利用集能振动模式的压电振动陀螺仪制造技术

利用集能振动的压电振动陀螺仪包括：具有主平面并且在厚度方向极化的压电板；以及在所术主平面的大概中心区域对应于具有ｎ个角的多边形的第一至第ｎ个顶点的位置上形成的第一至第ｎ个电极（ｎ是不小于３的整数）。当激励压电板而产生集能振动模式的初级振动时，该压电板围绕垂直于其主表面的轴的旋转产生复合向心力、后者激励在第一至第ｎ个电极感生电压的次级振动。检测第一至第ｎ个电极中至少两个的电压差。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用来检测旋转角速度的陀螺仪，更具体地说，涉及包括以集能振动模式振动的压电振子的压电振动陀螺仪。在先有技术中，陀螺仪已经经常用于汽车引导系统的方向传感器和摄像机-录像机组合装置的图像稳定系统的振动传感器中。压电振动陀螺仪利用涉及复合向心力的机械现象。更具体地说，当以某一振动方向振动的物体承受旋转角速度时，在垂直于所述振动方向的方向上产生复合向心力。在可以在彼此垂直的第一和第二方向上激励振动的复合压电振动系统中，假定在第一方向上激励振动的同时使压电振子旋转。在这种情况下，在垂直于第一方向的第二方向上产生上述复合向心力，从而在第二方向上激励振动。由于压电效应，在第二方向上的振动引起电动势，从而产生输出电压。这里应当指出，在第二方向上的振动幅度正比于第一方向上的振动幅度和所述旋转角速度。如果使第一方向上的振动幅度保持不变，那么，可以根据所述输出电压计算施加在所述压电振子上的旋转角速度。所述类型的压电振动陀螺仪的传统结构利用压电振子的挠曲振动模式，所述压电振子包括作为振动体的矩形金属柱体和安装在该振动体的不同表面上的压电振动元件。必须把所述压电振子支撑或者固定在振动节点上。此外，必须用金属引线把激励和检测电路连接到压电振动元件的电极上。由于金属引线的连接影响陀螺仪的性能，所以，难于稳定地生产具有不变的性能的陀螺仪。此外，必须用夹具支撑所述压电振子，并且把它们安装在其上备有激励和检测电路的基片上。使用这种结构，难于减小压电振动陀螺仪的尺寸和厚度。另一方面，进行集能振动的压电振子广泛地应用于调频无线电或者电视的中频滤波器中。在集能振动中，振动能量集中在激励电极附近。集能振动包括各种振动模式，例如，在压电板的厚度方向或宽度方向的扩展振动或者剪切振动。应当指出，厚度方向上的扩展振动是这样一种振动模式，即，振动的传播方向和由振动引起的移动的方向两者都平行于压电板的厚度方向。另一方面，厚度方向上的剪切振动是这样一种振动模式，即，传播方向平行于厚度方向，而移动方向垂直于所述传播方向。下文中，把后者简称为厚度剪切振动。在上述压电振子中，可以在不受支撑结构的影响的所希望的位置上形成引线端子。因此，如果可以把上述用于中频滤波器中的压电振子用于压电振动陀螺仪中代替具有柱形振动体的压电振子，那么，将能够消除上述缺点。本专利技术的目的是提供一种压电振动陀螺仪，其中，压电振子具有简单的结构，并且，不用金属引线作为输入/输出连接线。本专利技术的另一个目的是提供一种压电振动陀螺仪，其中，在安装着压电振子的基片上形成用来激励压电振子的驱动电路和用来检测压电振子的输出的检测电路。本专利技术的再一个目的是提供一种具有小的尺寸和厚度的压电振动陀螺仪。本专利技术还有一个目的是提供一种能够抑制与支撑结构有关的特征振动的压电振动陀螺仪。根据本专利技术，提供一种利用集能振动的压电振动陀螺仪，所述压电振动陀螺仪包括具有主平面并且在厚度方向极化的压电板；在所述压电板上形成的、用来接收激励电压以便激励所述压电板的集能振动模式的激励电极装置；在所述主平面上形成的输出电极装置，用来检测由所述复合向心力感生的输出电压，所述复合向心力是在压电板的集能振动被激励期间该压电板围绕垂直于该压电板的主平面的轴旋转而产生的；在所述主平面的大概中心区域、在对应于具有n个角的多边形的第一至第n个顶角的位置上形成的第一至第n个电极，其中，n是不小于3的整数，该第一至第n个电极形成所述输出电极装置。所述整数N最好等于3或者4。所述压电板最好由压电陶瓷材料构成、并且仅仅在形成所述第一至第n个电极的区域附近、在其厚度方向上被极化。附图说明图1是传统的压电振动陀螺仪的透视图；图2A是传统的压电振动陀螺仪的平面图；图2B是沿着图2A中2B-2B线所取的剖面图；图3是显示图2A中集能振子的支撑结构的侧视图；图4是根据本专利技术的第一实施例的压电振动陀螺仪的集能振子的透视图；图5A是用来描述平行场激励厚度剪切振动模式的集能振动的原理的平面图；图5B是沿着图5A中5B-5B线所取的剖面图；图6是用来描述结合图5A和5B说明的集能振动的移动分布的视图；图7是根据本专利技术的第二实施例的压电振动陀螺仪的集能振子的透视图；图8是连接到图7中压电振子的电路的方块图；图9是图8中所示的电路的各电流检测电路的电路图；图10是根据本专利技术的第三实施例的压电振动陀螺仪的集能振子的透视图；图11是连接到图10中压电振子的电路的方块图。为了便于理解本专利技术，首先将参考图1至3描述传统的压电振动陀螺仪。参考图1，用标号21标明的压电振动陀螺仪包括具有方形截面的金属柱体23；以及第一和第二压电振动元件25和27，它们分别被焊接到金属柱体23的两个相邻的表面的大致的中心区域。第一和第二压电振动元件25和27中的每一个包括在厚度方向上极化的压电陶瓷薄板；在该压电陶瓷薄板的相反的表面上形成的电极；以及连接到压电陶瓷薄板25和27的电极之一的金属引线29和31。金属柱体23和第一及第二压电振动元件25、27的组合形成柱形振子。如先有技术中已知的，方形截面的金属柱体23具有第一和第二挠曲振动模式，后者具有相互垂直的第一和第二振动方向。就由均一的金属材料制成的金属柱体23而言，第一和第二挠曲振动模式具有彼此基本上相等的谐振频率。因此，如果第一压电振动元件25加有其频率基本上等于上述金属柱体23的谐振频率的激励电压，那么，金属柱体23以主挠曲振动的形式在y轴方向上振动，从而使其上焊有第一压电振动元件25的表面波动。在这种情况下，金属柱体23以旋转角速度(Ω)围绕平行于金属柱体23的纵轴方向的z轴方向旋转。然后，由于复合向心力的作用，金属柱体23还以次挠曲振动的形式在x方向上振动，从而使其上焊有第二压电振动元件27的表面波动。结果，借助压电效应，在第二压电振动元件27的电极的两端产生电压。这样产生的电压的幅度正比于由第一压电振动元件25激励的主挠曲振动的幅度和所施加的使金属柱体23旋转的旋转角速度。因此，如果加在第一压电振动元件25的有效激励电压是不变的，则在第二压电振动元件27中产生的有效电压正比于金属柱体23的旋转角速度。参考图2A和2B，进行集能振动的压电振子45广泛地应用于调频无线电或者电视的中频滤波器中。集能振动是这样一种振动模式，其中，振动能量集中在激励电极附近，并且它包括各种振动模式，例如，在压电板33的厚度方向或宽度方向的扩展振动或者剪切振动。作为例子，假定压电板33具有6毫米×6毫米的尺寸和0.2毫米的厚度。在压电板33上直径为1.5毫米的大致中心区域范围内形成激励电极35、37和39。这样就得到用于调频无线电的10.7兆赫兹的陶瓷滤波器。如图3中所示，在压电板33的两个表面大约3毫米直径的区域范围内、围绕激励电极35、37和39形成空心部分41，同时，用树脂层43将其余部分固定。借助于这种结构，振子的特性基本上不受影响。这是因为，如上所述，在集能振动中振动能量集中在激励电极附近。这样，在压电振子45中，可以在任何希望的位置上形成引线端子，并且，所述支撑结构不产生任何影响。下面将结合本专利技术的几个最佳实施例来描述本专利技术。参考图4，根据本专利技术的第一实施例的利用集能振动模式的压电振动陀螺仪的压电振子51包括在厚度方向上极化的压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用集能振动模式的压电振动陀螺仪，其特征在于包括：具有主平面并且在厚度方向极化的压电板，在所述压电板上形成的、用来接收激励电压以便激励所述压电板的集能振动的激励电极装置，在所述主平面上形成的输出电极装置，用来检测由所述复合向 心力感生的输出电压，所述复合向心力是当所述压电板的集能振动被激励时所述压电板围绕垂直于所述压电板的主平面的轴旋转而产生的，在所述主平面的大概中心区域、在对应于具有ｎ个角的多边形的第一至第ｎ个顶角的位置上形成的第一至第ｎ个电极，其中，ｎ是 不小于３的整数，所述第一至第ｎ个电极形成所述输出电极装置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉田哲男，若生直树，阿部洋，渡边博，
申请(专利权)人：NEC东金株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]