專利名稱：振子、振動式陀螺儀、線加速計及旋轉(zhuǎn)角速度測定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角速度用的角速度傳感器中使用的振子、振動式陀螺儀、線加速計及旋轉(zhuǎn)角速度的測定方法。
以往，使用壓電體的振動式陀螺儀作為檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角速度用的角速度傳感器被用來確認飛機、船舶、宇宙衛(wèi)星等的位置。最近在民用領(lǐng)域中被用于汽車駕駛導(dǎo)向、VTR、以及靜物照相機的手振動的檢測等。
這樣的壓電振動式陀螺儀利用在將角加速度加在振動的物體上時便在與其振動方向垂直的方向上產(chǎn)生科里奧利力的現(xiàn)象。然后，用力學(xué)模型分析其原理(例如，“彈性波元件技術(shù)手冊”，オ-ム公司，第491～497頁)。而且，作為壓電式振動陀螺儀至今已提出了種種設(shè)計。例如，已知有斯佩里音叉式陀螺儀、瓦特生音叉式陀螺儀、正三角柱形音片陀螺儀、圓筒形音片陀螺儀等。
本發(fā)明者對振動式陀螺儀的應(yīng)用進行了各種研究，例如研究了將振動式陀螺儀應(yīng)用于汽車的車體轉(zhuǎn)速反饋式的車輛控制方法中使用的轉(zhuǎn)速傳感器。在這樣的系統(tǒng)中，操舵輪本身的方向由手輪的旋轉(zhuǎn)角度來檢測。與此同時，由振動陀螺儀檢測車體實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。然后，對操舵輪的方向和車體實際的轉(zhuǎn)速進行比較，求出兩者之差，根據(jù)該差，對車輪轉(zhuǎn)矩、以及操舵角進行修正，以實現(xiàn)穩(wěn)定的車體控制。
可是，上述的現(xiàn)有的壓電振動式陀螺儀在任何一例中如果不將振子相對于轉(zhuǎn)軸平行配置(所謂的縱置)，就不能檢測旋轉(zhuǎn)角速度?？墒牵ǔＳ麥y定的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸相對于安裝部分呈垂直狀態(tài)。因此，在安裝這樣的壓電振動式陀螺儀時，不能降低壓電振動式陀螺儀的高度，即不能減小沿轉(zhuǎn)軸方向看振動式陀螺儀時所看到的尺寸。
近年來，在特開平8-128833號公報中提出了即使將振子相對于轉(zhuǎn)軸垂直配置(所謂的橫置)也能檢測旋轉(zhuǎn)角速度的壓電振動式陀螺儀的設(shè)計?？墒?，即使在這樣的振動式陀螺儀中，沿轉(zhuǎn)軸方向看振動式陀螺儀時所看到的尺寸的減小存在極限。
本發(fā)明的課題是提供一種特別是對于在規(guī)定面內(nèi)延伸的振子、使其在該規(guī)定面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，能檢測其旋轉(zhuǎn)角速度的新的振動式陀螺儀。
本發(fā)明的振子是一種以規(guī)定的轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)用的振子，其特征在于該振子至少備有多個振動系統(tǒng)，這些振動系統(tǒng)在與轉(zhuǎn)軸相交的規(guī)定面內(nèi)延伸地形成，振動系統(tǒng)備有包括從振子的重心看時振動系統(tǒng)的振動重心在規(guī)定面內(nèi)沿徑向振動的徑向振動分量的第一振動系統(tǒng)，以及包括從振子的重心看時振動系統(tǒng)的振動重心在規(guī)定面內(nèi)沿周向振動的周向振動分量的第二振動系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明的振子的特征在于備有基部，以及從該基部的周邊部分呈放射狀延伸的多個互相分離的振動系統(tǒng)，基部及振動系統(tǒng)在規(guī)定平面內(nèi)延伸。
另外，本發(fā)明的振動式陀螺儀是一種檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度用的振動式陀螺儀，其特征在于備有上述的振子；設(shè)置在第一振動系統(tǒng)和第二振動系統(tǒng)兩者之一中的、激勵起該振子的驅(qū)動振動的激振裝置；以及設(shè)置在第一振動系統(tǒng)和第二振動系統(tǒng)兩者中的另一者中的利用振子的旋轉(zhuǎn)檢測振子發(fā)生的檢測振動的檢測裝置。
另外，本發(fā)明的振動式陀螺儀的特征在于備有振子；激勵起振子的驅(qū)動振動的激振裝置；以及利用振子的旋轉(zhuǎn)來檢測振子上發(fā)生的檢測振動的檢測裝置，振子備有多個振動系統(tǒng)，這些振動系統(tǒng)在與轉(zhuǎn)軸相交的規(guī)定面內(nèi)延伸地形成，在這些振動系統(tǒng)中至少在其中的一個上設(shè)有激振裝置，在未設(shè)置該激振裝置的振動系統(tǒng)中至少在其中的一個上設(shè)有檢測裝置。
另外，本發(fā)明是一種振動式陀螺儀，其特征在于備有振子；激勵起振子的驅(qū)動振動的激振裝置；以及利用振子的旋轉(zhuǎn)來檢測振子上發(fā)生的檢測振動的檢測裝置，振子在規(guī)定面內(nèi)延伸，振子備有多個振動系統(tǒng)，激振裝置和檢測裝置設(shè)置在不同的振動系統(tǒng)中，激勵起振子的驅(qū)動振動時驅(qū)動振動的整體重心位于振子重心的附近區(qū)域內(nèi)。
另外，本發(fā)明是一種檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度用的振動式陀螺儀，其特征在于備有以規(guī)定的轉(zhuǎn)軸為中心使之旋轉(zhuǎn)用的振子；激勵起該振子的驅(qū)動振動的激振裝置；以及利用振子的旋轉(zhuǎn)來檢測振子上發(fā)生的檢測振動的檢測裝置，振子在規(guī)定面內(nèi)延伸，振子備有多個振動系統(tǒng)，激振裝置和檢測裝置設(shè)置在不同的振動系統(tǒng)中，激勵起振子的驅(qū)動振動時振子的重心位于由該驅(qū)動振動引起的位移是微小的微小位移部分內(nèi)。
另外，本發(fā)明是一種檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度用的振動式陀螺儀，其特征在于備有以規(guī)定的轉(zhuǎn)軸為中心使之旋轉(zhuǎn)用的振子；該振子的驅(qū)動振動的激振裝置；以及利用振子的旋轉(zhuǎn)來檢測振子上發(fā)生的檢測振動的檢測裝置，振子在規(guī)定面內(nèi)延伸，振子備有多個振動系統(tǒng)，激振裝置和檢測裝置設(shè)置在不同的振動系統(tǒng)中，在振子上發(fā)生檢測振動時振子的重心位于由該檢測振動引起的位移是微小的微小位移部分內(nèi)。
另外，本發(fā)明是一種檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度的方法，其特征在于振子至少備有多個驅(qū)動振動系統(tǒng)和一個以上的檢測振動系統(tǒng)，這些振動系統(tǒng)在與轉(zhuǎn)軸相交的規(guī)定面內(nèi)延伸形成，使該振子以轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)，這時對多個驅(qū)動振動系統(tǒng)同時激勵起驅(qū)動振動，使各驅(qū)動振動系統(tǒng)的振動的至少一部分相抵消，在檢測振動系統(tǒng)中檢測振子的檢測振動。
另外，本發(fā)明是一種檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度的方法，其特征在于振子備有多個振動系統(tǒng)，這些振動系統(tǒng)在與轉(zhuǎn)軸相交的規(guī)定面內(nèi)延伸地形成，這時，以振子的重心為中心時，在一個以上的振動系統(tǒng)中激勵起徑向振動分量，振子旋轉(zhuǎn)時利用徑向振動分量產(chǎn)生周向的科里奧利力，在其它振動系統(tǒng)中利用該科里奧利力檢測振子中發(fā)生的振動。
另外，本發(fā)明是一種檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度的方法，其特征在于振子備有多個振動系統(tǒng)，這些振動系統(tǒng)在與轉(zhuǎn)軸相交的規(guī)定面內(nèi)延伸形成，這時，以振子的重心為中心時，在一個以上的振動系統(tǒng)中激勵起周向振動分量，振動式陀螺儀旋轉(zhuǎn)時利用周向振動分量產(chǎn)生徑向的科里奧利力，在其它振動系統(tǒng)中利用該科里奧利力檢測振子發(fā)生的振動。


圖1是示意性地說明本發(fā)明的振動式陀螺儀的原理的說明圖。
圖2(a)、(b)分別是舉例表示第一振動系統(tǒng)的振動形態(tài)用的示意圖。
圖3是舉例表示第一振動系統(tǒng)的振動形態(tài)用的示意圖。
圖4(a)、(b)分別是舉例表示第二振動系統(tǒng)的振動形態(tài)用的示意圖。
圖5(a)、(b)分別是舉例表示第二振動系統(tǒng)的振動形態(tài)用的示意圖。
圖6是說明本發(fā)明的振子的驅(qū)動振動的重心G的位置的示意圖。
圖7是示意地表示各振動系統(tǒng)從基部呈放射狀突出的一種實施例的振動式陀螺儀的振子。
圖8是說明第一振動系統(tǒng)從基部突出的振子、第二振動系統(tǒng)從框架部向內(nèi)側(cè)突出的振子用的示意圖。
圖9是說明第二振動系統(tǒng)從基部突出的振子、第一振動系統(tǒng)從框架部向內(nèi)側(cè)突出的振子用的示意圖。
圖10是說明第一振動系統(tǒng)和第二振動系統(tǒng)都從框架部向內(nèi)側(cè)突出的振子用的示意圖。
圖11是簡略地表示本發(fā)明的另一實施例的振子的平面圖。
圖12表示圖11中的振子的各點在驅(qū)動振動模式下最大振動時的振幅的相對比率。
圖13表示圖11中的振子的各點在驅(qū)動振動模式下最大振動時的振幅的相對比率。
圖14是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的平面圖。
圖15是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的平面圖。
圖16是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的平面圖。
圖17是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的平面圖。
圖18是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的平面圖。
圖19(a)是表示圖18中的振子的驅(qū)動模式的線圖，(b)是表示振子的檢測模式的線圖。
圖20是簡略地表示使用由硅半導(dǎo)體工藝成形的振子的振動式陀螺儀的平面圖。
圖21是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的平面圖。
圖22表示圖21中的振子的各點在驅(qū)動振動模式下最大振動時的振幅的相對比率。
圖23表示圖21中的振子的各點在檢測振動模式下最大振動時的振幅的相對比率。
圖24是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的斜視圖。
圖25是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的斜視圖。
圖26是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的斜視圖。
圖27是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的斜視圖。
圖28是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的斜視圖。
圖29是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的斜視圖。
圖30是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的斜視圖。
圖31是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的斜視圖。
圖32是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的斜視圖。
圖33表示圖32中的振子的各點在驅(qū)動振動模式下最大振動時的振幅的相對比率。
圖34表示圖32中的振子的各點在檢測振動模式下最大振動時的振幅的相對比率。
圖35是簡略地表示本發(fā)明的又一實施例的振子的斜視圖。
圖36是舉例表示圖24中的振子的具體形態(tài)的斜視圖。
圖37(a)、(b)是表示在圖36所示的振子中驅(qū)動系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)的各彎曲振動片上的電極的安裝形態(tài)的剖面圖。
圖38是舉例表示圖24中的振子的具體形態(tài)的斜視圖。
圖39(a)、(b)是表示在圖38所示的振子中驅(qū)動系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)的各彎曲振動片上的電極的安裝形態(tài)的剖面圖。
圖40是舉例表示圖24中的振子的具體形態(tài)的斜視圖。
圖41(a)、(b)是表示在圖40所示的振子中驅(qū)動系統(tǒng)或檢測系統(tǒng)的各彎曲振動片上的電極的安裝形態(tài)的剖面圖。
圖42是表示本發(fā)明的測定方法中能使用的相位檢測裝置62的例子的框圖。
圖43是本發(fā)明的另一實施例的陀螺儀的簡略斜視圖，將通孔設(shè)置在支撐部上。
圖44是本發(fā)明的另一實施例的陀螺儀的簡略斜視圖，驅(qū)動用的彎曲振動片處于彎曲狀態(tài)。
圖45是本發(fā)明的另一實施例的陀螺儀的簡略斜視圖。
圖46是本發(fā)明的另一實施例的陀螺儀的簡略斜視圖，形成了環(huán)狀振動系統(tǒng)71C。
圖47是本發(fā)明的另一實施例的陀螺儀的簡略斜視圖。
圖48是表示彎曲振動片的長度及相對于其側(cè)面的凸起的厚度的比率，以及驅(qū)動及檢測的各固有振動頻率之差在-30℃～80℃時的最大值和最小值的差的曲線圖。
圖49是本發(fā)明的另一實施例的陀螺儀的平面圖，在振子的側(cè)面上形成了凸起。
圖50是本發(fā)明的另一實施例的陀螺儀的平面圖，在各彎曲振動片的前端側(cè)形成通孔。
圖51是說明彎曲振動片的刻蝕的進行情況用的示意圖。
圖52是本發(fā)明的另一實施例的陀螺儀的平面圖，在各彎曲振動片的前端側(cè)設(shè)有擴展部，在擴展部內(nèi)形成了通孔。
本發(fā)明者對能用于振動式陀螺儀的振子的振動原理進行了基礎(chǔ)研究，但在該研究過程中成功地開發(fā)了基于完全新的原理和振子及振動式陀螺儀?，F(xiàn)參照圖1-圖10所示的各典型示意圖說明這一點。
這里，O是轉(zhuǎn)軸Z和振子的規(guī)定面的交點(旋轉(zhuǎn)中心)。GO是振子的整體重心(非振動時)，GD是驅(qū)動振動的重心。在重心GO、GD的周圍存在多個振動系統(tǒng)。以下說明在圖1-圖10中全部設(shè)置4個振動系統(tǒng)的情況，但振動系統(tǒng)的總數(shù)可以進行各種變化。
如圖1所示，在彼此旋將轉(zhuǎn)對稱的位置上將第一振動系統(tǒng)1A和第一振動系統(tǒng)1B設(shè)置在重心GO、GD的周圍。在各振動系統(tǒng)1A、1B都以重心GO為中心時有沿徑向振動的分量5A、5B。在重心GO的周圍還設(shè)有第二振動系統(tǒng)2A和2B，在它們都以重心GO為中心時有沿周向振動的分量6A、6B。
另外，所謂沿周向振動的振動分量，是指從重心GO看在規(guī)定面內(nèi)沿圓周方向振動的振動分量。所謂沿徑向振動的分量，是指從重心GO看在規(guī)定面內(nèi)沿直徑方向振動的振動分量，就是說，是指沿遠離重心GO的方向和靠近重心GO的方向交替振動的分量而言。
上述的第一振動系統(tǒng)和第二振動系統(tǒng)都以某種形式連接，形成在規(guī)定面內(nèi)延伸的振子。通過使這樣的振子以轉(zhuǎn)軸Z為中心、 沿箭頭ω方向旋轉(zhuǎn)，可進行旋轉(zhuǎn)角速度的檢測。
例如，在將第一振動系統(tǒng)1A、1B內(nèi)的各振動體3A、3B作為驅(qū)動振動體使用、將徑向的振動分量5A、5B作為驅(qū)動振動使用時，旋轉(zhuǎn)后科里奧利力7A發(fā)生作用，與此相應(yīng)地在第二振動系統(tǒng)2A、2B內(nèi)的振動體4A、4B中發(fā)生周向的振動分量6A、6B。檢測該振動分量，并根據(jù)該檢測值算出旋轉(zhuǎn)角速度。
另外，在將第二振動系統(tǒng)內(nèi)的各振動體4A、4B作為驅(qū)動振動體使用、將周向的振動分量6A、6B作為驅(qū)動振動使用時，旋轉(zhuǎn)后科里奧利力7B發(fā)生作用，與此相應(yīng)地在第一振動系統(tǒng)1A、1B內(nèi)的振動體3A、3B上發(fā)生徑向的振動分量5A、5B。檢測該振動分量，并根據(jù)該檢測值算出旋轉(zhuǎn)角速度。
如果采用這樣的振子及振動式陀螺儀，則振子的驅(qū)動振動及檢測用的振動都能在規(guī)定面內(nèi)進行，即使在將振子設(shè)置得使振子的振動臂沿與轉(zhuǎn)軸相交的方向延伸的情況下，也不必從振子向轉(zhuǎn)軸方向設(shè)置一定重量的突出部，就能以足夠大的靈敏度檢測旋轉(zhuǎn)角速度。
而且，在現(xiàn)有的振動式陀螺儀中，任何驅(qū)動振動臂的驅(qū)動振動都以某種形態(tài)使檢測臂變形而受到影響，檢測信號中會發(fā)生噪聲?？墒?，如果采用本發(fā)明，則將各驅(qū)動振動系統(tǒng)和各檢測振動系統(tǒng)設(shè)置成以重心GO為中心呈放射狀延伸，構(gòu)成一種不易將驅(qū)動振動的影響傳遞給檢測振動系統(tǒng)的形態(tài)。即，驅(qū)動振動被緩沖、抵消，驅(qū)動振動的影響不易傳遞給檢測振動系統(tǒng)。其結(jié)果，能抑制乃至防止檢測信號中不可避免地發(fā)生的噪聲。在這方面，本發(fā)明解決了振動式陀螺儀中內(nèi)在的根本性的問題。
另外，如圖1或圖6所示，例如在將第一振動系統(tǒng)1A、1B內(nèi)的徑向的振動分量5A、5B作為驅(qū)動振動使用時，第一振動系統(tǒng)被設(shè)置在以重心GO為中心旋轉(zhuǎn)對稱的位置，其結(jié)果，各驅(qū)動振動互相抵消。因此，驅(qū)動振動對用于檢測出檢測振動的第二振動系統(tǒng)的影響變小。
這樣，在本發(fā)明中，設(shè)置多個第一振動系統(tǒng)，且能將各振動系統(tǒng)設(shè)置在以重心GO為中心互相旋轉(zhuǎn)對稱的位置上。例如在圖1、圖6中，第一振動系統(tǒng)1A和1B被設(shè)置在以重心GO為中心兩次對稱的位置上。
另外，設(shè)置多個第二振動系統(tǒng)，且最好將各第二振動系統(tǒng)設(shè)置在以重心GO為中心互相旋轉(zhuǎn)對稱的位置上。例如在圖1、圖6中，第二振動系統(tǒng)2A和2B以重心GO為中心被設(shè)置在兩次對稱的位置上。
這里，所謂各振動系統(tǒng)位于以重心GO為中心旋轉(zhuǎn)對稱的位置上，意味著將重心GO作為中心，使成問題的多個振動系統(tǒng)在規(guī)定面內(nèi)呈分別離開規(guī)定角度的狀態(tài)。因此，如果進行使一個振動系統(tǒng)在規(guī)定面內(nèi)旋轉(zhuǎn)規(guī)定角度的操作，則它便位于另一振動系統(tǒng)的位置上。例如，在圖1、圖6中，第一振動系統(tǒng)1A和1B彼此離開180°，所以如果進行使振動系統(tǒng)1A旋轉(zhuǎn)180°的操作，它便來到振動系統(tǒng)1B的位置上。
具體地說旋轉(zhuǎn)對稱最好為兩次對稱、三次對稱、四次對稱。另外，驅(qū)動振動系統(tǒng)是第一振動系統(tǒng)時或是第二振動系統(tǒng)時，由于將多個驅(qū)動振動系統(tǒng)設(shè)置在以重心GO為中心旋轉(zhuǎn)對稱的位置上，特別是由于能抑制對較微小的檢測振動的影響，所以效果好。
特別是驅(qū)動振動系統(tǒng)(例如第一振動系統(tǒng)1A、1B)的振動的整體重心GD最好位于重心GO的附近區(qū)域，因此能抑制對檢測振動系統(tǒng)(例如第二振動系統(tǒng))的影響。例如圖6示意性地所示，在各振動系統(tǒng)1A、1B內(nèi)的振動體3A、3B具有沿徑向振動的分量時，這些振動分量5A和5B的振動相位變成相反的，因此這意味著振動分量5A和5B互相抵消。
所謂驅(qū)動振動的重心GD位于振子的重心GO的附近區(qū)域，具體地說，意味著實際上最好位于重心GO上，但也可存在于距離重心GO直徑為1mm的圓內(nèi)。
在本發(fā)明的振動式陀螺儀中，當?shù)谝徽駝酉到y(tǒng)和第二振動系統(tǒng)之一方為驅(qū)動振動系統(tǒng)時，另一方便為檢測振動系統(tǒng)。在本發(fā)明中，特別設(shè)有多個驅(qū)動振動系統(tǒng)，最好是相對于一個驅(qū)動振動系統(tǒng)另一個驅(qū)動振動系統(tǒng)存在于距此為90°以上的位置上。在多個驅(qū)動振動系統(tǒng)之間最好設(shè)有檢測振動系統(tǒng)。這是因為，各驅(qū)動振動系統(tǒng)的驅(qū)動振動互相抵消，對檢測振動系統(tǒng)的影響進一步減小。
在本發(fā)明的振子中，多個振動系統(tǒng)在規(guī)定面內(nèi)延伸，其中包括厚度在1mm以下的范圍內(nèi)形成多個振動系統(tǒng)的情況。另外，上述振動系統(tǒng)以外的部分可以從上述的規(guī)定面突出，但最好在規(guī)定面內(nèi)形成全部振子。
另外，規(guī)定面與轉(zhuǎn)軸構(gòu)成的角度以60-120度為好，最好為85-95度，如果正交那就更好。
在本發(fā)明中，不限定第一振動系統(tǒng)及第二振動系統(tǒng)的具體形態(tài)。在適當?shù)男螒B(tài)下各振動系統(tǒng)分別備有彎曲振動片。參照圖2-圖5，主要說明使用彎曲振動片的實施例。
在圖2(a)中，在第一振動系統(tǒng)1A、1B中設(shè)有彎曲振動片13A、13B分別作為前面所述的振動體3A、3B(參照圖1)。本實施例的彎曲振動片分別在中央部分設(shè)有固定部8，兩端設(shè)有自由端9。其結(jié)果，各彎曲振動片13A、13B的自由端一側(cè)分別以固定部8為中心振動。這些振動中主要是利用徑向振動分量5A、5B。
在圖2(b)中，在第一振動系統(tǒng)1A、1B中設(shè)有彎曲振動片23A、23B。本實施例的彎曲振動片分別在其兩端設(shè)有固定部8，加以約束。其結(jié)果，各彎曲振動片23A、23B的中央部分進行較大的振動。
在圖3中，在第一振動系統(tǒng)1A、1B中設(shè)有彎曲振動片33A、33B。本實施例的彎曲振動片分別被約束住一端，其另一端呈自由端。其結(jié)果，各彎曲振動片33A、33B的另一端部分進行較大的振動。這時，選擇各振動的相位、振幅及各彎曲振動片上的自由端的位置，以便使彎曲振動片33A的振動和彎曲振動片33B的振動互相抵消。
在圖4(a)中，第一振動系統(tǒng)1A、1B是圖1所示的振動系統(tǒng)，但在第二振動系統(tǒng)2A、2B中分別設(shè)有彎曲振動片14A、14B。本實施例的彎曲振動片分別在振子的重心GO附近存在固定部8，遠離重心GO一側(cè)的端部呈自由端。其結(jié)果，各彎曲振動片14A、14B遠離重心GO一側(cè)的端部進行較大的周向振動。
在圖4(b)中，第一振動系統(tǒng)1A、1B是圖1所示的振動系統(tǒng)，但在第二振動系統(tǒng)2A、2B中分別設(shè)有彎曲振動片24A、24B。本實施例的彎曲振動片分別在遠離振子的重心GO一側(cè)的末端存在固定部8，靠近重心GO一側(cè)的端部呈自由端。其結(jié)果，各彎曲振動片24A、24B靠近重心GO一側(cè)的端部進行較大的振動。該振動也主要由周向振動分量6A、6B構(gòu)成，但也包含徑向振動分量。
在圖5(a)中，在第二振動系統(tǒng)2A、2B中分別設(shè)有彎曲振動片34A、34B。本實施例的彎曲振動片分別在中央部分設(shè)有固定部8，兩端呈自由端。其結(jié)果，各彎曲振動片34A、34B的兩端如6A、6B、6C、6D所示那樣振動。
在圖5(b)中，在第二振動系統(tǒng)2A、2B中分別設(shè)有彎曲振動片44A、44B。本實施例的彎曲振動片分別在兩端設(shè)有固定部8。其結(jié)果，各彎曲振動片44A、44B的中央部分進行較大的振動。
另外，在圖1中，旋轉(zhuǎn)中心(轉(zhuǎn)軸和規(guī)定面的交點)O與振子的重心GO及驅(qū)動振動整體的重心GD一致，但在圖2-圖6中未特別示出旋轉(zhuǎn)中心O。這是因為旋轉(zhuǎn)中心O與振子的重心不一致時，或旋轉(zhuǎn)中心O位于振子的外部時，本申請的發(fā)明的振子也基本上是有用的，仍能用于本發(fā)明的振動式陀螺儀中。這是因為振子旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)中心O和振子的重心GO不一致時的振子各部分的位移是旋轉(zhuǎn)中心O和振子的重心GO一致時的振子各部分的位移(由旋轉(zhuǎn)引起的振子各部分的位移)和振子的各部分的由平行運動引起的位移的矢量和。而且，振子的各部分的由平行運動引起的位移不產(chǎn)生科里奧利力，所以不用振動式陀螺儀檢測就能消去。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選例中，振子備有基部、以及從該基部的周邊呈放射狀延伸的多個互相分離的振動系統(tǒng)，基部及振動系統(tǒng)在規(guī)定面內(nèi)延伸。另外，振子的重心GO位于基部內(nèi)，最好使第一振動系統(tǒng)和第二振動系統(tǒng)兩者中的至少一者從基部延伸，在此情況下，能使第一振動系統(tǒng)和第二振動系統(tǒng)分別從基部呈放射狀延伸。
參照圖7，說明這些實施例。在圖7中，11是基部，第一振動系統(tǒng)1A和1B及第二振動系統(tǒng)2A、2B從基部11的周邊11a呈放射狀地突出。
另外，在本實施例中，各振動系統(tǒng)之所以從基部的周邊呈放射狀地突出，是因為沒有必要準確地從基部的中心呈放射狀地延伸，只要從基部的周邊向遠離振子的重心GO的方向延伸即可。
第一振動系統(tǒng)備有例如從基部的周邊部分沿徑向突出的支撐部、以及沿與該支撐部相交的方向延伸的彎曲振動片。另外，第二振動系統(tǒng)作為最簡單的形態(tài)是由從基部的周邊部分沿徑向突出的彎曲振動片構(gòu)成。由于將重量部設(shè)置在該彎曲振動片上，所以能縮短彎曲振動片的總體尺寸。
另外，將框架部設(shè)置在本發(fā)明的振子上，在該框架部的內(nèi)側(cè)形成中空部，使第一振動系統(tǒng)和第二振動系統(tǒng)兩者中的至少一者能向框架部的內(nèi)側(cè)延伸。圖8-圖10是該實施例的振動系統(tǒng)。
在圖8中，基部11被設(shè)置在框架部19內(nèi)側(cè)的中空部70內(nèi)。而且，第二振動系統(tǒng)2A、2B在框架部19內(nèi)側(cè)向基部11的方向突出，第一振動系統(tǒng)1A、1B從基部11的邊緣向遠離振子的重心GO的方向延伸。
在圖9中，基部11被設(shè)置在框架部19內(nèi)側(cè)的中空部70內(nèi)。而且，第一振動系統(tǒng)1A、1B在框架部19內(nèi)側(cè)向基部11的方向突出，第二振動系統(tǒng)2A、2B從基部11的邊緣向遠離振子的重心GO的方向延伸。
在圖10中，基部11未設(shè)置在框架部19內(nèi)側(cè)的中空部70內(nèi)。而且，第一振動系統(tǒng)1A、1B及第二振動系統(tǒng)2A、2B在框架部19內(nèi)側(cè)向重心GO的方向突出。
各振動系統(tǒng)中各徑向和周向的各振動分量的比率最好如以下所述。
(A)第一振動系統(tǒng)中的徑向振動分量和周向振動分量的振幅的大小最好取1∶0-3，若取1∶0-1就更好。第二振動系統(tǒng)中的徑向振動分量和周向振動分量的振幅的大小最好取0-1∶5，若取0-1∶10就更好。但是，這里所說的各振動分量的各振幅是指存在于作為對象的振動系統(tǒng)內(nèi)的互相不抵消反向振動時的各振動分量的各振幅而言。
(B)第一振動系統(tǒng)中的徑向振動分量和周向振動分量的振幅的大小最好取5∶0-1，若取10∶0-1就更好。第二振動系統(tǒng)中的徑向振動分量和周向振動分量的振幅的大小最好取0-1∶5，若取0-1∶10就更好。但是，這里所說的各振動分量的各振幅是指存在于作為對象的振動系統(tǒng)內(nèi)的互相抵消了反向振動后殘余的各振動分量的各振幅而言。
以下說明本發(fā)明的更具體的實施例。
本發(fā)明的振子在規(guī)定面內(nèi)發(fā)生位移。因此，能用同一個壓電單晶形成振子的全體。在此情況下，首先制作壓電單晶薄片，通過對該薄片進行刻蝕、研磨加工，能制成振子。雖然能用另外的構(gòu)件分別形成振子的各部分，但最好是整體形成。
在用平板狀的材料、例如石英等壓電晶體的平板狀的材料通過刻蝕工藝形成振子時，往往要在振子的各彎曲振動片等各構(gòu)成片上形成特定形狀的突起、例如細長突起。嚴格地說，這樣的突起成為使設(shè)計時預(yù)定的振子的對稱性下降的原因?？墒牵词勾嬖谶@樣的突起也可以，突起的高度以小為好，突起的高度如果在振子的構(gòu)成片的寬度的1/5以下，一般來說在使用上沒有問題。振子上存在由其它制造上的原因引起的突起以外的非對稱性部分時情況也一樣。
另外，在振子上以這種方式存在突起等的情況下，通過用激光加工等方法消除該突起的一部分，或者通過用激光加工等方法消除該突起以外的部分，刻蝕加工后能進行調(diào)整，以便驅(qū)動時使驅(qū)動振動系統(tǒng)的重心位于振子的重心附近區(qū)域內(nèi)。
另外，振子的材料不作特別限定，但最好使用由石英、LiNbO3、LiTaO3、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體(Li(Nb、Ta)O3)單晶、硼酸鋰單晶、Rangasite單晶等構(gòu)成的壓電單晶。
在上述的單晶中，LiNbO3、LiTaO3、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體單晶的電氣機械耦合系數(shù)特別大。另外，如果將LiNbO3單晶和LiTaO3單晶加以比較，則LiTaO3單晶比LiNbO3單晶的電氣機械耦合系數(shù)更大，而且溫度穩(wěn)定性也更好。
如果使用壓電單晶，則能提高檢測靈敏度，同時能減小檢測噪聲。而且，如果使用壓電單晶，則能制成對溫度的變化特別不敏感的振子，這樣的振子適合于要求溫度穩(wěn)定性的車載用振子。以下進一步說明這一點。
作為使用音叉式振子的角速度傳感器，有例如特開平8-128833號公報中記載的壓電振動式陀螺儀?？墒窃谶@種振子中，振子沿兩個方向振動。因此，特別是由壓電單晶形成振子時，必須使壓電單晶的兩個方向的特性一致?？墒牵瑢嶋H上壓電單晶是各向異性體。
一般來說，在壓電振動式陀螺儀中，為了提高測定靈敏度，要求驅(qū)動的振動模式的固有共振頻率和檢測的振動模式的固有共振頻率之間保持一定的振動頻率差?？墒?，壓電單晶具有各向異性的特性，如果晶面發(fā)生變化，則振動頻率隨溫度變化的程度不同。例如，沿某特定的晶面切斷時，振動頻率幾乎不隨溫度變化，但沿另一晶面切斷時，振動頻率對溫度變化較敏感。因此，如果振子沿兩個方向振動，則兩個振動面中至少有一個面是振動頻率隨溫度變化較大的晶面。
與此不同，如本發(fā)明所述，由于使全體振子在規(guī)定面內(nèi)振動，而且由壓電單晶形成振子，所以能在振子中只利用單晶的溫度特性最好的晶面。
即，由于設(shè)計成使全體振子在規(guī)定面內(nèi)振動，所以能只利用壓電單晶中振動頻率幾乎不隨溫度變化的晶面來制造振子。因此，能提供溫度穩(wěn)定性高的振動式陀螺儀。
在用壓電性材料形成本發(fā)明的振子的情況下，將驅(qū)動電極及檢測電極設(shè)置在該振子上。作為壓電性材料，除了壓電單晶外，還有PZT等壓電陶瓷。
另外，還能用埃林瓦爾鎳鉻合金等恒彈性金屬形成本發(fā)明的振子。這時，有必要將壓電體安裝在振子上的規(guī)定位置。
圖11是簡略地表示備有本發(fā)明的一實施例的壓電單晶制的振子的振動式陀螺儀的平面圖?；?1A以振子的重心GO為中心呈4次對稱的正方形。兩個驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B(在本例中為第一振動系統(tǒng))和兩個檢測振動系統(tǒng)2A、2B(在本例中為第二振動系統(tǒng))從基部11A的周邊部11a向四方呈放射狀突出，各振動系統(tǒng)互相分離。驅(qū)動振動系統(tǒng)1A和1B以重心GO為中心呈2次對稱，檢測振動系統(tǒng)2A和2B以重心GO為中心呈2次對稱。
驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B備有從基部11A的周邊部11a突出的支撐部12A、12B，以及從支撐部12A、12B的前端12b一側(cè)沿與支撐部正交的方向延伸的第一彎曲振動片13C、13D。這些彎曲振動片13C、13D如圖2(a)所示，其中央部分被約束，兩端自由。更詳細地說，第一彎曲振動片由彎曲振動片16A、16B及16C、16D構(gòu)成。在各彎曲振動片上分別設(shè)有驅(qū)動電極15A、15B。檢測振動系統(tǒng)2A、2B由細長的周向彎曲振動片14C、14D構(gòu)成(參照圖4(a))，在各彎曲振動片上設(shè)有檢測電極14A、14B。
將該振子的驅(qū)動振動的驅(qū)動模式示于圖12?？芍鲝澢駝悠灾尾?2A、12B的前端部分12b附近為中心進行彎曲振動。
將該振子的檢測振動的模式示于圖13?？芍尾?2A、12B以固定部12a為中心沿周向進行彎曲振動，與此相對應(yīng)，檢測振動系統(tǒng)的彎曲振動片14C、14D進行彎曲振動。
另外，關(guān)于圖11中的振子，本發(fā)明者為了研究驅(qū)動振動及檢測振動模式對振子的整體產(chǎn)生的影響，按有限元素法進行了固有模式分析。而且，用石英制成振子，求出了振子上各點的振動幅度對最大振動幅度點的比率分布。
圖12中示出了振子上各點在驅(qū)動振動模式下最大振動時振幅的相對比率，圖13中示出了振子上各點在檢測振動模式下最大振動時振幅的相對比率。在圖12及圖13中各個不同顏色的區(qū)域分別表示與不同的最大振動振幅點的比率的區(qū)域。橙色部分是振幅最小的區(qū)域。
從圖12可以看出，伴隨各驅(qū)動振動系統(tǒng)的振動，拉伸應(yīng)力加在各支撐部12A、12B對基部11A的固定部12a的近邊上而發(fā)生變形?？墒?，由于各驅(qū)動振動系統(tǒng)1A和1B被配置在2次對稱的位置上，所以該變形的影響在基部內(nèi)互相抵消。因此，在基部的中心附近，而且在被驅(qū)動振動系統(tǒng)夾著的檢測振動系統(tǒng)2A、2B中看不到由驅(qū)動振動產(chǎn)生的影響。
由圖13可見，從各驅(qū)動振動系統(tǒng)1A和1B加在基部上的影響互相抵消。而且，由于各檢測振動系統(tǒng)被配置在2次對稱的位置上，所以從檢測振動系統(tǒng)2A、2B加在基部上的影響也在基部內(nèi)互相抵消。其結(jié)果，在基部的中心附近21A處(參照圖11及圖13)看不到由檢測振動產(chǎn)生的影響。
因此，在本發(fā)明的振動式陀螺儀中，將振子支撐固定在驅(qū)動振動的檢測振動的振幅為最小的區(qū)域內(nèi)。因此，能不使因科里奧利力而發(fā)生的檢測振動衰減而有效地發(fā)生振動，檢測振動的Q值變高，能提高靈敏度。由于由科里奧利力產(chǎn)生的檢測振動小，所以為了提高靈敏度，將振子支撐在檢測振動的振幅最小的區(qū)域內(nèi)特別有效。
而且，在本例中從圖12、圖13可知，驅(qū)動振動的振幅最小的區(qū)域和檢測振動的振幅最小的區(qū)域如圖11中的21A所示，被局限在基部的中央部分，所以支撐并固定該區(qū)域21A。這時，不特別限定支撐振子的具體方法，可以采用所有的支撐方法、固定方法。
例如，作為壓電材料的粘接方法可以使用眾所周知的一切粘接方法。作為其一例，將規(guī)定的支撐孔20A設(shè)置在區(qū)域21A內(nèi)，將某種支撐器具插入支撐孔20A內(nèi)，就能將振子固定。例如，使支撐器具從支撐振子用的夾具突出，將支撐器具插入支撐孔20A內(nèi)就能固定。將支撐器具插入支撐孔中固定時，將支撐器具的表面上設(shè)置金屬化層，以及/或者在支撐孔20A的內(nèi)周面上設(shè)置金屬化層，然后對支撐器具和支撐孔20A的內(nèi)周面進行軟釬焊或硬釬焊?；蛘邔渲渲迷谥纹骶吆椭慰?0A之間，將振子固定起來。
該支撐孔20A可貫通振子，也可以貫通振子。在是支撐孔20A貫通振子的貫通孔的情況下，雖然也可使支撐器具穿過支撐孔20A，但也可以不使支撐器具穿過。
另外，在不將支撐孔設(shè)置在振子上的情況下，可將支撐器具焊接或用樹脂粘接在振子上的區(qū)域21A的表面及/或背面上。
另外，在本例的振子及振動式陀螺儀中，如圖11、圖12所示，振子的重心GO位于驅(qū)動振動時振子的微小位移部分內(nèi)。這里所說的驅(qū)動振動時振子的微小位移部分是指具有驅(qū)動振動時的最大振幅的1/1000以下的振幅的部分而言。
另外，在本例的振子及振動式陀螺儀中，如圖11、圖13所示，振子的重心GO位于檢測振動時振子的微小位移部分內(nèi)。這里所說的檢測振動時振子的微小位移部分是指具有驅(qū)動振動時的最大振幅的1/1000以下的振幅的部分而言。
在第一振動系統(tǒng)中，支撐部的縱向和各彎曲振動片的縱向雖然不一定必須垂直，但最好是垂直。
圖14～圖18都是簡略地表示本發(fā)明中各振動系統(tǒng)從基部突出的實施例的振子及振動式陀螺儀的平面圖。在這些實施例中，圖中都省略了激振裝置及檢測裝置，但除了上述的驅(qū)動電極及檢測電極外，可以采用眾所周知的驅(qū)動裝置、檢測裝置。
在圖14所示的振動式陀螺儀的振子中，基部11B呈圓形。四個驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B、1C、1D和兩個檢測振動系統(tǒng)2A、2B從基部11B的周邊部11a呈放射狀地突出。各振動系統(tǒng)互相分離。驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B、1C、1D以重心GO為中心呈四次對稱，檢測振動系統(tǒng)2A和2B以重心GO為中心呈兩次對稱。
各驅(qū)動振動系統(tǒng)備有從基部11B的周邊部11a沿徑向突出的支撐部12A、12B、12C、12D，以及從各支撐部的前端12b一側(cè)沿與支撐部正交的方向延伸的彎曲振動片13C、13D、13E、13F。這些彎曲振動片如圖2(a)所示，其中央部分被約束，兩端自由。更詳細地說，各彎曲振動片由彎曲振動片16A、16B、16C、16D、16E、16F、16G、16H構(gòu)成。各檢測振動系統(tǒng)2A、2B由細長的周向彎曲振動片14C、14D構(gòu)成。
在該振子的驅(qū)動振動模式中，各彎曲振動片以各支撐部的前端部分12b附近為中心，主要沿徑向進行彎曲振動。在檢測振動模式中，各支撐部12A、12B、12C、12D以固定部12a為中心，如箭頭C所示，沿周向進行彎曲振動，與此相對應(yīng)，各檢測振動系統(tǒng)2A、2B如箭頭6A、6B所示進行彎曲振動。另外，在圖14中，用細線表示檢測模式時各部分的動作。
另外，在圖14中，21B是驅(qū)動振動時振幅最小的區(qū)域和檢測振動時振幅最小的區(qū)域的重疊區(qū)域，如上所述，最好支撐并固定該區(qū)域21B。
在圖15所示的振動式陀螺儀的振子中，基部11C由正三角形的中央部11d、以及與中央部11d的各片連續(xù)的正方形的突出部11a、11b、11c構(gòu)成。該基部11以振子的重心GO為中心呈三次對稱形狀。三個驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B、1C和三個檢測振動系統(tǒng)2A、2B、2C從基部11C的各突出部11a、11b、11c的周邊部11e呈放射狀地突出。各振動系統(tǒng)互相分離。
驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B、1C以O(shè)為中心呈三次對稱，檢測振動系統(tǒng)2A、2B、2C以重心GO為中心呈三次對稱。在本實施例中，各檢測振動系統(tǒng)雖然不是準確地從重心GO呈放射狀地延伸，但如果從基部的周邊部11e看，向著遠離周邊部的方向呈放射狀地延伸。
在該振子的驅(qū)動振動模式中，各彎曲振動片13C、13D、13E以各支撐部的前端部分12b附近為中心，如箭頭5A所示，主要沿徑向進行彎曲振動。在振子的檢測振動模式中，各支撐部12A、12B、12C以固定部12a為中心，沿周向進行彎曲振動，與此相對應(yīng)，各檢測振動系統(tǒng)的各彎曲振動片14C、14D、14E如箭頭F所示進行彎曲振動。
驅(qū)動振動時振幅最小的區(qū)域和檢測振動時振幅最小的區(qū)域的重疊區(qū)域21C存在于基部11C的中央部分內(nèi)。如上所述，最好支撐并固定該區(qū)域21C。例如在該區(qū)域21C內(nèi)形成支撐孔20B，如上所述，利用該支撐孔21B支撐振子。
在圖16所示的振子中，基部11D呈4次對稱的正方形，兩個驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B和兩個檢測振動系統(tǒng)2A、2B從其周邊部11a呈放射狀地突出。各振動系統(tǒng)互相分離。
在基部11D內(nèi)設(shè)有4個支撐孔20C，在4個支撐孔之間形成連接部分22。各驅(qū)動振動系統(tǒng)及各檢測振動系統(tǒng)的振動模式與上述相同。
圖17中的振子的形態(tài)與圖11所示的振子的形態(tài)相同，但以包圍振子的基部、驅(qū)動振動系統(tǒng)及檢測振動系統(tǒng)的方式形成框架部19。框架部19的內(nèi)側(cè)面通過連接部分25與基部11A的四個角連接。在本發(fā)明的振動式陀螺儀中，雖然支撐21A是較為理想的，但支撐框架部19也較為理想。
在圖18所示的振子中，兩個驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B和兩個檢測振動系統(tǒng)2A、2B從基部11A的周邊部11a向四方呈放射狀地突出，各振動系統(tǒng)互相分離。驅(qū)動振動系統(tǒng)1A和1B以O(shè)為中心呈2次對稱，檢測振動系統(tǒng)2A和2B以重心GO為中心呈2次對稱。
驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B備有從基部11A的周邊部11a突出的支撐部12A、12B，以及從各支撐部的前端12b一側(cè)沿與支撐部正交的方向延伸的彎曲振動片13I、13J。各彎曲振動片13I、13J如圖2(a)所示，中央部分被固定，由彎曲振動片16I、16J、16K、16L構(gòu)成。各驅(qū)動振動系統(tǒng)在各徑向彎曲振動片的前端側(cè)備有與各彎曲振動片垂直地延伸的彎曲振動片27A、27B、27C、27D。
檢測振動系統(tǒng)2A、2B分別由細長的周向彎曲振動片14A、14B構(gòu)成(參照圖4(a))，重量部26A、26B被設(shè)置在各周向彎曲振動片14A、14B上。
將該振子的驅(qū)動振動模式示于圖19(a)。各彎曲振動片16I、16J、16K、16L如箭頭5A、5B所示，以前端部分12b附近為中心進行彎曲振動，與此同時，各彎曲振動片27A、27B、27C、27D如箭頭H所示進行彎曲振動。
將該振子的檢測振動模式示于圖19(b)。支撐部12A、12B以固定部12a為中心，沿周向進行彎曲振動，與此相對應(yīng)，彎曲振動片14E、14F如箭頭6C、6D所示進行彎曲振動。另外，突出部分28是通過激光加工來調(diào)整驅(qū)動振動的頻率用的區(qū)域。
構(gòu)成本發(fā)明的振動式陀螺儀的振子除了使用上述的壓電材料或恒彈性合金形成以外，還能象硅微機中被使用的那樣通過硅半導(dǎo)體工藝來形成。這時，驅(qū)動振子時利用靜電力等。
圖20中的振子是通過硅半導(dǎo)體工藝制成的。該振子通過在硅片上形成槽狀的空隙獲得。振子的形態(tài)本身與圖11所示的基本上相同。振子的基部11E以重心GO為中心呈4次對稱的正方形。兩個驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B和兩個檢測振動系統(tǒng)2A、2B從基部11E的周邊部11a向四方呈放射狀地突出，各振動系統(tǒng)互相分離。
驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B備有從基部的周邊部11a突出的支撐部12A、12B，以及從各支撐部的前端12b一側(cè)沿與支撐部正交的方向延伸的各彎曲振動片13K、13L。各彎曲振動片13K、13L由彎曲振動片16M、16N、16P、16Q構(gòu)成。檢測振動系統(tǒng)2A、2B由細長的周向彎曲振動片14G、14H構(gòu)成。
靜電驅(qū)動電極30A、30C、30E、30G被設(shè)置在各彎曲振動片16M、16N、16P、16Q的側(cè)面，各靜電驅(qū)動電極30B、30D、30F、30H被設(shè)置在框架29的與各徑向彎曲振動片相對的側(cè)面上。由這些電極以靜電方式驅(qū)動各彎曲振動片。
另外，在各周向彎曲振動片14G、14H的側(cè)面上分別設(shè)有靜電檢測電極31A、31C，在框架29的與各周向彎曲振動片相對的側(cè)面上分別設(shè)有靜電驅(qū)動電極31B、31D。
可以設(shè)置特定的金屬摻雜的半導(dǎo)體摻雜區(qū)代替靜電檢測電極，能由該半導(dǎo)體摻雜區(qū)構(gòu)成壓敏電阻元件。在此情況下，振子旋轉(zhuǎn)時測定由加在各周向彎曲振動片的各壓敏電阻元件上的應(yīng)力引起的電阻值的變化，作為旋轉(zhuǎn)角速度的指標進行檢測。另外，12a是支撐部12的固定部分。
圖21是簡略地表示另一實施例的振子的平面圖。驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B、檢測振動系統(tǒng)2A、2B及它們的工作情況與圖11所示的相同。框架部32A、32B從其基部58的檢測振動系統(tǒng)一側(cè)的兩片邊緣58a延伸，各檢測振動系統(tǒng)被包圍在各框架部中。各框架部分別備有與各檢測振動系統(tǒng)平行延伸的連續(xù)部分32a、以及支撐固定振子用的支撐框架32b。將驅(qū)動振動時及檢測振動時振幅最小的區(qū)域支撐固定在框架部32A、32B中。
在圖22中示出了圖21所示的振子上的各點在驅(qū)動振動模式下最大振動時的振幅的相對比率，在圖23中示出了該振子上的各點在檢測振動模式下最大振動時振幅的相對比率。
根據(jù)圖22可知，伴隨各振動系統(tǒng)的振動，拉伸應(yīng)力加在各支撐部12A、12B對基部58的固定部12a的近邊上而發(fā)生變形。在框架部的連接部分32a上也能看出一些其影響?？墒?，由于這些影響互相抵消，所以在基部的中心附近、彎曲振動片14C、14D及框架部的支撐框架32b上看不到由驅(qū)動振動產(chǎn)生的影響。
根據(jù)圖23，從各驅(qū)動振動系統(tǒng)、各檢測振動系統(tǒng)加在基部58上的影響互相抵消，其結(jié)果，在基部58的中心附近21A處看不到由檢測振動產(chǎn)生的影響?？墒?，不僅如此，由于支撐框架32b內(nèi)的區(qū)域21D的振幅變?yōu)樽钚。赃€可以支撐固定該區(qū)域21D。
另外，在本例的振子及振動式陀螺儀中，如圖21、圖22所示，振子的重心GO位于驅(qū)動振動時振子的微小位移部分內(nèi)。另外，如圖21、圖23所示，振子的重心GO位于檢測振動時的振子的微小位移部分內(nèi)。
圖24是簡略地表示備有本發(fā)明的一實施例的振子的振動式陀螺儀的斜視圖?；?1E呈長方形。兩個驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B(在本例中為第一振動系統(tǒng))和兩個檢測振動系統(tǒng)2A、2B(在本例中為第二振動系統(tǒng))從基部11E的周邊部呈放射狀突出，各振動系統(tǒng)互相分離。驅(qū)動振動系統(tǒng)1A和1B以振子的重心GO為中心呈2次對稱，檢測振動系統(tǒng)2A和2B以重心GO為中心呈2次對稱。
驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B備有從基部的周邊部突出的支撐部35，以及沿與支撐部正交的方向延伸的第一彎曲振動片23C、23D。這些彎曲振動片23C、23D如圖2(b)所示，其兩端部分分別被約束，其中央部分進行較大的振動。最好使各彎曲振動片23C及23D的整體振動重心GD在振子的重心GO上，或者在重心GO附近的區(qū)域內(nèi)，激勵起各彎曲振動片的振動。
在圖25所示的振子中，兩個驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B和兩個檢測振動系統(tǒng)2A、2B從基部11A的周邊部呈放射狀突出，各振動系統(tǒng)互相分離。驅(qū)動振動系統(tǒng)1A和1B以振子的重心GO為中心呈2次對稱，檢測振動系統(tǒng)2A和2B以重心GO為中心呈2次對稱。
驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B備有從基部的周邊部突出的支撐部12A、12B，以及從各支撐部的前端沿與支撐部正交的方向延伸的第一彎曲振動片13C、13D(參照圖2(a))。各彎曲振動片13C、13D由彎曲振動片16A-16D構(gòu)成。在這些彎曲振動片的外側(cè)還設(shè)有第一彎曲振動片23C、23D(參照圖2(b))，彎曲振動片13C、13D和23C、23D互相連接，形成框架及中空部36。在彎曲振動片23C、23D中，其中央部分如箭頭5A、5B所示進行較大的振動。在此情況下，彎曲振動片13C、13D、23C、23D的整體振動重心GD在重心GO上，或者在GO附近的區(qū)域內(nèi)，激勵起各彎曲振動片的振動。
在圖26所示的振子中，兩個驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B和一個檢測振動系統(tǒng)2A從基部11A的周邊部呈放射狀突出，各振動系統(tǒng)互相分離。驅(qū)動振動系統(tǒng)1A和1B以GO為中心呈2次對稱。各驅(qū)動振動系統(tǒng)備有從基部的周邊部突出的支撐部12A、12B，以及從各支撐部的前端沿與支撐部正交的方向延伸的第一彎曲振動片13C、13D(參照圖2(a))。
另一方面，檢測振動系統(tǒng)2A是上述的系統(tǒng)，但在夾住重心GO的相對的一側(cè)設(shè)有重量部37及固定片部38。在此情況下，如果驅(qū)動振動系統(tǒng)的整體重心位于重心GO附近的區(qū)域，則能抑制對檢測振動系統(tǒng)的影響，其結(jié)果即使是一個檢測振動系統(tǒng)，也能在某種程度上進行準確的檢測。在此情況下，最好將振子支撐在與檢測振動系統(tǒng)一起夾住交點的相對的一側(cè)的位置(乃至旋轉(zhuǎn)對稱的位置)的延長線上。
在圖27所示的振子中，驅(qū)動振動系統(tǒng)1A和1B與上述的相同。該振子是與圖8所示的類型相當?shù)恼褡?。另一方面，檢測振動系統(tǒng)2A、2B分別備有從基部11A突出的框架部19A、19B，還備有從各框架部19A、19B向重心GO方向突出的第二彎曲振動片24C、24D。如圖4(b)所示，這些彎曲振動片24C、24D呈這樣的形態(tài)，即在遠離GO的一側(cè)有固定部8，在靠近GO的一側(cè)有自由端，如箭頭6A、6B所示那樣地振動。
在圖28所示的振子中，在框架部19C的內(nèi)側(cè)朝向重心GO方向分別形成兩個第一振動系統(tǒng)和兩個第二振動系統(tǒng)。該振子是與圖10所示的類型相當?shù)恼褡印?br> 各驅(qū)動振動系統(tǒng)備有從框架部19C向重心GO方向沿直線延伸的支撐部12C、12D，以及從各支撐部的前端沿與支撐部正交的方向延伸的第一彎曲振動片13M、13N(參照圖2(a))。各彎曲振動片13M、13N由彎曲振動片16R、16S、16T、16U構(gòu)成。
各檢測振動系統(tǒng)備有分別從框架部19C向重心GO方向沿直線延伸的第二彎曲振動片24C、24D。這些彎曲振動片24C、24D的形態(tài)如圖4(b)所示。
在本發(fā)明中，通過用相對于振子的重心沿周向延伸的連接部連接多個第一振動系統(tǒng)，能形成由各第一振動系統(tǒng)及連接部包圍交點的環(huán)狀的振動系統(tǒng)。
例如，在圖29所示的振子中，兩個驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B和兩個檢測振動系統(tǒng)2A、2B從基部11A的周邊部呈放射狀突出。驅(qū)動振動系統(tǒng)1A和1B以GO為中心呈2次對稱，檢測振動系統(tǒng)2A和2B以GO為中心呈2次對稱。
驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B備有從基部的周邊部突出的支撐部12A、12B，以及從各支撐部的前端沿與支撐部正交的方向延伸的第一彎曲振動片13P、13Q(參照圖2(a))。這些彎曲振動片13P、13Q由連接部39A、39B、39C、39D連接，由各連接部及彎曲振動片13P、13Q形成以GO為中心的環(huán)狀振動系統(tǒng)71A。
在圖29所示的驅(qū)動振動模式中，各彎曲振動片16A、16B、16C、16D如箭頭6A、6B所示那樣振動，與其相對應(yīng)，各連接部如箭頭I所示振動。如果使該振子旋轉(zhuǎn)，則會感應(yīng)出圖30所示的檢測振動的振動模式。即各驅(qū)動振動系統(tǒng)如箭頭A、B所示沿周向振動，與其相對應(yīng)，環(huán)狀的振動系統(tǒng)的整體體變形。為了對此取得平衡，各檢測振動系統(tǒng)的彎曲振動片14C、14D如箭頭6A、6B所示那樣振動。另外，40是設(shè)置在各彎曲振動片14C、14D上的重量部。
在圖31-圖35中，只說明基部小、與彎曲振動片寬度相同的例子。
在圖31、圖32中，驅(qū)動振動系統(tǒng)和檢測振動系統(tǒng)的支撐部12A、12B、彎曲振動片13R、13S、13C、13D是與上述相同的?？墒?，基部11F存在于支撐部12A、12B和彎曲振動片14C、14D相交的部分處，具有與它們相同的寬度。
在圖31中，將直線狀的延伸部41設(shè)置在從支撐部12A、12B的前端側(cè)遠離重心的方向，各延伸部分別與固定片部42連接。因此，如上所述，各驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B在一對固定片部42之間振動。在圖32中，不存在固定片部及延伸部。
在圖33中，示出了圖32中的振子上的各點在驅(qū)動振動模式下最大振動時的振幅的相對比率，在圖34中，示出了振子上的各點在檢測振動模式下的最大振動時的振幅的相對比率。對這些附圖的判斷方法與圖12、圖13中所示的相同。
由圖33可知，在振子的檢測振動系統(tǒng)及支撐部中幾乎看不到由驅(qū)動振動系統(tǒng)的振動產(chǎn)生的形變。根據(jù)圖34，由于各檢測振動系統(tǒng)被配置在呈2次對稱的位置，所以在基部11F內(nèi)及其附近看不到由檢測振動產(chǎn)生的影響。其結(jié)果，可知最好將各檢測振動系統(tǒng)至少支撐在基部11F內(nèi)。
在本例的振子及振動式陀螺儀中，如圖32、圖33所示，振子的重心GO位于驅(qū)動振動時的振子的微小位移部分內(nèi)。如圖32、圖34所示，振子的重心GO位于檢測振動時的振子的微小位移部分內(nèi)。
在圖35所示的振子中，兩個檢測振動系統(tǒng)2A、2B從基部11F延伸。這些檢測振動系統(tǒng)分別由彎曲振動片44C及44D構(gòu)成。彎曲振動片44C及44D的前端側(cè)分別通過連接部46連接在彎曲振動片23C、23D上。各彎曲振動片23C、23D分別構(gòu)成驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B，且與彎曲振動片44C、44D大致平行延伸。由驅(qū)動振動系統(tǒng)的各彎曲振動片23C、23D及這些連接部46構(gòu)成以重心GO為中心呈一體振動的環(huán)狀振動系統(tǒng)71B。
如圖2(b)所示，彎曲振動片23C、23D的兩端被固定，其中央部分如箭頭5A、5B所示進行較大的振動。另外，各彎曲振動片44C、44D如圖5(b)所示那樣振動。另外，在本例中將在基部附近形成的突出部45作為固定片部使用，也能支撐這些固定片部。
其次，再說明驅(qū)動各彎曲振動片、或檢測各彎曲振動片的振動的方法之一例。圖36所示的振子的動作與圖24中的振子完全相同。但是該振子的晶軸方向是a軸沿規(guī)定面的方向延伸，c軸沿垂直于振子的方向延伸。這樣的晶軸方向相當于例如使用石英的情況。
在圖36中，將驅(qū)動電極15A、15B分別設(shè)置在驅(qū)動側(cè)的彎曲振動片23C、23D上。將其剖面圖示于圖37(a)。另外，將檢測電極16A、16B分別設(shè)置在檢測一側(cè)的彎曲振動片14C、14D上。將該部分的剖面圖示于圖37(b)。
另外，在本發(fā)明的振子中，可以在各振動系統(tǒng)的振動體上、特別是在彎曲振動片上設(shè)置沿其縱向延伸的貫通孔或凹部。由此能降低彎曲振動片振動的固有共振頻率，能進一步地提高驅(qū)動振動或檢測的Q值。圖38～圖41是表示該實施例的各振動式陀螺儀。
在圖38中，在各彎曲振動片23C、23D、14C、14D上分別形成沿彎曲振動片的縱向延伸的貫通孔47、48。而且，在各彎曲振動片23C、23D上如圖39(a)所示，驅(qū)動電極49A、49D被設(shè)置在各貫通孔47的外側(cè)壁面上，驅(qū)動電極49B、49C被設(shè)置在內(nèi)側(cè)壁面上。另外，在各彎曲振動片14C、14D上如圖39(b)所示，檢測電極50A、50D被設(shè)置在各貫通孔48的外側(cè)壁面上，檢測電極50B、50C被設(shè)置在內(nèi)側(cè)壁面上。
在本實施例中，象石英那樣使用具有在規(guī)定平面內(nèi)三次對稱軸的a軸的壓電單晶片。在各彎曲振動片上如圖39(a)所示，外側(cè)面上的驅(qū)動電極49A、49D與交流電源連接，內(nèi)側(cè)面上的驅(qū)動電極49B、49C接地。其結(jié)果，在驅(qū)動電極49A-49B的組合和驅(qū)動電極49C-49D的組合之間電壓的施加方向相反，所以彎曲振動片發(fā)生彎曲。
另外，在檢測側(cè)的彎曲振動片上，檢測電極50A-50B一側(cè)和50C-50D一側(cè)之間發(fā)生的電場方向相反。
而且，如本實施例所示，在各彎曲振動片上的各貫通孔中，在各貫通孔的兩側(cè)，將一對驅(qū)動電極設(shè)置在內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面上，這樣能使一片彎曲振動片彎曲。在檢測側(cè)也一樣。因此，將電壓加在激振效率最高的a軸方向上，能驅(qū)動彎曲振動片，還能檢測其振動。
在上述的實施例中，通過將電壓加在壓電單晶的a軸方向上，來驅(qū)動各臂。與此不同，例如在鈮酸鋰、鉭酸鋰、鈮酸鋰-鉭酸鋰固溶體單晶的情況下，如圖40所示，將a軸配置在平行于紙面的方向，使c軸與紙面之間構(gòu)成50°的角度，從溫度特性的觀點來看非常有利。在此情況下，將電壓加在與紙面垂直的方向上，使各彎曲振動片進行彎曲振動。
在圖40中，使用鉭酸鋰的130°Y片，c軸與振子的主面之間構(gòu)成50°。在該角度下振子的溫度特性最好。在驅(qū)動側(cè)的彎曲振動片23C、23D上分別形成沿彎曲振動片的縱向延伸的貫通孔47。在檢測側(cè)的彎曲振動片14C、14D上分別形成沿彎曲振動片的縱向延伸的貫通孔48。
如圖41(a)所示，在各貫通孔47的兩側(cè)位置上設(shè)有細長的驅(qū)動電極99A、99B、99C、99D。由于在驅(qū)動電極99A-99B和驅(qū)動電極99C-99D之間電壓的施加方向相反，所以彎曲振動片發(fā)生彎曲。另外，如圖41(b)所示，在檢測側(cè)的各彎曲振動片上，在各貫通孔48的兩側(cè)位置上設(shè)有細長的檢測電極51A、51B、51C、51D，在檢測電極51A-51B和檢測電極51C-51D之間產(chǎn)生的電場方向相反。
另外，在上述的各例中，能將貫通孔47、48代之以形成具有與它們的平面形狀相同的凹部。即，在各彎曲振動片上也可以不將貫通孔47、48穿通，而是設(shè)有薄壁。
另外，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角速度的測定方法的優(yōu)選實施例中，將為了產(chǎn)生驅(qū)動振動而使用的電信號作為參照信號，利用檢測裝置將伴隨驅(qū)動振動而發(fā)生的具有與驅(qū)動振動不同的振動模式的振動作為電信號取出，將所取出的信號作為輸出信號時，檢測參照信號和輸出信號的相位差，根據(jù)所檢測的相位差的變化來檢測角速度。
圖42是表示在這種方法中使用的相位差檢測裝置之一例的框圖。
在圖42所示的相位差檢測裝置62中，輸出信號被AC放大器61放大后，被供給相位差檢測電路63。在參照信號前處理電路64中進行了波形等整理的前處理后，同樣將參照信號供給相位差檢測電路63。在相位差檢測電路63中檢測所供給的進行過前處理的參照信號和輸出信號的相位差。將檢測出的相位差供給低通濾波器65及DC放大器66，變成具有對應(yīng)于相位差的大小的大小的直流信號。將由上述的相位差檢測裝置62求得的直流信號供給旋轉(zhuǎn)角速度檢測電路67。在旋轉(zhuǎn)角速度檢測電路中根據(jù)預(yù)先求得的直流信號的大小和旋轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系，求出旋轉(zhuǎn)角速度。
另外，由于在上述的電路62中不能將輸出信號和參照信號的相位差作為直接數(shù)值求出，所以要根據(jù)與相位差對應(yīng)的直流信號的大小，求得旋轉(zhuǎn)角速度，但也可以直接將相位差作為數(shù)值求出，根據(jù)預(yù)先求得的相位差和旋轉(zhuǎn)角速度的關(guān)系，求得旋轉(zhuǎn)角速度。
本發(fā)明的振動式陀螺儀特別適合于檢測這樣的相位差的方法，可知在相位差和旋轉(zhuǎn)角速度之間能獲得較高的線性關(guān)系。判明了在陀螺信號和漏信號的比為1∶7以上的區(qū)域即漏信號大的區(qū)域中，特別是在相位差和旋轉(zhuǎn)角速度之間能獲得極高的線性關(guān)系。另外，如果漏信號過大，則不管怎樣使用壓電單晶，也會超越檢測極限。因此，能根據(jù)振動式陀螺儀的檢測靈敏度來確定漏信號的上限。
這樣，在漏信號比陀螺信號大的區(qū)域、特別是在陀螺信號和漏信號的比為1∶7以上的區(qū)域中，檢測靈敏度下降時反而能提高相位差和旋轉(zhuǎn)角速度之間的線性關(guān)系。
另外，可通過將兩個以上的壓電層重疊起來，制作本發(fā)明的振子。在此情況下，最好使各壓電層的分極軸的方向互不相同，各壓電層的分極軸的方向最好分別與振子的主面正交。
如果采用使用了本發(fā)明的振子的線加速計，則能顯著地降低使振子驅(qū)動振動時由基部的伸縮振動產(chǎn)生的噪聲信號，所以能防止由該噪聲信號隨溫度變化產(chǎn)生的誤差。
另外，使用本發(fā)明的振子能制作同時測量轉(zhuǎn)速和線加速度的傳感器。在將轉(zhuǎn)速和線加速度同時加在本發(fā)明的振子上的情況下，在振子上同時發(fā)生與轉(zhuǎn)速對應(yīng)的檢測信號以及與線加速度對應(yīng)的信號。在這時的檢測信號中，與驅(qū)動信號頻率相同的信號分量的振幅變化與轉(zhuǎn)速成比例，直流電壓信號分量的變化與線加速度成比例。
圖43～圖47是簡略地表示本發(fā)明的另一例的陀螺儀的斜視圖。圖43中的振子基本上與圖11所示的振子相同?？墒?，在各驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B的各支撐部12E、12F上設(shè)有沿其縱向延伸的通孔72。因此，使得各支撐部的機械強度下降?？梢栽O(shè)置凹部來代替通孔72。
圖44中的陀螺儀在原理上也與圖11中的陀螺儀相同。可是，其振子的a軸是x軸方向，c軸與規(guī)定面構(gòu)成50°的角度。因此，驅(qū)動電極99A～99D、檢測電極51A～51D與圖40所示的相同。另外，驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B的各彎曲振動片16V、16W、16X、16Y分別彎曲成圓弧狀。
圖45中的陀螺儀基本上與圖3 5中的陀螺儀相同。但是，在各連接部46與各彎曲振動片44C、44D結(jié)合的部分中朝向振子的外側(cè)設(shè)有凸起78A、78B。但是，該凸起78A、78B可以省去。另外，各彎曲振動片44C、44D與基部11H相連接?；?1H備有大致呈正方形的框部74，一對電橋76A、76B從框部74的內(nèi)側(cè)面開始延伸，中央部97支撐在各電橋的中間。重心GD、GB、GO存在于中央部97中。突出部77A、77B再從中央部9 7朝向空隙7 5A、75B突出。72A、72B是空隙，73是圓弧。
在本例中，能支撐各凸起78A、78B，還能支撐中央部97，還能支撐突出部77A、77B，因此能使由支撐產(chǎn)生的對檢測振動的靈敏度的影響減小最小限度。
在圖46中的陀螺儀中，各驅(qū)動振動系統(tǒng)的各彎曲振動片23C、23D通過一對連接部80分別與彎曲振動片44C、44D連接，而且形成環(huán)狀振動系統(tǒng)71C。各連接部80備有沿X軸方向延伸的連接部80a、80c，以及連接80a和80c的沿Y軸方向延伸的連接部80b。各彎曲振動片44C、44D分別與基部11A結(jié)合。72A、72B是空隙部。
在圖47中的陀螺儀中，驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B、檢測振動系統(tǒng)2A、2B、基部11A都與圖11中的陀螺儀相同。另外，在驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B的外側(cè)設(shè)有驅(qū)動振動系統(tǒng)1E、1F。各振動系統(tǒng)1E、1F分別由彎曲振動片23C、23D構(gòu)成，各彎曲振動片23C、23D的各末端通過連接部100連接在各彎曲振動片44C、44D的兩末端上。
陀螺儀的靈敏度隨驅(qū)動振動和檢測振動的各固有共振頻率的差而變化?？墒牵绻麥囟茸兓?，各固有共振頻率就變化，所以其差也變化。各固有共振頻率的差在-30℃～80℃時變化10％左右。因此，在-30℃～80℃時，最好使各固有共振頻率的差為恒定值。
為了解決該問題，振子在備有與規(guī)定面平行的一對主面和側(cè)面時，將沿其縱向延伸的凸起設(shè)置在側(cè)面，最好使從該凸起的側(cè)面算起的高度為振子的厚度的1/3～1/7(1/4～1/5更好)。另外，在將該凸起設(shè)置在彎曲振動片上的情況下，最好使該彎曲振動片的長度在7mm以下，特別是在6mm以下就更好。
在-30℃～80℃的條件下，本發(fā)明者測定了彎曲振動片的本發(fā)明的驅(qū)動振動及檢測振動的各固有共振頻率，兩者之差在-30℃～80℃時的最大值和最小值如圖48中的曲線所示。這里，彎曲振動片的長度為6、8、10mm，其厚度為0.3mm，其寬度為1.0mm，其材料為石英。
由圖48中的結(jié)果可知，使彎曲振動片的長度為6mm以下，再通過控制凸起的高度，能將-30℃～80℃時的各共振頻率的差的最大值和最小值控制在2.5Hz以下，甚至在2.0Hz以下，能將陀螺儀的靈敏度的變化控制在5％以下。
另外，通過將沿其縱向延伸的凸起設(shè)置在基部的側(cè)面，更能減少由驅(qū)動振動產(chǎn)生的對檢測振動的影響。這時，將凸起設(shè)置在相對于基部的重心呈點對稱的位置，有利于抑制檢測振動的失真。
另外，各驅(qū)動振動系統(tǒng)或檢測振動系統(tǒng)在備有彎曲振動片及其支撐部的情況下，最好將沿其縱向延伸的凸起設(shè)置在支撐部的側(cè)面，設(shè)置在兩側(cè)的側(cè)面就更好。由此能減少彎曲振動片的振動對基部的影響。另外，通過將凸起設(shè)置在檢測振動邊的至少一個側(cè)面上，在振子不旋轉(zhuǎn)時，檢測振動邊不易受驅(qū)動振動的影響，能減少這時的噪聲。
圖49表示該實施例的陀螺儀。在其振子中，在基部11A的周邊部分的側(cè)面上設(shè)有凸起90G、90I、90H、90J，這些凸起相對于基部11A的重心呈點對稱的關(guān)系。另外，在各驅(qū)動振動系統(tǒng)1A、1B的各支撐部12A、12B的兩側(cè)的各側(cè)面上分別形成了凸起90A、90B、90C、90D。還在檢測振動系統(tǒng)2A、2B的各彎曲振動片14C、14D的一側(cè)的側(cè)面上形成了凸起90E、90F。
另外，在通過刻蝕制造振子時，對于不同批量制造的振子來說，在刻蝕的時間或刻蝕的濃度方面存在離散性。由于該離散性的緣故，振子的彎曲振動片的驅(qū)動振動、檢測振動的各固有振動頻率的差方面產(chǎn)生離散性，因此振子的靈敏度方面也產(chǎn)生離散性。為了防止這一點，可以將凹部或通孔設(shè)置在彎曲振動片中比激振裝置或檢測裝置更靠前端一側(cè)的位置上。
圖50是簡略地表示該實施例的陀螺儀的平面圖，該陀螺儀基本上與圖11所示的陀螺儀相同。但是，在各彎曲振動片16A、16B、16C、16D、14C、14D中將通孔91A、91B、91C、91D設(shè)置在比驅(qū)動電極或檢測電極更靠前端一側(cè)的位置上。各通孔乃至凹部最好設(shè)置在與各電極相距0.3mm以上的位置上。
現(xiàn)說明這樣的通孔乃至凹部的作用及效果。如圖51所示，在通過刻蝕制造彎曲振動片時，有時相對于用實線表示的設(shè)計圖形如虛線所示那樣進行刻蝕。這時，如果進行其前端面101的刻蝕，則能減少彎曲振動片的質(zhì)量，所以共振頻率增大。另一方面，如果進行側(cè)面102的刻蝕，則彎曲振動片變細，所以共振頻率下降。其結(jié)果，從整體來說，側(cè)面102的刻蝕的效果較大。
可是，由于設(shè)有通孔91A～91D，所以如虛線所示那樣進行側(cè)面102的刻蝕時，通孔91A～91D的刻蝕也如虛線所示那樣進行，故彎曲振動片前端側(cè)的質(zhì)量減少了。
例如，彎曲振動片由水晶構(gòu)成，其長度為6mm、寬度為1.0mm、厚度為0.3mm時，如果側(cè)面102比設(shè)計值多刻蝕1微米，則驅(qū)動、檢測的各共振頻率之差相對于設(shè)計值約變化2.85Hz。與此不同，通過設(shè)置長0.4mm、寬0.3mm的通孔91A～91D，共振頻率之差相對于設(shè)計值只變化0.08Hz。
另外，通過將擴展部設(shè)置在彎曲振動片的前端側(cè)，將各通孔乃至凹部設(shè)置在該擴展部上，能使通孔乃至凹部的上述效果更大，另外即使使通孔乃至凹部小些，也能獲得上述效果。
圖52表示該實施例的陀螺儀。將具有比各彎曲振動片的寬度大的幅度的擴展部95、96設(shè)置在各彎曲振動片16A、16B、16C、16D、14C、14D的前端，在各擴展部中設(shè)有通孔91A、91B、91C、91D。
如上所述，如果采用本發(fā)明，則能提供一種新的振動式陀螺儀，該振動式陀螺儀特別是對于規(guī)定面內(nèi)延伸的振子使其在該規(guī)定面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，能檢測其旋轉(zhuǎn)的角速度。
權(quán)利要求
1.一種振子，其特征在于備有基部；以及從該基部的周邊部起呈放射狀延伸的多個互相分離的振動系統(tǒng)，上述基部及上述振動系統(tǒng)在規(guī)定的平面內(nèi)延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振子，所述的振子是以規(guī)定的轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)用的振子，其特征在于上述轉(zhuǎn)軸與上述規(guī)定平面正交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的振子，其特征在于上述振子的重心位于上述基部內(nèi)，從該振子的重心看時，上述各振動系統(tǒng)從上述基部的上述周邊部起分別沿離開30°以上的方向延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的振子，其特征在于上述多個振動系統(tǒng)中的一個以上的振動系統(tǒng)是包含以上述振子的重心為中心時沿徑向振動的徑向振動分量的第一振動系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的振子，其特征在于設(shè)有多個上述第一振動系統(tǒng)，將各第一振動系統(tǒng)被設(shè)置在以上述振子的重心為中心互相旋轉(zhuǎn)對稱的位置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項所述的振子，其特征在于上述多個振動系統(tǒng)中的一個以上的振動系統(tǒng)是包含以上述基部為中心時沿周向振動的周向振動系統(tǒng)的第二振動系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的振子，其特征在于設(shè)有多個上述第二振動系統(tǒng)，將各第二振動系統(tǒng)被設(shè)置在以上述振子的重心為中心互相旋轉(zhuǎn)對稱的位置上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項所述的振子，其特征在于上述振子備有與上述規(guī)定面平行的一對主面和側(cè)面，在該側(cè)面上設(shè)有沿其縱向延伸的凸起，該凸起從上述側(cè)面開始算起的高度為上述振子厚度的1/3～1/7。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任意一項所述的振子，其特征在于上述振子備有與上述規(guī)定面平行的一對主面和側(cè)面，在上述基部的上述側(cè)面上設(shè)有沿其縱向延伸的凸起。
10.一種振動式陀螺儀，它是檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度用的振動式陀螺儀，其特征在于備有權(quán)利要求1至9中的任意一項所述的振子；激勵起該振子的驅(qū)動振動的激振裝置，將該激振裝置設(shè)置在上述多個振動系統(tǒng)中的一個以上系統(tǒng)中；以及利用上述振子的旋轉(zhuǎn)來檢測上述振子上發(fā)生的檢測振動的檢測裝置，將該檢測裝置設(shè)置在上述多個振動系統(tǒng)中未設(shè)置上述激振裝置的振動系統(tǒng)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的振動式陀螺儀，其特征在于設(shè)有上述激振裝置的振動系統(tǒng)備有彎曲振動片，在該彎曲振動片中在比上述激振裝置更靠近前端一側(cè)設(shè)有凹部或通孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的振動式陀螺儀，其特征在于設(shè)有上述檢測裝置的振動系統(tǒng)備有彎曲振動片，在該彎曲振動片中在比上述檢測裝置更靠近前端一側(cè)設(shè)有凹部或通孔。
13.一種振動式陀螺儀，它是檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度用的振動式陀螺儀，其特征在于備有以規(guī)定的轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)用的振子；激勵起該振子的驅(qū)動振動的激振裝置；以及利用上述振子的旋轉(zhuǎn)來檢測上述振子上發(fā)生的檢測振動的檢測裝置，上述振子備有多個振動系統(tǒng)，這些振動系統(tǒng)在與上述轉(zhuǎn)軸相交的規(guī)定面內(nèi)延伸，在這些振動系統(tǒng)中的至少一個振動系統(tǒng)中設(shè)有上述激振裝置，在未設(shè)置該激振裝置的振動系統(tǒng)中的至少一個振動系統(tǒng)中設(shè)有上述檢測裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的振動式陀螺儀，其特征在于上述激振裝置設(shè)置在多個上述振動系統(tǒng)中，這些設(shè)有上述激振裝置的各振動系統(tǒng)的整體振動重心位于上述振子重心的附近區(qū)域內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的振動式陀螺儀，其特征在于設(shè)有上述激振裝置的振動系統(tǒng)存在于以上述振子的重心為中心旋轉(zhuǎn)對稱的位置上。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中的任意一項所述的振動式陀螺儀，其特征在于設(shè)有上述激振裝置的振動系統(tǒng)的振動以上述振子的重心為中心時包含徑向振動分量。
17.根據(jù)權(quán)利要求13至16中的任意一項所述的振動式陀螺儀，其特征在于由上述激振裝置對上述振動系統(tǒng)在以上述振子的重心為中心時激勵起徑向振動分量，使上述振動式陀螺儀旋轉(zhuǎn)時利用上述徑向振動分量在該振動系統(tǒng)中生成周向科里奧利力，利用上述檢測裝置檢測由該科里奧利力在上述振子上引起的振動。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至16中的任意一項所述的振動式陀螺儀，其特征在于由上述激振裝置對上述振動系統(tǒng)以上述振子的重心為中心時激勵起周向振動分量，使上述振動式陀螺儀旋轉(zhuǎn)時利用上述周向振動分量在該振動系統(tǒng)中生成徑向科里奧利力，利用上述檢測裝置檢測由該科里奧利力在上述振子上引起的振動。
19.一種振動式陀螺儀，它是檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度用的振動式陀螺儀，其特征在于備有以規(guī)定的轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)用的振子；激勵起該振子的驅(qū)動振動的激振裝置；以及利用上述振子的旋轉(zhuǎn)來檢測上述振子上發(fā)生的檢測振動的檢測裝置，上述振子在規(guī)定面內(nèi)延伸，上述振子備有多個振動系統(tǒng)，將上述激振裝置和上述檢測裝置設(shè)置在另外的振動系統(tǒng)中，對上述振子進行驅(qū)動振動時該驅(qū)動振動的整體重心位于上述振子的重心的附近區(qū)域內(nèi)。
20.一種振動式陀螺儀，它是檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度用的振動式陀螺儀，其特征在于備有以規(guī)定的轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)用的振子；激勵起該振子的驅(qū)動振動的激振裝置；以及利用上述振子的旋轉(zhuǎn)來檢測上述振子上發(fā)生的檢測振動的檢測裝置，上述振子在規(guī)定面內(nèi)延伸，上述振子備有多個振動系統(tǒng)，將上述激振裝置和上述檢測裝置設(shè)置在另外的振動系統(tǒng)中，在上述振子中激勵起驅(qū)動振動時上述振子的重心位于由該驅(qū)動振動引起的位移微小的微小位移部分內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的振動式陀螺儀，其特征在于在上述振子中產(chǎn)生檢測振動時，上述振子的重心位于由該檢測振動引起的位移是微小的微小位移部分內(nèi)。
22.一種振動式陀螺儀，它是檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度用的振動式陀螺儀，其特征在于備有以規(guī)定的轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)用的振子；激勵起該振子的驅(qū)動振動的激振裝置；以及利用上述振子的旋轉(zhuǎn)檢測上述振子上發(fā)生的檢測振動的檢測裝置，上述振子在規(guī)定面內(nèi)延伸，上述振子備有多個振動系統(tǒng)，將上述激振裝置和上述檢測裝置設(shè)置在另外的振動系統(tǒng)中，在上述振子上發(fā)生檢測振動時，上述振子的重心位于由該檢測振動引起的位移微小的微小位移部分內(nèi)。
23.一種旋轉(zhuǎn)角速度的測定方法，它是用振子檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度的方法，其特征在于上述振子至少備有多個驅(qū)動振動系統(tǒng)和一個以上的檢測振動系統(tǒng)，這些振動系統(tǒng)在與上述轉(zhuǎn)軸相交的規(guī)定面內(nèi)延伸地形成，使該振子以上述轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)，這時同時激勵起上述多個驅(qū)動振動系統(tǒng)的驅(qū)動振動，使各驅(qū)動振動系統(tǒng)的振動的至少一部分相抵消，在上述檢測振動系統(tǒng)中檢測上述振子的檢測振動。
24.一種旋轉(zhuǎn)角速度的測定方法，它是用振子檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度的方法，其特征在于上述振子備有多個振動系統(tǒng)，這些振動系統(tǒng)在與上述轉(zhuǎn)軸相交的規(guī)定面內(nèi)延伸地形成，這時以上述振子的重心為中心時，在一個以上的上述振動系統(tǒng)中激勵起徑向振動分量，上述振子旋轉(zhuǎn)時利用上述徑向振動分量產(chǎn)生周向科里奧利力，在其它振動系統(tǒng)中檢測由該科里奧利力在上述振子中產(chǎn)生的振動。
25.一種旋轉(zhuǎn)角速度的測定方法，它是用振子檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度的方法，其特征在于上述振子備有多個振動系統(tǒng)，這些振動系統(tǒng)在與上述轉(zhuǎn)軸相交的規(guī)定面內(nèi)延伸地形成，這時以上述振子的重心為中心時，在一個以上的上述振動系統(tǒng)中激勵起周向振動分量，上述振動式陀螺儀旋轉(zhuǎn)時利用上述周向振動分量產(chǎn)生徑向的科里奧利力，在其它振動系統(tǒng)中檢測由該科里奧利力在上述振子中產(chǎn)生的振動。
26.一種線加速計，它是檢測線加速度用的線加速計，其特征在于備有權(quán)利要求1-9中任意一項所述的振子；以及檢測在對該振子加上線加速度時由加在上述振子上的牛頓力引起的上述振子的形變用的檢測裝置。
全文摘要
提供一種特別是對于在規(guī)定面內(nèi)延伸的振子使其在該規(guī)定面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，能檢測其旋轉(zhuǎn)角速度的新的振動式陀螺儀。檢測旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)角速度用的振動式陀螺儀備有振子；激勵起振子的驅(qū)動振動的激振裝置；以及檢測因振子的旋轉(zhuǎn)在振子中產(chǎn)生的檢測振動的檢測裝置。振子至少具有包含徑向振動分量的第一振動系統(tǒng)1A、1B，以及包含周向振動分量的第二振動系統(tǒng)2A、2B。多個振動系統(tǒng)在與轉(zhuǎn)軸相交的規(guī)定面內(nèi)延伸地形成。
文檔編號G01C19/56GK1515874SQ0314928
公開日2004年7月28日 申請日期1998年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月4日
發(fā)明者菊池尊行, 鄉(xiāng)治莊作, 大杉幸久, 相馬隆雄, 久, 作, 雄 申請人:日本礙子株式會社