JPS63241308A - Angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は回転体に設置して、その角速度を検出する角速
度センサに関するものであり、特に、ジャイロ素子の出
力信号を処理1−る横出回路に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to an angular velocity sensor that is installed on a rotating body and detects its angular velocity. Regarding circuits.
近年、自動車や自走式ロボットなどの分野において、回
転体の角速度を検出する角速度センサへの要望が高まっ
ている。中でも振動式のものが、軽量、長寿命、低ヒス
テリシス、低消費成力などの利点から注目されている。In recent years, there has been an increasing demand for angular velocity sensors that detect the angular velocity of rotating bodies in fields such as automobiles and self-propelled robots. Among them, the vibrating type is attracting attention because of its advantages such as light weight, long life, low hysteresis, and low power consumption.
この憑動弐角速度センサとしては、ニスニーイー テク
ニカル ペーパー シリーズ 830727(1985
,4,12−15)における、エイレス著による「ソリ
ッドステートセンサ チクノロシイ アンド アフ゛リ
ケーションズJ [1(tchard U、 Ayre
s : Sol td −5tate 5ensor
Technology and Appl 1cati
ons 、 SAE Teahnical Paper
5eries、830727.April 12−1
51983〕 と題する文献におt、★て紹介されて
いる。これらの振動式角速度センサの中でも、特開昭5
8−174854号公報に記載されているものは、一方
を検出用とし、他方を駆動用とした2枚の王゛亀素子を
結合して一対となし、かかる対の圧電素子を2個用いて
音叉形状に伏出素子を形成し、この構出素子を測定しよ
うとする回転体と一体に回獣させるとともに、これら駆
動用の圧電素子を同一振幅、同−周仮数でかつ位相を1
80°異ならせて振動させて夫々の検出用圧電素子にコ
リオリの力を生じさせ、これらコリオリの力の合#:(
710m)によるfg号を検出して、そこに含抜れる回
転体の角速度を電気的処理でもって検出てるものである
。検出素子をこのように構成することにより、直線的な
振動や加速度、さしには!I!A動用の圧電素子が発生
する低動の影響がほぼ取り除かれ、高い精度で角速度が
検出される・
この特開昭58−174854号公報に記載の角速度セ
ンサの処理回路の一例としては、センサ技術編集ff[
!情報調丘会光行:センサテバイスハンドブック(19
83,11,15)PP、193−194 「49.角
速度センサ」の項KM介されているように、駆動用圧電
素子(ベースクリスタル)に一定去幅、−i周歿数を供
給する駆動回路として自動利得制御回路と補償用コンデ
ンサを含む自助発振回路が記載されており、また、千束
出用圧′FIL素子(センスクリスタル)から角速度の
信号を検出する検出回路として電荷増幅器とバンドバス
フィルタを含む復′jA器、つまり同期検波回路が記載
されている。This angular velocity sensor is described in Nisnee Technical Paper Series 830727 (1985
, 4, 12-15), “Solid State Sensor Technology and Applications J [1 (tchard U, Ayre
s: Sol td -5tate 5ensor
Technology and Appl 1cati
ons, SAE Tehnical Paper
5eries, 830727. April 12-1
51983] is introduced in the literature entitled t,★. Among these vibration type angular velocity sensors, the
The device described in Japanese Patent No. 8-174854 combines two piezoelectric elements, one for detection and the other for drive, to form a pair, and uses two such pairs of piezoelectric elements. A protruding element is formed in the shape of a tuning fork, and this element is rotated together with the rotating body to be measured, and the driving piezoelectric elements are arranged with the same amplitude, the same periodic mantissa, and a phase of 1.
A Coriolis force is generated on each detection piezoelectric element by vibrating at a difference of 80 degrees, and the sum of these Coriolis forces #: (
710m), and the angular velocity of the rotating body included therein is detected by electrical processing. By configuring the detection element in this way, linear vibrations and accelerations can be detected! I! The influence of low motion generated by the piezoelectric element for A motion is almost eliminated, and the angular velocity is detected with high accuracy. An example of the processing circuit of the angular velocity sensor described in this Japanese Patent Application Laid-open No. 58-174854 is based on sensor technology. Edit ff [
! Information Research Association Mitsuyuki: Sensor Device Handbook (19
83, 11, 15) PP, 193-194 As shown in the section KM of "49. Angular velocity sensor", a drive circuit that supplies a constant width and -i number of rotations to a driving piezoelectric element (base crystal) A self-help oscillation circuit including an automatic gain control circuit and a compensation capacitor is described as a self-help oscillation circuit, and a charge amplifier and a bandpass filter are also used as a detection circuit to detect an angular velocity signal from a Senzoku output pressure FIL element (sense crystal). A demodulator including a synchronous detection circuit is described.
なお、かかる従来技術においては、2つの検出用圧電素
子の電極間での配線(接続)によって、駆動用圧框素子
が発生する駆動の影響を取り除くようにしている。In this prior art, the influence of the drive generated by the drive piezoelectric element is removed by wiring (connection) between the electrodes of the two detection piezoelectric elements.
上記従来仮術においては、2つの検出用圧延素子の′w
L極間での配線(接続)によって、駆動用圧電素子が発
生する振動の影響な取り除くようにしているので、禾だ
に影響が残っていた。すなわち、検出素子が回転してい
ないにもかかわらず、検出用圧1J7を素子の電極間に
交流電圧が発生していた。In the above-mentioned conventional temporary technique, the two detection rolling elements'w
Since the wiring (connection) between the L poles was used to remove the influence of vibration generated by the driving piezoelectric element, the influence still remained. That is, even though the detection element was not rotating, an alternating current voltage was generated between the electrodes of the detection pressure 1J7.
この理由は4枚の圧′区素子のバラツキなどにより、2
つの検出用圧電素子に発生する交流電圧の伽1陽と位相
が同一となりないためである。そして、振幅と位相の異
なる交流電圧の合成は、さらに振幅と位相の異なる交流
′電圧となり、これがコリオリの力の検出誤差を大きく
するといった点については配慮されていなかった。The reason for this is due to variations in the four pressure section elements.
This is because the phase of the alternating current voltage generated in the two detection piezoelectric elements is not the same as that of the positive voltage. Furthermore, no consideration was given to the fact that the combination of alternating current voltages with different amplitudes and phases results in alternating current voltages with even different amplitudes and phases, which increases the detection error of the Coriolis force.
本発明の目的は、上記した従来の角速度センサの問題点
を解決し、IjA動用圧電素子が発生する振動の影響を
一ノgIII戚9除き、検出48号を精度よ(出力でき
る角速度センサを提供することである。An object of the present invention is to solve the problems of the conventional angular velocity sensor described above, eliminate the influence of vibration generated by the IjA dynamic piezoelectric element, and provide an angular velocity sensor that can output detection with high accuracy. It is to be.
上記目的を達成するために、本発明は検出素子02つの
検出用−極からの出力信号(交流電EE)を、それぞれ
移相器と分圧器を介して減算器に入力し、減算器の出力
信号にもとづいて、角速度の検出1B号を出力するもの
である。In order to achieve the above object, the present invention inputs output signals (AC current EE) from two detection poles of the detection element 0 to a subtracter via a phase shifter and a voltage divider, respectively, and outputs a signal from the subtractor. Based on this, angular velocity detection No. 1B is output.
2つの検出用′FIL極からの、位相と振幅の異なる2
つの出力18号は、それぞれ移相器によって同相に調部
されて出力される。そして、それぞれ分圧器によって同
−振幅に調節されて出力される。減X器は移相器、分圧
器を介した同相、同−振幅の2つの信号を減算するので
、駆動信号の影響がなくなり、コリオリの力の検出信号
を精度よ(出力する。2 signals with different phases and amplitudes from the two detection 'FIL poles.
The two outputs No. 18 are each adjusted to the same phase by a phase shifter and output. Then, they are each adjusted to the same amplitude by a voltage divider and output. Since the X-reducer subtracts the two signals of the same phase and the same amplitude via the phase shifter and voltage divider, the influence of the drive signal is eliminated, and the Coriolis force detection signal is output with high accuracy.
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第2図は、本発明の一実施例で用いる検出素子の平−図
であって、1は圧電基板であり、この圧電基板10面上
に弾性表面波発生相の駆動電極2゜3および62.65
か、それぞれ対になってくし形に設けられている。その
配置は駆動電極2.3および62.63によって発生さ
せられる弾性表面波の位相が合うようになされる。駆動
電極2.3および62、63から発生した弾性表面波を
反射するグレーティング6.7が、それぞれ駆wJt極
2.3および62.65の外側にすだれ状に設けられ、
また、圧電基板1fzr:角速度ベクトル18で回転さ
せたときに、弾性表面波による弾性振動部に生じるコリ
オリの力を検出することができる検出電極4,5がくし
形に&けられている。さらに圧電基板1の面上の中央に
中間′電極37が設けられ、端子14を介して接地15
されるとともに出力端子16に従続されている。また、
駆動電極2は端子8を介して接地15′されるとともに
入力端子13に接続される。駆動電極62は端子64を
介して接地151される。駆動電極3.63はそれぞれ
端子9.65を介して入力端子12に接続される。検出
′#IL極4は端子10を介して出力端子19に接続さ
れ、検出電極5は端子11を介して出力端子20に接続
される。FIG. 2 is a plan view of a detection element used in one embodiment of the present invention, in which 1 is a piezoelectric substrate, and drive electrodes 2° 3 and 62 in the surface acoustic wave generation phase are disposed on the surface of the piezoelectric substrate 10. .65
Or they are arranged in pairs in a comb shape. The arrangement is such that the surface acoustic waves generated by drive electrodes 2.3 and 62.63 are in phase. A grating 6.7 that reflects surface acoustic waves generated from the drive electrodes 2.3 and 62, 63 is provided in a blind shape on the outside of the drive wJt poles 2.3 and 62.65, respectively.
Further, the piezoelectric substrate 1fzr: detection electrodes 4 and 5 are comb-shaped and can detect the Coriolis force generated in the elastic vibrating portion due to surface acoustic waves when rotated at the angular velocity vector 18. Furthermore, an intermediate electrode 37 is provided at the center of the surface of the piezoelectric substrate 1, and is connected to a ground 15 via a terminal 14.
and is connected to the output terminal 16. Also,
The drive electrode 2 is grounded 15' via the terminal 8 and connected to the input terminal 13. The drive electrode 62 is grounded 151 via a terminal 64. The drive electrodes 3.63 are each connected to the input terminal 12 via a terminal 9.65. The detection '#IL pole 4 is connected to the output terminal 19 via the terminal 10, and the detection electrode 5 is connected to the output terminal 20 via the terminal 11.
このように構成した検出素子の動作を以下に説明する。The operation of the detection element configured in this way will be explained below.
入力端子12.L5間に交R1IIL圧を印加すると、
駆動電極2.6により発生じた弾性表面波はグレーティ
ング6がある1こめに、中間電極671j111に進行
する。また、駆動電極62’、65により発生じた弾性
表面波はグレーティング7があるために、同様に中間電
極371111に進何する。この結果、両者の弾性表面
波はその振幅が7JO算され、中間電極67の中央す分
に紙面に垂直な方向の振動が発生する。そして、この倣
動によって挽出kL極4と中間電極37間に交流電圧が
発生し、同様に検出電極5と中間電極37間にも交流電
圧が発生する。この交流電圧は電極蒸着の誤差などによ
って、若干、位相と振幅が異なっている。この状態にお
いて、角速度グクトル1日が発生したとすると、中間1
1L極37で発生している紙面に垂直な振動によって、
コリオリの力が発生する。このコリオリの力によって、
検出電極4と中間電極57間に圧縮歪が生じたとてると
、検出電極5と中間[極37間に伸張歪が生じる。した
がって、構出゛域極4,5にコリオリの力に応じた、互
いにほぼ逆相の交流電圧が発生する。これらの交流電圧
は出力端子16.19間と出力端子16.20間に出力
される。Input terminal 12. When applying cross R1IIL pressure between L5,
The surface acoustic wave generated by the drive electrode 2.6 travels to the intermediate electrode 671j111 once the grating 6 is present. Further, since the grating 7 is present, the surface acoustic waves generated by the drive electrodes 62' and 65 similarly advance to the intermediate electrode 371111. As a result, the amplitudes of both surface acoustic waves are multiplied by 7JO, and vibration is generated in the center of the intermediate electrode 67 in a direction perpendicular to the plane of the drawing. Then, due to this following motion, an AC voltage is generated between the extraction kL pole 4 and the intermediate electrode 37, and an AC voltage is also generated between the detection electrode 5 and the intermediate electrode 37. This alternating voltage has a slightly different phase and amplitude due to errors in electrode deposition. In this state, if the angular velocity guktor occurs for 1 day, then the intermediate 1
Due to the vibration perpendicular to the paper surface generated at the 1L pole 37,
Coriolis force is generated. Due to this Coriolis force,
When a compressive strain occurs between the detection electrode 4 and the intermediate electrode 57, an extensional strain occurs between the detection electrode 5 and the intermediate electrode 37. Therefore, alternating current voltages having substantially opposite phases to each other are generated in the structure area poles 4 and 5 in accordance with the Coriolis force. These AC voltages are output between output terminals 16.19 and 16.20.
次に本発明の一芙九例を、第1図のブロック図に示して
説明する。党振由21の出力信号は高周波トランス22
を介して、第2図で述べた検出素子260入力端子12
.15に供給される。ここで、高周波トランス22の2
次側は検出素子230入力容量などと並列共振を生じる
ように設定するものである。Next, one embodiment of the present invention will be explained with reference to the block diagram of FIG. The output signal of the party transfer 21 is sent to the high frequency transformer 22
via the detection element 260 input terminal 12 described in FIG.
.. 15. Here, 2 of the high frequency transformer 22
The next side is set to cause parallel resonance with the input capacitance of the detection element 230, etc.
検出素子23の出力端子16は接地され、出力端子19
.20からの出力信号は移相器24.251c供給され
る。ここで角速度ベクトル茎が発生していない時点にお
いて、移相器24は出力端子19.16間の各賞などと
並列共振を生じるように構成される。また移相器25は
、出力端子175.20の容tとの並列共振。The output terminal 16 of the detection element 23 is grounded, and the output terminal 19
.. The output signal from 20 is fed to phase shifter 24.251c. Here, at a time point when no angular velocity vector stem is generated, the phase shifter 24 is configured to cause parallel resonance with each award between the output terminals 19 and 16. Further, the phase shifter 25 resonates in parallel with the capacitance t of the output terminal 175.20.
周波数付近に設定されるものであって、出力端子191
!llの出力信号と出力端子20側の出力信号を同相と
するように設定す、るものである。移相器2425の出
力イキ号はそれぞれ分圧器26.27に供給される。こ
こで、移相器24の出力信号の損暢が、移相器25の出
力1♂°号の振幅よりも大きいとすると、分圧器27は
最小限の分圧な行なうように設定され、分圧器26はそ
の出力信号が分圧器27の出力信号と同−振幅となるよ
うに設定されるものである。It is set near the frequency, and the output terminal 191
! The output signal of ll and the output signal of the output terminal 20 are set to be in phase. The output signals of the phase shifter 2425 are supplied to voltage dividers 26 and 27, respectively. Here, if the amplitude of the output signal of the phase shifter 24 is larger than the amplitude of the output 1♂° of the phase shifter 25, the voltage divider 27 is set to perform the minimum voltage division. The voltage generator 26 is set so that its output signal has the same amplitude as the output signal of the voltage divider 27.
したがって、角速度ベクトル至が発生していない時点で
は、分圧器26.27の出力信号は同相、同一振幅の交
流電圧となっている。この分圧器26.27の出力イg
号はdX器28に供給される。減算器28は分圧器26
.27から供給された2つの信号の減算を行なって、出
力イg号を同期検波器31に供給する。Therefore, at the time when the angular velocity vector is not generated, the output signals of the voltage dividers 26 and 27 are AC voltages having the same phase and the same amplitude. The output of this voltage divider 26,27 is
The signal is supplied to a dX unit 28. The subtracter 28 is a voltage divider 26
.. The two signals supplied from 27 are subtracted and the output i signal is supplied to the synchronous detector 31.
当然ながら、角速度ベクトル支が発生していない時点で
は減算器28の出力信号のレベルはOとなっている。そ
して、角速度ベクトル支が発生すると、第2図で述べた
ように、コリオリの力に応じた互いに逆相の交流′電圧
が、検出素子26の出力端子19゜20に生じる。この
結果、減/X器28の出力信号レベルは角速度Ωに応じ
た変化を生じる。Naturally, the level of the output signal of the subtracter 28 is O at the time when the angular velocity vector support is not occurring. Then, when the angular velocity vector support occurs, as described in FIG. 2, AC' voltages having opposite phases to each other according to the Coriolis force are generated at the output terminals 19 and 20 of the detection element 26. As a result, the output signal level of the reducer/Xer 28 changes in accordance with the angular velocity Ω.
一方、検出素子230入力信号はバッファ29を介して
移相器30 K供給される。移相器30は供給された信
号を所足の位相にして同期検e器31に供給する。四則
検波器31はアナログ乗算器とローパスフィルタ形の差
動増幅器から構成され、移相器30からの信号と減算器
28からの信号を乗算した後に低周波成分を増幅し、角
速度ベクトルΩの大きさと向きに応じた傷°号を出力す
る。On the other hand, the input signal of the detection element 230 is supplied to the phase shifter 30K via the buffer 29. The phase shifter 30 converts the supplied signal into a required phase and supplies it to the synchronous detector 31. The arithmetic detector 31 is composed of an analog multiplier and a low-pass filter type differential amplifier, and after multiplying the signal from the phase shifter 30 and the signal from the subtracter 28, amplifies the low frequency component and calculates the magnitude of the angular velocity vector Ω. Outputs a scratch number according to the direction.
以上説明したよ56C,本発明によれば、検出素子の2
つの検出用電極からの出力信号を、それぞれ移相器と分
圧器を介して減JL器に入力し、減算器の出力信号にも
とづいて角速度の検出信号を出力するので、駆動信号の
影響がなくなり、梢匿のよい検出が可能となる。また、
上記の移相器は検出電極部の容量などと並列共振回路の
形1憬をな丁ので、大きな検出電圧を出力させる効果を
有する。As explained above, according to the present invention, two of the detection elements
The output signals from the two detection electrodes are input to the JL subtractor via the phase shifter and voltage divider, and the angular velocity detection signal is output based on the output signal of the subtractor, eliminating the influence of the drive signal. , which enables good detection of tree cover. Also,
The phase shifter described above has the effect of outputting a large detection voltage because it combines the capacitance of the detection electrode portion and the like of the parallel resonant circuit.
なお、検出素子として弾性表面波素子を用いた実施例を
示したが、従来例で述べたタイプの素子においても、本
発明は有効である。Although an embodiment using a surface acoustic wave element as a detection element has been shown, the present invention is also effective in the type of element described in the conventional example.
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
第1図で用いた伏出素子を示す平曲図である。
21・・・元熾器、23・・・検出素子、24.25・
・・移相器、26、27・・・分If益、28・・・減
J/4.器、30・・・移相器、61・・・同M慣波器
。FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flat curved diagram showing the projecting element used in FIG. 21... Genjiki, 23... Detection element, 24.25.
... Phase shifter, 26, 27... minute If gain, 28... decrease J/4. 30... Phase shifter, 61... Same M wave inertia.
Claims (1)
とを防ぐために、2つ、または2対の検出電極を設け、
これらの検出電極からの出力信号を相互に補償するよう
に構成したものにおいて、角速度が発生していない時に
おける、2つの上記出力信号を同相とする移相器と、同
一振幅とするための分圧器と、これら移相器と分圧器を
介した上記出力信号を減算する減算器を設けたことを特
徴とする角速度センサ。1. In order to prevent the detection signal from being affected by vibrations generated by the drive signal, two or two pairs of detection electrodes are provided,
In a device configured to mutually compensate the output signals from these detection electrodes, a phase shifter is used to make the two output signals in phase with each other when no angular velocity is generated, and a phase shifter is used to make the two output signals the same amplitude. An angular velocity sensor comprising: a pressure regulator; and a subtracter for subtracting the output signal via the phase shifter and the voltage divider.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62074019A JPS63241308A (en) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | Angular velocity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62074019A JPS63241308A (en) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | Angular velocity sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63241308A true JPS63241308A (en) | 1988-10-06 |
Family
ID=13534981
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62074019A Pending JPS63241308A (en) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | Angular velocity sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63241308A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009216436A (en) * | 2008-03-07 | 2009-09-24 | Denso Corp | Angular velocity detection apparatus |
JP2010505102A (en) * | 2006-09-29 | 2010-02-18 | コンチネンタル オートモーティヴ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Device for measuring yaw rate using vibration sensor |
-
1987
- 1987-03-30 JP JP62074019A patent/JPS63241308A/en active Pending
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