JP7491439B2 - 物理量検出回路、物理量センサー、電子機器、及び移動体物理量センサー - Google Patents
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Description
物理量を検出する物理量検出素子から出力される第1の信号及び第2の信号に基づいて、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に応じた物理量検出信号を生成する物理量検出回路であって、
前記第1の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第1の物理量成分と、前記物理量検出素子の振動に基づく第1の振動漏れ成分とを含み、
前記第2の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第2の物理量成分と、前記物理量検出素子の前記振動に基づく第2の振動漏れ成分とを含み、
前記第1の物理量成分と前記第2の物理量成分とは互いに逆相であり、
前記第1の振動漏れ成分と前記第2の振動漏れ成分とは互いに同相であり、
前記第1の信号及び前記第2の信号に基づく信号対を差動増幅する差動増幅回路と、
前記信号対を加算する加算回路と、
前記差動増幅回路の出力信号に基づく信号を同期検波して前記第1の物理量成分と前記第2の物理量成分との差に応じた信号を出力する第1の同期検波回路と、
前記加算回路の出力信号に基づく信号を同期検波して前記第1の振動漏れ成分と前記第2の振動漏れ成分との和に応じた信号を出力する第2の同期検波回路と、
前記第1の同期検波回路の出力信号に基づいて前記物理量検出信号を生成する物理量検出信号生成回路と、
前記第2の同期検波回路の出力信号に基づいて振動漏れ信号を生成する振動漏れ信号生成回路と、を備える。
前記第1の振動漏れ成分と前記第2の振動漏れ成分との差分量は実質的にゼロであってもよい。
前記第1の信号が入力される第1のチャージアンプ回路と、
前記第2の信号が入力される第2のチャージアンプ回路と、を備え、
前記信号対は、前記第1のチャージアンプ回路の出力信号及び前記第2のチャージアンプ回路の出力信号であってもよい。
前記振動漏れ信号に基づいて故障診断を行う故障診断回路を備えてもよい。
前記故障診断回路は、前記振動漏れ信号の大きさが第1の範囲に含まれない場合に故障であると診断してもよい。
前記第1の範囲は可変であってもよい。
前記物理量検出回路の一態様と、
前記物理量検出素子と、を備えている。
前記物理量センサーの一態様と、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えている。
前記物理量センサーの一態様と、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、を備えている。
物理量を検出し、第1の信号及び第2の信号を出力する物理量検出素子と、前記第1の信号及び前記第2の信号に基づいて、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に応じた物理量検出信号を生成する物理量検出回路と、を含む物理量センサーの故障診断方法であって、
前記第1の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第1の物理量成分と、前記物理量検出素子の振動に基づく第1の振動漏れ成分とを含み、
前記第2の信号は、前記物理量検出素子が検出した前記物理量に基づく第2の物理量成分と、前記物理量検出素子の前記振動に基づく第2の振動漏れ成分とを含み、
前記第1の物理量成分と前記第2の物理量成分とは互いに逆相であり、
前記第1の振動漏れ成分と前記第2の振動漏れ成分とは互いに同相であり、
前記物理量検出素子から出力される前記第1の信号及び前記第2の信号に基づく信号対を差動増幅する差動増幅工程と、
前記信号対を加算する加算工程と、
前記差動増幅工程で得られた信号に基づく信号を同期検波して前記第1の物理量成分と前記第2の物理量成分との差に応じた信号を生成する第1の同期検波工程と、
前記加算工程で得られた信号に基づく信号を同期検波して前記第1の振動漏れ成分と前記第2の振動漏れ成分との和に応じた信号を生成する第2の同期検波工程と、
前記第1の同期検波工程で生成された信号に基づいて前記物理量検出信号を生成する物理量検出信号生成工程と、
前記第2の同期検波工程で生成された信号に基づいて振動漏れ信号を生成する振動漏れ信号生成工程と、
前記振動漏れ信号に基づいて、前記物理量センサーの故障診断を行う故障診断工程と、を含む。
1-1.物理量センサーの構成
図1は、本実施形態の物理量センサーの機能ブロック図である。本実施形態の物理量センサー1は、物理量を検出する物理量検出素子100と、物理量検出回路200とを含む。
水晶を材料とする振動片は、温度変化に対する共振周波数の変動が極めて小さいので、角速度の検出精度を高めることができるという利点がある。なお、図2におけるX軸、Y軸、Z軸は水晶の軸を示す。
図5は、駆動回路20の構成例を示す図である。図5に示すように、駆動回路20は、電流電圧変換回路21、AC増幅回路22、振幅調整回路23及び移相回路24を含む。
図6は、検出回路30の構成例を示す図である。図6に示すように、検出回路30は、チャージアンプ回路31A,31B、差動増幅回路32、加算回路33、AC増幅回路34A,34B、同期検波回路35A,35B、平滑回路36A,36B、可変増幅回路37A,37B及びフィルター回路38A,38Bを含む。
、第2の信号を、基準電圧Vrefを基準とした交流電圧信号に変換して出力する。なお
、チャージアンプ回路31Aは「第1のチャージアンプ回路」の一例であり、チャージアンプ回路31Bは「第2のチャージアンプ回路」の一例である。
信号SDETの電圧レベルが基準電圧Vrefよりも低いときはAC増幅回路34Aの出
力信号を基準電圧Vrefに対して反転した信号を選択するスイッチ回路であってもよい
。なお、同期検波回路35Aは、「第1の同期検波回路」の一例である。
波信号QDETの電圧レベルが基準電圧Vrefよりも低いときはAC増幅回路34Bの
出力信号を基準電圧Vrefに対して反転した信号を選択するスイッチ回路であってもよ
い。なお、同期検波回路35Bは、「第2の同期検波回路」の一例である。
図7は、物理量検出素子100から出力される交流電荷に含まれる物理量成分に対する各種信号の波形の一例を示す図である。図7では、図5に示したA点からC点の各信号の波形及び図6に示したD点からK点の各信号の波形が示されており、各信号の波形について、横軸は時間であり、縦軸は電圧である。なお、図7は、物理量検出素子100に一定の角速度が加わった場合の例である。
図9は、本実施形態の物理量センサー1の故障診断方法の手順の一例を示すフローチャート図である。なお、図9のフローチャートにおいて、各工程の処理を適宜入れ替えてもよい。
本実施形態の物理量センサー1では、物理量検出素子100は、検出した物理量に基づく第1の物理量成分と、物理量検出素子100の振動に基づく第1の振動漏れ成分とを含む第1の信号、及び、検出した物理量に基づく第2の物理量成分と、物理量検出素子100の振動に基づく第2の振動漏れ成分とを含む第2の信号を出力する。また、物理量検出回路200は、物理量検出素子100から出力される第1の信号及び第2の信号に基づく信号対を加算する加算回路33と、加算回路33の出力信号に基づく信号を同期検波して第1の振動漏れ成分と第2の振動漏れ成分との和に応じた信号を出力する同期検波回路35Bと、同期検波回路35Bの出力信号に基づいて振動漏れ信号QDOXを生成する振動漏れ信号生成回路と、を備える。そして、第1の振動漏れ成分と第2の振動漏れ成分とは互いに同相であるため、加算回路33によって振動漏れ成分は増幅される。さらに、例えば、物理量検出素子100の一部が破損し、あるいは、物理量検出素子100と電気的に接続される配線の一部が切断又は短絡した場合には、第1の振動漏れ成分又は第2の振動漏れ成分の大きさが変化するため、振動漏れ信号QDOXの大きさが変化する。したがって、本実施形態の物理量センサー1、物理量検出回路200又は物理量センサー1の故障診断方法によれば、物理量検出素子100に発生する漏れ振動に基づいて故障診断に利用可能な振動漏れ信号QDOXを生成することができる。
例えば、上記の実施形態では、物理量検出回路200は、故障診断回路60を含むが、故障診断回路を含んでいなくてもよい。例えば、外部装置であるMCU5が、振動漏れ信号QDOXに基づいて物理量センサー1の故障診断を行ってもよい。
図10は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。図10に示すように、本実施形態の電子機器300は、物理量センサー310、処理回路320、操作部330、ROM(Read Only Memory)340、RAM(Random Access Memory)350、通信部360、表示部370を含む。なお、本実施形態の電子機器は、図10の構成要素の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
また、このデジタルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、ビデオ信号出力端子1312には、テレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314には、パーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。デジタルカメラ1300は、例えば、角速度センサーである物理量センサー310を有し、物理量センサー310の出力信号を用いて、例えば手振れ補正等の処理を行う。
図12は、本実施形態の移動体の一例を示す図である。図12に示す移動体400は、物理量センサー410、処理回路440,450,460、バッテリー470、ナビゲーション装置480を含む。なお、本実施形態の移動体は、図12の構成要素の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
Claims (12)
- 物理量を検出する物理量検出素子を励振振動させる駆動回路と、
前記物理量検出素子から出力される第1の信号及び第2の信号に基づく信号対を差動増幅する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路の出力信号に基づく信号を同期検波する第1の同期検波回路と、
前記第1の同期検波回路の出力信号に基づいて物理量検出信号を生成する物理量検出信号生成回路と、
前記信号対を加算する加算回路と、
前記加算回路の出力信号に基づく信号を同期検波する第2の同期検波回路と、
前記第2の同期検波回路の出力信号に基づいて振動漏れ信号を生成する振動漏れ信号生成回路と、
を含む、物理量検出回路。 - 請求項1において、
前記振動漏れ信号に基づいて故障診断を行う故障診断回路を含む、物理量検出回路。 - 請求項1または2において、
前記第1の信号が入力される第1のチャージアンプ回路と、
前記第2の信号が入力される第2のチャージアンプ回路と、
を含み、
前記信号対は、前記第1のチャージアンプ回路の出力信号及び前記第2のチャージアンプ回路の出力信号からなる信号対である、物理量検出回路。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記振動漏れ信号生成回路は、
前記第2の同期検波回路の出力信号を平滑化して直流電圧信号を出力する平滑回路を含む、物理量検出回路。 - 請求項4において、
前記振動漏れ信号生成回路は、
前記直流電圧信号を増幅又は減衰して出力する可変増幅回路を含む、物理量検出回路。 - 請求項5において、
前記振動漏れ信号生成回路は、
前記可変増幅回路の出力信号を所望の周波数帯域に制限することにより前記振動漏れ信号として出力するフィルター回路を含む、物理量検出回路。 - 請求項6において、
前記第1の信号は、第1の振動漏れ成分を含み、
前記第2の信号は、第2の振動漏れ成分を含む、物理量検出回路。 - 請求項7において、
前記第1の振動漏れ成分と前記第2の振動漏れ成分とは互いに同相である、物理量検出回路。 - 請求項8において、
前記振動漏れ信号は、アナログ信号であり、
前記振動漏れ信号生成回路は、
前記振動漏れ信号をデジタル信号に変換して出力するアナログ/デジタル変換回路を含む、物理量検出回路。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の物理量検出回路と、
物理量検出素子と、
を含む、物理量センサー。 - 請求項10に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、
を含む、電子機器。 - 請求項10に記載の物理量センサーと、
前記物理量センサーの出力信号に基づく処理を行う処理回路と、
を含む、移動体。
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