-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf ein Vibrationsgyroskop und ein Eigendiagnoseverfahren für ein Vibrationsgyroskop.
-
Von einem Vibrationsgyroskop, das
bei einem Sicherheitssystem zum Steuern der Lage eines Fahrzeugs
oder zum Erfassen, wenn das Fahrzeug überschlägt, einem Fahrzeugnavigationssystem
und andere Vorrichtungen verwendet wird, wird erwartet, daß es Funktionsstörungen selbst
diagnostiziert. Bekannte Geräte
zum Durchführen
der Eigendiagnosefunktion sind beispielsweise in den japanischen
ungeprüften
Patentsveröffentlichungen
Nr. 3-159877, 4-215017, 5-133755, 6-58760, 6-207946, 9-281138, 11-51655,
und 2000-2542 offenbart.
-
Die bekannten Eigendiagnoseverfahren
umfassen (1) Überwachen
eines Treibersignals und eines Differenzausgangssignals eines Schwingungselements
und Erfassen einer Funktionsstörung,
wenn der Pegel der Signale einen vorbestimmten Bereich überschreitet,
und (2) Überwachen
eines Ausgangssignals durch Anlegen eines Signals, das mit einem Synchronerfassungssignal
zwischen einer Differenzschaltung und einer Synchronerfassungsschaltung synchronisiert
ist, und Erfassen einer Funktionsstörung, wenn der Wert des Ausgangssignales
einen vorbestimmten Bereich überschreitet.
-
Obwohl das Vibrationsgyroskop bei
dem oben beschriebenen ersten Verfahren selbst diagnostizieren kann,
ob eine Funktionsstörung
aufgetreten ist oder nicht, kann das Vibrationsgyroskop nicht die
Ursache der Funktionsstörung
erfassen.
-
Bei dem zweiten oben beschriebenen
Verfahren wird das Signal, das mit dem Synchronerfassungssignal
synchronisiert ist, nach der Differenzschaltung angelegt, und somit
kann eine Funktionsstörung
in einer Schaltung nach der Position, an die das Signal angelegt
wird, diagnostiziert werden. Eine Funktionsstörung in dem Schwingungselement selbst,
beispielsweise ein Kurzschluß oder
eine Öffnung
einer Mehrzahl von Erfassungselektroden des Schwingungselements,
kann jedoch nicht diagnostiziert werden. Da dieses Verfahren viele
und große Schaltungen
benötigt,
ergeben sich außerdem
Probleme bei den Kosten und der Zuverlässigkeit.
-
Die
DE 694 07 715 T2 zeigt ein Vibrationsgyroskop,
bei dem ein Schwingkörper
drei piezoelektrische Elemente aufweist. Ein erstes und zweites
piezoelektrisches Element sind mit jeweiligen ersten Schaltelementen
verbunden, die ferner mit einer Phasenkorrekturschaltung, die mit
einer Schwingungsschaltung verbunden ist, verbunden sind. Ferner
sind Widerstände
vorgesehen, die jeweils parallel mit den ersten Schaltelementen
verschaltet sind. Die Schwingungsschaltung weist einen Eingang auf,
der mit dem dritten piezoelektrischen Element verbunden ist. Ein
Nulldurchgangsdetektor ist mit einem Knotenpunkt zwischen der Phasenkorrekturschaltung
und den Schaltelementen verbunden, und weist einen Schaltausgang
auf, um die ersten Schaltelemente und ein zweites Schaltelement
zu schalten, das zwischen dem Ausgang einer Differenzschaltung und
einer Abtaste-Halten-Schaltung angeordnet ist. Das erste und zweite
piezoelektrische Element sind mit der Differenzschaltung verbunden,
um ein Differenz-Ausgangssignal zu erhalten. Im Betrieb werden die
ersten Schaltelemente über
den Nulldurchgangsdetektor von einem Ein-Zustand in einen Aus-Zustand
geschaltet, so dass die ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente
während
des Aus-Zustands kurzgeschlossen sind, wodurch bewirkt wird, dass eine
Treibersignalkomponente von der Erfassung durch die Differenzschaltung
abgekoppelt wird und lediglich eine durch die Biegeschwingung des Schwingkörpers erzeugte Erfassungssignalkomponente
erfasst wird. Entsprechend zu dem Ausschalten der ersten Schaltungselemente
wird das zweite Schaltungselement eingeschaltet, um das Ausgangssignal
der Differenzschaltung der Abtaste-Halten-Schaltung zuzuführen.
-
Die
DE 694 20 914 T2 beschreibt einen Kraftsensor
zum Erfassen von Kräften
oder Beschleunigungen. Der Sensor weist ein piezoelektrisches Element
auf, das zum Bilden eines Nachweiselements mit einer oberen und
unteren Elektrode versehen ist. Der Sensor weist ferner Expansions-/Kontraktionselemente
auf, die ebenfalls durch das Bilden einer oberen und unteren Elektronenschicht
auf dem piezoelektrischen Element gebildet sind. Die Expansions-/Kontraktionselemente
werden derart angeordnet, dass das piezoelektrische Element in sämtliche
Richtungen zum Schwingen gebracht werden kann, wodurch mit Hilfe
der Nachweiselement eine Eigendiagnosefunktion ermöglicht ist, in
dem an die Expansions-/Kontraktionselemente geeignete Spannungen
angelegt werden, die mittels der Nachweiselemente zur Überprüfung erfasst
werden.
-
Die
JP 09-218040 A offenbart ein Selbst-Diagnoseverfahren
für einen
Winkelgeschwindigkeitssensor, bei dem eine Winkelgeschwindigkeit
eines Vibrationskörpers
nach einem Stoppen des Treibens des Vibrationskörpers erfasst wird. Daraufhin
wird die Amplitude und Frequenz des Vibrationssystems aufgrund einer
Erfassung der Dämpfungsvibration
berechnet, wodurch ein Selbst-Diagnose-Verfahren ermöglicht ist.
-
Die
DE 695 25 231 T2 beschreibt eine Vibrationsgyroskop,
das einen Vibrator mit einem Vibrationselement umfasst. Das Vibrationselement
umfasst Erfassungsteile und ein Treiberteil, wobei die Erfassungsteile
mit invertierenden Verstärkerschaltungen
verbunden sind. Die Ausgangssignale der Erfassungsteile werden in
die invertierenden Verstärkerschaltungen
eingegeben, die mit einer Komparatorschaltung sowie einer Erfassungsschaltung
mit einer Differenzschaltung verbunden ist. Das in die Komparatorschaltung
eingegebene Signal wird über eine
Phasenkombinationsschaltung zu dem Treibteil des Vibrationselements
zurückgekoppelt,
wodurch einen stabile Vibration des Vibrationselements erreicht
wird.
-
Die
DE
695 10 850 offenbart ein Detektorsystem für einen
Vibrationskreisel, bei dem ein Schwingkörper piezoelektrische Elemente
aufweist, um eine Schwingung des Schwingkörpers zu ermöglichen.
Ein erstes und zweites piezoelektrisches Element, die zum Erfassen
einer Schwingung des Schwingkörpers
verwendet werden, sind jeweils mit einem ersten und zweiten Knotenpunkt
verbunden, die mit einer ersten bzw. zweiten Erfassungsschaltung
bzw. einem ersten bzw. zweiten Wiederstand verbunden sind. Im Betrieb
wird an ein drittes piezoelektrisches Element eine Spannung angelegt,
wobei ein durch die ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente
erhaltenes Erfassungssignal an die erste bzw. zweite Erfassungsschaltung
angelegt wird, um eine Rotationswinkelgeschwindigkeit zu erfassen.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Vibrationsgyroskop und ein Eigendiagnoseverfahren
für dasselbe
mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Vibrationsgyroskop
gemäß Anspruch
1 und durch ein Eigendiagnoseverfahren gemäß Anspruch 13 gelöst.
-
Um die oben beschriebenen Probleme
zu überwinden,
liefern bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ein Vibrationsgyroskop, das in der Lage
ist, eine Fehlfunktion bei einem Schwingungselement und den Peripherieschaltungen
mit geringen Kosten und stark erhöhter Zuverlässigkeit selbst zu diagnostizieren,
ein elektronisches Gerät,
das ein solches neuartiges Vibrationsgyroskop umfaßt, und
ein Eigendiagnoseverfahren für
ein Vibrationsgyroskop.
-
Gemäß einem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfaßt
das Vibrationsgyroskop ein Schwingungselement mit einer Mehrzahl
von Erfassungselektroden, das ansprechend auf ein Treibersignal
und eine angelegte Winkelgeschwindigkeit schwingt, eine Schwingungselementtreibereinheit
zum Anlegen eines Treibersignals an das Schwingungselement, eine
Mehrzahl von Erfassungslastimpedanzelementen, die mit der Mehrzahl
von Erfassungselek troden verbunden sind, zum Umwandeln von Ladungen,
die in der Mehrzahl von Erfassungselektroden aufgrund der Schwingung
des Schwingungselements erzeugt werden, in Spannungssignale, eine
Corioliskrafterfassungseinheit zum Ausgeben eines Coriolissignals,
das der Winkelgeschwindigkeit auf der Basis der Mehrzahl von Spannungssignalen
entspricht, und eine Impedanzänderungseinheit
zum Ändern
der Impedanz des zumindest einen der Mehrzahl von Erfassungslastimpedanzelementen.
-
Das Vibrationsgyroskop kann ferner
eine Eigendiagnoseeinheit zum Durchführen einer Eigendiagnose auf
der Basis der Schwankung des Coriolissignals umfassen, die durch Ändern der
Impedanz des zumindest einen der Mehrzahl von Erfassungslastimpedanzelementen
bewirkt wird.
-
Vorzugsweise führt die Eigendiagnoseeinheit
bei dem Vibrationsgyroskop eine Eigendiagnose auf der Basis eines Übergangsverhaltens
des Coriolissignales durch, das durch Ändern der Impedanz von zumindest
einem der Mehrzahl von Erfassungslastimpedanzelementen bewirkt wird.
-
Außerdem kann jedes der Erfassungslastimpedanzelemente
ein Widerstand oder eine andere geeignete Komponente sein.
-
Gemäß einem zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein Eigendiagnoseverfahren für ein Vibrationsgyroskop
offenbart, das folgende Merkmale umfaßt: ein Schwingungselement
mit einer Mehrzahl von Erfassungselektroden, das ansprechend auf
ein Treibersignal und eine angelegte Winkelgeschwindigkeit schwingt,
eine Schwingungselementtreibereinheit zum Anlegen eines Treibersignals
an das Schwingungselement, eine Mehrzahl von Erfassungslastimpedanzelementen
zum Umwandeln von Ladungen, die bei der Mehrzahl von Erfassungselektroden
aufgrund der Schwingung des Schwingungselements erzeugt werden,
in Spannungssignale, und eine Corioliskrafterfassungseinheit zum
Ausgeben eines Coriolissignales, das der Winkelgeschwindigkeit entspricht,
auf der Basis der Mehrzahl von Spannungssignalen, wobei das Verfahren
den Schritt des Durchführens
einer Eigendiagnose auf der Basis der Schwankung des Coriolissignals
umfaßt,
die durch Ändern
der Impedanz von zumindest einer der Mehrzahl von Erfassungslastimpedanzelementen
bewirkt wird.
-
Bei dem Verfahren des vorliegenden
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung wird die Eigendiagnose vorzugsweise auf
der Basis eines Übergangsverhaltens
des Coriolissignals durchgeführt,
das durch Ändern
der Impedanz von zumindest einem der Mehrzahl von Erfassungslastimpedanzelementen
bewirkt wird.
-
Außerdem kann jedes der Erfassungslastimpedanzelemente
ein Widerstand oder eine andere geeignete Komponente sein.
-
Mit den oben beschriebenen Merkmalen können Funktionsstörungen des
Schwingungselements und der Peripherieschaltungen bei dem Vibrationsgyroskop
und dem Eigendiagnoseverfahren gemäß den verschiedenen bevorzugten
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung selbst diagnostiziert werden.
-
Außerdem kann gemäß einem
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ein sehr viel zuverlässigeres elektronisches Gerät geliefert
werden.
-
Andere Merkmale, Elemente, Schritte,
Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich werden.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 ein
schematisches Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines Vibrationsgyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 eine
perspektivische Ansicht, die ein piezoelektrisches Schwingungselement
des Vibrationsgyroskops in 1 zeigt;
-
3 umfaßt Signalverlaufdiagramme,
die Signale zeigen, die während
einer Eigendiagnose des Vibrationsgyroskops in 1 erzeugt werden;
-
4 ein
schematisches Blockdiagramm eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels
des Vibrationsgyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
5 ein
schematisches Blockdiagramm noch eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels
des Vibrationsgyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
6 ein
Schaltbild, das ein Tiefpaßfilter zeigt,
das bei dem Vibrationsgyroskop gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
-
7 umfaßt Signalverlaufdiagramme,
die ein Übergangsverhalten
des Ausgangssignals des Tiefpaßfilters
in 6 zeigen.
-
1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
eines Vibrationsgyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie es in 1 gezeigt
ist, umfaßt
das Vibrationsgyroskop 1 vorzugsweise ein piezoelektrisches
Schwingungselement 2, das ein Typ von Schwingungselement
ist, das vorzugsweise verwendet wird, aber andere Typen von Schwingungselementen
können auch
verwendet werden, Widerstände
R1, R2 und R3, eine Addierschaltung 3, Phasenschieberschaltungen 4 und 17,
eine Verstärkerschal tung 5,
eine Differenzschaltung 7, eine Synchronerfassungsschaltung 8,
eine Glättungsschaltung 9,
eine Gleichstromverstärkerschaltung 10 und
einen Schalter 13.
-
2 zeigt
die Konfiguration des piezoelektrischen Schwingungselements 2.
Das piezoelektrische Schwingungselement 2 umfaßt vorzugsweise ein
piezoelektrisches Substrat 2U, das in der Dickerichtung
polarisiert ist und eine Hauptoberfläche aufweist, auf der Erfassungselektroden 2L und 2R vorgesehen
sind, und ein piezoelektrisches Substrat 2D, das in der
Dickerichtung polarisiert ist und eine Hauptoberfläche aufweist,
auf der eine gemeinsame Elektrode 2C vorgesehen ist. Diese
piezoelektrischen Substrate 2U und 2D sind an
den anderen Hauptoberflächen
derselben über
eine Zwischenelektroden 2F verbunden.
-
Mit erneuter Bezugnahme auf 1 ist die Erfassungselektrode 2L des
piezoelektrischen Schwingungselementes 2 über den
Widerstand R1 mit einem gemeinsamen Anschluß des Schalters 13 verbunden.
Einer der Schaltanschlüsse
des Schalters 13 ist direkt mit einem Bezugspotential verbunden,
und der andere der Schaltanschlüsse
ist über den
Widerstand R3 mit dem Bezugspotential verbunden. Die Erfassungselektrode 2R des
piezoelektrischen Schwingungselements 2 ist über den
Widerstand R2 mit dem Bezugspotential verbunden. Die Widerstände R1 und
R3 und der Schalter 13 bilden ein Erfassungslastimpedanzelement 14.
Außerdem bildet
der Widerstand R2 alleine ein Erfassungslastimpedanzelement 15.
Die zwei Erfassungselektroden 2L und 2R sind mit
der Addierschaltung 3 verbunden, und der Ausgang derselben
ist über
die Phasenschieberschaltung 4 und die Verstärkerschaltung 5 mit
der gemeinsamen Elektrode 2C des piezoelektrischen Schwingungselements 2 verbunden.
Außerdem
sind die beiden Erfassungselektroden 2L und 2R mit
der Differenzschaltung 7 verbunden, und der Ausgang derselben
ist über
die Synchronerfassungsschaltung 8, die Glättungsschaltung 9,
und die Gleichstromverstärkerschaltung 10 mit
einem Ausgangsanschluß 12 verbunden.
Der Ausgang der Addierschaltung 3 ist über die Phasenschieberschaltung 17 ebenfalls
mit der Synchronerfassungsschaltung 8 verbunden. Ein Steuersignaleingangsanschluß 16 ist
mit einem Steueranschluß des
Schalters 13 verbunden.
-
Bei dem Vibrationsgyroskop 1 mit
dem oben beschriebenen einmaligen Aufbau wird eine Ladung, die in
den beiden Erfassungselektroden 2L und 2R erzeugt
wird, durch die Erfassungslastimpedanzelemente 14 und 15 zu
einer Spannung umgewandelt, die Spannung wird in die Addierschaltung 3 eingegeben
und addiert, die Phase derselben wird in der Phasenschieberschaltung 4 eingestellt,
die Spannung wird in der Verstärkerschaltung 5 verstärkt und an
die gemeinsame Elektrode 2C angelegt. Dementsprechend wird
das piezoelektrische Schwingungselement 2 mit einer Biegeschwingung
in der Dickerichtung (der Dickerichtung der piezoelektrischen Substrate 2U und 2D)
durch Eigenschwingung getrieben. Folglich bilden die Addierschaltung 3,
die Phasenschiebeschaltung 4 und die Verstärkerschaltung 5 eine
Treibereinheit für
das piezoelektrische Schwingungselement 6. Da der gemeinsame
Anschluß des Schalters 13 normalerweise
mit einem der Schaltanschlüsse
verbunden ist, ist der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 14 im
wesentlichen gleich wie derjenige des Widerstands R1. Außerdem ist
der Widerstandswert des Widerstands R1 wie oben beschrieben wurde,
vorzugsweise im wesentlichen gleich wie derjenige des Widerstands
R2. Dementsprechend ist der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 14 vorzugsweise
im wesentlichen gleich wie derjenige des Erfassungslastimpedanzelements 15 und
es gibt keinen Unterschied zwischen den Signalen, die in den beiden
Erfassungselektroden 2L und 2R erzeugt werden,
bis der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 14 geändert ist
und bis eine Winkelgeschwindigkeit angelegt ist. Hierin nachfolgend
bedeutet „das
Signal, das in der Erfassungselektrode erzeugt wird" „das Signal, das durch Umwandeln
der Ladung, die in der Erfassungselektrode erzeugt wird, in eine
Spannung in dem Erfassungslastimpedanzelement erhalten wird".
-
Wenn eine Winkelgeschwindigkeit mit
einer Rotationsachse, die diejenige Achse ist, die im wesentlichen
parallel zu der longitudinalen Richtung des piezoelektrischen Schwingungselements 2 ist,
an das piezoelektrische Schwingungselement 2 angelegt wird,
das durch Biegen in der Dickerichtung des Vibrationsgyroskops 1 schwingt,
schwingt das piezoelektrische Schwingungselement 2 ebenfalls
durch Biegen in der Breiterichtung (die Breiterichtung der piezoelektrischen
Substrate 2U und 2D) aufgrund der Corioliskraft.
Dementsprechend ändern
sich die Signale, die in den zwei Erfassungselektroden 2L und 2R gemäß der Corioliskraft
bezüglich
zueinander in entgegengesetzten Richtungen erzeugt werden.
-
Die Signale, die in den zwei Erfassungselektroden 2L und 2R erzeugt
werden, werden in die Differenzschaltung 7 eingegeben und
ein Differenzsignal wird ausgegeben. Das Differenzsignal entspricht der
Corioliskraft. Das Differenzsignal wird in der Synchronerfassungsschaltung 8 durch
ein Synchronisationssignal synchron erfaßt, das von der Phasenschieberschaltung 17 eingegeben
wird, in der Glättungsschaltung 9 geglättet wird,
in der Gleichstromverstärkerschaltung 10 verstärkt wird
und von dem Ausgangsanschluß 12 ausgegeben
wird. Folglich bilden die Phasenschieberschaltung 17, die
Differenzschaltung 7, die Synchronerfassungsschaltung 8,
die Glättungsschaltung 9 und
die Gleichstromverstärkerschaltung 10 eine
Corioliskrafterfassungseinheit 11. Hierin wird das Signal,
das von dem Ausgangsanschluß 12 ausgegeben
wird, als Coriolissignal bezeichnet.
-
Wenn bei dem Vibrationsgyroskop 1 keine Winkelgeschwindigkeit
angelegt ist, schwankt der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 14,
das mit der Erfassungselektrode 2L verbunden ist, indem
bewirkt wird, daß der
Schaltanschluß,
der mit dem gemeinsamen Anschluß des Schalters 13 verbunden
ist, ansprechend auf einen Steuersignaleingang von dem Steuersignaleingangsanschluß 16 von
einer Position zu der anderen schaltet. Genauer gesagt, der Wert
des Erfassungslastimpedanzelements 14, das mit der Erfassungselektrode 2L verbunden
ist, wird von dem Widerstandswert des Widerstands R1 allein zu dem
Gesamtwiderstandswert der Widerstände R1 und R3 geändert. Da andererseits
der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 15 im
wesentlichen gleich ist wie derjenige des Widerstands R2 und sich
nicht ändert,
gibt es einen Unterschied zwischen den Widerstandswerten der beiden
Erfassungslastimpedanzelemente 14 und 15. Folglich
gibt es auch einen Unterschied bei der Amplitude der Signale, die
von den Erfassungselektroden 2L und 2R zu der
Differenzschaltung eingegeben werden.
-
Die Schwankung bei der Amplitude
der Signale, die von den Erfassungselektroden 2L und 2R zu
der Differenzschaltung 7 eingegeben werden, bevor und nachdem
der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 14 geändert wird,
wird mit Bezugnahme auf 3 beschrieben.
-
Bevor der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 14 geändert wird,
und wenn keine Winkelgeschwindigkeit angelegt ist, bilden die Signale,
die von den Erfassungselektroden 2L und 2R zu
der Differenzschaltung 7 eingegeben werden, Sinuswellen
mit einer im wesentlichen gleichen Amplitude, wie es bei dem linken
Abschnitt in 3 gezeigt
ist, weil die Signale der Biegeschwingung in der Dickerichtung des
piezoelektrischen Schwingungselements 2 entsprechen. Hierin
wird das Signal, das von der Erfassungselektrode 2L zu
der Differenzschaltung 7 eingegeben wird, durch eine durchgezogene
Linie gezeigt, und das Signal, das von der Erfassungselektrode 2R zu
der Differenzschaltung 7 eingegeben wird, ist durch eine
gestrichelte Linie gezeigt. Diese Linien überlappen einander jedoch und erscheinen
als eine durchgezogene Linie. In diesem Zustand ist das Ausgangssignal
von der Differenzschaltung 7 Null, weil die beiden Signale
zusammenfallen. Dementsprechend sind das Ausgangssignal von der
Synchronerfassungsschaltung
8 und das Ausgangssignal von
der Gleichstromverstärkerschaltung 10 ebenfalls
Null.
-
Wenn der Schalter 13 ansprechend
auf den Steuersignaleingang von dem Steuersignaleingangsanschluß 16 geschaltet
wird, und der gemeinsame Anschluß mit dem anderen Schaltanschluß verbunden
ist, ist der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 14 geändert. Wenn
der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 14 geändert ist,
wie es bei dem rechten Abschnitt in 3 gezeigt
ist, variiert die Amplitude des Signals (durch eine durchgezogene
Linie gezeigt), das von der Erfassungselektrode 2L zu der
Differenzschaltung 7 eingegeben wird, gemäß der Schwankung
des Widerstandswerts. Andererseits schwankt das Signal (durch eine
gestrichelte Linie gezeigt), das von der Erfassungselektrode 2R zu
der Differenzschaltung 7 eingegeben wird, nicht. Dementsprechend
wird das Signal, das der Differenz entspricht, d. h. das Sinuswellensignal
mit einer Amplitude, die der Differenz bei den Erfassungslastimpedanzelementen
entspricht, von der Differenzschaltung 7 ausgegeben. Dieses
Signal wird in der Synchronerfassungsschaltung 8 synchron
erfaßt,
in der Glättungsschaltung 9 geglättet, in
der Gleichstromverstärkerschaltung 10 verstärkt und
an dem Ausgangsanschluß 12 als
ein Coriolissignal ausgegeben.
-
Das Coriolissignal, das an dem Ausgangsanschluß 12 durch Ändern des
Widerstandswerts des Erfassungslastimpedanzelements 14 der
Erfassungselektrode 2L ausgegeben wird, schwankt gemäß der Schwankung
des Widerstandswerts. Diese Schwankung kann jedoch im voraus geschätzt werden
oder auf der Basis des Widerstandswerts der Widerstände R1 oder
R3, usw. gemessen werden. Daher kann das Vibrationsgyroskop 1 eine
Eigendiagnose durchführen,
um zu bestimmen, ob es normal funktioniert, durch Bestimmen unter
Verwendung einer geeigneten Schaltung, die mit dem Ausgangsanschluß 12 verbunden
ist, ob die Größe des Coriolissignals
in einem vorbestimmten Bereich schwankt.
-
Wenn beispielsweise die Größe des Coriolissignals
höher oder
niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, wenn der Widerstandswert
des Erfassungslastimpedanzelements 14 der Erfassungselektrode 2L geändert ist,
wird bestimmt, daß die
Corioliskrafterfassungseinheit 11 eine Funktionsstörung erlebt
hat.
-
Wenn die zwei Erfassungselektroden 2L und 2R kurzgeschlossen
sind, fallen die Erfassungslastimpedanzelemente der zwei Erfassungselektroden 2L und 2R zusammen,
wodurch das Coriolissignal nicht schwankt. Auf diese Weise kann
das Vibrationsgyroskop 1 durch Ändern des Widerstandswerts
des Erfassungslastimpedanzelements 14 eine Funktionsstörung des
piezoelektrischen Schwingungselements 2 diagnostizieren.
Das heißt,
das Vibrationsgyroskop 1 weist einen hervorragenden Vorteil
auf, da es eine Eigendiagnose mit einer sehr einfachen Konfiguration
durchführen
kann, bei der nur die Impedanzelemente und die Schalteinheit hinzugefügt werden.
-
4 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels des
Vibrationsgyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei 4 sind
die gleichen Bezugszeichen Komponenten zugewiesen, die identisch
oder äquivalent
zu denjenigen in 1 sind,
und die entsprechende Beschreibung ist ausgelassen, um eine Wiederholung
zu vermeiden.
-
Bei 4 umfaßt ein Vibrationsgyroskop 20 vorzugsweise
eine Eigendiagnoseschaltung 21, die eine Eigendiagnoseeinheit
ist, die mit dem Ausgangsanschluß 12 der Gleichstromverstärkerschaltung 10 verbunden
ist, zusammen mit den Komponenten des in 1 gezeigten Vibrationsgyroskops 1.
Die Eigendiagnoseschaltung 21 weist einen Diagnoseergebnisausgangsanschluß 22 auf.
-
Das Vibrationsgyroskop 20 mit
dem oben beschriebenen einmaligen Aufbau weist die Eigendiagnoseschaltung 21 auf,
und somit gibt es keine Notwendigkeit, eine Schaltung für eine Eigendiagnose außerhalb
des Vibrationsgyroskops 20 bereitzustellen.
-
5 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels des
Vibrationsgyroskops gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei 5 sind
die gleichen Bezugszeichen Komponenten zugewiesen, die identisch
oder äquivalent
zu denjenigen in 1 sind,
und die entsprechende Beschreibung ist ausgelassen, um eine Wiederholung
zu vermeiden.
-
Bei einem in 5 gezeigten Vibrationsgyroskop 30 ist
die Erfassungselektrode 2R des piezoelektrischen Schwingungselements 2 über einen
Widerstand R2 mit dem gemeinsamen Anschluß eines Schalters 31 verbunden.
Einer der Schaltanschlüsse des
Schalters 31 ist direkt mit einem Bezugspotential verbunden,
und der anderen Schaltanschluß ist über einen
Widerstand R4 mit dem Bezugspotential verbunden. Die Widerstände R2 und
R4 und der Schalter 31 bilden ein Erfassungslastimpedanzelement 32. Außerdem ist
der Steuersignaleingangsanschluß 16 mit
dem Steueranschluß des
Schalters 31 verbunden, und auch mit dem Steueranschluß des Schalters 13.
Der Widerstandswert des Widerstands R1 ist vorzugsweise im wesentlichen
gleich zu demjenigen des Widerstands R2, und der Widerstandswert
des Widerstands R3 unterscheidet sich von demjenigen des Widerstands
R4.
-
Da bei dem Vibrationsgyroskop 30 mit
dem oben beschriebenen einmaligen Aufbau der gemeinsame Anschluß des Schalters 13 normalerweise
mit einem der Schaltanschlüsse
verbunden ist, ist der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 14 im
wesentlichen gleich zu demjenigen des Widerstands R1. Da außerdem der
gemeinsame Anschluß des
Schalters 31 normalerweise ebenfalls mit einem der Schaltanschlüsse verbunden
ist, ist der Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 32 im
wesentlichen gleich zu demjenigen des Widerstands R2. Wie es oben
beschrieben ist, ist der Wider standswert des Widerstands R1 vorzugsweise im
wesentlichen gleich zu demjenigen des Widerstands R2 und somit fällt der
Widerstandswert des Erfassungslastimpedanzelements 14 normalerweise mit
demjenigen des Erfassungslastimpedanzelements 32 zusammen.
Dementsprechend besteht kein Unterschied zwischen den Signalen,
die in den zwei Erfassungselektroden 2L und 2R erzeugt
werden, bis die Widerstandswerte der Erfassungslastimpedanzelemente 14 und 32 geändert werden,
und bis eine Winkelgeschwindigkeit angelegt ist.
-
Wenn bei dem Vibrationsgyroskop 30 keine Winkelgeschwindigkeit
angelegt ist, schwanken die Widerstandswerte der Erfassungslastimpedanzelemente 14 und 32,
die mit der Erfassungselektrode 2L bzw. 2R verbunden
sine, indem bewirkt wird, daß die Schaltanschlüsse, die
mit den gemeinsamen Anschlüssen
der Schalter 13 und 31 verbunden sind, ansprechend
auf einen Steuersignaleingang von dem Steuersignaleingangsanschluß 16 von
einer Position zu der anderen schalten. Genauer gesagt wird der
Wert des Erfassungslastimpedanzelements 14, das mit der
Erfassungselektrode 2L verbunden ist, von dem Widerstandswert
des Widerstands R1 allein zu dem Gesamtwiderstandswert der Widerstände R1 und
R3 geändert.
Andererseits wird der Wert des Erfassungslastimpedanzelements 32,
das mit der Erfassungselektrode 2R verbunden ist, von dem
Widerstandswert des Widerstands R2 allein zu dem Gesamtwiderstandswert
der Widerstände
R2 und R4 geändert.
Obwohl der Widerstandswert des Widerstands R1 vorzugsweise im wesentlichen
gleich ist zu demjenigen des Widerstands R2, unterscheidet sich der
Widerstandswert des Widerstands R3 von demjenigen des Widerstands
R4. Dementsprechend gibt es einen Unterschied zwischen den Widerstandswerten
der zwei Erfassungslastimpedanzelemente 14 und 32.
Folglich gibt es ebenfalls einen Unterschied bei der Amplitude der
Signale, die von den Erfassungselektroden 2L und 2R zu
der Differenzschaltung 7 eingegeben werden. Außerdem wird
wie bei dem in 1 gezeigten
Vibrationsgyroskop 1 das Coriolissignal, das der Schwankung
des Wider standswerts des Erfassungslastimpedanzelements entspricht,
an dem Ausgangsanschluß 12 ausgegeben.
-
Wie oben beschrieben ist, können die
Widerstandswerte einer Mehrzahl von Erfassungslastimpedanzelementen
ebenfalls geändert
werden. In diesem Fall können
die gleichen Funktionen und Vorteile, wie sie auch durch das in 1 gezeigte Vibrationsgyroskop
erreicht werden, erhalten werden.
-
Das Verfahren zum Ändern des
Widerstandswerts des Erfassungslastimpedanzelements ist nicht auf
dasjenige begrenzt, das die in 1 und 5 gezeigten Konfigurationen
verwendet. Statt dessen kann jede Konfiguration angenommen werden.
-
Ferner kann das in 5 gezeigte Vibrationsgyroskop 30 wie
das in 4 gezeigte Vibrationsgyroskop 20 eine
Eigendiagnoseschaltung umfassen, obwohl dies nicht gezeigt ist.
In diesem Fall können
die gleichen Funktionen und Vorteile erhalten werden, die durch
das Vibrationsgyroskop 20 erreicht werden.
-
Bei den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen
wird die Eigendiagnose für das
Vibrationsgyroskop durch Bestimmen der Größe des Coriolissignals durchgeführt, das
von dem Ausgangsanschluß ausgegeben
wird, wenn der Wert von zumindest einem der Erfassungslastimpedanzelemente
geändert
wird. Die Eigendiagnose kann jedoch auf der Basis eines Übergangsverhaltens
des Coriolissignals beim Ändern
der Impedanz durchgeführt
werden. Die Beschreibung eines solchen Verfahrens wird nachfolgend
bereitgestellt.
-
Bei der Corioliskrafterfassungseinheit 11 bei jedem
der Vibrationsgyroskope 1, 20 und 30,
ist vorzugsweise ein Tiefpaßfilter 40,
wie es in 6 gezeigt
ist, zum Dämpfen
hoher Frequenzen als ein Element der Glättungsschaltung 9 in
der nachfolgenden Stufe der Synchronerfassungsschaltung 8 vorgesehen.
-
Bei 6 umfaßt das Tiefpaßfilter 40 vorzugsweise
einen Operationsverstärker
Q3, einen Widerstand R5, der zwischen den Eingangsanschluß „Ein" und den invertierenden
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers Q3
geschaltet ist, und einen Widerstand R6 und einen Kondensator C1,
die beide zwischen den Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers Q3
und den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers Q3
geschaltet sind. Der nicht-invertierende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers Q3
ist mit dem Bezugspotential verbunden, und der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers Q3
ist mit dem Ausgangsanschluß „Aus" verbunden.
-
Bei diesem Tiefpaßfilter 40 wird der
Signalpegel des Eingangsanschlusses „Ein" erhöht,
beispielsweise von 0 V zu einer vorbestimmten Spannung auf eine
schrittweise Art, wenn das Steuersignal den Wert des Erfassungslastimpedanzelements ändert. Obwohl
das Signal des Ausgangsanschlusses „Aus" schließlich einen bestimmten Pegel
erreicht, ändert
dasselbe nicht auf schrittweise Art und die Anstiegszeit unterscheidet
sich, abhängig
von der Zeitkonstante des Widerstands R6 und des Kondensator C1,
wie es in 7 gezeigt
ist. Daher kann bestimmt werden, ob sich die Werte der Widerstände R5 und
R6 und des Kondensators C1 geändert
haben oder nicht, durch Bestimmen der Anstiegszeit und des ansteigenden
Signalverlaufs, d. h. dem Übergangsverhalten
und der Änderung
bei der Spannung. Wenn das Ausgangssignal nicht ansteigt oder durch
eine Versorgungsspannung geklemmt wird, kann bestimmt werden, ob
die Widerstände
R5 oder R6 oder der Kondensator C1 kurzgeschaltet oder geöffnet sind.
-
Wie oben beschrieben ist, kann das
Element, das eine Änderung
bei dem charakteristischen Wert in einer Schaltung des Vibrationsgyroskops
erlebt, durch Bestimmen des Übergangsverhaltens
des Coriolissignals gefunden werden, wenn der Widerstandswert des
Erfassungslastimpedanzelements geändert ist.
-
Bei dem Vibrationsgyroskop verschiedener bevorzugter
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung umfaßt
das Schwingungselement vorzugsweise das Erfassungslastimpedanzelement
zum Umwandeln der Wechselstromladung, die in der Erfassungselektrode
des Schwingungselements erzeugt wird, in eine Wechselstromspannung.
Darüber
hinaus ist die Konfiguration des Schwingungselements nicht begrenzt.
Bei den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen wird vorzugsweise das
Schwingungselement, das einen Schwingungskörper aus einer piezoelektrischen
Substanz und mit einer Mehrzahl von Erfassungselektroden verwendet.
Das Schwingungselement kann jedoch durch Verbinden eines piezoelektrischen
Elements, das eine Elektrode aufweist, mit einem Schwingungskörper aufgebaut
sein, der aus einem anderen Material als einer piezoelektrischen
Substanz, wie z. B. Metall, besteht. In diesem Fall sind Erfassungselektroden
auf der Oberfläche
des piezoelektrischen Elements gegenüber der Oberfläche, die
mit dem Schwingungskörper
verbunden ist, vorgesehen.
-
Die Form des Schwingungselements
ist nicht auf diejenige bei jedem der oben beschriebenen bevorzugten
Ausführungsbeispiele
begrenzt, und dieselbe kann ein polygonales Prisma sein, wie z.
B. ein dreieckiges Prisma, eine Säule, oder eine Stimmgabel,
oder eine andere geeignete Form oder Konfiguration.
-
Außerdem ist das Erfassungslastimpedanzelement
nicht auf einen Widerstand begrenzt, und es kann ein Induktivitätselement,
ein Kapazitätselement oder
eine Kombination solcher Komponenten, einschließlich eines Widerstands sein.
-
Gemäß dem Vibrationsgyroskop und
dem Verfahren zum Erstellen einer Eigendiagnose des Vibrationsgyroskops
von verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung wird der Wert von zumindest einem der Mehrzahl von Erfassungslastimpedanzelementen
ansprechend auf das Steuersignal geändert, und die Schwankung des Coriolissignales
wird zu diesem Zeitpunkt erfaßt. Dementsprechend
kann die Eigendiagnose für
das Vibrationsgyroskop mit geringen Kosten und mit hoher Zuverlässigkeit
durchgeführt
werden.