專利名稱：振動型慣性力檢測傳感器的檢測信號處理方法及振動型慣性力檢測傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及振動型慣性力檢測傳感器的檢測信號處理方法、及采用此方 法的振動型慣性力檢測傳感器。
背景技術(shù)：
例如，作為現(xiàn)有的振動型慣性力檢測傳感器的一例，振動型角度傳感器
如圖6中的框圖所示，具有傳感器元件203，其設(shè)置有驅(qū)動部201和撿測 部202;驅(qū)動控制電路204，其對驅(qū)動部201施加控制電壓，使傳感器元件 203振動，并且對此振動進(jìn)行控制；檢測類電路205，其對從檢測部202輸出 的檢測信號進(jìn)行處理。在檢測類電路205中，使用差分放大器206將從檢測 部202輸出的檢測信號差分放大，且對此經(jīng)差分放大的信號、和使用反相放 大器207使此檢測信號反相而成的信號，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 平滑，由此，輸出抑制了外部沖擊等干擾噪聲的信號。
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，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)有的振動型慣性力檢測傳感器的一例揭示在例如日本專利特 開2002-267448號公報(bào)中。
然而，在此現(xiàn)有的振動型慣性力檢測傳感器中，經(jīng)同步檢波器208進(jìn)行 同步檢波后的信號形成如圖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 檢測類電路205的內(nèi)部處理而導(dǎo)致振動型慣性力檢測傳感器的性能降低。

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


圖1是表示本發(fā)明的一實(shí)施方式中的振動型慣性力檢測傳感器的框圖。 圖2是表示振動型慣性力檢測傳感器中所使用的傳感器元件的俯視圖。 圖3是表示振動型慣性力檢測傳感器的檢測波形的轉(zhuǎn)變的波形圖。 圖4是表示振動型慣性力檢測傳感器的同步檢波后的處理檢測波形的轉(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)有的振動型慣性力檢測傳感器的一例的振動型角度傳感器 的框圖。
圖7是表示現(xiàn)有的振動型慣性力檢測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)動部
102 檢測部
103 傳感器元件
104 驅(qū)動控制電路
105 檢測類電路
114 驅(qū)動臂
115 監(jiān)測部
具體實(shí)施例方式
以下，使用附圖對本發(fā)明的一實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是表示作為本發(fā)明的振動型慣性力檢測傳感器的一例的振動型角速 度傳感器的框圖。其基本結(jié)構(gòu)包括傳感器元件103;對此傳感器元件103 的振動進(jìn)行控制的驅(qū)動控制電路104;對從傳感器元件103輸出的信號進(jìn)行 處理的檢測類電路105。
圖2是表示本實(shí)施方式的振動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 伸出的一對驅(qū)動臂114上，分別設(shè)置著作為驅(qū)動部101的驅(qū)動電極101a及作 為檢測部102的檢測電極102a，此驅(qū)動電極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)動臂114的根部 分還設(shè)置著與監(jiān)測部115連接的監(jiān)測電極115a，此監(jiān)測電極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)動控制電路104向驅(qū)動電 極101a施加驅(qū)動電力，這樣，使驅(qū)動臂114如箭頭116所示的那樣向側(cè)面振 動。在此振動狀態(tài)下圍繞檢測軸來施加角速度，由此，利用科里奧利力
(Coriolis force)使驅(qū)動臂114沿圖2中的前后方向產(chǎn)生撓曲，通過此撓曲， 將檢測信號從檢測電極102a輸出到圖1所示的檢測類電路105。
而且，圖2所示的監(jiān)測電極115a對驅(qū)動臂114的振幅量進(jìn)行檢測，并將 此信息經(jīng)由監(jiān)測部115反饋給驅(qū)動控制電路104，由此對從驅(qū)動控制電路104 施加到驅(qū)動電極101a的驅(qū)動電力進(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)施方式的各振動型速度傳感器的各信號的波形的轉(zhuǎn)變。 圖3中，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示各信號的電位。在圖4與圖5中也相同。
圖1所示的檢測類電路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)檢測電極102a輸出 的檢測信號(圖3所示的檢測輸出102b、 102c)進(jìn)行放大。其次，使用差分 放大器106將此兩個(gè)放大信號差分放大，且對此經(jīng)差分放大的信號(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(圖3中的移相器輸出117a)產(chǎn)生分支，將一個(gè)信號直接輸入到同步檢 波器108，并且使用反相放大器107使另一個(gè)信號的相位反轉(zhuǎn)，將此信號(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)測部115輸出的監(jiān)測信號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，對這兩個(gè)輸入信號(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，可抑制檢測類電路105的檢測 精度的降低。其結(jié)果，可提高振動型慣性力檢測傳感器的檢測精度。另外， 所謂無源濾波器是指，僅由電容器或電阻等無源元件構(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。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源濾波器 119，輸出無源濾波器輸出119a，該無源濾波器輸出119a僅包含通過此無源 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， 就可抑制檢測類電路105的檢測精度的降低，進(jìn)而，可提高振動型慣性力檢 測傳感器的檢測精度。
另外，關(guān)于用于去除檢測信號的高次諧波分量的無源濾波器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)在檢測信號路徑上串聯(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，將振動型角速度傳感器作為振動型慣性力 檢測傳感器的一例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于此，在通過使驅(qū)動臂振 動來檢測慣性力、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)明的振動型慣性力檢測傳感器可具有更高的檢測精度，尤其是可有 效地用于對慣性力要求高檢測精度的電子設(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. 一種振動型慣性力檢測傳感器的檢測信號處理方法，所述振動型慣性力檢測傳感器包括驅(qū)動臂；驅(qū)動部，設(shè)置在所述驅(qū)動臂上，使所述驅(qū)動臂振動；檢測部，通過對所述驅(qū)動臂施加慣性力而產(chǎn)生的撓曲來產(chǎn)生檢測信號；監(jiān)測部，對所述驅(qū)動臂的振動進(jìn)行監(jiān)測；驅(qū)動控制電路，對所述驅(qū)動臂的振動量進(jìn)行控制；以及檢測類電路，對所述檢測信號進(jìn)行處理，其中，在所述檢測類電路中，對所述檢測部檢測出的相位相差180度的兩個(gè)檢測信號進(jìn)行差分放大，使用從所述監(jiān)測部輸出的監(jiān)測信號對所述差分放大的信號進(jìn)行同步檢波，從所述經(jīng)同步檢波的信號中去除高次諧波分量，對去除了所述高次諧波分量的信號進(jìn)行放大，并使所述放大的信號平滑。
2、 一種振動型慣性力檢測傳感器，其包括驅(qū)動臂；驅(qū)動部，設(shè)置在所 述驅(qū)動臂上，使所述驅(qū)動臂振動；檢測部，通過對所述驅(qū)動臂施加慣性力而 產(chǎn)生的撓曲來產(chǎn)生檢測信號；監(jiān)測部，對所述驅(qū)動臂的振動進(jìn)行監(jiān)測；驅(qū)動 控制電路，對所述驅(qū)動臂的振動量進(jìn)行控制；以及檢測類電路，對所述檢測 信號進(jìn)行處理，其中，所述檢測類電路，對所述檢測部檢測出的相位相差180度的兩個(gè)檢測信 號進(jìn)行差分放大，使用從所述監(jiān)測部輸出的監(jiān)測信號對所述差分放大的信號 進(jìn)行同步檢波，從所述經(jīng)同步檢波的信號中去除高次諧波分量，對去除了所 述高次諧波分量的信號進(jìn)行放大，并使所述放大的信號平滑。
全文摘要
本發(fā)明涉及振動型慣性力檢測傳感器的檢測信號處理方法及采用此方法的振動型慣性力檢測傳感器，且提供提高了振動型慣性力檢測傳感器的檢測精度的檢測信號處理方法。由此，在振動型慣性力檢測傳感器的檢測類電路中從經(jīng)同步檢波的信號中除去高次諧波分量，將除去了此高次諧波分量的信號放大，且使此經(jīng)放大的信號平滑。
文檔編號G01P9/04GK101287961SQ20068003800
公開日2008年10月15日 申請日期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 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社