JPH10123171A - 三軸加速度センサの診断方法及び三軸加速度センサの自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極パターンを複雑にすることなく三軸加速
度センサの自己診断を可能にする。 【解決手段】 タイマ１９がスイッチ１８を切り替えて
対向電極１７を発振器２０に接続する。発振器２０は所
定の周波数で変化する直流電圧を対向電極１７とＸ軸方
向検知電極１２，Ｙ軸方向検知電極１３，Ｚ軸方向検知
電極１４との間に印加する。これにより圧電セラミック
ス１１が振動し、各検知電極に自発分極電荷が現れる。
各自発分極電荷を抵抗器１６１〜１６３及び増幅器１５
１〜１５３によりＸ方向電圧，Ｙ方向電圧，Ｚ方向電圧
に変換し、これらの各方向電圧をコンパレータ２３１〜
２３３で基準電圧と比較する。各方向電圧が基準電圧よ
り小さい場合にはＮＡＮＤ回路２２から異常の発生を意
味する論理値「１」が出力され、ＡＮＤ回路２１が異常
検出信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミックス
を用いた三軸加速度センサの診断方法及び自己診断装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】分極処理を施した圧電セラミックスの一
方の面上にＸ軸方向検知電極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ
軸方向検知電極を含む検知電極パターンを形成し、他方
の面上に電極パターンと全体的に対向する対向電極を形
成し、加速度を受けて圧電セラミックス内に生じる応力
によりＸ軸方向検知電極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ軸方
向検知電極にそれぞれ現れる自発分極電荷に基づいてＸ
軸，Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度成分に対応した信号を出
力する三軸加速度センサが知られている。この三軸加速
センサの原理及び構造は、国際公開ＷＯ９３／０２３４
２（ＰＣＴ／ＪＰ９２／００８８２）に詳しく開示され
ており、北陸電気工業株式会社及び日本抵抗器株式会社
から製品が出されている。この種の加速度センサでは、
圧電セラミックスにクラックが入ったり、電極間にマイ
グレーションが発生して電極が実質的に広がると、自発
分極電荷が減少する。そのためにこのような異常が発生
しているか否かを自己診断する必要がある。

【０００３】一軸の加速度センサでは、自己診断を行う
ものが提案されている。この従来の自己診断は、圧電セ
ラミックスの検知電極を形成する面に励振用の電極を形
成し、この励振用の電極と対向電極との間に所定の周波
数で変化する直流電圧を印加する。そしてこのときに検
知電極に現れる自発分極電荷の値を見て、センサに異常
が発生しているか否かを診断している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来採用
されているような励振用の電極を設ける構成を三軸加速
度センサに採用すると、電極パターンが非常に複雑にな
る問題がある。

【０００５】本発明の目的は、励振用の電極を用いるこ
となく、自己診断を実施することができる三軸加速度セ
ンサの診断方法及び自己診断装置を提供することにあ
る。

【０００６】本発明の他の目的は、簡単な回路構成で異
常の発生を自己診断できる三軸加速度センサの自己診断
装置を提供することにある。

【０００７】本発明の別の目的は、自己診断が終了する
と自動的に加速度の検出状態に戻る三軸加速度センサの
自己診断装置を提供することにある。

【０００８】本発明の更に別の目的は、自己診断中以外
に異常検出信号が出力される誤動作が起きることのない
三軸加速度センサの自己診断装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、分極処理が施
された圧電セラミックスの一方の面上にＸ軸方向検知電
極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ軸方向検知電極を含む検知
電極パターンが形成され、他方の面上に電極パターンと
全体的に対向する対向電極が形成され、加速度を受けて
圧電セラミックス内に生じる応力によりＸ軸方向検知電
極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ軸方向検知電極にそれぞれ
現れる自発分極電荷に基づいてＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向
の加速度成分に対応した信号を出力する三軸加速度セン
サの状態を診断方法を対象とする。

【００１０】本発明の診断方法では、Ｘ軸方向検知電
極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ軸方向検知電極と対向電極
との間に所定の周波数で変化する直流電圧をそれぞれ印
加する。このような直流電圧としては、矩形波や三角波
等の振幅が変化する直流電圧を用いることができる。そ
してＸ軸方向検知電極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ軸方向
検知電極の少なくとも１つの検知電極に現れる自発分極
電荷が基準分極電荷より小さいか否かにより、三軸加速
度センサが正常であるか異常であるかを診断する。

【００１１】一軸加速度センサでは、自己診断時に一軸
方向に加速度が加わった状態を作る必要があるため、加
速度の方向を限定できる励振用の電極が必要になる。こ
れに対して三軸加速度センサにおいては、どの方向に加
速度が加わっても問題がない。この特徴を利用したのが
本発明である。本発明においては、Ｘ軸方向検知電極，
Ｙ軸方向検知電極及びＺ軸方向検知電極を励振用の電極
として利用する。これらの検知電極と対向電極との間に
所定の周波数で変化する直流電圧をそれぞれ印加する
と、圧電セラミックスに一定の振動が発生する。この時
の振動は、Ｘ軸，Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれの方向に発生
している。そのため各検知電極には、自発分極電荷が現
れる。各検知電極に現れる自発分極電荷が、発生する振
動の強さに応じて予め定めた基準分極電荷よりも小さい
場合には、異常が発生しているものと判断することがで
きる。基準分極電荷は予め試験を行って決定する。所定
の周波数は、圧電セラミックスが周波数に対応して振動
できるように適当な周波数から選ばれる。すなわち周波
数が高すぎると圧電セラミックスが周波数に対応して振
動できず、逆に周波数が低すぎると診断に十分な大きさ
の自発分極電荷が発生しない。直流電圧の大きさは、各
検知電極に現れる自発分極電荷の大きさに関係しない
が、圧電セラミックスを駆動させるために十分大きく、
しかも加速度センサを破壊することのない大きさである
ことは言うまでもない。なお、各検知電極に現れる自発
分極電荷のいずれかが基準分極電荷よりも小さければ異
常と判断し、他の自発分極電荷が正常であっても等しく
異常と判定しても構わないのは、クラックやマイグレー
ションといった異常が発生したセンサはもはや修理する
ことはできず、いずれにしても交換しなければならない
からである。

【００１２】本発明の方法を実現する本発明の自己診断
装置は、分極処理が施された圧電セラミックスの一方の
面上にＸ軸方向検知電極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ軸方
向検知電極を含む検知電極パターンが形成され、他方の
面上に電極パターンと全体的に対向する対向電極が形成
され、加速度を受けて前記圧電セラミックス内に生じる
応力によりＸ軸方向検知電極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ
軸方向検知電極にそれぞれ現れる自発分極電荷に基づい
てＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向の加速度成分に対応した信号
を出力する三軸加速度センサの自己診断装置である。本
発明の装置では、所定の周波数で電圧が変化する励振用
の直流電圧を発生する発振器と、切替手段と異常判定手
段とから構成される。切替手段は、自己診断時には発振
器の出力をＸ軸方向検知電極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ
軸方向検知電極と対向電極との間にそれぞれ印加し、非
自己診断時には対向電極をアース電位とする。そして異
常判定手段は、自己診断時にＸ軸方向検知電極，Ｙ軸方
向検知電極及びＺ軸方向検知電極の少なくとも１つの検
知電極に現れる自発分極電荷が、予め定めた基準分極電
荷より小さいことを検出すると異常検出信号を出力す
る。

【００１３】本発明の三軸加速度センサの自己診断装置
においては、Ｘ軸方向検知電極，Ｙ軸方向検知電極及び
Ｚ軸方向検知電極を励振用の電極として利用し、自己診
断を行うために、発振器からこれらの電極と対向電極と
の間に所定の周波数で変化する励振用の直流電圧をそれ
ぞれ印加する。この際、切替手段が発振器の出力をＸ軸
方向検知電極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ軸方向検知電極
と対向電極との間に印加し、対向電極がアース電位にな
らないように切り替えを行う。発振器の出力により、圧
電セラミックスに一定の振動が発生する。このとき振動
はＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸のそれぞれの方向に発生するの
で、各検知電極には自発分極電荷が現れる。各検知電極
に現れる自発分極電荷が、予め定めた基準分極電荷より
も小さい場合には、異常判定手段は、その検知電極を配
置した部分にクラック等の異常が発生しているものと判
断し、異常検出信号を出力する。この基準分極電荷は予
め試験を行って決定する。正常である場合、すなわち各
検知電極に現れる自発分極電荷が基準分極電荷以上の場
合、異常判定手段は異常検出信号の出力を行わない。切
替手段は、自己診断時以外は対向電極をアース電位と
し、加速度センサが加速度検出動作を行うことができる
ようにしている。もし切替手段を用いないとすると、各
検知電極を励振用の電極として用いることはできない。

【００１４】各検知電極に現れる自発分極電荷が予め定
めた基準分極電荷よりも小さいか否かを判定する場合、
実際上は自発分極電荷及び基準分極電荷を信号処理可能
な形に変換する必要がある。最も簡単な方法は、自発分
極電荷及び基準分極電荷を電圧値に変換することであ
る。その場合には、異常判定手段を、Ｘ軸方向検知電
極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ軸方向検知電極にそれぞれ
現れる自発分極電荷を電圧に変換してＸ軸方向電圧，Ｙ
軸方向電圧及びＺ軸方向電圧を出力する電荷−電圧変換
回路と、自己診断時に前記基準分極電荷に対応する基準
電圧とＸ軸方向電圧，Ｙ軸方向電圧及びＺ軸方向電圧を
それぞれ比較して、Ｘ軸方向電圧，Ｙ軸方向電圧及びＺ
軸方向電圧の少なくとも一つが基準電圧より小さいこと
を判定すると異常検出信号を出力する異常判定回路と備
えて構成する。

【００１５】このように異常判定手段を構成すると、電
荷−電圧変換回路により各検知電極にそれぞれ現れる自
発分極電荷はそれぞれ電流となって放電されて電流−電
圧変換される。電荷−電圧変換回路により電圧（Ｘ軸方
向電圧，Ｙ軸方向電圧及びＺ軸方向電圧）に変換された
自発分極電荷は、基準分極電荷に対応する基準電圧と比
較され、Ｘ軸方向電圧，Ｙ軸方向電圧及びＺ軸方向電圧
のうち少なくとも一つが基準電圧より小さければ、異常
判定回路は異常検出信号を出力する。通常の三軸加速度
センサは、各検知電極に現れる自発分極電荷を放電して
電流を流し、この電流を電圧に変換して加速度検出信号
を得ているので、異常判定手段の電荷−電圧変換回路
は、Ｘ，Ｙ，Ｚの加速度検出信号を得る場合に用いる回
路をそのまま利用できる。従って、既存の回路に異常判
定回路を付加するだけで異常判定手段を簡単に構成でき
る。

【００１６】切替手段は、自己診断指令が入力されると
予め定めたタイマ時限の計数を開始するタイマ手段と、
タイマ手段がタイマ時限を計数している間は対向電極を
発振器の出力に接続し、タイマ手段がタイマ時限を計数
していないときには対向電極をアースに接続するスイッ
チ回路とから構成することができる。このような構成の
切替手段では、タイマ手段は自己診断指令の入力により
自己診断を開始すべく、予め定めたタイマ時限の計数を
開始する。スイッチ回路は、タイマ手段がタイマ時限を
計数している間、すなわち自己診断時には、対向電極を
発振器の出力に接続し、タイマ手段がタイマ時限を計数
していないとき、すなわち非自己診断時には、対向電極
をアースに接続する。このようにタイマ手段により切替
手段の切り替えを制御すると、切り替え忘れを防止でき
る上、タイマ時限を適切に設定すれば、必要以上に自己
診断が長く行われて、本来の加速度の検出動作が影響を
受けることがなくなる。自己診断指令は、例えば三軸加
速度センサが取り付けられた被検出物、例えば自動車等
の運転開始時・電源投入時に、例えばエアバッグ作動制
御装置のような上位の制御装置から自動的に発せられて
もよい。しかしながら三軸加速度センサに電源が投入さ
れるたびに、三軸加速度センサの内部で自己診断指令を
自動的に発生するようにしてしてもよい。

【００１７】なおタイマ手段は、タイマ時限を計数して
いる間タイマ計数信号を出力するように構成することが
できる。また電荷−電圧変換回路は、Ｘ軸方向検知電
極，Ｙ軸方向検知電極及びＺ軸方向検知電極にそれぞれ
現れる自発分極電荷がそれぞれ放電して発生する電流を
電圧に変換する電流−電圧変換回路と、該電流−電圧変
換回路の出力をそれぞれ増幅してＸ軸方向電圧，Ｙ軸方
向電圧及びＺ軸方向電圧を出力する増幅回路とから構成
することができる。更に、異常判定回路は、Ｘ軸方向電
圧，Ｙ軸方向電圧及びＺ軸方向電圧と基準電圧とをそれ
ぞれ比較してＸ軸方向電圧，Ｙ軸方向電圧及びＺ軸方向
電圧が基準電圧よりも小さくなるとそれぞれ検出信号を
出力する比較回路と、タイマ手段からタイマ計数信号が
出力されている期間に検出信号が出力されると異常検出
信号を出力する異常検出信号発生回路とから構成するこ
とができる。このように構成すると、電荷−電圧変換回
路は、電流−電圧変換回路において各検知電極にそれぞ
れ現れる各自発分極電荷が放電して発生する電流をそれ
ぞれ電圧に変換し、さらに増幅回路において電流−電圧
変換回路の出力をそれぞれ増幅する。増幅回路の出力は
異常判定回路の比較回路において基準電圧と比較され、
比較回路は各電圧のいずれかが基準電圧よりも小さいと
検出信号を出力する。さらに、異常判定回路の異常検出
信号発生回路は、タイマ手段がタイマ時限を計数してい
る間に出力しているタイマ計数信号が出力されている期
間、すなわち自己診断時に限り、比較回路から検出信号
が出力されると異常検出信号を出力し、たとえ検出信号
が出力されていてもタイマ計数信号が出力されていない
とき、すなわち非自己診断時には異常検出信号を出力し
ない。これにより、ノイズ等により自己診断中以外に異
常検出信号が出力される誤動作が起きることがない。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図を参照しつつ本発明の実
施の形態について説明する。図１は、本発明に係る三軸
加速度センサの診断方法を実現する本発明の自己診断装
置を備えた三軸加速度センサの主要な構成を示す回路図
である。図２は、三軸加速度センサに用いるセンサ素子
の表面の検知電極パターンを示している。

【００１９】まず三軸加速度センサの構成について説明
する。同１及び図２において、分極処理が施された圧電
セラミックス１１の一方の面には、２つのＸ軸方向検知
電極（Ｘ1 ，Ｘ2 ）１２，１２、２つのＹ軸方向検知電
極（Ｙ1 ，Ｙ2 ）１３，１３、４つのＺ軸方向検知電極
（Ｚ1 〜Ｚ2 ）１４…を含む検知電極パターンが形成さ
れている。圧電セラミックス１１の他方の面には、検知
電極パターンと全体的に対向する対向電極１７が形成さ
れている。圧電セラミックス１１は薄い板状であって、
対向電極１７側に所定の重さの重錘（図示していない）
が取り付けられており、重錘が受ける加速度が圧電セラ
ミックス１１を歪めて圧電セラミックス内に応力を生じ
させ、この応力によりＸ軸方向検知電極１２，Ｙ軸方向
検知電極１３，Ｚ軸方向検知電極１４のいずれかもしく
は複数の検知電極に自発分極電荷が現れる。直列接続さ
れた２つのＸ軸方向検知電極１２が接続されたＸ軸方向
出力電極（Ｘ），直列接続された２つのＹ軸方向検知電
極１３が接続されたＹ軸方向出力電極（Ｙ），直列接続
された４つのＺ軸方向検知電極１４が接続されたＺ軸方
向出力電極（Ｚ）は、それぞれオペアンプからなる増幅
器１５１，１５２，１５３の＋入力端子に接続されてい
る。１５１ａ及び１５１ｂ，１５２ａ及び１５２ｂ，１
５３ａ及び１５３ｂは、それぞれ増幅度を決定するため
の抵抗であり、各抵抗の分圧点が各増幅器の−入力端子
に接続されている。そして増幅器１５１，１５２，１５
３の＋入力端子には、一端がアース電位に接続された抵
抗器１６１，１６２，１６３の他端がそれぞれ接続され
ている。このような構成により、各検知電極に発生した
自発分極電荷は、各抵抗器１６１，１６２，１６３を通
じて放電され、その際に自発分極電荷の大きさに対応す
る大きさの電圧が各抵抗器１６１，１６２，１６３の両
端間に現れて、電荷（電流）が電圧に変換される。各電
圧は各増幅器１５１，１５２，１５３により一定の増幅
度で増幅され、各増幅器１５１，１５２，１５３の出力
からそれぞれＸ軸方向電圧，Ｙ軸方向電圧，Ｚ軸方向電
圧が得られる。Ｘ軸方向電圧，Ｙ軸方向電圧，Ｚ軸方向
電圧は、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の加
速度に対応している。

【００２０】対向電極１７にはスイッチ回路を構成する
スイッチ１８が接続されている。なおこのスイッチ１８
は、電磁スイッチでもよいが、コンパクト化のためには
複数の半導体スイッチ素子を用いて半導体スイッチ回路
により構成するのが好ましい。このスイッチ１８はタイ
マ手段を構成するタイマ１９により切り替えられ、対向
電極１７はアース電位または発振器２０の出力のいずれ
かに選択的に接続される。タイマ１９は、図示しない自
己診断指令発生手段から自己診断指令を受け取ると予め
定めたタイマ時限の計数を開始する。この例では、自己
診断指令発生手段は、図示しない電源が装置に接続され
る度に、自己診断指令を出力する。タイマ１９がタイマ
時限を計数している間、タイマ１９はスイッチ１８を発
振器２０側に切り替えるとともに、論理値「１」を表す
タイマ計数信号をＡＮＤ回路２１に出力し、さらに発振
器２０に駆動信号を出力している。発振器２０は駆動信
号が入力されている間、所定の周波数で電圧が変化する
励振用の直流電圧を出力する。この励振用の直流電圧
は、抵抗１６１，１６２，１６３を介してＸ軸方向出力
Ｘ軸方向検知電極１２，Ｙ軸方向検知電極１３及びＺ軸
方向検知電極１４と対向電極１７との間に印加されて圧
電セラミックス１１を励振する。

【００２１】所定の周波数で変化する直流電圧は、Ｘ軸
方向検知電極１２，Ｙ軸方向検知電極１３及びＺ軸方向
検知電極１４と対向電極１７との間に印加されて圧電セ
ラミックス１１を励振し、振動により各検知電極に自発
分極電荷を発生させるために適したものでなければなら
ない。すなわち周波数は圧電セラミックス１１を励振で
きないような過度に高い周波数でも、自発分極電荷を検
出できないような低い周波数でも適当でなく、その中間
の適当な周波数帯から選択される。直流電圧の大きさ
は、圧電セラミックス１１を十分駆動させることがで
き、かつ圧電セラミックス１１に過度に大きな歪みが生
じてクラックが生じたりする事故が起きることのない大
きさである。ちなみに、この励振用の直流電圧の一例
は、振幅５Ｖの矩形波状の信号が周波数１０ＨＺ〜３０
ＫＨｚで発生するものである。

【００２２】各検知電極に電圧が変化する直流電圧を印
加すると、圧電セラミックス１１はＸ軸方向，Ｙ軸方向
及びＺ軸方向にそれぞれ変形また振動する。各検知電極
に印加された直流電圧により発生する振動は、Ｘ軸，Ｙ
軸及びＺ軸のそれぞれの方向に発生し、よって各検知電
極には自発分極電荷が現れる。従って一軸加速度センサ
の場合とは異なり、励振用の電極を別に設けて電極パタ
ーンを徒らに複雑にする必要がない。

【００２３】ＡＮＤ回路２１は、異常判定を行い、異常
検出信号を発生する。ＡＮＤ回路２１には、タイマ１９
からのタイマ計数信号のほか、ＮＡＮＤ回路２２の出力
が入力される。ＮＡＮＤ回路２２には、オペアンプから
なるコンパレータ２３１，２３２，２３３の出力が入力
される。コンパレータ２３１，２３２，２３３はそれぞ
れ増幅器１５１，１５２，１５３の出力、すなわちＸ軸
方向電圧，Ｙ軸方向電圧，Ｚ軸方向電圧と、基準電圧と
を比較する。ここで基準電圧は、可変基準電源２４１，
２４２，２４３から供給される。基準電圧は、正常な三
軸加速度センサについて予め試験を行って決定するが、
各軸方向電圧により基準電圧の大きさが異なることもあ
り得る。各コンパレータ２３１，２３２，２３３は、そ
れぞれの＋入力端子に入力される軸方向電圧が、可変基
準電源２４１，２４２，２４３で設定した基準電圧より
も小さい場合、すなわち三軸加速度センサに異常が発生
した場合に論理値「０」に相当する信号を出力する。Ｎ
ＡＮＤ回路２２は、少なくとも１つのコンパレータ２３
１，２３２，２３３から論理値「０」の入力があった場
合に論理値「１」を出力する。ＡＮＤ回路２１はＮＡＮ
Ｄ回路２２からの入力が「１」であり、同時にタイマ計
数信号「１」が入力している場合に異常検出信号を発生
する。

【００２４】上記実施例において、抵抗器１６１〜１６
３によって電流−電圧変換回路が構成され、増幅器１５
１〜１５３等によって増幅回路が構成され、この電流−
電圧変換回路と増幅回路とによって電荷−電圧変換回路
が構成されている。また上記実施例において、コンパレ
ータ２３１〜２３３と可変基準電源２４１〜２４３とに
より比較回路が構成され、ＡＮＤ回路２１とＮＡＤＮ回
路２２とによって異常検出信号発生回路が構成され、こ
の比較回路と異常検出信号発生回路とによリ異常判定回
路が構成されている。

【００２５】次にこの実施の形態の動作について説明す
る。自己診断指令がタイマ１９に入力されると、タイマ
１９は一定のタイマ時限の計数を開始し、計数を行って
いる間、スイッチ１８を発振器２０側に切り替え、発振
器２０に駆動信号を出力し、ＡＮＤ回路２１にタイマ計
数信号を出力する。発振器２０は所定の周波数で電圧が
変化する直流電圧をＸ軸方向検知電極１２、Ｙ軸方向検
知電極１３及びＺ軸方向検知電極１４と対向電極１７と
の間に印加する。これにより圧電セラミックス１１が励
振される。圧電セラミックス１１の励振により、Ｘ軸方
向検知電極１２、Ｙ軸方向検知電極１３及びＺ軸方向検
知電極１４にはそれぞれ自発分極電荷が現れる。三軸加
速度センサにおいては、一軸加速度センサとは異なり、
どのような方向に加速度が加わっても自発分極電荷が発
生するので、特別に励振用の電極を必要とすることな
く、加速度検知用の電極を励振用の電極と兼用すること
が可能である。

【００２６】発生した自発分極電荷はそれぞれ抵抗器１
６１，１６２，１６３を通って放電して抵抗器の両端に
電圧となって現れる。これらの電圧は、さらに増幅器１
５１，１５２，１５３により増幅されて、それぞれの自
発分極電荷の大きさに比例したＸ軸方向電圧，Ｙ軸方向
電圧，Ｚ軸方向電圧が得られる。上述したように、各自
発分極電荷からＸ軸方向電圧，Ｙ軸方向電圧，Ｚ軸方向
電圧を得る構成は、従来の三軸加速度センサにおける加
速度検出を行うための構成と兼用できるので、特別に用
意する必要がない。Ｘ軸方向電圧，Ｙ軸方向電圧及びＺ
軸方向電圧は、コンパレータ２３１，２３２，２３３に
おいてそれぞれ基準電圧と比較される。もし三軸加速度
センサの圧電セラミックス１１にクラックが入ったり電
極間にマイグレーションが発生したりする故障が生ずる
と、自発分極電荷が減少するので、各軸方向電圧が基準
電圧よりも小さくなる。各軸方向電圧が基準電圧よりも
小さいときは、論理値「０」の出力がコンパレータ２３
１，２３２，２３３から出力される。クラックやマイグ
レーションの発生した加速度センサは修理不能でいずれ
にせよ交換しなければならないので、どの検知電極に異
常が発生しているかを知る必要はなく、よってコンパレ
ータ２３１，２３２，２３３のうちのいずれか一つでも
論理値「０」を出力していれば等しく異常と判定しても
構わない。

【００２７】ＮＡＮＤ回路２２はコンパレータ２３１，
２３２，２３３のすべてから論理値「１」の出力が出て
いるとき（正常なとき）には、論理値「０」を出力し、
少なくとも一つのコンパレータから「０」出力があった
場合には論理値「１」を出力する。ＡＮＤ回路２１は、
ＮＡＮＤ回路２２からの入力及びタイマ１９からのタイ
マ計数信号の入力が両方とも論理値「１」の場合に異常
検出信号を出力する。すなわち、自己診断動作を行って
いる間に、センサ部に異常が発生していると認められる
場合に異常検出信号を出力する。タイマ１９からタイマ
計数信号が出力されていない場合、すなわちタイマ１９
の出力が論理値「Ｏ」の場合には、ＡＮＤ回路２１に常
時論理値「Ｏ」が入力される。したがってノイズ等によ
り加速度検出動作中にＮＡＮＤ回路２２が論理値「１」
の出力を行ったとしても、タイマ１９からの信号が論理
値「０」であるため、ＡＮＤ回路２１が異常検出信号を
出力する誤動作が起きることはない。

【００２８】タイマ１９の計数するタイマ時限が経過す
ると、タイマ１９はスイッチ１８をアース側に切り替
え、発振器２０への駆動信号の出力を停止し、ＡＮＤ回
路２１へのタイマ計数信号の出力を停止する。これによ
り三軸加速度センサは自己診断動作から加速度検出動作
へと自動的に切り替えられる。これにより、切り替え忘
れを防止できるほか、タイマ時限を適切に設定すること
により、必要以上に自己診断が長く行われて、本来の加
速度の検出動作に影響する不都合が生ずるこを防止す
る。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明の三軸加速度センサ
の診断方法及び自己診断装置によれば、励振用の電極を
設けることなく、検知電極と対向電極との間に所定の周
波数で変化する直流電圧を印加することにより、検知電
極に現れる自発分極電荷に基づき診断するようにしたの
で、電極パターンを複雑にすることなく診断を行うこと
ができる。

【００３０】また本発明の三軸加速度センサの自己診断
装置によれば、自発分極電荷を電圧に変換する電荷−電
圧変換回路は、Ｘ，Ｙ，Ｚの加速度検出信号を得る場合
に用いる回路をそのまま利用できるので、既存の回路に
異常判定回路を付加するだけで異常判定手段を簡単に構
成することができる。また、タイマ手段により切替手段
の切り替えを制御すれば、切り替え忘れを防止できる
上、タイマ時限を適切に設定すれば、必要以上に自己診
断が長時間行われて本来の加速度検出動作に影響を与え
ることを防止できる。

【００３１】更に、タイマ手段によりタイマ計数信号が
出力されている自己診断中以外には異常検出信号が出力
されることがないので、ノイズ等により自己診断中以外
に異常検出信号が出力される誤動作が発生するのを防止
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る三軸加速度センサの診断方法を実
施する自己診断装置の実施の形態の一例の構成を概略的
に示す回路図である。

【図２】三軸加速度センサの電極パターンを示す図であ
る。

【符号の説明】

１１ 圧電セラミックス １２ Ｘ軸方向検知電極 １３ Ｙ軸方向検知電極 １４ Ｚ軸方向検知電極 １５１，１５２，１５３ 増幅器 １６１，１６２，１６３ 抵抗器 １７ 対向電極 １８ スイッチ １９ タイマ ２０ 発振器 ２１ ＡＮＤ回路 ２２ ＮＡＮＤ回路 ２３１，２３２，２３３ コンパレータ ２４１，２４２，２４３ 可変基準電源

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分極処理が施された圧電セラミックスの
   一方の面上にＸ軸方向検知電極，Ｙ軸方向検知電極及び
   Ｚ軸方向検知電極を含む検知電極パターンが形成され、
   他方の面上に前記電極パターンと全体的に対向する対向
   電極が形成され、加速度を受けて前記圧電セラミックス
   内に生じる応力により前記Ｘ軸方向検知電極，前記Ｙ軸
   方向検知電極及び前記Ｚ軸方向検知電極にそれぞれ現れ
   る自発分極電荷に基づいてＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向の加
   速度成分に対応した信号を出力する三軸加速度センサの
   状態を診断する三軸加速度センサの診断方法であって、 前記Ｘ軸方向検知電極，前記Ｙ軸方向検知電極及び前記
   Ｚ軸方向検知電極と前記対向電極との間に所定の周波数
   で変化する直流電圧をそれぞれ印加し、 前記Ｘ軸方向検知電極，前記Ｙ軸方向検知電極及び前記
   Ｚ軸方向検知電極の少なくとも１つの検知電極に現れる
   自発分極電荷が基準分極電荷より小さいか否かにより前
   記三軸加速度センサが正常であるか異常であるかを診断
   することを特徴とする三軸加速度センサの診断方法。
2. 【請求項２】 分極処理が施された圧電セラミックスの
   一方の面上にＸ軸方向検知電極，Ｙ軸方向検知電極及び
   Ｚ軸方向検知電極を含む検知電極パターンが形成され、
   他方の面上に前記電極パターンと全体的に対向する対向
   電極が形成され、加速度を受けて前記圧電セラミックス
   内に生じる応力により前記Ｘ軸方向検知電極，前記Ｙ軸
   方向検知電極及び前記Ｚ軸方向検知電極にそれぞれ現れ
   る自発分極電荷に基づいてＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向の加
   速度成分に対応した信号を出力する三軸加速度センサの
   自己診断装置であって、 所定の周波数で電圧が変化する励振用直流電圧を発生す
   る発振器と、 自己診断時には前記発振器の出力を前記Ｘ軸方向検知電
   極，前記Ｙ軸方向検知電極及び前記Ｚ軸方向検知電極と
   前記対向電極との間にそれぞれ印加し、非自己診断時に
   は前記対向電極をアース電位とする切替手段と、 前記自己診断時に前記Ｘ軸方向検知電極，前記Ｙ軸方向
   検知電極及び前記Ｚ軸方向検知電極の少なくとも１つの
   検知電極に現れる自発分極電荷が、予め定めた基準分極
   電荷より小さいことを検出すると異常検出信号を出力す
   る異常判定手段とを具備することを特徴とする三軸加速
   度センサの自己診断装置。
3. 【請求項３】 前記異常判定手段は、前記Ｘ軸方向検知
   電極，前記Ｙ軸方向検知電極及び前記Ｚ軸方向検知電極
   にそれぞれ現れる前記自発分極電荷を電圧に変換してＸ
   軸方向電圧，Ｙ軸方向電圧及びＺ軸方向電圧を出力する
   電荷−電圧変換回路と、 前記自己診断時に前記基準分極電荷に対応する基準電圧
   と前記Ｘ軸方向電圧，Ｙ軸方向電圧及びＺ軸方向電圧を
   それぞれ比較して、前記Ｘ軸方向電圧，前記Ｙ軸方向電
   圧及び前記Ｚ軸方向電圧の少なくとも一つが前記基準電
   圧より小さいことを判定すると前記異常検出信号を出力
   する異常判定回路とを具備する請求項２に記載の三軸加
   速度センサの自己診断装置。
4. 【請求項４】 前記切替手段は、自己診断指令が入力さ
   れると予め定めたタイマ時限の計数を開始するタイマ手
   段と、前記タイマ手段が前記タイマ時限を計数している
   間は前記対向電極を前記発振器の出力に接続し、前記タ
   イマ手段が前記タイマ時限を計数していないときには前
   記対向電極をアースに接続するスイッチ回路とから構成
   される請求項２に記載の三軸加速度センサの自己診断装
   置。
5. 【請求項５】 前記タイマ手段は前記タイマ時限を計数
   している間タイマ計数信号を出力するように構成され、 前記電荷−電圧変換回路は、前記Ｘ軸方向検知電極，前
   記Ｙ軸方向検知電極及び前記Ｚ軸方向検知電極にそれぞ
   れ現れる前記自発分極電荷がそれぞれ放電して発生する
   電流を電圧に変換する電流−電圧変換回路と、該電流−
   電圧変換回路の出力をそれぞれ増幅して前記Ｘ軸方向電
   圧，前記Ｙ軸方向電圧及び前記Ｚ軸方向電圧を出力する
   増幅回路とから構成され、 前記異常判定回路は、前記Ｘ軸方向電圧，前記Ｙ軸方向
   電圧及び前記Ｚ軸方向電圧と前記基準電圧とをそれぞれ
   比較して前記Ｘ軸方向電圧，前記Ｙ軸方向電圧及び前記
   Ｚ軸方向電圧が前記基準電圧よりも小さくなるとそれぞ
   れ検出信号を出力する比較回路と、前記タイマ手段から
   前記タイマ計数信号が出力されている期間に前記検出信
   号が出力されると前記異常検出信号を出力する異常検出
   信号発生回路とから構成される請求項４に記載の三軸加
   速度センサの自己診断装置。