CN111721319B - 传感器故障预知系统、传感器故障预知方法、物理量传感器、电子设备以及移动体 - Google Patents

Abstract

本发明提供传感器故障预知系统、传感器故障预知方法、物理量传感器、电子设备以及移动体，事先检测直至物理量传感器发生故障为止的状态。传感器故障预知系统预知包含振动元件片的物理量传感器的故障，该振动元件片根据驱动信号进行驱动振动，输出基于物理量的检测信号，该传感器故障预知系统具有：存储器，其存储与驱动信号或检测信号的基准值相关的基准信息；以及处理器，其根据与驱动信号或检测信号的计测值相关的信号信息和基准信息，输出与直至物理量传感器发生故障为止的阶段性或连续性的状态相关的预知信息。

Description

传感器故障预知系统、传感器故障预知方法、物理量传感器、 电子设备以及移动体

技术领域

本发明涉及传感器故障预知系统、传感器故障预知方法、物理量传感器、电子设备及移动体。

背景技术

已知有判定振动型的陀螺仪传感器等物理量传感器的故障的技术。例如，在专利文献1所记载的技术中，根据角速度检测装置中的振子的泄漏信号来判定角速度检测装置的故障。更具体而言，监视根据泄漏信号的振幅而变化的积分电路的输出信号，在该输出信号处于规定的范围内的情况下，输出表示没有异常的信号，另一方面，在该输出信号处于规定的范围外的情况下，输出表示存在异常的信号。

专利文献1：日本特开2000-171257号公报

在专利文献1所记载的技术中，由于仅输出没有异常和有异常这两种信号，因此存在无法事先检测直至角速度检测装置发生故障为止的状态的课题。

发明内容

本发明的一个方式的传感器故预知系统预知包含振动元件片的物理量传感器的故障，该振动元件片根据驱动信号进行驱动振动，输出基于物理量的检测信号，其中，该传感器故障预知系统具有：存储器，其存储与所述驱动信号或所述检测信号的基准值相关的基准信息；以及处理器，其根据与所述驱动信号或所述检测信号的计测值相关的信号信息和所述基准信息，输出与直至所述物理量传感器发生故障为止的阶段性或连续性的状态相关的预知信息。

本发明的一个方式的传感器故障预知方法如下：从包含振动元件片的物理量传感器取得与驱动信号或检测信号的计测值相关的信号信息，该振动元件片根据所述驱动信号进行驱动振动，输出基于物理量的所述检测信号，根据所述信号信息和与所述驱动信号或所述检测信号的基准值相关的基准信息，输出与直至所述物理量传感器发生故障为止的阶段性或连续性的状态相关的预知信息。

本发明的一个方式的物理量传感器具有：振动元件片，其根据驱动信号进行驱动振动，输出基于物理量的检测信号；存储器，其存储与所述驱动信号或所述检测信号的基准值相关的基准信息；以及处理器，其根据与所述驱动信号或所述检测信号的计测值相关的信号信息和所述基准信息，输出与直至物理量传感器发生故障为止的阶段性或连续性的状态相关的预知信息。

附图说明

图1是示出实施方式的传感器故障预知系统的概略结构的图。

图2是示出实施方式的物理量传感器的结构例的剖视图。

图3是示出实施方式中的物理量传感器所具有的电路元件的结构的框图。

图4是示出物理量传感器中的封装内的真空度与驱动电压的关系的曲线图。

图5是示出表示基准信息与判定结果的关系的判定表的一例的图。

图6是示出表示基准信息与判定结果的关系的判定表的另一例的图。

图7是示出实施方式的传感器故障预知系统的动作的流程的图。

图8是概略地示出作为电子设备的一例的移动型或者笔记本型的个人计算机的结构的立体图。

图9是概略地示出作为电子设备的一例的智能手机的结构的俯视图。

图10是概略地示出作为电子设备的一例的数码相机的结构的立体图。

图11是概略地示出作为移动体的一例的汽车的立体图。

标号说明

1：物理量传感器；10：振动元件片；31：处理器；32：存储器；40：封装；100：传感器故障预知系统；1100：个人计算机；1200：智能手机；1300：数码相机；1440：个人计算机；1500：汽车；D1：基准信息；D2：预知信息；DQ：驱动信号；IQ1：检测信号；IQ2：检测信号；Va：基准值。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。另外，在附图中，各部分的尺寸或比例尺与实际适当不同，为了容易理解，也有示意性示出的部分。另外，在以下的说明中，只要没有特别限定本发明的记载，则本发明的范围不限于这些方式。

A-1.传感器故障预知系统的概要

图1是示出实施方式的传感器故障预知系统100的概略结构的图。图2是示出实施方式的物理量传感器的结构例的剖视图。传感器故障预知系统100是预知物理量传感器1的故障的系统。传感器故障预知系统100具有物理量传感器1、处理器101、存储器102、输入装置103以及显示装置104。它们经由总线105以能够相互通信的方式连接。

物理量传感器1是检测作为物理量的一例的角速度的陀螺仪传感器。在图1所示的例子中，物理量传感器1是具有振动元件片10的振动型的陀螺仪传感器。振动元件片10根据驱动信号DQ进行驱动振动，输出基于作为物理量的一例的角速度ω的检测信号IQ1和IQ2。在振动元件片10上电连接有电路元件30。电路元件30具有一边接收来自振动元件片10的反馈信号DI一边输出驱动振动元件片10的驱动信号DQ的功能、检测来自振动元件片10的检测信号IQ1和IQ2的功能、以及输出直至物理量传感器1发生故障为止的预知信息D2的功能。物理量传感器1向外部输出包含预知信息D2的信号。该信号也可以包含与由物理量传感器1检测的物理量相关的检测信息等其他信息。该信号的输出例如以来自外部的信号SG为契机而进行。另外，关于物理量传感器1在后面详细说明。

处理器101是具有控制传感器故障预知系统100的各部的功能和处理各种数据的功能的装置。处理器101例如构成为包含CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等处理器。另外，处理器101可以由单个处理器构成，也可以由多个处理器构成。另外，也可以通过DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit：专用集成电路)、PLD(Programmable Logic Device：可编程逻辑器件)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等硬件来实现处理器101的功能的一部分或全部。

存储器102是存储包含处理器101执行的程序P0在内的各种程序以及处理器101处理的各种数据的装置。存储器102例如构成为包含硬盘驱动器或半导体存储器。另外，存储器102的一部分或全部也可以设置在传感器故障预知系统100的外部的存储器或服务器等中。

输入装置103是接受来自用户的操作的设备。例如，输入装置103构成为包含触摸板、触摸面板或鼠标等指示器件。这里，输入装置103在构成为包含触摸面板的情况下也可以兼作显示装置104。另外，输入装置103只要根据需要进行设置即可，也可以省略。

显示装置104在处理器101的控制下显示各种图像。显示装置104例如是包含液晶显示面板或有机EL(electro-luminescence：电致发光)显示面板等各种显示面板的显示装置。另外，显示装置104只要根据需要进行设置即可，也可以省略。

在以上的概略结构的传感器故障预知系统100中，处理器101通过读入并执行程序P0而作为控制部101a发挥功能。控制部101a根据来自物理量传感器1的预知信息D2进行规定的处理。该规定的处理根据组装有传感器故障预知系统100的电子设备或移动体的种类而适当决定。例如，控制部101a可以使显示装置104显示基于预知信息D2的图像、或者根据预知信息D2使该电子设备或该移动体的基于物理量传感器1的检测结果的动作停止。另外，关于该规定的处理，在后述的电子设备和移动体的说明中举出具体例。

A-2.物理量传感器的结构

图2是示出实施方式的物理量传感器1的结构例的剖视图。以下，根据图1和图2，对物理量传感器1的结构例进行说明。以下，为了便于说明，适当使用相互垂直的X轴、Y轴以及Z轴进行说明。在图1和图2中，适当地图示了表示这些轴的箭头。该箭头所指向的一侧为+侧，其相反侧为-侧。另外，将+X方向和-X方向中的一方或双方简称为“X方向”，将+Y方向和-Y方向中的一方或双方简称为“Y方向”，将+Z方向和-Z方向中的一方或双方简称为“Z方向”。这里，Z方向是振动元件片10的厚度方向。将从-Z方向或+Z方向观察的情况称为“俯视”。

图1和图2所示的物理量传感器1是检测绕Z轴的角速度ω的振动型的陀螺仪传感器。如图2所示，物理量传感器1具有振动元件片10、支承部件20、电路元件30以及封装40。振动元件片10、支承部件20以及电路元件30分别收纳在封装40中。这里，振动元件片10经由支承部件20支承在封装40上。以下，简单地依次说明物理量传感器1的各部。

图1和图2所示的振动元件片10是由压电材料构成的传感器元件片。作为该压电材料，例如举出石英、钽酸锂以及铌酸锂等压电材料。在它们之中，作为振动元件片10的构成材料，优选使用石英。在该情况下，与使用其他压电材料的情况相比，能够提高振动元件片10的频率温度特性。以下，对由石英构成振动元件片10的情况进行说明。各图所示的X轴、Y轴以及Z轴分别与作为构成振动元件片10的石英的结晶轴的电气轴、机械轴以及光轴对应。另外，在图1和图2中，省略了设置在振动元件片10的表面上的电极的图示。

振动元件片10具有被称为所谓的双T型的构造。具体而言，振动元件片10具有基部11、从基部11向+Y方向和-Y方向延伸的第1检测臂12a和第2检测臂12b、从基部11向+X方向和-X方向延伸的第1连结臂13a和第2连结臂13b、从第1连结臂13a向+Y方向和-Y方向延伸的第1驱动臂14a和第1驱动臂14b、从第2连结臂13b向+Y方向和-Y方向延伸的第2驱动臂15a和第2驱动臂15b。另外，振动元件片10的各部的形状并不限于图1所示的形状。例如，也可以在振动元件片10的各臂上，沿着臂的延伸方向适当地设置朝向Z方向开口的槽或孔。另外，各臂的宽度也可以是恒定的。

虽未图示，但在第1驱动臂14a、第1驱动臂14b、第2驱动臂15a以及第2驱动臂15b上设置有使这些驱动臂分别在X方向上屈曲振动的一对驱动电极。向该一对驱动电极中的一方输入驱动信号DQ，从另一方输出反馈信号DI。另外，虽未图示，但在第1检测臂12a和第2检测臂12b上设置有一对检测电极，该一对检测电极检测随着这些检测臂各自在X方向上的屈曲振动而产生的电荷。从该一对检测电极中的一方输出检测信号IQ1，从另一方输出检测信号IQ2。另外，在基部11设置有与上述一对驱动电极及一对检测电极电连接的多个端子。作为以上的驱动电极、检测电极以及端子的构成材料，分别没有特别限定，例如举出金(Au)、铬(Cr)、钛(Ti)等金属材料。

以下，对使用了振动元件片10的角速度ω的检测进行简单地说明，首先，通过驱动信号DQ对未图示的一对驱动电极间施加交变电压。于是，如图1中箭头A所示那样，第1驱动臂14a和第2驱动臂15a在X方向上相互向相反侧屈曲振动，并且与第1驱动臂14a和第2驱动臂15a同相地，第1驱动臂14b和第2驱动臂15b在X方向上相互向相反侧屈曲振动。此时，在未对振动元件片10施加角速度的情况下，由于第1驱动臂14a、14b以及第2驱动臂15a、15b相对于通过振动元件片10的重心G的YZ平面面对称地振动，因此基部11、第1连结臂13a、第2连结臂13b、第1检测臂12a以及第2检测臂12b几乎不振动。

这样，在第1驱动臂14a、14b以及第2驱动臂15a、15b屈曲振动的状态下，在对振动元件片10施加绕Z轴的角速度ω的情况下，在这些驱动臂上分别作用了Y方向的科里奥利力。借助该科里奥利力，如图1中箭头B所示那样，第1连结臂13a和第2连结臂13b在Y方向上相互向相反侧屈曲振动。与此相伴，为了消除该屈曲振动，如图1中箭头C所示那样，第1检测臂12a和第2检测臂12b的X方向的屈曲振动作为检测振动而被激励。通过该检测振动而在一对检测电极间产生的电荷作为检测信号被输出。根据该检测信号，求出角速度ω。如上所述，能够检测出角速度ω。

如图2所示，支承部件20是TAB(Tape Automated Bonding：胶带自动粘合)安装用的基板。支承部件20具有薄膜21和多个布线22。薄膜21是由聚酰亚胺等树脂材料构成的绝缘性的基材。在薄膜21的中央部设置有器件孔21a。多个布线22与上述振动元件片10中的未图示的一对驱动电极以及一对检测电极对应地设置。多个布线22从薄膜21的一个面上经由器件孔21a向薄膜21的另一个面侧弯折并延伸。以上的多个布线22分别经由金属凸块72与上述振动元件片10的基部11连接。通过该连接，多个布线22以与振动元件片10中的未图示的一对驱动电极和一对检测电极电连接的状态支承振动元件片10。

如图1所示，电路元件30是具有处理器31、存储器32、驱动电路33、检测电路34、诊断电路35以及故障检测电路36的集成电路。另外，关于电路元件30的各电路在后面详细说明。另外，虽然未图示，但在电路元件30上设置有用于上述反馈信号DI、驱动信号DQ、检测信号IQ1以及IQ2等的多个端子。

如图2所示，封装40是收纳振动元件片10、支承部件20以及电路元件30的容器。封装40具有基座41、盖42以及接合部件43。基座41和盖42经由接合部件43相互接合。如图2所示，在基座41与盖42之间形成有收纳振动元件片10、支承部件20以及电路元件30的空间S。空间S例如处于10Pa以下的减压状态。另外，也可以在空间S中封入氩气或氮气等惰性气体。

基座41是具有凹部411的箱状的部件。基座41在俯视时的外形为大致矩形。作为基座41的构成材料，没有特别限定，例如可以举出氧化铝等各种陶瓷。在图2所示的例子中，基座41具有平板状的基板41a和框状的3个基板41b、41c、41d，它们朝向+Z方向依次层叠。虽然未图示，但在构成基座41的多个基板之间适当地设置有由金属等构成的布线。另外，基座41的形状或构成基座41的基板的数量不限于图2所示的例子，可以是任意的。

凹部411具有由基板41a的+Z方向侧的面构成的底面411a、由基板41b的+Z方向侧的面构成的台阶面411b、由基板41c的+Z方向侧的面构成的台阶面411c。

电路元件30以收纳于基板41b的内侧的状态经由固定部件51固定于底面411a。固定部件51例如是包含环氧树脂或丙烯酸树脂等而构成的粘接剂。在台阶面411b上设置有多个内部端子61。多个内部端子61经由多个布线71与电路元件30的未图示的多个端子电连接。多个布线71分别例如由键合线构成。在台阶面411c上设置有多个内部端子62。多个内部端子62与上述支承部件20的多个布线22对应地设置。支承部件20的多个布线22经由导电性的多个固定部件52固定于多个内部端子62。通过该固定，多个内部端子62与上述振动元件片10中的未图示的一对驱动电极以及一对检测电极电连接。多个固定部件52分别例如由焊锡、银膏、导电性粘接剂等构成。

虽然未图示，多个内部端子61以及多个内部端子62适当地与设置在基座41的内部的多个布线连接。具体而言，该多个布线包含将多个内部端子61的一部分和多个内部端子62连接的多个布线以及将多个内部端子61的其余部分和基座41的外表面上的多个外部端子63连接的多个布线。多个外部端子63在将物理量传感器1安装于未图示的外部设备时使用。内部端子61、62以及外部端子63等分别例如由通过在钨(W)等金属化层上通过镀敷等形成镍(Ni)或金(Au)等覆膜而得到的金属膜构成。

盖42在俯视时具有大致矩形的外形，是将上述基座41的凹部411的开口封闭的板状的部件。作为盖42的构成材料，只要是能够对基座41或接合部件43进行缝焊的材料即可，例如举出科瓦合金、42合金、不锈钢等金属。另外，在盖42的靠基座41侧的面上，例如通过镀敷等适当地设置镍(Ni)等覆膜。

接合部件43是介于基座41与盖42之间并将它们接合的框状的部件。接合构件43通常也被称为密封圈。接合部件43例如由科瓦合金、42合金、不锈钢等金属构成。另外，在接合部件43的表面，例如通过镀敷等适当地设置镍(Ni)或金(Au)等覆膜。以上的接合部件43通过使用了银钎料等的钎焊等而与基座41气密地接合。另外，接合部件43通过缝焊与盖42气密地接合。通过这些接合，经由接合部件43将基座41和盖42接合。另外，也可以代替接合部件43，在基座41上设置通过在钨(W)等金属化层上通过镀敷等形成镍(Ni)或金(Au)等覆膜而得到的金属膜。

A-3.电路元件的详细

图3是示出实施方式中的物理量传感器1所具有的电路元件30的结构的框图。如图3所示，电路元件30具有处理器31、存储器32、驱动电路33、检测电路34、诊断电路35以及故障检测电路36。

处理器31是具有控制物理量传感器1的各部的功能以及处理各种数据的功能的装置。处理器31例如构成为包含CPU等处理器。另外，处理器31可以由单个处理器构成，也可以由多个处理器构成。另外，也可以通过DSP、ASIC、PLD、FPGA等硬件来实现处理器31的功能的一部分或全部。

存储器32是存储包含处理器31执行的程序P1在内的各种程序以及包含处理器31处理的判定表T1和预知信息D2在内的各种数据的装置。存储器32例如构成为包含半导体存储器。在判定表T1中包含有基准信息D1。另外，关于判定表T1和预知信息D2在后面详细说明。

驱动电路33是一边接收来自振动元件片10的反馈信号DI一边输出驱动振动元件片10的驱动信号DQ的电路。驱动电路33具有放大电路33a、驱动信号输出电路33b、增益控制电路33c以及同步信号输出电路33d。放大电路33a对来自振动元件片10的反馈信号DI进行放大并且从电流信号转换为电压信号并输出。放大电路33a例如构成为包含运算放大器、反馈电阻元件以及反馈电容器等。驱动信号输出电路33b根据从放大电路33a输出的信号，输出驱动信号DQ。例如，在驱动信号DQ的波形是矩形波或正弦波的情况下，驱动信号输出电路33b构成为包含比较器等。增益控制电路(AGC)33c根据从放大电路33a输出的信号，控制驱动信号输出电路33b的驱动，由此控制驱动信号DQ的振幅。增益控制电路33c例如构成为包含对来自放大电路33a的信号进行全波整流的全波整流器和进行该全波整流器的输出信号的积分处理的积分器。同步信号输出电路33d将基于从放大电路33a输出的信号的同步信号分别输出到检测电路34和诊断电路35。同步信号输出电路33d例如构成为包含：比较器，其对从放大电路33a输出的正弦波的信号进行二值化处理而生成矩形波的同步信号；以及相位调整电路，其进行该同步信号的相位调整。

检测电路34是检测来自振动元件片10的检测信号IQ1和IQ2的电路。检测电路34具有放大电路34a、同步检波电路34b、滤波器部34c、AD转换电路34d以及DSP部34e。放大电路34a对来自振动元件片10的检测信号IQ1和IQ2进行差动放大并且从电荷信号转换为电压信号并输出。同步检波电路34b根据来自驱动电路33的同步信号，进行来自放大电路34a的信号的同步检波。滤波器部34c是去除从同步检波电路34b输出的信号中的无用信号成分的低通滤波器。AD转换电路34d经由滤波器部34c输入来自同步检波电路34b的信号，将输入的信号从模拟信号转换为数字信号。DSP部34e对来自AD转换电路34d的数字信号进行数字滤波处理以及数字校正处理等数字信号处理。

诊断电路35是用于诊断检测电路34的电路。例如，诊断电路35进行用于生成用于诊断检测电路34的模拟角速度信号等并提供给检测电路34的动作。然后，进行根据该模拟角速度信号等的检测结果来判断检测电路34等是否正常动作的诊断。另外，诊断电路35只要根据需要进行设置即可，也可以省略。

故障检测电路36是进行检测电路34中包含的放大电路34a的故障检测的电路。例如，故障检测电路36基于放大电路34a中的构成差动放大电路的两个放大器的输出电压，根据该输出电压是否在判定电压范围内来进行放大电路34a的故障检测。另外，故障检测电路36只要根据需要进行设置即可，也可以省略。

在以上结构的电路元件30中，处理器31从存储器32读入程序P1并执行。通过该执行，处理器31作为取得部31a、判定部31b以及生成部31c而发挥功能。

取得部31a从驱动电路33取得与驱动信号DQ的计测值相关的信号信息SD。本实施方式中的该计测值是驱动信号DQ的电压值。判定部31b从存储器32读入基准信息D1，根据信号信息SD和基准信息D1，判定直至物理量传感器1发生故障为止的状态。更具体而言，判定部31b从存储器32读入判定表T1，对信号信息SD和基准信息D1进行比较，根据该比较结果，判定直至物理量传感器1发生故障为止的阶段性的状态。生成部31c根据判定部31b的判定结果，生成预知信息D2。更具体而言，生成部31c从存储器32读入判定表T1，根据判定表T1和判定部31b的判定结果，生成与直至物理量传感器1发生故障为止的阶段性的状态相关的预知信息D2。

如上所述，物理量传感器1具有收纳振动元件片10的封装40。而且，预知信息D2包含与以封装40内的真空度为主要原因的故障的预知相关的信息。当封装40内的真空度因某种原因而降低时，物理量传感器1的特性也降低，导致物理量传感器1不久就会发生故障。这里，封装40内的真空度的降低通常是缓慢的。因此，与以封装40内的真空度为主要原因的故障的预知相关的信息适于与直至物理量传感器1发生故障为止的阶段性或连续性的状态相关的预知信息D2。

图4是示出物理量传感器1的封装40内的真空度与作为驱动信号DQ的电压值的驱动电压的关系的曲线图。如图4所示，封装40内的真空度越低，即封装40的空间S的压力越大，驱动电压越高。这里，在来自上述放大电路33a的电压信号在增益控制电路33c的可调整范围内的情况下，驱动电压在规定的值或其附近保持恒定。因此，在该情况下，物理量传感器1的检测灵敏度维持在期望的范围内。另一方面，在来自上述放大电路33a的电压信号不在增益控制电路33c的可调整范围内的情况下，驱动电压偏离规定的值。因此，在该情况下，物理量传感器1的检测灵敏度降低。由此，在本实施方式中，作为驱动信号DQ的计测值，使用驱动电压、即驱动信号DQ的电压值。然后，判定部31b根据与驱动信号DQ的电压值相关的信号信息SD和基准信息D1，判定直至物理量传感器1发生故障为止的状态。更具体而言，判定部31b如下那样使用判定表T1，判定直至物理量传感器1发生故障为止的状态。

图5是示出表示基准信息D1与判定结果的关系的判定表T1的一例的图。图6是示出表示基准信息D1与判定结果的关系的判定表T1的另一例的图。判定部31b例如使用图5或图6所示的判定表T1，判定直至物理量传感器1发生故障为止的状态。图5或图6所示的判定表T1是表示基准信息D1中的各基准值与判定结果的对应关系的信息。另外，判定表T1中的各数值范围等不限于图5和图6所示的例子，可以是任意的。

在使用图5所示的判定表T1的情况下，判定部31b在驱动电压为V1以上且小于V2的情况下，判定为是正常级别。另外，判定部31b在驱动电压小于V1或为V3以上的情况下，判定为是故障级别。另外，判定部31b在驱动电压为V2以上且小于V3的情况下，判定为是故障的预知级别。这里，V1是比作为规定值的基准值Va稍低的值，例如相对于Va为0.9倍左右的值。V2是比基准值Va稍高的值，例如相对于Va为1.2倍左右的值。V3是比V2高的值，相对于Va为1.3倍左右的值。

在使用图6所示的判定表T1的情况下，判定部31b在驱动电压相对于基准值Va为1.0倍以上且小于1.2倍的情况下，判定为是正常级别。另外，判定部31b在驱动电压相对于基准值Va小于0.8倍或为1.4倍以上的情况下，判定为是故障级别。另外，判定部31b在驱动电压相对于基准值Va为0.9倍以上且小于1.0倍或为1.2倍以上且小于1.3倍的情况下，判定为是故障的预知级别1。另外，判定部31b在驱动电压相对于基准值Va为0.8倍以上且小于0.9倍或为1.3倍以上且小于1.4倍的情况下，判定为是比故障的预知级别1接近故障状态的预知级别2。这里，0.9倍以上且小于1.0倍、或1.2倍以上且小于1.3倍的范围是表示相对于基准值Va的范围的第1范围，0.8倍以上且小于0.9倍、或1.3倍以上且小于1.4倍的范围是以与第1范围不同的范围表示相对于基准值Va的范围的第2范围。这样，在使用图6所示的判定表T1的情况下，基准信息D1包含第1范围和第2范围，处理器31在驱动信号DQ的计测值在第1范围内的情况下，输出作为第1预知信息的预知级别1，在驱动信号DQ的计测值在第2范围内的情况下，输出作为与第1预知信息不同的第2预知信息的预知级别2。因此，能够输出与到物理量传感器1故障之前的阶段性的状态相关的预知信息D2。

另外，基准信息D1或判定表T1也可以在物理量传感器1出厂前等事先存储在存储器32中，也可以在使用物理量传感器1时由用户存储在存储器32中。但是，基准信息D1或判定表T1优选预先存储在存储器32中。在该情况下，不需要在物理量传感器1起动后生成基准信息D1。其结果为，能够在物理量传感器1刚起动后迅速地输出预知信息D2。

根据以上那样的判定结果，生成部31c生成预知信息D2。即，生成部31c在判定部31b的判定结果为预知级别、预知级别1或预知级别2的情况下，生成预知信息D2。另外，生成部31c在判定部31b的判定结果为故障级别的情况下，生成表示物理量传感器1处于故障状态的故障信息。另外，根据判定结果中的故障级别的程度，该故障信息也可以说是“预知信息”。

以上的预知信息D2的生成以及输出的时机没有特别限定，但优选至少包含物理量传感器1的起动时。即，优选处理器31在物理量传感器1起动时取得驱动信号DQ的信号信息而输出预知信息D2。在该情况下，能够减少物理量传感器1在故障的状态下使用的情况。另外，预知信息D2的生成以及输出也可以在物理量传感器1的动作中始终连续地进行。

图7是示出实施方式的传感器故障预知系统100的动作的流程的图。如图7所示，首先，取得部31a取得与驱动电压相关的信息，判定部31b对驱动电压和基准信息D1中的基准值进行比较，判定物理量传感器1的状态(步骤S1)。然后，生成部31c判断判定结果是否为正常级别(步骤S2)。在判定结果为正常级别的情况下，返回到步骤S1。

在判定结果不为正常级别的情况下，生成部31c判断判定结果是否为预知级别(步骤S3)。在判定结果为预知级别的情况下，生成部31c生成预知信息D2并存储在存储器32中(步骤S4)。然后，返回到步骤S1

在判定结果不为预知级别的情况下，生成部31c判断判定结果是否为故障级别(步骤S5)。在判定结果不为故障级别的情况下，返回到步骤S1。另一方面，在判定结果为故障级别的情况下，生成部31c生成故障信息并存储在存储器32中(步骤S6)，然后，结束物理量传感器1的动作。

以上的传感器故障预知系统100具有处理器31和存储器32，在存储器32中存储有与包含振动元件片10的物理量传感器1中的驱动信号DQ的基准值相关的基准信息D1。然后，处理器31取得与驱动信号DQ的计测值相关的信号信息SD，根据信号信息SD和基准信息D1，输出与直至物理量传感器1发生故障为止的阶段性的状态相关的预知信息D2。在以上的传感器故障预知系统100中，由于输出与直至物理量传感器1发生故障为止的阶段性或连续性的状态相关的预知信息D2，因此能够事先检测直至物理量传感器1发生故障为止的状态。

这里，振动元件片10根据驱动信号DQ进行驱动振动，输出基于物理量的检测信号IQ1和IQ2。在本实施方式中，物理量传感器1除了振动元件片10以外还具有上述的处理器31和存储器32。因此，能够减少组装有物理量传感器1的设备中的处理。

B.电子设备

图8是概略地示出作为电子设备的一例的移动型或者笔记本型的个人计算机1100的结构的立体图。在该图中，个人计算机1100由具有键盘1102的主体部1104和具有显示部1108的显示单元1106构成。显示单元1106经由铰链构造部被支承为能够相对于主体部1104转动。在以上的个人计算机1100中，内置有上述物理量传感器1和传感器故障预知系统100。

图9是概略地示出作为电子设备的一例的智能手机1200的结构的俯视图。在该图中，智能手机1200具有多个操作按钮1202、听筒1204以及未图示的话筒，在操作按钮1202与听筒1204之间配置有显示部1208。在以上的智能手机1200中，内置有上述物理量传感器1和传感器故障预知系统100。

图10是概略地示出作为电子设备的一例的数码相机1300的结构的立体图。在该图中还简单地示出与外部设备的连接。数码相机1300通过CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)等拍摄元件对被摄体的光学图像进行光电转换而生成拍摄信号(图像信号)。

在数码相机1300中的壳体1302的背面，设置有根据CCD的拍摄信号进行显示的显示部1310。显示部1310作为将被摄体显示为电子图像的取景器而发挥功能。另外，在壳体1302的正面侧(图中为背面侧)设置有包含光学镜头(摄像光学系统)和CCD等的受光单元1304

当摄影者确认了在显示部1310上显示的被摄体像并按下快门按钮1306时，该时刻的CCD的拍摄信号被传送到存储器1308中并被保存。另外，在该数码相机1300中，在壳体1302的侧面设置有视频信号输出端子1312以及数据通信用的输入输出端子1314。而且，如图示那样，分别根据需要，在视频信号输出端子1312上连接电视监视器1430，在数据通信用的输入输出端子1314上连接个人计算机1440。并且，通过规定的操作，将保存在存储器1308中的拍摄信号输出到电视监视器1430或个人计算机1440。在以上的数码相机1300中，内置有上述物理量传感器1和传感器故障预知系统100。

以上的电子设备具有传感器故障预知系统100。因此，能够根据预知信息D2，在物理量传感器1发生故障之前事先进行适当的处理。作为该适当的处理，例如举出在预知信息D2表示预知级别的情况下通过显示器上的显示或声音等促进维护的处理等。这里，在输出故障信息的情况下，例如进行使警告灯点亮的处理等。另外，传感器故障预知系统100的一部分或全部也可以与电子设备的其他结构成为一体。

另外，作为搭载物理量传感器1的电子设备，除了上述的个人计算机、智能手机及数码相机以外，例如举出智能手机以外的便携电话机、平板终端、钟表、车身姿势检测装置、指示器件、头戴式显示器、喷墨打印机、个人笔记本电脑、电视、摄像机、磁带录像机、导航装置、寻呼机、电子记事本、电子词典、计算器、电子游戏设备、游戏控制器、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、POS(Point of sale system：销售点系统)终端、电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜、鱼群探测器、各种测定设备、仪表类以及飞行模拟器等。

C.移动体

图11是概略地示出作为移动体的一例的汽车1500的立体图。在该图中，在汽车1500中内置有上述物理量传感器1和传感器故障预知系统100。物理量传感器1能够广泛应用于无钥匙门禁、防盗器、导航系统、空调、防抱死制动系统(ABS：Antilock BrakeSystem)、安全气囊、轮胎压力监测系统(TPMS：Tire Pressure Monitoring System)、发动机控制器、混合动力汽车或电动汽车的电池监视器、车身姿势控制系统等电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)1501。另外，作为搭载电子器件的移动体，除了汽车以外，例如举出了车辆、航空器、火箭以及船舶等。另外，传感器故障预知系统100的一部分或全部也可以与移动体的其他结构成为一体。

以上的移动体具有传感器故障预知系统100。因此，能够根据预知信息D2，在物理量传感器1发生故障之前事先进行适当的处理。作为移动体是汽车的情况下的该适当的处理，例如举出在预知信息D2表示预知级别1的情况下使汽车的电子控制单元1501内的警告灯点亮的处理，在预知信息D2表示预知级别2的情况下通过导航仪等显示器上的显示或声音等促进维护的处理等。这里，在输出故障信息的情况下，例如进行使警告灯点亮的处理等。

另外，在移动体是无人机等飞行体的情况下，例如，在预知信息D2表示预知级别1的情况下，仅进行使警告灯点亮的处理，在预知信息D2表示预知级别2的情况下，除了使警告灯点亮的处理之外，还进行限定操作条件的处理。这里，在输出故障信息的情况下，例如进行使故障灯点亮而禁止飞行体的动作的处理。

D.变形例

以上，根据图示的实施方式对本发明的传感器故障预知系统、传感器故障预知方法、物理量传感器、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明并不限于这些。另外，本发明的各部的结构能够置换成发挥与上述实施方式相同的功能的任意结构，此外，也能够附加任意结构。另外，本发明也可以使上述各实施方式的任意结构彼此组合。

在上述实施方式中，例示了使用作为驱动信号的电压值的驱动电压来生成预知信息的情况，但不限于该例示，例如，也可以使用基于驱动信号的电流值的电阻值作为计测值来生成预知信息。当物理量传感器收纳振动元件片的封装内的真空度因某种原因而降低时，随着该降低，基于驱动信号的电流值的电阻值上升。因此，通过将基准值设为电压值，将基于驱动信号的电流值的电阻值设为计测值，能够输出与以封装内的真空度为主要原因的物理量传感器的故障的预知相关的预知信息。该电阻值例如是振动元件片的等效电路中的等效串联电阻值、即所谓的CI(晶体阻抗)值。另外，基准值被适当设定。

另外，在上述实施方式中，例示了使用驱动信号生成预知信息的情况，但不限于该例示，例如也可以使用检测信号生成预知信息。例如，无论有无物理量，基于检测信号中包含的泄漏振动的振动成分的值、即所谓的零点信号的值也根据直至物理量传感器发生故障为止的状态而变化。因此，也可以使用该零点信号的值来生成预知信息。另外，基准值被适当设定。

并且，在上述实施方式中，例示了预知信息是直至物理量传感器发生故障为止的阶段性的信息的情况，但并不限于该例示，预知信息也可以是直至物理量传感器发生故障为止的连续性的信息。在该情况下，例如只要能够根据驱动信号或检测信号的计测值与基准值的差或比而进行使预知信息连续地变化的运算即可。

另外，在上述实施方式中，例示了内置于物理量传感器的电路元件生成预知信息的情况，但并不限于该例示，例如也可以是，物理量传感器的外部装置从物理量传感器取得振动元件片的驱动信号或检测信号的计测值而生成预知信息。该外部装置例如是包含图1所示的处理器101和存储器102的装置。

并且，在上述实施方式中，例示了振动元件片由压电体材料构成的情况，但振动元件片的构成材料并不限于该例示，例如，也可以是硅或石英等非压电体材料。在该情况下，例如，只要在由非压电体材料构成的基体上设置压电体元件即可。另外，在由硅构成振动元件片的情况下，能够使用蚀刻等公知的微细加工技术，比较廉价地制造尺寸精度高的振动元件片。

另外，在上述实施方式中，例示了使用压电驱动方式作为振动元件片的驱动方式的情况，但振动元件片的驱动方式并不限于该例示，例如，也可以是静电驱动方式或电磁驱动方式等。同样地，在上述实施方式中，例示了使用压电检测方式来作为振动元件片的检测方式的情况，但振动元件片的检测方式并不限于此，例如，也可以是静电电容检测方式、压电电阻检测方式或电磁检测方式等。

并且，在上述实施方式中，例示了振动元件片为双T型的传感器元件片的情况，但振动元件片并不限于该例示，例如，也可以是H音叉型或音叉型等其他传感器元件片。另外，将振动元件片支承在封装上的支承部件并不限于上述TAB安装用的部件，例如，也可以由与振动元件片相同的材料一体构成。

另外，在上述实施方式中，例示了物理量传感器是检测角速度的陀螺仪传感器的情况，但并不限于该例示。例如，物理量传感器也可以是检测加速度作为物理量的加速度传感器等。

并且，在上述实施方式中，例示了基座呈箱状、盖呈板状的结构，但并不限于该例示。例如也可以是，基座呈板状，盖呈箱状或帽状。

Claims (14)

1.一种传感器故障预知系统，其预知包含振动元件片的物理量传感器的故障，所述振动元件片根据驱动信号进行驱动振动，输出基于物理量的检测信号，其中，

所述传感器故障预知系统具有：

存储器，其存储与所述驱动信号或所述检测信号的基准值相关的基准信息；以及

处理器，其根据与所述驱动信号或所述检测信号的计测值相关的信号信息和所述基准信息，输出与直至所述物理量传感器发生故障为止的阶段性或连续性的状态相关的预知信息，

所述基准信息包含与第1范围相关的信息和与第2范围相关的信息，其中，所述第1范围表示相对于所述基准值的范围，所述第2范围以与所述第1范围不同的范围表示相对于所述基准值的范围，

所述处理器在所述计测值处于所述第1范围内的情况下输出表示故障的预知级别的第1预知信息，在所述计测值处于所述第2范围内的情况下输出与所述第1预知信息不同的表示预知级别的第2预知信息。

2.根据权利要求1所述的传感器故障预知系统，其中，

在所述存储器中预先存储有所述基准信息。

3.根据权利要求1所述的传感器故障预知系统，其中，

所述处理器在所述物理量传感器起动时输出所述预知信息。

4.根据权利要求1所述的传感器故障预知系统，其中，

所述计测值是所述驱动信号的电压值。

5.根据权利要求1所述的传感器故障预知系统，其中，

所述计测值是基于所述驱动信号的电流值的电阻值。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的传感器故障预知系统，其中，

所述物理量传感器具有收纳所述振动元件片的封装，

所述预知信息包含与以所述封装内的真空度为主要原因的故障的预知相关的信息。

7.一种传感器故障预知方法，其预知包含振动元件片的物理量传感器的故障，所述振动元件片根据驱动信号进行驱动振动，输出基于物理量的检测信号，其中，

取得与所述驱动信号或所述检测信号的计测值相关的信号信息；以及

根据所述信号信息和与所述驱动信号或所述检测信号的基准值相关的基准信息，输出与直至所述物理量传感器发生故障为止的阶段性或连续性的状态相关的预知信息，

所述基准信息包含与第1范围相关的信息和与第2范围相关的信息，其中，所述第1范围表示相对于所述基准值的范围，所述第2范围以与所述第1范围不同的范围表示相对于所述基准值的范围，

在所述计测值处于所述第1范围内的情况下输出表示故障的预知级别的第1预知信息，在所述计测值处于所述第2范围内的情况下输出与所述第1预知信息不同的表示预知级别的第2预知信息。

8.根据权利要求7所述的传感器故障预知方法，其中，

在所述物理量传感器起动时输出所述预知信息。

9.根据权利要求7所述的传感器故障预知方法，其中，

所述计测值是所述驱动信号的电压值。

10.根据权利要求7所述的传感器故障预知方法，其中，

所述计测值是基于所述驱动信号的电流值的电阻值。

11.根据权利要求7～10中任一项所述的传感器故障预知方法，其中，

所述物理量传感器具有收纳所述振动元件片的封装，

所述预知信息包含与以所述封装内的真空度为主要原因的故障的预知相关的信息。

12.一种物理量传感器，其具有：

振动元件片，其根据驱动信号进行驱动振动，输出基于物理量的检测信号；

存储器，其存储与所述驱动信号或所述检测信号的基准值相关的基准信息；以及

处理器，其根据与所述驱动信号或所述检测信号的计测值相关的信号信息和所述基准信息，输出与直至物理量传感器发生故障为止的阶段性或连续性的状态相关的预知信息，

所述基准信息包含与第1范围相关的信息和与第2范围相关的信息，其中，所述第1范围表示相对于所述基准值的范围，所述第2范围以与所述第1范围不同的范围表示相对于所述基准值的范围，

所述处理器在所述计测值处于所述第1范围内的情况下输出表示故障的预知级别的第1预知信息，在所述计测值处于所述第2范围内的情况下输出与所述第1预知信息不同的表示预知级别的第2预知信息。

13.一种电子设备，其中，

所述电子设备具有权利要求1至6中的任意一项所述的传感器故障预知系统。

14.一种移动体，其中，

所述移动体具有权利要求1至6中的任意一项所述的传感器故障预知系统。