| 研究概要 |
超音波振動ジャイロのための数値シミュレータ「GYRO3D」の整備を行った。本数値シミュレータは,3次元圧電振動場を6面体アイソパラメトリック要素で離散化し,任意形状に対応できるようになっている。要素行列の計算に数値積分を使用しているため,ある程度の誤差の混入は避けられないが,高精度数値積分法を導入して精度の向上を図った。また,プログラムを倍精度化することで実用的な計算が行えるようになった。3次元応答計算は一般に計算時間・記憶容量等が膨大となることから,スーパーパソコン(現有設備)上でシミュレータを開発した。
つぎに,音叉型の水晶振動子(Zカット)で構成された超音波ジャイロモデルを想定し,3次元回転運動に対する応答を数値実験した。その結果,形状を音叉型とすることで高感度なジャイロを構成できる可能性が示された。また,ATカットを採用すれば温度変化がほとんどない高安定度なジャイロを構成できることが予想される。ATカットジャイロと多軸回転に対する応答は数値実験中である。
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,伸び-曲げ振動縮退型ジャイロを試作した。このタイプのジャイロでは長方形の圧電セラミック板の中央両面に電極を配置することで伸び振動を励振し,回転により生じた曲げ振動を四隅の電極で検出する。ジャイロの諸特性を計測したところ,数値シミュレータと定性的には一致する結果が得られたが,定量性にやや問題が残った。この点については現在検討中である。
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