角速度传感器及其设计方法技术

一种角速度传感器，其包括：音叉型振子；设于音叉型振子上的驱动部；检测音叉型振子的挠变量的检测部。音叉型振子包括：具有第一端和第二端并具有基本振动频率的第一振动腕部、具有第一端和第二端并具有所述基本振动频率的第二振动腕部、以及将所述第一振动腕部的第一端和所述第二振动腕部的第一端连结的连结部。驱动部设置在所述第一振动腕部上，使所述第一振动腕部振动，具有驱动阻抗。检测部设置在所述第一振动腕部和所述第二振动腕部中的一个上，由所述音叉型振子上施加的角速度来检测第一振动腕部和第二振动腕部中的一个的挠变量。所述基本振动频率中驱动阻抗的值Ｒ１与同所述基本振动频率不同的频率的所述驱动阻抗的值Ｒ２的比Ｒ１／Ｒ２小于１。该角速度传感器即使受到外部干扰也不会输出不需要的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有音叉型振子的。
技术介绍
角速度传感器近年用于车载中。特别是该用途中，逐渐要求角速度传感器小型、对从外部突然施加的振动的所谓外部干扰稳定、高可靠性。美国专利第5438231号公开的现有的角速度传感器包括具有下端由连结部连结的一对振动腕部的音叉型振子；设置在振动腕部上的使振动腕部在振动方向驱动的驱动电极；检测由所施加的角速度而在振动腕部产生的挠变的检测电极。振动腕部设计重视通过减小其被驱动时的驱动阻抗来抑制消耗电力。仅重视驱动阻抗设计的振动腕部由于其自身所具有的振动方向的基本振动频率以外的固有的振动频率的振动作为外部干扰而引起不需要的振动。由此，角速度传感器有时输出不需要的信号。
技术实现思路
本专利技术的角速度传感器包括音叉型振子；音叉型振子上设置的驱动部；检测音叉型振子的挠变量的检测部。音叉型振子包括具有第一端和第二端并具有基本振动频率的第一振动腕部；具有第一端和第二端并具有基本振动频率的第二振动腕部；连结第一振动腕部的第一端和第二振动腕部的第一端的连结部。驱动部设置在第一振动腕部上，使第一振动腕部振动，具有驱动阻抗。检测部设置在第一振动腕部和第二振动腕部中的一个上，由音叉型振子上施加的角速度检测第一振动腕部和第二振动腕部中的一个的挠变量。基本振动频率的驱动阻抗的值R1与同基本振动频不同的频率的驱动阻抗的值R2的比R1/R2小于1。该角速度传感器即使受到外部干扰也不会输出不需要的信号 附图说明图1A是本专利技术的实施方式的角速度传感器的音叉型振子的正面图；图1B是图1A所示的角速度传感器的线1B-1B的剖面图；图1C是图1A所示的角速度传感器的线1C-1C的剖面图；图2表示实施方式的角速度传感器的驱动阻抗和电极的尺寸的关系；图3表示实施方式的角速度传感器的音叉型振子的外部干扰引起的振动。符号说明1音叉型振子1a振动腕部1b振动腕部1c连结部2驱动部3检测部具体实施方式图1A是本专利技术的实施方式的角速度传感器的正面图。角速度传感器具有音叉型振子1。振子1由硅等的刚性材料构成，包含相互平行设置的振动腕部1a、1b和连结振动腕部1a、1b各下端101a、101b的连结部1c。振动腕部1a上设置两个驱动部2。两个驱动部2之间，在振动腕部1a上设置检测部3。振动腕部1b上设置检测部13。振动腕部1b还设置有与检测部13平行配置的监视部4和虚电极8。图1B是图1A所示的角速度传感器的线1B-1B的剖面图。驱动部2由驱动腕部1a上设置的驱动电极2A、驱动电极2A上设置的压电层2C、压电层2C上设置的驱动电极2B构成。驱动部2自振动腕部1a的下端101a朝向上端102a设置。检测部3由振动腕部1a上设置的检测电极3A、检测电极3A上设置的压电层3C、压电层3C上设置的检测电极3B构成。检测电极3B自振动腕部1a的下端101a朝向上端102a设置。检测电极3B长度与振动电极2B大致相同。检测部13由振动腕部1b上设置的检测电极13A、检测电极13A上设置的压电层13C、压电层13C上设置的检测电极13B构成。监视部4由振动腕部1b上设置的监视电极4A、监视电极4A上设置的压电层4C、压电层4C上设置的监视电极4B构成。虚部8由振动腕部1b上的虚电极8A、虚电极8A上的压电部8C、压电部8上的虚电极8B构成。连结部1c上设置用于与驱动部2、检测部3、监视部4的上述的电极连接并且与外部连接的连接电极5。驱动部2的驱动电极2A、2B间施加电压，则振动腕部1a在X轴的方向6上振动，振动腕部1b与该振动共振，以与振动腕部1a的振动频率相同的频率振动。从监视部4的监视电极4A、4B输出与振动腕部1a、1b的振动的振幅对应的信号，该信号反馈给控制对驱动电极2A、2B施加的驱动电压的控制电路。控制电路根据反馈的信号调整对驱动电极2A、2B施加的信号的频率、电压、相位，使振子1的振动持续。检测部3的检测电极3A、3B通过以Y轴为中心施加到振子1上的由角速度在振动腕部1a上Z轴方向发生的科里奥利力(コリオリカ)而挠变，输出基于对应该科里奥利力的振动腕部1a的挠变的量的信号。同样，检测部13的检测电极13A、13B通过以Y轴为中心施加到振子1上的由角速度在振动腕部1b上Z轴方向发生的科里奥利力而挠变，输出基于对应该科里奥利力的振动腕部1b的挠变的量的信号。角速度传感器具有振子1的驱动的传递阻抗(伝逹インピ一ダンス)即驱动阻抗Rd。驱动阻抗Rd由驱动电极2A、2B间施加的电压Vd与由振子1的振动而在监视电极4A、4B产生的电流Im的比Vd/Im来定义。实施方式的角速度传感器的音叉振子1的振动腕部1a、1b和驱动部2根据振动腕部1a、1b的振动方向6的基本振动频率的驱动阻抗Rd的值R1与同基本振动频率不同的外部干扰频率的驱动阻抗Rd的值R2的比R1/R2来设计。即，角速度传感器的设计中，振动腕部1a、1b和驱动部2的尺寸根据比R1/R2来决定。图2B表示驱动电极2A、2B的长度D与振动腕部1a、1b的长度L的比D/L(横轴)和驱动阻抗Rd的比R1/R2(纵轴)的关系。如图2B所示，这些是与具有最小值的二次曲线类似的关系。振动腕部1a、1b在多个模式下以固有振动频率振动。驱动阻抗Rd的值R1的基本振动频中，振动的点(節)仅位于下端101a。图3表示实施方式的音叉型振子1的上述考虑的驱动阻抗的值R2的外部干扰振动频率引起的振动。驱动阻抗的值R2在振动腕部1a、1b所具有的固有振动频率中也与在方向6上引起振动腕部1a、1b的中部弯曲的频率的振动对应。即，在驱动阻抗的值R2的外部干扰频率中，振动的点(節)位于振动腕部1a的下端101a与上端102a之间的点103a和下端101a，振动的点(節)位于振动腕部1b的下端101b的上端102b之间的点103b和下端101b。该外部干扰频率的振动容易接着基本振动频率而产生。该外部干扰频率的振动的模式，在振动腕部1a、1b的沿X轴在同方向振动的模式、沿Z轴在同方向振动的模式等其他模式的基础上进行新的设计时考虑，从而提高角速度传感器的可靠性。比R1/R2小于或等于1时，振动腕部1a、1b难以受外部干扰的影响。由此，为防止图3所示的振动，根据图2B将比D/L设定为0.38＜D/L＜0.46，使比R1/R2小于或等于1。上述说明中着重于驱动电极2A、2B的长度D与振动腕部1a的长度L之间关系。关于检测电极3A、3B也同样可以将检测电极的长度D设定为0.38＜D/L＜0.46。理想的是，振动腕部1a的未配置驱动部2、检测部3的部分103a上设置附加质量部7a，同样，振动腕部1b的未设置监视部4、检测部13、虚部8的部分103b上设置附加质量部7b。振动腕部1a、1b上设置的电极将在构成音叉型振子1的硅基板上形成电极的基电极在整个面上形成，利用蚀刻从基电极除去不需要的部分而形成。该蚀刻使硅基板的表面不必要地破损，导致角速度传感器的特性产生偏差。由附加质量部7a、7b减少振动腕部1a、1b的露出的面，从而可抑制角速度传感器的特性的偏差。振动腕部1a、1b上设置的压电层通过在基电极整个面上形成基极压电层，从基极压电层蚀刻除去不要的部分而形成。也可以说是压电层的蚀刻。图1C是图1A所示的角速度传感器的线1C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角速度传感器，其包括：音叉型振子，其包含：具有第一端和第二端并具有基本振动频率的第一振动腕部、具有第一端和第二端并具有所述基本振动频率的第二振动腕部、以及将所述第一振动腕部的所述第一端和所述第二振动腕部的所述第一端连结的连结部；驱动部，其设置在所述第一振动腕部上，使所述第一振动腕部振动，具有驱动阻抗；检测部，其设置在所述第一振动腕部和所述第二振动腕部中的一个上，由所述音叉型振子上施加的角速度来检测所述第一振动腕部和所述第二振动腕部中的所述一个的挠变量，所述基本振动频率中所述驱动阻抗的值Ｒ１与同所述基本振动频率不同的频率中的所述驱动阻抗的值Ｒ２的比Ｒ１／Ｒ２小于１。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：大内智，相泽宏幸，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]