JP2022099493A - 物理量検出装置及び物理量検出装置の故障診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】振動漏れに起因するノイズの影響を低減するとともに振動素子の故障診断を行うことが可能な物理量検出装置を提供すること。
【解決手段】第１振動腕及び第２振動腕を含む圧電体と、前記第１振動腕に設けられた第１電極と、前記第２振動腕に設けられた第２電極と、を有する振動素子と、前記振動素子に駆動信号を印加する駆動回路と、前記第１電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子が検出した物理量に応じた物理量検出信号を生成する検出回路と、前記第２電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子の故障診断を行う故障診断回路と、第１モードにおいて前記第１電極を前記検出回路と電気的に接続し、第２モードにおいて前記第１電極を前記駆動回路と電気的に接続する切替回路と、を備え、前記駆動回路は、前記第２モードにおいて、前記第１電極に前記駆動信号を印加する、物理量検出装置。
【選択図】図８

Description

本発明は、物理量検出装置及び物理量検出装置の故障診断方法に関する。

現在、様々なシステムや電子機器において、角速度を検出するジャイロセンサーや加速度を検出する加速度センサー等、各種の物理量を検出可能な物理量検出装置が広く利用されている。近年、特に、信頼性の高いシステムを構築するために、物理量を検出する振動素子等の故障診断を行う物理量検出装置が用いられている。

例えば、特許文献１には、振動素子において検出電極に駆動振動の漏れが生じるように振動素子に対して周波数チューニングを行い、振動素子に断線などの故障が発生した場合に振動漏れ成分の大きさが変化することを利用して振動素子の故障を判定する角速度検出装置が記載されている。

特開２０１０－１０７４１６号公報

特許文献１に記載の角速度検出装置においては、確実な故障判定を行うためには一定の大きさの振動漏れ成分が必要となるが、振動漏れ成分は、検出される角速度成分に対するノイズ成分となるため、角速度検出のＳ／Ｎ比が悪化するおそれがある。

本発明に係る物理量検出装置の一態様は、
第１振動腕及び第２振動腕を含む圧電体と、前記第１振動腕に設けられた第１電極と、前記第２振動腕に設けられた第２電極と、を有する振動素子と、
前記振動素子に駆動信号を印加する駆動回路と、
前記第１電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子が検出した物理量に応じた物理量検出信号を生成する検出回路と、
前記第２電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子の故障診断を行う故障診断回路と、
第１モードにおいて前記第１電極を前記検出回路と電気的に接続し、第２モードにおいて前記第１電極を前記駆動回路と電気的に接続する切替回路と、を備え、
前記駆動回路は、
前記第２モードにおいて、前記第１電極に前記駆動信号を印加する。

本発明に係る物理量検出装置の故障診断方法の一態様は、
第１振動腕及び第２振動腕を含む圧電体と、前記第１振動腕に設けられた第１電極と、前記第２振動腕に設けられた第２電極と、を有する振動素子と、
前記振動素子に駆動信号を印加する駆動回路と、
前記第１電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子が検出した物理量に応じた物理量検出信号を生成する検出回路と、
を備える物理量検出装置の故障診断方法であって、
前記第１電極に前記駆動信号を印加する工程と、
前記第２電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子の故障診断を行う工程と、を含む。

第１実施形態の物理量検出装置の構成例を示す図。 振動素子を模式的に示す平面図。 振動素子を模式的に示す平面図。 振動素子の動作を説明するための図。 振動素子の動作を説明するための図。 電圧判定回路の構成例を示す図。 第１実施形態の故障内容と駆動出力電極に流れる電流との関係を示す図。 第１実施形態における故障診断モードの各スイッチの状態を示す図。 第１実施形態における故障診断モードの各スイッチの状態を示す図。 第１実施形態における故障診断モードの各種信号の波形の一例を示す図。 第１実施形態の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図。 第２実施形態の物理量検出装置の構成例を示す図。 第２実施形態の故障内容と検出電極に発生する電荷との関係を示す図。 第２実施形態における故障診断モードの各スイッチの状態を示す図。 第２実施形態における故障診断モードの各スイッチの状態を示す図。 第２実施形態における故障診断モードの各種信号の波形の一例を示す図。 第２実施形態の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

以下では、物理量として角速度を検出する物理量検出装置、すなわち角速度検出装置を例にとり説明する。

１．第１実施形態
図１は、第１実施形態の物理量検出装置の機能ブロック図である。第１実施形態の物理量検出装置１は、振動素子１００と、物理量検出回路２００と、を備える。

物理量検出回路２００は、外部接続端子として、ＤＳ端子、ＤＧ端子、Ｓ１Ｇ端子、Ｓ２Ｇ端子、Ｓ１端子、Ｓ２端子、ＣＴＬ端子、ＤＩＡＧ端子、ＳＳ端子、ＳＣＫ端子、ＳＩ端子、ＳＯ端子、ＶＯ端子を有する。ＤＳ端子、ＤＧ端子、Ｓ１Ｇ端子、Ｓ２Ｇ端子、Ｓ１端子及びＳ２端子は、振動素子１００と電気的に接続されている。また、ＣＴＬ端子、ＤＩＡＧ端子、ＳＳ端子、ＳＣＫ端子、ＳＩ端子、ＳＯ端子、ＶＯ端子は、図示しない外部装置と電気的に接続されている。

図２及び図３は、振動素子１００を模式的に示す平面図である。なお、図２及び図３では、互いに直交する３つの軸として、第１軸であるＸ軸、第２軸であるＹ軸、および第３軸であるＺ軸を図示している。

なお、図２は、振動素子１００を第１主面２ａ側から見た図であって、第１主面２ａ側の構成を説明するための図である。図３は、振動素子１００を第１主面２ａ側から見た透視図であって、第２主面２ｂ側の構成を説明するための図である。

振動素子１００は、図２および図３に示すように、基部１０と、連結腕１１０，１１２と、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６と、検出振動腕１３０，１３２と、支持部１４０，１４２と、梁部１５０，１５２，１５４，１５６と、駆動入力電極３０と、駆動出力電極３２と、第１検出電極４０と、第２検出電極４２と、第３検出電極４４と、第４検出電極４６と、駆動入力配線５０と、駆動出力配線５２と、第１検出配線６０と、第２検出配線６２と、第３検出配線６４と、第４検出配線６６と、を含む。

基部１０、連結腕１１０，１１２、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６、検出振動腕１３０，１３２、支持部１４０，１４２および梁部１５０，１５２，１５４，１５６は、圧電体１０１を構成している。すなわち、圧電体１０１は、連結腕１１０，１１２、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６、検出振動腕１３０，１３２、支持部１４０，１４２および梁部１５０，１５２，１５４，１５６を含む。圧電体１０１の材質は、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどである。圧電体１０１は、互いに反対方向を向く第１主面２ａおよび第２主面２ｂと、主面２ａ，２ｂに接続された側面３と、を有している。図示の例では、第１主面２ａは、＋Ｚ軸方向を向く面であり、第２主面２ｂは、－Ｚ軸方向を向く面であり、側面３は、垂線がＺ軸と直交する面である。主面２ａ，２ｂは、例えば、平坦な面である。圧電体１０１の厚さ方向がＺ軸方向に沿い、例えば、圧電体１０１の厚さは、１００μｍ程度である。

基部１０は、中心点Ｇを有している。中心点Ｇの位置は、圧電体１０１の重心の位置である。基部１０の平面形状は、例えば矩形である。

第１連結腕１１０および第２連結腕１１２は、基部１０から、Ｘ軸に沿って互いに反対方向に延出している。図示の例では、第１連結腕１１０は、基部１０から－Ｘ軸方向に延出し、第２連結腕１１２は、基部１０から＋Ｘ軸方向に延出している。

第１駆動振動腕１２０および第２駆動振動腕１２２は、第１連結腕１１０の先端部から、Ｙ軸に沿って互いに反対方向に延出している。図示の例では、第１駆動振動腕１２０は、第１連結腕１１０から＋Ｙ軸方向に延出し、第２駆動振動腕１２２は、第１連結腕１１０から－Ｙ軸方向に延出している。駆動振動腕１２０，１２２は、第１連結腕１１０を介して、基部１０に接続されている。

第３駆動振動腕１２４および第４駆動振動腕１２６は、第２連結腕１１２の先端部から、Ｙ軸に沿って互いに反対方向に延出している。図示の例では、第３駆動振動腕１２４は、第２連結腕１１２から＋Ｙ軸方向に延出し、第４駆動振動腕１２６は、第２連結腕１１２から－Ｙ軸方向に延出している。駆動振動腕１２４，１２６は、第２連結腕１１２を介して、基部１０に接続されている。

第１検出振動腕１３０および第２検出振動腕１３２は、基部１０から、Ｙ軸に沿って互いに反対方向に延出している。図示の例では、第１検出振動腕１３０は、基部１０から＋Ｙ軸方向に延出し、第２検出振動腕１３２は、基部１０から－Ｙ軸方向に延出している。検出振動腕１３０，１３２は、基部１０に接続されている。

振動腕１２０，１２２，１２４，１２６，１３０，１３２の先端には、幅広部５が設けられている。幅広部５は、振動腕１２０，１２２，１２４，１２６，１３０，１３２の他の部分より、幅（Ｘ軸方向の大きさ）が大きい。図示はしないが、幅広部５には、錘部が設けられていてもよい。該錘部の質量を調整することによって、振動腕１２０，１２２，１２４，１２６，１３０，１３２の振動の周波数を調整することができる。

第１支持部１４０は、振動腕１２０，１２４，１３０よりも＋Ｙ軸方向側に設けられている。第２支持部１４２は、振動腕１２２，１２６，１３２よりも－Ｙ軸方向側に設けられている。支持部１４０，１４２は、振動素子１００が実装される際に、パッケージに固定される部分である。支持部１４０，１４２は、梁部１５０，１５２，１５４，１５６を介して、基部１０を支持している。

第１梁部１５０および第２梁部１５２は、基部１０と第１支持部１４０とを連結している。図示の例では、第１梁部１５０は、基部１０から、第１駆動振動腕１２０と第１検出振動腕１３０との間を通って、第１支持部１４０まで延出している。第２梁部１５２は、基部１０から、第３駆動振動腕１２４と第１検出振動腕１３０との間を通って、第１支持部１４０まで延出している。

第３梁部１５４および第４梁部１５６は、基部１０と第２支持部１４２とを連結している。図示の例では、第３梁部１５４は、基部１０から、第２駆動振動腕１２２と第２検出振動腕１３２との間を通って、第２支持部１４２まで延出している。第４梁部１５６は、基部１０から、第４駆動振動腕１２６と第２検出振動腕１３２との間を通って、第２支持部１４２まで延出している。

梁部１５０，１５２，１５４，１５６は、平面視において、略Ｓ字状の部分を有している。そのため、梁部１５０，１５２，１５４，１５６は、高い弾性を有することができる。これにより、支持部１４０，１４２は、振動腕１２０，１２２，１２４，１２６，１３０，１３２の振動を阻害することなく、梁部１５０，１５２，１５４，１５６を介して、基部１０を支持することができる。

第１実施形態に係る振動素子１００では、図２および図３に示すように、圧電体１０１は、いわゆるダブルＴ型の振動片である。

駆動入力電極３０、駆動出力電極３２、第１検出電極４０、第２検出電極４２、第３検出電極４４、第４検出電極４６、駆動入力配線５０、駆動出力配線５２、第１検出配線６０、第２検出配線６２、第３検出配線６４、および第４検出配線６６としては、例えば、圧電体１０１側からクロム、金の順で積層したものを用いる。

駆動入力電極３０は、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６に設けられている。図示の例では、駆動入力電極３０は、第１駆動振動腕１２０の側面３および幅広部５と、第２駆動振動腕１２２の側面３および幅広部５と、第３駆動振動腕１２４の主面２ａ，２ｂと、第４駆動振動腕１２６の主面２ａ，２ｂと、に設けられている。駆動入力電極３０は、例えば、中心点Ｇを通りＸＺ平面に平行な面に関して、面対称に配置されている。駆動入力電極３０は、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６を駆動させる駆動信号が入力される電極である。

駆動出力電極３２は、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６に設けられている。図示の例では、駆動出力電極３２は、第１駆動振動腕１２０の主面２ａ，２ｂと、第２駆動振動腕１２２の主面２ａ，２ｂと、第３駆動振動腕１２４の側面３および幅広部５と、第４駆動振動腕１２６の側面３および幅広部５と、に設けられている。駆動出力電極３２は、例えば、中心点Ｇを通りＸＺ平面に平行な面に関して、面対称に配置されている。駆動出力電極３２は、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６の屈曲に基づく信号を出力するための電極である。

なお、図示はしないが、駆動入力電極３０が設けられている位置に駆動出力電極３２が設けられていてもよく、駆動出力電極３２が設けられている位置に駆動入力電極３０が設けられていてもよい。

第１検出電極４０は、第１検出振動腕１３０に設けられている。図示の例では、第１検出電極４０は、第１検出振動腕１３０の主面２ａ，２ｂに設けられている。第１検出電極４０は、第１検出振動腕１３０の屈曲に基づく信号を出力するための電極である。

第２検出電極４２は、第２検出振動腕１３２に設けられている。図示の例では、第２検出電極４２は、第２検出振動腕１３２の主面２ａ，２ｂに設けられている。第２検出電極４２は、例えば、第１検出電極４０と、中心点Ｇを通りＸＺ平面に平行な面に関して、面対称に配置されている。第２検出電極４２は、第２検出振動腕１３２の屈曲に基づく信号を出力するための電極である。

第３検出電極４４は、第１検出振動腕１３０に設けられている。図示の例では、第３検出電極４４は、第１検出振動腕１３０の側面３および幅広部５に設けられている。第３検出電極４４は、第１検出電極４０から出力される信号に対して基準となるグラウンド電圧ＧＮＤが印加される電極である。例えば、グラウンド電圧ＧＮＤは、物理量検出回路２００に供給される電源電圧の１／２の電圧である。

第４検出電極４６は、第２検出振動腕１３２に設けられている。図示の例では、第４検出電極４６は、第２検出振動腕１３２の側面３および幅広部５に設けられている。第４検出電極４６は、例えば、第３検出電極４４と、中心点Ｇを通りＸＺ平面に平行な面に関して、面対称に配置されている。第４検出電極４６は、第２検出電極４２から出力される信号に対して基準となるグラウンド電圧ＧＮＤが印加される電極である。

駆動入力配線５０は、基部１０と、連結腕１１０，１１２と、第２支持部１４２と、第３梁部１５４と、に設けられている。図示の例では、駆動入力配線５０は、基部１０の第１主面２ａおよび側面３と、第１連結腕１１０の第１主面２ａと、第２連結腕１１２の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、第２支持部１４２の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、第３梁部１５４の側面３と、に設けられている。駆動入力配線５０によって、振動腕１２０，１２２，１２４，１２６に設けられた駆動入力電極３０は、互いに電気的に接続されている。第２支持部１４２に設けられた駆動入力配線５０は、端子部５０ａである。図示の例では、端子部５０ａの平面形状は、矩形である。端子部５０ａは、図示しない外部部材、例えば、ボンディングワイヤーに接続されており、当該外部部材および駆動入力配線５０を介して物理量検出回路２００のＤＳ端子と電気的に接続される。

駆動出力配線５２は、基部１０と、連結腕１１０，１１２と、第１支持部１４０と、第１梁部１５０と、に設けられている。図示の例では、駆動出力配線５２は、基部１０の第２主面２ｂと、第１連結腕１１０の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、第２連結腕１１２の第２主面２ｂおよび側面３と、第１支持部１４０の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、第１梁部１５０の第２主面２ｂおよび側面３と、に設けられている。駆動出力配線５２によって、振動腕１２０，１２２，１２４，１２６に設けられた駆動出力電極３２は、互いに電気的に接続されている。第１支持部１４０に設けられた駆動出力配線５２は、端子部５２ａである。図示の例では、端子部５２ａの平面形状は、矩形である。端子部５２ａは、外部部材、例えば、ボンディングワイヤーに接続されており、駆動出力配線５２および当該外部部材を介して物理量検出回路２００のＤＧ端子と電気的に接続される。

第１検出配線６０は、基部１０と、第１支持部１４０と、第２梁部１５２と、に設けられている。図示の例では、第１検出配線６０は、基部１０の主面２ａ，２ｂと、第１支持部１４０の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、第２梁部１５２の第１主面２ａおよび側面３と、に設けられている。第１検出配線６０は、第１検出電極４０に接続されている。第１支持部１４０に設けられた第１検出配線６０は、端子部６０ａである。図示の例では、端子部６０ａの平面形状は、矩形である。端子部６０ａは、外部部材、例えば、ボンディングワイヤーに接続されており、第１検出配線６０および当該外部部材を介して物理量検出回路２００のＳ１端子と電気的に接続される。

第２検出配線６２は、基部１０と、第２支持部１４２と、第４梁部１５６と、に設けられている。図示の例では、第２検出配線６２は、基部１０の主面２ａ，２ｂと、第２支持部１４２の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、第４梁部１５６の第１主面２ａおよび側面３と、に設けられている。第２検出配線６２は、第２検出電極４２に接続されている。第２支持部１４２に設けられた第２検出配線６２は、端子部６２ａである。図示の例では、端子部６２ａの平面形状は、矩形である。端子部６２ａは、外部部材、例えば、ボンディングワイヤーに接続されており、第２検出配線６２および当該外部部材を介して物理量検出回路２００のＳ２端子と電気的に接続される。

第３検出配線６４は、基部１０と、第１支持部１４０と、第２梁部１５２と、に設けられている。図示の例では、第３検出配線６４は、基部１０の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、第１支持部１４０の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、第２梁部１５２の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、に設けられている。第３検出配線６４は、第３検出電極４４に接続されている。第１支持部１４０に設けられた第３検出配線６４は、端子部６４ａである。図示の例では、端子部６４ａの平面形状は、矩形である。端子部６４ａは、外部部材、例えば、ボンディングワイヤーに接続されており、第３検出配線６４および当該外部部材を介して物理量検出回路２００のＳ１Ｇ端子と電気的に接続される。

第４検出配線６６は、基部１０と、第２支持部１４２と、第４梁部１５６と、に設けられている。図示の例では、第４検出配線６６は、基部１０の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、第２支持部１４２の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、第４梁部１５６の主面２ａ，２ｂおよび側面３と、に設けられている。第４検出配線６６は、第４検出電極４６に接続されている。第２支持部１４２に設けられた第４検出配線６６は、端子部６６ａである。図示の例では、端子部６６ａの平面形状は、矩形である。端子部６６ａは、外部部材、例えば、ボンディングワイヤーに接続されており、第４検出配線６６および当該外部部材を介して物理量検出回路２００のＳ２Ｇ端子と電気的に接続される。

なお、図２，３において、圧電体１０１の側面３に設けられている電極３０，３２，４０，４２，４４，４６、配線５０，５２，６０，６２，６４，６６を、太線で示している。

図４及び図５は、振動素子１００の動作を説明するための平面図である。なお、便宜上、図４及び図５では、基部１０、連結腕１１０，１１２、および振動腕１２０，１２２，１２４，１２６，１３０，１３２以外の部材の図示を省略している。

図４に示すように、振動素子１００は、角速度が加わらない状態において、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６に設けられた駆動入力電極３０に所定の交流電圧が印加されると、ＸＹ平面内において矢印Ａの方向に屈曲振動を行う。この振動素子１００のモードは「振動モード」と呼ばれる。このとき、駆動振動腕１２０，１２２と、駆動振動腕１２４，１２６とは、中心点Ｇを通りＹＺ平面に平行な面に関して、面対称の振動を行う。そのため、基部１０、連結腕１１０，１１２、および検出振動腕１３０，１３２は、ほとんど振動しない。

駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６がこのような駆動振動を行っている状態で、図５に示すように、振動素子１００にＺ軸まわりの角速度ωが加わると、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６にコリオリ力が働く。これにより、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６が矢印Ｂの方向に振動する。この矢印Ｂの方向の振動は、中心点Ｇに対して周方向の振動である。そして、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６の振動によって、連結腕１１０，１１２が矢印Ｂの方向に振動する。この振動が基部１０を介して、検出振動腕１３０，１３２に伝達され、検出振動腕１３０，１３２を矢印Ｃで示すように振動させる。矢印Ｃの方向の振動は、中心点Ｇに対して矢印Ｂとは周方向に反対向きの振動である。この振動素子１００のモードは「検出モード」と呼ばれる。この検出振動腕１３０，１３２の屈曲振動により、第１検出電極４０と第３検出電極４４との間に発生する電位差、および第２検出電極４２と第４検出電極４６との間に発生する電位差を検出することによって、Ｚ軸まわりの角速度を求めることができる。

なお、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６の駆動振動が第１検出電極４０及び第２検出電極４２に漏れると角速度成分に対するノイズ成分となるが、振動腕１２０，１２２，１２４，１２６，１３０，１３２の幅広部５に設けられた図示しない錘部の質量を適切に調整することにより、駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６から漏れる駆動振動は、基部１０において互いにキャンセルされる。

図１の説明に戻り、物理量検出回路２００は、駆動回路２１０、検出回路２２０、電圧判定回路２３０Ａ、電圧判定回路２３０Ｂ、故障診断回路２４０、制御回路２５０、記憶部２６０、インターフェース回路２７０及び切替回路２８０を備える。物理量検出回路２００は、１チップの集積回路で実現されてもよいし、複数チップの集積回路やディスクリート部品を組み合わせて実現されてもよい。

物理量検出装置１は、動作モードとして、起動モード、通常動作モード及び故障診断モードを有する。起動モードは、物理量検出装置１に電源が投入されてから通常動作モードに移行するまでの動作モードである。通常動作モードは、振動素子１００に加わった物理量を検出するモードである。故障診断モードは、振動素子１００の故障を診断するモードである。起動モード及び通常動作モードと故障診断モードとでは、切替回路２８０に含まれるスイッチ２８１～２８６の状態が異なる。図１では、起動モード及び通常動作モードにおけるスイッチ２８１～２８６の状態が示されており、まず、起動モード及び通常動作モードにおける物理量検出回路２００の動作について説明する。

切替回路２８０は、起動モード及び通常動作モードにおいて、振動素子１００の駆動入力電極３０及び駆動出力電極３２を駆動回路２１０と電気的に接続し、振動素子１００の第１検出電極４０及び第２検出電極４２を検出回路２２０と電気的に接続する。具体的には、スイッチ２８１は、ＤＳ端子とＡＧＣ回路２１２とを接続する。スイッチ２８２は、Ｉ／Ｖ変換回路２１１とＡＧＣ回路２１２および比較器２１３とを接続する。スイッチ２８３は、Ｓ１端子とスイッチ２８５とを接続する。スイッチ２８４は、Ｓ２端子とスイッチ２８６とを接続する。スイッチ２８５は、スイッチ２８３とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｐとを接続する。スイッチ２８６は、スイッチ２８４とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎとを接続する。

駆動回路２１０は、駆動信号を生成し、ＤＳ端子を介して、振動素子１００に駆動信号を印加する。本実施形態では、駆動回路２１０は、Ｉ／Ｖ変換回路２１１、ＡＧＣ回路２１２、比較器２１３及び起動回路２１４を含む。ＡＧＣは、Automatic Gain Controlの略である。

物理量検出装置１に電源が投入されると、起動回路２１４が動作する起動モードが開始する。起動回路２１４は、振動素子１００の共振周波数に近い周波数で自励発振し、発振信号を出力する。起動回路２１４は、例えば、ＣＲ発振回路などで実現することができる。起動回路２１４から出力される発振信号は、ＡＧＣ回路２１２、スイッチ２８１及びＤＳ端子を介して振動素子１００の駆動入力電極３０に印加され、振動素子１００が振動を開始する。

振動素子１００が振動すると、圧電効果に基づく交流電流が駆動出力電極３２から出力され、当該交流電流はＤＧ端子を介してＩ／Ｖ変換回路２１１に入力される。Ｉ／Ｖ変換回路２１１は、入力された交流電流を振動素子１００の振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換して出力する。

時間の経過に伴って、振動素子１００の振動が大きくなっていき、Ｉ／Ｖ変換回路２１１から出力される交流電圧信号の振幅が大きくなる。そして、振動素子１００の振動が安定し、Ｉ／Ｖ変換回路２１１から出力される交流電圧信号の振幅がほぼ一定となると、起動回路２１４が動作を停止し、物理量検出装置１の動作モードが起動モードから通常動作モードに移行する。例えば、起動回路２１４が動作を開始してから、振動素子１００の振動が安定するまでの所定時間が経過したら起動回路２１４が自発的に動作を停止してもよい。あるいは、図示しない振幅検出回路が、Ｉ／Ｖ変換回路２１１から出力される交流電圧信号の振幅が所定値に達したことを検出したら、起動回路２１４の動作を停止させてもよい。

通常動作モードにおいて、Ｉ／Ｖ変換回路２１１から出力された交流電圧信号は、スイッチ２８２を介して、ＡＧＣ回路２１２及び比較器２１３に入力される。

ＡＧＣ回路２１２は、入力された交流電圧信号を増幅し、増幅の利得を制御することにより、振幅が一定電圧に保持された駆動信号を生成する。この駆動信号は、スイッチ２８１及びＤＳ端子を介して振動素子１００の駆動入力電極３０に印加され、振動素子１００が安定した振動を継続する。

比較器２１３は、Ｉ／Ｖ変換回路２１１から出力された交流電圧信号を増幅して２値化信号である方形波電圧信号を出力する。

このように、駆動回路２１０は、通常動作モードおいて、振動素子１００の駆動出力電極３２からの出力信号に基づいて駆動信号を生成し、振動素子１００の駆動入力電極３０に駆動信号を印加する。

検出回路２２０は、通常動作モードおいて、Ｓ１端子を介して入力される信号及びＳ２端子を介して入力される信号に基づいて、振動素子１００が検出した物理量に応じた物理量検出信号を生成する。すなわち、検出回路２２０は、通常動作モードおいて、第１検出電極４０からの出力信号及び第２検出電極４２からの出力信号に基づいて、物理量検出信号を生成する。本実施形態では、振動素子１００は物理量として角速度を検出するので、検出回路２２０は、物理量検出信号として角速度に応じた角速度信号を生成する。本実施形態では、検出回路２２０は、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐ、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｎ、差動アンプ２２２、ハイパスフィルター２２３、ＡＣアンプ２２４、同期検波回路２２５、感度調整アンプ２２６、スイッチトキャパシターフィルター２２７及びレシオメトリックアンプ２２８を含む。

振動素子１００の第１検出電極４０からの出力信号である交流電荷は、Ｓ１端子、スイッチ２８３及びスイッチ２８５を介してＱ／Ｖ変換回路２２１Ｐに入力される。Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐは、入力された交流電荷を交流電圧信号に変換する。

振動素子１００の第２検出電極４２からの出力信号である交流電荷は、Ｓ２端子、スイッチ２８４及びスイッチ２８６を介してＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎに入力される。Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｎは、入力された交流電荷を交流電圧信号に変換する。

差動アンプ２２２は、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐの出力信号とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎの出力信号とを差動増幅する。

ハイパスフィルター２２３は、差動アンプ２２２の出力信号に含まれる直流成分を減衰させる。

ＡＣアンプ２２４は、ハイパスフィルター２２３の出力信号を増幅する。

同期検波回路２２５は、比較器２１３から出力される方形波電圧信号を検波信号として、ＡＣアンプ２２４の出力信号を同期検波することにより振動素子１００が検出した物理量の信号成分を抽出する。

感度調整アンプ２２６は、同期検波回路２２５の出力信号を、設定された利得で増幅又は減衰し、物理量の検出感度を調整する。

スイッチトキャパシターフィルター２２７は、感度調整アンプ２２６の出力信号をフィルター処理して高周波のノイズ成分を減衰させる。

レシオメトリックアンプ２２８は、スイッチトキャパシターフィルター２２７の出力信号を電源電圧に応じた利得で増幅又は減衰させ、ゼロ点電圧及び検出感度を電源電圧に比例して変化させる。そして、レシオメトリックアンプ２２８の出力信号は、物理量検出信号として、ＶＯ端子を介して図示しない外部装置に出力される。

電圧判定回路２３０Ａは、ＡＧＣ回路２１２から出力される駆動信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。図６に電圧判定回路２３０Ａの構成例を示す。図６の例では、電圧判定回路２３０Ａは、ＡＣアンプ２３１、整流回路２３２、平滑回路２３３及び比較回路２３４を含む。電圧判定回路２３０Ａに入力された信号は、ＡＣアンプ２３１によって増幅された後、整流回路２３２によって全波整流され、さらに平滑回路２３３によって平滑化される。比較回路２３４は、平滑回路２３３によって平滑化された信号の電圧が所定の範囲に含まれるか否か判定し、判定結果を示す電圧判定信号を出力する。例えば、比較回路２３４は、平滑回路２３３によって平滑化された信号の電圧が所定の範囲に含まれる場合にはローレベルとなり、平滑回路２３３によって平滑化された信号の電圧が所定の範囲に含まれない場合にはハイレベルとなる電圧判定信号を出力する。

故障診断回路２４０は、通常動作モードにおいて、電圧判定回路２３０Ａから出力される電圧判定信号に基づいて、駆動回路２１０の故障診断を行い、駆動回路２１０が故障である場合にハイレベルとなる故障診断信号を出力する。具体的には、故障診断回路２４０は、通常動作モードにおいて、電圧判定回路２３０Ａから出力される電圧判定信号がハイレベルになると、故障診断信号をハイレベルに固定するとともに、記憶部２６０に記憶される複数の故障フラグのうちの駆動故障フラグに１を書き込む。故障診断信号は、ＤＩＡＧ端子を介して、図示しない外部装置に出力される。

ここで、故障診断回路２４０は、電圧判定回路２３０Ａから出力される電圧判定信号に基づいて、駆動回路２１０の故障診断を行うが、電圧判定回路２３０Ａから出力される電圧判定信号は、駆動信号が正常か否かを示す信号である。すなわち、本実施形態では、故障診断回路２４０は、駆動信号に基づいて、駆動回路２１０の故障診断を行う。

インターフェース回路２７０は、図示しない外部装置からの要求に応じて記憶部２６０に記憶されているデータを読み出して外部装置に出力する処理や、外部装置から入力されたデータを記憶部２６０に書き込む処理を行う。例えば、外部装置は、ＤＩＡＧ端子から出力される故障診断信号がローレベルからハイレベルに変化すると、インターフェース回路２７０を介して、記憶部２６０に記憶されている複数の故障フラグを読み出し、駆動故障フラグが１であれば、駆動回路２１０が故障であると判断することができる。インターフェース回路２７０は、例えば、ＳＰＩバスのインターフェース回路であり、外部装置から送信された選択信号、クロック信号、データ信号が、それぞれ、ＳＳ端子，ＳＣＫ端子，ＳＩ端子を介して入力され、ＳＯ端子を介してデータ信号を外部装置に出力する。ＳＰＩは、Serial Peripheral Interfaceの略である。なお、インターフェース回路２７０は、ＳＰＩバス以外の各種のバス、例えば、Ｉ^２Ｃバス等に対応するインターフェース回路であってもよい。Ｉ^２Ｃは、Inter-Integrated Circuitの略である。

次に、故障診断モードにおける物理量検出回路２００の動作について説明する。本実施形態では、物理量検出装置１は、通常動作モードにおいて、図示しない外部装置から、ＣＴＬ端子に物理量検出装置１が静止していることを示す静止信号が入力された場合に、故障診断モードに移行する。具体的には、制御回路２５０が、ＣＴＬ端子に静止信号が入力された場合に、物理量検出装置１の動作モードを故障診断モードに切り替える。例えば、制御回路２５０は、ＣＴＬ端子にローレベルの静止信号が所定時間継続して入力された場合に、動作モードを故障診断モードに切り替える。物理量検出装置１が車両に搭載される場合、静止信号は車速パルス信号であってもよい。また、制御回路２５０は、物理量検出装置１の動作モードを起動モードから故障診断モードに切り替え、さらに、故障診断モードから通常動作モードに切り替えてもよい。

物理量検出回路２００は、故障診断モードにおいて、振動素子１００の第１検出電極４０の故障診断及び第２検出電極４２の故障診断を行う。具体的には、物理量検出回路２００は、第１検出電極４０の故障診断を行うために、第１検出電極４０に駆動信号を印加し、振動素子１００に、図５に示した検出モードを励起する。このとき、振動素子１００の駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６は図５の矢印Ｂの方向に振動するとともに、図４の矢印Ａの方向にも振動する。この矢印Ａの方向の振動により、駆動出力電極３２に交流電流が流れるので、物理量検出回路２００は、駆動出力電極３２に流れる電流に基づいて第１検出電極４０の故障診断を行うことができる。同様に、物理量検出回路２００は、第２検出電極４２に駆動信号を印加し、駆動出力電極３２に流れる電流に基づいて第２検出電極４２の故障診断を行うことができる。

図７に、第１検出電極４０及び第２検出電極４２の故障内容と駆動出力電極３２に流れる電流との関係を示す。図７に示すように、第１検出電極４０に駆動信号を印加したとき、第１検出電極４０にオープン又はショートの故障があれば、駆動信号が正しく印加されないので駆動出力電極３２にはほとんど電流が流れず、第１検出電極４０に剥離の故障があれば、抵抗値が上昇して第１検出電極４０に印加される駆動信号が減衰するので、駆動出力電極３２に流れる電流が正常時よりも小さくなる。したがって、物理量検出回路２００は、第１検出電極４０に駆動信号を印加し、駆動出力電極３２に流れる電流に基づいて第１検出電極４０の故障診断を行うことができる。

同様に、第２検出電極４２に駆動信号を印加したとき、第２検出電極４２にオープン又はショートの故障があれば、駆動出力電極３２にはほとんど電流が流れず、第２検出電極４２に剥離の故障があれば、駆動出力電極３２に流れる電流が正常時よりも小さくなる。したがって、物理量検出回路２００は、第２検出電極４２に駆動信号を印加し、駆動出力電極３２に流れる電流に基づいて第２検出電極４２の故障診断を行うことができる。

図８に、故障診断モードにおいて第１検出電極４０の故障診断を行うときのスイッチ２８１～２８６の状態を示す。切替回路２８０は、故障診断モードにおいて、第１検出電極４０の故障診断を行うために、振動素子１００の駆動出力電極３２を故障診断回路２４０と電気的に接続し、振動素子１００の第１検出電極４０を駆動回路２１０と電気的に接続する。具体的には、スイッチ２８１は、スイッチ２８３，２８４とＡＧＣ回路２１２とを接続する。スイッチ２８２は、Ｉ／Ｖ変換回路２１１と電圧判定回路２３０Ｂとを接続する。スイッチ２８３は、Ｓ１端子とスイッチ２８１とを接続する。スイッチ２８４は、Ｓ２端子とスイッチ２８６とを接続する。スイッチ２８５は、グラウンド電圧ＧＮＤの供給線とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｐとを接続する。スイッチ２８６は、グラウンド電圧ＧＮＤの供給線とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎとを接続する。

駆動回路２１０は、故障診断モードにおいて、駆動信号を生成し、振動素子１００の駆動入力電極３０に駆動信号を印加せずに第１検出電極４０に駆動信号を印加する。具体的には、故障診断モードでは、起動回路２１４が動作し、起動回路２１４から出力される発振信号は、ＡＧＣ回路２１２、スイッチ２８１，２８３及びＳ１端子を介して振動素子１００の第１検出電極４０に印加され、振動素子１００に検出モードが励起される。

電圧判定回路２３０Ｂは、故障診断モードにおいて、スイッチ２８２を介して、Ｉ／Ｖ変換回路２１１の出力信号が入力され、Ｉ／Ｖ変換回路２１１の出力信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。なお、電圧判定回路２３０Ｂの構成は、図６に示した電圧判定回路２３０Ａの構成と同様である。

故障診断回路２４０は、電圧判定回路２３０Ｂから出力される電圧判定信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行い、振動素子１００が故障である場合にハイレベルとなる故障診断信号を出力する。具体的には、故障診断回路２４０は、故障診断モードにおいて第１検出電極４０の故障診断を行うときに、電圧判定回路２３０Ｂから出力される電圧判定信号がハイレベルになると、故障診断信号をハイレベルに固定するとともに、記憶部２６０に記憶される複数の故障フラグのうちの第１検出故障フラグに１を書き込む。故障診断信号は、ＤＩＡＧ端子を介して、図示しない外部装置に出力される。例えば、外部装置は、ＤＩＡＧ端子から出力される故障診断信号がローレベルからハイレベルに変化すると、インターフェース回路２７０を介して、記憶部２６０に記憶されている複数の故障フラグを読み出し、第１検出故障フラグが１であり、かつ、駆動故障フラグが０であれば、第１検出電極４０が故障であると判断することができる。

ここで、故障診断回路２４０は、電圧判定回路２３０Ｂから出力される電圧判定信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行うが、電圧判定回路２３０Ｂから出力される電圧判定信号は、駆動出力電極３２からの出力信号に基づくＩ／Ｖ変換回路２１１の出力信号が正常か否かを示す信号である。すなわち、本実施形態では、故障診断回路２４０は、駆動出力電極３２からの出力信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行う。また、駆動出力電極３２からの出力信号の大きさが第１の範囲である場合にＩ／Ｖ変換回路２１１の出力信号の電圧レベルが正常であるとすると、故障診断回路２４０は、駆動出力電極３２からの出力信号の大きさが第１の範囲に含まれない場合に振動素子１００が故障であると診断する。なお、駆動出力電極３２からの出力信号の大きさは、例えば、駆動出力電極３２に流れる交流電流の絶対値の平均値である。

図９に、故障診断モードにおいて第２検出電極４２の故障診断を行うときのスイッチ２８１～２８６の状態を示す。切替回路２８０は、故障診断モードにおいて、第２検出電極４２の故障診断を行うために、振動素子１００の駆動出力電極３２を故障診断回路２４０と電気的に接続し、振動素子１００の第２検出電極４２を駆動回路２１０と電気的に接続する。具体的には、スイッチ２８１は、スイッチ２８３，２８４とＡＧＣ回路２１２とを接続する。スイッチ２８２は、Ｉ／Ｖ変換回路２１１と電圧判定回路２３０Ｂとを接続する。スイッチ２８３は、Ｓ１端子とスイッチ２８５とを接続する。スイッチ２８４は、Ｓ２端子とスイッチ２８１とを接続する。スイッチ２８５は、グラウンド電圧ＧＮＤの供給線とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｐとを接続する。スイッチ２８６は、グラウンド電圧ＧＮＤの供給線とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎとを接続する。

起動回路２１４から出力される発振信号は、ＡＧＣ回路２１２、スイッチ２８１，２８４及びＳ２端子を介して振動素子１００の第２検出電極４２に印加され、振動素子１００に検出モードが励起される。

電圧判定回路２３０Ｂは、故障診断モードにおいて、スイッチ２８２を介して、Ｉ／Ｖ変換回路２１１の出力信号が入力され、Ｉ／Ｖ変換回路２１１の出力信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。

故障診断回路２４０は、故障診断モードにおいて第２検出電極４２の故障診断を行うときに、電圧判定回路２３０Ｂから出力される電圧判定信号がハイレベルになると、故障診断信号をハイレベルに固定するとともに、記憶部２６０に記憶される複数の故障フラグのうちの第２検出故障フラグに１を書き込む。故障診断信号は、ＤＩＡＧ端子を介して、図示しない外部装置に出力される。例えば、外部装置は、ＤＩＡＧ端子から出力される故障診断信号がローレベルからハイレベルに変化すると、インターフェース回路２７０を介して、記憶部２６０に記憶されている複数の故障フラグを読み出し、第２検出故障フラグが１であり、かつ、駆動故障フラグが０であれば、第２検出電極４２が故障であると判断することができる。

なお、図８、図９のいずれの場合も、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐ，２２１Ｎにはグラウンド電圧ＧＮＤが入力されるので、故障診断モードでは、検出回路２２０から出力される物理量検出信号はゼロ点電圧となる。

図１０は、故障診断モードにおいて、Ｓ１端子又はＳ２端子に印加される駆動信号の波形及びＤＧ端子から入力される信号の波形の一例を示す図である。図１０に示すように、Ｓ１端子又はＳ２端子には駆動信号として矩形波の発振信号が印加される。第１検出電極４０が正常の場合は、Ｓ１端子に駆動信号が印加されると振動素子１００に検出モードが励起され、ＤＧ端子から入力される信号の振幅レベルは所定の範囲に含まれる。一方、第１検出電極４０がオープンやショート等の故障の場合は、Ｓ１端子に駆動信号が印加されても振動素子１００に検出モードがほとんど励起されず、また、第１検出電極４０が剥離故障の場合は、振動素子１００に正常時よりも振動が小さい検出モードが励起される。そのため、ＤＧ端子から入力される信号の振幅レベルは正常時よりも小さくなり、所定の範囲から外れる。Ｓ２端子に駆動信号が印加された場合のＤＧ端子の信号波形も同様である。したがって、故障診断回路２４０は、ＤＧ端子から入力される信号の振幅レベルに基づいて、振動素子１００の故障を診断することができる。

図１１は、第１実施形態の物理量検出装置１の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図である。

まず、物理量検出回路２００は、工程Ｓ１において、故障診断モードに移行するまで待機し、故障診断モードに移行すると、工程Ｓ２において、第１検出電極４０に駆動信号を印加する。

次に、工程Ｓ３において、物理量検出回路２００は、駆動出力電極３２からの出力信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行う。

次に、工程Ｓ４において、工程Ｓ３の診断により振動素子１００が故障である場合、工程Ｓ５において、物理量検出回路２００は、第１検出故障フラグに１を書き込み、故障診断信号をハイレベルにする。工程Ｓ４において、工程Ｓ３の診断により振動素子１００が正常である場合は、工程Ｓ５は行われない。

次に、工程Ｓ６において、物理量検出回路２００は、第２検出電極４２に駆動信号を印加する。

次に、工程Ｓ７において、物理量検出回路２００は、駆動出力電極３２からの出力信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行う。

次に、工程Ｓ８において、工程Ｓ７の診断により振動素子１００が故障である場合、工程Ｓ９において、物理量検出回路２００は、第２検出故障フラグに１を書き込み、故障診断信号をハイレベルにする。工程Ｓ８において、工程Ｓ７の診断により振動素子１００が正常である場合は、工程Ｓ９は行われない。

そして、物理量検出回路２００は、工程Ｓ１０において、通常動作モードに移行するまで待機し、通常動作モードに移行すると、工程Ｓ１に戻る。

なお、第１実施形態において、通常動作モードは「第１モード」の一例であり、故障診断モードは「第２モード」の一例である。また、第１検出電極４０又は第２検出電極４２は「第１電極」の一例であり、第１検出振動腕１３０又は第２検出振動腕１３２は「第１振動腕」の一例である。また、駆動出力電極３２は「第２電極」の一例であり、第１駆動振動腕１２０及び第２駆動振動腕１２２は「第２振動腕」の一例である。また、ＣＴＬ端子は、「入力端子」の一例である。

以上に説明したように、第１実施形態の物理量検出装置１及びその故障診断方法では、通常動作モードにおいて、駆動回路２１０が振動素子１００の第１駆動振動腕１２０及び第２駆動振動腕１２２に設けられた駆動出力電極３２からの出力信号に基づいて駆動信号を生成して振動素子１００に印加し、検出回路２２０が第１検出振動腕１３０に設けられた第１検出電極４０からの出力信号及び第２検出振動腕１３２に設けられた第２検出電極４２からの出力信号に基づいて物理量検出信号を生成する。

また、故障診断モードにおいて、駆動回路２１０が第１検出電極４０に駆動信号を印加することにより、第１検出電極４０が正常であれば第１検出振動腕１３０が所定の振幅で振動し、第１検出振動腕１３０が振動することにより第１駆動振動腕１２０及び第２駆動振動腕１２２の振動が励起される。同様に、駆動回路２１０が第２検出電極４２に駆動信号を印加することにより、第２検出電極４２が正常であれば第２検出振動腕１３２が所定の振幅で振動し、第２検出振動腕１３２が振動することにより第１駆動振動腕１２０及び第２駆動振動腕１２２の振動が励起される。

一方、駆動回路２１０が第１検出電極４０に駆動信号を印加しても、第１検出電極４０にオープンやショート等の故障があれば第１検出振動腕１３０がほとんど振動しないため第１駆動振動腕１２０及び第２駆動振動腕１２２の振動がほとんど励起されず、あるいは、第１検出電極４０が剥離していれば、第１検出振動腕１３０が所定の振幅よりも小さい振幅で振動するので、第１駆動振動腕１２０及び第２駆動振動腕１２２に励起される振動も小さくなる。同様に、駆動回路２１０が第２検出電極４２に駆動信号を印加しても、第２検出電極４２にオープンやショート等の故障があれば第２検出振動腕１３２がほとんど振動しないため第１駆動振動腕１２０及び第２駆動振動腕１２２の振動がほとんど励起されず、あるいは、第２検出電極４２が剥離していれば、第２検出振動腕１３２が所定の振幅よりも小さい振幅で振動するので、第１駆動振動腕１２０及び第２駆動振動腕１２２に励起される振動も小さくなる。そのため、故障診断回路２４０は、第１駆動振動腕１２０及び第２駆動振動腕１２２に設けられた駆動出力電極３２からの出力信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行うことができる。

具体的には、第１検出電極４０が正常である場合に駆動出力電極３２からの出力信号の大きさが第１の範囲であるとすると、例えば、第１検出電極４０にオープン、ショート又は剥離の故障が発生した場合には、駆動出力電極３２からの出力信号の大きさが第１の範囲の下限値よりも小さくなるので、故障診断回路２４０は振動素子１００が故障であると診断することができる。同様に、第２検出電極４２が正常である場合に駆動出力電極３２からの出力信号の大きさが第１の範囲であるとすると、例えば、第２検出電極４２にオープン、ショート又は剥離の故障が発生した場合には、駆動出力電極３２からの出力信号の大きさが第１の範囲の下限値よりも小さくなるので、故障診断回路２４０は振動素子１００が故障であると診断することができる。

そして、この故障診断は、振動素子１００の駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６から第１検出電極４０及び第２検出電極４２に漏れる駆動振動を利用するものではないので、第１検出電極４０及び第２検出電極４２に振動漏れがほとんど生じないようにチューニングされた振動素子１００を用いることができる。その結果、通常動作モードにおいて、検出回路２２０が第１検出電極４０からの出力信号及び第２検出電極４２からの出力信号に基づいて生成する物理量検出信号において、振動漏れに起因するノイズ成分が低減されるので、物理量検出信号のＳ／Ｎ比の悪化が低減される。したがって、第１実施形態の物理量検出装置１及びその故障診断方法によれば、振動漏れに起因するノイズの影響を低減するとともに振動素子１００の故障診断を行うことができる。

また、第１実施形態の物理量検出装置１及びその故障診断方法では、通常動作モードにおいて、故障診断回路２４０は、駆動信号に基づいて駆動回路２１０の故障診断を行う。したがって、第１実施形態の物理量検出装置１及びその故障診断方法によれば、故障診断回路２４０が、通常動作モードにおいて駆動回路２１０に故障がないと判断し、かつ、故障診断モードにおいて振動素子１００に故障がないと診断した場合、例えば、外部装置は、駆動回路２１０も振動素子１００も正常であると判断することができる。また、故障診断回路２４０が、通常動作モードにおいて駆動回路２１０に故障がないと診断し、かつ、故障診断モードにおいて振動素子１００が故障であると診断した場合、例えば、外部装置は、駆動回路２１０は正常であるが、振動素子１００は故障であると判断することができる。また、故障診断回路２４０が、通常動作モードにおいて駆動回路２１０が故障であると診断し、かつ、故障診断モードにおいて振動素子１００が故障であると診断した場合、例えば、外部装置は、駆動回路２１０は故障であるが、振動素子１００の故障は疑似的であって実際には正常の可能性が高いと判断することができる。

また、第１実施形態の物理量検出装置１及びその故障診断方法によれば、通常動作モードにおいて、ＣＴＬ端子に物理量検出装置１が静止していることを示す静止信号が入力された場合に、故障診断モードに移行するので、故障診断回路２４０は、故障診断モードにおいて、振動素子１００に加わる角速度の影響を排除して振動素子１００の故障診断を行うことができる。

２．第２実施形態
第２実施形態の物理量検出装置１について、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、第１実施形態と重複する説明は省略または簡略し、主に第１実施形態と異なる内容について説明する。

図１２は、第２実施形態の物理量検出装置の機能ブロック図である。第２実施形態の物理量検出装置１は、振動素子１００と、物理量検出回路２００と、を備える。振動素子１００の構成及び機能は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

物理量検出回路２００は、駆動回路２１０、検出回路２２０、電圧判定回路２３０Ａ、電圧判定回路２３０Ｃ、故障診断回路２４０、制御回路２５０、記憶部２６０、インターフェース回路２７０及び切替回路２８０を備える。駆動回路２１０、検出回路２２０、電圧判定回路２３０Ａ、制御回路２５０、記憶部２６０及びインターフェース回路２７０の機能は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

切替回路２８０は、スイッチ２８１，２８３，２８４，２８７～２９０を含み、起動モード及び通常動作モードにおいて、振動素子１００の駆動入力電極３０を駆動回路２１０と電気的に接続し、振動素子１００の第１検出電極４０及び第２検出電極４２を検出回路２２０と電気的に接続する。図１２では、起動モード及び通常動作モードにおけるスイッチ２８１，２８３，２８４，２８７～２９０の状態が示されている。具体的には、スイッチ２８１は、ＤＳ端子とＡＧＣ回路２１２とを接続する。スイッチ２８３は、Ｓ１端子とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｐとを接続する。スイッチ２８４は、Ｓ２端子とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎとを接続する。スイッチ２８７は、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐと差動アンプ２２２とを接続する。スイッチ２８８は、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｎと差動アンプ２２２とを接続する。スイッチ２８９は、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｎとスイッチ２９０とを接続する。スイッチ２９０は、スイッチ２８９と電圧判定回路２３０Ｃとの接続を切断する。

起動モード及び通常動作モードにおける物理量検出回路２００の動作は、第１実施形態と同様である。

すなわち、駆動回路２１０は、起動モードおいて、起動回路２１４から出力される発振信号を駆動信号として、振動素子１００の駆動入力電極３０に印加する。また、駆動回路２１０は、通常動作モードおいて、振動素子１００の駆動出力電極３２からの出力信号に基づいて駆動信号を生成し、振動素子１００の駆動入力電極３０に駆動信号を印加する。

また、検出回路２２０は、通常動作モードおいて、Ｓ１端子を介して入力される信号及びＳ２端子を介して入力される信号に基づいて、振動素子１００が検出した物理量に応じた物理量検出信号を生成する。すなわち、検出回路２２０は、通常動作モードおいて、第１検出電極４０からの出力信号及び第２検出電極４２からの出力信号に基づいて、物理量検出信号を生成する。

また、故障診断回路２４０は、通常動作モードにおいて、電圧判定回路２３０Ａから出力される電圧判定信号に基づいて、駆動回路２１０の故障診断を行い、駆動回路２１０が故障である場合にハイレベルとなる故障診断信号を出力するとともに、記憶部２６０に記憶される駆動故障フラグに１を書き込む。

第２実施形態でも、第１実施形態と同様、物理量検出装置１は、通常動作モードにおいて、図示しない外部装置から、ＣＴＬ端子に物理量検出装置１が静止していることを示す静止信号が入力された場合に、制御回路２５０が物理量検出装置１の動作モードを故障診断モードに切り替え、故障診断モードに移行する。また、制御回路２５０は、物理量検出装置１の動作モードを起動モードから故障診断モードに切り替え、さらに、故障診断モードから通常動作モードに切り替えてもよい。

物理量検出回路２００は、故障診断モードにおいて、振動素子１００の第１検出電極４０の故障診断及び第２検出電極４２の故障診断を行う。具体的には、物理量検出回路２００は、第１検出電極４０の故障診断を行うために、第１検出電極４０に駆動信号を印加し、振動素子１００に、図５に示した検出モードを励起する。このとき、振動素子１００の第２検出振動腕１３２は図５の矢印Ｃの方向に振動する。この矢印Ｃの方向の振動により、第２検出電極４２に交流電荷が発生するので、物理量検出回路２００は、第２検出電極４２から出力される電荷に基づいて第１検出電極４０の故障診断を行うことができる。同様に、物理量検出回路２００は、第２検出電極４２に駆動信号を印加し、第１検出電極４０から出力される電荷に基づいて第２検出電極４２の故障診断を行うことができる。

図１３に、第１検出電極４０の故障内容と第２検出電極４２に発生する電荷との関係及び第２検出電極４２の故障内容と第１検出電極４０に発生する電荷との関係を示す。図１３に示すように、第１検出電極４０に駆動信号を印加したとき、第１検出電極４０にオープン又はショートの故障があれば、駆動信号が正しく印加されないので第２検出電極４２にはほとんど電荷が発生せず、第１検出電極４０に剥離の故障があれば、抵抗値が上昇して第１検出電極４０に印加される駆動信号が減衰するので、第２検出電極４２に発生する電荷が正常時よりも小さくなる。したがって、物理量検出回路２００は、第１検出電極４０に駆動信号を印加し、第２検出電極４２から出力される電荷に基づいて第１検出電極４０の故障診断を行うことができる。

同様に、第２検出電極４２に駆動信号を印加したとき、第２検出電極４２にオープン又はショートの故障があれば、第１検出電極４０にはほとんど電荷が発生せず、第２検出電極４２に剥離の故障があれば、第１検出電極４０に発生する電荷が正常時よりも小さくなる。したがって、物理量検出回路２００は、第２検出電極４２に駆動信号を印加し、第１検出電極４０から出力される電荷に基づいて第２検出電極４２の故障診断を行うことができる。

図１４に、故障診断モードにおいて第１検出電極４０の故障診断を行うときのスイッチ２８１，２８３，２８４，２８７～２９０の状態を示す。切替回路２８０は、故障診断モードにおいて、第１検出電極４０の故障診断を行うために、振動素子１００の第２検出電極４２を故障診断回路２４０と電気的に接続し、振動素子１００の第１検出電極４０を駆動回路２１０と電気的に接続する。具体的には、スイッチ２８１は、スイッチ２８３，２８４とＡＧＣ回路２１２とを接続する。スイッチ２８３は、Ｓ１端子とスイッチ２８１とを接続する。スイッチ２８４は、Ｓ２端子とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎとを接続する。スイッチ２８７は、グラウンド電圧ＧＮＤの供給線と差動アンプ２２２とを接続する。スイッチ２８８は、グラウンド電圧ＧＮＤの供給線と差動アンプ２２２とを接続する。スイッチ２８９は、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｎとスイッチ２９０とを接続する。スイッチ２９０は、スイッチ２８９と電圧判定回路２３０Ｃとを接続する。

駆動回路２１０は、故障診断モードにおいて、駆動信号を生成し、振動素子１００の駆動入力電極３０に駆動信号を印加せずに第１検出電極４０に駆動信号を印加する。具体的には、故障診断モードでは、起動回路２１４が動作し、起動回路２１４から出力される発振信号は、ＡＧＣ回路２１２、スイッチ２８１，２８３及びＳ１端子を介して振動素子１００の第１検出電極４０に印加され、振動素子１００に検出モードが励起される。

電圧判定回路２３０Ｃは、故障診断モードにおいて、スイッチ２８９，２９０を介して、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｎの出力信号が入力され、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｎの出力信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。なお、電圧判定回路２３０Ｃの構成は、図６に示した電圧判定回路２３０Ａ，２３０Ｂの構成と同様である。

故障診断回路２４０は、電圧判定回路２３０Ｃから出力される電圧判定信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行い、振動素子１００が故障である場合にハイレベルとなる故障診断信号を出力する。具体的には、故障診断回路２４０は、故障診断モードにおいて第１検出電極４０の故障診断を行うときに、電圧判定回路２３０Ｃから出力される電圧判定信号がハイレベルになると、故障診断信号をハイレベルに固定するとともに、記憶部２６０に記憶される複数の故障フラグのうちの第１検出故障フラグに１を書き込む。例えば、外部装置は、ＤＩＡＧ端子から出力される故障診断信号がローレベルからハイレベルに変化すると、インターフェース回路２７０を介して、記憶部２６０に記憶されている複数の故障フラグを読み出し、第１検出故障フラグが１であれば、第１検出電極４０が故障であると判断することができる。

ここで、故障診断回路２４０は、電圧判定回路２３０Ｃから出力される電圧判定信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行うが、電圧判定回路２３０Ｃから出力される電圧判定信号は、第２検出電極４２からの出力信号に基づくＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎの出力信号が正常か否かを示す信号である。すなわち、本実施形態では、故障診断回路２４０は、第２検出電極４２からの出力信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行う。また、第２検出電極４２からの出力信号の大きさが第１の範囲である場合にＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎの出力信号の電圧レベルが正常であるとすると、故障診断回路２４０は、第２検出電極４２からの出力信号の大きさが第１の範囲に含まれない場合に振動素子１００が故障であると診断する。なお、第２検出電極４２からの出力信号の大きさは、例えば、第２検出電極４２に発生する交流電荷の絶対値の平均値である。

図１５に、故障診断モードにおいて第２検出電極４２の故障診断を行うときのスイッチ２８１，２８３，２８４，２８７～２９０の状態を示す。切替回路２８０は、故障診断モードにおいて、第２検出電極４２の故障診断を行うために、振動素子１００の第１検出電極４０を故障診断回路２４０と電気的に接続し、振動素子１００の第２検出電極４２を駆動回路２１０と電気的に接続する。具体的には、スイッチ２８１は、スイッチ２８３，２８４とＡＧＣ回路２１２とを接続する。スイッチ２８３は、Ｓ１端子とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｐとを接続する。スイッチ２８４は、Ｓ２端子とスイッチ２８１とを接続する。スイッチ２８７は、グラウンド電圧ＧＮＤの供給線と差動アンプ２２２とを接続する。スイッチ２８８は、グラウンド電圧ＧＮＤの供給線と差動アンプ２２２とを接続する。スイッチ２８９は、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐとスイッチ２９０とを接続する。スイッチ２９０は、スイッチ２８９と電圧判定回路２３０Ｃとを接続する。

起動回路２１４から出力される発振信号は、ＡＧＣ回路２１２、スイッチ２８１，２８４及びＳ２端子を介して振動素子１００の第２検出電極４２に印加され、振動素子１００に検出モードが励起される。

電圧判定回路２３０Ｃは、故障診断モードにおいて、スイッチ２８９，２９０を介して、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐの出力信号が入力され、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐの出力信号の電圧レベルが正常か否かを示す電圧判定信号を出力する。

故障診断回路２４０は、故障診断モードにおいて第２検出電極４２の故障診断を行うときに、電圧判定回路２３０Ｃから出力される電圧判定信号がハイレベルになると、故障診断信号をハイレベルに固定するとともに、記憶部２６０に記憶される複数の故障フラグのうちの第２検出故障フラグに１を書き込む。例えば、外部装置は、ＤＩＡＧ端子から出力される故障診断信号がローレベルからハイレベルに変化すると、インターフェース回路２７０を介して、記憶部２６０に記憶されている複数の故障フラグを読み出し、第２検出故障フラグが１であれば、第２検出電極４２が故障であると判断することができる。

ここで、故障診断回路２４０は、電圧判定回路２３０Ｃから出力される電圧判定信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行うが、電圧判定回路２３０Ｃから出力される電圧判定信号は、第１検出電極４０からの出力信号に基づくＱ／Ｖ変換回路２２１Ｐの出力信号が正常か否かを示す信号である。すなわち、本実施形態では、故障診断回路２４０は、第１検出電極４０からの出力信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行う。また、第１検出電極４０からの出力信号の大きさが第１の範囲である場合にＱ／Ｖ変換回路２２１Ｐの出力信号の電圧レベルが正常であるとすると、故障診断回路２４０は、第１検出電極４０からの出力信号の大きさが第１の範囲に含まれない場合に振動素子１００が故障であると診断する。なお、第１検出電極４０からの出力信号の大きさは、例えば、第１検出電極４０に発生する交流電荷の絶対値の平均値である。

なお、図１４、図１５のいずれの場合も、差動アンプ２２２の２つの入力端子にはグラウンド電圧ＧＮＤが入力されるので、故障診断モードでは、検出回路２２０から出力される物理量検出信号はゼロ点電圧となる。

図１６は、故障診断モードにおいて、Ｓ１端子又はＳ２端子に印加される駆動信号の波形及びＳ２端子又はＳ１端子から入力される信号の波形の一例を示す図である。図１６に示すように、Ｓ１端子又はＳ２端子には駆動信号として矩形波の発振信号が印加される。振動素子１００が正常の場合は、Ｓ２端子又はＳ１端子から入力される信号の振幅レベルは所定の範囲に含まれるが、振動素子１００が故障している場合は、Ｓ２端子又はＳ１端子から入力される信号の振幅レベルは正常時よりも小さくなり、所定の範囲から外れる。

図１７は、第２実施形態の物理量検出装置１の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図である。

まず、物理量検出回路２００は、工程Ｓ１１において、故障診断モードに移行するまで待機し、故障診断モードに移行すると、工程Ｓ１２において、第１検出電極４０に駆動信号を印加する。

次に、工程Ｓ１３において、物理量検出回路２００は、第２検出電極４２からの出力信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行う。

次に、工程Ｓ１４において、工程Ｓ１３の診断により振動素子１００が故障である場合、工程Ｓ１５において、物理量検出回路２００は、第１検出故障フラグに１を書き込み、故障診断信号をハイレベルにする。工程Ｓ１４において、工程Ｓ１３の診断により振動素子１００が正常である場合は、工程Ｓ１５は行われない。

次に、工程Ｓ１６において、物理量検出回路２００は、第２検出電極４２に駆動信号を印加する。

次に、工程Ｓ１７において、物理量検出回路２００は、第１検出電極４０からの出力信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行う。

次に、工程Ｓ１８において、工程Ｓ１７の診断により振動素子１００が故障である場合、工程Ｓ１９において、物理量検出回路２００は、第２検出故障フラグに１を書き込み、故障診断信号をハイレベルにする。工程Ｓ１８において、工程Ｓ１７の診断により振動素子１００が正常である場合は、工程Ｓ１９は行われない。

そして、物理量検出回路２００は、工程Ｓ２０において、通常動作モードに移行するまで待機し、通常動作モードに移行すると、工程Ｓ１１に戻る。

なお、第２実施形態において、通常動作モードは「第１モード」の一例であり、故障診断モードは「第２モード」の一例である。また、第１検出電極４０は「第１電極」の一例であり、第１検出振動腕１３０は「第１振動腕」の一例である。また、第２検出電極４２は「第２電極」の一例であり、第２検出振動腕１３２は「第２振動腕」の一例である。あるいは、第２検出電極４２は「第１電極」の他の一例であり、第２検出振動腕１３２は「第１振動腕」の他の一例である。また、第１検出電極４０は「第２電極」の他の一例であり、第１検出振動腕１３０は「第２振動腕」の他の一例である。また、ＣＴＬ端子は、「入力端子」の一例である。

以上に説明したように、第２実施形態の物理量検出装置１及びその故障診断方法では、通常動作モードにおいて、駆動回路２１０が振動素子１００の第１駆動振動腕１２０及び第２駆動振動腕１２２に設けられた駆動出力電極３２からの出力信号に基づいて駆動信号を生成して振動素子１００に印加し、検出回路２２０が第１検出振動腕１３０に設けられた第１検出電極４０からの出力信号及び第２検出振動腕１３２に設けられた第２検出電極４２からの出力信号に基づいて物理量検出信号を生成する。

また、故障診断モードにおいて、駆動回路２１０が第１検出電極４０に駆動信号を印加することにより、第１検出電極４０が正常であれば第１検出振動腕１３０が所定の振幅で振動し、第１検出振動腕１３０が振動することにより第２検出振動腕１３２の振動が励起される。同様に、駆動回路２１０が第２検出電極４２に駆動信号を印加することにより、第２検出電極４２が正常であれば第２検出振動腕１３２が所定の振幅で振動し、第２検出振動腕１３２が振動することにより第１検出振動腕１３０の振動が励起される。

一方、駆動回路２１０が第１検出電極４０に駆動信号を印加しても、第１検出電極４０にオープンやショート等の故障があれば第１検出振動腕１３０がほとんど振動しないため第２検出振動腕１３２の振動がほとんど励起されず、あるいは、第１検出電極４０が剥離していれば、第１検出振動腕１３０が所定の振幅よりも小さい振幅で振動するので、第２検出振動腕１３２に励起される振動も小さくなる。同様に、駆動回路２１０が第２検出電極４２に駆動信号を印加しても、第２検出電極４２にオープンやショート等の故障があれば第２検出振動腕１３２がほとんど振動しないため第１検出振動腕１３０の振動がほとんど励起されず、あるいは、第２検出電極４２が剥離していれば、第２検出振動腕１３２が所定の振幅よりも小さい振幅で振動するので、第１検出振動腕１３０に励起される振動も小さくなる。そのため、故障診断回路２４０は、第１検出振動腕１３０に設けられた第１検出電極４０からの出力信号及び第２検出振動腕１３２に設けられた第２検出電極４２からの出力信号に基づいて、振動素子１００の故障診断を行うことができる。

具体的には、第１検出電極４０が正常である場合に第２検出電極４２からの出力信号の大きさが第１の範囲であるとすると、例えば、第１検出電極４０にオープン、ショート又は剥離の故障が発生した場合には、第２検出電極４２からの出力信号の大きさが第１の範囲の下限値よりも小さくなるので、故障診断回路２４０は振動素子１００が故障であると診断することができる。同様に、第２検出電極４２が正常である場合に第１検出電極４０からの出力信号の大きさが第１の範囲であるとすると、例えば、第２検出電極４２にオープン、ショート又は剥離の故障が発生した場合には、第１検出電極４０からの出力信号の大きさが第１の範囲の下限値よりも小さくなるので、故障診断回路２４０は振動素子１００が故障であると診断することができる。

そして、この故障診断は、振動素子１００の駆動振動腕１２０，１２２，１２４，１２６から第１検出電極４０及び第２検出電極４２に漏れる駆動振動を利用するものではないので、第１検出電極４０及び第２検出電極４２に振動漏れがほとんど生じないようにチューニングされた振動素子１００を用いることができる。その結果、通常動作モードにおいて、検出回路２２０が第１検出電極４０からの出力信号及び第２検出電極４２からの出力信号に基づいて生成する物理量検出信号において、振動漏れに起因するノイズ成分が低減されるので、物理量検出信号のＳ／Ｎ比の悪化が低減される。したがって、第２実施形態の物理量検出装置１及びその故障診断方法によれば、振動漏れに起因するノイズの影響を低減するとともに振動素子１００の故障診断を行うことができる。

また、第１実施形態と同様、第２実施形態の物理量検出装置１及びその故障診断方法によれば、故障診断回路２４０が、通常動作モードにおいて駆動回路２１０に故障がないと判断し、かつ、故障診断モードにおいて振動素子１００に故障がないと診断した場合、例えば、外部装置は、駆動回路２１０も振動素子１００も正常であると判断することができる。また、故障診断回路２４０が、通常動作モードにおいて駆動回路２１０に故障がないと診断し、かつ、故障診断モードにおいて振動素子１００が故障であると診断した場合、例えば、外部装置は、駆動回路２１０は正常であるが、振動素子１００は故障であると判断することができる。また、故障診断回路２４０が、通常動作モードにおいて駆動回路２１０が故障であると診断し、かつ、故障診断モードにおいて振動素子１００が故障であると診断した場合、例えば、外部装置は、駆動回路２１０は故障であるが、振動素子１００の故障は疑似的であって実際には正常の可能性が高いと判断することができる。

また、第１実施形態と同様、第２実施形態の物理量検出装置１及びその故障診断方法によれば、通常動作モードにおいて、ＣＴＬ端子に物理量検出装置１が静止していることを示す静止信号が入力された場合に、故障診断モードに移行するので、故障診断回路２４０は、故障診断モードにおいて、振動素子１００に加わる角速度の影響を排除して振動素子１００の故障診断を行うことができる。

３．変形例
上記の各実施形態では、物理量検出装置１として、角速度を検出する振動素子１００を含む角速度検出装置を例に挙げたが、振動素子１００が検出する物理量は、角速度に限らず、角加速度、加速度、速度、力などであってもよい。

また、振動素子１００の振動片は、ダブルＴ型でなくてもよく、例えば、平面形状がＨ型であってもよいし、音叉型やくし歯型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型であってもよい。

また、振動素子１００の振動片の材料としては、水晶（ＳｉＯ₂）の代わりに、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いてもよい。

また、上記の各実施形態では、物理量検出装置１として、１つの振動素子１００を備えた１軸センサーを例に挙げたが、物理量検出装置１は、複数の振動素子１００を備えた多軸センサーであってもよい。例えば、物理量検出装置１は、互いに異なる３軸周りの角速度を検出する３つの振動素子を備えた３軸ジャイロセンサーであってもよいし、角速度を検出する振動素子と、加速度を検出する振動素子とを備えた複合センサーであってもよい。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。

物理量検出装置の一態様は、
第１振動腕及び第２振動腕を含む圧電体と、前記第１振動腕に設けられた第１電極と、前記第２振動腕に設けられた第２電極と、を有する振動素子と、
前記振動素子に駆動信号を印加する駆動回路と、
前記第１電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子が検出した物理量に応じた物理量検出信号を生成する検出回路と、
前記第２電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子の故障診断を行う故障診断回路と、
第１モードにおいて前記第１電極を前記検出回路と電気的に接続し、第２モードにおいて前記第１電極を前記駆動回路と電気的に接続する切替回路と、を備え、
前記駆動回路は、
前記第２モードにおいて、前記第１電極に前記駆動信号を印加する。

この物理量検出装置では、第２モードにおいて、駆動回路が第１電極に駆動信号を印加することにより、第１電極が正常であれば第１振動腕が所定の振幅で振動し、第１振動腕が振動することにより第２振動腕の振動が励起される。一方、駆動回路が第１電極に駆動信号を印加しても、第１電極にオープンやショート等の故障があれば第１振動腕がほとんど振動しないため第２振動腕の振動がほとんど励起されず、あるいは、第１電極が剥離していれば、第１振動腕が所定の振幅よりも小さい振幅で振動するので、第２振動腕に励起される振動も小さくなる。そのため、故障診断回路は、第２振動腕に設けられた第２電極からの出力信号に基づいて、振動素子の故障診断を行うことができる。そして、この故障診断は、第１電極に漏れる駆動振動を利用するものではないので、第１電極に振動漏れがほとんど生じないようにチューニングされた振動素子を用いることができる。その結果、第１モードにおいて、検出回路が第１電極からの出力信号に基づいて生成する物理量検出信号において、振動漏れに起因するノイズ成分が低減されるので、物理量検出信号のＳ／Ｎ比の悪化が低減される。したがって、この物理量検出装置によれば、振動漏れに起因するノイズの影響を低減するとともに振動素子の故障診断を行うことができる。

前記物理量検出装置の一態様において、
前記第１電極は、第１検出電極であり、
前記第２電極は、駆動出力電極であり、
前記切替回路は、
前記第１モードにおいて前記駆動出力電極を前記駆動回路と電気的に接続し、前記第２モードにおいて前記駆動出力電極を前記故障診断回路と電気的に接続し、
前記駆動回路は、
前記第１モードにおいて、前記駆動出力電極からの出力信号に基づいて前記駆動信号を生成してもよい。

この物理量検出装置によれば、第１モードにおいて、駆動回路が駆動出力電極からの出力信号に基づいて駆動信号を生成して振動素子に印加し、検出回路が第１検出電極からの出力信号に基づいて物理量検出信号を生成することができる。また、この物理量検出装置によれば、第２モードにおいて、駆動回路が第１検出電極に駆動信号を印加し、故障診断回路が駆動出力電極からの出力信号に基づいて、振動素子の故障診断を行うことができる。

前記物理量検出装置の一態様において、
互いに直交する３軸を第１軸、第２軸および第３軸としたとき、
前記振動素子の厚さ方向が前記第３軸に沿い、
前記振動素子は、
基部と、
前記基部から前記第２軸に沿って延出している第１検出振動腕と、
前記基部から前記第１軸に沿って互いに反対方向に延出している第１連結腕及び第２連結腕と、
前記第１連結腕の先端部から前記第２軸に沿って互いに反対方向に延出している第１駆動振動腕及び第２駆動振動腕と、
前記第２連結腕の先端部から前記第２軸に沿って互いに反対方向に延出している第３駆動振動腕及び第４駆動振動腕と、を有し、
前記第１振動腕は、前記第１検出振動腕であり、
前記第２振動腕は、前記第１駆動振動腕及び前記第２駆動振動腕であってもよい。

この物理量検出装置によれば、第１モードにおいて、駆動回路が第１駆動振動腕及び第２駆動振動腕に設けられた駆動出力電極からの出力信号に基づいて駆動信号を生成して振動素子に印加し、検出回路が第１検出振動腕に設けられた第１検出電極からの出力信号に基づいて物理量検出信号を生成することができる。また、この物理量検出装置によれば、第２モードにおいて、駆動回路が第１検出振動腕に設けられた第１検出電極に駆動信号を印加し、故障診断回路が第１駆動振動腕及び前記第２駆動振動腕に設けられた駆動出力電極からの出力信号に基づいて、振動素子の故障診断を行うことができる。

前記物理量検出装置の一態様において、
前記第１電極は、第１検出電極であり、
前記第２電極は、第２検出電極であり、
前記切替回路は、
前記第１モードにおいて前記第２検出電極を前記検出回路と電気的に接続し、前記第２モードにおいて前記第２検出電極を前記故障診断回路と電気的に接続し、
前記検出回路は、
前記第１モードにおいて、前記第１検出電極からの出力信号及び前記第２検出電極からの出力信号に基づいて、前記物理量検出信号を生成してもよい。

この物理量検出装置によれば、第１モードにおいて、駆動回路が駆動信号を振動素子に印加し、検出回路が第１検出電極からの出力信号及び第２検出電極からの出力信号に基づいて物理量検出信号を生成することができる。また、この物理量検出装置によれば、第２モードにおいて、駆動回路が第１検出電極に駆動信号を印加し、故障診断回路が第２検出電極からの出力信号に基づいて、振動素子の故障診断を行うことができる。

前記物理量検出装置の一態様において、
互いに直交する３軸を第１軸、第２軸および第３軸としたとき、
前記振動素子の厚さ方向が前記第３軸に沿い、
前記振動素子は、
基部と、
前記基部から前記第２軸に沿って互いに反対方向に延出している第１検出振動腕および第２検出振動腕と、
前記基部から前記第１軸に沿って互いに反対方向に延出している第１連結腕及び第２連結腕と、
前記第１連結腕の先端部から前記第２軸に沿って互いに反対方向に延出している第１駆動振動腕及び第２駆動振動腕と、
前記第２連結腕の先端部から前記第２軸に沿って互いに反対方向に延出している第３駆動振動腕及び第４駆動振動腕と、を有し、
前記第１振動腕は、前記第１検出振動腕であり、
前記第２振動腕は、前記第２検出振動腕であってもよい。

この物理量検出装置によれば、第１モードにおいて、駆動回路が駆動信号を振動素子に印加し、検出回路が第１検出振動腕に設けられた第１検出電極からの出力信号及び第２検出振動腕に設けられた第２検出電極からの出力信号に基づいて物理量検出信号を生成することができる。また、この物理量検出装置によれば、第２モードにおいて、駆動回路が第１検出振動腕に設けられた第１検出電極に駆動信号を印加し、故障診断回路が第２検出振動腕に設けられた第２検出電極からの出力信号に基づいて、振動素子の故障診断を行うことができる。

前記物理量検出装置の一態様において、
前記故障診断回路は、前記第２電極からの出力信号の大きさが第１の範囲に含まれない場合に前記振動素子が故障であると診断してもよい。

この物理量検出装置によれば、第１電極が正常である場合に第２電極からの出力信号の大きさが第１の範囲であるとすると、例えば、第１電極にオープン、ショート又は剥離の故障が発生した場合には、第２電極からの出力信号の大きさが第１の範囲の下限値よりも小さくなるので、故障診断回路は振動素子が故障であると診断することができる。

前記物理量検出装置の一態様において、
前記故障診断回路は、前記駆動信号に基づいて、前記駆動回路の故障診断を行ってもよい。

この物理量検出装置によれば、故障診断回路が、駆動回路に故障がなく、かつ、振動素子に故障がないと診断した場合、例えば、外部装置は、駆動回路も振動素子も正常であると判断することができる。また、故障診断回路が、駆動回路に故障がなく、かつ、振動素子が故障であると診断した場合、例えば、外部装置は、駆動回路は正常であるが、振動素子は故障であると判断することができる。また、故障診断回路が、駆動回路が故障であり、かつ、振動素子が故障であると診断した場合、例えば、外部装置は、駆動回路は故障であるが、振動素子の故障は疑似的であって実際には正常の可能性が高いと判断することができる。

前記物理量検出装置の一態様は、
入力端子を備え、
前記第１モードにおいて、前記入力端子に前記物理量検出装置が静止していることを示す静止信号が入力された場合に、前記第２モードに移行してもよい。

この物理量検出装置によれば、第２モードにおいて、振動素子に加わる物理量の影響を排除して振動素子の故障診断を行うことができる。

物理量検出装置の故障診断方法の一態様は、
第１振動腕及び第２振動腕を含む圧電体と、前記第１振動腕に設けられた第１電極と、前記第２振動腕に設けられた第２電極と、を有する振動素子と、
前記振動素子に駆動信号を印加する駆動回路と、
前記第１電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子が検出した物理量に応じた物理量検出信号を生成する検出回路と、
を備える物理量検出装置の故障診断方法であって、
前記第１電極に前記駆動信号を印加する工程と、
前記第２電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子の故障診断を行う工程と、を含む。

この物理量検出装置の故障診断方法では、第１電極に駆動信号を印加することにより、第１電極が正常であれば第１振動腕が所定の振幅で振動し、第１振動腕が振動することにより第２振動腕の振動が励起される。一方、第１電極に駆動信号を印加しても、第１電極にオープンやショート等の故障があれば第１振動腕がほとんど振動しないため第２振動腕の振動がほとんど励起されず、あるいは、第１電極が剥離していれば、第１振動腕が所定の振幅よりも小さい振幅で振動するので、第２振動腕に励起される振動も小さくなる。そのため、第２振動腕に設けられた第２電極からの出力信号に基づいて、振動素子の故障診断を行うことができる。そして、この故障診断は、第１電極に漏れる駆動振動を利用するものではないので、第１電極に振動漏れがほとんど生じないようにチューニングされた振動素子を用いることができる。その結果、検出回路が第１電極からの出力信号に基づいて生成する物理量検出信号において、振動漏れに起因するノイズ成分が低減されるので、物理量検出信号のＳ／Ｎ比の悪化が低減される。したがって、この物理量検出装置の故障診断方法によれば、振動漏れに起因するノイズの影響を低減するとともに振動素子の故障診断を行うことができる。

１…物理量検出装置、２ａ…第１主面、２ｂ…第２主面、３…側面、５…幅広部、１０…基部、３０…駆動入力電極、３２…駆動出力電極、４０…第１検出電極、４２…第２検出電極、４４…第３検出電極、４６…第４検出電極、５０…駆動入力配線、５０ａ…端子部、５２…駆動出力配線、５２ａ…端子部、６０…第１検出配線、６０ａ…端子部、６２…第２検出配線、６２ａ…端子部、６４…第３検出配線、６４ａ…端子部、６６…第４検出配線、６６ａ…端子部、１００…振動素子、１０１…圧電体、１１０…第１連結腕、１１２…第２連結腕、１２０…第１駆動振動腕、１２２…第２駆動振動腕、１２４…第３駆動振動腕、１２６…第４駆動振動腕、１３０…第１検出振動腕、１３２…第２検出振動腕、１４０…第１支持部、１４２…第２支持部、１５０…第１梁部、１５２…第２梁部、１５４…第３梁部、１５６…第４梁部、２００…物理量検出回路、２１０…駆動回路、２１１…Ｉ／Ｖ変換回路、２１２…ＡＧＣ回路、２１３…比較器、２１４…起動回路、２２０…検出回路、２２１Ｐ，２２１Ｎ…Ｑ／Ｖ変換回路、２２２…差動アンプ、２２３…ハイパスフィルター、２２４…ＡＣアンプ、２２５…同期検波回路、２２６…感度調整アンプ、２２７…スイッチトキャパシターフィルター、２２８…レシオメトリックアンプ、２３０Ａ，２３０Ｂ，２３０Ｃ…電圧判定回路、２４０…故障診断回路、２５０…制御回路、２６０…記憶部、２７０…インターフェース回路、２８０…切替回路、２８１～２９０…スイッチ

Claims (9)

1. 第１振動腕及び第２振動腕を含む圧電体と、前記第１振動腕に設けられた第１電極と、前記第２振動腕に設けられた第２電極と、を有する振動素子と、
   前記振動素子に駆動信号を印加する駆動回路と、
   前記第１電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子が検出した物理量に応じた物理量検出信号を生成する検出回路と、
   前記第２電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子の故障診断を行う故障診断回路と、
   第１モードにおいて前記第１電極を前記検出回路と電気的に接続し、第２モードにおいて前記第１電極を前記駆動回路と電気的に接続する切替回路と、を備え、
   前記駆動回路は、
   前記第２モードにおいて、前記第１電極に前記駆動信号を印加する、物理量検出装置。
2. 請求項１において、
   前記第１電極は、第１検出電極であり、
   前記第２電極は、駆動出力電極であり、
   前記切替回路は、
   前記第１モードにおいて前記駆動出力電極を前記駆動回路と電気的に接続し、前記第２モードにおいて前記駆動出力電極を前記故障診断回路と電気的に接続し、
   前記駆動回路は、
   前記第１モードにおいて、前記駆動出力電極からの出力信号に基づいて前記駆動信号を生成する、物理量検出装置。
3. 請求項２において、
   互いに直交する３軸を第１軸、第２軸および第３軸としたとき、
   前記振動素子の厚さ方向が前記第３軸に沿い、
   前記振動素子は、
   基部と、
   前記基部から前記第２軸に沿って延出している第１検出振動腕と、
   前記基部から前記第１軸に沿って互いに反対方向に延出している第１連結腕及び第２連結腕と、
   前記第１連結腕の先端部から前記第２軸に沿って互いに反対方向に延出している第１駆動振動腕及び第２駆動振動腕と、
   前記第２連結腕の先端部から前記第２軸に沿って互いに反対方向に延出している第３駆動振動腕及び第４駆動振動腕と、を有し、
   前記第１振動腕は、前記第１検出振動腕であり、
   前記第２振動腕は、前記第１駆動振動腕及び前記第２駆動振動腕である、物理量検出装置。
4. 請求項１において、
   前記第１電極は、第１検出電極であり、
   前記第２電極は、第２検出電極であり、
   前記切替回路は、
   前記第１モードにおいて前記第２検出電極を前記検出回路と電気的に接続し、前記第２モードにおいて前記第２検出電極を前記故障診断回路と電気的に接続し、
   前記検出回路は、
   前記第１モードにおいて、前記第１検出電極からの出力信号及び前記第２検出電極からの出力信号に基づいて、前記物理量検出信号を生成する、物理量検出装置。
5. 請求項４において、
   互いに直交する３軸を第１軸、第２軸および第３軸としたとき、
   前記振動素子の厚さ方向が前記第３軸に沿い、
   前記振動素子は、
   基部と、
   前記基部から前記第２軸に沿って互いに反対方向に延出している第１検出振動腕および第２検出振動腕と、
   前記基部から前記第１軸に沿って互いに反対方向に延出している第１連結腕及び第２連結腕と、
   前記第１連結腕の先端部から前記第２軸に沿って互いに反対方向に延出している第１駆動振動腕及び第２駆動振動腕と、
   前記第２連結腕の先端部から前記第２軸に沿って互いに反対方向に延出している第３駆動振動腕及び第４駆動振動腕と、を有し、
   前記第１振動腕は、前記第１検出振動腕であり、
   前記第２振動腕は、前記第２検出振動腕である、物理量検出装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項において、
   前記故障診断回路は、前記第２電極からの出力信号の大きさが第１の範囲に含まれない場合に前記振動素子が故障であると診断する、物理量検出装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、
   前記故障診断回路は、前記駆動信号に基づいて、前記駆動回路の故障診断を行う、物理量検出装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項において、
   入力端子を備え、
   前記第１モードにおいて、前記入力端子に前記物理量検出装置が静止していることを示す静止信号が入力された場合に、前記第２モードに移行する、物理量検出装置。
9. 第１振動腕及び第２振動腕を含む圧電体と、前記第１振動腕に設けられた第１電極と、前記第２振動腕に設けられた第２電極と、を有する振動素子と、
   前記振動素子に駆動信号を印加する駆動回路と、
   前記第１電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子が検出した物理量に応じた物理量検出信号を生成する検出回路と、
   を備える物理量検出装置の故障診断方法であって、
   前記第１電極に前記駆動信号を印加する工程と、
   前記第２電極からの出力信号に基づいて、前記振動素子の故障診断を行う工程と、を含む、物理量検出装置の故障診断方法。

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