JP3500756B2 - Angular velocity sensor - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両走行制御で
の車両実挙動検出やナビゲーションの方向センサ等に適
用されるもので、角速度を容量変化として検出する振動
型センサから出力される角速度信号を2つの発振回路に
より振幅変調した後、復調及び差動増幅して高感度で出
力するようにした角速度センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applied to, for example, vehicle actual behavior detection in vehicle traveling control and direction sensor for navigation, and an angular velocity signal output from a vibration type sensor for detecting angular velocity as a capacitance change. Is amplitude-modulated by two oscillating circuits and then demodulated and differentially amplified to output with high sensitivity.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、角速度センサの小型化が要求され
ており、マイクロマシーニングを用いSi等の半導体か
ら振動子を形成したセンサが開発されている。一般的に
このセンサは、静電気力で振動子を駆動させ、その振動
方向と直角方向に働くコリオリの力を静電容量の変化で
検出する方式がとられている。2. Description of the Related Art In recent years, there has been a demand for miniaturization of an angular velocity sensor, and a sensor in which a vibrator is formed from a semiconductor such as Si using micromachining has been developed. Generally, this sensor employs a method in which a vibrator is driven by electrostatic force and Coriolis force acting in a direction perpendicular to the vibration direction is detected by a change in electrostatic capacitance.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、コリオリの力
による静電容量の変化が非常に微少なため、高感度で検
出できる回路方式が確立されていないのが現状である。
そこで、本発明は以上のような点に鑑みてなされたもの
で、容量変化として検出される角速度信号を変調化する
点に着目し、駆動信号を得る発振回路と搬送波を得る発
振回路を用いて容量変化で変調をかけた振幅変調信号を
復調及び差動増幅することにより、角速度信号を高感度
で出力することができるようにした角速度センサを提供
することを目的としている。However, since the change in capacitance due to Coriolis force is very small, a circuit system capable of detecting with high sensitivity has not been established at present.
Therefore, the present invention has been made in view of the above points, and paying attention to the point of modulating the angular velocity signal detected as a capacitance change, using an oscillation circuit for obtaining a drive signal and an oscillation circuit for obtaining a carrier wave. It is an object of the present invention to provide an angular velocity sensor capable of outputting an angular velocity signal with high sensitivity by demodulating and differentially amplifying an amplitude modulation signal modulated by a change in capacitance.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、振動体と、前記振動体から入力さ
れた信号を角速度信号として出力する信号処理手段とを
有する角速度センサであって、前記振動体は、容量変化
により角速度を検出する手段を備え、前記信号処理手段
は、前記振動体を所定の周波数で駆動する第1の発振回
路と、前記第1の発振回路の所定周波数とは異なる周波
数で前記振動体の前記容量変化を振幅変調信号に変換す
る第2の発振回路と、前記振幅変調信号を復調する手段
とを備え、前記信号処理手段は、前記振動体の前記容量
変化により角速度を検出する手段と前記第2の発振回路
との間に抵抗器を設けて、前記振幅変調信号を導出する
ことを特徴とする角速度センサが提供される。また、本
発明によると、振動体と、前記振動体を所定の周波数で
第1の方向に駆動する第1の発振回路と、駆動に伴って
前記振動体に前記第1の方向とは直角の第2の方向に作
用する角速度を検出する信号処理手段とを有する角速度
センサであって、前記信号処理手段は、角速度による前
記振動体の前記第2の方向への変位を打ち消すように前
記振動体に制御信号を印加する手段と、前記第1の発振
回路の所定周波数とは異なる周波数で、前記制御信号を
振幅変調信号に変換する第2の発振回路と、前記振幅変
調信号を復調して角速度を検出する手段とを備えたこと
を特徴とする角速度センサが提供される。また、本発明
によると、振動体と、前記振動体を所定の周波数で第1
の方向に駆動する第1の発振回路と、前記振動体との間
で静電容量を構成する静電容量構成電極と、駆動に伴っ
て前記振動体に前記第1の方向とは直角の第2の方向に
作用する角速度を前記静電容量の変化に基づき検出する
信号処理手段とを有する角速度センサであって、前記信
号処理手段は、前記静電容量の変化を打ち消すように前
記振動体と静電容量構成電極との間に制御電圧を印加す
る手段と、前記第1の発振回路の所定周波数とは異なる
周波数で、前記制御電圧を振幅変調信号に変換する第2
の発振回路と、前記振幅変調信号を復調して角速度を検
出する手段とを備えたことを特徴とする角速度センサが
提供される。 According to the present invention, in order to solve the above problems, there is provided an angular velocity sensor having a vibrating body and signal processing means for outputting a signal input from the vibrating body as an angular velocity signal. The vibrating body includes means for detecting an angular velocity based on a change in capacitance, and the signal processing means includes a first oscillating circuit for driving the vibrating body at a predetermined frequency and a predetermined frequency of the first oscillating circuit. A second oscillating circuit for converting the capacitance change of the vibrating body into an amplitude modulation signal at a frequency different from the above, and means for demodulating the amplitude modulation signal , wherein the signal processing means comprises the capacitance of the vibrating body.
Means for detecting angular velocity by change and the second oscillator circuit
An angular velocity sensor is provided, in which a resistor is provided between and to derive the amplitude modulation signal . Also books
According to the invention, the vibrating body and the vibrating body at a predetermined frequency
A first oscillator circuit that drives in the first direction, and
The vibrating body is formed in a second direction perpendicular to the first direction.
Angular velocity having signal processing means for detecting the angular velocity used
A sensor, wherein the signal processing means is
Before canceling the displacement of the vibrating body in the second direction,
Means for applying a control signal to the vibrating body, and the first oscillation
The control signal at a frequency different from the predetermined frequency of the circuit
A second oscillating circuit for converting into an amplitude modulated signal,
Means for demodulating the tonal signal and detecting the angular velocity
An angular velocity sensor is provided. Also, the present invention
According to the above, the vibrating body and the vibrating body are
Between the first oscillator circuit that drives in the direction of
Capacitance configuration electrode that configures capacitance with
To the vibrating body in a second direction perpendicular to the first direction
The acting angular velocity is detected based on the change in the capacitance.
An angular velocity sensor having a signal processing means,
Signal processing means to cancel the change in the capacitance.
A control voltage is applied between the vibrating body and the capacitance component electrode.
Means different from the predetermined frequency of the first oscillation circuit
A second for converting the control voltage into an amplitude modulated signal at a frequency
Of the oscillation circuit and the amplitude modulation signal to demodulate the angular velocity.
An angular velocity sensor characterized by having a means for emitting
Provided.
【0005】 また、本発明によると、第1の振動体
と、前記第1の振動体に対向して配置され前記第1の振
動体との間で第1の静電容量(CD1)を構成する第1
の駆動電極と、前記第1の振動体に対向して配置され前
記第1の振動体との間で第2の静電容量(CS1)を構
成する第1の検出電極と、前記第1の振動体と平行に移
動可能に配置された第2の振動体と、前記第2の振動体
に対向して配置され前記第2の振動体との間で第3の静
電容量(CD2)を構成する第2の駆動電極と、前記第
2の振動体に対向して配置され前記第2の振動体との間
で第4の静電容量(CS2)を構成する第2の検出電極
と、前記第1の静電容量(CD1)と前記第2の静電容
量(CS1)とが直列接続され、該直列接続の両端から
所定の周波数で駆動信号を印加するとともに、前記第3
の静電容量(CD2)と前記第4の静電容量(CS2)
とが直列接続され、該直列接続の両端から所定の周波数
で駆動信号を印加することで、前記第1の振動体と前記
第2の振動体とを同一方向で互いに逆相に振動させる第
1の発振回路とを備え、前記第1の静電容量(CD1)
と前記第2の静電容量(CS1)との接続点からの第1
の出力、及び前記第3の静電容量(CD2)と前記第4
の静電容量(CS2)との接続点からの第2の出力の差
動出力から角速度を検出する角速度センサであって、前
記第1の発振回路の所定周波数とは異なる周波数で、前
記第1の出力及び第2の出力を振幅変調する第2の発振
回路と、前記振幅変調された出力を復調する手段とを備
えたことを特徴とする角速度センサが提供される。ま
た、本発明によると、前記振幅変調された出力を夫々復
調し、その後復調信号の差動をとることを特徴とする記
載の角速度センサが提供される。また、本発明による
と、前記復調された出力の差動をとり、その後差動成分
を変調することを特徴とする角速度センサが提供され
る。 Further, according to the present invention, the first vibrating body
And the first vibrating member arranged to face the first vibrating body.
A first that constitutes a first capacitance (CD1) with a moving body
The drive electrode and the first vibrating body which are arranged to face each other.
A second capacitance (CS1) is formed between the first vibrating body.
And a first detection electrode that is formed in parallel with the first vibrating body.
A second vibrating body movably arranged and the second vibrating body
Between the second vibrating body and the third static
A second drive electrode forming a capacitance (CD2),
Between the second vibrating body and the second vibrating body.
The second detection electrode forming the fourth capacitance (CS2) with
And the first capacitance (CD1) and the second capacitance
Quantity (CS1) is connected in series and from both ends of the series connection
The drive signal is applied at a predetermined frequency and the third signal is applied.
Capacitance (CD2) and the fourth capacitance (CS2)
And are connected in series, and a predetermined frequency is applied from both ends of the series connection.
By applying a drive signal with, the first vibrating body and the
Vibrating the second vibrating body in the same direction and in opposite phases
1 oscillation circuit, and the first capacitance (CD1)
And a first point from a connection point between the second capacitance (CS1) and
Output, and the third capacitance (CD2) and the fourth capacitance
Difference of the second output from the connection point with the capacitance (CS2) of
An angular velocity sensor that detects the angular velocity from the dynamic output,
At a frequency different from the predetermined frequency of the first oscillation circuit,
Note Second oscillation that amplitude-modulates the first output and the second output
A circuit and means for demodulating the amplitude-modulated output.
An angular velocity sensor characterized by the above is provided. Well
In addition, according to the present invention, the amplitude-modulated outputs are restored respectively.
Adjustment, and then the differential of the demodulated signal is taken.
An on-board angular velocity sensor is provided. Also according to the invention
And the differential of the demodulated output, and then the differential component
An angular velocity sensor is provided that is characterized by modulating
It
【0006】[0006]
【作用】上記解決手段によると、容量変化として検出さ
れる角速度信号を変調化する点に着目し、駆動信号を得
る発振回路と搬送波を得る発振回路を用いて容量変化で
変調をかけた振幅変調信号を復調及び差動増幅すること
により、角速度信号を高感度で出力することができる。According to the above-mentioned solution means, paying attention to the point that the angular velocity signal detected as the capacitance change is modulated, the amplitude modulation is performed by the capacitance change using the oscillation circuit for obtaining the drive signal and the oscillation circuit for obtaining the carrier wave. By demodulating and differentially amplifying the signal, the angular velocity signal can be output with high sensitivity.
【0007】[0007]
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例につき説
明する。図1は本発明の第1実施例による角速度センサ
の全体構成を示す図である。図1に示す本実施例の角速
度センサは、マイクロマシーニングを用いてSi基板等
に加工を施した振動子10と、この振動子10に接続さ
れる電子回路20とにより構成されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of an angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention. The angular velocity sensor of this embodiment shown in FIG. 1 is composed of a vibrator 10 obtained by processing a Si substrate or the like using micromachining, and an electronic circuit 20 connected to the vibrator 10.
【0008】図2に示すように、振動子10は、具体的
にはマイクロマシーニング技術等によりSi基板から形
成された音叉構造の振動体30とその周りを取り囲む枠
15及び枠15を載置する基台16とを有して形成され
ている。As shown in FIG. 2, the vibrator 10 is mounted with a vibrating body 30 of a tuning fork structure formed of a Si substrate by a micromachining technique, a frame 15 surrounding the vibrating body 30, and a frame 15. And a base 16 that operates.
【0009】そして、振動体30は一対の腕部14a,
14bから構成されていると共に、それらを結合する根
元付近にアイソレーション17が施されている。また、
枠15は振動体30の根元付近に2か所アイソレーショ
ン18a,18bが施されていると共に、枠15と基台
16の間に、アイソレーション19が施されている。The vibrating body 30 has a pair of arm portions 14a,
14b, and an isolation 17 is provided near the roots connecting them. Also,
The frame 15 is provided with isolations 18a and 18b at two locations near the root of the vibrating body 30, and an isolation 19 is provided between the frame 15 and the base 16.
【0010】以上の構成により振動子10には、枠15
と振動体30の腕部14aとの間に駆動容量CD1、腕部
14bとの間に駆動容量CD2が形成されていると共に、
基台16と振動体30の腕部14aとの間に検知容量C
S1、腕部14bとの間に検知容量CS2が形成される。With the above structure, the vibrator 10 has a frame 15
And a drive capacity C D1 is formed between the arm 14a of the vibrating body 30 and the arm 14b, and a drive capacity C D2 is formed between the arm 14b and the arm 14a.
A detection capacitance C is provided between the base 16 and the arm portion 14a of the vibrating body 30.
A detection capacitance C S2 is formed between S1 and the arm portion 14b.
【0011】ここで、基台16を接地し、振動体30の
腕部14aの根元より検知端子S1、腕部14bの根元
より検知端子S2、枠15から駆動端子Dをそれぞれ取
り出すことにより、図1に示す振動子10の等価回路が
形成される。Here, the base 16 is grounded, and the detection terminal S1 is extracted from the base of the arm 14a of the vibrating body 30, the detection terminal S2 is extracted from the base of the arm 14b, and the drive terminal D is extracted from the frame 15, respectively. An equivalent circuit of the vibrator 10 shown in 1 is formed.
【0012】一方、電子回路20においては、振動子1
0の振動体30の腕部14a,14bを図2に示すy方
向に対称振動させるための発振回路21と、z軸廻りに
角速度が入力されたときにx軸方向に働くコリオリの力
に応じた変調信号を発生させるための発振回路22、さ
らに角速度出力とする復調器23,24、差動増幅器2
5、ローパスフィルタ(LPF)27、増幅器28とを
備えている。On the other hand, in the electronic circuit 20, the vibrator 1
Depending on the Coriolis force acting in the x-axis direction when an angular velocity is input around the z-axis, an oscillation circuit 21 for symmetrically vibrating the arms 14a and 14b of the vibrating body 30 of 0 in the y-direction shown in FIG. Oscillator circuit 22 for generating a modulated signal, demodulators 23, 24 for angular velocity output, differential amplifier 2
5, a low pass filter (LPF) 27, and an amplifier 28.
【0013】ここで、発振回路21は、振動子10の振
動体30の機械的共振周波数と略々等しい周波数fD の
駆動電圧VD を発生し、振動子10の駆動端子Dに印加
する。Here, the oscillator circuit 21 generates a drive voltage V D having a frequency f D substantially equal to the mechanical resonance frequency of the vibrating body 30 of the vibrator 10, and applies it to the drive terminal D of the vibrator 10.
【0014】一方、発振回路22は、振動子10の振動
体30の機械的共振周波数fD より高い周波数fC の電
圧VC を発生し、抵抗R1 ,R2 を介し、それぞれ振動
子10の検知端子S1,S2に接続される。On the other hand, the oscillating circuit 22 generates a voltage V C having a frequency f C higher than the mechanical resonance frequency f D of the vibrating body 30 of the vibrator 10, and the voltage V C is generated via the resistors R 1 and R 2 , respectively. Are connected to the detection terminals S1 and S2.
【0015】また、この検知端子S1,S2にはそれぞ
れ復調器23,24が接続され、復調器23,24の出
力は差動増幅器25を介して同期検波回路26に接続さ
れると共に、さらにLPF27を介して所定の感度まで
増幅器28で増幅され、角速度信号VO として出力され
る。Further, demodulators 23 and 24 are connected to the detection terminals S1 and S2, respectively, and the outputs of the demodulators 23 and 24 are connected to a synchronous detection circuit 26 via a differential amplifier 25 and further an LPF 27. The signal is amplified by the amplifier 28 to a predetermined sensitivity via and is output as the angular velocity signal V O.
【0016】図3に各部の波形を示し、この波形を参照
して各部の動作を説明する。先ず、発振回路21から、
振動体30の機械的共振周波数fD である駆動電圧VD
を振動子10の駆動端子Dに印加する。FIG. 3 shows the waveform of each part, and the operation of each part will be described with reference to this waveform. First, from the oscillator circuit 21,
Drive voltage V D that is the mechanical resonance frequency f D of the vibrating body 30
Is applied to the drive terminal D of the vibrator 10.
【0017】ここで、振動子10の駆動容量CD1,CD2
と検知容量CS1,CS2はそれぞれ駆動端子Dと接地の間
で直列に接続されているが、
CD1 ≒ CD2
CS1 ≒ CS2
CD1,CD2 << CS1,CS2
の関係となるように振動子10が構成されているとする
と、駆動容量CD1,CD2のインピーダンスZD1,ZD2と
検知容量CS1,CS2のインピーダンスZS1,ZS2は、
ZD1,ZD2 >> ZS1,ZS2
となり、発振回路21からの駆動電圧VD は殆ど駆動容
量CD1,CD2に印加される。Here, the drive capacitances C D1 and C D2 of the vibrator 10
A sensing capacitor C S1, although C S2 are connected in series between the ground and the driving terminal D, respectively, the relationship of C D1 ≒ C D2 C S1 ≒ C S2 C D1, C D2 << C S1, C S2 When the vibrator 10 so as to be composed, the impedance Z S1, Z S2 between the impedance Z D1, Z D2 of the drive capacity C D1, C D2 sensing capacitor C S1, C S2 is, Z D1, Z D2 >> Z S1 , Z S2 , and the drive voltage V D from the oscillation circuit 21 is almost applied to the drive capacitors C D1 , C D2 .
【0018】この駆動電圧VD により、振動体30の腕
部14a,14bと枠15には静電気力が働き、振動体
30の腕部14a,14bをy方向に対称振動させる。
この結果、振動体30は図2に示す対称軸Lを中心に音
叉振動を行う。The driving voltage V D causes an electrostatic force to act on the arms 14a and 14b of the vibrating body 30 and the frame 15, causing the arm portions 14a and 14b of the vibrating body 30 to vibrate symmetrically in the y direction.
As a result, the vibrating body 30 vibrates the tuning fork about the symmetry axis L shown in FIG.
【0019】この状態で、z軸廻りに角速度Ωが入力さ
れると、振動体30の腕部14a,14bには、x方向
で互いに向きが逆の大きさが等しく、振動体30の機械
的共振周波数fD と等しい周波数のコリオリの力FC が
下式に基づき働く。In this state, when an angular velocity Ω is input around the z-axis, the arm portions 14a and 14b of the vibrating body 30 have equal magnitudes in the x-direction, but the directions thereof are opposite to each other. A Coriolis force F C having a frequency equal to the resonance frequency f D works according to the following equation.
【0020】FC =2mΩ×v
ここで、mは腕部14a,14bの質量であり、vは腕
部14a,14bのy方向の振動速度である。このコリ
オリの力により、振動体30の腕部14a,14bはx
方向に変位し、それにより検知容量CS1′,CS2′は、
CS1′=CS1+ΔCS1sin(2πfD t)
CS2′=CS2−ΔCS2sin(2πfD t)
のように変化する。F C = 2 mΩ × v where m is the mass of the arms 14a and 14b, and v is the vibration speed of the arms 14a and 14b in the y direction. Due to this Coriolis force, the arm portions 14a and 14b of the vibrating body 30 are x
Direction, so that the sensing capacitances C S1 ′, C S2 ′ are as C S1 ′ = C S1 + ΔC S1 sin (2πf D t) C S2 ′ = C S2 −ΔC S2 sin (2πf D t) Change.
【0021】しかし、一般的に、この検知容量変化ΔC
S1,ΔCS2は10-15 〜10-18 F程度と非常に小さ
く、振動体の機械的共振周波数fD (数kHz程度)で
は、インピーダンスの変化としての検出は不可能であ
る。However, in general, this change in the sensing capacitance ΔC
S1 and ΔC S2 are very small, about 10 −15 to 10 −18 F, and cannot be detected as a change in impedance at the mechanical resonance frequency f D (about several kHz) of the vibrating body.
【0022】そこで、この発明では新たに、振動体30
の機械的共振周波数に対し非常に高い周波数fC の電圧
VC を発生する発振回路22を加え、検知容量変化ΔC
S1,ΔCS2のインピーダンスの変化を発振回路22の出
力VC で捕らえ、搬送波の周波数をfC 、信号波の周波
数をfD とした振幅変調信号を発生させることにより、
角速度を検出する。Therefore, in the present invention, a vibrating body 30 is newly added.
Is added to the oscillation circuit 22 for generating a voltage V C having a very high frequency f C with respect to the mechanical resonance frequency of
By capturing the change in impedance of S1 and ΔC S2 with the output V C of the oscillation circuit 22, and generating an amplitude modulation signal with the frequency of the carrier wave as f C and the frequency of the signal wave as f D ,
Detects angular velocity.
【0023】次に、この回路作用について説明する。発
振回路22の出力VC は、抵抗器R1 ,R2 を介して検
知端子S1,S2である検知容量CS1,CS2にそれぞれ
接続されているため、発振回路22の出力周波数をfC
とすれば、検知端子S1,S2の電圧VS1,VS2は、
VS1=1/[1+j(2πfC CS1R1 )]
VS2=1/[1+j(2πfC CS2R2 )]
のように表される。Next, the operation of this circuit will be described. The output V C of the oscillation circuit 22 is connected to the detection capacitors C S1 and C S2, which are the detection terminals S1 and S2, respectively, via the resistors R 1 and R 2 , so that the output frequency of the oscillation circuit 22 is f C.
Then, the voltages V S1 and V S2 of the detection terminals S1 and S2 are as follows: V S1 = 1 / [1 + j (2πf C C S1 R 1 )] V S2 = 1 / [1 + j (2πf C C S2 R 2 )] It is expressed as.
【0024】今、z軸廻りの入力角速度Ωが零の状態に
おいてはコリオリの力が発生しないため、検知容量
CS1,CS2の変化がなく、VS1,VS2とも変調信号とは
ならず、周波数fC で振幅一定の信号となる。CS1=C
S2=C、R1 =R2 =Rとすれば、VS1=VS2となり、
差動増幅器25の出力VSBには信号が発生しない。Since the Coriolis force is not generated when the input angular velocity Ω around the z axis is zero, the detection capacitances C S1 and C S2 do not change and neither V S1 nor V S2 becomes a modulation signal. , A signal having a constant amplitude at the frequency f C. C S1 = C
S2 = C, if R 1 = R 2 = R, becomes V S1 = V S2,
No signal is generated at the output V SB of the differential amplifier 25.
【0025】しかし、z軸廻りに角速度Ωが入力される
と、前述のように、検知容量CS1,CS2は、位相が18
0°異なるように変化する。従って、電圧VS1′,
VS2′は、
VS1′=1/{1+j[2πfC R[C+ΔCS1sin
(2πfD t)]]}
VS2′=1/{1+j[2πfC R[C+ΔCS2sin
(2πfD t)]]}
のように表される。However, when the angular velocity Ω is input around the z axis, the phases of the detection capacitors C S1 and C S2 are 18 as described above.
It changes by 0 °. Therefore, the voltage V S1 ′,
V S2 ′ is V S1 ′ = 1 / {1 + j [2πf C R [C + ΔC S1 sin
(2πf D t)]] V S2 ′ = 1 / {1 + j [2πf C R [C + ΔC S2 sin
(2πf D t)]]}.
【0026】この電圧VS1′,VS2′は、周波数fc が
周波数fD で振幅変調がかかった搬送波となり、復調器
23,24を通した電圧VT1,VT2は、
VT1=kΔCS1sin(2πfD t)
VT2=−kΔCS2sin(2πfD t)
(kは定数)となる。The voltages V S1 ′ and V S2 ′ become a carrier whose frequency f c is amplitude-modulated at the frequency f D , and the voltages V T1 and V T2 passed through the demodulators 23 and 24 are V T1 = kΔC S1 sin (2πf D t) V T2 = −kΔC S2 sin (2πf D t) (k is a constant).
【0027】ここで、ΔCS1=ΔCS2=ΔCとすれば、
差動増幅器25の出力VSBは、
VSB=2kΔCsin(2πfD t)
となり、同期検波回路26、LPF27、増幅器28を
通すことにより、入力角速度Ωに比例した直流電圧VO
が高感度で出力される。Here, if ΔC S1 = ΔC S2 = ΔC,
Output V SB of the differential amplifier 25, V SB = 2kΔCsin (2πf D t) becomes, by passing the synchronous detection circuit 26, LPF 27, the amplifier 28, the DC voltage V O proportional to the input angular velocity Ω
Is output with high sensitivity.
【0028】なお、図3においてVPDは同期検波回路2
6の出力波形を示している。図4は振動子10の他の例
として角速度による変位を静電容量の変化として検出す
る角速度センサの平面的な構成を示す。In FIG. 3, V PD is a synchronous detection circuit 2
6 shows the output waveform of No. 6. FIG. 4 shows a planar configuration of an angular velocity sensor that detects displacement due to angular velocity as a change in capacitance as another example of the vibrator 10.
【0029】すなわち、図4に示す第2の実施例におい
て、P型のシリコン基板により半導体基板111が構成
される。この半導体基板111上には、アンカー部12
1〜124が4箇所形成され、このアンカー部121〜
124にそれぞれ一端が支持される梁131〜134に
よって重り114が支持される。That is, in the second embodiment shown in FIG. 4, the semiconductor substrate 111 is composed of a P-type silicon substrate. The anchor portion 12 is formed on the semiconductor substrate 111.
1 to 124 are formed at four places, and the anchor portions 121 to
The weight 114 is supported by the beams 131 to 134 each having one end supported by 124.
【0030】従って、重り114は梁構造体によって図
4における紙面に垂直方向及び水平方向(図4の矢印V
方向)に変位自在に支持されている。この重り114
は、角速度による変位量を大きくするために設定され
る。Therefore, the weight 114 is vertically and horizontally (arrow V in FIG. 4) with respect to the paper surface of FIG. 4 by the beam structure.
Supported). This weight 114
Is set in order to increase the amount of displacement due to the angular velocity.
【0031】さらに、重り114には、その変位方向で
重り114の両側に位置して、一対の細片を櫛の歯状に
平行に設定した励振用可動電極161〜164が突設形
成されている。Further, the weight 114 is provided with projecting movable electrodes 161 to 164 which are located on both sides of the weight 114 in the displacement direction thereof and in which a pair of strips are set parallel to each other in the shape of comb teeth. There is.
【0032】この励振用可動電極161〜164は重り
114に振動を与える作用をする。これらアンカー部1
21〜124、梁131〜134、重り114、励振用
可動電極161〜164は、例えばポリシリコンやタン
グステン等の耐熱性金属によって一体的に形成されるも
ので、この実施例においては、代表的な材料としてポリ
シリコンが使用されている。The excitation movable electrodes 161 to 164 act to give vibration to the weight 114. These anchor parts 1
21 to 124, the beams 131 to 134, the weight 114, and the excitation movable electrodes 161 to 164 are integrally formed of, for example, a heat-resistant metal such as polysilicon or tungsten. Polysilicon is used as the material.
【0033】重り114及びこれと一体的に形成される
励振用可動電極161〜164は、半導体基板111の
主表面上に所定の間隔を隔てて配置され、梁131〜1
34を介してアンカー部121〜124により保持され
る。The weight 114 and the excitation movable electrodes 161 to 164 formed integrally with the weight 114 are arranged on the main surface of the semiconductor substrate 111 at a predetermined interval, and the beams 131 to 1 are provided.
It is held by the anchor portions 121 to 124 via 34.
【0034】重り114及びこれと一体的に形成される
励振用可動電極161〜164、梁131〜134によ
り構成される可動電極(振動子)と、この可動電極(振
動子)のそれぞれに対応する半導体基板111の主表面
部に、イオン注入等の手段によりN型不純物を導入して
形成された拡散層からなる下部固定電極115とで、静
電容量を構成している。The weight 114, the movable electrodes 161 to 164 for excitation formed integrally with the weight 114, the movable electrodes (vibrator) constituted by the beams 131 to 134, and the movable electrodes (vibrator), respectively. Capacitance is formed with the lower fixed electrode 115 formed of a diffusion layer formed by introducing N-type impurities into the main surface of the semiconductor substrate 111 by means such as ion implantation.
【0035】この下部固定電極151は、アルミニウム
配線を介して外部電子回路に接続されている。また、励
振用可動電極161〜164のそれぞれに対応して励振
用固定電極191〜194が配置される。The lower fixed electrode 151 is connected to an external electronic circuit via an aluminum wiring. Further, fixed electrodes for excitation 191 to 194 are arranged corresponding to the respective movable electrodes for excitation 161 to 164.
【0036】この励振用固定電極191〜194は、そ
れぞれ半導体基板111の主面上の励振用可動電極16
1〜164と同じ高さ位置に固定的に設定されるもの
で、それぞれ櫛の歯状にした細片を有し、その細片が互
いに他の細片の中央にくるように配置され、各櫛の歯の
相互間に所定の間隔が形成される。The excitation fixed electrodes 191 to 194 are respectively movable excitation electrodes 16 on the main surface of the semiconductor substrate 111.
It is fixedly set at the same height position as 1 to 164, and each has a comb tooth-shaped strip, and the strips are arranged so as to be in the center of other strips. A predetermined distance is formed between the teeth of the comb.
【0037】これらの励振用固定電極191〜194の
それぞれは、アルミニウム配線を介して図示しない励振
用電源に接続され、所定の周波数の電圧信号が供給され
るもので、励振電極161〜164の電位を励振させて
静電気力によって、重り114及び可動ゲート電極15
1〜154を振動させる。Each of these excitation fixed electrodes 191 to 194 is connected to an excitation power source (not shown) through an aluminum wiring and is supplied with a voltage signal of a predetermined frequency. And the weight 114 and the movable gate electrode 15 are excited by electrostatic force.
Vibrate 1-154.
【0038】また、励振電極161〜164が一体的に
設けられる重り114が、アルミニウム配線を介して外
部電子回路に接続されている。また、励振用固定電極と
は90度ずれた方向で重り114の両側に位置して、垂
直変位制御用固定電極171,172が形成されてい
る。The weight 114 integrally provided with the excitation electrodes 161 to 164 is connected to an external electronic circuit via an aluminum wiring. Further, vertical displacement control fixed electrodes 171 and 172 are formed on both sides of the weight 114 in a direction deviated from the excitation fixed electrode by 90 degrees.
【0039】この垂直変位制御用固定電極171,17
2と重り114とで静電容量CD1,CD2を構成してい
る。これらの変位制御用固定電極171,172のそれ
ぞれは、アルミニウム配線を介して外部電子回路に接続
されている。Fixed electrodes 171 and 17 for controlling the vertical displacement
2 and the weight 114 constitute electrostatic capacitances C D1 and C D2 . Each of the displacement control fixed electrodes 171 and 172 is connected to an external electronic circuit via an aluminum wiring.
【0040】図5(a)に、図4のa−a断面を示す。
すなわち、図5(a)において、P型シリコン半導体基
板111上に形成された絶縁膜222で支持されて、例
えばポリシリコンで構成した重り114が設定され、こ
の重り114はアンカー部123と124との間に梁1
33と梁134を介して保持される。FIG. 5A shows a cross section taken along the line aa of FIG.
That is, in FIG. 5A, a weight 114, which is supported by the insulating film 222 formed on the P-type silicon semiconductor substrate 111 and is made of, for example, polysilicon, is set, and the weight 114 is used as the anchor portions 123 and 124. Beam 1 between
It is held via 33 and beams 134.
【0041】ここで、絶縁膜222はエアギャップ22
4を設定するためのもので、SiO2 或いはSi3 N4
等によって構成されている。また、可動部としての重り
114、梁133及び梁134の下側の半導体基板11
1にはイオン注入等により下部固定電極115が形成さ
れており、実質的に可動電極(振動子)となる重り11
4と下部電極115で角速度検出用静電容量CS1,CS2
を構成している。Here, the insulating film 222 has an air gap 22.
4 for setting SiO 2 or Si 3 N 4
Etc. In addition, the semiconductor substrate 11 below the weight 114, the beam 133, and the beam 134 as movable parts.
1 has a lower fixed electrode 115 formed by ion implantation or the like, and is a weight 11 that is substantially a movable electrode (vibrator).
4 and the lower electrode 115, the electrostatic capacitances C S1 and C S2 for angular velocity detection
Are configured.
【0042】絶縁膜222は、重り114や梁131〜
134と半導体基板111との間隔を設定する犠牲層で
構成されるもので、アンカー部121〜124に対応す
る部分を除いてエッチング除去されてエアギャップ22
4が形成される。The insulating film 222 includes the weight 114 and the beams 131 to 131.
The air gap 22 is formed by a sacrificial layer that sets a distance between the semiconductor substrate 111 and the semiconductor substrate 111, and is removed by etching except the portions corresponding to the anchor portions 121 to 124.
4 is formed.
【0043】このエッチングに際しては、重り114、
梁131〜134等を構成するポリシリコンと半導体基
板111がエッチングされず、犠牲層である絶縁膜22
2のみがエッチングされるエッチング液が使用される。At the time of this etching, the weight 114,
The polysilicon forming the beams 131 to 134 and the semiconductor substrate 111 are not etched, and the insulating film 22 serving as a sacrifice layer is formed.
An etchant is used which only etches 2.
【0044】図5(b)に、図4のb−b断面を示す。
すなわち、図5(b)において、重り114と半導体基
板111の間にエアギャップ224が設定されており、
可動電極(振動子)となる重り114が半導体基板11
1に対して垂直方向及び紙面に対して垂直方向に変位可
能とされている。FIG. 5B shows a bb section of FIG.
That is, in FIG. 5B, the air gap 224 is set between the weight 114 and the semiconductor substrate 111,
The weight 114 serving as the movable electrode (vibrator) is the semiconductor substrate 11.
It is displaceable in the direction perpendicular to 1 and the direction perpendicular to the paper surface.
【0045】また、可動電極となる重り114と下部固
定電極115とで静電容量CS1,CS2を構成している。
さらに、励振用固定電極193,194と図示されない
励振用可動電極163,164との間に間隔が設定さ
れ、励振用固定電極193,194と励振用可動電極1
63,164とは、半導体基板111に対して同じ高さ
となるように設定されている。Further, the weight 114 serving as a movable electrode and the lower fixed electrode 115 constitute electrostatic capacitances C S1 and C S2 .
Further, an interval is set between the excitation fixed electrodes 193 and 194 and the excitation movable electrodes 163 and 164 (not shown), and the excitation fixed electrodes 193 and 194 and the excitation movable electrode 1
63 and 164 are set to have the same height with respect to the semiconductor substrate 111.
【0046】図5(c)に、図4のc−c断面を示す。
すなわち、図5(c)において、重り114と半導体基
板111の間にエアギャップ224が設定されている。FIG. 5C shows a cc cross section of FIG.
That is, in FIG. 5C, the air gap 224 is set between the weight 114 and the semiconductor substrate 111.
【0047】また、垂直変位制御用固定電極171,1
72と重り114との間に間隔が設定され、垂直変位制
御用固定電極171,172と重り114とは、半導体
基板111に対して同じ高さとなるように設定されてい
る。The fixed electrodes 171 and 1 for vertical displacement control are also provided.
An interval is set between 72 and the weight 114, and the vertical displacement control fixed electrodes 171 and 172 and the weight 114 are set to have the same height with respect to the semiconductor substrate 111.
【0048】次に、以上のように構成される角速度セン
サの作動について説明する。この角速度センサは、重り
(可動電極:振動子)114に対し、垂直方向に相対す
る半導体基板111に固定下部電極115を設け、可動
電極114の垂直方向の変位によって可動電極114と
固定下部電極115との間の静電容量CS1,CS2が変化
する。Next, the operation of the angular velocity sensor configured as described above will be described. In this angular velocity sensor, a fixed lower electrode 115 is provided on a semiconductor substrate 111 facing a weight (movable electrode: oscillator) 114 in the vertical direction, and the movable electrode 114 and the fixed lower electrode 115 are displaced by the vertical displacement of the movable electrode 114. The electrostatic capacitances C S1 and C S2 between and change.
【0049】従って、可動電極114と固定下部電極1
15間の静電容量変化から可動電極114の変位を検出
して角速度を検出することができる。また、励振用固定
電極191〜194と励振用可動電極161〜164と
の間に、ある周波数の励振用電圧を印加すると、静電気
力によって励振用可動電極161〜164に水平方向の
振動が発生し、重り(可動電極)114も振動する。Therefore, the movable electrode 114 and the fixed lower electrode 1
The angular velocity can be detected by detecting the displacement of the movable electrode 114 from the change in the capacitance between the electrodes 15. Further, when an exciting voltage having a certain frequency is applied between the fixed electrodes for excitation 191 to 194 and the movable electrodes for excitation 161 to 164, horizontal vibration is generated in the movable electrodes for excitation 161 to 164 due to electrostatic force. The weight (movable electrode) 114 also vibrates.
【0050】角速度によって発生するコリオリ力は、こ
の振動の速度に比例するものであり、振動速度を大きく
とるために周波数は振幅の大きくなる共振点付近に選ぶ
ことが好ましい。The Coriolis force generated by the angular velocity is proportional to the speed of this vibration, and it is preferable to select the frequency near the resonance point where the amplitude becomes large in order to increase the vibration speed.
【0051】このようにして励振用可動電極161〜1
64、励振用固定電極191〜194間に励振用の周期
電圧を印加することにより、重り(可動電極)114が
図6(a)に示すように振動する。In this way, the excitation movable electrodes 161 to 1
64, by applying a periodic voltage for excitation between the excitation fixed electrodes 191 to 194, the weight (movable electrode) 114 vibrates as shown in FIG. 6A.
【0052】そして、半導体基板111と水平で且つ振
動に垂直な軸を持った角速度Ωが発生すると、振動速度
並びに振動体質量に比例したコリオリの力が半導体基板
111方向に垂直な方向に発生し、重り(可動電極)1
14が半導体基板111と垂直方向にZO を中心に変位
する。When an angular velocity Ω having an axis horizontal to the semiconductor substrate 111 and perpendicular to the vibration is generated, Coriolis force proportional to the vibration speed and the mass of the vibrating body is generated in the direction perpendicular to the semiconductor substrate 111. , Weight (movable electrode) 1
14 is displaced about the Z O and vertically semiconductor substrate 111.
【0053】図6(b)に角速度Ωが加わった場合のそ
の変位を示す。可動電極の垂直変位Zは、振動速度に比
例するため、水平変位より位相がπ/2だけシフトす
る。FIG. 6B shows the displacement when the angular velocity Ω is applied. Since the vertical displacement Z of the movable electrode is proportional to the vibration speed, the phase shifts by π / 2 from the horizontal displacement.
【0054】そして、重り(可動電極)114が半導体
基板111と垂直方向に変位することにより、可動電極
114と固定下部電極115間の静電容量CS1,CS2が
変化する。Then, the weight (movable electrode) 114 is displaced in the direction perpendicular to the semiconductor substrate 111, whereby the electrostatic capacitances C S1 and C S2 between the movable electrode 114 and the fixed lower electrode 115 are changed.
【0055】なお、本実施例においては、可動電極が変
位しないようにフィードバック制御を行っている。すな
わち、可動電極114と固定下部電極115間の静電容
量を一定に保つように、垂直変位制御用電極171と可
動電極114間に電圧を印加して、ある一定の値ZO に
制御し、その制御電圧により角速度を検出するようにし
ている。In this embodiment, feedback control is carried out so that the movable electrode will not be displaced. That is, a voltage is applied between the vertical displacement control electrode 171 and the movable electrode 114 so as to keep the electrostatic capacitance between the movable electrode 114 and the fixed lower electrode 115 constant, and the voltage is controlled to a certain value Z O. The angular velocity is detected by the control voltage.
【0056】これは、垂直変位制御用電極171と可動
電極114間に図6(c)のような電圧を印加して、図
6(d)に示すように可動電極の垂直変位を抑え、垂直
変位制御用電極171に印加する図6(c)の電圧によ
り角速度を検出することができる。This is done by applying a voltage as shown in FIG. 6C between the vertical displacement control electrode 171 and the movable electrode 114 to suppress the vertical displacement of the movable electrode as shown in FIG. The angular velocity can be detected by the voltage shown in FIG. 6C applied to the displacement control electrode 171.
【0057】すなわち、このような角速度センサにおい
て、垂直変位制御用固定電極171,172と可動電極
(振動子)114間の静電容量CD1,CD2及び可動電極
(振動子)114と固定下部電極115間の静電容量C
S1,CS2とを第1実施例の図1及び図2に示した静電容
量CD1,CD2,CS1,CS2と同様に取扱うことにより、
角速度検出信号を高感度で出力することができる。That is, in such an angular velocity sensor, the capacitances C D1 and C D2 between the fixed electrodes 171 and 172 for vertical displacement control and the movable electrode (vibrator) 114, and the movable electrode (vibrator) 114 and the fixed lower part. Capacitance C between electrodes 115
By treating S1 and C S2 in the same manner as the electrostatic capacitances C D1 , C D2 , C S1 and C S2 shown in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment,
The angular velocity detection signal can be output with high sensitivity.
【0058】なお、上記実施例では、振動子の形状が音
叉タイプ及び重り梁構造タイプである場合について説明
したが、四角柱、三角柱や円柱等の音片タイプ等、静電
容量の変化で角速度を検出するタイプのものであれば、
どのような形状でも良い。In the above embodiments, the case where the shape of the vibrator is the tuning fork type and the weighted beam structure type has been described. If the type that detects
Any shape is acceptable.
【0059】また、回路構成も、復調器を通してから差
動増幅していたが、最初に差動増幅をした後に復調器を
通しても良く、振動子からの振幅変調がかかった検知出
力を復調する構成のものであれば良い。Also, the circuit configuration is such that differential amplification is performed after passing through the demodulator, but it is also possible to first perform differential amplification and then through the demodulator, and demodulate the detection output subjected to amplitude modulation from the oscillator. Anything will do.
【0060】さらに、変調をかける構成も、上記実施例
のような第2の発振回路と2つの抵抗器を用いる以外
に、2つのコンデンサを用いても良く、変調がかけられ
る構成のものであれば良い。Further, the structure for applying the modulation may be two capacitors instead of using the second oscillator circuit and the two resistors as in the above-mentioned embodiment, as long as the structure allows the modulation. Good.
【0061】[0061]
【発明の効果】従って、以上詳述したように本発明によ
れば、容量変化として検出される角速度信号を変調化す
る点に着目し、駆動信号を得る発振回路と搬送波を得る
発振回路を用いて容量変化で変調をかけた振幅変調信号
を復調及び差動増幅することにより、角速度信号を高感
度で出力することができるようにした角速度センサを提
供することが可能となる。Therefore, as described in detail above, according to the present invention, an oscillator circuit for obtaining a drive signal and an oscillator circuit for obtaining a carrier wave are used, paying attention to the point that an angular velocity signal detected as a capacitance change is modulated. By demodulating and differentially amplifying the amplitude-modulated signal modulated by the capacitance change, it is possible to provide the angular velocity sensor capable of outputting the angular velocity signal with high sensitivity.
【図1】図1は本発明の第1実施例による角速度センサ
の全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図2(a)は第1実施例における振動子の具体
例を示す平面図であり、図2(b)は図2(a)の断面
図。2 (a) is a plan view showing a specific example of a vibrator in the first embodiment, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view of FIG. 2 (a).
【図3】図3(a),(b),(c)は図1の各部の波
形を静止時、右旋回及び左旋回とに分けて示す図であ
る。3 (a), (b), and (c) are diagrams showing the waveforms of the respective parts in FIG. 1 separately for a stationary state, a right turn, and a left turn.
【図4】本発明の第2実施例における振動子の他の例と
して示す角速度センサの平面図である。FIG. 4 is a plan view of an angular velocity sensor shown as another example of the vibrator according to the second embodiment of the present invention.
【図5】図5(a)〜(c)はそれぞれ図4のa−a,
b−b,c−c断面を示す図である。5 (a) to (c) are respectively aa and a of FIG.
It is a figure which shows bb and cc cross sections.
【図6】図6(a)は可動電極の水平方向の変位を示す
図、図6(b)は角速度が加わったときの可動電極の変
位を示す図、図6(c)は垂直変位制御用電極−可動電
極間の電圧の変化を示す図、図6(d)は閉ループ制御
により可動電極の変位を示す図である。6A is a diagram showing a horizontal displacement of a movable electrode, FIG. 6B is a diagram showing a displacement of the movable electrode when an angular velocity is applied, and FIG. 6C is a vertical displacement control. The figure which shows the change of the voltage between a working electrode and a movable electrode, FIG.6 (d) is a figure which shows the displacement of a movable electrode by closed loop control.
10…振動子、20…電子回路、30…振動体、15…
枠、16…基台、14a,14b…腕部、17,18
a,18b,19…アイソレーション、S1,S2…検
知端子、D…駆動端子、21,22…発振回路、23,
24…復調器、25…差動増幅器、27…ローパスフィ
ルタ(LPF)、28…増幅器、R1 ,R2 …抵抗、C
D1,CD2,CS1,CS2…静電容量、111…半導体基
板、121〜124…アンカー部、131〜134…
梁、114…重り(可動電極:振動子)、115…下部
固定電極、161〜164…励振用可動電極、171,
172…垂直変位制御用固定電極、191〜194…励
振用固定電極、222…絶縁膜。10 ... Oscillator, 20 ... Electronic circuit, 30 ... Vibrating body, 15 ...
Frame, 16 ... Base, 14a, 14b ... Arms, 17, 18
a, 18b, 19 ... Isolation, S1, S2 ... Detection terminal, D ... Drive terminal 21, 22 ... Oscillation circuit, 23,
24 ... Demodulator, 25 ... Differential amplifier, 27 ... Low-pass filter (LPF), 28 ... Amplifier, R 1 , R 2 ... Resistor, C
D1 , C D2 , C S1 , C S2 ... Capacitance, 111 ... Semiconductor substrate, 121-124 ... Anchor part, 131-134 ...
Beam, 114 ... Weight (movable electrode: vibrator), 115 ... Lower fixed electrode, 161-164 ... Exciting movable electrode, 171,
172 ... Fixed electrodes for vertical displacement control, 191-194 ... Fixed electrodes for excitation, 222 ... Insulating films.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−159776(JP,A) 特開 平6−288773(JP,A) 実開 平5−77768(JP,U) 実開 平4−4268(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/56 G01P 9/04 H03C 1/08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-8-159776 (JP, A) JP-A-6-288773 (JP, A) Actual opening 5-77768 (JP, U) Actual opening 4- 4268 (JP, U) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01C 19/56 G01P 9/04 H03C 1/08
Claims (6)
号を角速度信号として出力する信号処理手段とを有する
角速度センサであって、 前記振動体は、 容量変化により角速度を検出する手段を備え、 前記信号処理手段は、 前記振動体を所定の周波数で駆動する第1の発振回路
と、 前記第1の発振回路の所定周波数とは異なる周波数で前
記振動体の前記容量変化を振幅変調信号に変換する第2
の発振回路と、 前記振幅変調信号を復調する手段とを備え、 前記信号処理手段は、 前記振動体の前記容量変化により角速度を検出する手段
と前記第2の発振回路との間に抵抗器を設けて、前記振
幅変調信号を導出する ことを特徴とする角速度センサ。1. An angular velocity sensor having a vibrating body and signal processing means for outputting a signal input from the vibrating body as an angular velocity signal, wherein the vibrating body includes means for detecting the angular velocity by a change in capacitance. The signal processing means includes a first oscillation circuit that drives the vibrating body at a predetermined frequency, and an amplitude modulation signal that changes the capacitance of the vibrating body at a frequency different from the predetermined frequency of the first oscillation circuit. Second to convert
An oscillation circuit, and means for demodulating the amplitude modulated signal, said signal processing means, means for detecting an angular velocity by the capacitance change of the vibrating member
A resistor is provided between the second oscillator circuit and the
An angular velocity sensor characterized by deriving a width modulation signal .
の発振回路と、 駆動に伴って前記振動体に前記第1の方向とは直角の第
2の方向に作用する角速度を検出する信号処理手段とを
有する角速度センサであって、前記信号処理手段は、 角速度による前記振動体の前記第2の方向への変位を打
ち消すように前記振動体に制御信号を印加する手段と、 前記第1の発振回路の所定周波数とは異なる周波数で、
前記制御信号を振幅変調信号に変換する第2の発振回路
と、 前記振幅変調信号を復調して角速度を検出する手段とを
備えたことを特徴とする角速度センサ。 2. A vibrating body, and a first driving the vibrating body in a first direction at a predetermined frequency.
Of the oscillating circuit, and the first direction perpendicular to the first direction with respect to the vibrating body when driven.
Signal processing means for detecting the angular velocity acting in the direction of 2
An angular velocity sensor having, wherein the signal processing means detects displacement of the vibrating body in the second direction due to angular velocity.
A means for applying a control signal to the vibrating body so as to erase it, and a frequency different from the predetermined frequency of the first oscillation circuit,
Second oscillator circuit for converting the control signal into an amplitude modulation signal
And means for detecting the angular velocity by demodulating the amplitude-modulated signal.
An angular velocity sensor characterized by being provided.
の発振回路と、 前記振動体との間で静電容量を構成する静電容量構成電
極と、 駆動に伴って前記振動体に前記第1の方向とは直角の第
2の方向に作用する角速度を前記静電容量の変化に基づ
き検出する信号処理手段とを有する角速度センサであっ
て、前記信号処理手段は、 前記静電容量の変化を打ち消すように前記振動体と静電
容量構成電極との間に制御電圧を印加する手段と、 前記第1の発振回路の所定周波数とは異なる周波数で、
前記制御電圧を振幅変調信号に変換する第2の発振回路
と、 前記振幅変調信号を復調して角速度を検出する手段とを
備えたことを特徴とする角速度センサ。 3. A vibrating body, and a first driving the vibrating body in a first direction at a predetermined frequency.
Of the capacitance forming capacitor that forms a capacitance between the oscillator circuit and the vibrator.
A pole and a first electrode which is perpendicular to the first direction with the drive.
Based on the change in the capacitance, the angular velocity acting in the direction of 2 is
Is an angular velocity sensor having a signal processing means for detecting
Then, the signal processing means electrostatically reacts with the vibrating body so as to cancel the change in the capacitance.
Means for applying a control voltage between the capacitive component electrode and a frequency different from the predetermined frequency of the first oscillation circuit,
Second oscillator circuit for converting the control voltage into an amplitude modulation signal
And means for detecting the angular velocity by demodulating the amplitude-modulated signal.
An angular velocity sensor characterized by being provided.
向して配置され前記第1の振動体との間で第1の静電容
量(CD1)を構成する第1の駆動電極と、前記第1の
振動体に対向して配置され前記第1の振動体との間で第
2の静電容量(CS1)を構成する第1の検出電極と、 前記第1の振動体と平行に移動可能に配置された第2の
振動体と、前記第2の振動体に対向して配置され前記第
2の振動体との間で第3の静電容量(CD2)を構成す
る第2の駆動電極と、前記第2の振動体に対向して配置
され前記第2の振動体との間で第4の静電容量(CS
2)を構成する第2の検出電極と、 前記第1の静電容量(CD1)と前記第2の静電容量
(CS1)とが直列接続され、該直列接続の両端から所
定の周波数で駆動信号を印加するとともに、前記第3の
静電容量 (CD2)と前記第4の静電容量(CS2)
とが直列接続され、該直列接続の両端から所定の周波数
で駆動信号を印加することで、前記第1の振動体と前記
第2の振動体とを同一方向で互いに逆相に振動させる第
1の発振回路とを備え、前記第1の静電容量(CD1)
と前記第2の静電容量(CS1)との接続点か らの第1
の出力、及び前記第3の静電容量(CD2)と前記第4
の静電容量(CS2)との接続点からの第2の出力の差
動出力から角速度を検出する角速度センサであって、 前記第1の発振回路の所定周波数とは異なる周波数で、
前記第1の出力及び第2の出力を振幅変調する第2の発
振回路と、 前記振幅変調された出力を復調する手段とを備えたこと
を特徴とする角速度センサ。 4. A first vibrating body and a pair for the first vibrating body.
And a first electrostatic capacitance between the first vibrator and the first vibrator.
The first drive electrode constituting the quantity (CD1), and the first drive electrode
It is arranged to face the vibrating body, and
A first detection electrode forming a second capacitance (CS1) and a second detection electrode movably arranged in parallel with the first vibrating body.
The vibrating body and the second vibrating body are disposed so as to face each other.
A third capacitance (CD2) is formed between the second vibrating body
And a second drive electrode that faces the second vibrating body.
And a fourth capacitance (CS) between the second vibrating body and the second vibrating body.
2) a second detection electrode, the first capacitance (CD1) and the second capacitance
And (CS1) are connected in series, and both ends of the series connection are connected.
The drive signal is applied at a constant frequency and the third signal is applied.
Capacitance (CD2) and the fourth capacitance (CS2)
And are connected in series, and a predetermined frequency is applied from both ends of the series connection.
By applying a drive signal with, the first vibrating body and the
Vibrating the second vibrating body in the same direction and in opposite phases
1 oscillation circuit, and the first capacitance (CD1)
First connection point or these and the second capacitance (CS1)
Output, and the third capacitance (CD2) and the fourth capacitance
Difference of the second output from the connection point with the capacitance (CS2) of
An angular velocity sensor for detecting an angular velocity from a dynamic output , the frequency being different from a predetermined frequency of the first oscillation circuit,
A second oscillator for amplitude modulating the first output and the second output.
A vibration circuit and means for demodulating the amplitude-modulated output.
An angular velocity sensor characterized by.
その後復調信号の差動をとることを特徴とする請求項4
に記載の角速度センサ。 5. Each of the amplitude-modulated outputs is demodulated,
5. The differential of the demodulation signal is then taken.
The angular velocity sensor described in.
後差動成分を変調することを特徴とする請求項4に記載
の角速度センサ。 6. The differential of the demodulated output is taken,
The post-differential component is modulated according to claim 4.
Angular velocity sensor.
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JP04852695A JP3500756B2 (en) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | Angular velocity sensor |
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JPH08247767A JPH08247767A (en) | 1996-09-27 |
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