JP4310455B2

JP4310455B2 - Electrostatic drive type vibration gyro device

Info

Publication number: JP4310455B2
Application number: JP2002380194A
Authority: JP
Inventors: 良隆加藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004212133A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばカーナビゲーション装置や、自動車の姿勢制御用センサ装置などに使用される静電駆動型振動ジャイロ装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図５には静電駆動型振動ジャイロ装置の一構成例が簡略化されて示されている。この静電駆動型振動ジャイロ装置１は、振動体２と、駆動信号発生部３と、Ｃ/Ｖ変換部４とを有して構成されている。
【０００３】
振動体２は振動が可能に形成されているものであり、その構成には様々な形態があるが、その一例を簡単に述べる。例えば、振動体２は、図５に示すｘ方向とｙ方向に振動が可能に形成されており、当該振動体２には、駆動用の可動電極６が設けられている。その駆動用の可動電極６と間隔を介して駆動用の固定電極７が配設されている。
【０００４】
駆動信号発生部３は、図６（ａ）に示すような直流バイアスＶbに交流信号Ｖsが重畳されて成る駆動信号を作り出し、当該駆動信号を駆動用の固定電極７に向けて出力する構成を備えている。駆動用の固定電極７に駆動信号発生部３からの駆動信号が加えられると、その信号の大きさに応じた静電力が、振動体２の駆動用の可動電極６と、駆動用の固定電極７との間に発生し、この静電力によって、振動体２は、例えばｘ方向に振動する。ここでは、その静電力によるｘ方向の振動体２の振動を駆動振動と言う。
【０００５】
このように、振動体２が駆動振動しているときに、例えば、ｚ方向を中心軸として静電駆動型振動ジャイロ装置１が回転すると、振動体２には、ｙ方向のコリオリ力が発生し、このコリオリ力によって、振動体２はｙ方向にも振動する。ここでは、そのコリオリ力によるｙ方向の振動体２の振動を検出振動と言う。その振動体２の検出振動を例えば静電容量の変化として検出する検出手段とＣ/Ｖ変換部４が設けられている。その検出手段により検出される静電容量の変化をＣ/Ｖ変換部４によって電圧に変換して検出信号として出力する。さらに、この検出信号を信号処理することにより、例えば角速度の大きさ等が検出される。なお、Ｃ/Ｖ変換部４は、例えば、ＦＥＴ、オペアンプ、あるいは、チャージアンプ等を備えている。
【０００６】
また、振動体２にはモニタ用の可動電極８が設けられ、このモニタ用の可動電極８と間隔を介してモニタ用の固定電極９が配設されている。これらモニタ用の可動電極８と固定電極９は、振動体２の駆動振動によって、それら電極８，９間の静電容量が変化するように構成されている。Ｃ/Ｖ変換部４は、そのモニタ用の可動電極８と固定電極９間の静電容量（Ｃ）を電圧（Ｖ）に変換して、振動体２の駆動振動のモニタ信号として出力する構成を有している。
【０００７】
この例では、駆動信号発生部３は自励振回路を構成するものであり、当該駆動信号発生部３は、Ｃ/Ｖ変換部４から出力されたモニタ信号を利用して、振動体２が共振周波数でもって振動できるような駆動信号を作り出して駆動用の固定電極７に供給する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１１６５５３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、静電駆動型振動ジャイロ装置１の検出感度を高めるためには、振動体２の検出振動の振幅が大きくなることが好ましい。振動体２の検出振動を大きくするためには、振動体２の駆動振動の振幅を大きくすればよく、そのためには、振動体２の駆動用の可動電極６と、固定電極７との間に作用する静電力を大きくすればよい。その静電力は、駆動信号発生部３から出力される駆動信号の直流バイアス値Ｖbに、交流信号Ｖsの振幅ｈを乗算した値に比例するものであることから、当該静電力を高めるためには、直流バイアス値Ｖbを高めると共に、交流信号Ｖsの振幅ｈを大きくすればよいと考えられる。
【００１０】
しかしながら、駆動信号発生部３は、ＩＣやオペアンプ等の能動素子を利用して駆動信号を作り出しており、その能動素子は予め定められた上限電圧値よりも大きい電圧の信号を出力することはできない。すなわち、駆動信号発生部３から出力する駆動信号の上限電圧値Ｖmaxが定まっている。このため、例えば、直流バイアスＶbを、図６（ａ）に示すような値Ｖαから、上限電圧値Ｖmaxに近い図６（ｂ）に示すような値Ｖβに高めると、直流バイアスＶbは高くなるが、駆動信号の上限電圧値Ｖmaxの規制によって、図６（ｂ）に示されるように、交流信号Ｖsの振幅ｈ’は図６（ａ）の交流信号Ｖsの振幅ｈよりも小さくなってしまう。また、交流信号Ｖsの振幅ｈを大きくしようとすると、直流バイアスＶbが小さくなってしまう。このように、駆動信号発生部３の能動素子の性質によって、駆動信号の直流バイアス値Ｖbと、交流信号Ｖsの振幅ｈとを両方共に大きくすることは難しい。よって、駆動信号に基づいた静電力の最大値が駆動信号発生部３の能動素子の出力の上限電圧値Ｖmaxによって定まってしまって、静電駆動型振動ジャイロ装置１の検出感度の向上は難しかった。
【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、検出感度の向上が容易な静電駆動型振動ジャイロ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、直流バイアスに交流信号を重畳して予め定められる上限電圧値以下の電圧の駆動信号を作り出す駆動信号発生部と、前記駆動信号に基づいた静電力によって振動する振動体とを有する静電駆動型振動ジャイロ装置において、前記駆動信号発生部から前記振動体に至る駆動信号の経路に駆動信号直流バイアス変換部が介設されており、該駆動信号直流バイアス変換部は、前記駆動信号発生部から供給される駆動信号を取り込む駆動信号の導入部と、前記駆動信号発生部とは別個の直流バイアス電源から供給される直流バイアスを取り込む直流バイアスの導入部と、前記駆動信号発生部から前記駆動信号の導入部に出力された駆動信号の直流バイアスをカットして駆動信号から交流信号を取り出し、この取り出した交流信号を前記直流バイアス電源から前記直流バイアスの導入部に供給された直流バイアスに重畳させ、この重畳信号を駆動信号として振動体に向けて出力する回路とを備え、前記直流バイアス電源は、前記駆動信号発生部の直流バイアスよりも高い直流バイアスを発生させる構成と成すか、又は直流バイアス電源から前記直流バイアスの導入部に至る電気経路に電圧の昇圧部を設けて、前記直流バイアスの導入部に導入される直流バイアスを前記駆動信号発生部から出力される直流バイアスよりも高くし、以て、前記駆動信号直流バイアス変換部は、前記交流信号を重畳する直流バイアスを前記駆動信号発生部の直流バイアスから前記直流バイアス電源を供給源とする直流バイアスに変換して、振動体に印加する重畳信号の電圧を前記駆動信号発生部が出力する重畳信号の電圧よりも高めることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる各実施形態例の説明において、図５に示す静電駆動型振動ジャイロ装置と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００１４】
第１実施形態例の静電駆動型振動ジャイロ装置では、図５に示したような構成に加えて、図１に示すように、駆動信号発生部３から駆動用の固定電極７に至るまでの駆動信号の経路上に、駆動信号直流バイアス変換部として機能するパッシブフィルター１０が介設されている。このパッシブフィルター１０には、直流電源接続部１１を介して外部の直流バイアス電源１２が接続されている。このパッシブフィルター１０に関する構成以外の静電駆動型振動ジャイロ装置１の構成は、図５に示す静電駆動型振動ジャイロ装置１の構成とほぼ同様である。
【００１５】
パッシブフィルター１０は、図２に示すように、コンデンサ１４と、抵抗体１５とを有するハイパスフィルターにより構成されている。コンデンサ１４の一端側は駆動信号発生部３に接続され、コンデンサ１４の他端側は駆動用の固定電極７に接続されている。このコンデンサ１４の他端側から駆動用の固定電極７に至るまでの信号経路上に抵抗体１５の一端側が接続され、抵抗体１５の他端側は直流電源接続部１１を介して直流バイアス電源１２に接続されている。
【００１６】
このパッシブフィルター１０において、コンデンサ１４は、駆動信号発生部３から出力された駆動信号の直流バイアスＶbをカットして駆動信号から交流信号Ｖsを取り出して出力する。抵抗体１５は、直流バイアス電源１２から直流電源接続部１１を介して直流バイアスＶeを取り込んで、この直流バイアスＶeと、コンデンサ１４により取り出された交流信号Ｖsとを重畳させる。その重畳信号が駆動信号としてパッシブフィルター１０から駆動用の固定電極７に供給される。
【００１７】
この第１実施形態例では、駆動信号発生部３から出力される駆動信号の交流信号Ｖsの振幅ｈが最も大きくなるように、駆動信号発生部３から出力される駆動信号の直流バイアスＶbが定められている。例えば、駆動信号発生部３の出力の上限電圧値をＶmaxとした場合に、その直流バイアスＶbは、Ｖmax/２、又は、その近傍の値となっている。
【００１８】
また、直流バイアス電源１２からパッシブフィルター１０に供給される直流バイアスＶeは、駆動信号発生部３から出力された駆動信号の直流バイアスＶbよりも高い値を有している。このため、この第１実施形態例では、駆動用の固定電極７に供給される駆動信号は、駆動信号発生部３から出力できる最大振幅を持つ交流信号Ｖsと、駆動信号発生部３の出力駆動信号の直流バイアスＶbよりも高い直流バイアスＶeとの重畳信号となっている。これにより、この第１実施形態例では、駆動信号発生部３から直接的に駆動信号がパッシブフィルター１０に供給される場合に比べて、駆動信号の直流バイアスが駆動信号発生部３の直流バイアスＶbから当該直流バイアスＶbよりも高い直流バイアス電源１２の直流バイアスＶeに変換された分、駆動用の可動電極６と固定電極７間の静電力（つまり、駆動信号の直流バイアスＶeと、交流信号Ｖsの振幅ｈとの積に応じた力）を大きくすることができる。
【００１９】
すなわち、この第１実施形態例の構成では、駆動信号発生部３から出力できる交流信号Ｖsの最大振幅を維持したまま、駆動信号の直流バイアスを容易に高めることができるので、駆動信号に基づいた駆動用の可動電極６と固定電極７間の静電力を容易に大きくすることができる。これにより、静電駆動型振動ジャイロ装置１の検出感度を向上させることができる。
【００２０】
以下に、第２実施形態例を説明する。この第２実施形態例では、図３に示されるように、直流バイアス電源１２からパッシブフィルター１０に至るまでの直流バイアス供給経路上に、昇圧部１７が設けられている。この昇圧部１７は、直流バイアス電源１２から供給されてきた直流バイアスＶeを昇圧してパッシブフィルター１０に加える構成を有している。昇圧部１７以外の構成は第１実施形態例と同様であり、この第２実施形態例の説明では、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００２１】
例えば、直流バイアス電源１２から出力される直流バイアスＶeが、駆動信号の直流バイアスとして要求する電圧値よりも低い場合に、昇圧部１７によって、その直流バイアス電源１２の直流バイアスＶeを要求の電圧値まで高めることができる。その昇圧部１７の回路構成は簡単であることから、直流バイアス電源１２の直流バイアスＶeが、検出感度を高めるための電圧値よりも低い場合であっても、静電駆動型振動ジャイロ装置１の大型化を抑制しながら、検出感度を高めることができる高い直流バイアスを持つ駆動信号を作り出すことが可能である。
【００２２】
以下に、第３実施形態例を説明する。
【００２３】
この第３実施形態例では、外部の直流バイアス電源１２から直流バイアスＶeをパッシブフィルター１０に供給するのではなく、図４に示すように、自動利得制御部１８を設け当該自動利得制御部１８を直流バイアス電源として機能させ、自動利得制御部１８から直流バイアスＶeをパッシブフィルター１０に供給する構成としている。それ以外の構成は、第１実施形態例と同様である。この第３実施形態例では、第１実施形態例と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００２４】
振動体２に設けられているモニタ用の可動電極８と、これに間隔を介して対向するモニタ用の固定電極９と、Ｃ/Ｖ変換部４とは、駆動振動モニタ手段を構成している。つまり、振動体２の駆動振動の振幅変化に応じて、モニタ用の可動電極８と固定電極９間の静電容量が変化し、この静電容量変化がＣ/Ｖ変換部４によって電圧に変換されてＣ/Ｖ変換部４から駆動振動の検出振幅のモニタ信号が出力される。
【００２５】
自動利得制御部１８は、直流バイアス発生部２０と整流平滑部２１を有して構成されている。整流平滑部２１は、Ｃ/Ｖ変換部４から出力された交流のモニタ信号を整流平滑して直流のモニタ信号に変換する。
【００２６】
直流バイアス発生部２０には基準電源接続部２２が接続されており、基準電源接続部２２に接続される基準電源（図示せず）から予め定められた基準電圧が供給される。直流バイアス発生部２０は、整流平滑部２１から出力された直流のモニタ信号と、基準電源接続部２２を介して供給される基準電圧とを比較し、基準電圧値に対する直流のモニタ信号の差分に応じた直流バイアスを作り出す。この直流バイアスＶeがパッシブフィルター１０に供給される。パッシブフィルター１０は、駆動信号発生部３の駆動信号から取り出した交流信号Ｖsをその自動利得制御部１８からの直流バイアスＶeに重畳して駆動信号を作り出して駆動用の固定電極７に出力する。
【００２７】
この第３実施形態例では、自動利得制御部１８から出力される直流バイアスＶeは、振動体２の駆動振動の振幅が設定の振幅となるように調整された電圧値であり、また、駆動信号発生部３から出力される信号の直流バイアスＶbよりも高い値まで調整することができる。この直流バイアスＶeに交流信号Ｖsが重畳されて成る駆動信号が駆動用の固定電極７に供給されることによって、静電駆動型振動ジャイロ装置１の検出感度を高めることができるだけでなく、振動体２の駆動信号の振幅の安定化を図ることができる。
【００２８】
なお、この発明は第１〜第３の各実施形態例の形態に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、第１実施形態例では、駆動信号発生部３から出力される交流信号Ｖsは、駆動信号発生部３から出力できる最大の振幅を持つものであったが、その交流信号Ｖsの振幅はその最大振幅に限定されるものではなく、最大振幅以外の振幅としてもよいものである。
【００２９】
また、第３実施形態例では、自動利得制御部１８から直接的に直流バイアスＶeをパッシブフィルター１０に供給していたが、例えば、自動利得制御部１８からパッシブフィルター１０に至るまでの信号経路上に、第２実施形態例に示したような昇圧部１７を介設してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、駆動信号発生部から振動体に向かう駆動信号経路上に、例えばパッシブフィルター等から成る駆動信号直流バイアス変換部を設け、この駆動信号直流バイアス変換部によって、駆動信号発生部の駆動信号から交流信号が取り出され、この取り出された交流信号が直流バイアス電源からの直流バイアスに重畳され当該重畳信号が駆動信号として振動体に向けて供給される構成とした。この構成によって、駆動信号発生部から出力された駆動信号の交流信号の振幅を維持したままの交流信号と、駆動信号発生部から出力された駆動信号の直流バイアスよりも高い直流バイアス電源の直流バイアスとの重畳信号である駆動信号を作り出すことができる。これにより、駆動信号発生部から直接的に駆動信号が振動体に供給される場合に比べて、駆動信号の直流バイアスが高くなる分、駆動信号に基づいた静電力（つまり、駆動信号の直流バイアスと、交流信号の振幅との積に応じた力）を大きくすることができる。
【００３１】
駆動信号発生部は、通常、ＩＣやオペアンプ等の能動素子を利用して駆動信号を作り出す構成を有しており、その能動素子の性質によって、駆動信号発生部から出力する駆動信号の上限電圧値は予め定まり、この上限電圧値の規制によって、駆動信号発生部の駆動信号の直流バイアスと、交流信号の振幅とを両方共に大きくすることは難しかった。今までは、その駆動信号発生部の駆動信号が直接的に振動体に供給されていたので、その駆動信号に基づいた静電力の増加は難しかった。
【００３２】
これに対して、この発明では、振動体に供給される駆動信号は、駆動信号発生部により作り出された交流信号と、駆動信号発生部とは別個独立の直流バイアス電源からの直流バイアスとの重畳信号であることから、当該振動体に供給される駆動信号の交流信号の振幅と、直流バイアスとを別々に制御することができる。このため、駆動信号に基づいた静電力の増加が容易となる。この静電力の増加によって、静電駆動型振動ジャイロ装置の検出感度を向上させることが容易となる。
【００３３】
また、直流バイアス電源から駆動信号直流バイアス変換部に至るまでの直流バイアス供給経路上に昇圧部が設けられているものにあっては、例えば、直流バイアス電源から出力する直流バイアスが、検出感度を高めるための要求の電圧値よりも低い場合に、昇圧部によって、その直流バイアス電源の直流バイアスを要求の電圧値に昇圧することで、検出感度を高めることができる直流バイアスを駆動信号直流バイアス変換部に供給することができて、静電駆動型振動ジャイロ装置の検出感度を向上させることができる。
【００３４】
自動利得制御部を直流バイアス電源として機能させるものにあっては、自動利得制御部から出力される直流バイアスに交流信号が重畳されて駆動信号が作り出されて振動体に出力される。自動利得制御部から出力される直流バイアスは、振動体の駆動信号の振幅が設定の振幅となるように調整された電圧値であり、また、駆動信号発生部から出力される信号の直流バイアスよりも高い値まで調整することができるので、検出の高さを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例の静電駆動型振動ジャイロ装置を説明するための図である。
【図２】パッシブフィルターの一構成例を示す説明図である。
【図３】第２実施形態例を説明するための図である。
【図４】第３実施形態例を説明するための図である。
【図５】静電駆動型振動ジャイロ装置の一従来例を説明するための図である。
【図６】従来の課題を説明するための図である。
【符号の説明】
１静電駆動型振動ジャイロ装置
２振動体
３駆動信号発生部
１０パッシブフィルター
１２直流バイアス電源
１４コンデンサ
１５抵抗体
１７昇圧部
１８自動利得制御部
２０直流バイアス発生部
２１整流平滑部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrostatic drive type vibration gyro device used in, for example, a car navigation device, a sensor device for attitude control of an automobile, and the like.
[0002]
[Background]
FIG. 5 shows a simplified configuration example of the electrostatic drive type vibration gyro device. The electrostatic drive type vibration gyro apparatus 1 includes a vibrating body 2, a drive signal generation unit 3, and a C / V conversion unit 4.
[0003]
The vibrating body 2 is formed so as to be able to vibrate, and there are various configurations in its configuration, and an example thereof will be briefly described. For example, the vibrating body 2 is formed to be able to vibrate in the x and y directions shown in FIG. 5, and the movable body 6 is provided with a movable electrode 6 for driving. A driving fixed electrode 7 is disposed with a distance from the movable electrode 6 for driving.
[0004]
The drive signal generator 3 generates a drive signal in which an AC signal Vs is superimposed on a DC bias Vb as shown in FIG. 6A, and outputs the drive signal toward the fixed electrode 7 for driving. I have. When a drive signal from the drive signal generating unit 3 is applied to the driving fixed electrode 7, an electrostatic force corresponding to the magnitude of the signal is generated by the movable electrode 6 for driving the vibrating body 2 and the fixed electrode for driving. 7, and this electrostatic force causes the vibrating body 2 to vibrate in the x direction, for example. Here, the vibration of the vibrating body 2 in the x direction due to the electrostatic force is referred to as drive vibration.
[0005]
As described above, when the vibration body 2 is driven to vibrate, for example, when the electrostatic drive type vibration gyro apparatus 1 rotates about the z direction as a central axis, the Coriolis force in the y direction is generated in the vibration body 2. By this Coriolis force, the vibrating body 2 vibrates also in the y direction. Here, the vibration of the vibrating body 2 in the y direction due to the Coriolis force is referred to as detection vibration. A detecting means for detecting the detected vibration of the vibrating body 2 as a change in capacitance, for example, and a C / V conversion unit 4 are provided. The change in capacitance detected by the detecting means is converted into a voltage by the C / V converter 4 and output as a detection signal. Further, by processing the detection signal, for example, the magnitude of the angular velocity is detected. The C / V conversion unit 4 includes, for example, an FET, an operational amplifier, a charge amplifier, or the like.
[0006]
The vibrating body 2 is provided with a movable movable electrode 8 for monitoring, and a fixed electrode 9 for monitoring is disposed with a distance from the movable movable electrode 8 for monitoring. The movable electrode 8 and the fixed electrode 9 for monitoring are configured such that the capacitance between the electrodes 8 and 9 is changed by the drive vibration of the vibrating body 2. The C / V conversion unit 4 converts the capacitance (C) between the monitoring movable electrode 8 and the fixed electrode 9 into a voltage (V), and outputs the voltage (V) as a monitor signal for driving vibration of the vibrating body 2. have.
[0007]
In this example, the drive signal generation unit 3 constitutes a self-excited circuit, and the drive signal generation unit 3 uses the monitor signal output from the C / V conversion unit 4 to cause the vibrating body 2 to resonate. A drive signal that can vibrate with frequency is generated and supplied to the fixed electrode 7 for driving.
[0008]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-116553
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to increase the detection sensitivity of the electrostatic drive type vibration gyro apparatus 1, it is preferable that the amplitude of the detection vibration of the vibrating body 2 is increased. In order to increase the detected vibration of the vibrating body 2, it is only necessary to increase the amplitude of the driving vibration of the vibrating body 2, and for that purpose, between the movable electrode 6 for driving the vibrating body 2 and the fixed electrode 7. What is necessary is just to enlarge the electrostatic force which acts. Since the electrostatic force is proportional to the value obtained by multiplying the direct current bias value Vb of the drive signal output from the drive signal generator 3 by the amplitude h of the alternating signal Vs, in order to increase the electrostatic force. It is considered that the DC bias value Vb should be increased and the amplitude h of the AC signal Vs should be increased.
[0010]
However, the drive signal generator 3 generates a drive signal by using an active element such as an IC or an operational amplifier, and the active element cannot output a signal having a voltage higher than a predetermined upper limit voltage value. . That is, the upper limit voltage value Vmax of the drive signal output from the drive signal generator 3 is determined. Therefore, for example, when the DC bias Vb is increased from the value Vα as shown in FIG. 6A to the value Vβ as shown in FIG. 6B close to the upper limit voltage value Vmax, the DC bias Vb is increased. However, due to the restriction of the upper limit voltage value Vmax of the drive signal, as shown in FIG. 6B, the amplitude h ′ of the AC signal Vs becomes smaller than the amplitude h of the AC signal Vs in FIG. . If the amplitude h of the AC signal Vs is increased, the DC bias Vb is decreased. As described above, it is difficult to increase both the DC bias value Vb of the drive signal and the amplitude h of the AC signal Vs due to the nature of the active element of the drive signal generator 3. Therefore, the maximum value of the electrostatic force based on the drive signal is determined by the upper limit voltage value Vmax of the output of the active element of the drive signal generator 3, and it is difficult to improve the detection sensitivity of the electrostatic drive type vibration gyro device 1. .
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electrostatic drive type vibration gyro apparatus in which detection sensitivity can be easily improved.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration as means for solving the above problems. That is, the present invention includes a drive signal generation unit that generates a drive signal having a voltage equal to or lower than a predetermined upper limit voltage value by superimposing an AC signal on a DC bias, and a vibrating body that vibrates by an electrostatic force based on the drive signal. In the electrostatic drive type vibration gyro apparatus, a drive signal direct current bias conversion unit is interposed in a path of a drive signal from the drive signal generation unit to the vibrating body, and the drive signal direct current bias conversion unit includes the drive signal A drive signal introduction section for capturing a drive signal supplied from a signal generation section; a DC bias introduction section for capturing a DC bias supplied from a DC bias power supply separate from the drive signal generation section ; and the drive signal generation section taking out an AC signal from the cut to the drive signal DC bias of the drive signals output to the introductory part of the drive signal from the extracted AC signal Was superimposed on a DC bias said supplied to the introductory part of the DC bias from the DC bias power supply, and a circuit for outputting the superposed signal to the vibrator as a drive signal, the DC bias power supply, the driving signal Either a configuration to generate a DC bias higher than the DC bias of the generating unit, or a voltage boosting unit is provided in the electrical path from the DC bias power source to the DC bias introducing unit, and introduced into the DC bias introducing unit. And the drive signal DC bias converter converts the DC bias that superimposes the AC signal to the DC bias of the drive signal generator. Is converted to a DC bias using the DC bias power supply as a supply source, and the voltage of the superimposed signal applied to the vibrating body is Part is characterized Rukoto higher than the voltage of the superimposed signal to be output.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of each embodiment, the same components as those of the electrostatic drive type vibration gyro apparatus shown in FIG.
[0014]
In the electrostatic drive type vibration gyro apparatus of the first embodiment, in addition to the configuration shown in FIG. 5, as shown in FIG. 1, from the drive signal generating unit 3 to the driving fixed electrode 7. A passive filter 10 functioning as a drive signal DC bias converter is interposed on the drive signal path. An external DC bias power supply 12 is connected to the passive filter 10 via a DC power supply connection portion 11. The configuration of the electrostatic drive type vibration gyro device 1 other than the configuration related to the passive filter 10 is substantially the same as the configuration of the electrostatic drive type vibration gyro device 1 shown in FIG.
[0015]
As shown in FIG. 2, the passive filter 10 includes a high-pass filter having a capacitor 14 and a resistor 15. One end side of the capacitor 14 is connected to the drive signal generating unit 3, and the other end side of the capacitor 14 is connected to the driving fixed electrode 7. One end side of the resistor 15 is connected on the signal path from the other end side of the capacitor 14 to the fixed electrode 7 for driving, and the other end side of the resistor 15 is connected to the DC bias power source via the DC power source connecting portion 11. 12 is connected.
[0016]
In this passive filter 10, the capacitor 14 cuts the DC bias Vb of the drive signal output from the drive signal generator 3, extracts the AC signal Vs from the drive signal, and outputs it. The resistor 15 takes in the DC bias Ve from the DC bias power supply 12 through the DC power supply connection portion 11 and superimposes the DC bias Ve on the AC signal Vs taken out by the capacitor 14. The superimposed signal is supplied as a drive signal from the passive filter 10 to the fixed electrode 7 for driving.
[0017]
In the first embodiment, the DC bias Vb of the drive signal output from the drive signal generator 3 is determined so that the amplitude h of the AC signal Vs of the drive signal output from the drive signal generator 3 is maximized. It has been. For example, when the upper limit voltage value of the output of the drive signal generator 3 is Vmax, the DC bias Vb is Vmax / 2 or a value in the vicinity thereof.
[0018]
The DC bias Ve supplied from the DC bias power supply 12 to the passive filter 10 has a higher value than the DC bias Vb of the drive signal output from the drive signal generator 3. For this reason, in the first embodiment, the drive signal supplied to the driving fixed electrode 7 includes the AC signal Vs having the maximum amplitude that can be output from the drive signal generator 3 and the output drive of the drive signal generator 3. The signal is a superimposed signal with a DC bias Ve higher than the DC bias Vb of the signal. As a result, in the first embodiment, the DC bias of the drive signal is equal to the DC bias Vb of the drive signal generator 3 as compared with the case where the drive signal is directly supplied from the drive signal generator 3 to the passive filter 10. The electrostatic force between the movable electrode 6 for driving and the fixed electrode 7 (that is, the DC bias Ve of the driving signal and the AC signal Vs) is converted to the DC bias Ve of the DC bias power source 12 higher than the DC bias Vb. Can be increased in accordance with the product of the amplitude h.
[0019]
That is, in the configuration of the first embodiment, the DC bias of the drive signal can be easily increased while maintaining the maximum amplitude of the AC signal Vs that can be output from the drive signal generating unit 3, and therefore, based on the drive signal. The electrostatic force between the movable electrode 6 for driving and the fixed electrode 7 can be easily increased. Thereby, the detection sensitivity of the electrostatic drive type vibration gyro apparatus 1 can be improved.
[0020]
The second embodiment will be described below. In the second embodiment, as shown in FIG. 3, a booster 17 is provided on a DC bias supply path from the DC bias power supply 12 to the passive filter 10. The booster 17 has a configuration in which the DC bias Ve supplied from the DC bias power supply 12 is boosted and applied to the passive filter 10. The configuration other than the boosting unit 17 is the same as that of the first embodiment. In the description of the second embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions of common portions are given. Is omitted.
[0021]
For example, when the DC bias Ve output from the DC bias power supply 12 is lower than the voltage value required as the DC bias of the drive signal, the booster 17 sets the DC bias Ve of the DC bias power supply 12 to the required voltage value. Can be increased up to. Since the circuit configuration of the boosting unit 17 is simple, even if the DC bias Ve of the DC bias power supply 12 is lower than the voltage value for increasing the detection sensitivity, the electrostatic drive type vibration gyro device 1 It is possible to create a drive signal having a high DC bias that can increase detection sensitivity while suppressing an increase in size.
[0022]
The third embodiment will be described below.
[0023]
In the third embodiment, instead of supplying the DC bias Ve from the external DC bias power supply 12 to the passive filter 10, as shown in FIG. 4, an automatic gain control unit 18 is provided and the automatic gain control unit 18 is installed. It is configured to function as a DC bias power source and supply the DC bias Ve from the automatic gain control unit 18 to the passive filter 10. Other configurations are the same as those of the first embodiment. In the third embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description of common portions is omitted.
[0024]
The monitor movable electrode 8 provided on the vibrating body 2, the monitor fixed electrode 9 opposed to the movable electrode 8 with an interval therebetween, and the C / V converter 4 constitute drive vibration monitoring means. . That is, the capacitance between the movable electrode 8 for monitoring and the fixed electrode 9 changes according to the change in amplitude of the drive vibration of the vibrating body 2, and this change in capacitance is converted into a voltage by the C / V conversion unit 4. Then, a monitor signal of the detected amplitude of the drive vibration is output from the C / V converter 4.
[0025]
The automatic gain control unit 18 includes a DC bias generation unit 20 and a rectifying / smoothing unit 21. The rectifying / smoothing unit 21 rectifies and smoothes the AC monitor signal output from the C / V conversion unit 4 and converts it into a DC monitor signal.
[0026]
A reference power supply connection unit 22 is connected to the DC bias generation unit 20, and a predetermined reference voltage is supplied from a reference power supply (not shown) connected to the reference power supply connection unit 22. The DC bias generator 20 compares the DC monitor signal output from the rectifying / smoothing unit 21 with the reference voltage supplied via the reference power supply connection unit 22, and determines the difference between the DC monitor signal and the reference voltage value. Create a corresponding DC bias. This DC bias Ve is supplied to the passive filter 10. The passive filter 10 superimposes the AC signal Vs extracted from the drive signal of the drive signal generator 3 on the DC bias Ve from the automatic gain controller 18 to generate a drive signal and output it to the fixed electrode 7 for driving.
[0027]
In the third embodiment, the DC bias Ve output from the automatic gain controller 18 is a voltage value adjusted so that the amplitude of the drive vibration of the vibrating body 2 becomes a set amplitude, and the drive signal It can be adjusted to a value higher than the DC bias Vb of the signal output from the generator 3. By supplying a drive signal in which the AC signal Vs is superimposed on the DC bias Ve to the fixed electrode 7 for driving, not only the detection sensitivity of the electrostatic drive type vibration gyro apparatus 1 can be increased, but also the vibrating body The amplitude of the second drive signal can be stabilized.
[0028]
In addition, this invention is not limited to the form of each 1st-3rd embodiment, Various embodiments can be taken. For example, in the first embodiment, the AC signal Vs output from the drive signal generator 3 has the maximum amplitude that can be output from the drive signal generator 3, but the amplitude of the AC signal Vs is The amplitude is not limited to the maximum amplitude, and may be an amplitude other than the maximum amplitude.
[0029]
In the third embodiment, the direct current bias Ve is directly supplied to the passive filter 10 from the automatic gain control unit 18. However, for example, on the signal path from the automatic gain control unit 18 to the passive filter 10. In addition, a booster 17 as shown in the second embodiment may be interposed.
[0030]
【The invention's effect】
According to the present invention, the drive signal direct current bias conversion unit composed of, for example, a passive filter is provided on the drive signal path from the drive signal generation unit toward the vibrating body, and the drive signal direct current bias conversion unit provides a drive signal direct current bias conversion unit. An AC signal is extracted from the drive signal, the extracted AC signal is superimposed on a DC bias from a DC bias power supply, and the superimposed signal is supplied to the vibrating body as a drive signal. With this configuration, an AC signal that maintains the amplitude of the AC signal of the drive signal output from the drive signal generator, and a DC bias of the DC bias power source that is higher than the DC bias of the drive signal output from the drive signal generator It is possible to create a drive signal that is a superposition signal. As a result, the electrostatic force based on the drive signal (that is, the DC bias of the drive signal) is increased by the amount of the DC bias of the drive signal compared to the case where the drive signal is directly supplied to the vibrating body from the drive signal generator. And the force corresponding to the product of the amplitude of the AC signal) can be increased.
[0031]
The drive signal generator usually has a configuration for generating a drive signal by using an active element such as an IC or an operational amplifier. Depending on the nature of the active element, the upper limit voltage value of the drive signal output from the drive signal generator It is difficult to increase both the DC bias of the drive signal of the drive signal generator and the amplitude of the AC signal by regulating the upper limit voltage value. Until now, since the drive signal of the drive signal generator has been directly supplied to the vibrating body, it has been difficult to increase the electrostatic force based on the drive signal.
[0032]
On the other hand, in the present invention, the drive signal supplied to the vibrating body is a superposition of the AC signal generated by the drive signal generation unit and the DC bias from a DC bias power supply independent of the drive signal generation unit. Since it is a signal, the amplitude of the AC signal of the drive signal supplied to the vibrator and the DC bias can be controlled separately. For this reason, an increase in electrostatic force based on the drive signal is facilitated. By increasing the electrostatic force, it becomes easy to improve the detection sensitivity of the electrostatic drive type vibration gyro device.
[0033]
Also, the apparatus having the boosting unit is provided on the DC bias supply path from the DC bias power source up to the drive signal DC bias converting unit, for example, a DC bias output from the DC bias power supply, the detection sensitivity When the voltage value is lower than the required voltage value, the DC bias of the DC bias power supply is boosted to the required voltage value by the boosting unit, and the DC bias that can increase the detection sensitivity is changed to the drive signal DC bias. This can be supplied to the converter, and the detection sensitivity of the electrostatic drive type vibration gyro device can be improved.
[0034]
In the case where the automatic gain control unit functions as a DC bias power source, an AC signal is superimposed on the DC bias output from the automatic gain control unit, and a drive signal is generated and output to the vibrator. The direct current bias output from the automatic gain control unit is a voltage value adjusted so that the amplitude of the drive signal of the vibrator becomes the set amplitude, and from the direct current bias of the signal output from the drive signal generation unit Can be adjusted to a higher value, so that the height of detection can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an electrostatic drive type vibration gyro apparatus according to a first embodiment;
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example of a passive filter.
FIG. 3 is a diagram for explaining a second embodiment.
FIG. 4 is a diagram for explaining a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional example of an electrostatic drive type vibration gyro device.
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional problem.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrostatic drive type vibration gyro apparatus 2 Vibrating body 3 Drive signal generation part 10 Passive filter 12 DC bias power supply 14 Capacitor 15 Resistor 17 Boosting part 18 Automatic gain control part 20 DC bias generation part 21 Rectification smoothing part

Claims

直流バイアスに交流信号を重畳して予め定められる上限電圧値以下の電圧の駆動信号を作り出す駆動信号発生部と、前記駆動信号に基づいた静電力によって振動する振動体とを有する静電駆動型振動ジャイロ装置において、前記駆動信号発生部から前記振動体に至る駆動信号の経路に駆動信号直流バイアス変換部が介設されており、該駆動信号直流バイアス変換部は、前記駆動信号発生部から供給される駆動信号を取り込む駆動信号の導入部と、前記駆動信号発生部とは別個の直流バイアス電源から供給される直流バイアスを取り込む直流バイアスの導入部と、前記駆動信号発生部から前記駆動信号の導入部に出力された駆動信号の直流バイアスをカットして駆動信号から交流信号を取り出し、この取り出した交流信号を前記直流バイアス電源から前記直流バイアスの導入部に供給された直流バイアスに重畳させ、この重畳信号を駆動信号として振動体に向けて出力する回路とを備え、前記直流バイアス電源は、前記駆動信号発生部の直流バイアスよりも高い直流バイアスを発生させる構成と成すか、又は直流バイアス電源から前記直流バイアスの導入部に至る電気経路に電圧の昇圧部を設けて、前記直流バイアスの導入部に導入される直流バイアスを前記駆動信号発生部から出力される直流バイアスよりも高くし、以て、前記駆動信号直流バイアス変換部は、前記交流信号を重畳する直流バイアスを前記駆動信号発生部の直流バイアスから前記直流バイアス電源を供給源とする直流バイアスに変換して、振動体に印加する重畳信号の電圧を前記駆動信号発生部が出力する重畳信号の電圧よりも高めることを特徴とする静電駆動型振動ジャイロ装置。An electrostatic drive type vibration having a drive signal generation unit that generates a drive signal having a voltage equal to or lower than a predetermined upper limit voltage value by superimposing an AC signal on a DC bias, and a vibrating body that vibrates by an electrostatic force based on the drive signal In the gyro apparatus, a drive signal DC bias converter is provided in a path of a drive signal from the drive signal generator to the vibrating body, and the drive signal DC bias converter is supplied from the drive signal generator. A drive signal introduction section for capturing a drive signal, a DC bias introduction section for capturing a DC bias supplied from a DC bias power supply that is separate from the drive signal generation section, and an introduction of the drive signal from the drive signal generation section cut the DC bias of the drive signals output to the part taken out AC signals from the drive signal, the DC bias current of the AC signal extracted Superimposed on the DC bias supplied to the inlet portion of the DC bias from a circuit for outputting the superposed signal to the vibrator as a drive signal, the DC bias power supply, the DC bias of the drive signal generating unit Or a voltage booster is provided in an electrical path from a DC bias power source to the DC bias introduction unit, and the DC bias introduced into the DC bias introduction unit is configured to generate a higher DC bias. The drive signal DC bias converter converts the DC bias superimposed with the AC signal from the DC bias of the drive signal generator to the DC bias power source. Is converted into a direct current bias with the power source as a supply source, and the superimposed signal output from the drive signal generator is the voltage of the superimposed signal applied to the vibrating body. Electrostatic drive type vibration gyro device according to claim Rukoto higher than voltage.

直流バイアス電源は、外部の直流バイアス電源と成し、この外部の直流バイアス電源から電気経路を介して直流バイアスが駆動信号直流バイアス変換部の直流バイアスの導入部に供給されることを特徴とする請求項１記載の静電駆動型振動ジャイロ装置。 DC bias power source, forms an external DC bias power source, a DC bias via an electrical pathway from the external DC bias power supply is characterized Rukoto supplied to the introductory part of the DC bias of the drive signal DC bias converter unit The electrostatic drive type vibration gyro apparatus according to claim 1.

前記駆動信号直流バイアス変換部が受動部品だけで構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の静電駆動型振動ジャイロ装置。3. The electrostatic drive type vibration gyro apparatus according to claim 1, wherein the drive signal DC bias conversion unit is composed of only passive components .

駆動信号に基づいた静電力による振動体の駆動振動の振幅を検出してその検出振幅のモニタ信号を出力する駆動振動モニタ手段が設けられ、また、そのモニタ信号に基づいて、振動体を予め定められた設定の振幅で駆動振動させるための直流バイアスを作り出して前記駆動信号直流バイアス変換部に供給する自動利得制御部が設けられ、この自動利得制御部が直流バイアス電源として機能することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の静電駆動型振動ジャイロ装置。Drive vibration monitoring means for detecting the amplitude of the drive vibration of the vibrating body by the electrostatic force based on the drive signal and outputting a monitor signal of the detected amplitude is provided, and the vibration body is determined in advance based on the monitor signal. An automatic gain control unit is provided that generates a DC bias for driving and oscillating with a set amplitude and supplies the DC bias conversion unit to the drive signal, and the automatic gain control unit functions as a DC bias power supply. The electrostatic drive type vibration gyro apparatus according to any one of claims 1 to 3 .

自動利得制御部は、駆動振動モニタ手段から出力された交流のモニタ信号を整流平滑して直流のモニタ信号に変換する整流平滑部と、その直流のモニタ信号の電圧値と、予め定められた基準電圧値とを比較して、基準電圧値に対する直流のモニタ信号の電圧値の差分に応じた直流バイアスを作り出して前記駆動信号直流バイアス変換部に向けて出力する直流バイアス発生部とを有していることを特徴とする請求項４記載の静電駆動型振動ジャイロ装置。The automatic gain control unit includes a rectifying / smoothing unit that rectifies and smoothes the AC monitor signal output from the drive vibration monitoring unit and converts the signal into a DC monitor signal, a voltage value of the DC monitor signal, and a predetermined reference. A DC bias generator that compares the voltage value and generates a DC bias according to the difference in voltage value of the DC monitor signal with respect to the reference voltage value, and outputs the DC bias to the drive signal DC bias converter. 5. The electrostatic drive type vibration gyro device according to claim 4 , wherein the electrostatic drive type vibration gyro device is provided.