JP2004361320A

JP2004361320A - Method of exciting oscillator, method of measuring physical quantity, and instrument for measuring physical quantity

Info

Publication number: JP2004361320A
Application number: JP2003162193A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kikuchi; 菊池　　尊行; Masaaki Masuda; 昌明桝田; Shoji Yokoi; 昭二横井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: JP4233088B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain unwanted excitation vibration along a direction different form driving vibration in a bending vibration arm to reduce noise in a detection signal corresponding to a physical quantity measuring instrument, when exciting the bending vibration arm with the driving vibration. <P>SOLUTION: The bending vibration arm 2A is excited with the driving vibration. In the bending vibration arm 2A, an excitation signal based on the unwanted excitation vibration V along the direction different form the driving vibration F is detected to reduce the amplitude of the excitation vibration, based on the excitation signal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、振動子の励振方法、物理量の測定方法および物理量測定装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】車載用途においては、振動型ジャイロスコープの使用温度範囲がきわめて広く、例えば、−４０℃−＋８５℃の温度範囲において安定に動作することが要求される。そして、室温において、一対の屈曲振動片の共振周波数を一定値に調節していても、周囲温度が高温や低温に大きく変化したときには、共振周波数の変動やバラツキが大きくなることがある。この結果、いわゆるゼロ点温度ドリフトが発生する。
【０００３】本出願人は、特許文献１において、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設けることによって、ゼロ点温度ドリフトを抑制することを開示した。
【特許文献１】
特開２００１−１２９５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者が更に検討を進めると、振動子の材質などによっては新たな問題点があることが判明してきた。即ち、特許文献１に記載されているように、屈曲振動片の両側面の付け根にそれぞれテーパー部を設け、これらのテーパー部の形状をほぼ同じにすることによって、屈曲振動片の振動モードの対称性が高まり、ゼロ点温度ドリフトは減少するものと考えられる。しかし、製造された振動子ごとにゼロ点温度ドリフトを測定すると、各振動子ごとに、ゼロ点温度ドリフトの値にバラツキが発生することがあった。そして、個々の振動子ごとのゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなり、結果的に不良品の割合が増大することがあった。
【０００５】なぜなら、振動子のゼロ点温度ドリフトをゼロにすることはできなくとも、ゼロ点温度ドリフトが一定値であれば、振動型ジャイロスコープの検出回路に温度ドリフトの補正回路を組み込むことによって、ゼロ点温度ドリフトを相殺することが可能である。しかし、製造されたこの振動子のゼロ点温度ドリフトのバラツキが大きくなると、ある振動子において補正回路によってゼロ点温度ドリフトを相殺できたとしても、他の振動子においてはゼロ点温度ドリフトを相殺できず、その振動型ジャイロスコープの動作が不良になってしまう。
【０００６】本出願人は、特許文献２において、前記の動作不良の主原因が、振動子を作製する際の、振動子用のウエハの表面上のマスクと裏面上のマスクとのアライメントずれにあることを見いだした。この結果、目的とする振動子平面内の屈曲振動だけでなく、振動子平面に対して垂直なＺ軸方向の不要な振動が励起されてしまう。この不要なＺ軸方向の振動が検出側の屈曲振動アームにも発生し、検出信号中のノイズの原因となっていた。
特許文献２においては、これを防止するために、各屈曲振動アームの横断面を細長い特定形状とすることを開示したが、この方法ではウエハの厚さが大きく制約されてしまう。
【特許文献２】
特願２００２−６８８６２号
【０００７】本発明の課題は、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動を抑制することである。
【０００８】また、本発明の課題は、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動を抑制することによって、物理量に対応する検出信号中のノイズを低減することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、屈曲振動アームを有する振動子の励振方法であって、屈曲振動アームに駆動振動を励振し、この屈曲振動アームにおいて駆動振動アームとは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて励起振動を抑制することを特徴とする。
【００１０】また、本発明は、屈曲振動アームを有する振動子を用いて物理量を検出する方法であって，屈曲振動アームに駆動振動を励振し、物理量に応じて振動子に励振される検出振動に基づく出力信号を処理し、物理量に対応する検出信号を得ると共に、屈曲振動アームにおいて駆動振動および検出振動とは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、励起信号に基づいて励起振動を抑制することを特徴とする。
【００１１】また、本発明は、屈曲振動アームを有する振動子を用いて物理量を検出する装置であって，屈曲振動アームに駆動振動を励振し、物理量に応じて振動子に励振される検出振動に基づく出力信号を処理し、物理量に対応する検出信号を得ると共に、屈曲振動アームにおいて駆動振動および検出振動とは異なる不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、励起信号に基づいて励起振動を抑制することを特徴とする。
【００１２】本発明者は、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、この屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動に基づく励起信号を検出し、この励起信号に基づいて励起振動の振幅を小さくするように制御することを想到した。この結果、不要な方向の励起振動を低減し、これによって検出信号中のノイズを低減することができる。また、振動型ジャイロスコープにおいてはゼロ点温度ドリフトを低減することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明を更に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る振動子２０を示す正面図である（振動子２０をＺ軸方向から見ている）。振動子２０は、例えば一対の屈曲振動アーム２Ａ、２Ｂと、各屈曲振動アームの根元を固定する固定部１とを備えている。各屈曲振動アーム２Ａ、２Ｂは、それぞれ、細長い断面矩形の振動片３を備えている。
【００１４】図２は、屈曲振動アーム２Ａ（または２Ｂ）をＸ軸方向から見た正面図である。図３（ａ）は、屈曲振動アーム２Ａの横断面図であり、図３（ｂ）は、アーム２Ｂの横断面図である。
【００１５】特に図３（ａ）に示すように、アーム２Ａにおいては、振動片３の相対向する第一の平面３ｃ、３ｄ上にそれぞれ駆動電極５Ａ、５Ｂが設けられている。図３（ｂ）に示すように、アーム２Ｂにおいては、振動片３の第一の平面３ｃ、３ｄ上にそれぞれ駆動電極５Ｃ、５Ｄが設けられている。
【００１６】各振動片３は、少なくとも一対の基部１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄと、これらの基部を接続する接続部１８とを備えており、接続部１８と一対の基部とによって一対の凹部４Ａ、４Ｂが形成されている。この結果、振動片の横断面は略Ｈ形状をしている。
【００１７】アーム２Ａにおいては、振動片３の凹部４Ａ内に例えば一対の検出電極６Ａ、６Ｂが形成されており、電極６Ａと６Ｂとの間には絶縁部分７があり、各電極が電気的に導通しないように絶縁している。凹部４Ｂ内に一対の検出電極６Ｃ、６Ｄが形成されており、電極６Ｃと６Ｄとの間には絶縁部分７があり、各電極が電気的に導通しないように絶縁している。同様に、アーム２Ｂにおいては、振動片３の凹部４Ａ、４Ｂ内にそれぞれ一対の検出電極６Ｅ、６Ｆまたは６Ｇ、６Ｈが形成されており、各凹部内において電極間には絶縁部分７があり、各電極が電気的に導通しないように絶縁している。
【００１８】本例では、アーム２Ａ、２Ｂを、図１に矢印Ａで示すようにＸ軸方向に屈曲振動させる。この際、アーム２Ａにおける振動の位相とアーム２Ｂにおける振動の位相とを逆相に設定する。ここで、振動子を構成する圧電材料は、矢印Ａ方向に分極しているものとする。図３（ａ）のアーム２Ａでは、駆動電極５Ａと５Ｂとを同位相に設定し、交流電源に接続する。駆動電極５Ａ、５Ｂから検出電極６Ａ〜６Ｄに向かって矢印Ｂ、Ｃのように交流電界が印加される。この結果、基部１９Ａにおける交流電界の位相と、基部１９Ｂにおける交流電界の位相とは、反対方向になる。従って、ある瞬間において、基部１９ＡがＹ軸方向（長手方向）に伸びているものとすると、基部１９ＢはＹ軸方向に縮む。この結果、振動片３は矢印Ｆのように屈曲振動する。
【００１９】図３（ｂ）のアーム２Ｂでは、駆動電極５Ｃと５Ｄとを同位相に設定し、交流電源に接続する。駆動電極５Ｃ、５Ｄから検出電極６Ｅ〜６Ｈに向かって矢印Ｄ、Ｅのように交流電界が印加される。この結果、基部１９Ｃにおける交流電界の位相と、基部１９Ｄにおける交流電界の位相とは、逆相になる。従って、ある瞬間において、基部１９ＣがＹ軸方向（長手方向）に伸びているものとすると、基部１９ＤはＹ軸方向に縮む。この結果、振動片３は矢印Ｆのように屈曲振動する。
【００２０】駆動電極５Ａ、５Ｂに印加される交流電圧の位相と、駆動電極５Ｃ、５Ｄに印加される交流電圧の位相とを逆相にすることによって、図１においてアーム２Ａと２Ｂとを逆相で励振することができる。
【００２１】本実施形態によれば、駆動電極５Ａ〜５Ｄと凹部内の複数の電極との間に交流電界を印加し、基部１９Ａ、１９Ｂの全体の圧電性を利用して振動片３を励振できる。従って、駆動振動の励振効率を高くすることができる。
【００２２】回転角速度の検出方法について述べる。図４に示すように、検出電極６Ａ、６Ｄ、６Ｆ、６Ｇを接続すると共に、検出電極６Ｂ、６Ｃ、６Ｅ、６Ｈを接続し、同電位とする。振動子２０を軸Ｙの周りに回転させると、各振動片３には、Ｚ軸方向の検出振動Ｇが発生する。検出振動Ｇの位相は、アーム２Ａと２Ｂとの間で逆相になる。この結果、図４において、各基部１９Ａ〜１９Ｄの上半分が伸びているときには、各基部の下半分は縮むことになる。このため、検出電極６Ａと６Ｄとは同位相の起電力が発生し、電極６Ｂと６Ｃとには同位相の起電力が発生する。また、電極６Ｆと６Ｇとには同位相の起電力が発生し、電極６Ｅと６Ｈとには同位相の起電力が発生する。そして、検出電極６Ａ、６Ｄ、６Ｆ、６Ｇは同位相となり、検出電極６Ｂ、６Ｃ、６Ｅ、６Ｈは同位相となる。従って、上述した同位相の電極同士を接続し、電気信号を得る。
【００２３】得られた検出信号に対して、所定の電気的処理を施し、回転角速度に対応する数値データを得る。例えば、図４において、各出力Ｐ、Ｑを減算器１０で減算することによって、駆動振動に起因する電気信号を相殺し、回転角速度に対応する電気信号を得ることができる。
【００２４】また、各出力Ｐ、Ｑを加算器９で加算することによって、検出振動に起因する電気信号を相殺し、駆動振動に対応する電気信号を得ることができる。
加算器９からの出力は、駆動振動を励振するための自励振回路の制御信号として利用可能である。
【００２５】ここで、屈曲振動アーム３に駆動振動を励振する際には、例えば図５に示すように、屈曲振動アームの振動にＺ軸方向の成分が加わることがある。この結果、駆動振動モードは、矢印Ｍのように、Ｘ軸に対して若干傾斜することがある。このような不要なＺ軸方向の励起振動成分Ｖは、例えばウエハの表面と裏面との各マスクのアライメント時の位置ずれによって起こる。
【００２６】この際、屈曲振動アーム３の駆動振動に、矢印ＭのようにＺ軸方向の振動成分が加わると、電極６Ｂと６Ｃとに同位相の電位が発生し、電極６Ａと６Ｄとに同位相の電位が発生する。従って、電極６Ａ、６Ｄの電位と電極６Ｂ、６Ｃの電位とを減算器１０で減算すると、Ｚ軸方向の振動成分に対応する信号が出力される。ここで、振動子がＹ軸の周りに回転している場合には、減算器１０からの出力は、Ｙ軸周りの回転角速度およびＺ方向の不要振動の和を反映する。しかし、Ｙ軸周りに見て回転していない場合には、Ｚ軸方向の不要な振動の大きさを直接に測定可能である。
【００２７】そして、この不要な振動に対応する励起信号を信号処理機構２１に伝送し、所定の演算を施す。次いで、図５に示すように、信号処理機構２１から、矢印Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕに示すように、各電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄに信号を伝送する。この際、Ｚ軸方向の不要な励起振動Ｖの大きさに応じて、各電極へと重畳される信号の大きさを変更し、Ｚ軸方向への励起振動Ｖを相殺できるようにフィードバック制御する。
【００２８】例えば、電極６Ｂからの信号を適当に増幅し、電極６Ｄに加えたり、電極６Ａからの信号を適当に増幅して電極６Ｃに加えることで、Ｚ軸方向の振動を低減できる。あるいは、電極６Ｂ（または６Ａ）からの信号を分割し、その一部を反転増幅し、電極６Ｄ（または６Ｃ）に加えることができる。
【００２９】本発明において測定されるべき物理量は、特に限定はされない。振動子に駆動振動を励振し、駆動振動中の振動子に対する物理量の影響によって振動子の振動状態に変化が生じたときに、この振動状態の変化から検出回路を通して検出可能な物理量を対象とする。こうした物理量としては、振動子に印加される加速度、角速度、角加速度が特に好ましい。また、測定装置としては慣性センサーが好ましい。
特に好適な実施形態においては、後述の例に示すように、振動子に略垂直な回転軸Ｚの周りの回転角速度を検出振動に基づいて物理量として検出し、フィードバック制御量に基づいて、振動子に略平行な回転軸Ｙの周りの回転角速度を検出する。
【００３０】好適な実施形態においては、振動子が圧電材料から構成されており、好ましくは圧電性単結晶によって形成されている。
【００３１】圧電性単結晶は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、ほう酸リチウム、ランガサイトを例示できる。特に好ましくは、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体の１３０°Ｙ板である。
【００３２】本発明は、いわゆる横置き型の振動型ジャイロスコープに対して、特に好適に適用できる。横置き型の振動型ジャイロスコープにおいては、振動子が、回転軸に対して略水平な所定面内に延びている。この場合に特に好ましくは、駆動振動アームと検出振動アームとの両方が、所定面に沿って屈曲振動する。図６〜図１０は、この実施形態に係る振動子２５を示す。
【００３３】振動子２５においては、固定部１１の周縁から支持部１２Ａ、１２Ｂが突出している。各支持部１２Ａ、１２Ｂの先端側から、各支持部に直交する方向に屈曲振動アーム（駆動振動アーム）２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが延びている。各屈曲振動アームの断面形状、正面形状および構成は、図１〜図５に示したとおりである。
【００３４】固定部１１の周縁から、細長い周方向屈曲振動アーム１６Ａ、１６Ｂが突出している。各アーム１６Ａ、１６Ｂの側面には検出電極１７Ａ、１７Ｂが設けられており、表面および裏面には検出電極１８Ａ、１８Ｂが設けられている。
【００３５】各駆動振動アーム２２Ａ−２２Ｄに対して、それぞれ前述のように交流電圧を印加することによって、矢印ＦのようにＸ−Ｙ平面内でＸ方向に向かって屈曲振動させる（図６、図７、図８）。各駆動振動アームを矢印Ｆのように振動させ、この状態で振動子２５を軸Ｚの回りに回転させると、一対の支持部１２Ａ、１２Ｂが矢印Ｊのように、その付け根を中心として屈曲振動する。これに対応し、検出振動アーム１６Ａ、１６Ｂが、各アームの付け根を中心として矢印Ｋのように屈曲振動する。この屈曲振動に基づいて検出信号を発生させ、検出回路において処理する。この結果、軸Ｚの周りの回転角速度が得られる。
【００３６】本実施形態における振動子の励振制御方法も、図１−図５を参照しつつ説明した実施形態と基本的に同じである。
各出力Ｐ、Ｑを加算器９で加算することによって、検出振動に起因する電気信号を相殺し、駆動振動に対応する電気信号を得ることができる。加算器９からの出力は、駆動振動を励振するための自励振回路の制御信号として利用する。例えば、図９、図１０に示すような回路構成を用いた場合には、駆動振動に対応する電流値を全波整流器．積分器でレベル制御し、次いでレベル制御後の信号を制御信号として駆動電極５に加え、自励発振を行うことができる。
【００３７】ここで、屈曲振動アーム３に駆動振動を励振する際には、例えば図６に示すように、屈曲振動アームの振動にＺ軸方向の成分が加わることがある。この際、屈曲振動アームの駆動振動に、矢印ＤのようにＺ軸方向の振動成分が加わると、電極１５Ａ（１５Ｃ）と１５Ｇ（１５Ｈ）とに同位相の電位が発生し、電極１５Ｂ（１５Ｄ）と１５Ｅ（１５Ｆ）とに同位相の電位が発生する。従って、電極１５Ａ（１５Ｃ）、１５Ｇ（１５Ｈ）の電位と電極１５Ｂ（１５Ｄ）、１５Ｅ（１５Ｆ）の電位とを減算器１０で減算すると、Ｚ軸方向の励起振動成分に対応する信号が出力される。振動子がＹ軸の周りに回転している場合には、減算器１０からの出力は、Ｙ軸周りの回転角速度およびＺ方向の不要振動の和を反映する。振動子がＹ軸周りに見て回転していない場合には、減算器１０からの出力は、製品ごとの製造バラツキを直接に反映する指標となる。
【００３８】そして、この不要な振動に対応する励起信号を信号処理機構２１に伝送し、所定の演算を施す。次いで、図８に示すように、信号処理機構２１から、矢印Ｒ、Ｓ、Ｔ、Ｕに示すように、各電極に信号を伝送する。この際、Ｚ軸方向の不要な振動の大きさに応じて、各電極へと重畳される信号の大きさを変更し、Ｚ軸方向への振動を相殺できるようにする。
【００３９】好ましくは、Ｚ軸方向の変位が約０となるように、各電極へと重畳される信号の大きさをフィードバック制御する。このためには、例えば図９に示す同期検波・積分器を用いて、減算器１０からの出力が約０となるようにフィードバック制御する。
【００４０】即ち、電極１５Ａ、１５Ｂから出力される電流値の和が、左側アームのＸ軸方向の変位を示し、差がＺ軸方向の変位を示している。同様に、電極１５Ｃ、１５Ｄからの電流の和が、右側アームのＸ軸方向の変位を示し、差がＺ軸方向の変位を示している。
【００４１】Ｘ軸方向の変位は、左側アームと右側アームで逆方向である。従って、電極１５Ａおよび１５Ｂからの電流値の和と、電極１５Ｃおよび１５Ｄからの電流値の和との差を得ることで、両側アームのＸ軸方向の変位を示す電流値を得ることができる。この変位を示す電流値を、全波整流器・積分器１でレベルを制御し、駆動電極５にフィードバックすることで、自励発振を行う。
【００４２】Ｚ軸方向の変位を同期検波により検出し、０との差を積分器１，２で加算し、その出力を電極１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄに、０との差が低減する方向でフィードバック制御する。これによって、Ｚ軸方向の変位を徐々に減少させる。
【００４３】例えば、電極１５Ａからの電流は、差動増幅器２を通り、同期検波器を通過することによって、Ｚ方向変位を表す電気信号となる。この値と０との差を積分器２に加算し、Ｄ１１Ｇとして出力する。この出力Ｄ１１Ｇを、Ｉ／Ｖ変換器の非反転入力信号として出力することで、電極１５Ａの電位がＤ１１Ｇと等電位になり、Ｚ方向変位が減少する方向にフィードバック制御がなされる。このフィードバックループを繰り返すことにより、Ｚ方向変位を０とすることができる。
この状態で、Ｙ軸周りの回転角速度が０であれば、Ｚ方向変位は、製品ごとの製造バラツキに起因するものである。従って、Ｚ方向変位を約０とするのに必要なフィードバック制御量Ｑ１は、製品ごとの製造バラツキを反映する。
【００４４】更に、振動子にＹ軸周りの回転角速度が加わっている場合には、各電極へのフィードバック量とＹ軸周りの回転角速度とは相関している。従って、各電極へのフィードバック量から検量線を用いてＹ軸周りの回転角速度を検出することが可能である。
【００４５】即ち、Ｙ軸周りの回転角速度が０でなくなると、Ｚ方向変位を相殺するのに必要なフィードバック制御量Ｑは、製品ごとの製造バラツキを相殺するのに必要なフィードバック制御量Ｑ１と、Ｙ軸周り回転角速度に比例するＺ方向変位を相殺するのに必要なフィードバック制御量Ｑ２との和（Ｑ１＋Ｑ２）となる。従って、（Ｑ１＋Ｑ２）とＹ軸周りの回転角速度との間の検量線を予め求めて２１内に内蔵しておくことにより、Ｙ軸周りの回転角速度を算出することができる。
【００４６】以上特定の実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は上述の実施形態には限定されない。例えば、基部の形状、凹部の形状は特に限定されない。また、基部における圧電材料の分極方向、振動アーム上での駆動電極、検出電極の位置や形状は限定されない。また、各凹部内に駆動電極を設け、検出電極を第一の平面上に設けることができる。また各凹部内で各電極を分離する方法は、前述のような隙間（ギャップ）には限定されない。例えば、絶縁性材料をギャップ７内に介在させることができる。また、絶縁性材料によって各電極の表面を被覆することもできる。
【００４７】
【実施例】図６〜図１０を参照しつつ説明したような振動型ジャイロスコープを作製した。
具体的には、厚さ０．１ｍｍの水晶のＺ板のウエハーに、スパッタ法によって、所定位置に、クロム膜（金属下地膜）と金膜とを形成した。ウエハーの両面にレジストをコーティングした。
【００４８】このウエハーを、ヨウ素とヨウ化カリウムとの水溶液に浸漬し、余分な金膜をエッチングによって除去し、更に硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸との水溶液にウエハーを浸漬し、余分なクロム膜をエッチングして除去した。温度８０℃の重フッ化アンモニウムに２０時間ウエハーを浸漬し、ウエハーをエッチングし、振動子の外形を形成した。メタルマスクを使用して、クロム膜上に金膜を電極膜として形成した。振動子の寸法は、縦３．８ｍｍ、横４．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍであり、重量は約０．８ｍｇであった。
【００４９】次いで振動子をパッケージに実装した。ただし、基板はアルミナセラミックスによって形成し、接点パッドは金によって形成し、枠体はＳＵＳによって形成した。振動子の基部をボンディングワイヤに対して超音波ボンディングによって接合し、基板上に固定した。
【００５０】得られた振動型ジャイロスコープについて、回転角速度に対する振動感度（感度に対するノイズの比率）を測定した。この結果、振動感度は０．８ｍＶであった。
【００５１】また、上記の振動型ジャイロスコープについて、本発明によるＺ軸方向への振動抑制を行わなかった。この結果、振動感度は２．４ｍＶであった。
【００５２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、屈曲振動アームに駆動振動を励振するのに際して、屈曲振動アームにおいて駆動振動とは異なる方向の不所望な励起振動を抑制することによって、物理量測定装置に対応する検出信号中のノイズを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用可能な振動子を示す正面図である（振動子をＺ軸方向から見ている）。
【図２】屈曲振動アーム２Ａ（または２Ｂ）をＸ軸方向から見た正面図である。
【図３】（ａ）は、屈曲振動アーム２Ａの横断面図であり、（ｂ）は、アーム２Ｂの横断面図である。
【図４】振動子１による検出方法を説明するための模式図である。
【図５】振動子の駆動振動への制御機構を模式的に示すブロック図である。
【図６】本発明で使用可能な振動子２５を概略的に示す平面図である。
【図７】図６の振動子からの信号の処理機構を模式的に示すブロック図である。
【図８】振動子２５の駆動振動への制御機構を模式的に示すブロック図である。
【図９】振動子２５の制御回路（駆動側）の構成例を示す回路図である。
【図１０】振動子２５の制御回路（検出側）の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】２Ａ、２Ｂ屈曲振動アーム５、５Ａ、５Ｂ駆動電極６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ、６Ｈ、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ、１５Ｄ、１５Ｅ、１５Ｆ、１５Ｇ、１５Ｈ駆動振動アーム側の検出電極９加算器１０減算器２１信号処理機構２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ駆動振動アーム２５振動子
Ｆ駆動振動Ｋ、Ｇ検出振動Ｖ励起振動[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for exciting a vibrator, a method for measuring a physical quantity, and an apparatus for measuring a physical quantity.
[0002]
2. Description of the Related Art For use in a vehicle, a vibration gyroscope is required to operate in a very wide temperature range, for example, in a temperature range of -40.degree. C. to + 85.degree. At room temperature, even when the resonance frequency of the pair of flexural vibrating pieces is adjusted to a constant value, when the ambient temperature changes significantly to a high or low temperature, the fluctuation or variation of the resonance frequency may increase. As a result, a so-called zero point temperature drift occurs.
The present applicant has disclosed in Patent Document 1 that a zero point temperature drift is suppressed by providing tapered portions at the roots of both sides of a bending vibration piece.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-12952
However, when the present inventor further studies, it has been found that there is a new problem depending on the material of the vibrator or the like. That is, as described in Patent Literature 1, tapered portions are provided at the roots of both side surfaces of the bending vibration piece, and the shapes of these tapered sections are made substantially the same, so that the vibration mode of the bending vibration piece becomes symmetric. It is thought that the zero-point temperature drift is reduced by increasing the temperature. However, when the zero-point temperature drift is measured for each manufactured vibrator, the value of the zero-point temperature drift sometimes varies for each vibrator. Then, the dispersion of the zero-point temperature drift for each transducer becomes large, and as a result, the ratio of defective products may increase.
This is because even if the zero-point temperature drift of the vibrator cannot be reduced to zero, if the zero-point temperature drift is a constant value, a temperature drift correction circuit can be incorporated in the detection circuit of the vibrating gyroscope. , It is possible to offset the zero point temperature drift. However, if the dispersion of the zero-point temperature drift of the manufactured resonator becomes large, even if the zero-point temperature drift can be offset by the correction circuit in one resonator, the zero-point temperature drift can be offset in the other resonators. Therefore, the operation of the vibratory gyroscope becomes defective.
The applicant of the present invention has disclosed in Patent Document 2 that the main cause of the above-mentioned operation failure is misalignment between the mask on the front surface of the wafer for the vibrator and the mask on the back surface when the vibrator is manufactured. I found something. As a result, not only bending vibration in the target transducer plane but also unnecessary vibration in the Z-axis direction perpendicular to the transducer plane is excited. This unnecessary vibration in the Z-axis direction also occurs in the bending vibration arm on the detection side, causing noise in the detection signal.
Patent Literature 2 discloses that, in order to prevent this, the cross section of each bending vibration arm has an elongated specific shape. However, this method greatly restricts the thickness of the wafer.
[Patent Document 2]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to suppress undesired excitation vibration in a direction different from the driving vibration in the bending vibration arm when exciting the driving vibration to the bending vibration arm.
Another object of the present invention is to provide a flexural vibrating arm that suppresses undesired excitation vibration in a direction different from that of the drive vibration when the drive vibration is excited in the flexural vibration arm, thereby achieving detection corresponding to a physical quantity. The purpose is to reduce noise in the signal.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method for exciting a vibrator having a bending vibration arm, wherein a driving vibration is excited in the bending vibration arm, and the bending vibration arm has an undesired vibration which is different from the driving vibration arm. An excitation signal based on a specific excitation vibration is detected, and the excitation vibration is suppressed based on the excitation signal.
The present invention also relates to a method for detecting a physical quantity by using a vibrator having a bending vibration arm, wherein a driving vibration is excited in the bending vibration arm, and the detected vibration is excited in the vibrator according to the physical quantity. Process the output signal based on the vibration signal, obtain a detection signal corresponding to the physical quantity, detect an excitation signal based on an undesired excitation vibration different from the drive vibration and the detection vibration in the bending vibration arm, and perform the excitation vibration based on the excitation signal. Is suppressed.
Further, the present invention is an apparatus for detecting a physical quantity using a vibrator having a bending vibration arm, wherein a driving vibration is excited in the bending vibration arm, and the detected vibration is excited in the vibrator according to the physical quantity. Process the output signal based on the vibration signal, obtain a detection signal corresponding to the physical quantity, detect an excitation signal based on an undesired excitation vibration different from the drive vibration and the detection vibration in the bending vibration arm, and perform the excitation vibration based on the excitation signal. Is suppressed.
The present inventor, when exciting drive vibration to the bending vibration arm, detects an excitation signal based on undesired excitation vibration in a direction different from the driving vibration in the bending vibration arm, and based on the excitation signal. Control to reduce the amplitude of the excitation vibration. As a result, excitation vibrations in unnecessary directions can be reduced, and thereby noise in the detection signal can be reduced. Further, in the vibration type gyroscope, the zero point temperature drift can be reduced.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be further described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view showing a vibrator 20 according to an embodiment of the present invention (the vibrator 20 is viewed from the Z-axis direction). The vibrator 20 includes, for example, a pair of bending vibration arms 2A and 2B, and a fixing unit 1 that fixes the root of each bending vibration arm. Each of the bending vibration arms 2A and 2B includes a vibration piece 3 having an elongated rectangular cross section.
FIG. 2 is a front view of the bending vibration arm 2A (or 2B) viewed from the X-axis direction. FIG. 3A is a cross-sectional view of the bending vibration arm 2A, and FIG. 3B is a cross-sectional view of the arm 2B.
In particular, as shown in FIG. 3A, in the arm 2A, drive electrodes 5A and 5B are provided on the opposing first planes 3c and 3d of the resonator element 3, respectively. As shown in FIG. 3B, in the arm 2B, drive electrodes 5C and 5D are provided on the first planes 3c and 3d of the resonator element 3, respectively.
Each vibrating reed 3 has at least a pair of bases 19A, 19B, 19C, 19D and a connecting part 18 connecting these bases, and the connecting part 18 and the pair of bases form a pair of recesses 4A. , 4B are formed. As a result, the cross section of the resonator element has a substantially H shape.
In the arm 2A, for example, a pair of detection electrodes 6A and 6B are formed in the concave portion 4A of the vibrating reed 3, and an insulating portion 7 is provided between the electrodes 6A and 6B, and each electrode is electrically connected. It is insulated so that it does not conduct to. A pair of detection electrodes 6C and 6D are formed in the concave portion 4B, and an insulating portion 7 is provided between the electrodes 6C and 6D to insulate the electrodes so that they do not conduct electrically. Similarly, in the arm 2B, a pair of detection electrodes 6E, 6F or 6G, 6H are formed in the recesses 4A, 4B of the vibrating reed 3, respectively, and there is an insulating portion 7 between the electrodes in each recess, Each electrode is insulated so that it does not conduct electrically.
In this embodiment, the arms 2A and 2B are bent and vibrated in the X-axis direction as shown by an arrow A in FIG. At this time, the phase of the vibration in the arm 2A and the phase of the vibration in the arm 2B are set to opposite phases. Here, it is assumed that the piezoelectric material forming the vibrator is polarized in the direction of arrow A. In the arm 2A of FIG. 3A, the drive electrodes 5A and 5B are set to the same phase and connected to an AC power supply. An alternating electric field is applied as shown by arrows B and C from the drive electrodes 5A and 5B toward the detection electrodes 6A to 6D. As a result, the phase of the AC electric field at the base 19A is opposite to the phase of the AC electric field at the base 19B. Therefore, at a certain moment, assuming that the base 19A extends in the Y-axis direction (longitudinal direction), the base 19B contracts in the Y-axis direction. As a result, the resonator element 3 bends and vibrates as indicated by the arrow F.
In the arm 2B shown in FIG. 3B, the drive electrodes 5C and 5D are set to have the same phase and are connected to an AC power supply. An alternating electric field is applied as shown by arrows D and E from the drive electrodes 5C and 5D toward the detection electrodes 6E to 6H. As a result, the phase of the AC electric field at the base 19C is opposite to the phase of the AC electric field at the base 19D. Therefore, at a certain moment, assuming that the base 19C extends in the Y-axis direction (longitudinal direction), the base 19D contracts in the Y-axis direction. As a result, the resonator element 3 bends and vibrates as indicated by the arrow F.
By making the phases of the AC voltages applied to the drive electrodes 5A and 5B and the phases of the AC voltages applied to the drive electrodes 5C and 5D in opposite phases, the arms 2A and 2B in FIG. Can be excited in phases.
According to the present embodiment, an AC electric field is applied between the drive electrodes 5A to 5D and the plurality of electrodes in the concave portion, and the vibrating reed 3 is excited by utilizing the entire piezoelectricity of the bases 19A and 19B. it can. Therefore, the excitation efficiency of the drive vibration can be increased.
A method for detecting the rotational angular velocity will be described. As shown in FIG. 4, the detection electrodes 6A, 6D, 6F, and 6G are connected, and the detection electrodes 6B, 6C, 6E, and 6H are connected to have the same potential. When the vibrator 20 is rotated around the axis Y, a detected vibration G in the Z-axis direction is generated in each vibrating piece 3. The phase of the detected vibration G is reversed between the arms 2A and 2B. As a result, in FIG. 4, when the upper half of each of the bases 19A to 19D is extended, the lower half of each of the bases is contracted. Therefore, the detection electrodes 6A and 6D generate an electromotive force having the same phase, and the electrodes 6B and 6C generate an electromotive force having the same phase. An electromotive force having the same phase is generated at the electrodes 6F and 6G, and an electromotive force having the same phase is generated at the electrodes 6E and 6H. The detection electrodes 6A, 6D, 6F, and 6G have the same phase, and the detection electrodes 6B, 6C, 6E, and 6H have the same phase. Therefore, the above-mentioned electrodes having the same phase are connected to each other to obtain an electric signal.
A predetermined electrical process is performed on the obtained detection signal to obtain numerical data corresponding to the rotational angular velocity. For example, in FIG. 4, by subtracting each output P and Q by the subtractor 10, the electric signal caused by the drive vibration can be canceled and the electric signal corresponding to the rotational angular velocity can be obtained.
Further, by adding the outputs P and Q by the adder 9, the electric signal caused by the detected vibration can be canceled, and the electric signal corresponding to the driving vibration can be obtained.
The output from the adder 9 can be used as a control signal of a self-exciting circuit for exciting the drive vibration.
Here, when driving vibration is excited in the bending vibration arm 3, a component in the Z-axis direction may be added to the vibration of the bending vibration arm, for example, as shown in FIG. As a result, the drive vibration mode may be slightly inclined with respect to the X axis, as indicated by the arrow M. Such an unnecessary excitation vibration component V in the Z-axis direction is caused, for example, by a positional shift at the time of alignment of each mask between the front surface and the back surface of the wafer.
At this time, when a vibration component in the Z-axis direction is added to the driving vibration of the bending vibration arm 3 as shown by the arrow M, an in-phase potential is generated at the electrodes 6B and 6C, and the potential is applied to the electrodes 6A and 6D. An in-phase potential is generated. Therefore, when the potentials of the electrodes 6A and 6D and the potentials of the electrodes 6B and 6C are subtracted by the subtractor 10, a signal corresponding to the vibration component in the Z-axis direction is output. Here, when the vibrator is rotating around the Y axis, the output from the subtractor 10 reflects the sum of the angular velocity around the Y axis and the unnecessary vibration in the Z direction. However, when the rotation is not seen around the Y axis, the magnitude of the unnecessary vibration in the Z axis direction can be directly measured.
Then, an excitation signal corresponding to the unnecessary vibration is transmitted to the signal processing mechanism 21 to perform a predetermined operation. Next, as shown in FIG. 5, a signal is transmitted from the signal processing mechanism 21 to each of the electrodes 6A, 6B, 6C, and 6D as shown by arrows R, S, T, and U. At this time, the magnitude of the signal superimposed on each electrode is changed according to the magnitude of the unnecessary excitation vibration V in the Z-axis direction, and feedback control is performed so that the excitation vibration V in the Z-axis direction can be canceled. .
For example, the Z-axis vibration can be reduced by appropriately amplifying the signal from the electrode 6B and applying it to the electrode 6D, or by appropriately amplifying the signal from the electrode 6A and applying it to the electrode 6C. Alternatively, the signal from the electrode 6B (or 6A) can be divided, a part thereof can be inverted and amplified, and applied to the electrode 6D (or 6C).
The physical quantity to be measured in the present invention is not particularly limited. When drive vibration is excited in the vibrator and the vibration state of the vibrator changes due to the effect of the physical quantity on the vibrator during the drive vibration, the physical quantity that can be detected through the detection circuit from the change in the vibration state is targeted. . As such physical quantities, acceleration, angular velocity, and angular acceleration applied to the vibrator are particularly preferable. Further, an inertial sensor is preferable as the measuring device.
In a particularly preferred embodiment, as shown in an example described later, a rotational angular velocity around a rotation axis Z substantially perpendicular to the vibrator is detected as a physical quantity based on the detected vibration, and the vibrator is detected based on the feedback control amount. The rotational angular velocity about the rotational axis Y substantially parallel to.
In a preferred embodiment, the vibrator is made of a piezoelectric material, and is preferably made of a piezoelectric single crystal.
Examples of the piezoelectric single crystal include quartz, lithium niobate, lithium tantalate, lithium niobate-lithium tantalate solid solution, lithium borate, and langasite. Particularly preferred is a 130 ° Y plate of lithium niobate, lithium tantalate, or a solid solution of lithium niobate-lithium tantalate.
The present invention can be particularly suitably applied to a so-called horizontal vibration gyroscope. In a horizontal vibrating gyroscope, a vibrator extends in a predetermined plane substantially horizontal to a rotation axis. In this case, particularly preferably, both the driving vibration arm and the detection vibration arm vibrate flexibly along a predetermined plane. 6 to 10 show a vibrator 25 according to this embodiment.
In the vibrator 25, the supporting portions 12A and 12B protrude from the periphery of the fixed portion 11. Bending vibration arms (drive vibration arms) 22A, 22B, 22C, and 22D extend from the distal ends of the support portions 12A and 12B in a direction perpendicular to the support portions. The cross-sectional shape, front shape, and configuration of each bending vibration arm are as shown in FIGS. 1 to 5.
Elongated circumferential bending vibration arms 16A and 16B protrude from the periphery of the fixed portion 11. Detection electrodes 17A and 17B are provided on the side surfaces of the arms 16A and 16B, and detection electrodes 18A and 18B are provided on the front and back surfaces.
By applying an AC voltage to each of the drive vibration arms 22A to 22D as described above, a bending vibration is caused in the X direction in the XY plane as shown by the arrow F (FIG. 6, 7 and 8). When each of the driving vibration arms is vibrated as indicated by an arrow F, and the vibrator 25 is rotated about the axis Z in this state, the pair of support portions 12A and 12B vibrate around the base thereof as indicated by an arrow J. I do. In response to this, the detection vibration arms 16A and 16B flex and vibrate as indicated by an arrow K about the base of each arm. A detection signal is generated based on the bending vibration and processed in a detection circuit. This results in a rotational angular velocity about axis Z.
The method of controlling the excitation of the vibrator in the present embodiment is basically the same as the embodiment described with reference to FIGS.
By adding the outputs P and Q by the adder 9, the electric signal due to the detected vibration is canceled, and the electric signal corresponding to the driving vibration can be obtained. The output from the adder 9 is used as a control signal of a self-exciting circuit for exciting the drive vibration. For example, when the circuit configurations shown in FIGS. 9 and 10 are used, the current value corresponding to the driving vibration is set to the full-wave rectifier. The level is controlled by an integrator, and then the signal after the level control is applied to the drive electrode 5 as a control signal to perform self-excited oscillation.
Here, when the drive vibration is excited in the bending vibration arm 3, a component in the Z-axis direction may be added to the vibration of the bending vibration arm, for example, as shown in FIG. At this time, when a vibration component in the Z-axis direction is added to the driving vibration of the bending vibration arm as shown by the arrow D, an in-phase potential is generated at the electrodes 15A (15C) and 15G (15H), and the electrodes 15B (15D ) And 15E (15F) generate in-phase potentials. Therefore, when the potentials of the electrodes 15A (15C) and 15G (15H) and the potentials of the electrodes 15B (15D) and 15E (15F) are subtracted by the subtractor 10, a signal corresponding to the excitation vibration component in the Z-axis direction is output. You. When the vibrator is rotating around the Y axis, the output from the subtractor 10 reflects the sum of the rotational angular velocity around the Y axis and the unnecessary vibration in the Z direction. When the vibrator is not rotating around the Y axis, the output from the subtractor 10 is an index that directly reflects the manufacturing variation for each product.
Then, an excitation signal corresponding to the unnecessary vibration is transmitted to the signal processing mechanism 21 to perform a predetermined operation. Next, as shown in FIG. 8, a signal is transmitted from the signal processing mechanism 21 to each electrode as shown by arrows R, S, T, and U. At this time, the magnitude of the signal superimposed on each electrode is changed according to the magnitude of the unnecessary vibration in the Z-axis direction, so that the vibration in the Z-axis direction can be canceled.
Preferably, the magnitude of the signal superimposed on each electrode is feedback-controlled so that the displacement in the Z-axis direction becomes approximately zero. For this purpose, feedback control is performed using, for example, a synchronous detection / integrator shown in FIG. 9 so that the output from the subtractor 10 becomes approximately zero.
That is, the sum of the current values output from the electrodes 15A and 15B indicates the displacement of the left arm in the X-axis direction, and the difference indicates the displacement in the Z-axis direction. Similarly, the sum of the currents from the electrodes 15C and 15D indicates the displacement of the right arm in the X-axis direction, and the difference indicates the displacement in the Z-axis direction.
The displacement in the X-axis direction is opposite for the left arm and the right arm. Therefore, by obtaining the difference between the sum of the current values from the electrodes 15A and 15B and the sum of the current values from the electrodes 15C and 15D, it is possible to obtain a current value indicating the displacement of the both arms in the X-axis direction. The level of the current value indicating the displacement is controlled by the full-wave rectifier / integrator 1 and fed back to the drive electrode 5 to perform self-excited oscillation.
The displacement in the Z-axis direction is detected by synchronous detection, the difference from 0 is added by the integrators 1 and 2, and the output is sent to the electrodes 15A, 15B, 15C, and 15D to reduce the difference from 0. Feedback control. Thereby, the displacement in the Z-axis direction is gradually reduced.
For example, the current from the electrode 15A passes through the differential amplifier 2 and passes through the synchronous detector to become an electric signal representing the displacement in the Z direction. The difference between this value and 0 is added to the integrator 2 and output as D11G. By outputting the output D11G as a non-inverting input signal of the I / V converter, the potential of the electrode 15A becomes equal to the potential of D11G, and the feedback control is performed in a direction to reduce the displacement in the Z direction. By repeating this feedback loop, the Z-direction displacement can be made zero.
In this state, if the rotational angular velocity around the Y axis is 0, the displacement in the Z direction is due to manufacturing variations among products. Therefore, the feedback control amount Q1 required to make the Z-direction displacement approximately zero reflects manufacturing variations among products.
Further, when the rotational angular velocity around the Y axis is applied to the vibrator, the amount of feedback to each electrode is correlated with the rotational angular velocity around the Y axis. Therefore, it is possible to detect the rotational angular velocity around the Y axis from the amount of feedback to each electrode using a calibration curve.
That is, when the rotational angular velocity around the Y axis is not zero, the feedback control amount Q required to cancel the displacement in the Z direction is equal to the feedback control amount Q1 required to cancel the manufacturing variation for each product. , And the feedback control amount Q2 necessary to cancel the Z-direction displacement proportional to the rotational angular velocity about the Y-axis (Q1 + Q2). Therefore, by previously obtaining a calibration curve between (Q1 + Q2) and the rotational angular velocity around the Y axis and incorporating the calibration curve into the curve 21, the rotational angular velocity around the Y axis can be calculated.
Although the present invention has been described with reference to the specific embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, the shape of the base and the shape of the recess are not particularly limited. Further, the polarization direction of the piezoelectric material at the base, and the positions and shapes of the drive electrode and the detection electrode on the vibrating arm are not limited. Further, a drive electrode can be provided in each recess, and the detection electrode can be provided on the first plane. Further, the method of separating each electrode in each concave portion is not limited to the above-described gap. For example, an insulating material can be interposed in the gap 7. Further, the surface of each electrode can be coated with an insulating material.
[0047]
EXAMPLE A vibratory gyroscope as described with reference to FIGS. 6 to 10 was manufactured.
Specifically, a chromium film (metal base film) and a gold film were formed at predetermined positions on a quartz Z-plate wafer having a thickness of 0.1 mm by sputtering. The resist was coated on both sides of the wafer.
The wafer is immersed in an aqueous solution of iodine and potassium iodide, and an excess gold film is removed by etching. Was removed by etching. The wafer was immersed in ammonium bifluoride at a temperature of 80 ° C. for 20 hours, and the wafer was etched to form the outer shape of the vibrator. Using a metal mask, a gold film was formed as an electrode film on the chromium film. The dimensions of the vibrator were 3.8 mm in length, 4.5 mm in width, and 0.1 mm in thickness, and the weight was about 0.8 mg.
Next, the vibrator was mounted on a package. However, the substrate was formed of alumina ceramics, the contact pads were formed of gold, and the frame was formed of SUS. The base of the vibrator was bonded to the bonding wire by ultrasonic bonding and fixed on the substrate.
With respect to the obtained vibratory gyroscope, the vibration sensitivity (the ratio of noise to sensitivity) with respect to the rotational angular velocity was measured. As a result, the vibration sensitivity was 0.8 mV.
Further, with respect to the above-mentioned vibration type gyroscope, vibration was not suppressed in the Z-axis direction according to the present invention. As a result, the vibration sensitivity was 2.4 mV.
[0052]
As described above, according to the present invention, when exciting vibration to the bending vibration arm, undesired excitation vibration in a direction different from the driving vibration is suppressed in the bending vibration arm. The noise in the detection signal corresponding to the physical quantity measuring device can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a vibrator usable in the present invention (the vibrator is viewed from a Z-axis direction).
FIG. 2 is a front view of the bending vibration arm 2A (or 2B) viewed from the X-axis direction.
3A is a cross-sectional view of a bending vibration arm 2A, and FIG. 3B is a cross-sectional view of an arm 2B.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a detection method using a vibrator 1;
FIG. 5 is a block diagram schematically showing a control mechanism for driving vibration of a vibrator.
FIG. 6 is a plan view schematically showing a vibrator 25 usable in the present invention.
FIG. 7 is a block diagram schematically showing a mechanism for processing a signal from the vibrator shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a block diagram schematically showing a control mechanism for driving vibration of a vibrator 25.
9 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a control circuit (drive side) of a vibrator 25. FIG.
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration example of a control circuit (detection side) of a vibrator 25.
[Description of Signs] 2A, 2B Bending vibration arm 5, 5A, 5B Driving electrodes 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, 6G, 6H, 15A, 15B, 15C, 15D, 15E, 15F, 15G, 15H Driving Detection electrode on vibration arm side 9 Adder 10 Subtractor 21 Signal processing mechanism 22A, 22B, 22C, 22D Drive vibration arm 25 Vibrator F Drive vibration K, G Detection vibration V Excitation vibration

Claims

A method of exciting a vibrator having a bending vibration arm,
Exciting drive vibration to the bending vibration arm, detecting an excitation signal based on undesired excitation vibration in a direction different from the driving vibration in the bending vibration arm, and suppressing the excitation vibration based on the excitation signal. A method of exciting a vibrator, characterized in that:

The method according to claim 1, wherein the bending vibration arm is provided with a drive electrode for exciting the drive vibration and a detection electrode for detecting the excitation signal.

The bending vibration arm includes at least a pair of bases and a connecting portion connecting the bases, and a concave portion is formed by the connecting portion and the pair of bases, and the drive electrode and the detection electrode 3. The method according to claim 2, wherein a groove is provided in the recess.

The bending vibration arm vibrates flexibly along a predetermined plane in the drive vibration mode, and the excitation vibration is vibration in a direction substantially perpendicular to the predetermined plane. A method according to claim 1.

The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the driving vibration is feedback-controlled based on the excitation signal so that the excitation vibration becomes approximately zero.

A method for detecting a physical quantity using a vibrator having a bending vibration arm,
Exciting the drive vibration to the bending vibration arm, processing an output signal based on the detection vibration excited by the vibrator according to the physical quantity, and obtaining a detection signal corresponding to the physical quantity, the bending vibration arm in the bending vibration arm A method for measuring a physical quantity, comprising detecting an excitation signal based on an undesired excitation vibration different from a drive vibration and the detection vibration, and suppressing the excitation vibration based on the excitation signal.

The method according to claim 6, wherein the bending vibration arm is provided with a driving electrode for exciting the driving vibration and a detection electrode for detecting the excitation signal.

The bending vibration arm includes at least a pair of bases and a connecting portion connecting the bases, and a concave portion is formed by the connecting portion and the pair of bases, and the drive electrode and the detection electrode 8. The method of claim 7, wherein is provided in the recess.

The bending vibration arm vibrates along a predetermined plane in the driving vibration mode, and the excitation vibration is vibration in a direction substantially perpendicular to the predetermined plane. A method according to claim 1.

The method according to any one of claims 6 to 9, wherein the drive vibration is feedback-controlled based on the excitation signal so that the excitation vibration becomes approximately zero.

Based on the detected vibration, a rotational angular velocity around a rotational axis substantially perpendicular to the vibrator is detected, and based on the feedback control amount, a rotational angular velocity around a rotational axis substantially parallel to the vibrator is detected. The method of claim 10, wherein:

An apparatus for detecting a physical quantity using a vibrator having a bending vibration arm,
Exciting the drive vibration to the bending vibration arm, processing an output signal based on the detection vibration excited by the vibrator according to the physical quantity, and obtaining a detection signal corresponding to the physical quantity, the bending vibration arm in the bending vibration arm A physical quantity measuring device characterized by detecting an excitation signal based on an undesired excitation vibration different from the drive vibration and the detection vibration, and suppressing the excitation vibration based on the excitation signal.

13. The apparatus according to claim 12, wherein the bending vibration arm is provided with a drive electrode for exciting the drive vibration and a detection electrode for detecting the excitation signal.

The bending vibration arm includes at least a pair of bases and a connecting portion connecting the bases, and a concave portion is formed by the connecting portion and the pair of bases, and the drive electrode and the detection electrode 14. The device according to claim 13, wherein is provided in said recess.

The bending vibration arm vibrates along a predetermined plane in the driving vibration mode, and the excitation vibration is a vibration in a direction substantially perpendicular to the predetermined plane. Apparatus according to any one of the preceding claims.

The apparatus according to any one of claims 12 to 15, wherein the driving vibration is feedback-controlled based on the excitation signal so that the excitation vibration becomes approximately zero.

Based on the detected vibration, a rotational angular velocity around a rotational axis substantially perpendicular to the vibrator is detected, and based on the feedback control amount, a rotational angular velocity around a rotational axis substantially parallel to the vibrator is detected. 17. The device according to claim 16, characterized in that: