JP3430711B2 - 角速度センサ - Google Patents
角速度センサInfo
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- JP3430711B2 JP3430711B2 JP13135195A JP13135195A JP3430711B2 JP 3430711 B2 JP3430711 B2 JP 3430711B2 JP 13135195 A JP13135195 A JP 13135195A JP 13135195 A JP13135195 A JP 13135195A JP 3430711 B2 JP3430711 B2 JP 3430711B2
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- signal
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は角速度センサに関するも
のである。
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。
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】
【発明が解決しようとする課題】前記従来例において問
題となるのは、センサ起動後、特性が安定動作に達して
利用が可能かどうかを検知する機能、あるいはまた角速
度センサの取付体、例えば車が衝突する等して大きな衝
撃が加わる結果としてその一部が損傷し、正常な検知動
作ができなくなってしまっているのを検知すべき機能を
備えていないことであった。そこで本発明は角速度セン
サにおいて、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検出することができるようにする
事を目的とするものである。
題となるのは、センサ起動後、特性が安定動作に達して
利用が可能かどうかを検知する機能、あるいはまた角速
度センサの取付体、例えば車が衝突する等して大きな衝
撃が加わる結果としてその一部が損傷し、正常な検知動
作ができなくなってしまっているのを検知すべき機能を
備えていないことであった。そこで本発明は角速度セン
サにおいて、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検出することができるようにする
事を目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】そしてこの目的を達成す
る為に本発明の角速度センサは、音叉形の一対の駆動板
とこの一対の駆動板の各々の先端に直交関係をなすよう
に設けられた検知板とからなる振動体と、この振動体を
駆動振動させるために前記駆動体に設けられた駆動手段
と、前記振動体の駆動方向と直交する方向に発生する角
速度出力を得るために前記検知板に設けられた検出手段
とを備え、前記検知板と前記駆動板との機械結合に起因
する機械結合信号を前記検出手段により検出し、この機
械結合信号を用いて故障判定するように構成したもので
ある。
る為に本発明の角速度センサは、音叉形の一対の駆動板
とこの一対の駆動板の各々の先端に直交関係をなすよう
に設けられた検知板とからなる振動体と、この振動体を
駆動振動させるために前記駆動体に設けられた駆動手段
と、前記振動体の駆動方向と直交する方向に発生する角
速度出力を得るために前記検知板に設けられた検出手段
とを備え、前記検知板と前記駆動板との機械結合に起因
する機械結合信号を前記検出手段により検出し、この機
械結合信号を用いて故障判定するように構成したもので
ある。
【0005】
【作用】以上の構成とすれば、検知板と駆動板との機械
結合に起因する機械結合信号を検出手段により検出し、
この機械結合信号を用いて故障判定するため、角速度セ
ンサが正常な検知動作ができる状態にあるのか否かを検
知することができるようになる。また、この機械結合信
号を発生させるための手段を別個に設ける必要がなくな
る。
結合に起因する機械結合信号を検出手段により検出し、
この機械結合信号を用いて故障判定するため、角速度セ
ンサが正常な検知動作ができる状態にあるのか否かを検
知することができるようになる。また、この機械結合信
号を発生させるための手段を別個に設ける必要がなくな
る。
【0006】
【実施例】図1において1は樹脂製よりなる一端が開口
したケースで、このケース1の開口部に樹脂製の蓋2が
装着されることにより密封空間が形成されている。
したケースで、このケース1の開口部に樹脂製の蓋2が
装着されることにより密封空間が形成されている。
【0007】この密封空間の内部には、回路基板3と、
金属製のウェイト板4が収納されている。すなわち、ケ
ース1の内部四隅には支持ピン5が植設されており、こ
の支持ピン5によりウェイト板4と回路基板3が弾性的
に支持、固定されている。ウェイト板4にはこの弾性支
持のために、四隅にゴム製のダンパー6が装着されてお
り、またこのダンパー6と回路基板3の間には樹脂製の
支持脚7が設けられ、支持ピン5は下方よりダンパー
6、支持脚7、回路基板3を貫通後、その先端が回路基
板3側に押し潰されており、これにより回路基板3、ウ
ェイト板4は弾性的に支持、固定されている。また、ウ
ェイト板4の回路基板3側には図2に示す如く、金属製
の支持ピン8が垂直方向に圧入、固定されており、この
支持ピン8の上部には水平方向に金属製の支持ピン9の
一端が圧入、固定されている。この支持ピン9の径は支
持ピン8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10がはんだにより固定されて
いる。
金属製のウェイト板4が収納されている。すなわち、ケ
ース1の内部四隅には支持ピン5が植設されており、こ
の支持ピン5によりウェイト板4と回路基板3が弾性的
に支持、固定されている。ウェイト板4にはこの弾性支
持のために、四隅にゴム製のダンパー6が装着されてお
り、またこのダンパー6と回路基板3の間には樹脂製の
支持脚7が設けられ、支持ピン5は下方よりダンパー
6、支持脚7、回路基板3を貫通後、その先端が回路基
板3側に押し潰されており、これにより回路基板3、ウ
ェイト板4は弾性的に支持、固定されている。また、ウ
ェイト板4の回路基板3側には図2に示す如く、金属製
の支持ピン8が垂直方向に圧入、固定されており、この
支持ピン8の上部には水平方向に金属製の支持ピン9の
一端が圧入、固定されている。この支持ピン9の径は支
持ピン8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10がはんだにより固定されて
いる。
【0008】この基板10の支持ピン8,9を挟む両側
には金属製の駆動板11,12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11a,12a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11,12の他端は図2に示す如く、圧電
素子11a,12a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13,14に板状の圧
電素子13a,14aが固定され、これにより検知部が
構成されている。
には金属製の駆動板11,12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11a,12a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11,12の他端は図2に示す如く、圧電
素子11a,12a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13,14に板状の圧
電素子13a,14aが固定され、これにより検知部が
構成されている。
【0009】図3は制御回路を示し、駆動板11の圧電
素子11aにはドライバ15から約1VP−P、1.5
kHzの交流信号が印加される。これにより、駆動板1
1,12には支持ピン9に対して内外方向に音叉振動を
始める。駆動板12の圧電素子12aは音叉振動によ
り、印加信号に比例した電圧が誘起され、それはカレン
トアンプ16、バンドパスフィルタ17を通過し、図4
のA点信号となる。これは次に全波整流器18、AGC
回路19を介してドライバ15にフィードバックされ、
駆動信号のAGC制御が行われている。検知部において
は、圧電素子13a,14aが角速度を検知すると、圧
電素子13a,14aは共に+Qの角速度信号を出力
し、その様子は図4のB,Cに角速度信号として示され
ており、これは図3のD点において合成され、図4のD
の様な角速度信号となる。この角速度信号は次にチャー
ジアンプ20、バンドパスフィルタ21、同期検波2
2、ローパスフィルタ23を介して出力端子24から出
力される。その間のE点、F点、G点の信号波形は図4
のE,F,Gに角速度信号として示されている。
素子11aにはドライバ15から約1VP−P、1.5
kHzの交流信号が印加される。これにより、駆動板1
1,12には支持ピン9に対して内外方向に音叉振動を
始める。駆動板12の圧電素子12aは音叉振動によ
り、印加信号に比例した電圧が誘起され、それはカレン
トアンプ16、バンドパスフィルタ17を通過し、図4
のA点信号となる。これは次に全波整流器18、AGC
回路19を介してドライバ15にフィードバックされ、
駆動信号のAGC制御が行われている。検知部において
は、圧電素子13a,14aが角速度を検知すると、圧
電素子13a,14aは共に+Qの角速度信号を出力
し、その様子は図4のB,Cに角速度信号として示され
ており、これは図3のD点において合成され、図4のD
の様な角速度信号となる。この角速度信号は次にチャー
ジアンプ20、バンドパスフィルタ21、同期検波2
2、ローパスフィルタ23を介して出力端子24から出
力される。その間のE点、F点、G点の信号波形は図4
のE,F,Gに角速度信号として示されている。
【0010】さて、本実施例においては、駆動板11,
12に対して検知板13,14を直交する方向に設けな
ければならないが、真にこれを直交方向とすることは実
質的に困難で、しかも圧電素子13a,14aの大きさ
やその取り付け方も全く同じものとする事ができないの
で、その結果として圧電素子13a,14aからは常時
図4のB,Cに示す機械結合信号が発生してしまう。こ
の場合圧電素子13a,14a側は検知板13,14の
同一面に貼りつけており、検知板13,14の重心が若
干圧電素子13a,14a貼付側にずれるため、駆動板
11,12が音叉振動する場合に、例えば外方に広がる
場合、圧電素子13a,14a側にたわんで広がること
になる。従ってこれらの圧電素子13a,14aに発生
する機械結合信号は図4のB,Cの如く逆相の状態とな
るので、図3のD点においてはその機械結合信号が合成
された場合には、機械結合信号は小さくなる。この機械
結合信号はチャージアンプ20、増幅器25で増幅した
後、整流器26で整流され、その後平滑器27で平滑
後、判定器28でレベル判定が行われ、モニター信号端
子29からその判定結果が出力される。図3のH,I,
J各点の出力は図4にそれぞれ示している。即ち、平滑
器27の出力Iがa,b間にある時には、モニター信号
端子29の出力は図4のJに示す如くローレベルとな
る。これに対して例えば図3に示す検知板14が破損も
しくはそのリード線などが断線した場合には図4のCに
示す如く、角速度信号も機械結合信号もゼロレベルとな
ってしまう。この結果D点においては圧電素子13aか
らだけの機械結合信号が発生することとなり、今までよ
りもはるかに大きな機械結合信号レベルとなってしま
う。従ってこの時には平滑器27の出力は図4のIに示
す如く、a点より大きくなり、この結果判定器28から
は、図4のJに示す如くハイレベルの出力が発生する事
となる。また検知板13,14両方が破損したり、両方
のリード線が断線した場合などには平滑器27の出力は
図4のIのb点よりも小さく、この時にも判定器28の
出力はハイレベルの出力を出すことになる。そしてこの
様なハイレベルの出力が出た場合には、この角速度セン
サが故障したとして使用機器へ情報伝達をする。
12に対して検知板13,14を直交する方向に設けな
ければならないが、真にこれを直交方向とすることは実
質的に困難で、しかも圧電素子13a,14aの大きさ
やその取り付け方も全く同じものとする事ができないの
で、その結果として圧電素子13a,14aからは常時
図4のB,Cに示す機械結合信号が発生してしまう。こ
の場合圧電素子13a,14a側は検知板13,14の
同一面に貼りつけており、検知板13,14の重心が若
干圧電素子13a,14a貼付側にずれるため、駆動板
11,12が音叉振動する場合に、例えば外方に広がる
場合、圧電素子13a,14a側にたわんで広がること
になる。従ってこれらの圧電素子13a,14aに発生
する機械結合信号は図4のB,Cの如く逆相の状態とな
るので、図3のD点においてはその機械結合信号が合成
された場合には、機械結合信号は小さくなる。この機械
結合信号はチャージアンプ20、増幅器25で増幅した
後、整流器26で整流され、その後平滑器27で平滑
後、判定器28でレベル判定が行われ、モニター信号端
子29からその判定結果が出力される。図3のH,I,
J各点の出力は図4にそれぞれ示している。即ち、平滑
器27の出力Iがa,b間にある時には、モニター信号
端子29の出力は図4のJに示す如くローレベルとな
る。これに対して例えば図3に示す検知板14が破損も
しくはそのリード線などが断線した場合には図4のCに
示す如く、角速度信号も機械結合信号もゼロレベルとな
ってしまう。この結果D点においては圧電素子13aか
らだけの機械結合信号が発生することとなり、今までよ
りもはるかに大きな機械結合信号レベルとなってしま
う。従ってこの時には平滑器27の出力は図4のIに示
す如く、a点より大きくなり、この結果判定器28から
は、図4のJに示す如くハイレベルの出力が発生する事
となる。また検知板13,14両方が破損したり、両方
のリード線が断線した場合などには平滑器27の出力は
図4のIのb点よりも小さく、この時にも判定器28の
出力はハイレベルの出力を出すことになる。そしてこの
様なハイレベルの出力が出た場合には、この角速度セン
サが故障したとして使用機器へ情報伝達をする。
【0011】図5は他の実施例を示し、この実施例にお
いては増幅器25と、平滑器27の間に同期検波器30
を介在させ、駆動信号のフィードバック回路のフィード
バック信号、つまり図5のA点より位相器31を介した
信号により、同期検波を行うものである。すなわち増幅
器25に流入する機械結合信号中には、角速度信号も混
入しているので、この角度信号をキャンセルし、機械結
合信号レベルを正確な値に近づけるものである。その為
に上述の如く、図5のA点に流れる図6のAの信号を位
相器31で90度位相を遅らせ、この90度位相遅れの
ある信号で、増幅器25からの出力を同期検波すれば、
図6のIに示す如く角速度信号がキャンセルされ、機械
結合信号レベルを正確な値に近づける事ができるのであ
る。
いては増幅器25と、平滑器27の間に同期検波器30
を介在させ、駆動信号のフィードバック回路のフィード
バック信号、つまり図5のA点より位相器31を介した
信号により、同期検波を行うものである。すなわち増幅
器25に流入する機械結合信号中には、角速度信号も混
入しているので、この角度信号をキャンセルし、機械結
合信号レベルを正確な値に近づけるものである。その為
に上述の如く、図5のA点に流れる図6のAの信号を位
相器31で90度位相を遅らせ、この90度位相遅れの
ある信号で、増幅器25からの出力を同期検波すれば、
図6のIに示す如く角速度信号がキャンセルされ、機械
結合信号レベルを正確な値に近づける事ができるのであ
る。
【0012】図7は他の実施例を示し、この実施例にお
いては初期設定として、圧電素子13a,14aから得
られる機械結合信号を図7のD点で加算した場合、0と
なる様にしたものである。すなわち、図3、図5に示す
ものは、この加算が0以外の状態になっていたのに対
し、この実施例においては検知板13あるいは14をト
リミングすることにより、圧電素子13a,14aから
生じる機械結合信号を加算したものを0に初期設定する
ものである。図8のDはそれを示しており、例えば検知
板14が損傷したり、リード線が外れたりするまでは機
械結合信号は発生していない。しかし、この故障以後は
圧電素子14aからの機械結合信号が発生しなくなるの
で、図8のDの如く機械結合信号が現出することにな
る。この結果、図8のJに示す如く、判定器28の出力
はハイレベルとなり、これが論理和回路32を介してモ
ニター信号端子29から図8のLに示す如く角速度セン
サが故障したことを知らせる信号が出力されることにな
る。また、本実施例においては論理和回路32に判定器
33を介して駆動信号のフィードバック信号、つまり全
波整流器18の出力を供給する様にしている。これは、
本実施例において、駆動板11,12が駆動されていな
い時にもモニター信号端子29から故障を報知できる様
にするためのものである。その為に本実施例では、駆動
信号を判定器33を介して論理和回路32へ供給するこ
とにしたものであり、判定器33はこのフィードバック
信号が0の時にハイレベルを出力し、これが論理和回路
32を介してモニター信号端子29から出力され故障を
報知することができるのである。図9は他の実施例を示
し、この実施例においても圧電素子13a,14aから
得られる機械結合信号を加算した場合0となる様に検知
板13あるいは14をトリミングして初期設定してい
る。そして圧電素子13aからの信号はチャージアンプ
20aで増幅し、また圧電素子14aの信号はチャージ
アンプ20bで増幅し、それらを加算器34で加算した
ものが、その後の処理により出力端子24から角速度出
力として取出される。また、減算器35にてチャージア
ンプ20aの出力からチャージアンプ20bの出力を減
算したものが、その後の処理により、モニター信号端子
29からモニター信号として出力される様になってい
る。なお各部の波形は図10に示している。なお上記実
施例においては、いくつかの例を示したが、増幅器2
5、整流器26、平滑器27は省いても良い。また音叉
形の角速度センサを用いて説明したが、三角柱タイプ、
円柱タイプ、音片タイプ、円筒タイプ、の角速度センサ
においても機械結合信号が必ず発生するので、この機械
結合信号を用いて故障検出することができる。
いては初期設定として、圧電素子13a,14aから得
られる機械結合信号を図7のD点で加算した場合、0と
なる様にしたものである。すなわち、図3、図5に示す
ものは、この加算が0以外の状態になっていたのに対
し、この実施例においては検知板13あるいは14をト
リミングすることにより、圧電素子13a,14aから
生じる機械結合信号を加算したものを0に初期設定する
ものである。図8のDはそれを示しており、例えば検知
板14が損傷したり、リード線が外れたりするまでは機
械結合信号は発生していない。しかし、この故障以後は
圧電素子14aからの機械結合信号が発生しなくなるの
で、図8のDの如く機械結合信号が現出することにな
る。この結果、図8のJに示す如く、判定器28の出力
はハイレベルとなり、これが論理和回路32を介してモ
ニター信号端子29から図8のLに示す如く角速度セン
サが故障したことを知らせる信号が出力されることにな
る。また、本実施例においては論理和回路32に判定器
33を介して駆動信号のフィードバック信号、つまり全
波整流器18の出力を供給する様にしている。これは、
本実施例において、駆動板11,12が駆動されていな
い時にもモニター信号端子29から故障を報知できる様
にするためのものである。その為に本実施例では、駆動
信号を判定器33を介して論理和回路32へ供給するこ
とにしたものであり、判定器33はこのフィードバック
信号が0の時にハイレベルを出力し、これが論理和回路
32を介してモニター信号端子29から出力され故障を
報知することができるのである。図9は他の実施例を示
し、この実施例においても圧電素子13a,14aから
得られる機械結合信号を加算した場合0となる様に検知
板13あるいは14をトリミングして初期設定してい
る。そして圧電素子13aからの信号はチャージアンプ
20aで増幅し、また圧電素子14aの信号はチャージ
アンプ20bで増幅し、それらを加算器34で加算した
ものが、その後の処理により出力端子24から角速度出
力として取出される。また、減算器35にてチャージア
ンプ20aの出力からチャージアンプ20bの出力を減
算したものが、その後の処理により、モニター信号端子
29からモニター信号として出力される様になってい
る。なお各部の波形は図10に示している。なお上記実
施例においては、いくつかの例を示したが、増幅器2
5、整流器26、平滑器27は省いても良い。また音叉
形の角速度センサを用いて説明したが、三角柱タイプ、
円柱タイプ、音片タイプ、円筒タイプ、の角速度センサ
においても機械結合信号が必ず発生するので、この機械
結合信号を用いて故障検出することができる。
【0013】
【発明の効果】以上の様に本発明の角速度センサは、音
叉形の一対の駆動板とこの一対の駆動板の各々の先端に
直交関係をなすように設けられた検知板とからなる振動
体と、この振動体を駆動振動させるために前記駆動板に
設けられた駆動手段と、前記振動体の駆動方向と直交す
る方向に発生する角速度出力を得るために前記検知板に
設けられた検出手段とを備え、前記検知板と前記駆動板
との機械結合に起因する機械結合信号を前記検出手段に
より検出し、この機械結合信号を用いて故障判定するよ
うに構成しているため、角速度センサが正常な検知動作
ができる状態にあるのか否かを検知することができるよ
うになる。また、この機械結合信号を発生させるための
手段を別個に設ける必要がなくなる。
叉形の一対の駆動板とこの一対の駆動板の各々の先端に
直交関係をなすように設けられた検知板とからなる振動
体と、この振動体を駆動振動させるために前記駆動板に
設けられた駆動手段と、前記振動体の駆動方向と直交す
る方向に発生する角速度出力を得るために前記検知板に
設けられた検出手段とを備え、前記検知板と前記駆動板
との機械結合に起因する機械結合信号を前記検出手段に
より検出し、この機械結合信号を用いて故障判定するよ
うに構成しているため、角速度センサが正常な検知動作
ができる状態にあるのか否かを検知することができるよ
うになる。また、この機械結合信号を発生させるための
手段を別個に設ける必要がなくなる。
【図1】本発明の一実施例の分解斜視図
【図2】図1の要部の拡大斜視図
【図3】図1の制御回路図
【図4】図3の波形図
【図5】本発明の他の実施例の制御回路図
【図6】図5の波形図
【図7】本発明の更に他の実施例の制御回路図
【図8】図7の波形図
【図9】本発明の更に他の実施例の制御回路図
【図10】図9の波形図
11 駆動板
11a 圧電素子
12 駆動板
12a 圧電素子
13 検知板
13a 圧電素子
14 検知板
14a 圧電素子
24 出力端子
29 モニター信号端子
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平2−266214(JP,A)
特開 平6−58760(JP,A)
特開 平4−215017(JP,A)
特開 平6−18267(JP,A)
特開 平6−207946(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
G01C 19/56
G01P 9/04
Claims (8)
- 【請求項1】 音叉形の一対の駆動板とこの一対の駆動
板の各々の先端に直交関係をなすように設けられた検知
板とからなる振動体と、この振動体を駆動振動させるた
めに前記駆動板に設けられた駆動手段と、前記振動体の
駆動方向と直交する方向に発生する角速度出力を得るた
めに前記検知板に設けられた検出手段とを備え、前記検
知板と前記駆動板との機械結合に起因する機械結合信号
を前記検出手段により検出し、この機械結合信号を用い
て故障判定するように構成した角速度センサ。 - 【請求項2】 駆動手段と検出手段が圧電性を有する材
料によってなる請求項1に記載の角速度センサ。 - 【請求項3】 一対の検出手段から得られる機械結合信
号をチャージアンプで増幅、整流、平滑後、判定器に供
給する構成とした請求項1に記載の角速度センサ。 - 【請求項4】 一対の検出手段から得られる機械結合信
号の和を0以外の所定値に初期設定する構成とした請求
項3に記載の角速度センサ。 - 【請求項5】 一対の検出手段から得られる機械結合信
号の和を0に初期設定する構成とした請求項3に記載の
角速度センサ。 - 【請求項6】 駆動手段に接続された判定器の出力と機
械結合信号が入力された判定器の出力を論理和回路に供
給する構成とした請求項5に記載の角速度センサ。 - 【請求項7】 一対の検出手段から得られる機械結合信
号の和を0以外の所定値に初期設定するとともに、これ
らの検出手段から得られた機械結合信号をチャージアン
プで増幅し、このチャージアンプで増幅された機械結合
信号を駆動信号のフィードバック回路に流れるフィード
バック信号を90度位相器で位相変換した信号により同
期検波し平滑後、判定器に供給する構成とした請求項1
に記載の角速度センサ。 - 【請求項8】 一対の検出手段から得られる機械結合信
号の和を0に初期設定 するとともに、一対の検出手段か
ら得られる機械結合信号をそれぞれ別のチャージアンプ
で増幅し、これら別のチャージアンプの出力を引き算し
た信号を整流、平滑後、判定器に供給する構成にした請
求項1に記載の角速度センサ。
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