JP2006170917A - Angular speed detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、所定の振幅及び周期で振動をさせた振動体に外力による角速度が作用したときのコリオリ力を計測することによって角速度を計測する角速度検出装置に関する。 The present invention relates to an angular velocity detection device that measures an angular velocity by measuring a Coriolis force when an angular velocity due to an external force acts on a vibrating body that vibrates with a predetermined amplitude and period.
近年、自動車におけるサスペンションやエアバッグの制御装置、航空機における慣性航法システム、カメラの手ぶれ補正装置などにおいて、ジャイロセンサを用いた角速度検出装置が用いられている。この種の角速度検出装置として、所定の振幅及び周期で振動をさせた質量体に外力による角速度が作用したときのコリオリ力を計測することによって角速度を計測する振動式ジャイロセンサが知られている(例えば、非特許文献1参照。)。
In recent years, angular velocity detection devices using gyro sensors have been used in suspension and airbag control devices in automobiles, inertial navigation systems in aircraft, camera shake correction devices for cameras, and the like. As this type of angular velocity detection device, there is known a vibratory gyro sensor that measures angular velocity by measuring Coriolis force when an angular velocity due to an external force acts on a mass body vibrated with a predetermined amplitude and period ( For example, refer
図14は、背景技術に係るジャイロセンサの構成を説明するための概念図である。図14に示すジャイロセンサ101は、略直方体形状の導電体から構成された振動体102と、図14に示すように振動体102の一辺と平行方向にX軸をとると、X軸方向に振動体102を間に挟んで対向配置される駆動用電極103及び104と、X軸と直交するY軸方向に振動体102を間に夾んで対向配置される検出用電極105及び106と、を備えている。駆動用電極103,104、検出用電極105,106は、それぞれ振動体102の一面と間隔を有して対向配置され、振動体102との間に静電容量C103,C104,C105,C106がそれぞれ形成されている。
FIG. 14 is a conceptual diagram for explaining a configuration of a gyro sensor according to the background art. The
図15は、ジャイロセンサ101の動作を説明するための説明図である。図14に示すジャイロセンサ101において、駆動用電極103に振動体102の共振周波数の駆動用電圧Vd1を印加し、駆動用電極104に駆動用電圧Vd1とは逆位相の駆動用電圧Vd2を印加すると、振動体102と駆動用電極103及び104との間に周期的な静電気力が発生し、振動体102がX軸方向に沿って振動する。この状態で、ジャイロセンサ101に紙面に垂直方向の軸まわりに角速度Rが印加されるとY軸方向にコリオリ力が発生し、コリオリ力に応じて振動体102がY軸方向に変位する。振動体102がY軸方向に変位すると、振動体102と検出用電極105及び106との間の静電容量C105及びC106が変化する。従って、静電容量C105及びC106は、ジャイロセンサ101に印加された角速度に応じて変化する。
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the operation of the
図16は、背景技術に係る角速度検出装置の電気的構成を示すブロック図である。図16において、ジャイロセンサ101は等価回路で示されており、静電容量C103(駆動用電極103)、及び静電容量C104(駆動用電極104)の記載は省略している。図16に示す角速度検出装置100は、ジャイロセンサ101、キャリア発生回路111、電流電圧変換回路(以下、I/V変換回路と称する)112、バンドパスフィルタ(以下、BPFと称する)113、アンプ114、同期検波回路115、アンプ116、及びロックインアンプ117を備えている。
FIG. 16 is a block diagram showing an electrical configuration of the angular velocity detection device according to the background art. In FIG. 16, the
キャリア発生回路111は、静電容量検出用の所定の周波数、例えば100kHzの周波数を有するキャリア信号Vc1を静電容量C105へ供給し、キャリア信号Vc1とは逆位相のキャリア信号Vc2を静電容量C106へ供給する。図16に示すジャイロセンサ101の等価回路において、静電容量C105,C106は振動体102に接続されており、振動体102はI/V変換回路112に接続されている。
The
そして、静電容量C105とC106とが等しい場合、すなわち振動体102が検出用電極105及び106の中央に位置する場合、キャリア発生回路111から静電容量C105を介してI/V変換回路112へ流れる電流I105と静電容量C106を介してI/V変換回路112へ流れる電流I106とが相殺され、ゼロになるようにされている。また、ジャイロセンサ101に角速度が印加され振動体102の位置がコリオリ力によって変位すると、振動体102と検出用電極105及び106との間の距離が変化して静電容量C105とC106との間に差異が生じる結果、電流I105と電流I106との間に差異が生じ、電流I105と電流I106との差分に相当する検出電流IinがI/V変換回路112へ流れるようにされている。すなわち、I/V変換回路112へ流れる検出電流Iinに基づいて、振動体102のコリオリ力による変位量を検出することができるようになっている。
When the capacitances C105 and C106 are equal, that is, when the vibrating
I/V変換回路112は、検出電流Iinを電圧信号に変換し、BPF113へ出力する。BPF113は、I/V変換回路112から出力された電圧信号から100kHzの周波数成分、すなわちキャリア信号Vc1,Vc2の周波数成分を電圧信号Vx1としてアンプ114へ通過させる。
The I /
図17は、図16に示す角速度検出装置100の動作を説明するための説明図である。また、図18は、図17に示す各状態におけるキャリア信号Vc1,Vc2とBPF113の出力電圧信号Vx1とを示す図である。まず、図17(a)に示すように、振動体102が検出用電極105及び106の中間に位置する状態(状態1)では、振動体102と、検出用電極105及び106との対向距離は等しいため、静電容量C105と静電容量C106とは等しい。そうすると、電流I105と電流I106とが相殺されて振動体102からI/V変換回路112へ流れる電流Iinが略ゼロとなる結果、図18に示す状態1におけるBPF113の出力電圧信号Vx1は、略ゼロとなる。
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining the operation of the angular
次に、図17(b)に示すように、振動体102がコリオリ力により検出用電極105方向に変位した状態(状態2)では、振動体102と検出用電極105との距離が振動体102と検出用電極106との距離よりも小さくなるため、静電容量C105の方が静電容量C106より大きくなる。そうすると、電流I105の方が電流I106よりも大きくなるため電流Iinにおける電流I105の影響が増大し、図18における状態2で示すように、BPF113の出力電圧信号Vx1は、検出用電極105に供給されているキャリア信号Vc1と同位相になる。
Next, as shown in FIG. 17B, in the state where the vibrating
次に、図17(c)に示すように、振動体102が検出用電極105及び106の中間に位置する状態(状態3)に戻って、状態1と同様に、図18に示す状態3におけるBPF113の出力電圧信号Vx1は、略ゼロとなる。
Next, as shown in FIG. 17C, the vibrating
次に、図17(d)に示すように、振動体102がコリオリ力により検出用電極106方向に変位した状態(状態4)では、振動体102と検出用電極106との距離が振動体102と検出用電極105との距離よりも小さくなるため、静電容量C106の方が静電容量C105より大きくなる。そうすると、電流I106の方が電流I105よりも大きくなるため電流Iinにおける電流I106の影響が増大し、図18における状態4で示すように、BPF113の出力電圧信号Vx1は、検出用電極106に供給されているキャリア信号Vc2と同位相になる。
Next, as illustrated in FIG. 17D, in a state where the vibrating
そして、この電圧信号Vx1が、同期検波回路115により同期検波され、アンプ116により増幅され、ロックインアンプ117により同期検波されることにより、振動体102に印加された角速度を示す検出信号Soutが出力されるようになっている。
ところで、上述のように構成された角速度検出装置では、振動体102に印加された角速度によって振動体102に作用するコリオリ力により、振動体102が検出用電極105と検出用電極106との間で変位し、静電容量C105と静電容量C106との間に生じる差異を検出することにより、振動体102に印加された角速度を検出するようになっている。
By the way, in the angular velocity detection device configured as described above, the vibrating
従って、振動体102に角速度が印加されておらず、コリオリ力が作用していない状態(以下、初期状態と称する)においては、静電容量C105と静電容量C106とが等しくなる必要がある。一方、図14に示すようなジャイロセンサ101では、例えば静電容量C105及びC106がピコファラッドオーダー(10-12Fオーダー)の値となるのに対し、コリオリ力による静電容量の変化量はアトファラッドオーダー(10-18Fオーダー)である。そうすると、静電容量C105と静電容量C106との初期状態において許容される静電容量の誤差は、1/1000000以下となり、このような精度で静電容量C105及びC106を等しく作成することは、例えばシリコン微細加工技術を用いても容易ではない。
Therefore, in a state where the angular velocity is not applied to the vibrating
図19は、初期状態における静電容量C105と静電容量C106との間に差異が生じている場合、例えば初期状態において静電容量C105の方が静電容量C106よりも大きい場合におけるキャリア信号Vc1,Vc2とBPF113の出力電圧信号Vx1、及び出力電圧信号Vx1がアンプ114により増幅され、同期検波回路115により同期検波された信号Vx2とを示す図である。
FIG. 19 shows a carrier signal Vc1 when there is a difference between the capacitance C105 and the capacitance C106 in the initial state, for example, when the capacitance C105 is larger than the capacitance C106 in the initial state. , Vc2 and the output voltage signal Vx1 of the
図19に示すように、初期状態において静電容量C105の方が静電容量C106よりも大きい場合、振動体102がコリオリ力により検出用電極105方向に変位した状態(状態2)においてBPF113から出力される出力電圧信号Vx1は、振動体102がコリオリ力により検出用電極105方向に変位した状態(状態4)においてBPF113から出力される出力電圧信号Vx1よりも電圧振幅が増大する。そうすると、出力電圧信号Vx1がアンプ114により増幅され、同期検波回路115により同期検波された信号Vx2には、オフセット電圧が生じ、さらに信号Vx2がアンプ116で増幅され、ロックインアンプ117によって同期検波された検出信号Soutには、信号Vx2に生じたオフセット電圧が測定誤差として現れる結果、角速度の検出精度が低下してしまうという不都合があった。
As shown in FIG. 19, when the capacitance C105 is larger than the capacitance C106 in the initial state, the output from the
信号Vx2に生じたオフセット電圧を除去する方法としては、例えば同期検波回路115とアンプ116との間にハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタを挿入することにより、信号Vx2に生じたオフセット電圧を除去することが考えられる。しかし、フィルタを用いて信号Vx2に生じたオフセット電圧を除去したとしても、以下のような不都合がある。
As a method of removing the offset voltage generated in the signal Vx2, for example, by inserting a high-pass filter or a band-pass filter between the
すなわち、検出信号SoutにおけるS/N比(信号対雑音比)を向上させるためには、アンプ114によってBPF113の出力電圧信号Vx1を、十分増幅してから同期検波回路115へ入力することが望ましい。同期検波回路115は、信号帯域に対する急峻なバンドパスフィルタとして機能するため、同期検波回路115の入力信号をその前段で増幅しておくとS/N比を向上させて角速度の検出精度を向上することができる一方、同期検波回路115の出力信号をその後段で増幅すると、信号成分と共にノイズ成分も同時に増幅されてしまう結果、角速度の検出精度が低下するからである。
That is, in order to improve the S / N ratio (signal-to-noise ratio) in the detection signal Sout, it is desirable that the output voltage signal Vx1 of the
しかし、初期状態における静電容量C105と静電容量C106との間に差異が生じている場合、例えば初期状態において静電容量C105の方が静電容量C106よりも大きい場合には、図19に示すように、状態2においてBPF113から出力される出力電圧信号Vx1は、状態4においてBPF113から出力される出力電圧信号Vx1よりも電圧振幅が増大する。そうすると、状態4における出力電圧信号Vx1を十分増幅するべくアンプ114の増幅率を増大させると、状態2においてアンプ114の出力電圧が飽和してしまう。一方、状態2における出力電圧信号Vx1が飽和しない範囲でアンプ114の増幅率を設定すると、状態4における出力電圧信号Vx1を十分増幅することができず、従って検出信号SoutにおけるS/N比を向上させることができない。
However, when there is a difference between the capacitance C105 and the capacitance C106 in the initial state, for example, when the capacitance C105 is larger than the capacitance C106 in the initial state, FIG. As shown, the voltage amplitude of the output voltage signal Vx1 output from the
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、角速度の検出精度を向上させることができる角速度検出装置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 an object of the present invention is to provide an angular velocity detection device capable of improving angular velocity detection accuracy.
上述の目的を達成するために、本発明に係る角速度検出装置は、互いに対向配置される第1及び第2の電極と、前記第1及び第2の電極間に配置され、前記第1の電極との間に第1の静電容量を生じると共に前記第2の電極との間に第2の静電容量を生じる振動体と、前記振動体を前記第1及び第2の電極が対向する方向と直交する方向に振動させる駆動部と、前記第1及び第2の静電容量に、互いに逆位相の周波数信号である第1及び第2の検出用信号をそれぞれ供給することにより、前記振動体に信号を誘起信号として誘起するキャリア信号供給部と、前記第1及び第2の検出用信号のうち、前記振動体に角速度が印加されていない状態における前記第1及び第2の静電容量のうち小さい方の静電容量へ供給される検出用信号を、前記誘起信号に重畳させて重畳信号を生成するキャパシタと、前記キャパシタにより生成される重畳信号に基づいて、前記振動体に印加された角速度を検出する角速度検出部と、を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above-mentioned object, an angular velocity detection device according to the present invention is arranged between a first electrode and a second electrode arranged to face each other, and between the first electrode and the second electrode, and the first electrode A vibrating body that generates a first capacitance between the first electrode and the second electrode, and a direction in which the first and second electrodes face the vibrating body. And supplying the first and second detection signals, which are frequency signals having opposite phases, to the drive unit that vibrates in a direction orthogonal to the first and second capacitances, respectively. Of the first and second capacitances in a state in which no angular velocity is applied to the vibrating body among the first and second detection signals. The detection signal supplied to the smaller capacitance is A capacitor for generating a superimposed signal by superimposing the signal on the basis of the superimposed signal generated by the capacitor, is characterized by and a velocity detecting unit for detecting an applied angular velocity to the vibrating body.
また、上述の角速度検出装置において、前記第1及び第2の検出用信号のうちいずれかを前記キャパシタへ供給するべく選択する切替スイッチ部と、前記第1の検出用信号の位相を90度ずらした信号と前記重畳信号との位相を比較し、位相が一致する場合には前記切替スイッチ部に前記第2の検出用信号を選択させ、位相が一致しない場合には前記切替スイッチ部に前記第1の検出用信号を選択させる位相比較部と、をさらに備えることを特徴としている。 Further, in the above-described angular velocity detection device, the selector switch section that selects one of the first and second detection signals to be supplied to the capacitor and the phase of the first detection signal are shifted by 90 degrees. The phase of the superimposed signal and the superimposed signal are compared, and if the phases match, the changeover switch unit selects the second detection signal, and if the phases do not match, the changeover switch unit causes the second changeover signal to be selected. And a phase comparison unit that selects one detection signal.
そして、上述の角速度検出装置において、前記第1及び第2の検出用信号のうち、前記小さい方の静電容量へ供給される検出用信号を増幅して前記キャパシタへ供給する信号増幅部をさらに備え、前記信号増幅部の増幅率は、前記振動体に角速度が印加されていない状態において、前記重畳信号をゼロにするべく設定されることを特徴としている。 In the above-described angular velocity detection device, a signal amplifying unit that amplifies the detection signal supplied to the smaller capacitance among the first and second detection signals and supplies the detection signal to the capacitor is further provided. And the amplification factor of the signal amplification unit is set so that the superimposed signal is zero in a state where an angular velocity is not applied to the vibrating body.
さらに、上述の角速度検出装置において、前記振動体に角速度が印加されていない状態における前記キャパシタにより生成される重畳信号のレベルの増減に応じて前記信号増幅部の増幅率を増減させる設定動作を行う増幅率設定部をさらに備えることを特徴としている。 Furthermore, in the above-described angular velocity detection device, a setting operation is performed to increase or decrease the amplification factor of the signal amplification unit according to an increase or decrease in the level of the superimposed signal generated by the capacitor in a state where no angular velocity is applied to the vibrating body. An amplification factor setting unit is further provided.
また、上述の角速度検出装置において、前記キャパシタにより生成された重畳信号に基づく信号を増幅して前記角速度検出部へ出力する重畳信号増幅部をさらに備え、前記重畳信号増幅部は、前記増幅率設定部により前記設定動作が実行された後、前記重畳信号に基づく信号を増幅する増幅率を増大させることを特徴としている。 The angular velocity detection device may further include a superimposed signal amplification unit that amplifies a signal based on the superimposed signal generated by the capacitor and outputs the amplified signal to the angular velocity detection unit, wherein the superimposed signal amplification unit is configured to set the amplification factor. After the setting operation is executed by the unit, an amplification factor for amplifying the signal based on the superimposed signal is increased.
このような構成の角速度検出装置は、駆動部により振動体が駆動され、その振動方向と直交する方向に振動体を挟んで振動体との間に第1及び第2の静電容量を生じる第1及び第2の電極を備えているので、振動体に角速度が印加されると振動体にコリオリ力が作用して振動体が変位し、振動体と第1及び第2の電極との対向距離が変化する結果、第1及び第2の静電容量が変化する。そして、第1及び第2の静電容量に、互いに逆位相の周波数信号である第1及び第2の検出用信号がそれぞれ供給されると、第1及び第2の静電容量の差異に応じた誘起信号が振動体に誘起される。この場合、振動体に角速度が印加されていない状態における第1及び第2の静電容量の差異は、誘起信号におけるオフセット電流として現れるが、キャパシタによって、第1及び第2の検出用信号のうち、振動体に角速度が印加されていない状態における第1及び第2の静電容量のうち小さい方の静電容量へ供給される検出用信号が、誘起信号に重畳されるので、誘起信号におけるオフセット電流が相殺されて重畳信号が生成される。そして、オフセット電流が相殺された重畳信号に基づいて、角速度検出部により振動体に印加された角速度が検出されるので、角速度の検出精度を向上させることができる。 In the angular velocity detection device having such a configuration, the vibrating body is driven by the drive unit, and the first and second capacitances are generated between the vibrating body with the vibrating body sandwiched in a direction orthogonal to the vibration direction. Since the first and second electrodes are provided, when an angular velocity is applied to the vibrating body, a Coriolis force acts on the vibrating body to displace the vibrating body, and the opposing distance between the vibrating body and the first and second electrodes As a result, the first and second capacitances change. Then, when the first and second detection signals, which are frequency signals having opposite phases to each other, are supplied to the first and second capacitances, respectively, according to the difference between the first and second capacitances. The induced signal is induced in the vibrating body. In this case, the difference between the first and second capacitances in the state where the angular velocity is not applied to the vibrating body appears as an offset current in the induced signal. Since the detection signal supplied to the smaller one of the first and second capacitances in a state where no angular velocity is applied to the vibrating body is superimposed on the induced signal, the offset in the induced signal The current is canceled and a superimposed signal is generated. Since the angular velocity applied to the vibrating body is detected by the angular velocity detector based on the superimposed signal with the offset current cancelled, the angular velocity detection accuracy can be improved.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。 Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る角速度検出装置の構成の一例を示すブロック図である。図1に示す角速度検出装置1は、I/V変換回路2、第1バンドパスフィルタ(以下、BPFと略称する)3、アンプ4、第1同期検波回路5、アンプ6、第2BPF7、第2同期検波回路8、アンプ9、駆動信号発生回路10、キャリア信号供給部の一例であるキャリア発生回路11、位相シフタ12、ジャイロセンサ101、及びキャパシタC1を備えている。ジャイロセンサ101の構成は、図14に示すジャイロセンサ101と同様であるので、その説明を省略する。図1において、ジャイロセンサ101は等価回路で示されている。図1に示すジャイロセンサ101の等価回路において、静電容量C103,C104,C105,C106は振動体102に接続されており、振動体102はI/V変換回路112に接続されている。この場合、静電容量C105及びC106は、請求項における第1及び第2の静電容量の一例にそれぞれ相当し、静電容量C105を生じる検出用電極105、及び静電容量C106を生じる検出用電極106は、請求項における第1及び第2の電極の一例にそれぞれ相当している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the angular velocity detection device according to the first embodiment of the present invention. 1 includes an I /
駆動信号発生回路10は、静電容量C103(駆動用電極103)へ、振動体102の共振周波数(固有周波数)の駆動用電圧Vd1を供給し、静電容量C104(駆動用電極104)へ駆動用電圧Vd1とは逆位相の駆動用電圧Vd2を供給する。これにより、駆動信号発生回路10は、図14に示すように、駆動用電極103と振動体102との間に作用する静電気力と、駆動用電極104と振動体102との間に作用する静電気力とを逆方向の力にさせると共に、その方向を振動体102の共振周波数に応じて反転させることにより、振動体102をその共振周波数でX軸方向に沿って振動させる。振動体102の共振周波数は、例えば2.3kHzである。また、駆動信号発生回路10は、駆動用電圧Vd1を第2同期検波回路8へ出力する。
The drive
この場合、駆動用電極103,104、及び駆動信号発生回路10が請求項における駆動部の一例に相当している。なお、駆動部は、2つの駆動用電極103,104を用いる例に限られず、例えば駆動用電極一つで振動体102を振動させる構成であってもよい。また、駆動部は、静電気力により振動体102を振動させる例に限られず、例えばモータやソレノイドを用いて機械的に振動体102を振動させる構成であってもよい。
In this case, the
キャリア発生回路11は、静電容量検出用の所定の周波数、例えば100kHzの周波数を有するキャリア信号Vc1(第1の検出用信号)を、静電容量C105(検出用電極105)へ供給すると共に、キャリア信号Vc1とは逆位相のキャリア信号Vc2(第2の検出用信号)を静電容量C106(検出用電極106)へ供給する。キャリア信号Vc1及びVc2の周波数は、振動体102の共振周波数よりも2桁以上大きいことが望ましい。そして、振動体102に角速度が印加され振動体102の位置がコリオリ力によって変位すると、振動体102と検出用電極105及び106との間の距離が変化して静電容量C105と静電容量C106との間に差異が生じる結果、電流I105と電流I106との間に差異が生じ、電流I105と電流I106との差分に相当する検出電流I0(誘起信号)が、振動体102からI/V変換回路112へ流れるようにされている。
The
さらに、キャリア発生回路11は、キャリア信号Vc1を位相シフタ12へ出力する。位相シフタ12は、キャリア発生回路11から出力されたキャリア信号Vc1の位相を90度シフトさせ、キャリア信号Vc3として第1同期検波回路5へ出力する。これにより、位相シフタ12は、検出電流I0が静電容量C105及び静電容量C106によってキャリア信号Vc1よりも90度進み位相となることに対応し、キャリア信号Vc1を検出電流I0と同様に90度位相を進ませる。
Further, the
また、振動体102に角速度が印加されておらず、コリオリ力が作用していない初期状態において静電容量C105及び静電容量C106は、例えば製造工程において予め測定され、その容量値の小さい方である例えば静電容量C105の検出用電極105へ供給されるキャリア信号Vc1の、キャリア発生回路11における出力端子とI/V変換回路2の入力端子との間にキャパシタC1が予め接続されている。そして、キャパシタC1によって、例えばキャリア信号Vc1が振動体102からI/V変換回路2へ流れる検出電流I0に重畳されることにより生成された電流I1(重畳信号)がI/V変換回路2へ出力される。
Further, in an initial state in which no angular velocity is applied to the vibrating
キャパシタC1の容量値は、予め測定された静電容量C105及びC106の容量値の差分と等しくなるようにされている。キャパシタC1は、例えば可変容量コンデンサを用い、静電容量C105及びC106の容量値の差分と静電容量が等しくなるように、容量を設定してもよい。なお、キャパシタC1は、単一のディスクリート部品によって構成される例に限られず、例えばI/V変換回路2を集積回路化した場合においてI/V変換回路2と同じ集積回路にキャパシタC1を集積してもよい。あるいは、図2に示すように、キャパシタC1を、キャパシタとスイッチング素子との直列回路を複数並列に接続して構成し、キャパシタC1全体としての静電容量が予め測定された静電容量C105及びC106の容量値の差分と等しくなるように、各スイッチング素子のオン、オフを設定するようにしてもよい。また、キャパシタC1の静電容量は、例えば複数の角速度検出装置1について、静電容量C105及びC106の容量値の差分を測定し、その平均値をキャパシタC1の静電容量として設定するようにしてもよい。
The capacitance value of the capacitor C1 is set to be equal to the difference between the capacitance values of the electrostatic capacitances C105 and C106 measured in advance. For example, a variable capacitor may be used as the capacitor C1, and the capacitance may be set so that the difference between the capacitance values of the capacitances C105 and C106 is equal to the capacitance. Note that the capacitor C1 is not limited to an example constituted by a single discrete component. For example, when the I /
I/V変換回路2は、電流信号を電圧信号に変換する回路部で、振動体102からの検出電流I0とキャリア発生回路11からキャパシタC1を介して流れる電流IC1とを合成した電流I1を電圧に変換し、電圧信号Svとして第1BPF3へ出力する。
The I /
第1BPF3は、I/V変換回路2から出力された電圧信号Svのうちキャリア発生回路11から出力されるキャリア信号の周波数、例えば100kHzの周波数成分(振動体102に印加された角速度が反映された周波数成分)を選択的に通過させて電圧信号Vo1としてアンプ4へ出力する。アンプ4は、第1BPF3から出力された電圧信号Vo1を増幅して第1同期検波回路5へ出力する。第1同期検波回路5は、アンプ4から出力された信号を、位相シフタ12から出力されたキャリア信号Vc3に基づき同期検波し、電圧信号Vo3としてアンプ6へ出力する。アンプ6は、第1同期検波回路5からの電圧信号Vo3を増幅して第2BPF7へ出力する。
The
第2BPF7は、振動体102の共振周波数、例えば2.3kHzの周波数成分を選択的に通過させて電圧信号Vo4として第2同期検波回路8へ出力する。第2同期検波回路8は、第2BPF7から得られた電圧信号Vo4を、駆動信号発生回路10から出力された駆動用電圧Vd1に基づき同期検波し、角速度を直流電圧で表す電圧信号Vo5を生成してアンプ9へ出力する。アンプ9は、第2同期検波回路8から出力された電圧信号Vo5を増幅して振動体102の変位量すなわちジャイロセンサ101に印加された角速度を表す検出信号Soutを出力する。
The
そして、第1同期検波回路5、アンプ6、第2BPF7、第2同期検波回路8、及びアンプ9によって、キャパシタC1により生成される電流I1(重畳信号)に基づいて振動体102に印加された角速度を検出し、角速度を表す検出信号Soutを出力する角速度検出部の一例が構成されている。
Then, the first
次に、上述のように構成された角速度検出装置1の動作を説明する。まず、駆動信号発生回路10によって、静電容量C103の駆動用電極103へ、振動体102の共振周波数の駆動用電圧Vd1が供給されると共に、静電容量C104の駆動用電極104へ駆動用電圧Vd1とは逆位相の駆動用電圧Vd2が供給される。これにより、駆動用電極103と振動体102との間に作用する静電気力と、駆動用電極104と振動体102との間に作用する静電気力とが逆方向の力にされ、その方向が振動体102の共振周波数に応じて反転されることにより、振動体102がX軸方向に沿って共振周波数、例えば2.3kHzで振動する。
Next, the operation of the angular
次に、キャリア発生回路11によって、静電容量検出用の所定の周波数、例えば100kHzの周波数を有するキャリア信号Vc1が、静電容量C105の検出用電極105へ供給されると共に、キャリア信号Vc1とは逆位相のキャリア信号Vc2が静電容量C106の検出用電極106へ供給される。そして、振動体102に角速度が印加されると、振動体102の位置がコリオリ力によって変位し、振動体102と検出用電極105及び106との間の距離が変化して静電容量C105と静電容量C106との間に差異が生じる結果、電流I105と電流I106との間に差異が生じ、電流I105と電流I106との差分に相当する検出電流I0がI/V変換回路2へ流れる。
Next, the
図3は、角速度検出装置1の動作を説明するための信号波形図である。なお、図3に示す検出電流I0と電流I1とは、説明の簡単のためキャリア信号の周波数成分、例えば100kHzの周波数成分を取りだした信号波形を示している。まず、例えば製造上の加工精度の誤差によって初期状態における静電容量C105と静電容量C106との間に差異が生じている場合、例えば初期状態において静電容量C105の方が静電容量C106よりも大きい場合、振動体102がコリオリ力により検出用電極105方向に変位した状態(状態2)において振動体102から出力される検出電流I0は、振動体102がコリオリ力により検出用電極106方向に変位した状態(状態4)において振動体102から出力される検出電流I0よりも電流値が増大する。
FIG. 3 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the angular
次に、キャパシタC1によって、振動体102から出力される検出電流I0に電流IC1が重畳される。この場合、キャパシタC1の静電容量は、初期状態における静電容量C105及びC106の容量値の差分と等しくなるように設定されているので、キャパシタC1を流れる電流IC1は初期状態における電流I105と電流I106との差分(オフセット分)に相当する。従って、初期状態における静電容量C105と静電容量C106との間の差異に基づく電流(以下、オフセット電流と称する)は、電流IC1によって相殺され、図3に示す電流I1としてI/V変換回路2に入力される。図3に示すように、状態2においてキャパシタC1によって生成される電流I1と、状態4においてキャパシタC1によって生成される電流I1とは、略同等のピーク電流値を示す。
Next, the current I C1 is superimposed on the detection current I 0 output from the vibrating
次に、キャパシタC1によって生成された電流I1は、I/V変換回路2によって電圧信号Svに変換され、第1BPF3へ出力される。そして、第1BPF3によって、I/V変換回路2から出力された電圧信号Svのうちキャリア発生回路11から出力されるキャリア信号の周波数、例えば100kHzの周波数成分(振動体102に印加された角速度が反映された周波数成分)が選択的に通過され、電圧信号Vo1としてアンプ4へ出力され、アンプ4によって増幅されて電圧信号Vo2として第1同期検波回路5へ出力される。
Next, the current I 1 generated by the capacitor C1 is converted into a voltage signal Sv by the I /
この場合、図3に示すように状態2においてキャパシタC1によって生成される電流I1と状態4においてキャパシタC1によって生成される電流I1とは略同等のピーク電流値を示すので、状態2における電圧信号Vo1と状態4における電圧信号Vo1とは略同等のピーク電流値を示す。そうすると、図16に示す角速度検出装置100のように、状態4における出力電圧信号Vx1を十分増幅するべくアンプ114の増幅率を増大させると状態2における出力電圧信号Vx1が飽和してしまう一方、状態2における出力電圧信号Vx1が飽和しない範囲でアンプ114の増幅率を設定すると状態4における出力電圧信号Vx1を十分増幅することができず、従ってS/N比を向上させることができないとう不都合が生じることない。図1に示す角速度検出装置1は、第1同期検波回路5の前段において、状態2における電圧信号Vo2と状態4における電圧信号Vo2とを飽和しない範囲でアンプ4の増幅率を増大させることができるので、検出信号SoutにおけるS/N比を向上させることができる。
In this case, it indicates substantially the same of the peak current value to the current I 1 generated by the capacitor C1 at a current I 1 and state 4 that is generated by the capacitor C1 in the
図4は、第1同期検波回路5の動作を説明するための信号波形図である。まず、第1同期検波回路5によって、アンプ4から出力された電圧信号Vo2と位相シフタ12から出力されたキャリア信号Vc3とが乗算されて、乗算信号VAが生成される。すなわち、第1同期検波回路5は、例えば乗算器を用いてキャリア信号Vc3が正電位であれば電圧信号Vo2をそのまま出力し、キャリア信号Vc3が負電位であれば電圧信号Vo2の極性を反転して出力する。そうすると、図4に示すように、電圧信号Vo2は、電圧信号Vo2とキャリア信号Vc3とが同位相であれば正電位側に、電圧信号Vo2とキャリア信号Vc3とが逆位相であれば負電位側に折り返されて、乗算信号VAが生成される。この場合、電圧信号Vo2は、状態2において電圧信号Vo2とキャリア信号Vc3とが同位相であり、状態4において電圧信号Vo2とキャリア信号Vc3とが逆位相となるので、状態2において正電位側、状態4において負電位側に折り返される。乗算信号VAの周波数は、キャリア信号Vc3及び電圧信号Vo2の周波数の2倍となる。
FIG. 4 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the first
次に、第1同期検波回路5によって、乗算信号VAの包絡線が取得され、電圧信号Vo3としてアンプ6へ出力される。具体的には、例えば第1同期検波回路5は、乗算信号VAを、乗算信号VAの周波数よりも小さな周波数であって、かつ振動体102の共振周波数以上の遮断周波数を有するローパスフィルタに通すことによって、電圧信号Vo3を生成する。この場合、ローパスフィルタの遮断周波数は、例えば乗算信号VAの周波数の1/10以下であって、かつ振動体102の共振周波数の10倍以上であることが望ましい。
Next, the envelope of the multiplication signal VA is acquired by the first
そうすると、電圧信号Vo3は、振動体102の共振周波数を有し、コリオリ力による振動体102の変位により生じた電流I105と電流I106との差分に応じた振幅を有する電圧信号となる。そして、初期状態における静電容量C105と静電容量C106との間の差異に基づくオフセット電流は電流IC1によって相殺された後に電流I1としてI/V変換回路2に入力されるので、その後、電流I1がI/V変換回路2により電圧信号Svに変換され、第1BPF3、アンプ4、及び第1同期検波回路5を経て電圧信号Vo3とされても、電圧信号Vo3には背景技術に係る同期検波回路115の出力信号Vx2のようにオフセット電圧が生じることがなく、検出信号Soutにおけるオフセット電圧が抑制され、角速度の検出精度を向上させることができる。
Then, the voltage signal Vo3 is a voltage signal having the resonance frequency of the vibrating
次に、アンプ6によって、電圧信号Vo3が増幅されて第2BPF7へ出力され、第2BPF7でフィルタリングされて電圧信号Vo4として第2同期検波回路8へ出力される。図5は、第2同期検波回路8の動作を説明するための信号波形図である。まず、第2同期検波回路8によって、アンプ6から出力された電圧信号Vo4と駆動信号発生回路10から出力された駆動用電圧Vd1とが乗算されて、乗算信号VBが生成される。すなわち、第2同期検波回路8は、例えば乗算器を用いて駆動用電圧Vd1が正電位であれば電圧信号Vo4をそのまま出力し、駆動用電圧Vd1が負電位であれば電圧信号Vo4の極性を反転して出力する。
Next, the
この場合、電圧信号Vo4は、状態2において正電位であり、状態4において負電位である。一方、駆動用電圧Vd1は、状態2において正電位であり、状態4において負電位である。そうすると、電圧信号Vo4は、第2同期検波回路8によって状態4において正電位側に折り返され、乗算信号VBは、状態2及び4において正電位の信号となる。
In this case, the voltage signal Vo4 is a positive potential in the
次に、第2同期検波回路8によって、乗算信号VBが平滑され、電圧信号Vo5としてアンプ9へ出力される。具体的には、第2同期検波回路8は、例えば直流に近い遮断周波数を有するローパスフィルタを用いて乗算信号VBをフィルタリングすることにより平滑し、電圧信号Vo5を生成する。そして、アンプ9によって電圧信号Vo5が増幅され、角速度を表す検出信号Soutが出力される。
Next, the multiplication signal VB is smoothed by the second
以上のように、図1に示す角速度検出装置1は、アンプ4の増幅率を増大させることにより検出信号SoutにおけるS/N比を向上させることができると共に、検出信号Soutにおけるオフセット電圧を抑制して角速度の検出精度を向上させることができる。
As described above, the angular
(第2実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図6は、本発明の第2の実施形態に係る角速度検出装置1aの構成の一例を示すブロック図である。図6に示す角速度検出装置1aと図1に示す角速度検出装置1とでは、下記の点で異なる。
すなわち、図6に示す角速度検出装置1aでは、キャリア発生回路11とキャパシタC1との間に増幅率が可変の信号増幅器13が介設されている。そして、振動体102に角速度が印加されておらずコリオリ力が作用していない初期状態において、例えば静電容量C105及びC106を製造工程において予め測定し、その容量値の小さい方である例えば静電容量C105へ供給されるキャリア信号Vc1のキャリア発生回路11における出力端子と増幅器13とが接続され、キャリア信号Vc1が増幅器13により増幅されてキャパシタC1へ供給されるようになっている。
(Second Embodiment)
Next, an angular velocity detection device according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the angular
That is, in the angular
その他の構成は図1に示す角速度検出装置1と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な点について説明する。上述したように、図1に示す角速度検出装置1において、キャパシタC1の静電容量は、静電容量C105及びC106の容量値の差分と等しくなるように設定されており、キャパシタC1を流れる電流IC1をオフセット電流と等しくさせることにより、オフセット電流を電流IC1によって相殺させるようになっている。しかし、キャパシタC1の容量値に誤差があると、オフセット電流と電流IC1との間に差が生じるため、その差に相当する電流によって、検出信号Soutにおけるオフセット電圧が生じることとなる。例えば、キャパシタC1を集積回路によって構成した場合には、キャパシタC1を精度よく構成することが容易ではないため、検出信号Soutにおけるオフセット電圧が生じやすいと考えられる。
Since the other configuration is the same as that of the angular
そこで、図6に示す角速度検出装置1aでは、振動体102に角速度が印加されていない初期状態において、電流IC1をオフセット電流と等しくして電流I1(重畳信号)をゼロにするべく信号増幅器13の増幅率を予め、例えば製造工程で設定するようにされている。この場合、例えば、電流I1に基づき得られる検出信号Soutをゼロにするべく信号増幅器13の増幅率を設定することにより、電流I1をゼロにするようにしてもよい。
Therefore, in the angular
図7は、増幅器13の構成の一例を示す回路図である。図7に示す増幅器13は、例えば非反転増幅器により構成されており、演算増幅器131の反転入力端子が抵抗R1を介してグラウンドに接続され、抵抗R2と可変抵抗VR1との直列回路が帰還抵抗として演算増幅器131の出力端子と反転入力端子との間に接続され、演算増幅器131の非反転入力端子がキャリア発生回路11に接続され、演算増幅器131の出力端子がキャパシタC1に接続されている。そして、可変抵抗VR1の抵抗値を設定することにより、増幅器13の増幅率を設定するようになっている。可変抵抗VR1は、例えばレーザートリミングにより抵抗値を設定するものであってもよい。
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the
これにより、例えば製造工程において予め信号増幅器13の増幅率を、振動体102に角速度が印加されていない状態において電流I1(重畳信号)をゼロにするべく設定することによって、キャパシタC1を流れる電流IC1をオフセット電流と等しくさせてオフセット電流を電流IC1によって相殺させることができるので、キャパシタC1の容量値に誤差がある場合であってもオフセット電流を電流IC1によって相殺させ、検出信号Soutにおけるオフセット電圧を抑制して角速度の検出精度を向上させることができる。
Thus, for example, in the manufacturing process, the amplification factor of the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図8は、本発明の第3の実施形態に係る角速度検出装置1bの構成の一例を示すブロック図である。図8に示す角速度検出装置1bは、静電容量C105及びC106のうち、容量値の小さい方へ供給されるキャリア信号を、自動的に選択して信号増幅器13へ供給するようにされている。図8に示す角速度検出装置1bと図6に示す角速度検出装置1aとでは、下記の点で異なる。すなわち、図8に示す角速度検出装置1bでは、キャリア発生回路11と信号増幅器13との間に切替スイッチ14(切替スイッチ部)が介設されている。また、位相シフタ12から出力されたキャリア信号Vc3とアンプ4から出力された電圧信号Vo2とを位相比較して、その比較結果を示す信号を切替スイッチ14の切替制御信号S1として出力する位相比較回路15(位相比較部)を備えている。
(Third embodiment)
Next, an angular velocity detection device according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of an angular velocity detection device 1b according to the third embodiment of the present invention. The angular velocity detection device 1b shown in FIG. 8 is configured to automatically select a carrier signal supplied to the smaller one of the capacitance values C105 and C106 and supply the carrier signal to the
切替スイッチ14は、キャリア発生回路11から出力されたキャリア信号Vc1及びVc2のうちいずれかを、位相比較回路15から出力された切替制御信号S1に応じて選択し、信号増幅器13へ供給する切替スイッチである。
The
その他の構成は図6に示す角速度検出装置1aと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の動作について説明する。まず、振動体102に角速度が印加されていない状態において、例えばユーザが図略の電源スイッチをオンすることにより、角速度検出装置1bの各部に動作用電源電圧が供給され、角速度検出装置1bが起動されると、キャリア発生回路11から、静電容量検出用の所定の周波数、例えば100kHzの周波数を有するキャリア信号Vc1が、静電容量C105(検出用電極105)へ供給されると共に、キャリア信号Vc1とは逆位相のキャリア信号Vc2が、静電容量C106(検出用電極106)へ供給される。そして、静電容量C105とC106との間に差異があれば、電流I105と電流I106との間に差異が生じ、電流I105と電流I106との差分に相当する検出電流I0がI/V変換回路2へ流れる。この場合、電流I0の位相は、キャリア信号Vc1及びVc2のうち静電容量C105及びC106の大きい方に印加されるキャリア信号(以下、支配的なキャリア信号と称する)の電圧よりも静電容量によって90度進められた位相となる。
Since the other configuration is the same as that of the angular
そして、電流I0がI/V変換回路2によって電圧信号Svに変換され、第1BPF3によってフィルタリングされ、アンプ4により増幅され電圧信号Vo2にされて第1同期検波回路5及び位相比較回路15へ出力されるので、電圧信号Vo2の位相は、支配的なキャリア信号の位相よりも90度進んだ位相となる。一方、キャリア発生回路11から出力されたキャリア信号Vc1は、位相シフタ12によって90度位相が進められ、キャリア信号Vc3として第1同期検波回路5及び位相比較回路15へ出力される。
The current I 0 is converted into the voltage signal Sv by the I /
図9は、位相比較回路15の構成の一例を示すブロック図である。図9に示す位相比較回路15は、電圧信号Vo2とキャリア信号Vc3とを乗算して得られた乗算信号S2をローパスフィルタ152へ出力する乗算回路151と、乗算信号S2を平滑して切替制御信号S1を出力するローパスフィルタ152とを備えている。
FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the
図10及び図11は、位相比較回路15の動作を説明するための説明図である。まず、初期状態において、静電容量C105の方が静電容量C106よりも小さい場合、図10に示すように、位相シフタ12から出力されるキャリア信号Vc3と、アンプ4から出力される電圧信号Vo2とは、逆位相となり位相が一致しない。そうすると、乗算回路151によってキャリア信号Vc3と電圧信号Vo2とが乗算された乗算信号S2は、電圧信号Vo2における正電位側の信号波形が負電位側に折り返された信号となる。そして、乗算信号S2がローパスフィルタ152によって平滑されることにより、切替制御信号S1は、負電位の直流電圧にされて切替スイッチ14へ出力され、切替スイッチ14が容量値の小さい静電容量C105へ供給されるキャリア信号Vc1側に切り替えられる。
10 and 11 are explanatory diagrams for explaining the operation of the
一方、初期状態において、静電容量C106の方が静電容量C105よりも小さい場合、図11に示すように、位相シフタ12から出力されるキャリア信号Vc3と、アンプ4から出力される電圧信号Vo2とは、同位相となり位相が一致する。そうすると、乗算回路151によってキャリア信号Vc3と電圧信号Vo2とが乗算された乗算信号S2は、電圧信号Vo2における負電位側の信号波形が正電位側に折り返された信号となる。そして、乗算信号S2がローパスフィルタ152によって平滑されることにより、切替制御信号S1は、正電位の直流電圧にされて切替スイッチ14へ出力され、切替スイッチ14が容量値の小さい静電容量C106へ供給されるキャリア信号Vc2側に切り替えられる。
On the other hand, in the initial state, when the capacitance C106 is smaller than the capacitance C105, the carrier signal Vc3 output from the
これにより、位相比較回路15によって、静電容量C105及びC106のうち容量値の小さい方を検出し、その容量値の小さい方へ供給されるキャリア信号を信号増幅器13に供給するべく切替スイッチ14を切り替えることができるので、例えば製造工程において、静電容量C105及びC106を予め測定し、その容量値の小さい方を予め調べて、その容量値の小さい方へ供給されるキャリア信号を信号増幅器13に供給するよう切り替える作業が不要となり、角速度検出装置1bの製造工程を簡素化することができる。
Thus, the
なお、図8に示す角速度検出装置1bにおいて、増幅器13を備えず、切替スイッチ14の出力信号を直接キャパシタC1へ供給する構成としてもよい。
Note that the angular velocity detection device 1b shown in FIG. 8 may be configured to directly supply the output signal of the
(第4実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図12は、本発明の第4の実施形態に係る角速度検出装置1cの構成の一例を示すブロック図である。図12に示す角速度検出装置1cと図8に示す角速度検出装置1bとでは、下記の点で異なる。すなわち、図12に示す角速度検出装置1cでは、増幅器13の代わりに信号増幅部の一例であるオートゲインコントローラ(以下、AGCと称する)16を備える。AGC16は、増幅率設定部の一例である位相比較回路15から出力された切替制御信号S1の絶対値電圧に応じて増幅率が設定されるようになっている。
(Fourth embodiment)
Next, an angular velocity detection device according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a block diagram showing an example of the configuration of an angular velocity detection device 1c according to the fourth embodiment of the present invention. The angular velocity detection device 1c shown in FIG. 12 is different from the angular velocity detection device 1b shown in FIG. 8 in the following points. That is, the angular velocity detection device 1c shown in FIG. 12 includes an auto gain controller (hereinafter referred to as AGC) 16 which is an example of a signal amplification unit instead of the
その他の構成は図8に示す角速度検出装置1bと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の動作について説明する。まず、振動体102に角速度が印加されていない初期状態において、例えばユーザが図略の電源スイッチをオンすることにより、角速度検出装置1cの各部に動作用電源電圧が供給され、角速度検出装置1cが起動されると、図8に示す角速度検出装置1bと同様にして、位相比較回路15によって、切替制御信号S1が切替スイッチ14へ供給され、切替スイッチ14によって、静電容量C105及びC106のうち容量値の小さい方へ供給されるキャリア信号が、AGC16へ供給される。
Since the other configuration is the same as that of the angular velocity detection device 1b shown in FIG. First, in an initial state where no angular velocity is applied to the vibrating
次に、位相比較回路15から出力された切替制御信号S1の絶対値電圧に応じてAGC16の増幅率が設定される。具体的には、位相比較回路15によって、電圧信号Vo2とキャリア信号Vc3とが乗算され、平滑されて切替制御信号S1が出力される。そうすると、キャリア信号Vc3はキャリア発生回路11から出力されたキャリア信号Vc1を位相シフタ12によって90度位相をずらした信号であるからその信号レベルは一定である。一方、初期状態、すなわち振動体102に角速度が印加されていない状態における電流I1はオフセット電流に等しく、電圧信号Vo2は電流I1に基づいて生成される信号であるから、電圧信号Vo2はオフセット電流に応じた電圧となる。
Next, the gain of the
従って、位相比較回路15によって、一定の電圧レベルであるキャリア信号Vc3と、オフセット電流に応じた電圧である電圧信号Vo2とが乗算され平滑された切替制御信号S1の絶対値は、オフセット電流(初期状態における電流I1)に応じた電圧となる。そうすると、初期状態において位相比較回路15により得られた切替制御信号S1の絶対値は、オフセット電流を相殺するべくキャパシタC1を流れる電流IC1の不足量を表している。そこで、AGC16は、切替制御信号S1の絶対値の増減に応じてその増幅率を増減させる。すなわちAGC16は、初期状態における電流I1の増減に応じてその増幅率を増減させることにより、オフセット電流を相殺して電流I1をゼロにするべくその増幅率を設定すると共に保持するようにされている。
Therefore, the absolute value of the switching control signal S1 that is smoothed by the
これにより、図12に示す角速度検出装置1cは、AGC16によって、電流I1をゼロにするべくその増幅率を設定することができるので、例えば製造工程において、予め電流I1をゼロにするべく増幅器13の増幅率を設定する作業が不要となり、角速度検出装置1cの製造工程を簡素化することができる。
Thus, the angular rate sensor 1c shown in FIG. 12, the
また、静電容量C105及びC106は、周囲温度や湿度などの環境変化や、経年劣化等により変化するが、図12に示す角速度検出装置1cは、AGC16によって、例えば角速度検出装置1cの起動時に電流I1をゼロにするべくその増幅率を設定することができるので、初期状態における静電容量C105及びC106が変化した場合であっても、検出信号Soutにおけるオフセット電圧を抑制して角速度の検出精度を向上させることができる。 The electrostatic capacitances C105 and C106 change due to environmental changes such as ambient temperature and humidity, aging deterioration, etc., but the angular velocity detection device 1c shown in FIG. Since the amplification factor can be set to make I 1 zero, even if the capacitances C105 and C106 in the initial state change, the offset voltage in the detection signal Sout is suppressed and the angular velocity detection accuracy is suppressed. Can be improved.
なお、AGC16の増幅率は、位相比較回路15により得られた切替制御信号S1の絶対値に基づいて設定される例を示したが、AGC16の増幅率は、電流I1が反映された信号に応じて設定されればよく、例えば初期状態における電圧信号Vo2や検出信号Sout等に基づいて設定される構成としてもよい。
The example in which the amplification factor of the
(第5実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図13は、本発明の第5の実施形態に係る角速度検出装置1dの構成の一例を示すブロック図である。図13に示す角速度検出装置1dと図12に示す角速度検出装置1cとでは、下記の点で異なる。すなわち、図13に示す角速度検出装置1dでは、アンプ4の代わりに重畳信号増幅部の一例であるAGC17を備える。AGC17は、キャパシタC1により生成された電流I1に基づく信号である電圧信号Vo1を増幅して角速度検出部の一例である第1同期検波回路5へ出力する。AGC17は、位相比較回路15から出力される切替制御信号S1の絶対値電圧が増大すると増幅率が減少され切替制御信号S1の絶対値電圧が減少すると増幅率が増大されると共にその増幅率が保持されるようになっている。
(Fifth embodiment)
Next, an angular velocity detection device according to a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of an angular
その他の構成は図12に示す角速度検出装置1cと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の動作について説明する。上述したように、同期検波回路5の前段において、状態2における電圧信号Vo2と状態4における電圧信号Vo2とを飽和しない範囲でAGC17の増幅率を増大させることにより、検出信号SoutにおけるS/N比を向上させることができる。しかし、加速度に応じて振動体102に作用するコリオリ力に応じて静電容量C105及びC106に生じる容量変化は微小であるため、静電容量C105及びC106の差異に基づき生じる電流I1及び電流I1に基づき生成される電圧信号Vo1もまた微少な信号となる。そうすると、検出信号SoutにおけるS/N比を向上させるためには、電圧信号Vo1を同期検波回路5の前段において増幅し電圧信号Vo2として出力するAGC17の増幅率を、非常に大きくする必要がある。
Since the other configuration is the same as that of the angular velocity detection device 1c shown in FIG. 12, the description thereof is omitted, and the operation of this embodiment will be described below. As described above, the S / N ratio in the detection signal Sout is increased by increasing the amplification factor of the AGC 17 in a range in which the voltage signal Vo2 in the
一方、AGC16の増幅率が、まだ設定されていない状態においては、オフセット電流が十分に相殺されないため電流I1が増大し、従って電流I1に基づき生成される電圧信号Vo1も増大するため検出信号SoutにおけるS/N比を向上させるべくAGC17の増幅率が非常に大きくされた状態では、AGC17から出力される電圧信号Vo2がAGC17の動作電圧範囲を超えて飽和してしまう。
On the other hand, when the amplification factor of
そこで、図13に示す角速度検出装置1dでは、振動体102に角速度が印加されていない初期状態において、例えばユーザが図略の電源スイッチをオンすることにより角速度検出装置1dの各部に動作用電源電圧が供給され、角速度検出装置1dが起動される。そして、図12に示す角速度検出装置1cと同様の動作によって、位相比較回路15により切替制御信号S1がAGC17へ出力される。この場合、AGC16の増幅率がまだ設定されていないので、電圧信号Vo1及びVo2が増大し、位相比較回路15から出力される切替制御信号S1の絶対値電圧が増大するため、AGC17の増幅率は減少される。
Therefore, in the angular
これにより、AGC16の増幅率がまだ設定されていない状態において、AGC17から出力される電圧信号Vo2がAGC17の動作電圧範囲を超えて飽和してしまうことが抑制される。
This suppresses the voltage signal Vo2 output from the AGC 17 from being saturated beyond the operating voltage range of the AGC 17 in a state where the gain of the
一方、図12に示す角速度検出装置1cと同様の動作によって、AGC16の増幅率がオフセット電流を相殺するべく設定されると、電圧信号Vo1及びVo2が減少し、位相比較回路15から出力される切替制御信号S1の絶対値電圧が減少するため、AGC17の増幅率が増大され、振動体102に角速度が印加された場合における検出信号SoutのS/N比を向上させることができる。
On the other hand, when the gain of the
この場合、AGC17は、AGC16の増幅率がオフセット電流を十分相殺するべく設定されることにより切替制御信号S1の絶対値電圧が減少すると、電流I1に基づき生成される電圧信号Vo1を増幅する増幅率が、増大するように設定される。
In this case, the AGC 17 amplifies the voltage signal Vo1 generated based on the current I 1 when the absolute value voltage of the switching control signal S1 is reduced by setting the amplification factor of the
これにより、AGC16における増幅率の設定状態に対応してAGC17の増幅率を設定することができるので、AGC16の増幅率が設定される前における電圧信号Vo2を飽和させることなく、AGC16の増幅率がオフセット電流を相殺するべく設定された後、すなわち角速度の検出動作を行う場合におけるAGC17の増幅率を増大させることができ、検出信号SoutのS/N比を向上させることができる。
Thereby, since the gain of AGC 17 can be set in accordance with the setting state of the gain in
なお、AGC17の増幅率は、位相比較回路15から出力される切替制御信号S1の絶対値電圧に応じて設定される例を示したが、例えば切替制御信号S1に応じてオフセット電流を相殺するべくAGC16の増幅率が設定されたことを検出する設定検出部を設け、AGC16の増幅率が設定されたことが設定検出部により検出された場合にAGC17の増幅率が増大されるようにしてもよい。
In addition, although the amplification factor of AGC17 showed the example set according to the absolute value voltage of switching control signal S1 output from the
また、図6に示す角速度検出装置1a、図8に示す角速度検出装置1b、図12に示す角速度検出装置1c、及び図13に示す角速度検出装置1dにおいて、増幅器13における増幅率の設定、切替スイッチ14におけるスイッチの切り替え設定、AGC16及び17における増幅率の設定は、各角速度検出装置の起動時に実行される例を示したが、例えばタイマを備えて定期的にこれら設定動作を行うようにしてもよく、例えばユーザからの操作指示を受け付ける操作スイッチを備え、操作スイッチによりこれら設定の指示が受け付けられた場合に、これら設定動作を行うようにしてもよい。
Further, in the angular
1,1a,1b,1c,1d 角速度検出装置
2 I/V変換回路
3 第1BPF
4,6,9 アンプ
5 第1同期検波回路
7 第2BPF
8 第2同期検波回路
10 駆動信号発生回路
11 キャリア発生回路
12 位相シフタ
13 増幅器
14 切替スイッチ
15 位相比較回路
101 ジャイロセンサ
102 振動体
103,104 駆動用電極
105,106 検出用電極
C105,C106 静電容量
1, 1a, 1b, 1c, 1d Angular velocity detector 2 I /
4, 6, 9
8 Second
Claims (5)
前記第1及び第2の電極間に配置され、前記第1の電極との間に第1の静電容量を生じると共に前記第2の電極との間に第2の静電容量を生じる振動体と、
前記振動体を前記第1及び第2の電極が対向する方向と直交する方向に振動させる駆動部と、
前記第1及び第2の静電容量に、互いに逆位相の周波数信号である第1及び第2の検出用信号をそれぞれ供給することにより、前記振動体に信号を誘起信号として誘起するキャリア信号供給部と、
前記第1及び第2の検出用信号のうち、前記振動体に角速度が印加されていない状態における前記第1及び第2の静電容量のうち小さい方の静電容量へ供給される検出用信号を、前記誘起信号に重畳させて重畳信号を生成するキャパシタと、
前記キャパシタにより生成される重畳信号に基づいて、前記振動体に印加された角速度を検出する角速度検出部と、
を備えることを特徴とする角速度検出装置。 First and second electrodes disposed opposite to each other;
A vibrator that is arranged between the first and second electrodes and generates a first capacitance between the first electrode and the second electrode, and generates a second capacitance between the second electrode and the first electrode. When,
A drive unit that vibrates the vibrating body in a direction orthogonal to a direction in which the first and second electrodes face each other;
Carrier signal supply for inducing a signal as an induction signal to the vibrator by supplying first and second detection signals, which are frequency signals having opposite phases to each other, to the first and second capacitances, respectively. And
Of the first and second detection signals, the detection signal supplied to the smaller one of the first and second capacitances when no angular velocity is applied to the vibrating body. And a capacitor for generating a superimposed signal by superimposing on the induced signal;
An angular velocity detector that detects an angular velocity applied to the vibrating body based on a superimposed signal generated by the capacitor;
An angular velocity detection device comprising:
前記第1の検出用信号の位相を90度ずらした信号と前記重畳信号との位相を比較し、位相が一致する場合には前記切替スイッチ部に前記第2の検出用信号を選択させ、位相が一致しない場合には前記切替スイッチ部に前記第1の検出用信号を選択させる位相比較部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の角速度検出装置。 A selector switch for selecting one of the first and second detection signals to be supplied to the capacitor;
A signal obtained by shifting the phase of the first detection signal by 90 degrees is compared with the phase of the superimposed signal, and when the phases match, the changeover switch unit selects the second detection signal, A phase comparison unit that causes the changeover switch unit to select the first detection signal when they do not match,
The angular velocity detection device according to claim 1, further comprising:
前記信号増幅部の増幅率は、前記振動体に角速度が印加されていない状態において、前記重畳信号をゼロにするべく設定されることを特徴とする請求項1又は2記載の角速度検出装置。 A signal amplifying unit that amplifies a detection signal supplied to the smaller capacitance among the first and second detection signals and supplies the detection signal to the capacitor;
3. The angular velocity detection device according to claim 1, wherein an amplification factor of the signal amplifying unit is set to zero the superimposed signal in a state where no angular velocity is applied to the vibrating body.
前記重畳信号増幅部は、前記増幅率設定部により前記設定動作が実行された後、前記重畳信号に基づく信号を増幅する増幅率を増大させることを特徴とする請求項4記載の角速度検出装置。 A superimposed signal amplifier for amplifying a signal based on the superimposed signal generated by the capacitor and outputting the amplified signal to the angular velocity detector;
The angular velocity detection device according to claim 4, wherein the superimposition signal amplification unit increases an amplification factor for amplifying a signal based on the superposition signal after the setting operation is performed by the amplification factor setting unit.
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