JP4428079B2 - Angular velocity sensor - Google Patents

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Description

本発明は、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用いる角速度センサに関するものである。   The present invention relates to an angular velocity sensor used for attitude control, navigation, and the like of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle.

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9は従来の角速度センサの振動子の平面図、図10は同角速度センサのブロック図、図11は同角速度センサのドライブ信号およびモニタ信号およびセンス信号の波形図である。   9 is a plan view of a vibrator of a conventional angular velocity sensor, FIG. 10 is a block diagram of the angular velocity sensor, and FIG. 11 is a waveform diagram of a drive signal, a monitor signal, and a sense signal of the angular velocity sensor.

図9、図10において、従来の角速度センサは、軸部1に一対のアーム部2を有し、圧電素子からなる音叉型の振動子3と、この振動子3を駆動させ、振動子3に与えられた角速度を検出する制御回路部4とを備えている。   9 and 10, the conventional angular velocity sensor has a pair of arm portions 2 on a shaft portion 1, and a tuning fork type vibrator 3 made of a piezoelectric element, and the vibrator 3 are driven. And a control circuit unit 4 for detecting a given angular velocity.

まず、振動子3には、振動子3を特定周波数で振動させるためのドライブ信号5を入力するドライブ電極部6と、振動子3の振動周波数を検知しモニタ信号7として出力するモニタ電極部8と、振動子3に与えられた角速度に起因してモニタ信号7に同期した同期周波数を検知しセンス信号9として出力するセンス電極部10とを形成している。ドライブ電極部6およびセンス電極部10はアーム部2に形成し、モニタ電極部8は軸部1とアーム部2の境界近傍に形成している。   First, the vibrator 3 includes a drive electrode section 6 that inputs a drive signal 5 for vibrating the vibrator 3 at a specific frequency, and a monitor electrode section 8 that detects the vibration frequency of the vibrator 3 and outputs it as a monitor signal 7. And a sense electrode unit 10 that detects a synchronization frequency synchronized with the monitor signal 7 due to the angular velocity applied to the vibrator 3 and outputs it as a sense signal 9. The drive electrode portion 6 and the sense electrode portion 10 are formed on the arm portion 2, and the monitor electrode portion 8 is formed near the boundary between the shaft portion 1 and the arm portion 2.

次に、制御回路部4には、振動子3のモニタ電極部8に接続したモニタ回路部11、このモニタ回路部11に接続したAGC回路部12、このAGC回路部12に接続した駆動回路部13、振動子3のセンス電極部10に接続した角速度検出回路部14を設けている。   Next, the control circuit unit 4 includes a monitor circuit unit 11 connected to the monitor electrode unit 8 of the vibrator 3, an AGC circuit unit 12 connected to the monitor circuit unit 11, and a drive circuit unit connected to the AGC circuit unit 12. 13. An angular velocity detection circuit unit 14 connected to the sense electrode unit 10 of the vibrator 3 is provided.

モニタ回路部11は、モニタ電極部8から出力されたモニタ信号7を入力する増幅器と、この増幅器の出力信号を入力するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの出力信号を入力する整流器と、この整流器の出力信号を入力する平滑回路とにより構成している。   The monitor circuit unit 11 receives an amplifier that receives the monitor signal 7 output from the monitor electrode unit 8, a bandpass filter that receives the output signal of the amplifier, a rectifier that receives the output signal of the bandpass filter, And a smoothing circuit for inputting the output signal of the rectifier.

AGC回路部12は、モニタ回路部11における平滑回路の出力信号を入力し、かつモニタ回路部11におけるバンドパスフィルタの出力信号を増幅あるいは減衰させる機能を有している。   The AGC circuit unit 12 has a function of inputting an output signal of the smoothing circuit in the monitor circuit unit 11 and amplifying or attenuating the output signal of the bandpass filter in the monitor circuit unit 11.

駆動回路部13は、増幅あるいは減衰されたバンドパスフィルタの出力信号を、振動子3の駆動用のドライブ信号5としてドライブ電極部6に出力している。   The drive circuit unit 13 outputs the amplified or attenuated output signal of the bandpass filter to the drive electrode unit 6 as a drive signal 5 for driving the vibrator 3.

角速度検出回路部14は、センス電極部10から出力されたセンス信号9から角速度の値を検出している。   The angular velocity detection circuit unit 14 detects the value of the angular velocity from the sense signal 9 output from the sense electrode unit 10.

また、振動子3はドライブ電極部6からドライブ信号5が入力されることによって振動して駆動するとともに、その振動はモニタ電極部8からモニタ信号7として出力されるが、このドライブ信号5は特定周波数の正弦波であり、このドライブ信号5(特定周波数の正弦波)の振幅が、モニタ信号7(振動子3の振動に起因した振動周波数の正弦波)の振幅と異なる場合、モニタ信号7の振幅とドライブ信号5の振幅が互いに一致するように制御されている。具体的には、モニタ信号7の振幅がドライブ信号5の振幅よりも小さい場合は、ドライブ信号5の振幅を増加させる是正信号がドライブ信号5に付加されており、モニタ信号7の振幅がドライブ信号5の振幅よりも大きい場合は、ドライブ信号5の振幅を減少させる是正信号がドライブ信号5に付加されている。これらの機能はAGC回路部12と駆動回路部13によって行っており、振動子3の振動が一定振幅に保持されるようになっている。   The vibrator 3 is driven to vibrate when a drive signal 5 is input from the drive electrode unit 6, and the vibration is output as a monitor signal 7 from the monitor electrode unit 8. When the amplitude of the drive signal 5 (sine wave of a specific frequency) is different from the amplitude of the monitor signal 7 (sine wave of vibration frequency caused by vibration of the vibrator 3), the monitor signal 7 Control is performed so that the amplitude and the amplitude of the drive signal 5 coincide with each other. Specifically, when the amplitude of the monitor signal 7 is smaller than the amplitude of the drive signal 5, a correction signal for increasing the amplitude of the drive signal 5 is added to the drive signal 5, and the amplitude of the monitor signal 7 is the drive signal. When the amplitude is larger than 5, the correction signal for decreasing the amplitude of the drive signal 5 is added to the drive signal 5. These functions are performed by the AGC circuit unit 12 and the drive circuit unit 13, and the vibration of the vibrator 3 is held at a constant amplitude.

上記角速度センサにおいて、ドライブ信号5、モニタ信号7、センス信号9の関係は、図11に示すようになる。すなわち、図11(a)に示すように、特定周波数の正弦波からなるドライブ信号5に対して、図11(b)に示すように、振動子3の振動に起因した振動周波数の正弦波からなるモニタ信号7がドライブ信号5と同位相で出力され、振動子3に与えられる角速度に応じて、図11(c)に示すように、モニタ信号7に同期して位相の90度進んだ正弦波からなるセンス信号9が出力される。   In the angular velocity sensor, the relationship between the drive signal 5, the monitor signal 7, and the sense signal 9 is as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 11A, with respect to the drive signal 5 consisting of a sine wave having a specific frequency, as shown in FIG. The monitor signal 7 is output in the same phase as the drive signal 5 and, as shown in FIG. 11C, a sine whose phase is advanced by 90 degrees in synchronization with the monitor signal 7 according to the angular velocity applied to the vibrator 3 A sense signal 9 composed of waves is output.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2000−193459号公報
For example, Patent Document 1 is known as prior art document information related to the invention of this application.
JP 2000-193459 A

上記従来の構成では、図12に示すように、ドライブ信号5の振幅に対して、モニタ信号7の振幅が小さくなった場合は、AGC回路部12によって、ドライブ信号5の振幅を増加させる是正信号が駆動回路部13に出力され、ドライブ信号5に付加される。   In the above conventional configuration, as shown in FIG. 12, when the amplitude of the monitor signal 7 becomes smaller than the amplitude of the drive signal 5, the correction signal for increasing the amplitude of the drive signal 5 by the AGC circuit unit 12 is provided. Is output to the drive circuit unit 13 and added to the drive signal 5.

このAGC回路部12および駆動回路部13を駆動させるための駆動電圧は制御回路部4に接続された電源回路部(図示せず)から供給されるが、この電源回路部から駆動電圧の供給が停止された場合、例えば、エンジンの停止等が行われた場合、駆動回路部13から出力されるドライブ信号5も停止される。   The drive voltage for driving the AGC circuit unit 12 and the drive circuit unit 13 is supplied from a power supply circuit unit (not shown) connected to the control circuit unit 4, and the drive voltage is supplied from the power supply circuit unit. When stopped, for example, when the engine is stopped, the drive signal 5 output from the drive circuit unit 13 is also stopped.

この際、駆動回路部13の他、制御回路部4の他の回路部も含め、一般的に、すべての回路が瞬時に停止することは難しい。すなわち、ドライブ信号5の停止が完全に完了するまでの時間において、駆動回路部13に供給される電圧の急激な低下に応じてドライブ信号5の振幅も急激に低下し、振動子3の振動にともなうモニタ信号7の振幅も非常に小さくなる。反対にこれを是正するための是正信号は非常に大きくなり、ドライブ信号5の振幅を非常に大きくする是正信号が駆動回路部13から振動子3のドライブ電極部6に出力される。   At this time, it is generally difficult for all circuits including the drive circuit unit 13 and other circuit units of the control circuit unit 4 to stop instantaneously. In other words, during the time until the stop of the drive signal 5 is completely completed, the amplitude of the drive signal 5 also rapidly decreases in accordance with the rapid decrease of the voltage supplied to the drive circuit unit 13, and vibration of the vibrator 3 is caused. The amplitude of the accompanying monitor signal 7 is also very small. On the other hand, the correction signal for correcting this becomes very large, and a correction signal for greatly increasing the amplitude of the drive signal 5 is output from the drive circuit unit 13 to the drive electrode unit 6 of the vibrator 3.

このような状態になると、振動子3は必要以上に駆動され、振動子3が破壊される恐れを生じるという問題点を有していた。   In such a state, the vibrator 3 is driven more than necessary, and there is a problem that the vibrator 3 may be destroyed.

本発明は上記問題点を解決するものであり、電源回路部からの駆動電圧の供給が停止されても、是正信号を必要以上に大きくすることなく、振動子の破壊の恐れを抑制した角速度センサを提供することを目的としている。   The present invention solves the above problem, and even if the supply of drive voltage from the power supply circuit unit is stopped, the angular velocity sensor suppresses the possibility of destruction of the vibrator without increasing the correction signal more than necessary. The purpose is to provide.

上記従来の問題点を解決するために本発明は、特に、電源回路部から駆動電圧の供給が停止され、モニタ信号の振幅と前記ドライブ信号の振幅との振幅差に起因して付加回路部から発生する是正信号が大きくなり過ぎることにより振動子が破壊する振幅差の最大値を予め設定するとともに、最大値を超える振幅差が生じた場合は、是正信号をドライブ信号に付加しない判定回路を設けた構成である。 In order to solve the above-described conventional problems, the present invention particularly stops the supply of the drive voltage from the power supply circuit unit , and the additional circuit unit causes the difference between the amplitude of the monitor signal and the amplitude of the drive signal. Preset the maximum value of the amplitude difference that causes the transducer to break down when the correction signal that is generated becomes too large, and if there is an amplitude difference that exceeds the maximum value, provide a judgment circuit that does not add the correction signal to the drive signal It is a configuration.

以上のように本発明によれば、電源回路部から駆動電圧の供給が停止され、モニタ信号の振幅と前記ドライブ信号の振幅との振幅差に起因して付加回路部から発生する是正信号が大きくなり過ぎることにより振動子が破壊する振幅差の最大値を予め設定するとともに、最大値を超える振幅差が生じた場合は、是正信号をドライブ信号に入力しない判定回路を設けているので、電源回路部から駆動電圧の供給が停止され、駆動回路部に供給される電圧の急激な低下に起因して是正信号が非常に大きくなっても、上記最大値を超える振幅差が生じていれば、その是正信号はドライブ信号に付加されないので、振動子の破壊の恐れを抑制することができる。 As described above, according to the present invention, the supply of the drive voltage from the power supply circuit unit is stopped, and the correction signal generated from the additional circuit unit due to the amplitude difference between the amplitude of the monitor signal and the amplitude of the drive signal is large. The maximum value of the amplitude difference that destroys the vibrator due to being too large is set in advance, and if there is an amplitude difference that exceeds the maximum value, a judgment circuit is provided that does not input a correction signal to the drive signal. Even if the correction signal is very large due to a sudden drop in the voltage supplied to the drive circuit unit when the supply of the drive voltage from the unit is stopped, Since the correction signal is not added to the drive signal, it is possible to suppress the possibility of destruction of the vibrator.

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ブロック図、図2は同角速度センサに用いる振動子の平面図、図3は同角速度センサの動作状態における各電極部の入出力信号の波形図、図4は同角速度センサの位相ずれが生じたドライブ信号およびモニタ信号の波形図、図5は同角速度センサのドライブ信号およびモニタ信号の波形図、図6はH字形状の同角速度センサに用いる振動子の平面図である。   1 is a block diagram of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a vibrator used in the angular velocity sensor, and FIG. 3 is a waveform of input / output signals of each electrode section in the operating state of the angular velocity sensor. 4 is a waveform diagram of a drive signal and a monitor signal in which a phase shift of the angular velocity sensor occurs, FIG. 5 is a waveform diagram of a drive signal and a monitor signal of the angular velocity sensor, and FIG. 6 is an H-shaped identical angular velocity sensor. It is a top view of the vibrator to be used.

図1、図2において、本発明の一実施の形態における角速度センサは、軸部21に一対のアーム部22を有し、圧電素子からなる音叉型の振動子23と、この振動子23を駆動させ、振動子23に与えられた角速度を検出する制御回路部24とを備えている。   1 and 2, an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention has a pair of arm portions 22 on a shaft portion 21, a tuning fork type vibrator 23 made of a piezoelectric element, and drives the vibrator 23. And a control circuit unit 24 that detects the angular velocity applied to the vibrator 23.

まず、振動子23には、振動子23を特定周波数で振動させるためのドライブ信号25を入力するドライブ電極部26と、振動子23の振動周波数を検知しモニタ信号27として出力するモニタ電極部28と、振動子23に与えられた角速度に起因してモニタ信号27に同期した同期周波数を検知しセンス信号29として出力するセンス電極部30とを形成している。ドライブ電極部26およびセンス電極部30はアーム部22に形成し、モニタ電極部28は軸部21とアーム部22の境界近傍に形成している。   First, the vibrator 23 has a drive electrode section 26 for inputting a drive signal 25 for vibrating the vibrator 23 at a specific frequency, and a monitor electrode section 28 for detecting the vibration frequency of the vibrator 23 and outputting it as a monitor signal 27. And a sense electrode unit 30 that detects a synchronization frequency synchronized with the monitor signal 27 due to the angular velocity applied to the vibrator 23 and outputs it as a sense signal 29. The drive electrode portion 26 and the sense electrode portion 30 are formed on the arm portion 22, and the monitor electrode portion 28 is formed near the boundary between the shaft portion 21 and the arm portion 22.

次に、制御回路部24には、振動子23のモニタ電極部28に接続したモニタ回路部31、このモニタ回路部31に接続したAGC回路部32、このAGC回路部32に接続した駆動回路部33、振動子23のセンス電極部30に接続した角速度検出回路部34を設けている。   Next, the control circuit unit 24 includes a monitor circuit unit 31 connected to the monitor electrode unit 28 of the vibrator 23, an AGC circuit unit 32 connected to the monitor circuit unit 31, and a drive circuit unit connected to the AGC circuit unit 32. 33, an angular velocity detection circuit unit 34 connected to the sense electrode unit 30 of the vibrator 23 is provided.

モニタ回路部31は、モニタ電極部28から出力されたモニタ信号27を入力する増幅器と、この増幅器の出力信号を入力するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの出力信号を入力する整流器と、この整流器の出力信号を入力する平滑回路とにより構成している。   The monitor circuit unit 31 includes an amplifier that receives the monitor signal 27 output from the monitor electrode unit 28, a bandpass filter that receives the output signal of the amplifier, a rectifier that receives the output signal of the bandpass filter, And a smoothing circuit for inputting the output signal of the rectifier.

AGC回路部32は、モニタ回路部31における平滑回路の出力信号を入力し、かつモニタ回路部31におけるバンドパスフィルタの出力信号を増幅あるいは減衰させる機能を有している。   The AGC circuit unit 32 has a function of inputting the output signal of the smoothing circuit in the monitor circuit unit 31 and amplifying or attenuating the output signal of the bandpass filter in the monitor circuit unit 31.

駆動回路部33は、増幅あるいは減衰されたバンドパスフィルタの出力信号を、振動子23の駆動用のドライブ信号25としてドライブ電極部26に出力している。   The drive circuit unit 33 outputs the amplified or attenuated output signal of the bandpass filter to the drive electrode unit 26 as the drive signal 25 for driving the vibrator 23.

角速度検出回路部34は、センス電極部30から出力されたセンス信号29から角速度の値を検出している。   The angular velocity detection circuit unit 34 detects the value of the angular velocity from the sense signal 29 output from the sense electrode unit 30.

上記角速度センサにおいて、ドライブ信号25、モニタ信号27、センス信号29の関係は、図3に示すようになる。すなわち、図3(a)に示すように、特定周波数の正弦波からなるドライブ信号25に対して、図3(b)に示すように、振動子23の振動に起因した振動周波数の正弦波からなるモニタ信号27がドライブ信号25と同位相で出力され、振動子23に与えられる角速度に応じて、図3(c)に示すように、モニタ信号27に同期して位相の90度進んだ正弦波からなるセンス信号29が出力される。   In the angular velocity sensor, the relationship among the drive signal 25, the monitor signal 27, and the sense signal 29 is as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 3A, a drive signal 25 consisting of a sine wave having a specific frequency is changed from a sine wave having a vibration frequency caused by the vibration of the vibrator 23 as shown in FIG. The monitor signal 27 is output in the same phase as the drive signal 25, and in accordance with the angular velocity applied to the vibrator 23, as shown in FIG. A sense signal 29 composed of waves is output.

また、振動子23はドライブ電極部26からドライブ信号25が入力されることによって振動して駆動するとともに、その振動はモニタ電極部28からモニタ信号27として出力されるが、このドライブ信号25は特定周波数の正弦波であり、このドライブ信号25(特定周波数の正弦波)の振幅が、モニタ信号27(振動子23の振動に起因した振動周波数の正弦波)の振幅と異なる場合、モニタ信号27の振幅とドライブ信号25の振幅が互いに一致するように制御されている。   The vibrator 23 is driven to vibrate when a drive signal 25 is input from the drive electrode unit 26, and the vibration is output as a monitor signal 27 from the monitor electrode unit 28. If the amplitude of the drive signal 25 (sine wave of a specific frequency) is different from the amplitude of the monitor signal 27 (sine wave of vibration frequency caused by vibration of the vibrator 23), the monitor signal 27 Control is performed so that the amplitude and the amplitude of the drive signal 25 coincide with each other.

具体的には、図4に示すように、モニタ信号27の振幅がドライブ信号25の振幅よりも小さい場合は、ドライブ信号25の振幅を増加させる是正信号がドライブ信号25に付加されており、図5に示すように、モニタ信号27の振幅がドライブ信号25の振幅よりも大きい場合は、ドライブ信号25の振幅を減少させる是正信号がドライブ信号25に付加されている。これらの機能はAGC回路部32と駆動回路部33からなる付加回路部43によって行っており、振動子23の振動が一定振幅に保持されるようになっている。   Specifically, as shown in FIG. 4, when the amplitude of the monitor signal 27 is smaller than the amplitude of the drive signal 25, a correction signal for increasing the amplitude of the drive signal 25 is added to the drive signal 25. As shown in FIG. 5, when the amplitude of the monitor signal 27 is larger than the amplitude of the drive signal 25, a correction signal for reducing the amplitude of the drive signal 25 is added to the drive signal 25. These functions are performed by an additional circuit unit 43 including an AGC circuit unit 32 and a drive circuit unit 33, and the vibration of the vibrator 23 is held at a constant amplitude.

さらに、この付加回路部43には、モニタ信号27(振動周波数)の振幅とドライブ信号25(特定周波数)の振幅との振幅差の最大値を予め設定するとともに、最大値を超える振幅差が生じた場合は、是正信号をドライブ信号25に付加しない判定回路部42を接続している。   Further, in the additional circuit unit 43, a maximum value of an amplitude difference between the amplitude of the monitor signal 27 (vibration frequency) and the amplitude of the drive signal 25 (specific frequency) is set in advance, and an amplitude difference exceeding the maximum value is generated. In such a case, a determination circuit unit 42 that does not add a correction signal to the drive signal 25 is connected.

また、制御回路部24には、振動子23に角速度が生じていない場合に、角速度が生じていると誤って検知したセンス信号29の信号成分をノイズ信号成分として、センス信号29の信号成分からノイズ信号成分を除去する補正回路部35を設けている。   In addition, the control circuit unit 24 uses the signal component of the sense signal 29 erroneously detected that the angular velocity is generated as the noise signal component when the angular velocity is not generated in the vibrator 23, from the signal component of the sense signal 29. A correction circuit unit 35 for removing noise signal components is provided.

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ある。図3(a)、(b)に示すように、第1のノイズ信号成分は、モニタ信号27の位相に対してセンス信号29の位相が互いにずれていない状態において生じたものである。   The noise signal component includes a first noise signal component and a second noise signal component. As shown in FIGS. 3A and 3B, the first noise signal component is generated in a state where the phase of the sense signal 29 is not shifted from the phase of the monitor signal 27.

この第1ノイズ信号成分は振動子23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23の場合、それぞれのアーム部22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、音叉型でなく、柱状や錐状の形状の振動子23においても、重心を基準にして、質量差があると、第1ノイズ信号成分が生じる。H字形状の音叉型の振動子23としては、図6に示すものがある。この振動子23では、軸部21に対してアーム部22が4つあり、ドライブ電極部26およびモニタ電極部28およびセンス電極部30がそれぞれ軸部21およびアーム部22に形成されている。   This first noise signal component is generated by the mass balance of the vibrator 23. For example, in the case of a U-shaped or H-shaped tuning fork type vibrator 23, a first noise signal component is generated if the mass of each arm portion 22 varies. Further, even in a columnar or cone-shaped vibrator 23 that is not a tuning fork type, if there is a mass difference with respect to the center of gravity, a first noise signal component is generated. An example of the H-shaped tuning fork vibrator 23 is shown in FIG. In this vibrator 23, there are four arm portions 22 with respect to the shaft portion 21, and a drive electrode portion 26, a monitor electrode portion 28, and a sense electrode portion 30 are formed on the shaft portion 21 and the arm portion 22, respectively.

第2ノイズ信号成分は、第1ノイズ信号成分を除いたものであって、図3(a)、(b)に示すモニタ信号27とセンス信号29において、モニタ信号27の位相に対してセンス信号29の位相が互いにずれている状態に起因して生じたものであり、図7(a)、(b)に示すような位相ずれ(W)に起因して生じる。このような位相が互いにずれる状態になるのは、制御回路部24内の温度上昇に起因する。   The second noise signal component is obtained by removing the first noise signal component. In the monitor signal 27 and the sense signal 29 shown in FIGS. This is caused by a state in which the phases of 29 are shifted from each other, and is caused by a phase shift (W) as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b). Such a state in which the phases are shifted from each other is due to a temperature increase in the control circuit unit 24.

補正回路部35は、図8に示すように、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36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37とを有しており、モニタ回路部31の増幅器に接続している。   As shown in FIG. 8, the correction circuit unit 35 includes a first noise correction circuit 36 for removing the first noise signal component and a second noise correction circuit 37 for removing the second noise signal component. And connected to the amplifier of the monitor circuit unit 31.

第1ノイズ用補正回路36および第2ノイズ用補正回路37には、第1ノイズ信号成分と第2ノイズ信号成分を予め記憶したメモリ部38を接続し、このメモリ部38に予め記憶した第1ノイズ信号成分および第2ノイズ信号成分をセンス信号29の信号成分から定常的に除去している。特に、第1ノイズ用補正回路36および第2ノイズ用補正回路37は、内部抵抗を有するスイッチ39とラダー抵抗40とを組み合わせて形成しており、ラダー抵抗40の抵抗値をトランジスタ等のスイッチ39の内部抵抗の抵抗値に対して100倍以上に設定している。   The first noise correction circuit 36 and the second noise correction circuit 37 are connected to a memory unit 38 in which the first noise signal component and the second noise signal component are stored in advance. The noise signal component and the second noise signal component are constantly removed from the signal component of the sense signal 29. In particular, the first noise correction circuit 36 and the second noise correction circuit 37 are formed by combining a switch 39 having an internal resistance and a ladder resistor 40, and the resistance value of the ladder resistor 40 is changed to a switch 39 such as a transistor. The resistance value of the internal resistance is set to 100 times or more.

モニタ信号27およびセンス信号29は、図1の増幅器において、それぞれ互いに増幅するとともに、この増幅度を略同等にしている。センス電極部30から出力されるセンス信号29の増幅器が2つあるのは、センス電極部30を2つ設けているからである。   The monitor signal 27 and the sense signal 29 are amplified with each other in the amplifier of FIG. The reason that there are two amplifiers of the sense signal 29 output from the sense electrode unit 30 is that two sense electrode units 30 are provided.

上記構成により、振動子23に質量バランスがあっても、その質量バランスに起因して生じたセンス信号29成分はノイズ信号成分として除去する補正回路部35を設けているので、正確な角速度を算出することができる。   With the above-described configuration, even if the vibrator 23 has a mass balance, the sense signal 29 component generated due to the mass balance is provided as a noise signal component, so that a correct angular velocity is calculated. can do.

また、ノイズ信号成分を予め記憶したメモリ部38を補正回路部35に接続し、メモリ部38に予め記憶したノイズ信号成分をセンス信号29の信号成分から定常的に除去しているので、角速度センサの動作状態において、定常的に正確な角速度を算出することができる。このメモリ部38は、EEPROM等を用いている。   In addition, since the memory unit 38 in which the noise signal component is stored in advance is connected to the correction circuit unit 35 and the noise signal component stored in the memory unit 38 is steadily removed from the signal component in the sense signal 29, the angular velocity sensor In the operating state, it is possible to calculate an accurate angular velocity constantly. The memory unit 38 uses an EEPROM or the like.

また、補正回路部35には、内部抵抗を有するスイッチ39とラダー抵抗40とを組み合わせて形成した回路を設け、ラダー抵抗40の抵抗値をスイッチ39の内部抵抗の抵抗値に対して100倍以上に設定しているので、スイッチ39をオフからオン状態に切り替えた際に、そのオン抵抗が小さくなり、インピーダンスマッチングが向上する。   Further, the correction circuit unit 35 is provided with a circuit formed by combining a switch 39 having an internal resistance and a ladder resistor 40, and the resistance value of the ladder resistor 40 is 100 times or more the resistance value of the internal resistance of the switch 39. Therefore, when the switch 39 is switched from the off state to the on state, the on resistance is reduced and impedance matching is improved.

また、ノイズ信号成分は、モニタ信号27の位相に対してセンス信号29の位相が互いにずれていない状態において生じた第1ノイズ信号成分とし、補正回路部35は第1ノイズ信号成分を除去する専用の第1ノイズ用補正回路36を設けているので、複数のノイズ信号成分の内、確実に第1ノイズ信号成分を除去できる。   The noise signal component is a first noise signal component generated when the phase of the sense signal 29 is not shifted from the phase of the monitor signal 27, and the correction circuit unit 35 is dedicated to removing the first noise signal component. Since the first noise correction circuit 36 is provided, the first noise signal component can be reliably removed from the plurality of noise signal components.

また、ノイズ信号成分は、モニタ信号27の位相に対してセンス信号29の位相が互いにずれていない状態において生じた第1ノイズ信号成分を除いたものであって、モニタ信号27の位相に対してセンス信号29の位相が互いにずれている状態に起因して生じた第2のノイズ信号成分とし、補正回路部35は第2ノイズ信号成分を除去する専用の第2ノイズ用補正回路37を設けているので、複数のノイズ信号成分の内、確実に第2ノイズ信号成分を除去できる。   The noise signal component is obtained by removing the first noise signal component generated in a state where the phases of the sense signals 29 are not shifted from each other with respect to the phase of the monitor signal 27. The correction circuit unit 35 is provided with a dedicated second noise correction circuit 37 for removing the second noise signal component as a second noise signal component generated due to the phase of the sense signal 29 being shifted from each other. Therefore, the second noise signal component can be reliably removed from the plurality of noise signal components.

また、モニタ信号27およびセンス信号29は増幅器により互いに増幅するとともに、この増幅度を略同等にしているので、第2ノイズ信号成分の除去がし易い。   In addition, the monitor signal 27 and the sense signal 29 are amplified with each other by an amplifier, and the amplification degree is made substantially equal, so that the second noise signal component can be easily removed.

なお、本実施の形態において、ノイズ信号成分を取り出すとともに、メモリ部38にノイズ信号成分を記憶させるためのノイズ信号端子41を設けて、ノイズ信号成分をメモリ部38に記憶させた後に、ノイズ信号端子41を非導通にしてもよい。この場合、ノイズ信号端子41は非導通にしているので、製造工程中や実装基板への実装後に、ノイズ信号端子41に不要に電流が流れ、角速度センサに悪影響を発生させることを抑制できる。   In the present embodiment, the noise signal component is extracted and the noise signal terminal 41 for storing the noise signal component in the memory unit 38 is provided. After the noise signal component is stored in the memory unit 38, the noise signal is stored. The terminal 41 may be turned off. In this case, since the noise signal terminal 41 is non-conducting, it is possible to suppress the current from flowing unnecessarily to the noise signal terminal 41 during the manufacturing process or after mounting on the mounting substrate, and to adversely affect the angular velocity sensor.

以上のように、本発明にかかる角速度センサは、振動子に質量バランスがあっても、その質量バランスに起因して生じたセンス信号成分はノイズ信号成分として除去する補正回路部を設けているので、正確な角速度を算出することができ、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の用途に適用できる。   As described above, the angular velocity sensor according to the present invention includes the correction circuit unit that removes the sense signal component generated due to the mass balance as a noise signal component even if the vibrator has a mass balance. Therefore, it is possible to calculate an accurate angular velocity, and it can be applied to applications such as attitude control and navigation of moving bodies such as airplanes, automobiles, robots, ships and vehicles.

本発明の一実施の形態における角速度センサのブロック図The block diagram of the angular velocity sensor in one embodiment of this invention 同角速度センサに用いる振動子の平面図Top view of the vibrator used in the same angular velocity sensor 同角速度センサのドライブ信号およびモニタ信号およびセンス信号の波形図Waveform diagram of drive signal, monitor signal and sense signal of the same angular velocity sensor 同角速度センサのドライブ信号およびモニタ信号の波形図Waveform diagram of drive signal and monitor signal of same angular velocity sensor 同角速度センサのドライブ信号およびモニタ信号の波形図Waveform diagram of drive signal and monitor signal of same angular velocity sensor H字形状の音叉型の振動子の平面図Plan view of H-shaped tuning fork type vibrator 同角速度センサの位相ずれが生じたドライブ信号およびモニタ信号の波形図Waveform diagram of drive signal and monitor signal in which phase shift of same angular velocity sensor occurred 同角速度センサの補正回路部およびこれに接続された増幅器を示す回路図Circuit diagram showing correction circuit section of same angular velocity sensor and amplifier connected thereto 従来の角速度センサの振動子の平面図Plan view of transducer of conventional angular velocity sensor 同角速度センサのブロック図Block diagram of the same angular velocity sensor 同角速度センサのドライブ信号およびモニタ信号およびセンス信号の波形図Waveform diagram of drive signal, monitor signal and sense signal of the same angular velocity sensor 同角速度センサのドライブ信号およびモニタ信号の波形図Waveform diagram of drive signal and monitor signal of same angular velocity sensor

21 軸部
22 アーム部
23 振動子
24 制御回路部
25 ドライブ信号
26 ドライブ電極部
27 モニタ信号
28 モニタ電極部
29 センス信号
30 センス電極部
31 モニタ回路部
32 AGC回路部
33 駆動回路部
34 角速度検出回路部
35 補正回路部
36 第1ノイズ用補正回路
37 第2ノイズ用補正回路
38 メモリ部
39 スイッチ
40 ラダー抵抗
41 ノイズ信号端子
42 判定回路部
43 付加回路部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Axis part 22 Arm part 23 Vibrator 24 Control circuit part 25 Drive signal 26 Drive electrode part 27 Monitor signal 28 Monitor electrode part 29 Sense signal 30 Sense electrode part 31 Monitor circuit part 32 AGC circuit part 33 Drive circuit part 34 Angular velocity detection circuit Unit 35 correction circuit unit 36 first noise correction circuit 37 second noise correction circuit 38 memory unit 39 switch 40 ladder resistor 41 noise signal terminal 42 determination circuit unit 43 additional circuit unit

Claims (1)

振動子と、前記振動子を駆動して前記振動子に与えられた角速度を検出する制御回路部とを備え、前記振動子には、前記振動子を特定周波数で振動させるためのドライブ信号を入力するドライブ電極部と、前記振動子の振動振幅を検知しモニタ信号として出力するモニタ電極部と、前記振動子に与えられた角速度に起因して前記モニタ信号に同期した同期周波数を検知しセンス信号として出力するセンス電極部とを形成し、前記モニタ信号の振幅が前記ドライブ信号の振幅と異なる場合、前記モニタ信号の振幅が前記ドライブ信号の振幅と同一の振幅になるように、前記モニタ信号の振幅が前記ドライブ信号の振幅よりも小さい場合は、前記ドライブ信号の振幅を増加させる是正信号を前記ドライブ信号に付加するとともに、前記モニタ信号の振幅が前記ドライブ信号の振幅よりも大きい場合は、前記ドライブ信号の振幅を減少させる是正信号を前記ドライブ信号に付加する付加回路部を有し、電源回路部から駆動電圧の供給が停止され、前記モニタ信号の振幅と前記ドライブ信号の振幅との振幅差に起因して付加回路部から発生する是正信号が大きくなり過ぎることにより振動子が破壊する振幅差の最大値を予め設定するとともに、最大値を超える振幅差が生じた場合は、前記是正信号を前記ドライブ信号に入力しない判定回路部を設けた角速度センサ。 A vibrator and a control circuit unit that drives the vibrator and detects an angular velocity applied to the vibrator, and inputs a drive signal for vibrating the vibrator at a specific frequency. Drive electrode section, a monitor electrode section that detects a vibration amplitude of the vibrator and outputs it as a monitor signal, a sense signal that detects a synchronization frequency synchronized with the monitor signal due to an angular velocity applied to the vibrator When the amplitude of the monitor signal is different from the amplitude of the drive signal, the monitor signal is output so that the amplitude of the monitor signal is the same as the amplitude of the drive signal. When the amplitude is smaller than the amplitude of the drive signal, a correction signal for increasing the amplitude of the drive signal is added to the drive signal, and the monitor signal If the amplitude is greater than the amplitude of the drive signal has an additional circuit portion for adding a corrective signal to reduce the amplitude of the drive signal to the drive signal, the supply of the drive voltage from the power supply circuit is stopped, the Preset and set the maximum value of the amplitude difference that causes the vibrator to break down when the correction signal generated from the additional circuit section becomes too large due to the amplitude difference between the amplitude of the monitor signal and the drive signal. An angular velocity sensor provided with a determination circuit unit that does not input the correction signal to the drive signal when an amplitude difference exceeding 1 occurs.
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