JPH0593628A - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
- Publication number
- JPH0593628A JPH0593628A JP3078464A JP7846491A JPH0593628A JP H0593628 A JPH0593628 A JP H0593628A JP 3078464 A JP3078464 A JP 3078464A JP 7846491 A JP7846491 A JP 7846491A JP H0593628 A JPH0593628 A JP H0593628A
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- Japan
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- tuning fork
- angular velocity
- substrate
- stress
- velocity sensor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】小型軽量で低コストになると共に、低電圧電源
で作動できる振動音叉型の半導体角速度センサを提供す
ることにある。 【構成】異方性エッチングにより基板に形成する音叉
と、音叉の端部に配設した電極と、基板面上に配設され
た音叉を加振する駆動回路と、音叉を基板に保持する支
持腕部に配設した応力変換素子及び。応力変換素子で検
出した応力に対応する信号を増幅する増幅回路を基板面
上に設けたものである。
で作動できる振動音叉型の半導体角速度センサを提供す
ることにある。 【構成】異方性エッチングにより基板に形成する音叉
と、音叉の端部に配設した電極と、基板面上に配設され
た音叉を加振する駆動回路と、音叉を基板に保持する支
持腕部に配設した応力変換素子及び。応力変換素子で検
出した応力に対応する信号を増幅する増幅回路を基板面
上に設けたものである。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、自動車の回転
角速度等の車両運動を検出する振動音叉型の角速度セン
サに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、自動車の回転角速度等を検出する
センサとしては、特開昭６１−７７７１２号公報に示す
圧電振動型（ワトソン型）の角速度センサがある。この
センサを図３に示す。 【０００３】図３において、１０１は駆動用圧電振動
子、１０２は検知用圧電振動子である。両方の圧電振動
子１０１，１０２は、２枚の圧電振動子を張り合せて形
成する。１０５は駆動用圧電振動子１０１に高電圧を印
加する交流駆動用電源、１０６は位相反転回路である。
このセンサでは、角速度により発生するコリオリ力が、
上記検知用圧電振動子を撓ませることによって、発生し
た電圧が検出できるようになっている。 【０００４】また、振動音叉型の角速度センサには、特
開昭６０−７３４１４号公報に示すものがある。このセ
ンサを図４のブロック線図に示す。 【０００５】図４において、Ｚは角速度Ａが与えられる
回転軸、１０８は一対に形成した音叉振動子、１１４は
コリオリ力検出部である。また、１２５は音叉振動子１
０８を振動させる発振器、１２６はコリオリ力検出部１
１４の出力信号を増幅するアンプ、１２７は同期整流回
路である。コリオリ力検出部１１４よりの交流信号は、
アンプ１２６で増幅され、同期整流回路１２７に導かれ
る。 【０００６】 【発明が解決しょうとする課題】しかし、図３のセンサ
では、駆動用圧電振動子１０１，検知用圧電振動子１０
２を水晶で形成し、駆動用圧電振動子１０１に高電圧を
印加する交流駆動用電源をセンサに（外付けして）接続
しなければならず、小型軽量化を図ることができないと
共に、低電圧では駆動させることができないため、おの
ずから用途上の制約等があった。 【０００７】また、このセンサでは、２つの圧電振動子
１０１，１０２の機械的不平衡が他方式に比べて、大き
く発生し、センサの精度を劣化させる等の不都合があっ
た。 【０００８】一方、図４のセンサでは、音叉振動子１０
８を振動させる発信器１２５、コリオリ力検出部１１４
の出力信号を増幅するアンプ１２６等が音叉振動子１０
８に（外付けして）接続されるために、外部ノイズ等を
取り込み易く、また小型軽量化を図ることができず、コ
ストが嵩む要因になっていた。 【０００９】そこで、本発明は、小型軽量で低コストに
なると共に、低電圧電源で作動できる振動音叉型の半導
体角速度センサを提供することを目的とするものであ
る。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は異方性エッチングにより基板に
形成する音叉と、該音叉の端部に配設した電極と、前記
基板面上に配設され前記音叉を加振する駆動回路と、前
記音叉を基板に保持する支持腕部に配設した応力変換素
子及び、応力変換素子で検出した応力に対応する信号を
増幅する増幅回路を前記基板面上に設けたものである。 【００１１】 【作 用】音叉を異方性エッチングにより基板に形成
すると共に、前記音叉の端部に電極を設けることによ
り、従来の角速度センサのような機械的不平衡等をなく
すことができ、また外部ノイズ等を検出しないようする
ことができる。 【００１２】そして、前記基板上に駆動回路を設けるこ
とにより、前記音叉を精度よく加振することができ、か
つ低電圧電源での作動を可能にする。 【００１３】一方、前記音叉を基板に保持する支持腕部
に応力変換素子を配設することにより、検出精度を向上
させることができ、また基板面上に増幅回路を配設する
ことにより、応力変換素子で検出した信号に外部ノイズ
がのらないようにし、増幅回路で外部ノイズのない計測
可能な信号に増幅することができる。 【００１４】 【実 施 例】次に、本発明の実施例を添付図面に基づ
いて説明する。図１は本発明角速度センサの一実施例の
斜視図である。なお、角速度センサは、車両の回転角速
度等の車両運動を検出するセンサで、以下の実施例にお
いては振動音叉型の角速度センサについて説明する。 【００１５】図１において、１は半導体基板、例えばシ
リコン（Ｓｉ）基板である。半導体基板１としては、本
実施例では、例えば、縦１０ｍｍ、横１５ｍｍ、高さ５
ｍｍのものを使用した。 【００１６】半導体基板１上には、異方性エッチングに
よる抜き落とし加工などの加工技術を用いて、音叉２が
形成され、音叉２の上部外側面には、昇圧回路３，３の
電極３と対向する位置にわずかな隙間をおいて電極２ａ
が設けられている。 【００１７】３，３は昇圧回路で、音叉２に対して半導
体基板１の上側面に２か所設けられており、音叉２を振
動させる駆動回路で、音叉２を精度よく加振でき、かつ
低電圧電源での作動を可能にする。昇圧回路３，３は、
本実施例では５Ｖの供給電圧を２０Ｖに昇圧させるもの
を使用している。 【００１８】そして、音叉２の支持腕部２ｂ間に相当す
る位置には、隙間部４を形成し、その隙間部４に応力変
換素子５が配設されている。 【００１９】応力変換素子５としては、半導体拡散抵
抗、薄膜ゲ−ジ抵抗（例えば、ＮｉＣｒＳｉ、ＣｒＳｉ
Ｏ）、圧電素子（ＺｎＯ）が利用される。 【００２０】応力変換素子５で検出したねじれの大きさ
に応じた信号は、増幅回路６で増幅されるので、応力変
換素子５で検出した信号を増幅回路６で計測可能な信号
に増幅することができる。 【００２１】なお、増幅回路６は、例えば、半導体基板
１上に厚膜抵抗体、コンデンサ・チップ、トランジスタ
・チップが組み込まれた厚膜ハイブリッド（混成）集積
回路等によって構成される。 【００２２】次に、本発明の実施例の検出原理について
図１及び図２に基づいて説明する。 【００２３】図１の音叉２には、電極２と昇圧回路３の
電極３ａ間には、静電力ｆが作用する。そして、昇圧回
路３に正弦波信号を印加することで音叉２が振動する。
平行板電極３ａ，３ａ間に電界Ｅを加えると、以下に示
す静電力ｆが働く。 ｆ＝−（１／２）εＥ2 Ｓ なお、εは電極３ａと電極２ａとの間に介在する物質の
誘電率、Ｓは電極２ａの面積である。 【００２４】図２において、音叉振動方向８に振動する
音叉２にＺ軸を軸とする角速度１０が加えられると、コ
リオリ力９が音叉２に発生する。その結果、原点０にね
じれ１１が生じる。このねじれ１１により発生する応力
は、音叉支持腕部２ｂ間に形成した応力変換素子５で、
ねじれ１１の大きさに相当する電気信号に変換した後、
図１の増幅回路６で増幅する。以上から、ねじれ１１に
より発生する応力は、角速度に比例するので、センサ出
力の大きさから角速度を知ることができる。 【００２５】上記のように、本実施例によれば、半導体
角速度センサに昇圧回路３，３を設けることにより、低
電圧電源による作動を可能にすることができるようにな
る。 【００２６】また、本実施例では、半導体基板上に音叉
２、昇圧回路３，ゲ−ジ５及び増幅回路６を半導体技術
を応用して多数の角速度センサを形成することにより、
小型軽量化及び量産化することができる。 【００２７】 【発明の効果】上記のように、本発明によれば、同一半
導体基板上に音叉、駆動回路、応力変換素子及び増幅回
路を半導体技術により形成することにより、小型軽量化
することができると共に、低コストで量産することがで
きる。 【００２８】また、半導体基板上に昇圧回路を設けたこ
とにより、低電圧電源での作動が可能な角速度センサを
提供することができる。
角速度等の車両運動を検出する振動音叉型の角速度セン
サに関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、自動車の回転角速度等を検出する
センサとしては、特開昭６１−７７７１２号公報に示す
圧電振動型（ワトソン型）の角速度センサがある。この
センサを図３に示す。 【０００３】図３において、１０１は駆動用圧電振動
子、１０２は検知用圧電振動子である。両方の圧電振動
子１０１，１０２は、２枚の圧電振動子を張り合せて形
成する。１０５は駆動用圧電振動子１０１に高電圧を印
加する交流駆動用電源、１０６は位相反転回路である。
このセンサでは、角速度により発生するコリオリ力が、
上記検知用圧電振動子を撓ませることによって、発生し
た電圧が検出できるようになっている。 【０００４】また、振動音叉型の角速度センサには、特
開昭６０−７３４１４号公報に示すものがある。このセ
ンサを図４のブロック線図に示す。 【０００５】図４において、Ｚは角速度Ａが与えられる
回転軸、１０８は一対に形成した音叉振動子、１１４は
コリオリ力検出部である。また、１２５は音叉振動子１
０８を振動させる発振器、１２６はコリオリ力検出部１
１４の出力信号を増幅するアンプ、１２７は同期整流回
路である。コリオリ力検出部１１４よりの交流信号は、
アンプ１２６で増幅され、同期整流回路１２７に導かれ
る。 【０００６】 【発明が解決しょうとする課題】しかし、図３のセンサ
では、駆動用圧電振動子１０１，検知用圧電振動子１０
２を水晶で形成し、駆動用圧電振動子１０１に高電圧を
印加する交流駆動用電源をセンサに（外付けして）接続
しなければならず、小型軽量化を図ることができないと
共に、低電圧では駆動させることができないため、おの
ずから用途上の制約等があった。 【０００７】また、このセンサでは、２つの圧電振動子
１０１，１０２の機械的不平衡が他方式に比べて、大き
く発生し、センサの精度を劣化させる等の不都合があっ
た。 【０００８】一方、図４のセンサでは、音叉振動子１０
８を振動させる発信器１２５、コリオリ力検出部１１４
の出力信号を増幅するアンプ１２６等が音叉振動子１０
８に（外付けして）接続されるために、外部ノイズ等を
取り込み易く、また小型軽量化を図ることができず、コ
ストが嵩む要因になっていた。 【０００９】そこで、本発明は、小型軽量で低コストに
なると共に、低電圧電源で作動できる振動音叉型の半導
体角速度センサを提供することを目的とするものであ
る。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は異方性エッチングにより基板に
形成する音叉と、該音叉の端部に配設した電極と、前記
基板面上に配設され前記音叉を加振する駆動回路と、前
記音叉を基板に保持する支持腕部に配設した応力変換素
子及び、応力変換素子で検出した応力に対応する信号を
増幅する増幅回路を前記基板面上に設けたものである。 【００１１】 【作 用】音叉を異方性エッチングにより基板に形成
すると共に、前記音叉の端部に電極を設けることによ
り、従来の角速度センサのような機械的不平衡等をなく
すことができ、また外部ノイズ等を検出しないようする
ことができる。 【００１２】そして、前記基板上に駆動回路を設けるこ
とにより、前記音叉を精度よく加振することができ、か
つ低電圧電源での作動を可能にする。 【００１３】一方、前記音叉を基板に保持する支持腕部
に応力変換素子を配設することにより、検出精度を向上
させることができ、また基板面上に増幅回路を配設する
ことにより、応力変換素子で検出した信号に外部ノイズ
がのらないようにし、増幅回路で外部ノイズのない計測
可能な信号に増幅することができる。 【００１４】 【実 施 例】次に、本発明の実施例を添付図面に基づ
いて説明する。図１は本発明角速度センサの一実施例の
斜視図である。なお、角速度センサは、車両の回転角速
度等の車両運動を検出するセンサで、以下の実施例にお
いては振動音叉型の角速度センサについて説明する。 【００１５】図１において、１は半導体基板、例えばシ
リコン（Ｓｉ）基板である。半導体基板１としては、本
実施例では、例えば、縦１０ｍｍ、横１５ｍｍ、高さ５
ｍｍのものを使用した。 【００１６】半導体基板１上には、異方性エッチングに
よる抜き落とし加工などの加工技術を用いて、音叉２が
形成され、音叉２の上部外側面には、昇圧回路３，３の
電極３と対向する位置にわずかな隙間をおいて電極２ａ
が設けられている。 【００１７】３，３は昇圧回路で、音叉２に対して半導
体基板１の上側面に２か所設けられており、音叉２を振
動させる駆動回路で、音叉２を精度よく加振でき、かつ
低電圧電源での作動を可能にする。昇圧回路３，３は、
本実施例では５Ｖの供給電圧を２０Ｖに昇圧させるもの
を使用している。 【００１８】そして、音叉２の支持腕部２ｂ間に相当す
る位置には、隙間部４を形成し、その隙間部４に応力変
換素子５が配設されている。 【００１９】応力変換素子５としては、半導体拡散抵
抗、薄膜ゲ−ジ抵抗（例えば、ＮｉＣｒＳｉ、ＣｒＳｉ
Ｏ）、圧電素子（ＺｎＯ）が利用される。 【００２０】応力変換素子５で検出したねじれの大きさ
に応じた信号は、増幅回路６で増幅されるので、応力変
換素子５で検出した信号を増幅回路６で計測可能な信号
に増幅することができる。 【００２１】なお、増幅回路６は、例えば、半導体基板
１上に厚膜抵抗体、コンデンサ・チップ、トランジスタ
・チップが組み込まれた厚膜ハイブリッド（混成）集積
回路等によって構成される。 【００２２】次に、本発明の実施例の検出原理について
図１及び図２に基づいて説明する。 【００２３】図１の音叉２には、電極２と昇圧回路３の
電極３ａ間には、静電力ｆが作用する。そして、昇圧回
路３に正弦波信号を印加することで音叉２が振動する。
平行板電極３ａ，３ａ間に電界Ｅを加えると、以下に示
す静電力ｆが働く。 ｆ＝−（１／２）εＥ2 Ｓ なお、εは電極３ａと電極２ａとの間に介在する物質の
誘電率、Ｓは電極２ａの面積である。 【００２４】図２において、音叉振動方向８に振動する
音叉２にＺ軸を軸とする角速度１０が加えられると、コ
リオリ力９が音叉２に発生する。その結果、原点０にね
じれ１１が生じる。このねじれ１１により発生する応力
は、音叉支持腕部２ｂ間に形成した応力変換素子５で、
ねじれ１１の大きさに相当する電気信号に変換した後、
図１の増幅回路６で増幅する。以上から、ねじれ１１に
より発生する応力は、角速度に比例するので、センサ出
力の大きさから角速度を知ることができる。 【００２５】上記のように、本実施例によれば、半導体
角速度センサに昇圧回路３，３を設けることにより、低
電圧電源による作動を可能にすることができるようにな
る。 【００２６】また、本実施例では、半導体基板上に音叉
２、昇圧回路３，ゲ−ジ５及び増幅回路６を半導体技術
を応用して多数の角速度センサを形成することにより、
小型軽量化及び量産化することができる。 【００２７】 【発明の効果】上記のように、本発明によれば、同一半
導体基板上に音叉、駆動回路、応力変換素子及び増幅回
路を半導体技術により形成することにより、小型軽量化
することができると共に、低コストで量産することがで
きる。 【００２８】また、半導体基板上に昇圧回路を設けたこ
とにより、低電圧電源での作動が可能な角速度センサを
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明角速度センサの一実施例の斜視図
である。 【図２】図２は本発明の実施例の検出原理を示す説明図
である。 【図３】図３は従来の角速度センサの概要説明図であ
る。 【図４】第４図は従来の角速度センサのブロック図であ
る。 【符号の説明】 １ 半導体基板 ２ 音叉 ２ａ 電極 ２ｂ 音叉支持腕部 ３ 駆動回路 ３ａ 電極 ５ 応力変換素子 ６ 増幅回路
である。 【図２】図２は本発明の実施例の検出原理を示す説明図
である。 【図３】図３は従来の角速度センサの概要説明図であ
る。 【図４】第４図は従来の角速度センサのブロック図であ
る。 【符号の説明】 １ 半導体基板 ２ 音叉 ２ａ 電極 ２ｂ 音叉支持腕部 ３ 駆動回路 ３ａ 電極 ５ 応力変換素子 ６ 増幅回路
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 異方性エッチングにより基板に形成する音叉と、 該音叉の端部に配設した電極と、 前記基板面上に配設され前記音叉を加振する駆動回路
と、 前記音叉を基板に保持する支持腕部に配設した応力変換
素子及び、 前記応力変換素子で検出した応力に対応する信号を増幅
する増幅回路を前記基板面上に設けたことを特徴とする
角速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3078464A JPH0593628A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 角速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3078464A JPH0593628A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 角速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0593628A true JPH0593628A (ja) | 1993-04-16 |
Family
ID=13662749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3078464A Pending JPH0593628A (ja) | 1991-03-18 | 1991-03-18 | 角速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0593628A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006349409A (ja) * | 2005-06-14 | 2006-12-28 | Denso Corp | 静電駆動・容量検出型のジャイロセンサのセンサ回路 |
-
1991
- 1991-03-18 JP JP3078464A patent/JPH0593628A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006349409A (ja) * | 2005-06-14 | 2006-12-28 | Denso Corp | 静電駆動・容量検出型のジャイロセンサのセンサ回路 |
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