JP2008107271A - 角速度センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】角速度センサは、基部2と、脚部3〜8と、脚部4,7を固定する固定部9,10と、脚部3,5,6,8をX軸方向に屈曲振動させると同時に、Z軸方向に屈曲振動させる励振手段と、脚部3,5,6,8のX軸方向の屈曲振動による電圧信号とZ軸方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出し、これらの電圧信号をそれぞれ角速度が加わっていないときの基準電圧と比較して、屈曲振動の振幅の変化量を検出することにより、Y軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有する。
【選択図】 図1
Description
また、本発明の角速度センサの1構成例において、前記励振回路は、前記第1、第2、第3、第4の脚部の前記第2の方向の屈曲振動と前記第3の方向の屈曲振動の位相差が90度で、かつ前記第2の方向の屈曲振動と前記第3の方向の屈曲振動の周波数が等しくなるように、前記第1の励振電極と前記第2の励振電極に電圧を印加するものである。
また、本発明の角速度センサは、第1の方向に沿って形成された第1、第2の脚部と、前記第1、第2の脚部の一方の端を連結する固定部と、前記第1、第2の脚部を前記第1の方向と直交する第2の方向に屈曲振動させると同時に、前記第1、第2の脚部を前記第1、第2の方向と直交する第3の方向に屈曲振動させる励振手段と、前記第1、第2の脚部の前記第2の方向の屈曲振動による電圧信号と前記第3の方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出して、これらの電圧信号に基づいて前記第1の方向の軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有するものである。
また、本発明の角速度センサの1構成例において、前記励振回路は、前記第1、第2の脚部の前記第2の方向の屈曲振動と前記第3の方向の屈曲振動の位相差が90度で、かつ前記第2の方向の屈曲振動と前記第3の方向の屈曲振動の周波数が等しくなるように、前記第1の励振電極と前記第2の励振電極に電圧を印加するものである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1(A)は本発明の第1の実施の形態に係る角速度センサの平面図、図1(B)は図1(A)の角速度センサを透視した図、図2(A)は図1(A)の角速度センサのA−A線断面図、図2(B)は図1(A)の角速度センサのB−B線断面図である。なお、図1(B)は図1(A)の角速度センサの下面の電極配置を示している。
固定部9,10は、例えば図示しない基台上に搭載される。これにより、基部2と脚部3〜8とが基台から浮くようにして角速度センサ1が基台に固定される。
検出回路205は、チャージアンプ209,210と、検波回路211,212と、LPF(ローパスフィルタ)213,214と、基準電圧発生回路215と、電圧分圧回路216と、電圧比較回路217,218とから構成される。
脚部3に発生した電界による逆圧電効果により脚部3は、X軸方向に沿って屈曲変位を繰り返す面内屈曲振動を行い、この面内屈曲振動に応じて、他の脚部5,6,8もX軸方向に沿って面内屈曲振動を行う。
同時に、脚部5に発生した電界による逆圧電効果により脚部5は、Z軸方向に沿って屈曲変位を繰り返す面垂直屈曲振動を行い、この面垂直屈曲振動に応じて、他の脚部3,6,8もZ軸方向に沿って面垂直屈曲振動を行う。
以下、検出回路205の動作について説明する。脚部6,8に励振振動が生じると、圧電効果により検出素子202,203には電荷が生じる。このとき、脚部6と検出電極104,105とからなる検出素子202には、脚部6の面内屈曲振動に応じて電荷が発生し、脚部8と検出電極106,107とからなる検出素子203には、脚部8の面垂直屈曲振動に応じて電荷が発生する。
次に、基準電圧発生回路215は、角速度センサ1にY軸廻りの角速度Ωが加わっていないときの基準電圧を発生する。この基準電圧は、面内屈曲振動の正弦波状の基準電圧と、面垂直屈曲振動の正弦波状の基準電圧とを含む。電圧分圧回路216は、基準電圧発生回路215から出力された基準電圧を面内屈曲振動の基準電圧と、面垂直屈曲振動の基準電圧に分けて、面内屈曲振動の基準電圧を電圧比較回路217に出力し、面垂直屈曲振動の基準電圧を電圧比較回路218に出力する。
同様に、電圧比較回路218は、LPF214から出力された面垂直屈曲振動の検出信号と電圧分圧回路216から出力された面垂直屈曲振動の基準電圧とを比較して、その差分信号を出力する。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図13(A)は本発明の第2の実施の形態に係る角速度センサの平面図、図13(B)は図13(A)の角速度センサを透視した図、図14(A)は図13(A)の角速度センサのA−A線断面図、図14(B)は図13(A)の角速度センサのB−B線断面図である。なお、図13(B)は図13(A)の角速度センサの下面の電極配置を示している。また、図13(A)、図13(B)では、電極パッドの記載を省略している。
固定部13,14は、例えば図示しない基台上に搭載される。これにより、脚部11,12が基台から浮くようにして角速度センサ1aが基台に固定される。
図14(B)に示すように、固定部14近傍の脚部11の上面と下面には前記第1の方向に沿って検出電極304が形成され、脚部11の側面には前記第1の方向に沿って検出電極305が形成されている。また、固定部14近傍の脚部12の側面には前記第1の方向に沿って検出電極306,307が形成されている。
励振回路204からの励振信号印加により、脚部11,12に図16の矢印で示すような電界が発生し、次には図16の矢印と逆方向の電界が発生する。
同時に、脚部12に発生した電界による逆圧電効果により脚部12は、Z軸方向に沿って面垂直屈曲振動し、この面垂直屈曲振動に応じて、脚部11もZ軸方向に沿って面垂直屈曲振動する。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図20(A)は本発明の第3の実施の形態に係る角速度センサの平面図、図20(B)は図20(A)の角速度センサを透視した図であり、図13、図14と同様の構成には同一の符号を付してある。なお、図20(B)は図20(A)の角速度センサの下面の電極配置を示している。
脚部11b,12bと固定部14bは、水晶等の圧電材料により一体成形されている。固定部14bは、図示しない基台上に搭載される。これにより、脚部11b,12bが基台から浮くようにして角速度センサ1bが基台に固定される。
図21(A)は脚部11b,12bの面内屈曲振動を模式的に示す平面図、図21(B)は脚部11b,12bの面垂直屈曲振動を模式的に示す斜視図、図21(C)は図21(B)の角速度センサ1bをU側から見た側面図である。
同時に、励振回路204からの励振信号印加により、脚部12bは、Z軸方向に沿って面垂直屈曲振動し、この面垂直屈曲振動に応じて、脚部11bもZ軸方向に沿って面垂直屈曲振動する。このとき、脚部11b,12bは、逆位相で振動する。
また、第1〜第3の実施の形態では、面内屈曲振動用の励振電極100,101,300,301を左側の脚部3,11,11bに配置し、面垂直屈曲振動用の励振電極102,103,302,303を右側の脚部5,12,12bに配置しているが、面内屈曲振動用の励振電極と面垂直屈曲振動用の励振電極をそれぞれ左側と右側の両方の脚部に配置してもよい。
Claims (7)
- 板状の基部と、
この基部から第1の方向に延びるように形成された第1、第2の脚部と、
前記基部から前記第1の方向と反対方向に延びるように形成された第3、第4の脚部と、
前記第1、第2の脚部の間の前記基部から前記第1の方向に延びるように形成された第5の脚部と、
前記第3、第4の脚部の間の前記基部から前記第1の方向と反対方向に延びるように形成された第6の脚部と、
前記基部と反対側の前記第5、第6の脚部の端を固定する第1、第2の固定部と、
前記第1、第2、第3、第4の脚部を前記第1の方向と直交する第2の方向に屈曲振動させると同時に、前記第1、第2、第3、第4の脚部を前記第1、第2の方向と直交する第3の方向に屈曲振動させる励振手段と、
前記第1、第2、第3、第4の脚部の前記第2の方向の屈曲振動による電圧信号と前記第3の方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出して、これらの電圧信号に基づいて前記第1の方向の軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする角速度センサ。 - 請求項1記載の角速度センサにおいて、
前記励振手段は、
前記第1、第2の脚部のうちの少なくとも一方に形成された第1の励振電極と、
前記第1、第2の脚部のうちの少なくとも一方に形成された第2の励振電極と、
前記第1の励振電極に電圧を印加して、前記第1、第2、第3、第4の脚部を前記第2の方向に屈曲振動させると同時に、前記第2の励振電極に電圧を印加して、前記第1、第2、第3、第4の脚部を前記第3の方向に屈曲振動させる励振回路とからなり、
前記検出手段は、
前記第3の脚部に形成された第1の検出電極と、
前記第4の脚部に形成された第2の検出電極と、
前記第3の脚部の前記第2の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第1の検出電極から取り出すと共に、前記第4の脚部の前記第3の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第2の検出電極から取り出し、これらの電圧信号をそれぞれ前記角速度が加わっていないときの基準電圧と比較して、前記第2、第3の方向の屈曲振動の振幅の変化量を検出することにより、前記角速度を検出する検出回路とからなることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項2記載の角速度センサにおいて、
前記励振回路は、前記第1、第2、第3、第4の脚部の前記第2の方向の屈曲振動と前記第3の方向の屈曲振動の位相差が90度で、かつ前記第2の方向の屈曲振動と前記第3の方向の屈曲振動の周波数が等しくなるように、前記第1の励振電極と前記第2の励振電極に電圧を印加することを特徴とする角速度センサ。 - 第1の方向に沿って形成された第1、第2の脚部と、
前記第1、第2の脚部の一方の端を連結する第1の固定部と、
前記第1、第2の脚部の他方の端を連結する第2の固定部と、
前記第1、第2の脚部を前記第1の方向と直交する第2の方向に屈曲振動させると同時に、前記第1、第2の脚部を前記第1、第2の方向と直交する第3の方向に屈曲振動させる励振手段と、
前記第1、第2の脚部の前記第2の方向の屈曲振動による電圧信号と前記第3の方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出して、これらの電圧信号に基づいて前記第1の方向の軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする角速度センサ。 - 第1の方向に沿って形成された第1、第2の脚部と、
前記第1、第2の脚部の一方の端を連結する固定部と、
前記第1、第2の脚部を前記第1の方向と直交する第2の方向に屈曲振動させると同時に、前記第1、第2の脚部を前記第1、第2の方向と直交する第3の方向に屈曲振動させる励振手段と、
前記第1、第2の脚部の前記第2の方向の屈曲振動による電圧信号と前記第3の方向の屈曲振動による電圧信号とを取り出して、これらの電圧信号に基づいて前記第1の方向の軸廻りの角速度を検出する検出手段とを有することを特徴とする角速度センサ。 - 請求項4又は5記載の角速度センサにおいて、
前記励振手段は、
前記第1、第2の脚部のうちの少なくとも一方に形成された第1の励振電極と、
前記第1、第2の脚部のうちの少なくとも一方に形成された第2の励振電極と、
前記第1の励振電極に電圧を印加して、前記第1、第2の脚部を前記第2の方向に屈曲振動させると同時に、前記第2の励振電極に電圧を印加して、前記第1、第2の脚部を前記第3の方向に屈曲振動させる励振回路とからなり、
前記検出手段は、
前記第1の脚部に形成された第1の検出電極と、
前記第2の脚部に形成された第2の検出電極と、
前記第1の脚部の前記第2の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第1の検出電極から取り出すと共に、前記第2の脚部の前記第3の方向の屈曲振動による電圧信号を前記第2の検出電極から取り出し、これらの電圧信号をそれぞれ前記角速度が加わっていないときの基準電圧と比較して、前記第2、第3の方向の屈曲振動の振幅の変化量を検出することにより、前記角速度を検出する検出回路とからなることを特徴とする角速度センサ。 - 請求項6記載の角速度センサにおいて、
前記励振回路は、前記第1、第2の脚部の前記第2の方向の屈曲振動と前記第3の方向の屈曲振動の位相差が90度で、かつ前記第2の方向の屈曲振動と前記第3の方向の屈曲振動の周波数が等しくなるように、前記第1の励振電極と前記第2の励振電極に電圧を印加することを特徴とする角速度センサ。
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