JP2006010408A - Vibratory gyro - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば角速度を検出するのに使用される振動ジャイロに関する。 The present invention relates to a vibration gyro used for detecting angular velocity, for example.
近年、車両の姿勢検知、ナビゲーション装置の進行方向検知、カメラの手振れ補正、仮想現実操作などには角速度の大きさやその方向を検出するために振動ジャイロが使用されている。このような振動ジャイロにおいて、実際の角速度の大きさやその方向を算出するためには、通常、振動子等からなる角速度センサから出力されるアナログの検出信号をA/D変換器でデジタル信号に変換し、そのデジタルデータに基づいて演算処理が行われる。 In recent years, vibratory gyros have been used to detect the magnitude and direction of angular velocity for vehicle attitude detection, navigation device direction detection, camera shake correction, virtual reality operation, and the like. In such a vibration gyro, in order to calculate the magnitude and direction of the actual angular velocity, an analog detection signal output from an angular velocity sensor such as a vibrator is usually converted into a digital signal by an A / D converter. Then, arithmetic processing is performed based on the digital data.
このように、角速度センサで得られるアナログの検出信号をデジタル化する場合、例えば電圧比較型のA/D変換器などでは、その変換基準電圧が電源電圧に依存する場合があるので、角速度センサからの検出信号に基づいて精度良く角速度の大きさやその方向を検出するためには、角速度センサの出力基準電圧(静止時の出力電圧)や角速度検出感度を上記電源電圧に依存させることが要求される。 Thus, when digitizing the analog detection signal obtained by the angular velocity sensor, for example, in a voltage comparison type A / D converter, the conversion reference voltage may depend on the power supply voltage. In order to accurately detect the magnitude and direction of the angular velocity based on the detection signal, the output reference voltage (output voltage at rest) and the angular velocity detection sensitivity of the angular velocity sensor are required to depend on the power supply voltage. .
そのため、従来は、角速度センサに対して加える駆動信号の振幅を電源電圧に依存して変化させ、これによって角速度センサから出力される検出信号の出力レベル(=検出信号振幅)を電源電圧に応じて変化させることで、結果的に角速度センサの角速度検出感度が電源電圧に依存するようにした技術が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 Therefore, conventionally, the amplitude of the drive signal applied to the angular velocity sensor is changed depending on the power supply voltage, and the output level (= detection signal amplitude) of the detection signal output from the angular velocity sensor is thereby changed according to the power supply voltage. As a result, a technique has been proposed in which the angular velocity detection sensitivity of the angular velocity sensor depends on the power supply voltage as a result (see, for example, Patent Document 1).
ところが、上記の特許文献1に記載されているような従来技術においては、角速度センサに電源電圧に依存する駆動信号を加えてから、角速度センサで所要の検出信号が出力されるまでの間に電気→機械、機械→電気の各変換過程が幾度も介在するので、変換誤差が累積して角速度検出信号の電源依存精度が低下する。
However, in the conventional technique as described in
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、電源電圧の変動に対する角速度検出信号の電源依存精度を向上させた振動ジャイロを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vibrating gyroscope having improved power supply dependency accuracy of an angular velocity detection signal with respect to fluctuations in power supply voltage.
上記の目的を達成するために、本発明は、振動子と、この振動子を駆動する駆動手段と、角速度印加時に伴う前記振動子の振動変位を検出する検出手段と、この検出手段の検出出力を角速度に応じた直流電圧レベルをもつ検出信号に変換する信号処理回路とを備えた振動ジャイロにおいて、次の構成を採る。 In order to achieve the above object, the present invention provides a vibrator, drive means for driving the vibrator, detection means for detecting vibration displacement of the vibrator during application of angular velocity, and detection output of the detection means. A vibration gyro provided with a signal processing circuit that converts a signal into a detection signal having a DC voltage level corresponding to the angular velocity has the following configuration.
すなわち、請求項1記載の発明に係る振動ジャイロは、前記駆動手段に加える駆動信号の振幅、および前記検出手段で得られる検出信号の振幅をいずれも電源電圧の変動に対して依存させずに一定に維持する手段を有するとともに、前記電源電圧に比例した電源依存性補正電圧を発生させる電源電圧依存回路と、この電源電圧依存回路で発生された前記電源依存性補正電圧を、前記信号処理回路内から出力される検出信号に乗算する乗算回路とを備えることを特徴としている。 In other words, the vibrating gyroscope according to the first aspect of the present invention is configured such that the amplitude of the drive signal applied to the drive unit and the amplitude of the detection signal obtained by the detection unit are not dependent on fluctuations in the power supply voltage. A power supply voltage dependent circuit for generating a power supply dependent correction voltage proportional to the power supply voltage, and the power supply dependent correction voltage generated by the power supply voltage dependent circuit in the signal processing circuit. And a multiplication circuit that multiplies the detection signal output from.
また、請求項2記載の発明に係る振動ジャイロは、請求項1記載の発明の構成において、前記駆動手段は、前記振動子を静電駆動するものであり、前記検出手段は、前記振動子の振動変位を静電容量の変化として検出するものであることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the vibration gyro according to the first aspect of the present invention, the drive means electrostatically drives the vibrator, and the detection means is the vibrator of the vibrator. It is characterized by detecting vibration displacement as a change in capacitance.
請求項3記載の発明に係る振動ジャイロは、請求項1または請求項2記載の発明の構成において、前記乗算回路は、ゲインコントロールアンプで構成されていることを特徴としている。 A vibrating gyroscope according to a third aspect of the invention is characterized in that, in the configuration of the first or second aspect of the invention, the multiplication circuit is constituted by a gain control amplifier.
請求項1記載の発明によれば、電源電圧依存回路で発生された電源依存性補正電圧を、信号処理回路に設けた乗算回路によって角速度検出信号振幅に乗算するようにしているので、純粋に角速度検出感度が電源電圧依存性をもつようになる。しかも、従来のように駆動信号の振幅を電源電圧に依存させた場合には、電気・機械変換が途中で介在するために検出信号の電圧レベルの変化は電源電圧の変化とリニアに対応した関係にならないのに対して、本発明では、電気・機械変換が途中で介在しないために電源電圧の変化に対して検出信号振幅の電圧レベルの変化がリニアに対応する。したがって、電源電圧の変動に対する角速度検出信号の感度電源依存精度を一層向上させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the power supply dependency correction voltage generated by the power supply voltage dependent circuit is multiplied by the angular velocity detection signal amplitude by the multiplication circuit provided in the signal processing circuit. The detection sensitivity becomes dependent on the power supply voltage. In addition, when the drive signal amplitude is made dependent on the power supply voltage as in the past, the change in the voltage level of the detection signal has a linear relationship with the change in the power supply voltage because electrical / mechanical conversion is involved in the middle. In contrast, in the present invention, since the electromechanical conversion does not intervene in the middle, the change in the voltage level of the detection signal amplitude linearly corresponds to the change in the power supply voltage. Therefore, it is possible to further improve the sensitivity power supply dependence accuracy of the angular velocity detection signal with respect to the fluctuation of the power supply voltage.
また、請求項2記載の発明によれば、静電駆動/容量検出型の振動子を角速度センサとした振動ジャイロに対して好適に使用することができる。 According to the second aspect of the present invention, it can be suitably used for a vibration gyro using an electrostatic drive / capacitance detection type vibrator as an angular velocity sensor.
さらに、請求項3記載の発明によれば、乗算回路をゲインコントロールアンプで構成しているので、簡単な構成でもって電源電圧依存回路で発生された電源依存性補正電圧を信号処理回路内の最終段から出力される検出信号に乗算することができる。 According to the third aspect of the present invention, since the multiplication circuit is configured by the gain control amplifier, the power supply dependency correction voltage generated by the power supply voltage dependency circuit with a simple configuration can be converted into the final value in the signal processing circuit. The detection signal output from the stage can be multiplied.
図1はこの実施の形態の振動ジャイロに使用される振動子の構造を示す平面図、図2はこのジャイロ装置を構成する振動子基板と保護基板とを接合した状態の一部を示す断面図である。 FIG. 1 is a plan view showing a structure of a vibrator used in the vibration gyro according to this embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a part of a state in which the vibrator substrate and the protective substrate constituting the gyro apparatus are joined. It is.
この実施の形態の振動ジャイロは、角速度センサとしての振動子1を備えている。この振動子1は、静電駆動/容量検出型で、かつ駆動振動方向共振周波数と検出振動方向共振周波数とが異なる非共振型のものであって、例えば単結晶または多結晶をなす低抵抗なシリコン材料からなる振動子基板2と、この振動子基板2の主面および裏面に設けられた例えば高抵抗なシリコン材料、ガラス材料等からなる保護基板3とを有する。そして、両基板2,3は、振動子基板2の可動部分を確保するためのキャビティ4形成箇所を除いて例えば陽極接合等の接合方法により一体的に接合されている。また、キャビティ4内は振動ダンピングを低減するために真空状態あるいは低圧力状態に保たれている。
The vibration gyro according to this embodiment includes a
振動子基板2には、エッチング処理等の微細加工を施すことにより、第1〜第4の各質量部71〜74や駆動梁8、第1,第2モニタ電極91,92、第1〜第4駆動電極101〜104、第1〜第4検出電極161〜164、および接地電極181,182などが形成されている。ここで、図1において、振動子1の長手方向をY軸方向、これに直交する短手方向をX軸方向、両軸に共に直交する紙面に垂直な方向をZ軸方向としたとき、第1〜第4の各質量部71〜74は、部分的に接地電極181,182に接続された駆動梁8によってY軸方向に沿って直列に支持されており、これによって第1〜第4の各質量部71〜74はX軸方向に沿って振動可能な状態になっている。すなわち、第1〜第4の各質量部71〜74や駆動梁8が可動部となっており、第1,第2モニタ電極91,92、第1〜第4駆動電極101〜104、および接地電極181,182が固定部となっている。
The
上記の第1質量部71は、第1モニタ電極91および第1,第2の駆動電極101,102の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極111a,111b,111cが設けられている。
The
また、第2質量部72は、駆動梁8により支持された四角形の第1駆動枠121と、その内側において上下の第1検出梁131により支持された2つの四角形を連接した形状の第1検出枠141とを有する。第1駆動枠121の外側には第1質量部71に近接して上記の第1,第2駆動電極101,102の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極151a,151bが形成されている。また、第1検出枠141の2つの四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第1,第2検出電極161,162にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極171が形成されている。これにより、第1検出枠141は可動側電極171と共に第1検出梁131によってY軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
Further, the
上記の第4質量部74は、第2モニタ電極92および第3,第4の駆動電極103,104の櫛歯状部分に対向するように左右に突出形成された櫛歯状の可動側電極112a,112b,112cが設けられている。
The
また、第3質量部73は、駆動梁8により支持された四角形の第2駆動枠122と、その内側において上下の第2検出梁132により支持された2つの四角形を連接した形状の第2検出枠142とを有する。第2駆動枠122の外側には第4質量部74に近接して上記の第3,第4駆動電極103,104の櫛歯状部分に対向した櫛歯状の可動側電極152a,152bが形成されている。また、第2検出枠142の四角形部分の内側にはそれぞれ櫛歯状の第3,第4検出電極163,164にそれぞれ対向して櫛歯状の可動側電極172が形成されている。これにより、第2検出枠142は可動側電極172と共に第2検出梁132によってY軸方向に沿って振動可能な状態になっている。
In addition, the
上記の第1,第2モニタ電極91,92、第1〜第4駆動電極101〜104、第1〜第4検出電極161〜164、および接地電極181,182は、振動子基板2上の保護基板3との接合箇所の上に形成されていて固定状態になっている。そして、これらの固定側の各電極91,92、101〜104、161〜164、181,182は、図2に示すように各電極パッド5にそれぞれ個別に接続されており、これらの各電極パッド5を介して後述する外部の電気回路と電気的接続が可能になっている。なお、振動子1の可動部分は、駆動梁8を介して接地電極181,182と機械的かつ電気的に接続されていて接地電位に保たれている。
The first and
そして、上記の第1,第2モニタ電極91,92および第1〜第4の各駆動電極101〜104が特許請求の範囲の駆動手段に含まれ、また、第1〜第4検出電極161〜164が特許請求の範囲の検出手段に含まれている。
The first and
図3はジャイロ装置の全体の回路構成を示すブロック図である。なお、後で詳述するように、図中、動作基準電圧が電源電圧Vccに依存しないようにしている回路ブロックの部分は二重に囲んで、他の回路ブロックと区別している。 FIG. 3 is a block diagram showing the overall circuit configuration of the gyro apparatus. Note that, as will be described in detail later, in the figure, the portion of the circuit block that prevents the operation reference voltage from depending on the power supply voltage Vcc is doubled to distinguish it from other circuit blocks.
第1モニタ電極91は第1CV変換回路31に接続され、第2モニタ電極92は第2CV変換回路32に接続されている。そして、第1,第2CV変換回路31,32は共に、カップリングコンデンサC1,C2を介して第1差動増幅回路41に接続されている。第1差動増幅回路41は、フィルタ回路51を介して第1位相調整回路23に接続されている。また、この第1差動増幅回路41は、フィルタ回路51を介して後述する第2位相調整回路60にも接続されている。そして、第1位相調整回路23の出力部は、カップリングコンデンサC0を介してAGC回路22および整流回路24に共に接続されている。さらに、AGC回路22の出力部は、第2駆動電極102と第3駆動電極103とに直接接続されるとともに、反転回路21を介して第1駆動電極101と第4駆動電極104に接続されている。
The
AGC回路22は、第1位相調整回路23からの出力信号を増幅し、これを駆動信号S1として出力するものであり、第1位相調整回路23の出力を整流回路24で整流した出力と基準電圧発生回路25から与えられる基準電圧とを比較するコンパレータ26の出力によってAGC回路22への入力信号の振幅が常に一定となるようにその増幅率を制御するものである。なお、基準電圧発生回路25から出力される基準電圧は電源電圧Vccに依存することなく常に一定である。
The
そして、第1,第2CV変換回路31,32と第1差動増幅回路41との間にそれぞれカップリングコンデンサC1,C2を介在させ、かつ、第1,第2CV変換回路31,32が共に定電圧発生回路(図示せず)からの電源供給を受けて動作するようにすることで、第1,第2CV変換回路31,32から出力されるモニタ信号S21,S22の振幅が電源電圧の変動に依存されないようにしている。
Then, coupling capacitors C1 and C2 are interposed between the first and second
このように、第1位相調整回路23とAGC回路22との間にカップリングコンデンサC0を介在させ、かつ、反転回路21,AGC回路22、整流回路24、コンパレータ26が共に定電圧発生回路(図示せず)からの電源供給を受けて動作するようにすることで、振動子1の第1〜第4駆動電極101〜104に印加する駆動信号S11,S12が電源電圧Vccの変動に依存しないようにしている。すなわち、駆動信号S11,S12の振幅は、電源電圧以外の要因によって変化する場合があるものの、少なくとも電源電圧Vccの変動が除かれるようにしている。
Thus, the coupling capacitor C0 is interposed between the first
一方、第1検出電極161と第3検出電極163は共に第3CV変換回路33に接続され、また、第2検出電極162と第4検出電極164は共に第4CV変換回路34に接続されている。そして、第3,第4CV変換回路33,34は共に、カップリングコンデンサC3,C4を介して第2差動増幅回路42に接続されている。
On the other hand, both the
このように、第3,第4CV変換回路33,34と第2差動増幅回路42との間にそれぞれカップリングコンデンサC3,C4を介在させ、かつ、第3,第4CV変換回路33,34が共に定電圧発生回路(図示せず)からの電源供給を受けて動作するようにすることで、第3,第4CV変換回路33,34から出力される検出信号S31,S32の振幅が電源電圧の変動に依存されないようにしている。
Thus, the coupling capacitors C3 and C4 are interposed between the third and fourth
ここに、上記の第1〜第4のCV変換回路31〜34としては、例えば、図4(a)に示すような電荷増幅回路や、図4(b)に示すようなインピーダンス変換回路が適用される。いま、上記の第1〜第4CV変換回路31〜34が、例えば、図4(a)に示したような電荷増幅回路で構成されているとき、第1〜第4検出電極161〜164の各容量変化ΔCを、これに対応した電圧変化ΔV0に変換する場合、次の関係がある。
ΔV0=ω・ΔC・Vref・Rf (1)
ここに、ωは振動子1の励振時の角周波数、Vrefは基準電圧、Rfは演算増幅器Amp1の帰還インピーダンスである。
Here, as the first to fourth
ΔV0 = ω · ΔC · Vref · Rf (1)
Here, ω is an angular frequency when the
この(1)式から分かるように、電圧変化(つまり検出感度)ΔV0は容量変化ΔCのみならず基準電圧Vrefによっても変化するので、この実施の形態では、その変動要因を除くために、基準電圧Vrefは電源電圧Vccに依存しないように定電圧に維持される。 As can be seen from the equation (1), the voltage change (that is, detection sensitivity) ΔV 0 changes not only by the capacitance change ΔC but also by the reference voltage Vref. In this embodiment, in order to remove the variation factor, the reference voltage Vref is maintained at a constant voltage so as not to depend on the power supply voltage Vcc.
また、上記の第1〜第4CV変換回路31〜34が、例えば、図4(b)に示したようなインピーダンス変換回路で構成されているとき、第1〜第4検出電極161〜164の各容量変化ΔCを、これに対応した電圧変化ΔV0に変換する場合、次の関係がある。
ΔV0=ΔC/(C+ΔC)・Vref (ただし、R>>1/(ωC)) (2)
ここに、Cは第1〜第4検出電極161〜164の各静電容量、Vrefは基準電圧である。
Further, when the first to fourth
ΔV0 = ΔC / (C + ΔC) · Vref (where R >> 1 / (ωC)) (2)
Here, C is the capacitance of each of the first to
この(2)式から分かるように、電圧変化(つまり検出感度)ΔV0は容量変化ΔCのみならず基準電圧Vrefによっても変化するので、ここでは、その変動要因を除くために、基準電圧Vrefは電源電圧Vccに依存しないように定電圧に維持される。 As can be seen from the equation (2), the voltage change (that is, detection sensitivity) ΔV 0 changes not only by the capacitance change ΔC but also by the reference voltage Vref. The constant voltage is maintained so as not to depend on the voltage Vcc.
第2差動増幅回路42の出力部は、フィルタ回路52を介して同期検波回路61に接続されている。また、前述の第2位相調整回路60は、フィルタ回路51の出力信号S2’の位相を90°ずらせて検波参照信号S4として出力するものである。フィルタ回路51とフィルタ回路52とは、その位相回転量が同一となるように予め設計されている。
The output section of the second
同期検波回路61は、第2位相調整回路60から出力される検波参照信号S4に同期して第2差動増幅回路42からフィルタ回路52を介して与えられる角速度検出信号S3の位相検波を行うものである。そして、この同期検波回路61は、平滑回路62および増幅回路63を介して温度補償回路64に接続されている。温度補償回路64は、振動子1およびその周辺回路に生じる温度ドリフト等の影響を除くためのものである。
The synchronous detection circuit 61 performs phase detection of the angular velocity detection signal S3 provided from the second
温度補償回路64には、乗算回路65が接続されている。また、この乗算回路65には、電源電圧Vccに比例した電源依存性補正電圧Veを発生させる電源電圧依存回路66が接続されている。この電源電圧依存回路66は、本例では、2つの抵抗R1,R2を直列接続して電源電圧Vccを分圧する分圧回路により構成されている。また、乗算回路65は、電源電圧依存回路66で発生された電源依存性補正電圧Veを、信号処理回路の最終段となっている温度補償回路64から出力される検出信号S7の振幅に乗算するものであって、ここではゲインコントロールアンプにより構成されている。
A
そして、前述のように、図3において二重のブロックで囲んでいる各回路21,22,24〜26、31〜34は、電源電圧Vccの変動に影響されることなく常に安定した定電圧を発生する定電圧発生回路(図示せず)からの電源供給を受けて動作するようになっている。これに対して、他のブロックの各回路23,41,42,51,52、60は、動作基準電圧が電源電圧Vccに依存しても動作に影響しない部分である。回路61〜65はセンサ出力基準電圧を電源に依存させるために回路動作基準電圧が電源電圧Vccに依存する。なお、各回路33,34、C3,C4,42、52、60〜64が特許請求の範囲の信号処理回路に対応している。
As described above, each
次に上記構成の振動ジャイロの動作について説明する。
第1,第4駆動電極101,104にはAGC回路22から出力される駆動信号S11を反転回路21でレベル反転した後の駆動信号S12が加えられる。また、第2,第3駆動電極102,103にはAGC回路22から出力される駆動信号S11がそのまま加えられる。この場合、両駆動信号S11,S12は、図5(a),(b)に示すように、接地電位に対して例えば+2.5Vのオフセット電位を基準として互いにレベルが反転関係にある交流信号である。
Next, the operation of the vibration gyro configured as described above will be described.
The first and
このため、例えば、一方の駆動信号S12がハイレベル、他方の駆動信号S11がローレベルの場合、第1,第4駆動電極101,104とこれらの電極101,104に対向する可動側電極111a,151aおよび112b,152bの静電引力は“強”の状態になる一方、第2,第3駆動電極102,103とこれらの電極102,103に対向する可動側電極111b,151bおよび112a,152aの静電引力は“弱”の状態になる。当然、両信号S12,S11のレベルが逆の場合には、上記の説明と逆の状態になる。このため、その静電引力の差によって、図6(a)に示すように、第1〜第4の各質量部71〜74はX軸方向に互いに逆相で駆動されて振動する。
For this reason, for example, when one drive signal S12 is at a high level and the other drive signal S11 is at a low level, the first and
この振動に依存して第1質量部71に設けられている可動側電極111cと第1モニタ電極91間の容量、および第4質量部74に設けられている可動側電極112cと第2モニタ電極92間の容量がそれぞれ変化する。
Depending on this vibration, the capacitance between the
振動子1のX軸方向の駆動振動状態をモニタする第1,第2モニタ電極91,92における容量変化は、第1,第2CV変換回路31,32によって各容量変化に対応した電圧レベルをもつモニタ信号S21,S22に変換される。この場合、両モニタ信号S21,S22は互いに逆相の信号であるので、次段の第1差動増幅回路41で一つのモニタ信号S2に増幅変換される。
Capacitance changes in the first and
このモニタ信号S2は、フィルタ回路51で不要なノイズ成分が除かれ、さらに第1位相調整回路23で自励発振に必要な位相調整が行われた後、AGC回路22に入力される。また、第1位相調整回路23の出力信号は、整流回路24で整流された後、コンパレータ26によって基準電圧発生回路25から与えられる基準電圧と比較され、このコンパレータ26の出力によってAGC回路22から出力される駆動信号S1の増幅率が制御される。したがって、駆動信号S1の振幅およびオフセット電位は、電源電圧Vccに依存することなく常に一定に維持される。このため、第1〜第4の各駆動電極101〜104には、常に適切な振幅をもつ駆動信号S11,S12が加えられることになる。
The monitor signal S2 is input to the
このようにして、第1,第2モニタ電極91,92で得られるモニタ信号S2から駆動信号S11,S12をそれぞれ生成して各駆動信号S11,S12を第1〜第4駆動電極に印加することにより、閉ループの自励発振回路が構成され、振動子1は駆動信号S11,S12と同じ周波数の共振周波数で振動が持続される。
In this way, the drive signals S11 and S12 are generated from the monitor signal S2 obtained by the first and
この状態で、Z軸を中心軸とした回転角速度が振動子1に加わると、各質量部71〜74には振動方向と直交するY軸方向にコリオリ力が発生する。そして、第1,第2検出梁131,132に支持されている第1,第2検出枠141,142と可動側電極171,172は、図6(b)に示すように、コリオリ力によってY軸方向に互いに逆方向に駆動されてX軸方向の駆動振動と同じ周波数で振動する。この振動に依存して第1,第2検出枠141,142にそれぞれ設けられた可動側電極171,172と第1〜第4検出電極161〜164間の容量がそれぞれ変化する。なお、図6(b)においては、各質量部71〜74のX軸方向の振動については省略している。
In this state, when a rotational angular velocity with the Z axis as the central axis is applied to the
角速度印加時に発生するコリオリ力Fは、次式で与えられる。
F=2・M・ω・v (3)
ここに、Mは第1〜第4質量部71〜74全体の質量、ωは角速度、vは第1〜第4質量部71〜74全体の駆動振動速度である。
The Coriolis force F generated when the angular velocity is applied is given by the following equation.
F = 2 ・ M ・ ω ・ v (3)
Here, M is the mass of the entire first to fourth
ここで、振動子1が非共振型の場合、振動子1の構造的なY軸方向の共振周波数が駆動信号S11,S12によりX軸方向に駆動される際の振動周波数と十分に離れているので、コリオリ力により生じるY軸方向の振動と駆動信号S11,S12によって駆動されるX軸方向の駆動振動とは90°の位相差を有している。このため、X軸方向に駆動振動している状態で、Y軸方向の振動が生じると、図7に示すように、第1〜第4の各質量部71〜74は楕円運動を行う。したがって、駆動振動に伴って第1,第2モニタ電極91,92に発生する容量変化と、コリオリ力による振動に伴って各検出電極161〜164に発生する容量変化とは、90°の位相差が生じることになる。
Here, when the
一方、コリオリ力による振動に伴って第1,第3検出電極161,163に発生する容量変化は、第3CV変換回路33によって容量変化に対応した電圧レベルをもつ検出信号S31に変換される。同様に、コリオリ力による振動に伴って第2,第4検出電極162,164に発生する容量変化は、第4CV変換回路34によって容量変化に対応した電圧レベルをもつ検出信号S32に変換される。
On the other hand, the capacitance change generated in the first and
第3,第4CV変換回路33,34からそれぞれ出力される検出信号S31,S32はコリオリ力に依存する成分に関しては互いに逆相の信号であるので、次段の第2差動増幅回路42で一つの検出信号S3に増幅変換される。この検出信号S3はフィルタ回路52で不要なノイズ成分が除かれた後、同期検波回路61に入力される。
The detection signals S31 and S32 output from the third and fourth
また、第1差動増幅回路41から出力されるモニタ信号S2は、フィルタ回路51で不要なノイズ成分が除かれた後、第2位相調整回路60に入力される。フィルタ回路51とフィルタ回路52とはその位相回転量が同一となるように予め設計されている。したがって、第2位相調整回路60は、フィルタ回路51の出力信号S2’の位相を90°ずらせて検波参照信号S4として出力する。前述のように、非共振型の振動子1においては、モニタ信号S2と検出信号S3とは元々90°の位相差をもって出力される。したがって、第2位相調整回路60から出力される検波参照信号S4は、フィルタ回路52から出力される信号S3’のコリオリ成分と同相(あるいは逆相)になり、この検波参照信号S4が同期検波回路61に入力される。
The monitor signal S2 output from the first
同期検波回路61は、検波参照信号S4によってフィルタ回路52を通過した検出信号S3’を同期検波する。この場合、上記の両信号S3’,S4は同相(あるいは逆相)になっているので、同期検波回路61で同期検波された後の検出信号S5は半波整流された形となり、これがさらに平滑回路62で平滑化されることで角速度に対応した直流電圧レベルをもつ検出信号S6が得られる。そして、この検出信号S6が次段の増幅回路63で増幅された後に温度補償回路64に与えられる。温度補償回路64は、振動子1およびその周辺回路に生じる温度ドリフト等の影響を除いた検出信号S7を出力する。そして、この検出信号S7が次段の乗算回路65に与えられる。
The synchronous detection circuit 61 synchronously detects the detection signal S3 'that has passed through the
同期検波回路61から乗算回路65の回路動作基準電圧は電源電圧Vccに依存しており、角速度出力電圧の基準電圧(静止時出力電圧)は電源電圧Vccに比例する。また、乗算回路65は、電源電圧依存回路66で発生された電源依存性補正電圧Veを、信号処理回路の最終段となっている温度補償回路64から出力される検出信号S7の振幅(角速度相当分の電圧変化量)に乗算する。この場合、電源依存性補正電圧Veは電源電圧Vccに比例した値をもつので、乗算回路65から出力される検出信号S8の振幅も電源電圧Vccに依存することになる。このように、信号処理回路の最終段の乗算回路65の増幅率のみが電源電圧Vccに依存し、純粋に検出信号S8の感度が電源電圧依存性をもつようになる。
The circuit operation reference voltage of the synchronous detection circuit 61 to the
しかも、この実施の形態では、駆動信号S11,S12の振幅を電源電圧Vccに依存させないので電気・機械変換が途中で介在せず、このため、電源電圧Vccの変化に対して検出信号S8の感度変化がリニアに対応する。したがって、従来に比べて電源電圧Vccの変動に対する検出信号S8の感度電源依存精度を向上させることができる。なお、乗算回路65は必ずしも最終段に設ける必要はなく、信号処理回路内であれば、他の場所に配置されていてもよい。
In addition, in this embodiment, since the amplitude of the drive signals S11 and S12 does not depend on the power supply voltage Vcc, no electro-mechanical conversion is involved in the middle, and therefore the sensitivity of the detection signal S8 with respect to changes in the power supply voltage Vcc. The change corresponds to linear. Therefore, it is possible to improve the sensitivity power supply dependency accuracy of the detection signal S8 with respect to the fluctuation of the power supply voltage Vcc as compared with the conventional case. Note that the
上記の実施の形態では、静電駆動/容量検出型の振動子1を備えた振動ジャイロについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、圧電材料や単結晶からなる音片型振動子を備えた振動ジャイロや、音叉型振動子を備えた振動ジャイロについても適用することが可能である。
In the above embodiment, the vibration gyro provided with the electrostatic drive / capacitance
1 振動子
31〜34、41,42、51,52、60〜64 信号処理回路
65 乗算回路
66 電源電圧依存回路
91,92 モニタ電極
101〜104 駆動電極(駆動手段)
161〜164 検出電極(検出手段)
C0〜C4 カップリングコンデンサ
DESCRIPTION OF
161-164 Detection electrodes (detection means)
C0-C4 coupling capacitor
Claims (3)
この電源電圧依存回路で発生された前記電源依存性補正電圧を、前記信号処理回路内から出力される検出信号に乗算する乗算回路と、
を備えることを特徴とする振動ジャイロ。 A vibrator, a drive means for driving the vibrator, a detection means for detecting vibration displacement of the vibrator when an angular velocity is applied, and a detection output of the detection means as a detection signal having a DC voltage level corresponding to the angular velocity. In a vibration gyro provided with a signal processing circuit for conversion, the amplitude of the drive signal applied to the drive means and the amplitude of the detection signal obtained by the detection means are both constant without depending on fluctuations in the power supply voltage. And a power supply voltage dependent circuit for generating a power supply dependent correction voltage proportional to the power supply voltage,
A multiplication circuit that multiplies the detection signal output from the signal processing circuit by the power supply dependence correction voltage generated by the power supply voltage dependence circuit;
A vibrating gyroscope characterized by comprising:
3. The vibration gyro according to claim 1, wherein the multiplication circuit is configured by a gain control amplifier.
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007094448A1 (en) * | 2006-02-17 | 2007-08-23 | Citizen Holdings Co., Ltd. | Physical quantity sensor |
JP2007292680A (en) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Epson Toyocom Corp | Vibration gyrosensor |
JP2010085313A (en) * | 2008-10-01 | 2010-04-15 | Murata Mfg Co Ltd | Compound sensor |
US7779688B2 (en) | 2006-12-20 | 2010-08-24 | Epson Toyocom Corporation | Vibration gyro sensor |
CN101819047A (en) * | 2010-04-13 | 2010-09-01 | 浙江大学 | Device and method for evaluating power supply sensitivity of fiber gyro |
US7808334B2 (en) | 2007-07-24 | 2010-10-05 | Seiko Epson Corporation | Oscillation driver circuit, oscillation driver device, physical quantity measurement circuit, physical quantity measurement device, and electronic instrument |
US8141425B2 (en) | 2008-03-31 | 2012-03-27 | Seiko Npc Corporation | Angular rate detection apparatus providing stable output |
JP2013029526A (en) * | 2006-12-20 | 2013-02-07 | Seiko Epson Corp | Vibration gyro sensor |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000136934A (en) * | 1998-10-30 | 2000-05-16 | Aisin Seiki Co Ltd | Detection-signal processor for angular velocity sensor |
JP2001296140A (en) * | 2000-04-12 | 2001-10-26 | Denso Corp | Signal processing circuit for sensor |
JP2003057037A (en) * | 2001-08-14 | 2003-02-26 | Ngk Insulators Ltd | Method and apparatus for measurement of physical quantity as well as method for supply of electric power to physical-quantity measuring apparatus |
JP2004053396A (en) * | 2002-07-19 | 2004-02-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Angular velocity sensor and car using it |
-
2004
- 2004-06-23 JP JP2004185360A patent/JP2006010408A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000136934A (en) * | 1998-10-30 | 2000-05-16 | Aisin Seiki Co Ltd | Detection-signal processor for angular velocity sensor |
JP2001296140A (en) * | 2000-04-12 | 2001-10-26 | Denso Corp | Signal processing circuit for sensor |
JP2003057037A (en) * | 2001-08-14 | 2003-02-26 | Ngk Insulators Ltd | Method and apparatus for measurement of physical quantity as well as method for supply of electric power to physical-quantity measuring apparatus |
JP2004053396A (en) * | 2002-07-19 | 2004-02-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Angular velocity sensor and car using it |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007094448A1 (en) * | 2006-02-17 | 2007-08-23 | Citizen Holdings Co., Ltd. | Physical quantity sensor |
JPWO2007094448A1 (en) * | 2006-02-17 | 2009-07-09 | シチズンホールディングス株式会社 | Physical quantity sensor |
JP4671305B2 (en) * | 2006-02-17 | 2011-04-13 | シチズンホールディングス株式会社 | Physical quantity sensor |
US8127603B2 (en) | 2006-02-17 | 2012-03-06 | Citizen Holdings Co., Ltd. | Physical quantity sensor |
JP2007292680A (en) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Epson Toyocom Corp | Vibration gyrosensor |
US7779688B2 (en) | 2006-12-20 | 2010-08-24 | Epson Toyocom Corporation | Vibration gyro sensor |
JP2013029526A (en) * | 2006-12-20 | 2013-02-07 | Seiko Epson Corp | Vibration gyro sensor |
US7808334B2 (en) | 2007-07-24 | 2010-10-05 | Seiko Epson Corporation | Oscillation driver circuit, oscillation driver device, physical quantity measurement circuit, physical quantity measurement device, and electronic instrument |
US8141425B2 (en) | 2008-03-31 | 2012-03-27 | Seiko Npc Corporation | Angular rate detection apparatus providing stable output |
JP2010085313A (en) * | 2008-10-01 | 2010-04-15 | Murata Mfg Co Ltd | Compound sensor |
CN101819047A (en) * | 2010-04-13 | 2010-09-01 | 浙江大学 | Device and method for evaluating power supply sensitivity of fiber gyro |
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