JP2010054404A - Oscillation gyro sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車、ロボット等の姿勢制御やナビゲーションシステム等に用いられる角速度センサとしての振動型ジャイロセンサに関する。 The present invention relates to a vibration gyro sensor as an angular velocity sensor used in attitude control, navigation systems, and the like of automobiles and robots.
従来から圧電振動子等を用いた角速度を検出する振動型ジャイロセンサは、自動車やロボット等の姿勢制御等を行うために不可欠なセンサであり、カーナビゲーション・システムやロボット等の需要が増加するに従って、高精度で、且つ、使用温度範囲が広い振動型ジャイロセンサが益々要求されている。しかしながら、振動型ジャイロセンサは角速度が印加されていないときに、複数の要因によって検出信号に、もれ信号成分(ノイズ信号成分)が発生し、角速度の検出精度を低下させる問題がある。この問題に対応するために、振動子の質量バランス等から生じる角速度検出誤差を補正する角速度センサが開示されている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, a vibration type gyro sensor that detects an angular velocity using a piezoelectric vibrator or the like is an indispensable sensor for performing attitude control of an automobile or a robot, and the demand for a car navigation system or a robot increases. There is an increasing demand for vibration gyro sensors with high accuracy and a wide operating temperature range. However, the vibration-type gyro sensor has a problem that a leak signal component (noise signal component) is generated in the detection signal due to a plurality of factors when the angular velocity is not applied, and the detection accuracy of the angular velocity is lowered. In order to cope with this problem, an angular velocity sensor that corrects an angular velocity detection error caused by the mass balance of the vibrator has been disclosed (see, for example, Patent Document 1).
以下、従来の技術である特許文献1を図面に基づいて説明する。図10は従来の角速度センサのブロック図である。図10において従来の角速度センサは、圧電素子からなる音叉型の振動子100と、この振動子100を駆動させ、振動子100に印加された角速度を検出する制御回路部110とを備えている。
Hereinafter,
振動子100は、特定周波数で振動させるためのドライブ信号P101を入力するドライブ電極部101と、振動子100の振動周波数を検出し帰還信号P102として出力するモニタ電極部102と、振動子100に与えられた角速度に応じた検出信号P103a、P103bを出力するセンス電極部103とを有している。
The vibrator 100 is provided with a drive electrode unit 101 that inputs a drive signal P101 for vibrating at a specific frequency, a
制御回路部110は、振動子100の帰還信号P102を入力するモニタ回路部120、このモニタ回路部120に接続されたAGC回路111、このAGC回路111に接続された駆動回路部112、及び振動子100の検出信号P103a、P103bを入力する角速度検知回路部130を備えている。
The control circuit unit 110 includes a
モニタ回路部120は、帰還信号P102が入力される増幅器121と、バンドパスフィルタ(BPF)122と、整流器123と、平滑回路124とを備えている。AGC回路111は、平滑回路124の出力信号が入力され、入力された信号に従ってBPF122の出力信号が増幅或いは減衰されるように駆動回路部112を制御する。
The
駆動回路部112は、AGC回路111の制御の下、BPF122からの出力信号を増幅或いは減衰させ、振動子100の駆動用のドライブ信号P101としてドライブ電極部101に出力し、振動子100の振動を一定状態に保持する。また、角速度検知回路部130は、検出信号P103a、P103bを増幅する二つの増幅器131、132と、差動増幅器133、位相器134、同期検波部135、LPF136を備え、角速度出力P110を出力する。
The drive circuit unit 112 amplifies or attenuates the output signal from the
更に、制御回路部110には、振動子100に角速度が生じていないときに、角速度が生じていると誤って検出した検出信号P103a、P103bの信号成分をノイズ信号成分として除去する補正回路部140が設けられている。このノイズ信号成分には、第1ノイズ信号成分と第2ノイズ信号成分とが含まれる。
Further, the control circuit unit 110 includes a
第1のノイズ信号成分は、帰還信号P102に対して位相がずれていない状態において
生じたものであり、この第1ノイズ信号成分は振動子100の質量バランスによって生じるものである。例えば、U字形状やH字形状の音叉型の振動子100の場合、それぞれのアームの質量にバラツキがあると第1ノイズ信号成分が生じる。また、第2ノイズ信号成分は、帰還信号P102に対して位相がずれている状態に起因して生じたものである。
The first noise signal component is generated in a state where the phase is not shifted from the feedback signal P <b> 102, and the first noise signal component is generated due to the mass balance of the vibrator 100. For example, in the case of a U-shaped or H-shaped tuning fork type vibrator 100, a first noise signal component is generated if the mass of each arm varies. Further, the second noise signal component is generated due to a state in which the phase is shifted with respect to the feedback signal P102.
補正回路部140は、第1ノイズ信号成分の除去用として第1ノイズ用補正回路141と第2ノイズ信号成分の除去用として第2ノイズ用補正回路142とを有している。これらの第1ノイズ用補正回路141及び第2ノイズ用補正回路142は、図示しないがスイッチ部とラダー抵抗とを組み合わせて形成されている。
The
第1ノイズ用補正回路141は、メモリ部113に記憶されたデータに従って、ラダー抵抗の抵抗値を調節し、増幅器121からの出力信号を減衰させて補正信号P104aを生成し、この補正信号を角速度検知回路部130の増幅器131、132から出力される両検出信号に重畳し、この両検出信号に含まれる第1ノイズ信号成分を除去する。
The first
また、第2ノイズ用補正回路142は、メモリ部113に記憶されたデータに従って、ラダー抵抗の抵抗値を調節し、増幅器121からの出力信号を減衰させて補正信号P104bを生成し、この補正信号を増幅器131、132から出力される検出信号に重畳し、この両検出信号に含まれる第2ノイズ信号成分を除去する。尚、第2ノイズ用補正回路142は位相器143を内蔵し、この位相器143によって増幅器121からの出力信号の位相を第2ノイズ信号成分の位相に合わせる手法を採用している。
The second
尚、メモリ部113は、第1ノイズ用補正回路141と第2ノイズ用補正回路142が検出信号から第1及び第2ノイズ信号成分を除去するための補正信号を生成する際に使用するデータを記憶している。
The memory unit 113 stores data used when the first
以上のように、従来技術である特許文献1に記載された角速度センサは、第1及び第2のノイズ用補正回路を備え、振動子の質量バランスに起因する第1のノイズ信号成分と、この第1のノイズ信号成分と位相が異なる第2のノイズ信号成分を除去するので、角速度を精度良く検出できることが示されている。
As described above, the angular velocity sensor described in
また、図示しないが振動子を有する従来の角速度センサにおいて、振動子の直交精度のばらつきにより、角速度がゼロで、もれ信号成分が生じる場合、このもれ信号成分が振動子からの帰還信号と同位相のときは、帰還信号を反転させた補正信号を検出信号に一定量加えてもれ信号成分を打ち消し、また、もれ信号成分が帰還信号と180度位相のずれた信号成分のときは、帰還信号を非反転させた補正信号を検出信号に一定量加えてもれ信号成分を打ち消す角速度センサが開示されている(例えば特許文献2参照)。 In addition, in a conventional angular velocity sensor having a vibrator (not shown), if a leakage signal component occurs due to a variation in the orthogonal accuracy of the transducer and the angular velocity is zero, the leakage signal component is converted into a feedback signal from the transducer. When the phase is the same, a fixed amount of a correction signal obtained by inverting the feedback signal is added to the detection signal to cancel the leakage signal component. When the leakage signal component is a signal component that is 180 degrees out of phase with the feedback signal, An angular velocity sensor that cancels a signal component by adding a fixed amount of a correction signal that is a non-inverted feedback signal to a detection signal has been disclosed (for example, see Patent Document 2).
この従来の角速度センサは、補正信号を抵抗素子もしくは容量素子によって検出信号に加える構成であり、角速度がゼロのときに生じるもれ信号成分を打ち消すことが出来るので、出力電圧のふらつき、温度ドリフトの低下、ノイズの減少などの効果があることが示されている。 This conventional angular velocity sensor has a configuration in which a correction signal is added to a detection signal by a resistance element or a capacitive element, and a leakage signal component generated when the angular velocity is zero can be canceled. It is shown that there are effects such as reduction and noise reduction.
しかしながら、特許文献1の角速度センサは、二つの補正回路を有し、帰還信号に対し
て位相がずれていない第1ノイズ信号成分と、帰還信号に対して位相がずれている第2ノイズ信号成分を除去する構成であるが、二つの補正回路は共に帰還信号を入力し、位相がずれている第2のノイズ信号成分に対しては位相器を備え、その位相器によって補正信号を第2ノイズ信号成分の位相に合わせて、ノイズ信号成分を除去しようと試みている。
However, the angular velocity sensor of
しかし、帰還信号の位相を微妙にずらしてノイズ信号成分の位相に合わせ込むことは調整が難しく、また位相器を構成する電子部品の経時変化や温度特性の影響で、長期間の使用や温度変化によって補正信号の位相がずれる問題がある。特に、車載用のカーナビゲーション・システムなどでは要求動作温度範囲が広いので、補正回路が温度特性を持つと、温度変化によって補正状態が変化し、正確な角速度の検出は極めて困難となる。また、補正回路内部に位相器を構成することによって、補正回路の回路規模が増大し、角速度センサの小型化やコストダウンの妨げとなる。 However, it is difficult to adjust the phase of the feedback signal slightly to match the phase of the noise signal component, and it is difficult to adjust the phase of the feedback signal. Therefore, there is a problem that the phase of the correction signal is shifted. In particular, since the required operating temperature range is wide in an in-car car navigation system or the like, if the correction circuit has temperature characteristics, the correction state changes due to a temperature change, and accurate angular velocity detection becomes extremely difficult. In addition, by configuring the phase shifter inside the correction circuit, the circuit scale of the correction circuit increases, which hinders downsizing and cost reduction of the angular velocity sensor.
また、特許文献2の角速度センサに関して述べるならば、角速度センサからのもれ信号成分は、振動子形状のばらつき等による機械もれ信号成分と、駆動電極と検出電極間容量による電気もれ信号成分があり、この二つのもれ信号成分の位相は異なっている。このため、機械もれ信号成分と電気もれ信号成分の両方を打ち消すためには、位相が異なるもれ信号成分をそれぞれ補正する補正回路が必要となる。しかし、この従来例では、帰還信号に対して反転させた補正信号、または非反転の補正信号を検出信号に加えているだけであるので、位相の異なる2種類のもれ信号成分を取り除くことは出来ない。また、補正信号は、抵抗素子もしくは容量素子を接続して検出信号に加えられているが、どのようなもれ信号成分に対して抵抗素子を使用するのか、又は容量素子を使用するのかが明確でなく、発明の内容が明らかでない。
As for the angular velocity sensor disclosed in
本発明の目的は上記課題を解決し、振動子の電気もれ信号成分と機械もれ信号成分とを個別に補正することによって、温度変化等に影響されず高精度な角速度の検出が出来る振動型ジャイロセンサを提供することである。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and by correcting the electrical leakage signal component and mechanical leakage signal component of the vibrator individually, vibration that can detect angular velocity with high accuracy without being affected by temperature change etc. It is to provide a type gyro sensor.
上記課題を解決するために、本発明の振動型ジャイロセンサは、下記記載の構成を採用する。 In order to solve the above problems, the vibration gyro sensor of the present invention employs the following configuration.
本発明の振動型ジャイロセンサは、振動子と、振動子に駆動信号を印加すると共に振動子から帰還信号を受け、振動子を発振させる発振回路と、を有し、振動子が、印加された角速度に応じた検出信号を出力する振動型ジャイロセンサにおいて、駆動信号に基づいて、検出信号の電気もれ信号成分を補正する第1の補正回路と、帰還信号に基づいて、検出信号の機械もれ信号成分を補正する第2の補正回路と、を備えることを特徴とするものである。 The vibration-type gyro sensor of the present invention includes a vibrator and an oscillation circuit that applies a drive signal to the vibrator and receives a feedback signal from the vibrator and oscillates the vibrator. In a vibration type gyro sensor that outputs a detection signal corresponding to an angular velocity, a first correction circuit that corrects an electric leakage signal component of the detection signal based on the drive signal, and a machine of the detection signal based on the feedback signal And a second correction circuit for correcting the signal component.
また本発明の振動型ジャイロセンサは、前述した構成に加えて、第1の補正回路は、振幅調整回路と反転回路と容量素子とを有する。 In addition to the above-described configuration, the vibration type gyro sensor of the present invention includes a first correction circuit including an amplitude adjustment circuit, an inverting circuit, and a capacitive element.
さらに本発明の振動型ジャイロセンサは、前述した構成に加えて、振動子は、第1の検出信号と第2の検出信号とを出力し、第2の補正回路は、振幅調整回路と反転回路とを有し、反転回路で反転された信号と非反転の信号のいずれか一方の信号で第1の検出信号を補正し、他方の信号で第2の検出信号を補正する。 Furthermore, in addition to the configuration described above, the vibratory gyro sensor of the present invention outputs a first detection signal and a second detection signal, and the second correction circuit includes an amplitude adjustment circuit and an inverting circuit. The first detection signal is corrected with one of the signal inverted by the inverting circuit and the non-inverted signal, and the second detection signal is corrected with the other signal.
さらに本発明の振動型ジャイロセンサは、前述した構成に加えて、第2の補正回路は、反転回路で反転された信号と非反転の信号とを切り替える切替回路を有する。 Furthermore, in the vibration gyro sensor of the present invention, in addition to the above-described configuration, the second correction circuit includes a switching circuit that switches a signal inverted by the inverting circuit and a non-inverted signal.
さらに本発明の振動型ジャイロセンサは、前述した構成に加えて、振幅調整回路による振幅調整量を制御する制御回路を備える。 Further, the vibration gyro sensor of the present invention includes a control circuit for controlling the amplitude adjustment amount by the amplitude adjustment circuit in addition to the above-described configuration.
さらに本発明の振動型ジャイロセンサは、前述した構成に加えて、切替回路を制御する制御回路を備える。 Furthermore, the vibration type gyro sensor of the present invention includes a control circuit for controlling the switching circuit in addition to the above-described configuration.
本発明は、第1の補正回路により前記駆動信号に基づいて電気もれ信号成分を補正するとともに、第2の補正回路により前記帰還信号に基づいて機械もれ信号成分を補正する。このように、電気もれ信号成分と機械もれ信号成分とを二つの補正回路で個別に補正することにより、もれ信号成分の影響を低減して高精度な振動型ジャイロセンサを提供することが出来る。また、二つの補正回路は、もれ信号成分に位相を合わせるための位相器を必要としないので、回路素子のばらつき、経時変化、温度特性等の影響を受けることなく、もれ信号成分を補正することが出来、検出特性が安定した振動型ジャイロセンサを実現することが出来る。 In the present invention, the first correction circuit corrects the electric leakage signal component based on the drive signal, and the second correction circuit corrects the mechanical leakage signal component based on the feedback signal. As described above, the electrical leakage signal component and the mechanical leakage signal component are individually corrected by the two correction circuits, thereby reducing the influence of the leakage signal component and providing a highly accurate vibration-type gyro sensor. I can do it. In addition, the two correction circuits do not require a phase shifter to adjust the phase of the leak signal component, so that the leak signal component is corrected without being affected by variations in circuit elements, changes over time, temperature characteristics, etc. Therefore, it is possible to realize a vibration type gyro sensor having stable detection characteristics.
以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。図1は本発明の実施例1の振動型ジャイロセンサの概略を示すブロック図である。図2は本発明の振動型ジャイロセンサの振動子の斜視図である。図3は本発明の振動型ジャイロセンサの振動子の電極構造を示す断面図である。図4は本発明の振動型ジャイロセンサの駆動信号と電気もれ信号成分の関係及び帰還信号と機械もれ信号成分の関係を示す複素平面図である。図5は本発明の振動型ジャイロセンサの第1の補正回路の動作を説明する複素平面図である。図6は本発明の振動型ジャイロセンサの第2の補正回路の帰還信号に対して逆位相の機械もれ信号成分の補正動作を説明する複素平面図である。図7は本発明の振動型ジャイロセンサの第2の補正回路の帰還信号に対して同位相の機械もれ信号成分の補正動作を説明する複素平面図である。図8は本発明の振動型ジャイロセンサの補正調整作業を説明するフローチャートである。図9は本発明の実施例2の振動型ジャイロセンサの概略を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a vibration type gyro sensor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view of the vibrator of the vibration type gyro sensor of the present invention. FIG. 3 is a sectional view showing the electrode structure of the vibrator of the vibration type gyro sensor of the present invention. FIG. 4 is a complex plan view showing the relationship between the drive signal and the electric leakage signal component and the relationship between the feedback signal and the mechanical leakage signal component of the vibration type gyro sensor of the present invention. FIG. 5 is a complex plan view for explaining the operation of the first correction circuit of the vibration type gyro sensor of the present invention. FIG. 6 is a complex plan view for explaining the operation of correcting the mechanical leakage signal component in the opposite phase to the feedback signal of the second correction circuit of the vibration type gyro sensor of the present invention. FIG. 7 is a complex plan view for explaining the operation of correcting the mechanical leakage signal component in the same phase with respect to the feedback signal of the second correction circuit of the vibration type gyro sensor of the present invention. FIG. 8 is a flowchart for explaining the correction adjustment work of the vibration type gyro sensor of the present invention. FIG. 9 is a block diagram showing an outline of the vibration type gyro sensor according to the second embodiment of the present invention.
まず、図1に基づいて本発明の振動型ジャイロセンサの実施例1の構成を説明する。尚、実施例1の特徴は振動子の振動にクセ付けすることで、機械もれ信号成分の位相が限定される場合に好適な振動型ジャイロセンサである。図1において、本発明の振動型ジャイロセンサは、水晶振動子などによって成る振動子1と、この振動子1を駆動して角速度を検出する制御IC10とによって構成される。
First, based on FIG. 1, the structure of Example 1 of the vibration-type gyro sensor of this invention is demonstrated. The feature of the first embodiment is a vibration type gyro sensor suitable for cases where the phase of the mechanical leakage signal component is limited by adding vibration to the vibration of the vibrator. In FIG. 1, the vibration type gyro sensor of the present invention includes a
ここで、振動子1は対となる駆動電極3、4と、対となる検出電極5、6を備えているが、詳細な構造は後述する。制御IC10は、振動子1を発振させる発振回路20と、振動子1に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路30と、電気もれ信号成分を補正する第1の補正回路40と、機械もれ信号成分を補正する第2の補正回路50と、情報を記憶するメモリを含む制御回路11などによって構成される。
Here, the
制御IC10の発振回路20は、電流電圧変換回路21(以下、I/V変換回路21と略す)、移相回路22、振幅検出回路23、利得可変増幅回路24等によって構成される。ここで、I/V変換回路21は、振動子1の振動に応じて一方の駆動電極4から流れ出す帰還信号P1を受け、電流電圧変換を行って帰還電圧信号P2を出力する。I/V変換回路21で位相が反転するため、帰還電圧信号P2は、帰還信号P1に対して逆位相の信号となる。
The oscillation circuit 20 of the control IC 10 includes a current-voltage conversion circuit 21 (hereinafter abbreviated as I / V conversion circuit 21), a phase shift circuit 22, an amplitude detection circuit 23, a variable
移相回路22は帰還電圧信号P2を入力して、振動子1が発振するための条件に合うように帰還電圧信号P2の位相を移動させて、移相信号P3を出力する。振幅検出回路23は帰還電圧信号P2を入力し、帰還電圧信号P2の振幅に応じたAGC信号P4を出力する。利得可変増幅器24はAGC信号P4に応じて利得を可変し、入力する移相信号P3を可変増幅して振動子1の駆動電極3に駆動信号P5を印加する。これにより、発振回路20は振動子1を発振させ、帰還信号P1に応じて駆動信号P5の大きさを調整し、振動子1の振動振幅を常に一定状態に保持することが出来る。
The phase shift circuit 22 receives the feedback voltage signal P2, shifts the phase of the feedback voltage signal P2 so as to meet the conditions for the
次に制御IC10の検出回路30の構成を説明する。検出回路30は二つの変位検出回路31、32、差動増幅回路33、同期検波回路34、増幅回路35、ローパスフィルタ36(以下、LPF36と略す)等によって構成される。ここで、二つの変位検出回路31、32は、それぞれ振動子1の検出電極5、6に接続され、検出信号P10a、P10bを入力して、電圧値である検出電圧P11a、P11bを出力する。差動増幅回路33は検出電圧P11a、P11bを入力して差動増幅を行い、差動出力P12を出力する。
Next, the configuration of the detection circuit 30 of the control IC 10 will be described. The detection circuit 30 includes two
また、同期検波回路34は差動出力P12を入力し、図示しないが発振回路20から出力される検波制御信号に基づいて同期検波を行い、検波出力P13を出力する。増幅回路35は、検波出力P13を入力して増幅し、LPF36は増幅された信号の高周波成分をカットして振動子1に印加された角速度に応じた角速度出力Poを出力する。これにより、検出回路30は、振動子1からの検出信号P10a、P10bを入力して振動子1に印加された角速度の大きさを電気信号として出力することが出来る。また、検出電圧P11aは、モニタ端子12からモニタ信号として外部に出力される。尚、モニタ信号は検出電圧P11aに限定されず、検出電圧P11b、ないし差動出力P12を用いても良い。
The synchronous detection circuit 34 receives the differential output P12, performs synchronous detection based on a detection control signal output from the oscillation circuit 20 (not shown), and outputs a detection output P13. The amplification circuit 35 receives and amplifies the detection output P13, and the LPF 36 cuts a high frequency component of the amplified signal and outputs an angular velocity output Po corresponding to the angular velocity applied to the
次に第1の補正回路40の構成を説明する。第1の補正回路40は振動子1の電気もれ信号成分を補正する回路であり、反転回路41、振幅調整回路42、二つの容量素子としてのコンデンサC1、C2などによって構成される。ここで、反転回路41は発振回路20からの駆動信号P5を入力し、駆動信号P5の位相が180度反転した駆動反転信号P15を出力する。振幅調整回路42はラダー抵抗とスイッチ等(図示せず)から成り、駆動反転信号P15を入力し、制御回路11からの振幅調整信号P16に応じて駆動反転信号P15の振幅を調整し、第1の補正信号H1を出力する。これにより、第1の補正信号H1は、駆動信号P5の位相に180度反転した信号である。
Next, the configuration of the first correction circuit 40 will be described. The first correction circuit 40 is a circuit that corrects an electric leakage signal component of the
また、コンデンサC1は第1の補正信号H1を入力し、第1の補正信号H1の位相を90度進めた第1の補正信号H1aを出力して検出信号P10aに加える。これにより、検出信号P10aには第1の補正信号H1aが重畳される。同様に、コンデンサC2は第1の補正信号H1を入力し、第1の補正信号H1の位相を90度進めた第1の補正信号H1bを出力して検出信号P10bに加える。これにより、検出信号P10bには第1の補正信号H1bが重畳される。 Further, the capacitor C1 receives the first correction signal H1, outputs the first correction signal H1a obtained by advancing the phase of the first correction signal H1 by 90 degrees, and adds it to the detection signal P10a. Thus, the first correction signal H1a is superimposed on the detection signal P10a. Similarly, the capacitor C2 receives the first correction signal H1, outputs the first correction signal H1b obtained by advancing the phase of the first correction signal H1 by 90 degrees, and adds it to the detection signal P10b. Thereby, the first correction signal H1b is superimposed on the detection signal P10b.
次に第2の補正回路50の構成を説明する。第2の補正回路50は振動子1の機械もれ信号成分を補正する回路であり、振幅調整回路51、反転回路52、二つの抵抗素子としての抵抗R1、R2などによって構成される。ここで、振幅調整回路51はラダー抵抗とスイッチ等(図示せず)から成り、帰還信号P1を電流電圧変換した、発振回路20からの帰還電圧信号P2を入力し、制御回路11からの振幅調整信号P17に応じて帰還電圧信号P2の振幅を調整し、第2の補正信号H2を出力する。また、反転回路52は第2の補正信号H2を入力し、第2の補正信号H2を180度反転した第2の補正反転信号H2vを出力する。これにより、第2の補正信号H2は、帰還電圧信号P2と逆位相、つまり帰還信号P1と同位相の信号となる。また、第2の補正反転信号H2vは、帰還電圧信号P2と同位相、つまり帰還信号P1と逆位相の信号である。
Next, the configuration of the second correction circuit 50 will be described. The second correction circuit 50 is a circuit that corrects a mechanical leakage signal component of the
また、抵抗R1は第2の補正信号H2を入力し、抵抗R1の抵抗値によって電圧から電流に変換することで、同位相の第2の補正信号H2aを出力して検出信号P10aに加える。これにより、検出信号P10aには第2の補正信号H2aが重畳される。同様に、抵抗R2は第2の補正反転信号H2vを入力し、抵抗R2の抵抗値によって電圧から電流に変換することで、同位相の第2の補正反転信号H2vbを出力して検出信号P10bに加える。これにより、検出信号P10bには第2の補正反転信号H2vbが重畳される。 The resistor R1 receives the second correction signal H2 and converts the voltage into current according to the resistance value of the resistor R1, thereby outputting the second correction signal H2a having the same phase and adding it to the detection signal P10a. Thereby, the second correction signal H2a is superimposed on the detection signal P10a. Similarly, the resistor R2 receives the second corrected inverted signal H2v, converts the voltage from the voltage to the current according to the resistance value of the resistor R2, and outputs the second corrected inverted signal H2vb having the same phase to the detection signal P10b. Add. As a result, the second correction inversion signal H2vb is superimposed on the detection signal P10b.
以上の構成によって、変位検出回路31は、振動子1からの対となる一方の検出信号P10aに第1の補正信号H1aと第2の補正信号H2aが重畳されて入力され、また、変位検出回路32は、振動子1からの対となる他方の検出信号P10bに第1の補正信号H1bと第2の補正反転信号H2vbが重畳されて入力される。
With the above configuration, the
また、制御回路11は、外部との情報を入出力するI/F端子13に接続され、このI/F端子13を介して外部からの制御情報を内部のメモリに記憶し、必要に応じて振幅調整信号P16、P17を出力して、第1の補正回路40と第2の補正回路50の動作を制御する。尚、制御回路11に内蔵されるメモリは、不揮発性メモリが好ましい。
The control circuit 11 is connected to an I /
次に、本発明の振動型ジャイロセンサに用いられる振動子の一例を図2及び図3に基づいて説明する。尚、図2の斜視図は電極を省略している。図2及び図3において、振動子1はSi02の単結晶である水晶によって成る共振周波数が数十kHzの水晶振動子であって、二つの駆動用枝2a、2bと一つの検出用枝2cの3本の枝、及び基部8と支持部9を有する三脚音叉型振動子である。また、駆動用枝2a、2bには対となる駆動電極3、4が形成されており、駆動電極3は、駆動用枝2aの対向する2面に形成される駆動電極3a、3bと、駆動用枝2bの対向する2面に形成される駆動電極3c、3dによって成る。
Next, an example of a vibrator used in the vibration type gyro sensor of the present invention will be described with reference to FIGS. In the perspective view of FIG. 2, electrodes are omitted. 2 and 3, the
また、駆動電極4は、駆動用枝2aの対向する他の2面に形成される駆動電極4a、4bと、駆動用枝2bの対抗する他の2面に形成される駆動電極4c、4dによって成る。これらの駆動電極3a、3b、3c、3dは、それぞれ電気的に接続されて外部と接続され、また、駆動電極4a、4b、4c、4dも、それぞれ電気的に接続されて外部と接続される。
Further, the
また、検出用枝2cには、その角の部分に対となる検出電極5、6が形成され、それぞれ外部に接続される。また、検出電極5、6に対向する面の電極は、回路のGNDに接続される。また、振動子1の構造は、図2、図3で示すような三脚音叉型振動子には限定されず、例えば、二脚の音叉型振動子でも良い。
The detection branch 2c is formed with a pair of
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの角速度検出動作を図1及び図3に基づいて説明する。ここで、前述した如く、振動子1は、制御IC10の発振回路20によって一定振幅での発振が継続されているが、このとき、振動子1が角速度ωで回転されたとすると、図3で示す矢印X方向の振動に対して直角なZ方向に角速度ωに比例したコリオリの力Fが働く。このコリオリの力Fは、F=2・m・ω・V:式1で表され、mは駆動用枝2a、2b、または検出用枝2cの等価質量であり、Vは共振周波数f0(Hz)で振動する速度である。このコリオリの力Fによる応力によって振動子1は、図3で示すZ方向に共振周波数に等しい周波数で振動が励起され、この振動によって検出用枝2cに形成された検出電極5、6に圧電歪効果による電荷が発生する。
Next, the angular velocity detection operation of the vibration type gyro sensor according to the present invention will be described with reference to FIGS. Here, as described above, the
この発生した電荷により、検出電極5、6に微小な逆相の検出信号P10a、P10bが発生する。検出回路30の変位検出回路31、32は、この検出信号P10a、P10
bをそれぞれ電流電圧変換して検出電圧P11a、P11bを出力し、差動増幅器33は、検出電圧P11a、P11bの差分を増幅して差動出力P12を出力する。同期検波回路34は、差動出力P12を入力して発振回路20から出力される検波制御信号(図示せず)のタイミングに合わせて同期検波を行い、直流に変換された検波出力P13を出力する。増幅回路35とLPF36は、検波出力P13を増幅すると共に交流成分をカットし、角速度に応じた直流電圧である角速度出力Poを出力する。
Due to the generated charges, minute detection signals P10a and P10b having opposite phases are generated in the
b is converted into a current voltage, and detection voltages P11a and P11b are output. The differential amplifier 33 amplifies the difference between the detection voltages P11a and P11b, and outputs a differential output P12. The synchronous detection circuit 34 receives the differential output P12, performs synchronous detection in accordance with the timing of a detection control signal (not shown) output from the oscillation circuit 20, and outputs a detection output P13 converted to direct current. . The amplifier circuit 35 and the LPF 36 amplify the detection output P13, cut the AC component, and output an angular velocity output Po that is a DC voltage corresponding to the angular velocity.
次に図4に基づいて、角速度検出の誤差となる振動型ジャイロセンサの電気もれ信号成分L1と機械もれ信号成分L2a、L2bについて説明する。図4はX軸を実部、Y軸を虚部とした複素平面によって、帰還信号P1、帰還電圧信号P2、駆動信号P5に対する電気もれ信号成分L1と機械もれ信号成分L2a、L2bを示している。図4において、振動子1からの帰還信号P1を―X軸上に示す。すると、帰還電圧信号P2は、I/V変換回路21により位相が反転するため、+X方向のベクトルで表せる。そして、帰還電圧信号P2に対して駆動信号P5は、利得可変増幅器24によって位相が180度反転するが、移相回路22により一例として約30度進むとすると、位相が約150度ずれた信号となり、図示するように第3象限のベクトルとして示される。尚、移相回路22による移相量はこの例に限定されない。
Next, based on FIG. 4, the electric leakage signal component L1 and the mechanical leakage signal components L2a and L2b of the vibration type gyro sensor, which are errors in angular velocity detection, will be described. FIG. 4 shows the electrical leakage signal component L1 and the mechanical leakage signal components L2a and L2b for the feedback signal P1, the feedback voltage signal P2, and the drive signal P5 by a complex plane with the X axis as the real part and the Y axis as the imaginary part. ing. In FIG. 4, the feedback signal P1 from the
ここで、電気もれ信号成分L1は、主に駆動信号P5が振動子1の電極間の容量結合によって検出電極5、6に伝達され発生する信号成分であり、容量結合のために駆動信号P5より位相が90度進んだ信号成分として検出電極5、6に発生する。従って図4で示すように、電気もれ信号成分L1は、駆動信号P5に対して位相が約90度進んだ信号となり、図示するように第4象限のベクトルとして示すことが出来る。
Here, the electric leakage signal component L1 is a signal component that is mainly generated when the drive signal P5 is transmitted to the
次に機械もれ信号成分L2a、L2bは、振動子1の振動のアンバランスによって生じる信号成分であり、その位相は振動子1の振動と同位相(位相差ゼロ)、または逆位相(位相差180度)である。ここで、振動子1の振動は帰還信号P1と同位相であるので、機械もれ信号成分L2a、L2bは、この帰還信号P1と同位相、または逆位相の信号成分として発生する。
Next, the machine leakage signal components L2a and L2b are signal components generated by imbalance of the vibration of the
具体的には、機械もれ信号成分は振動子1の二つの検出電極5、6に発生するが、一例として一方の検出電極5から発生する機械もれ信号成分L2aが帰還信号P1と同位相とすると、他方の検出電極6から発生する機械もれ信号成分L2bは、帰還信号P1と逆位相である。すなわち、機械もれ信号成分は、振動子1の二つの検出電極5、6から、互いに180度反転した二つの機械もれ信号成分L2a、L2bとして発生する。
Specifically, the mechanical leakage signal component is generated at the two
従って図4で示すように、機械もれ信号成分は、帰還信号P1に対して反位相の機械もれ信号成分L2aのベクトルと、帰還信号P1に対して逆位相の機械もれ信号成分L2bのベクトルとして示すことが出来る。尚、それぞれのベクトルの長さは一例であり、限定されない。
このように、振動型ジャイロセンサは、角速度が印加されない状態で、電気もれ信号成分と機械もれ信号成分が発生して角速度の検出精度を低下させるが、本発明は、この電気もれ信号成分と機械もれ信号成分を個別に補正することで高精度な角速度検出を実現することが大きな特徴である。
Therefore, as shown in FIG. 4, the machine leakage signal component includes a vector of the machine leakage signal component L2a having an antiphase with respect to the feedback signal P1, and a machine leakage signal component L2b having an antiphase with respect to the feedback signal P1. It can be shown as a vector. In addition, the length of each vector is an example and is not limited.
As described above, the vibration type gyro sensor generates an electrical leakage signal component and a mechanical leakage signal component in a state where the angular velocity is not applied, thereby reducing the detection accuracy of the angular velocity. A major feature is to realize highly accurate angular velocity detection by individually correcting the component and the machine leakage signal component.
次に図5の複素平面図に基づいて、電気もれ信号成分を補正して減少させる第1の補正回路40の動作を説明する。振動型ジャイロセンサの構成は図1のブロック図を参照する。図5において、駆動信号P5は前述した如く第3象限のベクトルとして示されるが、第1の補正回路40は、この駆動信号P5を入力し、反転回路41によって位相反転を行い、駆動信号P5の位相を180度反転させた駆動反転信号P15を出力する。これにより
、駆動反転信号P15は、図示するように第1象限のベクトルとして示すことが出来る。
Next, the operation of the first correction circuit 40 for correcting and reducing the electric leakage signal component will be described based on the complex plan view of FIG. Refer to the block diagram of FIG. 1 for the configuration of the vibration type gyro sensor. In FIG. 5, the drive signal P5 is shown as a vector in the third quadrant as described above. However, the first correction circuit 40 receives the drive signal P5, performs phase inversion by the
また、第1の補正回路40の振幅調整回路42は、駆動反転信号P15を振幅調整信号P16の情報に基づいて振幅調整を行い、第1の補正回路40のコンデンサC1、C2は、位相を90度進めた第1の補正信号H1a、H1bを出力して検出信号P10a、P10bにそれぞれ加える。ここで、図5に示すように、第1の補正信号H1a、H1bは駆動反転信号P15から位相が90度進んでいるので、電気もれ信号成分L1の位相に対して180度反転した第2象限のベクトルとして示すことが出来る。すなわち、電気もれ信号成分L1と第1の補正信号H1a、H1bは、位相が180度反転した信号となる。 The amplitude adjustment circuit 42 of the first correction circuit 40 adjusts the amplitude of the drive inversion signal P15 based on the information of the amplitude adjustment signal P16, and the capacitors C1 and C2 of the first correction circuit 40 have a phase of 90. The first correction signals H1a and H1b that have been advanced are output and added to the detection signals P10a and P10b, respectively. Here, as shown in FIG. 5, since the phases of the first correction signals H1a and H1b are advanced by 90 degrees from the drive inversion signal P15, the second correction signal is inverted by 180 degrees with respect to the phase of the electric leakage signal component L1. It can be shown as a quadrant vector. That is, the electric leakage signal component L1 and the first correction signals H1a and H1b are signals whose phases are inverted by 180 degrees.
また、第1の補正信号H1a、H1bは、前述した如く、振幅調整回路42によって振幅調整されるので、第1の補正信号H1a、H1bは電気もれ信号成分L1の振幅と同じ大きさに調整することが出来る。これにより、第1の補正信号H1a、H1bは、電気もれ信号成分L1と位相が180度反転し、振幅が等しい信号に調整される。この結果、第1の補正信号H1a、H1bが検出信号P10a、P10bに加えられることによって、検出信号P10a、P10bに生じる電気もれ信号成分L1を打ち消すことが出来る。 Since the first correction signals H1a and H1b are adjusted in amplitude by the amplitude adjustment circuit 42 as described above, the first correction signals H1a and H1b are adjusted to the same magnitude as the amplitude of the electric leakage signal component L1. I can do it. As a result, the first correction signals H1a and H1b are adjusted to signals having the same amplitude as the phase of the electric leakage signal component L1 inverted by 180 degrees. As a result, when the first correction signals H1a and H1b are added to the detection signals P10a and P10b, the electric leakage signal component L1 generated in the detection signals P10a and P10b can be canceled.
すなわち、第1の補正回路40は、電気もれ信号成分L1に対して、位相が180度反転し、且つ、信号の振幅が等しい第1の補正信号H1a、H1bを生成して、電気もれ信号成分L1を正確に打ち消す働きをする。また、この第1の補正回路40は、電気もれ信号成分L1の原因である駆動信号P5を基にして第1の補正信号H1a、H1bを生成しているので、駆動信号P5の位相が変化しても、第1の補正信号H1a、H1bの位相は駆動信号P5の位相に追従し、電気もれ信号成分L1との位相関係がずれることがない。これにより、経時変化や温度特性等の影響を受けることなく、電気もれ信号成分を高精度に補正することが出来る。 In other words, the first correction circuit 40 generates the first correction signals H1a and H1b whose phases are inverted by 180 degrees with respect to the electric leakage signal component L1 and whose signal amplitudes are equal to each other. It functions to cancel the signal component L1 accurately. Further, since the first correction circuit 40 generates the first correction signals H1a and H1b based on the drive signal P5 that is the cause of the electric leakage signal component L1, the phase of the drive signal P5 changes. Even so, the phases of the first correction signals H1a and H1b follow the phase of the drive signal P5, and the phase relationship with the electric leakage signal component L1 does not shift. As a result, the electric leakage signal component can be corrected with high accuracy without being affected by changes with time, temperature characteristics, and the like.
次に図6及び図7の複素平面図に基づいて、機械もれ信号成分L2a、L2bを補正して減少させる第2の補正回路50の動作を説明する。ここで前提として、機械もれ信号成分L2aは振動子1の一方の検出電極5からの検出信号P10aに発生し、帰還信号P1に対して同位相の信号成分であり、機械もれ信号成分L2bは振動子1の他方の検出電極6からの検出信号P10bに発生し、帰還信号P1に対して逆位相の信号成分であるとする。振動型ジャイロセンサの構成は図1のブロック図を参照する。
Next, the operation of the second correction circuit 50 that corrects and reduces the machine leakage signal components L2a and L2b will be described with reference to the complex plan views of FIGS. As a premise here, the machine leakage signal component L2a is generated in the detection signal P10a from one
まず、図6に基づいて、帰還信号P1に対して同位相の機械もれ信号成分L2aの補正を説明する。図6において、機械もれ信号成分L2aは帰還信号P1に対して同位相である。一方、帰還電圧信号P2は、I/V変換回路21により、帰還信号P1に対して反転した位相となる。したがって、機械もれ信号成分L2aのベクトルは、図示するように帰還電圧信号P2に対して反対方向を向いている。ここで、振動子1の検出電極5からの検出信号P10aには、抵抗R1を介して振幅調整回路51の出力である第2の補正信号H2aが加えられている。
First, based on FIG. 6, the correction of the machine leakage signal component L2a having the same phase with respect to the feedback signal P1 will be described. In FIG. 6, the machine leakage signal component L2a is in phase with the feedback signal P1. On the other hand, the feedback voltage signal P2 has an inverted phase with respect to the feedback signal P1 by the I / V conversion circuit 21. Therefore, the vector of the machine leakage signal component L2a is directed in the opposite direction to the feedback voltage signal P2 as shown in the figure. Here, the second correction signal H2a, which is the output of the
この第2の補正信号H2aは、前述した如く、帰還電圧信号P2と同位相であるので、そのベクトルは図6に示すように帰還電圧信号P2のベクトルと重なる。すなわち、第2の補正信号H2aは、機械もれ信号成分L2aに対して位相反転した信号として検出信号P10aに加えられる。また、第2の補正信号H2aの振幅は、振幅調整回路51によって調整されるので、第2の補正信号H2aの振幅を機械もれ信号成分L2aの振幅と等しく調整することが出来る。これにより、第2の補正信号H2aは、機械もれ信号成分L2aと位相が180度反転し、且つ、振幅を等しく調整することにより、検出電極5に発生する機械もれ信号成分L2aを打ち消すことが出来る。
Since the second correction signal H2a is in phase with the feedback voltage signal P2 as described above, its vector overlaps with the vector of the feedback voltage signal P2 as shown in FIG. That is, the second correction signal H2a is added to the detection signal P10a as a signal whose phase is inverted with respect to the machine leakage signal component L2a. Further, since the amplitude of the second correction signal H2a is adjusted by the
次に、図7に基づいて、帰還信号P1に対して逆位相の機械もれ信号成分L2bの補正を説明する。図7において、機械もれ信号成分L2bは帰還信号P1に対して逆位相である。一方、帰還電圧信号P2は、I/V変換回路21により、帰還信号P1に対して反転した位相となる。従って、機械もれ信号成分L2bのベクトルは、図示するように帰還電圧信号P2に対して同一方向を向いている。ここで、振動子1の検出電極6からの検出信号P10bには、抵抗R2を介して反転回路52の出力である第2の補正反転信号H2vbが加えられている。
Next, correction of the machine leakage signal component L2b having an antiphase with respect to the feedback signal P1 will be described with reference to FIG. In FIG. 7, the machine leakage signal component L2b has an opposite phase to the feedback signal P1. On the other hand, the feedback voltage signal P2 has an inverted phase with respect to the feedback signal P1 by the I / V conversion circuit 21. Therefore, the vector of the machine leakage signal component L2b is in the same direction with respect to the feedback voltage signal P2 as shown in the figure. Here, the second correction inversion signal H2vb, which is the output of the inversion circuit 52, is added to the detection signal P10b from the
この第2の補正反転信号H2vbは、前述した如く、反転回路52によって帰還電圧信号P2に対して180度反転した信号であるので、そのベクトルは図7に示すように帰還信号P1のベクトルに対して反対方向となる。すなわち、第2の補正反転信号H2vbは、機械もれ信号成分L2bに対して位相反転した信号として検出信号P10bに加えられる。また、第2の補正反転信号H2vbの振幅は、振幅調整回路51によって調整されるので、第2の補正反転信号H2vbの振幅を機械もれ信号成分L2bの振幅と等しく調整することが出来る。これにより、第2の補正反転信号H2vbは、機械もれ信号成分l2bと位相が180度反転し、且つ、振幅を等しく調整することにより、検出電極6に発生する機械もれ信号成分L2bを打ち消すことが出来る。
Since the second corrected inverted signal H2vb is a signal inverted by 180 degrees with respect to the feedback voltage signal P2 by the inverting circuit 52 as described above, its vector is relative to the vector of the feedback signal P1 as shown in FIG. In the opposite direction. That is, the second corrected inverted signal H2vb is added to the detection signal P10b as a signal that is phase-inverted with respect to the mechanical leakage signal component L2b. Further, since the amplitude of the second corrected inverted signal H2vb is adjusted by the
すなわち、第2の補正回路50は、機械もれ信号成分L2a、L2bに対して、それぞれ180度位相反転した第2の補正信号H2aと第2の補正反転信号H2vbを生成して機械もれ信号成分L2a、L2bを正確に打ち消す働きをする。また、この第2の補正回路50は、振動子の振動により生ずる機械もれ信号成分L2a、L2bを補正するために、振動子の振動と同位相の帰還信号P1から第2の補正信号H2a、第2の補正反転信号H2vbを生成しているので、振動子1の振動が経時変化や温度特性によって変化しても、第2の補正信号H2a、第2の補正反転信号H2vbはその変化に追従する。従って、機械もれ信号成分L2a、L2bとの位相関係がずれることがない。これにより、経時変化や温度特性等の影響を受けることなく、機械もれ信号成分を高精度に補正することが出来る。
In other words, the second correction circuit 50 generates a second correction signal H2a and a second correction inversion signal H2vb, which are 180 ° phase-inverted with respect to the machine leakage signal components L2a and L2b, respectively, to generate a machine leakage signal. It functions to accurately cancel the components L2a and L2b. The second correction circuit 50 corrects the mechanical leakage signal components L2a and L2b caused by the vibration of the vibrator from the feedback signal P1 having the same phase as the vibration of the vibrator to the second correction signal H2a, Since the second correction inversion signal H2vb is generated, the second correction signal H2a and the second correction inversion signal H2vb follow the change even if the vibration of the
また、本発明の第1の補正回路40と第2の補正回路50は、従来技術である特許文献1のような微妙な位相調整するための位相器を必要としないので、回路構成の中で不安定要因が無く、回路素子のばらつき、温度特性等の影響を受けることの無い、検出特性が安定した振動型ジャイロセンサを実現することが出来る。また、位相器が不必要であるので、回路規模が小さくコストの安い振動型ジャイロセンサを提供できる。
In addition, the first correction circuit 40 and the second correction circuit 50 of the present invention do not require a phase shifter for fine phase adjustment as in the prior art disclosed in
尚、第2の補正回路50の動作説明の前提として、機械もれ信号成分L2aは振動子1の一方の検出電極5から発生する帰還信号P1に対して同位相の信号成分であり、機械もれ信号成分L2bは振動子1の他方の検出電極6から発生する帰還信号P1に対して逆位相の信号成分であるとしたが、機械もれ信号成分L2a、L2bの位相は、この前提に限定されない。すなわち、機械もれ信号成分L2a、L2bの位相は、振動子1の質量バランスの偏り等によって生じるものであり、バランスの状態によっては、機械もれ信号成分L2aとL2bの位相関係が反転し、機械もれ信号成分L2aが帰還信号P1に対して逆位相となり、機械もれ信号成分L2bが帰還信号P1に対して同位相となる場合もある。
As a premise for explaining the operation of the second correction circuit 50, the machine leakage signal component L2a is a signal component in phase with the feedback signal P1 generated from one
そして、このように機械もれ信号成分L2aとL2bの位相が反転した場合の補正は、二つの補正信号を入れ替えて振動子1の検出電極5、6に接続すれば良い。すなわち、抵抗R1からの第2の補正信号H2aを振動子1の検出電極6に接続し、抵抗R2からの第2の補正反転信号H2vbを振動子1の検出電極5に接続するならば、機械もれ信号成分L2a、L2bに対してそれぞれ反転した補正信号を加えることが出来るので、同様に機械もれ信号成分L2a、L2bを打ち消すことが出来る。
And when the phase of the mechanical leak signal components L2a and L2b is inverted in this way, the two correction signals may be exchanged and connected to the
また、振動子1の質量バランスが、振動子の製造ばらつきによって変化し、第2の補正信号H2aと第2の補正反転信号H2vbを検出電極5、6のどちらに接続すればよいかを迷う場合は、対策の一例として、振動子1の駆動用枝の断面形状を非対称にするなどして、意図的に機械もれを発生させることにより、予め振動子1の振動にクセ付けをする方法がある。このような手法を取るならば、二つの検出電極5、6に発生する機械もれ信号成分の位相が限定されるので、その限定された機械もれ信号成分の位相に基づいて、その位相に反転した補正信号を接続するように第2の補正回路50を構成すれば良い。
Also, when the mass balance of the
本発明の実施例1は、このように振動子の振動にクセ付けすることで、機械もれ信号成分の位相が限定される場合に好適な振動型ジャイロセンサである。このように、振動子1の振動をクセ付けすることで、実施例1の第2の補正回路50は簡略化され、補正のための調整作業も簡単になるメリットがある。
The first embodiment of the present invention is a vibration type gyro sensor that is suitable when the phase of the mechanical leakage signal component is limited by adding vibration to the vibration of the vibrator as described above. In this way, by adding vibration to the
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの補正調整作業について図8のフローチャートに基づいて説明する。振動型ジャイロセンサの構成は図1を参照とする。また、説明の前提として、振動型ジャイロセンサの外部には、補正調整を制御する外部制御装置(図示せず)が接続されて補正調整作業が実施されるものとする。 Next, the correction adjustment work of the vibration type gyro sensor of the present invention will be described based on the flowchart of FIG. Refer to FIG. 1 for the configuration of the vibration type gyro sensor. As a premise for explanation, it is assumed that an external control device (not shown) for controlling correction adjustment is connected to the outside of the vibration type gyro sensor to perform correction adjustment work.
図8において、まず、外部制御装置によって本発明の振動型ジャイロセンサに、角速度を印加することなく電源が供給され、振動型ジャイロセンサは動作を開始する(ステップST1)。これにより、振動型ジャイロセンサの振動子1は発振を開始する。ここで、振動型ジャイロセンサに角速度が印加されていないので、検出信号P10a、P10bには角速度による成分は発生しないが、振動子1の検出電極5、6からは電気もれ信号成分L1と機械もれ信号成分L2a、L2bが発生する。
In FIG. 8, first, power is supplied to the vibration gyro sensor of the present invention without applying an angular velocity by the external control device, and the vibration gyro sensor starts operating (step ST1). As a result, the
次に外部制御装置は、第1及び第2の補正回路を制御して第1の補正信号H1と第2の補正信号H2の出力レベルをゼロとした後、振動型ジャイロセンサのモニタ端子12から、モニタ信号として検出電圧P11aを入力し、駆動信号P5から90度進んだ電気もれ信号成分L1を検出して、その大きさを測定する(ステップST2)。尚、モニタ信号は検出電圧P11bでも良い。
Next, the external control device controls the first and second correction circuits to set the output levels of the first correction signal H1 and the second correction signal H2 to zero, and then from the
次に外部制御装置は、測定した電気もれ信号成分L1の大きさに基づいて第1の補正回路40の振幅調整回路42を制御するための制御データを生成し、振動型ジャイロセンサのI/F端子13から、制御回路11に制御データを転送する(ステップST3)。これにより、振動型ジャイロセンサの制御回路11は、送られて来た制御データに基づいて振幅調整信号P16を出力し、振幅調整回路42は振幅調整信号P16によって第1の補正信号H1の振幅を調整する。
Next, the external control device generates control data for controlling the amplitude adjustment circuit 42 of the first correction circuit 40 based on the measured magnitude of the electric leakage signal component L1, and the I / O of the vibration type gyro sensor. Control data is transferred from the
次に外部制御装置は、再びモニタ端子12から電気もれ信号成分L1を検出して、その大きさを測定し、もれ成分が既定値以下であるかを判定する(ステップST4)。ここで、肯定判定(もれ成分が既定値以下)であれば次のステップへ進み、否定判定(既定値以上)であればステップST3に戻って制御データを更新し、電気もれ信号成分が既定値以下になるまで、ステップST3とST4を繰り返し実行する。
Next, the external control device again detects the electric leakage signal component L1 from the
次に外部制御装置は、ステップST4で肯定判定がなされたならば、振動型ジャイロセンサのモニタ端子12から再び検出電圧P11aを入力し、機械もれ信号成分L2aを検出して、その大きさを測定する(ステップST5)。
Next, if an affirmative determination is made in step ST4, the external control device inputs the detection voltage P11a again from the
次のステップST6は実施例2での動作であるので、実施例1においてはスキップする
。
Since the next step ST6 is the operation in the second embodiment, it is skipped in the first embodiment.
次に外部制御装置は、測定した機械もれ信号成分の大きさに基づいて第2の補正回路50の振幅調整回路51を制御するための制御データを生成し、振動型ジャイロセンサのI/F端子13から、制御回路11に制御データを転送する(ステップST7)。これにより、振動型ジャイロセンサの制御回路11は、送られて来た制御データに基づいて振幅調整信号P17を出力し、振幅調整回路51は振幅調整信号P17によって第2の補正信号H2の振幅を調整する。なお、機械もれ信号成分の大きさの測定には、検出電圧P11aのかわりに差動出力P12をモニタとして用いても良い。
Next, the external control device generates control data for controlling the
次に外部制御装置は、再びモニタ端子12から機械もれ信号成分を検出して、その大きさを測定し、もれ成分が既定値以下であるかを判定する(ステップST8)。ここで、肯定判定(もれ成分が既定値以下)であれば次のステップへ進み、否定判定(既定値以上)であればステップST7に戻って制御データを更新し、機械もれ信号成分が既定値以下になるまで、ステップST7とST8を繰り返し実行する。
Next, the external control device again detects the machine leakage signal component from the
次に外部制御装置は、ステップST8で肯定判定がなされたならば、振動型ジャイロセンサのI/F端子13に書き込み制御信号を送り、第1の補正回路40の制御データと第2の補正回路50の制御データを制御回路11に内蔵する不揮発性メモリに記憶させ、補正調整作業を終了する(ステップST9)。以上の調整作業によって、本発明の振動型ジャイロセンサは、電気もれ信号成分と機械もれ信号成分が最小となるように個別に調整され、製品として出荷される。尚、上述した振動型ジャイロセンサの補正調整作業は、外部制御装置を用いずに、測定装置、データ入力装置等を用いて人手作業により実施しても良い。
Next, if an affirmative determination is made in step ST8, the external control device sends a write control signal to the I /
次に、図9に基づいて本発明の振動型ジャイロセンサの実施例2の構成を説明する。実施例2の特徴は、振動子の振動がクセ付けされておらず、振動子の製造ばらつきによって機械もれ信号成分の位相が定まらない場合に好適な振動型ジャイロセンサである。尚、実施例2の構成は、実施例1に対して第2の補正回路50と制御回路11の一部が異なるだけであるので、同一要素には同一番号を付し、実施例2の説明は異なる箇所の構成と動作だけに限定する。 Next, the configuration of the vibration type gyro sensor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A feature of the second embodiment is a vibration type gyro sensor suitable for a case where the vibration of the vibrator is not obscured and the phase of the mechanical leakage signal component is not determined due to manufacturing variations of the vibrator. The configuration of the second embodiment is different from the first embodiment only in the second correction circuit 50 and the control circuit 11, and therefore the same elements are denoted by the same reference numerals and the description of the second embodiment. Is limited to the configuration and operation of different locations.
図9において第2の補正回路50は、振幅調整回路51、反転回路52、切替回路53、二つの抵抗素子としての抵抗R1、R2によって構成される。ここで、振幅調整回路51と反転回路52は、実施例1と同様であるので説明は省略する。切替回路53は、非反転信号である第2の補正信号H2と反転信号である第2の補正反転信号H2vとを入力し、制御回路11からの切替制御信号P18によって切替動作Aと切替動作Bが選択され、第2の補正信号H2と第2の補正反転信号H2vを切り替え、抵抗R1とR2に接続される。
In FIG. 9, the second correction circuit 50 includes an
ここで、切替動作Aにおいては、第2の補正信号H2が抵抗R1に接続され、第2の補正反転信号H2vが抵抗R2に接続される。この切替動作Aは実施例1の第2の補正回路50と同じ接続であり、振動子1の検出電極5からの検出信号P10aに帰還信号P1に対して同位相の機械もれ信号成分L2aが発生し、振動子1の検出電極6からの検出信号P10bに帰還信号P1に対して逆位相の機械もれ信号成分L2bが発生する場合に選択される。
Here, in the switching operation A, the second correction signal H2 is connected to the resistor R1, and the second correction inverted signal H2v is connected to the resistor R2. This switching operation A is the same connection as that of the second correction circuit 50 of the first embodiment, and the detection signal P10a from the
また、切替動作Bにおいては、第2の補正信号H2が抵抗R2に接続され、第2の補正反転信号H2vが抵抗R1に接続される。この切替動作Bは振動子1の検出電極5からの
検出信号P10aに帰還信号P1に対して同位相の機械もれ信号成分L2bが発生し、振動子1の検出電極6からの検出信号P10bに帰還信号P1に対して逆位相の機械もれ信号成分L2aが発生する場合に選択される。
In the switching operation B, the second correction signal H2 is connected to the resistor R2, and the second correction inverted signal H2v is connected to the resistor R1. In this switching operation B, a mechanical leakage signal component L2b having the same phase as that of the feedback signal P1 is generated in the detection signal P10a from the
次に、本発明の実施例2の振動型ジャイロセンサの補正調整作業について図8のフローチャートに基づいて説明する。尚、実施例2の補正調整作業は、実施例1のフローチャートに対してステップST6が加わるだけであるので、ステップST6についてのみ説明する。 Next, the correction adjustment operation of the vibration type gyro sensor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. In addition, since the correction adjustment work of Example 2 only adds step ST6 with respect to the flowchart of Example 1, only step ST6 is demonstrated.
図8において、外部制御装置(図示せず)は、ステップST5で機械もれ信号成分L2aとL2bの差分となるもれ信号成分を検出したならば、その差分の機械もれ信号成分の位相が、帰還信号P1に対して同位相であるか、逆位相であるかを判定し、I/F端子13を介して制御回路11に制御信号を送り、制御回路11からの切替制御信号P18によって切替回路53を制御し、切替動作Aまたは切替動作Bを選択する(ステップST6)。
In FIG. 8, if the external control device (not shown) detects a leakage signal component that is the difference between the machine leakage signal components L2a and L2b in step ST5, the phase of the machine leakage signal component of the difference is detected. Then, it is determined whether the feedback signal P1 has the same phase or the opposite phase, and a control signal is sent to the control circuit 11 via the I /
これにより、振動子1の検出電極5、6からの検出信号P10a、P10bに発生する機械もれ信号成分L2a、L2bの位相関係が、帰還信号P1に対して反転したとしても、機械もれ信号成分L2a、L2bを打ち消すように第2の補正信号H2aと第2の補正反転信号L2vbを切り替えて加えることが出来る。この結果、振動子の振動がクセ付けされておらず、振動子の製造ばらつきによって機械もれ信号成分の位相が定まらない場合など、どのような振動子に対しても機械もれ信号成分が最小となるように補正することが出来る。
Thereby, even if the phase relationship between the machine leakage signal components L2a and L2b generated in the detection signals P10a and P10b from the
尚、第2の補正回路50の抵抗R1、R2は、実施例1及び実施例2においては固定抵抗として示したが、これに限定されず、機械もれ信号成分の調整範囲を広げるために、複数段の抵抗値に切り替えられる可変抵抗としても良い。また、制御IC10はワンチップによって構成することが好ましいが、これに限定されず、多チップ構成でも良い。 In addition, although resistance R1, R2 of the 2nd correction circuit 50 was shown as fixed resistance in Example 1 and Example 2, in order to expand the adjustment range of a machine leak signal component, it is not limited to this, A variable resistor that can be switched to a plurality of resistance values may be used. Further, the control IC 10 is preferably configured by a single chip, but is not limited to this, and may be configured as a multi-chip.
以上のように、本発明の振動型ジャイロセンサは、駆動信号P5により生ずる電気もれ信号成分に対しては駆動信号P5より生成した補正信号で補正を行い、また、振動子の振動により生ずる機械もれ信号成分に対しては、帰還信号P1より生成した補正信号で補正を行うことを特徴としている。これにより、それぞれのもれ信号成分を個別に補正するので、電気もれ信号成分と機械もれ信号成分の両方が最小となるように補正することが出来る。また、電気もれ信号成分と機械もれ信号成分の位相が変化しても、その位相に追従して補正信号を生成し補正することが出来るので、位相器などを用いて位相調整する必要が無い。 As described above, the vibration type gyro sensor according to the present invention corrects the electric leakage signal component generated by the drive signal P5 with the correction signal generated from the drive signal P5, and is a machine generated by the vibration of the vibrator. The leakage signal component is corrected by a correction signal generated from the feedback signal P1. As a result, each leakage signal component is individually corrected, so that both the electric leakage signal component and the mechanical leakage signal component can be corrected to be minimum. In addition, even if the phase of the electrical leakage signal component and the mechanical leakage signal component changes, a correction signal can be generated and corrected following the phase, so it is necessary to adjust the phase using a phase shifter or the like. No.
この結果、回路素子のばらつき、経時変化、温度特性等の影響を受けることなく、高精度に安定して角速度を検出できる振動型ジャイロセンサを提供することが出来る。尚、本発明の実施例で示したブロック図やフローチャート等は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば、任意に変更して良い。 As a result, it is possible to provide a vibration type gyro sensor capable of stably detecting an angular velocity with high accuracy without being affected by variations in circuit elements, changes with time, temperature characteristics, and the like. The block diagrams and flowcharts shown in the embodiments of the present invention are not limited to this, and may be arbitrarily changed as long as they satisfy the gist of the present invention.
1 振動子
2a、2b 駆動用枝
2c 検出用枝
3、4 駆動電極
5、6 検出電極
8 基部
9 支持部
10 制御IC
11 制御回路
12 モニタ端子
13 I/F端子
20 発振回路
21 I/V変換回路
22 移相回路
23 振幅検出回路
24 利得可変増幅回路
30 検出回路
31、32 変位検出回路
33 差動増幅器
34 同期検波回路
35 増幅回路
36 ローパスフィルタ(LPF)
41、52 反転回路
42,51 振幅調整回路
53 切替回路
C1、C2 コンデンサ
R1、R2 抵抗
P1 帰還信号
P2 帰還電圧信号
P3 移相信号
P4 AGC信号
P5 駆動信号
P10a、P10b 検出信号
P11a、P11b 検出電圧
P12 差動出力
P13 検波出力
P15 駆動反転信号
P16、P17 振幅調整信号
P18 切替制御信号
Po 角速度出力
H1、H1a、H1b 第1の補正信号
H2、H2a 第2の補正信号
H2v、H2vb 第2の補正反転信号
L1 電気もれ信号成分
L2a、L2b 機械もれ信号成分
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
41, 52
Claims (6)
印加された角速度に応じた検出信号を前記振動子が出力する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記駆動信号に基づいて、前記検出信号の電気もれ信号成分を補正する第1の補正回路と、
前記帰還信号に基づいて、前記検出信号の機械もれ信号成分を補正する第2の補正回路と、を備える
ことを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 An oscillator, and an oscillation circuit that applies a drive signal to the oscillator and receives a feedback signal from the oscillator, and oscillates the oscillator.
In the vibration-type gyro sensor in which the vibrator outputs a detection signal corresponding to the applied angular velocity,
A first correction circuit for correcting an electric leakage signal component of the detection signal based on the drive signal;
A vibration type gyro sensor, comprising: a second correction circuit that corrects a mechanical leak signal component of the detection signal based on the feedback signal.
ことを特徴とする請求項1に記載の振動型ジャイロセンサ。 The vibration type gyro sensor according to claim 1, wherein the first correction circuit includes an amplitude adjustment circuit, an inverting circuit, and a capacitive element.
前記第2の補正回路は、振幅調整回路と反転回路とを有し、前記反転回路で反転された信号と非反転の信号のいずれか一方の信号で前記第1の検出信号を補正し、他方の信号で前記第2の検出信号を補正する
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。 The vibrator outputs a first detection signal and a second detection signal,
The second correction circuit includes an amplitude adjustment circuit and an inverting circuit, and corrects the first detection signal with one of a signal inverted by the inverting circuit and a non-inverted signal, The vibration type gyro sensor according to claim 1, wherein the second detection signal is corrected by a signal of
ことを特徴とする請求項3に記載の振動型ジャイロセンサ。 The vibration type gyro sensor according to claim 3, wherein the second correction circuit includes a switching circuit that switches between a signal inverted by the inverting circuit and a non-inverted signal.
ことを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の振動型ジャイロセンサ。 5. The vibration gyro sensor according to claim 2, further comprising: a control circuit that controls an amplitude adjustment amount by the amplitude adjustment circuit.
ことを特徴とする請求項4に記載の振動型ジャイロセンサ。 The vibration type gyro sensor according to claim 4, further comprising a control circuit that controls the switching circuit.
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