JPH10206459A - センサ用自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路構成が簡単で、動作が確実で正確なセン
サ用自己診断装置を提供する。 【解決手段】 電気的に所定の歪みを発生させる歪み発
生手段１８と、加速度を受けることにより歪みを生じる
歪み検知部材１０と、この歪み検知部材１０が兼ねる電
気変換部１０とを有する。この電気変換部１０からの信
号により加速度を電気信号として出力する検知電極１２
と、上記電気変換部１０に接続され所定期間所定の振動
数で電位が変動する診断用信号を発生させる診断信号発
生手段４０と、検知電極１２からの出力を増幅する増幅
器２６と、この増幅器２６からの出力を各々判別する判
別手段６０，６２とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば加速度に
より生じる機械的歪みを電気的に検知して、その加速度
を電気信号に変換して出力するセンサ装置に適用され、
上記加速度による出力信号を判別して、センサ動作の良
否を検査する自己診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば圧電効果を利用した加速度
センサは、円板状の圧電セラミックス板の表裏面に互い
に対称に、電極が設けられてガラス基板等の起歪体に貼
り付け固定されている。そして、この起歪体の周縁部端
は、固定の枠体等に固着され、起歪体の裏面中央部に、
重りが同心的に固定されている。

【０００３】このセンサ用加速度検知方法は、例えば水
平方向の加速度に対しては、圧電セラミックス板の断面
形状がＳ字状に歪み、その歪みによる、圧電セラミック
ス板の表面の引張又は圧縮状態により、圧電セラミック
ス板表面に電荷が発生し、その電荷を各電極により電位
として検知するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の加速度セン
サの動作が正常か否かを自己診断するには、例えば加速
度センサに、所定の振動を与えて、その出力が正常か否
かにより、動作の正否を判断することができる。しか
し、この振動を与えるために診断用の電極をさらに形成
すると加速度センサの表面の電極が複雑化し、電極面積
も小さくなることから検知精度も落ちてしまうものであ
った。

【０００５】この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑
みて成されたもので、回路構成が簡単で、動作が確実で
正確なセンサ用自己診断装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、加速度や圧
力、温度または湿度等の所定の検知対象の現象を発生さ
せる現象発生手段と、この現象発生手段により発生した
現象である力や温度等を検知する検知部材と、この検知
部材に設けられ上記検知した現象を電気信号に変換する
電気変換部と、この電気変換部からの電気信号を出力す
る検知電極と、上記現象発生手段に診断用の信号を印加
する診断信号発生手段と、上記現象発生手段により発生
させた現象を上記検知部材に検知させて上記電気変換部
を経た電気信号出力を判別する判別手段とを設けたセン
サ用自己診断装置である。

【０００７】またこの発明は、電気的に所定の歪みを発
生させる歪み発生手段と、加速度を受けることにより歪
みを生じる圧電セラミックス等の円板状の歪み検知部材
と、この歪み検知部材が兼ねる電気変換部と、歪みによ
り最大応力発生部周辺の表裏等に各々四方に独立して設
けられた４対の検知電極等を有し、さらにこの検知電気
からの信号により、互いに直交する方向をＸ軸Ｙ軸Ｚ軸
とすると、Ｘ軸軸方向の加速度を検知した電気信号を出
力するＸ軸方向検知電極と、上記電気変換部からの信号
によりＹ軸方向の加速度を検知した電気信号を出力する
Ｙ軸方向検知電極、上記電気変換部からの信号によりＺ
軸方向の加速度を検知した電気信号を出力するＺ軸方向
検知電極とを有し、上記Ｘ軸方向検知電極、Ｙ軸方向検
知電極、Ｚ軸方向検知電極の少なくとも一つに接続され
所定期間所定の振動数で電位が変動する診断用信号を印
加する診断信号発生手段と、上記Ｘ軸方向検知電極、Ｙ
軸方向検知電極、Ｚ軸方向検知電極からの出力を各々増
幅して所定周波数以下の信号を出力する増幅器と、この
増幅器からの出力を各々平滑化する平滑手段と、この平
滑手段により平滑化された信号を各々判別する判別手段
とを設けたセンサ用自己診断装置である。

【０００８】さらにこの発明は、上記歪み発生手段と歪
み検知部材及び電気変換部は、共用される圧電素子を有
し、この圧電素子により加速度を検知する加速度センサ
を備えたものである。また、上記自己診断装置は、電源
投入時の所定期間作動するタイマ回路を備え、このタイ
マ回路が作動中に、自己診断が行なわれるものである。
また、検出出力は、増幅器及びローパスフィルタを介し
て、出力値の正否が判別されるものである。

【０００９】なお、上記現象発生手段は、圧電素子や、
抵抗体であり、上記歪み検知部材は、圧電素子である圧
電セラミックス板、静電容量の変化を検知する静電容量
型圧力センサ、又は半導体基板表面に４方向の拡散抵抗
を形成した半導体力センサである。また上記電気変換部
は、圧電素子や、容量用の電極、、歪みゲージ、半導体
上の拡散抵抗等である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図１に基づいて説明する。この実施形態のセンサ用
自己診断装置は、図１に示すように、３次元加速度セン
サについてのもので、現象発生手段であり、歪み検知部
材及び電気変換部である円状の圧電セラミックス板１０
の表裏面に検知電極である電極１２，１３が設けられて
いるものである。圧電セラミックス板１０は、歪み発生
手段であるガラス基板等の起歪体１４に貼り付け固定さ
れ、この起歪体１４の周縁部は、固定の枠体１６等に固
着されている。また起歪体１４の裏面中央部には、歪み
発生手段である重り１８が同心的に固定されている。

【００１１】この加速度センサの電極１２には、Ｘ軸方
向の検知信号を出力するＸ軸方向検知電極２０、Ｙ軸方
向の検知信号を出力するＹ軸方向検知電極２２、Ｚ軸方
向の検知信号を出力するＺ軸方向検知電極２４を有し、
所定方向の加速度に対して、圧電セラミックス板１０が
歪み、その歪みによる、圧電セラミックス板１０の表面
の引張又は圧縮状態により、圧電セラミックス板１０の
表面に電荷が発生し、この電荷を各電極１２により検出
し出力する。

【００１２】この加速度センサの自己診断装置の回路
は、図１に示すように、Ｘ軸方向検知電極２０、Ｙ軸方
向検知電極２２、Ｚ軸方向検知電極２４が、各々増幅器
２６，２８，３０に接続され、増幅器２６，２８，３０
はローパスフィルター３２，３４，３６に各々接続され
ている。また、Ｚ軸方向検知電極２４には、図１に示す
ように、診断用信号発生手段である発振回路４０が接続
されている。発振回路４０は、電源側にタイマ回路４２
が接続され、発振回路４０の出力がＺ軸方向検知電極２
４に接続されている。またタイマ回路４２の出力は、こ
の加速度センサのスイッチ素子４４と、各ＸＹＺ軸方向
の検出出力端子に設けられたスイッチ素子４６にも接続
されている。

【００１３】また、ローパスフィルター３２，３４，３
６の出力は、各々ダイオード４７と抵抗４８を経て、平
滑手段である整流回路５１，５２，５３に入力してい
る。整流回路５１，５２，５３は、可変抵抗５４とコン
デンサ５５からなり、その出力は各々、ｐｎｐトランジ
スタ５６，５７，５８のベースに接続されている。トラ
ンジスタ５６，５７，５８のコレクタは、各々抵抗６０
を介して接地され、トランジスタ５６，５７のコレクタ
の出力は、判別手段であるＯＲゲート６０に入力し、Ｏ
Ｒゲート６０の出力とトランジスタ５８のコレクタ出力
とがＯＲゲート６２に入力している。ＯＲゲート６２の
出力は、スリーステートバッファ６４に入力し、スリー
ステートバッファ６４にはタイマ回路４２の出力も入力
している。

【００１４】この実施形態の加速度センサの自己診断装
置の動作は、先ず、電源が入ると、タイマ回路４２が作
動し、発振回路４０を発振させ、同時にスイッチ素子４
４，４６をＯＮする。そして発振回路４０からはＺ軸方
向検知電極２４に所定振動数及び振幅で発振した直流信
号が印加され、同時に電極１３が回路の接地点に接続さ
れる。これにより、加速度センサの圧電セラミックス板
１０は、圧電効果により歪みを生じ、加速度が働いた場
合と同様の状態となる。すると、Ｘ軸方向検知電極２
０、Ｙ軸方向検知電極２２、Ｚ軸方向検知電極２４の出
力が所定の波形で発生し、増幅器２６，２８，３０を経
てローパスフィルタ３２，３４，３６を通過して整流回
路５１，５２，５３に入力する。ここで、ローパスフィ
ルタ３２，３４，３６を通過させるのは、Ｘ軸方向検知
電極２０、Ｙ軸方向検知電極２２、Ｚ軸方向検知電極２
４の出力は矩形波として現れ、矩形波の場合出力に異常
があっても、波形がなまるだけで整流回路５１，５２，
５３の出力に変化が現れにくい。これに対して、ローパ
スフィルタ３２，３４，３６を通過した後の信号は、三
角波または上辺が短い台形波に調整されたものであり、
Ｘ軸方向検知電極２０、Ｙ軸方向検知電極２２、Ｚ軸方
向検知電極２４の出力の高低に対して、波形のピーク電
圧が正確に増減し変化が現れるからである。また、前記
調整は、発振回路４０に設けた可変抵抗器により発振周
波数調整による。

【００１５】そして、整流回路５１，５２，５３で整流
された電圧は前記ピーク電圧に比例するものであり、ト
ランジスタ５６，５７，５８のベースに各々入力し、所
定電圧以下であればそのトランジスタをＯＮする。これ
により、電流が流れたトランジスタに接続されたゲート
６０，６２の出力がＬ（０）からＨ（１）となり、スリ
ーステートバッファ６４に入力する。これによりスリー
ステートバッファ６４の出力がＬ（１）からＨ（１）と
なり、異常信号として出力され、例えば異常灯を点灯し
報知する。また、タイマ４２が作動していないときはス
リーステートバッファ６４の出力は無限大である。

【００１６】この実施形態の加速度センサの自己診断装
置は、その加速度センサの動作開始時に、タイマ４２に
よる所定の期間加速度センサに所定の振動による歪みを
生じさせ、加速度の検知による出力が正常であるか否か
を診断するものである。従って、自動車等の装置を作動
させた当初の一定期間に必ず加速度センサが正常に作動
するか否かが診断され、正常でない場合は確実に検知可
能であり、装置の信頼性が高いものとなる。また、この
診断は、加速度検出用の電極１２，１３を利用したもの
であり、新たな構成を必要とせず、しかも、正確な判断
が可能なものである。

【００１７】なお、この発明のセンサ用自己診断装置
は、加速度センサのみならず、圧力センサや、温度セン
サ、湿度センサにも利用できるものであり、その場合の
現象発生手段は、各々所定の圧力を発生させる圧電素子
や、抵抗体、ヒーター等を設けるものである。さらに、
複数の検知対象を有した複合センサや、判断能力等を有
したインテリジェントセンサ装置に、この発明の自己診
断装置を利用しても良い。

【００１８】例えば、シリコンダイヤフラム形の圧力セ
ンサにおの発明の自己診断装置を利用する場合、歪みの
検出や温度補償、増幅等の機能を半導体中または１チッ
プ内に形成することができる。この場合、現象発生手段
として、圧電素子等の所定の圧力発生手段を設ける。

【００１９】また、温度及び湿度センサに利用する場
合、サーミスタとＣＲ発振器を用いて、温度に依存する
周波数の電気信号を得て、これと乾球の温度により湿度
を演算する。この場合、サーミスタの表面に、ＣＲ発振
回路を設け、抵抗体によるヒータ等を組み合わせて現象
発生手段を構成し、自己診断装置とすることができる。
さらに、Ｓｉ半導体基板上に微小な圧覚センサを多数設
け、これをマイクロコンピュータにより処理して、ロボ
ットアーム等の分布圧覚センサ装置を形成することがで
きる。この場合、自己診断装置は、圧覚センサに所定の
圧力発生機構を圧電素子等により付加し、その時の出力
を判断する。

【００２０】また、この発明のセンサ用自己診断装置の
上記歪み検知部材は、圧電素子である圧電セラミックス
板のみならず、半導体のダイヤフラムにブリッジ状に４
方向の拡散抵抗を形成して、この半導体ダイヤフラムの
加速度による歪みを、加速度の変動として検知すること
ができる。さらに、上記歪み検知部材は、静電容量の変
化を検知する容量センサであり、ダイアフラム表面に重
りが固定され、上記ダイアフラムの裏面に４個の電気変
換部である電極が取りつけられ、この電極と対面する固
定の４コの対抗電極が設けられた加速度センサでも良
い。

【００２１】

【発明の効果】この発明のセンサ用自己診断装置は、セ
ンサ用電源投入時に正確に自己診断を行なうことができ
るものである。また、検出出力をローパスフィルタを経
て判別しているので、正確に検知レベルの低下を検知す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態のセンサ用自己診断装置
の回路図である。

【符号の説明】

１０ 圧電セラミックス板 １２，１３ 電極 ２０ Ｘ軸方向検知電極 ２２ Ｙ軸方向検知電極 ２４ Ｚ軸方向検知電極 ２６，２８，３０ 増幅器 ３２，３４，３６ ローパスフィルタ ４０ 発振回路 ４２ タイマ回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の検知対象の現象を発生させる現象
   発生手段と、この現象発生手段により発生した現象を検
   知する検知部材と、この検知部材に設けられ上記検知し
   た現象を電気信号に変換する電気変換部と、この電気変
   換部からの電気信号を出力する検知電極と、上記現象発
   生手段に診断用信号を印加する診断信号発生手段と、上
   記現象発生手段により発生させた現象を上記検知部材に
   検知させて上記電気変換部で電気信号に変換されその出
   力を判別する判別手段とを設けたセンサ用自己診断装
   置。
2. 【請求項２】 電気的に所定の歪みを発生させる歪み発
   生手段と、加速度を受けることにより歪みを生じる歪み
   検知部材と、この歪み検知部材に形成された電気変換部
   と、この電気変換部からの信号により加速度を電気信号
   として出力する検知電極と、所定期間所定の振動数で電
   位が変動する診断用信号を発生させ上記歪み検知部材に
   接続された診断信号発生手段と、上記検知部材からの出
   力を増幅する増幅器と、この増幅器からの出力を各々判
   別する判別手段とを設けた加速度センサの自己診断装
   置。
3. 【請求項３】 上記歪み検知部材と電気変換部は、共用
   される圧電素子を有し、この圧電素子により加速度を検
   知する加速度センサを備えた請求項２記載のセンサ用自
   己診断装置。
4. 【請求項４】 上記診断用信号発生手段は、電源投入時
   の所定期間作動するタイマ回路が接続され、このタイマ
   回路が作動中に、自己診断が行なわれるものである請求
   項１，２または３記載のセンサ用自己診断装置。
5. 【請求項５】 上記判別手段は、上記検知電極からの出
   力を平滑化する平滑手段と、この平滑手段により平滑化
   された信号を各々判別するゲート回路とを設けた請求項
   １，２または３記載のセンサ用自己診断装置。
6. 【請求項６】 上記検知電極からの検出出力は、増幅器
   及びローパスフィルタを介して、上記判別手段により出
   力値の正否が判別されるものである請求項１，２または
   ３記載のセンサ用自己診断装置。