DE102005012155B4

DE102005012155B4 - Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor

Info

Publication number: DE102005012155B4
Application number: DE102005012155A
Authority: DE
Inventors: Shunji Mase; Kenji Hirano
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2025-03-17
Also published as: CN100381823C; DE102005012155A1; CN1677111A; US20050204815A1; US7134336B2

Abstract

Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps, mit: einem ersten Winkelgeschwindigkeitssensor (100) und einem zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor (200); einer Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit (7, 8, 16, 21, 121, 141) mit einem Synthetisierungsabschnitt für eine gegenphasige Wellenform (6, 7, 16, 21, 121); und einer Signalausgabeeinheit (10, CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) mit einem Synthetisierungsabschnitt für eine gleichphasige Wellenform (8, 10, CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2), wobei jeder der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) aufweist: Vibratoren (41a, 41b), die in einer bestimmten Referenzrichtung vibrationsbetrieben werden; eine Vibrationstreibereinheit (6) zum Vibrieren lassen der Vibratoren (41a, 41b) mit einer vorbestimmten konstanten Amplitude, wobei die Vibrationstreibereinheit (6) die Vibratoren (41a, 41b) der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) synchron in Vibration versetzt; und eine Erkennungswellenformerzeugungseinheit (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 20a, 20b, 45a1, 45a2, 45b1, 45b2, 45S1, 45S2, 45S1A, 45S1B, 45S2A, 45S2B, 75, 76) zur Erkennung einer Vibrationskomponente des Vibrators (41a, 41b) in einer Winkelgeschwindigkeitserkennungsrichtung senkrecht zu der Referenzrichtung abhängig von einer an den Vibrator (41a, 41b) angelegten Winkelgeschwindigkeit und zur Erzeugung einer ersten oder einer zweiten Erkennungswellenform basierend auf der Vibrationskomponente, wobei der Synthetisierungsabschnitt für eine ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor.
Abhängig von dem Arbeitsverfahren gibt es verschiedene Arten von Winkelgeschwindigkeitssensoren (Gyrosensoren). Bekannte Typen von Winkelgeschwindigkeitssensoren umfassen mechanische Typen, welche die Präzession eines sich drehenden Körpers verwenden; den mechanischen Typ, der Änderungen von Lichtempfangszeiten aufgrund der Drehung von Laserlicht verwendet, welches in einem Behälter gedreht wird; und den Fluidtyp, bei dem ein Gasstrom zur Sensierung auf einen Wärmestrahl gerichtet wird und Änderungen in der Strahlmenge aufgrund der Drehung eines Behälters werden durch die Wärmestrahltemperatur erkannt. In letzter Zeit ist die Nachfrage nach Winkelgeschwindigkeitssensoren für eine Fahrzeugrichtungserkennung in Fahrzeugnavigationssystemen oder dergleichen erheblich angestiegen. Im Ergebnis werden Winkelgeschwindigkeitssensoren des Vibrationstyps, welche im Vergleich zu den oben erwähnten Typenpreiswert und von geringem Gewicht sind, immer vorherrschender. Ein Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor ist so aufgebaut, dass folgendes stattfindet: wenn eine Winkelgeschwindigkeit auf Vibratoren wirkt, welche in einer bestimmten Referenzrichtung vibrieren, wird eine neue Vibrationskomponente erkannt. Diese neue Vibrationskomponente (nachfolgend als ”Winkelgeschwindigkeitsvibrationskomponente” bezeichnet) basiert auf einer Corioliskraft in einer Erkennungsrichtung senkrecht zur Referenzrichtung. Basierend auf der Vibrationskomponente wird eine Information über die Winkelgeschwindigkeit ausgegeben.
Allgemein bekannt sind die folgenden Systeme, bei denen eine Fahrzeugsteuerung unter Verwendung eines Winkelgeschwindigkeitssensors durchgeführt wird: ein Fahrzeugstabilitätssteuersystem, bei dem ein Rutsch eines Fahrzeugs erkannt wird und eine Abbremsung oder ein Drehmoment an jedem Rad optimal eingestellt wird, um das Fahrzeug in einem Normalzustand zu halten; ein Vierrad-Lenkwinkelsteuersystem, bei dem der Lenkwinkel der Vorderräder oder Hinterräder eines Fahrzeugs gesteuert wird; etc. Diese Systemarten verwenden einen Winkelgeschwindgkeitssensor, um anormale Zustände von Fahrzeugen zu erkennen, beispielsweise ein Rutschen. Somit wird gefordert, dass die Zuverlässigkeit eines Winkelgeschwindigkeitssignals verbessert wird.
Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensoren werden wie folgt gekennzeichnet: wenn eine translatorische Beschleunigung auf ein Fahrzeug während der Winkelgeschwindigkeitserkennung angelegt wird, wird sie als ein Rauschen der auf der Corioliskraft basierenden Winkelgeschwindigkeits-Erkennungswellenform überlagert. Die in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-21517 beschriebene Technik wendet das folgende Verfahren an: zwei Sätze von Vibrationssensoreinheiten werden in entgegengesetzten Phasen betrieben und miteinander kombiniert und die Ausgänge der Sensoreinheiten, die in entgegengesetzten Phasen erzeugt werden, werden differenzverstärkt; die Beschleunigungskomponente wird hierdurch aufgehoben. Die ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-21517 beschreibt das folgende Vorgehen als übliche Maßnahme zur Verwendung bei einer Fahrzeugsteuerung: das Ausgangssystem eines Winkelgeschwindigkeitssensors wird in einen Hauptausgang und einen Unterausgang unterteilt; der Unterausgang wird als Backup für den Hauptausgang verwendet. Wenn irgendwelche Störungen in einem der Ausgangssysteme auftreten, können diese durch Vergleich des Ausgangs des Unterausgangssystems mit demjenigen des Hauptausgangssystems erkannt werden.
Die in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-21517 beschriebene Technologie verwendet das folgende Verfahren zur Aufhebung der Beschleunigung: die Ausgängen der beiden Sensoreinheiten werden vorab synthetisiert und der synthetisierte Ausgang wird in einen Unterausgang und einen Hauptausgang unterteilt. Dieses Verfahren hat jedoch ein Problem: die ersten und zweiten Sensoreinheiten bilden des Basis des Sensorausgangs. Wenn irgendwelche Störungen in einer Komponente (z. B. einem Vibrator oder einer Elektrode für eine Vibrationserkennung) im Inneren der Sensoreinheiten auftreten, können sie nicht erkannt werden. Dies deshalb, als eine besondere Differenz zwischen dem Unterausgang und dem Hauptausgang nicht erzeugt wird, so lange nicht das Ausgangssystem fehlerhaft ist. Somit ist es bei einem Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor notwendig, Anormalitäten einfach und zuverlässig auch dann zu erkennen, wenn irgendwelche Störungen in einzelnen Sensoreinheiten auftreten.
Wenn weiterhin die Treiberamplitude eines Vibrators bei einem Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor aus einem bestimmten Vibrationsbereich herausgelangt, kann eine gewisse Anormalität im Nullpunkt der Empfindlichkeit des Winkelgeschwindigkeitssensor-Ausgangs auftreten. Daher ist es notwendig, die Treiberamplitude zu erkennen und bestimmen zu können, ob sie innerhalb des bestimmten Bereichs liegt oder nicht. Insbesondere wird bei der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-88578 der folgende Vorgang angewendet: die Treiberamplitude von Vibratoren wird durch piezoelektrische Elemente erkannt und einer Ladungs/Spannungs-Wandlung unterworfen. Weiterhin wird eine Gleichrichtung durchgeführt und das gleichgerichtete Signal wird als Amplitudenüberwachungssignal verwendet. Eine Anormalitätserkennung wird auf der Basis darauf durchgeführt, ob der Pegel dieses Amplitudenüberwachungssignals innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt oder nicht.
Wenn eine translatorische Beschleunigung auf ein Fahrzeug während der Winkelgeschwindigkeitserkennung aufgebracht wird, tritt das folgende in einem Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor auf: die translatorische Beschleunigung wird als Störrauschen einer Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform basierend auf der Corioliskraft überlagert. Die in der ungeprüften japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-88578 beschriebene Technologie wendet das folgende Verfahren an: zwei Sätze von Vibrationssensoreinheiten, welche in entgegengesetzten Phasen betrieben werden, werden kombiniert und die Ausgänge der Sensoreinheiten, welche in entgegengesetzten Phasen erzeugt werden, werden differenzverstärkt. Somit werden die Beschleunigungskomponenten aufgehoben. In diesem Fall müssen die Vibratoren der beiden Einheiten synchron betrieben werden. Bei der Amplitudensteuerung einer Vibrationstreibereinheit werden Amplitudenüberwachungssignale, welche einzeln aus den individuellen Einheiten herausgeführt werden, in Phase addiert und die Empfindlichkeit für das Amplitudenüberwachungssignal wird dadurch verbessert. Die Amplitudenüberwachungssignale, welche als Additionsergebnis erhalten werden, werden auch bei der Anormalitätserkennung verwendet.
Wenn in einer Sensoreinheit irgendeine Anormalität auftritt, findet das folgende bei dem Amplitudenüberwachungssignal statt, welches als Ergebnis der Addition erhalten wurde: anormale Amplitudenkomponenten werden einer im normalen Betrieb erwarteten Bezugsamplitude überlagert. Wenn zwei Sensoreinheiten kombiniert und verwendet werden, wie oben beschrieben, ergibt sich ein Problem: die folgende Maßnahme muss ergriffen werden, wenn das Amplitudenüberwachungssignal, welches als Additionsergebnis erhalten wird, für die Anormalitätserkennung verwendet wird, nämlich gemäß dem linken Teil der 12A bis 12H muss eine anormale Vibrationskomponente α erkannt und zusammen mit einer Bezugsamplitudenkomponente A mit dem gleichen Signalverstärkungsfaktor G zweimal verstärkt werden. Es ergibt sich jedoch eine Beschränkung am Signalverstärkungsfaktor G aufgrund der Betriebsspannung des Schaltkreises. Eine Einschränkung wird der erlaubbaren Grenze zur Überlagerung der anormalen Amplitudenkomponente α auf die Bezugsamplitude A auferlegt. Somit können Anormalitäten nicht mit Genauigkeit erkannt werden.
Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2004 014 914 T2 betrifft einen Beschleunigungssensor, der zusammen mit einem Winkelgeschwindigkeitssensor in demselben Gehäuse untergebracht ist und die von einer externen Schwingung erzeugte Beschleunigung erfasst. Sein Erfassungssignal wird ersten und zweiten Bandpassfiltern zugeführt, um eine Ansteuersystemresonanzfrequenz des Winkelgeschwindigkeitssensors ebenso wie eine Differenzfrequenz zwischen der Ansteuersystemfrequenzkomponente und einer Erfassungssystemresonanzfrequenz zu extrahieren. Extrahierte Signale der jeweiligen Frequenzkomponenten werden ersten und zweiten Fenstervergleichern zugeführt. Wenn eine jeweilige Frequenzkomponente von einem vorbestimmten Bereich abweicht, wird ein Diagnosesignal, das die abnorme Bedingung des Winkelgeschwindigkeitssensors meldet, erzeugt.
Weiter betrifft die Druckschrift DE 696 22 815 T2 einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit einer Selbstdiagnosefunktion. Der Winkelgeschwindigkeitssensor beinhaltet einen ansteuernden Teil, mit dem ein ansteuernder Teil eines Sensorelements mit einem Treiberteil und einem Detektorteil zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit und einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit des Sensorelements stabil in Schwingung versetzbar ist, und erhält ein Selbstdiagnosesignal für eine Fehlfunktion durch Erfassen eines mechanischen Kopplungssignals, das in der Erfassungseinrichtung erhalten wird.
Ferner betrifft die Druckschrift DE 697 04 408 T2 eine Vorrichtung zur Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit, mit einem Substrat, einem Schwingkörper, der auf dem Substrat bereitgestellt ist, wobei der Schwingkörper in der Lage ist, in einer Schwingungsachsenrichtung und in einer Erfassungsachsenrichtung, welche sich rechtwinklig schneiden, zu schwingen, einer Schwingungserzeugungseinrichtung, die den Schwingkörper durch Anlegen eines Ansteuersignals in der Schwingungsachsenrichtung in Schwingung versetzen kann, und einer Verschiebungserfassungseinrichtung zum Erfassen des Ausmaßes einer Verschiebung des Schwingkörpers, wenn der Schwingkörper in der Erfassungsachsenrichtung auf der Grundlage der Winkelgeschwindigkeit entlang einer erfassten Achse, die sich in einem Zustand, in dem der Schwingkörper durch die Schwingungserzeugungseinrichtung in der Schwingungsachsenrichtung in Schwingung versetzt ist, rechtwinklig mit der Schwingungsachse und der Erfassungsachse schneidet, verschoben wird, wobei eine Korrektivschwingungserzeugungseinrichtung vorgesehen ist zum Bewirken, dass der Schwingkörper in der Erfassungsachsenrichtung zur Korrektur schwingt.
Weiterhin betrifft die Druckschrift DE 699 32 225 T2 einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit Elektroden, die eine Erregungseinheit, die dazu dient, einen Schwinger in Schwingung zu versetzen, bilden, einer Elektrode, die eine Einrichtung zum Erfassen eines Schwingungspegels des Schwingers bildet, einer Elektrode, die eine erste Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Corioliskraft, die in Antwort auf eine Winkelgeschwindigkeit erzeugt wurde, bildet, einer zweiten Erfassungselektrode zum Erfassen eines Signals umgekehrter Polarität zu der der ersten Erfassungselektrode, einer Ansteuerschaltung, die ein Signal von der Elektrode zum Erfassen des Schwingungspegels als ein Eingangssignal verwendet und ein Signal an die Elektroden ausgibt, und einer ersten Erfassungsschaltung und einer zweiten Erfassungsschaltung, die jeweilige Zufuhren erfasster Signale von der ersten Erfassungselektrode und der zweiten Erfassungselektrode verwenden.
Außerdem betrifft die Druckschrift EP 1 367 367 A1 einen Winkelgeschwindigkeitssensor, der eine Abnormitätserfassung des Sensors von außerhalb aus erlaubt und ein Paar von Stromverstärkern zum Empfangen einer Ausgabe von einer Sensorelektrode, einen Differenzverstärker zum Verstärken einer Ausgangsdifferenz zwischen dem Paar von Stromverstärkern, einen 90°-Phasenschieber, der einen synchronen Demodulator zum Ausgeben eines Winkelgeschwindigkeitssignals durch Erfassen einer Ausgabe von dem Differenzverstärker synchron mit einem Überwachungssignal bildet, und einen Synchrondetektor beinhaltet. Das Überwachungssignal wird über einen als Injektor verwendeten Kondensator auf der Grundlage eines externen Diagnoseanforderungssignals, das von einem Steueranschluss zugeführt wird, zu einem Eingangsanschluss des Stromverstärkers addiert.
Weiter betrifft die Druckschrift JP 2000-9475 A eine Winkelgeschwindigkeits-Erfassungseinrichtung, die mit einem ersten und einem zweiten Schwingkörper für ein Substrat, die potenzialfrei und symmetrisch sind, Ansteuerelektroden zum Durchführen einer x-Schwingungsansteuerung derselben, Erfassungselektroden zum Erfassen der y-Schwingung der Schwingkörper, Hilfselektroden, die den Schwingkörper in eine y-Richtung mit einer statischen elektrischen Kraft beaufschlagen, und Spannungsschaltkreisen zum Anlegen einer Spannung für statische elektrische Kraft an diese versehen sind. Die Hilfselektroden sind ein Paar von Elektroden zum Beaufschlagen des Schwingkörpers mit statischer elektrischer Kraft in der entgegengesetzten Richtung. Eine Messsteuereinrichtung stellt eine Hilfsspannung ein, die an die Hilfselektrode zum Kalibrieren einer x-Amplitude anzulegen ist, legt eine Spannung zum Zuführen einer Pseudo-Corioliskraft auf die Schwingkörper zu den Hilfselektroden zum Lesen eines Winkelgeschwindigkeits-Erfassungssignals an, und kalibriert eine Messschaltung.
Ferner betrifft die Druckschrift US 6 386 034 B1 einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit einer Ermittlungsschaltung zum Übernehmen eines Ausgangssignals eines Vollwellengleichrichters und eines Ausgangssignals nach Verstärkung durch einen Ladungsverstärker, und Durchführen einer Ermittlung einer Abnormität, und eine Ausgangsklemmschaltung, die durch ein Ausgangssignal der Ermittlungsschaltung aktiviert wird, falls diese zu einer Ermittlung einer Abnormität gelangt, zum Klemmen eines Ausgangssignals eines Sensorausgangsanschlusses auf ein Niveau nahe einer Leistungsversorgungsspannung oder einer Massespannung.
Schließlich offenbart die Druckschrift US 6 418 790 B1 einen Winkelgeschwindigkeitssensor mit ersten Erregern, die einen Schwinger mit Ansteuerschwingungen versorgen, einem piezoelektrischen Element mit einem Schwingungsdetektor zum Erfassen eines Schwingungsniveaus des Schwingers, und Coriolisdetektoren zum Erfassen einer Coriolisschwingung in Abhängigkeit von einer Eingangswinkelgeschwindigkeit, und beinhaltend eine Ansteuerschaltung zum Empfangen eines Signals von dem Schwingungsdetektor und Ausgeben eines Signals an die ersten Erreger und eine Erfassungsschaltung zum Empfangen von Signalen von den Coriolisdetektoren. Der Schaltungsabschnitt beinhaltet weiter eine Pegelbeurteilungsschaltung zum Beurteilen abnormer Pegel elektrischer Ladungen in den Coriolisdetektoren und einen Ausfalldetektor zum Ausgeben eines Ausgangssignals, wenn eine Abnormität erfasst wird. Jede Ausgabe der Coriolisdetektoren enthält eine Ansteuerschwingungskomponente, die größer ist als der Referenzpegel der Pegelbeurteilungsschaltung, und die Anordnung der Elektroden in dem Elementabschnitt ist so justiert, dass eine kombinierte Ausgabe die Komponente kleiner als der Referenzpegel enthalten kann.
Angesichts des oben beschriebenen Problems und Hintergrunds ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor bereitzustellen, der in der Lage ist, Anormalitäten zu erkennen, welche in einer individuellen Sensoreinheit auftreten, wobei die Erkennung einfach und zuverlässig erfolgen soll und Anormalitäten in der Vibrationstreiberamplitude genau erkannt werden sollen.
Weiterhin soll die Erfindung einen Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor schaffen, der in der Lage ist, einfach und zuverlässig Anormalitäten erkennen zu können, die in einer individuellen Sensoreinheit aufgetreten sind. Weiterhin soll die Erfindung einen Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor schaffen, der in der Lage ist, Anormalitäten in der Vibrationstreiberamplitude genau erkennen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
Wie in Anspruch 1 angegeben, weist somit ein Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps zumindest auf: einen ersten Winkelgeschwindigkeitssensor und einen zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor: und eine Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit mit einem entgegengesetztphasigen Wellenformsynthetisierungsabschnitt. Jeder der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren weist auf: einen Vibrator, der in einer bestimmten Referenzrichtung vibrationsbetrieben wird; eine Vibrationstreibereinheit zum Vibrieren lassen des Vibrators mit einer vorbestimmten konstanten Amplitude; und eine Erkennungswellenformerzeugungseinheit zur Erkennung einer Vibrationskomponente des Vibrators in einer Winkelgeschwindigkeitserkennungsrichtung senkrecht zu der Referenzrichtung abhängig von einer an den Vibrator angelegten Winkelgeschwindigkeit und zur Erzeugung einer ersten oder einer zweiten Erkennungswellenform basierend auf der Vibrationskomponente. Der entgegengesetztphasige Wellenformsynthetisierungsabschnitt synthetisiert die erste Erkennungswellenform, die vom ersten Winkelgeschwindigkeitssensor erhalten wurde und die zweite Erkennungswellenform, die vom zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor erhalten wurde, derart, dass eine Phase der ersten Erkennungswellenform entgegengesetzt zu derjenigen der zweiten Erkennungswellenform ist. Die erste Erkennungswellenform wird abhängig von einer Verschiebung des Vibrators im ersten Winkelgeschwindigkeitssensor erzeugt und die zweite Erkennungswellenform wird abhängig von einer Verschiebung des Vibrators in dem zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor erzeugt. Die Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit erzeugt ein Anormalitätsüberwachungssignal und gibt es aus, um eine Anormalität eines Sensorausgangs auf der Grundlage einer synthetisierten entgegengesetztphasigen Wellenform zu überwachen, welche aus den ersten und zweiten Erkennungswellenformen synthetisiert wurde.
Der obige Sensor erkennt einfach und zuverlässig Anormalitäten, welche in einer individuellen Sensoreinheit aufgetreten sind und erkennt weiterhin mit Genauigkeit Anormalitäten in der Vibrationstreiberamplitude.
Bevorzugt weist der Sensor weiterhin eine Signalausgabeeinheit mit einem phasengleichen Wellenformsynthetisierungsabschnitt auf. Die Vibrationstreibereinheit lässt die Vibratoren der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren synchron vibrieren. Der phasengleiche Wellenformsynthetisierungsabschnitt synthetisiert die erste Erkennungswellenform und die zweite Erkennungswellenform derart, dass eine Phase der ersten Erkennungswellenform und eine Phase der zweiten Erkennungswellenform gleichphasig gemacht werden. Die Signalausgabeeinheit gibt eine synthetisierte gleichphasige Wellenform aus, die aus den ersten und zweiten Erkennungswellenformen synthetisiert wurde und das Winkelgeschwindigkeitssignal ist, wobei Beschleunigungswellenformkomponenten, welche den ersten und zweiten Erkennungswellenformen überlagert sind, aufgehoben sind. Der Sensor erkennt in der einzelnen Sensoreinheit aufgetreten Anormalitäten einfach und zuverlässig.
Bevorzugt weist der Sensor weiterhin auf: einen ersten Amplitudenüberwacher zur Erkennung einer Treiberamplitude des Vibrators im ersten Winkelgeschwindigkeitssensor in Referenzrichtung zur Ausgabe der ersten Erkennungswellenform; und einen zweiten Amplitudenüberwacher zur Erkennung einer Treiberamplitude des Vibrators im zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor in Referenzrichtung zur Ausgabe der zweiten Erkennungswellenform. Der Sensor erkennt Anormalitäten in der Vibrationstreiberamplitude mit Genauigkeit.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich besser aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
1 ein Schaltkreisdiagramm eines Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Draufsicht auf die ersten und zweiten Sensoreinheiten in dem Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor der ersten Ausführungsform;
3 ein Schaltkreisdiagramm eines Anormalitätsüberwachungssignal-Erzeugungsschaltkreises in dem Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der ersten Ausführungsform;
4A bis 4F Darstellen von Wellenformen, mit welchen Effekt und Funktion des Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der ersten Ausführungsform erläutert werden;
5A und 5B Darstellungen von Wellenformen, mit welchen die Erzeugung eines Anormalitätsüberwachungs-Vorbereitungssignals gemäß der ersten Ausführungsform erläutert wird;
6 ein Schaltkreisdiagramm eines Anormalitätsüberwachungssignal-Erzeugungsschaltkreises in einem Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform;
7 ein Schaltkreisdiagramm eines Anormalitätsüberwachungssignal-Erzeugungsschaltkreises in einem Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer weiteren Abwandlung der ersten Ausführungsform;
8A und 8B Schaltkreisdiagramme eines Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
9 eine Draufsicht auf die ersten und zweiten Sensoreinheiten in dem Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor. gemäß der zweiten Ausführungsform;
10A und 10B Darstellungen von Wellenformen, mit denen die Addition von Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen von Elektroden im Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß der zweiten Ausführungsform erläutert werden;
11 eine Draufsicht auf die ersten und zweiten Sensoreinheiten in einem Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensor gemäß einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform; und
12A bis 12H Darstellungen von Wellenformen, mit denen Effekt und Funktion des Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensors gemäß der zweiten Ausführungsform erläutert werden.
(Erste Ausführungsform)
1 ist ein Schaltkreisdiagramm eines Vibrations-Winkelgeschwindigkeitssensors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Schaltkreis weist eine Vibrationseinheit 4, einen Vibrationstreiberschaltkreis 6 und eine Winkelgeschwindigkeitserkennungseinheit 7 auf. Wie in 2 dargestellt weist die Vibrationseinheit 4 eine erste Sensoreinheit 100 und eine zweite Sensoreinheit 200 auf. Die Sensoreinheiten 100 und 200 haben Vibratoren 41a und 41b, die in einer vorbestimmten X-Richtung (Referenzrichtung) vibrieren. Wenn an die Vibratoren 41a und 41b eine Winkelgeschwindigkeit angelegt wird, wird eine zu erkennende Vibrationskomponente in Y-Richtung (Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung), die als senkrecht zur X-Richtung vorbestimmt ist, erkannt. Die Erkennungswellenformerkennungsabschnitte in 1 erkennen die Wellenform der zu erkennenden Vibrationskomponente. Die Erkennungswellenformerzeugungsabschnitte sind Kondensatoren 45S1 und 45S2 für die Vibrationserkennung, bei denen sich die Abstände zwischen Elektroden abhängig von der zu erkennenden Wellenformvibration ändern. Die Ladungsänderungsausgängen von Kondensatoren 47a und 47b zur Vibrationserkennung werden über Ladungs/Spannungswandlereinheiten CA1 bis CA4 in eine Spannungswellenform umgewandelt. (Die Ladungs/Spannungswandlereinheiten können aus allgemein bekannten Ladungsverstärkern etc. aufgebaut sein.) Eine Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform wird hierdurch erzeugt. Wenn eine Translationsbeschleunigung angelegt wird, wird eine Beschleunigungswellenformkomponente der zu erkennenden Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponente der Vibrationswellenform überlagert. Was die erste Sensoreinheit 100 und die zweite Sensoreinheit 200 betrifft, so ist die oben erwähnte Referenzrichtung und die Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung vorbestimmt, so dass das folgende eintritt: aufgrund eines Vibrationsbetriebs der Vibratoren 41a und 41b mit entgegengesetzter Phase sind ihre zu erkennenden Vibrationswellenform in entweder der Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponente oder der hier überlagerten Beschleunigungswellenformkomponente gleichphasig oder sie sind in entgegengesetzten Phasen. (D. h., die Richtungen sind vorbestimmt, so dass entweder die Beschleunigungswellenformkomponente oder die Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponente durch Addition oder Differenz aufgehoben werden kann.) In dieser Ausführungsform sind die erste Sensoreinheit 100 und die zweite Sensoreinheit 200 in X-Richtung einander benachbart angeordnet. Die Vibratoren 41a und 41b sind in einer spiegelsymmetrischen Beziehung in X-Richtung vibrationsbetrieben. Die erste Ausführungsform der Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
Die Vibrationseinheit 4 wird unter Verwendung einer Halbleiter-Mikrobearbeitungstechnologie für Silizium oder dergleichen gebildet. Bei dem in 2 als Beispiel dargestellten Aufbau ist der Vibrator 41a der ersten Sensoreinheit 100 mittels Auslegern 42a an einem Rahmen 40 angebracht. Der Vibrator 41b der zweiten Sensoreinheit 200 ist an einem weiteren Rahmen 40, der einstückig mit dem obigen Rahmen ist, über Ausleger 42b angebracht. Die Vibratoren 41a und 42a sind an den Rahmen 40 50 angebracht, dass sie unabhängig in X-Richtung und einer senkrecht hierzu liegenden Y-Richtung vibrieren.
Kammförmige antriebsseitige feste Elektroden 56a und 56b sind an den inneren Oberflächen der Enden der Rahmen 40 der Sensoreinheiten 100 und 200 in X-Richtung angebracht (d. h. in Richtung des vibrationsartigen Antriebs). Die festen Elektroden 56a und 56b sind Einzelelektroden für die X-Richtung und sind in Y-Richtung in gleichen Abständen angeordnet. Kammartige antriebsseitige bewegliche Elektroden 66a und 66b sind an den Endflächen der Vibratoren 41a und 41b in X-Richtung angebracht. Die beweglichen Elektroden 66a und 66b sind Einzelelektroden für die X-Richtung und Y-Richtung in gleichen Abständen angeordnet, wobei ein Spalt zwischen ihnen und den antriebsseitigen festen Elektroden 56a und 56b vorliegt. Die festen Elektroden 56a und 56b und die beweglichen Elektroden 66a und 66b sind in ineinandergestufter Weise angeordnet.
Kondensatoren 45S1 und 45S2 für die Vibrationserkennung sind an den Enden der Sensoreinheiten 100 und 200 in Y-Richtung angeordnet (d. h., in Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung). Genauer gesagt, kammartige erkennungsseitige feste Elektroden 55a und 55b sind an den Innenoberflächen der Enden der Rahmen 40 in Y-Richtung ausgebildet. Die festen Elektroden 55a und 55b sind Einzelelektroden für die Y-Richtung und in X-Richtung in gleichen Abständen angeordnet. Kammartige erkennungsseitige bewegliche Elektroden 65a und 65b sind an den entsprechenden Endflächen der Vibratoren 41a und 41b in Y-Richtung angeordnet. Die beweglichen Elektroden 65a und 65b sind Einzelelektroden für die Y-Richtung und sind in gleichen Abständen in X-Richtung mit einem Spalt zwischen ihnen und den erkennungsseitigen festen Elektroden 55a und 55b angeordnet. Die festen Elektroden 55a und 55b und die beweglichen Elektroden 65a und 65b sind in einer ineinandergeschachtelten Weise angeordnet. Diese erkennungsseitigen beweglichen Elektroden 65a und 65b und erkennungsseitigen festen Elektroden 55a und 55b bilden die oben erwähnten Kondensatoren 45S1 und 45S2 für die Vibrationserkennung.
Kondensatoren 47a und 47b für eine Amplitudenüberwachung sind an den Enden der Sensoreinheiten 100 und 200 am nächsten zueinander in X-Richtung für eine Rückkopplungssteuerung der Vibration angeordnet. Genauer gesagt, kammartige überwachungsseitige feste Elektroden 57a und 57b sind an den entsprechenden Innenoberflächen der Rahmen 40 angeordnet. (Der Bereich zwischen den inneren Oberflächen bildet einen Trennwandabschnitt, der die Sensoreinheiten 100 und 200 voneinander trennt.) Die festen Elektroden 57a und 57b sind Einzelelektroden für die X-Richtung und den gleichen Abständen in Y-Richtung angeordnet. Kammartige überwachungsseitige bewegliche Elektroden 67a und 67b sind an den entsprechenden Endflächen der Vibratoren 41a und 41b in X-Richtung eingebaut. Die beweglichen Elektroden 67a und 67b sind Einzelelektroden für die X-Richtung und sind in gleichen Abständen in Y-Richtung mit einem Spalt zwischen sich und den überwachungsseitigen festen Elektroden 57a und 57b angeordnet. Die festen Elektroden 57a und 57b und die beweglichen Elektroden 67a und 67b sind in einer ineinandergeschachtelten Weise angeordnet. Diese überwachungsseitige beweglichen Elektroden 67a und 67b und überwachungsseitigen festen Elektroden 57a und 57b bilden die oben erwähnten Kondensatoren 47a und 47b zur Amplitudenüberwachung.
Was die erste Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 100 und die zweite Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 200 in 2 betrifft, so wird der folgende Betrieb durchgeführt: die jeweiligen Vibratoren 41a und 41b werden synchron in entgegengesetzten Phasen mit einer konstanten Amplitude in X-Richtung in Vibration versetzt. Wenn in diesem Zustand eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Richtung senkrecht sowohl zur X-Richtung als auch zur Y-Richtung eingegeben wird, tritt das folgende auf (im Fall der Anordnung in einem Kraftfahrzeug ist die Z-Richtung die Richtung senkrecht zur Fahrbahnoberfläche): in den Vibratoren 41a und 41b werden Winkelgeschwindigkeitsvibrationskomponenten in entgegengesetzten Phasen mit einer Amplitude entsprechend der Größe der Winkelgeschwindigkeit durch die Corioliskraft erzeugt. Diese Winkelgeschwindigkeitsvibrationskomponenten werden in Y-Richtung (in Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung) erzeugt. Diese Vibration wird als eine Kapazitätsänderung der Kondensatoren 45S1 und 45S2 zur Vibrationserkennung erfasst und über die Anschlüsse S1 bis S8 ausgegeben. Danach erfolgt eine Umwandlung in eine Spannung durch einen Ladungs/Spannungswandler und die Ausgabe als Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform.
Eine Corioliskraft wirkt auf die Vibratoren 41a und 41b in entgegengesetzte Richtungen. Aus diesem Grund tritt in den ersten Kondensatoren 45S1 zur Vibrationserkennung auf Seiten der ersten Sensoreinheit 100 und der zweiten Kondensatoren 45S1 zur Vibrationserkennung auf seiten der zweiten Sensoreinheit 200 das folgende auf: die auf der Seite in Y-Richtung entgegengesetzt zueinander angeordneten Elemente erzeugen gleichphasige Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen. (Die auf den einander entgegengesetzten Seiten angeordneten Elemente sind die Anschlüsse S1 und S4 und die Anschlüsse S5 und S8 bzw. die Anschlüsse S2 und S3 und die Anschlüsse S6 und S7.) Was diese Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform betrifft, wie in 1 gezeigt, so werden diejenigen in entgegengesetzten Phasen in der gleichen Einheit gepaart. Die Wellenformen werden an Ladungs/Spannungswandlereinheiten C1, CA4 synthetisiert, welche eine Differenzverstärkungsfunktion haben und als vier synthetisierte Wellenformen Σ₁ bis Σ₄ jeweils in Phase zusammengefasst. Danach werden alle synthetisierte Wellenformen in der Winkelgeschwindigkeitserkennungseinheit 7 addiert und in ein Winkelgeschwindigkeitssignal SG gewandelt.
In den Einheiten 100 und 200 von 2, welche in entgegengesetzten Phasen in Vibration versetzt werden, werden Corioliskräfte, die in Y-Richtung erzeugt werden, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Richtung herum angelegt wird, in einander entgegengesetzten Richtungen erkannt. Weiterhin wird eine translatorische Beschleunigung in Y-Richtung aufgrund einer Rotations- bzw. Zentrifugalkraft oder einer zufälligen Vibration in der gleichen Richtung erkannt. Dies wird eine Art von Rauschkomponente vom Gesichtspunkt der Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponente her. Wellenformen, deren überlagerte Beschleunigungswellenformkomponente gleichphasig sind und deren Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponenten in entgegengesetzten Phasen zwischen den Einheiten 100 und 200 sind, werden einer Differenzberechnung unterworfen. (Oder Wellenformen, deren überlagerte Beschleunigungswellenformkomponenten in entgegengesetzten Phasen sind und deren Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponenten gleichphasig sind, werden einer Addierungsberechnung unterworfen.) Somit werden die Beschleunigungskomponenten gegenseitig aufgehoben und nur die Winkelgeschwindigkeitswellenform kann herausgeführt werden.
Die Vibrationstreibereinheit 6 weist auf: einen Ladungs/Spannungswandler 10, der elektrische Ladungen, die in den Kondensatoren 47a und 47b zur Amplitudenüberwachung gespeichert sind, in Spannungen wandelt; einen AC/DC-Wandler (Gleichrichtereinheit) 11, der die ausgegebene Wechselstromspannung in einen Gleichstrom wandelt; eine Referenzspannungserzeugungseinheit 12, welche die Ausgangsspannung des AC/DC-Wandlers 11 als Amplitudenüberwachungswert nimmt und die Referenzspannung Vref liefert; einen Differenzverstärker 13, der die Differenz zwischen dem Amplitudenüberwachungswert und der Referenzspannung Vref 1 verstärkt; einen Phasenschieber 14, der die Phase des Vibrationstypspannungsausgangs von dem Ladungs/Spannungswandler 10 um 90 Grad verschiebt; und einen Multiplizierer 15, der den Ausgang des Differenzverstärkers 13 und den Ausgang des Phasenschiebers 14 multipliziert. Der Ausgang des Multiplizierers 15 wird als Vibrationstyptreiberspannungswellenform den jeweiligen Treiberanschlüssen D1 und D2 der ersten Sensoreinheit 100 und der zweiten Sensoreinheit 200 eingegeben.
In der Vibrationstreibereinheit 6 wird die Vibration der Vibratoren 41a und 41b in X-Richtung als Vibrationsüberwachungssignal aus dem Überwachungsanschluss M über die Änderung der Kapazitäten der Kondensatoren 47a und 47b für die Amplitudenüberwachung herausgegriffen. In den Sensoreinheiten 100 und 200 von 2 sind die überwachungsseitigen beweglichen Elektroden 67a und 67b der Kondensatoren 47a und 47b für die Amplitudenüberwachung wie folgt angeordnet: die überwachungsseitigen beweglichen Elektroden 67a und 67b liegen auf der gleichen Seite (linke Seite in 2) in Richtung der Vibration (d. h. in X-Richtung) relativ zu den Elektroden 57a und 57b auf der festen Seite. Wenn daher die Vibratoren 41a und 41b synchron in X-Richtung in entgegengesetzten Phasen in Vibration versetzt werden, sind die Vibrationsüberwachungswellenformen von den Kondensatoren 47a und 47b zur Amplitudenüberwachung ebenfalls in entgegengesetzten Phasen. Die Vibrationsüberwachungssignalwellenform wird in dem Ladungs/Spannungswandler 10 in ein Spannungssignal umgewandelt. Das Signal wird durch den Phasenschieber 14 und den Multiplizierer 15 auf die Treiberanschlüsse D1 und D2 rückgekoppelt. Somit wird ein sich selbst erregender vibrationsbetriebener Mechanismus gebildet.
Der Phasenschieber 14 dient auch zum Ausklingen lassen einer mechanischen Vibration im Nahbereich des Resonanzpunkts der Vibratoren 41a und 41b über Ausleger 60. Das synthetisierte Vibrationsüberwachungssignal vom Differenzverstärker 10 als Ladungs/Spannungswandler wird separat in dem AC/DC-Wandler 11 geglättet und in ein Amplitudenpegelsignal umgewandelt. Die Differenz zwischen dem Amplitudenpegelsignal und dem Referenzspannungssignal von der Referenzspannungserzeugungseinheit 12 entsprechend dem Steueramplitudenpegel wird am Differenzverstärker 13 berechnet. Der Ausgang vom Differenzverstärker 13 wird als Amplitudenkorrektursignal verwendet und am Multiplizierer 15 mit dem Vibrationsüberwachungssignal multipliziert. Somit wird die Treiberamplitude auf einen konstanten Wert gesteuert. Die Treiberanschlüsse D1 und D2 der ersten Sensoreinheit 100 und der zweiten Sensoreinheit 200 sind an einander nicht entsprechenden Enden der Rahmen 40 in X-Richtung ausgebildet. Die Treiberausgänge von dem Multiplizierer 15 werden in Phase eingegeben. Somit werden die Vibratoren 41a und 41b der beiden Einheiten 100 und 200 in entgegengesetzten Phasen mit der Resonanzfrequenz in X-Richtung in Vibration versetzt.
Was das oben erwähnte Winkelgeschwindigkeitssignal SG betrifft, so findet der folgende Ablauf in der Winkelgeschwindigkeitserkennungseinheit 7 statt: die amplitudenmodulierte Winkelgeschwindigkeitswellenform wird in einem Synchronerkennungsabschnitt 22 demoduliert und dann werden über einen Tiefpassfilter 23 Signalrauigkeiten entfernt. Dann wird das Signal als Gleichstrombeschleunigungssignal Vy proportional zu der eingegebenen Winkelgeschwindigkeit ausgegeben. In dieser Ausführungsform wird das Vibrationsüberwachungssignal vom Phasenschieber 14 für das Referenzfrequenzsignal für den Synchronerkennungsabschnitt 22 verwendet. Proportional zu dem Vektorprodukt der Geschwindigkeit eines Vibrators und der angelegten Winkelgeschwindigkeit wird eine Corioliskraft erzeugt. Daher wird die erkannte Wellenform der Corioliskraft fehlerfrei als um 90 Grad gegenüber der Treibervibrationswellenform vorlaufend erkannt. Infolgedessen ist die Treibervibrationswellenform, welche um 90 Grad vorläuft, am Phasenschieber 14 identisch in Phase mit der Erkennungswellenform der Corioliskraft (d. h. der Winkelgeschwindigkeitswellenform). Somit kann sie optimal als Referenzfrequenzsignal für die Synchronerkennung verwendet werden.
In 1 werden die ersten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen Σ₁ und Σ₂ von der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 100 und die zweiten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen Σ₃ und Σ₄ von der zweiten Winkelgeschwindigkeitseinheit 200 der Anormalitätsüberwachungssignal-Erzeugungs- und -ausgabeeinheit 8 eingegeben. Die ersten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen Σ₁ und Σ₂ und die zweiten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen Σ₃ und Σ₄ wurden bereits synthetisiert, so dass sie alle gleichphasig sind. Diese Wellenformen werden in einer derartigen Phasenrelation synthetisiert, dass sie in entgegengesetzten Phasen sind. Zu diesem Zweck werden sie einem Differenzverstärker 121 eingegeben, der einen Synthetisierungsabschnitt für eine entgegengesetzte Phasenwellenform bildet. Die sich ergebenden in entgegengesetzten Phasen synthetisierten Wellenformsignale SK laufen durch einen Synchronerkennungsabschnitt 122 und einen Komparator 123, der einen Spannungserkennungsabschnitt bildet und es erfolgt ein Ausgang als Anormalitätsüberwachungssignal VJ.
Die beiden Sensoreinheiten 100 und 200 in 2 sind hinsichtlich ihrer Hardware äquivalent aufgebaut. Wenn daher die gleiche Winkelgeschwindigkeit angelegt wird, geben sie theoretisch Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen aus, welche im Wesentlichen die gleiche Amplitude haben (1: Σ₁ + Σ₂, Σ₃ + Σ₄). Wenn daher diese Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen (Σ₁ + Σ₂, Σ₃ + Σ₄) in entgegengesetzten Phasen am Differenzverstärker 121 synthetisiert werden, wie in 4A bis 4F gezeigt, tritt das folgende ein: wenn es keine Anormalität in den beiden Sensoreinheiten 100 und 200 gibt, heben die Wellenformen einander auf und der Ausgang SK des Differenzverstärkers 121 nimmt eine flache Wellenform in einer Position nahe des Neutralpunkts ein, wie in den 4A bis 4C gezeigt. Wenn eine Anormalität in der Treiberamplitude einer der Sensoreinheiten 100 oder 200 auftritt, tritt das folgende ein: eine Differenz α aufgrund des Beitragsfaktors der Anormalität wird in den Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen Σ₁ + Σ₂, Σ₃ + Σ₄ erzeugt und dies bringt die Aufhebung außer Balance, wie in den 4B bis 4F gezeigt. Im Ergebnis wird der Amplitudenwert des Ausgangs SK vom Differenzverstärker 121 aus dem Neutralpunkt verschoben. Wenn daher der Signalausgang SK, der als das Ergebnis der Synchronerkennung erhalten wird, dem Komparator 123 mit den Referenzspannungsbereichen ”Vref 2 und Vref 3” einschließlich des oben erwähnten Neutralpunktes eingegeben wird, kann das folgende umgesetzt werden: ein Signal, das angibt, ob der Signalausgang SK innerhalb der bestimmten Bereiche ist oder nicht, d. h., ob der Signalausgang SK anormal ist oder nicht kann als Anormalitätsüberwachungssignal VJ vom Komparator 123 ausgegeben werden.
In dieser Ausführungsform sind gemäß 2 die Elektroden, die an der Signalausgangsseite der Kondensatoren 45S1 und 45S2 für die Vibrationserkennung liegen, d. h., die erkennungsseitigen festen Elektroden in eine Mehrzahl von Teilelektroden unterteilt. Eine genauere Beschreibung hiervon erfolgt nun. Auf Seiten der ersten Sensoreinheit 100 sind die erkennungsseitigen festen Elektroden in einen Teilelektrode 55S1 und eine Teilelektrode 55S4, sowie eine Teilelektrode 55S2 und eine Teilelektrode 55S3 unterteilt; auf Seiten der zweiten Sensoreinheit 200 sind die erkennungsseitigen festen Elektroden in eine Teilelektrode 55S6 und eine Teilelektrode 55S7, sowie eine Teilelektrode 55S5 und eine Teilelektrode 55S8 unterteilt. Die Ladungsänderungsausgänge der Kondensatoren 45S1 und 45S2 für die Vibrationserkennung werden von den Teilelektroden 55S1 bis 55S18 in Form von unterteilten Ausgängen (Anschlüsse S1 bis S8) abgegriffen. Die Elektroden der festen Seite der Kondensatoren 45S1 und 45S2 für die Vibrationserkennung sind in Teilelektroden unterteilt und ihre Ladungsänderungen werden einzeln von den einzelnen Teilelektroden in Form von unterteilten Ausgängen herausgeführt. Selbst wenn irgendeine Anormalität, beispielsweise ein Verziehen oder Verwerfen einer Einzelelektrode, welche die kammartigen Elektroden bildet, auftritt, wobei sie so gering ist, dass sie in den einzelnen Teilelektroden verbleibt, ergibt sich der folgende Vorteil: der Einfluss der Anormalität zeigt sich am größten in den unterteilten Ausgängen der Teilelektroden selbst und somit kann die Anormalität mit höherer Genauigkeit erkannt werden.
In diese Ausführungsform haben die Kondensatoren 45S1 und 45S2 für die Vibrationserkennung erste Kondensatoren 45S1A und 45S2A für die Vibrationserkennung und zweiten Kondensatoren 45S1B und 45S2B für die Vibrationserkennung. Die ersten Kondensatoren 45S1A und 45S2A zur Vibrationserkennung sind an ersten Enden der Vibratoren 41a und 41b in Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung angeordnet. Die zweiten Kondensatoren 45S1B und 45S2B für die Vibrationserkennung sind an zweiten Enden der Vibratoren 41a und 41b in Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung angeordnet. Diese ersten Kondensatoren 45S1A und 45S2A für die Vibrationserkennung und zweiten Kondensatoren 45S1B und 45S2B für die Vibrationserkennung erzeugen Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen mit entgegengesetzten Phasen. Die jeweiligen Elektroden, die an der Signalausgangsseite liegen, sind in erste Teilelektroden 55S1, 55S2, 55S6 und 55S5 und zweite Teilelektroden 55S4, 55S3, 55S7 und 55S8 unterteilt. Unter Verwendung der ersten Endseite und der zweiten Endseite der Vibratoren 41a und 41b kann die Anzahl der Kondensatoren für die Vibrationserkennung erhöht werden und der Ausgang der Winkelgeschwindigkeitssignale kann erhöht werden. Durch Unterteilen dieser Elektroden, die an der Signalausgangsseite liegen, in Teilelektroden, kann die Empfindlichkeit für eine Anormalitätserkennung verbessert werden. In den ersten Kondensatoren 45S1A oder 45S2A für die Vibrationserkennung und den zweiten Kondensatoren 45S1B oder 45S2B für die Vibrationserkennung in der gleichen Sensoreinheit gilt das folgende: sowohl die Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponenten als auch die Beschleunigungswellenformkomponenten zeigen sich in entgegengesetzten Phasen.
Die Vibratoren 41a und 41b werden zusammen mit den Elektroden 65a, 66a, 67a, 65b, 66b und 67b, welche auf ihren Oberflächen ausgebildet sind, über die Ausleger 42b und die Rahmen 40 mit GND-Anschlüssen G1 und G2 verbunden und werden extern mit GND verbunden. Die Treiberanschlüsse D1 und D2, die Winkelgeschwindigkeitswellenformerkennungsanschlüsse S1 bis S8 und der Vibrationsüberwachungsanschluss M sind auf den Oberflächen der Rahmen 30 ausgebildet. Die Treiberanschlüsse D1 und D2 sind mit den treiberseitigen festen Elektroden 56a und 56b verbunden. Die Winkelgeschwindigkeitswellenformerkennungsanschlüsse S1 bis S8 sind mit den erkennungsseitigen festen Elektroden 55a und 55b (Teilelektroden 55S1 bis 55S8) verbunden. Der Vibrationsüberwachungsanschluss M ist mit den überwachungsseitigen festen Elektroden 57a und 57b verbunden. Die Anschlüsse sind elektrisch voneinander durch Isolationsabschnitte 60 getrennt.
Wie in 3 gezeigt, werden in der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 100 die unterteilten Ausgänge (S1 und S2 sowie S3 und S4) von den ersten Teilelektroden der ersten Kondensatoren 45S1 für die Vibrationserkennung synthetisiert; in der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 200 werden die unterteilten Ausgänge (S5 und S6 sowie S7 und S8) von den zweiten Teilelektroden der zweiten Kondensatoren 45S2 für die Vibrationserkennung synthetisiert. Die unterteilten Ausgänge werden jeweils an Differenzberechnungsabschnitten CA1 bis CA4 synthetisiert. (In dieser Ausführungsform werden die Differenzberechnungsabschnitte CA1 bis CA4 auch als Ladungs/Spannungswandlerabschnitte verwendet.) Als Ergebnis der Synthesen werden erste Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale, d. h. die ersten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen Σ₁ und Σ₂ und zweite Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale, d. h. die zweiten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen Σ₃ und Σ₄ in Phase erhalten. Wie in den 5A und 5B gezeigt, werden die so gebildeten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale Σ₁, Σ₂, Σ₃ und Σ₄ amplitudenmäßig addiert. Diese Amplitudenaddition wird durch unterteilte Ausgänge in entgegengesetzten Phasen durchgeführt, welche differenziell verstärkt werden. Hierdurch ergibt sich der folgende Vorteil: wenn irgendeine Anormalität in jeder bestimmten Elektrode auftritt, zeigt sich der Einfluss der Teilelektrode, deren Ausgang die Anormalität hat, am stärksten in den Differenzberechnungsabschnitten CA1 bis CA4, die in den Kondensatoren für die Vibrationserkennung liegen. Was daher die Elektroden der Kondensatoren für die Vibrationserkennung betrifft, so kann die Anormalitätserkennung durch die Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale Σ₁, Σ₂, Σ₃ und Σ₄ genau durchgeführt werden.
In dem in 3 dargestellten Schaltkreis ist der Differenzberechnungsabschnitt, d. h. der Differenzverstärker 121 vorgesehen. Die ersten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale Σ₁ und Σ₂ und die zweiten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale Σ₃ und Σ₄ werden jeweils vorab in der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 100 bzw. der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 200 addiert. Der Differenzberechnungsabschnitt 121 führt die Differenzberechnung an den Signalen von den beiden Einheiten 100 und 200 durch, die als Ergebnis der Addierungsberechnung erhalten werden. Der Differenzberechnungsabschnitt 121 verwendet die als Ergebnis der Differenzberechnung erhaltenen Signale als Anormalitätsüberwachungssignale. Die ersten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale Σ₁ und Σ₂ und die zweiten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale Σ₃ und Σ₄ werden durch Kombinationen aus Addierungsberechnungen und Differenzberechnungen integriert. Dann werden sie als Anormalitätsüberwachungssignal eines Einzelsystems ausgegeben. Somit kann der Aufbau der Hardware, der für die Erzeugung der Anormalitätsüberwachungssignale sorgt, vereinfacht werden.
Bei dem Aufbau gemäß 6 können Differenzberechnungsabschnitte 121A und 121B in der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 100 und der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 200 vorgesehen sein. Die Differenzberechnungsabschnitte 121A und 121B führen getrennt eine Differenzberechnung an den ersten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignalen und den zweiten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignalen zwischen den Einheiten 100 und 200 durch. Was die Ausgangsspannungen ΔΣ₁ und ΔΣ₂ der Differenzberechnungsabschnitte 121A und 121B betrifft, wird eine Anormalitätsbestimmung individuell an den jeweiligen Einheiten 100 und 200 durchgeführt. Basierend auf diesen beiden Anormalitätsbestimmungssignalen wird die letztendliche Anormalitätsbestimmung durchgeführt. Bei diesem Aufbau wird das Anormalitätsbestimmungssignal in zwei Systemen erzeugt. Die Anzahl von Teilausgängen (Teilelektroden), welche in jedem System integriert werden, ist jedoch von acht in 3 auf vier reduziert. Im Ergebnis ergibt sich der folgende Vorteil, wenn irgendeine Anormalität oder Störung in einer der Teilelektroden auftritt: da die Anzahl von integrierten Teilausgängen verringert ist, erhöht sich eine relative Änderung im Ausgang beim Auftreten einer Anormalität entsprechend gegenüber den einzelnen Anormalitätsbestimmungssignalen. Somit kann eine Anormalitätserkennung mit höherer Empfindlichkeit durchgeführt werden. In dieser Ausführungsform sind die Synchronerkennungsabschnitte 122A und 122B und die Komparatoren (Spannungserkennungs-abschnitte) 123A und 123B für jeden der Ausgänge der Differenzberechnungsabschnitte 121A und 121B vorgesehen. Die logische Summe der binären Bestimmungsausgänge von dem Komparatoren 123A und 123B wird an einem Gatter 124 berechnet. Dieser Ausgang wird als letztendliches Anormalitätsüberwachungssignal VJ verwendet.
Bei dem in 7 dargestellten Aufbau können vier Differenzberechnungsabschnitte 121A1, 121A2, 121B1 und 121B2 vorgesehen werden. Die Differenzberechnungsabschnitte 121A1, 121A2, 121B1 und 121B2 führen einzeln die folgende Differenzberechnung zwischen der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 100 und der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit 200 durch: dividierte Ausgänge (S1 und S5) von den ersten Teilelektroden 55S1 und 55S6 der ersten Kondensatoren 45S1A und 45S2A zur Vibrationserkennung gemäß 1 und dividierte Ausgänge (S4 und S7) von den zweiten Teilelektroden 55S4 und 55S7; und die dividierten Ausgänge (S2 und S5) von den ersten Teilelektroden 55S2 und 55S5 der zweiten Kondensatoren 45S1B und 45S2B zur Vibrationserkennung und dividierte Ausgänge (S3 und S8) von den zweiten Teilelektroden 55S3 und 55S8. Was die Ausgangsspannungen dieser Differenzberechnungsabschnitte 121A1, 121A2, 121B1 und 121B2 betrifft, so wird eine Anormalitätsbestimmung individuell durchgeführt. Basierend auf diesen vier Anormalitätsbestimmungssignalen wird die letztendliche Anormalitätsbestimmung durchgeführt. Bei diesem Aufbau wird das Anormalitätsbestimmungssignal in vier Systemen erzeugt. Die Anzahl der Teilausgänge (Teilelektroden), welche in jedem System integriert werden, wird jedoch von vier in 6 auf zwei reduziert. Im Ergebnis ergibt sich der folgende Vorteil, wenn eine Anormalität oder Störung in einer der Teilelektroden auftritt: eine Relativänderung im Ausgang beim Auftreten einer Anormalität wird gegenüber den individuellen Anormalitätsbestimmungssignalen weiter erhöht. Daher wird die Empfindlichkeit bei der Anormalitätserkennung weiter verbessert. In dieser Ausführungsform sind die Synchronerkennungsabschnitte 122A1, 122A2, 122B1 und 122B2 und die Komparatoren (Spannungserkennungsabschnit-te) 123A1, 123A2, 123B1 und 123B2 bezüglich jedem der Ausgänge der Differenzberechnungsabschnitte 121A1, 121A2, 121B1 und 121B2 vorgesehen. Die logische Summe der binären Bestimmungsausgänge von den Komparatoren 123A1, 123A2, 123B1 und 123B2 wird an einem Gatter 124 berechnet. Dessen Ausgang wird als letztendliches Anormalitätsüberwachungssignal VJ verwendet.
Daher ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: eine erste Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und eine zweite Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit; eine Vibrationsantriebseinheit; eine Signalausgabeeinheit; und eine Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit. Die erste Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und die zweite Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit haben jeweils einen Vibrator, einen Vibrationstreiberabschnitt und einen Erkennungswellenformerzeugungsabschnitt. Die Vibratoren werden in einer Referenzrichtung in Vibration versetzt. Die Vibrationstreiberabschnitte lassen die entsprechenden Vibratoren mit einer konstanten Amplitude vibrieren. Die Erkennungswellenformerzeugungsabschnitte erkennen eine Vibrationskomponente in Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung, welche zu erkennen ist, wenn eine Winkelgeschwindigkeit an die Vibratoren angelegt wird. Die Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung ist vorbestimmt, so dass sie senkrecht zur Referenzrichtung ist. Dann erzeugen die Erkennungswellenformerzeugungsabschnitte eine Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform basierend auf der zu erkennenden Vibrationskomponente.
Die Vibrationstreibereinheit betreibt die erste Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und die zweite Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit synchron und vibrierend.
Die Winkelgeschwindigkeitssignalausgabeeinheit hat einen Synthetisierungsabschnitt für eine phasengleichgerichtete Wellenform. Der Synthetisierungsabschnitt für die phasengleichgerichtete Wellenform synthetisiert die erste Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und die zweite Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit in einer derartigen Phasenbeziehung, dass die Wellenformen gleichphasig sind. Die Winkelgeschwindigkeitssignalausgabeeinheit gibt die gleichphasig synthetisierte Wellenform als Winkelgeschwindigkeitssignal aus. In diesem Winkelgeschwindigkeitssignal sind die Beschleunigungswellenformkomponenten, welche jeweils den ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen überlagert sind, gegenseitig aufgehoben.
Die Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit hat einen Synthetisierungsabschnitt für eine Welle in entgegengesetzter Phase. Der Synthetisierungsabschnitt für die Wellenform in entgegengesetzter Phase synthetisiert die erste Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform von der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und die zweite Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform von der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit in einer derartigen Phasenbeziehung, dass die Wellenformen phasenentgegengesetzt sind. Die Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit erzeugt Anormalitätsüberwachungssignale bezüglich dem Sensorausgang basierend auf der synthetisierten Wellenform entgegengesetzter Phase und gibt sie aus.
Bei dem obigen Aufbau der ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt der folgende Vorgang, um irgendeine Anormalität in beiden Winkelgeschwindigkeitssensoreinheiten zu erkennen: die erste Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform und die zweite Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform werden in einer derartigen Phasenbeziehung synthetisiert, dass die Wellenformen entgegengesetzte Phasen haben; basierend auf der synthetisierten Wellenform mit entgegengesetzter Phase wird ein Anormalitätsüberwachungssignal ausgegeben. Wenn die beiden Sensoreinheiten hardwaremäßig äquivalent aufgebaut sind, geben sie theoretisch die Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen mit im wesentlicher gleicher Amplitude aus, wenn die gleiche Winkelgeschwindigkeit anliegt. Wenn daher diese Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen in entgegengesetzten Phasen synthetisiert werden, tritt das folgende ein, wenn es keine Anormalität in den beiden Sensoreinheiten gibt: die Wellenformen heben einander auf und die Amplitude der synthetisierten Wellenform mit entgegengesetzter Phase wird sehr klein. Wenn jedoch irgendeine Anormalität in einer der Sensoreinheiten auftritt, ändert sich die Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform dieser Sensoreinheit. Im Ergebnis gelangen die beiden sich aufhebenden Wellenformen außer Balance und der Ausgang der synthetisierten Wellenform mit entgegengesetzter Phase steigt an. Infolgedessen wird auf der synthetisierten Wellenform entgegengesetzter Phase ein Anormalitätsüberwachungssignal an dem Sensorausgang erzeugt und ausgegeben. Wenn somit eine Anormalität an einer internen Komponente, beispielsweise einem Vibrator oder einer Elektrode zur Vibrationserkennung, sowie dem Ausgabesystem der beiden Sensoreinheiten auftritt, kann er zuverlässig erkannt werden.
Weiterhin kann ein Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung so aufgebaut sein, dass das folgende stattfindet: die jeweiligen Vibratoren werden synchron in entgegengesetzten Phasen in Referenzrichtung der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit in Vibration versetzt. Somit werden die ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen erzeugt, deren Phasen zueinander invertiert sind. In diesem Fall kann der Synthetisierungsabschnitt für die gleichphasige Wellenform der Winkelgeschwindigkeitssignalausgabeeinheit aus einer Differenzwellenformberechnungsvorrichtung gebildet werden. Die Differenzwellenformberechnungsvorrichtung berechnet die Differenzwellenform zwischen der ersten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform und der zweiten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform. Der Synthetisierungsabschnitt für die entgegengesetztphasige Wellenform in der Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit kann aus einer Berechnungsvorrichtung für eine addierte Wellenform gebildet werden. Die Berechnungsvorrichtung für die addierte Wellenform berechnet eine addierte Wellenform aus erster Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform und zweiter Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform. Mit diesem Aufbau wird die Differenzwellenform zwischen den beiden Winkelgeschwindigkeitswellenformen in entgegengesetzten Phasen erhalten. Somit können translatorische Beschleunigungskomponenten, welche den beiden in Phase befindlichen Wellenformen überlagert sind, vom Winkelgeschwindigkeitsausgang eines Winkelgeschwindigkeitssensors des Vibrationstyps wirksam entfernt werden.
Schließlich werden die beiden Winkelgeschwindigkeitswellenformen miteinander addiert und die Amplitude wird erhöht. Somit kann der Einfluss der Beschleunigungskomponente, welche in dem Winkelgeschwindigkeitssignal verbleibt, welches letztendlich erhalten wird, wesentlich verringert werden. Darüber hinaus kann jegliche Anormalität in den beiden Sensoreinheiten zuverlässig durch die Berechnungsvorrichtung für die addierte Wellenform als Synthetisierungsabschnitt einer entgegengesetzten Phase erkannt werden, welche separat von der Differenzwellenformberechnungsvorrichtung vorgesehen ist.
Mit dem obigen Aufbau können Anormalitäten durch Erkennung des Pegels der gleichphasigen synthetisierten Wellenform erkannt werden, welche in manchen Fällen als Winkelgeschwindigkeitssignal verwendet wird. Dieses Verfahren beinhaltet jedoch ein Problem: wenn nur eine geringfügige Anormalität im Vibrator, einer Elektrode etc. einer Sensoreinheit auftritt, ändert sich die gleichphasige synthetisierte Wellenform nicht so sehr im Vergleich zu einem normalen Zustand. Anormalitäten sind zuverlässig nur schwierig zu erkennen, so lange die Amplitude der Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform in einer der Einheiten sich nicht ausnehmend und erheblich ändert. Ein weiterer Nachteil ist der folgende: auch in einem Zustand, indem keine Anormalität auftritt, ändert sich die gleichphasige synthetisierte Wellenform abhängig vom Zustand der Winkelgeschwindigkeitserkennung erheblich. Somit kann eine Wellenform im nicht-anormalen Zustand nicht als Basis für eine Anormalitätserkennung verwendet werden. Der Ausgang der synthetisierten Wellenform in entgegengesetzter Phase, der für die Anormalitätserkennung in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, ist ein Amplitudenwert, der im normalen Zustand nahe bei null ist. Somit ist die Wellenform in einem nicht-anormalen Zustand im Wesentlichen flach, und zwar ungeachtet des Zustands der Winkelgeschwindigkeitserkennung. Somit kann sie als Basis für eine Anormalitätserkennung verwendet werden. Selbst wenn eine Anormalität nur geringfügig auftritt, kann somit im Ergebnis eine Änderung im Ausgang der synthetisierten Wellenform entgegengesetzter Phase problemlos gelesen werden und die Anormalität kann zuverlässig erkannt werden.
Bei einem Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Erkennungswellenformerzeugungsabschnitte der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit Kondensatoren für eine Vibrationserkennung. Die Kondensatoren für eine Vibrationserkennung ändern die Abstände zwischen den Elektroden entsprechend der zu erkennenden Wellenformvibration. Die an der Signalausgangsseite der Kondensatoren für die Vibrationserkennung angeordneten Elektroden werden in eine Mehrzahl von Einzelelektroden unterteilt. Der Ladungsänderungsausgang der Kondensatoren zur Vibrationserkennung, der die Winkelgeschwindigkeitswellenform ergibt, wird von den einzelnen Teilelektroden in Form von unterteilten Ausgängen abgegriffen. Die Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit erzeugt Anormalitätsüberwachungssignale auf der Grundlage der unterteilten Ausgänge. Was den Ausgang der Winkelgeschwindigkeitswellenformerkennung unter Verwendung von Kondensatoren zur Vibrationserkennung betrifft, so wird der Ausgangszustand von einem Teildefekt, beispielsweise einem Verstellen oder Verwerfen einer Elektrode beeinflusst. Dies kann einen Fehler oder eine Fehlfunktion bewirken. Während jedoch der Ausgang von normalen Elektroden einen wesentlichen Beitrag hat, verbleibt eine Änderung im Ausgang der gesamten Elektroden geringfügig. Somit ist eine präzise Anormalitätserkennung unmöglich und die Erkennung einer Anormalität, welche einen erheblichen Effekt in der Zukunft anzeigt oder dergleichen wird allgemein schwierig. Eine präzisere Anormalitätserkennung kann jedoch wie folgt erhalten werden: eine Elektrode wird in Teilelektroden unterteilt und der Ausgang von den einzelnen Teilelektroden wird in Form von unterteilten Ausgängen abgegriffen. Somit wird eine Kapazitätsänderung der Kondensatoren zur Vibrationserkennung parallel entsprechend der Ausbildung der Teilelektroden unterteilt. Selbst wenn daher eine geringfügige Anormalität in den einzelnen Teilelektroden auftritt, zeigt sich der Einfluss der Anormalität ganz erheblich – selbst in den unterteilten Ausgängen der Teilelektroden.
Die Elektroden der Kondensatoren für die Vibrationserkennung können so aufgebaut sein, dass sie aufweisen: erkennungsseitige kammartige bewegliche Elektroden, welche auf Seiten des Vibrators liegen; und erkennungsseitige kammartige feste Elektroden, welche auf der Seite eines Rahmens liegen, der die Vibratoren aufnimmt und welche in Eingriff mit den beweglichen Elektroden sind. In diesem Fall ist es besser, die erkennungsseitigen festen Elektroden anstelle der beweglichen Elektroden, welche vibratorisch angetrieben werden, in Teilelektroden zu unterteilen, da sich dann die folgenden Vorteile ergeben: wenn die Elektroden unterteilt werden, ist eine Isolierung zwischen den Elektroden vereinfacht und der Aufbau kann auch vereinfacht werden. In Elektroden, welche kammartig ausgebildet werden, um die Erkennungskapazität zu erhöhen, neigen Einzelelektroden, welche die Zähne des ”Kamms” bilden, dazu, Fehler wie Verformungen oder Verwerfungen aufgrund von Herstellungsfaktoren während der Ausbildung oder des Zusammenbaus der Elektroden zu entwickeln. Durch Unterteilen der Elektroden in Teilelektroden kann diesen oben erwähnten Defekten ausnehmend bemerkenswert begegnet werden.
(Zweite Ausführungsform)
Die 8A und 8B sind Schaltkreisdiagramme von einem Winkelgeschwindigkeitssensor 2 des Vibrationstyps gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Schaltkreis weist eine Vibrationseinheit 4, eine Vibrationsantriebseinheit 6 und eine Winkelgeschwindigkeitserkennungseinheit 7 auf. Wie in 9 dargestellt, weist die Vibrationseinheit 4 eine erste Sensoreinheit 100 und eine zweite Sensoreinheit 200 auf. Die Sensoreinheiten 100 und 200 haben Vibratoren 41a und 41b, welche in einer bestimmten X-Richtung (Referenzrichtung) vibrieren. Wenn eine Winkelgeschwindigkeit an die Vibratoren 41a und 41b angelegt wird, wird eine zu erkennende Vibrationskomponente in Y-Richtung (Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung), die so bestimmt ist, dass sie senkrecht zur X-Richtung ist, erkannt. Wie in insbesondere in den 8A und 8B gezeigt, erzeugen Erkennungswellenformerzeugungsabschnitte 75 und 76 Winkelgeschwindigkeitswellenformen basierend auf den zu erkennenden Vibrationskomponenten. Wenn eine translatorische Beschleunigung angelegt wird, wird eine Beschleunigungswellenformkomponente der Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponente der zu erkennenden Vibrationswellenform überlagert. Was die erste Sensoreinheit 100 und die zweite Sensoreinheit 200 betrifft, so sind die oben genannte Referenzrichtung und die Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung so bestimmt, dass das folgende eintritt: aufgrund einer entgegengesetzten Phasenvibration im Antrieb der Vibratoren 41a und 41b sind ihre zu erkennende Vibrationswellenform in der Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponente oder der hier überlagerten Beschleunigungswellenformkomponente in Phase und sie sind in entgegengesetzten Phasen zueinander. (D. h., die Richtungen sind so vorbestimmt, dass entweder die Beschleunigungswellenformkomponente oder die Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponente durch Addition oder Division aufgehoben werden kann.) In dieser Ausführungsform sind die erste Sensoreinheit 100 und die zweite Sensoreinheit 200 benachbart zueinander in X-Richtung angeordnet. Die Vibratoren 41a und 41b werden in Spiegelsymmetriebeziehung zur X-Richtung vibrationsbetrieben. Die zweite Ausführungsform der Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Aufbau beschränkt.
Die Vibrationseinheit 4 wird unter Verwendung einer Halbleiterfeinbearbeitungstechnologie für Silizium oder dergleichen gebildet. Bei dem als Beispiel in 9 gezeigten Aufbau ist der Vibrator 41a der ersten Sensoreinheit 100 über Ausleger 42a an einem Rahmen 40 angebracht. Der Vibrator 41b der zweiten Sensoreinheit 200 ist an einem weiteren Rahmen 40, der mit dem oberen Rahmen 40 einstückig ist, über Ausleger 42b angebracht. Die Vibratoren 41a und 42a sind an den Rahmen 40 so angebracht, dass sie unabhängig in X-Richtung vibrieren und in Y-Richtung senkrecht hierzu vibrieren können.
Kammartige antriebsseitige feste Elektroden 56a und 56b sind an den inneren Oberflächen der Enden der Rahmen 40 der Sensoreinheiten 100 und 200 in X-Richtung angebracht (d. h. in Richtung des Vibrationsantriebs). Die festen Elektroden 56a und 56b sind Einzelelektroden für die X-Richtung und in Y-Richtung in gleichen Abständen angeordnet. Kammartige antriebsseitige bewegliche Elektroden 66a und 66b sind an den Endflächen der Vibratoren 41a und 41b in X-Richtung angeordnet. Die beweglichen Elektroden 66a und 66b sind Einzelelektroden für die X-Richtung und in gleichen Abständen in Y-Richtung mit einem Spalt zwischen sich und den antriebsseitigen festen Elektroden 56a und 56b angeordnet. Die festen Elektroden 56a und 56b und die beweglichen Elektroden 66a und 66b sind in ineinandergeschachtelter Weise angeordnet.
Kondensatoren 45a1, 45b1, 45b2 und 45a2 für die Vibrationserkennung sind an den Enden (insgesamt vier) der Sensoreinheiten 100 und 200 in Y-Richtung (d. h. in Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung) angeordnet. Genauer gesagt, kammartige erkennungsseitige feste Elektroden 55a und 55b sind an den inneren Oberflächen der Enden der Rahmen 40 in Y-Richtung angeordnet. Die festen Elektroden 55a und 55b sind Einzelelektroden für die Y-Richtung und sind in gleichen Abständen in X-Richtung angeordnet. Kammartige erkennungsseitige bewegliche Elektroden 65a und 65b sind an den entsprechenden Endflächen der Vibratoren 41a und 41b in Y-Richtung angeordnet. Die beweglichen Elektroden 65a und 65b sind Einzelelektroden für die Y-Richtung und sind in gleichen Abständen in X-Richtung mit einem Spalt zwischen sich und den erkennungsseitigen festen Elektroden 55a und 55b angeordnet. Die festen Elektroden 55a und 55b und die beweglichen Elektroden 65a und 65b sind in gestaffelter Weise angeordnet. Diese erkennungsseitigen beweglichen Elektroden 65a und 65b und erkennungsseitigen festen Elektroden 55a und 55b bilden die obigen Kondensatoren 45a1, 45b1, 45b2 und 45a2 für die Vibrationserkennung. Was die Kondensatoren (45a1 und 45b1 sowie 45b2 und 45a2) für die Vibrationserkennung betrifft, welche auf der gegenüberliegenden Seite in Y-Richtung angeordnet sind, zeigen sich Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponenten und Beschleunigungswellenformkomponenten in entgegengesetzten Phasen.
Ein Überwachungshohlraum 45h für die Y-Richtung ist in den Vibratoren 41a bzw. 41b der Sensoreinheiten 100 bzw. 200 ausgebildet. Kondensatoren 47a und 47b zur Amplitudenüberwachung sind in jedem Hohlraum 45h für eine Rückkopplungsantriebssteuerung der Vibration angeordnet. Genauer gesagt, ein Träger 57s für die Elektrodenlagerung in Y-Richtung ist in jeden Hohlraum 45h eingesetzt. Ein Ende eines jeden Trägers 57s für die Elektrodenlagerung ist am Rahmen 40 in einer in der Zeichnung nicht gezeigten Position befestigt und kammartige überwachungsseitige feste Elektroden 57a und 57b sind an den Trägern 57s für die Elektrodenlagerung an einer Seite angeordnet. Die festen Elektroden 57a und 57b sind Einzelelektroden für die X-Richtung und sind in Y-Richtung in gleichen Abständen angeordnet. Kammartige überwachungsseitige bewegliche Elektroden 67a und 67b sind an den entsprechenden Endflächen der Überwachungshohlräume 45h in X-Richtung angeordnet. Die beweglichen Elektroden 67a und 67b sind Einzelelektroden für die X-Richtung und sind in Y-Richtung in gleichen Abständen mit einem Spalt zwischen sich und den überwachungsseitigen festen Elektroden 57a und 57b angeordnet. Die festen Elektroden 57a und 57b und die beweglichen Elektroden 67a und 67b sind in ineinandergeschachtelter Weise angeordnet. Diese überwachungsseitigen beweglichen Elektroden 67a und 67b und überwachungsseitigen festen Elektroden 57a und 57b bilden die oben erwähnten Kondensatoren 67a und 67b für die Amplitudenüberwachung.
Die Vibratoren 41a und 41b sind zusammen mit den Elektroden 65a, 66a, 67a, 65b, 66b und 67b, die an ihren Oberflächen ausgebildet sind, mit GND-Anschlüssen G1 und G2 über die Ausleger 42b und die Rahmen 40 verbunden und extern mit GND verbunden. Die Treiberanschlüsse D1 und D2, Winkelgeschwindigkeitswellenformerkennungsanschlüsse S1, S2, S3 und S4 und Vibrationsüberwachungsanschlüsse M1 und M2 sind an den Oberflächen der Rahmen 40 ausgebildet. Die Treiberanschlüsse D1 und D2 sind mit den treiberseitigen festen Elektroden 56a und 56b verbunden. Die Winkelgeschwindigkeitswellenformerkennungsanschlüsse S1, S2, S3 und S4 sind mit den erkennungsseitigen festen Elektroden 55a und 55b verbunden. Die Vibrationsüberwachungsanschlüsse M1 und M2 sind mit den überwachungsseitigen festen Elektroden 57a und 57b verbunden. Die Anschlüsse sind voneinander elektrisch über Isolationsabschnitte 60 getrennt.
Zu den 8A und 8B, so bilden die Kondensatoren 45a1 und 45a2 für die Vibrationserkennung zusammen mit einem Ladungs/Spannungswandler 20a, der hierin gespeicherte elektrische Ladungen in eine Spannung wandelt, den Erkennungswellenformerzeugungsabschnitt 75. Weiterhin bilden die Kondensatoren 45b1 und 45b2 für die Vibrationserkennung zusammen mit einem Ladungs/Spannungswandler 20b auf ähnliche Weise den Erkennungswelleformerzeugungsabschnitt 76. Die Ladungs/Spannungswandler 20a und 20b ein Differenzverstärker 21, ein Synchronerkennungsabschnitt 22 und ein Tiefpassfilter 23 bilden die Winkelgeschwindigkeitserkennungseinheit 7. Der Differenzverstärker 21 (Differenzwellenformberechnungsvorrichtung) macht eine Differenzverstärkung an den Ausgängen der Ladungs/Spannungswandler 20a und 20b. Der Synchronerkennungsabschnitt 22 entnimmt Beschleunigungskomponenten in bestimmten Frequenzbändern. Der Tiefpassfilter 23 entfernt unerwünschte hochfrequente Komponenten, beispielsweise harmonisches Rauschen aus dem Ausgang des Synchronerkennungsabschnitts 22.
Die Vibrationstreibereinheit 6 weist auf: einen Ladungs/Spannungswandler 10, der elektrische Ladungen, die in den Überwachungskondensatoren 47a und 47b gespeichert sind, in eine Spannung wandelt; einen AC/DC-Wandler (Gleichrichtereinheit) 11, der die Wechselstromspannung des Vibrationstyps in einen Gleichstrom wandelt, eine Referenzspannungserzeugungseinheit 12, welche die Ausgangsspannung des AC/DC-Wandlers 11 als Amplitudenüberwachungswert nimmt und die Referenzspannung Vref liefert; einen Differenzverstärker 13, der die Differenz zwischen dem Amplitudenüberwachungswert und der Referenzspannung Vref verstärkt; einen Phasenschieber 14, der die Phase des Vibrationstypspannungsausgangs von dem Ladungs/Spannungswandler 10 um 90 Grad verschiebt; und einen Multiplizierer 15, der den Ausgang des Differenzverstärkers 13 und den Ausgang des Phasenschiebers 14 miteinander multipliziert. Der Ausgang vom Multiplizierer 15 wird als Vibrationstyptreiberspannungswellenform den Treiberanschlüssen D1 und D2 der ersten, Sensoreinheit 100 und der zweiten Sensoreinheit 200 eingegeben.
In der Vibrationstreibereinheit 6 wird eine Vibration der Vibratoren 41a und 41b in X-Richtung über eine Änderung der Kapazitäten in den Kondensatoren 47a und 47b zur Amplitudenüberwachung von den Überwachungsanschlüssen M1 und M2 als Vibrationsüberwachungssignal abgegriffen. (Somit werden die ersten und zweiten Amplitudenüberwachungseinheiten gebildet). In den Sensoreinheiten 100 und 200 von 9 sind die überwachungsseitigen beweglichen Elektroden 67a und 67b der Kondensatoren 47a und 47b für die Amplitudenüberwachung wie folgt angeordnet: die überwachungsseitigen beweglichen Elektroden 67a und 67b sind auf der gleichen Seite (linke Seite in 9) der Richtung der Vibration (d. h. der X-Richtung) relativ zu den Elektroden 57a und 57b auf der festen Seite angeordnet. Wenn daher die Vibratoren 41a und 41b in X-Richtung mit entgegengesetzten Phasen synchron vibriert werden, sind die Vibrationsüberwachungswellenformen von den Kondensatoren 47a und 47b für die Amplitudenüberwachung ebenfalls in entgegengesetzten Phasen.
Die ersten und zweiten Amplitudenüberwachungswellenformen von den Kondensatoren 47a und 47b zur Amplitudenüberwachung werden über die Ladungs/Spannungswandler 9 in Spannungssignale umgewandelt. Weiterhin werden sie einer Differenzberechnung an dem Differenzverstärker 10 unterworfen. Der Erhalt der Differenz zwischen Wellenformen mit entgegengesetzten Phasen ist äquivalent zur Addition von Wellenformen in Phase. Was die Amplitudenüberwachungssignale der beiden Einheiten 100 und 200 betrifft, so werden ihre Amplituden an dem Differenzverstärker 10 addiert und synthetisiert und der Signalpegel wird verbessert. D. h., der Differenzverstärker 10 bildet einen gleichphasigen Wellenformsynthetisierungsabschnitt. Das Amplitudenüberwachungssignal, welches als Ergebnis der Synthese erhalten wird, wird auf die Treiberanschlüsse D1 und D2 über den Phasenschieber 14 und den Multiplizierer 15 zurückgekoppelt. Somit wird ein sich selbst erregender Vibrationsantriebsmechanismus gebildet.
Der Phasenschieber 14 dient dazu, eine mechanische Vibration in der Nähe des Resonanzpunkts der Vibratoren 41a und 41b über Ausleger 60 ausklingen zu lassen. Das synthetisierte Vibrationsüberwachungssignal vom Differenzverstärker 10 wird separat am AC/DC-Wandler 11 geglättet und in ein Amplitudenpegelsignal gewandelt. Die Differenz zwischen dem Amplitudenpegelsignal und dem Referenzspannungssignal von der Referenzspannungserzeugungseinheit 12 entsprechend dem Steueramplitudenpegel wird am Differenzverstärker 13 berechnet. Der Ausgang des Differenzverstärkers 13 wird als Amplitudenkorrektursignal genommen und wird am Multiplizierer 15 mit dem Vibrationsüberwachungssignal multipliziert. Somit wird die Treiberamplitude auf einen konstanten Wert gesteuert. Die Treiberanschlüsse D1 und D2 der ersten Sensoreinheit 100 und der zweiten Sensoreinheit 200 sind an einander nicht entsprechenden Enden der Rahmen 40 in X-Richtung ausgebildet. Die Treiberausgängen vom Multiplizierer 15 werden in Phase eingegeben. Somit werden die Vibratoren 41a und 41b der beiden Einheiten 100 und 200 mit entgegengesetzten Phasen mit der Resonanzfrequenz in X-Richtung vibrationsbetrieben.
Wenn in diesem Zustand eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Richtung senkrecht sowohl zur X-Richtung als auch zur Y-Richtung eingegeben wird, tritt das folgende auf (im Fall der Anordnung in einem Fahrzeug ist die Z-Richtung die Richtung senkrecht zur Fahrbahnoberfläche): in den Vibratoren 41a und 41b werden Winkelgeschwindigkeitsvibrationskomponenten in entgegengesetzten Phasen mit einer Amplitude entsprechend der Größe der Winkelgeschwindigkeit durch die Corioliskraft erzeugt. Diese Winkelgeschwindigkeitsvibrationskomponenten werden in Y-Richtung erzeugt. Diese Vibration wird als eine Kapazitätsänderung in den Kondensatoren 45a1, 45b1, 45b2 und 45a2 für die Vibrationserkennung erkannt und über die Anschlüsse S1 und S2 sowie die Anschlüsse S3 und S4 abgegriffen. Danach wird sie über die Ladungs/Spannungswandler 20a und 20b in eine Spannung gewandelt und als Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen Sa und Sb ausgegeben.
Die Corioliskraft wirkt auf die Vibratoren 41a und 41b in entgegengesetzte Richtungen. Aus diesem Grund tritt in den Kondensatoren 45a1 und 45b1 für die Vibrationserkennung in der ersten Sensoreinheit 100 und in den Kondensatoren 45b2 und 45a2 für die Vibrationserkennung in der zweiten Sensoreinheit 200 das folgende auf: die an der Seite einander gegenüberliegend in Y-Richtung angeordneten Elemente erzeugen jeweils Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen in Phase, wie in den 10A und 10B gezeigt. D. h. die Kondensatoren 45a1 und 45a2 (Anschlüsse S1 und S2) und die Kondensatoren 45b1 und 45b2 (Anschlüsse S3 und S4) erzeugen Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen in Phase. Die sich in Phase befindlichen Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen (die Anschlüsse S1 und S2 bzw. die Anschlüsse S3 und S4 in den 8A und 8B) werden amplitudenmäßig addiert und jeweils den Ladungs/Spannungswandlern 20a und 20b in den 8A und 8B eingegeben. Somit werden Vorrichtungen gebildet, um die Empfindlichkeit für die Winkelgeschwindigkeitserkennung zu erhöhen.
In der Winkelgeschwindigkeitserkennungseinheit 7 sind die Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformsignale Sa und Sb von den Ladungs/Spannungswandlern 20a und 20b in entgegengesetzten Phasen. Wenn daher eine Differenzberechnung am Differenzverstärker 21 durchgeführt wird, werden diese beiden Wellenformsignale weiterhin amplitudenmäßig addiert und die Empfindlichkeit für die Winkelgeschwindigkeitserkennung wird weiter erhöht. In den Einheiten 100 und 200, welche in entgegengesetzten Phasen vibrationsbetrieben werden, werden Corioliskräfte, welche in Y-Richtung erzeugt werden, wenn eine Winkelgeschwindigkeit um die Z-Richtung herum angelegt wird, in einander entgegengesetzten Richtungen erkannt, wie in 11 gezeigt. Weiterhin werden translatorische Beschleunigungswellenformkomponenten in Y-Richtung aufgrund einer Drehzentrifugalkraft oder zufälligen Vibration in gleicher Richtung erkannt. Sie werden eine Art von Rauschkomponente vom Standpunkt der Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponente her. Wellenformen, deren überlagerte Beschleunigungswellenformkomponenten in Phase sind und deren Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponenten zwischen den Einheiten 100 und 200 in entgegengesetzten Phasen sind, werden einer Differenzberechnung unterworfen. (Oder Wellenformen, deren überlagerte Beschleunigungswellenformkomponenten in entgegengesetzten Phasen sind und deren Winkelgeschwindigkeitswellenformkomponenten in Phase sind, werden einer Addierungsberechnung unterworfen.) Somit werden die Beschleunigungskomponenten aufgehoben und nur die Winkelgeschwindigkeitswellenform kann herausgeführt werden.
Was das Winkelgeschwindigkeitssignal betrifft, welches vom Differenzverstärker 21 ausgegeben wird, so wird der folgende Vorgang durchgeführt: die amplitudenmodulierte Winkelgeschwindigkeitswellenform wird am Synchronerkennungsabschnitt 22 demoduliert und über einen Tiefpassfilter 23 werden Rauigkeiten entfernt. Dann wird das Signal als Gleichstromsignal Vy proportional zur eingegebenen Winkelgeschwindigkeit ausgegeben. In dieser Ausführungsform wird das Vibrationsüberwachungssignal vom Phasenschieber 14 für das Referenzfrequenzsignal des Synchronerkennungsabschnitts 22 verwendet. Eine Corioliskraft wird proportional zum Vektorprodukt der Geschwindigkeit eines Vibrators und der angelegten Winkelgeschwindigkeit erzeugt. Somit wird die Erkennungswellenform der Corioliskraft um 90 Grad der Vibrationswellenform vorauseilend fehlerfrei erkannt. Infolgedessen ist die Treibervibrationswellenform, welche am Phasenschieber 14 um 90 Grad voreilt, phasenmäßig identisch zu der Erkennungswellenform der Corioliskraft (d. h. der Winkelgeschwindigkeitswellenform). Somit kann sie optimal als Referenzfrequenzsignal für die Synchronerkennung verwendet werden. Die ersten und zweiten Amplitudenüberwachungswellenformen, welche an den Ladungs/Spannungswandlern 9 in Spannungssignale umgewandelt wurden, werden in der Stufe vor dem Differenzverstärker 10, der den gleichphasigen Wellenformsynthetisierungsabschnitt bildet, entsprechend verzweigt. Die Signale werden einem Addierer 16 eingegeben, der einen Addierungsberechnungsabschnitt bildet. Wie oben erwähnt, sind die ersten und zweiten Amplitudenüberwachungswellenformen in einander entgegengesetzten Phasen; somit dient der Addierer 16 als ein Synthetisierungsabschnitt für Wellenformen entgegengesetzter Phasen. Das Ausgangssignal vom Addierer 16, das in entgegengesetzten Phasen synthetisiert ist, wird als ein Antriebsanormalitätsüberwachungssignal einem AC/DC-Wandler 322 eingegeben. In dieser Ausführungsform ist der AC/DC-Wandler 322 zusammen mit dem oben erwähnten AC/DC-Wandler 11 als aktiver Tiefpassfilter mit einem analogen Operationsverstärker aufgebaut.
Wenn die Treiberamplituden der beiden Sensoreinheiten 100 und 200 beide normal sind, sind die Amplituden der beiden Amplitudenüberwachungswellenformen im Wesentlichen gleich zueinander. Im Ergebnis zeigt die Amplitude eines Antriebsanormalitätsüberwachungssignals, welches als ihre synthetisierte Wellenform entgegengesetzter Phase erzeugt wird, einen Pegel nahe am Neutralpunkt. Wenn jedoch irgendeine Anormalität in der Treiberamplitude einer der Sensoreinheiten 100 oder 200 auftritt, wird der Amplitudenpegel des Treiberanormalitätsüberwachungssignals von dem Neutralpunkt aus verschoben. Wenn daher das Treiberanormalitätsüberwachungssignal einem Fensterkomparator 323 mit Referenzspannungsbereichen ”Vref 2 und Vref 3” mit dem obigen neutralen Punkt eingegeben wird, kann das folgende erreicht werden: ein Signal, das anzeigt, ob das Treiberanormalitätsüberwachungssignal innerhalb der bestimmten Bereiche ist oder nicht, d. h., ob das Signal anormal ist oder nicht, kann als Anormalitätserkennungssignal Vd vom Komparator 323 abgegriffen werden.
Die zweite Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Treiberanormalitätsüberwachungssignal durch Synthetisierung der ersten und zweiten Amplitudenüberwachungswellenformen in entgegengesetzten Phasen erzeugt wird. Der Rand für das Antriebsanormalitätsüberwachungssignal wird beispielsweise durch die Betriebsgrenzspannung des Operationsverstärkers 7a des aktiven Filters begrenzt, der den AC/DC-Wandler 322 bildet. Wenn der Ausgang des Addierers 16 zu groß wird, gerät der Ausgang vom Operationsverstärker 7a in Sättigung und dies verhindert eine genaue Anormalitätserkennung. Wie in den 12A bis 12H gezeigt, ergibt sich, selbst wenn keine Anormalität in der Wellenform enthalten ist, die durch Synthetisieren der ersten und zweiten Amplitudenüberwachungswellenformen in Phase auf übliche Weise erhalten wird, ein Problem (Die obige Wellenform ist äquivalent zum Ausgang des Differenzverstärkers 10 der Treibersteuereinheit des Vibrationstyps.): die verstärkte und addierte Amplitude 2A × G der beiden Amplitudenüberwachungswellenform verbleibt wie addiert. Aus diesem Grund wird viel von der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 7a von 2A × G verzehrt und eine Anormalitätsbestimmung muss mit dem verbleibenden kleinen Spannungsrest durchgeführt werden. Selbst wenn daher die Anormalitätsamplitudenkomponente α × G nur etwas zu groß wird, gelangt der Ausgang des Operationsverstärkers 7a in die Sättigung. Somit wird eine genaue Anormalitätserkennung schwierig. Wenn die entgegengesetztphasige synthetisierte Wellenform als Treiberanormalitätsüberwachungssignal wie in der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, werden die oben erwähnten Teile von 2A × G in beiden Wellenformen aufgehoben und im Wesentlichen nicht existent. Die Grenze für die Anormalitätsamplitudenkomponente α kann wesentlich erhöht werden. D. h., eine genaue und hochempfindliche Anormalitätserkennung, welche vollen Gebrauch vom Ausgangsbereich des Operationsverstärkers 7a macht, wird möglich.
Wie in 11 gezeigt, können die überwachungsseitigen beweglichen Elektroden 67a und 67b der Kondensatoren 47a und 47b für die Amplitudenüberwachung so angeordnet werden, dass unter Verwendung der Innenoberflächen der Rahmen 40 oder durch ähnliche Vorgehensmaßnahmen das folgende stattfindet: die überwachungsseitigen beweglichen Elektroden 67a und 67b werden relativ zu den Elektroden 57a und 57b auf der festen Seite einander gegenüberliegend in den Sensoreinheiten 100 und 200 in Richtung der Vibration (d. h. in X-Richtung) angeordnet. Wenn die Vibratoren 41a und 41b synchron mit entgegengesetzten Phasen in X-Richtung vibriert werden, sind in diesem Fall die Vibrationsüberwachungswellenformen von den Kondensatoren 47a und 47b zur Amplitudenüberwachung in Phase. In diesem Fall wird der Differenzverstärker 10 der 8A und 8B durch einen Addierer ersetzt und der Addierer 16 durch einen Differenzverstärker. Somit können sie jeweils als gleichphasige Wellenformsynthetisierungsabschnitte und entgegengesetztphasige Wellenformsynthetisierungsabschnitte verwendet werden und eine Sensorfunktion äquivalent zu derjenigen gemäß der 8A und 8B kann erhalten werden.
Somit ist ein Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass er aufweist: eine erste Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und eine zweite Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit; eine erste und eine zweite Amplitudenüberwachungseinheit; und eine Antriebsanormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit.
Die erste Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und die zweite Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit haben jeweils einen Vibrator, einen Vibrationsantriebsabschnitt und einen Erkennungswellenformerzeugungsabschnitt. Die Vibratoren werden in einer vorbestimmten Referenzrichtung vibrationsbetrieben. Die Vibrationsantriebsabschnitte betreiben die Vibratoren mit einer konstanten Amplitude. Der Erkennungswellenformerzeugungsabschnitt erkennt eine Vibrationskomponente, welche in Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung zu erkennen ist, wenn eine Winkelgeschwindigkeit auf die Vibratoren einwirkt. Die Richtung der Winkelgeschwindigkeitserkennung ist vorbestimmt, so dass sie senkrecht zur Referenzrichtung steht. Dann erzeugen die Erkennungswellenformerzeugungsabschnitte Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen basierend auf den zu erkennenden Vibrationskomponenten.
Die ersten und zweiten Amplitudenüberwachungseinheiten erkennen jeweils die Treiberamplitude in Referenzrichtung der Vibratoren in der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit. Sodann geben die ersten und zweiten Amplitudenüberwachungseinheiten Amplitudenüberwachungswellenformen aus.
Die Treiberanormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit hat den gegenphasigen Wellenformsynthetisierungsabschnitt. Der gegenphasige Wellenformsynthetisierungsabschnitt synthetisiert eine erste Amplitudenüberwachungswellenform, welche von der ersten Amplitudenüberwachungseinheit erkannt wird und die zweite Amplitudenüberwachungswellenform, welche von der zweiten Amplitudenüberwachungseinheit erkannt wird. Die Wellenformen werden in einer derartigen Phasenbeziehung synthetisiert, dass sie in entgegengesetzten Phasen sind. Die Treiberanormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit gibt Treiberanormalitätsüberwachungssignale basierend auf den entgegengesetztphasigen synthetisierten Wellenformen aus.
Gemäß dem oben erwähnten Aufbau in der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der folgende Vorgang durchgeführt, um irgendeine Anormalität in der Vibrationsamplitude der beiden Winkelgeschwindigkeitssensoreinheiten durchzuführen: die erste Amplitudenüberwachungswellenform und die zweite Amplitudenüberwachungswellenform werden gemeinsam in einer derartigen Phasenbeziehung synthetisiert, dass sie in einander entgegengesetzten Phasen sind; basierend auf der entgegengesetztphasigen synthetisierten Wellenform wird ein Treiberanormalitätsüberwachungssignal ausgegeben. Wenn dieser Vorgang durchgeführt wird, heben die Restamplitudenkomponenten A, die in den Amplitudenüberwachungswellenformen der beiden Sensoreinheiten enthalten sind, einander auf, wie im rechten Teil der 12A bis 12H gezeigt. Somit wird der Rand für die Anormalitätsamplitudenkomponente α merklich erhöht und Anormalitäten können genau erkannt werden.
Ein analoger Berechnungs- und Verstärkungsschaltkreis zur Verstärkung der entgegengesetztphasig synthetisierten Wellenform kann insbesondere in dem Synthetisierungsabschnitt für die entgegengesetztphasige Wellenform oder stromab vom Ausgang des Synthetisierungsabschnitts für die entgegengesetztphasige Wellenform vorgesehen sein. In diesem Fall wird die Beschränkung der Betriebsgrenzspannung des analogen Berechnungs- und Verstärkungsschaltkreises auf die Amplitudenanormalitätserkennung auferlegt. Eine Beschreibung erfolgt unter Bezugnahme auf die 12A bis 12H. Bei herkömmlichen Verfahren wird von der Signalgrenze, welche abhängig von der Betriebsgrenzspannung des Schaltkreises bestimmt wird; der Teil (2A × G) äquivalent gleich zweimal der Bezugsamplitudenkomponente A von Anfang an verzehrt. Im Ergebnis wird der Spannungsbereich, innerhalb dem eine Anormalitätsbestimmung möglich ist, erheblich verengt. Dies führt zum folgenden Problem: selbst wenn die Anormalitätsamplitudenkomponente nur etwas zu groß wird, gelangt der Ausgang von dem analogen Berechnungs- und Verstärkungsschaltkreis aufgrund des Beitrags von (α × G) in kurzer Zeit in Sättigung. Somit wird eine genaue Anormalitätserkennung sehr schwierig. Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird jedoch der oben erwähnte Abschnitt von 2A × G aufgehoben und im Wesentlichen nicht existent. Der Rand für die Anormalitätsamplitudenkomponente α kann demzufolge erheblich erhöht werden. D. h., eine genaue und hochempfindliche Anormalitätserkennung, welche vollen Gebrauch vom Ausgangsbereich des analogen Berechnungs- und Verstärkungsschaltkreis macht, wird möglich.
Insbesondere ist der Antriebsanormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeschaltkreis mit einer Gleichrichtereinheit versehen, welche die oben erwähnte gegenphasige synthetisierte Wellenform gleichrichtet. Die Gleichrichtereinheit kann als ein Element (z. B. aktiver Filter) aufgebaut sein, welches den analogen Berechnungs- und Verstärkungsschaltkreis enthält. Bei diesem Aufbau wird die entgegengesetztphasige synthetisierte Wellenform in einen Gleichstrom gleichgerichtet und somit kann eine Anormalitätserkennung, welche diesen verwendet, vereinfacht werden. Wie oben erwähnt, kann die Anormalitätsamplitudenkomponente α der entgegengesetztphasigen synthetisierten Wellenform, welche der Gleichrichtereinheit eingegeben wird, wesentlich erhöht werden. Somit kann eine Anormalitätserkennung mit Genauigkeit und hoher Empfindlichkeit durchgeführt werden, auch wenn die Gleichrichtereinheit den analogen Berechnungs- und Verstärkungsschaltkreis aufweist.
In diesem Fall kann eine Anormalitätsbestimmung extern durchgeführt werden, indem der Ausgangspegel des Gleichrichters verwendet wird. Oder ein Anormalitätsbestimmungsschaltkreis, welchem der Pegelausgang eingegeben wird, kann vorgesehen werden, so dass sein Ausgang nach außen abgegriffen wird und in Form des Anormalitätsbestimmungssignals vorliegt.
Wenn die Vibratoren der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit synchron betrieben werden, kann die Treibersteuereinheit des Vibrationstyps verwendet werden. Die Treibersteuereinheit des Vibrationstyps hat den gleichphasigen Wellenformsynthetisierungsabschnitt, der die erste Amplitudenüberwachungswellenform und die zweite Amplitudenüberwachungsform in einer derartigen Phasenbeziehung synthetisiert, dass sie gleichphasig sind. Basierend auf der Amplitude der synthetisierten Wellenform steuert die Treibersteuereinheit des Vibrationstyps die Treiberamplituden der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit über die Vibrationstreibereinheit. In diesem Fall wird die Amplitude der gleichphasig synthetisierten Wellenform als Basis für die Vibrationstyptreibersteuerung verwendet. Im normalen Betrieb kann bei der Vibrationstyptreibersteuerung der Signalpegel gleich dem zweifachen der oben erwähnten Bezugsamplitudenkomponente A verwendet werden. Somit werden der Rauschrand etc. erhöht und dies trägt zu einer Verbesserung der Genauigkeit bei der Amplitudensteuerung bei. In der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird in diesem Fall der entgegengesetztphasige Wellenformsynthetsierungsabschnitt der Treiberanormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit in der Stufe vor dem gleichphasigen Wellenformsynthetisierungsabschnitt in der Vibrationstyptreibersteuereinheit vorgesehen. D. h., die gleichphasig synthetisierte Wellenform ist streng der Vibrationstyptreibersteuerung zugeordnet. Sie wird von der Amplitudenüberwachungswellenform in der Stufe vor dem gleichphasigen Wellenformsynthetisierungsabschnitt für die Vibrationstyptreibersteuerung abgezweigt. Dann wird sie dem gegenphasigen Wellenformsynthetisierungsabschnitt eingegeben, der der Anormalitätserkennung zugeordnet ist. Somit kann die Genauigkeit der Amplitudensteuerung beibehalten werden und weiterhin kann eine Anormalitätserkennung mit hoher Empfindlichkeit durch die entgegengesetztphasig synthetisierte Wellenform durchgeführt werden.
Die jeweiligen Vibratoren werden synchron in entgegengesetzten Phasen in Referenzrichtung der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit vibriert. Somit können die Vibrationstreibereinheiten der ersten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit und der zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoreinheit die Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform als erste und zweite Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen in entgegengesetzten Phasen erzeugen. Eine Differenzwellenformberechnungsvorrichtung kann in Entsprechung hierzu vorgesehen werden. Die Differenzwellenformberechnungsvorrichtung berechnet die Differenzwellenform zwischen der ersten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform und der zweiten Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenform. Die Differenzwellenformberechnungsvorrichtung berechnet als Winkelgeschwindigkeitssignal eine Wellenform, in der gleichphasige Beschleunigungswellenformkomponenten, welche den Winkelgeschwindigkeitserkennungswellenformen überlagert sind, aufgehoben sind. Bei diesem Aufbau wird das Differenzsignal zwischen zwei Winkelgeschwindigkeitswellenformen in entgegengesetzten Phasen erhalten. Somit können translatorische Beschleunigungskomponenten, welche auf den beiden Wellenformen in Phase überlagert sind, wirksam aufgehoben und von dem Winkelgeschwindigkeitsausgang des Winkelgeschwindigkeitssensors des Vibrationstyps entfernt werden. Weiterhin werden die beiden Winkelgeschwindigkeitswellenformen schließlich miteinander addiert und die Amplitude wird erhöht. Somit kann ein Einfluss einer Beschleunigungskomponente, welche in dem letztendlich erhaltenen Winkelgeschwindigkeitssignal verbleibt, wesentlich verringert werden.
Wenn die erste Amplitudenüberwachungswellenform und die zweite Amplitudenüberwachungswellenform synchron in entgegengesetzten Phasen entsprechend den Treiberphasen der Vibratoren in beiden Sensoreinheiten ausgegeben werden, ermöglicht dies das folgende: der gegenphasige Wellenformsynthetisierungsabschnitt der Treiberanormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit kann so aufgebaut werden, dass er einen Addierungsberechnungsabschnitt für die erste Amplitudenüberwachungswellenform und die zweite Amplitudenüberwachungswellenform aufweist. Somit kann der gegenphasige Wellenformsyntheseabschnitt als einfacher Addierungsberechnungsabschnitt aufgebaut werden; der elektrische Aufbau des Sensorsystems kann somit vereinfacht werden.
Derartige Änderungen und Abwandlungen seien als im Rahmen der Erfindung enthaltend verstanden, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Winkelgeschwindigkeitssensor des Vibrationstyps, mit: einem ersten Winkelgeschwindigkeitssensor (100) und einem zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor (200); einer Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit (7, 8, 16, 21, 121, 141) mit einem Synthetisierungsabschnitt für eine gegenphasige Wellenform (6, 7, 16, 21, 121); und einer Signalausgabeeinheit (10, CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) mit einem Synthetisierungsabschnitt für eine gleichphasige Wellenform (8, 10, CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2), wobei jeder der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) aufweist: Vibratoren (41a, 41b), die in einer bestimmten Referenzrichtung vibrationsbetrieben werden; eine Vibrationstreibereinheit (6) zum Vibrieren lassen der Vibratoren (41a, 41b) mit einer vorbestimmten konstanten Amplitude, wobei die Vibrationstreibereinheit (6) die Vibratoren (41a, 41b) der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) synchron in Vibration versetzt; und eine Erkennungswellenformerzeugungseinheit (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 20a, 20b, 45a1, 45a2, 45b1, 45b2, 45S1, 45S2, 45S1A, 45S1B, 45S2A, 45S2B, 75, 76) zur Erkennung einer Vibrationskomponente des Vibrators (41a, 41b) in einer Winkelgeschwindigkeitserkennungsrichtung senkrecht zu der Referenzrichtung abhängig von einer an den Vibrator (41a, 41b) angelegten Winkelgeschwindigkeit und zur Erzeugung einer ersten oder einer zweiten Erkennungswellenform basierend auf der Vibrationskomponente, wobei der Synthetisierungsabschnitt für eine gleichphasige Wellenform (8, 10, CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) die erste Erkennungswellenform und die zweite Erkennungswellenform derart zusammensetzt, dass eine Phase der Erkennungswellenform und eine Phase der zweiten Erkennungswellenform gleichphasig sind; der Synthetisierungsabschnitt für eine gegenphasige Wellenform (6, 7, 16, 21, 121) die erste Erkennungswellenform, die vom ersten Winkelgeschwindigkeitssensor (100) erhalten wurde, und die zweite Erkennungswellenform, die vom zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor (200) erhalten wurde, derart zusammensetzt, dass eine Phase der ersten Erkennungswellenform zu derjenigen der zweiten Erkennungswellenform entgegengesetzt ist; die erste Erkennungswellenform abhängig von einer Verschiebung des Vibrators (41a) im ersten Winkelgeschwindigkeitssensor (100) erzeugt wird und die zweite Erkennungswellenform abhängig von einer Verschiebung des Vibrators (41b) in dem zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor (200) erzeugt wird; die Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit (7, 8, 16, 21, 121, 141) ein Anormalitätsüberwachungssignal erzeugt und ausgibt, um eine Anormalität eines Sensorausgangs auf der Grundlage der zusammengesetzten gegenphasigen Wellenform zu überwachen, welche aus den ersten und zweiten Erkennungswellenformen zusammengesetzt wurde; die Signalausgabeeinheit (10, CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) die zusammengesetzte gleichphasige Wellenform als Winkelgeschwindigkeitssignal ausgibt, welche aus den ersten und zweiten Erkennungswellenformen zusammengesetzt wurde, wobei Beschleunigungswellenformkomponenten, welche den ersten und zweiten Erkennungswellenformen überlagert sind, aufgehoben sind; die Erkennungswellenformerzeugungseinheit (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 45S1, 45S2, 45S1A, 45S1B, 45S2A, 45S2B) in jedem der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) ein Kondensator (45S1, 45S2, 45S1A, 45S1B, 45S2A, 45S2B) zur Erkennung der Vibration als eine Elektrodenabstandsänderung abhängig von der Vibration des Vibrators (41a, 41b) ist; der Kondensator (45S1, 45S2, 45S1A, 45S1B, 45S2A, 45S2B) zur Vibrationserkennung eine signalausgangsseitige Elektrode (55a, 55b, 65a, 65b) mit jeweils einer Mehrzahl von Teilelektroden aufweist, von denen jede einen Teilausgang als Ladungsänderungsausgang des Kondensators (45S1, 45S2, 45S1A, 45S1B, 45S2A, 45S2B) zur Vibrationserkennung ausgibt, wobei der Ladungsänderungsausgang die erste oder die zweite Erkennungswellenform liefert; der Kondensator (45S1, 45S2, 45S1A, 45S1B, 45S2A, 45S2B) zur Vibrationserkennung in jedem der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) einen ersten Vibrationserkennungskondensator (45S1, 45S2, 45S1A, 45S2A) und einen zweiten Vibrationserkennungskondensator (45S1, 45S2, 45S1b, 45S2B) aufweist; der erste Vibrationserkennungskondensator (45S1, 45S2, 45S1A, 45S2A) an einem ersten Endabschnitt des Vibrators (41a, 41b) in Winkelgeschwindigkeitserkennungsrichtung angeordnet ist; der zweite Vibrationserkennungskondensator 45S1, 45S2, 45S1B, 45S2B) an einem zweiten Endabschnitt des Vibrators (41a, 41b) in Winkelgeschwindigkeitserkennungsrichtung angeordnet ist; die ersten und zweiten Vibrationserkennungskondensatoren (45S1, 45S2, 45S1A, 45S1B, 45S2A, 45S2B) die ersten oder die zweiten Erkennungswellenformen mit einander entgegengesetzten Phasen erzeugen, und jeder der ersten und zweiten Vibrationserkennungskondensatoren (45S1, 45S2, 45S1A, 45S1B, 45S2A, 45S2B) die signalausgangsseitige Elektrode (55a, 55b, 65a, 65b) aufweist, welche durch eine erste und eine zweite Teilelektrode gebildet wird; und die Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit (7, 8, 121, 124) das Anormalitätsüberwachungssignal auf der Grundlage der Teilausgänge der Teilelektroden erzeugt.
Sensor nach Anspruch 1, wobei die Vibratoren (41a, 41b) in den ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) synchron mit entgegengesetzten Phasen in der Referenzrichtung vibriert werden, so dass die ersten und zweiten Erkennungswellenformen erhalten werden, deren Phasen zueinander entgegengesetzt sind, wobei der Synthetisierungsabschnitt für eine gleichphasige Wellenform (8, 10, CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) in der Signalausgabeeinheit (10, CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) durch eine Differenzberechnungsvorrichtung (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) zur Berechnung einer Diffferenzwellenform zwischen der ersten Erkennungswellenform und der zweiten Erkennungswellenform geschaffen ist, und der Synthetisierungsabschnitt für eine gegenphasige Wellenform (6, 7, 121) in der Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit (7, 8, 121, 124) durch eine Additionsberechnungsvorrichtung (7) geschaffen ist zur Berechnung einer Additionswellenform zwischen der ersten Erkennungswellenform und der zweiten Erkennungswellenform.
Sensor nach Anspruch 1, wobei die signalausgangsseitige Elektrode (55a, 55b, 65a, 65b) des Kondensators (45S1, 45S2, 45S1A, 45S1B, 45S2A, 45S2B) zur Vibrationserkennung weiterhin eine erkennungsseitige bewegliche Elektrode (65a, 65b) und eine erkennungsseitige feste Elektrode (55a, 55b) aufweist, wobei die Teilelektroden der signalausgangsseitigen Elektrode (55a, 55b, 65a, 65b) durch die erkennungsseitige feste Elektrode (55a, 55b) geschaffen sind, die erkennungsseitige bewegliche Elektrode (65a, 65b) eine kammzahnartige Form hat, die auf der Vibratorseite angeordnet ist, die erkennungsseitige feste Elektrode (55a, 55b9 eine kammzahnartige Form hat, die an einer Rahmenseite zur Ausnahme des Vibrators (41a, 41b) angeordnet ist, und die kammzahnartige Form der erkennungsseitigen festen Elektrode (55a, 55b) in Eingriff mit der kammzahnartigen Form der erkennungsseitigen beweglichen Elektrode (65a, 65b) ist.
Sensor nach Anspruch 1, wobei die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) die Teilausgänge, die von den ersten und zweiten Teilelektroden der ersten Vibrationserkennungskondensatoren (45S1, 45S2, 45S1A, 45S2A) in dem ersten Winkelgeschwindigkeitssensor (100) ausgegeben werden, so zusammensetzt, dass ein erstes Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignal erhalten wird; die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) die Teilausgänge von den ersten und zweiten Teilelektroden der zweiten Vibrationserkennungskondensatoren (45S1, 45S2, 45S1B, 45S2B) in dem ersten Winkelgeschwindigkeitssensor (100) so ausgibt, dass ein zweites Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignal erhalten wird; die ersten und die zweiten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale gleichphasig sind; die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) die Teilausgänge, die von den ersten und zweiten Teilelektroden der ersten Vibrationserkennungskondensatoren (45S1, 45S2, 45S1A, 45S2A) in dem zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor (200) ausgegeben werden so zusammensetzt, dass ein drittes Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignal erhalten wird; die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) die Teilausgänge, die von den ersten und den zweiten Teilelektroden der zweiten Vibrationserkennungskondensatoren (45S1, 45S2, 45S1B, 45S2B) in dem zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor (200) ausgegeben werden, so zusammensetzt, dass ein viertes Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignal erhalten wird; und die dritten und vierten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale gleichphasig sind.
Sensor nach Anspruch 4, wobei der erste Winkelgeschwindigkeitssensor (100) vorab eine Berechnung durchführt, um die ersten und zweiten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale zu addieren; der zweite Winkelgeschwindigkeitssensor (200) vorab eine Berechnung durchführt, um die dritten und vierten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale zu addieren; und die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) eine Differenz zwischen den vorab addierten ersten und zweiten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignalen vom ersten Winkelgeschwindigkeitssensor (100) und der vorab addierten dritten und vierten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignale vom zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor (200) berechnet, so dass als die Differenz das Anormalitätsüberwachungssignal erhalten wird.
Sensor nach Anspruch 4, wobei die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) eine erste Differenz zwischen den ersten und dritten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignalen von den ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) berechnet, so dass eine erste Anormalität der Ausgangsspannung der Differenzberechnungsvorrichtung (CA1, CA3, CA1A, CA3A, CA1B, CA3B, 121a, 121a1, 121a2) erhalten wird; die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1–CA4, CA1A–CA4A, CA1B–CA4B, 121, 121A, 121B, 121A1, 121A2, 121B1, 121B2) eine zweite Differenz zwischen den zweiten und vierten Anormalitätsüberwachungsvorbereitungssignalen von den ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) berechnet, so dass eine zweite Anormalität der Ausgangsspannung der Differenzberechnungsvorrichtung (CA1, CA3, CA1A, CA3A, CA1B, CA3B, 121a, 121a1, 121a2) erhalten wird; und die Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit (7, 8, 121, 124) eine letztendliche Anormalitätsbestimmung auf der Grundlage der ersten und zweiten Anormalitäten durchführt.
Sensor nach Anspruch 1, weiterhin mit: einer ersten Differenzberechnungsvorrichtung (CA1A, CA3A, 121A1) zur Berechnung einer Differenz des Teilausgangs von der ersten Teilelektrode des ersten Vibrationserkennungskondensators (45S1, 45S2, 45S1A, 45S2A) zwischen den ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200); der zweiten Differenzberechnungsvorrichtung (CA2A, CA4A, 121B1) zur Berechnung einer Differenz im Teilausgang der zweiten Teilelektrode des ersten Vibrationserkennungskondensators (45S1, 45S2, 45S1A, 45S2A) zwischen den ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200); einer dritten Differenzberechnungsvorrichtung (CA1B, CA3B, 121A2) zur Berechnung einer Differenz im Teilausgang von der ersten Teilelektrode des zweiten Vibrationserkennungskondensators (45S1, 45S2, 45S1B, 45S2B) zwischen den ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200); und einer vierten Differenzberechnungsvorrichtung (CA2B, CA4B, 121B2) zur Berechnung einer Differenz im Teilausgang von der zweiten Teilelektrode des zweiten Vibrationserkennungskondensators (45S1, 45S2, 45S1B, 45S2B) zwischen den ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200), wobei: die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1, CA3, CA1A, CA3A, CA1B, CA3B, 121A, 121A1, 121A2) eine erste Anormalität der Ausgangsspannung der ersten Differenzberechnungsvorrichtung (CA1A, CA3A, 121A1) berechnet; die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1, CA3, CA1A, CA3A, CA1B, CA3B, 121A, 121A1, 121A2) eine zweite Anormalität der Ausgangsspannung der zweiten Differenzberechnungsvorrichtung (CA2A, CA4A, 121B1) berechnet; die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1, CA3, CA1A, CA3A, CA1B, CA3B, 121A, 121A1, 121A2) eine dritte Anormalität der Ausgangsspannung der dritten Differenzberechnungsvorrichtung (CA1B, CA3B, 121A2) berechnet; die Differenzberechnungsvorrichtung (CA1, CA3, CA1A, CA3A, CA1B, CA3B, 121A, 121A1, 121A2) eine vierte Anormalität der Ausgangsspannung der vierten Differenzberechnungsvorrichtung (CA2B, CA4B, 121B2) berechnet; und die Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit (7, 8, 121, 124) eine letztendliche Anormalitätsbestimmung auf der Grundlage der ersten bis vierten Anormalitäten durchführt.
Sensor nach Anspruch 1, weiterhin mit: einem ersten Amplitudenüberwacher (47a) zur Erkennung einer Antriebsamplitude des Vibrators (41a) in dem ersten Winkelgeschwindigkeitssensor (100) in Referenzrichtung, um die erste Erkennungswellenform auszugeben; und einem zweiten Amplitudenüberwacher (47b) zur Erkennung einer Antriebsamplitude des Vibrators (41b) im zweiten Winkelgeschwindigkeitssensor (200) in Referenzrichtung, um die zweite Erkennungswellenform auszugeben.
Sensor nach Anspruch 8, weiterhin mit: einem Analog-Berechnungsverstärker (7, 11) zur Verstärkung einer zusammengesetzten gegenphasigen Wellenform, die aus den ersten und den zweiten Erkennungswellenformen zusammengesetzt ist, wobei der Analog-Berechnungsverstärker (7, 11) in dem Synthetisierungsabschnitt für eine gegenphasige Wellenform (6, 7, 16, 21) oder an einer stromabwärtigen Schaltkreisseite des Synthetisierungsabschnitts für eine gegenphasige Wellenform (6, 7, 16, 21) angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin mit: einer Gleichrichtereinheit (11) zur Gleichrichtung einer zusammengesetzten gegenphasigen Wellenform, die aus den ersten und zweiten Erkennungswellenformen zusammengesetzt wurde; und einem analogen Berechnungsverstärker (7, 11) zur Verstärkung der zusammengesetzten gegenphasigen Wellenform, wobei die Gleichrichtereinheit (11) in der Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit (7, 8, 16, 21) angeordnet ist, und der analoge Berechnungsverstärker (7, 11) in dem Synthetisierungsabschnitt für eine gegenphasige Wellenform (6, 7, 16, 21) oder einer stromabwärtigen Schaltkreisseite des Synthetisierungsabschnitts für eine gegenphasige Wellenform (6, 7, 16, 21) angeordnet ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, weiterhin mit: einer Vibrationstreibersteuereinheit (11 bis 15) mit einem Synthetisierungsabschnitt für eine gleichphasige Wellenform (10, 21), wobei: der Synthetisierungsabschnitt für eine gleichphasige Wellenform (10, 21) die erste Erkennungswellenform und die zweite Erkennungswellenform derart zusammensetzt, dass eine Phase der ersten Erkennungswellenform und eine Phase der zweiten Erkennungswellenform gleichphasig sind; die Vibrationstreibersteuereinheit (11 bis 15) die beiden Treiberamplituden der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) auf der Grundlage einer Amplitude einer zusammengesetzten ersten und zweiten Erkennungswellenform steuert, die aus den ersten und zweiten Erkennungswellenformen gleichphasig zusammengesetzt ist; die Vibrationstreibereinheit (6) die Treiberamplituden der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) erzeugt; die Vibratoren (41a, 41b) der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) synchron vibrationsbetrieben werden; und der Synthetisierungsabschnitt für eine gegenphasige Wellenform (6, 7, 16, 21) in der Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit (7, 8, 16, 21) vor dem Synthetisierungsabschnitt für eine gleichphasige Wellenform (18, 21) der Vibrationstreibersteuereinheit (11 bis 15) angeordnet ist.
Der Sensor nach Anspruch 11, weiterhin mit: einer Differenzwellenformberechnungsvorrichtung (121) zum Berechnen einer Differenzwellenform zwischen der ersten Erkennungswellenform und der zweiten Erkennungswellenform und zum Ausgeben einer Wellenform als Winkelgeschwindigkeitssignal, in welchem die gleichphasige Beschleunigungswellenformkomponente, welche den ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitserkennungsformen überlagert ist, aufgehoben ist, wobei die Vibrationstreibereinheit (6) eines jeden der ersten und zweiten Winkelgeschwindigkeitssensoren (100, 200) synchron den Vibrator (41a, 41b) in Referenzrichtung in entgegengesetzter Phase vibrationsbetreibt, so dass die erste oder die zweite Erkennungswellenform in entgegengesetzter Phase erzeugt wird; der Synthetisierungsabschnitt für eine gegenphasige Wellenform (6, 7, 16, 21) in der Anormalitätsüberwachungssignalerzeugungs- und -ausgabeeinheit (7, 8, 16, 21) einen Additionsberechnungsabschnitt (16) zur Addition der ersten Erkennungswellenform und der zweiten Erkennungswellenform aufweist; und die erste Erkennungswellenform und die zweite Erkennungswellenform synchron mit einander entgegengesetzten Phasen ausgegeben werden.