WO2000016042A1 - Angular speed sensor - Google Patents

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WO2000016042A1 PCT/JP1999/004897 JP9904897W WO0016042A1 WO 2000016042 A1 WO2000016042 A1 WO 2000016042A1 JP 9904897 W JP9904897 W JP 9904897W WO 0016042 A1 WO0016042 A1 WO 0016042A1
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Toshihiko Ichinose
Motoki Ogata
Junichi Yukawa
Koji Yamamoto
Masahiro Saito
Takeshi Uemura
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Panasonic Holdings Corp
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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.
  • 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 coriolis that occurs according to the angular velocity, and a unit that detects the vibration level
  • a first amplifier that amplifies the output signal of the first amplifier; a rectifier circuit that rectifies the output signal of the first amplifier to obtain a DC voltage; a comparing unit that compares an output voltage of the rectifier circuit with a reference voltage;
  • the excitation unit is configured to amplify 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 and control the amplitude of the tuning fork vibrator to be constant. It consists of a connected variable gain amplifier.
  • an object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an angular velocity sensor having a function of detecting a change in sensitivity due to a failure or deterioration and having significantly improved reliability.
  • the present invention provides an exciting section for applying vibration to a vibrating body, a means for detecting a vibration level of the vibrating body, and a first detecting means for detecting a corioliser generated according to an angular velocity.
  • a second detection means for detecting a signal having a polarity opposite to that of the first detection means; and a drive for receiving a signal from the vibration level detecting means as an input and outputting a signal to the excitation unit as an output.
  • FIG. 1 is a block diagram of the angular velocity sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view for explaining the electrode arrangement of the angular velocity sensor element block according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a block diagram of the angular velocity sensor in the second embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a block diagram of the angular velocity sensor in the third embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a block diagram of an angular velocity sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Example 1
  • FIG. 1 is a block diagram of an angular velocity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a top view for explaining in detail the electrode arrangement of the angular velocity sensor element block in Embodiment 1 of the present invention.
  • 1 is a tuning fork vibrator of an angular velocity sensor composed of quartz
  • 2a and 2b are electrodes formed on the tuning fork vibrator 1 to constitute an excitation unit
  • 3 Are electrodes formed on the sound or vibrating body 1 to constitute the means for detecting the vibration level of the tuning fork vibrating body 1
  • 4 and 5 constitute detecting means for detecting the corioliser generated according to the angular velocity.
  • the element block 1a is configured.
  • 11 is a first amplifier
  • 12 is a rectifier
  • 13 is a smoothing circuit
  • 14 is a variable gain amplifier
  • 15a and 15b are second amplifiers
  • 16a and 16 b is the fourth amplifier
  • the fifth amplifier 17a and 17b are the first phase shift circuit
  • the second phase shift circuit 18a and 18b are the first phase detector
  • a second phase detector, 19 is a comparator for detecting the vibration of the tuning fork vibrator 1
  • 20 a and 2 Ob are a first mouth and a pass filter, and a second mouth.
  • One-pass filter 2 1a and 2 1b are 1st Adjustment means
  • second adjustment means 21 c and 21 f are the first DC amplifier and the second DC amplifier
  • 21 d and 21 g are the first amplification degree adjustment resistors
  • the second The amplification degree adjustment resistors 21 e and 2 lh are a first offset adjustment section and a second offset adjustment section.
  • the drive circuit 6 is composed of a first amplifier 11 receiving the electric charge generated at the electrode 3 formed on the tuning fork vibrator 1 to constitute a means for detecting the vibration level, and a first amplifier 11
  • a rectifier 12 for rectifying an output voltage
  • a smoothing circuit 13 for smoothing an output voltage of the rectifier 12, and an output voltage of the first amplifier 11 which is input to an output voltage of the smoothing circuit 13.
  • a variable gain amplifier 14 whose amplification degree changes in accordance with the output voltage, a second amplifier 15 a for amplifying the output voltage of the variable gain amplifier 14, and an output having a phase opposite to that of the second amplifier 15 a.
  • a third amplifier 15b emitted.
  • the first amplifier 11 is called an I-to-V converter or a current amplifier that converts input charges into a voltage, and is composed of an operational amplifier and a feedback resistor. According to this configuration, the input terminal operates so as to be always at 0 V, and the expression “the input is imaginary” is expressed. This effect can be eliminated if the input voltage is always zero even if the capacitance component of the electrode 3, the wiring capacitance up to the drive circuit 6, and the inductance are interposed. It is an effective circuit means for handling weak signals as in the case of this drive circuit 6 and performing signal detection that requires no phase shift to perform synchronous detection.
  • the rectifier 12 and the smoothing circuit 13 are circuits for converting the magnitude of the electric charge generated at the electrode 3 into a DC voltage, and the voltage obtained thereby represents the vibration level of the sound or vibrator 1.
  • Variable gain amplifier 14 is the first amplifier When the output of 11 and the output of smoothing circuit 13 are input, and the output voltage of smoothing circuit 13 is small (when the vibration of tuning fork vibrator 1 is small), the output signal of first amplifier 11 is When the output of the smoothing circuit 13 is large (when the vibration level of the tuning fork vibrator 1 is large), the amplification degree is decreased.
  • the vibration of the tuning fork vibrator 1 can be kept constant by the variable gain amplifier 14.
  • the first and second detection circuits 7 and 8 receive a charge generated on the first detection electrode 4 and the second detection electrode 5 as inputs and output a fourth amplifier 1 which outputs a voltage proportional to the charge amount. 6a, a fifth amplifier 16b, and a first phase shift circuit 1 for phase shifting the output voltages of the fourth amplifier 16a and the fifth amplifier 16b by 90 degrees. 7a, 2nd phase shift circuit 17b, Comparator for detecting vibration timing of tuning fork vibrator 1 — 1st phase detector for phase detection by output timing signal of 19th , The second phase detectors 18a and 18b, and the output signals of these phase detectors 18a and 18b by the first mouth-to-pass filter and the second mouth-to-pass filter.
  • first adjusting means for amplifying the output voltage after passing through 20a and 20b in direct current
  • second adjusting means 21a and 21b The first adjusting means and the second adjusting means are independently provided with a first DC amplifier and a second DC amplifier for adjusting the amplification, the offset and the temperature dependence of the offset, respectively.
  • the tuning fork vibrator 1 is constantly vibrated by the drive signals sent to the electrodes 2a and 2b by the second amplifier 15a and the third amplifier 15b of the drive circuit 6, respectively.
  • a rotational angular velocity is applied to the vibrating body 1
  • the charge generated by the coli liquor is detected by the first detection electrode 4 and the second detection electrode 5. Since the first detection electrode 4 and the second detection electrode 5 are arranged so that charges of opposite polarities can be obtained, the first and second outputs of the first and second detection circuits 7 and 8 can be obtained. Outputs as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b) are obtained from terminals 9 and 10, respectively.
  • FIG. 4 is a block diagram of the angular velocity sensor according to the second embodiment of the present invention. It is. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and only different portions will be described in detail.
  • reference numeral 50 denotes differential operation means
  • 51 denotes comparison means.
  • the calculation of the difference between the output H ⁇ voltage from the first output terminal 9 provided in the first detection circuit 7 and the output voltage from the second output terminal 10 provided in the second detection circuit 8 is performed.
  • differential operation means 50 for performing the operation From the differential operation means 50, 40 mVZdeg / sec is obtained as the substantial sensitivity. Therefore, twice the output sensitivity can be obtained compared to the output sensitivity from only one side. If the sensitivity is adjusted to the conventional level (output level only from one side), the dynamic range of the input range for angular velocity detection can be doubled.
  • the calculation of the sum of the output voltage from the first output terminal 9 provided in the first detection circuit 7 and the output voltage from the second output terminal 10 provided in the second detection circuit 8 is performed. It is composed of comparison means 51 for performing.
  • FIG. 5 is a block diagram of an angular velocity sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
  • reference numeral 22 denotes a first level judgment circuit, which is composed of comparators 23 and 24 and an OR gate 25.
  • the output voltage of the smoothing circuit 13 is input to the comparators 2 3 and 2 4, and when this voltage becomes lower than the specified voltage range or becomes larger than the specified voltage range
  • the signal is output from OR gate 25.
  • the first level determination circuit 22 outputs an alarm even when the vibration level of the tuning fork vibrator 1 has not reached the specified level immediately after power-on.
  • the second and third level judgment circuits 29a and 29b are based on the detection circuits 26a and 26b, the smoothing circuits 27a and 27b, and the comparators 28a and 28b, respectively.
  • the detection signals from the first detection electrode 4 and the second detection electrode 5 are detected by the detection circuits 26a and 26b, and are converted to DC voltage by the smoothing circuits 27a and 27b.
  • the level is determined by the comparator 28a ; 28b, and when an abnormal signal is generated on the first detection electrode 4 and the second detection electrode 5 due to mechanical shock, etc., the comparator An abnormal signal can be output from 28a or 28b. If an error signal is output from either the comparator 28a or the comparator 28b, the signal is output from the R gate 30. Sa In addition, if there is an output from either R gate 25 or OR gate 30, it is output from OR gate 31.
  • FIG. 6 is a block diagram of an angular velocity sensor according to Embodiment 4 of the present invention. 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, detailed description thereof will be omitted, and only different portions will be described in detail.
  • the fourth amplifier 16a in the first detection circuit 7 is constituted by operational amplifiers 36, 37, and 38, and the first detection electrode 4 is connected to the first detection electrode 4 via wiring.
  • the wiring patterns 39, 40 formed near the wiring connected to the input terminal 34 of the detection circuit 7 and the wiring connected to the input terminal 34, and formed on the substrate 41. Is grounded, and the wiring pattern 39 is connected to the input terminal 35 of the first detection circuit 7.
  • Input terminals 34 and 35 are connected to the negative inputs of operational amplifiers 36 : 37, respectively, and charge-to-voltage conversion is performed. With this configuration, a similar disturbance is input to the input terminals 34 and 35.
  • Examples of the disturbance include a sneak path caused by the induction of the voltage applied to the electrodes 2a and 2b, a sneak path due to the capacitance of the wiring pattern, or an external radiated electromagnetic field. Since these effects are input to the input terminals 34 and 35 at the same time, they can be eliminated by the operational amplifier 38 as a common-mode signal. Also, since the configuration of the fifth amplifier 16b in the second detection circuit 8 and the connection to the second detection electrode 5 are all the same, the details are omitted. Industrial applicability
  • the detection circuit As described above, according to the present invention, from the detection electrode formed on the vibrating body to the detection circuit becomes a double system, and it is also possible to constantly monitor and compare the respective output signals. If an error occurs, an abnormality can be determined immediately.
  • the sensitivity can be doubled by calculating the difference between these output voltages, so that the force sensitivity must be set to the same level as the conventional level.
  • the dynamic range of the input range for angular velocity detection can be doubled.

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Description

明 細 書 角速度センサ 技術分野
本発明は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 1 . 3 8 ， N o . 3 、 1 9 9 4年） 第 2 6 頁か ら第 3 3 頁に発表されたもの 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、 振動体の振動レベ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 幅器の出力信号を整流し直流電圧を得る整流回路と、 前記整流回 路の出力電圧と基準電圧との比較部と、 前記第 1 の増幅器からの 出力電圧の位相を 9 0度シフ 卜 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、 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時の 検出も困難であ り角速度センサの信頼性を確保するのに不十分で あった。 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、 故障、 劣化によ る感度変化も検出できる機能を有し、 著しく信頼性の向上した角 速度センサを提供することを目的とする。 一 この課題を解決するために本発明は、 振動体に振動を与える励 振部と、 振動体の振動レベルを検出する手段と、 角速度に応じて 生ずるコ リ オリカを検出する第 1 の検出手段と、 この第 1 の検出 手段と逆極性の信号が検出される第 2 の検出手段と、 前記振動レ ベルを検出する手段からの信号を入力と し前記励振部への信号を 出力とする駆動回路と、 前記第 1 の検出手段および第 2 の検出手 段からの検出信号がそれぞれ入力される第 1 の検出回路および第 2 の検出回路とを備えたことを特徴とするものである。 この構成 により、 故障、 劣化による感度変化も検出できる機能を有し、 著 しく信頼性の向上した角速度センサが実現できる。 図面の簡単な説明
第 1 図は本発明の実施例 1 における角速度センサのブロ ック図 第 2 図は同実施例 1 における角速度センサ素子ブロックの電極配 置を説明する上面図、 第 3 図 （ a )， ( b ) は同実施例 1 における 入出力特性を示す図、 第 4図は本発明の実施例 2 における角速度 センサのブロック図、 第 5 図は本発明の実施例 3 における角速度 センサのブロ ック図、 第 6 図は本発明の実施例 4 における角速度 センサのブロック図である。 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のブロ ック図 である。 第 2図は本発明の実施例 1 における角速度センサ素子ブ ロックの電極配置を詳細に説明する上面図である。 第 1 図、 第 2— 図においては、 1 は水晶によって構成された角速度センサの音叉 振動体、 2 a， 2 bは励振部を構成するために音叉振動体 1 上に 形成された電極、 3 は音叉振動体 1 の振動レベルを検出する手段 を構成するために音又振動体 1 上に形成された電極、 4 , 5 は角 速度に応じて生ずるコ リ オリ カを検出する検出手段を構成するた めの音叉振動体 1上に形成された第 1 の検出電極と第 1 の検出電 極とは逆極性の信号が検出される第 2の検出電極、 6は駆動回路、 7 , 8 は第 1 、 第 2の検出電極によ り検出された電荷が入力され 角速度の大きさに応じた電圧に変換される第 1 、第 2の検出回路、 9， 1 0は第 1 、 第 2の検出回路にそれぞれ設けられた角速度セ ンサ信号の第 1 、 第 2の出力端子である。
音又振動体 1 、 音叉振動体 1 上に形成された電極 2 a , 2 b , 3、 音 ¾振動体 1上に形成された第 1 の検出電極 4、 第 2の検出 電極 5から角速度センサ素子ブロック 1 aが構成される。 1 1 は 第 1 の増幅器、 1 2は整流器、 1 3は平滑回路、 1 4は可変利得 増幅器、 1 5 a , 1 5 bは第 2の増幅器、 第 3の増幅器、 1 6 a， 1 6 bは第 4の増幅器、 第 5 の増幅器、 1 7 a， 1 7 bは第 1 の 位相シフ ト回路、 第 2の位相シフ ト回路、 1 8 a , 1 8 bは第 1 の位相検波器、 第 2の位相検波器、 1 9は音叉振動体 1 の振動夕 イ ミ ングを検出するコ ンパレ一夕、 2 0 a , 2 O bは第 1 の口一 パスフィ ル夕、 第 2 の口一パスフィ ル夕、 2 1 a , 2 1 bは第 1 の調整手段、 第 2 の調整手段、 2 1 c , 2 1 f は第 1 の直流増幅 器と第 2 の直流増幅器、 2 1 d , 2 1 gは第 1 の増幅度調整抵抗、 第 2 の増幅度調整抵抗、 2 1 e ， 2 l hは第 1 のオフセッ ト調整 部、 第 2 のオフセッ ト調整部である。 ― 駆動回路 6 は振動レベルを検出する手段を構成するために音叉 振動体 1 上に形成された電極 3 に生ずる電荷を入力とする第 1 の 増幅器 1 1 と、 この第 1 の増幅器 1 1 の出力電圧を整流する整流 器 1 2 と、この整流器 1 2 の出力電圧を平滑する平滑回路 1 3 と、 前記第 1 の増幅器 1 1 の出力電圧を入力し前記平滑回路 1 3 の出 力電圧に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器 1 4 と、 前記可 変利得増幅器 1 4の出力電圧を増幅する第 2 の増幅器 1 5 a と、 前記第 2 の増幅器 1 5 a と逆位相の出力が発せられる第 3 の増幅 器 1 5 b とによって構成されている。
第 1 の増幅器 1 1 は入力電荷を電圧に変換する I 一 V変換器、 もしく はカ レン トアンプと呼ばれ、 オペアンプと帰還抵抗で構成 される。 この構成によれば入力端子は常に 0 Vになるよう に動作 し、 『入力がイマジナリ ーショ ー トされている』 という表現がさ れる。 この効果としては電極 3 の容量成分や駆動回路 6 までの配 線容量、 イ ンダク夕ンスなどが介在しても入力電圧が常に 0 にな るようにしておけば、 これらの影響が除去できるため本駆動回路 6 の様に微弱な信号を扱い、 かつ、 同期検波を行うため位相ずれ があってはならない信号処理の場合に有効な回路手段である。 整 流器 1 2 と平滑回路 1 3 は電極 3 に生ずる電荷の大きさを直流電 圧とするための回路であ り 、 これによ り得られる電圧は音又振動 体 1 の振動レベルを表わす。 可変利得増幅器 1 4は第 1 の増幅器 1 1 の出力と平滑回路 1 3 の出力とを入力し、 平滑回路 1 3 の出 力電圧が小さい時 （音叉振動体 1 の振動が小さい時） は、 第 1 の 増幅器 1 1 の出力信号を大きく増幅し、 逆に平滑回路 1 3 の出力 が大きい時 （音叉振動体 1 の振動レベルが大きい時） は、 増幅度 - を小さ くする。 可変利得増幅器 1 4 によって音叉振動体 1 の振動 を一定に保つ事ができる。 また、 電極 3 の効率が温度等の変化に よって変わる場合、 この変化も含めて平滑回路 1 3 の出力が一定 になるよう動作するといえる。 音叉振動体 1 に生ずるコ リ オリ の 力は F c = 2 πι ν Ωで表わされ、 振動速度 V に比例するため角速 度センサの感度を一定に保っためには、 これらの回路は重要であ る。
第 1 、 第 2 の検出回路 7 ， 8 は、 第 1 の検出電極 4 と第 2 の検 出電極 5 に生ずる電荷を入力と し、 この電荷量に比例した電圧を 出力する第 4の増幅器 1 6 a、 第 5 の増幅器 1 6 b と、 この第 4 の増幅器 1 6 a と第 5 の増幅器 1 6 bの出力電圧を 9 0度位相シ フ トするための第 1 の位相シフ ト回路 1 7 a、 第 2 の位相シフ ト 回路 1 7 b、 音叉振動体 1 の振動タイ ミ ングを検出するコ ンパレ —夕 1 9 の出力タイ ミ ング信号によって位相検波するための第 1 の位相検波器、 第 2 の位相検波器 1 8 a ， 1 8 b と、 これらの位 相検波器 1 8 a , 1 8 bの出力信号を第 1 の口一パスフィ ル夕、 第 2 の口一パスフィ ル夕 2 0 a , 2 0 b を通した後の出力電圧を 直流増幅する第 1 の調整手段、 第 2 の調整手段 2 1 a , 2 1 b と によって構成されている。 また第 1 の調整手段、 第 2 の調整手段 にはそれぞれ独立して増幅度、 オフセッ ト及びオフセッ 卜の温度 依存性を調整するための第 1 の直流増幅器、 第 2 の直流増幅器 2 1 c ， 2 1 f 、 第 1 の増幅度調整抵抗、 第 2 の増幅度調整抵抗 2 1 d , 2 1 g、 第 1 のオフセッ ト調整部、 第 2 のオフセッ ト調 整部 2 1 e , 2 l hが含まれている。
音叉振動体 1 は駆動回路 6 の第 2 の増幅器 1 5 a、 第 3 の増帱 器 1 5 b によ りそれぞれ電極 2 a , 2 b に駆動信号が送られ常に 振動しており、 この音叉振動体 1 に回転角速度が印加されるとコ リ オリ カによ り生じた電荷が第 1 の検出電極 4、 第 2 の検出電極 5 によ り検出される。 この第 1 の検出電極 4、 第 2 の検出電極 5 には逆極性の電荷が得られるよう に配置されているため、 第 1 、 第 2 の検出回路 7 , 8 の第 1 、 第 2 の出力端子 9 , 1 0からはそ れぞれ第 3 図 （ a )、 第 3 図 （ b ) に示すような出力が得られる。 したがって、 第 1 、 第 2 の出力端子 9 , 1 0 の電圧を常に監視す ることによって、 第 1 の検出電極 4、 第 2 の検出電極 5 、 第 1 の 検出回路 7 、 第 2 の検出回路 8 、 配線のいずれかに異常が生じた 場合にも異常状態を検出する ことが可能である。 また第 3 図 （ a ) において、 角速度入力が （ + ) の時 （時計廻り をプラスとする） は出力電圧は増加し、 角速度入力が （一） の時は出力電圧は減少 する。この図から出力端子 9から得られる感度特性は、 + 2 0 m V / d e g / s e c であることがわかる。 これに対して第 3 図 （ b ) において、 角速度入力が （ + ) の時は出力電圧は減少し、 角速度 入力が（一） の時は出力電圧は増加する。 この図から出力端子 1 0 から得られる感度特性は、 — 2 O mV / d e g / s e cである こ とがわかる。
(実施例 2 )
第 4図は本発明の実施例 2 における角速度センサのブロ ック図 である。 第 4図において、 第 1 図と同一構成部分には同一番号を 付して詳細な説明を省略し、 異なる部分についてのみ詳述する。 第 4図において、 5 0 は差動演算手段、 5 1 は比較手段である。
第 1 の検出回路 7 に設けられた第 1 の出力端子 9からの出力 H~ 圧と第 2 の検出回路 8 に設けられた第 2 の出力端子 1 0からの出 力電圧の差の演算を行うための差動演算手段 5 0 によ り構成され ている。 差動演算手段 5 0 か らは実質感度と して、 4 0 m V Z d e g / s e c が得られる。 従って、 片側からのみの出力感度に 比べて、 2倍の出力感度が得られる。 また、 感度を従来レベル （片 側からのみの出力レベル） に調整するならば、 角速度検出の入力 範囲のダイナミ ック レンジを 2倍にする ことが可能となる。
また、 第 1 の検出回路 7 に設けられた第 1 の出力端子 9からの 出力電圧と第 2 の検出回路 8 に設けられた第 2 の出力端子 1 0か らの出力電圧の和の演算を行うための比較手段 5 1 によ り構成さ れている。
この構成によると、 角速度入力が零の時は、 第 1 の出力端子 9 と第 2 の出力端子 1 0 ともに 2 . 5 Vの出力電圧が得られ、 基準 電圧 2 . 5 Vとの差の演算を行う と、 ともに零の出力信号が得ら れる。 これらの出力信号の和の演算は、 当然零となる。 第 1 の出 力端子 9からの出力電圧から基準電圧 2 . 5 Vを差し引いた電圧 と第 2 の出力端子 1 0 からの出力電圧から基準電圧 2 . 5 Vを差 し引いた電圧との和の演算を比較手段 5 1 によ り行うため、 第 1 の検出電極 4、第 2 の検出電極 5 の異常や配線の断線やショー ト、 第 1 の検出回路 7 、 第 2 の検出回路 8 の故障等あらゆるモー ドの わずかな異常であっても検出することが可能である。 (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のブロ ック図 である。 第 5 図において、 第 1 図と同一構成部分には同一番号を 付して詳細な説明を省略し、 異なる部分についてのみ詳述する。一 第 5 図において、 2 2 は第 1 のレベル判定回路であ り、 コ ンパ レ一夕 2 3， 2 4 と O Rゲー ト 2 5 によって構成される。 コンパ レ一夕 2 3 , 2 4 には平滑回路 1 3 の出力電圧が入力され、 この 電圧が規定電圧範囲よ り低く なつた場合、 あるいは規定電圧範囲 よ り大きく なつた場合のいずれかの場合に O Rゲー ト 2 5から信 号が出力される。 すなわち、 音又振動体 1 の振動レベルが規定範 囲を越えた時 （例えば、 外部から強い衝撃が加わった時、 音叉振 動体 1 に何かが当たって振動が阻害された時など） 警報を出力す る。 前記第 1 のレベル判定回路 2 2 は、 電源投入直後に音叉振動 体 1 の振動レベルが規定レベルまで達していない時にも警報を出 力する。
第 2 、 第 3 のレベル判定回路 2 9 a , 2 9 bは、 それぞれ検波 回路 2 6 a , 2 6 b、平滑回路 2 7 a , 2 7 b、コ ンパレータ 2 8 a , 2 8 bよ り構成され、 第 1 の検出電極 4 と第 2 の検出電極 5から のそれぞれの検出信号を検波回路 2 6 a , 2 6 bで検波し、 平滑 回路 2 7 a , 2 7 bで直流電圧に変換した後、コ ンパレ一夕 2 8 a ; 2 8 bでレベル判定し、 第 1 の検出電極 4 と第 2 の検出電極 5 に 機械的な衝撃等によ り異常な信号が発生した場合、 コンパレータ 2 8 a あるいは 2 8 bから異常信号として出力する事ができる。 コンパレータ 2 8 a またはコ ンパレー夕 2 8 bのいずれかから異 常信号が出力された場合は、 〇 Rゲー ト 3 0から出力される。 さ らに、 〇 Rゲー ト 2 5 または O Rゲー ト 3 0 のいずれかから出力 がある場合は、 O Rゲー ト 3 1 から出力される。
これによ り、 角速度センサの総合的な診断が可能となる。
(実施例 4 ) 一 第 6 図は本発明の実施例 4 における角速度センサのブロ ック図 である。 第 6 図において、 第 1 図と同一構成部分には同一番号を 付して詳細な説明を省略し、 異なる部分についてのみ詳述する。
第 6 図において、 第 1 の検出回路 7 の中の第 4の増幅器 1 6 a はオペアンプ 3 6 , 3 7 , 3 8 によって構成され、 第 1 の検出電 極 4は配線を経由して第 1 の検出回路 7 の入力端子 3 4 に接続さ れ、 入力端子 3 4 に接続される配線の近傍であり且つ基板 4 1 上 に形成された配線パターン 3 9 , 4 0 の内、 配線パターン 4 0 は 接地され、 配線パターン 3 9 は第 1 の検出回路 7 の入力端子 3 5 に接続されている。入力端子 3 4， 3 5 はそれぞれオペアンプ 3 6 : 3 7 のマイナス入力に接続され、 電荷一電圧変換された後、 オペ アンプ 3 8で引き算される。 この構成によ り、 入力端子 3 4 , 3 5 には同様な外乱が入力されることになる。 外乱の一例としては、 電極 2 a， 2 b に印加する電圧の誘導による廻り込み、 配線パ夕 ーンの静電容量による廻り込み、 あるいは、 外部からの放射電磁 界などが考えられる。 これらの影響が、 入力端子 3 4， 3 5 に同 じょう に入力されるため、 同相信号としてオペアンプ 3 8 によつ て除去することができる。 また、 第 2 の検出回路 8 の中の第 5 の 増幅器 1 6 bの構成、 第 2 の検出電極 5 との接続等すベて同様の 構成としているため、 詳細に関しては省略する。 産業上の利用可能性
以上のよう に本発明によれば、 振動体上に形成された検出電極 から検出回路までが 2重系となりそれぞれの出力信号を常に監視 比較する ことも可能となるため、 どち らかに故障が生じた場合直 ちに異常を判断できる。
また、 入力角速度に対し逆極性の出力電圧が得られるため、 こ れらの出力電圧の差を計算する ことによって 2倍の感度を得る こ とができるばかり力 感度を従来レベルと同じに設定すれば、 角 速度検出の入力範囲のダイナミ ック レンジを 2倍にする ことが可 能となる。

Claims

振動体に振動を与える励振部と、 振動体の振動レベルを検出 する手段と、 角速度に応じて生ずるコ リ オリ カを検出する第 1 の検出手段と、 この第 1 の検出手段と逆極性の信号が検出 される第 2 の検出手一青段と、 前記振動レベルを検出する手段か らの信号を入力と し前記励振部への信号を出力とする駆動回 路と、 前記第 1 の検出手段および第 検出手段からの検出 の 2 の
信号がそれぞれ入力される第 1 の検出回路および第 2 の検出 回路とを備えた角速度センサ。
囲
駆動回路が振動レベルを検出する手段に生ずる電荷を入力と する第 1 の増幅器と、 この第 1 の増幅器の出力電圧を整流す る整流器と、 この整流器の出力電圧を平滑する平滑回路と、 前記第 1 の増幅器の出力電圧を入力 し前記平滑回路の出力電 圧に応じて増幅度が変化する可変利得増幅器と、 前記可変利 得増幅器の出力電圧を増幅する第 2 の増幅器と、 前記第 2 の 増幅器と逆位相の出力が発せられる第 3 の増幅器とによって 構成されるとともに、 第 1 の検出回路および第 2 の検出回路 は第 1 の検出手段と第 2 の検出手段に生ずる電荷をそれぞれ 入力し、 これらの電荷量に比例した電圧を出力する第 4 の増 幅器と第 5 の増幅器と、 前記第 4の増幅器と第 5 の増幅器の 出力電圧をそれぞれ 9 0度位相シフ ト した後、 第 1 の増幅器 からの出力信号のタイ ミ ング信号によって位相検波するため の第 1 の位相検波器と第 2 の位相検波器も しく は第 1 の増幅 器からの出力信号を 9 0度位相シフ 卜 したタイ ミ ング信号に よって第 4の増幅器と第 5 の増幅器の出力電圧をそれぞれ位 相検波するための第 1位相検波器と第 2位相検波器と、 前記 第 1 の位相検波器と第 2 の位相検波器の出力信号をそれぞれ 平滑するための第 1 、 第 2 のローパスフィ ル夕と、 この第 1マ 第 2 のローパスフィ ルタの出力電圧を直流増幅するとともに 増幅度調整、 オフセッ ト調整およびオフセッ 卜の温度調整機 能を有する第 1 の調整手段と第 2 の調整手段を備えた請求の 範囲第 1項に記載の角速度センサ。
駆動回路に振動レベルを検出する手段からの信号の異常を判 定するための第 1 のレベル判定回路を有する とともに第 1 の 検出回路と第 2 の検出回路には第 1 の検出手段と第 2 の検出 手段からの検出信号の異常を判定するための第 2 のレベル判 定回路と第 3 のレベル判定回路を有し、 前記第 1 のレベル判 定回路、 第 2 のレベル判定回路と第 3 のレベル判定回路のい ずれかから異常と判定される信号が出力された場合には出力 を発する出力手段を備えた請求の範囲第 1 項に記載の角速度 センサ。
第 4の増幅器と第 5 の増幅器には、 それぞれ第 1 の検出手段 と第 2 の検出手段からの検出信号を入力するための第 1 の入 力端子と第 2 の入力端子を有するとともに、 前記第 1 の検出 手段と第 2 の検出手段からのそれぞれの検出信号が受ける影 響と同様の信号が印加される第 1 の配線部と第 2 の配線部か らの信号を入力するための第 3 の入力端子と第 4の入力端子 とを備え、 第 1 の入力端子からの信号と第 3 の入力端子から の信号を差動増幅するための第 1 の増幅部と、 第 2 の入力端 子からの信号と第 4 の入力端子からの信号を差動増幅するた めの第 2 の増幅部とから構成された請求の範囲第 1 項に記載 の角速度センサ。
第 1 の検出回路からの出力電圧と第 2 の検出回路からの出力 電圧との差の演算を行うための差動演算手段と、 第 1 の検出 回路からの出力電圧と第 2 の検出回路からの出力電圧との和 の演算を行うための比較手段を備えた請求の範囲第 1 項に記 載の角速度センサ。
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