物理量傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明特別涉及用于飛機(jī)、車輛等的移動(dòng)體的姿勢控制、導(dǎo)航系統(tǒng)等的物理量傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖12是在專利文獻(xiàn)I中記載的現(xiàn)有的物理量傳感器500的立體圖。振子I收納于外殼2內(nèi)。溫度傳感器3收納于外殼2的內(nèi)側(cè)，并且對振子I的附近的溫度進(jìn)行檢測。珀耳帖元件4設(shè)置于外殼2的上表面。溫度控制單元5基于來自溫度傳感器3的輸出信號，控制流過珀耳帖元件4的電流的方向以及量，將外殼2內(nèi)的溫度控制為固定值。
[0003]關(guān)于現(xiàn)有的物理量傳感器500，接下來說明其動(dòng)作。
[0004]若通過對振子I施加交流電壓，使振子I在Y軸方向上對稱地振動(dòng)，并維持該振動(dòng)狀態(tài)不變地使振子I繞Z軸以角速度ω進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，則在振子I中產(chǎn)生科里奧利力。通過將由于該科里奧利力而在振子I中產(chǎn)生的電荷變換成輸出電壓，來檢測角速度。
[0005]在設(shè)置有物理量傳感器500的周邊的溫度產(chǎn)生變化的情況下，通過溫度傳感器3對外殼2內(nèi)的溫度進(jìn)行檢測，并且通過溫度控制單元5對施加給珀耳帖元件4的電流的方向以及量進(jìn)行控制，從而將外殼2內(nèi)的溫度控制為給定值，由此防止因溫度變化而產(chǎn)生的輸出信號的變動(dòng)。但是，對于現(xiàn)有的物理量傳感器500而言，部件件數(shù)增加而大型化。
[0006]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:JP特開平5-18762號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]物理量傳感器具備:檢測電路，其進(jìn)行動(dòng)作使得輸出表示賦予給檢測元件的物理量的檢測值；和校正運(yùn)算部，其進(jìn)行動(dòng)作使得對檢測值進(jìn)行校正而輸出校正后值。校正運(yùn)算部進(jìn)行動(dòng)作使得基于檢測值和校正后值使校正后值實(shí)質(zhì)上成為零值。
[0010]該物理量傳感器盡管部件件數(shù)少，但是能夠防止因溫度變化而引起的輸出信號的變動(dòng)。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I中的物理量傳感器的電路圖。
[0012]圖2是表示實(shí)施方式I中的物理量傳感器的信號的圖。
[0013]圖3是實(shí)施方式I中的物理量傳感器的校正運(yùn)算部的電路圖。
[0014]圖4是表示實(shí)施方式I中的物理量傳感器的信號的圖。
[0015]圖5A是實(shí)施方式I中的物理量傳感器的延遲設(shè)定部的電路圖。
[0016]圖5B是表示實(shí)施方式I中的物理量傳感器的延遲設(shè)定部的信號的圖。
[0017]圖5C是實(shí)施方式I中的物理量傳感器的比較例的延遲設(shè)定部的電路圖。
[0018]圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式2中的物理量傳感器的電路圖。
[0019]圖7A是搭載有實(shí)施方式2中的物理量傳感器的電子設(shè)備的示意圖。
[0020]圖7B是表示實(shí)施方式2中的物理量傳感器的信號的圖。
[0021]圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式3中的物理量傳感器的電路圖。
[0022]圖9是實(shí)施方式3中的物理量傳感器中的校正部的電路圖。
[0023]圖10是表示實(shí)施方式3中的物理量傳感器的信號的圖。
[0024]圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式4中的物理量傳感器的校正運(yùn)算部的電路圖。
[0025]圖12是現(xiàn)有的物理量傳感器的立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026](實(shí)施方式I)
[0027]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式I中的物理量傳感器1000的電路圖。檢測元件30具備由振子構(gòu)成的振動(dòng)體31、使振動(dòng)體31進(jìn)行振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電極32、根據(jù)振動(dòng)體31的振動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生電荷的監(jiān)視電極33、和若對檢測元件30施加角速度則產(chǎn)生電荷的感測電極34、35。驅(qū)動(dòng)電極32具有用于使振動(dòng)體31進(jìn)行振動(dòng)的壓電體。監(jiān)視電極33具有根據(jù)振動(dòng)體31的振動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生電荷的壓電體。感測電極34、35具有若對檢測元件30施加角速度則產(chǎn)生電荷的壓電體。感測電極34、35構(gòu)成為彼此為相反極性。在電荷放大器36中輸入檢測元件30的監(jiān)視電極33所輸出的電荷，將所輸入的電荷以給定倍率變換為電壓。帶通濾波器(BPF)37去除電荷放大器36所輸出的信號的噪聲分量后輸出監(jiān)視器信號。自動(dòng)增益控制(AGC)電路38具有半波整流平滑電路，對帶通濾波器37的輸出信號進(jìn)行半波整流而生成平滑的直流(DC)信號，并基于DC信號使帶通濾波器37所輸出的監(jiān)視器信號放大或者衰減來輸出。在驅(qū)動(dòng)電路39中輸入AGC電路38的輸出，對檢測元件30的驅(qū)動(dòng)電極32輸出驅(qū)動(dòng)信號。由電荷放大器36、帶通濾波器37、AGC電路38以及驅(qū)動(dòng)電路39構(gòu)成了驅(qū)動(dòng)器電路40。
[0028]鎖相環(huán)(PLL)電路41對驅(qū)動(dòng)器電路40的帶通濾波器37所輸出的監(jiān)視器信號的頻率進(jìn)行倍增，通過對相位噪聲在時(shí)間上進(jìn)行積分來使其降低，從而輸出具有對監(jiān)視器信號的頻率進(jìn)行倍增而得到的頻率的倍頻信號(frequency-multiplied signal)。定時(shí)生成電路42基于從PLL電路41輸出的倍頻信號，生成并輸出定時(shí)信號。由PLL電路41和定時(shí)生成電路42構(gòu)成了定時(shí)控制電路43。
[0029]DA切換部47具有基準(zhǔn)電壓49、50、和通過給定信號對基準(zhǔn)電壓49、50進(jìn)行切換來擇一地輸出的開關(guān)。DA輸出部51由輸入DA切換部47的輸出信號的電容器52、和與電容器52的兩端連接的開關(guān)53、54構(gòu)成。開關(guān)53連接在電容器52的一端與接地之間，開關(guān)54連接在電容器52的另一端與接地之間。開關(guān)53、54通過定時(shí)信號Φ2來執(zhí)行接通/斷開(ON/OFF)動(dòng)作，對電容器52的電荷進(jìn)行放電。由DA切換部47和DA輸出部51構(gòu)成DA變換部48。DA變換部48通過定時(shí)信號Φ I對電容器52的電荷進(jìn)行放電，并且輸入/輸出與DA切換部47所輸出的基準(zhǔn)電壓相應(yīng)的電荷。開關(guān)55通過定時(shí)信號Φ I從感測電極34輸出電流即輸出信號。對于積分電路56而言，被輸入開關(guān)55所輸出的電流，并由運(yùn)算放大器57、連接在運(yùn)算放大器57的輸出端與反相輸入端之間的電容器58構(gòu)成。
[0030]DA切換部59具有基準(zhǔn)電壓60、61，通過給定信號對基準(zhǔn)電壓60、61進(jìn)行切換來擇一地輸出。DA輸出部62由輸入DA切換部59的輸出信號的電容器63、和與電容器63的兩端連接的開關(guān)64a、64b構(gòu)成。開關(guān)64a連接在電容器63的一端與接地之間，開關(guān)64b連接在電容器63的另一端與接地之間。開關(guān)64a、64b通過定時(shí)信號Φ2來執(zhí)行接通/斷開動(dòng)作，對電容器63的電荷進(jìn)行放電。由DA切換部59和DA輸出部62構(gòu)成DA變換部66。DA變換部66通過定時(shí)信號Φ 2對電容器63的電荷進(jìn)行放電，并且輸入/輸出與DA切換部59所輸出的基準(zhǔn)電壓相應(yīng)的電荷。開關(guān)65通過定時(shí)信號Φ1從感測電極35輸出電流即輸出信號。對于積分電路67而言，被輸入開關(guān)65的輸出，并由運(yùn)算放大器68、并聯(lián)連接在運(yùn)算放大器68的輸出端與反相輸入端之間的電容器69構(gòu)成。
[0031]比較電路70由對積分電路56所輸出的積分信號和積分電路67所輸出的積分信號進(jìn)行比較的比較器71、和D型觸發(fā)器72構(gòu)成。在D型觸發(fā)器72中輸入由比較器71所輸出的I比特構(gòu)成的I比特?cái)?shù)字信號。D型觸發(fā)器72在定時(shí)信號Φ I的上升沿時(shí)對I比特?cái)?shù)字信號進(jìn)行鎖存而輸出鎖存信號。該鎖存信號被輸入到DA變換部48的DA切換部47對基準(zhǔn)電壓49、50進(jìn)行切換，并且被輸入到DA變換部66的DA切換部59對基準(zhǔn)電壓60、61進(jìn)行切換。由DA變換部48、DA變換部66、積分電路56、積分電路67以及比較電路70構(gòu)成了Σ Λ調(diào)制器即檢測電路73。檢測電路73 (Σ Λ調(diào)制器)通過上述構(gòu)成，對由檢測元件30的感測電極34、35輸出的電荷進(jìn)行ΣΛ調(diào)制，變換為I比特?cái)?shù)字信號進(jìn)行輸出。
[0032]在數(shù)字濾波器74中輸入由檢測電路73輸出的I比特?cái)?shù)字信號，進(jìn)行去除噪聲分量的濾波處理，并向校正運(yùn)算部75輸出I比特?cái)?shù)字信號。在校正運(yùn)算部75中輸入數(shù)字濾波器74所輸出的I比特?cái)?shù)字信號，并通過置換處理來實(shí)現(xiàn)基于該I比特?cái)?shù)字信號和給定校正值的I比特?cái)?shù)字信號的校正運(yùn)算。例如，在校正值是“5”的情況下，若輸入值“O” “I” “-1”的I比特?cái)?shù)字信號，則校正運(yùn)算部75分別以值“O” “5” “_5”的多比特?cái)?shù)字信號進(jìn)行置換并輸出。
[0033]由數(shù)字濾波器74以及校正運(yùn)算部75構(gòu)成了運(yùn)算部76。由定時(shí)控制電路43、檢測電路73 (Σ Λ調(diào)制器)以及運(yùn)算部76構(gòu)成了感測電路。
[0034]關(guān)于實(shí)施方式I中的物理量傳感器1000，接下來說明其動(dòng)作。圖2表示物理量傳感器1000的信號。
[0035]若對檢測元件30的驅(qū)動(dòng)電極32施加交流電壓則振動(dòng)體31發(fā)生共振而以共振頻率進(jìn)行振動(dòng)，在監(jiān)視電極33產(chǎn)生電荷。在監(jiān)視電極33產(chǎn)生的電荷被輸入到驅(qū)動(dòng)器電路40的電荷放大器36，被變換為正弦波形的輸出電壓。電荷放大器36的輸出電壓被輸入到帶通濾波器37，僅提取振動(dòng)體31的共振頻率的分量，去除噪聲分量而輸出圖2所示的正弦波形的輸出信號S33。驅(qū)動(dòng)器電路40的帶通濾波器37的輸出信號S33被輸入到AGC電路38的半波整流平滑電路中被變換為DC信號。對于AGC電路38而言，若該DC信號變大則將使驅(qū)動(dòng)器電路40中的帶通濾波器37的輸出信號S33衰減那樣的信號輸入到驅(qū)動(dòng)電路39，若DC信號變小則將使驅(qū)動(dòng)器電路40的帶通濾波器37的輸出信號S33變大那樣的信號輸入到驅(qū)動(dòng)電路39，調(diào)整為振動(dòng)體31以固定振幅進(jìn)行振動(dòng)。對定時(shí)控制電路43輸入正弦波形的信號S33。基于由PLL電路41對正弦波形的信號S33進(jìn)行了倍增的信號，定時(shí)生成電路42產(chǎn)生圖2所示的定時(shí)信號Φ1、Φ2。定時(shí)信號Φ 1、Φ2具有交替重復(fù)的高電平和低電平的2值。定時(shí)信號Φ1、Φ2為彼此反相，即定時(shí)信號Φ I為高電平時(shí)定時(shí)信號Φ2為低電平，定時(shí)信號Φ1為低電平時(shí)定時(shí)信號Φ2為高電平。定時(shí)信號Φ1、Φ2被輸入到檢測電路73 ( Σ Λ調(diào)制器)以及校正運(yùn)算部75，決定檢測電路73 ( Σ Λ調(diào)制器)以及校正運(yùn)算部75中的開關(guān)的切換定時(shí)以及鎖存電路的鎖存定時(shí)。
[0036]在檢測元件30的具有質(zhì)量m的振動(dòng)體31在圖1所示的驅(qū)動(dòng)方向D31上以速度V進(jìn)行彎曲振動(dòng)的狀態(tài)下，若振動(dòng)體31繞振動(dòng)體31的長邊方向的中心軸以角速度ω進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，則在檢測元件30產(chǎn)生以下所示的科里奧利力F。
[0037]F = 2ηιω XV
[0038]由科里奧利力F在檢測元件30的感測電極34、35產(chǎn)生電荷，分別產(chǎn)生圖2所示的電流即信號S34、S35。由于在感測電極34、35產(chǎn)生的電荷即信號S34、S35由科里奧利力F產(chǎn)生的，所以相位比在監(jiān)視電極33產(chǎn)生的信號S33前進(jìn)90度。如圖2所示，信號S34、S35具有彼此反相的正弦波形，處于正極性信號和負(fù)極性信號的關(guān)系。
[0039]以下說明該情況下的檢測電路73( ΣΛ調(diào)制器)的動(dòng)作。定時(shí)信號Φ1、Φ2規(guī)定連續(xù)地交替重復(fù)的期間Ρ1、Ρ2。檢測電路73( ΣΛ調(diào)制器)通過定時(shí)信號Φ1、Φ2對信號S34、S35進(jìn)行ΣΛ調(diào)制而變換為I比特?cái)?shù)字信號。
[0040]說明期間Ρ1、Ρ2中的檢測電路73的動(dòng)作。在以下的說明中，以檢測元件30的中心軸為中心對檢測元件30賦予物理量即給定角速度而使檢測元件30旋轉(zhuǎn)，從感測電極34、35輸出的信號S34、S35的最大值為值“8”。
[0041]在定時(shí)Φ1的值成為高電平的期間Pl中，由從感測電極34產(chǎn)生的相當(dāng)于值“8”的電荷Q34構(gòu)成的輸出信號被保持于積分電路56的電容器58中，在電容器58中保持的電荷所形成的電壓被輸入到比較電路70的比較器71的反相輸入端子71a。同樣地，在期間Pl中，從感測電極35產(chǎn)生的相當(dāng)于值“_8”的電荷Q35被保持于積分電路67的電容器69中，在電容器69中保持的相當(dāng)于值“_8”的電荷所形成的電壓被輸入到比較電路70的比較器71的非反相輸入端子71b。比較器71將值“I”的I比特?cái)?shù)字信號作為比較結(jié)果輸入到觸發(fā)器72，在定時(shí)信號Φ2的上升沿即期間P2的開始時(shí)值“I”的I比特?cái)?shù)字信號被鎖存在觸發(fā)器72中。接著，在定時(shí)Φ2成為高電平的期間P2中DA輸出部51的開關(guān)53、5