(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動素子と、駆動系回路と、検出系回路と、レベル監視回路と、を備えた角速度センサであって、
前記振動素子は、駆動電極、モニタ電極、検出電極の上部電極を有し、
前記駆動電極、モニタ電極、検出電極はそれぞれ下部電極、圧電薄膜及び上部電極がこの順に積層形成されており、
前記駆動系回路は、前記モニタ電極の上部電極に接続されるとともに電流・電圧変換を行う第１のレベル調整回路と、この第１のレベル調整回路の出力側に接続された振動制御回路と、この振動制御回路の出力側に接続されるとともに前記駆動電極の上部電極に接続された駆動回路を含み、
前記検出系回路は、前記検出電極の上部電極に接続されるとともに、電流・電圧変換を行う第２のレベル調整回路と、この第２のレベル調整回路の出力側に接続された検出回路を含み、
前記レベル監視回路は、前記第１のレベル調整回路の出力側及び前記第２のレベル調整回路の出力側に接続されており、
前記下部電極へ入力信号を与えることにより、前記下部電極と前記上部電極間に発生する容量を介してモニタ電極に接続された駆動系回路及び検出電極に接続された検出系回路に電流が流れ、
前記レベル監視回路は、第１のレベル調整回路から出力される信号の電圧を第１の閾値と比較することにより前記駆動系回路の断線を検出し、第２のレベル調整回路から出力される信号の電圧を第１の閾値と比較することにより前記検出系回路の断線を検出するよう構成した角速度センサ。
【請求項２】
断線検出に用いられる入力信号として、駆動系回路及び検出系回路を含む回路部の内部発振クロックを用い振動素子の駆動系回路及び検出系回路間の断線を同時に検出するよう構成した請求項１記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動系及び検出系電線の断線を同時に検出することが可能な角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
角速度センサは振動素子にドライブ振動を与える励振部と、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素子部と、前記振動検出部からの信号を入力とし前記励振部への信号を出力する駆動系回路と、前記コリオリ検出部からの信号を入力とする検出形回路を有する回路部によって構成されている。そして、従来技術としてセンサの信頼性を確保するという意味で前記振動検出部上の検出電極と前記検出電極に接続された検出系回路との接続ラインの断線を検出するというものがある。なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開２０００−１４６５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記従来技術では検出電極と前記検出電極に接続された検出系回路との接続ラインの断線は検出することが可能であるが、振動検出部上のモニタ電極と前記モニタ電極に接続された駆動系回路との接続ラインの断線を検出することは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。
【０００４】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので駆動系及び検出系電線の断線を同時に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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００６】
本発明の請求項１に記載の角速度センサは、振動素子と、駆動系回路と、検出系回路と、レベル監視回路と、を備えた角速度センサであって、前記振動素子は、駆動電極、モニタ電極、検出電極の上部電極を有し、前記駆動電極、モニタ電極、検出電極はそれぞれ下部電極、圧電薄膜及び上部電極がこの順に積層形成されており、前記駆動系回路は、前記モニタ電極の上部電極に接続されるとともに電流・電圧変換を行う第１のレベル調整回路と、この第１のレベル調整回路の出力側に接続された振動制御回路と、この振動制御回路の出力側に接続されるとともに前記駆動電極の上部電極に接続された駆動回路を含み、前記検出系回路は、前記検出電極の上部電極に接続されるとともに、電流・電圧変換を行う第２のレベル調整回路と、この第２のレベル調整回路の出力側に接続された検出回路を含み、前記レベル監視回路は、前記第１のレベル調整回路の出力側及び前記第２のレベル調整回路の出力側に接続されており、前記下部電極へ入力信号を与えることにより、前記下部電極と前記上部電極間に発生する容量を介してモニタ電極に接続された駆動系回路及び検出電極に接続された検出系回路に電流が流れ、前記レベル監視回路は、第１のレベル調整回路から出力される信号の電圧を第１の閾値と比較することにより前記駆動系回路の断線を検出し、第２のレベル調整回路から出力される信号の電圧を第１の閾値と比較することにより前記検出系回路の断線を検出するよう構成する。この構成により、駆動系及び検出系電線の断線を同時に検出することができる。
【０００７】
本発明の請求項２に記載の発明は、断線検出に用いられる入力信号として、センサに搭載される回路内の内部発振クロックを用いることにより、振動素子と駆動系回路及び検出系回路間の断線を検出するというものであり、別途入力信号を生成することなく電線の断線を検出することができるという作用を有する。
【０００８】
また、レベル調整回路に含まれる電流・電圧変換回路のゲインが設定可能な回路構成とすることにより、検出系の電線の断線を検出することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
これらの構成により駆動系及び検出系電線の断線検出を同時に行うことが可能となり、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を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態１における電線の断線検出について図１〜図４を用いて図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は本発明の一実施の形態における角速度センサブロック図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図、図３は断線検出時の本発明の角速度センサブロック図、図４は振動素子及びレベル調整回路を含めた等価回路図である。
【００１２】
図１において、本発明における角速度センサは、振動素子１と、レベル調整回路２ａ、振動制御回路２ｂ、駆動回路２ｃを含む駆動系回路２と、レベル調整回路３ａ及び検出回路３ｂを含む検出系回路３より構成され、前記振動素子１上には駆動電極４、５とモニタ電極６と、検出電極７、８と、基準電圧が印加される下部電極９が存在する。前記モニタ電極６と前記駆動系回路２の入力部が接続され、前記駆動回路２の出力部と前記駆動電極４、５が接続され、前記検出電極７、８と前記検出系回路３の入力部が接続される。なお、振動素子１上の電極の形状及び配置に関して図１では模式図としている。また、回路部には回路の内部クロックを生成するクロック発振回路１１と、前記駆動系回路２及び前記検出系回路３の電圧レベルを監視するレベル監視回路１２が存在する。そして、角速度検出時には前記振動制御回路２ｂは切り替え部１０を介して前記下部電極９に基準電圧を供給している。前記下部電極９と切り替え部１０が接続され、前記切り替え部１０と前記クロック発振回路１１及び前記振動制御回路２ｂが接続されている。ここで、振動素子の動作原理と、角速度成分の検出原理と、回路構成及び動作原理に関する説明は省略するものとする。
【００１３】
図２において、振動素子１のアーム１４上に下部電極４０、圧電薄膜１３及び上部電極４１が積層形成されている。角速度検出時には、基準電圧供給部１５に、駆動系回路２内の振動制御回路２ｂより基準電圧が供給される。そして、前記下部電極４０と前記上部電極４１間にはＰ（ピコ）オーダーの電極間容量１６が発生している。つまり、前記振動素子１を、インピーダンスを持つ回路素子と考えた場合、基準電圧をＧＮＤとして回路的にループが発生していると考えることができる。そこで、本実施の形態では、この回路ループを利用して基準電圧供給部１５に回路の内部クロックを与え、前記電極間容量１６を介して流れる電流Ｉを前記上部電極４１と接続された検出系回路２及び駆動系回路３を含む回路部にて電圧レベルに変換し、レベル監視回路１２を用いてレベル監視を行う。本実施の形態で用いる内部クロックは回路内のＳＣＦに用いられるものであり、断線検出に入力信号として用いる場合は分周して下部電極４０に与えるものとする。これにより、別途入力信号を生成する必要がなく断線検出を行うことが可能となる。
【００１４】
断線検出時には図３に示すように、切り替え部１０とクロック発振回路１１が接続され、内部クロックを分周した入力信号が下部電極９に入力され、モニタ電極６と下部電極９間の容量、検出電極７、８と下部電極９間の容量、駆動電極４、５と下部電極９間の容量を介して回路部に電流が流れる。ところが、前記駆動電極４、５に関しては駆動系回路２の出力部と接続されているため、前記駆動系回路２の出力部に入力信号により発生する電流が注入されることになる。これにより、駆動系回路２の故障を招く恐れがあるため、切り替え部１０の動作と連動して断線検出時は振動素子１の駆動を停止させ、駆動系回路２の出力部と駆動電極間４、５がＨｉｇｈインピーダンスになるように回路を構成する。
【００１５】
電線の断線を検出するために、本実施の形態では図４に示すような駆動系回路２におけるレベル調整回路２８と検出系回路３におけるレベル調整回路２９を用いる。ここでは、駆動系回路２におけるレベル調整回路２８について説明を行う。駆動系回路２におけるレベル調整回路２８は、可変抵抗２６を帰還抵抗とし、アナログＧＮＤ２４に基準電圧が印加された電流・電圧変換回路３０により構成されている。そして、駆動系回路２におけるレベル調整回路出力２０とレベル監視回路１２が接続され、下部電極１７とモニタ電極１８の間に発生する電極間容量２２が駆動系回路２におけるレベル調整回路２８の入力部に入力抵抗として接続されている。ここでは、下部電極１７より入力される電流を電流・電圧変換回路３０により電圧に変換し、駆動系回路２におけるレベル調整回路出力をレベル監視回路１２にて監視し断線を検出する。レベル監視回路には閾値が設けられており、電線の断線が発生しているかどうかを判断する。電流・電圧変換回路３０の帰還抵抗が可変抵抗２６となっているのは電流・電圧変換回路３０のゲインを調整することにより、レベル調整回路出力の出力レベルを調整するためである。電流・電圧変換回路３０のゲインは、可変抵抗２６と振動素子１の電極間容量２２の比で決定される。そのため、仮に電流・電圧変換回路３０の帰還抵抗に可変抵抗でないものを用いた場合、振動素子１の電極間容量２２はばらつきがあるため、各角速度センサによって電流・電圧変換回路３０のゲインが異なり、例えレベル監視回路１２に閾値を設け電圧レベルを監視したとしても、電線の断線を正確に検出することができるとは限らない。本実施の形態では、電流・電圧変換回路３０のゲインが設定可能な回路構成にすることにより、正確に駆動系の電線の断線を検出することが可能となる。
【００１６】
一方、検出系回路３におけるレベル調整回路２９について説明を行う。検出系回路３におけるレベル調整回路２９は、可変抵抗２７を帰還抵抗とし、アナログＧＮＤ２５に基準電圧が印加された電流・電圧変換回路３１により構成されている。そして、検出系回路３におけるレベル調整回路２１とレベル監視回路１２が接続され、下部電極１７と検出電極１９の間に発生する電極間容量２３が検出系回路３におけるレベル調整回路２９の入力部に入力抵抗として接続されている。ここでは、下部電極１７より入力される電流を電流・電圧変換回路３１により電圧に変換し、検出系回路３におけるレベル調整回路出力をレベル監視回路１２にて監視し断線を検出する。レベル監視回路１２には閾値が設けられており、電線の断線が発生しているかどうかを判断する。電流・電圧変換回路３１の帰還抵抗が可変抵抗２７となっているのは電流・電圧変換回路３１のゲインを調整することにより、レベル調整回路出力の出力レベルを調整するためである。電流・電圧変換回路３１のゲインは、可変抵抗２７と振動素子１の電極間容量２３の比で決定される。そのため、仮に電流・電圧変換回路３１の帰還抵抗に可変抵抗でないものを用いた場合、振動素子１の電極間容量２３はばらつきがあるため、各角速度センサによって電流・電圧変換回路３１のゲインが異なり、例えレベル監視回路１２に閾値を設け電圧レベルを監視したとしても、電線の断線を正確に検出することができるとは限らない。本実施の形態では、電流・電圧変換回路３１のゲインが設定可能な回路構成にすることにより、検出系の電線の断線を検出することができる。
【００１７】
そのため、上記実施の形態により、駆動系及び検出系電線の断線検出を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明の角速度センサは、駆動系及び検出系電線の断線検出を同時に行うことが可能であり、安全性を考慮した車両制御システムや、車体横転時に展開するロールオーバーエアバックシステム等、高度の信頼性が要求されるアプリケーションにおいて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態における角速度センサのブロック図
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図
【図３】断線検出時の本発明の角速度センサのブロック図
【図４】振動素子及びレベル調整回路を含めた等価回路図
【符号の説明】
【００２０】
１  振動素子
２  駆動系回路
３  検出系回路
４、５  駆動電極
６、１８  モニタ電極
７、８、１９  検出電極
９、１２、１７  下部電極
１０  切り替え部
１１  上部電極
１３  圧電薄膜
１４  振動素子１のアーム
１５  基準電圧供給部
１６  電極間容量
２０  駆動系回路２におけるレベル調整回路出力
２１  検出系回路３におけるレベル調整回路出力
２２、２３  電極間容量
２４、２５  アナログＧＮＤ
２６、２７  可変抵抗
２８  駆動系回路２におけるレベル調整回路
２９  検出系回路３におけるレベル調整回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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