(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動部と角速度を検知して互いに大きさがほぼ等しい逆極性の電流を出力する第１、第２の検知部とを有するセンサ素子と、前記センサ素子の振動部に駆動信号を供給するドライバ回路と前記センサ素子からのモニタ信号が加えられるモニタ回路とを含む駆動手段と、前記センサ素子の第１の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第１のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記センサ素子の第２の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第２のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記第１、第２のチャージアンプまたはカレントアンプの出力差を増幅する差動増幅器と前記差動増幅器の出力を前記駆動手段からの駆動信号に同期し検波することにより角速度信号を出力する同期復調器とからなる検出手段と、前記駆動手段の駆動信号に同期した信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えることにより前記検知部からの信号を調整する調整手段とを備え、前記調整手段は前記駆動信号に同期した信号を可変するための調整器と前記調整器からの信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えるための注入器からなり、振動部から検知部にかけて生じる静電結合信号を、擬似駆動信号を用いて回路部上で電気的に補正する補正手段を備えた角速度センサ。
【請求項２】
注入器は、コンデンサである請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
注入器は、抵抗器である請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項４】
調整器は、デジタル的に調整が可能なラダーネットワーク抵抗を有した請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項５】
調整器は、可変抵抗器である請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項６】
調整器または注入器に駆動信号に同期した信号の温度補償のための感温素子が設けられた請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項７】
調整のために駆動信号とセンサ素子の検知部からの出力信号をそれぞれモニタするための端子が設けられた請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項８】
センサ素子を駆動させない手段を備えた請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項９】
振動部と角速度を検知して互いに大きさがほぼ等しい逆極性の電流を出力する第１、第２の検知部とを有するセンサ素子と、前記センサ素子の振動部に駆動信号を供給するドライバ回路と前記センサ素子からのモニタ信号が加えられるモニタ回路と、前記センサ素子の振動部に安定に自励振動させる駆動手段と、前記自励振動を止める制御手段と、前記制御手段の作動時に前記センサ素子の振動部に調整用の信号を印加するための信号発生器と、前記センサ素子の第１の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第１のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記センサ素子の第２の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第２のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記駆動手段からの駆動信号に同期して復調し角速度信号を出力する同期復調器を含む検出手段と、前記駆動手段の駆動信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えることにより振動部から検知部にかけて生ずる静電結合信号を調整する調整手段とを備えた角速度センサ。
【請求項１０】
調整手段は、駆動信号に同期した信号を調整する減衰器と前記減衰器からの信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えるためのコンデンサとからなる請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１１】
制御手段は、駆動手段のループ内に設けられた開閉器である請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１２】
信号発生器から印加される調整用信号の周波数は、センサ素子固有の振動モード周波数以外の周波数である請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１３】
コンデンサが駆動手段と検出手段を構成する半導体集積回路上に形成された請求項１０に記載の角速度センサ。
【請求項１４】
減衰器は、レベル調整可能である請求項１０に記載の角速度センサ。
【請求項１５】
減衰器は、利得調整可能な増幅器である請求項１０に記載の角速度センサ。
【請求項１６】
減衰器は、位相調整可能な移相器である請求項１０に記載の角速度センサ。
【請求項１７】
減衰器は、あらかじめ設定されたデジタルデータを基に段階的に調整が可能なデジタル調整手段を備えた請求項１０に記載の角速度センサ。
【請求項１８】
第１、第２のチャージアンプまたはカレントアンプ間の入力特性のバランスを取るために、前記第１、第２のチャージアンプまたはカレントアンプの注入器が接続されていない側の入力端子に平衡手段を設けた請求項１又は請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項１９】
ドライバ回路には互いに逆位相の信号をセンサ素子の駆動信号として生成する手段が設けられ、これらの逆位相の信号のいずれかを選択して調整手段に供給する切替器を有した請求項９に記載の角速度センサ。
【請求項２０】
調整手段に供給される信号は、切替器により選択された駆動信号またはモニタ信号である請求項９に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己診断機能をもつ角速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば音叉形の角速度センサは、音叉形の駆動部の両駆動板の先端に、それとは直交する方向に検知板を設け、前記駆動板を常時音叉駆動させた状態で角速度が加わると、それに呼応して互いに逆方向に振動する前記検知板からの出力で角速度を検出するものであった。
【０００３】
従来の角速度センサは、図１６に示すように、樹脂製よりなる一端が開口したケース１０１の開口部に樹脂製の蓋１０２が装着されることにより密封空間が形成されている。
【０００４】
この密封空間の内部には、回路基板１０３と、金属製のウェイト板１０４が収納されている。すなわち、ケース１０１の内部四隅には支持ピン１０５が植設されており、この支持ピン１０５によりウェイト板１０４と回路基板１０３が弾性的に支持、固定されている。ウェイト板１０４にはこの弾性支持のために、四隅にゴム製のダンパー１０６が装着されており、またこのダンパー１０６と回路基板１０３の間には樹脂製の支持脚１０７が設けられ、支持ピン１０５は下方よりダンパー１０６、支持脚１０７、回路基板１０３を貫通後、その先端が回路基板１０３側に押し潰されており、これにより回路基板１０３、ウェイト板１０４は弾性的に支持、固定されている。また、ウェイト板１０４の回路基板１０３側には図１７に示す如く、金属製の支持ピン１０８が垂直方向に圧入、固定されており、この支持ピン１０８の上部には水平方向に金属製の支持ピン１０９の一端が圧入、固定されている。この支持ピン１０９の径は支持ピン１０８の径の約５分の１と細く、しかも材質はピアノ線などの様にバネ性を持つ金属材料で形成されており、その他端に金属製の基板１１０がはんだにより固定されている。
【０００５】
この基板１１０の支持ピン１０８，１０９を挟む両側には金属製の駆動板１１１，１１２の一端が固定され、さらにそれらの表面には板状の圧電素子１１１ａ，１１２ａが固定され、これにより音叉形の駆動部が形成されている。また、駆動板１１１，１１２の他端は図１７に示す如く、圧電素子１１１ａ，１１２ａ部とは直交する方向に折り曲げられ、その後延長形成された検知板１１３，１１４に板状の圧電素子１１３ａ，１１４ａが固定され、これにより検知部が構成されている。ここで、駆動部と検知部とによりセンサ素子が構成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の角速度センサにおいて問題となるのは、センサ起動後、構成する部品の故障発生に対してその故障を外部へ知らせる、または外部から故障と判断するための目安となる情報を持たす為の機能を備えていない事であった。
【０００７】
本発明は、その一部が損傷して正常な検知動作ができなくなっている状態を外部から検出することができるようにし、信頼性の高い角速度センサの使用を可能にする事を目的とするものである。また、自己診断手段とほぼ同様な構成によりセンサ素子から発生する静電結合容量に起因した不要信号の初期値を回路上において電気的に調整可能とし、センサの精度、歩留りを著しく改善させることを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の角速度センサは、振動部と角速度を検知して互いに大きさがほぼ等しい逆極性の電流を出力する第１、第２の検知部とを有するセンサ素子と、センサ素子の振動部に駆動信号を供給するドライバ回路とセンサ素子からのモニタ信号が加えられるモニタ回路とを含む駆動手段と、センサ素子の第１の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第１のチャージアンプまたはカレントアンプと、センサ素子の第２の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第２のチャージアンプまたはカレントアンプと、第１、第２のチャージアンプまたはカレントアンプの出力差を増幅する差動増幅器と差動増幅器の出力を駆動手段からの駆動信号に同期し検波することにより角速度信号を出力する同期復調器とからなる検出手段と、駆動手段の駆動信号に同期した信号を第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えることにより前記検知部からの信号を調整する調整手段とを備え、前記調整手段は前記駆動信号に同期した信号を可変するための調整器と前記調整器からの信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えるための注入器からなり、振動部から検知部にかけて生じる静電結合信号を、擬似駆動信号を用いて回路部上で電気的に補正する補正手段を備えたことを特徴とするものである。この構成により、センサ素子から発生する静電結合容量に起因した不要信号の初期値を回路上において電気的に調整可能となり、センサの精度、歩留りを著しく改善させることができるという作用を有する。また、振動部から検知部にかけて生じる静電結合信号を、擬似駆動信号を用いて回路部上で電気的に補正する補正手段を備えているため、振動部を構成する電極パターンと検知部を構成する電極パターンの近接により両者間に生じる静電的な電気結合を擬似駆動信号を用いて回路部上で電気的に補正することができ、センサ素子上の振動部を構成する電極パターンと検知部を構成する電極パターンを調整する必要がなくなるという作用を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本明細書に記載の発明は、振動部と角速度を検知して互いに大きさがほぼ等しい逆極性の電流を出力する第１、第２の検知部とを有するセンサ素子と、前記センサ素子の振動部に駆動信号を供給するドライバ回路と前記センサ素子からのモニタ信号が加えられるモニタ回路とを含む駆動手段と、前記センサ素子の第１の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第１のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記センサ素子の第２の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第２のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記第１、第２のチャージアンプまたはカレントアンプの出力差を増幅する差動増幅器と前記差動増幅器の出力を前記駆動手段からの駆動信号に同期し検波することにより角速度信号を出力する同期復調器とからなる検出手段と、前記駆動手段の駆動信号に同期した信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えることにより異常を検出するための診断信号を出力する自己診断手段とを備えているため、本センサの一部が損傷して正常な検知動作ができなくなっている状態も外部から検出できるようにし、使用時の信頼性を一段と向上させることができるという作用を有する。
【００１０】
また、振動部と角速度を検知して互いに大きさがほぼ等しい逆極性の電流を出力する第１、第２の検知部とを有するセンサ素子と、前記センサ素子の振動部に駆動信号を供給するドライバ回路と前記センサ素子からのモニタ信号が加えられるモニタ回路とを含む駆動手段と、前記センサ素子の第１の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第１のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記センサ素子の第２の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第２のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記駆動手段からの駆動信号に同期して前記第１、第２のチャージアンプまたはカレントアンプの出力をサンプルホールドし角速度信号を出力するための同期復調器とからなる検出手段と、前記駆動手段の駆動信号に同期した信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えることにより異常を検出するための診断信号を出力する自己診断手段とを備えているため、本センサの一部が損傷して正常な検知動作ができなくなっている状態も外部から検出できるようにし、使用時の信頼性を一段と向上させることができるという作用を有する。
【００１１】
また、一対のチャージアンプまたはカレントアンプの出力を駆動信号に同期したタイミングで選択的に切り替えて復調するため、同期検波器と同等の機能を簡単に構成できるという作用を有する。
【００１２】
また、振動部と角速度を検知して互いに大きさがほぼ等しい逆極性の電流を出力する第１、第２の検知部とを有するセンサ素子と、前記センサ素子の振動部に駆動信号を供給するドライバ回路と前記センサ素子からのモニタ信号が加えられるモニタ回路とを含む駆動手段と、前記センサ素子の第１の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第１のカレントアンプと、前記センサ素子の第２の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第２のカレントアンプと、前記第１、第２のカレントアンプの出力差を検出する差動増幅器と前記差動増幅器の出力の位相を９０°シフトさせるための移相器と前記移相器の出力を前記駆動手段からの駆動信号で同期検波し角速度信号を出力する同期検波器とからなる検出手段と、前記駆動手段の駆動信号に同期した信号を前記第１のカレントアンプの第１の入力端子に加えることにより異常を検出する診断信号を出力するための自己診断手段とを備えているため、本センサの一部が損傷して正常な検知動作ができなくなっている状態も外部から検出できるようにし、使用時の信頼性を一段と向上させることができるという作用を有する。
【００１３】
また、センサ素子の検知部からの出力を一対のカレントアンプで受けるため、コンデンサを省略できるという作用を有する。
【００１４】
また、自己診断のための駆動信号に同期した信号は、モニタ回路の出力信号としているため、駆動信号の同期した安定な音叉振動レベルを示す信号が使用でき、温度や環境変化に対して信頼性の高い自己診断を可能とするばかりか、自己診断の信号の発生のために特別な付加手段が不要であるという作用を有する。
【００１５】
また、自己診断のための駆動信号に同期した信号は、モニタ回路の出力信号の位相を９０度シフトした信号であるため、差動増幅器の出力の位相を９０度シフトした信号をモニタ回路の出力信号を用いて同期検波することにより、自己診断のための駆動信号に同期した信号を検波することができる。
【００１６】
また、自己診断手段は、駆動信号に同期した信号を減衰させるための減衰器と、この減衰器からの信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えるための注入器とからなるため、シンプルな構成で精度と信頼性の高い自己診断ができるという作用を有する。
【００１７】
また、注入器がコンデンサであるため、シンプルな構成で精度と信頼性の高い自己診断ができるという作用を有する。
【００１８】
また、注入器は抵抗器であるため、シンプルな構成で精度と信頼性の高い自己診断ができるという作用を有する。
【００１９】
また、減衰器は、デジタル的に調整が可能なラダーネットワーク抵抗を有しているため、ラダーネットワーク抵抗にデジタル信号を順次送り、信号の大きさまたは位相が調整可能であるという作用を有する。
【００２０】
また、自己診断手段が動作状態または非動作状態であるように切り替えるための切替手段を備えているため、必要なときのみ選択的に自己診断ができるという作用を有する。
【００２１】
また、切替手段が外部からの操作に応動して前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加える駆動信号に同期した信号を断続する開閉器であるため、コントローラ等からの外部診断信号に基づき選択的に自己診断ができるという作用を有する。
【００２２】
また、切替手段が外部からの操作に応動して前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加える駆動信号に同期した信号を一定時間断続するタイマー回路を備えた開閉器であるため、コントローラ等からの外部診断信号に基づき一定時間診断状態を維持することができるという作用を有する。
【００２３】
また、自己診断手段が非動作中には前記検出手段の出力信号レベルを検出し、前記センサ素子の異常を常時判定する判定手段をさらに備えているため、コントローラ等からの外部診断信号に基づく診断が行われていない間に発生するセンサの異常を診断する手段を更に設けることで、センサの故障診断能力を飛躍的に向上させることができるという作用を有する。
【００２４】
また、自己診断手段は、駆動信号に同期した信号を減衰する減衰器と、前記減衰器からの信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えるための注入器と、前記減衰器と前記注入器の間に設けられた切替手段とからなるため、コントローラ等からの外部診断信号に基づき選択的に自己診断ができるという作用を有する。
【００２５】
また、コントローラ等からの外部診断信号に基づき選択的に自己診断ができるという作用を有する。
【００２６】
また、切替手段が外部からの操作に応動して前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加える駆動信号に同期した信号を一定時間断続するタイマー回路を備えた開閉器であるため、コントローラ等からの外部診断信号に基づき一定時間診断状態を維持することができるという作用を有する。
【００２７】
また、センサ素子が水晶、圧電膜が表面に設けられたシリコンまたは圧電セラミックスからなる振動子であるため、高精度、高出力なセンサが実現できるという作用を有する。
【００２８】
請求項１に記載の発明は、振動部と角速度を検知して互いに大きさがほぼ等しい逆極性の電流を出力する第１、第２の検知部とを有するセンサ素子と、前記センサ素子の振動部に駆動信号を供給するドライバ回路と前記センサ素子からのモニタ信号が加えられるモニタ回路とを含む駆動手段と、前記センサ素子の第１の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第１のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記センサ素子の第２の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第２のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記第１、第２のチャージアンプまたはカレントアンプの出力差を増幅する差動増幅器と前記差動増幅器の出力を前記駆動手段からの駆動信号に同期し検波することにより角速度信号を出力する同期復調器とからなる検出手段と、前記駆動手段の駆動信号に同期した信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えることにより前記検知部からの信号を調整する調整手段とを備え、前記調整手段は前記駆動信号に同期した信号を可変するための調整器と前記調整器からの信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えるための注入器からなり、振動部から検知部にかけて生じる静電結合信号を、擬似駆動信号を用いて回路部上で電気的に補正する補正手段を備えているため、自己診断手段とほぼ同様な構成によりセンサ素子から発生する静電結合容量に起因した不要信号の初期値を回路上において電気的に調整可能となり、センサの精度、歩留りを著しく改善させることができるという作用を有する。また、振動部を構成する電極パターンと検知部を構成する電極パターンの近接により両者間に生じる静電的な電気結合を擬似駆動信号を用いて回路部上で電気的に補正することができ、センサ素子上の振動部を構成する電極パターンと検知部を構成する電極パターンを調整する必要がなくなるという作用を有する。
【００２９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、注入器がコンデンサであるため、シンプルな構成で精度と信頼性の高い調整ができるという作用を有する。
【００３０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、注入器が抵抗器であるため、シンプルな構成で精度と信頼性の高い調整ができるという作用を有する。
【００３１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、調整器は、デジタル的に調整が可能なラダーネットワーク抵抗を有しているため、ラダーネットワーク抵抗にデジタル信号を順次送ることによりセンサ素子からの出力信号の大きさまたは位相を調整し、センサ素子からの出力信号のオフセット量を低減できるという作用を有する。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、調整器が可変抵抗器であるため、減衰量を連続的に調整することで、センサ素子からの出力信号のオフセット量を低減できるという作用を有する。
【００３３】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、調整器または注入器に駆動信号に同期した信号の温度補償のための感温素子が設けられているため、センサの出力の温度特性を改善できるという作用を有する。
【００３４】
また、請求項１に記載の発明において、振動部から検知部にかけて生じる静電結合信号を、擬似駆動信号を用いて回路部上で電気的に補正する補正手段を備えているため、振動部を構成する電極パターンと検知部を構成する電極パターンの近接により両者間に生じる静電的な電気結合を擬似駆動信号を用いて回路部上で電気的に補正することができ、センサ素子上の振動部を構成する電極パターンと検知部を構成する電極パターンを調整する必要がなくなるという作用を有する。
【００３５】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、調整のために駆動信号とセンサ素子の検知部からの出力信号をそれぞれモニタするための端子が設けられているため、センサを組立てた状態のまま外部測定機などを用いて調整することができ、調整のためにハンダ付け部などの損傷を防止できるという作用を有する。
【００３６】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、センサ素子を駆動させない手段を備えているため、調整時にセンサ素子を実際に振動させずに調整対象である静電的な電気結合成分のみを純粋に調整でき、調整精度を飛躍的に向上させることができるという作用を有する。
【００３７】
請求項９に記載の発明は、振動部と角速度を検知して互いに大きさがほぼ等しい逆極性の電流を出力する第１、第２の検知部とを有するセンサ素子と、前記センサ素子の振動部に駆動信号を供給するドライバ回路と前記センサ素子からのモニタ信号が加えられるモニタ回路と、前記センサ素子の振動部に安定に自励振動させる駆動手段と、前記自励振動を止める制御手段と、前記制御手段の作動時に前記センサ素子の振動部に調整用の信号を印加するための信号発生器と、前記センサ素子の第１の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第１のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記センサ素子の第２の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第２のチャージアンプまたはカレントアンプと、前記駆動手段からの駆動信号に同期して復調し角速度信号を出力する同期復調器を含む検出手段と、前記駆動手段の駆動信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えることにより振動部から検知部にかけて生ずる静電結合信号を調整する調整手段とを備えているため、制御手段によりセンサ素子の自励振動を止め、信号発生器からセンサ素子の振動モード周波数に合致しない信号を任意に振動部に加えて調整できるという作用を有する。
【００３８】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、調整手段は、駆動信号に同期した信号を調整する減衰器と前記減衰器からの信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えるためのコンデンサとからなるため、シンプルな構成で精度と信頼性の高い調整ができるという作用を有する。
【００３９】
請求項１１に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、制御手段は、駆動手段のループ内に設けられた開閉器であるため、シンプルな構成で精度と信頼性の高い調整ができるという作用を有する。
【００４０】
請求項１２に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、信号発生器から印加される調整用信号の周波数は、センサ素子固有の振動モード周波数以外の周波数であるため、センサ素子を振動させることなしに高精度調整ができるという作用を有する。
【００４１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、コンデンサが駆動手段と検出手段を構成する半導体集積回路上に形成されているため、コンデンサを他の回路部とともに半導体集積化でき、接続用のはんだ付け部が不要になり、信頼性が一層向上するという作用を有する。
【００４２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、減衰器がレベル調整可能であるため、調整精度が一層向上するという作用を有する。
【００４３】
請求項１５に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、減衰器は、利得調整可能な増幅器であるため、調整精度が一層向上するという作用を有する。
【００４４】
請求項１６に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、減衰器は、位相調整可能な移相器であるため、調整精度が一層向上するという作用を有する。
【００４５】
請求項１７に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、減衰器は、あらかじめ設定されたデジタルデータを基に段階的に調整が可能なデジタル調整手段を備えているため、センサの製造工程における自動化を容易にし製造コストを抑制することができるという作用を有する。
【００４６】
請求項１８に記載の発明は、請求項１又は請求項９に記載の発明において、第１、第２のチャージアンプまたはカレントアンプ間の入力特性のバランスを取るために、前記第１、第２のチャージアンプまたはカレントアンプの注入器が接続されていない側の入力端子に平衡手段を設けているため、センサに供給される電源電圧の過渡的な変動によって生じる注入器への流出入誤差電流の影響をバランスさせて差動増幅器で減殺することが可能となり、電源変動に対して強いセンサとすることができるという作用を有する。
【００４７】
請求項１９に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、ドライバ回路には互いに逆位相の信号をセンサ素子の駆動信号として生成する手段が設けられ、これらの逆位相の信号のいずれかを選択して調整手段に供給する切替器を有しているため、センサ素子からの信号の極性如何によらず調整手段の調整範囲を拡大できるという作用を有する。
【００４８】
請求項２０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、調整手段に供給される信号は、切替器により選択された駆動信号またはモニタ信号であるため、調整対象の信号が静電的結合による場合は駆動信号を、機械的結合による信号の場合はモニタ信号を選択し、調整ができるという作用を有する。
【００４９】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１５を用いて説明する。
【００５０】
（実施の形態１）
図１は本発明の角速度センサの第１の実施の形態における回路ブロック図である。図２は同実施の形態における水晶音叉型振動子４０のＷ−Ｗ切断した断面図である。図３はＷ−Ｗ切断した断面における水晶音叉型振動子４０の電流分布を示したものである。
【００５１】
図１、図２、図３において、４０は水晶音叉振動子片４０ａ，４０ｂの電気軸（Ｅ）が水晶音叉振動子片４０ａ，４０ｂの幅方向（Ｘ軸方向）に互いに逆方向になるように接合界面４１で直接接合されたバイモルフ構造の水晶音叉型振動子である。水晶音叉振動子片４０ａ，４０ｂの表面には金などからなるモニタ電極４２、ドライブ電極４３，４６，４７、センス電極４４，４５が形成され、水晶音叉型振動子４０が構成される。図２、図３において、ドライブ電極４７が正極（Ｄ+と表示）、ドライブ電極４３，４６が負極（Ｄ-）、センス電極４４が負極（Ｓ-）、センス電極４５が正極（Ｓ+）となる場合を示す。モニタ電極はＭで表示している。５０，５１は入力電流−出力電圧の位相特性が０度または１８０度のカレントアンプであり、センス電極４４，４５からの信号を増幅する。５２は差動増幅器であり、カレントアンプ５０，５１の差を出力する。５３は位相を９０度シフトさせるための９０度移相器で、差動増幅器５２からの信号の位相が９０度シフトされる機能を有する。５４は平衡用コンデンサであり、注入器としてのコンデンサ３７ａとほぼ同じ容量特性を持たせるようにしてあり、コンデンサ３７ａとバランスさせるようカレントアンプ５１の入力端子と回路の基準電位の間に挿着されている。これにより、センサの電源電圧の変動により回路の基準電位が変動した結果、コンデンサ３７ａによる充放電電流がカレントアンプ５０に入力されても、平衡用コンデンサ５４の充放電電流とバランスするので差動増幅器５２で相殺される。この結果、電源変動に対して耐久性の高いセンサとすることが可能となる。６３はセンサ出力を調整するためのデジタル調整回路である。
【００５２】
次に、図１に示す本角速度センサの基本動作の概略を説明する。
【００５３】
図１に示すように、水晶音叉型振動子４０はドライバ回路１５で駆動されて振動を開始するとともに、モニタ電極４２から振動の大きさに比例したモニタ信号を発生し、それはモニタ回路であるカレントアンプ１６、ＡＧＣ回路１９、を介してドライバ回路１５にフィードバックされる。このように水晶音叉型振動子４０は閉ループを構成する駆動手段によって安定に駆動される。
【００５４】
水晶音叉型振動子４０は、図１に示すようにＸ軸方向に速度Ｖで音叉振動をしており、Ｙ軸回りの角速度Ωが印加されると、水晶音叉振動子片４０ａ，４０ｂの各アームに各々コリオリ力Ｆｃ＝ｍ  ｘ  Ｖ  ｘ  Ω（ｍ：アームの質量）がＺ軸方向に発生する。図３は、前述のように各アームに各々コリオリ力Ｆｃが加わった場合の水晶音叉型振動子４０の各アームのＷ−Ｗ断面における内部電流の状態を示したものである。水晶音叉型振動子４０の各アームはＺ軸方向において互いに逆方向に撓むため、図３に示すようにセンス電極４４，４５にはモニタ電極４２、ドライブ電極４３，４６，４７を介して、以下のように互いに大きさがほぼ等しい逆極性の電流が発生する。センス電極４４側の電流ｉS-は、（１）式で表される。
【００５５】
ｉS- ＝−（ｉS- -D- ＋ ｉM -S- ＋ ｉD+ -S- ＋ ｉS- -D- ―――（１）
また、センス電極４５側の電流ｉS+は、（２）式で表される。
【００５６】
ｉS+ ＝（ｉS+ -D- ＋ ｉM -S+ ＋ ｉD+ -S+ ＋ ｉS+ -D- ）―――（２）
（１）式、（２）式で表される電流ｉS-、ｉS+が、図１に示すように電流ｄ，ｅとしてカレントアンプ５０，５１に入力され、それぞれ電圧出力に変換された後、差動増幅器５２に入力され差動増幅器５２の出力が移相器５３に入力され、移相器５３により位相が９０度シフトされた後、移相器５３の出力が同期検波器２２でａ点のモニタ信号により検波される。
【００５７】
最後に、同期検波器２２の出力がローパスフィルタ２３に入力され、この入力された信号がデジタル調整回路６３により、ゲインやオフセットなどの調整が施された後、出力端子２４から出力される。
【００５８】
図４は、図１に示す本角速度センサの各部の動作波形図である。
【００５９】
図４において、ａ点の信号波形は定常動作状態における水晶音叉型振動子４０の振動レベルをモニタしたモニタ信号、ｂ点、ｃ点の信号波形は水晶音叉型振動子４０を駆動するための互いに逆位相の駆動信号である。モニタ信号は、減衰器３６にてｌ点に示す信号波形のように減衰された後、制御端子３９から加えられた外部診断要求信号（ｏ点に示す信号波形）により断続動作する開閉器３８を介して注入器としてのコンデンサ３７ａにｍ点に示すような信号波形が供給される。
【００６０】
コンデンサ３７ａに供給された信号により、モニタ信号に対して９０度位相のシフトした診断信号としての変位電流（ｎ点に示すような信号波形）が発生し、この変位電流がカレントアンプ５０に入力され、電圧変換され出力される（ｆ点に示す信号波形）。
【００６１】
次に、カレントアンプ５０，５１の各出力（ｆ点、ｇ点に示す信号波形）が差動増幅器５２に入力され、差動増幅器５２より出力される（ｈ点に示す信号波形）。差動増幅器５２の出力が移相器５３に入力され、移相器５３により位相が９０度シフトされ、実質的にモニタ信号（ａ点に示す信号波形）と同位相の信号波形（ｉ点に示す信号波形）あるいは逆位相の信号波形となる。移相器５３の出力信号波形（ｉ点に示す信号波形）が同期検波器２２でモニタ信号（ａ点に示す信号波形）により検波される。
【００６２】
最後に、同期検波器２２の出力（ｊ点に示す信号波形）がローパスフィルタ２３に入力され、この入力された信号（ｊ点に示す信号波形）がデジタル調整回路６３により、ゲインやオフセットなどの調整が施された後、出力端子２４から出力される（ｋ点に示す信号波形）。このｋ点に示す信号が、外部診断要求信号（ｏ点に示す信号波形）による自己診断により生じたΔＶなるＤＣ変動分である。このΔＶなるＤＣ変動分のレベルを、例えば減衰器３６を用いて所定のＤＣ変動値になるように設定しておけば、図１のｚ点に示す断線異常時に、外部診断要求信号（ｏ点に示す信号波形）が加えられても本来シフトするはずの所定のＤＣ変動が生じなくなる。この所定のＤＣ変動値を（しきい値として）監視すれば、本角速度センサの異常が判別できる。
【００６３】
本実施の形態においては、注入器としてのコンデンサを用いた例について説明したが、抵抗器を用いることも可能である。
【００６４】
（実施の形態２）
図５は本発明の角速度センサの第２の実施の形態における回路ブロック図である。図５において、図１と同一構成部分に関しては同一番号を付し詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００６５】
図５において、５０ａ，５１ａは入力−出力電圧の位相特性が９０度または２７０度のチャージアンプである。この構成によれば、図１に示す移相器５３を省略することができる。
【００６６】
図６は、図５に示す本角速度センサの各部の動作波形図である。図６に示す各部の信号波形は、基本的に図４に示す信号波形と同一である。異なるのは、ｆ点に示す信号波形の位相が互いに９０度ずれていること及びｉ点に示す信号波形が互いに１８０度ずれている（反転している）点にある。
【００６７】
（実施の形態３）
図７は本発明の角速度センサの第３の実施の形態における回路ブロック図である。図７において、図１と同一構成部分に関しては同一番号を付し詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００６８】
図７において、６１は制御端子３９から加えられた外部診断要求信号により作動するタイマー回路である。タイマー回路６１により、制御端子３９から加えられた外部診断要求信号を時間的に遅延、断続または延長させる等さまざまな機能を実現することができる。
【００６９】
図８は、図７に示す本角速度センサの各部の動作波形図である。図８に示す各部の信号波形は、基本的に図４に示す信号波形と同一である。異なるのは、ｏ点に示す信号波形のパルス幅の長さが短くなっていること及びタイマー回路６１の出力（ｑ点に示す信号波形）が新たに追加されている点にある。このように、ｏ点に示す信号波形のようなパルス幅の短い外部診断要求信号から開閉器３８を長時間オンさせることができる信号（ｑ点に示す信号波形）が得られるため、本角速度センサに接続されるコントローラのインターフェイスの設計自由度を向上させることができる。
【００７０】
（実施の形態４）
図９は本発明の角速度センサの第４の実施の形態における回路ブロック図である。図９において、図１と同一構成部分に関しては同一番号を付し詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００７１】
図９において、ドライブ電極４３ａは、図１に示すドライブ電極４３に比べて幅が狭くなっている。論理和回路ブロック６７は、制御端子３９から外部診断要求信号が加えられない場合でも、センス電極４５，４４からそれぞれ出力された電流ｄ，ｅのレベルを常時モニタし、故障時にはダイアグ信号出力端子２９ａから自己診断信号を出力させるためのものである。
【００７２】
図１１は、図９に示す本角速度センサの各部の動作波形図である。図１１に示す各部の信号波形は、基本的に図４に示す信号波形と同一である。異なるのは、センス電極４５，４４からそれぞれ出力された電流ｄ，ｅの信号波形、ｓ点に示す信号波形及びｕ点、ｗ点に示す信号波形が新たに追加されている点にある。
【００７３】
図９に示すように、水晶音叉型振動子４０はＸ軸方向に速度Ｖで音叉振動しており、この時に各電極間に発生している電流は図１０に示すようになる。従って、センス電極４４側の電流ｉS-は、（３）式で表される。
【００７４】
ｉS- ＝ｉ2 − ｉ4 − ｉ5 ＋ ｉ7  ―――（３）
また、センス電極４５側の電流ｉS+は、（４）式で表される。
【００７５】
ｉS+ ＝ｉ1 − ｉ3 − ｉ6 ＋ ｉ8  ―――（４）
（３）式、（４）式において、ｉ1〜ｉ4は大きさがほぼ等しいため、ｉ2とｉ4とは互いにキャンセルし合い、また、ｉ1とｉ3とは互いにキャンセルし合う。また、ドライブ電極４３ａの幅とドライブ電極４７の幅とが異なるため、ｉ5（＝ｉ6）≠ｉ7（＝ｉ8）となり、最終的に電流ｉS-、電流ｉS+は、それぞれ（５）式、（６）式に示すようになる。
【００７６】
ｉS- ＝−ｉ5 ＋ ｉ7―――（５）
ｉS+ ＝−ｉ6 ＋ ｉ8―――（６）
従って、通常時の差動増幅器５２の出力は（７）式に示すように
ｖ＝Ｖ（ｉS+ − ｉS-）＝０  ―――（７）
となる。
【００７７】
しかし、ｙ点の部分で図１１のＹのタイミングで断線が生じる（断線以外の異常も考えられる）と、電流ｄの信号波形はゼロになり電流ｅの信号波形のみとなる。従って、（７）式は、もはやゼロとはならず、差動増幅器５２の出力は（８）式に示すように非平衡状態となる（ｈ点に示す信号波形）。
【００７８】
ｖ＝Ｖ（−ｉS-）＝Ｖ（ｉ5 − ｉ7）≠０―――（８）
（８）式に示す電圧ｖを整流器２６ａで整流したｓ点に示す信号波形を論理和回路ブロック６７内の比較器２８ａでしきい値管理（図１１に示すしきい値）すれば、ｓ点に示す信号波形はしきい値（ｔｈ）を超えるため比較器２８ａからハイの信号（ｕ点に示す信号波形）が出力され、制御端子３９からの外部診断要求信号（ｏ点に示す信号波形）がない場合においても、論理和回路ブロック６７内の論理和回路３２からハイの信号（ｗ点に示す信号波形）が出力され、ダイアグ信号出力端子２９ａで接続の断線などの故障が瞬時かつ常時検出できる。また、ｒ点の信号（すなわちａ点の信号を整流した後の信号）は、正常時は比較器２８ｂで設定するしきい値を超えることにより、ｔ点の信号がローの信号になるように指定してある。したがって、ａ点のモニタ信号が正常であれば、論理和回路３２の出力（すなわちダイアグ信号出力端子２９ａの信号）は、ローとなる。しかし、ａ点のモニタ信号に異常が発生し、比較器２８ｂで設定するしきい値を下回りｔ点の信号がハイの信号となると、論理和回路３２の出力（すなわちダイアグ信号出力端子２９ａの信号）がハイとなり故障を検出することができる。以上のような論理和回路ブロック６７を設けることにより、駆動側の異常または角速度信号の検出側の異常のいずれにも対応できる。
【００７９】
以上のような構成によれば、水晶音叉型振動子上に擬似駆動用の専用電極を設けるなど専用の手段を設ける必要が無く、水晶音叉型振動子が小型化した場合における駆動効率改善のための電極設計に有利となるばかりか、高い故障検出性能を有するセンサを実現することが可能である。
【００８０】
なお、図１１には参考のため外部診断要求信号が入力されたとき（ｏ点の波形）の回路各部の波形を各点の名前に添字ｏをつけて示してある。これらの波形は基本的に図４と同じである。
【００８１】
（実施の形態５）
図１２は本発明の角速度センサの第５の実施の形態における回路ブロック図である。図１３は同実施の形態における水晶音叉型振動子４０のＷ−Ｗ断面における各電極間の静電結合容量の説明図である。図１２、図１３において、図１、図２と同一構成部分に関しては同一番号を付し詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００８２】
図１３に示した静電結合容量は、水晶音叉型振動子４０の本来の出力信号を変調して角速度信号に好ましくないオフセット電圧を発生させることがある。本実施の形態は、この静電結合容量の影響を受けないように調整する回路に関するものである。
【００８３】
図１２、図１３において、６２は信号発生器であり調整のための信号を生成する。調整精度を向上するために信号発生器６２から生成される信号の周波数は水晶音叉型振動子４０の振動を生じさせないように振動モード周波数に合致しない周波数に設定する。信号発生器６２の信号は端子を通じて正極のドライブ電極４７へ擬似のドライブ用の正電圧が供給される一方、ドライバ回路１５により反転された信号が生成され、負極のドライブ電極４３，４６へ擬似のドライブ用の負電圧が供給される。ここで擬似のドライブとは、センサを振動させることなく調整作業のための試験信号を供給することである。５５，５６はデジタル調整回路６３からの切り替え信号により調整器３６ａへ供給する駆動信号の極性を選択するためのスイッチであり、水晶音叉型振動子４０から検出されるドライブ電極４３，４６，４７とセンス電極４４，４５間の静電結合容量５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆに起因した結合信号の極性に応じて、ドライブ電極４３，４６，４７へ補正のために加える擬似のドライブ用の電圧極性を切り替える。５７はスイッチであり、調整時において自励駆動のループを開き、水晶音叉型振動子４０の駆動を止めるためのものである。６０，６６はスイッチであり、調整器３６ａに供給する信号により静電結合容量５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆによる信号をキャンセルのために、専らスイッチ６６を閉じて使用する。
【００８４】
また、静電結合容量５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆが小さく、無視できる場合は、スイッチ６６を閉じる代わりにスイッチ６０を閉じて、安定なモニタ信号（ａ点の信号）を選択することで、水晶音叉型振動子４０から発生する静電結合容量５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆに起因した不要信号の初期値を調整することができる。
【００８５】
６５は水晶音叉型振動子４０にかかる擬似駆動信号を調整工程においてモニタするための取出し部となる端子である。これにより、調整時にハンダ付け部にプローブを立てるなどによりハンダ付け部を損傷しないようにするのと、プローブ自身に重畳した駆動信号が新たな信号源となって水晶音叉型振動子４０のセンス電極４４，４５へ結合してしまうのを避けることができる。デジタル調整回路６３からの信号によりローパスフィルタ２３のゲインまたはオフセットの調整をすることで、出力端子２４から得られる本角速度センサの出力の調整を行うとともに、調整器３６ａの調整量の記憶およびスイッチ５５，５６，６０，６６のコントロールにより用いる調整用信号の選択をデジタル的に行う。
【００８６】
図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図１２に示す本角速度センサの調整前、調整中、調整後の各部の動作波形図である。図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す各部の信号波形は、基本的に図４に示す信号波形と同一である。異なるのは、スイッチ５７の開閉信号（ｓｗと表示。閉のときハイレベル）及び信号発生器６２の信号（ｓｇと表示。動作時ハイレベル）に起因して各部の動作信号波形が変化する点にある。
【００８７】
図１４（ａ）に示すように、図１３に示す駆動電圧に起因した静電結合容量５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆによる結合した電流信号ｄ，ｅが生じる。
【００８８】
静電結合容量５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆの容量Ｃは電極形状の差、対向距離差、位置ずれ、水晶音叉型振動子４０の形状などのバラツキにより結合容量差ΔＣが生じやすく、結果として差動増幅器５２で減殺され残った電流信号ｄ，ｅによる結合電流差ω・ΔＣ・Ｖｄ（ω：駆動電圧周波数、Ｖｄ：駆動電圧の大きさ）なる信号（ｈ点の信号波形）が９０度移相器を介してモニタ信号（ａ点の信号波形）と同相な信号として同期検波器２２に入力され、最終的に出力端子２４からΔＶなるオフセットとなって出力される。このΔＶを発生させる要因である駆動信号電圧は水晶音叉型振動子４０を含んだ駆動閉ループにおいて自動的に決まるので、水晶音叉型振動子４０を構成する材料の圧電特性の温度特性などの影響を受けやすく、水晶では温度に対して指数関数的な増加傾向を示す。このように、無視できないレベルの結合が存在する水晶音叉型振動子を用いた場合、センサの特性として、高温側で非直線なオフセット変化特性を持つものとなり、補正手段などの構成を複雑にするばかりでなく、経時的な変化分がそのままセンサのオフセット変動となって現れるので、信頼性の低いセンサとなってしまう。これを防止するため、積極的に水晶音叉型振動子４０を振動させない状況を作り、信号発生器６２により擬似の駆動電圧ｂ，ｃを水晶音叉型振動子４０へ印加することによって水晶音叉型振動子４０から出力された信号（ｈ点、ｉ点に現れる静電結合容量５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆに起因する電流信号ｄ，ｅ）の差を低減する調整器３６ａを設けることにより、センサの高精度化が可能となる。なお、信号発生器６２から発せられる擬似の駆動電圧の周波数は、水晶音叉型振動子４０の固有振動周波数以外の値に設定することも可能である。
【００８９】
例えば、図１４（ｂ）に示すように信号発生器６２を動作状態にした時、台形状の擬似の駆動電圧ｂ，ｃが発生し、かつ、調整器３６ａとしてラダーネットワーク抵抗、補正用注入器としてのコンデンサ３７ｂを用いてΔＶを低減させていく過程を説明する。コンデンサ３７ｂの容量をＣ、ΔＶを低減させるために調整するラダーネットワーク抵抗の定数をαとすると、補正項は（９）式のように表される。
【００９０】
Ｃ・α・Ｖｄ  ―――（９）
従って、結合容量差ΔＣとコンデンサ３７ｂの容量Ｃが温度的に安定とすると、下記（１０）式がゼロになるようにαを調整することにより、
ΔＣ・Ｖｄ−Ｃ・α・Ｖｄ＝（ΔＣ−Ｃ・α）・Ｖｄ  ―――（１０）
図１４（ｂ）に示すｈ点、ｉ点の信号波形が限りなくゼロに近づく。その結果、調整が終了したあとは図１４（ｃ）に示すように、ｈ点、ｉ点、ｊ点の信号波形が限りなくゼロに近づき、最終的に出力端子２４から駆動電圧Ｖｄの影響が抑えられたオフセット量ΔＶが出力される。
【００９１】
なお、コンデンサ３７ｂは、他の回路部とともに半導体集積回路内に構成することにより、接続用のはんだ付け部が不要になり、信頼性が一層向上する。
【００９２】
実際上αは、調整段階においてオシロスコープなどで端子６５の擬似駆動電圧と電流信号ｄ，ｅとにより生じた電圧をモニタするための端子６４の信号レベルをモニタしながら、電流信号ｄ，ｅとにより生じた差の電圧がゼロになるように前述したようなラダーネットワーク抵抗にデジタル信号を順次送り、ゼロに調整できた時のデジタル信号のデータをＲＯＭなどのメモリに格納しておけば、通常動作において、静電結合容量成分の抑制された高精度なセンサとする事ができる。
【００９３】
なお、本実施の形態においては、αの調整により出力端子２４からのオフセット量ΔＶを限りなくゼロに近づける例について説明したが、αの調整により出力端子２４からのオフセット量ΔＶを積極的に大きくすることも可能である。
【００９４】
また、ラダーネットワーク抵抗、コンデンサ３７ｂに感温特性を示す素子を用いれば、温度補償も含めて調整することが可能である。
【００９５】
なお、本実施の形態においては、水晶音叉型振動子として水晶を用いた例について説明したが、圧電セラミックス、シリコン、シリコンと圧電膜を組み合せた構成からなる振動子を用いることも当然可能である。また、振動子の形状も音叉型に特定されるものではない。
【００９６】
また、実施の形態１〜実施の形態５においては、カレントアンプ、差動増幅器、移相器、同期検波器の構成を用いた例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、少なくとも差動増幅器からの出力を同期し、検波することにより角速度信号を出力するための同期復調器であればよい。
【００９７】
（実施の形態６）
図１５は本発明の角速度センサの第６の実施の形態における回路ブロック図である。図１５において、図１と同一構成部分に関しては同一番号を付し詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。
【００９８】
図１５において、６９はカレントアンプ５０，５１の各出力信号の差の信号を９０度位相シフトし、この９０度位相シフトさせた後の信号をサンプルホールドし、このサンプルホールドした信号を同期検波するための同期復調器である。同期復調器６９には、サンプルホールド機能が備えられているため、水晶音叉型振動子４０から発生する過大な不要信号に対して回路の飽和を防ぐことができる。本実施の形態においては、同期復調器としてカレントアンプ５０，５１の各出力信号の差の信号を９０度位相シフトし、この９０度位相シフトさせた後の信号をサンプルホールドし、このサンプルホールドした信号を同期検波する例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、同一目的の機能を達成するものであればよい。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、振動部と角速度を検知して互いに大きさがほぼ等しい逆極性の電流を出力する第１、第２の検知部とを有するセンサ素子と、センサ素子の振動部に駆動信号を供給するドライバ回路とセンサ素子からのモニタ信号が加えられるモニタ回路とを含む駆動手段と、センサ素子の第１の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第１のチャージアンプまたはカレントアンプと、センサ素子の第２の検知部から出力される電流が第１の端子に加えられ、基準電位が第２の端子に加えられる第２のチャージアンプまたはカレントアンプと、第１、第２のチャージアンプまたはカレントアンプの出力差を増幅する差動増幅器と差動増幅器の出力を駆動手段からの駆動信号に同期し検波することにより角速度信号を出力する同期復調器とからなる検出手段と、駆動手段の駆動信号に同期した信号を前記第１のチャージアンプまたはカレントアンプの第１の入力端子に加えることにより異常を検出するための診断信号を出力する自己診断手段とを備えることにより、本センサの一部が損傷して正常な検知動作ができなくなっている状態も外部から検出できるようにし、使用時の信頼性を一段と向上させた角速度センサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態における回路ブロック図
【図２】  同実施の形態における水晶音叉型振動子のＷ−Ｗ切断した断面図
【図３】  コリオリ力印加時の同水晶音叉型振動子内の内部電流を示す説明図
【図４】  同実施の形態における角速度センサの各部の動作波形図
【図５】  本発明の第２の実施の形態における回路ブロック図
【図６】  同実施の形態における角速度センサの各部の動作波形図
【図７】  本発明の第３の実施の形態における回路ブロック図
【図８】  同実施の形態における角速度センサの各部の動作波形図
【図９】  本発明の第４の実施の形態における回路ブロック図
【図１０】  同実施の形態において音叉振動する水晶音叉型振動子内の各電極間に発生している電流を示す説明図
【図１１】  同実施の形態における角速度センサの各部の動作波形図
【図１２】  本発明の第５の実施の形態における回路ブロック図
【図１３】  同実施の形態における水晶音叉型振動子のＷ−Ｗ断面における各電極間の静電結合容量の説明図
【図１４】  （ａ）同実施の形態における角速度センサの調整前の各部の動作波形図
（ｂ）同調整中の各部の動作波形図
（ｃ）同調整後の各部の動作波形図
【図１５】  本発明の第６の実施の形態における回路ブロック図
【図１６】  従来の角速度センサの要部組立斜視図
【図１７】  同センサの要部を切り欠いた拡大斜視図
【符号の説明】
１５  ドライバ回路
１６  カレントアンプ
１９  ＡＧＣ回路
２２  同期検波器
２３  ローパスフィルタ
２４  出力端子
２６ａ，２６ｂ  整流器
２８ａ，２８ｂ  比較器
２９ａ  ダイアグ信号出力端子
３６  減衰器
３６ａ  調整器
３７ａ，３７ｂ  コンデンサ
３８  開閉器
３９  制御端子
４０  水晶音叉型振動子
４０ａ，４０ｂ  水晶音叉振動子片
４１  接合界面
４２  モニタ電極
４３，４３ａ，４６，４７  ドライブ電極
４４，４５  センス電極
５０，５１  カレントアンプ
５０ａ，５１ａ  チャージアンプ
５２  差動増幅器
５３  ９０度移相器
５４  平衡用コンデンサ
５５，５６，５７，６０，６６  スイッチ
５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ，５８ｅ，５８ｆ  静電結合容量
６１  タイマー回路
６２  信号発生器
６３  デジタル調整回路
６４，６５  端子
６７  論理和回路ブロック
６９  同期復調器
【図１】
0004843855.tif 000002
【図２】
0004843855.tif 000003
【図３】
0004843855.tif 000004
【図４】
0004843855.tif 000005
【図５】
0004843855.tif 000006
【図６】
0004843855.tif 000007
【図７】
0004843855.tif 000008
【図８】
0004843855.tif 000009
【図９】
0004843855.tif 000010
【図１０】
0004843855.tif 000011
【図１１】
0004843855.tif 000012
【図１２】
0004843855.tif 000013
【図１３】
0004843855.tif 000014
【図１４】
0004843855.tif 000015
【図１５】
0004843855.tif 000016
【図１６】
0004843855.tif 000017
【図１７】
0004843855.tif 000018