DE102005026955A1 - Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps - Google Patents

Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps Download PDF

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DE102005026955A
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Yuji Kariya Kutsuna
Hajime Kariya Ito
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Denso Corp
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    • G01C19/5719Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using planar vibrating masses driven in a translation vibration along an axis
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Abstract

Ein Winkelgeschwindigkeitssensor besitzt einen Schwingungserzeuger, welcher entlang einer Bezugsrichtung unter einer festen Frequenz im Ansprechen auf ein Ansteuersignal schwingt und entlang einer Erfassungsrichtung senkrecht zu der Bezugsrichtung entsprechend einer dem Schwingungserzeuger übertragenen Winkelgeschwindigkeit schwingt. Ein Überwachungssignalgenerator erzeugt ein Überwachungssignal, welches eine Wellenform des Schwingungserzeugers aufweist, welcher entlang einer Bezugsrichtung schwingt. Ein Taktsignalgenerator erzeugt aus dem Überwachungssignal ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal, welches eine Frequenz aufweist, die identisch zu derjenigen des ersten Taktsignals ist, und eine Pegeländerung, welche zu einem Zeitpunkt auftritt, der sich von demjenigen bei dem zweiten Taktsignal unterscheidet. Das erste Taktsignal wird verwendet, um die Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Bezugsrichtung beizubehalten. Ein Winkelgeschwindigkeitsdetektor erfasst die Winkelgeschwindigkeit aus einer Wellenform der Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Erfassungsrichtung unter Verwendung des zweiten Taktsignals.

Description

  • Querverweis auf eine verwandte Anmeldung
  • Diese Anmeldung basiert auf der früheren japanischen Patentanmeldung 2004-174688, welche am 11. Juni 2004 eingereicht wurde, und beansprucht deren Priorität, so dass deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps, bei welchem ein Schwingungserzeuger im Ansprechen auf ein Ansteuersignal schwingt und eine dem Schwingungserzeuger übertragene Winkelgeschwindigkeit als Winkelgeschwindigkeit erfasst wird, während ein Pegel des Ansteuersignals ansteigt und eine Vorspannung einem beweglichen Abschnitt des Schwingungserzeugers aufgebracht wird.
  • Als Winkelgeschwindigkeitssensor (oder Gyrosensor) sind ein Sensor eines mechanischen Typs, ein Sensor eines optischen Typs und ein Sensor des Typs eines fließenden Fluids bekannt. Bei dem mechanischen Typ wird die Präzession eines rotierenden Körpers dazu verwendet, eine dem Körper übertragene Winkelgeschwindigkeit zu erfassen. Bei dem optischen Typ wird ein Empfangszeitablauf eines in einem rotierenden Kasten zirkulierenden Laserstrahls im Ansprechen auf eine dem Kasten übertragene Winkelgeschwindigkeit verändert, und es wird die Winkelgeschwindigkeit auf der Grundlage eines Änderungsgrads erfasst. Bei dem Typ eines fließenden Fluids wird ein Gas einem erwärmten Draht in einem rotierenden Kasten injiziert. Ein Betrag des injizierten Gases wird im Ansprechen einer dem Kasten übertragenen Winkelgeschwindigkeit verändert, und die Temperatur des erwärmten Drahts hängt von dem Betrag von injiziertem Gas ab. Die Winkelgeschwindigkeit wird auf der Grundlage der Temperatur des erwärmten Drahts erfasst.
  • Des weiteren bestand kürzlich ein Bedarf an einem Winkelgeschwindigkeitssensor, welcher für ein Fahrzeugsteuersystem, ein Autonavigationssystem oder dergleichen verwendet wird. Insbesondere ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps im Vergleich mit anderen Typen preiswert und leichtgewichtig, so dass dieser Schwingungstyp für ein Fahrzeug hauptsächlich verwendet wird. Beispielsweise schlägt die erste japanische Veröffentlichungsschrift Nr. 2003-021517 eine Winkelgeschwindigkeitsmessvorrichtung für ein Fahrzeug vor, bei welchem das Vorhandensein eines Defekts der Vorrichtung schnell erfasst wird.
  • Bei diesem Schwingungstyp schwingt ein Schwingungserzeuger in einer vorbestimmten Bezugsrichtung mit einer festen Frequenz im Ansprechen auf ein Ansteuersignal, welches aus einer Schwingungskomponente des Schwingungserzeugers entlang der Bezugsrichtung erzeugt wird. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit dem Schwingungserzeuger übertragen wird, wird eine Coriolis-Kraft entlang einer Erfassungsrichtung senkrecht zu der Bezugsrichtung erzeugt, und es lässt die Coriolis-Kraft zusätzlich den Schwingungserzeuger entlang der Erfassungsrichtung schwingen. Eine zweite Schwingungskomponente des Schwingungserzeu gers entlang der Erfassungsrichtung wird von dem Schwingungserzeuger erfasst, und es wird eine Information bezüglich der Winkelgeschwindigkeit aus dieser zweiten Schwingungskomponente erlangt.
  • Insbesondere wird eine synchrone Erfassungseinheit in dem Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps verwendet, um ein Winkelgeschwindigkeitssignal zu erfassen, welches die Winkelgeschwindigkeit aus der zweiten Schwingungskomponente des Schwingungserzeugers anzeigt. Die Stärke der Coriolis-Kraft ist proportional zu einem Vektorprodukt einer Schwingungsgeschwindigkeit des Schwingungserzeugers entlang der Bezugsrichtung und einer dem Schwingungserzeuger übertragenen Winkelgeschwindigkeit, und es wird ein Signal, welches die Schwingungsgeschwindigkeit des Schwingungserzeugers anzeigt, derart gesteuert, dass eine Sinuswellenform entsprechend dem Ansteuersignal erlangt wird, welches eine Schwingungswellenform mit einer festen Frequenz besitzt. Als Ergebnis dieser Steuerung besitzt das auf der Coriolis-Kraft basierende Winkelgeschwindigkeitssignal dieselbe Frequenz wie das Ansteuersignal. Daher wird ein Wellenerfassungstaktsignal, welches dieselbe Frequenz wie das Ansteuersignal besitzt, aus einem Sinuswellensignal erzeugt, welches dieselbe Wellenform wie das Ansteuersignal besitzt, und ein synchroner Phasendetektor erfasst das Winkelgeschwindigkeitssignal aus der zweiten Schwingungskomponente des Schwingungserzeugers auf der Grundlage der synchronen Erfassung unter Verwendung des Wellenerfassungstaktsignals.
  • Wenn das Ansteuersignal auf einen vorbestimmten Spannungspegel festgelegt wird, welcher im Allgemeinen in einem Steuersystem verwendet wird, ist des weiteren die dem Schwingungserzeuger angelegte Spannung unzureichend, den Schwingungserzeuger verlässlich zum Schwingen zu bringen.
  • Daher ist eine Spannungserhöhungsschaltung vorgesehen, um einen Spannungspegel des Ansteuersignals zu erhöhenen und eine erhöhte Spannung einem beweglichen Abschnitt des Schwingungserzeugers als Vorspannung anzulegen. In diesem Fall erfordert die Spannungserhöhungsschaltung ein Spannungserhöhungstaktsignal, um eine Spannung zu erhöhenen, welche im Allgemeinen dem Steuersystem angelegt wird. Wenn eine Schaltung zur Erzeugung des Spannungsverstärkungstaktsignals zusätzlich zu einer Steuerschaltung des Sensors bereitgestellt wird, ist der Sensor äußerst groß.
  • Um die Sensorgröße zu verringern, wird das Spannungserhöhungstaktsignal aus einem Sinuswellensignal mit derselben Wellenform wie derjenigen des Ansteuersignals auf dieselbe Weise wie das Wellenerfassungstaktsignal erzeugt. In diesem Fall ändert jedes der Taktsignale seinen Pegel, wenn das entsprechende Sinuswellensignal seinen Nullpegel durchläuft. Daher besitzt das Spannungserhöhungstaktsignal dieselbe Frequenz und Phase wie das Wellenerfassungstaktsignal, und der Pegel des Spannungserhöhungstaktsignals wird nahezu gleichzeitig zu einer Zeit verändert, zu welcher das Sinuswellensignal, welches zur Erzeugung des Wellenerfassungstaktsignals verwendet wird, seinen Nullpegel durchläuft.
  • Jedoch wird leicht ein Rauschen, welches infolge einer Pegeländerung des Spannungserhöhungstaktsignals erzeugt wird, dem Sinuswellensignal überlagert, welches zur Erzeugung des Wellenerfassungstaktsignals verwendet wird. In diesem Fall wird das Rauschen des Spannungserhöhungstaktsignals nahe dem Nullpegel des Sinuswellensignals entsprechend dem Pegel platziert, welcher die Flanken des Wellenerfassungstaktsignals ändert. Als Ergebnis wird das Wellenerfassungstaktsignal leicht einem Flattern bzw. Zittern oder dergleichen hervorgerufen durch das Rauschen unterworfen, und es wird die Genauigkeit der Wellenerfas sung zur Erfassung des Winkelgeschwindigkeitssignals unerwünscht verringert.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es, unter Berücksichtigung der Nachteile des herkömmlichen Sensors eines Schwingungstyps einen Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps zu schaffen, bei welchem eine einem Schwingungserzeuger übertragene Winkelgeschwindigkeit mit einer hohen Genauigkeit unter Verwendung eines Wellenerfassungstaktsignals erfasst wird, welches aus einer Wellenform der Schwingung des Schwingungserzeugers erlangt wird, während ein Spannungserhöhungstaktsignal, welches aus der Schwingungswellenform erlangt wird, verwendet wird, um die Schwingung des Schwingungserzeugers aufrechtzuerhalten.
  • Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps bereitgestellt, welcher einen Schwingungserzeuger, einen Überwachungssignalgenerator, einen Taktsignalgenerator und einen Winkelgeschwindigkeitsdetektor aufweist. Der Schwingungserzeuger schwingt entlang einer Bezugsrichtung mit einer festen Frequenz im Ansprechen auf ein Ansteuersignal, empfängt eine dem Schwingungserzeuger übertragene Winkelgeschwindigkeit und schwingt entlang einer Erfassungsrichtung senkrecht zu der Bezugsrichtung entsprechend der Winkelgeschwindigkeit. Der Überwachungssignalgenerator erzeugt ein Überwachungssignal, welches eine Wellenform der Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Bezugsrichtung besitzt. Der Taktsignalgenerator erzeugt aus dem Überwachungssignal ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal, welches eine Frequenz aufweist, die identisch zu derjenigen des ersten Taktsignals ist, auf eine Weise, dass ein Pegel des ersten Taktsig nals zu einem Zeitpunkt verändert wird, der sich von demjenigen in dem zweiten Taktsignal unterscheidet. Das erste Taktsignal wird dazu verwendet, die Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Bezugsrichtung aufrechtzuerhalten. Der Winkelgeschwindigkeitsdetektor erfasst die Winkelgeschwindigkeit aus einer Wellenform der Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Erfassungsrichtung unter Verwendung des zweiten Taktsignals und gibt die erfasste Winkelgeschwindigkeit aus.
  • Da ein Pegel des ersten Taktsignals zu einem Zeitpunkt verändert wird, welcher sich von demjenigen in dem zweiten Taktsignal unterscheidet, wird das zweite Taktsignal kaum durch Rauschen deformiert, welches während der Erzeugung des ersten Taktsignals generiert wird. Dementsprechend kann eine synchrone Erfassung für ein Signal, welches die Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Erfassungsrichtung anzeigt, unter Verwendung des zweiten Taktsignals durchgeführt werden, während das erste Taktsignal zur Aufrechterhaltung der Schwingung des Schwingungserzeugers verwendet wird, und es kann die Winkelgeschwindigkeit mit einer hohen Genauigkeit erfasst werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Ansicht, welche die Konfiguration eines Winkelgeschwindigkeitssensors eines Schwingungstyps einer Ausführungsform der vorliegende Erfindung darstellt;
  • 2 zeigt eine Draufsicht, welche eine beispielhafte Struktur eines in 1 dargestellten Schwingungserzeugers darstellt;
  • 3 zeigt eine Ansicht, welche eine in 1 dargestellte Spannungserhöhungsschaltung darstellt;
  • 4 stellt eine Beziehung der Phase zwischen einem Spannungserhöhungstaktsignal und einem Wellenerfassungstaktsignal dar;
  • 5A stellt ein Sinuswellensignal wa und ein Rechteckwellensignal wb dar, welches aus dem Sinuswellensignal wa erlangt wird, wenn kein Rauschen dem Signal wa überlagert wird;
  • 5B stellt ein deformiertes Sinuswellensignal wa' und ein deformiertes Rechteckwellensignal wb' dar, welches aus dem deformierten Sinuswellensignal wa' in einem Fall erlangt wird, bei welchem kein Rauschen dem Signal wa' überlagert wird, wenn das Sinuswellensignal wa' auf einen Pegel nahe seinem Nullpegel platziert wird; und
  • 5C stellt das phasenverschobene Schwingungsüberwachungssignal wa und das Wellenerfassungstaktsignal wb dar, welches erlangt wird, wenn durch das Spannungserhöhungstaktsignal erzeugtes Rauschen dem Signal wa bei dieser Ausführungsform überlagert wird.
  • Detailierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Eine Ausführungsform der vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
  • Ausführungsform
  • 1 zeigt eine Ansicht, welche die Konfiguration eines Winkelgeschwindigkeitssensors eines Schwingungstyps einer Ausführungsform der vorliegende Erfindung darstellt. Wie in 1 dargestellt, besitzt ein Winkelgeschwindigkeitssensor 1 einen Schwingungserzeuger 100, eine Überwachungssignalerzeugungseinheit 71, eine Taktsignalerzeugungseinheit 72 und einen Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt 7.
  • Der Schwingungserzeuger 100 schwingt entlang einer vorbestimmten Bezugsrichtung mit einer festen Frequenz im Ansprechen auf ein Ansteuersignal, empfängt eine dem Schwingungserzeuger 100 übertragene Winkelgeschwindigkeit und schwingt entlang einer Erfassungsrichtung senkrecht zu der Bezugsrichtung entsprechend der Winkelgeschwindigkeit. Die Erzeugungseinheit 71 erzeugt ein Überwachungssignal, welches eine Wellenform aufweist, welche die Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Bezugsrichtung anzeigt. Die Erzeugungseinheit 72 erzeugt aus dem Überwachungssignal ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal, welches eine Frequenz aufweist, die identisch zu derjenigen des ersten Taktsignals ist, derart, dass ein Pegel des ersten Taktsignals zu einem Zeitpunkt geändert wird, welcher unterschiedlich zu demjenigen in dem zweiten Taktsignal ist. Das erste Taktsignal wird verwendet, um die Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Bezugsrichtung aufrechtzuerhalten. Der Erfassungsabschnitt 7 erfasst die Winkelgeschwindigkeit aus einer Wellenform, welche die Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Erfassungsrichtung anzeigt, unter Verwendung des zweiten Taktsignals und gibt die erfasste Winkelgeschwindigkeit dem Schwingungserzeuger aus.
  • Vorzugsweise besitzt der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 eine Ansteuersignalerzeugungseinheit 74, um das Ansteuersignal aus dem Überwachungssignal zu erzeugen, und sendet das Ansteuersignal dem Schwingungserzeuger 100, um den Schwingungserzeuger 100 entlang der Bezugsrichtung mit der festen Frequenz schwingen zu lassen. Des weiteren besitzt der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 vorzugsweise eine Spannungserhöhungseinheit 73, um eine angelegte Spannung Vcc unter Verwendung des ersten Taktsignals zu erhöhen und eine erhöhte Spannung zu erzeugen. Die erhöhte Spannung wird dazu verwendet, den Schwingungserzeuger 100 stabil schwingen zu lassen.
  • Ein Schwingungsansteuerabschnitt 6 setzt sich zusammen aus den Erzeugungseinheiten 71, 72 und 74 und der Erhöhungseinheit 73.
  • Der Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt 7 besitzt eine zweite Schwingungserfassungseinheit 75 und eine Winkelgeschwindigkeitserfassungseinheit 76. Die Erfassungseinheit 75 erfasst eine Schwingungskomponente entlang der Erfassungsrichtung aus der Schwingung des Schwingungserzeugers 100 und erzeugt ein Schwingungserfassungssignal, welches eine modulierte Wellenform der Winkelgeschwindigkeit aufweist, aus der erfassten Schwingungskomponente entlang der Erfassungsrichtung. Die Erfassungseinheit 76 erfasst die Winkelgeschwindigkeit entlang der Erfassungsrichtung aus dem Schwingungserfassungssignal unter Verwendung des zweiten Taktsignals.
  • Die Konfiguration des Winkelgeschwindigkeitssensors 1 wird detailliert beschrieben.
  • Der Schwingungserzeuger 100 ist beispielsweise aus einem Halbleitersubstrat wie einem SOI-Substrat (Silizium-auf-Isolator-Substrat) unter Verwendung einer bekannten Halbleiterherstellungstechnik gebildet. Das SOI-Substrat hat eine verdünnte Siliziumschicht, einen Oxidfilm und einen Basiswafer (oder eine andere Siliziumschicht), welcher an der verdünnten Siliziumschicht durch den Oxidfilm befestigt ist.
  • 2 zeigt eine Draufsicht, welche eine beispielhafte Struktur des Schwingungserzeugers 100 darstellt. Entsprechend 2 ist eine Öffnung 14 in einem SOI-Substrat durch partielles Entfernen sowohl eines (nicht dargestellten) Oxidfilms, welcher eine verdünnte Siliziumschicht 12 trägt, als auch einer anderen (nicht dargestellten) Siliziumschicht vorgesehen, welche an der Schicht 12 durch den Oxidfilm befestigt ist. Gräben sind in der Siliziumschicht 12 vorgesehen, um die Siliziumschicht 12 in einen beweglichen Abschnitt 30, welcher in der Öffnung 14 angeordnet ist, und einen Basisabschnitt 20 zu unterteilen, welcher den beweglichen Abschnitt 30 umgibt. Der bewegliche Abschnitt 30 besitzt Ansteuerungs- bzw. Erregungsausleger oder -balken 33 und Erfassungsausleger 34, durch welche der bewegliche Abschnitt 30 durch den Basisabschnitt 20 getragen wird. Jeder Ansteuerungsausleger 33 ist als Feder entlang einer Bezugsrichtung X deformierbar. Jeder Erfassungsausleger 34 ist als Feder entlang einer Erfassungsrichtung Y senkrecht zu der Bezugsrichtung X auf der Oberfläche der Siliziumschicht 12 deformierbar.
  • Ansteuerungselektroden 40, Erfassungselektroden 50 und Überwachungselektroden 60 sind an Positionen angeordnet, an welchen der Rand des beweglichen Abschnitts 30 dem Basisabschnitt 20 zugewandt ist. Jede Elektrode besitzt Zinkenabschnitte, welche in einer Kammzinkenform gebildet sind. Ein Ansteuersignal, welches eine Sinuswellenform mit einer festen Frequenz aufweist, wird dem beweglichen Abschnitt 30 durch die Ansteuerelektroden 40 angelegt. Eine Schwingungskomponente einer Schwingung des beweglichen Abschnitts 30 entlang der Bezugsrichtung X wird als Schwingungsüberwachungssignal der Schwingungserfassungseinheit 71 durch die Überwachungselektroden 60 ausgegeben.
  • Der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 ist beispielsweise auf einem Fahrzeug angebracht, um eine durch die parallelen Richtungen X und Y definierte Ebene zu einer horizontalen Ebene zu gestalten.
  • Wenn eine Rotationskraft dem Schwingungserzeuger 100 durch Ändern einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs aufgebracht wird, wird eine Winkelgeschwindigkeit Ω, welche eine Zeitintegration der Rotationskraft bezeichnet, erzeugt und dem Schwingungserzeuger 100 entlang einer Rotationsrichtung (oder vertikalen Richtung) um die z-Achse senkrecht zu einer Ebene übertragen, welche durch die Richtungen X und Y definiert wird. In diesem Fall schwingt der Schwingungserzeuger 100 zusätzlich entlang der Abtastungsrichtung Y, und es wird eine Kapazität eines Kondensators, welcher von den Erfassungselektroden 50 umgeben ist, geändert. Die Änderung der Kapazität wird durch die Erfassungselektroden 50 als Erfassungssignal der Winkelgeschwindigkeit Ω entlang der Erfassungsrichtung Y ausgegeben.
  • Das SOI-Substrat, welches den Schwingungserzeuger 100 aufweist, ist auf einem (nicht dargestellten) Schaltungssubstrat angebracht. Die Elektroden 40, 50 und 60 sind elektrisch mit dem Schaltungssubstrat durch Anschlüsse 41, 51 bzw. 61 und die Drähte 42, 52 bzw. 62 verbunden.
  • Wenn ein Ansteuersignal, welches eine Sinuswellenform oder dergleichen aufweist, von dem Schwingungsansteuerungsabschnitt 6 des Schaltungssubstrats den Ansteuerungselektroden 40 und eine DC-Vorspannung dem beweglichen Abschnitt 30 durch einen Anschluss K (siehe 1) dem Schwingungserzeuger 100 eingegeben werden, schwingt der bewegliche Abschnitt 30, welcher mit dem Basisabschnitt 20 durch die Ansteuerungsausleger 33 verbunden ist, in der Richtung X. In dieser Ansteuerungsschwingung werden die Frequenz und Amplitude der Ansteuerungsschwingung des beweglichen Abschnitts 30 durch Überwachen einer Änderung einer Kapazität eines durch Kammzinken jeder Überwachungselektrode 60 gebildeten Kondensators überwacht, und es wird das Ansteuersignal eingestellt, um die Amplitude der Ansteuerungsvibration auf einen vorbestimmten Wert aufrecht zu erhalten.
  • Wenn dem Schwingungserzeuger 100 eine Winkelgeschwindigkeit Ω während der Ansteuerungs- bzw. Erregungsschwingung des beweglichen Abschnitts 30 übertragen wird, wird eine Coriolis-Kraft in dem beweglichen Abschnitt 30 entlang der Richtung Y erzeugt, um die Erfassungsausleger 34 schwingen zu lassen, und der bewegliche Abschnitt 30 schwingt entlang der Richtung Y. Bei dieser Erfassungsschwingung wird eine Kapazität eines durch Kammzinken jeder Erfassungselektrode 50 gebildeten Kondensators verändert. wenn diese Änderung als Erfassungssignal von den Erfassungselektroden 50 dem Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt 7 ausgegeben werden, wird die Stärke der Winkelgeschwindigkeit Ω erlang.
  • Um wieder auf 1 zurückzukommen, es weist die Erfassungseinheit 71 des Ansteuerungsabschnitts 6 C/V-Wandler 2 und einen Differenzverstärker 3 auf. Die Erzeugungseinheit 72 besitzt einen Phasenschieber 14, einen Komparator 6k und einen Komparator 5. Der Komparator 5 ist in dem Erfassungsabschnitt 7 angeordnet. Die Erhöhungseinheit 73 besitzt eine Spannungserhöhungsschaltung 4. Die Erzeugungseinheit 74 besitzt einen AC/DC-Wandler 11, einen Differenzverstärker 13 und einen Multiplizierer 15.
  • Im Betrieb wird eine Kapazität eines Kondensators in jeder Überwachungselektrode 60 infolge einer Schwingung des beweglichen Abschnitts 30 entlang der Richtung X verändert. Die C/V-Wandler 2 empfangen Signale, welche Kapazitätsänderungen invers zueinander von den Überwachungsanschlüssen 61 jeweils empfangen. Jeder C/V-Wandler 2 wandelt das empfangene Signal in ein Spannungssignal um. Der Verstärker 3 verstärkt eine Differenz zwischen den Spannungssignalen, um ein Schwingungsüberwachungssignal zu erlangen, welches eine Sinuswellenform und eine feste Frequenz aufweist. Die Einheiten 72, 73 und 74 erzeugen ein Ansteuersignal aus dem Schwingungsüberwachungssignal und übertragen das Ansteuersignal den Ansteuerungsanschlüssen 41 des Schwingungserzeugers 100, um den Schwingungserzeuger 100 entlang der Richtung X mit einer festen Frequenz schwingen zu lassen. Daher ist der Ansteuerungsabschnitt 6 als Selbstschwingungstyp konfiguriert.
  • Insbesondere gibt der Verstärker 3 das Schwingungsüberwachungssignal einer Eingangsleitung 3a aus, und der Komparator 6k, der AC/DC-Wandler 11 und der Phasenschieber 14 empfangen das Signal über Leitungen 6a, 6b und 6c, welche jeweils von der Leitung 3a abzweigen. Der Phasenschieber 14 schiebt eine Phase des Schwingungsüberwachungssignals um 90 Grad. Der AC/DC-Wandler 11 wandelt einen Wechselstrom des Schwingungsüberwachungssignals in einen Gleichstrom um, um das Signal zu glätten, und gibt das geglättete Signal als Amplitudenerfassungssignal aus, welches eine Amplitude des Schwingungsüberwachungssignals anzeigt. Der Differenzverstärker 13 berechnet eine Differenz zwischen dem Pegel des Amplitudenerfassungssignals und einer Bezugsspannung Vref1 entsprechend einem gesteuerten Amplitudenpegel. Die Differenz zeigt einen Grad einer Korrektur des Pegels des Schwingungsüberwachungssignals an. Der Differenzverstärker 13 gibt ein Amplitudenkorrektursignal, welches den Grad einer Korrektur anzeigt, dem Multiplizierer 15 aus. Der Multiplizierer 15 multipliziert ein von dem Phasenschieber 14 ausgegebenes phasenverschobenes Schwingungsüberwachungssignal mit dem von dem Amplitudenkorrektursignal angezeigten Korrekturgrad und erzielt ein als eingestellte Amplitude festgelegtes Ansteuersignal. wenn das Ansteuersignal dem Ansteuerungsanschluss 41 des Schwingungserzeugers 100 eingegeben wird, wird daher die Schwingung des Schwingungserzeugers 100 entlang der Bezugsrichtung X mit einer vorbestimmten Stärke beibehalten. Des weiteren erhöht der Multiplizierer 15 einen Spannungspegel des Ansteuersignals unter Verwendung einer erhöhten Spannung Vout der Spannungserhöhungsschaltung 4.
  • Kurz dargestellt, der Phasenschieber 14 erzeugt ein phasenverschobenes Schwingungsüberwachungssignal aus dem Schwingungsüberwachungssignal, wobei das aus dem phasenverschobenen Schwingungsüberwachungssignal erlangte Ansteuersignal den Ansteuerungselektroden 40 des Schwingungserzeugers 100 zurückgeführt wird, um den Schwingungserzeuger 100 anzusteuern, welcher in einer Schwingungswellenform entlang der Richtung X schwingt. Daher kann eine mechanische Schwingung des beweglichen Abschnitts 30 mit einer Frequenz nahe der Resonanzfrequenz des beweglichen Abschnitts 30 andauern.
  • Als Nächstes wird der Grund beschrieben, dass das Spannungssignal des Ansteuersignals erhöht wird.
  • Das von dem Schwingungserzeuger 100 erfasste Schwingungsüberwachungssignal wird auf einen Signalpegel (einen maximalen Differenzpegel zwischen einem höchsten Pegel und einem niedrigsten Pegel) von 5V in dem Verstärker 3 verstärkt. Ein Spannungspegel des aus dem Schwingungsüberwachungssignal erzeugten Ansteuersignals ist nicht hinreichend, den Schwingungserzeuger 100 anzusteuern. Daher wird der Spannungspegel des Ansteuersignals auf einen hinreichenden Spannungspegel von 16V (einen maximalen Differenzpegel) in dem Verstärker 15 unter Verwendung einer erhöhten Spannung Vout der Spannungserhöhungsschaltung 4 erhöht.
  • Insbesondere legt eine dem Komparator 6k eingegebene Bezugsspannung Vref3 den Nullpegel einer Sinuswellenform eines dem Komparator 6k eingegebenen Signals fest. Wenn in diesem Fall der Komparator 6k das Schwingungsüberwachungssignal einer Sinuswellenform empfängt, ändert der Komparator 6k den Signalpegel, welcher höher als die Bezugsspannung Vref3 ist, auf einen hohen Pegel und ändert den Signalpegel, welcher niedriger als die Bezugsspannung Vref3 ist, in einen niedrigen Pegel. Als Ergebnis erzeugt der Komparator 6k ein Spannungserhöhungstaktsignal (oder erstes Taktsignal) aus dem Schwingungsüberwachungssignal. Das Schwingungserhöhungstaktsignal besitzt eine Rechteckwellenform eines auf 50% festgelegten Tastverhältnisses. Die Spannungserhöhungsschaltung 4 erhöht eine angelegte Spannung Vcc unter Verwendung des Spannungserhöhungstaktsignals, um eine erhöhte Spannung Vout zu erzeugen.
  • 3 zeigt eine Ansicht, welche die Spannungserhöhungsschaltung 4 darstellt. Die durch einen Ladungspumpschaltkreis gebildete Spannungserhöhungsschaltung 4 besitzt eine Spannungserhöhungssteuerschaltung 4a, welche das Spannungserhöhungstaktsignal und eine angelegte Spannung Vcc empfängt, eine Reihe von Dioden D1 bis D5, welche die angelegte Spannung Vcc empfangen, Spannungserhöhungskondensatoren C1 bis C5 und einen Regler 4b. Die Kondensatoren C1 und C3 verbinden einen Spannungserhöhungsschaltanschluss P der Steuerschaltung 4a und Ausgangsanschlüsse der Dioden D1 bzw. D3. Die Kondensatoren C2 und C4 verbinden einen invertierten Spannungserhöhungsschaltanschluss P(–) der Steuerschaltung 4a und Ausgangsanschlüsse der Dioden D2 bzw. D4. Es werden ein erster Spannungsverstärker, welcher den Kondensator C1 und die Diode D1 aufweist, ein zweiter Spannungsverstärker, welcher den Kondensator C2 und die Diode D2 aufweist, ein dritter Spannungsverstärker, welcher den Kondensator C3 und die Diode D4 aufweist, und ein vierter Spannungsverstärker erlangt, welcher den Kondensator C4 und die Diode D4 aufweist.
  • Im Betrieb wird das Spannungserhöhungstaktsignal dem Taktanschluss CK der Steuerschaltung 4a eingegeben, und es wird die angelegte Spannung Vcc einem Spannungsquellenanschluss Vcc eingegeben. Während eines ersten Pegels des Taktsignals wird die angelegte Spannung Vcc den Kondensatoren C1 und C3 über den Schaltanschluss P angelegt. Während eines zweiten Pegels des Taktsignals wird die angelegte Spannung Vcc den Kondensatoren C2 und C4 über den invertierten Schaltanschluss P(–) angelegt. Daher wird das einem Eingangsanschluss der Diode D1 angelegte Spannungssignal Vcc jedem der Spannungsverstärker angelegt, und es wird eine Ausgangsspannung, welche auf einen Wert viermal höher als derjenige der angelegten Spannung Vcc festgelegt ist, an einem Ausgangsanschluss der Diode D4 ausgegeben. Danach wird die in der Ausgangsspannung erzeugte Welligkeit in der Kombination aus der Diode D5 und dem Kondensator C5 entfernt, und es wird die Ausgangsspannung in dem Regler 4b stabilisiert. Es wird von dem Regler 4b eine erhöhte Spannung Vout ausgegeben, welche auf 16V festgelegt und kleiner als die Ausgangsspannung ist.
  • Die Spannungserhöhungsschaltung 4 ist nicht auf einen Ladungspumptyp beschränkt. Beispielsweise kann die Schaltung 4 durch einen Aufwärts-DC-DC-Wandlerschaltkreis unter Verwendung einer Spannungserhöhungsspule gebildet sein.
  • In dem Winkelgeschwindigkeitserfassungsabschnitt 7 besitzt die Erfassungseinheit 75 Kapazität-zu-Spannung-(C/V-) Wandler 120, welche mit den Erfassungselektroden 50 verbunden sind, und einen Differenzverstärker 21. Die Erfassungseinheit 76 besitzt einen phasenempfindlichen Demodulator (PSD) 22 und einen Tiefpassfilter (LPF) 23. Die C/V-Wandler 120 empfangen Signale, welche Kapazitätsänderungen invers zueinander von den jeweiligen Erfassungselektroden 50 anzeigen. Jeder C/V-Wandler 120 wandelt das empfangene Signal in ein Spannungssignal um, welches eine Spannungsänderung anzeigt. Der Differenzverstärker 21 verstärkt eine Differenz zwischen den Spannungsänderungen, um ein Schwingungserfassungssignal zu erzeugen, welches eine amplitudenmodulierte Winkelgeschwindigkeit anzeigt. Der Verstärker 21 gibt das Schwingungserfassungssignal dem PSD 22 aus.
  • Der Komparator 5 der Erzeugungseinheit 72 empfängt das phasenverschobene Schwingungsüberwachungssignal, welches von dem Phasenschieber 14 ausgegeben wird, durch eine Leitung 6d und ändert das empfangene Überwachungssignal in ein Wellenerfassungstaktsignal (oder ein zweites Taktsignal). Insbesondere bestimmt eine dem Komparator 5 eingegebene Bezugsspannung Vref2 den Nullpegel des Überwachungssignals, welches eine in dem Komparator 5 empfangene Sinuswellenform besitzt. Danach ändert der Komparator 5 den Signalpegel, welcher höher als die Bezugsspannung Vref2 (oder der Nullpegel) ist, auf einen hohen Pegel und ändert den Signalpegel, welcher niedriger als die Bezugsspannung Vref2 ist, auf einen niedrigen Pegel. Als Ergebnis erzeugt der Komparator 5 ein Wellenerfassungstaktsignal von dem Schwingungsüberwachungssignal. Das Wellenerfassungstaktsignal besitzt eine Rechteckwellenform eines auf 50% festgelegten Tastverhältnisses und eine zu der Frequenz des Schwingungsüberwachungssignals identische Bezugsfrequenz. Das Wellenerfassungstaktsignal wird dem PSD 22 übertragen.
  • Der PSD 22 führt die synchrone Erfassung für das Schwingungserfassungssignal unter Verwendung des Wellenerfassungstaktsignals durch, um das Schwingungserfassungssignal zu demodulieren, und erzeugt ein Winkelgeschwindigkeitssignal, welches eine Winkelgeschwindigkeitskomponente der Schwingung des Schwingungserzeugers 100 entlang der Erfassungsrichtung Y erzeugt. Die Winkelgeschwindigkeitskomponente ist innerhalb einer vorbestimmten Frequenzzone platziert. Der LPF 23 glättet die Winkelgeschwindigkeitskomponente des Winkelgeschwindigkeitssignals und gibt ein Spannungssignal Vy aus, welches eine Gleichspannung anzeigt, die proportional zu der Winkelgeschwindigkeit ist. Wenn der Winkelgeschwindigkeitssensor 1 beispielsweise auf einem Fahrzeug angebracht ist, wird eine Änderung einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs aus der Zeitintegration der Winkelgeschwindigkeit berechnet.
  • Bei dieser Ausführungsform erzeugt der Komparator 5 das Wellenerfassungstaktsignal der Bezugsfrequenz aus dem phasenverschobenen Schwingungsüberwachungssignal. Da die Stärke der Coriolis-Kraft, welche durch Hinzufügen einer Winkelgeschwindigkeit dem Schwingungserzeuger 100 induziert wird, proportional zu einem Vektorprodukt einer Schwingungsgeschwindigkeit der Schwingung des Schwingungserzeugers in der Bezugsrichtung X und der gegebenen Winkelgeschwindigkeit ist, wird notwendigerweise eine Wellenform eines Signals, welches die Coriolis-Kraft anzeigt, um 90 Grad zu derjenigen des Schwingungsüberwachungssignals verschoben. Daher ist die Phase einer Wellenform eines phasenverschobenen Schwingungsüberwachungssignals, welche um 90 Grad in dem Phasenschieber 14 verschoben wird, identisch mit derjenigen des Signals, wel ches die Coriolis-Kraft anzeigt (d.h. die Wellenform des Winkelgeschwindigkeitssignals), so dass das Wellenerfassungstaktsignal nützlich für die synchrone Erfassung ist, um die Winkelgeschwindigkeit von dem Schwingungserfassungssignal zu erfassen.
  • Als Nächstes wird ein Mechanismus zur Verhinderung, dass sich das Spannungserhöhungstaktsignal mit der Erzeugung des Wellenerfassungstaktsignals überlagert bzw. gestört wird, unter Bezugnahme auf 4 und 5A und 5B beschrieben. 4 stellt eine Beziehung in zwei Phasen zwischen dem Spannungserhöhungstaktsignal und dem Wellenerfassungstaktsignal dar. 5A stellt ein Sinuswellensignal wa und ein Rechteckwellensignal wb dar, welches aus dem Sinuswellensignal wa erlangt wird, 5B stellt ein deformiertes Sinuswellensignal wa' und ein deformiertes Rechteckwellensignal wb', welches aus dem deformierten Sinuswellensignal wa' erlangt wird, in einem Fall dar, bei welchem ein Rauschen einem Sinuswellensignal überlagert ist, wenn ein Sinuswellensignal auf einem Pegel nahe seinem Nullpegel platziert ist, und 5C stellt das phasenverschobene Schwingungsüberwachungssignal wa und das Wellenerfassungstaktsignal wb dieser Ausführungsform dar.
  • Das Spannungserhöhungstaktsignal wird durch Ändern einer Sinuswellenform des Schwingungsüberwachungssignals in eine Rechteckwellenform erlangt, und das Wellenformerfassungstaktsignal wird durch Ändern einer Sinuswellenform des phasenverschobenen Schwingungsüberwachungssignals in eine Rechteckwellenform erlangt. Daher besitzen, wie in 4 dargestellt, die Taktsignale dieselbe Frequenz und Rechteckwellenformen, deren Phasen sich voneinander um 90 Grad unterscheiden.
  • Wenn, wie in 5A dargestellt, ein Sinuswellensignal wa in ein Rechteckwellensignal wb geändert wird, wird ein Pegel des Sinuswellensignals wa, welcher größer als eine Bezugsspannung VTH ist, auf einen hohen Pegel festgelegt, und ein Pegel des Sinuswellensignals wa, welcher kleiner als die Bezugsspannung VTH ist, wird auf einen niedrigen Pegel festgelegt. Um eine Rechteckwellenform eines Tastverhältnisses von 50% zu erlangen, wird es erfordert, die Schwellenwertspannung VTH innerhalb eines schmalen Bereichs einschließlich des Nullpegels des Sinuswellensignals wa festzulegen. Wenn ein Pegel des Signals plötzlich geändert wird, erzeugt das Signal elektromagnetisch ein Rauschen.
  • Unter der Annahme, dass die Taktsignale dieselbe Phase besitzen, werden durch das Spannungserhöhungstaktsignal gebildete Rauschflanken N leicht dem für die Bildung des Wellenerfassungstaktsignals verwendeten Sinuswellensignal zu einer Zeit überlagert, zu welcher das Sinuswellensignal auf einen Pegel nahe dem Nullpegel (oder der Bezugsspannung VTH) platziert ist. Wenn die Rauschflanken N dem Sinuswellensignal überlagert sind, wird ein Pegel des Sinuswellensignals, welcher etwas niedriger als die Bezugsspannung VTH ist, unerwünschter Weise auf einen Pegel erhöht, welcher größer als die Bezugsspannung VTH ist, oder es wird ein Pegel des Sinuswellensignals, welcher etwas höher als die Bezugsspannung VTH ist, unerwünschter Weise auf einen Pegel verringert, welcher kleiner als die Bezugsspannung VTH ist. Als Ergebnis wird, wie in 5B dargestellt, das für die Erzeugung des Wellenerfassungstaktsignals verwendete Sinuswellensignal in ein deformiertes Sinuswellensignal wa' geändert. Wenn ein Wellenerfassungstaktsignal aus der deformierten Sinuswelle wa' gebildet wird, wird ein Flattern bzw. Zittern oder dergleichen während der Bildung des Wellenerfassungstaktsignals hervorgerufen, und es wird ein Wel lenerfassungstaktsignal erzeugt, welches eine deformierte Rechteckwellenform wb' besitzt.
  • Jedoch besitzen bei dieser Ausführungsform die Taktsignale die Rechteckwellenformen mit dem Tastverhältnis von 50%, deren Phasen sich voneinander um 90 Grad unterscheiden. In diesem Fall überlagern sich die durch die Bildung des Spannungserhöhungstaktsignals hervorgerufenen Rauschflanken N' in dem Komparator 6k dem phasenverschobenen Schwingungsüberwachungssignal zu einer Zeit, zu welcher ein Pegel des Signals hinreichend größer oder niedriger als die Bezugsspannung VTH ist. Obwohl sogar, wie in 5C dargestellt, die Rauschflanken N' dem phasenverschobenen Schwingungsüberwachungssignal wa überlagert sind, wird daher ein Pegel des Überwachungssignals wa nicht zu einem Zeitpunkt des Überlagerns eines Rauschens geändert, um die Bezugsspannung VTH zu überschreiten. Als Ergebnis kann wirksam verhindert werden, dass bei diesem Winkelgeschwindigkeitssensor das Auftreten eines Flatterns in dem Komparator 5 während der Erzeugung des Wellenerfassungstaktsignals auftritt, und es kann das nicht deformierte Wellenerfassungstaktsignal wb erzeugt werden.
  • Wenn eine nicht empfindliche Zone in dem Rechteckwellensignal durch eine positive Rückkopplung oder dergleichen festgelegt wird, kann im Allgemeinen wirksam verhindert werden, dass ein Flattern in einem Komparator auftritt. Jedoch verhindert die nicht empfindliche Zone die Bildung eines auf ein Tastverhältnis von 50% festgelegten Rechteckwellensignals. Daher ist die nicht empfindliche Zone nicht zum Verhindern eines Flatterns geeignet. Bei dieser Ausführungsform kann das Auftreten von Flattern verhindert werden, ohne dass eine nicht empfindliche Zone in dem Wellenerfassungstaktsignal festgelegt wird, und es kann das Wellenerfassungstaktsignal mit einem Tastverhältnis von 50% leicht und zuverlässig erlangt werden.
  • Da das aus der Schwingung des Schwingungserzeugers 100 erlangte Schwingungsüberwachungssignal für die Erzeugung sowohl des Wellenerfassungstaktsignals als auch des Spannungserhöhungstaktsignals verwendet wird, kann dementsprechend die Größe des Winkelgeschwindigkeitssensors verringert werden.
  • Da das Spannungserhöhungstaktsignal aus dem Schwingungsüberwachungssignal erzeugt wird, wird es des weiteren nicht erfordert, eine Schaltung zum Erzeugen des Spannungserhöhungstaktsignals auf der Außenseite anzuordnen. Dementsprechend kann der Winkelgeschwindigkeitssensor vereinfacht werden.
  • Da der Schwingungserzeuger 100 durch das Ansteuersignal angesteuert wird, welches von dem Schwingungsüberwachungssignal abgeleitet wird, wird darüber hinaus der Schwingungserzeuger 100 mechanisch schwingend bei einer Resonanzfrequenz des beweglichen Abschnitts 30 angesteuert. Daher kann der Schwingungserzeuger 100 zuverlässig mit der Resonanzfrequenz schwingen. Des weiteren wird das Ansteuersignal durch Verschieben der Phase des Schwingungsüberwachungssignals um 90 Grad erlangt. Wenn der Schwingungserzeuger 100 auf eine Bedingung festgelegt ist, bei welcher die Verschiebung des Schwingungserzeugers 100 minimiert ist (oder die Schwingungsgeschwindigkeit maximiert ist), wird daher der Schwingungserzeuger 100 durch einen spitzen Pegel des Ansteuersignals angesteuert. Dementsprechend kann der Schwingungserzeuger 100 effektiv angesteuert werden, und es kann der Schwingungserzeuger 100 effektiv seine Schwingung mit der Resonanzfrequenz beibehalten.
  • Da die Taktsignale mit Phasen erzeugt werden, welche sich voneinander um 90 Grad unterscheiden, empfängt des weiteren das phasenverschobene Schwingungsüberwachungssignal ein Rauschen aus dem Spannungserhöhungstaktsignal, wenn es auf einen höchsten oder niedrigsten Pegel festgelegt ist. Dementsprechend kann die höchste Grenze in Bezug auf Rauschen in dem phasenverschobenen Schwingungsüberwachungssignal erlangt werden, und es kann sehr wirksam ein Flattern verhindert werden, welches während der Erzeugung des Wellenerfassungstaktsignals auftritt.
  • Des weiteren wird eine Änderung einer Kapazität eines durch die Überwachungselektroden 60 gebildeten Kondensators erfolgreich als Analogwert erfasst, um ein Ansteuersignal einer Sinuswellenform aus einem Schwingungsüberwachungssignal zu erzeugen. Daher kann die Schwingungserfassungseinheit 71 vereinfacht werden.
  • Da das Wellenerfassungstaktsignal eine Rechteckwellenform mit einem auf 50% festgelegten Tastverhältnis aufweist, kann des weiteren eine Winkelgeschwindigkeitskomponente aus einem Schwingungserfassungssignal in dem PSD 22 mit einer höchsten Erfassungseffizienz verfasst werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird die erhöhte Spannung Vout der Spannungserhöhungsschaltung 4 dem beweglichen Abschnitt 30 als Vorspannung über einen Anschluss K angelegt. In diesem Fall wird eine differentielle DC-Spannung als Differenz zwischen der Vorspannung und einer Offsetspannung (d.h. Nullpegel) des Ansteuersignals definiert, und es ist eine Ansteuerungskraft des beweglichen Abschnitts 30 proportional zu einem Produkt der differentiellen DC-Spannung und einer Amplitude (oder AC-Spannung) des Ansteuersignals. Eine Verstärkung jedes C/V-Wandlers 2 ist proportional zu einer Differenzspannung zwischen der Vorspannung und einer Bezugsspannung (normalerweise 2,5V) des C/V-Wandlers 2. Wenn die Ansteuerungskraft des beweglichen Abschnitts 30 und die Verstärkung des C/V-Wandlers 2 erhöht sind, wird bei dem Winkelgeschwindigkeitssensor ein Signal-zu-Rausch- (SN-) Verhältnis des Spannungssignals Vy größer. Um das SN-Verhältnis zu erhöhen, ist die Spannungserhöhungsschaltung 4 in dem Sensor derart angeordnet, dass ein Spannungspegel des Ansteuersignals erhöht wird und die Vorspannung dem beweglichen Abschnitt 30 angelegt wird. Bei dieser Ausführungsform wird das Spannungserhöhungstaktsignal der Spannungserhöhungsschaltung 4 zugeführt.
  • Des weiteren ist es Zweck des Erhöhens des SN-Verhältnisses, die Verstärkung des C/V-Wandlers 120 wirksam zu erhöhen.
  • Darüber hinaus ist bei dieser Ausführungsform der Schwingungsansteuerungsabschnitt 6 als selbstschwingender Typ konfiguriert, um das Ansteuersignal aus dem Schwingungsüberwachungssignal zu erzeugen. Jedoch ist diese Ausführungsform nicht auf den selbstschwingenden Typ beschränkt. Ein in einer Ansteuerungseinheit unabhängig von dem Schwingungsüberwachungssignal erzeugtes Ansteuersignal kann dem Schwingungserzeuger 100 übertragen werden. In diesem Fall wird die erhöhte Spannung Vout der Spannungserhöhungsschaltung 4 lediglich an den Anschluss K des Schwingungserzeugers 100 angelegt.

Claims (10)

  1. Winkelgeschwindigkeitssensor eines Schwingungstyps mit: einem Schwingungserzeuger, welcher entlang einer Bezugsrichtung mit einer festen Frequenz im Ansprechen auf ein Ansteuersignal schwingt, eine dem Schwingungserzeuger übertragene Winkelgeschwindigkeit empfängt und entlang einer Erfassungsrichtung senkrecht zu der Bezugsrichtung entsprechend der Winkelgeschwindigkeit schwingt; einem Überwachungssignalgenerator, welcher ein Überwachungssignal erzeugt, das eine Wellenform der Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Bezugsrichtung aufweist; einem Taktsignalgenerator, welcher aus dem Überwachungssignal ein erstes Taktsignal und ein zweites Taktsignal, welches eine Frequenz aufweist, die zu derjenigen des ersten Taktsignals identisch ist, derart erzeugt, dass ein Pegel des ersten Taktsignals zu einem Zeitpunkt geändert wird, der von demjenigen beim zweiten Taktsignal verschieden ist, wobei das erste Taktsignal verwendet wird, um die Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Bezugsrichtung beizubehalten; und einem Winkelgeschwindigkeitsdetektor, welcher die Winkelgeschwindigkeit aus einer Wellenform der Schwingung des Schwingungserzeugers entlang der Erfassungsrichtung unter Verwendung des zweiten Taktsignals erfasst und die erfasste Winkelgeschwindigkeit ausgibt.
  2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktsignalgenerator einen Phasenschieber enthält, welcher eine Phase des Überwachungssignals um einen vorbestimmten Winkel verschiebt, um ein phasenverschobenes Signal zu erlangen, wobei eines von dem ersten Taktsignal und dem zweiten Taktsignal aus dem Überwachungs signal erzeugt wird und das andere Taktsignal aus dem phasenverschobenen Signal erzeugt wird.
  3. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: eine Spannungserhöhungseinheit, welche eine angelegte Spannung unter Verwendung des in dem Taktsignalgenerator erzeugten ersten Taktsignals erhöht, um ein Signal einer erhöhten Spannung zu erzeugen, einen Ansteuersignalgenerator, welcher das Ansteuersignal aus dem Überwachungssignal erzeugt und einen Spannungspegel des Ansteuersignals unter Verwendung des Signals der in der Spannungserhöhungseinheit erlangten erhöhten Spannung erhöht.
  4. Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch: eine Spannungserhöhungseinheit, welche eine angelegte Spannung unter Verwendung des in dem Taktsignalgenerator erzeugten ersten Taktsignals erhöht, um ein Signal einer erhöhten Spannung zu erzeugen, wobei der Schwingungserzeuger einen feststehenden Abschnitt, welcher das Ansteuersignal empfängt, und einen beweglichen Abschnitt aufweist und der bewegliche Abschnitt durch das Signal der in der Spannungserhöhungseinheit erlangten erhöhten Spannung vorgespannt wird und im Ansprechen auf das in dem feststehenden Abschnitt empfangene Ansteuersignal bewegt wird.
  5. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuersignalgenerator als selbstschwingender Treiber konfiguriert ist und einen Amplitudendetektor aufweist, welcher eine Amplitude des Überwachungssignals erfasst, und einen Signalgenerator aufweist, welcher die erfasste Amplitude mit einer Bezugsamplitude vergleicht und das Überwachungssignal auf eine vorbestimmte Amplitude entsprechend einem Vergleichsergebnis festlegt, um das Ansteuersignal aus dem Überwachungssignal zu erzeu gen, wobei das Ansteuersignal einem Ansteuerungsanschluss des Schwingungserzeugers übertragen wird, um den Schwingungserzeuger entlang der Bezugsrichtung schwingen zu lassen.
  6. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenschieber das phasenverschobene Signal erzeugt, dessen Phase um 90 Grad von derjenigen des Überwachungssignals verschoben ist, und Phasen der Taktsignale sich voneinander um 90 Grad unterscheiden.
  7. Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Überwachungssignalgenerator erzeugte Überwachungssignal eine Form einer Sinuswelle aufweist, der Phasenschieber das phasenverschobene Signal erzeugt, dessen Phase um 90 Grad von derjenigen des Überwachungssignals verschoben ist, wobei jedes der in dem Taktsignalgenerator erzeugten Taktsignale eine Rechteckwelle aufweist, welche auf ein Tastverhältnis von 50% festgelegt ist, und die Phasen der Taktsignale sich voneinander um 90 Grad unterscheiden.
  8. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überwachungssignal eine Sinuswellenform einer festen Frequenz aufweist, wobei der Pegel eines der Taktsignale geändert wird, wenn das Überwachungssignal seinen Nullpegel überschreitet, und der Pegel des anderen Taktsignals geändert wird, wenn der Pegel des Überwachungssignals größer oder kleiner als sein Nullpegel ist.
  9. Sensor nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch: einen Ansteuersignalgenerator, welcher das Ansteuersignal aus dem phasenverschobenen Signal erzeugt, welches aus dem Überwachungssignal gebildet wird, um eine Phase des Ansteuersignals aus einer Phase des ersten Taktsignals um 90 Grad zu differenzieren.
  10. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Taktsignalgenerator das zweite Taktsignal aus dem phasenverschobenen Signal erzeugt.
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