(57)【要約】【課題】消費電力の増加を抑制しつつ、振動子の起動時間を短縮することができる駆動回路および物理量センサ装置を提供する。【解決手段】入力信号を増幅して振動子を駆動する駆動信号として出力する増幅回路と、振動子が出力した出力信号に応じた振動信号に基づいて振動子の振動状態を検出し、検出した振動子の振動状態に基づいて、増幅回路において入力信号に乗ずる第１のゲイン値を決定して出力する振動検出部と、振動子が適切な振動状態で振動していると判断することができる第２のゲイン値と、第１のゲイン値とに基づいて、振動子の振動状態を判定する振動判定部と、振動信号に予め定めたゲイン値を乗じて増幅した増幅信号を出力する追加増幅回路と、振動判定部の判定結果に基づいて、増幅回路が増幅する入力信号を、振動信号または増幅信号のいずれか一方に切り替える切り替え回路と、を備える。【選択図】図１
2018044823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量を計測するために用いる振動子を振動させる駆動回路であって、
入力信号を増幅して前記振動子を駆動する駆動信号として出力する増幅回路と、
前記振動子が出力した出力信号に応じた振動信号に基づいて前記振動子の振動状態を検出し、検出した前記振動子の振動状態に基づいて、前記増幅回路において前記入力信号に乗ずる第１のゲイン値を決定して出力する振動検出部と、
前記振動子が適切な振動状態で振動していると判断することができる第２のゲイン値と、前記第１のゲイン値とに基づいて、前記振動子の振動状態を判定する振動判定部と、
前記振動信号に予め定めたゲイン値を乗じて増幅した増幅信号を出力する追加増幅回路と、
前記振動判定部の判定結果に基づいて、前記増幅回路が増幅する前記入力信号を、前記振動信号または前記増幅信号のいずれか一方に切り替える切り替え回路と、
を備える、
ことを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記振動判定部は、
前記第１のゲイン値が前記第２のゲイン値よりも大きい場合に、前記振動子が適切な振動状態で振動していないと判定し、
前記第１のゲイン値が前記第２のゲイン値以下である場合に、前記振動子が適切な振動状態で振動していると判定し、
前記切り替え回路は、
前記振動判定部によって前記振動子が適切な振動状態で振動していないと判定された場合に、前記増幅信号を前記入力信号とし、
前記振動判定部によって前記振動子が適切な振動状態で振動していると判定された場合に、前記振動信号を前記入力信号とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記振動判定部は、
前記第２のゲイン値を出力する基準回路と、
前記第２のゲイン値と、前記振動検出部が現在出力している前記第１のゲイン値とを比較し、比較した結果を前記振動子の振動状態を判定した前記判定結果として出力する比較器と、
を備える、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動回路。
【請求項４】
前記第２のゲイン値は、
前記振動子の振動が前記物理量を計測するために用いることができる定常状態の振動であると判定することができる前記第１のゲイン値の範囲の上限のゲイン値である、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１の項に記載の駆動回路。
【請求項５】
前記振動判定部は、
前記振動子を振動していない状態から適切な振動状態にさせる前記振動子の起動時間において、前記振動子の振動状態を判定し、
前記切り替え回路は、
前記起動時間において、前記増幅回路が増幅する前記入力信号を、前記振動判定部の判定結果に基づいて切り替える、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１の項に記載の駆動回路。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１の項に記載の駆動回路と、
前記振動子における振動の変化を検出し、検出した振動の変化に基づいて物理量を計測する物理量計測回路と、
を備える、
ことを特徴とする物理量センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動回路および物理量センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動センサとして備えた振動子を振動させて物理量を検出する物理量センサ装置が実用化されている。物理量センサ装置では、外部から与えられた物理量によって振動子の振動（周波数など）が変化した変化量を検出することによって、物理量を計測している。例えば、振動式圧力センサ装置では、外部から与えられた圧力によって振動子の振動が変化したときの変化量（例えば、振動数、振動周波数）を検出することによって、圧力を計測している。このような物理量センサ装置では、振動子における振動の変化を正確に検出するため、振動子を適切な一定の振幅で振動させるための自励振制御回路を、振動子の駆動回路として備えている（特許文献１、特許文献２、および特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−０２１５１８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０８４５３１号
【特許文献３】特開２０１０−１５１６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、物理量センサ装置の低消費電力化を実現するため、振動子を間歇動作させる方法がある。この間歇動作では、予め定めた周期で、振動子における振動動作の停止と動作とを繰り返す。このとき、振動子が振動していない状態から振動している状態になるまでには、ある程度の時間を要する。物理量センサ装置においては、振動子が振動していない状態から適切な振幅に振動するまでの時間、いわゆる、起動時間は、物理量の変化を正確に検出することができない時間となってしまうため、より短いことが望ましい。
【０００５】
ここで、物理量センサ装置において振動子の起動時間を短くする方法として、駆動回路が出力する振動子の駆動信号の利得を大きくすることが考えられる。しかしながら、駆動信号の利得を大きくするということは、消費電力を増大させることに相当する。つまり、物理量センサ装置において低消費電力化を実現するために振動子を間歇動作させているにもかかわらず、その振動子を早く起動させるために消費電力が増大してしまうということになる。
【０００６】
本発明は、上記の課題に基づいてなされたものであり、消費電力の増加を抑制しつつ、振動子の起動時間を短縮することができる駆動回路および物理量センサ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の駆動回路は、物理量を計測するために用いる振動子を振動させる駆動回路であって、入力信号を増幅して前記振動子を駆動する駆動信号として出力する増幅回路と、前記振動子が出力した出力信号に応じた振動信号に基づいて前記振動子の振動状態を検出し、検出した前記振動子の振動状態に基づいて、前記増幅回路において前記入力信号に乗ずる第１のゲイン値を決定して出力する振動検出部と、前記振動子が適切な振動状態で振動していると判断することができる第２のゲイン値と、前記第１のゲイン値とに基づいて、前記振動子の振動状態を判定する振動判定部と、前記振動信号に予め定めたゲイン値を乗じて増幅した増幅信号を出力する追加増幅回路と、前記振動判定部の判定結果に基づいて、前記増幅回路が増幅する前記入力信号を、前記振動信号または前記増幅信号のいずれか一方に切り替える切り替え回路と、を備える、ことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の駆動回路における前記振動判定部は、前記第１のゲイン値が前記第２のゲイン値よりも大きい場合に、前記振動子が適切な振動状態で振動していないと判定し、前記第１のゲイン値が前記第２のゲイン値以下である場合に、前記振動子が適切な振動状態で振動していると判定し、前記切り替え回路は、前記振動判定部によって前記振動子が適切な振動状態で振動していないと判定された場合に、前記増幅信号を前記入力信号とし、前記振動判定部によって前記振動子が適切な振動状態で振動していると判定された場合に、前記振動信号を前記入力信号とする、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の駆動回路における前記振動判定部は、前記第２のゲイン値を出力する基準回路と、前記第２のゲイン値と、前記振動検出部が現在出力している前記第１のゲイン値とを比較し、比較した結果を前記振動子の振動状態を判定した前記判定結果として出力する比較器と、を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の駆動回路における前記第２のゲイン値は、前記振動子の振動が前記物理量を計測するために用いることができる定常状態の振動であると判定することができる前記第１のゲイン値の範囲の上限のゲイン値である、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の駆動回路における前記振動判定部は、前記振動子を振動していない状態から適切な振動状態にさせる前記振動子の起動時間において、前記振動子の振動状態を判定し、前記切り替え回路は、前記起動時間において、前記増幅回路が増幅する前記入力信号を、前記振動判定部の判定結果に基づいて切り替える、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の物理量センサ装置は、上記本発明の駆動回路と、前記振動子における振動の変化を検出し、検出した振動の変化に基づいて物理量を計測する物理量計測回路と、を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、消費電力の増加を抑制しつつ、振動子の起動時間を短縮することができる駆動回路および物理量センサ装置を提供することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態における駆動回路の概略構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態の駆動回路において振動センサの駆動を開始するときの信号の一例を示したタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態における駆動回路の概略構成を示したブロック図である。図１には、本発明の実施形態の駆動回路を搭載した物理量センサ装置１において、外部から与えられた物理量の検出に用いられる振動子である振動センサ１０と、振動センサ１０を駆動する（振動させる）駆動回路２０との構成を示している。つまり、図１に示した物理量センサ装置１の構成においては、振動センサ１０の振動の変化を検出し、検出した振動の変化に基づいて物理量を計測する物理量計測回路の構成を省略している。
【００１６】
なお、駆動回路２０は、様々な設備を持つプラントにおいて、プラント内に配置されたそれぞれの設備が稼働している状態の監視や設備の運転の制御を行うことを目的としたフィールド機器と呼ばれる測定器や操作器などの現場機器（例えば、２線式圧力伝送器や無線圧力伝送器など）に搭載してもよい。また、駆動回路２０は、例えば、圧力センサ装置、ジャイロセンサ装置、加速度センサ装置など、振動子として備えた振動センサ１０を振動させて、外部から与えられた物理量を検出する振動式のセンサ装置に搭載してもよい。しかし、駆動回路２０を搭載することができるセンサ装置は、上述したようなセンサ装置に限定されるものではなく、振動子を振動させて、外部から与えられた物理量を、振動子の振動の変化に基づいて検出する振動式のセンサ装置であれば、いかなる物理量を計測するセンサ装置に搭載してもよい。
【００１７】
振動センサ１０は、駆動回路２０から出力されたセンサ駆動信号に応じて振動する振動子（例えば、水晶振動子）を含んで構成された振動式センサである。振動センサ１０は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械システム）を振動子として利用した振動式センサである。振動センサ１０は、振動子の振動に応じた信号（以下、「センサ出力信号」という）を出力する。なお、以下の説明においては、説明を容易にするため、振動センサ１０を構成する振動子が出力するセンサ出力信号を、振動センサ１０が出力するものとして説明する。
【００１８】
駆動回路２０は、振動センサ１０を構成する振動子を駆動して、適切な一定の振幅で振動子を振動させるための自励振制御回路である。駆動回路２０は、振動センサ１０を構成する振動子の振動を間歇動作するように制御（駆動）することによって、駆動回路２０を備えた物理量センサ装置１における消費電力を低減させる。例えば、駆動回路２０を備えた物理量センサ装置１において、１秒の間に、振動センサ１０の起動、不図示の物理量計測回路による物理量の計測、振動センサ１０の停止を繰り返す間歇動作を行うことによって、振動センサ１０が振動している間に消費する電力を低減させる。このとき、物理量センサ装置１では、振動センサ１０を振動していない状態から適切な振幅に振動している状態にする起動時間は、不図示の物理量計測回路が物理量を正確に検出することができない時間であるにもかかわらず、電力を消費する時間である。このため、駆動回路２０は、振動センサ１０を振動していない状態から適切な振幅に振動している状態にする起動時間を短縮することによって、電力を消費する時間を短縮、つまり、低消費電力化を図る。駆動回路２０は、センサアンプ２１と、可変ゲインアンプ２２と、振幅検出回路２３と、エラーアンプ２４と、振幅基準回路２５と、ブーストアンプ２６と、スイッチ２７と、コンパレータ２８と、ブースト基準回路２９と、を含んで構成される。
【００１９】
センサアンプ２１は、振動センサ１０から出力されたセンサ出力信号に、予め定めたゲイン値を乗じることによって信号のレベルを増幅するアンプである。センサアンプ２１は、信号のレベルを増幅したセンサ出力信号を、センサ信号として振幅検出回路２３、ブーストアンプ２６、およびスイッチ２７のそれぞれに出力する。
【００２０】
振幅検出回路２３は、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号に基づいて、振動センサ１０が振動している振幅の情報を検出する検出回路である。より具体的には、振幅検出回路２３は、センサ信号に基づいて、振動センサ１０を構成する振動子が振動している振幅の大きさを検出する。振幅検出回路２３が検出した振幅の大きさによって、振動センサ１０を構成する振動子の振動状態を監視することができる。振幅検出回路２３は、検出した振幅の大きさを表す情報（以下、「振幅情報」という）を、エラーアンプ２４に出力する。
【００２１】
振幅基準回路２５は、駆動回路２０が振動センサ１０の振動を適切な一定の振動状態に保つための基準となる振幅の大きさを表す情報（以下、「基準振幅情報」という）を生成する基準回路である。ここで、振幅基準回路２５が生成する基準振幅情報は、不図示の物理量計測回路が、振動センサ１０の振動の変化を検出する期間において物理量の変化を正確に検出することができるようにするために目標とする定常状態の振幅の大きさを表す情報である。振幅基準回路２５は、生成した基準振幅情報を、エラーアンプ２４に出力する。
【００２２】
エラーアンプ２４は、可変ゲインアンプ２２に設定するゲイン値を制御する制御回路である。エラーアンプ２４は、振幅検出回路２３から出力された振幅情報、つまり、振動センサ１０が振動している現在の振幅の大きさと、振幅基準回路２５から出力された基準振幅情報、つまり、駆動回路２０が振動センサ１０を振動させる目標の振幅の大きさとを比較する。そして、エラーアンプ２４は、振幅情報と基準振幅情報との比較結果に基づいて、可変ゲインアンプ２２に設定するゲイン値を決定する。エラーアンプ２４は、決定したゲイン値を表す制御情報（以下、「ゲイン制御信号」という）を、可変ゲインアンプ２２とコンパレータ２８とのそれぞれに出力する。
【００２３】
より具体的には、エラーアンプ２４は、まず、振幅情報が表す振幅の大きさと、基準振幅情報が表す振幅の大きさとの差を算出する。続いて、エラーアンプ２４は、振幅情報が表す振幅の大きさが、基準振幅情報が表す振幅の大きさになる、つまり、振幅情報が表す振幅の大きさと、基準振幅情報が表す振幅の大きさとの差が少なくなるようにするためのゲイン値を算出する。その後、エラーアンプ２４は、算出したゲイン値に基づいて、振動センサ１０が振動している振幅の大きさを変えるために可変ゲインアンプ２２に設定するゲイン値を決定する。エラーアンプ２４は、決定したゲイン値を表すゲイン制御信号を、可変ゲインアンプ２２とコンパレータ２８とのそれぞれに出力する。なお、ゲイン制御信号は、算出したゲイン値そのものであってもよい。以下の説明においては、説明を容易にするため、ゲイン制御信号が、算出したゲイン値そのものであるものとして説明する。
【００２４】
なお、ここまでの構成と可変ゲインアンプ２２とを合わせた構成は、従来の物理量センサ装置に備えた駆動回路（自励振制御回路）においても備えている構成である。従来の駆動回路では、可変ゲインアンプ２２が、エラーアンプ２４が出力したゲイン制御信号に応じてセンサアンプ２１から出力されたセンサ信号を増幅したセンサ駆動信号で、振動センサ１０を駆動する。ところで、物理量センサ装置の低消費電力化を実現するために振動センサ１０を間歇動作させる場合において、振動センサ１０を、振動していない状態から適切な振幅に振動している状態にする起動時間を短縮するためには、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号をより大きく増幅したセンサ駆動信号で振動センサ１０を駆動する必要がある。しかしながら、センサ駆動信号を出力する可変ゲインアンプ２２がセンサアンプ２１から出力されたセンサ信号をより大きく増幅する構成にすると、可変ゲインアンプ２２がより電力を消費する構成となってしまう。つまり、従来の物理量センサ装置の構成において振動センサ１０を間歇動作によって低消費電力化を実現する場合には、消費電力や周波数応答特性などの要因によって可変ゲインアンプ２２の増幅率（つまり、可変ゲインアンプ２２の利得）が制限を受け、短縮することができる振動センサ１０の起動時間には限界が発生する。そこで、駆動回路２０では、以下に説明する構成によって、可変ゲインアンプ２２の増幅率（利得）を高くすることなく、つまり、可変ゲインアンプ２２の消費電力を増加させることなく、従来の物理量センサ装置に備えた駆動回路よりも起動時間を短縮させる。
【００２５】
ブースト基準回路２９は、振動センサ１０が適切な振幅に振動していると判断することができるゲイン値（以下、「ブースト基準ゲイン値」という）を生成する基準回路である。ここで、ブースト基準回路２９が生成するブースト基準ゲイン値は、駆動回路２０の電源投入時や振動センサ１０を間歇動作させたときなどにおいて、駆動回路２０が、振動センサ１０が振動していない状態から適切な振幅に振動している状態にする起動時間を短縮した場合に、振動センサ１０が適切な振幅に振動していると判断することができるゲイン値である。例えば、ブースト基準回路２９が生成するブースト基準ゲイン値は、振動センサ１０の振動が定常状態であると判定することができる上限のゲイン値である。ブースト基準回路２９は、生成したブースト基準ゲイン値を、コンパレータ２８に出力する。
【００２６】
コンパレータ２８は、エラーアンプ２４から出力されたゲイン制御信号が表すゲイン値と、ブースト基準回路２９から出力されたブースト基準ゲイン値とを比較する比較器である。つまり、コンパレータ２８は、エラーアンプ２４が可変ゲインアンプ２２に設定するゲイン値と、振動センサ１０の振動が定常状態であると判定することができる上限のゲイン値とを比較する。これにより、コンパレータ２８は、可変ゲインアンプ２２が、振動する振幅が大きくなるようなゲイン値で振動センサ１０を駆動しているか否かを判定することができる。そして、コンパレータ２８は、それぞれのゲイン値を比較した結果を表す制御情報を、ブーストアンプ２６とスイッチ２７とのそれぞれに出力する。ここで、コンパレータ２８がそれぞれのゲイン値を比較した結果は、上述したように、振動する振幅が大きくなるようなゲイン値で可変ゲインアンプ２２が振動センサ１０を駆動しているか否かを判定した結果である。ここでコンパレータ２８が判定した結果は、振動センサ１０の振動を加速させるか否かを切り替える制御信号（以下、「ブースト制御信号」という）として用いられる。
【００２７】
ブーストアンプ２６は、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号に、予め定めたゲイン値（例えば、センサ信号を３倍にするゲイン値）を乗じることによって信号のレベルを増幅するアンプである。ブーストアンプ２６は、信号のレベルを増幅したセンサ信号（以下、「ブーストセンサ信号」という）を、スイッチ２７に出力する。なお、ブーストアンプ２６は、コンパレータ２８から出力されたブースト制御信号が、振動センサ１０の振動を加速させることを表しているときに、ブーストセンサ信号を出力し、コンパレータ２８から出力されたブースト制御信号が、振動センサ１０の振動を加速させないことを表しているときには、ブーストセンサ信号を出力しない構成にすることもできる。
【００２８】
スイッチ２７は、コンパレータ２８から出力されたブースト制御信号に従って、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号、またはブーストアンプ２６から出力されたブーストセンサ信号のいずれか一方を選択する選択回路である。スイッチ２７は、選択したいずれか一方のセンサ信号を可変ゲインアンプ２２の入力信号として出力する。より具体的には、スイッチ２７は、コンパレータ２８から出力されたブースト制御信号が、振動センサ１０の振動を加速させないことを表しているときには、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号を選択して可変ゲインアンプ２２に出力する。この状態は、従来の物理量センサ装置に備えた駆動回路における動作状態と同様の状態である。一方、スイッチ２７は、コンパレータ２８から出力されたブースト制御信号が、振動センサ１０の振動を加速させることを表しているときには、ブーストアンプ２６から出力されたブーストセンサ信号を選択して可変ゲインアンプ２２に出力する。
【００２９】
可変ゲインアンプ２２は、スイッチ２７から出力されたセンサ信号に、エラーアンプ２４から出力されたゲイン制御信号が表すゲイン値を乗じることによって信号のレベルを増幅するアンプである。可変ゲインアンプ２２は、信号のレベルを増幅したセンサ信号を、センサ駆動信号として振動センサ１０に出力する。これにより、振動センサ１０を構成する振動子は、可変ゲインアンプ２２から出力されたセンサ駆動信号に応じて、一定の振幅で振動する。つまり、振動センサ１０を構成する振動子は、不図示の物理量計測回路が、振動センサ１０の振動の変化を検出する期間において物理量の変化を正確に検出することができるような適切な一定の振動状態（定常状態）に保たれる。
【００３０】
ここで、可変ゲインアンプ２２がスイッチ２７から出力されたセンサ信号を増幅する増幅率（利得）は、従来の物理量センサ装置に備えた駆動回路（自励振制御回路）に備えた可変ゲインアンプ２２と同様に、エラーアンプ２４が出力したゲイン制御信号に応じた増幅率（利得）である。つまり、可変ゲインアンプ２２は、電力をより多く消費することなく、スイッチ２７から出力されたセンサ信号を増幅する。ただし、駆動回路２０においては、コンパレータ２８から出力されたブースト制御信号が、振動センサ１０の振動を加速させることを表しているときには、ブーストアンプ２６から出力されたブーストセンサ信号を可変ゲインアンプ２２が増幅する。このブーストセンサ信号は、従来の駆動回路と同様にセンサアンプ２１から出力されたセンサ信号を、ブーストアンプ２６によってさらに増幅したセンサ信号である。つまり、駆動回路２０では、可変ゲインアンプ２２の増幅率（利得）は、従来の物理量センサ装置に備えた駆動回路に備えた可変ゲインアンプ２２と同様であるものの、増幅する対象のセンサ信号が従来よりも増幅されたセンサ信号である。これにより、駆動回路２０では、可変ゲインアンプ２２の増幅率（利得）を高くすることなく、つまり、可変ゲインアンプ２２の消費電力を増加させることなく、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号をより大きく増幅することができる。
【００３１】
このような構成によって、駆動回路２０を備えた物理量センサ装置１では、低消費電力化を実現するために振動センサ１０を間歇動作させる場合において、消費電力の増加を抑制しつつ、振動センサ１０を、振動していない状態から適切な振幅に振動している状態にする起動時間を短縮させることができる。
【００３２】
次に、駆動回路２０の動作の一例について説明する。図２は、本実施形態の駆動回路において振動センサ１０の駆動を開始するときの信号の一例を示したタイミングチャートである。図２には、駆動回路２０が振動センサ１０の振動を加速させる場合と、加速させない場合、つまり、従来の駆動回路の動作に相当する場合における信号の変化の一例を示している。なお、図２の上段には、エラーアンプ２４が出力するゲイン制御信号の変化の一例を示し、図２の下段には、コンパレータ２８が出力するブースト制御信号の変化の一例を示している。図２の上段において、破線で示したゲイン制御信号のタイミングは、駆動回路２０が振動センサ１０の振動を加速させないように動作した場合、つまり、従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合のタイミングを示している。また、図２の上段において、実線で示したゲイン制御信号のタイミングは、駆動回路２０が振動センサ１０の振動を加速させるように動作した場合のタイミングを示している。なお、図２の下段には、駆動回路２０が振動センサ１０の振動を加速させるように動作した場合のブースト制御信号のタイミングのみを示している。これは、駆動回路２０が従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合には、コンパレータ２８が出力するブースト制御信号に応じた動作を行わないからである。
【００３３】
振動センサ１０を振動していない状態であるとき、センサアンプ２１は、振動が停止している状態のセンサ信号を、振幅検出回路２３と、ブーストアンプ２６と、スイッチ２７とのそれぞれに出力する。これにより、振幅検出回路２３は、振動センサ１０が適切に振動していない状態であることを表す振幅情報を、エラーアンプ２４に出力する。
【００３４】
ここで、まず、図２の上段において、破線で示した、駆動回路２０が従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合のタイミングについて説明する。この場合、スイッチ２７は、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号を選択して可変ゲインアンプ２２に出力している。
【００３５】
時刻ｔｓにおいて、駆動回路２０が振動センサ１０を振動させる動作を開始すると、エラーアンプ２４は、振幅検出回路２３から出力された振幅情報と、振幅基準回路２５から出力された基準振幅情報とに基づいて、可変ゲインアンプ２２に設定するゲイン値を表すゲイン制御信号を、可変ゲインアンプ２２とコンパレータ２８とのそれぞれに出力する。より具体的には、時刻ｔｓ以前では、振幅検出回路２３から出力された振幅情報が、例えば、振幅の大きさ＝０など、振動センサ１０が適切に振動していない状態であることを表す情報であるため、エラーアンプ２４は、可変ゲインアンプ２２に設定することができる限界のゲイン値のゲイン制御信号（図２の上段では、電圧＝Ｖ３）を、時刻ｔｓから可変ゲインアンプ２２とコンパレータ２８とのそれぞれに出力する。
【００３６】
これにより、可変ゲインアンプ２２は、スイッチ２７を介して入力された、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号に対してエラーアンプ２４から出力されたゲイン制御信号が表すゲイン値を乗じた信号レベルのセンサ駆動信号を、振動センサ１０に出力する。
【００３７】
ここで、センサアンプ２１が振動センサ１０から出力されたセンサ出力信号に乗じる予め定めたゲイン値をゲイン値＝Ｇ１、可変ゲインアンプ２２がスイッチ２７から出力されたセンサ信号に乗じるゲイン値、すなわち、エラーアンプ２４から出力されたゲイン制御信号が表すゲイン値をゲイン値＝Ｇ２とした場合を考える。このとき、センサ駆動信号の信号レベルは、下式（１）で表される。
【００３８】
センサ駆動信号の信号レベル＝Ｇ１×Ｇ２×センサ信号の信号レベル  ・・・（１）
【００３９】
振動センサ１０は、上式（１）の信号レベルのセンサ駆動信号によって駆動されて振動して、徐々に振幅が大きくなる。このとき、センサアンプ２１は、振動センサ１０から出力されたセンサ出力信号に応じたセンサ信号を出力し、振幅検出回路２３は、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号に基づいて振動センサ１０が振動している振幅の情報を検出し、検出した振幅の大きさを表す振幅情報を、エラーアンプ２４に出力する。
【００４０】
その後、時刻ｔ１から徐々に、振幅検出回路２３から出力された振幅情報が表す振幅の大きさと、振幅基準回路２５から出力された基準振幅情報が表す振幅の大きさとの差が少なくなり、予め定めた範囲内の差になると、エラーアンプ２４は、振動センサ１０の振動を定常状態に保つためのゲイン値を表すゲイン制御信号を、可変ゲインアンプ２２とコンパレータ２８とのそれぞれに出力する。図２の上段においては、振動センサ１０の振動が定常状態であるゲイン値を表す電圧の範囲を電圧＝Ｖ１〜電圧＝Ｖ２とした場合において、エラーアンプ２４が出力するゲイン制御信号の電圧が、時刻ｔ１から徐々に低くなり、電圧＝Ｖ１と電圧＝Ｖ２との間の電圧に安定する場合を示している。
【００４１】
これにより、可変ゲインアンプ２２は、スイッチ２７を介して入力された、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号に対してエラーアンプ２４から出力されたゲイン制御信号が表すゲイン値を乗じた信号レベルのセンサ駆動信号を振動センサ１０に出力して、振動センサ１０の振動を定常状態に保たせる。これにより、不図示の物理量計測回路は、振動センサ１０の振動が定常状態に保たれた後、振動センサ１０の振動の変化を検出する期間において物理量の変化を正確に検出することができる。
【００４２】
このように、駆動回路２０が、従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合には、時刻ｔ１からゲイン制御信号の電圧が低くなり、振動センサ１０の振動が定常状態となった後、つまり、時刻ｔ１以降の期間において、不図示の物理量計測回路は、物理量の変化を正確に検出することができる。
【００４３】
続いて、図２の上段において、実線で示した、駆動回路２０が振動センサ１０の振動を加速させるように動作した場合のタイミングについて説明する。この場合、スイッチ２７は、ブーストアンプ２６から出力されたブーストセンサ信号を選択して可変ゲインアンプ２２に出力している。
【００４４】
時刻ｔｓにおいて、駆動回路２０が振動センサ１０を振動させる動作を開始すると、エラーアンプ２４は、駆動回路２０が従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合のタイミングと同様に動作する。
【００４５】
これにより、可変ゲインアンプ２２は、スイッチ２７を介して入力された、ブーストアンプ２６から出力されたブーストセンサ信号に対してエラーアンプ２４から出力されたゲイン制御信号が表すゲイン値を乗じた信号レベルのセンサ駆動信号を、振動センサ１０に出力する。
【００４６】
ここで、ブーストアンプ２６がセンサアンプ２１から出力されたセンサ信号に乗じる予め定めたゲイン値をゲイン値＝Ｇ３とした場合を考える。このとき、センサ駆動信号の信号レベルは、下式（２）で表される。
【００４７】
センサ駆動信号の信号レベル＝Ｇ１×Ｇ２×Ｇ３×センサ信号の信号レベル
・・・（２）
【００４８】
なお、上式（２）において、Ｇ１およびＧ２は、上式（１）と同様である。
【００４９】
振動センサ１０は、上式（２）の信号レベルのセンサ駆動信号によって駆動されて振動して、徐々に振幅が大きくなる。このとき、駆動回路２０が従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合のタイミングと同様に、センサアンプ２１は、振動センサ１０から出力されたセンサ出力信号に応じたセンサ信号を出力し、振幅検出回路２３は、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号に基づいて振動センサ１０が振動している振幅の情報を検出し、検出した振幅の大きさを表す振幅情報を、エラーアンプ２４に出力する。
【００５０】
ここで、上式（１）と上式（２）とを比べてわかるように、駆動回路２０が振動センサ１０の振動を加速させるように動作した場合には、駆動回路２０が従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合に比べて、センサ駆動信号の信号レベルが、ゲイン値＝Ｇ３倍となっている。つまり、上述したように、センサ駆動信号は、駆動回路２０が従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合よりも、ブーストアンプ２６が増幅するゲイン値分だけさらに増幅した信号である。このため、振動センサ１０は、駆動回路２０が従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合よりも早く、定常状態の振動、すなわち、定常状態の振幅の大きさになる。
【００５１】
これにより、例えば、図２の上段に示したように、時刻ｔ２から徐々に、振幅検出回路２３から出力された振幅情報が表す振幅の大きさと、振幅基準回路２５から出力された基準振幅情報が表す振幅の大きさとの差が少なくなり、予め定めた範囲内の差になる。つまり、図２の上段に示したように、駆動回路２０が振動センサ１０の振動を加速させるように動作した場合には、駆動回路２０が従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合において振幅情報が表す振幅の大きさと基準振幅情報が表す振幅の大きさとの差が少なくなり始める時刻ｔ１よりも早い時刻ｔ２のときから、振幅情報が表す振幅の大きさと基準振幅情報が表す振幅の大きさとの差が少なくなり始める。これにより、駆動回路２０が振動センサ１０の振動を加速させるように動作した場合には、エラーアンプ２４は、振動センサ１０の振動を定常状態に保つためのゲイン値を表すゲイン制御信号を、駆動回路２０が従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合よりも早いタイミング（例えば、時刻ｔ１−時刻ｔ２だけ早いタイミング）から、可変ゲインアンプ２２とコンパレータ２８とのそれぞれに出力する。なお、振動センサ１０の振動が定常状態であるゲイン値を表す際にエラーアンプ２４が出力するゲイン制御信号の電圧は、駆動回路２０が従来の駆動回路の動作に相当する動作をした場合と同様に、電圧＝Ｖ１と電圧＝Ｖ２との間の電圧である。
【００５２】
コンパレータ２８は、エラーアンプ２４から現在出力されているゲイン制御信号が振動センサ１０の振動が定常状態であることを表す電圧の範囲になったことによって、ブースト制御信号を、振動センサ１０の振動を加速させることを表す状態から、振動センサ１０の振動を加速させないことを表す状態に変化させる。図２の下段においては、ゲイン制御信号の電圧が、振動センサ１０の振動が定常状態であると判定することができる範囲の上限の電圧＝Ｖ２以下となった時刻ｔ３のときに、ブースト制御信号が、振動センサ１０の振動を加速させることを表す状態（“Ｈｉｇｈ”レベル＝ブーストＯＮ）から、振動センサ１０の振動を加速させないことを表す状態（Ｌｏｗ“レベル＝ブーストＯＦＦ）に変化している場合を示している。
【００５３】
これにより、スイッチ２７は、可変ゲインアンプ２２に出力するセンサ信号を切り替える。より具体的には、可変ゲインアンプ２２に出力するセンサ信号を、ブーストアンプ２６から出力されたブーストセンサ信号から、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号に切り替える。これにより、駆動回路２０は、時刻ｔ３以降、可変ゲインアンプ２２が、スイッチ２７を介して入力された、センサアンプ２１から出力されたセンサ信号に対してエラーアンプ２４から出力されたゲイン制御信号が表すゲイン値を乗じた信号レベルのセンサ駆動信号を振動センサ１０に出力して、振動センサ１０の振動を定常状態に保たせる。これにより、不図示の物理量計測回路は、従来の動作よりも早いタイミングである時刻ｔ２以降（または時刻ｔ３以降）に振動センサ１０の振動が定常状態に保たれた後、振動センサ１０の振動の変化を検出する期間において物理量の変化を正確に検出することができる。
【００５４】
なお、時刻ｔ３においてスイッチ２７が可変ゲインアンプ２２に出力するセンサ信号を切り替えた後、ブーストアンプ２６は、コンパレータ２８から出力されたブースト制御信号が振動センサ１０の振動を加速させないことを表す状態（Ｌｏｗ“レベル＝ブーストＯＦＦ）に変化したことに伴って、動作を停止してもよい。つまり、ブーストアンプ２６を、振動センサ１０を起動させるときにのみ動作させる構成にしてもよい。これにより、振動センサ１０の振動が定常状態である期間にブーストアンプ２６が消費する電力を低減することができる。つまり、ブーストアンプ２６による定常的な電力の消費を削減することができる。また、スイッチ２７、コンパレータ２８、およびブースト基準回路２９のそれぞれを、適切に低消費電力化することによって、振動センサ１０の振動を加速させるための構成要素による電力の消費を抑えることができる。
【００５５】
このように、駆動回路２０が、振動センサ１０の振動を加速させるように動作した場合には、ブーストアンプ２６によってセンサアンプ２１から出力されたセンサ信号をさらに増幅したセンサ信号を可変ゲインアンプ２２に入力することによって、消費電力が増加してしまう要因となる可変ゲインアンプ２２の増幅率（利得）を高くすることなく、振動センサ１０の振動を、より早く適切な一定の振動状態（定常状態）にすることができる。つまり、振動センサ１０を、振動していない状態から適切な振幅に振動している状態にする起動時間を短縮させることができる。
【００５６】
なお、駆動回路２０を備えた物理量センサ装置１では、低消費電力化を実現するために振動センサ１０を間歇動作させる場合において、不図示の物理量計測回路がより早く物理量の変化を正確に検出することができるため、正確な物理量を検出した後、より早く振動センサ１０を振動していない状態にすることができる。つまり、振動センサ１０が振動している期間を短くすることができる。これにより、駆動回路２０を備えた物理量センサ装置１では、さらに低消費電力化を実現することができる。
【００５７】
上記に述べたとおり、本発明を実施するための形態によれば、振動子の駆動回路に、振動子を振動していない状態から適切な振幅に振動している状態にする起動時間を早くするための構成要素を備える。より具体的には、駆動回路（実施形態においては、駆動回路２０）に、振動子（実施形態においては、振動センサ１０）が出力した出力信号（実施形態においては、センサ出力信号）に応じた振動信号（実施形態においては、センサ信号）を定常状態のときよりもさらに増幅する追加増幅回路（実施形態においては、ブーストアンプ２６）を備える。また、振動子の振動状態を判定するための振動判定部（実施形態においては、コンパレータ２８とブースト基準回路２９）を備える。また、定常状態と起動時間とで駆動信号（実施形態においては、センサ駆動信号）の生成に用いる信号を切り替える切り替え回路（実施形態においては、スイッチ２７）を備える。これにより、本発明を実施するための形態では、振動子の振動が定常状態のときにセンサ駆動信号を出力する増幅回路の増幅率（利得）を高くすることなく、消費電力の増加を抑制しつつ、駆動回路の電源投入時や振動子を間歇動作させたときなどにおいて、振動子の起動時間を短縮することができる。
【００５８】
このことにより、本発明を実施するための形態では、本実施形態の駆動回路を備えた物理量センサ装置において低消費電力化を実現するために振動センサを間歇動作させる場合でも、物理量計測回路がより早く物理量の変化を正確に検出することができる。また、本発明を実施するための形態では、本実施形態の駆動回路を備えた物理量センサ装置において振動センサを間歇動作させる場合に、振動センサが振動している期間を短くすることによって、さらに低消費電力化を実現することができる。つまり、本発明を実施するための形態では、本実施形態の駆動回路を備えた物理量センサ装置において、振動センサを間歇動作させて、振動センサが振動している期間、つまり、物理量の変化の検出に要する単位時間を短くし、物理量センサ装置の低消費電力化を図ることができる。
【００５９】
なお、実施形態では、図２において、エラーアンプ２４が出力するゲイン制御信号の変化に揺れがない場合について説明した。しかし、振動センサ１０が振動する振幅の大きさは、例えば、振動センサ１０の周囲の温度や振動センサ１０が受ける圧力自体の揺れなどの環境の要因によって変動することも考えられる。振動センサ１０が振動する振幅の大きさが変動した場合には、この変動に伴って、エラーアンプ２４が出力するゲイン制御信号も変動する、つまり、ゲイン制御信号にリンギングが発生することが考えられる。例えば、図２に示した電圧＝Ｖ２の付近でゲイン制御信号にリンギングが発生した場合、コンパレータ２８が出力するブースト制御信号の状態、つまり、振動センサ１０の振動を加速させることを表す状態と、振動センサ１０の振動を加速させないことを表す状態とが頻繁に変化してしまう。これにより、スイッチ２７におけるセンサ信号の切り替えが頻繁に行われることになる。この場合、例えば、コンパレータ２８にヒステリシス特性を持たせることによって、コンパレータ２８が出力するブースト制御信号の頻繁な変化や、スイッチ２７によるセンサ信号の頻繁な切り替えを回避することが考えられる。
【００６０】
なお、駆動回路２０に備えたそれぞれの構成要素は、種々の方法で実現することができる。例えば、振幅検出回路２３、エラーアンプ２４、振幅基準回路２５、コンパレータ２８、ブースト基準回路２９などの構成要素を、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ：アナログ・デジタル）コンバータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）などのマイクロコンピュータ、ＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇ：デジタル・アナログ）コンバータなどのデジタル回路を用いて実現してもよい。また、これらの構成要素の機能の一部または全部を、例えば、専用のＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、いわゆる、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの集積回路で実現してもよい。
【００６１】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・物理量センサ装置
１０・・・振動センサ（振動子）
２０・・・駆動回路（駆動回路）
２１・・・センサアンプ
２２・・・可変ゲインアンプ（増幅回路）
２３・・・振幅検出回路（振動検出部）
２４・・・エラーアンプ（振動検出部）
２５・・・振幅基準回路（振動検出部）
２６・・・ブーストアンプ（追加増幅回路）
２７・・・スイッチ（切り替え回路）
２８・・・コンパレータ（振動判定部，比較器）
２９・・・ブースト基準回路（振動判定部，基準回路）
【図１】
2018044823.tif 000003
【図２】
2018044823.tif 000004