JP2000283767A - Angular velocity measuring apparatus - Google Patents

Angular velocity measuring apparatus

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JP2000283767A
JP2000283767A JP11093341A JP9334199A JP2000283767A JP 2000283767 A JP2000283767 A JP 2000283767A JP 11093341 A JP11093341 A JP 11093341A JP 9334199 A JP9334199 A JP 9334199A JP 2000283767 A JP2000283767 A JP 2000283767A
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JP
Japan
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signal
angular velocity
vibrating body
displacement
vibration
Prior art date
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Application number
JP11093341A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomio Shibano
富雄 柴野
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To vibrate a vibrator always in a resonance state at a fixed vibration amplitude to stabilize the detecting sensitivity of the angular velocity. SOLUTION: A displacement signal VB outputted through a displacement detector 14 and a capacitance-voltage converter circuit 21 is inputted to a feedback phase shifter 22, the shifter 22 outputs a correction signal VC to an AGC 27 so that a phase difference of the signal VB from a drive signal VA is approximately -90 deg., and a feedback amplifier 24 controls the amplitude of the drive signal VA so that the vibration amplitude of a vibrator 6 is constant and outputs the drive signal VA to a vibration generator 13 whereby the vibrator 6 can be vibrated in a resonance state at a fixed vibration amplitude to stabilize the detection sensitivity of the angular velocity even when the ambient temp. changes.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば移動する物
体、回転体等に作用する角速度を検出するのに用いて好
適な角速度計測装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity measuring device suitable for detecting an angular velocity acting on, for example, a moving object or a rotating body.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、従来技術による角速度計測装置
に用いられる角速度検出器としては、基台と、該基台に
連結された支持梁によって支持され、直交する3軸のう
ち第1,第2の軸方向に振動可能に設けられた振動体
と、駆動信号を受けて該振動体を第1の軸方向に振動さ
せる振動発生手段と、該振動発生手段によって振動体を
第1の軸方向に振動させた状態で、第3の軸回りに角速
度が加わったときに第2の軸方向に振動する振動体の変
位を検出する信号出力手段とによって構成したものが知
られている(例えば、特開平6−123632号公報
等)。
2. Description of the Related Art Generally, an angular velocity detector used in an angular velocity measuring apparatus according to the prior art includes a base and a support beam connected to the base, and first and second orthogonal axes among three orthogonal axes. A vibrating body provided so as to be able to vibrate in the axial direction, vibration generating means for receiving the driving signal and vibrating the vibrating body in the first axial direction, and causing the vibrating body to move in the first axial direction by the vibration generating means. There is known a signal output unit configured to detect a displacement of a vibrating body that vibrates in a second axial direction when an angular velocity is applied around a third axis in a vibrated state (for example, a specific example). JP-A-6-123632 and the like).

【0003】また、前記基台はガラス材料により基板と
して形成され、該基板上に位置した支持梁、振動体はシ
リコン材料によって形成されている。
Further, the base is formed as a substrate from a glass material, and the support beams and the vibrating body located on the substrate are formed from a silicon material.

【0004】さらに、振動体を第1の軸方向に変位させ
る支持梁と振動体とは、第1の軸方向へ振動する振動系
を構成し、この振動系は振動側固有振動数を有してい
る。一方、振動体を第2の軸方向に変位させる支持梁と
振動体とは、第2の軸方向へ振動する検出系を構成し、
この検出系は検出側固有振動数を有している。
Further, the supporting beam for displacing the vibrating body in the first axial direction and the vibrating body constitute a vibration system that vibrates in the first axial direction, and this vibration system has a vibration-side natural frequency. ing. On the other hand, the support beam and the vibrator that displace the vibrator in the second axial direction constitute a detection system that vibrates in the second axial direction,
This detection system has a detection-side natural frequency.

【0005】ここで、この角速度検出器は、外部の発振
回路から出力された駆動信号を振動発生手段で受け、該
振動発生手段により振動体を基板に対して平行な第1の
軸方向に振動させる。この状態で、第3の軸回りに角速
度が加わると、この角速度に応じたコリオリ力によっ
て、振動体は第2の軸方向に振動する。そして、信号出
力手段は、この振動体が第2の軸方向へ振動するときの
変位を検出することにより、第3の軸回りに加わる角速
度を検出する。
In this angular velocity detector, a drive signal output from an external oscillation circuit is received by vibration generating means, and the vibration generating means vibrates the vibrating body in a first axial direction parallel to the substrate. Let it. In this state, when an angular velocity is applied around the third axis, the vibrating body vibrates in the second axial direction by Coriolis force corresponding to the angular velocity. The signal output means detects an angular velocity applied around the third axis by detecting a displacement when the vibrating body vibrates in the second axis direction.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による角速度検出器は、その検出精度を高めるた
め、振動系の振動側固有振動数と、検出系の検出側固有
振動数とを近づけるように設計し、駆動信号の周波数を
例えば振動側固有振動数に近い周波数に設定している。
これにより、振動体は、第1の軸方向に共振状態で振動
し、該振動体の振動幅を大きくしている。
By the way, in the angular velocity detector according to the prior art described above, the natural frequency on the vibration side of the vibration system and the natural frequency on the detection side of the detection system are brought close to each other in order to improve the detection accuracy. And the frequency of the drive signal is set to a frequency close to, for example, the vibration-side natural frequency.
Thereby, the vibrating body vibrates in the first axial direction in a resonance state, and the vibration width of the vibrating body is increased.

【0007】また、ばね振動における固有振動数fは、
一般に下記の数1によって定義されている。
The natural frequency f of the spring vibration is
It is generally defined by Equation 1 below.

【0008】[0008]

【数1】 k:支持梁のばね定数 M:振動体の質量(Equation 1) k: Spring constant of support beam M: Mass of vibrating body

【0009】ここで、従来技術による角速度検出器は、
基板をガラス材料によって形成し、該基板上に設けられ
た支持梁、振動体をシリコン材料によって形成している
ため、両材料は異なった熱膨張率を持っている。これに
より、周囲温度が上昇した場合、例えば基板に固定され
た支持梁の部分は、基板側の伸びと、支持梁,振動体等
の伸びとに差が発生する。
Here, the angular velocity detector according to the prior art is:
Since the substrate is formed of a glass material, and the supporting beams and the vibrator provided on the substrate are formed of a silicon material, both materials have different coefficients of thermal expansion. As a result, when the ambient temperature rises, for example, in the portion of the support beam fixed to the substrate, a difference is generated between the extension on the substrate side and the extension of the support beam, the vibrating body, and the like.

【0010】そして、基板側のガラス材料の熱膨張率が
シリコンよりも大きい場合には、基板の伸びが大きくな
り、支持梁には引張り応力が加わり、支持梁のばね定数
が高くなって、固有振動数が高くなる。
[0010] When the coefficient of thermal expansion of the glass material on the substrate side is larger than that of silicon, the elongation of the substrate increases, a tensile stress is applied to the support beam, and the spring constant of the support beam increases, resulting in an increase in the intrinsic modulus. The frequency increases.

【0011】この結果、角速度検出器は、周囲温度の変
化により駆動信号の周波数と振動側固有振動数との差が
大きくなり、第1の軸方向に振動する振動体の振動幅が
小さくなってしまう。このため、角速度検出器は、角速
度の検出感度がばらついてしまい、信頼性を低下させて
しまうという問題があった。
As a result, in the angular velocity detector, the difference between the frequency of the drive signal and the vibration-side natural frequency increases due to a change in the ambient temperature, and the vibration width of the vibrating body that vibrates in the first axial direction decreases. I will. For this reason, the angular velocity detector has a problem that the detection sensitivity of the angular velocity varies and the reliability is reduced.

【0012】また、従来技術による角速度検出器は、発
振回路から振動発生手段に付加される駆動信号の周波数
を振動側固有振動数に近い周波数に設定し、この駆動信
号を用いて振動体を共振状態で振動させている。これに
より、小さな振幅の駆動信号を用いても、振動体を大き
く振動させることができる。
Further, in the angular velocity detector according to the prior art, the frequency of a driving signal added from the oscillation circuit to the vibration generating means is set to a frequency close to the vibration-side natural frequency, and the vibrating body is resonated using this driving signal. Vibrating in the state. Thus, the vibrating body can be vibrated greatly even when a drive signal having a small amplitude is used.

【0013】しかし、発振回路を構成する電子部品は温
度特性をもっているため、周囲温度の変化により、該発
振回路から出力される駆動信号の周波数が変化すること
がある。このため、駆動信号の周波数と振動側固有振動
数との差が大きくなり、振動体の振動幅が小さくなるこ
とがある。これにより、角速度計測装置は、角速度の検
出感度が低下してしまうという問題がある。
However, since the electronic components forming the oscillation circuit have temperature characteristics, the frequency of the drive signal output from the oscillation circuit may change due to a change in the ambient temperature. For this reason, the difference between the frequency of the drive signal and the vibration-side natural frequency increases, and the vibration width of the vibration body may decrease. As a result, the angular velocity measuring device has a problem that the angular velocity detection sensitivity is reduced.

【0014】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明は振動体を常に共振状態で振動さ
せることにより検出感度のばらつきをなくし、信頼性を
高めることができる角速度計測装置を提供することを目
的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the present invention eliminates variations in detection sensitivity by constantly vibrating a vibrating body in a resonance state, thereby improving the angular velocity measuring apparatus. It is intended to provide.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項1の発明による角速度計測装置は、駆動
信号を受けることにより直交する3軸のうち第1の軸方
向に振動し、この状態で第3の軸回りに角速度が加わっ
たとき第2の軸方向に振動する振動体と、該振動体の振
動を検出して変位に応じた変位信号を出力する信号出力
手段と、前記振動体を共振状態で振動させるため、駆動
信号に対する該信号出力手段から出力される変位信号の
位相差を補正し補正信号を出力する位相補正手段と、前
記振動体が第1の軸方向に振動するときの振動幅を一定
にするため、該位相補正手段から出力された補正信号を
増幅することによって得られた駆動信号を前記振動体に
出力する帰還増幅手段とによって構成したことにある。
In order to solve the above-mentioned problems, an angular velocity measuring device according to the present invention vibrates in a first axis direction among three orthogonal axes upon receiving a drive signal, A vibrating body that vibrates in the second axial direction when an angular velocity is applied around the third axis in this state; signal output means for detecting vibration of the vibrating body and outputting a displacement signal according to displacement; Phase correcting means for correcting the phase difference between the drive signal and the displacement signal output from the signal output means and outputting a correction signal, in order to cause the vibrating body to vibrate in a resonance state; In order to make the oscillation width constant when the driving is performed, the driving signal obtained by amplifying the correction signal output from the phase correcting means is output to the vibrating body by feedback amplification means.

【0016】このような構成としたことにより、位相補
正手段、帰還増幅手段から出力される駆動信号が振動体
に付加されると、振動体は第1の軸方向に一定の振動幅
で振動し、この状態で第3の軸回りに角速度が加わると
振動体は第2の軸方向に振動する。そして、信号出力手
段から出力される変位信号は、振動体が第1の軸方向に
振動するときの変位に応じた信号と、第3の軸回りに角
速度が加わったときに振動体が第2の軸方向へ振動する
ときの変位に応じた信号とを含んでいるから、振動体が
第2の軸方向に変位するときの信号によって角速度を計
測することができる。
With this configuration, when the driving signal output from the phase correction means and the feedback amplification means is added to the vibrating body, the vibrating body vibrates with a constant vibration width in the first axial direction. When an angular velocity is applied around the third axis in this state, the vibrating body vibrates in the second axial direction. The displacement signal output from the signal output means includes a signal corresponding to a displacement when the vibrating body vibrates in the first axial direction and a second signal when the vibrating body is applied with an angular velocity about the third axis. And the signal corresponding to the displacement when vibrating in the axial direction, the angular velocity can be measured by the signal when the vibrating body is displaced in the second axial direction.

【0017】また、第1,第2の軸方向に振動する振動
体は、第1の軸方向に共振状態で振動する振動側固有振
動数と、第2の軸方向に共振状態で振動する検出側固有
振動数とを有している。そこで、位相補正手段は、例え
ば駆動信号に対する変位信号の位相差をほぼ(−90
°)にする。即ち、変位信号の位相よりも(90°)進
んだ位相の駆動信号を出力すると、振動体を第1の軸方
向に向けて振動側固有振動数にほぼ等しい周波数で振動
し、振動体は共振状態で自励振動する。
The vibrating body vibrating in the first and second axial directions has a vibration-side natural frequency vibrating in a resonance state in the first axial direction, and a detecting body vibrating in a resonance state in the second axial direction. Side natural frequency. Therefore, the phase correction means may, for example, reduce the phase difference of the displacement signal with respect to the drive signal by approximately
°). That is, when a drive signal having a phase advanced (90 °) from the phase of the displacement signal is output, the vibrating body vibrates in the first axial direction at a frequency substantially equal to the vibration-side natural frequency, and the vibrating body resonates. Self-excited vibration in the state.

【0018】さらに、帰還増幅手段は、振動体が第1の
軸方向に振動するときの振動幅を一定にする駆動信号を
振動体に出力するから、周囲温度等が変化して振動体の
固有振動数が変化した場合でも、振動体の振動幅を一定
にすることができ、第3の軸回りに加わる角速度の検出
感度を安定させることができる。
Further, since the feedback amplifying means outputs to the vibrating body a drive signal for keeping the vibration width constant when the vibrating body vibrates in the first axial direction, the ambient temperature changes and the characteristic of the vibrating body changes. Even when the frequency changes, the vibration width of the vibrating body can be kept constant, and the detection sensitivity of the angular velocity applied around the third axis can be stabilized.

【0019】請求項2の発明は、位相補正手段から出力
される補正信号を、振動体を第1の軸方向に共振状態で
振動させるため、駆動信号に対する変位信号の位相差を
ほぼ(−90°)の基準位相差に設定したことにある。
According to the second aspect of the present invention, the correction signal output from the phase correction means is caused to vibrate the vibrating body in the first axial direction in a resonance state, so that the phase difference of the displacement signal with respect to the drive signal is substantially (-90). °).

【0020】このように構成したことにより、位相補正
手段は、駆動信号と変位信号との位相差が、基準位相差
(ほぼ−90°)となるように位相を補正した補正信号
を出力し、この補正信号が帰還増幅手段を通して新たな
駆動信号となって振動体に出力される。このため、新た
な駆動信号を受けて振動する振動体は、第1の軸方向に
共振状態で振動する。
With this configuration, the phase correction means outputs a correction signal whose phase has been corrected so that the phase difference between the drive signal and the displacement signal becomes a reference phase difference (approximately -90 °). This correction signal is output to the vibrator as a new drive signal through the feedback amplifier. Therefore, the vibrating body that vibrates in response to a new drive signal vibrates in a resonance state in the first axial direction.

【0021】請求項3の発明は、振動体を、第1の軸方
向に共振状態で振動する振動側固定振動数と、第2の軸
方向に共振状態で振動する検出側固有振動数とを有し、
位相補正手段から出力される補正信号を、前記振動体を
第2の軸方向に共振状態で振動させるため、振動側固有
振動数が検出側固有振動数に等しいときには前記位相差
をほぼ(−90°)の基準位相差に設定し、振動側固有
振動数が検出側固有振動数よりも高いときには前記位相
差を(−90°+α°)の基準位相差に設定し、振動側
固有振動数が検出側固有振動数よりも低いときには前記
位相差を(−90°−α°)の基準位相差に設定したこ
とにある。
According to a third aspect of the present invention, a vibration-side fixed frequency that vibrates the vibrating body in a resonance state in a first axial direction and a detection-side natural frequency that vibrates in a resonance state in a second axial direction are provided. Have
The correction signal output from the phase correction means is caused to vibrate the vibrating body in the second axial direction in a resonance state. Therefore, when the vibration-side natural frequency is equal to the detection-side natural frequency, the phase difference is substantially (−90). °), and when the vibration-side natural frequency is higher than the detection-side natural frequency, the phase difference is set to a reference phase difference of (−90 ° + α °). When the frequency is lower than the detection-side natural frequency, the phase difference is set to a reference phase difference of (−90 ° −α °).

【0022】このように構成したことにより、位相補正
手段は、駆動信号と変位信号との位相差が、振動体の振
動側固有振動数と検出側固有振動数との高低関係から設
定される基準位相差になるように位相を補正した補正信
号を出力し、この補正信号が帰還増幅手段を通して新た
な駆動信号となって振動体に出力される。このため、新
たな駆動信号を受けて振動する振動体は、第1の軸方向
に検出側固有振動数にほぼ等しい周波数で振動する。こ
の状態で、第3の軸回りに角速度が加わって振動体が第
2の軸方向に振動すると、該振動体は第2の軸方向に共
振状態で振動する。
With this configuration, the phase correction means can determine the phase difference between the drive signal and the displacement signal based on the level relationship between the vibration-side natural frequency of the vibrating body and the detection-side natural frequency. A correction signal whose phase has been corrected so as to have a phase difference is output, and this correction signal is output to the vibrator as a new drive signal through the feedback amplifier. Therefore, the vibrating body that vibrates in response to the new drive signal vibrates in the first axial direction at a frequency substantially equal to the detection-side natural frequency. In this state, when an angular velocity is applied around the third axis and the vibrating body vibrates in the second axial direction, the vibrating body vibrates in a resonance state in the second axial direction.

【0023】請求項4の発明は、帰還増幅手段を、信号
出力手段から出力される変位信号を整流した整流信号を
出力する整流手段と、該整流手段から出力される整流信
号と予め設定された基準信号とを比較し、これらの信号
に対応した増幅率制御信号を出力する制御信号出力手段
と、該制御信号出力手段から出力される増幅率制御信号
を受けて増幅率を制御し、位相補正手段から出力される
補正信号の振幅を調整した駆動信号を出力する増幅制御
手段とから構成したことにある。
According to a fourth aspect of the present invention, the feedback amplifying means includes a rectifier for outputting a rectified signal obtained by rectifying the displacement signal output from the signal output means, and a rectified signal output from the rectifier. Control signal output means for comparing with a reference signal and outputting an amplification rate control signal corresponding to these signals; and receiving the amplification rate control signal output from the control signal output means, controlling the amplification rate, and performing phase correction. And amplification control means for outputting a drive signal in which the amplitude of the correction signal output from the means is adjusted.

【0024】このように構成したことにより、位相補正
手段から出力される補正信号を、帰還増幅手段を通して
駆動信号として振動体に出力することにより、振動体を
共振状態で一定の振動幅をもって振動させることができ
る。これにより、周囲温度が変化した場合でも、振動体
の振動幅を一定に保ち、検出感度を安定させることがで
きる。
With this configuration, the correction signal output from the phase correction means is output to the vibrating body as a drive signal through the feedback amplifying means, so that the vibrating body vibrates in a resonance state with a constant vibration width. be able to. Thereby, even when the ambient temperature changes, the vibration width of the vibrating body can be kept constant, and the detection sensitivity can be stabilized.

【0025】請求項5の発明は、信号出力手段の次段
に、該信号出力手段から出力される変位信号を同期検波
することにより変位信号中の角速度に応じた角速度信号
のみを出力する角速度信号出力手段を設ける構成とした
ことにある。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an angular velocity signal for outputting only an angular velocity signal corresponding to an angular velocity in a displacement signal by synchronously detecting a displacement signal output from the signal output means at a subsequent stage of the signal output means. The output means is provided.

【0026】このように構成したことにより、角速度信
号出力手段は、変位信号を同期検波することにより、変
位信号中の角速度に応じた角速度信号のみを出力し、第
3の軸回りに加わる角速度を検出することができる。
With this configuration, the angular velocity signal output means outputs only the angular velocity signal corresponding to the angular velocity in the displacement signal by synchronously detecting the displacement signal, and detects the angular velocity applied around the third axis. Can be detected.

【0027】請求項6の発明は、信号出力手段から出力
される変位信号を、第1の軸方向に振動するときの振動
体の変位に対応したモニタ信号と第2の軸方向に振動す
るときの振動体の変位に対応した角速度信号とを含んで
いる。
According to a sixth aspect of the present invention, the displacement signal output from the signal output means includes a monitor signal corresponding to the displacement of the vibrating body when vibrating in the first axial direction and a monitor signal corresponding to the displacement in the second axial direction. And an angular velocity signal corresponding to the displacement of the vibrator.

【0028】このように構成したことにより、信号出力
手段は、振動体が第1の軸方向へ振動するときの変位を
モニタ信号とし、振動体が第2の軸方向へ振動するとき
の変位を角速度信号とし、モニタ信号と角速度信号とを
合わせた変位信号を出力することができる。そして、変
位信号中の角速度信号のみを出力することにより、第3
の軸回りに加わる角速度を計測することができる。
With this configuration, the signal output means uses the displacement when the vibrating body vibrates in the first axial direction as a monitor signal and uses the displacement when the vibrating body vibrates in the second axial direction as a monitor signal. As an angular velocity signal, a displacement signal combining the monitor signal and the angular velocity signal can be output. By outputting only the angular velocity signal in the displacement signal, the third
Angular velocity applied around the axis can be measured.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る角速度計測装
置の実施の形態を、図1ないし図12を参照しつつ詳細
に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the angular velocity measuring device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

【0030】まず、第1の実施の形態による角速度計測
装置を図1ないし図7に基づいて説明する。本実施の形
態による角速度計測装置は、後述する角速度検出器1
と、該角速度検出器1に接続された帰還用移相器22、
帰還増幅部24、角速度検出部28等によって構成され
ている。
First, an angular velocity measuring device according to a first embodiment will be described with reference to FIGS. The angular velocity measuring device according to the present embodiment includes an angular velocity detector 1 described later.
A feedback phase shifter 22 connected to the angular velocity detector 1;
It comprises a feedback amplifier 24, an angular velocity detector 28 and the like.

【0031】ここで、図2ないし図4を用いて、本実施
の形態に用いられる角速度検出器1について説明する。
Here, the angular velocity detector 1 used in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

【0032】2は角速度検出器1の基台をなす矩形状に
形成された基板で、該基板2は例えばガラス材料によっ
て形成されている。
Reference numeral 2 denotes a rectangular substrate serving as a base of the angular velocity detector 1, and the substrate 2 is formed of, for example, a glass material.

【0033】3は基板2上にP,S,Sb等がドーピン
グされた低抵抗なポリシリコン、単結晶シリコン等によ
って形成された可動部で、該可動部3は基板2の四隅に
位置して該基板2上に設けられた4個の支持部4と、基
端側が該支持部4に設けられ、先端側が基板2の中央部
に向けて伸長する4本の支持梁5と、該各支持梁5の先
端側に支持され、各支持梁5によって、第1の軸(以
下、X軸という)方向と第2の軸(以下、Y軸という)
方向に振動可能に設けられた振動体6とからなり、該振
動体6の直交する2辺には、後述する可動側振動電極7
と可動側検出電極8とがそれぞれ設けられている。ま
た、可動部3は各支持部4のみが基板2上に固着され、
各支持梁5と振動体6は基板2と離間した状態にある。
Reference numeral 3 denotes a movable portion formed of low-resistance polysilicon or single-crystal silicon doped with P, S, Sb or the like on the substrate 2, and the movable portion 3 is located at four corners of the substrate 2. Four support members 4 provided on the substrate 2, four support beams 5 provided at the base end side of the support portion 4, and the front end side extending toward the center of the substrate 2, The beam 5 is supported on the tip end side, and is supported by each support beam 5 in a first axis (hereinafter, referred to as X axis) direction and a second axis (hereinafter, referred to as Y axis).
The vibrating body 6 is provided so as to be capable of vibrating in a direction.
And a movable-side detection electrode 8 are provided. Further, the movable portion 3 has only the support portions 4 fixed on the substrate 2,
Each support beam 5 and the vibrating body 6 are separated from the substrate 2.

【0034】ここで、振動体6は、4本の支持梁5によ
って基板2上に支持されている。また、図3に示すよう
に、各支持梁5は、各支持部4からそれぞれ1本ずつ伸
長し、X軸と平行になる部分とY軸と平行になる部分を
有する略コ字状に屈曲して形成されている。これによ
り、各支持梁5は、X軸に平行な部分が撓むことによ
り、振動体6をY軸方向に変位させ、Y軸に平行な部分
が撓むことにより、振動体6をX軸方向に変位させる。
従って、各支持梁5によって、振動体6は基板2に対し
てX軸,Y軸方向に振動可能に支持されている。
Here, the vibrating body 6 is supported on the substrate 2 by four supporting beams 5. As shown in FIG. 3, each support beam 5 extends one by one from each support portion 4 and is bent in a substantially U-shape having a portion parallel to the X axis and a portion parallel to the Y axis. It is formed. As a result, each support beam 5 displaces the vibrating body 6 in the Y-axis direction by bending a portion parallel to the X-axis, and flexes the vibrating body 6 by bending the portion parallel to the Y-axis. Displace in the direction.
Therefore, the vibrating body 6 is supported by the support beams 5 so as to be able to vibrate in the X-axis and Y-axis directions with respect to the substrate 2.

【0035】また、各支持梁5のうち振動体6をX軸方
向に振動させる部位と振動体6とは、X軸方向へ振動す
る振動系を構成し、この振動系は支持梁5のばね定数と
振動体6の質量によって設定される振動側固有振動数f
1 を有している。一方、各支持梁5のうち振動体6をY
軸方向に振動させる部位と振動体6とは、Y軸方向へ振
動する検出系を構成し、この検出系は支持梁5のばね定
数と振動体6の質量によって設定される検出側固有振動
数f2 を有している。
The part of each support beam 5 that vibrates the vibrating body 6 in the X-axis direction and the vibrating body 6 constitute a vibration system that vibrates in the X-axis direction. The vibration-side natural frequency f set by the constant and the mass of the vibrating body 6
Have one. On the other hand, the vibrating body 6 of each support beam 5 is set to Y
The part to be vibrated in the axial direction and the vibrating body 6 constitute a detection system that vibrates in the Y-axis direction. This detecting system is a natural frequency on the detection side set by the spring constant of the support beam 5 and the mass of the vibrating body 6. f2.

【0036】7は振動体6の右側の辺に設けられた可動
側振動電極で、該可動側振動電極7は振動体6の一辺に
所定間隔毎に形成され、X軸方向に延びる例えば4個の
電極板7Aによってくし状に形成され、該可動側振動電
極7は後述する固定側振動電極10と共に振動発生部1
3を構成している。
Reference numeral 7 denotes a movable-side vibrating electrode provided on the right side of the vibrating body 6. The movable-side vibrating electrodes 7 are formed on one side of the vibrating body 6 at predetermined intervals, and include, for example, four vibrating electrodes 7 extending in the X-axis direction. The movable-side vibrating electrode 7 is formed in a comb shape together with a fixed-side vibrating electrode 10 to be described later.
3.

【0037】8は振動体6の前側の辺に設けられた例え
ば4個のアンテナ状電極からなる可動側検出電極で、該
可動側検出電極8は、振動体6の一辺に所定間隔毎に形
成され、Y軸方向に延びる例えば4本の支柱8Aと、該
各支柱8Aの片側に列設されたX軸方向に延びる例えば
3個の電極板8Bとからなっている。また、該可動側検
出電極8は、後述する固定側検出電極12と共に変位検
出部14を構成している。
Reference numeral 8 denotes a movable detection electrode which is provided on the front side of the vibrating body 6 and includes, for example, four antenna-like electrodes. The movable detection electrode 8 is formed on one side of the vibrating body 6 at predetermined intervals. The support 8A includes, for example, four pillars 8A extending in the Y-axis direction, and three electrode plates 8B extending in the X-axis direction arranged on one side of each of the pillars 8A. In addition, the movable-side detection electrode 8 constitutes a displacement detection unit 14 together with a fixed-side detection electrode 12 described later.

【0038】9は振動用固定部で、該振動用固定部9は
可動側振動電極7に対向する基板2上に設けられてい
る。そして、該振動用固定部9の長辺にはくし状の固定
側振動電極10が設けられ、該固定側振動電極10は、
可動側振動電極7の各電極板7Aと等しい離間寸法d0
をもって交互に対面するように、振動用固定部9に突出
形成された例えば4個の電極板10Aからなる。
Numeral 9 denotes a vibration fixing portion. The vibration fixing portion 9 is provided on the substrate 2 facing the movable vibration electrode 7. A comb-shaped fixed-side vibration electrode 10 is provided on a long side of the vibration fixing portion 9, and the fixed-side vibration electrode 10 is
Separation dimension d0 equal to each electrode plate 7A of movable side vibrating electrode 7
It is composed of, for example, four electrode plates 10A protrudingly formed on the vibration fixing portion 9 so as to face each other alternately.

【0039】11は検出用固定部で、該検出用固定部1
1には可動側検出電極8に対向する基板2上に設けられ
ている。そして、該検出用固定部11には、例えば4個
のアンテナ状電極からなる固定側検出電極12が設けら
れ、該固定側検出電極12は、検出用固定部11の長辺
に所定間隔毎に形成され、Y軸方向に延びる例えば4本
の支柱12Aと、可動側検出電極8の各電極板8Bと離
間寸法d1 ,d2 をもって交互に対面するように、該各
支柱12Aの片側に突出形成された例えば3個の電極板
12Bとによって構成されている(図4参照)。
Reference numeral 11 denotes a detection fixing portion, and the detection fixing portion 1
1 is provided on the substrate 2 facing the movable side detection electrode 8. The fixed portion 11 for detection is provided with a fixed side detection electrode 12 composed of, for example, four antenna-like electrodes. The fixed side detection electrode 12 is provided on the long side of the fixed portion 11 for detection at predetermined intervals. For example, four columns 12A are formed and extend in the Y-axis direction, and are formed on one side of each column 12A so as to alternately face the respective electrode plates 8B of the movable-side detection electrode 8 with separation dimensions d1 and d2. For example, three electrode plates 12B (see FIG. 4).

【0040】13は振動体6を矢示a方向に振動させる
振動発生部で、該振動発生部13は可動側振動電極7と
固定側振動電極10とによって構成され、該可動側振動
電極7の各電極板7Aと、固定側振動電極10の各電極
板10Aとの間にはそれぞれ等しい離間寸法d0 が形成
されている。ここで、振動発生部13は、パルス波また
は正弦波等の駆動信号VA を受けて電極板7A,10A
間に静電引力を断続的に発生させ、振動体6をX軸方向
に振動させるものである。
Numeral 13 denotes a vibration generator for vibrating the vibrating body 6 in the direction of arrow a. The vibration generator 13 is composed of the movable vibration electrode 7 and the fixed vibration electrode 10. An equal distance d0 is formed between each electrode plate 7A and each electrode plate 10A of the fixed-side vibrating electrode 10. Here, the vibration generating unit 13 receives the drive signal VA such as a pulse wave or a sine wave to receive the electrode plates 7A and 10A.
In this case, an electrostatic attractive force is generated intermittently to vibrate the vibrating body 6 in the X-axis direction.

【0041】14は信号出力手段としての変位検出部
で、該変位検出部14は、可動側検出電極8と固定側検
出電極12とによって構成されている。また、図4に示
すように、振動体6が変位していない初期時には、変位
検出部14の隣り合う電極板8B,12Bは、その有効
面積がS0 となり、電極板8B,12Bは、隙間の狭い
離間寸法d1 と隙間の広い離間寸法d2 とが互いに位置
した状態となる。
Reference numeral 14 denotes a displacement detection unit serving as a signal output unit. The displacement detection unit 14 includes the movable detection electrode 8 and the fixed detection electrode 12. Further, as shown in FIG. 4, at the initial stage when the vibrating body 6 is not displaced, the effective area of the electrode plates 8B and 12B adjacent to the displacement detecting unit 14 is S0, and the electrode plates 8B and 12B The narrow separation dimension d1 and the wide separation dimension d2 with the gap are in a state where they are positioned with respect to each other.

【0042】ここで、変位検出部14は、隙間の狭い離
間寸法d1 のみが平行平板コンデンサとして構成されて
いる。これにより、変位検出部14は、振動発生部13
に駆動信号VA を供給して振動体6がX軸方向に振動し
ているときには、隣り合う電極板8B,12Bの有効面
積S0 が変化するから、振動体6のX軸方向の変位を静
電容量によるモニタ信号として出力する。
Here, the displacement detecting section 14 is configured as a parallel plate capacitor with only the separation dimension d1 having a small gap. As a result, the displacement detection unit 14
When the vibrating body 6 is vibrating in the X-axis direction by supplying a drive signal VA to the X-axis direction, the effective area S0 of the adjacent electrode plates 8B and 12B changes, so that the displacement of the vibrating body 6 in the X-axis direction is Output as a monitor signal based on the capacitance.

【0043】また、振動体6は、第3の軸(以下、Z軸
という)回りに角速度Ωが加わったときには、コリオリ
力を受けてY軸方向に振動する。このため、変位検出部
14は、電極板8B,12Bの離間寸法d1 が変化する
から、振動体6のY軸方向の変位を静電容量による角速
度信号として出力する。このように、変位検出部14か
ら出力される変位信号VB は、振動体6がX軸方向に振
動するときの変位に対応したモニタ信号と、振動体6が
Y軸方向に振動するときの変位に対応した角速度信号と
を含んだ信号となっている。
Further, when an angular velocity Ω is applied around a third axis (hereinafter, referred to as a Z axis), the vibrating body 6 vibrates in the Y axis direction due to Coriolis force. For this reason, the displacement detecting section 14 outputs the displacement of the vibrating body 6 in the Y-axis direction as an angular velocity signal based on the capacitance because the distance d1 between the electrode plates 8B and 12B changes. As described above, the displacement signal VB output from the displacement detection unit 14 includes the monitor signal corresponding to the displacement when the vibrating body 6 vibrates in the X-axis direction and the displacement signal when the vibrating body 6 vibrates in the Y-axis direction. And an angular velocity signal corresponding to.

【0044】なお、本実施の形態では、角速度信号はモ
ニタ信号に比べて十分小さい(例えば、1/100程度
以下)ため、変位信号VB をモニタ信号とみなしてい
る。
In this embodiment, since the angular velocity signal is sufficiently smaller than the monitor signal (for example, about 1/100 or less), the displacement signal VB is regarded as the monitor signal.

【0045】本実施の形態による角速度検出器1は、上
述した如くに構成され、次にZ軸回りに角速度Ωを加え
た場合の基本的な検出動作について説明する。
The angular velocity detector 1 according to the present embodiment is configured as described above. Next, a basic detection operation when an angular velocity Ω is applied around the Z axis will be described.

【0046】まず、振動発生部13に駆動信号VA を供
給すると、各電極板7A,10A間の静電引力が断続的
に作用し、振動体6はX軸方向となる矢示a方向に振動
する。
First, when the drive signal VA is supplied to the vibration generator 13, the electrostatic attraction between the electrode plates 7A and 10A acts intermittently, and the vibrating body 6 vibrates in the direction of the arrow a which is the X-axis direction. I do.

【0047】この状態で、Z軸回りに角速度Ωが加わる
と、Y軸方向に下記の数2に示すコリオリ力F(慣性
力)が発生し、このコリオリ力Fによって、振動体6は
Y軸方向に振動する。
In this state, when an angular velocity Ω is applied around the Z-axis, a Coriolis force F (inertial force) shown in the following equation 2 is generated in the Y-axis direction. Vibrates in the direction.

【0048】[0048]

【数2】F=2mΩv m:振動体6の質量 Ω:角速度 v:振動体6のX方向の速度F = 2 mΩv m: mass of the vibrating body 6 Ω: angular velocity v: velocity of the vibrating body 6 in the X direction

【0049】また、変位検出部14は、X軸方向(矢示
a方向)に振動する振動体6の変位に対応したモニタ信
号と、Y軸方向(矢示F方向)に振動する振動体6の変
位に対応した角速度信号とを含んだ変位信号VB を出力
する。
Further, the displacement detecting section 14 is provided with a monitor signal corresponding to the displacement of the vibrating body 6 vibrating in the X-axis direction (the direction of the arrow a) and the vibrating body 6 vibrating in the Y-axis direction (the direction of the arrow F). And outputs a displacement signal VB including an angular velocity signal corresponding to the displacement.

【0050】ここで、一般に振動体6がX軸方向に共振
状態で振動しているときには、振動発生部13に供給す
る駆動信号VA に対して変位検出部14から出力される
変位信号VB の位相差が(−90°)になること、即ち
駆動信号VA の位相よりも変位信号VB の位相が(90
°)遅れることが知られている(図5参照)。また、変
位信号VB に含まれる角速度信号の位相は、該変位信号
VB (モニタ信号)の位相よりも(90°)遅れること
も知られている。
Here, generally, when the vibrating body 6 is vibrating in a resonance state in the X-axis direction, the position of the displacement signal VB output from the displacement detecting section 14 with respect to the drive signal VA supplied to the vibration generating section 13. The phase difference becomes (−90 °), that is, the phase of the displacement signal VB becomes (90 °) than the phase of the drive signal VA.
°) It is known to be delayed (see FIG. 5). It is also known that the phase of the angular velocity signal included in the displacement signal VB is delayed (90 °) from the phase of the displacement signal VB (monitor signal).

【0051】また、角速度検出器1は、基板2に設けら
れたカバー(図示せず)によって密閉状態で覆われ、該
基板2とカバーによって画成される空間内をほぼ真空状
態としている。これにより、振動体6が振動するとき、
共振の鋭さを表すQ値を1000〜5000に高めるこ
とができる。
The angular velocity detector 1 is hermetically covered by a cover (not shown) provided on the substrate 2, and the inside of the space defined by the substrate 2 and the cover is substantially in a vacuum state. Thereby, when the vibrating body 6 vibrates,
The Q value representing the sharpness of resonance can be increased to 1000 to 5000.

【0052】次に、図1に基づいて、角速度検出器1を
制御するための周辺回路について説明する。
Next, a peripheral circuit for controlling the angular velocity detector 1 will be described with reference to FIG.

【0053】21は変位検出部14の出力側に接続され
た容量−電圧変換回路で、該容量−電圧変換回路21
は、電界効果型トランジスタ等の電子部品によって構成
され、変位検出部14から出力される静電容量を電圧値
に変換するものである。これにより、容量−電圧変換回
路21は、モニタ信号と角速度信号とを含んだ変位信号
VB を、後述する帰還用移相器22と増幅回路23に向
けて出力するものである。
Numeral 21 is a capacitance-voltage conversion circuit connected to the output side of the displacement detection unit 14.
Is configured by an electronic component such as a field-effect transistor, and converts the capacitance output from the displacement detection unit 14 into a voltage value. Thus, the capacitance-voltage conversion circuit 21 outputs the displacement signal VB including the monitor signal and the angular velocity signal to the feedback phase shifter 22 and the amplification circuit 23, which will be described later.

【0054】22は位相補正手段としての帰還用移相器
で、該帰還用移相器22は、変位信号VB を受けて、該
変位信号VB の位相差を基準位相差(例えば、−90
°)に補正するため、駆動信号VA の位相を進め、遅ら
せる補正信号VC を後述する帰還増幅部24のAGC2
7に出力するものである。例えば、図6に示すように、
駆動信号VA に対する変位信号VB の位相差が(−90
°+θ°)であった場合には、帰還用移相器22は、位
相を(+θ°)とした補正信号VC を出力する。このよ
うに、補正信号VC は、変位信号VB の位相に対して駆
動信号VA の位相をほぼ(90°)進ませる信号であ
る。
Reference numeral 22 denotes a feedback phase shifter as a phase correcting means. The feedback phase shifter 22 receives the displacement signal VB and determines the phase difference of the displacement signal VB as a reference phase difference (for example, -90).
°), the phase of the drive signal VA is advanced and delayed.
7 is output. For example, as shown in FIG.
The phase difference between the drive signal VA and the displacement signal VB is (−90
(° + θ °), the feedback phase shifter 22 outputs a correction signal VC with the phase set to (+ θ °). Thus, the correction signal VC is a signal that advances the phase of the drive signal VA substantially (90 °) with respect to the phase of the displacement signal VB.

【0055】23は容量−電圧変換回路21の次段に接
続された増幅回路で、該増幅回路23は、容量−電圧変
換回路21から出力される変位信号VB を増幅した変位
信号VB を出力するものである(便宜上、同じ記号を使
用)。
Reference numeral 23 denotes an amplification circuit connected to the next stage of the capacitance-voltage conversion circuit 21. The amplification circuit 23 outputs a displacement signal VB obtained by amplifying the displacement signal VB output from the capacitance-voltage conversion circuit 21. (For convenience, use the same symbols).

【0056】24は振動発生部13の入力側に接続され
た帰還増幅手段としての帰還増幅部で、該帰還増幅部2
4は、容量−電圧変換回路21から増幅回路23を経由
して出力される変位信号VB を全波整流した整流信号V
D に変えて出力する整流手段としての全波整流回路25
と、該全波整流回路25から出力される整流信号VDを
平滑化した平滑信号VD ′と予め設定された基準信号V
reとを比較し、これらの信号に対応した増幅率制御信号
VE を出力する制御信号出力手段としての比較器26
と、該比較器26から出力される増幅率制御信号VE を
受けて増幅率を制御し、帰還用移相器22から出力され
る補正信号VC の振幅を調整した駆動信号VA を出力す
る増幅制御手段としての自動利得制御回路27(以下、
AGC27という)とにより構成されている。
Reference numeral 24 denotes a feedback amplifying unit connected to the input side of the vibration generating unit 13 as feedback amplifying means.
Reference numeral 4 denotes a rectified signal V obtained by full-wave rectifying the displacement signal VB output from the capacitance-voltage conversion circuit 21 via the amplifier circuit 23.
Full-wave rectification circuit 25 as rectification means for changing to D and outputting
And a smoothed signal VD 'obtained by smoothing the rectified signal VD output from the full-wave rectifier circuit 25, and a predetermined reference signal VD.
re as a control signal output means for outputting an amplification factor control signal VE corresponding to these signals.
Amplification control for controlling the amplification factor in response to the amplification factor control signal VE output from the comparator 26 and outputting a drive signal VA in which the amplitude of the correction signal VC output from the feedback phase shifter 22 is adjusted. The automatic gain control circuit 27 (hereinafter, referred to as a means)
AGC 27).

【0057】28は角速度信号出力手段としての角速度
検出部で、該角速度検出部28は、増幅回路23で増幅
した変位信号VB を受けて、該変位信号VB の位相を
(90°)遅らせた同期信号VF (参照信号VF ′)を
出力する検出用移相器29と、前記増幅回路23から出
力される変位信号VB を、検出用移相器29から出力さ
れる参照信号VF ′で同期検波して角速度信号VG を出
力する同期検波回路30と、該同期検波回路30の出力
側に接続されたローパスフィルタ回路31(以下、LP
F31という)と、該LPF31の出力側に接続され、
オフセット補償を行う増幅回路32とにより構成されて
いる。そして、増幅回路32から出力される出力信号V
H は、角速度検出器1のZ軸回りに加わる角速度Ωに対
応する。
Numeral 28 is an angular velocity detector as angular velocity signal output means. The angular velocity detector 28 receives the displacement signal VB amplified by the amplifier circuit 23 and delays the phase of the displacement signal VB by (90 °). A detection phase shifter 29 for outputting a signal VF (reference signal VF ') and a displacement signal VB output from the amplifier circuit 23 are synchronously detected with a reference signal VF' output from the detection phase shifter 29. And a low-pass filter circuit 31 (hereinafter referred to as LP) connected to an output side of the synchronous detection circuit 30.
F31) and connected to the output side of the LPF 31;
And an amplifier circuit 32 for performing offset compensation. The output signal V output from the amplifier circuit 32
H corresponds to the angular velocity Ω applied around the Z-axis of the angular velocity detector 1.

【0058】また、33はスタート回路で、該スタート
回路33は、振動体6に振動を与えるために必要な信号
を、起動時のみに振動発生部13に付加するものであ
る。
A start circuit 33 adds a signal necessary for giving vibration to the vibrating body 6 to the vibration generator 13 only at the time of starting.

【0059】本実施の形態による角速度計測装置は、振
動発生部13に付加される駆動信号VA の位相を、変位
信号VB の位相に対してほぼ(90°)進ませる構成と
しているから、振動体6がX軸方向へ振動するとき、そ
の振動を振動側固有振動数f1 で自ら振動を起こさせる
ようにしている(以下、自励振動という)。これによ
り、振動体6は、共振状態となって大きな振動幅で矢示
a方向に振動する。
The angular velocity measuring device according to the present embodiment is configured so that the phase of the drive signal VA added to the vibration generating section 13 is advanced by approximately (90 °) with respect to the phase of the displacement signal VB. When the vibrator 6 vibrates in the X-axis direction, it vibrates itself at the vibration-side natural frequency f1 (hereinafter referred to as self-excited vibration). Thereby, the vibrating body 6 is brought into a resonance state and vibrates in the direction of the arrow a with a large vibration width.

【0060】次に、角速度計測装置の動作を、図5ない
し図7に示す特性線を参照しつつ説明するに、始めに振
動体6を矢示a方向に共振状態で振動させるときの動作
について述べる。
Next, the operation of the angular velocity measuring device will be described with reference to the characteristic lines shown in FIGS. 5 to 7. First, the operation when the vibrating body 6 is vibrated in the direction of arrow a in a resonance state. State.

【0061】まず、振動体6を振動させるために、スタ
ート回路33からは例えばパルス信号を振動発生部13
に供給し、振動体6を矢示a方向に振動させる。これに
より、振動体6は、任意の周波数(振動側固有振動数f
1 とは限らない)で振動する。
First, in order to vibrate the vibrating body 6, for example, a pulse signal is output from the start circuit 33 to the vibration generating section 13.
And vibrates the vibrating body 6 in the direction of arrow a. As a result, the vibrating body 6 has an arbitrary frequency (vibration-side natural frequency f
(Not necessarily 1).

【0062】このとき、変位検出部14は、矢示a方向
の振動体6の変位に対応した変位信号VB を、容量−電
圧変換回路21を経由して帰還用移相器22に出力す
る。そして、変位信号VB の周波数は、振動体6が振動
する任意の周波数とほぼ等しくなっている。
At this time, the displacement detector 14 outputs a displacement signal VB corresponding to the displacement of the vibrating body 6 in the direction of the arrow a to the feedback phase shifter 22 via the capacitance-voltage conversion circuit 21. The frequency of the displacement signal VB is substantially equal to an arbitrary frequency at which the vibrating body 6 vibrates.

【0063】ここで、帰還用移相器22は、駆動信号V
A に対する変位信号VB の位相差を、基準位相差(例え
ば、−90°)に補正する補正信号VC を出力するもの
である。即ち、帰還用移相器22は、図6に示すよう
に、駆動信号VA に対する変位信号VB の位相差が(−
90°+θ°)となったときには、変位信号VB の位相
に対して駆動信号VA の位相を(90°)進ませるため
に、駆動信号VA の位相を(θ°)補正した補正信号V
C をAGC27に出力する。そして、該AGC27は、
後述する動作によって振幅が調整された新たな駆動信号
VA を振動発生部13に出力する。
Here, the feedback phase shifter 22 outputs the drive signal V
A correction signal VC for correcting the phase difference of the displacement signal VB with respect to A to a reference phase difference (for example, -90 °) is output. That is, as shown in FIG. 6, the feedback phase shifter 22 determines that the phase difference between the displacement signal VB and the drive signal VA is (-).
(90 ° + θ °), the correction signal V obtained by correcting the phase of the drive signal VA by (θ °) to advance the phase of the drive signal VA by (90 °) with respect to the phase of the displacement signal VB.
C is output to the AGC 27. And the AGC 27
A new drive signal VA whose amplitude has been adjusted by an operation described later is output to the vibration generator 13.

【0064】これにより、図5に示すように、補正信号
VC に比例する新たな駆動信号VAに対する変位信号VB
の位相差がほぼ(−90°)となる。この結果、駆動
信号VA の周波数は徐々に振動体6の振動側固有振動数
f1 に近づき、振動体6の周波数も振動側固有振動数f
1 に収束する。このため、振動体6は振動側固有振動数
f1 で自励振動するから、振動発生部13に付加される
駆動信号VA を小さな振幅にできる。
As a result, as shown in FIG. 5, the displacement signal VB for the new drive signal VA proportional to the correction signal VC
Is approximately (−90 °). As a result, the frequency of the drive signal VA gradually approaches the vibration-side natural frequency f1 of the vibration body 6, and the frequency of the vibration body 6 also changes to the vibration-side natural frequency f1.
Converges to 1. For this reason, since the vibrating body 6 self-oscillates at the vibration-side natural frequency f1, the driving signal VA added to the vibration generating unit 13 can be made small in amplitude.

【0065】次に、図7により振動発生部13に入力さ
れる駆動信号VA の振幅を調整する帰還増幅部24の動
作について説明する。
Next, the operation of the feedback amplifier 24 for adjusting the amplitude of the drive signal VA input to the vibration generator 13 will be described with reference to FIG.

【0066】まず、全波整流回路25は、増幅回路23
を経由して入力された変位信号VBを受けて、この変位
信号VB を全波整流した整流信号VD を比較器26に出
力する。この比較器26は、整流信号VD を平滑化した
平滑信号VD ′と予め設定された基準信号Vreとを比較
し、これらの信号に対応した増幅率制御信号VE をAG
C27に出力する。さらに、AGC27は、増幅率制御
信号VE を受けて増幅率を制御し、この増幅率によっ
て、帰還用移相器22から出力される補正信号VC の振
幅を調整した駆動信号VA とし、この駆動信号VA を振
動発生部13に出力する。
First, the full-wave rectifier circuit 25 is
And outputs a rectified signal VD obtained by full-wave rectifying the displacement signal VB to the comparator 26. The comparator 26 compares a smoothed signal VD 'obtained by smoothing the rectified signal VD with a preset reference signal Vre, and outputs an amplification factor control signal VE corresponding to these signals to the AG.
Output to C27. Further, the AGC 27 controls the amplification factor in response to the amplification factor control signal VE. The AGC 27 adjusts the amplitude of the correction signal VC output from the feedback phase shifter 22 based on the amplification factor, thereby obtaining a drive signal VA. VA is output to the vibration generator 13.

【0067】即ち、比較器26に入力される基準信号V
reは、振動体6を矢示a方向に振動するときの振動幅を
規制する値である。このため、比較器26は、平滑信号
VD′が基準信号Vreよりも高い場合には、振動発生部
13に供給される駆動信号VA の振幅を小さくする増幅
率制御信号VE を出力し、平滑信号VD ′が基準信号V
reよりも低い場合には、振動発生部13に供給される駆
動信号VA の振幅を大きくする増幅率制御信号VE を出
力するものである。
That is, the reference signal V input to the comparator 26
re is a value that regulates the vibration width when the vibrating body 6 vibrates in the direction of the arrow a. Therefore, when the smoothed signal VD 'is higher than the reference signal Vre, the comparator 26 outputs an amplification factor control signal VE for reducing the amplitude of the drive signal VA supplied to the vibration generator 13, and outputs the smoothed signal. VD 'is the reference signal V
If it is lower than re, an amplification factor control signal VE for increasing the amplitude of the drive signal VA supplied to the vibration generator 13 is output.

【0068】このように、帰還増幅部24は、変位信号
VB の振幅から振動体6が矢示a方向に振動するときの
振動幅を監視し、振動発生部13に供給される駆動信号
VAの振幅を調整している。これにより、振動体6は、
常に一定の振動幅をもって矢示a方向に振動する。
As described above, the feedback amplifying unit 24 monitors the vibration width when the vibrating body 6 vibrates in the direction indicated by the arrow a from the amplitude of the displacement signal VB, and determines the driving signal VA supplied to the vibration generating unit 13. Adjust the amplitude. Thereby, the vibrating body 6
It always vibrates in the direction of arrow a with a constant vibration width.

【0069】さらに、変位検出部14から出力される変
位信号VB 中の角速度信号を検出する角速度検出部28
の動作について、図5、図6を参照しつつ述べる。
Further, an angular velocity detector 28 for detecting an angular velocity signal in the displacement signal VB output from the displacement detector 14
Will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

【0070】先に述べたように、振動体6の矢示F方向
への変位は、矢示a方向の変位に対して(−90°)の
位相差があるから、検出用移相器29は、増幅回路23
を通して入力される変位信号VB の位相差を(−90
°)で補正した同期信号VF に変換し、この同期信号V
F から形成される参照信号VF ′を同期検波回路30に
出力する。この場合、検出用移相器29から出力される
同期信号VF は、変位信号VB を反転させた信号とな
る。
As described above, the displacement of the vibrating body 6 in the direction of arrow F has a phase difference of (−90 °) with respect to the displacement in the direction of arrow a. Is the amplification circuit 23
The phase difference of the displacement signal VB inputted through (−90
°) to the corrected synchronizing signal VF.
The reference signal VF 'formed from F is output to the synchronous detection circuit 30. In this case, the synchronization signal VF output from the detection phase shifter 29 is a signal obtained by inverting the displacement signal VB.

【0071】また、参照信号VF ′は、同期信号VF と
零電圧値(V=0)とを比較することにより、正のとき
にはプラス側のパルスを有し、負のときにはマイナス側
のパルスを有するパルス波となる。さらに、同期検波回
路30は、変位信号VB を参照信号VF ′で同期検波す
ることにより、変位信号VB 中の角速度信号VG を全波
整流した信号を出力する。そして、この角速度信号VG
はLPF31、増幅回路32を経由して出力信号VH と
なり、この出力信号VH は角速度検出器1のZ軸回りに
加わる角速度Ωに対応したものとなる。
The reference signal VF 'has a plus-side pulse when it is positive and a minus-side pulse when it is negative by comparing the synchronization signal VF with a zero voltage value (V = 0). It becomes a pulse wave. Further, the synchronous detection circuit 30 synchronously detects the displacement signal VB with the reference signal VF 'to output a signal obtained by full-wave rectifying the angular velocity signal VG in the displacement signal VB. And this angular velocity signal VG
Becomes an output signal VH via the LPF 31 and the amplifier circuit 32, and this output signal VH corresponds to the angular velocity Ω applied around the Z axis of the angular velocity detector 1.

【0072】しかも、前述した如く、振動体6は帰還用
移相器22によって矢示a方向に共振状態で大きな振動
幅を持って振動しているから、Z軸回りに角速度Ωが加
わったときには、コリオリ力による矢示F方向の振動体
6の変位を大きくすることができる。これにより、角速
度検出部28から出力される出力信号VH を大きくして
角速度Ωの検出感度を高めることができる。
Further, as described above, since the vibrating body 6 is vibrating with a large vibration width in a resonance state in the direction indicated by the arrow a by the feedback phase shifter 22 when the angular velocity Ω is applied around the Z axis. The displacement of the vibrating body 6 in the direction indicated by the arrow F due to the Coriolis force can be increased. As a result, the output signal VH output from the angular velocity detector 28 can be increased to increase the angular velocity Ω detection sensitivity.

【0073】かくして、本実施の形態による角速度計測
装置は、帰還用移相器22、帰還増幅部24によって、
振動発生部13に供給される駆動信号VA の周波数を、
振動側固有振動数f1 にほぼ一致させることができ、振
動体6を矢示a方向に向けて振動側固有振動数f1 で自
励励振させることができる。これにより、経時劣化、温
度変化等により振動体6の振動側固有振動数f1 が変化
した場合であっても、駆動信号VA の周波数を、この変
化した振動側固有振動数f1 に近づけることができ、振
動体6を常に共振状態で矢示a方向に振動させることが
できる。
As described above, the angular velocity measuring apparatus according to the present embodiment uses the feedback phase shifter 22 and the feedback amplifier 24 to
The frequency of the drive signal VA supplied to the vibration generator 13 is
It can be made to substantially match the vibration-side natural frequency f1, and the vibrating body 6 can be self-excited at the vibration-side natural frequency f1 in the direction of arrow a. Thus, even when the vibration-side natural frequency f1 of the vibrating body 6 changes due to aging, temperature change, or the like, the frequency of the drive signal VA can be made closer to the changed vibration-side natural frequency f1. The vibrating body 6 can always be vibrated in the direction of arrow a in a resonance state.

【0074】また、帰還用移相器22は、駆動信号VA
に対する変位信号VB の位相差をほぼ(−90°)に補
正した補正信号VC (駆動信号VA )を出力するから、
振動体6を振動側固有振動数f1 の周波数で共振振動さ
せることができる。しかも、振動体6を共振状態で振動
させることにより、振動発生部13に供給する駆動信号
VA の振幅電圧を小さくすることができる。
The feedback phase shifter 22 outputs the drive signal VA
And outputs a correction signal VC (drive signal VA) obtained by correcting the phase difference of the displacement signal VB to (−90 °).
The vibrating body 6 can resonate at the frequency of the vibration-side natural frequency f1. Moreover, by vibrating the vibrating body 6 in a resonance state, the amplitude voltage of the drive signal VA supplied to the vibration generating unit 13 can be reduced.

【0075】さらに、帰還増幅部24は、振動体6が矢
示a方向に振動するときの振動幅を常に一定にしている
から、角速度Ωの検出感度のばらつきを抑えて安定させ
ることができ、角速度計測装置の信頼性を高めることが
できる。
Further, since the feedback amplifying section 24 always keeps the vibration width when the vibrating body 6 vibrates in the direction of the arrow a, the fluctuation of the detection sensitivity of the angular velocity Ω can be suppressed and stabilized. The reliability of the angular velocity measuring device can be improved.

【0076】次に、第2の実施の形態を、図8ないし図
12を参照しつつ説明するに、本実施の形態の特徴は、
第3の軸(Z軸)回りに角速度が加わったときに第2の
軸方向(Y軸方向)に振動するときの振動体を、共振状
態で振動させる構成としたことにある。なお、本実施の
形態では、前述した第1の実施の形態と同一の構成要素
に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 12. The features of this embodiment are as follows.
A vibration body that vibrates in the second axial direction (Y-axis direction) when an angular velocity is applied around the third axis (Z-axis) is configured to vibrate in a resonance state. In the present embodiment, the same components as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【0077】41は帰還用移相器22に代えて用いられ
る可変移相器で、該可変移相器41は、駆動信号VA と
変位信号VB との位相差を基準位相差(例えば、−90
°±α°)に補正するため、駆動信号VA の位相を補正
した補正信号VC ′を帰還増幅部24のAGC27に出
力するものである。但し、αは、α≧0である。また、
前記基準位相差は、後述する角速度検出器1の個々の特
性から得られる既知のデータを用いて設定されるもので
ある。
A variable phase shifter 41 is used in place of the feedback phase shifter 22. The variable phase shifter 41 determines the phase difference between the drive signal VA and the displacement signal VB as a reference phase difference (for example, -90).
(° ± α °), the correction signal VC ′ obtained by correcting the phase of the drive signal VA is output to the AGC 27 of the feedback amplifier 24. Here, α is α ≧ 0. Also,
The reference phase difference is set using known data obtained from individual characteristics of the angular velocity detector 1 described later.

【0078】ここで、図9ないし図11は、可変移相器
41の基準位相差を設定するのに用いられる既知のデー
タで、これらは、角速度検出器1が有する特性を示して
いる。即ち、図9ないし図11は、横軸に周波数、縦軸
に変位量、位相差(°)を採ることにより、振動側固有
振動数f1 による周波数特性、検出側固有振動数f2に
よる周波数特性、振動体6が矢示a方向に振動すると
き、駆動信号VA と変位信号VB との位相差による周波
数特性を記載したものである。
Here, FIGS. 9 to 11 show known data used to set the reference phase difference of the variable phase shifter 41, and show the characteristics of the angular velocity detector 1. FIG. 9 to 11, the horizontal axis represents the frequency, the vertical axis represents the displacement and the phase difference (°), and the frequency characteristic based on the vibration-side natural frequency f1, the frequency characteristic based on the detection-side natural frequency f2, The figure describes a frequency characteristic based on a phase difference between the drive signal VA and the displacement signal VB when the vibrating body 6 vibrates in the direction indicated by the arrow a.

【0079】まず、図9は、振動側固有振動数f1 と検
出側固有振動数f2 とが等しい場合の特性で、基準位相
差をほぼ(−90°)に設定したとき、即ち変位信号V
B の位相よりも駆動信号VA の位相を(90°)進ませ
たときには、振動体6が矢示a方向に共振状態で振動
し、矢示F方向にも共振状態で振動する。
First, FIG. 9 shows the characteristics when the vibration-side natural frequency f1 and the detection-side natural frequency f2 are equal. When the reference phase difference is set to approximately (-90 °), that is, when the displacement signal V
When the phase of the drive signal VA is advanced by (90 °) with respect to the phase of B, the vibrating body 6 vibrates in the direction of arrow a in a resonant state, and also vibrates in the direction of arrow F in a resonant state.

【0080】また、図10は、振動側固有振動数f1 が
検出側固有振動数f2 よりも高い場合の特性で、基準位
相差を(−90°)に設定したときには、振動体6が矢
示a方向に振動するときに共振状態になる。一方、基準
位相差を(−90°+α°)に設定したときには、振動
体6が矢示a方向に検出側固有振動数f2 で振動する。
このとき、振動体6の変位量は、振動側固有振動数f1
で振動する場合に比べて低下するから、振動体6の振動
幅も小さくなる。そして、Z軸回りに角速度Ωが加わっ
たときには、振動体6は、矢示F方向に共振状態で振動
する。
FIG. 10 shows the characteristics when the vibration-side natural frequency f1 is higher than the detection-side natural frequency f2. When the reference phase difference is set to (−90 °), the vibrating body 6 is indicated by an arrow. Resonance occurs when vibrating in the a direction. On the other hand, when the reference phase difference is set to (−90 ° + α °), the vibrating body 6 vibrates in the direction of arrow a at the detection-side natural frequency f2.
At this time, the displacement amount of the vibrating body 6 is the vibration-side natural frequency f1.
Therefore, the vibration width of the vibrating body 6 is also reduced. When the angular velocity Ω is applied around the Z axis, the vibrating body 6 vibrates in the direction indicated by the arrow F in a resonance state.

【0081】さらに、図11は、振動側固有振動数f1
が検出側固有振動数f2 よりも低い場合の特性で、基準
位相差をほぼ(−90°)に設定したときには、振動体
6が矢示a方向に振動するときに共振状態になる。一
方、基準位相差を(−90°−α°)に設定したときに
は、振動体6が矢示a方向に検出側固有振動数f2 で振
動し、振動体6の振動幅は小さくなる。
FIG. 11 shows the vibration-side natural frequency f1.
Is a characteristic when the reference-side natural frequency f2 is lower than the detection-side natural frequency f2. When the reference phase difference is set to approximately (-90 °), a resonance state occurs when the vibrating body 6 vibrates in the direction of arrow a. On the other hand, when the reference phase difference is set to (−90 ° −α °), the vibrating body 6 vibrates at the detection-side natural frequency f2 in the direction indicated by the arrow a, and the vibration width of the vibrating body 6 decreases.

【0082】このように、予め角速度検出器1の特性
が、例えば図10に示すような特性の場合には、位相差
による周波数特性と検出側固有振動数f2 との交点にあ
たる(−90°+α°)を可変移相器41の基準位相差
として設定する。
As described above, when the characteristic of the angular velocity detector 1 is previously as shown in FIG. 10, for example, it corresponds to the intersection of the frequency characteristic due to the phase difference and the detection-side natural frequency f2 (−90 ° + α). °) is set as the reference phase difference of the variable phase shifter 41.

【0083】これにより、可変移相器41は、駆動信号
VA に対する変位信号VB の位相差を基準位相差となる
(−90°+α°)に補正した補正信号VC ′をAGC
27に出力するものである。
As a result, the variable phase shifter 41 converts the correction signal VC 'obtained by correcting the phase difference of the displacement signal VB with respect to the drive signal VA into the reference phase difference (-90 ° + α °) by the AGC.
27.

【0084】次に、本実施の形態による角速度計測装置
を、振動体6を矢示a方向に検出側固有振動数f2 で振
動させるときの動作について述べる。但し、角速度検出
器1は、図10による特性を有するものとする。
Next, the operation of the angular velocity measuring apparatus according to the present embodiment when the vibrating body 6 is vibrated in the direction of arrow a at the detection-side natural frequency f2 will be described. However, it is assumed that the angular velocity detector 1 has the characteristics shown in FIG.

【0085】まず、振動体6を振動させるために、スタ
ート回路33は、例えばパルス信号を振動発生部13に
供給し、振動体6を矢示a方向に任意の周波数で振動さ
せる。このとき、変位検出部14は、矢示a方向の振動
体6の変位に対応した変位信号VB を容量−電圧変換回
路21を経由して可変移相器41に出力する。そして、
変位信号VB の周波数は、振動体6が振動する任意の周
波数とほぼ等しくなっている。
First, in order to vibrate the vibrating body 6, the start circuit 33 supplies, for example, a pulse signal to the vibration generating unit 13, and vibrates the vibrating body 6 in the direction of arrow a at an arbitrary frequency. At this time, the displacement detector 14 outputs a displacement signal VB corresponding to the displacement of the vibrating body 6 in the direction of arrow a to the variable phase shifter 41 via the capacitance-voltage conversion circuit 21. And
The frequency of the displacement signal VB is substantially equal to an arbitrary frequency at which the vibrating body 6 vibrates.

【0086】ここで、可変移相器41は、駆動信号VA
に対する変位信号VB の位相差を、基準位相差(例え
ば、−90°+α°)とするための補正信号VC をAG
C27に出力する。そして、AGC27は、振幅が一定
の大きさに調整された新たな駆動信号VA を振動発生部
13に出力する。
Here, the variable phase shifter 41 outputs the drive signal VA
A correction signal VC for setting the phase difference of the displacement signal VB with respect to the reference phase difference (for example, -90 ° + α °) to AG
Output to C27. Then, the AGC 27 outputs a new drive signal VA whose amplitude has been adjusted to a constant value to the vibration generator 13.

【0087】このとき、駆動信号VA と変位信号VB と
の位相差が(−90°+α°)のときには、振動体6が
振動側固有振動数f1 よりも低い周波数で振動し、位相
差が(−90°−α°)のときには、振動体6が振動側
固有振動数f1 よりも高い周波数で振動する。
At this time, when the phase difference between the drive signal VA and the displacement signal VB is (−90 ° + α °), the vibrating body 6 vibrates at a frequency lower than the vibration-side natural frequency f1, and the phase difference becomes ( (−90 ° −α °), the vibrating body 6 vibrates at a frequency higher than the vibration-side natural frequency f1.

【0088】このため、新たな駆動信号VA に対する変
位信号VB の位相差は、(−90°)から(−90°+
α°)となるから、振動体6は矢示a方向に向けて振動
側固有振動数f1 よりも低い周波数で振動する。この結
果、駆動信号VA の周波数は、徐々に振動側固有振動数
f1 よりも低い検出側固有振動数f2 に近づき、振動体
6の周波数も検出側固有振動数f2 に収束する。これに
より、振動体6は、振動側固有振動数f1 で振動すると
きに比べて振動幅が小さくなるものの、矢示a方向に向
けて検出側固有振動数f2 で自励振動する。
For this reason, the phase difference between the displacement signal VB and the new drive signal VA changes from (−90 °) to (−90 ° +
α °), the vibrating body 6 vibrates in the direction of the arrow a at a frequency lower than the vibration-side natural frequency f1. As a result, the frequency of the drive signal VA gradually approaches the detection-side natural frequency f2, which is lower than the vibration-side natural frequency f1, and the frequency of the vibrating body 6 also converges on the detection-side natural frequency f2. As a result, although the vibration width of the vibrating body 6 is smaller than that at the time of vibrating at the vibration-side natural frequency f1, the vibrating body 6 self-oscillates at the detection-side natural frequency f2 in the direction of arrow a.

【0089】かくして、実施の形態による角速度検出器
1は、振動体6を矢示a方向に向けて小さな振動幅で振
動させるものの、検出側固有振動数f2 で自励振動す
る。これにより、Z軸回りに角速度Ωが加わると、コリ
オリ力によって、振動体6は矢示F方向に向けて検出側
固有振動数f2 で共振状態で振動する。このため、角速
度Ωに対して振動体6を大きな振動幅で振動させること
ができるから、角速度Ωの検出感度を高めることができ
る。
Thus, the angular velocity detector 1 according to the embodiment vibrates the vibrating body 6 in the direction indicated by the arrow a with a small vibration width, but vibrates self-excitedly at the detection-side natural frequency f2. Accordingly, when an angular velocity Ω is applied around the Z axis, the vibrating body 6 vibrates in the resonance direction at the detection-side natural frequency f2 in the direction of arrow F due to the Coriolis force. For this reason, since the vibrating body 6 can be vibrated with a large vibration width with respect to the angular velocity Ω, the detection sensitivity of the angular velocity Ω can be increased.

【0090】一方、図9ないし図11に示すような特性
が未知の角速度検出器1の場合には、図12の変形例に
示すように、可変移相器41に代えて可変移相発生器5
1を接続し、回転盤等の上に角速度計測装置を載置し、
実際の角速度に対する位相差のデータを記録し、図9な
いし図11のような特性を得ることもできる。なお、前
記可変移相発生器51の範囲は(−90°±45°)の
範囲でよい。
On the other hand, in the case of the angular velocity detector 1 whose characteristics are unknown as shown in FIGS. 9 to 11, as shown in a modification of FIG. 5
1 is connected, and the angular velocity measuring device is mounted on a rotating plate, etc.
By recording data of the phase difference with respect to the actual angular velocity, it is also possible to obtain characteristics as shown in FIGS. Note that the range of the variable phase shift generator 51 may be a range of (−90 ° ± 45 °).

【0091】このように、可変移相発生器51によって
得られた角速度検出器1の特性から、可変移相器41の
基準位相差を設定することにより、前述した如く、振動
体6を矢示a方向に向けて検出側固有振動数f2 で振動
させ、矢示F方向の振動幅を大きくして検出感度を高め
ることができる。
As described above, by setting the reference phase difference of the variable phase shifter 41 from the characteristics of the angular velocity detector 1 obtained by the variable phase shift generator 51, the vibrating body 6 is indicated by an arrow as described above. By vibrating at the detection-side natural frequency f2 in the direction a, the vibration width in the direction indicated by the arrow F can be increased to increase the detection sensitivity.

【0092】なお、各実施の形態では、変位検出部14
を矢示a方向に振動するときのモニタ信号と、矢示F方
向に振動するときの角速度信号を同時に検出する構成と
して述べたが、本発明はこれに限らず、モニタ信号と角
速度信号とを別個に検出する変位検出部を信号出力手段
として用いてもよい。
In each embodiment, the displacement detector 14
Has been described as a structure for simultaneously detecting a monitor signal when vibrating in the direction of arrow a and an angular velocity signal when vibrating in the direction of arrow F. However, the present invention is not limited to this. A displacement detection unit that detects separately may be used as a signal output unit.

【0093】また、第1の実施の形態では、振動体6の
一辺に振動発生部13、他辺に変位検出部14を設ける
ようにしたが、本発明はこれに限らず、振動体6の対向
する両辺に振動発生部13を設けるようにしてもよく、
変位検出部14も振動体6の対向する両辺に設けるよう
にしてもよい。
In the first embodiment, the vibration generator 13 is provided on one side of the vibrator 6 and the displacement detector 14 is provided on the other side. However, the present invention is not limited to this. Vibration generators 13 may be provided on both sides facing each other,
The displacement detector 14 may also be provided on both sides of the vibrating body 6 facing each other.

【0094】[0094]

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項1の発明によ
れば、振動体を共振状態で振動させるため、駆動信号に
対する変位信号の位相差を補正し補正信号を出力する位
相補正手段と、位相補正手段から出力される補正信号を
増幅することによって得られた駆動信号を振動体に出力
する帰還増幅手段とを設けているから、位相補正手段か
ら出力される補正信号によって、角速度検出器の振動体
を共振状態で大きな振動幅をもって振動させることがで
きる。また、帰還増幅手段は、周囲温度の変化等によっ
て振動体の固有振動数が変化した場合でも、振動体の振
動幅を一定にし、角速度の検出感度を安定させることが
でき、信頼性を高めることができる。
As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, in order to vibrate the vibrating body in a resonance state, the phase correcting means for correcting the phase difference of the displacement signal with respect to the drive signal and outputting a correction signal is provided. And a feedback amplifying means for outputting a drive signal obtained by amplifying the correction signal output from the phase correction means to the vibrating body, so that the angular velocity detector is provided by the correction signal output from the phase correction means. Can be vibrated with a large vibration width in a resonance state. In addition, the feedback amplifying means can stabilize the vibration width of the vibrating body and stabilize the angular velocity detection sensitivity even when the natural frequency of the vibrating body changes due to a change in ambient temperature or the like, thereby improving reliability. Can be.

【0095】請求項2の発明は、位相補正手段から出力
される補正信号を、振動体を第1の軸方向に振動させる
ため、駆動信号に対する変位信号の位相差をほぼ(−9
0°)の基準位相差に設定したから、第1の軸方向に振
動するとき振動体を固有振動数で振動させ、角速度の検
出感度を向上させることができる。
According to the second aspect of the present invention, the correction signal output from the phase correction means is caused to vibrate the vibrating body in the first axial direction.
Since the reference phase difference is set to (0 °), the vibrating body is vibrated at the natural frequency when vibrating in the first axial direction, so that the angular velocity detection sensitivity can be improved.

【0096】請求項3の発明は、位相補正手段から出力
される補正信号を、駆動信号に対する変位信号の位相差
を、振動体が第2の軸方向に共振状態で振動させるた
め、振動側固有振動数が検出側固有振動数に等しいとき
には前記位相差をほぼ(−90°)の基準位相差に設定
し、振動側固有振動数が検出側固有振動数よりも高いと
きには前記位相差を(−90°+α°)の基準位相差に
設定し、振動側固有振動数が検出側固有振動数よりも低
いときには前記位相差を(−90°−α°)の基準位相
差に設定している。これにより、振動体を第1の軸方向
に検出側固有振動数で振動させることができる。このた
め、第3の軸回りに角速度が加わって振動体が第2の軸
方向に振動するとき、該振動体は第2の軸方向に共振状
態で振動させることができ、角速度の検出感度を高める
ことができる。
According to a third aspect of the present invention, the correction signal output from the phase correction means is used to cause the phase difference between the displacement signal and the drive signal to vibrate in the second axial direction in a resonance state. When the frequency is equal to the detection-side natural frequency, the phase difference is set to a reference phase difference of approximately (−90 °), and when the vibration-side natural frequency is higher than the detection-side natural frequency, the phase difference is set to (− (90 ° + α °), and when the vibration-side natural frequency is lower than the detection-side natural frequency, the phase difference is set to a reference phase difference of (−90 ° −α °). Thereby, the vibrating body can be vibrated at the detection-side natural frequency in the first axial direction. Therefore, when the vibrating body vibrates in the second axial direction due to an angular velocity applied around the third axis, the vibrating body can vibrate in a resonance state in the second axial direction, and the detection sensitivity of the angular velocity can be reduced. Can be enhanced.

【0097】請求項4の発明は、位相補正手段から出力
される補正信号を、帰還増幅手段を通して駆動信号とし
て振動体に出力することにより、振動体を共振状態で一
定の振動幅をもって振動させることができる。これによ
り、周囲温度が変化した場合でも、振動体の振動幅を一
定に保ち、検出感度を安定させることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, the vibrating body is caused to vibrate in a resonance state with a constant vibration width by outputting the correction signal output from the phase correcting means to the vibrating body as a drive signal through the feedback amplifying means. Can be. Thereby, even when the ambient temperature changes, the vibration width of the vibrating body can be kept constant, and the detection sensitivity can be stabilized.

【0098】請求項5の発明は、信号出力手段の次段
に、該信号出力手段から出力される変位信号を同期検波
することにより変位信号中の角速度に応じた角速度信号
のみを出力する角速度信号出力手段を設ける構成とした
から、該角速度信号出力手段によって角速度信号のみを
出力し、第3の軸回りに加わる角速度を検出することが
できる。
According to a fifth aspect of the present invention, an angular velocity signal that outputs only an angular velocity signal corresponding to the angular velocity in the displacement signal by synchronously detecting the displacement signal output from the signal output means at the next stage of the signal output means. Since the output means is provided, only the angular velocity signal is output by the angular velocity signal output means, and the angular velocity applied around the third axis can be detected.

【0099】請求項6の発明は、信号出力手段から出力
される変位信号は、振動体が第1の軸方向へ振動すると
きの変位をモニタ信号と、振動体が第2の軸方向へ振動
するときの変位を角速度信号とを含んでいるから、変位
信号中の角速度信号のみを出力することにより、第3の
軸回りに加わる角速度を計測することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, the displacement signal output from the signal output means includes a monitor signal indicating a displacement when the vibrating body vibrates in the first axial direction, and a vibration signal in which the vibrating body vibrates in the second axial direction. Since the displacement at that time includes the angular velocity signal, the angular velocity applied around the third axis can be measured by outputting only the angular velocity signal in the displacement signal.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1の実施の形態による角速度計測装置を示す
回路構成図である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an angular velocity measuring device according to a first embodiment.

【図2】角速度検出器を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing an angular velocity detector.

【図3】角速度検出器を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an angular velocity detector.

【図4】角速度検出器の変位検出部を拡大して示す平面
図である。
FIG. 4 is an enlarged plan view showing a displacement detection unit of the angular velocity detector.

【図5】振動体がX軸方向に共振状態で振動していると
きの、駆動信号、変位信号、補正信号、同期信号、参照
信号、角速度信号、出力信号の波形を示す特性線図であ
る。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing waveforms of a drive signal, a displacement signal, a correction signal, a synchronization signal, a reference signal, an angular velocity signal, and an output signal when the vibrating body vibrates in a resonance state in the X-axis direction. .

【図6】振動体がX軸方向に共振状態からずれて振動し
ているときの、駆動信号、変位信号、補正信号、同期信
号、参照信号、角速度信号、出力信号の波形を示す特性
線図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing waveforms of a drive signal, a displacement signal, a correction signal, a synchronization signal, a reference signal, an angular velocity signal, and an output signal when the vibrating body is vibrating out of a resonance state in the X-axis direction. It is.

【図7】振動体がX軸方向に共振状態で振動していると
きの、駆動信号、変位信号、整流信号、平滑信号、補正
信号、増幅率制御信号、駆動信号の波形を示す特性線図
である。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing waveforms of a drive signal, a displacement signal, a rectified signal, a smoothed signal, a correction signal, an amplification factor control signal, and a drive signal when the vibrating body is vibrating in a resonance state in the X-axis direction. It is.

【図8】第2の実施の形態による角速度計測装置を示す
回路構成図である。
FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing an angular velocity measuring device according to a second embodiment.

【図9】振動側固有振動数と検出側固有振動数とが等し
い場合の各固有振動数による周波数特性、位相差による
周波数特性を示す特性線図である。
FIG. 9 is a characteristic diagram illustrating a frequency characteristic based on each natural frequency and a frequency characteristic based on a phase difference when the vibration-side natural frequency is equal to the detection-side natural frequency.

【図10】振動側固有振動数が検出側固有振動数よりも
高い場合の各固有振動数による周波数特性、位相差によ
る周波数特性を示す特性線図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a frequency characteristic based on each natural frequency and a frequency characteristic based on a phase difference when the vibration-side natural frequency is higher than the detection-side natural frequency.

【図11】振動側固有振動数が検出側固有振動数よりも
低い場合の各固有振動数による周波数特性、位相差によ
る周波数特性を示す特性線図である。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing frequency characteristics based on each natural frequency and frequency characteristics based on a phase difference when the vibration-side natural frequency is lower than the detection-side natural frequency.

【図12】第2の実施の形態による角速度計測装置の変
形例を示す回路構成図である。
FIG. 12 is a circuit configuration diagram showing a modification of the angular velocity measuring device according to the second embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 角速度検出器 2 基板 3 可動部 4 支持部 5 支持梁 6 振動体 8 可動側検出電極 12 固定側検出電極 13 振動発生部 14 変位検出部(信号出力手段) 22 帰還用移相器(位相補正手段) 24 帰還増幅部(帰還増幅手段) 25 全波整流回路(整流手段) 26 比較器(制御信号出力手段) 27 自動利得制御回路(増幅制御手段) 28 角速度検出部(角速度信号出力手段) 29 検出用移相器 30 同期検波回路 41 可変移相器(位相補正手段) 51 可変移相発生器 f1 振動側固有振動数 f2 検出側固有振動数 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Angular velocity detector 2 Substrate 3 Movable part 4 Support part 5 Support beam 6 Vibrating body 8 Movable detection electrode 12 Fixed side detection electrode 13 Vibration generation part 14 Displacement detection part (signal output means) 22 Feedback phase shifter (Phase correction) Means) 24 Feedback amplification unit (feedback amplification unit) 25 Full-wave rectification circuit (rectification unit) 26 Comparator (control signal output unit) 27 Automatic gain control circuit (amplification control unit) 28 Angular velocity detection unit (angular velocity signal output unit) 29 Detection phase shifter 30 Synchronous detection circuit 41 Variable phase shifter (phase correction means) 51 Variable phase shift generator f1 Oscillating natural frequency f2 Detecting natural frequency

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 駆動信号を受けることにより直交する3
軸のうち第1の軸方向に振動し、この状態で第3の軸回
りに角速度が加わったとき第2の軸方向に振動する振動
体と、 該振動体の振動を検出して変位に応じた変位信号を出力
する信号出力手段と、 前記振動体を共振状態で振動させるため、駆動信号に対
する該信号出力手段から出力される変位信号の位相差を
補正し補正信号を出力する位相補正手段と、 前記振動体が第1の軸方向に振動するときの振動幅を一
定にするため、該位相補正手段から出力された補正信号
を増幅することによって得られた駆動信号を前記振動体
に出力する帰還増幅手段とによって構成してなる角速度
計測装置。
An orthogonal signal is received by receiving a driving signal.
A vibrating body that vibrates in a first axial direction among the shafts and vibrates in a second axial direction when an angular velocity is applied around a third axis in this state; A signal output means for outputting a displacement signal, and a phase correction means for correcting the phase difference of the displacement signal output from the signal output means with respect to the drive signal and outputting a correction signal in order to vibrate the vibrating body in a resonance state. A drive signal obtained by amplifying a correction signal output from the phase correction unit is output to the vibrating body in order to keep a vibration width when the vibrating body vibrates in the first axial direction. An angular velocity measuring device constituted by feedback amplification means.
【請求項2】 前記位相補正手段から出力される補正信
号は、前記振動体を第1の軸方向に共振状態で振動させ
るため、前記駆動信号に対する変位信号の位相差をほぼ
(−90°)の基準位相差に設定してなる請求項1記載
の角速度計測装置。
2. The correction signal output from the phase correction means vibrates the vibrating body in a first axial direction in a resonance state, so that the phase difference between the displacement signal and the drive signal is substantially (−90 °). The angular velocity measuring device according to claim 1, wherein the reference phase difference is set to:
【請求項3】 前記振動体は、第1の軸方向に共振状態
で振動する振動側固定振動数と、第2の軸方向に共振状
態で振動する検出側固有振動数とを有し、前記位相補正
手段から出力される補正信号は、前記振動体を第2の軸
方向に共振状態で振動させるため、振動側固有振動数が
検出側固有振動数に等しいときには前記位相差をほぼ
(−90°)の基準位相差に設定し、振動側固有振動数
が検出側固有振動数よりも高いときには前記位相差を
(−90°+α°)の基準位相差に設定し、振動側固有
振動数が検出側固有振動数よりも低いときには前記位相
差を(−90°−α°)の基準位相差に設定してなる請
求項1記載の角速度計測装置。
3. The vibrating body has a vibration-side fixed frequency that vibrates in a resonance state in a first axial direction, and a detection-side natural frequency that vibrates in a resonance state in a second axial direction. The correction signal output from the phase correcting means causes the vibrating body to vibrate in the second axial direction in a resonance state. Therefore, when the vibration-side natural frequency is equal to the detection-side natural frequency, the phase difference is substantially (−90). °), and when the vibration-side natural frequency is higher than the detection-side natural frequency, the phase difference is set to a reference phase difference of (−90 ° + α °). The angular velocity measuring device according to claim 1, wherein the phase difference is set to a reference phase difference of (-90 ° -α °) when the frequency is lower than the detection-side natural frequency.
【請求項4】 前記帰還増幅手段は、前記信号出力手段
から出力される変位信号を整流した整流信号を出力する
整流手段と、該整流手段から出力される整流信号と予め
設定された基準信号とを比較し、これらの信号に対応し
た増幅率制御信号を出力する制御信号出力手段と、該制
御信号出力手段から出力される増幅率制御信号を受けて
増幅率を制御し、前記位相補正手段から出力される補正
信号の振幅を調整した駆動信号を出力する増幅制御手段
とから構成してなる請求項1,2または3記載の角速度
計測装置。
4. A rectifier for outputting a rectified signal obtained by rectifying a displacement signal output from the signal output means, a rectified signal output from the rectifier and a predetermined reference signal. Control signal output means for outputting an amplification rate control signal corresponding to these signals, and an amplification rate control signal output from the control signal output means to control the amplification rate, and from the phase correction means 4. The angular velocity measuring device according to claim 1, further comprising amplification control means for outputting a drive signal in which the amplitude of the output correction signal is adjusted.
【請求項5】 前記信号出力手段の次段には、該信号出
力手段から出力される変位信号を同期検波することによ
り変位信号中の角速度に応じた角速度信号のみを出力す
る角速度信号出力手段を設ける構成としてなる請求項
1,2,3または4記載の角速度計測装置。
5. An angular velocity signal output means for outputting only an angular velocity signal corresponding to an angular velocity in the displacement signal by synchronously detecting a displacement signal output from the signal output means at a stage subsequent to the signal output means. 5. The angular velocity measuring device according to claim 1, wherein the angular velocity measuring device is provided.
【請求項6】 前記信号出力手段から出力される変位信
号は、第1の軸方向に振動するときの前記振動体の変位
に対応したモニタ信号と、第2の軸方向に振動するとき
の振動体の変位に対応した角速度信号とを含んでなる請
求項1,2,3,4または5記載の角速度計測装置。
6. A displacement signal output from said signal output means includes a monitor signal corresponding to a displacement of said vibrating body when vibrating in a first axial direction, and a vibration signal when vibrating in a second axial direction. 6. The angular velocity measuring device according to claim 1, further comprising an angular velocity signal corresponding to the displacement of the body.
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