JP2001133268A - Angular velocity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、所定方向に駆動振
動可能な錘部を備える質量部と該質量部に間隔を有して
対向配置された検出部とを有し、角速度が発生したとき
質量部に対して作用するコリオリ力によって質量部と検
出部との対向部の間隔を変化させ、この間隔の変化量に
基づいて角速度を検出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 relates to a mass section provided with a weight section capable of driving and oscillating in a predetermined direction, and a detection section disposed opposite to the mass section at an interval so that an angular velocity is generated. The present invention relates to an angular velocity sensor that changes an interval between opposing portions of a mass unit and a detection unit by Coriolis force acting on the mass unit, and detects an angular velocity based on a change amount of the interval.
【0002】[0002]
【従来の技術】この種の角速度センサとしては、一般に
図2に示すものがある。このものは、フレーム部J1
と、このフレーム部J1内に2つの第1梁J2を介して
連結された錘部(振動子)J3と、フレーム部J1外周
に形成された櫛歯電極J4とを有する質量部J5を備え
るとともに、基部J6より突出して櫛歯電極J4に対向
配置された検出部としての櫛歯状の検出電極J7とを有
する。また、質量部J5は、基部J6に2つの第2梁J
8を介して連結されている。このようなセンサは、一般
にSOI基板を公知のマイクロマシン技術により加工す
ることで製造できる。2. Description of the Related Art An angular velocity sensor of this type is generally shown in FIG. This is the frame J1
And a mass portion J5 having a weight portion (vibrator) J3 connected to the frame portion J1 via two first beams J2 and a comb electrode J4 formed on the outer periphery of the frame portion J1. And a comb-shaped detection electrode J7 as a detection unit protruding from the base J6 and opposed to the comb electrode J4. Also, the mass part J5 has two second beams J at the base J6.
8 are connected. Such a sensor can be generally manufactured by processing an SOI substrate by a known micromachine technology.
【0003】図2においては、まず、質量mの錘部J3
を、静電気力や電磁力等を用いた励振機構(図示せず)
をもって、第1梁J2のバネ力によりX方向へ速度vで
駆動振動させる。この速度vの振動のもと、センサ全体
に角速度Ωが印加された場合、錘部J3には、Fc=2
mvΩの力即ちコリオリ力FcがY方向(駆動振動と直
交する方向)へ作用する。そして、このコリオリ力Fc
によって、第2梁J8のバネ定数とコリオリ力の力の釣
り合いにより質量部J5全体がY方向へコリオリ力に比
例する量だけ変位する。この変位量を両電極J4及びJ
7の間隔の変化量即ち両電極間の容量変化として検出す
ることで、角速度が検出できる。In FIG. 2, first, a weight J3 having a mass m
An excitation mechanism (not shown) using electrostatic force or electromagnetic force
Then, the first beam J2 is driven and vibrated at a speed v in the X direction by the spring force of the first beam J2. When the angular velocity Ω is applied to the entire sensor under the vibration of the velocity v, the weight J3 has Fc = 2
A force of mvΩ, that is, a Coriolis force Fc acts in the Y direction (a direction orthogonal to the drive vibration). And this Coriolis force Fc
Accordingly, the balance of the spring constant of the second beam J8 and the force of the Coriolis force causes the entire mass J5 to be displaced in the Y direction by an amount proportional to the Coriolis force. The amount of this displacement is calculated using the electrodes J4 and J4.
Angular velocity can be detected by detecting the change amount of the interval of 7, that is, the change in capacitance between both electrodes.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記図2に
おいて、Y方向若しくはY方向に成分を持つ加速度(外
部加速度という)が加わった場合、錘部J3には角速度
が印加されていないにも関わらず、錘部J3がY方向へ
変位して上記両電極J4、J7間の容量が変化し、あた
かも角速度が印加されているかの如く信号を出力してし
まう。このように、外部加速度の影響によってセンサ出
力に誤差が生じる。In FIG. 2, when an acceleration having a component in the Y direction or an external acceleration (referred to as an external acceleration) is applied, the weight J3 is not applied with an angular velocity. Instead, the weight J3 is displaced in the Y direction, the capacitance between the electrodes J4 and J7 changes, and a signal is output as if an angular velocity was applied. Thus, an error occurs in the sensor output due to the influence of the external acceleration.
【0005】この現象を防止するために、従来より、図
3に示す様に、錘部(振動子)J3を備える質量部J5
を2個設け、各々の錘部J3を同じ周波数で互いに逆相
に駆動振動(図3では速度v)させ、それぞれに印加さ
れた外部加速度成分を、差動回路を用いてキャンセルす
る方法が一般的にとられている。In order to prevent this phenomenon, conventionally, as shown in FIG. 3, a mass J5 having a weight (vibrator) J3 is provided.
A method is generally employed in which two weights J3 are driven and oscillated (speed v in FIG. 3) at the same frequency and in opposite phases to each other, and the external acceleration components applied to the weights J3 are canceled using a differential circuit. Has been taken.
【0006】しかしながら、この図3に示す方法を採用
した場合、錘部(振動子)やそれを駆動する駆動手段
(励振機構)がそれぞれ2つずつ必要であり、また、2
つの質量部J5で連成振動系を組み、常に同じ周波数で
振動させるために、連成梁J9を設けて互いの錘部J3
の間を連結する必要がある。このため、この方法を採用
したセンサは構造が複雑になり、また、構成要素が多く
なるためセンサの体格(チップサイズ)が大きくなると
いう問題がある。However, when the method shown in FIG. 3 is adopted, two weights (vibrators) and two driving means (excitation mechanisms) for driving the weights are required.
In order to vibrate at the same frequency at all times, a coupled beam J9 is provided and the weights J3
Need to be connected. For this reason, there is a problem that the sensor employing this method has a complicated structure, and the number of components increases, so that the physical size (chip size) of the sensor increases.
【0007】そこで、本発明は上記問題に鑑み、体格を
大型化させることなく、外部加速度の影響を受けずに角
速度に起因するコリオリ力を検出可能とした角速度セン
サを提供することを目的とする。In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide an angular velocity sensor capable of detecting a Coriolis force caused by an angular velocity without increasing the physique and without being affected by external acceleration. .
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記図2及び
図3に示したような従来の角速度センサでは、検出部が
外力に対して固定された構造であるため、外部加速度が
印加されたとき、可動構造である質量部のみに外部加速
度の影響(外部加速度による変位)が生じるということ
に着目して、為されたものである。According to the present invention, in the conventional angular velocity sensor as shown in FIGS. 2 and 3, since the detecting portion has a structure fixed to an external force, external acceleration is applied. This is done by paying attention to the fact that the influence of the external acceleration (displacement due to the external acceleration) occurs only on the mass part which is the movable structure.
【0009】まず、請求項1記載の発明では、所定方向
に駆動振動可能な錘部(22)を有する質量部(20)
と、該質量部に間隔を有して対向配置された検出部(3
0)とを有し、該錘部の駆動振動中に角速度が発生した
とき、該質量部に対して作用するコリオリ力によって該
質量部と検出部との対向部の間隔を変化させ、この変化
量に基づいて角速度を検出するようにした角速度センサ
において、外部加速度が加わったときに、検出部をコリ
オリ力の作用方向へ該質量部と同様に変位可能としたこ
とを特徴としている。First, according to the first aspect of the present invention, the mass section (20) having the weight section (22) capable of driving vibration in a predetermined direction.
And a detection unit (3) opposed to the mass unit at an interval.
0), and when an angular velocity is generated during the driving vibration of the weight portion, the interval between the facing portion between the mass portion and the detecting portion is changed by Coriolis force acting on the mass portion, and this change is caused. An angular velocity sensor that detects an angular velocity based on an amount is characterized in that when an external acceleration is applied, the detection unit can be displaced in the direction of action of the Coriolis force similarly to the mass unit.
【0010】それによって、外部加速度が印加されて
も、検出部(30)はコリオリ力の作用する方向へ質量
部(20)と同様に変位するから、両部の対向部におけ
る間隔の変化量には、外部加速度の影響は加わってこな
い。そのため、従来のように、2つの質量部で連成振動
系を組む必要がない。よって、本発明によれば、体格を
大型化させることなく、外部加速度の影響を受けずに角
速度に起因するコリオリ力を検出可能とした角速度セン
サを提供することができる。Thus, even if an external acceleration is applied, the detecting section (30) is displaced in the direction in which the Coriolis force acts, similarly to the mass section (20). Does not add the influence of external acceleration. Therefore, there is no need to form a coupled vibration system with two mass parts as in the related art. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an angular velocity sensor capable of detecting a Coriolis force due to an angular velocity without increasing the physique and without being affected by external acceleration.
【0011】また、請求項2記載の発明では、基部(1
0)に対して、それぞれ、所定方向に駆動振動可能な錘
部(22)を有する質量部(20)及び該質量部に間隔
を有して対向配置された検出部(30)を連結してな
り、角速度の発生時にコリオリ力によって変化する質量
部と検出部との対向間隔の変化量に基づいて角速度を検
出する角速度センサにおいて、質量部及び検出部をそれ
ぞれ、コリオリ力の作用方向へ弾性的に伸縮可能な第1
の梁部(25)及び第2の梁部(35)によって基板に
連結し、質量部及び第1の梁部により構成される振動系
と検出部及び第2の梁部により構成される振動系とで、
コリオリ力の作用方向への共振周波数を互いに同一とし
たことを特徴としている。In the invention according to claim 2, the base (1
0), a mass part (20) having a weight part (22) that can be driven and oscillated in a predetermined direction, and a detection part (30) arranged opposite to the mass part with an interval connected to each other. In the angular velocity sensor that detects the angular velocity based on the amount of change in the facing distance between the mass part and the detection part that changes due to the Coriolis force when the angular velocity occurs, the mass part and the detection part are elastically moved in the direction of action of the Coriolis force, respectively. First stretchable
And a vibration system composed of a mass part and a first beam part and a vibration system composed of a detection part and a second beam part. And
It is characterized in that the resonance frequencies in the direction in which the Coriolis force acts are the same.
【0012】それによって、請求項1の発明と同様に、
外部加速度が印加されたときに、検出部(30)はコリ
オリ力の作用する方向へ質量部(20)と同様に変位す
るから、両部の対向部における間隔の変化量には、外部
加速度の影響は加わってこない。そのため、従来のよう
に、2つの質量部で連成振動系を組む必要がない。よっ
て、本発明によっても、請求項1の発明と同様の効果を
奏する角速度センサを提供することができる。Thus, similar to the first aspect of the present invention,
When an external acceleration is applied, the detection unit (30) is displaced in the direction in which the Coriolis force acts in the same manner as the mass unit (20). No effect is added. Therefore, there is no need to form a coupled vibration system with two mass parts as in the related art. Therefore, according to the present invention, it is also possible to provide an angular velocity sensor having the same effects as the first aspect of the present invention.
【0013】ここで、請求項2の角速度センサにおいて
は、請求項3の発明のように、検出部(30)の質量を
m1、第2の梁部(35)のバネ定数をk1、質量部
(20)の質量をm2、第1の梁部(25)のバネ定数
をk2としたとき、これら各パラメータの関係を、k1
=k2・m1/m2、とすることができる。Here, in the angular velocity sensor according to the second aspect, the mass of the detecting section (30) is m1, the spring constant of the second beam section (35) is k1, the mass section is the mass section. Assuming that the mass of (20) is m2 and the spring constant of the first beam portion (25) is k2, the relationship between these parameters is k1
= K2 · m1 / m2.
【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一
例である。The reference numerals in parentheses of the above means are examples showing the correspondence with specific means described in the embodiments described later.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図1は、例えばジャイロセンサ等、
角速度を検出するアプリケーションに適用される本発明
の角速度センサ100の一実施形態を示す平面図であ
る。角速度センサ100は、シリコン基板等の半導体基
板にエッチング加工等を施すことにより溝を形成し、大
きくは、当該基板の周縁部に位置する矩形枠状の基部1
0と、この基部10における枠内に位置する質量部20
及び検出部30とに区画したものである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a gyro sensor, for example.
It is a top view showing one embodiment of an angular velocity sensor 100 of the present invention applied to an application which detects angular velocity. The angular velocity sensor 100 forms a groove by performing an etching process or the like on a semiconductor substrate such as a silicon substrate, and is roughly a rectangular frame-shaped base 1 located at a peripheral portion of the substrate.
0 and a mass 20 located in the frame of the base 10
And the detection unit 30.
【0016】角速度センサ100は、例えば、両シリコ
ン基板を酸化膜を介して貼り合わせてなるSOI(シリ
コンオンインシュレータ)基板を用い、両シリコン基板
のうち一方を支持基板とし、他方のシリコン基板及び酸
化膜に対して、トレンチエッチングや犠牲層エッチング
等の周知のマイクロマシン加工技術を施すことにより、
他方のシリコン基板に上記各部10〜30を形成するも
のである。The angular velocity sensor 100 uses, for example, an SOI (silicon-on-insulator) substrate in which both silicon substrates are bonded together via an oxide film, and one of the two silicon substrates is used as a support substrate, and the other silicon substrate and the oxidized silicon substrate are used together. By applying well-known micromachining technology such as trench etching and sacrificial layer etching to the film,
The respective parts 10 to 30 are formed on the other silicon substrate.
【0017】質量部20は、矩形枠状のフレーム部21
と、このフレーム部21内に位置する矩形状の錘部22
と、これらフレーム部21及び錘部22を連結する2つ
の矩形枠状の振動梁23とを備えている。振動梁23は
図中に示すX方向に伸縮可能な弾性機能を有するもの
で、この振動梁23によって、錘部22はフレーム部2
1に対してX方向へ振動(駆動振動)可能となってい
る。また、フレーム部21の外周においてX方向にて対
向する辺には、フレーム部21から突出する櫛歯状の櫛
歯電極(質量部電極)24が形成されている。The mass part 20 is a rectangular frame part 21.
And a rectangular weight portion 22 located in the frame portion 21
And two rectangular frame-shaped vibrating beams 23 connecting the frame portion 21 and the weight portion 22. The vibrating beam 23 has an elastic function capable of expanding and contracting in the X direction shown in the drawing.
1 can be vibrated (driving vibration) in the X direction. Further, a comb-shaped comb-shaped electrode (mass part electrode) 24 protruding from the frame part 21 is formed on a side of the outer periphery of the frame part 21 facing in the X direction.
【0018】また、フレーム部21は、Y方向にて対向
する辺の外周において、矩形枠状の検出梁(本発明でい
う第1の梁部)25を介して基部10に連結されてい
る。この検出梁25は、図中に示すY方向に伸縮可能な
弾性機能を有するもので、この検出梁25によって、錘
部22及びフレーム部21、即ち質量部20はY方向へ
振動(検出振動)可能となっている。The frame portion 21 is connected to the base 10 via a rectangular frame-shaped detection beam (a first beam portion in the present invention) 25 on the outer periphery of the side opposed in the Y direction. The detection beam 25 has an elastic function capable of expanding and contracting in the Y direction shown in the drawing. The detection beam 25 causes the weight portion 22 and the frame portion 21, that is, the mass portion 20 to vibrate in the Y direction (detection vibration). It is possible.
【0019】検出部30は、質量部20のX方向(図
中、左右方向)の両側に2個設けられている。各検出部
30は、検出部における質量部としての矩形状の電極錘
31と、この電極錘31の外周において電極錘31から
突出する櫛歯状の検出電極32とを有する。ここで、検
出部30における検出電極32と上記櫛歯電極24と
は、互いの櫛歯の隙間にて噛み合うように、Y方向にて
間隔を有して対向して配置されている。Two detection units 30 are provided on both sides of the mass unit 20 in the X direction (left and right directions in the figure). Each detection unit 30 has a rectangular electrode weight 31 as a mass part in the detection unit, and a comb-shaped detection electrode 32 protruding from the electrode weight 31 on the outer periphery of the electrode weight 31. Here, the detection electrode 32 of the detection unit 30 and the comb-tooth electrode 24 are opposed to each other with an interval in the Y direction so as to mesh with each other in a gap between the comb teeth.
【0020】また、電極錘31は、Y方向にて対向する
辺の外周において、矩形枠状の電極梁(本発明でいう第
2の梁部)35を介して基部10に連結されている。電
極梁35は、図中に示すY方向に伸縮可能な弾性機能を
有するもので、この電極梁35によって、電極錘31
(検出部30)はY方向へ振動可能となっている。The electrode weight 31 is connected to the base 10 via a rectangular frame-shaped electrode beam (second beam portion) 35 on the outer periphery of the side facing in the Y direction. The electrode beam 35 has an elastic function capable of expanding and contracting in the Y direction shown in the drawing.
(Detection unit 30) is capable of vibrating in the Y direction.
【0021】また、角速度センサ100は、錘部22を
X方向へ駆動振動させるための駆動手段として、静電気
力や電磁力等を用いた励振機構(図示せず)を有してい
る。そして、角速度の検出は、この励振機構により錘部
22を駆動振動させた状態で行われる。質量部20にお
ける錘部22が、振動梁23の弾性力(バネ力)と該励
振機構の駆動力とによってX方向へ駆動振動していると
き、図1中の紙面垂直軸回りに角速度Ωが発生すると、
錘部22にはY方向へコリオリ力が作用する。Further, the angular velocity sensor 100 has an excitation mechanism (not shown) using an electrostatic force, an electromagnetic force or the like as a driving means for driving and vibrating the weight portion 22 in the X direction. The angular velocity is detected in a state where the weight 22 is driven and vibrated by the excitation mechanism. When the weight portion 22 of the mass portion 20 is driven and vibrated in the X direction by the elastic force (spring force) of the vibrating beam 23 and the driving force of the excitation mechanism, the angular velocity Ω about the vertical axis in FIG. When it occurs,
Coriolis force acts on the weight portion 22 in the Y direction.
【0022】そして、コリオリ力と検出梁25のバネ力
との釣り合いにより、質量部20全体がY方向へ変位
し、Y方向にて対向する櫛歯電極24と検出電極32と
の対向部の間隔が変化する。この間隔の変化量を基部1
0に形成された図示しない配線部等を介して、当該両電
極24、32間の容量変化として検出することにより、
上記角速度Ωが検出されるのである。The balance of the Coriolis force and the spring force of the detection beam 25 causes the entire mass portion 20 to be displaced in the Y direction, and the distance between the opposing portions of the comb-teeth electrode 24 and the detection electrode 32 facing in the Y direction. Changes. Base 1
By detecting the change in capacitance between the electrodes 24 and 32 via a wiring portion (not shown) formed at 0,
The angular velocity Ω is detected.
【0023】このように、角速度センサ100において
は、質量部20、検出部30は、それぞれ、検出梁2
5、電極梁35のバネ機能によりY方向へ振動可能とな
っているが、さらに、本実施形態では、質量部20と検
出梁25とにより構成される振動系(質量部振動系)と
検出部30と電極梁35とにより構成される振動系(検
出部振動系)とで、Y方向若しくはY方向に成分を持つ
加速度(外部加速度)が加わったときに、質量部20と
検出部30とはY方向へ同様に変位するようになってい
る。As described above, in the angular velocity sensor 100, the mass section 20 and the detection section 30 are each provided with the detection beam 2
5. The vibration function in the Y direction is enabled by the spring function of the electrode beam 35. In this embodiment, the vibration system (mass vibration system) including the mass unit 20 and the detection beam 25 and the detection unit When an acceleration (external acceleration) having a component in the Y direction or in the Y direction is applied to a vibration system (detection unit vibration system) including the electrode beam 30 and the electrode beam 35, the mass unit 20 and the detection unit 30 It is also displaced in the Y direction.
【0024】それによって、外部加速度が印加されて
も、検出部30はコリオリ力の作用するY方向へ質量部
20と同様に変位するから、両部20、30の対向部即
ち櫛歯電極24と検出電極32との対向部における間隔
の変化量には、外部加速度の影響は加わってこない。そ
のため、従来のように、2つの質量部で連成振動系を組
む必要がなく、センサの体格を大型化させることなく、
外部加速度の影響を受けずに、実質的に角速度に起因す
るコリオリ力のみが検出可能となる。As a result, even if an external acceleration is applied, the detecting section 30 is displaced in the Y direction in which the Coriolis force acts in the same manner as the mass section 20. The influence of the external acceleration is not added to the amount of change in the interval at the portion facing the detection electrode 32. Therefore, unlike the conventional case, there is no need to form a coupled vibration system with the two mass parts, and without increasing the size of the sensor,
It is possible to detect only the Coriolis force substantially caused by the angular velocity without being affected by the external acceleration.
【0025】次に、外部加速度が加わったときに質量部
20と検出部30とをY方向へ同様に変位させるための
質量部振動系及び検出部振動系についての具体的な手段
を示す。まず、外部加速度による変位を、質量部20と
検出部30とで同様にするという面から考えると、次の
ようになる。Next, specific means for a mass vibration system and a detection vibration system for similarly displacing the mass unit 20 and the detection unit 30 in the Y direction when an external acceleration is applied will be described. First, when considering displacement caused by external acceleration in the mass unit 20 and the detection unit 30 in the same manner, the following is obtained.
【0026】電極錘31の質量をm1、電極梁(第2の
梁部)35のバネ定数をk1、錘部22及びフレーム部
21の質量をm2、検出梁(第1の梁部)25のバネ定
数をk2とする。なお、検出電極32の質量、櫛歯電極
24の質量はそれぞれ、質量m1、質量m2に対して実
質的に無視できる程度に小さいため、質量m1、質量m
2はそれぞれ本発明でいう検出部の質量、本発明でいう
質量部の質量に相当する。このようにしたとき、外部加
速度Gが印加されたときに、質量m1にかかる力F1、
m2にかかる力F2はそれぞれ、次の数式1のように示
される。The mass of the electrode weight 31 is m1, the spring constant of the electrode beam (second beam portion) 35 is k1, the mass of the weight portion 22 and the frame portion 21 is m2, and the mass of the detection beam (first beam portion) 25 is m1. Let the spring constant be k2. Since the mass of the detection electrode 32 and the mass of the comb electrode 24 are substantially negligible with respect to the mass m1 and the mass m2, respectively, the mass m1 and the mass m
2 corresponds to the mass of the detection part in the present invention and the mass of the mass part in the present invention, respectively. In this case, when the external acceleration G is applied, the force F1 applied to the mass m1
The force F2 applied to m2 is represented by the following equation (1).
【0027】[0027]
【数1】F1=G1・m1 F2=G2・m2 この力F1、F2による電極錘31の変位量をA1、錘
部22及びフレーム部21の変位量をA2とすると、こ
れら変位量A1、A2はそれぞれ、次の数式2のように
示される。F1 = G1 · m1 F2 = G2 · m2 Assuming that the displacement of the electrode weight 31 due to the forces F1 and F2 is A1, and the displacement of the weight 22 and the frame 21 is A2, these displacements A1 and A2 Are shown as in the following Expression 2, respectively.
【0028】[0028]
【数2】A1=F1/k1 A2=F2/k2 これら変位量が外部加速度による力で同じになるよう
に、k1及びk2を決めてやる必要があるので、A1=
A2とすると、次の数式3に示される関係が導出され
る。A1 = F1 / k1 A2 = F2 / k2 Since it is necessary to determine k1 and k2 so that these displacement amounts become the same by the force due to the external acceleration, A1 =
If A2 is set, the relationship shown in the following Expression 3 is derived.
【0029】[0029]
【数3】k1=k2・m1/m2(これを関係式1とす
る) 各梁25、35のバネ定数を上記関係式1のように定め
ることによって、外部加速度が加わったときに質量部2
0と検出部30とをY方向へ同様に変位させることがで
き、外部加速度をキャンセルできる。## EQU3 ## k1 = k2.multidot.m1 / m2 (this is referred to as relational expression 1) By determining the spring constant of each of the beams 25 and 35 as in the above relational expression 1, when the external acceleration is applied, the mass 2
0 and the detection unit 30 can be similarly displaced in the Y direction, and the external acceleration can be canceled.
【0030】また、質量部振動系と検出部振動系とで、
Y方向(コリオリ力の作用方向)における共振周波数を
同一することによっても、外部加速度が加わったときに
質量部20と検出部30とをY方向へ同様に変位させる
ことができ、外部加速度をキャンセルできる。Further, the mass part vibration system and the detection part vibration system
By making the resonance frequency the same in the Y direction (the direction of action of the Coriolis force), the mass unit 20 and the detection unit 30 can be similarly displaced in the Y direction when an external acceleration is applied, and the external acceleration is canceled. it can.
【0031】この共振周波数を一致させるという面から
考えると、上記両振動系の構成は次のように具体化でき
る。なお、以下、電極錘31の質量m1、電極梁35の
バネ定数k1、錘部22及びフレーム部21の質量m
2、検出梁25のバネ定数k2は、上記同様である。In view of matching the resonance frequencies, the configuration of the two vibration systems can be embodied as follows. Hereinafter, the mass m1 of the electrode weight 31, the spring constant k1 of the electrode beam 35, and the mass m of the weight 22 and the frame 21 will be described.
2. The spring constant k2 of the detection beam 25 is the same as described above.
【0032】ここで、ω1を電極錘31の共振周波数
(検出部振動系の共振周波数に相当)、ω2を錘部22
及びフレーム部21の共振周波数(質量部振動系の共振
周波数に相当)とすると、各共振周波数ω1、ω2はそ
れぞれ、次の数式4の様に示される。Here, ω1 is the resonance frequency of the electrode weight 31 (corresponding to the resonance frequency of the detection unit vibration system), and ω2 is the weight 22
And the resonance frequency of the frame section 21 (corresponding to the resonance frequency of the mass section vibration system), the respective resonance frequencies ω1 and ω2 are expressed by the following Equation 4, respectively.
【0033】[0033]
【数4】ω1=(k1/m1)1/2 ω2=(k2/m2)1/2 ここで、両共振周波数ω1及びω2を一致させるため、
ω1=ω2とすると、次の数式5に示されるように、上
記関係式1と同一の関係が得られる。Ω1 = (k1 / m1) 1/2 ω2 = (k2 / m2) 1/2 Here, in order to make the two resonance frequencies ω1 and ω2 coincide,
Assuming that ω1 = ω2, the same relation as the above relational expression 1 is obtained as shown in the following Expression 5.
【0034】[0034]
【数5】k1=k2・m1/m2 このように、基部10と、錘部22及び櫛歯電極(質量
部電極)24を有する質量部20と、櫛歯電極24に間
隔を有して対向配置された検出電極32とを備え、錘部
22の駆動振動中に角速度が発生したとき、該質量部2
0に対して作用するコリオリ力により両電極24、32
の対向間隔を変化させ該変化量に基づいて角速度を検出
する角速度センサにおいて、検出電極32に質量部とし
ての電極錘31を一体化させ、この電極錘31を電極梁
35により基部10に連結し、さらに、上記質量m1及
びm2、バネ定数k1及びk2を上記関係式1のような
関係とすることで、本発明の目的に叶う角速度センサを
提供することができる。K1 = k2 · m1 / m2 As described above, the base 10, the mass portion 20 having the weight portion 22 and the comb-shaped electrode (mass portion electrode) 24, and the comb-shaped electrode 24 face each other with a space therebetween. A detection electrode 32 disposed therein, and when an angular velocity occurs during driving vibration of the weight portion 22, the mass portion 2
0, the two electrodes 24, 32
In the angular velocity sensor that changes the facing distance of the sensor and detects the angular velocity based on the amount of change, an electrode weight 31 as a mass part is integrated with the detection electrode 32, and the electrode weight 31 is connected to the base 10 by an electrode beam 35. Further, by setting the masses m1 and m2 and the spring constants k1 and k2 to be in the relation as in the above-described relational expression 1, it is possible to provide an angular velocity sensor that achieves the object of the present invention.
【0035】(他の実施形態)なお、対向間隔の変化に
よって容量変化を検出する質量部電極及び検出電極の形
状としては、上記の櫛歯状のものに限定されない。ま
た、上記実施形態では、梁25、35を用いて、外部加
速度が加わったときに、検出部30と質量部20とを互
いに同様に変位させるようにしたが、梁に限定すること
なく、何らかのバネ機能を有するバネ部材を用いても良
い。(Other Embodiments) The shapes of the mass electrode and the detection electrode for detecting a change in capacitance based on a change in the facing distance are not limited to the above-mentioned comb-like shape. Further, in the above embodiment, when the external acceleration is applied by using the beams 25 and 35, the detection unit 30 and the mass unit 20 are displaced similarly to each other. A spring member having a spring function may be used.
【図1】本発明の角速度センサの一実施形態を示す平面
図である。FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of an angular velocity sensor according to the present invention.
【図2】従来の角速度センサを示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing a conventional angular velocity sensor.
【図3】連成振動系を採用した従来の角速度センサを示
す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing a conventional angular velocity sensor employing a coupled vibration system.
10…基部、20…質量部、22…錘部、25…検出
梁、30…検出部、35…電極梁。Reference numeral 10: base portion, 20: mass portion, 22: weight portion, 25: detection beam, 30: detection portion, 35: electrode beam.
Claims (3)
を有する質量部(20)と、前記質量部に間隔を有して
対向配置された検出部(30)とを備え、 前記錘部の駆動振動中に角速度が発生したとき、前記質
量部に対して作用するコリオリ力によって前記質量部と
前記検出部との対向部の間隔を変化させ、この変化量に
基づいて前記角速度を検出するようにした角速度センサ
において、 外部加速度が加わったときに、前記検出部は前記コリオ
リ力の作用方向へ前記質量部と同様に変位可能となって
いることを特徴とする角速度センサ。A weight portion (22) capable of driving vibration in a predetermined direction.
A mass part (20) having: and a detection part (30) arranged to face the mass part with an interval therebetween, and when an angular velocity is generated during driving vibration of the weight part, the mass part (20) In the angular velocity sensor that changes the distance between the facing portion of the mass portion and the detection portion by Coriolis force acting on the mass portion and detects the angular velocity based on the amount of change, when an external acceleration is applied, An angular velocity sensor, wherein the detection unit is displaceable in the direction of the action of the Coriolis force similarly to the mass unit.
(22)を有する質量部(20)と、 前記基部に連結され前記質量部に間隔を有して対向配置
された検出部(30)とを有し、 前記錘部の駆動振動中に角速度が発生したとき、前記質
量部に対して作用するコリオリ力によって前記質量部と
前記検出部との対向部の間隔を変化させ、この変化量に
基づいて前記角速度を検出するようにした角速度センサ
において、 前記質量部は、前記コリオリ力の作用方向へ弾性的に伸
縮可能な第1の梁部(25)によって前記基部に連結さ
れ、前記検出部は、前記コリオリ力の作用方向へ弾性的
に伸縮可能な第2の梁部(35)によって前記基部に連
結されており、 前記質量部及び前記第1の梁部により構成される振動系
と前記検出部及び前記第2の梁部により構成される振動
系とで、前記コリオリ力の作用方向への共振周波数が互
いに同一となっていることを特徴とする角速度センサ。2. A mass (20) connected to the base and having a weight (22) that can be driven and oscillated in a predetermined direction, and a mass connected to the base and having an interval between the mass. And a detection unit (30) disposed opposite to the weight unit. When an angular velocity occurs during driving vibration of the weight unit, the mass unit and the detection unit are caused to move by the Coriolis force acting on the mass unit. In an angular velocity sensor that changes an interval between opposed portions and detects the angular velocity based on the amount of change, the mass section includes a first beam section that is elastically expandable and contractable in a direction in which the Coriolis force acts. 25), and the detection unit is connected to the base by a second beam (35) that can elastically expand and contract in the direction of action of the Coriolis force. Vibration composed of one beam An angular velocity sensor, wherein the by the detection unit and vibrating system constituted by the second beam portion, the resonant frequency of the direction of action of the Coriolis force is made identical to each other and.
第2の梁部(35)のバネ定数をk1、前記質量部(2
0)の質量をm2、前記第1の梁部(25)のバネ定数
をk2としたとき、 k1=k2・m1/m2 の関係にあることを特徴とする請求項2に記載の角速度
センサ。3. The mass of the detection section (30) is m1, the spring constant of the second beam section (35) is k1, and the mass section (2) is
The angular velocity sensor according to claim 2, wherein, when the mass of 0) is m2 and the spring constant of the first beam portion (25) is k2, the following relationship holds: k1 = k2 · m1 / m2.
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