(57)【要約】【課題】診断用の制御信号を生成してセンサーに供給する必要がなく、回路の大型化が低減されるセンサーモジュールを提供すること。【解決手段】慣性センサーと、第１時点での前記慣性センサーの検出軸方向の構造共振周波数を記憶する記憶部と、前記慣性センサーの出力信号に基づいて、第２時点での前記慣性センサーの検出軸方向の前記構造共振周波数を測定する共振周波数測定部と、前記第１時点での前記構造共振周波数と前記第２時点での前記構造共振周波数とが所定値よりも離れている場合に、前記慣性センサーが異常であると判定する異常判定部と、を備える、センサーモジュール。【選択図】図１０
2020134391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性センサーと、
第１時点での前記慣性センサーの検出軸方向の構造共振周波数を記憶する記憶部と、
前記慣性センサーの出力信号に基づいて、第２時点での前記慣性センサーの検出軸方向の前記構造共振周波数を測定する共振周波数測定部と、
前記第１時点での前記構造共振周波数と前記第２時点での前記構造共振周波数とが所定値よりも離れている場合に、前記慣性センサーが異常であると判定する異常判定部と、を備える、センサーモジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記共振周波数測定部は、前記慣性センサーの出力信号の周波数毎の強度を測定し、強度が最大の第１周波数を前記第２時点での前記構造共振周波数とする、センサーモジュール。
【請求項３】
請求項２において、
前記異常判定部は、前記第１周波数と強度が最小の第２周波数との比が所定値よりも小さい場合は、前記慣性センサーが異常であると判定する、センサーモジュール。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記慣性センサーは、可動部と、固定部と、前記可動部と前記固定部とをつなぐ継手部と、前記固定部及び前記可動部と接合されている物理量検出素子と、を有し、前記継手部は水晶である、センサーモジュール。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記第２時点での前記構造共振周波数に応じて、物理量の検出感度を調整する感度調整部を備える、センサーモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のセンサーモジュールと、
前記センサーモジュールの出力信号に基づく処理を行う処理装置と、を含む、センサーシステム。
【請求項７】
記憶部に記憶された、第１時点での慣性センサーの検出軸方向の構造共振周波数を取得する共振周波数取得工程と、
前記慣性センサーの出力信号に基づいて、第２時点での前記慣性センサーの検出軸方向の前記構造共振周波数を測定する共振周波数測定工程と、
前記第１時点での前記構造共振周波数と前記第２時点での前記構造共振周波数とが所定値よりも離れている場合に、前記慣性センサーが異常であると判定する異常判定工程と、を含む、慣性センサーの異常判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサーモジュール、センサーシステム及び慣性センサーの異常判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物に設置された複数のセンサーモジュールが検出したデータを、処理装置が処理して所望の情報を提供する各種のシステムが普及しつつある。近年、インフラストラクチャーの維持管理の重要性が増す中で、作業者が、センサーモジュールが正常であるか異常であるかの診断を現地で行うことが困難になっているため、自己診断機能を備えたセンサーモジュールの重要性が増している。
【０００３】
例えば、特許文献１では、物理量の変化に応じて静電容量が変化するコンデンサーを有し、コンデンサーの共振周波数の近傍の周波数の制御信号でコンデンサーの静電容量を測定することにより自己診断を行うセンサーが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−０８６００２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のセンサーでは、診断用の制御信号を生成し、当該制御信号によりコンデンサーの固定電極への電圧印加タイミングを制御する必要があるため、回路が大型化するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るセンサーモジュールの一態様は、
慣性センサーと、
第１時点での前記慣性センサーの検出軸方向の構造共振周波数を記憶する記憶部と、
前記慣性センサーの出力信号に基づいて、第２時点での前記慣性センサーの検出軸方向の前記構造共振周波数を測定する共振周波数測定部と、
前記第１時点での前記構造共振周波数と前記第２時点での前記構造共振周波数とが所定値よりも離れている場合に、前記慣性センサーが異常であると判定する異常判定部と、を備える。
【０００７】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記共振周波数測定部は、前記慣性センサーの出力信号の周波数毎の強度を測定し、強度が最大の第１周波数を前記第２時点での前記構造共振周波数としてもよい。
【０００８】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記異常判定部は、前記第１周波数と強度が最小の第２周波数との比が所定値よりも小さい場合は、前記慣性センサーが異常であると判定してもよい。
【０００９】
前記センサーモジュールの一態様において、
前記慣性センサーは、可動部と、固定部と、前記可動部と前記固定部とをつなぐ継手部と、前記固定部及び前記可動部と接合されている物理量検出素子と、を有し、前記継手部
は水晶であってもよい。
【００１０】
前記センサーモジュールの一態様は、
前記第２時点での前記構造共振周波数に応じて、物理量の検出感度を調整する感度調整部を備えてもよい。
【００１１】
本発明に係るセンサーシステムの一態様は、
前記センサーモジュールの一態様と、
前記センサーモジュールの出力信号に基づく処理を行う処理装置と、を含む。
【００１２】
本発明に係る慣性センサーの異常判定方法の一態様は、
記憶部に記憶された、第１時点での慣性センサーの検出軸方向の構造共振周波数を取得する共振周波数取得工程と、
前記慣性センサーの出力信号に基づいて、第２時点での前記慣性センサーの検出軸方向の前記構造共振周波数を測定する共振周波数測定工程と、
前記第１時点での前記構造共振周波数と前記第２時点での前記構造共振周波数とが所定値よりも離れている場合に、前記慣性センサーが異常であると判定する異常判定工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】センサーモジュールの斜視図。
【図２】センサーモジュールの分解斜視図。
【図３】慣性センサーの斜視図。
【図４】慣性センサーの平面図。
【図５】図２のＰ１−Ｐ１線における断面図。
【図６】慣性センサーの動作の説明図。
【図７】慣性センサーの動作の説明図。
【図８】慣性センサーの感度と構造共振周波数との関係の一例を示す図。
【図９】図８の領域Ａ１の拡大図。
【図１０】第１実施形態のセンサーシステムの構成例を示す図。
【図１１】第１実施形態の異常判定方法の手順の一例を示すフローチャート図。
【図１２】Ｘ軸方向の物理量を検出する慣性センサーの出力信号から得られたカウントデータに対する離散フーリエ変換の結果の一例を示す図。
【図１３】Ｙ軸方向の物理量を検出する慣性センサーの出力信号から得られたカウントデータに対する離散フーリエ変換の結果の一例を示す図。
【図１４】Ｚ軸方向の物理量を検出する慣性センサーの出力信号から得られたカウントデータに対する離散フーリエ変換の結果の一例を示す図。
【図１５】第２実施形態のセンサーシステムの構成例を示す図。
【図１６】第２実施形態の異常判定方法の手順の一例を示すフローチャート図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
１．第１実施形態
１−１．センサーモジュールの構造
まず、本実施形態のセンサーシステムに用いられるセンサーモジュールの構造の一例について説明する。
【００１６】
図１は、センサーモジュール２が固定される被装着面側から見た場合のセンサーモジュール２の斜視図である。以下の説明において、平面視で長方形をなすセンサーモジュール２の長辺に沿った方向をＸ軸方向、平面視でＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、センサーモジュール２の厚さ方向をＺ軸方向として説明する。
【００１７】
センサーモジュール２は、平面形状が長方形の直方体であり、Ｘ軸方向に沿った長辺と、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に沿った短辺と、を有する。一方の長辺のそれぞれの端部近傍の２箇所および他方の長辺の中央部の１箇所には、ネジ穴１０３が形成されている。この３箇所のネジ穴１０３のそれぞれに、固定ネジを通して、例えばビルや掲示板などの構造物の被装着体の被装着面に、固定した状態で使用される。
【００１８】
図１に示すように、センサーモジュール２の被装着面側からみた表面には、開口部１２１が設けられている。開口部１２１の内部には、プラグ型のコネクター１１６が配置されている。コネクター１１６は、２列に配置された複数のピンを有しており、それぞれの列において、複数のピンがＹ軸方向に配列されている。コネクター１１６には、被装着体から不図示のソケット型のコネクターが接続され、センサーモジュール２の駆動電圧や、検出データ等の電気信号の送受信が行われる。
【００１９】
図２は、センサーモジュール２の分解斜視図である。図２に示すように、センサーモジュール２は、容器１０１、蓋１０２、シール部材１４１及び回路基板１１５などから構成されている。詳述すれば、センサーモジュール２は、容器１０１の内部に、固定部材１３０を介在させて、回路基板１１５を取り付け、容器１０１の開口を、緩衝性を有するシール部材１４１を介した蓋１０２によって覆った構成となっている。
【００２０】
容器１０１は、例えばアルミニウムを用い、内部空間を有する箱状に成形された回路基板１１５の収容容器である。容器１０１の外形は、前述したセンサーモジュール２の全体形状と同様に、平面形状が略長方形の直方体であり、一方の長辺の両端部近傍の２箇所、及び他方の長辺の中央部の１箇所に、固定突起１０４が設けられている。この固定突起１０４のそれぞれには、ネジ穴１０３が形成されている。
【００２１】
容器１０１は、外形が直方体で一方に開口した箱状である。容器１０１の内部は、底壁１１２と側壁１１１とで囲まれた内部空間となっている。換言すれば、容器１０１は、底壁１１２と対向する一面を開口面１２３とする箱状であり、回路基板１１５の外縁が側壁１１１の内面１２２に沿うように配置され、開口を覆うように蓋１０２が固定される。開口面１２３には、容器１０１の一方の長辺の両端部近傍の２箇所および他方の長辺の中央部の１箇所において、固定突起１０４が立設されている。そして、固定突起１０４の上面、すなわち、−Ｚ方向に露出する面が、容器１０１の上面から突出している。
【００２２】
また、容器１０１の内部空間には、他方の長辺の中央部に設けられた固定突起１０４と対向する一方の長辺の中央部であって、底壁１１２から開口面１２３にかけて側壁１１１から内部空間側に突出する突起１２９が設けられている。突起１２９の上面には、雌ネジ１７４が設けられている。蓋１０２は、貫通孔１７６に挿通されるネジ１７２と雌ネジ１７４とによって、容器１０１にシール部材１４１を介して固定される。なお、突起１２９および固定突起１０４は、後述する回路基板１１５の括れ部１３３，１３４に対向する位置に設けられる。
【００２３】
容器１０１の内部空間には、底壁１１２から開口面１２３側に向かって一段高い段状に突出する第１の台座１２７および第２の台座１２５が設けられている。第１の台座１２７は、回路基板１１５に取り付けられたプラグ型のコネクター１１６の配置領域と対向する位置に設けられている。第１の台座１２７には、図１に示す開口部１２１が設けられてお
り、開口部１２１にはプラグ型のコネクター１１６が挿入される。第１の台座１２７は、回路基板１１５を容器１０１に固定するための台座として機能する。
【００２４】
第２の台座１２５は、長辺の中央部に位置する固定突起１０４および突起１２９に対して第１の台座１２７と反対側に位置し、固定突起１０４および突起１２９の近傍に設けられている。第２の台座１２５は、固定突起１０４および突起１２９に対して第１の台座１２７と反対側において、回路基板１１５を容器１０１に固定するための台座として機能する。
【００２５】
なお、容器１０１の外形は、平面形状が略長方形の直方体で蓋のない箱状であるとして説明したが、これに限らず、容器１０１の外形の平面形状が、正方形、六角形、八角形などであっても良い。また、容器１０１の外形の平面形状において、多角形の頂点部分の角が面取りされていてもよく、さらに、各辺のいずれかが曲線からなる平面形状であっても良い。また、容器１０１の内部の平面形状も、上述した形状に限らず、他の形状であっても良い。さらに、容器１０１の外形と内部との平面形状は、相似形であっても良いし、相似形でなくても良い。
【００２６】
回路基板１１５は、複数のスルーホールなどが形成された多層基板であり、例えば、ガラスエポキシ基板、コンポジット基板、セラミック基板等が用いられる。
【００２７】
回路基板１１５は、底壁１１２側の第２面１１５ｒと、第２面１１５ｒと表裏の関係である第１面１１５ｆとを有する。回路基板１１５の第１面１１５ｆには、マイクロコントローラー２１０、温度センサー２０４、３つの慣性センサー２００、その他の不図示の電子部品等が搭載されている。また、回路基板１１５の第２面１１５ｒには、コネクター１１６が搭載されている。なお、図示およびその説明は省略するが、回路基板１１５には、その他の配線や端子電極などが設けられていてもよい。
【００２８】
回路基板１１５は、平面視で、容器１０１の長辺に沿ったＸ軸方向の中央部に、回路基板１１５の外縁が括れている括れ部１３３，１３４を備える。括れ部１３３，１３４は、平面視で、回路基板１１５のＹ軸方向の両側に設けられ、回路基板１１５の外縁から中央に向かって括れておいる。また、括れ部１３３，１３４は、容器１０１の突起１２９および固定突起１０４に対向して設けられている。
【００２９】
回路基板１１５は、第２面１１５ｒを第１の台座１２７、および第２の台座１２５に向けて容器１０１の内部空間に挿入される。そして、回路基板１１５は、第１の台座１２７と、第２の台座１２５とによって、容器１０１に支持されている。
【００３０】
慣性センサー２００は、慣性を利用して物理量を検出するセンサーである。３つの慣性センサー２００のうち、慣性センサー２００ＸはＸ軸方向の物理量を検出し、慣性センサー２００ＹはＹ軸方向の物理量を検出し、慣性センサー２００ＺはＺ軸方向の物理量を検出する。具体的には、慣性センサー２００Ｘは、Ｘ軸方向にパッケージの表裏面が向くように、且つ回路基板１１５の第１面１１５ｆに側面を対向させて立設される。そして、慣性センサー２００Ｘは、検出したＸ軸方向の物理量に応じた信号を出力する。慣性センサー２００Ｙは、Ｙ軸方向にパッケージの表裏面が向くように、且つ回路基板１１５の第１面１１５ｆに側面を対向させて立設される。そして、慣性センサー２００Ｙは、検出したＹ軸方向の物理量に応じた信号を出力する。慣性センサー２００Ｚは、Ｚ軸方向にパッケージの表裏面が向くように、即ちパッケージの表裏面が回路基板１１５の第１面１１５ｆと正対するように設けられる。そして、慣性センサー２００Ｚは、検出したＺ軸方向の物理量に応じた信号を出力する。
【００３１】
マイクロコントローラー２１０は、図示しない配線や電子部品を介して、温度センサー２０４及び慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚと電気的に接続されている。また、マイクロコントローラー２１０は、センサーモジュール２の各部を制御するとともに、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの出力信号に基づいて、物理量データを生成する。
【００３２】
１−２．慣性センサーの構造
次に、慣性センサー２００が加速度センサーである場合を例に挙げ、慣性センサー２００の構造の一例について説明する。図２に示した３つの慣性センサー２００、すなわち、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの構造は同じであってもよい。
【００３３】
図３は、慣性センサー２００の斜視図であり、図４は、慣性センサー２００の平面図であり、図５は、図４のＰ１−Ｐ１線における断面図である。なお、図３〜図５は、慣性センサー２００のパッケージ内部のみが図示されている。以降の各図には、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を図示している。また、以降の説明では、説明の便宜上、延出部３８ａ，３８ｂの厚み方向であるｚ軸方向から見たときの平面視を単に「平面視」とも謂う。
【００３４】
慣性センサー２００は、図３〜図５に示すように、基板部５と、４つの錘５０，５２，５４，５６と、を有する。
【００３５】
基板部５は、ｘ軸方向に延出し互いに反対を向く主面１０ａ，１０ｂを有している板状の基部１０と、基部１０からｙ軸方向へ延出している継手部１２と、継手部１２から基部１０と反対方向へ矩形状をなして延出している可動部１３と、基部１０のｘ軸方向の両端から可動部１３の外縁に沿って延出している２つの支持部３０ａ，３０ｂと、基部１０から可動部１３に掛け渡されて基部１０及び可動部１３に接合されている物理量検出素子４０と、を備えている。
【００３６】
２つの支持部３０ａ，３０ｂにおいて、支持部３０ａは、可動部１３と間隙３２ａを隔ててｙ軸に沿うように延出し、支持部３０ａを固定する接合部３６ａと、可動部１３と間隙３２ｃを隔ててｘ軸に沿うように延出する延出部３８ａと、が設けられている。換言すると、支持部３０ａは、可動部１３と間隙３２ａを隔ててｙ軸に沿うように延出し、可動部１３と間隙３２ｃを隔ててｘ軸に沿うように延出する延出部３８ａが設けられ、支持部３０ａから延出部３８ａ部分に接合部３６ａが設けられている。また、支持部３０ｂは、可動部１３と間隙３２ｂを隔ててｙ軸に沿うように延出し、支持部３０ｂを固定する接合部３６ｂと、可動部１３と間隙３２ｃを隔ててｘ軸に沿うように延出する延出部３８ｂと、が設けられている。換言すると、支持部３０ｂは、可動部１３と間隙３２ｂを隔ててｙ軸に沿うように延出し、可動部１３と間隙３２ｃを隔ててｘ軸に沿うように延出する延出部３８ｂが設けられ、支持部３０ｂから延出部３８ｂ部分に接合部３６ｂが設けられている。
【００３７】
なお、支持部３０ａ，３０ｂに設けられている接合部３６ａ，３６ｂは、慣性センサー２００の基板部５をパッケージ等の外部部材に実装するためのものである。また、基部１０、継手部１２、可動部１３、支持部３０ａ，３０ｂおよび延出部３８ａ，３８ｂは一体に形成されていてもよい。
【００３８】
可動部１３は、支持部３０ａ，３０ｂおよび基部１０によって囲まれていて、基部１０に継手部１２を介して接続され、片持ち支持された状態である。そして、可動部１３は、互いに反対を向く主面１３ａ，１３ｂと、平面視における主面１３ａ，１３ｂを形成する側面であり、支持部３０ａに沿う側面１３ｃおよび支持部３０ｂに沿う側面１３ｄと、を
有している。主面１３ａは、基部１０の主面１０ａと同じ側を向いた面であり、主面１３ｂは、基部１０の主面１０ｂと同じ側を向いた面である。
【００３９】
継手部１２は、基部１０と可動部１３との間に設けられ、基部１０と可動部１３とを接続している。継手部１２の厚みは、基部１０や可動部１３の厚みよりも薄く形成されている。継手部１２は、溝１２ａ，１２ｂを有している。この溝１２ａ，１２ｂは、Ｘ軸に沿って形成されていて、継手部１２は、可動部１３が基部１０に対して変位する際に、溝１２ａ，１２ｂが支点、即ち中間ヒンジとして機能する。このような継手部１２および可動部１３は、カンチレバーとして機能する。
【００４０】
また、基部１０の主面１０ａから可動部１３の主面１３ａにかけての面には、物理量検出素子４０が接合剤６０によって固定されている。物理量検出素子４０の固定位置は、主面１０ａおよび主面１３ａそれぞれのｘ軸方向における中央位置の２箇所である。
【００４１】
物理量検出素子４０は、基部１０の主面１０ａに接合剤６０で固定されているベース部４２ａと、可動部１３の主面１３ａに接合剤６０で固定されているベース部４２ｂと、ベース部４２ａとベース部４２ｂとの間にあって物理量を検出するための振動梁４１ａ，４１ｂと、を有している。この場合、振動梁４１ａ，４１ｂの形状は、角柱状であり、振動梁４１ａ，４１ｂに設けられた不図示の励振電極に交流電圧の駆動信号が印加されると、ｘ軸に沿って、互いに離間または近接するように屈曲振動をする。即ち、物理量検出素子４０は、音叉型振動片である。
【００４２】
物理量検出素子４０のベース部４２ａ上には、引き出し電極４４ａ，４４ｂが設けられている。これら引き出し電極４４ａ，４４ｂは、振動梁４１ａ，４１ｂに設けられた不図示の励振電極と電気的に接続されている。引き出し電極４４ａ，４４ｂは、金属ワイヤー４８によって、基部１０の主面１０ａに設けられた接続端子４６ａ，４６ｂと電気的に接続されている。接続端子４６ａ，４６ｂは、図示しない配線によって、外部接続端子４９ａ，４９ｂと電気的に接続されている。外部接続端子４９ａ，４９ｂは、慣性センサー２００がパッケージ等に実装される側の面である基部１０の主面１０ｂ側に、平面視でパッケージ接合部３４と重なるように設けられている。パッケージ接合部３４は、慣性センサー２００の基板部５をパッケージ等の外部部材に実装するためのものであり、基部１０のｘ軸方向の両端側の端部に２箇所設けられている。
【００４３】
物理量検出素子４０は、水晶の原石等から所定の角度で切り出された水晶基板を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によってパターニングすることにより形成されている。この場合、物理量検出素子４０は、基部１０および可動部１３との線膨張係数との差を小さくすることを考慮すれば、基部１０および可動部１３の材質と同質にすることが望ましい。
【００４４】
錘５０，５２，５４，５６は、平面視で矩形状であり、可動部１３に設けられている。錘５０，５２が可動部１３の主面１３ａに接合部材６２で固定され、錘５４，５６が可動部１３の主面１３ｂに接合部材６２で固定されている。ここで、主面１３ａに固定される錘５０は、平面視において、矩形の縁辺である１辺と可動部１３の側面１３ｃとの方向が合っており、且つ他の１辺と延出部３８ａの側面３１ｄとの方向が合っており、このように方向を合わせることにより可動部１３の側面１３ｃの側に配置され、平面視で錘５０と延出部３８ａとが重なるように配置されている。同様に、主面１３ａに固定される錘５２は、平面視において、矩形の縁辺である１辺と可動部１３の側面１３ｄとの方向が合っており、且つ他の１辺と延出部３８ｂの側面３１ｅとの方向が合っており、これにより可動部１３の側面１３ｄの側に配置され、平面視で錘５２と延出部３８ｂとが重なるように配置されている。主面１３ｂに固定される錘５４は、平面視において、矩形の１辺と可動部
１３の側面１３ｃとの方向が合っており、且つ他の１辺と延出部３８ａの側面３１ｄとの方向が合っており、これにより可動部１３の側面１３ｃの側に配置され、平面視で錘５４と延出部３８ａとが重なるように配置されている。同様に、主面１３ｂに固定される錘５６は、平面視において、矩形の１辺と可動部１３の側面１３ｄとの方向が合っており、且つ他の１辺と延出部３８ｂの側面３１ｅとの方向が合っており、これにより可動部１３の側面１３ｄの側に配置され、平面視で錘５６と延出部３８ｂとが重なるように配置されている。
【００４５】
このように配置された錘５０，５２，５４，５６は、錘５０，５２が物理量検出素子４０を中心にして左右対称に配置され、錘５４，５６は、平面視で、錘５０，５２にそれぞれ重なるように配置されている。これら錘５０，５２，５４，５６は、錘５０，５２，５４，５６の重心位置にそれぞれ設けられている接合部材６２によって、可動部１３に固定されている。また、平面視で、錘５０，５４と延出部３８ａおよび錘５２，５６と延出部３８ｂがそれぞれ重なっているので、過剰な物理量が印加された場合に、錘５０，５２，５４，５６が延出部３８ａ，３８ｂに当接し、錘５０，５２，５４，５６の変位量を抑制することができる。
【００４６】
接合部材６２は、シリコーン樹脂系の熱硬化型接着剤等で構成されている。可動部１３の主面１３ａおよび主面１３ｂに、それぞれ２カ所ずつ、塗布され、錘５０，５２，５４，５６が載置された後、加熱により硬化して、錘５０，５２，５４，５６を可動部１３に固定する。なお、錘５０，５２，５４，５６の可動部１３の主面１３ａおよび主面１３ｂに対向する接合面は、粗面である。これにより、錘５０，５２，５４，５６を可動部１３へ固定する際、接合面における接合面積が大きくなり、接合強度を向上させることができる。
【００４７】
以上のように構成されている慣性センサー２００に、図６に示すように、矢印α１で表される＋Ｚ方向の加速度が印加されると、可動部１３には−Ｚ方向に力が作用し、可動部１３は継手部１２を支点として−Ｚ方向に変位する。これにより、物理量検出素子４０には、Ｙ軸に沿ってベース部４２ａとベース部４２ｂとが互いに離れる方向の力が加わり、振動梁４１ａ，４１ｂには引っ張り応力が生じる。そのため、振動梁４１ａ，４１ｂが振動する周波数は高くなる。
【００４８】
一方、図７に示すように、慣性センサー２００に、矢印α２で表される−Ｚ方向の加速度が印加されると、可動部１３には＋Ｚ方向に力が作用し、可動部１３は、継手部１２を支点として＋Ｚ方向に変位する。これにより、物理量検出素子４０には、Ｙ軸に沿ってベース部４２ａとベース部４２ｂとが互いに近づく方向の力が加わり、振動梁４１ａ，４１ｂには圧縮応力が生じる。そのため、振動梁４１ａ，４１ｂが振動する周波数は低くなる。
【００４９】
加速度に応じて振動梁４１ａ，４１ｂが振動する周波数が変化すると、慣性センサー２００の外部接続端子４９ａ，４９ｂから出力される信号の周波数が変化する。センサーモジュール２は、慣性センサー２００の出力信号の周波数の変化に基づいて、慣性センサー２００に印加された加速度の値を算出することができる。
【００５０】
なお、物理量である加速度の検出精度を高めるために、固定部である基部１０と可動部１３とをつなぐ継手部１２は、Ｑ値の高い部材である水晶であることが望ましい。例えば、基部１０，支持部３０ａ，３０ｂおよび可動部１３は、水晶板で形成されていて、継手部１２の溝部１２ａ，１２ｂは、水晶板の両面からハーフエッチングによって形成されてもよい。
【００５１】
１−３．慣性センサーの感度と構造共振周波数との関係
次に、慣性センサー２００の感度と検出軸方向の構造共振周波数との関係について説明する。慣性センサー２００の検出軸方向の構造共振周波数とは、慣性センサー２００の構造上特定される検出軸方向の固有振動数である。以下では、「検出軸方向の構造共振周波数」を単に「構造共振周波数」と言う。図８は、慣性センサー２００が加速度センサーである場合の感度と構造共振周波数との関係の一例を示す図であり、シミュレーションの結果と実測の値をプロットしたグラフである。図８において、慣性センサー２００横軸は感度であり、縦軸は慣性センサー２００の構造共振周波数である。
【００５２】
図８に示すように、慣性センサー２００の感度と構造共振周波数との関係は曲線になっており、感度が決まれば構造共振周波数は一意に決まる。逆に、構造共振周波数が変わらなければ感度も変わらないと考えることができる。例えば、慣性センサー２００は、感度及び構造共振周波数が破線で囲んだ領域Ａ１に入るように構造が設計される。したがって、図８において、感度及び構造共振周波数が領域Ａ１から外れる場合は、慣性センサー２００の状態が設置されたときの状態とは異なっていることを意味する。例えば、図８のＰ１点は、錘５０，５２，５４，５６の半分が脱落した場合、具体的には、錘５０，５２が脱落した場合又は錘５４，５６が脱落した場合に対応する。また、図８のＰ２点は、錘５０，５２，５４，５６の全部が脱落した場合に対応する。
【００５３】
図９は、図８の領域Ａ１の拡大図である。ただし、図９において、横軸は、構造共振周波数がｆ０のときの感度を１００％とした感度比率に変換されている。図９に示される構造共振周波数の範囲では、慣性センサー２００の感度と構造共振周波数との関係はほぼ直線になっており、構造共振周波数の変化量は、感度の変化量に比例する。図９では、感度が１％低下すると構造共振周波数はΔｆだけ上昇する。したがって、例えば、慣性センサー２００の仕様として、感度変化量の許容範囲が±１％以内と規定されていれば、構造共振周波数が±Δｆの範囲を超えて変化すると、慣性センサー２００の出力信号の精度が保証されないことになる。そこで、本実施形態のセンサーモジュール２は、慣性センサー２００の出力信号に基づいて、慣性センサー２００の構造共振周波数の検査時等からの変化量を算出し、構造共振周波数の変化量が所定の範囲を超える場合には、感度の変化量が仕様で規定された許容範囲を超えるものとして、慣性センサー２００が異常であると判定してもよい。
【００５４】
例えば、仕様で規定された感度の変化量の許容範囲が±１％以内であれば、センサーモジュール２は、構造共振周波数が±Δｆの範囲を超える場合に、慣性センサー２００が異常であると判定してもよい。したがって、図８のＰ１点に対応する錘５０，５２，５４，５６の半分が脱落した場合や、図８のＰ２点に対応する錘５０，５２，５４，５６の全部脱落した場合、センサーモジュール２は慣性センサー２００が異常であると判定することができる。
【００５５】
１−４．センサーシステムの構成
次に、本実施形態のセンサーシステム１の構成の一例、及びセンサーモジュール２の機能構成の一例について説明する。図１０は、本実施形態のセンサーシステム１の構成例を示す図である。図１０に示すように、センサーシステム１は、上述したセンサーモジュール２と、センサーモジュール２の出力信号に基づく処理を行う処理装置３とを含む。なお、図１０では、センサーモジュール２が１つであるが、センサーシステム１は、複数のセンサーモジュール２を含み、処理装置３は複数のセンサーモジュール２の出力信号に基づく処理を行ってもよい。複数のセンサーモジュール２の少なくとも一部は、同一の構造物に設置されてもよいし、異なる構造物に設置されてもよい。
【００５６】
センサーモジュール２は、前述の慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚ、発振回
路２０１Ｘ，２０１Ｙ，２０１Ｚ、カウンター２０２Ｘ，２０２Ｙ，２０２Ｚ、温度補償型水晶発振器（ＴＣＸＯ：Temperature Compensated Crystal Oscillator）２０３、温度センサー２０４、前述のマイクロコントローラー２１０、及び記憶部２２０を含む。
【００５７】
発振回路２０１Ｘは、慣性センサー２００Ｘの出力信号を増幅して駆動信号を生成し、当該駆動信号を慣性センサー２００Ｘに印加する。当該駆動信号により、慣性センサー２００Ｘの振動梁４１ａ，４１ｂが、Ｘ軸方向の加速度に応じた周波数で振動し、当該周波数の信号が慣性センサー２００Ｘから出力される。また、発振回路２０１Ｘは、慣性センサー２００Ｘの出力信号を増幅した矩形波信号をカウンター２０２Ｘに出力する。
【００５８】
同様に、発振回路２０１Ｙは、慣性センサー２００Ｙの出力信号を増幅して駆動信号を生成し、当該駆動信号を慣性センサー２００Ｙに印加する。当該駆動信号により、慣性センサー２００Ｙの振動梁４１ａ，４１ｂが、Ｙ軸方向の加速度に応じた周波数で振動し、当該周波数の信号が慣性センサー２００Ｙから出力される。また、発振回路２０１Ｙは、慣性センサー２００Ｙの出力信号を増幅した矩形波信号をカウンター２０２Ｙに出力する。
【００５９】
同様に、発振回路２０１Ｚは、慣性センサー２００Ｚの出力信号を増幅して駆動信号を生成し、当該駆動信号を慣性センサー２００Ｚに印加する。当該駆動信号により、慣性センサー２００Ｚの振動梁４１ａ，４１ｂが、Ｚ軸方向の加速度に応じた周波数で振動し、当該周波数の信号が慣性センサー２００Ｚから出力される。また、発振回路２０１Ｚは、慣性センサー２００Ｚの出力信号を増幅した矩形波信号をカウンター２０２Ｚに出力する。
【００６０】
カウンター２０２Ｘ，２０２Ｙ，２０２Ｚは、温度補償型水晶発振器２０３から出力される発振信号をクロック信号として動作する。カウンター２０２Ｘは、所定の周期毎に、発振回路２０１Ｘから出力される矩形波信号の所定の周期をクロック信号でカウントし、カウントした結果の値を有するＸ軸カウントデータを出力する。同様に、カウンター２０２Ｙは、発振回路２０１Ｙから出力される矩形波信号の所定の周期をクロック信号でカウントし、カウントした結果の値を有するＹ軸カウントデータを出力する。同様に、カウンター２０２Ｚは、発振回路２０１Ｚから出力される矩形波信号の所定の周期をクロック信号でカウントし、カウントした結果の値を有するＺ軸カウントデータを出力する。
【００６１】
記憶部２２０は、プログラムやデータを記憶するものであり、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性メモリーを含んでもよい。また、記憶部２２０は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）やフラッシュメモリーなどの半導体メモリーやハードディスク装置等の磁気記憶装置や光学ディスク装置等の光学式記憶装置等の不揮発性メモリーを含んでもよい。本実施形態では、記憶部２２０は、第１時点での慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の構造共振周波数であるＸ軸構造共振周波数２２１を記憶する。また、記憶部２２０は、第１時点での慣性センサー２００Ｙの検出軸方向の構造共振周波数であるＹ軸構造共振周波数２２２を記憶する。また、記憶部２２０は、第１時点での慣性センサー２００Ｚの検出軸方向の構造共振周波数であるＺ軸構造共振周波数２２３を記憶する。例えば、Ｘ軸構造共振周波数２２１、Ｙ軸構造共振周波数２２２及びＺ軸構造共振周波数２２３は、センサーモジュール２の製造時や設置時に測定され、記憶部２２０が有する不図示の不揮発性メモリーに記憶される。すなわち、第１時点は、センサーモジュール２の製造時や設置時において、Ｘ軸構造共振周波数２２１、Ｙ軸構造共振周波数２２２及びＺ軸構造共振周波数２２３が測定された各時点であってもよい。このＸ軸構造共振周波数２２１，Ｙ軸構造共振周波数２２２，Ｚ軸構造共振周波数２２３は、それぞれ、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの各検出方向の構造共振周波数の基準値として、慣性センサ
ー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚが異常であるか否かの判定に用いられる。
【００６２】
マイクロコントローラー２１０は、各種の制御処理や、カウンター２０２Ｘ，２０２Ｙ，２０２Ｚから出力されるカウントデータに基づく各種の演算処理を行う。
【００６３】
本実施形態では、マイクロコントローラー２１０は、物理量測定部２１１、補正部２１２、共振周波数測定部２１３、異常判定部２１４、モード設定部２１５及びレジスター部２１６を含む。例えば、マイクロコントローラー２１０は、記憶部２２０に記憶された不図示のプログラムを実行することにより、上記の各部として機能してもよい。
【００６４】
物理量測定部２１１は、Ｘ軸カウントデータの値、Ｙ軸カウントデータの値及びＺ軸カウントデータの値を、それぞれ、Ｘ軸方向の物理量の検出値、Ｙ軸方向の物理量の検出値及びＺ軸方向の物理量の検出値に変換する。例えば、記憶部２２０にカウントデータの値と物理量の検出値との対応関係を規定したテーブル情報、あるいはカウントデータの値と物理量の検出値との関係式の情報が記憶されており、物理量測定部２１１は、当該情報を参照して各カウントデータを物理量の検出値に変換してもよい。なお、物理量測定部２１１は、物理量の検出値への変換前に、カウントデータに対して、物理量の周波数帯域外のノイズを低減させるためのフィルター処理や、物理量の周波数帯域に応じてデータレートを下げるための間引き処理を行ってもよい。
【００６５】
補正部２１２は、物理量測定部２１１が算出したＸ軸方向の物理量の検出値、Ｙ軸方向物理量の検出値及びＺ軸方向の物理量の検出値に対して各種の補正演算を行う。例えば、補正部２１２は、温度センサー２０４の出力信号に基づいて検出軸毎に温度による検出誤差を補正する温度補正を行ってもよい。また、補正部２１２は、検出軸毎に物理量の検出感度を補正する感度補正、検出軸間の検出感度等のずれを補正するアラインメント補正、各検出軸方向に印加された物理量と各検出軸方向の物理量の検出値との関係が直線に近づくように補正する直線性補正等を行ってもよい。そして、補正部２１２は、補正したＸ軸方向の物理量の検出値、Ｙ軸方向の物理量の検出値及びＺ軸方向の物理量の検出値を、処理装置３に送信する。あるいは、補正部２１２は、補正したＸ軸方向の物理量の検出値、Ｙ軸方向の物理量の検出値及びＺ軸方向の物理量の検出値を、それぞれレジスター部２１６の所定のデータレジスターに書き込み、処理装置３が当該レジスターの値を読み出してもよい。
【００６６】
共振周波数測定部２１３は、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの出力信号に基づいて、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの各検出軸方向の第２時点での構造共振周波数を測定する。例えば、共振周波数測定部２１３は、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの出力信号の周波数毎の強度を測定し、強度が最大の第１周波数を第２時点での構造共振周波数としてもよい。なお、構造共振周波数の帯域は物理量の周波数帯域と異なるため、共振周波数測定部２１３は、カウントデータに対して前述のフィルター処理や間引き処理を行わない。
【００６７】
異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｘについて、記憶部２２０に記憶されているＸ軸構造共振周波数２２１、すなわち、第１時点での検出軸方向の構造共振周波数と、共振周波数測定部２１３が測定した第２時点での検出軸方向の構造共振周波数とが所定値よりも離れている場合に、慣性センサー２００Ｘが異常であると判定する。同様に、異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｙについて、記憶部２２０に記憶されているＹ軸構造共振周波数２２２、すなわち、第１時点での検出軸方向の構造共振周波数と、共振周波数測定部２１３が測定した第２時点での検出軸方向の構造共振周波数とが所定値よりも離れている場合に、慣性センサー２００Ｙが異常であると判定する。同様に、異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｚについて、記憶部２２０に記憶されているＺ軸構造共振周波
数２２３、すなわち、第１時点での検出軸方向の構造共振周波数と、共振周波数測定部２１３が測定した第２時点での検出軸方向の構造共振周波数とが所定値よりも離れている場合に、慣性センサー２００Ｚが異常であると判定する。
【００６８】
例えば、所定値は、錘５０，５２，５４，５６のいずれか１つが脱落することによる検出軸方向の構造共振周波数の変化量よりも小さい値に設定されてもよい。所定値をこのように設定すれば、異常判定部２１４は、錘５０，５２，５４，５６の少なくとも１つが脱落した場合に、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚがそれぞれ異常であると判定することができる。また、例えば、第１時点での検出軸方向の構造共振周波数と第２時点での検出軸方向の構造共振周波数との差が所定値のときに、感度の変化量が仕様で規定された範囲の上限又は下限となるように、所定値が設定されてもよい。所定値をこのように設定すれば、異常判定部２１４は、錘５０，５２，５４，５６の少なくとも１つが脱落した場合だけでなく、感度の変化量が仕様で規定された範囲を超えた場合に異常であると判定することができる。
【００６９】
また、異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの各々に対して、共振周波数測定部２１３が測定した強度が最大の第１周波数と強度が最小の第２周波数との比が所定値よりも小さい場合は、異常であると判定してもよい。
【００７０】
そして、異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚが異常であるか否かの判定結果を処理装置３に送信する。あるいは、異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚが異常であるか否かの判定結果を、それぞれレジスター部２１６の所定のデータレジスターに書き込み、処理装置３が当該レジスターの値を読み出してもよい。
【００７１】
モード設定部２１５は、マイクロコントローラー２１０の動作モードを、物理量測定モード及び共振周波数測定モードを含む複数の動作モードのいずれかに設定する。例えば、モード設定部２１５は、処理装置３から、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向のそれぞれの物理量の測定を指示するコマンドを受け取った場合に、動作モードを物理量測定モードに設定してもよい。例えば、モード設定部２１５は、処理装置３から、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの構造共振周波数の測定を指示するコマンドを受け取った場合に、動作モードを共振周波数測定モードに設定してもよい。あるいは、モード設定部２１５は、動作モードを、周期的に物理量測定モードに設定し、周期的に共振周波数測定モードに設定してもよい。
【００７２】
物理量測定部２１１及び補正部２１２は、動作モードが物理量測定モードに設定されているときに動作する。また、共振周波数測定部２１３及び異常判定部２１４は、動作モードが物理量測定モードに設定されているときに動作する。
【００７３】
レジスター部２１６は、各種の制御レジスターや各種のデータレジスターを有する。例えば、レジスター部２１６は、動作モードを設定する制御レジスターを有してもよい。また、例えば、レジスター部２１６は、Ｘ軸方向の物理量の検出値、Ｙ軸方向の物理量の検出値及びＺ軸方向の物理量の検出値をそれぞれ格納するデータレジスターや、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの第２時点での構造共振周波数の値をそれぞれ格納するデータレジスターを有してもよい。
【００７４】
１−５．慣性センサーの異常判定方法
次に、本実施形態の慣性センサー２００の異常判定方法の詳細について説明する。図１１は、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚが異常であるか否かを判定する異常判定方法の手順の一例を示すフローチャート図である。なお、図１１の手順に先立ち、モー
ド設定部２１５によって動作モードが共振周波数測定モードに設定される。例えば、マイクロコントローラー２１０は、記憶部２２０に記憶されているプログラムを実行することにより、図１１に示す異常判定処理を行う。
【００７５】
図１１に示すように、まず、マイクロコントローラー２１０は、共振周波数測定部２１３として機能し、構造共振周波数の測定対象としてＸ軸、すなわち、慣性センサー２００Ｘを選択する（ステップＳ１０）。
【００７６】
次に、共振周波数測定部２１３は、カウンター２０２Ｘからｎ個のカウントデータを取得する（ステップＳ２０）。整数ｎは、例えば、１０２４であってもよい。
【００７７】
次に、共振周波数測定部２１３は、ステップＳ２０で取得したｎ個のカウントデータの最大値と最小値との差が所定値Ｖ０よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３０）。そして、共振周波数測定部２１３は、ｎ個のカウントデータの最大値と最小値との差が所定値よりも小さい場合は（ステップＳ３０のＹ）、新たにｎ個のカウントデータを取得する（ステップＳ２０）。例えば、センサーモジュール２が設置される構造物がほとんど振動しなければ、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの構造共振の振幅が非常に小さいため、構造共振周波数を正しく測定することができないおそれがある。そのため、共振周波数測定部２１３は、ｎ個のカウントデータの最大値と最小値との差が非常に小さい場合、すなわち、構造共振の振幅が非常に小さい場合は、当該ｎ個のカウントデータを破棄して新たにｎ個のカウントデータを取得する。したがって、所定値Ｖ０は、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの構造共振周波数を正しく測定可能な下限値以上の値に設定される。
【００７８】
共振周波数測定部２１３は、ｎ個のカウントデータの最大値と最小値との差が所定値以上の場合は（ステップＳ３０のＮ）、ｎ個のカウントデータに対して所定の周波数範囲で離散フーリエ変換（ＤＦＴ：Discrete Fourier Transform）を実行する（ステップＳ４０）。
【００７９】
共振周波数測定部２１３は、離散フーリエ変換をｍ回実行するまで（ステップＳ５０のＮ）、ステップＳ２０〜Ｓ４０の処理を繰り返す。そして、共振周波数測定部２１３は、離散フーリエ変換をｍ回実行すると（ステップＳ５０のＹ）、ｍ回の離散フーリエ変換の結果を加算し、最大強度の周波数を、第２時点での慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の構造共振周波数とする（ステップＳ６０）。図１２は、慣性センサー２００Ｘの出力信号から得られたｎ個のカウントデータに対して離散フーリエ変換をｍ回実行してｍ回の結果を加算したグラフの一例を示す図である。図１２において、横軸は周波数であり、縦軸は強度である。図１２の例では、強度が最大値ＰＸｍａｘとなる周波数ｆＸ２が、第２時点での慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の構造共振周波数である。
【００８０】
次に、マイクロコントローラー２１０は、異常判定部２１４として機能し、記憶部２２０に記憶されたＸ軸構造共振周波数２２１、すなわち、第１時点での慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の構造共振周波数を取得する（ステップＳ７０）。
【００８１】
次に、異常判定部２１４は、ステップＳ７０で取得した第１時点での慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の構造共振周波数と、ステップＳ２０〜Ｓ６０で測定した第２時点での慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の構造共振周波数との差が所定値Ｖ１以下であり（ステップＳ８０のＹ）、かつ、強度の最大値と最小値との比が所定値Ｖ２以上である場合（ステップＳ９０のＹ）、慣性センサー２００Ｘが正常であると判定する（ステップＳ１００）。
【００８２】
また、異常判定部２１４は、第１時点での慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の構造共振周波数と第２時点での慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の構造共振周波数との差が所定値Ｖ１よりも大きい場合（ステップＳ８０のＮ）、又は、強度の最大値と最小値との比が所定値Ｖ２よりも小さい場合（ステップＳ９０のＮ）、慣性センサー２００Ｘが異常であると判定する（ステップＳ１１０）。
【００８３】
例えば、所定値Ｖ１は、仕様で規定された感度の変化量の許容範囲の上限値に対応付ける値である。また、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚが正常であれば強度の最大値が最小値の数十倍以上であり、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚが異常であれば強度の最大値が最小値の数倍程度である場合は、例えば、所定値Ｖ２は１０程度の値であればよい。図１２の例では、第２時点での構造共振周波数ｆＸ２は第１時点での構造共振周波数ｆＸ１とほぼ一致しており、その差は所定値Ｖ１以下である。また、強度の最大値ＰＸｍａｘが最小値ＰＸｍｉｎの数十倍以上であるため、その比は所定値Ｖ２以上である。したがって、図１２の例の場合、異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｘが正常であると判定する。
【００８４】
次に、マイクロコントローラー２１０は、共振周波数測定部２１３として機能し、構造共振周波数の測定対象としてＹ軸、すなわち、慣性センサー２００Ｙを選択済みでないので（ステップＳ１２０のＮ）、構造共振周波数の測定対象として慣性センサー２００Ｙを選択する（ステップＳ１３０）。そして、共振周波数測定部２１３は、カウンター２０２Ｙからｎ個のカウントデータを取得して離散フーリエ変換を実行する処理（ステップＳ２０〜Ｓ４０の処理）をｍ回繰り返すと（ステップＳ５０のＹ）、ｍ回の離散フーリエ変換の結果を加算し、最大強度の周波数を、第２時点での慣性センサー２００Ｙの検出軸方向の構造共振周波数とする（ステップＳ６０）。図１３は、慣性センサー２００Ｙの出力信号から得られたｎ個のカウントデータに対して離散フーリエ変換をｍ回実行してｍ回の結果を加算したグラフの一例を示す図である。図１３において、横軸は周波数であり、縦軸は強度である。図１３の例では、強度が最大値ＰＹｍａｘとなる周波数ｆＹ２が、第２時点での慣性センサー２００Ｙの検出軸方向の構造共振周波数である。
【００８５】
次に、マイクロコントローラー２１０は、異常判定部２１４として機能し、記憶部２２０に記憶されたＹ軸構造共振周波数２２２、すなわち、第１時点での慣性センサー２００Ｙの検出軸方向の構造共振周波数を取得する（ステップＳ７０）。そして、異常判定部２１４は、ステップＳ７０で取得した第１時点での慣性センサー２００Ｙの検出軸方向の構造共振周波数と、ステップＳ２０〜Ｓ６０で測定した第２時点での慣性センサー２００Ｙの検出軸方向の構造共振周波数との差が所定値Ｖ１以下であり（ステップＳ８０のＹ）、かつ、強度の最大値と最小値との比が所定値Ｖ２以上である場合（ステップＳ９０のＹ）、慣性センサー２００Ｙが正常であると判定する（ステップＳ１００）。
【００８６】
また、異常判定部２１４は、第１時点での慣性センサー２００Ｙの検出軸方向の構造共振周波数と第２時点での慣性センサー２００Ｙの検出軸方向の構造共振周波数との差が所定値Ｖ１よりも大きい場合（ステップＳ８０のＮ）、又は、強度の最大値と最小値との比が所定値Ｖ２よりも小さい場合（ステップＳ９０のＮ）、慣性センサー２００Ｙが異常であると判定する（ステップＳ１１０）。
【００８７】
図１３の例では、第２時点での構造共振周波数ｆＹ２は第１時点での構造共振周波数ｆＹ１よりも小さく、その差は所定値Ｖ１よりも大きい。また、強度の最大値ＰＹｍａｘが最小値ＰＹｍｉｎの数倍程度であるため、その比は所定値Ｖ２よりも小さい。したがって、図１３の例の場合、異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｙが異常であると判定する。なお、図１３の例において、仮に、第１時点での構造共振周波数ｆＹ１付近において強度が最大値となった場合、第１時点での構造共振周波数ｆＹ１と第２時点での構造共振
周波数ｆＹ２との差が所定値Ｖ１以下となるが、その場合でも強度の最大値と最小値との比は所定値Ｖ２よりも小さいため、異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｙが異常であると判定することができる。
【００８８】
次に、マイクロコントローラー２１０は、共振周波数測定部２１３として機能し、構造共振周波数の測定対象としてＺ軸、すなわち、慣性センサー２００Ｚを選択済みでないので（ステップＳ１４０のＮ）、構造共振周波数の測定対象として慣性センサー２００Ｚを選択する（ステップＳ１３０）。そして、共振周波数測定部２１３は、カウンター２０２Ｚからｎ個のカウントデータを取得して離散フーリエ変換を実行する処理（ステップＳ２０〜Ｓ４０の処理）をｍ回繰り返すと（ステップＳ５０のＹ）、ｍ回の離散フーリエ変換の結果を加算し、最大強度の周波数を、第２時点での慣性センサー２００Ｚの検出軸方向の構造共振周波数とする（ステップＳ６０）。図１４は、慣性センサー２００Ｚの出力信号から得られたｎ個のカウントデータに対して離散フーリエ変換をｍ回実行してｍ回の結果を加算したグラフの一例を示す図である。図１４において、横軸は周波数であり、縦軸は強度である。図１４の例では、強度が最大値ＰＺｍａｘとなる周波数ｆＺ２が、第２時点での慣性センサー２００Ｚの検出軸方向の構造共振周波数である。
【００８９】
次に、マイクロコントローラー２１０は、異常判定部２１４として機能し、記憶部２２０に記憶されたＺ軸構造共振周波数２２３、すなわち、第１時点での慣性センサー２００Ｚの検出軸方向の構造共振周波数を取得する（ステップＳ７０）。そして、異常判定部２１４は、ステップＳ７０で取得した第１時点での慣性センサー２００Ｚの検出軸方向の構造共振周波数と、ステップＳ２０〜Ｓ６０で測定した第２時点での慣性センサー２００Ｚの検出軸方向の構造共振周波数との差が所定値Ｖ１以下であり（ステップＳ８０のＹ）、かつ、強度の最大値と最小値との比が所定値Ｖ２以上である場合（ステップＳ９０のＹ）、慣性センサー２００Ｚが正常であると判定する（ステップＳ１００）。
【００９０】
また、異常判定部２１４は、第１時点での慣性センサー２００Ｚの検出軸方向の構造共振周波数と第２時点での慣性センサー２００Ｚの検出軸方向の構造共振周波数との差が所定値Ｖ１よりも大きい場合（ステップＳ８０のＮ）、又は、強度の最大値と最小値との比が所定値Ｖ２よりも小さい場合（ステップＳ９０のＮ）、慣性センサー２００Ｚが異常であると判定する（ステップＳ１１０）。
【００９１】
図１４の例では、第２時点での構造共振周波数ｆＺ２は第１時点での構造共振周波数ｆＺ１とほぼ一致しており、その差は所定値Ｖ１以下である。また、強度の最大値ＰＺｍａｘが最小値ＰＺｍｉｎの数十倍以上であるため、その比は所定値Ｖ２以上である。したがって、図１４の例の場合、異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｚが正常であると判定する。
【００９２】
なお、図１１のステップＳ７０は、共振周波数取得工程の一例である。また、図１１のステップＳ２０，Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０，Ｓ６０は、共振周波数測定工程の一例である。また、図１１のステップＳ８０，Ｓ９０，Ｓ１００，Ｓ１１０は、異常判定工程の一例である。
【００９３】
１−６．作用効果
以上に説明したように、本実施形態では、共振周波数測定部２１３は、慣性センサー２００の出力信号に基づいて、第２時点での慣性センサー２００の検出軸方向の構造共振周波数を測定する。具体的には、共振周波数測定部２１３は、慣性センサー２００の出力信号の周波数毎の強度を測定し、強度が最大の第１周波数を第２時点での構造共振周波数とする。そして、異常判定部２１４は、記憶部２２０に記憶されている第１時点での構造共振周波数と第２時点での構造共振周波数とが所定値よりも離れている場合に、慣性センサ
ー２００が異常であると判定する。したがって、第１実施形態のセンサーシステム１、センサーモジュール２及びセンサーの異常判定方法によれば、診断用の制御信号を生成して慣性センサー２００に供給する必要がなく、回路の大型化が低減される。
【００９４】
また、本実施形態では、異常判定部２１４は、共振周波数測定部２１３が測定した強度が最大の第１周波数と強度が最小の第２周波数との比が所定値よりも小さい場合は、慣性センサー２００が異常であると判定する。したがって、第１実施形態のセンサーシステム１、センサーモジュール２及びセンサーの異常判定方法によれば、慣性センサー２００が異常である場合において、第１時点での構造共振周波数と第２時点での構造共振周波数とが所定値よりも離れていなくても、慣性センサー２００が正常であると誤判定するおそれが低減される。
【００９５】
２．第２実施形態
以下、第２実施形態のセンサーシステムについて、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付し、主に、第１実施形態と異なる内容について説明し、第１実施形態と重複する説明は省略又は簡略する。
【００９６】
図１０に示したように、慣性センサー２００の感度と構造共振周波数との関係は曲線になっており、感度が決まれば構造共振周波数は一意に決まる。したがって、構造共振周波数が変化すれば感度も変化することになる。第２実施形態のセンサーシステム１は、センサーモジュール２が、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの第２時点での構造共振周波数に応じて、物理量の検出感度を調整する。
【００９７】
図１５は、第２実施形態のセンサーシステム１の構成例を示す図である。図１５において、図１０と同様の構成要素には同じ符号が付されており、その説明を省略する。
【００９８】
図１５に示すように、第２実施形態では、記憶部２２０は、Ｘ軸構造共振周波数２２１、Ｙ軸構造共振周波数２２２、Ｚ軸構造共振周波数２２３の他に、慣性センサー２００Ｘの感度と構造共振周波数との関係を規定したＸ軸感度特性情報２２４、慣性センサー２００Ｙの感度と構造共振周波数との関係を規定したＹ軸感度特性情報２２５及び慣性センサー２００Ｚの感度と構造共振周波数との関係を規定したＺ軸感度特性情報２２６を記憶する。例えば、Ｘ軸感度特性情報２２４、Ｙ軸感度特性情報２２５及びＺ軸感度特性情報２２６は、それぞれ、感度と構造共振周波数との対応テーブルでもよいし、感度と構造共振周波数との関係式の係数値でもよい。Ｘ軸感度特性情報２２４、Ｙ軸感度特性情報２２５及びＺ軸感度特性情報２２６は、例えば、製造時の検査工程等において取得され、記憶部２２０の不揮発性メモリーに記憶される。
【００９９】
また、第２実施形態では、マイクロコントローラー２１０は、物理量測定部２１１、補正部２１２、共振周波数測定部２１３、異常判定部２１４、モード設定部２１５、レジスター部２１６及び感度調整部２１７を含む。例えば、マイクロコントローラー２１０は、記憶部２２０に記憶された不図示のプログラムを実行することにより、上記の各部として機能してもよい。物理量測定部２１１、補正部２１２、共振周波数測定部２１３、異常判定部２１４、モード設定部２１５及びレジスター部２１６の機能は第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。
【０１００】
感度調整部２１７は、共振周波数測定部２１３が測定した慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の第２時点での構造共振周波数に応じて、Ｘ軸方向の物理量の検出感度を調整する。例えば、感度調整部２１７は、記憶部２２０に記憶されているＸ軸感度特性情報２２４に基づいて、記憶部２２０に記憶されているＸ軸構造共振周波数２２１、すなわち、慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の第２時点での構造共振周波数と、共振周波数測定部２１
３が測定した慣性センサー２００Ｘの検出軸方向の第２時点での構造共振周波数との差に応じた感度の変化量を算出し、当該感度の変化量が補正部２１２の感度補正によって補正されるように、感度補正の補正係数を調整してもよい。同様に、感度調整部２１７は、共振周波数測定部２１３が測定した慣性センサー２００Ｙの検出軸方向の第２時点での構造共振周波数に応じて、Ｙ軸方向の物理量の検出感度を調整する。同様に、感度調整部２１７は、共振周波数測定部２１３が測定した慣性センサー２００Ｚの検出軸方向の第２時点での構造共振周波数に応じて、Ｚ軸方向の物理量の検出感度を調整する。
【０１０１】
図１６は、第２実施形態における、マイクロコントローラー２１０による慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚが異常であるか否かを判定する異常判定処理の手順の一例を示すフローチャート図である。図１６において、図１１と同様の処理を行うステップには同じ符号が付されており、その詳細な説明を省略する。なお、図１６の手順に先立ち、モード設定部２１５によって動作モードが共振周波数測定モードに設定される。例えば、マイクロコントローラー２１０は、記憶部２２０に記憶されているプログラムを実行することにより、図１６に示す異常判定処理を行う。
【０１０２】
図１６に示すように、まず、マイクロコントローラー２１０は、共振周波数測定部２１３として機能し、構造共振周波数の測定対象としてＸ軸を選択し（ステップＳ１０）、ステップＳ２０〜Ｓ６０の処理を行う。
【０１０３】
次に、マイクロコントローラー２１０は、異常判定部２１４として機能し、ステップＳ７０〜Ｓ１１０の処理を行う。そして、マイクロコントローラー２１０は、慣性センサー２００Ｘが異常であると判定した場合（ステップＳ１１０）、感度調整部２１７として機能し、Ｘ軸方向の物理量の検出感度を調整する（ステップＳ１１２）。例えば、感度調整部２１７は、補正部２１２によるＸ軸方向の物理量の検出感度の補正係数を調整してもよい。
【０１０４】
次に、マイクロコントローラー２１０は、共振周波数測定部２１３として機能し、構造共振周波数の測定対象としてＹ軸を選択し（ステップＳ１３０）、ステップＳ２０〜Ｓ６０の処理を行う。
【０１０５】
次に、マイクロコントローラー２１０は、異常判定部２１４として機能し、ステップＳ７０〜Ｓ１１０の処理を行う。そして、マイクロコントローラー２１０は、慣性センサー２００Ｙが異常であると判定した場合（ステップＳ１１０）、感度調整部２１７として機能し、Ｙ軸方向の物理量の検出感度を調整する（ステップＳ１１２）。例えば、感度調整部２１７は、補正部２１２によるＹ軸方向の物理量の検出感度の補正係数を調整してもよい。
【０１０６】
次に、マイクロコントローラー２１０は、共振周波数測定部２１３として機能し、構造共振周波数の測定対象としてＺ軸を選択し（ステップＳ１５０）、ステップＳ２０〜Ｓ６０の処理を行う。
【０１０７】
次に、マイクロコントローラー２１０は、異常判定部２１４として機能し、ステップＳ７０〜Ｓ１１０の処理を行う。そして、マイクロコントローラー２１０は、慣性センサー２００Ｚが異常であると判定した場合（ステップＳ１１０）、感度調整部２１７として機能し、Ｚ軸方向の物理量の検出感度を調整する（ステップＳ１１２）。例えば、感度調整部２１７は、補正部２１２によるＺ軸方向の物理量の検出感度の補正係数を調整してもよい。
【０１０８】
なお、図１６のフローチャートでは、感度調整部２１７は、異常判定部２１４によって
慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚがそれぞれ異常であると判定された場合に、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の物理量の検出感度をそれぞれ調整しているが、共振周波数測定部２１３が構造共振周波数を測定する毎に、異常判定部２１４の判定結果によらずに物理量の検出感度を調整してもよい。
【０１０９】
なお、図１６のステップＳ７０は、共振周波数取得工程の一例である。また、図１６のステップＳ２０，Ｓ３０，Ｓ４０，Ｓ５０，Ｓ６０は、共振周波数測定工程の一例である。また、図１６のステップＳ８０，Ｓ９０，Ｓ１００，Ｓ１１０は、異常判定工程の一例である。また、図１６のステップＳ１１２は、感度調整工程の一例である。
【０１１０】
以上に説明した第２実施形態のセンサーシステム１、センサーモジュール２及び慣性センサーの異常判定方法によれば、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。さらに、第２実施形態のセンサーシステム１、センサーモジュール２及び慣性センサーの異常判定方法によれば、感度調整部２１７が、慣性センサー２００の第２時点での構造共振周波数に応じて物理量の検出感度を調整するので、その後の物理量測定部２１１の処理及び補正部２１２の処理により得られる物理量の検出値の精度を向上させることができる。
【０１１１】
３．変形例
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。
【０１１２】
例えば、上記の各実施形態では、センサーモジュール２は、慣性センサー２００を３つ有しているが、センサーモジュール２が有する慣性センサー２００の数は、１つ、２つ又は４つ以上であってもよい。
【０１１３】
また、上記の各実施形態では、慣性センサー２００として加速度センサーを備えたセンサーモジュール２を例に挙げたが、センサーモジュール２は、慣性センサー２００として、角速度センサーを備えていてもよいし、加速度センサー及び角速度センサーを備えていてもよいし、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）を備えていてもよい。
【０１１４】
また、上記の各実施形態では、慣性センサー２００が有する物理量検出素子として水晶を用いて構成された素子を例に挙げたが、物理量検出素子は、水晶以外の圧電素子を用いて構成されていてもよいし、静電容量型のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子であってもよい。
【０１１５】
また、上記の各実施形態では、センサーモジュール２の製造時や設置時において測定された、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの各検出軸方向の構造共振周波数が、Ｘ軸構造共振周波数２２１、Ｙ軸構造共振周波数２２２及びＺ軸構造共振周波数２２３として記憶部２２０に記憶され、その後、Ｘ軸構造共振周波数２２１、Ｙ軸構造共振周波数２２２及びＺ軸構造共振周波数２２３は更新されないが、更新されるようにしてもよい。例えば、異常判定部２１４が判定を行う毎に、直近に共振周波数測定部２１３が測定した慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの各検出軸方向の構造共振周波数を、Ｘ軸構造共振周波数２２１、Ｙ軸構造共振周波数２２２及びＺ軸構造共振周波数２２３として記憶部２２０に記憶させてもよい。この場合、異常判定部２１４は、共振周波数測定部２１３が前回測定した時点を第１時点とし、共振周波数測定部２１３が今回測定した時点を第２時点とし、第１時点での慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの各検出軸方向の構造共振周波数と、第２時点での慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの各検出軸方向の構造共振周波数とが所定値よりも離れている場合に、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚがそれぞれ異常であると判定する。このようにしても、異常判定部２１４は、錘５０，５２，５４，５６の少なくとも１つが脱落した場合等に慣性センサー２００
Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚがそれぞれ異常であると判定することができる。
【０１１６】
また、上記の各実施形態において、共振周波数測定部２１３によるｎ個のカウントデータのサンプリング周波数が、構造共振周波数の２倍よりも低い場合は、サンプリング周波数の１／２であるナイキスト周波数以下の周波数帯域に折り返した信号の周波数に基づいて構造共振周波数を特定してもよい。例えば、サンプリング周波数が１ｋＨｚである場合に、構造共振周波数が８００Ｈｚであれば、ナイキスト周波数である５００Ｈｚ以下の周波数帯域に折り返す２００Ｈｚの信号の強度が最大となるので、共振周波数測定部２１３は、サンプリング周波数である１ｋＨｚから２００Ｈｚを引いた８００Ｈｚを構造共振周波数として特定することができる。
【０１１７】
また、上記の各実施形態では、異常判定部２１４は、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚがそれぞれ異常であるか否かを判定しているが、異常であるか否かの判定に加えて、異常モードを判定してもよい。例えば、異常判定部２１４は、第２時点での構造共振周波数が第１時点での構造共振周波数に対して１００Ｈｚ以上低い場合は、継手部１２又は可動部１３に亀裂が入った異常モードであると判定してもよい。また、異常判定部２１４は、第２時点での構造共振周波数が第１時点での構造共振周波数に対して１００Ｈｚ以上３００未満の範囲で高い場合は、錘５０，５２，５４，５６の一部が脱落した異常モードであると判定してもよい。また、異常判定部２１４は、第２時点での構造共振周波数が第１時点での構造共振周波数に対して３００Ｈｚ以上高い場合は、錘５０，５２，５４，５６の全部が脱落した異常モードであると判定してもよい。
【０１１８】
また、上記の各実施形態では、センサーモジュール２は、異常判定部２１４による判定結果を処理装置３に出力するが、異常判定部２１４による判定結果とともに、あるいは、異常判定部２１４による判定結果に代えて、異常判定部２１４による判定結果の元となる情報を処理装置３に出力してもよい。例えば、共振周波数測定部２１３は、測定した慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの第２時点での構造共振周波数の値を、処理装置３に送信してもよい。あるいは、共振周波数測定部２１３は、測定した慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚの第２時点での構造共振周波数の値を、それぞれレジスター部２１６の所定のデータレジスターに書き込み、処理装置３が当該レジスターの値を読み出してもよい。また、例えば、共振周波数測定部２１３は、慣性センサー２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚのそれぞれに対して、ｍ回の離散フーリエ変換の結果を加算した情報を処理装置３に送信し、処理装置３が当該情報に基づいて構造共振周波数の特定や異常モードの判定を行ってもよい。
【０１１９】
上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１２０】
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。
【符号の説明】
【０１２１】
１…センサーシステム、２…センサーモジュール、３…処理装置、５…基板部、１０…基部、１２…継手部、１３…可動部、３０ａ，３０ｂ…支持部、３４…パッケージ接合部、３６ａ，３６ｂ…接合部、３８ａ，３８ｂ…延出部、４０…物理量検出素子、５０，５２，５４，５６…錘、６２…接合部材、１０１…容器、１０２…蓋、１０３…ネジ穴、１０
４…固定突起、１１１…側壁、１１２…底壁、１１５…回路基板、１１５ｆ…第１面、１１５ｒ…第２面、１１６…コネクター、１２１…開口部、１２２…内面、１２３…開口面、１２５…第２の台座、１２７…第１の台座、１２９…突起、１３０…固定部材、１３３，１３４…括れ部、１４１…シール部材、１７２…ネジ、１７４…雌ネジ、１７６…貫通孔、２００，２００Ｘ，２００Ｙ，２００Ｚ…慣性センサー、２０１Ｘ，２０１Ｙ，２０１Ｚ…発振回路、２０２Ｘ，２０２Ｙ，２０２Ｚ…カウンター、２０３…温度補償型水晶発振器、２０４…温度センサー、２１０…マイクロコントローラー、２１１…物理量測定部、２１２…補正部、２１３…共振周波数測定部、２１４…異常判定部、２１５…モード設定部、２１６…レジスター部、２１７…感度調整部、２２０…記憶部、２２１…Ｘ軸構造共振周波数、２２２…Ｙ軸構造共振周波数、２２３…Ｚ軸構造共振周波数、２２４…Ｘ軸感度特性情報、２２５…Ｙ軸感度特性情報、２２６…Ｚ軸感度特性情報
【図１】
2020134391.tif 000003
【図２】
2020134391.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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