JP4983482B2 - 振動型の物理量センサの検査装置 - Google Patents

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Description

本発明は、振動型の物理量センサの検査装置に関するものである。
従来、振動型の物理量センサの一例としては、特許文献1に記載されるような振動型の角速度センサがあった。
特開平7−260495号公報
ところで、振動型の角速度センサの特性を検査する場合、回転可能な検査用基板に複数の角速度センサを並べて、角速度センサに電源供給を行い駆動振動させつつ、検査用基板を回転させることによって行うことがある。また、このように検査する場合、角速度センサ同士の干渉を抑制するために、検査用基板に並べられた複数の角速度センサに対して順番に電源供給を行い駆動振動させて検査を行うことが考えられる。
しかしながら、角速度センサは、電源が供給されることによって自己発熱する。そして、図7、図8に示すように、特性を調整する前の角速度センサは、自己発熱によって検出特性が変動すると共に、検出特性が安定するまでに時間がかかる。なお、図7は、角速度センサにおける調整前のセンサ出力温度特性例を示すグラフである。図8は、角速度センサにおける電源供給後のセンサ出力特性例を示すグラフである。
したがって、上述のような方法では、複数の角速度センサの夫々において、電源供給の開始から検出特性が安定するまでの待ち時間が必要となり効率よく検査ができないという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、効率よく正確に検査ができる振動型の物理量センサの検査装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項1に記載の振動型の物理量センサの検査装置は、振動部を駆動振動させながら振動部に作用する外力に基づいた検出信号を出力する振動型の物理量センサの検査装置であって、複数の物理量センサが搭載された検査用部材を駆動することによって、複数の物理量センサにおける振動部に外力を与える外力付加手段と、検査用部材に搭載された複数の物理量センサに対して電源を供給する電源供給手段と、動作中の検査用部材に搭載され電源が供給されている状態の複数の物理量センサに対して、順番に振動部を駆動振動させて検出信号を出力させ、その検出信号に基づいて検査を行う検査手段とを備えることを特徴とするものである。
このように、電源が供給されている状態の複数の物理量センサに対して、順番に振動部を振動させて検査することによって、振動部を振動させていない物理量センサにおける自己発熱を維持することができる。したがって、複数の物理量センサを検査する際に、自己発熱による検出特性が安定するまでの待ち時間を短縮でき、効率よく検査することができる。また、複数の物理量センサの振動部を順番に振動させて検査を行うので、他の物理量センサの振動による影響を抑制でき正確に検査することができる。
また、請求項2に示すように、外力付加手段は、検査用部材を回転駆動することによって、複数の物理量センサにおける振動部に回転力を与える回転駆動機構を有するようにしてもよい。このようにすることによって、振動型のジャイロセンサの検査を行うことができる。
また、物理量センサとしては、請求項3に示すように、振動部として、駆動信号に基づいて一定振幅で駆動振動されると共に、駆動振動に応じた駆動振動検知信号を出力する駆動用のセンサエレメント、及び駆動用のセンサエレメントが駆動振動されている際に加わったヨーに応じたヨー検知信号を出力するヨー検出用のセンサエレメントを含み、駆動振動検知信号を信号処理して、駆動信号を出力する駆動部と、ヨー検知信号を信号処理して、ヨーに応じた検出信号を発生させるヨー検知部とを備え、駆動部は、通電状態において、駆動信号の出力と停止を切り替える切替部を備えるようにしてもよい。
また、請求項4に示すように、物量センサは、駆動部とヨー検知部での信号処理に用いられるデータを記憶する記憶部を備えるものであり、駆動部は、記憶部に駆動信号の出力と停止を切り替える切替信号を入力することで、切替部に切り替え状態を保持し続ける制御信号を出力するようにしてもよい。
また、請求項5に示すように、切替部に電気的に接続される切り替え用のパッドを備え、切替部は、パッドから電圧を印加している間、切り替え状態を保持するようにしてもよい。
また、請求項6に示すように、物理量センサは、切替部が停止状態のとき、外部から駆動信号を入力することが可能な外部入力手段を備えるようにしてもよい。このようにしても、振動部を駆動振動させて検査を行うことができる。
また、請求項7に示すように、各物理量センサは、一本の信号配線に対してスイッチを介して接続されており、検査手段は、スイッチを選択することによって、順番に物理量センサの振動部を駆動振動させるようにしてもよい。このようにすることによって、信号配線を各物理量センサに一本の信号配線を用意する必要がないので好ましい。
また、請求項8に示すように、複数の物理量センサに電源が供給された状態で、各物理量センサの駆動信号の周波数を測定する周波数測定手段と、駆動信号の周波数をもとに駆動振動させる物理量センサを選択する選択手段とを備えるようにしてもよい。このようにすることによって、他の物理量センサの振動による影響を確実に抑制でき正確に検査することができるので好ましい。
また、請求項9に示すように、検査手段は、複数の物理量センサを1台ずつ順番に駆動振動させるようにしてもよい。このようにしても、他の物理量センサの振動による影響を確実に抑制でき正確に検査することができるので好ましい。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるジャイロセンサの概略構成を示すブロック図である。図2は、本発明の実施の形態における駆動回路の部分的な回路図である。図3は、本発明の実施の形態における検査ボード(検査用部材)の概略構成を示すイメージ図である。図4は、本発明の実施の形態における検査用部材の概略構成を示す回路図である。図5は、本発明の実施の形態における検査装置の概略構成を示すイメージ図である。図6は、本発明の実施の形態における検査工程を示すフロー図である。なお、本実施の形態においては、振動型の物理量センサとして振動型の角速度センサを適用した例を用いて説明する。
まず、図1及び図2に基づいて振動型のジャイロセンサに関して説明する。ジャイロセンサは、振動子1と回路部10とを備える。回路部10は、CV変換回路2、増幅回路3、調整回路4、駆動回路5を含む駆動部Aと、CV変換回路6、増幅回路7、同期検波回路8、LPF調整回路9を含む出力部B(ヨー検知部)と、記憶部Cとを備える。
振動子1は、駆動用および検知用のセンサエレメント(図示せず)を備えており、駆動用のセンサエレメントが駆動振動を行っている際に外力(ヨー)が発生すると、コリオリ力によって一対で構成された検知用のセンサエレメントが振動するようになっている。この振動子1は、一対の検知用のセンサエレメントそれぞれでの振動に応じた出力を発生させると共に、駆動用のセンサエレメントが的確に駆動振動しているかを検出するために駆動振動に応じた出力を発生させるようになっている。
駆動部は、センサ駆動電源、昇圧回路、オペアンプを含む駆動回路5、CV変換回路2、増幅回路3、調整回路4が含まれている。そして、駆動部は、振動子1における駆動用のセンサエレメントを振動させるためのものであり、駆動用のセンサエレメントからの駆動振動検知信号を信号処理することで駆動信号を出力させる。なお、センサ駆動電源のかわりに外部から電源供給するようにしてもよい。
駆動回路5は、振動子1における駆動用のセンサエレメントに対して駆動用の電圧(駆動信号)を印加するものである。この駆動回路5は、昇圧回路にて、例えば外部から供給される電源電圧を昇圧することで振動子1における駆動用のセンサエレメントを振動させるための電圧を形成する。そして、駆動用のセンサエレメントを所定振幅かつ所定周波数で駆動するために、所定の周波数の電圧を駆動信号として駆動用のセンサエレメントに対して出力する。
CV変換回路2は、振動子1から、振動子1における駆動用のセンサエレメントの駆動振動に応じた容量値を示す検知信号(以下、駆動振動検知信号という)を受け取り、それを電圧変換するものである。このCV変換回路2での電圧変換後の駆動振動検知信号が増幅回路3に入力されるようになっている。
増幅回路3は、CV変換回路2によって電圧変換された駆動振動検知信号を所定の電圧値まで増幅するものである。調整回路4は、駆動信号の位相を調整すると共に、振動子1の駆動振動が一定振幅となるように調整するものである。
上記したように駆動回路5により駆動振動検知信号に基づいて駆動信号が形成されることになるため、駆動振動検知信号の位相が実際に駆動用のセンサエレメントに出力したい駆動信号の位相とずれている。この位相のズレを修復するために、駆動振動検知信号の位相を調整し、駆動信号の位相に合わせなければならない。このため、調整回路4によって、駆動振動検知信号の位相が補正され、その結果、それに基づいて形成される駆動信号の位相が調整されるようになっている。これにより、駆動信号の周波数が所定の周波数とされる。
また、調整回路4は、駆動振動検知信号から現在の駆動用のセンサエレメントの振幅を検知すると共に、その振幅が一定となるように駆動信号を補正するようになっている。この調整回路4からの信号に基づいて、駆動回路5が出力させる駆動信号が調整され、その結果、振動子1における駆動用のセンサエレメントが一定の振幅かつ所定の周波数で駆動振動させられることになる。
また、駆動回路5は、図2に示すように、オペアンプ51の出力段にアンプ動作停止スイッチ(切替部)52を備える。アンプ動作停止スイッチ52は、後ほど説明するモード切替信号に基づいて、オフ又はオンすることによって駆動信号の出力と停止を切り換えるものである。駆動回路5は、アンプ動作停止スイッチ52がオフである場合はオペアンプ51が動作して駆動信号を出力し(振動モード)、オンである場合はオペアンプ51が停止して駆動信号の出力を停止する(停止モード)。つまり、ジャイロセンサに電源が供給されている場合、アンプ動作停止スイッチ52がオフになるとCV変換回路2、増幅回路3、調整回路4、駆動回路5、CV変換回路6、増幅回路7、同期検波回路8、LPF調整回路9が動作状態となり、アンプ動作停止スイッチ52がオンになるとCV変換回路2、増幅回路3、調整回路4、CV変換回路6、増幅回路7、同期検波回路8、LPF調整回路9は動作状態となり、駆動回路5は動作しない状態となる。
また、駆動回路5は、外部入力用スイッチ12を設けるようにしてもよい。この場合、外部入力用スイッチ12がオンの時だけ外部入力を許可するものである。
また、回路部10には、切り替え用パッド40が設けられており、この切り替え用パッド40から電圧を印加して、アンプ動作停止スイッチ(切替部)52に切替信号を出力するようにしてもよい。そして、アンプ動作停止スイッチ(切替部)52は、切り替え用パッド40から電圧が印加されている間、切り替え状態を保持するようにする。このようにすることによって、切り替え用パッド40を用いて、強制的にアンプ動作停止スイッチ(切替部)52を動作させることも可能となる。
また、駆動回路5は、記憶部Cに駆動信号の出力と停止を切り替える切替信号を入力することで、アンプ動作停止スイッチ(切替部)52に切り替え状態を保持し続ける制御信号を出力するようにしてもよい。つまり、アンプ動作停止スイッチ(切替部)52の切り替え方法として、記憶部Cにテストモードを用意しておいて、テストモードの一つを切り替えるように設定するものである。
なお、アンプ動作停止スイッチ(切替部)52が停止状態のとき、外部から駆動信号を入力することが可能な外部入力部を設けるようにしてもよい。このようにすることによって、駆動信号を自由に入力することができるので好ましい。
出力部は、振動子1における検知用のセンサエレメントからの検知信号を信号処理することでセンサ出力を得るものである。この出力部には、CV変換回路6、増幅回路7、同期検波回路8およびLPF調整回路9が含まれている。
CV変換回路6は、検知用のセンサエレメントに対して外力(ヨー)が加わったときに発生する振動に応じた容量値で示される検知信号(以下、検知信号という)を電圧変換するものである。このCV変換回路6は、検知用のセンサエレメントが一対の左右対称構造として設けられた場合には、2つのチャージアンプによって構成され、それぞれのチャージアンプによってヨー検知信号に応じた電圧が出力されるようになっている。このCV変換回路6の出力した電圧が増幅回路7に入力されるようになっている。
増幅回路7は、電圧変換されたヨー検知信号を所定ゲインで増幅するものである。この増幅回路7は、上記したCV変換回路6が2つのチャージアンプで構成される場合には、それらの出力の差動を増幅する差動増幅回路として構成される。この増幅回路7の出力が同期検波回路8に入力されるようになっている。
同期検波回路8は、増幅回路7で増幅された検知信号の中から駆動周波数以外のノイズ成分を除去するものである。例えば、同期検波回路8は、調整回路4によって調整された位相に基づいて、増幅回路7の出力から駆動信号の周波数と同期する成分を通過させるようになっている。この同期検波回路8の出力がLPF調整回路9に出力するようになっている。
LPF調整回路9は、同期検波回路8を通過後の信号のうち、所定周波数以下の成分のみを抽出するものである。このLPF調整回路9がセンサ出力として用いられることになるが、このLPF調整回路9を通過した後の信号(検出信号)にも、出力オフセットや感度の温度特性が含まれていることから、それを調整するために、0点・感度温特調整回路を設けることもできる。
また、記憶部Cは、EEPROMなどからなり、駆動部Aと出力部B(ヨー検知部)での信号処理に用いられるデータが記憶されている。
次に、図3及び図4に基づいて、上述のようなジャイロセンサを検査する際に用いる検査ボード20に関して説明する。この検査ボード20は、本発明における検査用部材に相当するものであり、ジャイロセンサが搭載される複数のソケット21(本実施の形態においては4つ)、ジャイロセンサへの電源供給及び信号の入出力のためのコネクタ22、ジャイロセンサへの電源供給状態を切り換える電源用スイッチ23、ジャイロセンサへの信号の入力及びジャイロセンサからの信号の出力を切り換える信号用スイッチ24などを備える。つまり、この検査ボード20には、複数のジャイロセンサが搭載可能となっている。そして、この検査ボード20の複数のソケット21にジャイロセンサを搭載すると、図4に示すような回路構成となる。つまり、各ジャイロセンサは、電源用スイッチ23を介して電源及びGND(グランド)と接続される。さらに、各ジャイロセンサは、信号用スイッチ24を介して検出信号が出力(センサ出力)されたり、一本の信号配線を介してモード切替信号が入力されたりする。なお、図4に示すように、ジャイロセンサ(センサA〜D)は、一本の信号配線に対して信号用スイッチ24(スイッチ)を介して接続されている。そして、後ほど説明するように、制御装置30は、信号用スイッチ24を選択することによって、順番にジャイロセンサ(センサA〜D)の振動部を駆動振動させるものである。このようにすることによって、信号配線を各ジャイロセンサ(センサA〜D)に一本の信号配線を用意する必要がないので好ましい。
次に、図5に基づいて、ジャイロセンサの検査装置に関して説明する。図5に示すように、検査装置は、検査ボード20が配置される回転テーブル32と、この回転テーブル32の回転中心軸上に配設されるスリップリング(図示省略)、回転装置などが設けられる台座31と、電源部、制御部、検査部などを含む制御装置30などを備える。
回転テーブル32上には、検査対象である複数のジャイロセンサが搭載された検査ボード20が配置される。複数のジャイロセンサは、検査ボード20のコネクタ22、配線材、スリップリングなどを介して制御装置30に接続される。
制御装置30の電源部は、各ジャイロセンサの回路部10に電源(駆動電圧Vcc)を供給する構成を有している。制御装置30の制御部は、電源用スイッチ23を切り替えて各ジャイロセンサの電源状態を切り替えたり、信号用スイッチ24を切り替えて各ジャイロセンサの駆動回路5にモード切替信号を出力したり、回転装置に回転を指示する指示信号を出力ことによって回転テーブル32を回転させたりする構成を有している。制御装置30の検査部は、各ジャイロセンサの出力部(LPF調整回路9)からのセンサ出力(検出信号)を検査する構成を有している。
なお、回転テーブル32は、回転装置からの駆動力によってZ軸(地面に対して垂直方法)を中心軸として回転するものである。スリップリングは、回転装置からの駆動力によって回転テーブル32が回転する際に、配線材等が絡まるのを防止するものである。
上述のような検査装置にてジャイロセンサを検査する場合、まず、検査ボード20のソケット21に複数のジャイロセンサを配置する。そして、複数のジャイロセンサが配置された検査ボード20を回転テーブル32に配置すると共に、検査ボード20のコネクタ22と制御装置30とを配線材にて接続する。このようにして、複数のジャイロセンサなどと制御装置30とが電気的に接続される。
次に、制御装置30の制御部は、電源用スイッチ23をオンにして、電源部から回転テーブル32上に検査ボード20介して配置された各ジャイロセンサの回路部10に電源を供給する。なお、検査中は、電源用スイッチ23は常にオン状態とされ、ジャイロセンサの回路部10には常に電源が供給される。そして、制御装置30の制御部は、回転装置に回転を指示する指示信号を出力ことによって回転テーブル32を回転させる。これによって、回転テーブル32上に配置された検査ボード20が回転(駆動)され、複数のジャイロセンサにおける振動子1に外力を与える(外力付加手段)。
そして、制御装置30の制御部は、動作中の検査ボード20に搭載され、電源が供給されている状態の複数のジャイロセンサに対して、順番に振動子1を振動させて、回転テーブル32の回転によって振動子1に与えられた外力に基づいた検出信号を出力させる(検査手段)。そして、制御装置30の検査部は、その検出信号に基づいて検査を行う(検査手段)。
つまり、制御装置30は、図6に示すように、センサAの振動子1を振動させて検査を行っている場合は、全てのジャイロセンサに電源供給を行いつつ、他のセンサ(センサB〜センサD)の振動子1は停止させておく。同様に、センサBの振動子1を振動させて検査を行っている場合は、全てのジャイロセンサに電源供給を行いつつ、他のセンサ(センサA、センサC、センサD)の振動子1は停止させておく。同様に、センサCの振動子1を振動させて検査を行っている場合は、全てのジャイロセンサに電源供給を行いつつ、他のセンサ(センサA、センサB、センサD)の振動子1は停止させておく。同様に、センサDの振動子1を振動させて検査を行っている場合は、全てのジャイロセンサに電源供給を行いつつ、他のセンサ(センサA、センサB、センサC)の振動子1は停止させておく。
より具体的には、制御装置30の制御部は、信号用スイッチ24における一つのジャイロセンサ(例えば、センサAであり、検査対象のジャイロセンサとも称する)に接続される信号用スイッチ24のみをオンとして、この検査対象のジャイロセンサに対してアンプ動作停止スイッチ52がオフとなるように制御信号を出力する。これによって、この検査対象のジャイロセンサ(センサA)は、振動子1が駆動振動して、回転テーブル32の回転によって振動子1に与えられた外力に基づいた検出信号を出力する。一方、検査対象でないジャイロセンサ(センサB〜センサD)は、制御装置30の電源部から電源供給はされるものの、振動子1は停止しており、信号用スイッチ24もオフとなっているため、検出信号を制御装置30に出力しない。このような処理を複数のジャイロセンサに対して、一つずつ順番に行っていく。
このように、電源が供給されている状態の複数のジャイロセンサに対して、一つずつ順番に振動子1を振動させて検査することによって、振動子1を振動させていないジャイロセンサにおける自己発熱を維持することができる。したがって、複数のジャイロセンサを検査する際に、自己発熱による検出特性が安定するまでの待ち時間を短縮でき、効率よく検査することができる。また、複数のジャイロセンサの振動子を一つずつ順番に振動させて検査を行うので、他のジャイロセンサの振動による影響を抑制でき正確に検査することができる。
なお、上述の実施の形態においては、複数のジャイロセンサにおいて、一つずつ検査を行う例を用いて説明したが本発明はこれに限定されるものではない。複数のジャイロセンサにおいて、駆動振動の向きが揃ったジャイロセンサを選択して止めるようにしてもよい。
また、検査装置に、複数のジャイロセンサに電源が供給された状態で、各ジャイロセンサの駆動信号の周波数を測定する周波数測定部と、駆動信号の周波数をもとに駆動振動させるジャイロセンサを選択する選択部とを備えるようにしてもよい。このようにすることによって、他の物理量センサの振動による影響を確実に抑制でき正確に検査することができるので好ましい。
また、上述の実施の形態においては、振動型の物理量センサとしてジャイロセンサを例として説明したが本発明はこれに限定されるものではない。振動を検出原理に持つセンサであれば本発明の目的は達成できるものである。
本発明の実施の形態におけるジャイロセンサの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態における駆動回路の部分的な回路図である。 本発明の実施の形態における検査ボード(検査用部材)の概略構成を示すイメージ図である。 本発明の実施の形態における検査用部材の概略構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態における検査装置の概略構成を示すイメージ図である。 本発明の実施の形態における検査工程を示すフロー図である。 角速度センサにおける調整前のセンサ出力温度特性例を示すグラフである。 角速度センサにおける電源供給後のセンサ出力特性例を示すグラフである。
符号の説明
1 振動子(振動部)、2 CV変換回路、3 増幅回路、4 調整回路、5 駆動回路、51 オペアンプ、52 アンプ動作停止スイッチ(切替部)、6 CV変換回路、7 増幅回路、8 同期検波回路、9 LPF調整回路、10 回路部12 外部入力用スイッチ、20 検査ボード(検査用部材)、21 ソケット、22 コネクタ、23 電源用スイッチ、24 信号用スイッチ、30 制御装置、31 台座、32 回転テーブル、40 切り替え用パッド

Claims (9)

  1. 振動部を駆動振動させながら当該振動部に作用する外力に基づいた検出信号を出力する振動型の物理量センサの検査装置であって、
    複数の前記物理量センサが搭載された検査用部材を駆動することによって、複数の前記物理量センサにおける前記振動部に外力を与える外力付加手段と、
    前記検査用部材に搭載された複数の前記物理量センサに対して電源を供給する電源供給手段と、
    動作中の前記検査用部材に搭載され、電源が供給されている状態の複数の前記物理量センサに対して、順番に前記振動部を駆動振動させて前記検出信号を出力させ、当該検出信号に基づいて検査を行う検査手段と、
    を備えることを特徴とする振動型の物理量センサの検査装置。
  2. 前記外力付加手段は、前記検査用部材を回転駆動することによって、複数の前記物理量センサにおける前記振動部に回転力を与える回転駆動機構を有することを特徴とする請求項1に記載の振動型の物理量センサの検査装置。
  3. 前記物理量センサは、
    前記振動部として、駆動信号に基づいて一定振幅で駆動振動されると共に、当該駆動振動に応じた駆動振動検知信号を出力する駆動用のセンサエレメント、及び当該駆動用のセンサエレメントが駆動振動されている際に加わったヨーに応じたヨー検知信号を出力するヨー検出用のセンサエレメントを含み、
    前記駆動振動検知信号を信号処理して、前記駆動信号を出力する駆動部と、
    前記ヨー検知信号を信号処理して、前記ヨーに応じた検出信号を発生させるヨー検知部とを備え、
    前記駆動部は、通電状態において、前記駆動信号の出力と停止を切り替える切替部を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の振動型の物理量センサの検査装置。
  4. 前記物理量センサは、前記駆動部と前記ヨー検知部での信号処理に用いられるデータを記憶する記憶部を備えるものであり、前記駆動部は、前記記憶部に駆動信号の出力と停止を切り替える切替信号を入力することで、前記切替部に切り替え状態を保持し続ける制御信号を出力することを特徴とする請求項3に記載の振動型の物理量センサの検査装置。
  5. 前記切替部に電気的に接続される切り替え用のパッドを備え、前記切替部は、当該パッドから電圧を印加している間、切り替え状態を保持することを特徴とする請求項3に記載の振動型の物理量センサの検査装置。
  6. 前記物理量センサは、前記切替部が停止状態のとき、外部から駆動信号を入力することが可能な外部入力手段を備えることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか一項に記載の振動型の物理量センサの検査装置。
  7. 各物理量センサは、一本の信号配線に対してスイッチを介して接続されており、前記検査手段は、前記スイッチを選択することによって、順番に前記物理量センサの前記振動部を駆動振動させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の振動型の物理量センサの検査装置。
  8. 複数の前記物理量センサに電源が供給された状態で、各物理量センサの駆動信号の周波数を測定する周波数測定手段と、駆動信号の周波数をもとに駆動振動させる物理量センサを選択する選択手段とを備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の振動型の物理量センサの検査装置。
  9. 前記検査手段は、複数の前記物理量センサを1台ずつ順番に駆動振動させることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の振動型の物理量センサの検査装置
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