WO2021192336A1 - 振動型角速度センサ - Google Patents

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孝文 森口
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Definitions

  • the vibration type angular velocity sensor includes a process of detecting the angular velocity based on the secondary vibration of the vibrator by the secondary side control circuit in a predetermined period by the second angular velocity sensor unit.
  • the functions of the primary side control circuit and the secondary side control circuit are exchanged, and the processing of detecting the angular velocity based on the secondary vibration of the vibrator by the primary side control circuit is performed.
  • the vibration type angular velocity sensor detects the angular velocity in a predetermined period by the first angular velocity sensor unit, and the first detection result detected by the first angular velocity sensor unit in the predetermined period and the second angular velocity sensor unit in the predetermined period.
  • the bias component of the angular velocity sensor unit is configured to calculate the bias component of the first angular velocity sensor unit based on the detected second detection result.
  • the first angular velocity is detected by the first angular velocity sensor unit, and the second detection result calculated by exchanging the functions of the primary side control circuit and the secondary side control circuit by the second angular velocity sensor unit is used.
  • the bias component of the angular velocity sensor unit can be continuously canceled.
  • the bias component can be canceled while continuously detecting the angular velocity in the vibrating angular velocity sensor during exercise.
  • the bias component caused by the temperature change can be continuously canceled, so that the bias component that fluctuates depending on the temperature of the surrounding environment can be canceled accurately. ..
  • the vibration type angular velocity sensor preferably, from the value of the first detection result detected by the first angular velocity sensor unit in a predetermined period, the value of the second detection result detected by the second angular velocity sensor unit in a predetermined period.
  • the predetermined period is set by the first period in which the secondary side control circuit detects the angular velocity based on the secondary vibration of the vibrator, and the primary side control circuit.
  • the first period and the second period include the second period in which the processing for detecting the angular velocity based on the secondary vibration of the vibrator is performed, and the first period and the second period are the same length of time.
  • the difference in detection period is taken into consideration between the detection result detected by the secondary side control circuit of the second angular velocity sensor unit and the detection result detected by the primary side control circuit of the second angular velocity sensor unit by switching the functions. It can be used to calculate the bias component without performing the correction.
  • the first detection result detected by the first angular velocity sensor unit in the first predetermined period and the second detection result detected by the second angular velocity sensor unit in the first predetermined period is calculated based on the detection result, and the angular velocity detected by the second angular velocity sensor unit in the second predetermined period and the bias component of the first angular velocity sensor unit are used. It is configured to calculate the bias component of the second angular velocity sensor unit. With this configuration, the bias component of the first angular velocity sensor unit and the bias component of the second angular velocity sensor unit can be corrected in the first predetermined period and the second predetermined period, respectively. The accuracy of canceling the bias component can be further improved.
  • the first angular velocity sensor unit has an oscillator and a closed control loop, and the output of the closed control loop induces the oscillator to cause primary vibration.
  • the first angular velocity sensor unit includes a secondary control circuit and a secondary control circuit having a closed control loop for detecting secondary vibration generated in the oscillator due to the angular velocity applied to the oscillator.
  • the primary side control circuit and the secondary side control circuit have a fixed function as a primary side control circuit and a function as a secondary side control circuit, respectively.
  • the vibration type angular velocity sensor 100 includes a first angular velocity sensor unit 101, a second angular velocity sensor unit 102, and a control circuit 103.
  • the first angular velocity sensor unit 101 and the second angular velocity sensor unit 102 are configured to detect angular velocities around axes that are parallel or coaxial with each other.
  • the first angular velocity sensor unit 101 has a vibrator 11 and a closed control loop, and the output of the closed control loop induces a primary vibration in the vibrator 11 on the primary side control circuit.
  • a secondary control circuit 13 having a closed control loop for detecting a secondary vibration generated in the vibrator 11 due to the angular velocity applied to the vibrator 11 is provided.
  • the vibrator 11 includes a ring-shaped vibrator.
  • the primary side control circuit 12 of the first angular speed sensor unit 101 includes an amplifier circuit 21, a synchronous detection circuit 22, a loop filter 23, a modulation circuit 24, a drive circuit 25, and a PLL (Phase Locked Loop) circuit (phase).
  • a synchronous circuit) 26 and a reference signal generation circuit 27 are included.
  • the oscillator 11, the amplifier circuit 21, the synchronous detection circuit 22, the loop filter 23, the modulation circuit 24, and the drive circuit 25 are connected in this order to form a closed control loop.
  • the loop filter 23 includes, for example, an integral filter.
  • the secondary side control circuit 13 of the first angular speed sensor unit 101 includes an amplifier circuit 31, a synchronous detection circuit 32, an adder circuit 33, a loop filter 34, a modulation circuit 35, a drive circuit 36, and an amplifier circuit 37. Includes.
  • the oscillator 11, the amplifier circuit 31, the synchronous detection circuit 32, the adder circuit 33, the loop filter 34, the modulation circuit 35, and the drive circuit 36 are connected in this order to form a closed control loop.
  • the adder circuit 33 is composed of a general addition / subtraction circuit using an operational amplifier.
  • the loop filter 34 includes, for example, an integral filter. Further, the output of the loop filter 34 is input to the amplifier circuit 37. Then, the signal output from the amplifier circuit 37 is output to the outside as the sensor output of the vibration type angular velocity sensor 100.
  • the primary side control circuit 12 and the secondary side control circuit 13 of the first angular velocity sensor unit 101 have a function as the primary side control circuit 12 and a secondary side control circuit 13, respectively.
  • the first angular velocity sensor unit 101 is provided with an addition / subtraction amount adjusting circuit 14 to which an output from the primary side control circuit 12 (output from the loop filter 23) is input.
  • the addition / subtraction amount adjusting circuit 14 adjusts the magnitude of the output of the loop filter 23 of the primary side control circuit 12 depending on the temperature, and adds the adjusted output (first offset value) to the secondary side control circuit 13. It is configured to be input to the circuit 33.
  • the addition amount of the first offset value is adjusted by dividing the voltage using a potentiometer (volume resistor) or the like.
  • the first angular velocity sensor unit 101 is provided with an addition / subtraction amount adjusting circuit 15 in which a constant signal S1 independent of temperature is input.
  • the addition / subtraction amount adjusting circuit 15 is configured to adjust the magnitude of the constant signal S1 and input the adjusted constant signal S1 (second offset value) to the addition circuit 33 of the secondary side control circuit 13. ing.
  • the addition amount of a constant signal S1 is adjusted by dividing the voltage using a potentiometer (volume resistor) or the like.
  • the second angular velocity sensor unit 102 has a vibrator 11 and a closed control loop, and the output of the closed control loop induces a primary vibration in the vibrator 11 on the primary side control circuit.
  • a secondary control circuit 17 having a closed control loop for detecting a secondary vibration generated in the vibrator 11 due to an angular velocity applied to the vibrator 11 is provided.
  • the vibrator 11 includes a ring-shaped vibrator.
  • the second angular velocity sensor unit 102 is arranged at a position where the rate of change in temperature is small.
  • the secondary side control circuit 17 of the second angular speed sensor unit 102 includes an amplifier circuit 31, a synchronous detection circuit 32, an adder circuit 33, a loop filter 34, a modulation circuit 35, a drive circuit 36, and an amplifier circuit 37. Includes.
  • the oscillator 11, the amplifier circuit 31, the synchronous detection circuit 32, the adder circuit 33, the loop filter 34, the modulation circuit 35, and the drive circuit 36 are connected in this order to form a closed control loop.
  • the adder circuit 33 is composed of a general addition / subtraction circuit using an operational amplifier.
  • the loop filter 34 includes, for example, an integral filter. Further, the output of the loop filter 34 is input to the amplifier circuit 37. Then, the signal output from the amplifier circuit 37 is output to the outside as the sensor output of the vibration type angular velocity sensor 100.
  • the second angular velocity sensor unit 102 is provided with an addition / subtraction amount adjusting circuit 14 to which an output from the primary side control circuit 16 (output from the loop filter 23) is input.
  • the addition / subtraction amount adjusting circuit 14 adjusts the magnitude of the output of the loop filter 23 of the primary side control circuit 16 depending on the temperature, and adds the adjusted output (first offset value) to the secondary side control circuit 17. It is configured to be input to the circuit 33.
  • the addition amount of the first offset value is adjusted by dividing the voltage using a potentiometer (volume resistor) or the like.
  • the second angular velocity sensor unit 102 is provided with an addition / subtraction amount adjusting circuit 15 in which a constant signal S1 independent of temperature is input.
  • the addition / subtraction amount adjusting circuit 15 is configured to adjust the magnitude of the constant signal S1 and input the adjusted constant signal S1 (second offset value) to the addition circuit 33 of the secondary side control circuit 17. ing.
  • the addition amount of a constant signal S1 is adjusted by dividing the voltage using a potentiometer (volume resistor) or the like.
  • the control circuit 103 is subjected to a process of detecting the angular velocity based on the secondary vibration of the vibrator 11 by the secondary side control circuit 17 by the second angular velocity sensor unit 102 in a predetermined period, and the primary.
  • the functions of the side control circuit 16 and the secondary side control circuit 17 are exchanged, and the primary side control circuit 16 is configured to perform a process of detecting an angular velocity based on the secondary vibration of the vibrator 11. ing.
  • the vibration is vibrated by the secondary side control circuit 17 of the second angular velocity sensor unit 102 during a predetermined period from time t1 to time t2 and from time t4 to time t5.
  • a process of detecting the angular velocity based on the secondary vibration of the child 11 and a process of detecting the angular velocity based on the secondary vibration of the vibrator 11 by the primary side control circuit 16 of the second angular velocity sensor unit 102 are performed.
  • control circuit 103 is configured to be controlled by the first angular velocity sensor unit 101 to perform a process of detecting the angular velocity in a predetermined period. Specifically, as shown in FIG. 4 (B), the secondary side control circuit 13 of the first angular velocity sensor unit 101 vibrates during a predetermined period from time t1 to time t2 and from time t4 to time t5. A process of detecting the angular velocity based on the secondary vibration of the child 11 is performed.
  • control circuit 103 uses the first angular velocity sensor based on the first detection result detected by the first angular velocity sensor unit 101 in the predetermined period and the second detection result detected by the second angular velocity sensor unit 102 in the predetermined period. It is configured to calculate the bias component (B1 (t)) of the unit 101.
  • control circuit 103 subtracts the value of the second detection result detected by the second angular velocity sensor unit 102 in the predetermined period from the value of the first detection result detected by the first angular velocity sensor unit 101 in the predetermined period. It is configured to calculate the bias component of the first angular velocity sensor unit 101.
  • the bias B1 (t) of the first angular velocity sensor unit 101 and the bias of the second angular velocity sensor unit 102 Since the amount of change over time is negligible (because it is constant) with B2 (t), it can be assumed that equations (9) and (10) hold.
  • B1 is the bias value of the first angular velocity sensor unit 101 in the first period and the second period
  • B2 is the bias value of the second angular velocity sensor unit 102 in the first period and the second period.
  • the control circuit 103 is based on the first detection result detected by the first angular velocity sensor unit 101 in the first predetermined period and the second detection result detected by the second angular velocity sensor unit 102 in the first predetermined period.
  • the bias component of the first angular velocity sensor unit 101 is calculated.
  • the control circuit 103 calculates the bias component of the second angular velocity sensor unit 102 by using the angular velocity detected by the second angular velocity sensor unit 102 in the second predetermined period and the bias component of the first angular velocity sensor unit 101. do.
  • the control circuit 103 alternately repeats these controls. That is, the bias component B1 of the first angular velocity sensor unit 101 is corrected by calculating the first bias component.
  • the first detection result is the integral value of the angular velocity detected by the first angular velocity sensor unit 101 in a predetermined period
  • the second detection result is the second angular velocity sensor in the predetermined period. It is an integral value of the angular velocity detected by the part 102.
  • the vibration type angular velocity sensor is provided with two angular velocity sensor units, a first angular velocity sensor unit and a second angular velocity sensor unit, has been shown. Not limited. In the present invention, the vibration type angular velocity sensor may be provided with three or more angular velocity sensor units.

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Abstract

この振動型角速度センサ（１００）は、第１角速度センサ部（１０１）と第２角速度センサ部（１０２）とを備える。第２角速度センサ部により、所定期間において、２次側制御回路（１７）により振動子（１１）の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、機能を入れ替えて１次側制御回路（１６）により振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、を行う。第１角速度センサ部により、所定期間において、角速度を検出する。所定期間において第１角速度センサ部により検出した第１検出結果と、所定期間において第２角速度センサ部により検出した第２検出結果とに基づいて、第１角速度センサ部のバイアス成分を算出する。

Description

振動型角速度センサ
　この発明は、振動型角速度センサに関する。
　従来、振動型角速度センサが知られている。たとえば、特開２００９－１１５５５９号公報に開示されている。
　上記特開２００９－１１５５５９号公報には、角速度センサ（振動型角速度センサ）が開示されている。この角速度センサは、リング状のエレメント部と、リング状のエレメント部の径方向外側でかつ周状に複数の電極とが配置されている。複数の電極は、一次電極と二次電極とを含む。一次電極と二次電極とのうちの一方には、一次電極と二次電極とのうちの一方に交流電圧を印加することにより、リング状のエレメント部に一次振動を発生させる交流電源が接続されている。また、一次電極と二次電極とのうちの他方には、一次電極と二次電極とのうちの他方に発生する電気信号の大きさを検出する検出手段が接続されている。そして、リング状のエレメント部に一次振動が発生している状態で、エレメント部の法線方向回りに回転運動が発生すると、回転運動の角速度に応じた二次振動がエレメント部に発生する。そして、一次電極と二次電極とのうちの他方に接続されている検出手段によって、二次振動に起因して一次電極と二次電極とのうちの他方に発生する電気信号の大きさが検出される。また、検出された電気信号の大きさに基づいて、二次振動を打ち消すための交流電圧が一次電極と二次電極とのうちの一方に印加される。そして、二次振動を打ち消すための交流電圧の大きさに基づいて角速度の大きさが演算される。
　また、上記特開２００９－１１５５５９号公報に記載のような従来の振動型角速度センサでは、振動型角速度センサが検出する角速度にはバイアス成分（角速度が加わっていない状態でもセンサから出力されるゼロ点からの誤差）が含まれている。バイアス成分は、振動型角速度センサに含まれるジャイロ素子の非対称性などに起因して生じる。そこで、上記特開２００９－１１５５５９号公報のような従来の振動型角速度センサは、角速度を一定とさせた状態（振動型角速度センサを静止させた状態）において、交流電源が接続されている電極（一次電極と二次電極とのうちの一方）と、検出手段が接続されている電極（一次電極と二次電極とのうちの他方）とを切り替え、切り替えられた前後の振動型角速度センサの出力を差分することにより、バイアス成分をキャンセルするように構成されている。
特開２００９－１１５５５９号公報
　上記特開２００９－１１５５５９号公報に記載のような従来の振動型角速度センサでは、角速度を一定とさせた状態（振動型角速度センサを静止させた状態）において、バイアス成分をキャンセルするための角速度を検出する必要があるので、運動させた状態でバイアス成分をキャンセルするための角速度を検出することが困難である。そこで、運動中の振動型角速度センサにおいて角速度を継続的に検出しながら、バイアス成分をキャンセルすることが可能な振動型角速度センサが望まれている。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、運動中の振動型角速度センサにおいて角速度を継続的に検出しながら、バイアス成分をキャンセルすることが可能な振動型角速度センサを提供することである。
　上記目的を達成するために、この発明の一の局面による振動型角速度センサは、第１角速度センサ部と、第２角速度センサ部と、を備え、第２角速度センサ部は、振動子と、閉じた制御ループを有し、閉じた制御ループの出力が振動子に１次振動を誘起させる１次側制御回路と、振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有する２次側制御回路と、を含み、１次側制御回路と２次側制御回路とは、１次側制御回路としての機能と、２次側制御回路としての機能とを入れ替え可能に構成されており、第２角速度センサ部により、所定期間において、２次側制御回路により振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、１次側制御回路と２次側制御回路との機能を入れ替えて、１次側制御回路により振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、を行うとともに、第１角速度センサ部により、所定期間において、角速度を検出し、所定期間において第１角速度センサ部により検出した第１検出結果と、所定期間において第２角速度センサ部により検出した第２検出結果とに基づいて、第１角速度センサ部のバイアス成分を算出するように構成されている。
　この発明の一の局面による振動型角速度センサは、上記のように、第２角速度センサ部により、所定期間において、２次側制御回路により振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、１次側制御回路と２次側制御回路との機能を入れ替えて、１次側制御回路により振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、を行う。また、振動型角速度センサは、第１角速度センサ部により、所定期間において、角速度を検出し、所定期間において第１角速度センサ部により検出した第１検出結果と、所定期間において第２角速度センサ部により検出した第２検出結果とに基づいて、第１角速度センサ部のバイアス成分を算出するように構成されている。これにより、第１角速度センサ部により角速度を検出しながら、第２角速度センサ部により１次側制御回路と２次側制御回路との機能を入れ替えながら算出した第２検出結果を用いて、第１角速度センサ部のバイアス成分を継続的にキャンセルすることができる。その結果、運動中の振動型角速度センサにおいて角速度を継続的に検出しながら、バイアス成分をキャンセルすることができる。また、周囲の環境の温度変化があった場合でも、温度変化に起因したバイアス成分を継続的にキャンセルすることができるので、周囲の環境の温度によって変動するバイアス成分を精度よくキャンセルすることができる。
　上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、所定期間において第１角速度センサ部により検出した第１検出結果の値から、所定期間において第２角速度センサ部により検出した第２検出結果の値を減じることにより、第１角速度センサ部のバイアス成分を算出するように構成されている。このように構成すれば、第１角速度センサ部により検知した実際の運動に基づく角速度と、第２角速度センサ部により検知した実際の運動に基づく角速度とを、相殺することができるので、角速度を一定としなくても、バイアス成分のみを抽出することができる。その結果、振動型角速度センサの運動中においても（角速度が一定でなくても）第１角速度センサ部のバイアス成分を容易に算出することができる。
　上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、所定期間は、２次側制御回路により振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理を行う第１期間と、１次側制御回路により振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理を行う第２期間とを含み、第１期間および第２期間は、同じ長さの時間である。このように構成すれば、第２角速度センサ部の２次側制御回路により検出する期間と、第２角速度センサ部の１次側制御回路により検出する期間とを等しくすることができる。これにより、第２角速度センサ部の２次側制御回路により検出した検出結果と、機能を入れ替えて第２角速度センサ部の１次側制御回路により検出した検出結果とを、検出期間の相違を考慮した補正を行うことなくバイアス成分の算出に用いることができる。
　上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、所定期間は、第２角速度センサ部のバイアス成分が略一定である期間である。このように構成すれば、第２角速度センサ部の２次側制御回路により検出するバイアス成分と、第２角速度センサ部の１次側制御回路により検出するバイアス成分とが略同じであるとすることができるので、第２角速度センサ部の２次側制御回路による検出結果から第２角速度センサ部の１次側制御回路による検出結果を減じることにより、第２角速度センサ部により検出した第２検出結果からバイアス成分を容易にキャンセルすることができる。
　上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、第１の所定期間において第１角速度センサ部により検出した第１検出結果と、第１の所定期間において第２角速度センサ部により検出した第２検出結果とに基づいて、第１角速度センサ部のバイアス成分を算出するとともに、第２の所定期間において第２角速度センサ部により検出した角速度と、第１角速度センサ部のバイアス成分とを用いて、第２角速度センサ部のバイアス成分を算出するように構成されている。このように構成すれば、第１角速度センサ部のバイアス成分と、第２角速度センサ部のバイアス成分とを、それぞれ、第１の所定期間および第２の所定期間において、補正することができるので、バイアス成分をキャンセルする精度をより向上させることができる。
　上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、第１角速度センサ部は、振動子と、閉じた制御ループを有し、閉じた制御ループの出力が振動子に１次振動を誘起させる１次側制御回路と、振動子に印加される角速度に起因して振動子に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有する２次側制御回路と、を含み、第１角速度センサ部の１次側制御回路と２次側制御回路とは、それぞれ、１次側制御回路としての機能と、２次側制御回路としての機能とが固定されている。このように構成すれば、１次側制御回路としての機能と２次側制御回路としての機能とが入れ替え可能な第２角速度センサ部を用いて、１次側制御回路としての機能と２次側制御回路としての機能とが固定されている第１角速度センサ部のバイアス成分を精度よくキャンセルすることができる。
　上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、第１検出結果は、所定期間において第１角速度センサ部により検出した角速度の積分値であり、第２検出結果は、所定期間において第２角速度センサ部により検出した角速度の積分値である。このように構成すれば、あるタイミングにおける検出結果を用いてバイアス成分を算出する場合と異なり、所定期間における検出結果を積算した積分値を用いてバイアス成分を算出することができるので、バイアス成分以外のノイズを平準化させてキャンセルすることができる。その結果、バイアス成分をより精度よく算出することができる。
　上記一の局面による振動型角速度センサにおいて、好ましくは、振動子は、リング型の振動子を含む。ここで、リング型の振動子は、対称的な形状を有するので、１次側制御回路による振動モードと、２次側制御回路による振動モードとが類似する。このため、本発明をリング型の振動子を含む振動型角速度センサに適用すれば、振動モードの差異の影響を考慮する必要がない。
　本発明によれば、上記のように、運動中の振動型角速度センサにおいて角速度を継続的に検出しながら、バイアス成分をキャンセルすることができる。
一実施形態による振動型角速度センサの構成を示したブロック図である。 一実施形態による振動型角速度センサの第１角速度センサ部を示したブロック図である。 一実施形態による振動型角速度センサの第２角速度センサ部を示したブロック図である。 一実施形態による振動型角速度センサのバイアスの算出を説明するための図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
　図１～図４を参照して、本実施形態による振動型角速度センサ１００の構成について説明する。
　図１に示すように、振動型角速度センサ１００は、第１角速度センサ部１０１と、第２角速度センサ部１０２と、制御回路１０３とを備えている。第１角速度センサ部１０１と、第２角速度センサ部１０２とは、互いに平行または同軸の軸線回りの角速度を検出するように構成されている。
　第１角速度センサ部１０１は、図２に示すように、振動子１１と、閉じた制御ループを有し、閉じた制御ループの出力が振動子１１に１次振動を誘起させる１次側制御回路１２と、振動子１１に印加される角速度に起因して振動子１１に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有する２次側制御回路１３とを備えている。振動子１１は、リング型の振動子を含んでいる。
　第１角速度センサ部１０１の１次側制御回路１２は、増幅回路２１と、同期検波回路２２と、ループフィルタ２３と、変調回路２４と、駆動回路２５と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）回路（位相同期回路）２６と、基準信号生成回路２７とを含んでいる。そして、振動子１１、増幅回路２１、同期検波回路２２、ループフィルタ２３、変調回路２４および駆動回路２５が、この順で接続されており、閉じた制御ループを構成している。ループフィルタ２３は、たとえば積分フィルタを含んでいる。
　第１角速度センサ部１０１の２次側制御回路１３は、増幅回路３１と、同期検波回路３２と、加算回路３３と、ループフィルタ３４と、変調回路３５と、駆動回路３６と、増幅回路３７とを含んでいる。そして、振動子１１、増幅回路３１、同期検波回路３２、加算回路３３、ループフィルタ３４、変調回路３５および駆動回路３６が、この順で接続されており、閉じた制御ループを構成している。加算回路３３は、オペアンプを用いた一般的な加減算回路により構成されている。また、ループフィルタ３４は、たとえば積分フィルタを含んでいる。また、ループフィルタ３４の出力が、増幅回路３７に入力される。そして、増幅回路３７から出力された信号が、振動型角速度センサ１００のセンサ出力として、外部に出力される。
　ここで、本実施形態では、第１角速度センサ部１０１の１次側制御回路１２と２次側制御回路１３とは、それぞれ、１次側制御回路１２としての機能と、２次側制御回路１３としての機能とが固定されている。つまり、第１角速度センサ部１０１の１次側制御回路１２と２次側制御回路１３とは、１次側制御回路１２としての機能と、２次側制御回路１３としての機能とを入れ替えることができないように構成されている。
　また、第１角速度センサ部１０１には、１次側制御回路１２からの出力（ループフィルタ２３からの出力）が入力される加減算量調整回路１４が設けられている。加減算量調整回路１４は、温度に依存する１次側制御回路１２のループフィルタ２３の出力の大きさを調整して、調整した出力（第１オフセット値）を、２次側制御回路１３の加算回路３３に入力するように構成されている。たとえば、加減算量調整回路１４において、ポテンショメータ（ボリューム抵抗）などを用いて分圧することにより、第１オフセット値の加算量の調整が行われる。
　また、第１角速度センサ部１０１には、温度に依存しない一定の信号Ｓ１が入力される加減算量調整回路１５が設けられている。加減算量調整回路１５は、一定の信号Ｓ１の大きさを調整して、調整した一定の信号Ｓ１（第２オフセット値）を、２次側制御回路１３の加算回路３３に入力するように構成されている。たとえば、加減算量調整回路１５において、ポテンショメータ（ボリューム抵抗）などを用いて分圧することにより、一定の信号Ｓ１の加算量の調整が行われる。
　第２角速度センサ部１０２は、図３に示すように、振動子１１と、閉じた制御ループを有し、閉じた制御ループの出力が振動子１１に１次振動を誘起させる１次側制御回路１６と、振動子１１に印加される角速度に起因して振動子１１に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有する２次側制御回路１７とを備えている。振動子１１は、リング型の振動子を含んでいる。第２角速度センサ部１０２は、温度の変化率が小さい位置に配置されている。
　第２角速度センサ部１０２の１次側制御回路１６は、増幅回路２１と、同期検波回路２２と、ループフィルタ２３と、変調回路２４と、駆動回路２５と、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）回路（位相同期回路）２６と、基準信号生成回路２７とを含んでいる。そして、振動子１１、増幅回路２１、同期検波回路２２、ループフィルタ２３、変調回路２４および駆動回路２５が、この順で接続されており、閉じた制御ループを構成している。ループフィルタ２３は、たとえば積分フィルタを含んでいる。
　第２角速度センサ部１０２の２次側制御回路１７は、増幅回路３１と、同期検波回路３２と、加算回路３３と、ループフィルタ３４と、変調回路３５と、駆動回路３６と、増幅回路３７とを含んでいる。そして、振動子１１、増幅回路３１、同期検波回路３２、加算回路３３、ループフィルタ３４、変調回路３５および駆動回路３６が、この順で接続されており、閉じた制御ループを構成している。加算回路３３は、オペアンプを用いた一般的な加減算回路により構成されている。また、ループフィルタ３４は、たとえば積分フィルタを含んでいる。また、ループフィルタ３４の出力が、増幅回路３７に入力される。そして、増幅回路３７から出力された信号が、振動型角速度センサ１００のセンサ出力として、外部に出力される。
　ここで、本実施形態では、第２角速度センサ部１０２の１次側制御回路１６と２次側制御回路１７とは、１次側制御回路１６としての機能と、２次側制御回路１７としての機能を入れ替え可能に構成されている。具体的には、１次側制御回路１６において、振動子１１に対する信号の入力側にスイッチ４１、および、振動子１１に対する信号の出力側（増幅回路２１の出力側）にスイッチ４２が設けられている。また、２次側制御回路１７において、振動子１１に対する信号の入力側にスイッチ４３、および、振動子１１に対する信号の出力側（増幅回路３１の出力側）にスイッチ４４が設けられている。スイッチ４１、スイッチ４２、スイッチ４３、および、スイッチ４４は、各々、１次側制御回路１６に接続される状態と、２次側制御回路１７に接続される状態とを切り替え可能に構成されている。
　図３では、スイッチ４１およびスイッチ４２は、１次側制御回路１６に接続された状態を示しており、スイッチ４３およびスイッチ４４は、２次側制御回路１７に接続された状態を示している。また、スイッチ４１およびスイッチ４２が、２次側制御回路１７に接続されるように切り替えられ、スイッチ４３およびスイッチ４４が、１次側制御回路１６に接続されるように切り替えられることにより、１次側制御回路１６としての機能と、２次側制御回路１７としての機能とが互いに入れ替えられる。
　また、第２角速度センサ部１０２には、１次側制御回路１６からの出力（ループフィルタ２３からの出力）が入力される加減算量調整回路１４が設けられている。加減算量調整回路１４は、温度に依存する１次側制御回路１６のループフィルタ２３の出力の大きさを調整して、調整した出力（第１オフセット値）を、２次側制御回路１７の加算回路３３に入力するように構成されている。たとえば、加減算量調整回路１４において、ポテンショメータ（ボリューム抵抗）などを用いて分圧することにより、第１オフセット値の加算量の調整が行われる。
　また、第２角速度センサ部１０２には、温度に依存しない一定の信号Ｓ１が入力される加減算量調整回路１５が設けられている。加減算量調整回路１５は、一定の信号Ｓ１の大きさを調整して、調整した一定の信号Ｓ１（第２オフセット値）を、２次側制御回路１７の加算回路３３に入力するように構成されている。たとえば、加減算量調整回路１５において、ポテンショメータ（ボリューム抵抗）などを用いて分圧することにより、一定の信号Ｓ１の加算量の調整が行われる。
　ここで、本実施形態では、制御回路１０３は、第２角速度センサ部１０２により、所定期間において、２次側制御回路１７により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、１次側制御回路１６と２次側制御回路１７との機能を入れ替えて、１次側制御回路１６により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、を行う制御をするように構成されている。具体的には、図４（Ｃ）に示すように、時間ｔ１から時間ｔ２まで、および、時間ｔ４から時間ｔ５までの所定期間において、第２角速度センサ部１０２の２次側制御回路１７により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、第２角速度センサ部１０２の１次側制御回路１６により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、が行われる。
　また、制御回路１０３は、第１角速度センサ部１０１により、所定期間において、角速度を検出する処理を行う制御をするように構成されている。具体的には、図４（Ｂ）に示すように、時間ｔ１から時間ｔ２まで、および、時間ｔ４から時間ｔ５までの所定期間において、第１角速度センサ部１０１の２次側制御回路１３により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理が行われる。
　また、制御回路１０３は、所定期間において第１角速度センサ部１０１により検出した第１検出結果と、所定期間において第２角速度センサ部１０２により検出した第２検出結果とに基づいて、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分（Ｂ１（ｔ））を算出するように構成されている。
　また、制御回路１０３は、所定期間において第１角速度センサ部１０１により検出した第１検出結果の値から、所定期間において第２角速度センサ部１０２により検出した第２検出結果の値を減じることにより、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分を算出するように構成されている。
　なお、所定期間は、２次側制御回路１７により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理を行う第１期間（時間ｔ１から時間ｔ２までの期間）と、１次側制御回路１６により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理を行う第２期間（時間ｔ４から時間ｔ５までの期間）とを含んでいる。また、第１期間および第２期間は、同じ長さの時間である。図４に示すように、第１期間および第２期間は、各々時間Ｔの長さを有している。
　また、第１検出結果は、所定期間において第１角速度センサ部１０１により検出した角速度の積分値である。また、第２検出結果は、所定期間において第２角速度センサ部１０２により検出した角速度の積分値である。
　また、所定期間は、第２角速度センサ部１０２のバイアス成分が略一定である期間である。たとえば、所定期間は、数秒から数十秒程度の長さを有している。また、所定期間は、温度変化の影響が無視でき、第２角速度センサ部１０２のバイアス成分が略変わらないと仮定できる期間である。
　図４（Ｂ）に示す、所定期間（時間ｔ１から時間ｔ２までの第１期間、および、時間ｔ４から時間ｔ５までの第２期間）における第１検出結果の積分値Ｉ１は、式（１）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ただし、第１角速度センサ部１０１の２次側制御回路１３により検出した角速度ω１（ｔ）は、図４（Ａ）に示す運動（移動）により生じる角速度（真の角速度）ω０（ｔ）および第１角速度センサ部１０１のバイアスＢ１（ｔ）を用いて、式（２）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　したがって、式（１）は、式（３）のように導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また、図４（Ｃ）に示す、所定期間（時間ｔ１から時間ｔ２までの第１期間、および、時間ｔ４から時間ｔ５までの第２期間）における第２検出結果の積分値Ｉ２は、式（４）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 なお、時間ｔ４から時間ｔ５までの第２期間は、ω２（ｔ）がバイアス成分に対して反転されることを考慮して、積分値を減算している。
　第２角速度センサ部１０２の２次側制御回路１７により検出した角速度ω２（ｔ）および１次側制御回路１６により検出した角速度ω２（ｔ）は、図４（Ａ）に示す運動（移動）により生じる角速度（真の角速度）ω０（ｔ）および第２角速度センサ部１０２のバイアスＢ２（ｔ）を用いて、それぞれ、式（５）および式（６）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 なお、時間ｔ４から時間ｔ５までの第２期間の式（６）では、ω0（ｔ）がバイアス成分に対して反転されるため、マイナスがかけられる。
　したがって、式（４）は、式（７）のように導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　第１検出結果の積分値Ｉ１から第２検出結果の積分値Ｉ２を減じると、式（８）のように導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　ここで、時間ｔ１から時間ｔ２までの第１期間、および、時間ｔ４から時間ｔ５までの第２期間において、第１角速度センサ部１０１のバイアスＢ１（ｔ）と、第２角速度センサ部１０２のバイアスＢ２（ｔ）とは、各々、時間的な変化量が無視できるので（一定であるので）、式（９）および式（１０）が成り立つと仮定できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 ただし、Ｂ１は、第１期間および第２期間における第１角速度センサ部１０１のバイアス値であり、Ｂ２は、第１期間および第２期間における第２角速度センサ部１０２のバイアス値である。
　したがって、式（８）から、式（１１）が導出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　Ｔは、既知であるため、（Ｉ１―Ｉ２）を２Ｔで除算することにより、第１角速度センサ部１０１のバイアス値Ｂ１が算出される。算出したバイアス値Ｂ１を、第１角速度センサ部１０１による角速度検出に用いる。たとえば、カルマンフィルタの観測更新として利用する。
　なお、第２角速度センサ部１０２の１次側制御回路１６としての機能と、２次側制御回路１７としての機能とを入れ替える制御を行い、バイアス値Ｂ１を算出するための角速度の測定を行う期間中に式（９）および式（１０）の関係が成立していればよい。このため、たとえば、次の処理の開始点となる時間ｔ６までの時間間隔（ｔ６－ｔ５）が大きく、Ｂ１が変化した場合でも、同様に、次の時間ｔ６からの処理により補正可能である。ただし、常に、Ｂ１の変化が小さくするために、時間間隔（ｔ６－ｔ５）を十分に小さくすることが好ましい。
　ここで、第２角速度センサ部１０２の１次側制御回路１６としての機能と、２次側制御回路１７としての機能とを入れ替える制御を行い、バイアス値Ｂ１を算出するための角速度の測定を行う期間中に式（１０）の関係が成立しない場合がある。つまり、式（１２）となる場合がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 この場合でも、動作開始時（移動開始時）に、αを加味しておき、２つの第１角速度センサ部１０１および第２角速度センサ部１０２を使用して、相互にバイアス成分を補正することにより、バイアス成分（Ｂ２（ｔ））の時間変化にも対応することが可能である。
　つまり、制御回路１０３は、第１の所定期間において第１角速度センサ部１０１により検出した第１検出結果と、第１の所定期間において第２角速度センサ部１０２により検出した第２検出結果とに基づいて、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分を算出する。また、制御回路１０３は、第２の所定期間において第２角速度センサ部１０２により検出した角速度と、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分とを用いて、第２角速度センサ部１０２のバイアス成分を算出する。そして、制御回路１０３は、これらの制御を交互に繰り返す。つまり、最初のバイアス成分の算出により、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分であるＢ１を補正する。次のサイクルにおいて、補正したＢ１を用いて、第２角速度センサ部１０２のバイアス成分であるＢ２のαを算出する。そして、さらに次のサイクルにおいて、補正したαを用いて、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分であるＢ１を補正する。以降は、これらの処理を交互に繰り返す。
　なお、動作開始時の移動開始前において、静止させた状態（角速度ω０（ｔ）が一定の状態）において、αを求めて、以降、上記のようにして順次α（ｔ）を補正してもよい。
（本実施形態の効果）
　本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
　本実施形態では、上記のように、第２角速度センサ部１０２により、所定期間において、２次側制御回路１７により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、１次側制御回路１６と２次側制御回路１７との機能を入れ替えて、１次側制御回路１６により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、を行う。また、振動型角速度センサ１００を、第１角速度センサ部１０１により、所定期間において、角速度を検出し、所定期間において第１角速度センサ部１０１により検出した第１検出結果と、所定期間において第２角速度センサ部１０２により検出した第２検出結果とに基づいて、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分を算出するように構成する。これにより、第１角速度センサ部１０１により角速度を検出しながら、第２角速度センサ部１０２により１次側制御回路１６と２次側制御回路１７との機能を入れ替えながら算出した第２検出結果を用いて、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分を継続的にキャンセルすることができる。その結果、運動中の振動型角速度センサ１００において角速度を継続的に検出しながら、バイアス成分をキャンセルすることができる。また、周囲の環境の温度変化があった場合でも、温度変化に起因したバイアス成分を継続的にキャンセルすることができるので、周囲の環境の温度によって変動するバイアス成分を精度よくキャンセルすることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、所定期間において第１角速度センサ部１０１により検出した第１検出結果の値から、所定期間において第２角速度センサ部１０２により検出した第２検出結果の値を減じることにより、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分を算出するように構成する。これにより、第１角速度センサ部１０１により検知した実際の運動に基づく角速度と、第２角速度センサ部１０２により検知した実際の運動に基づく角速度とを、相殺することができるので、角速度を一定としなくても、バイアス成分のみを抽出することができる。その結果、振動型角速度センサ１００の運動中においても（角速度が一定でなくても）第１角速度センサ部１０１のバイアス成分を容易に算出することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、所定期間は、２次側制御回路１７により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理を行う第１期間と、１次側制御回路１６により振動子１１の２次振動に基づく角速度を検出する処理を行う第２期間とを含み、第１期間および第２期間は、同じ長さの時間である。これにより、第２角速度センサ部１０２の２次側制御回路１７により検出する期間と、第２角速度センサ部１０２の１次側制御回路１６により検出する期間とを等しくすることができる。その結果、第２角速度センサ部１０２の２次側制御回路１７により検出した検出結果と、機能を入れ替えて第２角速度センサ部１０２の１次側制御回路１６により検出した検出結果とを、検出期間の相違を考慮した補正を行うことなくバイアス成分の算出に用いることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、所定期間は、第２角速度センサ部１０２のバイアス成分が略一定である期間である。これにより、第２角速度センサ部１０２の２次側制御回路１７により検出するバイアス成分と、第２角速度センサ部１０２の１次側制御回路１６により検出するバイアス成分とが略同じであるとすることができるので、第２角速度センサ部１０２の２次側制御回路１７による検出結果から第２角速度センサ部１０２の１次側制御回路１６による検出結果を減じることにより、第２角速度センサ部１０２により検出した第２検出結果からバイアス成分を容易にキャンセルすることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、第１の所定期間において第１角速度センサ部１０１により検出した第１検出結果と、第１の所定期間において第２角速度センサ部１０２により検出した第２検出結果とに基づいて、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分を算出する。また、第２の所定期間において第２角速度センサ部１０２により検出した角速度と、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分とを用いて、第２角速度センサ部１０２のバイアス成分を算出する。これにより、第１角速度センサ部１０１のバイアス成分と、第２角速度センサ部１０２のバイアス成分とを、それぞれ、第１の所定期間および第２の所定期間において、補正することができるので、バイアス成分をキャンセルする精度をより向上させることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、第１角速度センサ部１０１の１次側制御回路１２と２次側制御回路１３とは、それぞれ、１次側制御回路１２としての機能と、２次側制御回路１３としての機能とが固定されている。これにより、１次側制御回路１６としての機能と２次側制御回路１７としての機能とが入れ替え可能な第２角速度センサ部１０２を用いて、１次側制御回路１２としての機能と２次側制御回路１３としての機能とが固定されている第１角速度センサ部１０１のバイアス成分を精度よくキャンセルすることができる。
　また、本実施形態では、上記のように、第１検出結果は、所定期間において第１角速度センサ部１０１により検出した角速度の積分値であり、第２検出結果は、所定期間において第２角速度センサ部１０２により検出した角速度の積分値である。これにより、あるタイミングにおける検出結果を用いてバイアス成分を算出する場合と異なり、所定期間における検出結果を積算した積分値を用いてバイアス成分を算出することができるので、バイアス成分以外のノイズを平準化させてキャンセルすることができる。その結果、バイアス成分をより精度よく算出することができる。
　また、本実施形態では、上記のように、振動子１１は、リング型の振動子を含む。ここで、リング型の振動子は、対称的な形状を有するので、１次側制御回路１６による振動モードと、２次側制御回路１７による振動モードとが類似する。これにより、リング型の振動子１１を含む振動型角速度センサ１００の振動モードの差異の影響を考慮する必要がない。
（変形例）
　なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく請求の範囲によって示され、さらに請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
　たとえば、上記実施形態では、リング型の振動子が用いられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、振動子が対称的な形状を有していればよく、円盤型、カップ型（ワイングラス型）、八角形型、などの振動子を用いてもよい。
　また、上記実施形態では、振動子、増幅回路、同期検波回路、ループフィルタ、変調回路および駆動回路により閉じた制御ループが構成されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、増幅回路、同期検波回路、ループフィルタ、変調回路および駆動回路からなる構成以外の構成により制御ループが構成されていてもよい。
　また、上記実施形態では、ループフィルタとして積分フィルタが用いられる例を示したが、たとえば、積分フィルタ以外のループフィルタを用いてもよい。
　また、上記実施形態では、第１角速度センサ部の１次側制御回路の機能と、２次側制御回路の機能とが固定されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１角速度センサ部も、第２角速度センサ部と同様に、１次側制御回路の機能と、２次側制御回路の機能とが入れ替え可能であってもよい。
　また、上記実施形態では、振動型角速度センサに、第１角速度センサ部と、第２角速度センサ部との２つの角速度センサ部が設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、振動型角速度センサに、３つ以上の角速度センサ部が設けられていてもよい。
　１１　振動子
　１２、１６　１次側制御回路
　１３、１７　２次側制御回路
　１００　振動型角速度センサ
　１０１　第１角速度センサ部
　１０２　第２角速度センサ部

Claims (8)

  1. 　第１角速度センサ部と、
    　第２角速度センサ部と、を備え、
    　前記第２角速度センサ部は、
    　振動子と、
    　閉じた制御ループを有し、前記閉じた制御ループの出力が前記振動子に１次振動を誘起させる１次側制御回路と、
    　前記振動子に印加される角速度に起因して前記振動子に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有する２次側制御回路と、を含み、
    　前記１次側制御回路と前記２次側制御回路とは、前記１次側制御回路としての機能と、前記２次側制御回路としての機能とを入れ替え可能に構成されており、
    　前記第２角速度センサ部により、所定期間において、前記２次側制御回路により前記振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、前記１次側制御回路と前記２次側制御回路との機能を入れ替えて、前記１次側制御回路により前記振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理と、を行うとともに、前記第１角速度センサ部により、前記所定期間において、角速度を検出し、前記所定期間において前記第１角速度センサ部により検出した第１検出結果と、前記所定期間において前記第２角速度センサ部により検出した第２検出結果とに基づいて、前記第１角速度センサ部のバイアス成分を算出するように構成されている、振動型角速度センサ。
  2. 　前記所定期間において前記第１角速度センサ部により検出した前記第１検出結果の値から、前記所定期間において前記第２角速度センサ部により検出した前記第２検出結果の値を減じることにより、前記第１角速度センサ部のバイアス成分を算出するように構成されている、請求項１に記載の振動型角速度センサ。
  3. 　前記所定期間は、前記２次側制御回路により前記振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理を行う第１期間と、前記１次側制御回路により前記振動子の２次振動に基づく角速度を検出する処理を行う第２期間とを含み、
    　前記第１期間および前記第２期間は、同じ長さの時間である、請求項１または２に記載の振動型角速度センサ。
  4. 　前記所定期間は、前記第２角速度センサ部のバイアス成分が略一定である期間である、請求項１～３のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
  5. 　第１の前記所定期間において前記第１角速度センサ部により検出した前記第１検出結果と、前記第１の所定期間において前記第２角速度センサ部により検出した前記第２検出結果とに基づいて、前記第１角速度センサ部のバイアス成分を算出するとともに、第２の前記所定期間において前記第２角速度センサ部により検出した角速度と、前記第１角速度センサ部のバイアス成分とを用いて、前記第２角速度センサ部のバイアス成分を算出するように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
  6. 　前記第１角速度センサ部は、
    　振動子と、
    　閉じた制御ループを有し、前記閉じた制御ループの出力が前記振動子に１次振動を誘起させる１次側制御回路と、
    　前記振動子に印加される角速度に起因して前記振動子に発生する２次振動を検出する閉じた制御ループを有する２次側制御回路と、を含み、
    　前記第１角速度センサ部の前記１次側制御回路と前記２次側制御回路とは、それぞれ、前記１次側制御回路としての機能と、前記２次側制御回路としての機能とが固定されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
  7. 　前記第１検出結果は、前記所定期間において前記第１角速度センサ部により検出した角速度の積分値であり、
    　前記第２検出結果は、前記所定期間において前記第２角速度センサ部により検出した角速度の積分値である、請求項１～６のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
  8. 　前記振動子は、リング型の振動子を含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
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