JP2013064707A - Angular velocity sensor - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular velocity sensor capable of preventing an output signal from varying due to temperature change with the less number of components.SOLUTION: An angular velocity sensor has a change-over switch 87 for input of an output signal from an angular velocity amplitude detection circuit 82. When the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit 82 becomes a predetermined value, the change-over switch 87 stops the function of correction operation means 75.

Description

本発明は、特に、航空機、車両などの移動体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 or a vehicle, a navigation system, or the like.

従来のこの種の角速度センサは、図７に示すような構成を有していた。   This type of conventional angular velocity sensor has a configuration as shown in FIG.

図７は従来の角速度センサの斜視図を示したもので、この図７において、１は振動子で、この振動子１はケース２内に収納されている。３は温度センサで、この温度センサ３は前記ケース２の内側に収納されるとともに、前記振動子１の近傍の温度を検出するものである。４はペルチェ素子で、このペルチェ素子４は前記ケース２の上面に設けられている。５は温度制御手段で、この温度制御手段５は前記温度センサ３からの出力信号を基に、ペルチェ素子４に流れる電流の方向および量を制御して、ケース２内の温度を一定の値に制御するものである。   FIG. 7 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor. In FIG. 7, 1 is a vibrator, and the vibrator 1 is housed in a case 2. A temperature sensor 3 is housed inside the case 2 and detects the temperature in the vicinity of the vibrator 1. Reference numeral 4 denotes a Peltier element. The Peltier element 4 is provided on the upper surface of the case 2. Reference numeral 5 denotes a temperature control means. The temperature control means 5 controls the direction and amount of the current flowing through the Peltier element 4 based on the output signal from the temperature sensor 3 so that the temperature in the case 2 becomes a constant value. It is something to control.

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に交流電圧を印加することにより、振動子１をＹ軸方向に対称振動させ、その振動状態を維持したまま、振動子１をＺ軸周りに角速度ωで回転させると、振動子１にコリオリ力が発生する。そして、このコリオリ力により振動子１に発生する電荷を出力電圧に変換することによって、角速度を検出するものである。   When an alternating voltage is applied to the vibrator 1, the vibrator 1 is oscillated symmetrically in the Y-axis direction, and the vibrator 1 is rotated at an angular velocity ω around the Z axis while maintaining the vibration state. Coriolis force is generated. The angular velocity is detected by converting the electric charge generated in the vibrator 1 by this Coriolis force into an output voltage.

ここで、角速度センサを設置している周辺の温度が変化する場合を考えて見ると、従来の角速度センサにおいては、温度センサ３により、ケース２内の温度を検出するとともに、温度制御手段５により、ペルチェ素子４に加わる電流の方向および量を制御することで、ケース２内の温度を所定の値に制御することにより、温度変化により生じる出力信号の変動を防止するようにしていた。   Here, considering the case where the temperature around the angular velocity sensor is changed, in the conventional angular velocity sensor, the temperature sensor 3 detects the temperature in the case 2 and the temperature control means 5 By controlling the direction and amount of the current applied to the Peltier element 4, the temperature in the case 2 is controlled to a predetermined value, thereby preventing fluctuations in the output signal caused by temperature changes.

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。   As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.

特開平５−１８７６２号公報JP-A-5-18762

しかしながら、上記した従来の構成においては、角速度センサを設置している周辺の温度が変化する場合には、温度センサ３により、ケース２内の温度を検出するとともに、温度制御手段５により、ペルチェ素子４に加わる電流の方向および量を制御することで、ケース１内の温度を所定の値に制御することにより、温度変化により生じる出力信号の変動を防止するようにしていたため、角速度センサの部品点数が増え大型化してしまうという課題を有していた。   However, in the conventional configuration described above, when the temperature around the angular velocity sensor is changed, the temperature in the case 2 is detected by the temperature sensor 3, and the Peltier element is detected by the temperature control means 5. By controlling the direction and amount of the current applied to 4, the temperature in the case 1 is controlled to a predetermined value to prevent fluctuations in the output signal caused by the temperature change, so the number of parts of the angular velocity sensor There is a problem that increases and becomes larger.

本発明は上記従来の課題を解決するもので、部品点数が少ないにも関わらず、温度変化による出力信号の変動を防止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。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an angular velocity sensor that can prevent fluctuation of an output signal due to a temperature change even though the number of parts is small.

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、センス電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子を所定の駆動周波数で駆動振動させるドライブ回路と、前記センス電極から出力される信号を処理して出力信号を出力する検出回路と、前記ドライブ回路および検出回路を動作させるタイミング信号を生成するタイミング制御回路と、ローパスフィルタの出力信号をハイパスフィルタの出力信号で差算することによりオフセット値を検出するオフセット検出回路と、前記検出回路の出力信号からオフセット検出回路の出力信号を差算する補正演算手段と、ハイパスフィルタと平滑回路とを設けた角速度振幅検出回路とを備え、前記角速度振幅検出回路からの出力信号を入力する切替スイッチを設け、角速度振幅検出回路からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチにより、前記オフセット検出回路の機能を停止させるようにしたもので、この構成によれば、角速度振幅検出回路からの出力信号を入力する切替スイッチを設け、角速度振幅検出回路からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチにより、前記オフセット検出回路の機能を停止させるようにしたため、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正できるという作用効果を有するものである。   According to a first aspect of the present invention, a vibrator provided with a drive electrode, a sense electrode, and a monitor electrode, a drive circuit that drives and vibrates the vibrator at a predetermined drive frequency, and output from the sense electrode A detection circuit that processes the signal and outputs an output signal; a timing control circuit that generates a timing signal for operating the drive circuit and the detection circuit; and a low-pass filter output signal that is subtracted by an output signal of the high-pass filter An offset detection circuit for detecting an offset value; correction calculation means for subtracting an output signal of the offset detection circuit from an output signal of the detection circuit; and an angular velocity amplitude detection circuit provided with a high-pass filter and a smoothing circuit, An output signal from the angular velocity amplitude detection circuit is provided by providing a selector switch that inputs the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit. When the predetermined value is reached, the function of the offset detection circuit is stopped by the changeover switch. According to this configuration, the changeover switch for inputting the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit is provided. When the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit becomes a predetermined value, the function of the offset detection circuit is stopped by the changeover switch, so that the temperature change without changing the output signal generated by the angular velocity Thus, only the fluctuation of the output signal having a low frequency generated by the above can be corrected.

本発明の請求項２に記載の発明は、タイミング制御回路のクロックを電源起動時に高速化させることにより、オフセット検出回路および角速度振幅検出回路からの出力信号を高速化させたもので、この構成によれば、電源起動時から瞬時に、温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動を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。   According to the second aspect of the present invention, the output signals from the offset detection circuit and the angular velocity amplitude detection circuit are speeded up by speeding up the clock of the timing control circuit when the power supply is activated. According to this, there is an effect that the fluctuation of the output signal composed of a low frequency generated due to a temperature change or the like can be corrected instantaneously from the time of starting the power supply.

本発明の請求項３に記載の発明は、オフセット検出回路におけるローパスフィルタとハイパスフィルタとの間に遅延回路を設け、この遅延回路により検出回路からの出力信号を所定の時間遅延させてからオフセット値を検出するように構成したもので、この構成によれば、オフセット検出回路におけるローパスフィルタとハイパスフィルタとの間に遅延回路を設け、この遅延回路により検出回路からの出力信号を所定の時間遅延させてからオフセット値を検出するようにしたため、角速度振幅検出回路により検出した角速度信号の発生と同時に、補正演算手段におけるオフセット検出回路を動作させることができることとなり、これにより、さらに確実に、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正できるという作用効果を有するものである。   According to the third aspect of the present invention, a delay circuit is provided between the low-pass filter and the high-pass filter in the offset detection circuit, and the output value from the detection circuit is delayed by a predetermined time by the delay circuit, and then the offset value is set. According to this configuration, a delay circuit is provided between the low-pass filter and the high-pass filter in the offset detection circuit, and the output signal from the detection circuit is delayed by a predetermined time by this delay circuit. Since the offset value is detected after that, the offset detection circuit in the correction calculation means can be operated simultaneously with the generation of the angular velocity signal detected by the angular velocity amplitude detection circuit. Low frequency generated by temperature change without changing the output signal Only variations in the output signal consisting of the those having effect that can be corrected.

本発明の請求項４に記載の発明は、駆動電極、センス電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子を所定の駆動周波数で駆動振動させるドライブ回路と、前記センス電極から出力される信号を処理して出力信号を出力する検出回路と、前記ドライブ回路および検出回路を動作させるタイミング信号を生成するタイミング制御回路と、前記検出回路からの出力信号をローパスフィルタを介した出力信号をローパスフィルタおよびハイパスフィルタを介した出力信号で差算することによりオフセット値を検出するオフセット検出回路と、前記検出回路の出力信号からオフセット検出回路の出力信号を差算する補正演算手段と、前記オフセット検出回路におけるハイパスフィルタからの出力信号を監視する第１の監視回路と、前記補正演算手段からの出力信号を監視する第２の監視回路とを備え、前記第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲外の値のときにオフセット検出回路の機能を停止させるとともに、第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲内の値でかつ、前記第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内のときにオフセット検出回路の機能を動作させるようにしたもので、この構成によれば、第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲外の値のときにオフセット検出回路の機能を停止させるとともに、第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲内の値でかつ、前記第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内のときにオフセット検出回路の機能を動作させるようにしたため、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正できるという作用効果を有するものである。   According to a fourth aspect of the present invention, a vibrator provided with a drive electrode, a sense electrode, and a monitor electrode, a drive circuit that drives and vibrates the vibrator at a predetermined drive frequency, and output from the sense electrode A detection circuit that processes the signal and outputs an output signal; a timing control circuit that generates a timing signal for operating the drive circuit and the detection circuit; and an output signal from the detection circuit that passes through a low-pass filter An offset detection circuit for detecting an offset value by subtracting the output signal through a filter and a high-pass filter, a correction calculation means for subtracting the output signal of the offset detection circuit from the output signal of the detection circuit, and the offset detection A first monitoring circuit for monitoring an output signal from a high-pass filter in the circuit; A second monitoring circuit that monitors an output signal from the stage, and stops the function of the offset detection circuit when the output signal from the first monitoring circuit is a value outside a predetermined range. The function of the offset detection circuit is operated when the output signal from the monitoring circuit is a value within a predetermined range and the output signal from the second monitoring circuit is within the predetermined range. According to the above, when the output signal from the first monitoring circuit has a value outside the predetermined range, the function of the offset detection circuit is stopped, and the output signal from the first monitoring circuit has a value within the predetermined range. In addition, since the function of the offset detection circuit is operated when the output signal from the second monitoring circuit is within a predetermined range, the output signal generated due to the angular velocity is generated due to a temperature change or the like without being changed. And it has a effect that can be corrected only variation of the output signal of low frequency.

本発明の請求項５に記載の発明は、特に、第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内になってから、所定の時間経過後、オフセット検出回路の機能を動作させるようにしたもので、この構成によれば、第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内になってから、所定の時間経過後、オフセット検出回路の機能を動作させるようにしたため、角速度による出力信号を補正することなしに、出力信号の変動のみを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。   In the invention according to claim 5 of the present invention, in particular, the function of the offset detection circuit is operated after a predetermined time has elapsed after the output signal from the second monitoring circuit falls within a predetermined range. According to this configuration, since the function of the offset detection circuit is activated after a predetermined time has elapsed since the output signal from the second monitoring circuit falls within the predetermined range, the output signal based on the angular velocity is output. It is possible to correct only the fluctuation of the output signal without correcting the.

以上のように本発明の角速度センサは、駆動電極、センス電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子を所定の駆動周波数で駆動振動させるドライブ回路と、前記センス電極から出力される信号を処理して出力信号を出力する検出回路と、前記ドライブ回路および検出回路を動作させるタイミング信号を生成するタイミング制御回路と、ローパスフィルタの出力信号をハイパスフィルタの出力信号で差算することによりオフセット値を検出するオフセット検出回路と、前記検出回路の出力信号からオフセット検出回路の出力信号を差算する補正演算手段と、ハイパスフィルタと平滑回路とを設けた角速度振幅検出回路とを備え、前記角速度振幅検出回路からの出力信号を入力する切替スイッチを設け、角速度振幅検出回路からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチにより、前記オフセット検出回路の機能を停止させるようにしたもので、この構成によれば、角速度振幅検出回路からの出力信号を入力する切替スイッチを設け、角速度振幅検出回路からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチにより、前記オフセット検出回路の機能を停止させるようにしたため、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正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る。   As described above, the angular velocity sensor of the present invention includes a vibrator provided with a drive electrode, a sense electrode, and a monitor electrode, a drive circuit that drives and vibrates the vibrator at a predetermined drive frequency, and a signal output from the sense electrode. Circuit that outputs the output signal by processing the signal, a timing control circuit that generates a timing signal for operating the drive circuit and the detection circuit, and an offset by adding the output signal of the low-pass filter to the output signal of the high-pass filter An offset detection circuit for detecting a value; correction calculation means for subtracting an output signal of the offset detection circuit from an output signal of the detection circuit; and an angular velocity amplitude detection circuit provided with a high-pass filter and a smoothing circuit, and the angular velocity Provide a selector switch to input the output signal from the amplitude detection circuit, and output from the angular velocity amplitude detection circuit When the signal reaches a predetermined value, the function of the offset detection circuit is stopped by the changeover switch. According to this configuration, the changeover switch for inputting the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit When the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit reaches a predetermined value, the function of the offset detection circuit is stopped by the changeover switch, so that the output signal generated by the angular velocity is not changed. This has an effect that it is possible to provide an angular velocity sensor capable of correcting only a change in an output signal having a low frequency caused by a temperature change or the like.

本発明の実施の形態１におけるΣΔ型ＡＤ変換器を用いた角速度センサの回路図Circuit diagram of an angular velocity sensor using a ΣΔ AD converter according to Embodiment 1 of the present invention 同角速度センサにおける補正演算手段および角速度振幅検出の回路図Circuit diagram of correction calculation means and angular velocity amplitude detection in the same angular velocity sensor （ａ）〜（ｆ）同角速度センサの動作状態を示す図(A)-(f) The figure which shows the operation state of the same angular velocity sensor （ａ）〜（ｃ）同角速度センサの出力信号補正の動作状態を示す図The figure which shows the operation state of the output signal correction | amendment of (a)-(c) same angular velocity sensor. 本発明の実施の形態２における補正演算手段の回路図The circuit diagram of the correction | amendment calculating means in Embodiment 2 of this invention （ａ）〜（ｄ）同角速度センサの出力信号補正の動作状態を示す図(A)-(d) The figure which shows the operation state of the output signal correction | amendment of the same angular velocity sensor 従来の角速度センサの斜視図A perspective view of a conventional angular velocity sensor

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜３に記載の発明について説明する。 (Embodiment 1)
The invention according to the first to third aspects of the present invention will be described below with reference to the first embodiment.

図１は本発明の実施の形態１における角速度センサの回路図、図２は同角速度センサにおける補正演算手段および角速度振幅検出の回路図である。   FIG. 1 is a circuit diagram of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram of correction calculation means and angular velocity amplitude detection in the angular velocity sensor.

図１において、３０は振動子で、この振動子３０は振動体３１と、この振動体３１を振動させるための圧電体を有する駆動電極３２と、振動状態に応じて電荷を発生する圧電体を有するモニタ電極３３と、前記振動子３０に角速度が印加されると電荷を発生する圧電体を有する第１のセンス電極３４と第２のセンス電極３５とを設けている。そして、前記第１のセンス電極３４と第２のセンス電極３５とは互いに逆極性になるように構成されている。３６は電荷増幅器で、この電荷増幅器３６には前記振動子３０におけるモニタ電極３３が出力する電荷が入力され、そしてこの入力された電荷を所定の倍率で電圧に変換するものである。３７はバンドパスフィルタで、このバンドパスフィルタ３７には前記電荷増幅器３６の出力が入力され、そしてこの入力された信号のノイズ成分を除去してモニタ信号を出力するものである。３８はＡＧＣ回路で、このＡＧＣ回路３８は半波整流平滑回路（図示せず）を有しているもので、前記バンドパスフィルタ３７の出力信号を半波整流して平滑したＤＣ信号を生成し、このＤＣ信号をもとに前記バンドパスフィルタ３７の出力するモニタ信号を増幅あるいは減衰させて出力するものである。３９は駆動回路で、この駆動回路３９には前記ＡＧＣ回路３８の出力が入力され、前記振動子３０の駆動電極３２に駆動信号を出力するものである。そして、前記電荷増幅器３６、バンドパスフィルタ３７、ＡＧＣ回路３８および駆動回路３９によりドライブ回路４０を構成している。   In FIG. 1, reference numeral 30 denotes a vibrator. The vibrator 30 includes a vibrating body 31, a drive electrode 32 having a piezoelectric body for vibrating the vibrating body 31, and a piezoelectric body that generates an electric charge according to the vibration state. And a first sense electrode 34 and a second sense electrode 35 having a piezoelectric body that generates an electric charge when an angular velocity is applied to the vibrator 30. The first sense electrode 34 and the second sense electrode 35 are configured to have opposite polarities. Reference numeral 36 denotes a charge amplifier. The charge amplifier 36 receives the charge output from the monitor electrode 33 in the vibrator 30 and converts the input charge into a voltage at a predetermined magnification. Reference numeral 37 denotes a band-pass filter. The output of the charge amplifier 36 is input to the band-pass filter 37, and a noise component of the input signal is removed to output a monitor signal. An AGC circuit 38 has a half-wave rectifying / smoothing circuit (not shown). The AGC circuit 38 generates a smoothed DC signal by half-wave rectifying the output signal of the bandpass filter 37. Based on this DC signal, the monitor signal output from the band-pass filter 37 is amplified or attenuated and output. Reference numeral 39 denotes a drive circuit. The output of the AGC circuit 38 is input to the drive circuit 39 and a drive signal is output to the drive electrode 32 of the vibrator 30. The charge amplifier 36, the band pass filter 37, the AGC circuit 38, and the drive circuit 39 constitute a drive circuit 40.

４１はＰＬＬ回路で、このＰＬＬ回路４１は前記ドライブ回路４０におけるバンドパスフィルタ３７が出力するモニタ信号を逓倍し、位相ノイズを時間的に積分し低減して出力するものである。４２はタイミング生成回路で、このタイミング生成回路４２は前記ＰＬＬ回路４１から出力されるモニタ信号を逓倍した信号をもとに、タイミング信号を生成して出力するものである。そして、前記ＰＬＬ回路４１とタイミング生成回路４２とでタイミング制御回路４３を構成している。４７は第１のＤＡ切替手段で、この第１のＤＡ切替手段４７は、第１の基準電圧４９および第２の基準電圧５０を有し、そしてこの第１の基準電圧４９と第２の基準電圧５０を所定の信号により切り替えるものである。５１はＤＡ出力手段で、このＤＡ出力手段５１は前記第１のＤＡ切替手段４７の出力信号が入力されるコンデンサ５２と、このコンデンサ５２の両端に接続され、第２のタイミングΦ２で動作してコンデンサ５２の電荷を放電するスイッチ５３，５４とにより構成されている。そして、前記第１のＤＡ切替手段４７と第１のＤＡ出力手段５１とで第１のＤＡ変換手段４８を構成し、かつこの第１のＤＡ変換手段４８は第１のタイミングΦ１で前記コンデンサ５２の電荷を放電するとともに、第１のＤＡ切替手段４７が出力する基準電圧に応じた電荷を入出力するものである。５５は第１のスイッチで、この第１のスイッチ５５は前記第１のタイミングΦ１で第１のセンス電極３４から、電流からなる出力信号を出力するものである。５６は第１の積分回路で、この第１の積分回路５６には前記第１のスイッチ５５の出力が入力されるもので、演算増幅器５７と、この演算増幅器５７の帰還に並列に接続されるコンデンサ５８とにより構成されている。   The PLL circuit 41 multiplies the monitor signal output from the bandpass filter 37 in the drive circuit 40, and integrates and reduces the phase noise in time to output it. The timing generation circuit 42 generates and outputs a timing signal based on a signal obtained by multiplying the monitor signal output from the PLL circuit 41. The PLL circuit 41 and the timing generation circuit 42 constitute a timing control circuit 43. Reference numeral 47 denotes first DA switching means. The first DA switching means 47 has a first reference voltage 49 and a second reference voltage 50, and the first reference voltage 49 and the second reference voltage 50. The voltage 50 is switched by a predetermined signal. Reference numeral 51 denotes DA output means. The DA output means 51 is connected to the capacitor 52 to which the output signal of the first DA switching means 47 is input and to both ends of the capacitor 52, and operates at the second timing Φ2. The switches 53 and 54 for discharging the electric charge of the capacitor 52 are included. The first DA switching means 47 and the first DA output means 51 constitute a first DA converting means 48, and the first DA converting means 48 has the capacitor 52 at a first timing Φ1. The electric charge corresponding to the reference voltage output from the first DA switching means 47 is input / output. Reference numeral 55 denotes a first switch, and the first switch 55 outputs an output signal composed of a current from the first sense electrode 34 at the first timing Φ1. Reference numeral 56 denotes a first integration circuit. The output of the first switch 55 is input to the first integration circuit 56 and is connected in parallel to the operational amplifier 57 and the feedback of the operational amplifier 57. And a capacitor 58.

５９は第２のＤＡ切替手段で、この第２のＤＡ切替手段５９は、第１の基準電圧６０および第２の基準電圧６１を有し、そしてこの第１の基準電圧６０と第２の基準電圧６１を所定の信号により切り替えるものである。６２は第２のＤＡ出力手段で、この第２のＤＡ出力手段６２は前記第２のＤＡ切替手段５９の出力信号が入力されるコンデンサ６３と、このコンデンサ６３の両端に接続され、第２のタイミングΦ２で動作してコンデンサ６３の電荷を放電するスイッチ６４ａ，６４ｂとにより構成されている。そして、前記第２のＤＡ切替手段５９と第２のＤＡ出力手段６２とで第２のＤＡ変換手段６６を構成し、かつこの第２のＤＡ変換手段６６は第２のタイミングΦ２で前記コンデンサ６３の電荷を放電するとともに、第２のＤＡ切替手段５９が出力する基準電圧に応じた電荷を入出力するものである。６５は第２のスイッチで、この第２のスイッチ６５は前記第１のタイミングΦ１で、第２のセンス電極３５から出力信号を出力するものである。６７は第２の積分回路で、この第２の積分回路６７には前記第２のスイッチ６５の出力が入力されるもので、演算増幅器６８と、この演算増幅器６８の帰還に並列に接続されるコンデンサ６９とにより構成されている。７０は比較回路で、この比較回路７０には前記第１の積分回路５６が出力する積分信号と第２の積分回路６７が出力する積分信号とを比較する比較器７１と、Ｄ型フリップフロップ７２とにより構成されており、前記Ｄ型フリップフロップ７２に、比較器７１が出力する１ビットからなるデジタル信号を入力している。また、前記Ｄ型フリップフロップ７２は前記第１のタイミングΦ１の開始時に前記１ビットデジタル信号をラッチしてラッチ信号を出力するものであり、このラッチ信号は、前記第１のＤＡ変換手段４８の第１のＤＡ切替手段４７に入力されて第１の基準電圧４９または第２の基準電圧５０を切り替えるとともに、前記第２のＤＡ変換手段６６の第２のＤＡ切替手段５９に入力されて第１の基準電圧６０または第２の基準電圧６１を切り替えるものである。そして、前記第１のＤＡ変換手段４８、第２のＤＡ変換手段６６、第１の積分回路５６、第２の積分回路６７および比較回路７０により検出回路７３（ΣΔ変調器）を構成している。そして、この検出回路７３（ΣΔ変調器）は上記構成により、前記振動子３０における第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５より出力される電荷をΣΔ変調し、１ビットデジタル信号に変換して出力するものである。   59 is a second DA switching means, and this second DA switching means 59 has a first reference voltage 60 and a second reference voltage 61, and the first reference voltage 60 and the second reference voltage 61. The voltage 61 is switched by a predetermined signal. Reference numeral 62 denotes second DA output means. The second DA output means 62 is connected to a capacitor 63 to which the output signal of the second DA switching means 59 is input, and to both ends of the capacitor 63. The switches 64a and 64b are operated at the timing Φ2 and discharge the capacitor 63. The second DA switching means 59 and the second DA output means 62 constitute a second DA converting means 66, and the second DA converting means 66 has the capacitor 63 at a second timing Φ2. The electric charge corresponding to the reference voltage output from the second DA switching means 59 is input / output. Reference numeral 65 denotes a second switch, and the second switch 65 outputs an output signal from the second sense electrode 35 at the first timing Φ1. Reference numeral 67 denotes a second integration circuit. The output of the second switch 65 is input to the second integration circuit 67 and is connected in parallel to the operational amplifier 68 and the feedback of the operational amplifier 68. The capacitor 69 is used. Reference numeral 70 denotes a comparison circuit. The comparison circuit 70 includes a comparator 71 that compares the integration signal output from the first integration circuit 56 with the integration signal output from the second integration circuit 67, and a D-type flip-flop 72. The D-type flip-flop 72 receives a 1-bit digital signal output from the comparator 71. The D-type flip-flop 72 latches the 1-bit digital signal at the start of the first timing Φ1 and outputs a latch signal. The latch signal is output from the first DA converter 48. The first DA switching means 47 inputs the first reference voltage 49 or the second reference voltage 50, and the second DA conversion means 66 inputs the second DA switching means 59 to the first DA voltage switching means 47. The reference voltage 60 or the second reference voltage 61 is switched. The first DA conversion means 48, the second DA conversion means 66, the first integration circuit 56, the second integration circuit 67, and the comparison circuit 70 constitute a detection circuit 73 (ΣΔ modulator). . The detection circuit 73 (ΣΔ modulator) is configured as described above, and the charge output from the first sense electrode 34 and the second sense electrode 35 in the vibrator 30 is ΣΔ-modulated and converted into a 1-bit digital signal. Output.

７４はデジタルフィルタで、このデジタルフィルタ７４には前記検出回路７３より出力されるデジタル信号が入力され、ノイズ成分を除去するフィルタリング処理を行うものである。７５は補正演算手段で、この補正演算手段７５にはフリップフロップ７２が出力する１ビット信号が入力され、この１ビット差分信号と所定の補正情報との補正演算を置換処理により実現するものである。つまり、上記したように補正演算手段７５に入力される１ビット差分信号が“０”“１”“−１”であり、例えば、補正情報が“５”である場合にはそれぞれ“０”“５”“−５”と置き換えて出力する構成となっている。そして、この補正演算手段７５は、図２に示すように、検出回路７３からの出力信号が入力される第１のローパスフィルタ８９と、オフセット検出回路７７とにより構成され、さらに、このオフセット検出回路７７は、遅延回路７８と、ハイパスフィルタ７９と、ローパスフィルタ８９と前記ハイパスフィルタ７９との差値を演算する第１の差算器８０とを設けている。   Reference numeral 74 denotes a digital filter. The digital filter 74 receives a digital signal output from the detection circuit 73 and performs a filtering process to remove noise components. Reference numeral 75 denotes a correction calculation means. The correction calculation means 75 receives a 1-bit signal output from the flip-flop 72, and realizes a correction calculation between the 1-bit difference signal and predetermined correction information by replacement processing. . That is, as described above, the 1-bit difference signal input to the correction calculation means 75 is “0”, “1”, “−1”. For example, when the correction information is “5”, “0” “ The output is replaced with 5 ""-5 ". As shown in FIG. 2, the correction calculation means 75 includes a first low-pass filter 89 to which an output signal from the detection circuit 73 is input, and an offset detection circuit 77. Further, the offset detection circuit 77 includes a delay circuit 78, a high-pass filter 79, and a first difference calculator 80 that calculates a difference value between the low-pass filter 89 and the high-pass filter 79.

また、前記補正演算手段７５には、第２の差算器８１を設けており、この第２の差算器８１は、前記検出回路７３からの出力信号から前記オフセット検出回路７７における第１の差算器８０からの出力信号を差算して出力するものである。８２は角速度振幅検出回路で、この角速度振幅検出回路８２は、第２のハイパスフィルタ８３、平滑回路８４、第２のローパスフィルタ８５およびスレッシュホールド８６とにより構成されている。そして、この角速度振幅検出回路８２は、検出回路７３からの出力信号を第１のローパスフィルタ８９を介して入力し、角速度センサに角速度が加わっているかどうかを検出するものである。   Further, the correction calculation means 75 is provided with a second subtractor 81, and the second subtractor 81 receives the first signal in the offset detection circuit 77 from the output signal from the detection circuit 73. The output signal from the subtractor 80 is subtracted and output. Reference numeral 82 denotes an angular velocity amplitude detection circuit, and this angular velocity amplitude detection circuit 82 includes a second high-pass filter 83, a smoothing circuit 84, a second low-pass filter 85, and a threshold 86. The angular velocity amplitude detection circuit 82 receives the output signal from the detection circuit 73 via the first low-pass filter 89 and detects whether or not the angular velocity is applied to the angular velocity sensor.

８７は切替スイッチで、この切替スイッチ８７は、前記角速度振幅検出回路８２からの出力信号がノイズ信号レベル以上の値となった際には、角速度センサに角速度が働いているとして、“１”信号が入力され、クロック信号の出力を停止させて、オフセット検出回路７７の機能を停止させるものである。一方、前記切替スイッチ８７は、角速度振幅検出回路８２からの出力信号がノイズ信号レベル未満の値となった際には、角速度センサに角速度が働いていないとして、“０”信号が入力され、クロック信号を出力することによりオフセット検出回路７７を機能させるものである。８８は切替クロックで、この切替クロック８８は、角速度センサの起動時には、クロックを高速化させるとともに、高速化させたタイミング制御回路４３により、角速度振幅検出回路８２を動作させる。そして、角速度が加わらなくなったら、即座に、切替スイッチ８７を機能させて、オフセット検出回路７７を動作させるものである。   Reference numeral 87 denotes a change-over switch, and this change-over switch 87 indicates that the angular velocity is acting on the angular velocity sensor when the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit 82 becomes a value equal to or higher than the noise signal level. Is stopped, the output of the clock signal is stopped, and the function of the offset detection circuit 77 is stopped. On the other hand, when the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit 82 becomes a value less than the noise signal level, the changeover switch 87 receives a “0” signal indicating that the angular velocity is not acting on the angular velocity sensor, The offset detection circuit 77 is caused to function by outputting a signal. Reference numeral 88 denotes a switching clock. The switching clock 88 speeds up the clock when the angular velocity sensor is activated, and operates the angular velocity amplitude detection circuit 82 by the timing control circuit 43 that has been accelerated. When the angular velocity is no longer applied, the changeover switch 87 is immediately activated to operate the offset detection circuit 77.

そして、デジタルフィルタ７４および補正演算手段７５により演算手段７６を構成している。   The digital filter 74 and the correction calculation means 75 constitute a calculation means 76.

そしてまた、前記タイミング制御回路４３と検出回路７３（ΣΔ変調器）および演算手段７６によりセンス回路を構成している。   The timing control circuit 43, the detection circuit 73 (ΣΔ modulator), and the calculation means 76 constitute a sense circuit.

以上のように構成された本発明の実施の形態１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 the first embodiment of the present invention configured as described above will be described.

前記振動子３０の駆動電極３２に交流電圧を加えると、前記振動体３１が共振し、モニタ電極３３に電荷が発生する。このモニタ電極３３に発生した電荷をドライブ回路４０における電荷増幅器３６に入力し、正弦波形の出力電圧に変換する。そしてこの電荷増幅器３６の出力電圧をバンドパスフィルタ３７に入力し、前記振動体３１の共振周波数のみを抽出し、ノイズ成分を除去した図３（ａ）に示すような正弦波形を出力する。そしてまた、前記ドライブ回路４０におけるバンドパスフィルタ３７の出力信号をＡＧＣ回路３８が有する半波整流平滑回路（図示せず）に入力することにより、ＤＣ信号に変換する。そしてＡＧＣ回路３８はこのＤＣ信号が大の場合には前記ドライブ回路４０におけるバンドパスフィルタ３７の出力信号を減衰させるような信号を、一方、前記ＤＣ信号が小の場合には前記ドライブ回路４０におけるバンドパスフィルタ３７の出力信号を増幅させるような信号を駆動回路３９に入力し、そして前記振動体３１の振動が一定振幅となるように調整するものである。さらに、タイミング制御回路４３に、図３（ａ）に示される正弦波信号が入力され、そしてこの正弦波信号を前記ＰＬＬ回路４１で逓倍した信号をもとにタイミング生成回路４２により図３（ｂ）で示される第１のタイミングΦ１および第２のタイミングΦ２を形成する。そして、このタイミング信号が前記検出回路７３（ΣΔ変調器）および補正演算手段７５に、スイッチの切替およびラッチ回路のラッチタイミングとして入力される。   When an AC voltage is applied to the drive electrode 32 of the vibrator 30, the vibrating body 31 resonates and charges are generated at the monitor electrode 33. The charge generated on the monitor electrode 33 is input to the charge amplifier 36 in the drive circuit 40 and converted into a sinusoidal output voltage. Then, the output voltage of the charge amplifier 36 is input to a band pass filter 37, and only the resonance frequency of the vibrating body 31 is extracted, and a sinusoidal waveform as shown in FIG. Further, the output signal of the bandpass filter 37 in the drive circuit 40 is input to a half-wave rectifying / smoothing circuit (not shown) included in the AGC circuit 38 to be converted into a DC signal. The AGC circuit 38 generates a signal for attenuating the output signal of the bandpass filter 37 in the drive circuit 40 when the DC signal is large, while the AGC circuit 38 in the drive circuit 40 when the DC signal is small. A signal that amplifies the output signal of the bandpass filter 37 is input to the drive circuit 39, and the vibration of the vibrating body 31 is adjusted to have a constant amplitude. Further, the sine wave signal shown in FIG. 3A is input to the timing control circuit 43, and the timing generation circuit 42 generates the sine wave signal shown in FIG. 3B based on a signal obtained by multiplying the sine wave signal by the PLL circuit 41. The first timing Φ1 and the second timing Φ2 shown in FIG. This timing signal is input to the detection circuit 73 (ΣΔ modulator) and the correction calculation means 75 as switch switching and latch timing of the latch circuit.

また、前記振動子３０が図１に図示している駆動方向に速度値に相当する電荷で屈曲振動している状態において、前記振動体３１の長手方向の中心軸周りに角速度ωで回転すると、この振動子３０にＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により前記振動子３０が有する第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５に、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように電荷が発生する。そしてこの第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５に発生する電荷はコリオリ力により発生するため、前記モニタ電極３３に発生する信号より位相が９０度進んでいる。前記第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５に発生した出力信号は図３（ｃ）および図３（ｄ）に示す通り、正極性信号と負極性信号の関係にある。   When the vibrator 30 is bent and vibrated with a charge corresponding to a speed value in the driving direction illustrated in FIG. 1, when the vibrator 30 rotates at an angular velocity ω around the central axis in the longitudinal direction of the vibrator 31, A Coriolis force of F = 2 mV × ω is generated in the vibrator 30. Due to this Coriolis force, electric charges are generated in the first sense electrode 34 and the second sense electrode 35 of the vibrator 30 as shown in FIGS. 3C and 3D. Since the charges generated in the first sense electrode 34 and the second sense electrode 35 are generated by the Coriolis force, the phase is advanced 90 degrees from the signal generated in the monitor electrode 33. The output signals generated at the first sense electrode 34 and the second sense electrode 35 have a relationship between a positive polarity signal and a negative polarity signal, as shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d).

この場合における検出回路７３（ΣΔ変調器）の動作を以下に説明する。この検出回路７３（ΣΔ変調器）は第１のタイミングΦ１および第２のタイミングΦ２を繰り返すことによって動作するもので、第１のタイミングΦ１および第２のタイミングΦ２では振動子３０における第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５から出力される正極性信号または負極性信号がΣΔ変調されて１ビットデジタル信号に変換される。   The operation of the detection circuit 73 (ΣΔ modulator) in this case will be described below. The detection circuit 73 (ΣΔ modulator) operates by repeating the first timing Φ1 and the second timing Φ2, and the first sense in the vibrator 30 is detected at the first timing Φ1 and the second timing Φ2. The positive polarity signal or the negative polarity signal output from the electrode 34 and the second sense electrode 35 is ΣΔ modulated and converted into a 1-bit digital signal.

上記した第１のタイミングΦ１および第２のタイミングΦ２での動作をひとつずつ説明する。   The operations at the first timing Φ1 and the second timing Φ2 will be described one by one.

ここでは、振動子３０の中心軸を中心に所定の角速度が振動子３０に付与されて、振動子３０が回転し、第１のセンス電極３４および第２のセンス電極３５に８値に相当する電荷の出力電圧が発生する場合を考える。   Here, a predetermined angular velocity is applied to the vibrator 30 around the central axis of the vibrator 30 and the vibrator 30 rotates, and the first sense electrode 34 and the second sense electrode 35 correspond to eight values. Consider the case where a charge output voltage is generated.

まず、第１のタイミングΦ１では、振動子３０における第１のセンス電極３４から発生する８値に相当する電荷からなる出力信号が第１の積分回路５６におけるコンデンサ５８に保持されるとともに、このコンデンサ５８に保持されている出力信号が比較回路７０における比較器７１の反転端子７１ａに入力される。これと同様に、振動子３０における第２のセンス電極３５から発生する出力信号が第２の積分回路６７におけるコンデンサ６９に保持されるとともに、このコンデンサ６９に保持されている−８値に相当する電荷からなる出力信号が比較回路７０における比較器７１の非反転端子７１ｂに入力される。そうすると、比較器７１から比較結果として、１ビットデジタル信号“１”がフリップフロップ７２に入力され、第２のタイミングΦ２時に、フリップフロップ７２にラッチされる。そして、第２のタイミングΦ２で、第１のＤＡ出力手段５１におけるスイッチ５３およびスイッチ５４がＯＮになり、コンデンサ５２に保持されている電荷が放電されるとともに、第２のＤＡ出力手段６２におけるスイッチ６４ａおよびスイッチ６４ｂがＯＮになり、コンデンサ６３に保持されている電荷が放電される。そして、フリップフロップ７２からのラッチ信号“１”が、次の、第１のタイミングΦ１時に第１のＤＡ変換手段４８における第１のＤＡ切替手段４７に入力され、−１０値に相当する電荷を発生する第２の基準電圧５０に切り替えられる。同様に、第２のＤＡ変換手段６６における第２のＤＡ切替手段５９に入力され、１０値に相当する電荷を発生する第１の基準電圧６０に切り替えられる。そうすると、第１のＤＡ出力手段５１におけるコンデンサ５２に、第２の基準電圧５０の−１０値に相当する電荷に対応する電荷が蓄えられ、第１の積分回路５６に入力されるとともに、第２のＤＡ出力手段６２におけるコンデンサ６３に第１の基準電圧６０の１０値に相当する電荷に対応する電荷が蓄えられ、第２の積分回路６７に入力される。それとともに、第１のスイッチ５５がＯＮになり、前記振動子３０の第１のセンス電極３４より発生する８値に相当する電荷に対応する電荷が第１の積分回路５６に出力される。さらに、第２のスイッチ６５がＯＮになり、第２のセンス電極３５から８値に相当する電荷に対応する電荷が第２の積分回路６７に入力される。   First, at the first timing Φ1, an output signal composed of charges corresponding to eight values generated from the first sense electrode 34 in the vibrator 30 is held in the capacitor 58 in the first integrating circuit 56, and this capacitor The output signal held at 58 is input to the inverting terminal 71 a of the comparator 71 in the comparison circuit 70. Similarly, the output signal generated from the second sense electrode 35 in the vibrator 30 is held in the capacitor 69 in the second integration circuit 67 and corresponds to the −8 value held in the capacitor 69. An output signal composed of electric charges is input to the non-inverting terminal 71 b of the comparator 71 in the comparison circuit 70. Then, a 1-bit digital signal “1” is input to the flip-flop 72 as a comparison result from the comparator 71, and is latched by the flip-flop 72 at the second timing Φ2. Then, at the second timing Φ2, the switch 53 and the switch 54 in the first DA output means 51 are turned on, the electric charge held in the capacitor 52 is discharged, and the switch in the second DA output means 62 64a and the switch 64b are turned on, and the electric charge held in the capacitor 63 is discharged. Then, the latch signal “1” from the flip-flop 72 is input to the first DA switching unit 47 in the first DA conversion unit 48 at the next first timing Φ1, and the charge corresponding to the −10 value is supplied. The generated second reference voltage 50 is switched. Similarly, it is input to the second DA switching means 59 in the second DA conversion means 66 and switched to the first reference voltage 60 that generates a charge corresponding to 10 values. Then, the charge corresponding to the charge corresponding to the −10 value of the second reference voltage 50 is stored in the capacitor 52 in the first DA output means 51 and is input to the first integration circuit 56 and the second A charge corresponding to a charge corresponding to 10 values of the first reference voltage 60 is stored in the capacitor 63 of the DA output means 62 and input to the second integration circuit 67. At the same time, the first switch 55 is turned on, and a charge corresponding to the charge corresponding to the eight values generated from the first sense electrode 34 of the vibrator 30 is output to the first integrating circuit 56. Further, the second switch 65 is turned ON, and the charge corresponding to the charge corresponding to the eight values is input from the second sense electrode 35 to the second integration circuit 67.

これにより第２のタイミングΦ２では、第１の積分回路５６におけるコンデンサ５８に、図３（ｅ）の斜線部で示される電荷量と第１のＤＡ変換手段４８より出力される電荷量の総和が積分されて６値に相当する電荷からなる出力信号が第１の積分回路５６に保持されることになる。これと同様に、第２の積分回路６７におけるコンデンサ６９に、図３（ｆ）の斜線部で示される電荷量と第２のＤＡ変換手段６６より出力される電荷量の総和が積分されて−６値に相当する電荷からなる出力信号が第２の積分回路６７に保持されることになる。そして、比較器７１により比較して、フリップフロップ７２に１ビットデジタル信号として出力されることになる。そして、このような前述したサイクルを繰り返すことにより、第１の積分回路５６に保持される電圧は順次２値に相当する電荷ずつ低下し、一方、第２の積分回路６７に保持される電圧は順次、２値に相当する電荷ずつ増加する。その結果、第１の積分回路５６および第２の積分回路６７に保持される電圧が０値に相当する電荷になるまでは、“１”の出力信号が出力される。その後、第１の積分回路５６に保持される電圧が−２値に相当する電荷になるとともに、第２の積分回路６７に保持される電圧が２値に相当する電荷になると、比較器７１からは、“−１”出力信号が出力される。そうすると、フリップフロップ７２からは、“−１”の出力信号が第１のＤＡ切替手段４７および第２のＤＡ切替手段５９に入力され、第１のＤＡ変換手段４８における第１の基準電圧４９から、１０値に相当する電荷の電圧が出力され、対応した電荷がコンデンサ５２に保持されるとともに、第２のＤＡ変換手段６６における第２の基準電圧６１からは、−１０値に相当する電荷の電圧が出力され、対応する電荷がコンデンサ６３に保持される。そうすると、第１の積分回路５６に１６値に相当する電荷の電圧が保持されるとともに、第２の積分回路６７に−１６値に相当する電荷の電圧が保持される。以後、第１の積分回路５６および第２の積分回路６７の出力電圧が順次２値に相当する電荷ずつ変化して、“１”の出力信号が９回出力された後、“−１”の出力信号が１回出力され、マルチビット化すると、“０．８”の出力信号が出力されて、角速度の信号として検出されるものである。   As a result, at the second timing Φ2, the sum of the charge amount indicated by the hatched portion in FIG. 3E and the charge amount output from the first DA conversion means 48 is stored in the capacitor 58 in the first integration circuit 56. An integrated output signal consisting of charges corresponding to six values is held in the first integrating circuit 56. Similarly, the sum of the charge amount indicated by the hatched portion in FIG. 3F and the charge amount output from the second DA converter 66 is integrated into the capacitor 69 in the second integration circuit 67 − An output signal composed of charges corresponding to six values is held in the second integration circuit 67. Then, it is compared by the comparator 71 and output to the flip-flop 72 as a 1-bit digital signal. Then, by repeating such a cycle as described above, the voltage held in the first integration circuit 56 sequentially decreases by a charge corresponding to the binary value, while the voltage held in the second integration circuit 67 is Sequentially, the charge corresponding to the binary value is increased. As a result, an output signal of “1” is output until the voltage held in the first integration circuit 56 and the second integration circuit 67 becomes a charge corresponding to a zero value. After that, when the voltage held in the first integration circuit 56 becomes a charge corresponding to −2, and the voltage held in the second integration circuit 67 becomes a charge corresponding to a binary value, the comparator 71 Outputs a "-1" output signal. Then, an output signal of “−1” is input from the flip-flop 72 to the first DA switching unit 47 and the second DA switching unit 59, and from the first reference voltage 49 in the first DA conversion unit 48. A charge voltage corresponding to 10 values is output, the corresponding charge is held in the capacitor 52, and from the second reference voltage 61 in the second DA converter 66, the charge corresponding to -10 value is output. A voltage is output and the corresponding charge is held in the capacitor 63. Then, the first integration circuit 56 holds a charge voltage corresponding to 16 values, and the second integration circuit 67 holds a charge voltage corresponding to −16 values. Thereafter, the output voltages of the first integration circuit 56 and the second integration circuit 67 are sequentially changed by the charge corresponding to the binary value, and the output signal of “1” is output nine times, then “−1”. When the output signal is output once and converted into multi-bits, an output signal of “0.8” is output and detected as an angular velocity signal.

ここで、角速度センサの周囲の温度が変化することにより、角速度センサからの出力信号が変化する場合を考える。   Here, a case is considered where the output signal from the angular velocity sensor changes due to a change in the temperature around the angular velocity sensor.

そのような場合には、図４（ａ）に示すように、検出回路７３からの出力信号に低周波からなる変動が発生する。   In such a case, as shown in FIG. 4A, the output signal from the detection circuit 73 fluctuates at a low frequency.

そして、オフセット検出回路７７における第１のハイパスフィルタ７９からは低周波からなる変動分を除去した高周波成分を含む信号のみが通過し、この高周波成分を除去した信号を第１の差算器８０により差算することにより、図４（ｂ）に示す信号、すなわちオフセット値が出力される。   Then, only the signal including the high frequency component from which the fluctuation component of the low frequency is removed passes through the first high pass filter 79 in the offset detection circuit 77, and the signal from which this high frequency component has been removed is sent by the first subtractor 80. By calculating the difference, a signal shown in FIG. 4B, that is, an offset value is output.

そしてまた、補正演算手段７５における第２の差算器８１により、図４（ａ）に示す検出回路７３から出力される出力信号から、図４（ｂ）に示すオフセット値を差算することにより、図４（ｃ）に示すように、低周波からなる変動量を補正した出力信号を出力するものである。   Further, the second subtractor 81 in the correction calculation means 75 subtracts the offset value shown in FIG. 4B from the output signal output from the detection circuit 73 shown in FIG. As shown in FIG. 4C, an output signal in which the amount of fluctuation consisting of a low frequency is corrected is output.

このとき、角速度が働いている場合に誤って、オフセット値の補正をすることを防止するため、本発明の実施の形態１における角速度センサにおいては、角速度振幅検出回路８２からの出力信号を入力する切替スイッチ８７を設け、角速度振幅検出回路からの出力信号がノイズ信号レベル以上の値となった際には、切替スイッチ８７に“１”信号が入力され、オフセット検出回路７７の機能を停止させている。   At this time, in order to prevent the offset value from being erroneously corrected when the angular velocity is working, the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit 82 is input to the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention. A changeover switch 87 is provided, and when the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit becomes a value equal to or higher than the noise signal level, a “1” signal is input to the changeover switch 87 and the function of the offset detection circuit 77 is stopped. Yes.

一方、起動時等に発生する低周波からなるオフセット値は角速度振幅検出回路８２における第２のハイパスフィルタ８３によりカットされることにより、角速度振幅検出回路８２におけるスレッシュホールド８６から出力信号が出力されない。したがって、切替スイッチ８７に“０”信号が入力され、オフセット検出回路７７の機能が働くこととなるものである。   On the other hand, the low-frequency offset value generated at the time of startup or the like is cut by the second high-pass filter 83 in the angular velocity amplitude detection circuit 82, so that no output signal is output from the threshold 86 in the angular velocity amplitude detection circuit 82. Therefore, the “0” signal is input to the changeover switch 87, and the function of the offset detection circuit 77 is activated.

すなわち、本発明の実施の形態１における角速度センサにおいては、角速度振幅検出回路８２からの出力信号を入力する切替スイッチ８７を設け、角速度振幅検出回路８２からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチ８７により、前記オフセット検出回路７７の機能を停止させるようにしたため、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正できるという作用効果を有するものである。   That is, in the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention, the changeover switch 87 for inputting the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit 82 is provided, and the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit 82 becomes a predetermined value. In this case, since the function of the offset detection circuit 77 is stopped by the changeover switch 87, only the fluctuation of the output signal composed of a low frequency caused by a temperature change or the like is corrected without changing the output signal generated by the angular velocity. It has the effect of being able to.

ここで、さらに、角速度センサの起動時に、温度変化により、出力信号の変動が生じる場合を考える。角速度センサの起動時には、切替クロック８８により、クロックを高速化させるとともに、角速度振幅検出回路８２および補正演算手段７５におけるオフセット検出回路７７を同時に機能させる。そして、予め、オフセット検出回路７７によりオフセット値を認識しておき、角速度振幅検出回路８２からの出力信号が発生しなくなった後、低周波からなる出力信号の変動を補正するものである。   Here, a case where the output signal fluctuates due to a temperature change when the angular velocity sensor is activated will be considered. When the angular velocity sensor is activated, the switching clock 88 speeds up the clock, and simultaneously causes the angular velocity amplitude detection circuit 82 and the offset detection circuit 77 in the correction calculation means 75 to function. The offset value is recognized in advance by the offset detection circuit 77, and after the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit 82 is no longer generated, the fluctuation of the output signal having a low frequency is corrected.

すなわち、タイミング制御回路４３のクロックを電源起動時に高速化させることにより、オフセット検出回路７７および角速度振幅検出回路８２からの出力信号を高速化させたため、電源起動時から瞬時に、温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動を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。   That is, since the output signal from the offset detection circuit 77 and the angular velocity amplitude detection circuit 82 is increased by speeding up the clock of the timing control circuit 43 at the time of power activation, it is generated instantaneously from the time of power activation due to a temperature change or the like. Thus, it is possible to correct the fluctuation of the output signal having a low frequency.

また、前述の角速度振幅検出回路８２の動作の過程において、角速度センサに角速度が働いてから、角速度振幅検出回路８２が角速度を検出するまで、時間遅れが生じる。そこで、前述の如く、オフセット検出回路７７における第１のローパスフィルタ８９と第１のハイパスフィルタ７９との間に遅延回路７８を設け、この遅延回路７８により検出回路７３からの出力信号を、角速度振幅検出回路８２による時間遅れ分の時間を遅延させてからオフセット値を検出するようにしたため、角速度振幅検出回路８２により検出した角速度信号の発生と同時に、補正演算手段７５におけるオフセット検出回路７７を動作させることができることとなり、これにより、さらに確実に、角速度により発生する出力信号を変化させることなく温度変化等により発生する低周波からなる出力信号の変動のみを補正できるという作用効果を有するものである。   Further, in the process of operation of the angular velocity amplitude detection circuit 82 described above, a time delay occurs after the angular velocity is applied to the angular velocity sensor until the angular velocity amplitude detection circuit 82 detects the angular velocity. Therefore, as described above, the delay circuit 78 is provided between the first low-pass filter 89 and the first high-pass filter 79 in the offset detection circuit 77, and the delay circuit 78 converts the output signal from the detection circuit 73 into the angular velocity amplitude. Since the offset value is detected after delaying the time delay by the detection circuit 82, the offset detection circuit 77 in the correction calculation means 75 is operated simultaneously with the generation of the angular velocity signal detected by the angular velocity amplitude detection circuit 82. As a result, it is possible to more reliably correct only the fluctuation of the output signal composed of a low frequency caused by a temperature change or the like without changing the output signal generated by the angular velocity.

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項４〜５に記載の発明について説明する。 (Embodiment 2)
Hereinafter, the second and second embodiments of the present invention will be described.

図５は本発明の実施の形態２の角速度センサにおける補正演算手段の回路図である。   FIG. 5 is a circuit diagram of correction calculation means in the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.

なお、実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しその説明を省略する。   In addition, about the thing which has the structure similar to the structure of Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図５において、９１はウインドウコンパレータからなる第１の監視回路で、この第１の監視回路９１は前記ハイパスフィルタ７９からの出力信号が第１の監視回路９１の閾値以上となった際に、角速度センサに角速度が働いているとしてロー値からなる出力信号を出力するものである。９２は第１のタイマーで、この第１のタイマー９２は前記第１の監視回路９１からの出力信号が閾値以下にあるときに、角速度が働いていないことを検出し、その角速度が働いていない検出時間を出力するものである。９３はオフセット検出回路スタートタイマーで、このオフセット検出回路スタートタイマー９３は前記ハイパスフィルタ７９からの出力信号が閾値以上となった際に、即時にオフセット検出回路７７の動作を停止させる出力信号を出力するものである。９４はウインドウコンパレータからなる第２の監視回路で、この第２の監視回路９４は前記補正演算手段７５からの出力信号が、閾値以上となった際に、角速度センサに角速度が働いているとしてロー値からなる出力信号を出力するものである。   In FIG. 5, reference numeral 91 denotes a first monitoring circuit composed of a window comparator. The first monitoring circuit 91 has an angular velocity when the output signal from the high-pass filter 79 becomes equal to or higher than the threshold value of the first monitoring circuit 91. An output signal consisting of a low value is output assuming that an angular velocity is acting on the sensor. Reference numeral 92 denotes a first timer. When the output signal from the first monitoring circuit 91 is below a threshold value, the first timer 92 detects that the angular velocity is not working, and the angular velocity is not working. The detection time is output. Reference numeral 93 denotes an offset detection circuit start timer. The offset detection circuit start timer 93 outputs an output signal that immediately stops the operation of the offset detection circuit 77 when the output signal from the high-pass filter 79 exceeds a threshold value. Is. Reference numeral 94 denotes a second monitoring circuit composed of a window comparator. The second monitoring circuit 94 assumes that the angular velocity sensor is operating when the output signal from the correction calculation means 75 exceeds a threshold value. An output signal composed of values is output.

一方、前記補正演算手段７５からの出力信号が、閾値以下にあるときに、角速度が働いていないことを検出し、ハイ値からなる出力信号を出力するものである。９５は第２のタイマーで、この第２のタイマー９５は前記第２の監視回路９４からの出力信号がロー値である期間が１００ｍｓｅｃ以上経過時に、角速度が働いていないとして、出力信号を出力するものである。９６はＳＯＣモード制御回路で、このＳＯＣモード制御回路９６は前記第１のタイマー９２、オフセット検出回路スタートタイマー９３および第２のタイマー９５からの出力信号が入力されるとともに、オフセット検出回路７７を制御するモード信号を出力するものである。   On the other hand, when the output signal from the correction calculating means 75 is below the threshold value, it detects that the angular velocity is not working and outputs an output signal having a high value. Reference numeral 95 denotes a second timer. The second timer 95 outputs an output signal on the assumption that the angular velocity is not working when a period in which the output signal from the second monitoring circuit 94 is a low value exceeds 100 msec. Is. Reference numeral 96 denotes an SOC mode control circuit. The SOC mode control circuit 96 receives the output signals from the first timer 92, the offset detection circuit start timer 93 and the second timer 95, and controls the offset detection circuit 77. The mode signal to be output is output.

ここで、角速度センサの周囲の温度が変化することにより、角速度センサからの出力信号が変化する場合を考える。   Here, a case is considered where the output signal from the angular velocity sensor changes due to a change in the temperature around the angular velocity sensor.

そのような場合には、図６（ａ）に示すように、検出回路７３からの出力信号に低周波からなる変動が発生する。   In such a case, as shown in FIG. 6A, the output signal from the detection circuit 73 fluctuates at a low frequency.

そして、オフセット検出回路７７における第１のハイパスフィルタ７９からは図６（ｂ）に示すように、高周波成分のみが通過する。角速度が入力されると第１の監視回路９１からの出力信号が閾値以上となり、ロー値からなる出力信号がオフセット検出回路スタートタイマー９３に入力される。オフセット検出回路スタートタイマー９３からは即時に、ＳＯＣモード制御回路９６に信号が入力される。そして、ＳＯＣモード制御回路９６から、オフセット検出回路７７のデータの更新をストップする信号が入力される。そうすると、第１の差算器８０によるオフセット値の算出がストップすることとなる。   Then, only the high frequency component passes from the first high pass filter 79 in the offset detection circuit 77 as shown in FIG. 6B. When the angular velocity is input, the output signal from the first monitoring circuit 91 becomes equal to or greater than the threshold value, and the output signal having a low value is input to the offset detection circuit start timer 93. A signal is input from the offset detection circuit start timer 93 to the SOC mode control circuit 96 immediately. Then, a signal for stopping the update of data in the offset detection circuit 77 is input from the SOC mode control circuit 96. Then, the calculation of the offset value by the first subtractor 80 is stopped.

一方、角速度センサに角速度が働かなくなると、図６（ｃ）に示すように、第２の監視回路９４からの出力信号が閾値以下となり、第２の監視回路９４からはハイ値が出力される。また、第１の監視回路９１からの出力信号も時間の経過とともに、閾値以下となり、ハイ値が出力される。このような場合には、図６（ｄ）に示すように、第２のタイマー９５により１００ｍｓｅｃの間、第２の監視回路９４からの出力信号がハイ値であり続けることを確認後、ＳＯＣモード制御回路９６からオフセット検出回路７７にオフセットの算出を指示する。そうすると、第１の差算器８０により、出力変動分が算出され、第２の差算器８１により、検出回路７３からの出力信号を補正するものである。   On the other hand, when the angular velocity is not applied to the angular velocity sensor, the output signal from the second monitoring circuit 94 becomes equal to or lower than the threshold value, and a high value is output from the second monitoring circuit 94 as shown in FIG. . Further, the output signal from the first monitoring circuit 91 also becomes equal to or lower than the threshold with the passage of time, and a high value is output. In such a case, as shown in FIG. 6 (d), after confirming that the output signal from the second monitoring circuit 94 remains high for 100 msec by the second timer 95, the SOC mode is set. The control circuit 96 instructs the offset detection circuit 77 to calculate the offset. Then, the output difference is calculated by the first difference calculator 80 and the output signal from the detection circuit 73 is corrected by the second difference calculator 81.

本発明に係る角速度センサは、部品点数が少ないにも関わらず、温度変化による出力信号の変動を防止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、車両などの移動体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有用なものである。   The angular velocity sensor according to the present invention has an effect that it is possible to prevent fluctuation of an output signal due to a temperature change in spite of a small number of parts, and in particular, attitude control of a moving body such as an aircraft or a vehicle. It is useful as an angular velocity sensor used in navigation systems and the like.

３０ 振動子
３２ 駆動電極
３３ モニタ電極
３４ 第１のセンス電極
３５ 第２のセンス電極
４３ タイミング制御回路
７３ 検出回路
７７ オフセット検出回路
７８ 遅延回路
７９ 第１のハイパスフィルタ
８２ 角速度振幅検出回路
８３ 第２のハイパスフィルタ
８４ 平滑回路
８７ 切替スイッチ
８９ 第１のローパスフィルタ
９１ 第１の監視回路
９４ 第２の監視回路 Reference Signs List 30 vibrator 32 drive electrode 33 monitor electrode 34 first sense electrode 35 second sense electrode 43 timing control circuit 73 detection circuit 77 offset detection circuit 78 delay circuit 79 first high-pass filter 82 angular velocity amplitude detection circuit 83 second High pass filter 84 Smoothing circuit 87 Changeover switch 89 First low pass filter 91 First monitoring circuit 94 Second monitoring circuit

Claims (5)

駆動電極、センス電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子を所定の駆動周波数で駆動振動させるドライブ回路と、前記センス電極から出力される信号を処理して出力信号を出力する検出回路と、前記ドライブ回路および検出回路を動作させるタイミング信号を生成するタイミング制御回路と、ローパスフィルタの出力信号をハイパスフィルタの出力信号で差算することによりオフセット値を検出するオフセット検出回路と、前記検出回路の出力信号からオフセット検出回路の出力信号を差算する補正演算手段と、ハイパスフィルタと平滑回路とを設けた角速度振幅検出回路とを備え、前記角速度振幅検出回路からの出力信号を入力する切替スイッチを設け、角速度振幅検出回路からの出力信号が所定の値となった際には、切替スイッチにより、前記オフセット検出回路の機能を停止させるように構成した角速度センサ。 A vibrator provided with a drive electrode, a sense electrode, and a monitor electrode, a drive circuit that drives and vibrates the vibrator at a predetermined drive frequency, and a detection circuit that processes a signal output from the sense electrode and outputs an output signal A timing control circuit that generates a timing signal for operating the drive circuit and the detection circuit, an offset detection circuit that detects an offset value by subtracting the output signal of the low-pass filter by the output signal of the high-pass filter, and the detection A correction calculation means for subtracting the output signal of the offset detection circuit from the output signal of the circuit, and an angular velocity amplitude detection circuit provided with a high-pass filter and a smoothing circuit, and for switching to input the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit When a switch is provided and the output signal from the angular velocity amplitude detection circuit reaches a predetermined value, the switch The pitch angular velocity sensor which is configured to stop the function of the offset detection circuit. タイミング制御回路のクロックを電源起動時に高速化させることにより、オフセット検出回路および角速度振幅検出回路からの出力信号を高速化させた請求項１記載の角速度センサ。 2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the output signals from the offset detection circuit and the angular velocity amplitude detection circuit are speeded up by speeding up the clock of the timing control circuit when the power supply is activated. オフセット検出回路におけるローパスフィルタとハイパスフィルタとの間に遅延回路を設け、この遅延回路により検出回路からの出力信号を所定の時間遅延させてからオフセット値を検出するように構成した請求項１記載の角速度センサ。 The delay circuit is provided between the low-pass filter and the high-pass filter in the offset detection circuit, and the offset value is detected after the output signal from the detection circuit is delayed for a predetermined time by the delay circuit. Angular velocity sensor. 駆動電極、センス電極およびモニタ電極を設けた振動子と、この振動子を所定の駆動周波数で駆動振動させるドライブ回路と、前記センス電極から出力される信号を処理して出力信号を出力する検出回路と、前記ドライブ回路および検出回路を動作させるタイミング信号を生成するタイミング制御回路と、前記検出回路からの出力信号をローパスフィルタを介した出力信号をローパスフィルタおよびハイパスフィルタを介した出力信号で差算することによりオフセット値を検出するオフセット検出回路と、前記検出回路の出力信号からオフセット検出回路の出力信号を差算する補正演算手段と、前記オフセット検出回路におけるハイパスフィルタからの出力信号を監視する第１の監視回路と、前記補正演算手段からの出力信号を監視する第２の監視回路とを備え、前記第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲外の値のときにオフセット検出回路の機能を停止させるとともに、第１の監視回路からの出力信号が所定の範囲内の値でかつ、前記第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内のときにオフセット検出回路の機能を動作させるように構成した角速度センサ。 A vibrator provided with a drive electrode, a sense electrode, and a monitor electrode, a drive circuit that drives and vibrates the vibrator at a predetermined drive frequency, and a detection circuit that processes a signal output from the sense electrode and outputs an output signal A timing control circuit that generates a timing signal for operating the drive circuit and the detection circuit, and an output signal from the detection circuit that is output through a low-pass filter and an output signal that is output through a low-pass filter and a high-pass filter An offset detection circuit for detecting an offset value, a correction calculation means for subtracting the output signal of the offset detection circuit from the output signal of the detection circuit, and a first monitor for monitoring the output signal from the high-pass filter in the offset detection circuit. And a second monitoring circuit for monitoring an output signal from the correction calculation means. A monitoring circuit, and when the output signal from the first monitoring circuit is outside a predetermined range, the function of the offset detection circuit is stopped and the output signal from the first monitoring circuit is within the predetermined range. And an angular velocity sensor configured to operate the function of the offset detection circuit when the output signal from the second monitoring circuit is within a predetermined range. 前記第２の監視回路からの出力信号が所定の範囲内になってから、所定の時間経過後、オフセット検出回路の機能を動作させるようにした請求項４記載の角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 4, wherein the function of the offset detection circuit is activated after a predetermined time has elapsed after the output signal from the second monitoring circuit falls within a predetermined range.

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