CN1922465B - 角速度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供无需在振荡器上设置除驱动部及检测部以外的其他新机构的角速度传感器,即便其结构简单且为小型构造,亦能够进行高精度检测部故障诊断。从外部将用于实施故障诊断的检查信号输入到端子(54)上时,放大器(45)的放大度减小,同时因AGC电路(43)的作用而使放大器(44)的放大度增大。因此,从端子(50)、(53)可获得振幅减小的驱动信号,而从端子(51)、(52)可获得振幅增大的驱动信号。上述多个驱动信号经由端子(50)至(53),分别被提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部为分界线而隔开设置的一对驱动电极的其中一个驱动电极及另一个驱动电极。
Description
技术领域
本发明涉及具备故障诊断功能的角速度传感器。
背景技术
作为现有技术的该种角速度传感器,例如在日本公开专利、特开平11-101644号公报中有揭示。
图9、图10是表示在特开平11-101644号公报中所揭示的现有技术的角速度传感器。图9是表示角速度传感器的振荡器的立体图,图10是该角速度传感器的振荡器的侧视图。
在图9、图10中,在形状为正三角柱状且材料包含镍铬恒弹性钢等的振动体101上,形成有压电体102、103以及104作为用于激发弯曲振动的驱动部,且所述多个压电体的两面上形成有电极。而且,将在其两面上形成有电极的压电体105、106以振动体101长度方向的中央部作为分界线而设置于压电体103、104的相反侧,从而作为具有如下用途的检测部,即,该检测部用于对围绕振动体101的长度方向的轴而施加有角速度Ω时弯曲振动的变化进行检测。在压电体105、106的两面上形成有电极作为具有如下用途的伪科里奥利力产生部,即,该伪科里奥利力产生部用于使振动体101向与围绕振动体101长度方向的轴而施加有角速度Ω时产生作用的科里奥利力相同的方向弯曲振动。
在现有技术的角速度传感器中,为了对检测部能够进行故障诊断,而在振动体101上除需要具有作为驱动部的压电体102及作为检测部的压电体103、104以外,还必须另外设置压电体105、106。
发明内容
本发明提供一种角速度传感器,无须为了能够对检测部进行故障诊断而在振荡器上设置除驱动部及检测部以外的新机构,因此即便简单且小型,亦能够进行高精度检测部故障诊断。
本发明的角速度传感器包括:振荡器;驱动部,其设置于该振荡器上且可以使所述振荡器于X轴方向及Z轴方向进行激励;以及第一驱动电路,其用于将驱动信号提供给驱动部,且该驱动信号是用于使所述振荡器在X轴方向进行激励。而且包括:第2驱动电路,其用于将驱动信号提供给驱动部,且该驱动信号是用于使所述振荡器在X轴方向及Z轴方向进行激励。而且包括:检测部,其设置于振荡器上且对于所述振荡器在Z轴方向上振动的弯曲进行检测;以及,角速度检测电路,其通过从第一驱动电路将驱动信号提供给驱动部,并且,对围绕振荡器的Y轴而施加有角速度时从检测部所输出的信号进行放大、检波,从而输出角速度信号。而且包括自诊断电路,其通过对在将驱动信号从第2驱动电路提供给驱动部时从检测部所输出的信号进行放大并检波,而输出能够对检测部进行故障诊断的信号。
根据如此之构成,无须为了能够对检测部进行故障诊断而在振荡器上设置除驱动部及检测部以外的新机构,因此即便结构简单且小型,亦能够进行高精度检测部故障诊断。
此外,在本发明的角速度传感器中,振荡器包括由弹性材料构成的音叉型振荡器,该音叉型振荡器含有至少两个音叉臂以及至少一个用于连结所述音叉臂的基部。驱动部包括压电膜,该压电膜是至少将上部电极以该音叉型振荡器的至少一个音叉臂的至少一个一主面上的中心部为分界线而隔开设置的。而且,检测部包括压电膜,该压电膜设置于音叉型振荡器的至少一个音叉臂的至少一个一主面上,且在其两面设有电极。而且,从第一驱动电路将相位相互反转后的驱动信号提供给隔开的各上部电极以使音叉型振荡器于X轴方向上音叉振动,而且,从第二驱动电路将相位相互反转、且振幅大小不同的特定驱动信号提供给隔开设置的各上部电极,以使音叉型振荡器在X轴方向上音叉振动的同时,也在Z轴方向上音叉振动。
根据如此之构成,从第一驱动电路将驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部作为分界线而隔开设置的各上部电极时,以音叉臂的中心部为分界线,使音叉臂的左右部分在音叉型振荡器的Z轴方向上相互相反弯曲的力相互平衡从而抵消。因此,仅引起音叉型振荡器的音叉在X轴方向上振动,但是,从第二驱动电路将相位相互反转且振幅大小不同的驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部为分界线而隔开设置的各上部电极。此时,以音叉臂的中心部为分界线,使音叉臂的左右部分在音叉型振荡器的Z轴方向上相互相反弯曲的力变得不平衡。其结果是,由于上述两个力不抵消,因此音叉型振荡器的音叉于X轴方向振动的同时,如同因被施加角速度时产生的科里奥利力的作用而导致Z轴方向上亦产生弯曲振动一样。由于音叉型振荡器向Z轴方向弯曲,作为独立于驱动部而设置的检测部,压电膜上的电极上被诱发电荷。
以通过自诊断电路将该信号放大并检波的方式,可不将检测部兼用作驱动部而是在独立的状态下,输出进行诊断故障的信号。
此外,在本发明的角速度传感器中,振荡器包括至少两个音叉臂以及至少一个用于连结所述音叉臂的基部,该基部由弹性材料构成,且该角速度传感器至少包括音叉型振荡器。而且,驱动部是以该音叉型振荡器的至少一个音叉臂的至少一个一主面上的中心部为分界线隔开而设置的。而且,音叉型振荡器包括一对压电膜,该一对压电膜的上部及下部分别具有电极。
而且,检测部包括压电膜,该压电膜设置于音叉型振荡器的至少一个音叉臂的至少一个一主面上,且其两面具有电极。从第一驱动电路将相位相互反转后的驱动信号提供给隔开设置的各上部电极以使音叉型振荡器的音叉于X轴方向上振动,而且,从第二驱动电路将相位相互反转,且振幅不同的驱动信号提供给隔开的各上部电极,以使音叉型振荡器在X轴方向上音叉振荡的同时,也在Z轴方向上音叉振动。
从第一驱动电路将驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部作为分界线而隔开设置的一对压电膜的各上部电极时,由于以音叉臂的中心部为分界线,使音叉臂的左右部分在音叉型振荡器的Z轴方向上相互相反弯曲的力相互平衡而抵消,因此仅导致音叉型振荡器的音叉向X轴方向振动。但是,从第二驱动电路将相位相互反转且振幅不同的驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部为分界线而隔开的一对压电膜的各上部电极,因此以音叉臂的中心部为分界线,使音叉臂的左右部分在音叉型振荡器的Z轴方向上相互相反弯曲的力变得不平衡。其结果是,由于上述两个力不抵消,因此音叉于X轴方向上振动的同时,如同由于被施加角速度时产生的科里奥利力的作用那样而导致Z轴方向上亦产生弯曲振动。
由于该向Z轴方向的弯曲,压电膜上的电极上被诱发电荷,且该电极具有独立于驱动部而设置的检测部的功能。通过自诊断电路对该信号进行放大并检波,在不将检测部兼用作驱动部而在独立的状态下,可输出进行故障诊断的信号。而且,由于使驱动部以音叉型振荡器的音叉臂的中心部为分界线而隔开设置,从而可以产生向该X轴方向及向该Z轴方向的更高精度的振动。
此外,在本发明的角速度传感器中,振荡器包括由弹性材料构成的音叉型振荡器,该音叉型振荡器含有至少两个音叉臂以及至少一个用于连结所述音叉臂的基部。驱动部包括第一、第二压电膜,所述第一、第二压电膜设置于该音叉型振荡器的两个音叉臂上,且至少使上部电极以各音叉臂的一主面上的中心部为分界线而隔开设置,且至少在所述音叉臂之间,所述上部电极的面积有不同。
而且,检测部包括压电膜,该压电膜设置于音叉型振荡器的至少一个音叉臂的至少一个一主面上,且其两面具有电极。从第一驱动电路将相位相互反转的驱动信号提供给分别相互隔开设置于第一、第二压电膜上的各上部电极,以使音叉型振荡器于X轴方向上音叉振动。
而且,在X轴方向上音叉振荡的同时,从第二驱动电路将相位相互反转、且振幅不同的驱动信号提供给相互隔开设置于第一、第二压电膜上的各上部电极,以使在Z轴方向上也进行音叉振动。
根据如此构成,从第一驱动电路将驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部作为分界线而隔开设置的各上部电极时,以音叉臂的中心部为分界线,使音叉臂的左右部分在音叉型振荡器的Z轴方向上相互相反弯曲的力相互平衡而抵消。因此,仅引起音叉型振荡器向X轴方向的音叉振动。但是,从第二驱动电路将相位相互反转且振幅不同的驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部为分界线而隔开的各上部电极。
因此,不仅使音叉臂的左右部分以音叉臂的中心部为分界线而相互相反地于Z轴方向上弯曲的力变得不平衡,而且其中一个音叉臂与另一个音叉臂上的上部电极的面积不同,因此其中一个音叉臂与另一个音叉臂上不平衡的程度不同,从而,结果是,音叉于X轴方向上振动的同时,如同由于受到被施加角速度时产生的科里奥利力的作用那样而导致Z轴方向上亦产生弯曲振动。由于该向Z轴方向的弯曲,压电膜上的电极上被诱发电荷,且该电极作为独立于驱动部而设置的检测部。
利用自诊断电路对该被诱发的信号进行放大并检波,由此,在不将检测部兼用作驱动部而在独立的状态下,可输出进行故障诊断的信号。
而且,在本发明的角速度传感器中,振荡器包括由弹性材料构成的音叉型振荡器,该音叉型振荡器含有至少两个音叉臂以及至少一个用于连结所述音叉臂的基部。驱动部包括各对压电膜,所述各对压电膜设置于该音叉型振荡器的两个音叉臂上,且以各音叉臂的一主面上的中心部为分界线而隔开设置,且所述各对压电膜的上部、下部分别具有电极,并且,至少在各音叉臂间上部电极的面积不同。
而且,检测部包括压电膜,该压电膜设置于音叉型振荡器的至少一个音叉臂的至少一个一主面上,且在其两面具有电极。而且,从第一驱动电路将相位相互反转的驱动信号提供给分别隔开设置于各对压电膜上的各上面电极,以使音叉型振荡器的音叉于X轴方向上振动。
而且,从第二驱动电路将相位相互反转、且振幅不同的驱动信号提供给分别隔开设置于各对压电膜上的各上部电极,以使音叉型振荡器在X轴方向上音叉振荡的同时,也在Z轴方向上音叉振动。
根据如此之构成,从第一驱动电路将驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部作为分界线而隔开设置的各上部电极时,以音叉臂的中心部为分界线,使音叉臂的左右部分在Z轴方向上相互相反弯曲的力平衡而抵消,从而仅引起音叉型振荡器的音叉在X轴方向振动。
但是,由于从第二驱动电路将相位相互反转且振幅不同的驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部为分界线而隔开的各上部电极,从而以音叉臂的中心部为分界线,使音叉臂的左右部分在音叉振荡器的Z轴方向上相互相反弯曲的力变得不平衡。而且,由于其中一个音叉臂与另一个音叉臂上的上部电极的面积不同具有差异,从而引起如下状态,即,在其中一个音叉臂与另一个音叉臂上不平衡的程度不同。
因此,音叉型振荡器的音叉于X轴方向上振动的同时,如同由于被施加角速度时产生的科里奥利力的作用那样而导致向Z轴方向弯曲振动。由于音叉振荡器向Z轴方向弯曲,压电膜上的电极处被诱发电荷,且该电极作为独立于驱动部而设置的检测部。
利用自诊断电路对该被诱发的信号进行放大并检波,由此,在不将检测部兼用作驱动部而在独立的状态下,可输出进行故障诊断的信号。而且,由于将驱动部以音叉型振荡器的音叉臂的中心部为分界线而隔开设置,从而可以于音叉型振荡器的X轴方向及该Z轴方向上产生更高精度的振动。
而且,本发明的角速度传感器中,振荡器包括由弹性材料构成的音叉型振荡器,该音叉型振荡器含有至少两个音叉臂以及至少一个用于连结所述音叉臂的基部。驱动部包括第一、第二压电膜,该第一、第二压电膜设置于该音叉型振荡器的两个音叉臂上,且使至少上部电极以各音叉臂的一主面上的中心部为分界线而隔开设置,并且,至少在各音叉臂间,上部电极在Y轴方向上的位置具有差异。
而且,检测部包括压电膜,该压电膜设置于音叉型振荡器的至少一个音叉臂的至少一个一主面上,且于其两面具有电极。而且,从第一驱动电路将相位相互反转后的驱动信号提供给分别隔开设置于第一、第二压电膜上的各上部电极,以使音叉型振荡器在X轴方向上音叉振动。而且,从第二驱动电路将相位相互反转、且振幅大小不同的驱动信号提供给相互隔开设置于第一、第二压电膜上的各上部电极,以使音叉型振荡器在X轴方向上音叉振荡的同时,也在Z轴方向上音叉振动。
而且,从第一驱动电路将驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部作为分界线而相互隔开设置的各上部电极时,以音叉臂的中心部为分界线,使音叉臂的左右部分在Z轴方向上相互相反弯曲的力平衡而抵消,从而仅导致音叉在X轴方向振动。
但是,从第二驱动电路将相位相互反转且振幅不同的驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部为分界线而相互隔开设置的各上部电极时,以音叉臂的中心部为分界线,使音叉臂的左右部分在Z轴方向上相互相反弯曲的力变得不平衡。
而且,由于在其中一个音叉臂与另一个音叉臂上的上部电极的Y轴方向上的位置存有差异,其中一个音叉臂与另一个音叉臂上的不平衡的程度不同,因此音叉型振荡器的音叉于X轴方向上振动的同时,如同由于被施加角速度时产生的科里奥利力的作用那样而产生Z轴方向上的弯曲振动。由于该Z轴方向上的弯曲振动的作用,压电膜上的电极处被诱发电荷,且该电极作为独立于驱动部而设置的检测部。
通过自诊断电路对该被诱发的电荷(信号)进行放大并检波,能够在不将检测部兼用作驱动部而在独立的状态下,输出进行故障诊断的信号。
本发明的角速度传感器中,振荡器包括由弹性材料构成的音叉型振荡器,该音叉型振荡器含有至少两个音叉臂以及至少一个用于连结所述音叉臂的基部。
驱动部设置于该音叉型振荡器的两个音叉臂上,且以各音叉臂的一主面上的中心部为分界线而隔开设置。音叉型振荡器的构成的压电膜的上部及下部上具有电极。而且,至少在各音叉臂间,压电膜是所述压电膜上的上部电极在Y轴方向上的位置具有差异的各对压电膜。
而且,检测部包括压电膜,该压电膜设置于音叉型振荡器的至少一个音叉臂的至少一个一主面上,且在其两面具有电极。而且,从第一驱动电路将相位相互反转后的驱动信号提供给分别隔开设置于各对压电膜上的各上部电极,以使音叉于X轴方向上振动。而且,从第二驱动电路将相位相互反转、且振幅不同的特定驱动信号提供给相互隔开设置于各对压电膜上的各上部电极,以使音叉型振荡器在X轴方向上音叉振荡的同时,也在Z轴方向上音叉振动。
根据如此之构成,由于从第一驱动电路将驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部作为分界线而隔开设置的各上部电极时,以音叉臂的中心部为分界线,使音叉臂的左右部分在Z轴方向上相互相反弯曲的力平衡而抵消,因此仅导致音叉在X轴方向振动。但是,从第二驱动电路将相位相互反转且振幅大小不同的驱动信号提供给以音叉型振荡器的音叉臂的中心部为分界线而隔开设置的各上部电极时,不仅使音叉臂的左右部分以音叉臂的中心部为分界线而相互相反地于Z轴方向上弯曲的力变得不平衡,而且在其中一个音叉臂与另一个音叉臂上的上部电极的Y轴方向上的位置存有差异,导致其中一个音叉臂与另一个音叉臂上的不平衡的程度不同,故其结果是,音叉于X轴方向上振动的同时,如同由于被施加角速度时产生的科里奥利力的作用那样而导致Z轴方向上亦产生弯曲振动。
由于该向Z轴方向的弯曲振动,压电膜上的电极被诱发电荷,且该电极作为独立于驱动部而设置的检测部。通过自诊断电路对该信号进行放大并检波,从而不将检测部兼用作驱动部而在独立的状态下,可输出进行故障诊断的信号。而且,由于驱动部以音叉型振荡器的音叉臂的中心部为分界线而分隔设置,从而可起到如下作用效果,即,可以在X轴方向及Z轴方向上产生更高精度的振动。
而且,本发明的角速度传感器的特征在于,将角速度检测电路及自诊断电路兼用。以此,可以构成更简单的电路结构,从而可以实现小型化、低成本化。
而且,本发明的角速度传感器进而包括故障诊断检查端子,该故障诊断检查端子是为了进行故障诊断而自外部输入检查信号。而且,本发明的角度传感器,在第二驱动电路内设置有用于根据来自检查端子的输出信号而使驱动信号的振幅产生差异的机构。根据如此之构成,本发明的角速度传感器可逐次接收来自其外部的检查信号,从而随时可以任意地进行故障诊断操作。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的角速度传感器的分解立体图。
图2是使用于本发明的该角速度传感器中的音叉型振荡器的结构图。
图3是本发明中的图2所示的音叉型振荡器的沿2-2的剖面图。
图4是本发明的角速度传感器的电路方块图。
图5是表示本发明中的图4所示的角速度传感器的电路的主要部分及该振荡器的音叉臂的振动状态的波形图。
图6是表示本发明中故障诊断时的驱动信号的振幅之差异与自诊断电路的输出信号间之关系的特性图。
图7是本发明的实施方式2中的用于角速度传感器中的音叉型振荡器的立体图。
图8是本发明的实施方式3中的角速度传感器的音叉型振荡器的立体图。
图9是表示现有技术的角速度传感器的振荡器的立体图。
图10是表示现有技术的角速度传感器的振荡器的侧视图。
附图标记说明
1 音叉型振荡器
2 IC芯片
3 组件
4 盖
5 芯片零件
6 端子
7 固持器
8 箱体
10a,10b 音叉臂
11a,12a,13a,14a,15a,16a 上部电极
11b,12b,13b,14b 压电膜
11c,12c,13c,14c 下部电极
17 监控电极
18 支承部
19,20,21,22,23,74,75 平头电极
30 音叉臂10a的中心部
31 音叉臂10b的中心部
32,33 一主面
40,50,51,52,53,54,60,61,68 端子
41,62,63 电流放大器
42 全波整流电路
43 AGC电路
44,45,46,47 放大器
64 差动放大器
65 移相器
66 同步检波器
67 低通滤波器
70a,71a,72a,73a 上部电极
76,86 音叉臂10a的旋转方向
77,87 音叉臂10b的旋转方向
80a,81a,82a,83a 上部电极
具体实施方式
以下,参照图式说明本发明的一实施方式。
(实施方式1)
图1是本发明的实施方式1中的角速度传感器的分解立体图,图2是使用于所述角速度传感器中的音叉型振荡器的结构图,图3是图2所示的音叉型振荡器的沿2-2的剖面图,图4是所述角速度传感器的电路方块图,图5是表示所述电路方块图中的主要部分及所述振荡器的音叉臂的振动状态的信号波形图,图6是表示故障诊断时的驱动信号的振幅之差与自诊断电路的输出信号之间的关系的特性图。
图1所示的角速度传感器包括:音叉型振荡器1,其中的基部即基本构件由硅等弹性材料构成;IC芯片2,其中埋设有电路;陶瓷制组件3,收纳有音叉型振荡器1及IC芯片2;盖4,用于将组件3密封;固持器7,将通过盖4而密封的组件3、芯片零件5、端子6等导体一同由树脂进行一体化成型;以及箱体8,用于覆盖固持器7。
图2是表示使用于角速度传感器中的音叉型振荡器的结构。音叉型振荡器1包括音叉臂10a、10b。而且包括上部电极11a、12a、13a以及14a,且所述多个电极是分别设置于下述的图3所示的压电膜11b、12b、13b以及14b上的驱动电极。而且,上部电极15a、16a构成检测部。
监控电极17对音叉臂10a、10b于音叉型振荡器1的X轴方向音叉振动时的振幅进行监控。支承部18支撑音叉型振荡器1。电极19、20、21、22以及23是分别连接于上部电极11a、12a、13a、14a以及监控电极17的平头电极。中心部30表示音叉臂10a的中心位置,中心部31表示音叉臂10b的中心位置。
图3是图2所示的音叉型振荡器1沿2-2的剖面图。对于与图2中相同的部位,使用相同的符号。音叉臂10a以中心部30为分界线而包括其外侧30a以及其内侧30b。而且,音叉臂10a具有一主面32。在音叉臂10a的外侧30a的一主面32之上设置有下部电极11c。在下部电极11c之上设置有相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化的压电膜11b,且在其上设置有作为驱动电极的上部电极11a。
同样,在音叉臂10a的内侧30b的一主面32之上,按照以下该顺序设置有下部电极12c、经过极化处理的压电膜12b、以及上部电极12a。
进而,在图3中,音叉臂10b以中心部31为分界线而包括其外侧31a以及其内侧31b。而且,音叉臂10b具有一主面33。在音叉臂10b的外侧31a的一主面33之上设置有下部电极13c。在下部电极13c之上设置有相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化的压电膜13b,且在其上设置有作为驱动电极的上部电极13a。
同样,在音叉臂10b的内侧31b的一主面33之上,按照该顺序设置有下部电极14c、经过极化处理的压电膜14b、以及上部电极14a。
驱动部包括:由如上所述设置于音叉臂10a上的上部电极11a、压电膜11b、下部电极11c所构成的部分,以及由上部电极12a、压电膜12b、下部电极12c所构成的部分,即其为所谓的一对结构。同样,在音叉臂10b上也有这样一对结构来构成驱动部。而且,驱动部相对于音叉臂10a上的中心部30大致对称,同时,以音叉型振荡器1的对称轴为中心,位于左右的音叉臂10a,10b之间的驱动部也大致对称。
检测部包括:设置于音叉臂10a的一主面32上的下部电极(未图示);设置于该下部电极上,且相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示);以及设置于该压电膜上的上部电极15a。检测部同样包括:设置于音叉臂10b的一主面33上的下部电极(未图示);设置于该下部电极上,且相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示);以及设置于该压电膜上的上部电极16a。
而且,以音叉型振荡器1的对称轴为中心,位于左右的音叉臂10a、10b的检测部大致对称。
同样,在监控电极17之下也设置有相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示)以及下部电极(未图示)。
图4表示使用于本发明的角速度传感器中的电路的方块图。监控电极17上所产生的电荷经由平头电极23被提供给正视图4时位于左侧中央部的端子40。电流放大器41将输入至端子40的电荷放大,且其输出被输入至全波整流器42,并在此处被整流、平滑。电流放大器41的输出与全波整流器42的输出被输入至AGC电路43。AGC电路43对驱动信号的振幅进行控制,以使音叉臂10a、10b于音叉型振荡器的X轴方向上振动时的振幅为特定值。AGC电路43的输出被输入至放大器44,且其输出经由端子51,进而利用图2所示的平头电极19而将例如正的驱动信号提供给上部电极11a。
而且,放大器44的输出也被输入至放大器45。放大器45的输出经由端子50,进而利用图2所示的平头电极20而被提供给上部电极12a。放大器45的输出与放大器44的振幅大致相同且使相位反转,即为输出相位转换180°后的例如负的驱动信号。
而且,放大器44的输出也被输入至放大器46。放大器46的输出经由端子52,进而利用图2所示的平头电极22而被提供给上部电极14a。放大器46的输出与放大器44的振幅大致相同且使相位反转,即,将相位转换180°后的例如负的驱动信号提供给上部电极14a。
放大器46的输出也被输入至放大器47。放大器47的输出也使相位与放大器46的输出反转且振幅大致相等,输出例如正的驱动信号。从放大器47输出的驱动信号经由端子53,进而利用图2所示的平头电极21而被提供给上部电极13a。
正视图4左侧时,位于下方部的端子60、61分别连接于图2所示的上部电极15a、16a。上部电极15a上所产生的电荷经由端子60且通过电流放大器62而放大为特定的大小。而且,上部电极16a上所产生的电荷经由端子61且通过电流放大器63而放大为特定的大小。差动放大器64将电流放大器62及63的各输出中所产生的差分信号放大。移相器65是使差动放大器64的输出信号转换特定的相位,即为所谓的相位机构。移相器65的输出信号在下述图5中以波形g表示。
移相器65的输出被输入至同步检波器66。同步检波器66使用电流放大器41的输出信号(图5的波形b)对移相器65的输出(图5的波形g)进行同步检波。经过同步检波后的信号在图5中以波形h表示。
图5中以波形h所示的经过同步检波后的信号由低通滤波器67滤波,滤波后的信号以图5中的波形i表示,且将该滤波信号(图5的波形i)导出至端子68。
正视图4右侧时,用于改变放大器45及放大器47的放大度的控制信号被输入至位于中央部的端子54(故障诊断检查端子)。该控制信号具有作为用于实施故障诊断的外部检查信号的作用。该外部检查信号如图5中的波形a所示,可以例如设为矩形状的信号。
其次,对于实施方式1的角速度传感器中进行通常的角速度检测时的操作进行说明。
图5所示的“通常的角速度检测模式”下,不会从外部将用于实施故障诊断的检查信号(图5的波形a)提供给图5的端子54。因此,不会提供有用于改变放大器45、47的放大度的控制信号。因此,提供给上部电极11a、12a、13a以及14a(参照图2、图3)的驱动信号的振幅全部相同。
而且,提供给上部电极11a的正(或负)的驱动信号、与提供给上部电极12a的负(或正)的驱动信号的相位处于相互反转的状态。即,被选择为相互呈180°的相位差。进而,提供给上部电极13a的正(或负)的驱动信号、与提供给上部电极14a的负(或正)的驱动信号也相互反转,即,被选择为180°的相位差。
通过进行这样的条件设定,例如压电膜11b以音叉臂10a的中心部30为分界线而于Y轴方向上收缩时,产生使音叉臂10a于X轴方向(向外)上弯曲的力的同时,亦产生使其于Z轴方向(从内侧朝向面前的方向)上弯曲的力。
而且,由于压电膜12b以音叉臂10a的中心部30为分界线伸展于Y轴方向上,故产生使音叉臂10a于该X轴方向(向外)上弯曲的力的同时,亦产生使其于Z轴方向(从内侧朝向面前的方向)上弯曲的力。
其结果是,由于使音叉臂10a的左右部分以音叉臂10a的中心部30为分界线而相互相反地于该Z轴方向上弯曲的力平衡而抵消,因此仅引起X轴方向(向外)的振动。
根据同样的原理,由于使音叉臂10b的左右部分以音叉臂10b的中心部31为分界线而相互相反地于该Z轴方向上弯曲的力平衡而抵消,因此仅引起在X轴方向(向外)上的振动。该音叉振动持续的状态下,音叉臂10a、10b在X轴方向上的振动移位如图5中的波形e所示,由于音叉型振荡器1共振振动,故其相位与图5中的波形c所示的驱动信号的相位相差90°。
即,图5中的波形c、d所示的驱动信号的振幅为最大时,音叉臂10a、10b在X轴方向的振动移位如图5中的波形e所示变为零。而且,音叉臂10a、10b如图5中的波形f所示,并未产生在Z轴方向的振动移位。如此,音叉臂10a、10b仅在音叉型振荡器1的XY面内进行稳定的音叉振动。
在如上所述于音叉型振荡器的XY面内进行稳定的音叉振动的状态下,当围绕Y轴而施加角速度Ω时,从上部电极15a产生例如正电荷,从上部电极16a产生大小相同的负的电荷。通过在本发明的图4所示的具备故障诊断功能的角速度传感器的电路中对这些电荷进行处理,可从端子68导出与所施加的角速度Ω大小相对应的输出信号。
其次,使用图4、图5对本实施方式的角速度传感器中进行故障诊断时的操作加以说明。
为了实施故障诊断,即,进入图5所示的“故障诊断模式”时,图5的波形a所示的检查信号从外部输入到图4所示的端子54中。此时,用于改变放大器45、47的放大度的控制信号(图5的波形a所示的检查信号)被输入。通过该控制信号,例如使放大器45、47的放大度同时减少时,则提供给上部电极12a的驱动信号的振幅如图5的波形d所示减少。同样,提供给上部电极13a的驱动信号的振幅也减少。
此时,通过AGC电路43的作用,为使音叉臂10a、10b于X轴方向上音叉振动的振幅成为特定值,而将提供给上部电极11a的驱动信号如图5中波形c所示增加。同样,将提供给上部电极14a的驱动信号的振幅也增加。
即,提供给上部电极11a的正(或负)的驱动信号与提供给上部电极12a的负(或正)的驱动信号为相互反转的状态,即,处于180°的相位差,因此,提供给上部电极11a的驱动信号的振幅与提供给上部电极12a的驱动信号的振幅之间产生差异。
此时,由于压电膜11b以音叉臂10a的中心部30为分界线而于该Y轴方向上收缩的力超过压电膜12b以音叉臂10a的中心部30为分界线于该Y轴方向上的伸展的力,从而,使音叉臂10a的左右部分以音叉臂10a的中心部30为分界线而相互相反地于该Z轴方向上弯曲的力变得不平衡。
其结果是,上述两个力不抵消,使音叉臂10a向X轴方向(向外)振动的同时,如同因被施加角速度时产生的科里奥利力作用而产生使其从内侧朝向面前弯曲的力,从而使其在Z轴方向上弯曲振动。
音叉臂10b中也会产生同样的情况。即,由于压电膜14b以音叉臂10b的中心部31为分界线而于该Y轴方向上的伸展的力超过于Y轴方向上收缩的力,从而,使音叉臂10b的左右部分以音叉臂10b的中心部31为分界线而相互相反地于Z轴方向上弯曲的力变得不平衡。
其结果是,上述两个力不抵消,使音叉臂10b向X轴方向(向外)振动的同时,如同因被施加角速度时产生的科里奥利力作用而产生使其从内侧朝向面前弯曲的力,从而使其向Z轴方向弯曲振动。
因为有使音叉臂10a、10b向Z轴方向弯曲的力,使得音叉臂10a、10b在Z轴方向的振动移位如图5中的波形f所示。表示音叉臂10a、10b在Z轴方向的振动移位的图5中的波形f的相位,与图5中波形c所示的驱动信号的波形同相。其原因在于,通过适当控制音叉臂10a、10b的宽度与厚度,而将其设计为音叉型振荡器1在X轴方向的共振频率与其在Z轴方向的共振频率不同,因此,以X轴方向上的共振频率驱动音叉臂10a、10b时,音叉臂10a、10b在Z轴方向的振动与在X轴方向的共振频率中不产生共振,即为不共振。
其结果是,图5中的波形c所示的驱动信号的振幅为最大(以符号cp表示)时,音叉臂10a、10b的振动移位f也为最大(以符号fp表示)。进而,当围绕Y轴而施加有角速度Ω时,图5中波形f所示的音叉臂10a、10b在Z轴方向的振动移位的相位,与音叉臂10a、10b在Z轴方向振动移位时的波形的相位相同。
对应于音叉臂10a、10b在Z轴方向的振动移位,将产生于上部电极15a、16a上的电荷输入至电流放大器62、63,且将来自电流放大器62、63的输出分别输入至差动放大器64,将两方的差动放大器的差分信号放大。若将来自差动放大器64的输出输入至移相器65,则移相器65的输出变为如图5的波形g所示。
图5的g所示之输出,如同与实际上围绕Y轴而施加有角速度Ω时的输出波形相同。使用来自电流放大器41的输出信号并通过同步检波器66对该输出(图5的波形g)进行同步检波后所得的信号变为如图5的波形h所示。进而,在低通滤波器67中对该信号进行处理后的输出的大小如图5中波形i所示而成为V68。从端子68导出该输出V68,且作为可进行故障诊断的信号而取出至外部。
若将检查信号从外部输入至端子54之后提供给上部电极12a的驱动信号(图5的波形c)的振幅定义为DM,而将提供给上部电极11a的驱动信号(图5的波形d)的振幅定义为DP,则(DP-DM)与导出至端子68的信号的大小V68之间存在固定的关系(V68=k(DP-DM),k为函数)(参照图6)。
图6中,横轴为(DP-DM),纵轴为输出V68。如图6所示,至DP-DM=α为止,V68呈线形,DP-DM=α时变为输出V68=ΔV,该大小时以图5的波形i表示其波形。
如上所述,使用检测实际上所施加的角速度Ω的角速度检测电路,根据从外部输入至端子54的、以图5的波形a所示的检查信号,能够输出可对检测部进行故障诊断的信号。即,在此例中,角速度检测电路兼作自诊断电路。
而且,无须为了对检测部进行故障诊断,而在振荡器上设置除驱动部及检测部以外的新机构,即便简单且小型,亦能够进行高精度检测部故障诊断。而且,由于驱动部与检测部以相互独立的状态设置于振荡器上,因此可以输出对不兼用作驱动部的检测部进行独立故障诊断的信号。
上述是说明将驱动部设置于两音叉臂的示例。但是,驱动部也可设置于至少一个音叉臂的至少一个一主面上。同样,检测部亦可设置于至少一个音叉臂的至少一个一主面上。
而且,已对在一个音叉臂上将驱动部以中心部作为分界线而分别独立设置的例进行了说明。但,亦可将至少上部的电极以音叉臂上的中心部作为分界线而隔开设置。
而且,由于检查信号(图5的波形a)可以从外部被输入至端子54,因此可以在任意时间从外部进行故障诊断。
而且,以上说明了角速度检测电路兼用作自诊断电路的构成。但是,也可将角速度检测电路与自诊断电路分别独立设置。
而且,可进行故障诊断的信号可作为输出(图5的波形i)而从端子68获得,但进而也可构成为,在端子68的后段将对该输出i进行判定的电路内设于角速度传感器内。
(实施方式2)
图7是本发明的实施方式2中使用于角速度传感器中的音叉型振荡器的立体图。与实施方式1(图2)相同,音叉型振荡器1包括音叉臂10a、10b。而且,音叉型振荡器1由支承部18支撑。上部电极15a、16a分别形成于音叉臂10a、10b上。而且,在音叉臂10a、10b上有表示各自中心位置的中心部30、31。
图7中,上部电极70a、71a、72a及73a为驱动电极。上部电极70a、71a分别设置于音叉臂10a侧,上部电极72a、73a分别设置于音叉臂10b侧。平头电极74连接于上部电极70a、72a。平头电极75连接于上部电极71a、73a。
而且,图7中,以音叉臂10a的一主面32上的中心部30为分界线,在左侧设置有下部电极(未图示)、相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示)、以及上部电极70a。而且,以中心部30为分界线而大致对称地在右侧分别设置有下部电极(未图示)、相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示)、以及上部电极71a。
而且,以音叉臂10b的一主面33上的中心部31为分界线而在左侧分别设置有下部电极(未图示)、相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示)、以及上部电极73a。以中心部31为分界线而大致对称地在右侧分别设置有下部电极(未图示)、相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示)、以及上部电极72a。但是,与实施方式1的不同之处在于:在左右的音叉臂10a、10b上的驱动部,并非以音叉型振荡器1的对称轴为中心而对称,而是音叉臂10b上的驱动部的面积大于音叉臂10a上的驱动部的面积。
而且,平头电极74、75分别连接于图4所示的端子51、50上。但是,与实施方式1不同之处在于:无须准备图4所示的端子52、53。因此,由于也无需放大器46、47,因此使得电路结构变得更简单。
以下,对于使用实施方式2的角速度传感器进行通常的角速度检测时的操作进行说明。
在进行通常的角速度检测的模式下,与实施方式1相同,用于实施故障诊断的检查信号(图5的波形a)并未从外部输入至端子54(参照图4)。即,并未输入有用于改变放大器45的放大度的控制信号。因此,提供给上部电极70a、71a、72a以及73a的驱动信号的振幅全部相同。
而且,提供给上部电极70a的正(或负)的驱动信号、与提供给上部电极71a的负(或正)的驱动信号相互反转,即,设定具有180°的相位差。并且,提供给上部电极72a的例如正(或负)的驱动信号、与提供给上部电极73a的例如负(或正)的驱动信号的相位也被设定为具有相互反转的180°的相位差。
此时,以音叉臂10a的中心部30为分界线,使音叉臂10a的左右部分相互相反地在该Z轴方向上弯曲的力互相平衡而抵消,故仅引起音叉型振荡器1在X轴方向(向外)上的振动。根据同样的原理,由于使音叉臂10b的左右部分以音叉臂10b的中心部31为分界线而相互相反地在该Z轴方向上弯曲的力互相平衡而抵消,因此仅引起在X轴方向(向外)上产生振动。
其结果是,在实施方式2中也与实施方式1相同,音叉臂10a、10b可在音叉型振荡器1的XY面内进行稳定的音叉振动。从而,与实施方式1同样,可从端子68导出与围绕音叉型振荡器的Y轴所施加的角速度Ω的大小相对应的输出信号。
其次,对实施方式2的角速度传感器中实施故障诊断时的操作进行说明。
为了实施故障诊断,与实施方式1相同,将图5中的波形a所示的检查信号从未图示的外部输入至作为故障诊断检查端子的端子54上。即,此时,输入用于改变放大器45的放大度的控制信号(以图5的波形a所示的检查信号)。通过该控制信号,在例如使放大器45的放大度减小时,则提供给上部电极71a、73a的驱动信号的振幅减小。此时,通过AGC电路43的作用,使提供给上部电极70a、72a的驱动信号的振幅增加,从而使音叉臂10a、10b在X轴方向上进行音叉振动的振幅成为特定值。
提供给上部电极70a的正(或负)的驱动信号、与提供给上部电极71a的负(或正)的驱动信号的相位为反转的状态下,即,在提供有具有相互间的相位差为180°的关系的驱动信号时,提供给上部电极70a的驱动信号的振幅变得大于提供给上部电极71a的驱动信号的振幅,驱动信号的振幅产生差异。
此时,左侧的压电膜以音叉臂10a的中心部30为分界线而于Y轴方向上收缩的力超过右侧的压电膜以音叉臂10a的中心部30为分界线而于Y轴方向上伸展的力。因此,使音叉臂10a的左右部分以音叉臂10a的中心部30为分界线而相互相反地在Z轴方向上弯曲的力变得不平衡。其结果是,上述两个力不抵消,使音叉臂10a向X轴方向(向外)振动的同时,如同因被施加角速度时产生的科里奥利力作用而产生使其从内侧朝向面前弯曲的力,从而使其在Z轴方向上弯曲振动。
音叉臂10b上亦会产生同样的情况。即,右侧的压电膜以音叉臂10b的中心部31为分界线而在Y轴方向上收缩的力超过左侧的压电膜以音叉臂10b的中心部31为分界线而在Y轴方向上伸展的力。因此,使音叉臂10b的左右部分以音叉臂10b的中心部31为分界线而相互相反地在Z轴方向上弯曲的力变得不平衡。
其结果是,上述两个力不抵消,使音叉臂10b向X轴方向(向外)振动的同时,如同因被施加角速度时产生的科里奥利力作用而产生使其从内侧朝向面前弯曲的力,从而使其在Z轴方向弯曲振动。
但是,与实施方式1之情形的不同之处在于,由于音叉臂10b侧的驱动部的面积大于音叉臂10a侧的驱动部的面积,因此,使得音叉臂10b侧弯曲的力的大小超过使音叉臂10a侧弯曲的力的大小(即,产生差分力)。
因此,由于该差分力,使得音叉臂10a向符号76(从面前朝向内的箭头)所示的方向旋转,且使音叉臂10b向符号77(从内侧朝向面前的箭头)的方向旋转。
由以上说明可见,在实施方式2中与实施方式1之情形同样,使用用于对实际上所施加的角速度Ω进行检测的角速度检测电路,可将由于音叉臂10a、10b在Z轴方向的振动移位而产生于上部电极15a、16a上的电荷作为可以诊断检测部故障的信号而从端子68导出。
另外,无须为了对检测部进行故障诊断,而在振荡器上设置除驱动部及检测部以外的其他的新的机构,因此即便简单且小型,亦能够进行高精度检测部故障诊断。而且,由于驱动部与检测部独立地设置于振荡器上,因此可以不将检测部兼用作驱动部,而是可以在各自独立的状态下输出进行故障诊断的信号。
另外,说明了将检测部设置于两音叉臂上的示例。但是,检测部亦可设置于至少一个音叉臂的至少一个一主面上。
另外,说明了在一个音叉臂上将驱动部以中心部为分界线而分别独立设置之示例,但亦可将至少上部的电极以音叉臂上的中心部为分界线而隔开设置。
另外,由于具有如下结构,即,可以从未图示的外部将以图5中的波形a所示的检查信号输入至端子54,因此,当逐次从外部接收到故障诊断检查信号后,则可以随时任意地进行故障诊断。
另外,已说明了角速度检测电路兼作自诊断电路的结构,但是,当然也可以将角速度检测电路与自诊断电路分别独立设置。
另外,从端子68可获得图5中的波形i所示的输出作为可以诊断故障的信号,因此也可以是,将在端子68的后段上对图5的波形i所示的输出进行判定的电路内设于角速度传感器内。
(实施方式3)
图8是本发明的实施方式3中用于角速度传感器中的音叉型振荡器的立体图。与实施方式1(图2)、实施方式2(图7)相同,音叉型振荡器1具有音叉臂10a、10b。而且,音叉型振荡器1由支承部18而支撑。上部电极15a、16a分别形成于音叉臂10a、10b之上。而且,音叉臂10a、10b上有表示其中心位置的中心部30、31。
图8中,上部电极80a、81a、82a以及83a为驱动电极。上部电极80a、81a分别设置于音叉臂10a侧,上部电极82a、83a分别设置于音叉臂10b侧。平头电极74连接于上部电极80a、82a上。平头电极75连接于上部电极81a、83a上。
而且,上部电极80a、81a、82a以及83a为驱动电极。上部电极80a、82a之间以平头电极74共通连接,上部电极81a、83a之间以平头电极75共通连接。
图8中,以音叉臂10a的一主面32之上的中心部30为分界线而在左侧设置有下部电极(未图示)、相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示)、以及上部电极80a;以中心部30为分界线而在右侧大致对称地设置有下部电极(未图示)、相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示)、以及上部电极81a。
而且,以10b的一主面33上的中心部31为分界线而在左侧设置有下部电极(未图示)、相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示)、以及上部电极83a;且以中心部31为分界线而在右侧大致对称地设置有下部电极(未图示)、相对于由PZT构成的膜面在垂直方向上被极化处理的压电膜(未图示)、以及上部电极82a。
但是,实施方式3与实施方式1、2的结构不同,左右的音叉臂10a、10b的驱动部(上部电极80a、81a、82a以及83a)并非以音叉型振荡器1的对称轴为中心相互对称。即,音叉臂10a上的驱动部的Y轴方向的位置较音叉臂10b上的驱动部(上部电极82a、83a)的位置更加靠近于音叉型振荡器1的顶端侧。即,正视图8时,上部电极80a、81a较上部电极82a、83a配置于上方。
而且,配置于音叉臂10a的更顶端的驱动部的面积与音叉臂10b上的驱动部的面积大致相同。而且,平头电极74、75分别连接于图4所示的端子51、50上。再者,与实施方式1的结构的不同之处在于,由于无需使用图4所示的端子52、53,因此不需要放大器46、47,从而可实现电路结构更简单的角速度传感器电路的小型化。
其次,对于实施方式3的角速度传感器中进行通常的角速度检测时的操作进行说明。
在进行通常的角速度检测的模式下,与实施方式1及实施方式2同样,用于实施故障诊断的检查信号(图5的波形a)没有从未图示的外部提供给具有作为故障诊断检查端子的作用的端子54。因此并未提供有用于改变放大器45的放大度的控制信号。因此,输入至上部电极80a、81a、82a及83a中的驱动信号的振幅全部相同。
而且,提供给上部电极80a的例如正(或负)的驱动信号,与提供给上部电极81a的例如负(或正)的驱动信号的相位反转,即,设定为具有180°的相位差的关系。并且,上部电极82a的例如正(或负)的驱动信号、与提供给上部电极83a的例如负(或正)的驱动信号的相位关系也被设定为相互反转的关系。
通过如此之条件设定,使音叉臂10a的左右部分以音叉臂10a的中心部30为分界线而相互相反地在该Z轴方向上弯曲的力相互平衡而抵消。因此,仅引起在X轴方向(向外)上的振动。根据同样的原理,使音叉臂10b的左右部分以音叉臂10b的中心部31为分界线而相互相反地在该Z轴方向上弯曲的力相互平衡而抵消。因此,仅引起X轴方向(向外)上的振动。其结果是,与实施方式1或实施方式2相同,音叉臂10a、10b仅可以在音叉型振荡器的XY面内进行稳定的音叉振动。从而,与实施方式1及实施方式2同样,可从端子68导出与围绕音叉型振荡器的Y轴所施加的角速度Ω的大小相对应的输出信号。
其次,对于实施方式3的角速度传感器中实施故障诊断时的操作进行说明。
为了实施故障诊断,与例如实施方式1相同,将图5中的波形a所示的检查信号从未图示的外部输入至端子54。即,输入用于改变放大器45的放大度的控制信号(图5的波形a)。通过该控制信号,在例如放大器45的放大度减小时,提供给作为驱动电极的上部电极81a、83a的驱动信号的振幅有所减少。
此时,通过AGC电路43的作用,使提供给上部电极80a、82a的驱动信号的振幅增加,从而使音叉臂10a、10b在X轴方向上进行音叉振动的振幅成为特定值。
即,将提供给上部电极80a的正(或负)的驱动信号、与提供给上部电极81a的负(或正)的驱动信号的相位设定为反转的关系。而且,提供给上部电极80a的驱动信号的振幅变得大于提供给上部电极81a的驱动信号的振幅,即驱动信号的振幅产生差异。
因此,左侧的压电膜以音叉臂10a的中心部30为分界线而在Y轴方向上收缩的力超过右侧的压电膜以音叉臂10a的中心部30为分界线而在Y轴方向上伸展的力。因此,使音叉臂10a的左右部分以音叉臂10a的中心部30为分界线而相互相反地在Z轴方向上弯曲的力变得不平衡。其结果是,上述两个力不抵消,从而使音叉臂10a向X轴方向(向外)振动的同时,如同因被施加角速度时产生的科里奥利力作用而在Z轴方向上弯曲振动,产生从内朝向面前弯曲的力。
音叉臂10b上亦会产生同样的情况。即,右侧的压电膜以音叉臂10b的中心部31为分界线而于Y轴方向上收缩的力超过左侧的压电膜以音叉臂10b的中心部31为分界线而于Y轴方向上伸展的力。因此,使音叉臂10b的左右部分以音叉臂10b的中心部31为分界线而相互相反地在Z轴方向上弯曲的力变得不平衡。其结果是,上述两个力不抵消,从而使音叉臂10b在X轴方向(向外)上振动的同时,如同因被施加角速度时产生的科里奥利力作用而产生使其从内朝向面前弯曲的力,从而使其在Z轴方向上弯曲振动。
另外,实施方式3与实施方式1、2之情形的不同,在音叉臂10a、10b的任一个上均产生有从内侧朝向面前弯曲的力。但是,由于音叉臂10a上的驱动部(上部电极80a、81a)的Y轴方向的位置较音叉臂10b上的驱动部(上部电极82a、83a)的此位置更加靠近于音叉型振荡器1的顶端侧,因此音叉臂10b相比音叉臂10a更加弯曲,即,产生差分力。
因此,结果为,由于该差分力,而使得音叉臂10a向符号86(从面前朝向内侧的箭头)所示的方向上旋转,且音叉臂10b向符号87(从内侧朝向面前的箭头)所示的方向上旋转。
另外,实施方式3也与例如实施方式1之情形相同,使用对实际上所施加的角速度Ω进行检测的角速度检测电路,可以将由于该音叉臂10a、10b向Z轴方向的振动移位而产生于上部电极15a、16a上的电荷作为可以诊断检测部故障的信号而从端子68导出。
另外,在实施方式3中,无须为了诊断检测部的故障,而在振荡器上设置除驱动部及检测部以外的其他的新机构,即便简单且小型,亦能够进行高精度检测部故障诊断。而且,由于驱动部与检测部相互独立而设置于振荡器上,因此可以不将检测部兼用作驱动部而是在其各自独立的状态下,可输出进行故障诊断的信号。
另外,以上说明了将检测部设置于两音叉臂上之示例,当然检测部亦可设置于至少一个音叉臂的至少一个一主面上。
另外,说明了在一个音叉臂上将驱动部以中心部为分界线而分别独立设置之示例,但亦可将至少上部电极以音叉臂上的中心部为分界线而隔开设置。
另外,在实施方式3中,由于具有如下结构,即,可以从外部将检查信号输入至具有作为故障诊断检查端子的作用的端子54上,因此可逐次从外部接收故障诊断检查信号从而可任意地进行故障诊断。
另外,说明了角速度检测电路兼作自诊断电路的结构。但是,也可将角速度检测电路与自诊断电路分别独立设置。
另外,在实施方式3中,可以由端子68进行故障诊断,可以从端子68导出如图5的波形i所示的经过低通滤波器67处理的输出。进而,端子68的后段并未图示,但也可以是,将对以图5的波形i所示的输出进行判定的电路内设于角速度传感器内。
另外,在实施方式1、2以及3中,说明了使用包含非压电材料的硅作为音叉型振荡器的基部之示例,但并不限定于此。也可以使用例如金刚石、熔融石英、氧化铝或GaAs等。而且,也可以使用水晶、LiTaO3或LiNbO3等压电材料。
另外,在实施方式1、2及3中,说明了使用音叉型振荡器作为振荡器,但并不限定于此。也可以使用例如棒状振荡器等各种形状的振荡器。
产业上的可利用性
本发明的角速度传感器可用作如下的角速度传感器,即,无需为了诊断检测部的故障,而在振荡器上设置除驱动部及检测部以外的其他新机构,即便结构简单且小型,亦能够进行高精度检测部故障诊断,因此其产业上的可利用性较高。
Claims (8)
1.一种角速度传感器,其特征在于,包括:
振荡器;
驱动部,设置于所述振荡器上,使所述振荡器在X轴方向及Z轴方向上激励;
第一驱动电路,将使所述振荡器在X轴方向上激励的驱动信号提供给所述驱动部;
第二驱动电路,将使所述振荡器在X轴方向及Z轴方向上激励的驱动信号提供给所述驱动部;
检测部,为了对在Z轴方向上振动的所述振荡器的弯曲进行检测而设置于所述振荡器上;
角速度检测电路,通过将驱动信号从所述第一驱动电路提供给所述驱动部,且对围绕Y轴而输入有角速度时从所述检测部中输出的信号进行放大并进行检波,从而输出角速度信号;以及,
自诊断电路,通过对将驱动信号从所述第二驱动电路提供给所述驱动部时从所述检测部中输出的信号进行放大并进行检波,从而输出能够对所述检测部进行故障诊断的信号,
所述振荡器是由弹性材料构成的音叉型振荡器,所述音叉型振荡器含有至少两个音叉臂以及至少一个用于连结所述音叉臂的基部,
所述驱动部包括压电膜,该压电膜是至少将上面电极以所述音叉型振荡器的至少一个音叉臂的至少一个一主面上的中心部为分界线而隔开设置的,
所述检测部包括压电膜,该压电膜设置于所述音叉型振荡器的至少一个音叉臂的至少一个一主面上,并且在其两面具有电极,
所述音叉型振荡器,从第一驱动电路将相位相互反转后的驱动信号提供给各上面电极以使在X轴方向上进行音叉振动,
此外,从第二驱动电路将相位相互反转、且振幅不同的驱动信号提供给各上面电极,以使在X轴方向音叉振动的同时,也在Z轴方向上进行音叉振动。
2.根据权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于:
所述驱动部的压电膜为以所述中心部为分界线而隔开设置的一对压电膜,所述一对压电膜分别在上面具有上面电极,在下面具有下面电极。
3.根据权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于:
所述驱动部的压电膜为至少将上面电极以所述两个音叉臂的一方的主面上的中心部为分界线而隔开设置的第一压电膜和至少将上面电极以所述两个音叉臂的另一方的主面上的中心部为分界线而隔开设置的第二压电膜,至少所述第一压电膜的上面电极的面积和所述第二压电膜的上面电极的面积有差异。
4.根据权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于:
所述驱动部的压电膜为以所述两个音叉臂的一方的主面上的中心部为分界线而隔开设置的一对压电膜和以所述两个音叉臂的另一方的主面上的中心部为分界线而隔开设置的一对压电膜,各一对压电膜分别在上面具有上面电极,在下面具有下面电极,并且至少在所述各个音叉臂之间,所述上面电极的面积有差异。
5.根据权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于:
所述驱动部的压电膜为至少将上面电极以所述两个音叉臂的一方的主面上的中心部为分界线而隔开设置的第一压电膜和至少将上面电极以所述两个音叉臂的另一方的主面上的中心部为分界线而隔开设置的第二压电膜,至少所述第一压电膜的上面电极和所述第二压电膜的上面电极在Y轴方向的位置有差异。
6.根据权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于:
所述驱动部的压电膜为以所述两个音叉臂的一方的主面上的中心部为分界线而隔开设置的一对压电膜和以所述两个音叉臂的另一方的主面上的中心部为分界线而隔开设置的一对压电膜,各一对压电膜分别在上面具有上面电极,在下面具有下面电极,并且至少在所述各个音叉臂之间,所述上面电极在Y轴方向的位置有差异。
7.根据权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于:
所述角速度检测电路及所述自诊断电路的功能是兼用的。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的角速度传感器,其特征在于:
包括检查端子,用于为了实施所述故障诊断而输入来自于所述角速度传感器外部的检查信号,
在第二驱动电路内设置有根据来自检查端子的输出信号而使驱动信号的振幅产生差异的装置。
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