JP4600031B2 - Angular velocity detector - Google Patents

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Description

本発明は、規定の振動を与えている振動体に外力による角速度が作用したときのコリオリ力を計測することによって角速度を計測する角速度検出装置に関する。   The present invention relates to an angular velocity detection device for measuring an angular velocity by measuring a Coriolis force when an angular velocity due to an external force is applied to a vibrating body applying a prescribed vibration.

近年、自動車におけるサスペンションやエアバッグの制御装置、航空機における慣性航法システム、カメラの手ぶれ補正装置などにおいて、ジャイロセンサを用いた角速度検出装置が用いられている。この種の角速度検出装置として、規定の振動を与えている質量体に外力による角速度が作用したときのコリオリ力を計測することによって角速度を計測する振動式ジャイロセンサが知られている(例えば、特許文献1参照。)。   In recent years, angular velocity detection devices using gyro sensors have been used in suspension and airbag control devices in automobiles, inertial navigation systems in aircraft, camera shake correction devices for cameras, and the like. As this type of angular velocity detection device, there is known a vibration type gyro sensor that measures angular velocity by measuring Coriolis force when an angular velocity due to an external force acts on a mass body that is applying a prescribed vibration (for example, a patent) Reference 1).

図8は、背景技術に係るジャイロセンサの構成を説明するための概念図である(例えば特許文献2参照)。図8に示すジャイロセンサ101は、略直方体形状の導電体から構成された振動体102と、図8に示すように振動体102の一辺と平行方向にX軸をとると、振動体102の一辺と間隔を有してX軸方向に対向配置される駆動用電極103と、X軸と直交するY軸方向に振動体102を間に挟んで対向配置される検出用電極105及び106と、を備えている。駆動用電極103、検出用電極105,106は、それぞれ振動体102の一辺と間隔を有して対向配置され、振動体102との間に静電容量C103,C105,C106が形成されている。
FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining the configuration of a gyro sensor according to the background art (see, for example, Patent Document 2) . The gyro sensor 101 shown in FIG. 8 has one side of the vibrating body 102 when the X axis is parallel to one side of the vibrating body 102 as shown in FIG. And a driving electrode 103 disposed opposite to each other in the X-axis direction, and detection electrodes 105 and 106 disposed facing each other with the vibrating body 102 interposed therebetween in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis. I have. The drive electrode 103 and the detection electrodes 105 and 106 are arranged to face each other with a distance from the vibrating body 102, and electrostatic capacitances C 103, C 105, and C 106 are formed between the driving electrode 103 and the detection electrodes 105 and 106.

図9は、ジャイロセンサ101の動作を説明するための説明図である。図8に示すジャイロセンサ101において、駆動用電極103に交流電圧を印加すると、振動体102と駆動用電極103との間に周期的な静電気力が発生し、振動体102がX軸方向に沿って振動する。この状態で、ジャイロセンサ101に紙面に垂直方向の軸まわりに角速度Rが印加されるとY軸方向にコリオリ力が発生し、コリオリ力に応じて振動体102がY軸方向に変位する。振動体102がY軸方向に変位すると、振動体102と検出用電極105及び106との間の静電容量C105及びC106が変化する。従って、静電容量C105及びC106は、振動体102の振動速度が一定であれば、ジャイロセンサ101に印加された角速度に応じて変化する。   FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the operation of the gyro sensor 101. In the gyro sensor 101 shown in FIG. 8, when an AC voltage is applied to the driving electrode 103, a periodic electrostatic force is generated between the vibrating body 102 and the driving electrode 103, and the vibrating body 102 extends along the X-axis direction. Vibrate. In this state, when an angular velocity R is applied to the gyro sensor 101 about an axis perpendicular to the paper surface, a Coriolis force is generated in the Y-axis direction, and the vibrating body 102 is displaced in the Y-axis direction according to the Coriolis force. When the vibrating body 102 is displaced in the Y-axis direction, the capacitances C105 and C106 between the vibrating body 102 and the detection electrodes 105 and 106 change. Therefore, the capacitances C105 and C106 change according to the angular velocity applied to the gyro sensor 101 if the vibration velocity of the vibrating body 102 is constant.

ここで、角速度によって生じたコリオリ力によるY軸方向の変位は、X軸方向の振動速度に比例するため、振動体102の振動速度を大きく且つ一定の速度に保つことが必要である。そのためには、振動体102を固有の共振周波数で振動させることが望ましい。一般に、物体の変位を表す信号波形から90度位相がずれた信号を用いて物体を振動させることにより、その物体を共振周波数で振動させうることが知られている。そこで、従来、振動体102を振動させた場合におけるX軸方向の振動体102の機械的変位を示す検出信号を、90度位相シフトして駆動用電極103へ駆動用電圧として供給することにより、振動体102を共振周波数で共振させるようにしている。   Here, since the displacement in the Y-axis direction due to the Coriolis force generated by the angular velocity is proportional to the vibration velocity in the X-axis direction, it is necessary to keep the vibration speed of the vibrating body 102 large and constant. For this purpose, it is desirable to vibrate the vibrating body 102 at a specific resonance frequency. In general, it is known that an object can be vibrated at a resonance frequency by vibrating the object using a signal whose phase is shifted by 90 degrees from a signal waveform representing the displacement of the object. Therefore, conventionally, a detection signal indicating the mechanical displacement of the vibrating body 102 in the X-axis direction when the vibrating body 102 is vibrated is phase-shifted by 90 degrees and supplied to the driving electrode 103 as a driving voltage. The vibrating body 102 is resonated at the resonance frequency.

図10は、背景技術に係る角速度検出装置の電気的構成を示すブロック図である。図10において、ジャイロセンサ101は等価回路で示されている。図10に示す角速度検出装置100は、ジャイロセンサ101、キャリア発生回路111、I/V変換器112、バンドパスフィルタ(以下、BPFと略称する)113、アンプ114、同期検波回路115、BPF116、及び駆動信号発生器117を備えている。   FIG. 10 is a block diagram showing an electrical configuration of the angular velocity detection device according to the background art. In FIG. 10, the gyro sensor 101 is shown by an equivalent circuit. An angular velocity detection apparatus 100 shown in FIG. 10 includes a gyro sensor 101, a carrier generation circuit 111, an I / V converter 112, a bandpass filter (hereinafter abbreviated as BPF) 113, an amplifier 114, a synchronous detection circuit 115, a BPF 116, and A drive signal generator 117 is provided.

駆動信号発生器117は、静電容量C103へ振動体102における共振周波数の交流電圧を駆動用電圧として供給することにより、振動体102を振動させる。振動体102の共振周波数は、例えば1〜9kHz程度である。キャリア発生回路111は、静電容量検出用の所定の周波数、例えば100kHzの周波数を有するキャリア信号を、静電容量C105及びC106へ互いに位相を180度異ならせて供給する。図10に示すジャイロセンサ101の等価回路において、静電容量C103,C105,C106は振動体102に接続されており、振動体102はI/V変換器112に接続されている。   The drive signal generator 117 vibrates the vibrating body 102 by supplying an AC voltage having a resonance frequency in the vibrating body 102 to the capacitance C103 as a driving voltage. The resonance frequency of the vibrating body 102 is, for example, about 1 to 9 kHz. The carrier generation circuit 111 supplies a carrier signal having a predetermined frequency for capacitance detection, for example, a frequency of 100 kHz, to the capacitances C105 and C106 with a phase difference of 180 degrees. In the equivalent circuit of the gyro sensor 101 shown in FIG. 10, the capacitances C103, C105, and C106 are connected to the vibrating body 102, and the vibrating body 102 is connected to the I / V converter 112.

そして、静電容量C105とC106とが等しい場合、すなわち振動体102が検出用電極105及び106の中央に位置する場合、キャリア発生回路111から静電容量C105を介してI/V変換器112へ流れる電流I105と静電容量C106を介してI/V変換器112へ流れる電流I106とが相殺され、ゼロになるようにされている。また、ジャイロセンサ101に角速度が印加され振動体102の位置がコリオリ力によって変位すると、振動体102と検出用電極105及び106との間の距離が変化して静電容量C105とC106との間に差異が生じる結果、電流I105と電流I106との間に差異が生じ、電流I105と電流I106との差分に相当する検出電流I1がI/V変換器112へ流れるようにされている。すなわち、I/V変換器112へ流れる検出電流I1に基づいて、振動体102のコリオリ力による変位量を検出することができるようになっている。 When the capacitances C105 and C106 are equal, that is, when the vibrating body 102 is positioned at the center of the detection electrodes 105 and 106, the carrier generation circuit 111 passes through the capacitance C105 to the I / V converter 112. The flowing current I 105 and the current I 106 flowing to the I / V converter 112 via the capacitance C 106 are canceled out to be zero. Further, when an angular velocity is applied to the gyro sensor 101 and the position of the vibrating body 102 is displaced by the Coriolis force, the distance between the vibrating body 102 and the detection electrodes 105 and 106 changes, and the capacitances C105 and C106 are changed. results discrepancies, differences occurs between the current I 105 and the current I 106, detection current I 1 corresponding to a difference between the current I 105 and the current I 106 is to flow into the I / V converter 112 ing. That is, based on the detected current I 1 flowing to the I / V converter 112, the displacement amount due to the Coriolis force of the vibrating body 102 can be detected.

一方、駆動信号発生器117から駆動用電極103へ駆動用電圧が供給されることにより、駆動信号発生器117から振動体102へ静電容量C103を介して電流I103が流れる。この場合、電流I103は、振動体102が振動して振動体102と駆動用電極103との間隔が変化し、従って静電容量C103が変化することにより重畳される信号成分、すなわち振動体102を振動させた場合におけるX軸方向の振動体102の機械的変位を示す信号成分(以下、振動成分と称する)と、駆動用電圧が静電容量C103を通過することにより生じる信号成分(以下、駆動電圧成分と称する)と、を含んでいる。 On the other hand, when a driving voltage is supplied from the driving signal generator 117 to the driving electrode 103, a current I 103 flows from the driving signal generator 117 to the vibrating body 102 via the capacitance C 103 . In this case, the current I 103 is a signal component that is superimposed when the vibration body 102 vibrates and the distance between the vibration body 102 and the driving electrode 103 changes, and thus the capacitance C103 changes, that is, the vibration body 102. And a signal component indicating the mechanical displacement of the vibrating body 102 in the X-axis direction (hereinafter referred to as a vibration component) and a signal component (hereinafter referred to as the drive voltage passing through the capacitance C103). Called a driving voltage component).

そして、検出電流I1と、電流I103とを加算した電流が、I/V変換器112によって電圧信号に変換され、BPF113によってキャリア信号の周波数例えば100kHzの周波数成分、すなわち検出電流I1に応じた周波数成分がアンプ114へ出力され、アンプ114により増幅され、同期検波回路115によってキャリア信号に基づき同期検波されて、振動体102の変位量すなわちジャイロセンサ101に印加された角速度を表す検出信号Soutが出力される。 Then, a current obtained by adding the detection current I 1 and the current I 103 is converted into a voltage signal by the I / V converter 112, and the frequency of the carrier signal, for example, 100 kHz, that is, the detection current I 1 is determined by the BPF 113. The detected frequency component is output to the amplifier 114, amplified by the amplifier 114, synchronously detected based on the carrier signal by the synchronous detection circuit 115, and the detection signal Sout indicating the displacement amount of the vibrating body 102, that is, the angular velocity applied to the gyro sensor 101. Is output.

一方、I/V変換器112の出力信号は、BPF116によって振動体102の共振周波数(例えば2kHz)付近の周波数成分、すなわち電流I103に応じた周波数成分が振動体102の変位を示す振動検出信号Sdとして駆動信号発生器117へ出力され、さらに駆動信号発生器117により振動検出信号Sdが90度位相をずらして駆動用電極103へ駆動用電圧として供給されることにより、振動体102が共振周波数で振動されるようになっている。
特開平8−247767号公報 特開2000−283767号公報
On the other hand, the output signal of the I / V converter 112 is a vibration detection signal Sd in which the frequency component in the vicinity of the resonance frequency (for example, 2 kHz) of the vibrating body 102 by the BPF 116, that is, the frequency component corresponding to the current I103 indicates the displacement of the vibrating body 102. And the vibration detection signal Sd is supplied as a drive voltage to the drive electrode 103 by shifting the phase by 90 degrees by the drive signal generator 117, so that the vibrating body 102 has a resonance frequency. It is designed to vibrate.
JP-A-8-247767 JP 2000-283767 A

ところで、上述のように構成された角速度検出装置では、電流I103に基づき得られた振動検出信号Sdの位相を90度ずらして駆動用電極103へ駆動用電圧として供給するので、駆動用電極103へ供給される駆動用電圧にも、電流I103に含まれる振動成分と駆動電圧成分とが含まれることとなる。 By the way, in the angular velocity detecting device configured as described above, the phase of the vibration detection signal Sd obtained based on the current I 103 is shifted by 90 degrees and supplied to the driving electrode 103 as a driving voltage. The drive voltage supplied to the current I 103 also includes a vibration component and a drive voltage component included in the current I 103 .

図11は、上述のように構成された角速度検出装置100において検出される振動検出信号Sdを説明する信号波形図である。図11において、振動検出信号Sdにおける振動成分を実線の振動成分信号121で示し、振動検出信号Sdにおける駆動電圧成分を破線の駆動電圧成分信号122で示している。図11に示すように、振動成分信号121と駆動電圧成分信号122とは、周波数が等しく、位相が異なる信号となる。また、振動検出信号Sdは、振動成分信号121と駆動電圧成分信号122とが合成された信号となる。   FIG. 11 is a signal waveform diagram for explaining the vibration detection signal Sd detected by the angular velocity detection device 100 configured as described above. In FIG. 11, the vibration component in the vibration detection signal Sd is indicated by a solid vibration component signal 121, and the drive voltage component in the vibration detection signal Sd is indicated by a broken drive voltage component signal 122. As shown in FIG. 11, the vibration component signal 121 and the drive voltage component signal 122 are signals having the same frequency and different phases. The vibration detection signal Sd is a signal obtained by combining the vibration component signal 121 and the drive voltage component signal 122.

図12は、振動成分信号121の周波数特性を示す図である。図12(a)は、振動成分信号121の周波数と振動体102の振幅変位量との関係を示し、図12(b)は、振動成分信号121における周波数と位相変位量との関係を示している。図12(a)に示すように、振動成分信号121の周波数が振動体102の共振周波数f0となった場合に振動体102の振幅変位量が最大となる。また、図12(b)に示すように、振動成分信号121の位相は振動成分信号121の周波数に応じて変化し、振動成分信号121の周波数が振動体102の共振周波数f0となった場合に位相変位量が90度となる。従って、振動成分信号121の位相を90度ずらして駆動用電極103へ駆動用電圧として供給することにより、振動体102を共振周波数で振動させることができる。 FIG. 12 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the vibration component signal 121. 12A shows the relationship between the frequency of the vibration component signal 121 and the amplitude displacement amount of the vibrating body 102, and FIG. 12B shows the relationship between the frequency and the phase displacement amount in the vibration component signal 121. Yes. As shown in FIG. 12A, when the frequency of the vibration component signal 121 becomes the resonance frequency f 0 of the vibration body 102, the amplitude displacement amount of the vibration body 102 becomes maximum. 12B, the phase of the vibration component signal 121 changes according to the frequency of the vibration component signal 121, and the frequency of the vibration component signal 121 becomes the resonance frequency f 0 of the vibration body 102. The amount of phase displacement is 90 degrees. Therefore, the vibration body 102 can be vibrated at the resonance frequency by shifting the phase of the vibration component signal 121 by 90 degrees and supplying it to the drive electrode 103 as a drive voltage.

図13は、駆動電圧成分信号122の周波数特性を示す図である。図13(a)は、駆動電圧成分信号122の周波数と振動体102の振幅変位量との関係を示し、図13(b)は、駆動電圧成分信号122における周波数と位相変位量との関係を示している。図13(a)及び(b)に示すように、振動成分信号121の周波数が変化しても振動体102の振幅変位量及び位相変化量は一定である。従って、駆動電圧成分信号122と振動体102の共振周波数f0との間には相関関係が無く、駆動電圧成分信号122の位相を90度ずらして駆動用電極103へ駆動用電圧として供給したとしても振動体102を共振周波数で振動させることはできない。 FIG. 13 is a diagram illustrating the frequency characteristics of the drive voltage component signal 122. 13A shows the relationship between the frequency of the drive voltage component signal 122 and the amplitude displacement amount of the vibrating body 102, and FIG. 13B shows the relationship between the frequency and the phase displacement amount in the drive voltage component signal 122. Show. As shown in FIGS. 13A and 13B, the amplitude displacement amount and the phase change amount of the vibrating body 102 are constant even if the frequency of the vibration component signal 121 changes. Therefore, there is no correlation between the driving voltage component signal 122 and the resonance frequency f 0 of the vibrating body 102, and the phase of the driving voltage component signal 122 is shifted by 90 degrees and supplied to the driving electrode 103 as a driving voltage. However, the vibrating body 102 cannot be vibrated at the resonance frequency.

従って、振動体102を共振周波数で安定して振動させるためには、振動体102を振動させた場合におけるX軸方向の振動体102の機械的変位を示す検出信号、すなわち振動成分信号121を90度位相をシフトして駆動用電極103へ駆動用電圧として供給する必要がある。   Therefore, in order to stably vibrate the vibrating body 102 at the resonance frequency, the detection signal indicating the mechanical displacement of the vibrating body 102 in the X-axis direction when the vibrating body 102 is vibrated, that is, the vibration component signal 121 is 90. The phase needs to be shifted and supplied to the driving electrode 103 as a driving voltage.

ところが、振動検出信号Sdには、振動成分信号121と駆動電圧成分信号122とが含まれているので、振動検出信号Sdを90度位相シフトして駆動用電圧として駆動用電極103へ供給したとしても、振動体102を安定して共振周波数で振動させることができず、従って振動体102に印加された角速度に基づくコリオリ力によるY軸方向の変位量が安定せず、Y軸方向の変位量に応じて出力される角速度を表す検出信号Soutの精度が低下してしまうという不都合があった。   However, since the vibration detection signal Sd includes the vibration component signal 121 and the drive voltage component signal 122, the vibration detection signal Sd is phase-shifted by 90 degrees and supplied to the drive electrode 103 as a drive voltage. However, the vibration body 102 cannot be stably vibrated at the resonance frequency, and therefore the displacement amount in the Y-axis direction due to the Coriolis force based on the angular velocity applied to the vibration body 102 is not stable, and the displacement amount in the Y-axis direction. There is a disadvantage that the accuracy of the detection signal Sout representing the angular velocity output in accordance with is reduced.

この場合、振動検出信号Sdからフィルタを用いて振動成分信号121を分離することが考えられるが、振動成分信号121と駆動電圧成分信号122とは、周波数が同一であるため振動検出信号Sdからフィルタを用いて振動成分信号121を分離することが困難である。   In this case, it is conceivable to separate the vibration component signal 121 from the vibration detection signal Sd using a filter. However, since the vibration component signal 121 and the drive voltage component signal 122 have the same frequency, the vibration detection signal Sd is filtered from the vibration detection signal Sd. It is difficult to separate the vibration component signal 121 using

本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、振動体を共振周波数で振動させることにより、角速度の検出精度を向上することができる角速度検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an angular velocity detection device that can improve the accuracy of angular velocity detection by vibrating a vibrating body at a resonance frequency. .

上述の目的を達成するために、本発明の一の局面に係る角速度検出装置は、電極と、前記電極と対向配置された振動体と、を備え、前記角速度検出装置は、前記振動体に角速度が印加された場合に前記振動体に作用するコリオリ力に基づいて前記角速度を検出し、さらに、前記電極と前記振動体とで形成される静電容量と、前記電極へ駆動用電圧を供給することにより前記振動体を振動させる駆動信号発生部と、前記駆動信号発生部から駆動用電圧が供給されることにより、駆動用電圧とは逆極性の反転電圧を出力する反転信号出力部と、前記反転信号出力部から出力された反転電圧が供給され、前記静電容量と略同一の静電容量を有するキャパシタと、前記駆動信号発生部から前記振動体へ前記静電容量を介して流れる電流であり、前記振動体を振動させた場合における前記振動体の機械的変位を示す信号成分である振動成分と駆動用電圧が前記静電容量を通過することにより生じる信号成分である駆動電圧成分を含む電流に対して、前記キャパシタを介して出力される電流を加えた重畳電流を、重畳電圧に変換する電流電圧変換部と、を備え、前記駆動信号発生部は、前記電流電圧変換部から出力された重畳電圧の振動成分の位相を90度ずらした信号を駆動用電圧として前記電極へ供給することを特徴としている。
In order to achieve the above-described object, an angular velocity detection device according to one aspect of the present invention includes an electrode and a vibrating body disposed to face the electrode, and the angular velocity detection device includes an angular velocity on the vibrating body. The angular velocity is detected based on the Coriolis force acting on the vibrating body when a voltage is applied, and a capacitance formed by the electrode and the vibrating body and a driving voltage are supplied to the electrode. the drive signal generating unit for vibrating the vibrating body, by driving voltage from the driving signal generator is supplied, an inverted signal output unit outputs an inverted voltage of the opposite polarity to the drive voltages by the An inverted voltage output from the inverted signal output unit is supplied, and a capacitor having substantially the same capacitance as the capacitance, and a current flowing from the drive signal generating unit to the vibrating body via the capacitance. Yes, In response to a current including a vibration component, which is a signal component indicating mechanical displacement of the vibrating body when the body is vibrated, and a driving voltage component, which is a signal component generated when the driving voltage passes through the capacitance A current-voltage conversion unit that converts a superimposed current obtained by adding a current output through the capacitor into a superimposed voltage, and the drive signal generation unit outputs the superimposed voltage output from the current-voltage conversion unit. A feature is that a signal in which the phase of the vibration component is shifted by 90 degrees is supplied to the electrode as a driving voltage .

また、上述の角速度検出装置において、前記反転信号出力部は、反転電圧の増幅率が可変にされていることを特徴としている。
In the above-described angular velocity detection device, the inversion signal output unit is characterized in that an inversion voltage gain is variable.

本発明の他の局面に係る角速度検出装置は、電極と、前記電極と対向配置された振動体と、を備え、前記角速度検出装置は、前記振動体に角速度が印加された場合に前記振動体に作用するコリオリ力に基づいて前記角速度を検出し、さらに、前記電極と前記振動体とで形成される静電容量と、前記電極へ駆動用電圧を供給することにより前記振動体を振動させる駆動信号発生部と、前記駆動信号発生部から駆動用電圧が供給されることにより、駆動用電圧とは逆極性の反転電圧を出力する反転信号出力部と、前記反転信号出力部から出力された反転電圧が供給されるキャパシタと、前記駆動信号発生部から前記振動体へ前記静電容量を介して流れる電流であり、前記振動体を振動させた場合における前記振動体の機械的変位を示す信号成分である振動成分と駆動用電圧が前記静電容量を通過することにより生じる信号成分である駆動電圧成分を含む電流に対して、前記キャパシタを介して出力される電流を加えた重畳電流を、重畳電圧に変換する電流電圧変換部と、を備え、前記駆動信号発生部は、前記電流電圧変換部から出力された重畳電圧の振動成分の位相を90度ずらした信号を駆動用電圧として前記電極へ供給し、前記反転信号出力部は、反転電圧の増幅率が可変にされていることを特徴としている。An angular velocity detection device according to another aspect of the present invention includes an electrode and a vibrating body disposed to face the electrode, and the angular velocity detection device is configured to apply the vibrating body when an angular velocity is applied to the vibrating body. The angular velocity is detected on the basis of the Coriolis force acting on the electrode, and further, the capacitance formed by the electrode and the vibrating body, and the drive for vibrating the vibrating body by supplying a driving voltage to the electrode A signal generation unit, an inverted signal output unit that outputs an inverted voltage having a polarity opposite to that of the drive voltage by supplying a drive voltage from the drive signal generation unit, and an inversion output from the inverted signal output unit A capacitor to which a voltage is supplied, and a current component that flows from the drive signal generator to the vibrating body via the capacitance, and a signal component that indicates mechanical displacement of the vibrating body when the vibrating body is vibrated so A superimposed current obtained by adding a current output via the capacitor to a current including a driving voltage component that is a signal component generated when the vibration component and the driving voltage pass through the capacitance is a superimposed voltage. And a drive signal generation unit that supplies a signal obtained by shifting the phase of the vibration component of the superimposed voltage output from the current / voltage conversion unit by 90 degrees to the electrode as a drive voltage. The inverted signal output unit is characterized in that the gain of the inverted voltage is made variable.

さらに、上述の角速度検出装置において、前記反転信号出力部における前記増幅率を設定する増幅率設定部をさらに備え、前記増幅率設定部は、前記電流電圧変換部から出力された重畳電圧の振動成分のレベルを最少にするべく前記反転信号出力部における増幅率を設定する設定動作を行うことを特徴としている。
Furthermore, the above-described angular velocity detection device further includes an amplification factor setting unit that sets the amplification factor in the inverted signal output unit, and the amplification factor setting unit includes a vibration component of the superimposed voltage output from the current-voltage conversion unit. A setting operation for setting an amplification factor in the inverted signal output unit is performed so as to minimize the level of.

また、上述の角速度検出装置において、前記増幅率設定部は、前記設定動作を行う場合、前記駆動信号発生部により供給される駆動用電圧の周波数を前記振動体の共振周波数とは異なる周波数にさせることを特徴としている。
In the angular velocity detection device described above, when the setting operation is performed, the amplification factor setting unit sets the frequency of the driving voltage supplied from the driving signal generating unit to a frequency different from the resonance frequency of the vibrating body. It is characterized by that.

そして、上述の角速度検出装置において、前記電流電圧変換部から出力された重畳電圧の振動成分を増幅して前記駆動信号発生部へ供給する重畳信号増幅部をさらに備え、前記駆動信号発生部は、前記重畳信号増幅部により増幅された電圧の位相を90度ずらした信号を駆動用電圧として前記電極へ供給し、前記重畳信号増幅部は、前記増幅率設定部により前記設定動作が実行された後、前記重畳電圧の振動成分を増幅する増幅率を増大させることを特徴としている。 And in the above-mentioned angular velocity detecting device, it further comprises a superimposed signal amplification unit that amplifies the vibration component of the superimposed voltage output from the current-voltage conversion unit and supplies the amplified component to the drive signal generation unit, A signal obtained by shifting the phase of the voltage amplified by the superimposed signal amplifying unit by 90 degrees is supplied to the electrode as a driving voltage , and the superimposed signal amplifying unit is configured to execute the setting operation by the amplification factor setting unit. The amplification factor for amplifying the vibration component of the superimposed voltage is increased.

このような構成の角速度検出装置は、駆動信号発生部によって電極へ周期信号を供給することにより生じる静電気力によって振動体が振動し、このように振動体が振動して電極との間の静電容量が変化することにより、静電容量を介して振動体に印加される周期信号に振動体の機械的変位を示す信号成分が重畳された信号が、振動体に誘起信号として誘起される。そして、キャパシタによって、周期信号とは逆極性の反転信号が振動体に誘起された誘起信号に重畳されることにより誘起信号に含まれる周期信号成分が差し引かれ、振動体の機械的変位を示す信号成分を有する重畳信号が生成される。さらに、駆動信号発生部によって、この振動体の機械的変位を示す重畳信号の位相を90度ずらした信号が周期信号として電極へ供給されることにより、振動体が共振周波数で振動する。振動体が共振周波数で振動すると、振動体の振動速度が安定化され、振動体に角速度が印加された場合に振動体に作用するコリオリ力の安定性が向上するので、角速度検出部によってコリオリ力に基づいて検出される角速度の精度を向上することができる。   In the angular velocity detecting device having such a configuration, the vibrating body vibrates due to the electrostatic force generated by supplying the periodic signal to the electrode by the drive signal generating unit, and the vibrating body vibrates in this way, When the capacitance changes, a signal in which a signal component indicating a mechanical displacement of the vibrating body is superimposed on a periodic signal applied to the vibrating body via the capacitance is induced as an induced signal in the vibrating body. Then, a signal indicating the mechanical displacement of the vibrating body is obtained by subtracting the periodic signal component included in the induced signal by superimposing the inverted signal having the opposite polarity to the periodic signal on the induced signal induced in the vibrating body by the capacitor. A superimposed signal having components is generated. Further, the drive signal generation unit supplies a signal obtained by shifting the phase of the superimposed signal indicating the mechanical displacement of the vibrating body by 90 degrees to the electrode as a periodic signal, so that the vibrating body vibrates at the resonance frequency. When the vibrating body vibrates at the resonance frequency, the vibration speed of the vibrating body is stabilized, and when the angular velocity is applied to the vibrating body, the stability of the Coriolis force acting on the vibrating body is improved. The accuracy of the angular velocity detected based on can be improved.

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted.

(第1実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る角速度検出装置の構成の一例を示すブロック図である。図1に示す角速度検出装置1は、I/V変換器2、バンドパスフィルタ(以下、BPFと略称する)3、アンプ4、同期検波回路5、BPF6、駆動信号発生器7、キャパシタC1、反転信号出力部の一例である反転器8、キャリア発生回路9、及びジャイロセンサ101を備えている。図1において、ジャイロセンサ101は等価回路で示されている。また、I/V変換器2、BPF3、アンプ4、同期検波回路5、駆動信号発生器7、キャリア発生回路9、及びジャイロセンサ101によって、振動体102に角速度が印加された場合に振動体102に作用するコリオリ力に基づいて角速度を検出する角速度検出部の一例が構成されている。また、図8に示すジャイロセンサ101における駆動用電極103は、請求項における電極の一例に相当している。ジャイロセンサ101の構成は、図8及び図10に示すジャイロセンサ101と同様であるので、その説明を省略する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the angular velocity detection device according to the first embodiment of the present invention. 1 includes an I / V converter 2, a bandpass filter (hereinafter abbreviated as BPF) 3, an amplifier 4, a synchronous detection circuit 5, a BPF 6, a drive signal generator 7, a capacitor C1, and an inversion. An inverter 8, a carrier generation circuit 9, and a gyro sensor 101, which are examples of a signal output unit, are provided. In FIG. 1, the gyro sensor 101 is shown by an equivalent circuit. When the angular velocity is applied to the vibrating body 102 by the I / V converter 2, BPF 3, amplifier 4, synchronous detection circuit 5, drive signal generator 7, carrier generation circuit 9, and gyro sensor 101, the vibrating body 102 An example of the angular velocity detection unit that detects the angular velocity based on the Coriolis force acting on is configured. Further, the driving electrode 103 in the gyro sensor 101 shown in FIG. 8 corresponds to an example of an electrode in the claims. Since the configuration of the gyro sensor 101 is the same as that of the gyro sensor 101 shown in FIGS. 8 and 10, the description thereof is omitted.

駆動信号発生器7は、例えばオールパスフィルタを用いた位相シフト回路やPLL(Phase-Locked Loop)回路等を用いて構成され、BPF6から出力された振動検出信号Sdの位相を90度シフトして駆動用電極103(静電容量C103)へ供給することにより振動体102における共振周波数の交流電圧である駆動用電圧Vd(周期信号)を生成し、振動体102を共振周波数で振動させる。振動体102の共振周波数は、例えば2.3kHzである。また、駆動信号発生器7は、駆動用電圧Vdを反転器8へ出力する。キャリア発生回路9は、静電容量検出用の所定の周波数、例えば100kHzの周波数を有するキャリア信号を、検出用電極105及び106(静電容量C105及びC106)へ互いに位相を180度異ならせて供給する。また、振動体102はI/V変換器2に接続されている。   The drive signal generator 7 is configured using, for example, a phase shift circuit using an all-pass filter, a PLL (Phase-Locked Loop) circuit, or the like, and is driven by shifting the phase of the vibration detection signal Sd output from the BPF 6 by 90 degrees. By supplying to the electrode 103 (capacitance C103), a driving voltage Vd (periodic signal) that is an AC voltage having a resonance frequency in the vibrating body 102 is generated, and the vibrating body 102 is vibrated at the resonance frequency. The resonance frequency of the vibrating body 102 is, for example, 2.3 kHz. Further, the drive signal generator 7 outputs the drive voltage Vd to the inverter 8. The carrier generation circuit 9 supplies a carrier signal having a predetermined frequency for capacitance detection, for example, a frequency of 100 kHz, to the detection electrodes 105 and 106 (capacitance C105 and C106) with a phase difference of 180 degrees from each other. To do. The vibrating body 102 is connected to the I / V converter 2.

反転器8は、駆動信号発生器7から静電容量C103へ供給される駆動用電圧Vdの極性を反転(位相を180度シフト)して、キャパシタC1を介して振動体102とI/V変換器2との接続点へ出力する。キャパシタC1は、静電容量C103と略同等の静電容量を有する。I/V変換器2は、入力された電流を電圧に変換し、電圧信号SvとしてBPF3及び6へ出力する。   The inverter 8 inverts the polarity of the drive voltage Vd supplied from the drive signal generator 7 to the electrostatic capacitance C103 (shifts the phase by 180 degrees), and performs I / V conversion with the vibrating body 102 via the capacitor C1. To the connection point with the device 2. The capacitor C1 has substantially the same capacitance as the capacitance C103. The I / V converter 2 converts the input current into a voltage and outputs it to the BPFs 3 and 6 as a voltage signal Sv.

BPF3は、I/V変換器2から出力された電圧信号Svのうちキャリア発生回路9から出力されるキャリア信号の周波数、例えば100kHzの周波数成分(振動体102に印加された角速度が反映された周波数成分)を選択的に通過させてアンプ4へ出力する。アンプ4は、BPF3から出力された信号を増幅して同期検波回路5へ出力する。同期検波回路5は、アンプ4から出力された信号を、キャリア発生回路9から出力されるキャリア信号に基づき同期検波し、振動体102の変位量すなわちジャイロセンサ101に印加された角速度を表す検出信号Soutを出力する。   The BPF 3 is a frequency of a carrier signal output from the carrier generation circuit 9 of the voltage signal Sv output from the I / V converter 2, for example, a frequency component of 100 kHz (a frequency reflecting the angular velocity applied to the vibrating body 102). Component) is selectively passed and output to the amplifier 4. The amplifier 4 amplifies the signal output from the BPF 3 and outputs the amplified signal to the synchronous detection circuit 5. The synchronous detection circuit 5 performs synchronous detection on the signal output from the amplifier 4 based on the carrier signal output from the carrier generation circuit 9 and detects the displacement amount of the vibrating body 102, that is, the angular velocity applied to the gyro sensor 101. Sout is output.

BPF6は、I/V変換器2から出力された電圧信号Svのうち駆動信号発生器7から出力される駆動用電圧Vdの周波数(振動体102の共振周波数)、例えば2.3kHzの周波数成分を振動検出信号Sdとして駆動信号発生器7へ出力する。   The BPF 6 generates a frequency component of the driving voltage Vd output from the driving signal generator 7 (resonance frequency of the vibrating body 102) of the voltage signal Sv output from the I / V converter 2, for example, a frequency component of 2.3 kHz. The vibration detection signal Sd is output to the drive signal generator 7.

次に、上述のように構成された角速度検出装置1の動作を説明する。まず、駆動信号発生器7は、任意の周波数信号を駆動用電圧Vdとして駆動用電極103(静電容量C103)へ供給する。そうすると、振動体102は、駆動用電極103との間に生じる静電気力によって振動すると共に、駆動信号発生器7から振動体102へ静電容量C103を介して電流I103が流れる。この場合、振動体102が振動して振動体102と駆動用電極103との間隔が変化することにより静電容量C103が変化するので、電流I103には、静電容量C103が変化することにより重畳される信号成分すなわち振動体102を振動させた場合におけるX軸方向の振動体102の機械的変位を示す振動成分と、駆動用電圧Vdが静電容量C103を通過することにより生じる駆動電圧成分とが含まれている。この場合、電流I103が請求項における誘起信号に相当している。 Next, the operation of the angular velocity detection device 1 configured as described above will be described. First, the drive signal generator 7 supplies an arbitrary frequency signal as a drive voltage Vd to the drive electrode 103 (capacitance C103). Then, the vibrating body 102 vibrates due to the electrostatic force generated between the driving electrode 103 and a current I 103 flows from the driving signal generator 7 to the vibrating body 102 via the electrostatic capacitance C103. In this case, since the vibrator 102 changes the capacitance C103 by spacing changes between the vibration member 102 and the driving electrode 103 vibrates, the current I 103, by the capacitance C103 is changed A signal component to be superimposed, that is, a vibration component indicating mechanical displacement of the vibrating body 102 in the X-axis direction when the vibrating body 102 is vibrated, and a driving voltage component generated when the driving voltage Vd passes through the capacitance C103. And are included. In this case, the current I 103 corresponds to the induced signal in the claims.

次に、反転器8によって、駆動信号発生器7から静電容量C103へ供給される駆動用電圧Vdの極性を反転(位相を180度シフト)した反転信号がキャパシタC1を介して振動体102とI/V変換器2との接続点へ出力される。そうすると、キャパシタC1は静電容量C103と略同等の静電容量を有するので、キャパシタC1に流れる電流IC1は、電流I103における駆動電圧成分と略同等であって流れる方向が逆方向の電流にされる。従って、振動体102からI/V変換器2へ流れる電流I103から電流IC1、すなわち駆動電圧成分に相当する電流が差し引かれ、振動成分を示す電流I2がI/V変換器2へ供給される。これにより、電流I103から駆動電圧成分を差し引いて、振動成分を示す電流I2をI/V変換器2へ供給することができる。この場合、電流I2は重畳信号の一例に相当している。 Next, the inverter 8 inverts the polarity of the driving voltage Vd supplied from the driving signal generator 7 to the capacitance C103 (shifts the phase by 180 degrees) by the inverter 8 via the capacitor C1. It is output to the connection point with the I / V converter 2. Then, since the capacitor C1 has substantially the same capacitance as that of the capacitance C103, the current I C1 flowing through the capacitor C1 is substantially the same as the driving voltage component in the current I 103 and the flowing direction is a reverse current. Is done. Accordingly, the current I C1 , that is, the current corresponding to the drive voltage component is subtracted from the current I 103 flowing from the vibrating body 102 to the I / V converter 2, and the current I 2 indicating the vibration component is supplied to the I / V converter 2. Is done. As a result, the drive voltage component is subtracted from the current I 103, and the current I 2 indicating the vibration component can be supplied to the I / V converter 2. In this case, the current I 2 corresponds to an example of a superimposed signal.

次に、I/V変換器2によって電流I2が電圧に変換され、電圧信号SvとしてBPF3及び6へ出力される。そして、BPF6によって、I/V変換器2から出力された電圧信号Svのうち振動体102の共振周波数、例えば2.3kHzの周波数成分が振動検出信号Sdとして駆動信号発生器7へ出力され、振動検出信号Sdが駆動信号発生器7によって90度位相がずらされて駆動用電圧Vdとして駆動用電極103(静電容量C103)へ供給されることにより、振動体102が共振周波数で振動する。 Next, the current I 2 is converted into a voltage by the I / V converter 2 and output to the BPFs 3 and 6 as the voltage signal Sv. Then, the BPF 6 outputs the resonance signal of the vibrating body 102 of the voltage signal Sv output from the I / V converter 2, for example, a frequency component of 2.3 kHz to the drive signal generator 7 as the vibration detection signal Sd. The detection signal Sd is shifted in phase by 90 degrees by the drive signal generator 7 and supplied to the drive electrode 103 (capacitance C103) as the drive voltage Vd, so that the vibrating body 102 vibrates at the resonance frequency.

この場合、反転器8とキャパシタC1とによって電流I103から駆動電圧成分が差し引かれて振動成分を示す電流I2が生成され、この電流I2応じて生成された振動成分を示す電圧信号Svの位相が90度ずらされて駆動用電圧Vdとして駆動用電極103(静電容量C103)へ供給されるので、振動体102を安定して共振周波数で振動させることができる。 In this case, the current I 2 showing the vibration component drive voltage component is subtracted from the current I 103 produced by the inverter 8 and the capacitor C1, the voltage signal Sv indicating a vibration component generated in response the current I 2 Since the phase is shifted by 90 degrees and supplied to the driving electrode 103 (capacitance C103) as the driving voltage Vd, the vibrating body 102 can be vibrated stably at the resonance frequency.

次に、振動体102が共振周波数で振動している状態で、キャリア発生回路9から、例えば100kHzのキャリア信号が検出用電極105及び106(静電容量C105及びC106)へ互いに位相を180度異ならせて供給される。そして、ジャイロセンサ101に角速度が印加され振動体102の位置がY軸方向にコリオリ力によって変位すると、振動体102と検出用電極105及び106との間の距離が変化して静電容量C105とC106との間に差異が生じる結果、電流I105と電流I106との間に差異が生じ、電流I105と電流I106との差分に相当する検出電流I1がI/V変換器2へ流れる。従って、検出電流I1と電流I2とを合成した電流(I1+I2)がI/V変換器2に入力され、I/V変換器2によって電流(I1+I2)が電圧に変換され、電圧信号SvとしてBPF3及び6へ出力される。 Next, in a state where the vibrating body 102 is vibrating at the resonance frequency, a carrier signal of, for example, 100 kHz from the carrier generation circuit 9 is 180 degrees out of phase with the detection electrodes 105 and 106 (capacitances C105 and C106). Supplied. When the angular velocity is applied to the gyro sensor 101 and the position of the vibrating body 102 is displaced by the Coriolis force in the Y-axis direction, the distance between the vibrating body 102 and the detection electrodes 105 and 106 changes to change the capacitance C105. results discrepancies between the C106, difference occurs between the current I 105 and the current I 106, detection current I 1 corresponding to a difference between the current I 105 and the current I 106 is the I / V converter 2 Flowing. Accordingly, a current (I 1 + I 2 ) obtained by combining the detection current I 1 and the current I 2 is input to the I / V converter 2, and the current (I 1 + I 2 ) is converted into a voltage by the I / V converter 2. And output to the BPFs 3 and 6 as the voltage signal Sv.

次に、BPF3によって、I/V変換器2から出力された電圧信号Svのうちキャリア発生回路9から出力されるキャリア信号の周波数、例えば100kHzの周波数成分が通過され、アンプ4へ出力される。これにより、電圧信号Svのうち電流I1に基づく信号成分、すなわちジャイロセンサ101に印加された角速度が反映されている信号成分がBPF3からアンプ4へ出力される。 Next, the frequency component of the carrier signal output from the carrier generating circuit 9, for example, the frequency component of 100 kHz, is passed through the voltage signal Sv output from the I / V converter 2 by the BPF 3 and output to the amplifier 4. As a result, a signal component based on the current I 1 in the voltage signal Sv, that is, a signal component reflecting the angular velocity applied to the gyro sensor 101 is output from the BPF 3 to the amplifier 4.

そして、BPF3から出力された角速度が反映されている信号が、アンプ4によって増幅されて同期検波回路5へ出力され、同期検波回路5によってアンプ4から出力された信号がキャリア発生回路9から出力されるキャリア信号に基づき同期検波され、振動体102の変位量すなわちジャイロセンサ101に印加された角速度を表す検出信号Soutが出力される。   The signal reflecting the angular velocity output from the BPF 3 is amplified by the amplifier 4 and output to the synchronous detection circuit 5, and the signal output from the amplifier 4 by the synchronous detection circuit 5 is output from the carrier generation circuit 9. Is detected based on the carrier signal, and a detection signal Sout representing the displacement amount of the vibrating body 102, that is, the angular velocity applied to the gyro sensor 101 is output.

この場合、振動体102を安定して共振周波数で振動させた状態で、振動体102に印加された角速度に応じて振動体102に作用するコリオリ力に基づく電流I1を検出することができ、電流I1に基づいて角速度を表す検出信号Soutが生成されるので、振動体102の共振周波数による振動を安定化し、角速度の検出精度を向上することができる。 In this case, the current I 1 based on the Coriolis force acting on the vibrating body 102 can be detected according to the angular velocity applied to the vibrating body 102 in a state where the vibrating body 102 is stably vibrated at the resonance frequency, Since the detection signal Sout representing the angular velocity is generated based on the current I 1 , the vibration due to the resonance frequency of the vibrating body 102 can be stabilized and the angular velocity detection accuracy can be improved.

なお、ジャイロセンサ101は、図8に示すように水平面内に振動体102、駆動用電極103、及び検出用電極105,106を配置して振動体102を水平方向に振動させる例を示したが、図2に示すように駆動用電極103を振動体102の下部に配置して、振動体102を垂直方向(Z軸方向)に振動させるようにしてもよい。角速度Rが印加された場合における図2に示すジャイロセンサ101aに作用するコリオリ力Fは、下記式(1)によって示される。   In the gyro sensor 101, as shown in FIG. 8, the vibrating body 102, the driving electrode 103, and the detection electrodes 105 and 106 are arranged in the horizontal plane to vibrate the vibrating body 102 in the horizontal direction. As shown in FIG. 2, the driving electrode 103 may be disposed below the vibrating body 102 to vibrate the vibrating body 102 in the vertical direction (Z-axis direction). The Coriolis force F acting on the gyro sensor 101a shown in FIG. 2 when the angular velocity R is applied is expressed by the following equation (1).

F=2mv×R ・・・(1)
ただし、mは振動体102の質量、vは振動体102の変位速度である。
F = 2mv × R (1)
Here, m is the mass of the vibrating body 102, and v is the displacement speed of the vibrating body 102.

式(1)から、コリオリ力Fは、振動体102の質量mに比例する。従って、質量mを大きくするほど振動体102に作用するコリオリ力を増大させ、振動体102の変位量を増大させることができるので、角速度Rに応じて得られる検出電流I1を増大させることができる結果、角速度の検出精度を向上させることができる。 From Equation (1), the Coriolis force F is proportional to the mass m of the vibrating body 102. Therefore, as the mass m is increased, the Coriolis force acting on the vibrating body 102 can be increased and the displacement amount of the vibrating body 102 can be increased. Therefore, the detection current I 1 obtained according to the angular velocity R can be increased. As a result, the angular velocity detection accuracy can be improved.

一方、図2に示すように駆動用電極103を振動体102の下部に配置する構成とすれば、駆動用電極103の面積を増大させて駆動用電極103と振動体102との間の静電容量C103を増大させ、静電気力による振動体102の駆動力を増大させることが容易となる。従って、図2に示すジャイロセンサ101aの構成によれば、駆動用電極103による振動体102の駆動力を増大させ、振動体102の質量を増大させることにより検出電流I1を増大させて角速度の検出精度を向上させることが容易となる。 On the other hand, when the driving electrode 103 is disposed below the vibrating body 102 as shown in FIG. 2, the area of the driving electrode 103 is increased and the electrostatic capacitance between the driving electrode 103 and the vibrating body 102 is increased. It becomes easy to increase the capacity C103 and increase the driving force of the vibrating body 102 by electrostatic force. Therefore, according to the configuration of the gyro sensor 101a shown in FIG. 2, the driving force of the vibrating body 102 by the driving electrode 103 is increased, and the mass of the vibrating body 102 is increased, thereby increasing the detection current I 1 and the angular velocity. It becomes easy to improve detection accuracy.

この場合、静電容量C103を増大させると、静電容量C103を流れる電流I103における駆動電圧成分が増大することとなる。しかし、図1に示す角速度検出装置1においては、図2に示すジャイロセンサ101aを用いて静電容量C103を増大させた場合であってもキャパシタC1の静電容量を静電容量C103と略同一にすることにより、電流I103における駆動電圧成分を除去することができるので、駆動電圧成分の影響を排除して振動体102の共振周波数による振動を安定化し、角速度の検出精度を向上することが容易である。 In this case, increasing the capacitance C103, so that the drive voltage components at a current I 103 flowing through the capacitance C103 increases. However, in the angular velocity detection device 1 shown in FIG. 1, the capacitance of the capacitor C1 is substantially the same as the capacitance C103 even when the capacitance C103 is increased using the gyro sensor 101a shown in FIG. Since the driving voltage component in the current I 103 can be removed, the influence of the driving voltage component can be eliminated, the vibration due to the resonance frequency of the vibrating body 102 can be stabilized, and the angular velocity detection accuracy can be improved. Easy.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図3は、本発明の第2の実施形態に係る角速度検出装置1aの構成の一例を示すブロック図である。図3に示す角速度検出装置1aと図1に示す角速度検出装置1とでは、下記の点で異なる。すなわち、図3に示す角速度検出装置1aでは、反転器8aにおける反転信号の増幅率が可変にされている。その他の構成は図1に示す角速度検出装置1と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な点について説明する。
(Second Embodiment)
Next, an angular velocity detection device according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the angular velocity detection device 1a according to the second embodiment of the present invention. The angular velocity detection device 1a shown in FIG. 3 differs from the angular velocity detection device 1 shown in FIG. 1 in the following points. That is, in the angular velocity detection device 1a shown in FIG. 3, the amplification factor of the inverted signal in the inverter 8a is made variable. Since the other configuration is the same as that of the angular velocity detection device 1 shown in FIG. 1, the description thereof will be omitted, and the characteristic points of the present embodiment will be described below.

図3に示す角速度検出装置1aでは、図1に示す角速度検出装置1と同様に、反転器8aによって駆動用電圧Vdの極性を反転した反転信号がキャパシタC1を介して振動体102とI/V変換器2との接続点へ出力されることにより、振動体102からI/V変換器2へ流れる電流I103から電流IC1、すなわち駆動電圧成分に相当する電流が差し引かれ、振動成分を示す電流I2がI/V変換器2へ供給されるようになっている。この場合、電流I103から駆動電圧成分に相当する電流を差し引くためにはキャパシタC1の静電容量と静電容量C103とを略同一にすることが望ましい。 In the angular velocity detection device 1a shown in FIG. 3, similarly to the angular velocity detection device 1 shown in FIG. 1, an inverted signal obtained by inverting the polarity of the driving voltage Vd by the inverter 8a is connected to the vibrating body 102 and the I / V via the capacitor C1. By outputting to the connection point with the converter 2, the current I C1 , that is, the current corresponding to the drive voltage component, is subtracted from the current I 103 flowing from the vibrating body 102 to the I / V converter 2, thereby indicating the vibration component. The current I 2 is supplied to the I / V converter 2. In this case, in order to subtract the current corresponding to the drive voltage component from the current I 103 , it is desirable that the capacitance of the capacitor C1 and the capacitance C103 be substantially the same.

しかし、静電容量C103は、振動体102と駆動用電極103との間の距離や駆動用電極103の面積などの影響を受けるので、ジャイロセンサ101の加工精度によりバラツキを生じやすい。そこで、キャパシタC1の静電容量が静電容量C103より小さい場合には反転器8aの増幅率を増大させ、キャパシタC1の静電容量が静電容量C103より大きい場合には反転器8aの増幅率を減少させることにより、キャパシタC1の静電容量と静電容量C103との間に差異が生じた場合であっても電流I103から駆動電圧成分に相当する電流を差し引く精度を向上させ、駆動電圧成分の影響を排除して振動体102の共振周波数による振動を安定化し、角速度の検出精度を向上することができる。 However, since the capacitance C103 is affected by the distance between the vibrating body 102 and the drive electrode 103, the area of the drive electrode 103, and the like, the capacitance C103 is likely to vary due to the processing accuracy of the gyro sensor 101. Therefore, when the capacitance of the capacitor C1 is smaller than the capacitance C103, the amplification factor of the inverter 8a is increased. When the capacitance of the capacitor C1 is larger than the capacitance C103, the amplification factor of the inverter 8a. , The accuracy of subtracting the current corresponding to the drive voltage component from the current I 103 is improved even when a difference occurs between the capacitance of the capacitor C1 and the capacitance C103. The influence of the component can be eliminated to stabilize the vibration due to the resonance frequency of the vibrating body 102, and the angular velocity detection accuracy can be improved.

反転器8aの増幅率は、例えばジャイロセンサ101に所定の角速度を与えた場合に当該角速度を示す検出信号Soutが得られるように、設定すればよい。   The amplification factor of the inverter 8a may be set so that, for example, when a predetermined angular velocity is given to the gyro sensor 101, a detection signal Sout indicating the angular velocity is obtained.

図4は、図3に示す反転器8aの構成の一例を示す回路図である。図4に示す反転器8aは、いわゆる反転増幅回路であり、演算増幅器81の非反転入力端子がグラウンドに接続され、駆動用電圧Vdが抵抗R1を介して演算増幅器81の反転入力端子に入力され、帰還抵抗として可変抵抗器VR1が用いられている。図4に示す反転器8aによれば、可変抵抗器VR1の抵抗値を設定することにより、反転信号の増幅率を可変にすることができる。   FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of the configuration of the inverter 8a shown in FIG. The inverter 8a shown in FIG. 4 is a so-called inverting amplifier circuit, the non-inverting input terminal of the operational amplifier 81 is connected to the ground, and the driving voltage Vd is input to the inverting input terminal of the operational amplifier 81 via the resistor R1. A variable resistor VR1 is used as a feedback resistor. According to the inverter 8a shown in FIG. 4, the gain of the inverted signal can be made variable by setting the resistance value of the variable resistor VR1.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図5は、本発明の第3の実施形態に係る角速度検出装置1bの構成の一例を示すブロック図である。図5に示す角速度検出装置1bと図3に示す角速度検出装置1aとでは、下記の点で異なる。すなわち、図5に示す角速度検出装置1bは、反転器8aの代わりに反転信号の増幅率が可変にされたオートゲインコントローラ(以下、AGCと称する)8b(反転信号出力部)を備え、AGC8bにおける増幅率を設定する増幅率設定部11をさらに備える。
(Third embodiment)
Next, an angular velocity detection device according to the third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of an angular velocity detection device 1b according to the third embodiment of the present invention. The angular velocity detection device 1b shown in FIG. 5 is different from the angular velocity detection device 1a shown in FIG. 3 in the following points. That is, the angular velocity detection device 1b shown in FIG. 5 includes an auto gain controller (hereinafter referred to as AGC) 8b (inverted signal output unit) in which the gain of the inverted signal is made variable instead of the inverter 8a. Further provided is an amplification factor setting unit 11 for setting the amplification factor.

増幅率設定部11は、BPF6から出力される振動検出信号Sdのレベル、すなわちキャパシタC1により生成される電流I2を最少にするべくAGC8bにおける増幅率を設定する。また、増幅率設定部11は、AGC8bにおける増幅率を設定する場合、駆動信号発生器7により供給される駆動用電圧Vdの周波数を振動体102の共振周波数とは異なる周波数にさせるべく、BPF6から駆動信号発生器7へ供給される振動検出信号Sdの信号経路を遮断する。 The amplification factor setting unit 11 sets the amplification factor in the AGC 8b so as to minimize the level of the vibration detection signal Sd output from the BPF 6, that is, the current I 2 generated by the capacitor C1. Further, when setting the amplification factor in the AGC 8b, the amplification factor setting unit 11 uses the BPF 6 to set the frequency of the driving voltage Vd supplied from the driving signal generator 7 to a frequency different from the resonance frequency of the vibrator 102. The signal path of the vibration detection signal Sd supplied to the drive signal generator 7 is blocked.

その他の構成は図3に示す角速度検出装置1aと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施の形態の特徴的な点について説明する。図5に示す増幅率設定部11は、全波整流回路12と、キャパシタC2と、比較部13と、モード切替部14と、スイッチSW1とを備えている。全波整流回路12は、BPF6から出力された振動検出信号Sdを全波整流する全波整流回路である。キャパシタC2は、全波整流回路12から出力された信号を平滑して信号Saを生成する。なお、増幅率設定部11は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されていてもよく、図5に示す増幅率設定部11の構成に限定されない。   Since the other configuration is the same as that of the angular velocity detection device 1a shown in FIG. 3, the description thereof will be omitted, and the characteristic points of the present embodiment will be described below. The amplification factor setting unit 11 illustrated in FIG. 5 includes a full-wave rectifier circuit 12, a capacitor C2, a comparison unit 13, a mode switching unit 14, and a switch SW1. The full-wave rectifier circuit 12 is a full-wave rectifier circuit that full-wave rectifies the vibration detection signal Sd output from the BPF 6. Capacitor C2 smoothes the signal output from full-wave rectifier circuit 12 to generate signal Sa. The amplification factor setting unit 11 may be configured using, for example, a microcomputer, and is not limited to the configuration of the amplification factor setting unit 11 shown in FIG.

モード切替部14は、AGC8bにおける増幅率を設定するための設定モードと角速度を測定する測定モードとを切り替えるための制御回路で、制御信号を出力して比較部13の動作を制御することによりモード切替を行う。比較部13は、モード切替部14から設定モードを指示する制御信号が出力された場合、信号Saの信号レベルと予め設定された所定の基準レベルVref1とを比較し、その比較結果に応じて増幅率を変化させるべく制御信号をAGC8bへ出力すると共に、スイッチSW1をオフすべくモード信号SbをローレベルでスイッチSW1へ出力する。また、比較部13は、モード切替部14から測定モードを指示する制御信号が出力された場合、AGC8bの増幅率を保持させると共に、スイッチSW1をオンすべくモード信号Sbをハイレベルにする。なお、モード信号Sbは、設定モードでローレベル、測定モードでハイレベルにされる信号である。   The mode switching unit 14 is a control circuit for switching between a setting mode for setting the amplification factor in the AGC 8b and a measurement mode for measuring the angular velocity, and outputs a control signal to control the operation of the comparison unit 13. Switch. When the control signal instructing the setting mode is output from the mode switching unit 14, the comparison unit 13 compares the signal level of the signal Sa with a predetermined reference level Vref1, and amplifies the signal according to the comparison result. A control signal is output to the AGC 8b to change the rate, and a mode signal Sb is output to the switch SW1 at a low level to turn off the switch SW1. Further, when the control signal instructing the measurement mode is output from the mode switching unit 14, the comparison unit 13 holds the amplification factor of the AGC 8b and sets the mode signal Sb to a high level to turn on the switch SW1. The mode signal Sb is a signal that is set to a low level in the setting mode and set to a high level in the measurement mode.

スイッチSW1は、BPF6と駆動信号発生器7との間に介設されており、BPF6から駆動信号発生器7へ供給される振動検出信号Sdの信号経路を比較部13からのモード信号Sbに応じて開閉する。AGC8bは、比較部13からの制御信号に応じて信号増幅率を変化させる。   The switch SW1 is interposed between the BPF 6 and the drive signal generator 7, and the signal path of the vibration detection signal Sd supplied from the BPF 6 to the drive signal generator 7 depends on the mode signal Sb from the comparison unit 13. Open and close. The AGC 8b changes the signal amplification factor according to the control signal from the comparison unit 13.

その他の構成は図3に示す角速度検出装置1aと同様であるのでその説明を省略し、以下、図5に示す角速度検出装置1bの動作について説明する。まず、例えばユーザが図略の電源スイッチをオンすることにより、角速度検出装置1bの各部に動作用電源電圧が供給されると、モード切替部14により設定モードに切り替えるべく制御信号が比較部13へ出力され、比較部13からのモード信号SbがローレベルにされてスイッチSW1がオフされる。そうすると、BPF6から駆動信号発生器7へ供給される振動検出信号Sdの信号経路が遮断されることにより駆動信号発生器7によって振動検出信号Sdの位相を90度ずらした信号が駆動用電圧Vdとして駆動用電極103へ供給されることがなくなるので、駆動信号発生器7から駆動用電極103へ振動体102の共振周波数f0とは異なる周波数の駆動用電圧Vdが供給され、共振周波数f0とは異なる周波数で振動体102が振動する。 Since the other configuration is the same as that of the angular velocity detection device 1a shown in FIG. 3, the description thereof will be omitted, and the operation of the angular velocity detection device 1b shown in FIG. 5 will be described below. First, for example, when an operation power supply voltage is supplied to each part of the angular velocity detection device 1b by turning on a power switch (not shown), for example, the control signal is sent to the comparison unit 13 by the mode switching unit 14 to switch to the setting mode. The mode signal Sb from the comparison unit 13 is set to the low level and the switch SW1 is turned off. Then, when the signal path of the vibration detection signal Sd supplied from the BPF 6 to the drive signal generator 7 is blocked, a signal obtained by shifting the phase of the vibration detection signal Sd by 90 degrees by the drive signal generator 7 is used as the drive voltage Vd. since it is supplied to the driving electrodes 103 is eliminated, the voltage Vd for driving the frequency different from the resonance frequency f 0 of the vibrator 102 from the drive signal generator 7 to the driving electrode 103 is supplied, the resonance frequency f 0 The vibrating body 102 vibrates at different frequencies.

次に、振動体102が共振周波数f0とは異なる周波数で振動体102が振動すると、振動体102の変位量が減少するため振動体102からI/V変換器2へ流れる電流I103における振動成分が減少する。この場合、駆動信号発生器7は、電流I103における振動成分が略ゼロとなる周波数の信号を駆動用電圧Vdとして出力することが望ましい。そして、電流I103における振動成分が略ゼロとなれば、電流I103はすなわち駆動電圧成分に相当するので、電流I103を最少にするべくAGC8bの増幅率を設定することにより、電流I103から駆動電圧成分に相当する電流を差し引く精度を向上させることができる。 Next, when the vibrating body 102 vibrates at a frequency different from the resonance frequency f 0 , the amount of displacement of the vibrating body 102 decreases, so that vibration in the current I 103 flowing from the vibrating body 102 to the I / V converter 2 occurs. Ingredients decrease. In this case, it is desirable that the drive signal generator 7 outputs a signal having a frequency at which the vibration component in the current I 103 becomes substantially zero as the drive voltage Vd. Then, if the vibration component in the current I 103 is substantially zero, the current I 103 is That corresponds to the driving voltage component, by setting the amplification factor of AGC8b to the current I 103 to minimum, the current I 103 The accuracy of subtracting the current corresponding to the drive voltage component can be improved.

そこで、増幅率設定部11は、電流I103に基づきI/V変換器2及びBPF6により得られた振動検出信号Sdを最少にするべくAGC8bの増幅率を設定する。図6は、増幅率設定部11の動作を説明するための信号波形図である。まず、図6におけるタイミングT1において、設定モードで駆動信号発生器7から駆動用電極103(静電容量C103)へ共振周波数f0とは異なる周波数で駆動用電圧Vdが供給され、振動体102から振動成分が略ゼロの電流I103が出力される。この状態では、AGC8bの増幅率が設定されていないので、AGC8bから駆動用電圧Vdを反転増幅した信号ScがキャパシタC1へ供給されても電流I103を十分相殺することができない。そのため電流I103から電流IC1を差し引いた電流I2に基づきI/V変換器2及びBPF6で生成された振動検出信号Sdの信号レベルは高いレベルになっている。 Therefore, the amplification factor setting unit 11 sets the amplification factor of the AGC 8 b so as to minimize the vibration detection signal Sd obtained by the I / V converter 2 and the BPF 6 based on the current I 103 . FIG. 6 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the amplification factor setting unit 11. First, at timing T1 in FIG. 6, it is supplied driving voltage Vd at a frequency different from the resonance frequency f 0 from the drive signal generator 7 in the setting mode to the driving electrodes 103 (capacitance C103), the vibrator 102 A current I 103 having substantially zero vibration component is output. In this state, since the amplification factor of the AGC 8b is not set, even if the signal Sc obtained by inverting and amplifying the driving voltage Vd from the AGC 8b is supplied to the capacitor C1, the current I 103 cannot be sufficiently canceled. Therefore, the signal level of the vibration detection signal Sd generated by the I / V converter 2 and the BPF 6 based on the current I 2 obtained by subtracting the current I C1 from the current I 103 is high.

次に、振動検出信号Sdが、全波整流回路12で全波整流されキャパシタC2で平滑されて、振動検出信号Sdの実効値電圧が信号Saとして比較部13に入力される。そうすると、比較部13によって、信号Saのレベルは基準レベルVref1より高いと判断されてAGC8bの増幅率が増大され、AGC8bから出力される信号Scの信号レベルが増大されて電流IC1が増加し、電流I2が減少して振動検出信号Sdのレベルが低下する。以上のように、比較部13による振動検出信号Sdの比較処理とAGC8bの増幅率設定処理とが繰り返されることにより、徐々に振動検出信号Sdのレベルが低下すると共に信号Saの信号レベルが低下する。 Next, the vibration detection signal Sd is full-wave rectified by the full-wave rectification circuit 12, smoothed by the capacitor C2, and the effective value voltage of the vibration detection signal Sd is input to the comparison unit 13 as the signal Sa. Then, the comparator 13 determines that the level of the signal Sa is higher than the reference level Vref1, increases the amplification factor of the AGC 8b, increases the signal level of the signal Sc output from the AGC 8b, and increases the current I C1 . The current I 2 decreases and the level of the vibration detection signal Sd decreases. As described above, by repeating the comparison process of the vibration detection signal Sd and the amplification factor setting process of the AGC 8b by the comparison unit 13, the level of the vibration detection signal Sd is gradually decreased and the signal level of the signal Sa is also decreased. .

次に、信号Saの信号レベルが低下して基準レベルVref1以下になると、比較部13によって電流I103がAGC8bから出力される信号Scによって十分相殺され、AGC8bの増幅率が適当な値に設定されたと判断され、比較部13からAGC8bの増幅率を保持させる旨の制御信号が出力されると共にモード信号SbがハイレベルにされてスイッチSW1がオンされ、測定モードに移行する。 Next, when the signal level of the signal Sa decreases and becomes equal to or lower than the reference level Vref1, the current I 103 is sufficiently canceled by the comparator 13 by the signal Sc output from the AGC 8b, and the amplification factor of the AGC 8b is set to an appropriate value. Therefore, the control unit 13 outputs a control signal indicating that the gain of the AGC 8b is maintained, the mode signal Sb is set to high level, the switch SW1 is turned on, and the measurement mode is entered.

測定モードにおいては、AGC8bの増幅率は設定モードにおいて設定された増幅率が保持され、以降、図3に示す角速度検出装置1aと同様の動作により角速度が検出され、検出された角速度を示す検出信号Soutが出力される。   In the measurement mode, the amplification factor of the AGC 8b is maintained at the amplification factor set in the setting mode. Thereafter, the angular velocity is detected by the same operation as that of the angular velocity detection device 1a shown in FIG. 3, and a detection signal indicating the detected angular velocity. Sout is output.

これにより、環境変化、例えば温度変化や経年劣化によりジャイロセンサ101やAGC8b等の内部回路の特性が変化し、電流I103から駆動電圧成分を十分除去できなくなった場合であっても、増幅率設定部11によって駆動電圧成分を十分除去するべくAGC8bの増幅率が設定されるので、電流I103から駆動電圧成分に相当する電流を差し引く精度を向上させ、駆動電圧成分の影響を排除して振動体102の共振周波数による振動を安定化し、角速度の検出精度を向上することができる。 As a result, even when the characteristics of internal circuits such as the gyro sensor 101 and the AGC 8b change due to environmental changes such as temperature changes and aging deterioration, the drive voltage component cannot be sufficiently removed from the current I 103 , so that the amplification factor can be set. Since the amplification factor of the AGC 8b is set by the unit 11 so as to sufficiently remove the drive voltage component, the accuracy of subtracting the current corresponding to the drive voltage component from the current I 103 is improved, and the influence of the drive voltage component is eliminated and the vibrator The vibration due to the resonance frequency 102 can be stabilized, and the detection accuracy of the angular velocity can be improved.

なお、モード切替部14は、例えばユーザによる設定モードの指示を受け付ける操作スイッチを備え、設定モードの指示が受け付けられた場合に設定モードに切り替える構成としてもよい。また、モード切替部14は、ジャイロセンサ101に角速度が印加されない状態において、例えば角速度検出装置1bが起動された後一定の期間内において、比較部13によって信号Saのレベルが基準レベルVref1を超えたことが検知された場合に設定モードに切り替える構成としてもよい。あるいは、モード切替部14は、タイマー機能を備えて一定期間毎に測定モードから設定モードへと切り替える構成としてもよい。   For example, the mode switching unit 14 may include an operation switch that receives a setting mode instruction from the user, and may switch to the setting mode when the setting mode instruction is received. Further, the mode switching unit 14 is configured such that the level of the signal Sa exceeds the reference level Vref1 by the comparison unit 13 in a certain period after the angular velocity detection device 1b is activated in a state where no angular velocity is applied to the gyro sensor 101, for example. It is good also as a structure which switches to setting mode when this is detected. Alternatively, the mode switching unit 14 may have a timer function and switch from the measurement mode to the setting mode at regular intervals.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係る角速度検出装置について説明する。図7は、本発明の第4の実施形態に係る角速度検出装置1cの構成の一例を示すブロック図である。図7に示す角速度検出装置1cと図5に示す角速度検出装置1bとでは、下記の点で異なる。すなわち、図7に示す角速度検出装置1cは、BPF6から出力される振動検出信号Sdを増幅して振動検出信号Sd2として、全波整流回路12及びスイッチSW1へ出力するAGC15をさらに備えている。AGC15は、比較部13から出力されたモード信号Sbに応じて振動検出信号Sdの増幅率を変化させる増幅回路で、モード信号Sbがハイレベルになった場合、すなわち設定モードにおいてAGC8bの増幅率が設定された後に測定モードに移行した場合、振動検出信号Sd2の信号レベルを飽和させない程度に振動検出信号Sdの増幅率を増大させる。
(Fourth embodiment)
Next, an angular velocity detection device according to the fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram showing an example of the configuration of an angular velocity detection device 1c according to the fourth embodiment of the present invention. The angular velocity detection device 1c shown in FIG. 7 differs from the angular velocity detection device 1b shown in FIG. 5 in the following points. That is, the angular velocity detection device 1c shown in FIG. 7 further includes an AGC 15 that amplifies the vibration detection signal Sd output from the BPF 6 and outputs the amplified vibration detection signal Sd2 to the full-wave rectifier circuit 12 and the switch SW1. The AGC 15 is an amplifier circuit that changes the amplification factor of the vibration detection signal Sd according to the mode signal Sb output from the comparison unit 13, and when the mode signal Sb becomes high level, that is, the amplification factor of the AGC 8b is set in the setting mode. When the measurement mode is set after the setting, the amplification factor of the vibration detection signal Sd is increased to such an extent that the signal level of the vibration detection signal Sd2 is not saturated.

その他の構成は図5に示す角速度検出装置1bと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施の形態の動作について説明する。まず、測定モード時には、BPF6から出力される振動成分を示す振動検出信号Sdは非常に微少な信号であるため、駆動信号発生器7において信号振幅が小さい振動検出信号Sdをそのまま用いて90度位相シフトさせる信号処理を行うと、駆動用電圧Vdにおける位相シフトの精度が低下してしまい、振動体102の共振振動の安定性が損なわれる。そこで、測定モード時には、AGC15の増幅率を増大し、振動検出信号Sd2の信号振幅を飽和させない範囲で十分増大させてから駆動信号発生器7において位相シフト等の信号処理を行うことが望ましい。   Since the other configuration is the same as that of the angular velocity detection device 1b shown in FIG. 5, the description thereof will be omitted, and the operation of the present embodiment will be described below. First, in the measurement mode, since the vibration detection signal Sd indicating the vibration component output from the BPF 6 is a very small signal, the drive signal generator 7 uses the vibration detection signal Sd having a small signal amplitude as it is, and the phase is 90 degrees. When the signal processing to be shifted is performed, the accuracy of the phase shift in the driving voltage Vd is lowered, and the stability of the resonance vibration of the vibrating body 102 is impaired. Therefore, in the measurement mode, it is desirable to increase the amplification factor of the AGC 15 and sufficiently increase the signal amplitude of the vibration detection signal Sd2 within a range that does not saturate, and then perform signal processing such as phase shift in the drive signal generator 7.

そこで、まず、図5に示す角速度検出装置1bと同様に、例えばユーザが図略の電源スイッチをオンすることにより、角速度検出装置1cの各部に動作用電源電圧が供給されると、モード切替部14により設定モードに切り替えるべく制御信号が比較部13へ出力され、比較部13によりモード信号SbがローレベルにされてスイッチSW1がオフされる。そして、駆動信号発生器7から駆動用電極103(静電容量C103)へ共振周波数f0とは異なる周波数で駆動用電圧Vdが供給され、振動体102から振動成分が略ゼロの電流I103が出力される。この状態では、AGC8bの増幅率が設定されていないので、AGC8bから駆動用電圧Vdを反転増幅した信号ScがキャパシタC1へ供給されても電流I103を十分相殺することができない。そのため電流I103に基づきI/V変換器2で電圧変換され、BPF6でフィルタリングされた振動検出信号Sdのレベルは高レベルになっている。 Therefore, first, similarly to the angular velocity detection device 1b shown in FIG. 5, for example, when the user turns on a power switch (not shown) to supply the operation power supply voltage to each unit of the angular velocity detection device 1c, the mode switching unit 14, a control signal is output to the comparison unit 13 to switch to the setting mode, and the mode signal Sb is set to a low level by the comparison unit 13 and the switch SW1 is turned off. Then, a driving voltage Vd is supplied from the driving signal generator 7 to the driving electrode 103 (capacitance C103) at a frequency different from the resonance frequency f 0, and a current I 103 having substantially zero vibration component is generated from the vibrating body 102. Is output. In this state, since the amplification factor of the AGC 8b is not set, even if the signal Sc obtained by inverting and amplifying the driving voltage Vd from the AGC 8b is supplied to the capacitor C1, the current I 103 cannot be sufficiently canceled. Therefore, the level of the vibration detection signal Sd that is voltage-converted by the I / V converter 2 based on the current I 103 and filtered by the BPF 6 is high.

一方、比較部13によりモード信号Sbがローレベルにされ設定モードになると、AGC15は、予め設定された所定の増幅率αで振動検出信号Sdを増幅し、振動検出信号Sd2として全波整流回路12及びスイッチSW1へ出力する。この場合、上述したように、AGC8bの増幅率が設定されていない状態では、振動検出信号Sdのレベルは高いレベルになっているので、増幅率αは、例えば振動検出信号Sd2を飽和させない程度の低増幅率にされている。   On the other hand, when the mode signal Sb is set to the low level by the comparison unit 13 and the setting mode is set, the AGC 15 amplifies the vibration detection signal Sd with a predetermined amplification factor α set in advance, and the full-wave rectifier circuit 12 is used as the vibration detection signal Sd2. And output to the switch SW1. In this case, as described above, since the level of the vibration detection signal Sd is high when the amplification factor of the AGC 8b is not set, the amplification factor α is, for example, not to saturate the vibration detection signal Sd2. Low amplification factor.

次に、図5に示す角速度検出装置1bと同様にして増幅率設定部11によりAGC8bの増幅率が設定されると、振動検出信号Sdから駆動電圧成分が除去されて信号レベルが低下する。そこで、増幅率設定部11によりAGC8bの増幅率が設定された後、比較部13によりモード信号Sbがハイレベルにされ、すなわち測定モードにされると、駆動信号発生器7における90度位相をシフトさせる信号処理の精度を向上させるべくAGC15の増幅率が増大され、振動検出信号Sd2の信号振幅が増大される。この場合、AGC15の増幅率は、例えば振動検出信号Sd2を飽和させない範囲で最大の増幅率になるように設定される。   Next, when the amplification factor of the AGC 8b is set by the amplification factor setting unit 11 in the same manner as the angular velocity detection device 1b shown in FIG. 5, the drive voltage component is removed from the vibration detection signal Sd and the signal level is lowered. Therefore, after the amplification factor of the AGC 8b is set by the amplification factor setting unit 11, the mode signal Sb is set to the high level by the comparison unit 13, that is, when the measurement mode is set, the phase of the drive signal generator 7 is shifted by 90 degrees. In order to improve the accuracy of the signal processing to be performed, the amplification factor of the AGC 15 is increased, and the signal amplitude of the vibration detection signal Sd2 is increased. In this case, the amplification factor of the AGC 15 is set so as to be the maximum amplification factor in a range where the vibration detection signal Sd2 is not saturated, for example.

これにより、測定モードにおいて、振動検出信号Sd2の信号振幅を増大させて駆動信号発生器7における90度位相をシフトさせる信号処理の精度を向上させることができるので、駆動用電圧Vdにおける位相シフトの精度を向上させ、振動体102の共振振動における安定性を向上させることにより、角速度の検出精度を向上することができる。   Thereby, in the measurement mode, it is possible to increase the signal amplitude of the vibration detection signal Sd2 and improve the accuracy of signal processing for shifting the phase by 90 degrees in the drive signal generator 7. Therefore, the phase shift of the drive voltage Vd can be improved. By improving the accuracy and improving the stability of the vibrating body 102 in the resonance vibration, the detection accuracy of the angular velocity can be improved.

なお、本願発明者は、図7に示す角速度検出装置1cによって、実験的に測定モード時におけるAGC8bの増幅率を設定モード時におけるAGC8bの増幅率に対し、100倍増大させることができ、これにより駆動用電圧Vdを共振周波数に一致させる精度を向上させて振動体102の共振振動における安定性が向上されることを確認した。   The inventor of the present application can experimentally increase the amplification factor of AGC 8b in the measurement mode by 100 times the amplification factor of AGC 8b in the setting mode by the angular velocity detection device 1c shown in FIG. It was confirmed that the accuracy of making the driving voltage Vd coincide with the resonance frequency and the stability of the vibrating body 102 in the resonance vibration is improved.

本発明の第1の実施形態に係る角速度検出装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示すジャイロセンサの変形例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the modification of the gyro sensor shown in FIG. 本発明の第2の実施形態に係る角速度検出装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図3に示す反転器の構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a structure of the inverter shown in FIG. 本発明の第3の実施形態に係る角速度検出装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図5に示す増幅率設定部の動作を説明するための信号波形図である。FIG. 6 is a signal waveform diagram for explaining the operation of the amplification factor setting unit shown in FIG. 5. 本発明の第4の実施形態に係る角速度検出装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the angular velocity detection apparatus which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 背景技術に係るジャイロセンサの構成を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating the structure of the gyro sensor which concerns on background art. 図8に示すジャイロセンサの動作を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating operation | movement of the gyro sensor shown in FIG. 背景技術に係る角速度検出装置の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical constitution of the angular velocity detection apparatus which concerns on background art. 図10に示す角速度検出装置において検出される振動検出信号を説明する信号波形図である。It is a signal waveform diagram explaining the vibration detection signal detected in the angular velocity detection apparatus shown in FIG. 図11に示す振動成分信号の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the vibration component signal shown in FIG. 図11に示す駆動電圧成分信号の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the drive voltage component signal shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1,1a,1b,1c 角速度検出装置
2 I/V変換器
3,6 BPF
4 アンプ
5 同期検波回路
7 駆動信号発生器
8,8a 反転器
9 キャリア発生回路
11 増幅率設定部
12 全波整流回路
13 比較部
14 モード切替部
81 演算増幅器
101,101a ジャイロセンサ
102 振動体
103 駆動用電極
105,106 検出用電極
C1,C2 キャパシタ
C103,C105,C106 静電容量
SW1 スイッチ
VR1 可変抵抗器

1, 1a, 1b, 1c Angular velocity detector 2 I / V converter 3, 6 BPF
4 Amplifier 5 Synchronous detection circuit 7 Drive signal generator 8, 8a Inverter 9 Carrier generation circuit 11 Amplification factor setting unit 12 Full wave rectifier circuit 13 Comparison unit 14 Mode switching unit 81 Operational amplifier 101, 101a Gyro sensor 102 Vibrating body 103 Drive Electrodes 105, 106 Detection electrodes C1, C2 Capacitors C103, C105, C106 Capacitance SW1 Switch VR1 Variable resistor

Claims (6)

角速度検出装置であって、
電極と、
前記電極と対向配置された振動体と、を備え、
前記角速度検出装置は、前記振動体に角速度が印加された場合に前記振動体に作用するコリオリ力に基づいて前記角速度を検出し、さらに、
前記電極と前記振動体とで形成される静電容量と、
前記電極へ駆動用電圧を供給することにより前記振動体を振動させる駆動信号発生部と、
前記駆動信号発生部から駆動用電圧が供給されることにより、駆動用電圧とは逆極性の反転電圧を出力する反転信号出力部と、
前記反転信号出力部から出力された反転電圧が供給され、前記静電容量と略同一の静電容量を有するキャパシタと、
前記駆動信号発生部から前記振動体へ前記静電容量を介して流れる電流であり、前記振動体を振動させた場合における前記振動体の機械的変位を示す信号成分である振動成分と駆動用電圧が前記静電容量を通過することにより生じる信号成分である駆動電圧成分を含む電流に対して、前記キャパシタを介して出力される電流を加えた重畳電流を、重畳電圧に変換する電流電圧変換部と、を備え、
前記駆動信号発生部は、前記電流電圧変換部から出力された重畳電圧の振動成分の位相を90度ずらした信号を駆動用電圧として前記電極へ供給することを特徴とする角速度検出装置。
An angular velocity detection device,
Electrodes,
A vibrating body disposed opposite to the electrode ,
The angular velocity detection device detects the angular velocity based on Coriolis force acting on the vibrating body when an angular velocity is applied to the vibrating body;
A capacitance formed by the electrode and the vibrator;
A drive signal generator that vibrates the vibrator by supplying a drive voltage to the electrodes;
An inversion signal output unit that outputs an inversion voltage having a polarity opposite to that of the driving voltage by supplying a driving voltage from the driving signal generation unit ;
A reverse voltage output from the reverse signal output unit is supplied, and a capacitor having substantially the same capacitance as the capacitance;
A vibration component that is a current that flows from the drive signal generator to the vibrating body via the capacitance, and is a signal component that indicates a mechanical displacement of the vibrating body when the vibrating body is vibrated, and a driving voltage A current-voltage conversion unit that converts a superimposed current obtained by adding a current output via the capacitor to a current including a driving voltage component that is a signal component generated by passing through the capacitance into a superimposed voltage And comprising
The angular velocity detection device, wherein the drive signal generation unit supplies a signal obtained by shifting the phase of the vibration component of the superimposed voltage output from the current-voltage conversion unit by 90 degrees to the electrode as a drive voltage .
前記反転信号出力部は、反転電圧の増幅率が可変にされていることを特徴とする請求項1記載の角速度検出装置。 The angular velocity detection device according to claim 1 , wherein the inversion signal output unit has an inversion voltage gain variable . 角速度検出装置であって、An angular velocity detection device,
電極と、Electrodes,
前記電極と対向配置された振動体と、を備え、A vibrating body disposed opposite to the electrode,
前記角速度検出装置は、前記振動体に角速度が印加された場合に前記振動体に作用するコリオリ力に基づいて前記角速度を検出し、さらに、The angular velocity detection device detects the angular velocity based on Coriolis force acting on the vibrating body when an angular velocity is applied to the vibrating body;
前記電極と前記振動体とで形成される静電容量と、A capacitance formed by the electrode and the vibrator;
前記電極へ駆動用電圧を供給することにより前記振動体を振動させる駆動信号発生部と、A drive signal generator that vibrates the vibrator by supplying a drive voltage to the electrodes;
前記駆動信号発生部から駆動用電圧が供給されることにより、駆動用電圧とは逆極性の反転電圧を出力する反転信号出力部と、An inversion signal output unit that outputs an inversion voltage having a polarity opposite to that of the driving voltage by supplying a driving voltage from the driving signal generation unit;
前記反転信号出力部から出力された反転電圧が供給されるキャパシタと、A capacitor to which the inverted voltage output from the inverted signal output unit is supplied;
前記駆動信号発生部から前記振動体へ前記静電容量を介して流れる電流であり、前記振動体を振動させた場合における前記振動体の機械的変位を示す信号成分である振動成分と駆動用電圧が前記静電容量を通過することにより生じる信号成分である駆動電圧成分を含む電流に対して、前記キャパシタを介して出力される電流を加えた重畳電流を、重畳電圧に変換する電流電圧変換部と、を備え、A vibration component that is a current that flows from the drive signal generator to the vibrating body via the capacitance, and is a signal component that indicates a mechanical displacement of the vibrating body when the vibrating body is vibrated, and a driving voltage A current-voltage conversion unit that converts a superimposed current obtained by adding a current output via the capacitor to a current including a driving voltage component that is a signal component generated by passing through the capacitance into a superimposed voltage And comprising
前記駆動信号発生部は、前記電流電圧変換部から出力された重畳電圧の振動成分の位相を90度ずらした信号を駆動用電圧として前記電極へ供給し、The drive signal generation unit supplies a signal obtained by shifting the phase of the vibration component of the superimposed voltage output from the current-voltage conversion unit by 90 degrees to the electrode as a drive voltage,
前記反転信号出力部は、反転電圧の増幅率が可変にされていることを特徴とする角速度検出装置。In the angular velocity detection device, the inversion signal output unit has a variable inversion voltage gain.
前記反転信号出力部における前記増幅率を設定する増幅率設定部をさらに備え、
前記増幅率設定部は、前記電流電圧変換部から出力された重畳電圧の振動成分のレベルを最少にするべく前記反転信号出力部における増幅率を設定する設定動作を行うことを特徴とする請求項2又は3記載の角速度検出装置。
An amplification factor setting unit for setting the amplification factor in the inverted signal output unit;
The amplification factor setting unit performs a setting operation for setting the amplification factor in the inverted signal output unit so as to minimize the level of the vibration component of the superimposed voltage output from the current-voltage conversion unit. 2. The angular velocity detection device according to 2 or 3 .
前記増幅率設定部は、前記設定動作を行う場合、前記駆動信号発生部により供給される駆動用電圧の周波数を前記振動体の共振周波数とは異なる周波数にさせることを特徴とする請求項4記載の角速度検出装置。 The amplification factor setting unit, when performing the setting operation, makes the frequency of the driving voltage supplied by the driving signal generation unit different from the resonance frequency of the vibrating body. Angular velocity detection device. 前記電流電圧変換部から出力された重畳電圧の振動成分を増幅して前記駆動信号発生部へ供給する重畳信号増幅部をさらに備え、
前記駆動信号発生部は、前記重畳信号増幅部により増幅された電圧の位相を90度ずらした信号を駆動用電圧として前記電極へ供給し、
前記重畳信号増幅部は、前記増幅率設定部により前記設定動作が実行された後、前記重畳電圧の振動成分を増幅する増幅率を増大させることを特徴とする請求項4又は5記載の角速度検出装置。
A superimposed signal amplification unit that amplifies the vibration component of the superimposed voltage output from the current-voltage conversion unit and supplies the amplified component to the drive signal generation unit;
The drive signal generation unit supplies a signal obtained by shifting the phase of the voltage amplified by the superimposed signal amplification unit by 90 degrees to the electrode as a drive voltage ,
6. The angular velocity detection according to claim 4, wherein the superimposed signal amplification unit increases an amplification factor for amplifying a vibration component of the superimposed voltage after the setting operation is performed by the amplification factor setting unit. apparatus.
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