CN100381823C - 振动型角速度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动型角速度传感器，包括：第一和第二角速度传感器(100、200)；以及异常监测信号产生和输出单元(7、8、16、21、121)，其包括反相波形合成部分(6、7、16、21、121)。第一和第二角速度传感器(100、200)包括：振动器(41a、41b)；振动驱动单元(6)；以及检测波形产生单元(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、20a、20b、45a1、45a2、45b1、45b2、45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B、75、76)。反相波形合成部分(6、7、16、21、121)对所述第一和第二检测波形进行反相合成。异常监测信号产生和输出单元(7、8、16、21、121)根据从所述第一和第二检测波形合成的合成反相波形来产生以及输出一异常监测信号。

Description

振动型角速度传感器

技术领域

本发明涉及一种振动型角速度传感器。

背景技术

取决于操作方法，存在有各种类型的角速度传感器(陀螺传感器)。已知的角速度传感器类型包括：利用旋转体之进动的机械类型；利用由于在机壳内旋转的激光之旋转而引起的光接收定时之变化的光学类型；以及流动类型，其中用于检测的气体喷流被导向热线(heatray)，以及通过热线温度来检测由于机壳之旋转所引起的喷射量的变化。最近，对于在车辆导航系统等中用于车辆方向检测的角速度传感器的需求快速增加。作为结果，与以上所提及的类型相比便宜而且轻重量的振动型角速度传感器正在成为主流。振动型角速度传感器被如此构造，使得发生以下情况：当角速度被施加于在预定参考方向振动的振动器时，检测新的振动分量。该新的振动分量(此后，称为“角速度振动部件”)是基于与参考方向正交的方向上的科里奥利力(Coriolis force)。基于该振动分量，输出角速度信息。

通常，以下是众所周知的利用角速度传感器来执行车辆控制的系统：车辆稳定性控制系统，其中检测车辆的制动器，并且对制动器以及每个车轮上的转矩进行最优控制，以使车辆保持在正常状态；四轮转向角控制系统，其中控制车辆之前轮或者后轮的转向角；等等。这些类型的系统利用角速度传感器来检测车辆的异常状态，例如滑动。因而，需要提高角速度信号的可靠性。

振动型角速度传感器的特征在于以下方面：当平移加速度在角速度检测期间被施加到车辆时，它被作为噪声叠加在基于科里奥利力的角速度检测波形上。日本未审专利申请公开No.2003-21517中公开的技术采用以下方法：将两套以相反相位驱动的振动型传感器单元组合在一起，并且将以相反相位产生的传感器单元的输出进行差分放大；由此消除加速度分量。日本未审专利申请公开No.2003-21517公开以下方法作为用于车辆控制中的共同手段：角速度传感器的输出系统被分为主输出和子输出；子输出用做主输出的备份。当任意一个输出系统出现任何问题时，它可以通过比较子输出系统的输出和主输出系统的输出来检测。

日本未审专利申请公开No.2003-21517中公开的技术采用以下用于消除加速度的方法：两个传感器单元的输出被预先组合，并且组合的输出被分为子输出和主输出。然而，这个方法涉及一个问题。第一和第二传感器单元形成传感器输出的基础。当传感器单元内部的部件(例如，用于振动检测的振动器或者电极)出现任何问题时，它不能被检测到。这是因为在子输出与主输出之间不会产生特定的差异，除非输出系统发生故障。因而，即使当单个传感器单元出现任何问题，对于振动型角速度传感器来说，也需要容易地和可靠地检测异常。

此外，如果在振动型角速度传感器中振动器的驱动振幅没有处于预定范围，则角速度传感器输出的零点和灵敏度就会发生一些异常。因此，需要检测驱动振幅，以及确定它是否在预定范围内。具体地，正如日本未审专利申请公开No.2000-88578种公开的那样，执行以下操作：利用压电元件来检测振动器的驱动振幅，并且进行电荷-电压转换。此外，要执行校正，并且校正信号被用作振幅监测信号。基于该振幅监测信号的电平是否在预定范围内来执行异常检测。

如果平移加速度在角速度检测期间被施加到车辆，则在振动型角速度传感器中出现以下情况：平移加速度作为噪声而被叠加在基于科里奥利力的角速度检测波形上。日本未审专利申请公开No.2000-88578中公开的技术采用以下方法：将两套以相反相位驱动的振动型传感器单元进行组合，并且将以相反相位产生的传感器单元的输出进行差分放大。因此，消除了加速度分量。在这种情况下，必须同步驱动两个单元的振动器。在振动驱动单元的振幅控制中，将分别从各个单元提取的振幅监测信号同相地(in phase)相加，并且由此提高用于振幅监测信号的灵敏度。作为相加结果所获得的振幅监测信号也被用于异常检测。

如果传感器单元出现任何异常，作为相加结果所获得的振幅监测信号中出现以下情况：在正常操作中所期望的基准(fiducial)振幅上叠加了异常振幅分量。当两个传感器单元被组合并且被使用时，正如以上描述的，引起一个问题。如果作为相加结果所获得的振幅监测信号被用于异常检测，那么必须进行以下步骤：如图12A到12H的左边部分中所描述的，必须检测异常振动分量α，以及以相同信号放大系数G双倍放大的基准振幅分量A。然而，由于电路工作电压的原因，这里对信号放大系数有限制。对异常振幅分量α叠加到基准振幅A所容许的容限强加了一个限制。因而，不能准确地检测到异常。

发明内容

考虑到以上所述的问题，本发明的一个目的是提供一种振动型角速度传感器，它能够非常容易并且可靠地检测各个传感器单元中出现的异常，以及准确地检测振动驱动振幅的异常。此外，本发明的另一个目的是提供一种振动型角速度传感器，它能够非常容易并且可靠地检测各个传感器单元中出现的异常。此外，本发明另一个目的是提供一种振动型角速度传感器，它能够准确地检测振动驱动振幅的异常。

根据本发明的一方面，提供一种振动型角速度传感器，包括：第一角速度传感器和第二角速度传感器；以及异常监测信号产生和输出单元，其包含有一相反相位波形合成部件。第一和第二角速度传感器中的每一个都包括：振动器，其在预定参考方向振动；振动驱动单元，用于使振动器以预定的恒定振幅振动；以及检测波形产生单元，用于根据施加到振动器上的角速度，来检测与参考方向垂直的角速度检测方向上的振动分量，以及用于根据振动分量，产生第一或者第二检测波形。相反相位波形合成部分将从第一角速度传感器所获得的第一检测波形与从第二角速度传感器所获得的第二检测波形以下面方式合成，即第一检测波形的相位与第二检测波形的相位相反的方式。第一检测波形是根据第一角速度传感器中的振动器的位移产生的，以及第二检测波形是根据第二角速度传感器中的振动器的位移产生的。异常监测信号产生和输出单元产生并且输出异常监测信号，用于根据合成相反相位波形来监测传感输出的异常，其中合成相反相位波形是由第一和第二检测波形合成的。

以上传感器可以非常容易地并且可靠地检测各个传感器单元中发生的异常，并且还可以准确地检测振动驱动振幅的异常。

优选地，所述传感器还包括信号输出单元，该信号输出单元包含一个同相波形合成部分。振动驱动单元同步地驱动第一和第二角速度传感器中的振动器。同相波形合成部分将第一检测波形与第二检测波形以下面的方式合成，即第一检测波形的相位和第二检测波形的相位是同相的。信号输出单元输出合成的同相波形作为角速度信号，其中合成的同相波形是由第一和第二检测波形合成的，其中取消了在第一和第二检测波形上叠加的加速度分量。所述传感器可以非常容易地并且可靠地检测各个传感器单元中出现的异常。

优选地，所述传感器还包括：第一振幅监视器，用于检测第一角速度传感器中的振动器在参考方向的驱动振幅，以输出第一检测波形；以及第二振幅监视器，用于检测第二角速度传感器中的振动器在参考方向的驱动振幅，以输出第二检测波形。所述传感器可以准确地检测振动驱动振幅的异常。

附图说明

通过参考附图的以下详细说明，本发明的以上和其它目的、特征和优势将变得更加明显。在附图中：

图1是显示根据本发明第一实施例的振动型角速度传感器的电路图；

图2是显示根据第一实施例的振动型角速度传感器中的第一和第二传感器单元的平面图；

图3是显示根据第一实施例的振动型角速度传感器中的异常监测信号产生电路的电路图；

图4A到4F是说明根据第一实施例的振动型角速度传感器的效果以及功能的波形图；

图5A和5B是说明根据第一实施例来产生异常监测准备信号的波形图；

图6是显示根据第一实施例的变型的振动型角速度传感器中的异常监测信号产生电路的电路图；

图7是显示根据第一实施例的另一个变型的振动型角速度传感器中的异常监测信号产生电路的电路图；

图8A和8B是显示根据本发明第二实施例的振动型角速度传感器的电路图；

图9是显示根据第二实施例的振动型角速度传感器中的第一和第二传感器单元的平面图；

图10A和10B是说明从根据第二实施例的振动型角速度传感器中的电极增加角速度检测波形的波形图；

图11是显示根据第二实施例之变型的振动型角速度传感器中的第一和第二传感器单元的平面图；以及

图12A到12H是说明根据第二实施例的振动型角速度传感器的效果以及功能的波形图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1是显示根据本发明第一实施例的振动型角速度传感器1的电路图。该电路包括：振动单元4、振动驱动单元6、以及角速度检测单元7。如图2所描述的，振动单元4包括第一传感器单元100和第二传感器单元200。传感器单元100、200具有在预定的X方向(参考方向)振动的振动器41a和41b。当角速度被施加于振动器41a和41b时，在预先确定与X方向正交的Y方向(角速度检测的方向)上检测待检测的振动分量。图1中的检测波形产生部分检测待检测的振动分量的波形。检测波形产生部分是用于振动检测的若干电容器45S1和45S2，所述电容器的电极之间的距离根据待检测的波形振动而变化。用于振动检测的点容器47a、47b的电荷变化输出经由电荷-电压转换单元CA1到CA4转换成电压波形(例如，电荷-电压转换单元可以由众所周知的电荷放大器构成)。由此产生角速度检测波形。当施加平移加速度时，加速度波形分量被叠加在待检测的振动波形中的角速度波形分量上。对于第一传感器单元100和第二传感器单元200，预先确定以上所述的参考方向以及角速度检测的方向，使得发生以下情况：由于振动器41a和41b的相反相位振动型驱动，在角速度波形分量和叠加在其上的加速度波形分量其中任意一个中，振动器的41a和41b的待检测的振动波形都是同相的(in phase)，并且在另一个中，振动器的41a和41b的待检测的振动波形是反相的。(即，预先确定方向，使得加速度波形分量或角速度波形分量都可以通过相加或者相减而被抵消。)在这个实施例中，第一传感器单元100和第二传感器单元200在X方向上彼此相邻设置。在X方向上类似镜子的对称关系，以振动方式来驱动振动器41a和41b。然而，本发明的第一实施例并不局限于这个构造。

振动单元4例如是利用硅等的半导体微型机械加工技术形成的。例如，在图2描述的结构中，第一传感器单元100的振动器41a经由横梁(beams)42a固定在框架40上。第二传感器单元200的振动器41b经由横梁42b固定在与上述框架40集成在一起的另一个框架40上。振动器41a和42a都固定在框架40上，使得它们可以在X方向以及与其正交的Y方向上独立地振动。

梳状驱动侧固定电极56a和56b都沿X方向(即，振动型驱动的方向)设置在传感器单元100和200的框架40之端部的内表面上。固定电极56a和56b都是X方向的单位电极，并且在Y方向以相等的间隔布置。梳状驱动侧可移动电极66a和66b都沿X方向设置在振动器41a和41b的端部表面上。可移动电极66a和66b都是X方向的单位电极，并且在Y方向以相等的间隔设置，它们与固定电极56a和56b之间具有一间隙。固定电极56a和56b与可移动电极66a和66b都是以交错的形式设置。

振动检测电容器45S1和45S2都沿Y方向(即，在角速度检测的方向)设置在传感器单元100和200的端部。具体地，梳状检测侧固定电极55a和55b都沿Y方向形成在框架40之端部的内表面上。固定电极55a和55b都是Y方向的单位电极，并且在X方向以相等的间隔布置。梳状检测侧可移动电极65a和65b都沿Y方向设置在振动器41a和41b之相应的端部表面上。可移动电极65a和65b都是在Y方向的单位电极，并且在X方向以相等的间隔设置，它们与检测侧固定电极55a和55b之间具有一间隙。固定电极55a和55b与可移动电极65a和65b都是以交错的形式设置。这些检测侧可移动电极65a和65b以及检测侧固定电极55a和55b形成用于振动检测的上述电容器45S1和45S2。

用于监测振幅的电容器47a和47b设置在X方向相互最靠近的传感器单元100和200的端部，用于反馈控制振动的驱动量。具体地，梳状监测侧固定电极57a和57b都设置在框架40之相应的内表面上。(内表面之间的区域形成了将传感器单元100和200相互隔开的隔离壁部分。)固定电极57a和57b都是X方向的单位电极，并且在Y方向以相等的间隔设置。梳状监测侧可移动电极67a和67b都沿X方向设置在振动器41a和41b之相应的端部表面上。可移动电极67a和67b都是在X方向的单位电极，并且在Y方向以相等的间隔设置，并且它们与监测侧固定电极57a和57b之间具有一间隙。固定电极57a和57b与可移动电极67a和67b是以交错的形式设置。这些监测侧可移动电极67a和67b以及监测侧固定电极57a和57b形成上述用于监测振幅的电容器47a和47b。

对于图2中的第一角速度传感器单元100和第二角速度传感器单元200，执行以下操作：在X方向以恒定的振幅并以相反相位，同步地以及振动地驱动各个振动器41a和41b。在这种状况中，当在与X方向和Y方向两者都正交的Z方向周围输入角速度时，发生以下情况(在设置在汽车上的情况下，Z方向就是与路面垂直的方向。)：在振动器41a和41b中，通过科里奥利力，以对应于角速度大小的振幅并以相反相位产生角速度振动分量。这些角速度振动分量产生在Y方向(在角速度检测的方向)上。随着振动检测电容器45S1和45S2的电容变化来检测的该振动，以及经由端子S1到S8来提取该振动。此后，它经由电荷-电压转换器被转换成电压，并且被输出作为角速度检测波形。

科里奥利力在相反的方向上施加在振动器41a和41b上。因此，在第一传感器单元100侧上的第一振动检测电容器45S1以及第二传感器单元200侧上的第二振动检测电容器45S2中，发生以下情况：设置在Y方向彼此相对侧上的元件同相地(in phase)产生角速度检测波形。(设置在彼此相对侧上的元件是端子S1和S4以及端子S5和S8，以及端子S2和S3以及端子S6和S7。)对于这些角速度检测波形，如图1所描述的，在同一单元中相位相反的成为一对。波形是在设置具有差分放大功能的充电-电压转换单元CA1到CA4上合成的，并且组成了四个合成的波形∑1到∑4，每一个都是同相的。此后，在角速度检测单元7处，把所有的合成波形相加，并且转换成角速度信号SG。

在图2所示的以相反相位并且以振动方式驱动的单元100和200中，在相反方向上检测科里奥利力，其中当在Z方向周围施加角速度时，在Y方向产生科里奥利力。此外，在相同方向上检测到由于旋转离心力以及偶然振动所引起的Y方向的平移加速度。从角速度波形分量的观点来看，它变成了一种噪声分量。对单元100与200之间叠加的加速度波形分量为同相的并且角速度波形分量为相反相位的波形进行差分计算。(或者，对叠加的加速度波形分量为反相并且角速度波形分量为同相的波形进行加法计算。)这样，消除了加速度分量，并且只有角速度分量可以被提取出来。

振动驱动单元6包括：电荷-电压转换器10，用于将监测振幅电容器47a和47b中存储的电荷转换成电压；交流-直流(AC-DC)转换器(整流单元)11，用于将它的振动型交流电压输出转换成直流；参考电压产生单元12，用于提取AC-DC转换器11的输出电压作为振幅监测值，以及提供参考电压Vref；差分放大器13，用于放大振幅监测值与参考电压Vref1之间的差值。移相器14，用于将从电荷-电压转换器10输出的振动型电压的相位移位90度；乘法器15，用于将差分放大器13的输出与移相器14的输出相乘。乘法器15的输出作为振动型驱动电压波形被输入第一传感器单元100和第二传感器单元200各自的驱动端子D1和D2。

在振动驱动单元6中，振动器41a和41b在X方向上的振动被认为是通过监测振幅电容器47a和47b之电容的变化来从检测端子M提取的振动监测信号。在图2中的传感器单元100和200中，监测振幅电容器47a和47b之监测侧可移动的电极67a和67b的设置如下：监测侧可移动的电极67a和67b相对于固定侧电极57a和57b沿振动方向(即，在X方向)设置在同一侧(图2中的左侧)。因此，当振动器41a和41b在X方向以相反相位同步振动时，来自监测振幅电容器47a和47b的振动监测波形也是反相的。振动监测信号波形在电荷-电压转换器10上被转换成电压信号。该信号经由移相器14和乘法器15反馈到驱动端子D1和D2。这样，构造了一种自激式振动驱动机制。

移相器14用作维持机械振动，该机械振动靠近于通过横梁60的振动器41a和41b的共振点。来自用作电荷-电压转换器的差分放大器10的合成振动监测信号在AC-DC转换器11上分别被平滑，并且被转换成振幅电平信号。在差分放大器13上计算振幅电平信号与来自参考电压产生单元12的与控制振幅电平相对应的参考电压信号之间的差值。差分放大器13之输出被作为是振幅校正信号，并且在乘法器15上与振动监测信号相乘，这样，驱动振幅被控制在一个恒定值。第一传感器单元100和第二传感器单元200的驱动端子D1和D2设置在框架40在X方向上的非相应端部。同相地输入来自乘法器15的驱动输出。这样，单元100和单元200两者的振动器41a和41b都以共振频率在X方向上被振动地并且反相地驱动。

对于上述角速度信号SG，在角速度检测单元7上执行以下操作：调幅的角速度波形在同步检测部分23上被解调。然后经由低通滤波器23去除脉动。然后，该信号被输出作为与输入的角速度成比例的直流加速度信号Vy。在这个实施例中，来自移相器14的振动监测信号用作同步检测部分22的参考频率。与振动器的速度和施加的角速的矢量积成比例，来产生科里奥利力。因此，检测到科里奥利力的检测波形必定比驱动振动波形提前90度。因此，在移相器14上提前90度的驱动振动波形与科里奥利力的检测波形(即，角速度波形)一致。因此，它可以被选择作为同步检测的参考频率信号。

在图1中，来自第一角速度传感器单元100的第一异常监测波形∑1和∑2以及来自第二角速度传感器单元200的第二异常监测波形∑3和∑4都被输入到异常监测信号产生和输出单元8。第一异常监测波形∑1和∑2与第二异常监测波形∑3和∑4已经被合成，使得它们都是同相的。以反相的相位关系来合成这些波形。为了这个目的，它们被输入到构成反相波形合成部分的差分放大器121。产生的反相合成波形信号SK通过同步检测部分122以及构成电压检测部分的缠绕(wind)比较器123，并且被作为异常监测信号VJ输出。

图2中的两个传感器单元100和200都是以等效的硬件形式构造的。因此，当施加相同的角速度时，理论上，它们输出具有基本上相同振幅的检测波形(图1：∑1+∑2，∑3+∑4)。因此，当这些角速度检测波形(∑1+∑2和∑3+∑4)在差分放大器121上以相反相位合成时，如图4A到图4F所描述的，出现以下情况：当传感器单元100和200都没有出现异常时，波形相互抵消，并且差分放大器121的输出SK在中立点附近的点上呈现为水平波形，正如图4A到图4C所显示的。当传感器单元100或200任意一个的驱动振幅出现异常时，出现以下情况：由于异常的贡献因子而使角速度检测波形∑1+∑2和∑3+∑4产生差值α，并且消除了不平衡，正如图4D到4F所显示的。结果，差分法大器121的输出SK的振幅值偏移了中立点。因此，当作为同步检测的结果获得的信号输出SK被输入到具有包括以上描述的中点的参考电压范围“Vref2和Vref3”缠绕比较器123中时，可以实现以下结果：可以从缠绕比较器123输出表示信号输出SK是否在预定的范围内(即，信号输出SK是否正常)的信号作为异常监测信号VJ。

在这个实施例中，如图2所描述的，设置在振动检测电容器45S1和45S2之信号输出侧的电极(即，检测侧固定的电极)被分为多个分(partial)电极。将给出更具体地的描述。在第一传感器单元100侧上，检测侧固定电极被分解为分电极55S1和分电极55S4，以及分电极55S2和分电极55S3；在第二传感器单元200侧上，检测侧固定电极被分解为分电极55S6和分电极55S7，以及分电极55S5和分电极55S8。振动检测电容器45S1和45S2的电荷变化输出是以分开输出形式从分电极55S1到55S8(端子S1到S8)上提取的。振动检测电容器45S1和45S2的固定侧电极被分解为分电极，并且它们的电荷变化都是以分开输出形式分别从单个分电极分别提取的。这样，即使当出现例如组成梳状电极的单位电极破裂或者歪曲(如此小以致存留在单个分电极中)的异常时，带来以下优势：异常的影响基本上将其本身表现在分电极的分开输出中，因而可以用较高的精确度来检测异常。

在这个实施例中，振动检测电容器45S1和45S2具有第一振动检测电容器45S1A和45S2A以及第二振动检测电容器45S1B和45S2B。第一振动检测电容器45S1A和45S2A沿角速度方向设置在振动器41a和41b的第一端部上。第二振动检测电容器45S1B和45S2B沿角速度方向设置在振动器41a和41b的第二端部上。这些第一振动检测电容器45S1A和45S2A以及第二振动检测电容器45S1B和45S2B产生相位相反的角速度检测波形。设置在信号输出侧的各个电极都被分为第一分电极55S1、55S2、55S6、和55S5，以及第二分电极55S4、55S3、55S7、和55S8。通过利用振动器41a和41b的第一端部侧和第二端部侧，可以增大振动检测电容器的数量，以及可以增强角速度信号的输出。通过将这些设置在信号输出侧上的电极分为多个分电极，可以提高异常检测的灵敏度。在同一个传感器单元中的第一振动检测电容器45S1A和45S2A以及第二振动检测电容器45S1B和45S2B中，出现以下情况：角速度波形分量和加速度波形分量两者都以相反相位显示。

振动器41a和41b连同设置在它们的表面上的电极65a、66a、67a、65b、66b、和67b经由横梁42b和框架40连接到GND端G1和G1上，以及外部地连接到GND。驱动端子D1和D2、角速度波形检测端子S1到S8、以及振动监测端M都设置在框架40的表面上。驱动端子D1和D2连接到驱动侧固定电极56a和56b。角速度波形检测端子S1到S8连接到检测侧固定电极55a和55b(分电极55S1到55S8)。振动监测端M连接到监测侧固定电极57a和57b。这些端子都通过绝缘部分60相互电性地隔开。

如图3所描述的，在第一角速度传感器单元100中，来自第一振动检测电容器45S1之第一分电极的分开输出(S1和S2，以及S3和S4)被合成；在第二角速度传感器单元200中，来自第二振动检测电容器45S2之第一分电极的分开输出(S5和S6，以及S7和S8)被合成；分开输出分别在差值计算部分CA1到CA4被合成。(在这个实施例中，差值计算部分也被用作电荷-电压转换部分。)作为合成结果，获得了同相的第一异常监测准备信号(例如，第一角速度检测波形∑1和∑2)和第二异常监测准备信号(例如，第二角速度检测波形∑3和∑4)。如图5A和5B所描述的，如此形成的异常监测准备信号∑1、∑2、∑3、和∑4根据振幅相加。振幅的相加是通过差分放大的反相分开输出来执行。因此，带来以下优势：当每个分电极都出现异常时，其输出出现异常的分电极的影响基本上将其本身显示在振动检测电容器上设置的差值计算部分CA1到CA4中。因此，对于振动检测电容器的电极，异常检测可以通过基于其的异常监测准备信号∑1、∑2、∑3、和∑4来精确地执行。

在图3中描述的电路中，设置了差值计算部分，例如，设置了差分放大器121。第一异常监测准备信号∑1和∑2与第二异常监测准备信号∑3和∑4在第一角速度传感器单元100和第二角速度传感器单元200中预先相加。差值计算部分121主要是对来自单元100和单元200的作为加法计算的结果的信号进行差值计算。差值计算部分121使用作为差值计算的结果而获得的信号作为异常监测信号。第一异常监测准备信号∑1和∑2与第二异常监测准备信号∑3和∑4通过加法计算和差值计算的组合而被结合。然后，它们作为单个系统异常监测信号被输出。因而，可以简化与异常监测信号的产生有关的硬件配置。

在图6所描述的构造中，差值计算部分121A和121B可以被设置在第一角速度传感器单元100和第二角速度传感器单元200上。差值计算部分121A和121B主要是在单元100与单元200之间分别对第一异常监测准备信号和第二异常监测准备信号进行差值计算。对于差值计算部分121A和121B的输出电压Δ∑1和Δ∑2，异常确定分别是在单元100和单元200中分别进行的。基于这两个异常确定信号，执行最终的异常确定。利用这种构造，异常确定信号是在两个系统中产生的。然而，集成在每一个系统中的分输出(分电极)的数量从图3中的八个减少为四个。结果，当任何一个分电极出现异常或故障时，带来以下优势：一旦集成的分电极的数量减少，由此相对于单个异常确定信号，增加了在异常情况中输出的相对变化。因此，可以用较高的灵敏度来实现异常检测。在这个实施例中，相对于差值计算部分121A和121B的输出，设置了同步监测部分122A和122B以及缠绕比较器(电压检测部分)123A和123B。来自缠绕比较器123A和123B的双重确定输出的逻辑和是在门电路124上计算的。它的输出被用作最终的异常监测信号VJ。

在图7描述的构造中，可以设置四个差值计算部分121A1、121A2、121B1、以及121B2。差值计算部分121A1、121A2、121B1、以及121B2在第一角速度传感器单元100与第二角速度传感器单元200之间分别对以下信号执行差值计算：来自图1中的第一振动检测电容器45S1A和45S2A之第一分电极55S1和55S6的分开输出(S1和S5)和来自第二分电极55S4和55S7的分开输出(S4和S7)；以及来自图1中的第二振动检测电容器45S1B和45S2B之第一分电极55S2和55S5的分开输出(S2和S5)和来自第二分电极55S3和55S8的分开输出(S3和S8)。对于这些差值计算部分121A1、121A2、121B1、以及121B2的输出电压，分别完成异常的确定。基于这四个异常确定信号，完成最终的异常确定。用这个构造，异常确定信号在四个系统中产生。然而，集成在每一个系统中的分输出(分电极)的数量从图6中的四个减少为两个。结果，当任何一个分电极出现异常或故障时，具有以下优势：么相对于各个异常确定信号，在异常情况中的相对输出变化也增大。因此，进一步提高了异常检测的灵敏度。在这个实施例中，相对于差值计算部分121A1、121A2、121B1、以及121B2的每一个输出，设置了同步监测部分122A1、122A2、122B1、以及122B2以及缠绕比较器(电压检测部分)123A1、123A2、123B1和123B。来自缠绕比较器123A1、123A2、123B1和123B2的双重确定输出的逻辑和是在门电路124上计算的。它的输出被用作最终的异常监测信号VJ。

因而，根据本发明第一实施例的振动型的角速度传感器的特征在于它包括：第一角速度传感器单元以及第二角速度传感器单元；振动驱动单元；信号输出单元；以及异常监测信号产生和输出单元。第一角速度传感器单元以及第二角速度传感器单元各自都具有振动器、振动驱动部分、以及检测波形产生部分。振动器在参考方向上振动。振动驱动部分使相应的振动器以恒定的振幅振动。当角速度被施加到振动器时，检测波形产生部分检测在角速度检测方向的方向上待检测的振动分量。角速度检测的方向被预先确定，使得它与参考方向正交。然后，检测波形产生部分基于待检测的振动分量来产生角速度检测波形。

角速度驱动单元同步地和振动地驱动第一角速度传感器单元和第二角速度传感器单元。

角速度信号输出单元具有同相波形合成部分。同相波形合成部分将来自第一角速度传感器单元的第一角速度检测波形和来自第二角速度传感器单元的第二角速度波形以波形是同相的相位关系进行合成。角速度信号输出单元输出同相合成的波形作为角速度信号。在这个角速度信号中，去除了分别在第一以及第二角速度检测波形上叠加的加速度波形分量。

异常监测信号产生和输出单元具有一反相波形合成部分。反相波形合成部分将来自第一角速度传感器单元的第一角速度检测波形和来自第二角速度传感器单元的第二角速度波形以波形是反相的相位关系进行合成。异常监测信号产生和输出单元基于反相合成的波形来产生并且输出相对于传感器之输出的异常监测信号。

根据以上描述的本发明第一实施例的构造，执行以下操作来检测两个角速度传感器单元中的异常：第一角速度检测波形与第二角速度波形以波形是反相的相位关系进行合成；基于反相合成的波形，输出异常监测信号。当两个传感器单元是以相同的硬件条件构造时，理论上，当施加相同的角速度时，它们输出的角速度检测波形基本上具有相同的振幅。因此，当这些角速度检测波形被反相合成时，在两个传感器单元都没有异常时出现以下情况：波形相互抵消，反相合成的波形之振幅变得非常小。然而，当任一个传感器单元出现任何异常时，那个传感器单元的角速度检测波形就会变化。结果，两个抵消的波形失去平衡，并且增大了反相合成的波形的输出。因此，基于反相合成的波形，产生并且输出相对于传感器之输出的异常监测信号。因而，即使当内部元件(例如振动器或振动检测电极以及两个传感器单元的输出系统)出现异常时，它可以可靠地被检测到。

此外，根据本发明第一实施例的振动型角速度传感器可以被如此构造以致于发生以下情况：各个振动器在第一角速度传感器单元和第二角速度传感器单元中在参考方向同步地反相振动。因而，产生相位相反的第一和第二角速度检测波形。在这种情况中，角速度信号输出单元的同相波形合成部分可以由差分波形计算装置形成。差分波形计算装置计算第一角速度检测波形与第二角速度检测波形之间的差分波形。异常监测信号产生和输出单元可以由相加波形计算装置形成。相加波形计算装置计算第一角速度检测波形与第二角速度检测波形之间的相加波形。用这个构造，获得两个反相角速度波形之间的差分波形。因而，可以有效地将两个同相波形上叠加的平移加速度分量从振动型角速度传感器的角速度输出中去除。此外，两个角速度波形最终相加在一起，并且增大了振幅。此外，可以有效地减小存留在最终获得的角速度信号上的加速度分量的影响。同时，可以通过将由差分波形计算装置分别提供的附加波形计算装置作为反相合成部分来可靠地检测两个传感器单元中的任何异常。

利用以上所述的构造，可以通过检测同相合成信号的波形(在有些情况中用作角速度信号)的电平来检测异常。然而，这个方法具有一个问题。当在传感器单元中振动器、电极等中只出现很小的异常时，同相合成波形与正常状态相比没有很大的变化。异常是很难被可靠地检测到的，除非任一个单元中的角速度检测波形之振幅出现异常并且很大的变化。另一个缺点如下：即使在没有异常发生的状况中，同相合成波形根据异常监测的状况而发生很大的变化。因而，非反常状态中的波形不能用作异常检测的依据。在本发明第一实施例中用作异常检测的反相合成波形之输出在正常状态中处于接近零的振幅水平。因此，不管角速度检测的状况如何，非反常状况中的波形始终是平坦的。因而，它可以被用作异常检测的依据。结果，即使出现细微的异常，也可以很容易的读出反相合成波形之输出中的变化，并且异常可以被可靠地检测到。

在根据本发明第一实施例的振动型角速度传感器中，第一角速度传感器单元的检测波形产生部分和第二角速度传感器单元的检测波形产生部分都是振动检测电容器。用于振动检测的电容器根据待检测的波形振动来改变电极之间的距离。设置在振动检测电容器之信号输出侧的电极被分解为多个分电极。用于给出角速度波形的振动检测电容器的电荷变化输出是在单个分电极上以分开输出的形式提取的。异常监测信号产生和输出单元根据分开输出产生异常监测信号。对于利用振动检测电容器进行的角速度波形检测的输出，输出状态受到局部缺陷的影响，例如电极的碎裂或者歪曲。这可以引起误差或者故障。然而，当来自正常电极的输出起很大作用时，整个电极输出的变化仍然保持微小。因此，不可能进行精确的异常检测，并且异常(是将来的主要缺陷的标志)的检测等通常变的很困难。然而，可以通过以下方法实现更精确的异常监测：将一个电极分解为分电极，并且输出是从单个分电极上以分开输出的形式提取的。因而，相应于分电极的形成，相应地分解了振动监测电容器的电容变化。此外，即使当出现这种存留在单个分电极中的很小异常时，异常的影响其本身基本上都会表现在分电极之分开输出中。

振动检测电容器的电极可以被如此的构造以致于它们包括：设置在振动器侧上的检测侧梳状可移动电极；以及设置在框架侧上的检测侧梳状固定电极，框架包围着振动器并且与可移动电极接合。在这种情况中，最好是将检测侧固定电极而不是振动地驱动的可移动电极分开为分电极，因为以下优势：当电极被分开时，会利于电极之间的绝缘，以及可以简化结构。在用于增大检测能力的梳状电极中，形成“梳”齿的单位电极易于形成例如由于电极形成和装配期间的制造因素而引起的碎裂或者歪曲。而通过将电极分开为多个分电极，可以使得以上描述的影响很少出现。

(第二实施例)

图8A和8B是显示根据本发明第二实施例的振动型角速度传感器2的电路图。电路包括：振动单元4、振动驱动单元6、以及角速度检测单元7。如图9所描述的，振动单元4包括第一传感器单元100和第二传感器单元200。传感器单元100、200具有在预先确定的X方向(参考方向)振动的振动器41a和41b。当角速度施加到振动器41a和41b时，检测到在预先确定的与X方向正交的Y方向(角速度检测的方向)的待检测的振动分量，如图8A和8B所描述的，具体地，监测波形产生部分75和76基于待检测的振动分量来产生角速度检测波形，当平移加速度被施加时，加速度波形分量被叠加在待检测的振动波形中的角速度波形分量上，对于第一传感器单元100和第二传感器单元200，以上描述的参考方向以及角速度检测的方向都是预先确定的，所以出现以下情况：由于振动器的41a和41b之反相振动型驱动，它们的待检测的振动波形在角速度波形分量和叠加在其上的加速度波形分量中的任意一个上是同相的，并且在另一个上是反相的。(即，方向被预先确定，使得加速度波形分量或角速度波形分量都可以通过相加或者相减去而被抵消)在这个实施例中，第一传感器单元100和第二传感器单元200彼此相邻的设置在X方向。振动器41a和41b在X方向以类似镜子的对称关系被振动地驱动。然而，本发明的第二实施例并不局限于这个构造。

振动单元4例如是利用硅等的半导体微型机械加工技术形成的。例如在图9描述的结构中，第一传感器单元100的振动器41a经由横梁42a固定在框架40上。第二传感器单元200的振动器41b经由横梁42b固定在与上述框架40集成在一起的另一个框架40上。振动器41a和42a都固定在框架40上，从而它们可以在X方向以及与其正交的Y方向独立地振动。

梳状驱动侧固定电极56a和56b都沿X方向(即，振动型驱动的方向)设置在传感器单元100和200的框架40之端部的内表面上。固定电极56a和56b都是X方向上的单位电极，并且以相等的间隔设置在Y方向。梳状驱动侧可移动电极66a和66b都沿X方向设置在振动器41a和41b的端部表面上。可移动电极66a和66b都是X方向的单位电极，并且以相等的间隔设置在Y方向，它们与固定电极56a和56b之间有一间隙。固定电极56a和56b以及可移动电极66a和66b都是以交错的形式设置。

振动检测电容器45a1、45b1、45b2、以及45a2都沿Y方向(即，在角速度检测的方向)设置在传感器单元100和200的端部(总共四个位置)。具体地，梳状检测侧固定电极55a和55b都沿Y方向设置在框架40之端部的内表面上。固定电极55a和55b都是Y方向的单位电极，并且以相等的间隔设置在X方向。梳状检测侧可移动电极65a和65b沿Y方向设置在振动器41a和41b之相应的端部表面上。可移动电极65a和65b都是在Y方向的单位电极，并且以相等的间隔设置在X方向，它们与检测侧固定的电极55a和55b之间有一间隙。固定电极55a和55b和可移动电极65a和65b都是以交错的形式设置。这些检测侧可移动电极65a和65b以及检测侧固定电极55a和55b形成上述振动检测电容器45a1、45b1、45b2、以及45a2。对于设置在Y方向相对侧上的振动检测电容器(45a1和45b1、以及45b2和45a2)，角速度波形分量和加速度波形分量也是反相显示的。

Y方向的监测腔45h分别设置在传感器单元100和200的振动器41a和41b中。监测振幅电容器47a和47b设置在每一个监测腔45h中，用于反馈控制振动的驱动量。具体地，在Y方向的电极支撑杆57s插入每一个腔45h中。每一个电极支撑杆的一个端部固定在框架40之图中未显示的位置。并且梳状监测侧固定电极57a和57b都设置在电极支撑杆57s的一侧上。固定电极57a和57b都是X方向的单位电极，并且以相等的间隔设置在Y方向。梳状监测侧可移动电极67a和67b都沿X方向设置在监测腔45h之相应的端部表面上。可移动电极67a和67b都是在X方向的单位电极，并且以相等的间隔设置在Y方向，它们与监测侧固定的电极57a和57b之间有一间隙。固定电极57a和57b以及可移动电极67a和67b都是以交错的形式设置。这些监测侧可移动电极67a和67b以及监测侧固定电极57a和57b形成上述监测振幅电容器47a和47b。

振动器41a和41b连同设置在它们的表面上的电极65a、66a、67a、65b、66b、和67b经由横梁42b和框架40连接到GND端G1和G1上，以及外部连接到GND。驱动端子D1和D2、角速度波形检测端子S1、S2、S3、和S4、以及振动监测端子M1、M2都设置在框架40的表面上。驱动端子D1和D2连接到驱动侧固定电极56a和56b。角速度波形检测端子S1、S2、S3、和S4连接到检测侧固定电极55a和55b。振动监测端M1、M2连接到监测侧固定电极57a和57b。这些端子都通过绝缘部分60相互电性地隔开。

回到图8A和8B，振动检测电容器45a1和45a2与电荷-电压转换器20a一起组成检测波形产生部分75，其中电荷-电压转换器20a将存储在其中的电荷转换成电压。同样，振动检测电容器45b1和45b2与电荷-电压转换器20b一起同样地组成检测波形产生部分76。这些电荷-电压转换器20a以及电荷-电压转换器20b、差分放大器21、同步检测部分22、以及低通滤波器23组成角速度检测单元7。差分放大器21(差分波形计算装置)分别放大电荷-电压转换器20a和电荷-电压转换器20b的输出。同步检测部分22在预先确定的频段内提取加速度分量。低通滤波器23去除不必要的高频分量，例如同步检测部分22输出的谐波。

振动驱动单元6包括：电荷-电压转换器10，用于将监测振幅电容器47a和47b中存储的电荷转换成电压；交流-直流(AC-DC)转换器(整流单元)11，用于将其振动型交流电压输出转换成直流；参考电压产生单元12，用于提取AC-DC转换器11的输出电压作为振幅监测值，以及提供参考电压Vref；差分放大器13，用于放大振幅监测值与参考电压Vref1之间的差值。移相器14，用于把从电荷-电压转换器10输出的振动型电压的相位移位90度；乘法器15，用于将差分放大器13的输出与移相器14的输出相乘。乘法器15的输出作为振动型驱动电压波形被输入第一传感器单元100和第二传感器单元200的驱动端子D1和D2。

在振动驱动单元6中，振动器41a和41b在X方向的振动被作为是通过监测振幅电容器47a和47b之电容的变化来从检测端子M1、M2上提取的振动监测信号。(因而，形成了第一和第二振幅监测单元。)在图9中的传感器单元100和200中，监测振幅电容器47a和47b之监测侧可移动电极67a和67b的设置如下：相对于固定侧电极57a和57b，监测侧可移动电极67a和67b沿振动方向(即，在X方向)设置在同侧(图9中的左侧)。因此，当振动器41a和41b在X方向同步地反相振动时，来自监测振幅电容器47a和47b的振动监测波形也是反相的。

来自监测振幅电容器47a和47b的第一和第二振幅监测波形经由电荷-电压转换器9转换成电压信号。此外，在差分放大器10上对它们进行差值计算。获得反相波形之间的差分相当于将同相波形相加。对于两个单元100和200的振幅监测信号，它们的振幅在差分放大器10上被相加和合成，并且增大了信号电平。即，差分放大器10组成了同相波形合成部分。作为合成结果获得的振幅监测信号经由移相器14和乘法器15反馈到驱动端子D1和D2。因此，构造了一种自激式振动驱动机制。

移相器14用做经由横梁60维持接近于振动器41a和41b之共振点的机械振动。来自差分放大器10的合成振动监测信号在AC-DC转换器11上分别被平滑，并且被转换成振幅电平信号。在差分放大器13上，计算出振幅电平信号与来自参考电压产生单元12之与控制振幅电平相应的参考电压信号之间的差值。差分放大器13的输出被作为振幅校正信号，并且在乘法器15上与振动监测信号相乘。因而，驱动振幅被控制在一个恒定值。第一传感器单元100和第二传感器单元200的驱动端子D1和D2设置在框架40在X方向的非相应的端部。来自乘法器15的驱动输出都是同相输入的。因而，单元100和单元200两者的振动器41a和41b都以共振频率在X方向被振动地反相驱动。

在这种状况中，如果角速度被施加在与X方向和Y方向两者都正交的Z方向周围时，出现以下情况(假如设置在汽车上的情况中，Z方向就是与路面正交的方向。)：在振动器41a和41b中，通过科里奥利力，以与角速度大小相应的振幅反相地产生角速度振动分量。这些角速度振动分量产生在Y方向上。这个振动是随着振动检测电容器45a1、45b145b2和45S2的电容变化来检测的，以及经由端子S1到S2和端子S3和S4来提取。此后，它经由电荷-电压转换器20a和20b被转换成电压，以及作为角速度检测波形Sa和Sb被输出。

科里奥利力在相反的方向施加在振动器41a和41b上。因此，在第一传感器单元100侧上的振动检测电容器45a1和45b1以及第二传感器单元200侧上的振动检测电容器45b2和45a2中，出现以下情况：设置在Y方向彼此相对侧上的元件分别产生同相角速度检测波形，正如图10A和10B所描述的。即，电容器45a1和45a2(端子S1和S2)以及电容器45b1和45b2(端子S1和S2)产生同相角速度检测波形。同相角速度检测波形(图8A和8B中的端子S1和S2以及端子S3和S4)在振幅上相加，并且分别输入到图8A和8B所描述的电荷-电压转换器20a和20b中。因而，制造设备，以及提高角速度检测的灵敏度。

在角速度检测单元7中，来自电荷-电压转换器20a和20b的角速度检测波形信号Sa和Sb是反相的。因此，当在差分放大器21上进行差分计算时，这两个波形信号也在振幅上也相加，并且也提高了角速度检测的灵敏度。在反相振动地驱动的单元100和200中，在相反方向检测到当在Z方向周围施加角速度时在Y方向所产生的科里奥利力，正如图11所描述的。同时，在相同的方向，检测到由于转动的离心力以及偶然的振动而引起的Y方向的平移加速度。从角速度波形分量的观点来看，它们是一种噪声分量。单元100与200之间的叠加加速度波形分量同相并且角速度波形分量反相的波形被进行差分计算。(或者，叠加加速度波形分量反相并且角速度波形分量同相的波形被进行加法计算。)因而，去除加速度分量，并且只有角速度分量可以被提取。

对于来自差分放大器21的角速度信号输出，执行以下操作：在同步检测部分22上解调调幅的角速度波形。然后经由低通滤波器23去除脉动。然后，该信号被输出作为与输入的角速度成比例的直流信号Vy。在这个实施例中，来自移相器14的振动监测信号用作同步检测部分22的参考频率。与振动器的速度与施加的角速的矢量积成比例，来产生科里奥利力。因此，检测到科里奥利力的检测波形必定从驱动振动波形提前了90度。因此，在移相器14上提前了90度的驱动振动波形与科里奥利力的检测波形(即，角速度波形)是同相的。因此，它可以被选择作为同步检测的参考频率信号。

在电荷-电压转换器20a和20b上被转换成电压的第一和第二振幅检测波形分别在构成同相波形合成部分的差分放大器10之前被分开。信号被输入到构成加法计算部分的加法器16中。正如以上所述，第一和第二振幅监测波形是反相的；因此，加法器16用作反相波形合成部分。加法器16之反相合成的输出信号被作为驱动异常监测信号输入到AC-DC转换器322中。在这个实施例中，AC-DC转换器322以及以上描述的AC-DC转换器11都是由具有异常操作放大器的有源低通滤波器构成的。

如果两个传感器单元100和200的驱动振幅都是正常状态，那么两个振幅监测波形的振幅相等。结果，作为它们的反相合成波形而产生的驱动异常监测信号之振幅显示为接近中立点的电平。然而，如果传感器单元100和200的任意一个出现任何异常，驱动异常监测信号的振幅值就偏离中立点。因此，如果驱动异常监测信号被输入到具有包括以上描述的中立点的参考电压范围“Vref2和Vref3”缠绕比较器323中时，可以实现以下结果：可以从缠绕比较器323输出表示驱动异常监测信号是否在预定的范围内(即，信号是否异常)的信号作为异常监测信号Vd。

本发明第二实施例的特征在于：驱动监测信号是通过将反相的第一和第二振幅监测波形进行合成而产生的。例如，通过构成AC-DC转换器322的有源滤波器的运算放大器7a的工作极限电压，来限制驱动监测信号的容限。当加法器16的输出太大时，运算放大器7a的输出是饱和的，并且它阻止了准确的异常检测。如图12A到12H所描述的，即使在通常通过将同相的第一和第二振幅监测波形进行合成而获得的波形中不出现异常，也会引起一个问题：(上述波形相当于振动型驱动控制单元的差分放大器10的输出。)两个振幅监测波形之放大的并且相加的振幅2A×G保持为相加。因此，运算放大器7a的大部分输出电压都被消减2A×G，以及必需用剩余的一点电压容限来进行异常确定。因此，即使异常振幅分量α×G变的只是稍大一点，运算放大器7a的输出也会饱和。因而，很难实现准确的异常检测。同时，如果象本发明第二实施例中一样用反相合成波形作为驱动异常监测信号，以上描述的两个波形之2A×G部分被抵消并且变得基本上不存在。异常振幅分量α的容限可以被极大地增加。即，可以充分利用运算放大器7a的输出范围来实现准确的并且高灵敏度的异常检测。

如图11所描述的，监测振幅电容器47a和47b的监测侧可移动电极67a和67b可以如此设置，使得通过利用框架40之内表面或通过类似的装置来实现以下内容：在振动方向(即，在X方向)上，相对于传感器单元100和200中的固定侧电极57a和57b，监测侧可移动电极67a和67b在振动方向(即，在X方向)彼此相对设置。当振动器41a和41b在这种情况中在X方向同步地反相振动时，来自监测振幅电容器47a和47b的振动监测波形是同相的。在这种情况中，用加法器代替了图8A和8B中的差分放大器10，并且加法器16被差分放大器取代。因而，它们分别可以被用作同相波形合成部分和反相波形合成部分，以及传感器的功能相当于以上通过参考图8A和8B描述的功能。

这样，根据本发明第二实施例的振动型加速度传感器的特征在于它包括：第一角速度传感器单元和第二角速度传感器单元；第一和第二振幅监测单元；以及驱动异常监测信号产生和输出单元。

第一角速度传感器单元和第二角速度传感器单元分别具有振动器、振动驱动部分、以及检测波形产生部分。振动器在预先确定的方向振动。振动驱动部分以恒定的振幅驱动振动器。当角速度被施加到振动器时，检测波形产生部分检测在角速度检测方向上的待检测的振动分量。角速度检测方向是预先确定的，使得它与参考方向正交。然后，检测波形产生部分基于待检测的振动分量来产生角速度检测波形。

第一和第二振幅监测单元分别检测在第一角速度传感器单元和第二角速度传感器单元的振动器的参考方向上的驱动振幅。然后，第一和第二振幅监测单元输出振幅监测波形。

驱动异常监测信号产生和输出单元具有一反相波形合成部分。反相波形合成部分首先对由第一振幅监测单元检测到的第一振幅监测波形和由第二振幅检测单元检测到的第二振幅监测波形进行合成。波形是以反相的相位关系合成的。驱动异常监测信号产生和输出单元基于反相合成的波形来驱动异常监测信号。

根据本发明第二实施例中的上述构造，执行以下操作来检测两个角速度传感器单元的振动振幅中的任何异常：第一振幅监测波形与第二振幅监测波形以反相的相位关系进行合成；基于该反相合成的波形，输出一异常监测信号。当执行这个操作时，来自两个传感器单元的振幅监测波形中包含的基准振幅分量A相互抵消，正如图12A到12H的右部分所描述的。因此，极大地增加了异常振幅分量α的容限，并且可以对异常进行准确地检测。

用于放大反相合成的波形的模拟计算和放大电路可以特定设置在反相波形合成部分中，或者设置在反相波形合成部分之输出的下游。在这种情况中，模拟计算和放大电路之工作极限电压的限制被施加于振幅异常监测。将通过参考图12A到12H来进行描述。在传统的方法中，根据电路的工作极限电压来确定的信号容限部分(2A×G)相当于将基准振幅分量A从开始减小两倍。结果，极大地缩小了异常确定可行的电压范围。这个导致以下问题：即使异常振幅分量只是稍微变大，由于这个贡献(α×G)，模拟计算和放大电路之输出迅速饱和。因而，准确地异常检测变的非常困难。根据本发明第二实施例，同时，上述部分2A×G被抵消以及变的基本上不存在。从而异常振幅分量的容限可以被极大地增加。即，在模拟计算和放大电路的整个输出范围内进行准确的以及高灵敏度的异常检测变的可行。

具体地，驱动异常监测信号产生和输出单元设置有校正单元，用于校正上述反相合成的波形。校正单元可以被构造为包括模拟计算和放大电路的元件(例如，有源滤波器)中。利用这个结构，反响合成的波形被校正为直流，因而利用它可以简化异常检测。正如以上所述，可以有效地增加输入到校正单元的反相合成的波形的异常振幅分量α。因此，即使校正单元包括模拟计算和放大电路，也可以实现准确的以及高灵敏度的异常检测。

在这种情况中，利用校正单元的输出电平可以外部地进行异常确定。或者，可以设置输出电平所输入的异常确定电路，使得它的输出以异常确定信号的形式外部地提取。

如果第一角速度传感器单元和第二角速度传感器单元的振动器被同步驱动，就可以提供一种振动型驱动控制单元，振动型驱动控制单元具有同相波形合成部分，用于将第一振幅监测波形和第二振幅监测波形以相位是相同的关系系进行合成。基于合成波形的振幅，振动型驱动控制单元通过振动驱动单元来控制第一角速度传感器单元和第二角速度传感器单元的驱动振幅。在这种情况中，用同相合成的波形之振幅作为振动型驱动检测控制的依据。在正常的操作过程中，可以在振动型驱动检测中使用相当于上述基准振幅分量A两倍的信号电平，因而，增大了噪声容限等，这归因于振幅控制之准确性的增强。在这种情况下的本发明第二实施例中，驱动异常监测信号产生和输出单元的反相波形合成部分设置在振动型驱动控制单元的同相波形合成部分之前的阶段。这就是说，同相合成波形严格地专用于振动型驱动控制。它与在用于振动型驱动控制的同相波形合成部分之前阶段中的振幅监测波形分开。然后，它被输入到专用于异常检测的反相波形合成部分。因而，可以维持振幅控制的准确度，以及还可以通过反相合成的波形来进行高灵敏度的异常检测。

在第一角速度传感器单元和第二角速度传感器单元中，各个振动器在参考方向上同步地进行反相振动。因而，第一角速度传感器单元和第二角速度传感器单元的振动控制单元可以反相地产生检测波形作为第一和第二角速度检测波形。可以据此来设置差分波形计算装置。差分波形计算装置对第一角速度检测波形与第二角速度检测波形之间的差分波形进行计算。从而差分波形计算装置输出一抵消了叠加在角速度检测波形上的反相加速度波形分量的波形。利用这个构造，获得反相的两个角速度波形之间的差分信号，因而，可以从振动型角速度传感器的角速度输出中有效地抵消并且除去叠加在同相的两个波形上的平移加速度分量。此外，两个角速度波形最终相加在一起，并且增加了振幅。因此，可以有效地减小存留在最终获得的角速度信号中的加速度分量的影响。

如果第一振幅监测波形和第二振幅监测波形根据两个传感器单元之振动器的驱动相位来进行同步地反相输出，这个结构能够实现以下内容：可以构造驱动异常监测信号产生和输出单元的反相波形合成部分，使其包括加法计算部分，用于第一振幅监测波形和第二振幅监测波形。因而，反相波形合成部分可以被构造成一个简单的加法计算部分；因此，可以简化传感器系统的电结构。

这些修改和变型都应当被理解为在由所附权利要求定义的本发明范围之内。

Claims (15)

1.一种振动型角速度传感器，包含：

第一角速度传感器(100)以及第二角速度传感器(200)；和

异常监测信号产生和输出单元(7、8、16、21、121、124)，其包括反相波形合成部分(6、7、16、21、121)，其中

所述第一和第二角速度传感器(100、200)的每一个都包括：

振动器(41a、41b)，其在预先确定的参考方向上振动；

振动驱动单元(6)，用于使所述振动器(41a、41b)以预先确定的恒定振幅振动；以及

检测波形产生单元(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、20a、20b、45a1、45a2、45b1、45b2、45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B、75、76)，用于根据施加到所述振动器(41a、41b)上的角速度来检测所述振动器(41a、41b)在与所述参考方向正交的角速度检测方向上的振动分量，以及根据所述振动分量来产生第一或第二检测波形，

所述反相波形合成部分(6、7、16、21、121)将从所述第一角速度传感器单元(100)获得的所述第一检测波形与从所述第二角速度传感器单元(200)获得的第二检测波形以下面的方式进行合成，即所述第一检测波形的相位与所述第二检测波形的相位相反，

所述第一检测波形是根据所述第一角速度传感器(100)中的振动器(41a)的位移量来产生的，以及所述第二检测波形是根据所述第二角速度传感器(200)中的振动器(41b)的位移量来产生的，和

所述异常监测信号产生和输出单元(7、8、16、21、121、124)根据由所述第一和第二检测波形合成的合成反相波形来产生并输出一异常监测信号，其中，所述异常检测信号用于监测传感器输出的异常。

2.根据权利要求1的传感器，还包含：

信号输出单元(10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)，其包括同相波形合成部分(8、10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)，其中

所述振动驱动单元(6)使所述第一和第二角速度传感器(100、200)的所述振动器(41a，41b)同步地振动，

所述同相波形合成部分(8、10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)以下面的方式将所述第一检测波形与所述第二检测波形进行合成，即所述第一检测波形的相位与所述第二检测波形的相位是同相的，和

所述信号输出单元(10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)输出从所述第一和第二检测波形合成的合成同相波形，作为角速度信号，其中，叠加在所述第一和第二检测波形上的加速度波形分量被消除。

3.根据权利要求2的传感器，其中：

使所述第一和第二角速度传感器(100、200)中的振动器(41a、41b)在所述参考方向上同步地反相振动，从而获得所述第一和第二检测波形，所述第一和第二检测波形的相位是彼此相反的，

所述信号输出单元(10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)中的同相波形合成部分(8、10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)是通过差值计算装置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)来提供的，所述差值计算装置用于计算所述第一检测波形与所述第二检测波形之间的差分波形，和

所述异常监测信号产生和输出单元(7、8、121、124)中的反相波形合成部分(6、7、121)是通过加法计算装置(7)来提供的，所述加法计算装置用于计算所述第一检测波形与所述第二检测波形之间的相加波形。

4.根据权利要求2或3的传感器，其中：

所述第一和第二角速度传感器(100、200)每一个中的检测波形产生单元(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)都是电容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)，用于检测作为根据所述振动器(41a、41b)之振动的电极距离变化的振动，

所述用于检测振动的电容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)包括具有多个分电极的信号输出侧电极(55a、55b、65a、65b)，所述多个分电极的每一个都输出一个分输出，作为所述用于检测振动的电容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)的电荷变化输出，其中，所述电荷变化输出提供所述第一或第二检测波形，和

所述异常监测信号产生和输出单元(7、8、121、124)根据所述多个分电极的分输出来产生所述异常监测信号。

5.根据权利要求4的传感器，其中：

所述用于检测振动的电容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)的所述信号输出侧电极(55a、55b、65a、65b)还包括检测侧可移动电极(65a、65b)以及检测侧固定电极(55a、55b)，

所述信号输出侧电极(55a、55b、65a、65b)的所述多个分电极是通过所述检测侧固定电极(55a、55b)来提供的，

所述检测侧可移动电极(65a，65)具有设置在所述振动器侧的梳齿形状，

所述检测侧固定电极(55a、55b)具有设置在用于容纳所述振动器(41a、41b)的框架侧上的梳齿形状，和

所述检测侧固定电极(55a、55b)的梳齿形状与所述检测侧可移动电极(65a、65b)的梳齿形状啮合在一起。

6.根据权利要求5的传感器，其中：

所述第一和第二角速度传感器(100、200)每一个中的用于检测振动的所述电容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)包括第一振动检测电容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A)以及第二振动检测电容器(45S1、45S2、45S1B、45S2B)，

所述第一振动检测电容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A)设置在所述振动器(41a、41b)在所述角速度检测方向上的第一端部，

所述第二振动检测电容器(45S1、45S2、45S1B、45S2B)设置在所述振动器(41a、41b)在所述角速度检测方向上的第二端部，

所述第一和第二振动检测电容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)产生具有彼此相反相位的所述第一或者第二检测波形，和

所述第一和第二振动检测电容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)的每一个都包括由第一和第二分电极提供的所述信号输出侧电极(55a、55b、65a、65b)。

7.根据权利要求6的传感器，其中：

差值计算装置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)对从所述第一角速度传感器(100)中的所述第一和第二振动检测电容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A、45S1B、45S2B)的所述第一分电极(S1、S2)输出的分输出进行合成，从而获得第一异常监测准备信号(Σ1)，

所述差值计算装置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)对从所述第一角速度传感器(100)中的所述第一和第二振动检测电容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A、45S1B、45S2B)的所述第二分电极(S3、S4)输出的分输出进行合成，从而获得第二异常监测准备信号(Σ2)，

所述第一和第二异常监测准备信号是同相的，

所述差值计算装置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)对从所述第二角速度传感器(200)中的所述第一和第二振动检测电容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A、45S1B、45S2B)的所述第一分电极输出的分输出进行合成，从而获得第三异常监测准备信号(Σ3)，

所述差值计算装置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)对从所述第二角速度传感器(200)中的所述第一和第二振动检测电容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A、45S1B、45S2B)的所述第二分电极输出的分输出进行合成，从而获得第四异常监测准备信号(Σ4)，和

所述第三和第四异常监测准备信号是同相的。

8.根据权利要求7的传感器，其中：

所述第一角速度传感器(100)预先对所述第一和第二异常监测准备信号进行加法计算，

所述第二角速度传感器(200)预先对所述第三和第四异常监测准备信号进行加法计算，和

所述差值计算装置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)计算来自所述第一角速度传感器(100)的预先相加的第一和第二异常监测准备信号与来自所述第二角速度传感器(200)的预先相加的第三和第四异常监测准备信号之间的差值，从而获得作为所述差值的所述异常监测信号。

9.根据权利要求7的传感器，其中：

所述差值计算装置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)计算来自所述第一和第二角速度传感器(100、200)的所述第一和第三异常监测准备信号之间的第一差值，从而获得所述差值计算装置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)之输出电压的第一异常，

所述差值计算装置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)计算来自所述第一和第二角速度传感器(100、200)的第二和第四异常监测准备信号之间的第二差值，从而获得所述差值计算装置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)之输出电压的第二异常，和

所述异常监测信号产生和输出单元(7、8、121、124)根据所述第一和第二异常来执行最终的异常确定。

10.根据权利要求6的传感器，还包括：

第一差值计算装置(CA1A、CA3A、121A1)，用于计算来自所述第一和第二角速度传感器(100、200)之间的所述第一振动检测电容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A)之所述第一分电极的分输出的差值；

第二差值计算装置(CA2A、CA4A、121B1)，用于计算来自所述第一和第二角速度传感器(100、200)之间的所述第一振动检测电容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A)之所述第二分电极的分输出的差值；

第三差值计算装置(CA1B、CA3B、121A2)，用于计算来自所述第一和第二角速度传感器(100、200)之间的所述第二振动检测电容器(45S1、45S2、45S1B、45S2B)之所述第一分电极的分输出的差值；

第四差值计算装置(CA2B、CA4B、121B2)，用于计算来自所述第一和第二角速度传感器(100、200)之间的所述第二振动检测电容器(45S1、45S2、45S1B、45S2B)之所述第二分电极的分输出的差值，其中

所述差值计算装置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)确定所述第一差值计算装置(CA1A、CA3A、121A1)之输出电压的第一异常，

所述差值计算装置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)确定所述第二差值计算装置(CA2A、CA4A、121B1)之输出电压的第二异常，

所述差值计算装置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)确定所述第三差值计算装置(CA1B、CA3B、121A2)之输出电压的第三异常，

所述差值计算装置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)确定所述第四差值计算装置(CA2B、CA4B、121B2)之输出电压的第四异常，和

所述异常监测信号产生和输出单元(7、8、121、124)根据所述第一到第四异常来执行最终的异常确定。

11.根据权利要求1的传感器，还包括：

第一振幅监测装置(47a)，用于检测所述第一角速度传感器(100)中的振动器(41a)在所述参考方向上的驱动振幅，以输出所述第一振幅监测波形；和

第二振幅监测装置(47b)，用于检测所述第二角速度传感器(200)中的振动器(41b)在所述参考方向的驱动振幅，以输出所述第二振幅监测波形。

12.根据权利要求11的传感器，还包括：

模拟计算放大器(7、11)，用于放大从所述第一和第二振幅监测波形合成的合成反相波形，其中

所述模拟计算放大器(7、11)设置在所述反相波形合成部分(6、7、16、21)中或者设置在所述反相波形合成部分(6、7、16、21)的下游电路侧上。

13.根据权利要求11的传感器，还包括：

校正单元(11)、用于校正从所述第一和第二振幅监测波形合成的合成反相波形；以及

模拟计算放大器(7、11)，用于放大所述合成反相波形，其中

所述校正单元(11)设置在所述异常监测信号产生和输出单元(7、8、16、21)中，和

所述模拟计算放大器(7、11)设置在所述反相波形合成部分(6、7、16、21)中或者设置在反相波形合成部分(6、7、16、21)的下游电路侧上。

14.根据权利要求11-13任意一个的传感器，还包括：

具有同相波形合成部分(10、21)的振动驱动控制单元(11-15)，其中

所述同相波形合成部分(10、21)以下面的方式对所述第一振幅监测波形和第二振幅监测波形进行合成，即所述第一振幅监测波形的相位和所述第二振幅监测波形的相位是同相的，

所述振动驱动控制单元(11-15)根据从同相的所述第一和第二监测波形合成的合成第一和第二振幅监测波形的振幅，来控制所述第一和第二角速度传感器(100、200)的驱动振幅，

所述振动驱动单元(6)产生所述第一和第二角速度传感器(100、200)的驱动振幅，

所述第一和第二角速度传感器(100、200)的振动器(41a、41b)是同步振动的，和

所述异常监测信号产生和输出单元(7、8、16、21)中的所述反相波形合成部分(6、7、16、21)设置在所述振动驱动单元(11-15)的所述同相波形合成部分(10、21)之前。

15.根据权利要求14的传感器，还包括：

差分波形计算装置(21)，用于计算所述第一振幅监测波形与所述第二振幅监测波形之间的差分波形，以及用于输出作为角速度信号的波形，其中消除了将要叠加在第一和第二角速度检测波形上的同相加速度波形分量，

所述第一和第二角速度传感器(100、200)每一个的振动驱动单元(6)都在所述参考方向上同步地反相振动所述振动器(41a，41b)，从而以相反相位产生所述第一和第二角速度检测波形，

所述异常监测信号产生和输出单元(7、8、16、21)中的反相波形合成部分(6、7、16、21)包括加法计算部分(16)，用于将所述第一振幅监测波形与所述第二振幅监测波形相加，和

所述第一振幅监测波形和所述第二振幅监测波形是被同步反相输出的。

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