WO2001013066A1 - Anglular velocity sensor - Google Patents

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WO2001013066A1
WO2001013066A1 PCT/JP2000/005491 JP0005491W WO0113066A1 WO 2001013066 A1 WO2001013066 A1 WO 2001013066A1 JP 0005491 W JP0005491 W JP 0005491W WO 0113066 A1 WO0113066 A1 WO 0113066A1
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unit
angular velocity
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PCT/JP2000/005491
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Inventor
Junichi Yukawa
Katsunori Matsubara
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. filed Critical Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5607—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces using vibrating tuning forks

Definitions

  • the present invention relates to an angular velocity sensor used for vehicle brake control and a roll airbag system.
  • the angular velocity sensor includes an excitation unit that applies vibration to the tuning fork vibrator, a unit that detects a vibration level of the vibrator, a detector that detects Corioliska that occurs in accordance with the angular velocity, and an output of the unit that detects the vibration level.
  • the first amplifier that amplifies the signal and the voltage obtained by shifting the phase of the output voltage from the first amplifier by 90 degrees by the output voltage from the comparison unit change, and the amplitude of the tuning fork vibrator changes. It is composed of a variable gain amplifier connected to the excitation unit so as to be controlled to be constant.
  • An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and to provide an angular velocity sensor having a function of detecting even a failure or deterioration of the angular velocity sensor.
  • the present invention provides a first excitation unit that applies drive vibration to a vibrating body, a vibration detection unit that detects a vibration level of the vibrating body, and at least two vibration detection units that detect Coriolis vibration generated according to an input angular velocity.
  • An element unit composed of a piezoelectric body having three Coriolis detectors; a drive circuit that receives a signal from the vibration detector and outputs a signal to the first excitation unit; A circuit unit having a detection circuit that receives a signal as an input, the circuit unit having at least a level determination circuit that determines an abnormal level of electric charge generated in the Coriolis detection unit, and an output that is output when an abnormality is detected
  • each of the Coriolis detectors simply includes a drive vibration component equal to or higher than a reference level of the level determination circuit, and Since the arrangement of the electrodes in the element section is adjusted so as to be below the reference level, it is possible for the level judgment circuit to detect this abnormality when one input line from the Coriolis detection section to the detection circuit is disconnected. It becomes possible.
  • FIG. 1 (a) is a configuration diagram of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 1 (b) is a circuit diagram of the same circuit section
  • FIG. 2 (a) is an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 (b) illustrates a signal waveform of the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 (a) illustrates a signal waveform of the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 (b) is a circuit diagram of a circuit portion
  • FIG. 4 (a) is a diagram for explaining signal waveforms of the angular velocity sensor in Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 5 (a) is a configuration diagram of the angular velocity sensor according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 1 is a diagram showing an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Fig. 1 (a) 1 is a vibrator of a bimorph tuning fork type angular velocity sensor composed of piezoelectric bodies and stacked in the thickness direction, and 7a and 7b show the polarization axis direction of each layer.
  • 2a and 2b are first excitation units for inducing driving vibration in the vibrating body 1
  • 3 is a vibration detecting unit including electrodes provided on the vibrating body 1 for detecting the vibration level of the vibrating body 1.
  • Reference numerals 5 and 5 denote a signal generator which is disposed on the surface facing the vibration detector 3 and is formed so that the width thereof is smaller than the electrodes of the vibration detector 3, and 4a and 4b correspond to the angular velocity sensors.
  • FIG. 2 shows a Coriolis detector comprising electrodes provided on a vibrating body 1 for detecting Corioliska generated in response thereto.
  • Fig. 1 (b) shows a circuit section 8
  • 9 is a drive circuit
  • 10 is a detection circuit which receives electric charges generated at the electrodes of the Coriolis detectors 4a and 4b and converts them into a voltage corresponding to the magnitude of the angular velocity.
  • the circuit 11 is a fail detector provided with a level determination circuit for detecting a malfunction of the operation of the detector 10 due to the generation of excessive charge in the Coriolis detectors 4a and 4b.
  • the drive circuit 9 is connected to the vibration detecting section (M terminal) 3 of the vibrating body 1, and a monitor amplifier 9 a for amplifying the electric charge caused by the vibration of the vibrating body 1 detected by the vibration detecting section 3, and outputs the output to a full wave.
  • the driving current applied to the electrode of the first excitation unit 2a is The current flows through the relay electrodes 12a and 12b to the electrode of the first excitation section 2b, and a stress that causes driving vibration is generated by the X-axis component of this current.
  • the relay electrodes 12a and 12b are automatically formed by the first exciting unit 2a with the capacitance component formed by the electrodes of the first exciting units 2a and 2b. It is biased to the midpoint potential between electrodes a and 2b.
  • the detection circuit 10 is connected to the Coriolis detectors 4a (SI terminal) and 4b (S2 terminal).
  • the rotation angular velocity is applied to the vibrator 1 and the electric charge generated in the Coriolis detectors 4a and 4b based on the Corioliska.
  • Sensor amplifiers 10 a and 10 b that amplify the signal, a differential combining unit 10 c that performs a differential combining of the sensor amplifiers, a phase shifter 10 d that performs a 90 ° phase shift, and a Coriolis vibration modulated by the vibration of the vibrating body 1.
  • It consists of a synchronous detector 10e that demodulates the signal due to the signal, and a low-pass filter 10f that cuts off unnecessary bands and performs DC amplification, and outputs an angular velocity signal.
  • the failure detection unit 11 is composed of a rectifier circuit 11a that receives the output of the phase shifter 10d as an input, rectifies it as a full-wave, and a level determination circuit 1lb that determines the level. Outputs DI AG signal to external computer.
  • FIG. 1 (a) is a cross-sectional view of the vibrating body 1 and shows a certain moment of the driving vibration state, and the electric charges caused by the driving vibration are 6a and 6b.
  • charges 6a and 6b are equal in a bimorph sound or structural vibration type angular velocity sensor, so charges 6a flow from the vibration detection unit 3 to the electrodes of the Coriolis detection units 4a and 4b, and the GND terminal of the circuit unit 8
  • the driving vibration component is canceled by discharging the electric charge 6b to the fail signal generating unit 5 connected to the controller, and only the Coriolis vibration component is output.
  • the electrode width (L 2) of the fail signal generating unit 5 of the present invention is smaller than the electrode width (L 1) of the vibration detecting unit 3,
  • the drive vibration component is unbalanced, and the drive vibration components are output to the collision detection units 4a and 4b.
  • the drive vibration component generated by this imbalance becomes an in-phase signal in the Coriolis detectors 4a and 4b, and is therefore canceled by the differential synthesizer 10c of the detector 10.
  • Fig. 2 illustrates this situation.
  • Fig. 2 (a) shows the waveforms of the circuit section 8 during normal operation, and 1 and 2 appear on the Coriolis detectors 4a and 4b. This is the voltage converted from the electric charge based on the driving vibration, and represents the signals TP1 and TP2 in Fig. 1.
  • Fig. 2 (a) is the difference between the two signals, and represents the signal of TP3 in Fig. 1. Since the two signals are in phase, if the levels are equal, The difference signal is 0.
  • 4 in Fig. 2 (a) is the signal obtained by shifting the phase by 90 ° and amplifying it, and shows the signal of TP2 in Fig. 1
  • 5 in Fig. 2 (a) is full-wave rectified It shows a waveform, and shows the signal of TP 5 in FIG. 1.
  • the signal level obtained by smoothing the signal is lower than the criterion of the subsequent level determination circuit 11b.
  • Fig. 2 (b) shows the time when the Coriolis detector 4b (S2 terminal) is disconnected. Therefore, the signal of TP2 in (2) is lost. 1
  • the waveform of (TP 1) appears as it is, the waveform shifted and amplified by 90 ° by the phase shifter is ⁇ (TP 4), and the full-wave rectified waveform is ⁇ (TP 5), which is a smoothed signal
  • the sensor outputs a fail signal to an external computer because the level exceeds the judgment criteria of the subsequent level judgment circuit 11b.
  • FIG. 3 is a view showing an angular velocity sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
  • Fig. 3 (a) 1 is a vibrator of a bimorph sound or angular velocity sensor composed of piezoelectric bodies and laminated in the thickness direction, and 7a and 7b show the polarization axis direction of each layer.
  • 2a and 2b are the first excitation part
  • 12b is the second excitation part which also serves as a relay electrode for inducing pseudo Coriolis vibration
  • 3 is a piezoelectric body to detect the vibration level of the vibration body 1.
  • 5 is a ground electrode disposed on the surface facing the vibration detection unit 3
  • 4a and 4b are provided on the piezoelectric body to detect Coriolisa generated according to the angular velocity.
  • the collory detection unit, which is an electrode, is shown.
  • FIG. 3 (b) shows a circuit section 8
  • 9 is a drive circuit
  • 10 is an electric charge generated at the electrodes of the Coriolis detectors 4a and 4b, which is converted into a voltage according to the magnitude of the angular velocity.
  • a detection circuit 13 denotes a second drive circuit for applying a pseudo Coriolis vibration by applying an external trigger 16 to the second excitation section 12b.
  • the vibrating body 1 is vibrated by the drive circuit 9 at its resonance frequency.
  • AC signals having opposite phases are applied to the first excitation sections 2a and 2b from the drive amplifiers 9d and 9e.
  • the drive current applied to the electrodes of the first excitation unit 2a flows through the relay electrodes, which are the second excitation units 12a and 12b, to the electrodes of the first excitation unit 2b, and the X-axis direction of this current
  • the components generate stress that causes drive vibration.
  • the second drive circuit 13 takes the signal from the vibration detection unit 3 based on the drive vibration of the vibrating body 1 from the drive circuit 9 as an input to the amplifier 13a, and uses it as the phase shift signal in the next stage.
  • a 90 ° phase shift is performed to generate a signal that is 90 ° out of phase with the drive vibration, and is applied to the electrode 12 b of the second excitation unit based on the ONZOF F of the external trigger 16.
  • FIG. 3 (a) is a diagram showing a current flow of the vibrating body 1 at a moment when a signal is applied to the second excitation unit 12b in order to induce the pseudo Coriolis vibration.
  • the currents flowing from the second excitation section 12b are indicated by 14a and 14b, and the pseudo-Coriolis oscillation is created by creating the contraction stress by the current 14a and the elongation stress by the current 14b. ing.
  • Fig. 4 shows this state as a signal waveform.
  • (A) shows the normal state where the external trigger 16 is OFF
  • (b) shows the state where the external trigger 16 is ON. I have.
  • the signal (3) in FIG. 4 (b) is obtained by shifting the phase of the signal of the vibration detection unit 3 by 90 ° and is input to the second excitation unit 12b. This is a signal that is 90 ° out of phase with respect to 1, which is the waveform of the drive vibration. This makes it possible to produce a vibration having the same phase as the Coriolis vibration.
  • the charges generated by the pseudo Coriolis oscillation appear in opposite phases to the two Coriolis detectors 4a and 4b, and the waveform after differential synthesis is as shown in 6. This also includes the drive vibration component, and after this, it passes through the phase shifter and the synchronous detection circuit, resulting in a waveform as shown by 8.
  • the second drive circuit 13 With monitoring this, it is possible to determine whether or not the sensitivity change due to the failure of the circuit component as well as the disconnection of the signal line is normal. Further, by providing the second drive circuit 13 with means for compensating for the temperature characteristic of impedance due to the piezoelectric characteristics and fluid resistance of the vibrating body 1, for example, thermistor compensation 13d, etc. Regardless, a stable pseudo-coriolis vibration can be created, and the accuracy of failure determination can be improved.
  • a low-frequency oscillator and a multiplying circuit are added to the second driving circuit 13, and a signal obtained by performing amplitude modulation with the signal of the oscillator using the signal of the phase shifter 13 b as a carrier wave is supplied to a switch section 13 c.
  • an AC signal can be generated at the output 15 of the detection circuit 10 by applying a voltage to the second excitation section 12 b through the second excitation section 12 b. Diagnosis including the characteristics of 0 f is also possible.
  • FIG. 5 is a diagram showing an angular velocity sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the source of the signal for driving the second excitation unit 12b is obtained from the signal based on the charge of the vibration detection unit 3, but in the third embodiment, this is opposed to the vibration detection unit 3. It is obtained from the second vibration detection unit 17 and other configurations and operation principles are the same as those in the second embodiment. However, by adopting such a configuration, the GND connection electrode has been completely eliminated from each electrode provided on the vibrator 1.

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Description

明 細 書 角速度センサ 技術分野
本発明は車両のブレーキ制御やロールエアバックシステムに用いられる角 速度センサに関するものである。 背景技術
従来の角速度センサとして電装技術会会報 （V o し 3 8 , N o . 3、 1 9 9 4年）第 2 6ページから 3 3ページに発表されたものが知られている。 この角速度センサは音叉振動体に振動を与える励振部と、 振動体の振動レべ ルを検出する手段と、 角速度に応じて生ずるコリオリカを検出する検出手段 と、 前記振動レベルを検出する手段の出力信号を増幅する第 1の増幅器と前 記第 1の増幅器からの出力電圧の位相を 9 0度シフトした電圧を前記比較部 からの出力電圧によって増幅する増幅度が変化し音叉振動体の振幅を一定に 制御するように前記励振部に接続した可変利得増幅器より構成している。 上記従来技術では検出電極と検出回路との接続ラインの断線、 もしくは検 出電極の劣化による感度の変化、 検出回路の故障が生じたとしてもこれを検 出することが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。 発明の開示
本発明は上記従来の問題点を解決するもので角速度センサの故障、 劣化に 対してもこれを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。 上記課題を解決するために本発明は、 振動体にドライブ振動を与える第 1 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 る圧電体で構成された素子部と、 前記振動検出部からの信号を入力とし前記 第 1励振部への信号を出力する駆動回路と、 前記コリオリ検出部からの信号 を入力とする検出回路を有する回路部によって構成され、 前記回路部は少な くともコリオリ検出部に生ずる電荷の異常レベルを判定するレベル判定回路 を有し、 異常を検出した場合に出力する出力手段を有した角速度センサにお いて、 前記各々のコリオリ検出部には単純では前記レベル判定回路の基準レ ベル以上のドライブ振動成分を含み、 かつ合成後は基準レベル以下になるよ うに前記素子部の電極配置を調整した構成であるため、 コリオリ検出部から 検出回路への入力線が 1本断線した際にレベル判定回路によりこの異常を検 出することが可能となる。 図面の簡単な説明
第 1図 （a ) は本発明の実施例 1における角速度センサの構成図、 第 1図 ( b ) は同回路部の回路図、 第 2図 （a ) は本発明の実施例 1における角速 度センサの信号波形を説明する図、 第 2図 （b ) は本発明の実施例 1におけ る角速度センサの信号波形を説明する図、 第 3図 （a ) は本発明の実施例 2 における角速度センサの構成図、第 3図（b )は回路部の回路図、第 4図（a ) は本発明の実施例 2における角速度センサの信号波形を説明する図、 第 4図
( b ) は本発明の実施例 2における角速度センサの信号波形を説明する図、 第 5図（a )は本発明の実施例 3における角速度センサの構成図、第 5図（b ) は同回路の回路図である。 発明を実施するための最良の形態
実施例 1
第 1図は本発明の実施例 1における角速度センサを示す図である。
第 1図 （a) において 1は圧電体によって構成され厚み方向に積層された バイモルフ音叉型角速度センサの振動体で、 7 a， 7 bはそれぞれの層の分 極軸方向を示したもので、 2 a， 2 bは振動体 1に駆動振動を誘発させるた めの第 1励振部、 3は振動体 1の振動レベルを検出するために振動体 1に設 けられた電極からなる振動検出部、 5は振動検出部 3に対向する面に配置さ れ、 かつ振動検出部 3の電極よりもその幅が小さくなるように形成されたフ エール信号発生部、 4 a, 4 bは角速度センサに応じて生ずるコリオリカを 検出するために振動体 1に設けられた電極からなるコリオリ検出部を示す。 一方第 1図 （b) は回路部 8を示し、 9は駆動回路、 1 0はコリオリ検出 部 4 a, 4 bの電極に生ずる電荷を入力とし角速度の大きさに応じた電圧に 変換する検出回路、 1 1はコリオリ検出部 4 a, 4 bに過大な電荷が発生す ることによる検出回路 10の動作の不具合を検出するためにレベル判定回路 を設けたフェール検出部である。
駆動回路 9は振動体 1の振動検出部 （M端子） 3に接続され、 振動検出部 3が検出した振動体 1の振動に起因する電荷を増幅するモニタアンプ 9 aと， その出力を全波整流する整流回路 9 bと、 振動体 1の振幅を一定にコント口 ールするためのオート ·ゲイン ·コントロール （AGC) 9 cと、 振動体 1 の第 1励振部 2 a (D+端子）、 2 b (D—端子） に接続され振動体 1を駆 動する駆動アンプ 9 d， 9 eより構成され、 振動体 1をその共振周波数で振 動させる。
この時、 第 1励振部 2 a， 2 bには駆動アンプ 9 d， 9 eより逆相の交流 信号が印加されている。 この第 1励振部 2 aの電極に印加された駆動電流は 中継電極 12 a， 1 2 bを経て第 1励振部 2 bの電極に流れ、 この電流の X 軸方向成分により駆動振動を引き起こす応力が発生する。 ここで振動体 1は 圧電体により構成されているため、中継電極 12 a， 12 bは第 1励振部 2 a, 2 bの電極とで形成される容量成分で自動的に第 1励振部 2 a， 2 bの両電 極間の中点電位にバイアスされる。
検出回路 1 0は、 コリオリ検出部 4 a (S I端子）、 4 b (S 2端子） に 接続され、 振動体 1に回転角速度が加わりコリオリカに基づきコリオリ検出 部 4 a, 4 bに発生した電荷を増幅するセンサアンプ 10 a， 10 bとそれ を差動合成する差動合成部 10 cと、 90° の位相シフトを行う位相シフ夕 10 dと、 振動体 1の振動により変調されたコリオリ振動による信号を復調 する同期検波器 1 0 eと、 不要帯域を遮断すると共に DC増幅を行うローバ スフィル夕 10 f より構成され、 角速度信号を出力する。
フェール検出部 1 1は、 位相シフ夕 10 dの出力を入力とし、 それを全波 整流する整流回路 1 1 aと、 そのレベルを判定するレベル判定回路 1 l bか ら構成され、 センサの異常時には D I AG信号を外部のコンピュータ等へ出 力する。
ここで第 1図 （a) は振動体 1の断面図で、 駆動振動状態のある瞬間を示 しており、 その駆動振動に起因する電荷が 6 a， 6 bである。
通常バイモルフ音又構造振動型角速度センサでは電荷 6 a, 6 bは等しく なるため、 コリオリ検出部 4 a， 4 bの電極には振動検出部 3より電荷 6 a が流れ込み、 回路部 8の G N D端子に接続されたフェール信号発生部 5に電 荷 6 bが吐出されることにより駆動振動成分は相殺され、 コリオリ振動成分 のみが出力される。
しかしながら本発明のフェール信号発生部 5の電極幅 （L 2) を振動検出 部 3の電極幅 （L 1) よりも小さくなるように形成することにより、 あえて 駆動振動成分をアンバランスさせコリォリ検出部 4 a， 4 bに駆動振動成分 を出力させている。
このアンバランスで発生する駆動振動成分はコリオリ検出部 4 a， 4 bで 同相信号となるため、 検出回路 1 0の差動合成部 10 cによりキャンセルさ れる。
第 2図はこの様子を説明するもので、 第 2図 （a) は通常動作時の回路部 8の各波形を表したもので、 ①， ②はコリオリ検出部 4 a， 4 bに現れた駆 動振動に基づく電荷を電圧変換したもので、 第 1図の TP 1， TP 2の信号 を表している。
同じく第 2図 （a) の③は前記 2つの信号の差分で、 第 1図の TP 3の信 号を表したもので、 前記 2つの信号がそれぞれ同相であるため、 レベルが等 しい場合は差分の信号は 0となる。 一方第 2図 （a) の④はこれを 90° 位 相シフトすると共に増幅した信号で、 第 1図の TP 2の信号を示し、 第 2図 (a) の⑤はこれを全波整流した波形を示すもので、 第 1図の TP 5の信号 を示し、 これを平滑した信号レベルは続くレベル判定回路 1 1 bの判定基準 を下回っている。
一方第 2図 （b) はコリオリ検出部 4 b (S 2端子） の断線時を表したも ので、 ②の TP 2の信号が失われるため差動合成後の波形③ （TP 3) には ① （TP 1) の波形がそのまま現れ、 それを位相シフタで 90° シフト及び 増幅した波形が④ （TP 4)、 これを全波整流した波形が⑤ （TP 5) で、 これを平滑した信号レベルは続くレベル判定回路 1 1 bの判定基準を上回る ため、 センサは外部のコンピュータへフェール信号を出力する。
この時電極ずれ等により差動合成部 1 0 cでのキャンセルが不十分な際に は前記フェール検出部等の電極をトリミングすることにより高精度化を図る ことも可能である。 実施例 2
第 3図は本発明の実施例 2における角速度センサを示す図である。
第 3図 （a ) において 1は圧電体によって構成され厚み方向に積層された バイモルフ音又型角速度センサの振動体で、 7 a , 7 bはそれぞれの層の分 極軸方向を示したもので、 2 a， 2 bは第 1励振部、 1 2 bは疑似コリオリ 振動を誘発させるための中継電極と兼用の第 2励振部、 3は振動体 1の振動 レベルを検出するために圧電体に設けられた電極である振動検出部、 5は振 動検出部 3に対向する面に配置された接地電極、 4 a， 4 bは角速度に応じ て生ずるコリオリカを検出するために圧電体に設けられた電極であるコリオ リ検出部を示す。
次に第 3図 （b ) は回路部 8を示し、 9は駆動回路、 1 0はコリオリ検出 部 4 a , 4 bの電極に生ずる電荷を入力とし角速度の大きさに応じた電圧に 変換する検出回路、 1 3は外部トリガー 1 6により前記第 2励振部 1 2 bに 印加して疑似コリオリ振動を誘発させるための第 2駆動回路を示す。
振動体 1は駆動回路 9によってその共振周波数で振動する。 この時第 1励 振部 2 a， 2 bには駆動アンプ 9 d， 9 eより逆相の交流信号が印加されて いる。 この第 1励振部 2 aの電極に印加された駆動電流は第 2励振部 1 2 a， 1 2 bである中継電極を経て第 1励振部 2 bの電極に流れ、 この電流の X軸 方向成分により駆動振動を引き起こす応力が発生する。
このセンサに回転角速度が印加されるとコリオリの力が生じその電荷がコ リオリ検出部 4 a， 4 bの電極に生じる。 このコリオリ検出部 4 a， 4 bの 電極に生ずる電荷は逆位相となるように配置されているため検出回路 1 0の 差動合成部 1 0 cで差動合成され、 位相シフ夕 1 0 dで 9 0 ° 位相をシフト した後に同期検波器 1 0 eで検波し、 その後ローパスフィル夕 1 0 f で高域 遮断をすると共に増幅して角速度信号を出力する。 ここで第 2駆動回路 1 3は、 駆動回路 9よりの振動体 1の駆動振動に基づ く振動検出部 3からの信号をアンプ 13 aへの入力とし、 それを次段の位相 シフ夕で 90° の位相シフトを行い、 駆動振動とは 90° 位相のずれた信号 を作り出し、 外部トリガー 1 6の ONZOF Fに基づき第 2励振部の電極 12 bに印加させている。
第 3図（a)はこの疑似コリオリ振動を誘発させるために第 2励振部 12 b に信号が印加された 1瞬間を示した振動体 1の電流の流れを示す図であるが、 この信号により第 2励振部 1 2 bから流れる電流を示したのが 1 4 a， 14 bであり、 電流 14 aにより縮みの応力を、 電流 14 bにより伸びの応 力を作り出すことにより疑似コリオリ振動を作り出している。
次に第 4図はこの様子を信号波形で示した図で、 （a) はこの外部トリガ 一 1 6が OFFの通常状態を示し、 （b) は外部トリガー 1 6が ONの状態 を示している。 また第 4図 （b) における③の信号は振動検出部 3の信号を 90° 位相シフトさせたもので、 前記第 2励振部 1 2 bに入力される。 これ は駆動振動の波形である①に対しても 90° 位相がずれた信号であり、 これ によりコリオリ振動と同位相の振動を作り出すことが可能となる。
この疑似コリオリ振動により発生した電荷は 2つのコリオリ検出部 4 a, 4 bに対して逆相で現れ、 差動合成後の波形が⑥に示す通りである。 これに は駆動振動成分も含めて表わしており、 これを続く位相シフ夕、 及び同期検 波回路を経て⑧のような波形となる。
ここで （a) の外部トリガー OFF時は検波された波形の上下で面積比が 等しくなるため、 平滑後の DC波形 （出力 1 5) は 0を示すのに対し、 （b) の外部トリガー O N時は検波波形の上下で面積比に差が生じることにより出 力 1 5には DCオフセッ卜が生まれる。
このような構成の角速度センサで、 センサが使用されるシステムのコント ロールュニッ卜の指令により外部トリガーを O Nすることで振動体 1に規定 の疑似コリオリ振動を発生させることができるため、 検出回路 1 0の出力 1 5に D Cオフセットを発生させることができる。
これを監視することにより前記信号線の断線はもとより、 回路部品の故障 による感度変化等についても正常であるか否かを判定することが可能となる。 更に第 2駆動回路 1 3に振動体 1の圧電特性や流体抵抗に起因するィンピ —ダンスの温度特性を補正する手段、 例えばサーミス夕補正 1 3 d等を設け ることにより、 環境温度の如何に関わらず安定な疑似コリォリ振動を作り出 すことができ、 故障判定の精度を上げることが可能となる。
また、 更にこの第 2駆動回路 1 3に低周波の発振器と掛け算回路を加え、 位相シフ夕 1 3 bの信号を搬送波として前記発振器の信号で振幅変調をかけ た信号をスィッチ部 1 3 cを経て前記第 2励振部 1 2 bに印加する構成とす ることにより、 検出回路 1 0の出力 1 5に交流信号を発生させることが可能 となるため、 前記検出回路 1 0のローパスフィル夕 1 0 f の特性を含めた形 での診断も可能となる。
実施例 3
第 5図は本発明の実施例 3における角速度センサを示す図である。
実施例 2の中では第 2励振部 1 2 bを駆動する信号の源を振動検出部 3の 電荷に基づく信号より得ていたが、 本実施例 3ではこれを振動検出部 3と対 向する第 2振動検出部 1 7より得るもので、 その他の構成並びに動作原理も 実施例 2と同様である。 しかしながらこのような構成とすることにより振動 体 1上に設けられた各電極から G N D接続電極を完全に排除することに成功 している。
従って実施例 2に比べてもより高い信頼性を得ることが可能となる。 産業上の利用可能性
これらの構成によりコリオリ検出部からの検出回路への入力線の断線検知 が可能となり、 また外部入力により疑似コリオリカを発生させることにより 回路部を含めたトータルの故障診断が可能となり、 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 ンサが提供できる。

Claims

請 求 の 範 囲 振動体にドライブ振動を与える第 1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圧電体で構成された素子 部と、 前記振動検出部からの信号を入力とし前記第 1励振部への信号を 出力する駆動回路と、 前記コリオリ検出部からの信号を入力とする検出 回路を有する回路部によって構成され、 前記回路部は少なくともコリオ リ検出部に生ずる電荷の異常レベルを判定するレベル判定回路を有し、 異常を検出した場合に出力する出力手段を有した角速度センサにおいて, 前記各々のコリオリ検出部には単純では前記レベル判定回路の基準レべ ル以上のドライブ振動成分を含み、 かつ合成後は基準レベル以下になる ように前記素子部の電極配置を調整した角速度センサ。
電極をトリミングすることにより、 2つのコリオリ検出部の出力の合成 後のドライブ振動成分をほぼ 0に調整した請求の範囲第 1項に記載の角 速度センサ。
振動体にドライブ振動を与える第 1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 るコリオリ検出部とを有する圧電体で構成された素子部と、 前記振動検 出部からの信号を入力とし前記第 1励振部への信号を出力する駆動回路 と、 前記コリオリ検出部からの信号を入力とする検出回路を有する回路 部によって構成され、 前記振動検出部の信号を入力として 9 0 ° 位相シ フ卜した信号を出力する第 2駆動回路と、 それにより疑似コリオリ振動 を誘発させる第 2励振部と、 外部トリガーにより前記第 2駆動回路の第 2励振部への接続を断続するスィツチ部とを有する角速度センサ。
. 振動体にドライブ振動を与える第 1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 るコリオリ検出部とを有する圧電体で構成された素子部と、 前記振動検 出部からの信号を入力とし前記第 1励振部への信号を出力する駆動回路 と、 前記コリオリ検出部からの信号を入力とする検出回路を有する回路 部によって構成され、第 2の振動検出部と、その信号を入力として 9 0 ° 位相シフトした信号を出力する第 2駆動回路と、 それにより疑似コリォ リ振動を誘発させる第 2励振部と、 外部トリガ一により前記第 2駆動回 路の第 2励振部への接続を断続するスィツチ部とを有する角速度センサ。
5 . 低周波の発振器と、 変調器とを有し、 前記変調器は第 2駆動回路の信号 を搬送波として前記発振器の信号で振幅変調をかけた信号を出力し、 こ の信号を第 2励振部に印加した請求の範囲第 3項または第 4項に記載の 角速度センサ。
6 . 素子部が圧電体のバイモルフ構造である請求の範囲第 1項〜第 5項のい ずれか 1つに記載の角速度センサ。
7 . 第 2駆動回路は素子部のドライブインピ一ダンスの温度特性に応じた補 正を施した請求の範囲第 3項〜第 6項のいずれか 1つに記載の角速度セ ンサ。
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