JP4631240B2

JP4631240B2 - Physical quantity sensor

Info

Publication number: JP4631240B2
Application number: JP2001275198A
Authority: JP
Inventors: 隆之石川; 順二早川; 林野々山
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2001-09-11
Filing date: 2001-09-11
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2021-09-11
Also published as: JP2003083749A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physical quantity sensor capable of being made efficient and more inexpensive because of a simple structure. SOLUTION: Carrier signal voltages PW1-PW4 applied across movable electrodes 1a-1d and fixed electrodes 2a-2d are temporally changed over, to a case detecting a change in electrostatic capacity in a detection direction and a case detecting a change in electrostatic capacity in a vibration direction. The voltage of a vibrator 1 is outputted to a C-V converter circuit 4 connected from the vibrator 1 by one signal line, and potentials in respective states are stored in first - fourth sample hold circuits 5a-5d. Then, the differentials of the first and second sample hold circuits 5a and 5b or the differentials of the third and fourth sample hold circuits 5c and 5d are calculated by first and second differential amplifying circuits 6 and 7. By this constitution, an angular velocity sensor capable of performing vibration monitoring and the detection of Coriolis force can be obtained.

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面基板表面において、２軸直交座標方向に変位可能に支持されてなる振動子を有した物理量センサに関するもので、例えば、角速度センサに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、角速度センサは、振動子の振動方向に対して垂直な方向を角速度軸とし、振動方向及び角速度軸の双方に垂直な軸方向に働くコリオリ力を検出することで、角速度の検出を行う。
【０００３】
近年、車載用の角速度センサには小型・低コスト化が望まれており、半導体（主にＳｉ）基板上に振動子と検出素子とを形成する方法が研究されている。このような半導体式の角速度センサでは、Ｓｉ基板面上に、振動軸と検出軸を配置し、その変位を、基板に固定された固定電極と振動子に設けた可動電極と間の静電容量の変化として検出している。
【０００４】
このような角速度センサにおいては、振動子が斜めに振動すると、検出軸に大きな変位を生じ、誤差信号となる。これを振動子で防止する構造として、２種類の構造が考えられている。一方は、振動方向のみに変位可能な支持をした振動子の上に、検出方向のみに変位可能な支持をした構造であり、もう一方は、振動方向のみに振動する部分を支持する枠が、検出する方向のみに変位するよう支持し、その変位をさらに外側の固定電極で検出する構造である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記１つ目の構造では、振動部分と検出部分の間をエッチングする必要があり、加工工程が複雑になり、製造コスト低減が困難になるという問題がある。
【０００６】
また、２つ目の構造では、加工工程は簡単になるが、振動子と検出部が、同一電極となり、変位を同時に検出することが困難になるという問題がある。この変位の検出を同時に行う手段として、駆動振動の数周期間加振し、自由振動時に電極を検出回路に切り替える方法が提案されているが、このような構成によると自由振動中に振幅が減衰し、感度が変化してしまうため、その補正手段が必要になり、低コスト化の妨げとなる。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、簡易な構造から効率よく、より低コスト化を図ることができる物理量センサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、可動電極（１ａ〜１ｄ）を有し、平面基板表面において、２軸直交座標方向に変位可能に支持されてなる振動子（１）と、振動子の可動電極と対向する固定電極（２ａ〜２ｄ）を有してなる固定部（２）とを備え、振動子を２軸直交座標方向の一方に振動させると共に、該振動させる方向を振動方向、前記平面基板表面において振動方向に垂直をなす方向を検知方向とすると、振動子に対する振動方向及び検知方向に静電容量を形成し、該静電容量変化を検出することで角速度検出を行う角速度センサにおいて、振動方向における静電容量変化を検出する場合に、振動方向において可動電極と固定電極との間の静電容量を変化させるように振動子と固定部との間にキャリア信号電圧（ＰＷ１、ＰＷ２）を印加すると共に、検知方向における静電容量変化を検出する場合に、検知方向において可動電極と固定電極との間の静電容量を変化させるように振動子と固定部との間にキャリア信号電圧（ＰＷ３、ＰＷ４）を印加し、可動電極と固定電極との間に印加するキャリア信号電圧（ＰＷ１〜ＰＷ４）を、検知方向における静電容量変化を検出する場合と振動方向における静電容量変化を検出する場合とで時間的に切り替える制御回路部（１１）と、制御回路部（１１）による検知方向における静電容量変化を検出する場合と振動方向における静電容量変化を検出する場合との時間的な切り替えタイミングと、振動子から一本の信号線で伝えられる静電容量より、検知方向における静電容量変化と振動方向における静電容量変化の２軸方向の変位の検出を行う手段（４〜９）とを有していることを特徴としている。
【０００９】
このような構成の物理量センサは、加工工程も複雑でなく、振動子と検出部とが同一電極にならないことから、変位を同時に検出することもできる。これにより、簡易な構造から効率よく、より低コスト化を図ることができる物理量センサとすることができる。
【００１１】
また、請求項１に記載の発明では、可動電極と固定電極の間に静電気力を発生させることにより、振動子を励振させるようになっており、振動子に対する振動方向及び検知方向の静電容量変化の検出に励振を加え、これら静電容量変化の検出及び励振を時間分割して周期的に行うことを特徴としている。このように、容量検出と励振とが交互に行われるようにすることも可能である。
【００１２】
さらに、請求項１に記載の発明では、時問分割の割合を、振動方向における静電容量変化の検出が、検知方向における静電容量変化の検出や励振よりも多くすることを特徴としている。このようにすることで、同期検波の基準信号である振動モニタリング信号のノイズを低減し、正弦波に近づけ、同期検波での誤差を低減することが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、振動子を励振させる励振信号と、キャリア信号の周波数との比が整数倍となっていることを特徴としている。このようにすれば、検出信号の階段状の歪みが励振周波数と同期するため、同期検波での除去が容易となる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１に、本発明の一実施形態が適用された角速度センサの概略構成を示す。以下、図１に基づいて角速度センサの構成についての説明を行う。
【００１６】
角速度センサには、振動子１と固定部２とが備えられた素子部３、Ｃ−Ｖ変換回路部４、サンプルホールド回路部５、第１、第２差動増幅回路部６、７、同期検波回路部８、感度調整回路部９、励振信号発生回路部１０、及びスイッチング制御回路１１が備えられている。そして、励振信号発生回路部１０によって振動子を振動させると共に、スイッチング制御回路１１で発生させる各種駆動信号に基づいて各構成要素を制御することで、角速度の検出が行われるようになっている。
【００１７】
素子部３には、振動子１と固定部２とが備えられており、振動子１には可動電極１ａ〜１ｄが設けられ、固定部２には可動電極１ａ〜１ｄに対して所望の間隔を空けて配置された固定電極２ａ〜２ｄが設けられている。この素子部３を構成する振動子１及び固定部２は半導体基板によって形成されており、振動子１が固定部２に対して２軸直交座標方向に変位できるように支持されている。そして、振動子１及び固定部２に備えられた可動電極１ａ〜１ｄ及び固定電極２ａ〜２ｄの間に容量が設定されるようになっている。具体的には、振動子１に対して紙面左右方向を振動方向とすると、紙面上で振動方向と垂直を成す方向が検知方向に相当し、これら振動方向及び検知方向において静電容量が変化するように可動電極１ａ〜１ｄ及び固定電極２ａ〜２ｄが備えられた構成となっている。このように構成される素子部３のうち、固定部２に備えられた各固定電極２ａ〜２ｄに対してスイッチング制御回路１１からの電圧信号ＰＷ１〜ＰＷ４が加えられるようになっている。この電圧信号ＰＷ１〜ＰＷ４は、０［Ｖ］、Ｖａ［Ｖ］のいずれかが設定される。以下、これら電圧信号ＰＷ１〜ＰＷ４をキャリア信号という。
【００１８】
Ｃ−Ｖ変換回路部４は、振動子１と一本の信号線で結ばれており、振動子１の電圧に基づいて可動電極１ａ〜１ｄと固定電極２ａ〜２ｄによる差動容量の変化を電圧に変換するものである。このＣ−Ｖ変換回路部４の基本構成及び基本作動について、図２に示す作動状態図を参照して説明する。
【００１９】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｃ−Ｖ変換回路部４は、オペアンプ４ａ、コンデンサ４ｂ、スイッチ４ｃとを有した構成となっている。オペアンプ４ａの反転入力端子は振動子１に接続されており、反転入力端子と出力端子との間には、コンデンサ４ｂ及びスイッチ４ｃが並列に接続されている。スイッチ４ｃはスイッチ制御回路部１１からの信号Ｓ１によって駆動されるようになっており、オペアンプ４ａの非反転入力端子には定電圧源などにより、固定電極２ａ〜２ｄに印加される電圧Ｖａ［Ｖ］の半分の電圧Ｖａ／２［Ｖ］が入力されるようになっている。
【００２０】
このＣ−Ｖ変換回路部４の作動、つまり容量変化から電圧信号への変換は以下のようにして行われる。上述した固定部２に備えられた固定電極２ａ〜２ｄと振動子１に備えられた可動電極１ａ〜１ｄは、初期状態において、振動子１に対して振動方向両側に形成される容量同士が等容量となり、振動子１に対しての検知方向両側に形成される容量同士が等容量となるように設定される。そして、振動子１に対して振動方向両側に形成された容量によるＣ−Ｖ変換と、振動子１に対して検知方向両側に形成された容量によるＣ−Ｖ変換は同様に、以下のようなスイッチトキャパシタ方式によって行われる。
【００２１】
まず、図２（ａ）に示すように、スイッチング制御回路部１１からの各種信号に基づいて、一方の固定電極２ａ、２ｃに対して電圧Ｖａを印加すると共に、他方の固定電極２ｂ、２ｄに対して電圧０を印加し、かつ、スイッチ４ｃを閉じた状態とする。これにより、振動子１（可動電極１ａ〜１ｄ）と各固定電極２ａ〜２ｄとの間の容量をそれぞれＣａ、Ｃｂとすると、Ｃａ、Ｃｂにはそれぞれ、Ｃａ×Ｖａ／２、−Ｃｂ×Ｖａ／２の電荷が蓄えられ、オペアンプ４ａの出力は、Ｖａ／２となる。以下、この状態を状態１という。
【００２２】
続いて、スイッチング制御回路部１１からの各種信号に基づいて、各固定電極２ａ〜２ｄへの印加電圧を状態１の時と反転させ、かつ、スイッチ４ｃを開いた状態とする。これにより、Ｃａ、Ｃｂの電荷が、それぞれ−Ｃａ×Ｖａ／２、Ｃｂ×Ｖａ／２となる。このため、電荷の変化は、（Ｃａ−Ｃｂ）×Ｖａとなる。このとき、スイッチ４ｃが開放されているので、この電荷の変化分が、コンデンサ４ｂを介してオペアンプ４ａの出力につながり、オペアンプ４ａから（Ｃａ−Ｃｂ）×Ｖａ／Ｃｆ＋Ｖａ／２の電位が出力される。以下、この状態を状態２という。
【００２３】
従って、状態１におけるオペアンプ４ａの出力と、状態２におけるオペアンプ４ａの出力との差分をとることで、（Ｃａ−Ｃｂ）×Ｖａ／Ｃｆという容量差に比例する電圧出力を得ることができる。そして、これらの動作を振動方向、検知方向の双方に対して交互に繰り返し行うことで、振動方向における振動子１の変位のモニタリング、及び検知方向における振動子１の変位によるコリオリ力検出を行っている。
【００２４】
サンプルホールド回路部５は、第１〜第４サンプルホールド回路５ａ〜５ｄという４つのサンプルホールド回路によって構成されている。これら各サンプルホールド回路４ａ〜４ｄは、スイッチング制御回路部１１の制御信号Ｓ２〜Ｓ５に基づいて駆動され、所定のタイミングでオペアンプ４ａの出力電圧を記憶する。具体的には、第１のサンプルホールド回路５ａは振動方向において上記状態１とした場合のオペアンプ４ａの出力電圧を記憶し、第２のサンプルホールド回路５ｂは振動方向において上記状態２とした場合のオペアンプ４ａの出力電圧を記憶し、第３のサンプルホールド回路５ｃは検知方向において上記状態１とした場合のオペアンプ４ａの出力電圧を記憶し、第４のサンプルホールド回路５ｄは検知方向において上記状態２とした場合のオペアンプ４ａの出力電圧を記憶する。
【００２５】
第１の差動増幅回路部６は、第１のサンプルホールド回路５ａと第２のサンプルホールド回路５ｂの電位差を所定の増幅率で増幅する。また、第２の差動増幅回路部７は、第３のサンプルホールド回路５ｃと第４のサンプルホールド回路５ｄの電位差を所定の増幅率で増幅する。
【００２６】
同期検波回路８は、第１の差動増幅回路部６の出力と第２の差動増幅回路部７の出力との同期を取るものであり、この同期検波回路８によって振動方向における振動子１の変位のモニタリングタイミングと、検知方向における振動子１の変位によるコリオリ力検出タイミングとの同期が図れるようになっている。
【００２７】
感度調整回路９は、例えば、反転増幅回路等で構成された直流増幅器で構成され、振動方向における振動子１の変位、及び検知方向における振動子１の変位を示す出力信号を感度に合わせて調整するものである。
【００２８】
励振信号発生回路１０は、振動子１に対して振動方向に振動させる力（励振信号）を加えるもので、第１の差動増幅回路６の出力から振動子１の振幅情報を得て、この振幅情報に基づいて振動子１に加える力を調整するというフィードバック制御を行っている。
【００２９】
次に、このように構成された角速度センサによる角速度の検出方法について説明する。図３に、スイッチング制御回路１１が発生させる各信号ＰＷ１〜ＰＷ４、Ｓ１〜Ｓ６、及び励振信号発生回路１０が発生させる励振信号のタイムチャートを示し、この図を参照にして説明する。
【００３０】
まず、励振信号発生回路１０による励振信号に基づき、所定の周期で振動子１を振動方向に励振させる。このとき、振動方向における振動子１の振動が共振周波数となるようされ、より大きな振動振幅が発生するようにされる。これにより、角速度が生じた時には、大きなコリオリ力が得られる。この状態で振動方向における振動子１の変位のモニタリング、及び検知方向における振動子１の変位によるコリオリ力検出を行う。
【００３１】
次に、振動方向における振動子１の変位のモニタリングを行う。この場合には、スイッチング制御回路部１１からの電圧信号ＰＷ１、ＰＷ２により、固定電極２ａに向けて電圧Ｖａを印加し、固定電極２ｂに向けて電圧０を印加する（期間ｔ１参照）。これにより、振動方向において上記状態１となる。そして、スイッチング制御回路部１１からの信号Ｓ２により、このときのＣ−Ｖ変換回路部４におけるオペアンプ４ａの出力電位を第１のサンプルホールド回路５ａに記憶させる。
【００３２】
続いて、スイッチング制御回路部１１からの電圧信号ＰＷ１、ＰＷ２により、固定電極２ａと固定電極２ｂとの電圧を入れ替え、固定電極２ａに電圧０、固定電極２ｂに電圧Ｖａを印加する（期間ｔ２参照）。これにより、振動方向において上記状態２となる。そして、スイッチング制御回路部１１からの信号Ｓ３により、このときのＣ−Ｖ変換回路部４におけるオペアンプ４ａの出力電位を第２のサンプルホールド回路５ｂに記憶させる。
【００３３】
次に、検知方向における振動子１の変位によるコリオリ力検出を行う。この場合には、スイッチング制御回路部１１からのキャリア信号ＰＷ３、ＰＷ４により、固定電極２ｃに向けて電圧Ｖａを印加し、固定電極２ｄに向けて電圧０を印加する（期間ｔ３参照）。これにより、検知方向において上記状態１となる。そして、スイッチング制御回路部１１からの信号Ｓ４により、このときのＣ−Ｖ変換回路部４におけるオペアンプ４ａの出力電位を第３のサンプルホールド回路５ｃに記憶させる。
【００３４】
続いて、スイッチング制御回路部１１からのキャリア信号ＰＷ３、ＰＷ４により、固定電極２ｃと固定電極２ｄとの電圧を入れ替え、固定電極２ｃに電圧０、固定電極２ｄに電圧Ｖａを印加する（期間ｔ４参照）。これにより、検知方向において上記状態２となる。そして、スイッチング制御回路部１１からの信号Ｓ５により、このときのＣ−Ｖ変換回路部４におけるオペアンプ４ａの出力電位を第４のサンプルホールド回路５ｄに記憶させる。
【００３５】
このようにして、振動方向及び検知方向における状態１、２のオペアンプ４ａの出力が各サンプルホールド回路５ａ〜５ｄに記憶されると、第１、第２の差動増幅回路６、７により、第１のサンプルホールド回路５ａと第２のサンプルホールド回路５ｂの電位差が所定の増幅率で増幅されると共に、第３のサンプルホールド回路５ｃと第４のサンプルホールド回路５ｄの電位差が所定の増幅率で増幅される。この後、同期検波回路部８で各差動増幅回路部６、７の出力の同期が取られたのち、感度調整回路９によって適宜感度調整がなされ、角速度センサの出力信号として出力される。このときの各差動増幅回路部６、７の出力Ｘ１、Ｘ２と共に、振動子の振動のモニタリング結果、及びコリオリ力の検知結果は図４のようになる。
【００３６】
そして、このような角速度検出においては、キャリア信号ＰＷ１〜ＰＷ４に、１００ｋＨｚ前後の周波数の矩形波を用いる場合には約２０μｓｅｃ毎に交互に振動モニタリングと検出信号を得ることが可能である。一般的に、励振周波数は、数ｋＨｚ以下なので、振動モニタリングやコリオリ力検出のサンプリング周期の方が早くなり、それぞれの信号が減衰すること無く計測できる。
【００３７】
以上のようにして角速度の検出が行える角速度センサを構成することができる。このような構成の角速度センサは、加工工程も複雑でなく、振動子と検出部とが同一電極にならないことから、変位を同時に検出することもできる。これにより、簡易な構造から効率よく、より低コスト化を図ることができる角速度センサとすることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
図５に、本発明の第２実施形態における角速度センサの概略構成を示す。図５に示すように、本実施形態は第１実施形態に対して、固定電極１２ａ、１２ｂを追加することによって、励振用の静電容量を追加すると共に、振動子１とＣ−Ｖ変換回路部４との間にスイッチＳＷ１を設け、さらに、励振信号発生回路部１０と振動子１との間にスイッチＳＷ４とはＯＮ／ＯＦＦが反対になるスイッチＳＷ２を設けたものである。
【００３９】
このような構成において、振動モニタリング及びコリオリ力検出は第１実施形態と同様に行い、励振信号発生回路部１０からの励振信号（出力電圧）に基づいて、振動子１を振動させるようにする。具体的には、振動モニタリングとコリオリ力検出を行う容量検出中にはスイッチＳＷ１をＯＮ、スイッチＳＷ２をＯＦＦにすると共にスイッチ制御回路部１０からの電圧信号ＤＲ１、ＤＲ２に基づいて固定電極１２ａ、１２ｂの電位を可動電極１ａ、１ｂと等しくし、振動子１の励振時にはスイッチＳＷ１をＯＦＦ、スイッチＳＷ２をＯＦＦにすることで固定電極１２ａ、１２ｂの電位を可動電極１ａ、１ｂとの間に必要な静電力が生じる電位差を与え、容量検出と振動子１の励振とが交互に行われるようにする。これにより、励振信号の回り込みが防止される。
【００４０】
図６に、本実施形態における角速度センサによる角速度検出を行った際の各差動増幅回路部６、７の出力Ｘ１、Ｘ２と共に、振動子の振動のモニタリング結果、コリオリ力の検知結果、及び固定電極１２ａ、１２ｂへの電圧信号ＤＲ１、ＤＲ２を示す。
【００４１】
本実施形態に示すように、容量検出と励振とが交互に行われるようにすることも可能であり、このようにしても第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、振動モニタリングとはコリオリ力検知と励振との割合を同等にしているが、本実施形態では、上記第２実施形態と同様の角速度センサの構成を用いて、これらの割合を変化させる。すなわち、振動モニタリングの割合をコリオリ力検知や励振の割合よりも大きくし、コリオリ力検知若しくは励振が行われる毎に、振動モニタリングを行うようにする。
【００４３】
図７に、本実施形態のようにした場合の各差動増幅回路部６、７の出力Ｘ１、Ｘ２と共に、振動子の振動のモニタリング結果、コリオリ力の検知結果、及び固定電極１２ａ、１２ｂへの電圧信号ＤＲ１、ＤＲ２を示す。
【００４４】
本構成の角速度センサにおいては、信号を時間分割して取り出すため、本来、センサ素子から発生する正弦波信号が階段状に歪む。上記第１、第２実施形態に示した角速度センサでは、同期検波回路部８を使用して、励振信号周波数以外の信号を除去しているが、基準となる信号が歪んでいると、その性能は低減する。
【００４５】
従って、本実施形態のように、基準信号とする振動モニタリング信号の検出割合をコリオリ力検知や励振の割合よりも大きくすることで、同期検波回路部８の基準信号である振動モニタリング信号のノイズを低減し、正弦波に近づけ、同期検波回路部８での誤差を低減することが可能となる。
【００４６】
（第４実施形態）
図８に、本発明の第４実施形態における角速度センサの概略構成を示す。本実施形態は、第１実施形態に対して、逓倍回路としてのＰＬＬ１３を備えたものである。このような逓倍回路となるＰＬＬ１３を備えることで、励振信号の周期が、励振を含む容量検出が１回行われる周期の整数倍となるようにできる。
【００４７】
図９に、本実施形態のようにした場合の各差動増幅回路部６、７の出力Ｘ１、Ｘ２と共に、振動子の振動のモニタリング結果、コリオリ力の検知結果、及び固定電極１２ａ、１２ｂへの電圧信号ＤＲ１、ＤＲ２を示す。
【００４８】
このようにして設定されたキャリア信号ＰＷ１〜ＰＷ４や電圧信号ＤＲ１、ＤＲ２を用いることで、上記第３実施形態で説明した階段状の歪みが励振周波数と同期するため、同期検波回路部８での除去が容易となる。
【００４９】
（第５実施形態）
図１０に、本発明の第５実施形態における加速度センサの概略構成を示す。本実施形態は、本発明の一実施形態を２軸直交座標方向における加速度検出を独立して行える加速度センサに適用したものである。この図に示されるように、本発明を加速度センサに適用してもよい。なお、この場合には、図１に示した励振信号発生回路部１０は備えられない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における角速度センサの概略構成を示す図である。
【図２】角速度センサの検知原理を説明した図である。
【図３】図１に示す角速度センサの作動時における各信号のタイミングチャートを示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態における振動モニタリング結果とコリオリ力検知結果を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態における角速度センサの概略構成を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態における振動モニタリング結果とコリオリ力検知結果を示した図である。
【図７】本発明の第３実施形態における振動モニタリング結果とコリオリ力検知結果を示した図である。
【図８】本発明の第４実施形態における角速度センサの概略構成を示す図である。
【図９】本発明の第４実施形態における振動モニタリング結果とコリオリ力検知結果を示した図である。
【図１０】本発明の第５実施形態における加速度センサの概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１…振動子、１ａ〜１ｄ…可動電極、２…固定部、２ａ〜２ｄ…固定電極、
３…素子部、４…Ｃ−Ｖ変換回路部、５…サンプルホールド回路部、
６、７…第１、第２の差動増幅回路部、８…同期検波回路部、
９…感度調整回路部、１０…励振信号発生回路部、
１１…スイッチング制御回路部、１２ａ、１２ｂ…固定電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a physical quantity sensor having a vibrator that is supported so as to be displaceable in a biaxial orthogonal coordinate direction on the surface of a flat substrate. For example, the present invention is suitable for use in an angular velocity sensor.
[0002]
[Prior art]
In general, an angular velocity sensor detects an angular velocity by detecting a Coriolis force acting in an axial direction perpendicular to both the vibration direction and the angular velocity axis, with a direction perpendicular to the vibration direction of the vibrator as an angular velocity axis.
[0003]
In recent years, miniaturization and cost reduction have been desired for in-vehicle angular velocity sensors, and methods for forming a vibrator and a detection element on a semiconductor (mainly Si) substrate have been studied. In such a semiconductor-type angular velocity sensor, a vibration axis and a detection axis are arranged on the surface of the Si substrate, and the displacement is caused by a capacitance between a fixed electrode fixed on the substrate and a movable electrode provided on the vibrator. It is detected as a change.
[0004]
In such an angular velocity sensor, when the vibrator vibrates obliquely, a large displacement occurs in the detection axis, which becomes an error signal. Two types of structures are conceivable as a structure for preventing this with a vibrator. One is a structure that supports support that can be displaced only in the detection direction on the vibrator that is supported only in the vibration direction, and the other is a frame that supports a portion that vibrates only in the vibration direction. In this structure, the displacement is supported only in the direction of detection, and the displacement is detected by an outer fixed electrode.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the first structure, it is necessary to etch between the vibration part and the detection part, which causes a problem that the machining process becomes complicated and it is difficult to reduce the manufacturing cost.
[0006]
In the second structure, the machining process is simplified, but there is a problem in that it is difficult to detect the displacement at the same time because the vibrator and the detection unit are the same electrode. As a means to detect this displacement at the same time, a method has been proposed in which excitation is performed for several cycles of drive vibration and the electrode is switched to a detection circuit during free vibration. According to such a configuration, the amplitude is attenuated during free vibration. However, since the sensitivity is changed, the correction means is necessary, which hinders cost reduction.
[0007]
In view of the above points, the present invention is to provide a physical quantity sensor that can efficiently achieve a lower cost from a simple structure.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the vibrator (1) having movable electrodes (1a to 1d) and supported so as to be displaceable in a biaxial orthogonal coordinate direction on the plane substrate surface. If, direction with the fixed portion comprising a movable electrode facing the fixed electrode of the vibrator (2 a to 2 d) and (2), with vibrating the vibrator to one of the two-axis orthogonal coordinate direction, thereby the vibrating Is the vibration direction, and the direction perpendicular to the vibration direction on the surface of the flat substrate is the detection direction. Capacitance is formed in the vibration direction and the detection direction with respect to the vibrator, and the angular velocity is detected by detecting the change in the capacitance. When detecting an electrostatic capacitance change in the vibration direction, the carrier signal between the vibrator and the fixed part is changed so as to change the electrostatic capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the vibration direction. Voltage (P 1 and PW2), and when detecting a change in capacitance in the detection direction, between the vibrator and the fixed portion so as to change the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the detection direction. The carrier signal voltages (PW3, PW4) are applied to the carrier electrode, and the carrier signal voltages (PW1 to PW4) applied between the movable electrode and the fixed electrode are applied to detect a change in capacitance in the detection direction and to reduce the static in the vibration direction. The control circuit unit (11) that switches in time between the case of detecting the capacitance change, the case of detecting the capacitance change in the detection direction by the control circuit unit (11), and the detection of the capacitance change in the vibration direction and temporal switching timing of the case, than the capacitance to be transmitted by one signal line from the oscillator, the capacitance change in the capacitance change between the vibration direction in the sensing direction It is characterized in that it comprises a means (4-9) for detecting the axial displacement.
[0009]
In the physical quantity sensor having such a configuration, the machining process is not complicated, and the vibrator and the detection unit do not become the same electrode, so that the displacement can be detected simultaneously. Thereby, it can be set as the physical quantity sensor which can achieve cost reduction efficiently from a simple structure.
[0011]
According to the first aspect of the present invention, the vibrator is excited by generating an electrostatic force between the movable electrode and the fixed electrode, and the electrostatic capacitance in the vibration direction and the detection direction with respect to the vibrator. It is characterized in that excitation is added to change detection, and detection and excitation of these capacitance changes are performed periodically in a time-sharing manner. In this way, it is possible to alternately perform capacitance detection and excitation.
[0012]
Furthermore, the invention according to claim 1 is characterized in that the ratio of time division is such that the detection of the capacitance change in the vibration direction is larger than the detection or excitation of the capacitance change in the detection direction. By doing so, it is possible to reduce the noise of the vibration monitoring signal, which is a reference signal for synchronous detection, and to approximate the sine wave, thereby reducing errors in synchronous detection.
[0013]
The invention according to claim 3 is characterized in that the ratio between the excitation signal for exciting the vibrator and the frequency of the carrier signal is an integral multiple. In this way, since the step-like distortion of the detection signal is synchronized with the excitation frequency, removal by synchronous detection becomes easy.
[0014]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of an angular velocity sensor to which an embodiment of the present invention is applied. Hereinafter, the configuration of the angular velocity sensor will be described with reference to FIG.
[0016]
The angular velocity sensor includes an element unit 3 including a vibrator 1 and a fixing unit 2, a CV conversion circuit unit 4, a sample hold circuit unit 5, first and second differential amplification circuit units 6 and 7, and synchronization. A detection circuit unit 8, a sensitivity adjustment circuit unit 9, an excitation signal generation circuit unit 10, and a switching control circuit 11 are provided. Then, the vibrator is vibrated by the excitation signal generating circuit unit 10 and each component is controlled based on various drive signals generated by the switching control circuit 11 so that the angular velocity is detected.
[0017]
The element portion 3 includes a vibrator 1 and a fixed portion 2. The vibrator 1 is provided with movable electrodes 1a to 1d, and the fixed portion 2 has a desired interval with respect to the movable electrodes 1a to 1d. Fixed electrodes 2a to 2d arranged with a gap are provided. The vibrator 1 and the fixed part 2 constituting the element part 3 are formed of a semiconductor substrate, and are supported so that the vibrator 1 can be displaced with respect to the fixed part 2 in a biaxial orthogonal coordinate direction. A capacitance is set between the movable electrodes 1 a to 1 d and the fixed electrodes 2 a to 2 d provided in the vibrator 1 and the fixed portion 2. Specifically, when the left and right direction of the paper with respect to the vibrator 1 is a vibration direction, the direction perpendicular to the vibration direction on the paper corresponds to the detection direction, and the capacitance changes in the vibration direction and the detection direction. In this way, the movable electrodes 1a to 1d and the fixed electrodes 2a to 2d are provided. In the element unit 3 configured as described above, voltage signals PW1 to PW4 from the switching control circuit 11 are applied to the fixed electrodes 2a to 2d provided in the fixed unit 2. The voltage signals PW1 to PW4 are set to either 0 [V] or Va [V]. Hereinafter, these voltage signals PW1 to PW4 are referred to as carrier signals.
[0018]
The CV conversion circuit unit 4 is connected to the vibrator 1 by a single signal line, and changes the differential capacitance by the movable electrodes 1a to 1d and the fixed electrodes 2a to 2d based on the voltage of the vibrator 1. It converts to voltage. The basic configuration and basic operation of the CV conversion circuit unit 4 will be described with reference to the operation state diagram shown in FIG.
[0019]
As shown in FIGS. 2A and 2B, the CV conversion circuit unit 4 includes an operational amplifier 4a, a capacitor 4b, and a switch 4c. An inverting input terminal of the operational amplifier 4a is connected to the vibrator 1, and a capacitor 4b and a switch 4c are connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal. The switch 4c is driven by a signal S1 from the switch control circuit unit 11, and a voltage Va [V applied to the fixed electrodes 2a to 2d by a constant voltage source or the like at the non-inverting input terminal of the operational amplifier 4a. ], A voltage Va / 2 [V] which is half of the voltage is input.
[0020]
The operation of the CV conversion circuit section 4, that is, the conversion from the capacitance change to the voltage signal is performed as follows. In the initial state, the fixed electrodes 2a to 2d provided in the fixed part 2 and the movable electrodes 1a to 1d provided in the vibrator 1 have the same capacity formed on both sides of the vibrator 1 in the vibration direction. The capacitance is set such that the capacitances formed on both sides in the detection direction with respect to the vibrator 1 are equal. The CV conversion by the capacitance formed on both sides in the vibration direction with respect to the vibrator 1 and the CV conversion by the capacitance formed on both sides in the detection direction with respect to the vibrator 1 are similarly as follows. This is done by a switched capacitor method.
[0021]
First, as shown in FIG. 2A, based on various signals from the switching control circuit unit 11, a voltage Va is applied to one fixed electrode 2a, 2c, and the other fixed electrode 2b, 2d is applied to the other fixed electrode 2b, 2d. On the other hand, the voltage 0 is applied and the switch 4c is closed. As a result, when the capacitance between the vibrator 1 (movable electrodes 1a to 1d) and the fixed electrodes 2a to 2d is Ca and Cb, respectively, Ca and Cb are Ca × Va / 2 and −Cb × Va, respectively. The charge of / 2 is stored, and the output of the operational amplifier 4a becomes Va / 2. Hereinafter, this state is referred to as state 1.
[0022]
Subsequently, based on various signals from the switching control circuit unit 11, the applied voltage to each of the fixed electrodes 2a to 2d is reversed from that in the state 1 and the switch 4c is opened. Thereby, the electric charges of Ca and Cb become −Ca × Va / 2 and Cb × Va / 2, respectively. For this reason, the change in charge is (Ca−Cb) × Va. At this time, since the switch 4c is opened, this change in charge is connected to the output of the operational amplifier 4a through the capacitor 4b, and the potential of (Ca−Cb) × Va / Cf + Va / 2 is output from the operational amplifier 4a. The Hereinafter, this state is referred to as state 2.
[0023]
Therefore, by taking the difference between the output of the operational amplifier 4a in the state 1 and the output of the operational amplifier 4a in the state 2, a voltage output proportional to the capacitance difference of (Ca−Cb) × Va / Cf can be obtained. Then, by repeating these operations alternately in both the vibration direction and the detection direction, the displacement of the vibrator 1 in the vibration direction is monitored and the Coriolis force is detected by the displacement of the vibrator 1 in the detection direction. Yes.
[0024]
The sample and hold circuit unit 5 includes four sample and hold circuits, ie, first to fourth sample and hold circuits 5a to 5d. Each of the sample hold circuits 4a to 4d is driven based on the control signals S2 to S5 of the switching control circuit unit 11, and stores the output voltage of the operational amplifier 4a at a predetermined timing. Specifically, the first sample hold circuit 5a stores the output voltage of the operational amplifier 4a when the state 1 is set in the vibration direction, and the second sample hold circuit 5b is set when the state 2 is set in the vibration direction. The output voltage of the operational amplifier 4a is stored, the third sample and hold circuit 5c stores the output voltage of the operational amplifier 4a when the state 1 is set in the detection direction, and the fourth sample and hold circuit 5d is set in the state 2 in the detection direction. The output voltage of the operational amplifier 4a is stored.
[0025]
The first differential amplifier circuit 6 amplifies the potential difference between the first sample hold circuit 5a and the second sample hold circuit 5b with a predetermined amplification factor. The second differential amplifier circuit unit 7 amplifies the potential difference between the third sample hold circuit 5c and the fourth sample hold circuit 5d with a predetermined amplification factor.
[0026]
The synchronous detection circuit 8 synchronizes the output of the first differential amplification circuit unit 6 and the output of the second differential amplification circuit unit 7, and the synchronous detection circuit 8 allows the vibrator 1 in the vibration direction. Is synchronized with the Coriolis force detection timing due to the displacement of the vibrator 1 in the detection direction.
[0027]
The sensitivity adjustment circuit 9 is composed of, for example, a DC amplifier composed of an inverting amplifier circuit or the like, and adjusts the output signal indicating the displacement of the vibrator 1 in the vibration direction and the displacement of the vibrator 1 in the detection direction according to the sensitivity. To do.
[0028]
The excitation signal generation circuit 10 applies a force (excitation signal) that causes the vibrator 1 to vibrate in the vibration direction, and obtains amplitude information of the vibrator 1 from the output of the first differential amplifier circuit 6. Feedback control is performed in which the force applied to the vibrator 1 is adjusted based on the amplitude information.
[0029]
Next, a method for detecting an angular velocity by the angular velocity sensor configured as described above will be described. FIG. 3 is a time chart of the signals PW1 to PW4 and S1 to S6 generated by the switching control circuit 11 and the excitation signal generated by the excitation signal generation circuit 10, and will be described with reference to this figure.
[0030]
First, based on the excitation signal from the excitation signal generating circuit 10, the vibrator 1 is excited in the vibration direction at a predetermined cycle. At this time, the vibration of the vibrator 1 in the vibration direction becomes the resonance frequency, and a larger vibration amplitude is generated. Thereby, when an angular velocity occurs, a large Coriolis force is obtained. In this state, the displacement of the vibrator 1 is monitored in the vibration direction, and the Coriolis force is detected by the displacement of the vibrator 1 in the detection direction.
[0031]
Next, the displacement of the vibrator 1 in the vibration direction is monitored. In this case, voltage Va is applied to fixed electrode 2a and voltage 0 is applied to fixed electrode 2b by voltage signals PW1 and PW2 from switching control circuit unit 11 (see period t1). Thereby, it becomes the said state 1 in a vibration direction. Then, based on the signal S2 from the switching control circuit unit 11, the output potential of the operational amplifier 4a in the CV conversion circuit unit 4 at this time is stored in the first sample hold circuit 5a.
[0032]
Subsequently, the voltages of the fixed electrode 2a and the fixed electrode 2b are switched by the voltage signals PW1 and PW2 from the switching control circuit unit 11, and the voltage 0 is applied to the fixed electrode 2a and the voltage Va is applied to the fixed electrode 2b (see period t2). ). Thereby, it will be in the said state 2 in a vibration direction. Then, based on the signal S3 from the switching control circuit unit 11, the output potential of the operational amplifier 4a in the CV conversion circuit unit 4 at this time is stored in the second sample hold circuit 5b.
[0033]
Next, Coriolis force detection based on displacement of the vibrator 1 in the detection direction is performed. In this case, the voltage Va is applied toward the fixed electrode 2c and the voltage 0 is applied toward the fixed electrode 2d by the carrier signals PW3 and PW4 from the switching control circuit unit 11 (see period t3). Thereby, it becomes the said state 1 in a detection direction. Then, based on the signal S4 from the switching control circuit unit 11, the output potential of the operational amplifier 4a in the CV conversion circuit unit 4 at this time is stored in the third sample hold circuit 5c.
[0034]
Subsequently, the voltages of the fixed electrode 2c and the fixed electrode 2d are switched by the carrier signals PW3 and PW4 from the switching control circuit unit 11, and the voltage 0 is applied to the fixed electrode 2c and the voltage Va is applied to the fixed electrode 2d (see period t4). ). Thereby, it will be in the said state 2 in a detection direction. Then, based on the signal S5 from the switching control circuit unit 11, the output potential of the operational amplifier 4a in the CV conversion circuit unit 4 at this time is stored in the fourth sample hold circuit 5d.
[0035]
When the outputs of the operational amplifiers 4a in the states 1 and 2 in the vibration direction and the detection direction are stored in the sample and hold circuits 5a to 5d in this way, the first and second differential amplifier circuits 6 and 7 The potential difference between the first sample hold circuit 5a and the second sample hold circuit 5b is amplified with a predetermined amplification factor, and the potential difference between the third sample hold circuit 5c and the fourth sample hold circuit 5d with a predetermined amplification factor. Amplified. Thereafter, the synchronous detection circuit unit 8 synchronizes the outputs of the differential amplifier circuit units 6 and 7, and then the sensitivity adjustment circuit 9 appropriately adjusts the sensitivity and outputs it as an output signal of the angular velocity sensor. FIG. 4 shows the results of monitoring the vibration of the vibrator and the detection result of the Coriolis force together with the outputs X1 and X2 of the differential amplifier circuits 6 and 7 at this time.
[0036]
In such angular velocity detection, when a rectangular wave having a frequency of about 100 kHz is used for the carrier signals PW1 to PW4, vibration monitoring and detection signals can be alternately obtained about every 20 μsec. In general, since the excitation frequency is several kHz or less, the sampling period for vibration monitoring and Coriolis force detection is faster, and each signal can be measured without attenuation.
[0037]
As described above, an angular velocity sensor capable of detecting the angular velocity can be configured. The angular velocity sensor having such a configuration does not have a complicated machining process, and the transducer and the detection unit do not have the same electrode, so that the displacement can be detected simultaneously. Thereby, it can be set as the angular velocity sensor which can aim at cost reduction efficiently from simple structure.
[0038]
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a schematic configuration of the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the present embodiment adds a fixed electrode 12a, 12b to the first embodiment, thereby adding excitation capacitance, and the vibrator 1 and the CV conversion circuit. The switch SW1 is provided between the switch 4 and the switch SW2 that is turned on / off opposite to the switch SW4 is provided between the excitation signal generating circuit unit 10 and the vibrator 1.
[0039]
In such a configuration, vibration monitoring and Coriolis force detection are performed in the same manner as in the first embodiment, and the vibrator 1 is vibrated based on the excitation signal (output voltage) from the excitation signal generation circuit unit 10. Specifically, during the capacitance detection for performing vibration monitoring and Coriolis force detection, the switch SW1 is turned on, the switch SW2 is turned off, and the fixed electrodes 12a and 12b are based on the voltage signals DR1 and DR2 from the switch control circuit unit 10. Is equal to that of the movable electrodes 1a and 1b, and when the vibrator 1 is excited, the switch SW1 is turned off and the switch SW2 is turned off so that the potential of the fixed electrodes 12a and 12b is required between the movable electrodes 1a and 1b. A potential difference in which an electrostatic force is generated is given so that capacitance detection and excitation of the vibrator 1 are performed alternately. This prevents the excitation signal from wrapping around.
[0040]
FIG. 6 shows the results of monitoring the vibration of the vibrator, the detection result of the Coriolis force, and the fixed values together with the outputs X1 and X2 of the differential amplifier circuits 6 and 7 when the angular velocity is detected by the angular velocity sensor in the present embodiment. Voltage signals DR1 and DR2 to the electrodes 12a and 12b are shown.
[0041]
As shown in the present embodiment, the capacitance detection and the excitation can be performed alternately, and even in this case, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
[0042]
(Third embodiment)
In the second embodiment, the ratio of the Coriolis force detection and the excitation is made equal to the vibration monitoring. However, in the present embodiment, these ratios are used by using the configuration of the angular velocity sensor similar to that of the second embodiment. To change. That is, the rate of vibration monitoring is made larger than the rate of Coriolis force detection or excitation, and vibration monitoring is performed each time Coriolis force detection or excitation is performed.
[0043]
In FIG. 7, together with the outputs X1 and X2 of the differential amplifier circuits 6 and 7 in the case of the present embodiment, the vibration monitoring result of the vibrator, the Coriolis force detection result, and the fixed electrodes 12a and 12b. The voltage signals DR1 and DR2 are shown.
[0044]
In the angular velocity sensor of this configuration, since the signal is taken out in a time division manner, the sine wave signal originally generated from the sensor element is distorted stepwise. In the angular velocity sensors shown in the first and second embodiments, the synchronous detection circuit unit 8 is used to remove signals other than the excitation signal frequency. However, if the reference signal is distorted, its performance Is reduced.
[0045]
Therefore, as in this embodiment, by making the detection ratio of the vibration monitoring signal as the reference signal larger than the ratio of Coriolis force detection and excitation, the noise of the vibration monitoring signal that is the reference signal of the synchronous detection circuit unit 8 is reduced. It is possible to reduce and approximate the sine wave, and to reduce the error in the synchronous detection circuit unit 8.
[0046]
(Fourth embodiment)
FIG. 8 shows a schematic configuration of an angular velocity sensor according to the fourth embodiment of the present invention. The present embodiment is provided with a PLL 13 as a multiplier circuit with respect to the first embodiment. By providing the PLL 13 serving as such a multiplication circuit, the period of the excitation signal can be an integral multiple of the period in which capacitance detection including excitation is performed once.
[0047]
In FIG. 9, together with the outputs X1 and X2 of the differential amplifier circuits 6 and 7 in the case of the present embodiment, the vibration monitoring result of the vibrator, the Coriolis force detection result, and the fixed electrodes 12a and 12b. The voltage signals DR1 and DR2 are shown.
[0048]
By using the carrier signals PW1 to PW4 and the voltage signals DR1 and DR2 set in this way, the step-like distortion described in the third embodiment is synchronized with the excitation frequency. Removal is easy.
[0049]
(Fifth embodiment)
FIG. 10 shows a schematic configuration of the acceleration sensor according to the fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, one embodiment of the present invention is applied to an acceleration sensor that can independently detect acceleration in a biaxial orthogonal coordinate direction. As shown in this figure, the present invention may be applied to an acceleration sensor. In this case, the excitation signal generation circuit unit 10 shown in FIG. 1 is not provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a detection principle of an angular velocity sensor.
FIG. 3 is a diagram showing a timing chart of each signal when the angular velocity sensor shown in FIG. 1 is operated.
FIG. 4 is a diagram showing a vibration monitoring result and a Coriolis force detection result in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a vibration monitoring result and a Coriolis force detection result in the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing vibration monitoring results and Coriolis force detection results in the third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a vibration monitoring result and a Coriolis force detection result in the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of an acceleration sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibrator, 1a-1d ... Movable electrode, 2 ... Fixed part, 2a-2d ... Fixed electrode,
3 ... Element part, 4 ... CV conversion circuit part, 5 ... Sample hold circuit part,
6, 7 ... 1st and 2nd differential amplifier circuit part, 8 ... Synchronous detection circuit part,
9 ... Sensitivity adjustment circuit unit, 10 ... Excitation signal generation circuit unit,
11: switching control circuit unit, 12a, 12b: fixed electrodes.

Claims

A vibrator (1) having movable electrodes (1a to 1d) and supported so as to be displaceable in a biaxial orthogonal coordinate direction on a planar substrate surface;
A fixed portion (2) having a fixed electrode (2a to 2d) facing the movable electrode of the vibrator,
When the vibrator is vibrated in one of the two-axis orthogonal coordinate directions, the vibration direction is a vibration direction, and the direction perpendicular to the vibration direction on the surface of the planar substrate is a detection direction, the movable electrode and the fixed In the angular velocity sensor that forms an electrostatic capacitance in the vibration direction and the detection direction with respect to the vibrator by the electrode and detects the angular velocity by detecting the capacitance change,
When detecting a change in capacitance in the vibration direction, a carrier signal between the vibrator and the fixed portion so as to change a capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the vibration direction. When applying a voltage (PW1, PW2) and detecting a change in capacitance in the detection direction, the vibration so as to change the capacitance between the movable electrode and the fixed electrode in the detection direction. Carrier signal voltages (PW3, PW4) are applied between the child and the fixed part, and carrier signal voltages (PW1 to PW4) applied between the movable electrode and the fixed electrode are electrostatically detected in the detection direction. A control circuit unit (11) that switches in time between detecting a capacitance change and detecting a capacitance change in the vibration direction ;
Switching timing in time when detecting a change in capacitance in the detection direction and detection of a change in capacitance in the vibration direction by the control circuit unit (11), and one signal from the vibrator Means (4-9) for detecting the displacement in the biaxial direction of the capacitance change in the detection direction and the capacitance change in the vibration direction from the capacitance conveyed by a line ;
By generating an electrostatic force between the movable electrode and the fixed electrode, the vibrator is excited.
The excitation is added to the detection of the capacitance change in the vibration direction and the detection direction with respect to the vibrator, and the detection of the capacitance change and the excitation are periodically performed in a time-division manner,
An angular velocity sensor characterized in that, for the ratio of time division, detection of capacitance change in the vibration direction is more performed than detection of capacitance change in the detection direction and excitation .

The time division includes the first detection of the capacitance change in the vibration direction, the detection of the capacitance change in the detection direction, the second detection of the capacitance change in the vibration direction, and the excitation. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the angular velocity sensor is divided into four parts.

The angular velocity sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the excitation signal for exciting the transducers, the ratio between the frequency of the carrier signal is an integral multiple.