(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子（１）と、
前記振動子（１）に形成され前記振動子（１）を駆動するための駆動手段（１１、１２）と、
前記振動子（１）に形成され前記振動子（１）に入力された角速度を検出するための角速度検出手段（２１、２２）と、
前記駆動手段（１１、１２）と接続され、該駆動手段（１１、１２）に駆動用信号を入力して前記振動子（１）を励振する駆動回路（Ａ１、Ｃ１）と、
前記角速度検出手段（２１、２２）と接続され、前記角速度検出手段（２１、２２）から前記振動子（１）の励振方向と直交する振動状態を検出し、該振動状態から所定軸回りの角速度を検出する角速度検出回路（２０７〜２０９、Ａ２、Ｃ２）とを備えた角速度センサにおいて、
前記振動子（１）に形成された故障診断用信号入力手段（１７、１８、１７ａ、１８ａ）と、
前記故障診断用信号入力手段（１７、１８、１７ａ、１８ａ）に故障診断用信号を入力する信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）と、
前記駆動手段（１１、１２）もしくは前記角速度検出手段（２１、２２）から前記故障診断用信号の入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障検出回路（Ａ３２、Ｃ３２）とを備え、
前記駆動回路（Ａ１、Ｃ１）は、前記振動子（１）の励振に基づくフィードバック信号を用いて前記振動子（１）の励振方向への振幅制御を行うようになっており、
前記信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）は、前記故障診断用信号を生成するために前記フィードバック信号の周波数（ｆｄ）を偶数倍とする周波数変換手段（２０４）を有し、前記フィードバック信号を用いて前記故障診断用信号を生成するようになっており、
前記角速度検出回路（２０７〜２０９、Ａ２、Ｃ２）は、前記駆動用信号の入力に基づいた信号を、前記フィードバック信号に基づき同期検波する第１同期検波手段（２１０）を有し、
前記故障検出回路（Ａ３２、Ｃ３２）は、前記故障診断用信号の入力に基づいた信号を、前記故障診断用信号と同位相の信号を用いて同期検波する第２同期検波手段（２１２）を有することを特徴とする角速度センサ。
【請求項２】
前記信号入力回路（Ｃ３１、Ｆ３１）は、前記振動子（１）がその励振方向と直交する方向へ振動するように、前記故障診断用信号を前記故障診断用信号入力手段（１７ａ、１８ａ）に入力することを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１）は、前記周波数変換手段（２０４）によって変換された周波数の信号を濾過するバンドパスフィルタ（２０５）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ。
【請求項４】
前記信号入力回路（Ｅ３１、Ｆ３１）は、前記周波数変換手段（２０４）によって変換された周波数の信号中の直流電圧を可変とする直流電圧可変手段（５０１）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の角速度センサ。
【請求項５】
前記信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）は、前記故障診断用信号の振幅を調整可能な振幅可変手段（２０６）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つ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、故障を検出する診断装置を備えた振動式の角速度センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として特開平７−１８１０４２号公報に記載のものが提案されている。これは、直交音叉型の振動子と、この振動子を励振する駆動用圧電素子及び駆動制御回路等から構成される駆動手段と、振動子の励振方向と直交する振動状態を検出し該振動状態から所定軸回りの角速度を検出する角速度検出用圧電素子及び検出回路等から構成される角速度検出手段とを備えた角速度センサである。
【０００３】
また、この角速度検出手段は、振動子に設けられた角速度検出素子からの信号が出力されるチャージアンプ及びこのチャージアンプの後に設けられたバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を有している。
そして、角速度センサの故障診断においては、チャージアンプ通過後の出力と、ＢＰＦ通過後の出力とを差動アンプで比較するようになっており、振動子上の圧電素子の剥がれ等の故障が発生すると、上記両出力が一致しなくなることを利用して診断が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のように、角速度検出信号に加わる異常信号を検知するものにおいては、振動式角速度センサの駆動系、もしくは検出系の異常な振動発生時には診断が可能であるが、システム上最も重要な検出系のワイヤ等の断線については検知出来ないという問題がある。
【０００５】
上記故障診断において、検出系のワイヤの断線によりチャージアンプに入力される電圧が０になると、ＢＰＦの出力も０となるため、差動アンプに入力される電圧は両方とも０となる。従って、従来の角速度センサでは、検出系のワイヤ等の断線を検出することはできない。
本発明は上記点に鑑みて、駆動系および検出系のワイヤ断線を検出できるような振動式の角速度センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、振動子（１）と、振動子（１）に形成され振動子（１）を駆動するための駆動手段（１１、１２）と、振動子（１）に形成され振動子（１）に入力された角速度を検出するための角速度検出手段（２１、２２）と、駆動手段（１１、１２）と接続され、該駆動手段（１１、１２）に駆動用信号を入力して振動子（１）を励振する駆動回路（Ａ１、Ｃ１）と、角速度検出手段（２１、２２）と接続され、角速度検出手段（２１、２２）から振動子（１）の励振方向と直交する振動状態を検出し該振動状態から所定軸回りの角速度を検出する角速度検出回路（２０７〜２０９、Ａ２、Ｃ２）とを備えた角速度センサ、すなわち振動式の角速度センサについて、鋭意検討を行った。その結果、以下の技術的手段を採用することとした。
【０００７】
すなわち、請求項１記載の発明によれば、振動式の角速度センサにおいて、振動子（１）に形成された故障診断用信号入力手段（１７、１８、１７ａ、１８ａ）と、故障診断用信号入力手段（１７、１８、１７ａ、１８ａ）に故障診断用信号を入力する信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）と、駆動手段（１１、１２）もしくは角速度検出手段（２１、２２）から故障診断用信号の入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障検出回路（Ａ３２、Ｃ３２）とを備え、駆動回路（Ａ１、Ｃ１）は、振動子（１）の励振に基づくフィードバック信号を用いて振動子（１）の励振方向への振幅制御を行うようになっており、信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）は、故障診断用信号を生成するためにフィードバック信号の周波数（ｆｄ）を偶数倍とする周波数変換手段（２０４）を有し、フィードバック信号を用いて故障診断用信号を生成するようになっており、角速度検出回路（２０７〜２０９、Ａ２、Ｃ２）は、駆動用信号の入力に基づいた信号を、フィードバック信号に基づき同期検波する第１同期検波手段（２１０）を有し、故障検出回路（Ａ３２、Ｃ３２）は、故障診断用信号の入力に基づいた信号を、故障診断用信号と同位相の信号を用いて同期検波する第２同期検波手段（２１２）を有することを特徴とする。
【０００８】
それによって、駆動手段（１１、１２）もしくは角速度検出手段（２１、２２）からの故障診断用信号の入力に基づいた信号、すなわち角速度検出信号とは別個の信号を検出できるので、該信号のオフセットの度合等をみることで異常振動や、駆動手段（１１、１２）および角速度検出手段（２１、２２）のワイヤ断線検出を行うことができる。また、請求項１記載の発明によれば、信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）が、故障診断用信号をフィードバック信号の周波数（ｆｄ）の偶数倍とする周波数変換手段（２０４）を備えるから、故障診断用信号を振動子（１）の励振の共振周波数の偶数倍とし、故障診断用信号による角速度検出信号への影響を低減させ、センサ特性を悪化させない故障診断可能な角速度センサを提供できる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明においては、振動式の角速度センサにおいて、信号入力回路（Ｃ３１、Ｆ３１）が、振動子（１）がその励振方向と直交する方向へ振動するように、故障診断用信号を故障診断用信号入力手段（１７ａ、１８ａ）に入力することを特徴とする。本発明のように故障診断用信号を入力しても、請求項１記載の発明の効果と同等の効果が得られる。
【００１６】
また、請求項３記載の発明においては、請求項１または２記載の信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１）は、周波数変換手段（２０４）によって変換された周波数の信号を濾過するバンドパスフィルタ（２０５、３０４）を備えるから、安定した故障診断用信号を生成でき、センサ特性を悪化させない故障診断可能な角速度センサを提供できる。
【００１７】
また、請求項４記載の発明においては、請求項１または２記載の信号入力回路（Ｅ３１、Ｆ３１）は、周波数変換手段（２０４）によって変換された周波数の信号中の直流電圧を可変とする直流電圧可変手段（５０１）を備えるから、安定した故障診断用信号を生成でき、センサ特性を悪化させない故障診断可能な角速度センサを提供できる。
【００１８】
また、請求項５記載の発明においては、請求項１〜４記載の信号入力回路（Ａ３１、Ｃ３１、Ｅ３１、Ｆ３１）は、故障診断用信号の振幅を調整可能な振幅可変手段（２０６）を備えるから、所望の故障診断用信号の振幅を得ることができ、センサ特性を悪化させない故障診断可能な角速度センサを提供できる。
【００１９】
なお、上記駆動手段、角速度検出手段、故障診断用信号入力手段は、圧電式、静電式、電磁式等の広い電気機械変換手段に適用される。
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の角速度センサを示す斜視図である。本実施形態は、例えば、自動車の姿勢制御やカーナビゲーションシステム等に利用される角速度センサとして使用される。本実施形態は、振動子１と、振動子１を支持するための支持部３と、振動子１および支持部３が取り付けられる基板２とから構成されている。
【００２１】
振動子１は、一対の四角柱状のアーム部（振動部）４、５と、各アーム部４、５の一端を連結する連結部６とを有する音叉形状に形成された圧電体（例えば、ＰＺＴ等）から形成されている。
そして、振動子１は、連結部６にて例えばエポキシ系の接着材で支持部３に接合されており、この支持部３によって支持されている。支持部３は、例えば４２Ｎ（４２アロイ）の様な金属粉を焼結させたものから成り、くびれ部３ａを有して略エ字型を呈している。支持部３は、スペーサ３ｂを介して基板２に溶接等で接合されており、振動子１は基板２の面Ｋ１に対して平行に浮遊した形となっている。
【００２２】
両アーム部４、５と連結部６とが同一平面を形成し対向する略コ字形状の一対の面であるＸ１、Ｘ２面のうち、基板２とは反対側の面をＸ１面、Ｘ１面と対向する他方の面をＸ２面とする。また、振動子１の外周に位置し且つアーム部４、５の配列方向であるｙ軸と直交する面であるＹ１、Ｙ２面のうち、アーム部４側をＹ１面、アーム部５側をＹ２面とする。
【００２３】
また、Ｘ１面およびＸ２面と直交する方向をｘ軸として、上記ｙ軸およびｚ軸とともに、図１に示すｘｙｚ直交座標系が構成される。以下、本実施形態において、このｘｙｚ直交座標を用いて説明する。また、以下、ｘ軸方向というのは、ｘ軸と平行な方向であることを意味する。ｙ軸、ｚ軸方向についても同様である。そして、例えば、車両等にはｚ軸方向を上下として搭載される。
【００２４】
振動子１には、駆動および角速度検出のための複数の電極が形成されているが、次に、その電極構成について説明する。図２は、振動子１の外周面上に形成された各電極１１〜２７の構成を、振動子１の前後、左右から見た展開図である。（ａ）はＸ１面、（ｂ）はＸ２面、（ｃ）はＹ１面、（ｄ）はＹ２面上の電極構成を示すものである。
【００２５】
Ｘ１面には、振動子１を駆動するための駆動電極（駆動手段）１１、１２、駆動状態をモニタし自励発振（自励振動）させるため帰還用のモニタ電極１３、１４、基準電位に接地された仮ＧＮＤ電極１５、１６と、後述する故障診断用信号ＶＢを入力するための故障診断用信号入力手段としての故障診断用信号印加電極（以下、診断用電極という）１７、１８、及び、角速度出力を取り出す為のパット電極１９、２０が形成されている。
【００２６】
一方、Ｙ１、Ｙ２面には、コリオリ力によって発生する電荷を取出し、振動子１に入力された角速度を検出するための角速度検出電極（角速度検出手段）２１、２２、角速度検出電極２１、２２から出力をパット電極１９、２０に引き出す為の引出し電極２３、２４及び、Ｘ２面に形成され基準電位に接地された共通電極２５とＸ１面の仮ＧＮＤ電極１５、１６とを短絡する為の仮ＧＮＤ短絡電極２６、２７が形成されている。
【００２７】
なお、角速度検出電極２１は、アーム部４においてＹ１面と対向する面、角速度検出電極２２は、アーム部５においてＹ２面と対向する面にあってもよい。また、検出電極は、Ｙ１面またはＹ２面のどちらか一方のみにあってもよい。一方のみの場合、検出電極がある側のアーム部の検知振動から角速度検出がなされる。
【００２８】
また、振動子１は、図１の白抜き矢印に示すように、Ｘ１、Ｘ２面に直交するｘ軸方向に分極処理されている。なお、上記の診断用電極１７、１８は、振動子１を分極処理するための、分極用電極としても用いられる。
振動子１と後述の制御回路（制御手段）との信号の入出力は、例えば、基板２上に絶縁、構成されたターミナルＴ１〜Ｔ１０と振動子１上の各電極を、ワイヤボンディングにて接続されたワイヤーＷ１〜Ｗ１０にて結線することにより行う。
【００２９】
ちなみに、駆動電極１１、１２はそれぞＷ５、Ｗ１０と、モニタ電極１３、１４はそれぞれＷ４、Ｗ９と、仮ＧＮＤ電極１５、１６はそれぞれＷ３、Ｗ８と、診断用電極１７、１８はそれぞれＷ２、Ｗ７と、パット電極１９、２０はそれぞれＷ１、Ｗ６と接続されている。
次に、角速度センサの上記制御回路のブロック図を図３に示す。回路は大きく分けて、駆動系Ａ１、検出系Ａ２、故障診断系Ａ３の３つに分けることが出来る。
【００３０】
チャージアンプ２０１は、モニタ電極１３、１４からの出力（電流）を電圧に変換するものである。
駆動系Ａ１はチャージアンプ２０１以降に設けられており、チャージアンプ２０１からの内部信号としてのフィードバック信号（以下、ＦＢ信号と略し、周波数をｆｄとする）が一定電圧となるように維持するＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路２０２と、ＡＧＣ回路２０２からの電圧を両駆動電極１１、１２で互いに位相反転した電圧（駆動用信号）として印加するための反転回路２０３とから構成される。
【００３１】
電流−電圧変換回路２０７、２０８は、パット電極１９、２０を介して角速度検出電極２１、２２からの出力（電流）を電圧に変換するものであり、差動回路２０９は、両電流−電圧変換回路２０７、２０８からの電圧の差（差分）をとるものである。
検出系Ａ２は電流−電圧変換回路２０７、２０８及び差動回路２０９以降に設けられており、差動回路２０９からの差動出力を上記ＦＢ信号（周波数ｆｄ）に基づき同期検波する第１同期検波回路２１０と、第１同期検波回路２１０からの出力を平滑化し直流電圧に変換する第１ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２１１とから構成される。
【００３２】
故障診断系Ａ３は、従来検知出来なかった検出系の断線異常を検知するために、今回新たに追加したもので、診断用電極１７、１８に故障診断用信号ＶＢ（以下、信号ＶＢという）を入力するための信号入力系Ａ３１と、角速度検出電極２１、２２から故障診断用信号の入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行うための信号検出系Ａ３２とからなっている。
【００３３】
信号入力系Ａ３１は、上記ＦＢ信号を偶数倍（本実施形態では２倍、つまり２ｆｄ）の周波数に変換するための掛け算器（変調手段）２０４と、前記変換された周波数のみ通すＢＰＦ（バンドパスフィルタ）２０５と、ＢＰＦ２０５後の一定周波数（２ｆｄ）となった信号を一定振幅とし、信号ＶＢとして、診断用電極１７、１８に印加する振幅可変手段である振幅調整器２０６とから構成される。
【００３４】
信号検出系Ａ３２は、差動回路２０９からの差動出力をＢＰＦ２０５からの信号ＶＢ（周波数２ｆｄ）と同位相の信号に基づき同期検波する第２同期検波回路（同期検波手段）２１２と、第２同期検波回路２１２からの出力を平滑化し直流電圧に変換する第２ＬＰＦ２１３とから構成される。
本実施形態の作用について以下説明する。まず、駆動系Ａ１及び検出系Ａ２による角速度検出の基本動作を述べる。Ｘ１面、Ｘ２面に形成された駆動電極１１と共通電極２５間、駆動電極１２と共通電極２５間に、互い１８０°反転した交流電圧（例えば４００ｍＶｒｍｓ程度）を印加することにより、振動子１をｙ軸方向に共振（駆動振動）させる。
【００３５】
このとき、モニタ電極１３、１４、チャージアンプ２０１、ＡＧＣ回路２０２、反転回路２０３、及び駆動電極１１、１２で自励発振系を構成しており、モニタ電極１３、１４からの出力（電流）をモニターし、ｙ軸方向への駆動振動の振幅を温度が変わっても一定となる様に自励制御発振（自励制御振動）を行う。従って、駆動用信号はＦＢ信号の周波数ｆｄと同じ周波数であり、この周波数ｆｄにて振動子１の駆動振動も行われる（駆動振動の共振周波数ｆｄ）。
【００３６】
ｚ軸まわりに角速度Ωが入力されたとき発生するコリオリ力ＦＣにより、振動子１はｘ軸方向に角速度Ωに比例した振幅の振動（角速度検知振動）を発生し、Ｙ１面、Ｙ２面に形成された角速度検出電極２１、２２から角速度に比例した出力（電流）が発生し、角速度が検出可能となる。角速度検知振動の共振周波数も駆動振動の共振周波数と同じく一定周波数ｆｄである。
【００３７】
角速度検出電極２１、２２からの出力は、検出系Ａ２にて次のように処理される。該出力を電流−電圧変換回路２０７、２０８で電圧に変換し、差動回路２０９で差動した電圧を、ＦＢ信号（周波数ｆｄ）を基準に第１同期検波回路２１０にて同期検波処理を行い、第１ＬＰＦ２１１を通し、直流電圧として角速度検出信号Ｓ１を出力する。以上が、駆動系Ａ１及び検出系Ａ２による通常の角速度検出の基本動作である。
【００３８】
故障診断系Ａ３は、次のように作用する。断線等の故障検出のため、診断用電極１７、１８と共通電極２５との間に、信号ＶＢを印加する。信号ＶＢは次のように生成する。
上記ＦＢ信号を掛け算器２０４にて変調する。ＦＢ信号の周波数は振動子１の駆動振動の共振周波数（以下、駆動周波数という）ｆｄとなるのに対し、この変調により掛け算器２０４後の出力の周波数はその２倍の２ｆｄになる。
【００３９】
この掛け算器２０４後の出力をＢＰＦ２０５を通し、振幅を振幅調整器２０６にて調整し、一定周波数２ｆｄ、一定振幅（例えば１０ｍＶｒｍｓ程度）の信号ＶＢとして診断用電極１７、１８に印加する。
ここで、角速度Ωが入力されていないときには、診断用電極１７、１８から角速度検出電極２１、２２に信号ＶＢが伝わり、パット電極１９、２０から電流−電圧変換回路２０７、２０８に、信号ＶＢの入力に基づいた信号として出力される。
【００４０】
一方、角速度Ω入力時には、振動子１の角速度検出電極２１、２２からの出力、すなわち電流−電圧変換回路２０７、２０８及び差動回路２０９からの出力は、上記角速度検知振動による信号（周波数ｆｄ）と、信号ＶＢの入力に基づく周波数２ｆｄの信号が合成されたものとなる。
ここで、周波数ｆｄの信号は、上述の検出系Ａ２によって、角速度検出のための信号として処理され、角速度検出信号Ｓ１として最終出力される。ここで、周波数２ｆｄの信号成分は、第１同期検波回路２１０でのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に基づく同期検波により、キャンセルされる。
【００４１】
一方、周波数２ｆｄの信号（故障診断用信号の入力に基づいた信号）は断線等の故障検知するための信号として処理される。
ＢＰＦ２０５後の信号ＶＢ（周波数２ｆｄ）を基準信号として、差動回路２０９からの出力を第２同期検波回路２１２にて同期検波処理を行い、第２ＬＰＦ２１３を通し、直流電圧として故障出力信号Ｒ１を出力する。ここで、周波数ｆｄの信号成分は、第２同期検波回路２１２での信号ＶＢに基づく同期検波により、キャンセルされる。
【００４２】
例えば、角速度検出電極２１、２２と接続されているワイヤーＷ１、Ｗ６が正常である場合、周波数２ｆｄの信号は角速度検出電極２１、２２から同相で発生するため、差動回路２０９で差動後は２つの信号はキャンセルされ、結果として故障出力信号Ｒ１は０状態（基準電位）となる。
それに対し、ワイヤーＷ１もしくはＷ６が断線した場合、角速度検出電極２１もしくは２２からの出力が無くなる為、図４に示す様に、故障出力信号Ｒ１がプラス側、もしくはマイナス側へオフセット（１状態）され、断線を常時検出することが出来る。
【００４３】
このように、コリオリ振動検出の為に振幅の大きい部位に設置されているために最も断線等の発生し易い角速度検出電極２１、２２の断線等を検出できる。また、診断用電極１７、１８と接続されているワイヤーＷ２もしくはＷ７が断線した場合にも同様にして検出できる。
この様に、予め所定量の信号ＶＢを印加することにより０、１状態の判断により断線が検知出来るため信頼度の高い診断が可能となる。
【００４４】
また、感度の変化やルーズコンタクト等による回路内の微妙なリークに対しても０、１状態間の範囲内で、ふらつきをモニターしておけば診断可能となる。信号ＶＢとして、角速度検出信号と周波数が異なる信号を用いてモニターしている為、精度の高い診断が可能となる。
以上のように、信号ＶＢにより断線を検出する方法は、角速度入力時のコリオリ力と周波数が違う為、角速度入力と断線の区別を確実に識別し診断することが出来る。
【００４５】
また、本実施形態によれば、信号ＶＢに対応する２ｆｄの信号はＡＧＣ回路２０２により常に一定に保たれたＦＢ信号を用い、かつ検出系Ａ２ではＦＢ信号を用いた同期検波処理でキャンセルされる為、センサの特性上、大きな影響は与えない。
なお、信号ＶＢはＦＢ信号の周波数ｆｄの２倍でなくてもよいが、同期検波処理時のキャンセル効果を考慮すると偶数倍が望ましい。
【００４６】
また、ＢＰＦ２０５により周波数２ｆｄのみの信号ＶＢを、精度良く診断用電極１７、１８に印加出来るため、センサの特性上、大きな影響を与えない。    また、本実施形態では、センサ内部で発生する内部信号として、振動子１の励振方向への振幅制御を行うためのＦＢ信号を用いて、故障診断用信号ＶＢを加工生成しているため、別体の信号発生手段が不要となり、簡素且つ安価な構成とできる。
【００４７】
なお、駆動電極１１、１２から電流−電圧変換回路、差動回路を用いて、故障診断用信号（信号ＶＢ）の入力に基づいた信号を検出するようにしてもよい。この場合には、駆動電極１１、１２のワイヤＷ５、Ｗ１０の断線等を検出できる。ところで、本第１実施形態においては、従来の角速度センサに無かった診断用電極１７、１８と、この診断用電極１７、１８に駆動用信号の所定周波数（ｆｄ）とは異なる周波数（２ｆｄ）の信号ＶＢを入力して駆動電極１１、１２もしくは角速度検出電極２１、２２から信号ＶＢの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障診断系（故障診断手段）Ａ３とを備えたことを特徴とする。
【００４８】
ここで、本実施形態では、駆動系Ａ１が駆動回路に対応し、電流−電圧変換回路２０７、２０８、差動回路２０９及び検出系Ａ２が角速度検出回路に対応し、信号入力系Ａ３１が信号入力回路に対応し、信号検出系Ａ３２が故障検出回路に対応する。
なお、本実施形態では、診断用電極１７、１８に信号ＶＢを印加しているが、角速度検出電極２１、２２に、低電流回路を用いて直接、周波数２ｆｄの電流を流すようにしてもよい。上記オフセットは、正常時に現れるようにし、断線時に基準電位となるように、診断用電極１７、１８に反転した信号ＶＢを入力するようにしてもよい。
【００４９】
なお、振幅調整器は、診断用電極１７、１８への入力に対し個々に設けてもよい。また、故障診断系Ａ３の信号検出系Ａ３２の第２同期検波回路２１２及び第２ＬＰＦ２１３は、電流−電圧変換回路２０７、２０８の個々について設けてもよい。
また、診断用電極１７と診断用電極１８を異なる形状としても良い。診断用電極１７と診断用電極１８を異なる形状とした場合、診断用電極１７、１８の入力に対し、振幅調整器（振幅可変手段）を個別に設け、信号ＶＢ（故障診断用信号）による電流−電圧変換回路２０７、２０８の出力が等しくなるように振幅調整器を調整すれば、差動回路２０９でキャンセルされ、故障出力信号Ｒ１は正常時に０状態（基準電位）となる。
【００５０】
そして、ワイヤーＷ１もしくはＷ６が断線した場合、故障出力信号Ｒ１がプラス側、もしくは、マイナス側へオフセット（１状態）され、断線を検出することが出来る。
ところで、図５に示す様に、信号ＶＢ（ここでは、１０ｍＶｒｍｓとする）を診断用電極１７に印加した時に発生する電流−電圧変換回路２０７の出力は、診断用電極１７と角速度検出電極２１との間の静電容量に比例する。また、図６に示す様に、診断用電極１７の面積は、診断用電極１７と角速度検出電極２１との間の静電容量に比例する。
【００５１】
そこで、図５と図６より、信号ＶＢを診断用電極１７に印加した時に発生する電流−電圧変換回路２０７の出力は、診断用電極１７の面積に比例することがわかる。同様に、一定振幅の信号ＶＢを診断用電極１８に印加した時に発生する電流−電圧変換回路２０８の出力は、診断用電極１８の面積に比例する。
一方、診断用電極の面積が同じであっても、信号ＶＢの出力を変えることで、電流−電圧変換回路の出力を信号ＶＢに比例して変えることができる。このデータを図７に示す。なお、図７には、診断用電極１７の面積が２ｍｍ2 のデータを示した。
【００５２】
そこで、診断用電極１７と診断用電極１８の面積が異なる場合には、振幅調整器を個別に設け、例えば、診断用電極１７が、診断用電極１８の２倍の面積である場合には、診断用電極１７へ入力する故障診断用信号を診断用電極１８へ入力する故障診断用信号の１／２にするというように、診断用電極の面積比の逆数になるよう、個別に振幅調整器を設定すれば、差動回路２０９でキャンセルされ、故障出力信号Ｒ１は正常時に０状態（基準電位）となる。
【００５３】
そして、ワイヤーＷ１もしくはＷ６が断線した場合、故障出力信号Ｒ１がプラス側、もしくは、マイナス側へオフセット（１状態）され、断線を検出することが出来る。
ところで、診断用電極１７と診断用電極１８の位置が、Ｘ１面上で、ｚ軸方向、且つ、Ｙ１面、Ｙ２面から等距離にある線（以下、中心線とする）Ｃに対して、対称な位置にあってもなくてもよい。図８（ａ）に診断用電極１７、１８が中心線Ｃに対して対称な位置にない例（ｚ軸方向にずれている）を示す。なお、図８（ｂ）〜（ｄ）は、上記図２（ｂ）〜（ｄ）と同じ図である。
【００５４】
この場合も、診断用電極１７、１８の入力に対し、振幅調整器（振幅可変手段）を個別に設け、信号ＶＢ（故障診断用信号）による電流−電圧変換回路２０７、２０８の出力が等しくなるように振幅調整器を調整すれば、差動回路２０９でキャンセルされ、故障出力信号Ｒ１は正常時に０状態（基準電位）となる。そして、ワイヤーＷ１もしくはＷ６が断線した場合、故障出力信号Ｒ１がプラス側、もしくは、マイナス側へオフセット（１状態）され、断線を検出することが出来る。
【００５５】
このような構成により、従来より可能だった駆動電極及びモニタ電極へのワイヤーの断線に加え、検出用ワイヤー（Ｗ１、Ｗ６）の断線等を診断でき、あらゆるモードに対しての診断が可能となる。
ここで、上記図３に示した本第１実施形態に用いる制御回路の他の例を図９のブロック図に示す。図９に示す制御回路は、基本的には上記図３に示す制御回路に基づくものであり、以下、図３の制御回路と異なる部分について説明し、同一部分には、同符号を付して説明を省略することとする。
【００５６】
図９に示す制御回路は、信号入力系（信号入力回路）Ｅ３１にオフセット調整回路（直流電圧可変手段）５０１を有することを特徴とする。信号入力系Ｅ３１は、チャージアンプ２０１以降のオフセット調整回路５０１、掛け算器２０４、振幅調整器２０６より構成される。
図９の信号入力系Ｅ３１に用いられているオフセット調整回路５０１の作用効果について説明する。チャージアンプ２０１からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に含まれる直流電圧と基準電位の電位が異なると、ＦＢ信号の一部が掛け算器２０４で周波数変調を受けずに通過する。この為、掛け算器２０４の出力には、周波数２ｆｄの信号と周波数ｆｄの信号とが混在することになる。
【００５７】
そこで、診断用電極１７、１８に２ｆｄの周波数の信号のみを印加する為には、掛け算器２０４の後にＢＰＦ等のフィルタ回路が必要となる。ここで、オフセット調整回路５０１でＦＢ信号中の直流成分を調整することで、ｆｄの周波数信号の通過を低減可能なため、フィルタ回路が不要になり、簡素且つ安価な構成とできる。
【００５８】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、故障診断用信号として、内部信号であるＦＢ信号から生成され且つＦＢ信号の周波数（駆動周波数）とは異なる周波数の信号を用いて故障診断するものとした。
しかし、本第２実施形態では、診断用電極（故障診断用信号入力手段）に故障診断用信号を入力する信号入力回路が、内部信号であるＦＢ信号から生成され且つＦＢ信号の周波数と同じ信号を用い、外部信号である車両のＥＣＵからの信号のタイミングを基に、断続的に入力するものとしている。なお、振動子については上記第１実施形態と同じ構成の振動子１を用いる。
【００５９】
次に、本実施形態の制御回路ブロックを図１０に示す。なお、図１０において上記第１実施形態と同様のものは、図中同符号を付して説明を省略する。回路は大きく分けて、駆動系Ｂ１、検出系Ｂ２、故障診断系Ｂ３の３つに分けることが出来る。各系Ｂ１〜Ｂ３は、上記第１実施形態の各系Ａ１〜Ａ３と一部同様のものも含むが、便宜上符号を変えてＢ１〜Ｂ３としてある。
【００６０】
本実施形態の制御回路もチャージアンプ２０１、電流−電圧変換回路２０７、２０８、及び差動回路２０９を備えている。
駆動系Ｂ１は、上記第１実施形態の駆動系Ａ１と同じものであり、ＡＧＣ回路２０２、及び反転回路２０３とから構成される。
検出系Ｂ２は、差動回路２０９からの差動出力をチャージアンプ２０１からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に基づき同期検波する同期検波回路（同期検波手段）３１２、同期検波回路３１２からの出力を平滑化し直流電圧に変換するＬＰＦ３１３とから構成される。基本的には上記検出系Ａ２と同様であるが、検出系Ｂ２は後述の故障診断系Ｂ３の信号検出系Ｂ３２も兼ねている。
【００６１】
故障診断系Ｂ３は、診断用電極１７、１８に信号ＶＢ（故障診断用信号ＶＢ）を入力するための信号入力系Ｂ３１と、角速度検出電極２１、２２から信号ＶＢの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行うための上記信号検出系Ｂ３２とからなっている。
信号入力系Ｂ３１は、チャージアンプ２０１以降のＢＰＦ３０４、スイッチ（スイッチ手段）３０５、移相回路３１４、及び振幅調整器（振幅可変手段）３０７、３０８よりなる。信号検出系Ｂ３２の構成は上述のように検出系Ｂ２が兼ねている。
【００６２】
次に、本第２実施形態の作用を述べる。なお、駆動系Ｂ１および検出系Ｂ２による振動子１の作動は上記第１実施形態記載と同様であり、本実施形態では説明を省略する。
故障診断系Ｂ３の作用を述べる。断線等の故障検出のため、診断用電極１７、１８と共通電極２５間に信号ＶＢを断続的に印加する。そのタイミングは例えばＥＣＵ３０６からの信号を用い、図１１に示すような断続的なタイミングとする。本実施形態では、ＦＢ信号と同じ周波数ｆｄとしている。
【００６３】
チャージアンプ２０１からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）をＢＰＦ３０４を通して濾過して、ＥＣＵ３０６からの信号によりＯＮ−ＯＦＦするスイッチ３０５によりＦＢ信号（周波数ｆｄ）と同周波数で断続的に入力する。このとき、移相回路３１４によってコリオリ力の位相と同位相とし、振幅を振幅調整器３０７、３０８にて調整し、断続的な周波数ｆｄの信号ＶＢとして、診断用電極１７、１８に印加する。
【００６４】
次に、断線検知について説明する。信号ＶＢは、その周波数が振動子１の駆動周波数（駆動振動の共振周波数）ｆｄであり、コリオリ力の位相と同位相で振動子１に入力されるので、信号ＶＢの影響は検出系Ｂ２の最終出力Ｐ１に現れる。また、その影響はＥＣＵ３０６からの信号に同期することになる。
しかし、信号ＶＢによる電流−電圧変換回路２０７、２０８への出力を等しくなるように振幅調整器３０７、３０８を調整すれば、差動回路２０９でキャンセルされ最終出力Ｐ１には信号ＶＢの影響は現れない。そのときのＥＣＵ信号と最終出力Ｐ１の関係は図１１（ａ）のようになる。
【００６５】
従って、正常時には最終出力Ｐ１には角速度検出信号のみが出てくる。なお、角速度Ωが振動子１に入力されると図１１（ａ）の最終出力Ｐ１の波形は、角速度Ωに比例して＋又は−側にバイアスがかかり、オフセットをもつ。そして、検出系Ｂ２においては、このオフセット分のみを検出して角速度検出信号とするようになっている。
【００６６】
断線検知は、次のように行われる。例えば、Ｗ１が断線した場合、信号ＶＢによる電流−電圧変換回路２０７への出力のみが最終出力Ｐ１に現れるため、そのとき最終出力Ｐ１には、図１１（ｂ）のように、ＥＣＵの信号に応じた断続的なオフセットが現れる。従って、ＥＣＵの信号と最終出力Ｐ１の関係をモニターすることにより断線を検知することが出来る。
【００６７】
同様に、Ｗ６が断線した場合、及び診断用電極１７、１８と接続されているワイヤーＷ２、Ｗ７が断線した場合にも検出できる。また、上記第１実施形態のように、上記断続的なオフセットの間のふらつきをモニターすることで、断線以外の感度異常やルーズコンタクト等の検出も可能である。
また、信号ＶＢはＡＧＣ回路２０２により常に一定に保たれたＦＢ信号を用いている為、温度特性等のセンサの特性上、大きな影響は与えない。
【００６８】
なお、上記第１実施形態と同様にして、駆動電極１１、１２から故障診断用信号（信号ＶＢ）の入力に基づいた信号を検出するようにしてもよい。
ところで、本第２実施形態においては、従来の角速度センサに無かった診断用電極１７、１８と、この診断用電極１７、１８に信号ＶＢ（周波数ｆｄ）を外部信号を基に断続的に入力して駆動電極１１、１２もしくは角速度検出電極２１、２２から信号ＶＢの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障診断系（故障診断手段）Ｂ３とを備えたことを特徴とする。
【００６９】
ここで、本第２実施形態においては、駆動系Ｂ１が駆動回路に対応し、電流−電圧変換回路２０７、２０８、差動回路２０９及び検出系Ｂ２（信号検出系Ｂ３２）が角速度検出回路（故障検出回路）に対応し、信号入力系Ｂ３１が信号入力回路に対応する。
なお、低電流回路を用いて角速度検出電極２１、２２に直接電流を流すように流すようにしてもよい。また、上記断続的なオフセットは、正常時に現れるようにし、断線時に基準電位となるように、診断用電極１７、１８に反転した信号ＶＢを入力するようにしてもよい。
【００７０】
なお、ＥＣＵ３０６からの信号は駆動周波数（ｆｄ）と同じでなくとも、断続的なものであればよい。
ここで、上記図１及び図２に示した第１実施形態及び本第２実施形態に用いる振動子１（以下、本実施形態において、第１例という）の他の例を図１２及び図１３に示す。図１２及び図１３に示す振動子１（以下、本実施形態において、第２例という）は、振動子形状は同じだが、その電極構成が図１及び図２に示すものと若干異なっている。以下、電極構成において異なる部分について説明し、同一部分は説明を省略する。
【００７１】
すなわち、第２例の診断用電極１７、１８は、第１例の診断用電極１７、１８よりも面積が小さくなっている。形状的にみると、第１例の診断用電極１７、１８を上部にて、それぞれ分割し分割したもののうち上側を、それぞれ第２例の診断用電極１７、１８としている。そして分割したもののうち下側は、第１例における仮ＧＮＤ電極１５、１６と一体した形となり、第２例の仮ＧＮＤ電極１５、１６としている。
【００７２】
この第２例の診断用電極１７、１８は、分極用電極として用いられないこと以外は、第１例の診断用電極１７、１８と同様の作用効果を奏する。
（第３実施形態）
上記第１及び第２実施形態では、振動子１の駆動電極１１、１２と同一面、即ちＸ１面に故障診断用信号を入力して、角速度検出電極２１、２２からの出力に、この故障診断用信号を載せるようにしていた。本第３実施形態は、振動子１が、その励振方向と直交する方向へ振動するように振動子１に故障診断用信号を入力して、同様に断線等の故障検出を行うものである。
【００７３】
本実施形態の振動子１を図１４の斜視図及びおよび図１５の電極構成を示す展開図に示す。振動子１の構成は、基本的には図１の振動子１に基づくものであり、以下、図１の振動子１と異なる部分について主として説明し、同一部分には同符号を付して説明を省略することとする。
本実施形態の振動子１は、診断用電極としての補助駆動用電極（故障診断用信号入力手段）１７ａ、１８ａを備えていることが主な特徴である。図１４及び図１５に示す様に、補助駆動用電極１７ａ及び１８ａは、それぞれ振動子１のＹ１面及びＹ２面において、角速度検出電極２１、２２よりも駆動電極１１、１２側に形成されている。
【００７４】
Ｘ１面にはパット電極１７ｂ（アーム部４側）及び１８ｂ（アーム部５側）が形成され、補助駆動用電極１７ａ及び１８ａは、パット電極１７ｂ及び１８ｂにそれぞれ導通してＸ１面に取出されている。なお、本第３実施形態の振動子１においては、分極用電極はＸ１面の仮ＧＮＤ電極１５、１６が兼ねている。
振動子１と後述の制御回路（制御手段）との信号の入出力は、上記各実施形態と同様に、ターミナルＴ１〜Ｔ１０と振動子１上の各電極を、ワイヤボンディングにて接続されたワイヤーＷ１〜Ｗ１０にて結線することにより行う。
【００７５】
ちなみに、駆動電極１１、１２はそれぞＷ５、Ｗ１０と、パット電極１７ｂ、１８ｂはそれぞれＷ４、Ｗ９と、モニタ電極１３、１４はそれぞれＷ３、Ｗ８と、仮ＧＮＤ電極１５、１６はそれぞれＷ２、Ｗ７と、パット電極１９、２０はそれぞれＷ１、Ｗ６と接続されている。
次に、本実施形態の上記制御回路のブロック図を図１６に示す。回路は大きく分けて、駆動系Ｃ１、検出系Ｃ２、故障診断系Ｃ３の３つに分けることが出来る。
【００７６】
駆動系Ｃ１及び検出系Ｃ２は、上記第１実施形態の駆動系Ａ１（上記第２実施形態の駆動系Ｂ１）及び検出系Ａ２と同じものであるが、便宜上符号を変えてＣ１及びＣ２としてある。故障診断系Ｃ３は、後述のように、その一部が上記第１実施形態の故障診断系Ａ３と同じであり、同様の部分については、図１６中同符号を付してある。
【００７７】
本実施形態の制御回路もチャージアンプ２０１、電流−電圧変換回路２０７、２０８、及び差動回路２０９を備えている。
チャージアンプ２０１以降の駆動系Ｃ１は、ＡＧＣ回路２０２、反転回路２０３から構成される。差動回路２０９以降の検出系Ｃ２は、第１同期検波回路２１０、第１ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２１１から構成される。
【００７８】
故障診断系Ｃ３は、振動子１がその励振方向（駆動振動方向）と直交する方向（つまり、角速度検知振動方向）へ振動するように補助駆動用電極１７ａ、１８ａに故障診断用信号ＶＤ（以下、信号ＶＤという）を入力する信号入力系Ｃ３１と、角速度検出電極２１、２２から信号ＶＤの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行うための信号検出系Ｃ３２とからなっている。
【００７９】
信号入力系Ｃ３１は、ＦＢ信号（周波数ｆｄ）から偶数倍の周波数（本実施形態では２ｆｄ）に変換するための掛け算器２０４と、変換された周波数のみ通すＢＰＦ２０５と、ＢＰＦ２０５後の一定周波数（２ｆｄ）となった信号を一定振幅とし信号ＶＤとする振幅調整器（振幅可変手段）２０６と、振幅調整器２０６からの信号ＶＤを両補助駆動用電極１７ａ、１８ａで互いに位相反転した電圧として印加するための反転回路２１４とから構成されている。つまり、反転器２１４以外は、上記第１実施形態の信号入力系Ａ３１と同等のものである。
【００８０】
この位相反転した信号ＶＤの印加（入力）により、振動子１は、周波数ｆｄで駆動振動するとともに、角速度検知振動方向へ周波数２ｆｄで振動する。この振動を以下、補助駆動振動という。つまり、振動子１は補助駆動されることになり、本第３実施形態の信号入力系Ｃ３１は、補助駆動回路としても機能し、信号ＶＤは補助駆動信号としても機能する。
【００８１】
信号検出系Ｃ３２は、電流−電圧変換回路２０７、２０８からの出力電圧を加算する加算器２１５と、加算器２１５からの加算出力をＢＰＦ２０５からの出力（周波数２ｆｄ）に基づき同期検波する第２同期検波回路２１２と、第２同期検波回路２１２からの出力を平滑化し直流電圧に変換する第２ＬＰＦ２１３とから構成される。つまり、加算器２１５以外は、上記第１実施形態の信号検出系Ａ３２と同じものである。
【００８２】
本実施形態の作用について以下説明する。これら駆動系Ｃ１および検出系Ｃ２による振動子１の作動は上記第１実施形態記載と同様であり、本第３実施形態では説明を省略する。
故障診断系Ｃ３の作用について述べる。断線等の故障検出のため、補助駆動用電極１７ａ、１８ａと共通電極２５との間に、信号ＶＤ（故障診断用信号）を印加する。上記ＦＢ信号を掛け算器２０４にて変調する。ＦＢ信号の周波数は振動子１の駆動周波数（駆動振動の共振周波数）ｆｄなのに対し、この変調により掛け算器２０４後の出力の周波数はその２倍の２ｆｄになる。
【００８３】
この掛け算器２０４後の出力をＢＰＦ２０５を通し、振幅を振幅調整器２０６にて調整し、一定振幅（例えば４００ｍＶｒｍｓ程度）の信号ＶＤとし、反転回路２１４で互いに位相反転（１８０°反転）して、補助駆動用電極１７ａ、１８ａに印加する。
ここで、角速度Ωが入力されていないときには、補助駆動用電極（診断用電極）１７ａ、１８ａへの信号ＶＤの印加により、振動子１は駆動振動（励振方向）と直交する方向に振動する。
【００８４】
一方、角速度Ω入力時には、振動子１の角速度検出電極２１、２２からの出力、すなわち電流−電圧変換回路２０７、２０８及び差動回路２０９からの出力は、上記角速度検知振動による信号（周波数ｆｄ）と、信号ＶＤの入力に基づく周波数２ｆｄの信号が合成されたものとなる。
ここで、周波数ｆｄの信号は、差動回路２０９および検出系Ｃ２によって、角速度検出のための信号として処理され、角速度検出信号Ｓ２として最終出力される。ここで、周波数２ｆｄの信号成分は、第１同期検波回路２１０でのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に基づく同期検波により、キャンセルされる。
【００８５】
一方、周波数２ｆｄの信号（故障診断用信号の入力に基づいた信号）は断線等の故障検知するための信号として処理される。
ＢＰＦ２０５後の信号ＶＤ（周波数２ｆｄ）を基準信号として、加算器２１５からの出力を第２同期検波回路２１２にて同期検波処理を行い、第２ＬＰＦ２１３を通し、直流電圧として故障出力信号Ｒ２を出力する。ここで、周波数ｆｄの信号成分は、第２同期検波回路２１２での信号ＶＤに基づく同期検波により、キャンセルされる。
【００８６】
例えば、断線モードについて説明する。補助駆動により振動子１はコリオリ力が入力された時と同じモードで２ｆｄの周波数で振動（補助駆動振動）する。角速度検出電極２１、２２と接続されているワイヤーＷ１、Ｗ６が正常である場合、周波数２ｆｄの信号は角速度検出電極２１、２２から逆相で発生するため、加算器２１５で加算後は２つの信号はキャンセルされ、結果として故障出力信号Ｒ２は０状態（基準電位）となる。
【００８７】
それに対し、ワイヤーＷ１もしくはＷ６が断線した場合、角速度検出電極２１もしくは２２からの出力が無くなる為、図１７に示す様に、故障出力信号Ｒ２がプラス側、もしくはマイナス側へ所定量だけオフセット（１状態）され、断線を常時検出することが出来る。
また、補助駆動用電極１７ａ、１８ａと接続されているワイヤーＷ４、Ｗ９が断線した場合にも同様にして検出できる。
【００８８】
この様に、予め、検出モード（つまり、駆動振動と直交する角速度検知振動のモード）にて所定量の信号ＶＤを印加することにより０、１状態の判断により断線が検知出来るため、信頼度の高い診断が可能となる。
また、感度の変化やルーズコンタクト等による回路内の微妙なリークに対しても、０、１状態の間のふらつきをモニターしておけば診断可能となる。信号ＶＤとして、角速度検出信号と周波数が異なる信号を用いてモニターしている為、精度の高い診断が可能となる。
【００８９】
以上のように、信号ＶＤによる補助駆動によって断線を検出する方法は、角速度入力時のコリオリ力と周波数が違う為、角速度入力と断線の区別を確実に識別し診断することが出来る。
また、本実施形態によれば、信号ＶＤに対応する２ｆｄの信号はＡＧＣ回路２０２により常に一定に保たれたＦＢ信号を用い、かつ検出系Ｃ２ではＦＢ信号を用いた同期検波処理でキャンセルされる為、センサの特性上、大きな影響は与えない。
【００９０】
なお、信号ＶＤはＦＢ信号の周波数ｆｄの２倍でなくてもよいが、同期検波処理時のキャンセル効果を考慮すると偶数倍が望ましい。
また、ＢＰＦ２０５により周波数２ｆｄのみの信号ＶＤを、精度良く補助駆動用電極１７ａ、１８ａに印加出来るため、センサの特性上、大きな影響を与えない。
【００９１】
また、本実施形態では、センサ内部で発生する内部信号として、振動子１の励振方向への振幅制御を行うためのＦＢ信号を用いて、故障診断用信号ＶＤを加工生成しているため、別体の信号発生手段が不要となり、簡素且つ安価な構成とできる。
なお、駆動電極１１、１２から電流−電圧変換回路、加算器を用いて、故障診断用信号（信号ＶＤ）の入力に基づいた信号を検出するようにしてもよい。この場合には、駆動電極１１、１２のワイヤＷ５、Ｗ１０の断線等を検出できる。
【００９２】
ところで、本第３実施形態においては、従来の角速度センサに無かった補助駆動用電極（診断用電極）１７ａ、１８ａを備えており、更に、この補助駆動用電極１７ａ、１８ａに駆動用信号の所定周波数（ｆｄ）とは異なる周波数（２ｆｄ）の信号ＶＤを、振動子１がその励振方向と直交する方向へ振動するように、入力して、駆動電極１１、１２もしくは角速度検出電極２１、２２から信号ＶＤの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障診断系（故障診断手段）Ｃ３を備えたことを特徴とする。
【００９３】
ここで、本第３実施形態においては、駆動系Ｃ１が駆動回路に対応し、電流−電圧変換回路２０７、２０８、差動回路２０９及び検出系Ｃ２が角速度検出回路に対応し、信号入力系Ｃ３１が信号入力回路に対応し、信号検出系Ｃ３２が故障検出回路に対応する。
なお、振幅調整器は、補助駆動用電極１７ａ、１８ａへの入力に対し個々に設けてもよい。また、故障診断系Ｃ３の信号検出系Ｃ３２の第２同期検波回路２１２及び第２ＬＰＦ２１３は、電流−電圧変換回路２０７、２０８の個々について設けてもよい。
【００９４】
ここで、上記図１６に示した本第３実施形態に用いる制御回路の他の例を、図１８のブロック図に示す。図１８に示す制御回路は、基本的には上記図１６に示す制御回路に基づくものであり、以下、図１６の制御回路と異なる部分について説明し、同一部分には、同符号を付して説明を省略することとする。
図１８に示す制御回路は、信号入力系（信号入力回路）Ｆ３１にオフセット調整回路（直流電圧可変手段）５０１を有することを特徴とする。信号入力系Ｆ３１は、チャージアンプ２０１以降のオフセット調整回路５０１、掛け算器２０４、振幅調整器２０６、反転回路２１４より構成される。
【００９５】
図１８の信号入力系Ｆ３１に用いられているオフセット調整回路５０１の作用効果について説明する。チャージアンプ２０１からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）に含まれる直流電圧と基準電位の電位が異なると、ＦＢ信号の一部が掛け算器２０４で周波数変調を受けずに通過する。この為、掛け算器２０４の出力には、周波数２ｆｄの信号と周波数ｆｄの信号とが混在することになる。
【００９６】
そこで、補助駆動用電極１７ａ、１８ａに２ｆｄの周波数の信号のみを印加する為には、掛け算器２０４の後にＢＰＦ等のフィルタ回路が必要となる。ところが、オフセット調整回路５０１でＦＢ信号中の直流成分を調整することで、ｆｄの周波数信号の通過を低減可能なため、フィルタ回路が不要になり、簡素且つ安価な構成とできる。
【００９７】
（第４実施形態）
本第４実施形態は、上記第３実施形態において、補助駆動用電極（故障診断用信号入力手段）に故障診断用信号を入力する信号入力手段が、内部信号であるＦＢ信号から生成され且つＦＢ信号の周波数と同じ信号を用い、外部信号である車両のＥＣＵからの信号のタイミングを基に、断続的に入力するものとしている。なお、振動子については上記第３実施形態と同じく、補助駆動用電極１７ａ、１８ａを有する構成の振動子１を用いる。
【００９８】
次に、本第４実施形態の制御回路ブロックを図１９に示す。回路は大きく分けて、駆動系Ｄ１、検出系Ｄ２、故障診断系Ｄ３の３つに分けることが出来る。本実施形態の制御回路もチャージアンプ２０１、電流−電圧変換回路２０７、２０８、及び差動回路２０９を備えている。
チャージアンプ２０１以降の駆動系Ｄ１は、ＡＧＣ回路２０２、反転回路２０３から構成され、上記第１〜第３実施形態の駆動系Ａ１〜Ｃ１と同じものである。
【００９９】
差動回路２０９以降の検出系Ｄ２は、同期検波回路３１２、ＬＰＦ３１３とから構成され、基本的には上記第２実施形態の検出系Ｂ２と同様であるが、本実施形態の検出系Ｄ２は後述の故障診断系Ｄ３の信号検出系Ｄ３２も兼ねている。
故障診断系Ｄ３は、振動子１がその励振方向（駆動振動方向）と直交する方向（つまり、角速度検知振動方向）へ振動するように、補助駆動用電極１７ａ、１８ａに故障診断用信号としての信号ＶＤを入力するための信号入力系Ｄ３１と、角速度検出電極２１、２２から信号ＶＤの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行うための上記信号検出系Ｄ３２とからなっている。
【０１００】
信号入力系Ｄ３１は、チャージアンプ２０１以降のＢＰＦ３０４、スイッチ３０５、移相回路３１４、及び振幅調整器（振幅可変手段）３０７、及び反転回路２１４とから構成されている。つまり、上記第２実施形態の信号入力系Ｂ３１において、振幅調整器３０７を１つとし、更に、上記第３実施形態の反転器２１４を付加した構成としている。
【０１０１】
この信号入力系Ｄ３１によって、上記第３実施形態と同様に、振動子１は、周波数ｆｄで駆動振動するとともに、角速度検知振動方向へ周波数２ｆｄで振動する。従って、本第４実施形態においても、信号入力系Ｄ３１は補助駆動回路としても機能し、信号ＶＤは補助駆動信号としても機能する。
信号検出系Ｄ３２の構成は、上述のように検出系Ｄ２が兼ねている。
【０１０２】
次に、本第２実施形態の作用を述べる。なお、駆動系Ｄ１および検出系Ｄ２による振動子１の作動は上記第１実施形態記載と同様であり、本実施形態では説明を省略する。
故障診断系Ｄ３の作用を述べる。断線等の故障検出のため、補助駆動用電極１７ａ、１８ａと共通電極２５間に信号ＶＤを断続的に印加する。そのタイミングは例えばＥＣＵ３０６からの信号を用いる。
【０１０３】
チャージアンプ２０１からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）をＢＰＦ３０４を通して濾過し、ＥＣＵ３０６からの信号によりＯＮ−ＯＦＦするスイッチ３０５によりＦＢ信号（周波数ｆｄ）と同周波数で断続的に入力する。このとき、移相回路３１４によってコリオリ力の位相と同位相とし、振幅を振幅調整器３０７にて調整し、反転回路２１４を用い互いに反転させた信号ＶＤとして補助駆動用電極１７ａ、１８ａに印加する。
【０１０４】
この場合、信号ＶＤの周波数は振動子１の駆動周波数ｆｄであり、コリオリ力の位相と同位相で振動子１に入力されるので、信号ＶＤの影響を検出系Ｄ２の最終出力Ｐ２に現すことができる。また、その影響はＥＣＵ３０６からの信号に同期することになる。なお、コリオリ力の位相と同位相で振動させるため、モニタ電極１３、１４からの電流の電圧変換法によっては故障診断系Ｄ３の移相が必要でない場合がある。
【０１０５】
次に、断線検知について説明する。信号ＶＤによる補助駆動用電極１７ａ、１８ａへの入力を、補助駆動による最終出力Ｐ２の影響（すなわち電流−電圧変換回路２０７、２０８からの出力差）を所定の値となるように、振幅調整器３０７を調整する。
そのときのＥＣＵ信号と補助駆動による最終出力Ｐ２の関係は図２０（ａ）のようになる。最終出力Ｐ２は、所定の値を有する断続的なピークを持った波形となる。なお、角速度Ωが振動子１に入力されると図２０（ａ）の最終出力Ｐ２の波形は、角速度Ωに比例して＋又は−側にバイアスがかかり、オフセットをもつ。そして、検出系Ｄ２においては、このオフセット分のみを検出して角速度検出信号とするようになっている。
【０１０６】
断線検知は、次のように行われる。例えば、Ｗ１が断線した場合、補助駆動による出力が半減するため、そのときのＥＣＵ信号と補助駆動による最終出力Ｐ２の関係は図２０（ｂ）のようになる。従って、ＥＣＵの信号と最終出力Ｐ２の関係をモニターすることにより断線を検知することが出来る。
同様に、Ｗ６が断線した場合、及び補助駆動用電極１７ａ、１８ａと接続されているワイヤーＷ４もしくはＷ９が断線した場合にも検出できる。
【０１０７】
また、補助駆動振動方向は、角速度検出モード（角速度検知振動方向）にて振動させ、信号ＶＤ（故障診断用信号）はＡＧＣ回路２０２により常に一定に保たれたＦＢ信号を用いている為、センサの感度の低下についても、上記の所定の値（図２０（ａ）参照）から出力値がずれているかどうかを検出すれば診断が可能となる。また、その他の異常、例えばルーズコンタクト等による回路内の微妙なリークに対しても、上記の所定の値から出力値がずれているかどうかを検出すれば診断が可能となる。
【０１０８】
なお、上記第３実施形態と同様にして、駆動電極１１、１２から故障診断用信号（信号ＶＤ）の入力に基づいた信号を検出するようにしてもよい。
ところで、本第４実施形態においては、従来の角速度センサに無かった補助駆動用電極１７ａ、１８ａと、この補助駆動用電極１７ａ、１８ａに信号ＶＤ（周波数ｆｄ）を外部信号を基に断続的に入力して駆動電極１１、１２もしくは角速度検出電極２１、２２から信号ＶＤの入力に基づいた信号を検出してセンサの故障診断を行う故障診断系（故障診断手段）Ｄ３とを備えたことを特徴とする。
【０１０９】
また、本第４実施形態においては、駆動系Ｄ１が駆動回路に対応し、電流−電圧変換回路２０７、２０８、差動回路２０９及び検出系Ｄ２（信号検出系Ｄ３２）が角速度検出回路（故障検出回路）に対応し、信号入力系Ｄ３１が信号入力回路に対応する。
なお、補助駆動を角速度検出モード以外のモード（振動方向）にて行うことにより、正常時の最終出力Ｐ２を０（基準電位）とし、異常時にオフセットするようにしてもよい。
【０１１０】
なお、ＥＣＵ３０６からの信号は駆動周波数（ｆｄ）と同じでなくとも、断続的なものであればよい。
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態において、角速度検出信号、フィードバック信号の初段アンプの方法によっては故障診断用信号の生成時に位相回路が必要となる場合がある。
【０１１１】
また、上記各実施形態において、故障診断用信号の入力は角速度検出電極２１、２２から行うようにしてもよい。
また、上記各実施形態において、故障診断用信号の入力に基づいた信号を検出するのは、角速度検出電極２１、２２、駆動電極１１、１２に限定されるものではなく、その他の電極であってもよい。
【０１１２】
また、上記各実施形態は、振動子１のみに適用が限られるものでなく、その他の形状の振動子、例えば、３角柱、圧電体を接着接合した振動子、シリコン等で形成され容量変化を検出する系等にも適用されるものである。
例えば、上記第１実施形態は、変形例として図２１及び他の変形例として図２２に示す振動子にも適用できる。金属から成る直交音叉型振動子４０１に駆動用圧電素子４０２、モニター用圧電素子４０３、検出用圧電素子４０４が接着等で接合されている。各圧電素子には信号を入出力するための電極が設けられている。
【０１１３】
ここで、振動子４０１は図１の振動子１に対応し、各圧電素子は、次のように、図１の振動子１の電極に対応する。すなわち、駆動用圧電素子４０２は駆動電極１１、１２に対応し、モニター用圧電素子４０３はモニタ電極１３、１４に対応し、検出用圧電素子４０４は角速度検出電極２１、２２に対応する。
そして、駆動用圧電素子４０２に周波数ｆｄの駆動信号を入力し、モニター用圧電素子４０３からのＦＢ信号（周波数ｆｄ）を用いて、自励制御発振を行う。ここにおいて、上記第１実施形態を適用する場合は、検出用圧電素子４０４に２ｆｄの周波数を持つ信号ＶＢを入力することにより、上記第１実施形態と同じ効果を発揮することができる。
【０１１４】
また、上記第３実施形態を、図２１及び図２２に示す振動子に適用する場合は、図２３及び図２４に示すようにすれば適用できる。図２３は第３実施形態の変形例、図２４は他の変形例である。駆動用圧電素子４０２を２つの部分４０２ａ、４０２ｂに分割し、両者に周波数ｆｄの信号を、分割したどちらか一方を診断用電極として用い（図２３及び図２４では、４０２ａ）、その診断用電極に２ｆｄの周波数を持つ信号ＶＤを入力することにより、上記第３実施形態と同じ効果を発揮することができる。
【０１１５】
また、図２１〜図２４において、検出用圧電素子４０４の裏に補助素子を接合して、補助素子を診断用電極として２ｆｄの信号ＶＢ（もしくは信号ＶＤ）を入力してもよい。
また、その他の形状の振動子としては多脚音叉形状でもよい。上記第３実施形態を例えば４脚音叉形状の振動子６０１に適用した例を、図２５に示す。
【０１１６】
この振動子６０１は、略平行に配列された４本の四角柱状のアーム部６０２、６０３、６０４、６０５と、各アーム部６０２〜６０５の片端部を共通に固定支持する共通の連結部６０６とを有しており、上記支持部３により基板２に固定支持されている。
ここで、図２５に示す様に、アーム部６０２〜６０５の配列方向をｙ軸、アーム部６０２〜６０５の長手方向をｚ軸、アーム部６０２〜６０５及び連結部６０６の厚み方向をｘ軸としてｘｙｚ直交座標系が構成される。
【０１１７】
そして、振動子６０１において、ｘ軸と直交する面のうち基板２と対向する面をＸ２面（図示せず）とし、このＸ２面とは反対側の面をＸ１面とし、またｙ軸と直交する外側一対のアーム部６０２、６０５の外周面のうちアーム部６０２側の面をＹ２面（図示せず）、アーム部６０５側の面をＹ１面とする。
この振動子６０１は、制御回路（図示せず）により次のように作動する。Ｘ１面上に形成された駆動電極６２０及びモニタ電極６２１を介して、内側一対のアーム部６０３、６０４をｙ軸方向において互いに反対方向に共振（駆動振動）させ、ｚ軸回りに角速度が入力された場合、内側一対のアーム部６０３、６０４に発生するコリオリ力により、外側一対のアーム部６０２、６０５も連成してｘ軸方向に振動する。
【０１１８】
この振動振幅を、Ｙ１面及びＸ１面上に形成された角速度検出電極６２２及び６２３から、各引き出し電極６２４、６２５及びパット電極６２６を介して出力として検出し、角速度を検出する。なお、６２７は共通電極、６２８及び６２９は、各々、共通電極６２７と導通する引き出し電極及びパット電極であり、また、共通電極６２７は、上記Ｘ２面上にも形成された図示しない共通電極と、引き出し電極６３０により導通している。
【０１１９】
このような振動子６０１においても、角速度検出電極６２２及び６２３もしくは、引き出し電極６２４、６２５もしくは、パット電極６２６に、故障診断用信号がのるように、例えば、Ｘ１面上に診断用電極ＪＳ１を設けることにより、上記第３実施形態と同様に、断線を検出することが可能となる。
なお、振動子６０１上の各電極と制御回路（図示せず）との信号の入出力は、図２５に示す様に、ワイヤーＷ２０〜Ｗ２４及びターミナルＴ２０〜２４により行なうことができる。
【０１２０】
さらに、多脚音叉形状の振動子としては、図２６に示すものでもよい。図２６は、上記第３実施形態を例えばＨ型音叉形状の振動子７０１に適用した例を示すもので、振動子７０１を前後左右からみた展開図である。
振動子７０１は、４本の平行な四角柱状のアーム部７０２、７０３、７０４、７０５と連結部７０６とから構成される。連結部７０６には、上記各実施形態に示すような支持部（図示せず）が当接しており、この支持部を介して振動子７０１は支持されている。
【０１２１】
そして、図２６に示す様に、アーム部７０２〜７０５の配列方向をｙ軸、アーム部７０２〜７０５の長手方向をｚ軸、アーム部７０２〜７０５及び連結部７０６の厚み方向をｘ軸としてｘｙｚ直交座標系が構成される。なお、図２６の座標は（ａ）に対応したものである。
ここで、振動子７０１においてｘ軸と直交する面のうち一側の面をＸ１面（図２６（ａ））、他側の面をＸ２面（図２６（ｂ））とし、また、振動子７０１の外周面であってｙ軸と直交する面のうち一側面（アーム部７０３、７０５側の面）をＹ１面（図２６（ｃ））とし、他側面（アーム部７０２、７０４側の面）をＹ２面（図２６（ｄ））とする。
【０１２２】
振動子７０１上に形成された電極構成は、Ｘ１面に形成され片側一対のアーム部７０２、７０３を駆動するための駆動電極７０７、Ｘ１面に形成され振動状態をモニタするためのモニタ電極７０８、及び、角速度検出電極（アーム部７０４のＹ２面側）７０９及び角速度検出電極（アーム部７０５のＹ１面側）７１０を備えた構成となっている。
【０１２３】
そして、各角速度検出電極７０９、７１０は、各々、引出し電極７１１、７１２を介してＸ１面上のパット電極７１３、７１４に導通している。また、７１５、７１６及び７１７は上記駆動、モニタ、角速度検出電極７０７〜７１０の基準電位となる共通電極であり、各共通電極７１５〜７１７は、引出し電極７１８、７１９によって導通されている。
【０１２４】
本実施形態の作動は、図示しない制御回路により次のように作動する。駆動電極７０７と共通電極７１５間に交流電圧を印加することにより、片側一対のアーム部７０２、７０３を、ｙ軸方向において互いに反対方向に共振（駆動振動）させる。そのときの振幅としてモニタ電極７０８からの出力をモニターし、出力が一定となるように自励制御発振（自励制御振動）させる。
【０１２５】
次に、ｚ軸回りに角速度が入力された場合、振動している片側一対のアーム部７０２、７０３に発生するコリオリ力により、他側一対のアーム部７０４、７０５も連成してｘ軸方向に振動する。この振動振幅を、角速度検出電極７０９、７１０からの出力として検出し、角速度を検出する。
このような振動子７０１においても、角速度検出電極７０９及び７１０もしくは、引き出し電極７１１、７１２もしくは、パット電極７１３、７１４に、故障診断用信号がのるように、例えば、Ｘ１面上に診断用電極ＪＳ１０、ＪＳ１１を設けることにより、上記第３実施形態と同様に、断線を検出することが可能となる。
【０１２６】
なお、上記図２５及び図２６において、振動子６０１及び７０１は本発明の振動子に、駆動電極６２０、７０７は本発明の駆動手段に、角速度検出電極６２２、６２３、７０９、７１０は本発明の角速度検出手段に、診断用電極ＪＳ１、ＪＳ１０、ＪＳ１１は本発明の故障診断用信号入力手段に、それぞれ相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２実施形態に係る角速度センサを示す斜視図である。
【図２】図１の角速度センサにおける振動子上の電極構成を示す展開図である。
【図３】上記第１実施形態に係る角速度センサの制御回路のブロック図である。
【図４】上記第１実施形態における断線検出方法を示す説明図である。
【図５】上記第１実施形態に係る角速度センサにおける、診断用電極−角速度検出電極間の静電容量と、故障診断用信号を診断用電極に印加した時に発生する電流−電圧変換回路出力との関係を示すグラフである。
【図６】上記第１実施形態に係る角速度センサにおける、診断用電極の面積と、診断用電極−角速度検出電極間の静電容量との関係を示すグラフである。
【図７】上記第１実施形態に係る角速度センサにおける、故障診断用信号と、故障診断用信号を診断用電極に印加した時に発生する電流−電圧変換回路出力との関係を示すグラフである。
【図８】上記第１実施形態に係る角速度センサにおける振動子上の電極構成の他の例を示す展開図である。
【図９】上記第１実施形態に係る角速度センサの制御回路の他の例を示すブロック図である。
【図１０】上記第２実施形態に係る角速度センサの制御回路のブロック図である。
【図１１】上記第２実施形態における断線検出方法を示す説明図である。
【図１２】上記第１及び第２実施形態に係る角速度センサの他の例を示す斜視図である。
【図１３】図１２の角速度センサにおける振動子上の電極構成を示す展開図である。
【図１４】本発明の第３及び第４実施形態に係る角速度センサを示す斜視図である。
【図１５】図１４の角速度センサにおける振動子上の電極構成を示す展開図である。
【図１６】上記第３実施形態に係る角速度センサの制御回路のブロック図である。
【図１７】上記第３実施形態における断線検出方法を示す説明図である。
【図１８】上記第３実施形態に係る角速度センサの制御回路の他の例を示すブロック図である。
【図１９】上記第４実施形態に係る角速度センサの制御回路のブロック図である。
【図２０】上記第４実施形態における断線検出方法を示す説明図である。
【図２１】上記第１実施形態の変形例を示す説明図である。
【図２２】上記第１実施形態の他の変形例を示す説明図である。
【図２３】上記第３実施形態の変形例を示す説明図である。
【図２４】上記第３実施形態の他の変形例を示す説明図である。
【図２５】上記第３実施形態を４脚音叉の振動子に適用した例を示す説明図である。
【図２６】上記第３実施形態をＨ型音叉の振動子に適用した例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…振動子、１１、１２…駆動電極、１７、１８…故障診断用信号印加電極、
１７ａ、１８ａ…補助駆動用電極、２１、２２…角速度検出電極、
２０５、３０４…バンドパスフィルタ、２０６、３０７、３０８…振幅調整器、
２０７、２０８…電流−電圧変換回路、２０９…差動回路、
２１３、３１２…同期検波回路、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１…駆動系、
Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２…検出系、
Ａ３１、Ｂ３１、Ｃ３１、Ｄ３１、Ｅ３１、Ｆ３１…信号入力系、
Ａ３２、Ｃ３２…信号検出系。
【図１】
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【図２】
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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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