JP2008070131A - Angular velocity sensor - Google Patents

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Masayoshi Murakami
昌良 村上
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular velocity sensor for surely removing noise components, no matter what kinds of noise components may be superimposed on the output signals from charge amplifiers. <P>SOLUTION: This angular velocity sensor has a structure with a noise signal removal means 35, provided in between the charge amplifiers 28a and 28b in a detection circuit 27 and a synchronous detector 31 for removing noise signals generated in the output signals of the charge amplifiers 28a and 28b. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、特に、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等に利用でき、かつ故障診断機能を有する角速度センサに関するものである。   The present invention particularly relates to an angular velocity sensor that can be used for attitude control and navigation of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle and that has a failure diagnosis function.

従来のこの種の角速度センサは、図5、図6に示すような構成となっていた。   This type of conventional angular velocity sensor has a configuration as shown in FIGS.

図5は従来の角速度センサの斜視図、図6は同角速度センサにおける信号検出回路を示すブロック図である。   FIG. 5 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor, and FIG. 6 is a block diagram showing a signal detection circuit in the angular velocity sensor.

図5、図6において、1は直方体形状の振動子で、この振動子1は外側面に一対の駆動用圧電素子2と、検出用圧電素子3とを設けている。4は増幅器で、この増幅器4は振動子1における検出用圧電素子3から発生する電荷を電圧に変換するとともに増幅しているものである。   5 and 6, reference numeral 1 denotes a rectangular parallelepiped-shaped vibrator, and the vibrator 1 is provided with a pair of driving piezoelectric elements 2 and a detecting piezoelectric element 3 on the outer surface. Reference numeral 4 denotes an amplifier. The amplifier 4 converts the electric charge generated from the detection piezoelectric element 3 in the vibrator 1 into a voltage and amplifies it.

以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。   Next, the operation of the conventional angular velocity sensor configured as described above will be described.

駆動用圧電素子2に駆動交流電圧を印加して、振動子1の固有振動数で励振し、両駆動用圧電素子2の配列方向Xに振動子1を振動させた状態で、この振動子1の軸心方向Zを中心とする角速度Ωが振動子1に印加されると、X方向及びZ方向に対して直角な方向Yにコリオリ力が生じ、これが検出用圧電素子3によって電荷として検出され、増幅器4により出力信号に変換される。   A driving AC voltage is applied to the driving piezoelectric element 2 to excite it at the natural frequency of the vibrator 1, and the vibrator 1 is vibrated in the arrangement direction X of the two driving piezoelectric elements 2. Is applied to the vibrator 1, a Coriolis force is generated in the direction Y perpendicular to the X direction and the Z direction, and this is detected as a charge by the detecting piezoelectric element 3. The output signal is converted by the amplifier 4.

ここで、増幅器4からの出力信号にノイズ信号が発生する場合を考えると、従来の角速度センサにおいては、図6に示すように、一対の角速度センサを準備し、増幅器4からの出力信号のうちの共通成分のみを抽出する共通成分抽出部6を設けることにより、共通成分にはノイズ成分が少ないことを利用してノイズ信号を除去するようにしていた。   Here, considering the case where a noise signal is generated in the output signal from the amplifier 4, in the conventional angular velocity sensor, a pair of angular velocity sensors are prepared as shown in FIG. By providing the common component extraction unit 6 that extracts only the common component, the noise signal is removed by utilizing the fact that the common component has few noise components.

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開平6−174475号公報
As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP-A-6-174475

しかしながら、上記従来の構成では、一対の角速度センサにおける増幅器4からの出力信号に共通のノイズ成分がのっている場合には、共通成分抽出部6からの出力信号にもノイズ成分がのることになり、これにより、正確な角速度を検出することができなくなってしまうという課題を有していた。   However, in the conventional configuration, when a common noise component is included in the output signal from the amplifier 4 in the pair of angular velocity sensors, the noise component is also included in the output signal from the common component extraction unit 6. Thus, there is a problem that an accurate angular velocity cannot be detected.

本発明は上記従来の課題を解決するもので、電荷増幅器からの出力信号にどのようなノイズ成分がのっている場合でも、確実にノイズ成分を除去することができる角速度センサを提供することを目的とするものである。   The present invention solves the above-described conventional problems, and provides an angular velocity sensor that can reliably remove a noise component regardless of what noise component is included in an output signal from a charge amplifier. It is the purpose.

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、振動子と、この振動子を所定の振幅および周波数で振動駆動する駆動回路と、前記振動子に角速度が負荷された際にコリオリ力により振動子に発生する電荷を増幅するとともに電圧に変換する電荷増幅器とこの電荷増幅器からの出力信号を前記駆動回路からの出力信号に同期検波させる同期検波器とこの同期検波器の出力信号を平滑化する平滑回路とからなる検出回路とを備え、前記検出回路における電荷増幅器と同期検波器との間に電荷増幅器の出力信号に生じるノイズ信号を除去するノイズ信号除去手段を設けたもので、この構成によれば、検出回路における電荷増幅器と同期検波器との間に電荷増幅器の出力信号に生じるノイズ信号を除去するノイズ信号除去手段を設けたため、増幅器からの出力信号にどのようなノイズ成分がのっている場合でも、確実にノイズ成分を除去することができるという作用効果を有するものである。   According to a first aspect of the present invention, a vibrator, a drive circuit for driving the vibrator with a predetermined amplitude and frequency, and a vibrator by a Coriolis force when an angular velocity is loaded on the vibrator. A charge amplifier that amplifies the generated charge and converts it into a voltage, a synchronous detector that synchronously detects an output signal from the charge amplifier with an output signal from the drive circuit, and a smoothing circuit that smoothes the output signal of the synchronous detector And a noise signal removal means for removing a noise signal generated in the output signal of the charge amplifier is provided between the charge amplifier and the synchronous detector in the detection circuit. Since the noise signal removing means for removing the noise signal generated in the output signal of the charge amplifier is provided between the charge amplifier and the synchronous detector in the detection circuit, the output signal from the amplifier is Whatever noise component is riding, and has a effect that can be removed reliably noise component.

本発明の請求項2に記載の発明は、特に、ノイズ信号除去手段を、CR発振器と、このCR発振器の出力信号を分周することにより、電荷増幅器から出力されるノイズ信号と略同一の周波数の出力信号を出力する分周回路と、この分周回路からの出力信号の位相を電荷増幅器からのノイズ信号を反転させた位相の信号に変換して出力する位相器と、前記分周回路からの出力信号の振幅と電荷増幅器からのノイズ信号の振幅とを略同一になるように調整する可変減衰器とにより構成したもので、この構成によれば、分周回路により電荷増幅器から出力されるノイズ信号と略同一の周波数の出力信号を出力するとともに、位相器により前記分周回路からの出力信号の位相を電荷増幅器からのノイズ信号を反転させた位相の信号に変換して出力し、さらに、可変減衰器により、前記分周回路からの出力信号の振幅と電荷増幅器からのノイズ信号の振幅とが略同一になるように調整しているため、ノイズ信号除去手段からの出力信号を電荷増幅器の出力信号に加算することにより、角速度センサの出力信号からのノイズ信号を確実に除去することができるという作用効果を有するものである。   According to the second aspect of the present invention, in particular, the noise signal removing means divides the CR oscillator and the output signal of the CR oscillator to divide the frequency of the noise signal output from the charge amplifier. A phase divider for outputting the output signal, a phase shifter for converting the phase of the output signal from the frequency divider into a signal having a phase obtained by inverting the noise signal from the charge amplifier, and the frequency divider The variable attenuator for adjusting the amplitude of the output signal and the amplitude of the noise signal from the charge amplifier to be substantially the same. According to this configuration, the output signal is output from the charge amplifier by the frequency dividing circuit. While outputting an output signal of substantially the same frequency as the noise signal, the phase of the output signal from the frequency divider circuit is converted to a phase signal obtained by inverting the noise signal from the charge amplifier by the phase shifter, and output. Furthermore, since the variable attenuator adjusts the amplitude of the output signal from the frequency divider circuit and the amplitude of the noise signal from the charge amplifier to be substantially the same, the output signal from the noise signal removing means is By adding to the output signal of the charge amplifier, the noise signal from the output signal of the angular velocity sensor can be reliably removed.

本発明の請求項3に記載の発明は、特に、ノイズ信号除去手段を構成する分周回路、位相器および可変減衰器を複数設けるとともに、各々の分周回路、位相器および可変減衰器からの出力信号を合成する合成回路を設け、電荷増幅器からの出力信号に生じる複数の周波数からなるノイズ信号の全てを除去するようにしたもので、この構成によれば、ノイズ信号除去手段を構成する分周回路、位相器および可変減衰器を複数設けるとともに、各々の分周回路、位相器および可変減衰器からの出力信号を合成する合成回路を設け、電荷増幅器からの出力信号に生じる複数の周波数からなるノイズ信号の全てを除去するようにしているため、電荷増幅器からの出力信号に複数の周波数からなるノイズ信号が含まれている場合でも、複数の分周回路、位相器および可変減衰器からの出力信号を合成する合成回路からの出力信号を加算することにより、増幅器からの出力信号に生じる複数の周波数からなるノイズ信号の全てを確実に除去することができるという作用効果を有するものである。   According to the third aspect of the present invention, in particular, a plurality of frequency dividing circuits, phase shifters and variable attenuators constituting the noise signal removing means are provided, and each frequency dividing circuit, phase shifter and variable attenuator A synthesis circuit for synthesizing the output signal is provided so as to remove all noise signals having a plurality of frequencies generated in the output signal from the charge amplifier. According to this configuration, the noise signal removing means is configured. A plurality of frequency circuits, phase shifters and variable attenuators are provided, and a synthesis circuit for synthesizing output signals from the frequency divider circuits, phase shifters and variable attenuators is provided, and a plurality of frequencies generated in the output signal from the charge amplifier are provided. Since all of the noise signal is removed, even if the output signal from the charge amplifier includes a noise signal having a plurality of frequencies, a plurality of frequency dividing circuits, By adding the output signals from the synthesis circuit that synthesizes the output signals from the phase shifter and variable attenuator, it is possible to reliably remove all noise signals having a plurality of frequencies generated in the output signal from the amplifier. It has a working effect.

以上のように本発明の角速度センサは、振動子と、この振動子を所定の振幅および周波数で振動駆動する駆動回路と、前記振動子に角速度が負荷された際にコリオリ力により振動子に発生する電荷を増幅するとともに電圧に変換する電荷増幅器とこの電荷増幅器からの出力信号を前記駆動回路からの出力信号に同期検波させる同期検波器とこの同期検波器の出力信号を平滑化する平滑回路とからなる検出回路とを備え、前記検出回路における電荷増幅器と同期検波器との間に電荷増幅器の出力信号に生じるノイズ信号を除去するノイズ信号除去手段を設けているため、増幅器からの出力信号にどのようなノイズ成分がのっている場合でも、確実にノイズ成分を除去することができる角速度センサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。   As described above, the angular velocity sensor according to the present invention is generated in the vibrator by the Coriolis force when the vibrator is driven at a predetermined amplitude and frequency, and when the angular velocity is loaded on the vibrator. A charge amplifier that amplifies and converts the charge to a voltage; a synchronous detector that synchronously detects an output signal from the charge amplifier with an output signal from the drive circuit; and a smoothing circuit that smoothes the output signal of the synchronous detector; And a noise signal removing means for removing a noise signal generated in the output signal of the charge amplifier is provided between the charge amplifier and the synchronous detector in the detection circuit. It is possible to provide an angular velocity sensor that can reliably remove a noise component regardless of what noise component is present. Is shall.

以下、本発明の一実施の形態における角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施の形態における角速度センサの斜視図、図2は同角速度センサの駆動回路および検出回路を示すブロック図である。   FIG. 1 is a perspective view of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a drive circuit and a detection circuit of the angular velocity sensor.

図1、図2において、11は振動子で、この振動子11は四角柱状の水晶製の駆動電極振動体12と、四角柱状の水晶製の検出電極振動体13と、水晶製の接続部14とにより構成されている。そして前記駆動電極振動体12には、4つの側面に金からなる駆動電極15aおよび駆動電極15bが設けられている。また前記検出電極振動体13は駆動電極振動体12と平行に設けられているもので、その表面および裏面には金からなるモニタ電極16が設けられている。そしてまた前記検出電極振動体13には、内側の側面に金からなるGND電極17が設けられ、かつ外側の側面に金からなる一対の検出電極18a,18bが設けられている。19は駆動回路で、この駆動回路19は前記振動子11のモニタ電極16の電荷を入力する増幅器20と、この増幅器20の出力信号を入力するバンドパスフィルタ21と、このバンドパスフィルタ21の出力信号を入力する整流器22と、この整流器22の出力信号を入力する平滑回路23とにより構成されている。24はAGC回路で、このAGC回路24は前記駆動回路19における平滑回路23の出力信号を入力し、前記バンドパスフィルタ21の出力信号を増幅あるいは減衰させるものである。25は駆動制御回路で、この駆動制御回路25は前記AGC回路24の出力信号を入力するとともに、前記振動子11における駆動電極15aに駆動信号を入力するものである。26は反転アンプで、この反転アンプ26は前記駆動制御回路25の出力信号を入力するとともに、前記振動子11における駆動電極15bに駆動制御回路25の出力信号を反転させた駆動信号を入力するものである。   In FIGS. 1 and 2, reference numeral 11 denotes a vibrator. The vibrator 11 includes a quadrangular columnar crystal drive electrode vibrating body 12, a quadrangular columnar crystal detection electrode vibrator 13, and a crystal connection portion 14. It is comprised by. The drive electrode vibrating body 12 is provided with drive electrodes 15a and 15b made of gold on four side surfaces. The detection electrode vibrating body 13 is provided in parallel with the drive electrode vibrating body 12, and monitor electrodes 16 made of gold are provided on the front and back surfaces thereof. The detection electrode vibrating body 13 is provided with a GND electrode 17 made of gold on the inner side surface, and a pair of detection electrodes 18a and 18b made of gold on the outer side surface. Reference numeral 19 denotes a drive circuit. The drive circuit 19 includes an amplifier 20 for inputting the electric charge of the monitor electrode 16 of the vibrator 11, a bandpass filter 21 for inputting an output signal of the amplifier 20, and an output of the bandpass filter 21. A rectifier 22 for inputting a signal and a smoothing circuit 23 for inputting an output signal of the rectifier 22 are configured. An AGC circuit 24 receives the output signal of the smoothing circuit 23 in the drive circuit 19 and amplifies or attenuates the output signal of the band-pass filter 21. Reference numeral 25 denotes a drive control circuit. The drive control circuit 25 inputs an output signal of the AGC circuit 24 and inputs a drive signal to the drive electrode 15a of the vibrator 11. Reference numeral 26 denotes an inverting amplifier. The inverting amplifier 26 inputs an output signal of the drive control circuit 25 and inputs a drive signal obtained by inverting the output signal of the drive control circuit 25 to the drive electrode 15b of the vibrator 11. It is.

27は検出回路で、この検出回路27は、前記振動子11における一対の検出電極18a,18bのうちの一方の検出電極18aにコリオリ力により発生する電荷を電圧に変換する電荷増幅器28aと、一対の検出電極18a,18bのうちの他方の検出電極18bにコリオリ力により発生する電荷を電圧に変換する電荷増幅器28bと、これらの電荷増幅器28aおよび28bの出力信号を入力する差動増幅器29と、この差動増幅器29の出力信号を入力する位相器30と、この位相器30の出力信号を入力する同期検波器31と、この同期検波器31の出力信号を入力する平滑回路32と、この平滑回路32の出力信号を入力するとともに、増幅して角速度信号を出力する直流アンプ33とにより構成されている。34はモニタ端子で、このモニタ端子34は前記差動増幅器29からの出力信号を検出するように設けられている。35はノイズ信号除去手段で、このノイズ信号除去手段35は、第1のCR発振器36と、この第1のCR発振器36から出力される出力信号を分周して出力する第1の分周回路37と、この第1の分周回路37からの出力信号の位相を変換して出力する第1の位相器38と、この第1の位相器38からの出力信号の振幅を調整する第1の可変減衰器39とを備えるとともに、第2のCR発振器40と、この第2のCR発振器40から出力される出力信号を分周して出力する第2の分周回路41と、この第2の分周回路41からの出力信号の位相を変換して出力する第2の位相器42と、この第2の位相器42からの出力信号の振幅を調整する第2の可変減衰器43とを備え、さらに前記第1の可変減衰器39からの出力信号と第2の可変減衰器43からの出力信号を合成して出力する合成回路44とを備えている。   Reference numeral 27 denotes a detection circuit. The detection circuit 27 includes a charge amplifier 28a that converts a charge generated by Coriolis force in one of the pair of detection electrodes 18a and 18b of the vibrator 11 into a voltage, and a pair of detection electrodes 18a and 18b. A charge amplifier 28b for converting the charge generated by the Coriolis force to the other detection electrode 18b of the detection electrodes 18a and 18b into a voltage, and a differential amplifier 29 for inputting output signals of these charge amplifiers 28a and 28b, A phase shifter 30 for inputting the output signal of the differential amplifier 29, a synchronous detector 31 for inputting the output signal of the phase shifter 30, a smoothing circuit 32 for inputting the output signal of the synchronous detector 31, and the smoothing circuit A DC amplifier 33 that receives the output signal of the circuit 32 and amplifies and outputs an angular velocity signal is formed. Reference numeral 34 denotes a monitor terminal. The monitor terminal 34 is provided so as to detect an output signal from the differential amplifier 29. Reference numeral 35 denotes a noise signal removing unit. The noise signal removing unit 35 divides an output signal output from the first CR oscillator 36 and the first CR oscillator 36 and outputs the divided signal. 37, a first phase shifter 38 that converts and outputs the phase of the output signal from the first frequency divider 37, and a first phase adjuster for the amplitude of the output signal from the first phase shifter 38. A variable attenuator 39; a second CR oscillator 40; a second frequency divider circuit 41 that divides and outputs an output signal output from the second CR oscillator 40; and A second phase shifter 42 that converts and outputs the phase of the output signal from the frequency divider circuit 41 and a second variable attenuator 43 that adjusts the amplitude of the output signal from the second phase shifter 42 are provided. Further, the output signal from the first variable attenuator 39 and the second variable reduction The output signal from the vessel 43 combined and and a combining circuit 44 to be output.

以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次にその動作を説明する。   Next, the operation of the angular velocity sensor according to one embodiment of the present invention configured as described above will be described.

振動子11の駆動電極15aおよび15bに交流電圧を加えると、振動子11が共振し、そしてこの振動子11のモニタ電極16に電荷が発生する。このモニタ電極16に発生した電荷は、駆動回路19における増幅器20に入力され、正弦波形の出力電圧として出力される。そしてこのモニタ電極16の出力電圧を前記バンドパスフィルタ21に入力し、振動子11の共振周波数のみを抽出し、ノイズ成分を除去して、図3(a)に示すような正弦波形を出力する。そしてまた前記バンドパスフィルタ21の出力信号を整流器22に入力することにより、負電圧成分を正電圧に変換した後、平滑回路23に入力することにより、直流電圧信号に変換する。そしてAGC回路24は前記平滑回路23の直流電圧信号が大の場合には前記バンドパスフィルタ21の出力信号を減衰させるような信号を、一方、前記平滑回路23の直流電圧信号が小の場合には前記バンドパスフィルタ21の出力信号を増幅させるような信号を駆動制御回路25に入力し、前記振動子11の振動を一定振幅になるように調整するものである。   When an AC voltage is applied to the drive electrodes 15 a and 15 b of the vibrator 11, the vibrator 11 resonates and charges are generated at the monitor electrode 16 of the vibrator 11. The electric charges generated in the monitor electrode 16 are input to the amplifier 20 in the drive circuit 19 and output as a sinusoidal output voltage. Then, the output voltage of the monitor electrode 16 is input to the band-pass filter 21, only the resonance frequency of the vibrator 11 is extracted, noise components are removed, and a sine waveform as shown in FIG. . Further, the output signal of the bandpass filter 21 is input to the rectifier 22 to convert the negative voltage component into a positive voltage, and then input to the smoothing circuit 23 to be converted into a DC voltage signal. When the DC voltage signal of the smoothing circuit 23 is large, the AGC circuit 24 attenuates the output signal of the bandpass filter 21. On the other hand, when the DC voltage signal of the smoothing circuit 23 is small, Is for inputting a signal for amplifying the output signal of the band-pass filter 21 to the drive control circuit 25 and adjusting the vibration of the vibrator 11 to have a constant amplitude.

ここで、振動子11の駆動電極振動体12が振動方向に速度vで屈曲振動している状態において、前記振動子11の長手方向の中心軸周りに前記振動子11が角速度ωで回転すると、この振動子11の検出電極振動体13にF=2mV×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により前記検出電極振動体13の一対の検出電極18における一方の検出電極18aに図3(b)に示すような電荷が発生するとともに、他方の検出電極18bに図3(c)に示すような電荷が発生する。そしてこの一対の検出電極18に発生する電荷はコリオリ力により発生するため、前記モニタ電極16に発生する信号より、一方の検出電極18aに生じる電荷の位相が90度進むとともに、他方の検出電極18bに生じる電荷の位相が270度進んでいる。そして前記差動増幅器29により、一方の検出電極18aから発生する電荷を図3(d)に示すような出力電圧に変換する。増幅器28bは、他方の検出電極18bから発生する電荷を増幅し、図3(e)に示すような出力電圧に変換する。   Here, when the vibrator 11 rotates at an angular velocity ω around the central axis in the longitudinal direction of the vibrator 11 in a state in which the drive electrode vibrating body 12 of the vibrator 11 is bending-vibrated at a speed v in the vibration direction, A Coriolis force of F = 2 mV × ω is generated in the detection electrode vibrating body 13 of the vibrator 11. Due to this Coriolis force, a charge as shown in FIG. 3 (b) is generated in one detection electrode 18a of the pair of detection electrodes 18 of the detection electrode vibrating body 13, and the other detection electrode 18b is shown in FIG. 3 (c). A charge as shown is generated. Since the charges generated in the pair of detection electrodes 18 are generated by the Coriolis force, the phase of the charge generated in one detection electrode 18a advances by 90 degrees from the signal generated in the monitor electrode 16, and the other detection electrode 18b. The phase of the charge generated at 270 is advanced by 270 degrees. The differential amplifier 29 converts the charge generated from one detection electrode 18a into an output voltage as shown in FIG. The amplifier 28b amplifies the charge generated from the other detection electrode 18b and converts it into an output voltage as shown in FIG.

そして、電荷増幅器28aおよび電荷増幅器28bの出力信号を差動増幅器29に入力するとともに、差動をとることにより、差動増幅器29が差動からなる出力信号を出力する。さらに位相器30により、前記差動増幅器29の出力電圧を90度遅らせて図3(f)に示すような出力電圧に変換する。そしてこの位相器30の出力信号を同期検波器31に入力し、前記駆動回路19におけるバンドパスフィルタ21の振動の周期で位相検波させるとともに、前記位相器30の出力電圧の負電圧成分を正電圧に変換し、図3(g)に示すような出力信号を得る。そしてこの同期検波器31の出力電圧を前記平滑回路32および直流アンプ33により平滑化するとともに、増幅し、図3(h)に示すような出力信号を得る。そして直流アンプ33の出力信号を角速度の信号として、相手側のコンピュータ(図示せず)等に入力し、角速度を検出するものである。   Then, the output signals of the charge amplifier 28a and the charge amplifier 28b are input to the differential amplifier 29, and the differential amplifier 29 outputs a differential output signal by taking the differential. Further, the phase shifter 30 delays the output voltage of the differential amplifier 29 by 90 degrees and converts it into an output voltage as shown in FIG. Then, the output signal of the phase shifter 30 is input to the synchronous detector 31, and phase detection is performed at the period of vibration of the bandpass filter 21 in the drive circuit 19, and the negative voltage component of the output voltage of the phase shifter 30 is positive voltage. To obtain an output signal as shown in FIG. The output voltage of the synchronous detector 31 is smoothed and amplified by the smoothing circuit 32 and the DC amplifier 33 to obtain an output signal as shown in FIG. The output signal of the DC amplifier 33 is input as an angular velocity signal to a counterpart computer (not shown) or the like to detect the angular velocity.

ここで、角速度信号の周波数よりも高い周波数のノイズ信号が図4(a)に示すように、差動増幅器29からの出力信号にのっている場合を考えると、このような状態において、同期検波器31により、駆動回路19の駆動周波数に応じた同期検波および反転をさせた後、平滑回路32により平滑化すると、誤差成分が直流アンプ33からの出力信号にのってしまう。そこで、モニタ端子34から差動増幅器29からの出力信号を取り出し、FFTアナライザ(図示せず)に入力して、周波数分析をすると、図4(b)に示すような、本来の角速度に応じた周波数成分の他に、図4(c)および図4(d)に示すような高調波の周波数成分が出力される。そこで、本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、第1のCR発振器36からの出力信号を第1の分周回路37により分周した後、第1の位相器38により、図4(c)に示す出力信号の位相を反転させた信号を出力し、さらにその出力信号を第1の可変減衰器39により調整して、図4(c)に示す振幅と同一の振幅からなる出力信号である図4(e)に示すような出力信号を出力し、また、これと同様に、第2のCR発振器40からの出力信号を第2の分周回路41により分周した後、第2の位相器42により、図4(d)に示す出力信号の位相を反転させた信号を出力し、さらにその出力信号を第2の可変減衰器43により調整して、図4(d)に示す振幅と同一の振幅からなる出力信号である図4(f)に示すような出力信号を出力し、そして、この第1の可変減衰器39からの出力信号と第2の可変減衰器43からの出力信号を合成回路44により合成して、前記差動増幅器29からの出力信号に加算することにより、図4(c)および図4(d)に示すようなノイズ信号からなる成分を除去するようにしているもので、このような構成とすることにより、図4(b)に示す角速度信号のみからなる本来の出力信号を位相器30に入力することができるため、同期検波器31、平滑回路32および直流アンプ33を介して、角速度センサから角速度に応じた正確な出力信号を出力することができるものである。   Here, considering the case where a noise signal having a frequency higher than the frequency of the angular velocity signal is on the output signal from the differential amplifier 29 as shown in FIG. If the detector 31 performs synchronous detection and inversion according to the drive frequency of the drive circuit 19 and then smoothes it by the smoothing circuit 32, an error component will appear in the output signal from the DC amplifier 33. Therefore, when an output signal from the differential amplifier 29 is taken out from the monitor terminal 34 and input to an FFT analyzer (not shown) and subjected to frequency analysis, it corresponds to the original angular velocity as shown in FIG. In addition to the frequency components, harmonic frequency components as shown in FIGS. 4C and 4D are output. Therefore, in the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention, the output signal from the first CR oscillator 36 is frequency-divided by the first frequency divider 37, and then the first phase shifter 38 is used to An output signal having the same amplitude as that shown in FIG. 4C is output by outputting a signal obtained by inverting the phase of the output signal shown in c) and adjusting the output signal by the first variable attenuator 39. The output signal as shown in FIG. 4E is output. Similarly, after the output signal from the second CR oscillator 40 is frequency-divided by the second frequency dividing circuit 41, the second signal is output. 4 is output by inverting the phase of the output signal shown in FIG. 4D, and the output signal is adjusted by the second variable attenuator 43, as shown in FIG. 4D. An output signal having the same amplitude as that shown in FIG. The output signal from the first differential attenuator 39 and the output signal from the second variable attenuator 43 are synthesized by the synthesis circuit 44, and the output signal from the differential amplifier 29 is output. 4 (c) and FIG. 4 (d) is removed, the component consisting of noise signals is removed, and with such a configuration, FIG. 4 (b) Therefore, an accurate output signal corresponding to the angular velocity can be obtained from the angular velocity sensor via the synchronous detector 31, the smoothing circuit 32, and the DC amplifier 33. Can be output.

上記した本発明の一実施の形態においては、ノイズ信号除去手段35を、第1のCR発振器36と、この第1のCR発振器36の出力信号を分周することにより、差動増幅器29から出力されるノイズ信号と略同一の周波数の出力信号を出力する第1の分周回路37と、この第1の分周回路37からの出力信号の位相を差動増幅器29からのノイズ信号を反転させた位相の信号に変換して出力する第1の位相器38と、前記第1の分周回路37からの出力信号の振幅と差動増幅器29からのノイズ信号の振幅とを略同一になるように調整する第1の可変減衰器39とで構成したもので、第1の分周回路37により差動増幅器29から出力されるノイズ信号と略同一の周波数の出力信号を出力するとともに、第1の位相器38により前記第1の分周回路37からの出力信号の位相を差動増幅器29からのノイズ信号を反転させた位相の信号に変換して出力し、さらに、第1の可変減衰器39により、前記第1の分周回路37からの出力信号の振幅と差動増幅器29からのノイズ信号の振幅とが略同一になるように調整しているため、ノイズ信号除去手段35からの出力信号を差動増幅器29の出力信号に加算することにより、角速度センサの出力信号からのノイズ信号を確実に除去することができるという効果が得られるものである。   In the above-described embodiment of the present invention, the noise signal removing means 35 outputs the first CR oscillator 36 and the output signal from the differential amplifier 29 by dividing the output signal of the first CR oscillator 36. A first frequency dividing circuit 37 that outputs an output signal having substantially the same frequency as the noise signal to be generated, and the phase of the output signal from the first frequency dividing circuit 37 is inverted with respect to the noise signal from the differential amplifier 29. The first phase shifter 38 that converts and outputs the signal of the same phase, the amplitude of the output signal from the first frequency divider 37 and the amplitude of the noise signal from the differential amplifier 29 are made substantially the same. The first variable attenuator 39 that adjusts to the first frequency attenuator 39 outputs an output signal having substantially the same frequency as the noise signal output from the differential amplifier 29 by the first frequency divider 37, and The phase shifter 38 of the first The phase of the output signal from the frequency circuit 37 is converted into a signal having a phase obtained by inverting the noise signal from the differential amplifier 29, and the first frequency attenuator 39 is used to convert the output signal. Since the amplitude of the output signal from 37 and the amplitude of the noise signal from the differential amplifier 29 are adjusted to be substantially the same, the output signal from the noise signal removing means 35 is used as the output signal of the differential amplifier 29. By adding, the effect that the noise signal from the output signal of the angular velocity sensor can be surely removed is obtained.

また、上記本発明の一実施の形態においては、ノイズ信号除去手段35を、第1の分周回路37、第2の分周回路41、第1の位相器38、第2の位相器42、第1の可変減衰器39および第2の可変減衰器43で構成するとともに、第1の分周回路37、第1の位相器38および第1の可変減衰器39を介した出力信号と、第2の分周回路41、第2の位相器42および第2の可変減衰器43を介した出力信号とを合成する合成回路44を設け、差動増幅器29からの出力信号に生じる2つの周波数からなるノイズ信号の双方を除去するようにしているため、差動増幅器29からの出力信号に2つの周波数からなるノイズ信号が含まれている場合でも、第1の分周回路37、第1の位相器38および第1の可変減衰器39を介した出力信号と、第2の分周回路41、第2の位相器42および第2の可変減衰器43を介した出力信号とを加算することにより、差動増幅器29からの出力信号に生じる2つの周波数からなるノイズ信号の双方を確実に除去することができるという効果が得られるものである。   In the above-described embodiment of the present invention, the noise signal removing unit 35 includes a first frequency divider 37, a second frequency divider 41, a first phase shifter 38, a second phase shifter 42, The first variable attenuator 39 and the second variable attenuator 43, and the output signal via the first frequency divider 37, the first phase shifter 38 and the first variable attenuator 39, 2, a synthesis circuit 44 for synthesizing the output signal via the second frequency divider 41, the second phase shifter 42, and the second variable attenuator 43 is provided. Therefore, even when the output signal from the differential amplifier 29 includes a noise signal having two frequencies, the first frequency dividing circuit 37 and the first phase are eliminated. Output signal via the attenuator 38 and the first variable attenuator 39 By adding the output signals from the second frequency divider 41, the second phase shifter 42, and the second variable attenuator 43, two frequencies generated in the output signal from the differential amplifier 29 are formed. An effect is obtained that both noise signals can be reliably removed.

本発明に係る角速度センサは、電荷増幅器からの出力信号にどのようなノイズ成分がのっている場合でも、確実にノイズ成分を除去することができるという効果を有するものであり、特に、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等に使用される角速度センサとして有用なものである。   The angular velocity sensor according to the present invention has an effect that the noise component can be surely removed regardless of what noise component is included in the output signal from the charge amplifier. It is useful as an angular velocity sensor used for attitude control and navigation of a moving body such as an automobile, a robot, a ship, and a vehicle.

本発明の一実施の形態における角速度センサの斜視図The perspective view of the angular velocity sensor in one embodiment of this invention 同角速度センサの駆動回路および検出回路を示すブロック図Block diagram showing drive circuit and detection circuit of same angular velocity sensor (a)〜(h)同角速度センサの動作状態における出力信号を示す波形図(A)-(h) Waveform diagram which shows the output signal in the operating state of the same angular velocity sensor (a)〜(f)同角速度センサにおけるノイズ信号除去手段が動作した状態を示す波形図(A)-(f) Waveform diagram which shows the state which the noise signal removal means in the same angular velocity sensor operated. 従来の角速度センサの斜視図A perspective view of a conventional angular velocity sensor 同角速度センサの動作状態を示すブロック図Block diagram showing the operating state of the angular velocity sensor

符号の説明Explanation of symbols

11 振動子
19 駆動回路
27 検出回路
28a,28b 電荷増幅器
31 同期検波器
32 平滑回路
35 ノイズ信号除去手段
36,40 CR発振器
37,41 分周回路
38,42 位相器
39,43 可変減衰器
44 合成回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Oscillator 19 Drive circuit 27 Detection circuit 28a, 28b Charge amplifier 31 Synchronous detector 32 Smoothing circuit 35 Noise signal removal means 36, 40 CR oscillator 37, 41 Frequency dividing circuit 38, 42 Phase shifter 39, 43 Variable attenuator 44 Synthesis circuit

Claims (3)

振動子と、この振動子を所定の振幅および周波数で振動駆動する駆動回路と、前記振動子に角速度が負荷された際にコリオリ力により振動子に発生する電荷を増幅するとともに電圧に変換する電荷増幅器とこの電荷増幅器からの出力信号を前記駆動回路からの出力信号に同期検波させる同期検波器とこの同期検波器の出力信号を平滑化する平滑回路とからなる検出回路とを備え、前記検出回路における電荷増幅器と同期検波器との間に電荷増幅器の出力信号に生じるノイズ信号を除去するノイズ信号除去手段を設けた角速度センサ。 A vibrator, a drive circuit that vibrates the vibrator with a predetermined amplitude and frequency, and a charge that amplifies the charge generated in the vibrator by Coriolis force when the vibrator is loaded with an angular velocity and converts it into a voltage. A detection circuit comprising: an amplifier; a synchronous detector for synchronously detecting an output signal from the charge amplifier with an output signal from the drive circuit; and a smoothing circuit for smoothing the output signal of the synchronous detector; An angular velocity sensor provided with a noise signal removing means for removing a noise signal generated in the output signal of the charge amplifier between the charge amplifier and the synchronous detector. ノイズ信号除去手段を、CR発振器と、このCR発振器の出力信号を分周することにより、電荷増幅器から出力されるノイズ信号と略同一の周波数の出力信号を出力する分周回路と、この分周回路からの出力信号の位相を電荷増幅器からのノイズ信号を反転させた位相の信号に変換して出力する位相器と、前記分周回路からの出力信号の振幅と電荷増幅器からのノイズ信号の振幅とが略同一になるように調整する可変減衰器とにより構成した請求項1記載の角速度センサ。 The noise signal removing means includes a CR oscillator, a frequency dividing circuit that divides the output signal of the CR oscillator to output an output signal having substantially the same frequency as the noise signal output from the charge amplifier, and the frequency dividing circuit. A phase shifter that converts the phase of the output signal from the circuit into a signal having a phase obtained by inverting the noise signal from the charge amplifier, and the amplitude of the output signal from the frequency divider circuit and the amplitude of the noise signal from the charge amplifier The angular velocity sensor according to claim 1, comprising: a variable attenuator that adjusts so that they are substantially the same. ノイズ信号除去手段を構成する分周回路、位相器および可変減衰器を複数設けるとともに、各々の分周回路、位相器および可変減衰器からの出力信号を合成する合成回路を設け、電荷増幅器からの出力信号に生じる複数の周波数からなるノイズ信号の全てを除去するようにした請求項2記載の角速度センサ。 A plurality of frequency dividers, phase shifters and variable attenuators constituting the noise signal removing means are provided, and a synthesis circuit for synthesizing output signals from the respective frequency dividers, phase shifters and variable attenuators is provided. 3. An angular velocity sensor according to claim 2, wherein all of the noise signal having a plurality of frequencies generated in the output signal is removed.
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