專利名稱：振動型角速度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種振動型角速度傳感器。
背景技術(shù)：
取決于操作方法，存在有各種類型的角速度傳感器(陀螺傳感器)。已知的角速度傳感器類型包括利用旋轉(zhuǎn)體之進動的機械類型；利用由于在機殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)的激光之旋轉(zhuǎn)而引起的光接收定時之變化的光學(xué)類型；以及流動類型，其中用于檢測的氣體噴流被導(dǎo)向熱線(heatray)，以及通過熱線溫度來檢測由于機殼之旋轉(zhuǎn)所引起的噴射量的變化。最近，對于在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)等中用于車輛方向檢測的角速度傳感器的需求快速增加。作為結(jié)果，與以上所提及的類型相比便宜而且輕重量的振動型角速度傳感器正在成為主流。振動型角速度傳感器被如此構(gòu)造，使得發(fā)生以下情況當角速度被施加于在預(yù)定參考方向振動的振動器時，檢測新的振動分量。該新的振動分量(此后，稱為“角速度振動部件”)是基于與參考方向正交的方向上的科里奧利力(Coriolis force)?；谠撜駝臃至?，輸出角速度信息。
通常，以下是眾所周知的利用角速度傳感器來執(zhí)行車輛控制的系統(tǒng)車輛穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，其中檢測車輛的制動器，并且對制動器以及每個車輪上的轉(zhuǎn)矩進行最優(yōu)控制，以使車輛保持在正常狀態(tài)；四輪轉(zhuǎn)向角控制系統(tǒng)，其中控制車輛之前輪或者后輪的轉(zhuǎn)向角；等等。這些類型的系統(tǒng)利用角速度傳感器來檢測車輛的異常狀態(tài)，例如滑動。因而，需要提高角速度信號的可靠性。
振動型角速度傳感器的特征在于以下方面當平移加速度在角速度檢測期間被施加到車輛時，它被作為噪聲疊加在基于科里奧利力的角速度檢測波形上。日本未審專利申請公開No.2003-21517中公開的技術(shù)采用以下方法將兩套以相反相位驅(qū)動的振動型傳感器單元組合在一起，并且將以相反相位產(chǎn)生的傳感器單元的輸出進行差分放大；由此消除加速度分量。日本未審專利申請公開No.2003-21517公開以下方法作為用于車輛控制中的共同手段角速度傳感器的輸出系統(tǒng)被分為主輸出和子輸出；子輸出用做主輸出的備份。當任意一個輸出系統(tǒng)出現(xiàn)任何問題時，它可以通過比較子輸出系統(tǒng)的輸出和主輸出系統(tǒng)的輸出來檢測。
日本未審專利申請公開No.2003-21517中公開的技術(shù)采用以下用于消除加速度的方法兩個傳感器單元的輸出被預(yù)先組合，并且組合的輸出被分為子輸出和主輸出。然而，這個方法涉及一個問題。第一和第二傳感器單元形成傳感器輸出的基礎(chǔ)。當傳感器單元內(nèi)部的部件(例如，用于振動檢測的振動器或者電極)出現(xiàn)任何問題時，它不能被檢測到。這是因為在子輸出與主輸出之間不會產(chǎn)生特定的差異，除非輸出系統(tǒng)發(fā)生故障。因而，即使當單個傳感器單元出現(xiàn)任何問題，對于振動型角速度傳感器來說，也需要容易地和可靠地檢測異常。
此外，如果在振動型角速度傳感器中振動器的驅(qū)動振幅沒有處于預(yù)定范圍，則角速度傳感器輸出的零點和靈敏度就會發(fā)生一些異常。因此，需要檢測驅(qū)動振幅，以及確定它是否在預(yù)定范圍內(nèi)。具體地，正如日本未審專利申請公開No.2000-88578種公開的那樣，執(zhí)行以下操作利用壓電元件來檢測振動器的驅(qū)動振幅，并且進行電荷-電壓轉(zhuǎn)換。此外，要執(zhí)行校正，并且校正信號被用作振幅監(jiān)測信號。基于該振幅監(jiān)測信號的電平是否在預(yù)定范圍內(nèi)來執(zhí)行異常檢測。
如果平移加速度在角速度檢測期間被施加到車輛，則在振動型角速度傳感器中出現(xiàn)以下情況平移加速度作為噪聲而被疊加在基于科里奧利力的角速度檢測波形上。日本未審專利申請公開No.2000-88578中公開的技術(shù)采用以下方法將兩套以相反相位驅(qū)動的振動型傳感器單元進行組合，并且將以相反相位產(chǎn)生的傳感器單元的輸出進行差分放大。因此，消除了加速度分量。在這種情況下，必須同步驅(qū)動兩個單元的振動器。在振動驅(qū)動單元的振幅控制中，將分別從各個單元提取的振幅監(jiān)測信號同相地(in phase)相加，并且由此提高用于振幅監(jiān)測信號的靈敏度。作為相加結(jié)果所獲得的振幅監(jiān)測信號也被用于異常檢測。
如果傳感器單元出現(xiàn)任何異常，作為相加結(jié)果所獲得的振幅監(jiān)測信號中出現(xiàn)以下情況在正常操作中所期望的基準(fiducial)振幅上疊加了異常振幅分量。當兩個傳感器單元被組合并且被使用時，正如以上描述的，引起一個問題。如果作為相加結(jié)果所獲得的振幅監(jiān)測信號被用于異常檢測，那么必須進行以下步驟如圖12A到12H的左邊部分中所描述的，必須檢測異常振動分量α，以及以相同信號放大系數(shù)G雙倍放大的基準振幅分量A。然而，由于電路工作電壓的原因，這里對信號放大系數(shù)有限制。對異常振幅分量α疊加到基準振幅A所容許的容限強加了一個限制。因而，不能準確地檢測到異常。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到以上所述的問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種振動型角速度傳感器，它能夠非常容易并且可靠地檢測各個傳感器單元中出現(xiàn)的異常，以及準確地檢測振動驅(qū)動振幅的異常。此外，本發(fā)明的另一個目的是提供一種振動型角速度傳感器，它能夠非常容易并且可靠地檢測各個傳感器單元中出現(xiàn)的異常。此外，本發(fā)明另一個目的是提供一種振動型角速度傳感器，它能夠準確地檢測振動驅(qū)動振幅的異常。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種振動型角速度傳感器，包括第一角速度傳感器和第二角速度傳感器；以及異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元，其包含有一相反相位波形合成部件。第一和第二角速度傳感器中的每一個都包括振動器，其在預(yù)定參考方向振動；振動驅(qū)動單元，用于使振動器以預(yù)定的恒定振幅振動；以及檢測波形產(chǎn)生單元，用于根據(jù)施加到振動器上的角速度，來檢測與參考方向垂直的角速度檢測方向上的振動分量，以及用于根據(jù)振動分量，產(chǎn)生第一或者第二檢測波形。相反相位波形合成部分將從第一角速度傳感器所獲得的第一檢測波形與從第二角速度傳感器所獲得的第二檢測波形以下面方式合成，即第一檢測波形的相位與第二檢測波形的相位相反的方式。第一檢測波形是根據(jù)第一角速度傳感器中的振動器的位移產(chǎn)生的，以及第二檢測波形是根據(jù)第二角速度傳感器中的振動器的位移產(chǎn)生的。異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元產(chǎn)生并且輸出異常監(jiān)測信號，用于根據(jù)合成相反相位波形來監(jiān)測傳感輸出的異常，其中合成相反相位波形是由第一和第二檢測波形合成的。
以上傳感器可以非常容易地并且可靠地檢測各個傳感器單元中發(fā)生的異常，并且還可以準確地檢測振動驅(qū)動振幅的異常。
優(yōu)選地，所述傳感器還包括信號輸出單元，該信號輸出單元包含一個同相波形合成部分。振動驅(qū)動單元同步地驅(qū)動第一和第二角速度傳感器中的振動器。同相波形合成部分將第一檢測波形與第二檢測波形以下面的方式合成，即第一檢測波形的相位和第二檢測波形的相位是同相的。信號輸出單元輸出合成的同相波形作為角速度信號，其中合成的同相波形是由第一和第二檢測波形合成的，其中取消了在第一和第二檢測波形上疊加的加速度分量。所述傳感器可以非常容易地并且可靠地檢測各個傳感器單元中出現(xiàn)的異常。
優(yōu)選地，所述傳感器還包括第一振幅監(jiān)視器，用于檢測第一角速度傳感器中的振動器在參考方向的驅(qū)動振幅，以輸出第一檢測波形；以及第二振幅監(jiān)視器，用于檢測第二角速度傳感器中的振動器在參考方向的驅(qū)動振幅，以輸出第二檢測波形。所述傳感器可以準確地檢測振動驅(qū)動振幅的異常。


通過參考附圖的以下詳細說明，本發(fā)明的以上和其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯。在附圖中圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的振動型角速度傳感器的電路圖；圖2是顯示根據(jù)第一實施例的振動型角速度傳感器中的第一和第二傳感器單元的平面圖；圖3是顯示根據(jù)第一實施例的振動型角速度傳感器中的異常監(jiān)測信號產(chǎn)生電路的電路圖；圖4A到4F是說明根據(jù)第一實施例的振動型角速度傳感器的效果以及功能的波形圖；圖5A和5B是說明根據(jù)第一實施例來產(chǎn)生異常監(jiān)測準備信號的波形圖；圖6是顯示根據(jù)第一實施例的變型的振動型角速度傳感器中的異常監(jiān)測信號產(chǎn)生電路的電路圖；圖7是顯示根據(jù)第一實施例的另一個變型的振動型角速度傳感器中的異常監(jiān)測信號產(chǎn)生電路的電路圖；圖8A和8B是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的振動型角速度傳感器的電路圖；圖9是顯示根據(jù)第二實施例的振動型角速度傳感器中的第一和第二傳感器單元的平面圖；圖10A和10B是說明從根據(jù)第二實施例的振動型角速度傳感器中的電極增加角速度檢測波形的波形圖；圖11是顯示根據(jù)第二實施例之變型的振動型角速度傳感器中的第一和第二傳感器單元的平面圖；以及圖12A到12H是說明根據(jù)第二實施例的振動型角速度傳感器的效果以及功能的波形圖。
具體實施例方式
(第一實施例)圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的振動型角速度傳感器1的電路圖。該電路包括振動單元4、振動驅(qū)動單元6、以及角速度檢測單元7。如圖2所描述的，振動單元4包括第一傳感器單元100和第二傳感器單元200。傳感器單元100、200具有在預(yù)定的X方向(參考方向)振動的振動器41a和41b。當角速度被施加于振動器41a和41b時，在預(yù)先確定與X方向正交的Y方向(角速度檢測的方向)上檢測待檢測的振動分量。圖1中的檢測波形產(chǎn)生部分檢測待檢測的振動分量的波形。檢測波形產(chǎn)生部分是用于振動檢測的若干電容器45S1和45S2，所述電容器的電極之間的距離根據(jù)待檢測的波形振動而變化。用于振動檢測的點容器47a、47b的電荷變化輸出經(jīng)由電荷-電壓轉(zhuǎn)換單元CA1到CA4轉(zhuǎn)換成電壓波形(例如，電荷-電壓轉(zhuǎn)換單元可以由眾所周知的電荷放大器構(gòu)成)。由此產(chǎn)生角速度檢測波形。當施加平移加速度時，加速度波形分量被疊加在待檢測的振動波形中的角速度波形分量上。對于第一傳感器單元100和第二傳感器單元200，預(yù)先確定以上所述的參考方向以及角速度檢測的方向，使得發(fā)生以下情況由于振動器41a和41b的相反相位振動型驅(qū)動，在角速度波形分量和疊加在其上的加速度波形分量其中任意一個中，振動器的41a和41b的待檢測的振動波形都是同相的(in phase)，并且在另一個中，振動器的41a和41b的待檢測的振動波形是反相的。(即，預(yù)先確定方向，使得加速度波形分量或角速度波形分量都可以通過相加或者相減而被抵消。)在這個實施例中，第一傳感器單元100和第二傳感器單元200在X方向上彼此相鄰設(shè)置。在X方向上類似鏡子的對稱關(guān)系，以振動方式來驅(qū)動振動器41a和41b。然而，本發(fā)明的第一實施例并不局限于這個構(gòu)造。
振動單元4例如是利用硅等的半導(dǎo)體微型機械加工技術(shù)形成的。例如，在圖2描述的結(jié)構(gòu)中，第一傳感器單元100的振動器41a經(jīng)由橫梁(beams)42a固定在框架40上。第二傳感器單元200的振動器41b經(jīng)由橫梁42b固定在與上述框架40集成在一起的另一個框架40上。振動器41a和42a都固定在框架40上，使得它們可以在X方向以及與其正交的Y方向上獨立地振動。
梳狀驅(qū)動側(cè)固定電極56a和56b都沿X方向(即，振動型驅(qū)動的方向)設(shè)置在傳感器單元100和200的框架40之端部的內(nèi)表面上。固定電極56a和56b都是X方向的單位電極，并且在Y方向以相等的間隔布置。梳狀驅(qū)動側(cè)可移動電極66a和66b都沿X方向設(shè)置在振動器41a和41b的端部表面上?？梢苿与姌O66a和66b都是X方向的單位電極，并且在Y方向以相等的間隔設(shè)置，它們與固定電極56a和56b之間具有一間隙。固定電極56a和56b與可移動電極66a和66b都是以交錯的形式設(shè)置。
振動檢測電容器45S1和45S2都沿Y方向(即，在角速度檢測的方向)設(shè)置在傳感器單元100和200的端部。具體地，梳狀檢測側(cè)固定電極55a和55b都沿Y方向形成在框架40之端部的內(nèi)表面上。固定電極55a和55b都是Y方向的單位電極，并且在X方向以相等的間隔布置。梳狀檢測側(cè)可移動電極65a和65b都沿Y方向設(shè)置在振動器41a和41b之相應(yīng)的端部表面上?？梢苿与姌O65a和65b都是在Y方向的單位電極，并且在X方向以相等的間隔設(shè)置，它們與檢測側(cè)固定電極55a和55b之間具有一間隙。固定電極55a和55b與可移動電極65a和65b都是以交錯的形式設(shè)置。這些檢測側(cè)可移動電極65a和65b以及檢測側(cè)固定電極55a和55b形成用于振動檢測的上述電容器45S1和45S2。
用于監(jiān)測振幅的電容器47a和47b設(shè)置在X方向相互最靠近的傳感器單元100和200的端部，用于反饋控制振動的驅(qū)動量。具體地，梳狀監(jiān)測側(cè)固定電極57a和57b都設(shè)置在框架40之相應(yīng)的內(nèi)表面上。(內(nèi)表面之間的區(qū)域形成了將傳感器單元100和200相互隔開的隔離壁部分。)固定電極57a和57b都是X方向的單位電極，并且在Y方向以相等的間隔設(shè)置。梳狀監(jiān)測側(cè)可移動電極67a和67b都沿X方向設(shè)置在振動器41a和41b之相應(yīng)的端部表面上?？梢苿与姌O67a和67b都是在X方向的單位電極，并且在Y方向以相等的間隔設(shè)置，并且它們與監(jiān)測側(cè)固定電極57a和57b之間具有一間隙。固定電極57a和57b與可移動電極67a和67b是以交錯的形式設(shè)置。這些監(jiān)測側(cè)可移動電極67a和67b以及監(jiān)測側(cè)固定電極57a和57b形成上述用于監(jiān)測振幅的電容器47a和47b。
對于圖2中的第一角速度傳感器單元100和第二角速度傳感器單元200，執(zhí)行以下操作在X方向以恒定的振幅并以相反相位，同步地以及振動地驅(qū)動各個振動器41a和41b。在這種狀況中，當在與X方向和Y方向兩者都正交的Z方向周圍輸入角速度時，發(fā)生以下情況(在設(shè)置在汽車上的情況下，Z方向就是與路面垂直的方向。)在振動器41a和41b中，通過科里奧利力，以對應(yīng)于角速度大小的振幅并以相反相位產(chǎn)生角速度振動分量。這些角速度振動分量產(chǎn)生在Y方向(在角速度檢測的方向)上。隨著振動檢測電容器45S1和45S2的電容變化來檢測的該振動，以及經(jīng)由端子S1到S8來提取該振動。此后，它經(jīng)由電荷-電壓轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換成電壓，并且被輸出作為角速度檢測波形。
科里奧利力在相反的方向上施加在振動器41a和41b上。因此，在第一傳感器單元100側(cè)上的第一振動檢測電容器45S1以及第二傳感器單元200側(cè)上的第二振動檢測電容器45S2中，發(fā)生以下情況設(shè)置在Y方向彼此相對側(cè)上的元件同相地(in phase)產(chǎn)生角速度檢測波形。(設(shè)置在彼此相對側(cè)上的元件是端子S1和S4以及端子S5和S8，以及端子S2和S3以及端子S6和S7。)對于這些角速度檢測波形，如圖1所描述的，在同一單元中相位相反的成為一對。波形是在設(shè)置具有差分放大功能的充電-電壓轉(zhuǎn)換單元CA1到CA4上合成的，并且組成了四個合成的波形∑1到∑4，每一個都是同相的。此后，在角速度檢測單元7處，把所有的合成波形相加，并且轉(zhuǎn)換成角速度信號SG。
在圖2所示的以相反相位并且以振動方式驅(qū)動的單元100和200中，在相反方向上檢測科里奧利力，其中當在Z方向周圍施加角速度時，在Y方向產(chǎn)生科里奧利力。此外，在相同方向上檢測到由于旋轉(zhuǎn)離心力以及偶然振動所引起的Y方向的平移加速度。從角速度波形分量的觀點來看，它變成了一種噪聲分量。對單元100與200之間疊加的加速度波形分量為同相的并且角速度波形分量為相反相位的波形進行差分計算。(或者，對疊加的加速度波形分量為反相并且角速度波形分量為同相的波形進行加法計算。)這樣，消除了加速度分量，并且只有角速度分量可以被提取出來。
振動驅(qū)動單元6包括電荷-電壓轉(zhuǎn)換器10，用于將監(jiān)測振幅電容器47a和47b中存儲的電荷轉(zhuǎn)換成電壓；交流-直流(AC-DC)轉(zhuǎn)換器(整流單元)11，用于將它的振動型交流電壓輸出轉(zhuǎn)換成直流；參考電壓產(chǎn)生單元12，用于提取AC-DC轉(zhuǎn)換器11的輸出電壓作為振幅監(jiān)測值，以及提供參考電壓Vref；差分放大器13，用于放大振幅監(jiān)測值與參考電壓Vref1之間的差值。移相器14，用于將從電荷-電壓轉(zhuǎn)換器10輸出的振動型電壓的相位移位90度；乘法器15，用于將差分放大器13的輸出與移相器14的輸出相乘。乘法器15的輸出作為振動型驅(qū)動電壓波形被輸入第一傳感器單元100和第二傳感器單元200各自的驅(qū)動端子D1和D2。
在振動驅(qū)動單元6中，振動器41a和41b在X方向上的振動被認為是通過監(jiān)測振幅電容器47a和47b之電容的變化來從檢測端子M提取的振動監(jiān)測信號。在圖2中的傳感器單元100和200中，監(jiān)測振幅電容器47a和47b之監(jiān)測側(cè)可移動的電極67a和67b的設(shè)置如下監(jiān)測側(cè)可移動的電極67a和67b相對于固定側(cè)電極57a和57b沿振動方向(即，在X方向)設(shè)置在同一側(cè)(圖2中的左側(cè))。因此，當振動器41a和41b在X方向以相反相位同步振動時，來自監(jiān)測振幅電容器47a和47b的振動監(jiān)測波形也是反相的。振動監(jiān)測信號波形在電荷-電壓轉(zhuǎn)換器10上被轉(zhuǎn)換成電壓信號。該信號經(jīng)由移相器14和乘法器15反饋到驅(qū)動端子D1和D2。這樣，構(gòu)造了一種自激式振動驅(qū)動機制。
移相器14用作維持機械振動，該機械振動靠近于通過橫梁60的振動器41a和41b的共振點。來自用作電荷-電壓轉(zhuǎn)換器的差分放大器10的合成振動監(jiān)測信號在AC-DC轉(zhuǎn)換器11上分別被平滑，并且被轉(zhuǎn)換成振幅電平信號。在差分放大器13上計算振幅電平信號與來自參考電壓產(chǎn)生單元12的與控制振幅電平相對應(yīng)的參考電壓信號之間的差值。差分放大器13之輸出被作為是振幅校正信號，并且在乘法器15上與振動監(jiān)測信號相乘，這樣，驅(qū)動振幅被控制在一個恒定值。第一傳感器單元100和第二傳感器單元200的驅(qū)動端子D1和D2設(shè)置在框架40在X方向上的非相應(yīng)端部。同相地輸入來自乘法器15的驅(qū)動輸出。這樣，單元100和單元200兩者的振動器41a和41b都以共振頻率在X方向上被振動地并且反相地驅(qū)動。
對于上述角速度信號SG，在角速度檢測單元7上執(zhí)行以下操作調(diào)幅的角速度波形在同步檢測部分23上被解調(diào)。然后經(jīng)由低通濾波器23去除脈動。然后，該信號被輸出作為與輸入的角速度成比例的直流加速度信號Vy。在這個實施例中，來自移相器14的振動監(jiān)測信號用作同步檢測部分22的參考頻率。與振動器的速度和施加的角速的矢量積成比例，來產(chǎn)生科里奧利力。因此，檢測到科里奧利力的檢測波形必定比驅(qū)動振動波形提前90度。因此，在移相器14上提前90度的驅(qū)動振動波形與科里奧利力的檢測波形(即，角速度波形)一致。因此，它可以被選擇作為同步檢測的參考頻率信號。
在圖1中，來自第一角速度傳感器單元100的第一異常監(jiān)測波形∑1和∑2以及來自第二角速度傳感器單元200的第二異常監(jiān)測波形∑3和∑4都被輸入到異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元8。第一異常監(jiān)測波形∑1和∑2與第二異常監(jiān)測波形∑3和∑4已經(jīng)被合成，使得它們都是同相的。以反相的相位關(guān)系來合成這些波形。為了這個目的，它們被輸入到構(gòu)成反相波形合成部分的差分放大器121。產(chǎn)生的反相合成波形信號SK通過同步檢測部分122以及構(gòu)成電壓檢測部分的纏繞(wind)比較器123，并且被作為異常監(jiān)測信號VJ輸出。
圖2中的兩個傳感器單元100和200都是以等效的硬件形式構(gòu)造的。因此，當施加相同的角速度時，理論上，它們輸出具有基本上相同振幅的檢測波形(圖1∑1+∑2，∑3+∑4)。因此，當這些角速度檢測波形(∑1+∑2和∑3+∑4)在差分放大器121上以相反相位合成時，如圖4A到圖4F所描述的，出現(xiàn)以下情況當傳感器單元100和200都沒有出現(xiàn)異常時，波形相互抵消，并且差分放大器121的輸出SK在中立點附近的點上呈現(xiàn)為水平波形，正如圖4A到圖4C所顯示的。當傳感器單元100或200任意一個的驅(qū)動振幅出現(xiàn)異常時，出現(xiàn)以下情況由于異常的貢獻因子而使角速度檢測波形∑1+∑2和∑3+∑4產(chǎn)生差值α，并且消除了不平衡，正如圖4D到4F所顯示的。結(jié)果，差分法大器121的輸出SK的振幅值偏移了中立點。因此，當作為同步檢測的結(jié)果獲得的信號輸出SK被輸入到具有包括以上描述的中點的參考電壓范圍“Vref2和Vref3”纏繞比較器123中時，可以實現(xiàn)以下結(jié)果可以從纏繞比較器123輸出表示信號輸出SK是否在預(yù)定的范圍內(nèi)(即，信號輸出SK是否正常)的信號作為異常監(jiān)測信號VJ。
在這個實施例中，如圖2所描述的，設(shè)置在振動檢測電容器45S1和45S2之信號輸出側(cè)的電極(即，檢測側(cè)固定的電極)被分為多個分(partial)電極。將給出更具體地的描述。在第一傳感器單元100側(cè)上，檢測側(cè)固定電極被分解為分電極55S1和分電極55S4，以及分電極55S2和分電極55S3；在第二傳感器單元200側(cè)上，檢測側(cè)固定電極被分解為分電極55S6和分電極55S7，以及分電極55S5和分電極55S8。振動檢測電容器45S1和45S2的電荷變化輸出是以分開輸出形式從分電極55S1到55S8(端子S1到S8)上提取的。振動檢測電容器45S1和45S2的固定側(cè)電極被分解為分電極，并且它們的電荷變化都是以分開輸出形式分別從單個分電極分別提取的。這樣，即使當出現(xiàn)例如組成梳狀電極的單位電極破裂或者歪曲(如此小以致存留在單個分電極中)的異常時，帶來以下優(yōu)勢異常的影響基本上將其本身表現(xiàn)在分電極的分開輸出中，因而可以用較高的精確度來檢測異常。
在這個實施例中，振動檢測電容器45S1和45S2具有第一振動檢測電容器45S1A和45S2A以及第二振動檢測電容器45S1B和45S2B。第一振動檢測電容器45S1A和45S2A沿角速度方向設(shè)置在振動器41a和41b的第一端部上。第二振動檢測電容器45S1B和45S2B沿角速度方向設(shè)置在振動器41a和41b的第二端部上。這些第一振動檢測電容器45S1A和45S2A以及第二振動檢測電容器45S1B和45S2B產(chǎn)生相位相反的角速度檢測波形。設(shè)置在信號輸出側(cè)的各個電極都被分為第一分電極55S1、55S2、55S6、和55S5，以及第二分電極55S4、55S3、55S7、和55S8。通過利用振動器41a和41b的第一端部側(cè)和第二端部側(cè)，可以增大振動檢測電容器的數(shù)量，以及可以增強角速度信號的輸出。通過將這些設(shè)置在信號輸出側(cè)上的電極分為多個分電極，可以提高異常檢測的靈敏度。在同一個傳感器單元中的第一振動檢測電容器45S1A和45S2A以及第二振動檢測電容器45S1B和45S2B中，出現(xiàn)以下情況角速度波形分量和加速度波形分量兩者都以相反相位顯示。
振動器41a和41b連同設(shè)置在它們的表面上的電極65a、66a、67a、65b、66b、和67b經(jīng)由橫梁42b和框架40連接到GND端G1和G1上，以及外部地連接到GND。驅(qū)動端子D1和D2、角速度波形檢測端子S1到S8、以及振動監(jiān)測端M都設(shè)置在框架40的表面上。驅(qū)動端子D1和D2連接到驅(qū)動側(cè)固定電極56a和56b。角速度波形檢測端子S1到S8連接到檢測側(cè)固定電極55a和55b(分電極55S1到55S8)。振動監(jiān)測端M連接到監(jiān)測側(cè)固定電極57a和57b。這些端子都通過絕緣部分60相互電性地隔開。
如圖3所描述的，在第一角速度傳感器單元100中，來自第一振動檢測電容器45S1之第一分電極的分開輸出(S1和S2，以及S3和S4)被合成；在第二角速度傳感器單元200中，來自第二振動檢測電容器45S2之第一分電極的分開輸出(S5和S6，以及S7和S8)被合成；分開輸出分別在差值計算部分CA1到CA4被合成。(在這個實施例中，差值計算部分也被用作電荷-電壓轉(zhuǎn)換部分。)作為合成結(jié)果，獲得了同相的第一異常監(jiān)測準備信號(例如，第一角速度檢測波形∑1和∑2)和第二異常監(jiān)測準備信號(例如，第二角速度檢測波形∑3和∑4)。如圖5A和5B所描述的，如此形成的異常監(jiān)測準備信號∑1、∑2、∑3、和∑4根據(jù)振幅相加。振幅的相加是通過差分放大的反相分開輸出來執(zhí)行。因此，帶來以下優(yōu)勢當每個分電極都出現(xiàn)異常時，其輸出出現(xiàn)異常的分電極的影響基本上將其本身顯示在振動檢測電容器上設(shè)置的差值計算部分CA1到CA4中。因此，對于振動檢測電容器的電極，異常檢測可以通過基于其的異常監(jiān)測準備信號∑1、∑2、∑3、和∑4來精確地執(zhí)行。
在圖3中描述的電路中，設(shè)置了差值計算部分，例如，設(shè)置了差分放大器121。第一異常監(jiān)測準備信號∑1和∑2與第二異常監(jiān)測準備信號∑3和∑4在第一角速度傳感器單元100和第二角速度傳感器單元200中預(yù)先相加。差值計算部分121主要是對來自單元100和單元200的作為加法計算的結(jié)果的信號進行差值計算。差值計算部分121使用作為差值計算的結(jié)果而獲得的信號作為異常監(jiān)測信號。第一異常監(jiān)測準備信號∑1和∑2與第二異常監(jiān)測準備信號∑3和∑4通過加法計算和差值計算的組合而被結(jié)合。然后，它們作為單個系統(tǒng)異常監(jiān)測信號被輸出。因而，可以簡化與異常監(jiān)測信號的產(chǎn)生有關(guān)的硬件配置。
在圖6所描述的構(gòu)造中，差值計算部分121A和121B可以被設(shè)置在第一角速度傳感器單元100和第二角速度傳感器單元200上。差值計算部分121A和121B主要是在單元100與單元200之間分別對第一異常監(jiān)測準備信號和第二異常監(jiān)測準備信號進行差值計算。對于差值計算部分121A和121B的輸出電壓Δ∑1和Δ∑2，異常確定分別是在單元100和單元200中分別進行的?；谶@兩個異常確定信號，執(zhí)行最終的異常確定。利用這種構(gòu)造，異常確定信號是在兩個系統(tǒng)中產(chǎn)生的。然而，集成在每一個系統(tǒng)中的分輸出(分電極)的數(shù)量從圖3中的八個減少為四個。結(jié)果，當任何一個分電極出現(xiàn)異?；蚬收蠒r，帶來以下優(yōu)勢一旦集成的分電極的數(shù)量減少，由此相對于單個異常確定信號，增加了在異常情況中輸出的相對變化。因此，可以用較高的靈敏度來實現(xiàn)異常檢測。在這個實施例中，相對于差值計算部分121A和121B的輸出，設(shè)置了同步監(jiān)測部分122A和122B以及纏繞比較器(電壓檢測部分)123A和123B。來自纏繞比較器123A和123B的雙重確定輸出的邏輯和是在門電路124上計算的。它的輸出被用作最終的異常監(jiān)測信號VJ。
在圖7描述的構(gòu)造中，可以設(shè)置四個差值計算部分121A1、121A2、121B1、以及121B2。差值計算部分121A1、121A2、121B1、以及121B2在第一角速度傳感器單元100與第二角速度傳感器單元200之間分別對以下信號執(zhí)行差值計算來自圖1中的第一振動檢測電容器45S1A和45S2A之第一分電極55S1和55S6的分開輸出(S1和S5)和來自第二分電極55S4和55S7的分開輸出(S4和S7)；以及來自圖1中的第二振動檢測電容器45S1B和45S2B之第一分電極55S2和55S5的分開輸出(S2和S5)和來自第二分電極55S3和55S8的分開輸出(S3和S8)。對于這些差值計算部分121A1、121A2、121B1、以及121B2的輸出電壓，分別完成異常的確定?；谶@四個異常確定信號，完成最終的異常確定。用這個構(gòu)造，異常確定信號在四個系統(tǒng)中產(chǎn)生。然而，集成在每一個系統(tǒng)中的分輸出(分電極)的數(shù)量從圖6中的四個減少為兩個。結(jié)果，當任何一個分電極出現(xiàn)異?；蚬收蠒r，具有以下優(yōu)勢么相對于各個異常確定信號，在異常情況中的相對輸出變化也增大。因此，進一步提高了異常檢測的靈敏度。在這個實施例中，相對于差值計算部分121A1、121A2、121B1、以及121B2的每一個輸出，設(shè)置了同步監(jiān)測部分122A1、122A2、122B1、以及122B2以及纏繞比較器(電壓檢測部分)123A1、123A2、123B1和123B。來自纏繞比較器123A1、123A2、123B1和123B2的雙重確定輸出的邏輯和是在門電路124上計算的。它的輸出被用作最終的異常監(jiān)測信號VJ。
因而，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的振動型的角速度傳感器的特征在于它包括第一角速度傳感器單元以及第二角速度傳感器單元；振動驅(qū)動單元；信號輸出單元；以及異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元。第一角速度傳感器單元以及第二角速度傳感器單元各自都具有振動器、振動驅(qū)動部分、以及檢測波形產(chǎn)生部分。振動器在參考方向上振動。振動驅(qū)動部分使相應(yīng)的振動器以恒定的振幅振動。當角速度被施加到振動器時，檢測波形產(chǎn)生部分檢測在角速度檢測方向的方向上待檢測的振動分量。角速度檢測的方向被預(yù)先確定，使得它與參考方向正交。然后，檢測波形產(chǎn)生部分基于待檢測的振動分量來產(chǎn)生角速度檢測波形。
角速度驅(qū)動單元同步地和振動地驅(qū)動第一角速度傳感器單元和第二角速度傳感器單元。
角速度信號輸出單元具有同相波形合成部分。同相波形合成部分將來自第一角速度傳感器單元的第一角速度檢測波形和來自第二角速度傳感器單元的第二角速度波形以波形是同相的相位關(guān)系進行合成。角速度信號輸出單元輸出同相合成的波形作為角速度信號。在這個角速度信號中，去除了分別在第一以及第二角速度檢測波形上疊加的加速度波形分量。
異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元具有一反相波形合成部分。反相波形合成部分將來自第一角速度傳感器單元的第一角速度檢測波形和來自第二角速度傳感器單元的第二角速度波形以波形是反相的相位關(guān)系進行合成。異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元基于反相合成的波形來產(chǎn)生并且輸出相對于傳感器之輸出的異常監(jiān)測信號。
根據(jù)以上描述的本發(fā)明第一實施例的構(gòu)造，執(zhí)行以下操作來檢測兩個角速度傳感器單元中的異常第一角速度檢測波形與第二角速度波形以波形是反相的相位關(guān)系進行合成；基于反相合成的波形，輸出異常監(jiān)測信號。當兩個傳感器單元是以相同的硬件條件構(gòu)造時，理論上，當施加相同的角速度時，它們輸出的角速度檢測波形基本上具有相同的振幅。因此，當這些角速度檢測波形被反相合成時，在兩個傳感器單元都沒有異常時出現(xiàn)以下情況波形相互抵消，反相合成的波形之振幅變得非常小。然而，當任一個傳感器單元出現(xiàn)任何異常時，那個傳感器單元的角速度檢測波形就會變化。結(jié)果，兩個抵消的波形失去平衡，并且增大了反相合成的波形的輸出。因此，基于反相合成的波形，產(chǎn)生并且輸出相對于傳感器之輸出的異常監(jiān)測信號。因而，即使當內(nèi)部元件(例如振動器或振動檢測電極以及兩個傳感器單元的輸出系統(tǒng))出現(xiàn)異常時，它可以可靠地被檢測到。
此外，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的振動型角速度傳感器可以被如此構(gòu)造以致于發(fā)生以下情況各個振動器在第一角速度傳感器單元和第二角速度傳感器單元中在參考方向同步地反相振動。因而，產(chǎn)生相位相反的第一和第二角速度檢測波形。在這種情況中，角速度信號輸出單元的同相波形合成部分可以由差分波形計算裝置形成。差分波形計算裝置計算第一角速度檢測波形與第二角速度檢測波形之間的差分波形。異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元可以由相加波形計算裝置形成。相加波形計算裝置計算第一角速度檢測波形與第二角速度檢測波形之間的相加波形。用這個構(gòu)造，獲得兩個反相角速度波形之間的差分波形。因而，可以有效地將兩個同相波形上疊加的平移加速度分量從振動型角速度傳感器的角速度輸出中去除。此外，兩個角速度波形最終相加在一起，并且增大了振幅。此外，可以有效地減小存留在最終獲得的角速度信號上的加速度分量的影響。同時，可以通過將由差分波形計算裝置分別提供的附加波形計算裝置作為反相合成部分來可靠地檢測兩個傳感器單元中的任何異常。
利用以上所述的構(gòu)造，可以通過檢測同相合成信號的波形(在有些情況中用作角速度信號)的電平來檢測異常。然而，這個方法具有一個問題。當在傳感器單元中振動器、電極等中只出現(xiàn)很小的異常時，同相合成波形與正常狀態(tài)相比沒有很大的變化。異常是很難被可靠地檢測到的，除非任一個單元中的角速度檢測波形之振幅出現(xiàn)異常并且很大的變化。另一個缺點如下即使在沒有異常發(fā)生的狀況中，同相合成波形根據(jù)異常監(jiān)測的狀況而發(fā)生很大的變化。因而，非反常狀態(tài)中的波形不能用作異常檢測的依據(jù)。在本發(fā)明第一實施例中用作異常檢測的反相合成波形之輸出在正常狀態(tài)中處于接近零的振幅水平。因此，不管角速度檢測的狀況如何，非反常狀況中的波形始終是平坦的。因而，它可以被用作異常檢測的依據(jù)。結(jié)果，即使出現(xiàn)細微的異常，也可以很容易的讀出反相合成波形之輸出中的變化，并且異?？梢员豢煽康貦z測到。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的振動型角速度傳感器中，第一角速度傳感器單元的檢測波形產(chǎn)生部分和第二角速度傳感器單元的檢測波形產(chǎn)生部分都是振動檢測電容器。用于振動檢測的電容器根據(jù)待檢測的波形振動來改變電極之間的距離。設(shè)置在振動檢測電容器之信號輸出側(cè)的電極被分解為多個分電極。用于給出角速度波形的振動檢測電容器的電荷變化輸出是在單個分電極上以分開輸出的形式提取的。異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元根據(jù)分開輸出產(chǎn)生異常監(jiān)測信號。對于利用振動檢測電容器進行的角速度波形檢測的輸出，輸出狀態(tài)受到局部缺陷的影響，例如電極的碎裂或者歪曲。這可以引起誤差或者故障。然而，當來自正常電極的輸出起很大作用時，整個電極輸出的變化仍然保持微小。因此，不可能進行精確的異常檢測，并且異常(是將來的主要缺陷的標志)的檢測等通常變的很困難。然而，可以通過以下方法實現(xiàn)更精確的異常監(jiān)測將一個電極分解為分電極，并且輸出是從單個分電極上以分開輸出的形式提取的。因而，相應(yīng)于分電極的形成，相應(yīng)地分解了振動監(jiān)測電容器的電容變化。此外，即使當出現(xiàn)這種存留在單個分電極中的很小異常時，異常的影響其本身基本上都會表現(xiàn)在分電極之分開輸出中。
振動檢測電容器的電極可以被如此的構(gòu)造以致于它們包括設(shè)置在振動器側(cè)上的檢測側(cè)梳狀可移動電極；以及設(shè)置在框架側(cè)上的檢測側(cè)梳狀固定電極，框架包圍著振動器并且與可移動電極接合。在這種情況中，最好是將檢測側(cè)固定電極而不是振動地驅(qū)動的可移動電極分開為分電極，因為以下優(yōu)勢當電極被分開時，會利于電極之間的絕緣，以及可以簡化結(jié)構(gòu)。在用于增大檢測能力的梳狀電極中，形成“梳”齒的單位電極易于形成例如由于電極形成和裝配期間的制造因素而引起的碎裂或者歪曲。而通過將電極分開為多個分電極，可以使得以上描述的影響很少出現(xiàn)。
(第二實施例)
圖8A和8B是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的振動型角速度傳感器2的電路圖。電路包括振動單元4、振動驅(qū)動單元6、以及角速度檢測單元7。如圖9所描述的，振動單元4包括第一傳感器單元100和第二傳感器單元200。傳感器單元100、200具有在預(yù)先確定的X方向(參考方向)振動的振動器41a和41b。當角速度施加到振動器41a和41b時，檢測到在預(yù)先確定的與X方向正交的Y方向(角速度檢測的方向)的待檢測的振動分量，如圖8A和8B所描述的，具體地，監(jiān)測波形產(chǎn)生部分75和76基于待檢測的振動分量來產(chǎn)生角速度檢測波形，當平移加速度被施加時，加速度波形分量被疊加在待檢測的振動波形中的角速度波形分量上，對于第一傳感器單元100和第二傳感器單元200，以上描述的參考方向以及角速度檢測的方向都是預(yù)先確定的，所以出現(xiàn)以下情況由于振動器的41a和41b之反相振動型驅(qū)動，它們的待檢測的振動波形在角速度波形分量和疊加在其上的加速度波形分量中的任意一個上是同相的，并且在另一個上是反相的。(即，方向被預(yù)先確定，使得加速度波形分量或角速度波形分量都可以通過相加或者相減去而被抵消)在這個實施例中，第一傳感器單元100和第二傳感器單元200彼此相鄰的設(shè)置在X方向。振動器41a和41b在X方向以類似鏡子的對稱關(guān)系被振動地驅(qū)動。然而，本發(fā)明的第二實施例并不局限于這個構(gòu)造。
振動單元4例如是利用硅等的半導(dǎo)體微型機械加工技術(shù)形成的。例如在圖9描述的結(jié)構(gòu)中，第一傳感器單元100的振動器41a經(jīng)由橫梁42a固定在框架40上。第二傳感器單元200的振動器41b經(jīng)由橫梁42b固定在與上述框架40集成在一起的另一個框架40上。振動器41a和42a都固定在框架40上，從而它們可以在X方向以及與其正交的Y方向獨立地振動。
梳狀驅(qū)動側(cè)固定電極56a和56b都沿X方向(即，振動型驅(qū)動的方向)設(shè)置在傳感器單元100和200的框架40之端部的內(nèi)表面上。固定電極56a和56b都是X方向上的單位電極，并且以相等的間隔設(shè)置在Y方向。梳狀驅(qū)動側(cè)可移動電極66a和66b都沿X方向設(shè)置在振動器41a和41b的端部表面上。可移動電極66a和66b都是X方向的單位電極，并且以相等的間隔設(shè)置在Y方向，它們與固定電極56a和56b之間有一間隙。固定電極56a和56b以及可移動電極66a和66b都是以交錯的形式設(shè)置。
振動檢測電容器45a1、45b1、45b2、以及45a2都沿Y方向(即，在角速度檢測的方向)設(shè)置在傳感器單元100和200的端部(總共四個位置)。具體地，梳狀檢測側(cè)固定電極55a和55b都沿Y方向設(shè)置在框架40之端部的內(nèi)表面上。固定電極55a和55b都是Y方向的單位電極，并且以相等的間隔設(shè)置在X方向。梳狀檢測側(cè)可移動電極65a和65b沿Y方向設(shè)置在振動器41a和41b之相應(yīng)的端部表面上?？梢苿与姌O65a和65b都是在Y方向的單位電極，并且以相等的間隔設(shè)置在X方向，它們與檢測側(cè)固定的電極55a和55b之間有一間隙。固定電極55a和55b和可移動電極65a和65b都是以交錯的形式設(shè)置。這些檢測側(cè)可移動電極65a和65b以及檢測側(cè)固定電極55a和55b形成上述振動檢測電容器45a1、45b1、45b2、以及45a2。對于設(shè)置在Y方向相對側(cè)上的振動檢測電容器(45a1和45b1、以及45b2和45a2)，角速度波形分量和加速度波形分量也是反相顯示的。
Y方向的監(jiān)測腔45h分別設(shè)置在傳感器單元100和200的振動器41a和41b中。監(jiān)測振幅電容器47a和47b設(shè)置在每一個監(jiān)測腔45h中，用于反饋控制振動的驅(qū)動量。具體地，在Y方向的電極支撐桿57s插入每一個腔45h中。每一個電極支撐桿的一個端部固定在框架40之圖中未顯示的位置。并且梳狀監(jiān)測側(cè)固定電極57a和57b都設(shè)置在電極支撐桿57s的一側(cè)上。固定電極57a和57b都是X方向的單位電極，并且以相等的間隔設(shè)置在Y方向。梳狀監(jiān)測側(cè)可移動電極67a和67b都沿X方向設(shè)置在監(jiān)測腔45h之相應(yīng)的端部表面上?？梢苿与姌O67a和67b都是在X方向的單位電極，并且以相等的間隔設(shè)置在Y方向，它們與監(jiān)測側(cè)固定的電極57a和57b之間有一間隙。固定電極57a和57b以及可移動電極67a和67b都是以交錯的形式設(shè)置。這些監(jiān)測側(cè)可移動電極67a和67b以及監(jiān)測側(cè)固定電極57a和57b形成上述監(jiān)測振幅電容器47a和47b。
振動器41a和41b連同設(shè)置在它們的表面上的電極65a、66a、67a、65b、66b、和67b經(jīng)由橫梁42b和框架40連接到GND端G1和G1上，以及外部連接到GND。驅(qū)動端子D1和D2、角速度波形檢測端子S1、S2、S3、和S4、以及振動監(jiān)測端子M1、M2都設(shè)置在框架40的表面上。驅(qū)動端子D1和D2連接到驅(qū)動側(cè)固定電極56a和56b。角速度波形檢測端子S1、S2、S3、和S4連接到檢測側(cè)固定電極55a和55b。振動監(jiān)測端M1、M2連接到監(jiān)測側(cè)固定電極57a和57b。這些端子都通過絕緣部分60相互電性地隔開。
回到圖8A和8B，振動檢測電容器45a1和45a2與電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20a一起組成檢測波形產(chǎn)生部分75，其中電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20a將存儲在其中的電荷轉(zhuǎn)換成電壓。同樣，振動檢測電容器45b1和45b2與電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20b一起同樣地組成檢測波形產(chǎn)生部分76。這些電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20a以及電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20b、差分放大器21、同步檢測部分22、以及低通濾波器23組成角速度檢測單元7。差分放大器21(差分波形計算裝置)分別放大電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20a和電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20b的輸出。同步檢測部分22在預(yù)先確定的頻段內(nèi)提取加速度分量。低通濾波器23去除不必要的高頻分量，例如同步檢測部分22輸出的諧波。
振動驅(qū)動單元6包括電荷-電壓轉(zhuǎn)換器10，用于將監(jiān)測振幅電容器47a和47b中存儲的電荷轉(zhuǎn)換成電壓；交流-直流(AC-DC)轉(zhuǎn)換器(整流單元)11，用于將其振動型交流電壓輸出轉(zhuǎn)換成直流；參考電壓產(chǎn)生單元12，用于提取AC-DC轉(zhuǎn)換器11的輸出電壓作為振幅監(jiān)測值，以及提供參考電壓Vref；差分放大器13，用于放大振幅監(jiān)測值與參考電壓Vref1之間的差值。移相器14，用于把從電荷-電壓轉(zhuǎn)換器10輸出的振動型電壓的相位移位90度；乘法器15，用于將差分放大器13的輸出與移相器14的輸出相乘。乘法器15的輸出作為振動型驅(qū)動電壓波形被輸入第一傳感器單元100和第二傳感器單元200的驅(qū)動端子D1和D2。
在振動驅(qū)動單元6中，振動器41a和41b在X方向的振動被作為是通過監(jiān)測振幅電容器47a和47b之電容的變化來從檢測端子M1、M2上提取的振動監(jiān)測信號。(因而，形成了第一和第二振幅監(jiān)測單元。)在圖9中的傳感器單元100和200中，監(jiān)測振幅電容器47a和47b之監(jiān)測側(cè)可移動電極67a和67b的設(shè)置如下相對于固定側(cè)電極57a和57b，監(jiān)測側(cè)可移動電極67a和67b沿振動方向(即，在X方向)設(shè)置在同側(cè)(圖9中的左側(cè))。因此，當振動器41a和41b在X方向同步地反相振動時，來自監(jiān)測振幅電容器47a和47b的振動監(jiān)測波形也是反相的。
來自監(jiān)測振幅電容器47a和47b的第一和第二振幅監(jiān)測波形經(jīng)由電荷-電壓轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)換成電壓信號。此外，在差分放大器10上對它們進行差值計算。獲得反相波形之間的差分相當于將同相波形相加。對于兩個單元100和200的振幅監(jiān)測信號，它們的振幅在差分放大器10上被相加和合成，并且增大了信號電平。即，差分放大器10組成了同相波形合成部分。作為合成結(jié)果獲得的振幅監(jiān)測信號經(jīng)由移相器14和乘法器15反饋到驅(qū)動端子D1和D2。因此，構(gòu)造了一種自激式振動驅(qū)動機制。
移相器14用做經(jīng)由橫梁60維持接近于振動器41a和41b之共振點的機械振動。來自差分放大器10的合成振動監(jiān)測信號在AC-DC轉(zhuǎn)換器11上分別被平滑，并且被轉(zhuǎn)換成振幅電平信號。在差分放大器13上，計算出振幅電平信號與來自參考電壓產(chǎn)生單元12之與控制振幅電平相應(yīng)的參考電壓信號之間的差值。差分放大器13的輸出被作為振幅校正信號，并且在乘法器15上與振動監(jiān)測信號相乘。因而，驅(qū)動振幅被控制在一個恒定值。第一傳感器單元100和第二傳感器單元200的驅(qū)動端子D1和D2設(shè)置在框架40在X方向的非相應(yīng)的端部。來自乘法器15的驅(qū)動輸出都是同相輸入的。因而，單元100和單元200兩者的振動器41a和41b都以共振頻率在X方向被振動地反相驅(qū)動。
在這種狀況中，如果角速度被施加在與X方向和Y方向兩者都正交的Z方向周圍時，出現(xiàn)以下情況(假如設(shè)置在汽車上的情況中，Z方向就是與路面正交的方向。)在振動器41a和41b中，通過科里奧利力，以與角速度大小相應(yīng)的振幅反相地產(chǎn)生角速度振動分量。這些角速度振動分量產(chǎn)生在Y方向上。這個振動是隨著振動檢測電容器45a1、45b145b2和45S2的電容變化來檢測的，以及經(jīng)由端子S1到S2和端子S3和S4來提取。此后，它經(jīng)由電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20a和20b被轉(zhuǎn)換成電壓，以及作為角速度檢測波形Sa和Sb被輸出。
科里奧利力在相反的方向施加在振動器41a和41b上。因此，在第一傳感器單元100側(cè)上的振動檢測電容器45a1和45b1以及第二傳感器單元200側(cè)上的振動檢測電容器45b2和45a2中，出現(xiàn)以下情況設(shè)置在Y方向彼此相對側(cè)上的元件分別產(chǎn)生同相角速度檢測波形，正如圖10A和10B所描述的。即，電容器45a1和45a2(端子S1和S2)以及電容器45b1和45b2(端子S1和S2)產(chǎn)生同相角速度檢測波形。同相角速度檢測波形(圖8A和8B中的端子S1和S2以及端子S3和S4)在振幅上相加，并且分別輸入到圖8A和8B所描述的電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20a和20b中。因而，制造設(shè)備，以及提高角速度檢測的靈敏度。
在角速度檢測單元7中，來自電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20a和20b的角速度檢測波形信號Sa和Sb是反相的。因此，當在差分放大器21上進行差分計算時，這兩個波形信號也在振幅上也相加，并且也提高了角速度檢測的靈敏度。在反相振動地驅(qū)動的單元100和200中，在相反方向檢測到當在Z方向周圍施加角速度時在Y方向所產(chǎn)生的科里奧利力，正如圖11所描述的。同時，在相同的方向，檢測到由于轉(zhuǎn)動的離心力以及偶然的振動而引起的Y方向的平移加速度。從角速度波形分量的觀點來看，它們是一種噪聲分量。單元100與200之間的疊加加速度波形分量同相并且角速度波形分量反相的波形被進行差分計算。(或者，疊加加速度波形分量反相并且角速度波形分量同相的波形被進行加法計算。)因而，去除加速度分量，并且只有角速度分量可以被提取。
對于來自差分放大器21的角速度信號輸出，執(zhí)行以下操作在同步檢測部分22上解調(diào)調(diào)幅的角速度波形。然后經(jīng)由低通濾波器23去除脈動。然后，該信號被輸出作為與輸入的角速度成比例的直流信號Vy。在這個實施例中，來自移相器14的振動監(jiān)測信號用作同步檢測部分22的參考頻率。與振動器的速度與施加的角速的矢量積成比例，來產(chǎn)生科里奧利力。因此，檢測到科里奧利力的檢測波形必定從驅(qū)動振動波形提前了90度。因此，在移相器14上提前了90度的驅(qū)動振動波形與科里奧利力的檢測波形(即，角速度波形)是同相的。因此，它可以被選擇作為同步檢測的參考頻率信號。
在電荷-電壓轉(zhuǎn)換器20a和20b上被轉(zhuǎn)換成電壓的第一和第二振幅檢測波形分別在構(gòu)成同相波形合成部分的差分放大器10之前被分開。信號被輸入到構(gòu)成加法計算部分的加法器16中。正如以上所述，第一和第二振幅監(jiān)測波形是反相的；因此，加法器16用作反相波形合成部分。加法器16之反相合成的輸出信號被作為驅(qū)動異常監(jiān)測信號輸入到AC-DC轉(zhuǎn)換器322中。在這個實施例中，AC-DC轉(zhuǎn)換器322以及以上描述的AC-DC轉(zhuǎn)換器11都是由具有異常操作放大器的有源低通濾波器構(gòu)成的。
如果兩個傳感器單元100和200的驅(qū)動振幅都是正常狀態(tài)，那么兩個振幅監(jiān)測波形的振幅相等。結(jié)果，作為它們的反相合成波形而產(chǎn)生的驅(qū)動異常監(jiān)測信號之振幅顯示為接近中立點的電平。然而，如果傳感器單元100和200的任意一個出現(xiàn)任何異常，驅(qū)動異常監(jiān)測信號的振幅值就偏離中立點。因此，如果驅(qū)動異常監(jiān)測信號被輸入到具有包括以上描述的中立點的參考電壓范圍“Vref2和Vref3”纏繞比較器323中時，可以實現(xiàn)以下結(jié)果可以從纏繞比較器323輸出表示驅(qū)動異常監(jiān)測信號是否在預(yù)定的范圍內(nèi)(即，信號是否異常)的信號作為異常監(jiān)測信號Vd。
本發(fā)明第二實施例的特征在于驅(qū)動監(jiān)測信號是通過將反相的第一和第二振幅監(jiān)測波形進行合成而產(chǎn)生的。例如，通過構(gòu)成AC-DC轉(zhuǎn)換器322的有源濾波器的運算放大器7a的工作極限電壓，來限制驅(qū)動監(jiān)測信號的容限。當加法器16的輸出太大時，運算放大器7a的輸出是飽和的，并且它阻止了準確的異常檢測。如圖12A到12H所描述的，即使在通常通過將同相的第一和第二振幅監(jiān)測波形進行合成而獲得的波形中不出現(xiàn)異常，也會引起一個問題(上述波形相當于振動型驅(qū)動控制單元的差分放大器10的輸出。)兩個振幅監(jiān)測波形之放大的并且相加的振幅2A×G保持為相加。因此，運算放大器7a的大部分輸出電壓都被消減2A×G，以及必需用剩余的一點電壓容限來進行異常確定。因此，即使異常振幅分量α×G變的只是稍大一點，運算放大器7a的輸出也會飽和。因而，很難實現(xiàn)準確的異常檢測。同時，如果象本發(fā)明第二實施例中一樣用反相合成波形作為驅(qū)動異常監(jiān)測信號，以上描述的兩個波形之2A×G部分被抵消并且變得基本上不存在。異常振幅分量α的容限可以被極大地增加。即，可以充分利用運算放大器7a的輸出范圍來實現(xiàn)準確的并且高靈敏度的異常檢測。
如圖11所描述的，監(jiān)測振幅電容器47a和47b的監(jiān)測側(cè)可移動電極67a和67b可以如此設(shè)置，使得通過利用框架40之內(nèi)表面或通過類似的裝置來實現(xiàn)以下內(nèi)容在振動方向(即，在X方向)上，相對于傳感器單元100和200中的固定側(cè)電極57a和57b，監(jiān)測側(cè)可移動電極67a和67b在振動方向(即，在X方向)彼此相對設(shè)置。當振動器41a和41b在這種情況中在X方向同步地反相振動時，來自監(jiān)測振幅電容器47a和47b的振動監(jiān)測波形是同相的。在這種情況中，用加法器代替了圖8A和8B中的差分放大器10，并且加法器16被差分放大器取代。因而，它們分別可以被用作同相波形合成部分和反相波形合成部分，以及傳感器的功能相當于以上通過參考圖8A和8B描述的功能。
這樣，根據(jù)本發(fā)明第二實施例的振動型加速度傳感器的特征在于它包括第一角速度傳感器單元和第二角速度傳感器單元；第一和第二振幅監(jiān)測單元；以及驅(qū)動異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元。
第一角速度傳感器單元和第二角速度傳感器單元分別具有振動器、振動驅(qū)動部分、以及檢測波形產(chǎn)生部分。振動器在預(yù)先確定的方向振動。振動驅(qū)動部分以恒定的振幅驅(qū)動振動器。當角速度被施加到振動器時，檢測波形產(chǎn)生部分檢測在角速度檢測方向上的待檢測的振動分量。角速度檢測方向是預(yù)先確定的，使得它與參考方向正交。然后，檢測波形產(chǎn)生部分基于待檢測的振動分量來產(chǎn)生角速度檢測波形。
第一和第二振幅監(jiān)測單元分別檢測在第一角速度傳感器單元和第二角速度傳感器單元的振動器的參考方向上的驅(qū)動振幅。然后，第一和第二振幅監(jiān)測單元輸出振幅監(jiān)測波形。
驅(qū)動異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元具有一反相波形合成部分。反相波形合成部分首先對由第一振幅監(jiān)測單元檢測到的第一振幅監(jiān)測波形和由第二振幅檢測單元檢測到的第二振幅監(jiān)測波形進行合成。波形是以反相的相位關(guān)系合成的。驅(qū)動異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元基于反相合成的波形來驅(qū)動異常監(jiān)測信號。
根據(jù)本發(fā)明第二實施例中的上述構(gòu)造，執(zhí)行以下操作來檢測兩個角速度傳感器單元的振動振幅中的任何異常第一振幅監(jiān)測波形與第二振幅監(jiān)測波形以反相的相位關(guān)系進行合成；基于該反相合成的波形，輸出一異常監(jiān)測信號。當執(zhí)行這個操作時，來自兩個傳感器單元的振幅監(jiān)測波形中包含的基準振幅分量A相互抵消，正如圖12A到12H的右部分所描述的。因此，極大地增加了異常振幅分量α的容限，并且可以對異常進行準確地檢測。
用于放大反相合成的波形的模擬計算和放大電路可以特定設(shè)置在反相波形合成部分中，或者設(shè)置在反相波形合成部分之輸出的下游。在這種情況中，模擬計算和放大電路之工作極限電壓的限制被施加于振幅異常監(jiān)測。將通過參考圖12A到12H來進行描述。在傳統(tǒng)的方法中，根據(jù)電路的工作極限電壓來確定的信號容限部分(2A×G)相當于將基準振幅分量A從開始減小兩倍。結(jié)果，極大地縮小了異常確定可行的電壓范圍。這個導(dǎo)致以下問題即使異常振幅分量只是稍微變大，由于這個貢獻(α×G)，模擬計算和放大電路之輸出迅速飽和。因而，準確地異常檢測變的非常困難。根據(jù)本發(fā)明第二實施例，同時，上述部分2A×G被抵消以及變的基本上不存在。從而異常振幅分量的容限可以被極大地增加。即，在模擬計算和放大電路的整個輸出范圍內(nèi)進行準確的以及高靈敏度的異常檢測變的可行。
具體地，驅(qū)動異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元設(shè)置有校正單元，用于校正上述反相合成的波形。校正單元可以被構(gòu)造為包括模擬計算和放大電路的元件(例如，有源濾波器)中。利用這個結(jié)構(gòu)，反響合成的波形被校正為直流，因而利用它可以簡化異常檢測。正如以上所述，可以有效地增加輸入到校正單元的反相合成的波形的異常振幅分量α。因此，即使校正單元包括模擬計算和放大電路，也可以實現(xiàn)準確的以及高靈敏度的異常檢測。
在這種情況中，利用校正單元的輸出電平可以外部地進行異常確定?；蛘?，可以設(shè)置輸出電平所輸入的異常確定電路，使得它的輸出以異常確定信號的形式外部地提取。
如果第一角速度傳感器單元和第二角速度傳感器單元的振動器被同步驅(qū)動，就可以提供一種振動型驅(qū)動控制單元，振動型驅(qū)動控制單元具有同相波形合成部分，用于將第一振幅監(jiān)測波形和第二振幅監(jiān)測波形以相位是相同的關(guān)系系進行合成。基于合成波形的振幅，振動型驅(qū)動控制單元通過振動驅(qū)動單元來控制第一角速度傳感器單元和第二角速度傳感器單元的驅(qū)動振幅。在這種情況中，用同相合成的波形之振幅作為振動型驅(qū)動檢測控制的依據(jù)。在正常的操作過程中，可以在振動型驅(qū)動檢測中使用相當于上述基準振幅分量A兩倍的信號電平，因而，增大了噪聲容限等，這歸因于振幅控制之準確性的增強。在這種情況下的本發(fā)明第二實施例中，驅(qū)動異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元的反相波形合成部分設(shè)置在振動型驅(qū)動控制單元的同相波形合成部分之前的階段。這就是說，同相合成波形嚴格地專用于振動型驅(qū)動控制。它與在用于振動型驅(qū)動控制的同相波形合成部分之前階段中的振幅監(jiān)測波形分開。然后，它被輸入到專用于異常檢測的反相波形合成部分。因而，可以維持振幅控制的準確度，以及還可以通過反相合成的波形來進行高靈敏度的異常檢測。
在第一角速度傳感器單元和第二角速度傳感器單元中，各個振動器在參考方向上同步地進行反相振動。因而，第一角速度傳感器單元和第二角速度傳感器單元的振動控制單元可以反相地產(chǎn)生檢測波形作為第一和第二角速度檢測波形。可以據(jù)此來設(shè)置差分波形計算裝置。差分波形計算裝置對第一角速度檢測波形與第二角速度檢測波形之間的差分波形進行計算。從而差分波形計算裝置輸出一抵消了疊加在角速度檢測波形上的反相加速度波形分量的波形。利用這個構(gòu)造，獲得反相的兩個角速度波形之間的差分信號，因而，可以從振動型角速度傳感器的角速度輸出中有效地抵消并且除去疊加在同相的兩個波形上的平移加速度分量。此外，兩個角速度波形最終相加在一起，并且增加了振幅。因此，可以有效地減小存留在最終獲得的角速度信號中的加速度分量的影響。
如果第一振幅監(jiān)測波形和第二振幅監(jiān)測波形根據(jù)兩個傳感器單元之振動器的驅(qū)動相位來進行同步地反相輸出，這個結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)以下內(nèi)容可以構(gòu)造驅(qū)動異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元的反相波形合成部分，使其包括加法計算部分，用于第一振幅監(jiān)測波形和第二振幅監(jiān)測波形。因而，反相波形合成部分可以被構(gòu)造成一個簡單的加法計算部分；因此，可以簡化傳感器系統(tǒng)的電結(jié)構(gòu)。
這些修改和變型都應(yīng)當被理解為在由所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種振動型角速度傳感器，包含第一角速度傳感器(100)以及第二角速度傳感器(200)；和異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、16、21、121、124)，其包括反相波形合成部分(6、7、16、21、121)，其中所述第一和第二角速度傳感器(100、200)的每一個都包括振動器(41a、41b)，其在預(yù)先確定的參考方向上振動；振動驅(qū)動單元(6)，用于使所述振動器(41a、41b)以預(yù)先確定的恒定振幅振動；以及檢測波形產(chǎn)生單元(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、20a、20b、45a1、45a2、45b1、45b2、45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B、75、76)，用于根據(jù)施加到所述振動器(41a、41b)上的角速度來檢測所述測振動器(41a、41b)在與所述參考方向正交的角速度檢測方向上的振動分量，以及根據(jù)所述振動分量來產(chǎn)生第一或第二檢測波形，所述反相波形合成部分(6、7、16、21、121)將從所述第一角速度傳感器單元(100)獲得的所述第一檢測波形與從所述第二角速度傳感器單元(200)獲得的第二檢測波形以下面的方式進行合成，即所述第一檢測波形的相位與所述第二檢測波形的相位相反，所述第一檢測波形是根據(jù)所述第一角速度傳感器(100)中的振動器(41a)的位移量來產(chǎn)生的，以及所述第二檢測波形是根據(jù)所述第二角速度傳感器(200)中的振動器(41b)的位移量來產(chǎn)生的，和所述異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、16、21、121、124)根據(jù)由所述第一和第二檢測波形合成的合成反相波形來產(chǎn)生并輸出一異常監(jiān)測信號，其中，所述異常檢測信號用于監(jiān)測傳感器輸出的異常。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器，還包含信號輸出單元(10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)，其包括同相波形合成部分(8、10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)，其中所述振動驅(qū)動單元(6)使所述第一和第二角速度傳感器(100、200)的所述振動器(41a，41b)同步地振動，所述同相波形合成部分(8、10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)以下面的方式將所述第一檢測波形與所述第二檢測波形進行合成，即所述第一檢測波形的相位與所述第二檢測波形的相位是同相的，和所述信號輸出單元(10、CA1-CA4、CA1A CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)輸出從所述第一和第二檢測波形合成的合成同相波形，作為角速度信號，其中，疊加在所述第一和第二檢測波形上的加速度波形分量被消除。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的傳感器，其中使所述第一和第二角速度傳感器(100、200)中的振動器(41a、41b)在所述參考方向上同步地反相振動，從而獲得所述第一和第二檢測波形，所述第一和第二檢測波形的相位是彼此相反的，所述信號輸出單元(10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)中的同相波形合成部分(8、10、CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)是通過差值計算裝置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)來提供的，所述差值計算裝置用于計算所述第一檢測波形與所述第二檢測波形之間的差分波形，和所述異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、121、124)中的反相波形合成部分(6、7、121)是通過加法計算裝置(7)來提供的，所述加法計算裝置用于計算所述第一檢測波形與所述第二檢測波形之間的相加波形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的傳感器，其中所述第一和第二角速度傳感器(100、200)每一個中的檢測波形產(chǎn)生單元(CA1-CA4、CA1A CA4A、CA1B-CA4B、45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)都是電容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)，用于檢測作為根據(jù)所述振動器(41a、41b)之振動的電極距離變化的振動，所述用于檢測振動的電容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)包括具有多個分電極的信號輸出側(cè)電極(55a、55b、65a、65b)，所述多個分電極的每一個都輸出一個分輸出，作為所述用于檢測振動的電容器(45S1、45S2、45S1A、45S 1B、45S2A、45S2B)的電荷變化輸出，其中，所述電荷變化輸出提供所述第一或第二檢測波形，和所述異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、121、124)根據(jù)所述多個分電極的分輸出來產(chǎn)生所述異常監(jiān)測信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的傳感器，其中所述用于檢測振動的電容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)的所述信號輸出側(cè)電極(55a、55b、65a、65b)還包括檢測側(cè)可移動電極(65a、65b)以及檢測側(cè)固定電極(55a、55b)，所述信號輸出側(cè)電極(55a、55b、65a、65b)的所述多個分電極是通過所述檢測側(cè)固定電極(55a、55b)來提供的，所述檢測側(cè)可移動電極(65a，65)具有設(shè)置在所述振動器側(cè)的梳齒形狀，所述檢測側(cè)固定電極(55a、55b)具有設(shè)置在用于容納所述振動器(41a、41b)的框架側(cè)上的梳齒形狀，和所述檢測側(cè)固定電極(55a、55b)的梳齒形狀與所述檢測側(cè)可移動電極(65a、65b)的梳齒形狀嚙合在一起。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的傳感器，其中所述第一和第二角速度傳感器(100、200)每一個中的用于檢測振動的所述電容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)包括第一振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A)以及第二振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1B、45S2B)，所述第一振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A)設(shè)置在所述振動器(41a、41b)在所述角速度檢測方向上的第一端部，所述第二振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1B、45S2B)設(shè)置在所述振動器(41a、41b)在所述角速度檢測方向上的第二端部，所述第一和第二振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)產(chǎn)生具有彼此相反相位的所述第一或者第二檢測波形，和所述第一和第二振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B)的每一個都包括由第一和第二分電極提供的所述信號輸出側(cè)電極(55a、55b、65a、65b)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的傳感器，其中差值計算裝置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)對從所述第一角速度傳感器(100)中的所述第一振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A)的所述第一和第二分電極輸出的分輸出進行合成，從而獲得第一異常監(jiān)測準備信號，所述差值計算裝置(CA1-CA4、CA1A CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)對從所述第一角速度傳感器(100)中的所述第二振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1B、45S2B)的所述第一和第二分電極輸出的分輸出進行合成，從而獲得第二異常監(jiān)測準備信號，所述第一和第二異常監(jiān)測準備信號是同相的，所述差值計算裝置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)對從所述第二角速度傳感器(200)中的所述第一振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A)的所述第一和第二分電極輸出的分輸出進行合成，從而獲得第三異常監(jiān)測準備信號，所述差值計算裝置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)對從所述第二角速度傳感器(200)中的所述第二振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1B、45S2B)的所述第一和第二分電極輸出的分輸出進行合成，從而獲得第四異常監(jiān)測準備信號，和所述第三和第四異常監(jiān)測準備信號是同相的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的傳感器，其中所述第一角速度傳感器(100)預(yù)先對所述第一和第二異常監(jiān)測準備信號進行加法計算，所述第二角速度傳感器(200)預(yù)先對所述第三和第四異常監(jiān)測準備信號進行加法計算，和所述差值計算裝置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)計算來自所述第一角速度傳感器(100)的預(yù)先相加的第一和第二異常監(jiān)測準備信號與來自所述第二角速度傳感器(200)的預(yù)先相加的第三和第四異常監(jiān)測準備信號之間的差值，從而獲得作為所述差值的所述異常監(jiān)測信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的傳感器，其中所述差值計算裝置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)計算來自所述第一和第二角速度傳感器(100、200)的所述第一和第三異常監(jiān)測準備信號之間的第一差值，從而獲得所述差值計算裝置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)之輸出電壓的第一異常，所述差值計算裝置(CA1-CA4、CA1A-CA4A、CA1B-CA4B、121、121A、121B、121A1、121A2、121B1、121B2)計算來自所述第一和第二角速度傳感器(100、200)的第二和第四異常監(jiān)測準備信號之間的第二差值，從而獲得所述差值計算裝置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)之輸出電壓的第二異常，和所述異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、121、124)根據(jù)所述第一和第二異常來執(zhí)行最終的異常確定。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的傳感器，還包括第一差值計算裝置(CA1A、CA3A、121A1)，用于計算來自所述第一和第二角速度傳感器(100、200)之間的所述第一振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A)之所述第一分電極的分輸出的差值；第二差值計算裝置(CA2A、CA4A、121B1)，用于計算來自所述第一和第二角速度傳感器(100、200)之間的所述第一振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1A、45S2A)之所述第二分電極的分輸出的差值；第三差值計算裝置(CA1B、CA3B、121A2)，用于計算來自所述第一和第二角速度傳感器(100、200)之間的所述第二振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1B、45S2B)之所述第一分電極的分輸出的差值；第四差值計算裝置(CA2B、CA4B、121B2)，用于計算來自所述第一和第二角速度傳感器(100、200)之間的所述第二振動檢測電容器(45S1、45S2、45S1B、45S2B)之所述第二分電極的分輸出的差值，其中所述差值計算裝置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)確定所述第一差值計算裝置(CA1A、CA3A、121A1)之輸出電壓的第一異常，所述差值計算裝置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)確定所述第二差值計算裝置(CA2A、CA4A、121B1)之輸出電壓的第二異常，所述差值計算裝置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)確定所述第三差值計算裝置(CA1B、CA3B、121A2)之輸出電壓的第三異常，所述差值計算裝置(CA1、CA3、CA1A、CA3A、CA1B、CA3B、121A、121A1、121A2)確定所述第四差值計算裝置(CA2B、CA4B、121B2)之輸出電壓的第四異常，和所述異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、121、124)根據(jù)所述第一到第四異常來執(zhí)行最終的異常確定。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器，還包括第一振幅監(jiān)測裝置(47a)，用于檢測所述第一角速度傳感器(100)中的振動器(41a)在所述參考方向上的驅(qū)動振幅，以輸出所述第一檢測波形；和第二振幅監(jiān)測裝置(47b)，用于檢測所述第二角速度傳感器(200)中的振動器(41b)在所述參考方向的驅(qū)動振幅，以輸出所述第二檢測波形。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的傳感器，還包括模擬計算放大器(7、11)，用于放大從所述第一和第二檢測波形合成的合成反相波形，其中所述模擬計算放大器(7、11)設(shè)置在所述反相波形合成部分(6、7、16、21)中或者設(shè)置在所述反相波形合成部分(6、7、16、21)的下游電路側(cè)上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12的傳感器，還包括校正單元(11)、用于校正從所述第一和第二檢測波形合成的合成反相波形；以及模擬計算放大器(7、11)，用于放大所述合成反相波形，其中所述校正單元(11)設(shè)置在所述異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、16、21)中，和所述模擬計算放大器(7、11)設(shè)置在所述反相波形合成部分(6、7、16、21)中或者設(shè)置在反相波形合成部分(6、7、16、21)的下游電路側(cè)上。
14.根據(jù)權(quán)利要求11-13任意一個的傳感器，還包括具有同相波形合成部分(10、21)的振動驅(qū)動控制單元(11-15)，其中所述同相波形合成部分(10、21)以下面的方式對所述第一檢測波形和第二檢測波形進行合成，即所述第一檢測波形的相位和所述第二檢測波形的相位是同相的，所述振動驅(qū)動控制單元(11-15)根據(jù)從同相的所述第一和第二監(jiān)測波形合成的合成第一和第二檢測波形的振幅，來控制所述第一和第二角速度傳感器(100、200)的驅(qū)動振幅，所述振動驅(qū)動單元(6)產(chǎn)生所述第一和第二角速度傳感器(100、200)的驅(qū)動振幅，所述第一和第二角速度傳感器(100、200)的振動器(41a、41b)是同步振動的，和所述異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、16、21)中的所述反相波形合成部分(6、7、16、21)設(shè)置在所述振動驅(qū)動單元(11-15)的所述同相波形合成部分(10、21)之前。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的傳感器，還包括差分波形計算裝置(21)，用于計算所述第一檢測波形與所述第二檢測波形之間的差分波形，以及用于輸出作為角速度信號的波形，其中消除了將要疊加在所述第一和第二角速度監(jiān)測波形上的同相加速度波形分量，所述第一和第二角速度傳感器(100、200)每一個的振動驅(qū)動單元(6)都在所述參考方向上同步地反相振動所述振動器(41a，41b)，從而以相反相位產(chǎn)生所述第一或第二檢測波形，所述異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、16、21)中的反相波形合成部分(6、7、16、21)包括加法計算部分(16)，用于將所述第一檢測波形與所述第二檢測波形相加，和所述第一檢測波形和所述第二檢測波形是被同步反相輸出的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種振動型角速度傳感器，包括第一和第二角速度傳感器(100、200)；以及異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、16、21、121)，其包括反相波形合成部分(6、7、16、21、121)。第一和第二角速度傳感器(100、200)包括振動器(41a、41b)；振動驅(qū)動單元(6)；以及檢測波形產(chǎn)生單元(CA1－CA4、CA1A－CA4A、CA1B－CA4B、20a、20b、45a1、45a2、45b1、45b2、45S1、45S2、45S1A、45S1B、45S2A、45S2B、75、76)。反相波形合成部分(6、7、16、21、121)對所述第一和第二檢測波形進行反相合成。異常監(jiān)測信號產(chǎn)生和輸出單元(7、8、16、21、121)根據(jù)從所述第一和第二檢測波形合成的合成反相波形來產(chǎn)生以及輸出一異常監(jiān)測信號。
文檔編號G01C19/56GK1677111SQ20051005914
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者間瀨俊次, 平野研二 申請人:株式會社電裝