JP2013104707A - Angular velocity sensor - Google Patents

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JP2013104707A JP2011247166A JP2011247166A JP2013104707A JP 2013104707 A JP2013104707 A JP 2013104707A JP 2011247166 A JP2011247166 A JP 2011247166A JP 2011247166 A JP2011247166 A JP 2011247166A JP 2013104707 A JP2013104707 A JP 2013104707A
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Sukeji Sonoda
右司 其田
Shinjiro Ueda
真二郎 上田
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Panasonic Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular velocity sensor that can accurately output output signals even when clock frequency of the angular velocity sensor and clock frequency of a master computer are different.SOLUTION: In synchronization with data update signals output from an INT output control circuit 76, response signals comprising angular velocity signals are input from an output terminal 66 in a communication control circuit 63 to an input terminal 71 in a master computer 68.

Description

本発明は、特に、手振れ補正機能付きカメラ、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 posture control and navigation of a moving body such as a camera with a camera shake correction function, an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle.

従来、この種の角速度センサは、図5に示されるような構成をしていた。   Conventionally, this type of angular velocity sensor has a configuration as shown in FIG.

以下、従来の角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a conventional angular velocity sensor will be described with reference to the drawings.

図5は従来の角速度センサの回路ブロック図である。   FIG. 5 is a circuit block diagram of a conventional angular velocity sensor.

図5において、1はH型の音叉からなる水晶製の振動子で、この振動子1は一対の駆動部2と、この一対の駆動部2の反対側に配設された一対の検知部3とにより構成されており、この検知部3に角速度検出用電極(図示せず)を設けている。また、前記振動子1の駆動部2の一方には駆動用電極4を設けるとともに、駆動部2の他方には駆動検出用電極5を設けている。6は駆動回路で、この駆動回路6は前記振動子1における駆動用電極4および駆動検出用電極5と電気的に接続されており、振動子1を一定の振幅になるように制御している。また、駆動回路6にはEEPROM6aを設けており、このEEPROM6aに保存したデータにより、駆動信号を補正している。   In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a quartz crystal vibrator composed of an H-shaped tuning fork. The vibrator 1 includes a pair of drive units 2 and a pair of detection units 3 disposed on opposite sides of the pair of drive units 2. The detection unit 3 is provided with an angular velocity detection electrode (not shown). In addition, a drive electrode 4 is provided on one side of the drive unit 2 of the vibrator 1, and a drive detection electrode 5 is provided on the other side of the drive unit 2. Reference numeral 6 denotes a drive circuit. The drive circuit 6 is electrically connected to the drive electrode 4 and the drive detection electrode 5 in the vibrator 1, and controls the vibrator 1 to have a constant amplitude. . The drive circuit 6 is provided with an EEPROM 6a, and the drive signal is corrected by data stored in the EEPROM 6a.

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.

振動子1の駆動用電極4に交流電圧を加えると前記振動子1が共振し、前記振動子1の駆動検出用電極5に、振動子1の振動振幅に応じた電荷が発生する。そして、この電荷を駆動回路6により増幅、調整した後、駆動用電極4に入力することにより、振動子1が一定の振幅で振動するように制御している。また、振動子1のバラツキにより、振幅が所定の値と外れている場合には、駆動回路6におけるEEPROM6aのデータを書き換えることにより、振幅を微調整している。   When an AC voltage is applied to the drive electrode 4 of the vibrator 1, the vibrator 1 resonates, and a charge corresponding to the vibration amplitude of the vibrator 1 is generated on the drive detection electrode 5 of the vibrator 1. The electric charge is amplified and adjusted by the drive circuit 6 and then input to the drive electrode 4 to control the vibrator 1 to vibrate with a constant amplitude. Further, when the amplitude deviates from a predetermined value due to variations in the vibrator 1, the amplitude is finely adjusted by rewriting the data of the EEPROM 6a in the drive circuit 6.

そしてまた、前記振動子1に角速度ωが加わると、一対の検知部3に設けた角速度検出用電極(図示せず)に電荷が発生する。そしてこの角速度検出用電極(図示せず)に発生する電荷を検出回路10により、出力電圧に変換して、入出力端子11より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。   When the angular velocity ω is applied to the vibrator 1, electric charges are generated in the angular velocity detection electrodes (not shown) provided in the pair of detection units 3. Then, the electric charge generated in the electrode for detecting angular velocity (not shown) is converted into an output voltage by the detection circuit 10 and input to the counterpart computer (not shown) or the like as an angular velocity signal from the input / output terminal 11. The angular velocity is detected.

ここで、図6に示すように、デジタル処理技術の進歩に伴い、相手側のコンピュータをマスタコンピュータ12として設定するとともに、このマスタコンピュータ12により制御されるスレブ側として、第1の角速度センサ13、第2の角速度センサ14、加速度センサ15および回転数センサ16を制御する場合を考える。このような場合には、マスタコンピュータ12にチップセレクト端子17を設けるとともに、第1の角速度センサ13、第2の角速度センサ14、加速度センサ15および回転数センサ16の全てにチップセレクト端子18を設ける。   Here, as shown in FIG. 6, as the digital processing technology advances, the counterpart computer is set as the master computer 12, and the first angular velocity sensor 13, as the slave side controlled by the master computer 12, Consider a case in which the second angular velocity sensor 14, the acceleration sensor 15 and the rotation speed sensor 16 are controlled. In such a case, the chip select terminal 17 is provided in the master computer 12, and the chip select terminal 18 is provided in all of the first angular velocity sensor 13, the second angular velocity sensor 14, the acceleration sensor 15, and the rotation speed sensor 16. .

また、マスタコンピュータ12に出力端子19を設けるとともに、この出力端子19に対応する入力端子20を、第1の角速度センサ13、第2の角速度センサ14、加速度センサ15および回転数センサ16の全てに設ける。また、第1の角速度センサ13、第2の角速度センサ14、加速度センサ15および回転数センサ16の全てに出力端子21を設けるとともに、この出力端子21に対応する入力端子22をマスタコンピュータ12に設ける。ここで、例えば、第1の角速度センサ13を動作させる場合を考えると、マスタコンピュータ12におけるチップセレクト端子17から、第1の角速度センサ13におけるチップセレクト端子18に信号を出力する。そして、マスタコンピュータ12における出力端子19から第1の角速度センサ13における入力端子20に8bit信号からなるコマンド信号を発信し、そのコマンド信号に対応する8bitのデータを第1の角速度センサ13における出力端子21からマスタコンピュータ12における入力端子22に出力する。そして、上記のコマンド信号としては、第1の角速度センサ13からの角速度情報の出力、第1の角速度センサ13における駆動回路6のEEPROM6aへのデータの書き込み、EEPROM6aからのデータの読み出しが挙げられる。   The master computer 12 is provided with an output terminal 19, and an input terminal 20 corresponding to the output terminal 19 is connected to all of the first angular velocity sensor 13, the second angular velocity sensor 14, the acceleration sensor 15, and the rotation speed sensor 16. Provide. The first angular velocity sensor 13, the second angular velocity sensor 14, the acceleration sensor 15, and the rotation speed sensor 16 are all provided with an output terminal 21, and an input terminal 22 corresponding to the output terminal 21 is provided in the master computer 12. . Here, for example, considering the case where the first angular velocity sensor 13 is operated, a signal is output from the chip select terminal 17 in the master computer 12 to the chip select terminal 18 in the first angular velocity sensor 13. Then, a command signal composed of an 8-bit signal is transmitted from the output terminal 19 of the master computer 12 to the input terminal 20 of the first angular velocity sensor 13, and 8-bit data corresponding to the command signal is output to the output terminal of the first angular velocity sensor 13. 21 to the input terminal 22 in the master computer 12. Examples of the command signal include output of angular velocity information from the first angular velocity sensor 13, writing of data to the EEPROM 6a of the driving circuit 6 in the first angular velocity sensor 13, and reading of data from the EEPROM 6a.

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。   As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.

特開2002−174521号公報JP 2002-174521 A

しかしながら、上記従来の構成においては、角速度センサ13の有するクロック周波数とマスタコンピュータ12の持つクロック周波数とが異なる場合に、マスタコンピュータ12におけるチップセレクト端子17から角速度センサ13におけるチップセレクト端子18に信号を出力することにより、角速度センサ13から角速度の情報を出力端子21からマスタコンピュータ12における入力端子22に出力するようにしているため、角速度センサ13とマスタコンピュータ12とのクロック周波数の位相のずれにより、位相のずれ分だけ、出力信号が変動してしまうという課題を有していた。   However, in the above conventional configuration, when the clock frequency of the angular velocity sensor 13 and the clock frequency of the master computer 12 are different, a signal is sent from the chip select terminal 17 in the master computer 12 to the chip select terminal 18 in the angular velocity sensor 13. By outputting the angular velocity information from the angular velocity sensor 13 to the input terminal 22 in the master computer 12 from the output terminal 21, due to the phase shift of the clock frequency between the angular velocity sensor 13 and the master computer 12, There has been a problem that the output signal fluctuates by the amount of phase shift.

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、角速度センサの有するクロック周波数とマスタコンピュータの持つクロック周波数とが異なる場合においても、正確な出力信号を出力することが可能な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-mentioned conventional problems, and provides an angular velocity sensor capable of outputting an accurate output signal even when the clock frequency of the angular velocity sensor and the clock frequency of the master computer are different. It is for the purpose.

上記目的を達成するために本発明は、振動子と、この振動子を振動させる駆動回路と、前記振動子に角速度が付加された際にコリオリ力により発生する電荷をアナログ信号の出力信号として検出する検出回路と、この検出回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、このA/D変換器の動作タイミングを制御する発振器と、この発振器から出力される矩形波を分周器を介してデータ更新信号に変換するINT出力制御回路と、前記A/D変換器により変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、外部に設けたマスタコンピュータとチップセレクト端子、クロック端子、入力端子および出力端子を介して電気的に接続された通信制御回路とを備え、前記INT出力制御回路から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路における出力端子からマスタコンピュータにおける入力端子に入力するようにしたもので、この構成によれば、角速度センサの有するクロック周波数とマスタコンピュータの有するクロック周波数とが異なる場合においても、INT出力制御回路から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路における出力端子からマスタコンピュータにおける入力端子に入力するようにしているため、マスタコンピュータにおけるクロック周波数の影響を受けることなく、角速度信号を出力できることとなり、角速度センサとマスタコンピュータとのクロック信号の位相のずれによる出力変動がなくなるという作用効果を有するものである。   To achieve the above object, the present invention detects a vibrator, a drive circuit that vibrates the vibrator, and an electric charge generated by Coriolis force when an angular velocity is applied to the vibrator as an output signal of an analog signal. Detection circuit, an A / D converter that converts an analog signal from the detection circuit into a digital signal, an oscillator that controls the operation timing of the A / D converter, and a rectangular wave output from the oscillator. An INT output control circuit for converting to a data update signal via a peripheral, storage means for storing the digital signal converted by the A / D converter, an external master computer, a chip select terminal, a clock terminal, A communication control circuit electrically connected via an input terminal and an output terminal, and synchronized with a data update signal output from the INT output control circuit The response signal comprising the angular velocity signal is input from the output terminal of the communication control circuit to the input terminal of the master computer. According to this configuration, the clock frequency of the angular velocity sensor and the clock frequency of the master computer are Even in a different case, a response signal composed of an angular velocity signal is input from the output terminal of the communication control circuit to the input terminal of the master computer in synchronization with the data update signal output from the INT output control circuit. The angular velocity signal can be output without being influenced by the clock frequency in the computer, and there is an effect that the output fluctuation due to the phase shift of the clock signal between the angular velocity sensor and the master computer is eliminated.

本発明の角速度センサは、振動子と、この振動子を振動させる駆動回路と、前記振動子に角速度が付加された際にコリオリ力により発生する電荷をアナログ信号の出力信号として検出する検出回路と、この検出回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、このA/D変換器の動作タイミングを制御する発振器と、この発振器から出力される矩形波を分周器を介してデータ更新信号に変換するINT出力制御回路と、前記A/D変換器により変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、外部に設けたマスタコンピュータとチップセレクト端子、クロック端子、入力端子および出力端子を介して電気的に接続された通信制御回路とを備え、前記INT出力制御回路から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路における出力端子からマスタコンピュータにおける入力端子に入力するようにしたもので、この構成によれば、角速度センサの有するクロック周波数とマスタコンピュータの有するクロック周波数とが異なる場合においても、INT出力制御回路から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路における出力端子からマスタコンピュータにおける入力端子に入力するようにしているため、マスタコンピュータにおけるクロック周波数の影響を受けることなく、角速度信号を出力できることとなり、角速度センサとマスタコンピュータとのクロック信号の位相のずれにより出力変動が発生するということのない特性の向上した角速度センサを提供することができるという効果を有するものである。   An angular velocity sensor according to the present invention includes a vibrator, a drive circuit that vibrates the vibrator, a detection circuit that detects an electric charge generated by Coriolis force when an angular velocity is added to the vibrator as an output signal of an analog signal, and An A / D converter that converts an analog signal from the detection circuit into a digital signal, an oscillator that controls the operation timing of the A / D converter, and a rectangular wave output from the oscillator via a frequency divider An INT output control circuit for converting into a data update signal, a storage means for storing the digital signal converted by the A / D converter, an external master computer, a chip select terminal, a clock terminal, an input terminal and an output A communication control circuit electrically connected via a terminal, and an angular velocity synchronized with a data update signal output from the INT output control circuit. The response signal consisting of a signal is input from the output terminal of the communication control circuit to the input terminal of the master computer. According to this configuration, the clock frequency of the angular velocity sensor and the clock frequency of the master computer are different. However, in response to the data update signal output from the INT output control circuit, the response signal including the angular velocity signal is input from the output terminal of the communication control circuit to the input terminal of the master computer. It is possible to provide an angular velocity sensor with improved characteristics that can output an angular velocity signal without being affected by the clock frequency and does not cause output fluctuation due to a phase shift of the clock signal between the angular velocity sensor and the master computer. it can It is those having the effect of say.

本発明の一実施の形態における角速度センサの検出回路を示すブロック図The block diagram which shows the detection circuit of the angular velocity sensor in one embodiment of this invention 同角速度センサの動作状態における出力信号を示す図The figure which shows the output signal in the operating state of the same angular velocity sensor 本発明の一実施の形態における角速度センサのINT出力制御回路から出力されるデータ更新信号を示す図The figure which shows the data update signal output from the INT output control circuit of the angular velocity sensor in one embodiment of this invention 同角速度センサへのマスタコンピュータからの指令により、角速度情報を出力する状態を示す図The figure which shows the state which outputs angular velocity information by the command from the master computer to the angular velocity sensor 従来の角速度センサの回路ブロック図Circuit block diagram of conventional angular velocity sensor 従来の角速度センサをマスタコンピュータと接続する状態を示す図The figure which shows the state which connects the conventional angular velocity sensor with a master computer

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検出回路を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a detection circuit of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.

図1において、31は振動子で、この振動子31は一対の駆動部32と、この一対の駆動部32のそれぞれの先端に配設された一対の検知部33とにより構成されている。また前記振動子31の駆動部32の一方には駆動用電極34を設けるとともに、前記駆動部32の他方には駆動検出用電極35を設けている。そしてまた前記振動子31における一対の検知部33には角速度検出用電極36を設けている。37はモニタ回路で、このモニタ回路37は前記振動子31の駆動検出用電極35の電荷を入力する電流アンプ38と、この電流アンプ38の出力信号を入力するバンドパスフィルタ39と、このバンドパスフィルタ39の出力信号を入力する整流器40と、この整流器40の出力信号を入力する平滑回路41とにより構成されている。42はAGC回路で、このAGC回路42は前記モニタ回路37における平滑回路41の出力信号を入力し、かつ前記モニタ回路37におけるバンドパスフィルタ39の出力信号を増幅あるいは減衰させるものである。43は制御回路で、この制御回路43は前記AGC回路42の出力信号を入力するとともに、前記振動子31の駆動用電極34に駆動信号を入力するものである。そして、前記モニタ回路37、AGC回路42および制御回路43とで、駆動回路44を構成している。   In FIG. 1, reference numeral 31 denotes a vibrator, and the vibrator 31 includes a pair of drive units 32 and a pair of detection units 33 disposed at respective tips of the pair of drive units 32. In addition, a drive electrode 34 is provided on one side of the drive unit 32 of the vibrator 31, and a drive detection electrode 35 is provided on the other side of the drive unit 32. In addition, an angular velocity detection electrode 36 is provided on the pair of detection units 33 in the vibrator 31. Reference numeral 37 denotes a monitor circuit. The monitor circuit 37 includes a current amplifier 38 for inputting the electric charge of the drive detection electrode 35 of the vibrator 31, a bandpass filter 39 for inputting an output signal of the current amplifier 38, and the bandpass. A rectifier 40 for inputting the output signal of the filter 39 and a smoothing circuit 41 for inputting the output signal of the rectifier 40 are configured. Reference numeral 42 denotes an AGC circuit. The AGC circuit 42 inputs the output signal of the smoothing circuit 41 in the monitor circuit 37 and amplifies or attenuates the output signal of the band-pass filter 39 in the monitor circuit 37. Reference numeral 43 denotes a control circuit. The control circuit 43 inputs an output signal of the AGC circuit 42 and inputs a drive signal to the drive electrode 34 of the vibrator 31. The monitor circuit 37, the AGC circuit 42, and the control circuit 43 constitute a drive circuit 44.

45は電流アンプで、この電流アンプ45は前記振動子31における一対の角速度検出用電極36にコリオリ力により発生する電荷を電圧に変換するものである。46は検出回路で、この検出回路46は、前記電流アンプ45の出力信号を入力する差動アンプ47と、この差動アンプ47の出力信号を入力する同期検波器48と、この同期検波器48の出力信号を入力する平滑回路49と、この平滑回路49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50とにより構成されている。60はA/D変換器で、このA/D変換器60は検出回路46における直流アンプ50から出力されるアナログからなる出力信号をデジタル信号に変換する。62はレジスタで、このレジスタ62は角速度情報としての出力信号、駆動回路44の補正データ等がデータとして保存されている。   Reference numeral 45 denotes a current amplifier. The current amplifier 45 converts electric charges generated by the Coriolis force on the pair of angular velocity detection electrodes 36 in the vibrator 31 into a voltage. A detection circuit 46 includes a differential amplifier 47 that receives the output signal of the current amplifier 45, a synchronous detector 48 that receives the output signal of the differential amplifier 47, and the synchronous detector 48. The smoothing circuit 49 inputs the output signal and the DC amplifier 50 which inputs the output signal of the smoothing circuit 49 and amplifies and outputs the angular velocity signal. Reference numeral 60 denotes an A / D converter. The A / D converter 60 converts an analog output signal output from the DC amplifier 50 in the detection circuit 46 into a digital signal. Reference numeral 62 denotes a register, which stores an output signal as angular velocity information, correction data of the drive circuit 44, and the like as data.

63は3線式シリアル通信におけるスレブに相当する通信制御回路で、この通信制御回路63はレジスタ62とデータのやり取りを行うとともに、チップセレクト端子64、入力端子65、出力端子66およびクロック端子67を設けている。68は外部に設けられたマスタコンピュータで、このマスタコンピュータ68は3線式シリアル通信方式における通信をコントロールしており、角速度センサにおけるチップセレクト端子64と接続されたチップセレクト端子69、角速度センサにおける入力端子65と接続された出力端子70および角速度センサにおける出力端子66と接続された入力端子71、角速度センサにおけるクロック端子67と接続されたクロック端子72およびINT端子73を設けている。また、前記マスタコンピュータ68には、タイミング回路68aを設けている。74は発振器で、この発振器74は矩形波形を出力している。75は分周器で、この分周器75は前記発振器74からの出力信号を13.3KHzからなる矩形波に変換して出力している。76はINT出力制御回路で、このINT出力制御回路76は前記分周器75からの出力される矩形波をデータ更新信号に変換して出力している。そして、このデータ更新信号はマスタコンピュータ68におけるINT端子73を介してタイミング回路68aに入力される。そして、このタイミング回路68aから出力される出力信号がマスタコンピュータ68におけるチップセレクト端子69を介して角速度センサの通信制御回路63におけるチップセレクト端子64にローの信号として入力される。   Reference numeral 63 denotes a communication control circuit corresponding to a slave in three-wire serial communication. This communication control circuit 63 exchanges data with the register 62, and also includes a chip select terminal 64, an input terminal 65, an output terminal 66, and a clock terminal 67. Provided. Reference numeral 68 denotes an external master computer that controls communication in the three-wire serial communication system. The master computer 68 is connected to the chip select terminal 64 of the angular velocity sensor and the input of the angular velocity sensor. An output terminal 70 connected to the terminal 65, an input terminal 71 connected to the output terminal 66 in the angular velocity sensor, a clock terminal 72 connected to the clock terminal 67 in the angular velocity sensor, and an INT terminal 73 are provided. The master computer 68 is provided with a timing circuit 68a. 74 is an oscillator, and this oscillator 74 outputs a rectangular waveform. Reference numeral 75 denotes a frequency divider, and this frequency divider 75 converts the output signal from the oscillator 74 into a rectangular wave of 13.3 KHz and outputs it. An INT output control circuit 76 converts the rectangular wave output from the frequency divider 75 into a data update signal and outputs it. The data update signal is input to the timing circuit 68 a via the INT terminal 73 in the master computer 68. The output signal output from the timing circuit 68a is input as a low signal to the chip select terminal 64 in the communication control circuit 63 of the angular velocity sensor via the chip select terminal 69 in the master computer 68.

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31の駆動用電極34に交流電圧を加えると、前記振動子31が共振し、前記振動子31の駆動検出用電極35に電荷が発生する。この駆動検出用電極35に発生した電荷を駆動回路44における電流アンプ38に入力し、正弦波形の出力電圧に変換する。そしてこの電流アンプ38の出力電圧をモニタ回路37におけるバンドパスフィルタ39に入力し、前記振動子31の共振周波数のみを抽出し、ノイズ成分を除去した図2(a)に示すような正弦波形を出力する。そしてまた、前記モニタ回路37におけるバンドパスフィルタ39の出力信号を整流器40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41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42は前記平滑回路41の直流電圧信号が大の場合には前記モニタ回路37におけるバンドパスフィルタ39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41の直流電圧信号が小の場合には前記モニタ回路37におけるバンドパスフィルタ39の出力信号を増幅させるような信号を制御回路43に入力し、前記振動子31の振動が一定振幅となるように調整するものである。また前記振動子31の駆動部32が駆動方向に速度Vで屈曲振動している状態において、前記振動子31の長手方向の中心軸周りに振動子31が角速度ωで回転すると、この振動子31の検知部33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知部33における一対の角速度検出用電極36に、図2(b)および図2(c)に示すように電荷が発生する。そしてこの角速度検出用電極36に発生する電荷はコリオリ力により発生するため、前記駆動検出用電極35に発生する信号より位相が90度進んでいる。そしてまた、前記一対の角速度検出用電極36に発生した出力信号を重ね合わせることにより図2(d)に示すような電荷の信号を得る。さらに電流アンプ45により、図2(e)に示すような出力電圧に変換する。このとき、前記電流アンプ45はコンデンサ(図示せず)を設けており、前記角速度検出用電極36の出力をさらに90度進めるものである。そしてこの電流アンプ45の出力信号を2つの出力信号に分岐するとともに、分岐した出力信号の一方を検出回路46における差動アンプ47により前記振動子31の共振周波数成分のみを抽出し、ノイズ成分を除去するとともに、この差動アンプ47の出力を同期検波器48に入力し、前記モニタ回路37におけるバンドパスフィルタ39の振動の周期で位相検波させるとともに、前記差動アンプ47の電力電圧の負電圧成分を正電圧に変換し、図2(f)に示すような出力信号を得る。そしてこの同期検波器48の出力電圧を平滑回路49および直流アンプ50により平滑化するとともに、増幅し、図2(g)に示すような出力信号を得る。そして、前記検出回路46における直流アンプ50の出力信号をアナログからなる角速度情報としてA/D変換器60に入力する。A/D変換器60は、前記直流アンプ50から出力されるアナログからなる出力情報をデジタルからなる出力信号に変換するものである。   When an AC voltage is applied to the drive electrode 34 of the vibrator 31, the vibrator 31 resonates and charges are generated at the drive detection electrode 35 of the vibrator 31. The electric charge generated in the drive detection electrode 35 is input to the current amplifier 38 in the drive circuit 44 and converted into a sine waveform output voltage. Then, the output voltage of the current amplifier 38 is input to a band pass filter 39 in the monitor circuit 37, and only the resonance frequency of the vibrator 31 is extracted, and a sine waveform as shown in FIG. Output. Further, the output signal of the bandpass filter 39 in the monitor circuit 37 is input to the rectifier 40 to convert the negative voltage component into a positive voltage and then input to the smoothing circuit 41 to be converted into a DC voltage signal. . When the DC voltage signal of the smoothing circuit 41 is large, the AGC circuit 42 attenuates the output signal of the band-pass filter 39 in the monitor circuit 37, while the DC voltage signal of the smoothing circuit 41 If it is small, a signal that amplifies the output signal of the bandpass filter 39 in the monitor circuit 37 is input to the control circuit 43, and the vibration of the vibrator 31 is adjusted to have a constant amplitude. When the vibrator 31 rotates at an angular velocity ω around the longitudinal center axis of the vibrator 31 in a state where the drive unit 32 of the vibrator 31 is bending-vibrated at a speed V in the driving direction, the vibrator 31 is rotated. A Coriolis force of F = 2 mV × ω is generated in the detector 33. Due to this Coriolis force, electric charges are generated in the pair of angular velocity detection electrodes 36 in the detection section 33 as shown in FIGS. 2B and 2C. Since the electric charge generated in the angular velocity detection electrode 36 is generated by the Coriolis force, the phase is advanced by 90 degrees from the signal generated in the drive detection electrode 35. Further, by superimposing the output signals generated on the pair of angular velocity detection electrodes 36, a charge signal as shown in FIG. 2D is obtained. Further, the current amplifier 45 converts the output voltage as shown in FIG. At this time, the current amplifier 45 is provided with a capacitor (not shown), and further advances the output of the angular velocity detection electrode 36 by 90 degrees. Then, the output signal of the current amplifier 45 is branched into two output signals, and only one of the branched output signals is extracted by the differential amplifier 47 in the detection circuit 46, and the noise component is extracted. At the same time, the output of the differential amplifier 47 is input to the synchronous detector 48, phase detection is performed at the period of vibration of the bandpass filter 39 in the monitor circuit 37, and the negative voltage of the power voltage of the differential amplifier 47 is detected. The component is converted into a positive voltage to obtain an output signal as shown in FIG. The output voltage of the synchronous detector 48 is smoothed and amplified by the smoothing circuit 49 and the DC amplifier 50 to obtain an output signal as shown in FIG. The output signal of the DC amplifier 50 in the detection circuit 46 is input to the A / D converter 60 as analog angular velocity information. The A / D converter 60 converts the analog output information output from the DC amplifier 50 into a digital output signal.

ここで、通常の動作状態として、マスタコンピュータ68からの指令により、デジタル信号からなる角速度情報を角速度センサが出力する場合を考える。10ビットからなる角速度情報として、角速度センサの静止状態すなわち0[度/秒]を(1000000000)とし、測定範囲の最大角速度511[度/秒]を(1111111111)とし、測定範囲の最小角速度−511[度/秒]を(0000000000)と定義する。   Here, as a normal operation state, a case where the angular velocity sensor outputs angular velocity information composed of a digital signal according to a command from the master computer 68 is considered. As angular velocity information consisting of 10 bits, the stationary state of the angular velocity sensor, that is, 0 [degree / second] is (1000000000), the maximum angular velocity 511 [degree / second] of the measurement range is (1111111111), and the minimum angular velocity of the measurement range is −511. Define [degrees / second] as (0000000000).

そして、発振器74からの出力信号を分周器75により矩形波信号に変換して、さらに、図3に示すように、INT出力制御回路76から78μsecのデータ更新信号を出力する。このデータ更新信号をマスタコンピュータ68におけるINT端子73に入力する。マスタコンピュータ68におけるタイミング回路68aを介してチップセレクト端子69から角速度センサにおける通信制御回路63におけるチップセレクト端子64に図4(a)に示すように、ローの信号を入力することにより、マスタコンピュータ68のコマンドを受ける対象として、本発明の一実施の形態における角速度センサを選択する。   Then, the output signal from the oscillator 74 is converted into a rectangular wave signal by the frequency divider 75, and a data update signal of 78 μsec is output from the INT output control circuit 76 as shown in FIG. This data update signal is input to the INT terminal 73 in the master computer 68. By inputting a low signal from the chip select terminal 69 to the chip select terminal 64 in the communication control circuit 63 in the angular velocity sensor via the timing circuit 68a in the master computer 68, as shown in FIG. The angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention is selected as a target to receive the command.

その後、マスタコンピュータ68におけるクロック端子72から通信制御回路63におけるクロック端子67に図4(c)のクロック信号が入力され、このクロック信号の立ち上がり時に図4(b)に示す例えば、角速度情報を要求する1番目のコマンド77がマスタコンピュータ68における出力端子70から通信制御回路63における入力端子65に入力される。そうすると、図4(c)のクロック信号の立下りに合わせて図4(d)に示すように、角速度信号からなる応答信号77を通信制御回路63における出力端子66からマスタコンピュータ68における入力端子71に入力する。   Thereafter, the clock signal shown in FIG. 4C is input from the clock terminal 72 in the master computer 68 to the clock terminal 67 in the communication control circuit 63, and the angular velocity information shown in FIG. The first command 77 is input from the output terminal 70 of the master computer 68 to the input terminal 65 of the communication control circuit 63. Then, in response to the fall of the clock signal in FIG. 4C, a response signal 77 composed of an angular velocity signal is sent from the output terminal 66 in the communication control circuit 63 to the input terminal 71 in the master computer 68 as shown in FIG. To enter.

すなわち、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、角速度センサの有する更新時間78μsecとマスタコンピュータの有する更新時間125μsecとが異なる場合においても、INT出力制御回路76から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路63における出力端子66からマスタコンピュータ68における入力端子71に入力するようにしているため、マスタコンピュータ68におけるクロック周波数約8KHzの影響を受けることなく、角速度信号を出力できることとなり、角速度センサとマスタコンピュータとのクロック信号の位相のずれによる出力変動がなくなるという作用効果を有するものである。   That is, in the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention, even when the update time 78 μsec possessed by the angular velocity sensor and the update time 125 μsec possessed by the master computer are different, the data update signal output from the INT output control circuit 76 Since the response signal composed of the angular velocity signal is input to the input terminal 71 of the master computer 68 from the output terminal 66 of the communication control circuit 63 in synchronization with each other, the master computer 68 is not affected by the clock frequency of about 8 KHz. Thus, the angular velocity signal can be output, and the output fluctuation due to the phase shift of the clock signal between the angular velocity sensor and the master computer is eliminated.

この角速度信号からなる応答信号78は、4線式、SPI通信、16ビットの角速度データで構成されている。   The response signal 78 made up of this angular velocity signal is composed of 4-wire, SPI communication, and 16-bit angular velocity data.

この1番目のコマンド77である角速度情報の上位バイトを要求するコマンドに対し、図5(a)に示すような上位バイトの信号を含む角速度信号からなる応答信号78を通信制御回路63からマスタコンピュータ68に出力する。次に、2番目のコマンド79である角速度情報の下位バイトを要求するコマンドに対し、図5(b)に示すような、下位バイトの信号を含む角速度信号からなる応答信号80を通信制御回路63からマスタコンピュータ68に出力する。そして、マスタコンピュータ68にて、上位バイトの角速度信号からなる応答信号78と下位バイトの角速度信号からなる応答信号80を結合することにより、10ビットからなる角速度情報を受信するものである。   In response to the command requesting the upper byte of the angular velocity information as the first command 77, a response signal 78 comprising an angular velocity signal including the upper byte signal as shown in FIG. 5A is sent from the communication control circuit 63 to the master computer. Output to 68. Next, in response to a command that requests the lower byte of the angular velocity information that is the second command 79, a response signal 80 including an angular velocity signal including a lower byte signal as shown in FIG. To the master computer 68. Then, the master computer 68 combines the response signal 78 made up of the angular velocity signal of the upper byte and the response signal 80 made up of the angular velocity signal of the lower byte, thereby receiving 10-bit angular velocity information.

本発明にかかる角速度センサは、角速度センサの有するクロック周波数とマスタコンピュータの持つクロック周波数とが異なる場合においても、正確な出力信号を出力することが可能な角速度センサを提供できるという効果を有し、手ブレ補正機能付きカメラ、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る角速度センサ等として有用である。   The angular velocity sensor according to the present invention has an effect of providing an angular velocity sensor capable of outputting an accurate output signal even when the clock frequency of the angular velocity sensor and the clock frequency of the master computer are different. It is useful as an angular velocity sensor that can be used for posture control and navigation of a moving body such as a camera with a camera shake correction function, an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle.

31 振動子
44 駆動回路
46 検出回路
60 A/D変換器
62 レジスタ
63 通信制御回路
64 チップセレクト端子
65 入力端子
66 出力端子
67 クロック端子
68 マスタコンピュータ
75 分周器
76 INT出力制御回路
31 vibrator 44 drive circuit 46 detection circuit 60 A / D converter 62 register 63 communication control circuit 64 chip select terminal 65 input terminal 66 output terminal 67 clock terminal 68 master computer 75 frequency divider 76 INT output control circuit

Claims (1)

振動子と、この振動子を振動させる駆動回路と、前記振動子に角速度が付加された際にコリオリ力により発生する電荷をアナログ信号の出力信号として検出する検出回路と、この検出回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、このA/D変換器の動作タイミングを制御する発振器と、この発振器から出力される矩形波を分周器を介してデータ更新信号に変換するINT出力制御回路と、前記A/D変換器により変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、外部に設けたマスタコンピュータとチップセレクト端子、クロック端子、入力端子および出力端子を介して電気的に接続された通信制御回路とを備え、前記INT出力制御回路から出力されるデータ更新信号に同期させて、角速度信号からなる応答信号を通信制御回路における出力端子からマスタコンピュータにおける入力端子に入力するように構成した角速度センサ。 A vibrator, a drive circuit that vibrates the vibrator, a detection circuit that detects an electric charge generated by Coriolis force when an angular velocity is applied to the vibrator, and an analog signal output from the detection circuit; An A / D converter that converts a signal into a digital signal, an oscillator that controls the operation timing of the A / D converter, and a rectangular wave output from the oscillator is converted into a data update signal via a frequency divider. An INT output control circuit, storage means for storing the digital signal converted by the A / D converter, an external master computer, a chip select terminal, a clock terminal, an input terminal, and an output terminal electrically A communication control circuit connected thereto, and a response signal including an angular velocity signal is transmitted in synchronization with a data update signal output from the INT output control circuit. An angular velocity sensor that is configured to input from the output terminal of the control circuit to the input terminal of the master computer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015094672A (en) * 2013-11-12 2015-05-18 セイコーエプソン株式会社 Sensor device, sensor unit and electronic apparatus

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