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JPS63285411A - Gyroscopic apparatus - Google Patents

Gyroscopic apparatus

Info

Publication number
JPS63285411A
JPS63285411A JP62121778A JP12177887A JPS63285411A JP S63285411 A JPS63285411 A JP S63285411A JP 62121778 A JP62121778 A JP 62121778A JP 12177887 A JP12177887 A JP 12177887A JP S63285411 A JPS63285411 A JP S63285411A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrating body
vibration
angle
outer casing
displacement
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
JP62121778A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuteru Sato
一輝 佐藤
Takeshi Hojo
武 北條
Tadashi Konno
近野 正
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.)
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokyo Keiki Co Ltd
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 Tokyo Keiki Co Ltd filed Critical Tokyo Keiki Co Ltd
Priority to JP62121778A priority Critical patent/JPS63285411A/en
Publication of JPS63285411A publication Critical patent/JPS63285411A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To obtain a highly accurate gyroscope with limited variations in drift, by detecting the direction of vibration of a cylindrical vibrator with a displacement detector. CONSTITUTION:When a case 11 turns by a certain angle in the direction of the arrow on the Z-Z axis of a cylindrical vibrator 13, declination takes place by a value proportional to an angle at which the case 11 turns between the case 11 and the vibrator 13 in a coordinate system fixed on the case 11, as the vibration mode of the cylindrical vibrator 13 is constant with respect to an inertial space according to the Foucault's theory. Then, when a computing section 16 stores the above-mentioned declination to control the reference vibration direction of the vibration mode to the position of the declination, the reference vibration direction of the vibration mode is proportional to an angle of rotation of the case 11. Thus, an angle of rotation inputted into a gyroscope can be detected relying on the reference vibration direction.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はジャイロ装置、特に振動型のジャイロ装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a gyro device, particularly a vibration type gyro device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

本発明は、原理的に従来用いられている各種の方式のジ
ャイロと異なったものであるが、その中で比較的原理や
構造が本発明に近い振動ジャイロを従来例として第5図
により説明する。同図の例においては、音叉(1)を、
撓み軸(3)を介して基台(2)に取付ける。音叉(1
)の上端に近い位置に、変位検出器(6)及び駆動コイ
ル(4)を取付け、変位検出器(6)の出力を駆動増幅
器(5)を通して駆動コイル(4)に入力し、音叉(1
)の振動振幅を一定に保持している。
Although the present invention is different in principle from various types of gyros conventionally used, a vibrating gyro whose principle and structure are relatively similar to the present invention will be explained using FIG. 5 as a conventional example. . In the example shown in the figure, the tuning fork (1) is
It is attached to the base (2) via the flexible shaft (3). Tuning fork (1
), a displacement detector (6) and a drive coil (4) are installed near the upper end of the tuning fork (1), and the output of the displacement detector (6) is input to the drive coil (4) through a drive amplifier (5).
) is kept constant.

音叉(1)の撓み軸(3)の軸CZ−Z)のまわりに、
角速度Ωが入力されると、音叉(11の振動速度V1、
入力角速度Ωに対応したコリオリの力Fc速度が発生し
、これにより、音叉(11全体が軸(Z−2)のまわり
に交番的に回転する。即ち、捩り振動が、音叉(1)に
発生する。
Around the axis CZ-Z) of the deflection axis (3) of the tuning fork (1),
When the angular velocity Ω is input, the tuning fork (vibration velocity V1 of 11,
A Coriolis force Fc velocity corresponding to the input angular velocity Ω is generated, and as a result, the entire tuning fork (11) alternately rotates around the axis (Z-2). That is, torsional vibration is generated in the tuning fork (1). do.

この第5図に示す従来例では、音叉(1)の、―の捩り
振動を、捩り検出器(8)で検出し、この検出出力と駆
動増幅器(5)の出力とを、デモシュレータ(7)で同
期整流することにより、入力角速度Ωを検出して、ジャ
イロ装置を構成している。
In the conventional example shown in this FIG. The gyro device is constructed by detecting the input angular velocity Ω through synchronous rectification.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、かかる従来の振動型ジャイロ装置にあっ
ては、音叉(1)等の振動体に入力角速度が作用して出
来るコリオリの力を角変位に変換し、この変位を捩り検
出器(8)で検出する方式のため、検出感度が低い。又
、捩り検出器(8)として、圧電素子等を用いた場合、
検出感度にたいする温度の影響が大である。又、音叉(
1)自体のアンバランスは、軸<2−2>のまわりの振
動を生じ、出力にバイアス誤差を持たらすため、音叉(
11の精密なバランシングが必要であり、バランス調整
に多くの時間を必要とする等の多くの欠点がある。
However, in such conventional vibrating gyro devices, the Coriolis force generated by input angular velocity acting on a vibrating body such as a tuning fork (1) is converted into an angular displacement, and this displacement is detected by a torsion detector (8). Due to the detection method, detection sensitivity is low. Furthermore, when a piezoelectric element or the like is used as the torsion detector (8),
Temperature has a large effect on detection sensitivity. Also, a tuning fork (
1) Unbalance of the tuning fork (
This method has many disadvantages, such as requiring precise balancing of 11 components and requiring a lot of time for balance adjustment.

従って、本発明は、上述した従来のジャイロ装置の欠点
を一掃した新規なジャイロ装置を提供せんとするもので
ある。
Therefore, the present invention aims to provide a new gyro device that eliminates the drawbacks of the conventional gyro device described above.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明によるジャイロ装置は、外筺(11)に固定され
た支柱(12a ) 、  (12b )により円筒状
の振動体(13)を支持する。この振動体には、振動体
を駆動するための駆動素子(14a)〜(14d)を配
し、これ等を介し、駆動回路(30) 、  (31)
により上記振動体を半径方向に駆動し、振動体の(Z−
Z)軸方向の端部の半径方向変位の検出を行うための検
出素子(15a)〜(15h)が外筺に設置され、それ
等の出力が演算部に供給される構成である。
The gyro device according to the present invention supports a cylindrical vibrating body (13) by struts (12a) and (12b) fixed to an outer casing (11). Drive elements (14a) to (14d) for driving the vibrating body are arranged on this vibrating body, and driving circuits (30), (31) are connected to the vibrating body via these elements.
The vibrating body is driven in the radial direction by (Z-
Z) Detection elements (15a) to (15h) for detecting the radial displacement of the end in the axial direction are installed in the outer casing, and their outputs are supplied to the calculation section.

〔作用〕[Effect]

本発明の上述したジャイロ装置において、外筺(11)
がある角度だけ、円筒状の振動体(13)の(Z−Z)
軸方向に回転すると、フーコーの原理により、この円筒
状の振動体の振動モードは、慣性空間に対して一定であ
るから、外筺に固定した座標系では、外筺と振動体との
間で、外筺が回転した角度に比例した量だけ偏角する。
In the above-described gyro device of the present invention, the outer casing (11)
(Z-Z) of the cylindrical vibrating body (13) at a certain angle
When rotated in the axial direction, the vibration mode of this cylindrical vibrating body is constant with respect to inertial space due to Foucault's principle, so in a coordinate system fixed to the outer housing, the vibration mode between the outer housing and the vibrating body is , the angle is deflected by an amount proportional to the angle by which the outer casing is rotated.

この偏角を記憶し、振動モードの基準振動方向をこの偏
角位置となるよう制御を行うと、振動モードの基準振動
方向は、外筺の回転角に比例することとなる。
If this deflection angle is memorized and the reference vibration direction of the vibration mode is controlled to be at this deflection angle position, the reference vibration direction of the vibration mode will be proportional to the rotation angle of the outer casing.

したがって、この基準振動方向により、ジャイロに入力
した回転角を知ることができる。
Therefore, the rotation angle input to the gyro can be determined from this reference vibration direction.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明のジャイロ装置の一例を第1図乃至第4図
を参照して説明する。
An example of the gyro device of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.

第1図は、本発明によるジャイロ装置の一例ノ振動部(
10)の一部を切り欠いてその内部を示す斜視図及び振
動部(10)の駆動及び変位検出、駆動制御等を行う演
算部(16)の回路素子の結線図を示す、振動部(lO
)は、主として外筺(11)と、その内部に配置される
振動体(13)とより成る。
FIG. 1 shows a vibrating part (
A perspective view showing the inside of the vibrating part (lO
) mainly consists of an outer casing (11) and a vibrating body (13) arranged inside the outer casing (11).

外筺(11)は、内部が略々真空となるようにその両端
開口部が密封された円筒状の容器で、その内部に、それ
より小径の円筒状の振動体(13)が、両者の長手方向
の軸、換言すれば中心軸(Z −Z)が互に一致するよ
うに配置される。(Z−Z)軸に垂直で、外筺(11)
及び振動体(13)の共通の一つの直径にそれ等の長手
方向が沿い、振動体(13)の(Z −Z)軸方向の略
々中央部に、一対の支持体(12a ) 、  (12
b )を、両者間に次の如く配置する。即ち、両支持体
(12a ) 、  (12b )の外端を円筒状の外
筺(11)の内周面に固定し、内端を円筒状の振動体(
13)の外周面に固定する。
The outer casing (11) is a cylindrical container whose openings at both ends are sealed so that the inside is almost vacuum. They are arranged so that their longitudinal axes, in other words, their central axes (Z-Z), coincide with each other. Perpendicular to the (Z-Z) axis, the outer casing (11)
and a pair of supports (12a), (12a), whose longitudinal directions are along one common diameter of the vibrating body (13), and approximately at the center of the vibrating body (13) in the (Z-Z) axis direction. 12
b) is placed between the two as follows. That is, the outer ends of both supports (12a) and (12b) are fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical outer casing (11), and the inner ends are fixed to the cylindrical vibrating body (12b).
13).

従って、振動体(13)は、円筒状の外筺(11)内に
於て、後述の如く自由に振動(変形)し得るように、両
支持体(12a ) 、  (12b )により支持さ
れる。
Therefore, the vibrating body (13) is supported by both supports (12a) and (12b) in the cylindrical outer casing (11) so that it can freely vibrate (deform) as described below. .

円筒状の振動体(13)は、例えば恒弾性材料等の金属
で構成されており、その筒状部の肉厚は略々均一である
。また、この振動体(13)の中央部の外周面には、同
一円周上に、振動体(13)の駆動用の例えば4個の圧
電素子(14a)〜(14d)が等間隔で接着されてい
る。更に、円筒状の振動体(13)の(Z−Z)軸方向
の一端部、第1図の例では上端部の外周面に、間隙をあ
けて対向する複数個、三の例では8個の静電容量形の変
位検出器(15a ) 〜(15h )が、外筺(11
)の内周面に等間隔で設面され、振動体(13)の変位
を検出する構造となっている。
The cylindrical vibrating body (13) is made of, for example, a metal such as a constant elastic material, and the wall thickness of the cylindrical portion is substantially uniform. Further, on the outer peripheral surface of the central part of the vibrating body (13), for example, four piezoelectric elements (14a) to (14d) for driving the vibrating body (13) are adhered at equal intervals on the same circumference. has been done. Furthermore, a plurality of pieces, eight pieces in the third example, are placed on one end of the cylindrical vibrating body (13) in the (Z-Z) axis direction, which are opposed to each other with a gap on the outer peripheral surface of the upper end in the example of FIG. The capacitive displacement detectors (15a) to (15h) are connected to the outer casing (11).
) are provided at equal intervals on the inner circumferential surface of the vibrating body (13) to detect the displacement of the vibrating body (13).

また、上記4個の圧電素子(14a ) 〜(14d 
)及び8個の変位検出器(15a)〜(15h)は、夫
々演算部(16)に接続されており、これにより、振動
体(13)の駆動及び偏角の検出を行う。
In addition, the four piezoelectric elements (14a) to (14d)
) and eight displacement detectors (15a) to (15h) are each connected to a calculation unit (16), thereby driving the vibrating body (13) and detecting the deflection angle.

振動体(13)の駆動及びその変位検出について、第2
図及び第3図を用いて説明する。尚、第2図は、振動体
(13)の長手方向、(Z−Z)軸方向の中央部の(Z
−Z)軸に垂直な断面図であり、第3図は振動体(13
)の側面図である。
Regarding the drive of the vibrating body (13) and its displacement detection, the second
This will be explained using the drawings and FIG. In addition, FIG. 2 shows the center part of the vibrating body (13) in the longitudinal direction (Z-Z)
-Z) is a sectional view perpendicular to the axis, and FIG.
) is a side view.

圧電素子(14a ) 〜(14d )は、振動体(1
3)の(Z−Z)軸方向中央の同一円周上の外周部に、
第2図に示す如く、等間隔で4個、相隣る圧電素子の分
極軸の方向は互に異るよう接着されている。
The piezoelectric elements (14a) to (14d) are connected to the vibrating body (1
3) At the outer periphery on the same circumference in the center of the (Z-Z) axis,
As shown in FIG. 2, four piezoelectric elements are bonded at equal intervals so that the directions of polarization axes of adjacent piezoelectric elements are different from each other.

これらの圧電素子(14a ) 、  (14e )及
び(14b)。
These piezoelectric elements (14a), (14e) and (14b).

(14d)は、第2図に示す如く、夫々駆動回路(30
)及び(31)に接続されている。これ等の圧電素子(
14a)〜(14d)を同一電圧で駆動すると、圧電素
子(14a)〜(14d)の同極性同志(14a)と(
14e)及び(146)と(14d)では、歪の方向が
夫々同一であるが、異極性間では歪の方向が異なり、そ
の変形は、第3図に示す如きつづみ状の変形モードとな
り、振動体(13)の端面の(Z−Z)軸方向からみた
形状は、第2図に示す如く楕円となる。本振動モードの
場合、振動体(13)の(Z−Z)軸の中央は、振動の
節となるから、この点を支持すれば、振動は外部に伝達
されることはなく、また、支持により、振動モードは変
化しない。このため、上述の如くこの点で振動体(13
)を支持することが望ましい。
(14d) are the drive circuits (30 and 30), respectively, as shown in FIG.
) and (31). These piezoelectric elements (
When piezoelectric elements (14a) to (14d) are driven with the same voltage, the piezoelectric elements (14a) to (14d) have the same polarity (14a) and (14d).
In 14e), (146), and (14d), the direction of strain is the same, but the direction of strain is different between polarities, and the deformation becomes a chain-like deformation mode as shown in FIG. The shape of the end face of the vibrating body (13) when viewed from the (Z-Z) axis direction is an ellipse as shown in FIG. In the case of this vibration mode, the center of the (Z-Z) axis of the vibrating body (13) becomes a vibration node, so if this point is supported, the vibration will not be transmitted to the outside, and the support Therefore, the vibration mode does not change. Therefore, as mentioned above, at this point, the vibrating body (13
) is desirable.

いま、圧電素子(14a)〜(14d)への駆動電圧を
交流的に変化させると、振動体(13)の振動モードは
、第2及び第3図に示す実線と破線との間を変化する振
動モードとなる。
Now, when the drive voltage to the piezoelectric elements (14a) to (14d) is changed in an alternating current manner, the vibration mode of the vibrating body (13) changes between the solid line and the broken line shown in FIGS. 2 and 3. It becomes vibration mode.

上記、振動体(13)の駆動にあたっては、温度変化等
の外乱により、振動体(13)の振動の内部減衰及び外
筺(11)内の気体分子の影響により、振動体(13)
の撮動振幅が減衰するので、これを阻止するため、振動
体(13)の撮動変位を外筺(11)に固定された8個
静電容量形の変位検出器(15a)〜(15h )で検
出し、それ等の出力を第1図に示す演算部(16)のブ
リッジ回路等で構成される変位検出器(15a)〜(1
5h)と同数の変位検出回路(17a)〜(17h)で
夫々増幅し、各変位検出回路(17a)〜(17h)の
出力を、共通の切換器c’i9)で切換、A/D変換器
(20)でA/D変換し、演算部(16)の計算機(1
6’)に取りこむ。なお、電源(18)は各変位検出器
(15a)〜(15h)を駆動するための高周波電源で
ある。
When driving the vibrating body (13), the vibration of the vibrating body (13) is affected by internal damping of the vibration of the vibrating body (13) due to external disturbances such as temperature changes, and by the influence of gas molecules in the outer casing (11).
In order to prevent this, eight capacitive displacement detectors (15a) to (15h) fixed to the outer casing (11) are used to measure the imaging displacement of the vibrating body (13). ) and their outputs are detected by displacement detectors (15a) to (1
5h) and the same number of displacement detection circuits (17a) to (17h), and the output of each displacement detection circuit (17a) to (17h) is switched by a common switch c'i9) and A/D converted. A/D conversion is performed in the unit (20), and the computer (1
6'). Note that the power source (18) is a high frequency power source for driving each displacement detector (15a) to (15h).

A/D変換器(20)を介して計算機(16’)に入力
された各変位検出器(15a)〜(15h)の位置の変
位(g号から、ピーク位相差演算部(21)において、
振動体(13)の振動モードのピーク位置の基準座標に
対する位相を針算し、その出力よりビーク1辰幅演算部
(22)においてピーク振幅値を夫々計算する。このピ
ーク振幅値を基準振幅源(26)よりの基準振幅中値と
比較器(26’)で比較する。
The displacement at the position of each displacement detector (15a) to (15h) inputted to the computer (16') via the A/D converter (20) (from g, to the peak phase difference calculation unit (21),
The phase of the peak position of the vibration mode of the vibrating body (13) with respect to the reference coordinates is calculated, and the peak amplitude value is calculated from the output in the beak 1 width calculating section (22). This peak amplitude value is compared with a reference amplitude intermediate value from a reference amplitude source (26) by a comparator (26').

一方ピーク位相差演算部(21)よりの位相差を基準角
演算部(23)へ供給し、所要のピーク振動方向を決定
し、この方向にピーク位置が来るように、基準角演算部
(23)及び比較器(26’)の出力°を座標分解演算
部(27)で演算処理し、その出力を口/A変換器(2
B) 、  (29)によりアナログ電圧に変換し、再
出力を駆動回路(30) 、  (31)に供給し、両
者の出力で圧電素子(14a)〜(14d)を駆動する
On the other hand, the phase difference from the peak phase difference calculation unit (21) is supplied to the reference angle calculation unit (23), which determines the required peak vibration direction, and sets the peak position in this direction. ) and the output ° of the comparator (26') are processed in the coordinate decomposition calculation section (27), and the output is sent to the mouth/A converter (2
B) It is converted into an analog voltage by (29), and the re-output is supplied to drive circuits (30) and (31), and the piezoelectric elements (14a) to (14d) are driven by the outputs of both.

上記駆動系は、自励振動系を構成しており、振動体(工
3)の駆動振動数は、その1次の固有振動数に一致して
おり、そのビーク振幅は一定に保たれる。
The drive system constitutes a self-excited vibration system, and the drive frequency of the vibrating body (work 3) matches its primary natural frequency, and its peak amplitude is kept constant.

振動体(13)の駆動系は、上記のように構成されてい
るが、上記構成をジャイロとしての使用にあたっては、
次のように演算部(16)が制御される。
The drive system of the vibrating body (13) is configured as described above, but when using the above configuration as a gyro,
The arithmetic unit (16) is controlled as follows.

電源(18)を含む装置の電源(図示せず)を投入する
と、振動体(13)の振動モードのピーク位置は、基準
座標(外筺(11)の固定座標)の基準方位を(たとえ
ば第2図のX方向〉方向とする必要がある。本演算は、
以下のようにして行う。即ち、非振動時の振動体(13
)の外半径をRとすると、変位検出器(15a)〜(1
5h)の検出する振動中の振動体(13)の変位は、基
準座標の原点0を中心とする楕円の方程式と半径rsの
円との差となるから、 (1−a) x2−2hxy十(1−b) y2−(1
+R2) =O・・・(1)の方程式で表わされる。こ
こで、a、b、h、Rは定数である。
When the power source (not shown) of the device including the power source (18) is turned on, the peak position of the vibration mode of the vibrating body (13) changes from the reference direction of the reference coordinates (fixed coordinates of the outer casing (11)) (for example, the The direction must be the X direction in Figure 2.This calculation is
Do it as follows. That is, the vibrating body (13
) is the outer radius of displacement detectors (15a) to (1
The displacement of the vibrating body (13) during vibration detected by 5h) is the difference between the equation of an ellipse centered at the origin 0 of the reference coordinates and the circle with radius rs, so (1-a) x2-2hxy (1-b) y2-(1
+R2) =O... It is expressed by the equation (1). Here, a, b, h, and R are constants.

上述の如く、変位検出器(15a)〜(15h)は、4
5°おきに8個あるから、8個の変位検出回路(17a
 ) 〜(17h’)の出力を切換!(19)により切
り換え、振動体(13)の8点の変位を検出する。
As mentioned above, the displacement detectors (15a) to (15h) have four
There are 8 displacement detection circuits (17a
) to (17h') switch output! (19) and detects the displacement of eight points of the vibrating body (13).

検出精度をあげるために、これらの変位のうち、(Z−
Z)軸を挟んで対向する変位検出器(15a)と(15
e ) 、= (15d )と(15h)の変位どうし
の平均値を求め、4方向の変位に換算する。そして、こ
れら4方向の変位より、式(1)の曲線方程式を決定す
る。すなわち(11式の定数a、b、h、Rを求める。
In order to increase the detection accuracy, among these displacements, (Z-
Z) Displacement detectors (15a) and (15) facing each other across the axis
e ) , = The average value of the displacements of (15d) and (15h) is determined and converted into displacement in four directions. Then, the curve equation of equation (1) is determined from the displacements in these four directions. That is, (calculate the constants a, b, h, and R of equation 11.

すると、楕円振動モードの回転角θはとして求まる。本
演算は、ピーク位相差演算部(21)にて実行される。
Then, the rotation angle θ of the elliptical vibration mode can be found as follows. This calculation is executed in the peak phase difference calculation section (21).

起動時は、基準角演算部(23)における基準角は、基
準方位(たとえばX軸)に設定されている。上記演算結
果より、楕円のピーク位置が基準方位に一致していない
場合には、座標分解演算部(27)において、レゾルバ
と同様の原理で、X及びY方向の圧電素子に加える電圧
値を、回転角θで分解して、駆動回路<30) 。
At startup, the reference angle in the reference angle calculation unit (23) is set to the reference orientation (for example, the X-axis). From the above calculation results, if the peak position of the ellipse does not match the reference orientation, the coordinate decomposition calculation unit (27) uses the same principle as a resolver to calculate the voltage values to be applied to the piezoelectric elements in the X and Y directions. Decomposed by rotation angle θ, drive circuit <30).

(31)を介して圧電素子(14a ) 〜(14d 
)を駆動し制御すれば、楕円のピーク位置は基準方位に
一致する。また、ピーク振幅演算部(22)は、ピーク
位相差演算部(21)で得た定数より振動モードのピー
ク変位を演算する部分であり、基準振幅と検出ピーク振
幅とが一致するよう、本ループで制御される。
(31) to piezoelectric elements (14a) to (14d
), the peak position of the ellipse will match the reference orientation. In addition, the peak amplitude calculation unit (22) is a part that calculates the peak displacement of the vibration mode from the constant obtained by the peak phase difference calculation unit (21), and this loop controlled by

かかる基準方位を、例えばX軸に固定し、ジャイロのア
ライメント終了後、角度および角速度計測モードとなる
。この計測モードにおいては、上述のアライメントと異
なるのは、基準角演算部(23)の値が、最新値に設定
される点である。このモードにおいて、ジャイロの入力
軸、即ち(2−Z)軸方向に角速度Ωが入力し、外筺(
11)が回転すると、フーコーの原理により、楕円振動
モードの基準方位は、振動体(13)の3軸まわりの慣
性モーメントによって決定されるある遅れ角を有するも
のの、振動モードの基準方位からの回転角は、入力した
回転角にほぼ比例した関係が成立する。しかしながら、
この比例関係を長時間にわたって持続するためには、振
動体(13)の外乱トルクを打ち消すために、以下に述
べるようなフィードバック系を導入しなければならない
。即ち、ある瞬間において、振動モードの基準方位に固
定した座標系(第4図のX−Y座標系)に角速度が作用
し、上述の原理により座標系がθだけ回転し、第4図の
X’−Y’座標系に基準方位が回転したとする。振動体
(13)の変位の検出は計算機(16’)からの命令に
より、振動体(13)の振動周期よりも十分短い時間で
サンプリングし、変位検出器(15a ) 〜(15h
 )の変位検出回路(17a) 〜(17h)の出力を
切換器(19)により切換え、計測を行い、この時の回
転角を前述のアライメントの時と同様、算出する。この
算出値が基準角演算部(23)の新値として設定される
。すなわち、ジャイロに入力角速度Ωがはいって、外筺
(11)に対して基準方位が回転すると、回転後の基準
方位位置は、第4図のX’−Y’座標系に固定される。
The reference orientation is fixed to, for example, the X-axis, and after the gyro alignment is completed, the angle and angular velocity measurement mode is entered. This measurement mode is different from the alignment described above in that the value of the reference angle calculation section (23) is set to the latest value. In this mode, an angular velocity Ω is input in the direction of the gyro's input axis, that is, the (2-Z) axis, and the outer casing (
11) rotates, according to Foucault's principle, the reference orientation of the elliptical vibration mode has a certain delay angle determined by the moment of inertia around the three axes of the vibrating body (13), but the rotation from the reference orientation of the vibration mode The angle is approximately proportional to the input rotation angle. however,
In order to maintain this proportional relationship over a long period of time, a feedback system as described below must be introduced in order to cancel out the disturbance torque of the vibrating body (13). That is, at a certain moment, angular velocity acts on the coordinate system (X-Y coordinate system in Figure 4) fixed to the reference direction of the vibration mode, and the coordinate system rotates by θ according to the above principle, and the X-Y coordinate system in Figure 4 Assume that the reference orientation is rotated to the '-Y' coordinate system. The displacement of the vibrating body (13) is detected by sampling in a time sufficiently shorter than the vibration period of the vibrating body (13) according to a command from the computer (16'), and the displacement detectors (15a) to (15h)
) The outputs of the displacement detection circuits (17a) to (17h) are switched by the switch (19) and measured, and the rotation angle at this time is calculated in the same way as in the alignment described above. This calculated value is set as a new value in the reference angle calculation section (23). That is, when the input angular velocity Ω enters the gyro and the reference orientation rotates with respect to the outer casing (11), the reference orientation position after rotation is fixed to the X'-Y' coordinate system of FIG. 4.

さらに入力が加わると、X’−Y’座標系からX“−Y
“座標系(図示せず)へ基準方位が変化するが、この時
の演算部(16)の働きは、x−y座標系からX’−Y
’座標系への変換と同一である。
When further input is added, from the X'-Y' coordinate system to
“The reference orientation changes to the coordinate system (not shown), but the operation of the calculation unit (16) at this time is from the x-y coordinate system to
'It is the same as converting to a coordinate system.

すなわち、基準角演算部(23)の設定値は、計測モー
ド開始からの積分値としての回転角が設定されているこ
ととなる。したがって、基準角演算部(23)のレジス
タの内容を読み取り、これを角度演算部(25)におい
て、前述の比例定数を乗ずれば、ジャイロに入力した角
度を計測することができる。また、これより得られた角
度を角速度演算部(24)で時間微分することにより、
入力した角速度Ωも同時に計測することができる。叩ち
、このように本発明によれば、角度及び角速度を計測す
ることができる。
In other words, the set value of the reference angle calculation section (23) is set to the rotation angle as an integral value from the start of the measurement mode. Therefore, by reading the contents of the register of the reference angle calculating section (23) and multiplying this by the above-mentioned proportionality constant in the angle calculating section (25), it is possible to measure the angle input to the gyro. In addition, by time-differentiating the angle obtained from this in the angular velocity calculation section (24),
The input angular velocity Ω can also be measured at the same time. Thus, according to the present invention, the angle and angular velocity can be measured.

尚、円筒状の振動体(13)の筒状部の(Z−2)軸方
向の肉厚は均一である必要はなく、例えばその(Z −
Z)軸に垂直な断面の肉厚が同一であれば、例えばその
中央部で両端部より厚い構造としてもよい。
Note that the wall thickness of the cylindrical portion of the cylindrical vibrating body (13) in the (Z-2) axis direction does not need to be uniform;
Z) If the thickness of the cross section perpendicular to the axis is the same, the structure may be made thicker at the center than at both ends, for example.

尚、子連した例では、1組の圧電素子(14a )へ1
14d)を、円筒状の振動体(13)の(Z−Z)軸方
向の中央部、換言すれば、振動体(13)の振動時の節
に設けたが、2組の同様の圧電素子(14a)〜(14
d)を、振動体(13)の(Z−Z)軸方向の両端に、
(Z−Z)軸方向に沿って逆極性となる如く固着し、2
組の圧電素子(14a)〜(14d)を夫々駆動回路(
30) 、  (31)で同様に駆動し、撮動体(13
)の両開口端を、その振動モードが互いに 180°の
位相差を持つように振動させても、同様の結果が得られ
る。
In addition, in the example where the children are connected, 1 to 1 set of piezoelectric elements (14a)
14d) was provided at the center of the cylindrical vibrating body (13) in the (Z-Z) axis direction, in other words, at the node of the vibrating body (13) during vibration, but two sets of similar piezoelectric elements (14a) - (14
d) at both ends of the vibrating body (13) in the (Z-Z) axis direction,
(Z-Z) It is fixed along the axial direction so that the polarity is reversed, and 2
A drive circuit (
30) and (31) in the same manner, and the photographing object (13
) can be vibrated so that their vibration modes have a phase difference of 180° from each other, similar results can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

円筒状の振動体の振動方向を変位検出器で検出する構造
の為、基本的に、レート積分ジャイロ(レートジャイロ
ではない)であり、ドリフト変動が少く、高精度のジャ
イロが得られる。
Since it has a structure in which the vibration direction of a cylindrical vibrating body is detected by a displacement detector, it is basically a rate integrating gyro (not a rate gyro), and a highly accurate gyro with little drift fluctuation can be obtained.

構造が簡単なため、低いコストで高性能のジャイロが(
)られる。
Due to its simple structure, a low-cost, high-performance gyro (
) can be done.

機械式ジャイロのようにボールベアリング等の摺動部が
皆無なため、信頼性が高く、長寿命のジャイロを提供で
きる。
Unlike mechanical gyros, there are no sliding parts such as ball bearings, so it is highly reliable and has a long life.

検出系に圧電素子等の温度感度の大きい素子を使わない
ために、本質的に温度特性に優れたジャイロを得ること
が出来る。
Since elements with high temperature sensitivity such as piezoelectric elements are not used in the detection system, it is possible to obtain a gyro with essentially excellent temperature characteristics.

変位検出器の出力を演算処理することにより、角速度信
号も、合せて出力できる。
By processing the output of the displacement detector, an angular velocity signal can also be output.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例の路線図、第2図は振動体の
長手軸方向の中央位置における振動モードを示す図、第
3図は撮動体の全体振動モードを示す図、第4図は基準
角の座標回転の説明図、第5図は従来の振動ジャイロの
斜視図である。 図に於て、(11)は外筺、(12a ) 、  (1
2b )は支持体、(13)は振動体、(14a ) 
〜(14b )は圧電素子、(15a)〜(15h)は
変位検出器、(16)は演算部、(16’)は計算機を
夫々示す。
FIG. 1 is a route map of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the vibration mode at the central position in the longitudinal axis direction of the vibrating body, FIG. 3 is a diagram showing the overall vibration mode of the photographing body, and FIG. The figure is an explanatory diagram of coordinate rotation of a reference angle, and FIG. 5 is a perspective view of a conventional vibrating gyroscope. In the figure, (11) is the outer casing, (12a), (1
2b) is the support body, (13) is the vibrating body, (14a)
- (14b) are piezoelectric elements, (15a) - (15h) are displacement detectors, (16) is an arithmetic unit, and (16') is a calculator, respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、両開口端が密封された外筺と、該外筺内に配置され
た円筒状の振動体と、該振動体及び上記外筺に両端が夫
々固定された支体と、上記振動体を半径方向に駆動する
駆動素子及び駆動回路と、上記外筺に対する上記振動体
の半径方向変位を検出する変位検出器と、該変位検出器
よりの出力信号を入力とし、上記振動体の振動モードの
基準位置に対する位相差及び振幅を演算し、その演算結
果を上記基準位置に加えて入力した角度又は角速度を得
る演算部とから成ることを特徴とするジャイロ装置。 2、上記特許請求の範囲第1項記載のジャイロ装置にお
いて、上記円筒状の振動体をその振動の節で支持したこ
とに特徴を有する。
[Scope of Claims] 1. An outer casing with both open ends sealed, a cylindrical vibrating body disposed within the outer casing, and a support body having both ends fixed to the vibrating body and the outer casing, respectively. a drive element and a drive circuit that drive the vibrating body in the radial direction; a displacement detector that detects the radial displacement of the vibrating body with respect to the outer casing; and an output signal from the displacement detector as input; A gyro device comprising: a calculation section that calculates a phase difference and amplitude of a vibration mode of a vibrating body with respect to a reference position, and adds the calculation results to the reference position to obtain an input angle or angular velocity. 2. The gyro device according to claim 1 is characterized in that the cylindrical vibrating body is supported by its vibration nodes.
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