JP2010038683A

JP2010038683A - Angular velocity sensor

Info

Publication number: JP2010038683A
Application number: JP2008200781A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ono; 誠尾野; Takashi Arai; 孝新井; Michihiko Hayashi; 道彦林
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】本発明は、振動子の近傍に温度センサを設けることなく、振動子の近傍の温度を検出することが可能な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、駆動回路２９の後段に、駆動制御回路３５の出力信号を入力する整流器４８と、この整流器４８の出力信号を入力する平滑回路４９と、この平滑回路４９からの出力信号と基準電圧５０とを比較して差動を出力する差動増幅器５１とからなる温度検出手段４７を設けたものである。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide an angular velocity sensor capable of detecting a temperature in the vicinity of a vibrator without providing a temperature sensor in the vicinity of the vibrator.
An angular velocity sensor according to the present invention includes a rectifier that inputs an output signal of a drive control circuit, a smoothing circuit that inputs an output signal of the rectifier, and a smoothing circuit. Is provided with a temperature detecting means 47 comprising a differential amplifier 51 for comparing the output signal from the reference voltage 50 and outputting a differential.
[Selection] Figure 1

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６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. 6 is a block diagram showing a circuit configuration of a conventional angular velocity sensor.

図６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ものである。 In FIG. 6, reference numeral 1 denotes a triangular prism-shaped vibrator, and two piezoelectric elements 2 are provided on the 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 via 9, the vibrator 1 is vibrated stably.

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、前記駆動制御回路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は前記振動子１の近傍に配設され、振動子１の周囲の温度を検出するものである。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ものである。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ものである。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。 Reference numeral 10 denotes a detection circuit. The detection circuit 10 inputs both the output signals of the pair of electrodes 4 and the output signal of the differential amplifier circuit 11. A synchronous detection circuit 12 that performs synchronous detection according to the output signal of the phase circuit 9 and a rectification amplification 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 comprising 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. It calculates and outputs the result of the calculation 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. Are 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センサからなる温度検出手段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 comprising a temperature sensor, the correction value for each temperature at that time is individually stored in the storage means 18 comprising an EEPROM as shown in (Table 2), and further the memory comprising an EPROM. The correction amount is calculated by the correction program stored in the means 17. The correction amount is added to the output signal from the adder 19 to correct the output signal from the angular velocity sensor.

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、温度変化による出力信号の変動を補正するために、振動子１の近傍に温度センサからなる温度検出手段１４を設けているため、角速度センサの部品点数が多くなってしまうという課題を有していた。 However, in the above-described conventional configuration, the temperature detection means 14 including the temperature sensor is provided in the vicinity of the vibrator 1 in order to correct the fluctuation of the output signal due to the temperature change, so that the number of parts of the angular velocity sensor increases. It had the problem of end.

本発明は上記従来の課題を解決するもので、振動子の近傍に温度センサを設けることなく、振動子の近傍の温度を検出することが可能な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 problems, and an object thereof is to provide an angular velocity sensor capable of detecting the temperature in the vicinity of the vibrator without providing the temperature sensor in the vicinity of the vibrator. is there.

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、前記振動子を内側に収納するケースとを備え、前記駆動回路の後段に温度検出手段を設けたもので、この構成によれば、駆動回路の後段に温度検出手段を設けているため、振動子の近傍に温度センサを設けることなく、振動子の近傍の温度を検出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 drive circuit that vibrates a child with a constant amplitude, a detection circuit that generates an output signal by processing charges generated by Coriolis force that is applied when an angular velocity is applied to the vibrator, and the vibrator is housed inside And a temperature detection means provided in the subsequent stage of the drive circuit. According to this configuration, since the temperature detection means is provided in the subsequent stage of the drive circuit, a temperature sensor is provided in the vicinity of the vibrator. In addition, it has an operational effect that the temperature in the vicinity of the vibrator can be detected.

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、温度検出手段を、駆動回路の出力信号を入力する整流器と、この整流器の出力信号を入力する平滑回路と、この平滑回路からの出力信号と基準電圧とを比較して差動を出力する差動増幅器とで構成したもので、この構成によれば、温度検出手段を、駆動回路の出力信号を入力する整流器と、この整流器の出力信号を入力する平滑回路と、この平滑回路からの出力信号と基準電圧とを比較して差動を出力する差動増幅器とで構成しているため、基準電圧を常温時における平滑回路からの出力電圧に設定することにより、駆動制御回路からの温度変化による出力信号の変化量を正確に検出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 second aspect of the present invention, in particular, the temperature detecting means includes a rectifier that inputs an output signal of the drive circuit, a smoothing circuit that inputs an output signal of the rectifier, and an output signal from the smoothing circuit. A differential amplifier that outputs a differential signal by comparing with a reference voltage. According to this configuration, the temperature detecting means includes a rectifier that inputs an output signal of a drive circuit, and an output signal of the rectifier. Since it is composed of an input smoothing circuit and a differential amplifier that compares the output signal from the smoothing circuit with a reference voltage and outputs a differential, the reference voltage is changed to the output voltage from the smoothing circuit at room temperature. By setting, it is possible to accurately detect the change amount of the output signal due to the temperature change from the drive control circuit.

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、検出回路の後段に増幅器を設けるとともに、この増幅器の増幅率を温度検出手段における差動増幅器からの出力信号により変化させるようにしたもので、この構成によれば、検出回路の後段に増幅器を設けるとともに、この増幅器の増幅率を温度検出手段における差動増幅器からの出力信号により変化させるようにしているため、温度変化により発生する出力信号の変動を自動的に補正することができるという作用効果を有するものである。 The invention described in claim 3 of the present invention, in particular, is provided with an amplifier at the subsequent stage of the detection circuit, and the amplification factor of this amplifier is changed by the output signal from the differential amplifier in the temperature detection means. According to this configuration, the amplifier is provided at the subsequent stage of the detection circuit, and the amplification factor of the amplifier is changed by the output signal from the differential amplifier in the temperature detection means. This has an operational effect that the fluctuation can be automatically corrected.

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、前記振動子を内側に収納するケースとを備え、前記駆動回路の後段に温度検出手段を設けているため、振動子の近傍に温度センサを設けることなく、振動子の近傍の温度を検出することが可能な角速度センサを提供することが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 with 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 the vibrator on the inside. And an angular velocity sensor capable of detecting the temperature in the vicinity of the vibrator without providing a temperature sensor in the vicinity of the vibrator. There is an excellent effect that it can be provided.

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、図３は同角速度センサの分解斜視図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of a vibrator in the angular velocity sensor, and FIG. 3 is an exploded perspective view of the angular velocity sensor.

図１〜図３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。また、前記振動子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。そしてまた、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。 In FIG. 1 to FIG. 3, 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. In addition, 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 formed on the inner side surface of the detection electrode vibrating body 22. A first detection electrode 28a and a second detection electrode 28b made of gold are provided on the outer side surface.

２９は駆動回路で、この駆動回路２９は、前記振動子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は前記駆動回路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、前記振動子２１における駆動電極２５に駆動信号を入力するものである。３６は反転増幅器で、この反転増幅器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。 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 this A rectifier 32 that inputs an output signal of a bandpass 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 driving 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、前記第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増幅器４６とにより構成されている。 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 charges into a voltage, a differential amplifier 42 that receives the output signals of the first amplifier 39 and the second amplifier 41, and an output signal of the differential amplifier 42 are input. A phase shifter 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, an input signal of the smoothing circuit 45, and an amplification And a DC amplifier 46 for outputting an angular velocity signal.

４７は温度検出手段で、この温度検出手段４７は、前記駆動制御回路３５の電荷を入力する整流器４８と、この整流器４８の出力信号を入力する平滑回路４９と、この平滑回路４９からの出力信号とＥＥＰＲＯＭからなる基準電圧５０とを比較して、差電圧を増幅して出力する差動増幅器５１とにより構成され、そして、基準電圧５０には常温時での平滑回路４９からの出力信号が書き込まれているものである。５２は駆動回路診断コンパレータで、この駆動回路診断コンパレータ５２には前記平滑回路４９からの出力信号が入力され、かつこの駆動回路診断コンパレータ５２は前記駆動回路２９の故障を検出するものである。５５は温度診断コンパレータで、この温度診断コンパレータ５５には前記差動増幅器５１の出力信号が入力され、かつこの温度診断コンパレータ５５は角速度センサの周辺の温度異常を検出するものである。また、前記差動増幅器５１からの出力信号は前記検出回路３７における直流増幅器４６に入力されるもので、この入力値を基に、前記直流増幅器４６の増幅率を変化させて、検出回路３７からの出力信号を変化させているものである。５６はケースで、このケース５６は、基台５７と、支持台５８と、カバー５９とで構成されており、前記ケース５６の内側には、振動子２１を収納している。また、前記ケース５６における支持台５８は直方体形状を有しており、この支持台５８は前記振動子２１における接続部２４の根元を支持している。また、前記ケース５６における基台５７は、前記支持台５８の下部を固着している。さらに、前記ケース５６におけるカバー５９は前記基台５７の上面を覆うように設けており、ケース５６の内側には、Ｎ₂ガスが１ａｔｍの状態で封入されている。 Reference numeral 47 denotes temperature detection means. The temperature detection means 47 includes a rectifier 48 for inputting the electric charge of the drive control circuit 35, a smoothing circuit 49 for inputting an output signal of the rectifier 48, and an output signal from the smoothing circuit 49. And a reference voltage 50 composed of an EEPROM, and a differential amplifier 51 that amplifies and outputs the difference voltage. The reference voltage 50 is written with an output signal from the smoothing circuit 49 at room temperature. It is what has been. An output signal from the smoothing circuit 49 is input to the drive circuit diagnostic comparator 52, and the drive circuit diagnostic comparator 52 detects a failure of the drive circuit 29. Reference numeral 55 denotes a temperature diagnosis comparator. The temperature diagnosis comparator 55 receives an output signal of the differential amplifier 51, and the temperature diagnosis comparator 55 detects an abnormal temperature around the angular velocity sensor. The output signal from the differential amplifier 51 is input to the DC amplifier 46 in the detection circuit 37. Based on this input value, the amplification factor of the DC amplifier 46 is changed, and the detection circuit 37 The output signal is changed. Reference numeral 56 denotes a case. The case 56 includes a base 57, a support base 58, and a cover 59, and the vibrator 21 is accommodated inside the case 56. The support base 58 in the case 56 has a rectangular parallelepiped shape, and the support base 58 supports the root of the connection portion 24 in the vibrator 21. Further, the base 57 in the case 56 is fixed to the lower part of the support base 58. Further, a cover 59 in the case 56 is provided so as to cover the upper surface of the base 57, and N ₂ gas is sealed inside the case 56 in a state of 1 atm.

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、この振動子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、駆動回路２９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４（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。 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 charge generated on the monitor electrode 26 is input to the amplifier 30 in the drive circuit 29 and output as a sinusoidal output voltage. Then, the output voltage of the amplifier 30 is input to a band pass filter (BPF) 31, and only the resonance frequency of the vibrator 21 is extracted, noise components are removed, and 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.

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４（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４（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４（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４（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４（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、駆動回路２９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４（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および直流増幅器４６により平滑化するとともに増幅し、図４（ｈ）に示すような出力信号を得る。そして、検出回路３７の直流増幅器４６の出力信号を角速度の信号として、外部に出力する。 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 bent and vibrated at a speed v in the vibration direction, this vibration is generated. 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, a charge as shown in FIG. 4B is 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. 4C. Charge is generated. Then, the first amplifier 39 converts the 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 4 (f). Then, the output signal of the phase shifter 43 is input to the synchronous detector 44, and phase detection is performed with the period of vibration of the bandpass filter (BPF) 31 in the drive circuit 29, and the negative voltage component of the output voltage of the phase shifter 43 is obtained. Conversion to a positive voltage yields 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、角速度センサの周囲の温度が−４０℃〜１２５℃まで変化する場合を考えてみる。角速度センサの周囲の温度が高くなると、（数１）に示す状態方程式により、ケース５６に封入されたＮ₂ガスの圧力が（表３）に示すように、高くなる。 Here, consider a case where the temperature around the angular velocity sensor changes from −40 ° C. to 125 ° C. When the ambient temperature of the angular velocity sensor increases, the pressure of the N ₂ gas enclosed in the case 56 increases as shown in (Table 3) according to the state equation shown in (Equation 1).

そのことによって、振動子２１の駆動振動に対する空気抵抗が増加することとなり、振動子２１が撓みにくくなる。そうすると、ＡＧＣ回路３４が機能して、図５（ａ）に示すように、駆動制御回路３５からの出力信号が大きくなる。そして、温度検出手段４７の一部を構成する整流器４８からの出力信号は前記駆動制御回路３５からの出力信号を反転させて、図５（ｂ）のようになる。また、平滑回路４９は前記整流器４８の出力信号を平滑して、図５（ｃ）に示す出力信号を出力する。予めＥＥＰＲＯＭからなる基準電圧５０には、常温時での平滑回路４９からの出力信号が書き込まれているため、図５（ｄ）に示すように、差動増幅器５１は、平滑回路４９と基準電圧５０との電圧差を温度情報として出力する。 As a result, the air resistance against the drive vibration of the vibrator 21 increases, and the vibrator 21 is difficult to bend. Then, the AGC circuit 34 functions and the output signal from the drive control circuit 35 increases as shown in FIG. The output signal from the rectifier 48 constituting a part of the temperature detecting means 47 is inverted from the output signal from the drive control circuit 35 as shown in FIG. The smoothing circuit 49 smoothes the output signal of the rectifier 48 and outputs the output signal shown in FIG. Since the output signal from the smoothing circuit 49 at normal temperature is written in the reference voltage 50 made of EEPROM in advance, as shown in FIG. 5D, the differential amplifier 51 is connected to the smoothing circuit 49 and the reference voltage. A voltage difference from 50 is output as temperature information.

すなわち、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、駆動制御回路３５の後段に整流器４８、平滑回路４９、差動増幅器５１で構成される温度検出手段４７を設けているため、振動子２１の近傍に温度センサを設けることなく、振動子２１の近傍の温度を検出することができるという効果が得られるものである。 That is, in the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention, the temperature detector 47 including the rectifier 48, the smoothing circuit 49, and the differential amplifier 51 is provided at the subsequent stage of the drive control circuit 35. Thus, the effect that the temperature in the vicinity of the vibrator 21 can be detected without providing a temperature sensor in the vicinity of is obtained.

そして、コンパレータ５５は、前記差動増幅器５１からの出力信号をコンパレータ５５における上限基準電圧と比較して、この上限基準電圧を超える場合には、図５（ｅ）に示すように、温度異常であるとして、出力信号を出力するものである。 Then, the comparator 55 compares the output signal from the differential amplifier 51 with the upper limit reference voltage in the comparator 55. If the output exceeds the upper limit reference voltage, as shown in FIG. As an example, an output signal is output.

また、前記平滑回路４９の出力信号は、駆動回路２９の故障を診断するために、コンパレータ５２に入力されており、このコンパレータ５２の上限基準電圧以上または下限基準電圧以下となった場合には、駆動回路２９が故障しているとして、故障情報を出力するものである。 The output signal of the smoothing circuit 49 is input to the comparator 52 for diagnosing a failure of the drive circuit 29. When the output signal is equal to or higher than the upper limit reference voltage or lower limit reference voltage of the comparator 52, Assuming that the drive circuit 29 is out of order, failure information is output.

そしてまた、前記差動増幅器５１の出力信号は、検出回路３７における直流増幅器４６に接続されており、差動増幅器５１から出力される温度変化による出力信号に応じて、直流増幅器４６の増幅率を変化させて、検出回路３７からの出力信号を補正するものである。 The output signal of the differential amplifier 51 is connected to the DC amplifier 46 in the detection circuit 37, and the amplification factor of the DC amplifier 46 is increased according to the output signal due to the temperature change output from the differential amplifier 51. The output signal from the detection circuit 37 is corrected by changing.

すなわち、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、検出回路３７の後段に増幅器４６を設けるとともに、この増幅器４６の増幅率を温度検出手段４７における差動増幅器５５からの出力信号により変化させるようにしているため、温度変化により発生する出力信号の変動を自動的に補正することができるという効果が得られるものである。 That is, in the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention, an amplifier 46 is provided after the detection circuit 37, and the amplification factor of the amplifier 46 is changed by an output signal from the differential amplifier 55 in the temperature detection means 47. Thus, the effect that the fluctuation of the output signal caused by the temperature change can be automatically corrected can be obtained.

本発明に係る角速度センサは、振動子の近傍に温度センサを設けることなく、振動子の近傍の温度を検出することが可能な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 has an effect of providing an angular velocity sensor capable of detecting the temperature in the vicinity of the vibrator without providing the temperature sensor in the vicinity of the vibrator. The present invention is useful as an angular velocity sensor used for attitude control of moving bodies such as aircraft, automobiles, robots, ships, and automatic vehicles.

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 同角速度センサの分解斜視図Exploded perspective view of the same angular velocity sensor （ａ）〜（ｈ）同角速度センサにおける出力信号を示す波形図(A)-(h) Waveform diagram which shows the output signal in the same angular velocity sensor （ａ）〜（ｅ）同角速度センサにおける温度検出手段が動作状態を示す波形図(A)-(e) Waveform diagram in which the temperature detecting means in the same angular velocity sensor shows the operating state 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

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
４６直流増幅器
４７温度検出手段
４８整流器
４９平滑回路
５０基準電圧
５１差動増幅器
５６ケース 21 vibrator 25 drive electrode 26 monitor electrode 28a, 28b detection electrode 29 drive circuit 37 detection circuit 46 DC amplifier 47 temperature detection means 48 rectifier 49 smoothing circuit 50 reference voltage 51 differential amplifier 56 case

Claims

A vibrator provided with a drive electrode, a detection electrode, and a monitor electrode; and a drive circuit that vibrates the vibrator with a constant amplitude by processing a monitor signal from the monitor electrode in the vibrator and inputting the monitor signal to the drive electrode; A detection circuit that generates an output signal by processing charges generated by Coriolis force that is applied when an angular velocity is applied to the vibrator; and a case that houses the vibrator inside. An angular velocity sensor provided with detection means.

The temperature detection means includes a rectifier for inputting the output signal of the drive circuit, a smoothing circuit for inputting the output signal of the rectifier, and a differential for comparing the output signal from the smoothing circuit with a reference voltage to output a differential. The angular velocity sensor according to claim 1, comprising an amplifier.

2. An angular velocity sensor as set forth in claim 1, wherein an amplifier is provided after the detection circuit, and the amplification factor of the amplifier is changed by an output signal from the differential amplifier in the temperature detection means.