JP2000329559A - Angular speed sensor - Google Patents

Angular speed sensor

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JP2000329559A
JP2000329559A JP11137291A JP13729199A JP2000329559A JP 2000329559 A JP2000329559 A JP 2000329559A JP 11137291 A JP11137291 A JP 11137291A JP 13729199 A JP13729199 A JP 13729199A JP 2000329559 A JP2000329559 A JP 2000329559A
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JP
Japan
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vibrator
vibration
angular velocity
detecting
driving
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Withdrawn
Application number
JP11137291A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Isono
仁志 磯野
Hisashi Ogaki
久志 大垣
Tomohisa Komoda
智久 薦田
Toru Kira
徹 吉良
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make obtainable a low noise angular speed direction output by detecting a vibration due to Coriolis force orthogonal to the direction of drive oscillation through a detecting coil and canceling a null voltage due to leakage vibration of an oscillator by taking the difference from a driving signal. SOLUTION: In an oscillation gyro sensor, the resonance frequency of an oscillator 1 in the driving direction must be brought close to the resonance frequency in the direction for detecting Coriolis force in order to enhance detection accuracy. When they are brought close to each other, a mechanical leakage coupling takes place in each vibratory direction to result in a vibration in the direction shown by an arrow DA. In this regard, a null voltage is detected by a detecting coil 5 even when an angular acceleration is not applied and thereby the null voltage must be separated from an output produced by Coriolis force. Since the null voltage signal of the coil 5 has same phase as the driving signal, the null voltage can be brought to zero apparently by taking the difference between the output from the coil 5 and the driving signal through a differential circuit 31.

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、振動している物体
に角速度が加わると物体の振動方向と直交する方向に働
くコリオリの力を検出することで、角速度の大きさを検
出する角速度センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an angular velocity sensor for detecting a magnitude of an angular velocity by detecting a Coriolis force acting in a direction orthogonal to a vibration direction of the object when an angular velocity is applied to a vibrating object. .

【0002】[0002]

【従来の技術】角速度センサは、カーナビゲーションシ
ステムの自律航法センサや、ビデオムービーの手振れ防
止センサとして広く用いられている。中でも、圧電体を
振動子の駆動およびコリオリ力の検出に用いた圧電ジャ
イロは小型で、安価な角速度センサとして広く用いられ
ている。このような角速度センサの構成については、た
とえば、文献「圧電ジャイロ・センサ技術の基礎」エレ
クトロニク・セラミクス、1991年10月号、pp.
27−35に開示されている。
2. Description of the Related Art An angular velocity sensor is widely used as an autonomous navigation sensor for a car navigation system and a camera shake prevention sensor for a video movie. Above all, a piezoelectric gyro using a piezoelectric body for driving a vibrator and detecting Coriolis force is widely used as a small and inexpensive angular velocity sensor. The configuration of such an angular velocity sensor is described in, for example, a document “Basics of Piezoelectric Gyro Sensor Technology”, Electronic Ceramics, October 1991, pp. 195-143.
27-35.

【0003】図8は、以上説明したうち、第1の従来技
術の角速度センサの構成を示す概略ブロック図である。
図8において、圧電ジャイロは平面図で示されている。
FIG. 8 is a schematic block diagram showing the configuration of the first prior art angular velocity sensor described above.
In FIG. 8, the piezoelectric gyro is shown in a plan view.

【0004】図8に示す圧電ジャイロにおいて、横断面
が四角形の振動子1は、駆動用圧電体20と帰還用圧電
体21とを用いた自励発振回路30により、x軸方向に
所定の自励振動を行なう。そして、このような振動の下
に、z軸まわりの角速度Ωが加わると、自励振動と直交
するy軸方向に振動が励起され、このy軸方向の振動に
より検出用圧電体22および23に電圧が発生する。
In the piezoelectric gyro shown in FIG. 8, a vibrator 1 having a rectangular cross section is provided with a predetermined self-oscillation circuit 30 using a driving piezoelectric element 20 and a feedback piezoelectric element 21 in the x-axis direction. Excitation vibration is performed. When an angular velocity Ω about the z-axis is applied under such vibration, vibration is excited in the y-axis direction orthogonal to the self-excited vibration, and the vibration in the y-axis direction causes the detection piezoelectric bodies 22 and 23 to vibrate. Voltage is generated.

【0005】これらの電圧を、差動回路31、同期検波
回路32、平滑回路33を通過させることにより、角速
度Ωに比例する直流電圧出力として出力する。
[0005] These voltages are passed through a differential circuit 31, a synchronous detection circuit 32, and a smoothing circuit 33 to output a DC voltage output proportional to the angular velocity Ω.

【0006】このような圧電ジャイロの場合、コリオリ
の力により検出用圧電体22および23に生じる電圧
は、自励発振回路30の駆動信号と位相が一致するの
で、駆動信号でコリオリの力による電圧信号の位相を検
波することで、コリオリの力による信号のみを取出すこ
とができる。
In the case of such a piezoelectric gyro, the voltage generated in the detecting piezoelectric members 22 and 23 by the Coriolis force coincides in phase with the drive signal of the self-excited oscillation circuit 30. By detecting the phase of the signal, only the signal due to the Coriolis force can be extracted.

【0007】しかしながら、振動子1のx軸方向の振動
と、y軸方向の振動の間に機械的な漏れ結合が生じる場
合には、振動子1は、角速度が加わっていないときに
も、x軸方向の振動によりy軸方向にも振動してしま
う。このような振動により生ずる電圧が、ヌル電圧とし
て検出用圧電体22および23より出力される。
However, if mechanical leakage coupling occurs between the vibration of the vibrator 1 in the x-axis direction and the vibration in the y-axis direction, the vibrator 1 is kept in the x-direction even when the angular velocity is not applied. Vibration in the axial direction also causes vibration in the y-axis direction. The voltage generated by such vibration is output from the detecting piezoelectric members 22 and 23 as a null voltage.

【0008】検出用圧電体22および23の和動をとる
と、ヌル電圧は見かけ上ゼロにすることができるが、角
速度が加わったときのコリオリの力による電圧信号も相
殺されてしまい検出できなくなる。
When the summation of the detecting piezoelectric members 22 and 23 is performed, the null voltage can be apparently reduced to zero, but the voltage signal due to the Coriolis force when the angular velocity is applied is canceled out, and the detection becomes impossible. .

【0009】そこで、ヌル電圧が生じている場合には、
帰還用圧電体21と、検出用圧電素子22あるいは23
とから出力されるヌル電圧の位相が一致することを利用
して、帰還用圧電体21からの出力と検出用圧電体22
あるいは23からの出力との差動をとることで、見かけ
上ヌル電圧をゼロにすることができる。このようにし
て、駆動信号でコリオリの力による電圧信号の位相を検
波することで、コリオリの力による信号のみを取出すこ
とが一般に行なわれている。
Therefore, when a null voltage is generated,
Feedback piezoelectric element 21 and detection piezoelectric element 22 or 23
The output from the feedback piezoelectric element 21 and the detection piezoelectric element 22
Alternatively, by taking the difference from the output from 23, the null voltage can be apparently reduced to zero. In this way, it is common practice to detect only the signal due to the Coriolis force by detecting the phase of the voltage signal due to the Coriolis force with the drive signal.

【0010】また、図9に示す第2の従来例の圧電ジャ
イロは、上述したヌル電圧の問題を解決するためのもの
であり、文献「小形ジャイロとその応用」、日本機械学
会誌、11月号、1993年、pp.14−17に開示
されている。図9に示す圧電ジャイロで、横断面が三角
形の振動子1は、駆動用圧電体24および25と帰還用
圧電体21とを用いた自励発振回路30により、x軸方
向に所定の自励振動を行なう。
A piezoelectric gyro according to a second conventional example shown in FIG. 9 is for solving the problem of the null voltage described above, and is described in the document "Small gyro and its application", Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, November No. 1993, pp. 14-17. In the piezoelectric gyro shown in FIG. 9, the vibrator 1 having a triangular cross section has a predetermined self-excited oscillation in the x-axis direction by a self-excited oscillation circuit 30 using driving piezoelectric bodies 24 and 25 and a feedback piezoelectric body 21. Perform vibration.

【0011】そして、このような振動の下に、z軸まわ
りの角速度Ωが加わると、自励振動と直交するy軸方向
に振動が励振される。ここでは、このy軸方向の振動
を、検出用圧電体を兼ねた駆動用圧電体24および25
により発生する電圧を、差動回路31、同期検波回路3
2、平滑回路33を通過させることにより、角速度Ωに
比例する直流電圧出力に変換して出力する。
Then, when an angular velocity Ω about the z-axis is applied under such vibration, the vibration is excited in the y-axis direction orthogonal to the self-excited vibration. Here, the vibrations in the y-axis direction are transmitted to the driving piezoelectric bodies 24 and 25 which also serve as the detecting piezoelectric bodies.
The voltage generated by the differential circuit 31 and the synchronous detection circuit 3
2. By passing through the smoothing circuit 33, it is converted into a DC voltage output proportional to the angular velocity Ω and output.

【0012】この場合、検出用圧電体を兼ねる駆動用圧
電体24および25には、角速度が加わっていないとき
にもx軸方向の振動により電圧が発生する。しかしなが
ら、それらの電圧の位相が一致するので、差動をとるこ
とで見かけ上この電圧をゼロとすることができる。しか
も、角速度が加わったときには、検出用圧電体を兼ねる
駆動用圧電体24および25には、コリオリの力による
電圧が逆位相に生じることになるので、両者の差動をと
ることで、見かけ上のヌル電圧を相殺するとともに、駆
動信号で位相を検波することで、コリオリの力による電
圧だけを取出すことができる。
In this case, a voltage is generated in the driving piezoelectric members 24 and 25 which also serve as detecting piezoelectric members by vibration in the x-axis direction even when no angular velocity is applied. However, since these voltages have the same phase, this voltage can be apparently reduced to zero by taking a differential. In addition, when the angular velocity is applied, voltages due to the Coriolis force are generated in opposite phases in the driving piezoelectric bodies 24 and 25 which also serve as the detecting piezoelectric bodies. By canceling out the null voltage and detecting the phase with the drive signal, only the voltage due to the Coriolis force can be extracted.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】このような従来の圧電
ジャイロは、圧電体からの出力の差動をとる回路構成に
なっている。ところが、圧電体から出力される電圧はそ
のノイズが大きい。圧電体は、微細な結晶が無秩序に並
んだ多結晶体に分極処理を施すことで、各結晶の自発分
極の方向を平均的に1方向に向かせることで作製されて
いる。
Such a conventional piezoelectric gyro has a circuit configuration for obtaining a differential output from a piezoelectric body. However, the voltage output from the piezoelectric body has a large noise. A piezoelectric body is manufactured by subjecting a polycrystal in which fine crystals are randomly arranged to a polarization treatment so that the direction of spontaneous polarization of each crystal is oriented in one direction on average.

【0014】この圧電体に歪みが加わると、自発分極し
ている微細な結晶の向きが変わり、全体としての分極状
態が変化するので、外部電極から歪みを電圧として取出
すことができる。圧電体から検出される電圧は、このよ
うに、圧電体内部の微細な結晶の回転や変形に起因する
ものであるので、圧電体の出力ノイズは大きくなると考
えられる。
When strain is applied to the piezoelectric body, the direction of the spontaneously polarized fine crystal changes and the polarization state as a whole changes, so that the strain can be extracted from the external electrode as a voltage. Since the voltage detected from the piezoelectric body is caused by the rotation or deformation of the fine crystal inside the piezoelectric body, the output noise of the piezoelectric body is considered to increase.

【0015】たとえば、圧電体としてPZT(1×9m
m、厚さ0.2mm)を用い、この圧電体を、共振周波
数が24kHzの高弾性金属であるエリンバー合金から
なる振動子に張り付けて共振振動させる構成を考える。
このような圧電体からの出力が1.8Vとなるような歪
みを加えたとき、そのノイズは14μV/√Hzとな
る。
For example, PZT (1 × 9 m
m, 0.2 mm in thickness), and consider a configuration in which this piezoelectric body is attached to a vibrator made of an Elinvar alloy, which is a highly elastic metal having a resonance frequency of 24 kHz, to resonate and vibrate.
When a distortion is applied so that the output from the piezoelectric body becomes 1.8 V, the noise becomes 14 μV / √Hz.

【0016】これは、通常のアンプノイズが1nV/√
Hz程度であるので、4桁ほど大きい。
This is because normal amplifier noise is 1 nV / √
Since the frequency is about Hz, it is about four digits larger.

【0017】また、圧電体からの出力ノイズは、圧電体
の振幅が大きくなるほど大きくなり、角速度の検出感度
を高くするために、振動子の振幅を大きくすれば、圧電
体からの出力ノイズも大きくなることを示している。
The output noise from the piezoelectric body increases as the amplitude of the piezoelectric body increases, and if the amplitude of the vibrator is increased in order to increase the angular velocity detection sensitivity, the output noise from the piezoelectric body also increases. It has become.

【0018】従来の圧電ジャイロは、圧電体からの出力
信号の差動をとってヌル電圧を相殺しても、ノイズの大
きい圧電体からの信号を使う以上、たとえ、ヌル電圧を
相殺できてもノイズ成分が残ってしまう。このため、S
/N比が小さくなり、高い分解能で角速度を検出できな
いという問題点があった。
In the conventional piezoelectric gyro, even if the null voltage is canceled by taking the differential of the output signal from the piezoelectric body, even if the null voltage can be canceled as long as the signal from the piezoelectric body having a large noise is used. Noise components remain. Therefore, S
However, there has been a problem that the / N ratio becomes small and the angular velocity cannot be detected with high resolution.

【0019】本発明は、このような問題点に鑑みて出さ
れたものであり、コリオリの力を低いノイズで検出し、
高い分解能をもつ角速度センサを提供することを目的と
する。
The present invention has been made in view of such a problem, and detects Coriolis force with low noise.
It is an object to provide an angular velocity sensor having high resolution.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1記載の角速度センサは、振動子と、振動
子の自由端近傍に設けられた少なくとも1個の永久磁石
と、振動子を駆動方向に励振する駆動手段と、励振状態
を検出する帰還用の検出手段と、駆動手段により励振さ
れる振動子の振動方向と直交する方向の振動を検出する
ための振動方向と直交する方向に配置された少なくとも
1個の検出用コイルと、検出用コイルに生じるヌル電圧
と駆動信号の差動をとる差動回路と、帰還用の検出手段
からの信号で、差動回路の出力信号を検波する同期検波
回路とを備える。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an angular velocity sensor comprising: a vibrator; at least one permanent magnet provided near a free end of the vibrator; Drive means for exciting the vibrator in the drive direction, feedback detection means for detecting the excited state, and a vibration direction orthogonal to the vibration direction for detecting vibration in a direction perpendicular to the vibration direction of the vibrator excited by the drive means At least one detecting coil arranged in the direction, a differential circuit for obtaining a difference between a null voltage generated in the detecting coil and a drive signal, and an output signal of the differential circuit based on a signal from the detecting means for feedback. And a synchronous detection circuit for detecting

【0021】請求項2記載の角速度センサは、振動子
と、振動子の自由端近傍に設けられた少なくとも2個の
永久磁石と、振動子を駆動方向に励振する駆動手段と、
励振状態を検出する帰還用の検出手段と、駆動手段によ
り励振される振動子の振動方向と直交する方向の振動を
検出するための少なくとも2個の検出用コイルとを備
え、検出用コイルは、駆動手段により励振される振動子
の振動方向とコイル表面が90°未満の角度を持ち、か
つ、永久磁石の磁化方向と直交するようにコイルの表面
を有するように配置されており、検出用コイルに振動子
の駆動方向の振動により生ずる電圧を、別の検出用コイ
ルに生じる電圧の差動をとって相殺する差動回路と、帰
還用の検出手段からの信号で、差動回路の出力信号を検
波する同期検波回路とをさらに備える。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an angular velocity sensor comprising: a vibrator; at least two permanent magnets provided near a free end of the vibrator; driving means for exciting the vibrator in a driving direction;
Feedback detection means for detecting the excitation state, and at least two detection coils for detecting vibration in a direction orthogonal to the vibration direction of the vibrator excited by the drive means, the detection coil, The detection coil is arranged so that the vibration direction of the vibrator excited by the driving means and the coil surface have an angle of less than 90 ° and the surface of the coil is orthogonal to the magnetization direction of the permanent magnet. A differential circuit for canceling the voltage generated by the vibration in the driving direction of the vibrator by taking the differential of the voltage generated in another detection coil, and a signal from the feedback detection means, and the output signal of the differential circuit. And a synchronous detection circuit for detecting

【0022】請求項3記載の角速度センサは、多角形形
状の断面を有する柱状の振動子と、振動子の自由端近傍
に設けられる少なくとも2個の永久磁石と、振動子を駆
動方向に励振する駆動手段と、励振状態を検出する帰還
用の検出手段と、駆動手段により励振される振動子の振
動方向と直交する方向の振動を検出するための少なくと
も2個の検出用コイルとを備え、検出用コイルは、永久
磁石の磁化方向と直交するコイル表面を有するように配
置されており、検出用コイルに振動子の駆動方向の振動
により生ずる電圧を、別の検出用コイルに生じる電圧の
差動をとって相殺する差動回路と、帰還用の検出手段か
らの信号で、差動回路の出力信号を検波する同期検波回
路とをさらに備える。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an angular velocity sensor having a columnar vibrator having a polygonal cross section, at least two permanent magnets provided near a free end of the vibrator, and exciting the vibrator in a driving direction. A driving means, a feedback detecting means for detecting an excitation state, and at least two detection coils for detecting vibration in a direction orthogonal to a vibration direction of the vibrator excited by the driving means; The detection coil is arranged so as to have a coil surface perpendicular to the magnetization direction of the permanent magnet, and the voltage generated by the vibration in the driving direction of the vibrator is applied to the detection coil by the voltage differential generated by another detection coil. And a synchronous detection circuit for detecting an output signal of the differential circuit with a signal from the feedback detection means.

【0023】請求項4記載の角速度センサは、請求項3
記載の角速度センサの構成に加えて、多角形形状は、頂
点の個数が3以上の奇数である。
The angular velocity sensor according to the fourth aspect is the third aspect.
In addition to the configuration of the angular velocity sensor described, the polygonal shape is an odd number having three or more vertices.

【0024】請求項5記載の角速度センサは、請求項1
記載の角速度センサの構成に加えて、自由端近傍に少な
くとも1個の永久磁石が設けられた振動子は、駆動手段
により励振される振動子の振動方向と直交する方向に磁
化された磁性体である。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an angular velocity sensor according to the first aspect.
In addition to the configuration of the angular velocity sensor described above, the vibrator provided with at least one permanent magnet near the free end is a magnetic material magnetized in a direction orthogonal to the vibration direction of the vibrator excited by the driving means. is there.

【0025】請求項6記載の角速度センサは、請求項1
ないし5のいずれかに記載の角速度センサの構成に加え
て、振動子を励振する駆動手段は、圧電体を含む。
According to the sixth aspect of the present invention, there is provided an angular velocity sensor according to the first aspect.
In addition to the configuration of the angular velocity sensor according to any one of (5) to (5), the driving unit that excites the vibrator includes a piezoelectric body.

【0026】請求項7記載の角速度センサは、請求項1
ないし5のいずれかに記載の角速度センサの構成に加え
て、振動子を励振する駆動手段は、コイルを含む。
The angular velocity sensor according to the seventh aspect is the first aspect.
In addition to the configuration of the angular velocity sensor according to any one of the first to fifth aspects, the driving unit that excites the vibrator includes a coil.

【0027】請求項8記載の角速度センサは、請求項1
ないし6のいずれかに記載の角速度センサの構成に加え
て、励振状態を検出する帰還用の検出手段は、圧電体を
含む。
The angular velocity sensor according to the eighth aspect is the first aspect.
In addition to the configuration of the angular velocity sensor according to any one of the first to sixth aspects, the feedback detecting means for detecting the excitation state includes a piezoelectric body.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下図1〜図7を用いて、本発明
によるところの実施例について詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment according to the present invention will be described below in detail with reference to FIGS.

【0029】[実施の形態1]本発明の角速度センサの
第1の実施の形態の斜視図を図1に、平面図とブロック
線図を図2に示す。図1および図2を参照して、角速度
センサ部10は、振動子1、駆動用圧電体2、帰還用圧
電体3、永久磁石4、検出用コイル5を備える。
[First Embodiment] FIG. 1 is a perspective view of an angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view and a block diagram thereof. 1 and 2, the angular velocity sensor unit 10 includes a vibrator 1, a driving piezoelectric body 2, a feedback piezoelectric body 3, a permanent magnet 4, and a detection coil 5.

【0030】振動子1としては、周囲温度の変化に対し
て振動特性が変化しないように、恒弾性金属(たとえ
ば、住友特殊金属製、EL/3)を用いることができ
る。他のエリンバー合金等の恒弾性金属も用いることが
可能である。圧電体2、3としては、PZT(Pb(Z
r,Ti)O3 を用いたが、BaTiO3 等の圧電セラ
ミックスを用いることも可能である。
As the vibrator 1, a constant elastic metal (for example, EL / 3 made of Sumitomo Special Metals) can be used so that the vibration characteristics do not change with changes in the ambient temperature. It is also possible to use a constant elastic metal such as another Elinvar alloy. As the piezoelectric bodies 2 and 3, PZT (Pb (Z
Although (r, Ti) O 3 was used, it is also possible to use piezoelectric ceramics such as BaTiO 3 .

【0031】振動子1として圧電体を使用した場合に
は、圧電体3、4の代わりに電極を設ける構成をとるこ
ともできる。永久磁石4としては希土類磁石(たとえ
ば、住友特殊金属製、NEOMAX)を用いることがで
きるが、たとえば、サマリウムコバルト(SmCo)磁
石あるいは希土類磁石以外の永久磁石も用いることが可
能である。
When a piezoelectric body is used as the vibrator 1, it is possible to adopt a configuration in which electrodes are provided instead of the piezoelectric bodies 3 and 4. As the permanent magnet 4, a rare earth magnet (for example, NEOMAX made by Sumitomo Special Metals) can be used. For example, a permanent magnet other than the samarium cobalt (SmCo) magnet or the rare earth magnet can be used.

【0032】検出用コイル5としては、たとえば、線径
20μmの銅線を直径5mmの円形に100ターン巻い
たものを使用することができるが、材質、線径、コイル
の形状、ターン数は、検出感度、コスト等に応じて適宜
選択すればよい。
As the detection coil 5, for example, a copper wire having a wire diameter of 20 μm and 100 turns wound in a circle having a diameter of 5 mm can be used. The material, wire diameter, coil shape and number of turns are as follows. What is necessary is just to select suitably according to detection sensitivity, cost, etc.

【0033】本実施の形態では、検出用コイル5の中心
は空洞であるが、センダスト、パーマロイ等の高透磁性
材料のコアを設けることで、検出用コイル5の感度を向
上させることができる。
In this embodiment, the center of the detection coil 5 is hollow, but the sensitivity of the detection coil 5 can be improved by providing a core made of a highly permeable material such as Sendust or Permalloy.

【0034】また、本実施の形態では、検出用コイル5
等を対向する面の永久磁石4の磁極をN極としている
が、S極でも構わない。検出用コイル5と永久磁石4と
の間隔は、たとえば、0.1mmとすることができる
が、0.05〜3mm程度の範囲であればよい。
In this embodiment, the detection coil 5
Although the magnetic pole of the permanent magnet 4 on the surface opposite to the above is an N pole, it may be an S pole. The distance between the detection coil 5 and the permanent magnet 4 can be, for example, 0.1 mm, but may be in the range of about 0.05 to 3 mm.

【0035】また、本実施の形態では、永久磁石の形状
として四角柱のものを用いているが、円柱状、多角形の
柱状等の他の形状のものを用いてもよい。
In this embodiment, a permanent magnet having a square pole shape is used, but other shapes such as a columnar shape and a polygonal column shape may be used.

【0036】本実施の形態においては、振動子1は、駆
動用圧電体2により、x方向に励振される。帰還用圧電
体3は、制御回路により振動子の共振周波数で駆動する
ための帰還信号を出力する。
In the present embodiment, the vibrator 1 is excited by the driving piezoelectric body 2 in the x direction. The feedback piezoelectric element 3 outputs a feedback signal for driving at a resonance frequency of the vibrator by the control circuit.

【0037】z軸まわりの角速度Ωが加わると、角速度
Ωに比例したコリオリの力がy方向に生じ、その結果、
振動子1はy方向にも振動する。
When an angular velocity Ω about the z-axis is applied, a Coriolis force proportional to the angular velocity Ω is generated in the y direction.
The vibrator 1 also vibrates in the y direction.

【0038】そして、振動子1には、永久磁石4が設け
られているので、検出用コイル5では、コイルを貫く磁
束が変化し、その磁束の時間変化が電磁誘導の起電力の
変化となり、角速度Ωが検出される。
Since the vibrator 1 is provided with the permanent magnet 4, the magnetic flux passing through the coil changes in the detecting coil 5, and the time change of the magnetic flux changes the electromotive force of electromagnetic induction. The angular velocity Ω is detected.

【0039】本実施の形態の場合、コリオリの力は帰還
用圧電体3と同位相あるいは逆位相に検出用コイル5に
検出されるので、帰還用圧電体3の出力信号で同期検波
することで、角速度を検出することができる。
In the case of the present embodiment, the Coriolis force is detected by the detection coil 5 in the same phase or in the opposite phase as the feedback piezoelectric body 3, so that synchronous detection is performed by the output signal of the feedback piezoelectric body 3. , Angular velocity can be detected.

【0040】なお、永久磁石4は、x方向に励振される
ことから、厳密にはx方向の振動によっても検出用コイ
ル5を貫く磁束は変化する可能性がある。しかしなが
ら、y方向の振動による磁束の変化に比較すると、非常
に小さく無視できる程度である。
Since the permanent magnet 4 is excited in the x direction, strictly speaking, the magnetic flux passing through the detection coil 5 may be changed by the vibration in the x direction. However, when compared to the change in magnetic flux due to vibration in the y direction, it is very small and negligible.

【0041】振動ジャイロセンサにおいては、振動子の
駆動方向での共振周波数とコリオリの力を検出する検出
方向の共振周波数は、検出感度を高くするためには近づ
ける必要がある。しかしながら、これらの共振周波数が
近くなると、各振動方向での機械的な漏れ結合が生じ、
たとえばx軸方向に駆動振動している場合にも、振動方
向がx軸とある角度をもった方向への振動になってしま
い、図2の矢印DAで示したような方向の振動となる。
In the vibration gyro sensor, the resonance frequency in the driving direction of the vibrator and the resonance frequency in the detection direction for detecting the Coriolis force need to be close to each other in order to increase the detection sensitivity. However, as these resonance frequencies approach, mechanical leakage coupling in each vibration direction occurs,
For example, even when driving vibration occurs in the x-axis direction, the vibration direction is a vibration in a direction having a certain angle with respect to the x-axis, and the vibration is in a direction indicated by an arrow DA in FIG.

【0042】この場合、検出用コイル5からは角速度が
加わっていないときにもヌル電圧と呼ばれる出力が検出
される。そこで、このヌル電圧とコリオリの力による出
力を分離する必要がある。本実施の形態においては、こ
のヌル電圧を相殺しコリオリの力による出力のみを検出
する方法および構成を示す。
In this case, an output called a null voltage is detected from the detection coil 5 even when no angular velocity is applied. Therefore, it is necessary to separate the null voltage and the output due to the Coriolis force. In the present embodiment, a method and configuration for canceling the null voltage and detecting only the output by the Coriolis force will be described.

【0043】図3は、図1および図2で示した角速度セ
ンサの検出回路各部での波形を示すものであり、図3
(a)は無回転時の、図3(b)は回転時の出力波形を
それぞれ示す。
FIG. 3 shows waveforms at various parts of the detection circuit of the angular velocity sensor shown in FIGS. 1 and 2.
3A shows an output waveform during non-rotation, and FIG. 3B shows an output waveform during rotation.

【0044】図2の矢印DA方向に駆動振動している振
動子1の場合、無回転時の駆動信号、帰還圧電体信号、
検出用コイル5のヌル電圧信号は、それぞれ図3(a)
の(1)、(2)、(3)となる。
In the case of the vibrator 1 oscillating in the direction of the arrow DA in FIG. 2, the drive signal during non-rotation, the feedback piezoelectric signal,
The null voltage signals of the detection coil 5 are respectively shown in FIG.
(1), (2) and (3).

【0045】本実施の形態では、検出用コイル5のヌル
電圧信号は、駆動信号と同位相となるので、差動回路に
より、検出用コイル5の出力と駆動信号との差動をとる
ことで、図3(a)の(4)に示すように、見かけ上ヌ
ル電圧をゼロにすることができる。
In the present embodiment, the null voltage signal of the detection coil 5 has the same phase as the drive signal, so that the output of the detection coil 5 and the drive signal are differentiated by a differential circuit. As shown in (4) of FIG. 3A, the null voltage can be apparently reduced to zero.

【0046】なお、このとき、検出用コイル5の出力レ
ベルと駆動信号の出力レベルを合わすために、検出用コ
イル5と駆動信号の両方あるいはどちらか一方をゲイン
調整回路に通し、差動回路通過後の出力がゼロとなるよ
うに調整すればよい。
At this time, in order to match the output level of the detection coil 5 and the output level of the drive signal, both or one of the detection coil 5 and the drive signal is passed through the gain adjustment circuit and passed through the differential circuit. What is necessary is just to adjust so that the subsequent output becomes zero.

【0047】また、本実施の形態では、検出用コイル5
の信号と駆動信号の位相が一致するように、振動子の漏
れ結合による振動方向を考慮して検出用コイルの巻線方
向と磁石4の極性を合わせてある。しかしながら、検出
用コイル5の位相と駆動信号の位相とが逆位相となる場
合は、差動回路31のかわりに和動をとる回路を設ける
構成とすればよい。
In this embodiment, the detection coil 5
The polarity of the magnet 4 and the winding direction of the detection coil are matched in consideration of the vibration direction due to the leakage coupling of the vibrator so that the phase of the drive signal coincides with the phase of the drive signal. However, when the phase of the detection coil 5 and the phase of the drive signal are opposite to each other, a configuration may be adopted in which a circuit for taking a summation is provided instead of the differential circuit 31.

【0048】次に、角速度センサ10が回転した場合に
は、図3(b)の(3)に示すように、コリオリの力に
よる出力は、検出用コイルのヌル電圧と90°位相のず
れた位置に発生する。したがって、図3(b)の(4)
に示すように、差動回路からの出力は、コリオリの力に
よる出力のみが検出される。
Next, when the angular velocity sensor 10 rotates, as shown in (3) of FIG. 3B, the output due to the Coriolis force has a 90 ° phase shift from the null voltage of the detecting coil. Occurs in position. Therefore, (4) in FIG.
As shown in (2), only the output due to the Coriolis force is detected as the output from the differential circuit.

【0049】そして、その位相は帰還用圧電体信号の位
相と一致するので、差動回路出力を帰還用圧電体出力で
同期検波した後に平滑化することで、図3(b)の
(5)および(6)に示すように、コリオリの力による
信号のみを取出すことができる。
Since the phase coincides with the phase of the piezoelectric signal for feedback, the output of the differential circuit is synchronously detected with the output of the piezoelectric material for feedback and then smoothed, thereby obtaining (5) in FIG. As shown in (6) and (6), only signals due to Coriolis force can be extracted.

【0050】ここで、検出用コイル5の信号ノイズを測
定したところ、8nV/√Hzであった。これは、従来
の圧電ジャイロでの検出に用いられる圧電体のノイズに
比べ、3桁以上小さなノイズであった。また、駆動信号
のノイズは、アンプノイズと同等であり、1nV/√H
zであるので、本実施の形態のように、検出用コイル5
の信号を駆動信号で差動をとれば、非常に小さいノイズ
の検出信号を得ることができる。
Here, when the signal noise of the detection coil 5 was measured, it was 8 nV / √Hz. This noise was three orders of magnitude or more smaller than the noise of a piezoelectric body used for detection by a conventional piezoelectric gyro. Further, the noise of the drive signal is equivalent to the amplifier noise, and is 1 nV / √H.
z, as in the present embodiment, the detection coil 5
If the above signal is differentiated by the driving signal, a very small noise detection signal can be obtained.

【0051】従来の圧電ジャイロの検出信号のノイズを
測定したところ2mVであったが、本実施例のジャイロ
センサでは0.8μVであり、3桁以上本実施例の検出
信号のノイズは小さい。
When the noise of the detection signal of the conventional piezoelectric gyro was measured, it was 2 mV. However, in the gyro sensor of this embodiment, it was 0.8 μV, and the noise of the detection signal of this embodiment was small by three digits or more.

【0052】このように、本実施の形態では、従来のよ
うに圧電体信号を駆動信号で差動をとる場合に比べて、
非常に小さいノイズの検出信号を得ることができるの
で、高い分解能をもつ角速度センサを実現することが可
能である。
As described above, in the present embodiment, compared with the case where the piezoelectric signal is differentially determined by the drive signal as in the related art,
Since a very small noise detection signal can be obtained, an angular velocity sensor having high resolution can be realized.

【0053】言い換えると、本実施の形態では、ノイズ
の少ないコイルからの検出信号を、同じくノイズの少な
い駆動信号で差動をとることにより、低いノイズの信号
を得ることができる。このとき、帰還信号とコリオリ力
により発生する信号成分との位相が合っているために、
帰還信号で同期検波することで、コリオリ力により発生
する信号成分を分離できる。このとき、帰還用の圧電体
からの信号は、単に同期検波をするための信号(ゲート
信号)を取り出すために用いられているので、圧電体か
らの比較的ノイズの大きな信号であっても、角度センサ
の出力へ与えるノイズの影響は小さい。
In other words, in the present embodiment, a signal with low noise can be obtained by differentially detecting a detection signal from a coil with low noise with a drive signal having low noise. At this time, since the phase of the feedback signal and the signal component generated by the Coriolis force match,
By performing synchronous detection with the feedback signal, a signal component generated by Coriolis force can be separated. At this time, since the signal from the piezoelectric body for feedback is used only for extracting a signal (gate signal) for synchronous detection, even a signal with relatively large noise from the piezoelectric body is used. The influence of noise on the output of the angle sensor is small.

【0054】なお、本実施の形態では、振動子1として
片持ち針状の振動子を用いたが、音叉型、H型等の振動
子も用いることが可能である。また、本実施例では、自
由端に磁石を取付けられた振動子を用いたが、振動子と
しては、駆動振動方向と直交する方向に磁化方向をもつ
磁性材料を用いることもできる。また、本実施例では、
駆動手段として圧電体を用いたが、振動子の駆動振動側
の辺に磁石と駆動用のコイルを設け、電磁誘導により振
動子を励振する方法とすることも可能である。
In this embodiment, a cantilevered vibrator is used as the vibrator 1, but a vibrator of a tuning fork type, an H type, or the like can be used. Further, in this embodiment, the vibrator having the magnet attached to the free end is used. However, as the vibrator, a magnetic material having a magnetization direction in a direction orthogonal to the driving vibration direction can be used. In this embodiment,
Although the piezoelectric body is used as the driving means, a method in which a magnet and a driving coil are provided on the side of the vibrator on the driving vibration side and the vibrator is excited by electromagnetic induction is also possible.

【0055】[実施の形態2]図4は、本発明の実施の
形態2の角速度センサの構成を示す概略ブロック図であ
る。
[Second Embodiment] FIG. 4 is a schematic block diagram showing a configuration of an angular velocity sensor according to a second embodiment of the present invention.

【0056】図4においては、振動ジャイロセンサ部は
平面図で示されている。図4を参照して、角速度センサ
部10は、振動子1、駆動用圧電体2、帰還用圧電体
3、永久磁石4、検出用コイル5aおよび5bで構成さ
れている。
In FIG. 4, the vibration gyro sensor section is shown in a plan view. Referring to FIG. 4, the angular velocity sensor unit 10 includes a vibrator 1, a driving piezoelectric body 2, a feedback piezoelectric body 3, a permanent magnet 4, and detection coils 5a and 5b.

【0057】実施の形態2においては、検出用コイル5
が振動子1を挟んでx軸対称に2個備えられていること
以外は、実施の形態1の角速度センサの構成と同様であ
るので、同一部には同一符号を付してその説明は繰返さ
ない。
In the second embodiment, the detection coil 5
Is the same as the configuration of the angular velocity sensor of the first embodiment except that two are provided symmetrically with respect to the x-axis with the vibrator 1 interposed therebetween. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be repeated. Absent.

【0058】実施の形態2では、検出用コイル5aと5
bおよび駆動信号の3個の信号の位相が一致するよう
に、振動子の漏れ結合による振動方向を考慮して、検出
用コイルの巻線方向と磁石4の極性を合わせてある。
In the second embodiment, the detection coils 5a and 5a
The winding direction of the detection coil and the polarity of the magnet 4 are matched in consideration of the vibration direction due to the leakage coupling of the vibrator so that the phases of the three signals b and the drive signal match.

【0059】実施の形態2では、和動回路34で検出用
コイル5aと5bの信号の和をとるので、検出用コイル
から出力されるヌル電圧は2倍となる。
In the second embodiment, since the sum of the signals of the detection coils 5a and 5b is obtained by the summing circuit 34, the null voltage output from the detection coil is doubled.

【0060】角速度センサ10が回転すると、コリオリ
の力による出力は、検出用コイル5aおよび5bにそれ
ぞれヌル電圧の位相と90°ずれた位置に発生するの
で、差動回路31で駆動信号との差動をとることで、コ
リオリの力による出力のみを取出すことができる。さら
に、検出用コイルが2個あるために、2倍の大きさで角
速度を検出できる。同期検波の方法や、検出用コイルの
信号ノイズについては、実施の形態1と同様であるので
その説明は繰返さない。
When the angular velocity sensor 10 rotates, the output due to the Coriolis force is generated in the detection coils 5a and 5b at positions shifted from the null voltage phase by 90 °, respectively. By taking the action, it is possible to extract only the output due to the Coriolis force. Further, since there are two detection coils, the angular velocity can be detected at twice the size. Since the method of synchronous detection and the signal noise of the detection coil are the same as in the first embodiment, description thereof will not be repeated.

【0061】なお、本実施例で、検出用コイル5aと5
bの信号が逆位相の場合には、和動回路34のところで
差動をとり、さらにその信号が駆動信号と同位相の場合
には差動回路31のところで差動を、逆位相の場合には
差動回路31のところで和動をとればよい。
In this embodiment, the detection coils 5a and 5a
When the signal b is in the opposite phase, the differential is obtained at the summing circuit 34. When the signal is in phase with the drive signal, the differential is obtained at the differential circuit 31. Should be summed up at the differential circuit 31.

【0062】また、本実施例では、振動子1として片持
ち針状の振動子を用いたが、音叉型、H型等の振動子も
用いることが可能である。
In this embodiment, a cantilevered vibrator is used as the vibrator 1, but a vibrator of a tuning fork type, an H type, or the like may be used.

【0063】また、実施の形態2では自由端に磁石を取
付けた振動子を用いたが、振動子としては、駆動振動方
向と直交する方向に磁化方向をもつ磁性材料を用いるこ
とも可能である。
In the second embodiment, a vibrator having a magnet attached to the free end is used. However, as the vibrator, a magnetic material having a magnetization direction in a direction perpendicular to the driving vibration direction can be used. .

【0064】また、実施の形態2では駆動手段として圧
電体を用いたが、振動子の駆動振動側の辺に磁石と駆動
用のコイルを設け、電磁誘導により振動子を励振する方
法をとることもできる。
In the second embodiment, a piezoelectric body is used as the driving means. However, a method is used in which a magnet and a driving coil are provided on the side of the vibrator on the driving vibration side, and the vibrator is excited by electromagnetic induction. Can also.

【0065】[実施の形態3]図5は、本発明の実施の
形態3の角速度センサの構成を示す概略ブロック図であ
る。
[Third Embodiment] FIG. 5 is a schematic block diagram showing a configuration of an angular velocity sensor according to a third embodiment of the present invention.

【0066】図5においては、振動型ジャイロ部分は平
面図で示されている。図5を参照して、角速度センサ部
10は、振動子1、駆動用圧電体2、帰還用圧電体3、
永久磁石4、検出用コイル5cおよび5dで構成されて
いる。
In FIG. 5, the vibrating gyro part is shown in a plan view. Referring to FIG. 5, the angular velocity sensor unit 10 includes a vibrator 1, a driving piezoelectric body 2, a feedback piezoelectric body 3,
It comprises a permanent magnet 4 and detection coils 5c and 5d.

【0067】実施の形態3において、振動子の横断面は
三角形であり、検出用コイルが駆動振動方向であるx軸
と90°未満の角度をもって、x軸対称に2個備えられ
ていること以外は、実施の形態1の角速度センサの構成
と同様であるので、同一部分には同一符号を付してその
説明は繰返さない。
In the third embodiment, the cross section of the vibrator is triangular, and two detecting coils are provided symmetrically with respect to the x-axis, which is the driving vibration direction, at an angle of less than 90 ° and x-axis. Is the same as the configuration of the angular velocity sensor of the first embodiment, and therefore the same portions are denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.

【0068】実施の形態3においては、振動子1は、駆
動用圧電体2によりx方向に励振される。帰還用圧電体
3は、駆動用圧電体が設けられるのと同一の振動子の側
面上に設けられ、自励発信回路30により振動子1の共
振周波数で駆動するための帰還信号を出力する。すなわ
ち、帰還用圧電体3は、振動子1が駆動される方向と直
交する面上に設けられる。
In the third embodiment, the vibrator 1 is excited by the driving piezoelectric body 2 in the x direction. The feedback piezoelectric body 3 is provided on the same side surface of the vibrator as the drive piezoelectric body is provided, and outputs a feedback signal for driving the vibrator 1 at the resonance frequency by the self-excited oscillation circuit 30. That is, the feedback piezoelectric element 3 is provided on a plane orthogonal to the direction in which the vibrator 1 is driven.

【0069】z軸まわりの角速度Ωが加わると、角速度
Ωに比例したコリオリの力がy方向に生じ、その結果、
振動子1はy方向にも振動する。そして、振動子1に
は、永久磁石4が設けられているので、検出用コイル5
cおよび5dでは、コイルを貫く磁束が変化し、その磁
束の時間変化が電磁誘導の起電力の変化となり、角速度
Ωが検出される。
When an angular velocity Ω about the z-axis is applied, a Coriolis force proportional to the angular velocity Ω is generated in the y direction.
The vibrator 1 also vibrates in the y direction. Since the vibrator 1 is provided with the permanent magnet 4, the detection coil 5
In c and 5d, the magnetic flux passing through the coil changes, and the time change of the magnetic flux changes the electromotive force of electromagnetic induction, and the angular velocity Ω is detected.

【0070】実施の形態3の場合、コリオリの力は帰還
用圧電体3と同位相あるいは逆位相に検出用コイル5に
検出されるので、帰還用圧電体3の出力信号で同期検波
することで、角速度を検出することができる。
In the case of the third embodiment, the Coriolis force is detected by the detection coil 5 in the same phase or in the opposite phase as the feedback piezoelectric element 3, so that synchronous detection is performed by the output signal of the feedback piezoelectric element 3. , Angular velocity can be detected.

【0071】実施の形態3において、コリオリの力によ
る出力のみを検出する方法を以下に説明する。
In the third embodiment, a method for detecting only the output based on the Coriolis force will be described below.

【0072】図6は、図5に示した角速度センサの各部
での波形を示すためのタイミングチャートであり、図6
(a)は、無回転時の、図6(b)は回転時の各部の波
形をそれぞれ示す。
FIG. 6 is a timing chart showing waveforms at various parts of the angular velocity sensor shown in FIG.
FIG. 6A shows the waveforms at the time of non-rotation, and FIG.

【0073】駆動振動している振動子1の場合、無回転
時の駆動信号、帰還用圧電体信号、検出用コイル5aお
よび5bのヌル電圧信号は、それぞれ図6(a)の
(1)、(2)、(3)、(4)となる。本実施例で
は、検出用コイル5cのヌル電圧信号は、検出用コイル
5dのヌル電圧信号と同位相となるので、差動回路によ
り、検出用コイル5cの出力と検出用コイル5dとの差
動をとることで、図6(a)の(5)に示すように、見
かけ上ヌル電圧をゼロにすることができる。
In the case of the vibrator 1 which is driving and vibrating, the driving signal during non-rotation, the piezoelectric signal for feedback, and the null voltage signal of the detecting coils 5a and 5b are respectively represented by (1) in FIG. (2), (3) and (4). In the present embodiment, the null voltage signal of the detection coil 5c has the same phase as the null voltage signal of the detection coil 5d, so that the differential circuit makes the differential between the output of the detection coil 5c and the detection coil 5d. , The null voltage can be apparently reduced to zero as shown in (5) of FIG.

【0074】なお、このとき、検出用コイル5cと5d
の出力レベルを合わせるために、検出用コイル5cと5
dの両方あるいはどちらか一方をゲイン調整回路に通
し、差動回路通過後の出力がゼロとなるように調整すれ
ばよい。
At this time, the detection coils 5c and 5d
The detection coils 5c and 5c
It suffices to pass both or one of d through a gain adjustment circuit and adjust the output after passing through the differential circuit to zero.

【0075】また、実施の形態3では、検出用コイル5
cと5dの信号の位相が一致するように、検出用コイル
の巻線方向と磁石4の極性を合わせてある。しかしなが
ら、検出用コイル5cと5dの位相が逆位相となる場合
は、差動回路31の代わりに、和動回路を用いる構成と
すればよい。
In the third embodiment, the detection coil 5
The winding direction of the detection coil and the polarity of the magnet 4 are matched so that the phases of the signals c and 5d match. However, when the phases of the detection coils 5c and 5d are opposite to each other, a configuration may be adopted in which a summing circuit is used instead of the differential circuit 31.

【0076】次に、角速度センサ10が回転したときに
は、図6(b)の(3)と(4)に示すように、コリオ
リの力による出力は、検出用コイル5c、5dのヌル電
圧と、それぞれ90°位相の進んだ位置と遅れた位置に
発生する。
Next, when the angular velocity sensor 10 is rotated, as shown in (3) and (4) of FIG. 6B, the output due to the Coriolis force becomes the null voltage of the detection coils 5c and 5d, It occurs at positions advanced and delayed by 90 ° phase, respectively.

【0077】したがって、図6(b)の(5)に示すよ
うに、差動回路からの出力は、コリオリの力による出力
のみが検出される。そして、その位相は帰還用圧電体3
からの信号の位相と一致するので、差動回路出力を帰還
用圧電体3の出力で同期検波した後、平滑化すること
で、図6(b)の(6)に示すように、コリオリの力に
よる信号のみを取出すことができる。
Therefore, as shown in (5) of FIG. 6 (b), as for the output from the differential circuit, only the output due to the Coriolis force is detected. The phase of the feedback piezoelectric element 3
Therefore, the output of the differential circuit is synchronously detected with the output of the piezoelectric element for feedback 3 and then smoothed, as shown in (6) of FIG. Only signals by force can be extracted.

【0078】本実施の形態3に示すように、ノイズの小
さい検出用コイルからの出力同士の差動をとることで、
コリオリの力の検出信号は低ノイズとなり、高い分解能
をもつ角速度センサを得ることができる。
As shown in the third embodiment, by taking the differential between the outputs from the detection coil with low noise,
The detection signal of the Coriolis force has low noise, and an angular velocity sensor having high resolution can be obtained.

【0079】しかも、本実施の形態では、駆動用圧電体
2が、駆動振動方向に直行する面上に設けられているの
で、駆動の効率が高いばかりでなく,駆動振動の乱れが
生じにくいという効果がある。
Further, in the present embodiment, since the driving piezoelectric body 2 is provided on the surface orthogonal to the driving vibration direction, not only the driving efficiency is high but also the driving vibration is hardly disturbed. effective.

【0080】なお、本実施の形態では、振動子1とし
て、片持ち針状の振動子を用いたが、音叉型、H型等の
振動子も用いることが可能である。また、本実施の形態
では、駆動手段として圧電体を用いたが、振動子の駆動
振動側の辺に磁石と駆動用のコイルを設け、電磁誘導に
より振動子を励振する方法をとることも可能である。
In this embodiment, a cantilevered vibrator is used as the vibrator 1, but a vibrator of a tuning fork type, an H type, or the like may be used. Further, in the present embodiment, the piezoelectric body is used as the driving means, but it is also possible to adopt a method in which a magnet and a driving coil are provided on the side of the vibrator on the driving vibration side, and the vibrator is excited by electromagnetic induction. It is.

【0081】また、図5においては、振動子の断面形状
は、3角形としたが、一般に、頂点の個数が3以上の奇
数である多角形の断面形状を有すれば、駆動方向と直交
する面上に帰還用の検出手段、たとえば、圧電体を設け
る配置とすることが容易である。
In FIG. 5, the cross-sectional shape of the vibrator is triangular. In general, if the vibrator has a polygonal cross-sectional shape having an odd number of three or more vertices, it is orthogonal to the driving direction. It is easy to provide a detecting means for feedback, for example, a piezoelectric body on the surface.

【0082】[実施の形態4]図7は、本発明の実施の
形態4の角速度センサの構成を示す概略ブロック図であ
る。
[Fourth Embodiment] FIG. 7 is a schematic block diagram showing a configuration of an angular velocity sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【0083】図7においては、角速度センサ部10は、
平面図により示されている。図7を参照して、角速度セ
ンサ部10は、振動子1、駆動用圧電体2aと2b、帰
還用圧電体3、永久磁石4、検出用コイル5cおよび5
dで構成されている。
In FIG. 7, the angular velocity sensor unit 10
This is shown by a plan view. Referring to FIG. 7, the angular velocity sensor unit 10 includes a vibrator 1, driving piezoelectric bodies 2a and 2b, a feedback piezoelectric body 3, a permanent magnet 4, and detection coils 5c and 5c.
d.

【0084】実施の形態4において、振動子の横断面が
三角形であり、駆動用圧電体が側面に2個設けられてい
る構成となっている以外は、実施の形態3の構成と基本
的に同様であるので、同一部分には同一符号を付してそ
の説明は繰返さない。
The fourth embodiment is basically the same as the third embodiment except that the cross section of the vibrator is triangular and two driving piezoelectric members are provided on the side surfaces. Therefore, the same portions are denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.

【0085】したがって、実施の形態4でも、永久磁石
が設けられる面が互いになす角度は90度未満でもよ
い。
Therefore, also in the fourth embodiment, the angle between the surfaces on which the permanent magnets are provided may be less than 90 degrees.

【0086】実施の形態4においては、駆動用圧電体2
aと2bが、側面に1個ずつ2個設けられているので、
駆動振動の方向がx軸方向からずれた場合に、駆動用圧
電体2aと2bへ供給する駆動電圧の大きさとバランス
を調整することで、駆動振動方向をx軸方向に一致させ
ることができる。駆動振動方向のx軸方向とのずれにつ
いては、検出用コイル5cと5dの出力を帰還すること
で調整できる。
In the fourth embodiment, the driving piezoelectric body 2
Since two a and two b are provided, one on each side,
When the direction of the drive vibration deviates from the x-axis direction, by adjusting the magnitude and balance of the drive voltage supplied to the driving piezoelectric bodies 2a and 2b, the drive vibration direction can be made to coincide with the x-axis direction. The deviation of the driving vibration direction from the x-axis direction can be adjusted by feeding back the outputs of the detection coils 5c and 5d.

【0087】このように、駆動振動の方向を、駆動用圧
電体2aと2bからの駆動電圧の大きさとバランスで調
整することができるので、振動子のバランスが悪い場合
にも、容易に駆動振動方向を調整でき、検出感度の高い
角速度センサを得ることができる。
As described above, the direction of the driving vibration can be adjusted by the magnitude and balance of the driving voltage from the driving piezoelectric bodies 2a and 2b. Therefore, even when the balance of the vibrator is poor, the driving vibration can be easily performed. The direction can be adjusted, and an angular velocity sensor with high detection sensitivity can be obtained.

【0088】また、図7においても、振動子の断面形状
は、3角形としたが、一般に、頂点の個数が3以上の奇
数である多角形の断面形状を有すれば、駆動方向と直交
する面上に帰還用の検出手段、たとえば、圧電体を設け
る配置とすることが容易である。
Also, in FIG. 7, the cross-sectional shape of the vibrator is triangular, but in general, if the vibrator has a polygonal cross-sectional shape having an odd number of three or more vertices, it is orthogonal to the driving direction. It is easy to provide a detecting means for feedback, for example, a piezoelectric body on the surface.

【0089】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

【0090】[0090]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る角速
度センサは、駆動振動方向と直交するコリオリの力によ
る振動を検出コイルにより検出するので、振動子の漏れ
振動によるヌル電圧を、駆動信号との差動をとることで
相殺することができる。コイルの検出信号は、従来の圧
電体による信号に比べて、3桁以上小さなノイズであ
り、駆動信号のノイズも小さいので、低ノイズの角速度
検出出力を得ることができる。したがって、高い分解能
の角速度センサを得ることができる。
As described above, in the angular velocity sensor according to the present invention, the vibration caused by the Coriolis force orthogonal to the driving vibration direction is detected by the detecting coil. This can be offset by taking the differential with The detection signal of the coil is noise that is smaller than the signal by the conventional piezoelectric body by three digits or more, and the noise of the drive signal is also small, so that a low-noise angular velocity detection output can be obtained. Therefore, an angular velocity sensor with high resolution can be obtained.

【0091】さらに、2個の検出用コイルを備え、これ
らの検出用コイルのコイル表面が、駆動振動方向と所定
の角度をもち、しかも永久磁石の磁化方向と直交するよ
うにコイルの表面を有するように配置されている場合
は、2個の検出用コイルの信号同士の差動をとること
で、ヌル電圧を相殺することができるので、低ノイズの
角速度検出出力を得ることができ、高い分解能の角速度
センサを得ることができる。
Further, two detection coils are provided, and the coil surfaces of these detection coils have a predetermined angle with the driving vibration direction and have the surface of the coil so as to be orthogonal to the magnetization direction of the permanent magnet. In such a case, the null voltage can be canceled by taking the difference between the signals of the two detection coils, so that a low-noise angular velocity detection output can be obtained, and a high resolution can be obtained. Can be obtained.

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

【図1】本発明の実施の形態1の角速度センサの構成を
示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態1の角速度センサの構成を
示す概略ブロック図である。
FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】本発明の実施の形態1の角速度センサの検出波
形を示すタイミングチャートであり、図3(a)は無回
転時の、図3(b)は回転時の波形をそれぞれ示す。
FIGS. 3A and 3B are timing charts showing detection waveforms of the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3A shows a waveform at the time of non-rotation, and FIG. 3B shows a waveform at the time of rotation.

【図4】本発明の実施の形態2の角速度センサの構成を
示す概略ブロック図である。
FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating a configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.

【図5】本発明の実施の形態3の角速度センサの構成を
示す概略ブロック図である。
FIG. 5 is a schematic block diagram illustrating a configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 3 of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態3の角速度センサの検出波
形を示すタイミングチャートであり、図6(a)は無回
転時の、図6(b)は回転時の波形をそれぞれ示す。
6A and 6B are timing charts showing detection waveforms of the angular velocity sensor according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 6A shows a waveform at the time of non-rotation, and FIG. 6B shows a waveform at the time of rotation.

【図7】本発明の実施の形態4の角速度センサの構成を
示す概略ブロック図である。
FIG. 7 is a schematic block diagram illustrating a configuration of an angular velocity sensor according to Embodiment 4 of the present invention.

【図8】第1の従来の角速度センサの構成を示す概略ブ
ロック図である。
FIG. 8 is a schematic block diagram showing a configuration of a first conventional angular velocity sensor.

【図9】第2の従来の角速度センサの構成を示す概略ブ
ロック図である。
FIG. 9 is a schematic block diagram showing a configuration of a second conventional angular velocity sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動子 2 駆動用圧電体 3 帰還用圧電体 4 永久磁石 5、5a〜5d 検出用コイル 30 自励発振回路 31 差動回路 32 同期検波回路 33 平滑回路 REFERENCE SIGNS LIST 1 vibrator 2 driving piezoelectric element 3 feedback piezoelectric element 4 permanent magnet 5, 5 a to 5 d detecting coil 30 self-excited oscillation circuit 31 differential circuit 32 synchronous detection circuit 33 smoothing circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薦田 智久 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 吉良 徹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 2F105 AA02 AA08 BB03 BB14 CC04 CC05 CC06 CD01 CD06 CD11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tomohisa Koda 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside (72) Inventor Toru Kira 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka F term (reference) 2F105 AA02 AA08 BB03 BB14 CC04 CC05 CC06 CD01 CD06 CD11

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 角速度センサであって、 振動子と、 前記振動子の自由端近傍に設けられた少なくとも1個の
永久磁石と、 前記振動子を駆動方向に励振する駆動手段と、 前記励振状態を検出する帰還用の検出手段と、 前記駆動手段により励振される前記振動子の振動方向と
直交する方向の振動を検出するための前記振動方向と直
交する方向に配置された少なくとも1個の検出用コイル
と、 前記検出用コイルに生じるヌル電圧と駆動信号の差動を
とる差動回路と、 前記帰還用の検出手段からの信号で、前記差動回路の出
力信号を検波する同期検波回路とを備える、角速度セン
サ。
1. An angular velocity sensor, comprising: a vibrator; at least one permanent magnet provided near a free end of the vibrator; driving means for driving the vibrator in a driving direction; And at least one detection device arranged in a direction perpendicular to the vibration direction for detecting vibration in a direction perpendicular to the vibration direction of the vibrator excited by the driving means. And a differential circuit that takes a difference between a null voltage and a drive signal generated in the detection coil, and a synchronous detection circuit that detects an output signal of the differential circuit with a signal from the feedback detection unit. An angular velocity sensor comprising:
【請求項2】 角速度センサであって、 振動子と、 前記振動子の自由端近傍に設けられた少なくとも2個の
永久磁石と、 前記振動子を駆動方向に励振する駆動手段と、 前記励振状態を検出する帰還用の検出手段と、 前記駆動手段により励振される前記振動子の振動方向と
直交する方向の振動を検出するための少なくとも2個の
検出用コイルとを備え、 前記検出用コイルは、前記駆動手段により励振される前
記振動子の振動方向とコイル表面が90°未満の角度を
持ち、かつ、前記永久磁石の磁化方向と直交するように
コイルの表面を有するように配置されており、 前記検出用コイルに前記振動子の前記駆動方向の振動に
より生ずる電圧を、別の検出用コイルに生じる電圧の差
動をとって相殺する差動回路と、 前記帰還用の検出手段からの信号で、前記差動回路の出
力信号を検波する同期検波回路とをさらに備える、角速
度センサ。
2. An angular velocity sensor, comprising: a vibrator; at least two permanent magnets provided near a free end of the vibrator; driving means for driving the vibrator in a driving direction; Feedback detecting means for detecting the vibration, and at least two detection coils for detecting vibration in a direction orthogonal to the vibration direction of the vibrator excited by the driving means, wherein the detection coil is The vibration direction of the vibrator excited by the driving means and the coil surface have an angle of less than 90 °, and are arranged so as to have the surface of the coil so as to be orthogonal to the magnetization direction of the permanent magnet. A differential circuit for canceling the voltage generated by the vibration in the driving direction of the vibrator in the detection coil by taking the differential of the voltage generated in another detection coil; and Degree in, further comprising an angular velocity sensor and a synchronous detection circuit for detecting an output signal of the differential circuit.
【請求項3】 角速度センサであって、 多角形形状の断面を有する柱状の振動子と、 前記振動子の自由端近傍に設けられる少なくとも2個の
永久磁石と、 前記振動子を駆動方向に励振する駆動手段と、 前記励振状態を検出する帰還用の検出手段と、 前記駆動手段により励振される前記振動子の振動方向と
直交する方向の振動を検出するための少なくとも2個の
検出用コイルとを備え、 前記検出用コイルは、前記永久磁石の磁化方向と直交す
るコイル表面を有するように配置されており、 前記検出用コイルに前記振動子の前記駆動方向の振動に
より生ずる電圧を、別の検出用コイルに生じる電圧の差
動をとって相殺する差動回路と、 前記帰還用の検出手段からの信号で、前記差動回路の出
力信号を検波する同期検波回路とをさらに備える、角速
度センサ。
3. An angular velocity sensor, comprising: a columnar vibrator having a polygonal cross section; at least two permanent magnets provided near a free end of the vibrator; and exciting the vibrator in a driving direction. Driving means, feedback detecting means for detecting the excitation state, at least two detection coils for detecting vibration in a direction orthogonal to the vibration direction of the vibrator excited by the driving means, The detection coil is disposed so as to have a coil surface orthogonal to the magnetization direction of the permanent magnet, and a voltage generated by the vibration of the vibrator in the drive direction is applied to the detection coil by another voltage. A differential circuit that takes a differential of a voltage generated in the detection coil and cancels out, and a signal from the feedback detection unit, and further includes a synchronous detection circuit that detects an output signal of the differential circuit. Speed sensor.
【請求項4】 前記多角形形状は、頂点の個数が3以上
の奇数である、請求項3記載の角度センサ。
4. The angle sensor according to claim 3, wherein the polygon shape has an odd number of three or more vertices.
【請求項5】 前記自由端近傍に少なくとも1個の永久
磁石が設けられた前記振動子は、前記駆動手段により励
振される前記振動子の振動方向と直交する方向に磁化さ
れた磁性体である、請求項1記載の角速度センサ。
5. The vibrator provided with at least one permanent magnet near the free end is a magnetic material magnetized in a direction orthogonal to a vibration direction of the vibrator excited by the driving means. The angular velocity sensor according to claim 1.
【請求項6】 前記振動子を励振する前記駆動手段は、
圧電体を含む、請求項1ないし5のいずれかに記載の角
速度センサ。
6. The driving means for exciting the vibrator,
The angular velocity sensor according to any one of claims 1 to 5, further comprising a piezoelectric body.
【請求項7】 前記振動子を励振する前記駆動手段は、
コイルを含む、請求項1ないし5のいずれかに記載の角
速度センサ。
7. The driving means for exciting the vibrator,
The angular velocity sensor according to claim 1, further comprising a coil.
【請求項8】 前記励振状態を検出する前記帰還用の検
出手段は、圧電体を含む、請求項1ないし6のいずれか
に記載の角速度センサ。
8. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein said feedback detecting means for detecting said excitation state includes a piezoelectric body.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115183861A (en) * 2022-08-18 2022-10-14 天津大学 Dynamic self-noise measurement method and system of MHD micro-angle vibration sensor

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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