JP2010203939A

JP2010203939A - 故障検出回路付き振動型センサー回路

Info

Publication number: JP2010203939A
Application number: JP2009050299A
Authority: JP
Inventors: Yoshikuni Saito; 佳邦齋藤; Jun Watanabe; 潤渡辺
Original assignee: Miyazaki Epson Corp
Current assignee: Miyazaki Epson Corp
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】振動型センサーの故障を検出する。
【解決手段】圧電振動子１０と、圧電振動子１０を発振させるための直列に接続されたｎ段（ｎは３以上の奇数）の増幅器２１〜２３を含み、１段目の増幅器２１の入力端子と圧電振動子１０の一方の端子とが接続され、ｎ段目の増幅器２３の出力端子と圧電振動子１０の他方の端子とが接続された発振回路１００と、１段目の増幅器２１の入力端子と接続され、圧電振動子の一方の端子からの信号ａに基づき圧電振動子１０が故障しているか否かを検出する故障検出回路２００と、を含む故障検出回路付き振動型センサー回路１。
【選択図】図１

Description

本発明は、故障検出回路付き振動型センサー回路に関する。

従来の特許文献１に示すような振動型センサー回路は、圧電振動子を奇数段のインバーターなどで構成された発振回路で発振させることにより、短時間での起動と、高いゲインを実現している。しかしながら、このような振動型センサー回路では、圧電振動子が故障しても発振回路のゲインが高いため自励発振してしまい、圧電振動子が正常動作しているか否かを判断することができないという課題がある。

この問題を解決するために、例えば特許文献２には、ＰＬＬ回路の出力端子に表示変換回路部を接続して、ＰＬＬ回路の出力信号から故障を判定する方法が記載されている。図３に、特許文献２に示す表示変換回路部を故障検出回路３００として発振回路１０３の出力信号ＯＵＴに接続した構成を示す。図４（Ａ）は、圧電振動子１０が正常動作している時の発振回路１０３の出力信号ＯＵＴの波形であり、図４（Ｂ）は、圧電振動子１０が故障した時の発振回路１０３の出力信号ＯＵＴの波形である。

特開平１１−１６３６３３号公報（図１）実開平１−６７５４４号公報（図１）

しかしながら、従来の方法では、例えば発振回路１０３によりゲインが高い構成のものを適用した場合、圧電振動子１０が故障しても発振回路１０３のゲインが高いため、図４（Ｂ）に示すように自励発振してしまい、圧電振動子１０が正常動作しているか否かを故障検出回路３００で判定することができないという課題がある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
圧電振動子と、前記圧電振動子を発振させるための直列に接続されたｎ段（ｎは３以上の奇数）の増幅器を含み、前記１段目の増幅器の入力端子と前記圧電振動子の一方の端子とが接続され、前記ｎ段目の増幅器の出力端子と前記圧電振動子の他方の端子とが接続された発振回路と、前記１段目の増幅器の入力端子と接続され、前記圧電振動子の一方の端子からの信号に基づき前記圧電振動子が故障しているか否かを検出する故障検出回路と、を含む、ことを特徴とする故障検出回路付き振動型センサー回路。

この構成によれば、ｎ段の増幅器により発振された圧電振動子の一方の端子から出力される信号を故障検出回路で解析することにより圧電振動子が故障しているか否かを検出できる。

［適用例２］
上記に記載の故障検出回路付き振動型センサー回路において、前記故障検出回路は、前記圧電振動子の一方の端子からの信号の直流成分を取り除くフィルター回路と、前記フィルター回路の出力を半波整流する整流回路と、前記整流回路の出力を積分した積分信号を出力する積分回路と、前記積分信号の電位と所定の電位とを比較する比較回路と、を含み、前記積分信号の電位が前記所定の電位よりも低い場合に前記圧電振動子が故障していると判断する、ことを特徴とする故障検出回路付き振動型センサー回路。

この構成によれば、ｎ段の増幅器により発振された圧電振動子の一方の端子から出力される信号を故障検出回路で解析することにより圧電振動子が故障しているか否かを検出でき、複雑な回路を用いずに安価な故障検出回路で構成することができる。

第１実施形態に係る故障検出回路付き振動型センサー回路の構成を示す回路図。第１実施形態に係る故障検出回路付き振動型センサー回路の動作を示すグラフ。従来の故障検出回路付き振動型センサー回路の構成を示す回路図。従来の故障検出回路付き振動型センサー回路の動作を示すグラフ。

以下、故障検出回路付き振動型センサー回路の実施形態について図面に従って説明する。

（第１実施形態）
＜故障検出回路付き振動型センサー回路の構成＞
先ず、第１実施形態に係る故障検出回路付き振動型センサー回路の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る故障検出回路付き振動型センサー回路の構成を示す回路図である。

図１に示すように、故障検出回路付き振動型センサー回路１は、圧電振動子１０と、ｎ段の増幅器（ｎは３以上の奇数）を備えた発振回路１００と、故障検出回路２００と、から構成されている。

発振回路１００は、ｎ＝３段の増幅器であるインバーター２１，２２，２３と、抵抗ＲＡと抵抗ＲＢ及び抵抗ＲＣと順に直列に接続した回路から成る抵抗Ｒ１と、コンデンサーＣ１，Ｃ２と、から構成されている。インバーター２１，２２，２３は、圧電振動子１０の両端の間に直列に接続されている。１段目のインバーター２１は、入力端子が圧電振動子１０の一方の端子に接続され、出力端子が２段目のインバーター２２の入力端子に接続されている。２段目のインバーター２２は、出力端子が３段目のインバーター２３の入力端子に接続されている。３段目のインバーター２３は、出力端子が圧電振動子１０の他方の端子に接続されている。抵抗Ｒ１は、圧電振動子１０の両端の間に接続されている。そして抵抗Ｒ１の一方の端子である抵抗ＲＡの端子は、インバーター２１の入力端子に接続している。抵抗Ｒ１の他方の端子である抵抗ＲＣの端子は、インバーター２３の出力端子に接続している。抵抗ＲＡと抵抗ＲＢとの接続中点は、インバーター２１の出力端子と接続している。抵抗ＲＢと抵抗ＲＣとの接続中点は、インバーター２２の出力端子と接続している。コンデンサーＣ１は、インバーター２１の入力端子と接地電位との間に接続されている。コンデンサーＣ２は、インバーター２３の出力端子と接地電位との間に接続されている。発振回路１００は、圧電振動子１０を発振させた発振信号ＯＵＴをインバーター２３の出力端子から出力する。

故障検出回路２００は、発振回路１００の１段目のインバーター２１の入力端子と接続されている。故障検出回路２００は、フィルター回路２１０と、整流回路２２０と、積分回路２３０と、比較回路２５０と、所定の電位である定電圧Ｖｒｅｆを出力する定電圧回路２４０と、から構成されている。

フィルター回路２１０は、圧電振動子１０の一方の端子から出力される信号ａの直流成分を取り除いた信号ｂを出力する。フィルター回路２１０は、コンデンサーＣ３と抵抗Ｒ３とから構成されている。コンデンサーＣ３は、一方の端子がインバーター２１の入力端子及び圧電振動子１０の一方の端子に接続され、他方の端子が整流回路２２０の入力端子に接続されている。抵抗Ｒ３は、コンデンサーＣ３の他方の端子と接地電位との間に接続されている。

整流回路２２０は、フィルター回路２１０が出力した信号ｂを半波整流した信号ｃを出力する。

積分回路２３０は、整流回路２２０が出力した信号ｃを積分した積分信号ｄを出力する。積分回路２３０は、抵抗Ｒ４とコンデンサーＣ４とから構成されている。抵抗Ｒ４は、一方の端子が整流回路２２０の出力端子と接続され、他方の端子が比較回路２５０の−端子と接続されている。コンデンサーＣ４は、抵抗Ｒ４の他方の端子と接地電位との間に接続されている。

定電圧回路２４０は、電源電位Ｖｃｃと接地電位との間に直列に接続された抵抗Ｒ５，Ｒ６で構成され、電源電位Ｖｃｃを抵抗Ｒ５，Ｒ６で抵抗分割して定電圧Ｖｒｅｆを出力する。

比較回路２５０は、電源電位Ｖｃｃで動作し、＋端子に定電圧Ｖｒｅｆが入力され、−端子に入力された積分信号ｄの電位と定電圧Ｖｒｅｆの電位とを比較し、積分信号ｄの電位が定電圧Ｖｒｅｆの電位よりも大きければ、Ｌレベルの出力信号ＡＲＴを出力し、積分信号ｄの電位が定電圧Ｖｒｅｆの電位よりも小さければ、Ｈレベルの出力信号ＡＲＴを出力する。

＜故障検出回路付き振動型センサー回路の動作＞
次に、故障検出回路付き振動型センサー回路の動作について図２を参照して説明する。図２は、故障検出回路付き振動型センサー回路の動作を示すグラフである。

図２（Ａ）は、圧電振動子１０が正常に動作している場合の圧電振動子１０の一方の端子から出力される信号ａの電圧の時間遷移を示すグラフである。信号ａは、直流成分が重畳された交流信号である。信号ａは、電圧Ｖｐｐ１の振幅を持つ。

図２（Ｂ）は、フィルター回路２１０により信号ａの直流成分を取り除いた信号ｂの電圧の時間遷移を示すグラフである。

図２（Ｃ）は、整流回路２２０により信号ｂの正側の信号だけを半波整流した信号ｃの電圧の時間遷移を示すグラフである。

図２（Ｄ）は、積分回路２３０により信号ｃを積分した積分信号ｄの電位と定電圧Ｖｒｅｆの電位との関係を示すグラフである。図２（Ｄ）では、積分信号ｄの電位が定電圧Ｖｒｅｆの電位よりも大きいので、比較回路２５０はＬレベルの出力信号ＡＲＴを出力する。出力信号ＡＲＴがＬレベルの場合は、圧電振動子１０が正常に動作していることを示す。

一方、図２（Ｅ）は、圧電振動子１０が故障している場合の圧電振動子１０の一方の端子から出力される信号ａの電圧の時間遷移を示すグラフである。信号ａは、電圧Ｖｐｐ１よりも小さい電圧Ｖｐｐ２の振幅を持つ。

図２（Ｆ）は、圧電振動子１０が故障している場合の積分信号ｄの電位と定電圧Ｖｒｅｆの電位との関係を示すグラフである。図２（Ｆ）では、積分信号ｄの電位が定電圧Ｖｒｅｆの電位よりも小さいので、比較回路２５０はＨレベルの出力信号ＡＲＴを出力する。出力信号ＡＲＴがＨレベルの場合は、圧電振動子１０が故障していることを示す。

以上に述べた本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

本実施形態では、ｎ＝３段のインバーター２１，２２，２３により発振された圧電振動子１０の一方の端子から出力される信号ａを故障検出回路２００で解析することにより圧電振動子１０が故障しているか否かを検出でき、複雑な回路を用いずに安価な故障検出回路２００で構成することができる。

以上、故障検出回路付き振動型センサー回路の実施形態を説明したが、こうした実施の形態に何ら限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実施し得ることができる。以下、変形例を挙げて説明する。

（変形例１）故障検出回路付き振動型センサー回路の変形例１について説明する。前記第１実施形態では、ｎ＝３段のインバーター２１，２２，２３の場合について説明したが、ｎ＞３の奇数段、すなわち、５段、７段などでもよい。このように構成すれば、発振回路１００は、より高いゲインと、より短時間での起動を実現することができる。

（変形例２）故障検出回路付き振動型センサー回路の変形例２について説明する。故障検出回路付き振動型センサー回路１は、発振回路１００の換わりに図３に示すような構成の発振回路１０３を適用しても良い。ただし図３に示す発振回路構成よりも図１に示すような構成の発振回路１０３は、増幅器のゲインを高く設定することが可能である為、故障検出回路２００を用いての故障を検出する必要性がより高いものである。

１…振動型センサー回路、１０…圧電振動子、２１，２２，２３…インバーター、１００…発振回路、２００…故障検出回路、２１０…フィルター回路、２２０…整流回路、２３０…積分回路、２４０…定電圧回路、２５０…比較回路。

Claims

圧電振動子と、
前記圧電振動子を発振させるための直列に接続されたｎ段（ｎは３以上の奇数）の増幅器を含み、前記１段目の増幅器の入力端子と前記圧電振動子の一方の端子とが接続され、前記ｎ段目の増幅器の出力端子と前記圧電振動子の他方の端子とが接続された発振回路と、
前記１段目の増幅器の入力端子と接続され、前記圧電振動子の一方の端子からの信号に基づき前記圧電振動子が故障しているか否かを検出する故障検出回路と、
を含む、
ことを特徴とする故障検出回路付き振動型センサー回路。
請求項１に記載の故障検出回路付き振動型センサー回路において、
前記故障検出回路は、
前記圧電振動子の一方の端子からの信号の直流成分を取り除くフィルター回路と、
前記フィルター回路の出力を半波整流する整流回路と、
前記整流回路の出力を積分した積分信号を出力する積分回路と、
前記積分信号の電位と所定の電位とを比較する比較回路と、
を含み、
前記積分信号の電位が前記所定の電位よりも低い場合に前記圧電振動子が故障していると判断する、
ことを特徴とする故障検出回路付き振動型センサー回路。