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JP4126785B2 - Angular velocity sensor - Google Patents
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JP4126785B2 - Angular velocity sensor - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、故障を検出する診断装置を備えた振動式の角速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として特開平７−１８１０４２号公報に記載のものが提案されている。これは、直交音叉型の振動子と、この振動子を励振する駆動用圧電素子及び駆動制御回路等から構成される駆動手段と、振動子の励振方向と直交する振動状態を検出し該振動状態から所定軸回りの角速度を検出する角速度検出用圧電素子及び検出回路等から構成される角速度検出手段とを備えた角速度センサである。
【０００３】
また、この角速度検出手段は、振動子に設けられた角速度検出素子からの信号が出力されるチャージアンプ及びこのチャージアンプの後に設けられたバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を有している。
そして、角速度センサの故障診断においては、チャージアンプ通過後の出力と、ＢＰＦ通過後の出力とを差動アンプで比較するようになっており、振動子上の圧電素子の剥がれ等の故障が発生すると、上記両出力が一致しなくなることを利用して診断が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のように、角速度検出信号に加わる異常信号を検知するものにおいては、振動式角速度センサの駆動系、もしくは検出系の異常な振動発生時には診断が可能であるが、システム上最も重要な検出系のワイヤ等の断線については検知出来ないという問題がある。
【０００５】
上記故障診断において、検出系のワイヤの断線によりチャージアンプに入力される電圧が０になると、ＢＰＦの出力も０となるため、差動アンプに入力される電圧は両方とも０となる。従って、従来の角速度センサでは、検出系のワイヤ等の断線を検出することはできない。
本発明は上記点に鑑みて、駆動系および検出系のワイヤ断線を検出できるような振動式の角速度センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、振動子（１）と、振動子（１）に形成され振動子（１）を駆動するための駆動手段（１１、１２）と、振動子（１）に形成され振動子（１）に入力された角速度を検出するための角速度検出手段（２１、２２）と、駆動手段（１１、１２）と接続され、該駆動手段（１１、１２）に駆動用信号を入力して振動子（１）を励振する駆動回路（Ａ１、Ｃ１）と、角速度検出手段（２１、２２）と接続され、角速度検出手段（２１、２２）から振動子（１）の励振方向と直交する振動状態を検出し該振動状態から所定軸回りの角速度を検出する角速度検出回路（２０７〜２０９、Ａ２、Ｃ２）とを備えた角速度センサ、すなわち振動式の角速度センサについて、鋭意検討を行った。その結果、以下の技術的手段を採用することとした。
【０００７】
すなわち、請求項１記載の発明によれば、振動式の角速度センサにおいて、振動子（１）に形成された故障診断用信号入力手段（１７、１８、１７ａ、１８ａ）と、故障診断用信号入力手段（１７、１８、１７ａ、１８ａ）に故障診断用信号を入力する信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）と、駆動手段（１１、１２）もしくは角速度検出手段（２１、２２）から故障診断用信号の入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障検出回路（Ａ３２、Ｃ３２）とを備え、駆動回路（Ａ１、Ｃ１）は、振動子（１）の励振に基づくフィードバック信号を用いて振動子（１）の励振方向への振幅制御を行うようになっており、信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）は、故障診断用信号を生成するためにフィードバック信号の周波数（ｆｄ）を偶数倍とする周波数変換手段（２０４）を有し、フィードバック信号を用いて故障診断用信号を生成するようになっており、角速度検出回路（２０７〜２０９、Ａ２、Ｃ２）は、駆動用信号の入力に基づいた信号を、フィードバック信号に基づき同期検波する第１同期検波手段（２１０）を有し、故障検出回路（Ａ３２、Ｃ３２）は、故障診断用信号の入力に基づいた信号を、故障診断用信号と同位相の信号を用いて同期検波する第２同期検波手段（２１２）を有することを特徴とする。
【０００８】
それによって、駆動手段（１１、１２）もしくは角速度検出手段（２１、２２）からの故障診断用信号の入力に基づいた信号、すなわち角速度検出信号とは別個の信号を検出できるので、該信号のオフセットの度合等をみることで異常振動や、駆動手段（１１、１２）および角速度検出手段（２１、２２）のワイヤ断線検出を行うことができる。また、請求項１記載の発明によれば、信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）が、故障診断用信号をフィードバック信号の周波数（ｆｄ）の偶数倍とする周波数変換手段（２０４）を備えるから、故障診断用信号を振動子（１）の励振の共振周波数の偶数倍とし、故障診断用信号による角速度検出信号への影響を低減させ、センサ特性を悪化させない故障診断可能な角速度センサを提供できる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明においては、振動式の角速度センサにおいて、信号入力回路（Ｃ３１、Ｆ３１）が、振動子（１）がその励振方向と直交する方向へ振動するように、故障診断用信号を故障診断用信号入力手段（１７ａ、１８ａ）に入力することを特徴とする。本発明のように故障診断用信号を入力しても、請求項１記載の発明の効果と同等の効果が得られる。
【００１６】
また、請求項３記載の発明においては、請求項１または２記載の信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１）は、周波数変換手段（２０４）によって変換された周波数の信号を濾過するバンドパスフィルタ（２０５、３０４）を備えるから、安定した故障診断用信号を生成でき、センサ特性を悪化させない故障診断可能な角速度センサを提供できる。
【００１７】
また、請求項４記載の発明においては、請求項１または２記載の信号入力回路（Ｅ３１、Ｆ３１）は、周波数変換手段（２０４）によって変換された周波数の信号中の直流電圧を可変とする直流電圧可変手段（５０１）を備えるから、安定した故障診断用信号を生成でき、センサ特性を悪化させない故障診断可能な角速度センサを提供できる。
【００１８】
また、請求項５記載の発明においては、請求項１〜４記載の信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）は、故障診断用信号の振幅を調整可能な振幅可変手段（２０６）を備えるから、所望の故障診断用信号の振幅を得ることができ、センサ特性を悪化させない故障診断可能な角速度センサを提供できる。
【００１９】
なお、上記駆動手段、角速度検出手段、故障診断用信号入力手段は、圧電式、静電式、電磁式等の広い電気機械変換手段に適用される。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の角速度センサを示す斜視図である。本実施形態は、例えば、自動車の姿勢制御やカーナビゲーションシステム等に利用される角速度センサとして使用される。本実施形態は、振動子１と、振動子１を支持するための支持部３と、振動子１および支持部３が取り付けられる基板２とから構成されている。
【００２１】
振動子１は、一対の四角柱状のアーム部（振動部）４、５と、各アーム部４、５の一端を連結する連結部６とを有する音叉形状に形成された圧電体（例えば、ＰＺＴ等）から形成されている。
そして、振動子１は、連結部６にて例えばエポキシ系の接着材で支持部３に接合されており、この支持部３によって支持されている。支持部３は、例えば４２Ｎ（４２アロイ）の様な金属粉を焼結させたものから成り、くびれ部３ａを有して略エ字型を呈している。支持部３は、スペーサ３ｂを介して基板２に溶接等で接合されており、振動子１は基板２の面Ｋ１に対して平行に浮遊した形となっている。
【００２２】
両アーム部４、５と連結部６とが同一平面を形成し対向する略コ字形状の一対の面であるＸ１、Ｘ２面のうち、基板２とは反対側の面をＸ１面、Ｘ１面と対向する他方の面をＸ２面とする。また、振動子１の外周に位置し且つアーム部４、５の配列方向であるｙ軸と直交する面であるＹ１、Ｙ２面のうち、アーム部４側をＹ１面、アーム部５側をＹ２面とする。
【００２３】
また、Ｘ１面およびＸ２面と直交する方向をｘ軸として、上記ｙ軸およびｚ軸とともに、図１に示すｘｙｚ直交座標系が構成される。以下、本実施形態において、このｘｙｚ直交座標を用いて説明する。また、以下、ｘ軸方向というのは、ｘ軸と平行な方向であることを意味する。ｙ軸、ｚ軸方向についても同様である。そして、例えば、車両等にはｚ軸方向を上下として搭載される。
【００２４】
振動子１には、駆動および角速度検出のための複数の電極が形成されているが、次に、その電極構成について説明する。図２は、振動子１の外周面上に形成された各電極１１〜２７の構成を、振動子１の前後、左右から見た展開図である。（ａ）はＸ１面、（ｂ）はＸ２面、（ｃ）はＹ１面、（ｄ）はＹ２面上の電極構成を示すものである。
【００２５】
Ｘ１面には、振動子１を駆動するための駆動電極（駆動手段）１１、１２、駆動状態をモニタし自励発振（自励振動）させるため帰還用のモニタ電極１３、１４、基準電位に接地された仮ＧＮＤ電極１５、１６と、後述する故障診断用信号ＶＢを入力するための故障診断用信号入力手段としての故障診断用信号印加電極（以下、診断用電極という）１７、１８、及び、角速度出力を取り出す為のパット電極１９、２０が形成されている。
【００２６】
一方、Ｙ１、Ｙ２面には、コリオリ力によって発生する電荷を取出し、振動子１に入力された角速度を検出するための角速度検出電極（角速度検出手段）２１、２２、角速度検出電極２１、２２から出力をパット電極１９、２０に引き出す為の引出し電極２３、２４及び、Ｘ２面に形成され基準電位に接地された共通電極２５とＸ１面の仮ＧＮＤ電極１５、１６とを短絡する為の仮ＧＮＤ短絡電極２６、２７が形成されている。
【００２７】
なお、角速度検出電極２１は、アーム部４においてＹ１面と対向する面、角速度検出電極２２は、アーム部５においてＹ２面と対向する面にあってもよい。また、検出電極は、Ｙ１面またはＹ２面のどちらか一方のみにあってもよい。一方のみの場合、検出電極がある側のアーム部の検知振動から角速度検出がなされる。
【００２８】
また、振動子１は、図１の白抜き矢印に示すように、Ｘ１、Ｘ２面に直交するｘ軸方向に分極処理されている。なお、上記の診断用電極１７、１８は、振動子１を分極処理するための、分極用電極としても用いられる。
振動子１と後述の制御回路（制御手段）との信号の入出力は、例えば、基板２上に絶縁、構成されたターミナルＴ１〜Ｔ１０と振動子１上の各電極を、ワイヤボンディングにて接続されたワイヤーＷ１〜Ｗ１０にて結線することにより行う。
【００２９】
ちなみに、駆動電極１１、１２はそれぞＷ５、Ｗ１０と、モニタ電極１３、１４はそれぞれＷ４、Ｗ９と、仮ＧＮＤ電極１５、１６はそれぞれＷ３、Ｗ８と、診断用電極１７、１８はそれぞれＷ２、Ｗ７と、パット電極１９、２０はそれぞれＷ１、Ｗ６と接続されている。
次に、角速度センサの上記制御回路のブロック図を図３に示す。回路は大きく分けて、駆動系Ａ１、検出系Ａ２、故障診断系Ａ３の３つに分けることが出来る。
【００３０】
チャージアンプ２０１は、モニタ電極１３、１４からの出力（電流）を電圧に変換するものである。
駆動系Ａ１はチャージアンプ２０１以降に設けられており、チャージアンプ２０１からの内部信号としてのフィードバック信号（以下、ＦＢ信号と略し、周波数をｆｄとする）が一定電圧となるように維持するＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路２０２と、ＡＧＣ回路２０２からの電圧を両駆動電極１１、１２で互いに位相反転した電圧（駆動用信号）として印加するための反転回路２０３とから構成される。
【００３１】
電流−電圧変換回路２０７、２０８は、パット電極１９、２０を介して角速度検出電極２１、２２からの出力（電流）を電圧に変換するものであり、差動回路２０９は、両電流−電圧変換回路２０７、２０８からの電圧の差（差分）をとるものである。
検出系Ａ２は電流−電圧変換回路２０７、２０８及び差動回路２０９以降に設けられており、差動回路２０９からの差動出力を上記ＦＢ信号（周波数ｆｄ）に基づき同期検波する第１同期検波回路２１０と、第１同期検波回路２１０からの出力を平滑化し直流電圧に変換する第１ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２１１とから構成される。
【００３２】
故障診断系Ａ３は、従来検知出来なかった検出系の断線異常を検知するために、今回新たに追加したもので、診断用電極１７、１８に故障診断用信号ＶＢ（以下、信号ＶＢという）を入力するための信号入力系Ａ３１と、角速度検出電極２１、２２から故障診断用信号の入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行うための信号検出系Ａ３２とからなっている。
【００３３】
信号入力系Ａ３１は、上記ＦＢ信号を偶数倍（本実施形態では２倍、つまり２ｆｄ）の周波数に変換するための掛け算器（変調手段）２０４と、前記変換された周波数のみ通すＢＰＦ（バンドパスフィルタ）２０５と、ＢＰＦ２０５後の一定周波数（２ｆｄ）となった信号を一定振幅とし、信号ＶＢとして、診断用電極１７、１８に印加する振幅可変手段である振幅調整器２０６とから構成される。
【００３４】
信号検出系Ａ３２は、差動回路２０９からの差動出力をＢＰＦ２０５からの信号ＶＢ（周波数２ｆｄ）と同位相の信号に基づき同期検波する第２同期検波回路（同期検波手段）２１２と、第２同期検波回路２１２からの出力を平滑化し直流電圧に変換する第２ＬＰＦ２１３とから構成される。
本実施形態の作用について以下説明する。まず、駆動系Ａ１及び検出系Ａ２による角速度検出の基本動作を述べる。Ｘ１面、Ｘ２面に形成された駆動電極１１と共通電極２５間、駆動電極１２と共通電極２５間に、互い１８０°反転した交流電圧（例えば４００ｍＶｒｍｓ程度）を印加することにより、振動子１をｙ軸方向に共振（駆動振動）させる。
【００３５】
このとき、モニタ電極１３、１４、チャージアンプ２０１、ＡＧＣ回路２０２、反転回路２０３、及び駆動電極１１、１２で自励発振系を構成しており、モニタ電極１３、１４からの出力（電流）をモニターし、ｙ軸方向への駆動振動の振幅を温度が変わっても一定となる様に自励制御発振（自励制御振動）を行う。従って、駆動用信号はＦＢ信号の周波数ｆｄと同じ周波数であり、この周波数ｆｄにて振動子１の駆動振動も行われる（駆動振動の共振周波数ｆｄ）。
【００３６】
ｚ軸まわりに角速度Ωが入力されたとき発生するコリオリ力ＦＣにより、振動子１はｘ軸方向に角速度Ωに比例した振幅の振動（角速度検知振動）を発生し、Ｙ１面、Ｙ２面に形成された角速度検出電極２１、２２から角速度に比例した出力（電流）が発生し、角速度が検出可能となる。角速度検知振動の共振周波数も駆動振動の共振周波数と同じく一定周波数ｆｄである。
【００３７】
角速度検出電極２１、２２からの出力は、検出系Ａ２にて次のように処理される。該出力を電流−電圧変換回路２０７、２０８で電圧に変換し、差動回路２０９で差動した電圧を、ＦＢ信号（周波数ｆｄ）を基準に第１同期検波回路２１０にて同期検波処理を行い、第１ＬＰＦ２１１を通し、直流電圧として角速度検出信号Ｓ１を出力する。以上が、駆動系Ａ１及び検出系Ａ２による通常の角速度検出の基本動作である。
【００３８】
故障診断系Ａ３は、次のように作用する。断線等の故障検出のため、診断用電極１７、１８と共通電極２５との間に、信号ＶＢを印加する。信号ＶＢは次のように生成する。
上記ＦＢ信号を掛け算器２０４にて変調する。ＦＢ信号の周波数は振動子１の駆動振動の共振周波数（以下、駆動周波数という）ｆｄとなるのに対し、この変調により掛け算器２０４後の出力の周波数はその２倍の２ｆｄになる。
【００３９】
この掛け算器２０４後の出力をＢＰＦ２０５を通し、振幅を振幅調整器２０６にて調整し、一定周波数２ｆｄ、一定振幅（例えば１０ｍＶｒｍｓ程度）の信号ＶＢとして診断用電極１７、１８に印加する。
ここで、角速度Ωが入力されていないときには、診断用電極１７、１８から角速度検出電極２１、２２に信号ＶＢが伝わり、パット電極１９、２０から電流−電圧変換回路２０７、２０８に、信号ＶＢの入力に基づいた信号として出力される。
【００４０】
一方、角速度Ω入力時には、振動子１の角速度検出電極２１、２２からの出力、すなわち電流−電圧変換回路２０７、２０８及び差動回路２０９からの出力は、上記角速度検知振動による信号（周波数ｆｄ）と、信号ＶＢの入力に基づく周波数２ｆｄの信号が合成されたものとなる。
ここで、周波数ｆｄの信号は、上述の検出系Ａ２によって、角速度検出のための信号として処理され、角速度検出信号Ｓ１として最終出力される。ここで、周波数２ｆｄの信号成分は、第１同期検波回路２１０でのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に基づく同期検波により、キャンセルされる。
【００４１】
一方、周波数２ｆｄの信号（故障診断用信号の入力に基づいた信号）は断線等の故障検知するための信号として処理される。
ＢＰＦ２０５後の信号ＶＢ（周波数２ｆｄ）を基準信号として、差動回路２０９からの出力を第２同期検波回路２１２にて同期検波処理を行い、第２ＬＰＦ２１３を通し、直流電圧として故障出力信号Ｒ１を出力する。ここで、周波数ｆｄの信号成分は、第２同期検波回路２１２での信号ＶＢに基づく同期検波により、キャンセルされる。
【００４２】
例えば、角速度検出電極２１、２２と接続されているワイヤーＷ１、Ｗ６が正常である場合、周波数２ｆｄの信号は角速度検出電極２１、２２から同相で発生するため、差動回路２０９で差動後は２つの信号はキャンセルされ、結果として故障出力信号Ｒ１は０状態（基準電位）となる。
それに対し、ワイヤーＷ１もしくはＷ６が断線した場合、角速度検出電極２１もしくは２２からの出力が無くなる為、図４に示す様に、故障出力信号Ｒ１がプラス側、もしくはマイナス側へオフセット（１状態）され、断線を常時検出することが出来る。
【００４３】
このように、コリオリ振動検出の為に振幅の大きい部位に設置されているために最も断線等の発生し易い角速度検出電極２１、２２の断線等を検出できる。また、診断用電極１７、１８と接続されているワイヤーＷ２もしくはＷ７が断線した場合にも同様にして検出できる。
この様に、予め所定量の信号ＶＢを印加することにより０、１状態の判断により断線が検知出来るため信頼度の高い診断が可能となる。
【００４４】
また、感度の変化やルーズコンタクト等による回路内の微妙なリークに対しても０、１状態間の範囲内で、ふらつきをモニターしておけば診断可能となる。信号ＶＢとして、角速度検出信号と周波数が異なる信号を用いてモニターしている為、精度の高い診断が可能となる。
以上のように、信号ＶＢにより断線を検出する方法は、角速度入力時のコリオリ力と周波数が違う為、角速度入力と断線の区別を確実に識別し診断することが出来る。
【００４５】
また、本実施形態によれば、信号ＶＢに対応する２ｆｄの信号はＡＧＣ回路２０２により常に一定に保たれたＦＢ信号を用い、かつ検出系Ａ２ではＦＢ信号を用いた同期検波処理でキャンセルされる為、センサの特性上、大きな影響は与えない。
なお、信号ＶＢはＦＢ信号の周波数ｆｄの２倍でなくてもよいが、同期検波処理時のキャンセル効果を考慮すると偶数倍が望ましい。
【００４６】
また、ＢＰＦ２０５により周波数２ｆｄのみの信号ＶＢを、精度良く診断用電極１７、１８に印加出来るため、センサの特性上、大きな影響を与えない。 また、本実施形態では、センサ内部で発生する内部信号として、振動子１の励振方向への振幅制御を行うためのＦＢ信号を用いて、故障診断用信号ＶＢを加工生成しているため、別体の信号発生手段が不要となり、簡素且つ安価な構成とできる。
【００４７】
なお、駆動電極１１、１２から電流−電圧変換回路、差動回路を用いて、故障診断用信号（信号ＶＢ）の入力に基づいた信号を検出するようにしてもよい。この場合には、駆動電極１１、１２のワイヤＷ５、Ｗ１０の断線等を検出できる。ところで、本第１実施形態においては、従来の角速度センサに無かった診断用電極１７、１８と、この診断用電極１７、１８に駆動用信号の所定周波数（ｆｄ）とは異なる周波数（２ｆｄ）の信号ＶＢを入力して駆動電極１１、１２もしくは角速度検出電極２１、２２から信号ＶＢの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障診断系（故障診断手段）Ａ３とを備えたことを特徴とする。
【００４８】
ここで、本実施形態では、駆動系Ａ１が駆動回路に対応し、電流−電圧変換回路２０７、２０８、差動回路２０９及び検出系Ａ２が角速度検出回路に対応し、信号入力系Ａ３１が信号入力回路に対応し、信号検出系Ａ３２が故障検出回路に対応する。
なお、本実施形態では、診断用電極１７、１８に信号ＶＢを印加しているが、角速度検出電極２１、２２に、低電流回路を用いて直接、周波数２ｆｄの電流を流すようにしてもよい。上記オフセットは、正常時に現れるようにし、断線時に基準電位となるように、診断用電極１７、１８に反転した信号ＶＢを入力するようにしてもよい。
【００４９】
なお、振幅調整器は、診断用電極１７、１８への入力に対し個々に設けてもよい。また、故障診断系Ａ３の信号検出系Ａ３２の第２同期検波回路２１２及び第２ＬＰＦ２１３は、電流−電圧変換回路２０７、２０８の個々について設けてもよい。
また、診断用電極１７と診断用電極１８を異なる形状としても良い。診断用電極１７と診断用電極１８を異なる形状とした場合、診断用電極１７、１８の入力に対し、振幅調整器（振幅可変手段）を個別に設け、信号ＶＢ（故障診断用信号）による電流−電圧変換回路２０７、２０８の出力が等しくなるように振幅調整器を調整すれば、差動回路２０９でキャンセルされ、故障出力信号Ｒ１は正常時に０状態（基準電位）となる。
【００５０】
そして、ワイヤーＷ１もしくはＷ６が断線した場合、故障出力信号Ｒ１がプラス側、もしくは、マイナス側へオフセット（１状態）され、断線を検出することが出来る。
ところで、図５に示す様に、信号ＶＢ（ここでは、１０ｍＶｒｍｓとする）を診断用電極１７に印加した時に発生する電流−電圧変換回路２０７の出力は、診断用電極１７と角速度検出電極２１との間の静電容量に比例する。また、図６に示す様に、診断用電極１７の面積は、診断用電極１７と角速度検出電極２１との間の静電容量に比例する。
【００５１】
そこで、図５と図６より、信号ＶＢを診断用電極１７に印加した時に発生する電流−電圧変換回路２０７の出力は、診断用電極１７の面積に比例することがわかる。同様に、一定振幅の信号ＶＢを診断用電極１８に印加した時に発生する電流−電圧変換回路２０８の出力は、診断用電極１８の面積に比例する。
一方、診断用電極の面積が同じであっても、信号ＶＢの出力を変えることで、電流−電圧変換回路の出力を信号ＶＢに比例して変えることができる。このデータを図７に示す。なお、図７には、診断用電極１７の面積が２ｍｍ2 のデータを示した。
【００５２】
そこで、診断用電極１７と診断用電極１８の面積が異なる場合には、振幅調整器を個別に設け、例えば、診断用電極１７が、診断用電極１８の２倍の面積である場合には、診断用電極１７へ入力する故障診断用信号を診断用電極１８へ入力する故障診断用信号の１／２にするというように、診断用電極の面積比の逆数になるよう、個別に振幅調整器を設定すれば、差動回路２０９でキャンセルされ、故障出力信号Ｒ１は正常時に０状態（基準電位）となる。
【００５３】
そして、ワイヤーＷ１もしくはＷ６が断線した場合、故障出力信号Ｒ１がプラス側、もしくは、マイナス側へオフセット（１状態）され、断線を検出することが出来る。
ところで、診断用電極１７と診断用電極１８の位置が、Ｘ１面上で、ｚ軸方向、且つ、Ｙ１面、Ｙ２面から等距離にある線（以下、中心線とする）Ｃに対して、対称な位置にあってもなくてもよい。図８（ａ）に診断用電極１７、１８が中心線Ｃに対して対称な位置にない例（ｚ軸方向にずれている）を示す。なお、図８（ｂ）〜（ｄ）は、上記図２（ｂ）〜（ｄ）と同じ図である。
【００５４】
この場合も、診断用電極１７、１８の入力に対し、振幅調整器（振幅可変手段）を個別に設け、信号ＶＢ（故障診断用信号）による電流−電圧変換回路２０７、２０８の出力が等しくなるように振幅調整器を調整すれば、差動回路２０９でキャンセルされ、故障出力信号Ｒ１は正常時に０状態（基準電位）となる。そして、ワイヤーＷ１もしくはＷ６が断線した場合、故障出力信号Ｒ１がプラス側、もしくは、マイナス側へオフセット（１状態）され、断線を検出することが出来る。
【００５５】
このような構成により、従来より可能だった駆動電極及びモニタ電極へのワイヤーの断線に加え、検出用ワイヤー（Ｗ１、Ｗ６）の断線等を診断でき、あらゆるモードに対しての診断が可能となる。
ここで、上記図３に示した本第１実施形態に用いる制御回路の他の例を図９のブロック図に示す。図９に示す制御回路は、基本的には上記図３に示す制御回路に基づくものであり、以下、図３の制御回路と異なる部分について説明し、同一部分には、同符号を付して説明を省略することとする。
【００５６】
図９に示す制御回路は、信号入力系（信号入力回路）Ｅ３１にオフセット調整回路（直流電圧可変手段）５０１を有することを特徴とする。信号入力系Ｅ３１は、チャージアンプ２０１以降のオフセット調整回路５０１、掛け算器２０４、振幅調整器２０６より構成される。
図９の信号入力系Ｅ３１に用いられているオフセット調整回路５０１の作用効果について説明する。チャージアンプ２０１からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に含まれる直流電圧と基準電位の電位が異なると、ＦＢ信号の一部が掛け算器２０４で周波数変調を受けずに通過する。この為、掛け算器２０４の出力には、周波数２ｆｄの信号と周波数ｆｄの信号とが混在することになる。
【００５７】
そこで、診断用電極１７、１８に２ｆｄの周波数の信号のみを印加する為には、掛け算器２０４の後にＢＰＦ等のフィルタ回路が必要となる。ここで、オフセット調整回路５０１でＦＢ信号中の直流成分を調整することで、ｆｄの周波数信号の通過を低減可能なため、フィルタ回路が不要になり、簡素且つ安価な構成とできる。
【００５８】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、故障診断用信号として、内部信号であるＦＢ信号から生成され且つＦＢ信号の周波数（駆動周波数）とは異なる周波数の信号を用いて故障診断するものとした。
しかし、本第２実施形態では、診断用電極（故障診断用信号入力手段）に故障診断用信号を入力する信号入力回路が、内部信号であるＦＢ信号から生成され且つＦＢ信号の周波数と同じ信号を用い、外部信号である車両のＥＣＵからの信号のタイミングを基に、断続的に入力するものとしている。なお、振動子については上記第１実施形態と同じ構成の振動子１を用いる。
【００５９】
次に、本実施形態の制御回路ブロックを図１０に示す。なお、図１０において上記第１実施形態と同様のものは、図中同符号を付して説明を省略する。回路は大きく分けて、駆動系Ｂ１、検出系Ｂ２、故障診断系Ｂ３の３つに分けることが出来る。各系Ｂ１〜Ｂ３は、上記第１実施形態の各系Ａ１〜Ａ３と一部同様のものも含むが、便宜上符号を変えてＢ１〜Ｂ３としてある。
【００６０】
本実施形態の制御回路もチャージアンプ２０１、電流−電圧変換回路２０７、２０８、及び差動回路２０９を備えている。
駆動系Ｂ１は、上記第１実施形態の駆動系Ａ１と同じものであり、ＡＧＣ回路２０２、及び反転回路２０３とから構成される。
検出系Ｂ２は、差動回路２０９からの差動出力をチャージアンプ２０１からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に基づき同期検波する同期検波回路（同期検波手段）３１２、同期検波回路３１２からの出力を平滑化し直流電圧に変換するＬＰＦ３１３とから構成される。基本的には上記検出系Ａ２と同様であるが、検出系Ｂ２は後述の故障診断系Ｂ３の信号検出系Ｂ３２も兼ねている。
【００６１】
故障診断系Ｂ３は、診断用電極１７、１８に信号ＶＢ（故障診断用信号ＶＢ）を入力するための信号入力系Ｂ３１と、角速度検出電極２１、２２から信号ＶＢの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行うための上記信号検出系Ｂ３２とからなっている。
信号入力系Ｂ３１は、チャージアンプ２０１以降のＢＰＦ３０４、スイッチ（スイッチ手段）３０５、移相回路３１４、及び振幅調整器（振幅可変手段）３０７、３０８よりなる。信号検出系Ｂ３２の構成は上述のように検出系Ｂ２が兼ねている。
【００６２】
次に、本第２実施形態の作用を述べる。なお、駆動系Ｂ１および検出系Ｂ２による振動子１の作動は上記第１実施形態記載と同様であり、本実施形態では説明を省略する。
故障診断系Ｂ３の作用を述べる。断線等の故障検出のため、診断用電極１７、１８と共通電極２５間に信号ＶＢを断続的に印加する。そのタイミングは例えばＥＣＵ３０６からの信号を用い、図１１に示すような断続的なタイミングとする。本実施形態では、ＦＢ信号と同じ周波数ｆｄとしている。
【００６３】
チャージアンプ２０１からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）をＢＰＦ３０４を通して濾過して、ＥＣＵ３０６からの信号によりＯＮ−ＯＦＦするスイッチ３０５によりＦＢ信号（周波数ｆｄ）と同周波数で断続的に入力する。このとき、移相回路３１４によってコリオリ力の位相と同位相とし、振幅を振幅調整器３０７、３０８にて調整し、断続的な周波数ｆｄの信号ＶＢとして、診断用電極１７、１８に印加する。
【００６４】
次に、断線検知について説明する。信号ＶＢは、その周波数が振動子１の駆動周波数（駆動振動の共振周波数）ｆｄであり、コリオリ力の位相と同位相で振動子１に入力されるので、信号ＶＢの影響は検出系Ｂ２の最終出力Ｐ１に現れる。また、その影響はＥＣＵ３０６からの信号に同期することになる。
しかし、信号ＶＢによる電流−電圧変換回路２０７、２０８への出力を等しくなるように振幅調整器３０７、３０８を調整すれば、差動回路２０９でキャンセルされ最終出力Ｐ１には信号ＶＢの影響は現れない。そのときのＥＣＵ信号と最終出力Ｐ１の関係は図１１（ａ）のようになる。
【００６５】
従って、正常時には最終出力Ｐ１には角速度検出信号のみが出てくる。なお、角速度Ωが振動子１に入力されると図１１（ａ）の最終出力Ｐ１の波形は、角速度Ωに比例して＋又は−側にバイアスがかかり、オフセットをもつ。そして、検出系Ｂ２においては、このオフセット分のみを検出して角速度検出信号とするようになっている。
【００６６】
断線検知は、次のように行われる。例えば、Ｗ１が断線した場合、信号ＶＢによる電流−電圧変換回路２０７への出力のみが最終出力Ｐ１に現れるため、そのとき最終出力Ｐ１には、図１１（ｂ）のように、ＥＣＵの信号に応じた断続的なオフセットが現れる。従って、ＥＣＵの信号と最終出力Ｐ１の関係をモニターすることにより断線を検知することが出来る。
【００６７】
同様に、Ｗ６が断線した場合、及び診断用電極１７、１８と接続されているワイヤーＷ２、Ｗ７が断線した場合にも検出できる。また、上記第１実施形態のように、上記断続的なオフセットの間のふらつきをモニターすることで、断線以外の感度異常やルーズコンタクト等の検出も可能である。
また、信号ＶＢはＡＧＣ回路２０２により常に一定に保たれたＦＢ信号を用いている為、温度特性等のセンサの特性上、大きな影響は与えない。
【００６８】
なお、上記第１実施形態と同様にして、駆動電極１１、１２から故障診断用信号（信号ＶＢ）の入力に基づいた信号を検出するようにしてもよい。
ところで、本第２実施形態においては、従来の角速度センサに無かった診断用電極１７、１８と、この診断用電極１７、１８に信号ＶＢ（周波数ｆｄ）を外部信号を基に断続的に入力して駆動電極１１、１２もしくは角速度検出電極２１、２２から信号ＶＢの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障診断系（故障診断手段）Ｂ３とを備えたことを特徴とする。
【００６９】
ここで、本第２実施形態においては、駆動系Ｂ１が駆動回路に対応し、電流−電圧変換回路２０７、２０８、差動回路２０９及び検出系Ｂ２（信号検出系Ｂ３２）が角速度検出回路（故障検出回路）に対応し、信号入力系Ｂ３１が信号入力回路に対応する。
なお、低電流回路を用いて角速度検出電極２１、２２に直接電流を流すように流すようにしてもよい。また、上記断続的なオフセットは、正常時に現れるようにし、断線時に基準電位となるように、診断用電極１７、１８に反転した信号ＶＢを入力するようにしてもよい。
【００７０】
なお、ＥＣＵ３０６からの信号は駆動周波数（ｆｄ）と同じでなくとも、断続的なものであればよい。
ここで、上記図１及び図２に示した第１実施形態及び本第２実施形態に用いる振動子１（以下、本実施形態において、第１例という）の他の例を図１２及び図１３に示す。図１２及び図１３に示す振動子１（以下、本実施形態において、第２例という）は、振動子形状は同じだが、その電極構成が図１及び図２に示すものと若干異なっている。以下、電極構成において異なる部分について説明し、同一部分は説明を省略する。
【００７１】
すなわち、第２例の診断用電極１７、１８は、第１例の診断用電極１７、１８よりも面積が小さくなっている。形状的にみると、第１例の診断用電極１７、１８を上部にて、それぞれ分割し分割したもののうち上側を、それぞれ第２例の診断用電極１７、１８としている。そして分割したもののうち下側は、第１例における仮ＧＮＤ電極１５、１６と一体した形となり、第２例の仮ＧＮＤ電極１５、１６としている。
【００７２】
この第２例の診断用電極１７、１８は、分極用電極として用いられないこと以外は、第１例の診断用電極１７、１８と同様の作用効果を奏する。
（第３実施形態）
上記第１及び第２実施形態では、振動子１の駆動電極１１、１２と同一面、即ちＸ１面に故障診断用信号を入力して、角速度検出電極２１、２２からの出力に、この故障診断用信号を載せるようにしていた。本第３実施形態は、振動子１が、その励振方向と直交する方向へ振動するように振動子１に故障診断用信号を入力して、同様に断線等の故障検出を行うものである。
【００７３】
本実施形態の振動子１を図１４の斜視図及びおよび図１５の電極構成を示す展開図に示す。振動子１の構成は、基本的には図１の振動子１に基づくものであり、以下、図１の振動子１と異なる部分について主として説明し、同一部分には同符号を付して説明を省略することとする。
本実施形態の振動子１は、診断用電極としての補助駆動用電極（故障診断用信号入力手段）１７ａ、１８ａを備えていることが主な特徴である。図１４及び図１５に示す様に、補助駆動用電極１７ａ及び１８ａは、それぞれ振動子１のＹ１面及びＹ２面において、角速度検出電極２１、２２よりも駆動電極１１、１２側に形成されている。
【００７４】
Ｘ１面にはパット電極１７ｂ（アーム部４側）及び１８ｂ（アーム部５側）が形成され、補助駆動用電極１７ａ及び１８ａは、パット電極１７ｂ及び１８ｂにそれぞれ導通してＸ１面に取出されている。なお、本第３実施形態の振動子１においては、分極用電極はＸ１面の仮ＧＮＤ電極１５、１６が兼ねている。
振動子１と後述の制御回路（制御手段）との信号の入出力は、上記各実施形態と同様に、ターミナルＴ１〜Ｔ１０と振動子１上の各電極を、ワイヤボンディングにて接続されたワイヤーＷ１〜Ｗ１０にて結線することにより行う。
【００７５】
ちなみに、駆動電極１１、１２はそれぞＷ５、Ｗ１０と、パット電極１７ｂ、１８ｂはそれぞれＷ４、Ｗ９と、モニタ電極１３、１４はそれぞれＷ３、Ｗ８と、仮ＧＮＤ電極１５、１６はそれぞれＷ２、Ｗ７と、パット電極１９、２０はそれぞれＷ１、Ｗ６と接続されている。
次に、本実施形態の上記制御回路のブロック図を図１６に示す。回路は大きく分けて、駆動系Ｃ１、検出系Ｃ２、故障診断系Ｃ３の３つに分けることが出来る。
【００７６】
駆動系Ｃ１及び検出系Ｃ２は、上記第１実施形態の駆動系Ａ１（上記第２実施形態の駆動系Ｂ１）及び検出系Ａ２と同じものであるが、便宜上符号を変えてＣ１及びＣ２としてある。故障診断系Ｃ３は、後述のように、その一部が上記第１実施形態の故障診断系Ａ３と同じであり、同様の部分については、図１６中同符号を付してある。
【００７７】
本実施形態の制御回路もチャージアンプ２０１、電流−電圧変換回路２０７、２０８、及び差動回路２０９を備えている。
チャージアンプ２０１以降の駆動系Ｃ１は、ＡＧＣ回路２０２、反転回路２０３から構成される。差動回路２０９以降の検出系Ｃ２は、第１同期検波回路２１０、第１ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２１１から構成される。
【００７８】
故障診断系Ｃ３は、振動子１がその励振方向（駆動振動方向）と直交する方向（つまり、角速度検知振動方向）へ振動するように補助駆動用電極１７ａ、１８ａに故障診断用信号ＶＤ（以下、信号ＶＤという）を入力する信号入力系Ｃ３１と、角速度検出電極２１、２２から信号ＶＤの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行うための信号検出系Ｃ３２とからなっている。
【００７９】
信号入力系Ｃ３１は、ＦＢ信号（周波数ｆｄ）から偶数倍の周波数（本実施形態では２ｆｄ）に変換するための掛け算器２０４と、変換された周波数のみ通すＢＰＦ２０５と、ＢＰＦ２０５後の一定周波数（２ｆｄ）となった信号を一定振幅とし信号ＶＤとする振幅調整器（振幅可変手段）２０６と、振幅調整器２０６からの信号ＶＤを両補助駆動用電極１７ａ、１８ａで互いに位相反転した電圧として印加するための反転回路２１４とから構成されている。つまり、反転器２１４以外は、上記第１実施形態の信号入力系Ａ３１と同等のものである。
【００８０】
この位相反転した信号ＶＤの印加（入力）により、振動子１は、周波数ｆｄで駆動振動するとともに、角速度検知振動方向へ周波数２ｆｄで振動する。この振動を以下、補助駆動振動という。つまり、振動子１は補助駆動されることになり、本第３実施形態の信号入力系Ｃ３１は、補助駆動回路としても機能し、信号ＶＤは補助駆動信号としても機能する。
【００８１】
信号検出系Ｃ３２は、電流−電圧変換回路２０７、２０８からの出力電圧を加算する加算器２１５と、加算器２１５からの加算出力をＢＰＦ２０５からの出力（周波数２ｆｄ）に基づき同期検波する第２同期検波回路２１２と、第２同期検波回路２１２からの出力を平滑化し直流電圧に変換する第２ＬＰＦ２１３とから構成される。つまり、加算器２１５以外は、上記第１実施形態の信号検出系Ａ３２と同じものである。
【００８２】
本実施形態の作用について以下説明する。これら駆動系Ｃ１および検出系Ｃ２による振動子１の作動は上記第１実施形態記載と同様であり、本第３実施形態では説明を省略する。
故障診断系Ｃ３の作用について述べる。断線等の故障検出のため、補助駆動用電極１７ａ、１８ａと共通電極２５との間に、信号ＶＤ（故障診断用信号）を印加する。上記ＦＢ信号を掛け算器２０４にて変調する。ＦＢ信号の周波数は振動子１の駆動周波数（駆動振動の共振周波数）ｆｄなのに対し、この変調により掛け算器２０４後の出力の周波数はその２倍の２ｆｄになる。
【００８３】
この掛け算器２０４後の出力をＢＰＦ２０５を通し、振幅を振幅調整器２０６にて調整し、一定振幅（例えば４００ｍＶｒｍｓ程度）の信号ＶＤとし、反転回路２１４で互いに位相反転（１８０°反転）して、補助駆動用電極１７ａ、１８ａに印加する。
ここで、角速度Ωが入力されていないときには、補助駆動用電極（診断用電極）１７ａ、１８ａへの信号ＶＤの印加により、振動子１は駆動振動（励振方向）と直交する方向に振動する。
【００８４】
一方、角速度Ω入力時には、振動子１の角速度検出電極２１、２２からの出力、すなわち電流−電圧変換回路２０７、２０８及び差動回路２０９からの出力は、上記角速度検知振動による信号（周波数ｆｄ）と、信号ＶＤの入力に基づく周波数２ｆｄの信号が合成されたものとなる。
ここで、周波数ｆｄの信号は、差動回路２０９および検出系Ｃ２によって、角速度検出のための信号として処理され、角速度検出信号Ｓ２として最終出力される。ここで、周波数２ｆｄの信号成分は、第１同期検波回路２１０でのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に基づく同期検波により、キャンセルされる。
【００８５】
一方、周波数２ｆｄの信号（故障診断用信号の入力に基づいた信号）は断線等の故障検知するための信号として処理される。
ＢＰＦ２０５後の信号ＶＤ（周波数２ｆｄ）を基準信号として、加算器２１５からの出力を第２同期検波回路２１２にて同期検波処理を行い、第２ＬＰＦ２１３を通し、直流電圧として故障出力信号Ｒ２を出力する。ここで、周波数ｆｄの信号成分は、第２同期検波回路２１２での信号ＶＤに基づく同期検波により、キャンセルされる。
【００８６】
例えば、断線モードについて説明する。補助駆動により振動子１はコリオリ力が入力された時と同じモードで２ｆｄの周波数で振動（補助駆動振動）する。角速度検出電極２１、２２と接続されているワイヤーＷ１、Ｗ６が正常である場合、周波数２ｆｄの信号は角速度検出電極２１、２２から逆相で発生するため、加算器２１５で加算後は２つの信号はキャンセルされ、結果として故障出力信号Ｒ２は０状態（基準電位）となる。
【００８７】
それに対し、ワイヤーＷ１もしくはＷ６が断線した場合、角速度検出電極２１もしくは２２からの出力が無くなる為、図１７に示す様に、故障出力信号Ｒ２がプラス側、もしくはマイナス側へ所定量だけオフセット（１状態）され、断線を常時検出することが出来る。
また、補助駆動用電極１７ａ、１８ａと接続されているワイヤーＷ４、Ｗ９が断線した場合にも同様にして検出できる。
【００８８】
この様に、予め、検出モード（つまり、駆動振動と直交する角速度検知振動のモード）にて所定量の信号ＶＤを印加することにより０、１状態の判断により断線が検知出来るため、信頼度の高い診断が可能となる。
また、感度の変化やルーズコンタクト等による回路内の微妙なリークに対しても、０、１状態の間のふらつきをモニターしておけば診断可能となる。信号ＶＤとして、角速度検出信号と周波数が異なる信号を用いてモニターしている為、精度の高い診断が可能となる。
【００８９】
以上のように、信号ＶＤによる補助駆動によって断線を検出する方法は、角速度入力時のコリオリ力と周波数が違う為、角速度入力と断線の区別を確実に識別し診断することが出来る。
また、本実施形態によれば、信号ＶＤに対応する２ｆｄの信号はＡＧＣ回路２０２により常に一定に保たれたＦＢ信号を用い、かつ検出系Ｃ２ではＦＢ信号を用いた同期検波処理でキャンセルされる為、センサの特性上、大きな影響は与えない。
【００９０】
なお、信号ＶＤはＦＢ信号の周波数ｆｄの２倍でなくてもよいが、同期検波処理時のキャンセル効果を考慮すると偶数倍が望ましい。
また、ＢＰＦ２０５により周波数２ｆｄのみの信号ＶＤを、精度良く補助駆動用電極１７ａ、１８ａに印加出来るため、センサの特性上、大きな影響を与えない。
【００９１】
また、本実施形態では、センサ内部で発生する内部信号として、振動子１の励振方向への振幅制御を行うためのＦＢ信号を用いて、故障診断用信号ＶＤを加工生成しているため、別体の信号発生手段が不要となり、簡素且つ安価な構成とできる。
なお、駆動電極１１、１２から電流−電圧変換回路、加算器を用いて、故障診断用信号（信号ＶＤ）の入力に基づいた信号を検出するようにしてもよい。この場合には、駆動電極１１、１２のワイヤＷ５、Ｗ１０の断線等を検出できる。
【００９２】
ところで、本第３実施形態においては、従来の角速度センサに無かった補助駆動用電極（診断用電極）１７ａ、１８ａを備えており、更に、この補助駆動用電極１７ａ、１８ａに駆動用信号の所定周波数（ｆｄ）とは異なる周波数（２ｆｄ）の信号ＶＤを、振動子１がその励振方向と直交する方向へ振動するように、入力して、駆動電極１１、１２もしくは角速度検出電極２１、２２から信号ＶＤの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障診断系（故障診断手段）Ｃ３を備えたことを特徴とする。
【００９３】
ここで、本第３実施形態においては、駆動系Ｃ１が駆動回路に対応し、電流−電圧変換回路２０７、２０８、差動回路２０９及び検出系Ｃ２が角速度検出回路に対応し、信号入力系Ｃ３１が信号入力回路に対応し、信号検出系Ｃ３２が故障検出回路に対応する。
なお、振幅調整器は、補助駆動用電極１７ａ、１８ａへの入力に対し個々に設けてもよい。また、故障診断系Ｃ３の信号検出系Ｃ３２の第２同期検波回路２１２及び第２ＬＰＦ２１３は、電流−電圧変換回路２０７、２０８の個々について設けてもよい。
【００９４】
ここで、上記図１６に示した本第３実施形態に用いる制御回路の他の例を、図１８のブロック図に示す。図１８に示す制御回路は、基本的には上記図１６に示す制御回路に基づくものであり、以下、図１６の制御回路と異なる部分について説明し、同一部分には、同符号を付して説明を省略することとする。
図１８に示す制御回路は、信号入力系（信号入力回路）Ｆ３１にオフセット調整回路（直流電圧可変手段）５０１を有することを特徴とする。信号入力系Ｆ３１は、チャージアンプ２０１以降のオフセット調整回路５０１、掛け算器２０４、振幅調整器２０６、反転回路２１４より構成される。
【００９５】
図１８の信号入力系Ｆ３１に用いられているオフセット調整回路５０１の作用効果について説明する。チャージアンプ２０１からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に含まれる直流電圧と基準電位の電位が異なると、ＦＢ信号の一部が掛け算器２０４で周波数変調を受けずに通過する。この為、掛け算器２０４の出力には、周波数２ｆｄの信号と周波数ｆｄの信号とが混在することになる。
【００９６】
そこで、補助駆動用電極１７ａ、１８ａに２ｆｄの周波数の信号のみを印加する為には、掛け算器２０４の後にＢＰＦ等のフィルタ回路が必要となる。ところが、オフセット調整回路５０１でＦＢ信号中の直流成分を調整することで、ｆｄの周波数信号の通過を低減可能なため、フィルタ回路が不要になり、簡素且つ安価な構成とできる。
【００９７】
（第４実施形態）
本第４実施形態は、上記第３実施形態において、補助駆動用電極（故障診断用信号入力手段）に故障診断用信号を入力する信号入力手段が、内部信号であるＦＢ信号から生成され且つＦＢ信号の周波数と同じ信号を用い、外部信号である車両のＥＣＵからの信号のタイミングを基に、断続的に入力するものとしている。なお、振動子については上記第３実施形態と同じく、補助駆動用電極１７ａ、１８ａを有する構成の振動子１を用いる。
【００９８】
次に、本第４実施形態の制御回路ブロックを図１９に示す。回路は大きく分けて、駆動系Ｄ１、検出系Ｄ２、故障診断系Ｄ３の３つに分けることが出来る。本実施形態の制御回路もチャージアンプ２０１、電流−電圧変換回路２０７、２０８、及び差動回路２０９を備えている。
チャージアンプ２０１以降の駆動系Ｄ１は、ＡＧＣ回路２０２、反転回路２０３から構成され、上記第１〜第３実施形態の駆動系Ａ１〜Ｃ１と同じものである。
【００９９】
差動回路２０９以降の検出系Ｄ２は、同期検波回路３１２、ＬＰＦ３１３とから構成され、基本的には上記第２実施形態の検出系Ｂ２と同様であるが、本実施形態の検出系Ｄ２は後述の故障診断系Ｄ３の信号検出系Ｄ３２も兼ねている。
故障診断系Ｄ３は、振動子１がその励振方向（駆動振動方向）と直交する方向（つまり、角速度検知振動方向）へ振動するように、補助駆動用電極１７ａ、１８ａに故障診断用信号としての信号ＶＤを入力するための信号入力系Ｄ３１と、角速度検出電極２１、２２から信号ＶＤの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行うための上記信号検出系Ｄ３２とからなっている。
【０１００】
信号入力系Ｄ３１は、チャージアンプ２０１以降のＢＰＦ３０４、スイッチ３０５、移相回路３１４、及び振幅調整器（振幅可変手段）３０７、及び反転回路２１４とから構成されている。つまり、上記第２実施形態の信号入力系Ｂ３１において、振幅調整器３０７を１つとし、更に、上記第３実施形態の反転器２１４を付加した構成としている。
【０１０１】
この信号入力系Ｄ３１によって、上記第３実施形態と同様に、振動子１は、周波数ｆｄで駆動振動するとともに、角速度検知振動方向へ周波数２ｆｄで振動する。従って、本第４実施形態においても、信号入力系Ｄ３１は補助駆動回路としても機能し、信号ＶＤは補助駆動信号としても機能する。
信号検出系Ｄ３２の構成は、上述のように検出系Ｄ２が兼ねている。
【０１０２】
次に、本第２実施形態の作用を述べる。なお、駆動系Ｄ１および検出系Ｄ２による振動子１の作動は上記第１実施形態記載と同様であり、本実施形態では説明を省略する。
故障診断系Ｄ３の作用を述べる。断線等の故障検出のため、補助駆動用電極１７ａ、１８ａと共通電極２５間に信号ＶＤを断続的に印加する。そのタイミングは例えばＥＣＵ３０６からの信号を用いる。
【０１０３】
チャージアンプ２０１からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）をＢＰＦ３０４を通して濾過し、ＥＣＵ３０６からの信号によりＯＮ−ＯＦＦするスイッチ３０５によりＦＢ信号（周波数ｆｄ）と同周波数で断続的に入力する。このとき、移相回路３１４によってコリオリ力の位相と同位相とし、振幅を振幅調整器３０７にて調整し、反転回路２１４を用い互いに反転させた信号ＶＤとして補助駆動用電極１７ａ、１８ａに印加する。
【０１０４】
この場合、信号ＶＤの周波数は振動子１の駆動周波数ｆｄであり、コリオリ力の位相と同位相で振動子１に入力されるので、信号ＶＤの影響を検出系Ｄ２の最終出力Ｐ２に現すことができる。また、その影響はＥＣＵ３０６からの信号に同期することになる。なお、コリオリ力の位相と同位相で振動させるため、モニタ電極１３、１４からの電流の電圧変換法によっては故障診断系Ｄ３の移相が必要でない場合がある。
【０１０５】
次に、断線検知について説明する。信号ＶＤによる補助駆動用電極１７ａ、１８ａへの入力を、補助駆動による最終出力Ｐ２の影響（すなわち電流−電圧変換回路２０７、２０８からの出力差）を所定の値となるように、振幅調整器３０７を調整する。
そのときのＥＣＵ信号と補助駆動による最終出力Ｐ２の関係は図２０（ａ）のようになる。最終出力Ｐ２は、所定の値を有する断続的なピークを持った波形となる。なお、角速度Ωが振動子１に入力されると図２０（ａ）の最終出力Ｐ２の波形は、角速度Ωに比例して＋又は−側にバイアスがかかり、オフセットをもつ。そして、検出系Ｄ２においては、このオフセット分のみを検出して角速度検出信号とするようになっている。
【０１０６】
断線検知は、次のように行われる。例えば、Ｗ１が断線した場合、補助駆動による出力が半減するため、そのときのＥＣＵ信号と補助駆動による最終出力Ｐ２の関係は図２０（ｂ）のようになる。従って、ＥＣＵの信号と最終出力Ｐ２の関係をモニターすることにより断線を検知することが出来る。
同様に、Ｗ６が断線した場合、及び補助駆動用電極１７ａ、１８ａと接続されているワイヤーＷ４もしくはＷ９が断線した場合にも検出できる。
【０１０７】
また、補助駆動振動方向は、角速度検出モード（角速度検知振動方向）にて振動させ、信号ＶＤ（故障診断用信号）はＡＧＣ回路２０２により常に一定に保たれたＦＢ信号を用いている為、センサの感度の低下についても、上記の所定の値（図２０（ａ）参照）から出力値がずれているかどうかを検出すれば診断が可能となる。また、その他の異常、例えばルーズコンタクト等による回路内の微妙なリークに対しても、上記の所定の値から出力値がずれているかどうかを検出すれば診断が可能となる。
【０１０８】
なお、上記第３実施形態と同様にして、駆動電極１１、１２から故障診断用信号（信号ＶＤ）の入力に基づいた信号を検出するようにしてもよい。
ところで、本第４実施形態においては、従来の角速度センサに無かった補助駆動用電極１７ａ、１８ａと、この補助駆動用電極１７ａ、１８ａに信号ＶＤ（周波数ｆｄ）を外部信号を基に断続的に入力して駆動電極１１、１２もしくは角速度検出電極２１、２２から信号ＶＤの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障診断系（故障診断手段）Ｄ３とを備えたことを特徴とする。
【０１０９】
また、本第４実施形態においては、駆動系Ｄ１が駆動回路に対応し、電流−電圧変換回路２０７、２０８、差動回路２０９及び検出系Ｄ２（信号検出系Ｄ３２）が角速度検出回路（故障検出回路）に対応し、信号入力系Ｄ３１が信号入力回路に対応する。
なお、補助駆動を角速度検出モード以外のモード（振動方向）にて行うことにより、正常時の最終出力Ｐ２を０（基準電位）とし、異常時にオフセットするようにしてもよい。
【０１１０】
なお、ＥＣＵ３０６からの信号は駆動周波数（ｆｄ）と同じでなくとも、断続的なものであればよい。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態において、角速度検出信号、フィードバック信号の初段アンプの方法によっては故障診断用信号の生成時に位相回路が必要となる場合がある。
【０１１１】
また、上記各実施形態において、故障診断用信号の入力は角速度検出電極２１、２２から行うようにしてもよい。
また、上記各実施形態において、故障診断用信号の入力に基づいた信号を検出するのは、角速度検出電極２１、２２、駆動電極１１、１２に限定されるものではなく、その他の電極であってもよい。
【０１１２】
また、上記各実施形態は、振動子１のみに適用が限られるものでなく、その他の形状の振動子、例えば、３角柱、圧電体を接着接合した振動子、シリコン等で形成され容量変化を検出する系等にも適用されるものである。
例えば、上記第１実施形態は、変形例として図２１及び他の変形例として図２２に示す振動子にも適用できる。金属から成る直交音叉型振動子４０１に駆動用圧電素子４０２、モニター用圧電素子４０３、検出用圧電素子４０４が接着等で接合されている。各圧電素子には信号を入出力するための電極が設けられている。
【０１１３】
ここで、振動子４０１は図１の振動子１に対応し、各圧電素子は、次のように、図１の振動子１の電極に対応する。すなわち、駆動用圧電素子４０２は駆動電極１１、１２に対応し、モニター用圧電素子４０３はモニタ電極１３、１４に対応し、検出用圧電素子４０４は角速度検出電極２１、２２に対応する。
そして、駆動用圧電素子４０２に周波数ｆｄの駆動信号を入力し、モニター用圧電素子４０３からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）を用いて、自励制御発振を行う。ここにおいて、上記第１実施形態を適用する場合は、検出用圧電素子４０４に２ｆｄの周波数を持つ信号ＶＢを入力することにより、上記第１実施形態と同じ効果を発揮することができる。
【０１１４】
また、上記第３実施形態を、図２１及び図２２に示す振動子に適用する場合は、図２３及び図２４に示すようにすれば適用できる。図２３は第３実施形態の変形例、図２４は他の変形例である。駆動用圧電素子４０２を２つの部分４０２ａ、４０２ｂに分割し、両者に周波数ｆｄの信号を、分割したどちらか一方を診断用電極として用い（図２３及び図２４では、４０２ａ）、その診断用電極に２ｆｄの周波数を持つ信号ＶＤを入力することにより、上記第３実施形態と同じ効果を発揮することができる。
【０１１５】
また、図２１〜図２４において、検出用圧電素子４０４の裏に補助素子を接合して、補助素子を診断用電極として２ｆｄの信号ＶＢ（もしくは信号ＶＤ）を入力してもよい。
また、その他の形状の振動子としては多脚音叉形状でもよい。上記第３実施形態を例えば４脚音叉形状の振動子６０１に適用した例を、図２５に示す。
【０１１６】
この振動子６０１は、略平行に配列された４本の四角柱状のアーム部６０２、６０３、６０４、６０５と、各アーム部６０２〜６０５の片端部を共通に固定支持する共通の連結部６０６とを有しており、上記支持部３により基板２に固定支持されている。
ここで、図２５に示す様に、アーム部６０２〜６０５の配列方向をｙ軸、アーム部６０２〜６０５の長手方向をｚ軸、アーム部６０２〜６０５及び連結部６０６の厚み方向をｘ軸としてｘｙｚ直交座標系が構成される。
【０１１７】
そして、振動子６０１において、ｘ軸と直交する面のうち基板２と対向する面をＸ２面（図示せず）とし、このＸ２面とは反対側の面をＸ１面とし、またｙ軸と直交する外側一対のアーム部６０２、６０５の外周面のうちアーム部６０２側の面をＹ２面（図示せず）、アーム部６０５側の面をＹ１面とする。
この振動子６０１は、制御回路（図示せず）により次のように作動する。Ｘ１面上に形成された駆動電極６２０及びモニタ電極６２１を介して、内側一対のアーム部６０３、６０４をｙ軸方向において互いに反対方向に共振（駆動振動）させ、ｚ軸回りに角速度が入力された場合、内側一対のアーム部６０３、６０４に発生するコリオリ力により、外側一対のアーム部６０２、６０５も連成してｘ軸方向に振動する。
【０１１８】
この振動振幅を、Ｙ１面及びＸ１面上に形成された角速度検出電極６２２及び６２３から、各引き出し電極６２４、６２５及びパット電極６２６を介して出力として検出し、角速度を検出する。なお、６２７は共通電極、６２８及び６２９は、各々、共通電極６２７と導通する引き出し電極及びパット電極であり、また、共通電極６２７は、上記Ｘ２面上にも形成された図示しない共通電極と、引き出し電極６３０により導通している。
【０１１９】
このような振動子６０１においても、角速度検出電極６２２及び６２３もしくは、引き出し電極６２４、６２５もしくは、パット電極６２６に、故障診断用信号がのるように、例えば、Ｘ１面上に診断用電極ＪＳ１を設けることにより、上記第３実施形態と同様に、断線を検出することが可能となる。
なお、振動子６０１上の各電極と制御回路（図示せず）との信号の入出力は、図２５に示す様に、ワイヤーＷ２０〜Ｗ２４及びターミナルＴ２０〜２４により行なうことができる。
【０１２０】
さらに、多脚音叉形状の振動子としては、図２６に示すものでもよい。図２６は、上記第３実施形態を例えばＨ型音叉形状の振動子７０１に適用した例を示すもので、振動子７０１を前後左右からみた展開図である。
振動子７０１は、４本の平行な四角柱状のアーム部７０２、７０３、７０４、７０５と連結部７０６とから構成される。連結部７０６には、上記各実施形態に示すような支持部（図示せず）が当接しており、この支持部を介して振動子７０１は支持されている。
【０１２１】
そして、図２６に示す様に、アーム部７０２〜７０５の配列方向をｙ軸、アーム部７０２〜７０５の長手方向をｚ軸、アーム部７０２〜７０５及び連結部７０６の厚み方向をｘ軸としてｘｙｚ直交座標系が構成される。なお、図２６の座標は（ａ）に対応したものである。
ここで、振動子７０１においてｘ軸と直交する面のうち一側の面をＸ１面（図２６（ａ））、他側の面をＸ２面（図２６（ｂ））とし、また、振動子７０１の外周面であってｙ軸と直交する面のうち一側面（アーム部７０３、７０５側の面）をＹ１面（図２６（ｃ））とし、他側面（アーム部７０２、７０４側の面）をＹ２面（図２６（ｄ））とする。
【０１２２】
振動子７０１上に形成された電極構成は、Ｘ１面に形成され片側一対のアーム部７０２、７０３を駆動するための駆動電極７０７、Ｘ１面に形成され振動状態をモニタするためのモニタ電極７０８、及び、角速度検出電極（アーム部７０４のＹ２面側）７０９及び角速度検出電極（アーム部７０５のＹ１面側）７１０を備えた構成となっている。
【０１２３】
そして、各角速度検出電極７０９、７１０は、各々、引出し電極７１１、７１２を介してＸ１面上のパット電極７１３、７１４に導通している。また、７１５、７１６及び７１７は上記駆動、モニタ、角速度検出電極７０７〜７１０の基準電位となる共通電極であり、各共通電極７１５〜７１７は、引出し電極７１８、７１９によって導通されている。
【０１２４】
本実施形態の作動は、図示しない制御回路により次のように作動する。駆動電極７０７と共通電極７１５間に交流電圧を印加することにより、片側一対のアーム部７０２、７０３を、ｙ軸方向において互いに反対方向に共振（駆動振動）させる。そのときの振幅としてモニタ電極７０８からの出力をモニターし、出力が一定となるように自励制御発振（自励制御振動）させる。
【０１２５】
次に、ｚ軸回りに角速度が入力された場合、振動している片側一対のアーム部７０２、７０３に発生するコリオリ力により、他側一対のアーム部７０４、７０５も連成してｘ軸方向に振動する。この振動振幅を、角速度検出電極７０９、７１０からの出力として検出し、角速度を検出する。
このような振動子７０１においても、角速度検出電極７０９及び７１０もしくは、引き出し電極７１１、７１２もしくは、パット電極７１３、７１４に、故障診断用信号がのるように、例えば、Ｘ１面上に診断用電極ＪＳ１０、ＪＳ１１を設けることにより、上記第３実施形態と同様に、断線を検出することが可能となる。
【０１２６】
なお、上記図２５及び図２６において、振動子６０１及び７０１は本発明の振動子に、駆動電極６２０、７０７は本発明の駆動手段に、角速度検出電極６２２、６２３、７０９、７１０は本発明の角速度検出手段に、診断用電極ＪＳ１、ＪＳ１０、ＪＳ１１は本発明の故障診断用信号入力手段に、それぞれ相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２実施形態に係る角速度センサを示す斜視図である。
【図２】図１の角速度センサにおける振動子上の電極構成を示す展開図である。
【図３】上記第１実施形態に係る角速度センサの制御回路のブロック図である。
【図４】上記第１実施形態における断線検出方法を示す説明図である。
【図５】上記第１実施形態に係る角速度センサにおける、診断用電極−角速度検出電極間の静電容量と、故障診断用信号を診断用電極に印加した時に発生する電流−電圧変換回路出力との関係を示すグラフである。
【図６】上記第１実施形態に係る角速度センサにおける、診断用電極の面積と、診断用電極−角速度検出電極間の静電容量との関係を示すグラフである。
【図７】上記第１実施形態に係る角速度センサにおける、故障診断用信号と、故障診断用信号を診断用電極に印加した時に発生する電流−電圧変換回路出力との関係を示すグラフである。
【図８】上記第１実施形態に係る角速度センサにおける振動子上の電極構成の他の例を示す展開図である。
【図９】上記第１実施形態に係る角速度センサの制御回路の他の例を示すブロック図である。
【図１０】上記第２実施形態に係る角速度センサの制御回路のブロック図である。
【図１１】上記第２実施形態における断線検出方法を示す説明図である。
【図１２】上記第１及び第２実施形態に係る角速度センサの他の例を示す斜視図である。
【図１３】図１２の角速度センサにおける振動子上の電極構成を示す展開図である。
【図１４】本発明の第３及び第４実施形態に係る角速度センサを示す斜視図である。
【図１５】図１４の角速度センサにおける振動子上の電極構成を示す展開図である。
【図１６】上記第３実施形態に係る角速度センサの制御回路のブロック図である。
【図１７】上記第３実施形態における断線検出方法を示す説明図である。
【図１８】上記第３実施形態に係る角速度センサの制御回路の他の例を示すブロック図である。
【図１９】上記第４実施形態に係る角速度センサの制御回路のブロック図である。
【図２０】上記第４実施形態における断線検出方法を示す説明図である。
【図２１】上記第１実施形態の変形例を示す説明図である。
【図２２】上記第１実施形態の他の変形例を示す説明図である。
【図２３】上記第３実施形態の変形例を示す説明図である。
【図２４】上記第３実施形態の他の変形例を示す説明図である。
【図２５】上記第３実施形態を４脚音叉の振動子に適用した例を示す説明図である。
【図２６】上記第３実施形態をＨ型音叉の振動子に適用した例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…振動子、１１、１２…駆動電極、１７、１８…故障診断用信号印加電極、
１７ａ、１８ａ…補助駆動用電極、２１、２２…角速度検出電極、
２０５、３０４…バンドパスフィルタ、２０６、３０７、３０８…振幅調整器、
２０７、２０８…電流−電圧変換回路、２０９…差動回路、
２１３、３１２…同期検波回路、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１…駆動系、
Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２…検出系、
Ａ３１、Ｂ３１、Ｃ３１、Ｄ３１、Ｅ３１、Ｆ３１…信号入力系、
Ａ３２、Ｃ３２…信号検出系。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vibration type angular velocity sensor provided with a diagnostic device for detecting a failure.
[0002]
[Prior art]
As a conventional technique, one described in Japanese Patent Laid-Open No. 7-181042 has been proposed. This is because a vibration means orthogonal to the excitation direction of the vibrator is detected by detecting a vibration state perpendicular to the excitation direction of the vibrator, a driving means composed of an orthogonal tuning fork type vibrator, a driving piezoelectric element for exciting the vibrator, a drive control circuit, and the like. To an angular velocity sensor comprising an angular velocity detecting piezoelectric element for detecting an angular velocity around a predetermined axis and a detection circuit.
[0003]
The angular velocity detection means includes a charge amplifier that outputs a signal from an angular velocity detection element provided in the vibrator, and a band-pass filter (BPF) provided after the charge amplifier.
In the failure diagnosis of the angular velocity sensor, the output after passing through the charge amplifier and the output after passing through the BPF are compared with a differential amplifier, and a failure such as peeling of the piezoelectric element on the vibrator occurs. Then, diagnosis is performed using the fact that the two outputs do not match.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of detecting an abnormal signal added to the angular velocity detection signal as in the prior art described above, diagnosis is possible when abnormal vibration occurs in the drive system of the vibration type angular velocity sensor or the detection system. There is a problem that it is impossible to detect disconnection of an important detection system such as a wire.
[0005]
In the above-described failure diagnosis, when the voltage input to the charge amplifier becomes 0 due to the disconnection of the detection system wire, the output of the BPF also becomes 0. Therefore, both voltages input to the differential amplifier become 0. Therefore, the conventional angular velocity sensor cannot detect disconnection of a detection system wire or the like.
The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a vibration type angular velocity sensor capable of detecting a wire break in a drive system and a detection system.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors include a vibrator (1), drive means (11, 12) for driving the vibrator (1) formed on the vibrator (1), and a vibrator formed on the vibrator (1). The angular velocity detecting means (21, 22) for detecting the angular velocity inputted in (1) and the driving means (11, 12) are connected, and a driving signal is inputted to the driving means (11, 12). Drive circuit for exciting the vibrator (1) (A1, C1) And the angular velocity detection means (21, 22), the vibration state orthogonal to the excitation direction of the vibrator (1) is detected from the angular velocity detection means (21, 22), and the angular velocity around the predetermined axis is determined from the vibration state. Detecting angular velocity detection circuit (207 to 209, A2, C2), That is, a vibration type angular velocity sensor. As a result, the following technical measures were adopted.
[0007]
That is, according to the first aspect of the present invention, in the vibration type angular velocity sensor, the failure diagnosis signal input means (17, 18, 17a, 18a) formed on the vibrator (1) and the failure diagnosis signal input are provided. A signal input circuit (17, 18, 17a, 18a) for inputting a failure diagnosis signal (A31, C31, E31, F31)When,A sensor failure diagnosis is performed by detecting a signal based on the input of a failure diagnosis signal from the drive means (11, 12) or the angular velocity detection means (21, 22).A failure detection circuit (A32, C32), and the drive circuit (A1, C1) performs amplitude control in the excitation direction of the vibrator (1) using a feedback signal based on the excitation of the vibrator (1). The signal input circuit (A31, C31, E31, F31) has a frequency conversion means (204) that makes the frequency (fd) of the feedback signal an even multiple to generate a fault diagnosis signal, A failure diagnosis signal is generated using the feedback signal, and the angular velocity detection circuits (207 to 209, A2, C2) synchronously detect a signal based on the input of the driving signal based on the feedback signal. The failure detection circuit (A32, C32) has a first synchronous detection means (210) and uses a signal in phase with the failure diagnosis signal based on the input of the failure diagnosis signal. A second synchronous detection means for the period detection (212)It is characterized by that.
[0008]
As a result, a signal based on the failure diagnosis signal input from the drive means (11, 12) or the angular velocity detection means (21, 22), that is, a signal separate from the angular velocity detection signal can be detected. It is possible to detect abnormal vibration and wire breakage of the drive means (11, 12) and the angular velocity detection means (21, 22) by checking the degree of the above.According to the first aspect of the present invention, the signal input circuit (A31, C31, E31, F31) includes the frequency conversion means (204) that makes the failure diagnosis signal an even multiple of the frequency (fd) of the feedback signal. Therefore, an angular velocity sensor capable of fault diagnosis that makes the failure diagnosis signal an even multiple of the resonance frequency of excitation of the vibrator (1), reduces the influence of the failure diagnosis signal on the angular velocity detection signal, and does not deteriorate the sensor characteristics. Can be provided.
[0011]
Claims2In the described invention, in the vibration type angular velocity sensor, the signal input circuit (C31, F31)But,In order for the vibrator (1) to vibrate in a direction perpendicular to the excitation direction,Fault diagnosis signalInput to failure diagnosis signal input means (17a, 18a)ThisAnd features. Even if a failure diagnosis signal is input as in the present invention, the same effect as that of the first aspect of the invention can be obtained.
[0016]
Claims3In the described invention, the claims1 or 2Signal input circuit (A31, C31)Frequency signal converted by frequency conversion means (204)Therefore, it is possible to provide an angular velocity sensor capable of generating a stable fault diagnosis signal and capable of fault diagnosis without deteriorating sensor characteristics.
[0017]
Claims4In the described invention, the claims1 or 2The signal input circuit (E31, F31) described isFrequency signal converted by frequency conversion means (204)Since the DC voltage changing means (501) for changing the DC voltage in the inside is provided, it is possible to provide an angular velocity sensor capable of generating a stable fault diagnosis signal and capable of fault diagnosis without deteriorating sensor characteristics..
[0018]
MaClaim5In the described invention, claims 1 to4Signal input circuit (A31, C31, E31, F31) Is a variable amplitude means that can adjust the amplitude of the failure diagnosis signal (206), It is possible to provide an angular velocity sensor capable of obtaining a desired amplitude of a fault diagnosis signal and capable of fault diagnosis without deteriorating sensor characteristics.
[0019]
The drive means, angular velocity detection means, and failure diagnosis signal input means are applied to a wide range of electromechanical conversion means such as piezoelectric, electrostatic, and electromagnetic types.
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below.
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing an angular velocity sensor of the present embodiment. This embodiment is used as an angular velocity sensor used for, for example, an attitude control of an automobile or a car navigation system. The present embodiment includes a vibrator 1, a support portion 3 for supporting the vibrator 1, and a substrate 2 to which the vibrator 1 and the support portion 3 are attached.
[0021]
The vibrator 1 is a piezoelectric body (for example, PZT) formed in a tuning fork shape having a pair of square columnar arm portions (vibrating portions) 4 and 5 and a connecting portion 6 that connects one end of each arm portion 4 and 5. Etc.).
The vibrator 1 is joined to the support portion 3 by, for example, an epoxy-based adhesive at the connecting portion 6, and is supported by the support portion 3. The support part 3 consists of what sintered metal powder like 42N (42 alloy), for example, has the constriction part 3a, and is exhibiting a substantially square shape. The support portion 3 is joined to the substrate 2 via a spacer 3b by welding or the like, and the vibrator 1 is floated in parallel to the surface K1 of the substrate 2.
[0022]
Of the X1 and X2 surfaces, which are a pair of substantially U-shaped surfaces facing each other, the arms 4 and 5 and the connecting portion 6 form the same plane, the surfaces opposite to the substrate 2 are the X1 and X1 surfaces. The other surface opposite to X2 is the X2 surface. Of the Y1 and Y2 surfaces that are positioned on the outer periphery of the vibrator 1 and orthogonal to the y-axis that is the arrangement direction of the arm portions 4 and 5, the arm portion 4 side is the Y1 surface and the arm portion 5 side is Y2. A surface.
[0023]
Further, the xyz orthogonal coordinate system shown in FIG. 1 is configured together with the y axis and the z axis with the direction orthogonal to the X1 plane and the X2 plane as the x axis. Hereinafter, in this embodiment, it demonstrates using this xyz rectangular coordinate. Further, hereinafter, the x-axis direction means a direction parallel to the x-axis. The same applies to the y-axis and z-axis directions. For example, the vehicle is mounted with the z-axis direction as the top and bottom.
[0024]
The vibrator 1 is formed with a plurality of electrodes for driving and angular velocity detection. Next, the electrode configuration will be described. FIG. 2 is a development view of the configuration of each of the electrodes 11 to 27 formed on the outer peripheral surface of the vibrator 1 as viewed from the front, rear, left and right of the vibrator 1. (A) shows the X1 plane, (b) shows the X2 plane, (c) shows the Y1 plane, and (d) shows the electrode configuration on the Y2 plane.
[0025]
On the X1 surface, there are drive electrodes (drive means) 11 and 12 for driving the vibrator 1, feedback monitor electrodes 13 and 14 for monitoring the drive state and self-oscillation (self-excited oscillation), and a reference potential. Grounded temporary GND electrodes 15 and 16, and failure diagnosis signal application electrodes (hereinafter referred to as diagnosis electrodes) 17, 18 as failure diagnosis signal input means for inputting a failure diagnosis signal VB described later, and Pad electrodes 19 and 20 for taking out the angular velocity output are formed.
[0026]
On the other hand, from the Y1 and Y2 planes, electric charges generated by the Coriolis force are taken out from the angular velocity detection electrodes (angular velocity detection means) 21 and 22 and the angular velocity detection electrodes 21 and 22 for detecting the angular velocity input to the vibrator 1. Temporary GND for short-circuiting the lead electrodes 23 and 24 for drawing the output to the pad electrodes 19 and 20 and the common electrode 25 formed on the X2 plane and grounded to the reference potential and the temporary GND electrodes 15 and 16 on the X1 plane Short electrodes 26 and 27 are formed.
[0027]
The angular velocity detection electrode 21 may be on the surface facing the Y1 surface in the arm portion 4, and the angular velocity detection electrode 22 may be on the surface facing the Y2 surface in the arm portion 5. Further, the detection electrode may be on only one of the Y1 plane and the Y2 plane. In the case of only one, the angular velocity is detected from the detected vibration of the arm portion on the side where the detection electrode is present.
[0028]
The vibrator 1 is polarized in the x-axis direction orthogonal to the X1 and X2 planes, as indicated by the white arrows in FIG. The diagnostic electrodes 17 and 18 are also used as polarization electrodes for polarizing the vibrator 1.
For input / output of signals between the vibrator 1 and a control circuit (control means) to be described later, for example, terminals T1 to T10 that are insulated and configured on the substrate 2 and each electrode on the vibrator 1 are connected by wire bonding. It is performed by connecting with the formed wires W1 to W10.
[0029]
Incidentally, the drive electrodes 11 and 12 are W5 and W10, the monitor electrodes 13 and 14 are W4 and W9, the temporary GND electrodes 15 and 16 are W3 and W8, respectively, and the diagnostic electrodes 17 and 18 are W2 and W2, respectively. W7 and the pad electrodes 19 and 20 are connected to W1 and W6, respectively.
Next, a block diagram of the control circuit of the angular velocity sensor is shown in FIG. The circuit can be broadly divided into three systems: a drive system A1, a detection system A2, and a failure diagnosis system A3.
[0030]
The charge amplifier 201 converts the output (current) from the monitor electrodes 13 and 14 into a voltage.
The drive system A1 is provided after the charge amplifier 201, and maintains an AGC (a feedback signal (hereinafter abbreviated as FB signal, frequency fd)) as an internal signal from the charge amplifier 201 at a constant voltage. An auto gain control) circuit 202 and an inverting circuit 203 for applying the voltage from the AGC circuit 202 as voltages (driving signals) that are phase-inverted by the drive electrodes 11 and 12 from each other.
[0031]
The current-voltage conversion circuits 207 and 208 convert the output (current) from the angular velocity detection electrodes 21 and 22 through the pad electrodes 19 and 20 into voltage, and the differential circuit 209 converts both current-voltage conversions. The difference (difference) between the voltages from the circuits 207 and 208 is taken.
The detection system A2 is provided after the current-voltage conversion circuits 207 and 208 and the differential circuit 209, and first synchronous detection for synchronously detecting the differential output from the differential circuit 209 based on the FB signal (frequency fd). The circuit 210 and a first LPF (low-pass filter) 211 that smoothes the output from the first synchronous detection circuit 210 and converts it into a DC voltage.
[0032]
The failure diagnosis system A3 is newly added this time in order to detect a disconnection abnormality of the detection system that could not be detected conventionally, and a failure diagnosis signal VB (hereinafter referred to as a signal VB) is applied to the diagnosis electrodes 17 and 18. It comprises a signal input system A31 for inputting, and a signal detection system A32 for detecting a signal based on the input of a failure diagnosis signal from the angular velocity detection electrodes 21 and 22 and performing a sensor failure diagnosis.
[0033]
The signal input system A31 includes a multiplier (modulation means) 204 for converting the FB signal into a frequency of an even multiple (in this embodiment, twice, that is, 2fd), and a BPF (bandpass) that passes only the converted frequency. Filter) 205, and a signal having a constant frequency (2fd) after BPF 205 has a constant amplitude, and is composed of an amplitude adjuster 206 which is an amplitude variable means applied to diagnostic electrodes 17 and 18 as signal VB.
[0034]
The signal detection system A32 includes a second synchronous detection circuit (synchronous detection means) 212 for synchronously detecting the differential output from the differential circuit 209 based on a signal in phase with the signal VB (frequency 2fd) from the BPF 205, and a second The second LPF 213 smoothes the output from the synchronous detection circuit 212 and converts it into a DC voltage.
The operation of this embodiment will be described below. First, the basic operation of angular velocity detection by the drive system A1 and the detection system A2 will be described. By applying an alternating voltage (for example, about 400 mVrms) reversed 180 ° between the drive electrode 11 and the common electrode 25 formed between the X1 plane and the X2 plane, and between the drive electrode 12 and the common electrode 25, the vibrator 1 is Resonate in the y-axis direction (drive vibration).
[0035]
At this time, the monitor electrodes 13 and 14, the charge amplifier 201, the AGC circuit 202, the inverting circuit 203, and the drive electrodes 11 and 12 constitute a self-excited oscillation system, and outputs (currents) from the monitor electrodes 13 and 14 are obtained. Monitor and perform self-excited control oscillation (self-excited control vibration) so that the amplitude of the drive vibration in the y-axis direction is constant even if the temperature changes. Accordingly, the drive signal has the same frequency as the frequency fd of the FB signal, and the drive vibration of the vibrator 1 is also performed at this frequency fd (resonance frequency fd of drive vibration).
[0036]
Due to the Coriolis force FC generated when the angular velocity Ω is input around the z-axis, the vibrator 1 generates an amplitude vibration (angular velocity detection vibration) proportional to the angular velocity Ω in the x-axis direction and is formed on the Y1 plane and the Y2 plane. An output (current) proportional to the angular velocity is generated from the angular velocity detection electrodes 21 and 22 thus made, and the angular velocity can be detected. The resonance frequency of the angular velocity detection vibration is also a constant frequency fd, similar to the resonance frequency of the drive vibration.
[0037]
Outputs from the angular velocity detection electrodes 21 and 22 are processed in the detection system A2 as follows. The output is converted into a voltage by the current-voltage conversion circuits 207 and 208, and the voltage obtained by the differential circuit 209 is subjected to synchronous detection processing by the first synchronous detection circuit 210 based on the FB signal (frequency fd). The angular velocity detection signal S1 is output as a DC voltage through the first LPF 211. The above is the basic operation of normal angular velocity detection by the drive system A1 and the detection system A2.
[0038]
The fault diagnosis system A3 operates as follows. A signal VB is applied between the diagnostic electrodes 17 and 18 and the common electrode 25 in order to detect a failure such as disconnection. The signal VB is generated as follows.
The FB signal is modulated by a multiplier 204. The frequency of the FB signal is the resonance frequency (hereinafter referred to as the drive frequency) fd of the drive vibration of the vibrator 1, whereas the frequency of the output after the multiplier 204 becomes 2 fd, which is twice that by this modulation.
[0039]
The output after the multiplier 204 is passed through the BPF 205, the amplitude is adjusted by the amplitude adjuster 206, and applied to the diagnostic electrodes 17, 18 as a signal VB having a constant frequency of 2fd and a constant amplitude (for example, about 10 mVrms).
Here, when the angular velocity Ω is not input, the signal VB is transmitted from the diagnostic electrodes 17 and 18 to the angular velocity detection electrodes 21 and 22, and the signal VB is transmitted from the pad electrodes 19 and 20 to the current-voltage conversion circuits 207 and 208. It is output as a signal based on the input.
[0040]
On the other hand, when the angular velocity Ω is input, outputs from the angular velocity detection electrodes 21 and 22 of the vibrator 1, that is, outputs from the current-voltage conversion circuits 207 and 208 and the differential circuit 209 are signals (frequency fd) by the angular velocity detection vibration. Then, a signal having a frequency of 2fd based on the input of the signal VB is synthesized.
Here, the signal of frequency fd is processed as a signal for angular velocity detection by the above-described detection system A2, and is finally output as an angular velocity detection signal S1. Here, the signal component of the frequency 2fd is canceled by the synchronous detection based on the FB signal (frequency fd) in the first synchronous detection circuit 210.
[0041]
On the other hand, a signal having a frequency of 2fd (a signal based on the input of a failure diagnosis signal) is processed as a signal for detecting a failure such as disconnection.
Using the signal VB (frequency 2fd) after the BPF 205 as a reference signal, the output from the differential circuit 209 is subjected to synchronous detection processing in the second synchronous detection circuit 212, and the fault output signal R1 is output as a DC voltage through the second LPF 213. To do. Here, the signal component of the frequency fd is canceled by the synchronous detection based on the signal VB in the second synchronous detection circuit 212.
[0042]
For example, when the wires W1 and W6 connected to the angular velocity detection electrodes 21 and 22 are normal, a signal of frequency 2fd is generated in the same phase from the angular velocity detection electrodes 21 and 22, so that after the differential operation by the differential circuit 209, The two signals are canceled, and as a result, the failure output signal R1 is in the 0 state (reference potential).
On the other hand, when the wire W1 or W6 is disconnected, the output from the angular velocity detection electrode 21 or 22 is lost, so that the failure output signal R1 is offset to the plus side or the minus side (1 state) as shown in FIG. , Disconnection can always be detected.
[0043]
In this way, the disconnection or the like of the angular velocity detection electrodes 21 and 22 that are most likely to cause disconnection or the like can be detected because it is installed at a site with a large amplitude for detecting Coriolis vibration. Further, when the wire W2 or W7 connected to the diagnostic electrodes 17 and 18 is disconnected, it can be detected in the same manner.
In this way, by applying a predetermined amount of signal VB in advance, the disconnection can be detected by determining the 0 or 1 state, so that a highly reliable diagnosis is possible.
[0044]
In addition, even a slight leak in the circuit due to a change in sensitivity or loose contact can be diagnosed by monitoring the fluctuation within the range between 0 and 1 states. Since monitoring is performed using a signal having a frequency different from that of the angular velocity detection signal as the signal VB, a highly accurate diagnosis is possible.
As described above, since the method for detecting the disconnection based on the signal VB has a different Coriolis force and frequency at the time of angular velocity input, the distinction between the angular velocity input and the disconnection can be reliably identified and diagnosed.
[0045]
In addition, according to the present embodiment, the 2fd signal corresponding to the signal VB uses the FB signal always kept constant by the AGC circuit 202, and is canceled by the synchronous detection process using the FB signal in the detection system A2. Therefore, there is no significant influence on the sensor characteristics.
Note that the signal VB may not be twice the frequency fd of the FB signal, but an even multiple is desirable in consideration of the canceling effect during the synchronous detection processing.
[0046]
Further, since the signal VB having only the frequency 2fd can be accurately applied to the diagnostic electrodes 17 and 18 by the BPF 205, the sensor characteristics are not greatly affected. In the present embodiment, the failure diagnosis signal VB is processed and generated using the FB signal for controlling the amplitude in the excitation direction of the vibrator 1 as an internal signal generated inside the sensor. Body signal generating means is not required, and a simple and inexpensive configuration can be achieved.
[0047]
Note that a signal based on the input of the failure diagnosis signal (signal VB) may be detected from the drive electrodes 11 and 12 using a current-voltage conversion circuit and a differential circuit. In this case, disconnection of the wires W5 and W10 of the drive electrodes 11 and 12 can be detected. By the way, in the first embodiment, the diagnostic electrodes 17 and 18 which are not included in the conventional angular velocity sensor, and the diagnostic electrodes 17 and 18 have a frequency (2fd) different from the predetermined frequency (fd) of the driving signal. A failure diagnosis system (failure diagnosis means) A3 for detecting a signal based on the input of the signal VB from the drive electrodes 11, 12 or the angular velocity detection electrodes 21, 22 by inputting the signal VB and diagnosing the sensor failure is provided. It is characterized by that.
[0048]
Here, in this embodiment, the drive system A1 corresponds to the drive circuit, the current-voltage conversion circuits 207 and 208, the differential circuit 209, and the detection system A2 correspond to the angular velocity detection circuit, and the signal input system A31 receives the signal input. Corresponding to the circuit, the signal detection system A32 corresponds to the failure detection circuit.
In the present embodiment, the signal VB is applied to the diagnostic electrodes 17 and 18, but a current of frequency 2fd may be directly supplied to the angular velocity detection electrodes 21 and 22 using a low current circuit. . The offset signal VB may be input to the diagnostic electrodes 17 and 18 so that the offset appears in a normal state and becomes a reference potential in the event of a disconnection.
[0049]
In addition, you may provide an amplitude regulator with respect to the input to the electrodes 17 and 18 for a diagnosis individually. Further, the second synchronous detection circuit 212 and the second LPF 213 of the signal detection system A32 of the failure diagnosis system A3 may be provided for each of the current-voltage conversion circuits 207 and 208.
The diagnostic electrode 17 and the diagnostic electrode 18 may have different shapes. When the diagnostic electrode 17 and the diagnostic electrode 18 have different shapes, an amplitude adjuster (amplitude variable means) is individually provided for the input of the diagnostic electrodes 17 and 18, and the current by the signal VB (fault diagnostic signal) -If the amplitude adjuster is adjusted so that the outputs of the voltage conversion circuits 207 and 208 are equal, the differential circuit 209 cancels the fault output signal R1 to the 0 state (reference potential) when normal.
[0050]
When the wire W1 or W6 is disconnected, the failure output signal R1 is offset (1 state) to the plus side or the minus side, and the disconnection can be detected.
By the way, as shown in FIG. 5, the output of the current-voltage conversion circuit 207 generated when the signal VB (here, 10 mVrms) is applied to the diagnostic electrode 17 includes the diagnostic electrode 17, the angular velocity detection electrode 21, and the like. Is proportional to the capacitance between. As shown in FIG. 6, the area of the diagnostic electrode 17 is proportional to the capacitance between the diagnostic electrode 17 and the angular velocity detection electrode 21.
[0051]
5 and 6, it can be seen that the output of the current-voltage conversion circuit 207 generated when the signal VB is applied to the diagnostic electrode 17 is proportional to the area of the diagnostic electrode 17. Similarly, the output of the current-voltage conversion circuit 208 generated when a signal VB having a constant amplitude is applied to the diagnostic electrode 18 is proportional to the area of the diagnostic electrode 18.
On the other hand, even if the area of the diagnostic electrode is the same, the output of the current-voltage conversion circuit can be changed in proportion to the signal VB by changing the output of the signal VB. This data is shown in FIG. In FIG. 7, the area of the diagnostic electrode 17 is 2 mm.2The data was shown.
[0052]
Therefore, when the areas of the diagnostic electrode 17 and the diagnostic electrode 18 are different, an amplitude adjuster is provided separately. For example, when the diagnostic electrode 17 has an area twice that of the diagnostic electrode 18, The amplitude adjuster is individually adjusted so as to be the reciprocal of the area ratio of the diagnostic electrodes so that the fault diagnostic signal input to the diagnostic electrode 17 is ½ of the fault diagnostic signal input to the diagnostic electrode 18. Is canceled by the differential circuit 209, and the failure output signal R1 is in a 0 state (reference potential) when normal.
[0053]
When the wire W1 or W6 is disconnected, the failure output signal R1 is offset (1 state) to the plus side or the minus side, and the disconnection can be detected.
By the way, the positions of the diagnostic electrode 17 and the diagnostic electrode 18 are in the z-axis direction and at the same distance from the Y1 plane and the Y2 plane on the X1 plane (hereinafter referred to as a center line) C. It may or may not be in a symmetrical position. FIG. 8A shows an example in which the diagnostic electrodes 17 and 18 are not located symmetrically with respect to the center line C (shifted in the z-axis direction). 8B to 8D are the same as FIGS. 2B to 2D.
[0054]
Also in this case, amplitude adjusters (amplitude variable means) are individually provided for the inputs of the diagnostic electrodes 17 and 18, and the outputs of the current-voltage conversion circuits 207 and 208 by the signal VB (fault diagnostic signal) are equal. If the amplitude adjuster is adjusted in this way, the differential circuit 209 cancels the failure output signal R1 to the 0 state (reference potential) when normal. When the wire W1 or W6 is disconnected, the failure output signal R1 is offset (1 state) to the plus side or the minus side, and the disconnection can be detected.
[0055]
With such a configuration, it is possible to diagnose disconnection of the detection wires (W1, W6) and the like in addition to the disconnection of the wires to the drive electrode and the monitor electrode, which has been possible in the past, and diagnosis for all modes is possible. .
Here, another example of the control circuit used in the first embodiment shown in FIG. 3 is shown in the block diagram of FIG. The control circuit shown in FIG. 9 is basically based on the control circuit shown in FIG. 3 described above. Hereinafter, the parts different from the control circuit shown in FIG. 3 will be described, and the same parts are denoted by the same reference numerals. The description will be omitted.
[0056]
The control circuit shown in FIG. 9 includes an offset adjustment circuit (DC voltage varying means) 501 in a signal input system (signal input circuit) E31. The signal input system E31 includes an offset adjustment circuit 501 after the charge amplifier 201, a multiplier 204, and an amplitude adjuster 206.
The operation and effect of the offset adjustment circuit 501 used in the signal input system E31 in FIG. 9 will be described. If the DC voltage included in the FB signal (frequency fd) from the charge amplifier 201 is different from the reference potential, a part of the FB signal passes through the multiplier 204 without being subjected to frequency modulation. For this reason, the output of the multiplier 204 is a mixture of a signal of frequency 2fd and a signal of frequency fd.
[0057]
Therefore, in order to apply only a signal having a frequency of 2 fd to the diagnostic electrodes 17 and 18, a filter circuit such as a BPF is required after the multiplier 204. Here, by adjusting the DC component in the FB signal by the offset adjustment circuit 501, it is possible to reduce the passage of the fd frequency signal, so that a filter circuit is not required, and a simple and inexpensive configuration can be achieved.
[0058]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the failure diagnosis is performed using a signal generated from the FB signal which is an internal signal and having a frequency different from the frequency (drive frequency) of the FB signal as the failure diagnosis signal.
However, in the second embodiment, the signal input circuit that inputs the failure diagnosis signal to the diagnosis electrode (failure diagnosis signal input means) is generated from the FB signal that is an internal signal and has the same frequency as the FB signal. Is used to input intermittently based on the timing of the signal from the ECU of the vehicle, which is an external signal. For the vibrator, the vibrator 1 having the same configuration as that of the first embodiment is used.
[0059]
Next, the control circuit block of this embodiment is shown in FIG. In FIG. 10, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in the drawing and description thereof is omitted. The circuit can be broadly divided into three systems: a drive system B1, a detection system B2, and a failure diagnosis system B3. Each of the systems B1 to B3 includes parts similar to the systems A1 to A3 of the first embodiment, but the reference numerals are changed for convenience to be B1 to B3.
[0060]
The control circuit of this embodiment also includes a charge amplifier 201, current-voltage conversion circuits 207 and 208, and a differential circuit 209.
The drive system B1 is the same as the drive system A1 of the first embodiment, and includes an AGC circuit 202 and an inverting circuit 203.
The detection system B2 smoothes the output from the synchronous detection circuit (synchronous detection means) 312 for synchronously detecting the differential output from the differential circuit 209 based on the FB signal (frequency fd) from the charge amplifier 201, and the synchronous detection circuit 312. And an LPF 313 for converting to a DC voltage. Although it is basically the same as the detection system A2, the detection system B2 also serves as a signal detection system B32 of a failure diagnosis system B3 described later.
[0061]
The failure diagnosis system B3 detects a signal input system B31 for inputting the signal VB (failure diagnosis signal VB) to the diagnosis electrodes 17 and 18 and a signal based on the input of the signal VB from the angular velocity detection electrodes 21 and 22. And the signal detection system B32 for performing failure diagnosis of the sensor.
The signal input system B31 includes a BPF 304 after the charge amplifier 201, a switch (switch means) 305, a phase shift circuit 314, and amplitude adjusters (amplitude variable means) 307 and 308. As described above, the detection system B2 also serves as the configuration of the signal detection system B32.
[0062]
Next, the operation of the second embodiment will be described. The operation of the vibrator 1 by the drive system B1 and the detection system B2 is the same as that described in the first embodiment, and a description thereof is omitted in this embodiment.
The operation of the failure diagnosis system B3 will be described. The signal VB is intermittently applied between the diagnostic electrodes 17 and 18 and the common electrode 25 in order to detect a failure such as disconnection. The timing is intermittent, as shown in FIG. 11, using a signal from the ECU 306, for example. In the present embodiment, the frequency fd is the same as that of the FB signal.
[0063]
The FB signal (frequency fd) from the charge amplifier 201 is filtered through the BPF 304 and is intermittently input at the same frequency as the FB signal (frequency fd) by the switch 305 that is turned on and off by the signal from the ECU 306. At this time, the phase shift circuit 314 makes the phase the same as the phase of the Coriolis force, the amplitude is adjusted by the amplitude adjusters 307 and 308, and the signal VB having the intermittent frequency fd is applied to the diagnostic electrodes 17 and 18.
[0064]
Next, disconnection detection will be described. The frequency of the signal VB is the drive frequency (resonance frequency of drive vibration) fd of the vibrator 1 and is input to the vibrator 1 in the same phase as the phase of the Coriolis force. Therefore, the influence of the signal VB is influenced by the detection system B2. Appears in final output P1. The influence is synchronized with a signal from the ECU 306.
However, if the amplitude adjusters 307 and 308 are adjusted so that the outputs of the signal VB to the current-voltage conversion circuits 207 and 208 are equal, the differential circuit 209 cancels the influence of the signal VB on the final output P1. Absent. The relationship between the ECU signal and the final output P1 at that time is as shown in FIG.
[0065]
Accordingly, only the angular velocity detection signal is output to the final output P1 when normal. When the angular velocity Ω is input to the vibrator 1, the waveform of the final output P1 in FIG. 11A is biased on the + or − side in proportion to the angular velocity Ω and has an offset. In the detection system B2, only the offset is detected and used as an angular velocity detection signal.
[0066]
The disconnection detection is performed as follows. For example, when W1 is disconnected, only the output from the signal VB to the current-voltage conversion circuit 207 appears in the final output P1, and at that time, the final output P1 includes an ECU signal as shown in FIG. Corresponding intermittent offsets appear. Therefore, the disconnection can be detected by monitoring the relationship between the ECU signal and the final output P1.
[0067]
Similarly, it can be detected when W6 is disconnected and when the wires W2 and W7 connected to the diagnostic electrodes 17 and 18 are disconnected. Further, as in the first embodiment, by monitoring the fluctuation between the intermittent offsets, it is possible to detect a sensitivity abnormality other than a disconnection, a loose contact, and the like.
Further, since the signal VB uses an FB signal that is always kept constant by the AGC circuit 202, there is no significant influence on the sensor characteristics such as temperature characteristics.
[0068]
In the same manner as in the first embodiment, a signal based on the input of the failure diagnosis signal (signal VB) may be detected from the drive electrodes 11 and 12.
By the way, in the second embodiment, diagnostic electrodes 17 and 18 that are not included in the conventional angular velocity sensor, and a signal VB (frequency fd) is intermittently input to the diagnostic electrodes 17 and 18 based on an external signal. And a failure diagnosis system (failure diagnosis means) B3 for detecting a signal based on the input of the signal VB from the drive electrodes 11 and 12 or the angular velocity detection electrodes 21 and 22 and diagnosing the failure of the sensor. .
[0069]
In the second embodiment, the drive system B1 corresponds to the drive circuit, and the current-voltage conversion circuits 207 and 208, the differential circuit 209, and the detection system B2 (signal detection system B32) are angular velocity detection circuits (failures). The signal input system B31 corresponds to the signal input circuit.
In addition, you may make it flow so that an electric current may be directly sent through the angular velocity detection electrodes 21 and 22 using a low current circuit. Further, the inverted signal VB may be input to the diagnostic electrodes 17 and 18 so that the intermittent offset appears in a normal state and becomes a reference potential at the time of the disconnection.
[0070]
The signal from the ECU 306 may be intermittent as long as it is not the same as the drive frequency (fd).
Here, another example of the vibrator 1 (hereinafter referred to as the first example in the present embodiment) used in the first embodiment and the second embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is shown in FIGS. Shown in The vibrator 1 shown in FIGS. 12 and 13 (hereinafter referred to as a second example in the present embodiment) has the same vibrator shape, but its electrode configuration is slightly different from that shown in FIGS. Hereinafter, different portions in the electrode configuration will be described, and description of the same portions will be omitted.
[0071]
That is, the diagnostic electrodes 17 and 18 of the second example have a smaller area than the diagnostic electrodes 17 and 18 of the first example. In terms of shape, the diagnostic electrodes 17 and 18 of the first example are divided at the upper part, and the upper side of the divided electrodes is used as the diagnostic electrodes 17 and 18 of the second example, respectively. The lower part of the divided parts is integrated with the temporary GND electrodes 15 and 16 in the first example, and is used as the temporary GND electrodes 15 and 16 in the second example.
[0072]
The diagnostic electrodes 17 and 18 of the second example have the same functions and effects as the diagnostic electrodes 17 and 18 of the first example, except that they are not used as polarization electrodes.
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, a failure diagnosis signal is input to the same plane as the drive electrodes 11 and 12 of the vibrator 1, that is, the X1 plane, and this failure diagnosis is output to the outputs from the angular velocity detection electrodes 21 and 22. I put a signal for use. In the third embodiment, a failure diagnosis signal is input to the vibrator 1 so that the vibrator 1 vibrates in a direction orthogonal to the excitation direction, and failure detection such as disconnection is similarly performed.
[0073]
The vibrator 1 of this embodiment is shown in the perspective view of FIG. 14 and the development view showing the electrode configuration of FIG. The configuration of the vibrator 1 is basically based on the vibrator 1 shown in FIG. 1, and hereinafter, different parts from the vibrator 1 shown in FIG. 1 will be mainly described, and the same parts are denoted by the same reference numerals. Will be omitted.
The main feature of the vibrator 1 of the present embodiment is that it includes auxiliary drive electrodes (failure diagnosis signal input means) 17a and 18a as diagnosis electrodes. As shown in FIGS. 14 and 15, the auxiliary drive electrodes 17 a and 18 a are formed on the drive electrodes 11 and 12 side with respect to the angular velocity detection electrodes 21 and 22 on the Y1 and Y2 surfaces of the vibrator 1, respectively. .
[0074]
A pad electrode 17b (arm part 4 side) and 18b (arm part 5 side) are formed on the X1 surface, and the auxiliary drive electrodes 17a and 18a are respectively connected to the pad electrodes 17b and 18b and taken out to the X1 surface. Yes. In the vibrator 1 according to the third embodiment, the electrode for polarization also serves as the temporary GND electrodes 15 and 16 on the X1 surface.
Signal input / output between the vibrator 1 and a control circuit (control means) to be described later is performed by a wire in which terminals T1 to T10 and electrodes on the vibrator 1 are connected by wire bonding, as in the above embodiments. This is done by connecting with W1 to W10.
[0075]
Incidentally, the drive electrodes 11 and 12 are W5 and W10, the pad electrodes 17b and 18b are W4 and W9, the monitor electrodes 13 and 14 are W3 and W8, respectively, and the temporary GND electrodes 15 and 16 are W2 and W7, respectively. The pad electrodes 19 and 20 are connected to W1 and W6, respectively.
Next, a block diagram of the control circuit of the present embodiment is shown in FIG. The circuit can be broadly divided into three systems: a drive system C1, a detection system C2, and a failure diagnosis system C3.
[0076]
The drive system C1 and the detection system C2 are the same as the drive system A1 of the first embodiment (the drive system B1 of the second embodiment) and the detection system A2, but are changed to C1 and C2 for convenience. . As will be described later, a part of the failure diagnosis system C3 is the same as the failure diagnosis system A3 of the first embodiment, and the same parts are denoted by the same reference numerals in FIG.
[0077]
The control circuit of this embodiment also includes a charge amplifier 201, current-voltage conversion circuits 207 and 208, and a differential circuit 209.
The drive system C 1 after the charge amplifier 201 includes an AGC circuit 202 and an inverting circuit 203. The detection system C2 after the differential circuit 209 includes a first synchronous detection circuit 210 and a first LPF (low pass filter) 211.
[0078]
The failure diagnosis system C3 has a failure diagnosis signal VD (hereinafter referred to as “failure diagnosis signal VD”) applied to the auxiliary drive electrodes 17a and 18a so that the vibrator 1 vibrates in a direction (that is, angular velocity detection vibration direction) orthogonal to the excitation direction (drive vibration direction). The signal input system C31 for inputting a signal VD) and a signal detection system C32 for detecting a signal based on the input of the signal VD from the angular velocity detection electrodes 21 and 22 and diagnosing the failure of the sensor. .
[0079]
The signal input system C31 includes a multiplier 204 for converting an FB signal (frequency fd) into an even multiple frequency (2fd in this embodiment), a BPF 205 that passes only the converted frequency, and a constant frequency (2fd) after the BPF 205. The amplitude adjuster (amplitude variable means) 206 for setting the signal thus obtained to a constant amplitude and a signal VD, and the signal VD from the amplitude adjuster 206 are applied as voltages that are phase-inverted by the auxiliary drive electrodes 17a and 18a. And an inversion circuit 214 for the purpose. That is, except for the inverter 214, it is the same as the signal input system A31 of the first embodiment.
[0080]
By applying (inputting) the phase-inverted signal VD, the vibrator 1 vibrates at the frequency fd and vibrates at the frequency 2fd in the angular velocity detection vibration direction. This vibration is hereinafter referred to as auxiliary drive vibration. That is, the vibrator 1 is auxiliary driven, and the signal input system C31 of the third embodiment also functions as an auxiliary driving circuit, and the signal VD also functions as an auxiliary driving signal.
[0081]
The signal detection system C32 adds the output voltage from the current-voltage conversion circuits 207 and 208, and the second synchronization for synchronously detecting the addition output from the adder 215 based on the output from the BPF 205 (frequency 2fd). The detection circuit 212 and a second LPF 213 that smoothes the output from the second synchronous detection circuit 212 and converts it into a DC voltage. That is, except for the adder 215, it is the same as the signal detection system A32 of the first embodiment.
[0082]
The operation of this embodiment will be described below. The operation of the vibrator 1 by the drive system C1 and the detection system C2 is the same as that described in the first embodiment, and the description thereof is omitted in the third embodiment.
The operation of the failure diagnosis system C3 will be described. A signal VD (fault diagnosis signal) is applied between the auxiliary drive electrodes 17a and 18a and the common electrode 25 in order to detect a fault such as disconnection. The FB signal is modulated by a multiplier 204. The frequency of the FB signal is the drive frequency (resonance frequency of the drive vibration) fd of the vibrator 1, whereas the frequency of the output after the multiplier 204 becomes 2 fd, which is twice that, by this modulation.
[0083]
The output after the multiplier 204 is passed through the BPF 205, the amplitude is adjusted by the amplitude adjuster 206, and the signal VD having a constant amplitude (for example, about 400 mVrms) is obtained. The voltage is applied to the auxiliary driving electrodes 17a and 18a.
Here, when the angular velocity Ω is not input, the vibrator 1 vibrates in a direction orthogonal to the drive vibration (excitation direction) by applying the signal VD to the auxiliary drive electrodes (diagnostic electrodes) 17a and 18a.
[0084]
On the other hand, when the angular velocity Ω is input, outputs from the angular velocity detection electrodes 21 and 22 of the vibrator 1, that is, outputs from the current-voltage conversion circuits 207 and 208 and the differential circuit 209 are signals (frequency fd) by the angular velocity detection vibration. Then, a signal having a frequency of 2fd based on the input of the signal VD is synthesized.
Here, the signal of frequency fd is processed as a signal for angular velocity detection by the differential circuit 209 and the detection system C2, and is finally output as an angular velocity detection signal S2. Here, the signal component of the frequency 2fd is canceled by the synchronous detection based on the FB signal (frequency fd) in the first synchronous detection circuit 210.
[0085]
On the other hand, a signal having a frequency of 2fd (a signal based on the input of a failure diagnosis signal) is processed as a signal for detecting a failure such as disconnection.
Using the signal VD (frequency 2fd) after the BPF 205 as a reference signal, the output from the adder 215 is subjected to synchronous detection processing by the second synchronous detection circuit 212, and the fault output signal R2 is output as a DC voltage through the second LPF 213. . Here, the signal component of the frequency fd is canceled by the synchronous detection based on the signal VD in the second synchronous detection circuit 212.
[0086]
For example, the disconnection mode will be described. By the auxiliary drive, the vibrator 1 vibrates at a frequency of 2 fd (auxiliary drive vibration) in the same mode as when the Coriolis force is input. When the wires W1 and W6 connected to the angular velocity detection electrodes 21 and 22 are normal, the signal of the frequency 2fd is generated in the opposite phase from the angular velocity detection electrodes 21 and 22, so that the two signals after addition by the adder 215 Are canceled, and as a result, the failure output signal R2 becomes 0 state (reference potential).
[0087]
On the other hand, when the wire W1 or W6 is disconnected, the output from the angular velocity detection electrode 21 or 22 is lost. Therefore, as shown in FIG. 17, the failure output signal R2 is offset by a predetermined amount to the plus side or the minus side (1 State), and disconnection can always be detected.
Further, when the wires W4 and W9 connected to the auxiliary driving electrodes 17a and 18a are disconnected, the detection can be similarly performed.
[0088]
In this manner, since a predetermined amount of signal VD is applied in advance in the detection mode (that is, the angular velocity detection vibration mode orthogonal to the drive vibration), the disconnection can be detected by determining the 0 or 1 state. High diagnosis is possible.
In addition, even a slight leak in the circuit due to a change in sensitivity, loose contact, or the like can be diagnosed by monitoring the fluctuation between 0 and 1 states. Since the signal VD is monitored using a signal having a frequency different from that of the angular velocity detection signal, highly accurate diagnosis can be performed.
[0089]
As described above, the method for detecting disconnection by auxiliary driving using the signal VD can distinguish and diagnose the distinction between the angular velocity input and the disconnection because the Coriolis force and frequency at the time of angular velocity input are different.
Further, according to the present embodiment, the 2fd signal corresponding to the signal VD uses the FB signal always kept constant by the AGC circuit 202, and is canceled by the synchronous detection processing using the FB signal in the detection system C2. Therefore, there is no significant influence on the sensor characteristics.
[0090]
Note that the signal VD does not have to be twice the frequency fd of the FB signal, but an even multiple is desirable in consideration of the cancellation effect during the synchronous detection processing.
Further, since the signal VD having only the frequency 2fd can be accurately applied to the auxiliary driving electrodes 17a and 18a by the BPF 205, the sensor characteristics are not greatly affected.
[0091]
In the present embodiment, the failure diagnosis signal VD is processed and generated using the FB signal for performing amplitude control in the excitation direction of the vibrator 1 as an internal signal generated inside the sensor. Body signal generating means is not required, and a simple and inexpensive configuration can be achieved.
A signal based on the input of the failure diagnosis signal (signal VD) may be detected from the drive electrodes 11 and 12 using a current-voltage conversion circuit and an adder. In this case, disconnection of the wires W5 and W10 of the drive electrodes 11 and 12 can be detected.
[0092]
By the way, in the third embodiment, auxiliary drive electrodes (diagnostic electrodes) 17a and 18a which are not included in the conventional angular velocity sensor are provided, and a predetermined drive signal is provided to the auxiliary drive electrodes 17a and 18a. A signal VD having a frequency (2fd) different from the frequency (fd) is input so that the vibrator 1 vibrates in a direction orthogonal to the excitation direction, and is supplied from the drive electrodes 11, 12 or the angular velocity detection electrodes 21, 22. A failure diagnosis system (failure diagnosis means) C3 for detecting a signal based on the input of the signal VD and diagnosing the failure of the sensor is provided.
[0093]
Here, in the third embodiment, the drive system C1 corresponds to the drive circuit, the current-voltage conversion circuits 207 and 208, the differential circuit 209, and the detection system C2 correspond to the angular velocity detection circuit, and the signal input system C31. Corresponds to the signal input circuit, and the signal detection system C32 corresponds to the failure detection circuit.
The amplitude adjuster may be provided for each input to the auxiliary drive electrodes 17a and 18a. Further, the second synchronous detection circuit 212 and the second LPF 213 of the signal detection system C32 of the failure diagnosis system C3 may be provided for each of the current-voltage conversion circuits 207 and 208.
[0094]
Here, another example of the control circuit used in the third embodiment shown in FIG. 16 is shown in the block diagram of FIG. The control circuit shown in FIG. 18 is basically based on the control circuit shown in FIG. 16, and the following description will be made on parts different from the control circuit shown in FIG. The description will be omitted.
The control circuit shown in FIG. 18 has an offset adjustment circuit (DC voltage varying means) 501 in a signal input system (signal input circuit) F31. The signal input system F31 includes an offset adjustment circuit 501 after the charge amplifier 201, a multiplier 204, an amplitude adjuster 206, and an inverting circuit 214.
[0095]
The operation and effect of the offset adjustment circuit 501 used in the signal input system F31 in FIG. 18 will be described. If the DC voltage included in the FB signal (frequency fd) from the charge amplifier 201 is different from the reference potential, a part of the FB signal passes through the multiplier 204 without being subjected to frequency modulation. For this reason, the output of the multiplier 204 is a mixture of a signal of frequency 2fd and a signal of frequency fd.
[0096]
Therefore, a filter circuit such as a BPF is required after the multiplier 204 in order to apply only a signal having a frequency of 2 fd to the auxiliary driving electrodes 17a and 18a. However, by adjusting the DC component in the FB signal by the offset adjustment circuit 501, the passage of the fd frequency signal can be reduced, so that a filter circuit is not required, and a simple and inexpensive configuration can be achieved.
[0097]
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, in the third embodiment, the signal input means for inputting the failure diagnosis signal to the auxiliary drive electrode (failure diagnosis signal input means) is generated from the FB signal which is an internal signal, and FB The signal having the same frequency as that of the signal is used, and the signal is intermittently input based on the timing of the signal from the vehicle ECU, which is an external signal. As for the vibrator, the vibrator 1 having the auxiliary drive electrodes 17a and 18a is used as in the third embodiment.
[0098]
Next, a control circuit block of the fourth embodiment is shown in FIG. The circuit can be broadly divided into three systems: a drive system D1, a detection system D2, and a failure diagnosis system D3. The control circuit of this embodiment also includes a charge amplifier 201, current-voltage conversion circuits 207 and 208, and a differential circuit 209.
The drive system D1 after the charge amplifier 201 includes an AGC circuit 202 and an inverting circuit 203, and is the same as the drive systems A1 to C1 of the first to third embodiments.
[0099]
The detection system D2 after the differential circuit 209 includes a synchronous detection circuit 312 and an LPF 313, and is basically the same as the detection system B2 of the second embodiment, but the detection system D2 of the present embodiment will be described later. It also serves as the signal detection system D32 of the failure diagnosis system D3.
The failure diagnosis system D3 uses the auxiliary drive electrodes 17a and 18a as failure diagnosis signals so that the vibrator 1 vibrates in a direction orthogonal to the excitation direction (drive vibration direction) (that is, the angular velocity detection vibration direction). The signal input system D31 for inputting the signal VD and the signal detection system D32 for detecting a signal based on the input of the signal VD from the angular velocity detection electrodes 21 and 22 and diagnosing the failure of the sensor. .
[0100]
The signal input system D31 includes a BPF 304 after the charge amplifier 201, a switch 305, a phase shift circuit 314, an amplitude adjuster (amplitude varying means) 307, and an inverting circuit 214. That is, in the signal input system B31 of the second embodiment, one amplitude adjuster 307 is added, and the inverter 214 of the third embodiment is further added.
[0101]
By this signal input system D31, similarly to the third embodiment, the vibrator 1 vibrates at the frequency fd and vibrates at the frequency 2fd in the angular velocity detection vibration direction. Therefore, also in the fourth embodiment, the signal input system D31 also functions as an auxiliary drive circuit, and the signal VD also functions as an auxiliary drive signal.
As described above, the detection system D2 also serves as the configuration of the signal detection system D32.
[0102]
Next, the operation of the second embodiment will be described. The operation of the vibrator 1 by the drive system D1 and the detection system D2 is the same as that described in the first embodiment, and a description thereof is omitted in this embodiment.
The operation of the fault diagnosis system D3 will be described. The signal VD is intermittently applied between the auxiliary driving electrodes 17a and 18a and the common electrode 25 in order to detect a failure such as disconnection. For the timing, for example, a signal from the ECU 306 is used.
[0103]
The FB signal (frequency fd) from the charge amplifier 201 is filtered through the BPF 304, and is intermittently input at the same frequency as the FB signal (frequency fd) by the switch 305 that is turned on and off by the signal from the ECU 306. At this time, the phase shift circuit 314 makes the phase the same as the phase of the Coriolis force, the amplitude is adjusted by the amplitude adjuster 307, and the inverted signal 214 is applied to the auxiliary drive electrodes 17a and 18a as the signals VD inverted from each other. .
[0104]
In this case, the frequency of the signal VD is the drive frequency fd of the vibrator 1 and is input to the vibrator 1 in the same phase as the phase of the Coriolis force, so that the influence of the signal VD appears in the final output P2 of the detection system D2. Can do. The influence is synchronized with a signal from the ECU 306. In addition, since the vibration is performed in the same phase as the phase of the Coriolis force, the phase of the failure diagnosis system D3 may not be necessary depending on the voltage conversion method of the current from the monitor electrodes 13 and 14.
[0105]
Next, disconnection detection will be described. The amplitude adjuster is used so that the input to the auxiliary drive electrodes 17a and 18a by the signal VD is a predetermined value based on the influence of the final output P2 by the auxiliary drive (that is, the output difference from the current-voltage conversion circuits 207 and 208). 307 is adjusted.
The relationship between the ECU signal at that time and the final output P2 by the auxiliary drive is as shown in FIG. The final output P2 has a waveform with intermittent peaks having a predetermined value. When the angular velocity Ω is input to the vibrator 1, the waveform of the final output P2 in FIG. 20A is biased on the + or − side in proportion to the angular velocity Ω and has an offset. In the detection system D2, only the offset is detected and used as an angular velocity detection signal.
[0106]
The disconnection detection is performed as follows. For example, when W1 is disconnected, the output by the auxiliary drive is halved, and the relationship between the ECU signal at that time and the final output P2 by the auxiliary drive is as shown in FIG. Therefore, the disconnection can be detected by monitoring the relationship between the ECU signal and the final output P2.
Similarly, it can be detected when W6 is disconnected and when the wire W4 or W9 connected to the auxiliary driving electrodes 17a and 18a is disconnected.
[0107]
Further, the auxiliary drive vibration direction is vibrated in the angular velocity detection mode (angular velocity detection vibration direction), and the signal VD (failure diagnosis signal) uses an FB signal that is always kept constant by the AGC circuit 202. A decrease in the sensitivity can be diagnosed by detecting whether the output value deviates from the predetermined value (see FIG. 20A). Further, for other abnormalities such as a delicate leak in the circuit due to a loose contact or the like, a diagnosis can be made by detecting whether or not the output value is deviated from the predetermined value.
[0108]
In the same manner as in the third embodiment, a signal based on the input of a failure diagnosis signal (signal VD) may be detected from the drive electrodes 11 and 12.
By the way, in the fourth embodiment, auxiliary driving electrodes 17a and 18a that are not included in the conventional angular velocity sensor, and a signal VD (frequency fd) is intermittently applied to the auxiliary driving electrodes 17a and 18a based on an external signal. And a failure diagnosis system (failure diagnosis means) D3 for detecting a signal based on the input of the signal VD from the drive electrodes 11 and 12 or the angular velocity detection electrodes 21 and 22 and performing a sensor failure diagnosis. And
[0109]
In the fourth embodiment, the drive system D1 corresponds to the drive circuit, and the current-voltage conversion circuits 207 and 208, the differential circuit 209, and the detection system D2 (signal detection system D32) are angular velocity detection circuits (failure detection). The signal input system D31 corresponds to the signal input circuit.
In addition, by performing auxiliary driving in a mode (vibration direction) other than the angular velocity detection mode, the final output P2 at the normal time may be set to 0 (reference potential) and may be offset at the time of abnormality.
[0110]
The signal from the ECU 306 may be intermittent as long as it is not the same as the drive frequency (fd).
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, a phase circuit may be required when generating a failure diagnosis signal depending on the method of the first stage amplifier for the angular velocity detection signal and the feedback signal.
[0111]
In each of the above embodiments, the failure diagnosis signal may be input from the angular velocity detection electrodes 21 and 22.
Further, in each of the above embodiments, the detection of the signal based on the input of the failure diagnosis signal is not limited to the angular velocity detection electrodes 21 and 22 and the drive electrodes 11 and 12, but other electrodes. Also good.
[0112]
In addition, each of the above embodiments is not limited to the vibrator 1 alone, and other forms of vibrators such as a triangular prism, a vibrator bonded with a piezoelectric body, silicon, and the like are used to change the capacitance. The present invention is also applied to a detection system or the like.
For example, the first embodiment can be applied to the vibrator shown in FIG. 21 as a modification and FIG. 22 as another modification. A driving piezoelectric element 402, a monitoring piezoelectric element 403, and a detecting piezoelectric element 404 are joined to an orthogonal tuning fork vibrator 401 made of metal by bonding or the like. Each piezoelectric element is provided with electrodes for inputting and outputting signals.
[0113]
Here, the vibrator 401 corresponds to the vibrator 1 of FIG. 1, and each piezoelectric element corresponds to the electrode of the vibrator 1 of FIG. 1 as follows. That is, the drive piezoelectric element 402 corresponds to the drive electrodes 11 and 12, the monitor piezoelectric element 403 corresponds to the monitor electrodes 13 and 14, and the detection piezoelectric element 404 corresponds to the angular velocity detection electrodes 21 and 22.
Then, a drive signal having a frequency fd is input to the drive piezoelectric element 402, and self-excited control oscillation is performed using the FB signal (frequency fd) from the monitor piezoelectric element 403. Here, when the first embodiment is applied, the same effect as the first embodiment can be exhibited by inputting the signal VB having a frequency of 2 fd to the detecting piezoelectric element 404.
[0114]
Further, when the third embodiment is applied to the vibrator shown in FIGS. 21 and 22, it can be applied as shown in FIGS. FIG. 23 shows a modification of the third embodiment, and FIG. 24 shows another modification. The driving piezoelectric element 402 is divided into two parts 402a and 402b, a signal of frequency fd is used for both, and one of the divided signals is used as a diagnostic electrode (402a in FIGS. 23 and 24). By inputting the signal VD having a frequency of 2 fd to the same, the same effect as the third embodiment can be exhibited.
[0115]
21 to 24, an auxiliary element may be joined to the back of the detecting piezoelectric element 404, and a 2fd signal VB (or signal VD) may be input using the auxiliary element as a diagnostic electrode.
Further, the vibrator having other shapes may be a multi-leg tuning fork shape. An example in which the third embodiment is applied to, for example, a quadruple tuning fork-shaped vibrator 601 is shown in FIG.
[0116]
The vibrator 601 includes four quadrangular columnar arm portions 602, 603, 604, and 605 arranged substantially in parallel, and a common connecting portion 606 that fixes and supports one end portions of the arm portions 602 to 605 in common. And is fixedly supported on the substrate 2 by the support portion 3.
Here, as shown in FIG. 25, the arrangement direction of the arm portions 602 to 605 is the y axis, the longitudinal direction of the arm portions 602 to 605 is the z axis, and the thickness direction of the arm portions 602 to 605 and the connecting portion 606 is the x axis. An xyz orthogonal coordinate system is constructed.
[0117]
In the vibrator 601, a surface facing the substrate 2 out of the surfaces orthogonal to the x axis is an X2 surface (not shown), a surface opposite to the X2 surface is an X1 surface, and is orthogonal to the y axis. Of the outer peripheral surfaces of the pair of outer arms 602, 605, the surface on the arm 602 side is the Y2 surface (not shown), and the surface on the arm 605 side is the Y1 surface.
The vibrator 601 operates as follows by a control circuit (not shown). Via the drive electrode 620 and the monitor electrode 621 formed on the X1 plane, the inner pair of arms 603 and 604 are resonated in the opposite directions in the y-axis direction (drive vibration), and an angular velocity is input around the z-axis. In this case, due to the Coriolis force generated in the pair of inner arms 603 and 604, the pair of outer arms 602 and 605 are also coupled to vibrate in the x-axis direction.
[0118]
This vibration amplitude is detected as an output from the angular velocity detection electrodes 622 and 623 formed on the Y1 plane and the X1 plane via the lead electrodes 624 and 625 and the pad electrode 626, and the angular velocity is detected. Reference numeral 627 denotes a common electrode, reference numerals 628 and 629 denote an extraction electrode and a pad electrode that are electrically connected to the common electrode 627, respectively, and the common electrode 627 includes a common electrode (not shown) formed also on the X2 plane, The extraction electrode 630 conducts.
[0119]
In such a vibrator 601, for example, a diagnostic electrode JS1 is provided on the X1 plane so that a fault diagnostic signal is placed on the angular velocity detection electrodes 622 and 623, the extraction electrodes 624 and 625, or the pad electrode 626. By providing, disconnection can be detected as in the third embodiment.
In addition, input / output of signals between each electrode on the vibrator 601 and a control circuit (not shown) can be performed by wires W20 to W24 and terminals T20 to 24 as shown in FIG.
[0120]
Furthermore, as a multi-leg tuning fork-shaped vibrator, the one shown in FIG. 26 may be used. FIG. 26 shows an example in which the third embodiment is applied to, for example, an H-shaped tuning fork-shaped vibrator 701, and is a developed view of the vibrator 701 as viewed from front, back, left, and right.
The vibrator 701 includes four parallel quadrangular columnar arm portions 702, 703, 704, 705 and a connecting portion 706. The connection portion 706 is in contact with a support portion (not shown) as shown in the above embodiments, and the vibrator 701 is supported through this support portion.
[0121]
Then, as shown in FIG. 26, the arrangement direction of the arm portions 702 to 705 is the y axis, the longitudinal direction of the arm portions 702 to 705 is the z axis, and the thickness direction of the arm portions 702 to 705 and the connecting portion 706 is the x axis. An orthogonal coordinate system is constructed. The coordinates in FIG. 26 correspond to (a).
Here, in the vibrator 701, one of the faces orthogonal to the x-axis is the X1 face (FIG. 26A), the other face is the X2 face (FIG. 26B), and the vibrator One side surface (the surface on the arm portion 703, 705 side) of the outer peripheral surface of 701 that is orthogonal to the y-axis is the Y1 surface (FIG. 26C), and the other side surface (the surface on the arm portion 702, 704 side). ) Is the Y2 plane (FIG. 26D).
[0122]
The electrode configuration formed on the vibrator 701 includes a drive electrode 707 formed on the X1 plane for driving one pair of arm portions 702 and 703, a monitor electrode 708 formed on the X1 plane for monitoring the vibration state, In addition, an angular velocity detection electrode (Y2 surface side of the arm portion 704) 709 and an angular velocity detection electrode (Y1 surface side of the arm portion 705) 710 are provided.
[0123]
The angular velocity detection electrodes 709 and 710 are electrically connected to the pad electrodes 713 and 714 on the X1 surface via the extraction electrodes 711 and 712, respectively. Reference numerals 715, 716, and 717 denote common electrodes that serve as reference potentials for the drive, monitor, and angular velocity detection electrodes 707 to 710, and the common electrodes 715 to 717 are electrically connected by extraction electrodes 718 and 719, respectively.
[0124]
The operation of this embodiment is performed as follows by a control circuit (not shown). By applying an AC voltage between the drive electrode 707 and the common electrode 715, the pair of arm portions 702 and 703 on one side resonate (drive vibration) in opposite directions in the y-axis direction. The output from the monitor electrode 708 is monitored as the amplitude at that time, and self-excited control oscillation (self-excited control oscillation) is performed so that the output becomes constant.
[0125]
Next, when an angular velocity is input around the z-axis, the other pair of arms 704 and 705 are coupled together by the Coriolis force generated in the vibrating pair of arms 702 and 703 in the x-axis direction. Vibrate. The vibration amplitude is detected as an output from the angular velocity detection electrodes 709 and 710, and the angular velocity is detected.
In such a vibrator 701, for example, a diagnostic electrode is provided on the X1 plane so that a failure diagnostic signal is present on the angular velocity detection electrodes 709 and 710, the extraction electrodes 711 and 712, or the pad electrodes 713 and 714. By providing JS10 and JS11, it becomes possible to detect disconnection as in the third embodiment.
[0126]
25 and 26, the vibrators 601 and 701 are the vibrator of the present invention, the drive electrodes 620 and 707 are the drive means of the present invention, and the angular velocity detection electrodes 622, 623, 709 and 710 are those of the present invention. The diagnostic electrodes JS1, JS10, and JS11 correspond to the angular velocity detection means and the failure diagnosis signal input means of the present invention, respectively.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to first and second embodiments of the present invention.
2 is a development view showing an electrode configuration on a vibrator in the angular velocity sensor of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a block diagram of a control circuit of the angular velocity sensor according to the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a disconnection detection method in the first embodiment.
FIG. 5 shows a capacitance between a diagnostic electrode and an angular velocity detection electrode in the angular velocity sensor according to the first embodiment, and a current-voltage conversion circuit output generated when a failure diagnostic signal is applied to the diagnostic electrode. It is a graph which shows the relationship.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the area of the diagnostic electrode and the capacitance between the diagnostic electrode and the angular velocity detection electrode in the angular velocity sensor according to the first embodiment.
7 is a graph showing a relationship between a failure diagnosis signal and a current-voltage conversion circuit output generated when the failure diagnosis signal is applied to the diagnosis electrode in the angular velocity sensor according to the first embodiment. FIG.
FIG. 8 is a development view showing another example of the electrode configuration on the vibrator in the angular velocity sensor according to the first embodiment.
FIG. 9 is a block diagram showing another example of the control circuit for the angular velocity sensor according to the first embodiment.
FIG. 10 is a block diagram of a control circuit of the angular velocity sensor according to the second embodiment.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a disconnection detection method in the second embodiment.
FIG. 12 is a perspective view showing another example of the angular velocity sensor according to the first and second embodiments.
13 is a development view showing an electrode configuration on a vibrator in the angular velocity sensor of FIG.
FIG. 14 is a perspective view showing an angular velocity sensor according to third and fourth embodiments of the present invention.
15 is a development view showing an electrode configuration on a vibrator in the angular velocity sensor of FIG.
FIG. 16 is a block diagram of a control circuit of the angular velocity sensor according to the third embodiment.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a disconnection detection method in the third embodiment.
FIG. 18 is a block diagram showing another example of the control circuit for the angular velocity sensor according to the third embodiment.
FIG. 19 is a block diagram of a control circuit of the angular velocity sensor according to the fourth embodiment.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a disconnection detection method in the fourth embodiment.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a modification of the first embodiment.
FIG. 22 is an explanatory diagram showing another modification of the first embodiment.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a modification of the third embodiment.
FIG. 24 is an explanatory view showing another modification of the third embodiment.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing an example in which the third embodiment is applied to a quadruple tuning fork vibrator.
FIG. 26 is an explanatory diagram showing an example in which the third embodiment is applied to an H-type tuning fork vibrator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vibrator, 11, 12 ... Drive electrode, 17, 18 ... Signal application electrode for failure diagnosis,
17a, 18a ... auxiliary drive electrodes, 21, 22 ... angular velocity detection electrodes,
205, 304 ... band pass filter, 206, 307, 308 ... amplitude adjuster,
207, 208 ... current-voltage conversion circuit, 209 ... differential circuit,
213, 312 ... synchronous detection circuit, A1, B1, C1, D1 ... drive system,
A2, B2, C2, D2 ... detection system,
A31, B31, C31, D31, E31, F31 ... signal input system,
A32, C32... Signal detection system.

Claims (5)

振動子（１）と、
前記振動子（１）に形成され前記振動子（１）を駆動するための駆動手段（１１、１２）と、
前記振動子（１）に形成され前記振動子（１）に入力された角速度を検出するための角速度検出手段（２１、２２）と、
前記駆動手段（１１、１２）と接続され、該駆動手段（１１、１２）に駆動用信号を入力して前記振動子（１）を励振する駆動回路（Ａ１、Ｃ１）と、
前記角速度検出手段（２１、２２）と接続され、前記角速度検出手段（２１、２２）から前記振動子（１）の励振方向と直交する振動状態を検出し、該振動状態から所定軸回りの角速度を検出する角速度検出回路（２０７〜２０９、Ａ２、Ｃ２）とを備えた角速度センサにおいて、
前記振動子（１）に形成された故障診断用信号入力手段（１７、１８、１７ａ、１８ａ）と、
前記故障診断用信号入力手段（１７、１８、１７ａ、１８ａ）に故障診断用信号を入力する信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）と、
前記駆動手段（１１、１２）もしくは前記角速度検出手段（２１、２２）から前記故障診断用信号の入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障検出回路（Ａ３２、Ｃ３２）とを備え、
前記駆動回路（Ａ１、Ｃ１）は、前記振動子（１）の励振に基づくフィードバック信号を用いて前記振動子（１）の励振方向への振幅制御を行うようになっており、
前記信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）は、前記故障診断用信号を生成するために前記フィードバック信号の周波数（ｆｄ）を偶数倍とする周波数変換手段（２０４）を有し、前記フィードバック信号を用いて前記故障診断用信号を生成するようになっており、
前記角速度検出回路（２０７〜２０９、Ａ２、Ｃ２）は、前記駆動用信号の入力に基づいた信号を、前記フィードバック信号に基づき同期検波する第１同期検波手段（２１０）を有し、
前記故障検出回路（Ａ３２、Ｃ３２）は、前記故障診断用信号の入力に基づいた信号を、前記故障診断用信号と同位相の信号を用いて同期検波する第２同期検波手段（２１２）を有することを特徴とする角速度センサ。A vibrator (1);
Drive means (11, 12) formed on the vibrator (1) for driving the vibrator (1);
Angular velocity detection means (21, 22) for detecting the angular velocity formed on the vibrator (1) and inputted to the vibrator (1);
A drive circuit (A1, C1) connected to the drive means (11, 12), and driving the vibrator (1) by inputting a drive signal to the drive means (11, 12);
Connected to the angular velocity detection means (21, 22), detects a vibration state orthogonal to the excitation direction of the vibrator (1) from the angular velocity detection means (21, 22), and detects an angular velocity about a predetermined axis from the vibration state. In an angular velocity sensor including an angular velocity detection circuit (207 to 209, A2, C2) for detecting
Fault diagnosis signal input means (17, 18, 17a, 18a) formed on the vibrator (1);
A signal input circuit (A31, C31, E31, F31) for inputting a failure diagnosis signal to the failure diagnosis signal input means (17, 18, 17a, 18a);
A failure detection circuit (A32, C32) for detecting a signal based on the input of the failure diagnosis signal from the drive means (11, 12) or the angular velocity detection means (21, 22) and diagnosing the sensor failure; Prepared,
The drive circuits (A1, C1) are configured to perform amplitude control in the excitation direction of the vibrator (1) using a feedback signal based on the excitation of the vibrator (1).
The signal input circuit (A31, C31, E31, F31) includes frequency conversion means (204) for multiplying the frequency (fd) of the feedback signal by an even number to generate the failure diagnosis signal, and the feedback The failure diagnosis signal is generated using a signal,
The angular velocity detection circuit (207 to 209, A2, C2) includes first synchronous detection means (210) for synchronously detecting a signal based on the input of the driving signal based on the feedback signal,
The failure detection circuit (A32, C32) has second synchronous detection means (212) for synchronously detecting a signal based on the input of the failure diagnosis signal using a signal having the same phase as the failure diagnosis signal. An angular velocity sensor. 前記信号入力回路（Ｃ３１、Ｆ３１）は、前記振動子（１）がその励振方向と直交する方向へ振動するように、前記故障診断用信号を前記故障診断用信号入力手段（１７ａ、１８ａ）に入力することを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。The signal input circuit (C31, F31) sends the failure diagnosis signal to the failure diagnosis signal input means (17a, 18a) so that the vibrator (1) vibrates in a direction orthogonal to the excitation direction. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the angular velocity sensor is input. 前記信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１）は、前記周波数変換手段（２０４）によって変換された周波数の信号を濾過するバンドパスフィルタ（２０５）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ。The angular velocity according to claim 1 or 2 , wherein the signal input circuit ( A31, C31 ) includes a band-pass filter ( 205 ) for filtering a signal having a frequency converted by the frequency converting means (204). Sensor. 前記信号入力回路（Ｅ３１、Ｆ３１）は、前記周波数変換手段（２０４）によって変換された周波数の信号中の直流電圧を可変とする直流電圧可変手段（５０１）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ。The signal input circuit (E31, F 31) is claim 1, characterized in that it comprises a DC voltage varying means for varying (501) the DC voltage in the signal of the converted frequency by said frequency converting means (204) Or the angular velocity sensor of 2 . 前記信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）は、前記故障診断用信号の振幅を調整可能な振幅可変手段（２０６）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の角速度センサ。The signal input circuit (A31, C31, E31, F 31) is in any one of claims 1 to 4, characterized in comprising adjustable amplitude varying means (206) the amplitude of the failure diagnosis signal The angular velocity sensor described.
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