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JP2001183137A - Gyro device - Google Patents

Gyro device

Info

Publication number
JP2001183137A
JP2001183137A JP36475899A JP36475899A JP2001183137A JP 2001183137 A JP2001183137 A JP 2001183137A JP 36475899 A JP36475899 A JP 36475899A JP 36475899 A JP36475899 A JP 36475899A JP 2001183137 A JP2001183137 A JP 2001183137A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
acceleration
angular velocity
vibrating body
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP36475899A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kaneo Yachi
兼雄 矢地
Shiyougo Yoshino
彰悟 吉野
Tomoyasu Hasegawa
友保 長谷川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP36475899A priority Critical patent/JP2001183137A/en
Publication of JP2001183137A publication Critical patent/JP2001183137A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate erroneous functioning of a gyro device even with addition of acceleration to an angular velocity detection element and distinguish the signals of acceleration and angular velocity. SOLUTION: An acceleration signal component removal circuit for removing signal components generated by the acceleration working on a vibrator from the output of a detection means detecting the displacement of a vibrator based on Coriolis force added to the vibrator is provided. The acceleration signal component removal circuit is made a filter circuit for shielding the frequency of the acceleration signal and it sets the frequency of the drive signal at a higher frequency than the shielding frequency of the filter circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はジャイロ装置、特
に、半導体微細加工技術で形成の角速度検出素子を用い
た振動型のジャャイロ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gyro device, and more particularly, to a vibratory gyro device using an angular velocity detecting element formed by semiconductor fine processing technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、カメラ、カーナビゲーション装置
等に微少なジャャイロ装置が使用されている。カメラで
は、撮影時の手ぶれを防止するために、また、カーナビ
ゲーション装置では、自動車の進路を示すために、各々
ジャイロ装置の角速度信号が使用されている。
2. Description of the Related Art In recent years, minute gyro devices have been used in cameras, car navigation devices, and the like. In a camera, an angular velocity signal of a gyro device is used to prevent camera shake during photographing, and in a car navigation device, to indicate a course of an automobile.

【0003】図6に、従来のジャイロ装置の回路ブロッ
クを示す。図6に於いて、角速度検出素子1は、振動体
11と、この振動体11を静電的に振動させる駆動電極
部12,13と、この振動体11の変位を静電的に検出
する検出電極部14,15とを有している。容量電圧変
換回路2は、角速度検出素子1の静電容量の変化を電圧
に変換するもので、2つの電界効果トランジスタ(以下
「FET」という)21,22から構成されている。そ
して、一方のFET21のゲート21aは角速度検出素
子1の検出電極部14に接続され、他方のゲート22a
は駆動電極部15に接続されている。FET21,22
のドレイン21b,22bは、それぞれ直流電源Vcc
に接続され、また、ソース21c,22cは、各々ソー
ス抵抗21d,22dを介してアースされている。この
ソースホロア回路のソース抵抗21d,22dの両端か
らそれぞれ出力電圧が取出される。
FIG. 6 shows a circuit block of a conventional gyro device. In FIG. 6, an angular velocity detecting element 1 includes a vibrating body 11, drive electrode units 12 and 13 for electrostatically vibrating the vibrating body 11, and a detection device for electrostatically detecting a displacement of the vibrating body 11. It has electrode portions 14 and 15. The capacitance-voltage conversion circuit 2 converts a change in the capacitance of the angular velocity detecting element 1 into a voltage, and includes two field-effect transistors (hereinafter, referred to as “FETs”) 21 and 22. The gate 21a of one FET 21 is connected to the detection electrode section 14 of the angular velocity detecting element 1, and the other gate 22a
Are connected to the drive electrode unit 15. FETs 21 and 22
Of the DC power supply Vcc
, And the sources 21c and 22c are grounded via source resistances 21d and 22d, respectively. Output voltages are respectively taken from both ends of the source resistors 21d and 22d of the source follower circuit.

【0004】DC遮断回路3は、直流カットコンデンサ
31,32からなり、容量電圧変換回路2の出力電圧
は、それぞれ直流カットコンデンサ31,32を通して
信号分離回路4に供給される。信号分別回路4は、2つ
の増幅器41,42と、差動増幅器43と、加算増幅器
44からなり、増幅器41,42の出力端は、差動増幅
器43の入力端に接続されると共に加算増幅器44の入
力端に接続されている。駆動回路5は、振幅回路および
三角波発生回路51と反転増幅回路52からなり、振幅
回路および三角波発生回路51の入力端は、加算増幅器
44の出力端に接続され、振幅回路および三角波発生回
路51の出力端は角速度検出素子1の駆動電極部13に
接続されると共に、反転増幅回路52を介して駆動電極
部12に接続されている。出力回路6は、同期検波回路
61とオフセット調整回路62と感度調整増幅器63か
ら構成され、同期検波回路61の入力端は、差動増幅器
43の出力端に接続されている。また、同期検波回路6
1の出力端は、オフセット調整回路62の出力端と共に
感度調整増幅器63の入力端に接続されている。
The DC cutoff circuit 3 includes DC cut capacitors 31 and 32, and the output voltage of the capacitance-voltage conversion circuit 2 is supplied to the signal separation circuit 4 through the DC cut capacitors 31 and 32, respectively. The signal separation circuit 4 includes two amplifiers 41 and 42, a differential amplifier 43, and a summing amplifier 44. The output terminals of the amplifiers 41 and 42 are connected to the input terminals of the differential amplifier 43 and the summing amplifier 44 Is connected to the input terminal of The drive circuit 5 includes an amplitude circuit / triangular wave generation circuit 51 and an inverting amplifier circuit 52. An input terminal of the amplitude circuit / triangle wave generation circuit 51 is connected to an output terminal of the addition amplifier 44. The output terminal is connected to the drive electrode unit 13 of the angular velocity detecting element 1 and to the drive electrode unit 12 via the inverting amplifier circuit 52. The output circuit 6 includes a synchronous detection circuit 61, an offset adjustment circuit 62, and a sensitivity adjustment amplifier 63. The input terminal of the synchronous detection circuit 61 is connected to the output terminal of the differential amplifier 43. In addition, the synchronous detection circuit 6
The output terminal 1 is connected to the input terminal of the sensitivity adjustment amplifier 63 together with the output terminal of the offset adjustment circuit 62.

【0005】回路ブロックの動作について説明する。角
速度検出素子1の駆動電極部12,13に、駆動回路5
から一定の周波数及び一定の振幅を有する駆動信号を加
え、駆動力Feを与えると、振動体11は、一定の方向
に固有の振動周波数で機械振動する。駆動回路5は、通
常、振動体11の機械共振周波数とほぼ同じ周波数、例
えば、15kHzの駆動信号を駆動電極部12,13に
加える。この振動体11に加速度または角速度が加えら
れていない場合には、角速度検出素子1の検出電極部1
4,15から出力は発生しない。角速度検出素子1の振
動体11に加速度または角速度が与えられた場合には、
振動体11は変位し、検出電極部14,15に静電容量
の変化が現れる。加速度の場合には、振動体11は加速
力Fkの印加方向に変位し、角速度の場合はコリオリ力
Fcの生じた方向に変位する。即ち、振動体11は、図
8にベクトルで示すように、角速度が生じた場合には、
コリオリ力Fcと駆動力Feを合成した振動ベクトルF
dで振動し、加速度が生じた場合には、加速力Fkと駆
動力Feを合成した振動ベクトルで振動する。そして、
角速度と加速度が同時に発生した場合には、これらの合
成ベクトル振動となる。
The operation of the circuit block will be described. The drive electrodes 12 and 13 of the angular velocity detecting element 1
When a driving signal having a constant frequency and a constant amplitude is added to the driving force Fe to give a driving force Fe, the vibrating body 11 mechanically vibrates at a specific vibration frequency in a certain direction. The drive circuit 5 normally applies a drive signal having a frequency substantially equal to the mechanical resonance frequency of the vibrating body 11, for example, 15 kHz, to the drive electrode units 12 and 13. When no acceleration or angular velocity is applied to the vibrating body 11, the detecting electrode unit 1 of the angular velocity detecting element 1
No output is generated from 4,15. When acceleration or angular velocity is given to the vibrating body 11 of the angular velocity detecting element 1,
The vibrating body 11 is displaced, and a change in capacitance appears on the detection electrode portions 14 and 15. In the case of acceleration, the vibrating body 11 is displaced in the direction in which the acceleration force Fk is applied, and in the case of angular velocity, it is displaced in the direction in which the Coriolis force Fc is generated. That is, as shown by the vector in FIG. 8, when the angular velocity occurs, the vibrating body 11
Vibration vector F obtained by combining Coriolis force Fc and driving force Fe
When it vibrates at d and acceleration occurs, it vibrates with a vibration vector obtained by combining the acceleration force Fk and the driving force Fe. And
When the angular velocity and the acceleration are generated simultaneously, the resultant vector vibration is generated.

【0006】角速度検出素子1の検出電極部14,15
からは、互いに180度位相の異なる2つの信号が出力
され、容量電圧変換回路2に供給される。この出力信号
の周波数は振動体11の振動周波数である。容量電圧変
換回路2は、角速度検出素子1の検出電極部14,15
に於ける容量変化をそれぞれソースホロア回路で電圧に
変換している。この2つの出力信号は、DC遮断回路3
に入力され、容量電圧変換回路2の出力電圧に含まれる
直流成分が除かれ、交流信号成分のみとなる。DC遮断
回路3を通った信号は、信号分別回路4に入力され、増
幅器41,42で増幅される。2つの増幅器41,42
の出力は差動増幅器43と加算増幅器44に入力され
る。差動増幅器43は、2つの増幅器41,42の出力
信号の差をとり、コリオリ力による角速度信号成分を抽
出し、また、加算増幅器44は、2つの増幅器41,4
2の出力信号の和をとり、角速度検出素子1の振動体1
1の振動により発生する振動振幅信号成分を抽出する。
[0006] Detecting electrode portions 14 and 15 of angular velocity detecting element 1
, Two signals 180 degrees out of phase from each other are output and supplied to the capacitance-voltage conversion circuit 2. The frequency of this output signal is the vibration frequency of the vibrating body 11. The capacitance-voltage conversion circuit 2 includes detection electrode portions 14 and 15 of the angular velocity detection element 1.
Are converted to voltages by source follower circuits. These two output signals are supplied to the DC cutoff circuit 3
And the DC component included in the output voltage of the capacitance-voltage conversion circuit 2 is removed, leaving only the AC signal component. The signal that has passed through the DC cutoff circuit 3 is input to the signal classification circuit 4 and is amplified by the amplifiers 41 and 42. Two amplifiers 41, 42
Is input to a differential amplifier 43 and a summing amplifier 44. The differential amplifier 43 extracts the difference between the output signals of the two amplifiers 41 and 42 and extracts the angular velocity signal component due to the Coriolis force.
Of the angular velocity detecting element 1
A vibration amplitude signal component generated by the first vibration is extracted.

【0007】加算増幅器44から得られた振動振幅信号
成分を有する信号を入力した振幅回路および三角波発生
回路51は、角速度検出素子1の振動を継続させる振幅
一定の駆動信号を出力する。この駆動信号は、角速度検
出素子1の駆動電極部13に供給され、また、反転増幅
回路52を介して180度の位相反転の後、駆動電極部
12に供給される。これにより、角速度検出素子1の振
動体11は、相互に位相が180度異なる駆動信号によ
り付勢される。上述の加算増幅器44から駆動回路5へ
の振動振幅信号成分のフィードバックで角速度検出素子
1を駆動する自励発振系を構成している。
[0007] The amplitude circuit and the triangular wave generation circuit 51 to which the signal having the vibration amplitude signal component obtained from the addition amplifier 44 is input, output a drive signal having a constant amplitude for continuing the vibration of the angular velocity detecting element 1. This drive signal is supplied to the drive electrode unit 13 of the angular velocity detection element 1, and is further supplied to the drive electrode unit 12 after inverting the phase by 180 degrees through the inverting amplifier circuit 52. As a result, the vibrating body 11 of the angular velocity detecting element 1 is energized by the drive signals having phases different from each other by 180 degrees. A self-excited oscillation system that drives the angular velocity detecting element 1 by feedback of the vibration amplitude signal component from the addition amplifier 44 to the drive circuit 5 is configured.

【0008】差動増幅器43から得られた角速度信号成
分は、出力回路6に供給される。出力回路6の同期検波
回路61は、差動増幅器43の出力信号を、振幅回路お
よび三角波発生回路51の駆動信号を参照信号として同
期検波を行い、角速度信号のみを抽出する。オフセット
調整回路62は、同期検波回路61を通った角速度信号
のオフセット電圧を調整する調整信号を感度調整増幅器
63に出力する。即ち、感度調整増幅器63は、同期検
波回路61から入力した角速度信号にオフセット電圧が
含まれている場合には、オフセット調整された角速度信
号を出力する。
The angular velocity signal component obtained from the differential amplifier 43 is supplied to an output circuit 6. The synchronous detection circuit 61 of the output circuit 6 performs synchronous detection of the output signal of the differential amplifier 43 using the drive signal of the amplitude circuit and the triangular wave generation circuit 51 as a reference signal, and extracts only the angular velocity signal. The offset adjustment circuit 62 outputs an adjustment signal for adjusting the offset voltage of the angular velocity signal passed through the synchronous detection circuit 61 to the sensitivity adjustment amplifier 63. That is, when the angular velocity signal input from the synchronous detection circuit 61 includes an offset voltage, the sensitivity adjustment amplifier 63 outputs the angular velocity signal subjected to the offset adjustment.

【0009】角速度検出素子1の一例を図7を用いて説
明する。四辺形の支持枠7の内側には、対向して支持部
71,72が設けられている。振動体11の外枠振動部
16は、支持部71,72の先端部に支持部71,72
と直交する方向に伸長して設けた外梁16a,16bの
両端により支持されている。外枠振動部16の内側に
は、支持部71と支持部72を結ぶ方向に対して直交す
る位置に、内側に向けて且つ対向して突出部16c,1
6dが設けられている。この突出部16c,16dの先
端部には、外梁16a,16bの延長方向と直交する方
向に伸長して内梁17a,17bが設けられている。こ
の内梁17a,17bの両端には、内枠振動部17が支
持されている。内枠振動部17の内側には、支持枠7の
支持部71と支持部72を結ぶ方向に伸びた質量部17
cが設けられている。
An example of the angular velocity detecting element 1 will be described with reference to FIG. Inside the quadrilateral support frame 7, support portions 71 and 72 are provided to face each other. The outer frame vibrating portion 16 of the vibrating body 11 is provided with support portions 71, 72 at the distal ends of the support portions 71, 72.
Are supported by both ends of outer beams 16a and 16b extending in a direction perpendicular to the outer beams. On the inner side of the outer frame vibrating portion 16, the projecting portions 16c, 1 are directed inward and opposed to each other at a position orthogonal to the direction connecting the supporting portions 71 and 72.
6d are provided. Inner beams 17a, 17b are provided at the distal ends of the protruding portions 16c, 16d so as to extend in a direction orthogonal to the extending direction of the outer beams 16a, 16b. At both ends of the inner beams 17a and 17b, inner frame vibrating portions 17 are supported. Inside the inner frame vibrating portion 17, a mass portion 17 extending in a direction connecting the support portions 71 and 72 of the support frame 7 is provided.
c is provided.

【0010】外枠振動部16には、外梁16a,16b
の伸長方向の両外縁に、図6に示す駆動電極部12及び
駆動電極部13が設けられている。この駆動電極部1
2,13は、外枠振動部16に形成された板状の外枠可
動櫛形電極12a,13aと、この外枠可動櫛形電極1
2a,13aに微少空間を介して対向した板状の外枠駆
動櫛形電極12b,13bと、この外枠駆動櫛形電極1
2b,13bを支持する外枠固定電極12c,13cか
ら構成されている。また、内枠振動部17の内側には、
質量部17cの左右に検出電極部14,15が設けられ
ている。この検出電極部14,15は、質量部17cに
植設された板状の内枠可動櫛形電極14a,15aと、
この内枠可動櫛形電極14a,15aに微少空間を介し
て対向した板状の内枠検出櫛形電極14b,15bと、
この内枠検出櫛形電極14b,15bを支持する内枠固
定電極14c,15cから構成されている。
The outer frame vibrating section 16 includes outer beams 16a and 16b.
The drive electrode section 12 and the drive electrode section 13 shown in FIG. This drive electrode unit 1
Reference numerals 2 and 13 denote plate-shaped outer frame movable comb electrodes 12a and 13a formed on the outer frame vibrating portion 16, and the outer frame movable comb electrode 1
Plate-shaped outer frame driving comb-shaped electrodes 12b, 13b opposed to micro-spaces 2a, 13a;
It comprises outer frame fixed electrodes 12c and 13c that support 2b and 13b. Also, inside the inner frame vibrating part 17,
The detection electrode parts 14 and 15 are provided on the left and right of the mass part 17c. The detection electrode portions 14 and 15 are composed of plate-shaped inner frame movable comb electrodes 14a and 15a implanted in the mass portion 17c,
Plate-shaped inner frame detection comb electrodes 14b, 15b opposed to the inner frame movable comb electrodes 14a, 15a via a minute space;
It is composed of inner frame fixed electrodes 14c, 15c that support the inner frame detection comb electrodes 14b, 15b.

【0011】図7では、角速度検出素子1の支持基板及
び蓋基板を図示していないが、支持枠7、外枠固定電極
12c,13c及び内枠固定電極14c,15cは、支
持基板に固定され、その他の支持部71,72、振動体
11の全体、櫛形電極12,13,14,15は、支持
基板及び蓋基板との間に空隙が設けられ、振動体11が
自由振動可能となっている。蓋基板は、支持枠7と接し
て角速度検出素子1を被覆している。また、角速度検出
素子1は、図面と垂直な方向に厚みを有し、特に、上述
の櫛形電極12a〜15a部分は、厚み方向の板状表面
が微少空間を介して対向し、静電容量を備える構成とな
っている。また、外枠固定電極12c,13c及び内枠
固定電極14c,15cは、支持基板に形成したビアホ
ールを介して支持基板外部と電気的に接続されている。
FIG. 7 does not show a support substrate and a lid substrate of the angular velocity detecting element 1, but the support frame 7, the outer frame fixed electrodes 12c and 13c, and the inner frame fixed electrodes 14c and 15c are fixed to the support substrate. The other supporting portions 71, 72, the entire vibrating body 11, and the comb-shaped electrodes 12, 13, 14, 15 are provided with a gap between the supporting substrate and the lid substrate, so that the vibrating body 11 can freely vibrate. I have. The lid substrate is in contact with the support frame 7 and covers the angular velocity detecting element 1. The angular velocity detecting element 1 has a thickness in a direction perpendicular to the drawing. In particular, in the above-mentioned comb-shaped electrodes 12a to 15a, the plate-shaped surfaces in the thickness direction face each other via a minute space, and the capacitance is reduced. It is configured to be provided. The outer frame fixed electrodes 12c and 13c and the inner frame fixed electrodes 14c and 15c are electrically connected to the outside of the support substrate via via holes formed in the support substrate.

【0012】このような角速度検出素子1の外枠固定電
極12c,13cに、図6の如く、駆動電圧を印加する
と、駆動電極部12,13の外枠可動櫛形電極12a,
13aと外枠駆動櫛形電極12b,13bとの間に静電
力が働き、これが駆動力Feとなって外枠振動部16を
内枠振動部17と共に支持部71,72の方向に一定の
振幅で振動させる。即ち、外梁16a,16bが撓み、
振動体11全体が図面の水平方向に振動する。この状態
に於いて、角速度検出素子1が、その中心を軸として回
転すると、換言すれば、振動体11の中心を貫く図面と
垂直な軸の回りに回転すると、振動体11に駆動力Fe
の作用する方向と直角方向のコリオリ力Fcが働き、内
梁17a,17bの撓みにより、内枠振動部17は内梁
17a,17bに対し垂直な方向に変位する。この変位
振動により、検出電極部14,15の内枠可動櫛形電極
14a,15aと内枠検出櫛形電極14b,15bの間
の静電容量が変化する。そして、この角速度信号成分を
含んだ容量変化を内枠固定電極14c,15cから取出
しFET21,22のゲート21a,22aに伝達す
る。一方、角速度検出素子1に任意の方向から加速度が
作用した場合には、内枠振動部17単独で、或いは外枠
振動部16と共に変位し、上述同様に、内枠固定電極1
4c,15cから加速度信号成分を含んだ容量変化の信
号が出力される。
When a driving voltage is applied to the outer frame fixed electrodes 12c and 13c of the angular velocity detecting element 1 as shown in FIG. 6, the outer frame movable comb electrodes 12a and 12a of the driving electrode portions 12 and 13 are applied.
An electrostatic force acts between 13a and the outer frame driving comb electrodes 12b and 13b, and this acts as a driving force Fe to cause the outer frame vibrating section 16 together with the inner frame vibrating section 17 in the direction of the support sections 71 and 72 with a constant amplitude. Vibrate. That is, the outer beams 16a and 16b bend,
The entire vibrating body 11 vibrates in the horizontal direction in the drawing. In this state, when the angular velocity detecting element 1 rotates around its center, in other words, when it rotates around an axis perpendicular to the drawing passing through the center of the vibrating body 11, the driving force Fe is applied to the vibrating body 11.
The Coriolis force Fc acts in a direction perpendicular to the direction in which the inner beams 17a and 17b act, and the inner frame vibrating portion 17 is displaced in a direction perpendicular to the inner beams 17a and 17b due to the bending of the inner beams 17a and 17b. Due to this displacement vibration, the capacitance between the inner frame movable comb electrodes 14a, 15a of the detection electrode portions 14, 15 and the inner frame detection comb electrodes 14b, 15b changes. Then, the capacitance change including the angular velocity signal component is taken out from the inner frame fixed electrodes 14c and 15c and transmitted to the gates 21a and 22a of the FETs 21 and 22. On the other hand, when acceleration acts on the angular velocity detecting element 1 from an arbitrary direction, the inner frame vibrating part 17 is displaced alone or together with the outer frame vibrating part 16, and the inner frame fixed electrode 1 is moved in the same manner as described above.
4c and 15c output a signal indicating a change in capacitance including an acceleration signal component.

【0013】角速度検出素子1の他の例を図9を用いて
説明する。支持枠9の内側には、支持枠9の4つの内縁
から伸びて十字状に結合する4つの梁9a,9b,9
c,9dが設けられている。4つの梁9a,9b,9
c,9dの結合点には、点線で示す重り9eが垂設され
ている。これらは図6に示す振動体11となる。各梁9
a,9b,9c,9dの表面には、図6に示す駆動電極
部12,13に相当する圧電駆動部と検出電極部14,
15に相当する圧電検出部が設けられている。これら圧
電駆動部と圧電検出部は、圧電薄膜で構成した圧電駆動
素子12e,13eと圧電検出素子14e,15eから
構成されている。梁9a,9b,9c,9dは、図面と
垂直方向の厚みが薄く形成され、図面と垂直方向に撓む
ことが可能である。圧電駆動素子12e,13eに、図
6の如く、駆動信号を印加すると、圧電駆動素子12
e,13eの屈曲運動により梁9c,9dが撓み、重り
9eの下端を梁9c,9dの伸長方向に振動させる。こ
のとき、重り9eにコリオリ力が加わると、重り9e
は、梁9a,9bの伸長方向に変位し、梁9a,9bを
撓ませて圧電検出素子14e,15eを屈曲させる。こ
れにより、圧電検出素子14e,15eからコリオリ力
に基づく電圧信号が発生する。また、角速度検出素子1
の振動体11に任意の方向から加速度が加わると、重り
9eの下端は、加速度の方向に大きく変位して4つの梁
9a,9b,9c,9dを撓ませて、圧電検出素子14
e,15eから加速度信号成分を含んだ出力を発生させ
る。なお、この角速度検出素子1の場合は、図6の容量
電圧変換回路2は必要なく、圧電検出素子14e,15
eの出力は、直接加速度成分除去回路8に入力される。
Another example of the angular velocity detecting element 1 will be described with reference to FIG. Inside the support frame 9, four beams 9a, 9b, 9 extending from the four inner edges of the support frame 9 and joining in a cross shape are provided.
c, 9d are provided. Four beams 9a, 9b, 9
A weight 9e indicated by a dotted line is vertically provided at the connection point between c and 9d. These become the vibrating body 11 shown in FIG. Each beam 9
On the surfaces of a, 9b, 9c and 9d, a piezoelectric drive unit corresponding to the drive electrode units 12 and 13 shown in FIG.
A piezoelectric detection unit corresponding to 15 is provided. The piezoelectric driving section and the piezoelectric detecting section are composed of piezoelectric driving elements 12e and 13e and piezoelectric detecting elements 14e and 15e formed of a piezoelectric thin film. The beams 9a, 9b, 9c, 9d are formed to have a small thickness in a direction perpendicular to the drawing, and can bend in a direction perpendicular to the drawing. When a drive signal is applied to the piezoelectric drive elements 12e and 13e as shown in FIG.
The beams 9c and 9d are bent by the bending motions of the beams e and 13e, and the lower end of the weight 9e is vibrated in the extending direction of the beams 9c and 9d. At this time, when Coriolis force is applied to the weight 9e, the weight 9e
Displaces the beams 9a and 9b in the extending direction, and bends the beams 9a and 9b to bend the piezoelectric detecting elements 14e and 15e. As a result, a voltage signal based on the Coriolis force is generated from the piezoelectric detection elements 14e and 15e. Further, the angular velocity detecting element 1
When an acceleration is applied to the vibrating body 11 from an arbitrary direction, the lower end of the weight 9e is greatly displaced in the direction of the acceleration to deflect the four beams 9a, 9b, 9c, 9d, and the piezoelectric detecting element 14
e and 15e generate an output including an acceleration signal component. In the case of the angular velocity detecting element 1, the capacitance-voltage conversion circuit 2 shown in FIG.
The output of e is directly input to the acceleration component removing circuit 8.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】図8に示すように、角
速度検出素子1の振動体11は、角速度が加わったとき
にはコリオリ力の影響を受けた振動をするので、角速度
検出素子1の出力には駆動信号成分と角速度信号成分が
含まれ、また、加速度が加わったときには加速力の影響
を受けた振動をするので、角速度検出素子1の出力には
駆動信号成分と加速度信号成分が含まれ、更に、角速度
と加速度が加わったときには、角速度検出素子1の出力
には駆動信号成分、角速度信号成分、加速度信号成分の
全てが含まれることになる。
As shown in FIG. 8, the vibrating body 11 of the angular velocity detecting element 1 vibrates under the influence of Coriolis force when an angular velocity is applied. Contains a drive signal component and an angular velocity signal component, and vibrates under the influence of an acceleration force when an acceleration is applied. Therefore, the output of the angular velocity detection element 1 includes a drive signal component and an acceleration signal component, Further, when the angular velocity and the acceleration are added, the output of the angular velocity detecting element 1 includes all of the drive signal component, the angular velocity signal component, and the acceleration signal component.

【0015】しかしながら、角速度と加速度は物理量が
全く異なるにも拘わらず、角速度検出素子1からは加速
度信号成分に角速度信号成分が重畳された信号が出力さ
れるばかりか、単位重力加速度(1重力加速度)が加わ
った角速度検出素子1の出力は、単位角速度(1度/
秒)の加わった角速度検出素子1の出力に比べて100
0〜10000倍大きく、区別が困難である。特に、自
動車等の用途では、角速度検出素子1の出力として、加
速度感度(単位重力加速度当たりの出力)が角速度感度
(単位角速度当たりの出力)に換算して1°/s/G
(度/秒/重力)以下であることが望まれているが、実
現困難であった。
However, although the angular velocity and the acceleration have completely different physical quantities, the angular velocity detecting element 1 outputs not only a signal in which the angular velocity signal component is superimposed on the acceleration signal component, but also a unit gravity acceleration (1 gravity acceleration). ) To which the output of the angular velocity detecting element 1 is expressed by the unit angular velocity (1 degree /
Second) plus 100 times the output of the angular velocity detecting element 1
0 to 10000 times larger and difficult to distinguish. In particular, in applications such as automobiles, the acceleration sensitivity (output per unit gravitational acceleration) is converted into angular velocity sensitivity (output per unit angular velocity) as 1 ° / s / G as the output of the angular velocity detecting element 1.
(Degree / second / gravity) or less, but it was difficult to realize.

【0016】また、角速度検出素子1の出力に含まれる
加速度信号成分は、加速度の性質に応じて、例えば、2
kHz程度までの周波数成分を持っており、過大な加速
度が印加された場合、図6の回路ブロックの各部分に於
いて、電源電圧で許容される範囲を超えてしまい、角速
度信号を得ることができない場合があった。
The acceleration signal component included in the output of the angular velocity detecting element 1 is, for example, 2
It has a frequency component up to about kHz, and when an excessive acceleration is applied, each part of the circuit block in FIG. 6 exceeds the range permitted by the power supply voltage, and an angular velocity signal may be obtained. In some cases, it was not possible.

【0017】本発明は角速度検出素子に角速度と加速度
が同時に加わっても角速度信号を確実に抽出できるよう
にしたジャイロ装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a gyro device capable of reliably extracting an angular velocity signal even when an angular velocity and an acceleration are simultaneously applied to an angular velocity detecting element.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明の請求項1のジャイロ装置は、振動体と、
この振動体を振動可能に支持する支持手段と、振動体を
一定の方向に振動させる駆動手段と、振動体に加わるコ
リオリ力に基づく振動体の変位を検出する検出手段とを
備えている。そして、特徴としては、検出手段の出力か
ら振動体に作用する加速度により発生する信号成分を除
去する加速度信号成分除去回路を設けたことである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a gyro apparatus comprising: a vibrating body;
The vibrating body includes a supporting means for oscillating the vibrating body, a driving means for vibrating the vibrating body in a fixed direction, and a detecting means for detecting a displacement of the vibrating body based on a Coriolis force applied to the vibrating body. The feature is that an acceleration signal component removing circuit for removing a signal component generated by the acceleration acting on the vibrating body from the output of the detecting means is provided.

【0019】この手段に於いて、振動体を支える支持手
段は、支持部と梁からなり、振動体と支持部の間に梁を
介在させて梁の撓みにより振動体の振動を許容してい
る。支持部は、図6のような支持枠7または図示しない
支持基板に固定されている。振動体を駆動する駆動手段
は、図6のような駆動電極部または梁部分に圧電素子を
添装した圧電駆動部、並びにこれらに駆動信号を供給す
る駆動回路から構成されている。駆動信号は正弦波の交
流信号で、ジャイロ装置の用途に応じて周波数が定めら
れる。この周波数は、例えば、3kHz〜20kHzで
ある。上述の駆動電極部及び圧電駆動部に駆動回路から
駆動信号が与えられると、振動体は一定の方向に一定の
振幅で振動する。検出手段は、駆動手段と同様の検出電
極部または圧電検出部を備えており、検出電極部には容
量電圧変換回路が付設されている。振動体に角速度また
は加速度が作用していない場合は、検出手段に出力は発
生しないが、角速度または加速度の何れかが作用した場
合には、その大きさに応じて検出手段に出力が発生す
る。
In this means, the supporting means for supporting the vibrating body comprises a supporting portion and a beam, and a beam is interposed between the vibrating body and the supporting portion to allow the vibrating body to vibrate by bending the beam. . The support is fixed to a support frame 7 as shown in FIG. 6 or a support substrate (not shown). The driving means for driving the vibrating body includes a piezoelectric driving section in which a piezoelectric element is attached to a driving electrode section or a beam section as shown in FIG. 6, and a driving circuit for supplying a driving signal to these. The drive signal is a sine wave AC signal, and the frequency is determined according to the use of the gyro device. This frequency is, for example, 3 kHz to 20 kHz. When a drive signal is supplied from the drive circuit to the drive electrode unit and the piezoelectric drive unit, the vibrator vibrates in a certain direction with a certain amplitude. The detection means includes a detection electrode section or a piezoelectric detection section similar to the drive means, and the detection electrode section is provided with a capacitance-voltage conversion circuit. If no angular velocity or acceleration acts on the vibrating body, no output is generated on the detecting means, but if any of the angular velocity or acceleration acts on, the output is generated on the detecting means according to the magnitude.

【0020】加速度信号成分除去回路は、検出手段の出
力から加速度により発生する信号成分を除去する。振動
体に加速度が加わると振動体は振動し出力が発生する
が、加速度による振動周波数は、ジャイロ装置の用途を
考慮すると、2kHz程度までと想定される。特定用途
に於いて想定される最も大きい加速度による出力の周波
数を最大加速度周波数とした場合に、駆動信号の周波数
を最大加速度周波数よりも高い周波数、例えば、3kH
z以上に定めると共に、加速度信号成分除去回路を、最
大加速度周波数より高い周波数のみが通過する構成と
し、最大加速度周波数より低い周波数の信号の通過を阻
止する構成とする。
The acceleration signal component removing circuit removes a signal component generated by acceleration from the output of the detecting means. When an acceleration is applied to the vibrating body, the vibrating body vibrates and an output is generated. The vibration frequency due to the acceleration is assumed to be up to about 2 kHz in consideration of the application of the gyro device. When the frequency of the output due to the largest acceleration expected in a specific application is the maximum acceleration frequency, the frequency of the drive signal is set to a frequency higher than the maximum acceleration frequency, for example, 3 kHz.
In addition, the acceleration signal component removal circuit is configured to pass only a frequency higher than the maximum acceleration frequency and to block a signal having a frequency lower than the maximum acceleration frequency.

【0021】請求項2のジャイロ装置に於いては、駆動
手段は、振動体を静電力で駆動する駆動電極部を備え、
検出手段は、振動体の振動を静電容量の変化として検出
する検出電極部と、この検出電極部に於ける静電容量の
変化を電圧の変化に変換する容量電圧変換回路とから構
成すると共に、加速度信号成分除去回路を前記容量電圧
変換回路の出力端に接続たことを特徴とする。
In the gyro device according to a second aspect, the driving means includes a driving electrode section for driving the vibrating body with electrostatic force.
The detection means includes a detection electrode unit that detects vibration of the vibrating body as a change in capacitance, and a capacitance-voltage conversion circuit that converts a change in capacitance in the detection electrode unit into a change in voltage. An acceleration signal component removing circuit is connected to an output terminal of the capacitance-voltage conversion circuit.

【0022】上述の構成によると、駆動電極部は、櫛歯
型の2つの電極を構成し、2つの電極の平坦面を微少空
間を介して対向配置した構成であり、2つの電極間に駆
動回路から駆動信号を印加したときの静電力により振動
体を振動させる。検出電極部は、駆動電極部と同じ構成
であり、2つの電極間に発生した静電容量の変化を取出
して容量電圧変換回路に入力し、容量電圧変換回路に於
いて電圧信号に変換する。加速度信号成分除去回路は、
容量電圧変換回路に接続されており、容量電圧変換回路
の電圧信号に含まれる加速度信号成分の通過を阻止し、
角速度信号成分と駆動信号成分を通過させる。
According to the above-described structure, the drive electrode portion has two comb-shaped electrodes, and the flat surfaces of the two electrodes are opposed to each other via a minute space. The vibrating body is vibrated by electrostatic force when a drive signal is applied from a circuit. The detection electrode unit has the same configuration as the drive electrode unit, extracts a change in the capacitance generated between the two electrodes, inputs the change to the capacitance-voltage conversion circuit, and converts it into a voltage signal in the capacitance-voltage conversion circuit. The acceleration signal component removal circuit
Connected to the capacitance-voltage conversion circuit to block the passage of the acceleration signal component included in the voltage signal of the capacitance-voltage conversion circuit,
The angular velocity signal component and the drive signal component are passed.

【0023】請求項3のジャイロ装置は、振動体の振動
の振幅を検出するモニタ手段を備えたことである。振動
体は駆動信号により励振されるが、モニタ手段は振動体
の振動の状況を直接的に検出しモニタ信号を発生する。
モニタ手段は、駆動手段と同様の電極構造のモニタ電極
部を備えており、このモニタ電極部には容量電圧変換回
路が付設され、モニタ電極部に於ける静電容量の変化を
電圧信号に変換している。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a gyro apparatus including a monitor for detecting an amplitude of vibration of the vibrating body. The vibrating body is excited by the drive signal, but the monitor means directly detects the state of vibration of the vibrating body and generates a monitor signal.
The monitor means has a monitor electrode part having the same electrode structure as the drive means. The monitor electrode part is provided with a capacitance-voltage conversion circuit, and converts a change in capacitance at the monitor electrode part into a voltage signal. are doing.

【0024】請求項4のジャイロ装置に於いては、加速
度信号成分除去回路は、加速度信号の周波数成分を遮断
するフィルタ回路で構成すると共に振動体を駆動する駆
動信号の周波数を前記フィルタ回路の遮断周波数よりも
高く設定したことである。ジャイロ装置が使用される環
境に於ける加速度の周波数は、殆ど、直流〜2kHz程
度の範囲に含まれることから、駆動信号の周波数を考慮
しながら、フィルタ回路の遮断周波数を、例えば、3k
Hz以上に設定して、加速度信号成分の通過を阻止す
る。駆動信号の周波数は、フィルタ回路の遮断周波数よ
りも高い周波数に設定するので、加速度信号成分はフィ
ルタ回路で減衰されることなく通過する。例えば、フィ
ルタ回路の遮断周波数が3kHzの場合には、駆動信号
の周波数は3kHzよりも高い周波数に設定される。
In the gyro apparatus according to a fourth aspect, the acceleration signal component removing circuit is constituted by a filter circuit for cutting off a frequency component of the acceleration signal, and cuts off the frequency of a drive signal for driving the vibrating body by cutting off the filter circuit. That is, it is set higher than the frequency. Since the frequency of the acceleration in the environment where the gyro device is used is mostly included in the range of DC to about 2 kHz, the cut-off frequency of the filter circuit is set to, for example, 3 kHz while considering the frequency of the drive signal.
Hz or higher to prevent the passage of the acceleration signal component. Since the frequency of the drive signal is set higher than the cutoff frequency of the filter circuit, the acceleration signal component passes without being attenuated by the filter circuit. For example, when the cutoff frequency of the filter circuit is 3 kHz, the frequency of the drive signal is set to a frequency higher than 3 kHz.

【0025】請求項5のジャイロ装置に於いて、フィル
タ回路は、角速度信号の周波数成分を通過させる高域通
過フィルタまたは帯域通過フィルタであることを特徴と
する。振動体を駆動する駆動信号の周波数は、ジャイロ
装置の用途に応じて想定し得る加速度の周波数を考慮し
て定めることができる。従って、駆動信号の周波数を加
速度の周波数よりも高く設定することにより、高域通過
フィルタまたは帯域通過フィルタは、角速度の周波数成
分と駆動信号の周波数成分を通過させ、これら周波数の
帯域に含まれない加速度信号成分を減衰する。
In the gyro apparatus according to a fifth aspect, the filter circuit is a high-pass filter or a band-pass filter that passes a frequency component of the angular velocity signal. The frequency of the drive signal for driving the vibrating body can be determined in consideration of the frequency of acceleration that can be assumed according to the use of the gyro device. Therefore, by setting the frequency of the drive signal higher than the frequency of the acceleration, the high-pass filter or the band-pass filter passes the frequency component of the angular velocity and the frequency component of the drive signal and is not included in the bands of these frequencies. Attenuate the acceleration signal component.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の態様を図面
を参照して説明する。なお、図6及び図7と同じ部分に
は同じ符号を付してその説明を省略している。 図1に
於いて、加速度信号成分除去回路8は、容量電圧変換回
路2と信号分別回路4の間に接続されている。加速度信
号成分除去回路8は、フィルタ回路81,82から構成
され、フィルタ回路81は、容量電圧変換回路2のFE
T21のソース21cと増幅器41の間に接続されてい
る。また、フィルタ回路82は、FET22のソース2
2cと増幅器42の間に接続されている。フィルタ回路
81,82は、角速度の周波数成分と駆動信号の周波数
成分を通過させる高域通過フィルタまたは帯域通過フィ
ルタであり、これらの遮断周波数は、加速度信号の周波
数成分を減衰させる周波数、例えば、3〜10kHzの
範囲に設定されている。高域通過フィルタでは、駆動信
号の周波数を、遮断周波数よりも高い周波数に定めて、
角速度信号成分を加速度信号成分から分離して取出す。
また、帯域通過フィルタでは、このフィルタで許容され
た周波数の帯域内に駆動信号の周波数を設定して、角速
度の周波数成分と駆動信号の周波数成分のみを通過させ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In FIG. 1, the acceleration signal component removing circuit 8 is connected between the capacitance-voltage converting circuit 2 and the signal separating circuit 4. The acceleration signal component removing circuit 8 is composed of filter circuits 81 and 82, and the filter circuit 81
It is connected between the source 21c of T21 and the amplifier 41. Further, the filter circuit 82 includes the source 2 of the FET 22.
2c and the amplifier 42. The filter circuits 81 and 82 are high-pass filters or band-pass filters that pass the frequency component of the angular velocity and the frequency component of the drive signal, and their cutoff frequencies are frequencies that attenuate the frequency component of the acceleration signal, for example, 3 It is set in the range of 10 to 10 kHz. In the high-pass filter, the frequency of the drive signal is set to a frequency higher than the cutoff frequency,
The angular velocity signal component is separated and taken out from the acceleration signal component.
In the band-pass filter, the frequency of the drive signal is set within the frequency band allowed by the filter, and only the frequency component of the angular velocity and the frequency component of the drive signal are passed.

【0027】例えば、ジャイロ装置の用途に於いて想定
された加速度の最大加速度周波数が、2kHz程度の場
合は、フィルタ回路81,82の遮断周波数、即ち、−
3dB減衰したときの周波数を10kHzに設定し、駆
動信号の周波数を、例えば、15kHzに定める。ま
た、最大加速度周波数が、100Hz程度の場合は、フ
ィルタ回路81,82の遮断周波数を3kHzに設定
し、このときの駆動信号の周波数は、3kHz以上に設
定する。帯域通過フィルタのときは、下側の遮断周波数
と上側の遮断周波数に駆動信号の周波数を定める。
For example, when the maximum acceleration frequency of the acceleration assumed in the application of the gyro device is about 2 kHz, the cutoff frequency of the filter circuits 81 and 82, ie,-
The frequency when the signal is attenuated by 3 dB is set to 10 kHz, and the frequency of the drive signal is set to, for example, 15 kHz. When the maximum acceleration frequency is about 100 Hz, the cutoff frequency of the filter circuits 81 and 82 is set to 3 kHz, and the frequency of the drive signal at this time is set to 3 kHz or more. In the case of a band-pass filter, the frequency of the drive signal is determined by the lower cutoff frequency and the upper cutoff frequency.

【0028】図2は、フィルタ回路の実施例である。図
2(a)と図2(b)は、高域通過フィルタであり、図
2(c)は、帯域通過フィルタである。図2(a)の例
では、直列に接続された2つのコンデンサC1,C2の間
をコイルL1を介して接地している。また、図2(b)
の例では、差動増幅器Aの負の入力端と出力端の間に抵
抗R1を接続すると共に負の入力端に抵抗R2とコンデン
サC3の直列回路を接続して、信号を入力する。更に、
図2(c)の例では、コイルL2,L3とコンデンサC
4,C5の2つの直列回路の間を、コイルL4とコンデン
サC6の並列回路を介して接地している。
FIG. 2 shows an embodiment of the filter circuit. 2A and 2B show a high-pass filter, and FIG. 2C shows a band-pass filter. In the example shown in FIG. 2A, the space between two capacitors C1 and C2 connected in series is grounded via a coil L1. FIG. 2 (b)
In the example, the resistor R1 is connected between the negative input terminal and the output terminal of the differential amplifier A, and a series circuit of the resistor R2 and the capacitor C3 is connected to the negative input terminal to input a signal. Furthermore,
In the example of FIG. 2C, the coils L2 and L3 and the capacitor C
4, and two series circuits C5 are grounded via a parallel circuit of a coil L4 and a capacitor C6.

【0029】図3は、本発明の他の実施の態様を示す回
路ブロック図である。なお、図1、図6及び図7と同じ
部分には同じ符号を付してその説明を省略している。図
3に示す回路ブロック図は、角速度検出素子1からモニ
タ出力を得て自励発振する態様を示している。図3に於
いて、角速度検出素子1には、駆動電極部12または駆
動電極部13側に、新たにモニタ電極部18が設けら
れ、振動体11の駆動振動の様子を静電的に検出してい
る。このモニタ電極部18は、容量電圧変換回路20を
構成するFET23のゲート23aに接続されている。
FET23のドレイン23bは、直流電源Vccに接続
され、また、FET23のソース23cは、ソース抵抗
23dを介して接地されて、振動体11の振動に伴う静
電容量の変化を電圧の変化に変換している。容量電圧変
換回路20は、加速度信号成分除去回路80に接続され
ている。加速度信号成分除去回路80は、フィルタ回路
83と増幅器84から構成され、増幅器84の出力端は
駆動回路5に接続されている。フィルタ回路83は、加
速度信号成分除去回路8のフィルタ回路81,82と同
じ構成である。また、加速度信号成分除去回路82に
は、出力回路60が接続されている。この出力回路60
は、フィルタ回路81に接続されてその出力信号を増幅
する増幅器65と、フィルタ回路82に接続されてその
出力信号を増幅する増幅器66と、これら2つの増幅器
65,66の出力端子に接続され、2つの増幅器65,
66の出力信号を差動で増幅する差動増幅器64を備え
ている。差動増幅器64は、図6と同様に、同期検波回
路61に接続されている。
FIG. 3 is a circuit block diagram showing another embodiment of the present invention. 1, 6, and 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. The circuit block diagram shown in FIG. 3 shows a mode in which a monitor output is obtained from the angular velocity detection element 1 and self-excited oscillation is performed. In FIG. 3, the angular velocity detecting element 1 is provided with a new monitor electrode section 18 on the side of the drive electrode section 12 or the drive electrode section 13, and electrostatically detects the state of drive vibration of the vibrating body 11. ing. The monitor electrode section 18 is connected to the gate 23a of the FET 23 that forms the capacitance-voltage conversion circuit 20.
The drain 23b of the FET 23 is connected to a DC power supply Vcc, and the source 23c of the FET 23 is grounded via a source resistor 23d, and converts a change in capacitance caused by the vibration of the vibrating body 11 into a change in voltage. ing. The capacitance-voltage conversion circuit 20 is connected to the acceleration signal component removal circuit 80. The acceleration signal component removing circuit 80 includes a filter circuit 83 and an amplifier 84, and an output terminal of the amplifier 84 is connected to the drive circuit 5. The filter circuit 83 has the same configuration as the filter circuits 81 and 82 of the acceleration signal component removing circuit 8. The output circuit 60 is connected to the acceleration signal component removal circuit 82. This output circuit 60
Is connected to a filter circuit 81 and amplifies its output signal, an amplifier 66 is connected to a filter circuit 82 and amplifies its output signal, and is connected to the output terminals of these two amplifiers 65 and 66. Two amplifiers 65,
A differential amplifier 64 for differentially amplifying the output signal 66 is provided. The differential amplifier 64 is connected to the synchronous detection circuit 61 as in FIG.

【0030】この構成により、振動体11が駆動振動さ
れると、モニタ電極部18には、駆動信号に対応する周
波数で変化する静電容量が現れ、この静電容量の変化は
FET23で構成したソースホロア回路で電圧信号に変
換される。この電圧信号は、振動体11に加速度が作用
していない場合には、駆動信号の周波数成分のみとな
り、加速度が作用している場合には、駆動信号の周波数
成分と加速度信号の周波数成分が重畳した周波数成分と
なる。容量電圧変換回路20で変換した電圧信号は、F
ET23のソース23cからフィルタ回路83に入力さ
れる。このフィルタ回路83では、加速度信号の周波数
成分が除かれる。増幅器84で増幅されて駆動信号成分
は、駆動回路5に入力され、角速度検出素子1の駆動振
動が継続される。
With this configuration, when the vibrating body 11 is driven and vibrated, a capacitance that changes at a frequency corresponding to the drive signal appears on the monitor electrode portion 18, and the change in the capacitance is formed by the FET 23. It is converted into a voltage signal by a source follower circuit. This voltage signal has only the frequency component of the drive signal when acceleration is not acting on the vibrating body 11, and when the acceleration is acting, the frequency component of the drive signal and the frequency component of the acceleration signal are superimposed. Frequency component. The voltage signal converted by the capacitance-voltage converter 20 is F
The signal is input from the source 23c of the ET 23 to the filter circuit 83. In this filter circuit 83, the frequency component of the acceleration signal is removed. The drive signal component amplified by the amplifier 84 is input to the drive circuit 5, and the drive vibration of the angular velocity detecting element 1 is continued.

【0031】図4は、角速度検出素子1の実施の態様を
示している。モニタ電極部18を設けた点が図7と相違
している。モニタ電極部18は、駆動電極部13に隣接
して外枠振動部16に設けられている。このモニタ電極
部18は、図5に拡大して示すように、外枠振動部16
に板状の連結電極18aで結合された板状のモニタ可動
櫛形電極18b,18cと、この2つのモニタ可動櫛形
電極18bとモニタ可動櫛形電極18cの間に介在し且
つ微少空間を介して対向した板状のモニタ固定櫛形電極
18dと、このモニタ固定櫛形電極18dを支持するモ
ニタ固定電極18eから構成されている。
FIG. 4 shows an embodiment of the angular velocity detecting element 1. The difference from FIG. 7 is that a monitor electrode section 18 is provided. The monitor electrode section 18 is provided on the outer frame vibrating section 16 adjacent to the drive electrode section 13. The monitor electrode section 18 is, as shown in an enlarged manner in FIG.
And a monitor movable comb-shaped electrode 18b, 18c, which is connected to the monitor movable comb-shaped electrode 18b by a plate-shaped connection electrode 18a. It is composed of a plate-shaped monitor fixed comb electrode 18d and a monitor fixed electrode 18e supporting the monitor fixed comb electrode 18d.

【0032】角速度検出素子1の振動体11が駆動信号
により図5の矢印xの方向、即ち、図面の水平方向に振
動すると、モニタ固定電極18eには振動体11の振動
周波数で変化する容量変化が現れる。このとき振動体1
1にコリオリ力が加わると、内枠振動部17は矢印xに
垂直な方向に変位するが、外枠振動部16は外梁16
a,16bが撓まないので矢印xに垂直な方向に変位し
ない。また、モニタ固定電極18dとモニタ可動電極1
8b,18cとの間の静電容量を、それぞれC1,C2と
すると、これらは並列に接続されているので、外枠振動
部16が矢印xと垂直な方向に変位したとしても、静電
容量の総和(C1+C2)は変わらない。従って、角速度
検出素子1に角速度が加わっても、モニタ固定電極18
dに生じる容量変化には、角速度信号成分は含まれてい
ない。また、振動体11に任意の方向の加速度が作用し
た場合には、図5の矢印x方向の振動成分を有するた
め、モニタ固定電極18eに生じる容量変化には、加速
度信号成分が含まれている。この加速度信号成分は、加
速度信号成分除去回路80のフィルタ回路83で減衰さ
れる。従って、駆動回路5には、駆動信号成分のみが帰
還され、駆動回路5の発振が継続される。一方、出力回
路60では、フィルタ回路81,82から入力した2つ
の信号を、それぞれ増幅器65,66で増幅の後、差動
増幅器64で差動増幅し、図6と同様に、同期検波回路
61で同期検波をし、角速度信号を得る。オフセット調
整回路62の働きは、図6と同じである。
When the vibrating body 11 of the angular velocity detecting element 1 vibrates in the direction of the arrow x in FIG. 5, that is, in the horizontal direction of the drawing, according to the drive signal, the capacitance change that changes with the vibration frequency of the vibrating body 11 is applied to the monitor fixed electrode 18e. Appears. At this time, vibrator 1
When the Coriolis force is applied to 1, the inner frame vibrating part 17 is displaced in a direction perpendicular to the arrow x, but the outer frame vibrating part 16
Since a and 16b are not bent, they are not displaced in a direction perpendicular to the arrow x. The monitor fixed electrode 18d and the monitor movable electrode 1
Assuming that the capacitance between the outer frame vibrating portion 16 and the outer frame vibrating portion 16 is displaced in a direction perpendicular to the arrow x, the capacitance between the outer frame vibrating portion 16 and the outer frame vibrating portion 16 is displaced in the direction perpendicular to the arrow x. (C1 + C2) does not change. Therefore, even if an angular velocity is applied to the angular velocity detecting element 1, the monitor fixed electrode 18
The capacitance change occurring at d does not include the angular velocity signal component. In addition, when an acceleration in an arbitrary direction acts on the vibrating body 11, the vibration has a vibration component in the direction of the arrow x in FIG. 5, so that the capacitance change generated in the monitor fixed electrode 18e includes an acceleration signal component. . This acceleration signal component is attenuated by the filter circuit 83 of the acceleration signal component removal circuit 80. Therefore, only the drive signal component is fed back to the drive circuit 5, and the oscillation of the drive circuit 5 is continued. On the other hand, in the output circuit 60, the two signals input from the filter circuits 81 and 82 are amplified by the amplifiers 65 and 66, respectively, and then differentially amplified by the differential amplifier 64. As in FIG. Performs synchronous detection to obtain an angular velocity signal. The function of the offset adjusting circuit 62 is the same as that of FIG.

【0033】上述の図1および図3の回路ブロックで
は、角速度検出素子1の駆動を自励発振として説明した
が、駆動回路5に発振回路を設けて他励式の駆動として
も良い。この場合は、駆動信号成分の帰還回路は必要な
くなる。また、図9の点線で示すように、圧電駆動素子
12e,13eを形成した梁9c,9dにモニタ圧電部
となるモニタ圧電素子9fを設け、このモニタ圧電素子
9fの信号電圧を図3のフィルタ回路83に入力して角
速度検出素子1駆動の自励発振系を形成しても良い。
In the circuit blocks shown in FIGS. 1 and 3, the driving of the angular velocity detecting element 1 has been described as self-excited oscillation. However, the driving circuit 5 may be provided with an oscillating circuit and may be driven separately. In this case, a drive signal component feedback circuit is not required. As shown by a dotted line in FIG. 9, a monitor piezoelectric element 9f serving as a monitor piezoelectric section is provided on the beams 9c and 9d on which the piezoelectric drive elements 12e and 13e are formed, and the signal voltage of the monitor piezoelectric element 9f is filtered by the filter shown in FIG. A self-excited oscillation system for driving the angular velocity detecting element 1 by inputting to the circuit 83 may be formed.

【0034】[0034]

【発明の効果】請求項1に記載の発明は、振動体に加わ
る加速度に起因して発生する加速度信号成分を加速度信
号成分除去回路で確実に減衰するので、ジャイロ装置が
加速度で誤動作することはなく、また、角速度と加速度
が同時に振動体に作用しても加速度信号成分のみを減衰
し、角速度信号成分を抽出することができる。
According to the first aspect of the present invention, the acceleration signal component generated due to the acceleration applied to the vibrating body is reliably attenuated by the acceleration signal component removing circuit, so that the gyro device does not malfunction due to the acceleration. In addition, even if the angular velocity and the acceleration simultaneously act on the vibrating body, only the acceleration signal component is attenuated, and the angular velocity signal component can be extracted.

【0035】また、振動体に対する過大な加速度の付加
により、加速度信号成分が大きくなっても、ジャイロ装
置の各信号回路に於いて信号の振幅が許容以上に振れ
る、換言すれば、信号の振り切れがなくなり、確実に角
速度信号を得ることができる。
Further, even if the acceleration signal component becomes large due to the addition of excessive acceleration to the vibrating body, the amplitude of the signal in each signal circuit of the gyro device fluctuates more than allowable. And the angular velocity signal can be reliably obtained.

【0036】請求項2に記載の発明は、容量電圧変換回
路の出力端に加速度信号成分除去回路を接続したので、
検出電極部の静電容量の変化分に含まれる加速度信号成
分を電圧信号に変換した直後に除去することができる。
従って、角速度信号成分と駆動信号成分の分離が容易に
なる。
According to the second aspect of the present invention, the acceleration signal component removing circuit is connected to the output terminal of the capacitance-voltage conversion circuit.
The acceleration signal component included in the change in the capacitance of the detection electrode unit can be removed immediately after conversion into a voltage signal.
Therefore, it becomes easy to separate the angular velocity signal component from the drive signal component.

【0037】請求項3に記載の発明は、モニタ手段で、
振動体の振動振幅に対応したモニタ信号を検出するか
ら、このモニタ信号を利用して振動体を継続励振させる
自励発振の駆動回路を構成でき、また、他励式の駆動回
路の場合は、モニタ信号を駆動信号の振幅、位相の制御
信号として利用することができる。
According to a third aspect of the present invention, the monitor means
Since a monitor signal corresponding to the vibration amplitude of the vibrating body is detected, a self-excited oscillation driving circuit that continuously excites the vibrating body using this monitor signal can be configured. The signal can be used as a control signal for controlling the amplitude and phase of the drive signal.

【0038】請求項4に記載の発明は、加速度信号成分
除去回路をフィルタ回路で構成し、その遮断周波数を加
速度信号成分の周波数よりも高く設定することにより、
加速度信号成分のみを確実に減衰し、角速度信号成分を
抽出することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, the acceleration signal component removing circuit is constituted by a filter circuit and its cutoff frequency is set higher than the frequency of the acceleration signal component.
Only the acceleration signal component can be reliably attenuated, and the angular velocity signal component can be extracted.

【0039】請求項5に記載の発明は、フィルタ回路と
して、高域通過フィルタまたは帯域通過フィルタを用い
るので、高域通過フィルタでは、フィルタの遮断周波数
を加速度信号成分が減衰する周波数に定め、且つ駆動信
号の周波数を遮断周波数よりも高く設定することによ
り、角速度信号成分に影響を与えることなく角速度信号
成分を確実に減衰することができ、また、帯域通過フィ
ルタでは、駆動信号をフィルタの帯域を通過する周波数
に定めることにより、角速度信号を確実に得ることがで
きる。
According to the fifth aspect of the present invention, since a high-pass filter or a band-pass filter is used as the filter circuit, the cut-off frequency of the high-pass filter is set to a frequency at which the acceleration signal component is attenuated, and By setting the frequency of the drive signal higher than the cutoff frequency, the angular velocity signal component can be reliably attenuated without affecting the angular velocity signal component. By determining the passing frequency, an angular velocity signal can be obtained reliably.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に於けるジャイロ装置の回路ブロック図
である。
FIG. 1 is a circuit block diagram of a gyro device according to the present invention.

【図2】フィルタ回路の実例で、(a)および(b)は
高域通過フィルタを示し、(c)は帯域通過フィルタを
示す。
FIGS. 2A and 2B show a high-pass filter and FIG. 2C shows a band-pass filter.

【図3】本発明に於けるジャイロ装置の他の実施の態様
を示す回路ブロック図である。
FIG. 3 is a circuit block diagram showing another embodiment of the gyro device according to the present invention.

【図4】本発明に於けるジャイロ装置に用いる角速度検
出素子の一例を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing an example of an angular velocity detecting element used in the gyro device according to the present invention.

【図5】図4のモニタ電極部の拡大平面図である。FIG. 5 is an enlarged plan view of the monitor electrode unit of FIG.

【図6】従来のジャイロ装置の回路ブロック図である。FIG. 6 is a circuit block diagram of a conventional gyro device.

【図7】従来の角速度検出素子の一例を示す平面図であ
る。
FIG. 7 is a plan view showing an example of a conventional angular velocity detecting element.

【図8】力のベクトル図である。FIG. 8 is a force vector diagram.

【図9】従来の角速度検出素子の他の例を示す平面図で
ある。
FIG. 9 is a plan view showing another example of a conventional angular velocity detecting element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加速度検出素子 2,20 容量電圧変換回路 4 信号分別回路 5 駆動回路 6,60 出力回路 8,80 加速度信号除去回路 9f モニタ圧電素子 11 振動体 12,13 駆動電極部 14,15 検出電極部 18 モニタ電極部 81,82,83 フィルタ回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Acceleration detection element 2, 20 Capacitance voltage conversion circuit 4 Signal separation circuit 5 Drive circuit 6, 60 output circuit 8, 80 Acceleration signal removal circuit 9f Monitor piezoelectric element 11 Vibration body 12, 13 Drive electrode part 14, 15 Detection electrode part 18 Monitor electrode 81, 82, 83 Filter circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 振動体と、この振動体を振動可能に支持
する支持手段と、振動体を一定の方向に振動させる駆動
手段と、振動体に加わるコリオリ力に基づく振動体の変
位を検出する検出手段とを備えたジャイロ装置に於い
て、 前記検出手段の出力から前記振動体に作用する加速度に
より発生する信号成分を除去する加速度信号成分除去回
路を設けたことを特徴とするジャイロ装置。
1. A vibrating body, supporting means for oscillating the vibrating body, driving means for vibrating the vibrating body in a fixed direction, and detecting displacement of the vibrating body based on Coriolis force applied to the vibrating body. A gyro apparatus comprising: a gyro apparatus, comprising: an acceleration signal component removing circuit for removing a signal component generated by an acceleration acting on the vibrator from an output of the detecting means.
【請求項2】 駆動手段は、振動体を静電力で駆動する
駆動電極部を備え、検出手段は、振動体の振動を静電容
量の変化として検出する検出電極部と、この検出電極部
に於ける静電容量の変化を電圧の変化に変換する容量電
圧変換回路とから構成すると共に、加速度信号成分除去
回路を前記容量電圧変換回路の出力端に接続したことを
特徴とする請求項1に記載のジャイロ装置。
2. The driving unit includes a driving electrode unit that drives the vibrating body with electrostatic force. The detecting unit detects a vibration of the vibrating body as a change in capacitance. And a capacitance-voltage conversion circuit for converting a change in electrostatic capacity into a change in voltage. A circuit for removing an acceleration signal component is connected to an output terminal of the capacitance-voltage conversion circuit. A gyro device as described.
【請求項3】 振動体の振動の振幅を検出するモニタ手
段を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に
記載のジャイロ装置。
3. The gyro device according to claim 1, further comprising monitor means for detecting an amplitude of vibration of the vibrating body.
【請求項4】 加速度信号成分除去回路は、加速度信号
の周波数成分を遮断するフィルタ回路で構成すると共に
振動体を駆動する駆動信号の周波数を前記フィルタ回路
の遮断周波数よりも高く設定したことを特徴とする請求
項1または請求項2または請求項3に記載のジャイロ装
置。
4. An acceleration signal component removing circuit comprising a filter circuit for cutting off a frequency component of an acceleration signal, and a frequency of a drive signal for driving the vibrating body is set higher than a cutoff frequency of the filter circuit. The gyro device according to claim 1 or claim 2 or claim 3.
【請求項5】 フィルタ回路は、角速度信号の周波数成
分を通過させる高域通過フィルタまたは帯域通過フィル
タであることを特徴とする請求項4に記載のジャイロ装
置。
5. The gyro device according to claim 4, wherein the filter circuit is a high-pass filter or a band-pass filter that passes a frequency component of the angular velocity signal.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005521036A (en) * 2002-03-20 2005-07-14 キネティック リミテッド Micro electro mechanical system
JP2007093233A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 Seiko Epson Corp Angular velocity signal processing circuit
JP2008058169A (en) * 2006-08-31 2008-03-13 Sony Corp Acceleration/angular velocity sensor

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