JP2010256117A - 振動型ジャイロセンサ - Google Patents
振動型ジャイロセンサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010256117A JP2010256117A JP2009105099A JP2009105099A JP2010256117A JP 2010256117 A JP2010256117 A JP 2010256117A JP 2009105099 A JP2009105099 A JP 2009105099A JP 2009105099 A JP2009105099 A JP 2009105099A JP 2010256117 A JP2010256117 A JP 2010256117A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- current
- detection
- signal
- circuit
- vibrator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
【課題】検出回路において電源電圧の制限を受けずに検波前利得を高め、検出信号の波形歪みの発生を避ける。
【解決手段】振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極で検出される検出信号から角速度信号を生成する検出回路20を備える。検出回路は、電源電圧に依存する信号処理を電流モードで行い、信号処理を電圧モードに代えて電流モードで行うことによって電源電圧による影響を避け、検波前利得を高めて、出力信号の雑音を低下させてS/N比を向上させ、検出回路の信号処理において電源電圧の制限による検出信号の波形歪みの発生を避ける。
【選択図】図1
【解決手段】振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極で検出される検出信号から角速度信号を生成する検出回路20を備える。検出回路は、電源電圧に依存する信号処理を電流モードで行い、信号処理を電圧モードに代えて電流モードで行うことによって電源電圧による影響を避け、検波前利得を高めて、出力信号の雑音を低下させてS/N比を向上させ、検出回路の信号処理において電源電圧の制限による検出信号の波形歪みの発生を避ける。
【選択図】図1
Description
本発明は、自動車、ロボット等の姿勢制御やナビゲーションシステム等に用いられる角
速度センサとしての振動型ジャイロセンサに関する。
速度センサとしての振動型ジャイロセンサに関する。
従来から圧電振動子等を用いた角速度を検出する振動型ジャイロセンサは、自動車やロボット等の姿勢制御等を行うために不可欠なセンサであり、カーナビゲーション・システムやロボット等の需要が増加するに従って、高精度な振動型ジャイロセンサが益々要求されている。
しかしながら、振動型ジャイロセンサは、複数の要因によって検出信号にもれ信号成分等のノイズ信号成分が重畳し、角速度の検出精度を低下させる要因となっている。
検出信号からノイズ信号成分を除去することによって角速度の検出精度の低下を抑制する技術は、例えば、特許文献1に記載されている。この特許文献1では、振動子に各速度が生じていない場合に、各速度が生じていると誤って検出した検出信号の信号成分をノイズ信号成分として除去する補正信号を生成する点が開示されている。
図14は、従来の振動型ジャイロセンサの一構成例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、水晶振動子などによって成る振動子(図示していない)と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。
振動子は、例えば、対となる駆動電極および対となる検出電極を備える。制御回路は、振動子を発振させる発振回路100と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路200を備える。
発振回路100は、電流電圧変換回路101(以下、I/V変換回路101と略す)、移相回路102、振幅検出回路103、利得可変増幅器104等によって構成される。ここで、I/V変換回路101は、振動子の振動に応じて一方の駆動電極111から流れ出す帰還信号P101を受け、電流電圧変換を行って帰還電圧信号P102を出力する。
移相回路102は帰還電圧信号P102を入力して、振動子が発振するための条件に合うように帰還電圧信号P102の位相を移動させて、移相信号P103を出力する。振幅検出回路103は帰還電圧信号P102を入力し、帰還電圧信号P102の振幅に応じたAGC信号P104を出力する。利得可変増幅器104はAGC信号P104に応じて利得を調整し、入力する移相信号P103 を可変増幅して振動子の駆動電極112に駆動信号P105を印加する。これにより、発振回路100は振動子を発振させ、帰還信号P101に応じて駆動信号P105の大きさを調整し、振動子の振動振幅を常に一定状態に保持する。
検出回路200は2つの電流電圧変換回路201a、201b(以下、I/V変換回路201a,201bと略す)、差動増幅回路203、同期検波回路205、ローパスフィルタ206(以下、LPF206と略す)、増幅回路208、移相回路209等によって構成される。
2つのI/V変換回路201a、201bは、それぞれ振動子の検出電極121a,121bに接続され、検出信号P20a、P20bを入力して、電圧値である検出電圧P21a、P21bを出力する。差動増幅回路203は検出電圧P21a、P21bを入力して差動増幅を行い、差分出力P22a,P22bを出力する。
また、同期検波回路205は差分出力P22a,P22bを入力し、発振回路100から出力され移相回路209を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行って検波出力P23を出力する。検波出力P23はLPF206で高周波成分をカットし増幅回路208で増幅して、印加された角速度に応じた角速度出力Poを出力する、これにより、検出回路200は、振動子からの検出信号P20a、P20bを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
振動型ジャイロは、振動子の変位を電流で取り出し、電圧電流変換回路あるいは電荷電圧変換回路で電圧に変換し、検波前において差動増幅回路で増幅し、検波回路で同期検波し、LPFで交流成分をカットし、さらに、検波後の増幅回路で増幅することによって、直流信号として取り出している。
ここで、増幅に必要な利得が定まっている場合、検波前の増幅回路に高い利得を割り当てることが、低雑音化にとって有利となる。
しかしながら、検波前信号の振幅は電源電圧を超えることはできないため、信号成分に漏れ信号等の振幅の大きな雑音成分が重畳している場合には検波前利得は制限を受け、低雑音化に支障をきたすという問題がある。
図15は、電源電圧による信号増幅の制限を説明するための図である。図15(a)中の符号Aで示す破線はノイズ信号成分を含まない場合の角速度出力を示している。この角速度出力Aは、出力電圧は電源電圧Vdd,Vssで制限される。また、図15(a)中のBで示す実線はノイズ信号成分を含む場合の角速度出力を示している。この角速度出力Bは、ノイズ信号成分によって図15(a)中のCの点で飽和するため、出力電圧は電源電圧Vdd,Vssにいたる前に出力電圧は制限される。
図15(b)はCの点より角速度が小さい時の差分出力を示す。図15(c)は角速度がCの点の時の差分出力を示し、図15(d)はCの点より角速度が大きい時の差分出力を示している。図15(b),(c)に示す出力は、ピークが電源電圧以下であるため、電源電圧の制限による歪を生じない。一方、更に角速度が上がった時にノイズ信号成分が大きいと、図15(d)の破線に示すように、ピークが電源電圧を超えるため、電源電圧の制限を受け、出力に歪が生じることになる。
このように、電圧信号の振幅は電源電圧によって制限を受けるため、検波前の回路においては増幅率を高くすることができない。増幅に必要な利得が定まっている場合には、検波後利得を高めざるを得ず、検波後利得によって雑音成分が増幅され、雑音が増大する。
この電源電圧による出力制限は、増幅回路に限らず、検出回路中で信号処理が電源電圧に依存する部分においても同様の影響を受ける。図16は、従来の振動型ジャイロの検出回路の概略構成のブロック図を示している。図16において、増幅回路213、検波回路214、ローパスフィルタ215(LPF215)の各回路は、信号処理を電圧モードで行っているため、電源電圧の影響を受けることになる。
そこで本発明は、上記した課題を解決して、検出回路において電源電圧の制限を受けずに検波前利得を高めることを目的とする。
また、本発明は、出力信号の雑音を低下させてS/N比を向上させることを目的とする。
また、本発明は、検出回路における電源電圧の制限を受けないことによって、検出信号の波形歪みの発生を避けることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極で検出される検出信号から角速度信号を生成する検出回路を備える。本発明の検出回路は、振幅が電源電圧によって制限を受ける信号処理を電流モードで行う。信号処理を電圧モードに代えて電流モードで行うことによって電源電圧による影響を避け、検波前利得を高めて、出力信号の雑音を低下させてS/N比を向上させることができる。また、検出回路の信号処理において電源電圧の制限による検出信号の波形歪みの発生を避けることができる。
本発明の検出回路は、電流モードによって取得した角速度電流信号の出力を電流電圧変換して角速度電圧信号とし、電圧信号で出力することができる。
本発明の振動型ジャイロセンサは、電流モードによる信号処理において、振動子の検出電極から検出される検出信号を電流増幅して増幅電流信号を求め、電流増幅して得られた角速度電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、検波電流信号からの交流成分の除去を電流モードで行って直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。電流モードによる信号処理は、電源電圧の影響を受けることがないため、信号の振幅が電源電圧に制限されるといった影響を受けることなく、信号処理を行うことができる。
本発明の振動型ジャイロセンサは、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、2つの検出信号を検出し、検出信号について増幅と検波と直流成分の抽出の各処理を電流モードで行うことを共通の構成とし、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行うか電流モードで行うかの点、差動動作を電流モードで行う場合において差動動作と電流増幅とを何れを先に行うかの動作順の点、および、検波を2つの検出信号を用いて行うかあるいは1つの検出信号を用いて行うかの点の組み合わせによって、複数の形態の構成とすることができる。
本発明の振動型ジャイロセンサの第1の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、第2の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、第3の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、第4の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、第5の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、第6の形態は検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
本発明の第1の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、互いに一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電圧信号を生成し、この差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流増幅し、電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
本発明の第1の形態による回路構成は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対の出力から検出した一対の検出信号について、互いに一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して互いに逆位相の一対の差分信号を生成する差動回路と、差分信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成する電圧電流回路と、電流変換した一対の差分電流信号を電流モードで増幅する電流増幅回路と、一対の差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
本発明の第2の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電圧信号を生成し、この差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
本発明の第2の形態による回路構成は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電圧信号を生成する差動回路と、差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成する電圧電流回路と、差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、電流増幅した差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
本発明の第3の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
本発明の第3の形態による回路構成は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、一対の検出電流信号について、一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、電流増幅した差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
本発明の第4の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について電流増幅し、この電流増幅した一方の検出信号に、前記電流増幅した他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
本発明の第4の形態による回路構成は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、一対の検出電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、電流増幅した一方の検出電流信号に、前記電流増幅した他方の検出電流信号の符号を反転して加算して差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
本発明の第5の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、互いに一方の検出信号の電流に他方の検出信号の電流の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、この一対の差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
本発明の第5の形態による回路構成は、振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、一対の検出電流信号について、互いに一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、一対の差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
本発明の第6の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態であり、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電流増幅して増幅電流信号を求め、この電流増幅した一対の増幅電流信号について、互いに一方の増幅電流信号に他方の増幅電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、この一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
本発明の第6の形態による回路構成は、振動子を振動させ、この振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、一対の検出電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、電流増幅した一対の検出電流信号について、互いに一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、抽出した直流電流から角速度電流信号を求める。
本発明の第1〜6の形態において、角速度電流信号を電流電圧変換し、角速度電圧信号として出力する。本発明の各形態の回路構成は、角速度電流信号を電流電圧変換し、角速度電圧信号として出力する電流電圧変換回路を備える。
本発明の態様によれば、検出回路の増幅、検波、および直流分の抽出を電流モードで行い、電圧モードで行う際に必要とされる高電圧が不要となり、低電圧化することができる。
本発明によれば、検出回路において電源電圧の制限を受けずに検波前利得を高めることができる。
本発明によれば、検出回路における電源電圧の制限を受けないことによって、検出信号の波形歪みの発生を避けることができる。
また、本発明によれば、出力信号の雑音を低下させてS/N比を向上させることができる。
本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図1は本発明の振動型ジャイロセンサの検出回路の構成を説明するための図である。以下の各図面において、電圧信号を実線の矢印で示し、電流信号を破線の矢印で示す。
本発明の振動型ジャイロセンサの検出回路20は、電流電圧変換回路21(以下、I/V変換回路21と略す)、電圧電流変換回路22(以下、V/I変換回路22と略す)、電流増幅回路23、電流検波回路25、ローパスフィルタ26(以下、LPF26と略す)、電流電圧変換回路27(以下、I/V変換回路27と略す)によって構成される。
I/V変換回路21は、振動子の検出電極(図示していない)に接続され、検出信号P1を入力して電圧値である検出電圧P2を出力する。V/I変換回路22は検出電圧P2を入力して電流値である検出電流P3を出力する。なお、I/V変換回路21とV/I変換回路22とを設けることによって、入力インピーダンスを小さくし、出力インピーダンスを大きくして次段の状態変化が前段に影響を及ぼすことを防ぐ効果を奏することができる。
なお、図1に示した構成例では、検出電極から出力された検出信号P1をI/V変換回路21で電圧に変換し、さらにV/I変換回路22によって電流に戻した後に電流増幅回路23に入力しているが、I/V変換回路21およびV/I変換回路22を用いることなく、検出電極から出力された検出信号P1を電流増幅回路23に直接に入力する構成としてもよい。
以後、電流増幅回路23と電流検波回路25とLPF26は電流モードによって電源電圧に影響を受けることなく信号処理を行う。
電流増幅回路23は検出電流P3を信号増幅して検出電流P4を出力する。電流検波回路25は検出電流P4を入力し、検波を行って検波電流信号P5を出力する。なお、電流検波回路25は、発振回路(図示していない)から出力される検波制御信号に基づいて同期検波を行うことができる。LPF26は検波電流信号P5を入力し、高周波成分をカットして直流電流の角速度電流信号P6を出力する。
I/V変換回路27は、角速度電流信号P6を電流電圧変換して角速度電圧信号とし、振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
本発明の検出回路は、振動子に2つの検出電極を設けることによって2つの検出信号を検出し、この2つの検出信号を用いて角速度信号を検出する構成とすることもできる。この場合には、電流増幅回路23を差動増幅回路とし、2つの検出信号を用いて差分信号を出力する構成とすることができる。
本発明の検出回路は、電流増幅回路23と電流検波回路25とLPF26を電流モードで行うことによって信号振幅が電源電圧で制限されることがないため、電源電圧の影響を受けることなく信号処理を行うことができる。
[本発明の第1の形態]
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第1の形態について図2を用いて説明する。本発明の第1の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第1の形態について図2を用いて説明する。本発明の第1の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
図2は、本発明の振動型ジャイロセンサの第1の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、水晶振動子などによって成る振動子(図示していない)と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。
振動子は、例えば、対となる駆動電極および対となる検出電極を備える。制御回路は、振動子を発振させる発振回路10と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路20を備える。
発振回路10は、電流電圧変換回路11(以下、I/V変換回路11と略す)、移相回路12、振幅検出回路13、利得可変増幅器14等によって構成される。ここで、I/V変換回路11は、振動子の振動に応じて一方の駆動電極111から流れ出す帰還信号P1を受け、電流電圧変換を行って帰還電圧信号P2を出力する。I/V変換回路11で位相が反転するため、帰還電圧信号P1は帰還信号P2に対して逆位相の信号となる。
移相回路12は帰還電圧信号P2を入力して、振動子が発振するための条件に合うように帰還電圧信号P2の位相を移動させて、移相信号P3を出力する。振幅検出回路13は帰還電圧信号P2を入力し、帰還電圧信号P2の振幅に応じたAGC信号P4を出力する。利得可変増幅器14はAGC信号P14に応じて利得を調節し、入力する移相信号P3 を可変増幅して振動子の駆動電極112に駆動信号P5を印加する。これにより、発振回路10は振動子を発振させ、帰還信号P1に応じて駆動信号P5の大きさを調整し、振動子の振動振幅を常に一定状態に保持する。
検出回路20は2つの電流電圧変換回路21a、21b(以下、I/V変換回路21a,21bと略す)、差動回路24a,24b,電圧電流変換回路22a,22b(以下、V/I変換回路22a,22bと略す)、電流増幅回路23a,23b、電流検波回路25、ローパスフィルタ26(以下、LPF26と略す)、電流電圧変換回路27(以下、I/V変換回路27と略す)、増幅回路28、移相回路29等によって構成される。
ここで、V/I変換回路22a,22bよりも後段の電流増幅回路23a,23b、電流検波回路25、LPF26を電流モードで信号処理を行い、LPF26で得られた直流電流を電流電圧変換回路27で電圧信号に変換した後に出力する。
2つのI/V変換回路21a,21bは、それぞれ振動子の検出電極121a,121bに接続され、検出信号P11a、P11bを入力して、電圧値である検出電圧P12a、P12bを出力する。差動回路24a,24bは検出電圧P12a、P12bを入力して互いに差分をとった差分信号P19a,P19bを出力する。
V/I変換回路22aは電圧信号である差分信号P19aを電流信号の差分信号P13aに変換して電流増幅回路23aに入力する。また、V/I変換回路22bは電圧信号である差分信号P19bを電流信号の差分信号P13bに変換して電流増幅回路23bに入力する。電流増幅回路23aは差分信号P13aを電流増幅して電流信号P14aを電流検波回路25に入力し、電流増幅回路23bは差分信号P13bを電流増幅して電流信号P14bを電流検波回路25に入力する。電流検波回路25は、電流信号P14aと電流信号P14bを用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路10から移相回路29を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
電流検波回路25は検波電流信号P15をLPF26に入力し、LPF26は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号P16を出力する。I/V変換回路27は、直流電流信号P16を電流電圧変換して角速度電圧信号P17を出力する。増幅回路28はこの角速度電圧信号P17を増幅して出力する。これにより、検出回路20は、振動子からの検出信号P11a、P11bを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
[本発明の第2の形態]
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第2の形態について図3を用いて説明する。本発明の第2の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第2の形態について図3を用いて説明する。本発明の第2の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電圧モードで行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電圧信号を生成し、この差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
図3は、本発明の振動型ジャイロセンサの第2の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、第1の形態例と同様に、水晶振動子などによって成る振動子(図示していない)と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。また、振動子は、対となる駆動電極および対となる検出電極を備え、制御回路は、振動子を発振させる発振回路10と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路20を備える。
発振回路10は第1の形態例と同様であるため、ここでは検出回路20について説明する。
第2の形態例の検出回路20は、2つの電流電圧変換回路21a、21b(以下、I/V変換回路21a,21bと略す)、差動回路24,一つの電圧電流変換回路22(以下、V/I変換回路22と略す)、電流増幅回路23、電流検波回路25、ローパスフィルタ26(以下、LPF26と略す)、電流電圧変換回路27(以下、I/V変換回路27と略す)、増幅回路28、移相回路29等によって構成される。
ここで、V/I変換回路22a,22bよりも後段の電流増幅回路23、電流検波回路25、LPF26を電流モードで駆動し、LPF26で得られた直流電流を電流電圧変換回路27で電圧信号に変換した後に出力する。
2つのI/V変換回路21a,21bは、それぞれ振動子の検出電極121a,121bに接続され、検出信号P11a、P11bを入力して、電圧値である検出電圧P12a,P12bを出力する。差動回路24は検出電圧P12aから検出電圧P12bを減算した差分信号P19を出力する。
V/I変換回路22は電圧信号である差分信号P19を電流信号の差分信号P13に変換して電流増幅回路23に入力する。電流増幅回路23は差分信号P13を電流増幅して電流信号P14を電流検波回路25に入力する。電流検波回路25は、電流信号P14を用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路10から移相回路29を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
電流検波回路25は検波電流信号P15をLPF26に入力し、LPF26は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号P16を出力する。検波電流信号P15は、片方の極側の電流信号のみを用いて(図では正側の電流)検波を行っているため、直流電流信号P16の出力レベルは第1の形態と比較して低くなる。
I/V変換回路27は、直流電流信号P16を電流電圧変換して角速度電圧信号P17を出力する。増幅回路28はこの角速度電圧信号P17を増幅して出力する。これにより、検出回路20は、振動子からの検出信号P11a、P11bを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
[本発明の第3の形態]
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第3の形態について図4を用いて説明する。本発明の第3の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第3の形態について図4を用いて説明する。本発明の第3の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
図4は、本発明の振動型ジャイロセンサの第3の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、第1,2の形態例と同様に、水晶振動子などによって成る振動子(図示していない)と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。また、振動子は、対となる駆動電極および対となる検出電極を備え、制御回路は、振動子を発振させる発振回路10と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路20を備える。
発振回路10は第1,2の形態例と同様であるため、ここでは検出回路20について説明する。
第3の形態例の検出回路20は、2つの電流電圧変換回路21a、21b(以下、I/V変換回路21a,21bと略す)、2つの電圧電流変換回路22(以下、V/I変換回路22a,22bと略す)、差動回路24、電流増幅回路23、電流検波回路25、ローパスフィルタ26(以下、LPF26と略す)、電流電圧変換回路27(以下、I/V変換回路27と略す)、増幅回路28、移相回路29等によって構成される。
ここで、V/I変換回路22a,22bよりも後段の差動回路24、電流増幅回路23、電流検波回路25、LPF26を電流モードで駆動し、LPF26で得られた直流電流を電流電圧変換回路27で電圧信号に変換した後に出力する。
2つのI/V変換回路21a,21bは、それぞれ振動子の検出電極121a,121bに接続され、検出信号P11a、P11bを入力して、電圧値である検出電圧P12a,P12bを出力する。
V/I変換回路22a,22bは電圧値である検出電圧P12a,P12bを検出電流P13a,P13bに変換し、差動回路24は検出電流P12aから検出電流P12bを減算した差分信号P19を出力する。
電流増幅回路23は差分信号P19を電流増幅して電流信号P14を電流検波回路25に入力する。電流検波回路25は、電流信号P14を用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路10から移相回路29を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
電流検波回路25は検波電流信号P15をLPF26に入力し、LPF26は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号P16を出力する。検波電流信号P15は、片方の極側の電流信号のみを用いて(図では正側の電流)検波を行っているため、直流電流信号P16の出力レベルは第1の形態と比較して低くなる。
I/V変換回路27は、直流電流信号P16を電流電圧変換して角速度電圧信号P17を出力する。増幅回路28はこの角速度電圧信号P17を増幅して出力する。これにより、検出回路20は、振動子からの検出信号P11a、P11bを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
なお、図4に示した構成例では、検出電極から出力された検出信号P11a,P11bをI/V変換回路21a,21bで電圧に変換し、さらにV/I変換回路22a,22bによって電流に戻した後に差動回路24に入力しているが、I/V変換回路21a,21bおよびV/I変換回路22a,22bを用いることなく、検出電極から出力された検出信号P11a,P11bを差動回路24に直接に入力する構成としてもよい。
[本発明の第4の形態]
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第4の形態について図5を用いて説明する。本発明の第4の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第4の形態について図5を用いて説明する。本発明の第4の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、1つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について電流増幅し、この電流増幅した一方の検出信号に、前記電流増幅した他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
図5は、本発明の振動型ジャイロセンサの第4の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、第1〜3の形態例と同様に、水晶振動子などによって成る振動子(図示していない)と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。また、振動子は、対となる駆動電極および対となる検出電極を備え、制御回路は、振動子を発振させる発振回路10と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路20を備える。
検出回路20は第1〜3の形態例と同様であるため、ここでは検出回路20について説明する。
第4の形態例の検出回路20は、2つの電流電圧変換回路21a,21b(以下、I/V変換回路21a,21bと略す)、2つの電圧電流変換回路22a,22b(以下、V/I変換回路22a,22bと略す)、2つの電流増幅回路23a,23b、差動回路24、電流検波回路25、ローパスフィルタ26(以下、LPF26と略す)、電流電圧変換回路27(以下、I/V変換回路27と略す)、増幅回路28、移相回路29等によって構成される。
ここで、V/I変換回路22a,22bよりも後段の電流増幅回路23a,23b、差動回路24、電流検波回路25、LPF26を電流モードで駆動し、LPF26で得られた直流電流を電流電圧変換回路27で電圧信号に変換した後に出力する。
2つのI/V変換回路21a,21bは、それぞれ振動子の検出電極121a,121bに接続され、検出信号P11a、P11bを入力して、電圧値である検出電圧P12a,P12bを出力する。
V/I変換回路22a,22bは電圧値である検出電圧P12a,P12bを検出電流P13a,P13bに変換し、電流増幅回路23a,23bは検出電流P13a,13bをそれぞれ電流増幅して電流信号P14a,P14bを差動回路24に入力する。差動回路24は検出電流P12aから検出電流P12bを減算した差分信号P19を出力する。
電流検波回路25は、差分信号P19を用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路10から移相回路29を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
電流検波回路25は検波電流信号P15をLPF26に入力し、LPF26は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号P16を出力する。検波電流信号P15は、片方の極側の電流信号のみを用いて(図では正側の電流)検波を行っているため、直流電流信号P16の出力レベルは第1の形態と比較して低くなる。
I/V変換回路27は、直流電流信号P16を電流電圧変換して角速度電圧信号P17を出力する。増幅回路28はこの角速度電圧信号P17を増幅して出力する。これにより、検出回路20は、振動子からの検出信号P11a、P11bを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
なお、図5に示した構成例では、検出電極から出力された検出信号P11a,P11bをI/V変換回路21a,21bで電圧に変換し、さらにV/I変換回路22a,22bによって電流に戻した後に電流増幅回路23a,23bに入力しているが、I/V変換回路21a,21bおよびV/I変換回路22a,22bを用いることなく、検出電極から出力された検出信号P11a,P11bを電流増幅回路23a,23bに直接に入力する構成としてもよい。
[本発明の第5の形態]
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第5の形態について図6を用いて説明する。本発明の第5の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第5の形態について図6を用いて説明する。本発明の第5の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、差動動作の次に電流増幅を行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、互いに一方の検出信号の電流に他方の検出信号の電流の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、この一対の差分電流信号を電流増幅し、この電流増幅した一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について電流増幅し、この電流増幅した一方の検出信号に、前記電流増幅した他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
図6は、本発明の振動型ジャイロセンサの第5の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、第1〜4の形態例と同様に、水晶振動子などによって成る振動子(図示していない)と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。また、振動子は、対となる駆動電極および対となる検出電極を備え、制御回路は、振動子を発振させる発振回路10と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路20を備える。
検出回路20は第1〜4の形態例と同様であるため、ここでは検出回路20について説明する。
第5の形態例の検出回路20は、2つの電流電圧変換回路21a,21b(以下、I/V変換回路21a,21bと略す)、2つの電圧電流変換回路22a,22b(以下、V/I変換回路22a,22bと略す)、差動回路24a,24b、2つの電流増幅回路23a,23b、電流検波回路25、ローパスフィルタ26(以下、LPF26と略す)、電流電圧変換回路27(以下、I/V変換回路27と略す)、増幅回路28、移相回路29等によって構成される。
ここで、V/I変換回路22a,22bよりも後段の差動回路24a,24b、電流増幅回路23a,23b、電流検波回路25、LPF26を電流モードで駆動し、LPF26で得られた直流電流を電流電圧変換回路27で電圧信号に変換した後に出力する。
2つのI/V変換回路21a,21bは、それぞれ振動子の検出電極121a,121bに接続され、検出信号P11a、P11bを入力して、電圧値である検出電圧P12a,P12bを出力する。
V/I変換回路22a,22bは電圧値である検出電圧P12a,P12bを検出電流P13a,P13bに変換し、差動回路24a,24bに入力する。差動回路24aは検出電流P13aから検出電流P13bを減算した差分信号P19aを出力し、差動回路24bは検出電流P13bから検出電流P12aを減算した差分信号P19bを出力する。
電流増幅回路23a,23bは差分信号P19a,19bをそれぞれ電流増幅して電流信号P14a,P14bを出力する。電流検波回路25は、差分信号P14a,14bを用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路10から移相回路29を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
電流検波回路25は検波電流信号P15をLPF26に入力し、LPF26は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号P16を出力する。
I/V変換回路27は、直流電流信号P16を電流電圧変換して角速度電圧信号P17を出力する。増幅回路28はこの角速度電圧信号P17を増幅して出力する。これにより、検出回路20は、振動子からの検出信号P11a、P11bを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
なお、図6に示した構成例では、検出電極から出力された検出信号P11a,P11bをI/V変換回路21a,21bで電圧に変換し、さらにV/I変換回路22a,22bによって電流に戻した後に差動回路24a,24bに入力しているが、I/V変換回路21a,21bおよびV/I変換回路22a,22bを用いることなく、検出電極から出力された検出信号P11a,P11bを差動回路24a,24bに直接に入力する構成としてもよい。
[本発明の第6の形態]
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第6の形態について図7を用いて説明する。本発明の第6の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの第6の形態について図7を用いて説明する。本発明の第6の形態は、検出信号の差分信号を求める差動動作を電流モードで行い、電流増幅の次に差動動作を行い、2つの検出信号を用いて検波を行う形態である。
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電流増幅して増幅電流信号を求め、この電流増幅した一対の増幅電流信号について、互いに一方の増幅電流信号に他方の増幅電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、この一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について電流増幅し、この電流増幅した一方の検出信号に、前記電流増幅した他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、この差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、この検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求める。
図7は、本発明の振動型ジャイロセンサの第6の形態例を説明するための図である。振動型ジャイロセンサは、第1〜5の形態例と同様に、水晶振動子などによって成る振動子(図示していない)と、この振動子を駆動して角速度を検出する制御回路とによって構成される。また、振動子は、対となる駆動電極および対となる検出電極を備え、制御回路は、振動子を発振させる発振回路10と、振動子に印加された角速度に起因して発生する検出信号を入力して角速度に相当する出力信号を外部に出力する検出回路20を備える。
検出回路20は第1〜5の形態例と同様であるため、ここでは検出回路20について説明する。
第6の形態例の検出回路20は、2つの電流電圧変換回路21a,21b(以下、I/V変換回路21a,21bと略す)、2つの電圧電流変換回路22a,22b(以下、V/I変換回路22a,22bと略す)、2つの電流増幅回路23a,23b、差動回路24、電流検波回路25、ローパスフィルタ26(以下、LPF26と略す)、電流電圧変換回路27(以下、I/V変換回路27と略す)、増幅回路28、移相回路29等によって構成される。
ここで、V/I変換回路22a,22bよりも後段の電流増幅回路23a,23b、差動回路24、電流検波回路25、LPF26を電流モードで駆動し、LPF26で得られた直流電流を電流電圧変換回路27で電圧信号に変換した後に出力する。
2つのI/V変換回路21a,21bは、それぞれ振動子の検出電極121a,121bに接続され、検出信号P11a、P11bを入力して、電圧値である検出電圧P12a,P12bを出力する。
V/I変換回路22a,22bは電圧値である検出電圧P12a,P12bを検出電流P13a,P13bに変換する。電流増幅回路23a,23bは差分信号P19a,19bをそれぞれ電流増幅して電流信号P14a,P14bを差動回路24a,24bに入力する。差動回路24a,24bは電流信号P14aから電流信号P14bを減算した差分信号P19aと、電流信号P14bから電流信号P12aを減算した差分信号P19bを出力する。
電流検波回路25は、差分信号P19a,19bを用いて検波を行う。この電流検波では、発振回路10から移相回路29を介して入力される検波制御信号に基づいて同期検波を行う。
電流検波回路25は検波電流信号P15をLPF26に入力し、LPF26は高周波成分をカットして直流成分を抽出して直流電流信号P16を出力する。
I/V変換回路27は、直流電流信号P16を電流電圧変換して角速度電圧信号P17を出力する。増幅回路28はこの角速度電圧信号P17を増幅して出力する。これにより、検出回路20は、振動子からの検出信号P11a、P11bを入力して振動子に印加された角速度の大きさを電圧信号として出力する。
なお、図7に示した構成例では、検出電極から出力された検出信号P11a,P11bをI/V変換回路21a,21bで電圧に変換し、さらにV/I変換回路22a,22bによって電流に戻した後に電流増幅回路23a,23bに入力しているが、I/V変換回路21a,21bおよびV/I変換回路22a,22bを用いることなく、検出電極から出力された検出信号P11a,P11bを電流増幅回路23a,23bに直接に入力する構成としてもよい。
[振動子の構成]
次に、本発明の振動型ジャイロセンサに用いられる振動子の一例を図8および図9に基づいて説明する。なお、図8の斜視図は電極を省略している。図8および図9において、振動子1はSiO2の単結晶である水晶によって成る水晶振動子であって、2つの駆動脚2a,2bと一つの検出脚2cの3本の脚、及び基部8と支持部9を有する三脚音叉型振動子である。
次に、本発明の振動型ジャイロセンサに用いられる振動子の一例を図8および図9に基づいて説明する。なお、図8の斜視図は電極を省略している。図8および図9において、振動子1はSiO2の単結晶である水晶によって成る水晶振動子であって、2つの駆動脚2a,2bと一つの検出脚2cの3本の脚、及び基部8と支持部9を有する三脚音叉型振動子である。
また、駆動脚2a,2bには対となる駆動電極3,4が形成されており、駆動電極3は、駆動脚2aの対向する2面に形成される駆動電極3a,3bと、駆動脚2bの対向する2面に形成される駆動電極3c,3dによって成る。
また、駆動電極4は、駆動脚2aの対向する他の2面に形成される駆動電極4a,4 bと、駆動脚2bの対抗する他の2面に形成される駆動電極4c,4dによって成る。これらの駆動電極3a,3b,3c,3dは、それぞれ電気的に接続されて外部と接続され、また、駆動電極4a,4b,4c,4dも、それぞれ電気的に接続されて外部と接続される。
また、検出脚2cには、その角の部分に対となる検出電極5,6が形成され、それぞれ外部に接続される。また、検出電極5,6に対向する面の電極は、回路のGNDに接続される。また、振動子1の構造は、図8,図9で示すような三脚音叉型振動子には限定されず、例えば、二脚の音叉型振動子でも良い。
次に、本発明の振動型ジャイロセンサの角速度検出動作を図1及び図9に基づいて説明する。ここで、前述した如く、振動子1は、制御回路の発振回路10によって一定振幅での発振が継続されている。このとき、振動子1が角速度ωで回転されたとすると、図9で示す矢印X方向の振動に対して直角なZ方向に角速度ωに比例したコリオリの力Fが働く。
このコリオリの力Fは、
F=2・m・ω・V (式1)
で表される。
F=2・m・ω・V (式1)
で表される。
ここで、mは駆動脚2a,2b、または検出脚2cの等価質量であり、Vは共振周波数f0(Hz)で振動する速度である。このコリオリの力Fによる応力によって振動子1は、図9で示すZ方向に共振周波数に等しい周波数で振動が励起され、この振動によって検出脚2cに形成された検出電極5,6に圧電効果による電荷が発生する。
この発生した電荷により、検出電極5,6に微小な逆相の検出信号P11a、P11bが発生する。検出回路20のI/V変換回路21a,21bは、この検出信号P11a、P11bをそれぞれ電流電圧変換して検出電圧P12a、P12bを出力し、差動回路24は、検出電圧P12a、P11bの差分を求めて差分信号P19a,P19bを出力する。
電圧電流変換回路22a,22bは、差分信号P19a,P19bを電流信号に変換して検出電流P13a,P13bを出力する。電流検波回路25は、差分信号P19a,P19bを入力して発振回路10から出力される検波制御信号のタイミングに合わせて同期検波を行い、直流に変換された検波電流信号P16を出力する。電流検波回路25は交流成分をカットし、角速度に応じた直流電圧である角速度出力Poを出力する。
LPF26から出力された検波電流信号P16をI/V変換回路27で電圧に変換して角速度電圧出力P17を出力する。増幅回路28は、角速度電圧出力P17を増幅して出力信号P18を出力する。
[V/I変換回路および加算回路]
図10を用いてV/I変換回路および加算回路の一例について説明する。図10に示す回路構成は、Howland型電流ポンプ回路の例を示している。この回路構成はv1、v2の2つの電圧入力を加算して出力電流ioとして出力する。
図10を用いてV/I変換回路および加算回路の一例について説明する。図10に示す回路構成は、Howland型電流ポンプ回路の例を示している。この回路構成はv1、v2の2つの電圧入力を加算して出力電流ioとして出力する。
この回路構成では、出力電流ioは
io=(v1−v2)/R1 (式2)
で表され、v1とv2の電位差に比例する電流が出力される。
io=(v1−v2)/R1 (式2)
で表され、v1とv2の電位差に比例する電流が出力される。
図10に示す回路構成は、例えば、図2中のV/I変換回路21a,21bと差動回路24を組み合わせた回路に相当する。図10に示す回路構成においては、オペアンプの振幅を抑えるため、R1>R2とすることが望ましい。
[電流増幅回路]
図11を用いて電流増幅回路の一例について説明する。図11に示す回路構成は、オペアンプを用いた電流増幅回路の例を示している。この回路構成はi1の入力電流を増幅して出力電流ioを出力する。
図11を用いて電流増幅回路の一例について説明する。図11に示す回路構成は、オペアンプを用いた電流増幅回路の例を示している。この回路構成はi1の入力電流を増幅して出力電流ioを出力する。
この回路構成では、出力電流ioは
io=(1+R2/R1)・i1 (式3)
で表され、抵抗R1と抵抗R2の抵抗比によって増幅率が定まる。
io=(1+R2/R1)・i1 (式3)
で表され、抵抗R1と抵抗R2の抵抗比によって増幅率が定まる。
[検出回路、電流LPF回路、I/V変換回路]
図12,図13を用いて検出回路、電流LPF回路、およびI/V変換回路の一連の回路構成例について説明する。
図12,図13を用いて検出回路、電流LPF回路、およびI/V変換回路の一連の回路構成例について説明する。
図12に示す回路構成は、2つの入力電流信号をスイッチで切り換えて出力する検波回路と、オペアンプの帰還回路に抵抗とコンデンサの並列回路を接続することによって構成したLPFとI/V回路の例を示している。
図13に示す回路構成は、2つの入力電流信号をスイッチで切り換えて出力する検波回路と、抵抗とコンデンサによるLPF兼I/V回路に、オペアンプによるボルテージフォロアを組み合わせた回路の例を示している。
上記した回路構成は一例であって上記回路の限られるものではなく、他の回路構成を用いて検出回路を構成することもできる。
1 振動子
2a,2b 駆動脚
2c 検出脚
3,3a,3b,3c,3d 駆動電極
4,4a,4b,4c,4d 駆動電極
5,6 検出電極
8 基部
9 支持部
10 発振回路
11 電流電圧変換回路
12 移相回路
13 振幅検出回路
14 利得可変増幅器
20 検出回路
21,21a,21b 電流電圧変換回路(I/V変換回路)
22,22a,22b 電圧電流変換回路(V/I変換回路)
23,23a,23b 電流増幅回路
24,24a,24b 差動回路
25 電流検波回路
26 ローパスフィルタ
27 電流電圧変換回路
28 増幅回路
29 移相回路
100 発振回路
101 電流電圧変換回路
102 移相回路
103 振幅検出回路
104 利得可変増幅器
111 駆動電極
112 駆動電極
121a,121b 検出電極
200 検出回路
201,202 電流電圧変換回路
203 差動増幅回路
205 同期検波回路
206 ローパスフィルタ
208 増幅回路
213 増幅回路
214 検波回路
215 ローパスフィルタ
2a,2b 駆動脚
2c 検出脚
3,3a,3b,3c,3d 駆動電極
4,4a,4b,4c,4d 駆動電極
5,6 検出電極
8 基部
9 支持部
10 発振回路
11 電流電圧変換回路
12 移相回路
13 振幅検出回路
14 利得可変増幅器
20 検出回路
21,21a,21b 電流電圧変換回路(I/V変換回路)
22,22a,22b 電圧電流変換回路(V/I変換回路)
23,23a,23b 電流増幅回路
24,24a,24b 差動回路
25 電流検波回路
26 ローパスフィルタ
27 電流電圧変換回路
28 増幅回路
29 移相回路
100 発振回路
101 電流電圧変換回路
102 移相回路
103 振幅検出回路
104 利得可変増幅器
111 駆動電極
112 駆動電極
121a,121b 検出電極
200 検出回路
201,202 電流電圧変換回路
203 差動増幅回路
205 同期検波回路
206 ローパスフィルタ
208 増幅回路
213 増幅回路
214 検波回路
215 ローパスフィルタ
Claims (17)
- 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極で検出される検出信号から角速度信号を生成する検出回路を備え、前記検出回路は振幅が電源電圧によって制限を受ける信号処理を電流モードで行うことを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 前記検出回路は、前記電流モードによって取得した角速度電流信号の出力を電流電圧変換して角速度電圧信号として出力することを特徴とする、請求項1に記載の振動型ジャイロセンサ。
- 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極から検出される検出信号を電流増幅して増幅電流信号を求め、
前記電流増幅して得られた角速度電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号からの交流成分の除去を電流モードで行って直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、互いに一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電圧信号を生成し、
前記差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成し、
前記差分電流信号を電流増幅し、
前記電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電圧信号を生成し、
前記差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成し、
前記差分電流信号を電流増幅し、
前記電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、
前記差分電流信号を電流増幅し、
前記電流増幅した差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について電流増幅し、
前記電流増幅した一方の検出信号に、前記電流増幅した他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電流信号を生成し、
前記差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、互いに一方の検出信号の電流に他方の検出信号の電流の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、
前記一対の差分電流信号を電流増幅し、
前記電流増幅した一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電流増幅して増幅電流信号を求め、
前記電流増幅した一対の増幅電流信号について、互いに一方の増幅電流信号に他方の増幅電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を生成し、
前記一対の差分電流信号を電流検波して検波電流信号を生成し、
前記検波電流信号から交流成分を除去して直流成分を抽出して角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 前記角速度電流信号を電流電圧変換し、前記直流成分を角速度電圧信号として出力することを特徴とする、請求項3から9の何れか一つに記載の振動型ジャイロセンサ。
- 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
振動子の検出電極対の出力から検出した一対の検出信号について、互いに一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して互いに逆位相の一対の差分信号を生成する差動回路と、
前記差分信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記電流変換した一対の差分電流信号を電流モードで増幅する電流増幅回路と、
前記一対の差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号について、一方の検出信号に他方の検出信号の符号を反転して加算して差分電圧信号を生成する差動回路と、
前記差分電圧信号を電圧電流変換して差分電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、
前記電流増幅した差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記一対の検出電流信号について、一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、
前記差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、
前記電流増幅した差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記一対の検出電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と
前記電流増幅した一方の検出電流信号に、前記電流増幅した他方の検出電流信号の符号を反転して加算して差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、
前記差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記一対の検出電流信号について、互いに一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、
前記一対の差分電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、
前記差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 振動子を振動させ、当該振動子に印加された角速度を検出する振動型ジャイロセンサにおいて、
前記振動子の検出電極対から検出される一対の検出信号を電圧電流変換して一対の検出電流信号を生成する電圧電流回路と、
前記一対の検出電流信号を電流モードで電流増幅する電流増幅回路と、
前記電流増幅した一対の検出電流信号について、互いに一方の検出電流信号に他方の検出電流信号の符号を反転して加算して互いに逆位相との一対の差分電流信号を電流モードで生成する差動電流回路と、
前記差分電流信号を電流モードで電流検波して検波電流信号を生成する電流検波回路と、
前記検波電流信号から交流成分を電流モードで除去して直流電流を抽出するローパスフィルタ回路とを備え、
前記抽出した直流電流から角速度電流信号を求めることを特徴とする振動型ジャイロセンサ。 - 前記角速度電流信号を電流電圧変換し、前記直流成分を角速度電圧信号として出力する電流電圧変換回路を備えることを特徴とする、請求項11から16の何れか一つに記載の振動型ジャイロセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009105099A JP2010256117A (ja) | 2009-04-23 | 2009-04-23 | 振動型ジャイロセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009105099A JP2010256117A (ja) | 2009-04-23 | 2009-04-23 | 振動型ジャイロセンサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010256117A true JP2010256117A (ja) | 2010-11-11 |
Family
ID=43317209
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009105099A Withdrawn JP2010256117A (ja) | 2009-04-23 | 2009-04-23 | 振動型ジャイロセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010256117A (ja) |
-
2009
- 2009-04-23 JP JP2009105099A patent/JP2010256117A/ja not_active Withdrawn
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2010150736A1 (ja) | 角速度センサと、それに用いられる同期検波回路 | |
KR100397107B1 (ko) | 압전진동자의 구동장치 | |
JP4310571B2 (ja) | 静電容量検出型振動ジャイロ、および静電容量変化検出方法 | |
JP2004279101A (ja) | 振動型角速度センサ | |
JPH1073437A (ja) | 振動ジャイロの検出回路及びこれを用いた振動ジャイロ装置 | |
JP2007057340A (ja) | 発振回路及び角速度センサ | |
JP5187836B2 (ja) | センサ感度調整手段及びセンサの製造方法 | |
JP2008256668A (ja) | 角速度センサ | |
CN106525015B (zh) | 物理量检测***、电子设备以及移动体 | |
JP5079541B2 (ja) | 物理量センサ | |
JP2008241330A (ja) | 圧電振動子の検出回路およびジャイロセンサ | |
JP2010256117A (ja) | 振動型ジャイロセンサ | |
JP5041465B2 (ja) | 振動子駆動回路 | |
JP2006010408A (ja) | 振動ジャイロ | |
JP2012199664A (ja) | 差動増幅回路及び集積回路装置 | |
JP5700090B2 (ja) | 角速度検出装置の製造方法 | |
JP5208063B2 (ja) | 振動型ジャイロセンサ | |
JP5559733B2 (ja) | 物理量センサ | |
JP2010107416A (ja) | 角速度検出装置およびその製造方法 | |
JP2014149229A (ja) | 角速度センサ | |
JP3425717B2 (ja) | 振動ジャイロ | |
JP2002372422A (ja) | 角速度検出装置 | |
JP2010054405A (ja) | 角速度検出装置用振動子及び角速度検出装置 | |
Chiang et al. | Development of a CMOS driving circuit with compensation function for gyroscope applications | |
JP2008209209A (ja) | 角速度センサ素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20120703 |