られるため感度が向
上すると共にドリフトやオフセットが小さくなるため精
度が向上するという効果を奏する。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る角速度センサ
の構成を示す説明図である。
の構成を示す説明図である。
【図２】図１における検出部の平面図である。
【図３】図１における検出部の強磁性体部に作用する応
力とインピーダンスとの関係について説明するための斜
視図である。
力とインピーダンスとの関係について説明するための斜
視図である。
【図４】図３に示した素子に作用する応力とリアクタン
スとの関係を測定した結果の一例を示す特性図である。
スとの関係を測定した結果の一例を示す特性図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る角速度センサ
の構成を示す説明図である。
の構成を示す説明図である。
１０…検出部、１１…支持部材、１２，１３…強磁性体
部、１５…巻線 ２０…交流電源、２１…高周波電源、２２…差動増幅器
部、１５…巻線 ２０…交流電源、２１…高周波電源、２２…差動増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相沢 俊雄 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 平行な二面を有する細長い支持部材と、 前記支持部材の前記二面にそれぞれ設けられた磁歪効果
および逆磁歪効果を有する細長い二つの強磁性体部と、 前記強磁性体部の周囲に巻回され、交流電流の通電によ
り前記強磁性体部を磁歪効果によって長手方向に振動さ
せるための巻線と、 角速度により前記強磁性体部に作用するコリオリ力によ
って生じる前記支持部材の撓みに応じて、逆磁歪効果に
よって生じる二つの強磁性体部のインピーダンスの差に
応じた信号を検出する検出手段とを備えたことを特徴と
する角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8024822A JPH09196686A (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8024822A JPH09196686A (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09196686A true JPH09196686A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=12148882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8024822A Pending JPH09196686A (ja) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09196686A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004088246A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Tdk Corporation | ジャイロセンサ |
| WO2004102117A1 (ja) * | 2003-05-16 | 2004-11-25 | Tdk Corporation | 角速度センサおよび角速度検出装置 |
| JP2006234411A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | Kita Nippon Denshi Kk | 振動型ジャイロセンサ |
| US7219547B2 (en) | 2003-05-16 | 2007-05-22 | Tdk Corporation | Angular velocity sensor and angular velocity detector |
| JP2013089206A (ja) * | 2011-10-21 | 2013-05-13 | Fuji Electric Co Ltd | ワイヤレスセンサ・システム、そのワイヤレスセンサ |
| CN103278148A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-09-04 | 上海交通大学 | 磁致伸缩固体振子双轴微陀螺 |
| CN103684040A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-03-26 | 南昌工程学院 | 磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器 |
-
1996
- 1996-01-19 JP JP8024822A patent/JPH09196686A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004088246A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Tdk Corporation | ジャイロセンサ |
| WO2004102117A1 (ja) * | 2003-05-16 | 2004-11-25 | Tdk Corporation | 角速度センサおよび角速度検出装置 |
| US7219547B2 (en) | 2003-05-16 | 2007-05-22 | Tdk Corporation | Angular velocity sensor and angular velocity detector |
| US7415879B2 (en) | 2003-05-16 | 2008-08-26 | Tdk Corporation | Angular velocity sensor and angular velocity detector |
| JP2006234411A (ja) * | 2005-02-22 | 2006-09-07 | Kita Nippon Denshi Kk | 振動型ジャイロセンサ |
| JP2013089206A (ja) * | 2011-10-21 | 2013-05-13 | Fuji Electric Co Ltd | ワイヤレスセンサ・システム、そのワイヤレスセンサ |
| CN103278148A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-09-04 | 上海交通大学 | 磁致伸缩固体振子双轴微陀螺 |
| CN103684040A (zh) * | 2013-12-23 | 2014-03-26 | 南昌工程学院 | 磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器 |
| CN103684040B (zh) * | 2013-12-23 | 2016-02-03 | 南昌工程学院 | 磁致伸缩式惯性冲击旋转驱动器 |
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