JP2007285745A

JP2007285745A - Angular velocity sensor

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Publication number: JP2007285745A
Application number: JP2006110652A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Murakami; 英之村上; Keisuke Kuroda; 啓介黒田; Takashi Kawai; 孝士川井
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-11-01

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an angular velocity sensor capable of instantaneously recognizing output signals of the angular velocity sensor, when it is at fault. <P>SOLUTION: The angular velocity sensor is provided with an A/D converter 60 for converting analog signals from a detection circuit 46 into digital signals; a storage means 62 for storing digital signals converted by the A/D converter 60; and a communication control circuit 63 electrically connected via a master computer 68, a chip select terminal 64, a clock terminal 67, an input terminal 65, and an output terminal 66, which are provided on the outside. Failure information is added to angular velocity information, comprising digital signals outputted from the A/D converter 60. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、特に、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等に利用でき、かつ故障診断機能を有する角速度センサに関するものである。 The present invention particularly relates to an angular velocity sensor that can be used for attitude control and navigation of a moving body such as an aircraft, an automobile, a robot, a ship, and a vehicle and that has a failure diagnosis function.

従来、この種の角速度センサは、図６および図７に示されるような構成をしていた。 Conventionally, this type of angular velocity sensor has a configuration as shown in FIGS.

以下、従来の角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a conventional angular velocity sensor will be described with reference to the drawings.

図６は従来の角速度センサの回路ブロック図、図７は同角速度センサにおける駆動回路およびその故障検出回路のブロック図である。 FIG. 6 is a circuit block diagram of a conventional angular velocity sensor, and FIG. 7 is a block diagram of a drive circuit and its failure detection circuit in the angular velocity sensor.

図６、図７において、１はＨ型の音叉からなる水晶製の振動子で、この振動子１は一対の駆動部２と、この一対の駆動部２の反対側に配設された一対の検知部３とにより構成されており、この検知部３に角速度検出用電極（図示せず）を設けている。 In FIGS. 6 and 7, reference numeral 1 denotes a quartz crystal vibrator composed of an H-shaped tuning fork. The vibrator 1 has a pair of driving units 2 and a pair of driving units 2 disposed on opposite sides of the pair of driving units 2. The detection unit 3 includes an angular velocity detection electrode (not shown).

また前記振動子１の駆動部２の一方には駆動用電極４を設けるとともに、駆動部２の他方には駆動検出用電極５を設けている。６は駆動回路で、この駆動回路６は前記振動子１における駆動用電極４および駆動検出用電極５と電気的に接続されており、振動子１を一定の振幅になるように制御している。また、駆動回路６にはＥＥＰＲＯＭ６ａを設けており、このＥＥＰＲＯＭ６ａに保存したデータにより、駆動信号を補正している。７は故障診断回路で、この故障診断回路７は、ウインドウコンパレータ８と、このウインドウコンパレータ８の出力信号をモニタするＢＩＴ論理９とにより構成されている。１０は検出回路で、この検出回路１０は振動子１における検知部３から出力される電荷を増幅して、電圧に変換し、出力信号として入出力端子１１から外部に出力している。 A driving electrode 4 is provided on one side of the driving unit 2 of the vibrator 1, and a driving detection electrode 5 is provided on the other side of the driving unit 2. Reference numeral 6 denotes a drive circuit. The drive circuit 6 is electrically connected to the drive electrode 4 and the drive detection electrode 5 in the vibrator 1, and controls the vibrator 1 to have a constant amplitude. . The drive circuit 6 is provided with an EEPROM 6a, and the drive signal is corrected by data stored in the EEPROM 6a. Reference numeral 7 denotes a failure diagnosis circuit. The failure diagnosis circuit 7 includes a window comparator 8 and a BIT logic 9 that monitors an output signal of the window comparator 8. Reference numeral 10 denotes a detection circuit. The detection circuit 10 amplifies the electric charge output from the detection unit 3 in the vibrator 1, converts it into a voltage, and outputs it as an output signal from the input / output terminal 11 to the outside.

以上のように構成された従来の角速度センサについて、次にその動作を説明する。 Next, the operation of the conventional angular velocity sensor configured as described above will be described.

振動子１の駆動用電極４に交流電圧を加えると前記振動子１が共振し、前記振動子１の駆動検出用電極５に、振動子１の振動振幅に応じた電荷が発生する。そして、この電荷を駆動回路６により増幅、調整した後、駆動用電極４に入力することにより、振動子１が一定の振幅で振動するように制御している。また、振動子１のバラツキにより、振幅が所定の値と外れている場合には、駆動回路６におけるＥＥＰＲＯＭ６ａのデータを書き換えることにより、振幅を微調整している。 When an AC voltage is applied to the drive electrode 4 of the vibrator 1, the vibrator 1 resonates, and a charge corresponding to the vibration amplitude of the vibrator 1 is generated on the drive detection electrode 5 of the vibrator 1. The electric charge is amplified and adjusted by the drive circuit 6 and then input to the drive electrode 4 to control the vibrator 1 to vibrate with a constant amplitude. Further, when the amplitude deviates from a predetermined value due to variations in the vibrator 1, the amplitude is finely adjusted by rewriting the data of the EEPROM 6a in the drive circuit 6.

そしてまた、前記振動子１に角速度ωが加わると、一対の検知部３に設けた角速度検出用電極（図示せず）に電荷が発生する。そしてこの角速度検出用電極（図示せず）に発生する電荷を検出回路１０により、出力電圧に変換して、前記入出力端子１１より角速度の信号として、相手側のコンピュータ（図示せず）等に入力し、角速度を検出するものである。 When the angular velocity ω is applied to the vibrator 1, electric charges are generated in the angular velocity detection electrodes (not shown) provided in the pair of detection units 3. Then, the electric charge generated in the electrode for detecting the angular velocity (not shown) is converted into an output voltage by the detection circuit 10 and is sent to the other computer (not shown) as an angular velocity signal from the input / output terminal 11. Input and detect angular velocity.

さらに、前記振動子１が破損して故障する場合には、振動子１における駆動用検出電極５から発生する電荷が減少し、駆動回路６の出力信号がモニタしている故障診断回路７におけるウインドウコンパレータ８の基準電圧より、低下する。そうすると、ＢＩＴ論理９から図８に示す無効データが出力された後、入出力端子１１からの角速度としての出力信号が停止し、故障信号が出力されるものであった。 Further, when the vibrator 1 breaks and breaks down, the electric charge generated from the drive detection electrode 5 in the vibrator 1 decreases, and the window in the failure diagnosis circuit 7 monitored by the output signal of the drive circuit 6 is displayed. Lower than the reference voltage of the comparator 8. Then, after the invalid data shown in FIG. 8 is output from the BIT logic 9, the output signal as the angular velocity from the input / output terminal 11 is stopped and a failure signal is output.

ここで、図９に示すように、デジタル処理技術の進歩に伴い、相手側のコンピュータをマスタコンピュータ１２として設定するとともに、このマスタコンピュータ１２により制御されるスレブ側として、第１の角速度センサ１３、第２の角速度センサ１４、加速度センサ１５および回転数センサ１６を制御する場合を考える。このような場合には、マスタコンピュータ１２にチップセレクト端子１７を設けるとともに、第１の角速度センサ１３、第２の角速度センサ１４、加速度センサ１５および回転数センサ１６の全てにチップセレクト端子１８を設ける。 Here, as shown in FIG. 9, as the digital processing technology advances, the counterpart computer is set as the master computer 12, and the first angular velocity sensor 13, as the slave side controlled by the master computer 12, Consider a case in which the second angular velocity sensor 14, the acceleration sensor 15 and the rotation speed sensor 16 are controlled. In such a case, the chip select terminal 17 is provided in the master computer 12, and the chip select terminal 18 is provided in all of the first angular velocity sensor 13, the second angular velocity sensor 14, the acceleration sensor 15, and the rotation speed sensor 16. .

また、マスタコンピュータ１２に出力端子１９を設けるとともに、この出力端子１９に対応する入力端子２０を、第１の角速度センサ１３、第２の角速度センサ１４、加速度センサ１５および回転数センサ１６の全てに設ける。また、第１の角速度センサ１３、第２の角速度センサ１４、加速度センサ１５および回転数センサ１６の全てに出力端子２１を設けるとともに、この出力端子２１に対応する入力端子２２をマスタコンピュータ１２に設ける。ここで、例えば、第１の角速度センサ１３を動作させる場合を考えると、マスタコンピュータ１２におけるチップセレクト端子１７から、第１の角速度センサ１３におけるチップセレクト端子１８に信号を出力する。そして、マスタコンピュータ１２における出力端子１９から第１の角速度センサ１３における入力端子２０に８ｂｉｔ信号からなるコマンド信号を発信し、そのコマンド信号に対応する８ｂｉｔのデータを第１の角速度センサ１３における出力端子２１からマスタコンピュータ１２における入力端子２２に出力する。そして、上記のコマンド信号としては、第１の角速度センサ１３からの角速度情報の出力、第１の角速度センサ１３における駆動回路６のＥＥＰＲＯＭ６ａへのデータの書き込み、ＥＥＰＲＯＭ６ａからのデータの読み出し、ＢＩＴ論理９からの故障情報の読み出しが挙げられる。同様に、マスタコンピュータ１２におけるチップセレクト端子１７により、第２の角速度センサ１４、加速度センサ１５および回転数センサ１６のチップセレクト端子１８を選択することにより、マスタコンピュータ１２における出力端子１９および入力端子２２を共用して使用することができるから、マスタコンピュータ１２における端子数を大幅に削減できるものであった。 The master computer 12 is provided with an output terminal 19, and an input terminal 20 corresponding to the output terminal 19 is connected to all of the first angular velocity sensor 13, the second angular velocity sensor 14, the acceleration sensor 15, and the rotation speed sensor 16. Provide. The first angular velocity sensor 13, the second angular velocity sensor 14, the acceleration sensor 15, and the rotation speed sensor 16 are all provided with an output terminal 21, and an input terminal 22 corresponding to the output terminal 21 is provided in the master computer 12. . Here, for example, considering the case where the first angular velocity sensor 13 is operated, a signal is output from the chip select terminal 17 in the master computer 12 to the chip select terminal 18 in the first angular velocity sensor 13. Then, a command signal composed of an 8-bit signal is transmitted from the output terminal 19 of the master computer 12 to the input terminal 20 of the first angular velocity sensor 13, and 8-bit data corresponding to the command signal is output to the output terminal of the first angular velocity sensor 13. 21 to the input terminal 22 in the master computer 12. The command signals include the output of angular velocity information from the first angular velocity sensor 13, the writing of data to the EEPROM 6a of the drive circuit 6 in the first angular velocity sensor 13, the reading of data from the EEPROM 6a, and the BIT logic 9 Reading out the failure information from. Similarly, the output terminal 19 and the input terminal 22 of the master computer 12 are selected by selecting the chip select terminal 18 of the second angular velocity sensor 14, acceleration sensor 15, and rotation speed sensor 16 by the chip select terminal 17 of the master computer 12. Therefore, the number of terminals in the master computer 12 can be greatly reduced.

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００２−１７４５２１号公報 As prior art document information relating to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
JP 2002-174521 A

上記従来の構成においては、マスタコンピュータ１２が第１の角速度センサ１３または第２の角速度センサ１４から角速度情報を得るためには、マスタコンピュータ１２における出力端子１９から角速度情報を出力するコマンドを出力する必要があり、一方、マスタコンピュータ１２が第１の角速度センサ１３および第２の角速度センサ１４から故障情報を得るためには、マスタコンピュータ１２における出力端子１９から故障情報の読み出しをするコマンドを第１の角速度センサ１３または第２の角速度センサ１４における入力端子２０に出力する必要がある。したがって、両者は別個のコマンドに応答するものであるから、第１の角速度センサ１３または第２の角速度センサ１４が故障した場合にも、故障情報の読み出しをするコマンドをマスタコンピュータ１２における出力端子１９から第１の角速度センサ１３または第２の角速度センサ１４における入力端子２０に到達してからしか、故障情報を出力できないため、どの角度情報が故障情報であるかを明確にできないこととなり、これにより、瞬時の故障判断が出来ないという問題点を有していた。 In the conventional configuration, in order for the master computer 12 to obtain angular velocity information from the first angular velocity sensor 13 or the second angular velocity sensor 14, a command for outputting angular velocity information is output from the output terminal 19 in the master computer 12. On the other hand, in order for the master computer 12 to obtain failure information from the first angular velocity sensor 13 and the second angular velocity sensor 14, a command for reading failure information from the output terminal 19 in the master computer 12 is set to the first command. It is necessary to output to the input terminal 20 in the angular velocity sensor 13 or the second angular velocity sensor 14. Therefore, since both respond to separate commands, even if the first angular velocity sensor 13 or the second angular velocity sensor 14 fails, a command for reading out failure information is output to the output terminal 19 in the master computer 12. Since the failure information can be output only after reaching the input terminal 20 in the first angular velocity sensor 13 or the second angular velocity sensor 14, the angle information cannot be clarified as failure information. There was a problem that an instantaneous failure could not be determined.

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、故障時の角速度センサの出力信号を即座に認識可能な信頼性の向上した角速度センサを提供することを目的とするものである。 The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor with improved reliability that can immediately recognize the output signal of the angular velocity sensor at the time of failure.

上記目的を達成するために本発明は、特に、振動子と、この振動子を振動させる駆動回路と、前記振動子に角速度が付加された際にコリオリ力により発生する電荷をアナログ信号の出力信号として検出する検出回路と、この検出回路からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器により変換されたデジタル信号を記憶する記憶手段と、外部に設けたマスタコンピュータとチップセレクト端子、クロック端子、入力端子および出力端子を介して電気的に接続された通信制御回路とを備え、前記Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号からなる角速度情報に故障情報を付加させた構成である。 In order to achieve the above object, the present invention particularly relates to an oscillator, a drive circuit that vibrates the oscillator, and electric charges generated by Coriolis force when an angular velocity is applied to the oscillator. A detection circuit for detecting the digital signal, an A / D converter for converting an analog signal from the detection circuit into a digital signal, a storage means for storing the digital signal converted by the A / D converter, and an externally provided device A communication control circuit electrically connected via a master computer and a chip select terminal, a clock terminal, an input terminal and an output terminal, and failure information in the angular velocity information composed of digital signals output from the A / D converter It is the structure which added.

上記構成によれば、記憶手段から出力されるデジタル信号からなる角速度情報に故障情報を付加させたため、角速度センサが故障した場合には、角速度センサから出力される角速度情報が誤情報であることを認識できることとなり、これにより、マスタコンピュータが受信した角速度情報が誤情報であるか否かを正確に把握できるものである。 According to the above configuration, since the failure information is added to the angular velocity information composed of the digital signal output from the storage means, when the angular velocity sensor fails, the angular velocity information output from the angular velocity sensor is erroneous information. Thus, it is possible to accurately grasp whether or not the angular velocity information received by the master computer is erroneous information.

以下、本発明の一実施の形態における角速度センサについて、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の一実施の形態における角速度センサおよびその故障診断回路を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing an angular velocity sensor and a failure diagnosis circuit thereof according to an embodiment of the present invention.

図１において、３１は振動子で、この振動子３１は一対の駆動部３２と、この一対の駆動部３２のそれぞれの先端に配設された一対の検知部３３とにより構成されている。また前記振動子３１の駆動部３２の一方には駆動用電極３４を設けるとともに、前記駆動部３２の他方には駆動検出用電極３５を設けている。そしてまた前記振動子３１における一対の検知部３３には角速度検出用電極３６を設けている。３７はモニタ回路で、このモニタ回路３７は前記振動子３１の駆動検出用電極３５の電荷を入力する電流アンプ３８と、この電流アンプ３８の出力信号を入力するバンドパスフィルタ３９と、このバンドパスフィルタ３９の出力信号を入力する整流器４０と、この整流器４０の出力信号を入力する平滑回路４１とにより構成されている。４２はＡＧＣ回路で、このＡＧＣ回路４２は前記モニタ回路３７における平滑回路４１の出力信号を入力し、かつ前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の出力信号を増幅あるいは減衰させるものである。４３は制御回路で、この制御回路４３は前記ＡＧＣ回路４２の出力信号を入力するとともに、前記振動子３１の駆動用電極３４に駆動信号を入力するものである。そして、前記モニタ回路３７、ＡＧＣ回路４２および制御回路４３とで、駆動回路４４を構成している。 In FIG. 1, reference numeral 31 denotes a vibrator, and the vibrator 31 includes a pair of drive units 32 and a pair of detection units 33 disposed at respective tips of the pair of drive units 32. In addition, a drive electrode 34 is provided on one side of the drive unit 32 of the vibrator 31, and a drive detection electrode 35 is provided on the other side of the drive unit 32. In addition, an angular velocity detection electrode 36 is provided on the pair of detection units 33 in the vibrator 31. Reference numeral 37 denotes a monitor circuit. The monitor circuit 37 includes a current amplifier 38 for inputting the electric charge of the drive detection electrode 35 of the vibrator 31, a bandpass filter 39 for inputting an output signal of the current amplifier 38, and the bandpass. A rectifier 40 for inputting the output signal of the filter 39 and a smoothing circuit 41 for inputting the output signal of the rectifier 40 are configured. Reference numeral 42 denotes an AGC circuit. The AGC circuit 42 inputs the output signal of the smoothing circuit 41 in the monitor circuit 37 and amplifies or attenuates the output signal of the band-pass filter 39 in the monitor circuit 37. Reference numeral 43 denotes a control circuit. The control circuit 43 inputs an output signal of the AGC circuit 42 and inputs a drive signal to the drive electrode 34 of the vibrator 31. The monitor circuit 37, the AGC circuit 42, and the control circuit 43 constitute a drive circuit 44.

４５はチャージアンプで、このチャージアンプ４５は前記振動子３１における一対の角速度検出用電極３６にコリオリ力により発生する電荷を電圧に変換するものである。４６は第１の検出回路で、この第１の検出回路４６は、前記チャージアンプ４５の出力信号を入力する第１のバンドパスフィルタ４７と、この第１のバンドパスフィルタ４７の出力信号を入力する第１の同期検波器４８と、この第１の同期検波器４８の出力信号を入力する第１の平滑回路４９と、この第１の平滑回路４９の出力信号を入力するとともに、増幅して角速度信号を出力する第１の直流アンプ５０とにより構成されている。５１は第２の検出回路で、この第２の検出回路５１は、前記チャージアンプ４５の出力信号を入力する第２のバンドパスフィルタ５２と、この第２のバンドパスフィルタ５２の出力信号を入力する第２の同期検波器５３と、この第２の同期検波器５３の出力信号を入力する第２の平滑回路５４と、この第２の平滑回路５４の出力信号を入力するとともに、増幅して角速度信号を出力する第２の直流アンプ５５とにより構成されている。５６は故障検出回路で、この故障検出回路５６は、前記第１の検出回路４６の直流アンプ５０の出力信号と、前記第２の検出回路５１の第２の直流アンプ５５の出力信号とを比較して、両者の電圧差を出力する差動アンプ５７と、この差動アンプ５７の出力信号を入力するとともに、基準電圧器５８の電圧と比較して、故障情報を出力電圧として出力する比較器５９とにより構成されている。６０は第１のＡ／Ｄ変換器で、この第１のＡ／Ｄ変換器６０は第１の検出回路４６における第１の直流アンプ５０から出力されるアナログからなる出力信号をデジタル信号に変換する。６１は第２のＡ／Ｄ変換器で、このＡ／Ｄ変換器６１は故障検出回路５６における比較器５９から出力されるアナログからなる故障信号をデジタル信号に変換するものである。６２はレジスタで、このレジスタ６２は角速度情報としての出力信号、駆動回路４４の補正データおよび故障検出回路５６から出力された故障情報等がデータとして保存されている。６３は３線式シリアル通信におけるスレブに相当する通信制御回路で、この通信制御回路６３はレジスタ６２とデータのやり取りを行うとともに、チップセレクト端子６４、入力端子６５、出力端子６６およびクロック端子６７を設けている。６８は外部に設けられたマスタコンピュータで、このマスタコンピュータ６８は３線式シリアル通信方式における通信をコントロールしており、角速度センサにおけるチップセレクト端子６４と接続されたチップセレクト端子６９、角速度センサにおける入力端子６５と接続された出力端子７０および角速度センサにおける出力端子６６と接続された入力端子７１、および角速度センサにおけるクロック端子６７と接続されたクロック端子７２とを設けている。そして、このマスタコンピュータ６８はその他のセンサである他の角速度センサ（図示せず）、加速度センサ（図示せず）および回転数センサ（図示せず）等とも接続されており、これらの他のセンサの通信もコントロールするものである。 Reference numeral 45 denotes a charge amplifier. The charge amplifier 45 converts charges generated by Coriolis force on the pair of angular velocity detection electrodes 36 in the vibrator 31 into a voltage. Reference numeral 46 denotes a first detection circuit. The first detection circuit 46 receives a first band-pass filter 47 that receives the output signal of the charge amplifier 45 and an output signal of the first band-pass filter 47. The first synchronous detector 48, the first smoothing circuit 49 for inputting the output signal of the first synchronous detector 48, and the input signal for the first smoothing circuit 49 are input and amplified. The first DC amplifier 50 outputs an angular velocity signal. Reference numeral 51 denotes a second detection circuit. The second detection circuit 51 receives a second band-pass filter 52 that inputs the output signal of the charge amplifier 45 and an output signal of the second band-pass filter 52. The second synchronous detector 53, the second smoothing circuit 54 to which the output signal of the second synchronous detector 53 is input, and the output signal of the second smoothing circuit 54 that is input and amplified. The second DC amplifier 55 outputs an angular velocity signal. A failure detection circuit 56 compares the output signal of the DC amplifier 50 of the first detection circuit 46 with the output signal of the second DC amplifier 55 of the second detection circuit 51. A differential amplifier 57 that outputs the voltage difference between the two and a comparator that inputs an output signal of the differential amplifier 57 and outputs failure information as an output voltage compared with the voltage of the reference voltage device 58 59. Reference numeral 60 denotes a first A / D converter. The first A / D converter 60 converts an analog output signal output from the first DC amplifier 50 in the first detection circuit 46 into a digital signal. To do. Reference numeral 61 denotes a second A / D converter. The A / D converter 61 converts an analog failure signal output from the comparator 59 in the failure detection circuit 56 into a digital signal. Reference numeral 62 denotes a register in which an output signal as angular velocity information, correction data of the drive circuit 44, failure information output from the failure detection circuit 56, and the like are stored as data. Reference numeral 63 denotes a communication control circuit corresponding to a slave in three-wire serial communication. This communication control circuit 63 exchanges data with the register 62, and also includes a chip select terminal 64, an input terminal 65, an output terminal 66, and a clock terminal 67. Provided. Reference numeral 68 denotes an external master computer that controls communication in the three-wire serial communication system. The master computer 68 is connected to the chip select terminal 64 of the angular velocity sensor and the input of the angular velocity sensor. An output terminal 70 connected to the terminal 65, an input terminal 71 connected to the output terminal 66 in the angular velocity sensor, and a clock terminal 72 connected to the clock terminal 67 in the angular velocity sensor are provided. The master computer 68 is also connected to other angular velocity sensors (not shown), an acceleration sensor (not shown), a rotation speed sensor (not shown), etc., which are other sensors. It also controls communication.

以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサについて、次にその動作を説明する。 Next, the operation of the angular velocity sensor according to one embodiment of the present invention configured as described above will be described.

振動子３１の駆動用電極３４に交流電圧を加えると、前記振動子３１が共振し、前記振動子３１の駆動検出用電極３５に電荷が発生する。この駆動検出用電極３５に発生した電荷を駆動回路４４における電流アンプ３８に入力し、正弦波形の出力電圧に変換する。そしてこの電流アンプ３８の出力電圧をモニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９に入力し、前記振動子３１の共振周波数のみを抽出し、ノイズ成分を除去した図２（ａ）に示すような正弦波形を出力する。そしてまた、前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の出力信号を整流器４０に入力することにより、負電圧成分を正電圧に変換した後、平滑回路４１に入力することにより、直流電圧信号に変換する。そしてＡＧＣ回路４２は前記平滑回路４１の直流電圧信号が大の場合には前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の出力信号を減衰させるような信号を、一方、前記平滑回路４１の直流電圧信号が小の場合には前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の出力信号を増幅させるような信号を制御回路４３に入力し、前記振動子３１の振動が一定振幅となるように調整するものである。また前記振動子３１の駆動部３２が駆動方向に速度Ｖで屈曲振動している状態において、前記振動子３１の長手方向の中心軸周りに振動子３１が角速度ωで回転すると、この振動子３１の検知部３３にＦ＝２ｍＶ×ωのコリオリ力が発生する。このコリオリ力により前記検知部３３における一対の角速度検出用電極３６に、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように電荷が発生する。そしてこの角速度検出用電極３６に発生する電荷はコリオリ力により発生するため、前記駆動検出用電極３５に発生する信号より位相が９０度進んでいる。そしてまた、前記一対の角速度検出用電極３６に発生した出力信号を重ね合わせることにより図２（ｄ）に示すような電荷の信号を得る。さらにチャージアンプ４５により、図２（ｅ）に示すような出力電圧に変換する。このとき、前記チャージアンプ４５はコンデンサ（図示せず）を設けており、前記角速度検出用電極３６の出力をさらに９０度進めるものである。そしてこのチャージアンプ４５の出力信号を２つの出力信号に分岐するとともに、分岐した出力信号の一方を第１の検出回路４６における第１のバンドパスフィルタ４７により前記振動子３１の共振周波数成分のみを抽出し、ノイズ成分を除去するとともに、この第１のバンドパスフィルタ４７の出力を第１の同期検波器４８に入力し、前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の振動の周期で位相検波させるとともに、前記第１のバンドパスフィルタ４７の電力電圧の負電圧成分を正電圧に変換し、図２（ｆ）に示すような出力信号を得る。そしてこの第１の同期検波器４８の出力電圧を第１の平滑回路４９および第１の直流アンプ５０により平滑化するとともに、増幅し、図２（ｇ）に示すような出力信号を得る。また同様に、前記チャージアンプ４５の出力信号のうちの他方の出力信号から第２の検出回路５１における第２のバンドパスフィルタ５２により前記振動子３１の共振周波数成分のみを抽出し、ノイズ成分を除去するとともに、この第２のバンドパスフィルタ５２の出力を第２の同期検波器５３に入力し、前記モニタ回路３７におけるバンドパスフィルタ３９の振動の周期で位相検波させるとともに、前記第２のバンドパスフィルタ５２の出力電圧の負電圧成分を正電圧に変換し、図２（ｆ）に示すような出力信号を得る。そしてこの第２の同期検波器５３の出力電圧を第２の平滑回路５４および第２の直流アンプ５５により平滑化するとともに、増幅し、図２（ｇ）に示すような出力信号を得る。そして、前記第１の検出回路４６における第１の直流アンプ５０あるいは前記第２の検出回路５１における第２の直流アンプ５５の出力信号をアナログからなる角速度情報として第１のＡ／Ｄ変換器６０に入力する。そして、第１のＡ／Ｄ変換器６０は、前記直流アンプ５０から出力されるアナログからなる出力情報をデジタルからなる出力信号に変換するものである。 When an AC voltage is applied to the drive electrode 34 of the vibrator 31, the vibrator 31 resonates and charges are generated at the drive detection electrode 35 of the vibrator 31. The electric charge generated in the drive detection electrode 35 is input to the current amplifier 38 in the drive circuit 44 and converted into a sine waveform output voltage. Then, the output voltage of the current amplifier 38 is input to a band pass filter 39 in the monitor circuit 37, and only the resonance frequency of the vibrator 31 is extracted, and a sine waveform as shown in FIG. Output. Further, the output signal of the bandpass filter 39 in the monitor circuit 37 is input to the rectifier 40 to convert the negative voltage component into a positive voltage and then input to the smoothing circuit 41 to be converted into a DC voltage signal. . When the DC voltage signal of the smoothing circuit 41 is large, the AGC circuit 42 attenuates the output signal of the band-pass filter 39 in the monitor circuit 37, while the DC voltage signal of the smoothing circuit 41 If it is small, a signal that amplifies the output signal of the bandpass filter 39 in the monitor circuit 37 is input to the control circuit 43, and the vibration of the vibrator 31 is adjusted to have a constant amplitude. When the vibrator 31 rotates at an angular velocity ω around the longitudinal center axis of the vibrator 31 in a state where the drive unit 32 of the vibrator 31 is bending-vibrated at a speed V in the driving direction, the vibrator 31 is rotated. A Coriolis force of F = 2 mV × ω is generated in the detector 33. Due to this Coriolis force, electric charges are generated in the pair of angular velocity detection electrodes 36 in the detection section 33 as shown in FIGS. 2B and 2C. Since the electric charge generated in the angular velocity detection electrode 36 is generated by the Coriolis force, the phase is advanced by 90 degrees from the signal generated in the drive detection electrode 35. Further, by superimposing the output signals generated on the pair of angular velocity detection electrodes 36, a charge signal as shown in FIG. 2D is obtained. Further, the charge amplifier 45 converts the output voltage as shown in FIG. At this time, the charge amplifier 45 is provided with a capacitor (not shown), and further advances the output of the angular velocity detection electrode 36 by 90 degrees. Then, the output signal of the charge amplifier 45 is branched into two output signals, and only one of the branched output signals is separated from the resonance frequency component of the vibrator 31 by the first band-pass filter 47 in the first detection circuit 46. In addition to extracting and removing noise components, the output of the first band-pass filter 47 is input to the first synchronous detector 48, and phase detection is performed at the period of vibration of the band-pass filter 39 in the monitor circuit 37. The negative voltage component of the power voltage of the first bandpass filter 47 is converted into a positive voltage, and an output signal as shown in FIG. The output voltage of the first synchronous detector 48 is smoothed and amplified by the first smoothing circuit 49 and the first DC amplifier 50 to obtain an output signal as shown in FIG. Similarly, only the resonance frequency component of the vibrator 31 is extracted from the other output signal of the output signal of the charge amplifier 45 by the second band-pass filter 52 in the second detection circuit 51, and the noise component is extracted. In addition, the output of the second band-pass filter 52 is input to the second synchronous detector 53 for phase detection with the period of vibration of the band-pass filter 39 in the monitor circuit 37, and the second band A negative voltage component of the output voltage of the pass filter 52 is converted into a positive voltage, and an output signal as shown in FIG. The output voltage of the second synchronous detector 53 is smoothed and amplified by the second smoothing circuit 54 and the second DC amplifier 55 to obtain an output signal as shown in FIG. Then, the first A / D converter 60 uses the output signal of the first DC amplifier 50 in the first detection circuit 46 or the second DC amplifier 55 in the second detection circuit 51 as angular velocity information composed of analog. To enter. The first A / D converter 60 converts the analog output information output from the DC amplifier 50 into a digital output signal.

ここで、前記第１の検出回路４６における第１のバンドパスフィルタ４７が故障した場合について説明する。このような場合には、前記第１の検出回路４６における第１のバンドパスフィルタ４７からの出力信号が図３（ａ）に示すように、前記第１のバンドパスフィルタ４７の故障時から出力電圧を発生させなくなる。これにより、前記第１の同期検波器４８からの出力信号が図３（ｂ）のようになるとともに、前記第１の直流アンプ５０の出力信号が図３（ｃ）のようになる。しかしながら、前記第２の検出回路５１における第２のバンドパスフィルタ５２は正常に動作しているため、前記第２の直流アンプ５５からの出力信号は図２（ｇ）のようになる。このような状態において、前記故障検出回路５６の差動アンプ５７に前記第１の検出回路４６における第１の直流アンプ５０の出力信号および前記第２の検出回路５１における第２の直流アンプ５５の出力信号を入力すると、前記第１の直流アンプ５０の出力信号と、前記第２の直流アンプ５５の出力信号とに差が生じているため、前記差動アンプ５７に出力電圧が生じる。そして、この差動アンプ５７の出力信号を比較器５９により、図３（ｄ）に示すように、基準電圧器５８の基準電圧Ｖ_thH、およびＶ_thLと比較し、前記差動アンプ５７の出力が基準電圧Ｖ_thH以上あるいはＶ_thL以下の場合には、図３（ｅ）に示すように、角速度センサが故障しているとして、アナログ信号からなる故障情報を出力して、このアナログからなる出力信号を第２のＡ／Ｄ変換器６１により、デジタル信号に変換し、そのデジタル信号をレジスタからなる記憶手段６２に入力する。 Here, a case where the first band-pass filter 47 in the first detection circuit 46 fails will be described. In such a case, the output signal from the first bandpass filter 47 in the first detection circuit 46 is output from the time of failure of the first bandpass filter 47 as shown in FIG. No voltage is generated. As a result, the output signal from the first synchronous detector 48 becomes as shown in FIG. 3B, and the output signal of the first DC amplifier 50 becomes as shown in FIG. However, since the second band-pass filter 52 in the second detection circuit 51 operates normally, the output signal from the second DC amplifier 55 is as shown in FIG. In such a state, the output signal of the first DC amplifier 50 in the first detection circuit 46 and the second DC amplifier 55 in the second detection circuit 51 are connected to the differential amplifier 57 of the failure detection circuit 56. When an output signal is input, there is a difference between the output signal of the first DC amplifier 50 and the output signal of the second DC amplifier 55, so that an output voltage is generated in the differential amplifier 57. Then, the output signal of the differential amplifier 57 is compared with the reference voltages V _thH and V _thL of the reference voltage device 58 by the comparator 59 as shown in FIG. _Is equal to or higher than the reference voltage V _thH or _lower than V _thL , as shown in FIG. 3 (e), it is _assumed that the angular velocity sensor has failed, and failure information consisting of analog signals is output, and this analog output is output. The signal is converted into a digital signal by the second A / D converter 61, and the digital signal is input to the storage means 62 including a register.

ここで、通常の動作状態として、マスタコンピュータ６８からの指令により、デジタル信号からなる角速度情報を角速度センサが出力する場合を考える。１０ビットからなる角速度情報として、角速度センサの静止状態すなわち０［度／秒］を（1000000000）とし、測定範囲の最大角速度５１１［度／秒］を（1111111111）とし、測定範囲の最小角速度−５１１［度／秒］を（0000000000）と定義する。 Here, as a normal operation state, a case where the angular velocity sensor outputs angular velocity information composed of a digital signal according to a command from the master computer 68 is considered. As angular velocity information consisting of 10 bits, the stationary state of the angular velocity sensor, that is, 0 [degree / second] is (1000000000), the maximum angular velocity 511 [degree / second] of the measurement range is (1111111111), and the minimum angular velocity of the measurement range is −511. Define [degrees / second] as (0000000000).

そして、マスタコンピュータ６８におけるチップセレクト端子６９から角速度センサにおける通信制御回路６３におけるチップセレクト端子６４に図４（ａ）に示すように、ローの信号を入力することにより、マスタコンピュータ６８のコマンドを受ける対象として、本発明の一実施の形態における角速度センサを選択する。 Then, as shown in FIG. 4A, a command of the master computer 68 is received by inputting a low signal from the chip select terminal 69 in the master computer 68 to the chip select terminal 64 in the communication control circuit 63 in the angular velocity sensor. As an object, the angular velocity sensor in one embodiment of the present invention is selected.

その後、マスタコンピュータ６８におけるクロック端子７２から通信制御回路６３におけるクロック端子６７に図４（ｃ）のクロック信号が入力され、このクロック信号の立ち上がり時に図４（ｂ）に示す例えば、角速度情報を要求する１番目のコマンド７３がマスタコンピュータ６８における出力端子７０から通信制御回路６３における入力端子６５に入力される。そうすると、図４（ｃ）のクロック信号の立下りに合わせて図４（ｄ）に示すように、角速度信号からなる応答信号７４を通信制御回路６３における出力端子６６からマスタコンピュータ６８における入力端子７２に入力する。 Thereafter, the clock signal shown in FIG. 4C is input from the clock terminal 72 in the master computer 68 to the clock terminal 67 in the communication control circuit 63, and the angular velocity information shown in FIG. The first command 73 is input from the output terminal 70 in the master computer 68 to the input terminal 65 in the communication control circuit 63. Then, in response to the fall of the clock signal in FIG. 4C, a response signal 74 composed of an angular velocity signal is sent from the output terminal 66 in the communication control circuit 63 to the input terminal 72 in the master computer 68 as shown in FIG. To enter.

この角速度信号からなる応答信号７４は、一般的に３線式シリアル通信方式で使用可能な１バイトを８ビットの条件を満たすようにするため、上述の１０ビットからなる角速度情報を５ビットからなる上位バイトおよび下位バイトに分割して、さらに故障情報を付加してデータとしている。具体的には、図５（ａ）に示すように、上位バイトのうちの下位ビットｂ０〜ｂ４に角速度情報を入力し、ｂ５に故障情報を入力する。故障情報ｂ５はＤＰ＝０の場合には、角速度センサが故障していることを示しており、一方、ＤＰ＝１の場合には、角速度センサが正常であることを示している。また、同様に、図５（ｂ）に示すように、下位バイトのうちの下位ビットｂ０〜ｂ４に角速度情報を入力し、ｂ５に故障情報を入力する。故障情報ｂ５はＤＮ＝１の場合には、角速度センサが故障していることを示しており、一方、ＤＮ＝０の場合には、角速度センサが正常であることを示している。 The response signal 74 made up of the angular velocity signal is made up of the above 10-bit angular velocity information consisting of 5 bits so that one byte that can generally be used in the 3-wire serial communication system satisfies the condition of 8 bits. The data is divided into upper bytes and lower bytes and further added with failure information. Specifically, as shown in FIG. 5A, angular velocity information is input to the lower bits b0 to b4 of the upper bytes, and failure information is input to b5. The failure information b5 indicates that the angular velocity sensor is malfunctioning when DP = 0, while the angular velocity sensor is normal when DP = 1. Similarly, as shown in FIG. 5B, angular velocity information is input to the lower bits b0 to b4 of the lower bytes, and failure information is input to b5. The failure information b5 indicates that the angular velocity sensor is malfunctioning when DN = 1, whereas the DN information indicates that the angular velocity sensor is normal when DN = 0.

そして、レジスタ６２から出力される角速度信号からなる応答信号７４および角速度信号からなる応答信号７６に、上述の如く、図５（ａ）、（ｂ）に示す故障情報を付加させたため、角速度センサが故障した場合には、角速度センサから出力される角速度情報が誤情報であることを認識できるという作用効果を有するものである。 Since the failure information shown in FIGS. 5A and 5B is added to the response signal 74 made up of the angular velocity signal and the response signal 76 made up of the angular velocity signal output from the register 62 as described above, the angular velocity sensor In the case of failure, the angular velocity information output from the angular velocity sensor can be recognized as incorrect information.

この１番目のコマンド７３である角速度情報の上位バイトを要求するコマンドに対し、図５（ａ）に示すような上位バイトの信号を含む角速度信号からなる応答信号７４を通信制御回路６３からマスタコンピュータ６８に出力する。次に、２番目のコマンド７５である角速度情報の下位バイトを要求するコマンドに対し、図５（ｂ）に示すような、下位バイトの信号を含む角速度信号からなる応答信号７６を通信制御回路６３からマスタコンピュータ６８に出力する。そして、マスタコンピュータ６８にて、上位バイトの角速度信号からなる応答信号７４と下位バイトの角速度信号からなる応答信号７６を結合することにより、１０ビットからなる角速度情報を受信するものである。 In response to the command requesting the upper byte of the angular velocity information as the first command 73, a response signal 74 comprising an angular velocity signal including the upper byte signal as shown in FIG. 5A is sent from the communication control circuit 63 to the master computer. Output to 68. Next, in response to a command that requests the lower byte of the angular velocity information, which is the second command 75, a communication control circuit 63 sends a response signal 76 composed of an angular velocity signal including a lower byte signal as shown in FIG. To the master computer 68. The master computer 68 receives the 10-bit angular velocity information by combining the response signal 74 consisting of the higher-order byte angular velocity signal and the response signal 76 consisting of the lower-order byte angular velocity signal.

すなわち、角速度信号からなる応答信号７４を図５（ａ）に示す上位バイトからなる角速度情報とするとともに、角速度信号からなる応答信号７６を図５（ｂ）に示す下位バイトからなる角速度情報としてレジスタからなる記憶手段６２に記憶するとともに、角速度センサの出力信号を受信するマスタコンピュータ６８において、角速度信号からなる応答信号７４と角速度信号からなる応答信号７６とを足し合わせたため、通常の８ビットからなるデジタル信号のシリアル通信方式においても、９ビット以上の高分解能な角速度情報を出力することができるという作用効果を有するものである。 That is, the response signal 74 made up of the angular velocity signal is used as the angular velocity information made up of the upper byte shown in FIG. 5A, and the response signal 76 made up of the angular velocity signal is registered as the angular velocity information made up of the lower byte shown in FIG. The master computer 68 that receives the output signal of the angular velocity sensor and adds the response signal 74 made up of the angular velocity signal and the response signal 76 made up of the angular velocity signal in the master computer 68 that receives the output signal of the angular velocity sensor. Even in the digital signal serial communication system, it is possible to output high-resolution angular velocity information of 9 bits or more.

本発明にかかる角速度センサは、故障時の角速度センサの出力信号を即座に認識可能であるという効果を有し、故障診断機能を有する角速度センサ等として有用である。 The angular velocity sensor according to the present invention has an effect that the output signal of the angular velocity sensor at the time of failure can be immediately recognized, and is useful as an angular velocity sensor having a failure diagnosis function.

本発明の一実施の形態における角速度センサおよびその故障検出回路を示すブロック図The block diagram which shows the angular velocity sensor and its failure detection circuit in one embodiment of this invention 同角速度センサの動作状態における出力信号を示す図The figure which shows the output signal in the operating state of the same angular velocity sensor 同角速度センサにおける第１のバンドパスフィルタが故障した場合に故障検出回路が動作したときの出力信号を示す図The figure which shows an output signal when a failure detection circuit operate | moves when the 1st band pass filter in the same angular velocity sensor fails 同角速度センサへのマスタコンピュータからの指令により、角速度情報を出力する状態を示す図The figure which shows the state which outputs angular velocity information by the command from the master computer to the angular velocity sensor 同角速度センサにおける応答信号を示す図The figure which shows the response signal in the same angular velocity sensor 従来の角速度センサの回路ブロック図Circuit block diagram of conventional angular velocity sensor 従来の角速度センサにおける駆動回路およびその故障検出回路を示すブロック図A block diagram showing a drive circuit and its failure detection circuit in a conventional angular velocity sensor 従来の角速度センサにおける故障情報を保存する状態を示す図The figure which shows the state which preserve | saves the failure information in the conventional angular velocity sensor 従来の角速度センサをマスタコンピュータと接続する状態を示す図The figure which shows the state which connects the conventional angular velocity sensor with a master computer

Explanation of symbols

３１振動子
４４駆動回路
４６検出回路
６０Ａ／Ｄ変換器
６２記憶手段
６３通信制御回路
６４チップセレクト端子
６５入力端子
６６出力端子
６７クロック端子
７４、７６デジタル信号からなる角速度情報 31 vibrator 44 drive circuit 46 detection circuit 60 A / D converter 62 storage means 63 communication control circuit 64 chip select terminal 65 input terminal 66 output terminal 67 clock terminal 74, 76 Angular velocity information composed of digital signals

Claims

A vibrator, a drive circuit that vibrates the vibrator, a detection circuit that detects an electric charge generated by Coriolis force when an angular velocity is applied to the vibrator, and an analog signal output from the detection circuit; An A / D converter for converting a signal into a digital signal; storage means for storing a digital signal converted by the A / D converter; an external master computer; a chip select terminal; a clock terminal; an input terminal; An angular velocity sensor comprising: a communication control circuit electrically connected via an output terminal, wherein failure information is added to angular velocity information composed of digital signals output from the storage means.

The angular velocity information consisting of a digital signal is divided into upper bytes and lower bytes and stored in the storage means, and in the master computer that receives the output signal of the angular velocity sensor, the upper bytes and lower bytes stored in the storage means are added. 2. The angular velocity sensor according to claim 1, wherein the angular velocity sensor is configured to receive angular velocity information.