DE102007009218A1

DE102007009218A1 - Winkelgeschwindigkeitssensor und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE102007009218A1
Application number: DE102007009218A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kariya Katsumata; Takeshi Kariya Ito; Hirofumi Kariya Higuchi; Mutsuhito Kariya Ogino; Tetsuya Kariya Morishima
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2027-02-27
Also published as: US7523665B2; US20070199377A1; JP4830757B2; JP2007263941A; DE102007009218B4; DE102007009218A8

Abstract

Ein Winkelgeschwindigkeitssensor umfasst eine erste und zweite Schwingungseinrichtung (3, 4), die einen beweglichen Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) mit beweglichen Antriebs- und Erfassungselektroden (31, 38, 41, 48) und einen festen Abschnitt (30, 37, 40, 47) mit festen Antriebs- und Erfassungselektroden auf einer ersten bzw. zweiten Seite umfassen. Die an die feste Antriebselektrode auf der ersten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) angelegte Antriebsspannung ist eine erste Antriebsspannung, die Gleichspannungs- und Wechselspannungsanteile enthält. Die an die feste Antriebselektrode (30) auf der zweiten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) angelegte Antriebsspannung ist eine zweite Antriebsspannung, die Gleichspannungs- und Wechselspannungsanteile enthält. Wenigstens einer der Gleichspannungsanteile, einer der Wechselspannungsanteile oder eines von Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung wird derart geregelt, dass die erste Schwingungseinrichtung (3) entgegengesetzt zu der zweiten Schwingungseinrichtung (4) schwingt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Winkelgeschwindigkeitssensor und ein Verfahren zu dessen Betrieb.
In einem Winkelgeschwindigkeitssensor sind eine bewegliche Elektrode und eine feste Elektrode auf einem Trägersubstrat einander gegenüberliegend angeordnet, und eine auf den Winkelgeschwindigkeitssensor ausgeübte bzw. von diesem erfahrene Winkelgeschwindigkeit wird auf der Grundlage der Änderung des Abstandes zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode erfasst.

In einem Winkelgeschwindigkeitssensor wie etwa einem Mikro-Gyrosensor vom Typ mit elektrostatischem Antrieb und kapazitiver Erfassung wird, wenn eine Winkelgeschwindigkeit erfasst werden soll, eine Antriebsspannung zwischen eine feste und eine bewegliche Antriebselektrode angelegt, um dadurch eine Potentialdifferenz zu erzeugen und einen beweglichen Abschnitt in einer Richtung parallel zu der Substratoberfläche eines Trägersubstrats in Schwingungen zu versetzen. Wenn bei dieser Gelegenheit die Winkelgeschwindigkeit ausgeübt wird, ändert sich der Winkelgeschwindigkeit-Erfassungsabstand zwischen der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode, wie er in dem beweglichen Abschnitt gegeben ist, in Übereinstimmung mit der ausgeübten bzw. erfahrenen Winkelgeschwindigkeit, so dass ein Ausgangssignal, das der Winkelgeschwindigkeit entspricht, auf der Grundlage einer auf der Änderung des Abstandes basierenden Kapazitätsänderung erzeugt wird (vgl. z.B. US 6 151 966 ).

Jedoch wird der Abstand zwischen den beiden Elektroden nicht nur durch die Winkelgeschwindigkeit geändert, sondern auch durch eine externe Beschleunigung, und eine Kapazitätsänderung auf der Grundlage der durch die Beschleunigung bewirkten Änderung des Abstandes wird ausgegeben. Dieses Ausgangssignal führt zum Rauschen für den Gyrosensor, der die Winkelgeschwindigkeit erfassen soll.

Um den Teil durch die externe Beschleunigung zu verringern, verwendet daher der Stand der Technik ein Verfahren, in dem zwei Schwingungseinrichtungen identischer Form angeordnet und gegenphasig angetrieben bzw. angesteuert werden, und das Differenzausgangssignal zwischen den Kapazitätsänderungen der zwei Schwingungseinrichtungen wird abgeleitet, wodurch das Ausgangssignal aufgrund der ex ternen Beschleunigung aufgehoben bzw. ausgelöscht und nur der Teil der Winkelbeschleunigung gewonnen wird.

In dem oben beschriebenen Fall wurde jedoch überprüft, dass in dem Verfahren die Auslöschung nicht in zufriedenstellener Weise erreicht werden kann, sondern dass es das Ausgangssignal erzeugt, das der externen Beschleunigung zuzuschreiben ist. Somit ist es wichtig, das der externen Beschleunigung zuzuschreibende Signal zu verringern, und es wird ein entsprechendes Verfahren gesucht.

Angesichts des oben beschriebenen Problems ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Winkelgeschwindigkeitssensor bereitzustellen. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu dessen Betrieb bereitzustellen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Winkelgeschwindigkeitssensor ein Trägersubstrat und eine erste und eine zweite Schwingungseinrichtung, die auf dem Substrat angeordnet sind. Jede Schwingungseinrichtung umfasst einen beweglichen Abschnitt und einen festen Abschnitt. Der bewegliche Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung umfasst eine bewegliche Antriebselektrode und eine bewegliche Erfassungselektrode. Der bewegliche Abschnitt wird beweglich auf dem Trägersubstrat gestützt, so dass er in einer horizontalen Richtung, parallel zu einer Oberfläche des Trägersubstrats beweglich ist. Der feste Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung hat eine feste Antriebselektrode und eine feste Erfassungselektrode. Die feste Antriebselektrode liegt der beweglichen Antriebselektrode gegenüber, und die feste Erfassungselektrode liegt der beweglichen Erfassungselektrode gegenüber. Die erste Schwingungseinrichtung ist symmetrisch zu der zweiten Schwingungseinrichtung aufgebaut. Der bewegliche Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung umfasst einen Teil, der dazu geeignet ist, in einer Schwingungsrichtung parallel zu der horizontalen Richtung zu schwingen, wenn eine Antriebsspannung zwischen der festen Antriebselektrode und der beweglichen Antriebselektrode angelegt wird. Der Teil des beweglichen Abschnitts jeder Schwingungseinrichtung ist dazu geeignet, in einer Oszillationsrichtung senkrecht zu der Schwingungsrichtung durch eine Coriolis-Kraft zu schwingen, die durch eine auf den Teil des beweglichen Abschnitts ausgeübte Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird. Eine Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode und der beweglichen Erfassungselektrode ist in Übereinstimmung mit einer Oszillation des Teils des beweglichen Abschnitts veränderlich. Die Winkelgeschwindigkeit wird auf der Grundlage einer Kapazitätsänderung zwischen der festen Erfassungselektrode und der beweglichen Erfassungselektrode erfasst. Die feste Antriebselektrode der ersten Schwingungseinrichtung umfasst eine feste Antriebselektrode auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode auf einer zweiten Seite. Die feste Antriebselektrode der zweiten Schwingungseinrichtung umfasst eine feste Antriebselektrode auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode auf einer zweiten Seite. Die an die feste Antriebselektrode auf der ersten Seite der ersten Schwingungseinrichtung angelegte Antriebsspannung ist als eine erste Antriebsspannung definiert, und die an die feste Antriebselektrode auf der zweiten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung angelegte Antriebsspannung ist die erste Antriebsspannung. Die erste Antriebsspannung enthält einen Gleichspannungsanteil von A Volt und einen Wechselspannungsanteil von B Volt, so dass die erste Antriebsspannung als A + B beschrieben werden kann. Die an die feste Antriebselektrode auf der zweiten Seite der ersten Schwingungseinrichtung angelegte Spannung ist als eine zweite Antriebsspannung definiert, und die an die feste Antriebselektrode auf der ersten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung angelegte Spannung ist die zweite Antriebsspannung. Die zweite Antriebsspannung umfasst einen Gleichspannungsanteil von C Volt und einen Wechselspannungsanteil von D Volt, so dass die zweite Antriebsspannung als C + D Volt beschrieben werden kann. Der Wechselspannungsanteil der ersten Antriebsspannung hat eine vorbestimmte Phase, die der Phase des Wechselspannungsanteils der zweiten Antriebsspannung entgegengesetzt ist. Wenigstens einer der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung wird derart geregelt, dass die erste Schwingungseinrichtung den beweglichen Abschnitt mit einer vorbestimmten Phase in Schwingung versetzt, die der Phase des beweglichen Abschnitts der zweiten Schwingungseinrichtung entgegengesetzt ist, wenigstens einer der Wechselspannungsanteile der ersten oder zweiten Antriebsspannung wird derart geregelt, dass die erste Schwingungseinrichtung den beweglichen Abschnitt mit einer vorbestimmten Phase in Schwingung versetzt, die der Phase des beweglichen Abschnitts der zweiten Schwingungseinrichtung entgegengesetzt ist, oder wenigstens eines der Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung, die Rechteckspannungen sind, wird gegenüber einem Mittelwert der Tastverhältnisse der Rechteckwellen derart geregelt, dass die erste Schwingungseinrichtung den beweglichen Abschnitt mit einer vorbestimmten Phase in Schwingung versetzt, die der Phase des beweglichen Abschnitts der zweiten Schwingungseinrichtung entgegengesetzt ist.

In dem obigen Sensor wird das Ausgangssignal, das durch eine externe Beschleunigung verursacht wird, in ausreichender Weise ausgelöscht, so dass das der Beschleunigung zugeschriebene Ausgangssignal minimiert ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Winkelgeschwindigkeitssensors, der ein Trägersubstrat und eine erste und eine zweite Schwingungseinrichtung umfasst, bereitgestellt. Jede Schwingungseinrichtung umfasst einen beweglichen Abschnitt und einen festen Abschnitt. Der bewegliche Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung umfasst eine bewegliche Antriebselektrode und eine bewegliche Erfassungselektrode. Der bewegliche Abschnitt wird beweglich auf dem Trägersubstrat gehalten, so dass der bewegliche Abschnitt in einer horizontalen Richtung, parallel zu einer Oberfläche des Trägersubstrats beweglich ist. Der feste Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung umfasst eine feste Antriebselektrode und eine feste Erfassungselektrode. Der feste Abschnitt ist auf dem Trägersubstrat befestigt. Die feste Antriebselektrode liegt der beweglichen Antriebselektrode gegenüber, und die feste Erfassungselektrode liegt der beweglichen Erfassungselektrode gegenüber. Die erste Schwingungseinrichtung ist symmetrisch zu der zweiten Schwingungseinrichtung aufgebaut. Der bewegliche Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung umfasst einen Teil, der dazu geeignet ist, in einer Schwingungsrichtung parallel zu der horizontalen Richtung zu schwingen, indem zwischen der festen Antriebselektrode und der beweglichen Antriebselektrode eine Antriebsspannung angelegt wird. Der Teil des beweglichen Abschnitts jeder Schwingungseinrichtung ist dazu geeignet, in einer Oszillationsrichtung senkrecht zu der Schwingungsrichtung durch eine Coriolis-Kraft zu oszillieren, die durch die auf den Teil des beweglichen Abschnitts übertragene Winkelgeschwindigkeit verursacht ist. Eine Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode und der beweglichen Erfassungselektrode ist in Übereinstimmung mit einer Oszillation des Teils des beweglichen Abschnitts veränderlich. Die Winkelgeschwindigkeit wird auf der Grundlage einer Änderung der Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode und der beweglichen Erfassungselektrode erfasst. Die feste Antriebselektrode in der ersten Schwingungseinrichtung umfasst eine feste Antriebselektrode auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode auf einer zweiten Seite. Die feste Antriebselektrode in der zweiten Schwingungseinrichtung umfasst eine feste Antriebselektrode auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode auf einer zweiten Seite. Die an die feste Antriebselektrode auf der ersten Seite der ersten Schwingungseinrichtung angelegte Antriebsspannung und die an die feste Antriebselektrode auf der zweiten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung ist die erste Antriebsspannung. Die erste Antriebsspannung enthält einen Gleichspannungsanteil von A Volt und einen Wechselspannungsanteil von B Volt, so dass die erste Antriebsspannung durch A + B Volt beschrieben werden kann. Die an die feste Antriebselektrode auf der zweiten Seite in der ersten Schwingungseinrichtung angelegte Antriebsspannung ist als eine zweite Antriebsspannung definiert, und die an die feste Antriebselektrode auf der ersten Sei te in der zweiten Schwingungseinrichtung angelegte Spannung ist die zweite Antriebsspannung. Die zweite Antriebsspannung umfasst einen Gleichspannungsanteil von C Volt und einen Wechselspannungsanteil von D Volt, so dass die zweite Antriebsspannung als C + D beschrieben werden kann, und der Wechselspannungsanteil der ersten Antriebsspannung hat eine vorbestimmte Phase, die der Phase des Wechselspannungsanteils der zweiten Antriebsspannung entgegengesetzt ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: In-Schwingung-Versetzen der ersten und zweiten Schwingungseinrichtung durch Anlegen der ersten und zweiten Antriebsspannung an die festen Antriebselektroden der ersten bzw. zweiten Schwingungseinrichtung, Überwachen eines Sensorausgangssignals, wenn eine vorbestimmten Beschleunigung ausgeübt wird, Regeln von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung derart, dass der eine der Gleichspannungsanteile um einen vorbestimmten Betrag gegenüber einem vorbestimmten Mittelwert der Gleichspannungsanteile geändert wird, Regeln von wenigstens einem der Wechselspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannungen derart, dass der eine der Wechselspannungsanteile um einen vorbestimmten Betrag gegenüber einem vorbestimmten Mittelwert der Wechselspannungsanteile geändert wird, oder Regeln von wenigstens einem der Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung, die als Rechteckwelle ausgebildet sind, derart, dass das eine der Tastverhältnisse um einen vorbestimmten Betrag gegenüber einem Mittelwert der Tastverhältnisse der Rechteckwellen geändert wird, und Speichern von Informationen über den vorbestimmten Betrag in einem Speicher, wenn das Sensorausgangssignal minimiert ist.

In dem oben beschriebenen Verfahren wird das durch eine externe Beschleunigung bewirkte Ausgangssignal in ausreichendem Maße ausgelöscht, so dass das der Beschleunigung zugeschriebene Ausgangssignal minimiert ist.

Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verständlicher aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen sind:
1 eine Draufsicht, die einen Gyro-Sensor zeigt;
2 eine Draufsicht, die einen Betriebsstatus des Sensors erklärt, wenn eine Antriebsspannung angelegt ist;
3 eine Querschnittsansicht, die den Sensor entlang der Linie III-III in 1 zeigt;
4 ein Blockdiagramm, das eine Sensorschaltung in dem Sensor zeigt;
5 eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen einem Sensorausgangssignal und einer Einstelladresse zeigt;
6A eine Kennlinie, die Schwingungsorte einer rechten und einer linken Schwingungseinrichtung zeigt, wenn eine erste Spannung gleich einer zweiten Spannung ist, und 6B eine Kennlinie, die Schwingungsorte einer rechten und einer linken Schwingungseinrichtung zeigt, wenn die erste Spannung von der zweiten Spannung verschieden ist;
7 eine Kennlinie, die Ausgangswellenformen der linken und der rechten Schwingungseinrichtung zeigt, wenn die rechte und die linke Schwingungseinrichtung herstellungsbedingte Schwankungen der Abmessungen aufweisen;
8A und 8B Ansichten, die eine Bewegung des Schwerpunkts der linken und der rechten Schwingungseinrichtung zeigen;
9A bis 9C Ansichten, die einen Betriebsstatus der Sensoren erläutern, wenn eine Antriebsspannung in einem Fall angelegt wird, in dem die linke und die rechte Schwingungseinrichtung herstellungsbedingte Schwankungen der Abmessungen aufweisen; und
10 eine Kennlinie, die Schwingungsorte der linken und der rechten Schwingungseinrichtung zeigen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung untersuchten ein herkömmliches Verfahren und verifizierten, dass das herkömmliche Verfahren einen Auslöschungseffekt nicht in zufriedenstellender Weise erzielen kann, sondern dass es ein Ausgangssignal erzeugt, das auf die externe Beschleunigung zurückzuführen ist. Ein Grund hierfür liegt in einer Differenz der Antriebsresonanzfrequenzen wegen der Diskrepanz der Dimensionen und/oder Oberflächenbeschaffenheiten (engl: product finishes) der linken und rechten Schwingungseinrichtung.
Wie es in 7 beispielhaft gezeigt ist, wird in einem Fall, in dem diese Differenz zwischen den Antriebsresonanzfrequenzen der linken und der rechten Antriebsfrequenz vorhanden ist (d.h. Frequenzen, bei denen Amplitudenverhältnisse Spitzenpunkte werden), die mittlere Frequenz der jeweiligen Antriebsresonanzfrequenzen der linken und der rechten Schwingungseinrichtung als eine Schwingungsfrequenz verwendet, mit der die Schwingungseinrichtungen tatsächlich angetrieben werden. Dies ist deshalb so, weil eine Frequenz, bei der ein Wert, der durch Aufaddieren der Amplitudenverhältnisse der linken und der rechten Schwingungseinrichtung maximal wird, als die Schwingungsfrequenz eingestellt wird. In 7 repräsentiert VIIA eine Amplitude einer linken Schwingungseinrichtung, VIIB repräsentiert eine Amplitude einer rechten Schwingungseinrichtung, VIIC repräsentiert eine Phase der linken Schwingungseinrichtung, und VIID repräsentiert eine Phase der rechten Schwingungseinrichtung. VIIE repräsentiert ein maximales Amplitudenverhältnis der linken Schwingungseinrichtung, und VIIF repräsentiert ein maximales Amplitudenverhältnis der rechten Schwingungseinrichtung. VIIG repräsentiert eine Antriebsfrequenz. Daher verschiebt sich die Schwingungsfrequenz der linken und der rechten Schwingungseinrichtung von der jeweiligen Antriebsresonanzfrequenz, und die Bewegungsbilder der Schwerpunkte der linken und der rechten Schwingungseinrichtung bei der Schwingungsfrequenz verschieben sich relativ zu der jeweiligen Position der maximalen Schwingung, wie es in den 8A und 8B durch Kreise angedeutet ist. 8A zeigt ein Bewegungsbild eines Schwerpunkts der linken Schwingungseinrichtung, und 8B zeigt ein Bewegungsbild eines Schwerpunkts der rechten Schwingungseinrichtung.
Demzufolge kann der zufriedenstellende Auslöschungseffekt wie oben beschrieben zum Beispiel dann nicht erreicht werden, wenn die Dimensionen und/oder Oberflächenbeschaffenheiten der ersten und zweiten Schwingungseinrichtung verschieden sind, wie es in den 9A und 9B gezeigt ist. Die Gründe hierfür sind in Verbindung mit diesen Figuren erläutert.
Zuerst wird ein Zustand angenommen, in dem auf die Schwingungseinrichtungen keine Beschleunigung wirkt. In dem Fall, in dem die Dimensionen und/oder Oberflächenbeschaffenheiten der linken und der rechten Schwingungseinrichtung verschieden sind, ergeben sich Unterschiede zwischen den Überlappungen (d.h. der Überlappungsbeträge) der Antriebselektroden zu einem bestimmten Zeitpunkt. Wie es in 9A beispielhaft gezeigt ist, wird die Überlappung der linken Schwingungseinrichtung größer als die der rechten Schwingungseinrichtung. In diesem Fall nehmen elektrostatischen Kräfte, die in vertikaler Richtung durch die Antriebselektroden erzeugt werden, Gleichgewichtszustände an. In 9A repräsentiert IXA eine Phasendifferenz einer linken Schwingungseinrichtung, und IXB repräsentiert eine Phasendifferenz einer rechten Schwingungseinrichtung. IXC repräsentiert eine Überlappung zwischen der Antriebselektrode und dem beweglichen Abschnitt der linken Schwingungseinrichtung, und IXD repräsentiert eine Überlappung zwischen der Antriebselektrode und dem beweglichen Abschnitt der rechten Schwingungseinrichtung. Vor der Beschleunigung ist der Überlappungsabschnitt IXC der linken Schwingungseinrichtung von dem Überlappungsabschnitt IXD der rechten Schwingungseinrichtung verschieden. Hier ist eine statische elektrische Kraft zwischen der Antriebselektrode und dem beweglichen Abschnitt einer jeweiligen Schwingungseinrichtung im Gleichgewicht.
Zusätzlich sind, wenn die Beschleunigung in der Erfassungsrichtung der linken und der rechten Schwingungseinrichtung wirkt, so dass der Abstand zwischen den Antriebselektroden geändert wird, wie es in 9B gezeigt ist, die vertikalen elektrostatischen Kräfte nicht im Gleichgewicht. Hier repräsentiert IXE einen Spalt zwischen der Antriebselektrode und der beweglichen Elektrode vor der Beschleunigung, und IXF repräsentiert einen Spalt zwischen der Antriebselektrode und der beweglichen Elektrode nach der Beschleunigung. Der Spalt IXE wird zu dem Spalt IXF, wenn die Beschleunigung ausgeübt wird bzw. auf die Vorrichtung wirkt. IXG repräsentiert eine Anregungskraft (d.h. eine Schwingungserzeugungskraft) der linken Schwingungseinrichtung, und IXH repräsentiert eine Anregungskraft der rechten Schwingungseinrichtung. Die Anregungskraft IXG der linken Schwingungseinrichtung ist von der Anregungskraft IXH der rechten Schwingungseinrichtung verschieden. Folglich ergibt sich ein Unterschied in den Anregungskräften in der Erfassungsrichtung der linken und der rechten Schwingungseinrichtung. Insbesondere ist die Anregungskraft, die sich in jeder Schwingungseinrichtung entwickelt, durch die nachstehend angegebene Formel 1 beschrieben, und ihr Betrag wird in Übereinstimmung mit der Überlappung der Antriebselektroden verschieden. Im Übrigen bezeichnet „Potentialdifferenz" in der Formel die Potentialdifferenz zwischen den Antriebselektroden, und im Stand der Technik werden Spannungen, deren Gleichspannungsanteile V1 und deren Wechselspannungsanteile V2 sind, jeweils zwischen die Antriebselektroden in einem Zustand angelegt, in dem die Wechselspannungsanteile in umgekehrter Phase vorliegen.
Wenn sich die Differenz zwischen den Anregungskräften der linken und der rechten Schwingungseinrichtung auf diese Weise entwickelt, entwickelt sich eine Differenz der Änderungen der Schwingungsorte der linken und der rechten Schwingungseinrichtung. Als Beispiel, wie es dem in 10 gezeigten Modelldiagramm der Schwingungsorte der linken und der rechten Schwingungseinrichtung zu entnehmen ist, sind die Schwingungsorte der linken und der rechten Schwingungseinrichtung bilateral symmetrisch, wenn die Beschleunigung nicht ausgeübt wird (gestrichelte Linien in der Figur), wohingegen sie bilateral asymmetrisch werden, wenn die Beschleunigung ausgeübt wird (durchgezogene Linien in der Figur). Hier repräsentiert eine gestrichelte Ellipse in der linken Darstellung von 10 einen Ort der linken Schwingungseinrichtung vor der Beschleunigung, und eine durchgezogene Ellipse in der linken Darstellung von 10 repräsentiert einen Ort der linken Schwingungseinrichtung nach der Beschleunigung. Eine gestrichelte Ellipse in der rechten Darstellung von 10 repräsentiert einen Ort der rechten Schwingungseinrichtung vor der Beschleunigung, und eine durchgezogene Ellipse in der rechten Darstellung von 10 repräsentiert einen Ort der rechten Schwingungseinrichtung nach der Beschleunigung. Somit änderte sich der Ort jeder Schwingungseinrichtung, in dem Moment, in dem die Beschleunigung ausgeübt wird. XA repräsentiert ein Differenzausgangssignal zwischen der linken und der rechten Schwingungseinrichtung, wenn keine Beschleunigung ausgeübt wird, und XB repräsentiert ein Differenzausgangssignal zwischen der linken und der rechten Schwingungseinrichtung, wenn eine Beschleunigung ausgeübt wird. In diesem Fall wird das Differenzausgangssignal XA zu dem Differenzausgangssignal XB geändert, wenn die Beschleunigung ausgeübt wird. Daher ändert sich das Differenzausgangssignal der Kapazitätsänderungen der linken und rechten Schwingungseinrichtung, die externe Beschleunigung kann nicht zufriedenstellend ausgelöscht werden, und das der Beschleunigung zugeschriebene bzw. das auf die Beschleunigung zurückzuführende Signal wird erzeugt.
Dies ist die Ursache zur Erzeugung des der externen Beschleunigung zugeschriebenen Ausgangssignals. Es ist wichtig, das der externen Beschleunigung zugeschriebene Ausgangssignal zu verringern, und ein Verfahren zur Lösung dieses Problems ist erwünscht.
Angesichts des oben beschriebenen Problems wird die Unterdrückung der Erzeugung eines Ausgangssignals, das durch eine externe Beschleunigung aufgrund der Dimensionen und/oder Oberflächenbeschaffenheiten der zwei Schwingungseinrichtungen entsteht, dadurch erreicht, dass ein Winkelgeschwindigkeitssensor vom Kapazitätstyp bereitgestellt wird, in dem dieses Ausgangssignal durch das Differenzausgangssignal der zwei Schwingungseinrichtungen unterdrückt wird.
Das Modelldiagramm eines Mikro-Gyrosensors mit elektrostatischem Antrieb und kapazitiver Erfassung (verkürzt „Gyro-Sensor"), der ein Winkelgeschwindigkeitssensor vom kapazitiven Typ ist, auf den eine beispielhafte Ausführungsform angewendet ist, ist in 1 gezeigt, und die Zustände bei an den Gyro-Sensor angelegten Antriebsspannungen sind in 2 gezeigt. Ferner ist in 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 1 gezeigt. Im Folgenden ist der Gyro-Sensor dieser Ausführungsform mit Bezug auf diese Figuren beschrieben.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Gyro-Sensor 1 so konfiguriert, dass er zwei Schwingungseinrichtungen 3 und 4 auf einem Trägersubstrat 2 aus einem Halbleitermaterialumfasst. Die Schwingungseinrichtung auf der linken Seite in 1 ist die linke Schwingungseinrichtung 3, und die Schwingungseinrichtung auf der rechten Seite in 1 ist die rechte Schwingungseinrichtung 4. Die Schwingungseinrichtungen 3 und 4 sind als bilaterale symmetrische Strukturen ausgebildet.
Die Strukturen der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 sind nachstehend beschrieben. Da jedoch die Strukturen der Schwingungseinrichtungen 3 und 4 im Wesentlichen gleich sind, ist an dieser Stelle nur die Struktur der linken Schwingungseinrichtung 3 beschrieben, auf eine Beschreibung der Struktur der rechten Schwingungseinrichtung 4 ist verzichtet.
Die linke Schwingungseinrichtung 3 umfasst feste und bewegliche Antriebselektroden 30 bzw. 31, feste und bewegliche Schwingungserfassungselektroden 32 bzw. 33, einen Gewichtabschnitt 34, Erfassungsbalken 34, Antriebsbalken 36 und feste Elektroden 37 und bewegliche Elektroden 38 zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit. Diese Komponenten sind von einem Rahmenabschnitt 39 umgeben bzw. eingeschlossen. Ferner sind die Komponenten als die bilaterale symmetrische Strukturen angeordnet, die zwischen der linken Hälfte und der rechten Hälfte der 1 symmetrisch sind. Von diesen Komponenten entsprechen die festen Antriebselektroden 30, die festen Antriebsschwingung-Erfassungselektroden 32, die festen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektroden 37 und der Rahmenabschnitt 39 einem festen Abschnitt, der an dem Trägersubstrat 2 befestigt ist. Ferner entsprechend die beweglichen Antriebselektroden 31, die beweglichen Schwingungserfassung-Elektroden 33, der Gewichtsabschnitt 34, die Erfassungsbalken 35, die Antriebsbalken 36 und die beweglichen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektroden 38 einem beweglichen Abschnitt, der in einer Richtung parallel zu der Substratoberfläche des Trägersubstrats 2 beweglich ist.
Die festen Antriebselektroden 30, insgesamt vier, sind an im Wesentlichen den mittleren Positionen der linken Schwingungseinrichtung 3 derart angeordnet, dass jeweils zwei von ihnen oben und unten angeordnet sind. Jede feste Elektrode 30 ist derart geformt, dass sie auf dem Trägersubstrat 2 befestigt gestützt wird, wie es in 3 gezeigt ist, und dass sie innerhalb des Rahmenabschnitts 39 aufzweigt bzw. aufgabelt, wie es in 1 gezeigt ist. Ferner weist jeder der sich gabelnden Teile einen Körperabschnitt 30a und einen Kammzinkenabschnitt 30b auf. Der Körperabschnitt 30a erstreckt sich in Richtung des mittleren Teils der linken Schwingungseinrichtung 3, wobei seine Längsrichtung die vertikale Richtung in 1 ist, während der Kammzinkenabschnitt 30 auf einer Seitenoberfläche des Körperabschnitts 30a so angeordnet ist, dass eine Mehrzahl von Zinken in eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Körperabschnitts 30 hervorragen. Ferner ist jede feste Elektrode 30 elektrisch mit einem Antriebsanschlussfleck 30c verbunden, der in dem Rahmenabschnitt 39 enthalten ist und über den eine Antriebsspannung an sie angelegt ist.
Die beweglichen Antriebselektroden 31, insgesamt acht, sind im Wesentlichen bei den mittleren Positionen der linken Schwingungseinrichtung 3 derart angeordnet, dass sie den Körperabschnitten 30a der festen Antriebselektroden 30 gegenüberliegen, und dass jeweils vier von ihnen oben und unten angeordnet sind. Jede bewegliche Antriebselektrode 31 wird in einem schwebenden Zustand relativ zum Trägersubstrat 2 gehalten, wie es in 3 gezeigt ist, und sie ist einteilig mit dem Gewichtsabschnitt 34 verbunden, wie es in 1 gezeigt ist. Ferner umfasst jede bewegliche Elektrode 31 einen Körperabschnitt 31a und einen Kammzinkenabschnitt 31b. Der Körperabschnitt 31a erstreckt sich der linken Schwingungseinrichtung 3 von dem Gewichtsabschnitt 34 in vertikaler Richtung (von oben nach unten in 1), während der Kammzinkenabschnitt 31b auf einer Seitenoberfläche des Körperabschnitts 31a, genauer auf einer Oberfläche, die dem Kammzinkenabschnitt 30b der festen Elektrode 30 gegenüberliegt, so angeordnet ist, das eine Mehrzahl von Zinken in eine Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Körperabschnitts 31a hervorragen. Daher sind die Zinken des Kammzinkenabschnitts 31b jeder beweglichen Elektrode 31 und die Zinken des Kammzinkenabschnitts 30b der entsprechenden festen Elektrode 30 abwechselnd in vorbestimmten Zwischenabständen angeordnet, so dass sie ineinander greifen, wie es in 1 gezeigt ist.
Die festen Antriebsschwingung-Erfassungselektroden 32, insgesamt vier, sind an Positionen außerhalb der festen und beweglichen Antriebselektroden 30 bzw. 31 angeordnet, und zwar derart, dass jeweils zwei von ihnen oben und unten angeordnet sind. Jede feste Elektrode 32 ist auf dem Trägersubstrat 2 befestigt, wie es in 3 gezeigt ist. Ferner ist jede feste Elektrode 32 so aufgebaut, dass sie einen Körperabschnitt 32a und einen Kammzinkenabschnitt 32b umfasst. Der Körperabschnitt 32a erstreckt sich in Richtung des mittleren Teils der linken Schwingungseinrichtung 3, wobei seine Längsrichtung die vertikale Richtung in 1 ist, während der Kammzinkenabschnitt 32b an einer Seitenoberfläche des entfernten Endteils des Körperabschnitts 32a so angeordnet ist, dass eine Mehrzahl von Zinken in eine Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Körperabschnitts 32 hervorragt. Ferner ist jede feste Elektrode 32 elektrisch mit einem Schwingungserfassungsanschlussfleck 32c verbunden, der innerhalb des Rahmenabschnitts 39 angeordnet ist, und das Potential dieser festen Elektrode 32 kann über den Schwingungserfassungsanschlussfleck 32c gemessen werden.
Die beweglichen Antriebsschwingung-Erfassungselektroden 33, insgesamt vier, sind auf den beiden Seiten des Gewichtsabschnitts 34 derart angeordnet, dass sie den Körperabschnitten 32a der entsprechenden festen Antriebsschwingung-Erfassungselektroden 32 gegenüberliegen, und dass jeweils zwei von ihnen oben und unten angeordnet sind. Jede bewegliche Elektrode 33 wird in einem schwebenden Zustand gegenüber dem Trägersubstrat 2 gehalten, wie es in 3 gezeigt ist, und sie ist einteilig mit dem Gewichtsabschnitt 34 verbunden, wie es in 1 gezeigt ist. Ferner ist jede bewegliche Elektrode 33 so aufgebaut, dass sie einen Körperabschnitt 33a und einen Kammzinkenabschnitt 33b umfasst. Der Körperabschnitt 33a erstreckt sich in der linken Schwingungseinrichtung 3 in der vertikalen Richtung von dem Gewichtsabschnitt 34, wobei seine Längsrichtung die vertikale Richtung der 1 ist, während der Kammzinkenabschnitt 33b auf einer Seitenoberfläche des Körperabschnitts 33a, und zwar auf einer dem Kammzinkenabschnitt 32b der festen Elektrode 32 gegenüberliegenden Oberfläche so angeordnet ist, dass eine Mehrzahl von Zinken in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Körperabschnitts 33a hervorragen. Daher sind die Zinken des Kammzinkenabschnitts 33b jeder beweglichen Elektrode 33 und die Zinken des Kammzinkenabschnitts 32b der entsprechenden festen Elektrode 32 abwechselnd in einem vorbestimmten Zwischenabstand angeordnet und greifen ineinander.
Der Gewichtsabschnitt 34 ist inmitten der festen Antriebselektroden 30 angeordnet. Der Gewichtsabschnitt 34 erstreckt sich mit seiner Längsrichtung in horizonta ler Richtung der 1 und wird in einem schwebenden Zustand gegenüber dem Trägersubstrat 2 gehalten.
Die Erfassungsbalken 35 sind in der linken Schwingungseinrichtung 3 im Wesentlichen an vier Ecken angeordnet. Jeder der Erfassungsbalken 35 ist als Kragbalken relativ zu dem Trägersubstrat 2 ausgebildet und wird auf dem Trägersubstrat 2 durch einen Trägerabschnitt 35b gestützt, der sich von der Seite des Rahmenabschnitts 39 erstreckt. Somit werden die einzelnen Elemente, die den beweglichen Abschnitt bilden, auf dem Trägersubstrat 2 gestützt. Jeder Erfassungsbalken 35 ist über den Trägerabschnitt 35b elektrisch mit einem Anschlussfleck 35a für die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit verbunden. An die bewegliche Antriebselektrode 31, die bewegliche Antriebsschwingung-Erfassungseleketrode 33 und die bewegliche Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektrode 38 können über das Anschlussfleck 35a für die Erfassung der Winkelgeschwindigkeit vorbestimmte Spannungen angelegt werden.
Jeder Antriebsbalken 36 dient dazu, die bewegliche Antriebsschwingung-Erfassungseleketrode 33 und die bewegliche Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektrode 38 zu verbinden, und umfasst eine Mehrzahl von Balkenabschnitten, deren Längsrichtungen die vertikale Richtung der 1 sind. Ferner kann die bewegliche Antriebsschwingung-Erfassungelektrode 33 in horizontaler Richtung der 1 durch die Mehrzahl von Balkenabschnitten bewegt werden. Folglich können der Gewichtsabschnitt 34, der einteilig mit der beweglichen Antriebsschwingung-Erfassungelektrode 33 verbunden ist, und ferner die bewegliche Antriebselektrode 31, die einteilig mit dem Gewichtsabschnitt 34 verbunden ist, in horizontaler Richtung der 1 bewegt werden.
Die festen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektroden 37, insgesamt vier, sind in der linken Schwingungseinrichtung 3 auf der linken und rechten Seite derart angeordnet, dass jeweils zwei von ihnen oben und unten angeordnet sind. Jede feste Elektrode 37 ist auf dem Trägersubstrat 2 befestigt, wie es in 3 gezeigt ist. Ferner umfasst jede feste Elektrode 37 einen Körperabschnitt 37a und einen Kammzinkenabschnitt 37b. Der Körperabschnitt 37a erstreckt sich in Richtung des mittleren Teils der linken Schwingungseinrichtung 3, wobei seine Längsrichtung die vertikale Richtung der 1 ist, während der Kammzinkenabschnitt 37b an einer Seitenoberfläche des Körperabschnitts 37a so angeordnet ist, dass eine Mehrzahl von Zinken in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Körperabschnitts 37a hervorragen. Ferner ist jede feste Elektrode 37 elektrisch mit einem Winkelgeschwindigkeit- Erfassungsanschlussfleck 37c verbunden, der von dem Rahmenabschnitt 39 umgeben ist, und das Potential der festen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektrode 37 kann über das Winkelgeschwindigkeit-Erfassungsanschlussfleck 37c gemessen werden.
Die beweglichen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektroden 38, insgesamt zwei, sind auf den beiden Seiten des Gewichtsabschnitts 34 angeordnet, und zwar derart, dass sie den entsprechenden festen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektroden 37 gegenüberliegen und eine von ihnen auf jeder entsprechenden Seite angeordnet ist. Jede bewegliche Elektrode 38 ist in einem schwebenden Zustand gegenüber dem Trägersubstrat 2 angeordnet, wie es in 3 gezeigt ist, und ist einteilig mit dem Gewichtsabschnitt 34, dem Antriebsbalken 36 etc. verbunden, wie es in 1 gezeigt ist. Ferner umfasst jede bewegliche Elektrode 38 einen Körperabschnitt 38a und einen Kammzinkenabschnitt 38b. Der Körperabschnitt 38a erstreckt sich von oben nach unten in dem Rahmenabschnitt 39 in 1, wobei seine Längsrichtung die vertikale Richtung der Zeichnungsebene ist, während der Kammzinkenabschnitt 38b an einer Seitenoberfläche des Körperabschnitts 38a, und zwar an einer dem Kammzinkenabschnitt 37b der festen Elektrode 37 gegenüberliegenden Seite so angeordnet ist, dass eine Mehrzahl von Zinken in eine Richtung senkrecht zu der Längsrichtung des Körperabschnitts 38a hervorragen. Daher sind die Zinken des Kammzinkenabschnitts 38b von jeder beweglichen Elektrode 38 und die Zinken des Kammzinkenabschnitts 37b der entsprechenden festen Elektrode 37 abwechselnd in einem vorbestimmten Zwischenabstand angeordnet, so dass sie ineinander greifen.
Der Rahmenabschnitt 39 umgibt die linke und die rechte Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 und ist auf dem Trägersubstrat 2 befestigt, wie es in 3 gezeigt ist. Dieser Rahmenabschnitt 39 wird über die Anschlussflecke 39a auf einem festgelegten Potential gehalten.
Wie erwähnt ist die rechte Schwingungseinrichtung 4 im Wesentlichen gleich aufgebaut wie die linke Schwingungseinrichtung 3, und zwischen den jeweiligen Komponenten bestehen die nachfolgende Beziehungen. Die festen und beweglichen Antriebselektroden 30 bzw. 31 entsprechen den festen bzw. beweglichen Elektroden 40 bzw. 41. Die festen und beweglichen Antriebsschwingung-Erfassungselektroden 32 bzw. 33 entsprechen festen bzw. beweglichen Elektroden 42 bzw. 43. Der Gewichtsabschnitt 34 entspricht einem Gewichtsabschnitt 44, und die Erfassungsbalken 35 entsprechend Erfassungsbalken 45. Die Antriebsbalken 36 entsprechen den An triebsbalken 46, und die festen und beweglichen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektroden 38 bzw. 37 entsprechen festen und beweglichen Elektroden 48 bzw. 47. Ferner entspricht der Rahmenabschnitt 39 einem Rahmenabschnitt 49. Ferner sind die genauen Konfigurationen von Körperabschnitten 40a sowie Kammzinkenabschnitten 40b, etc., die die einzelnen Abschnitte der rechten Schwingungseinrichtung 4 bilden, angezeigt, indem Bezugszeichen 30s, die der linken Schwingungsvorrichtung 3 zugeordnet sind, in 40s in den Figuren geändert werden.
Nachfolgend ist eine Sensorschaltung beschrieben, die zum Antrieb des Gyro-Sensors 1 dieser Ausführungsform und zur Erfassung der Änderung der Erfassungskapazität des Gyro-Sensors 1 verwendet wird. Das Blockschaltbild der Sensorschaltung 110 ist in 4 gezeigt, auf die im Folgenden Bezug genommen ist.
Wie es in 4 gezeigt ist, umfasst die Sensorschaltung 110 eine Antriebsbzw. Steuerschaltung 120 und eine Winkelgeschwindigkeit-Erfassungsschaltung 130.
Die Antriebsschaltung 120 dient dazu, die beweglichen Antriebselektroden 31 und 41 in den jeweiligen Schwingungseinrichtungen 3 und 4, die in dem Gyro-Sensor 1 enthalten sind, in Schwingungen zu versetzen. Die Antriebsschaltung 120 umfasst eine Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121, die eine Sensorantriebsenergiequelle, eine C-V-Wandlerschaltung 122, eine Verstärkungsschaltung 123, eine Phasenverschiebungsschaltung 124 und einen Konstantamplituden-Regelungsabschnitt 125 umfasst.
Die Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121 erzeugt eine Spannung, um die beweglichen Antriebselektroden 31 und 41 in dem Gyro-Sensor 1 in Schwingung zu versetzen, indem sie eine Spannung von der Sensorantriebsenergiequelle verstärkt. Um die beweglichen Antriebselektroden 31 und 41 mit einer vorbestimmten Amplitude und Frequenz anzutreiben bzw. anzusteuern, verstärkt die Antriebspannung-Erzeugungsschaltung 121 die von der Sensorantriebsenergiequelle erzeugte Spannung und sendet die Spannung mit der vorbestimmten Frequenz als Antriebsspannung an die beweglichen Antriebselektroden 31 und 41. Insbesondere wird die Antriebsspannung, die von der Antriebspannung-Erzeugungsschaltung 12 erzeugt werden soll, auf der Grundlage der Antriebsspannung, die durch die C-V-Wandlerschaltung 122 und die Verstärkerschaltung 123 zurückgekoppelt wird, und ein Signal, das von dem Konstantamplituden-Regelungsabschnitt 125 zugeführt wird, eingestellt.
Die C-V-Wandlerschaltung 122 empfängt von dem Gyro-Sensor 1 ein Erfassungssignal, das den Antriebsschwingungen der beweglichen Antriebselektroden 31 und 41 in dem Gyro-Sensor 1 entspricht (im Folgenden als „Antriebsschwingung-Erfassungssignal" bezeichnet) und führt an ihm eine Spannungsumwandlung durch.
Die Verstärkungsschaltung 123 verstärkt das von der C-V-Wandlerschaltung 122 umgewandelte Antriebsschwingung-Erfassungssignal mit einer vorbestimmten Verstärkung. Das von der Verstärkungsschaltung 123 verstärkte Antriebsschwingung-Erfassungssignal wird dem Konstantamplituden-Regelungsabschnitt 125 und der Phasenverschiebungsschaltung 124 zugeführt.
Die Phasenverschiebungsschaltung 124 dient der Einstellung der Phase der Antriebsspannung. Wie oben angeführt wird die Antriebsspannung durch die Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121 auf der Grundlage des rückgekoppelten Antriebsschwingung-Erfassungssignals erzeugt, so dass sich die Phase des Antriebsschwingung-Erfassungssignals gegenüber der Phase der Antriebsspannung verschiebt, die tatsächlich zu den beweglichen Antriebselektroden 31 und 41 ausgegeben wird. Um die Verschiebung der Phase wieder herzustellen, muss die Phase des Antriebsschwingung-Erfassungssignals in Übereinstimmung mit der Phase der Antriebsspannung eingestellt werden. Aus diesem Grund wird die Phase des Antriebsschwingung-Erfassungssignals von der Phasenverschiebungsschaltung 124 korrigiert, mit dem Ergebnis, dass die Phase der Antriebsspannung eingestellt wird, die auf der Grundlage des Antriebsschwingung-Erfassungssignals erzeugt wird. Somit ist die Frequenz der Antriebsspannung auf fd gesetzt.
Der Konstantamplitude-Regelungsabschnitt 125 erfasst die momentane Amplitude der beweglichen Antriebselektroden 31 und 41 von dem Antriebsschwingung-Erfassungssignal und gibt ein Signal zur Korrektur der Amplitude, so dass sie konstant wird, zu der Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121 aus.
Ferner dient die Winkelgeschwindigkeit-Erfassungsschaltung 130 dazu, ein Sensorausgangssignal auf der Grundlage der Erfassungssignale 130 des Gyro-Sensors 1 zu erhalten. Die Winkelgeschwindigkeit-Erfassungsschaltung 130 umfasst zwei C-V-Wandlerschaltungen 131 und 132, zwei Verstärkungsschaltungen 133 und 134, eine Differenzverstärkungsschaltung 135, eine Synchronerfassungsschaltung 136, ein LPF (Low Pass Filter = Tiefpassfilter) 137 und eine Nullpunkt/Empfindlichkeit-Temperaturcharakteristik-Einstellschaltung 138.
Die zwei C-V-Wandlerschaltungen 131 und 132 empfangen von dem Paar von Schwingungseinrichtungen 3 und 4 Erfassungssignale, die den Schwingungen entsprechen, die erzeugt werden, wenn Winkelgeschwindigkeiten auf die beweglichen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektroden 38 und 48 gewirkt haben (nachfolgend als „Winkelgeschwindigkeit-Erfassungssignale" bezeichnet), und sie führen Spannungsumwandlungen an den Winkelgeschwindigkeit-Erfassungssignalen aus.
Die Verstärkungsschaltungen 133 und 134 verstärken die Winkelgeschwindigkeit-Erfassungssignale, die die Spannungsumwandlungen durch die jeweilige der C-V-Wandlerschaltungen 131 und 132 erfahren haben, mit einer vorbestimmten Verstärkung. Die Winkelgeschwindigkeit-Erfassungssignale, die durch die jeweiligen Verstärkungsschaltungen 133 und 134 verstärkt wurden, werden der Differenzverstärkungsschaltung 135 zugeführt.
Die Differenzverstärkungsschaltung 135 entspricht einem Differenzverstärkungsmittel zur Erzeugung des Differenzausgangssignals der Winkelgeschwindigkeit-Erfassungssignale, verstärkt durch die jeweilige der Verstärkungsschaltungen 133 und 134. Das Differenzausgangssignal der Differenzverstärkungsschaltung 135 wird der Synchronerfassungsschaltung 136 zugeführt. Dieses Differenzausgangssignal der Differenzverstärkungsschaltung 135 wird ein Wechselspannungssignal, das einen vorbestimmten Gleichspannungsanteil (Offset) enthält.
Die Synchronerfassungsschaltung 136 gibt eine Komponente, die synchron zu der Frequenz fd und in dem Differenzausgangssignals der Differenzverstärkungsschaltung 135 enthalten ist, auf der Grundlage der durch die Phasenverschiebungsschaltung 124 eingestellten Phase weiter, um so die Synchronkomponente an das LPF 137 weiterzugeben.
Das LPF 137 filtert nur Frequenzen bis zu einer vorbestimmten Höchstfrequenz aus dem Signal, das die Synchronerfassungsschaltung 136 durchlaufen hat. Da das LPF 137 gezwungen ist, das Signal passieren zu lassen, entsteht eine Verzögerungszeit, die der Filterkonstante des LPF 137 entspricht.
Da ein Ausgangssignaloffset sowie die Temperaturcharakteristik der Empfindlichkeit selbst in dem Signal enthalten sind, das das LPF 137 passiert, stellt die Nullpunkt/Empfindlichkeit-Temperaturcharakteristik-Einstellschaltung 138 den Ausgangssignaloffset und die Temperaturcharakteristik ein. Das durch die Null punkt/Empfindlichkeit-Temperaturcharakteristik-Einstellschaltung 138 eingestellte Signal wird im Wesentlichen als das Sensorausgangssignal verwendet.
Ferner umfasst die Sensorschaltung 110 eine Datenverarbeitungsschaltung 140. Die Datenverarbeitungsschaltung 140 enthält eine EPROM-Regelungsschaltung 141 und einen EPROM 142.
Die EPROM-Regelungsschaltung 141 ist mit Abgleichanschlüssen (Anschlussflecken bzw. Pads) verbunden, um einen Chip, auf dem die Sensorschaltung 110 ausgebildet ist, mit dem Außenbereich zu verbinden. Diese EPROM-Regelungsschaltung 141 empfängt ein Signal zum Schreiben von Daten von dem Außenbereich und liest Daten aus dem EPROM 142 aus. Ferner führt sie die Einstellung der Antriebsspannung, die von der Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121 ausgegeben werden soll, die Einstellungen der Verstärkungen der Verstärkungsschaltungen 123, 133 und 134 etc. auf der Grundlage der ausgelesenen Daten aus. Die EPROM-Regelungsschaltung 141 entspricht einer Speicherabschnittregelungsschaltung. Ferner sind die Abgleichanschlüsse mit einer Abdeckung (nicht gezeigt) zum Bonden und verkapseln der Sensorschaltung 110 überdeckt, und sie sind mit den externen Anschlüssen der Abdeckung durch Wire-Bonding verbunden. Daher können die elektrischen Verbindungen der Sensorschaltung 110 mit dem Außenbereich über die externen Anschlüsse gewonnen werden.
Der EPROM 142 entspricht einem Speicherabschnitt und speichert darin die Daten zum Einstellen der Antriebsspannung, die von der Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121 ausgegeben werden soll, und die Daten zum Einstellen der Verstärkungen der Verstärkungsschaltungen 123, 133 und 134. Hierin bezeichnet „Daten zur Einstellung der Antriebsspannung, die von der Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121 ausgegeben werden soll" Adressen, die Informationen über Spannungen, die den Einfluss einer Beschleunigung verringern können, als die Antriebsspannung, die von der Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121 ausgegeben wird, anzeigen, wobei die Adressen in dem EPROM 142 gespeichert sind. Ferner stellt die EPROM-Regelungsschaltung 141 die Antriebsspannung, die von der Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121 ausgegeben werden soll, auf der Grundlage der in dem EPROM 142 gespeicherten Adressen ein, wodurch der Einfluss der Beschleunigung verringert ist.
Nachfolgend ist dieser Schritt der Einstellung einer Antriebsspannung beschrieben, der als ein Schritt eines Herstellungsprozesses des Gyro-Sensors 1 dieser Aus führungsform ausgeführt wird. Im Übrigen werden die Verstärkungseinstellungen der Verstärkungsschaltungen 123, 133 und 134, die in der Antriebsschaltung 120 und der Winkelgeschwindigkeit-Erfassungsschaltung 130 enthalten sind, als eine Vorbereitung der Einstellung der Antriebsspannung im Voraus ausgeführt, und die Einstellung der Antriebsspannung wird hinterher ausgeführt.
Zuerst ist es erforderlich, eine gewöhnliche Situation zu erzeugen, in der eine Winkelgeschwindigkeit erfasst werden kann. Zu diesem Zweck wird die Antriebsspannung durch die Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121 erzeugt. Bei dieser Gelegenheit werden als die Antriebsspannung Signale, deren Beträge gleich und deren Phasen umgekehrt zueinander sind, für die linke und die rechte Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 in der gleichen Weise wie im Stand der Technik verwendet.
Insbesondere werden gewünschte Antriebsspannungen an die Antriebsanschlussflecke 30c angelegt, mit denen die festen Antriebselektroden 30 elektrisch verbunden sind, wodurch der Gyro-Sensor 1 dieser Ausführungsform angetrieben wird. Insbesondere, wie es in 2 gezeigt ist, wird eine erste Spannung (A ± B) [V] von einer ersten Energiequelle 5 an zwei feste Elektroden 30 angelegt, die zu den vier festen Antriebselektroden 30 in der linken Schwingungseinrichtung 3 gehören und in der linken Hälfte von 1 angeordnet sind, sowie an zwei feste Elektroden 40, die zu den vier festen Antriebselektroden 40 in der rechten Schwingungseinrichtung 4 gehören und in der rechten Hälfte der 1 angeordnet sind. Ferner wird eine zweite Spannung (C ± D) [V] von einer zweiten Energiequelle 6 zwei festen Elektroden 30 zugeführt, die zu den vier festen Antriebselektroden 30 in der linken Schwingungseinrichtung 3 gehören und in der rechten Hälfte der 1 angeordnet sind, sowie zwei festen Elektroden 40, die zu den vier festen Antriebselektroden 40 in der rechten Schwingungseinrichtung 4 gehören und in der linken Hälfte der 1 angeordnet sind.
Hier bezeichnen die „erste Spannung (A ± B) [V]" und die „zweite Spannung (C ± D) [V]" Spannungswerte, die derart gewonnen werden, dass Spannungen B und D, die sich zyklisch verändernde Wechselspannungsanteile sind, zu Konstantspannungen A und C, welche Gleichspannungsanteile sind, addiert oder von diesen subtrahiert werden. Jedoch besteht zwischen dem ± – Zeichen der Spannung B, welche der Wechselspannungsanteil ist, und dem ± – Zeichen der Spannung D, welche der Wechselspannungsanteil ist, eine reziproke Beziehung, und die erste und die zweite Spannung werden Spannungen, deren Zyklen um 180 Grad gegeneinander verschoben sind und deren Phasen umgekehrt zueinander sind.
In diesem Zustand wird eine Beschleunigung in der Wirkungsrichtung der Coriolis-Kräfte der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 übertragen (eine Richtung senkrecht zu einer Achse der Antriebsschwingung). Techniken zur Übertragung der Beschleunigung umfassen ein Verfahren, das einen Erreger oder dergleichen verwendet, ein Verfahren, das eine Schwerkraftbeschleunigung verwendet, und so weiter. In dieser Hinsicht ist es bei der Verwendung des Verfahrens, das die Schwerkraftbeschleunigung verwendet, Idealerweise nicht erforderlich, eine Vorrichtung zur Übermittlung der Beschleunigung vorzusehen, und die konstante Beschleunigung kann immer übertragen werden.
Anschließend, wenn Winkelgeschwindigkeit-Erfassungssignale von dem Gyro-Sensor 1 ausgegeben werden, um ein Sensorausgangssignal von der Winkelgeschwindigkeit-Erfassungsschaltung 130 zu liefern, wird das Sensorausgangssignal überwacht. Ferner werden, während das Sensorausgangssignal überwacht wird, die Antriebsspannung, die an die linke Schwingungseinrichtung 3 angelegt wird, und die Antriebsspannung, die an die rechte Schwingungseinrichtung 4 angelegt wird, geändert. Ferner werden die Antriebsspannungen, die das Sensorausgangssignal minimieren, erfasst. Beispielsweise können entweder eine der oder beide Konstantspannungen A, C, die de Gleichspannungsanteile sind, und der Spannungen B, D, die die Wechselspannungsanteile sind (erste und zweite Spannungen), geändert werden, jedoch ist in dieser Ausführungsform nur der Fall der Änderung der Spannungen A, C beschrieben.
Nachfolgend ist beschrieben, wie die Antriebsspannungen geändert werden. In dem Fall, in dem die Antriebsspannungen (erste und zweite Spannung) für Einstellungen geändert werden, wird der Bereich änderbarer Spannungen im Voraus bestimmt. Beispielsweise liegt der einstellbare Bereich zwischen 1 und 9 V wenn die Konstantspannungen A, C, die die Gleichspannungsanteile der Antriebsspannungen sind, geändert werden. Wenn die Antriebsspannungen des Gyro-Sensors 1 einen Mittelwert von 5V haben, kann zum Beispiel die Konstantspannung A auf zwischen 5V und 9V (d.h. 5V + 4V) oder zwischen 5V und 1V (d.h. 5V – 4V) eingestellt werden.
Daher wird im Hinblick auf wenigstens entweder die erste Spannung oder die zweite Spannung die Konstantspannung A oder die Konstantspannung C von 5V auf 9V oder von 5V auf 1V geändert. Bei dieser Gelegenheit kann die Antriebsspannung eingestellt werden, indem nur die Konstantspannung A oder nur die Konstantspannung C geändert wird. Vorzugsweise kann, ebenso wie die Konstantspannung A, die Konstantspannung C umgekehrt zu der Konstantspannung A geändert werden. Das heißt, wenn die Konstantspannung A relativ zu dem Mittelwert erhöht wird, kann die Konstantspannung C so geändert werden, dass sie relativ zu dem Mittelwert verringert wird. Beispielsweise wird, wenn die Konstantspannung A von 5V auf 9V geändert wurde, die Konstantspannung C von 5V auf 1V geändert. Auf diese Weise kann der Einstellungseffekt verdoppelt und somit mehr als bei der Änderung von nur der Konstantspannung A vergrößert werden.
Demzufolge werden die gesamte Einstelladresse des EPROM 142 in gleiche Intervalle unterteilt, und die einzelnen Teilungsadressen korrelieren mit den Änderungsbeträgen der Konstantspannungen A und C gegenüber dem Mittelwert. Zusätzlich werden die Konstantspannungen A und C in der Reihenfolge der Adressen gegenüber dem Mittelwert geändert, und Sensorausgangssignale bei den jeweiligen Teilungsadressen werden gemessen. In einem Fall zum Beispiel, in dem die Einstelladressen des EPROM 142 10 Bits haben (von der 0. Adresse bis zu der 255. Adresse), wird die gesamte Adresse in 8 Punkte oder so unterteilt, und die Sensorausgangsleistungen werden bei den Adressen der 8 Punkte gemessen. Als Folge davon gewinnt man eine Einstelladresse-Sensorausgangssignal-Charakteristik, wie sie in 5 gezeigt ist. In 5 repräsentiert ein Sollwert einen Zielwert eines Sensornullpunktausgangssignals, d.h. einen Sollwert eines Nullpunktausgangssignals. Eine endgültige Adresse repräsentiert eine endgültige Einstelladresse. Daher ist die endgültige Adresse ein bestimmter Wert. Im Übrigen ändern sich die Sensorausgangssignale in Übereinstimmung mit der Reihenfolge der Einstelladressen, da aus Experimenten bekannt ist, dass die Einstelladressen-Sensorausgangssignal-Charakteristik eine im Wesentlichen geradlinige Beziehung ist.
Anschließend wird die Adresse, bei der ein Nullpunktausgangssignal ein Zielwert wird, aus der Kennlinie berechnet. Insbesondere wird, wie es in 5 gezeigt ist, eine Adresse, die dem Schnittpunkt zwischen dem Zielwert eines Sensornullpunktausgangssignals, bei dem das Sensorausgangssignal Null wird, und einer geraden Linie, die die Einstelladressen-Sensorausgangssignal-Charakteristik darstellt, am nächsten liegt, die Adresse, bei der das Sensorausgangssignal Null am nächsten liegt, selbst wenn eine Beschleunigung auftritt. Diese Adresse wird daher in den EPROM 142 geschrieben und darin gespeichert.
Somit können, wenn die Adresse aus der in dem EPROM 142 gespeicherten Adresse durch die EPROM-Regelungsschaltung 141 ausgelesen wird, die Ände rungsbeträge der Konstantspannungen A und C gegenüber dem Mittelwert das dem Einfluss der Beschleunigung zugeschriebene Ausgangssignal minimieren.
Im Übrigen genügt, wenn durch die Einstellung beider Konstantspannungen A und C die Änderungsbeträge ausgeglichen sind, wie es hier gezeigt ist, eine Adresse zum Speichern der Änderungsbeträge in dem EPROM 142, so dass die Speicherkapazität des EPROM 142 klein ausgelegt sein kann.
Nachfolgend ist ein Antriebsverfahren für den Gyro-Sensor 1 dieser Ausführungsform beschrieben.
Der Gyro-Sensor 1 dieser Ausführungsform wird durch Anlegen gewünschter Antriebsspannungen an die Antriebsanschlussflecke 30c angetrieben, mit denen die festen Antriebselektroden 30 elektrisch verbunden sind. Insbesondere, wie es in 2 gezeigt ist, wird die erste Spannung (A ± B) [V] von der erste Energiequelle 5 an die zwei festen Elektroden 30 angelegt, die zu den vier festen Antriebselektroden 30 in der linken Schwingungseinrichtung 3 gehören und in der linken Hälfte der 2 angeordnet sind, sowie an die zwei festen Elektroden 40, die zu den vier festen Antriebselektroden 40 in der rechten Schwingungseinrichtung 4 gehören und in der rechten Hälfte der 2 angeordnet sind. Ferner wird die zweite Spannung (C ± D) [V] von der zweiten Energiequelle 6 an die zwei festen Elektroden 30 angelegt, die zu den vier festen Antriebselektroden 30 in der linken Schwingungseinrichtung 3 gehören und in der rechten Hälfte der 2 angeordnet sind, und an die zwei festen Elektroden 40, die zu den vier festen Antriebselektroden 40 in der rechten Schwingungseinrichtung 4 gehören und in der linken Hälfte in 2 angeordnet sind.
Bei dieser Gelegenheit werden die Konstantspannungen A und D, die die Gleichspannungsanteile der ersten bzw. zweiten Spannung sind, auf Werte eingestellt, bei denen die Änderungsbeträge gegenüber dem Mittelwert den Einfluss der Beschleunigung wie oben erwähnt verringern können, da die EPROM-Regelungsschaltung 141 die in dem EPROM 142 gespeicherte Adresse ausliest, um diese Adresse zu der Antriebsspannung-Erzeugungsschaltung 121 zu übertragen.
Wenn derartige Antriebsspannungen an die Antriebsanschlussflecke 30c, 40c angelegt werden, werden elektrostatische Anziehungskräfte auf der Grundlage von Kapazitäten, die zwischen den festen Antriebselektroden 30, 40 und den beweglichen Antriebselektroden 31, 41 ausgebildet sind, mit den periodischen Schwankungen der Wechselspannungsanteile der Antriebsspannungen erzeugt. Somit werden die Antriebsbalken 37, 47 gebogen, und die beweglichen Antriebselektroden 31, 41 etc. werden zusammen mit den Gewichtsabschnitten 34, 44 nach links oder rechts in der Zeichnung in Schwingung versetzt. Ferner, da sich die Wechselspannungsanteile der Antriebsspannungen periodisch ändern, werden die beweglichen Antriebselektroden 31, 41 etc. zusammen mit den Gewichtsabschnitten 34, 44 in horizontaler Richtung der Figur in Schwingungen versetzt. Da die Wechselspannungsanteile der Antriebsspannungen zueinander gegenphasig sind, schwingen die linke und die rechte Schwingungseinrichtung gegenphasig.
Bei dieser Angelegenheit schwanken die Überlappungsbeträge zwischen den Kammzinkenabschnitten 32b, 42b der festen Schwingungserfassungselektroden 32, 42 und die Kammzinkenabschnitte 33b, 43b der beweglichen Elektroden 33, 43 in Übereinstimmung mit den periodischen Schwankungen, so dass sich Kapazitäten, die durch diese Kammzinkenabschnitte gebildet sind, ändern. Die Kapazitätsänderungen werden an den Potentialen der Anschlussflecke 32c, 42c für die Erfassung der Schwingung gemessen, mit denen die festen Elektroden 32, 42 verbunden sind, wodurch die Beträge der periodischen Schwankungen überwacht werden können. Daher werden die Antriebsspannungen in Übereinstimmung mit den Beträgen der periodischen Schwankungen geregelt, so dass die Beträge der periodischen Schwankungen gewünschte Werte annehmen.
Wenn in diesem Zustand eine Beschleunigung einwirkt bzw. eingeleitet wird, werden Coriolis-Kräfte erzeugt, und die Gewichtsabschnitte 34, 44 und die beweglichen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungsabschnitte 38, 48 etc. werden durch die Durchbiegungen der Erfassungsbalken 35, 45 in der vertikalen Richtung der Figur in Schwingungen versetzt.
Somit ändern sich die Abstände zwischen den Kammzinkenabschnitten 38b, 48b der beweglichen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektroden 38, 48 und den Kammzinkenabschnitten 37b, 47b der festen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektroden 37, 47, so dass sich die Kapazitäten, die durch diese Kammzinkenabschnitte gebildet sind, ändern. Da sich die Potentiale der festen Winkelgeschwindigkeit-Erfassungselektroden 37, 47 mit den Kapazitätsänderungen ändern, kann eine Winkelgeschwindigkeit durch Messen der Potentiale erfasst werden.
Nachfolgend ist ein Vorteil des Gyro-Sensors 1 dieser Ausführungsform beschrieben.
In dieser Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, (A ± B) [V] als die erste Spannung und (C ± D) [V] als die zweite Spannung verwendet, und die Werte, die ein Sensorausgangssignal bei der Anwendung einer Beschleunigung minimieren, werden für die Konstantspannungen A und C, die die Gleichspannungsanteile der ersten bzw. der zweiten Spannung sind, verwendet.
Daher kann, selbst wenn die Beschleunigung bei der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit ausgeübt wurde, ein der Beschleunigung zugeschriebener Einfluss weitestgehend verringert werden. Dies ist in den 6A und 6B deutlich zu sehen.
Die 6A und 6B zeigen die Modelldiagramme der Schwingungsorte der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4. 6A zeigt die Schwingungsorte in dem Fall, in dem beide Konstantspannungen A und C, die die Gleichspannungsanteile der ersten bzw. der zweiten Spannung sind, auf den Mittelwert (z.B. 5V) eingestellt sind, während 6B die Schwingungsorte in dem Fall zeigt, in dem die erste und die zweite Spannung wie in dieser Ausführungsform eingestellt sind. Ferner zeigt die linke Seite von 6A einen Ort der linken Schwingungseinrichtung 3 vor der Einstellung, und die rechte Seite von 6A zeigt einen Ort der rechten Schwingungseinrichtung 4 vor der Einstellung. Die linke Seite von 6B zeigt einen Ort der linken Schwingungseinrichtung 3 nach der Einstellung, und die rechte Seite von 6B zeigt einen Ort der rechten Schwingungseinrichtung 4 nach der Einstellung. Gestrichelt dargestellte Ellipsen in den 6A und 6B repräsentieren Orte, wenn keine Beschleunigung wirkt bzw. ausgeübt wird, und durchgezogen dargestellte Ellipsen repräsentieren Orte, wenn eine Beschleunigung wirkt. In 6B repräsentieren strichpunktierte Ellipsen Orte, wenn die Beschleunigung wirkt, wenn die Einstellung nicht ausgeführt wird. VIA repräsentiert ein Differenzausgangssignal zwischen der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 vor der Einstellung, wenn keine Beschleunigung ausgeübt wird, und VIB repräsentiert ein Differenzausgangssignal zwischen der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 vor der Einstellung, wenn eine Beschleunigung ausgeübt wird. In diesem Fall, wenn die Beschleunigung ausgeübt wird, sind die Orte der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 jeweils geändert. Ferner ist das Differenzausgangssignal von VIA auf VIB vor der Einstellung geändert. VIC repräsentiert ein Differenzausgangssignal zwischen der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 nach der Einstellung, wenn keine Beschleunigung ausgeübt wird, und VID repräsentiert ein Differenzausgangssignal zwischen der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 nach der Einstellung, wenn eine Beschleunigung ausgeübt wird. In diesem Fall, wenn die Beschleunigung ausgeübt wird, sind die Orte der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 jeweils geändert. Ferner, nach der Einstellung ist das Differenzausgangssignal VIC, wenn keine Beschleunigung ausgeübt wird, ausgeglichen mit dem Differenzausgangssignal VID, wenn die Beschleunigung ausgeübt wird, d.h. eine Verlagerung VIE der linken Schwingungseinrichtung 3 ist ausgeglichen mit einer Verlagerung VIF der rechten Schwingungseinrichtung 4.
Insbesondere gelangen, wenn sich ein Zustand, in dem die Beschleunigung nicht in der Erfassungsrichtung der Schwingungseinrichtungen ausgeübt wird, in einen Zustand geändert hat, in dem die Beschleunigung ausgeübt wird, die Verlagerungsbeträge der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 in Übereinstimmung, wie es in 6B gezeigt ist.
Der Grund hierfür ist, dass die Verlagerungsbeträge der beweglichen Abschnitte (wie etwa die Gewichtsabschnitte 34, 44 und die einzelnen beweglichen Elektroden) in der vertikalen Richtung der Figur bei der Ausübung der Beschleunigung durch Einstellen von Erregerkräften in einer Erfassungsrichtung, und zwar der vertikalen Richtung der Figur, jeder Zeit in Übereinstimmung gebracht werden können.
Das heißt, wie es oben ausgeführt ist, ist jede der Erregerkräfte in der vertikalen Richtung der Figur, die in den jeweiligen Schwingungseinrichtungen 3, 4, erzeugt wird, durch die folgende Formel repräsentiert:
Ferner können die Überlappung und der Spalt in den festen und beweglichen Antriebselektroden 30 bzw. 31, die den Antriebselektroden entsprechen, der Diskrepanz der Dimensionen und/oder Oberflächenbeschaffenheiten der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 zugeschrieben werden. Daher wird eine Potentialdifferenz, die ein dritter Parameter zur Bestimmung der Erregerkräfte wird, d.h. die Potentialdifferenz zwischen den festen Elektroden 30 und den beweglichen Elektroden 31 eingestellt, wodurch die Erregerkräfte ausgeglichen werden können, so dass die Verlagerungsbeträge der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 in Übereinstimmung gelangen.
Demzufolge gelangen, wenn die Beschleunigung ausgeübt wurde, die Verlagerungsbeträge der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 mit jenen vor der Ausübung der Beschleunigung in Übereinstimmung, und die Schwankung des
Differenzausgangssignals der Kapazitätsänderungen der linken und der rechten Schwingungseinrichtung 3 bzw. 4 wird Null. Folglich ist es erlaubt, ein Ausgangssignal aufgrund einer externen Beschleunigung zufriedenstellend auszulöschen, und das der Beschleunigung zugeschriebene Ausgangssignal kann weitestgehend unterdrückt werden.
Wie es oben beschrieben ist, kann gemäß dem Gyro-Sensor 1 dieser Ausführungsform das Ausgangssignal durch die externe Beschleunigung zufriedenstellend ausgelöscht werden, und das der Beschleunigung zugeschriebene Ausgangssignal kann weitestgehend unterdrückt werden. Somit ist es erlaubt, die Genauigkeit des Sensors zu erhöhen.
Die obige Ausführungsform ist für den Fall beschrieben, wo nur die Konstantspannungen A und C, die die Gleichspannungsanteile der ersten bzw. zweiten Spannung sind, als die Antriebsspannungen geändert werden, jedoch können auch die Spannungen B und D, die die Wechselspannungsanteile sind, geändert werden. Das heißt, eine Einstellung kann dadurch gemacht werden, dass wenigstens eine der Spannungen B und D, die die Wechselspannungsanteile sind, geändert wird. Bei dieser Gelegenheit sollte zusätzlich zu der Spannung B (oder D) die Spannung D (oder B) umgekehrt zu der Spannung B (oder D) geändert werden. Auf diese Weise kann ein Einstellungseffekt verdoppelt werden, so dass der Einstellungseffekt mehr verstärkt werden kann als durch Ändern von nur der Spannung B (oder der Spannung D), und ein einstellbarer Bereich kann ausgedehnt werden. Ferner, obwohl der Fall, in dem die Antriebsspannung eine sinusförmige Welle ist, in der obigen Ausführungsform aufgezeigt wurde, kann die Antriebsspannung ebenso eine Rechteckwelle sein. In diesem Fall kann eine Technik, in der das Tastverhältnis der Rechteckwelle geändert wird, ebenso verwendet werden.
Es ist natürlich möglich, alle oder zwei von der Technik zum Ändern der Konstantspannungen A und C, der Technik zum Ändern der Spannungen B und D und der Technik zum Ändern des Tastverhältnisses der Rechteckwelle zu kombinieren. Im Falle einer solchen Kombination sind Einstellungsbeträge sind Einstellungsbeträge größer in der Reihenfolge (1) der Technik zum Ändern der Konstantspannungen A und C, (2) der Technik zum Ändern der Spannungen B und D und (3) der Technik zum Ändern des Tastverhältnisses der Rechteckwelle, so dass Grobeinstellungen und Feineinstellungen in Übereinstimmung mit der Reihenfolge gemacht werden können. Wenn zum Beispiel die Techniken (1) und (2) kombiniert werden, werden die Grobeinstellungen zuerst durch die Einstellungen auf der Grundlage der Technik (1) gemacht, und die Feineinstellungen werden anschließend durch Einstellungen auf der Grundlage der Technik (2) gemacht. Danach sind die Einstellungen schnell, und sie sind weniger anfällig für den Einfluss, der der Beschleunigung zugeschrieben werden kann.
Die Struktur des Gyro-Sensors 1, die in der oben beschriebenen Ausführungsform dargestellt ist, ist nur ein Beispiel, und die Erfindung kann ebenso auf weitere Strukturen angewendet werden, die allgemein bekannt sind. Ferner sind in 1 die Anzahl der in jeder der festen Elektroden und die Anzahl jeder der beweglichen Elektroden enthaltenen Zähne schematisch, wobei es klar ist, dass die Erfindung nicht auf diese Anzahl beschränkt ist.
Die oben beschriebene Ausführungsform hat die folgenden Aspekte.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Winkelgeschwindigkeitssensor ein Trägersubstrat und eine erste und eine zweite Schwingungseinrichtung, die auf dem Trägersubstrat angeordnet sind. Jede Schwingungseinrichtung umfasst einen beweglichen Abschnitt und einen festen Abschnitt. Der bewegliche Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung hat eine bewegliche Antriebselektrode und eine bewegliche Erfassungselektrode. Der bewegliche Abschnitt wird beweglich auf dem Trägersubstrat derart gestützt, dass er in horizontaler Richtung, parallel zu einer Oberfläche des Trägersubstrats beweglich ist. Der feste Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung hat eine feste Antriebselektrode und eine feste Erfassungselektrode. Der feste Abschnitt ist auf dem Trägersubstrat befestigt. Die feste Antriebselektrode liegt der beweglichen Antriebselektrode gegenüber, und die feste Erfassungselektrode liegt der beweglichen Erfassungselektrode gegenüber. Die erste Schwingungseinrichtung ist symmetrisch zu der zweiten Schwingungsvorrichtung aufgebaut. Der bewegliche Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung umfasst einen Teil, der dazu geeignet ist, durch Anlegen einer Antriebsspannung zwischen der festen Antriebselektrode und der beweglichen Antriebselektrode in einer Schwingungsrichtung parallel zu der horizontalen Richtung zu schwingen. Der Teil des beweglichen Abschnitts jeder Schwingungsvorrichtung ist dazu geeignet, in einer Oszillationsrichtung senkrecht zu der Schwingungsrichtung durch eine Coriolis-Kraft zu oszillieren, die durch eine auf den Teil des beweglichen Abschnitts ausgeübten Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird. Eine Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode und der beweglichen Erfassungselektrode ist in Übereinstimmung mit einer Oszillation des Teils des beweglichen Abschnitts änderbar. Die Winkelgeschwindigkeit wird auf der Grundlage einer Änderung der Kapazität zwischen der festen Erfassungs elektrode und der beweglichen Erfassungselektrode erfasst. Die feste Antriebselektrode in der ersten Schwingungseinrichtung umfasst eine feste Antriebselektrode auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode auf einer zweiten Seite. Die feste Antriebselektrode in der zweiten Schwingungseinrichtung umfasst eine feste Antriebselektrode auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode auf einer zweiten Seite. Die an die feste Antriebselektrode auf der ersten Seite in der ersten Schwingungsvorrichtung angelegte Antriebsspannung ist als eine erste Antriebsspannung definiert, und die an die feste Antriebselektrode auf der zweiten Seite angelegte Antriebsspannung in der zweiten Schwingungseinrichtung ist die erste Antriebsspannung. Die erste Antriebsspannung enthält einen Gleichspannungsanteil von A Volt und einen Wechselspannungsanteil von B Volt, so dass die erste Antriebsspannung als A + B Volt beschrieben werden kann. Die an die feste Antriebselektrode auf der zweiten Seite in der ersten Schwingungseinrichtung angelegte Antriebsspannung ist als eine zweite Antriebsspannung definiert, und die an die feste Antriebselektrode auf der ersten Seite in der zweiten Schwingungsvorrichtung angelegte Antriebsspannung ist die zweite Antriebsspannung. Die zweite Antriebsspannung enthält einen Gleichspannungsanteil von C Volt und einen Wechselspannungsanteil von D Volt, so dass die zweite Antriebsspannung als C + D Volt beschrieben werden kann. Der Wechselspannungsanteil der ersten Antriebsspannung hat eine vorbestimmte Phase, die der Phase des Wechselspannungsanteils der zweiten Antriebsspannung entgegengesetzt ist. Wenigstens einer der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung wird derart geregelt, dass die erste Schwingungseinrichtung den beweglichen Abschnitt mit einer vorbestimmten Phase in Schwingungen versetzt, die der Phase des beweglichen Abschnitts in der zweiten Schwingungseinrichtung entgegengesetzt ist, wenigstens einer der Wechselspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung wird derart geregelt, dass die erste Schwingungseinrichtung den beweglichen Abschnitt mit einer vorbestimmten Phase in Schwingungen versetzt, die der Phase des beweglichen Abschnitts in der zweiten Schwingungseinrichtung entgegengesetzt ist, oder wenigstens eines der Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung, die Rechteckwellen sind, wird mit Bezug auf einen Mittelwert der Tastverhältnisse der Rechteckwellen derart geregelt, dass die erste Schwingungseinrichtung den beweglichen Abschnitt mit einer vorbestimmten Phase zu Schwingungen anregt, die der Phase des beweglichen Abschnitts in der zweiten Schwingungseinrichtung entgegengesetzt ist.
In dem obigen Sensor wird das durch die externe Beschleunigung verursachte Ausgangssignal in ausreichender Weise ausgelöscht, so dass das der Beschleunigung zuzuschreibende Ausgangssignal minimiert ist.
Alternativ kann der eine der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung derart geregelt werden, dass der Gleichspannungsanteil der ersten Gleichspannungsanteil gegenüber einem Mittelwert zwischen den Gleichspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung um einen vorbestimmten Betrag geändert wird, und der Gleichspannungsanteil der zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert um den vorbestimmten Betrag geändert wird, so dass die Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannungen mit Bezug auf den Mittelwert entgegengesetzt geändert werden. Ferner kann der Sensor einen Speicher zum Speichern einer Adresse, die dem vorbestimmten Betrag entspricht, und eine Speicherregelungsschaltung zum Auslesen der Adresse aus dem Speicher und zum Anlegen der ersten und zweiten Antriebsspannung an die festen Antriebselektroden in der ersten bzw. der zweiten Schwingungseinrichtung enthalten, wobei die erste und die zweite Antriebsspannung um den vorbestimmten Betrag geändert werden.
Alternativ kann der eine der Wechselspannungsanteile der ersten und der zweiten Antriebsspannung derart geregelt werden, dass der Wechselspannungsanteil der ersten Antriebsspannung gegenüber einem Mittelwert zwischen den Wechselspannungsanteilen der ersten und der zweiten Antriebsspannung um einen vorbestimmten Betrag geändert wird, und der Wechselspannungsanteil der zweiten Antriebsspannung wird gegenüber dem vorbestimmten Mittelwert geändert, so dass die Wechselspannungsanteile der ersten und der zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert entgegengesetzt geändert werden. Ferner kann der Sensor einen Speicher zum Speichern einer Adresse, die dem vorbestimmten Betrag entspricht, und eine Speicherregelungsschaltung zum Auslesen der Adresse aus dem Speicher und zum Anlegen der ersten und der zweiten Antriebsspannung an die feste Antriebselektrode in der ersten bzw. zweiten Schwingungseinrichtung umfassen, wobei die erste und die zweite Antriebsspannung um den vorbestimmten Betrag geändert werden.
Alternativ kann das eine der Tastverhältnisse der ersten und der zweiten Antriebsspannung derart geregelt werden, dass das Tastverhältnis der ersten Antriebsspannung gegenüber einem Mittelwert zwischen den Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung um einen vorbestimmten Betrag geändert wird, und das Tastverhältnis der zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert um den vorbestimmten Betrag geändert wird, so dass die Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung mit Bezug auf den Mittelwert entgegengesetzt geändert werden. Ferner kann der Sensor einen Speicher zum Speichern einer Adresse entsprechend dem vorbestimmten Betrag und eine Speicherregelungsschaltung zum Auslesen der Adresse aus dem Speicher und zum Anlegen der ersten und zweiten Antriebsspannung an die festen Antriebselektroden in der ersten bzw. zweiten Schwingungseinrichtung umfassen, wobei die erste und zweite Antriebsspannung um den vorbestimmten Betrag geändert ist.
Alternativ kann eine Symmetrie zwischen der ersten und zweiten Schwingungseinrichtung eine Links-Rechts-Symmetrie sein. Die erste Schwingungseinrichtung ist auf der linken Seite des Trägersubstrats angeordnet, und die zweite Schwingungseinrichtung ist auf der rechten Seite des Trägersubstrats angeordnet. Die feste Antriebselektrode auf der ersten Seite in der ersten Schwingungseinrichtung ist auf einer linken Seite der ersten Schwingungseinrichtung angeordnet, und die feste Antriebselektrode auf der zweiten Seite in der ersten Schwingungseinrichtung ist auf der rechten Seite der ersten Schwingungseinrichtung angeordnet. Die feste Antriebselektrode auf der ersten Seite in der zweiten Schwingungseinrichtung ist auf der linken Seite der zweiten Schwingungseinrichtung angeordnet, und die feste Antriebselektrode auf der zweiten Seite in der zweiten Schwingungseinrichtung ist auf der rechten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung angeordnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Winkelgeschwindigkeitssensors, der ein Trägersubstrat und eine erste und zweite Schwingungseinrichtung umfasst, bereitgestellt. Jede Schwingungseinrichtung umfasst einen beweglichen Abschnitt und einen festen Abschnitt. Der bewegliche Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung hat eine bewegliche Antriebselektrode und eine bewegliche Erfassungselektrode. Der bewegliche Abschnitt wird so auf dem Trägersubstrat gestützt, dass er in horizontaler Richtung, parallel zu einer Oberfläche des Trägersubstrats beweglich ist. Der feste Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung umfasst eine feste Antriebselektrode und eine feste Erfassungselektrode. Der feste Abschnitt ist auf dem Trägersubstrat befestigt. Die feste Antriebselektrode liegt der beweglichen Antriebselektrode gegenüber, und die feste Erfassungselektrode liegt der beweglichen Erfassungselektrode gegenüber. Die erste Schwingungseinrichtung ist symmetrisch zu der zweiten Schwingungseinrichtung aufgebaut. Der bewegliche Abschnitt jeder Schwingungseinrichtung umfasst einen Teil, der dazu geeignet ist, in einer Schwingungsrichtung parallel zu der horizontalen Richtung zu schwingen, wenn eine Antriebsspannung zwischen der festen Antriebselektrode und der beweglichen Antriebselektrode angelegt wird. Der Teil des beweglichen Abschnitts jeder Schwingungseinrichtung ist dazu geeignet, in einer Oszillati onsrichtung senkrecht zu der Schwingungsrichtung durch eine Coriolis-Kraft zu oszillieren, die durch eine Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird, die auf den Teil des beweglichen Abschnitts wirkt. Eine Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode und der beweglichen Erfassungselektrode ist in Übereinstimmung mit einer Oszillation des Teils des beweglichen Abschnitts veränderlich. Die Winkelgeschwindigkeit wird auf der Grundlage einer Änderung der Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode und der beweglichen Erfassungselektrode erfasst. Die feste Erfassungselektrode in der ersten Schwingungseinrichtung umfasst eine feste Antriebselektrode auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode auf einer zweiten Seite. Die feste Antriebselektrode in der zweiten Schwingungseinrichtung umfasst eine feste Antriebselektrode auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode auf einer zweiten Seite. Die an die feste Antriebselektrode auf der ersten Seite in der ersten Schwingungseinrichtung angelegte Antriebsspannung ist als eine erste Antriebsspannung definiert, und die an die feste Antriebselektrode auf der zweiten Seite in der zweiten Schwingungseinrichtung angelegte Antriebsspannung ist die erste Antriebsspannung. Die erste Antriebsspannung umfasst einen Gleichspannungsanteil von A Volt und einen Wechselspannungsanteil von B Volt, so dass die erste Antriebsspannung als A + B Volt beschrieben werden kann. Die an die feste Antriebselektrode auf der zweiten Seite in der ersten Schwingungseinrichtung angelegte Antriebsspannung ist als eine zweite Antriebsspannung definiert, und die an die feste Antriebselektrode auf der ersten Seite in der zweiten Schwingungseinrichtung angelegte Antriebsspannung ist die zweite Antriebsspannung. Die zweite Antriebsspannung umfasst einen Gleichstromanteil von C Volt und einen Wechselspannungsanteil von D Volt, so dass die zweite Antriebsspannung als C + D Volt beschrieben werden kann, und der Wechselspannungsanteil der ersten Antriebsspannung hat eine vorbestimmte Phase, die der Phase des Wechselspannungsanteils der zweiten Antriebsspannung entgegengesetzt ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: In-Schwingungs-Versetzen der ersten und zweiten Schwingungseinrichtung durch Anlegen der ersten bzw. zweiten Antriebsspannung an die festen Antriebselektroden in der ersten bzw. zweiten Schwingungseinrichtung, Überwachen eines Sensorausgangssignals, wenn eine vorbestimmte Beschleunigung ausgeübt wird, Regeln von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung derart, dass der eine der Gleichspannungsanteile um einen vorbestimmten Betrag gegenüber einem vorbestimmten Mittelwert der Gleichspannungsanteile geändert wird, Regeln von wenigstens einem der Wechselspannungsanteile in der ersten und zweiten Antriebsspannung derart, dass der eine der Wechselspannungsanteile um einen vorbestimmten Betrag bezüglich eines vorbestimmten Mittelwerts der Wechselspannungsanteile geändert wird, oder Regeln von wenigstens einem der Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung, die Rechteckwellen sind, und zwar derart, dass das eine der Tastverhältnisse um einen vorbestimmten Betrag gegenüber einem Mittelwert der Tastverhältnisse der Rechteckwellen geändert wird, und Speichern von Informationen über den vorbestimmten Betrag in einem Speicher, wenn das Sensorausgangssignal minimiert ist.
In dem oben beschriebenen Verfahren wird das durch eine externe Beschleunigung bewirkte Ausgangssignal in ausreichender Weise ausgelöscht, so dass das der Beschleunigung zugeschriebene Ausgangssignal minimiert ist.
Alternativ kann die Regelung die folgenden Schritte umfassen: Ändern von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Gleichspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung, und Ändern von wenigstens einem der Wechselspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Wechselspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung nach Änderung von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile. Ferner kann der Speichervorgang die Schritte umfassen: Speichern einer Adresse entsprechend dem vorbestimmten Betrag der ersten und zweiten Antriebsspannung in dem Speicher.
Alternativ kann die Regelung die Schritte umfassen: Ändern von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Gleichspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung, und Ändern von wenigstens einem der Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung nach Ändern von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile. Ferner kann der Speicherschritt den Schritt umfassen: Speichern einer Adresse, die dem vorbestimmten Betrag der ersten und zweiten Antriebsspannung in dem Speicher entspricht.
Alternativ kann die Regelung die folgenden Schritte umfassen: Ändern von wenigstens einem der Wechselspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Wechselspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung, und Ändern von wenigstens einem der Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung nach Ändern von wenigstens einem der Wechselspannungsanteile. Ferner kann der Speicherschritt den Schritt enthalten: Speichern einer Adresse, die dem vorbestimmten Betrag der ersten und zweiten Antriebsspannung entspricht, in dem Speicher.
Obgleich die vorliegende Erfindung bezüglich der bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu ermöglichen, sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, die realisiert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Winkelgeschwindigkeitssensor mit: – einem Trägersubstrat (2); und – einer ersten und zweiten Schwingungseinrichtung (3, 4), die auf dem Trägersubstrat (2) angeordnet sind; wobei – jede Schwingungseinrichtung (3, 4) einen beweglichen Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) und einen festen Abschnitt (30, 37, 40, 47) umfasst; – der bewegliche Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) jeder Schwingungseinrichtung (3, 4) eine bewegliche Antriebselektrode (31, 41) und eine bewegliche Erfassungselektrode (38, 48) umfasst; – der bewegliche Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) so auf dem Trägersubstrat (2) beweglich gestützt ist, dass der bewegliche Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) in horizontaler Richtung, parallel zu einer Oberfläche des Trägersubstrats (2) beweglich ist; – der feste Abschnitt (30, 37, 40, 47) jeder Schwingungseinrichtung (3, 4) eine feste Antriebselektrode (30, 40) und eine feste Erfassungselektrode (37, 47) umfasst; – der feste Abschnitt (30, 37, 40, 47) auf dem Trägersubstrat (2) befestigt ist; – die feste Antriebselektrode (30, 40) der beweglichen Antriebselektrode (31, 41) gegenüberliegt und die feste Erfassungselektrode (37, 47) der beweglichen Erfassungselektrode (38, 48) gegenüberliegt; – die erste Schwingungseinrichtung (3) symmetrisch zu der zweiten Schwingungseinrichtung (4) ausgebildet ist; – der bewegliche Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) jeder Schwingungseinrichtung (3, 4) einen Teil (31, 34, 41, 44) aufweist, der dazu geeignet ist, in einer Schwingungsrichtung parallel zur horizontalen Richtung zu schwingen, indem eine Antriebsspannung zwischen der festen Antriebselektrode (30, 40) und der beweglichen Antriebselektrode (31, 41) angelegt wird; – der Teil (31, 34, 41, 44) des beweglichen Abschnitts (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) jeder Schwingungseinrichtung (3, 4) dazu geeignet ist, in einer Oszillationsrichtung senkrecht zu der Schwingungsrichtung durch eine Coriolis-Kraft zu oszillieren, die von einer Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird, die dem Teil (31, 34, 41, 44) des beweglichen Abschnitts (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) verliehen wird; – eine Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode (37, 47) und der beweglichen Erfassungselektrode (38, 48) in Übereinstimmung mit einer Oszillation des Teils (31, 34, 41, 44) des beweglichen Abschnitts (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) veränderlich ist; – die Winkelgeschwindigkeit auf der Grundlage einer Änderung der Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode (37, 47) und der beweglichen Erfassungselektrode (38, 48) erfasst wird; – die feste Antriebselektrode (30, 40) der ersten Schwingungseinrichtung (3) eine feste Antriebselektrode (30) auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode (30) auf einer zweiten Seite umfasst; – die feste Antriebselektrode (30, 40) der zweiten Schwingungseinrichtung (4) eine feste Antriebselektrode (40) auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode (40) auf einer zweiten Seite umfasst; – die an die feste Antriebselektrode (30) auf der ersten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) angelegte Spannung als eine erste Antriebsspannung definiert ist, und die an die feste Antriebselektrode (40) auf der zweiten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung (4) angelegte Antriebsspannung die erste Antriebsspannung ist; – die erste Antriebsspannung einen Gleichspannungsanteil von A Volt und einen Wechselspannungsanteil von B Volt enthält, so dass die erste Antriebsspannung durch A + B beschrieben ist; – die an die feste Antriebselektrode (30) auf der zweiten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) angelegte Antriebsspannung als eine zweite Antriebsspannung definiert ist, und die an die feste Antriebselektrode (40) auf der ersten Seite der zweiten Schwingungsvorrichtung (4) angelegte Antriebsspannung die zweite Antriebsspannung ist; – die zweite Antriebsspannung einen Gleichspannungsanteil von C Volt und einen Wechselspannungsanteil von D Volt enthält, so dass die zweite Antriebsspannung durch C + D beschreiben ist; – der Wechselspannungsanteil der ersten Antriebsspannung eine vorbestimmte Phase hat, die zu einer Phase des Wechselspannungsanteils der zweiten Antriebsspannung entgegengesetzt; und – wenigstens einer der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung derart geregelt wird, dass die erste Schwingungseinrichtung (3) den beweglichen Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) mit einer vorbestimmten Phase in Schwingungen versetzt, die entgegengesetzt zu einer Phase des beweglichen Abschnitts (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) der zweiten Schwingungseinrichtung (4) ist, wenigstens einer der Wechselspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung wird derart geregelt ist, dass die erste Schwingungseinrichtung (3) den beweglichen Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) mit einer vorbestimmten Phase in Schwingung versetzt, die einer Phase des beweglichen Abschnitts (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) der zweiten Schwingungseinrichtung (4) entgegengesetzt ist, oder wenigstens eines von Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung, die Rechteckwellen sind, bezüglich eines Mittelwerts der Tastverhältnisse der Rechteckwellen derart geregelt wird, dass die erste Schwingungseinrichtung (3) den beweglichen Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) mit einer vorbestimmten Phase in Schwingung versetzt, die einer Phase des beweglichen Abschnitts (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) der zweiten Schwingungseinrichtung (4) entgegengesetzt ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: – der eine der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung derart geregelt wird, dass der Gleichspannungsanteil der ersten Antriebsspannung gegenüber einem Mittelwert zwischen den Gleichspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung um einen vorbestimmten Betrag geändert ist; und – der Gleichspannungsanteil der zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert so um einen vorbestimmten Betrag geändert ist, dass die Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung mit Bezug auf den Mittelwert entgegengesetzt geändert sind.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: – der eine der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung derart geregelt wird, dass der Wechselspannungsanteil der ersten Antriebsspannung gegenüber einem Mittelwert zwischen den Wechselspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung um einen vorbestimmten Betrag geändert ist; und – der Wechselspannungsanteil der zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert so um einen vorbestimmten geändert ist, dass die Wechselspannungsanteile der erste und zweiten Antriebsspannung bezüglich dem Mittelwert entgegengesetzt geändert sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: – das eine der Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung derart geregelt wird, dass das Tastverhältnis der ersten Antriebsspannung gegenüber einem Mittelwert zwischen den Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung um einen vorbestimmten Betrag geändert ist; und – das Tastverhältnis der zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert um einen vorbestimmten Betrag geändert ist, so dass die Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert entgegengesetzt geändert sind.
Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst: – einen Speicher (142) zum Speichern einer Adresse, die dem vorbestimmten Betrag entspricht; und – einer Speicherregelungsschaltung (141) zum Auslesen der Adresse aus dem Speicher und Anlegen der ersten und zweiten Antriebsspannung an die festen Antriebselektroden (30, 40) der ersten und zweiten Schwingungseinrichtung (3, 4), wobei die erste und zweite Antriebsspannung um den vorbestimmten Betrag geändert werden.
Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst: – einen Speicher (142) zum Speichern einer Adresse, die dem vorbestimmten Betrag entspricht; und – einer Speicherregelungsschaltung (141) zum Auslesen der Adresse aus dem Speicher und Anlegen der ersten und zweiten Antriebsspannung an die festen Antriebselektroden (30, 40) der ersten und zweiten Schwingungseinrichtung (3, 4), wobei die erste und zweite Antriebsspannung um den vorbestimmten Betrag geändert sind.
Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner umfasst: – einen Speicher (142) zum Speichern einer Adresse, die dem vorbestimmten Betrag entspricht; und – einer Speicherregelungsschaltung (141) zum Auslesen der Adresse aus dem Speicher und Anlegen der ersten und zweiten Antriebsspannung an die festen Antriebselektroden (30, 40) der ersten und zweiten Schwingungseinrichtung (3, 4), wobei die erste und zweite Antriebsspannung um den vorbestimmten Betrag geändert sind.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass: – eine Symmetrie zwischen der ersten und zweiten Schwingungseinrichtung (3, 4) eine Links-Rechts-Symmetrie ist; – die erste Schwingungseinrichtung (3) auf einer linken Seite des Trägersubstrats (2) und die zweite Schwingungseinrichtung (4) auf einer rechten Seite des Trägersubstrats (2) angeordnet ist; – die feste Antriebselektrode (30) auf der ersten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) auf einer linken Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) angeordnet ist, und die feste Antriebselektrode (30) auf der zweiten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) auf einer rechten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) angeordnet ist; und – die feste Antriebselektrode (40) auf der ersten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung (4) auf einer linken Seite der zweiten Schwimmungseinrichtung (2) angeordnet ist, und die feste Antriebselektrode (40) auf der zweiten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung (4) auf einer rechten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung (4) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben eines Winkelgeschwindigkeitssensors, der ein Trägersubstrat (2) und eine erste und zweite Schwingungseinrichtung (3, 4) umfasst, wobei jede Schwingungseinrichtung (3, 4) einen beweglichen Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) und einen festen Abschnitt (30, 37, 40, 47) umfasst, wobei der bewegliche Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) jeder Schwingungseinrichtung (3, 4) eine bewegliche Antriebselektrode (31, 41) und eine bewegliche Erfassungselektrode (38, 48) umfasst, wobei der bewegliche Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) so auf dem Trägersubstrat (2) gestützt ist, dass der bewegliche Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) in horizontaler Richtung, parallel zu einer Oberfläche des Trägersubstrats (2) beweglich ist, wobei der feste Abschnitt (30, 37, 40, 47) jeder Schwingungseinrichtung (3, 4) eine feste Antriebselektrode (30, 40) und eine feste Erfassungselektrode 37, 47) umfasst, wobei der feste Abschnitt (30, 37, 40, 47) auf dem Trägersubstrat (2) befestigt ist, wobei die feste Antriebselektrode (30, 40) der beweglichen Antriebselektrode (37, 47) gegenüberliegt und die feste Erfassungselektrode (37, 47) der beweglichen Erfassungselektrode (38, 48) ge genüberliegt, wobei die erste Schwingungseinrichtung (3) symmetrisch zu der zweiten Schwingungseinrichtung (4) ausgebildet ist, wobei der bewegliche Abschnitt (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) jeder Schwingungseinrichtung (3, 4) einen Teil (31, 34, 41, 44) umfasst, der dazu geeignet ist, in einer Schwingungsrichtung parallel zur horizontalen Richtung zu schwingen, indem eine Antriebsspannung zwischen der festen Antriebselekrode (30, 40) und der beweglichen Antriebselektrode (31, 41) angelegt wird, wobei der Teil (31, 34, 41, 44) des beweglichen Abschnitts (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) jeder Schwingungseinrichtung (3, 4) dazu geeignet ist, in einer Oszillationsrichtung senkrecht zu der Schwingungsrichtung durch eine Coriolis-Kraft zu oszillieren, die durch eine Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird, welche dem Teil (31, 34, 41, 44) des beweglichen Abschnitts (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) verliehen wird, wobei eine Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode (37, 47) und der beweglichen Erfassungselektrode (38, 48) in Übereinstimmung mit einer Oszillation des Teils (31, 34, 41, 44) des beweglichen Abschnitts (31, 34, 35, 36, 38, 41, 44, 45, 46, 48) veränderbar ist, wobei die Winkelgeschwindigkeit auf der Grundlage einer Änderung der Kapazität zwischen der festen Erfassungselektrode (37, 47) und der beweglichen Erfassungselektrode (38, 48) erfasst wird, wobei die feste Antriebselektrode (30, 40) der ersten Schwingungseinrichtung (3) eine feste Antriebselektrode (30) auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode (30) auf einer zweiten Seite umfasst, wobei die feste Antriebselektrode (30, 40) der zweiten Schwingungseinrichtung (4) eine feste Antriebselektrode (40) auf einer ersten Seite und eine feste Antriebselektrode (40) auf einer zweiten Seite umfasst, wobei die an die feste Antriebselektrode (30) auf der ersten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) angelegte Antriebsspannung als eine erste Antriebsspannung definiert ist, und wobei die an die feste Antriebselektrode (40) auf der zweiten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung (4) angelegte Antriebsspannung die erste Antriebsspannung ist, wobei die erste Antriebsspannung einen Gleichspannungsanteil von A Volt und einen Wechselspannungsanteil von B Volt enthält, so dass die erste Antriebsspannung als A + B beschrieben ist, wobei die an die feste Antriebselektrode (30) auf der zweiten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) angelegte Antriebsspannung als eine zweite Antriebsspannung definiert ist, und wobei die an die feste Antriebselektrode (40) auf der ersten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung (4) angelegte Antriebsspannung die zweite Antriebsspannung ist, wobei die zweite Antriebsspannung einen Gleichspannungsanteil von C Volt und einen Wechselspannungsanteil von D Volt enthält, so dass die zweite Antriebsspannung als C + D Volt beschrieben ist, und wobei der Wechselspan nungsanteil der ersten Antriebsspannung eine vorbestimmte Phase besitzt, die einer Phase des Wechselspannungsanteils der zweiten Antriebsspannung entgegengesetzt ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – In-Schwingung-Versetzen der ersten und zweiten Schwingungseinrichtung (3, 4) durch Anlegen der ersten und zweiten Antriebsspannung an die festen Antriebselektroden (30, 40) der ersten bzw. zweiten Schwingungseinrichtung (3, 4); – Überwachen eines Sensorausgangssignals, wenn eine vorbestimmte Beschleunigung übertragen wird; – Regeln von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung derart, dass der eine der Gleichspannungsanteile um einen vorbestimmten Betrag gegenüber einem vorbestimmten Mittelwert der Gleichspannungsanteile geändert wird, Regeln von wenigstens einem der Wechselspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung derart, dass der eine der Wechselspannungsanteile um einen vorbestimmten Betrag gegenüber einem vorbestimmten Mittelwert der Wechselspannungsanteile geändert wird, oder Regeln von wenigstens einem der Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung, die Recheckwellen sind, derart, dass das eine der Tastverhältnisse um einen vorbestimmten Betrag gegenüber einem Mittelwert der Tastverhältnisse der Rechteckwellen geändert wird; und – Speichern von Informationen über den vorbestimmten Betrag in einem Speicher (142), wenn das Sensorausgangssignal minimiert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass: – der eine der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung derart geregelt wird, dass der Gleichspannungsanteil der erste Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Gleichspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung um den vorbestimmten Betrag geändert wird; und – der Gleichspannungsanteil der zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert um den vorbestimmten Betrag geändert wird, so dass die Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert entgegengesetzt geändert werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass: – der eine der Wechselspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung derart geregelt wird, dass der Wechselspannungsanteil der ersten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Wechselspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung um einen vorbestimmten Betrag geändert wird; und – der Wechselspannungsanteil der zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert so um den vorbestimmten Betrag geändert wird, dass die Wechselspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert entgegengesetzt geändert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–11, dadurch gekennzeichnet, dass: – das eine von Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung derart geregelt wird, dass das Tastverhältnis der ersten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung um den vorbestimmten Betrag geändert wird; und – das Tastverhältnis der zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert so um den vorbestimmten Betrag geändert wird, dass die Tastverhältnisse der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert entgegengesetzt geändert werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung umfasst: – Ändern von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Gleichspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung; und – Ändern von wenigstens einem der Wechselspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Wechselspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung nach dem Ändern von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung umfasst: – Ändern von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Gleichspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung; und – Ändern von wenigstens einem von Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung nach dem Ändern von wenigstens einem der Gleichspannungsanteile.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung umfasst: – Ändern von wenigstens einem der Wechselspannungsanteile der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Wechselspannungsanteilen der ersten und zweiten Antriebsspannung; und – Ändern von wenigstens einem von Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung gegenüber dem Mittelwert zwischen den Tastverhältnissen der ersten und zweiten Antriebsspannung nach dem Ändern von wenigstens einem der Wechselspannungsanteile.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Speichervorgang das Speichern einer Adresse, die dem vorbestimmten Betrag der ersten und zweiten Antriebsspannung in dem Speicher (142) entspricht, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Speichervorgang das Speichern einer Adresse entsprechend dem vorbestimmten Betrag der ersten und zweiten Antriebsspannung in dem Speicher (142) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Speichervorgang das Speichern einer Adresse entsprechend dem vorbestimmten Betrag der ersten und zweiten Antriebsspannung in dem Speicher (142) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–18, dadurch gekennzeichnet, dass: – eine Symmetrie zwischen der ersten und zweiten Schwingungseinrichtung (3, 4) eine Links-Rechts-Symmetrie ist; – die erste Schwingungseinrichtung (3) auf einer linken Seite des Trägersubstrats (2) und die zweite Schwingungseinrichtung (4) auf einer rechten Seite des Trägersubstrats (2) angeordnet ist; – die feste Antriebselektrode (30) auf der ersten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) auf einer linken Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) angeordnet ist, und die feste Antriebselektrode (30) auf der zweiten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) auf einer rechten Seite der ersten Schwingungseinrichtung (3) angeordnet ist; und – die feste Antriebselektrode (40) auf der ersten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung auf einer linken Seite der zweiten Schwingungseinrichtung (4) angeordnet ist, und die feste Antriebselektrode (40) auf der zweiten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung (4) auf einer rechten Seite der zweiten Schwingungseinrichtung (4) angeordnet ist.