JP2014149229A

JP2014149229A - Angular velocity sensor

Info

Publication number: JP2014149229A
Application number: JP2013018168A
Authority: JP
Inventors: Masanao Ota; 正直大田; Sukeji Sonoda; 右司其田; Shinjiro Ueda; 真二郎上田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-08-21

Abstract

【課題】想定以上の不要信号が発生した場合でも差動増幅器の飽和が起こり難く角速度の誤検出を抑制した角速度センサを提供する。
【解決手段】駆動電極と検出電極とを有する角速度検出素子と、励振させる駆動回路と、検出電極から角速度に応じた信号を取り出す検出回路とを備え、検出回路は、取り出した信号を差動増幅する差動増幅器と、差動増幅器から出力される差動信号を駆動回路からの信号に基づいて同期検波する同期検波器とを有し、差動増幅器は、第１のオペアンプ５０と、第１のオペアンプ５０と並列に接続される第１の抵抗部５１、５３と、第１の抵抗部５１、５３の抵抗値を変化させる第１の切替部５２、５４とからなり、同期検波器は、第２のオペアンプと、第２のオペアンプの入力側に接続される第２の抵抗部と、第２の抵抗部の抵抗値を変化する第２の切替部とからなり、信号に応じて差動増幅器と同期検波器の増幅率の配分を切り替える。
【選択図】図３Provided is an angular velocity sensor in which a differential amplifier is hardly saturated even when an unnecessary signal more than expected is generated, and erroneous detection of angular velocity is suppressed.
An angular velocity detection element having a drive electrode and a detection electrode, a drive circuit for excitation, and a detection circuit for extracting a signal corresponding to the angular velocity from the detection electrode, the detection circuit differentially amplifies the extracted signal And a synchronous detector that synchronously detects a differential signal output from the differential amplifier based on a signal from the drive circuit. The differential amplifier includes a first operational amplifier 50, a first operational amplifier 50, and a first operational amplifier 50. The first resistance units 51 and 53 connected in parallel with the operational amplifier 50 and the first switching units 52 and 54 for changing the resistance values of the first resistance units 51 and 53, and the synchronous detector It comprises a second operational amplifier, a second resistor connected to the input side of the second operational amplifier, and a second switching unit that changes the resistance value of the second resistor. Switches the distribution of amplification factors between the amplifier and the synchronous detector.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、ラジオコントロール・ヘリコプターの姿勢制御、またはデジタルスチルカメラおよびビデオカメラの手ぶれ防止に利用する角速度センサに関するものである。 The present invention relates to an angular velocity sensor used for attitude control of a radio control helicopter or prevention of camera shake of a digital still camera and a video camera.

図７は従来の角速度センサにおける検出回路を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing a detection circuit in a conventional angular velocity sensor.

従来の角速度センサ１は、振動子２と、駆動回路３と、検出回路４と、を備えている。ここで、駆動回路３は振動子２に駆動信号を与えることで振動子２を所定の振幅および周波数で振動駆動させる。検出回路４は、振動子２に角速度が負荷された際にコリオリ力により振動子２に発生する電荷を増幅する電荷増幅器５と、この電荷増幅器５の出力信号の位相を変化させる位相器６と、この位相器６からの出力信号を駆動回路３からの出力信号に同期検波させる同期検波器７と、この同期検波器７の出力信号を平滑するとともに増幅する平滑回路８とを有している。 The conventional angular velocity sensor 1 includes a vibrator 2, a drive circuit 3, and a detection circuit 4. Here, the drive circuit 3 gives a drive signal to the vibrator 2 to drive the vibrator 2 with a predetermined amplitude and frequency. The detection circuit 4 includes a charge amplifier 5 that amplifies charges generated in the vibrator 2 by Coriolis force when an angular velocity is loaded on the vibrator 2, and a phase shifter 6 that changes the phase of the output signal of the charge amplifier 5. A synchronous detector 7 for synchronously detecting the output signal from the phase shifter 6 with an output signal from the drive circuit 3 and a smoothing circuit 8 for smoothing and amplifying the output signal of the synchronous detector 7 are provided. .

以上のように構成された従来の角速度センサ１について、次にその動作を説明する。 Next, the operation of the conventional angular velocity sensor 1 configured as described above will be described.

振動子２が励振した状態で、この振動子２の軸心方向を中心とする角速度Ωが振動子２に印加されると、振動子２にコリオリ力が生じ、これが電荷として検出され、そして検出回路４により出力信号に変換されることによって、角速度を検出するものであった。 When the vibrator 2 is excited and an angular velocity Ω centered on the axial center direction of the vibrator 2 is applied to the vibrator 2, a Coriolis force is generated in the vibrator 2 and this is detected as an electric charge. The angular velocity is detected by being converted into an output signal by the circuit 4.

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。 As a prior art document related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.

特開２００３−２４７８２８号公報JP 2003-247828 A

しかしながら、上記した従来の角速度センサでは、モータなどとの接続された基板上において、予期せぬほど大きな角速度に相当する振動が入力されて想定以上の不要信号が発生すると、差動増幅器に於ける出力が飽和する。その結果、角速度が入力されていないにもかかわらず、大きな角速度が急激に印加されたかの如き信号が検出回路から出力されてしまい、角速度センサが誤検出するという課題を有していた。 However, in the conventional angular velocity sensor described above, when an unexpected signal exceeding an expected value is generated on a substrate connected to a motor or the like and vibration corresponding to an unexpectedly large angular velocity is generated, The output is saturated. As a result, even though no angular velocity is input, a signal as if a large angular velocity has been applied suddenly is output from the detection circuit, and the angular velocity sensor has a problem of erroneous detection.

そこで本発明は、想定以上の不要信号が発生した場合でも差動増幅器の飽和が起こり難く、角速度の誤検出を抑制した角速度センサを提供する事を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor in which a differential amplifier is hardly saturated even when an unnecessary signal more than expected is generated, and erroneous detection of angular velocity is suppressed.

上記目的を達成するために本発明の角速度センサは、駆動電極と一対の検出電極とを有する角速度検出素子と、前記駆動電極に駆動信号を入力する事により角速度検出素子を励振させる駆動回路と、前記一対の検出電極から出力される出力信号から角速度に応じた信号を取り出す検出回路と、を備え、前記検出回路は、前記出力信号を差動増幅する差動増幅器と、前記差動増幅器から出力される差動信号を前記駆動回路からの信号に基づいて同期検波する同期検波器と、を有し、前記差動増幅器は、第１のオペアンプと、前記第１のオペアンプと並列に接続される第１の抵抗部と、前記第１の抵抗部の抵抗値を変化させる第１の切替部と、からなり、前記同期検波器は、第２のオペアンプと、前記第２のオペアンプの入力側に接続される第２の抵抗部と、前記第２の抵抗部の抵抗値を変化する第２の切替部と、からなる構成とした。 In order to achieve the above object, an angular velocity sensor of the present invention includes an angular velocity detection element having a drive electrode and a pair of detection electrodes, a drive circuit that excites the angular velocity detection element by inputting a drive signal to the drive electrode, A detection circuit that extracts a signal corresponding to an angular velocity from output signals output from the pair of detection electrodes, and the detection circuit outputs a differential amplifier that differentially amplifies the output signal, and an output from the differential amplifier A synchronous detector for synchronously detecting a differential signal to be detected based on a signal from the drive circuit, and the differential amplifier is connected in parallel with the first operational amplifier and the first operational amplifier. And a first switching unit that changes a resistance value of the first resistance unit. The synchronous detector is connected to a second operational amplifier and an input side of the second operational amplifier. Second connected A resistor unit, and a second switching unit for changing the resistance value of the second resistor portion, made of configuration and.

本発明の角速度センサは、振動による不要信号が大きいと判断される際に、差動増幅器の増幅率とその後段の同期検波器の増幅率との比率を切替える。これにより、差動増幅器の飽和を防ぐことができるので、振動に対する角速度センサの誤検出を抑制することができる。 The angular velocity sensor of the present invention switches the ratio between the amplification factor of the differential amplifier and the amplification factor of the subsequent synchronous detector when it is determined that the unnecessary signal due to vibration is large. Thereby, since saturation of the differential amplifier can be prevented, erroneous detection of the angular velocity sensor with respect to vibration can be suppressed.

本発明の実施の形態１における角速度センサの振動子の上面図Top view of the vibrator of the angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention. 同センサの駆動回路および検出回路を示すブロック図Block diagram showing the drive circuit and detection circuit of the sensor （ａ）同センサの検出回路における差動増幅器の回路図、（ｂ）同差動増幅器の第１の抵抗部と第１の切替部の構成例を示す図(A) The circuit diagram of the differential amplifier in the detection circuit of the sensor, (b) The figure which shows the structural example of the 1st resistance part and 1st switching part of the differential amplifier （ａ）同センサの同期検波器の回路図、（ｂ）同期検波器の第２の抵抗部と第２の切替部の構成例を示す図(A) The circuit diagram of the synchronous detector of the sensor, (b) The figure which shows the structural example of the 2nd resistance part of a synchronous detector, and a 2nd switching part. （ａ）〜（ｉ）同センサの動作状態を示す波形図(A)-(i) Waveform diagram showing the operating state of the sensor 角速度センサの出力波形を示す図Diagram showing output waveform of angular velocity sensor 従来の角速度センサにおける駆動回路および検出回路を示すブロック図Block diagram showing a drive circuit and a detection circuit in a conventional angular velocity sensor

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態における角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。 (Embodiment 1)
Hereinafter, an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本実施の形態における角速度センサ２０の振動子の上面図、図２は同角速度センサ２０の駆動回路および検出回路を示すブロック図である。 FIG. 1 is a top view of a vibrator of the angular velocity sensor 20 in the present embodiment, and FIG. 2 is a block diagram showing a drive circuit and a detection circuit of the angular velocity sensor 20.

角速度センサ２０は、駆動電極と一対の検出電極とを有する角速度検出素子と、駆動電極に駆動信号を入力する事により角速度検出素子を励振させる駆動回路と、一対の検出電極から出力される出力信号から角速度に応じた信号を取り出す検出回路と、を備え、検出回路は、出力信号を差動増幅する差動増幅器と、差動増幅器から出力される差動信号を前記駆動回路からの信号に基づいて同期検波する同期検波器と、を有し、差動増幅器は、第１のオペアンプと、第１のオペアンプと並列に接続される第１の抵抗部と、第１の抵抗部の抵抗値を変化させる第１の切替部と、からなり、同期検波器は、第２のオペアンプと、第２のオペアンプの入力側に接続される第２の抵抗部と、第２の抵抗部の抵抗値を変化する第２の切替部と、からなる構成とした。 The angular velocity sensor 20 includes an angular velocity detection element having a drive electrode and a pair of detection electrodes, a drive circuit that excites the angular velocity detection element by inputting a drive signal to the drive electrode, and an output signal output from the pair of detection electrodes. A detection circuit for extracting a signal corresponding to the angular velocity from the differential amplifier that differentially amplifies the output signal, and the differential signal output from the differential amplifier based on the signal from the drive circuit The differential detector includes a first operational amplifier, a first resistor connected in parallel with the first operational amplifier, and a resistance value of the first resistor. The synchronous detector includes a second operational amplifier, a second resistor connected to the input side of the second operational amplifier, and a resistance value of the second resistor. A second switching unit that changes. And the.

図１において、２１は音叉形状のシリコン基板の上面にＰＺＴからなる圧電薄膜を設けた振動子で、この振動子２１は駆動電極２２および一対の検出電極２３（以降、検出電極２３と表記する）を設けている。また、振動子２１における接続部２４にはモニタ電極２５を設けている。 In FIG. 1, reference numeral 21 denotes a vibrator in which a piezoelectric thin film made of PZT is provided on the top surface of a tuning fork-shaped silicon substrate. Is provided. In addition, a monitor electrode 25 is provided at the connection portion 24 in the vibrator 21.

図２において、２６は駆動回路で、この駆動回路２６は、振動子２１における駆動電極２２に電気的に接続されている。２７は検出回路で、この検出回路２７は、一対の増幅器２８と、差動増幅器２９と、位相シフタ３０と、反転増幅器３１と、同期検波器３２と、ノイズ除去手段３３と、非反転増幅器３４と、平滑回路３５とを備えている。そして、検出回路２７における一対の増幅器２８は、振動子２１における各々の一対の検出電極２３からの出力信号を増幅するとともに、差動増幅器２９に出力している。また、検出回路２７における差動増幅器２９は増幅器２８からの出力信号を差動増幅しており、さらに、位相シフタ３０により、差動増幅器２９からの出力信号の位相を９０度遅延させている。そしてまた、検出回路２７における反転増幅器３１は、位相シフタ３０からの出力信号を反転させて、同期検波器３２に入力している。また、この同期検波器３２には、位相シフタ３０からの出力信号も入力されている。３６はモニタ回路で、このモニタ回路３６は振動子２１におけるモニタ電極２５からの出力信号を入力するとともに、このモニタ回路３６からの出力信号を検波クロック３７に入力している。また、検出回路２７における同期検波器３２は、位相シフタ３０および反転増幅器３１からの出力信号を検波クロック３７からの同期信号に合わせて検波を行い、ノイズ除去手段３３に入力している。そして、このノイズ除去手段３３は、アクティブローパスフィルタ３８およびパッシブローパスフィルタ３９からなるバターワースフィルタで構成されている。そしてまた、非反転増幅器３４は、ノイズ除去手段３３からの出力信号を増幅して、増幅した出力信号を平滑回路３５に入力することにより、平滑化して、角速度に応じた出力信号を出力している。 In FIG. 2, reference numeral 26 denotes a drive circuit, and this drive circuit 26 is electrically connected to the drive electrode 22 in the vibrator 21. A detection circuit 27 includes a pair of amplifiers 28, a differential amplifier 29, a phase shifter 30, an inverting amplifier 31, a synchronous detector 32, a noise removing unit 33, and a non-inverting amplifier 34. And a smoothing circuit 35. The pair of amplifiers 28 in the detection circuit 27 amplifies output signals from the pair of detection electrodes 23 in the vibrator 21 and outputs them to the differential amplifier 29. The differential amplifier 29 in the detection circuit 27 differentially amplifies the output signal from the amplifier 28, and the phase shifter 30 delays the phase of the output signal from the differential amplifier 29 by 90 degrees. Further, the inverting amplifier 31 in the detection circuit 27 inverts the output signal from the phase shifter 30 and inputs it to the synchronous detector 32. The synchronous detector 32 also receives an output signal from the phase shifter 30. Reference numeral 36 denotes a monitor circuit. The monitor circuit 36 inputs an output signal from the monitor electrode 25 in the vibrator 21 and inputs an output signal from the monitor circuit 36 to the detection clock 37. The synchronous detector 32 in the detection circuit 27 detects the output signals from the phase shifter 30 and the inverting amplifier 31 in accordance with the synchronous signal from the detection clock 37 and inputs it to the noise removing means 33. The noise removing means 33 is composed of a Butterworth filter including an active low-pass filter 38 and a passive low-pass filter 39. Further, the non-inverting amplifier 34 amplifies the output signal from the noise removing means 33, inputs the amplified output signal to the smoothing circuit 35, smoothes it, and outputs an output signal corresponding to the angular velocity. Yes.

図３（ａ）は角速度センサ２０の検出回路における差動増幅器２９の回路図、（ｂ）は同差動増幅器２９の第１の抵抗部と第１の切替部（図３（ａ）の領域Ｐ）の構成例を示した図である。差増増幅器２９は、第１のオペアンプ５０と、第１のオペアンプ５０と並列に接続される第１の抵抗部５１とを有し、増幅器２８からの出力信号を差動増幅する。そして、第１の抵抗部５１には第１の切替部５２が接続されている。そして、この第１の切替部５２により第１の抵抗部５１の抵抗値を変化させることができる。より詳細には、第１の抵抗部５１は、第１のオペアンプ５０と平行に設けた複数の抵抗５３と、複数のうちのいずれかと並列に設けた帰還抵抗切替スイッチ５４と、からなる。この帰還抵抗切替スイッチ５４を図示しない制御部によりＯＮ／ＯＦＦ制御することで第１の抵抗部５１の抵抗値を変化させることができる。その制御の具体的な方法としては、差動増幅器２９の出力側にコンパレータを付加し、このコンパレータの閾値をダイナミックレンジ近傍に設定する。そして、コンパレータからの出力がＨｉｇｈになる場合に、制御部が帰還抵抗切替スイッチ５４をＯＮにする。これにより、第１の抵抗部５１の抵抗値を低下することができる。ここで、第１の抵抗部５１の抵抗値が低下するということは、すなわち、差動増幅器２９の増幅率を低減するということと同義である。 3A is a circuit diagram of the differential amplifier 29 in the detection circuit of the angular velocity sensor 20, and FIG. 3B is a diagram illustrating a first resistance unit and a first switching unit of the differential amplifier 29 (region of FIG. 3A). It is the figure which showed the example of a structure of P). The differential amplifier 29 includes a first operational amplifier 50 and a first resistor unit 51 connected in parallel with the first operational amplifier 50, and differentially amplifies the output signal from the amplifier 28. A first switching unit 52 is connected to the first resistance unit 51. The resistance value of the first resistance unit 51 can be changed by the first switching unit 52. More specifically, the first resistor unit 51 includes a plurality of resistors 53 provided in parallel with the first operational amplifier 50 and a feedback resistor changeover switch 54 provided in parallel with any one of the plurality of resistors. The resistance value of the first resistance unit 51 can be changed by ON / OFF control of the feedback resistance changeover switch 54 by a control unit (not shown). As a specific method for the control, a comparator is added to the output side of the differential amplifier 29, and the threshold value of the comparator is set near the dynamic range. Then, when the output from the comparator becomes High, the control unit turns on the feedback resistance changeover switch 54. Thereby, the resistance value of the 1st resistance part 51 can be reduced. Here, a decrease in the resistance value of the first resistance unit 51 is synonymous with a decrease in the amplification factor of the differential amplifier 29.

図４（ａ）は角速度センサ２０の同期検波器の回路図、（ｂ）同期検波器の第２の抵抗部と第２の切替部（図４（ａ）の領域Ｑ）の構成例を示した図である。 FIG. 4A shows a circuit diagram of a synchronous detector of the angular velocity sensor 20, and FIG. 4B shows a configuration example of a second resistance unit and a second switching unit (region Q in FIG. 4A) of the synchronous detector. It is a figure.

同期検波器３２は、第２のオペアンプ６０と、第２のオペアンプ６０の入力側に接続される第２の抵抗部６１と、第２の抵抗部６１の抵抗値を変化する第２の切替部６２と、を有する。ここで、第２の抵抗部６１には第２の切替部６２が接続されている。そして、この第２の切替部６２により第２の抵抗部６１の抵抗値を変化させることができる。より詳細には、第２の抵抗部６１は、第２のオペアンプ６０と平行に設けた複数の抵抗６３と、この複数のうちのいずれかと並列に設けた抵抗切替スイッチ６４と、からなる。この抵抗切替スイッチ６４を制御部（図示しない）によりＯＮにすることで第２の抵抗部６１の抵抗を減少させることができる。ここで、第２の抵抗部６１の抵抗が減少するということは、すなわち、同期検波器３２の増幅率を増加するということと同義である。 The synchronous detector 32 includes a second operational amplifier 60, a second resistance unit 61 connected to the input side of the second operational amplifier 60, and a second switching unit that changes the resistance value of the second resistance unit 61. 62. Here, the second switching unit 62 is connected to the second resistance unit 61. The resistance value of the second resistance unit 61 can be changed by the second switching unit 62. More specifically, the second resistance unit 61 includes a plurality of resistors 63 provided in parallel with the second operational amplifier 60 and a resistance changeover switch 64 provided in parallel with any one of the plurality of resistors 63. The resistance of the second resistance unit 61 can be reduced by turning on the resistance changeover switch 64 by a control unit (not shown). Here, decreasing the resistance of the second resistance unit 61 is synonymous with increasing the amplification factor of the synchronous detector 32.

この構成により、差動増幅器２９の飽和を防ぐことができるので、予期せぬ振動に対する角速度センサの誤検出を抑制することができる。これは、予期せぬ不要信号が生じて差動増幅器２９が飽和するような場合でも、第１の切替部５２により差動増幅器２９の増幅率を下げることで飽和を抑制することができるためである。 With this configuration, saturation of the differential amplifier 29 can be prevented, and erroneous detection of the angular velocity sensor with respect to unexpected vibration can be suppressed. This is because, even when an unexpected unnecessary signal is generated and the differential amplifier 29 is saturated, the saturation can be suppressed by lowering the amplification factor of the differential amplifier 29 by the first switching unit 52. is there.

更に、帰還抵抗切替スイッチ５４と抵抗切替スイッチ６４とは互いに連動して動作することが望ましい。具体的には、第１の切替部５２と第２の切替部６２との抵抗値を切替える前後で、差動増幅器２９の増幅率と同期検波器３２の増幅率との乗算値が一定であるようにすることが望ましい。 Further, it is desirable that the feedback resistance changeover switch 54 and the resistance changeover switch 64 operate in conjunction with each other. Specifically, the product of the amplification factor of the differential amplifier 29 and the amplification factor of the synchronous detector 32 is constant before and after switching the resistance values of the first switching unit 52 and the second switching unit 62. It is desirable to do so.

この構成により、予期せぬ不要信号が発生したとしても前段の差動増幅器２９の増幅率を下げて差動増幅器２９の飽和を防ぎつつ、第２のオペアンプ６０の増幅率を上げる事で、角速度のみを検知するという本来の特性を維持する事ができる。 With this configuration, even if an unexpected unnecessary signal is generated, the amplification factor of the second operational amplifier 60 is increased while the amplification factor of the second operational amplifier 60 is increased while lowering the amplification factor of the differential amplifier 29 in the previous stage to prevent saturation of the differential amplifier 29. It is possible to maintain the original characteristic of detecting only.

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

図５（ａ）〜（ｉ）は、角速度センサの動作状態を示す波形図である。 FIGS. 5A to 5I are waveform diagrams showing the operating state of the angular velocity sensor.

まず、振動子２１における駆動電極２２に交流電圧が印加されると、振動子２１が図１における矢印の方向に所定の周波数で振動駆動する。そしてこの状態において、振動子２１の長手方向を回転軸とする角速度が振動子２１に負荷されると、コリオリ力により、振動子２１における圧電薄膜に電荷が発生し、一対の検出電極２３に、それぞれ図５（ａ）、図５（ｂ）に示す波形からなる出力信号が発生する。そして、この出力信号を差動増幅器２９で差動増幅することにより、図５（ｃ）に示す出力信号を位相シフタ３０に入力する。この位相シフタ３０は、図５（ｄ）に示すように位相を９０度遅延させ、さらにその出力信号は反転増幅器３１により図５（ｅ）に示すように反転した信号として出力される。一方、振動子２１の駆動振幅によりモニタ電極２５から発生する電荷を、モニタ回路３６により図５（ｆ）に示すモニタ電圧に変換し、さらに、検波クロック３７により図５（ｇ）に示す検波クロック出力信号を同期検波器３２に入力する。そうすると、同期検波器３２は位相シフタ３０および反転増幅器３１からの出力信号を検波クロック３７からの出力信号に同期して検波し、図５（ｈ）に示す出力信号を出力する。そして、この同期検波器３２からの出力信号を、ノイズ除去手段３３でノイズを除去した後、平滑回路３５により平滑して図５（ｉ）に示すように角速度に応じた信号として出力するものである。 First, when an AC voltage is applied to the drive electrode 22 in the vibrator 21, the vibrator 21 is driven to vibrate at a predetermined frequency in the direction of the arrow in FIG. In this state, when an angular velocity about the longitudinal direction of the vibrator 21 is applied to the vibrator 21, electric charges are generated in the piezoelectric thin film in the vibrator 21 due to the Coriolis force. Output signals having waveforms shown in FIGS. 5A and 5B are generated. Then, the output signal shown in FIG. 5C is input to the phase shifter 30 by differentially amplifying the output signal by the differential amplifier 29. The phase shifter 30 delays the phase by 90 degrees as shown in FIG. 5D, and the output signal is output as an inverted signal as shown in FIG. On the other hand, the electric charge generated from the monitor electrode 25 due to the drive amplitude of the vibrator 21 is converted into the monitor voltage shown in FIG. 5 (f) by the monitor circuit 36, and further, the detection clock shown in FIG. The output signal is input to the synchronous detector 32. Then, the synchronous detector 32 detects the output signals from the phase shifter 30 and the inverting amplifier 31 in synchronization with the output signal from the detection clock 37, and outputs the output signal shown in FIG. The output signal from the synchronous detector 32 is subjected to noise removal by the noise removing means 33, smoothed by the smoothing circuit 35, and output as a signal corresponding to the angular velocity as shown in FIG. 5 (i). is there.

図６は角速度センサの出力波形を示す図である。ここで、図６（ａ）は、図７で説明した従来の角速度センサ１の出力波形である。一方、図６（ｂ）は、本実施の形態の角速度センサ２０の出力波形を示している。ここで、波形（ａ）、波形（ｂ）は同じ大きさの角速度を与えた時の、両センサそれぞれの出力波形である。 FIG. 6 is a diagram showing an output waveform of the angular velocity sensor. Here, FIG. 6A shows an output waveform of the conventional angular velocity sensor 1 described in FIG. On the other hand, FIG. 6B shows an output waveform of the angular velocity sensor 20 of the present embodiment. Here, the waveform (a) and the waveform (b) are output waveforms of both sensors when the same angular velocity is given.

従来の角速度センサ１では、電荷増幅器５のダイナミックレンジ（図６（ａ）中のＬ）を越える信号が印加されると、電荷増幅器５が飽和し、出力すべき角速度（波形（ａ）の破線部分）を検出できなくなる。一方、本実施の形態に係る角速度センサ２０では、差動増幅器２９に入力される信号が予め設定した閾値ωに達した時（図６（ｂ）の時間ｔ）、制御部が帰還抵抗切替スイッチ５４及び／又は抵抗切替スイッチ６４をＯＮ／ＯＦＦ制御する。これにより、差動増幅器２９に入力される信号をダイナミックレンジの範囲内に納めることができる、すなわち、差動増幅器２９が飽和することがないので、角速度のみを検知するという本来の特性を維持する事ができる。 In the conventional angular velocity sensor 1, when a signal exceeding the dynamic range of the charge amplifier 5 (L in FIG. 6A) is applied, the charge amplifier 5 is saturated and the angular velocity to be output (the broken line of the waveform (a)). Part) cannot be detected. On the other hand, in the angular velocity sensor 20 according to the present embodiment, when the signal input to the differential amplifier 29 reaches a preset threshold value ω (time t in FIG. 6B), the control unit switches the feedback resistance changeover switch. 54 and / or the resistance changeover switch 64 is ON / OFF controlled. As a result, the signal input to the differential amplifier 29 can be kept within the dynamic range, that is, the differential amplifier 29 is not saturated, so that the original characteristic of detecting only the angular velocity is maintained. I can do things.

なお、上述の説明では第１、第２の切替部として、複数の抵抗と、複数のうちのいずれかと並列に設けたスイッチとからなる構成として説明したが、これに限定されない。すなわち、例えば可変抵抗を用いて帰還抵抗を変化させる構成であってもよい。この場合、第１の抵抗部５１、および、第２の抵抗部６１を可変抵抗とし、この可変抵抗の抵抗値を制御部により制御する構成であってもよい。 In the above description, the first and second switching units have been described as a configuration including a plurality of resistors and a switch provided in parallel with one of the plurality, but the present invention is not limited to this. In other words, for example, the feedback resistance may be changed using a variable resistance. In this case, the first resistance unit 51 and the second resistance unit 61 may be variable resistors, and the resistance value of the variable resistors may be controlled by the control unit.

なお、上述の説明では、差動増幅器が飽和した場合に、制御部の動作に基づいて増幅率の比率を変更する場合について説明したが、これに限定されない。すなわち、予め角速度センサの使用される環境が特定されている場合では、その使用環境に応じた各増幅器間の増幅比率を算出し、出荷時等に各切替部を用いて対応する抵抗部の抵抗値を設定するものであってもよい。 In the above description, the case where the amplification factor ratio is changed based on the operation of the control unit when the differential amplifier is saturated has been described. However, the present invention is not limited to this. That is, when the environment in which the angular velocity sensor is used is specified in advance, the amplification ratio between the amplifiers corresponding to the use environment is calculated, and the resistance of the corresponding resistance unit using each switching unit at the time of shipment, etc. A value may be set.

本発明は、ラジオコントロール・ヘリコプターの姿勢制御、またはデジタルスチルカメラおよびビデオカメラの手ぶれ防止に利用する角速度センサとして有用である。 The present invention is useful as an angular velocity sensor used for attitude control of a radio control helicopter or for preventing camera shake of a digital still camera and a video camera.

２０角速度センサ
２１振動子
２２駆動電極
２３検出電極
２４接続部
２５モニタ電極
２６駆動回路
２７検出回路
２８増幅器
２９差動増幅器
３０位相シフタ
３１反転増幅器
３２同期検波器
３３ノイズ除去手段
３４非反転増幅器
３５平滑回路
３６モニタ回路
３７検波クロック
３８アクティブローパスフィルタ
３９パッシブローパスフィルタ
５０第１のオペアンプ
５１第１の抵抗部
５２第１の切替部
５３抵抗
５４帰還抵抗切替スイッチ
６０第２のオペアンプ
６１第２の抵抗部
６２第２の切替部
６３抵抗
６４抵抗切替スイッチ DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Angular velocity sensor 21 Vibrator 22 Drive electrode 23 Detection electrode 24 Connection part 25 Monitor electrode 26 Drive circuit 27 Detection circuit 28 Amplifier 29 Differential amplifier 30 Phase shifter 31 Inversion amplifier 32 Synchronous detector 33 Noise removal means 34 Non-inversion amplifier 35 Smoothing Circuit 36 Monitor circuit 37 Detection clock 38 Active low-pass filter 39 Passive low-pass filter 50 First operational amplifier 51 First resistance unit 52 First switching unit 53 Resistor 54 Feedback resistance changeover switch 60 Second operational amplifier 61 Second resistance unit 62 2nd switching part 63 Resistance 64 Resistance changeover switch

Claims

An angular velocity detection element having a drive electrode and a pair of detection electrodes;
A drive circuit for exciting the angular velocity detection element by inputting a drive signal to the drive electrode;
A detection circuit for extracting a signal corresponding to an angular velocity from output signals output from the pair of detection electrodes,
The detection circuit includes:
A differential amplifier for differentially amplifying the output signal;
A synchronous detector for synchronously detecting a differential signal output from the differential amplifier based on a signal from the drive circuit;
The differential amplifier includes a first operational amplifier, a first resistor connected in parallel to the first operational amplifier, and a first switching unit that changes a resistance value of the first resistor. Become
The synchronous detector includes a second operational amplifier, a second resistor connected to an input side of the second operational amplifier, a second switching unit that changes a resistance value of the second resistor, Angular velocity sensor consisting of

Before and after switching the resistance value between the first resistance unit and the second resistance unit,
The angular velocity sensor according to claim 1, wherein a multiplication value of the amplification factor of the differential amplifier and the amplification factor of the synchronous detector is constant.

The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the first switching unit includes a plurality of resistors provided in parallel with the operational amplifier and a switch provided in parallel with any one of the plurality.

2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the second switching unit includes a plurality of resistors provided in parallel with the synchronous detector and a switch provided in parallel with any one of the plurality.