JPH10221083A - Vibration-type gyro apparatus - Google Patents

Vibration-type gyro apparatus

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Publication number
JPH10221083A
JPH10221083A JP9022523A JP2252397A JPH10221083A JP H10221083 A JPH10221083 A JP H10221083A JP 9022523 A JP9022523 A JP 9022523A JP 2252397 A JP2252397 A JP 2252397A JP H10221083 A JPH10221083 A JP H10221083A
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JP
Japan
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vibration
vibrating body
electrode
detection
voltage
Prior art date
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Application number
JP9022523A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenji Hori
憲治 堀
Shinji Kobayashi
真司 小林
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10221083A publication Critical patent/JPH10221083A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a vibration-type gyro apparatus by which the temperature characteristic of an output signal in a detecting system is improved in the same manner as that in a driving system by a method wherein a feedback control signal which is formed for the temperature compensation of a mechanical Q-value in the driving system is utilized as the temperature compensation of a mechanical Q-value in the detecting system. SOLUTION: A vibration-type gyro apparatus is provided at least with a driving electrode part 2 which drives a vibrating body, with a monitoring electrode part 3 which measures the amplitude of the vibration of the vibrating body and with detecting electrode parts 4, 5 which detect a vibration based on the Coriolis force. In the vibration-type gyro apparatus, detection signals of the detecting electrode parts 4, 5 based on the Coriolis force are corrected by using a feedback control signal (s) which is formed on the basis of the displacement signal of the monitoring electrode part 3 and which controls the amplitude of the vibration of the vibrating body so as to become constant.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、手振れ防止カメ
ラ、カーナビゲーション装置などに使用される振動型ジ
ャイロ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration type gyro device used for a camera shake preventing camera, a car navigation device and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の振動型ジャイロ装置は、例えば、
図3に示すような機能ブロック回路より構成される。2
2は図4に示すような角速度センサである。長方形状の
振動体31がその4隅部に設けられたL字形の支持梁3
2を介して振動可能に固定部33に結合されている。ま
た、振動体31の短辺の両側面には可動櫛歯電極34
a、35aが設けられている。また、これらの可動櫛歯
電極34a、35aと対抗してコンデンサを形成する固
定櫛歯電極34b、35bも設けられている。そして、
この固定櫛歯電極34b、35bは、固定電極36a、
37aにそれぞれ結合している。また、左側の可動櫛歯
電極34aと固定櫛歯電極34bは駆動電極部36を構
成し、右側の可動櫛歯電極35aと固定櫛歯電極35b
はモニタ電極部37を構成している。
2. Description of the Related Art A conventional vibration type gyro device is, for example,
It comprises a functional block circuit as shown in FIG. 2
Reference numeral 2 denotes an angular velocity sensor as shown in FIG. L-shaped support beam 3 having rectangular vibrating body 31 provided at its four corners
It is coupled to the fixing portion 33 so as to be able to vibrate through the second member 2. The movable comb electrodes 34 are provided on both sides of the short side of the vibrating body 31.
a and 35a are provided. In addition, fixed comb-tooth electrodes 34b and 35b which form capacitors in opposition to these movable comb-tooth electrodes 34a and 35a are also provided. And
The fixed comb electrodes 34b, 35b are fixed electrodes 36a,
37a. The left movable comb electrode 34a and the fixed comb electrode 34b constitute a drive electrode unit 36, and the right movable comb electrode 35a and the fixed comb electrode 35b.
Constitutes the monitor electrode unit 37.

【0003】また、振動体31の長辺の両側面側には、
間隔をおいて細長い検出電極38a、38bがそれぞれ
設けられている。そして、これらの検出電極38a、3
8bと振動体31との間には、コンデンサが形成され
る。
Further, on both sides of the long side of the vibrating body 31,
Elongated detection electrodes 38a and 38b are provided at intervals. And, these detection electrodes 38a, 3
A capacitor is formed between 8b and the vibrating body 31.

【0004】点集合部分で示す振動体31、可動櫛歯電
極34a、35aおよびL字形支持梁32は、図示しな
い基板から浮いて自由振動可能になっている。
A vibrating body 31, movable comb electrodes 34a and 35a, and an L-shaped support beam 32 indicated by a point set part can float freely from a substrate (not shown) and freely vibrate.

【0005】つぎに、角速度センサ22の概略の動作に
ついて説明する。駆動電極部36にピーク値が0Vと5
Vの交流電圧を印加して振動体31をX軸方向に振動さ
せる。そして、モニタ電極部37は、振動体31(可動
櫛歯電極35a)の振動による静電容量の変化量を検出
する。このように、角速度センサ22が振動していると
きに、角速度センサ22が紙面に垂直なその中心軸を中
心にして回転すると、振動体31は、コリオリ力によ
り、Y軸方向にも振動するようになる。そして、検出電
極38aと38bとに増減する静電容量が交互に現れ
る。
Next, the general operation of the angular velocity sensor 22 will be described. When the peak value of the driving electrode portion 36 is 0 V and 5
The vibrating body 31 is vibrated in the X-axis direction by applying an AC voltage of V. Then, the monitor electrode unit 37 detects a change amount of the capacitance due to the vibration of the vibrating body 31 (the movable comb electrode 35a). As described above, when the angular velocity sensor 22 rotates about its central axis perpendicular to the paper surface while the angular velocity sensor 22 is vibrating, the vibrating body 31 also vibrates in the Y-axis direction due to Coriolis force. become. Then, the capacitance that increases or decreases alternately appears on the detection electrodes 38a and 38b.

【0006】図3において、20は発振回路で、数k〜
数10kHzの周波数fで発振する。この発振周波数f
の発振電圧にバイアス電圧を重畳して、これを駆動信号
21とする。23は信号処理回路で、角速度センサ22
のモニタ電極部37の検出した静電容量の変化量(変位
信号)を電圧に変換し、この変換された電圧(モニタ電
圧)の増幅を行う。24はフィードバック回路で、加減
算回路を有し、入力されたモニタ電圧を基準電圧と比較
して、その大小により発振回路20の発振電圧を調整し
て、角速度センサ22の振動体31の振動振幅を一定に
制御する。
In FIG. 3, reference numeral 20 denotes an oscillation circuit, which is several k to
It oscillates at a frequency f of several tens of kHz. This oscillation frequency f
A bias voltage is superimposed on the oscillation voltage of the above, and this is used as a drive signal 21. 23 is a signal processing circuit, which is an angular velocity sensor 22
The change amount (displacement signal) of the capacitance detected by the monitor electrode unit 37 is converted into a voltage, and the converted voltage (monitor voltage) is amplified. Reference numeral 24 denotes a feedback circuit having an addition / subtraction circuit, which compares the input monitor voltage with a reference voltage, adjusts the oscillation voltage of the oscillation circuit 20 according to the magnitude of the reference voltage, and adjusts the oscillation amplitude of the oscillator 31 of the angular velocity sensor 22. Control to constant.

【0007】発振回路20〜フィードバック回路24の
閉ループ回路は、振動型ジャイロ装置の駆動系の制御回
路を構成している。振動型ジャイロ装置は、温度変化に
より、その弾性定数のみならず、特に、空気の粘性抵抗
により、駆動系の構造体の機械的Qが低下して、コリオ
リ力の検出感度の低下を招く。即ち、この機械的Q値
は、振動型ジャイロ装置を構成する振動体、可動櫛歯電
極などの材料の弾性定数の温度係数、これらの構造体が
置かれている空気の温度、湿度などの外部環境条件によ
っても、変動する。特に、シリコンを材料とする半導体
微細加工技術により製造された振動型ジャイロ装置にお
いては、空気の粘性抵抗によって変動する構造体の機械
的Qが変化する。前記閉ループ回路は、この機械的Q値
の低下による振幅の減少を防止するため、振動体31の
振動の振幅が一定振幅になるように制御するものであ
る。
The closed loop circuit of the oscillation circuit 20 to the feedback circuit 24 constitutes a control circuit of a drive system of the vibration type gyro device. In the vibrating gyro device, not only the elastic constant but also the viscous resistance of air causes the mechanical Q of the structure of the driving system to decrease due to the temperature change, and the detection sensitivity of the Coriolis force decreases. That is, the mechanical Q value is determined by the temperature coefficient of the elastic constant of the material such as the vibrating body and the movable comb electrode constituting the vibrating gyro device, and the external temperature such as the temperature and humidity of the air in which these structures are placed. It also fluctuates depending on environmental conditions. In particular, in a vibrating gyro device manufactured by a semiconductor microfabrication technique using silicon as a material, the mechanical Q of a structure that fluctuates due to the viscous resistance of air changes. The closed loop circuit controls the amplitude of the vibration of the vibrating body 31 to be a constant amplitude in order to prevent the amplitude from decreasing due to the decrease in the mechanical Q value.

【0008】つぎに、検出系において説明する。検出電
極38a、38bが、コリオリ力の振動に基づいて検出
した静電容量の変化量(検出信号)は、信号処理回路2
5に入力されて、電圧(検出電圧)に変換される。この
検出電圧は、位相検波回路26に入力され、フィードバ
ック回路24からの変位信号を基準位相として、位相検
波され、コリオリ力に基づく角速度信号が得られる。そ
して、この角速度信号は増幅されて出力される。
Next, the detection system will be described. The amount of change in capacitance (detection signal) detected by the detection electrodes 38a and 38b based on the vibration of the Coriolis force is determined by the signal processing circuit 2
5 and converted into a voltage (detection voltage). This detection voltage is input to the phase detection circuit 26, and phase detection is performed using the displacement signal from the feedback circuit 24 as a reference phase, and an angular velocity signal based on Coriolis force is obtained. Then, this angular velocity signal is amplified and output.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動型ジャイロ装置は、加速度センサ22の振動体31
を、温度変化による空気の粘性抵抗に抗して、一定振幅
に制御する駆動系のフィードバック回路は設けられてい
るが、温度変化による空気の粘性抵抗に抗して、検出系
の機械的Q値の変動による検出感度を一定に補償する回
路は設けられていない。
However, the conventional vibrating gyro apparatus has a vibration body 31 of the acceleration sensor 22.
Is provided with a feedback circuit of a drive system for controlling the amplitude to a constant amplitude against the viscous resistance of air due to temperature change, but the mechanical Q value of the detection system is controlled against the viscous resistance of air due to temperature change. No circuit is provided for compensating the detection sensitivity due to the fluctuation of the constant.

【0010】即ち、振動体31の機械的Q値は、前述の
ように、振動体31のヤング率などの弾性定数、特に周
囲気体の粘度に大きく依存している。この機械的Q値
は、振動体31が大気圧下で動作する場合には、温度依
存性を有する空気の粘度に影響される。振動型ジャイロ
装置においては、振動体31の振動変位が一定になるよ
うにフィードバック回路を介してループ制御される。即
ち、温度変化により空気の粘度が変化して、空気の粘性
抵抗が変化しても、駆動電極部36、モニタ電極部37
および振動体31を含む駆動系の振動振幅は一定に保た
れる。
That is, as described above, the mechanical Q value of the vibrating body 31 largely depends on the elastic constant such as the Young's modulus of the vibrating body 31, particularly the viscosity of the surrounding gas. When the vibrating body 31 operates under atmospheric pressure, the mechanical Q value is affected by the temperature-dependent viscosity of air. In the vibrating gyro device, a loop control is performed via a feedback circuit so that the vibration displacement of the vibrating body 31 becomes constant. That is, even if the viscosity of the air changes due to the temperature change and the viscous resistance of the air changes, the driving electrode unit 36 and the monitor electrode unit 37
And the vibration amplitude of the drive system including the vibrating body 31 is kept constant.

【0011】しかしながら、従来の振動型ジャイロ装置
においては、検出電極部38a、38bおよび振動体3
1を含む検出系は、振動系と同じ空気の粘度の下で動作
しているにも関わらず、駆動系のような空気の粘性抵抗
による補正手段を有していなかった。そのため、従来の
振動型ジャイロ装置は、検出系の機械的Q値が小さくな
り、検出感度が低下していた。
However, in the conventional vibrating gyro apparatus, the detecting electrode portions 38a and 38b and the vibrating body 3
Although the detection system including No. 1 operates under the same air viscosity as the vibration system, the detection system does not have the correction means based on the viscous resistance of the air like the drive system. Therefore, in the conventional vibration type gyro device, the mechanical Q value of the detection system is reduced, and the detection sensitivity is reduced.

【0012】そこで、本発明は、駆動系の機械的Q値の
温度補償用として形成されたフィードバック制御信号
を、検出系の機械的Q値の温度補償用としても利用する
ことにより、駆動系と同様に検出系の検出信号の温度特
性を改善することを目的とする。
Therefore, the present invention utilizes the feedback control signal formed for temperature compensation of the mechanical Q value of the drive system also for temperature compensation of the mechanical Q value of the detection system. Similarly, another object of the present invention is to improve the temperature characteristics of a detection signal of a detection system.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】この発明は、少なくとも
振動体を駆動する駆動電極部、前記振動体の振動の振幅
を計測するモニタ電極部、コリオリ力に基づく振動を検
出する検出電極部を備えてなる振動型ジャイロ装置にお
いて、前記モニタ電極部の変位信号に基づいて形成さ
れ、かつ、前記振動体の振動の振幅を一定になるように
制御するフィードバック制御信号を用いて、コリオリ力
に基づく前記検出電極部の検出信号を補正するものであ
る。
The present invention comprises at least a driving electrode section for driving a vibrating body, a monitor electrode section for measuring the amplitude of vibration of the vibrating body, and a detecting electrode section for detecting vibration based on Coriolis force. In the vibrating gyro device comprising: a feedback control signal formed based on a displacement signal of the monitor electrode unit, and controlling the amplitude of vibration of the vibrating body to be constant, based on the Coriolis force. This is for correcting the detection signal of the detection electrode section.

【0014】この発明は、振動体の振動の振幅をモニタ
電極部で静電容量の変化量(変位信号)として検出し、
この検出した電気量を、例えば、電圧(モニタ電圧)に
変換し、このモニタ電圧を設定基準電圧と比較して、フ
ィートバック制御信号を形成する。このフィードバック
制御信号を振動体、駆動電極部などよりなる駆動系の発
振回路にフィードバックさせると同時に振動体、検出電
極部などよりなる検出系の信号処理回路にも入力する。
そして、温度変化に基づく空気の粘性抵抗の変動による
駆動系の振動体の振動の振幅の変動を一定に制御すると
同時に、温度変化に基づく空気の粘性抵抗による検出系
の振動体の振動の変動による検出感度の変動を補償す
る。この補償値は、駆動系に対する補償値と1対1には
対応してはいない。それは、振動型ジャイロ装置の構
造、動作において、駆動系と検出系の機械的Qが相違す
るからである。
According to the present invention, the amplitude of the vibration of the vibrating body is detected by the monitor electrode portion as the amount of change in capacitance (displacement signal).
The detected amount of electricity is converted into, for example, a voltage (monitor voltage), and the monitor voltage is compared with a set reference voltage to form a feedback control signal. The feedback control signal is fed back to the oscillation circuit of the driving system including the vibrating body and the driving electrode unit, and is also input to the signal processing circuit of the detection system including the vibrating body and the detecting electrode unit.
In addition, while controlling the fluctuation of the amplitude of the vibration of the vibrating body of the drive system due to the fluctuation of the viscous resistance of the air based on the temperature change, the fluctuation of the vibration of the vibrating body of the detection system due to the viscous resistance of the air based on the temperature change. Compensate for fluctuations in detection sensitivity. This compensation value does not correspond one-to-one with the compensation value for the drive system. This is because in the structure and operation of the vibration type gyro device, the mechanical Q of the drive system and the mechanical Q of the detection system are different.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の振動型ジャイロ
装置の実施例について図1および図2を参照して説明す
る。なお、図1においては、図3に示す従来の振動型ジ
ャイロ装置の改良に関するものなので、図3と同一部分
には同一番号を付すことにする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment of a vibration type gyro device according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that FIG. 1 relates to the improvement of the conventional vibration type gyro device shown in FIG. 3, and therefore, the same parts as those in FIG.

【0016】まず、図2を参照して、本実施の中心とな
る角速度センサ10の構造および機能について説明す
る。1は長方形板状の振動体で、その長手方向の両端部
からは、直角かつ両方向にそれぞれ可動柄2a、3aが
伸びている。この可動柄2a、3aの片側には、複数本
の平行する可動櫛歯電極2b、3b(点集合部分)が直
角方向に形成されている。また、この可動櫛歯電極2
b、3bと対抗してコンデンサを形成する複数本の固定
櫛歯電極2c、3cと、これらの固定櫛歯電極2c、3
cに直角に結合している固定電極2d、3d(白地部
分)とが、図示しない基板の表面に形成されている。そ
して、左側の可動櫛歯電極2bと固定櫛歯電極2cとは
駆動電極部2を構成し、右側の可動櫛歯電極3bと固定
櫛歯電極3cとはモニタ電極部3を構成している。
First, the structure and function of the angular velocity sensor 10, which is the center of the present embodiment, will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 denotes a rectangular plate-shaped vibrating body, and movable handles 2a and 3a extend at right angles and in both directions from both ends in the longitudinal direction. On one side of the movable handles 2a, 3a, a plurality of parallel movable comb-tooth electrodes 2b, 3b (point set portions) are formed at right angles. The movable comb electrode 2
b, 3b and a plurality of fixed comb-teeth electrodes 2c, 3c forming a capacitor, and these fixed comb-teeth electrodes 2c, 3c
Fixed electrodes 2d and 3d (white portions) which are connected at right angles to c are formed on the surface of a substrate (not shown). The left movable comb electrode 2b and the fixed comb electrode 2c constitute the drive electrode unit 2, and the right movable comb electrode 3b and the fixed comb electrode 3c constitute the monitor electrode unit 3.

【0017】駆動電極部2およびモニタ電極部3の可動
櫛歯電極2b、3bと振動体1とは、半導体微細加工技
術を用いて、シリコンにより一体に形成されているの
で、それらの振動変位は同一となる。したがって、モニ
タ電極部3は、駆動電極部2および振動体1の変位を静
電容量を介して検出するモニタの機能を果たす。
Since the movable comb electrodes 2b and 3b of the drive electrode section 2 and the monitor electrode section 3 and the vibrating body 1 are integrally formed of silicon using a semiconductor fine processing technique, their vibration displacements are reduced. Will be the same. Therefore, the monitor electrode unit 3 functions as a monitor that detects the displacement of the drive electrode unit 2 and the vibrating body 1 via the capacitance.

【0018】また、振動体1の両側面からは複数本の可
動柄4a、5aがそれぞれ直角方向に伸びて、その両側
に可動櫛歯電極4b、5b(点集合部分)をそれぞれ形
成している。また、この可動櫛歯電極4b、5bと対抗
してコンデンサを形成する固定櫛歯電極4c、5c(白
地部分)、これらに結合している固定柄4d、5d、ま
た、これらに結合している固定電極4e、5e、及びこ
れらの引出電極4f、5fが、図示しない基板にそれぞ
れ形成されている。
A plurality of movable handles 4a, 5a extend in a perpendicular direction from both side surfaces of the vibrating body 1, and movable comb electrodes 4b, 5b (point set portions) are formed on both sides thereof. . Also, fixed comb electrodes 4c, 5c (white portions) forming capacitors in opposition to the movable comb electrodes 4b, 5b, fixed patterns 4d, 5d connected thereto, and connected thereto. The fixed electrodes 4e and 5e and the extraction electrodes 4f and 5f are respectively formed on a substrate (not shown).

【0019】そして、上側の可動櫛歯電極4bと固定櫛
歯電極4cおよび下側の可動櫛歯電極5bと固定櫛歯電
極5cは、それぞれ検出電極部4、5を構成する。
The upper movable comb electrode 4b and the fixed comb electrode 4c and the lower movable comb electrode 5b and the fixed comb electrode 5c constitute detection electrode portions 4 and 5, respectively.

【0020】更に、振動体1は、可動柄2a、3aの先
端にそれぞれ結合されたコ字型支持梁6a、7aを介し
て固定部6、7に水平面方向に振動可能にそれぞれ支持
されている。
Further, the vibrating body 1 is supported by the fixed portions 6 and 7 via the U-shaped support beams 6a and 7a respectively coupled to the tips of the movable handles 2a and 3a so as to be able to vibrate in the horizontal plane direction. .

【0021】つぎに、図2に示す角速度センサ10の動
作について説明する。駆動電極部2の可動櫛歯電極2b
と固定櫛歯電極2cとに、例えば、任意アイアスの2V
ピークツゥピークの交流信号を印加する。すると、可動
櫛歯電極2bは、静電気力により固定櫛歯電極2cと対
抗面積を拡大するように、固定電極2dの方に吸引され
たり、またこの吸引が解除されたりして、振動体1をX
軸方向に振動させる。そして、モニタ電極部3の可動櫛
歯電極3bも振動体1と同様に振動して、可動櫛歯電極
3bと固定櫛歯電極3cとの間に、変化する静電容量
(変位信号)が形成される。この変位信号を検出して、
振動体1の振動の振幅が一定振幅になるように、後述の
フィードバック回路により制御する。
Next, the operation of the angular velocity sensor 10 shown in FIG. 2 will be described. The movable comb electrode 2b of the drive electrode unit 2
And the fixed comb-teeth electrode 2c, for example, an arbitrary bias of 2V
Apply a peak-to-peak AC signal. Then, the movable comb electrode 2b is attracted toward the fixed electrode 2d so as to increase the area of opposition to the fixed comb electrode 2c due to electrostatic force, or the suction is released, and the vibrating body 1 is moved. X
Vibrates in the axial direction. The movable comb electrode 3b of the monitor electrode unit 3 also vibrates in the same manner as the vibrating body 1, and a variable capacitance (displacement signal) is formed between the movable comb electrode 3b and the fixed comb electrode 3c. Is done. By detecting this displacement signal,
The vibration circuit 1 is controlled by a feedback circuit described later so that the amplitude of the vibration of the vibrating body 1 becomes constant.

【0022】振動体1がX軸方向に振動しているとき
に、この角速度センサ10が紙面に垂直なZ軸を中心に
して回転すると、Y軸方向にコリオリ力による振動が現
れて、振動体1はY軸方向にも振動するようになる。す
ると、振動体1の両側の検出電極部4、5の静電容量
が、一方は増加し、他方は減少するようになる。この増
減する静電容量(検出信号)を電圧変換して差動増幅す
ることにより、X軸方向の振動成分を除去し、Y軸方向
のコリオリ力による振動成分を抽出して回転角速度およ
びこれを積分して回転角度を求めることができる。
If the angular velocity sensor 10 rotates about the Z-axis perpendicular to the plane of the drawing while the vibrating body 1 is vibrating in the X-axis direction, vibration due to Coriolis force appears in the Y-axis direction, 1 also vibrates in the Y-axis direction. Then, the capacitance of the detection electrode units 4 and 5 on both sides of the vibrating body 1 increases and the other decreases. By subjecting the increasing / decreasing capacitance (detection signal) to voltage conversion and differential amplification, a vibration component in the X-axis direction is removed, a vibration component due to a Coriolis force in the Y-axis direction is extracted, and the rotational angular velocity and the The rotation angle can be obtained by integration.

【0023】つぎに、図1を参照して、ブロック回路の
構成と機能について説明する。まず駆動系において、発
振回路20は、例えば、CR発振回路、ウィーンブリッ
ジ発振回路などよりなり、数k〜数10kHzの周波数
fで発振する。この発振周波数fの発振電圧にバイアス
電圧を重畳して、これを駆動信号21とする。
Next, the configuration and function of the block circuit will be described with reference to FIG. First, in the driving system, the oscillation circuit 20 includes, for example, a CR oscillation circuit, a Wien bridge oscillation circuit, and the like, and oscillates at a frequency f of several to several tens of kHz. A bias voltage is superimposed on the oscillation voltage of the oscillation frequency f, and this is used as a drive signal 21.

【0024】つぎに、駆動信号21を、図2に示すよう
に、角速度センサ10の駆動電極部2の可動櫛歯電極2
bと固定櫛歯電極2cとの間に印加して、静電気力によ
り可動櫛歯電極2bを固定電極2dの方に吸引したり、
また、この吸引を解除したりして、振動体1をX軸方向
に振動させる。このとき、モニタ電極部3の可動櫛歯電
極3bは、前述のように、駆動電極部2の可動櫛歯電極
2bおよび振動体1と一体に形成されているので、これ
らと同一振幅で振動し、モニタ電極部3は振動体1の振
動の変位を静電容量の変化量として検出する。
Next, as shown in FIG. 2, the drive signal 21 is applied to the movable comb electrode 2 of the drive electrode section 2 of the angular velocity sensor 10.
b between the fixed comb electrode 2c and the fixed comb electrode 2c to attract the movable comb electrode 2b toward the fixed electrode 2d by electrostatic force.
Further, the suction is released, and the vibrating body 1 is vibrated in the X-axis direction. At this time, since the movable comb electrode 3b of the monitor electrode unit 3 is formed integrally with the movable comb electrode 2b of the drive electrode unit 2 and the vibrator 1 as described above, the movable comb electrode 3b vibrates at the same amplitude as these. The monitor electrode unit 3 detects the displacement of the vibration of the vibrating body 1 as a change in the capacitance.

【0025】このモニタ電極部3の検出した静電容量
(C)の変化量(変位信号)は、信号処理回路23に入
力される。この信号処理回路23で、静電容量の変化量
を電圧に変換し、この変換された電圧(モニタ電圧)の
増幅を行う。このモニタ電圧は、フィードバック回路2
4に入力される。このフィードバック回路24におい
て、モニタ電圧は、加減算回路の基準電圧と比較され
る。そして、加減算回路は、基準電圧に対し、モニタ電
圧が基準電圧より大きい場合には、その出力電圧を減
じ、モニタ電圧が小さい場合には、その出力電圧を増加
するようなフィードバック制御信号sを、駆動系の発振
回路20に供給する。
The amount of change (displacement signal) of the capacitance (C) detected by the monitor electrode unit 3 is input to the signal processing circuit 23. The signal processing circuit 23 converts the change in the capacitance into a voltage, and amplifies the converted voltage (monitor voltage). This monitor voltage is supplied to the feedback circuit 2
4 is input. In the feedback circuit 24, the monitor voltage is compared with a reference voltage of the addition / subtraction circuit. Then, the addition / subtraction circuit subtracts a feedback control signal s such that the output voltage is reduced with respect to the reference voltage when the monitor voltage is larger than the reference voltage, and the output voltage is increased when the monitor voltage is small. It is supplied to the oscillation circuit 20 of the drive system.

【0026】つぎに、このフィードバック制御信号sの
詳細について説明する。図2において、駆動電極部2
は、駆動信号21により動作し、振動体1を振動させて
いる。ここに、例えば、周囲の温度が上昇することによ
り空気の粘度が増加したとする。すると、空気の粘性抵
抗が増し、振動体1の機械的振動はこの空気の粘性抵抗
によりダンピングされて、その機械的Q値が低下し、そ
の振動の振幅が小さくなる。すると、モニタ電極部3の
可動櫛歯電極3bと固定櫛歯電極3cとの対抗する面積
の変化率が小さくなって、モニタ電極部3の検出する静
電容量の変化量(変位信号)も小さくなる。信号処置回
路23で容量(C)から電圧(V)に変換されたモニタ
電圧の振幅も当然小さくなる。このモニタ電圧が、フィ
ードバック回路24に入力されて、前記加減算回路の基
準電圧と比較され、その差分が電圧増幅されてフィード
バック制御信号sとなる。このフィードバック制御信号
sにより、周囲温度の変化に基づく空気の粘性抵抗の増
減による振動体1の振幅の変動が一定振幅になるように
制御される。
Next, details of the feedback control signal s will be described. In FIG. 2, the drive electrode unit 2
Are operated by the drive signal 21 to vibrate the vibrating body 1. Here, for example, it is assumed that the viscosity of air increases due to an increase in ambient temperature. Then, the viscous resistance of the air increases, and the mechanical vibration of the vibrating body 1 is damped by the viscous resistance of the air, so that the mechanical Q value decreases and the amplitude of the vibration decreases. Then, the rate of change in the area of the monitor electrode section 3 that opposes the movable comb electrode 3b and the fixed comb electrode 3c decreases, and the amount of change (displacement signal) in the capacitance detected by the monitor electrode section 3 also decreases. Become. Naturally, the amplitude of the monitor voltage converted from the capacitance (C) to the voltage (V) by the signal processing circuit 23 is also reduced. This monitor voltage is input to the feedback circuit 24 and is compared with the reference voltage of the addition / subtraction circuit, and the difference is voltage-amplified to become the feedback control signal s. The feedback control signal s controls the fluctuation of the amplitude of the vibrating body 1 due to the increase and decrease of the viscous resistance of the air based on the change of the ambient temperature so that the fluctuation becomes constant.

【0027】つぎに、検出系について説明する。図2に
おいて、振動型ジャイロ装置10が、X軸方向に振動し
ているときに、その中心に位置するZ軸を中心にして回
転すると、コリオリ力により、振動体1はY軸方向にも
振動するようになる。そして、振動体1の両側にある検
出電極部4、5の可動櫛歯電極4b、5bは、固定櫛歯
電極4c、5cに一方は接近して静電容量が増加し、他
方は離れて静電容量が減少することになる。この増減す
る静電容量(検出信号)が信号処理回路25aに入力さ
れて、容量(C)から電圧(V)に変換されると共に、
差動増幅されて検出電圧が形成される。
Next, the detection system will be described. In FIG. 2, when the vibrating gyro apparatus 10 is vibrating in the X-axis direction and rotates about the Z-axis located at the center thereof, the vibrating body 1 also vibrates in the Y-axis direction due to Coriolis force. I will be. One of the movable comb electrodes 4b, 5b of the detection electrode units 4, 5 on both sides of the vibrating body 1 approaches the fixed comb electrodes 4c, 5c to increase the capacitance, and the other moves away from the fixed comb electrodes 4c, 5c. The capacitance will decrease. The increasing / decreasing electrostatic capacitance (detection signal) is input to the signal processing circuit 25a, and is converted from the capacitance (C) to a voltage (V).
The detection voltage is formed by differential amplification.

【0028】一方、信号処置回路25aには、太線で示
すように、フィードバック制御回路24からのフィード
バック制御信号sも、入力される。このフィードバック
制御信号sは、振動体1の駆動方向の振動の振幅を一定
にするためのものであるが、前記検出系の検出した検出
信号に基づいて形成された検出電圧にフィードバック制
御信号sの制御係数を乗じることにより、検出電圧の出
力にフィードバック制御信号sの作用を及ぼすものであ
る。これにより、コリオリ力を検出する検出系も、駆動
系と同様に、温度変化に基づく空気の粘性抵抗よる機械
的Q値の温度補償がなされることになる。なお、駆動系
の前記制御係数を検出系の出力に乗じるにあたっては、
検出系の構造を勘案した設計段階で確認している補正値
が同時に乗じられる。
On the other hand, a feedback control signal s from the feedback control circuit 24 is also input to the signal processing circuit 25a, as indicated by a thick line. The feedback control signal s is used to make the amplitude of the vibration in the driving direction of the vibrating body 1 constant, and the feedback control signal s is added to a detection voltage formed based on the detection signal detected by the detection system. By multiplying the control coefficient, the output of the detection voltage is affected by the feedback control signal s. Thus, the detection system for detecting the Coriolis force also performs temperature compensation of the mechanical Q value by viscous resistance of air based on the temperature change, similarly to the drive system. When multiplying the control coefficient of the drive system by the output of the detection system,
The correction value confirmed at the design stage in consideration of the structure of the detection system is simultaneously multiplied.

【0029】また、信号処理回路25aには、温度セン
サ27からの周囲温度の情報も入力され、前記検出電圧
には、さらに空気の粘度の温度係数による温度特性を補
償するために補償係数が増幅度の形で乗じられる。この
温度センサ27は、上記フィードバック回路24が温度
変化による空気の粘性抵抗に基づく振動体1などの機械
的Q値の補償を行うのに対し、信号処理回路25aなど
の回路の周囲温度に対する温度補償を行うものである。
Ambient temperature information from the temperature sensor 27 is also input to the signal processing circuit 25a, and the detected voltage is further amplified by a compensation coefficient in order to compensate for the temperature characteristic of the temperature coefficient of the viscosity of air. Multiplied in degrees. In the temperature sensor 27, while the feedback circuit 24 compensates for the mechanical Q value of the vibrating body 1 and the like based on the viscous resistance of air due to a temperature change, the temperature compensation for the ambient temperature of the circuit such as the signal processing circuit 25a is performed. Is what you do.

【0030】このように、補償された検出電圧は、位相
検波回路26に入力されて位相検波される。この位相検
波回路26では、駆動系、例えば、フィードバック回路
24から駆動系の電圧(モニタ信号)を取り入れて、こ
のモニタ信号を基準位相として、このモニタ信号の位相
に対し、90゜の位相差のあるコリオリ力に基づく信号
のみを取り出して、換言すれば、90゜以外のノイズ成
分は除外して出力することになる。この出力がコリオリ
力に基づく角速度成分であり、この出力を積分すること
により回転角度を求めることができる。
The compensated detection voltage is input to the phase detection circuit 26 and phase-detected. The phase detection circuit 26 takes in the voltage (monitor signal) of the drive system from the drive system, for example, the feedback circuit 24, and uses the monitor signal as a reference phase to have a phase difference of 90 ° with respect to the phase of the monitor signal. Only signals based on a certain Coriolis force are extracted, in other words, noise components other than 90 ° are excluded and output. This output is an angular velocity component based on the Coriolis force, and the rotation angle can be obtained by integrating this output.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明は、駆動系の機械的Q値の温度補
償用として形成されたフィードバック制御信号を、検出
系の機械的Q値の温度補償としても利用し、温度変化に
基づく空気の粘性抵抗の変動による駆動系の振動体の振
動の振幅の変動を一定に制御すると同時に、温度変化に
基づく空気の粘性抵抗による検出系の振動体の振幅の変
動に基づく検出信号の変動を補償することができる。
According to the present invention, the feedback control signal formed for temperature compensation of the mechanical Q value of the drive system is also used as the temperature compensation of the mechanical Q value of the detection system, and the air control based on the temperature change is performed. Controls fluctuations in the amplitude of vibration of the vibrating body of the drive system due to fluctuations in viscous resistance, and at the same time, compensates for fluctuations in the detection signal based on fluctuations in the amplitude of the vibrating body of the detection system due to viscous resistance of air based on temperature changes. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の振動型ジャイロ装置の一実施例のブ
ロック回路図
FIG. 1 is a block circuit diagram of a vibration type gyro device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 本実施例の振動型ジャイロ装置における角速
度センサの平面図
FIG. 2 is a plan view of an angular velocity sensor in the vibration type gyro device according to the embodiment.

【図3】 従来の振動型ジャイロ装置のブロック回路図FIG. 3 is a block circuit diagram of a conventional vibration type gyro device.

【図4】 従来の振動型ジャイロ装置における角速度セ
ンサの平面図
FIG. 4 is a plan view of an angular velocity sensor in a conventional vibration type gyro device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 振動体 2 駆動電極部 2b、3b、4b、5b 可動櫛歯電極 2c、3c、4c、5c 固定櫛歯電極 3 モニタ電極部 4、5 検出電極部 6、7 固定部 6a、7a コ字型支持梁 f 発振周波数 s フィードバック制御信号 10 角速度センサ 21 発振回路 22 駆動信号 23 信号処理回路 24 フィードバック回路 25a 信号処理回路 26 位相検波回路 27 温度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Oscillator 2 Drive electrode part 2b, 3b, 4b, 5b Movable comb electrode 2c, 3c, 4c, 5c Fixed comb tooth electrode 3 Monitor electrode part 4, 5 Detection electrode part 6, 7 Fixed part 6a, 7a U-shape Support beam f Oscillation frequency s Feedback control signal 10 Angular velocity sensor 21 Oscillation circuit 22 Drive signal 23 Signal processing circuit 24 Feedback circuit 25a Signal processing circuit 26 Phase detection circuit 27 Temperature sensor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも振動体を駆動する駆動電極
部、前記振動体の振動の振幅を計測するモニタ電極部、
コリオリ力に基づく振動を検出する検出電極部を備えて
なる振動型ジャイロ装置において、前記モニタ電極部の
変位信号に基づいて形成され、かつ、前記振動体の振動
の振幅を一定になるように制御するフィードバック制御
信号を用いて、コリオリ力に基づく前記検出電極部の検
出信号を補正することを特徴とする振動型ジャイロ装
置。
1. A driving electrode unit for driving at least a vibrating body, a monitor electrode unit for measuring an amplitude of vibration of the vibrating body,
In a vibration type gyro device including a detection electrode unit for detecting vibration based on Coriolis force, a vibration gyro device is formed based on a displacement signal of the monitor electrode unit, and controls the amplitude of vibration of the vibrating body to be constant. A vibrating gyro device that corrects a detection signal of the detection electrode unit based on a Coriolis force using a feedback control signal to be applied.
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000081335A (en) * 1998-09-07 2000-03-21 Denso Corp Yaw rate sensor
JP2000133814A (en) * 1998-10-22 2000-05-12 Toyota Motor Corp Semiconductor device
JP2000138380A (en) * 1998-11-04 2000-05-16 Toyota Motor Corp Semiconductor device
JP2000180176A (en) * 1998-12-15 2000-06-30 Mitsumi Electric Co Ltd Vibration-type angular velocity sensor
JP2002188924A (en) * 2000-12-20 2002-07-05 Denso Corp Semiconductor device
JP2003530562A (en) * 2000-04-12 2003-10-14 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Sensor-independent vibration amplitude controller
JP2004219202A (en) * 2003-01-14 2004-08-05 Denso Corp Electrostatic oscillatory type device
JP2004286503A (en) * 2003-03-20 2004-10-14 Ngk Insulators Ltd Vibrator driving method and vibrator driving device
JP2005091287A (en) * 2003-09-19 2005-04-07 Murata Mfg Co Ltd Angular velocity detection device
US6993969B2 (en) 2003-03-27 2006-02-07 Denso Corporation Vibration type of micro gyro sensor
US7353705B2 (en) 2004-09-09 2008-04-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Oscillation type intertial force sensor
JP2009047712A (en) * 2008-12-02 2009-03-05 Mitsumi Electric Co Ltd Oscillatory angular velocity sensor
JP2013234930A (en) * 2012-05-09 2013-11-21 Denso Corp Angular velocity sensor
JP2018136132A (en) * 2017-02-20 2018-08-30 セイコーエプソン株式会社 Gyro sensor, electronic device, and mobile body
JP2019124689A (en) * 2018-01-12 2019-07-25 アナログ ディヴァイスィズ インク Quality factor correction of micro electro-mechanical system (mems) gyroscope

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000081335A (en) * 1998-09-07 2000-03-21 Denso Corp Yaw rate sensor
JP2000133814A (en) * 1998-10-22 2000-05-12 Toyota Motor Corp Semiconductor device
JP2000138380A (en) * 1998-11-04 2000-05-16 Toyota Motor Corp Semiconductor device
JP2000180176A (en) * 1998-12-15 2000-06-30 Mitsumi Electric Co Ltd Vibration-type angular velocity sensor
JP4650990B2 (en) * 2000-04-12 2011-03-16 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Sensor-independent vibration amplitude controller
JP2003530562A (en) * 2000-04-12 2003-10-14 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Sensor-independent vibration amplitude controller
JP2002188924A (en) * 2000-12-20 2002-07-05 Denso Corp Semiconductor device
JP2004219202A (en) * 2003-01-14 2004-08-05 Denso Corp Electrostatic oscillatory type device
JP2004286503A (en) * 2003-03-20 2004-10-14 Ngk Insulators Ltd Vibrator driving method and vibrator driving device
US6993969B2 (en) 2003-03-27 2006-02-07 Denso Corporation Vibration type of micro gyro sensor
JP2005091287A (en) * 2003-09-19 2005-04-07 Murata Mfg Co Ltd Angular velocity detection device
US7353705B2 (en) 2004-09-09 2008-04-08 Murata Manufacturing Co., Ltd. Oscillation type intertial force sensor
JP2009047712A (en) * 2008-12-02 2009-03-05 Mitsumi Electric Co Ltd Oscillatory angular velocity sensor
JP2013234930A (en) * 2012-05-09 2013-11-21 Denso Corp Angular velocity sensor
JP2018136132A (en) * 2017-02-20 2018-08-30 セイコーエプソン株式会社 Gyro sensor, electronic device, and mobile body
JP2019124689A (en) * 2018-01-12 2019-07-25 アナログ ディヴァイスィズ インク Quality factor correction of micro electro-mechanical system (mems) gyroscope

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