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JPH10170271A - Angular velocity detector - Google Patents

Angular velocity detector

Info

Publication number
JPH10170271A
JPH10170271A JP8328842A JP32884296A JPH10170271A JP H10170271 A JPH10170271 A JP H10170271A JP 8328842 A JP8328842 A JP 8328842A JP 32884296 A JP32884296 A JP 32884296A JP H10170271 A JPH10170271 A JP H10170271A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
excitation
vibrating
vibration
vibrator
angular velocity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8328842A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Iwao Ozaki
巌 尾崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP8328842A priority Critical patent/JPH10170271A/en
Publication of JPH10170271A publication Critical patent/JPH10170271A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】漏れ振動成分が完全に除去された検出信号を得
ることができる振動子型の角速度検出装置を提供するこ
と。 【解決手段】振動子と、この振動子を励振する励振手段
と、この励振手段により励振された振動子が回転するこ
とに伴って発生するコリオリの力に基づく振動の振幅を
検出する検出手段と、この検出手段により検出された振
幅の大きさから回転の角速度を演算する角速度演算手段
とを備えた角速度検出装置において、振動子は、一端で
連結する2本の励振用振動片を有し、この励振用振動片
は四角柱であって、励振によって屈曲される側面のうち
少なくとも一側面は励振方向に対して傾斜しており、か
つ、2本の励振用振動片は面対称に配置されていること
を特徴とする。
(57) Abstract: A vibrator-type angular velocity detection device capable of obtaining a detection signal from which a leakage vibration component is completely removed is provided. An oscillator, an exciting unit for exciting the oscillator, and a detecting unit for detecting an amplitude of vibration based on Coriolis force generated by rotation of the oscillator excited by the exciting unit. And an angular velocity calculating device for calculating an angular velocity of rotation from the magnitude of the amplitude detected by the detecting means, wherein the vibrator has two excitation vibrating reeds connected at one end, This excitation vibrating reed is a quadrangular prism, at least one of the side surfaces bent by the excitation is inclined with respect to the excitation direction, and the two excitation vibrating reeds are arranged plane-symmetrically. It is characterized by being.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車のナビゲー
ションシステムや姿勢制御などに用いられる角速度検出
装置に関するものであり、特に、振動型の角速度検出装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity detecting device used for an automobile navigation system and attitude control, and more particularly to a vibration type angular velocity detecting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、振動体に回転を加えるとコリ
オリの力によって回転角速度に応じた新たな振動が発生
することを利用した振動型角速度検出装置が知られてい
る。このような角速度検出装置の一例として、たとえ
ば、特開平2−38917号公報に記載された振動ジャ
イロがある。この振動ジャイロは、駆動用振動板の先端
にこの駆動用振動板の厚み方向と直角の厚み方向をもつ
検出用振動板を一体に結合した振動子を備え、振動子の
重心を貫通する支持軸を有するものであり、これによ
り、検出用振動板に設けられている検出用圧電素子に与
える駆動側の影響、すなわち漏れ振動の低減が図られて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a vibration type angular velocity detecting apparatus utilizing the fact that when a vibrating body is rotated, a new vibration corresponding to the rotational angular velocity is generated by Coriolis force. As an example of such an angular velocity detecting device, for example, there is a vibrating gyroscope described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-38917. The vibrating gyroscope includes a vibrator integrally provided with a detecting diaphragm having a thickness direction perpendicular to the thickness direction of the driving diaphragm at a tip of the driving diaphragm, and a support shaft penetrating through the center of gravity of the vibrator. Accordingly, the influence of the drive side on the piezoelectric element for detection provided on the diaphragm for detection, that is, the leakage vibration is reduced.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この従来の振
動ジャイロでは、駆動用振動板と検出用振動板の厚み方
向を直交させて駆動振動が検出用振動板に伝わりにくく
して漏れ振動を低く抑えるにとどまり、積極的に漏れ振
動をなくすような構造にはなっていないため、漏れ振動
を必ずしも十分に抑制できなかった。
However, in this conventional vibrating gyroscope, the driving vibration is hardly transmitted to the detecting diaphragm by making the thickness directions of the driving diaphragm and the detecting diaphragm orthogonal to each other, so that the leakage vibration is reduced. However, the structure was not designed to positively eliminate the leakage vibration, so that the leakage vibration could not always be sufficiently suppressed.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような問題
を解決するために為されたものであり、振動子と、この
振動子を励振する励振手段と、この励振手段により励振
された振動子が回転することに伴って発生するコリオリ
の力に基づく振動の振幅を検出する検出手段と、この検
出手段により検出された振幅の大きさから回転の角速度
を演算する角速度演算手段とを備えた角速度検出装置に
おいて、振動子は、一端で連結する2本の励振用振動片
を有し、この励振用振動片は四角柱であって、励振によ
って屈曲される側面のうち少なくとも一側面は励振方向
に対して傾斜しており、かつ、2本の励振用振動片は面
対称に配置されていることを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and has a vibrator, an exciting means for exciting the vibrator, and a vibration excited by the exciting means. Detecting means for detecting the amplitude of the vibration based on the Coriolis force generated as the child rotates, and angular velocity calculating means for calculating the angular velocity of rotation from the magnitude of the amplitude detected by the detecting means. In the angular velocity detecting device, the vibrator has two excitation vibrating reeds connected at one end, and the excitable vibrating reed is a quadrangular prism, and at least one of the side surfaces bent by the excitation has an excitation direction. , And the two excitation vibrating reeds are arranged in plane symmetry.

【0005】励振用振動片が四角柱であって、励振によ
って屈曲される側面のうち少なくとも一側面は励振方向
に対して傾斜しているので、励振方向に垂直な方向すな
わち検出振動方向の漏れ振動の向きが常に一定してお
り、しかも、2本の励振用振動片は面対称に配置されて
いるので、2つの励振用振動片が互いに逆相で励振され
るときは、2つの励振用振動片のそれぞれの漏れ振動成
分は同相となるため、減算することにより相殺すること
ができ、2つの励振用振動片が互いに同相で励振される
ときは、各励振用振動片の漏れ振動成分は逆相となるた
め、加算することにより相殺することができる。
[0005] Since the vibrating piece for excitation is a quadrangular prism and at least one of the side surfaces bent by the excitation is inclined with respect to the excitation direction, the leakage vibration in the direction perpendicular to the excitation direction, that is, the detection vibration direction. Are always constant, and the two excitation vibrating pieces are arranged in plane symmetry. Therefore, when the two excitation vibrating pieces are excited in opposite phases to each other, the two excitation vibrating pieces are excited. Since the respective leakage vibration components of the pieces are in phase, they can be canceled out by subtraction. When the two excitation vibration pieces are excited in the same phase, the leakage vibration components of the respective excitation vibration pieces are opposite. Since they are in phase, they can be canceled by adding.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】図1は本発明の角速度検出装置の
一実施形態に用いられる振動子を示す斜視図であり、図
2はその振動子を含めた全体構成を示すブロック図であ
る。図1において、振動子10は、XYZ三次元直交座
標空間のXY平面上に置かれており、X軸方向に延在す
る振動子基体11と、振動子基体11から+Yの向きに
延びる励振用の第1振動片12および13と、振動子基
体11からそれぞれ第1振動片12および13と同軸上
で−Yの向きに延びる検出用の第2振動片14および1
5と、第2振動片14および15の間において振動子基
体11から−Yの向きに延びる支持棒16と、支持棒1
6の端部に設けられた固定板17とが例えばステンレス
鋼のような金属で一体に構成されている。そして、第1
振動片12、13は、四角柱であって、それぞれの外側
側面がYZ平面に対してほぼ同じ角度で互いに面対称に
傾斜している。
FIG. 1 is a perspective view showing a vibrator used in an embodiment of an angular velocity detecting device according to the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an entire structure including the vibrator. In FIG. 1, a vibrator 10 is placed on an XY plane in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate space, and has a vibrator base 11 extending in the X-axis direction and an excitation base extending from the vibrator base 11 in the + Y direction. First vibrating reeds 12 and 13 and second vibrating reeds 14 and 1 extending from transducer base 11 coaxially with first vibrating reeds 12 and 13 in the −Y direction, respectively.
5, a support bar 16 extending in the -Y direction from the vibrator base 11 between the second vibrating bars 14 and 15, and a support bar 1
The fixing plate 17 provided at the end of the sixth unit 6 is integrally formed of a metal such as stainless steel. And the first
The vibrating bars 12 and 13 are quadrangular prisms, and their outer side surfaces are inclined at substantially the same angle with respect to the YZ plane in plane symmetry with each other.

【0007】第1振動片12および13の外側側面には
それぞれ圧電素子21および22が張り付けられてい
る。圧電素子21および22はPZT(チタン酸ジルコ
ン酸鉛)のような圧電材料からなる短冊状の板を2枚の
金属電極で挟んだ構造を有し、2枚の電極に対する電圧
の印加により、逆圧電効果によりその極性およびPZT
の電歪方向に応じて変形する。圧電素子21および22
の一方の電極は第1振動片12および13の外側側面に
導電性接着剤で貼付されており、振動子10を接地した
状態で他方の電極に正または負の電圧を印加するとY軸
方向に伸び縮みする。
[0007] Piezoelectric elements 21 and 22 are attached to the outer side surfaces of the first vibrating bars 12 and 13, respectively. Each of the piezoelectric elements 21 and 22 has a structure in which a strip-shaped plate made of a piezoelectric material such as PZT (lead zirconate titanate) is sandwiched between two metal electrodes. Its polarity and PZT due to the piezoelectric effect
In the direction of electrostriction. Piezoelectric elements 21 and 22
One electrode is attached to the outer side surface of the first vibrating reeds 12 and 13 with a conductive adhesive, and when a positive or negative voltage is applied to the other electrode while the vibrator 10 is grounded, the Y-axis direction Expand and contract.

【0008】本実施形態では後述するように、圧電素子
22を励振駆動に用い、圧電素子21を励振振動の検出
用に用いる。圧電素子22は、交流電圧の印加により伸
び縮みし、これにより第1振動片12はX方向に振動す
る。この振動エネルギは振動子基体11を介して他方の
第1振動片13に伝達され、第1振動片13はX方向に
第1振動片12と逆位相で振動する。
In this embodiment, as will be described later, the piezoelectric element 22 is used for excitation driving, and the piezoelectric element 21 is used for detecting excitation vibration. The piezoelectric element 22 expands and contracts when an AC voltage is applied, whereby the first resonator element 12 vibrates in the X direction. This vibration energy is transmitted to the other first vibrating reed 13 via the vibrator base 11, and the first vibrating reed 13 vibrates in the X direction with an opposite phase to the first vibrating reed 12.

【0009】圧電素子21による振動の検出は、圧電素
子の圧電効果を利用するものであり、第1振動片12が
X方向に振動すると、圧電素子21はY方向に伸び縮み
することになり、振動子10を接地しておくと第1振動
片と接触していない方の電極に伸び縮みに応じて正また
は負の電圧が発生するので、これを検出することにより
振動を検出できる。
The detection of the vibration by the piezoelectric element 21 utilizes the piezoelectric effect of the piezoelectric element. When the first vibrating reed 12 vibrates in the X direction, the piezoelectric element 21 expands and contracts in the Y direction. If the vibrator 10 is grounded, a positive or negative voltage is generated in the electrode that is not in contact with the first vibrating reed in accordance with expansion and contraction. By detecting this, vibration can be detected.

【0010】検出用の第2振動片14および15の上表
面に張り付けられた検出用圧電素子23および24も、
圧電素子21および22と同一の構造を有しており、第
2振動片14および15のY方向の振動を圧電素子21
と同様の原理に基づいて検出するものである。
The detecting piezoelectric elements 23 and 24 attached to the upper surfaces of the second vibrating reeds 14 and 15 for detection also include
The piezoelectric element 21 has the same structure as the piezoelectric elements 21 and 22, and vibrates the second vibrating reeds 14 and 15 in the Y direction.
The detection is performed based on the same principle as described above.

【0011】第1振動片12、13がX方向に互いに逆
相で励振された状態で、振動子10がY軸に平行な軸
(Y軸を含む)を中心として角速度ωで回転すると、第
1振動片12、13には、F=2mV・ωで表されるコ
リオリの力FがZ方向に発生する。ここに、mは振動片
の質量、Vは振動速度である。このコリオリの力Fの発
生によって、第1振動片12、13はX方向の振動に対
して90度位相がずれてZ方向に振動する。つまり、第
1振動片12、13はZ方向についても、励振周波数で
互いに逆相で振動する。この周波数は、Z方向の第1お
よび第2振動片の連成固有振動数とほぼ一致するように
調整されているので、第2振動片14、15に効率よく
伝達される。したがって、第2振動片14、15のZ方
向の振動を圧電素子23、24で検出すれば、角速度ω
を算出することができる。
When the vibrator 10 rotates at an angular velocity ω about an axis parallel to the Y axis (including the Y axis) in a state where the first vibrating bars 12 and 13 are excited in the X direction in mutually opposite phases. A Coriolis force F represented by F = 2 mV · ω is generated in the Z direction in each of the resonator elements 12 and 13. Here, m is the mass of the resonator element, and V is the vibration speed. Due to the generation of the Coriolis force F, the first vibrating bars 12 and 13 vibrate in the Z direction with a 90 ° phase shift with respect to the vibration in the X direction. That is, the first vibrating reeds 12 and 13 also vibrate in the Z direction in opposite phases at the excitation frequency. Since this frequency is adjusted so as to substantially coincide with the coupled natural frequency of the first and second vibrating bars in the Z direction, the frequency is efficiently transmitted to the second vibrating bars 14 and 15. Therefore, if the Z-direction vibration of the second vibrating reeds 14, 15 is detected by the piezoelectric elements 23, 24, the angular velocity ω
Can be calculated.

【0012】つぎに 図2に示す本実施形態の角速度検
出装置の全体構成について説明する。
Next, the overall configuration of the angular velocity detecting device of the present embodiment shown in FIG. 2 will be described.

【0013】励振回路50は、電流電圧変換回路51と
自動利得制御回路52と駆動回路53とを備えており、
検出回路60は、電流電圧変換回路61および62と差
動増幅回路63と同期検波回路64とを備えている。
The excitation circuit 50 includes a current-voltage conversion circuit 51, an automatic gain control circuit 52, and a drive circuit 53.
The detection circuit 60 includes current-voltage conversion circuits 61 and 62, a differential amplifier circuit 63, and a synchronous detection circuit 64.

【0014】駆動回路53は、自動利得制御回路52の
出力電圧値に応じた振幅で所定の繰り返し周波数のパル
ス波を励振信号として出力するとともに、その出力信号
と90度位相のずれた信号を検出回路60内にある同期
検波回路64の検波信号として出力する回路であり、そ
の出力端子は第1振動片13の側面の圧電素子22の表
面側電極に接続されている。圧電素子22は励振信号を
受けると、Y方向に伸び縮みして上述したように第1振
動片12、13をX方向に互いに逆相で振動させる。
The driving circuit 53 outputs a pulse wave having an amplitude corresponding to the output voltage value of the automatic gain control circuit 52 and having a predetermined repetition frequency as an excitation signal, and detects a signal having a phase shifted from the output signal by 90 degrees. The output terminal is connected to a surface-side electrode of the piezoelectric element 22 on the side surface of the first vibrating reed 13, which is a circuit for outputting as a detection signal of the synchronous detection circuit 64 in the circuit 60. Upon receiving the excitation signal, the piezoelectric element 22 expands and contracts in the Y direction, and vibrates the first vibrating reeds 12 and 13 in the X direction in opposite phases as described above.

【0015】第1振動片12と13のX方向の振動情報
は、電流電圧変換回路51および自動利得制御回路52
を介してフィードバックされる。電流電圧変換回路51
は、第1振動片12および13の屈曲に伴う圧電効果に
よって圧電素子21の電極に発生した電荷の変化量を電
圧値に変換する回路である。
The vibration information of the first vibrating bars 12 and 13 in the X direction is supplied to a current-voltage conversion circuit 51 and an automatic gain control circuit 52.
Is fed back via Current-voltage conversion circuit 51
Is a circuit for converting the amount of change in electric charge generated at the electrodes of the piezoelectric element 21 by the piezoelectric effect caused by the bending of the first vibrating bars 12 and 13 into a voltage value.

【0016】自動利得制御回路52は、電流電圧変換回
路51から出力された電圧信号を入力し、その入力電圧
値が大きくなると出力電圧値を小さくし、入力電圧値が
小さくなると出力電圧値が大きくなるように動作する。
したがって、第1振動片12および13の振動振幅が大
きくなれば、圧電素子21の電極に発生する電荷も大き
くなり、電流電圧変換回路51の出力電圧も大きくな
る。これによって、自動利得制御回路52の出力電圧値
は低くなり、駆動回路53の出力パルスの振幅は小さく
なる。このように、駆動回路53から出力されるパルス
信号の振幅はフィードバック制御され、第1振動片12
および13の振動振幅は常に安定する。
The automatic gain control circuit 52 receives the voltage signal output from the current-voltage conversion circuit 51, and decreases the output voltage value when the input voltage value increases, and increases the output voltage value when the input voltage value decreases. It works to be.
Therefore, when the vibration amplitude of the first vibrating reeds 12 and 13 increases, the charge generated at the electrodes of the piezoelectric element 21 also increases, and the output voltage of the current-voltage conversion circuit 51 also increases. As a result, the output voltage value of the automatic gain control circuit 52 decreases, and the amplitude of the output pulse of the drive circuit 53 decreases. Thus, the amplitude of the pulse signal output from the drive circuit 53 is feedback-controlled, and the first vibrating reed 12
And 13 are always stable.

【0017】検出回路60は、第2振動片14、15の
各圧電素子23、24の電極における電荷の変化量を検
出し、第2振動片のZ方向の振動振幅に応じた信号を出
力する。第2振動片14、15のZ方向の振動は、第1
振動片12、13のX方向励振振動がZ方向振動として
漏れたものと、振動子10が回転したときに生じるコリ
オリの力に基づいて発生したものとの合成振動である。
本実施形態では、第1振動片12、13をX方向に互い
に逆相で励振するものなので、コリオリの力に基づいて
発生するZ方向の振動は互いに逆相で振動する。一方、
漏れ振動は第1振動片12、13の形状に起因して互い
に同相で振動する。なお、このメカニズムは後に詳しく
説明する。
The detection circuit 60 detects the amount of change in the electric charge at the electrodes of the piezoelectric elements 23 and 24 of the second vibrating reeds 14 and 15, and outputs a signal corresponding to the vibration amplitude of the second vibrating reed in the Z direction. . The vibrations of the second vibrating bars 14 and 15 in the Z direction
This is a composite vibration of vibrations of the vibrating bars 12 and 13 leaked in the X direction as Z direction vibrations and vibrations generated based on Coriolis force generated when the vibrator 10 rotates.
In the present embodiment, since the first vibrating bars 12 and 13 are excited in the X direction in mutually opposite phases, the Z-direction vibrations generated based on the Coriolis force vibrate in mutually opposite phases. on the other hand,
The leakage vibrations vibrate in phase with each other due to the shape of the first vibrating reeds 12 and 13. This mechanism will be described later in detail.

【0018】電流電圧変換回路61は圧電素子24の電
極での電荷の変化量を増幅して電圧値に変換する回路で
あり、電流電圧変換回路62は圧電素子23の電極での
電荷の変化量を増幅して電圧値に変換する回路である。
差動増幅回路63は電流電圧変換回路61および62の
それぞれの出力信号を入力し、両信号の電位差を増幅す
る回路であり、この出力信号の振幅変化は第2振動片1
4および15の振動振幅変化に比例している。コリオリ
の力に基づく振動成分は互いに逆相であるため、差動増
幅することにより加算され、漏れ振動成分は互いに同相
であるため、打ち消し合う。
The current-voltage conversion circuit 61 is a circuit for amplifying the amount of change in electric charge at the electrode of the piezoelectric element 24 and converting it into a voltage value. Is a circuit that amplifies the voltage and converts it to a voltage value.
The differential amplifying circuit 63 is a circuit that receives the output signals of the current-voltage conversion circuits 61 and 62 and amplifies the potential difference between the two signals.
4 and 15 are proportional to the vibration amplitude change. Since the vibration components based on the Coriolis force are in opposite phases to each other, they are added by differential amplification, and the leakage vibration components are in phase with each other and therefore cancel each other.

【0019】同期検波回路64は差動増幅回路63から
出力された交流電圧信号を駆動回路53からの励振信号
に対して90度位相のずれたパルス信号を検波信号とし
て用いて同期検波を行った後、積分処理を行うものであ
り、通常の同期検波回路に積分回路が付加された回路で
ある。コリオリの力によるZ方向の振動は励振に対して
90度位相がずれているため、同期検波および積分によ
り全波整流の積分値となる。すなわち、同期検波回路6
4の出力信号電圧は、第2振動片14および15のコリ
オリの力によるZ方向の振動振幅を示している。
The synchronous detection circuit 64 performs synchronous detection using the AC voltage signal output from the differential amplifier circuit 63 as a detection signal using a pulse signal having a 90 ° phase shift with respect to the excitation signal from the drive circuit 53. After that, integration processing is performed, and this is a circuit in which an integration circuit is added to a normal synchronous detection circuit. The vibration in the Z direction due to the Coriolis force is 90 degrees out of phase with respect to the excitation, and thus becomes an integrated value of full-wave rectification by synchronous detection and integration. That is, the synchronous detection circuit 6
The output signal voltage 4 indicates the vibration amplitude in the Z direction due to the Coriolis force of the second vibrating bars 14 and 15.

【0020】角速度演算回路70は、第2振動片14お
よび15の振動振幅を示す検出回路60の出力信号に基
づいて、振動子10のY軸に平行な軸を中心とする回転
角速度を前述した角速度とコリオリの力との関係式F=
2mV・ωを基にして算出する回路である。
The angular velocity calculation circuit 70 calculates the rotational angular velocity about the axis parallel to the Y axis of the vibrator 10 based on the output signal of the detection circuit 60 indicating the vibration amplitude of the second vibrating bars 14 and 15. Relational equation between angular velocity and Coriolis force F =
This is a circuit for calculating based on 2 mV · ω.

【0021】つぎに、励振振動のZ方向の漏れ振動につ
いて、図3を用いて説明する。図3は図1のIII−I
II断面図である。励振回路50が動作すると、前述し
たように圧電素子22がY方向に伸縮して、第1振動片
12および13は矢印31、32で示すようにX方向に
互いに逆相で振動することになるが、第1振動片12お
よび13のそれぞれの外側側面が傾斜してるため、矢印
37および38で示すような傾斜を持った振動となる。
すなわち励振振動は矢印35および36で示すようなZ
方向の漏れ振動を含むことになる。この漏れ振動35お
よび36は、第1振動片12および13が共に内側に屈
曲したときに、いずれも下側すなわち−Zの向きに振れ
る振動である。すなわち、漏れ振動は、第1振動片12
および13がX方向に互いに逆相で振動すると、Z方向
に同相で振動する。すると、第1振動片12および13
とそれぞれ連成して振動する第2振動片14および15
において圧電素子23および24で検出される漏れ振動
も互いに同相となるため、圧電素子23および24の検
出結果を相互に減算すれば漏れ振動成分は相殺されて消
滅する。
Next, the leakage vibration in the Z direction of the excitation vibration will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-I of FIG.
It is II sectional drawing. When the excitation circuit 50 operates, the piezoelectric element 22 expands and contracts in the Y direction as described above, and the first vibrating reeds 12 and 13 vibrate in opposite directions in the X direction as indicated by arrows 31 and 32. However, since the respective outer side surfaces of the first vibrating bars 12 and 13 are inclined, the vibrations are inclined as shown by arrows 37 and 38.
That is, the excitation vibration is represented by Z as shown by arrows 35 and 36.
Directional leakage vibrations. The leakage vibrations 35 and 36 are vibrations that swing downward or in the direction of -Z when the first vibrating bars 12 and 13 are both bent inward. That is, the leakage vibration is caused by the first vibrating reed 12
When and 13 oscillate in the X direction in opposite phases, they oscillate in the Z direction in phase. Then, the first vibrating bars 12 and 13
Vibrating pieces 14 and 15 vibrating in conjunction with
Since the leakage vibrations detected by the piezoelectric elements 23 and 24 have the same phase, the leakage vibration components are canceled and eliminated by subtracting the detection results of the piezoelectric elements 23 and 24 from each other.

【0022】なお、図3において矢印39および40
は、コリオリの力に基づくZ方向の振動を示しており、
励振振動が左右逆相であれば、コリオリの力に基づく振
動も左右逆相となる。したがって、圧電素子23および
24の検出結果の差を採れば、漏れ振動は相殺されるが
コリオリの力に基づく振動は2倍の値となる。
Note that arrows 39 and 40 in FIG.
Indicates vibration in the Z direction based on the Coriolis force,
If the excitation vibration is in the opposite phase, the vibration based on the Coriolis force is also in the opposite phase. Therefore, if the difference between the detection results of the piezoelectric elements 23 and 24 is taken, the leakage vibration is canceled out, but the vibration based on the Coriolis force becomes twice the value.

【0023】従来の一般的なH型振動子では、励振用圧
電素子が貼付された面が励振方向に対して垂直であるた
め、Z方向の漏れ振動の向きが安定しない。そのため、
2本の励振用振動片をX方向に互いに逆相で励振したと
しても、Z方向の漏れ振動が本実施形態のように2本の
振動片において必ず同相となるとは限らない。したがっ
て、Z方向の振動の差を採ったとしても相殺されないこ
とがある。しかし、この実施形態では第1振動片12お
よび13の外側側面が傾斜しているためにZ方向の漏れ
振動は必ず同相となるため、差をとれば必ず相殺され
る。
In a conventional general H-type vibrator, the direction of the leakage vibration in the Z direction is not stable because the surface on which the excitation piezoelectric element is attached is perpendicular to the excitation direction. for that reason,
Even if the two vibrating resonating pieces are excited in the X direction in mutually opposite phases, the leakage vibration in the Z direction does not always have the same phase in the two vibrating pieces as in the present embodiment. Therefore, even if a difference in vibration in the Z direction is taken, the difference may not be offset. However, in this embodiment, since the outer side surfaces of the first vibrating reeds 12 and 13 are inclined, the leak vibrations in the Z direction always have the same phase.

【0024】第1振動片12および13の外側側面の傾
斜角度33および34は、45〜89度の範囲であれ
ば、2本の振動片のZ方向への漏れ振動の位相を同相に
しつつX方向への励振が可能であるが、実際には75〜
85度の範囲に収めることが望ましい。この望ましい範
囲を越えて傾斜角度を小さくし過ぎると、漏れ振幅が大
きくなり、漏れ振動を互いに相殺して打ち消す場合に、
左右の振動片のばらつきに起因して十分に打ち消せない
ことが起こり得る。また、傾斜角が大きくなって90度
に近づき過ぎると、漏れ振動の向きの安定性を確保し難
くなる。
If the inclination angles 33 and 34 of the outer side surfaces of the first vibrating reeds 12 and 13 are in the range of 45 to 89 degrees, the X of the two vibrating reeds is set in the same direction as that of the leakage vibration in the Z direction. Excitation in the direction is possible, but actually
It is desirable to be within the range of 85 degrees. If the inclination angle is too small beyond this desirable range, the leakage amplitude increases, and when the leakage vibrations cancel each other out,
It may happen that the vibration cannot be canceled sufficiently due to the variation of the left and right resonator elements. Further, when the inclination angle becomes too close to 90 degrees, it becomes difficult to secure the stability of the direction of the leakage vibration.

【0025】本実施形態では、第1振動片12および1
3を互いに逆相で励振させたが、図4の矢印41および
42に示すように左右同相で励振させた場合には、実際
の振動が矢印47および48のようになり、漏れ振動成
分が矢印45および46に示すように互いに逆相とな
る。この場合には、圧電素子23および24の検出結果
を互いに加算すれば、両者が相殺される。このときのコ
リオリの力に基づく振動49および50は同相になるた
め、圧電素子23および24の検出結果の加算により2
倍の値となる。
In this embodiment, the first vibrating bars 12 and 1
3 are excited in opposite phases, but when excited in the left and right in-phase as shown by arrows 41 and 42 in FIG. 4, the actual vibrations are as shown by arrows 47 and 48, and the leakage vibration component is As shown at 45 and 46, the phases are opposite to each other. In this case, if the detection results of the piezoelectric elements 23 and 24 are added to each other, they are cancelled. Since the vibrations 49 and 50 based on the Coriolis force at this time have the same phase, the addition of the detection results of the piezoelectric elements 23 and 24 results in 2
The value is doubled.

【0026】図5および図6は、振動子が上述の実施形
態と同じH型の振動子であるが、励振方向がX方向では
なくZ方向にしたい場合の例を示しており、図3および
図4と同様の位置での断面図である。この振動子100
は、励振用の第1振動片112および113の上側側面
にそれぞれ励振用の圧電素子21および22が設けられ
ており、第1振動片112および113と同軸上に設け
られた検出用の第2振動片の外側側面に検出用の圧電素
子23および24が設けられている。
FIGS. 5 and 6 show an example in which the vibrator is the same H-type vibrator as in the above embodiment, but the excitation direction is desired to be in the Z direction instead of the X direction. FIG. 5 is a sectional view at a position similar to FIG. 4. This vibrator 100
Are provided with piezoelectric elements 21 and 22 for excitation on the upper side surfaces of the first vibrating reeds 112 and 113 for excitation, respectively, and the second piezoelectric element for detection provided coaxially with the first vibrating reeds 112 and 113. Piezoelectric elements 23 and 24 for detection are provided on the outer side surface of the resonator element.

【0027】図5は、第1振動片113および114を
矢印131および132のようにZ方向に互いに逆相に
励振する場合を示しており、振動片の上面すなわち励振
により屈曲する面がXY平面に対して互いに面対称に傾
斜しているので、励振振動の方向が矢印137および1
38のようになり、同相の漏れ振動135および136
が発生する。一方、コリオリの力に基づく振動は矢印1
39および140のように互いに逆相となるので、圧電
素子23および24で検出されるX方向の振動を相互に
減算すれば、漏れ振動は相殺され、コリオリの力に基づ
く振動は2倍となって現れる。
FIG. 5 shows a case in which the first vibrating bars 113 and 114 are excited in the Z direction as shown by arrows 131 and 132 in opposite phases, and the upper surface of the vibrating bar, that is, the surface bent by the excitation is an XY plane. , The directions of the excitation vibrations are indicated by arrows 137 and 1
38 and the in-phase leakage vibrations 135 and 136
Occurs. On the other hand, the vibration based on the Coriolis force is indicated by arrow 1
Since the phases are opposite to each other as indicated by 39 and 140, if the vibrations in the X direction detected by the piezoelectric elements 23 and 24 are subtracted from each other, the leakage vibration is canceled out and the vibration based on the Coriolis force is doubled. Appear.

【0028】図6は、第1振動片113および114を
矢印141および142のようにZ方向に互いに同相に
励振する場合を示しており、振動片の上面が傾斜してい
るので、励振振動の方向が矢印147および148のよ
うになり、逆相の漏れ振動145および146が発生す
る。一方、コリオリの力に基づく振動は矢印149およ
び150のように互いに同相となるので、圧電素子23
および24で検出されるX方向の振動を相互に加算すれ
ば、漏れ振動は相殺され、コリオリの力に基づく振動は
2倍となって現れる。
FIG. 6 shows a case where the first vibrating bars 113 and 114 are excited in the same direction in the Z direction as indicated by arrows 141 and 142. Since the upper surface of the vibrating bar is inclined, the first vibrating bars 113 and 114 are excited. The directions are as indicated by arrows 147 and 148, and leakage vibrations 145 and 146 having opposite phases are generated. On the other hand, the vibrations based on the Coriolis force are in phase with each other as shown by arrows 149 and 150.
If the vibrations in the X direction detected at (24) and (24) are added to each other, the leakage vibration is canceled out, and the vibration based on the Coriolis force appears twice.

【0029】以上の実施形態はいずれもH型の振動子を
用いたものであるが、励振用振動片と検出用振動片が一
体となった単純音叉型の振動子にも、「励振によって屈
曲される側面のうち少なくとも一側面は励振方向に対し
て傾斜しており、かつ、2本の励振用振動片は面対称に
配置されている」という構造を適用すれば、H型振動子
と同様の作用により漏れ振動を相殺することができる。
In each of the above embodiments, an H-shaped vibrator is used. However, a simple tuning fork type vibrator in which an exciting vibrating piece and a detecting vibrating piece are integrated is also referred to as "bending by excitation." At least one of the side surfaces is inclined with respect to the excitation direction, and the two excitation vibrating pieces are arranged in plane symmetry. " Can cancel the leakage vibration.

【0030】また、上記実施形態の振動子は金属振動子
であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、振
動子自身が圧電材料(例えば、水晶、LiTaO3(リ
チウムタンタレート))で構成されたものにも適用でき
る。
Although the vibrator of the above embodiment is a metal vibrator, the present invention is not limited to this, and the vibrator itself is made of a piezoelectric material (for example, quartz, LiTaO 3 (lithium tantalate)). It can also be applied to those composed of

【0031】さらに、上記実施形態では、励振によって
屈曲される一側面のみを励振方向に対して傾斜させてお
り振動片の断面形状が台形となっているが、平行四辺形
のように対向する側面を同様に傾斜させても構わない。
Further, in the above embodiment, only one side surface bent by excitation is inclined with respect to the excitation direction, and the cross-sectional shape of the resonator element is trapezoidal. May be similarly inclined.

【0032】なお、本発明は2つの振動片の漏れ振動の
方向を特定して相殺を容易にしようとするものである
が、漏れ振動の調整も容易になるという利点もある。す
なわち、振動片の断面において鋭角となっている角部を
研削すると漏れ振動成分が低減することが理論的にも実
験的にも明らかであり、この原理にしたがって研削を行
えば2つの漏れ振動のバランスを容易に調整できる。
Although the present invention specifies the direction of the leakage vibration of the two vibrating bars and attempts to cancel them out easily, there is an advantage that the adjustment of the leakage vibration is also facilitated. In other words, it is clear theoretically and experimentally that grinding the sharp corners of the cross section of the vibrating piece reduces the leakage vibration component. Balance can be easily adjusted.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように本発明の角速度検出
装置によれば、励振用振動片が四角柱であって、励振に
よって屈曲される側面のうち少なくとも一側面は励振方
向に対して傾斜しているので、励振方向に垂直な方向す
なわち検出振動方向の漏れ振動の向きが常に一定してお
り、しかも、2本の励振用振動片は面対称に配置されて
いるので、2つの励振用振動片が互いに逆相で励振され
るときは、2つの励振用振動片のそれぞれの漏れ振動成
分は同相となるため、減算することにより相殺すること
ができ、2つの励振用振動片が互いに同相で励振される
ときは、各励振用振動片の漏れ振動成分は逆相となるた
め、加算することにより相殺することができる。
As described above, according to the angular velocity detecting device of the present invention, the vibrating piece for excitation is a quadrangular prism, and at least one of the side faces bent by the excitation is inclined with respect to the excitation direction. Therefore, the direction of the leakage vibration in the direction perpendicular to the excitation direction, that is, in the detection vibration direction, is always constant, and the two excitation vibration pieces are arranged in plane symmetry. When the pieces are excited in opposite phases, the respective leakage vibration components of the two excitation pieces have the same phase, and therefore can be canceled out by subtraction, so that the two excitation pieces have the same phase. When excited, the leakage vibration components of the respective excitation vibrating pieces have opposite phases, and thus can be canceled by adding.

【0034】したがって、コリオリの力に基づく振動を
精度よく抽出することができ、検出感度の高い角速度検
出装置となる。
Therefore, the vibration based on the Coriolis force can be accurately extracted, and the angular velocity detecting device has high detection sensitivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に用いられる振動子を示す
斜視図。
FIG. 1 is a perspective view showing a vibrator used in an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態である角速度検出装置の全
体構成図。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of an angular velocity detecting device according to an embodiment of the present invention.

【図3】図1のIII−III断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 1;

【図4】図1のIII−III断面図。FIG. 4 is a sectional view taken along the line III-III in FIG. 1;

【図5】本発明の他の実施形態に用いられる振動子の断
面図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a vibrator used in another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の他の実施形態に用いられる振動子の断
面図。
FIG. 6 is a sectional view of a vibrator used in another embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…振動子、11…振動子基体、12、13…第1振
動片、14、15…第2振動片、21、22、23、2
4…圧電素子、50…励振回路、60…検出回路、70
…角速度演算回路。
10 vibrator, 11 vibrator base, 12, 13 first vibrating reed, 14, 15 second vibrating reed, 21, 22, 23, 2
4 Piezoelectric element, 50 Excitation circuit, 60 Detection circuit, 70
... Angular velocity calculation circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動子と、この振動子を励振する励振手
段と、この励振手段により励振された前記振動子が回転
することに伴って発生するコリオリの力に基づく振動の
振幅を検出する検出手段と、この検出手段により検出さ
れた振幅の大きさから前記回転の角速度を演算する角速
度演算手段とを備えた角速度検出装置において、 前記振動子は、一端で連結する2本の励振用振動片を有
し、この励振用振動片は四角柱であって、励振によって
屈曲される側面のうち少なくとも一側面は励振方向に対
して傾斜しており、かつ、前記2本の励振用振動片は面
対称に配置されていることを特徴とする角速度検出装
置。
A vibrator; an exciting unit for exciting the vibrator; and a detection unit for detecting an amplitude of vibration based on Coriolis force generated by rotation of the vibrator excited by the exciting unit. And an angular velocity calculating means for calculating the angular velocity of the rotation from the magnitude of the amplitude detected by the detecting means, wherein the vibrator has two excitation vibrating pieces connected at one end. The excitation vibrating reed is a quadrangular prism, at least one of the side surfaces bent by the excitation is inclined with respect to the excitation direction, and the two excitation vibrating reeds are An angular velocity detection device characterized by being symmetrically arranged.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005241625A (en) * 2004-01-27 2005-09-08 Seiko Epson Corp Clock generation device, vibration gyro sensor, navigation device, imaging device, and electronic device
JP2007279022A (en) * 2006-03-14 2007-10-25 Citizen Holdings Co Ltd Vibration gyro, and manufacturing method therefor

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