(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体に振動を与える励振部と、
前記振動体の振動レベルを検出する第１の検出手段と、
角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する第２の検出手段と、
前記第１の検出手段により検出された第１の信号と、
前記第２の検出手段により検出された第２の信号とを入力して
異常の診断をする判定回路と、
前記第２の検出手段により検出された第２の信号からセンサ出力信号を出力するセンサ出力端子とを備え、
前記判定回路にはグランドを接続し、
前記判定回路内にはその入力端子が電源に接続されるとともに
その出力端子が第１の抵抗を介して前記グランドに接続される第１のスイッチング素子を設け、
前記第１のスイッチング素子の入力端子と出力端子との間を接続する第２の抵抗と第３の抵抗とからなる直列体と、前記電源にその入力端子が接続されるとともに前記センサ出力端子にその出力端子が接続され、前記第２の抵抗と第３の抵抗との接続点にその制御端子が接続される第２のスイッチング素子とを有する出力クランプ回路とを設け、
前記グランドと前記判定回路間に断線が発生した場合には前記第１の信号により前記第１のスイッチング素子がオフされる
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】
本発明は角速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、角速度センサとしては図４に示すようなものが提案されている。図４において、金属製の支持ピン１０１がウェイト板（図示せず）に垂直に圧入され固定されており、この支持ピン１０１に対して直交する方向に金属製の支持ピン１０２の一端が圧入され固定されている。この支持ピン１０２の他端に金属製のブロック１０３が半田により固定されている。この金属製のブロック１０３の両端には振動板１０４，１０５が固定されている。振動板１０４には圧電素子１０６が貼付され励振部１５０が構成され、振動板１０５には圧電素子１０７が貼付され振動レベルを検出する手段１６０が構成されている。振動板１０４の先は圧電素子１０６と直交するように振動板１０４が延長され検知板１０８となり、振動板１０５の先は圧電素子１０７と直交するように振動板１０５が延長され検知板１０９となる。検知板１０８，１０９にはそれぞれ圧電素子１１０，１１１が貼付され角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段１７０，１８０が構成されている。以上により、音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック１１２が完成する。
【０００３】
振動板１０４の振動により音叉振動する振動板１０５上の振動レベルを検出する圧電素子１０７からの出力信号を増幅するカレントアンプ１２０と、このカレントアンプ１２０の出力信号をバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと略す）１２１に入力し、このＢＰＦ１２１からの出力信号を整流し直流電圧を得る全波整流回路１２２と、この全波整流回路１２２からの出力信号の値に応じて前記ＢＰＦ１２１からの出力信号に対する増幅度が変化する自動利得制御回路（以下、ＡＧＣと略す）１２３と、このＡＧＣ１２３からの出力信号の値に応じて振動板１０４上に貼付された圧電素子１０６を駆動するためのドライバ１２４と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する圧電素子１１０，１１１からの出力信号を入力し増幅するためのチャージアンプ１２５と、このチャージアンプ１２５の出力信号をＢＰＦ１２６に入力し、このＢＰＦ１２６からの出力信号を検波するための同期検波回路１２７と、この同期検波回路１２７からの出力信号をローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略す）１２８に入力し、このＬＰＦ１２８からの出力信号が出力されるセンサ出力端子１２９と、前記全波整流回路１２２からの出力信号（Ａ点の信号振幅）と前記チャージアンプ１２５により増幅された後の出力信号（Ｂ点の信号振幅）を入力し、異常の診断をするための判定回路１３０と、異常と判定された場合は判定回路１３０より外部へ異常を知らせるための異常診断端子１３１とを備えている。１３２は電源電圧供給端子、１３３はグランド端子である。以上により、駆動回路１３４が構成される。
【０００４】
上記音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック１１２と駆動回路１３４により角速度センサが完成する。
【０００５】
また、駆動回路１３４の電源電圧供給端子１３２に電源１３５より電圧Ｅが供給され、さらにセンサ出力端子１２９には負荷抵抗１３６が接続され、コントローラ（図示せず）側へ出力信号Ｃが供給される。同様に異常診断端子１３１には負荷抵抗１３７が接続され、コントローラ（図示せず）側へ出力信号Ｄが供給される。
【０００６】
この角速度センサにおいて、例えば駆動回路１３４のグランド端子１３３とグランド間のア点で断線が発生した場合の出力信号Ｃ、出力信号Ｄ、グランド端子１３３の電圧の変化を図５に示す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、グランド端子１３３とグランド間のア点で断線が発生した場合、異常診断端子１３１の出力信号Ｄは図５に示すように高い電圧レベルから低い電圧レベルに速やかに変化するため、これにより断線が発生したと判断できる。
【０００８】
しかし、センサ出力端子１２９の出力信号Ｃは駆動回路１３４と各負荷抵抗１３６，１３７との合成インピーダンスにより、図５に示す破線のように電源電圧Ｅのレベルに向かって徐々に増加する挙動を呈し、この出力信号Ｃのみでは角速度センサが正常であるのか異常であるのか判断できない。
【０００９】
また、グランド端子１３３の電圧も電源電圧Ｅのレベルに向かって徐々に増加する挙動を呈するのみであるため、この信号をもって瞬時にセンサが正常であるのか異常であるのかを区別することはできない。
【００１０】
ところが、コントローラの種類によっては入力信号数の制限により異常診断端子１３１の出力信号Ｄを入力できないものやセンサ出力端子１２９の出力信号Ｃのみを分配して複数のコントローラへ入力し、それぞれ制御に供する場合がある。これらのシステムにあっては、センサ出力端子１２９の出力信号Ｃのみから角速度センサが正常であるのか異常であるのかを瞬時に判断したい。
【００１１】
本発明はこのような課題を解決するものであり、センサ出力信号のみから角速度センサが正常であるのか異常であるのかを瞬時に判断できる角速度センサを提供することを目的とする。
【００１２】
【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、振動体に振動を与える励振部と、前記振動体の振動レベルを検出する第１の検出手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段により検出された第１の信号と、前記第２の検出手段により検出された第２の信号とを入力して異常の診断をする判定回路と、前記第２の検出手段により検出された第２の信号からセンサ出力信号を出力するセンサ出力端子とを備え、前記判定回路にはグランドを接続し、前記判定回路内にはその入力端子が電源に接続されるとともにその出力端子が第１の抵抗を介して前記グランドに接続される第１のスイッチング素子を設け、前記第１のスイッチング素子の入力端子と出力端子との間を接続する第２の抵抗と第３の抵抗とからなる直列体と、前記電源にその入力端子が接続されるとともに前記センサ出力端子にその出力端子が接続され、前記第２の抵抗と第３の抵抗との接続点にその制御端子が接続される第２のスイッチング素子とを有する出力クランプ回路とを設け、前記グランドと前記判定回路間に断線が発生した場合には前記第１の信号により前記第１のスイッチング素子がオフされる構成とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、振動体に振動を与える励振部と、前記振動体の振動レベルを検出する第１の検出手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段により検出された第１の信号と、前記第２の検出手段により検出された第２の信号とを入力して異常の診断をする判定回路と、前記第２の検出手段により検出された第２の信号からセンサ出力信号を出力するセンサ出力端子とを備え、前記判定回路にはグランドを接続し、前記判定回路内にはその入力端子が電源に接続されるとともにその出力端子が第１の抵抗を介して前記グランドに接続される第１のスイッチング素子を設け、前記第１のスイッチング素子の入力端子と出力端子との間を接続する第２の抵抗と第３の抵抗とからなる直列体と、前記電源にその入力端子が接続されるとともに前記センサ出力端子にその出力端子が接続され、前記第２の抵抗と第３の抵抗との接続点にその制御端子が接続される第２のスイッチング素子とを有する出力クランプ回路とを設け、前記グランドと前記判定回路間に断線が発生した場合には前記第１の信号により前記第１のスイッチング素子がオフされる構成としているので、センサ出力信号のみから角速度センサが正常であるのか異常であるのかを瞬時に判断できるという作用を有する。
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。
【００１５】
（実施の形態）
図１は本発明の角速度センサの実施の形態を説明するブロック図である。図２は図１における駆動回路の主要部を説明するためのブロック図である。図３は本実施の形態における異常時の出力信号図である。
【００１６】
図１において、金属製の支持ピン１がウェイト板（図示せず）に垂直に圧入され固定されており、この支持ピン１に対して直交する方向に金属製の支持ピン２の一端が圧入され固定されている。この支持ピン２の他端に金属製のブロック３が半田により固定されている。この金属製のブロック３の両端には振動板４，５が固定されている。振動板４には圧電素子６が貼付され励振部５０が構成され、振動板５には圧電素子７が貼付され振動レベルを検出する手段６０が構成されている。振動板４の先は圧電素子６と直交するように振動板４が延長され検知板８となり、振動板５の先は圧電素子７と直交するように振動板５が延長され検知板９となる。検知板８，９にはそれぞれ圧電素子１０，１１が貼付され角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する検出手段７０，８０が構成されている。以上により、音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック１２が完成する。
【００１７】
振動板４の振動により音叉振動する振動板５上の振動レベルを検出する圧電素子７からの出力信号を増幅するカレントアンプ２０と、このカレントアンプ２０の出力信号をバンドパスフィルタ（以下、ＢＰＦと略す）２１に入力し、このＢＰＦ２１からの出力信号を整流し直流電圧を得る全波整流回路２２と、この全波整流回路２２からの出力信号の値に応じてＢＰＦ２１からの出力信号に対する増幅度が変化する自動利得制御回路（以下、ＡＧＣと略す）２３と、このＡＧＣ２３からの出力信号の値に応じて振動板４上に貼付された圧電素子６を駆動するためのドライバ２４と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する圧電素子１０，１１からの出力信号を入力し増幅するためのチャージアンプ２５と、このチャージアンプ２５の出力信号をＢＰＦ２６に入力し、このＢＰＦ２６からの出力信号を検波するための同期検波回路２７と、この同期検波回路２７からの出力信号をローパスフィルタ（以下、ＬＰＦと略す）２８に入力し、このＬＰＦ２８からの出力信号が出力されるセンサ出力端子２９と、全波整流回路２２からの出力信号（Ｇ点の信号振幅）とチャージアンプ２５により増幅された後の出力信号（Ｈ点の信号振幅）を入力し、異常の診断をするための判定回路３０と、異常と判定された場合は判定回路３０より外部へ異常を知らせるための異常診断端子３１とを備えている。また、判定回路３０により異常と判定された場合は判定回路３０の出力信号により作動し、センサ出力端子２９の出力信号を電源電圧近傍またはグランド電圧近傍にクランプするための出力クランプ回路３２を備えている。３３は電源電圧供給端子、３４はグランド端子である。以上により、駆動回路３５が構成される。
【００１８】
音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック１２と駆動回路３５により角速度センサが完成する。
【００１９】
図２において、グランドとグランド端子３４の間のイ点で断線が発生した場合Ｇ点の信号により音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック１２の振動振幅の異常を検出して判定回路３０の出力トランジスタ４０がオフし、電源４２から電源電圧供給端子３３を通して電流が流れなくなり異常診断端子３１の電圧は負荷抵抗４３によりグランド電圧近傍に向かって降下しようとするが、出力クランプ回路３２のトランジスタ４１が順バイアスされオンとなり電源４２からセンサ出力端子２９へ電流が流れる。従って、センサ出力端子２９の電圧は負荷抵抗４４により瞬時に電源電圧近傍にクランプされる（図３の出力信号Ｉを参照）。この出力信号Ｉはコントローラ（図示せず）側へ送られる。
【００２０】
また、図３に示すように本角速度センサが正常に動作している場合のセンサ出力端子２９からの出力電圧の上限電圧および下限電圧は予め設定されている。このように正常時と異常時の判別が、センサ出力端子２９の出力信号Ｉのみにより瞬時に可能となる。これにより、本角速度センサの信頼性が高まるばかりかコントローラ側での異常判定システム設計が確実に行える。
【００２１】
本実施の形態においては、本角速度センサの異常時にセンサ出力端子２９の出力信号Ｉが電源電圧近傍にクランプされる例について説明したが、当然グランド電圧近傍にクランプさせることも可能である。
【００２２】
なお、本実施の形態では、音叉構造振動型角速度センサ素子ブロックとして振動板に圧電素子を貼付した構成の例のみ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水晶等の単結晶圧電材料からなる音叉振動体であっても構わない。また、振動体としては必ずしも従来のような音叉構造振動型に限定されるものでもない。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明は、振動体に振動を与える励振部と、前記振動体の振動レベルを検出する第１の検出手段と、角速度に応じて生ずるコリオリ力を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段により検出された第１の信号と、前記第２の検出手段により検出された第２の信号とを入力して異常の診断をする判定回路と、前記第２の検出手段により検出された第２の信号からセンサ出力信号を出力するセンサ出力端子とを備え、前記判定回路にはグランドを接続し、前記判定回路内にはその入力端子が電源に接続されるとともにその出力端子が第１の抵抗を介して前記グランドに接続される第１のスイッチング素子を設け、前記第１のスイッチング素子の入力端子と出力端子との間を接続する第２の抵抗と第３の抵抗とからなる直列体と、前記電源にその入力端子が接続されるとともに前記センサ出力端子にその出力端子が接続され、前記第２の抵抗と第３の抵抗との接続点にその制御端子が接続される第２のスイッチング素子とを有する出力クランプ回路とを設け、前記グランドと前記判定回路間に断線が発生した場合には前記第１の信号により前記第１のスイッチング素子がオフされる構成としているので、センサ出力信号のみから角速度センサが正常であるのか異常であるのかを瞬時に判断できる角速度センサを提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の角速度センサの実施の形態を説明するブロック図
【図２】  同駆動回路の主要部を説明するためのブロック図
【図３】  同角速度センサの異常時の出力信号図
【図４】  従来の角速度センサを説明するブロック図
【図５】  同角速度センサの異常時の出力信号図
【符号の説明】
１２  音叉構造振動型角速度センサ素子ブロック
２０  カレントアンプ
２１，２６  ＢＰＦ
２２  全波整流回路
２３  ＡＧＣ
２４  ドライバ
２５  チャージアンプ
２７  同期検波回路
２８  ＬＰＦ
２９  センサ出力端子
３０  判定回路
３１  異常診断端子
３２  出力クランプ回路
３３  電源電圧供給端子
３４  グランド端子
３５  駆動回路
５０  励振部
６０  振動レベルを検出する手段
７０，８０  コリオリ力を検出する検出手段
【図１】
0004019504.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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