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JP2003083749A - Physical quantity sensor - Google Patents

Physical quantity sensor

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JP2003083749A
JP2003083749A JP2001275198A JP2001275198A JP2003083749A JP 2003083749 A JP2003083749 A JP 2003083749A JP 2001275198 A JP2001275198 A JP 2001275198A JP 2001275198 A JP2001275198 A JP 2001275198A JP 2003083749 A JP2003083749 A JP 2003083749A
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vibrator
detection
angular velocity
movable
fixed
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JP2001275198A
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Takayuki Ishikawa
隆之 石川
Junji Hayakawa
順二 早川
Hayashi Nonoyama
林 野々山
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Denso Corp
Soken Inc
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Denso Corp
Nippon Soken Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a physical quantity sensor capable of being made efficient and more inexpensive because of a simple structure. SOLUTION: Carrier signal voltages PW1-PW4 applied across movable electrodes 1a-1d and fixed electrodes 2a-2d are temporally changed over, to a case detecting a change in electrostatic capacity in a detection direction and a case detecting a change in electrostatic capacity in a vibration direction. The voltage of a vibrator 1 is outputted to a C-V converter circuit 4 connected from the vibrator 1 by one signal line, and potentials in respective states are stored in first - fourth sample hold circuits 5a-5d. Then, the differentials of the first and second sample hold circuits 5a and 5b or the differentials of the third and fourth sample hold circuits 5c and 5d are calculated by first and second differential amplifying circuits 6 and 7. By this constitution, an angular velocity sensor capable of performing vibration monitoring and the detection of Coriolis force can be obtained.

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、平面基板表面にお
いて、2軸直交座標方向に変位可能に支持されてなる振
動子を有した物理量センサに関するもので、例えば、角
速度センサに用いて好適である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a physical quantity sensor having a vibrator supported on a plane substrate surface so as to be displaceable in two-axis orthogonal coordinate directions, and is suitable for use in, for example, an angular velocity sensor. .

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、角速度センサは、振動子の振動
方向に対して垂直な方向を角速度軸とし、振動方向及び
角速度軸の双方に垂直な軸方向に働くコリオリ力を検出
することで、角速度の検出を行う。
2. Description of the Related Art Generally, an angular velocity sensor uses a direction perpendicular to a vibration direction of a vibrator as an angular velocity axis, and detects a Coriolis force acting in an axial direction perpendicular to both the vibration direction and the angular velocity axis to detect the angular velocity. Is detected.

【0003】近年、車載用の角速度センサには小型・低
コスト化が望まれており、半導体(主にSi)基板上に
振動子と検出素子とを形成する方法が研究されている。
このような半導体式の角速度センサでは、Si基板面上
に、振動軸と検出軸を配置し、その変位を、基板に固定
された固定電極と振動子に設けた可動電極と間の静電容
量の変化として検出している。
In recent years, miniaturization and cost reduction of an on-vehicle angular velocity sensor have been desired, and a method of forming a vibrator and a detection element on a semiconductor (mainly Si) substrate has been studied.
In such a semiconductor type angular velocity sensor, the vibration axis and the detection axis are arranged on the surface of the Si substrate, and the displacement is measured by the capacitance between the fixed electrode fixed to the substrate and the movable electrode provided on the vibrator. Is detected as a change.

【0004】このような角速度センサにおいては、振動
子が斜めに振動すると、検出軸に大きな変位を生じ、誤
差信号となる。これを振動子で防止する構造として、2
種類の構造が考えられている。一方は、振動方向のみに
変位可能な支持をした振動子の上に、検出方向のみに変
位可能な支持をした構造であり、もう一方は、振動方向
のみに振動する部分を支持する枠が、検出する方向のみ
に変位するよう支持し、その変位をさらに外側の固定電
極で検出する構造である。
In such an angular velocity sensor, when the vibrator vibrates obliquely, a large displacement occurs on the detection axis, which becomes an error signal. As a structure to prevent this with a vibrator, 2
Different types of structures are considered. One is a structure in which a vibrator that is displaceable only in the vibration direction is supported on a vibrator that is displaceable only in the detection direction, and the other is a frame that supports a portion that vibrates only in the vibration direction. The structure is such that it is supported so as to be displaced only in the direction of detection, and the displacement is detected by the outer fixed electrode.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記1
つ目の構造では、振動部分と検出部分の間をエッチング
する必要があり、加工工程が複雑になり、製造コスト低
減が困難になるという問題がある。
However, the above-mentioned 1
In the second structure, it is necessary to etch between the vibrating portion and the detecting portion, which complicates the processing process and makes it difficult to reduce the manufacturing cost.

【0006】また、2つ目の構造では、加工工程は簡単
になるが、振動子と検出部が、同一電極となり、変位を
同時に検出することが困難になるという問題がある。こ
の変位の検出を同時に行う手段として、駆動振動の数周
期間加振し、自由振動時に電極を検出回路に切り替える
方法が提案されているが、このような構成によると自由
振動中に振幅が減衰し、感度が変化してしまうため、そ
の補正手段が必要になり、低コスト化の妨げとなる。
Further, in the second structure, although the machining process is simplified, there is a problem in that the vibrator and the detection portion are the same electrode and it is difficult to detect the displacement at the same time. As a means to detect this displacement at the same time, a method has been proposed in which vibration is applied for several cycles of driving vibration and the electrodes are switched to the detection circuit during free vibration.However, with such a configuration, the amplitude is attenuated during free vibration. However, since the sensitivity changes, the correction means is required, which hinders cost reduction.

【0007】本発明は上記点に鑑みて、簡易な構造から
効率よく、より低コスト化を図ることができる物理量セ
ンサを提供することにある。
In view of the above points, the present invention is to provide a physical quantity sensor which has a simple structure and can be efficiently and cost-effectively.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に記載の発明では、可動電極(1a〜1
d)を有し、平面基板表面において、2軸直交座標方向
に変位可能に支持されてなる可動部(1)と、可動部の
可動電極と対向する固定電極(2a〜2d)を有してな
る固定部(2)とを備え、可動部に備えられた可動電極
と固定部に備えられた固定電極とによって、2軸直交方
向に静電容量を形成し、可動部が2軸直交座標方向のい
ずれかの方向の振動を2軸直交方向の静電容量変化に基
づいて検出する物理量センサにおいて、可動電極と固定
電極との間に印加するキャリア信号電圧(PW1〜PW
4)を、2軸直交方向の各方向毎に時間的に切り替え、
振動子から一本の信号線で、2軸方向の変位の検出を行
うようになっていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1, the movable electrodes (1a-1)
d) having a movable part (1) supported on the surface of the plane substrate so as to be displaceable in the directions of two-axis orthogonal coordinates, and fixed electrodes (2a to 2d) facing the movable electrode of the movable part. And a fixed electrode provided on the fixed portion, electrostatic capacitance is formed in a biaxial orthogonal direction by the movable electrode provided on the movable portion and a fixed electrode provided on the fixed portion. In a physical quantity sensor that detects vibration in any of the directions based on a change in capacitance in the directions orthogonal to the two axes, a carrier signal voltage (PW1 to PW) applied between a movable electrode and a fixed electrode.
4) is temporally switched for each of the directions orthogonal to the two axes,
It is characterized in that the displacement in the biaxial directions is detected by one signal line from the vibrator.

【0009】このような構成の物理量センサは、加工工
程も複雑でなく、振動子と検出部とが同一電極にならな
いことから、変位を同時に検出することもできる。これ
により、簡易な構造から効率よく、より低コスト化を図
ることができる物理量センサとすることができる。
In the physical quantity sensor having such a configuration, the processing steps are not complicated, and since the vibrator and the detection section do not have the same electrode, the displacement can be detected at the same time. Accordingly, it is possible to provide a physical quantity sensor that can efficiently achieve a cost reduction with a simple structure.

【0010】請求項2に記載の発明では、可動電極(1
a〜1d)を有し、平面基板表面において、2軸直交座
標方向に変位可能に支持されてなる振動子(1)と、振
動子の可動電極と対向する固定電極(2a〜2d)を有
してなる固定部(2)とを備え、振動子を2軸直交座標
方向の一方に振動させると共に、該振動させる方向を振
動方向、平面基板表面において振動方向に垂直をなす方
向を検知方向とすると、可動電極及び固定電極によっ
て、振動子に対する振動方向及び検知方向に静電容量を
形成し、該静電容量変化を検出することで角速度検出を
行う角速度センサにおいて、可動電極と固定電極との間
に印加するキャリア信号電圧(PW1〜PW4)を、検
知方向における静電容量変化を検出する場合と振動方向
における静電容量変化を検出する場合とで時間的に切り
替え、振動子から一本の信号線で、2軸方向の変位の検
出を行うようになっていることを特徴としている。この
ように、請求項1に記載の構成を角速度センサに適用す
ることが可能である。
According to a second aspect of the invention, the movable electrode (1
a) to 1d), and a vibrator (1) supported on the plane substrate surface so as to be displaceable in biaxial orthogonal coordinate directions, and fixed electrodes (2a to 2d) facing the movable electrode of the vibrator. A vibrating vibrator in one of the biaxial orthogonal coordinate directions, the vibrating direction is the vibrating direction, and the direction perpendicular to the vibrating direction on the plane substrate surface is the detecting direction. Then, the movable electrode and the fixed electrode form an electrostatic capacitance in the vibration direction and the detection direction with respect to the vibrator, and in the angular velocity sensor for detecting the angular velocity by detecting the electrostatic capacitance change, the movable electrode and the fixed electrode are The carrier signal voltages (PW1 to PW4) applied in between are temporally switched between the case of detecting a change in capacitance in the detection direction and the case of detecting a change in capacitance in the vibration direction, and the one from the vibrator is set. In the signal line, it is characterized by being adapted to detect the two axial directions of displacement. As described above, the configuration described in claim 1 can be applied to the angular velocity sensor.

【0011】請求項3に記載の発明では、可動電極と固
定電極の間に静電気力を発生させることにより、振動子
を励振させるようになっており、振動子に対する振動方
向及び検知方向の静電容量変化の検出に励振を加え、こ
れら静電容量変化の検出及び励振を時間分割して周期的
に行うことを特徴としている。このように、容量検出と
励振とが交互に行われるようにすることも可能である。
According to the third aspect of the present invention, the vibrator is excited by generating an electrostatic force between the movable electrode and the fixed electrode, and the electrostatic force in the vibration direction and the detection direction with respect to the vibrator is generated. The feature is that excitation is added to the detection of the capacitance change, and the detection and the excitation of the capacitance change are time-divided and periodically performed. In this way, it is possible to alternately perform capacitance detection and excitation.

【0012】請求項4に記載の発明では、時問分割の割
合を、振動方向における静電容量変化の検出が、検知方
向における静電容量変化の検出や励振よりも多くするこ
とを特徴としている。このようにすることで、同期検波
の基準信号である振動モニタリング信号のノイズを低減
し、正弦波に近づけ、同期検波での誤差を低減すること
が可能となる。
The invention according to claim 4 is characterized in that the rate of time division is set to be larger in detection of capacitance change in the vibration direction than in detection or excitation of capacitance change in the detection direction. . By doing so, it is possible to reduce the noise of the vibration monitoring signal which is the reference signal of the synchronous detection and bring it closer to the sine wave, and reduce the error in the synchronous detection.

【0013】請求項5に記載の発明では、振動子を励振
させる励振信号と、キャリア信号の周波数との比が整数
倍となっていることを特徴としている。このようにすれ
ば、検出信号の階段状の歪みが励振周波数と同期するた
め、同期検波での除去が容易となる。
The invention according to claim 5 is characterized in that the ratio between the excitation signal for exciting the vibrator and the frequency of the carrier signal is an integral multiple. In this way, since the stepwise distortion of the detection signal is synchronized with the excitation frequency, it is easy to remove it by synchronous detection.

【0014】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
The reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)図1に、本発明
の一実施形態が適用された角速度センサの概略構成を示
す。以下、図1に基づいて角速度センサの構成について
の説明を行う。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG. 1 shows a schematic configuration of an angular velocity sensor to which an embodiment of the present invention is applied. The configuration of the angular velocity sensor will be described below with reference to FIG.

【0016】角速度センサには、振動子1と固定部2と
が備えられた素子部3、C−V変換回路部4、サンプル
ホールド回路部5、第1、第2差動増幅回路部6、7、
同期検波回路部8、感度調整回路部9、励振信号発生回
路部10、及びスイッチング制御回路11が備えられて
いる。そして、励振信号発生回路部10によって振動子
を振動させると共に、スイッチング制御回路11で発生
させる各種駆動信号に基づいて各構成要素を制御するこ
とで、角速度の検出が行われるようになっている。
The angular velocity sensor includes an element section 3 having a vibrator 1 and a fixed section 2, a CV conversion circuit section 4, a sample hold circuit section 5, first and second differential amplification circuit sections 6, 7,
The synchronous detection circuit unit 8, the sensitivity adjustment circuit unit 9, the excitation signal generation circuit unit 10, and the switching control circuit 11 are provided. Then, the excitation signal generating circuit unit 10 vibrates the vibrator and controls each component based on various drive signals generated by the switching control circuit 11, thereby detecting the angular velocity.

【0017】素子部3には、振動子1と固定部2とが備
えられており、振動子1には可動電極1a〜1dが設け
られ、固定部2には可動電極1a〜1dに対して所望の
間隔を空けて配置された固定電極2a〜2dが設けられ
ている。この素子部3を構成する振動子1及び固定部2
は半導体基板によって形成されており、振動子1が固定
部2に対して2軸直交座標方向に変位できるように支持
されている。そして、振動子1及び固定部2に備えられ
た可動電極1a〜1d及び固定電極2a〜2dの間に容
量が設定されるようになっている。具体的には、振動子
1に対して紙面左右方向を振動方向とすると、紙面上で
振動方向と垂直を成す方向が検知方向に相当し、これら
振動方向及び検知方向において静電容量が変化するよう
に可動電極1a〜1d及び固定電極2a〜2dが備えら
れた構成となっている。このように構成される素子部3
のうち、固定部2に備えられた各固定電極2a〜2dに
対してスイッチング制御回路11からの電圧信号PW1
〜PW4が加えられるようになっている。この電圧信号
PW1〜PW4は、0[V]、Va[V]のいずれかが
設定される。以下、これら電圧信号PW1〜PW4をキ
ャリア信号という。
The element portion 3 is provided with a vibrator 1 and a fixed portion 2, the vibrator 1 is provided with movable electrodes 1a to 1d, and the fixed portion 2 is provided with respect to the movable electrodes 1a to 1d. Fixed electrodes 2a to 2d are provided at desired intervals. The vibrator 1 and the fixed portion 2 which constitute the element portion 3
Is formed of a semiconductor substrate, and the vibrator 1 is supported so as to be displaceable in a biaxial orthogonal coordinate direction with respect to the fixed portion 2. The capacitance is set between the movable electrodes 1a to 1d and the fixed electrodes 2a to 2d provided on the vibrator 1 and the fixed portion 2. Specifically, when the vibration direction is the left-right direction on the paper surface with respect to the vibrator 1, the direction perpendicular to the vibration direction on the paper surface corresponds to the detection direction, and the capacitance changes in the vibration direction and the detection direction. Thus, the movable electrodes 1a to 1d and the fixed electrodes 2a to 2d are provided. Element part 3 configured in this way
Among them, the voltage signal PW1 from the switching control circuit 11 is applied to each of the fixed electrodes 2a to 2d provided in the fixed portion 2.
~ PW4 is added. The voltage signals PW1 to PW4 are set to either 0 [V] or Va [V]. Hereinafter, these voltage signals PW1 to PW4 are referred to as carrier signals.

【0018】C−V変換回路部4は、振動子1と一本の
信号線で結ばれており、振動子1の電圧に基づいて可動
電極1a〜1dと固定電極2a〜2dによる差動容量の
変化を電圧に変換するものである。このC−V変換回路
部4の基本構成及び基本作動について、図2に示す作動
状態図を参照して説明する。
The CV conversion circuit section 4 is connected to the vibrator 1 by a single signal line, and based on the voltage of the vibrator 1, the differential capacitance of the movable electrodes 1a to 1d and the fixed electrodes 2a to 2d. Is converted into a voltage. The basic configuration and basic operation of the C-V conversion circuit unit 4 will be described with reference to the operation state diagram shown in FIG.

【0019】図2(a)、(b)に示すように、C−V
変換回路部4は、オペアンプ4a、コンデンサ4b、ス
イッチ4cとを有した構成となっている。オペアンプ4
aの反転入力端子は振動子1に接続されており、反転入
力端子と出力端子との間には、コンデンサ4b及びスイ
ッチ4cが並列に接続されている。スイッチ4cはスイ
ッチ制御回路部11からの信号S1によって駆動される
ようになっており、オペアンプ4aの非反転入力端子に
は定電圧源などにより、固定電極2a〜2dに印加され
る電圧Va[V]の半分の電圧Va/2[V]が入力さ
れるようになっている。
As shown in FIGS. 2A and 2B, C-V
The conversion circuit unit 4 has a configuration including an operational amplifier 4a, a capacitor 4b, and a switch 4c. Operational amplifier 4
The inverting input terminal of a is connected to the vibrator 1, and the capacitor 4b and the switch 4c are connected in parallel between the inverting input terminal and the output terminal. The switch 4c is adapted to be driven by a signal S1 from the switch control circuit unit 11, and a voltage Va [V applied to the fixed electrodes 2a to 2d by a constant voltage source or the like is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 4a. ] Half the voltage Va / 2 [V] is input.

【0020】このC−V変換回路部4の作動、つまり容
量変化から電圧信号への変換は以下のようにして行われ
る。上述した固定部2に備えられた固定電極2a〜2d
と振動子1に備えられた可動電極1a〜1dは、初期状
態において、振動子1に対して振動方向両側に形成され
る容量同士が等容量となり、振動子1に対しての検知方
向両側に形成される容量同士が等容量となるように設定
される。そして、振動子1に対して振動方向両側に形成
された容量によるC−V変換と、振動子1に対して検知
方向両側に形成された容量によるC−V変換は同様に、
以下のようなスイッチトキャパシタ方式によって行われ
る。
The operation of the CV conversion circuit section 4, that is, the conversion of the capacitance change into the voltage signal is performed as follows. Fixed electrodes 2a to 2d provided in the above-mentioned fixed portion 2
In the initial state, the movable electrodes 1a to 1d provided on the vibrator 1 have equal capacitances formed on both sides in the vibration direction with respect to the vibrator 1, and are formed on both sides in the detection direction with respect to the vibrator 1. The formed capacitors are set to have equal capacities. The CV conversion by the capacitance formed on both sides of the vibrator 1 in the vibration direction and the CV conversion by the capacitance formed on both sides of the vibrator 1 in the detection direction are similarly
The switching capacitor method is performed as follows.

【0021】まず、図2(a)に示すように、スイッチ
ング制御回路部11からの各種信号に基づいて、一方の
固定電極2a、2cに対して電圧Vaを印加すると共
に、他方の固定電極2b、2dに対して電圧0を印加
し、かつ、スイッチ4cを閉じた状態とする。これによ
り、振動子1(可動電極1a〜1d)と各固定電極2a
〜2dとの間の容量をそれぞれCa、Cbとすると、C
a、Cbにはそれぞれ、Ca×Va/2、−Cb×Va
/2の電荷が蓄えられ、オペアンプ4aの出力は、Va
/2となる。以下、この状態を状態1という。
First, as shown in FIG. 2A, a voltage Va is applied to one of the fixed electrodes 2a and 2c on the basis of various signals from the switching control circuit unit 11 and the other fixed electrode 2b is applied. The voltage 0 is applied to 2d and the switch 4c is closed. As a result, the vibrator 1 (movable electrodes 1a to 1d) and each fixed electrode 2a
Let Ca and Cb be the capacitances between 2d and 2d, respectively.
Ca x Va / 2 and -Cb x Va for a and Cb, respectively.
/ 2 charge is stored, and the output of the operational amplifier 4a is Va
/ 2. Hereinafter, this state is referred to as state 1.

【0022】続いて、スイッチング制御回路部11から
の各種信号に基づいて、各固定電極2a〜2dへの印加
電圧を状態1の時と反転させ、かつ、スイッチ4cを開
いた状態とする。これにより、Ca、Cbの電荷が、そ
れぞれ−Ca×Va/2、Cb×Va/2となる。この
ため、電荷の変化は、(Ca−Cb)×Vaとなる。こ
のとき、スイッチ4cが開放されているので、この電荷
の変化分が、コンデンサ4bを介してオペアンプ4aの
出力につながり、オペアンプ4aから(Ca−Cb)×
Va/Cf+Va/2の電位が出力される。以下、この
状態を状態2という。
Then, based on various signals from the switching control circuit section 11, the voltage applied to each of the fixed electrodes 2a to 2d is inverted from that in the state 1, and the switch 4c is opened. As a result, the charges of Ca and Cb become −Ca × Va / 2 and Cb × Va / 2, respectively. Therefore, the change in charge is (Ca−Cb) × Va. At this time, since the switch 4c is opened, this change in charge is connected to the output of the operational amplifier 4a via the capacitor 4b, and the operational amplifier 4a outputs (Ca−Cb) ×
A potential of Va / Cf + Va / 2 is output. Hereinafter, this state is referred to as state 2.

【0023】従って、状態1におけるオペアンプ4aの
出力と、状態2におけるオペアンプ4aの出力との差分
をとることで、(Ca−Cb)×Va/Cfという容量
差に比例する電圧出力を得ることができる。そして、こ
れらの動作を振動方向、検知方向の双方に対して交互に
繰り返し行うことで、振動方向における振動子1の変位
のモニタリング、及び検知方向における振動子1の変位
によるコリオリ力検出を行っている。
Therefore, by taking the difference between the output of the operational amplifier 4a in the state 1 and the output of the operational amplifier 4a in the state 2, a voltage output proportional to the capacitance difference of (Ca-Cb) * Va / Cf can be obtained. it can. Then, by repeating these operations alternately in both the vibration direction and the detection direction, the displacement of the vibrator 1 in the vibration direction is monitored, and the Coriolis force is detected by the displacement of the vibrator 1 in the detection direction. There is.

【0024】サンプルホールド回路部5は、第1〜第4
サンプルホールド回路5a〜5dという4つのサンプル
ホールド回路によって構成されている。これら各サンプ
ルホールド回路4a〜4dは、スイッチング制御回路部
11の制御信号S2〜S5に基づいて駆動され、所定の
タイミングでオペアンプ4aの出力電圧を記憶する。具
体的には、第1のサンプルホールド回路5aは振動方向
において上記状態1とした場合のオペアンプ4aの出力
電圧を記憶し、第2のサンプルホールド回路5bは振動
方向において上記状態2とした場合のオペアンプ4aの
出力電圧を記憶し、第3のサンプルホールド回路5cは
検知方向において上記状態1とした場合のオペアンプ4
aの出力電圧を記憶し、第4のサンプルホールド回路5
dは検知方向において上記状態2とした場合のオペアン
プ4aの出力電圧を記憶する。
The sample and hold circuit section 5 includes the first to fourth sections.
The sample-hold circuits 5a to 5d are composed of four sample-hold circuits. Each of the sample hold circuits 4a to 4d is driven based on the control signals S2 to S5 of the switching control circuit unit 11 and stores the output voltage of the operational amplifier 4a at a predetermined timing. Specifically, the first sample-hold circuit 5a stores the output voltage of the operational amplifier 4a when the state 1 is set in the vibration direction, and the second sample-hold circuit 5b is set the state 2 in the vibration direction. The operational amplifier 4 stores the output voltage of the operational amplifier 4a, and the third sample hold circuit 5c sets the state 1 in the detection direction.
The output voltage of a is stored in the fourth sample hold circuit 5
d stores the output voltage of the operational amplifier 4a when the state 2 is set in the detection direction.

【0025】第1の差動増幅回路部6は、第1のサンプ
ルホールド回路5aと第2のサンプルホールド回路5b
の電位差を所定の増幅率で増幅する。また、第2の差動
増幅回路部7は、第3のサンプルホールド回路5cと第
4のサンプルホールド回路5dの電位差を所定の増幅率
で増幅する。
The first differential amplifier circuit section 6 includes a first sample hold circuit 5a and a second sample hold circuit 5b.
The potential difference is amplified by a predetermined amplification factor. The second differential amplifier circuit section 7 amplifies the potential difference between the third sample hold circuit 5c and the fourth sample hold circuit 5d at a predetermined amplification factor.

【0026】同期検波回路8は、第1の差動増幅回路部
6の出力と第2の差動増幅回路部7の出力との同期を取
るものであり、この同期検波回路8によって振動方向に
おける振動子1の変位のモニタリングタイミングと、検
知方向における振動子1の変位によるコリオリ力検出タ
イミングとの同期が図れるようになっている。
The synchronous detection circuit 8 synchronizes the output of the first differential amplifier circuit section 6 with the output of the second differential amplifier circuit section 7. It is possible to synchronize the monitoring timing of the displacement of the vibrator 1 and the Coriolis force detection timing of the displacement of the vibrator 1 in the detection direction.

【0027】感度調整回路9は、例えば、反転増幅回路
等で構成された直流増幅器で構成され、振動方向におけ
る振動子1の変位、及び検知方向における振動子1の変
位を示す出力信号を感度に合わせて調整するものであ
る。
The sensitivity adjusting circuit 9 is composed of, for example, a DC amplifier composed of an inverting amplifier circuit and the like, and outputs an output signal indicating the displacement of the vibrator 1 in the vibration direction and the displacement of the vibrator 1 in the detection direction as sensitivity. It is adjusted accordingly.

【0028】励振信号発生回路10は、振動子1に対し
て振動方向に振動させる力(励振信号)を加えるもの
で、第1の差動増幅回路6の出力から振動子1の振幅情
報を得て、この振幅情報に基づいて振動子1に加える力
を調整するというフィードバック制御を行っている。
The excitation signal generation circuit 10 applies a force (excitation signal) for vibrating the vibrator 1 in the vibration direction, and obtains the amplitude information of the vibrator 1 from the output of the first differential amplifier circuit 6. Then, feedback control is performed to adjust the force applied to the vibrator 1 based on this amplitude information.

【0029】次に、このように構成された角速度センサ
による角速度の検出方法について説明する。図3に、ス
イッチング制御回路11が発生させる各信号PW1〜P
W4、S1〜S6、及び励振信号発生回路10が発生さ
せる励振信号のタイムチャートを示し、この図を参照に
して説明する。
Next, a method of detecting the angular velocity by the angular velocity sensor thus constructed will be described. FIG. 3 shows signals PW1 to PW generated by the switching control circuit 11.
A time chart of the excitation signal generated by W4, S1 to S6, and the excitation signal generation circuit 10 is shown, and will be described with reference to this figure.

【0030】まず、励振信号発生回路10による励振信
号に基づき、所定の周期で振動子1を振動方向に励振さ
せる。このとき、振動方向における振動子1の振動が共
振周波数となるようされ、より大きな振動振幅が発生す
るようにされる。これにより、角速度が生じた時には、
大きなコリオリ力が得られる。この状態で振動方向にお
ける振動子1の変位のモニタリング、及び検知方向にお
ける振動子1の変位によるコリオリ力検出を行う。
First, based on the excitation signal from the excitation signal generation circuit 10, the vibrator 1 is excited in the vibration direction at a predetermined cycle. At this time, the vibration of the vibrator 1 in the vibration direction is set to the resonance frequency, and a larger vibration amplitude is generated. As a result, when angular velocity occurs,
Large Coriolis force can be obtained. In this state, the displacement of the vibrator 1 in the vibration direction is monitored, and the Coriolis force is detected by the displacement of the vibrator 1 in the detection direction.

【0031】次に、振動方向における振動子1の変位の
モニタリングを行う。この場合には、スイッチング制御
回路部11からの電圧信号PW1、PW2により、固定
電極2aに向けて電圧Vaを印加し、固定電極2bに向
けて電圧0を印加する(期間t1参照)。これにより、
振動方向において上記状態1となる。そして、スイッチ
ング制御回路部11からの信号S2により、このときの
C−V変換回路部4におけるオペアンプ4aの出力電位
を第1のサンプルホールド回路5aに記憶させる。
Next, the displacement of the vibrator 1 in the vibration direction is monitored. In this case, the voltage Va is applied to the fixed electrode 2a and the voltage 0 is applied to the fixed electrode 2b by the voltage signals PW1 and PW2 from the switching control circuit unit 11 (see period t1). This allows
State 1 is obtained in the vibration direction. Then, by the signal S2 from the switching control circuit unit 11, the output potential of the operational amplifier 4a in the CV conversion circuit unit 4 at this time is stored in the first sample hold circuit 5a.

【0032】続いて、スイッチング制御回路部11から
の電圧信号PW1、PW2により、固定電極2aと固定
電極2bとの電圧を入れ替え、固定電極2aに電圧0、
固定電極2bに電圧Vaを印加する(期間t2参照)。
これにより、振動方向において上記状態2となる。そし
て、スイッチング制御回路部11からの信号S3によ
り、このときのC−V変換回路部4におけるオペアンプ
4aの出力電位を第2のサンプルホールド回路5bに記
憶させる。
Then, the voltage signals PW1 and PW2 from the switching control circuit section 11 are used to switch the voltage between the fixed electrode 2a and the fixed electrode 2b so that the fixed electrode 2a has a voltage of 0,
The voltage Va is applied to the fixed electrode 2b (see period t2).
As a result, the state 2 is set in the vibration direction. Then, by the signal S3 from the switching control circuit unit 11, the output potential of the operational amplifier 4a in the CV conversion circuit unit 4 at this time is stored in the second sample hold circuit 5b.

【0033】次に、検知方向における振動子1の変位に
よるコリオリ力検出を行う。この場合には、スイッチン
グ制御回路部11からのキャリア信号PW3、PW4に
より、固定電極2cに向けて電圧Vaを印加し、固定電
極2dに向けて電圧0を印加する(期間t3参照)。こ
れにより、検知方向において上記状態1となる。そし
て、スイッチング制御回路部11からの信号S4によ
り、このときのC−V変換回路部4におけるオペアンプ
4aの出力電位を第3のサンプルホールド回路5cに記
憶させる。
Next, the Coriolis force is detected by the displacement of the vibrator 1 in the detection direction. In this case, by the carrier signals PW3 and PW4 from the switching control circuit unit 11, the voltage Va is applied to the fixed electrode 2c and the voltage 0 is applied to the fixed electrode 2d (see period t3). As a result, the state 1 is set in the detection direction. Then, by the signal S4 from the switching control circuit unit 11, the output potential of the operational amplifier 4a in the CV conversion circuit unit 4 at this time is stored in the third sample hold circuit 5c.

【0034】続いて、スイッチング制御回路部11から
のキャリア信号PW3、PW4により、固定電極2cと
固定電極2dとの電圧を入れ替え、固定電極2cに電圧
0、固定電極2dに電圧Vaを印加する(期間t4参
照)。これにより、検知方向において上記状態2とな
る。そして、スイッチング制御回路部11からの信号S
5により、このときのC−V変換回路部4におけるオペ
アンプ4aの出力電位を第4のサンプルホールド回路5
dに記憶させる。
Subsequently, the carrier control signals PW3 and PW4 from the switching control circuit section 11 switch the voltage between the fixed electrode 2c and the fixed electrode 2d, and apply the voltage 0 to the fixed electrode 2c and the voltage Va to the fixed electrode 2d ( See period t4). As a result, the state 2 is set in the detection direction. Then, the signal S from the switching control circuit unit 11
5, the output potential of the operational amplifier 4a in the C-V conversion circuit unit 4 at this time is changed to the fourth sample hold circuit 5
Store in d.

【0035】このようにして、振動方向及び検知方向に
おける状態1、2のオペアンプ4aの出力が各サンプル
ホールド回路5a〜5dに記憶されると、第1、第2の
差動増幅回路6、7により、第1のサンプルホールド回
路5aと第2のサンプルホールド回路5bの電位差が所
定の増幅率で増幅されると共に、第3のサンプルホール
ド回路5cと第4のサンプルホールド回路5dの電位差
が所定の増幅率で増幅される。この後、同期検波回路部
8で各差動増幅回路部6、7の出力の同期が取られたの
ち、感度調整回路9によって適宜感度調整がなされ、角
速度センサの出力信号として出力される。このときの各
差動増幅回路部6、7の出力X1、X2と共に、振動子
の振動のモニタリング結果、及びコリオリ力の検知結果
は図4のようになる。
In this way, when the outputs of the operational amplifier 4a in the states 1 and 2 in the vibration direction and the detection direction are stored in the respective sample hold circuits 5a to 5d, the first and second differential amplifier circuits 6 and 7 will be described. As a result, the potential difference between the first sample-hold circuit 5a and the second sample-hold circuit 5b is amplified by a predetermined amplification factor, and the potential difference between the third sample-hold circuit 5c and the fourth sample-hold circuit 5d is predetermined. It is amplified at the amplification rate. After that, after the outputs of the differential amplifier circuit units 6 and 7 are synchronized in the synchronous detection circuit unit 8, the sensitivity is appropriately adjusted by the sensitivity adjusting circuit 9 and output as an output signal of the angular velocity sensor. FIG. 4 shows the results of monitoring the vibration of the vibrator and the results of detecting the Coriolis force together with the outputs X1 and X2 of the differential amplifier circuits 6 and 7 at this time.

【0036】そして、このような角速度検出において
は、キャリア信号PW1〜PW4に、100kHz前後
の周波数の矩形波を用いる場合には約20μsec毎に
交互に振動モニタリングと検出信号を得ることが可能で
ある。一般的に、励振周波数は、数kHz以下なので、
振動モニタリングやコリオリ力検出のサンプリング周期
の方が早くなり、それぞれの信号が減衰すること無く計
測できる。
In such angular velocity detection, when a rectangular wave having a frequency of about 100 kHz is used as the carrier signals PW1 to PW4, it is possible to alternately obtain vibration monitoring and detection signals at intervals of about 20 μsec. . Generally, the excitation frequency is below a few kHz, so
The sampling period for vibration monitoring and Coriolis force detection is faster, and the signals can be measured without being attenuated.

【0037】以上のようにして角速度の検出が行える角
速度センサを構成することができる。このような構成の
角速度センサは、加工工程も複雑でなく、振動子と検出
部とが同一電極にならないことから、変位を同時に検出
することもできる。これにより、簡易な構造から効率よ
く、より低コスト化を図ることができる角速度センサと
することができる。
The angular velocity sensor capable of detecting the angular velocity can be configured as described above. In the angular velocity sensor having such a configuration, the machining process is not complicated, and since the vibrator and the detection unit do not have the same electrode, the displacement can be detected at the same time. This makes it possible to provide an angular velocity sensor that has a simple structure and that can be manufactured efficiently and at low cost.

【0038】(第2実施形態)図5に、本発明の第2実
施形態における角速度センサの概略構成を示す。図5に
示すように、本実施形態は第1実施形態に対して、固定
電極12a、12bを追加することによって、励振用の
静電容量を追加すると共に、振動子1とC−V変換回路
部4との間にスイッチSW1を設け、さらに、励振信号
発生回路部10と振動子1との間にスイッチSW4とは
ON/OFFが反対になるスイッチSW2を設けたもの
である。
(Second Embodiment) FIG. 5 shows a schematic structure of an angular velocity sensor according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, by adding the fixed electrodes 12a and 12b to the first embodiment, capacitance for excitation is added, and at the same time, the vibrator 1 and the CV conversion circuit are added. A switch SW1 is provided between the excitation signal generating circuit unit 10 and the vibrator 1, and a switch SW2 whose ON / OFF is opposite to that of the switch SW4 is provided between the excitation signal generating circuit unit 10 and the vibrator 1.

【0039】このような構成において、振動モニタリン
グ及びコリオリ力検出は第1実施形態と同様に行い、励
振信号発生回路部10からの励振信号(出力電圧)に基
づいて、振動子1を振動させるようにする。具体的に
は、振動モニタリングとコリオリ力検出を行う容量検出
中にはスイッチSW1をON、スイッチSW2をOFF
にすると共にスイッチ制御回路部10からの電圧信号D
R1、DR2に基づいて固定電極12a、12bの電位
を可動電極1a、1bと等しくし、振動子1の励振時に
はスイッチSW1をOFF、スイッチSW2をOFFに
することで固定電極12a、12bの電位を可動電極1
a、1bとの間に必要な静電力が生じる電位差を与え、
容量検出と振動子1の励振とが交互に行われるようにす
る。これにより、励振信号の回り込みが防止される。
In such a configuration, vibration monitoring and Coriolis force detection are performed in the same manner as in the first embodiment, and the vibrator 1 is vibrated based on the excitation signal (output voltage) from the excitation signal generation circuit section 10. To Specifically, the switch SW1 is turned on and the switch SW2 is turned off during capacitance detection for vibration monitoring and Coriolis force detection.
And the voltage signal D from the switch control circuit unit 10
Based on R1 and DR2, the potentials of the fixed electrodes 12a and 12b are made equal to those of the movable electrodes 1a and 1b, and when the vibrator 1 is excited, the switch SW1 is turned off and the switch SW2 is turned off so that the potentials of the fixed electrodes 12a and 12b are changed. Movable electrode 1
A potential difference is generated between a and 1b, which creates the necessary electrostatic force,
Capacitance detection and vibration of the vibrator 1 are alternately performed. This prevents the excitation signal from wrapping around.

【0040】図6に、本実施形態における角速度センサ
による角速度検出を行った際の各差動増幅回路部6、7
の出力X1、X2と共に、振動子の振動のモニタリング
結果、コリオリ力の検知結果、及び固定電極12a、1
2bへの電圧信号DR1、DR2を示す。
FIG. 6 shows the differential amplifier circuit sections 6 and 7 when the angular velocity is detected by the angular velocity sensor of this embodiment.
X1 and X2 of the output, the vibration monitoring result of the vibrator, the Coriolis force detection result, and the fixed electrodes 12a, 1
2b shows voltage signals DR1, DR2 to 2b.

【0041】本実施形態に示すように、容量検出と励振
とが交互に行われるようにすることも可能であり、この
ようにしても第1実施形態と同様の効果を得ることがで
きる。
As shown in this embodiment, it is possible to alternately perform capacitance detection and excitation. Even in this case, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

【0042】(第3実施形態)上記第2実施形態では、
振動モニタリングとはコリオリ力検知と励振との割合を
同等にしているが、本実施形態では、上記第2実施形態
と同様の角速度センサの構成を用いて、これらの割合を
変化させる。すなわち、振動モニタリングの割合をコリ
オリ力検知や励振の割合よりも大きくし、コリオリ力検
知若しくは励振が行われる毎に、振動モニタリングを行
うようにする。
(Third Embodiment) In the second embodiment,
In vibration monitoring, the ratios of Coriolis force detection and excitation are made equal, but in the present embodiment, these ratios are changed using the same configuration of the angular velocity sensor as in the second embodiment. That is, the ratio of vibration monitoring is made higher than the ratio of Coriolis force detection or excitation, and vibration monitoring is performed every time Coriolis force detection or excitation is performed.

【0043】図7に、本実施形態のようにした場合の各
差動増幅回路部6、7の出力X1、X2と共に、振動子
の振動のモニタリング結果、コリオリ力の検知結果、及
び固定電極12a、12bへの電圧信号DR1、DR2
を示す。
FIG. 7 shows the outputs X1 and X2 of the differential amplifier circuit units 6 and 7 in the case of the present embodiment, the monitoring result of the vibration of the vibrator, the detection result of the Coriolis force, and the fixed electrode 12a. , 12b voltage signals DR1, DR2
Indicates.

【0044】本構成の角速度センサにおいては、信号を
時間分割して取り出すため、本来、センサ素子から発生
する正弦波信号が階段状に歪む。上記第1、第2実施形
態に示した角速度センサでは、同期検波回路部8を使用
して、励振信号周波数以外の信号を除去しているが、基
準となる信号が歪んでいると、その性能は低減する。
In the angular velocity sensor of this structure, since the signal is taken out in time division, the sine wave signal originally generated from the sensor element is distorted stepwise. In the angular velocity sensors shown in the first and second embodiments, the synchronous detection circuit unit 8 is used to remove signals other than the excitation signal frequency. However, if the reference signal is distorted, its performance is reduced. Is reduced.

【0045】従って、本実施形態のように、基準信号と
する振動モニタリング信号の検出割合をコリオリ力検知
や励振の割合よりも大きくすることで、同期検波回路部
8の基準信号である振動モニタリング信号のノイズを低
減し、正弦波に近づけ、同期検波回路部8での誤差を低
減することが可能となる。
Therefore, as in the present embodiment, the detection rate of the vibration monitoring signal serving as the reference signal is made larger than the rate of Coriolis force detection or excitation, so that the vibration monitoring signal, which is the reference signal of the synchronous detection circuit unit 8, is detected. It is possible to reduce the noise of (1) and bring it closer to a sine wave, and reduce the error in the synchronous detection circuit unit 8.

【0046】(第4実施形態)図8に、本発明の第4実
施形態における角速度センサの概略構成を示す。本実施
形態は、第1実施形態に対して、逓倍回路としてのPL
L13を備えたものである。このような逓倍回路となる
PLL13を備えることで、励振信号の周期が、励振を
含む容量検出が1回行われる周期の整数倍となるように
できる。
(Fourth Embodiment) FIG. 8 shows a schematic structure of an angular velocity sensor according to a fourth embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that a PL as a multiplication circuit is used.
It is equipped with L13. By providing the PLL 13 as such a multiplication circuit, the cycle of the excitation signal can be an integral multiple of the cycle in which capacitance detection including excitation is performed once.

【0047】図9に、本実施形態のようにした場合の各
差動増幅回路部6、7の出力X1、X2と共に、振動子
の振動のモニタリング結果、コリオリ力の検知結果、及
び固定電極12a、12bへの電圧信号DR1、DR2
を示す。
FIG. 9 shows the outputs X1 and X2 of the differential amplifier circuits 6 and 7 in the case of the present embodiment, the vibration monitoring result of the vibrator, the Coriolis force detection result, and the fixed electrode 12a. , 12b voltage signals DR1, DR2
Indicates.

【0048】このようにして設定されたキャリア信号P
W1〜PW4や電圧信号DR1、DR2を用いること
で、上記第3実施形態で説明した階段状の歪みが励振周
波数と同期するため、同期検波回路部8での除去が容易
となる。
The carrier signal P set in this way
By using W1 to PW4 and the voltage signals DR1 and DR2, the stepwise distortion described in the third embodiment is synchronized with the excitation frequency, so that the synchronous detection circuit unit 8 can easily remove it.

【0049】(第5実施形態)図10に、本発明の第5
実施形態における加速度センサの概略構成を示す。本実
施形態は、本発明の一実施形態を2軸直交座標方向にお
ける加速度検出を独立して行える加速度センサに適用し
たものである。この図に示されるように、本発明を加速
度センサに適用してもよい。なお、この場合には、図1
に示した励振信号発生回路部10は備えられない。
(Fifth Embodiment) FIG. 10 shows the fifth embodiment of the present invention.
1 shows a schematic configuration of an acceleration sensor in an embodiment. In this embodiment, one embodiment of the present invention is applied to an acceleration sensor that can independently detect acceleration in two-axis orthogonal coordinate directions. As shown in this figure, the present invention may be applied to an acceleration sensor. In this case, in FIG.
The excitation signal generation circuit section 10 shown in FIG.

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

【図1】本発明の第1実施形態における角速度センサの
概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】角速度センサの検知原理を説明した図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a detection principle of an angular velocity sensor.

【図3】図1に示す角速度センサの作動時における各信
号のタイミングチャートを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a timing chart of each signal when the angular velocity sensor shown in FIG. 1 is in operation.

【図4】本発明の第1実施形態における振動モニタリン
グ結果とコリオリ力検知結果を示した図である。
FIG. 4 is a diagram showing a vibration monitoring result and a Coriolis force detection result in the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第2実施形態における角速度センサの
概略構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2実施形態における振動モニタリン
グ結果とコリオリ力検知結果を示した図である。
FIG. 6 is a diagram showing vibration monitoring results and Coriolis force detection results according to the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3実施形態における振動モニタリン
グ結果とコリオリ力検知結果を示した図である。
FIG. 7 is a diagram showing vibration monitoring results and Coriolis force detection results according to the third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4実施形態における角速度センサの
概略構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an angular velocity sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第4実施形態における振動モニタリン
グ結果とコリオリ力検知結果を示した図である。
FIG. 9 is a diagram showing a vibration monitoring result and a Coriolis force detection result in the fourth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第5実施形態における加速度センサ
の概略構成を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of an acceleration sensor according to a fifth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…振動子、1a〜1d…可動電極、2…固定部、2a
〜2d…固定電極、3…素子部、4…C−V変換回路
部、5…サンプルホールド回路部、6、7…第1、第2
の差動増幅回路部、8…同期検波回路部、9…感度調整
回路部、10…励振信号発生回路部、11…スイッチン
グ制御回路部、12a、12b…固定電極。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Oscillator, 1a-1d ... Movable electrode, 2 ... Fixed part, 2a
2d ... Fixed electrode, 3 ... Element part, 4 ... CV conversion circuit part, 5 ... Sample hold circuit part, 6, 7 ... 1st, 2nd
Differential amplification circuit section, 8 ... Synchronous detection circuit section, 9 ... Sensitivity adjusting circuit section, 10 ... Excitation signal generating circuit section, 11 ... Switching control circuit section, 12a, 12b ... Fixed electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早川 順二 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 野々山 林 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 2F105 AA02 BB12 BB15 CC04 CD03 CD05 CD11 CD13 4M112 AA02 BA07 CA24 CA26 CA31 FA01 FA20    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Junji Hayakawa             1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi stock market             Inside the company DENSO (72) Inventor Nonoyama Hayashi             1-1, Showa-cho, Kariya city, Aichi stock market             Inside the company DENSO F term (reference) 2F105 AA02 BB12 BB15 CC04 CD03                       CD05 CD11 CD13                 4M112 AA02 BA07 CA24 CA26 CA31                       FA01 FA20

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可動電極(1a〜1d)を有し、平面基
板表面において、2軸直交座標方向に変位可能に支持さ
れてなる可動部(1)と、 前記可動部の可動電極と対向する固定電極(2a〜2
d)を有してなる固定部(2)とを備え、 前記可動部に備えられた可動電極と前記固定部に備えら
れた固定電極とによって、前記2軸直交方向に静電容量
を形成し、前記可動部が前記2軸直交座標方向のいずれ
かの方向の振動を前記2軸直交方向の静電容量変化に基
づいて検出する物理量センサにおいて、 前記可動電極と前記固定電極との間に印加するキャリア
信号電圧(PW1〜PW4)を、前記2軸直交方向の各
方向毎に時間的に切り替え、前記振動子から一本の信号
線で、2軸方向の変位の検出を行うようになっているこ
とを特徴とする物理量センサ。
1. A movable part (1) having movable electrodes (1a-1d), which is supported on a plane substrate surface so as to be displaceable in directions orthogonal to two axes, and a movable electrode facing the movable part. Fixed electrodes (2a-2)
d) having a fixed portion (2), wherein a movable electrode provided in the movable portion and a fixed electrode provided in the fixed portion form a capacitance in the direction orthogonal to the two axes. A physical quantity sensor in which the movable portion detects vibration in any direction of the biaxial orthogonal coordinate direction based on a change in capacitance in the biaxial orthogonal direction, wherein the movable portion is applied between the movable electrode and the fixed electrode. The carrier signal voltages (PW1 to PW4) to be switched are temporally switched for each direction of the biaxial orthogonal direction, and the displacement of the biaxial directions is detected by one signal line from the vibrator. A physical quantity sensor characterized in that
【請求項2】 可動電極(1a〜1d)を有し、平面基
板表面において、2軸直交座標方向に変位可能に支持さ
れてなる振動子(1)と、 前記振動子の可動電極と対向する固定電極(2a〜2
d)を有してなる固定部(2)とを備え、 前記振動子を前記2軸直交座標方向の一方に振動させる
と共に、該振動させる方向を振動方向、前記平面基板表
面において前記振動方向に垂直をなす方向を検知方向と
すると、前記可動電極及び前記固定電極によって、前記
振動子に対する振動方向及び前記検知方向に静電容量を
形成し、該静電容量変化を検出することで角速度検出を
行う角速度センサにおいて、 前記可動電極と前記固定電極との間に印加するキャリア
信号電圧(PW1〜PW4)を、前記検知方向における
静電容量変化を検出する場合と前記振動方向における静
電容量変化を検出する場合とで時間的に切り替え、前記
振動子から一本の信号線で、2軸方向の変位の検出を行
うようになっていることを特徴とする角速度センサ。
2. A vibrator (1) having movable electrodes (1a-1d) and supported on a plane substrate surface so as to be displaceable in biaxial orthogonal coordinate directions; and a movable electrode of the vibrator (1). Fixed electrodes (2a-2)
d) having a fixed portion (2), the vibrator is vibrated in one of the biaxial orthogonal coordinate directions, and the vibrating direction is a vibrating direction, which is the vibrating direction on the plane substrate surface. When the vertical direction is the detection direction, electrostatic capacitance is formed by the movable electrode and the fixed electrode in the vibration direction and the detection direction with respect to the vibrator, and the angular velocity is detected by detecting the capacitance change. In the angular velocity sensor to be performed, the carrier signal voltage (PW1 to PW4) applied between the movable electrode and the fixed electrode is used to detect a capacitance change in the detection direction and a capacitance change in the vibration direction. An angular velocity sensor characterized in that the displacement is bidirectionally detected by a single signal line from the vibrator when the detection is performed.
【請求項3】 前記可動電極と前記固定電極の間に静電
気力を発生させることにより、前記振動子を励振させる
ようになっており、 前記振動子に対する振動方向及び前記検知方向の静電容
量変化の検出に前記励振を加え、これら静電容量変化の
検出及び前記励振を時間分割して周期的に行うことを特
徴とする請求項2に記載の角速度センサ。
3. The vibrator is excited by generating an electrostatic force between the movable electrode and the fixed electrode, and a capacitance change in a vibration direction and a detection direction with respect to the vibrator. 3. The angular velocity sensor according to claim 2, wherein the excitation is added to the detection of, and the detection of the capacitance change and the excitation are periodically performed by time division.
【請求項4】 時問分割の割合を、前記振動方向におけ
る静電容量変化の検出が、前記検知方向における静電容
量変化の検出や前記励振よりも多くされていることを特
徴とする請求項3に記載の角速度センサ。
4. The time division ratio is set such that the detection of the capacitance change in the vibration direction is larger than the detection of the capacitance change in the detection direction and the excitation. The angular velocity sensor according to item 3.
【請求項5】 前記振動子を励振させる励振信号と、前
記キャリア信号の周波数との比が整数倍となっているこ
とを特徴とする請求項3又は4に記載の角速度センサ。
5. The angular velocity sensor according to claim 3, wherein the ratio of the excitation signal for exciting the vibrator and the frequency of the carrier signal is an integral multiple.
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