JPS61502353A - 物体振動レ−ザジャイロ集合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 物体振動レーザジャイロ集合体 炎また」 この発明は、リングレーザジャイロに関し、特に２反対方向に回転するレーザビ ーム間のロックインによる、レーザジャイロ出力の誤差を除去する集合体に関す るものである、 １朋！と！遣− レーザジャイロにおいては、２つの単色光ビームが発生され、回転が検知される 軸に対し垂直の閉じた通路に関して反対方向に進められる。ジャイロは、検知さ れるその軸の回りを回転するので、一方のビームに対する有効通路長さは、他方 のビームに対する有効通路長さが減少するのに反して増加する。レーザの発信周 波数はレーザ通路長さに依存するため、ジャイロ回転は２つのビーム間の周波数 差を引き起こす、この周波数差の大きさ及び符号は、それぞれ回転の比率及び方 向を示しており、所望のジャイロ出力を提供するため検出されてもよい。

レーザジャイロの回転比率が減少するにつれて、２つのビーム間の周波数差は同 様に減少する。非常に低い回転比率のときには、ロックイン効果により誤差が生 じ、それによりビーム間の周波数差は全く観察されない。ロックインは、２つの ビーム間の周波数分割が小さい場合に生じ、それらが等しい周波数で発信するよ うにビーム間の結合を引き起こす。このことは、結果としてジャイロ出力が入力 を探知しないデッド帯域即ちロックイン領域を生じる。

低い回転比率におけるロックインを除去するため、種々の技術が試みに使用され てきた。そのような１つの技術は、集合体の自然周波数における正弦曲線の振動 運動により、検知軸の回りにジャイロ体を振動させる振動モータを−設けること である。この技術の変化は、正弦曲線駆動信号に不規則雑音成分を付加すること である。そのような技術は、０．０１”程度のジャイロ体の振動運動を生成し、 ロックインを減衰させるのに一般に効果的なことが分かってきた。

一般に、従来の物体振動レーザジャイロ集合体は、自然周波数で駆動されるとき に高いＱの集合体を振動させるには非常に少ないパワーを必要とするため、比較 的高いＱ即ち低い制動を持つように作られている。しかし、高いＱの集合体は非 常に高感度であり、このような集合体においてジャイロに伝えられる振動の大き さは、望ましくない外部振動入力により影響される。３つのレーザジャイロは通 常、３つの直交軸のまわりの回転比率を測定するため一般の計装クラスタ内に載 置されているので、そのような望ましくない外部入力は他のジャイロの振動モー タにより引き起こされた振動を含む。この理由のため、レーザジャイロが一般の 計装クラスタ内に載置されたとき、各ジャイロ及びモータ集合体は異なる自然周 波数を持つように好ましく構成され、対応する振動モータは各ジャイロをそれぞ れの自然周波数で駆動するように運転される。過去において、各ジャイロ集合体 が独特の自然周波数を持つように構成し、予報し及びそのような周波数に調整す ることは、時間浪費であり且つ困難な仕事であった。

１弧へ」釦 この発明は、集合体の自然周波数が容易に予報且つ調整できるように適合された 物体振動レーザジャイロ集合体を提供する。

１つの好適な実施例においては、レーザジャイロ集合体は、ベースと、ベースに 載置された弾性支持手段と、支持手段に載置された結合手段と、結合手段に載置 されたレーザジャイロと、ベース及び結合手段に接続された駆動手段と、を備え ている。駆動手段は結合手段に振動運動を伝え、結合手段はそのような振動運動 を引き続いてジャイロに結合する。

この発明の１つの部分においては、結合手段は、ジャイロに接触して載置された 弾性リングと、弾性リングに接触して載置された振動板と、振動板に接触して載 置された整列板と、ジャイロ、弾性リング、振動板及び整列板を一緒に固定する ための止め手段と、を備えている。

振動板の内側部分は駆動手段に接続され、外側部分は弾性リング及び整列板に接 触して載置されている。内側部分及び外側部分は、振動運動を結合する複数のビ ームにより接続されていてもよい、支持手段は複数の弾性支柱からなっており、 その弾性支柱の上には結合手段及びジャイロがベースの上方に位置して吊されて いる。このような支柱はジャイロ内の開口を通って伸びていてもよい。

この発明のもう１つの部分においては、ジャイロは、ジャイロの外面の間を通っ て伸びた中央穴を有している。

結合手段は、そのような外面においてのみジャイロに接続され、中央穴において は接続されていない、駆動手段は、駆動手段がジャイロに接触しないように中央 穴内に位置されている。

この発明の利点であるこれら及び他の特徴は、添付した図面と共に、以下の詳細 説明及び請求範囲において明第１図はこの発明のレーザジャイロ集合体を示す分 解斜視図である。

第２図はこの発明に用いられるのに適した振動モータの上面を示す平面図である 。

第３図はこの発明に用いられるのに適した振動板の上面を示す平面図である。

第４図はこの発明のレーザジャイロ集合体の振動モデルを示す説明図である。

ＩＬへ１１ 初めに第１図について述べると、この発明の集合体は４つの弾性支柱１２を載置 したベース１０を備えている０通常、ベース１０は、他の２つのレーザジャイロ 集合体を含む計装容器内に載置されている。レーザジャイロ２０は、以下に記載 した方法で、ベース１０の上方にわずかに離間して吊されるように載置されてい る６図式的に示されたレーザジャイロは、一般に大きな円筒形中央開口２８を有 する８面体の形をしている。レーザジャイロは又、小さい開口２２及び２４も有 している。開口２ｚ、２４及び２８は、ジャイロ体を完全に通過して垂直に伸び ている。

レーザジャイロ２０は、やはり弾性リング３０、振動板４０、整列板５０及びキ ャップ６０を含む小組立部品６４の部分である。弾性リング３０は、シリコンゴ ムなどの比較的堅い高分子物質から構成され、レーザジャイロ２０の上面２６に 直接置かれている。振動板４０は、薄い鋼板からなり、弾性リング３０の上面３ ６に直接載置されている。振動板４０の複数の部分は、後述するように、隙間を 形成して切り離されていてもよい。整列板５０は、振動板４０の上面４６に直接 載置され、又、中央開口６２を有し、その開口内にはキャップ６０が設けられる 。整列板５０も又、下部ネジ部５８を持つ従属棒５２を有している。棒５２は小 組立部品６４を一緒に止めるために用いられる。特に、棒５２は、振動板４０、 弾性リング３０及びレーザジャイロ２０内の一列に整列された開口を通って伸び 、レーザジャイロ２０内のそのような開口は、符号２４で示されている。棒５２ の長さは、棒が、振動板、弾性リング及びジャイロを介して挿入されたとき、ネ ジ部５８がレーザジャイロ２０の上面の下方に伸び、ワッシャ５４及びナツト５ ６に噛み合って小組立部品６４の全体を一緒に止めるようになっている。

振動モータ７０は、支柱１２に関して中央に位置するように、ベース１０に載置 されている。小組立部品６４は支柱１２の上に位置し、支柱がし・−ザジャイロ ２０、弾性リング３０及び振動板４０内の一列に整列された開口を通って伸びる ようになっており、レーザジャイロ２０内のそのような開口は２２で示されてい る。支柱１２の上端１４は、溶接などにより整列板５０の下面に止められている 。開口２２と弾性リング３０及び振動板４０の整列された開口との大きさは、支 柱１２がレーザジャイロや弾性リング又は振動板に接触しないようになっている 。後述するように、振動モータ７０の上部は振動板４０に止められている。適切 な駆動信号が振動モータ７０に供給されたとすると、小組立部品６４を介してレ ーザジャイロに結合された振動板４０には振動運動が起こる。

ここで第２図について述べると、振動モータ７０は、中央ハブ７２と、そこから 伸びた複数のアーム７４及び８２とを有している。ハブ７２は、もし望むならば ベース１０の利用を得るために用いられてもよい中央間ロア３を有している。

アーム７４は、放射状部分７６、円周部分７７及び円筒状部分７８を有している 。同様に、アーム８２は、放射状部分８４、円周部分８５及び円筒状部分８６を 有している０円筒状部分７フは振動モータ７０の上面から少し離間した上方に伸 びており、又、後述するように、各円筒状部分７８は六８０を有し、この穴の上 端には、付随づるアーム７４を振動板４０に止めるため、内面にネジが切られて いる。同様に、円筒状部分８６は振動モータ７０の下面から少し離間した下方に 伸び−ており、又、各円筒状部分８６は六８１を有し、この穴の下端には、付随 するアーム８２をベース１０に止めるため、内面にネジが切られている。振動モ ータは、レーザジャイロ２０の中央開口２８内に位置している。しかし、振動モ ータのどの部分も、レーザジャイロと接触することはない。ジャイロと接触する ジャイロ支持及び振動駆動手段の部分は、弾性リング３０及びワッシャ５４のみ であるので、支持及び駆動手段の種々の要素熱膨張が、ジャイロ出力に影響した りジャイロ特性を劣化させないということは分かるだろう。

圧電水晶９０及び９２は、好ましくは導電接合剤を用いて、アーム７４及び８２ の放射状部分７６及び８４の側面にそれぞれ向かい合って接着されている。その ような接合剤を用いることにより、アーム７４及び８２は各圧電水晶に対する１ つの電気的接点を提供する。各圧電水晶は、圧電物質の結晶軸に関して切り出さ れ、水晶の外面とアーム７４又は８２に隣接する内面との間に印加される交流電 気信号が、水晶を放射方向に拡張し且つ収縮し、その結果アーム７４又は８２が 円周的にたわむようになっている。各水晶の静電たわみは、印加される電界の大 きさ及び極性に依存する。水晶９０の外面は、第１の振動駆動信号が供給される 第１の導線（図示せず）に並列に接続され、水晶９２の外面は、第１の振動駆動 信号と位相が１８０°ずれた第２の振動駆動信号が印加される導線（図示せず） に並列に接続されている。その結果、成るアームに付けられた２つの水晶は常に 、互いに共同してそのアームのたわみを起こさせ、アーム７４の運動は、アーム ８２の運動と位相が１８０°ずれることになるだろう、それにより、アーム７４ 及び８２は共同して、ベース１０に関する振動運動を振動板４０に伝えるだろう 。

振動板４０の好適な構造は第３図に描かれている。振動板は、０．０１インチ（ ０，２５１１Ｉｍ）程度の厚さを有するステンレススチールのくさび状物質から 構成されている。図示したように、振動板は８つの切り離された切断部１２０を 有し、この切断部は振動板を、ビーム１２６により接続された外側部分！２２及 び内側部分１２４に完全に分割している。外側部分１２２は開口１２８及び１３ ０を有し、第１図と関連して前に記載したように、開口１２８は支柱１２の貫通 路として適合され、開口１３０は棒５２の貫通路として適合されている。内側部 分１２４は開口１３２を有し、この開口を介して内側部分１２４が振動モータ７ ０に固定されており、又、内側部分は、振動モータ内の開ロア３と相似の中央開 口１２５を有している。ボルト（−図示せず）は、キャップ６０内の開口６１と 振動板４０内の開口１３２とを貫通して、振動モータ７０のアーム７４内の内側 にネジが切られた六８０に挿入される。それにより、振動モータ７０は振動板４ ０の内側部分１２４に振動運動を伝え、この振動運動はビーム１２６を介して外 側部分１２２に結きされる。外側部分１２２の振動運動は、順次に、小組立部品 ６４に結合され、それにより、レーザジャイロＺＯに結合される。

キャップ６０は、振動板４０、特にビーム１２６が、振動モータ７０により発生 する力に応答し、振動板の平面から外れて重大に曲がることを防止する。ビーム が重大に曲がることができないので、集合体の自然周波数は、振動板４０の厚さ に強く依存しない。キャップ６０の下側は、ビームの上方において、わずかに研 削されている。

この発明によれば、（隙間１２０を調節することにより）ビーム１２６の長さを 制御することによって、レーザジャイロ集合体の自然周波数が調節且つ制御され るということが分かつてきた。この発明の集合体の振動モデルは、第４図に述べ られている。そのモデルはレーザジャイロ２０、整列板５０及びベース１０を有 する。レーザジャイロ及び整列板は、バネ定数ＫＲを有するバネ１１０によりモ デル化された弾性リング３０によって結合されている。整列板は、バネ定数ＫＰ を有するバネ１１２によりモデル化された支柱１２と、直列接続され、それぞれ バネ定数ＫＤ及びＫ）４を有するバネ１１４及び１１６によりモデル化された振 動板４０及び振動モータ７０とによって、ベースに結合されている。

整列板とベースとの間の有効な結合ＫＡＢは、Ｋ、ＡＢ−［Ｋ　鯖Ｋ　Ｄ／　（ Ｋ　Ｎ＋　Ｋ　Ｄ）］＋　Ｋ　ｐ　・・・　（１）により得られる。もし、整列 板の慣性極モーメントがレーザジャイロのそれより非常に小さければ、ジャイロ とベースとの間の有効なバネ定数に’ＱＢは、Ｋ　Ｑ［＝　Ｋ　ＡＢＫ　Ｒ／　 （Ｋ　ＡＢ＋　Ｋ　Ｒ）　・・・　（２）により得られる。もし、弾性リング３ ０が比較的商い物質から構成されているならば、ＫＲはＫＡＢと比較して非常に 大きくなり、 Ｋ　ＱＢ＝　Ｋ　ＡＢ＝　［Ｋ　ＨＫ　ｏ／（Ｋ　１４＋ＫＤ）コ＋　ＫＰ　・ ・・　（３）と書くことができるだろう。そのとき、集合体の共鳴周波数は、 ｆ＝　（１／２π　）Ｊヌー石１０アーゴー；　・・・　（４）となる。但し、 ＪＱはレーザジャイロの慣性極モーメントである。

実例のために、レーザジャイロ集合体の共鳴周波数が５００〜６００　ｔｌ　ｚ の間で調節できることを望まれていると仮定せよ。上限の周波数即ち６００Ｉ（ ｚは、固体振動板に相当する。そのような場合、Ｋ、　Ｄは非常に大きくなり、 ＫＱＢ＝ＫＭ＋ＫＰ　・・・　（５） と書くことができる。等式（４）及び（５）を結合して、共鳴周波数：ｆ＝８０ ０と設定すれば、 Ｋ　）４＋　Ｋ　ｐ＝　１．４２ｘ　ｔｏ’　、Ｊ　ｑ　・・・　（６）が得ら れるにのように、固有の値ＫＭを有する成る振動モータに対し、支柱１２の厚さ は、等式（６）を用いて、上限の６００Ｈｚの共鳴周波数を生成するように調節 できる。

０．０８インチ〈１ｏ）の直径を有する支柱は、第２図に図解したタイプの振動 モータに対し適切であることが分がっな。。

もし等式（４）に５００Ｈｚを代入し、又そのとき等式（３）及び（４）を結合 したならば、 Ｋ　ｏ−（９，８７ｘｌＯ’　Ｊ　Ｑ−Ｋ　Ｐ）　Ｋ　）４／　（Ｋ　Ｎ”ｘ　 ｐ−９，８７ｘｌＯ’　Ｊ　ｑ）が得られる０等式（７）は、振動板４０に対す る７必要なバネ定数を得るために用いられてもよい、そのとき、隙間１２６の長 さは、要求されるバネ定数ＫＤを得るために調節される。この発明による１つの 実施例によれば、振動板４０は２．５５インチ（６４１）の直径及び０．０１イ ンチ（０，２５１）の厚さを有し、隙間１２０の放射状の外側部分は、振動板の 中央から０、フインチ（１８Ｍ　ｍ　＞の位置にある。隙間の幅は０．０３イン チ（７，５＋＊＋ｍ＞であり、隣接する隙間の間隔距離即ちビーム１２６の幅舛 ｏ、ｏｓインチ（２１）である。このような実施例においては、振動板４０が固 いときに、もしレーザジャイロ集合体が６００Ｈｚの自然周波数を持っていたと すると、集合体の自然周波数は、ビーム長さを０．１インチ（２，５＋ａｍ＞と ０．４インチ（１０＋＋ｍ）との間に変えることにより、それぞれ、約５５０Ｈ ｚと２５０Ｈｚとの間に調節され得る。この実施例におけるビームの幅は、隙間 １２０が内側に放射状に伸びる距離を変えることにより変えられる。

この発明が他の特殊な形態においても発明の中心の特徴から逸脱することな〈実 施できるということは理解されるだろう。それゆえ、この例及び実施例は、例証 及び限定されないものとして考慮されるべきであり、この発明は、ここで与えら れた詳細に限定されず、以下の請求の範囲の範囲内で修正されるべきである。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）昭和６１年　２月Ｉ４日

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．ベースと、 ベースに載置された弾性支持手段と、 支持手段に載置された結合手段と、 結合手段に載置されたレーザジャイロと、ベース及び結合手段に接続され振動運 動を結合手段に伝えるための駆動手段と、を備え、これにより振動運動が結合手 段によってジャイロに結合されるレーザジャイロ集合体。
2. ２．ジャイロは、ジャイロがベースに接触しないように、結合手段に載置された ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の集合体。
3. ３．結合手段は、駆動手段に接続された内側部分と、支持手段及びジャイロに接 続された外側部分と、を有する振動板を備えたことを特徴とする請求の範囲第２ 項記載の集合体。
4. ４．ジャイロは、ジャイロの外面の間を通って伸びた中央穴を有し、結合手段は 、前記外面においてのみジャイロに接続され、前記中央穴においては接続されて いないことを特徴とする請求の範囲第１項記載の集合体。
5. ５．駆動手段は、前記中央穴内に位置されるが、ジャイロには接触しないことを 特徴とする請求の範囲第４項記載の集合体。
6. ６．結合手段は、ジャイロに接触して載置された弾性リングと、弾性リングに接 触して載置された振動板と、振動板に接触して載置された整列板と、ジャイロ、 弾性リング、振動板及び整列板を一緒に固定するための止め手段と、を備えたこ とを特徴とする請求の範囲第１項記載の集合体。
7. ７．振動板は、駆動手段に接続された内側部分と、弾性リング及び整列板に接触 して載置された外側部分と、内側部分を外側部分に接続する複数のビームと、を 備えたことを特徴とする請求の範囲第６項記載の集合体。
8. ８．支持手段は、複数の弾性支柱を備え、各支柱は第１端部及び第２端部を有し 、その第１端部においてベースに付けられ且つその第２端部において整列板に付 けられていることを特徴とする請求の範囲第７項記載の集合体。
9. ９．支柱は、ジャイロ内の開口を通って伸び、その開口は、支柱がジャイロに接 触しないような大きさに作られていることを特徴とする請求の範囲第８項記載の 集合体。
10. １０．弾性リングの有効なバネ定数は、整列板がベースに結合される有効なバネ 定数と比較して非常に大きいことを特徴とする請求の範囲第６項記載の集合体。
11. １１．ジャイロは、ジャイロの外面の間を通って伸びた中央穴を有し、弾性リン グは、前記外面においてのみジャイロと接触し、前記中央穴においては接触しな いことを特徴とする請求の範囲第６項記載の集合体。
12. １２．駆動手段は、前記中央穴内に位置されるが、ジャイロには接触しないこと を特徴とする請求の範囲第１１項記載の集合体。