JP2005098932A

JP2005098932A - 振動型角速度センサ

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Publication number: JP2005098932A
Application number: JP2003335418A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Yamauchi; 重徳山内
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2003-09-26
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: JP4258331B2

Abstract

【課題】出力温度補正を振動子の駆動周期制御にて行なうとともに、温度検知入力に対する周波数変換制御を高精度に行なうことができ、周波数オフセットの温度に追従した制御も容易に行なうことができる振動型角速度センサを提供する。
【解決手段】振動型角速度センサ１の駆動パルス信号発生部２０は、直列接続された複数の反転回路群からなる遅延回路１０を有する。該遅延回路１０を構成する複数の反転回路から順次出力される参照パルス信号の位相差φを単位として、温度補正された適正周期Ｄinを有する駆動パルス信号を発生させる。また、基準パルス信号を発生させる基準パルス信号発生部５３を有し、基準パルス周期演算部は、駆動パルス信号発生部２０と共用化された遅延回路１０を用い、該遅延回路１０を構成する複数の反転回路から順次出力される参照パルス信号の位相差φを単位として、基準パルス信号の周期を符号化する。周期制御データ演算部５１は、前記位相差φを単位として符号化された基準パルス信号の周期Ｄｔを用い、前記適正周期Ｄinを演算する。
【選択図】図２

Description

この発明は振動式の振動型角速度センサに関する。

特開平６−１６０１００号公報特開平１１−２８１３７１号公報特開２０００−２８３６３号公報特開２００２−２２８４５０号公報

角速度センサ（ジャイロセンサ）の方式には、回転体の歳差運動を利用する機械式、筐体内で周回するレーザー光の筐体回転に伴う受光タイミング変化を利用する光学式、筐体内でセンシング用のガスを熱線に噴射し、その噴射量が筐体の回転により変化するのを熱線温度で検知する流体式などが知られている。他方、カーナビゲーションシステム等における車両方向検知用の角速度センサの需要が近年急速に高まっており、上記各方式と比較してより安価で軽量な振動式角速度センサが主流となりつつある（特許文献１〜４）。振動式角速度センサは、予め定められた基準方向に振動する振動子に角速度が作用したとき、基準振動方向と直交する検出方向へのコリオリ力に基づく新たな振動成分（以下、角速度振動成分という）を検出し、該振動成分に基づいて角速度情報を出力するものである。例えば、カーナビゲーションシステムの場合、ＧＰＳ（Global Positioning System）による現在位置のモニタリングは、車両のマクロな進行方向変化を検知することはできても、交差点などにおける急な方向変化には追従できないから、車両の旋回運動を角速度の形で検知し、その角速度の時間的積分値により方向転換角度を演算的にトレースする方式が用いられている。また、カーナビゲーションシステム以外では、ビデオカメラの手ぶれ補正装置などにも振動式角速度センサが用いられている。

ところで、上記の振動型角速度センサの出力は通常、温度によって変化する。特に、角速度ゼロの場合のセンサ出力であるゼロレベル信号は、図７に示すごとく、温度に対して敏感かつ複雑な変化挙動をとり、その補正精度を高めることは、角速度センサの感度確保の観点において重要である。また、ゼロレベル信号とは別に、センサ出力のゲイン（検出する角速度レベルに応じたセンサ出力のゼロレベルからの隔たり）も温度変化する。特許文献１〜４にはその温度補正方法につき、種々開示されている。

上記特許文献における振動式角速度センサの温度補正方式は、いずれもゼロレベル等の温度変化項を相当程度に含んだセンサ出力を一旦形成し、その後、その出力に補正係数を乗じたり、あるいは補正出力を重畳させたりして温特補正を行なっている。しかし、角速度センサの周囲温度が変化した場合のセンサ出力の温度変化には相応の遅れを生じやすく、別途設けられたサーミスタ等の温度センサによる温度モニタ結果を受けて出力段階で温度補正を行なっても、必ずしも補正精度を向上できない問題がある（特に、挙動が複雑なゼロレベルについてはその影響が顕著である）。他方、角速度センサの出力は、振動子の駆動周波数の変更により調整可能だから、出力温度変化を該駆動周波数の変更・調整により補償する方法も考えられる。この方法であると、温度変化が検知された場合、センサの駆動周波数変更の形で速やかに対応できるため、補正の遅れをより生じにくい利点がある。また、温特を反映した周波数補正情報を参照して、センサの駆動周波数を変更するだけでよいので、デジタル／アナログの方式に関係なく、センサ出力自体のゲインやゼロレベル補正のための複雑な信号処理回路が不要になるなど、装置構成の簡略化にも寄与する。

ところで、上記のような周波数補正によりセンサ出力の温度補正を行なう場合、周波数補正部は一般にはＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）にて構成することが考えられる。具体的には、ＶＣＯの入力を温度センサの出力電圧で変調し、駆動周波数に変換して出力することになる。しかしながら、ＶＣＯの周波数出力は、入力電圧に対して一定のゲイン特性をもって変化するだけであるから、ゼロレベル出力補償を行なうためのオフセット設定が面倒であり、かつ、振動式角速度センサ特有の複雑なゼロレベル変動に周波数オフセットを追従制御することも困難である。

本発明の課題は、出力温度補正を振動子の駆動周期制御にて行なうとともに、温度検知入力に対する周波数変換制御を高精度に行なうことができ、周波数オフセットの温度に追従した制御も容易に行なうことができる振動型角速度センサを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するため、本発明の振動型加速度センサは、
予め定められた基準振動方向に振動する振動子と、
該振動子の駆動波形を周期的な駆動パルス信号として発生する駆動パルス信号発生部と、
振動子に角速度が加わるに伴い、基準振動方向と交差するように定められた角速度検出方向への角速度振動成分を検出し、該角速度振動成分に基づいて角速度検出情報を生成する角速度検出情報生成部と、
角速度検出情報の出力を温度補正するために、角速度センサの動作温度を検知する温度検知部と、
検知された動作温度に基づいて、発振部による駆動パルス信号の周期を、出力される角速度検出情報の温度誤差が減少する方向に調整するために、動作温度と駆動パルス信号の適正周期との関係を示す適正周期温特情報を記憶する適正周期温特情報記憶部と、
適正周期温特情報を参照して、検出された動作環境温度に対応する適正周期を演算する周期制御データ演算部とを備え、
駆動パルス信号発生部は、直列接続された複数の反転回路群を有し、該反転回路群を通過する予め定められた周期の参照パルス信号を、反転回路の互いに異なる結節点から各々分岐する複数の信号端子より、各反転回路が有する反転遅延時間と結節点の位置とに応じて定まる互いに異なる位相にて出力する遅延回路を有し、該遅延回路を構成する反転回路のうち予め定められた複数の反転回路から順次出力される参照パルス信号の位相差を単位として、適正周期を有した駆動パルス信号を発生させることを特徴とする。

上記本発明の振動型加速度センサの構成によると、デジタル制御が容易なパルス信号にて振動子を駆動するとともに、該駆動パルス信号の駆動周期（駆動周波数に一義的に対応する）を、サーミスタなどの温度検知部が検知するセンサの動作温度に基づき、適正周期温特情報を参照して、センサから出力される角速度検出情報の温度誤差が（補正しない場合と比較して）減少するように適正化された値に設定する。そして、その設定された駆動周期を有する駆動パルス信号を、直列接続された複数の反転回路（インバータ）群を有する遅延回路を用い、該遅延回路を構成する反転回路のうち予め定められた複数の反転回路から順次出力される参照パルス信号の位相差を単位として発生させる。つまり、隣接する反転回路の位相差を設定符号化の単位として、参照パルス信号の駆動周期をデジタル合成することができる。その結果、検知される動作温度に対し適正周期温特情報が示す駆動周期を、適正周期温特情報の内容に応じて、最適の温度補正効果が得られるよう柔軟に設定することができる。その結果、アナログ型ＶＣＯのごとき固定化されたゲイン特性の制約を受けにくいほか、アナログ型ＶＣＯでは設定困難だった、センサ出力の有する複雑なゼロレベルの温特挙動に追従したオフセット設定も容易に行なうことができる。

上記本発明の振動式角速度センサには、基準パルス信号を発生させる基準パルス信号発生部と、駆動パルス信号発生部と共用化された遅延回路を用い、該遅延回路を構成する反転回路のうち予め定められた複数の反転回路から順次出力される参照パルス信号の位相差を単位として、基準パルス信号の周期を符号化（エンコード）する基準パルス周期演算部とを設けることができ、周期制御データ演算部を、前記位相差を単位として符号化された基準パルス信号の周期を用いて、適正周期を演算するものとして構成することができる。基準パルス信号は、水晶発振子など、安定した周波数を有し、かつ温特変動も小さい振動子を用いたパルス発振回路を採用できる。

上記の構成では、共用化された遅延回路の位相差を媒介として、周波数（すなわち周期）の精度が一定レベルに担保された基準パルス信号の周期を、発生すべき駆動パルス信号の周期設定の基準値として用いることができ、ひいては、得られる駆動パルス信号の周期の設定精度、ひいては温度補正精度を大幅に向上することができる。具体的には、周期制御データ演算部は、動作温度毎に異なる温度補正係数を、符号化された基準パルス信号の周期に乗ずることにより適正周期を演算するものとすることができ、適正周期温特情報は、温度補正係数と動作温度との関係を、適正周期温特情報として記憶するものとして構成できる。

基準パルス周期演算部では、基準パルス信号の周期を、基準パルス周期演算部の遅延回路の位相差φによりエンコード（符号化）する。時間次元で表した基準パルス信号の周期をＤｔ、位相差φにてエンコードした周期をτ0とすれば、
τ0＝［Ｄｔ／φ］ (ただし、［］は整数化を表すガウス記号） ‥(1)
であるが、Ｄｔがφよりも十分に大きければ、事実上、
τ0＝Ｄｔ／φ ‥(2)
である。一方、駆動パルス信号発生部では、時間次元で表した前述の適正周期Ｄinを、周期の時間的絶対値の精度が一定レベルに担保された基準パルス信号の周期Ｄｔを用いて演算するようにしておく。すなわち、
Ｄin＝Ｆ・Ｄｔ ‥(3)
この場合、このＦが適正周期温特情報を参照して決定される温度補正係数であり、動作温度毎に異なる値、すなわち検知される動作温度θの関数Ｆ（θ）（もちろん、関数値を離散的に与えるテーブルでもよい）として与えられる。これを用いれば (3)式は、
Ｄin＝Ｆ（θ）・Ｄｔ ‥(3)’
となる。

(3)'は、時間次元による表示なので、駆動パルス信号発生部側の遅延回路の位相差をφ’として、このφ’でエンコードした値に直すと、
Ｄin／φ’＝Ｆ（θ）・Ｄｔ／φ’ ‥(4)
となる。しかし、基準パルス周期演算部と駆動パルス信号発生部とは、同一の遅延回路を共用化しているので、
φ＝φ’ ‥(5)
従って、(2)、(4)、(5)から、
Ｄin／φ＝Ｆ（θ）・Ｄｔ／φ ‥(6)

(6)式の意味は、以下の通りである。すなわち、駆動パルス信号発生部は、位相差φを単位として駆動パルス信号の波形をデジタル的に合成する機能を果たすので、駆動パルス信号の周期制御データは、位相差φにてエンコードした値、すなわち(6)式の左辺（Ｄin／φ）の形で入力される。具体的には、その入力値は、
(6)式の右辺のごとく、位相差φでエンコードされた基準パルス信号の周期Ｄｔ／φと、φとは無関係な温度補正係数Ｆ（θ）とを用いて演算される。

遅延回路の位相差φは種々のハードウェア的な要因により変動しうるが、用いる基準パルス信号の周期Ｄｔ／φが、その変動する位相差φを用いてエンコードされた状態で演算に使用され、他方、得るべき適正周期Ｄinは、その演算結果を同じ位相差φを用いてデコードすることにより得られる。このデコードの操作は、(6)式の両辺に位相差φを再度乗ずることに相当するが、その結果は(3)’式である。すなわち、デコード後の適正周期Ｄinは、精度が一定レベルに担保された基準パルス信号の周期Ｄｔと、事前の実験等により予め知れている温度補正係数Ｆ（θ）（適正周期温特情報）とによってのみ決定され、遅延回路の位相差φは全く関与していない。すなわち、駆動パルス信号発生部及び基準パルス周期演算部の、ハードウェア的な要因により生ずる位相差φのバラツキの影響を受けることなく、基準パルス信号の周期Ｄｔを絶対的な時間分解能として、極めて高精度の周期設定が可能となることがわかる。

発明の実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態をなす振動型角速度センサ（以下、単に「角速度センサ」ともいう）１の全体構成を示す回路図である。振動型角速度センサ１の検知部は、予め定められた基準振動方向ｘにする振動子（錘）１０４ａと、それら振動子１０４ａに角速度が加わるに伴い、基準振動方向ｘと交差するように、本実施形態では直交するように定められた角速度検出方向ｙへの角速度振動成分を検出し、該角速度振動成分に基づいて角速度検出波形を生成する検出波形生成部（角速度検出情報生成部）１１５を備えたセンサユニット１００を備える。検出波形生成部１１５は、振動検出用コンデンサ１０５ａと、振動検出用コンデンサ１０５ａに一定のバイアス電圧を印加するバイアス電源１０４ｖと、チャージアンプ１２０とを備える。具体的には、振動子１０４ａは、ｙ方向の振動支点を与える梁１０６により駆動フレーム１０３にｙ方向の振動が許容された形で弾性的に固定されている。また、駆動フレーム１０３は、ｘ方向の振動支点を与える梁１０２により、ｘ方向の振動が許容された形でセンサ枠１１０に弾性的に固定されている。振動子１０４ａは駆動フレーム１０３と一体的にｘ方向に振動することとなる。

また、駆動フレーム３には、ｘ方向の単位電極がｙ方向に一定間隔で配列した櫛歯状の可動電極１０１ｂが取り付けられている。センサ枠１１０側には、可動電極１０１ｂと単位電極間の隙間内に先端側が入り込んで位置するｘ方向の単位電極がｙ方向に一定間隔で配列した櫛歯状の固定電極１０１ａが取り付けられている。可動電極１０１ｂと固定電極１０１ａとの間に、駆動発振部１５２により一定振動数ｆの駆動電圧を印加すると、可動電極１０１ｂは固定電極１０１ａに対し振動数ｆにてｘ方向に振動する。この振動力により、可動電極１０１ｂと一体化された駆動フレーム１０３ひいては振動子１０４ａはｘ方向（基準振動方向）に加振される。この状態で振動子１０４ａに検知すべき角速度が加わると、振動子１０４ａにはコリオリ力により、その角速度の大きさに応じた振幅でｙ方向の角速度振動成分が発生する。

これにより、角振動検出用コンデンサ１０５ａは速度振動成分に追従して電極間距離を変化させる。振動検出用コンデンサ１０５ａには、振動子１０４ａを介してバイアス電源１０４ｖにより、一定のバイアス電圧が印加されているので、その状態で振動検出用コンデンサ１０５ａの電極間距離が変化すると、蓄えられる電荷量が変化する。チャージアンプ１２０は、この振動検出用コンデンサ１０５ａの電荷量を電圧変換することにより角速度検出電圧波形として出力するものである。チャージアンプ１２０の構成は周知のものであり、オペアンプ１２０ｐに接続された負帰還コンデンサ１２０ｂには、振動検出用コンデンサ１０５ａの電荷とバランスする電荷が蓄積され、その端子電圧が、電圧変換された電荷信号としてオペアンプ１２０ｐの反転入力端子に入力される。これにより、オペアンプ１２０ｐは、この負帰還コンデンサ１２０ｂとともに、振動検出用コンデンサ１０５ａの電荷を、増幅された電圧信号として出力する電荷電圧変換回路を構成する。なお、負帰還抵抗１２０ａは、振動検出用コンデンサ１０５ａの発生電荷レベルが減少に転じたときに負帰還コンデンサ１２０ｂの放電を促し、ひいてはオペアンプ１２０ｐの出力飽和を防止する役割を果たす。なお、符号１２０ｖは、チャージアンプ１２０の増幅基準電圧を与える基準電源である。

図２は、駆動発振部１５２及びその周辺の具体的な回路構成を模式的に示すブロック図である。駆動発振部１５２は、振動子の駆動波形を周期的な駆動パルス信号として発生する駆動パルス信号発生部２０と、周知の水晶発振回路等で構成された基準パルス信号発生部５３からの基準パルス信号の周期を符号化（エンコード）する基準パルス周期演算部１２とを有する。駆動パルス信号発生部１２は、例えば図３に示すような遅延回路１０を有して構成されている。該遅延回路１０は、直列接続された複数の反転回路ＬＩ１〜ＬＩ１５を有し、該反転回路群を通過する一定周期の参照パルス信号を、反転回路ＬＩ１〜ＬＩ１５の互いに異なる結節点から各々分岐する複数の信号端子Ｒ１〜Ｒ１５より、各反転回路ＬＩ１〜ＬＩ１５が有する反転遅延時間と結節点の位置（信号伝播方向における順位）とに応じて定まる互いに異なる位相にて出力するものである。そして、該遅延回路１０を構成する各反転回路ＬＩ１〜ＬＩ１５から順次出力される（隣接する信号端子間の）参照パルス信号Ｒ１〜Ｒ１５の位相差φを単位として駆動パルス信号を発生させる。

また、基準パルス周期演算部１２は、駆動パルス信号発生部２０と遅延回路１０が共用化されており、該遅延回路１０を構成する反転回路ＬＩ１〜ＬＩ１５から順次出力される参照パルス信号Ｒ１’〜Ｒ１５’（Ｒ１〜Ｒ１５からそれぞれ分岐出力される）の位相差φを単位として、基準パルス信号の周期を符号化する。基準パルス周期演算部１２と駆動パルス信号発生部２０とは遅延回路１０を共有しているのだから、参照パルス信号Ｒ１〜Ｒ１５の位相差φと、参照パルス信号Ｒ１’〜Ｒ１５’の位相差φとは当然同じである。

遅延回路１０は、本実施形態ではいわゆるリングオシレータとして構成されており、制御信号ＰＡがノンアクティブ（Ｌとする）のときには、ＮＡＮＤゲートＬＮ１の出力が強制的にアクティブ（Ｈとする）となり、次段の反転回路ＬＩ２の出力がノンアクティブとなり、さらに次段の反転回路ＬＩ３の出力がアクティブとなるというように、各反転回路が順次反転し、ＮＡＮＤゲートＬＮ１には、出力信号と同じレベルの信号が入力されることとなり、リングオシレータはこの状態で安定する。

そして、制御信号ＰＡがアクティブに変化すると、ＮＡＮＤゲートＬＮ１が反転動作を開始し、各反転回路での反転動作時間（即ち、各反転回路でのパルス信号の伝搬遅延時間）Ｔｄに、反転回路の結合個数を乗じた値に相当する時間λが経過した時点で、ＮＡＮＤゲートＬＮ１に出力信号と同一レベルの信号が入力され、再びＮＡＮＤゲートＬＮ１の出力レベルが反転する、といった動作を繰り返す。従って、このリングオシレータでは、パルス信号が各反転回路（ＮＡＮＤゲートＬＮ１及び反転回路ＬＩ２〜ＬＩ１５）により順次反転されて周回し、各反転回路からは、上記時間λ毎にレベル反転するパルス信号Ｒ１〜Ｒ１５（Ｒ１’〜Ｒ１５’）がそれぞれ出力されることになる。以上のごとく、リングオシレータは、時間λを周期とする参照パルス信号を自己生成するものである。

図４は、基準パルス周期演算部１２の構成例を示すブロック図である。この回路は、特開平７−１８３８００号公報や特開平７−２８３７２２号公報に、パルス位相差符号化回路として詳細に記載されており、ここでは簡単に説明する。基準パルス周期演算部１２は、図３の遅延回路１０とパルスセレクタ・エンコーダ回路１６とデータ生成回路１８とを有する。パルスセレクタ・エンコーダ回路１６は、遅延回路１０の信号端子Ｒ１〜Ｒ１５のうちのいずれかより出力されるパルス信号Ｒｎの立上りエッジをカウントすることにより、遅延回路１０内を該エッジが何回周回したかをカウントし、そのカウント値を表すビットデータを出力するカウンタ１４と、遅延回路１０の各信号端子からのパルス信号Ｒ１〜Ｒ１５を受け、外部からの基準パルス信号ＰＢがノンアクティブからアクティブに変化した時（基準パルス信号ＰＢの立ち上がりタイミング）に、パルス信号Ｒ１〜Ｒ１５のうちのどのパルス信号がノンアクティブからアクティブに変化したかを検出する。そして、これにより、遅延回路１０内で前記エッジがいずれの反転回路に到達しているかを検出し、その到達位置をデータに符号化して出力する。

また、データ生成回路１８は、カウンタ１４からのデータとパルスセレクタ・エンコーダ回路１６からのデータとに基づき、基準パルス信号ＰＢの立ち上がりから次の立ち上がりまでの時間（つまり基準パルス信号ＰＢの周期）を表わすデータＤOUTを生成して出力する。このような構成を有する基準パルス周期演算部１２においては、遅延回路１０が制御信号ＰＡにより起動されて前述したようにパルス信号の周回動作を開始すると、カウンタ１４が、遅延回路１０内での前記エッジの周回回数をカウントするとともに、パルスセレクタ・エンコーダ回路１６が、外部からの基準パルス信号ＰＢが立ち上がる度に、遅延回路１０内での前記エッジの到達位置を検出する。そして、データ生成回路１８が、上記基準パルス信号ＰＢが立ち上がる度に、カウンタ１４からのデータとパルスセレクタ・エンコーダ回路１６からのデータとに基づき、基準パルス信号ＰＢが前回立ち上がってから今回立ち上がるまでの間に遅延回路１０にて前記エッジが伝搬した反転回路の総数を表すデータを生成し、そのデータを基準パルス信号ＰＢの周期Ｄｔを表すデータＤOUTとして出力する。よって、データＤOUTの値にパルス信号Ｒ１〜Ｒ１５の位相差時間φを乗じた値が、基準パルス信号ＰＢの周期となる。このような基準パルス周期演算部１２によれば、遅延回路１０から出力されるパルス信号Ｒ１〜Ｒ１５の位相差時間φを分解能として、基準パルス信号ＰＢの周期Ｄｔを符号化したデータＤOUT（前述のＤｔ／φ）を得ることができる。

図５は、駆動パルス信号発生部２０の構成例を示すブロック図である。この回路は、特開平７−１０６９２３号公報や特開平７−１８３８００号公報にデジタル制御発振回路として詳細に記載されているため、ここでは簡単に説明する。駆動パルス信号発生部２０は、図３の遅延回路１０と、遅延回路１０の上記信号端子のうちのいずれかから出力されるパルス信号Ｒｎ’（パルス信号Ｒ１’〜Ｒ１５’のうちのいずれか）の立上りエッジをカウントすることにより、遅延回路１０内を該エッジが何回周回したかをカウントし、そのカウント値が予め設定されたカウントデータＣＤＨの値に達するとアクティブの出力信号ＣＮを出力するカウンタ２２とを有する。また、パルスセレクタ２４は、遅延回路１０の各信号端子からのパルス信号Ｒ１’〜Ｒ１５’を受け、その中からセレクトデータＣＤＬに対応した信号端子からのパルス信号を選択して、その信号をセレクト信号ＰＳＯとして出力するものである。出力回路２６は、カウンタ２２からアクティブの出力信号ＣＮが出力された後に、パルスセレクタ２４からのセレクト信号ＰＳＯが立ち上がると、出力信号ＰOUTを出力する。さらに、データ生成回路２８は、外部から入力される周期制御データＣＤを受けて、出力回路２６から、周期制御データＣＤと遅延回路１０内の反転回路の反転動作時間Ｔｄとで決定される一定周期（ＣＤ×Ｔｄ）で出力信号ＰOUTが繰返し出力されるように、上記カウントデータＣＤＨとセレクトデータＣＤＬを生成し、その生成した各データＣＤＨ，ＣＤＬを、カウンタ２２とパルスセレクタ２４へそれぞれ出力する。

このような構成を有する本実施例の駆動パルス信号発生部２０においては、外部から周期制御データＣＤを入力するとともに、遅延回路１０に制御信号ＰＡを入力して、遅延回路１０でのパルス信号の周回動作を開始させると、出力回路２６から上記一定周期（ＣＤ×Ｔｄ）毎にパルス信号ＰOUTが出力される（つまり、周期制御データＣＤに対応する周期が位相差φを単位としてデコードされたものと見ることができる）。遅延回路１０から出力されるパルス信号Ｒ１’〜Ｒ１５’の位相差時間φを分解能として、外部から入力される周期制御データＣＤに対応した周期Ｄinを有する駆動パルス信号（出力信号ＰOUT）を得ることができる。

周期制御データＣＤは、前述の(4)式に従い、位相差φにてエンコードされたデータとして演算される：
Ｄin／φ＝Ｆ（θ）・Ｄｔ／φ ‥(4)
この演算は、図１の周期設定部５１（周期制御データ演算部）で行なわれる。詳細を図２に示している。まず、センサの動作温度θは、図２においてサーミスタ（及びその出力増幅回路）等の温度センサ５０からの温度検知出力として取得され、Ａ／Ｄ変換器５１ａにてデジタルデータとされる。基準パルス信号の周期Ｄｔに乗じられている温度補正係数Ｆ（θ）は、演算回路５１ｂに内蔵された適正周期温特情報記憶部内の適正周期温特情報を参照して決定される。図６に示すように、該記憶部には種々の動作温度θ１、θ２、‥、θｎ毎の温度補正係数Ｆ１，Ｆ２，‥，Ｆｎがテーブルの形で記憶されており、温度検知出力θに対応する値が読み出されるか又は補間演算される。なお、Ｆ（θ）がθの関数式として記述できる場合は、上記のテーブルに代えて、その関数式を記憶しておくこともできる（例えば、ゲインとオフセットとを各々Ａ，Ｂとして、Ｆ（θ）＝Ａ・θ＋Ｂなど）。

このようなＦ（θ）は、例えば次のようにして作成されるものである。すなわち、使用する角速度センサを、恒温槽等を用いて設定温度θに保持し、一定の基準周期の駆動パルス信号を与えて動作させ、さらに、一定の角速度を与えてセンサ出力Ｑ_Ｔを実測する。そして、そのセンサ出力Ｑ_Ｔが、基準温度にて（上記基準周期で）予め測定した基準センサ出力Ｑ_０とどの程度隔たっているかを検証し、その後、角速度と温度とは一定にして周期を変えながら測定を繰り返し、センサ出力Ｑ_Ｔが基準センサ出力Ｑ_０に可及的に近づく周期を見出す。その周期を基準パルス信号の周期Ｄｔにて除した値を、該温度θでのＦとして採用する。このような実験を種々の温度で繰り返せば、各温度でのＦの値を取得することができる。

周期設定部５１は、検知した温度θに対応するＦの値を、（符号化された）Ｄｔの値に乗ずることで、（符号化された）適正周期Ｄinを演算する。なお、適正周期温特情報記憶部や乗算演算のためのハードウェアは周知のものであるから、詳細な説明は省略する。既に説明したごとく、基準パルス信号の周期Ｄｔは、基準パルス周期演算部１２にて位相差φを単位としてエンコードされた状態（τ0＝Ｄｔ／φ）で演算回路５１ｂに送られ、得るべき適正周期Ｄin／φは、該τ0を用いて上記エンコード状態のまま演算される。そして、その演算結果は、遅延回路１０を基準パルス周期演算部１２と共用する駆動パルス信号発生部２０にて、前記エンコードに使用したのと全く同じ位相差φを用いてデコードされ、駆動パルス信号として出力される。すなわち、デコード後の適正周期Ｄinは、精度が一定レベルに担保された基準パルス信号の周期Ｄｔと、事前の実験等により予め知れている温度補正係数Ｆ（θ）（適正周期温特情報）とによってのみ決定され、遅延回路の位相差φのばらつき等の影響をほとんど受けなくなる。

本発明の振動式角速度センサの一例を示す説明図。図１の駆動発振部及びその周辺の構成例を示す説明図。遅延回路の一例を示す回路図。基準パルス周期演算部の構成例を示すブロック図。駆動パルス信号発生部の構成例を示すブロック図。適正周期温特情報の概念図。振動式角速度センサのゼロレベル信号の温特挙動を模式的に示す図。

符号の説明

１振動型角速度センサ
１０遅延回路（リングオシレータ）
１２基準パルス周期演算部
２０駆動パルス信号発生部
５０温度センサ（温度検知部）
５１周期設定部（周期制御データ演算部）
５３基準パルス信号発生部
１０４ａ振動子
１０５ａ振動検出用コンデンサ
１０５検出波形生成部（角速度検出情報生成部）
１２０チャージアンプ
Ｌ１〜Ｌ１５反転回路
Ｒ１〜Ｒ１５、Ｒ１’〜Ｒ１５’ 信号端子

Claims

予め定められた基準振動方向に振動する振動子と、
該振動子の駆動波形を周期的な駆動パルス信号として発生する駆動パルス信号発生部と、
前記振動子に角速度が加わるに伴い、前記基準振動方向と交差するように定められた角速度検出方向への角速度振動成分を検出し、該角速度振動成分に基づいて角速度検出情報を生成する角速度検出情報生成部と、
前記角速度検出情報の出力を温度補正するために、角速度センサの動作温度を検知する温度検知部と、
検知された前記動作温度に基づいて、前記発振部による前記駆動パルス信号の周期を、出力される前記角速度検出情報の温度誤差が減少する方向に調整するために、前記動作温度と前記駆動パルス信号の適正周期との関係を示す適正周期温特情報を記憶する適正周期温特情報記憶部と、
前記適正周期温特情報を参照して、検出された動作環境温度に対応する適正周期を演算する周期制御データ演算部と、を備え、
前記駆動パルス信号発生部は、直列接続された複数の反転回路群を有し、該反転回路群を通過する予め定められた周期の参照パルス信号を、前記反転回路の互いに異なる結節点から各々分岐する複数の信号端子より、各反転回路が有する反転遅延時間と前記結節点の位置とに応じて定まる互いに異なる位相にて出力する遅延回路を有し、該遅延回路を構成する前記反転回路のうち予め定められた複数の反転回路から順次出力される参照パルス信号の位相差を単位として、前記適正周期を有した駆動パルス信号を発生させることを特徴とする振動型角速度センサ。
基準パルス信号を発生させる基準パルス信号発生部と、
前記駆動パルス信号発生部と共用化された前記遅延回路を用い、該遅延回路を構成する前記反転回路のうち予め定められた複数の反転回路から順次出力される前記参照パルス信号の位相差を単位として、前記基準パルス信号の周期を符号化する基準パルス周期演算部とを有し、
前記周期制御データ演算部は、前記位相差を単位として符号化された前記基準パルス信号の周期を用いて、前記適正周期を演算するものである請求項１記載の振動型角速度センサ。
前記周期制御データ演算部は動作温度毎に異なる温度補正係数を、符号化された前記基準パルス信号の周期に乗ずることにより前記適正周期を演算するものであり、
前記適正周期温特情報は、前記温度補正係数と前記動作温度との関係を、前記適正周期温特情報として記憶するものである請求項２記載の振動型角速度センサ。