DE69932225T2 - Winkelgeschwindigkeitssensor - Google Patents

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DE69932225T2 DE69932225T DE69932225T DE69932225T2 DE 69932225 T2 DE69932225 T2 DE 69932225T2 DE 69932225 T DE69932225 T DE 69932225T DE 69932225 T DE69932225 T DE 69932225T DE 69932225 T2 DE69932225 T2 DE 69932225T2
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Toshihiko Ichinose
Motoki Ogata
Junichi Ikoma-shi Yukawa
Koji Yamamoto
Masahiro Saito
Takeshi Uemura
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5607Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Winkelgeschwindigkeitssensor.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Als ein bekannter Winkelgeschwindigkeitssensor nach dem Stand der Technik wird einer auf Seite 26 bis Seite 33 des Journal of Nippondenso Engineering Society (Bd. 38, Nr. 3, 1994) offenbart. Dieser Winkelgeschwindigkeitssensor umfasst eine Erregungseinheit, die eine Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung in Schwingung versetzt; eine Einrichtung zum Erfassen eines Schwingungspegels der Schwingungserzeugungseinrichtung; eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Coriolis-Kraft, die in Reaktion auf eine Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird; einen ersten Verstärker zum Verstärken eines Ausgangssignals der Einrichtung zum Erfassen des Schwingungspegels; eine Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten eines Ausgangssignals des ersten Verstärkers, um eine Gleichspannung zu erzielen; einen Vergleicher einer Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung mit einer Bezugsspannung; und einen Verstärker mit variabler Verstärkung, der mit der Erregungseinheit auf eine Weise verbunden ist, dass eine Schwingungsamplitude der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung so gesteuert wird, dass sie konstant ist, indem ein Verstärkungsfaktor zum Verstärken einer Spannung, die durch Verschieben der Phase einer Ausgangsspannung des ersten Verstärkers um 90° erzeugt wird, nach einer Ausgangsspannung des Vergleichers verändert wird.
  • Der oben beschriebene Stand der Technik war nicht ausreichend, um die Zuverlässigkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors zu gewährleisten, da es schwierig ist, eine Erfassung vorzunehmen, wenn ein offener Kreis in einer Verbindungsleitung zwischen einer Erfassungselektrode und einer Erfassungsschaltung oder eine Änderung der Emp findlichkeit auf Grund der Verschlechterung der Erfassungselektrode besteht oder es zu einem Ausfall in der Erfassungsschaltung kommt.
  • EP-A-0 490 244 beschreibt ein Vibrations-Gyroskop, das einen abnormalen Zustand erfasst, wenn eine der Verbindungsleitungen von den piezoelektrischen Elementen zu der Differentialverstärkerschaltung getrennt oder kurzgeschlossen wird. In diesem Fall findet ein Ungleichgewicht zwischen den Ausgängen der piezoelektrischen Elemente statt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung soll das vorgenannte Problem des Stands der Technik lösen und sie hat die Aufgabe einen Winkelgeschwindigkeitssensor von merklich verbesserter Zuverlässigkeit bereitzustellen, der eine Funktion aufweist, sogar eine Änderung der Empfindlichkeit auf Grund eines Ausfalls und einer Verschlechterung zu erfassen.
  • Diese Aufgabe wird mit den Ansprüchen 1 bis 3 erfüllt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors einer ersten beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Draufsicht, die eine Elektrodenanordnung eines Winkelgeschwindigkeitssensor-Elementblocks derselben ersten beispielhaften Ausführung zeigt;
  • 3(a) und 3(b) sind grafische Darstellungen, die Eingangs-/Ausgangs-Charakteristiken bei derselben ersten beispielhaften Ausführung zeigen;
  • 4 ist ein Blockdiagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors einer zweiten beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist ein Blockdiagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors einer dritten beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 ist ein Blockdiagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors einer vierten beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
  • (Erste beispielhafte Ausführung)
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors einer ersten beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Draufsicht, die ausführlich eine Elektrodenanordnung eines Winkelgeschwindigkeitssensor-Elementblocks der ersten beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Mit Bezugnahme auf 1 und 2 wird bei einer Ziffer 1 eine Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung des Winkelgeschwindigkeitssensors, bestehend aus einem Kristall, bezeichnet, die Zeichen 2a und 2b sind Elektroden, die auf der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) ausgebildet sind, um eine Erregungseinheit zu bilden, Ziffer 3 ist eine weitere Elektrode, die auf der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) ausgebildet ist, um eine Einrichtung zum Erfassen eines Schwingungspegels der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) zu bilden, die Ziffern 4 und 5 sind eine erste Erfassungselektrode zum Erfassen von Coriolis-Kraft, die in Reaktion auf eine Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird, und eine zweite Elektrode zum Erfassen eines Signals mit einer zu der ersten Erfassungselektrode umgekehrten Polarität, wobei beide auf der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) ausgebildet sind, um eine Erfassungseinrichtung zu bilden, Ziffer 6 ist eine Ansteuerschaltung (6), die Ziffern 7 und 8 sind eine erste und eine zweite Erfassungsschaltung, um elektrische Ladungen, die von der ersten und der zweiten Erfassungselektrode erfasst und eingegeben wurden, in Spannungen entsprechend einem Betrag der Winkelgeschwindigkeit umzuwandeln, und die Ziffern 9 und 10 sind ein erster und ein zweiter Ausgangsanschluss für Signale des Winkelgeschwindigkeitssensors, die in der ersten und der zweiten Erfassungsschaltung bereitgestellt werden.
  • Der Winkelgeschwindigkeitssensor-Elementblock (1a) besteht aus der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1), den Elektroden (2a, 2b und 3), die auf der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) ausgebildet sind, und der ersten Erfassungselektrode (4) und der zweiten Erfassungselektrode (5), die auf der Stimmga bel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) ausgebildet sind. Bezugsziffer 11 bezeichnet einen ersten Verstärker, Ziffer 12 einen zweiten Gleichrichter, Ziffer 13 eine Glättschaltung, Ziffer 14 einen Verstärker mit variabler Verstärkung, die Ziffern 15a und 15b einen zweiten Verstärker und einen dritten Verstärker, die Ziffern 16a und 16b einen vierten Verstärker und einen fünften Verstärker, die Ziffern 17a und 17b eine ersten Phasenschieberschaltung und eine zweite Phasenschieberschaltung, die Ziffern 18a und 18b einen ersten Phasendetektor und einen zweiten Phasendetektor, Ziffer 19 einen Vergleichen zum Erfassen einer Schwingungszeitsteuerung der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1), die Ziffern 20a und 20b ein erstes Tiefpassfilter und ein zweites Tiefpassfilter, die Ziffern 21a und 21b eine erste Reguliereinrichtung und eine zweite Reguliereinrichtung, die Ziffern 21c und 21f einen ersten Gleichstromverstärker und einen zweiten Gleichstromverstärker, die Ziffern 21d und 21g einen ersten Verstärkungsfaktor-Abgleichwiderstand und einen zweiten Verstärkungsfaktor-Abgleichwiderstand und die Ziffern 21e und 21h eine erste Offset-Reguliereinheit und eine zweite Offset-Reguliereinheit.
  • Die Ansteuerschaltung (6) umfasst den ersten Verstärker (11), der als einen Eingang eine elektrische Ladung hat, die in der Elektrode (3) erzeugt wird, die auf der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) ausgebildet ist, um die Einrichtung zum Erfassen des Schwingungspegels zu bilden, den Gleichrichter (12) zum Gleichrichten einer Ausgangsspannung des ersten Verstärkers (11), die Glättschaltung (13) zum Glätten einer Ausgangsspannung des Gleichrichters (12), den Verstärker (14) mit variabler Verstärkung, der als einen Eingang eine Ausgangsspannung des ersten Verstärkers (11) hat, zum Variieren eines Verstärkungsfaktors entsprechend einer Ausgangsspannung der Glättschaltung (13), den zweiten Verstärker (15a) zum Verstärken einer Ausgangsspannung des Verstärkers (14) mit variabler Verstärkung und den dritten Verstärker (15b) zum Erzeugen eines Ausgangs mit einer Phase, die umgekehrt zu der des zweiten Verstärkers (15a) ist.
  • Der erste Verstärker (11) wird als Strom-Spannungs-Wandler, oder Stromverstärker, zum Wandeln einer darin eingegebenen elektrischen Ladung in eine Spannung bezeichnet und er umfasst einen Operationsverstärker und einen Rückkopplungswiderstand. Diese Struktur arbeitet so, dass ein Eingangsanschluss stets bei 0 Volt bleibt, wobei dafür ein Ausdruck verwendet wird, dass „ein Eingang imaginär kurzgeschlossen ist". Dies ist eine nützliche Schaltungseinrichtung in dem Fall der Ansteuerschaltung (6), die sich mit einem schwachen Signal befasst und das Signal verarbeitet, ohne dass Phasenverschiebung erforderlich ist, während sie eine synchrone Erfassung durchführt, da Einflüsse einer kapazitiven Komponente der Elektrode (3), eine Kapazität, eine Induktivität und Ähnliches einer Verdrahtung durch die Ansteuerschaltung (6) selbst dann, wenn sie involviert sind, als eine Wirkung davon, dass die Eingangsspannung stets auf Null gehalten wird, ausgeschlossen werden können. Der Gleichrichter (12) und die Glättschaltung (13) bilden eine Schaltung zum Ändern eines Betrags einer elektrischen Ladung, die in der Elektrode (3) erzeugt wird, in eine Gleichspannung und die hier erzielte Spannung stellt einen Schwingungspegel der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) dar. Der Verstärker (14) mit variabler Verstärkung gibt einen Ausgang des ersten Verstärkers (11) sowie einen Ausgang der Glättschaltung (13) ein und verstärkt das Ausgangssignal des ersten Verstärkers (11) in großem Unfang, wenn die Ausgangsspannung der Glättschaltung (13) klein ist (wenn die Schwingung der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) klein ist), und verringert dagegen seinen Verstärkungsfaktor, wenn die Ausgangsspannung der Glättschaltung (13) groß ist (wenn die Schwingung der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) groß ist). Die Schwingung der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) kann durch den Verstärker (14) mit variabler Spannung konstant gehalten werden. Des Weiteren kann mit Sicherheit gesagt werden, dass der Betrieb auf eine Weise ausgeführt wird, dass der Ausgang der Glättschaltung (13) konstant wird, wobei eine Änderung der Effizienz der Elektrode (3) zu berücksichtigen ist, wenn die Änderung auf Grund einer Temperaturänderung usw. auftritt. Diese Schaltungen sind wichtig, um eine Empfindlichkeit des Winkelgeschwindigkeitssensors konstant zu halten, da die in der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) erzeugte Coriolis-Kraft, ausgedrückt durch Fc = 2 mvΩ, direkt proportional zu einer Schwinggeschwindigkeit „v" ist.
  • Die erste und die zweite Erfassungsschaltung (7 und 8) umfassen den vierten Verstärker (16a) bzw. den fünften Verstärker (16b), die elektrische Ladungen, die in der ersten Erfassungselektrode (4) und der zweiten Erfassungselektrode (5) erzeugt werden, als ihre Eingänge haben und Spannungen ausgeben, die proportional zu Beträgen dieser elektrischen Ladungen sind; die erste Phasenschieberschaltung (17a) und die zweite Phasenschieberschaltung (17b) zum Verschieben der Phase der Ausgangsspannungen des vierten Verstärkers (16a) und des fünften Verstärkers (16b) um 90°; den ersten Phasendetektor und den zweiten Phasendetektor (18a und 18b) zum Ausführen von Phasenerfassung mit einem von dem Vergleicher (19) ausgegebenen Zeitsteuersignal, um eine Schwingungszeitsteuerung der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) zu erfassen; und die erste Reguliereinrichtung und die zweite Reguliereinrichtung (21a und 21b) zur Gleichstromverstärkung von Ausgangsspannungen, die erscheinen, nachdem Ausgangssignale dieser Phasendetektoren (18a und 18b) das erste Tiefpassfilter und das zweite Tiefpassfilter (20a und 20b) durchlaufen haben. Des Weiteren umfassen die erste Reguliereinrichtung und die zweite Reguliereinrichtung den ersten Gleichstromverstärker bzw. den zweiten Gleichstromverstärker (21c und 21f); den ersten Verstärkungsfaktor-Abgleichwiderstand bzw. den zweiten Verstärkungsfaktor-Abgleichwiderstand (21d und 21g) und die erste Offset-Reguliereinheit bzw. die zweite Offset-Reguliereinheit (21e und 21h) zum unabhängigen Regulieren ihrer Verstärkungsfaktoren, Offsets und Temperaturabhängigkeit der Offsets.
  • Die Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) schwingt ständig, während Ansteuersignale von dem zweiten Verstärker (15a) bzw. dem dritten Verstärker (15b) der Ansteuerschaltung zu den Elektroden (2a und 2b) gesendet werden. Wenn eine Drehwinkelgeschwindigkeit auf diese Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) aufgedrückt wird, werden elektrische Ladungen, die durch die Coriolis-Kraft erzeugt werden, von der ersten Erfassungselektrode (4) und der zweiten Erfassungselektrode (5) erfasst. Die in 3(a) und 3(b) gezeigten Ausgänge werden von dem ersten bzw. dem zweiten Ausgangsanschluss (9 und 10) der ersten und der zweiten Erfassungsschaltung (7 und 8) erhalten, da die erste Erfassungselektrode (4) und die zweite Erfassungselektrode (5) so angeordnet sind, dass sie elektrische Ladungen mit einer zueinander umgekehrten Polarität erhalten. Es ist daher möglich, einen abnormalen Zustand zu erfassen, indem die Spannungen des ersten und des zweiten Ausgangsanschlusses (9 und 10) ständig beobachtet werden, und zwar selbst dann, wenn eine Abnormalität bei einer von der ersten Erfassungselektrode (4), der zweiten Erfassungselektrode (5), der ersten Erfassungsschaltung (7), der zweiten Erfassungsschaltung (8) und ihrer Verdrahtung auftritt. Zusätzlich steigt die Ausgangsspannung, wenn ein Winkelgeschwindigkeitseingang (+) ist (ein Drehen im Uhrzeigersinn wird als positiv definiert), und die Ausgangsspannung sinkt, wenn der Winkelgeschwindigkeitseingang (–) ist, wie in 3(a). Aus der Figur ist ersichtlich, dass eine Empfindlichkeitscharakteristik, die von dem Ausgangsanschluss (9) gewonnen wird, +20 mV/Grad/sec beträgt. In 3(b) dagegen sinkt die Ausgangsspannung, wenn der Winkelgeschwindigkeitseingang (+) ist, und die Ausgangsspannung steigt, wenn der Winkelgeschwindigkeitseingang (–) ist. Es ist außerdem aus der Figur ersichtlich, dass die Empfindlichkeitscharakteristik, die von dem Ausgangsanschluss (10) gewonnen wird, –20 mV/Grad/sec beträgt.
  • Zweite beispielhafte Ausführung
  • 4 ist ein Blockdiagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors einer zweiten beispielhaften Ausführung dieser Erfindung. In 4 werden dieselben Strukturbauteile wie diejenigen von 1 mit denselben Ziffern bezeichnet und die ausführliche Beschreibung wird weggelassen, während lediglich unterschiedliche Bauteile ausführlich beschrieben werden. In 4 bezeichnet eine Bezugsziffer 50 eine Differentialoperationseinrichtung und eine Ziffer 51 bezeichnet eine Vergleichseinrichtung.
  • Es besteht die Differentialoperationseinrichtung (50) zum Durchführen einer Subtraktionsoperation zwischen einer Ausgangsspannung von einem ersten Ausgangsanschluss (9), der in einer ersten Erfassungsschaltung (7) bereitgestellt ist, und einer Ausgangsspannung von einem zweiten Ausgangsanschluss (10), der in einer zweiten Erfassungsschaltung (8) bereitgestellt ist. Eine praktische Empfindlichkeit von 40 mV/Grad/sec wird von der Differentialoperationseinrichtung (50) gewonnen. Daher wird im Vergleich zu der Ausgangsempfindlichkeit, die von lediglich einer Seite gewonnen wird, eine doppelt so hohe Ausgangsempfindlichkeit erreicht. Des Weiteren ist es möglich, einen Dynamikbereich in einem Eingangsbereich zum Erfassen einer Winkelgeschwindigkeit zu verdoppeln, wenn die Empfindlichkeit auf den gewöhnlichen Pegel (den Ausgangspegel von lediglich einer Seite) reguliert wird.
  • Zusätzlich besteht die Vergleichseinrichtung (50) zum Durchführen einer Additionsoperation einer Spannung, die durch Subtrahieren der Bezugsspannung von 2,5 V von der Ausgangsspannung des ersten Ausgangsanschlusses (9) hergeleitet wird, und einer weiteren Spannung, die durch Subtrahieren der Bezugsspannung von 2,5 V von der Ausgangsspannung des zweiten Ausgangsanschlusses (10) hergeleitet wird.
  • Nach dieser Struktur wird eine Ausgangsspannung von 2,5 V sowohl an dem ersten Ausgangsanschluss (9) als auch an dem zweiten Ausgangsanschluss (10) erzielt, wenn ein Winkelgeschwindigkeitseingang Null ist, wobei ein Ausgangssignal von Null für beide von ihnen gewonnen wird, wenn Subtraktionsoperationen für Differenzen zu einer Bezugsspannung von 2,5 V vorgenommen werden. Natürlich ergibt eine Additionsoperation dieser Ausgangssignale Null. Da die Vergleichseinrichtung (51) eine Additionsoperation einer Spannung, die durch Subtrahieren der Bezugsspannung von 2,5 V von der Ausgangsspannung des ersten Ausgangsanschlusses (9) hergeleitet wird, und einer weiteren Spannung, die durch Subtrahieren der Bezugsspannung von 2,5 V von der Ausgangsspannung des zweiten Ausgangsanschlusses (10) hergeleitet wird, durchführt, kann sie selbst eine geringfügige Abnormalität aller Modi erfassen, wie zum Beispiel eine Abnormalität bei einer ersten Erfassungselektrode (4) oder einer zweiten Erfassungselektrode (5), einen Leerlauf oder einen Kurzschluss der Verdrahtung, einen Ausfall der ersten Erfassungsschaltung (7) oder der zweiten Erfassungsschaltung (8) und so weiter.
  • Dritte beispielhafte Ausführung
  • 5 ist ein Blockdiagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors einer dritten beispielhaften Ausführung dieser Erfindung. In 5 werden dieselben Strukturbauteile wie diejenigen in 1 mit denselben Ziffern bezeichnet und die ausführliche Beschreibung wird weggelassen, während lediglich unterschiedliche Bauteile ausführlich beschrieben werden.
  • In 5 bezeichnet eine Bezugsziffer 22 eine erste Pegel-Feststellschaltung, die Vergleicher (23 und 24) und ein ODER-Gatter (25) umfasst. Die Vergleicher (23 und 24) erhalten als einen Eingang eine Ausgangsspannung einer Glättschaltung (13) und das ODER-Gatter (25) gibt in beiden Fällen ein Signal aus, wenn diese Spannung unter einen vorgeschriebenen Spannungsbereich fällt oder wenn sie über den vorgeschriebenen Spannungsbereich steigt. Mit anderen Worten gibt es eine Warnung aus, wenn ein Schwingungspegel einer Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) einen vorgeschriebenen Bereich überschreitet (wenn zum Beispiel ein starker Stoß von außen angewendet wird, die Schwingung durch etwas behindert wird, das gegen die Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) stößt und so weiter). Die erste Pegel-Feststellschaltung (22) gibt außerdem eine Warnung aus, wenn der Schwingungspegel der Stimmgabel-Schwingungserzeugungseinrichtung (1) nach dem Einschalten einer Leistungsversorgung nicht sofort einen vorgeschriebenen Pegel erreicht.
  • Eine zweite und eine dritte Pegel-Feststellschaltung (29a und 29b) bestehen aus Erfassungsschaltungen (26a bzw. 26b), Glättschaltungen (27a bzw. 27b) und Vergleichern (28a bzw. 28b), wobei erfasste Signale von der ersten Erfassungselektrode (4) und der zweiten Erfassungselektrode (5) von den Erfassungsschaltungen (26a bzw. 26b) erfasst und ihre Pegel werden von den Vergleichern (28a und 28b) festgestellt, nachdem sie von den Glättschaltungen (27a und 27b) in Gleichspannungen umgewandelt wurden, wodurch sie in die Lage versetzt werden, sie als abnormale Signale von dem Vergleicher (28a oder 28b) ausgeben zu können, wenn auf Grund von einem mechanischen Einfluss und Ähnlichem abnormale Signale in der ersten Erfassungselektrode (4) und der zweiten Erfassungselektrode (5) erzeugt werden. Wenn das abnormale Signal von einem der Vergleicher (28a und 28b) ausgegeben wird, wird es von einem ODER-Gatter (30) ausgegeben. Zusätzlich wird, wenn es einen Ausgang von einem des ODER-Gatters (25) und des ODER-Gatters (30) gibt, er von einem weiteren ODER-Gatter (31) ausgegeben.
  • Eine umfassende Diagnose des Winkelgeschwindigkeitssensors kann entsprechend verwirklicht werden.
  • Vierte beispielhafte Ausführung
  • 6 ist ein Blockdiagramm eines Winkelgeschwindigkeitssensors einer vierten beispielhaften Ausführung dieser Erfindung. In 6 werden dieselben Strukturbauteile wie diejenigen von 1 mit denselben Ziffern bezeichnet und die ausführliche Beschreibung wird weggelassen, während lediglich unterschiedliche Bauteile ausführlich beschrieben werden.
  • In 6 besteht ein vierter Verstärker (16a) in einer ersten Erfassungsschaltung (7) aus Operationsverstärkern (36, 37 und 38) und eine erste Erfassungselektrode (4) ist über eine Verdrahtung mit einem Eingangsanschluss (34) der ersten Erfassungsschaltung (7) verbunden. Bei Verdrahtungsmustern (39 und 40), die angrenzend an die Verdrahtung, die mit dem Eingangsanschluss (34) verbunden ist, auf einem Substrat (41) ausgebildet sind, ist das Verdrahtungsmuster (40) geerdet und das Verdrahtungsmuster (39) ist mit einem Eingangsanschluss (35) der ersten Erfassungsschaltung (7) verbunden. Die Ein gangsanschlüsse (34 und 35) sind mit negativen Eingängen der Operationsverstärker (36 bzw. 37) verbunden und eine Subtraktion erfolgt durch die Operationsverstärker (38) nach Umwandlung einer elektrischen Ladung in eine Spannung. Auf Grund der vorgenannten Struktur können äußere Störungen ähnlich in die Eingangsanschlüsse (34 und 35) eingegeben werden. Beugung auf Grund von Induzierung von Spannungen, die an Elektroden (2a und 2b) angelegt werden, Beugung auf Grund von elektrostatischen Kapazitäten in den Verdrahtungsmustern, elektromagnetisches Feld von äußerer Strahlung und so weiter gelten als Beispiele für die äußeren Störungen. Da ihre Einflüsse auf die gleiche Weise in die Eingangsanschlüsse (34 und 35) eingegeben werden, können sie als synchronisierte Signale durch den Operationsverstärker (38) entfernt werden. Neben dem Vorgenannten werden, da jede andere Struktur eines fünften Verstärkers (16b) in einer zweiten Erfassungsschaltung (8), Verbindung mit einer zweiten Erfassungselektrode (5) und so weiter ähnlich gebildet sind, ihre Einzelheiten weggelassen.
  • Gewerbliche Verwendbarkeit
  • Nach der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, wird ein Duplexsystem von Erfassungselektroden, die auf einer Schwingungserzeugungseinrichtung ausgebildet sind, zu Erfassungsschaltungen bereitgestellt, um jederzeit ihre jeweiligen Ausgangssignale beobachten und vergleichen zu können, wobei eine sofortige Feststellung einer Abnormalität für den Fall, dass ein Ausfall in einer der beiden auftritt, verwirklicht wird.
  • Darüber hinaus ist es, da Ausgangsspannungen von umgekehrter Polarität in Bezug auf eine Eingangswinkelgeschwindigkeit erreichbar sind, nicht nur in der Lage, eine doppelt so hohe Empfindlichkeit durch Berechnen einer Differenz zwischen diesen Ausgangsspannungen zu erlangen, sondern es ist außerdem möglich, einen Dynamikbereich in einem Eingangsbereich der Erfassung der Winkelgeschwindigkeit zu verdoppeln, wenn die Empfindlichkeit auf den gewöhnlichen Pegel eingestellt ist.

Claims (3)

  1. Winkelgeschwindigkeitssensor, der umfasst: eine Erregungseinheit (2a, 2b), die eine Schwingungserzeugungseinrichtung in Schwingung versetzt; eine Einrichtung (3) zum Erfassen eines Signales eines Schwingungspegels der Schwingungserzeugungseinrichtung; eine erste Erfassungseinrichtung (4) zum Erfassen einer Coriolis-Kraft, die in Reaktion auf eine Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird; eine zweite Erfassungseinrichtung (5) zum Erfassen eines Signals mit einer zu der der ersten Erfassungseinrichtung umgekehrten Polarität; eine Ansteuerschaltung (6), die ein Signal von der Einrichtung zum Erfassen des Schwingungspegels als einen Eingang hat und ein Signal an die Erregungseinheit ausgibt; eine erste Erfassungsschaltung (7), in die erfasste Signale von der ersten Erfassungseinrichtung eingegeben werden; eine zweite Erfassungsschaltung (8), in die erfasste Signale von der zweiten Erfassungseinrichtung eingegeben werden, wobei ein abnormaler Zustand des Winkelgeschwindigkeitssensors aus Ausgängen der ersten und der zweiten Erfassungseinrichtung erfasst werden kann, wobei die Ansteuerschaltung umfasst: einen ersten Verstärker (11), der als einen Eingang eine elektrische Ladung hat, die in der Einrichtung zum Erfassen des Schwingungspegels (3) erzeugt wird; einen Gleichrichter (12) zum Gleichrichten einer Ausgangsspannung des ersten Verstärkers (11); eine Glättschaltung (13) zum Glätten einer Ausgangsspannung des Gleichrichters (12); einen Verstärker (14) mit variabler Verstärkung, der als einen Eingang eine Ausgangsspannung des ersten Verstärkers (11) hat, wobei ein Verstärkungsfaktor entsprechend einer Ausgangsspannung der Glättschaltung (13) variiert; einen zweiten Verstärker (15a) zum Verstärken einer Ausgangsspannung des Verstärkers (14) mit variabler Verstärkung; und einen dritten Verstärker (14) zum Erzeugen eines Ausgangs mit einer Phase, die umgekehrt zu der des zweiten Verstärkers (15a) ist; und wobei des Weiteren die erste Erfassungsschaltung (7) und die zweite Erfassungsschaltung (8) umfassen: einen vierten Verstärker (16a) und einen fünften Verstärker (16b), die als Eingang elektrische Ladungen haben, die in der ersten Erfassungseinrichtung (4) und der zweiten Erfassungseinrichtung (5) erzeugt werden, und Spannungen ausgeben, die proportional zur Stärke dieser elektrischen Eingangsladungen sind; einen ersten Phasendetektor (18a) und einen zweiten Phasendetektor (18b) zum Ausführen von Phasenerfassung mit einem Zeitsteuersignal in dem Ausgangssignal des ersten Verstärkers (11) nach Verschieben von Phasen (17a, 17b) der Ausgangsspannungen des vierten Verstärkers (16a) bzw. des fünften Verstärkers (16b) um 90° oder einen weiteren ersten Phasendetektor (18a) und einen weiteren zweiten Phasendetektor (18b) zum Ausführen von Phasenerfassung der Ausgangsspannungen des ersten Verstärkers (16a) bzw. des fünften Verstärkers (16b) mit einem Zeitsteuersignal, das hergeleitet wird, indem eine Phase des Ausgangssignals des ersten Verstärkers um 90° verschoben wird; ein erstes Tiefpassfilter (20a) und ein zweites Tiefpassfilter (20b) zum Glätten von Ausgangssignalen des ersten Phasendetektors (18a) bzw. des zweiten Phasendetektors (18b); und eine erste Reguliereinrichtung (21a) sowie eine zweite Reguliereinrichtung (21b) zum Durchführen von Gleichstromverstärkung von Ausgangsspannungen des ersten Tiefpassfilters (20a) und des zweiten Tiefpassfilters (20b), wobei die erste und die zweite Reguliereinrichtung (21a, 21b) Funktionen der Verstärkungsfaktor-Regulierung, der Offset-Regulierung und der Temperatur-Regulierung für den Offset erfüllen.
  2. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1, wobei: die Ansteuerschaltung (6) eine erste Pegel-Feststelleinrichtung (22) aufweist, die Abnormalität eines Signals von der Einrichtung zum Erfassen des Schwingungspegels (3) feststellt; und die erste Erfassungsschaltung (7) sowie die zweite Erfassungsschaltung (8) eine zweite Pegelfeststellschaltung (29a) bzw. eine dritte Pegel-Feststellschaltung (29b) aufweisen, die Abnormalität der erfassten Signale von der ersten Erfassungseinrichtung (4) und der zweiten Erfassungseinrichtung (5) feststellen, und der Winkelgeschwindigkeitssensor des Weiteren eine Ausgabeeinrichtung (31) umfasst, die einen Ausgang erzeugt, wenn eine von der ersten Pegel-Feststellschaltung (22), der zweiten Pegel-Feststellschaltung (29a) und der dritten Pegel-Feststellschaltung (29b) ein Signal ausgibt, das eine Feststellung von Abnormalität bedeutet.
  3. Winkelgeschwindigkeitssensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei: der vierte Verstärker (16a) und der fünfte Verstärker (16b) einen ersten Eingangsanschluss (34) sowie einen zweiten Eingangsanschluss zum Empfangen jeweiliger Eingänge der erfassten Signale von der ersten Erfassungseinrichtung (4) und der zweiten Erfassungseinrichtung (5) sowie einen dritten Eingangsanschluss (35) und einen vierten Eingangsanschluss zum Empfangen von Eingängen von Signalen von einer ersten Verdrahtung (39) sowie einer zweiten Verdrahtung aufweisen, auf die die gleichen Signale wie Einflüsse, die durch die entsprechenden erfassten Signale von der ersten Erfassungseinrichtung (4) und der zweiten Erfassungseinrichtung (5) empfangen werden, aufgedrückt werden, und wobei der Winkelgeschwindigkeitssensor des Weiteren einen ersten Verstärker (36, 37), zum differentiellen Verstärken des Signals von dem ersten Eingangsanschluss (34) und des Signals von dem dritten Eingangsanschluss (35) sowie einen zweiten Verstärker zum differentiellen Verstärken des Signals von dem zweiten Eingangsanschluss und des Signals von dem dritten Eingangsanschluss umfasst.
DE69932225T 1998-09-10 1999-09-09 Winkelgeschwindigkeitssensor Expired - Lifetime DE69932225T2 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP25653698 1998-09-10
JP10256536A JP2000088578A (ja) 1998-09-10 1998-09-10 角速度センサ
PCT/JP1999/004897 WO2000016042A1 (fr) 1998-09-10 1999-09-09 Capteur de vitesse angulaire

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