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JP2008170294A - Angular velocity sensor - Google Patents

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JP2008170294A
JP2008170294A JP2007004163A JP2007004163A JP2008170294A JP 2008170294 A JP2008170294 A JP 2008170294A JP 2007004163 A JP2007004163 A JP 2007004163A JP 2007004163 A JP2007004163 A JP 2007004163A JP 2008170294 A JP2008170294 A JP 2008170294A
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JP
Japan
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angular velocity
output signal
velocity sensor
vibrator
circuit
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Pending
Application number
JP2007004163A
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Japanese (ja)
Inventor
Seiichiro Takahara
清一郎 高原
Toshio Yamazaki
稔夫 山崎
Takashi Arai
孝 新井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2007004163A priority Critical patent/JP2008170294A/en
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Abstract

【課題】本発明は、補正データの分解能を高くしても、記憶手段の容量が大きくなって、角速度センサおよびその出力信号が入力される車両制御装置が大きくなるということがない小形の角速度センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の角速度センサは、検出回路37からの出力信号を補正する補正データを少なくとも2次曲線以上の較正曲線で構成するとともに、この較正曲線の係数を記憶手段50に記憶するようにしたものである。
【選択図】図6
The present invention relates to a compact angular velocity sensor that does not increase the capacity of a storage means and increase the angular velocity sensor and a vehicle control device to which an output signal thereof is input even if the resolution of correction data is increased. Is intended to provide.
An angular velocity sensor according to the present invention comprises correction data for correcting an output signal from a detection circuit 37 as a calibration curve of at least a quadratic curve and stores a coefficient of the calibration curve in a storage means. It is a thing.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、特に、航空機、自動車、ロボット、船舶、自動車両等の移動体の姿勢制御に用いられる角速度センサに関するものである。   The present invention particularly relates to an angular velocity sensor used for attitude control of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and an automatic vehicle.

従来のこの種の角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。   A conventional angular velocity sensor of this type will be described with reference to the drawings.

図8は従来の角速度センサにおける回路構成を示すブロック図である。   FIG. 8 is a block diagram showing a circuit configuration of a conventional angular velocity sensor.

図8において、1は三角柱状の振動子で、この振動子1の2つの側面には2つの圧電素子2がGND電極3を介して駆動用かつ検出用として設けられている。また、振動子1における圧電素子2の表面には各々駆動用かつ検出用として機能する電極4を設けている。そしてまた、振動子1における残りの1つの側面には、GND電極3を介してモニタ圧電素子5を設けており、さらにこのモニタ圧電素子5の表面にはモニタ電極6を設けている。7は駆動制御回路で、この駆動制御回路7は発振回路8と位相回路9とにより構成されており、発振回路8にモニタ電極6の信号を入力するとともに、発振回路8の出力信号を位相回路9を介して電極4に入力することにより、振動子1を安定して振動させる。10は検出回路で、この検出回路10は一対の電極4の出力信号の双方を入力する差動増幅回路11と、この差動増幅回路11の出力信号を入力するとともに、駆動制御回路7における位相回路9の出力信号に応じて同期検波をする同期検波回路12と、この同期検波回路12の出力信号を入力するとともに、整流し、かつ増幅する整流増幅回路13とにより構成されている。14は温度センサからなる温度検出手段で、この温度検出手段14は振動子1の近傍に配設され、振動子1の周囲の温度を検出している。15はA/D変換器で、このA/D変換器15は温度検出手段14のアナログ信号を入力するとともに、デジタル信号に変換する。16はCPUからなる演算手段で、EPROMからなる記憶手段17に予め記憶した動作プログラムにより、EEPROMからなる記憶手段18に予め記憶した補正データをもとに、A/D変換器15の出力信号を演算し、その演算した結果を出力信号として出力する。19は加算器で、この加算器19はCPUからなる演算手段16の出力信号をD/A変換器20によりアナログ信号からなる出力信号に変換し、検出回路10における整流増幅回路13の出力信号に加算するものである。   In FIG. 8, reference numeral 1 denotes a triangular prism-shaped vibrator, and two piezoelectric elements 2 are provided on two side surfaces of the vibrator 1 for driving and detection via a GND electrode 3. Further, electrodes 4 functioning for driving and detecting are provided on the surface of the piezoelectric element 2 in the vibrator 1. A monitor piezoelectric element 5 is provided on the remaining one side surface of the vibrator 1 via a GND electrode 3, and a monitor electrode 6 is provided on the surface of the monitor piezoelectric element 5. Reference numeral 7 denotes a drive control circuit. The drive control circuit 7 includes an oscillation circuit 8 and a phase circuit 9. The drive control circuit 7 inputs a signal from the monitor electrode 6 to the oscillation circuit 8 and outputs an output signal from the oscillation circuit 8 to the phase circuit. By inputting to the electrode 4 through 9, the vibrator 1 is vibrated stably. Reference numeral 10 denotes a detection circuit. The detection circuit 10 inputs a differential amplifier circuit 11 for inputting both output signals of the pair of electrodes 4, inputs an output signal of the differential amplifier circuit 11, and outputs a phase in the drive control circuit 7. A synchronous detection circuit 12 that performs synchronous detection according to the output signal of the circuit 9 and a rectification amplifier circuit 13 that inputs, rectifies, and amplifies the output signal of the synchronous detection circuit 12 are configured. Reference numeral 14 denotes a temperature detection means including a temperature sensor. The temperature detection means 14 is disposed in the vicinity of the vibrator 1 and detects the temperature around the vibrator 1. Reference numeral 15 denotes an A / D converter. The A / D converter 15 inputs an analog signal from the temperature detecting means 14 and converts it into a digital signal. Reference numeral 16 denotes a calculation means comprising a CPU, which outputs the output signal of the A / D converter 15 based on correction data stored in advance in the storage means 18 comprising EEPROM by an operation program pre-stored in the storage means 17 comprising EPROM. The result of the calculation is output as an output signal. Reference numeral 19 denotes an adder. The adder 19 converts the output signal of the arithmetic means 16 composed of the CPU into an output signal composed of an analog signal by the D / A converter 20, and converts it into an output signal of the rectifying amplifier circuit 13 in the detection circuit 10. It is to add.

以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。   Next, the operation of the conventional angular velocity sensor configured as described above will be described.

振動子1における一対の電極4に交流電圧を加えると、モニタ電極6から出力される出力信号を基に発振回路8および位相回路9により振動子1が一定の振動数で自励振動駆動する。そして、自励振動駆動している振動子1に角速度が加わるとコリオリ力により、一対の圧電素子2に電荷が発生する。この電荷を検出回路10における差動増幅回路11により、差動の出力電圧に変換した後、同期検波回路12により、位相回路9の位相に合わせて同期検波し、さらに整流増幅回路13により増幅し、出力信号として加算器19に入力する。   When an AC voltage is applied to the pair of electrodes 4 in the vibrator 1, the vibrator 1 is driven by self-excited vibration at a constant frequency by the oscillation circuit 8 and the phase circuit 9 based on the output signal output from the monitor electrode 6. When an angular velocity is applied to the vibrator 1 driven by self-excited vibration, electric charges are generated in the pair of piezoelectric elements 2 due to Coriolis force. After this electric charge is converted into a differential output voltage by the differential amplifier circuit 11 in the detection circuit 10, the synchronous detection circuit 12 performs synchronous detection in accordance with the phase of the phase circuit 9, and further amplifies it by the rectifying amplifier circuit 13. , And input to the adder 19 as an output signal.

ここで、角速度センサの周囲の温度が−20℃〜60℃まで変化する場合を考えてみると、従来の角速度センサにおいては、(表1)に示すように、振動子1の近傍の温度を温度検出手段14により検出するとともに、そのときの温度毎の補正値を(表2)に示すように、個別にEEPROMからなる記憶手段18に記憶させておき、さらにEPROMからなる記憶手段17に記憶させた補正プログラムにより、補正量を算出する。そして、この補正量を加算器19における出力信号に加算し、角速度センサにおける出力信号を補正するようにしていた。   Here, considering the case where the ambient temperature of the angular velocity sensor changes from −20 ° C. to 60 ° C., in the conventional angular velocity sensor, as shown in Table 1, the temperature in the vicinity of the vibrator 1 is As detected by the temperature detecting means 14, the correction value for each temperature at that time is individually stored in the storage means 18 made of EEPROM and further stored in the storage means 17 made of EPROM as shown in Table 2. The correction amount is calculated by the corrected program. The correction amount is added to the output signal from the adder 19 to correct the output signal from the angular velocity sensor.

Figure 2008170294
Figure 2008170294

Figure 2008170294
Figure 2008170294

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開平5−296771号公報
As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-296771

しかしながら、上記従来の構成においては、温度による補正値を個別にEEPROMからなる記憶手段18に記憶させていたため、補正データの分解能を高くすると、補正データの量が多くなり、これにより、記憶手段18の容量が大きくなって、角速度センサおよびその出力信号が入力される車両制御装置が大型化してしまうという課題を有していた。   However, in the above-described conventional configuration, the correction value based on the temperature is individually stored in the storage unit 18 composed of the EEPROM. Therefore, when the resolution of the correction data is increased, the amount of the correction data is increased. As a result, the angular velocity sensor and the vehicle control device to which the output signal is input are increased in size.

本発明は上記従来の課題を解決するもので、補正データの分解能を高くしても、記憶手段の容量が大きくなって、角速度センサおよびその出力信号が入力される車両制御装置が大きくなるということがない小形の角速度センサを提供することを目的とするものである。   The present invention solves the above-described conventional problem, and even if the resolution of the correction data is increased, the capacity of the storage means is increased, and the angular velocity sensor and the vehicle control device to which the output signal is input are increased. It is an object of the present invention to provide a small angular velocity sensor that does not have any.

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、駆動電極、検出電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子におけるモニタ電極からのモニタ信号を処理して駆動電極に入力することにより、振動子を一定の振幅で振動させるようにした駆動回路と、前記振動子に角速度が加わった際に働くコリオリ力により発生する電荷を処理して出力信号を発生させる検出回路と、この検出回路からの出力信号の温度変化による変動量を補正する補正データを記憶する記憶手段とを備え、前記検出回路からの出力信号を補正する補正データを少なくとも2次曲線以上の較正曲線で構成するとともに、この較正曲線の係数を前記記憶手段に記憶するようにしたもので、この構成によれば、検出回路からの出力信号を補正する補正データを少なくとも2次曲線以上の較正曲線で構成するとともに、この較正曲線の係数を前記記憶手段に記憶するようにしているため、補正データの分解能を高くしても、補正データの量が多くなるということはなくなり、これにより、記憶手段の容量を小さくすることができるという作用効果を有するものである。   According to the first aspect of the present invention, a vibrator provided with a drive electrode, a detection electrode, and a monitor electrode, and a monitor signal from the monitor electrode in the vibrator are processed and input to the drive electrode, whereby vibration is generated. A driving circuit configured to oscillate a child with a constant amplitude, a detection circuit that processes an electric charge generated by Coriolis force acting when an angular velocity is applied to the vibrator, and generates an output signal; Storage means for storing correction data for correcting a fluctuation amount due to a temperature change of the output signal, and the correction data for correcting the output signal from the detection circuit is constituted by a calibration curve of at least a quadratic curve and this calibration. The coefficient of the curve is stored in the storage means. According to this configuration, the correction data for correcting the output signal from the detection circuit is at least a quadratic curve or more. Since it is configured with a calibration curve and the coefficient of the calibration curve is stored in the storage means, even if the resolution of the correction data is increased, the amount of correction data does not increase. This has the effect of reducing the capacity of the storage means.

以上のように本発明の角速度センサは、駆動電極、検出電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子におけるモニタ電極からのモニタ信号を処理して駆動電極に入力することにより、振動子を一定の振幅で振動させるようにした駆動回路と、前記振動子に角速度が加わった際に働くコリオリ力により発生する電荷を処理して出力信号を発生させる検出回路と、この検出回路からの出力信号の温度変化による変動量を補正する補正データを記憶する記憶手段とを備え、前記検出回路からの出力信号を補正する補正データを少なくとも2次曲線以上の較正曲線で構成するとともに、この較正曲線の係数を前記記憶手段に記憶するようにしているため、補正データの分解能を高くしても、補正データの量が多くなるということはなくなり、これにより、記憶手段の容量を小さくすることができるため、角速度センサおよびその出力信号が入力される車両制御装置を小型にできるという優れた効果を奏するものである。   As described above, the angular velocity sensor according to the present invention includes a vibrator provided with a drive electrode, a detection electrode, and a monitor electrode, and processes the monitor signal from the monitor electrode in the vibrator and inputs the processed signal to the drive electrode. A drive circuit that oscillates at a constant amplitude, a detection circuit that generates an output signal by processing charges generated by Coriolis force acting when an angular velocity is applied to the vibrator, and an output from the detection circuit Storage means for storing correction data for correcting a fluctuation amount due to a temperature change of the signal, and the correction data for correcting the output signal from the detection circuit is constituted by a calibration curve of at least a quadratic curve, and the calibration curve. Since the coefficient is stored in the storage means, even if the resolution of the correction data is increased, the amount of correction data does not increase. The Le, it is possible to reduce the capacity of the storage unit, in which an excellent effect that the vehicle controller the angular velocity sensor and its output signal is input can be made compact.

以下、本発明の一実施の形態における角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施の形態における角速度センサの回路構成を示すブロック図、図2は同角速度センサにおける振動子の斜視図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view of a vibrator in the angular velocity sensor.

図1、図2において、21は音叉形状の水晶製の振動子で、この振動子21は四角柱状の検出電極振動体22と、この検出電極振動体22と平行に設けられた四角柱状の駆動電極振動体23と、前記検出電極振動体22の一端と駆動電極振動体23の一端を接続する水晶製の接続部24とにより構成されている。そしてまた、振動子21における駆動電極振動体23には、4つの側面に金からなる駆動電極25が設けられている。また前記振動子21における検出電極振動体22の表面および裏面には金からなるモニタ電極26がそれぞれ設けられるとともに、この検出電極振動体22における内側の側面には金からなるGND電極27が設けられ、かつ外側の側面には金からなる第1の検出電極28aおよび第2の検出電極28bが設けられている。29は駆動回路で、この駆動回路29は、振動子21の一方のモニタ電極26の電荷を入力する増幅器30と、この増幅器30の出力信号を入力するバンドパスフィルタ(BPF)31と、このバンドパスフィルタ(BPF)31の出力信号を入力する整流器32と、この整流器32の出力信号を入力する平滑回路33とにより構成されている。34はAGC回路で、このAGC回路34は駆動回路29における平滑回路33の出力信号を入力し、バンドパスフィルタ(BPF)31の出力信号を増幅あるいは減衰させるものである。35は駆動制御回路で、この駆動制御回路35はAGC回路34の出力信号を入力するとともに、振動子21における駆動電極25に駆動信号を入力する。36は反転アンプで、この反転アンプ36は駆動制御回路35の出力信号を入力するとともに、振動子21における駆動電極25に駆動制御回路35の出力信号を反転させた駆動信号を入力するものである。   1 and 2, reference numeral 21 denotes a tuning-fork-shaped quartz crystal vibrator. The vibrator 21 has a square columnar detection electrode vibrating body 22 and a square columnar drive provided in parallel with the detection electrode vibrating body 22. The electrode vibrating body 23 includes a crystal connection portion 24 that connects one end of the detection electrode vibrating body 22 and one end of the drive electrode vibrating body 23. The drive electrode vibrating body 23 in the vibrator 21 is provided with drive electrodes 25 made of gold on four side surfaces. The monitor electrode 26 made of gold is provided on the front and back surfaces of the detection electrode vibrating body 22 in the vibrator 21, and the GND electrode 27 made of gold is provided on the inner side surface of the detection electrode vibrating body 22. On the outer side surface, a first detection electrode 28a and a second detection electrode 28b made of gold are provided. Reference numeral 29 denotes a drive circuit. The drive circuit 29 includes an amplifier 30 for inputting a charge of one monitor electrode 26 of the vibrator 21, a band pass filter (BPF) 31 for inputting an output signal of the amplifier 30, and the band. A rectifier 32 that inputs an output signal of a pass filter (BPF) 31 and a smoothing circuit 33 that inputs an output signal of the rectifier 32 are configured. Reference numeral 34 denotes an AGC circuit. The AGC circuit 34 inputs an output signal of the smoothing circuit 33 in the drive circuit 29 and amplifies or attenuates an output signal of the band pass filter (BPF) 31. Reference numeral 35 denotes a drive control circuit. The drive control circuit 35 inputs an output signal of the AGC circuit 34 and inputs a drive signal to the drive electrode 25 of the vibrator 21. Reference numeral 36 denotes an inverting amplifier. The inverting amplifier 36 inputs an output signal of the drive control circuit 35 and inputs a drive signal obtained by inverting the output signal of the drive control circuit 35 to the drive electrode 25 of the vibrator 21. .

37は検出回路で、この検出回路37は振動子21における第1の検出電極28aにコリオリ力によって発生する電荷を電圧に変換する第1の増幅器39と、第2の検出電極28bにコリオリ力によって発生する電荷を電圧に変換する第2の増幅器41と、第1の増幅器39および第2の増幅器41の出力信号を入力する差動増幅器42と、この差動増幅器42の出力信号を入力する位相器43と、この位相器43の出力信号を入力する同期検波器44と、この同期検波器44の出力信号を入力する平滑回路45と、この平滑回路45の出力信号を入力するとともに、増幅して角速度信号を出力する直流アンプ46とにより構成されている。また、検出回路37における直流アンプ46からの角速度信号に補正データを加算する加算器47を設けるとともに、振動子21の近傍に位置して温度センサ48を設け、かつこの温度センサ48のアナログ出力信号をデジタル出力信号に変換するA/D変換器49を設けている。さらに、EEPROMからなる記憶手段50を設けており、この記憶手段50は検出回路37と電気的に接続されていないとともに、検出回路37における直流アンプ46から出力される出力信号の誤差を補正するデータを保管している。   Reference numeral 37 denotes a detection circuit. The detection circuit 37 includes a first amplifier 39 that converts electric charges generated by the Coriolis force on the first detection electrode 28a of the vibrator 21 into a voltage, and a Coriolis force applied to the second detection electrode 28b. A second amplifier 41 that converts the generated charge into a voltage, a differential amplifier 42 that receives the output signals of the first amplifier 39 and the second amplifier 41, and a phase that inputs the output signal of the differential amplifier 42 43, a synchronous detector 44 for inputting the output signal of the phase shifter 43, a smoothing circuit 45 for inputting the output signal of the synchronous detector 44, and an input signal of the smoothing circuit 45 for amplification. And a DC amplifier 46 for outputting an angular velocity signal. Further, an adder 47 for adding correction data to the angular velocity signal from the DC amplifier 46 in the detection circuit 37 is provided, a temperature sensor 48 is provided in the vicinity of the vibrator 21, and an analog output signal of the temperature sensor 48 is provided. Is converted to a digital output signal. Further, a storage means 50 composed of an EEPROM is provided. The storage means 50 is not electrically connected to the detection circuit 37, and data for correcting an error in the output signal output from the DC amplifier 46 in the detection circuit 37. Is stored.

以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次にその動作を説明する。   Next, the operation of the angular velocity sensor according to one embodiment of the present invention configured as described above will be described.

振動子21の駆動電極25に交流電圧を加えると振動子21が共振し、振動子21のモニタ電極26に電荷が発生する。このモニタ電極26に発生した電荷は、駆動制御回路35における増幅器30に入力され、正弦波形の出力電圧として出力される。そしてこの増幅器30の出力電圧をバンドパスフィルタ(BPF)31に入力し、振動子21の共振周波数のみを抽出するとともに、ノイズ成分を除去し、図3(a)に示すような正弦波形を出力する。そしてまた、バンドパスフィルタ(BPF)31の出力信号を整流器32に入力することにより、負電圧成分を正電圧に変換し、その後、平滑回路33に入力することにより、直流電圧信号に変換する。そしてAGC回路34は平滑回路33の直流電圧信号が大の場合にはバンドパスフィルタ(BPF)31の出力信号を減衰させるような信号を、また、平滑回路33の直流電圧信号が小の場合にはバンドパスフィルタ(BPF)31の出力信号を増幅させるような信号を駆動制御回路35に入力し、振動子21の振動を一定振幅になるように調整するものである。ここで、振動子21の駆動電極振動体23が振動方向に速度vで屈曲振動している状態において、振動子21の長手方向の中心軸周りに振動子21が角速度ωで回転すると、この振動子21の検出電極振動体22にF=2mV×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力によって検出電極振動体22に設けた第1の検出電極28aに図3(b)に示すような電荷が発生するとともに、第2の検出電極28bに図3(c)に示すような電荷が発生する。そして第1の増幅器39により、第1の検出電極28aから発生する電荷を図3(d)に示すような出力電圧に変換する。また第2の増幅器41は、第2の検出電極28bから発生する電荷を反転増幅し、図3(e)に示すような出力電圧に変換する。そしてまた、差動増幅器42は第1の増幅器39および第2の増幅器41の出力信号の差動を取り、さらにこの差動増幅器42の出力信号の位相を位相器43により90度遅らせて、図3(f)に示すような出力電圧に変換する。そして、この位相器43の出力信号を同期検波器44に入力し、駆動制御回路35におけるバンドパスフィルタ(BPF)31の振動の周期で位相検波させるとともに、位相器43の出力電圧の負電圧成分を正電圧に変換し、図3(g)に示すような出力信号を得る。そして、同期検波器44の出力電圧を平滑回路45および直流アンプ46により平滑化するとともに増幅し、図3(h)に示すような出力信号を得る。そして、検出回路37の直流アンプ46の出力信号を角速度の信号として、外部に出力する。   When an AC voltage is applied to the drive electrode 25 of the vibrator 21, the vibrator 21 resonates and charges are generated at the monitor electrode 26 of the vibrator 21. The electric charges generated on the monitor electrode 26 are input to the amplifier 30 in the drive control circuit 35 and output as a sine waveform output voltage. Then, the output voltage of the amplifier 30 is input to a band pass filter (BPF) 31 to extract only the resonance frequency of the vibrator 21 and to remove a noise component to output a sine waveform as shown in FIG. To do. Further, by inputting the output signal of the band pass filter (BPF) 31 to the rectifier 32, the negative voltage component is converted to a positive voltage, and then input to the smoothing circuit 33 to be converted to a DC voltage signal. When the DC voltage signal of the smoothing circuit 33 is large, the AGC circuit 34 attenuates a signal that attenuates the output signal of the bandpass filter (BPF) 31, and when the DC voltage signal of the smoothing circuit 33 is small. Is for inputting a signal for amplifying the output signal of the bandpass filter (BPF) 31 to the drive control circuit 35 and adjusting the vibration of the vibrator 21 to have a constant amplitude. Here, when the vibrator 21 rotates at an angular velocity ω around the central axis in the longitudinal direction of the vibrator 21 in a state in which the drive electrode vibrating body 23 of the vibrator 21 is flexibly vibrated at a speed v in the vibration direction, this vibration occurs. A Coriolis force of F = 2 mV × ω is generated in the detection electrode vibrating body 22 of the child 21. Due to this Coriolis force, charges as shown in FIG. 3B are generated in the first detection electrode 28a provided on the detection electrode vibrating body 22, and the second detection electrode 28b as shown in FIG. 3C. Charge is generated. Then, the first amplifier 39 converts the electric charge generated from the first detection electrode 28a into an output voltage as shown in FIG. The second amplifier 41 inverts and amplifies the charge generated from the second detection electrode 28b and converts it into an output voltage as shown in FIG. Further, the differential amplifier 42 takes the differential of the output signals of the first amplifier 39 and the second amplifier 41, and further delays the phase of the output signal of the differential amplifier 42 by 90 degrees by the phase shifter 43. It converts into an output voltage as shown in 3 (f). Then, the output signal of the phase shifter 43 is input to the synchronous detector 44 and phase detection is performed at the period of vibration of the bandpass filter (BPF) 31 in the drive control circuit 35, and the negative voltage component of the output voltage of the phase shifter 43 is detected. Is converted to a positive voltage to obtain an output signal as shown in FIG. Then, the output voltage of the synchronous detector 44 is smoothed and amplified by the smoothing circuit 45 and the DC amplifier 46 to obtain an output signal as shown in FIG. Then, the output signal of the DC amplifier 46 of the detection circuit 37 is output to the outside as an angular velocity signal.

ここで、自動車におけるエンジンルーム内に角速度センサを設置し、そしてこの角速度センサの近傍の温度が−40℃から100℃まで変化する場合を考えてみる。   Here, consider a case where an angular velocity sensor is installed in an engine room of an automobile and the temperature in the vicinity of the angular velocity sensor changes from −40 ° C. to 100 ° C.

まず、図4に示すように、温度槽52の内部に設けた検査器53に角速度センサを組み付けるとともに、自動車におけるエンジンルーム内と条件が同じになるように、角速度センサの近傍の温度を−40℃から100℃まで変化させる。そして、各温度における温度センサ48からの出力信号をA/D変換器49を介して検査器53におけるCPU54に入力すると同時に、角速度を与えない状態における角速度センサの出力信号をCPU54に入力する。そして、図5に示すように、検査器53におけるCPU54により、各温度毎の角速度センサの出力信号が、常に零出力である2.5Vになるような各温度毎の補正データを算出する。次に、この補正データを図5に示すように2次方程式で近似させ、(表3)の補正係数a=7×10-6、b=9×10-4、c=2.5をEEPROMからなる記憶手段50に保管する。 First, as shown in FIG. 4, the angular velocity sensor is assembled to the inspection device 53 provided in the temperature chamber 52, and the temperature in the vicinity of the angular velocity sensor is set to −40 so that the conditions are the same as those in the engine room of the automobile. Change from 0 ° C to 100 ° C. Then, an output signal from the temperature sensor 48 at each temperature is input to the CPU 54 in the inspection device 53 via the A / D converter 49, and at the same time, an output signal from the angular velocity sensor when no angular velocity is applied is input to the CPU 54. Then, as shown in FIG. 5, the CPU 54 in the inspector 53 calculates correction data for each temperature such that the output signal of the angular velocity sensor for each temperature is always zero output of 2.5V. Next, this correction data is approximated by a quadratic equation as shown in FIG. 5, and the correction coefficients a = 7 × 10 −6 , b = 9 × 10 −4 , and c = 2.5 in Table 3 are set to EEPROM. Is stored in the storage means 50.

Figure 2008170294
Figure 2008170294

そして、自動車(図示せず)に角速度が加わると、角速度センサにおける検出回路37から角速度信号が出力される。この場合、図6に示すように、記憶手段50に保管した補正データをもとに、自動車(図示せず)の車両制御装置55におけるCPU56により算出した補正信号を、D/A変換器57によりアナログ信号に変換する。そして、このアナログ信号を加算器47によって、前記検出回路37から出力される角速度信号に加算することにより、検出回路37からの出力信号、すなわち角速度信号を補正するものである。   When an angular velocity is applied to the automobile (not shown), an angular velocity signal is output from the detection circuit 37 in the angular velocity sensor. In this case, as shown in FIG. 6, the correction signal calculated by the CPU 56 in the vehicle control device 55 of the automobile (not shown) based on the correction data stored in the storage means 50 is output by the D / A converter 57. Convert to analog signal. The analog signal is added to the angular velocity signal output from the detection circuit 37 by the adder 47 to correct the output signal from the detection circuit 37, that is, the angular velocity signal.

このとき、従来の角速度センサにおいては、図7に示すように、−40℃から100℃までの1℃毎の角速度を与えない状態における角速度センサの出力信号をプロットし、(表4)に示すような、各温度毎の補正データをEEPROMからなる記憶手段50に記憶していたため、角速度センサおよびその出力信号が入力される車両制御装置55が大型なものとなっていた。   At this time, in the conventional angular velocity sensor, as shown in FIG. 7, the output signal of the angular velocity sensor in a state where the angular velocity is not applied every 1 ° C. from −40 ° C. to 100 ° C. is plotted, and shown in (Table 4). Since the correction data for each temperature is stored in the storage means 50 made of EEPROM, the angular velocity sensor and the vehicle control device 55 to which the output signal is input are large.

Figure 2008170294
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しかるに、本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、各温度毎の補正データを図5に示すように2次曲線で近似させ、そしてEEPROMからなる記憶手段50に2次曲線からなる較正曲線の係数であるa=7×10-6、b=9×10-4、c=2.5を(表3)のように記憶させている。すなわち、検出回路37からの出力信号を補正する補正データを2次曲線の較正曲線で構成するとともに、この較正曲線の係数を前記記憶手段50に記憶するようにしているため、補正データの分解能を高くしても、補正データの量が多くなるということはなくなり、これにより、記憶手段50の容量を小さくすることができるという効果が得られるものである。 However, in the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention, the correction data for each temperature is approximated by a quadratic curve as shown in FIG. 5, and a calibration curve comprising a quadratic curve is stored in the storage means 50 comprising an EEPROM. The coefficients of a = 7 × 10 −6 , b = 9 × 10 −4 , and c = 2.5 are stored as shown in (Table 3). That is, the correction data for correcting the output signal from the detection circuit 37 is composed of a calibration curve of a quadratic curve, and the coefficient of this calibration curve is stored in the storage means 50. Therefore, the resolution of the correction data is reduced. Even if the value is increased, the amount of correction data does not increase, and the capacity of the storage means 50 can be reduced.

また、本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、記憶手段50をEEPROMで構成しているが、これ以外の例えば、フラッシュメモリーあるいはEPROMで構成してもよく、そしてこのフラッシュメモリーあるいはEPROMを利用して記憶手段50を構成した場合でも、上記本発明の一実施の形態と同様の効果を有するものである。   Further, in the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention, the storage means 50 is constituted by an EEPROM. However, other than this, for example, it may be constituted by a flash memory or an EPROM. Even when the storage means 50 is configured by using it, it has the same effect as that of the embodiment of the present invention.

なお、上記本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、補正データを2次曲線からなる較正曲線で構成しているが、3次曲線以上の多項式、ラグランジェの補間曲線、フアーグソン曲線、スプライン補間曲線、ベジェ多項式曲線またはベジェスプライン曲線等により補間するための較正曲線を設定し、その係数をEEPROMからなる記憶手段50に保管するようにした場合でも、上記本発明の一実施の形態と同様の効果を有するものである。   In the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention, the correction data is composed of a calibration curve composed of a quadratic curve, but a polynomial higher than a cubic curve, a Lagrange interpolation curve, a Fargson curve, a spline Even when a calibration curve for interpolation is set using an interpolation curve, a Bezier polynomial curve, a Bezier spline curve, or the like, and the coefficients are stored in the storage means 50 made of EEPROM, the same as in the above-described embodiment of the present invention. It has the effect of.

本発明に係る角速度センサは、補正データの分解能を高くしても、記憶手段の容量が大きくなって、角速度センサおよびその出力信号が入力される車両制御装置が大きくなるということがない小形の角速度センサを提供することができるという効果を有するものであり、特に航空機、自動車、ロボット、船舶、自動車両等の移動体の姿勢制御に用いられる角速度センサとして有用となるものである。   The angular velocity sensor according to the present invention is a small angular velocity that does not increase the capacity of the storage means and increase the angular velocity sensor and the vehicle control device to which the output signal is input even if the resolution of the correction data is increased. The present invention has an effect that a sensor can be provided, and is particularly useful as an angular velocity sensor used for posture control of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and an automatic vehicle.

本発明の一実施の形態における角速度センサの回路構成を示すブロック図The block diagram which shows the circuit structure of the angular velocity sensor in one embodiment of this invention 同角速度センサにおける振動子の斜視図Perspective view of transducer in same angular velocity sensor (a)〜(h)同角速度センサにおける出力信号を示す図(A)-(h) The figure which shows the output signal in the same angular velocity sensor 同角速度センサにおける出力特性を検査する状態を示すブロック図Block diagram showing a state of inspecting output characteristics in the same angular velocity sensor 同角速度センサにおける出力信号の補正データを2次曲線で近似させる状態を示す図The figure which shows the state which approximates the correction data of the output signal in the same angular velocity sensor with a quadratic curve 同角速度センサにおける記憶手段の補正データを車両制御装置を介して出力信号に加算させる状態を示すブロック図The block diagram which shows the state which adds the correction data of the memory | storage means in the same angular velocity sensor to an output signal via a vehicle control apparatus. 同角速度センサにおける出力信号の補正データを個別のデータで補正させる状態を示す図The figure which shows the state which corrects the correction data of the output signal in the same angular velocity sensor with individual data 従来の角速度センサにおける回路構成を示すブロック図Block diagram showing the circuit configuration of a conventional angular velocity sensor

符号の説明Explanation of symbols

21 振動子
25 駆動電極
26 モニタ電極
28a,28b 検出電極
29 駆動回路
37 検出回路
50 記憶手段
21 vibrator 25 drive electrode 26 monitor electrode 28a, 28b detection electrode 29 drive circuit 37 detection circuit 50 storage means

Claims (1)

駆動電極、検出電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子におけるモニタ電極からのモニタ信号を処理して駆動電極に入力することにより、振動子を一定の振幅で振動させるようにした駆動回路と、前記振動子に角速度が加わった際に働くコリオリ力により発生する電荷を処理して出力信号を発生させる検出回路と、この検出回路からの出力信号の温度変化による変動量を補正する補正データを記憶する記憶手段とを備え、前記検出回路からの出力信号を補正する補正データを少なくとも2次曲線以上の較正曲線で構成するとともに、この較正曲線の係数を前記記憶手段に記憶するようにした角速度センサ。 A vibrator provided with a drive electrode, a detection electrode, and a monitor electrode, and a drive that vibrates the vibrator with a constant amplitude by processing a monitor signal from the monitor electrode in this vibrator and inputting it to the drive electrode A circuit, a detection circuit for processing an electric charge generated by Coriolis force applied when an angular velocity is applied to the vibrator, and generating an output signal, and a correction for correcting a fluctuation amount due to a temperature change of the output signal from the detection circuit Storage means for storing data, and the correction data for correcting the output signal from the detection circuit is constituted by a calibration curve of at least a quadratic curve and the coefficient of the calibration curve is stored in the storage means. Angular velocity sensor.
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