WO2009125589A1 - 慣性力センサ - Google Patents

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WO2009125589A1
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黒田啓介
植村猛
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パナソニック株式会社
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    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5776—Signal processing not specific to any of the devices covered by groups G01C19/5607 - G01C19/5719
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass

Definitions

  • the present invention relates to inertial force sensors used in various electronic devices such as attitude control and navigation of mobile bodies such as aircraft, automobiles, robots, ships, and vehicles.
  • FIG. 11 is a circuit block diagram of a conventional angular velocity sensor.
  • the conventional angular velocity sensor includes a vibrator 1 having a drive electrode 2, a monitor electrode 3, and a detection electrode 4, a drive circuit 5, a vibration control circuit 6, a detection circuit 7, and a failure diagnosis circuit 8.
  • a filter circuit 9 is provided.
  • the drive circuit 5 supplies a drive signal to the drive electrode 2 to vibrate the vibrator 1.
  • the detection circuit 7 detects an angular velocity based on a detection signal output from the detection electrode 4 due to an inertial force.
  • the vibration control circuit 6 controls the amount of energization of the drive signal based on the monitor signal output from the monitor electrode 3.
  • the failure diagnosis circuit 8 inputs a pseudo angular velocity signal to the detection circuit 7 to perform failure diagnosis.
  • FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of the filter circuit 9 included in the detection circuit 7.
  • the filter circuit 9 an input signal is input to one input terminal 10a, the other input terminal 10b is grounded, and an output signal is output from the output terminal 11.
  • the input signal is input to the input unit (IN) through the resistor 20 (R1), and the resistor 12 (R2) and the capacitor 13 (C1) are connected in parallel to the input terminal 10a and the output terminal 11.
  • a filtered signal is output from the output (OUT) of the filter circuit 9.
  • the detection signal is filtered and output as a desired signal by the filter circuit 9 in the detection circuit 7.
  • the angular velocity is detected based on the desired signal.
  • the filter may be a low pass filter or a high pass filter.
  • the cut-off frequency of the filter circuit 9 is about 10 Hz.
  • a pseudo-angular velocity signal for failure diagnosis is input from the failure diagnosis circuit 8 to the detection circuit 7 at the time of startup after power on. Then, if the angular velocity is detected based on the pseudo angular velocity signal, it can be determined that there is no failure.
  • Patent Document 1 As prior art document information related to the invention of this application, for example, Patent Document 1 is known.
  • the filter circuit 9 includes a resistor 20 (R1), a resistor 12 (R2) and a capacitor 13 (C1) as shown in FIG. 12, but these are generally one of delay elements. It is.
  • the transfer function in the filter circuit 9 is as shown in (Expression 1)
  • the phase characteristic is as shown in (Expression 2)
  • the delay time is as shown in (Expression 3).
  • the delay time of the filter circuit 9 is due to the delay element, and if the resistance 12 (R2) and the capacitor 13 (C1) are large, the following (formula 1) Since the time constant ⁇ (tau) defined in 4) becomes large, the delay time becomes long.
  • the output of the detection signal becomes slower with respect to the pseudo angular velocity signal 21 for failure diagnosis, and the response at the time of failure diagnosis becomes lower.
  • the values of the delay element, the resistor 12 (R2) and the capacitor 13 (C1) may be reduced.
  • the values of the delay element, the resistor 12 (R2) and the capacitor 13 (C1) In the case where the value of x is reduced, the cut-off frequency is increased, which adversely affects the detection accuracy of the angular velocity. That is, the above configuration has a problem that the delay time can be shortened while lowering the cutoff frequency to improve the accuracy of failure diagnosis. JP 2002-267448 A
  • the present invention provides an inertial force sensor in which the diagnostic accuracy of failure diagnosis is improved while suppressing the deterioration of the detection accuracy of the angular velocity.
  • a vibrator having a drive electrode, a monitor electrode, and a detection electrode, a drive circuit for energizing a drive signal to drive the drive electrode to vibrate the vibrator, and a detection signal output from the detection electrode due to inertial force.
  • Switching the characteristics of the detection circuit that detects the angular velocity based on the vibration control circuit that controls the conduction amount of the drive signal based on the monitor signal output from the monitor electrode, and the filter circuit included in the detection circuit And a fault diagnostic circuit for fault diagnosis by inputting a pseudo angular velocity signal.
  • the characteristics of the filter circuit are switched to shorten the delay time. Therefore, when a pseudo angular velocity signal is input to the detection circuit at the time of failure diagnosis, the response is good and diagnostic accuracy of failure diagnosis can be improved. .
  • FIG. 1 is a circuit block diagram of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the filter circuit unit according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the clock for controlling the filter circuit and the on / off of SW1 and SW2.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the filter circuit section in a section in which the clock for controlling the filter circuit is "High”.
  • FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the filter circuit section in a section where the clock for controlling the filter circuit is "Low”.
  • FIG. 6 is a diagram showing the overall flow of signals in one embodiment.
  • FIG. 7 is an operation diagram at the normal time according to one embodiment.
  • FIG. 8 is an operation diagram at the time of failure diagnosis in the embodiment.
  • FIG. 9 is a characteristic diagram showing responsiveness at the time of failure diagnosis in one embodiment.
  • FIG. 10 is an equivalent circuit diagram of a digital filter circuit according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a circuit block diagram of a conventional angular velocity sensor.
  • FIG. 12 is an equivalent circuit diagram of a conventional filter circuit.
  • FIG. 13 is a characteristic diagram showing responsiveness in conventional failure diagnosis.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram of an angular velocity sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the present angular velocity sensor includes a vibrator 31 having a drive electrode 32, a monitor electrode 33, and a detection electrode 34, a drive circuit 35, a vibration control circuit 36, a detection circuit 37, and a failure diagnosis circuit 38.
  • the drive circuit 35 supplies a drive signal to the drive electrode 32 to vibrate the vibrator 31.
  • the detection circuit 37 detects an angular velocity based on a detection signal output from the detection electrode 34 due to an inertial force.
  • the vibration control circuit 36 controls the amount of energization of the drive signal based on the monitor signal output from the monitor electrode 33.
  • the failure diagnosis circuit 38 inputs a pseudo angular velocity signal to the detection circuit 37 to perform failure diagnosis.
  • the detection circuit 37 has its response determined in accordance with the clock frequency, and includes a filter circuit 39 that filters the detection signal.
  • the filter circuit 39 is a switched capacitor filter.
  • the filter circuit 39 the signal input from the input unit (IN) is filtered with a predetermined characteristic and output from the output unit (OUT).
  • An input signal is input to one input terminal 40 a, the other input terminal 40 b is grounded, and an output signal is output from the output terminal 41.
  • a first switch portion 42a composed of a capacitor 50 (C2) and a plurality of switches 60 (SW2) and 61 (SW1) is connected to the input terminal 40a and the input terminal 40b, and an input signal is transmitted through the first switch portion 42a. Is input.
  • a second switch portion 42 b composed of a capacitor 43 (C 3) and a plurality of switches 62 (SW 2) and 63 (SW 1) is connected to the input terminal 40 a, the input terminal 40 b and the output terminal 41.
  • a clock is input from the clock frequency switching circuit 45 to each of the first switch portion 42a and the second switch portion 42b to control the opening and closing of the switch portion.
  • the first switch portion 42a, the second switch portion 42b, and the capacitor 70 (C4) correspond to the resistor 20 (R1), the resistor 12 (R2), and the capacitor 13 (C1) in FIG. 12, respectively.
  • the first switch portion 42a is an input resistor
  • the second switch portion 42b is a feedback resistor for feeding back the output signal of the output terminal 41 to the input terminal 40a
  • the capacitor 70 (C4) is feedback for the output signal of the output terminal 41 to the input terminal 40a Operates as a feedback capacitor.
  • the switches SW1 of 61 and 63 and the switches SW2 of 60 and 62 operate as a pair, and the switches SW1 and SW2 are configured to be on and off in reverse according to the clock.
  • FIG. 3 shows the relationship between the clock high (High) and low (Low) and SW1 and SW2 on (On) and off (Off).
  • the filter circuit 39 operates as a switched capacitor filter.
  • FIG. 6 shows the overall flow of signals among the filter circuit 39, the clock frequency switching circuit 45 and the failure diagnosis circuit 38.
  • Reference numeral 80 is a pseudo angular velocity signal for failure diagnosis output from the failure diagnosis circuit 38.
  • Reference numeral 81 denotes a mode switching signal for switching between the normal mode and the failure diagnosis mode.
  • the mode switching signal 81 selects the clock of the clock frequency switching circuit 45 as the frequency fclk1 in the normal mode and as fclk2 having a frequency higher than fclk1 in failure diagnosis.
  • FIG. 7 shows a normal operation without failure diagnosis.
  • the clock having the clock frequency fclk1 is input to the filter circuit 39 from the clock frequency switching circuit 45, and the pseudo angular velocity signal 80 is not output from the failure diagnosis circuit 38.
  • FIG. 8 shows the operation of failure diagnosis.
  • the pseudo angular velocity signal 80 output from the failure diagnosis circuit 38 is input to the detection circuit 37 by the mode switching signal 81.
  • the clock frequency switching circuit 45 switches the characteristic of the filter circuit 39 by inputting the clock of fclk 2 whose frequency is higher than fclk 1 to the filter circuit 39.
  • the detection signal is filtered and output as a desired signal by the filter circuit 39 in the detection circuit 37, and a predetermined angular velocity is detected based on the desired signal.
  • the filter may be a low pass filter, a high pass filter, or a filter having a desired filter characteristic.
  • the cut-off frequency of the filter circuit 39 is about 10 Hz.
  • a pseudo-angular velocity signal for failure diagnosis is inputted from the failure diagnosis circuit 38 to the detection circuit 37. Then, if a predetermined angular velocity is detected based on the pseudo angular velocity signal, it can be determined that there is no failure.
  • the clock frequency is switched by the clock frequency switching circuit 45 so that the clock frequency is larger than the clock frequency at the normal time, and normally the clock frequency is smaller than the clock frequency at the failure diagnosis.
  • the transfer function in the filter circuit 39 is as in the following (Equation 5)
  • the phase characteristic is as in the (Equation 6)
  • the delay time is (Equation 7) As it is.
  • the delay time of the filter circuit 39 is caused by the capacitor 43 (C3) and the capacitor 70 (C4) of the delay element. Further, it is also due to the clock frequency fclk, and in particular, as shown in (Expression 6), when the clock frequency fclk is increased, the delay time is shortened. That is, the clock frequency is increased to fclk2 so as to shorten the delay time at the time of failure diagnosis, and the clock frequency is decreased to fclk1 in a normal state.
  • a diagnosis unit that diagnoses a fault by shortening the delay time caused by the delay element included in the detection circuit 37. Therefore, when the pseudo angular velocity signal is input to the detection circuit 37, the response is good. Diagnostic accuracy can be improved. As shown in FIG. 9, the response of the detection signal becomes faster with respect to the input of the pseudo angular velocity signal for failure diagnosis.
  • the responsivity is determined according to the clock frequency, and a filter circuit 39 is provided to filter the detection signal.
  • the filter circuit 39 is a switched capacitor filter, and the clock frequency is switched so that the clock frequency is made larger than the clock frequency at the normal time in failure diagnosis, and is normally smaller than the clock frequency at the failure diagnosis.
  • the clock frequency is switched by the circuit 45. Therefore, the deterioration of the detection accuracy of the angular velocity can be suppressed while easily improving the diagnosis accuracy of the failure diagnosis.
  • the clock frequency when the failure diagnosis is performed immediately after the power is turned on, and normally, the clock frequency is increased at startup to shorten the delay time and improve the diagnostic accuracy of the failure diagnosis. .
  • the clock frequency in the stable driving state, the clock frequency may be reduced and the delay time may be restored, and the cut-off frequency in the desired low frequency range may be secured to suppress the deterioration of the detection accuracy of the angular velocity.
  • failure diagnosis may be performed in the stable drive state other than at the time of startup. In the stable drive state, it is effective to always perform the failure diagnosis because the deterioration in the detection accuracy of the angular velocity can be constantly suppressed.
  • the clock frequency is set so that the cutoff frequency in the filter circuit 39 is larger than the cutoff frequency in the normal state at fault diagnosis, and is normally smaller than the cutoff frequency in the fault diagnosis. You may switch
  • the clock frequency is increased, the cutoff frequency is increased (delay time is shortened), and if the clock frequency is decreased, the cutoff frequency is decreased (delay time is increased). For this reason, the clock frequency is increased at startup to shorten the delay time, and while improving the diagnostic accuracy of failure diagnosis, the clock frequency is reduced at normal times to restore the delay time to the original, and the cutoff in a desired low frequency range By securing the frequency, it is possible to suppress the deterioration of the detection accuracy of the angular velocity.
  • a digital filter circuit 51 as shown in FIG. 10 may be used instead of the filter circuit 39 shown in FIG. Specifically, the detection signal from detection electrode 34 shown in FIG. 1 and the output signal from failure diagnosis circuit 38 are input to A / D conversion circuit 56 shown in FIG. Be done. This digital signal is input to the first amplifier 52 having the amplification degree ⁇ and the delay unit 54 whose delay time T is determined by the clock of the clock frequency fclk supplied from the clock frequency switching circuit 45. Then, the output from the delay unit 54 is input to the second amplifier 53 having the amplification degree ⁇ , and the outputs of the first amplifier 52 and the second amplifier 53 are added by the adder 55, and the output is output.
  • the configuration is as follows.
  • the transfer function in the digital filter circuit 51 is as shown in (Equation 8), the phase characteristic is as (Equation 9), and the delay time is as (Equation 10).
  • the delay time T in the delay unit 54 is proportional to the inverse of the clock frequency fclk of the clock supplied from the clock frequency switching circuit 45.
  • the delay time T in the delay unit 54 can be reduced, and the input / output delay time of the digital filter circuit 51 can also be shortened. As a result, the accuracy of failure diagnosis is improved. It is possible to
  • the angular velocity sensor according to the present invention can improve detection sensitivity according to the operation mode, can realize high-speed and high-accuracy failure diagnosis particularly at the time of failure diagnosis, and can be applied to various electronic devices.

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Abstract

　角速度の検出精度の劣化を抑制しつつ、故障診断の診断精度を向上させた慣性力センサを提供する。 　駆動電極、モニタ電極、検出電極を有する振動子と、駆動電極に駆動信号を通電し振動子を振動させる駆動回路と、慣性力に起因して検出電極から出力される検出信号に基づいて角速度を検出する検出回路と、モニタ電極から出力されるモニタ信号に基づいて駆動信号の通電量を制御する振動制御回路と、検出回路に擬似角速度信号を入力して故障診断する故障診断回路とを備え、故障診断時には、検出回路に含まれるフィルタ回路の特性を切り換えて遅延時間を短縮するフィルタ切り換え回路を設けた構成である。

Description

慣性力センサ
　本発明は、航空機、自動車、ロボット、船舶、車両等の移動体の姿勢制御やナビゲーション等、各種電子機器に用いる慣性力センサに関するものである。
　図１１は従来の角速度センサの回路ブロック図である。図１１において、従来の角速度センサは、駆動電極２、モニタ電極３、検出電極４を有する振動子１と、駆動回路５と、振動制御回路６と、検出回路７と、故障診断回路８と、フィルタ回路９とを備えている。駆動回路５は、駆動電極２に駆動信号を通電し振動子１を振動させる。検出回路７は、慣性力に起因して検出電極４から出力される検出信号に基づいて角速度を検出する。振動制御回路６は、モニタ電極３から出力されるモニタ信号に基づいて駆動信号の通電量を制御する。故障診断回路８は、検出回路７に擬似角速度信号を入力して故障診断する。
　図１２は検出回路７に含まれるフィルタ回路９の等価回路図である。このフィルタ回路９は、一方の入力端子１０ａに入力信号が入力され、他方の入力端子１０ｂは接地され、出力端子１１から出力信号が出力されるものである。入力信号は抵抗２０（Ｒ１）を介して入力部（ＩＮ）に入力され、入力端子１０ａと出力端子１１に抵抗１２（Ｒ２）とコンデンサ１３（Ｃ１）が並列接続されている。フィルタ回路９の出力部（ＯＵＴ）からフィルタされた信号が出力される。
　この検出回路７におけるフィルタ回路９によって、検出信号はフィルタされて所望の信号として出力され、この所望の信号に基づいて角速度が検出される。フィルタは、ローパスフィルタであったり、ハイパスフィルタであったりする。フィルタ回路９のカットオフ周波数は１０Ｈｚ程度である。
　上記慣性力センサにおいて、その故障診断は、図１１に示すように、例えば、電源投入後の起動時に、故障診断回路８より故障診断用の擬似角速度信号を検出回路７に入力する。そして、擬似角速度信号に基づいて角速度が検出されれば、故障していないことが判断できる。
　なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。上記従来の構成では、検出信号は検出回路７におけるフィルタ回路９によってフィルタされる。このフィルタ回路９には、図１２に示すように、抵抗２０（Ｒ１）、抵抗１２（Ｒ２）やコンデンサ１３（Ｃ１）が含まれているが、これらは、一般的に、遅延素子の一つである。ここで、フィルタ回路９における伝達関数は（式１）の通りであり、位相特性は（式２）の通りであり、遅延時間は（式３）の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記の（式１）～（式３）によれば、フィルタ回路９の遅延時間は、遅延素子に起因しており、抵抗１２（Ｒ２）やコンデンサ１３（Ｃ１）が大きければ、以下の（式４）で規定される時定数τ（タウ）が大きくなるので、遅延時間が長くなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　遅延時間が長くなると、図１３に示すように、故障診断用の擬似角速度信号２１に対して検出信号の出力が遅くなり、故障診断時における応答性が低くなるので、故障診断の診断精度が劣化する。遅延時間を短縮するためには、遅延素子である抵抗１２（Ｒ２）やコンデンサ１３（Ｃ１）の値を小さくすれば良いが、遅延素子である抵抗１２（Ｒ２）やコンデンサ１３（Ｃ１）の値を小さくした場合、カットオフ周波数が大きくなるので、角速度の検出精度に悪影響が生じる。すなわち、上記構成では、カットオフ周波数を低くしつつ、遅延時間を短縮して、故障診断の精度を向上することができないという問題点を有していた。
特開２００２－２６７４４８号公報
　本発明は、角速度の検出精度の劣化を抑制しつつ、故障診断の診断精度を向上させた慣性力センサを提供する。
　本発明は、駆動電極とモニタ電極と検出電極とを有する振動子と、駆動電極に駆動信号を通電し振動子を振動させる駆動回路と、慣性力に起因して検出電極から出力される検出信号に基づいて角速度を検出する検出回路と、モニタ電極から出力されるモニタ信号に基づいて駆動信号の通電量を制御する振動制御回路と、検出回路に含まれるフィルタ回路の特性を切り換え、検出回路に擬似角速度信号を入力して故障診断する故障診断回路とを備えている。
　上記構成により、フィルタ回路の特性を切り換えて遅延時間を短縮しているので、故障診断時において、検出回路に擬似角速度信号を入力した際、その応答性が良く、故障診断の診断精度を向上できる。
図１は本発明の一実施の形態における角速度センサの回路ブロック図である。 図２は一実施の形態のフィルタ回路部の等価回路図である。 図３はフィルタ回路を制御するクロックとＳＷ１，ＳＷ２のオン、オフとの関係を示す図である。 図４はフィルタ回路を制御するクロックが“Ｈｉｇｈ”の区間のフィルタ回路部の等価回路図である。 図５はフィルタ回路を制御するクロックが“Ｌｏｗ”の区間のフィルタ回路部の等価回路図である。 図６は一実施の形態における全体的な信号の流れを示す図である。 図７は一実施の形態における通常時の動作図である。 図８は一実施の形態における故障診断時の動作図である。 図９は一実施の形態における故障診断時の応答性を示す特性図である。 図１０は一実施の形態におけるデジタルフィルタ回路の等価回路図である。 図１１は従来の角速度センサの回路ブロック図である。 図１２は従来のフィルタ回路の等価回路図である。 図１３は従来の故障診断時の応答性を示す特性図である。
符号の説明
３１　　振動子
３２　　駆動電極
３３　　モニタ電極
３４　　検出電極
３５　　駆動回路
３６　　振動制御回路
３７　　検出回路
３８　　故障診断回路
３９　　フィルタ回路
４０ａ　　入力端子
４０ｂ　　入力端子
４１　　出力端子
４２ａ　　第１スイッチ部
４２ｂ　　第２スイッチ部
４３　　コンデンサ
４４　　スイッチ
４５　　クロック周波数切替回路
５０　　コンデンサ
５１　　デジタルフィルタ回路
５２　　第１の増幅器
５３　　第２の増幅器
５４　　遅延器
５５　　加算器
５６　　Ａ／Ｄ変換回路
６０　　スイッチ
６１　　スイッチ
６２　　スイッチ
６３　　スイッチ
７０　　コンデンサ
　以下、本発明の一実施の形態における慣性力センサについて図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態における角速度センサの回路ブロック図である。図１において、本角速度センサは、駆動電極３２、モニタ電極３３、検出電極３４を有する振動子３１と、駆動回路３５と、振動制御回路３６と、検出回路３７と、故障診断回路３８とを備えている。駆動回路３５は、駆動電極３２に駆動信号を通電し振動子３１を振動させる。検出回路３７は、慣性力に起因して検出電極３４から出力される検出信号に基づいて角速度を検出する。振動制御回路３６は、モニタ電極３３から出力されるモニタ信号に基づいて駆動信号の通電量を制御する。故障診断回路３８は、検出回路３７に擬似角速度信号を入力して故障診断する。
　また、検出回路３７は、クロック周波数に応じてその応答性が決定され、検出信号をフィルタするフィルタ回路３９を有しており、このフィルタ回路３９はスイッチドキャパシタフィルタとしている。
　図２に示すように、このフィルタ回路３９は、入力部（ＩＮ）から入力された信号が所定の特性でフィルタされ、出力部（ＯＵＴ）から出力される。一方の入力端子４０ａに入力信号が入力され、他方の入力端子４０ｂは接地され、出力端子４１から出力信号が出力されるものである。コンデンサ５０（Ｃ２）と複数のスイッチ６０（ＳＷ２）、６１（ＳＷ１）から構成される第１スイッチ部４２ａが入力端子４０ａと入力端子４０ｂに接続され、この第１スイッチ部４２ａを介して入力信号が入力される。コンデンサ４３（Ｃ３）と複数のスイッチ６２（ＳＷ２）、６３（ＳＷ１）から構成される第２スイッチ部４２ｂが入力端子４０ａと入力端子４０ｂと出力端子４１に接続される。これらの第１スイッチ部４２ａと第２スイッチ部４２ｂの各々にクロック周波数切替回路４５からクロックが入力され、スイッチ部の開閉が制御される。
　第１スイッチ部４２ａ、第２スイッチ部４２ｂ、コンデンサ７０（Ｃ４）は、図１２におけるそれぞれ抵抗２０（Ｒ１）、抵抗１２（Ｒ２）、コンデンサ１３（Ｃ１）に相当する。第１スイッチ部４２ａは入力抵抗、第２スイッチ部４２ｂは出力端子４１の出力信号を入力端子４０ａに帰還する帰還抵抗、コンデンサ７０（Ｃ４）は出力端子４１の出力信号を入力端子４０ａに帰還する帰還コンデンサとして動作する。
　６１、６３のスイッチＳＷ１と、６０，６２のスイッチＳＷ２はそれぞれペアーとして動作し、クロックに応じてＳＷ１とＳＷ２とはオン、オフが逆となるよう構成されている。図３にクロックのハイ（Ｈｉｇｈ）、ロー（Ｌｏｗ）とＳＷ１、ＳＷ２のオン（Ｏｎ）、オフ（Ｏｆｆ）の関係を示す。
　クロックが“Ｈｉｇｈ”の区間では、ＳＷ１はオフ、ＳＷ２はオンし、図２のフィルタ回路部の等価回路図は図４のようになる。
　クロックが“Ｌｏｗ”の区間では、ＳＷ１はオン、ＳＷ２はオフし、図２のフィルタ回路部の等価回路図は図５のようになる。
　以上の構成より、フィルタ回路３９はスイッチドキャパシタフィルタとして動作を行う。
　図６に、フィルタ回路３９，クロック周波数切替回路４５，故障診断回路３８間での、全体的な信号の流れを示す。
　８０は、故障診断回路３８で出力される故障診断用の疑似角速度信号である。８１は、通常モードと故障診断モードとを切り替えるモード切替信号である。モード切替信号８１は、クロック周波数切替回路４５のクロックを、通常モード時は周波数ｆｃｌｋ１に、故障診断時はｆｃｌｋ１よりも高い周波数のｆｃｌｋ２に選択する。
　図７に、故障診断を行わない通常時の動作を示す。フィルタ回路３９には、クロック周波数切替回路４５よりクロック周波数ｆｃｌｋ１のクロックが入力され、故障診断回路３８から疑似角速度信号８０は出力されない。
　これに対し、図８に故障診断の動作を示す。故障診断時には、モード切替信号８１によって、故障診断回路３８から出力される擬似角速度信号８０が検出回路３７に入力される。またクロック周波数切替回路４５によってクロック周波数がｆｃｌｋ１よりも高い周波数のｆｃｌｋ２のクロックがフィルタ回路３９に入力されることにより、フィルタ回路３９の特性を切り替える。
　この検出回路３７におけるフィルタ回路３９によって、検出信号はフィルタされて所望の信号として出力され、この所望の信号に基づいて所定の角速度が検出される。フィルタは、ローパスフィルタであったり、ハイパスフィルタであったり、所望のフィルタ特性のものを用いればよい。フィルタ回路３９のカットオフ周波数は約１０Ｈｚである。
　上記慣性力センサにおいて、その故障診断は、図１に示すように、例えば、電源投入後の起動時に、故障診断回路３８より、故障診断用の擬似角速度信号を検出回路３７に入力する。そして、擬似角速度信号に基づいて所定の角速度が検出されれば、故障していないことが判断できる。
　この際、故障診断時にはクロック周波数を通常時におけるクロック周波数よりも大きくし、通常時にはクロック周波数を故障診断時におけるクロック周波数よりも小さくするように、クロック周波数切替回路４５によってクロック周波数が切り替えられている。ここで、フィルタ回路３９における伝達関数は、クロックのクロック周波数がｆｃｌｋの場合、以下の（式５）の通りであり、位相特性は（式６）の通りであり、遅延時間は（式７）の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　上記の（式５）～（式７）によれば、フィルタ回路３９の遅延時間は、遅延素子のコンデンサ４３（Ｃ３）やコンデンサ７０（Ｃ４）に起因している。また、クロック周波数ｆｃｌｋにも起因しており、特に、（式６）に示すように、クロック周波数ｆｃｌｋが大きくなると、遅延時間が短縮される。すなわち、故障診断時において遅延時間を短縮するようにクロック周波数をｆｃｌｋ２へと大きくし、通常時にはクロック周波数をｆｃｌｋ１へと小さくしている。
　上記構成により、検出回路３７に含まれる遅延素子に起因した遅延時間を短縮して故障診断する診断手段を設けているので、検出回路３７に擬似角速度信号を入力した際、応答性が良く、故障診断の診断精度を向上できる。図９に示すように、故障診断用の擬似角速度信号の入力に対して、検出信号の応答性が早くなるものである。
　また、クロック周波数に応じてその応答性が決定され、検出信号をフィルタするフィルタ回路３９を有する。このフィルタ回路３９はスイッチドキャパシタフィルタであって、故障診断時にはクロック周波数を通常時におけるクロック周波数よりも大きくし、通常時にはクロック周波数を故障診断時におけるクロック周波数よりも小さくするように、クロック周波数切替回路４５によってクロック周波数を切り替えられている。よって、容易に故障診断の診断精度を向上しつつ、角速度の検出精度の劣化を抑制できる。
　また、故障診断時は電源投入直後の起動時とし、通常時は電源投入後の安定駆動状態時とした場合、起動時にクロック周波数を大きくして遅延時間を短縮し故障診断の診断精度を向上させる。また、安定駆動状態時にはクロック周波数を小さくして遅延時間を元に戻し、所望の低周波域におけるカットオフ周波数を確保することによって、角速度の検出精度の劣化を抑制してもよい。特に、起動時に故障診断すれば、起動時直後から誤検出を抑制できるので効果的である。なお、故障診断は、起動時以外にも安定駆動状態時に行なってもよい。安定駆動状態時において、常時、故障診断すれば、常時、角速度の検出精度の劣化を抑制できるので、効果的である。
　さらに、上記に替えて、フィルタ回路３９におけるカットオフ周波数を故障診断時には通常時におけるカットオフ周波数よりも大きくし、通常時にはカットオフ周波数を故障診断時におけるカット周波数よりも小さくするように、クロック周波数を切り替えても良い。
　この場合、クロック周波数を大きくすれば、カットオフ周波数が大きく（遅延時間が短く）なり、クロック周波数を小さくすれば、カットオフ周波数が小さく（遅延時間が長く）なる。このため、起動時にクロック周波数を大きくして遅延時間を短縮し、故障診断の診断精度を向上しつつ、通常時にクロック周波数を小さくして遅延時間を元に戻し、所望の低周波域におけるカットオフ周波数を確保して、角速度の検出精度の劣化を抑制できる。
　なお、図２に示したフィルタ回路３９の代わりとして、図１０に示すようなデジタルフィルタ回路５１を用いて構成しても良い。具体的には、図１に示した検出電極３４からの検出信号及び、故障診断回路３８からの出力信号とが図１０に示したＡ／Ｄ変換回路５６に入力されると共に、デジタル信号に変換される。このデジタル信号が、増幅度αである第１の増幅器５２、及びクロック周波数切替回路４５から供給されるクロック周波数ｆｃｌｋのクロックによりその遅延時間Ｔが決定される遅延器５４に入力される。そして、この遅延器５４からの出力が増幅度βである第２の増幅器５３に入力され、前記第１の増幅器５２、及び前記第２の増幅器５３の出力が、加算器５５により加算され、出力されるような構成である。
　ここで、デジタルフィルタ回路５１における伝達関数は（式８）の通りであり、位相特性は（式９）の通りであり、遅延時間は（式１０）の通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　本構成においては、遅延器５４における遅延時間Ｔはクロック周波数切替回路４５から供給されるクロックのクロック周波数ｆｃｌｋの逆数に比例する。クロック周波数を大きくすることにより、遅延器５４における遅延時間Ｔを小さくすることができ、デジタルフィルタ回路５１の入出力遅延時間も短くすることができ、その結果として、故障診断の精度を向上させることができるのである。
　本発明に係る角速度センサは、動作モードに応じて検出感度を向上でき、特に故障診断時には高速かつ高精度な故障診断を実現出来、各種電子機器に適用できるものである。

Claims (5)

  1. 駆動電極とモニタ電極と検出電極とを有する振動子と、前記駆動電極に駆動信号を通電し前記振動子を振動させる駆動回路と、慣性力に起因して前記検出電極から出力される検出信号に基づいて角速度を検出する検出回路と、前記モニタ電極から出力されるモニタ信号に基づいて前記駆動信号の通電量を制御する振動制御回路と、前記検出回路に擬似角速度信号を入力して故障診断する故障診断回路とを備え、前記検出回路は前記検出信号をフィルタするフィルタ回路を有し、前記故障診断時に、前記フィルタ回路の特性を切り替える慣性力センサ。
  2. 前記フィルタ回路は、クロック周波数に応じてその応答性が決定され、前記故障診断回路は、故障診断時には前記フィルタ回路におけるカットオフ周波数を通常時におけるカットオフ周波数よりも大きくして故障診断する請求項１記載の慣性力センサ。
  3. 前記フィルタ回路は、クロック周波数に応じてその応答性が決定され、前記故障診断回路は、故障診断時には前記クロック周波数を通常時におけるクロック周波数よりも大きくして故障診断する請求項１記載の慣性力センサ。
  4. 起動時のみに故障診断する請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の慣性力センサ。
  5. 起動時または安定駆動時のいずれかにおいて故障診断する請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の慣性力センサ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102159922A (zh) * 2009-11-02 2011-08-17 松下电器产业株式会社 电子设备
WO2012147348A1 (ja) * 2011-04-27 2012-11-01 パナソニック株式会社 慣性力センサとこれに用いるゼロ点補正方法
CN108627147A (zh) * 2017-03-23 2018-10-09 精工爱普生株式会社 传感器元件控制装置、物理量传感器及其故障诊断方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130071081A (ko) * 2011-12-20 2013-06-28 삼성전기주식회사 자이로센서 위상오차 보정회로, 자이로센서 시스템 및 자이로센서 위상오차 보정방법
DE102012205973A1 (de) * 2012-04-12 2013-10-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen eines Drehzahlsystems einer motorbetriebenen Vorrichtung
KR101289172B1 (ko) * 2012-04-20 2013-07-26 삼성전기주식회사 관성센서 제어모듈 및 그 제어방법
JP7009923B2 (ja) * 2017-10-31 2022-01-26 セイコーエプソン株式会社 物理量測定装置、電子機器及び移動体
US11392462B2 (en) * 2019-09-26 2022-07-19 Gulfstream Aerospace Corporation Voting of triple redundant circular data

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0914969A (ja) * 1995-06-30 1997-01-17 Aisin Seiki Co Ltd 振動子駆動装置
JPH09203639A (ja) * 1996-01-26 1997-08-05 Toyota Motor Corp 角速度検出装置
JPH09281138A (ja) * 1996-04-09 1997-10-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角速度センサ
JP2001004653A (ja) * 1999-06-25 2001-01-12 Naldec Corp 加速度検出装置
JP2002267448A (ja) 2001-03-09 2002-09-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角速度センサ
JP2004037432A (ja) * 2002-07-01 2004-02-05 Akiyoshi Kajiyama 計測器正常性確認試験機能付計測システム
JP2004153957A (ja) * 2002-10-31 2004-05-27 Hitachi Ltd 電力変換装置
WO2008139743A1 (ja) * 2007-05-10 2008-11-20 Mitsubishi Electric Corporation 車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2253867C3 (de) * 1972-11-03 1981-04-16 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Überwachungsschaltung für Antiblockierregelsysteme
GB2015746B (en) * 1978-02-28 1982-07-28 Girling Ltd Speed sensors
JPS6347549A (ja) * 1986-08-11 1988-02-29 Aisin Warner Ltd フエイルセ−フ機能を備えた自動変速機
JPH0752106B2 (ja) * 1990-06-21 1995-06-05 日本航空電子工業株式会社 自己故障診断機能付光干渉角速度計
DE4122484A1 (de) * 1991-07-06 1993-01-07 Teves Gmbh Alfred Schaltungsanordnung zur erkennung von radsensordefekten
US5352938A (en) * 1992-12-14 1994-10-04 Delco Electronics Corporation Analog to digital signal conversion
US5406485A (en) * 1993-11-09 1995-04-11 Delco Electronics Corp. Method and apparatus for detecting faulty operation of a wheel speed sensor
US5517431A (en) * 1994-02-28 1996-05-14 Alliedsignal Truck Brake Systems Speed sensor and conditioning circuit
US7103460B1 (en) * 1994-05-09 2006-09-05 Automotive Technologies International, Inc. System and method for vehicle diagnostics
CN1090313C (zh) 1995-05-30 2002-09-04 松下电器产业株式会社 角速度传感器
DE19748126A1 (de) * 1997-07-02 1999-01-07 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Sensoren in einem Fahrzeug
JP2002537549A (ja) * 1999-02-18 2002-11-05 コンティネンタル・テーベス・アクチエンゲゼルシヤフト・ウント・コンパニー・オッフェネ・ハンデルスゲゼルシヤフト 特に車両用ｅｓｐシステムのための監視装置を備えたセンサ装置
US6456946B1 (en) * 2000-02-25 2002-09-24 Motorola, Inc. System and method for motor fault detection
US6775642B2 (en) * 2002-04-17 2004-08-10 Motorola, Inc. Fault detection system having audio analysis and method of using the same
US6668220B2 (en) * 2002-04-17 2003-12-23 Motorola, Inc. Synchronous sampling of rotating elements in a fault detection system having audio analysis and method of using the same
JP2005227214A (ja) * 2004-02-16 2005-08-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角速度センサ及びそれを用いた自動車
JP4392599B2 (ja) * 2004-03-25 2010-01-06 株式会社デンソー センサシステム
JP4449074B2 (ja) * 2004-03-30 2010-04-14 株式会社デンソー センサシステム
US7292021B2 (en) * 2004-10-08 2007-11-06 Denso Corporation Anomaly detector for vibratory angular rate sensor
JP2006329637A (ja) * 2005-05-23 2006-12-07 Matsushita Electric Works Ltd 角速度検出装置
JP4687256B2 (ja) * 2005-06-09 2011-05-25 パナソニック株式会社 センサ信号処理回路
US7107134B1 (en) * 2005-11-18 2006-09-12 Delphi Technologies, Inc. Method of determining a default transmission output speed
JP4836601B2 (ja) * 2006-02-20 2011-12-14 本田技研工業株式会社 アクティブサスペンションシステムおよび車両状態量検出装置
JP5055904B2 (ja) * 2006-09-08 2012-10-24 セイコーエプソン株式会社 検出装置、センサ及び電子機器
JP4245081B1 (ja) * 2008-10-16 2009-03-25 パナソニック株式会社 センサ装置
US8131508B2 (en) * 2009-02-05 2012-03-06 Panasonic Corporation Sensor apparatus

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0914969A (ja) * 1995-06-30 1997-01-17 Aisin Seiki Co Ltd 振動子駆動装置
JPH09203639A (ja) * 1996-01-26 1997-08-05 Toyota Motor Corp 角速度検出装置
JPH09281138A (ja) * 1996-04-09 1997-10-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角速度センサ
JP2001004653A (ja) * 1999-06-25 2001-01-12 Naldec Corp 加速度検出装置
JP2002267448A (ja) 2001-03-09 2002-09-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 角速度センサ
JP2004037432A (ja) * 2002-07-01 2004-02-05 Akiyoshi Kajiyama 計測器正常性確認試験機能付計測システム
JP2004153957A (ja) * 2002-10-31 2004-05-27 Hitachi Ltd 電力変換装置
WO2008139743A1 (ja) * 2007-05-10 2008-11-20 Mitsubishi Electric Corporation 車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2253933A4

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102159922A (zh) * 2009-11-02 2011-08-17 松下电器产业株式会社 电子设备
CN102159922B (zh) * 2009-11-02 2012-09-05 松下电器产业株式会社 电子设备
WO2012147348A1 (ja) * 2011-04-27 2012-11-01 パナソニック株式会社 慣性力センサとこれに用いるゼロ点補正方法
JPWO2012147348A1 (ja) * 2011-04-27 2014-07-28 パナソニック株式会社 慣性力センサとこれに用いるゼロ点補正方法
US8939007B2 (en) 2011-04-27 2015-01-27 Panasonic Corporation Inertial force sensor and zero point correction method used therein
CN108627147A (zh) * 2017-03-23 2018-10-09 精工爱普生株式会社 传感器元件控制装置、物理量传感器及其故障诊断方法
CN108627147B (zh) * 2017-03-23 2023-08-11 精工爱普生株式会社 传感器元件控制装置、物理量传感器及其故障诊断方法

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