JP4830488B2 - Angular velocity sensor - Google Patents
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Description
本発明は、駆動系及び検出系電線の断線を同時に検出することが可能な角速度センサに関するものである。 The present invention relates to an angular velocity sensor capable of simultaneously detecting disconnection of a drive system and a detection system electric wire.
角速度センサは振動素子にドライブ振動を与える励振部と、振動体の振動レベルを検出する振動検出部と、入力角速度に応じて生ずるコリオリ振動を検出する少なくとも2つのコリオリ検出部とを有する素子部と、前記振動検出部からの信号を入力とし前記励振部への信号を出力する駆動系回路と、前記コリオリ検出部からの信号を入力とする検出形回路を有する回路部によって構成されている。そして、従来技術としてセンサの信頼性を確保するという意味で前記振動検出部上の検出電極と前記検出電極に接続された検出系回路との接続ラインの断線を検出するというものがある。なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
ところが、上記従来技術では検出電極と前記検出電極に接続された検出系回路との接続ラインの断線は検出することが可能であるが、振動検出部上のモニタ電極と前記モニタ電極に接続された駆動系回路との接続ラインの断線を検出することは困難でありセンサの信頼性を確保する妨げとなっていた。 However, although the disconnection of the connection line between the detection electrode and the detection system circuit connected to the detection electrode can be detected in the above prior art, it is connected to the monitor electrode on the vibration detection unit and the monitor electrode. It is difficult to detect the disconnection of the connection line with the drive system circuit, which has been an obstacle to ensuring the reliability of the sensor.
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので駆動系及び検出系電線の断線を同時に検出できる機能を有する角速度センサを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide an angular velocity sensor having a function capable of simultaneously detecting disconnection of a drive system and a detection system electric wire.
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
本発明の請求項1に記載の角速度センサは、振動素子と、駆動系回路と、検出系回路と、レベル監視回路と、を備えた角速度センサであって、前記振動素子は、駆動電極、モニタ電極、検出電極の上部電極を有し、前記駆動電極、モニタ電極、検出電極はそれぞれ下部電極、圧電薄膜及び上部電極がこの順に積層形成されており、前記駆動系回路は、前記モニタ電極の上部電極に接続されるとともに電流・電圧変換を行う第1のレベル調整回路と、この第1のレベル調整回路の出力側に接続された振動制御回路と、この振動制御回路の出力側に接続されるとともに前記駆動電極の上部電極に接続された駆動回路を含み、前記検出系回路は、前記検出電極の上部電極に接続されるとともに、電流・電圧変換を行う第2のレベル調整回路と、この第2のレベル調整回路の出力側に接続された検出回路を含み、前記レベル監視回路は、前記第1のレベル調整回路の出力側及び前記第2のレベル調整回路の出力側に接続されており、前記下部電極へ入力信号を与えることにより、前記下部電極と前記上部電極間に発生する容量を介してモニタ電極に接続された駆動系回路及び検出電極に接続された検出系回路に電流が流れ、前記レベル監視回路は、第1のレベル調整回路から出力される信号の電圧を第1の閾値と比較することにより前記駆動系回路の断線を検出し、第2のレベル調整回路から出力される信号の電圧を第1の閾値と比較することにより前記検出系回路の断線を検出するよう構成する。この構成により、駆動系及び検出系電線の断線を同時に検出することができる。 An angular velocity sensor according to claim 1 of the present invention is an angular velocity sensor including a vibration element, a drive system circuit , a detection system circuit, and a level monitoring circuit, wherein the vibration element includes a drive electrode, a monitor The drive electrode, the monitor electrode, and the detection electrode are each formed by laminating a lower electrode, a piezoelectric thin film, and an upper electrode in this order, and the drive system circuit is arranged above the monitor electrode . A first level adjustment circuit that is connected to the electrode and performs current / voltage conversion, a vibration control circuit that is connected to an output side of the first level adjustment circuit, and an output side of the vibration control circuit wherein the connected drive circuits to the upper electrode of the driving electrodes with the detection system circuit is connected to the upper electrode of the detection electrode, and the second level adjusting circuit for performing current-voltage conversion, this A level detection circuit connected to an output side of the first level adjustment circuit and an output side of the second level adjustment circuit; By applying an input signal to the lower electrode, a current flows through a drive system circuit connected to the monitor electrode and a detection system circuit connected to the detection electrode via a capacitance generated between the lower electrode and the upper electrode, The level monitoring circuit detects disconnection of the drive system circuit by comparing the voltage of the signal output from the first level adjustment circuit with a first threshold, and outputs the signal output from the second level adjustment circuit. The disconnection of the detection system circuit is detected by comparing the first voltage with a first threshold value. With this configuration, disconnection of the drive system and the detection system electric wire can be detected simultaneously.
本発明の請求項2に記載の発明は、断線検出に用いられる入力信号として、センサに搭載される回路内の内部発振クロックを用いることにより、振動素子と駆動系回路及び検出系回路間の断線を検出するというものであり、別途入力信号を生成することなく電線の断線を検出することができるという作用を有する。 According to the second aspect of the present invention, the internal oscillation clock in the circuit mounted on the sensor is used as an input signal used for disconnection detection, whereby the disconnection between the vibration element, the drive system circuit, and the detection system circuit is performed. This has the effect of detecting the disconnection of the electric wire without generating a separate input signal.
また、レベル調整回路に含まれる電流・電圧変換回路のゲインが設定可能な回路構成とすることにより、検出系の電線の断線を検出することが可能となる。 Further, by using a circuit configuration in which the gain of the current / voltage conversion circuit included in the level adjustment circuit can be set, it is possible to detect the disconnection of the detection system wires.
これらの構成により駆動系及び検出系電線の断線検出を同時に行うことが可能となり、車両制御やエアバックシステム等の高度の信頼性が要求されるアプリケーションに対応した角速度センサを提供できる。 With these configurations, it is possible to simultaneously detect the disconnection of the drive system and the detection system electric wire, and it is possible to provide an angular velocity sensor corresponding to an application that requires a high degree of reliability, such as vehicle control and an airbag system.
以下、本発明の実施の形態1における電線の断線検出について図1〜図4を用いて図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, wire breakage detection in Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
(実施の形態1)
図1は本発明の一実施の形態における角速度センサブロック図、図2は図1におけるA−A断面図、図3は断線検出時の本発明の角速度センサブロック図、図4は振動素子及びレベル調整回路を含めた等価回路図である。
(Embodiment 1)
1 is a block diagram of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, FIG. 3 is a block diagram of an angular velocity sensor according to the present invention when a disconnection is detected, and FIG. It is an equivalent circuit diagram including an adjustment circuit.
図1において、本発明における角速度センサは、振動素子1と、レベル調整回路2a、振動制御回路2b、駆動回路2cを含む駆動系回路2と、レベル調整回路3a及び検出回路3bを含む検出系回路3より構成され、前記振動素子1上には駆動電極4、5とモニタ電極6と、検出電極7、8と、基準電圧が印加される下部電極9が存在する。前記モニタ電極6と前記駆動系回路2の入力部が接続され、前記駆動回路2の出力部と前記駆動電極4、5が接続され、前記検出電極7、8と前記検出系回路3の入力部が接続される。なお、振動素子1上の電極の形状及び配置に関して図1では模式図としている。また、回路部には回路の内部クロックを生成するクロック発振回路11と、前記駆動系回路2及び前記検出系回路3の電圧レベルを監視するレベル監視回路12が存在する。そして、角速度検出時には前記振動制御回路2bは切り替え部10を介して前記下部電極9に基準電圧を供給している。前記下部電極9と切り替え部10が接続され、前記切り替え部10と前記クロック発振回路11及び前記振動制御回路2bが接続されている。ここで、振動素子の動作原理と、角速度成分の検出原理と、回路構成及び動作原理に関する説明は省略するものとする。
In FIG. 1, an angular velocity sensor according to the present invention includes a vibration element 1, a
図2において、振動素子1のアーム14上に下部電極40、圧電薄膜13及び上部電極41が積層形成されている。角速度検出時には、基準電圧供給部15に、駆動系回路2内の振動制御回路2bより基準電圧が供給される。そして、前記下部電極40と前記上部電極41間にはP(ピコ)オーダーの電極間容量16が発生している。つまり、前記振動素子1を、インピーダンスを持つ回路素子と考えた場合、基準電圧をGNDとして回路的にループが発生していると考えることができる。そこで、本実施の形態では、この回路ループを利用して基準電圧供給部15に回路の内部クロックを与え、前記電極間容量16を介して流れる電流Iを前記上部電極41と接続された検出系回路2及び駆動系回路3を含む回路部にて電圧レベルに変換し、レベル監視回路12を用いてレベル監視を行う。本実施の形態で用いる内部クロックは回路内のSCFに用いられるものであり、断線検出に入力信号として用いる場合は分周して下部電極40に与えるものとする。これにより、別途入力信号を生成する必要がなく断線検出を行うことが可能となる。
In FIG. 2, a
断線検出時には図3に示すように、切り替え部10とクロック発振回路11が接続され、内部クロックを分周した入力信号が下部電極9に入力され、モニタ電極6と下部電極9間の容量、検出電極7、8と下部電極9間の容量、駆動電極4、5と下部電極9間の容量を介して回路部に電流が流れる。ところが、前記駆動電極4、5に関しては駆動系回路2の出力部と接続されているため、前記駆動系回路2の出力部に入力信号により発生する電流が注入されることになる。これにより、駆動系回路2の故障を招く恐れがあるため、切り替え部10の動作と連動して断線検出時は振動素子1の駆動を停止させ、駆動系回路2の出力部と駆動電極間4、5がHighインピーダンスになるように回路を構成する。
When disconnection is detected, as shown in FIG. 3, the
電線の断線を検出するために、本実施の形態では図4に示すような駆動系回路2におけるレベル調整回路28と検出系回路3におけるレベル調整回路29を用いる。ここでは、駆動系回路2におけるレベル調整回路28について説明を行う。駆動系回路2におけるレベル調整回路28は、可変抵抗26を帰還抵抗とし、アナログGND24に基準電圧が印加された電流・電圧変換回路30により構成されている。そして、駆動系回路2におけるレベル調整回路出力20とレベル監視回路12が接続され、下部電極17とモニタ電極18の間に発生する電極間容量22が駆動系回路2におけるレベル調整回路28の入力部に入力抵抗として接続されている。ここでは、下部電極17より入力される電流を電流・電圧変換回路30により電圧に変換し、駆動系回路2におけるレベル調整回路出力をレベル監視回路12にて監視し断線を検出する。レベル監視回路には閾値が設けられており、電線の断線が発生しているかどうかを判断する。電流・電圧変換回路30の帰還抵抗が可変抵抗26となっているのは電流・電圧変換回路30のゲインを調整することにより、レベル調整回路出力の出力レベルを調整するためである。電流・電圧変換回路30のゲインは、可変抵抗26と振動素子1の電極間容量22の比で決定される。そのため、仮に電流・電圧変換回路30の帰還抵抗に可変抵抗でないものを用いた場合、振動素子1の電極間容量22はばらつきがあるため、各角速度センサによって電流・電圧変換回路30のゲインが異なり、例えレベル監視回路12に閾値を設け電圧レベルを監視したとしても、電線の断線を正確に検出することができるとは限らない。本実施の形態では、電流・電圧変換回路30のゲインが設定可能な回路構成にすることにより、正確に駆動系の電線の断線を検出することが可能となる。
In this embodiment, a
一方、検出系回路3におけるレベル調整回路29について説明を行う。検出系回路3におけるレベル調整回路29は、可変抵抗27を帰還抵抗とし、アナログGND25に基準電圧が印加された電流・電圧変換回路31により構成されている。そして、検出系回路3におけるレベル調整回路21とレベル監視回路12が接続され、下部電極17と検出電極19の間に発生する電極間容量23が検出系回路3におけるレベル調整回路29の入力部に入力抵抗として接続されている。ここでは、下部電極17より入力される電流を電流・電圧変換回路31により電圧に変換し、検出系回路3におけるレベル調整回路出力をレベル監視回路12にて監視し断線を検出する。レベル監視回路12には閾値が設けられており、電線の断線が発生しているかどうかを判断する。電流・電圧変換回路31の帰還抵抗が可変抵抗27となっているのは電流・電圧変換回路31のゲインを調整することにより、レベル調整回路出力の出力レベルを調整するためである。電流・電圧変換回路31のゲインは、可変抵抗27と振動素子1の電極間容量23の比で決定される。そのため、仮に電流・電圧変換回路31の帰還抵抗に可変抵抗でないものを用いた場合、振動素子1の電極間容量23はばらつきがあるため、各角速度センサによって電流・電圧変換回路31のゲインが異なり、例えレベル監視回路12に閾値を設け電圧レベルを監視したとしても、電線の断線を正確に検出することができるとは限らない。本実施の形態では、電流・電圧変換回路31のゲインが設定可能な回路構成にすることにより、検出系の電線の断線を検出することができる。
On the other hand, the
そのため、上記実施の形態により、駆動系及び検出系電線の断線検出を行うことが可能となる。 Therefore, according to the above-described embodiment, it is possible to detect disconnection of the drive system and the detection system electric wire.
本発明の角速度センサは、駆動系及び検出系電線の断線検出を同時に行うことが可能であり、安全性を考慮した車両制御システムや、車体横転時に展開するロールオーバーエアバックシステム等、高度の信頼性が要求されるアプリケーションにおいて有用である。 The angular velocity sensor of the present invention can simultaneously detect the disconnection of the drive system and the detection system electric wire, and is highly reliable, such as a vehicle control system considering safety and a rollover airbag system deployed when the vehicle rolls over. This is useful in applications that require performance.
1 振動素子
2 駆動系回路
3 検出系回路
4、5 駆動電極
6、18 モニタ電極
7、8、19 検出電極
9、12、17 下部電極
10 切り替え部
11 上部電極
13 圧電薄膜
14 振動素子1のアーム
15 基準電圧供給部
16 電極間容量
20 駆動系回路2におけるレベル調整回路出力
21 検出系回路3におけるレベル調整回路出力
22、23 電極間容量
24、25 アナログGND
26、27 可変抵抗
28 駆動系回路2におけるレベル調整回路
29 検出系回路3におけるレベル調整回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
26, 27
Claims (2)
前記振動素子は、駆動電極、モニタ電極、検出電極の上部電極を有し、
前記駆動電極、モニタ電極、検出電極はそれぞれ下部電極、圧電薄膜及び上部電極がこの順に積層形成されており、
前記駆動系回路は、前記モニタ電極の上部電極に接続されるとともに電流・電圧変換を行う第1のレベル調整回路と、この第1のレベル調整回路の出力側に接続された振動制御回路と、この振動制御回路の出力側に接続されるとともに前記駆動電極の上部電極に接続された駆動回路を含み、
前記検出系回路は、前記検出電極の上部電極に接続されるとともに、電流・電圧変換を行う第2のレベル調整回路と、この第2のレベル調整回路の出力側に接続された検出回路を含み、
前記レベル監視回路は、前記第1のレベル調整回路の出力側及び前記第2のレベル調整回路の出力側に接続されており、
前記下部電極へ入力信号を与えることにより、前記下部電極と前記上部電極間に発生する容量を介してモニタ電極に接続された駆動系回路及び検出電極に接続された検出系回路に電流が流れ、
前記レベル監視回路は、第1のレベル調整回路から出力される信号の電圧を第1の閾値と比較することにより前記駆動系回路の断線を検出し、第2のレベル調整回路から出力される信号の電圧を第1の閾値と比較することにより前記検出系回路の断線を検出するよう構成した角速度センサ。 An angular velocity sensor including a vibration element, a drive system circuit , a detection system circuit, and a level monitoring circuit,
The vibration element has a drive electrode, a monitor electrode, and an upper electrode of a detection electrode,
The drive electrode, the monitor electrode, and the detection electrode are each formed by laminating a lower electrode, a piezoelectric thin film, and an upper electrode in this order,
The drive system circuit is connected to the upper electrode of the monitor electrode and performs a current / voltage conversion, a vibration control circuit connected to the output side of the first level adjustment circuit, A drive circuit connected to the output side of the vibration control circuit and connected to the upper electrode of the drive electrode;
The detection system circuit includes a second level adjustment circuit that is connected to the upper electrode of the detection electrode , performs current / voltage conversion, and a detection circuit connected to an output side of the second level adjustment circuit. ,
The level monitoring circuit is connected to the output side of the first level adjustment circuit and the output side of the second level adjustment circuit,
By applying an input signal to the lower electrode, a current flows through a drive system circuit connected to the monitor electrode and a detection system circuit connected to the detection electrode via a capacitance generated between the lower electrode and the upper electrode,
The level monitoring circuit detects disconnection of the drive system circuit by comparing the voltage of the signal output from the first level adjustment circuit with a first threshold, and outputs the signal output from the second level adjustment circuit. An angular velocity sensor configured to detect disconnection of the detection system circuit by comparing the voltage of the detection system circuit with a first threshold value.
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