JPH06160409A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JPH06160409A JPH06160409A JP5176597A JP17659793A JPH06160409A JP H06160409 A JPH06160409 A JP H06160409A JP 5176597 A JP5176597 A JP 5176597A JP 17659793 A JP17659793 A JP 17659793A JP H06160409 A JPH06160409 A JP H06160409A
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- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
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- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 廉価で精度の高い角速度センサを提供するこ
と。 【構成】 ２つの加速度センサ（１、２）を回転円板
（６）上に配設する。回転軸に対し垂直な軸線を中心と
する回転で、加速度センサにはコリオリの力が作用す
る。加速度センサ（１、２）は、角速度センサの特に正
確な校正及びスケーリングを可能にする測微機械的シリ
コン加速度センサとして構成される。
と。 【構成】 ２つの加速度センサ（１、２）を回転円板
（６）上に配設する。回転軸に対し垂直な軸線を中心と
する回転で、加速度センサにはコリオリの力が作用す
る。加速度センサ（１、２）は、角速度センサの特に正
確な校正及びスケーリングを可能にする測微機械的シリ
コン加速度センサとして構成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１の謂わゆる上
位概念部分に記載の角速度センサに関する。
位概念部分に記載の角速度センサに関する。
【０００２】
【従来技術】ＥＰ Ａ２ ４０５ １５２から、１つの軸
線を中心とする円形路上で２つの加速度センサが運動す
る角速度センサは既に知られている。第１の軸線に対し
て垂直に位置する別の軸線を中心とする回転により、コ
リオリの力が発生し、加速度センサに作用する。加速度
センサはピエゾ電気撓み性ビームとして構成されてお
り、その一端部で回転する軸に固定されている。取付け
及び整列もしくはアラインメント方法により、ピエゾ素
子を回転軸に特に正確に固定し配向することが可能であ
る。
線を中心とする円形路上で２つの加速度センサが運動す
る角速度センサは既に知られている。第１の軸線に対し
て垂直に位置する別の軸線を中心とする回転により、コ
リオリの力が発生し、加速度センサに作用する。加速度
センサはピエゾ電気撓み性ビームとして構成されてお
り、その一端部で回転する軸に固定されている。取付け
及び整列もしくはアラインメント方法により、ピエゾ素
子を回転軸に特に正確に固定し配向することが可能であ
る。
【０００３】
【発明の課題及び構成】請求項１の謂わゆる特徴部分に
記載の構成を有する本発明による角速度センサは、上に
述べた従来のセンサと比較して、部分的にシリコンから
製造した加速度センサで、角速度センサの測定精度の顕
著な改善を可能にする。これは、１つには、横方向加速
度に対する感度が小さいことに因るものである。更に、
シリコンからなる微小機械的加速度センサは、比較的単
純な手段で非常に正確に回転軸に対し配向することがで
きると共に、相対的に非常に正確に配向することが可能
である。更に、単純な取り付けにより、角速度センサの
製造費用が大きく軽減される。
記載の構成を有する本発明による角速度センサは、上に
述べた従来のセンサと比較して、部分的にシリコンから
製造した加速度センサで、角速度センサの測定精度の顕
著な改善を可能にする。これは、１つには、横方向加速
度に対する感度が小さいことに因るものである。更に、
シリコンからなる微小機械的加速度センサは、比較的単
純な手段で非常に正確に回転軸に対し配向することがで
きると共に、相対的に非常に正確に配向することが可能
である。更に、単純な取り付けにより、角速度センサの
製造費用が大きく軽減される。
【０００４】
【作用】請求項２以降に記載した手段もしくは構成によ
れば、請求項１に記載した角速度センサの有利な発展態
様及び改良が可能になる。特に、加速度センサを扁平な
円板上に単純な仕方で配設することができる。この配設
により、大きな費用を伴うことなく、軸に対して精確な
加速度センサの極めて正確な配向及び校正が達成され
る。特に、好適な板もしくは円板はガラス製、シリコン
製或るいはセラミック製である。加速度センサの信号の
第１番目の前処理は、加速度センサの直ぐ近傍に配設さ
れている手段によって行うことができる。加速度センサ
全体は非常にコンパクトに構成することができ、そして
有効信号に対する妨害信号の影響は相当に軽減される。
大きな設置面積を要求する複雑な装置である信号の別の
処理手段は、円板外部に配設することができる。特に妨
害の無い伝送は、発光素子から構成された送信要素によ
って達成される。回転円板への電力の供給は、回転変成
器を用いることにより特に良好に行われる。と言うの
は、この型式の電力伝送は特に耐妨害性において優れて
おり、しかも摩滅を受けることはない。また、回転変成
器の一部分を厚膜或るいは薄膜として円板下面上に簡単
な仕方で形成することができる。このような構成並びに
手段によって、回転円板を特に好適な大量生産方式で製
造することが可能となる。１８０°変位した２つの加速
度センサを使用することにより、角速度の測定における
種々な妨害作用を抑圧することが可能である。その場
合、２つの微小機械的加速度センサは減衰及び温度ドリ
フトに関し近似的に正確に同じ性質もしくは特性を有す
るようにするのが特に有利である。また、２つの加速度
センサ信号の差を求めることにより回転軸に対し平行な
加速度の影響を著しく低減することができる。更にま
た、位相依存フィルタリングにより２つの異なった回転
軸を区別もしくは識別することが可能になる。
れば、請求項１に記載した角速度センサの有利な発展態
様及び改良が可能になる。特に、加速度センサを扁平な
円板上に単純な仕方で配設することができる。この配設
により、大きな費用を伴うことなく、軸に対して精確な
加速度センサの極めて正確な配向及び校正が達成され
る。特に、好適な板もしくは円板はガラス製、シリコン
製或るいはセラミック製である。加速度センサの信号の
第１番目の前処理は、加速度センサの直ぐ近傍に配設さ
れている手段によって行うことができる。加速度センサ
全体は非常にコンパクトに構成することができ、そして
有効信号に対する妨害信号の影響は相当に軽減される。
大きな設置面積を要求する複雑な装置である信号の別の
処理手段は、円板外部に配設することができる。特に妨
害の無い伝送は、発光素子から構成された送信要素によ
って達成される。回転円板への電力の供給は、回転変成
器を用いることにより特に良好に行われる。と言うの
は、この型式の電力伝送は特に耐妨害性において優れて
おり、しかも摩滅を受けることはない。また、回転変成
器の一部分を厚膜或るいは薄膜として円板下面上に簡単
な仕方で形成することができる。このような構成並びに
手段によって、回転円板を特に好適な大量生産方式で製
造することが可能となる。１８０°変位した２つの加速
度センサを使用することにより、角速度の測定における
種々な妨害作用を抑圧することが可能である。その場
合、２つの微小機械的加速度センサは減衰及び温度ドリ
フトに関し近似的に正確に同じ性質もしくは特性を有す
るようにするのが特に有利である。また、２つの加速度
センサ信号の差を求めることにより回転軸に対し平行な
加速度の影響を著しく低減することができる。更にま
た、位相依存フィルタリングにより２つの異なった回転
軸を区別もしくは識別することが可能になる。
【０００５】以下、図面を参照し本発明を実施例を関連
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
【０００６】
【実施例】図１及び図２には、本発明による角速度セン
サの第１の実施例が示してある。図１は側面図であり図
２は頂面図である。モータ１２により扁平な円板６は、
第１の軸線３を中心に(ｘ方向に)回転される。この回転
は、図２において、矢印で示すように、角速度ωで行わ
れる。扁平な円板６上には２個の加速度センサ１及び２
が配設されており、これら２個の加速度センサ１及び２
は、扁平な円板６の回転に基づき第１の軸線３を中心と
する回転における円形路上に位置する。更に、円板６上
には、回路２９及び送信素子８が配設されている。回路
２９により、加速度センサ１及び２の信号の最初の処理
が行われ、処理後の加速度センサ信号は送信素子８を介
して受信素子９に伝送される。送信素子８としては、例
えば、発光ダイオードを選ぶことができ、受信素子９と
してはフォト・ダイオードを選ぶことができる。なお、
回路２９による処理並びに他の信号処理に関しては図５
を参照し追って詳述する。回路２９及び発光ダイオード
８に対する電力供給は回転変成器（回転トランス）１０
を介して行われる。この回転変成器１０は、１つ（また
は複数）の位置固定のコイル１３と１つ（または複数）
の回転コイル１４とを具備する。固定のコイル１３にＡ
Ｃ電流を印加することにより、回転コイル１４には対応
の電流が誘起される。このようにして、回転変成器１０
により、回路２９及び発光ダイオード８に対する給電が
確保される。この場合、回転変成器１０は、特に、耐妨
害性及び摩耗を受けない点で有利である。従って、ここ
に示した角速度センサは、例えば自動車輌分野における
ように特に長い使用寿命が要求される用途に使用するこ
とができる。
サの第１の実施例が示してある。図１は側面図であり図
２は頂面図である。モータ１２により扁平な円板６は、
第１の軸線３を中心に(ｘ方向に)回転される。この回転
は、図２において、矢印で示すように、角速度ωで行わ
れる。扁平な円板６上には２個の加速度センサ１及び２
が配設されており、これら２個の加速度センサ１及び２
は、扁平な円板６の回転に基づき第１の軸線３を中心と
する回転における円形路上に位置する。更に、円板６上
には、回路２９及び送信素子８が配設されている。回路
２９により、加速度センサ１及び２の信号の最初の処理
が行われ、処理後の加速度センサ信号は送信素子８を介
して受信素子９に伝送される。送信素子８としては、例
えば、発光ダイオードを選ぶことができ、受信素子９と
してはフォト・ダイオードを選ぶことができる。なお、
回路２９による処理並びに他の信号処理に関しては図５
を参照し追って詳述する。回路２９及び発光ダイオード
８に対する電力供給は回転変成器（回転トランス）１０
を介して行われる。この回転変成器１０は、１つ（また
は複数）の位置固定のコイル１３と１つ（または複数）
の回転コイル１４とを具備する。固定のコイル１３にＡ
Ｃ電流を印加することにより、回転コイル１４には対応
の電流が誘起される。このようにして、回転変成器１０
により、回路２９及び発光ダイオード８に対する給電が
確保される。この場合、回転変成器１０は、特に、耐妨
害性及び摩耗を受けない点で有利である。従って、ここ
に示した角速度センサは、例えば自動車輌分野における
ように特に長い使用寿命が要求される用途に使用するこ
とができる。
【０００７】図１及び図２には、座標系ｘｙｚが定義し
てある。図２には更に、軸ｚ及びｙに対する回転速度に
対する投影を表す２つのベクトルｒ及びｑが示してあ
る。これらベクトルｒ及びｑは下記のように定義され
る。
てある。図２には更に、軸ｚ及びｙに対する回転速度に
対する投影を表す２つのベクトルｒ及びｑが示してあ
る。これらベクトルｒ及びｑは下記のように定義され
る。
【０００８】
【数１】
【０００９】回転角α、β、γは非直角座標系に対して
定義されており、αは、図１に示したｘ軸に対する角度
であり、βは、αだけ変位したｙ軸に対する角度であ
り、そしてγは、角度α及びβだけ変位したｚ軸に対す
る角度を表す。
定義されており、αは、図１に示したｘ軸に対する角度
であり、βは、αだけ変位したｙ軸に対する角度であ
り、そしてγは、角度α及びβだけ変位したｚ軸に対す
る角度を表す。
【００１０】
【外１】
【００１１】ベクトルｒ及びｑの意味は、特に総ての角
度α、β及びγを零に等しいと仮定した場合、或るいは
これらの角度に対して非常に小さい値を仮定した場合に
明瞭になる。即ち、この場合には下式が成り立つ。
度α、β及びγを零に等しいと仮定した場合、或るいは
これらの角度に対して非常に小さい値を仮定した場合に
明瞭になる。即ち、この場合には下式が成り立つ。
【００１２】
【数２】
【００１３】従って、ｑ及びｒを測定することにより角
速度だけを求めることができる。
速度だけを求めることができる。
【００１４】加速度センサ１及び２に現れる加速度は下
式で表される。
式で表される。
【００１５】
【数３】
【００１６】上式中、Ｒは回転軸３に対する加速度セン
サ１及び２の取付け半径を表す。
サ１及び２の取付け半径を表す。
【００１７】
【外２】
【００１８】加速度センサ１及び２の測定信号Ｖ１及び
Ｖ２の帯域幅は、比例係数Ｓでこれら加速度に比例す
る。２つの信号Ｖ２及びＶ１の差を求めることにより、
ｘ方向における加速度の妨害成分を抑圧することができ
る。即ち、 Ｖ2−Ｖ1＝−２ＲＳ［Ａ（ｔ）sinωｔ＋Ｂ（ｔ）cosωｔ］ これら信号の処理に関しては図５を参照し説明する。
Ｖ２の帯域幅は、比例係数Ｓでこれら加速度に比例す
る。２つの信号Ｖ２及びＶ１の差を求めることにより、
ｘ方向における加速度の妨害成分を抑圧することができ
る。即ち、 Ｖ2−Ｖ1＝−２ＲＳ［Ａ（ｔ）sinωｔ＋Ｂ（ｔ）cosωｔ］ これら信号の処理に関しては図５を参照し説明する。
【００１９】図３には、加速度センサ１及び２の扁平な
円板６上における配設例が示してある。このような加速
度センサは一般には知られており、例えば、ＥＰ Ａ１
３６９ ３５２に記述されている。加速度センサ１及び
２は、側方から見て上下に重ねられている３つのシリコ
ン板１５から構成されている。中央のシリコン板１５か
らは、可動のセンサ部分が突出しており、この可動セン
サ部分は可撓性ビーム１６とそれに懸架された震動質量
体１７から構成されている。上下に配置されたシリコン
板１５に対する震動質量体１７の位置は、ｘ方向におけ
る加速度に依存する。シリコン板１５は、互いに電気的
に絶縁されており、従って、質量体１７の運動に起因し
シリコン板１５間の電気容量が変化する。
円板６上における配設例が示してある。このような加速
度センサは一般には知られており、例えば、ＥＰ Ａ１
３６９ ３５２に記述されている。加速度センサ１及び
２は、側方から見て上下に重ねられている３つのシリコ
ン板１５から構成されている。中央のシリコン板１５か
らは、可動のセンサ部分が突出しており、この可動セン
サ部分は可撓性ビーム１６とそれに懸架された震動質量
体１７から構成されている。上下に配置されたシリコン
板１５に対する震動質量体１７の位置は、ｘ方向におけ
る加速度に依存する。シリコン板１５は、互いに電気的
に絶縁されており、従って、質量体１７の運動に起因し
シリコン板１５間の電気容量が変化する。
【００２０】加速度センサ１及び２の別の実施態様も可
能であり、例えば、蒸着電極を有する２つのガラス板間
に配置された１つのシリコン板から構成される加速度セ
ンサも使用可能であり、この型式の加速度センサも既述
のＥＰ Ａ1 ３６９ ３５２から公知である。
能であり、例えば、蒸着電極を有する２つのガラス板間
に配置された１つのシリコン板から構成される加速度セ
ンサも使用可能であり、この型式の加速度センサも既述
のＥＰ Ａ1 ３６９ ３５２から公知である。
【００２１】ここで用いられる加速度センサ１及び２は
特に、コリオリの加速度に基づいて動作する角速度セン
サでの使用に特に好適である。その理由として、第１
に、ここに示した加速度センサ１及び２によれば、ピエ
ゾ電気歪みもしくは曲げ変換器より小さい横方向感度で
大きな測定感度を達成することができる。しかしなが
ら、角速度センサと関連して更に重要なことは、ここに
示した加速度センサ１及び２を単純な手段で非常に正確
に取り付けることが可能であることである。例えば、Ｅ
Ｐ Ａ２ ４０５ １５２に記述されているようなピエゾ
電気撓み性素子に対する複雑な取り付けや補償方法は、
ここに示した角速度センサにおいては非常に簡略化され
る。加速度センサ１及び２は高い微視機械的精度で実現
することにより、加速度センサ１及び２の測定軸線並び
に該軸線に対して垂直な加速度センサ１及び２の上側及
び下側取り付け面１８を明確に定義することができる。
特に、コリオリの加速度に基づいて動作する角速度セン
サでの使用に特に好適である。その理由として、第１
に、ここに示した加速度センサ１及び２によれば、ピエ
ゾ電気歪みもしくは曲げ変換器より小さい横方向感度で
大きな測定感度を達成することができる。しかしなが
ら、角速度センサと関連して更に重要なことは、ここに
示した加速度センサ１及び２を単純な手段で非常に正確
に取り付けることが可能であることである。例えば、Ｅ
Ｐ Ａ２ ４０５ １５２に記述されているようなピエゾ
電気撓み性素子に対する複雑な取り付けや補償方法は、
ここに示した角速度センサにおいては非常に簡略化され
る。加速度センサ１及び２は高い微視機械的精度で実現
することにより、加速度センサ１及び２の測定軸線並び
に該軸線に対して垂直な加速度センサ１及び２の上側及
び下側取り付け面１８を明確に定義することができる。
【００２２】図４には、加速度センサ１及び２をその扁
平な円板７上に取り付ける際の高い精度を考慮した本発
明による加速度センサの別の実施例が示してある。扁平
な円板７の上面には２個の加速度センサ１及び２、回路
２９及び発光ダイオード８が配設されている。加速度セ
ンサ、回路２９及び発光ダイオード８間の電気接続はボ
ンディング・ワイヤ１９により或るいは蒸着導電路２０
により形成される。扁平な円板７は、軸２１によりｘ軸
を中心に回転される。回路２９及び発光ダイオード８に
対する給電は、この実施例の場合も、１つ（または複数
の）位置固定のコイル１３と１つ（または複数の）回転
コイル１１を具備する回転変成器を介して行われる。
平な円板７上に取り付ける際の高い精度を考慮した本発
明による加速度センサの別の実施例が示してある。扁平
な円板７の上面には２個の加速度センサ１及び２、回路
２９及び発光ダイオード８が配設されている。加速度セ
ンサ、回路２９及び発光ダイオード８間の電気接続はボ
ンディング・ワイヤ１９により或るいは蒸着導電路２０
により形成される。扁平な円板７は、軸２１によりｘ軸
を中心に回転される。回路２９及び発光ダイオード８に
対する給電は、この実施例の場合も、１つ（または複数
の）位置固定のコイル１３と１つ（または複数の）回転
コイル１１を具備する回転変成器を介して行われる。
【００２３】ここで扁平な板７としては、例えば、シリ
コン・ウエーハ、ガラス円板或るいはセラミック基板が
考えられる。これら基板は、簡単な仕方で、極めて小さ
い表面粗度で製作することができる。これら基板のいず
れにも、回転変成器１０の回転コイル１１を相応の厚膜
或るいは薄膜プロセスで被着することが可能である。可
動コイル１１の製造も特に低コストで直接円板７上に行
うことができ、可動コイル１１と円板７との事後的な接
続は不要である。このようにして、角速度センサの取付
け費用は極めて低く抑えられ、従って製造費用も減少す
る。扁平な円板７がシリコン或るいはガラスからなる場
合には、加速度センサ１及び２をボンディング・プロセ
スで円板７と接続することができる。このようなボンデ
ィング・プロセスにおいては、加速度センサ１及び２を
単に扁平な円板７の上側面上に載置して温度処理により
互いに固定接続するだけで良い。例えば接着の場合に使
用されるような厚い補助層は必要とされないので、この
方法では、加速度センサ１及び２の校正に関し特に高い
精度要件が実現される。また、５分よりも小さい角度公
差が達成される。更に、回路２９及び発光ダイオード８
は公知の方法で直接扁平円板７の上面に取り付けること
ができる。シリコン・ウエーハの場合には、円板７と回
路２９との全体的な集積化も可能であろう。
コン・ウエーハ、ガラス円板或るいはセラミック基板が
考えられる。これら基板は、簡単な仕方で、極めて小さ
い表面粗度で製作することができる。これら基板のいず
れにも、回転変成器１０の回転コイル１１を相応の厚膜
或るいは薄膜プロセスで被着することが可能である。可
動コイル１１の製造も特に低コストで直接円板７上に行
うことができ、可動コイル１１と円板７との事後的な接
続は不要である。このようにして、角速度センサの取付
け費用は極めて低く抑えられ、従って製造費用も減少す
る。扁平な円板７がシリコン或るいはガラスからなる場
合には、加速度センサ１及び２をボンディング・プロセ
スで円板７と接続することができる。このようなボンデ
ィング・プロセスにおいては、加速度センサ１及び２を
単に扁平な円板７の上側面上に載置して温度処理により
互いに固定接続するだけで良い。例えば接着の場合に使
用されるような厚い補助層は必要とされないので、この
方法では、加速度センサ１及び２の校正に関し特に高い
精度要件が実現される。また、５分よりも小さい角度公
差が達成される。更に、回路２９及び発光ダイオード８
は公知の方法で直接扁平円板７の上面に取り付けること
ができる。シリコン・ウエーハの場合には、円板７と回
路２９との全体的な集積化も可能であろう。
【００２４】図５には、角速度センサの信号を評価する
システムが簡略に示してある。加速度センサ１及び２は
それぞれ、２つの測定増幅器３０及び３１の入力端に接
続されている。測定増幅器３０及び３１の出力端は、符
合化器３２の入力端に接続されている。符合化器３２の
出力端には発光ダイオード８が接続されている。発光ダ
イオード８の光ビームは、フォト・ダイオード９によっ
て受信される。フォト・ダイオード９はデコーダ（復号
器）５０の入力端に接続されている。更にデコーダ５０
はクロック発生器５６に接続されている。デコーダ５０
の一方の出力端は信号処理回路５１に接続され、他方の
出力端は信号処理回路５２に接続されている。信号処理
回路５１及び５２に後続して加算器５３ａ及び５３ｂが
接続されている。即ち、加算器５３ａの一方の入力端は
信号処理回路５１に接続され、加算器５３ａの他方の入
力端は信号処理回路５２に接続されている。減算器５３
ｂの正の入力端は信号処理回路５２に接続され、他方、
減算器５３ｂの負の入力端は信号処理回路５１に接続さ
れている。減算器５３ｂの出力端は更に別の信号処理回
路５５の入力端に接続されている。信号処理回路５５の
出力端は２つの同期復調器６２及び６３の入力端に接続
されている。同期復調器６２及び６３の他方の入力端は
制御素子６１に接続されている。同期復調器６２の出力
端は加算器６４の一方の入力端が接続されている。同期
復調器６３の出力端は加算器６５の１つの入力端に接続
されている。加算器６４の出力端は積分回路６７の入力
端に接続されている。加算器６５の出力端は積分回路６
６の入力端に接続されている。積分回路６６の出力端は
回路全体の１つの出力端を形成すると共に、更に乗算器
６８に接続されている。積分回路６７の出力端は評価回
路の出力端を形成すると共に更に乗算器６９に接続され
ている。乗算器６８の出力端は、加算器６４の一方の入
力端に接続されている。また、乗算器６９の出力端は、
加算器６５の一方の入力端に接続されている。クロック
発生器５６の出力端は、更に、モータ制御回路５７及び
同期復調器６２及び６３のための制御回路６１に接続さ
れている。更に、導体６０が制御回路６１の入力端に接
続されている。扁平な円板７上には、加速度センサ１及
び２、発光ダイオード８並びに加速度センサ１及び２の
信号を処理するための第１の手段３０乃至３２が配設さ
れている。加速度センサ１及び２の信号を処理するため
に、これら２つの加速度センサの各々に対し測定増幅器
３０及び３１が設けられている。測定増幅器３０及び３
１により、加速度センサの容量変化が対応の信号に変換
され、これら信号は次いで符合化器３２に供給される。
そこで符合化器３２は、加速度センサ１及び２の信号を
発光ダイオード８のための制御信号に変換する。これら
信号は矢印３３で示すように、例えばフォト・ダイオー
ドからなる受信素子９に伝送される。測定増幅器３０及
び３１は、例えば、加速度センサ１及び２の容量に比例
する電圧を発生する。この電圧は、符合化器３２により
周波数に変換され、この周波数信号は、周波数変調信号
として発光ダイオード８の電流を制御する。この形態の
信号伝送における大きな利点は、耐妨害性が高いことで
ある。発光ダイオード８からフォト・ダイオード９への
伝送は、例えば自動車輌等において発生する電磁妨害場
によって殆ど影響を受けることはない。符合化器３２に
より加速度センサ１及び２の信号は、デコーダ（復号
器）５０によってこれら信号を再度２つの加速度センサ
１及び２の個々の信号に分解できるように、符合化され
る。これは例えば、２つのセンサの周波数変調信号に対
してそれぞれ固有の搬送周波数を設けて、デコーダ５０
における相応のフィルタリング（ろ波）で再び２つの加
速度センサ１及び２の信号が分離されるようにすること
により実現される。周波数−電圧変換器によりセンサ信
号電圧が再発生される。伝送に当たっては、これら符合
化された信号は例えば発光ダイオード８の周波数変調に
より伝送することができる。２つの加速度センサの信号
はデコーダ５０によりフォト・ダイオード９の信号から
再生される。これら再生信号は信号処理回路５１及び５
２に供給され、そこで増幅もしくはフィルタリング（ろ
波）を行って妨害パルスを抑圧する。更に、デコーダ
は、クロック発生器５６からクロック信号を受け、この
クロック信号で回路装置全体の動作プロセスが同期化さ
れる。信号処理回路５１及び５２の出力側で、２つのセ
ンサの信号は加算器５２ａ並びに減算器５３ｂに供給さ
れる。加算器５３ａにおいては、２つの加速度センサ１
及び２の信号は加算し合わされる。その結果として、加
算器５３ａは、ｘ方向における加速度に比例する信号を
発生する。この信号は、言わば、角速度センサの副産物
である。減算器５３ｂの結果として、２つの加速度セン
サ１及び２の信号の差が形成される。この差信号はｘ方
向における加速度には依存しない。これら信号は次い
で、別の信号処理回路５５により更にろ波或るいは増幅
され、次いで同期復調器６２及び６３に送られる。同期
復調器６２及び６３は制御可能なフィルターであって、
２つの加速度センサの差信号から、正弦波変調成分Ａ及
び余弦波変調成分Ｂが出力されるように制御される。同
期復調器５２及び５３に対する制御信号は制御回路６１
で発生される。この制御回路６１は、クロック発生器５
６からの信号及び導体６０を介してモータから円板７駆
動用モータ制御回路５７に伝送される角度信号を受け
る。モータ制御回路自体も同様にクロック発生器５６か
らのクロック信号を受け、従って評価システムの他の構
成要素と同期されている。更に、モータ制御回路５７
は、導体５８を介して信号をモータに供給すると共に、
導体５９を介してモータの速度データ信号を受ける。な
お、モータ自体は図示を簡略にする意図から図面には示
されてはいない。角度信号及びクロックから同期復調器
６２及び６３のための制御パルスが発生され、２つのセ
ンサ信号の差の余弦成分が零の場合にのみ制御される。
他方、同期復調器６３は２つのセンサ信号の差の正弦波
成分が零の時に常に制御もしくは駆動される。同期復調
器６２の出力端には従って加速度センサ１及び２の２つ
の信号間の差成分Ａが現れ、同期復調器６３の出力端に
は差成分Ｂが現れる。これら２つの成分から、素子６４
乃至６９により形成される計算回路によって、角速度セ
ンサｒ及びｑの投影ｒ及びｑ並びにその微分が求められ
る。加算器６４においては、信号成分Ａに値２ωｑが加
算される。従って、加算器６４の出力端には、ｒの微分
信号が発生する。このｒの微分信号は積分器６７で積分
され、その結果求める信号ｒが発生される。この信号ｒ
により、ｚ軸上の回転速度の投影が求められることにな
る。加算器６５においては、信号積分Ｂに対し成分−２
ωｒが加算され、従って加算器６５の出力端にはｑの微
分信号が現れる。積分回路６６によりこの微分信号を積
分することによって、ｙ軸上における角速度の投影が求
められる。加算器６４及び６５においてそれぞれ信号成
分Ａ及びＢに加算される成分は、積分器６６及び６７の
出力信号ｒ及びｑが乗算器６８及び６９によりそれぞ
れ”２”を乗算される閉ループを介して形成される。斯
くして、素子６４乃至６９により形成される計算回路は
挿入後短い過渡期間後にｒ及びｑの安定な計算結果を出
力する。
システムが簡略に示してある。加速度センサ１及び２は
それぞれ、２つの測定増幅器３０及び３１の入力端に接
続されている。測定増幅器３０及び３１の出力端は、符
合化器３２の入力端に接続されている。符合化器３２の
出力端には発光ダイオード８が接続されている。発光ダ
イオード８の光ビームは、フォト・ダイオード９によっ
て受信される。フォト・ダイオード９はデコーダ（復号
器）５０の入力端に接続されている。更にデコーダ５０
はクロック発生器５６に接続されている。デコーダ５０
の一方の出力端は信号処理回路５１に接続され、他方の
出力端は信号処理回路５２に接続されている。信号処理
回路５１及び５２に後続して加算器５３ａ及び５３ｂが
接続されている。即ち、加算器５３ａの一方の入力端は
信号処理回路５１に接続され、加算器５３ａの他方の入
力端は信号処理回路５２に接続されている。減算器５３
ｂの正の入力端は信号処理回路５２に接続され、他方、
減算器５３ｂの負の入力端は信号処理回路５１に接続さ
れている。減算器５３ｂの出力端は更に別の信号処理回
路５５の入力端に接続されている。信号処理回路５５の
出力端は２つの同期復調器６２及び６３の入力端に接続
されている。同期復調器６２及び６３の他方の入力端は
制御素子６１に接続されている。同期復調器６２の出力
端は加算器６４の一方の入力端が接続されている。同期
復調器６３の出力端は加算器６５の１つの入力端に接続
されている。加算器６４の出力端は積分回路６７の入力
端に接続されている。加算器６５の出力端は積分回路６
６の入力端に接続されている。積分回路６６の出力端は
回路全体の１つの出力端を形成すると共に、更に乗算器
６８に接続されている。積分回路６７の出力端は評価回
路の出力端を形成すると共に更に乗算器６９に接続され
ている。乗算器６８の出力端は、加算器６４の一方の入
力端に接続されている。また、乗算器６９の出力端は、
加算器６５の一方の入力端に接続されている。クロック
発生器５６の出力端は、更に、モータ制御回路５７及び
同期復調器６２及び６３のための制御回路６１に接続さ
れている。更に、導体６０が制御回路６１の入力端に接
続されている。扁平な円板７上には、加速度センサ１及
び２、発光ダイオード８並びに加速度センサ１及び２の
信号を処理するための第１の手段３０乃至３２が配設さ
れている。加速度センサ１及び２の信号を処理するため
に、これら２つの加速度センサの各々に対し測定増幅器
３０及び３１が設けられている。測定増幅器３０及び３
１により、加速度センサの容量変化が対応の信号に変換
され、これら信号は次いで符合化器３２に供給される。
そこで符合化器３２は、加速度センサ１及び２の信号を
発光ダイオード８のための制御信号に変換する。これら
信号は矢印３３で示すように、例えばフォト・ダイオー
ドからなる受信素子９に伝送される。測定増幅器３０及
び３１は、例えば、加速度センサ１及び２の容量に比例
する電圧を発生する。この電圧は、符合化器３２により
周波数に変換され、この周波数信号は、周波数変調信号
として発光ダイオード８の電流を制御する。この形態の
信号伝送における大きな利点は、耐妨害性が高いことで
ある。発光ダイオード８からフォト・ダイオード９への
伝送は、例えば自動車輌等において発生する電磁妨害場
によって殆ど影響を受けることはない。符合化器３２に
より加速度センサ１及び２の信号は、デコーダ（復号
器）５０によってこれら信号を再度２つの加速度センサ
１及び２の個々の信号に分解できるように、符合化され
る。これは例えば、２つのセンサの周波数変調信号に対
してそれぞれ固有の搬送周波数を設けて、デコーダ５０
における相応のフィルタリング（ろ波）で再び２つの加
速度センサ１及び２の信号が分離されるようにすること
により実現される。周波数−電圧変換器によりセンサ信
号電圧が再発生される。伝送に当たっては、これら符合
化された信号は例えば発光ダイオード８の周波数変調に
より伝送することができる。２つの加速度センサの信号
はデコーダ５０によりフォト・ダイオード９の信号から
再生される。これら再生信号は信号処理回路５１及び５
２に供給され、そこで増幅もしくはフィルタリング（ろ
波）を行って妨害パルスを抑圧する。更に、デコーダ
は、クロック発生器５６からクロック信号を受け、この
クロック信号で回路装置全体の動作プロセスが同期化さ
れる。信号処理回路５１及び５２の出力側で、２つのセ
ンサの信号は加算器５２ａ並びに減算器５３ｂに供給さ
れる。加算器５３ａにおいては、２つの加速度センサ１
及び２の信号は加算し合わされる。その結果として、加
算器５３ａは、ｘ方向における加速度に比例する信号を
発生する。この信号は、言わば、角速度センサの副産物
である。減算器５３ｂの結果として、２つの加速度セン
サ１及び２の信号の差が形成される。この差信号はｘ方
向における加速度には依存しない。これら信号は次い
で、別の信号処理回路５５により更にろ波或るいは増幅
され、次いで同期復調器６２及び６３に送られる。同期
復調器６２及び６３は制御可能なフィルターであって、
２つの加速度センサの差信号から、正弦波変調成分Ａ及
び余弦波変調成分Ｂが出力されるように制御される。同
期復調器５２及び５３に対する制御信号は制御回路６１
で発生される。この制御回路６１は、クロック発生器５
６からの信号及び導体６０を介してモータから円板７駆
動用モータ制御回路５７に伝送される角度信号を受け
る。モータ制御回路自体も同様にクロック発生器５６か
らのクロック信号を受け、従って評価システムの他の構
成要素と同期されている。更に、モータ制御回路５７
は、導体５８を介して信号をモータに供給すると共に、
導体５９を介してモータの速度データ信号を受ける。な
お、モータ自体は図示を簡略にする意図から図面には示
されてはいない。角度信号及びクロックから同期復調器
６２及び６３のための制御パルスが発生され、２つのセ
ンサ信号の差の余弦成分が零の場合にのみ制御される。
他方、同期復調器６３は２つのセンサ信号の差の正弦波
成分が零の時に常に制御もしくは駆動される。同期復調
器６２の出力端には従って加速度センサ１及び２の２つ
の信号間の差成分Ａが現れ、同期復調器６３の出力端に
は差成分Ｂが現れる。これら２つの成分から、素子６４
乃至６９により形成される計算回路によって、角速度セ
ンサｒ及びｑの投影ｒ及びｑ並びにその微分が求められ
る。加算器６４においては、信号成分Ａに値２ωｑが加
算される。従って、加算器６４の出力端には、ｒの微分
信号が発生する。このｒの微分信号は積分器６７で積分
され、その結果求める信号ｒが発生される。この信号ｒ
により、ｚ軸上の回転速度の投影が求められることにな
る。加算器６５においては、信号積分Ｂに対し成分−２
ωｒが加算され、従って加算器６５の出力端にはｑの微
分信号が現れる。積分回路６６によりこの微分信号を積
分することによって、ｙ軸上における角速度の投影が求
められる。加算器６４及び６５においてそれぞれ信号成
分Ａ及びＢに加算される成分は、積分器６６及び６７の
出力信号ｒ及びｑが乗算器６８及び６９によりそれぞ
れ”２”を乗算される閉ループを介して形成される。斯
くして、素子６４乃至６９により形成される計算回路は
挿入後短い過渡期間後にｒ及びｑの安定な計算結果を出
力する。
【００２５】図６には、扁平な円板７の加速度センサ１
及び２の信号を伝送する別の形態が示してある。伝送素
子８及び受信素子９はこの実施例において双方共にコイ
ルとして形成されており、これらコイルは、信号が誘導
により伝達されるように空間的に近接して配設されてい
る。この場合、伝送素子８は、厚膜または薄膜として形
成されている。と言うのは、このように形成するのが製
造上特に簡単であるからである。なお、当業者には、こ
のようなコイルの数多の別の実施形態を想到することが
できよう。回転円板７に対する電流供給はこの場合に
も、コイル１１及び１３によって形成される回転変成器
を介して行われる。
及び２の信号を伝送する別の形態が示してある。伝送素
子８及び受信素子９はこの実施例において双方共にコイ
ルとして形成されており、これらコイルは、信号が誘導
により伝達されるように空間的に近接して配設されてい
る。この場合、伝送素子８は、厚膜または薄膜として形
成されている。と言うのは、このように形成するのが製
造上特に簡単であるからである。なお、当業者には、こ
のようなコイルの数多の別の実施形態を想到することが
できよう。回転円板７に対する電流供給はこの場合に
も、コイル１１及び１３によって形成される回転変成器
を介して行われる。
【００２６】
【発明の効果】本発明によれば、角速度センサにおいて
は、加速度センサを扁平な円板上に単純な仕方で配設す
ることができ、大きな費用を伴うことなく、軸に対する
加速度センサの極めて正確な配向及び校正が達成され
る。加速度センサ全体は非常にコンパクトに構成するこ
とができ、有効信号に対する妨害信号の影響は相当に軽
減される。送信要素として発光素子をもちいることによ
り妨害を受けない伝送が達成される。、また、回転円板
上の要素に対する給電に回転変成器を用いることによ
り、電力伝送は特に耐妨害性において優れ、しかも摩滅
を受けることはない。また、回転変成器の一部分を厚膜
或るいは薄膜として円板下面上に簡単な仕方で形成する
ことができる。このような構成並びに手段によって、回
転円板を特に好適な大量生産方式で製造することが可能
となる。１８０°変位した２つの加速度センサを使用す
ることにより、角速度の測定における種々な妨害作用を
抑圧することが可能である。また、２つの加速度センサ
信号の差を求めることにより回転軸に対し平行な加速度
の影響を著しく低減することができる。
は、加速度センサを扁平な円板上に単純な仕方で配設す
ることができ、大きな費用を伴うことなく、軸に対する
加速度センサの極めて正確な配向及び校正が達成され
る。加速度センサ全体は非常にコンパクトに構成するこ
とができ、有効信号に対する妨害信号の影響は相当に軽
減される。送信要素として発光素子をもちいることによ
り妨害を受けない伝送が達成される。、また、回転円板
上の要素に対する給電に回転変成器を用いることによ
り、電力伝送は特に耐妨害性において優れ、しかも摩滅
を受けることはない。また、回転変成器の一部分を厚膜
或るいは薄膜として円板下面上に簡単な仕方で形成する
ことができる。このような構成並びに手段によって、回
転円板を特に好適な大量生産方式で製造することが可能
となる。１８０°変位した２つの加速度センサを使用す
ることにより、角速度の測定における種々な妨害作用を
抑圧することが可能である。また、２つの加速度センサ
信号の差を求めることにより回転軸に対し平行な加速度
の影響を著しく低減することができる。
【図１】本発明の第１の実施例による角速度センサの構
成を略示する側面図である。
成を略示する側面図である。
【図２】上記角速度センサで用いられる加速度センサの
配列を示す上面図である。
配列を示す上面図である。
【図３】図２に示した加速度センサの構成を示す断面図
である。
である。
【図４】本発明の別の実施例による角速度センサを示す
側面図である。
側面図である。
【図５】角速度センサの信号処理回路を示す簡略回路ダ
イヤグラムである。
イヤグラムである。
【図６】本発明による角速度センサの部分側面図であ
る。
る。
１、２ 加速度センサ ３、４、５ 軸線 ６、７ 扁平な円板 ８ 伝送要素 ８ 受信要素 １０ 回転変成器 ３０、３１、３２、５０−６９ 信号処理回路構成要
素
素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ピエール ジャネン スイス国 モルジュ グロス ピエール 12
Claims (12)
- 【請求項１】 第１の軸線（３）を中心に円形路上で運
動する少なくとも１つの加速度センサ（１、２）を含
み、該加速度センサ（１、２）は別の２つの軸線（４、
５）を中心とする回転により現れるコリオリの力を測定
し、前記３つの軸線が互いに垂直に位置する角速度セン
サにおいて、前記加速度センサ(１、２)を部分的にシリ
コンから構造化されて作製されていることを特徴とする
角速度センサ。 - 【請求項２】 加速度センサ（１、２）を第１の軸線
（３）を中心に回転する扁平な板（６、７）上に配設し
た請求項１に記載の角速度センサ。 - 【請求項３】 扁平な板（７）として、ガラス、シリコ
ン或るいはセラミックからなる円板（７）を使用する請
求項１に記載の角速度センサ。 - 【請求項４】 円板（６、７）上に加速度センサ（１、
２）の信号を処理するための第１の手段（３０、３１、
３２）を配設した請求項２または３のいずれかに記載の
角速度センサ。 - 【請求項５】 円板(６、７)の外部に加速度センサ
(１、２)の信号を処理するための別の手段（５０乃至６
９)を設けた請求項４に記載の角速度センサ。 - 【請求項６】 円板（６、７）上に、加速度センサ
（１、２）の信号を受信要素（９）に伝送する送信要素
（８）を設け、該受信要素（９）は信号を処理するため
の別の手段（５０乃至６９）に接続されている請求項５
に記載の角速度センサ。 - 【請求項７】 送信要素(８)が発光素子として形成さ
れ、受信要素（９）がフォト・ダイオードとして形成さ
れている請求項６に記載の角速度センサ。 - 【請求項８】 送信要素（８）及び受信要素（９）がコ
イルとして形成されている請求項６に記載の角速度セン
サ。 - 【請求項９】 信号を処理するための第１の手段（３
０、３１、３２）が回転変成器（１０）を介して電力を
供給される請求項４乃至８のいずれかに記載の角速度セ
ンサ。 - 【請求項１０】 回転変成器（１０）の回転するコイル
（１１）が厚膜或るいは薄膜として扁平な円板（６、
７）の下側面に形成されている請求項９に記載の角速度
センサ。 - 【請求項１１】 円形路上で互いに１８０°変位して配
設された２つの加速度センサ（１、２）を使用する請求
項１乃至１０のいずれかに記載の角速度センサ。 - 【請求項１２】 信号処理手段が、２つの加速度センサ
（１、２）の信号の差を形成する差発生器（５３）を有
し、 信号処理手段が、２つの加速度センサ（１、２）の信号
の差から、加速度センサ（１、２）に現れる加速度を、
円形路上の位置の関数として発生する位相依存フィルタ
ー（６２、６３）を有し、 信号処理手段が、加速度センサ（１、２）に現れる加速
度を円形路上の位置の関数として近似的に、別の軸線
（４、５）を中心とする回転速度を発生する計算要素
（６４乃至６９）を備えている請求項１１に記載の角速
度センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4223349A DE4223349A1 (de) | 1992-07-16 | 1992-07-16 | Winkelgeschwindigkeitssensor |
| DE4223349.6 | 1992-07-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06160409A true JPH06160409A (ja) | 1994-06-07 |
Family
ID=6463310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5176597A Pending JPH06160409A (ja) | 1992-07-16 | 1993-07-16 | 角速度センサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5385047A (ja) |
| JP (1) | JPH06160409A (ja) |
| DE (1) | DE4223349A1 (ja) |
| FR (1) | FR2693799B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006071369A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | 角速度検出装置 |
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|---|---|---|---|---|
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| DE4237231C1 (de) * | 1992-07-16 | 1994-05-11 | Reinhausen Maschf Scheubeck | Stufenschalter für Stufentransformatoren |
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| US8281658B2 (en) | 2009-01-12 | 2012-10-09 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method to produce 3-D optical gyroscope my MEMS technology |
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|---|---|---|---|---|
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| US4814680A (en) * | 1987-08-21 | 1989-03-21 | Sundstrand Corporation | Servo loop control for a coriolis rate sensor dither drive |
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