JPH1144540A - 振動型角速度センサ - Google Patents
振動型角速度センサInfo
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- JPH1144540A JPH1144540A JP9199527A JP19952797A JPH1144540A JP H1144540 A JPH1144540 A JP H1144540A JP 9199527 A JP9199527 A JP 9199527A JP 19952797 A JP19952797 A JP 19952797A JP H1144540 A JPH1144540 A JP H1144540A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 良好な精度を実現可能なセンサの信号処理回
路を有する振動型角速度センサを提供する。 【解決手段】 振動子１６と振動子１６の振動状態をモ
ニタするモニタ手段１４と、振動子１６を駆動させる駆
動手段と、角速度を検出する検出手段と、検出手段から
の出力より角速度を得る検知回路と、モニタ手段１４よ
りの信号に基づき振動子１６の振幅を制御する振幅制御
手段とを有し、振幅制御手段での振幅制御が、供給電圧
に依存するよう設定されている。
路を有する振動型角速度センサを提供する。 【解決手段】 振動子１６と振動子１６の振動状態をモ
ニタするモニタ手段１４と、振動子１６を駆動させる駆
動手段と、角速度を検出する検出手段と、検出手段から
の出力より角速度を得る検知回路と、モニタ手段１４よ
りの信号に基づき振動子１６の振幅を制御する振幅制御
手段とを有し、振幅制御手段での振幅制御が、供給電圧
に依存するよう設定されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両制御、ナビゲ
ーション等の用途に用いられる角速度センサに関するも
のである。
ーション等の用途に用いられる角速度センサに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来技術としては特開平８−２００８６
０号公報に記載の角速度センサがある。ここには、ＰＺ
Ｔセラミクスで音叉形状の振動子を構成し、振動子に設
けられたモニタ電極より、電流電圧変換回路を介して得
られた参照信号を一定にするよう自励発信回路を構成し
て駆動信号を発生させ、振動子に設けた駆動電極に印加
し、駆動振動を発生させ、振動子上に設けた検知電極で
角速度入力時に発生する出力をＩ−Ｖ変換回路で電圧信
号に変換し、それを差動増幅し、同期検波することで、
角速度に比例する出力を得て、角速度センサを構成する
技術が開示されている。
０号公報に記載の角速度センサがある。ここには、ＰＺ
Ｔセラミクスで音叉形状の振動子を構成し、振動子に設
けられたモニタ電極より、電流電圧変換回路を介して得
られた参照信号を一定にするよう自励発信回路を構成し
て駆動信号を発生させ、振動子に設けた駆動電極に印加
し、駆動振動を発生させ、振動子上に設けた検知電極で
角速度入力時に発生する出力をＩ−Ｖ変換回路で電圧信
号に変換し、それを差動増幅し、同期検波することで、
角速度に比例する出力を得て、角速度センサを構成する
技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術においては、センサの精度確保が不十分であることを
発明者らは鋭意研究の結果見出した。本発明は前記問題
に鑑みてなされたものであり、特に良好な精度を実現可
能なセンサの信号処理回路を有する振動型角速度センサ
を提供することを課題とする。
術においては、センサの精度確保が不十分であることを
発明者らは鋭意研究の結果見出した。本発明は前記問題
に鑑みてなされたものであり、特に良好な精度を実現可
能なセンサの信号処理回路を有する振動型角速度センサ
を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は請求項１ないし請求項６に記載の技術的手
段をとる。これらの技術的手段により、良好な精度を実
現可能なセンサの信号処理回路を有する振動型角速度セ
ンサを提供することができる。
に、本発明は請求項１ないし請求項６に記載の技術的手
段をとる。これらの技術的手段により、良好な精度を実
現可能なセンサの信号処理回路を有する振動型角速度セ
ンサを提供することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１は本発明の振動型角速度セン
サの第１実施形態の回路構成を示す図である。本発明の
第１実施形態を図１を用いて説明する。振動子１０１は
ＰＺＴセラミクスで形成され、そこには、モニタ電極、
検知電極、駆動電極が形成される。駆動振動によりモニ
タ電極に発生する電荷は、チャージアンプ１０２で電圧
に変換され、増幅器１０３で増幅され、ゲインコントロ
ール１０４で一定となるよう制御され、９０°移相さ
れ、二つの駆動電極に片方については反転して印加さ
れ、これにより自励発信回路を構成する。まずここで、
注目すべきはモニタ電極の受け回路が、チャージアンプ
１０２となっていることである。振動子１０１の駆動振
動により発生する応力をモニタ電極で検出するわけであ
るが、ここには高調波が大きく発生することがわかっ
た。これは振動子１０１が、角柱音叉形状の為、駆動に
よる屈曲のみでなく、伸縮等で発生する応力によって
も、出力が発生する。また、振動子１０１自身がＰＺＴ
セラミクスで形成され、電極同士の相互作用（ＰＺＴセ
ラミクスは誘電体、即ちコンデンサのため、電気的に導
通）により、いろいろのノイズが重畳され、波形が歪む
ためであることを見出した。従来、受け回路を電流電圧
変換回路で構成し、この歪んだ出力で自励発振回路を構
成したため、発振が不安定で、結果としてセンサの精度
が落ちるという問題があった。しかしながらこのよう
に、チャージアンプ回路とすることで、それが持つロー
パスフィルタの特性で高調波成分がカットされ、発振を
安定させ、センサの精度を向上できる。更に、ここで最
も注目すべきは、ゲインコントロールにおいて、基準電
圧１０５を供給電圧１０６に依存するように設定してい
ることにある。これは、角速度センサの信号をある用途
の制御に用いる場合、アナログ信号であるセンサ出力
は、通常、用途側（例えば、ＥＣＵ）デジタル信号にＡ
／Ｄ変換回路により、変換されるが、このＡ／Ｄ変換回
路は、供給電圧の変動により、誤差が生じるため、セン
サの出力を精度良く利用できないという問題がある。
サの第１実施形態の回路構成を示す図である。本発明の
第１実施形態を図１を用いて説明する。振動子１０１は
ＰＺＴセラミクスで形成され、そこには、モニタ電極、
検知電極、駆動電極が形成される。駆動振動によりモニ
タ電極に発生する電荷は、チャージアンプ１０２で電圧
に変換され、増幅器１０３で増幅され、ゲインコントロ
ール１０４で一定となるよう制御され、９０°移相さ
れ、二つの駆動電極に片方については反転して印加さ
れ、これにより自励発信回路を構成する。まずここで、
注目すべきはモニタ電極の受け回路が、チャージアンプ
１０２となっていることである。振動子１０１の駆動振
動により発生する応力をモニタ電極で検出するわけであ
るが、ここには高調波が大きく発生することがわかっ
た。これは振動子１０１が、角柱音叉形状の為、駆動に
よる屈曲のみでなく、伸縮等で発生する応力によって
も、出力が発生する。また、振動子１０１自身がＰＺＴ
セラミクスで形成され、電極同士の相互作用（ＰＺＴセ
ラミクスは誘電体、即ちコンデンサのため、電気的に導
通）により、いろいろのノイズが重畳され、波形が歪む
ためであることを見出した。従来、受け回路を電流電圧
変換回路で構成し、この歪んだ出力で自励発振回路を構
成したため、発振が不安定で、結果としてセンサの精度
が落ちるという問題があった。しかしながらこのよう
に、チャージアンプ回路とすることで、それが持つロー
パスフィルタの特性で高調波成分がカットされ、発振を
安定させ、センサの精度を向上できる。更に、ここで最
も注目すべきは、ゲインコントロールにおいて、基準電
圧１０５を供給電圧１０６に依存するように設定してい
ることにある。これは、角速度センサの信号をある用途
の制御に用いる場合、アナログ信号であるセンサ出力
は、通常、用途側（例えば、ＥＣＵ）デジタル信号にＡ
／Ｄ変換回路により、変換されるが、このＡ／Ｄ変換回
路は、供給電圧の変動により、誤差が生じるため、セン
サの出力を精度良く利用できないという問題がある。
【０００６】ところで、角速度センサの入力角速度に対
する感度は、振動子の駆動速度すなわち駆動振幅に比例
する。この点に発明者らは着目し、供給電圧に応じて、
ゲインコントロールの基準電圧を変化させ、駆動振幅を
変化させ、すなわち、供給電圧に応じセンサの検出感度
を変化させ、精度の向上を図るものである。以上、セン
サの処理回路の駆動系について説明した。
する感度は、振動子の駆動速度すなわち駆動振幅に比例
する。この点に発明者らは着目し、供給電圧に応じて、
ゲインコントロールの基準電圧を変化させ、駆動振幅を
変化させ、すなわち、供給電圧に応じセンサの検出感度
を変化させ、精度の向上を図るものである。以上、セン
サの処理回路の駆動系について説明した。
【０００７】以下に検知系について説明する。振動子１
０１上に形成された検知電極には、角速度が入力された
時、逆相の電流が発生する。これを電流電圧変換回路１
０７、１０８で受け、差動増幅回路１０９に送られ、Ａ
Ｃ増幅１１０で、増幅された後、同期検波１１１され
る。ＬＰＦ１１２で、ＤＣ出力とされ、これにより、角
速度に比例した出力を得ることができる。ここで注目す
べきは、マイコン１１３を用い、この出力を補正してい
ることである。補正内容としては、オフセットの調整１
１４、ゲインの調整１１５、オフセットの温度特性補正
１１６である。従来、この温度特性の補正１１６は、な
いか、あるいは、アナログ的に補正するという手段がと
られてきた。しかし、それでは、精度向上に限界があ
り、特に、温度に対し、１次的に変化する単調な特性で
あれば、アナログによる補正も可能であるが、変曲点を
有するような複雑な温度特性では、補正が困難であると
いう問題を生じていた。そこで、センサの温度特性を使
用温度範囲で測定し、それをマイコン側に記憶させ、そ
れを周囲温度を計る温度センサ１１７で測定された温度
に応じ補正することで、フラットな温度特性を実現し、
精度の向上を図るものである。ここで、最も注目すべき
は、この補正を行うマイコン１１３の基準電圧も前述の
供給電圧１０６に依存するようにしていることである。
これにより、センサの感度およびオフセットも供給電圧
１０６に依存させることができるため、精度の向上を図
ることが可能となる。また、オフセット調整、ゲイン調
整をした後、温度特性の調整をしており、精度確保が容
易となり、一層の精度向上が可能となる。
０１上に形成された検知電極には、角速度が入力された
時、逆相の電流が発生する。これを電流電圧変換回路１
０７、１０８で受け、差動増幅回路１０９に送られ、Ａ
Ｃ増幅１１０で、増幅された後、同期検波１１１され
る。ＬＰＦ１１２で、ＤＣ出力とされ、これにより、角
速度に比例した出力を得ることができる。ここで注目す
べきは、マイコン１１３を用い、この出力を補正してい
ることである。補正内容としては、オフセットの調整１
１４、ゲインの調整１１５、オフセットの温度特性補正
１１６である。従来、この温度特性の補正１１６は、な
いか、あるいは、アナログ的に補正するという手段がと
られてきた。しかし、それでは、精度向上に限界があ
り、特に、温度に対し、１次的に変化する単調な特性で
あれば、アナログによる補正も可能であるが、変曲点を
有するような複雑な温度特性では、補正が困難であると
いう問題を生じていた。そこで、センサの温度特性を使
用温度範囲で測定し、それをマイコン側に記憶させ、そ
れを周囲温度を計る温度センサ１１７で測定された温度
に応じ補正することで、フラットな温度特性を実現し、
精度の向上を図るものである。ここで、最も注目すべき
は、この補正を行うマイコン１１３の基準電圧も前述の
供給電圧１０６に依存するようにしていることである。
これにより、センサの感度およびオフセットも供給電圧
１０６に依存させることができるため、精度の向上を図
ることが可能となる。また、オフセット調整、ゲイン調
整をした後、温度特性の調整をしており、精度確保が容
易となり、一層の精度向上が可能となる。
【０００８】なお、温度センサ１１７の代わりに、振動
子１０１の温度特性を利用してもよい。それには、モニ
タ電極よりの出力を利用することができ、より具体的に
は、Ａ点の出力を取り込んでやればよい。図２は本発明
の第２実施形態の振動型角速度センサの回路構成を示す
図である。次に第２実施形態を図２で説明する。
子１０１の温度特性を利用してもよい。それには、モニ
タ電極よりの出力を利用することができ、より具体的に
は、Ａ点の出力を取り込んでやればよい。図２は本発明
の第２実施形態の振動型角速度センサの回路構成を示す
図である。次に第２実施形態を図２で説明する。
【０００９】振動子１６は、金属板を直交するように配
置して音片を形成したものが一対組み合わされ音叉形状
としたものに、ＰＺＴセラミクスを貼り付けたものであ
る。音叉の根元側には、振動モニタ用圧電素子１４と駆
動用圧電素子１３が配置され、音叉の先端側には、角速
度検出用圧電素子１５が配置される。駆動信号１２によ
って、振動子１６は駆動振動を発生する。振動子１６の
駆動振動により、振動モニタ用圧電素子１４から振動モ
ニタ信号１１が出力される。振幅制御２により振動モニ
タ信号１１の振幅が一定となるように制御するが、それ
を供給電圧１によって決定されるようにする。振幅制御
２より出力される信号は、９０°移相回路３によって、
９０°位相が遅れさせられる。これを駆動信号１２とし
ている。これにより、自励発振回路を構成し、振動子１
６を固有の共振周波数で振動させる。前述したように、
振幅制御２は供給電圧１に依存するので、供給電圧１に
よって決定される振幅で振動子１６は振動する。
置して音片を形成したものが一対組み合わされ音叉形状
としたものに、ＰＺＴセラミクスを貼り付けたものであ
る。音叉の根元側には、振動モニタ用圧電素子１４と駆
動用圧電素子１３が配置され、音叉の先端側には、角速
度検出用圧電素子１５が配置される。駆動信号１２によ
って、振動子１６は駆動振動を発生する。振動子１６の
駆動振動により、振動モニタ用圧電素子１４から振動モ
ニタ信号１１が出力される。振幅制御２により振動モニ
タ信号１１の振幅が一定となるように制御するが、それ
を供給電圧１によって決定されるようにする。振幅制御
２より出力される信号は、９０°移相回路３によって、
９０°位相が遅れさせられる。これを駆動信号１２とし
ている。これにより、自励発振回路を構成し、振動子１
６を固有の共振周波数で振動させる。前述したように、
振幅制御２は供給電圧１に依存するので、供給電圧１に
よって決定される振幅で振動子１６は振動する。
【００１０】角速度検出素子から検出信号１０が出力さ
れるわけであるが、この検出信号１０には角速度が加わ
っていない状態でも出力される不要な信号も含まれ、そ
の主成分は振動モニタ用圧電素子１４よりの信号１１と
同相のため、不要信号打ち消し回路４で振動モニタ信号
を加算もしくは減算して低減する。ここにおいても、不
要信号も振動子１６の駆動振幅に依存するため、供給電
圧１が変動しても打ち消し率は一定のため、精度の確保
が可能である。このように、不要信号打ち消し回路４を
有する回路構成においても、同様の効果を得ることが可
能である。
れるわけであるが、この検出信号１０には角速度が加わ
っていない状態でも出力される不要な信号も含まれ、そ
の主成分は振動モニタ用圧電素子１４よりの信号１１と
同相のため、不要信号打ち消し回路４で振動モニタ信号
を加算もしくは減算して低減する。ここにおいても、不
要信号も振動子１６の駆動振幅に依存するため、供給電
圧１が変動しても打ち消し率は一定のため、精度の確保
が可能である。このように、不要信号打ち消し回路４を
有する回路構成においても、同様の効果を得ることが可
能である。
【００１１】検出信号１０は、ＰＳＤ５において駆動信
号１２の位相で同期検波される。ＬＰＦ６でＤＣ出力と
し、センサの所望の仕様の角速度に対する感度となるよ
う調整する。感度は駆動振幅に比例するため供給電圧１
に依存している。次にオフセット調整８によってオフセ
ットを調整するが、この調整量を供給電圧１に依存（比
例して変化）するようにすることで、精度の向上が達成
される。さらに、ＡＣ信号の基準電位を供給電圧１に比
例して変化させることで、センサ出力９のオフセットを
供給電圧１に比例するようにしている。
号１２の位相で同期検波される。ＬＰＦ６でＤＣ出力と
し、センサの所望の仕様の角速度に対する感度となるよ
う調整する。感度は駆動振幅に比例するため供給電圧１
に依存している。次にオフセット調整８によってオフセ
ットを調整するが、この調整量を供給電圧１に依存（比
例して変化）するようにすることで、精度の向上が達成
される。さらに、ＡＣ信号の基準電位を供給電圧１に比
例して変化させることで、センサ出力９のオフセットを
供給電圧１に比例するようにしている。
【００１２】以上により、角速度検出感度、オフセット
が供給電圧１に比例して変化し、Ａ／Ｄ変換器の基準電
圧の誤差の影響をなくし、結果としてセンサの精度向上
が達成される。
が供給電圧１に比例して変化し、Ａ／Ｄ変換器の基準電
圧の誤差の影響をなくし、結果としてセンサの精度向上
が達成される。
【図１】本発明の振動型角速度センサの第１実施形態の
回路構成を示す図である。
回路構成を示す図である。
【図２】本発明の第２実施形態の振動型角速度センサの
回路構成を示す図である。
回路構成を示す図である。
４ 不要信号打ち消し回路 １４ モニタ手段（振動モニタ用圧電素子） １６ 振動子 １０２ チャージアンプ回路 １１３ マイコン
Claims (6)
- 【請求項１】 振動子と該振動子の振動状態をモニタす
るモニタ手段と、前記振動子を駆動させる駆動手段と、
角速度を検出する検出手段と、該検出手段からの出力よ
り角速度を得る検知回路と、前記モニタ手段よりの信号
に基づき前記振動子の振幅を制御する振幅制御手段とを
有し、該振幅制御手段での振幅制御が、供給電圧に依存
するよう設定されていることを特徴とする振動型角速度
センサ。 - 【請求項２】 前記検知回路は、感度調整回路と、オフ
セット調整回路を有し、該二つの調整回路の少なくとも
一つが供給電圧に依存するように設定されてなる請求項
１に記載の振動型角速度センサ。 - 【請求項３】 前記二つの調整回路の調整量を設定する
のがマイコンであることを特徴とする請求項２に記載の
振動型角速度センサ。 - 【請求項４】 温度を検出する温度検出手段と、該温度
検出手段により測定された温度に応じて、出力を補正す
ることを特徴とする請求項３に記載の振動型角速度セン
サ。 - 【請求項５】 不要信号打ち消し回路を含むことを特徴
とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の振動
型角速度センサ。 - 【請求項６】 前記振動子は圧電体よりなり、前記モニ
タ手段からの出力がチャージアンプ回路で検出されるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記
載の振動型角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9199527A JPH1144540A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 振動型角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9199527A JPH1144540A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 振動型角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1144540A true JPH1144540A (ja) | 1999-02-16 |
Family
ID=16409323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9199527A Pending JPH1144540A (ja) | 1997-07-25 | 1997-07-25 | 振動型角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1144540A (ja) |
Cited By (18)
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-
1997
- 1997-07-25 JP JP9199527A patent/JPH1144540A/ja active Pending
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