JP2008224509A - Vibration type gyro sensor - Google Patents

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JP2008224509A JP2007065148A JP2007065148A JP2008224509A JP 2008224509 A JP2008224509 A JP 2008224509A JP 2007065148 A JP2007065148 A JP 2007065148A JP 2007065148 A JP2007065148 A JP 2007065148A JP 2008224509 A JP2008224509 A JP 2008224509A
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Takahisa Oji
貴久 大路
Yoshiki Tanigawa
栄機 谷川
Hideki Kirii
秀樹 桐井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration type gyro sensor capable of detecting an angular velocity imparted to a vibrator and a rotation direction of the vibrator without complicating structure and a circuit of the gyro sensor. <P>SOLUTION: In this vibration type gyro sensor for determining the angular velocity imparted to the vibrator 20 based on a phase difference between the phase of a driving signal from a driving part and the phase of a detection signal from a detection part, four magnetometric sensors 22, 24, 26, 28 as detection parts are arranged mutually separately in two rows and two columns and used, and while vibrating the vibrator along a diagonal of an arrangement body of the four magnetometric sensors, a differential signal of the four magnetometric sensors is detected, and the rotation direction of the vibrator is detected based on positiveness/negativeness to a center time point between the four magnetometric sensors of a zero cross point of the differential signal on the middle point of the four magnetometric sensors. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、振動子に与えられた角速度をコリオリ力を利用して検出する振動型ジャイロセンサに関し、さらに詳述すると、上記角速度を駆動信号と検出信号の位相差に基づいて検出する振動型ジャイロセンサに関する。   The present invention relates to a vibration type gyro sensor that detects an angular velocity applied to a vibrator by using a Coriolis force. More specifically, the vibration type gyro sensor detects the angular velocity based on a phase difference between a drive signal and a detection signal. It relates to sensors.

従来、振動子に与えられた角速度をコリオリ力を利用して検出する振動型ジャイロセンサとして、振動子と、振動子に振動を与える駆動部と、振動子の振動を検出する検出部とを具備し、駆動部の駆動信号の位相と検出部の検出信号の位相との位相差に基づいて振動子に与えられた角速度を求める振動型ジャイロセンサが提案されている(特許文献1〜3参照)。   Conventionally, as a vibratory gyro sensor that detects an angular velocity applied to a vibrator using Coriolis force, the vibrator, a drive unit that applies vibration to the vibrator, and a detection unit that detects vibration of the vibrator are provided. In addition, a vibration type gyro sensor that obtains an angular velocity applied to the vibrator based on a phase difference between the phase of the drive signal of the drive unit and the phase of the detection signal of the detection unit has been proposed (see Patent Documents 1 to 3). .

一方、振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の回転方向を検出する場合、加速度センサなどの前述した振動子の振動を検出する検出部とは別のセンサを振動素子に設けることが行われている。   On the other hand, in the vibration type gyro sensor, when detecting the rotation direction of the vibrator, a sensor other than the detection unit for detecting the vibration of the vibrator, such as an acceleration sensor, is provided in the vibration element.

また、振動子の横方向の振動位相に着目し、横方向の振動が回転方向によって180度位相が変化することから、検出部の検出信号の位相検波を行うことで振動子の回転方向の検出を行うことも提案されている(特許文献4参照)。   Also, paying attention to the vibration phase in the transverse direction of the vibrator, the phase of the vibration in the transverse direction changes by 180 degrees depending on the rotation direction, so the detection direction of the vibrator can be detected by performing phase detection of the detection signal of the detection unit. Has also been proposed (see Patent Document 4).

特公平4−14734号公報Japanese Patent Publication No. 4-14734 特開平10−153432号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-153432 特開平10−206166号公報JP-A-10-206166 特開平5−312579号公報JP-A-5-312579

しかし、振動子の回転方向を検出するために、振動子の振動を検出する検出部とは別のセンサを振動素子に設ける方法では、ジャイロセンサの構造が複雑になるという問題があった。   However, the method of providing the vibration element with a sensor different from the detection unit for detecting the vibration of the vibrator in order to detect the rotation direction of the vibrator has a problem that the structure of the gyro sensor becomes complicated.

また、振動子の回転方向を検出するために、検出部の検出信号の位相検波を行う方法では、位相検波を行う回路を設ける必要があるため、ジャイロセンサの回路が複雑になるという問題があった。   In addition, in the method of detecting the phase of the detection signal of the detection unit in order to detect the rotation direction of the vibrator, it is necessary to provide a circuit for performing phase detection, which causes a problem that the circuit of the gyro sensor becomes complicated. It was.

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、ジャイロセンサの構造および回路を複雑にすることなく、振動子に与えられた角速度および振動子の回転方向を検出することができる振動型ジャイロセンサを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a vibration gyro capable of detecting the angular velocity applied to the vibrator and the rotation direction of the vibrator without complicating the structure and circuit of the gyro sensor. An object is to provide a sensor.

本発明は、前記目的を達成するため、第1発明として、磁性体からなる振動子と、前記振動子に振動を与える駆動部と、前記振動子の振動を検出する検出部とを具備し、前記駆動部の駆動信号の位相と前記検出部の検出信号の位相との位相差に基づいて前記振動子に与えられた角速度を求める振動型ジャイロセンサであって、前記検出部として2つの磁気センサを互いに離間させて配列したものを使用し、前記2つの磁気センサの配列体の長手方向に沿って前記振動子を振動させつつ、前記2つの磁気センサの差分信号を検出するとともに、前記2つの磁気センサの中間部における前記差分信号のゼロクロス点の、前記2つの磁気センサの間の中心時間点に対する正負に基づいて、前記振動子の回転方向を検出することを特徴とする振動型ジャイロセンサを提供する。   In order to achieve the above object, the present invention includes, as a first invention, a vibrator made of a magnetic material, a drive unit that applies vibration to the vibrator, and a detection unit that detects vibration of the vibrator. A vibration type gyro sensor for obtaining an angular velocity applied to the vibrator based on a phase difference between a phase of a drive signal of the drive unit and a phase of a detection signal of the detection unit, and two magnetic sensors as the detection unit Are used while the vibrators are vibrated along the longitudinal direction of the array of the two magnetic sensors, and the differential signals of the two magnetic sensors are detected. A vibration type die that detects a rotation direction of the vibrator based on a positive / negative of a zero cross point of the differential signal in the intermediate portion of the magnetic sensor with respect to a central time point between the two magnetic sensors. To provide a Irosensa.

本発明は、前記目的を達成するため、第2発明として、磁性体からなる振動子と、前記振動子に振動を与える駆動部と、前記振動子の振動を検出する検出部とを具備し、前記駆動部の駆動信号の位相と前記検出部の検出信号の位相との位相差に基づいて前記振動子に与えられた角速度を求める振動型ジャイロセンサであって、前記検出部として4つの磁気センサを互いに離間させて2行2列に配列したものを使用し、前記4つの磁気センサの配列体の対角線に沿って前記振動子を振動させつつ、前記4つの磁気センサの差分信号を検出するとともに、前記4つの磁気センサの中間部における前記差分信号のゼロクロス点の、前記4つの磁気センサの間の中心時間点に対する正負に基づいて、前記振動子の回転方向を検出することを特徴とする振動型ジャイロセンサを提供する。   In order to achieve the above object, the present invention includes, as a second invention, a vibrator made of a magnetic material, a drive unit that applies vibration to the vibrator, and a detection unit that detects vibration of the vibrator. A vibration type gyro sensor that obtains an angular velocity applied to the vibrator based on a phase difference between a phase of a drive signal of the drive unit and a phase of a detection signal of the detection unit, and includes four magnetic sensors as the detection unit Are arranged in two rows and two columns separated from each other, and the vibrators are vibrated along diagonal lines of the array of the four magnetic sensors, and the differential signals of the four magnetic sensors are detected. The rotation direction of the vibrator is detected based on the positive / negative of the zero cross point of the difference signal in the intermediate part of the four magnetic sensors with respect to the central time point between the four magnetic sensors. To provide a dynamic type gyro sensor.

第1発明の振動型ジャイロセンサでは、2つの磁気センサの配列体の長手方向に沿って振動子を振動させつつ、2つの磁気センサの差分信号を検出するため、2つの磁気センサの中間部および2つの磁気センサの配列体の長手方向両端部で上記差分信号はゼロとなる。これは、2つの磁気センサの中間部に磁気センサが位置しているときは2つの磁気センサの出力は等しく、2つの磁気センサの配列体の長手方向両端部に磁気センサが位置しているときは2つの磁気センサの出力はいずれもゼロだからである。そのため、2つの磁気センサの差分信号の出力波形は、図1(a)に示す磁気センサの回転方向が右回転の場合と、図1(b)に示す磁気センサの回転方向が左回転の場合とで、2つの磁気センサの中間部における差分信号のゼロクロス点Xの、2つの磁気センサの間の中心時間点Yに対する正負が逆になる。すなわち、図1(a)ではゼロクロス点Xは中心時間点Yよりもプラス側に位置し、図1(b)ではゼロクロス点Xは中心時間点Yよりもマイナス側に位置している。なお、上記中心時間点とは、波形図において、2つの磁気センサの配列体の長手方向両端部間を振動子が振動する時間の1/2の時間の箇所をいう。したがって、第1発明によれば、2つの磁気センサの差分信号の大きさに基づいて振動子に与えられた角速度を求めることができるとともに、2つの磁気センサの中間部における差分信号のゼロクロス点の、2つの磁気センサの間の中心時間点に対する正負に基づいて、振動子の回転方向を求めることが可能となる。そのため、第1発明では、振動子の回転方向を検出するために、振動子の振動を検出する検出部とは別のセンサを振動素子に設けたり、位相検波を行う回路を設けたりすることなく、簡単な構造および回路で、振動子に与えられた角速度および振動子の回転方向の両方を検出することができる。   In the vibration-type gyro sensor of the first invention, in order to detect a differential signal between the two magnetic sensors while vibrating the vibrator along the longitudinal direction of the array of the two magnetic sensors, The difference signal is zero at both longitudinal ends of the array of two magnetic sensors. This is because the outputs of the two magnetic sensors are equal when the magnetic sensor is located in the middle of the two magnetic sensors, and the magnetic sensors are located at both longitudinal ends of the array of the two magnetic sensors. This is because the outputs of the two magnetic sensors are both zero. Therefore, the output waveforms of the differential signals of the two magnetic sensors are obtained when the rotation direction of the magnetic sensor shown in FIG. 1A is a right rotation and when the rotation direction of the magnetic sensor shown in FIG. 1B is a left rotation. Thus, the positive / negative of the zero cross point X of the difference signal in the intermediate part of the two magnetic sensors with respect to the central time point Y between the two magnetic sensors is reversed. That is, in FIG. 1A, the zero cross point X is located on the plus side with respect to the center time point Y, and in FIG. 1B, the zero cross point X is located on the minus side with respect to the center time point Y. Note that the central time point refers to a half of the time during which the vibrator vibrates between both longitudinal ends of the array of two magnetic sensors in the waveform diagram. Therefore, according to the first aspect of the invention, the angular velocity applied to the vibrator can be obtained based on the magnitude of the difference signal between the two magnetic sensors, and the zero cross point of the difference signal at the intermediate portion between the two magnetic sensors can be obtained. It is possible to determine the rotational direction of the vibrator based on positive / negative with respect to the central time point between the two magnetic sensors. Therefore, in the first invention, in order to detect the rotation direction of the vibrator, a sensor different from the detection unit for detecting the vibration of the vibrator is not provided in the vibration element, or a circuit for performing phase detection is not provided. Both the angular velocity applied to the vibrator and the direction of rotation of the vibrator can be detected with a simple structure and circuit.

第2発明の振動型ジャイロセンサでは、4つの磁気センサの配列体の対角線に沿って振動子を振動させつつ、4つの磁気センサの差分信号を検出するため、4つの磁気センサの中間部および4つの磁気センサの配列体の対角部で上記差分信号はゼロとなる。これは、4つの磁気センサの中間部に磁気センサが位置しているときは4つの磁気センサの出力は等しく、4つの磁気センサの配列体の対角部に磁気センサが位置しているときは4つの磁気センサの出力はいずれもゼロだからである。そのため、4つの磁気センサの差分信号の出力波形は、第1発明と同様に、図1(a)に示す磁気センサの回転方向が右回転の場合と、図1(b)に示す磁気センサの回転方向が左回転の場合とで、4つの磁気センサの中間部における差分信号のゼロクロス点Xの、4つの磁気センサの間の中心時間点Yに対する正負が逆になる。なお、上記中心時間点とは、波形図において、4つの磁気センサの配列体の対角部間を振動子が振動する時間の1/2の時間の箇所をいう。なお、上記中心時間点とは、波形図において、2つの磁気センサの配列体の長手方向両端部間を振動子が振動する時間の1/2の時間の箇所をいう。したがって、第2発明によれば、4つの磁気センサの差分信号の大きさに基づいて振動子に与えられた角速度を求めることができるとともに、4つの磁気センサの中間部における差分信号のゼロクロス点の、4つの磁気センサの間の中心時間点に対する正負に基づいて、振動子の回転方向を求めることが可能となる。そのため、第2発明では、振動子の回転方向を検出するために、振動子の振動を検出する検出部とは別のセンサを振動素子に設けたり、位相検波を行う回路を設けたりすることなく、簡単な構造および回路で、振動子に与えられた角速度および振動子の回転方向の両方を検出することができる。   In the vibration-type gyro sensor according to the second aspect of the invention, in order to detect the differential signal of the four magnetic sensors while vibrating the vibrator along the diagonal line of the array of four magnetic sensors, The difference signal becomes zero at the diagonal portion of the array of two magnetic sensors. This is because the outputs of the four magnetic sensors are equal when the magnetic sensor is located in the middle of the four magnetic sensors, and when the magnetic sensor is located at the diagonal part of the array of the four magnetic sensors. This is because the outputs of the four magnetic sensors are all zero. For this reason, the output waveforms of the difference signals of the four magnetic sensors are the same as in the first invention, when the rotation direction of the magnetic sensor shown in FIG. 1A is clockwise and when the rotation direction of the magnetic sensor shown in FIG. When the rotation direction is the left rotation, the positive / negative of the zero cross point X of the difference signal in the middle part of the four magnetic sensors with respect to the central time point Y between the four magnetic sensors is reversed. Note that the central time point refers to a half of the time during which the vibrator vibrates between the diagonal portions of the array of four magnetic sensors in the waveform diagram. The central time point refers to a half of the time during which the vibrator vibrates between both longitudinal ends of the two magnetic sensor arrays in the waveform diagram. Therefore, according to the second invention, the angular velocity applied to the vibrator can be obtained based on the magnitudes of the difference signals of the four magnetic sensors, and the zero cross point of the difference signal at the intermediate portion of the four magnetic sensors can be obtained. The rotational direction of the vibrator can be obtained based on positive / negative with respect to the central time point between the four magnetic sensors. Therefore, in the second invention, in order to detect the rotation direction of the vibrator, a sensor different from the detection unit for detecting the vibration of the vibrator is not provided in the vibration element, or a circuit for performing phase detection is not provided. Both the angular velocity applied to the vibrator and the direction of rotation of the vibrator can be detected with a simple structure and circuit.

以下、本発明につきさらに詳しく説明する。本発明において、振動子の材質に限定はなく、例えば磁性材料、圧電材料、恒弾性材料等から適宜選択することができる。また、振動子の形状にも限定はなく、例えば音さ型、ビーム型、プレート型、リング型、ボール型、線型、リードリレー型等から適宜選択することができる。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail. In the present invention, the material of the vibrator is not limited, and can be appropriately selected from, for example, a magnetic material, a piezoelectric material, and a constant elastic material. Further, the shape of the vibrator is not limited, and can be appropriately selected from, for example, a sound type, a beam type, a plate type, a ring type, a ball type, a linear type, and a reed relay type.

本発明において、駆動部に使用する素子としては、例えば、電磁誘導作用を利用するもの(トランス、コイルなど)、電流磁気効果を利用するもの(磁気抵抗効果素子、ホール素子、磁気トランジスタなど)、静電力を利用するもの、圧電効果を利用するものなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   In the present invention, as the element used for the drive unit, for example, an element that uses electromagnetic induction (transformer, coil, etc.), an element that uses the galvanomagnetic effect (magnetoresistance effect element, Hall element, magnetic transistor, etc.), Although the thing using an electrostatic force, the thing using a piezoelectric effect, etc. can be mentioned, It is not limited to these.

本発明において、検出部に使用する磁気センサとしては、例えば、MR素子、ホール素子、磁気トランジスタ、コイルなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   In the present invention, examples of the magnetic sensor used in the detection unit include, but are not limited to, an MR element, a Hall element, a magnetic transistor, and a coil.

本発明においては、振動子を管状容器の内部に配置することができる。この場合、上記管状容器としては、例えばガラス、金属(アルミニウム、非磁性ステンレス鋼、銅、真鍮など)、セラミック、プラスチック等からなるものを用いることができる。   In the present invention, the vibrator can be disposed inside the tubular container. In this case, as the tubular container, for example, a glass, metal (aluminum, nonmagnetic stainless steel, copper, brass, etc.), ceramic, plastic, or the like can be used.

本発明において、駆動部の駆動信号の位相と検出部の検出信号の位相との位相差に基づいて振動子に与えられた角速度を検出する手段に限定はなく、例えば、磁気センサの差分信号の微分値と駆動部の駆動信号の微分値とを比較することにより上記位相差を検出する手段を用いることができる。   In the present invention, the means for detecting the angular velocity applied to the vibrator based on the phase difference between the phase of the drive signal of the drive unit and the phase of the detection signal of the detection unit is not limited. For example, the difference signal of the magnetic sensor Means for detecting the phase difference can be used by comparing the differential value with the differential value of the drive signal of the drive unit.

本発明において、磁気センサの中間部における差分信号のゼロクロス点の、磁気センサの間の中心時間点に対する正負に基づいて振動子の回転方向を検出する手段に限定はなく、例えば、磁気センサの差分信号の微分値の正負によって上記回転方向を判定する手段を用いることができる。   In the present invention, there is no limitation on the means for detecting the rotation direction of the vibrator based on the positive / negative of the zero cross point of the difference signal in the intermediate part of the magnetic sensor with respect to the central time point between the magnetic sensors. For example, the difference of the magnetic sensor Means for determining the rotation direction based on the positive / negative of the differential value of the signal can be used.

本発明の振動型ジャイロセンサによれば、構造および回路を複雑にすることなく、振動子に与えられた角速度および振動子の回転方向を検出することができる。   According to the vibration type gyro sensor of the present invention, the angular velocity applied to the vibrator and the rotation direction of the vibrator can be detected without complicating the structure and the circuit.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明するが、本発明は下記例に限定されるものではない。下記実施形態の振動型ジャイロセンサは、いずれも、振動子に与えられた角速度をコリオリ力を利用して検出するものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples. In any of the vibration type gyro sensors of the following embodiments, the angular velocity applied to the vibrator is detected using Coriolis force.

(第1実施形態)
図2は第1発明に係る振動型ジャイロセンサの一例を示すもので、(a)は模式的平面図、(b)は模式的側面図である。本例の振動型ジャイロセンサは、磁性体からなる振動子10と、振動子10に振動を与える駆動部(図示せず)と、2つの同じ性能を有するMR素子12、14を互いに離間させて配列した検出部とを具備する。振動子10は、MR素子12、14と離間した状態でMR素子12、14と対向するように配置されている。なお、図2(a)では振動子10を一転鎖線で示してある。
(First embodiment)
2A and 2B show an example of a vibration type gyro sensor according to the first invention. FIG. 2A is a schematic plan view and FIG. 2B is a schematic side view. The vibration-type gyro sensor of this example includes a vibrator 10 made of a magnetic material, a drive unit (not shown) that vibrates the vibrator 10, and two MR elements 12 and 14 having the same performance, separated from each other. And arranged detectors. The vibrator 10 is disposed so as to face the MR elements 12 and 14 while being separated from the MR elements 12 and 14. In FIG. 2A, the vibrator 10 is indicated by a chain line.

振動子10として、具体的には、例えば図3に示すものを用いることができる。本例の振動子は、線状支持体40の先端部に磁性体(例えばNi、Fe、Coなど)からなる音さ型振動子42を取り付けるとともに、振動子42の近傍に駆動素子としてコイル44を配置したものである。本例の振動子では、線状支持体40の基端側およびコイル44はエラストマーからなるモールド体48内に封入されており、線状支持体40の先端側および振動子42は上記モールド体48内に封入されたガラス製の断面円形の管状容器50の内部に配置されている。また、コイル44は、管状容器50の外周に巻き付けられた状態でモールド体48内に封入されている。本例の振動子10は、コイル44によって振動子42に図中矢印方向の振動を振動子42の先端が開閉するように与えるものである。   Specifically, for example, the vibrator 10 shown in FIG. 3 can be used. In the vibrator of this example, a sound type vibrator 42 made of a magnetic material (for example, Ni, Fe, Co, etc.) is attached to the distal end portion of the linear support body 40, and a coil 44 is used as a drive element in the vicinity of the vibrator 42. Is arranged. In the vibrator of this example, the proximal end side of the linear support body 40 and the coil 44 are enclosed in a mold body 48 made of an elastomer, and the distal end side of the linear support body 40 and the vibrator 42 are in the mold body 48. It is arranged inside a tubular container 50 having a circular cross section made of glass enclosed in the inside. The coil 44 is enclosed in a mold body 48 in a state of being wound around the outer periphery of the tubular container 50. The vibrator 10 of the present example applies a vibration in the direction of the arrow in the figure to the vibrator 42 by the coil 44 so that the tip of the vibrator 42 opens and closes.

本実施形態の振動型ジャイロセンサは、駆動部の駆動信号の位相と検出部の検出信号の位相との位相差に基づいて振動子10に与えられた角速度を求めるとともに、MR素子12、14の中間部における差分信号のゼロクロス点の、MR素子12、14の間の中心時間点に対する正負に基づいて振動子10の回転方向を検出するものである。   The vibration type gyro sensor according to the present embodiment obtains the angular velocity applied to the vibrator 10 based on the phase difference between the phase of the drive signal of the drive unit and the phase of the detection signal of the detection unit, and the MR elements 12 and 14 The rotation direction of the vibrator 10 is detected based on the positive / negative of the zero cross point of the difference signal in the intermediate portion with respect to the central time point between the MR elements 12 and 14.

この場合、本実施形態の振動型ジャイロセンサでは、2つのMR素子12、14の配列体16の長手方向18に沿って振動子10を振動させつつ、2つのMR素子12、14の差分信号を検出するとともに、この差分信号の大きさに基づいて振動子10に与えられた角速度を求め、2つのMR素子12、14の中間部における差分信号のゼロクロス点の、2つのMR素子12、14の間の中心時間点に対する正負に基づいて振動子10の回転方向を求める(図1参照)。より具体的には、検出部の検出信号の微分値のゼロクロス点と、駆動部の駆動信号の微分値とを比較することにより、位相差を検出して振動子に与えられた角速度を求めるとともに、検出部の検出信号の微分値の正負によって振動子の回転方向を判定する。   In this case, in the vibration type gyro sensor of the present embodiment, the vibrator 10 is vibrated along the longitudinal direction 18 of the array 16 of the two MR elements 12 and 14, and the differential signal of the two MR elements 12 and 14 is obtained. At the same time, the angular velocity applied to the vibrator 10 is obtained based on the magnitude of the difference signal, and the two MR elements 12 and 14 at the zero crossing point of the difference signal at the intermediate portion between the two MR elements 12 and 14 are obtained. The rotation direction of the vibrator 10 is obtained based on the positive / negative with respect to the central time point (see FIG. 1). More specifically, by comparing the zero-cross point of the differential value of the detection signal of the detection unit and the differential value of the drive signal of the drive unit, the phase difference is detected and the angular velocity given to the vibrator is obtained. The rotational direction of the vibrator is determined based on whether the differential value of the detection signal of the detection unit is positive or negative.

第1実施形態の振動型ジャイロセンサにおいて、振動子に与えられた角速度を検出するとともに、振動子の回転方向を検出する手段としては、例えば、図4に示す回路を用いる手段が挙げられる。図4において、60は基本信号、62は基本信号60の周波数を1/2に変換して振動素子の駆動信号64を生成する分周回路、66は基本信号の微分を行う微分回路、12、14はそれぞれMR素子、68、70はそれぞれ抵抗、72はMR素子12、14の差分信号を出力するオペアンプ(差動増幅回路)、74は上記差分信号の微分を行う微分回路、76は基本信号の微分信号とMR素子12、14の差分信号の微分信号との比較信号を出力する比較回路(本例ではAND回路)を示す。本例の回路では、比較回路76の出力信号(AND回路信号)に基づいて、振動子に与えられた角速度および振動子の回転方向を検出する。   In the vibration type gyro sensor of the first embodiment, examples of means for detecting the angular velocity applied to the vibrator and detecting the rotation direction of the vibrator include means using a circuit shown in FIG. In FIG. 4, 60 is a basic signal, 62 is a frequency dividing circuit for converting the frequency of the basic signal 60 to ½ to generate a drive signal 64 for the vibration element, 66 is a differentiating circuit for differentiating the basic signal, 14 is an MR element, 68 and 70 are resistors, 72 is an operational amplifier (differential amplifier circuit) that outputs a differential signal of the MR elements 12 and 14, 74 is a differential circuit that differentiates the differential signal, and 76 is a basic signal. A comparison circuit (an AND circuit in this example) that outputs a comparison signal between the differential signal of the MR element and the differential signal of the differential signal of the MR elements 12 and 14 is shown. In the circuit of this example, the angular velocity applied to the vibrator and the rotation direction of the vibrator are detected based on the output signal (AND circuit signal) of the comparison circuit 76.

(第2実施形態)
図5は第2発明に係る振動型ジャイロセンサの一例を示すもので、(a)は模式的平面図、(b)は模式的側面図である。本例の振動型ジャイロセンサは、磁性体からなる振動子20と、振動子20に振動を与える駆動部(図示せず)と、4つの同じ性能を有するMR素子22、24、26、28を互いに離間させて2行2列に配列した検出部とを具備する。MR素子22、26は図中縦方向の磁気に感度を有し、MR素子24、28は図中縦方向の磁気に感度を有する。振動子10は、MR素子22、24、26、28と離間した状態でMR素子22、24、26、28と対向するように配置されている。なお、図3(a)では振動子20を一点鎖線で示してある。振動子20として、具体的には、例えば図3に示したものを用いることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows an example of a vibration-type gyro sensor according to the second invention, wherein (a) is a schematic plan view and (b) is a schematic side view. The vibration-type gyro sensor of this example includes a vibrator 20 made of a magnetic material, a drive unit (not shown) that gives vibration to the vibrator 20, and four MR elements 22, 24, 26, and 28 having the same performance. And detection units arranged in two rows and two columns apart from each other. The MR elements 22 and 26 are sensitive to magnetism in the vertical direction in the figure, and the MR elements 24 and 28 are sensitive to magnetism in the vertical direction in the figure. The vibrator 10 is disposed so as to face the MR elements 22, 24, 26, 28 in a state of being separated from the MR elements 22, 24, 26, 28. In FIG. 3A, the vibrator 20 is indicated by a one-dot chain line. Specifically, for example, the vibrator 20 shown in FIG. 3 can be used.

本実施形態の振動型ジャイロセンサは、駆動部の駆動信号の位相と検出部の検出信号の位相との位相差に基づいて振動子20に与えられた角速度を求めるとともに、MR素子22、24、26、28の中間部における差分信号のゼロクロス点の、MR素子22、24、26、28の間の中心時間点に対する正負に基づいて振動子の回転方向を検出するものである。   The vibration type gyro sensor according to the present embodiment obtains the angular velocity applied to the vibrator 20 based on the phase difference between the phase of the drive signal of the drive unit and the phase of the detection signal of the detection unit, and the MR elements 22, 24, The rotational direction of the vibrator is detected based on the positive / negative of the zero cross point of the differential signal at the intermediate part of 26 and 28 with respect to the central time point between the MR elements 22, 24, 26 and 28.

この場合、本実施形態の振動型ジャイロセンサでは、4つのMR素子22、24、26、28の配列体30の対角線32に沿って振動子を振動させつつ、4つのMR素子22、24、26、28の差分信号を検出するとともに、この差分信号の大きさに基づいて振動子20に与えられた角速度を求め、4つのMR素子22、24、26、28の中間部における差分信号のゼロクロス点の、4つのMR素子MR素子22、24、26、28の間の中心時間点に対する正負に基づいて振動子20の回転方向を求める(図1参照)。より具体的には、検出部の検出信号の微分値のゼロクロス点と駆動部の駆動信号とを比較することにより、位相差を検出して振動子20に与えられた角速度を求めるとともに、検出部の検出信号の微分値の正負によって振動子20の回転方向を判定する。   In this case, in the vibration type gyro sensor of the present embodiment, the four MR elements 22, 24, 26 are vibrated along the diagonal line 32 of the array 30 of the four MR elements 22, 24, 26, 28. , 28 difference signals are detected, and the angular velocity applied to the vibrator 20 is obtained based on the magnitude of the difference signal, and the zero cross points of the difference signals at the intermediate portions of the four MR elements 22, 24, 26, 28 are obtained. The rotational direction of the vibrator 20 is obtained based on positive / negative with respect to the central time point between the four MR elements MR elements 22, 24, 26, and 28 (see FIG. 1). More specifically, by comparing the zero cross point of the differential value of the detection signal of the detection unit with the drive signal of the drive unit, the phase difference is detected to obtain the angular velocity applied to the vibrator 20, and the detection unit The rotational direction of the vibrator 20 is determined based on whether the differential value of the detection signal is positive or negative.

第2実施形態の振動型ジャイロセンサにおいて、振動子に与えられた角速度を検出するとともに、振動子の回転方向を検出する手段としては、例えば、図6に示す回路を用いる手段が挙げられる。図6において、60は基本信号、62は基本信号60の周波数を1/2に変換して振動素子の駆動信号64を生成する分周回路、66は基本信号の微分を行う微分回路、22、24、26、28はそれぞれMR素子、72はMR素子22、24、26、28の差分信号を出力するオペアンプ(差動増幅回路)、74は上記差分信号の微分を行う微分回路、76は基本信号の微分信号とMR素子22、24、26、28の差分信号の微分信号との比較信号を出力する比較回路(本例ではAND回路)を示す。本例の回路では、比較回路76の出力信号(AND回路信号)に基づいて、振動子に与えられた角速度および振動子の回転方向を検出する。本実施形態における検出部の検出信号の微分波形の一例を図7に示す。図7における検出信号のデジタル値の正負を調べることにより、振動子の回転方向がわかる。   In the vibration type gyro sensor according to the second embodiment, as means for detecting the angular velocity applied to the vibrator and detecting the rotation direction of the vibrator, for example, means using a circuit shown in FIG. In FIG. 6, 60 is a basic signal, 62 is a frequency dividing circuit for converting the frequency of the basic signal 60 to ½ to generate a driving signal 64 for the vibration element, 66 is a differentiating circuit for differentiating the basic signal, 22, Reference numerals 24, 26, and 28 denote MR elements, 72 denotes an operational amplifier (differential amplifier circuit) that outputs a differential signal of the MR elements 22, 24, 26, and 28, 74 denotes a differential circuit that differentiates the differential signal, and 76 denotes a basic circuit. 2 shows a comparison circuit (AND circuit in this example) that outputs a comparison signal between the differential signal of the signal and the differential signal of the differential signal of the MR elements 22, 24, 26, and 28. In the circuit of this example, the angular velocity applied to the vibrator and the rotation direction of the vibrator are detected based on the output signal (AND circuit signal) of the comparison circuit 76. An example of the differential waveform of the detection signal of the detection unit in the present embodiment is shown in FIG. The rotational direction of the vibrator can be determined by checking the positive / negative of the digital value of the detection signal in FIG.

磁気センサの差分信号の出力波形を模式的に示すグラフである。It is a graph which shows typically the output waveform of the difference signal of a magnetic sensor. 第1発明に係る振動型ジャイロセンサの一例を示すもので、(a)は模式的平面図、(b)は模式的側面図である。An example of the vibration-type gyro sensor which concerns on 1st invention is shown, (a) is a typical top view, (b) is a typical side view. 振動子の一例を示すもので、(a)は概略正面図、(b)は概略側面図である。An example of a vibrator is shown, (a) is a schematic front view, and (b) is a schematic side view. 第1実施形態の振動型ジャイロセンサに使用する角速度および回転方向検出回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the angular velocity and rotation direction detection circuit used for the vibration type gyro sensor of 1st Embodiment. 第2発明に係る振動型ジャイロセンサの一例を示すもので、(a)は模式的平面図、(b)は模式的側面図である。An example of the vibration-type gyro sensor which concerns on 2nd invention is shown, (a) is a typical top view, (b) is a typical side view. 第2実施形態の振動型ジャイロセンサに使用する角速度および回転方向検出回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the angular velocity and rotation direction detection circuit used for the vibration type gyro sensor of 2nd Embodiment. 検出部の検出信号の微分波形の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the differential waveform of the detection signal of a detection part.

符号の説明Explanation of symbols

10 振動子
12、14 MR素子
16 MR素子の配列体
18 長手方向
20 振動子
22、24、26、28 MR素子
30 MR素子の配列体
32 対角線
10 vibrator 12, 14 MR element 16 MR element array 18 longitudinal direction 20 vibrator 22, 24, 26, 28 MR element 30 MR element array 32 diagonal

Claims (3)

磁性体からなる振動子と、前記振動子に振動を与える駆動部と、前記振動子の振動を検出する検出部とを具備し、前記駆動部の駆動信号の位相と前記検出部の検出信号の位相との位相差に基づいて前記振動子に与えられた角速度を求める振動型ジャイロセンサであって、前記検出部として2つの磁気センサを互いに離間させて配列したものを使用し、前記2つの磁気センサの配列体の長手方向に沿って前記振動子を振動させつつ、前記2つの磁気センサの差分信号を検出するとともに、前記2つの磁気センサの中間部における前記差分信号のゼロクロス点の、前記2つの磁気センサの間の中心時間点に対する正負に基づいて、前記振動子の回転方向を検出することを特徴とする振動型ジャイロセンサ。   A vibrator formed of a magnetic material; a drive unit that applies vibration to the vibrator; and a detection unit that detects vibration of the vibrator; and a phase of a drive signal of the drive unit and a detection signal of the detection unit A vibration type gyro sensor for obtaining an angular velocity applied to the vibrator based on a phase difference from a phase, wherein two magnetic sensors are arranged apart from each other as the detection unit, and the two magnetic sensors are used. While detecting the differential signal of the two magnetic sensors while vibrating the vibrator along the longitudinal direction of the sensor array, the 2 cross-points of the zero cross point of the differential signal in the intermediate part of the two magnetic sensors are detected. A vibration type gyro sensor that detects a rotation direction of the vibrator based on positive or negative with respect to a central time point between two magnetic sensors. 磁性体からなる振動子と、前記振動子に振動を与える駆動部と、前記振動子の振動を検出する検出部とを具備し、前記駆動部の駆動信号の位相と前記検出部の検出信号の位相との位相差に基づいて前記振動子に与えられた角速度を求める振動型ジャイロセンサであって、前記検出部として4つの磁気センサを互いに離間させて2行2列に配列したものを使用し、前記4つの磁気センサの配列体の対角線に沿って前記振動子を振動させつつ、前記4つの磁気センサの差分信号を検出するとともに、前記4つの磁気センサの中間部における前記差分信号のゼロクロス点の、前記4つの磁気センサの間の中心時間点に対する正負に基づいて、前記振動子の回転方向を検出することを特徴とする振動型ジャイロセンサ。   A vibrator formed of a magnetic material; a drive unit that applies vibration to the vibrator; and a detection unit that detects vibration of the vibrator; and a phase of a drive signal of the drive unit and a detection signal of the detection unit A vibration type gyro sensor that obtains an angular velocity applied to the vibrator based on a phase difference from a phase, wherein four magnetic sensors are separated from each other and arranged in two rows and two columns as the detection unit. , While detecting the difference signal of the four magnetic sensors while vibrating the vibrator along the diagonal line of the array of the four magnetic sensors, and the zero cross point of the difference signal in the intermediate portion of the four magnetic sensors A vibration type gyro sensor that detects a rotation direction of the vibrator based on positive / negative with respect to a central time point between the four magnetic sensors. 前記磁気センサがMR素子であることを特徴とする請求項1または2に記載の振動型ジャイロセンサ。   3. The vibration gyro sensor according to claim 1, wherein the magnetic sensor is an MR element.
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