JPH109872A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JPH109872A JPH109872A JP8161502A JP16150296A JPH109872A JP H109872 A JPH109872 A JP H109872A JP 8161502 A JP8161502 A JP 8161502A JP 16150296 A JP16150296 A JP 16150296A JP H109872 A JPH109872 A JP H109872A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 励振位相がθ゜回転していても回転角速度を
高精度で検出できるようにする。 【解決手段】 Ｈ型振動子素子４の脚部４−１，４−２
に励振電極５−１〜５−８を、脚部４−３にＸ軸方向へ
の励振振幅検出用の電極６−１〜６−４を、脚部４−４
に角速度検出用の電極７−１〜７−４を形成する。電極
６−１〜６−４により検出されるＸ軸方向の励振振幅を
予め定められた一定値とするように励振電極５−１〜５
−８に印加する励振振動信号ｅの振幅を調整する。
高精度で検出できるようにする。 【解決手段】 Ｈ型振動子素子４の脚部４−１，４−２
に励振電極５−１〜５−８を、脚部４−３にＸ軸方向へ
の励振振幅検出用の電極６−１〜６−４を、脚部４−４
に角速度検出用の電極７−１〜７−４を形成する。電極
６−１〜６−４により検出されるＸ軸方向の励振振幅を
予め定められた一定値とするように励振電極５−１〜５
−８に印加する励振振動信号ｅの振幅を調整する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、励振電極に交流
電圧（励振振動信号）を印加することによって振動子が
Ｘ軸方向あるいはＺ軸方向に励振している時、この振動
子のＹ軸方向の回りに作用する回転角速度を角速度検出
用の電極に生ずる電荷量に基づいて検出する角速度セン
サに関するものである。
電圧（励振振動信号）を印加することによって振動子が
Ｘ軸方向あるいはＺ軸方向に励振している時、この振動
子のＹ軸方向の回りに作用する回転角速度を角速度検出
用の電極に生ずる電荷量に基づいて検出する角速度セン
サに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】所定方向に沿って振動している振動子、
例えば直交座標軸平面（Ｘ−Ｙ平面）におけるＸ軸に沿
って振動している振動子がＹ軸の回りに回転すると、振
動子に（Ｘ−Ｙ平面と直交する）Ｚ軸方向にコリオリの
力が生じる。このコリオリの力は角速度の大きさに比例
して定まることから、コリオリの力を振動子の撓み変位
量として間接的に、圧電素子の圧電効果、容量変化など
で直接的に測定すれば、振動子のＹ軸方向の回りに作用
した回転角速度の大きさを求めることができる。このた
め、振動する振動子を角速度検出素子として車両や航空
機等に搭載し、その走行或いは飛行軌跡を記録したり旋
回時に発生するヨーレイトを検出することが行われてい
る。また、この角速度検出素子をロボットに搭載して、
その姿勢制御等にも応用されている。
例えば直交座標軸平面（Ｘ−Ｙ平面）におけるＸ軸に沿
って振動している振動子がＹ軸の回りに回転すると、振
動子に（Ｘ−Ｙ平面と直交する）Ｚ軸方向にコリオリの
力が生じる。このコリオリの力は角速度の大きさに比例
して定まることから、コリオリの力を振動子の撓み変位
量として間接的に、圧電素子の圧電効果、容量変化など
で直接的に測定すれば、振動子のＹ軸方向の回りに作用
した回転角速度の大きさを求めることができる。このた
め、振動する振動子を角速度検出素子として車両や航空
機等に搭載し、その走行或いは飛行軌跡を記録したり旋
回時に発生するヨーレイトを検出することが行われてい
る。また、この角速度検出素子をロボットに搭載して、
その姿勢制御等にも応用されている。
【０００３】図６は水晶を用いた従来の「片持ちばり」
の角速度センサの要部を示す図である。同図において、
（ａ）は平面図、（ｂ）は図６（ａ）をＡ方向から見た
図、（ｃ）は図６（ａ）をＢ方向から見た図、（ｄ）は
図６（ａ）をＣ方向から見た図である。同図において、
１は振動子素子（水晶板）、２−１〜２−４は励振用の
電極（励振電極）、３−１〜３−４は角速度検出用の電
極（検出電極）であり、励振電極２−１〜２−４は振動
子素子１の一方の端１−１の上下および左右の面に、検
出電極３−１〜３−４は振動子素子１の他方の端１−２
の左右の面に設けられている。この図において、振動子
素子１の他方の端１−２側は、基端部（固定端）とされ
ている。
の角速度センサの要部を示す図である。同図において、
（ａ）は平面図、（ｂ）は図６（ａ）をＡ方向から見た
図、（ｃ）は図６（ａ）をＢ方向から見た図、（ｄ）は
図６（ａ）をＣ方向から見た図である。同図において、
１は振動子素子（水晶板）、２−１〜２−４は励振用の
電極（励振電極）、３−１〜３−４は角速度検出用の電
極（検出電極）であり、励振電極２−１〜２−４は振動
子素子１の一方の端１−１の上下および左右の面に、検
出電極３−１〜３−４は振動子素子１の他方の端１−２
の左右の面に設けられている。この図において、振動子
素子１の他方の端１−２側は、基端部（固定端）とされ
ている。
【０００４】この角速度センサにおいては、図６（ｂ）
に示されるように、励振電極２−１と２−３とが端子Ｐ
１に共通に接続され、また励振電極２−２と２−４とが
端子Ｐ２に共通に接続され、この端子Ｐ１とＰ２との間
に交流電圧（励振振動信号）ｅが印加される。このた
め、ある時は図６（ｂ）中に矢印で示す如く電界が発生
し、次には逆方向の電界が発生することにより、振動子
素子１の一方の端１−１が左右に振動する。
に示されるように、励振電極２−１と２−３とが端子Ｐ
１に共通に接続され、また励振電極２−２と２−４とが
端子Ｐ２に共通に接続され、この端子Ｐ１とＰ２との間
に交流電圧（励振振動信号）ｅが印加される。このた
め、ある時は図６（ｂ）中に矢印で示す如く電界が発生
し、次には逆方向の電界が発生することにより、振動子
素子１の一方の端１−１が左右に振動する。
【０００５】ここで、振動子素子１の振動方向（励振方
向）をＸ軸方向、このＸ軸方向と直交する図６（ａ）に
おける紙面内の方向（振動子素子１の長手方向）をＹ軸
方向、このＸ−Ｙ平面と直交する方向（振動子素子１の
板面に垂直な方向）をＺ軸方向とした場合、Ｙ軸方向の
回りに回転角速度が作用すると、すなわち振動子素子１
がＹ軸中心に回転すると、コリオリの力によりＺ軸方向
の振動成分が生じる。この振動成分の大きさはコリオリ
の力に比例しているので、振動子素子１の他方の端１−
２には回転角速度に比例した大きさで振動の方向に応じ
た極の電荷が発生する。
向）をＸ軸方向、このＸ軸方向と直交する図６（ａ）に
おける紙面内の方向（振動子素子１の長手方向）をＹ軸
方向、このＸ−Ｙ平面と直交する方向（振動子素子１の
板面に垂直な方向）をＺ軸方向とした場合、Ｙ軸方向の
回りに回転角速度が作用すると、すなわち振動子素子１
がＹ軸中心に回転すると、コリオリの力によりＺ軸方向
の振動成分が生じる。この振動成分の大きさはコリオリ
の力に比例しているので、振動子素子１の他方の端１−
２には回転角速度に比例した大きさで振動の方向に応じ
た極の電荷が発生する。
【０００６】これにより、図６（ｃ）に示されるよう
に、検出電極３−１と３−４とを共通に接続した端子Ｐ
３と、検出電極３−２と３−３とを共通に接続した端子
Ｐ４との間に、ある時には矢印の方向、次には逆方向の
電荷が発生し、コリオリの力に応じた電圧信号ｅs が得
られる。この電圧信号ｅs の大きさによって、Ｙ軸方向
の回りに作用する回転角速度の大きさを知ることができ
る。また、この電圧信号ｅs は基本的にサインカーブと
して得られ、この電圧信号ｅs の波形と励振振動信号ｅ
の波形（励振波形）とを位相比較することにより、その
位相の進み遅れで回転角速度の方向を知ることができ
る。
に、検出電極３−１と３−４とを共通に接続した端子Ｐ
３と、検出電極３−２と３−３とを共通に接続した端子
Ｐ４との間に、ある時には矢印の方向、次には逆方向の
電荷が発生し、コリオリの力に応じた電圧信号ｅs が得
られる。この電圧信号ｅs の大きさによって、Ｙ軸方向
の回りに作用する回転角速度の大きさを知ることができ
る。また、この電圧信号ｅs は基本的にサインカーブと
して得られ、この電圧信号ｅs の波形と励振振動信号ｅ
の波形（励振波形）とを位相比較することにより、その
位相の進み遅れで回転角速度の方向を知ることができ
る。
【０００７】なお、端子Ｐ１とＰ２との間に印加される
励振振動信号ｅの振幅は、図示せぬ温度補償回路によっ
て、温度変化により素子の諸定数、振動姿態が変化して
も、一定の振幅に保たれる。また、端子Ｐ１とＰ２との
間に印加される励振振動信号ｅに対して、端子Ｐ３とＰ
４との間に得られる電圧信号ｅs は桁違いに小さい。
励振振動信号ｅの振幅は、図示せぬ温度補償回路によっ
て、温度変化により素子の諸定数、振動姿態が変化して
も、一定の振幅に保たれる。また、端子Ｐ１とＰ２との
間に印加される励振振動信号ｅに対して、端子Ｐ３とＰ
４との間に得られる電圧信号ｅs は桁違いに小さい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の角速度センサでは、Ｘ軸方向に平行な励振振
動が発生すればよいが、製造過程に生ずる質量バランス
や２つの振動モードの関連のため（縮退現象）に、励振
電極２，検出電極３を含む振動子素子１（以下、総称し
て振動子と言う）がＸ軸方向に対して傾いた方向へ振動
してしまう。
うな従来の角速度センサでは、Ｘ軸方向に平行な励振振
動が発生すればよいが、製造過程に生ずる質量バランス
や２つの振動モードの関連のため（縮退現象）に、励振
電極２，検出電極３を含む振動子素子１（以下、総称し
て振動子と言う）がＸ軸方向に対して傾いた方向へ振動
してしまう。
【０００９】すなわち、電極配置（精度：位置、大き
さ、形成量）や、素子形状（加工精度：エッチング加
工、機械加工）、結晶構造、結晶欠陥（不純物他）等の
製造技術的理由による振動子質量のアンバランスや、２
方向振動周波数を近似させることによる振動系の縮退現
象により、振動子の振動方向が図７に示すようにＸ軸方
向に対してθ゜ずれてしまう。また、この振動方向のず
れ（励振位相の回転）は、温度変化によっても変動する
ことが知られている。この現象を「振動のもれ」と呼
ぶ。この励振位相の回転により、振動子のＺ軸方向に生
じる電荷量がコリオリの力と無関係に変化し、検出され
る回転角速度に誤差が生じる。
さ、形成量）や、素子形状（加工精度：エッチング加
工、機械加工）、結晶構造、結晶欠陥（不純物他）等の
製造技術的理由による振動子質量のアンバランスや、２
方向振動周波数を近似させることによる振動系の縮退現
象により、振動子の振動方向が図７に示すようにＸ軸方
向に対してθ゜ずれてしまう。また、この振動方向のず
れ（励振位相の回転）は、温度変化によっても変動する
ことが知られている。この現象を「振動のもれ」と呼
ぶ。この励振位相の回転により、振動子のＺ軸方向に生
じる電荷量がコリオリの力と無関係に変化し、検出され
る回転角速度に誤差が生じる。
【００１０】この回転角速度に誤差が生じる状況を図８
を用いて説明する。今、理想的な状態として、振動子が
Ｘ軸方向へ振動しているものとする。この場合、振動子
は、その振幅をＷ１として、Ｘ軸方向（θ＝０゜）へ振
動している。この時、振動子のＹ軸方向の回りに回転角
速度ω１が作用すると、その回転角速度ω１により振動
子にＺ軸方向にコリオリの力Ｆ１が生じる。このコリオ
リの力Ｆ１は回転角速度ω１に比例しており、このコリ
オリの力Ｆ１から回転角速度ω１を検出することができ
る。
を用いて説明する。今、理想的な状態として、振動子が
Ｘ軸方向へ振動しているものとする。この場合、振動子
は、その振幅をＷ１として、Ｘ軸方向（θ＝０゜）へ振
動している。この時、振動子のＹ軸方向の回りに回転角
速度ω１が作用すると、その回転角速度ω１により振動
子にＺ軸方向にコリオリの力Ｆ１が生じる。このコリオ
リの力Ｆ１は回転角速度ω１に比例しており、このコリ
オリの力Ｆ１から回転角速度ω１を検出することができ
る。
【００１１】これに対し、励振位相がθ゜回転している
と、すなわち振動子がその振幅をＷ２としてＸ軸方向に
対してθ゜ずれて振動していると、振動子のＹ軸方向の
回りに回転角速度ω２が作用した場合、Ｚ軸方向に対し
てθ゜ずれた方向にコリオリの力Ｆ２が生じる。なお、
ここでは理解し易いように、Ｗ１＝Ｗ２、Ｆ１＝Ｆ２、
ω１＝ω２とする。この場合、Ｚ軸方向に作用するコリ
オリの力Ｆ２’は、Ｆ２’＝Ｆ２・ｃｏｓθとなり、本
来のコリオリの力Ｆ２（＝Ｆ１）に対して減少する。こ
のコリオリの力Ｆ２’から検出される回転角速度ω２’
は、コリオリの力Ｆ１から検出される回転角速度ω１、
すなわち真の回転角速度ω２よりも小さくなる。
と、すなわち振動子がその振幅をＷ２としてＸ軸方向に
対してθ゜ずれて振動していると、振動子のＹ軸方向の
回りに回転角速度ω２が作用した場合、Ｚ軸方向に対し
てθ゜ずれた方向にコリオリの力Ｆ２が生じる。なお、
ここでは理解し易いように、Ｗ１＝Ｗ２、Ｆ１＝Ｆ２、
ω１＝ω２とする。この場合、Ｚ軸方向に作用するコリ
オリの力Ｆ２’は、Ｆ２’＝Ｆ２・ｃｏｓθとなり、本
来のコリオリの力Ｆ２（＝Ｆ１）に対して減少する。こ
のコリオリの力Ｆ２’から検出される回転角速度ω２’
は、コリオリの力Ｆ１から検出される回転角速度ω１、
すなわち真の回転角速度ω２よりも小さくなる。
【００１２】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、励振位相が
θ゜回転していても、回転角速度を高精度で検出するこ
との可能な角速度センサを提供することにある。
なされたもので、その目的とするところは、励振位相が
θ゜回転していても、回転角速度を高精度で検出するこ
との可能な角速度センサを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第１発明（請求項１に係る発明）は、振動子
のＸ軸方向への励振振幅を検出側アームで検出する振幅
検出手段と、この振幅検出手段により検出されるＸ軸方
向への励振振幅に基づき、このＸ軸方向への励振振幅を
予め定められた値とするように励振電極に印加する交流
電圧の大きさを調整する振幅調整手段とを設けたもので
ある。この発明によれば、検出側アームで振動子のＸ軸
方向への励振振幅が検出され、このＸ軸方向への励振振
幅が予め定められた値となるように、励振電極に印加さ
れる交流電圧の大きさ（励振振動信号の振幅）が調整さ
れる。
るために、第１発明（請求項１に係る発明）は、振動子
のＸ軸方向への励振振幅を検出側アームで検出する振幅
検出手段と、この振幅検出手段により検出されるＸ軸方
向への励振振幅に基づき、このＸ軸方向への励振振幅を
予め定められた値とするように励振電極に印加する交流
電圧の大きさを調整する振幅調整手段とを設けたもので
ある。この発明によれば、検出側アームで振動子のＸ軸
方向への励振振幅が検出され、このＸ軸方向への励振振
幅が予め定められた値となるように、励振電極に印加さ
れる交流電圧の大きさ（励振振動信号の振幅）が調整さ
れる。
【００１４】第２発明（請求項２に係る発明）は、振動
子のＺ軸方向への励振振幅を検出側アームで検出する振
幅検出手段と、この振幅検出手段により検出されるＺ軸
方向への励振振幅に基づき、このＺ軸方向への励振振幅
を予め定められた値とするように励振電極に印加する交
流電圧の大きさを調整する振幅調整手段とを設けたもの
である。この発明によれば、検出側アームで振動子のＺ
軸方向への励振振幅が検出され、このＺ軸方向への励振
振幅が予め定められた値となるように、励振電極に印加
される交流電圧の大きさ（励振振動信号の振幅）が調整
される。
子のＺ軸方向への励振振幅を検出側アームで検出する振
幅検出手段と、この振幅検出手段により検出されるＺ軸
方向への励振振幅に基づき、このＺ軸方向への励振振幅
を予め定められた値とするように励振電極に印加する交
流電圧の大きさを調整する振幅調整手段とを設けたもの
である。この発明によれば、検出側アームで振動子のＺ
軸方向への励振振幅が検出され、このＺ軸方向への励振
振幅が予め定められた値となるように、励振電極に印加
される交流電圧の大きさ（励振振動信号の振幅）が調整
される。
【００１５】第３発明（請求項３に係る発明）は、第１
発明又は第２発明において、振動子素子をＨ型振動子素
子とし、このＨ型振動子素子の第１の空間部を挾んで対
向する第１および第２の脚部に励振電極を形成し、第２
の空間部を挾んで対向する第３および第４の脚部の一方
に角速度検出用の電極を形成し、第３および第４の脚部
の他方に励振振幅検出用の電極を形成したものである。
この発明によれば、第３および第４の脚部の他方に形成
された検出電極を用いて振動子のＸ軸方向又はＺ軸方向
への励振振幅が検出され、このＸ軸方向又はＺ軸方向へ
の励振振幅が予め定められた値となるように、第１およ
び第２の脚部に形成された励振電極に印加される交流電
圧の大きさ（励振振動信号の振幅）が調整される。
発明又は第２発明において、振動子素子をＨ型振動子素
子とし、このＨ型振動子素子の第１の空間部を挾んで対
向する第１および第２の脚部に励振電極を形成し、第２
の空間部を挾んで対向する第３および第４の脚部の一方
に角速度検出用の電極を形成し、第３および第４の脚部
の他方に励振振幅検出用の電極を形成したものである。
この発明によれば、第３および第４の脚部の他方に形成
された検出電極を用いて振動子のＸ軸方向又はＺ軸方向
への励振振幅が検出され、このＸ軸方向又はＺ軸方向へ
の励振振幅が予め定められた値となるように、第１およ
び第２の脚部に形成された励振電極に印加される交流電
圧の大きさ（励振振動信号の振幅）が調整される。
【００１６】第４発明（請求項４に係る発明）は、第１
発明又は第２発明において、振動子素子をＨ型振動子素
子とし、このＨ型振動子素子の第１の空間部を挾んで対
向する第１および第２の脚部に励振電極を形成し、第２
の空間部を挾んで対向する第３および第４の脚部に混在
して、角速度検出用の電極および励振振幅検出用の電極
を形成したものである。この発明によれば、第３および
第４の脚部に角速度検出用の電極と混在して形成された
検出電極を用いて振動子のＸ軸方向又はＺ軸方向への励
振振幅が検出され、このＸ軸方向又はＺ軸方向への励振
振幅が予め定められた値となるように、第１および第２
の脚部に形成された励振電極に印加される交流電圧の大
きさ（励振振動信号の振幅）が調整される。
発明又は第２発明において、振動子素子をＨ型振動子素
子とし、このＨ型振動子素子の第１の空間部を挾んで対
向する第１および第２の脚部に励振電極を形成し、第２
の空間部を挾んで対向する第３および第４の脚部に混在
して、角速度検出用の電極および励振振幅検出用の電極
を形成したものである。この発明によれば、第３および
第４の脚部に角速度検出用の電極と混在して形成された
検出電極を用いて振動子のＸ軸方向又はＺ軸方向への励
振振幅が検出され、このＸ軸方向又はＺ軸方向への励振
振幅が予め定められた値となるように、第１および第２
の脚部に形成された励振電極に印加される交流電圧の大
きさ（励振振動信号の振幅）が調整される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
きＸ軸方向励振、Ｚ軸方向検出の場合につき詳細に説明
する。図１はこの発明の一実施の形態を示す角速度セン
サの要部を示す図である。同図において、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は同図（ａ）をＡ方向から見た図、（ｃ）は
同図（ａ）をＢ方向からみた図である。図１において、
４はＨ型振動子素子（Ｈ型水晶板）、５−１〜５−８は
励振電極、６−１〜６−４は振動子素子４のＸ軸方向へ
の励振振幅検出用の電極（検出電極）、７−１〜７−４
は振動子素子４のＹ軸方向の回りに作用する角速度検出
用の電極（検出電極）である。
きＸ軸方向励振、Ｚ軸方向検出の場合につき詳細に説明
する。図１はこの発明の一実施の形態を示す角速度セン
サの要部を示す図である。同図において、（ａ）は斜視
図、（ｂ）は同図（ａ）をＡ方向から見た図、（ｃ）は
同図（ａ）をＢ方向からみた図である。図１において、
４はＨ型振動子素子（Ｈ型水晶板）、５−１〜５−８は
励振電極、６−１〜６−４は振動子素子４のＸ軸方向へ
の励振振幅検出用の電極（検出電極）、７−１〜７−４
は振動子素子４のＹ軸方向の回りに作用する角速度検出
用の電極（検出電極）である。
【００１８】振動子素子４は、図１（ａ）に示されるよ
うに、第１の空間部４−５を挾んで対向する第１の脚部
４−１および４−２と、第２の空間部４−６を挾んで対
向する第３の脚部４−３および４−４とを有し、第１の
脚部４−１の先端の表裏および左右の面に励振電極５−
１〜５−４が、第２の脚部４−２の先端の表裏および左
右の面に励振電極５−５〜５−８が、第３の脚部４−３
の先端の表裏および左右の面にＸ軸方向への励振振幅検
出用の電極６−１〜６−４が、第４の脚部４−４の先端
の左右の面に角速度検出用の電極７−１〜７−４が形成
されている。
うに、第１の空間部４−５を挾んで対向する第１の脚部
４−１および４−２と、第２の空間部４−６を挾んで対
向する第３の脚部４−３および４−４とを有し、第１の
脚部４−１の先端の表裏および左右の面に励振電極５−
１〜５−４が、第２の脚部４−２の先端の表裏および左
右の面に励振電極５−５〜５−８が、第３の脚部４−３
の先端の表裏および左右の面にＸ軸方向への励振振幅検
出用の電極６−１〜６−４が、第４の脚部４−４の先端
の左右の面に角速度検出用の電極７−１〜７−４が形成
されている。
【００１９】この角速度センサにおいては、図１（ｂ）
に示されるように、励振電極５−１，５−３，５−６お
よび５−８が端子Ｐ１に共通に接続され、励振電極５−
２，５−４，５−５および５−７が端子Ｐ２に共通に接
続され、この端子Ｐ１とＰ２との間に交流電圧（励振振
動信号）ｅが印加される。このため、ある時は図１
（ｂ）中に矢印で示す如く電界が発生し、次には逆方向
の電界が発生することにより、振動子素子４の脚部４−
１および４−２が左右に振動し、更に脚部４−３および
４−４も連動して左右に振動する。
に示されるように、励振電極５−１，５−３，５−６お
よび５−８が端子Ｐ１に共通に接続され、励振電極５−
２，５−４，５−５および５−７が端子Ｐ２に共通に接
続され、この端子Ｐ１とＰ２との間に交流電圧（励振振
動信号）ｅが印加される。このため、ある時は図１
（ｂ）中に矢印で示す如く電界が発生し、次には逆方向
の電界が発生することにより、振動子素子４の脚部４−
１および４−２が左右に振動し、更に脚部４−３および
４−４も連動して左右に振動する。
【００２０】図１（ａ）において、脚部４−１〜４−４
の長手方向をＹ軸方向、紙面に垂直な方向をＺ軸方向と
し、Ｙ軸とＺ軸に直交する軸をＸ軸とした場合、Ｙ軸方
向の回りに回転角速度が作用すると、コリオリの力によ
りＺ軸方向の振動成分が生じる。この振動成分の大きさ
はコリオリの力に比例しているので、振動子素子４の脚
部４−４の電極には回転角速度に比例した大きさで振動
の方向に応じた極の電荷が発生する。これにより、図１
（ｃ）に示される如く、検出電極７−１と７−４とを共
通に接続した端子Ｐ３と、検出電極７−２と７−３とを
共通に接続した端子Ｐ４との間に、ある時には矢印の方
向、次には逆方向の電荷が発生し、コリオリの力に応じ
た電圧信号ｅs が得られる。
の長手方向をＹ軸方向、紙面に垂直な方向をＺ軸方向と
し、Ｙ軸とＺ軸に直交する軸をＸ軸とした場合、Ｙ軸方
向の回りに回転角速度が作用すると、コリオリの力によ
りＺ軸方向の振動成分が生じる。この振動成分の大きさ
はコリオリの力に比例しているので、振動子素子４の脚
部４−４の電極には回転角速度に比例した大きさで振動
の方向に応じた極の電荷が発生する。これにより、図１
（ｃ）に示される如く、検出電極７−１と７−４とを共
通に接続した端子Ｐ３と、検出電極７−２と７−３とを
共通に接続した端子Ｐ４との間に、ある時には矢印の方
向、次には逆方向の電荷が発生し、コリオリの力に応じ
た電圧信号ｅs が得られる。
【００２１】一方、振動子素子４の脚部４−３では、図
１（ｃ）に示される如く、検出電極６−１と６−３とは
端子Ｐ５に共通に接続され、検出電極６−２と６−４と
は端子Ｐ６に共通に接続されている。この場合、脚部４
−３には振動もれによるＸ軸方向への振動成分により、
端子Ｐ５とＰ６との間に、ある時には矢印の方向、次に
は逆方向の電荷が発生し、その振動の大きさに応じた電
圧信号ｅFBが得られる。
１（ｃ）に示される如く、検出電極６−１と６−３とは
端子Ｐ５に共通に接続され、検出電極６−２と６−４と
は端子Ｐ６に共通に接続されている。この場合、脚部４
−３には振動もれによるＸ軸方向への振動成分により、
端子Ｐ５とＰ６との間に、ある時には矢印の方向、次に
は逆方向の電荷が発生し、その振動の大きさに応じた電
圧信号ｅFBが得られる。
【００２２】図２はこの励振電極５，検出電極６，７を
含む振動子素子４（以下、総称して振動子と言う）に付
設された処理回路の要部を示すブロック図である。同図
において、１０は発振回路、１１，１２，１３は増幅回
路、１４は整流回路、１５，１６は平滑回路、１７は９
０゜位相シフト回路、１８は乗算回路、１９はローパス
フィルタ回路である。この処理回路において、発振回路
１０は、図１に示した端子Ｐ１とＰ２との間に励振振動
信号ｅを供給する。また、増幅回路１２には、図１に示
した端子Ｐ３とＰ４との間に生じる電圧信号ｅs が入力
される。また、増幅回路１１には、図１に示した端子Ｐ
５とＰ６との間に生じる電圧信号ｅFBが入力される。
含む振動子素子４（以下、総称して振動子と言う）に付
設された処理回路の要部を示すブロック図である。同図
において、１０は発振回路、１１，１２，１３は増幅回
路、１４は整流回路、１５，１６は平滑回路、１７は９
０゜位相シフト回路、１８は乗算回路、１９はローパス
フィルタ回路である。この処理回路において、発振回路
１０は、図１に示した端子Ｐ１とＰ２との間に励振振動
信号ｅを供給する。また、増幅回路１２には、図１に示
した端子Ｐ３とＰ４との間に生じる電圧信号ｅs が入力
される。また、増幅回路１１には、図１に示した端子Ｐ
５とＰ６との間に生じる電圧信号ｅFBが入力される。
【００２３】振動子からの電圧信号ｅFBは増幅回路１１
によって増幅される。これを電圧信号ａ１（図３（Ａ）
参照）とする。この電圧信号ａ１は整流回路１４にて整
流され、平滑回路１５にて平滑化される。この整流・平
滑化された電圧信号を制御信号（ゲインコントロール信
号）ａ３とする。
によって増幅される。これを電圧信号ａ１（図３（Ａ）
参照）とする。この電圧信号ａ１は整流回路１４にて整
流され、平滑回路１５にて平滑化される。この整流・平
滑化された電圧信号を制御信号（ゲインコントロール信
号）ａ３とする。
【００２４】ここで、振動子の励振位相に回転が生じて
いないものとすると、すなわち振動子がその振幅をＷ１
としてＸ軸に平行（θ＝０゜）に振動しているものとす
ると（図４参照）、Ｘ軸方向への振動振幅成分はＷ１そ
のものとなる。これに対して、振動子の励振位相に回転
が生じていれば、すなわち振動子がその振幅をＷ２（Ｗ
１＝Ｗ２）としてＸ軸方向に対してθ゜ずれて振動して
いると（図４参照）、Ｘ軸方向への振動振幅成分はＷ１
よりも小さいＷ２’となる。
いないものとすると、すなわち振動子がその振幅をＷ１
としてＸ軸に平行（θ＝０゜）に振動しているものとす
ると（図４参照）、Ｘ軸方向への振動振幅成分はＷ１そ
のものとなる。これに対して、振動子の励振位相に回転
が生じていれば、すなわち振動子がその振幅をＷ２（Ｗ
１＝Ｗ２）としてＸ軸方向に対してθ゜ずれて振動して
いると（図４参照）、Ｘ軸方向への振動振幅成分はＷ１
よりも小さいＷ２’となる。
【００２５】平滑回路１５は、振動子のＸ軸方向への振
動振幅成分をＷ１とするように、発振回路１０へゲイン
コントロール信号ａ３を送る。すなわち、Ｘ軸方向への
振動振幅成分がＷ２’であった場合、この振動振幅成分
Ｗ２’をＷ１とするように発振回路１０へゲインコント
ロール信号ａ３を送り、発振回路１０の励振振動信号ｅ
の振幅を調整する。これにより、振動子は、Ｘ軸方向に
対してθ゜ずれた状態で、その振幅がＷ３（Ｗ３＞Ｗ
２）となるように振動し、その結果、Ｘ軸方向への振動
振幅成分はＷ１となる。
動振幅成分をＷ１とするように、発振回路１０へゲイン
コントロール信号ａ３を送る。すなわち、Ｘ軸方向への
振動振幅成分がＷ２’であった場合、この振動振幅成分
Ｗ２’をＷ１とするように発振回路１０へゲインコント
ロール信号ａ３を送り、発振回路１０の励振振動信号ｅ
の振幅を調整する。これにより、振動子は、Ｘ軸方向に
対してθ゜ずれた状態で、その振幅がＷ３（Ｗ３＞Ｗ
２）となるように振動し、その結果、Ｘ軸方向への振動
振幅成分はＷ１となる。
【００２６】したがって、この回路構成において、振動
子のＹ軸方向の回りに回転角速度ω３が作用すると、そ
の回転角速度ω３により振動子のＺ軸に対してθ゜ずれ
た方向にコリオリの力Ｆ３が生じる。この場合、コリオ
リの力のＺ方向成分はＦ３’、Ｆ３’＝Ｆ３・ｃｏｓθ
となる。
子のＹ軸方向の回りに回転角速度ω３が作用すると、そ
の回転角速度ω３により振動子のＺ軸に対してθ゜ずれ
た方向にコリオリの力Ｆ３が生じる。この場合、コリオ
リの力のＺ方向成分はＦ３’、Ｆ３’＝Ｆ３・ｃｏｓθ
となる。
【００２７】このＦ３’は、ゲインコントロール信号ａ
３でコントロールされた発振回路１０により励振振幅が
補正されているため、励振位相に回転が生じていないと
きの振動子のＹ軸方向の回りに回転角速度ω３が作用し
た場合にＺ軸方向へ作用するコリオリの力に等しい。従
って、コリオリの力Ｆ３’から回転角速度ω３を検出す
るとき、振動子の励振位相にθ゜の回転が生じ、かつそ
れが変動しても、それにもかかわらず高精度で回転角速
度ω３を検出することが可能となる。
３でコントロールされた発振回路１０により励振振幅が
補正されているため、励振位相に回転が生じていないと
きの振動子のＹ軸方向の回りに回転角速度ω３が作用し
た場合にＺ軸方向へ作用するコリオリの力に等しい。従
って、コリオリの力Ｆ３’から回転角速度ω３を検出す
るとき、振動子の励振位相にθ゜の回転が生じ、かつそ
れが変動しても、それにもかかわらず高精度で回転角速
度ω３を検出することが可能となる。
【００２８】振動子からの電圧信号ｅs は、増幅回路１
２によって増幅され、電圧信号ｂとされる（図３（Ｂ）
参照）。この場合、励振位相にθ゜の回転が生じている
ものとすると、電圧信号ｂは、Ｚ軸方向へのコリオリの
力に応じた電圧信号（コリオリの力による出力）ｂ１
と、Ｘ軸方向に対してθ゜ずれた振動によるＺ軸方向へ
の振動成分に応じた電圧信号（もれ出力）ｂ２とが加算
された信号となる。
２によって増幅され、電圧信号ｂとされる（図３（Ｂ）
参照）。この場合、励振位相にθ゜の回転が生じている
ものとすると、電圧信号ｂは、Ｚ軸方向へのコリオリの
力に応じた電圧信号（コリオリの力による出力）ｂ１
と、Ｘ軸方向に対してθ゜ずれた振動によるＺ軸方向へ
の振動成分に応じた電圧信号（もれ出力）ｂ２とが加算
された信号となる。
【００２９】この電圧信号ｂ（ｂ１，ｂ２）は、９０゜
位相シフト回路１７にてその位相が９０゜シフトされ、
電圧信号ｃ（ｃ１，ｃ２）とされる（図３（Ｃ）参
照）。この電圧信号ｃ（ｃ１，ｃ２）は乗算回路１８へ
与えられる。乗算回路１８は、９０゜位相シフト回路１
７からの電圧信号ｃ（ｃ１，ｃ２）と発振回路１０から
の電圧信号ａ２（発振回路１０からの励振振動信号ｅの
上段ラインの電圧信号）との乗算を行い、電圧信号ｄ
（ｄ１，ｄ２）とする（図３（Ｄ）参照）。
位相シフト回路１７にてその位相が９０゜シフトされ、
電圧信号ｃ（ｃ１，ｃ２）とされる（図３（Ｃ）参
照）。この電圧信号ｃ（ｃ１，ｃ２）は乗算回路１８へ
与えられる。乗算回路１８は、９０゜位相シフト回路１
７からの電圧信号ｃ（ｃ１，ｃ２）と発振回路１０から
の電圧信号ａ２（発振回路１０からの励振振動信号ｅの
上段ラインの電圧信号）との乗算を行い、電圧信号ｄ
（ｄ１，ｄ２）とする（図３（Ｄ）参照）。
【００３０】この電圧信号ｄ（ｄ１，ｄ２）は、ローパ
スフィルタ回路１９を介して平滑回路１６へ与えられ、
電圧信号ｆとされる（図３（Ｅ）参照）。この場合、も
れ出力に対応する電圧信号ｆ２は零となり、コリオリの
力による出力に対応する電圧信号ｆ１のみが得られる。
そして、この電圧信号ｆ１が増幅回路１３へ与えられ、
振動子のＹ軸方向の回りに作用する回転角速度を示す電
圧信号ｇとして出力される。
スフィルタ回路１９を介して平滑回路１６へ与えられ、
電圧信号ｆとされる（図３（Ｅ）参照）。この場合、も
れ出力に対応する電圧信号ｆ２は零となり、コリオリの
力による出力に対応する電圧信号ｆ１のみが得られる。
そして、この電圧信号ｆ１が増幅回路１３へ与えられ、
振動子のＹ軸方向の回りに作用する回転角速度を示す電
圧信号ｇとして出力される。
【００３１】なお、上述した実施の形態においては、発
振回路１０からの励振振動信号ｅの上段ラインの電圧信
号をａ２として乗算回路１８へ与えるようにしたが、下
段ラインの電圧信号をａ２として与えるようにしてもよ
い。また、上述した実施の形態においては、乗算回路１
８にて電圧信号ｃ（ｃ１，ｃ２）と電圧信号ａ２との乗
算を行うことにより電圧信号ｄを得るものとしたが、増
幅回路１１からの電圧信号ａ１と電圧信号ｃ（ｃ１，ｃ
２）との乗算を行うことにより電圧信号ｄを得るものと
してもよい。この場合、電圧信号ａ１に代えて、増幅回
路１１の前段（上段ラインあるいは下段ライン）からの
電圧信号を乗算回路１８へ与えるようにしてもよい。
振回路１０からの励振振動信号ｅの上段ラインの電圧信
号をａ２として乗算回路１８へ与えるようにしたが、下
段ラインの電圧信号をａ２として与えるようにしてもよ
い。また、上述した実施の形態においては、乗算回路１
８にて電圧信号ｃ（ｃ１，ｃ２）と電圧信号ａ２との乗
算を行うことにより電圧信号ｄを得るものとしたが、増
幅回路１１からの電圧信号ａ１と電圧信号ｃ（ｃ１，ｃ
２）との乗算を行うことにより電圧信号ｄを得るものと
してもよい。この場合、電圧信号ａ１に代えて、増幅回
路１１の前段（上段ラインあるいは下段ライン）からの
電圧信号を乗算回路１８へ与えるようにしてもよい。
【００３２】また、上述した実施の形態においては、振
動子素子４の脚部４−３にＸ軸方向への励振振幅検出用
の電極６−１〜６−４を、脚部４−４に角速度検出用の
電極７−１〜７−４を形成するようにしたが、図５に示
すように、脚部４−３および４−４に混在して、Ｘ軸方
向への励振振幅検出用の電極および角速度検出用の電極
を形成するようにしてもよい。すなわち、脚部４−３に
Ｘ軸方向への励振振幅検出用の電極８−１〜８−３およ
び角速度検出用の電極９−１〜９−４を、脚部４−４に
Ｘ軸方向への励振振幅検出用の電極８−４〜８−６およ
び角速度検出用の電極９−５〜９−８を形成するように
してもよい。
動子素子４の脚部４−３にＸ軸方向への励振振幅検出用
の電極６−１〜６−４を、脚部４−４に角速度検出用の
電極７−１〜７−４を形成するようにしたが、図５に示
すように、脚部４−３および４−４に混在して、Ｘ軸方
向への励振振幅検出用の電極および角速度検出用の電極
を形成するようにしてもよい。すなわち、脚部４−３に
Ｘ軸方向への励振振幅検出用の電極８−１〜８−３およ
び角速度検出用の電極９−１〜９−４を、脚部４−４に
Ｘ軸方向への励振振幅検出用の電極８−４〜８−６およ
び角速度検出用の電極９−５〜９−８を形成するように
してもよい。
【００３３】また、上述した実施の形態においては、振
動子素子４をＨ型振動子素子としたが、Ｈ型振動子素子
に限るものではなく、種々の形状の振動子素子を用いた
振動子に対して同様にして適用することが可能である。
また、上述した実施の形態においては、Ｙ軸方向の回り
に作用する回転角速度を検出する場合、振動子をＸ軸方
向に励振させながら、Ｚ軸方向に生じる振動成分を検出
することについて説明したが、振動子をＺ軸方向に励振
させなが、Ｘ軸方向に生じる振動成分を検出する場合に
ついても、同様にして適用することが可能である。
動子素子４をＨ型振動子素子としたが、Ｈ型振動子素子
に限るものではなく、種々の形状の振動子素子を用いた
振動子に対して同様にして適用することが可能である。
また、上述した実施の形態においては、Ｙ軸方向の回り
に作用する回転角速度を検出する場合、振動子をＸ軸方
向に励振させながら、Ｚ軸方向に生じる振動成分を検出
することについて説明したが、振動子をＺ軸方向に励振
させなが、Ｘ軸方向に生じる振動成分を検出する場合に
ついても、同様にして適用することが可能である。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、振動子の励振振幅が検出され、この励振
振幅が予め定められた値となるように、励振電極に印加
される交流電圧の大きさ（励振振動信号の振幅）が調整
されるものとなり、励振位相がθ゜回転していても、回
転角速度を高精度で検出することが可能となる。
発明によれば、振動子の励振振幅が検出され、この励振
振幅が予め定められた値となるように、励振電極に印加
される交流電圧の大きさ（励振振動信号の振幅）が調整
されるものとなり、励振位相がθ゜回転していても、回
転角速度を高精度で検出することが可能となる。
【図１】 本発明の一実施の形態を示す角速度センサの
要部を示す図である。
要部を示す図である。
【図２】 この角速度センサの振動子に付設された処理
回路の要部を示すブロック図である。
回路の要部を示すブロック図である。
【図３】 この処理回路の動作を説明するためのタイム
チャートである。
チャートである。
【図４】 この処理回路での電圧信号ｅFBに基づく励振
振動信号ｅの振幅調整動作を説明するための図である。
振動信号ｅの振幅調整動作を説明するための図である。
【図５】 Ｘ軸方向への振幅検出用の電極および角速度
検出用の電極を脚部４−３，４−４に混在して形成した
角速度センサの要部を示す図である。
検出用の電極を脚部４−３，４−４に混在して形成した
角速度センサの要部を示す図である。
【図６】 従来の角速度センサの要部を示す図である。
【図７】 この角速度センサにおける励振位相の回転を
説明する図である。
説明する図である。
【図８】 この角速度センサにおいて励振位相がθ゜回
転した場合に検出される回転角速度に誤差が生じる状況
を説明する図である。
転した場合に検出される回転角速度に誤差が生じる状況
を説明する図である。
４…Ｈ型振動子素子、４−１…第１の脚部、４−２…第
２の脚部、４−３…第３の脚部、４−４…第４の脚部、
４−５…第１の空間部、４−６…第２の空間部、５−１
〜５−８…励振電極、６−１〜６−４…Ｘ軸方向への励
振振幅検出用の電極（検出電極）、７−１〜７−４…角
速度検出用の電極（検出電極）、１０…発振回路、１
１，１２，１３…増幅回路、１４…整流回路、１５，１
６…平滑回路、１７…９０゜位相シフト回路、１８…乗
算回路、１９…ローパスフィルタ。
２の脚部、４−３…第３の脚部、４−４…第４の脚部、
４−５…第１の空間部、４−６…第２の空間部、５−１
〜５−８…励振電極、６−１〜６−４…Ｘ軸方向への励
振振幅検出用の電極（検出電極）、７−１〜７−４…角
速度検出用の電極（検出電極）、１０…発振回路、１
１，１２，１３…増幅回路、１４…整流回路、１５，１
６…平滑回路、１７…９０゜位相シフト回路、１８…乗
算回路、１９…ローパスフィルタ。
Claims (4)
- 【請求項１】 振動子素子とこの振動子素子に形成され
た励振電極および角速度検出用の電極とを備えた振動子
の前記励振電極に交流電圧を印加することにより前記振
動子をＸ軸方向に励振させながら、Ｙ軸中心に回転させ
たとき前記角速度検出用の電極に生ずる電荷量に基づい
て回転角速度を検出する角速度センサにおいて、 前記振動子の検出側アームのＸ軸方向への励振振幅を検
出する振幅検出手段と、 この振幅検出手段により検出されるＸ軸方向への振幅に
基づき、このＸ軸方向への振幅を予め定められた値とす
るように前記励振電極に印加する交流電圧の大きさを調
整する振幅調整手段とを備えたことを特徴とする角速度
センサ。 - 【請求項２】 振動子素子とこの振動子素子に形成され
た励振電極および角速度検出用の電極とを備えた振動子
の前記励振電極に交流電圧を印加することにより前記振
動子をＺ軸方向に励振させながら、Ｙ軸中心に回転させ
たとき前記角速度検出用の電極に生ずる電荷量に基づい
て回転角速度を検出する角速度センサにおいて、 前記振動子の検出側アームのＺ軸方向への励振振幅を検
出する振幅検出手段と、 この振幅検出手段により検出されるＺ軸方向への振幅に
基づき、このＺ軸方向への振幅を予め定められた値とす
るように前記励振電極に印加する交流電圧の大きさを調
整する振幅調整手段とを備えたことを特徴とする角速度
センサ。 - 【請求項３】 請求項１又は２において、振動子素子が
Ｈ型振動子素子とされ、このＨ型振動子素子の第１の空
間部を挾んで対向する第１および第２の脚部に励振電極
が形成され、第２の空間部を挾んで対向する第３および
第４の脚部の一方に角速度検出用の電極が形成され、第
３および第４の脚部の他方に励振振幅検出用の電極が形
成されていることを特徴とする角速度センサ。 - 【請求項４】 請求項１又は２において、振動子素子が
Ｈ型振動子素子とされ、このＨ型振動子素子の第１の空
間部を挾んで対向する第１および第２の脚部に励振電極
が形成され、第２の空間部を挾んで対向する第３および
第４の脚部に混在して、角速度検出用の電極および励振
振幅検出用の電極が形成されていることを特徴とする角
速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161502A JPH109872A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8161502A JPH109872A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH109872A true JPH109872A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=15736294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8161502A Pending JPH109872A (ja) | 1996-06-21 | 1996-06-21 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH109872A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4695731A (en) * | 1984-09-10 | 1987-09-22 | U.S. Philips Corporation | Ionization chamber |
| WO2007043503A1 (ja) * | 2005-10-11 | 2007-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 振動型慣性力検知センサの検出信号処理方法及び振動型慣性力検知センサ |
-
1996
- 1996-06-21 JP JP8161502A patent/JPH109872A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4695731A (en) * | 1984-09-10 | 1987-09-22 | U.S. Philips Corporation | Ionization chamber |
| WO2007043503A1 (ja) * | 2005-10-11 | 2007-04-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 振動型慣性力検知センサの検出信号処理方法及び振動型慣性力検知センサ |
| JP2007107909A (ja) * | 2005-10-11 | 2007-04-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 振動型慣性力検知センサの検出信号処理方法 |
| US7673529B2 (en) | 2005-10-11 | 2010-03-09 | Panasonic Corporation | Method for processing detection signal of vibratory inertial force sensor and vibratory inertial force sensor |
| US7886622B2 (en) | 2005-10-11 | 2011-02-15 | Panasonic Corporation | Method for processing detection signal of vibratory inertial force sensor and vibratory inertial force sensor |
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