振動型ジャイロスコープ

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振動型ジャイロスコープ

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/05/12 13:01 UTC 版)

振動型ジャイロスコープ（しんどうがたジャイロスコープ、英: vibrating structure gyroscope : VSG、振動ジャイロ）は、振動により角速度を検出するジャイロスコープ。振動する物体が回転している場合、その回転軸に垂直な平面上で振動に対して垂直な力が発生することが物理的な基本原理となっている。振動子が回転している時に生じるコリオリの力を利用するため、工学文献ではコリオリ振動ジャイロ (coriolis vibratory gyro : CVG) とも呼ばれる。

振動型ジャイロスコープは、従来の回転型ジャイロスコープに比べ、同程度の精度をより単純に、より安価に実現可能である。この原理を使って小型化されたデバイスとして、比較的安価なタイプの姿勢指示器がある。

なお、昆虫の平均棍も振動により角速度を検出していると考えられている。

動作原理

コリオリの力

コリオリの力

角速度${\displaystyle {\boldsymbol {\Omega }}}$

プルーフマス上での動作

平面上で周波数${\displaystyle \scriptstyle \omega _{r}}$

平行平板の電極に発生する力^[12]

平行平板間に電圧を印加すると静電引力が生じる現象を利用して可動部を振動させることができる。

2枚の平行な電極面の距離がy軸方向で可変な場合、電圧${\displaystyle V}$

カッシーニ＝ホイヘンス土星探査機

カッシーニ＝ホイヘンス (Cassini-Huygens)^[36]などの宇宙船は、位置決めのために振動型ジャイロスコープ内で振動を起こし制御している。これらの石英ガラスで作られたこれらの小さい半球型振動ジャイロスコープ（Hemispherical Resonator Gyroscopes：HRG）The Hemispherical Resonator Gyro: From Wineglass to the Planetsは、真空中で作動する。高純度の単結晶サファイアで作られたシリンダ共振ジャイロスコープ（Cylindrical Resonator Gyroscopes：CRG）^{[37] [38]}のプロトタイプもある。これらは宇宙船の正確な3軸の位置決めを行い、可動部がない場合は数年間高い信頼性を保つ。

自動車

自動車のヨー軸センサは、ほぼ振動型ジャイロスコープで構成されている。ヨー軸のエラー状態は、横滑り防止装置でハンドルの舵角センサとオドメーターから予測される車体の角速度と比べるために使用される^[39]。ロールオーバー（横転検知）システムでは別の振動型ジャイロによって転倒時の角速度を検知し、サイドエアバッグを動作させる。

カーナビゲーションシステムにも車の向きを検出するために振動型ジャイロセンサが多く用いられる。

エンタテイメント

任天堂ゲームボーイアドバンス用のゲーム「まわるメイドインワリオ」は、回転運動を検出するのに圧電性のジャイロスコープを使用している。ソニーSIXAXIS PS3コントローラは、6番目の軸（ヨー軸）を測定するのに単一のMEMSジャイロスコープを採用している。

任天堂Wiiモーションプラスは、複数軸のMEMSジャイロスコープを使用してWiiリモコンの動作検知能力を強化する^[40]。ゲーム機では他にもニンテンドー3DSがジャイロの機能があり、iPhone 4やNexus Sといったスマートフォンもジャイロが搭載されている機種がある。

写真撮影

キーパッドの接近写真による手ぶれ補正機構の有無の比較

ビデオカメラやデジタルスチルカメラに搭載された多くの手ぶれ補正機構は振動型ジャイロスコープを採用している。一眼レフカメラのレンズ内に組み込まれている手ぶれ補正機構には2つの軸のジャイロセンサが用いられる^[41]。

趣味

振動型ジャイロスコープは、無線操縦ヘリコプターの尾部回転翼を制御するために使用されたり、ラジコン模型航空機（とりわけ円盤投げグライダー (Discus Launch Glider : DLG)（英語版））の後部や翼を離陸および飛行時に安定に保つために使用される。

その他

セグウェイHT

セグウェイは安定性を維持するために振動型ジャイロスコープを採用している^[42]。

参考文献

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42. ^ Steven Nasiri. “A Critical Review of MEMS Gyroscopes Technology and Commercialization Status”. 2010年12月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年7月1日閲覧。

関連項目

• 角速度
• 歳差
• ジャイロスコープ

外部リンク

• Proceedings of Anniversary Workshop on Solid-State Gyroscopy (19-21 May, 2008. Yalta, Ukraine). - Kyiv-Kharkiv. ATS of Ukraine. 2009. - ISBN 978-976-0-25248-5. See also the next meetings at: International Workshops on Solid-State Gyroscopy [1].
• Apostolyuk V. Theory and Design of Micromechanical Vibratory Gyroscopes
• Prandi L. , Antonello R., Oboe R., and Biganzoli F. Automatic Mode-Matching in MEMS Vibrating Gyroscopes Using Extremum Seeking Control //IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. Vol.56. - P.3880-3891.. [2]
• Prandi L., Antonello R., Oboe R., Caminada C., and Biganzoli F. Open-Loop Compensation of the Quadrature Error in MEMS Vibrating Gyroscopes //Proceedings of 35th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society - IECON-2009. 2009. [3]