JPS6144315A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、物体が回転する時の角度変化を検出する角速
度センサに関するものである。

〔発明の背景〕

物体の角度変化を検出する角速度センサとして、最近振
動式のものが注目されている。そして代表例が、ＳＡＥ
　　ＴｅｃｈｎｉｃａＡ！　　ＰａｐｅｒＳｅｒｉｅｓ
、ａ５ｏ７２７（Ａｐｒｉ１１２−１ｓ、１９８３年）
におけるＲｉｃｈａｒｄ　　Ｏ，Ａ）’ｒｅｓ（Ｗａｔ
ｓｏｎＩｎｄｕａｔｒｉｅｓ、Ｉｎｃ、）による’５ｏ
ｌｉｄ　−８ｔａｔｅ　　Ｒａｔｅ　　５ｅｎｓｏｒ　
　Ｔｅｃｈｎ、）ｌＯｇｙａｎｄ　　Ａｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎｓ“と題する文献において紹介されている。

しかしこれらのうちいづれも温度変化に対する補償が必
要であり、従来は回路的に補償する等の対策を取ってい
た。

ところで、最近、水晶振動子に各対の電極による電界が
互いに反対方向を向くように２対の電極を取付けて該水
晶振動子を励振することにより、変位方向が直交する二
つの屈曲振動を励起することができ、これらの二つの屈
曲振動の結合によツ一方の屈曲振動の共振周波数を広い
温度範囲にわたって温度に影響されないようにできる水
晶振動子が知られている。（％開昭５４−１００６８８
号分報） 〔発明の目的〕 本発明は、前記した従来技術の問題点を解決するために
、広い温度範囲にわたって周波数変化の少ない水晶振動
子を用いて、通常使用する温度範囲では温度補償の不要
な振動式の角速度センサを提供することを、その目的と
するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、前記目的を達成するために、前記周波数温度
特性を改善し九水晶振動子にこれを励振する二対の電極
とは別にセンサ用電極を取付け、水晶振動子および水晶
振動子を取付けた物体が回転する時の角度変化によって
生じる力を、該センサ電極により検出して物体の回転角
度変化を検出するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例によって詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例による角速度センサを回転
体に取付けた状態を示す図である。

この図において、１は０点を中心に角速度ωで回転する
回転体、２は角柱状の水晶振動子、５゜４．５．６は水
晶振動子２を励振するための電極、７１８は水晶振動子
２すなわち回転体１０回転角度を検出するためのセンサ
電極である。

以上の構成において、励振用電極３，４，５゜６により
矢印で示すｘ−ｘ’力方向びｙ−ｙ’方向の互いに直交
する二つの屈曲振動を生じさせることができる。この状
態を第１図のＡ−Ａ断面を示す第２図によって説明する
。電極は３と４及び５と６とが各々対をなすように配置
され、３と６及び４と５とが同じ極性を持つように電気
的に接続される。この結果、水晶振動子内に２０、２１
　、２２．２５の電界が生じる。そして、互いに逆方向
に印加される電界２０．２１によＦ））’−）”方向の
屈曲振動を励振でき、さらに電界２２．２３のように互
いに逆方向の電界が印加され、ｘ−ｘ’力方向屈曲振動
を実現できる。そしてさらにこれらの二つの屈曲振動を
結合させることにより、一方の屈曲振動の共振周波数を
改善できることが知られている。この状態を第３図に定
性的に示す。第６図で横軸に温度をとり、縦軸に温度に
対する共振周波数変化率を取っである０この図において
、破線５０で示す従来の一つの屈曲振動による周波数温
度特性が、本発明による二つの屈曲振動の結合により、
実線３１で示す周波数温度特性のように改善される。

次に、第１図において中心０の回りに回転体１がωの角
速度で回転している場合の水晶振動子２の撮動状態を第
４図に示す。この図において、回転体１にωの角速度が
生じている場合には、第１図及び第２図における励磁用
電極５゜４．５．６によるｘ−ｘ’＋）’−ｙ／方向の
振動の他に、次式で聚わされる。コリオリの力Ｆｃによ
る振動変位Ｘｙ、Ｘｙ’が生じる。

Ｆｃ＝２ｍωＶｒ　　　　　　　　　　　・（１）ここ
に、ｍ；水晶振動子の質量 ｖｒ；回転体１における半径方向の水晶振動子の速度 すなわち、水晶振動子２が、ｙ方向に振動している時に
はＸｙ方向、ｙ′方向に振動している時にはｙ方向の振
動成分が、Ｘ　＋　Ｘ’方向振動成分に加わる。セして
ｘ−ｘ’方向振動面と平行な角柱水晶振動子側面に取付
けたセンサ用電極７及び８により、圧電効果により、ｘ
　−ｘ’力方向々−Ｘｙ’方向の加算された振動成分に
よる電気出力を検出し、さらに該検出信号からｘ　−ｘ
’方向振動成分による出力分を除去することによりか−
Ｘｙ’方向振動成分に対応する（１）式のコリオリの力
Ｆｃを検出する。この場合、（１）式におけるｙ　−ｙ
’方向の振動速度Ｖｒは、このｙ　−ｙ’方向振動の周
波数温度特性が改善されていることから、正確に求まり
、ωの値を正確に計測することができる。

次に＠５図は、本発明の他の実施例による電極配置を示
す図であり、水晶振動子の四方の面にわたって励振用電
極！５３．３４．３５．３６を取り付けて、励振用電界
４０．４１．４２．４５を生じさせるようにしである０
これにより更に効率よく電界を印加することができ、第
１図及びＷＪ４図の振動状態を実現できる。そしてセン
サ用電極５７゜５８により（１）式のコリオリの力Ｆｃ
を検出することができる。

ところで、第１図においては、片側固定による角速度セ
ンサの場合を示したが、角速度センサ取付方法はこれに
限るものではない。第６図は、本発明による両端支持に
よる角速度センサ取付構成を示すもので６９、また第７
図に第６図のＢ−Ｂ断面を示す。これらの図において、
５２は両端が支持された水晶振動子、　５３．５４．５
５５６は、５５と５４及び５５と５６が各々対になって
互いシこ反対方向の励振用電界を生じさせるための電極
、５７と５８はωａ力方向角度変化を検出するためのセ
ンサ用電極である。、この構成において、第１図の場合
と同様に、励振用電極５３．５４．５５゜５６により四
方向の電界６０．６１　、６２．６５を印加でき、ｘａ
−ｘａ’方向及びｙａ　−ｙａ’方向の二つの屈曲振動
を発生できる。このうちｙａ−ｙａ’方向の屈曲振動は
周波数温度特性のすぐれた状態にすることができる。ま
たｙａ−ｙａ’方向の振動は７０゜７１の支持点位置が
節になり中間が腹になるように振動する。この状態でω
ａ力方向角度変化が生じｉｃ場合にａ、第ｉ図の場合と
同様に、センサ電極５７．５８によりωａを計測するこ
とができる。

また以上の説明では、水晶振動子として角柱状のものを
考えてきたが、撮動周波数を考慮して他の形状のもの、
例えば板状のものでも、同様に角度変化ω又はωａを計
測することができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に述べたように、本発明によれば、振動式ジャ
イロにおいて、この通勤部分ｌこ、互いに直交する二つ
の振動を生じさせこれらの二つの振動モードの結合によ
り一方の振動モードの周波数温度特性を改善した水晶振
動子を用いることにより、温度補償をすることなく広い
温Ｒ範囲にわ７とって正確に物体の角度変化を計測する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による水晶振動子を用いｆ
ｃ振動式角速度七ンサを回転物体に取付けた時の斜視図
、第２図は第１図のＡ−Ａ断面を示す図であり水晶搗動
子内部の電界の状態も示す図、第３図は水晶振動子の周
波数温度特性を示す図、第４図は第１図を上から見た状
態の図であり回転物体上にある水晶振動子の振動状態を
示す図、第５図は本発明による他の電極配置を示す第１
図のＡ−Ａ断面に相当する図、打６図はさらに本発明の
他の実施例による両端支持構成の水晶振動子を用いた振
動式角速度センサの斜視図、第７図は第６図のＢ−Ｂ！
／ｉ面を示す図である。 符号の説明 ２．５２・・・水晶振動子 ５、４＋　５１６１３３．３４１５５．３６１５５１５
４１第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水晶振動子を用いた振動式角速度センサにおいて、該水
   晶振動子に二対の電極を各対の電極による電界が反対方
   向になるように取付けて、逆圧電効果により水晶振動子
   に二つの屈曲振動を起こさせ、これらの二つの振動の結
   合により一方の振動の共振周波数温度特性を改善すると
   共に、該周波数温度特性を改善した振動の振動面と平行
   な水晶振動子の外側面に水晶振動子及びこれを取付けた
   物体の回転角度変化に応じた慣性力によつて生じる正圧
   電効果による電気信号を取出すためのセンサ用電極を取
   付けた構成にしたことを特徴とする振動式角速度センサ
   。