專利名稱：振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的檢測(cè)信號(hào)處理方法及振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的檢測(cè)信號(hào)處理方法、及采用此方 法的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器。
背景技術(shù)：
例如，作為現(xiàn)有的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的一例，振動(dòng)型角度傳感器
如圖6中的框圖所示，具有傳感器元件203，其設(shè)置有驅(qū)動(dòng)部201和撿測(cè) 部202;驅(qū)動(dòng)控制電路204，其對(duì)驅(qū)動(dòng)部201施加控制電壓，使傳感器元件 203振動(dòng)，并且對(duì)此振動(dòng)進(jìn)行控制；檢測(cè)類電路205，其對(duì)從檢測(cè)部202輸出 的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理。在檢測(cè)類電路205中，使用差分放大器206將從檢測(cè) 部202輸出的檢測(cè)信號(hào)差分放大，且對(duì)此經(jīng)差分放大的信號(hào)、和使用反相放 大器207使此檢測(cè)信號(hào)反相而成的信號(hào)，使用同步檢波器208進(jìn)行同步檢波。 然后，眾所周知的方法是，使用低通濾波器209使經(jīng)上述同步檢波后的信號(hào) 平滑，由此，輸出抑制了外部沖擊等干擾噪聲的信號(hào)。
而且，現(xiàn)有的低通濾波器209首先用作為前置放大器的反相放大器220 放大同步檢波后的信號(hào)，接著使用平滑電路221使其平滑，或者使用有源濾 波器(active filter)(未圖示)同時(shí)進(jìn)行放大和平滑。
另外，此現(xiàn)有的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的一例揭示在例如日本專利特 開2002-267448號(hào)公報(bào)中。
然而，在此現(xiàn)有的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器中，經(jīng)同步檢波器208進(jìn)行 同步檢波后的信號(hào)形成如圖7的同步檢波輸出208a所示的鋸齒狀波形。由此， 在此波形的切換部分210，作為低通濾波器209的前置放大器的反相放大器 220或有源濾波器等的放大處理能力未能完全跟上，其波形成為如圖7的反 相放大器輸出220a所示的那樣。另夕卜，圖7中，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示各 輸出信號(hào)的電位。
如圖7所示，此放大處理后的反相放大器輸出220a包含波形誤差212， 此波形誤差212導(dǎo)致平滑后的傳感器輸出205a產(chǎn)生偏移211。由此，低通濾波器209的平滑電路221不能進(jìn)行高精度的平滑處理，結(jié)果有如下問題因 檢測(cè)類電路205的內(nèi)部處理而導(dǎo)致振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題，提供使振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的檢測(cè)精度 得以提高的檢測(cè)信號(hào)處理方法、及采用此方法的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明特別在振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的檢測(cè)類電 路中從經(jīng)同步檢波的信號(hào)中除去高次諧波分量，將此除去了高次諧波分量的 信號(hào)放大，并使此放大的信號(hào)平滑。通過使用此方法，可提高振動(dòng)型慣性力 檢測(cè)傳感器的檢測(cè)精度。


圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的框圖。 圖2是表示振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器中所使用的傳感器元件的俯視圖。 圖3是表示振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的檢測(cè)波形的轉(zhuǎn)變的波形圖。 圖4是表示振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的同步檢波后的處理檢測(cè)波形的轉(zhuǎn) 變的波形圖。
圖5是表示同步檢波后的波形分量的示意圖。
圖6是作為現(xiàn)有的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的一例的振動(dòng)型角度傳感器 的框圖。
圖7是表示現(xiàn)有的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的同步檢波后的波形的轉(zhuǎn)變 的波形圖。
附圖標(biāo)記說明
101 驅(qū)動(dòng)部
102 檢測(cè)部
103 傳感器元件
104 驅(qū)動(dòng)控制電路
105 檢測(cè)類電路
114 驅(qū)動(dòng)臂
115 監(jiān)測(cè)部
具體實(shí)施例方式
以下，使用附圖對(duì)本發(fā)明的一實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是表示作為本發(fā)明的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的一例的振動(dòng)型角速 度傳感器的框圖。其基本結(jié)構(gòu)包括傳感器元件103;對(duì)此傳感器元件103 的振動(dòng)進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)控制電路104;對(duì)從傳感器元件103輸出的信號(hào)進(jìn)行 處理的檢測(cè)類電路105。
圖2是表示本實(shí)施方式的振動(dòng)型角速度傳感器中所使用的傳感器元件 103的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的俯視圖。
如圖2所示，傳感器元件103中，在從由硅襯底構(gòu)成的音叉振子113延 伸出的一對(duì)驅(qū)動(dòng)臂114上，分別設(shè)置著作為驅(qū)動(dòng)部101的驅(qū)動(dòng)電極101a及作 為檢測(cè)部102的檢測(cè)電極102a，此驅(qū)動(dòng)電極101a用電極夾持由PZT (鈦鋯酸 鉛lead zirconium titanate)構(gòu)成的壓電薄膜的上下面。在驅(qū)動(dòng)臂114的根部 分還設(shè)置著與監(jiān)測(cè)部115連接的監(jiān)測(cè)電極115a，此監(jiān)測(cè)電極115a用電極夾持 由PZT構(gòu)成的壓電薄膜的上下面。由圖1所示的驅(qū)動(dòng)控制電路104向驅(qū)動(dòng)電 極101a施加驅(qū)動(dòng)電力，這樣，使驅(qū)動(dòng)臂114如箭頭116所示的那樣向側(cè)面振 動(dòng)。在此振動(dòng)狀態(tài)下圍繞檢測(cè)軸來施加角速度，由此，利用科里奧利力
(Coriolis force)使驅(qū)動(dòng)臂114沿圖2中的前后方向產(chǎn)生撓曲，通過此撓曲， 將檢測(cè)信號(hào)從檢測(cè)電極102a輸出到圖1所示的檢測(cè)類電路105。
而且，圖2所示的監(jiān)測(cè)電極115a對(duì)驅(qū)動(dòng)臂114的振幅量進(jìn)行檢測(cè)，并將 此信息經(jīng)由監(jiān)測(cè)部115反饋給驅(qū)動(dòng)控制電路104，由此對(duì)從驅(qū)動(dòng)控制電路104 施加到驅(qū)動(dòng)電極101a的驅(qū)動(dòng)電力進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使前述振幅量達(dá)到規(guī)定狀態(tài)。
圖3是表示本實(shí)施方式的各振動(dòng)型速度傳感器的各信號(hào)的波形的轉(zhuǎn)變。 圖3中，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示各信號(hào)的電位。在圖4與圖5中也相同。
圖1所示的檢測(cè)類電路105中，首先使用由電流放大器或電荷放大器等 構(gòu)成的放大器110，將從設(shè)置在傳感器元件103內(nèi)的兩個(gè)檢測(cè)電極102a輸出 的檢測(cè)信號(hào)(圖3所示的檢測(cè)輸出102b、 102c)進(jìn)行放大。其次，使用差分 放大器106將此兩個(gè)放大信號(hào)差分放大，且對(duì)此經(jīng)差分放大的信號(hào)(圖3中 的差分放大器輸出106a)使用移相器117使其相位延遲90度。使此相位延遲 信號(hào)(圖3中的移相器輸出117a)產(chǎn)生分支，將一個(gè)信號(hào)直接輸入到同步檢 波器108，并且使用反相放大器107使另一個(gè)信號(hào)的相位反轉(zhuǎn)，將此信號(hào)(圖 3中的反相放大器輸出107a)輸入到同步檢波器108。另外，檢波時(shí)鐘部118將從監(jiān)測(cè)部115輸出的監(jiān)測(cè)信號(hào)115b轉(zhuǎn)換成脈沖 波形即圖3中的檢波CLK輸出(檢波時(shí)鐘輸出)118a。
而且，在同步檢波器108中，對(duì)這兩個(gè)輸入信號(hào)(圖3中的移相器輸出 117a與反相放大器輸出107a)，利用從檢波時(shí)鐘部118輸出的檢波CLK輸出 118a進(jìn)行檢波，形成圖3所示的鋸齒狀的同步檢波輸出108a。
而且，在此振動(dòng)型角速度傳感器中，使鋸齒狀的同步檢波輸出108a平滑 的圖1所示的低通濾波器109的構(gòu)成是通過用于將同步檢波輸出108a的高 次諧波分量去除的無(wú)源濾波器119之后，利用放大器120進(jìn)行放大，其后， 使用積分器等平滑電路121進(jìn)行平滑。由此，與圖7所示的現(xiàn)有的將同步檢 波輸出208a先放大后再進(jìn)行平滑的情況相比，可抑制檢測(cè)類電路105的檢測(cè) 精度的降低。其結(jié)果，可提高振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的檢測(cè)精度。另外， 所謂無(wú)源濾波器是指，僅由電容器或電阻等無(wú)源元件構(gòu)成的濾波器。
也就是，如現(xiàn)有的前置放大器或有源濾波器那樣，首先將同步檢波輸出 208a放大，然后再迸行平滑，如圖7所示，因利用前置放大器或有源濾波器 將鋸齒狀的同步檢波輸出208a放大，所以，因放大器的跟隨性而導(dǎo)致在波形 的切換部分210產(chǎn)生時(shí)滯210a。其結(jié)果，在實(shí)測(cè)波形與放大波形之間產(chǎn)生波 形誤差212，在包含此波形誤差212的狀態(tài)下進(jìn)行平滑，由此會(huì)導(dǎo)致在其輸 出中產(chǎn)生偏移211。
然而，圖1所示的同步檢波器108或圖6所示的同步檢波器208所輸出 的同步檢波輸出108a或208a，原本是如圖5所示的在基波成分219a上合成 二次諧波分量219b或三次諧波分量219c等高次諧波分量的信號(hào)。因此，如 圖4所示，將同步檢波輸出108a輸入到用于除去高次諧波分量的無(wú)源濾波器 119，輸出無(wú)源濾波器輸出119a，該無(wú)源濾波器輸出119a僅包含通過此無(wú)源 濾波器119而去除了高次諧波分量后所殘存的、作為正弦波的且平滑的基波 成分219a。而且，如圖4所示的那樣，利用放大器120將此無(wú)源濾波器輸出 119a放大，且利用平滑電路121使此經(jīng)放大的放大器輸出120a平滑。由此， 此振動(dòng)型角速度傳感器的輸出，變?yōu)槿鐖D4所示的傳感器輸出105a那樣，不 包含圖6所示的波形誤差212，所以可抑制輸出偏移211的產(chǎn)生。其結(jié)果， 就可抑制檢測(cè)類電路105的檢測(cè)精度的降低，進(jìn)而，可提高振動(dòng)型慣性力檢 測(cè)傳感器的檢測(cè)精度。
另外，關(guān)于用于去除檢測(cè)信號(hào)的高次諧波分量的無(wú)源濾波器119的結(jié)構(gòu)，并沒有特別圖示，但可使用以下結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)在檢測(cè)信號(hào)路徑上串聯(lián)配置電 阻元件，且在此電阻元件的至少一端與基準(zhǔn)電位之間配置電容器元件，這種 普通的高次諧波抑制電路。
另外，上述的一實(shí)施方式中，將振動(dòng)型角速度傳感器作為振動(dòng)型慣性力 檢測(cè)傳感器的一例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，在通過使驅(qū)動(dòng)臂振 動(dòng)來檢測(cè)慣性力、例如加速度等的結(jié)構(gòu)中，也可發(fā)揮相同的作用、效果。
工業(yè)利用可能性
本發(fā)明的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器可具有更高的檢測(cè)精度，尤其是可有 效地用于對(duì)慣性力要求高檢測(cè)精度的電子設(shè)備。由此，本發(fā)明在工業(yè)上的可 利用性極高。
權(quán)利要求
1. 一種振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的檢測(cè)信號(hào)處理方法，所述振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器包括驅(qū)動(dòng)臂；驅(qū)動(dòng)部，設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)臂上，使所述驅(qū)動(dòng)臂振動(dòng)；檢測(cè)部，通過對(duì)所述驅(qū)動(dòng)臂施加慣性力而產(chǎn)生的撓曲來產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)；監(jiān)測(cè)部，對(duì)所述驅(qū)動(dòng)臂的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；驅(qū)動(dòng)控制電路，對(duì)所述驅(qū)動(dòng)臂的振動(dòng)量進(jìn)行控制；以及檢測(cè)類電路，對(duì)所述檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，其中，在所述檢測(cè)類電路中，對(duì)所述檢測(cè)部檢測(cè)出的相位相差180度的兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行差分放大，使用從所述監(jiān)測(cè)部輸出的監(jiān)測(cè)信號(hào)對(duì)所述差分放大的信號(hào)進(jìn)行同步檢波，從所述經(jīng)同步檢波的信號(hào)中去除高次諧波分量，對(duì)去除了所述高次諧波分量的信號(hào)進(jìn)行放大，并使所述放大的信號(hào)平滑。
2、 一種振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器，其包括驅(qū)動(dòng)臂；驅(qū)動(dòng)部，設(shè)置在所 述驅(qū)動(dòng)臂上，使所述驅(qū)動(dòng)臂振動(dòng)；檢測(cè)部，通過對(duì)所述驅(qū)動(dòng)臂施加慣性力而 產(chǎn)生的撓曲來產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)；監(jiān)測(cè)部，對(duì)所述驅(qū)動(dòng)臂的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；驅(qū)動(dòng) 控制電路，對(duì)所述驅(qū)動(dòng)臂的振動(dòng)量進(jìn)行控制；以及檢測(cè)類電路，對(duì)所述檢測(cè) 信號(hào)進(jìn)行處理，其中，所述檢測(cè)類電路，對(duì)所述檢測(cè)部檢測(cè)出的相位相差180度的兩個(gè)檢測(cè)信 號(hào)進(jìn)行差分放大，使用從所述監(jiān)測(cè)部輸出的監(jiān)測(cè)信號(hào)對(duì)所述差分放大的信號(hào) 進(jìn)行同步檢波，從所述經(jīng)同步檢波的信號(hào)中去除高次諧波分量，對(duì)去除了所 述高次諧波分量的信號(hào)進(jìn)行放大，并使所述放大的信號(hào)平滑。
全文摘要
本發(fā)明涉及振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的檢測(cè)信號(hào)處理方法及采用此方法的振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器，且提供提高了振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的檢測(cè)精度的檢測(cè)信號(hào)處理方法。由此，在振動(dòng)型慣性力檢測(cè)傳感器的檢測(cè)類電路中從經(jīng)同步檢波的信號(hào)中除去高次諧波分量，將除去了此高次諧波分量的信號(hào)放大，且使此經(jīng)放大的信號(hào)平滑。
文檔編號(hào)G01P9/04GK101287961SQ20068003800
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2006年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者植村猛 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社