振動型センサー回路
【課題】移相回路の温度の影響をキャンセルする。
【解決手段】第１の圧電振動子１０と、第２の圧電振動子２０と、第１の圧電振動子１０を発振させ発振信号ａを出力する発振回路３０と、発振信号ａの位相を−４５°移相させた第１の移相信号ｂを出力する第１の抵抗Ｒ１と第１の容量素子Ｃ１とを含む第１の移相回路４０と、発振信号ａの位相を＋４５°移相させた第２の移相信号ｃを出力する第２の抵抗Ｒ２と第２の容量素子Ｃ２とを含む第２の移相回路５０と、第２の移相信号ｃに基づき第２の圧電振動子２０を共振させた共振信号ｄを出力する共振回路６０と、第１の移相信号ｂと共振信号ｄとを乗算した乗算信号ｅを出力する乗算回路７０と、乗算信号を積分した積分信号を出力する積分回路と、を含む振動型センサー回路。
【解決手段】第１の圧電振動子１０と、第２の圧電振動子２０と、第１の圧電振動子１０を発振させ発振信号ａを出力する発振回路３０と、発振信号ａの位相を−４５°移相させた第１の移相信号ｂを出力する第１の抵抗Ｒ１と第１の容量素子Ｃ１とを含む第１の移相回路４０と、発振信号ａの位相を＋４５°移相させた第２の移相信号ｃを出力する第２の抵抗Ｒ２と第２の容量素子Ｃ２とを含む第２の移相回路５０と、第２の移相信号ｃに基づき第２の圧電振動子２０を共振させた共振信号ｄを出力する共振回路６０と、第１の移相信号ｂと共振信号ｄとを乗算した乗算信号ｅを出力する乗算回路７０と、乗算信号を積分した積分信号を出力する積分回路と、を含む振動型センサー回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサー、圧力センサー、温度センサー、力覚センサーなどの振動型センサーを用いた振動型センサー回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動型センサーの一種である加速度センサーは、所定の質量を有するマス部と、これを支持する梁部などのバネ要素で形成されたものが知られている。このような加速度センサーでは、バネ要素に生じた応力が加速度に対応するので、この応力を測定することにより、加速度を検出している。具体的には、加速度がマス部に作用すると、マス部は、バネ要素に生じた応力がマス部の慣性力とつりあうまで変位する。したがって、この変位から、バネ要素に生じた応力を検出し、加速度を知ることができるものである。
【０００３】
しかしながら、このような方式の加速度センサーでは、応力検出に半導体センサーなどの特別な検出手段を用いる必要があることや、応力−電圧変換効率の問題などが指摘されている。
【０００４】
この問題を解決するために、例えば特許文献１には、周波数変化型加速度検出素子を発振回路で発振させておき、その出力を９０°移相器に通してから別の共振回路に注入し、加速度印加により周波数が変化すると共振回路から出力される位相が変化しそれを検波することで加速度値を求める方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６３０３号公報（図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方法では、図３に示すように９０°移相器１５０は、コンデンサーＣ３と抵抗Ｒ３を含む＋４５°位相回路１５１とコンデンサーＣ４と抵抗Ｒ４を含む＋４５°位相回路１５２とを組み合わせた回路で構成されており、コンデンサーＣ３，Ｃ４と抵抗Ｒ３，Ｒ４とが温度特性を持つ。このため、圧電振動子１０，２０とからなる加速度センサー２の感度が十分に高い場合は温度特性による位相変化は無視できるが、感度が低い場合はこの影響が無視できなくなるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
第１の圧電振動子と、第２の圧電振動子と、前記第１の圧電振動子を発振させ発振信号を出力する発振回路と、前記発振信号の位相を−４５°移相させた第１の移相信号を出力する第１の抵抗と第１の容量素子とを含む第１の移相回路と、前記発振信号の位相を＋４５°移相させた第２の移相信号を出力する第２の抵抗と第２の容量素子とを含む第２の移相回路と、前記第２の移相信号に基づき前記第２の圧電振動子を共振させた共振信号を出力する共振回路と、前記第１の移相信号と前記共振信号とを乗算した乗算信号を出力する乗算回路と、前記乗算信号を積分した積分信号を出力する積分回路と、を含む、ことを特徴とする振動型センサー回路。
【０００９】
この構成によれば、第１の移相回路に含まれる第１の抵抗と第１の容量素子の値と第２の移相回路に含まれる第２の抵抗と第２の容量素子の値とが温度の影響でそれぞれ同様に変化するので、温度特性による位相変化をキャンセルすることができ、安定した感度を保つことができる。
【００１０】
［適用例２］
上記に記載の振動型センサー回路において、前記第１の抵抗の抵抗値と前記第２の抵抗の抵抗値とは略等しく、かつ、前記第１の容量素子の容量値と前記第２の容量素子の容量値とは略等しい、ことを特徴とする振動型センサー回路。
【００１１】
この構成によれば、第１の移相回路に含まれる第１の抵抗と第１の容量素子の値と第２の移相回路に含まれる第２の抵抗と第２の容量素子の値とが温度の影響でそれぞれ同様に変化するので、温度特性による位相変化をキャンセルすることができ、安定した感度を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る振動型センサー回路の構成を示す回路図。
【図２】振動型センサーの一種である加速度センサーの構成を示すブロック図。
【図３】従来の振動型センサー回路の構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、振動型センサー回路の実施形態について図面に従って説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
＜振動型センサー回路の構成＞
先ず、第１実施形態に係る振動型センサー回路の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る振動型センサー回路の構成を示す回路図である。
【００１５】
図１に示すように、振動型センサー回路１は、第１の圧電振動子である圧電振動子１０と、第２の圧電振動子である圧電振動子２０と、発振回路３０と、第１の移相回路である−４５°移相回路４０と、第２の移相回路である＋４５°移相回路５０と、共振回路６０と、乗算回路７０と、積分回路８０と、から構成されている。
【００１６】
圧電振動子１０及び圧電振動子２０は、図２に示すように振動型センサーの一種である加速度センサー２を構成している。図１に示す加速度センサー２において、圧電振動子１０及び圧電振動子２０は、検出軸方向が互いに逆向きであり、例えば図２に示すように各々の振動腕１１，２１が正反対の方向となるように配置されている。
【００１７】
発振回路３０は、圧電振動子１０を発振させ発振信号ａを出力する。
【００１８】
−４５°移相回路４０は、第１の抵抗である抵抗Ｒ１と第１の容量素子であるコンデンサーＣ１とを含んで構成されている。抵抗Ｒ１の一方の端子には発振信号ａが入力され、抵抗Ｒ１の他方の端子から発振信号ａの位相を−４５°移相させた第１の移相信号である移相信号ｂが出力される。コンデンサーＣ１は、抵抗Ｒ１の他方の端子と接地電位との間に接続されている。
【００１９】
＋４５°移相回路５０は、第２の抵抗である抵抗Ｒ２と第２の容量素子であるコンデンサーＣ２とを含んで構成されている。コンデンサーＣ２の一方の端子には発振信号ａが入力され、コンデンサーＣ２の他方の端子から発振信号ａの位相を＋４５°移相させた第２の移相信号である移相信号ｃが出力される。抵抗Ｒ２は、コンデンサーＣ２の他方の端子と接地電位との間に接続されている。
【００２０】
共振回路６０は、移相信号ｃに基づき圧電振動子２０を共振させた共振信号ｄを出力する。
【００２１】
乗算回路７０は、移相信号ｂと共振信号ｄとを乗算した乗算信号ｅを出力する。
【００２２】
積分回路８０は、乗算信号ｅを積分した積分信号ＯＵＴを出力する。
【００２３】
なお、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の抵抗値は略等しく、コンデンサーＣ１及びコンデンサーＣ２の容量値は略等しくなるように設計されている。
【００２４】
以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００２５】
本実施形態では、−４５°移相回路４０に含まれる抵抗Ｒ１とコンデンサーＣ１の値と＋４５°移相回路５０に含まれる抵抗Ｒ２とコンデンサーＣ２の値とが温度の影響でそれぞれ同様に変化するので、温度特性による位相変化をキャンセルすることができ、安定した感度を保つことができる。
【００２６】
以上、振動型センサー回路の実施形態を説明したが、こうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００２７】
（変形例１）振動型センサー回路の変形例１について説明する。前記第１実施形態では、図１に示すように−４５°移相回路４０と＋４５°移相回路５０とを配置するように説明したが、逆に配置してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１…振動型センサー回路、１０…圧電振動子、１１，２１…振動腕、２０…圧電振動子、３０…発振回路、４０…−４５°移相回路、５０…＋４５°移相回路、６０…共振回路、７０…乗算回路、８０…積分回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサー、圧力センサー、温度センサー、力覚センサーなどの振動型センサーを用いた振動型センサー回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の振動型センサーの一種である加速度センサーは、所定の質量を有するマス部と、これを支持する梁部などのバネ要素で形成されたものが知られている。このような加速度センサーでは、バネ要素に生じた応力が加速度に対応するので、この応力を測定することにより、加速度を検出している。具体的には、加速度がマス部に作用すると、マス部は、バネ要素に生じた応力がマス部の慣性力とつりあうまで変位する。したがって、この変位から、バネ要素に生じた応力を検出し、加速度を知ることができるものである。
【０００３】
しかしながら、このような方式の加速度センサーでは、応力検出に半導体センサーなどの特別な検出手段を用いる必要があることや、応力−電圧変換効率の問題などが指摘されている。
【０００４】
この問題を解決するために、例えば特許文献１には、周波数変化型加速度検出素子を発振回路で発振させておき、その出力を９０°移相器に通してから別の共振回路に注入し、加速度印加により周波数が変化すると共振回路から出力される位相が変化しそれを検波することで加速度値を求める方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２６３０３号公報（図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の方法では、図３に示すように９０°移相器１５０は、コンデンサーＣ３と抵抗Ｒ３を含む＋４５°位相回路１５１とコンデンサーＣ４と抵抗Ｒ４を含む＋４５°位相回路１５２とを組み合わせた回路で構成されており、コンデンサーＣ３，Ｃ４と抵抗Ｒ３，Ｒ４とが温度特性を持つ。このため、圧電振動子１０，２０とからなる加速度センサー２の感度が十分に高い場合は温度特性による位相変化は無視できるが、感度が低い場合はこの影響が無視できなくなるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］
第１の圧電振動子と、第２の圧電振動子と、前記第１の圧電振動子を発振させ発振信号を出力する発振回路と、前記発振信号の位相を−４５°移相させた第１の移相信号を出力する第１の抵抗と第１の容量素子とを含む第１の移相回路と、前記発振信号の位相を＋４５°移相させた第２の移相信号を出力する第２の抵抗と第２の容量素子とを含む第２の移相回路と、前記第２の移相信号に基づき前記第２の圧電振動子を共振させた共振信号を出力する共振回路と、前記第１の移相信号と前記共振信号とを乗算した乗算信号を出力する乗算回路と、前記乗算信号を積分した積分信号を出力する積分回路と、を含む、ことを特徴とする振動型センサー回路。
【０００９】
この構成によれば、第１の移相回路に含まれる第１の抵抗と第１の容量素子の値と第２の移相回路に含まれる第２の抵抗と第２の容量素子の値とが温度の影響でそれぞれ同様に変化するので、温度特性による位相変化をキャンセルすることができ、安定した感度を保つことができる。
【００１０】
［適用例２］
上記に記載の振動型センサー回路において、前記第１の抵抗の抵抗値と前記第２の抵抗の抵抗値とは略等しく、かつ、前記第１の容量素子の容量値と前記第２の容量素子の容量値とは略等しい、ことを特徴とする振動型センサー回路。
【００１１】
この構成によれば、第１の移相回路に含まれる第１の抵抗と第１の容量素子の値と第２の移相回路に含まれる第２の抵抗と第２の容量素子の値とが温度の影響でそれぞれ同様に変化するので、温度特性による位相変化をキャンセルすることができ、安定した感度を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る振動型センサー回路の構成を示す回路図。
【図２】振動型センサーの一種である加速度センサーの構成を示すブロック図。
【図３】従来の振動型センサー回路の構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、振動型センサー回路の実施形態について図面に従って説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
＜振動型センサー回路の構成＞
先ず、第１実施形態に係る振動型センサー回路の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る振動型センサー回路の構成を示す回路図である。
【００１５】
図１に示すように、振動型センサー回路１は、第１の圧電振動子である圧電振動子１０と、第２の圧電振動子である圧電振動子２０と、発振回路３０と、第１の移相回路である−４５°移相回路４０と、第２の移相回路である＋４５°移相回路５０と、共振回路６０と、乗算回路７０と、積分回路８０と、から構成されている。
【００１６】
圧電振動子１０及び圧電振動子２０は、図２に示すように振動型センサーの一種である加速度センサー２を構成している。図１に示す加速度センサー２において、圧電振動子１０及び圧電振動子２０は、検出軸方向が互いに逆向きであり、例えば図２に示すように各々の振動腕１１，２１が正反対の方向となるように配置されている。
【００１７】
発振回路３０は、圧電振動子１０を発振させ発振信号ａを出力する。
【００１８】
−４５°移相回路４０は、第１の抵抗である抵抗Ｒ１と第１の容量素子であるコンデンサーＣ１とを含んで構成されている。抵抗Ｒ１の一方の端子には発振信号ａが入力され、抵抗Ｒ１の他方の端子から発振信号ａの位相を−４５°移相させた第１の移相信号である移相信号ｂが出力される。コンデンサーＣ１は、抵抗Ｒ１の他方の端子と接地電位との間に接続されている。
【００１９】
＋４５°移相回路５０は、第２の抵抗である抵抗Ｒ２と第２の容量素子であるコンデンサーＣ２とを含んで構成されている。コンデンサーＣ２の一方の端子には発振信号ａが入力され、コンデンサーＣ２の他方の端子から発振信号ａの位相を＋４５°移相させた第２の移相信号である移相信号ｃが出力される。抵抗Ｒ２は、コンデンサーＣ２の他方の端子と接地電位との間に接続されている。
【００２０】
共振回路６０は、移相信号ｃに基づき圧電振動子２０を共振させた共振信号ｄを出力する。
【００２１】
乗算回路７０は、移相信号ｂと共振信号ｄとを乗算した乗算信号ｅを出力する。
【００２２】
積分回路８０は、乗算信号ｅを積分した積分信号ＯＵＴを出力する。
【００２３】
なお、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の抵抗値は略等しく、コンデンサーＣ１及びコンデンサーＣ２の容量値は略等しくなるように設計されている。
【００２４】
以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
【００２５】
本実施形態では、−４５°移相回路４０に含まれる抵抗Ｒ１とコンデンサーＣ１の値と＋４５°移相回路５０に含まれる抵抗Ｒ２とコンデンサーＣ２の値とが温度の影響でそれぞれ同様に変化するので、温度特性による位相変化をキャンセルすることができ、安定した感度を保つことができる。
【００２６】
以上、振動型センサー回路の実施形態を説明したが、こうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下、変形例を挙げて説明する。
【００２７】
（変形例１）振動型センサー回路の変形例１について説明する。前記第１実施形態では、図１に示すように−４５°移相回路４０と＋４５°移相回路５０とを配置するように説明したが、逆に配置してもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１…振動型センサー回路、１０…圧電振動子、１１，２１…振動腕、２０…圧電振動子、３０…発振回路、４０…−４５°移相回路、５０…＋４５°移相回路、６０…共振回路、７０…乗算回路、８０…積分回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧電振動子と、
第２の圧電振動子と、
前記第１の圧電振動子を発振させ発振信号を出力する発振回路と、
前記発振信号の位相を−４５°移相させた第１の移相信号を出力する第１の抵抗と第１の容量素子とを含む第１の移相回路と、
前記発振信号の位相を＋４５°移相させた第２の移相信号を出力する第２の抵抗と第２の容量素子とを含む第２の移相回路と、
前記第２の移相信号に基づき前記第２の圧電振動子を共振させた共振信号を出力する共振回路と、
前記第１の移相信号と前記共振信号とを乗算した乗算信号を出力する乗算回路と、
前記乗算信号を積分した積分信号を出力する積分回路と、
を含む、
ことを特徴とする振動型センサー回路。
【請求項２】
請求項１に記載の振動型センサー回路において、前記第１の抵抗の抵抗値と前記第２の抵抗の抵抗値とは略等しく、かつ、前記第１の容量素子の容量値と前記第２の容量素子の容量値とは略等しい、ことを特徴とする振動型センサー回路。
【請求項１】
第１の圧電振動子と、
第２の圧電振動子と、
前記第１の圧電振動子を発振させ発振信号を出力する発振回路と、
前記発振信号の位相を−４５°移相させた第１の移相信号を出力する第１の抵抗と第１の容量素子とを含む第１の移相回路と、
前記発振信号の位相を＋４５°移相させた第２の移相信号を出力する第２の抵抗と第２の容量素子とを含む第２の移相回路と、
前記第２の移相信号に基づき前記第２の圧電振動子を共振させた共振信号を出力する共振回路と、
前記第１の移相信号と前記共振信号とを乗算した乗算信号を出力する乗算回路と、
前記乗算信号を積分した積分信号を出力する積分回路と、
を含む、
ことを特徴とする振動型センサー回路。
【請求項２】
請求項１に記載の振動型センサー回路において、前記第１の抵抗の抵抗値と前記第２の抵抗の抵抗値とは略等しく、かつ、前記第１の容量素子の容量値と前記第２の容量素子の容量値とは略等しい、ことを特徴とする振動型センサー回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２０３８２２（Ｐ２０１０−２０３８２２Ａ）
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４７６３２（Ｐ２００９−４７６３２）
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【公開日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２日（２００９．３．２）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
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