[发明专利]角速度传感器

说明书

本发明涉及一个角速度传感器，它用在诸如摄像机的无意识运动的检测，虚拟现实装置的操作检测，汽车导航系统的方向检测，和其它类似情况。

一个角速度传感器以预定谐振频率振动一个振动器从而通过一个压电元件或类似元件检测由角速度的作用而产生的互补力。

传统上有两种方法通过单个压电元件来驱动一个振动回转仪：一种方法利用外部振动型驱动电路，另一种利用自振动型驱动电路。然而，利用外部振动型驱动电路的方法存在一个问题，即由于振动器，压电元件，电路或其它类似部分的温度特性，振动器和振动频率在谐振频率上产生不同，这显著降低了互补力检测灵敏度，这种传感器还未得以实用。

如图1、图2，目前使用的是利用自振动型驱动电路的角速度传感器，它在相振动电路回路中使用一个内置振动器。在这种角速度传感器中，由于自振动是由振动器的谐振频率得到，因此检测灵敏度也不过多受温度特性的影响，能够在很宽的温度范围中得到稳定的检测灵敏度。

图1所示的一个角速度传感器，包括一个由恒定弹性的金属振动器100制成的振动器104，它是一个三角形柱体，其面上有由电极101a和压电体101b构成的第一压电元件101，由电极102a和压电体102b构成的第二压电元件102，由电极103a和压电体103b构成的第三压电元件103。而且，这个角速度传感器还包括：与第一压电元件101连接的放大器105；与放大器105连接的相转换器106；与第二压电元件102和第三压电元件103连接的差动放大器107；与差动放大器107连接的同步检测器108；以及连接同步检测器108的低通滤波器109。

这样的一个使用三角柱形振动器的角速度传感器目前具有最高的灵敏度，并且被广泛使用。在这个角速度传感器中，为了产生自振动，第二压电元件102和第三压电元件103检测振动器104的振动，以及在振动器104中产生的互补力。即，在这个角速度传感器中，同一压电元件具有两种作用：检测振动器104的振动以产生自振动，和检测互补力。为此，在这个角速度传感器中，用于检测互补力的电压受限于振动器104的驱动电压和电源电压，而且也不可能充分利用压电元件的检测性能。

另一方面，图2所示的一个角速度传感器，包括一个由恒定弹性的金属振动器110制成的振动器115，它是一个正方形柱体，其面上有由电极111a和压电体111b构成的第一压电元件111，由电极112a和压电体112b构成的第二压电元件112，由电极113a和压电体113b构成的第三压电元件113，由电极114a和压电体114b构成的第四压电元件114。而且，这个角速度传感器还包括：放大器106；与第一压电元件111和第二压电元件112连接的相转换器116；与第三压电元件113和第四压电元件114连接的差动放大器119；与差动放大器118连接的同步检测器119；以及连接同步检测器119的低通滤波器120。

在使用这样的正方柱形振动器115的角速度传感器中，第一压电元件111产生振动器115的振动；第二压电元件112检测振动器115的振动，用于产生自振动；第三压电元件113和第四压电元件114用于检测振动器115产生的互补力。即，在这个角速度传感器中，每个压电元件用于一个作用：用于产生振动器115的振动的压电元件，用于检测振动器115的振动而产生自振动的压电元件，和用于检测互补力的压电元件。结果，就有可能充分利用每个压电元件的性能。

然而，该角速度传感器至少要用两个压电元件来驱动振动器，而且，如果包括用于检测互补力的压电元件，则至少要用四个压电元件。这带来了生产成本的不利因素。而且，如果用这么多的压电元件，调整振动器115的振动频率也比较困难。因此，使用正方柱形振动器115的角速度传感器也存在各种问题，也仍然未得以实用。

所以，正如前面所述，利用外部振动型驱动电路的方法存在由于温度特性造成灵敏度改变的问题，这一问题可以由使用相振动电路的自振动型驱动电路来解决。但是，如图1所示的角速度传感器，由于同一压电元件同时驱动振动器104和检测互补力，因而牺牲了灵敏度。另一方面，图2所示的角速度传感器有生产成本的不利因素和难于调整频率的问题，也不能得以实用。

而且，在图1和图2所示的传统的角速度传感器中，放大器105和111，相转换器106和115及其它类似部分的电路都相对比较复杂，因此有必要开发一种具有简单电路的角速度传感器。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有简单结构的角速度传感器，能充分利用压电元件的性能，并具有优良的检测灵敏度。