專利名稱：振動(dòng)陀螺儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動(dòng)陀螺儀，更具體地說，涉及一種用于攝像機(jī)或類似物的振動(dòng)陀螺儀，它可以通過檢測(cè)一旋轉(zhuǎn)角速度來檢測(cè)例如手晃動(dòng)之類的外界振動(dòng)，并且根據(jù)該檢測(cè)到的信息來消除振動(dòng)。本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)節(jié)上述類型的振動(dòng)陀螺儀的方法。


圖18是一傳統(tǒng)振動(dòng)陀螺儀的一個(gè)例子的立體圖。該振動(dòng)陀螺儀100包括一大致呈正三角形桿狀的振子101。該振子101是由一振動(dòng)本體102和壓電元件103a、103b和103c構(gòu)成，前者大致呈正三角形桿狀并由永久彈性的金屬制成，后者大致呈矩形并附連在振動(dòng)本體102的三個(gè)側(cè)面的近中心處。
壓電元件103c是用于輸入一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而壓電元件103a和103b是用于檢測(cè)和反饋。在壓電元件103a、103b和103c的兩個(gè)表面上形成有電極(未示)，其中的一個(gè)電極與振動(dòng)本體102結(jié)合，而另一個(gè)電極則通過焊接等手段連接于導(dǎo)線106a、106b和106c的一端。延伸至振動(dòng)本體102的結(jié)點(diǎn)的導(dǎo)線106a、106b和106c的端部借助彈性粘合劑107固定在那兒，導(dǎo)線106a、106b和106c的另一端被引至安裝基座105的表面并連接于一電路(未示)。
還有，在振子101的振動(dòng)本體102的邊緣線部分102d上的、處在一階振動(dòng)模式的結(jié)點(diǎn)附近，通過例如焊接等手段連接了金屬支承件104和104，它們呈方形的字母“C”形狀，并由高彈性的細(xì)金屬絲制成。支承件104、104的端部連接于由玻璃環(huán)氧材料等制成的安裝基座105的一個(gè)主表面，振動(dòng)本體102借助支承件104、104而由安裝基座105支承。
雖然沒有特別示出，但在用于輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)的壓電元件103c和用于檢測(cè)和反饋的壓電元件103a和103b之間連接了一個(gè)用作振動(dòng)本體102自振蕩的反饋回路的驅(qū)動(dòng)電路，由于該驅(qū)動(dòng)電路的緣故，振子102可在相對(duì)于設(shè)置有壓電元件103c的那一表面成直角的方向上產(chǎn)生撓曲振動(dòng)。這種撓曲振動(dòng)在本文中將被稱作驅(qū)動(dòng)模式(fx模式)。而當(dāng)在驅(qū)動(dòng)模式發(fā)生撓曲振動(dòng)時(shí)，沿垂直于驅(qū)動(dòng)模式方向的撓曲振動(dòng)是由于當(dāng)加上繞振動(dòng)本體102的軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的復(fù)合向心力(Coriolis force)所引發(fā)的。在下文中，這種撓曲振動(dòng)被稱作檢測(cè)模式(fy模式)。檢測(cè)模式的撓曲振動(dòng)可在壓電元件103a和103b之間導(dǎo)致一個(gè)與角速度成正比的輸出差，利用一個(gè)檢測(cè)電路檢測(cè)該輸出差，就可以檢測(cè)角速度。
在傳統(tǒng)的振動(dòng)陀螺儀100中，有一個(gè)問題在于，振子101的振動(dòng)可通過支承件104、104的四個(gè)腿部泄漏到安裝基座105上。此外，當(dāng)例如沖擊、振動(dòng)、溫度變化等外界條件發(fā)生變化而影響振動(dòng)陀螺儀100時(shí)，從支承件104、104的四個(gè)腿部泄漏的振動(dòng)是不同的。這將導(dǎo)致振子101的振動(dòng)變得不平衡，從而難于檢測(cè)到精確的角速度。還有，該振動(dòng)陀螺儀100的另一個(gè)問題在于，由于支承件104、104是用細(xì)金屬絲材料制成，所以在受沖擊時(shí)會(huì)顯得比較薄弱。
此外，圖18所示的振動(dòng)陀螺儀有一個(gè)問題在于，當(dāng)由于外界條件的變化而導(dǎo)致頻率特性(共振特性)變得不同時(shí)，檢測(cè)角速度的靈敏度將如圖21所示的曲線圖那樣發(fā)生很大的改變。也就是說，由于這些振動(dòng)陀螺儀是形成為能使fx模式的共振頻率與fy模式的共振頻率相一致，所以它們具有較佳的檢測(cè)靈敏度。然而，由于表示fy模式的共振特性的曲線斜坡是陡峭的，所以當(dāng)相應(yīng)于fx模式的共振頻率的fy模式的共振頻率隨外界條件的變化而發(fā)生變化時(shí)，檢測(cè)的靈敏度將發(fā)生很大變化。
鑒于以上原因，需要有一種幾乎不受外界條件變化的影響、能精確檢測(cè)角速度的振動(dòng)陀螺儀。
本發(fā)明涉及一種能滿足上述需要的振動(dòng)陀螺儀。該振動(dòng)陀螺儀包括一桿狀的振子和一支承件。桿狀振子包括一用于使桿狀振子振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)元件和一用于檢測(cè)桿狀振子之振動(dòng)的檢測(cè)元件，所述桿狀振子內(nèi)有兩個(gè)凹槽，它們分別在桿狀振子的振動(dòng)結(jié)點(diǎn)附近沿著垂直于桿狀振子縱向的方向延伸。支承件具有分別在所述兩凹槽內(nèi)延伸的、用以支承所述桿狀振子的兩個(gè)部分。
較佳的是，支承件的形狀是兩個(gè)保持在非水平方向上的拱門部分借助兩個(gè)連接部分在拱門部分的兩端連接起來。支承件的拱門部分在凹槽的底部連接于所述桿狀振子。
較佳的是，所述支承件的拱門部分和連接部分是形成一體的。
拱門部分和連接部分可以是金屬絲狀的?；蛘吖伴T部分和連接部分可以是條狀的。
支承件可以包括另一個(gè)連接部分，它連接在所述連接部分的中部之間。
此外，所述支承件可以是這樣形成的，即，將一方環(huán)形平板的兩端沿同一方向彎折，從而形成方的倒“U”形拱門部分。
所述桿狀振子可以具有多邊形橫截面，每個(gè)凹槽均設(shè)置在桿狀振子的兩個(gè)相鄰的側(cè)面上?；蛘?，桿狀振子具有多邊形橫截面，每個(gè)凹槽均設(shè)置在桿狀振子的一個(gè)側(cè)面上。
所述各凹槽的深度是可以調(diào)整的，從而使沿兩個(gè)相互垂直方向的兩個(gè)共振頻率之間有一個(gè)預(yù)定的頻率差。預(yù)定的頻率差最好是在大約50至150Hz的范圍內(nèi)。
為了描述本發(fā)明，附圖中示出若干個(gè)較佳的形式。但應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于所示的這些精確的配置或手段。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的一個(gè)振動(dòng)陀螺儀的立體圖；圖2是沿圖1中的線Ⅱ-Ⅱ剖取的剖視圖；圖3是沿圖1和圖2中的線Ⅲ-Ⅲ剖取的剖視圖；圖4是一驅(qū)動(dòng)用壓電元件的一個(gè)例子的立體圖；圖5是一檢測(cè)用壓電元件的一個(gè)例子的立體圖；圖6是圖1中所示的振動(dòng)陀螺儀的電路圖；圖7A是用于圖1所示之振動(dòng)陀螺儀的一個(gè)振動(dòng)本體的實(shí)施例的示意性側(cè)視圖，而圖7B是其示意性前視圖；圖8是說明共振頻率差與圖1中的振動(dòng)陀螺儀內(nèi)的狹凹槽寬度之間關(guān)系的曲線圖；圖9是說明共振頻率差與圖1中的振動(dòng)陀螺儀內(nèi)的狹凹槽深度之間關(guān)系的曲線圖；圖10是說明靈敏度的變化率與圖1中的振動(dòng)陀螺儀內(nèi)的溫度之間關(guān)系的曲線圖；圖11是說明因外界條件變化而造成的在fy模式的共振頻率特性的改變與用來檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角速度的靈敏度之間關(guān)系的曲線圖；圖12是圖1所示之振動(dòng)陀螺儀的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例的立體圖；圖13是沿圖12中的線ⅩⅢ-ⅩⅢ剖取的剖視圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的一個(gè)振動(dòng)陀螺儀的立體圖；圖15A是沿圖14中的線ⅩⅤ(A)-ⅩⅤ(A)剖取的剖視圖，圖15B是沿圖14中的線ⅩⅤ(B)-ⅩⅤ(B)剖取的剖視圖；圖16是一曲線圖，用于比較當(dāng)狹凹槽是由邊緣線形成時(shí)狹凹槽深度與共振頻率差之間的關(guān)系以及當(dāng)狹凹槽是由側(cè)面形成時(shí)狹凹槽深度與共振頻率差之間的關(guān)系；圖17是圖14所示之振動(dòng)陀螺儀的一個(gè)改進(jìn)型實(shí)施例的立體圖；圖18是一傳統(tǒng)振動(dòng)陀螺儀的一個(gè)例子的立體圖；圖19是一曲線圖，用來說明在一傳統(tǒng)的振動(dòng)陀螺儀中，因外界條件變化而造成的在fy模式的共振頻率特性的改變與用來檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角速度的靈敏度之間的關(guān)系。
下面將結(jié)合附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各較佳實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的一振動(dòng)陀螺儀10的立體圖。圖2是沿陀螺儀10上的線Ⅱ-Ⅱ剖取的剖視圖，而圖3是沿線Ⅲ-Ⅲ剖取的剖視圖。圖1所示的振動(dòng)陀螺儀10包括一振子12。振子12是由一振動(dòng)本體14、一驅(qū)動(dòng)用壓電元件18、以及一檢測(cè)用壓電元件20組成。
振動(dòng)本體14通常是由能產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的材料制成，例如埃林瓦爾(elinvar)鐵鎳鉻合金、鐵鎳合金、石英、玻璃、水晶、陶瓷等。在該實(shí)施例中，振動(dòng)本體是由埃林瓦爾鐵鎳鉻合金制成，并具有正三角形的棱柱形狀。在相應(yīng)于振動(dòng)本體14的三條邊緣線中的一條邊緣線14a上的各結(jié)點(diǎn)的兩個(gè)點(diǎn)上設(shè)置了兩個(gè)凹槽16、16，它們?cè)谡駝?dòng)本體14的橫剖方向上具有一定的深度。凹槽16、16在平行于振動(dòng)本體14的橫剖方向的方向上(圖2)是三角形的，而在垂直于橫剖方向的方向上(圖3)是矩形的。此外，凹槽16、16沿著振動(dòng)本體14的縱向具有一定的寬度，至少比下面將要詳細(xì)描述的一支承件22的厚度來得寬。應(yīng)注意的是，在本說明書中，振動(dòng)本體14的橫剖方向意味著與振動(dòng)本體14的縱向成直角的橫向。
參見圖2，在振動(dòng)本體14的橫剖方向上與其邊緣線14a相對(duì)的側(cè)面14b上設(shè)置了一用來在振動(dòng)本體14上以fx模式激發(fā)一撓曲振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)用壓電元件18，以及一用于檢測(cè)振動(dòng)本體14之變形的檢測(cè)用壓電元件20。在圖1-圖3所示的振動(dòng)陀螺儀中，側(cè)面14b意味著振子12的底面。接下來將結(jié)合圖4和5來描述元件18和20。
圖4是驅(qū)動(dòng)用壓電元件18的一個(gè)例子的立體圖。該驅(qū)動(dòng)用壓電元件18包括一例如由壓電陶瓷制成的壓電板18a。在壓電板18a的兩個(gè)表面上設(shè)置有電極18b和18c。驅(qū)動(dòng)用壓電元件18附連在振動(dòng)本體14的側(cè)面14b上，因而驅(qū)動(dòng)用壓電元件18的一端沿其縱向與相應(yīng)于圖6所示的振動(dòng)本體14內(nèi)的兩結(jié)點(diǎn)之一的位置重疊。這時(shí)，壓電元件18的電極18b結(jié)合于振動(dòng)本體14，從而與振動(dòng)本體14構(gòu)成電接觸。
圖5是檢測(cè)用壓電元件20的一個(gè)例子的立體圖。該檢測(cè)用壓電元件20包括一例如由壓電陶瓷制成的壓電板20a。一電極20b形成在沿壓電板20a的厚度方向彼此相對(duì)的兩個(gè)表面之一的整個(gè)表面上。在壓電板20a的另一個(gè)表面上布置了在垂直于壓電板20之縱向的方向上相互間隔的兩個(gè)電極20c和20d。檢測(cè)用壓電元件20附連在振動(dòng)本體14的側(cè)面14b上，使得檢測(cè)用壓電元件20的一端沿其縱向與相應(yīng)于圖6所示的振動(dòng)本體14上的另一結(jié)點(diǎn)的位置重疊。這樣，檢測(cè)用壓電元件20的一個(gè)電極20b就結(jié)合于振動(dòng)本體14，從而與振動(dòng)本體構(gòu)成電接觸。
接著將結(jié)合圖1至圖3來描述圖1所示之振動(dòng)陀螺儀10的振子12的支承結(jié)構(gòu)。振動(dòng)陀螺儀10包括一用于支承振子12以使其處于懸掛狀態(tài)的支承件22。支承件22是由例如埃林瓦爾鐵鎳鉻合金之類的金屬制成，其形狀是這樣的在非水平的方向(最好是基本垂直的方向)上保持著兩個(gè)拱門部分22a、22a，拱門部分22a、22a的端部由兩個(gè)連接部分22b、22b相互連接，因而在拱門部分22a、22a和連接部分22b、22b之間形成了一個(gè)立方形的空間。拱門部分22a、22a可以是矩形、三角形、長(zhǎng)方形、圓形等形狀。較佳的是，拱門部分22a、22a和連接部分22b、22b一體地形成為支承件22。拱門部分22a和連接部分可以是金屬絲狀或條狀的，但考慮到機(jī)械強(qiáng)度，最好是采用條狀的拱門部分22a和條狀的連接部分22b。
例如，如圖1所示，支承件22可以這樣形成，即，將一方環(huán)形平板兩端沿同一方向彎折，于是形成一個(gè)方的倒“U”形拱門部分22a、22a。在兩支承件22的拱門部分22a、22a的中部一體地形成了例如接近矩形的突起24、24。支承件22的兩拱門部分22a、22a分別插設(shè)在振子12的凹槽16、16中，突起24、24的端部與凹槽16、16的底部接觸，并例如通過焊接而與之結(jié)合。除了突起24、24以外側(cè)部22a、22a的其余部分不與凹槽16、16的內(nèi)側(cè)面接觸。在這種方式下，支承件22結(jié)合在振子12的結(jié)點(diǎn)附近，并與振子12電連接。
振動(dòng)陀螺儀10還包括一由金屬等制成的板狀安裝基座26。在安裝基座26上通過例如焊接之類的手段附連了兩個(gè)安裝塊28、28。支承件22的連接部分22b的中部分別結(jié)合在安裝塊28、28上。于是，振子12就通過安裝塊28支承在安裝基座26上，從而由支承件22懸掛起來。
下面將主要結(jié)合圖6來說明振動(dòng)陀螺儀10的電連接和操作情況。
如圖6所示，電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)轉(zhuǎn)換電路30、30分別連接于振動(dòng)陀螺儀10內(nèi)的檢測(cè)用壓電元件20的分開的電極20c和20d。將來自兩個(gè)Ⅰ-Ⅴ電路30、30的輸出信號(hào)加起來，將合成的信號(hào)輸入到一自動(dòng)增益控制(AGC)電路32。在AGC電路32的輸出側(cè)連接于一個(gè)相修正電路34和一個(gè)同步檢測(cè)電路38。相修正電路34的輸出側(cè)連接于驅(qū)動(dòng)用壓電元件18的電極18c。
當(dāng)對(duì)驅(qū)動(dòng)用壓電元件18施加一驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)，就在振動(dòng)本體14內(nèi)激發(fā)了一以fx模式的撓曲振動(dòng)。fx模式的撓曲振動(dòng)意味著沿垂直于設(shè)有驅(qū)動(dòng)用壓電元件的表面14b的方向上的撓曲振動(dòng)?？梢詸z測(cè)到因這種撓曲振動(dòng)而造成的振動(dòng)本體14的變形量，并將其作為一檢測(cè)信號(hào)而分別從分開的電極20c、20c輸出。輸出的各檢測(cè)信號(hào)的合成通過AGC電路32和相修正電路34被反饋給作為驅(qū)動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)用壓電元件18。于是，振動(dòng)陀螺儀10內(nèi)的振子12可產(chǎn)生機(jī)械穩(wěn)定的自激發(fā)振動(dòng)。
還有，Ⅰ-Ⅴ轉(zhuǎn)換電路30、30的輸出信號(hào)被分別輸入差動(dòng)放大器36。差動(dòng)放大器36的輸出信號(hào)被輸入同步檢測(cè)電路，并根據(jù)來自于AGC電路32的信號(hào)來進(jìn)行同步檢測(cè)。同步檢測(cè)電路38的輸出信號(hào)作為振動(dòng)陀螺儀10的輸出信號(hào)通過一平滑電路40和一DC放大器42輸出。
在振動(dòng)陀螺儀10以fx模式產(chǎn)生振動(dòng)的同時(shí)，在振動(dòng)本體14內(nèi)因復(fù)合離心力的緣故而引發(fā)fy模式的撓曲振動(dòng)，所述復(fù)合離心力是當(dāng)施加一角速度并且轉(zhuǎn)子12繞其軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的。這里所謂的fy模式的撓曲振動(dòng)意味著在垂直于fx模式的振動(dòng)方向的方向上的振動(dòng)，如圖7B所示。由此，在檢測(cè)用壓電元件20的分開的電極20c和分開的電極20d之間產(chǎn)生一電壓差，該電壓差從差動(dòng)放大器36輸出。由于來自差動(dòng)放大器36的輸出信號(hào)是由于振子12振動(dòng)方向的變化所引起的，所以該輸出信號(hào)是相應(yīng)于施加給振動(dòng)陀螺儀10的旋轉(zhuǎn)角速度的檢測(cè)信號(hào)。因此，當(dāng)在同步檢測(cè)電路38中對(duì)來自差動(dòng)放大器36的輸出信號(hào)進(jìn)行了同步檢測(cè)之后，通過平滑電路40的平滑和DC放大器42的放大，就可以獲得一個(gè)按照施加給振動(dòng)陀螺儀10的角速度的檢測(cè)信號(hào)。
下面將結(jié)合圖7至11來說明該實(shí)施例的振動(dòng)陀螺儀10的工作情況。
圖7A是用于圖1所示振動(dòng)陀螺儀10的振動(dòng)本體14的一個(gè)專門實(shí)施例的側(cè)面示意圖，而圖8是其前視示意圖。這里所采用的振動(dòng)本體14是三角形棱柱，其總長(zhǎng)是35mm，高度是2mm，由埃林瓦爾鐵鎳鉻合金制成。在以下描述中，凹槽16的深度意味著從邊緣線14a至凹槽16底部的長(zhǎng)度，而凹槽16的寬度意味著沿振動(dòng)本體14縱向的長(zhǎng)度。
當(dāng)在振動(dòng)陀螺儀10的振動(dòng)本體14(如圖7所示)中將凹槽16的深度和寬度分別設(shè)定成0.9mm和0.6mm時(shí)，圖8的曲線圖示出了fx模式的共振頻率與fy模式的共振頻率之差Δf(下文中將簡(jiǎn)單地稱作共振頻率差)。
還有，圖9的曲線圖示出了當(dāng)把圖7所示的振動(dòng)本體14內(nèi)的凹槽16的深度和寬度分別設(shè)定成1.0mm和0.7mm時(shí)的共振頻率差Δf。
由圖8和圖9清楚可見，凹槽16深度的變化而不是寬度的變化會(huì)導(dǎo)致共振頻率差Δf有較大的變化。
圖10是一曲線圖，示出了采用圖7所示振動(dòng)本體14的振動(dòng)陀螺儀10內(nèi)的共振頻率差Δf、溫度(℃)、靈敏度變化率(％)之間的關(guān)系。在此，靈敏度的變化率意味著以25℃溫度下的靈敏度為基準(zhǔn)的相對(duì)靈敏度。還有，溫度意味著外界環(huán)境的溫度。當(dāng)共振頻率差Δf是143Hz時(shí)，溫度和靈敏度變化率之間的關(guān)系用一實(shí)線表示，而當(dāng)共振頻率差Δf是2Hz時(shí)，溫度和靈敏度變化率之間的關(guān)系用一虛線表示。
從圖10中清楚可見，當(dāng)共振頻率差較小時(shí)，因溫度變化而造成的靈敏度變化率較大，另一方面，當(dāng)共振頻率差較大時(shí)，因溫度變化而造成的靈敏度變化率較小。較佳的是，共振頻率差Δf是在大約50至150Hz的范圍內(nèi)。
圖11示出了在本發(fā)明的振動(dòng)陀螺儀10中，因fy模式的共振頻率特性的外界條件的變化而造成的偏移與用來檢測(cè)角速度的靈敏度之間的關(guān)系。
該振動(dòng)陀螺儀10是通過調(diào)整凹槽16的形狀來預(yù)先形成的，從而使共振頻率差Δf比較大，并使fx模式的共振頻率對(duì)應(yīng)于fy模式的共振頻率特性曲線具有一平緩斜坡的底部區(qū)域附近的頻率。因此，即使因外界條件的變化而導(dǎo)致fx模式偏移的共振頻率，檢測(cè)靈敏度的變化也是比較小的。
如上所述，圖1所示的振動(dòng)陀螺儀10很難受到外界沖擊之類的影響，因?yàn)橹С屑?2是形成為拱門部分由兩個(gè)連接部分連接。特別是當(dāng)支承件22是由一平的方環(huán)板制成時(shí)。此外，由于凹槽16形成在振子12的結(jié)點(diǎn)附近并且振子12是通過將支承件22的突起24的端頭結(jié)合于凹槽16的底部來支承的，所以可將振子12支承在較靠近結(jié)點(diǎn)的部分上。因此，支承件22的剛性使得振子12的振動(dòng)很難減弱，因而振動(dòng)泄漏就非常小。
還有，由于在圖1所示的振動(dòng)陀螺儀10中凹槽16是形成為狹凹槽形狀，其深度是從振子12的邊緣線14a起朝著側(cè)面14b方向延伸，通過控制凹槽16的寬度和深度，就可以將fx模式和fy模式之間的共振頻率差Δf調(diào)整為一個(gè)所需的值。一旦將共振頻率差Δf預(yù)先調(diào)整得比較大，就可以使因外界條件的變化而導(dǎo)致的檢測(cè)靈敏度的波動(dòng)程度降低。
圖12是圖1所示之振動(dòng)陀螺儀的一個(gè)改進(jìn)型例子的立體圖，而圖13是沿圖12中的線ⅩⅢ-ⅩⅢ剖取的剖視圖。應(yīng)注意的是，與圖1所示的陀螺儀10相同的元件都用相同的標(biāo)號(hào)表示。
圖12所示的振動(dòng)陀螺儀在支承結(jié)構(gòu)上不同于圖1所示的振動(dòng)陀螺儀10。該振動(dòng)陀螺儀50包括一用來支承振子12以使其懸掛的支承件52。支承件52與圖1所示的支承件22的不同之處在于，支承件52還包括一個(gè)將兩個(gè)連接部分22b的中部連接起來的連接部分52c。
支承件52固定于安裝塊28，而安裝塊28固定在安裝基座26上。
因此，振子12通過安裝部分28支承在安裝基座26上，并由支承件52向下懸吊。
圖12所示的振動(dòng)陀螺儀50也很難受到外界沖擊等影響，并且可以獲得與圖1所示振動(dòng)陀螺儀10相同的效果。
還有，圖14是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的振動(dòng)陀螺儀的立體圖。圖15A是沿圖14中的線ⅩⅤ(A)-ⅩⅤ(A)剖取的剖視圖，而圖15是沿圖14中的線ⅩⅤ(B)-ⅩⅤ(B)剖取的剖視圖。
圖14所示的振動(dòng)陀螺儀60在凹槽16和振子12的支承結(jié)構(gòu)上不同于振動(dòng)陀螺儀10。也就是說，在振動(dòng)陀螺儀60中，垂直于振動(dòng)本體14之縱向延伸的凹槽16是形成在振動(dòng)本體的側(cè)面14b上，并處在振動(dòng)本體14的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)附近。振子12的邊緣線14a布置在靠近安裝基座26的那一側(cè)，而側(cè)面14b處在與安裝基座26相反的一側(cè)。因此，在振動(dòng)陀螺儀60中，側(cè)面14b位于上側(cè)，振子12是以從前視圖看呈倒三角形的方式支承并懸掛在安裝基座26上。
如圖14和15所示，在圖14所示的振動(dòng)陀螺儀60中，一驅(qū)動(dòng)用壓電元件18附連在振動(dòng)本體14的側(cè)面14b的靠近中部位置。與驅(qū)動(dòng)用壓電元件18構(gòu)造相同的、作為檢測(cè)用壓電元件的兩個(gè)壓電元件18附連在振動(dòng)本體14之邊緣線14a兩側(cè)的兩個(gè)相鄰側(cè)面的近中部位置。這兩個(gè)作為檢測(cè)用壓電元件的壓電元件18連接于Ⅰ-Ⅴ轉(zhuǎn)換電路30、30，代替了圖6所示電路圖中檢測(cè)用壓電元件20的兩個(gè)分開的電極20c和20d。
圖16是一曲線圖，示出了共振頻率差Δf(Hz)與凹槽的形成位置和凹槽深度(mm)之間的關(guān)系。在圖16中，當(dāng)凹槽16是形成在側(cè)面14b上時(shí)，凹槽深度與共振頻率差Δf之間的關(guān)系是由一虛線表示，而當(dāng)凹槽16是形成在邊緣線14a上時(shí)，凹槽深度與共振頻率差Δf之間的關(guān)系是由一實(shí)線表示。應(yīng)注意的是，該圖中的數(shù)值不同于圖9所示，因?yàn)橛脕慝@得圖9所示結(jié)果的振動(dòng)本體的形狀不同于用來獲得圖16所示結(jié)果的振動(dòng)本體的形狀。
從圖16中清楚可見，當(dāng)振子12內(nèi)的凹槽16形成在側(cè)面16b上時(shí)，即使凹槽16的寬度改變，fx模式和fy模式的共振頻率差Δf的變化也很小。
圖14所示的振動(dòng)陀螺儀60很難受到外界沖擊等的影響，其原因如上所述。還有，在振動(dòng)陀螺儀60中，由于fx模式和fy模式的共振頻率差Δf變化很小，所以角速度的檢測(cè)靈敏度非常高。
圖17是圖14所示之振動(dòng)陀螺儀的一改進(jìn)型實(shí)施例的立體圖。圖17所示之振動(dòng)陀螺儀70只是在支承結(jié)構(gòu)上不同于圖14的振動(dòng)陀螺儀60。
也就是說，在圖17所示的振動(dòng)陀螺儀70中，采用了圖12所示的支承件52。此外，支承件52通過安裝塊28固定在安裝基座26上。
雖然在上述各實(shí)施例中采用的都是大致呈正三角棱柱形狀的振動(dòng)本體14，但振動(dòng)本體14可以是方棱柱形或其它多邊棱柱形狀，也可以形成為圓柱形。這時(shí)，通過控制凹槽的寬度和深度就可以自由地調(diào)整fx模式和fy模式之間的共振頻率差Δf，一旦將共振頻率差預(yù)先調(diào)整完畢，就可以減少因外界條件變化而引起的檢測(cè)靈敏度的波動(dòng)。
雖然以上描述了本發(fā)明的若干個(gè)較佳實(shí)施例，但在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)還可以構(gòu)思出各種能體現(xiàn)本發(fā)明原理的執(zhí)行方式。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于以上的描述，而是應(yīng)由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1．一種振動(dòng)陀螺儀，包括一桿狀的振子，該振子包括一用于使所述桿狀振子振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)元件和一用于檢測(cè)所述桿狀振子之振動(dòng)的檢測(cè)元件，所述桿狀振子內(nèi)有兩個(gè)凹槽，它們分別在桿狀振子的兩振動(dòng)結(jié)點(diǎn)附近沿著垂直于桿狀振子縱向的方向延伸；以及一支承件，它具有分別在所述兩凹槽內(nèi)延伸的、用以支承所述桿狀振子的兩個(gè)部分。
2．一種振動(dòng)陀螺儀，包括一桿狀的振子，該振子包括一用于使所述桿狀振子振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)元件和一用于檢測(cè)所述桿狀振子之振動(dòng)的檢測(cè)元件，所述桿狀振子內(nèi)有兩個(gè)凹槽，它們分別在桿狀振子的兩振動(dòng)結(jié)點(diǎn)附近沿著垂直于桿狀振子縱向的方向延伸；以及一支承件，其形狀是兩個(gè)保持在非水平方向上的拱門部分借助兩個(gè)連接部分在拱門部分的兩端連接起來，其中，支承件的拱門部分在凹槽的底部連接于所述桿狀振子。
3．如權(quán)利要求2所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述支承件的拱門部分和連接部分是形成一體的。
4．如權(quán)利要求3所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述支承件的拱門部分和連接部分是絲狀的。
5．如權(quán)利要求4所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述支承件的拱門部分和連接部分是條狀的。
6．如權(quán)利要求5所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述支承件包括另一個(gè)連接部分，它連接在所述連接部分的中部之間。
7．如權(quán)利要求5所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述支承件是這樣形成的，即，將一方環(huán)形平板的兩端沿同一方向彎折，從而形成方的倒“U”形拱門部分。
8．如權(quán)利要求1所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述桿狀振子具有多邊形橫截面，每個(gè)凹槽均設(shè)置在所述桿狀振子的兩個(gè)相鄰的側(cè)面上。
9．如權(quán)利要求1所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述桿狀振子具有多邊形橫截面，每個(gè)凹槽均設(shè)置在所述桿狀振子的一個(gè)側(cè)面上。
10．如權(quán)利要求1所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述各凹槽的深度是可以調(diào)整的，從而使沿兩個(gè)相互垂直方向的兩個(gè)共振頻率之間有一個(gè)預(yù)定的頻率差。
11．如權(quán)利要求10所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述預(yù)定的頻率差是在大約50至150Hz的范圍內(nèi)。
12．如權(quán)利要求2所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述桿狀振子具有多邊形橫截面，每個(gè)凹槽均設(shè)置在所述桿狀振子的一個(gè)側(cè)面上。
13．如權(quán)利要求9所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述桿狀振子具有多邊形橫截面，每個(gè)凹槽均設(shè)置在所述桿狀振子的一個(gè)側(cè)面上。
14．如權(quán)利要求10所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述各凹槽的深度是可以調(diào)整的，從而使沿兩個(gè)相互垂直方向的兩個(gè)共振頻率之間有一個(gè)預(yù)定的頻率差。
15．如權(quán)利要求14所述的振動(dòng)陀螺儀，其特征在于，所述預(yù)定的頻率差是在大約50至150Hz的范圍內(nèi)。
全文摘要
一種振動(dòng)陀螺儀包括一桿狀的振子和一支承件。桿狀振子包括一用于使桿狀振子振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)元件和一用于檢測(cè)桿狀振子之振動(dòng)的檢測(cè)元件。所述桿狀振子內(nèi)有兩個(gè)凹槽,它們分別在桿狀振子的振動(dòng)結(jié)點(diǎn)附近沿著垂直于桿狀振子縱向的方向延伸。支承件的形狀是:兩個(gè)保持在非水平方向上的拱門部分借助兩個(gè)連接部分在拱門部分的兩端連接起來。支承件的拱門部分在凹槽的底部連接于所述桿狀振子。
文檔編號(hào)G01P9/04GK1211725SQ98119169
公開日1999年3月24日 申請(qǐng)日期1998年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月12日
發(fā)明者森章, 久萬田明, 河合義男 申請(qǐng)人:株式會(huì)社村田制作所