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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Selbstdiagnoseschaltung
für ein
Schwinggyroskop bzw. Vibrationsgyroskop und spezieller auf eine Selbstdiagnoseschaltung,
wie z.B. eine solche, die in der Lage ist, einen Kurzschlußausfall
eines Schwinggyroskops für
eine auf einem Fahrzeug angebrachte elektrische Vorrichtung, die
bei der Steuerung der Fahrzeugposition verwendet werden soll, was
eine hohe Zuverlässigkeit
erfordert, zu diagnostizieren.
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Die 9A bzw. 9B zeigen
eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Beispiels eines bimorphen
Schwingkörpers
für die
Verwendung in einem Schwinggyroskop. In den 9A und 9B ist
ein bimorpher Schwingkörper 1 durch
zwei piezoelektrische Elemente mit entgegengesetzten Polarisationsrichtungen
gebildet, die derart aneinander angebracht sind, daß der resultierende
bimorphe Schwingkörper
einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Wenn der Schwingkörper 1 in
einen Biegeschwingungsmodus in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche (die
X-Achsen-Richtung) schwingt und mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit
(Ω) um die
Längsachsenrichtung
(die Z-Achsen-Richtung) rotiert, findet durch die Corioliskraft
eine Schwingung in dem Biegeschwingungsmodus in einer Richtung senkrecht
zu der Antriebsoberfläche
(die Y-Achsen-Richtung)
statt.
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Da
die Amplitude der Schwingung proportional zu der Winkelgeschwindigkeit
ist, wird dies zur Erfassung eines Winkelgeschwindigkeitswerts ausgenutzt.
Der Schwingkörper 1 ist
mit Erfassungselektroden 1L und 1R auf der linken
und der rechten Seite desselben und einer Voll-Oberflächenelektrode 1C versehen,
wobei von den Erfassungselektroden 1L und 1R auf
der linken und der rechten Seite des Schwingkörpers 1 ein L-Seite-Ausgangssignal
und ein R-Seite-Ausgangssignal ausge geben werden.
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Die 10A bis 10D zeigen
Schwingsignalverläufe
des bimorphen Schwingkörpers,
der in 9 gezeigt ist. Spezieller zeigen
die 10A und 10B Signalverläufe, wenn
keine Winkelgeschwindigkeit anliegt, beispielsweise in einem Fall,
in dem ein Antriebsausgangssignal von 1 V für ein Schwingungseingangssignal
von 1,5 V erhalten wird. Die 10A und 10D zeigen Signalverläufe, wenn eine Winkelgeschwindigkeit
angelegt ist, beispielsweise einen Fall, bei dem ein Coriolis-Signal von 2 V erzeugt
wird.
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Bei
dem Schwingkörper 1 werden,
wenn das Antriebssignal CT, das in 10A gezeigt
ist, an die voll-Oberflächen-Elektrode 1C angelegt
wird, das R-Seite-Ausgangssignal und das L-Seite-Ausgangssignal
Sinuswellen der gleichen Phase, wie in 10B gezeigt
ist. Zu diesem Zeitpunkt schwingt der Schwingkörper 1 in einem Biegungsmodus
in der x-Achsen-Richtung. Da jedoch keine Winkelgeschwindigkeit
um die Z-Achse angelegt ist, wird keine Coriolis-Kraft erzeugt,
weshalb eine Schwingung in dem Biegemodus in der Y-Achsen-Richtung
nicht erzeugt wird. Das L-Seite-Ausgangssignal und das R-Seite-Ausgangssignal
des Schwingkörpers
werden erzeugt, um den Schwingkörper 1 in
der X-Achsen-Richtung in Schwingung zu versetzen, weshalb die gleichen
Signale aus den R- und L-Ausgängen ausgegeben
werden.
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Wenn
nun eine Winkelgeschwindigkeit Ω um die
Z-Achse des Schwingkörpers 1 angelegt
wird, wird eine Kraft in der -Y-Richtung,
die proportional zu der Winkelgeschwindigkeit Ω ist, und eine Geschwindigkeit
vx in der X-Achse erzeugt. Diese Kraft ist
die Corioliskraft. Aufgrund der Corioliskraft wird der Schwingkörper 1 in
die Y-Achsen-Richtung gebogen, wobei eine Biegeschwingung in der
-Y-Achsen-Richtung mit der gleichen Frequenz wie die Biegeschwingung
in der X-Achsen-Richtung erzeugt wird. Dann werden gemäß der Biegeschwingung
in der Y-Achsen-Richtung Coriolissignale entgegengesetzter Phasen
an dem R-Seite- und dem L-Seite-Ausgang erzeugt. Die Coriolissignale
sind proportional zu der Winkelgeschwindigkeit, wobei die 10C und 10D einen
Fall zeigen, bei dem eine Gleichsignal-Winkelgeschwindigkeit (DC-Winkelgeschwindigkeit)
einer festen Größe angelegt
ist.
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Um
eine Coriolissignal-Komponente aus dem R-Seite-Ausgangssignal und
dem L-Seite-Ausgangssignal des Schwingkörpers 1 zu extrahieren, werden
Treiberausgangssignal-Komponenten der gleichen Phase, die in dem
R-Ausgangssignal und dem L-Ausgangssignal enthalten sind, durch
einen Differenzverstärker
beseitigt. Dadurch werden die Coriolis-Signale, die an dem R-Ausgang
und dem L-Ausgang mit entgegengesetzten Phasen erhalten werden,
doppelt ausgegeben, im Gegensatz zu den Treiberausgangssignalen.
Wenn das R-Ausgangssignal und das L-Ausgangssignal summiert werden, löschen sich
die Coriolis-Signale,
die in dem R-Ausgangssignal und dem L-Ausgangssignal mit entgegengesetzten
Phasen enthalten sind, gegenseitig aus, wobei die Treiberausgangssignale
doppelt bzw. zweifach ausgegeben werden. Das Ausgangssignal kann
bei einer selbst-anregenden Oszillation verwendet werden.
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Wenn
eine dynamische Winkelgeschwindigkeit (mit einer Wechselsignalkomponente
(AC-Komponente)) um die Z-Achse angelegt wird, wird ein Coriolis-Signal
erzeugt, das die gleiche Wechselsignalkomponente wie die Winkelgeschwindigkeit
aufweist. Das Coriolissignal, das an dem Ausgang des Differenzverstärkers auftritt,
ist eine Sinuswelle mit der Biegemodus-Oszillationsfrequenz in der
X-Achsen-Richtung und ist durch die Wechselsignalkomponente der
Winkelgeschwindigkeit AM-moduliert (AM = Amplitudenmodulation) ist. 11A zeigt eine angelegte Winkelgeschwindigkeit,
während 11B zeigt, daß die
Sinuswelle der Oszillationsfrequenz, die an dem Differenzausgang
auftritt, ein AM-modulierter Signalverlauf ist.
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Da
sich ein in einem Fahrzeug befestigtes Schwinggyroskop auf die elementare
Funktionssteuerung des Fahrzeugs bezieht, ist eine Ausfallerfassungsfunktion
oder Selbstdiagnosefunk tion essentiell. Als eine Einrichtung zum
Erfassen eines Ausfalls wird eine Struktur zum Überwachen der Amplitude oder
der Frequenz einer Schwingkörper-Oszillationsschleife
oder eine Struktur zum Überwachen
der Ausgangsamplitude eines Differenzverstärkers in einer Erfassungsschaltung
verwendet.
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Speziell
offenbart beispielsweise die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung
4-215017 eine Schaltungseinrichtung zum gleichzeitigen Überwachen
eines Oszillationssignalamplitude und eines Erfassungssignals (Ausgangssignal
des Erfassungsschaltungs-Differenzverstärkers) eines Gyroskops vom
Abstimmungsbalkentyp (tuning-bar type) durch die Verwendung einer
Gleichrichterschaltung und zum Erfassen einer Beendigung der Oszillation
oder einer Trennung einer Erfassungsschaltung-Signalleitung.
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Überdies
offenbart die japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
5-264279 eine Struktur zum Erfassen einer Trennung durch das Überwachen
der Ausgangsamplitude eines Erfassungsschaltungs-Differenzverstärkers, während die
japanische ungeprüfte
Patentveröffentlichung
6-18270 eine Struktur zum Erfassen eines Ausfalls einer Oszillationsschaltung
durch das Überwachen
einer Resonanzfrequenz eines Ozillationsschaltungssignals offenbart.
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Bei
solchen herkömmlichen
Beispielen werden Strukturen von Erfassungsschaltungen beschrieben,
die auf technischem Wissen, das dem Schwinggyroskop eigen ist, basieren,
wie z.B. der Tatsache, daß die
Amplituden oder Frequenzen der Oszillationsschleifensignale beim
normalen Betrieb des Gyroskops konstant sind, oder daß eine Ausgangsamplitude
einer Erfassungsschaltung beim normalen Betrieb nicht größer ist
als ein fester Wert.
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Jedoch
sind die Ausfallmodi, die bei den herkömmlichen Beispielen erfaßbar sind,
nur die Beendigung einer Oszillation des Gyroskops und das Trennen
einer Erfassungsschaltungsein heit, und nicht die Erfassung eines
Kurzschlusses der Erfassungsschaltungseinheit aufgrund beispielsweise
eines Migrationsphänomens
eines Schaltungsleitungs-Strukturmaterials in dem Gyroskop oder
des Elektrodenmaterials des gyroskopischen Schwingkörpers, das
in einer Umgebung hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit auftreten
kann.
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Aus
der
DE 19712021 C2 ist
bereits eine Selbstdiagnoseschaltung für ein Schwingungsgyroskop mit
einem Schwingkörper
zum Erfassen einer Schwingung aufgrund einer Corioliskraft bekannt. Die
Schaltung umfasst eine Differenzbildungseinrichtung in Form eines
Differenzverstärkers
zum Bestimmen eine Differenz zwischen Ausgangssignalen und eine
Offset-Signalquelle zum Überlagern
eines Offset-Signals mit einem ersten Signal. Ausgangssignale einer
Mehrzahl von Erfassungseinrichtungen, die auf dem Schwingkörper vorgesehen
sind, werden erfasst und einer Differenzbildungseinrichtung zugeführt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Selbstdiagnoseschaltung
für ein
Schwingungsgyroskop zu schaffen, die in der Lage ist, eine Ausfallerfassung
für Kurzschlüsse in dem
Erfassungsschaltungsabschnitt durchzuführen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Selbstdiagnoseschaltung nach Anspruch 1
gelöst.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Selbstdiagnoseschaltung
für ein
Schwinggyroskop zu schaffen, die in der Lage ist, eine Ausfallerfassung
für Kurzschlüsse in dem
Erfassungsschaltungsabschnitt durchzuführen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Selbstdiagnoseschaltung nach Anspruch 1
und eine Selbstdiagnoseschaltung nach Anspruch 21 gelöst.
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Die
Selbstdiagnoseschaltung für
das Schwinggyroskop zum Erfassen einer Schwingung aufgrund einer
Corioliskraft, die in der Y-Achsen-Richtung erzeugt wird, wenn ein
Schwingkörper in
der X-Achsen-Richtung angeregt und um die Z-Achsen-Richtung gedreht
wird, umfaßt
folgende Merkmale: eine Differenzbildungseinrichtung zum Berechnen
einer Differenz zwischen Ausgangssignalen, die von einer Mehrzahl
von Erfassungseinrichtungen ausgegeben werden, die auf dem Schwingkörper vorgesehen
sind, um die Schwingung aufgrund einer Corioliskraft zu erfassen;
und eine Offsetsignalquelle bzw. Versatzsignalquelle zum Überlagern
eines Offsetsignals mit zumindest einem der Signale, die von der
Mehrzahl von Erfassungseinrichtungen ausgegeben werden, derart,
daß die
Signale unterschiedliche Signalpegel mit einem Offset bzw. Versatz
aufweisen.
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Die
Selbstdiagnoseschaltung für
ein Schwinggyroskop kann ferner eine Signalerfassungseinrichtung
zum Erfassen des Vorliegens oder Nicht-Vorliegens einer Signalkomponente,
die durch ein Offsetsignal, das in einem Ausgangssignal der Differenzbildungseinrichtung
enthalten ist, aufweisen. Zusätzlich
kann eine Einrichtung zum Erfassen eines Ausfalls ba sierend auf
einer Ausgangsspannung der Differenzbildungseinrichtung sowie der Phase
desselben in der Selbstdiagnoseschaltung enthalten sein.
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Die
Offsetsignalquelle kann entweder eine Spannungssignalquelle zum
Ausgeben einer Offsetspannung als ein Offset-Signal oder eine Stromsignalquelle zum
Ausgeben eines Offset-Stroms als ein Offsetsignal aufweisen.
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Wie
oben beschrieben wurde, wird es gemäß der vorliegenden Erfindung
durch das Überlagern
eines Offsetsignals mit zumindest einem der Signale, die nach dem
Erfassen einer Schwingung aufgrund der Corioliskraft von einem Schwingkörper ausgegeben
werden, und durch das Erfassen des Vorliegens oder des Nicht-Vorliegens
einer Signalkomponete, die durch das Offsetsignal bewirkt wird,
die in den von der Differenzbildungseinrichtung zum Berechnen der Differenz
der Erfassungsausgangssignale ausgegebenen Signalen enthalten ist,
möglich,
einen Kurzschluß zwischen
den Erfassungselektroden und einem Massepotential, oder einer Spannungsquelle und
einem Schaltungsreferenzpotential zu erfassen, was bisher schwer
zu erfassen war. Folglich kann ein Schwinggyroskop mit einer höheren Selbstdiagnosefähigkeit
und Zuverlässigkeit
als früher
realisiert werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die
beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Schaltungsdiagramm einer Selbstdiagnoseschaltung eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Schaltungsdiagramm einer Selbstdiagnoseschaltung eines zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
zum Be stimmen eines Zustands einer Erfassungselektrode durch die
Verwendung eines Fensterkomparators zeigt;
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4 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
für eine
digitale Bestimmung eines Zustands einer Erfassungselektrode zeigt;
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5 ein
Schaltungsdiagramm einer Selbstdiagnoseschaltung eines dritten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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6 ein
Schaltungsdiagramm, das eine Selbstdiagnoseschaltung eines vierten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ein
Diagramm, das eine Wellenerfassungsschaltung, die synchron zu zwei
Offsetsignalen zu betreiben ist, als eine Überwachungsschaltung zeigt;
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8 ein
Schaltungsdiagramm einer Selbstdiagnoseschaltung, das ein fünftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9A und 9B äußere Ansichten
eines Beispiels eines bimorphen Schwingkörpers zur Verwendung in einem
Schwinggyroskop;
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10A bis 10D Diagramme,
die Schwingsignalverläufe
des bimorphen Schwingkörpers,
der in 9 gezeigt ist, zeigen; und
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11A und 11B Signalverlaufdiagramme
von Coriolis-Signalen, die in einem differentiellen Ausgangssignal
auftreten, wenn eine dynamische Winkelgeschwindigkeit mit einer
Wechselsignalkomponente angelegt ist.
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1 zeigt
ein Schaltungsdiagramm einer Selbstdiagnoseschaltung eines ersten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. Gemäß 1 ist
ein Schwingkörper 1 mit
einer linksseitigen Erfassungselektrode 1L und einer rechtsseitigen
Erfassungselektrode 1R, die als eine Mehrzahl von Erfassungseinrichtungen
dienen, wobei von diesen Erfassungselektroden 1L und 1R ein
Links- und ein Rechts-Erfassungssignal ausgegeben werden, die über Widerstände Rs1
und Rs2 an den negativen (–) und
positiven (+) Eingang eines Differenzverstärkers 2 angelegt werden.
Eine Referenzspannung Vref wird über
einen Widerstand Rf1 an den positiven Eingang des Differenzverstärkers 2 angelegt.
Ein Widerstand Rf2 ist zwischen den negativen Eingang und den Ausgang
geschaltet. Es sei angemerkt, daß die Widerstände Rs1
und Rs2 bei diesem Ausführungsbeispiel
und dem nachfolgend erläuterten
Ausführungsbeispiel
den gleichen Widerstandswert Rs aufweisen. Ferner besitzen der Widerstand
Rf1 und der Widerstand Rf2 den gleichen Widerstandswert Rf.
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Darüberhinaus
werden Offsetspannung V1 und V2 für eine gleichzeitige Referenz über Impedanzen
Z1 und Z2 an die Elektrode 1R und die Elektrode 1L angelegt.
Die Offsetspannung V1 unterscheidet sich von der Offsetspannung
V2, während
die Impedanzen Z1 und Z2 den gleichen Impedanzwert aufweisen.
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Im
normalen Betrieb wird die Gleichsignal-Offsetspannung von V1-V2
an dem Ausgang des Differenzverstärkers 2 ausgegeben.
Auf das Austreten eines Ausfalls hin, beispielsweise wenn die linke und
die rechte Erfassungselektrode 1L und 1R kurzgeschlossen
sind, wird die Gleichsignal-Offsetspannung V1-V2 Null, da die gleiche
Offsetspannung an die Elektrode 1L und die Elektrode 1R angelegt
wird. Folglich umfaßt
das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 2 keine Gleichsignal-Offsetspannungen. Durch
das Erfassen des Vorliegens oder des Nicht-Vorliegens der Gleichsignal-Offsetspannung
ist es möglich,
das Vorliegen oder das Nicht-Vorliegen eines Kurzschlusses der linksseitigen
Erfassungselektrode 1L und der rechtsseitigen Erfassungselektrode 1R zu
bestimmen.
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Es
sei angemerkt, daß bei
der Selbstdiagnoseschaltung, die in 1 gezeigt
ist, die Offsetspannungen V1 und V2 an die Elektrode 1R und
die Elektrode 1L angelegt werden. Es kann jedoch entweder die
Offsetspannung V1 oder die Offsetspannung V2 weggelassen werden.
In diesem Fall wird davon ausgegangen, daß die weggelassene Offsetspannung eine
Null-Spannung anlegt. Das heißt,
daß es
erforderlich ist, zumindest eine Offsetspannung an zumindest eine
der Elektroden 1L und 1R anzulegen, so daß die erfaßten Signale
von der Elektrode 1L und der Elektrode 1R auf
eine unterschiedliche Spannung vorgespannt sind oder einen Offset
aufweisen. Dies gilt auch für
die folgenden Ausführungsbeispiele,
die nachfolgend hierin erklärt
werden.
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Selbstdiagnoseschaltung eines zweiten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. Gemäß 2 ist
ein Schwingkörper 1 mit
einer Voll-Oberflächenelektrode 1C zum
Anlegen eines Treibersignals für
eine Selbstanregung des Schwingkörpers 1 versehen.
Das Treibersignal wird von einer Treiberschaltung 3 an
die Voll-Oberflächen-Elektrode 1C angelegt.
Die Treiberschaltung 3 umfaßt eine AGC-Schaltung (AGC
= automatic gain control = automatische Verstärkungssteuerung), in der jeweilige
Erfassungssignale, die in zwei Erfassungselektroden 1L und 1R erzeugt
werden, in einer Addierschaltung 4 addiert werden, um ein
Summensignal zu erzeugen, das konstant gemacht ist, und eine Phasenschieberschaltung,
um für
die Selbstanregungs-Oszillationsschleife einen anhaltenden optimalen
Phasenzustand zu liefern.
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Wenn
der Schwingkörper 1 in
einer Selbst-Oszillation durch die Treiberschaltung 3 betrieben
wird, wird basierend auf einem Erfassungssignal, das an den zwei
Erfassungselektroden 1L und 1R erzeugt wird, wenn
eine Winkelgeschwindigkeit an den Schwingkörper angelegt ist, ein Winkelgeschwindigkeitssignal
von dem Differenzverstärker 2 erhalten.
Das Ausgangs signal des Differenzverstärkers 2 wird geglättet und
durch eine wellenerfassungsschaltung (nicht gezeigt) synchron zu
dem Treibersignal der Treiberschaltung 3 einer gleichsignalmäßigen Verstärkung unterzogen,
und schließlich als
ein Gleichsignal-Spannungssignal entsprechend der Größe der Winkelgeschwindigkeit
ausgegeben.
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Hierbei
sind die Signale, die an den Erfassungselektroden 1L und 1R erzeugt
werden, von zwei Arten, nämlich
ein Wechselsignal (AC-Signal), das durch eine Treibermodusschwingung,
die durch das Treibersignal angeregt wird, erzeugt wird, und ein
AC-Signal, das durch eine Erfassungsmodus-Schwingung, die durch
die Corioliskraft, die durch eine angelegte Winkelgeschwindigkeit
an dem Schwingkörper 1 erzeugt
wird, angeregt wird. Die Signale sind jeweils ein AC-Signal mit
der gleichen Resonanzfrequenz wie der Schwingkörper 1. Ferner sind
die Erfassungselektroden 1R und 1L des Schwingkörpers 1 als
ein Kondensator wirksam, der aus schaltungstechnischen Gesichtspunkten
aus einer piezoelektrischen Einheit gebildet ist. Die AC-Signale,
die durch den Treibermodus und den Erfassungsmodus erzeugt werden,
können
als eine AC-Stromquelle, die parallel zu dem Kondensator geschaltet
ist, betrachtet werden.
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Bei
dem Schwingkörper 1 fallen
die Amplituden und Phasen der AC-Signale, die an den jeweiligen
Erfassungselektroden 1L und 1R durch den Treibermodus
erzeugt werden, zusammen, wobei, wenn in einem Zustand, in dem keine
Winkelgeschwindigkeit angelegt ist, kein Offsetsignal vorliegt,
das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 2 gleich der Referenzspannung
Vref ist.
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Wenn
das Gyroskop normalerweise auf diese Art betrieben wird, wird das
Ausgangssignal des Differenzverstärkers 2 mit Gleichsignalen
(DC-Signalen) überlagert,
die zusätzlich
zu dem AC-Signal, das durch die oben beschriebene Treibermodusschwingung
oder die Erfassungsmodusschwingung erzeugt wird, durch die Offsetspannungen
V1 und V2 über
die Widerstände RL1
bzw. RL2, die den gleichen Widerstandswert aufweisen, bewirkt werden.
Die Größe V0 der
Gleichsignalausgabe des Differenzverstärkers 2 ist durch
den folgenden Ausdruck gegeben, unter der Voraussetzung, daß der Differenzverstärker 2 ein idealer
Verstärker
ist. V0 = (V1 – V2) × (Rf/(Rs + RL))wobei
der widerstandswert der Widerstände
RL1 und RL2 RL ist.
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Nun
wird ein Fall betrachtet, bei dem die Erfassungselektroden 1L und 1R aus
irgendeinem Grund kurzgeschlossen sind. In diesem Fall besitzen die
Potentiale der kurzgeschlossenen Erfassungselektroden 1L und 1R ungeachtet
der Werte der Offsetpotentiale V1 und V2 den gleichen Wert, weshalb das
DC-Signal V0 aus
dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers 2 verschwindet
und Null (0) ist.
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Wenn
entweder die Erfassungselektrode 1L oder die Erfassungselektrode 1R beispielsweise
mit dem Referenzspannungspotential Vref kurzgeschlossen ist, wird
ferner eine DC-Spannung
entsprechend dem Offsetpotential der Erfassungselektrode, die nicht
kurzgeschlossen ist, als die DC-Spannung V0 ausgegeben. Wenn beispielsweise
die rechtzeitige Erfassungselektrode 1R mit dem Referenzspannungspotential
Vref kurzgeschlossen ist, nimmt die DC-Spannung V0 den Wert der
Referenzspannung Vref an, der durch folgende Gleichung gegeben ist. V0 = –V2 × (Rf/(Rs
+ RL))
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Folglich
kann die DC-Spannung V0 des Differenzverstärkers 2 Werte annehmen,
die Zuständen der
Erfassungselektrode entsprechen, wobei die DC-Spannung V0 überwacht
werden kann, um die Zustände
der Erfassungselektrode zu bestimmen. Derartige Ausführungsbeispiele
sind in den 3 und 4 gezeigt.
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3 ist
ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels
zum Bestimmen eines Zustands einer Erfassungselektrode durch die
Verwendung eines Fensterkomparators. Gemäß 3 ist der
Ausgang des Differenzverstärkers 2 mit
den Plus-Eingängen einer
Mehrzahl von Fensterkomparatoren 51, 52 verbunden.
Referenzspannungen Vc1, Vc2 jeweils unterschiedlicher Potentiale
werden an die negativen Eingänge
der jeweiligen Fensterkomparatoren 51, 52 angelegt.
Die Referenzpotentiale Vc1, Vc2 sind, wie bei dem Ausführungsbeispiel
von 2 beschrieben ist, in der Lage, eine Mehrzahl
von Ursachen zu erfassen, indem der DC-Strom, der von dem Differenzverstärker 2 ausgegeben
wird, auf ein Potential eingestellt gehalten wird, das unterschieden
werden kann, wenn die Erfassungselektroden 1L und 1R kurzgeschlossen
sind, oder indem der DC-Strom, der von dem Differenzverstärker ausgegeben
wird, auf ein Potential eingestellt gehalten wird, das unterschieden
werden kann, wenn entweder die Erfassungselektrode 1L oder 1R beispielsweise
mit dem Referenzspannungspotential Vref kurzgeschlossen ist. Die
Ausgangssignale der jeweiligen Fensterkomparatoren 51, 52 werden
einem logischen UND-Gatter 6 zugeführt, um ein Zustandserfassungs-Ausgangssignal
zu erhalten.
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4 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel für eine digitale
Bestimmung eines Zustands einer Erfassungselektrode zeigt. In 4 wird
eine DC-Spannung an dem Ausgang des Differenzverstärkers 2 einem
A/D-Wandler 7 zugeführt
und in ein digitales Signal umgewandelt, das einer MPU 8 (MPU
= microprocessor unit = Mikroprozessoreinheit) zugeführt wird.
Die MPU 8 unterscheidet den DC-Strom, der in ein digitales
Signal umgewandelt ist, und unterscheidet die Mehrzahl von Ursachen,
die bezüglich 3 beschrieben
sind.
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5 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt. Eine Selbstdiagnoseschaltung, die in 5 gezeigt
ist, ist aufgebaut, um Offsetstromquellen I1 und I2 anstelle der
Offsetspan nungen V1 und V2, die in 2 gezeigt
sind, zu verwenden, wobei die Struktur im übrigen identisch zu der von 2 ist. In
diesem Fall erzeugt der Offsetstrom die Offsetspannungen 21 × RL und
I2 × RL
jeweils an den Erfassungselektroden 1L und 1R über Lastwiderstände RL bzw.
RL2.
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Ähnlich wie
bei dem Fall des Ausführungsbeispiels
von 2 gibt, wenn die Erfassungselektroden 1L und 1R in
dem normalen Zustand sind, die Ausgangsspannung V0 des Differenzverstärkers 2 den
Wert des folgenden Ausdrucks bezugnehmend auf die Referenzspannung
Vref als die Referenz aus. V0 = (I1 – I2) × Rfwobei
der Widerstandswert der Widerstände
Rf1 und Rf2 Rf ist.
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Aus
der obigen Gleichung wird, wenn beispielsweise die Erfassungselektroden 1L und 1R kurzgeschlossen
sind, der folgende Ausdruck der Ausgangsspannung V0 des Differenzverstärkers 2 erhalten,
wenn die Referenzspannung Vref ist, nämlich: V0
= Vref
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Wenn
die Erfassungselektrode 1R mit der Referenzspannung Vref
kurzgeschlossen ist, wird das Ausgangssignal V0 des Differenzverstärkers 2 mit
der Referenzspannung Vref als der Referenz wie folgt ausgedrückt, nämlich: V0 = –I2 × Rf
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Folglich
kann, ähnlich
wie bei dem Fall von 2 der Zustand der Erfassungselektrode überwacht
werden.
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6 ist
ein Schaltungsdiagramm, das ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung zeigt. Dieses Ausführungsbeispiel
ist eine Modifikation des Ausführungsbei spiels,
das in 2 gezeigt ist, bei dem die DC-Offset-Spannungen V1 und V2
durch AC-Offsetspannungen V10 und V20 ersetzt sind. Da bei diesem
Ausführungsbeispiel
ein AC-Signal an dem Ausgang des Differenzverstärkers 2 auftritt,
ist jedoch ein zu dem in 2 gezeigten unterschiedliches
Erfassungsverfahren notwendig. Speziell ist in anderen Worten eine Überwachungsschaltung,
die mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 2 zu verbinden
ist, aus einer zu den jeweiligen Offsetspannungen V10 und V20 synchronen
Wellenerfassungsschaltung gebildet.
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Wenn
die Offsetspannungen V10 und V20 wie folgt lauten: V10
= Va × sin
(ωlt),
V20 = Vb × sin
(ω2t),wobei
Va und Vb die Amplituden von V10 und V20 sind.
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Im
normalen Betrieb werden Signale, die durch die Offsetspannungen
V10 und V20 bewirkt werden, in einer Form ausgegeben, in der das
Ausgangssignal V0 des Differenzverstärkers 2 AC-Signalen überlagert
ist, die durch eine Selbstanregung und eine Winkelgeschwindigkeitserfassung
des Schwingkörpers 1 bewirkt
werden. Wenn eine Wellenerfassungsschaltung, die synchron zu den
zwei Offsetsignalen betrieben wird, folglich mit dem Ausgang des
Differenzverstärkers 2 verbunden
gehalten wird, können
AC-Signale, die jeweils durch die Offsetspannungen V10 und V20 bewirkt
werden, im normalen Betrieb erfaßt werden.
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7 ist
ein Diagramm, das eine Wellenerfassungsschaltung für einen
zu den zwei Offsetsignalen synchronen Betrieb als eine Überwachungsschaltung
zeigt. Gemäß 7 ist
der Ausgang des Differenzverstärkers 2 mit
synchronisierenden Wellenerfassungsschaltungen 91 und 92 verbunden.
AC-Offset-Spannungen
V10 und V20 werden jeweils an die synchronisierenden Wellenerfassungsschaltungen 91 und 92 angelegt.
Die synchronisierenden Wellenerfassungsschaltungen 91 und 92 synchronisieren mit
diesen Offsetspannungen V10 und V20, um das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 2 zu
erfassen. In anderen Worten werden im normalen Betrieb AC-Signale,
die jeweils durch die Offsetspannungen V10 und V20 bewirkt werden,
erfaßt,
wobei, wenn die Erfassungselektrode 1L oder 1R mit
der Referenzspannung Vref oder dergleichen kurzgeschlossen ist, das
Wellenerfassungs-Ausgangssignal des jeweiligen Offsetsignals Null
wird, wodurch ein Kurzschlußzustand
erfaßt
werden kann.
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Da
bei diesem Ausführungsbeispiel
jedoch ein zusammengesetztes Signal jeweiliger Offsetspannungen
an dem Ausgang des Differenzverstärkers 2 ausgegeben
wird, kann, wenn die Erfassungselektrode 1L und 1R kurzgeschlossen
sind, der Kurzschluß nicht
erfaßt
werden. Um den Kurzschluß zu erfassen,
ist es erforderlich, daß eine
DC-Pegel-Überwachungsschaltung
für das
Wellenerfassungssignal an der Stufe nach den synchronisierenden
Wellenerfassungsschaltungen 91 und 92 vorgesehen
ist.
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8 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Selbstdiagnoseschaltung, das ein fünftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Ausführungsbeispiel, das in 8 gezeigt
ist, ist eine Modifikation des Ausführungsbeispiels, das in 5 gezeigt
ist, wobei die DC-Stromquellen I1 und I2 der Offsetsignalquelle
durch AC-Stromquellen I10 und I20 ersetzt sind. Im Fall dieses Ausführungsbeispiels wird, ähnlich wie
bei dem Ausführungsbeispiel,
das in 6 gezeigt ist, ein Signal, das Frequenzkomponenten
der zwei AC-Signal-Quellen I10 und I20 enthält, an dem Ausgang des Differenzverstärkers 2 ausgegeben.
Folglich ist durch das Vorsehen synchronisierender Wellenerfassungsschaltungen 91 und 92 für jeweilige
Frequenzen, wie es in 7 gezeigt ist, eine Erfassung
der Zustände
der Erfassungselektroden 1L und 1R möglich.
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Obwohl
bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
ein Fall beschrieben ist, bei dem die vorliegende Erfindung auf
einen piezoelektrischen Schwingkörper
vom bimorphen Typ an gewendet ist, ist die vorliegende Erfindung
nicht darauf begrenzt und kann auf ein beliebiges piezoelektrisches Schwinggyroskop
angewendet werden, bei dem L/R-Signale ausgegeben werden und das
Referenzsignal, die Anregungsspannung und die Summenspannung auftreten,
wie z.B. einem Schwingkörper mit
einem piezoelektrischen Element, das an einer rechteckigen Säule oder
einer dreieckigen Säule,
die aus einem Metall besteht, angebracht ist, einem Schwingkörper unter
Verwendung eines piezoelektrischen Elements vom Zylindertyp und
ferner einem Schwingkörper
vom Stimmgabeltyp und dergleichen.
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Ferner
kann die vorliegende Erfindung auch auf ein magnetisches Schwinggyroskop
oder ein optisches Schwinggyroskop angewendet werden.