JPH06317604A - ガス式角速度検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 検出器本体に角速度が作用したときのガス通
路内を流れるガス流の偏向状態を感熱抵抗の変化として
電気的に検出するガス式角速度検出器において、その角
速度の検出感度に依存するガス流の温度が変動すること
による角速度の検出出力値の変動分を補正する。 ［構成］ センサ本体と、ガス通路内にガス流を生じさ
せるポンプと、圧力センサとを気密封止されたパッケー
ジ内に収納し、圧力センサによって検出されたパッケー
ジ内の圧力に応じて、予め設定された圧力に対する角速
度検出出力の変化特性にしたがって、そのとき得られた
角速度の検出出力の感度補正を行わせるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、検出器本体に角速度が
作用したときのガス通路内を流れるガス流の偏向状態を
感熱抵抗の変化として電気的に検出するガス式角速度検
出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のガス式角速度検出器と
しては、ノズルからガス通路内に設けられた感熱抵抗素
子からなるヒートワイヤ対に向けてガスを噴出してお
き、外部から検出器本体に角速度運動が加わることによ
ってガス通路内を流れるガス流が偏向したときの状態
を、ヒートワイヤ対による各感熱抵抗の変化の差に応じ
た検出信号としてとり出して、そのとき検出器本体に作
用している角速度の大きさおよび向きを検知するように
している。

【０００３】このようなガス式角速度検出器では、それ
が角速度に応じたガス流の偏向状態をヒートワイヤ対に
よる各感熱抵抗の変化の差として電気的に検出するよう
にしているものであるため、ガス流の温度が角速度の検
出感度に依存して、検出器本体に作用する角速度が一定
であってもガス流の温度が変化するとその検出出力が変
動してしまい、その温度変化が角速度検出の精度に大き
く影響するものとなっている。

【０００４】そのため、従来では、検出器自体を恒温槽
内に設置して、その恒温槽の内部が常に一定温度に保持
されるように温度センサによって恒温槽内部の温度を検
出しながらヒータによる加熱制御をなして、外部温度の
変化の影響を受けることがないようにしている（特公昭
６４−４６２３号公報参照）。

【０００５】また、最近、この種のガス式角速度検出器
として、ノズル孔およびガス通路と、そのガス通路内に
設けられるヒートワイヤ対とからなる検出器本体が、Ｉ
Ｃ製造技術を利用した半導体基板のマイクロマシニング
加工によって形成された超小型の半導体式によるものが
開発されている（特開平３−２９８５８公報参照）。

【０００６】しかして、このような超小型化されたガス
式角速度検出器にあっては、特に角速度の検出感度が繊
細で、ガス流の温度が少しでも変化すると角速度の検出
感度が大きく変動してしまうものとなっいる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、外部温度の変化の影響を受けることがないように
検出器本体を内部温度が一定になるように加熱制御され
た恒温槽内に設置するのでは、その恒温槽の内部をむら
なく一律に加熱してその内部の温度を一定に保つ必要が
あるために、比較的その加熱制御手段が複雑かつ大がか
りなものとなり、消費電力も大きくなってしまうことで
ある。

【０００８】また、始動に際して、恒温槽内の温度が一
定に立ち上がるまでに比較的長い時間を要して、その
間、精度の良い角速度検出を行わせることができないと
ともに、温度制御の応答遅れがあって、外気温の変化に
対する追従性が多少悪いということである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来のよう
に、ガス式角速度検出器におけるガス通路内を流れるガ
スの温度を一定に保持させるという温度制御手段を何ら
とることなく、角速度の検出感度に依存するガス流の温
度が変化すると、それに比例してガスの圧力が変化し
て、その圧力変化に応じて一定の関係をもって角速度の
検出感度が変化し、ひいては角速度の検出出力が変動し
てしまうことに着目し、検出器本体と、ガス通路内にガ
ス流を生じさせるポンプとを、圧力センサととともに気
密封止されたパッケージ内に収納し、圧力センサによっ
て検出されたパッケージ内の圧力に応じて、予め設定さ
れた圧力に対する角速度検出出力の変化特性にしたが
い、そのとき得られた角速度の検出出力の感度補正を行
わせるようにしている。

【００１０】

【実施例】本発明では、図１に示すように、半導体基板
にノズル孔およびガス通路が形成され、かつそのガス通
路内にヒートワイヤ対が形成された半導体式によるガス
式角速度検出器の検出器本体１と、その検出器本体１に
おけるノズル孔を通してガス通路内にガス流を生じさせ
るマイクロポンプ２と、チップ化されたＩＣ回路３と、
圧力センサ４とを、ヘリウムや窒素などの不活性ガスが
密封されたパッケージ５内に収納し、そのパッケージ５
内において、マイクロポンプ２の駆動によりガスをオー
プンループで循環させながら検出器本体１のガス通路内
に一定のガス流を生じさせるように構成している。

【００１１】そして、定温下にて内部が所定圧力（例え
ば３気圧）となるようにパッケージ５を気密封止して、
その定温下では検出器本体１における角速度の検出感度
が所定となるように予め設定している。

【００１２】なお、ここでは、パッケージ５のハーメチ
ック端子６付きのベース５１上にセラミック基板７を介
して検出器本体１，マイクロポンプ２，ＩＣ回路３およ
び圧力センサ４を取り付け、そのセラミック基板７上で
それぞれ所定のプリント配線をなしたうえで、ハーメチ
ック端子６を通してそれぞれ必要なりードを外部にとり
出すようにしている。

【００１３】ＩＣ回路３には、角速度検出回路、その検
出信号を増幅する増幅回路、駆動用の定電圧回路が組み
込まれている。

【００１４】角速度検出回路としては、検出器本体１に
一対に設けられているヒートワイヤと基準抵抗とを用い
て抵抗ブリッジ回路を形成して、その抵抗ブリッジ回路
から検出器本体１に角速度が作用したときのガス流の偏
向状態に応じた角速度検出信号を得るようにする場合、
その抵抗ブリッジ回路におけるヒートワイヤ対を除く部
分の回路からなっている。

【００１５】図２ないし図４に、検出器本体１の構成例
を示している。

【００１６】ここでは、半導体基板にノズル孔９を形成
する半孔９１とそれにつながるガス通路１０を形成する
半溝１０１とがエッチングによって形成された下側半導
体基板１１と上側半導体基板１２とを、それぞれの半孔
９１および半溝１０１をつき合せるように重ねて、両者
を接着させることによってノズル孔９およびガス通路１
０が形成されている。

【００１７】また、下側半導体基板１１にはガス通路１
０にかかるブリッジ部１３がエッチングにより形成さ
れ、そのブリッジ部１３の上面には、白金などのヒート
ワイヤ材料を蒸着し、それをエッチングし、トリミング
することによって一対のヒートワイヤ１４１，１４２が
パターン形成されており、その両側には同様に電極部１
５が形成されている。

【００１８】なお、この検出器本体１の構成は、従来の
ものと全く同じである。

【００１９】このように構成されたものにあって、特に
本発明では、一定温度下にて内部が所定圧力となるよう
に気密封止されたパッケージ５内に圧力センサ４を設け
てパッケージ５内の圧力を常時測定できるようにしてい
る。そして、マイクロコンピユータなどからなる信号処
理部８がその圧力センサ４の出力信号ｐおよび角速度検
出信号ωをそれぞれ読み込んで、信号処理部８におい
て、パッケージ５内の圧力が変化したことが検知された
とき、そのときの測定圧力に応じて、予め設定された圧
力に対する角速度検出出力の変化特性にしたがって、そ
のとき得られた角速度の検出出力の感度補正を行わせる
ようにしている。

【００２０】いま、マイクロポンプ２の駆動により検出
器本体１のガス通路内に供給されるガス流量が一定にな
るようにしたうえで、例えば、パッケージ５内の圧力が
３気圧下で、角速度の単位レート当り１０ｍＶの検出出
力が得られるように、角速度の検出感度が設定されてい
る。

【００２１】そして、外部温度の変化に応じてパッケー
ジ５内の圧力が変化すると、図５に示すように、角速度
の検出感度が所定のリニア特性をもって変化する。

【００２２】したがって、定温にて所定圧力となるよう
に気密封止されたパッケージ５内の圧力が変化すると、
図６に示すように、角速度をパラメータとして、そのと
きの圧力に応じて角速度の検出出力がリニア状に変化し
てしまうことになる。

【００２３】しかして、本発明では、具体的には、図６
の特性にしたがい、予めパッケージ５内の圧力の変化に
対する角速度検出出力の変化分による補正値のマップを
作成して、そのデータを信号処理部８の内部メモリに格
納しておき、信号処理部８において、パッケージ５内の
圧力が変化したことが検知されたとき、そのときの圧力
の変化分に応じてメモリから所定の補正値を読み出し
て、そのとき得られている角速度の検出出力値からその
補正値（正，負の両符号をもつ）を減ずることによって
感度補正を行わせる。

【００２４】なお、本発明は、前述したようなガスをオ
ープンループで循環させる半導体式による角速度検出器
の場合に限らず、閉鎖型のガスの循環路をもった一般の
角速度検出器をパッケージ内に気密封止した場合にも同
様に適用が可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上、本発明によれば、角速度の検出器
本体が気密封止されているパッケージ内の圧力を圧力セ
ンサによって常時監視して、その圧力センサによって検
出されたパッケージ内の圧力に応じて角速度の検出出力
の感度補正を、簡単な手段により、精度良く、容易かつ
迅速に行わせることができ、外部温度の変化による角速
度の検出感度の変化に適切に対応できるという利点を有
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるガス式角速度検出器の一実施例を
示す簡略構成図である。

【図２】同実施例における半導体式による検出器本体の
斜視図である。

【図３】その半導体式による検出器本体の下側半導体基
板の平面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図５】圧力の変化に対する角速度の検出感度の変化特
性を示す図である。

【図６】圧力の変化に対する角速度の検出出力の変化特
性を示す図である。

【符号の説明】

１ 検出器本体 ２ マイクロポンプ ３ ＩＣ回路 ４ 圧力センサ ５ パッケージ ６ ハーメチック端子 ７ セラミック基板 ８ 信号処理部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出器本体に角速度が作用したときのガ
   ス通路内を流れるガス流の偏向状態を感熱抵抗の変化と
   して電気的に検出する角速度検出器おいて、その検出器
   本体と、ガス通路内にガス流を生じさせるポンプと、圧
   力センサとを気密封止されたパッケージ内に収納し、前
   記圧力センサによって検出されたパッケージ内の圧力に
   応じて、予め設定された圧力に対する角速度検出出力の
   変化特性にしたがって、そのとき得られた角速度の検出
   出力の感度補正を行わせるようにしたことを特徴とする
   ガス式角速度検出器。