JP2005265724A - 振動型角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 回路増幅率の影響を軽減しつつ、振動駆動振幅の異常をより高マージンにて検出できる振動型角速度センサを提供する。
【解決手段】振動型角速度センサ１は、各々振動型の第一の角速度センサユニット１００及び第二の角速度センサユニット２００を有する。第一の角速度センサユニット１００及び第二の角速度センサユニット２００の各振動子４１ａ，４１ｂの、基準方向への駆動振幅をそれぞれ検出して振幅モニタ波形を出力する第一及び第二の振幅モニタ部４７ａ，４７ｂを設ける。そして、第一の振幅モニタ部４７ａが検出する第一の振幅モニタ波形と、第二の振幅モニタ部４７ｂが検出する第二の振幅モニタ波形とを、互いに逆相となる位相関係にて合成する逆相波形合成部１６を設け、その逆相合成波形に基づいて駆動異常監視信号を出力する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、振動型角速度センサに関する。

特開２０００−８８５７８号公報

角速度センサ（ジャイロセンサ）の方式には、回転体の歳差運動を利用する機械式、筐体内で周回するレーザー光の筐体回転に伴う受光タイミング変化を利用する光学式、筐体内でセンシング用のガスを熱線に噴射し、その噴射量が筐体の回転により変化するのを熱線温度で検知する流体式などが知られている。他方、カーナビゲーションシステム等における車両方向検知用の角速度センサの需要が近年急速に高まっており、上記各方式と比較してより安価で軽量な振動式角速度センサが主流となりつつある。振動式角速度センサは、予め定められた基準方向に振動する振動子に角速度が作用したとき、基準方向と直交する検出方向へのコリオリ力に基づく新たな振動成分（以下、角速度振動成分という）を検出し、該振動成分に基づいて角速度情報を出力するものである。

従来、角速度センサを用いて車両制御を行なうシステムとして、車両の横滑りを検出し、各車輪のブレーキやトルクを最適に制御することにより、車両を正常状態に保つ車両安定制御システムや、車両の後輪あるいは前輪の舵角を制御する４輪舵角制御システム等が周知である。この種のシステムは、車両の横滑りといった車両の異常状態を角速度センサにて検出しており、この角速度信号の信頼性を高めることが求められている。

振動型角速度センサにおいて振動子の駆動振幅が規定範囲から外れた場合、角速度センサ出力のゼロ点や感度に異常が発生しうるので、その駆動振幅を検出してこれが規定範囲に収まっているかを否かを判定する必要がある。具体的には、特許文献１のごとく、振動子の駆動振幅を圧電素子で検出して電荷電圧変換し、さらに整流してＤＣ化した信号を振幅モニタ信号として用い、この振幅モニタ信号のレベルが規定範囲に収まっているかどうかにより異常検知を行なっている。

また、振動型角速度センサにおいては、角速度検出中に車両に並進的な加速度が加わった場合、コリオリ力に基づく角速度検出波形にノイズとして重畳することになる。特許文献１には、逆相駆動される２組の振動型センサユニットを組み合わせ、逆相出力される各センサユニットの出力を差動増幅することで、加速度成分をキャンセルする方式が採用されている。この場合、２つのユニットの振動子は同期駆動する必要があり、振動駆動部における振幅制御においては、各ユニットから個別に取り出した振幅モニタ信号を同相加算することにより振幅モニタ信号の感度を上げるようにしている。そして、異常検知に際しても、その加算後の振幅モニタ信号を用いている。

ところで、センサユニットに異常が生じた場合は、加算後の振幅モニタ信号は、正常動作時に期待される規準振幅に、異常振幅成分が重畳されることになる。上記のように２つのセンサユニットを組み合わせて使用する場合、加算された振幅モニタ信号を異常検出に用いると、図５の左に示すように、異常振動成分αを、２倍に増幅された規準振幅成分Ａとともに同じ信号増幅率Ｇにて検出しなければならない。しかし回路の動作電圧の関係上、信号増幅率Ｇには制限があり、規準振幅Ａに対する異常振幅成分αの許容重畳マージンに制約が発生し、精度よく異常を検出することができない問題点がある。

本発明の課題は、回路増幅率の影響を軽減しつつ、振動駆動振幅の異常をより高マージンにて検出できる振動型角速度センサを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記の課題を解決するために、本発明の振動型角速度センサは、
予め定められた基準方向に振動する振動子と、該振動子を一定の振幅で駆動する振動駆動部と、振動子に角速度が加わるに伴い、基準方向と交差するように定められた角速度検出方向への被検出振動成分を検出し、該被検出振動成分に基づいて角速度検出波形を生成する検出波形生成部とをそれぞれ有する第一の角速度センサユニット及び第二の角速度センサユニットと、
第一の角速度センサユニット及び第二の角速度センサユニットの各振動子の、基準方向への駆動振幅をそれぞれ検出して振幅モニタ波形を出力する第一及び第二の振幅モニタ部と、
第一の振幅モニタ部が検出する第一の振幅モニタ波形と、第二の振幅モニタ部が検出する第二の振幅モニタ波形とを、互いに逆相となる位相関係にて合成する逆相波形合成部を有し、その逆相合成波形に基づく駆動異常監視信号を出力する駆動異常監視信号生成出力部と、を備えたことを特徴とする。

上記本発明の構成によると、２つの角速度センサユニットの振動振幅の異常検出を行なうために、第一の振幅モニタ波形及び第二の振幅モニタ波形を敢えて逆相となる位相関係にて合成し、その逆逆相合成波形に基づく駆動異常監視信号を出力するようにした。このようにすると、図５の右に示すように、両センサユニットからの振幅モニタ波形に含まれる規準振幅成分Ａ同士が互いにキャンセルするので、異常振幅成分αのマージンが大幅に増大し、精度よく異常を検出することができるようになる。

特に、逆相波形合成部または該逆相波形合成部の出力下流側に、逆相合成波形の増幅処理を行なうアナログ演算増幅回路が設けられている場合は、振幅異常検知に対し、該アナログ演算増幅回路の動作限界電圧の制約が加わる。図５を用いて説明すると、従来の方式では、回路動作限界電圧に応じて定まる信号マージンのうち、規準振幅成分Ａの２倍に相当する部分（２Ａ×Ｇ）が、いわば始めから食いつぶされている形になり、異常判定可能な電圧範囲が著しく縮小される。その結果、異常振幅成分が少しでも過大になると、その寄与（α×Ｇ）によりアナログ演算増幅回路の出力がすぐに飽和し、正確な異常検知は非常に困難になる。しかし、本発明によると、上記２Ａ×Ｇの部分がキャンセルによりほとんど消滅し、その分だけ異常振幅成分αのマージンを大幅に増加させることができる。つまり、アナログ演算増幅回路の出力範囲を一杯に活用した正確で高感度な異常検知が可能となる。

具体的には、駆動異常監視信号生成出力部に前記逆相合成波形を直流化する整流部を設け、該整流部を、アナログ演算増幅回路を含むもの（例えばアクティブフィルタ）として構成することができる。この構成によると、逆相合成波形を直流化することで、これを用いて行なう異常検知処理の簡便化を図ることができる。また、該整流部に入力される逆相合成波形の異常振幅成分αを大幅に増加させることができるので、整流部がアナログ演算増幅回路を含んでいるにもかかわらず、正確で高感度の異常検知が可能となる。

この場合、上記整流部のレベル出力を用いた異常判定を外部にて行なうようにしてもよいし、該レベル出力を入力とする異常判定回路を設け、その出力を異常判定信号の形で外部に取り出すようにしてもよい。

第一の角速度センサユニット及び第二の角速度センサユニットの振動子が同期駆動される場合、第一の振幅モニタ波形と第二の振幅モニタ波形を、互いに同相となる位相関係にて合成する同相波形合成部を有し、その合成波形の振幅に基づいて振動駆動部による第一の角速度センサユニット及び第二の角速度センサユニットの駆動振幅を制御する振動駆動制御部を設けることができる。この場合は、振動駆動制御の基準として用いるの同相合成波形の振幅であり、正常時であれば、前述の規準振幅成分Ａの２倍の信号レベルを振動駆動制御に使用できるのでノイズマージン等が増加し、振幅制御の精度向上に寄与する。この場合、本発明では、駆動異常監視信号生成出力部の逆相波形合成部を、振動駆動制御部の同相波形合成部の前段側に設ける。つまり、同相合成波形はあくまで振動駆動制御専用とし、その振動駆動制御用の同相波形合成部の前段側で振幅モニタ波形とを分岐させて、異常検知専用の逆相波形合成部に入力する。これにより、振幅制御の精度は維持しつつ、逆相合性波形により異常検知も高感度にて行なうことが可能となる。

第一の角速度センサユニット及び第二の角速度センサユニットの各振動駆動部は、各振動子を基準方向において互いに逆位相にて同期振動させることにより、角速度検出波形を、互いに位相反転した第一及び第二の角速度検出波形として生成することができる。そして、これに対応して、上記の第一の角速度検出波形と第二の角速度波形との差分波形を演算することにより、それら角速度検出波形に重畳する同相加速度波形成分が相殺された波形を角速度信号として出力する差分波形演算手段を設けることができる。このように構成すると、振動型の角速度センサ部の角速度出力から並進的な加速度成分を、互いに逆相となる２つの角速度波形の差信号を取ることで、両波形において同相に重畳する角速度成分を効果的に相殺でき、かつ、２つの角速度波形は結果的に互いに加算されて振幅を増すので、最終的に得られる角速度信号に残留する加速度成分の影響を大幅に縮小することができる。

上記の構成において、両センサユニットの振動子の駆動位相に対応して、第一の振幅モニタ波形と第二の振幅モニタ波形とが互いに逆相同期する形で出力される場合、駆動異常監視信号生成出力部の逆相波形合成部は、それら第一の振幅モニタ波形と第二の振幅モニタ波形との加算演算部を含むものとして構成できる。逆相波形合成部を単純な加算演算部として構成できるので、センサシステムの電気的構成の簡略化を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態である振動型角速度センサ１の回路図である。該回路は、振動ユニット４、振動駆動部６及び角速度検出部７とを有する。図２に示すように、振動ユニット４は第一のセンサユニット１００及び第二のセンサユニット２００を備える。各センサユニットは、予め定められたＸ方向（基準方向）に振動する振動子４１ａ，４１ｂを備え、それら振動子４１ａ，４１ｂに角速度が加わるに伴い、Ｘ方向と直交するように定められたＹ方向（角速度検出方向）への被検出振動成分を検出するものである。具体的には、図１に示すように、検出波形生成部７５，７６が該被検出振動成分に基づいて角速度検出波形を生成する。なお、被検出振動波形は、並進的な加速度が加わっている場合は角速度波形成分に加速度波形成分が重畳したものとなる。第一のセンサユニット１００と第二のセンサユニット２００とは、振動子４１ａ，４１ｂの逆相振動駆動により、それらの被検出振動波形が、角速度波形成分とこれに重畳する加速度波形成分との一方において互いに同相となり、他方において互いに逆相となるように（すなわち、加算又は差分により、加速度波形成分又は角速度波形成分の一方をキャンセルできるように）、上記の基準方向と角速度検出方向とが定められている。本実施形態においては、第一のセンサユニット１００と第二のセンサユニット２００とはＸ方向に互いに隣接して配置され、該Ｘ方向において振動子４１ａ，４１ｂとが鏡映的な対称関係にて振動駆動されるようになっているが、これに限られるものではない。

該振動ユニット４は、例えばＳｉ等の半導体マイクロマシニングの技術を用いて形成される。図２に例示した構成では、第一のセンサユニット１００の振動子４１ａは梁４２ａにより、第二のセンサユニット２００の振動子４１ｂは梁４２ｂにより、一体のフレーム４０に対し、それぞれ互いに直交するＸ方向とＹ方向とに独立に振動可能に結合されている。

両センサユニット１００，２００の各フレーム４０には、Ｘ方向（つまり振動駆動方向）の端部内面に、Ｘ方向の単位電極がＹ方向に一定間隔で配列した櫛歯状の駆動側固定電極５６ａ，５６ｂが取り付けられている。また、振動子４１ａ，４１ｂのＸ方向側端面には、Ｘ方向の単位電極がＹ方向に一定間隔で配列した櫛歯状の駆動側可動電極６６ａ，６６ｂが、駆動側固定電極５６ａ，５６ｂとの間に隙間をもって交互に配列する形で取り付けられている。

一方、両センサユニット１００，２００の、Ｙ方向（つまり角速度検出方向）の各端部（都合４箇所）には振動検出用コンデンサ４５ａ１，４５ｂ１，４５ｂ２，４５ａ２が設けられている。具体的には、フレーム４０のＹ方向の各端部内面に、Ｙ方向の単位電極がＸ方向に一定間隔で配列した櫛歯状の検出側固定電極５５ａ，５５ｂが取り付けられている。また、振動子４１ａ，４１ｂの対応するＹ方向側端面には、Ｙ方向の単位電極がＸ方向に一定間隔で配列した櫛歯状の検出側可動電極６５ａ，６５ｂが検出側固定電極５５ａ，５５ｂとの間に隙間をもって交互に配列する形で取り付けられている。これら検出側可動電極６５ａ，６５ｂと検出側固定電極５５ａ，５５ｂとが、上記振動検出用コンデンサ４５ａ１，４５ｂ１，４５ｂ２，４５ａ２を形成している。なお、Ｙ方向の互いに反対側に位置する振動検出用コンデンサ（４５ａ１と４５ｂ１及び４５ｂ２，４５ａ２）同士は、角速度波形成分も加速度波形成分も互いに逆相となって表れる。

さらに、両センサユニット１００，２００の各振動子４１ａ，４１ｂにはＹ方向のモニタ用キャビティ４５ｈがそれぞれ形成され、該キャビティ４５ｈ内に、駆動振動数をフィードバック制御するための振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂが設けられている。具体的には、各キャビティ４５ｈの内部にＹ方向の電極支持用ステム５７ｓが挿通されている。電極支持用ステム５７ｓは図示しない位置にて一端がフレーム４０に固定され、その片面に、Ｘ方向の単位電極がＹ方向に一定間隔で配列した櫛歯状のモニタ側固定電極５７ａ，５７ｂが取り付けられている。また、モニタ用キャビティ４５ｈの対応するＸ方向側端面には、Ｘ方向の単位電極Ｙ方向に一定間隔で配列した櫛歯状のモニタ側可動電極６７ａ，６７ｂが、モニタ側固定電極５７ａ，５７ｂとの間に隙間をもって交互に配列する形で取り付けられている。これらモニタ側可動電極６７ａ，６７ｂとモニタ側固定電極５７ａ，５７ｂとが、上記振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂを形成している。

振動子４１ａ，４１ｂは、その表面に形成された各電極６５ａ，６６ａ，６７ａ，６５ｂ，６６ｂ，６７ｂとともに、梁４２ｂ及びフレーム４０を介してＧＮＤ端子Ｇ１，Ｇ２に接続され、外部でＧＮＤに接続されるようになっている。また、フレーム４０の表面には、駆動側固定電極５６ａ，５６ｂに接続される駆動端子Ｄ１，Ｄ２、検出側固定電極５５ａ，５５ｂに接続され角速度波形検出端子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４、及びモニタ側固定電極５７ａ，５７ｂに接続される振動モニタ端子Ｍが形成されており、アイソレーション部６０で互いに電気的に分離されている。

図１に戻り、振動検出用コンデンサ４５ａ１，４５ａ２は、その蓄積電荷を電圧変換する電荷電圧変換器２０ａとともに検出波形生成部７５を構成する。また、振動検出用コンデンサ４５ｂ１，４５ｂ２も同様の電荷電圧変換器２０ｂとともに被検出振動波形生成部７６を構成する。これら電荷電圧変換器２０ａと電荷電圧変換器２０ｂと、それらの出力同士を差動増幅する差動増幅器２１（差分波形演算手段）と、予め定められた周波数帯域の加速度成分を抽出する同期検波部２２と、該同期検波部２２の出力から高調波などの不要高周波成分を除去するローパスフィルタ２３とが角速度検出部７を構成する。

振動駆動部６は、振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂの蓄積電荷を電圧変換する電荷電圧変換器１０、その振動交流電圧出力を直流変換するＡＣ／ＤＣ変換器（整流部）１１、ＡＣ／ＤＣ変換器１１の出力電圧を振幅モニタ値として、その基準電圧Ｖｒｅｆを与える基準電圧発生部１２、振幅モニタ値と基準電圧Ｖｒｅｆとの差分を増幅する差動増幅器１３、電荷電圧変換器１０からの振動電圧出力を９０°移相する移相器１４、差動増幅器１３と移相器１４との各出力を乗算する乗算器１５とを有する。乗算器１５の出力が振動駆動電圧波形として、第一のセンサユニット１００及び第二のセンサユニット２００の各駆動端子Ｄ１，Ｄ２に入力される。

振動駆動部６においては、振動子４１ａ，４１ｂのＸ方向の振動が、振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂの容量変化により、振動モニタ信号としてモニタ端子Ｍから取り出される（以上、第一及び第二の振幅モニタ部が形成されている）。図２では、両センサユニット１００，２００にて振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂの可動側電極６７ａ，６７ｂは、固定側電極５７ａ，５７ｂに対し、振動方向（つまりＸ方向）においてどちらも同じ側（図２では左側）に配置されている。従って、振動子４１ａ，４１ｂがＸ方向に互いに逆相で同期振動すれば、振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂからの振動モニタ波形も互いに逆相となる。

振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂからの第一及び第二の振幅モニタ波形は、電荷電圧変換器９，９にて電圧信号に変換され、さらに差動増幅器１０にて差分演算される。逆相波形の差分を取ることは同相波形の加算を取ることと同じであり、２つのユニット１００，２００の振幅モニタ信号は差動増幅器１０にて振幅が加算合成され、信号レベルが高められる。つまり、差動増幅器１０は同相波形合成部を構成している。この合成後の振幅モニタ信号を、移相器１４及び乗算器１５を介して駆動端子Ｄ１，Ｄ２に帰還させることにより自励式振動駆動機構が構成される。

移相器１４は、梁６０を介した振動子４１ａ，４１ｂの共振点付近での機械的振動を持続させる役割を果たす。また、差動増幅器１０からの合成後の振動モニタ信号は、別途ＡＣ／ＤＣ変換器１１で平滑化されて振幅レベル信号とされ、制御振幅レベルに対応した基準電圧発生部１２からの基準電圧信号との差分が差動増幅器１３にて演算される。この差動増幅器１３の出力を振幅補正信号として、乗算器１５にて振動モニタ信号と乗ずることにより、駆動振幅が一定に制御されることとなる。なお、第一のセンサユニット１００と第二のセンサユニット２００との駆動端子Ｄ１，Ｄ２は、フレーム４０に対し、Ｘ方向にて互いに異なる端部側に形成されており、乗算器１５からの駆動出力が同相入力される。これにより、両ユニット１００，２００の振動子４１ａ，４１ｂは、Ｘ方向において、その共振周波数で互いに逆位相で振動駆動される。

上記の状態で、Ｘ，Ｙ両方向のいずれとも直交するＺ方向（例えば自動車搭載の場合は、路面と直交する向き）周りに角速度が入力されると、振動子４１ａ，４１ｂにはコリオリ力により、その角速度の大きさに応じた振幅でＹ方向の角速度振動成分が互いに逆位相にて発生する。この振動は、振動検出用コンデンサ４５ａ１，４５ｂ１，４５ｂ２，４５ａ２の容量変化として検知され、端子Ｓ１，Ｓ２及び端子Ｓ３，Ｓ４から取り出された後、電荷電圧変換器２０ａ，２０ｂにて電圧変換され、角速度検出波形Ｓａ，Ｓｂとして出力される。

なお、コリオリ力はそれぞれの振動子４１ａ，４１ｂに対し互いに逆方向に作用するため、第一のセンサユニット１００の振動検出用コンデンサ４５ａ１，４５ｂ１と、第二のセンサユニット２００の振動検出用コンデンサ４５ｂ２，４５ａ２とは、Ｙ方向における互いに反対側に位置するもの同士、すなわちコンデンサ４５ａ１，４５ａ２（端子Ｓ１，Ｓ２）とコンデンサ４５ｂ１，４５ｂ２（端子Ｓ１，Ｓ２）とが、図３に示すように、それぞれ互いに同相の角速度検出波形を生ずる。そして、それら互いに同相となる角速度検出波形同士（図１において、端子Ｓ１，Ｓ２同士及びＳ３，Ｓ４同士）は、振幅加算された形で、図１の電荷電圧変換器２０ａ，２０ｂにそれぞれ入力され、角速度検出感度を高める工夫がなされている。

角速度検出部７においては、電荷電圧変換器２０ａ，２０ｂからのそれぞれの角速度検出波形信号Ｓａ，Ｓｂは互いに逆位相となっているので、差動増幅器２１により差分演算することで、これら２つの波形信号がさらに振幅加算され、角速度検出感度が一層向上する。また、逆相振動駆動される両ユニット１００，２００においては、図４に示すように、Ｚ方向周りに角速度が加わった時にＹ方向に発生するコリオリ力は互いに逆方向に検知されるが、回転遠心力や突発振動などによるＹ方向への並進的な加速度波形成分は同一方向に検知され、角速度波形成から見れば一種のノイズ成分となる。しかし、両ユニット１００，２００間において、重畳加速度波形成分が互いに同相であり、角速度波形成分が逆相となる波形同士を差分演算すれば（あるいは、重畳加速度波形成分が互いに逆相であり、角速度波形成分が同相となる波形同士を加算演算すれば）、この加速度成分はキャンセルされ、角速度波形のみを取り出すことができる。

差動増幅器２１からの角速度信号の出力は、同期検波部２２にて振幅変調された角速度波形が復調され後、ローパスフィルタ２３でリップルが除去され、入力角速度に比例した直流の信号Ｖｙとして出力される。同期検波部２２の参照周波数信号は、本実施形態では移相器１４からの振動モニタ信号が流用される。コリオリ力は、振動子の速度と加わる角速度とのベクトル積に比例して発生するので、駆動振動波形に対し、コリオリ力の検出波形は必ず９０°進角して検知される。従って、移相器１４にて９０°進角した駆動振動波形はコリオリ力の検出波形（つまり、角速度波形）と位相が一致し、同期検波用の参照周波数信号として好適に採用できる。

次に、電荷電圧変換器９，９にて電圧信号に変換された第一及び第二の振幅モニタ波形は、同相波形合成部をなす差動増幅器１０の前段側で各々分岐し、加算演算部をなす加算器１６に入力される。前述の通り第一及び第二の振幅モニタ波形が逆相のため、加算器１６は逆相波形合成部として機能する。この逆相合成された加算器１６の出力信号が駆動異常監視信号としてＡＣ／ＤＣ変換器７に入力される。該ＡＣ／ＤＣ変換器７は、前述のＡＣ／ＤＣ変換器１１とともに、本実施形態ではアナログ演算増幅器を含んだアクティブローパスフィルタとして構成されている。

２つのセンサユニット１００，２００の駆動振幅がいずれも正常であれば、２つの振幅モニタ波形の振幅もほぼ同じとなり、それらの逆相合成波形として生成される駆動異常監視信号の振幅は中立点に近いレベルを示すことになる。しかし、どちらかのセンサユニット１００，２００の駆動振幅に異常を生じていれば、駆動異常監視信号の振幅値は中立点からシフトする。従って、上記中立点を包含した基準電圧範囲［Ｖｒｅｆ２，Ｖｒｅｆ３］を有するウィンドコンパレータ８に上記駆動異常監視信号を入力することで、該駆動異常監視信号が規定範囲内か否か、つまり異常かどうかを異常検知信号Ｖｄとして該ウィンドコンパレータ８から出力することができる。

本発明においては、駆動異常監視信号を第一及び第二の振幅モニタ波形を逆相合成して生成している点に特徴がある。駆動異常監視信号のマージンは、例えば、ＡＣ／ＤＣ変換器７を構成するアクティブフィルタの演算増幅器７ａの動作限界電圧の制約を受け、加算器１６の出力が過大になると演算増幅器７ａの出力が飽和して正確な異常検知ができなくなる。図５に示すように、従来のごとく第一及び第二の振幅モニタ波形を同相合成した波形（つまり、振動駆動制御部の差動増幅器１０の出力と等価である）では、異常が存在しなくても、２つの振幅モニタ波形の増幅加算振幅２Ａ×Ｇが互いに加算された形で居座っているため、演算増幅器７ａの出力電圧の大半が該２Ａ×Ｇにより食いつぶされて、異常判定は残りの僅かな電圧マージンで行なわなければならないから、異常振幅成分α×Ｇが少しでも過大になると、演算増幅器７ａの出力が飽和し、正確な異常検知が困難になる。しかし、本発明のように、逆相合成波形を駆動異常監視信号として用いると、両波形のＡ×Ｇの部分がキャンセルによりほとんど消滅し、異常振幅成分αのマージンを大幅に増加させることができる。つまり、演算増幅器７ａの出力範囲を一杯に活用した正確で高感度な異常検知が可能となる。

なお、図４に示すように、フレーム４０の内面を利用する等の形で、両センサユニット１００，２００にて振幅振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂの可動側電極６７ａ，６７ｂが、固定側電極５７ａ，５７ｂに対し、振動方向（つまりＸ方向）において互いに逆となるように配置することもできる。この場合、振動子４１ａ，４１ｂがＸ方向に互いに逆相で同期振動すれば、振幅モニタ用コンデンサ４７ａ，４７ｂからの振動モニタ波形は互いに同相となる。この場合は、図１の差動増幅器１０を加算器により、加算器１６を差動増幅器により置き換えれば、それぞれ同相波形合成部及び逆相波形合成部として活用でき、図１と等価なセンサ機能が実現する。

本発明の振動型角速度センサの一実施形態を示す回路図。 第一及び第二のセンサユニットの構造を模式的に示す図。 図１の各電極からの角速度検出波形と、それらの同相信号を加算する概念を説明する図。 第一及び第二のセンサユニットの構造の変形例を模式的に示す図。 本発明の効果説明図。

符号の説明

１ 振動型角速度センサ
４１ａ，４１ｂ 振動子
７ 角速度検出部（検出波形生成部）
７ａ 演算増幅器（アナログ演算増幅回路）
１０ 差動増幅器（同相波形合成部）
１６ 加算器（加算演算部：逆相波形合成部）
２１ 差動増幅器（差分波形演算手段）
４７ａ，４７ｂ 振幅モニタ用コンデンサ（第一及び第二の振幅モニタ部）
１００ 第一のセンサユニット
２００ 第二のセンサユニット

Claims (5)

1. 予め定められた基準方向に振動する振動子と、該振動子を一定の振幅で駆動する振動駆動部と、前記振動子に角速度が加わるに伴い、前記基準方向と交差するように定められた角速度検出方向への被検出振動成分を検出し、該被検出振動成分に基づいて角速度検出波形を生成する検出波形生成部とをそれぞれ有する第一の角速度センサユニット及び第二の角速度センサユニットと、
   前記第一の角速度センサユニット及び第二の角速度センサユニットの各前記振動子の、前記基準方向への駆動振幅をそれぞれ検出して振幅モニタ波形を出力する第一及び第二の振幅モニタ部と、
   前記第一の振幅モニタ部が検出する第一の振幅モニタ波形と、前記第二の振幅モニタ部が検出する第二の振幅モニタ波形とを、互いに逆相となる位相関係にて合成する逆相波形合成部を有し、その逆相合成波形に基づく駆動異常監視信号を出力する駆動異常監視信号生成出力部と、
   を備えたことを特徴とする振動型角速度センサ。
2. 前記逆相波形合成部または該逆相波形合成部の出力下流側に、前記逆相合成波形の増幅処理を行なうアナログ演算増幅回路が設けられている請求項１記載の振動型角速度センサ。
3. 前記駆動異常監視信号生成出力部には前記逆相合成波形を直流化する整流部が設けられ、該整流部が前記アナログ演算増幅回路を含む請求項２記載の振動型角速度センサ。
4. 前記第一の角速度センサユニット及び第二の角速度センサユニットの前記振動子は同期駆動されるものであり、
   前記第一の振幅モニタ波形と前記第二の振幅モニタ波形を、互いに同相となる位相関係にて合成する同相波形合成部を有し、その合成波形の振幅に基づいて前記振動駆動部による前記第一の角速度センサユニット及び第二の角速度センサユニットの駆動振幅を制御する振動駆動制御部が設けられ、
   前記駆動異常監視信号生成出力部の前記逆相波形合成部は、前記振動駆動制御部の前記同相波形合成部の前段側に設けられている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の振動型角速度センサ。
5. 前記第一の角速度センサユニット及び前記第二の角速度センサユニットの各前記振動駆動部が、各前記振動子を前記基準方向において互いに逆位相にて同期振動させることにより、前記角速度検出波形が、互いに位相反転した第一及び第二の角速度検出波形として生成され、
   前記第一の角速度検出波形と前記第二の角速度波形との差分波形を演算することにより、それら角速度検出波形に重畳する同相加速度波形成分が相殺された波形を角速度信号として出力する差分波形演算手段が設けられ、
   前記第一の振幅モニタ波形と前記第二の振幅モニタ波形とは互いに逆相同期する形で出力されるものであり、前記駆動異常監視信号生成出力部の前記逆相波形合成部は、それら前記第一の振幅モニタ波形と前記第二の振幅モニタ波形との加算演算部を含む請求項４記載の振動型角速度センサ。
   

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