JP5589171B2 - Circuit for physical quantity detection device - Google Patents
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Description
本発明は、物理量検出装置、物理量検出装置の異常診断システム及び物理量検出装置の異常診断方法等に関する。 The present invention relates to a physical quantity detection device, an abnormality diagnosis system for a physical quantity detection device, an abnormality diagnosis method for a physical quantity detection device, and the like.
従来より、様々な物理量を検出する物理量検出装置が知られている。例えば、物理量として角速度を検出する角速度検出装置が知られており、角速度検出装置を搭載し、角速度検出装置により検出された角速度に基づいて所定の制御を行う様々な電子機器やシステムが広く利用されている。例えば、自動車の車両走行制御システムでは角速度検出装置により検出された角速度に基づいて、自動車の横滑りを防止する走行制御が行なわれている。 Conventionally, physical quantity detection devices that detect various physical quantities are known. For example, an angular velocity detection device that detects an angular velocity as a physical quantity is known, and various electronic devices and systems that are equipped with the angular velocity detection device and perform predetermined control based on the angular velocity detected by the angular velocity detection device are widely used. ing. For example, in a vehicle traveling control system for an automobile, traveling control for preventing a side slip of the automobile is performed based on an angular velocity detected by an angular velocity detector.
これらの電子機器やシステムでは、物理量検出装置が故障すると誤った制御が行われるので、故障している場合には警告ランプを点灯する等の対策が行われている。そして、物理量検出装置の故障診断を行うための種々の技術が提案されている。例えば、特許文献1では、オフセット電圧の異常を検出する異常検出回路を備えたセンサー回路が記載されている。 In these electronic devices and systems, erroneous control is performed when the physical quantity detection device breaks down. Therefore, measures such as turning on a warning lamp are taken when there is a failure. Various techniques for performing failure diagnosis of the physical quantity detection device have been proposed. For example, Patent Document 1 describes a sensor circuit including an abnormality detection circuit that detects an abnormality of an offset voltage.
特許文献1に記載の異常検出回路では、オフセット電圧が一時的に異常になると速やかに異常を表す異常判定信号を出力し、オフセット電圧が正常に戻ると速やかに正常を表す異常判定信号を出力するように構成されている。 The abnormality detection circuit described in Patent Document 1 outputs an abnormality determination signal that indicates abnormality immediately when the offset voltage becomes abnormal temporarily, and outputs an abnormality determination signal that indicates normality immediately when the offset voltage returns to normal. It is configured as follows.
一方、物理量検出素子(センサー素子)からの信号に基づいて検出信号を物理量検出装置(センサー装置)の外部に出力する経路となる検出回路においては信号の遅延が発生するものである。例えば、振動子から出力される交流信号を、ローパスフィルター等を介して直流に変換して出力するような検出回路においては、数ミリ秒程度の遅延が発生する場合がある。 On the other hand, a signal delay occurs in a detection circuit serving as a path for outputting a detection signal to the outside of the physical quantity detection device (sensor device) based on a signal from the physical quantity detection device (sensor element). For example, in a detection circuit that converts an alternating current signal output from a vibrator into a direct current through a low-pass filter or the like and outputs it, a delay of about several milliseconds may occur.
したがって、特許文献1に記載の異常検出回路では、検出回路における信号の遅延により、物理量検出装置(センサー装置)の検出回路からの出力が異常値を示しているにもかかわらず、異常検出回路が正常を表す異常判定信号を出力してしまう可能性がある。このような現象の発生は、高い信頼性を要求される用途において問題となる可能性がある。 Therefore, in the abnormality detection circuit described in Patent Document 1, the abnormality detection circuit is configured even though the output from the detection circuit of the physical quantity detection device (sensor device) shows an abnormal value due to the signal delay in the detection circuit. There is a possibility of outputting an abnormality determination signal indicating normality. The occurrence of such a phenomenon may cause a problem in applications that require high reliability.
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、より信頼性の高い異常判定出力が可能な物理量検出装置、物理量検出装置の異常診断システム及び物理量検出装置の異常診断方法を提供することができる。 The present invention has been made in view of the above problems, and according to some aspects of the present invention, a physical quantity detection device capable of more reliable abnormality determination output and an abnormality of the physical quantity detection device An abnormality diagnosis method for a diagnosis system and a physical quantity detection device can be provided.
(1)本発明に係る物理量検出装置は、
物理量を検出し、検出した前記物理量の大きさに応じた信号を出力する物理量検出素子と、
前記物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出回路と、
前記物理量検出装置に含まれる回路において監視対象となる1つ以上の監視対象信号の異常の有無を検出し、前記監視対象信号の少なくとも一部に異常があるか否かを表す異常フラグ信号を生成する異常フラグ生成部と、
前記異常フラグ信号に基づいて、前記物理量検出装置の異常の有無を表す異常判定信号を生成出力する異常判定出力部とを含み、
前記異常判定出力部は、前記異常フラグ信号が異常を表す値から正常を表す値に変化してから所定時間以上に亘る前記異常フラグ信号に基づいて、前記異常判定信号を、異常を表す値から正常を表す値に変化させて出力することを特徴とする。
(1) A physical quantity detection device according to the present invention includes:
A physical quantity detection element that detects a physical quantity and outputs a signal according to the detected magnitude of the physical quantity;
A detection circuit that generates a detection signal corresponding to the physical quantity based on an output signal of the physical quantity detection element;
The circuit included in the physical quantity detection device detects the presence or absence of abnormality of one or more monitoring target signals to be monitored, and generates an abnormality flag signal indicating whether or not at least a part of the monitoring target signal is abnormal An abnormal flag generator to
An abnormality determination output unit that generates and outputs an abnormality determination signal indicating the presence or absence of an abnormality of the physical quantity detection device based on the abnormality flag signal;
The abnormality determination output unit converts the abnormality determination signal from a value indicating abnormality based on the abnormality flag signal over a predetermined time after the abnormality flag signal changes from a value indicating abnormality to a value indicating normality. The output is changed to a value representing normality.
所定の物理量は、例えば、角速度、加速度、地磁気、圧力等である。 The predetermined physical quantity is, for example, angular velocity, acceleration, geomagnetism, pressure or the like.
本発明によれば、異常フラグ信号が異常を表す値から正常を表す値に変化してから、所定時間以上に亘る異常フラグ信号に基づいて、異常判定信号を、異常を表す値から正常を表す値に変化させて出力するため、異常フラグ信号が正常を表す値に変化しても、少なくとも所定時間に亘っては、異常判定信号は正常を表す値に変化しない。そのため、検出回路から出力される検出信号が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号を出力してしまう可能性が小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な物理量検出装置を実現することができる。 According to the present invention, after the abnormality flag signal has changed from a value representing abnormality to a value representing normality, the abnormality determination signal is represented as normal from the value representing abnormality based on the abnormality flag signal over a predetermined time. Therefore, even if the abnormality flag signal changes to a value indicating normality, the abnormality determination signal does not change to a value indicating normality for at least a predetermined time. Therefore, the possibility that an abnormality determination signal indicating normality will be output is reduced even though the detection signal output from the detection circuit indicates an abnormal value. Therefore, it is possible to realize a physical quantity detection device that can output an abnormality determination output with higher reliability.
(2)この物理量検出装置は、
前記異常判定出力部は、前記異常フラグ信号が異常を表す値から正常を表す値に変化してから、正常を表す値が前記所定時間以上継続した後に、前記異常判定信号を、異常を表す値から正常を表す値に変更して出力してもよい。
(2) This physical quantity detection device
The abnormality determination output unit, after the abnormality flag signal has changed from a value indicating abnormality to a value indicating normality, after the value indicating normality continues for the predetermined time or longer, the abnormality determination signal is a value indicating abnormality. The value may be changed to a value indicating normal and output.
本発明によれば、異常フラグ信号が異常を表す値から正常を表す値に変化してから、正常を表す値が所定時間以上継続した後に、異常判定信号を、異常を表す値から正常を表す値に変更して出力するため、異常フラグ信号が正常を表す値に変化しても、少なくとも所定時間に亘っては、異常判定信号は正常を表す値に変化しない。加えて、所定時間に満たない時間だけ異常フラグ信号が正常を表す値になっても、異常判定信号は正常を表す値に変化しない。そのため検出回路から出力される検出信号が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号を出力してしまう可能性が小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な物理量検出装置を実現することができる。 According to the present invention, after the abnormality flag signal has changed from a value representing abnormality to a value representing normality, and after the value representing normality has continued for a predetermined time or longer, the abnormality determination signal is represented from the value representing abnormality to normal. Since the value is output after being changed to a value, even if the abnormality flag signal changes to a value indicating normality, the abnormality determination signal does not change to a value indicating normality for at least a predetermined time. In addition, the abnormality determination signal does not change to a value indicating normality even if the abnormality flag signal has a value indicating normality for a time that is less than the predetermined time. Therefore, the possibility that an abnormality determination signal indicating normality will be output is reduced even though the detection signal output from the detection circuit indicates an abnormal value. Therefore, it is possible to realize a physical quantity detection device that can output an abnormality determination output with higher reliability.
(3)この物理量検出装置は、
前記検出回路は、前記物理量に応じた検出信号を、ローパスフィルターを介して生成し、
前記所定時間は、前記ローパスフィルターの直流からカットオフ周波数までの周波数帯域における最小群遅延時間以上であってもよい。
(3) This physical quantity detection device
The detection circuit generates a detection signal corresponding to the physical quantity through a low-pass filter,
The predetermined time may be equal to or longer than a minimum group delay time in a frequency band from a direct current to a cutoff frequency of the low-pass filter.
本発明によれば、所定時間がローパスフィルターの直流からカットオフ周波数までの周波数帯域における最小群遅延時間以上であるため、検出回路から出力される検出信号が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号を出力してしまう可能性がさらに小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な物理量検出装置を実現することができる。 According to the present invention, since the predetermined time is equal to or longer than the minimum group delay time in the frequency band from the direct current of the low-pass filter to the cutoff frequency, the detection signal output from the detection circuit shows an abnormal value. The possibility of outputting an abnormality determination signal indicating normality is further reduced. Therefore, it is possible to realize a physical quantity detection device that can output an abnormality determination output with higher reliability.
(4)この物理量検出装置は、
前記検出回路は、前記物理量に応じた検出信号を、ローパスフィルターを介して生成し、
前記所定時間は、前記ローパスフィルターの最大群遅延時間以上であってもよい。
(4) This physical quantity detection device
The detection circuit generates a detection signal corresponding to the physical quantity through a low-pass filter,
The predetermined time may be longer than the maximum group delay time of the low-pass filter.
本発明によれば、所定時間がローパスフィルターの最大群遅延時間以上であるため、検出回路から出力される検出信号が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号を出力してしまう可能性が極めて小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な物理量検出装置を実現することができる。 According to the present invention, since the predetermined time is equal to or longer than the maximum group delay time of the low-pass filter, an abnormality determination signal indicating normality is output even though the detection signal output from the detection circuit indicates an abnormal value. The possibility of being lost becomes extremely small. Therefore, it is possible to realize a physical quantity detection device that can output an abnormality determination output with higher reliability.
(5)この物理量検出装置は、
前記異常判定出力部は、前記所定時間を可変に構成されていてもよい。
(5) This physical quantity detection device
The abnormality determination output unit may be configured to vary the predetermined time.
本発明によれば、所定時間を可変に構成されているため、要求される信頼度に応じて所定時間を変更することが可能になる。 According to the present invention, since the predetermined time is variably configured, the predetermined time can be changed according to the required reliability.
(6)本発明に係る物理量検出装置の異常診断システムは、
物理量を検出し、検出した前記物理量の大きさに応じた信号を出力する物理量検出素子と、
前記物理量検出素子の出力信号に基づいて、前記物理量に応じた検出信号を生成する検出回路と、
前記物理量検出装置に含まれる回路において監視対象となる1つ以上の監視対象信号の異常の有無を検出し、前記監視対象信号の少なくとも一部に異常があるか否かを表す異常フラグ信号を生成する異常フラグ生成部とを含む物理量検出装置と、
前記異常フラグ信号に基づいて、前記物理量検出装置の動作に異常があるか否かを判定する異常診断装置とを含み、
前記異常診断装置は、前記異常フラグ信号が異常を表す値から正常を表す値に変化した場合には、前記異常フラグ信号が異常を表す値から正常を表す値に変化してから所定期間以上に亘る前記異常フラグ信号に基づいて、異常から正常への判定変更を行うことを特徴とする。
(6) An abnormality diagnosis system for a physical quantity detection device according to the present invention includes:
A physical quantity detection element that detects a physical quantity and outputs a signal according to the detected magnitude of the physical quantity;
A detection circuit that generates a detection signal corresponding to the physical quantity based on an output signal of the physical quantity detection element;
The circuit included in the physical quantity detection device detects the presence or absence of abnormality of one or more monitoring target signals to be monitored, and generates an abnormality flag signal indicating whether or not at least a part of the monitoring target signal is abnormal A physical quantity detection device including an abnormality flag generation unit to perform,
An abnormality diagnosis device that determines whether or not there is an abnormality in the operation of the physical quantity detection device based on the abnormality flag signal;
When the abnormality flag signal is changed from a value indicating abnormality to a value indicating normality, the abnormality diagnosis apparatus is configured so that the abnormality flag signal changes from a value indicating abnormality to a value indicating normality for a predetermined period or more. A determination change from abnormality to normal is performed on the basis of the abnormality flag signal.
本発明によれば、異常フラグ信号が異常を表す値から正常を表す値に変化した場合には、異常フラグ信号が異常を表す値から正常を表す値に変化してから所定期間以上に亘る異常フラグ信号に基づいて、異常から正常への判定変更を行うため、異常フラグ信号が正常を表す値に変化しても、少なくとも所定時間に亘っては、異常診断装置における判定結果を正常へ変更しない。そのため、検出回路から出力される検出信号が異常値を示しているにもかかわらず、物理量検出装置の動作を正常と判断してしまう可能性が小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常診断が可能な物理量検出装置の異常診断システムを実現することができる。 According to the present invention, when the abnormality flag signal changes from a value indicating abnormality to a value indicating normality, the abnormality over a predetermined period after the abnormality flag signal changes from a value indicating abnormality to a value indicating normality Since the determination change from abnormality to normal is performed based on the flag signal, even if the abnormality flag signal changes to a value indicating normality, the determination result in the abnormality diagnosis device is not changed to normal at least for a predetermined time. . Therefore, the possibility that the operation of the physical quantity detection device is determined to be normal despite the detection signal output from the detection circuit indicating an abnormal value is reduced. Therefore, it is possible to realize an abnormality diagnosis system for a physical quantity detection device capable of performing abnormality diagnosis with higher reliability.
(7)本発明に係る物理量検出装置の異常診断方法は、
物理量検出装置に含まれる回路において監視対象となる1つ以上の監視対象信号の異常の有無を検出し、前記監視対象信号の少なくとも一部に異常があるか否かを判定する検出工程と、
前記検出工程における判定結果に基づいて、前記物理量検出装置の動作に異常があるか否かを判定する判定工程とを含み、
前記判定工程において、前記検出工程における検出結果が異常から正常に変化した場合には、前記検出工程における検出結果が異常から正常に変化してから所定期間以上に亘る前記検出工程における検出結果に基づいて、判定結果を異常から正常へ変更することを特徴とする。
(7) An abnormality diagnosis method for a physical quantity detection device according to the present invention includes:
A detection step of detecting whether or not there is an abnormality in one or more monitoring target signals to be monitored in a circuit included in the physical quantity detection device, and determining whether or not there is an abnormality in at least a part of the monitoring target signal;
A determination step of determining whether or not there is an abnormality in the operation of the physical quantity detection device based on the determination result in the detection step,
In the determination step, when the detection result in the detection step changes from abnormality to normal, based on the detection result in the detection step over a predetermined period after the detection result in the detection step changes from abnormality to normal. The determination result is changed from abnormal to normal.
本発明によれば、検出工程における検出結果が異常から正常に変化した場合には、検出工程における検出結果が異常から正常に変化してから所定期間以上に亘る検出工程におけ
る検出結果に基づいて、判定結果を異常から正常へ変更するため、検出工程における検出結果が異常から正常に変化しても、少なくとも所定時間に亘っては、判定工程における判定結果を正常へ変更しない。そのため、検出回路から出力される検出信号が異常値を示しているにもかかわらず、物理量検出装置の動作を正常と判断してしまう可能性が小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常診断が可能な物理量検出装置の異常診断方法を実現することができる。
According to the present invention, when the detection result in the detection process changes from abnormality to normal, based on the detection result in the detection process over a predetermined period after the detection result in the detection process changes from abnormality to normal, Since the determination result is changed from abnormal to normal, even if the detection result in the detection process changes from abnormal to normal, the determination result in the determination process is not changed to normal for at least a predetermined time. Therefore, the possibility that the operation of the physical quantity detection device is determined to be normal despite the detection signal output from the detection circuit indicating an abnormal value is reduced. Therefore, it is possible to realize an abnormality diagnosis method for a physical quantity detection device capable of performing abnormality diagnosis with higher reliability.
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。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments described below do not unduly limit the contents of the present invention described in the claims. Also, not all of the configurations described below are essential constituent requirements of the present invention.
1.物理量検出装置
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(角速度検出装置)を例にとり説明するが、本発明は、角速度、加速度、地磁気、圧力等の様々な物理量のいずれかを検出することができる装置に適用可能である。
1. Physical quantity detection device In the following, a physical quantity detection device (angular velocity detection device) that detects angular velocity as a physical quantity will be described as an example. However, the present invention detects any one of various physical quantities such as angular velocity, acceleration, geomagnetism, and pressure. It is applicable to a device that can
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の角速度検出装置の構成について説明するための図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of the angular velocity detection device of the first embodiment.
第1実施形態の角速度検出装置1は、ジャイロセンサー素子100と角速度検出用IC10を含んで構成されている。
The angular velocity detection device 1 of the first embodiment includes a
ジャイロセンサー素子100(本発明における物理量検出素子の一例)は、駆動電極と検出電極が配置された振動片が不図示のパッケージに封止されて構成されている。一般的に、振動片のインピーダンスをできるだけ小さくして発振効率を高めるためにパッケージ内の気密性が確保されている。 The gyro sensor element 100 (an example of a physical quantity detection element in the present invention) is configured by sealing a vibrating piece in which a drive electrode and a detection electrode are arranged in a package (not shown). Generally, hermeticity in the package is secured in order to reduce the impedance of the resonator element as much as possible to increase the oscillation efficiency.
ジャイロセンサー素子100の振動片は、例えば、水晶(SiO2)、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構成してもよいし、
シリコン半導体の表面の一部に、駆動電極に挟まれた酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)等の圧電薄膜を配置した構造であってもよい。
The vibrating piece of the
A structure in which a piezoelectric thin film such as zinc oxide (ZnO) or aluminum nitride (AlN) sandwiched between drive electrodes is disposed on a part of the surface of the silicon semiconductor may be used.
また、この振動片は、例えば、T型の2つの駆動振動腕を有するいわゆるダブルT型であってもよいし、音叉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。 Further, this vibrating piece may be, for example, a so-called double T type having two T type driving vibrating arms, a tuning fork type, a triangular prism, a quadrangular prism, a cylindrical shape, or the like. A sound piece type may be used.
本実施形態では、ジャイロセンサー素子100は、水晶を材料とするダブルT型の振動片により構成される。
In the present embodiment, the
図2は、本実施形態のジャイロセンサー素子100の振動片の平面図である。
FIG. 2 is a plan view of the resonator element of the
本実施形態のジャイロセンサー素子100は、Zカットの水晶基板により形成されたダブルT型の振動片を有する。水晶を材料とする振動片は、温度変化に対する共振周波数の変動が極めて小さいので、角速度の検出精度を高めることができるという利点がある。なお、図2におけるX軸、Y軸、Z軸は水晶の軸を示す。
The
図2に示すように、ジャイロセンサー素子100の振動片は、2つの駆動用基部104a、104bからそれぞれ駆動振動腕101a、101bが+Y軸方向及び−Y軸方向に延出している。駆動振動腕101aの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極112及び113が形成されており、駆動振動腕101bの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極113及び112が形成されている。駆動電極112、113は、それぞれ、図1に示した角速度検出用IC10の外部出力端子11、外部入力端子12を介して駆動回路20に接続される。
As shown in FIG. 2, in the vibrating piece of the
駆動用基部104a、104bは、それぞれ−X軸方向と+X軸方向に延びる連結腕105a、105bを介して矩形状の検出用基部107に接続されている。
The drive bases 104a and 104b are connected to a
検出振動腕102は、検出用基部107から+Y軸方向及び−Y軸方向に延出している。検出振動腕102の上面には検出電極114及び115が形成されており、検出振動腕102の側面には共通電極116が形成されている。検出電極114、115は、それぞれ、図1に示した角速度検出用IC10の外部入力端子13、14を介して検出回路30に接続される。また、共通電極116は接地される。
The
駆動振動腕101a、101bの駆動電極112と駆動電極113との間に駆動信号として交流電圧が与えられると、図3に示すように、駆動振動腕101a、101bは逆圧電効果によって矢印Bのように、2本の駆動振動腕101a、101bの先端が互いに接近と離間を繰り返す屈曲振動(励振振動)をする。
When an AC voltage is applied as a drive signal between the
なお、本出願では、ジャイロセンサー素子に角速度がかかっていない状態で上述の屈曲振動(励振振動)するときの、各駆動振動腕における振動エネルギーの大きさ又は振動の振幅の大きさが2本の駆動振動腕で等しいとき、駆動振動腕の振動エネルギーのバランスがとれているという。 In the present application, when the bending vibration (excitation vibration) described above is performed with no angular velocity applied to the gyro sensor element, the magnitude of the vibration energy or the magnitude of the vibration in each drive vibration arm is two. When the drive vibration arms are equal, the vibration energy of the drive vibration arms is balanced.
ここで、ジャイロセンサー素子100の振動片にZ軸を回転軸とした角速度が加わると、駆動振動腕101a、101bは、矢印Bの屈曲振動の方向とZ軸の両方に垂直な方向にコリオリの力を得る。その結果、図4に示すように、連結腕105a、105bは矢印Cで示すような振動をする。そして、検出振動腕102は、連結腕105a、105bの振動(矢印C)に連動して矢印Dのように屈曲振動をする。
Here, when an angular velocity with the Z axis as the rotation axis is applied to the vibrating piece of the
また、駆動振動腕101a、101bの励振振動は、ジャイロセンサー素子の製造バラつきなどによって、駆動振動腕の振動エネルギーのバランスがくずれると、検出振動腕102には漏れ振動を発生させる。この漏れ振動は、コリオリの力に基づいた振動と同様に矢印Dに示す屈曲振動であるが、駆動信号とは同位相である。なお、コリオリ力に伴う振動は駆動振動とは90°ずれた位相である。
In addition, the excitation vibration of the
そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、検出振動腕102の検出電極114、115に発生する。ここで、コリオリの力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリの力の大きさ(言い換えれば、ジャイロセンサー素子100に加わる角速度の大きさ)に応じて変化する。一方、漏れ振動に基づいて発生する交流電荷は、ジャイロセンサー素子100に加わる角速度の大きさに関係しない。
Then, AC charges based on these bending vibrations are generated in the
なお、図2の構成では、振動片のバランスを良くするために、検出用基部107を中央に配置し、検出用基部107から+Y軸と−Y軸の両方向に検出振動腕102を延出させている。さらに、検出用基部107から+X軸と−X軸の両方向に連結腕105a、105bを延出させ、連結腕105a、105bのそれぞれから、+Y軸と−Y軸の両方向に駆動振動腕101a、101bを延出させている。
In the configuration of FIG. 2, in order to improve the balance of the resonator element, the
また、駆動振動腕101a、101bの先端には、駆動振動腕101a、101bよりも幅の広い矩形状の錘部103が形成されている。駆動振動腕101a、101bの先端に錘部103を形成することにより、コリオリの力を大きくするとともに、所望の共振周波数を比較的短い振動腕で得ることができる。同様に、検出振動腕102の先端には、検出振動腕102よりも幅の広い錘部106が形成されている。検出振動腕102の先端に錘部106を形成することにより、検出電極114、115に発生する交流電荷を大きくすることができる。
Further, a
以上のようにして、ジャイロセンサー素子100は、Z軸を検出軸としてコリオリの力に基づく交流電荷(すなわち、検出信号)と、励振振動の漏れ振動に基づく交流電荷(すなわち、漏れ信号)とを検出電極114、115を介して出力する。
As described above, the
図1に戻り、角速度検出用IC10は、駆動回路20、検出回路30及び基準電源回路40を含んで構成されている。
Returning to FIG. 1, the angular velocity detection IC 10 includes a drive circuit 20, a detection circuit 30, and a reference
駆動回路20は、I/V変換回路(電流電圧変換回路)210、AC増幅回路220及び振幅調整回路230を含んで構成されている。
The drive circuit 20 includes an I / V conversion circuit (current / voltage conversion circuit) 210, an
ジャイロセンサー素子100の振動片に流れた駆動電流は、I/V変換回路210によって交流電圧信号に変換される。
The drive current that has flowed through the resonator element of the
I/V変換回路210から出力された交流電圧信号は、AC増幅回路220及び振幅調整回路230に入力される。AC増幅回路220は、入力された交流電圧信号を増幅し、所定の電圧値でクリップさせて方形波電圧信号22を出力する。振幅調整回路230は、I/V変換回路210が出力する交流電圧信号のレベルに応じて、方形波電圧信号22の振幅を変化させ、駆動電流が一定に保持するようにAC増幅回路220を制御する。
The AC voltage signal output from the I /
方形波電圧信号22は、外部出力端子11を介してジャイロセンサー素子100の振動片の駆動電極112に供給される。このように、ジャイロセンサー素子100は図3に示すような所定の駆動振動を継続して励振している。また、駆動電流を一定に保つことにより、ジャイロセンサー素子100の駆動振動腕101a、101bは一定の振動速度を得ることができる。そのため、コリオリ力を発生させる元となる振動速度は一定となり、感
度をより安定にすることができる。
The square
検出回路30は、チャージアンプ回路310、320、差動増幅回路330、AC増幅回路340、同期検波回路350、平滑回路360、可変増幅回路370及びローパスフィルター380を含んで構成されている。
The detection circuit 30 includes
チャージアンプ回路310には、外部入力端子13を介してジャイロセンサー素子100の振動片の検出電極114から検出信号と漏れ信号を含む交流電荷が入力される。
An AC charge including a detection signal and a leakage signal is input to the
同様に、チャージアンプ回路320には、外部入力端子14を介してジャイロセンサー素子100の振動片の検出電極115から検出信号と漏れ信号を含む交流電荷が入力される。
Similarly, AC charge including a detection signal and a leakage signal is input to the
このチャージアンプ回路310及び320は、それぞれ入力された交流電荷を、基準電圧Vrefを基準とした交流電圧信号に変換する。なお、基準電圧Vrefは、基準電源回路40により、電源入力端子15から入力された外部電源に基づいて生成される。
The
差動増幅回路330は、チャージアンプ回路310の出力信号とチャージアンプ回路320の出力信号を差動増幅する。差動増幅回路330は、同相成分を消去し、逆相成分を加算増幅するためのものである。
The
AC増幅回路340は、差動増幅回路330の出力信号を増幅し、被検波信号36を同期検波回路350に出力する。
The
同期検波回路350は、方形波電圧信号22により、被検波信号36に対して同期検波を行う。同期検波回路350は、例えば、検波信号34の電圧レベルが基準電圧Vrefよりも高い時はAC増幅回路340の出力信号を選択し、検波信号34の電圧レベルが基準電圧Vrefよりも低い時はAC増幅回路340の出力信号を基準電圧Vrefに対して反転した信号を選択するスイッチ回路として構成することができる。
The
同期検波回路350の出力信号は、平滑回路360で直流電圧信号に平滑化された後、可変増幅回路370に入力される。
The output signal of the
可変増幅回路370は、平滑回路360の出力信号(直流電圧信号)を、設定された増幅率(又は減衰率)で増幅(又は減衰)して検出感度を調整する。可変増幅回路370で増幅(又は減衰)された信号は、ローパスフィルター380に入力される。
The
ローパスフィルター380は、可変増幅回路370の出力信号を使用に適した周波数帯域に制限する回路であり、角速度検出信号32を生成する。そして、角速度検出信号32は外部出力端子17を介して外部に出力される。
The low-
次に、図1のA点〜G点における信号波形の一例を示して、第1実施形態の角速度検出装置1の角速度検出動作についてより具体的に説明する。 Next, an example of signal waveforms at points A to G in FIG. 1 will be shown to describe the angular velocity detection operation of the angular velocity detection device 1 of the first embodiment more specifically.
図5は、角速度検出装置1が静止している時の信号波形の一例を示す図である。図5において横軸は時間、縦軸は電圧を表す。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a signal waveform when the angular velocity detection device 1 is stationary. In FIG. 5, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage.
ジャイロセンサー素子100の振動片が振動している状態では、I/V変換回路210の出力(A点)には、ジャイロセンサー素子100の振動片の駆動電極113からフィードバックされた電流が変換された一定周波数の交流電圧が発生している。すなわち、I/
V変換回路210の出力(A点)には、一定周波数の正弦波電圧信号が発生している。
In a state where the vibrating piece of the
A sine wave voltage signal having a constant frequency is generated at the output (point A) of the
そして、AC増幅回路220の出力(B点)には、I/V変換回路210の出力信号(A点の信号)が増幅された、振幅が一定値Vcの方形波電圧信号が発生する。
Then, at the output (point B) of the
ジャイロセンサー素子100に角速度が加わっていない場合は、ジャイロセンサー素子100の振動片の検出電極114、115には角速度の検出信号は発生しないが、漏れ信号は発生する。
When the angular velocity is not applied to the
ジャイロセンサー素子100の検出電極114及び115に発生した漏れ信号(交流電荷)は、それぞれチャージアンプ回路310及び320により、交流電圧信号に変換される。ここでは、チャージアンプ回路310と320から出力される交流電圧信号は逆相であるとしている。その結果、チャージアンプ回路310及び320の出力(C点及びD点)には、AC増幅回路220の出力信号(B点の信号)と同じ周波数の正弦波電圧信号が発生する。ここで、チャージアンプ回路310の出力信号(C点の信号)の位相は、AC増幅回路220の出力信号(B点の信号)に対して90°ずれている。また、チャージアンプ回路320の出力信号(D点の信号)の位相は、チャージアンプ回路310の出力信号(C点の信号)に対して逆位相である(180°ずれている)。
Leakage signals (AC charges) generated at the
チャージアンプ回路310及び320の出力信号(C点の信号及びD点の信号)は差動増幅回路330により差動増幅され、AC増幅回路340の出力(E点)には、チャージアンプ回路310の出力(C点)に発生する正弦波電圧信号と同じ周波数で同位相の正弦波電圧信号が発生する。AC増幅回路340の出力(E点)に発生するこの正弦波電圧信号は、ジャイロセンサー素子100の振動片の検出電極114、115に発生する漏れ信号に対応する信号である。
The output signals of the
AC増幅回路340の出力信号(E点の信号)は、同期検波回路350により、AC増幅回路220が出力する方形波電圧信号22(B点の信号)に基づいて同期検波される。
The output signal (point E signal) of the
ここで、AC増幅回路340の出力信号(E点の信号)と方形波電圧信号22(B点の信号)は90°だけ位相がずれているので、同期検波回路350の出力信号(F点の信号)において、基準電圧Vrefよりも高い電圧の積分量と基準電圧Vrefよりも低い電圧の積分量が等しくなる。その結果、漏れ信号はキャンセルされ、ローパスフィルター380の出力(G点)には角速度が0であることを示す基準電圧Vrefの直流電圧信号が発生する。
Here, since the output signal (point E signal) of the
図6は、角速度検出装置1に角速度が加わっている時の信号波形の一例を示す図である。図6において横軸は時間、縦軸は電圧を表す。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a signal waveform when an angular velocity is applied to the angular velocity detection device 1. In FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage.
A点及びB点の各信号波形は図5と同じであり、その説明を省略する。 The signal waveforms at points A and B are the same as those in FIG.
ジャイロセンサー素子100に角速度が加わると、ジャイロセンサー素子100の振動片の検出電極114、115には検出信号と漏れ信号が発生する。この検出信号のレベルはコリオリ力の大きさに応じて変化する。一方、漏れ信号は図5と同じ信号波形になり、キャンセルされる。そのため、図6では検出信号のみに着目した信号波形を示しており、以下の説明においても検出信号のみに着目して説明する。
When an angular velocity is applied to the
ジャイロセンサー素子100の振動片の検出電極114及び115に発生した検出信号(交流電荷)は、それぞれチャージアンプ回路310及び320により、交流電圧信号に変換される。その結果、チャージアンプ回路310及び320の出力(C点及びD点)に
は、AC増幅回路220の出力信号(B点の信号)と同じ周波数の正弦波電圧信号が発生する。ここで、チャージアンプ回路310の出力信号(C点の信号)の位相は、AC増幅回路220の出力信号(B点の信号)と同位相である。また、チャージアンプ回路320の出力信号(D点の信号)の位相は、チャージアンプ回路310の出力信号(C点の信号)に対して逆位相である(180°ずれている)。
Detection signals (AC charges) generated at the
チャージアンプ回路310及び320の出力信号(C点の信号及びD点の信号)は差動増幅回路330により差動増幅され、AC増幅回路340の出力(E点)には、チャージアンプ回路310の出力(C点)に発生する正弦波電圧信号と同じ周波数で同位相の正弦波電圧信号が発生する。AC増幅回路340の出力(E点)に発生するこの正弦波電圧信号は、ジャイロセンサー素子100の検出電極114、115に発生する検出信号に対応する信号である。
The output signals of the
AC増幅回路340の出力信号(E点の信号)は、同期検波回路350により、AC増幅回路220が出力する方形波電圧信号22(B点の信号)に基づいて同期検波される。ここで、AC増幅回路340の出力信号(E点の信号)と方形波電圧信号22(B点の信号)は同位相であるので、同期検波回路350の出力信号(F点の信号)は、AC増幅回路340の出力信号(E点の信号)が全波整流された信号となる。その結果、ローパスフィルター380の出力(G点)には、角速度の大きさに応じた電圧値V1の直流電圧信号(すなわち、角速度検出信号32)が発生する。
The output signal (point E signal) of the
なお、角速度検出装置1に図6と逆方向の角速度が加わった場合には、チャージアンプ回路310の出力信号(C点の信号)及びチャージアンプ回路320の出力信号(D点の信号)がともに基準電圧Vrefを中心として反転した波形になる。その結果、角速度検出信号32は、図6とは逆に基準電圧Vrefよりも低い電圧の信号になる。
When an angular velocity in the direction opposite to that in FIG. 6 is applied to the angular velocity detector 1, both the output signal of the charge amplifier circuit 310 (point C signal) and the output signal of the charge amplifier circuit 320 (point D signal) are both. The waveform is inverted around the reference voltage Vref . As a result, the angular
このようにして角速度検出装置1は角速度を検出することができる。そして、角速度検出信号32は、その電圧値がコリオリの力の大きさ(角速度の大きさ)に比例し、その極性が回転方向により決まるので、角速度検出信号32に基づいて角速度検出装置1に加えられた角速度を計算することができる。
In this way, the angular velocity detection device 1 can detect the angular velocity. The voltage value of the angular
図1に戻り、角速度検出用IC10は、異常診断回路60を含んで構成されている。
Returning to FIG. 1, the angular velocity detection IC 10 includes an
図7は、第1実施形態の異常診断回路60の構成について説明するための図である。図7に示す例において、異常診断回路60は、電源電圧監視判定回路610及び遅延回路620を含んで構成されている。
FIG. 7 is a diagram for explaining the configuration of the
異常診断回路60は、電源入力端子15から入力される電源電圧を監視対象信号50として検出し、電源電圧(監視対象信号50)に異常があるか否かを表す異常判定信号62を生成する。そして、異常判定信号62は外部出力端子16を介して外部に出力される。
The
電源電圧監視判定回路610は、電源電圧(監視対象信号50)を監視し、電源電圧(監視対象信号50)の異常の有無を判定し、電源電圧(監視対象信号50)に異常があるか否か表す異常フラグ信号82を出力する。
The power supply voltage
遅延回路620は、異常フラグ信号82に基づいて、角速度検出装置1の動作に異常があるか否かを表す異常判定信号62を生成出力する。遅延回路620は、例えば、シフトレジスターを用いて構成され、異常フラグ信号82のタイミングを所定時間だけ遅延させて異常判定信号62を生成してもよい。また遅延回路620は、例えば、積分器やコンパレーターを組み合わせて用いて構成され、異常フラグ信号82を所定時間だけ遅延させて
異常判定信号62を生成してもよい。
Based on the
なお、図7に示す例では、電源電圧監視判定回路610が本発明における異常フラグ生成部に対応し、遅延回路620が本発明における異常判定出力部に対応する。
In the example shown in FIG. 7, the power supply voltage
本実施形態における遅延回路620は、異常フラグ信号82が異常を表す値から正常を表す値に変化してから所定時間以上に亘る異常フラグ信号82に基づいて、異常判定信号62を、異常を表す値から正常を表す値に変化させて出力する。
The
図8は、異常発生時における異常フラグ信号82、異常判定信号62、角速度検出信号32のタイミングチャートである。図8に示す例では、異常フラグ信号82及び異常判定信号62は、正常を表す値をローレベル(L)、異常を表す値をハイレベル(H)とする電圧信号である。
FIG. 8 is a timing chart of the
以下、例えば電源入力端子15から供給される電源電圧が一時的に基準値以下まで低下した場合等に、電源電圧監視判定回路610が電源電圧に異常が発生したものと判定して、異常フラグ信号82をローレベルからハイレベルに変更して出力する場合を例にとり説明する。
Hereinafter, for example, when the power supply voltage supplied from the
時刻t1において電源電圧(監視対象信号50)に異常が発生すると、電源電圧監視判定回路610は、異常フラグ信号82をローレベルからハイレベルに変更して出力する。時刻t1で発生した異常が時刻t3で正常に戻ると、電源電圧監視判定回路610は、異常フラグ信号82をハイレベルからローレベルに変更して出力する。
When an abnormality occurs in the power supply voltage (monitoring target signal 50) at time t1, the power supply voltage
一方、角速度検出信号32は、検出回路30を通って出力されるため、時刻t1で発生した異常の影響を受けた角速度検出信号32は、遅延時間Tdだけ遅れて時刻t2に出力される。また、時刻t1で発生した異常が時刻t3まで継続すると、異常の影響を受けた角速度検出信号32は、遅延時間Tdだけ遅れた時刻t4まで継続する。
On the other hand, since the angular
すなわち、実際に異常が発生して異常フラグ信号82が出力される異常発生区間は、時刻t1から時刻t3までであるが、発生した異常の影響を受けた角速度検出信号32が出力される異常出力区間は、遅延時間Tdだけ遅れた時刻t2から時刻t4までである。したがって、時刻t3から時刻t4までの期間では、異常フラグ信号82が正常を表しているにもかかわらず、角速度検出信号32は異常の影響を受けた信号となる。そのため、異常フラグ信号82をそのまま異常判定信号として用いると、高い信頼性を要求される用途において問題となる可能性がある。
In other words, an abnormality occurrence section in which an abnormality occurs and the
本実施形態においては、遅延回路620は、時刻t3に異常フラグ信号82がハイレベル(異常を表す値)からローレベル(正常を表す値)に変化してから所定時間T以上に亘る異常フラグ信号82に基づいて、時刻t5に異常判定信号62をハイレベル(異常を表す値)からローレベル(正常を表す値)に変化させて出力する。例えば、遅延回路620は、時刻t3に異常フラグ信号82がハイレベル(異常を表す値)からローレベル(正常を表す値)に変化してから所定時間Tだけ経過した後に、異常判定信号62をハイレベル(異常を表す値)からローレベル(正常を表す値)に変化させて出力する。
In the present embodiment, the
このように、第1実施形態にかかる角速度検出装置1によれば、異常フラグ信号82が異常を表す値から正常を表す値に変化してから、所定時間T以上に亘る異常フラグ信号82に基づいて、異常判定信号62を、異常を表す値から正常を表す値に変化させて出力するため、異常フラグ信号82が正常を表す値に変化しても、少なくとも所定時間Tに亘っては、異常判定信号62は正常を表す値に変化しない。そのため、角速度検出信号32が
異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号62を出力してしまう可能性が小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な角速度検出装置を実現することができる。
As described above, according to the angular velocity detection device 1 according to the first embodiment, the
また、遅延回路620は、異常フラグ信号82が異常を表す値から正常を表す値に変化してから、正常を表す値が所定時間T以上継続した後に、異常判定信号82を、異常を表す値から正常を表す値に変更して出力してもよい。すなわち、遅延回路620は、時刻t3に異常フラグ信号82がハイレベル(異常を表す値)からローレベル(正常を表す値)に変化してから、ローレベルの異常フラグ信号82が所定時間T以上継続した後に、異常判定信号62をハイレベル(異常を表す値)からローレベル(正常を表す値)に変化させて出力してもよい。
Further, the
このように構成することにより、異常フラグ信号82が異常を表す値から正常を表す値に変化してから、正常を表す値が所定時間T以上継続した後に、異常判定信号62を、異常を表す値から正常を表す値に変更して出力するため、異常フラグ信号82が正常を表す値に変化しても、少なくとも所定時間Tに亘っては、異常判定信号62は正常を表す値に変化しない。加えて、所定時間Tに満たない時間だけ異常フラグ信号82が正常を表す値になっても、異常判定信号62は正常を表す値に変化しない。そのため、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号62を出力してしまう可能性が小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な角速度検出装置を実現することができる。
With this configuration, after the
図9は、ローパスフィルター380の群遅延時間と周波数との関係の一例を示すグラフである。横軸は周波数(対数)、縦軸は群遅延時間を表す。
FIG. 9 is a graph showing an example of the relationship between the group delay time of the low-
本実施の形態において、所定時間Tを、ローパスフィルター380の直流(0Hz)からカットオフ周波数fcまでの周波数帯域(通過帯域)における最小群遅延時間τ1以上としてもよい。
In the present embodiment, the predetermined time T may be equal to or longer than the minimum group delay time τ1 in the frequency band (pass band) from the direct current (0 Hz) of the low-
図1を用いて説明した検出回路30のように、ローパスフィルター380を介して角速度検出信号32を生成する場合には、ローパスフィルター380での遅延時間が他の回路ブロックにおける遅延時間よりも数桁程度大きいことが通常である。すなわち、ローパスフィルター380での遅延時間が、ほぼ検出回路30における信号の遅延時間Tdとなるのが通常である。
When the angular
したがって、所定時間Tをローパスフィルター380の直流(0Hz)からカットオフ周波数fcまでの周波数帯域(通過帯域)における最小群遅延時間τ1以上とすることにより、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号62を出力してしまう可能性がさらに小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な角速度検出装置を実現することができる。
Therefore, by setting the predetermined time T to be equal to or longer than the minimum group delay time τ1 in the frequency band (pass band) from the direct current (0 Hz) of the low-
また、本実施の形態において、所定時間Tを、ローパスフィルター380の最大群遅延時間τ2以上としてもよい。
In the present embodiment, the predetermined time T may be longer than the maximum group delay time τ2 of the low-
所定時間Tをローパスフィルター380の最大群遅延時間τ2以上とすることにより、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号62を出力してしまう可能性が極めて小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な物理量検出装置を実現することができる。
By setting the predetermined time T to be equal to or longer than the maximum group delay time τ2 of the low-
さらに、遅延回路620は、所定時間Tを可変に構成されていてもよい。例えば、遅延
回路620がシフトレジスターを用いて遅延時間をカウントする場合において、メモリーに記憶された設定値に基づいてカウント値を可変に構成したり、クロック信号の分周比率を可変に構成したりしてもよい。また例えば、遅延回路620が積分器を用いて信号を遅延させる場合において、積分器の時定数コンデンサーの容量を可変に構成してもよい。
Furthermore, the
所定時間Tを可変に構成することにより、要求される信頼度に応じて所定時間Tを変更することが可能になる。 By making the predetermined time T variable, the predetermined time T can be changed according to the required reliability.
[第2実施形態]
第1実施形態においては、電源入力端子15から供給される電源電圧に一時的に異常が発生した場合を例にとり説明したが、角速度検出信号32が一時的に異常な値となる場合はこれに限られない。他の例としては、角速度検出装置に一時的に強い衝撃が加わって、検出回路30等の回路の一部で出力が飽和してしまう場合等がある。第2実施形態においては、電源電圧に加えて、1又は複数の監視対象信号を監視する場合について説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the case where the power supply voltage supplied from the
図10は、第2実施形態の角速度検出装置の構成について説明するための図である。図1を用いて説明した角速度検出装置1と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 FIG. 10 is a diagram for explaining the configuration of the angular velocity detection device of the second embodiment. The same components as those in the angular velocity detection device 1 described with reference to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
第2実施形態の角速度検出装置1Aは、ジャイロセンサー素子100と角速度検出用IC10Aを含んで構成されている。角速度検出用IC10Aは、図1を用いて説明した角速度検出用IC10の異常診断回路60に代えて異常診断回路60Aを含む構成となっている。
An angular velocity detection device 1A according to the second embodiment includes a
図10に示す例では、異常診断回路60Aは、電源入力端子15から電源電圧を監視対象信号50として、I/V変換回路210の出力信号を監視対象信号50−1として、AC増幅回路220の出力信号を監視対象信号50−2として、チャージアンプ回路310の出力信号を監視対象信号50−3として、ローパスフィルター380の出力信号を監視対象信号50−4として、基準電源回路40の出力信号を監視対象信号50−5として監視する。
In the example shown in FIG. 10, the
なお、図10に示す監視対象信号は一例であり、例えば、図10に示す他の各回路ブロックの出力信号から必要に応じて選択して監視対象信号としてもよい。また、必要に応じて監視回路の数を増減させてもよい。 Note that the monitoring target signal illustrated in FIG. 10 is an example. For example, the monitoring target signal may be selected from the output signals of the other circuit blocks illustrated in FIG. Further, the number of monitoring circuits may be increased or decreased as necessary.
異常診断回路60Aは、監視対象信号50,50−1〜50−5の少なくとも一部に異常があるか否かを表す異常判定信号62を生成する。そして、異常判定信号62は外部出力端子16を介して外部に出力される。
The
図11は、異常診断回路60Aの構成について説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining the configuration of the
図11に示す例において、異常診断回路60Aは、電源電圧監視判定回路610、監視判定回路610−1〜610−5、論理和回路630及び遅延回路620を含んで構成されている。
In the example shown in FIG. 11, the
電源電圧監視判定回路610は、監視対象信号50(電源電圧)を監視し、監視対象信号50(電源電圧)の異常の有無を判定し、監視対象信号50(電源電圧)に異常があるか否かを表す判定信号61を出力する。同様に、監視判定回路610−1〜610−5は、それぞれ監視対象信号50−1〜50−5を監視し、監視対象信号50−1〜50−5の異常の有無を判定し、監視対象信号50−1〜50−5に異常があるか否かを表す判定
信号61−1〜61−5を出力する。
The power supply voltage
論理和回路630は、判定信号61及び61−1〜61−5を受け付け、その論理和を異常フラグ信号82Aとして生成する。
The
遅延回路620は、異常フラグ信号82Aに基づいて、角速度検出装置1Aの動作に異常があるか否かを表す異常判定信号62Aを生成出力する。遅延回路620は、例えば、シフトレジスターを用いて構成され、異常フラグ信号82のタイミングを所定時間だけ遅延させて異常判定信号62Aを生成してもよい。また遅延回路620は、例えば、積分器やコンパレーターを組み合わせて用いて構成され、異常フラグ信号82を所定時間だけ遅延させて異常判定信号62Aを生成してもよい。
Based on the
なお、図11に示す例では、電源電圧監視判定回路610、監視判定回路610−1〜610−5及び論理和回路630が本発明における異常フラグ生成部800Aに対応する。
In the example shown in FIG. 11, the power supply voltage
本実施形態においては、判定信号61及び61−1〜61−5、異常フラグ信号82A並びに異常判定信号62Aは、正常を表す値をローレベル(L)、異常を表す値をハイレベル(H)とする電圧信号である。したがって論理和回路630は、監視対象信号50及び50−1〜50−5のいずれかに異常が発生している期間においてはハイレベル、他の期間においてはローレベルの異常フラグ信号82Aを出力する。
In the present embodiment, the determination signals 61 and 61-1 to 61-5, the
本実施形態における遅延回路620は、異常フラグ信号82Aが異常を表す値から正常を表す値に変化してから所定時間T以上に亘る異常フラグ信号82Aに基づいて、異常判定信号62Aを、異常を表す値から正常を表す値に変化させて出力する。
In the present embodiment, the
異常フラグ信号82A、異常判定信号62A及び角速度検出信号32の関係については、図8に示すタイミングチャートを用いて説明した第1実施形態と同様である。
The relationship among the
このように、第2実施形態にかかる角速度検出装置1Aによれば、異常フラグ信号82Aが異常を表す値から正常を表す値に変化してから、所定時間T以上に亘る異常フラグ信号82Aに基づいて、異常判定信号62Aを、異常を表す値から正常を表す値に変化させて出力するため、異常フラグ信号82Aが正常を表す値に変化しても、少なくとも所定時間Tに亘っては、異常判定信号62Aは正常を表す値に変化しない。そのため、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号62Aを出力してしまう可能性が小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な角速度検出装置を実現することができる。
As described above, according to the angular velocity detection device 1A according to the second embodiment, the
また、遅延回路620は、異常フラグ信号82Aが異常を表す値から正常を表す値に変化してから、正常を表す値が所定時間T以上継続した後に、異常判定信号82Aを、異常を表す値から正常を表す値に変更して出力してもよい。
The
このように構成することにより、異常フラグ信号82Aが異常を表す値から正常を表す値に変化してから、正常を表す値が所定時間T以上継続した後に、異常判定信号62Aを、異常を表す値から正常を表す値に変更して出力するため、異常フラグ信号82Aが正常を表す値に変化しても、少なくとも所定時間Tに亘っては、異常判定信号62Aは正常を表す値に変化しない。加えて、所定時間Tに満たない時間だけ異常フラグ信号82Aが正常を表す値になっても、異常判定信号62Aは正常を表す値に変化しない。そのため、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号62Aを出力してしまう可能性が小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可
能な角速度検出装置を実現することができる。
With this configuration, after the
本実施の形態において、所定時間Tを、ローパスフィルター380の直流(0Hz)からカットオフ周波数fcまでの周波数帯域(通過帯域)における最小群遅延時間τ1以上としてもよい。
In the present embodiment, the predetermined time T may be equal to or longer than the minimum group delay time τ1 in the frequency band (pass band) from the direct current (0 Hz) of the low-
所定時間Tをローパスフィルター380の直流(0Hz)からカットオフ周波数fcまでの周波数帯域(通過帯域)における最小群遅延時間τ1以上とすることにより、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号62Aを出力してしまう可能性がさらに小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な角速度検出装置を実現することができる。
By setting the predetermined time T to be equal to or longer than the minimum group delay time τ1 in the frequency band (pass band) from the direct current (0 Hz) to the cutoff frequency fc of the low-
また、本実施の形態において、所定時間Tを、ローパスフィルター380の最大群遅延時間τ2以上としてもよい。
In the present embodiment, the predetermined time T may be longer than the maximum group delay time τ2 of the low-
所定時間Tをローパスフィルター380の最大群遅延時間τ2以上とすることにより、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、正常を表す異常判定信号62Aを出力してしまう可能性が極めて小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な物理量検出装置を実現することができる。
By setting the predetermined time T to be equal to or longer than the maximum group delay time τ2 of the low-
さらに、遅延回路620は、所定時間Tを可変に構成されていてもよい。例えば、遅延回路620がシフトレジスターを用いて遅延時間をカウントする場合において、メモリーに記憶された設定値に基づいてカウント値を可変に構成したり、クロック信号の分周比率を可変に構成したりしてもよい。また例えば、遅延回路620が積分器を用いて信号を遅延させる場合において、積分器の時定数コンデンサーの容量を可変に構成してもよい。
Furthermore, the
所定時間Tを可変に構成することにより、要求される信頼度に応じて所定時間Tを変更することが可能になる。 By making the predetermined time T variable, the predetermined time T can be changed according to the required reliability.
第2実施形態においては、これらの効果に加えて、複数の監視対象信号を監視して、より信頼性の高い異常判定出力が可能な角速度検出装置を実現することができる。 In the second embodiment, in addition to these effects, it is possible to realize an angular velocity detection device capable of monitoring a plurality of monitoring target signals and performing a more reliable abnormality determination output.
2.物理量検出装置の異常診断システム及び異常診断方法
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(角速度検出装置)の異常診断システム及び異常診断方法を例にとり説明するが、本発明は、角速度、加速度、地磁気、圧力等の様々な物理量のいずれかを検出することができる装置の異常診断システム及び異常診断方法に適用可能である。
2. Abnormality Diagnosis System and Abnormality Diagnosis Method of Physical Quantity Detection Device Hereinafter, an abnormality diagnosis system and an abnormality diagnosis method of a physical quantity detection device (angular velocity detection device) that detects an angular velocity as a physical quantity will be described as an example. The present invention can be applied to an abnormality diagnosis system and an abnormality diagnosis method for an apparatus that can detect any of various physical quantities such as geomagnetism and pressure.
図12は、本実施形態に係る角速度検出装置の異常診断システムの構成の一例を示す図である。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the configuration of the abnormality diagnosis system for the angular velocity detection device according to the present embodiment.
図12に示すように、異常診断システム1000は、角速度検出装置1Bとマイクロコンピューター2を含んで構成されている。
As shown in FIG. 12, the
角速度検出装置1Bは、ジャイロセンサー素子100と角速度検出用IC10Bを含んで構成されている。角速度検出用IC10Bは、図10を用いて説明した角速度検出用IC10Aの異常診断回路60に代えて異常診断回路60Bを含む構成となっている。
The angular velocity detection device 1B includes a
図13は、異常診断回路60Bの構成について説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining the configuration of the
図13に示す例において、異常診断回路60Bは、電源電圧監視判定回路610、監視判定回路610−1〜610−5及び論理和回路630を含んで構成されている。
In the example illustrated in FIG. 13, the
電源電圧監視判定回路610は、監視対象信号50(電源電圧)を監視し、監視対象信号50の異常の有無を判定し、監視対象信号50に異常があるか否かを表す判定信号61を出力する。同様に、監視判定回路50−1〜50−5は、それぞれ監視対象信号50−1〜50−5を監視し、監視対象信号50−1〜50−5の異常の有無を判定し、監視対象信号50−1〜50−5に異常があるか否かを表す判定信号61−1〜61−5を出力する。
The power supply voltage
論理和回路630は、判定信号61及び61−1〜61−5を受け付け、その論理和を異常フラグ信号82Bとして生成する。そして異常フラグ信号82Bは、外部出力端子16を介して出力される。
The
なお、図13に示す例では、異常診断回路60Bが本発明における異常フラグ生成部に対応する。
In the example shown in FIG. 13, the
本実施形態においては、判定信号61及び61−1〜61−5並びに異常フラグ信号82Aは、正常を表す値をローレベル(L)、異常を表す値をハイレベル(H)とする電圧信号である。したがって論理和回路630は、監視対象信号50及び50−1〜50−5のいずれかに異常が発生している期間においてはハイレベル、他の期間においてはローレベルの異常フラグ信号82Bを出力する。
In the present embodiment, the determination signals 61 and 61-1 to 61-5 and the
マイクロコンピューター2は、外部出力端子16から出力される異常フラグ信号82Bを受け付け、異常フラグ信号82Bに基づいて角速度検出装置1Bの動作に異常があるか否かを判定する。すなわち、マイクロコンピューター2は、本発明における異常診断装置として機能する。マイクロコンピューター2は、異常の有無の判定結果に基づいて、異常判定信号4を出力してもよい。そして、異常判定信号4は、例えば、不図示の表示装置に入力されて角速度検出装置1Bが異常であれば警告表示される。
The
図14は、図12に示す異常診断システム1000による角速度検出装置の異常診断方法を示すフローチャートの一例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing an example of a flowchart showing an abnormality diagnosis method of the angular velocity detection device by the
まず、異常診断回路60Bが、監視対象信号50及び50−1〜50−5の異常の有無を検出し、監視対象信号50及び50−1〜50−5の少なくとも一部に異常があるか否かを判定する(ステップS100)。異常診断システム1000においては、異常診断回路60Bは、検出結果を異常フラグ信号82Bとしてマイクロコンピューター2へ出力する。
First, the
次に、ステップS100における検出結果が異常から正常に変化した場合には、ステップS100における検出結果が異常から正常に変化してから所定期間T以上に亘るステップS100における検出結果に基づいて、判定結果を異常から正常へ変更する(ステップS110)。異常診断システム1000においては、マイクロコンピューター2が、異常フラグ信号82Bが異常を表す値から正常を表す値に変化してから所定期間T以上に亘る異常フラグ信号82Bに基づいて、異常から正常への判定変更を行う。
Next, when the detection result in step S100 changes from abnormality to normal, the determination result is based on the detection result in step S100 over a predetermined period T after the detection result in step S100 changes from abnormality to normal. Is changed from abnormal to normal (step S110). In the
本実施形態によれば、異常フラグ信号82Bが異常を表す値から正常を表す値に変化した場合には、異常フラグ信号82Bが異常を表す値から正常を表す値に変化してから所定期間T以上に亘る異常フラグ信号82Bに基づいて、異常から正常への判定変更を行うため、異常フラグ信号82Bが正常を表す値に変化しても、少なくとも所定時間Tに亘って
は、マイクロコンピューター2における判定結果を正常へ変更しない。そのため、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、角速度検出装置1Bの動作を正常と判断してしまう可能性が小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常診断が可能な角速度検出装置の異常診断システム及び異常診断方法を実現することができる。
According to the present embodiment, when the
図15は、図12に示す異常診断システム1000による角速度検出装置の異常診断方法を示すフローチャートの他の例を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing another example of a flowchart showing an abnormality diagnosis method of the angular velocity detection device by the
まず、異常診断回路60Bが、監視対象信号50及び50−1〜50−5の異常の有無を検出し、監視対象信号50及び50−1〜50−5の少なくとも一部に異常があるか否かを判定する(ステップS100)。異常診断システム1000においては、異常診断回路60Bは、検出結果を異常フラグ信号82Bとしてマイクロコンピューター2へ出力する。
First, the
次に、ステップS100における検出結果が異常から正常に変化した場合には、ステップS100における検出結果が異常から正常に変化してから、正常を表す検出結果が所定期間T以上継続した後に、判定結果を異常から正常へ変更する(ステップS120)。異常診断システム1000においては、マイクロコンピューター2が、異常フラグ信号82Bが異常を表す値から正常を表す値に変化してから、正常を示す値が所定期間T以上継続した後に、異常から正常への判定変更を行う。
Next, when the detection result in step S100 changes from abnormal to normal, the detection result in step S100 changes from abnormal to normal, and after the detection result indicating normality continues for a predetermined period T or more, the determination result Is changed from abnormal to normal (step S120). In the
本実施形態によれば、異常フラグ信号82Bが異常を表す値から正常を表す値に変化した場合には、異常フラグ信号82Bが異常を表す値から正常を表す値に変化してから、正常を表す値が所定期間T以上継続した後に、異常から正常への判定変更を行うため、異常フラグ信号82Bが正常を表す値に変化しても、少なくとも所定時間Tに亘っては、マイクロコンピューター2における判定結果を正常へ変更しない。加えて、所定時間Tに満たない時間だけ異常フラグ信号82Bが正常を表す値になっても、マイクロコンピューター2における判定結果を正常へ変更しない。そのため、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、角速度検出装置1Bの動作を正常と判断してしまう可能性が小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常診断が可能な角速度検出装置の異常診断システム及び異常診断方法を実現することができる。
According to the present embodiment, when the
これらの形態において、所定時間Tを、ローパスフィルター380の直流(0Hz)からカットオフ周波数fcまでの周波数帯域(通過帯域)における最小群遅延時間τ1以上としてもよい。
In these forms, the predetermined time T may be equal to or longer than the minimum group delay time τ1 in the frequency band (pass band) from the direct current (0 Hz) of the low-
所定時間Tをローパスフィルター380の直流(0Hz)からカットオフ周波数fcまでの周波数帯域(通過帯域)における最小群遅延時間τ1以上とすることにより、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、角速度検出装置1Bの動作を正常と判断してしまう可能性がさらに小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な角速度検出装置の異常診断システム及び異常診断方法を実現することができる。
By setting the predetermined time T to be equal to or longer than the minimum group delay time τ1 in the frequency band (pass band) from the direct current (0 Hz) to the cutoff frequency fc of the low-
また、これらの形態において、所定時間Tを、ローパスフィルター380の最大群遅延時間τ2以上としてもよい。
In these forms, the predetermined time T may be equal to or longer than the maximum group delay time τ2 of the low-
所定時間Tをローパスフィルター380の最大群遅延時間τ2以上とすることにより、角速度検出信号32が異常値を示しているにもかかわらず、角速度検出装置1Bの動作を正常と判断してしまう可能性が極めて小さくなる。したがって、より信頼性の高い異常判定出力が可能な角速度検出装置の異常診断システム及び異常診断方法を実現することができる。
By setting the predetermined time T to be equal to or longer than the maximum group delay time τ2 of the low-
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。 In addition, this invention is not limited to this embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention.
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。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the present invention includes a configuration that exhibits the same operational effects as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.
1,1A,1B 角速度検出装置、2 マイクロコンピューター、4 異常判定信号、10,10A 角速度検出用IC、11 外部出力端子、12〜14 外部入力端子、15
電源入力端子、16,17 外部出力端子、20 駆動回路、22 方形波電圧信号、30 検出回路、32 角速度検出信号、36 被検波信号、40 基準電源回路、50,50−1〜50−5 監視対象信号、60,60A,60B 異常診断回路、61,61−1〜61−5 判定信号、62,62A 異常判定信号、82,82A 異常フラグ信号、100 ジャイロセンサー素子、101a〜101b 駆動振動腕、102 検出振動腕、103 錘部、104a〜104b 駆動用基部、105a〜105b 連結腕、106 錘部、107 検出用基部、112〜113 駆動電極、114〜115 検出電極、116 共通電極、210 I/V変換回路(電流電圧変換回路)、220 AC増幅回路、230 振幅調整回路、310 チャージアンプ回路、320 チャージアンプ回路、330 差動増幅回路、340 AC増幅回路、350 同期検波回路、360 平滑回路、370 可変増幅回路、380 ローパスフィルター、610 電源電圧監視判定回路、610−1〜610−5 監視判定回路、620 遅延回路、630 論理和回路、800A,800B 異常フラグ生成部、1000 異常診断システム
1, 1A, 1B Angular velocity detection device, 2 Microcomputer, 4 Abnormality determination signal, 10, 10A Angular velocity detection IC, 11 External output terminal, 12-14 External input terminal, 15
Power supply input terminal, 16, 17 External output terminal, 20 Drive circuit, 22 Square wave voltage signal, 30 Detection circuit, 32 Angular velocity detection signal, 36 Signal to be detected, 40 Reference power supply circuit, 50, 50-1 to 50-5 Target signal, 60, 60A, 60B abnormality diagnosis circuit, 61, 61-1 to 61-5 determination signal, 62, 62A abnormality determination signal, 82, 82A abnormality flag signal, 100 gyro sensor element, 101a to 101b driving vibration arm, 102 detection vibration arm, 103 weight part, 104a-104b drive base, 105a-105b connection arm, 106 weight part, 107 detection base, 112-113 drive electrode, 114-115 detection electrode, 116 common electrode, 210 I / V conversion circuit (current / voltage conversion circuit), 220 AC amplification circuit, 230 amplitude adjustment circuit, 310 charge amplifier circuit, 3 0 charge amplifier circuit, 330 differential amplifier circuit, 340 AC amplifier circuit, 350 synchronous detection circuit, 360 smoothing circuit, 370 variable amplifier circuit, 380 low-pass filter, 610 power supply voltage monitoring determination circuit, 610-1 to 610-5 monitoring determination Circuit, 620 delay circuit, 630 OR circuit, 800A, 800B abnormality flag generator, 1000 abnormality diagnosis system
Claims (5)
物理量検出素子の出力信号に基づいた検出信号を、ローパスフィルターを介して生成する検出回路と、
前記物理量検出装置用回路内の信号の異常の有無を表す異常フラグ信号を生成する異常フラグ生成部と、
異常を表す値の前記異常フラグ信号に基づいて、前記物理量検出装置用回路の動作に異常があることを表す異常判定信号を生成出力すると共に、
前記異常フラグ信号が前記異常を表す値から正常を表す値に変化してから所定時間以上に亘る前記異常フラグ信号に基づいて、前記異常判定信号を、異常を表す値から正常を表す値に変化させて出力する異常判定出力部と、
を含み、
前記所定時間は、前記ローパスフィルターの直流からカットオフ周波数までの周波数帯域における最小群遅延時間以上であることを特徴とする物理量検出装置用回路。 A circuit for a physical quantity detection device,
A detection signal based on the output signal of the physical quantity detection element, a detection circuit for generating through a low pass filter,
The presence or absence of abnormality of the signal of the physical quantity detecting device for a circuit and the abnormality flag generator for generating a table to abnormality flag signal,
Based on the abnormality flag signal value representing the abnormality, the abnormality is generated to output an abnormality determination signal indicating that it is in the operation of the physical quantity detection device circuit,
Based on the abnormality flag signal over a predetermined time after changing to a value representing a normal from the value the abnormality flag signal representative of the abnormality, changes the abnormality judgment signal, the value representing the normal from the value indicating an abnormality An abnormality determination output unit for outputting
Including
The physical quantity detection device circuit according to claim 1, wherein the predetermined time is equal to or longer than a minimum group delay time in a frequency band from a direct current to a cutoff frequency of the low-pass filter.
物理量検出素子の出力信号に基づいた検出信号を、ローパスフィルターを介して生成する検出回路と、
前記物理量検出装置用回路内の信号の異常の有無を表す異常フラグ信号を生成する異常フラグ生成部と、
異常を表す値の前記異常フラグ信号に基づいて、前記物理量検出装置用回路の動作に異常があることを表す異常判定信号を生成出力すると共に、
前記異常フラグ信号が前記異常を表す値から正常を表す値に変化してから所定時間以上に亘る前記異常フラグ信号に基づいて、前記異常判定信号を、異常を表す値から正常を表す値に変化させて出力する異常判定出力部と、
を含み、
前記所定時間は、前記ローパスフィルターの最大群遅延時間以上であることを特徴とする物理量検出装置用回路。 A circuit for a physical quantity detection device,
A detection signal based on the output signal of the physical quantity detection element, a detection circuit for generating through a low pass filter,
The presence or absence of abnormality of the signal of the physical quantity detecting device for a circuit and the abnormality flag generator for generating a table to abnormality flag signal,
Based on the abnormality flag signal value representing the abnormality, the abnormality is generated to output an abnormality determination signal indicating that it is in the operation of the physical quantity detection device circuit,
Based on the abnormality flag signal over a predetermined time after changing to a value representing a normal from the value the abnormality flag signal representative of the abnormality, changes the abnormality judgment signal, the value representing the normal from the value indicating an abnormality An abnormality determination output unit for outputting
Including
The physical quantity detection device circuit according to claim 1, wherein the predetermined time is equal to or longer than a maximum group delay time of the low-pass filter.
前記異常判定出力部は、前記異常フラグ信号が異常を表す値から正常を表す値に変化してから、正常を表す値が前記所定時間以上継続した後に、前記異常判定信号を、異常を表す値から正常を表す値に変更して出力することを特徴とする物理量検出装置用回路。 The physical quantity detection device circuit according to claim 1 or 2,
The abnormality determination output unit, after the abnormality flag signal has changed from a value indicating abnormality to a value indicating normality, after the value indicating normality continues for the predetermined time or longer, the abnormality determination signal is a value indicating abnormality. A circuit for a physical quantity detection device , wherein the output is changed to a value representing normality and output.
前記異常判定出力部は、前記所定時間を可変に構成されていることを特徴とする物理量検出用回路。 In the physical quantity detecting device circuit according to any one of claims 1 to 3,
The physical quantity detection circuit, wherein the abnormality determination output unit is configured to be variable in the predetermined time.
電源電圧が入力される電源入力端子を含み、 Including a power input terminal to which power supply voltage is input,
前記異常フラグ生成部は、前記電源電圧の異常の有無を表す前記異常フラグ信号を生成する回路を含むことを特徴とする物理量検出装置用回路。 The circuit for a physical quantity detection device, wherein the abnormality flag generation unit includes a circuit that generates the abnormality flag signal indicating presence / absence of abnormality of the power supply voltage.
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