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JP2009168542A - Angular velocity sensor - Google Patents

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Publication number
JP2009168542A
JP2009168542A JP2008005350A JP2008005350A JP2009168542A JP 2009168542 A JP2009168542 A JP 2009168542A JP 2008005350 A JP2008005350 A JP 2008005350A JP 2008005350 A JP2008005350 A JP 2008005350A JP 2009168542 A JP2009168542 A JP 2009168542A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
angular velocity
case
vibrator
velocity sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008005350A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Maki Nakamura
真樹 中村
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.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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 Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2008005350A priority Critical patent/JP2009168542A/en
Publication of JP2009168542A publication Critical patent/JP2009168542A/en
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Abstract

【課題】本発明は、角速度センサの周囲の温度が急激に変化する環境下においても、正確に角速度を検出することができる角速度センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の角速度センサは、ケース30の外側に周囲の温度を測定する外側温度センサを設けるとともに、ケース30の内側にケース30の内側の温度を測定する内側温度センサ58を設け、さらに前記ケース30の内側に温度可変素子57を設けた構成としたものである。
【選択図】図2
An object of the present invention is to provide an angular velocity sensor capable of accurately detecting an angular velocity even in an environment where the ambient temperature of the angular velocity sensor rapidly changes.
An angular velocity sensor according to the present invention is provided with an outer temperature sensor that measures an ambient temperature outside a case, and an inner temperature sensor that measures a temperature inside the case. Further, a temperature variable element 57 is provided inside the case 30.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、特に、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御に利用する角速度センサに関するものである。   The present invention particularly relates to an angular velocity sensor used for posture control of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle.

従来のこの種の角速度センサは、図8に示すような構成を有していた。   A conventional angular velocity sensor of this type has a configuration as shown in FIG.

図8は従来の角速度センサの斜視図を示したもので、この図8において、1は振動子で、この振動子1はケース2内に収納されている。3は温度センサで、この温度センサ3は前記ケース2の内側に収納されるとともに、前記振動子1の近傍の温度を検出するものである。4はペルチェ素子で、このペルチェ素子4は前記ケース2の上面に設けられている。5は温度制御手段で、この温度制御手段5は前記温度センサ3からの出力信号を基に、ペルチェ素子4に流れる電流の方向および量を制御して、ケース2内の温度を一定の値に制御するものである。   FIG. 8 is a perspective view of a conventional angular velocity sensor. In FIG. 8, 1 is a vibrator, and the vibrator 1 is housed in a case 2. A temperature sensor 3 is housed inside the case 2 and detects the temperature in the vicinity of the vibrator 1. Reference numeral 4 denotes a Peltier element. The Peltier element 4 is provided on the upper surface of the case 2. Reference numeral 5 denotes a temperature control means. The temperature control means 5 controls the direction and amount of the current flowing through the Peltier element 4 based on the output signal from the temperature sensor 3 so that the temperature in the case 2 becomes a constant value. It is something to control.

以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。   Next, the operation of the conventional angular velocity sensor configured as described above will be described.

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

ここで、角速度センサを設置している周辺の温度が変化する場合を考えて見ると、従来の角速度センサにおいては、温度センサ3により、ケース2内の温度を検出するとともに、温度制御手段5により、ペルチェ素子4に加わる電流の方向および量を制御することで、ケース1内の温度を所定の値に制御することにより、温度変化により生じる出力信号の変動を防止するようにしていた。   Here, considering the case where the temperature around the angular velocity sensor is changed, in the conventional angular velocity sensor, the temperature sensor 3 detects the temperature in the case 2 and the temperature control means 5 By controlling the direction and amount of current applied to the Peltier element 4, the temperature in the case 1 is controlled to a predetermined value, thereby preventing fluctuations in the output signal caused by temperature changes.

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
特開平5−18762号公報
As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP-A-5-18762

しかしながら、上記した従来の構成においては、角速度センサの周囲の温度が急激に変化する環境下においては、ケース2の内側に温度センサ3を設けているため、ケース2により熱の伝達が減衰することになり、これにより、角速度センサの周囲の温度を正確に検出できなくなるため、ペルチェ素子4により振動子1の周囲の温度を制御しようとしても、精度良く温度制御ができなくなり、その結果、正確に角速度を検出できなくなってしまうという課題を有していた。   However, in the above-described conventional configuration, the heat transfer is attenuated by the case 2 because the temperature sensor 3 is provided inside the case 2 in an environment where the temperature around the angular velocity sensor rapidly changes. As a result, the temperature around the angular velocity sensor cannot be accurately detected. Therefore, even if the temperature around the vibrator 1 is controlled by the Peltier element 4, the temperature cannot be accurately controlled. There was a problem that the angular velocity could not be detected.

本発明は上記従来の課題を解決するもので、角速度センサの周囲の温度が急激に変化する環境下においても、正確に角速度を検出することができる角速度センサを提供することを目的とするものである。   The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide an angular velocity sensor that can accurately detect an angular velocity even in an environment where the temperature around the angular velocity sensor changes rapidly. is there.

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

本発明の請求項1に記載の発明は、振動子と、この振動子を収納するケースと、このケースの内側に設けられるとともに前記振動子を駆動する駆動回路を設け、かつ前記振動子からの出力信号を処理する検出回路を設けたICと、前記検出回路から出力される出力信号を補正する補正データを設けた記憶手段と、前記ケースの外側に設けられるとともに周囲の温度を測定する外側温度センサと、前記ケースの内側に設けられるとともにケースの内側の温度を測定する内側温度センサとを備え、前記ケースの内側に温度可変素子を設け、かつこの温度可変素子により前記温度センサからの温度測定データを基にケースの内側の温度を所定の温度に変化させるように構成したもので、この構成によれば、ケースの外側に周囲の温度を測定する外側温度センサを設けるとともに、ケースの内側にケースの内側の温度を測定する内側温度センサを設け、さらに前記ケースの内側に温度可変素子を設けているため、角速度センサの周囲の温度が急激に変化する環境下においては、外側温度センサと内側温度センサとの測定温度の相違に応じて、温度可変素子により制御する温度を変化させることができ、これにより、角速度センサの周囲の温度が急激に変化する場合においても、瞬時に、振動子の周囲の温度を安定化させることができるという作用効果を有するものである。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a vibrator, a case that houses the vibrator, a drive circuit that is provided inside the case and that drives the vibrator, An IC provided with a detection circuit for processing the output signal, a storage means provided with correction data for correcting the output signal output from the detection circuit, and an outer temperature provided outside the case and measuring the ambient temperature A sensor and an inner temperature sensor that is provided inside the case and measures a temperature inside the case, a temperature variable element is provided inside the case, and a temperature measurement from the temperature sensor is performed by the temperature variable element. It is configured to change the temperature inside the case to a predetermined temperature based on the data. According to this configuration, the outside that measures the ambient temperature outside the case A temperature sensor is provided, an inner temperature sensor for measuring the temperature inside the case is provided inside the case, and a temperature variable element is provided inside the case, so that the temperature around the angular velocity sensor changes rapidly. Under the environment, the temperature controlled by the temperature variable element can be changed according to the difference in measured temperature between the outer temperature sensor and the inner temperature sensor, and the temperature around the angular velocity sensor changes rapidly. Even in this case, there is an effect that the temperature around the vibrator can be stabilized instantaneously.

本発明の請求項2に記載の発明は、特に、温度可変素子を振動子の近傍に位置して設けたもので、この構成によれば、温度可変素子を振動子の近傍に位置して設けているため、振動子の周辺の温度を正確に制御することができ、これにより、出力信号が安定するという作用効果を有するものである。   According to the second aspect of the present invention, the temperature variable element is particularly provided in the vicinity of the vibrator. According to this configuration, the temperature variable element is provided in the vicinity of the vibrator. Therefore, it is possible to accurately control the temperature around the vibrator, thereby having the effect of stabilizing the output signal.

本発明の請求項3に記載の発明は、特に、温度可変素子をペルチェ素子で構成したもので、この構成によれば、温度可変素子をペルチェ素子で構成しているため、振動子の近傍の温度を幅広い温度範囲に調整できるという作用効果を有するものである。   In the invention according to claim 3 of the present invention, in particular, the temperature variable element is configured by a Peltier element. According to this configuration, the temperature variable element is configured by a Peltier element. It has an effect that the temperature can be adjusted to a wide temperature range.

以上のように本発明の角速度センサは、振動子と、この振動子を収納するケースと、このケースの内側に設けられるとともに前記振動子を駆動する駆動回路を設け、かつ前記振動子からの出力信号を処理する検出回路を設けたICと、前記検出回路から出力される出力信号を補正する補正データを設けた記憶手段と、前記ケースの外側に設けられるとともに周囲の温度を測定する外側温度センサと、前記ケースの内側に設けられるとともにケースの内側の温度を測定する内側温度センサとを備え、前記ケースの内側に温度可変素子を設け、かつこの温度可変素子により前記温度センサからの温度測定データを基にケースの内側の温度を所定の温度に変化させるように構成したもので、ケースの外側に周囲の温度を測定する外側温度センサを設けるとともに、ケースの内側にケースの内側の温度を測定する内側温度センサを設け、さらに前記ケースの内側に温度可変素子を設けているため、角速度センサの周囲の温度が急激に変化する環境下においては、外側温度センサと内側温度センサとの測定温度の相違に応じて、温度可変素子により制御する温度を変化させることができ、これにより、角速度センサの周囲の温度が急激に変化する場合においても、瞬時に、振動子の周囲の温度を安定化させることができるため、正確に角速度を検出することができるという優れた効果を奏するものである。   As described above, the angular velocity sensor according to the present invention includes a vibrator, a case that houses the vibrator, a drive circuit that is provided inside the case and drives the vibrator, and outputs from the vibrator. IC provided with a detection circuit for processing a signal, storage means provided with correction data for correcting an output signal output from the detection circuit, and an outer temperature sensor provided outside the case and measuring the ambient temperature And an inner temperature sensor that is provided inside the case and measures the temperature inside the case, a temperature variable element is provided inside the case, and temperature measurement data from the temperature sensor is provided by the temperature variable element. Based on this, the temperature inside the case is changed to a predetermined temperature, and an outside temperature sensor that measures the ambient temperature is installed outside the case. In addition, an internal temperature sensor that measures the temperature inside the case is provided inside the case, and a temperature variable element is provided inside the case, so that the environment around the angular velocity sensor changes rapidly. The temperature controlled by the temperature variable element can be changed according to the difference in measured temperature between the outer temperature sensor and the inner temperature sensor, so that even when the temperature around the angular velocity sensor changes suddenly Since the temperature around the vibrator can be instantly stabilized, the angular velocity can be accurately detected.

以下、本発明の一実施の形態における角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図、図2は同角速度センサの側断面図、図3は同角速度センサにおける振動子の斜視図、図4は同角速度センサの回路図である。   1 is an exploded perspective view of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side sectional view of the angular velocity sensor, FIG. 3 is a perspective view of a vibrator in the angular velocity sensor, and FIG. 4 is a circuit of the angular velocity sensor. FIG.

図1〜図4において、21は音叉形状の振動子で、この振動子21は図3に示すように、四角柱状の水晶製の検出電極振動体22と、この検出電極振動体22と平行に設けられた水晶製の駆動電極振動体23と、前記検出電極振動体22の一端と駆動電極振動体23の一端とを接続する水晶製の接続部24とにより構成されている。そしてまた、振動子21における駆動電極振動体23には、4つの側面に金からなる第1の駆動電極25および第2の駆動電極26が設けられている。また、前記振動子21における検出電極振動体22の表面および裏面には金からなるモニタ電極27がそれぞれ設けられるとともに、この検出電極振動体22における内側の側面には金からなるGND電極28が設けられ、かつ外側の側面には金からなる第1の検出電極29aおよび第2の検出電極29bが設けられている。   1 to 4, reference numeral 21 denotes a tuning-fork-shaped vibrator. The vibrator 21 has a quadrangular columnar crystal detection electrode vibrating body 22 and a parallel to the detection electrode vibrating body 22 as shown in FIG. 3. The drive electrode vibrating body 23 is made of quartz, and the connection portion 24 made of crystal that connects one end of the detection electrode vibration body 22 and one end of the drive electrode vibration body 23 is provided. The drive electrode vibrating body 23 in the vibrator 21 is provided with a first drive electrode 25 and a second drive electrode 26 made of gold on four side surfaces. In addition, a monitor electrode 27 made of gold is provided on the front and back surfaces of the detection electrode vibrating body 22 in the vibrator 21, and a gold electrode 28 made of gold is provided on the inner side surface of the detection electrode vibrating body 22. On the outer side surface, a first detection electrode 29a and a second detection electrode 29b made of gold are provided.

30はセラミックからなるケースで、このケース30は内底面から外底面にわたってセラミックと配線用導体の層構造からなる多層回路基板31を設けており、そしてこの多層回路基板31の上面には第1の配線用電極32を設けている。また、多層回路基板31の上面には前記第1の配線用電極32と金あるいはアルミニウムからなるワイヤー線(図示せず)により電気的に接続されたIC35を設けている。そして前記IC35はケース30の内側に収納されるとともに、振動子21における第1の検出電極29aおよび第2の検出電極29bから出力される出力信号を処理するものである。また、前記IC35は図4に示すように、駆動回路36と検出回路37とで構成されている。そして、このIC35における駆動回路36は、振動子21の一方のモニタ電極27の電荷を入力する増幅器39と、この増幅器39の出力信号を入力するバンドパスフィルタ(BPF)40と、このバンドパスフィルタ(BPF)40の出力信号を入力する整流器41と、この整流器41の出力信号を入力する平滑回路42とにより構成されている。43はAGC回路で、このAGC回路43は駆動回路36における平滑回路42の出力信号を入力し、かつバンドパスフィルタ(BPF)40の出力信号を増幅あるいは減衰させるものである。44は駆動制御回路で、この駆動制御回路44はAGC回路43の出力信号を入力するとともに、振動子21における第1の駆動電極25および第2の駆動電極26に駆動信号を入力するものである。   Reference numeral 30 denotes a case made of ceramic. The case 30 is provided with a multilayer circuit board 31 having a layer structure of ceramic and a wiring conductor from the inner bottom surface to the outer bottom surface. A wiring electrode 32 is provided. An IC 35 electrically connected to the first wiring electrode 32 by a wire wire (not shown) made of gold or aluminum is provided on the upper surface of the multilayer circuit board 31. The IC 35 is housed inside the case 30 and processes output signals output from the first detection electrode 29a and the second detection electrode 29b in the vibrator 21. Further, the IC 35 includes a drive circuit 36 and a detection circuit 37 as shown in FIG. The drive circuit 36 in the IC 35 includes an amplifier 39 for inputting the charge of one monitor electrode 27 of the vibrator 21, a bandpass filter (BPF) 40 for inputting an output signal of the amplifier 39, and the bandpass filter. A rectifier 41 for inputting the output signal of (BPF) 40 and a smoothing circuit 42 for inputting the output signal of the rectifier 41 are configured. Reference numeral 43 denotes an AGC circuit. The AGC circuit 43 inputs the output signal of the smoothing circuit 42 in the drive circuit 36 and amplifies or attenuates the output signal of the band pass filter (BPF) 40. Reference numeral 44 denotes a drive control circuit. The drive control circuit 44 inputs an output signal of the AGC circuit 43 and inputs a drive signal to the first drive electrode 25 and the second drive electrode 26 in the vibrator 21. .

45は反転アンプで、この反転アンプ45は、前記駆動制御回路44の出力信号を入力するとともに、振動子21における第1の駆動電極25に駆動制御回路44の出力信号を反転させた駆動信号を入力するものである。また、前記検出回路37は振動子21における一方の検出電極29aにコリオリ力によって発生する電荷を電圧に変換する第1の増幅器46と、他方の検出電極29bにコリオリ力によって発生する電荷を電圧に変換する第2の増幅器47と、前記第1の増幅器46および第2の増幅器47の出力信号を入力する差動増幅器48と、この差動増幅器48の出力信号を入力する位相器49と、この位相器49の出力信号を入力する同期検波器50と、この同期検波器50の出力信号を入力する平滑回路51と、この平滑回路51の出力信号を入力するとともに、増幅して角速度信号を出力する直流アンプ52とにより構成されている。さらに、前記IC35には加算器53を設けており、そして、この加算器53により、前記検出回路37における直流アンプ52からの角速度信号に補正データを加算している。また、多層回路基板31の上面には外周にわたってセラミックからなる側壁54を設けている。さらに、前記ケース30における内底面には図1に示すように、段差部55を設けており、かつこの段差部55には、図3に示す振動子21における接続部24を固着するとともに、この接続部24を固着した両側に位置して第3の配線用電極56を設けており、そしてこの第3の配線用電極56は、ワイヤー線(図示せず)を介して振動子21における第1の駆動電極25、第2の駆動電極26、検出電極29、モニタ電極27およびGND電極28と電気的に接続している。57はペルチェ素子からなる温度可変素子で、この温度可変素子57は前記IC35の上面に一体に貼り付けられており、かつ前記振動子21の周囲の温度を所定の温度に制御するものである。   Reference numeral 45 denotes an inverting amplifier. The inverting amplifier 45 inputs the output signal of the drive control circuit 44 and also outputs a drive signal obtained by inverting the output signal of the drive control circuit 44 to the first drive electrode 25 in the vibrator 21. Input. The detection circuit 37 converts the charge generated by the Coriolis force at one detection electrode 29a of the vibrator 21 into a voltage, and the charge generated by the Coriolis force at the other detection electrode 29b as a voltage. A second amplifier 47 for conversion; a differential amplifier 48 for inputting the output signals of the first amplifier 46 and the second amplifier 47; a phase shifter 49 for inputting an output signal of the differential amplifier 48; A synchronous detector 50 to which the output signal of the phase shifter 49 is input, a smoothing circuit 51 to which the output signal of the synchronous detector 50 is input, and an output signal of the smoothing circuit 51 are input and amplified to output an angular velocity signal. And a direct current amplifier 52. Further, the IC 35 is provided with an adder 53, and the adder 53 adds correction data to the angular velocity signal from the DC amplifier 52 in the detection circuit 37. A side wall 54 made of ceramic is provided on the upper surface of the multilayer circuit board 31 over the outer periphery. Further, as shown in FIG. 1, a stepped portion 55 is provided on the inner bottom surface of the case 30, and the connecting portion 24 of the vibrator 21 shown in FIG. A third wiring electrode 56 is provided on both sides to which the connecting portion 24 is fixed, and the third wiring electrode 56 is connected to the first wiring in the vibrator 21 via a wire line (not shown). The drive electrode 25, the second drive electrode 26, the detection electrode 29, the monitor electrode 27 and the GND electrode 28 are electrically connected. Reference numeral 57 denotes a temperature variable element composed of a Peltier element. The temperature variable element 57 is integrally attached to the upper surface of the IC 35, and controls the temperature around the vibrator 21 to a predetermined temperature.

上記本発明の一実施の形態においては、温度可変素子57を振動子21の近傍に位置して設けているため、振動子21の周辺の温度を正確に制御することができ、これにより、出力信号が安定するという効果が得られるものである。   In the embodiment of the present invention, since the temperature variable element 57 is provided in the vicinity of the vibrator 21, the temperature around the vibrator 21 can be accurately controlled. The effect that the signal is stabilized is obtained.

また、前記温度可変素子57はペルチェ素子で構成しているため、振動子21の近傍の温度を幅広い温度範囲に調整できるという効果が得られるものである。   Further, since the temperature variable element 57 is composed of a Peltier element, an effect that the temperature in the vicinity of the vibrator 21 can be adjusted in a wide temperature range can be obtained.

58は内側温度センサで、この内側温度センサ58は前記ケース30の内側に設けられるとともに、ケース30の内側の温度を測定するものである。59は金属製の蓋で、この蓋59は前記ケース30の開口部をケース30の内側が真空雰囲気となるように封止するものである。60は外側温度センサで、この外側温度センサ60は前記ケース30の外側に設けられており、角速度センサの外側の温度を検出するものである。61はA/D変換器で、このA/D変換器61は前記外側温度センサ60からのアナログ出力信号をデジタル出力信号に変換している。さらに、角速度センサには、EEPROMからなる記憶手段62を設けており、この記憶手段62は検出回路37における直流アンプ52から出力される出力信号の誤差を補正する補正データを保管している。   Reference numeral 58 denotes an inner temperature sensor. The inner temperature sensor 58 is provided inside the case 30 and measures the temperature inside the case 30. 59 is a metal lid, and this lid 59 seals the opening of the case 30 so that the inside of the case 30 is in a vacuum atmosphere. Reference numeral 60 denotes an outer temperature sensor. The outer temperature sensor 60 is provided outside the case 30 and detects the temperature outside the angular velocity sensor. Reference numeral 61 denotes an A / D converter. The A / D converter 61 converts an analog output signal from the outside temperature sensor 60 into a digital output signal. Further, the angular velocity sensor is provided with a storage means 62 composed of an EEPROM, and the storage means 62 stores correction data for correcting an error in the output signal output from the DC amplifier 52 in the detection circuit 37.

以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次に、その動作を説明する。   Next, the operation of the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.

振動子21の第1の駆動電極25および第2の駆動電極26に交流電圧を加えると振動子21が共振し、振動子21のモニタ電極27に電荷が発生する。そして、このモニタ電極27に発生した電荷は、駆動回路36における増幅器39に入力され、正弦波形の出力電圧として出力される。そしてこの増幅器39の出力電圧をバンドパスフィルタ(BPF)40に入力し、振動子21の共振周波数のみを抽出するとともに、ノイズ成分を除去し、図5(a)に示すような正弦波形を出力する。そしてまた、バンドパスフィルタ(BPF)40の出力信号を整流器41に入力することにより、負電圧成分を正電圧に変換し、その後、平滑回路42に入力することにより、直流電圧信号に変換する。そして、前記AGC回路43は平滑回路42の直流電圧信号が大の場合にはバンドパスフィルタ(BPF)40の出力信号を減衰させるような信号を、また、平滑回路42の直流電圧信号が小の場合にはバンドパスフィルタ(BPF)40の出力信号を増幅させるような信号を駆動制御回路44に入力し、振動子21の振動を一定振幅になるように調整するものである。ここで、振動子21の駆動電極振動体23が振動方向に速度vで屈曲振動している状態において、振動子21の長手方向の中心軸周りに振動子21が角速度ωで回転すると、この振動子21の検出電極振動体22にF=2mV×ωのコリオリ力が発生する。そして、このコリオリ力によって検出電極振動体22に設けた一対の検出電極における第1の検出電極29aに図5(b)に示すような電荷が発生するとともに、第2の検出電極29bに図5(c)に示すような電荷が発生する。そして第1の増幅器46により、一方の検出電極29aから発生する電荷を図5(d)に示すような出力電圧に変換する。また第2の増幅器47は、他方の検出電極29bから発生する電荷を反転増幅し、図5(e)に示すような出力電圧に変換する。そしてまた、差動増幅器48は第1の増幅器46および第2の増幅器47の出力信号の差動を取り、さらにこの差動増幅器48の出力信号の位相を位相器49により90度遅らせて、図5(f)に示すような出力電圧に変換する。そして、この位相器49の出力信号を同期検波器50に入力し、駆動回路36におけるバンドパスフィルタ(BPF)40の振動の周期で位相検波させるとともに、位相器49の出力電圧の負電圧成分を正電圧に変換し、図5(g)に示すような出力信号を得る。そして、同期検波器50の出力電圧を平滑回路51および直流アンプ52により平滑化するとともに増幅し、図5(h)に示すような出力信号を得る。そして、検出回路37の直流アンプ52の出力信号を角速度の信号として、加算器53に入力する。   When an AC voltage is applied to the first drive electrode 25 and the second drive electrode 26 of the vibrator 21, the vibrator 21 resonates and charges are generated at the monitor electrode 27 of the vibrator 21. The electric charges generated on the monitor electrode 27 are input to the amplifier 39 in the drive circuit 36 and output as a sinusoidal output voltage. Then, the output voltage of the amplifier 39 is input to a band pass filter (BPF) 40, and only the resonance frequency of the vibrator 21 is extracted and the noise component is removed to output a sine waveform as shown in FIG. To do. Further, the negative voltage component is converted into a positive voltage by inputting the output signal of the bandpass filter (BPF) 40 to the rectifier 41, and then converted into a DC voltage signal by inputting it into the smoothing circuit 42. When the DC voltage signal of the smoothing circuit 42 is large, the AGC circuit 43 reduces the signal that attenuates the output signal of the bandpass filter (BPF) 40, and the DC voltage signal of the smoothing circuit 42 is small. In this case, a signal that amplifies the output signal of the bandpass filter (BPF) 40 is input to the drive control circuit 44, and the vibration of the vibrator 21 is adjusted to have a constant amplitude. Here, when the vibrator 21 rotates at an angular velocity ω around the central axis in the longitudinal direction of the vibrator 21 in a state in which the drive electrode vibrating body 23 of the vibrator 21 is bent and vibrated at a speed v in the vibration direction, this vibration is generated. A Coriolis force of F = 2 mV × ω is generated in the detection electrode vibrating body 22 of the child 21. The Coriolis force generates charges as shown in FIG. 5B on the first detection electrode 29a of the pair of detection electrodes provided on the detection electrode vibrating body 22, and the second detection electrode 29b has FIG. Electric charges as shown in (c) are generated. Then, the first amplifier 46 converts the electric charge generated from one detection electrode 29a into an output voltage as shown in FIG. The second amplifier 47 inverts and amplifies the charge generated from the other detection electrode 29b and converts it into an output voltage as shown in FIG. Further, the differential amplifier 48 takes the differential of the output signals of the first amplifier 46 and the second amplifier 47, and further delays the phase of the output signal of the differential amplifier 48 by 90 degrees by the phase shifter 49. The output voltage is converted to the output voltage shown in 5 (f). Then, the output signal of the phase shifter 49 is input to the synchronous detector 50 and phase detection is performed at the vibration period of the band pass filter (BPF) 40 in the drive circuit 36, and the negative voltage component of the output voltage of the phase shifter 49 is Conversion to a positive voltage results in an output signal as shown in FIG. Then, the output voltage of the synchronous detector 50 is smoothed and amplified by the smoothing circuit 51 and the DC amplifier 52 to obtain an output signal as shown in FIG. Then, the output signal of the DC amplifier 52 of the detection circuit 37 is input to the adder 53 as an angular velocity signal.

ここで、自動車におけるエンジンルーム内に角速度センサを設置し、この角速度センサの近傍の温度が−55℃から150℃まで変化する場合を考えて見る。   Here, consider the case where an angular velocity sensor is installed in the engine room of an automobile and the temperature in the vicinity of the angular velocity sensor changes from −55 ° C. to 150 ° C.

まず、図6に示すように、温度槽63の内部に設けた検査器64に角速度センサを組み付けるとともに、自動車におけるエンジンルーム内と条件が同じになるように、角速度センサの近傍の温度を−55℃から150℃まで変化させる。そして、角温度における外側温度センサ60からの出力信号をA/D変換器61を介して検査器64におけるCPU65に入力すると同時に、角速度を与えない状態における角速度センサの出力信号をCPU65に入力する。そして、検査器64におけるCPU65により、各温度毎の角速度センサの出力信号が既に零出力になるような各温度毎の補正データを算出し、EEPROM、EPROMあるいはフラッシュメモリー等の記憶手段62に保管する。   First, as shown in FIG. 6, the angular velocity sensor is assembled to the inspection device 64 provided in the temperature chamber 63, and the temperature in the vicinity of the angular velocity sensor is set to −55 so that the conditions are the same as those in the engine room of the automobile. Change from 0 to 150 ° C. Then, an output signal from the outer temperature sensor 60 at the angular temperature is input to the CPU 65 in the inspection device 64 via the A / D converter 61, and at the same time, an output signal from the angular velocity sensor in a state where no angular velocity is applied is input to the CPU 65. Then, the CPU 65 in the inspection device 64 calculates correction data for each temperature such that the output signal of the angular velocity sensor for each temperature is already zero, and stores it in the storage means 62 such as an EEPROM, EPROM or flash memory. .

そして、自動車に角速度が加わると、角速度センサにおける検出回路37から角速度信号が出力される。この場合、図7に示すように、制御手段66により、記憶手段62に保管した補正データをもとに、CPU67により算出した補正信号をD/A変換器68によりアナログ信号に変換する。そして、このアナログ信号を加算器53によって、前記検出回路37から出力される角速度信号に加算することにより、検出回路37からの出力信号、すなわち角速度信号を補正するものである。   When an angular velocity is applied to the automobile, an angular velocity signal is output from the detection circuit 37 in the angular velocity sensor. In this case, as shown in FIG. 7, the correction signal calculated by the CPU 67 is converted into an analog signal by the D / A converter 68 based on the correction data stored in the storage means 62 by the control means 66. The analog signal is added to the angular velocity signal output from the detection circuit 37 by the adder 53, thereby correcting the output signal from the detection circuit 37, that is, the angular velocity signal.

ここで、角速度センサの周囲の温度が急激に変化する場合を考えて見ると、本発明の一実施の形態における角速度センサにおいては、ケース30の外側に周囲の温度を測定する外側温度センサ60を設けるとともに、ケース30の内側にケース30の内側の温度を測定する内側温度センサ58を設け、さらに前記ケース30の内側に温度可変素子57を設けているため、角速度センサの周囲の温度が急激に変化する環境下においては、外側温度センサ60と内側温度センサ58との測定温度の相違に応じて、ペルチェ素子57により制御する温度を変化させることができ、これにより、角速度センサの周囲の温度が急激に変化する場合においても、瞬時に、振動子21の周囲の温度を安定化させることができるため、正確に角速度を検出することができるという効果を有するものである。   Here, considering the case where the ambient temperature of the angular velocity sensor changes abruptly, in the angular velocity sensor according to the embodiment of the present invention, the outer temperature sensor 60 that measures the ambient temperature is provided outside the case 30. In addition, since the inner temperature sensor 58 for measuring the temperature inside the case 30 is provided inside the case 30 and the temperature variable element 57 is provided inside the case 30, the temperature around the angular velocity sensor suddenly increases. Under a changing environment, the temperature controlled by the Peltier element 57 can be changed in accordance with the difference in measured temperature between the outer temperature sensor 60 and the inner temperature sensor 58, so that the temperature around the angular velocity sensor can be changed. Even in the case of a sudden change, the temperature around the vibrator 21 can be instantly stabilized, so the angular velocity is accurately detected. Those having the effect of bets can be.

本発明に係る角速度センサは、角速度センサの周囲の温度が変化する環境下においても、正確に角速度を検出することができるという効果を有するものであり、特に、航空機、自動車、ロボット、船舶、自動車両等の移動体の姿勢制御に利用する角速度センサとして有用なものである。   The angular velocity sensor according to the present invention has an effect that the angular velocity can be accurately detected even in an environment where the temperature around the angular velocity sensor changes, and in particular, an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and an automobile. It is useful as an angular velocity sensor used for attitude control of both moving bodies.

本発明の一実施の形態における角速度センサの分解斜視図1 is an exploded perspective view of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention. 同角速度センサの側断面図Side sectional view of the same angular velocity sensor 同角速度センサにおける振動子の斜視図Perspective view of transducer in same angular velocity sensor 同角速度センサの回路図Circuit diagram of the same angular velocity sensor (a)〜(h)本発明の一実施の形態における角速度センサの出力信号を示す波形図(A)-(h) Waveform diagram which shows the output signal of the angular velocity sensor in one embodiment of this invention 同角速度センサの出力特性を検査する状態を示すブロック図Block diagram showing the state of inspecting the output characteristics of the angular velocity sensor 同角速度センサからの出力信号を補正する状態を示すブロック図Block diagram showing the state of correcting the output signal from the same angular velocity sensor 従来の角速度センサの斜視図A perspective view of a conventional angular velocity sensor

符号の説明Explanation of symbols

21 振動子
30 ケース
35 IC
36 駆動回路
37 検出回路
57 温度可変素子
58 内側温度センサ
60 外側温度センサ
62 記憶手段
21 vibrator 30 case 35 IC
36 drive circuit 37 detection circuit 57 temperature variable element 58 inner temperature sensor 60 outer temperature sensor 62 storage means

Claims (3)

振動子と、この振動子を収納するケースと、このケースの内側に設けられるとともに前記振動子を駆動する駆動回路を設け、かつ前記振動子からの出力信号を処理する検出回路を設けたICと、前記検出回路から出力される出力信号を補正する補正データを設けた記憶手段と、前記ケースの外側に設けられるとともに周囲の温度を測定する外側温度センサと、前記ケースの内側に設けられるとともにケースの内側の温度を測定する内側温度センサとを備え、前記ケースの内側に温度可変素子を設け、かつこの温度可変素子により前記温度センサからの温度測定データを基にケースの内側の温度を所定の温度に変化させるように構成した角速度センサ。 A vibrator, a case for housing the vibrator, an IC provided inside the case, provided with a drive circuit for driving the vibrator, and provided with a detection circuit for processing an output signal from the vibrator; Storage means provided with correction data for correcting the output signal output from the detection circuit, an outer temperature sensor provided outside the case and measuring ambient temperature, and provided inside the case An internal temperature sensor for measuring the temperature inside the case, a temperature variable element is provided inside the case, and the temperature inside the case is set to a predetermined temperature based on temperature measurement data from the temperature sensor by the temperature variable element. Angular velocity sensor configured to change to temperature. 温度可変素子を振動子の近傍に位置して設けた請求項1記載の角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the temperature variable element is provided in the vicinity of the vibrator. 温度可変素子をペルチェ素子で構成した請求項1記載の角速度センサ。 The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the temperature variable element is a Peltier element.
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