3次元的回転運動検出をめざしたモノリシック型超音波振動ジャイロスコープの開発

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08650293
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 加川 幸雄 岡山大学, 工学部, 教授 (10019200)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 若槻 尚斗 岡山大学, 工学部, 助手 (40294433) ; 土屋 隆生 岡山大学, 工学部, 講師 (20217334)
• Keywords: 有限要素法 / 超音波ジャイロ / モノリシック型 / 3次元場 / 圧電振動

Research Abstract

超音波振動ジャイロのための数値シミュレータ「GYRO3D」の整備、および振動ジャイロの試作を行った。「GYRO3D」はこれまでに開発された3次元圧電体のための振動応答解析プログラム「PIEZO3D」をベースとして、これに3次元回転運動に対するコリオリカの効果を組み入れた。
「GYRO2D」をすでに開発しているが、これは「GYRO3D」に含まれるので、2次元面内振動の場合について2,3の数値シミュレーションを行い、すでに開発されている「GYRO2D」の結果と比較した。これまでの研究により性質が分かっている正方形のセラミック圧電板を想定し、電気入力特性や伝達特性、感度などを計算した。その結果、これまでの研究による計算結果と同様な動作を確認している。つぎに3次元的な振動を伴う場合について2,3の数値実験を行った。簡単な例としてセラミック圧電板による面外曲げ振動を想定し、3次元的な振動とジャイロ効果の関係を検討した。その結果、3次元的な振動に対してもジャイロ効果の確認ができた。
開発された数値シミュレータの有効性を検証するために、簡単な形状のモノリシック型超音波振動ジャイロを試作し、2,3の実験を行った。セラミック圧電板による 面外曲げ振動を利用したモノリシック型超音波振動ジャイロを試作し、面外曲げ振動を伴う3次元的な振動とx,y,zそれぞれの軸を中心とした回転運動との関係を考察した。電気入力特性や伝達特性、感度などの諸特性を測定し、実験結果と数値結果を比較したところ、数値シミュレータの有効性が示されたと考える。より実用的なシミュレータを構築するには、圧電体の温度係数や異方性を考慮する必要があろう。