[发明专利]陀螺仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种陀螺仪，特别涉及一种小型、且高性能的陀螺仪及其制造方法。

背景技术

近年来，要求在宇宙空间进行工作的宇宙机上所使用的陀螺仪为小型、且具有高性能。

此外，在汽车等的导航系统、游戏机、摄像装置(照相机、摄像机)等中也需要小型的陀螺仪。

在检测用质量块的质量和速度变大时，陀螺仪中所利用的哥氏力变大。为了使陀螺仪小型化而使检测用质量块小型化时，其质量变小。为了以小质量得到较大的哥氏力，需要加快检测用质量块的速度。但是，检测用质量块的速度存在限度。

因此，以往的陀螺仪存在若要小型化，则灵敏度和稳定性降低这样的问题。

图1是用于说明哥氏力的概略图。质量为m的检测用质量块5通过支承弹簧4而被结合于支承框2。用螺旋弹簧的形式表示支承弹簧4。向x方向以速度v驱动检测用质量块5，对该系统赋予角速度为Ω的旋转时，在y方向产生哥氏力F_cori。

F_cori＝2mΩv    (1)

从公式(1)可知，要得到较大的哥氏力，需要增大检测用质量块5的质量m和速度v。

在以振幅为x₀、角频率为ω驱动检测用质量块5的情况下，检测用质量块5的位移x可用下式表示。

x＝x₀sin(ωt)    (2)

用时间对检测用质量块5的位移x微分，可得到速度v(t)。

v(t)＝dx/dt＝x₀ωcos(ωt)    (3)

因此，哥氏力F_cori可表示为：

F_cori＝2mΩx₀ωcos(ωt)    (4)

若仅考虑振幅，则成为

F_cori＝2mΩx₀ω      (5)

即，为了得到较大的哥氏力，需要增大检测用质量块5的质量m，并增大驱动距离和驱动频率。

在采用机械振动系统的情况下，驱动频率的上限是系统的共振频率。在共振频率中，可期待振幅增大Q值，但由于实际上质量块可移动的距离存在构造上的限制，因此，不能增大那么多。

此外，若以共振频率驱动检测用质量块(使用Q值)，则振幅对频率的变动变得敏感，有损稳定性。因此，不以共振频率驱动检测用质量块，可提高稳定性。

假定将驱动频率设定为共振频率。在集中常数的弹簧-质量块系统的模式下考虑，设弹簧4的弹簧常数为k时，共振振动的角频率ω_res成为：

ωres=(k/m)---(6)]]>

将该公式代入公式(5)，则成为：

Fcori=2mΩx0(k/m)=2Ωx0(mk)---(7)]]>

哥氏力与振幅x₀成正比，与弹簧常数k和质量m的二次方根成正比。