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JP2007292743A - Tuning fork type vibration gyro - Google Patents

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JP2007292743A
JP2007292743A JP2007085236A JP2007085236A JP2007292743A JP 2007292743 A JP2007292743 A JP 2007292743A JP 2007085236 A JP2007085236 A JP 2007085236A JP 2007085236 A JP2007085236 A JP 2007085236A JP 2007292743 A JP2007292743 A JP 2007292743A
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武志 細川
Mitsuhiro Nakajima
光浩 中島
Kenji Kuramoto
健次 倉本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tuning fork type vibration gyro capable of self-diagnosis of abnormality from various viewpoints. <P>SOLUTION: Electrodes 34<SB>1</SB>, 34<SB>2</SB>, 35<SB>1</SB>, 35<SB>2</SB>(base side; 37<SB>1</SB>, 37<SB>2</SB>, 38<SB>1</SB>, 38<SB>2</SB>) for detecting in-plane vibration (vibration in the parallel direction to a base surface) and out-of-plane vibration (vibration in the vertical direction to the base surface) of driving legs 12<SB>1</SB>, 12<SB>2</SB>by a capacitance change are formed on opposite surfaces of the driving legs 12<SB>1</SB>, 12<SB>2</SB>and a base, and electrodes 36<SB>1</SB>, 36<SB>2</SB>(base side; 39<SB>1</SB>, 39<SB>2</SB>) for detecting out-of-plane vibration of detection legs 13<SB>1</SB>, 13<SB>2</SB>by a capacitance change are formed separately from piezoelectric detection electrodes 32, 33 on opposite surfaces of the detection legs 13<SB>1</SB>, 13<SB>2</SB>and the base. A self-diagnosis circuit performs abnormality diagnosis by using each detection voltage detected by each capacitance change of the electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は圧電体よりなる振動子を備えた音叉型の振動ジャイロに関し、特に故障等の異常を自己診断する機能を備えた音叉型振動ジャイロに関する。   The present invention relates to a tuning fork type vibration gyro provided with a vibrator made of a piezoelectric material, and more particularly to a tuning fork type vibration gyro having a function of self-diagnosis of an abnormality such as a failure.

振動ジャイロは振動子に角速度が入力すると、コリオリ力によって駆動振動方向と直交方向の振動が発生することを利用するものであり、この振動を電気的に取り出すことによって入力角速度を検知するものとなっている。
振動子は例えば圧電単結晶材料によって形成され、振動子を励振(共振駆動)するための駆動信号を供給する駆動電極とコリオリ力による振動を検出するための検出電極が振動子に配置される。
振動子は単なる柱状をなすもの、あるいは音叉形状をなすもの等、各種形状があり、特許文献1には方形板状をなす胴体部の互いに対向する両側面から一対の駆動脚と一対の検出脚とが互いに反対方向に突出形成され、さらに一対の駆動脚間に非励振駆動脚を備え、一対の検出脚間に非検出検出脚を備えた音叉型の振動子が記載されている。
The vibration gyro utilizes the fact that when the angular velocity is input to the vibrator, the vibration in the direction orthogonal to the driving vibration direction is generated by the Coriolis force. By detecting this vibration electrically, the input angular velocity is detected. ing.
The vibrator is made of, for example, a piezoelectric single crystal material, and a drive electrode that supplies a drive signal for exciting (resonance driving) the vibrator and a detection electrode for detecting vibration due to Coriolis force are arranged on the vibrator.
The vibrator has various shapes such as a simple columnar shape or a tuning fork shape. Patent Document 1 discloses a pair of drive legs and a pair of detection legs from opposite side surfaces of the body portion having a rectangular plate shape. And a tuning-fork type vibrator having a non-excitation drive leg between a pair of drive legs and a non-detection detection leg between a pair of detection legs.

一方、この種の振動ジャイロは例えばカーナビゲーションシステム等、民生用の分野においても用いられ、各種分野で使用される状況となってきており、そのような中、故障等による異常を検知する自己診断機能を備えた振動ジャイロに対する要求が高まってきている。
特許文献2にはこのような自己診断機能を有する振動ジャイロの一構成が記載されており、この例では一対の検出電極から出力される検出電圧を加算し、その加算電圧と定電圧回路から出力される一定電圧とを比較することで異常診断を行うものとなっている。
特開2001−255152号公報 特開平11−51655号公報
On the other hand, this type of vibrating gyroscope is also used in the field of consumer use such as car navigation systems, and has been used in various fields. There is an increasing demand for a vibrating gyroscope having a function.
Patent Document 2 describes one configuration of a vibration gyro having such a self-diagnosis function. In this example, detection voltages output from a pair of detection electrodes are added, and the addition voltage and a constant voltage circuit output the addition. The abnormality diagnosis is performed by comparing with a constant voltage.
JP 2001-255152 A Japanese Patent Laid-Open No. 11-51655

しかるに、特許文献2に記載されている自己診断回路では、断線等が発生して検出電極から出力される検出電圧が0になった場合、あるいは0に極めて近い微小電圧になった場合にのみ、異常と診断することができるものであって、例えば何らかの故障等(ワレ・クラック・電極剥れ等)によって検出電圧が中途半端な出力となっている場合には異常と診断することができず、その点で性能的に充分とは言えないものとなっていた。
この発明の目的は従来の欠点を解消し、検出電極からの検出電圧が0となるような異常に限らず、異常によって中途半端な出力となっている場合でも異常と診断することができ、さらに様々な視点から異常診断することができるようにした音叉型振動ジャイロを提供することにある。
However, in the self-diagnosis circuit described in Patent Literature 2, only when the disconnection or the like occurs and the detection voltage output from the detection electrode becomes 0, or when the detection voltage becomes very close to 0, An abnormality can be diagnosed. For example, if the detected voltage is halfway due to some failure (break, crack, electrode peeling, etc.), the abnormality cannot be diagnosed. In that respect, the performance was not sufficient.
The object of the present invention is to solve the conventional drawbacks, and is not limited to an abnormality in which the detection voltage from the detection electrode is 0, and even when the output is halfway due to the abnormality, an abnormality can be diagnosed. The object is to provide a tuning-fork type vibration gyro capable of diagnosing abnormalities from various viewpoints.

請求項1の発明によれば、板状圧電体より形成された振動子が支持部を介してベース上に、その板面がベース面と平行とされて搭載され、振動子は上記支持部によって支持された胴体部と、その胴体部の互いに対向する両側面から互いに反対方向に突出された一対の駆動脚と一対の検出脚とを備え、一対の駆動脚にそれら駆動脚をベース面と平行方向に面内振動させるための駆動電極がそれぞれ形成され、一対の検出脚にそれら検出脚のベース面と垂直方向の面外振動を検出するための検出電極がそれぞれ形成されている音叉型振動ジャイロにおいて、一対の駆動脚とベースとの互いの対向面に、それら駆動脚の面内振動及びベース面と垂直方向の面外振動をそれぞれ静電容量の変化によって検出するための電
極を形成し、一対の検出脚とベースとの互いの対向面に、それら検出脚の面外振動を静電容量の変化によって検出するための電極を形成し、それら電極の静電容量変化によって検出される各検出電圧を用いて異常診断を行う自己診断回路を具備する構成とされる。
According to the first aspect of the present invention, the vibrator formed of the plate-like piezoelectric body is mounted on the base via the support portion with its plate surface parallel to the base surface, and the vibrator is supported by the support portion. And a pair of drive legs and a pair of detection legs protruding in opposite directions from opposite side surfaces of the body part, the pair of drive legs being parallel to the base surface. A tuning-fork type vibration gyro, in which drive electrodes for in-plane vibration in the direction are formed, and detection electrodes for detecting out-of-plane vibration in the direction perpendicular to the base surface of the detection legs are formed on the pair of detection legs, respectively. The electrodes for detecting the in-plane vibration of the drive legs and the out-of-plane vibration in the direction perpendicular to the base surface are detected on the opposing surfaces of the pair of drive legs and the base, respectively, A pair of detection legs and base An electrode for detecting the out-of-plane vibration of the detection legs by the change in capacitance is formed on the surface facing each other, and each detection voltage detected by the change in capacitance of these electrodes is abnormal. A self-diagnosis circuit for performing diagnosis is provided.

請求項2の発明では請求項1の発明において、自己診断回路が、一対の駆動脚の面内振動の異常を診断する回路と、一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路と、一対の検出脚の面外振動及びジャイロ出力の異常を診断する回路とを備えるものとされる。   In the invention of claim 2, in the invention of claim 1, the self-diagnosis circuit diagnoses an abnormality of in-plane vibration of the pair of drive legs, a circuit diagnoses an abnormality of the out-of-plane vibration of the pair of drive legs, A circuit for diagnosing out-of-plane vibration of the pair of detection legs and an abnormality in the gyro output.

請求項3の発明では請求項2の発明において、一対の駆動脚の面内振動の異常を診断する回路が、一対の駆動脚の面内振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を加算する加算手段と、その加算手段の出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧Vとを比較して比較結果を出力する手段と、上記二つの検出電圧を減算する減算手段と、その減算手段の出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧Vとを比較して比較結果を出力する手段とを備えるものとされる。 According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the circuit for diagnosing an abnormality in the in-plane vibration of the pair of drive legs detects two in-plane vibrations of the pair of drive legs based on a capacitance change. adding means for adding an output of the rectified and smoothed the output of the adding means, means for outputting a comparison result by comparing the constant voltage V 1, a subtraction means for subtracting the two detection voltages, and an output thereof is rectified and smoothed output of the subtraction means, is intended to comprise a means for outputting to a comparison result compared with the predetermined voltage V 2.

請求項4の発明では請求項2の発明において、一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路が、一対の駆動脚の面外振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を加算する加算手段と、その加算手段の出力を駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧Vとを比較して比較結果を出力する手段と、上記二つの検出電圧を減算する減算手段と、その減算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧Vとを比較して比較結果を出力する手段とを備えるものとされる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the circuit for diagnosing an abnormality in the out-of-plane vibration of the pair of drive legs detects two out-of-plane vibrations of the pair of drive legs based on a capacitance change. comparison adding means for adding, that the drive signal input to output to the drive electrodes of the adding means synchronously detects the phase adjustment signal, an output obtained by rectifying and smoothing the detection output, a constant voltage V 3 a Then, a means for outputting a comparison result, a subtracting means for subtracting the two detected voltages, an output of the subtracting means synchronously detected by the phase-adjusted signal, an output obtained by rectifying and smoothing the detected output, It is intended to comprise a means for outputting a comparison result by comparing the constant voltage V 4.

請求項5の発明では請求項2の発明において、一対の検出脚の面外振動及びジャイロ出力の異常を診断する回路が、一対の駆動脚の面外振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を減算する第1の減算手段と、その第1の減算手段の出力を駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化し、さらにゲイン調整して第1の出力を得る手段と、一対の検出脚の面外振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を減算する第2の減算手段と、その第2の減算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化し、さらにゲイン調整して第2の出力を得る手段と、第2の減算手段の出力を駆動信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化し、さらにゲイン調整して第3の出力を得る手段と、一対の検出脚の検出電極よりそれぞれ取り出した二つの検出電圧を減算して得た検出信号を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した第4の出力と、第1の出力とを比較して比較結果を出力する手段と、第2の出力と第4の出力とを比較して比較結果を出力する手段と、上記検出信号を駆動信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化して得たジャイロ出力と、第3の出力とを比較して比較結果を出力する手段とを備えるものとされる。   According to a fifth aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the circuit for diagnosing out-of-plane vibrations of the pair of detection legs and an abnormality in the gyro output detects the out-of-plane vibrations of the pair of drive legs based on capacitance changes. First subtracting means for subtracting two detection voltages, synchronously detecting the output of the first subtracting means with a signal obtained by adjusting the phase of the drive signal input to the drive electrode, and rectifying and smoothing the detected output; Means for adjusting the gain to obtain a first output; second subtraction means for subtracting two detection voltages obtained by detecting the out-of-plane vibrations of the pair of detection legs by capacitance change; and the second subtraction means. Is detected synchronously by the phase-adjusted signal, the detected output is rectified and smoothed, and the gain is adjusted to obtain the second output, and the output of the second subtracting means is synchronously detected by the drive signal. , That The detection output obtained by rectifying and smoothing the detection output, further adjusting the gain to obtain the third output, and subtracting the two detection voltages respectively extracted from the detection electrodes of the pair of detection legs is phase-adjusted. A means for outputting a comparison result by comparing the first output with the fourth output obtained by synchronously detecting the signal and rectifying and smoothing the detected output, and comparing the second output with the fourth output Then, a means for outputting the comparison result and the gyro output obtained by synchronously detecting the detection signal with the drive signal and rectifying and smoothing the detection output are compared with the third output to output the comparison result. Means.

請求項6の発明では請求項1の発明において、駆動脚の面内振動を検出するための電極が櫛歯形状をなすものとされる。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the electrode for detecting in-plane vibration of the drive leg has a comb-teeth shape.

請求項7の発明によれば、板状圧電体より形成された振動子が支持部を介してベース上に、その板面がベース面と平行とされて搭載され、振動子は上記支持部によって支持された胴体部と、その胴体部の互いに対向する両側面から互いに反対方向に突出された一対の駆動脚と一対の検出脚とを備え、一対の駆動脚にそれら駆動脚をベース面と平行方向に面内振動させるための駆動電極がそれぞれ形成され、一対の検出脚にそれら検出脚のベース面と垂直方向の面外振動を検出するための検出電極がそれぞれ形成されている音叉型振動ジャイロにおいて、胴体部における駆動脚側の両肩部及び検出脚側の両肩部に、それら肩部のベース面と垂直方向の面外振動を圧電効果によって検出する電極をそれぞれ形成し、それら電極によって検出される各検出電圧を用いて異常診断を行う自己診断回路を具備する構成とされる。   According to the seventh aspect of the present invention, a vibrator formed of a plate-like piezoelectric body is mounted on a base via a support portion with its plate surface parallel to the base surface, and the vibrator is supported by the support portion. And a pair of drive legs and a pair of detection legs protruding in opposite directions from opposite side surfaces of the body part, the pair of drive legs being parallel to the base surface. A tuning-fork type vibration gyro, in which drive electrodes for in-plane vibration in the direction are formed, and detection electrodes for detecting out-of-plane vibration in the direction perpendicular to the base surface of the detection legs are formed on the pair of detection legs, respectively. In the body part, electrodes for detecting out-of-plane vibration in the direction perpendicular to the base surface of the shoulder part by the piezoelectric effect are formed on both shoulder parts on the driving leg side and both shoulder parts on the detection leg side in the body part, respectively. Be detected It is configured having a self-diagnosis circuit for performing abnormality diagnosis by using the detected voltage.

請求項8の発明では請求項7の発明において、自己診断回路が、一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路と、一対の検出脚の面外振動の異常を診断する回路とを備えるものとされる。   In the invention of claim 8, in the invention of claim 7, the self-diagnostic circuit includes a circuit for diagnosing an abnormality in the out-of-plane vibration of the pair of drive legs and a circuit for diagnosing an abnormality in the out-of-plane vibration of the pair of detection legs. It is supposed to be prepared.

請求項9の発明では請求項8の発明において、一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路が、駆動脚側の両肩部の面外振動をそれぞれ検出した二つの検出電圧を減算する減算手段と、その減算手段の出力を駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V11とを比較して比較結果を出力する手段と、上記二つの検出電圧を加算する加算手段と、その加算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V12H及びV12Lとをそれぞれ比較して比較結果を出力する手段とを備えるものとされる。 In the ninth aspect of the invention, in the eighth aspect of the invention, the circuit for diagnosing the abnormality of the out-of-plane vibration of the pair of driving legs subtracts two detection voltages respectively detecting the out-of-plane vibrations of both shoulders on the driving leg side. subtracting means for its drive signal input to output to the drive electrode of the subtraction means synchronously detects the phase adjustment signal, compares the output obtained by rectifying, smoothing the detection output, a constant voltage V 11 A means for outputting a comparison result, an adding means for adding the two detected voltages, an output obtained by synchronously detecting the output of the adding means by the phase-adjusted signal, and rectifying and smoothing the detected output; and a constant voltage And means for comparing V 12H and V 12L with each other and outputting a comparison result.

請求項10の発明では請求項8の発明において、一対の検出脚の面外振動の異常を診断する回路が、検出脚側の両肩部の面外振動をそれぞれ検出した二つの検出電圧を減算する減算手段と、その減算手段の出力を駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V13とを比較して比較結果を出力する手段と、上記二つの検出電圧を加算する加算手段と、その加算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V14とを比較して比較結果を出力する手段とを備えるものとされる。 In the invention of claim 10, in the invention of claim 8, the circuit for diagnosing the abnormality of the out-of-plane vibration of the pair of detection legs subtracts two detection voltages respectively detecting the out-of-plane vibration of both shoulders on the detection leg side. subtracting means for its drive signal input to output to the drive electrode of the subtraction means synchronously detects the phase adjustment signal, compares the output obtained by rectifying, smoothing the detection output, a constant voltage V 13 A means for outputting a comparison result, an adding means for adding the two detected voltages, an output obtained by synchronously detecting the output of the adding means by the phase-adjusted signal, and rectifying and smoothing the detected output; and a constant voltage by comparing the V 14 it is assumed and means for outputting the comparison result.

請求項11の発明によれば、板状圧電体より形成された振動子が支持部を介してベース上に、その板面がベース面と平行とされて搭載され、振動子は上記支持部によって支持された胴体部と、その胴体部の互いに対向する両側面から互いに反対方向に突出された一対の駆動脚と一対の検出脚とを備え、一対の駆動脚にそれら駆動脚をベース面と平行方向に面内振動させるための駆動電極がそれぞれ形成され、一対の検出脚にそれら検出脚のベース面と垂直方向の面外振動を検出するための検出電極がそれぞれ形成されている音叉型振動ジャイロにおいて、胴体部における駆動脚側の両肩部及び検出脚側の両肩部とベースとの互いの対向面に、それら肩部のベース面と垂直方向の面外振動を静電容量の変化によって検出するための電極をそれぞれ形成し、それら電極の静電容量変化によって検出される各検出電圧を用いて異常診断を行う自己診断回路を具備する構成とされる。   According to the invention of claim 11, the vibrator formed of the plate-like piezoelectric body is mounted on the base via the support portion, and the plate surface thereof is parallel to the base surface, and the vibrator is supported by the support portion. And a pair of drive legs and a pair of detection legs protruding in opposite directions from opposite side surfaces of the body part, the pair of drive legs being parallel to the base surface. A tuning-fork type vibration gyro, in which drive electrodes for in-plane vibration in the direction are formed, and detection electrodes for detecting out-of-plane vibration in the direction perpendicular to the base surface of the detection legs are formed on the pair of detection legs, respectively. In the body part, both the shoulders on the driving leg side and the shoulders on the detection leg side and the base face each other on the opposite surfaces of the base part of the shoulder part due to a change in capacitance. Each electrode for detection Formed, it is configured having a self-diagnosis circuit for performing abnormality diagnosis by using each detection voltage detected by the capacitance change of the electrodes.

請求項12の発明では請求項11の発明において、自己診断回路が、一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路と、一対の検出脚の面外振動の異常を診断する回路とを備えるものとされる。   In a twelfth aspect of the invention according to the eleventh aspect of the invention, the self-diagnostic circuit includes a circuit for diagnosing an abnormality in the out-of-plane vibration of the pair of drive legs and a circuit for diagnosing the abnormality in the out-of-plane vibration of the pair of detection legs. It is supposed to be prepared.

請求項13の発明では請求項12の発明において、一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路が、駆動脚側の両肩部の面外振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を減算する減算手段と、その減算手段の出力を駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V21とを比較して比較結果を出力する手段と、上記二つの検出電圧を加算する加算手段と、その加算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V22H及びV22Lとをそれぞれ比較して比較結果を出力する手段とを備えるものとされる。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect of the invention, the circuit for diagnosing an abnormality in the out-of-plane vibrations of the pair of driving legs detects the out-of-plane vibrations of both shoulders on the driving leg side by changing the capacitance. Subtracting means for subtracting two detection voltages, the output of the subtracting means is synchronously detected by a signal obtained by adjusting the phase of the drive signal inputted to the drive electrode, the output obtained by rectifying and smoothing the detected output, and the constant voltage V 21 And a means for outputting a comparison result, an adding means for adding the two detection voltages, and synchronously detecting the output of the adding means with the phase-adjusted signal, and rectifying and smoothing the detection output. A means for comparing the output with each of the constant voltages V 22H and V 22L and outputting a comparison result is provided.

請求項14の発明では請求項12の発明において、一対の検出脚の面外振動の異常を診断する回路が、検出脚側の両肩部の面外振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を減算する減算手段と、その減算手段の出力を駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V23とを比較して比較結果を出力する手段と、上記二つの検出電圧を加算する加算手段と、その加算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V24とを比較して比較結果を出力する手段とを備えるものとされる。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect of the invention, the circuit for diagnosing the abnormality of the out-of-plane vibrations of the pair of detection legs detects the out-of-plane vibrations of both shoulders on the detection leg side by changing the capacitance. Subtracting means for subtracting two detection voltages, the output of the subtracting means is synchronously detected by a signal obtained by adjusting the phase of the drive signal inputted to the drive electrode, the output obtained by rectifying and smoothing the detected output, and the constant voltage V 23 And a means for outputting a comparison result, an adding means for adding the two detection voltages, and synchronously detecting the output of the adding means with the phase-adjusted signal, and rectifying and smoothing the detection output. A means for comparing the output with the constant voltage V 24 and outputting a comparison result is provided.

この発明によれば、例えば故障等により駆動脚や検出脚に振動状態の異常が発生した際に、その異常がわずかであっても異常診断することができ、よって優れた検出精度を有する音叉型振動ジャイロを得ることができる。   According to the present invention, for example, when a vibration state abnormality occurs in the drive leg or the detection leg due to a failure or the like, the abnormality diagnosis can be performed even if the abnormality is slight, and thus a tuning fork type having excellent detection accuracy. A vibrating gyro can be obtained.

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
[実施例1]
図1はこの発明による音叉型振動ジャイロの第1の実施例における振動子の搭載構造を示したものであり、図2は振動子に対する各種電極の配置を示し、図3及び4は振動子の振動を静電容量の変化によって検出するための電極詳細を示したものである。また、図5及び6はこの発明の第1の実施例の音叉型振動ジャイロが具備する自己診断回路を示したものである。まず、図1乃至4を参照して振動子の構成・搭載構造及び電極配置について説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Example 1]
FIG. 1 shows a mounting structure of a vibrator in a first embodiment of a tuning fork type vibration gyro according to the present invention, FIG. 2 shows the arrangement of various electrodes with respect to the vibrator, and FIGS. The electrode details for detecting a vibration by the change of an electrostatic capacitance are shown. FIGS. 5 and 6 show a self-diagnosis circuit provided in the tuning-fork type vibration gyro according to the first embodiment of the present invention. First, the structure / mounting structure of the vibrator and the electrode arrangement will be described with reference to FIGS.

振動子10は板状圧電体より形成され、図1(a)に示したように胴体部11と一対の駆動脚12,12と一対の検出脚13,13とを備え、さらに非励振駆動脚12と非検出検出脚13とを備えたものとなっている。圧電体材料には例えば水晶やランガサイト、ニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶材料が用いられる。 The vibrator 10 is formed of a plate-like piezoelectric body, and includes a body portion 11, a pair of drive legs 12 1 and 12 2 and a pair of detection legs 13 1 and 13 2 as shown in FIG. It has become those with a non-excitation driving tines 12 3 and the non-detection detection tines 13 3. As the piezoelectric material, for example, a piezoelectric single crystal material such as quartz, langasite, or lithium niobate is used.

胴体部11は方形板状とされ、その互いに対向する両側面から一対の駆動脚12,12及び非励振駆動脚12と、一対の検出脚13,13及び非検出検出脚13とが互いに反対方向に突出されている。これら駆動脚12,12、非励振駆動脚12、検出脚13,13及び非検出検出脚13は角柱状とされ、非励振駆動脚12及び非検出検出脚13はそれぞれ一対の駆動脚12,12間及び一対の検出脚13,13間に位置されている。 Body portion 11 is a rectangular plate, a pair of drive legs 12 1, 12 2 and parasitic driving tines 12 3 from opposite sides thereof to each other, a pair of detection legs 13 1, 13 2 and the non-detection detection tines 13 3 project in opposite directions. These driving feet 12 1, 12 2, parasitic drive legs 12 3, the detection tines 13 1, 13 2 and the non-detection detection tines 13 3 is a prismatic, parasitic drive legs 12 3 and the non-detection detection tine 13 3 They are positioned between the pair of drive legs 12 1 and 12 2 and between the pair of detection legs 13 1 and 13 2 , respectively.

振動子10は支持部21を介してベース22上に搭載され、その板面はベース面22a(ベース22の上面)と平行とされている。支持部21は図1(b)に示したように細い柱状をなすものとされて、振動子10の重心位置に位置されており、ベース22及び胴体部11とそれぞれ接合・固定されている。なお、非励振駆動脚12及び非検出検出脚13は胴体部11に対する駆動脚12,12側と検出脚13,13側とのマスバランス用に使用される。 The vibrator 10 is mounted on the base 22 via the support portion 21, and its plate surface is parallel to the base surface 22 a (the upper surface of the base 22). The support portion 21 has a thin columnar shape as shown in FIG. 1B, is located at the center of gravity of the vibrator 10, and is joined and fixed to the base 22 and the body portion 11, respectively. Incidentally, the parasitic driving tines 12 3 and the non-detection detection tine 13 3 is used for mass balance of the detection tines 13 1, 13 2 side driving legs 12 1, 12 2 side with respect to the body portion 11.

ベース22にはこの例では14ピン標準パッケージのベースを用いており、図1(a)中、23はピンを示す。なお、図1(a)ではパッケージのカバーの図示は省略しており、また振動子10に形成されている各種電極、それらとピン23とを接続するボンディングワイヤ及びベース22上のパターン等の図示も省略している。   In this example, a base of a 14-pin standard package is used as the base 22, and reference numeral 23 in FIG. In FIG. 1A, the illustration of the cover of the package is omitted, and various electrodes formed on the vibrator 10, bonding wires connecting them to the pins 23, patterns on the base 22, and the like are shown. Is also omitted.

次に、振動子10に対する電極配置について説明する。
図2(a)は振動子10を図1(a)における上面10a側から、つまりベース22と反対側から見た図であり、駆動脚12,12には図2(b)に示したようにそれぞれその4面に駆動電極31(31a,31b)が幅方向中央に位置して形成されている。駆動電極31a同士及び31b同士はそれぞれ同一極性とされ、これら駆動電極31aと31b間に駆動信号が供給される。駆動電極31a,31bは駆動脚12,12の基端側に形成されている。
Next, the electrode arrangement with respect to the vibrator 10 will be described.
2A is a view of the vibrator 10 as viewed from the upper surface 10a side in FIG. 1A, that is, from the side opposite to the base 22, and the driving legs 12 1 and 12 2 are shown in FIG. 2B. As shown, the drive electrodes 31 (31a, 31b) are formed on the four surfaces of the four surfaces in the center in the width direction. The drive electrodes 31a and 31b have the same polarity, and a drive signal is supplied between the drive electrodes 31a and 31b. Driving electrodes 31a, 31b are formed on the drive legs 12 1, 12 2 of the base end side.

一方、検出脚13及び13には上面10aと垂直な両側面にそれぞれ検出電極32(32a,32b)及び33(33a,33b)が図2(c)に示したように幅方向両端に位置して形成されている。検出電極32a同士、32b同士、33a同士及び33b同士はそれぞれ同一極性とされ、即ち対角線方向に位置する検出電極が同一極性とされている。検出電極32,33は検出脚13,13の基端側に形成され、これら検出電極32,33から各検出脚13,13のコリオリ力による振動を検出する検出電圧が取り出される。なお、この図2における駆動電極31及び検出電極32,33の配置は、Zカット圧電単結晶を用いて振動子10を形成した場合の配置例を示したものであり、振動子10を例えばXカット圧電単結晶を用いて形成した場合には駆動電極及び検出電極の配置はこの図2の配置とは異なり、例えば前述の特許文献1(特開2001−255152号公報)の図15〜17に示されているような配置となる。 On the other hand, the detection tines 13 1 and 13 2 respectively detecting electrodes 32 on the upper surface 10a perpendicular sides in (32a, 32 b) and 33 (33a, 33b) is in the width direction at both ends as shown in FIG. 2 (c) Is located. The detection electrodes 32a, 32b, 33a and 33b have the same polarity, that is, the detection electrodes positioned in the diagonal direction have the same polarity. Detection electrodes 32 and 33 are formed on the detection tines 13 1, 13 2 of the base end side, the detection voltage to detect the vibration from these detection electrodes 32 and 33 due to the Coriolis force of the detection leg 13 1, 13 2 is taken out. The arrangement of the drive electrode 31 and the detection electrodes 32 and 33 in FIG. 2 shows an arrangement example when the vibrator 10 is formed using a Z-cut piezoelectric single crystal. When formed using a cut piezoelectric single crystal, the arrangement of the drive electrode and the detection electrode is different from the arrangement of FIG. 2, for example, in FIGS. 15 to 17 of the aforementioned Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-255152). The arrangement is as shown.

この例ではこれら駆動電極31及び検出電極32,33に加え、さらに静電容量検出用の電極が駆動脚12,12及び検出脚13,13の各ベース面22aと対向する面に形成されている。 In this example, in addition to the drive electrode 31 and the detection electrodes 32 and 33, capacitance detection electrodes are further provided on the surfaces of the drive legs 12 1 and 12 2 and the detection legs 13 1 and 13 2 facing the base surfaces 22a. Is formed.

駆動脚12,12には櫛歯形状をなす電極34,34がそれぞれその先端側に形成され、さらにそれら電極34,34と駆動電極31との間に方形状をなす電極3
,35が形成されている。一方、検出脚13,13には方形状をなす電極36,36がそれぞれその先端側に形成されている。電極34,34の櫛歯は駆動脚12,12の延伸方向と平行に延伸され、駆動脚12,12の幅方向に配列されている。例えば、図2(a)では電極34,34はそれぞれ4本の櫛歯を有するものとして示している。なお、それら4本の櫛歯をその一端側で連結する連結部の図示は省略している。
Driving tines 12 1, electrodes 34 1 forming the comb-teeth shape in 12 2, 34 2 is formed on the distal end side, respectively, further electrodes forming a square shape between the electrodes 34 1, 34 2 and the drive electrode 31 3
5 1 and 35 2 are formed. On the other hand, the detection leg 13 1, 13 electrodes 36 1 forming a rectangular shape in 2, 36 2 are formed on the distal end side, respectively. Electrodes 34 1, 34 2 of the comb teeth are parallel to the stretching and the stretching direction of the driving tines 12 1, 12 2, are arranged in the width direction of the driving tines 12 1, 12 2. For example, in FIG. 2A, the electrodes 34 1 and 34 2 are shown as having four comb teeth. In addition, illustration of the connection part which connects these four comb teeth at the one end side is abbreviate | omitted.

ベース面22a(ベース22の上面)にはこれら電極34,34,35,35,36,36とそれぞれ対向する電極が形成されている。図3及び4はその詳細を示したものであり、電極34,34と対向する電極37,37は電極34,34と同様、図3(c)に示したように櫛歯形状をなすものとされ、電極35,35と対向する電極38,38は方形状とされて図3(b)に示したように電極35,35より幅広とされている。また、電極36,36と対向する電極39,39は方形状とされて図4(b)に示したように電極36,36より幅広とされている。 Electrodes facing the electrodes 34 1 , 34 2 , 35 1 , 35 2 , 36 1 , and 36 2 are formed on the base surface 22a (the upper surface of the base 22). 3 and 4 have the meanings indicated in detail, similar to the electrodes 34 1, 34 2 and the counter electrodes 37 1, 37 2 electrodes 34 1, 34 2, comb as shown in FIG. 3 (c) is intended to form a tooth shape, the electrodes 38 1, 38 2 facing the electrode 35 1, 35 2 is wider than the electrode 35 1, 35 2 as shown is a rectangular shape in FIG. 3 (b) Yes. Further, the electrodes 39 1 and 39 2 facing the electrodes 36 1 and 36 2 have a rectangular shape and are wider than the electrodes 36 1 and 36 2 as shown in FIG. 4B.

上記のような構成において、駆動電極31(31a,31b)に駆動信号を供給することにより、一対の駆動脚12,12は励振され、ベース面22aと平行方向に、つまり図1(a)に示したX方向に互いに逆相で面内振動するものとなる。この状態で駆動脚12,12の延伸方向即ちY軸回りに角速度が入力すると、コリオリ力によって駆動脚12,12にベース面22aと垂直方向の、つまりZ方向の面外振動が発生し、駆動脚12,12は互いに逆相で面外振動するものとなる。この面外振動(Z方向の振動)は胴体部11を介して検出脚13,13に伝わり、これにより検出脚13,13に互いに逆相の面外振動(Z方向の振動)が発生する。そして、このように検出脚13,13が面外振動することによって検出電極32,33には電圧が励起され、この電圧を検出することによって入力角速度を検知することができる。 In the configuration as described above, by supplying a drive signal to the drive electrode 31 (31a, 31b), the pair of drive legs 12 1 , 12 2 are excited, and in a direction parallel to the base surface 22a, that is, FIG. In-plane vibrations in opposite phases to each other in the X direction shown in FIG. When an angular velocity in the drive leg 12 1, 12 2 in the stretching direction or Y-axis in this state is inputted, the base surface 22a and the direction perpendicular to the drive leg 12 1, 12 2 by the Coriolis force, that is, out-of-plane vibration in the Z-direction As a result, the drive legs 12 1 and 12 2 vibrate out of plane in opposite phases. The plane vibration (vibration in the Z-direction) is transmitted to the detection tine 13 1, 13 2 via the body portion 11, thereby detecting the legs 13 1, 13 opposite phases of the out-of-plane vibration to the 2 (the vibration in the Z-direction) Will occur. In this way, the detection legs 13 1 and 13 2 vibrate out of plane to excite a voltage on the detection electrodes 32 and 33, and the input angular velocity can be detected by detecting this voltage.

なお、検出脚13,13には駆動脚12,12の面外振動に応じて面外振動が発生するが、駆動脚12,12の面内振動(X方向の振動)は胴体部11のその方向(X方向)の剛性によって検出脚13,13への伝達が阻止され、つまり検出脚13,13には面内振動(X方向の振動)が発生しないものとなっている。 Although the detection leg 13 1, 13 2 plane vibration is generated in accordance with the plane vibration of the driving tines 12 1, 12 2, the driving legs 12 1, 12 2 of the surface vibration (vibration in the X-direction) is transmitted is prevented in that direction detection tine 13 1 by the rigidity of the (X-direction), 13 2 of the body portion 11, i.e. (vibration in the X-direction) detected legs 13 1, 13 2 plane vibration in does not occur It has become a thing.

入力角速度に応じた検出脚13,13の面外振動は上記のように検出電極32,33から取り出される検出電圧によって検出されるが、この例ではこれに加え、静電容量の変化によっても検出脚13,13の面外振動を検出することができ、さらに駆動脚12,12の面内振動及び面外振動も静電容量の変化によって検出することができる。 While out-of-plane vibration of the detection leg 13 1, 13 2 corresponding to the input angular rate is detected by the detection voltage is taken out from the detection electrodes 32 and 33 as described above, in addition to this, in this example, by a change in capacitance it can also be able to detect the out-of-plane vibration of the detection leg 13 1, 13 2, detected by the further drive legs 12 1, 12 2 in-plane vibration and out-of-plane vibrations changes in capacitance.

即ち、検出脚13,13の面外振動は互いに対向配置された電極36・39間及び電極36・39間の静電容量の変化によってそれぞれ検出することができ、駆動脚12,12の面内振動は互いに対向配置された電極34・37間及び電極34・37間の静電容量の変化によってそれぞれ検出することができる。また、駆動脚12,12の面外振動は互いに対向配置された電極35・38間及び電極35・38間の静電容量の変化によって検出することができる。 That is, the out-of-plane vibrations of the detection legs 13 1 and 13 2 can be detected by the change in capacitance between the electrodes 36 1 and 39 1 and the electrodes 36 2 and 39 2 arranged to face each other. 12 1, 12 2 in-plane vibrations can be detected respectively by mutually oppositely disposed electrodes 34 1, 37 1 and between the electrodes 34 2, 37 of the electrostatic capacitance between the second change. Also, out-of-plane vibration of the driving tines 12 1, 12 2 can be detected by each other oppositely disposed electrodes 35 1, 38 1 and between the electrodes 35 2, 38 of the capacitance between the second change.

つまり、この例では静電容量変化によって一対の駆動脚12,12の面内振動及び面外振動を検出することができ、さらに一対の検出脚13,13の面外振動を検出することができるものとなっており、それら各静電容量変化を電圧変化として検出し、その検出電圧を用いることによって各種異常診断を行えるものとなっている。 That is, in this example can detect the pair of drive legs 12 1, 12 2 of the surface vibration and out-of-plane vibration by capacitance change further pair of detection legs 13 1, 13 2 of plane vibration detection Each of these capacitance changes can be detected as a voltage change, and various abnormality diagnoses can be performed by using the detected voltage.

以下、各種異常診断について、図5及び6に示した自己診断回路を参照して説明する。なお、各対向電極の静電容量変化はベース面22aに形成されている電極から電圧変化として検出するものとする。   Hereinafter, various abnormality diagnosis will be described with reference to the self-diagnosis circuits shown in FIGS. In addition, the electrostatic capacitance change of each counter electrode shall be detected as a voltage change from the electrode formed in the base surface 22a.

〈駆動脚の面内振動の異常診断〉
一対の駆動脚12,12の面内振動を検出する電極37,37の静電容量変化は、図5に示したように検出回路41,42によりそれぞれ電圧変化として検出され、これら検出回路41,42から出力される二つの検出電圧が加算手段43に入力されて加算される。加算手段43の出力は整流回路44及びローパスフィルタ45によって整流・平滑化され、出力Sとなる。コンパレータ46には定電圧回路47から出力される一定電圧Vと出力Sとが入力される。
<Abnormal diagnosis of in-plane vibration of driving leg>
Electrodes 37 1, 37 2 of the capacitance change detecting a pair of driving legs 12 1, 12 2 of the surface vibration is detected as the respective voltage change by the detection circuits 41 and 42 as shown in FIG. 5, these Two detection voltages output from the detection circuits 41 and 42 are input to the adding means 43 and added. The output of the summing means 43 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 44 and a low pass filter 45, the output S 1. The comparator 46 receives the constant voltage V 1 and the output S 1 output from the constant voltage circuit 47.

駆動脚12,12は互いに逆相で面内振動するため、両駆動脚12,12の面内振動のバランスが完全にとれていれば、出力Sは0となる。しかしながら、実際にはこのような理想状態は得られず、ある程度のアンバランスは生じる。そこで、出力Sが正常動作状態でなり得る値(許容しうる最大値)に一定電圧Vを設定する。コンパレータ46は出力Sと一定電圧Vとを比較し、V<Sの時、比較結果として“1”を出力する。つまり、コンパレータ46の出力Aは正常時(V≧Sの時)は“0”であり、バランス異常の時、“1”となる。 Since the driving legs 12 1 and 12 2 vibrate in plane in opposite phases, the output S 1 becomes 0 if the in-plane vibrations of the driving legs 12 1 and 12 2 are perfectly balanced. However, in reality, such an ideal state cannot be obtained, and a certain degree of imbalance occurs. Therefore, the constant voltage V 1 is set to a value (maximum allowable value) at which the output S 1 can be in a normal operation state. The comparator 46 compares the output S 1 with the constant voltage V 1 and outputs “1” as the comparison result when V 1 <S 1 . That is, the output A of the comparator 46 is “0” when normal (when V 1 ≧ S 1 ), and becomes “1” when the balance is abnormal.

また、検出回路41,42から出力される二つの検出電圧は減算手段51に入力されて減算される。減算手段51の出力は整流回路52及びローパスフィルタ53によって整流・平滑化され、出力Sとなる。コンパレータ54には定電圧回路55から出力される一定電圧Vと出力Sとが入力される。 The two detection voltages output from the detection circuits 41 and 42 are input to the subtraction means 51 and subtracted. Output of the subtraction means 51 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 52 and a low pass filter 53, the output S 2. A constant voltage V 2 and an output S 2 output from the constant voltage circuit 55 are input to the comparator 54.

出力Sは駆動脚12,12の面内振動の振幅に対応し、つまり振幅の大きさを表わすものであって、ここでは正常動作状態と判断される出力Sの最小値に一定電圧Vを設定する。コンパレータ54は出力Sと一定電圧Vとを比較し、V>Sの時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ54の出力Bは正常時(V≦Sの時)は“0”であり、振幅異常(振幅小異常)の時、“1”となる。 The output S 2 corresponds to the amplitude of the in-plane vibration of the drive legs 12 1 , 12 2 , that is, represents the magnitude of the amplitude, and here is constant at the minimum value of the output S 2 that is determined to be a normal operation state. to set the voltage V 2. The comparator 54 compares the output S 2 with the constant voltage V 2, and outputs “1” as the comparison result when V 2 > S 2 . The output B of the comparator 54 is “0” when normal (when V 2 ≦ S 2 ), and is “1” when the amplitude is abnormal (small amplitude abnormality).

〈駆動脚の面外振動の異常診断〉
一対の駆動脚12,12の面外振動を検出する電極38,38の静電容量変化は、図6に示したように検出回路61,62によりそれぞれ電圧変化として検出され、これら検出回路61,62から出力される二つの検出電圧が加算手段63に入力されて加算される。加算手段63の出力は同期検波回路64に入力される。同期検波回路64は駆動回路71から出力される駆動信号の位相を90度遅らせて位相調整した信号によって、加算手段63から入力された信号を同期検波する。なお、図6では図示を省略しているが、駆動信号は駆動電極31(31a,31b)に入力され、これにより一対の駆動脚12,12が励振される。図6中、72は駆動信号の位相を位相調整し、90度遅らせる移相回路を示す。
<Abnormal diagnosis of drive leg out-of-plane vibration>
Electrodes 38 1, 38 2 of the capacitance change detecting a pair of plane vibration of the driving tines 12 1, 12 2 are detected respectively as voltage change by the detection circuits 61 and 62 as shown in FIG. 6, these Two detection voltages output from the detection circuits 61 and 62 are input to the adding means 63 and added. The output of the adding means 63 is input to the synchronous detection circuit 64. The synchronous detection circuit 64 synchronously detects the signal input from the adding means 63 by using a signal obtained by adjusting the phase by delaying the phase of the drive signal output from the drive circuit 71 by 90 degrees. Although not shown in FIG. 6, the drive signal is input to the drive electrodes 31 (31a, 31b), and thereby the pair of drive legs 12 1 and 12 2 are excited. In FIG. 6, reference numeral 72 denotes a phase shift circuit that adjusts the phase of the drive signal and delays it by 90 degrees.

同期検波回路64の検波出力は整流回路65及びローパスフィルタ66によって整流・平滑化され、出力Sとなる。コンパレータ67には定電圧回路68から出力される一定電圧Vと出力Sとが入力される。 Detection output of the synchronous detection circuit 64 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 65 and a low pass filter 66, the output S 3. The comparator 67 receives the constant voltage V 3 and the output S 3 output from the constant voltage circuit 68.

角速度入力時には駆動脚12,12は互いに逆相で面外振動する。一方、角速度未入力時には励振による面内振動の影響により駆動脚12,12には同相である程度の面外振動が発生している。出力Sはこの場合の面外振動の振幅に対応し、つまり振幅の大きさを表わすものとなる。従って、角速度未入力時の正常動作状態と判断される出力Sの最大値に一定電圧Vを設定する。コンパレータ67は出力Sと一定電圧Vとを比較し、V<Sの時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ67の出力Cは正常時(V≧Sの時)は“0”であり、振幅異常(振幅大異常)の時、“1”となる。 When the angular velocity is input, the driving legs 12 1 and 12 2 vibrate out of plane in opposite phases. On the other hand, when the angular velocity is not inputted, a certain amount of out-of-plane vibration is generated in the driving legs 12 1 and 12 2 in the same phase due to the influence of in-plane vibration due to excitation. The output S 3 corresponds to the amplitude of the out-of-plane vibration of the case, that is, it represents the magnitude of the amplitude. Accordingly, the constant voltage V 3 is set to the maximum value of the output S 3 that is determined to be a normal operation state when the angular velocity is not input. The comparator 67 compares the output S 3 with the constant voltage V 3 and outputs “1” as the comparison result when V 3 <S 3 . The output C of the comparator 67 is “0” when normal (when V 3 ≧ S 3 ), and becomes “1” when the amplitude is abnormal (abnormal amplitude abnormality).

なお、駆動脚12,12の面外振動の振幅大異常は基本的に駆動脚12,12の面内振動の振幅大異常に対応して発生するものであって、言い換えればコンパレータ67の出力Cは駆動脚12,12の面内振動の振幅大異常を表わすものと言える。従っ
て、コンパレータ67の出力Cと前述したコンパレータ54の出力Bとによって、駆動脚12,12の面内振動の振幅小及び大の双方の異常を診断できるものとなる。
The driving legs 12 1, 12 the amplitude of the second plane vibration atmospheric abnormalities be those generated basically driven legs 12 1, 12 2 of the amplitude large abnormally corresponding plane vibration, in other words the comparator It can be said that the output C of 67 represents a large amplitude abnormality of the in-plane vibration of the drive legs 12 1 and 12 2 . Therefore, both the small and large abnormalities of the in-plane vibrations of the drive legs 12 1 and 12 2 can be diagnosed by the output C of the comparator 67 and the output B of the comparator 54 described above.

また、この点から例えばコンパレータ54の出力Bによって振幅大異常を判断し、コンパレータ67の出力Cによって振幅小異常を判断するようにしてもよい。   From this point, for example, a large amplitude abnormality may be determined based on the output B of the comparator 54, and a small amplitude abnormality may be determined based on the output C of the comparator 67.

一方、検出回路61,62から出力される二つの検出電圧は減算手段81に入力されて減算される。減算手段81の出力は同期検波回路82に入力され、同期検波回路82は上述した同期検波回路64と同様、移相回路72から出力される信号によって減算手段81から入力された信号を同期検波する。同期検波回路82の検波出力は整流回路83及びローパスフィルタ84によって整流・平滑化され、出力Sとなる。コンパレータ85には定電圧回路86から出力される一定電圧Vと出力Sとが入力される。 On the other hand, the two detection voltages output from the detection circuits 61 and 62 are input to the subtraction means 81 and subtracted. The output of the subtracting means 81 is input to the synchronous detection circuit 82, and the synchronous detection circuit 82 synchronously detects the signal input from the subtraction means 81 by the signal output from the phase shift circuit 72, as in the above-described synchronous detection circuit 64. . Detection output of the synchronous detection circuit 82 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 83 and a low pass filter 84, the output S 4. A constant voltage V 4 and an output S 4 output from the constant voltage circuit 86 are input to the comparator 85.

出力Sは角速度未入力時において理想的には0となる。しかしながら、駆動脚12,12の同相の面外振動にアンバランスが生じていると、ある値となり、よって出力Sが正常動作状態でなり得る値(許容しうる最大値)に一定電圧Vを設定する。コンパレータ85は出力Sと一定電圧Vとを比較し、V<Sの時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ85の出力Dは正常時(V≧Sの時)は“0”であり、バランス異常の時、“1”となる。 The output S 4 is zero ideally during angular missing. However, if there is an imbalance in the out-of-plane vibrations in the same phase of the driving legs 12 1 and 12 2 , the value becomes a certain value, and thus the output S 4 can be in a normal operating state (a maximum allowable value) at a constant voltage. setting the V 4. The comparator 85 compares the output S 4 with the constant voltage V 4, and outputs “1” as a comparison result when V 4 <S 4 . The output D of the comparator 85 is “0” when normal (when V 4 ≧ S 4 ), and becomes “1” when the balance is abnormal.

〈検出脚の面外振動及びジャイロ出力の異常診断〉
一対の検出脚13,13の面外振動を検出する電極39,39の静電容量変化は、図6に示したように検出回路91,92によりそれぞれ電圧変化として検出され、これら検出回路91,92から出力される二つの検出電圧が減算手段93に入力されて減算される。減算手段93の出力は同期検波回路94に入力され、同期検波回路94は移相回路72から出力される信号によって減算手段93から入力された信号を同期検波する。同期検波回路94の検波出力は整流回路95及びローパスフィルタ96によって整流・平滑化され、さらにゲイン調整回路97によってゲイン調整されて出力Sとなる。
<Abnormal diagnosis of out-of-plane vibration of detection legs and gyro output>
A pair of detection legs 13 1, 13 electrodes 39 1 for detecting a second plane vibration, 39 2 of the capacitance change is detected as a respective voltage change by the detection circuit 91, 92 as shown in FIG. 6, these Two detection voltages output from the detection circuits 91 and 92 are input to the subtraction means 93 and subtracted. The output of the subtracting means 93 is input to the synchronous detection circuit 94, and the synchronous detection circuit 94 synchronously detects the signal input from the subtracting means 93 by the signal output from the phase shift circuit 72. Detection output of the synchronous detection circuit 94 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 95 and a low pass filter 96, the output S 6 is further gain adjustment by the gain adjusting circuit 97.

また、減算手段93の出力は同期検波回路101に入力され、同期検波回路101は駆動回路71から出力される駆動信号によって減算手段93から入力された信号を同期検波する。同期検波回路101の検波出力は整流回路102及びローパスフィルタ103によって整流・平滑化され、さらにゲイン調整回路104によってゲイン調整されて出力Sとなる。 The output of the subtracting means 93 is input to the synchronous detection circuit 101, and the synchronous detection circuit 101 synchronously detects the signal input from the subtracting means 93 by the drive signal output from the drive circuit 71. Detection output of the synchronous detection circuit 101 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 102 and a low pass filter 103, the output S 7 are further gain adjustment by the gain adjusting circuit 104.

一方、検出脚13,13の面外振動を圧電効果により検出する検出電極32,33よりそれぞれ取り出された二つの検出電圧は減算手段111に入力されて減算され、検出信号とされる。減算手段111から出力される検出信号は同期検波回路112に入力される。同期検波回路112は移相回路72から出力される信号によって検出信号を同期検波する。同期検波回路112の検波出力は整流回路113及びローパスフィルタ114によって整流・平滑化され、出力Sとなる。 On the other hand, two detection voltages taken respectively from the detection electrodes 32 and 33 detected by the detection tines 13 1, 13 2 of the piezoelectric effect out-of-plane vibrations are subtracted is inputted to the subtracting means 111, are the detection signal. The detection signal output from the subtracting unit 111 is input to the synchronous detection circuit 112. The synchronous detection circuit 112 performs synchronous detection on the detection signal based on the signal output from the phase shift circuit 72. Detection output of the synchronous detection circuit 112 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 113 and a low pass filter 114, the output S 8.

また、減算手段111から出力される検出信号は同期検波回路115に入力され、同期検波回路115は駆動信号によって検出信号を同期検波する。同期検波回路115の検波出力は整流回路116及びローパスフィルタ117によって整流・平滑化され、出力Sとされる。この出力Sがジャイロ出力(角速度出力)となる。 Further, the detection signal output from the subtracting means 111 is input to the synchronous detection circuit 115, and the synchronous detection circuit 115 synchronously detects the detection signal by the drive signal. Detection output of the synchronous detection circuit 115 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 116 and a low pass filter 117, it is the output S 0. The output S 0 is the gyro output (angular velocity output).

角速度未入力時においては駆動脚12,12の同相の面外振動に対応して、検出脚13,13にも同相の面外振動(もれ振動)が発生している。この場合、両検出脚13,13の面外振動のバランスが完全にとれていれば、出力Sは0となる。しかしながら、実際には検出脚13,13の面外振動にはある程度のアンバランスが発生し、よって出力Sはそのアンバランスに対応した値となる。
同様に、出力Sも角速度未入力時における検出脚13,13の面外振動のアンバランスに対応した値となる。
In the angular velocity has not been input, in response to the out-of-plane vibration of the same phase of the driving tines 12 1, 12 2, also plane vibration of the same phase to the detection leg 13 1, 13 2 (leakage vibration) is generated. In this case, if the out-of-plane vibrations of the detection legs 13 1 and 13 2 are perfectly balanced, the output S 6 is zero. However, in practice some imbalance is generated in the detection tine 13 1, 13 2 of the out-of-plane vibration is thus output S 6 becomes a value corresponding to the imbalance.
Similarly, the detection leg 13 1, 13 value corresponding to the unbalance of the second plane vibration output S 8 in the angular velocity has not been input,.

一方、出力Sは静電容量変化によって検出した角速度入力時のジャイロ出力(角速度出力)に相当する。
出力S,S,S,S及び前述した出力Sをゲイン調整回路87によってゲイン調整した出力Sはコンパレータに入力されて比較される。コンパレータ88には出力SとSが入力され、コンパレータ98には出力SとSが入力される。また、コンパレータ105には出力SとSが入力される。即ち、各コンパレータ88,98及び105には変位(振動)を静電容量変化によって検出した出力と、圧電効果によって検出した出力とが入力されて、それらが比較される。各ゲイン調整回路87,97及び104は変位に対する静電容量の検出効率と圧電効果の検出効率との差を補正するもので、同一変位量に対する出力が等しくなるように各ゲイン調整回路87,97,104はゲイン調整を行う。
On the other hand, the output S 7 corresponds to the gyro output when the angular velocity input detected by the electrostatic capacitance change (angular velocity output).
The outputs S 6 , S 7 , S 8 , S 0 and the output S 5 obtained by adjusting the gain of the output S 4 by the gain adjusting circuit 87 are input to the comparator for comparison. The comparator 88 is input the output S 5 and S 8, the comparator 98 outputs S 6 and S 8 are input. Further, the comparator 105 outputs S 7 and S 0 are inputted. That is, the comparators 88, 98, and 105 receive the output (displacement (vibration)) detected by the capacitance change and the output detected by the piezoelectric effect, and compare them. The gain adjustment circuits 87, 97, and 104 correct the difference between the capacitance detection efficiency with respect to the displacement and the piezoelectric effect detection efficiency, and the gain adjustment circuits 87, 97 have the same output for the same displacement amount. , 104 perform gain adjustment.

なお、ここでは静電容量変化によって検出される出力の方が圧電効果によって検出した出力より信頼性が高いものとし、つまり異常が生じにくいものとし、静電容量変化によって検出した出力を基準として異常診断を行う。静電容量変化によって検出した出力の方が異常が生じにくいとする理由の一つには、ベース面22aに形成されている電極によって検出することができる点にあり、つまり検出脚13,13に形成されている検出電極32,33から検出電圧を取り出す場合にはボンディングワイヤが必要であり、その断線等に起因する異常が生じやすいといったことにある。 Here, the output detected by the capacitance change is assumed to be more reliable than the output detected by the piezoelectric effect, that is, the abnormality is less likely to occur, and the output detected by the capacitance change is abnormal. Make a diagnosis. One of the reasons that the output detected by the capacitance change is less likely to cause an abnormality is that it can be detected by the electrodes formed on the base surface 22a, that is, the detection legs 13 1 and 13. When the detection voltage is taken out from the detection electrodes 32 and 33 formed in FIG. 2 , a bonding wire is necessary, and an abnormality caused by the disconnection or the like is likely to occur.

コンパレータ88は出力SとSとを比較し、S<Sの時、比較結果として“1”を出力する。これは角速度未入力時における駆動脚12,12の面外振動のアンバランスに対し、検出脚13,13の面外振動のアンバランスが大きい場合を異常と判断するもので、コンパレータ88の出力EはS≧Sの時は“0”であり、角速度未入力時の検出脚13,13の面外振動異常(面外振動バランス異常)の時、“1”となる。 The comparator 88 compares the outputs S 5 and S 8 and outputs “1” as the comparison result when S 5 <S 8 . This is to judge that the case where the detection legs 13 1 and 13 2 have a large imbalance in the out-of-plane vibration of the driving legs 12 1 and 12 2 when the angular velocity is not inputted is judged as abnormal. the output E of 88 when S 5S 8 is "0", when the angular velocity has not been input, the detection tines 13 1, 13 2 of plane vibration abnormality (out-of-plane vibration imbalance), and "1" Become.

コンパレータ98は出力SとSとを比較し、S>Sの時、比較結果として“1”を出力する。これは角速度未入力時の検出脚13,13の面外振動のアンバランスの、圧電効果による検出(検出性能)に異常があると判断するもので、コンパレータ98の出力FはS≦Sの時は“0”であり、圧電検出異常の時、“1”となる。 The comparator 98 compares the outputs S 6 and S 8, and outputs “1” as the comparison result when S 6 > S 8 . This is what determines that the unbalance of the detection tines 13 1, 13 2 of the out-of-plane vibration at the time of the angular velocity not entered, there is an abnormality in the detection by the piezoelectric effect (detection performance), the output F of the comparator 98 S 6 ≦ when S 8 is "0", when the piezoelectric detection abnormality becomes "1".

コンパレータ105は出力SとSとを比較し、S>Sの時、比較結果として“1”を出力する。これは角速度入力時の圧電効果によって検出したジャイロ出力Sに異常があると判断するもので、コンパレータ105の出力GはS≦Sの時は“0”であり、角速度入力時のジャイロ出力S異常の時、“1”となる。このコンパレータ105による異常診断は上記コンパレータ98では診断できない異常を診断するものとなる。 The comparator 105 compares the outputs S 7 and S 0, and outputs “1” as the comparison result when S 7 > S 0 . This is to judge that there is an abnormality in the gyro output S 0 detected by the piezoelectric effect at the time of angular velocity input. The output G of the comparator 105 is “0” when S 7 ≦ S 0 , and the gyro output at the time of angular velocity input. when the output S 0 abnormal, set to "1". The abnormality diagnosis by the comparator 105 diagnoses an abnormality that cannot be diagnosed by the comparator 98.

以上説明した各コンパレータ46,54,67,85,88,98及び105の出力A〜Gは図5に示したようにOR回路48に入力され、OR回路48は出力A〜Gのうち、一つでも“1”があれば自己診断出力として“1”を出力する。従って、この自己診断出力“1”によって異常を検知することができる。   The outputs A to G of the comparators 46, 54, 67, 85, 88, 98 and 105 described above are input to the OR circuit 48 as shown in FIG. If there is any “1”, “1” is output as the self-diagnosis output. Therefore, the abnormality can be detected by the self-diagnosis output “1”.

このように、この例によれば駆動脚12,12の面内振動・面外振動及び検出脚13,13の面外振動(もれ振動・コリオリ振動)をそれぞれ静電容量変化によって検出することができるものとなっており、これらの検出電圧を用いることによって、上述したように駆動脚12,12の面内振動(バランス、振幅)の異常診断、駆動脚12,12の面外振動(バランス、振幅)の異常診断、検出脚13,13の面外振動(バランス)の異常診断及びジャイロ出力の異常診断(圧電検出系・検出回路の異常診断)を行えるものとなっている。従って、従来に比し、各種異常モードの診断を行うことができ、また例えば故障等によってジャイロ出力が中途半端な出力となっているような場合でも異常診断することができる。 Thus, the driving legs 12 1, 12 2 in-plane vibration plane outside vibration and detection legs 13 1, 13 2 of the out-of-plane vibration (leakage vibration Coriolis vibration) the capacitance change, respectively, according to this example By using these detection voltages, as described above, the abnormality diagnosis of the in-plane vibrations (balance, amplitude) of the drive legs 12 1 , 12 2 , the drive legs 12 1 , 12 2 of plane vibration (balance, amplitude) abnormality diagnosis, the abnormality diagnosis and an abnormality diagnosis of the gyro output of the out-of-plane vibration of the detection leg 13 1, 13 2 (balance) and (abnormality diagnosis of the piezoelectric detection system and detection circuit) It can be done. Accordingly, various abnormal modes can be diagnosed as compared to the conventional case, and abnormality diagnosis can be performed even when the gyro output is halfway due to a failure or the like.

[実施例2]
この例では異常検出用の電極を第1の実施例のように駆動脚12,12及び検出脚13,13にそれぞれ設けるのではなく、胴体部11の肩部に設けるものとする。
まず、図7を参照して胴体部11の肩部の振動について説明する。
[Example 2]
In this example, the abnormality detection electrodes are not provided on the drive legs 12 1 , 12 2 and the detection legs 13 1 , 13 2 as in the first embodiment, but are provided on the shoulders of the body 11. .
First, the vibration of the shoulder portion of the body portion 11 will be described with reference to FIG.

図7(a)に示したように、一対の駆動脚12,12は励振(共振駆動)されることにより、矢印e,fで示したように面内振動する。両駆動脚12,12のバランスがとれていれば、これら駆動脚12,12の面内振動の変位差は0となり、角速度未入力時にこれら駆動脚12,12に発生する面外振動も矢印g,hで示したように同相かつ同変位となる。この時、駆動脚12,12の面外振動に応じて、胴体部11の駆動脚12が突出形成されている側の肩部11a及び駆動脚12が突出形成されている側の肩部11bにも面外振動が発生し、胴体部11は図中、二点鎖線で示したように振動変位する。この場合、これら両肩部11a,11bの面外振動は駆動脚12,12と同様、同相かつ同変位となる。また、この時、図には示していないが、胴体部11の検出脚13,13側の両肩部や検出脚13,13の面外振動(もれ振動)も同様となり、つまり同相かつ同変位となる。 As shown in FIG. 7A, the pair of drive legs 12 1 , 12 2 are vibrated in-plane as indicated by arrows e, f by being excited (resonance driven). If the drive legs 12 1 , 12 2 are balanced, the displacement difference of in-plane vibration of these drive legs 12 1 , 12 2 becomes 0, and occurs in these drive legs 12 1 , 12 2 when the angular velocity is not input. The out-of-plane vibration also has the same phase and the same displacement as indicated by arrows g and h. At this time, in accordance with the plane vibration of the driving tines 12 1, 12 2, of the body portion 11 drives the leg 12 1 on the side where the shoulder portion 11a and the driving legs 12 second side being protruded is formed projecting Out-of-plane vibration is also generated in the shoulder portion 11b, and the body portion 11 is displaced by vibration as indicated by a two-dot chain line in the drawing. In this case, the out-of-plane vibrations of the shoulder portions 11a and 11b are in phase and displaced in the same manner as the drive legs 12 1 and 12 2 . At this time, although not shown, the detection leg 13 1, 13 both shoulders and the detection legs 13 1 2 side, 13 2 of the out-of-plane vibration of the body 11 (leakage vibration) similarly has, In other words, they have the same phase and displacement.

一方、例えば駆動脚12,12に何らかの故障等が発生し、両駆動脚12,12のバランスがくずれると、図7(b)に矢印e’,f’で示したように両駆動脚12,12の面内振動に変位差が発生する。そして、この変位差により矢印g’,h’で示したように面外振動にも変位差が生じてしまい、胴体部11の両肩部11a,11bの面外振動にも同様に変位差が生じる。また、胴体部11の検出脚13,13側の両肩部及び検出脚13,13の面外振動(もれ振動)にも同様に変位差が生じてしまう。 On the other hand, for example, the driving legs 12 1, 12 2 some failure or the like occurs and the balance of the two drive legs 12 1, 12 2 is lost, both as indicated by the arrow e ', f' in FIG. 7 (b) displacement difference is generated in the in-plane vibration of the driving tines 12 1, 12 2. This displacement difference also causes a displacement difference in the out-of-plane vibration as indicated by arrows g ′ and h ′. Similarly, the displacement difference also occurs in the out-of-plane vibration of both shoulder portions 11a and 11b of the body portion 11. Arise. Further, the detection tines 13 1, 13 both shoulders and the detection tine 13 1 2 side, 13 displacement difference similarly to the second plane vibration (leakage vibration) of the body portion 11 occurs.

この例ではこのように胴体部11の肩部に発生する面外振動を検出することによって、駆動脚12,12及び検出脚13,13の面外振動の異常診断を行うものとし、図8に示したように胴体部11の駆動脚12,12側の両肩部11a,11b及び検出脚13,13側の両肩部11c,11dに、それら肩部11a〜11dの面外振動を圧電効果によって検出する電極をそれぞれ設けるものとする。 By this example for detecting a plane vibration generated in the shoulder portion of the body portion 11 as the drive leg 12 1, 12 2 and the detection legs 13 1, 13 2 and performs abnormality diagnosis of plane vibration driving tines 12 1, 12 2 side of the both shoulder portions 11a of the body portion 11 as shown in FIG. 8, 11b and detection legs 13 1, 13 2 side of the both shoulders 11c, to 11d, their shoulders 11a~ Assume that an electrode for detecting the out-of-plane vibration of 11d by the piezoelectric effect is provided.

即ち、肩部11aにはその上下面に電極15a−1,15a−2が互いに対向するように形成されると共に、側面に電極15bが形成され、他の肩部11b〜11dにもそれぞれ同様に3個の電極16a−1,16a−2,16b及び17a−1,17a−2,17b及び18a−1,18a−2,18bが形成される。振動子10はこの例ではXカット圧電単結晶を使用して形成されているものとする。なお、図8では駆動電極31及び検出電極32,33の図示は省略している。
以下、この例における各種異常診断について、図9に示した自己診断回路を参照して説明する。
That is, the shoulder portion 11a is formed with the electrodes 15a-1 and 15a-2 facing each other on the upper and lower surfaces, and the electrode 15b is formed on the side surface, and the other shoulder portions 11b to 11d are similarly formed. Three electrodes 16a-1, 16a-2, 16b and 17a-1, 17a-2, 17b and 18a-1, 18a-2, 18b are formed. In this example, it is assumed that the vibrator 10 is formed using an X-cut piezoelectric single crystal. In FIG. 8, the drive electrode 31 and the detection electrodes 32 and 33 are not shown.
Hereinafter, various abnormality diagnosis in this example will be described with reference to the self-diagnosis circuit shown in FIG.

〈駆動脚の面外振動のバランス異常診断〉
肩部11aに設けられている電極15a−1,15a−2は同一極性であって、これら電極15a−1,15a−2から取り出される検出電圧と電極15bから取り出される検出電圧とが減算手段201に入力されて減算される(差動出力とされる)。同様に、肩部11bに設けられている電極16a−1,16a−2から取り出される検出電圧と電極16bから取り出される検出電圧とが減算手段202に入力されて減算される。
<Diagnosis of balance abnormality of out-of-plane vibration of driving leg>
The electrodes 15a-1 and 15a-2 provided on the shoulder 11a have the same polarity, and the subtraction means 201 calculates the detection voltage extracted from these electrodes 15a-1 and 15a-2 and the detection voltage extracted from the electrode 15b. To be subtracted (differential output). Similarly, the detection voltage extracted from the electrodes 16a-1 and 16a-2 provided on the shoulder 11b and the detection voltage extracted from the electrode 16b are input to the subtracting means 202 and subtracted.

これら減算手段201,202から出力される二つの出力電圧は肩部11a,11bの面外振動をそれぞれ示すもので、二つの出力電圧は減算手段203に入力されて減算される。減算手段203の出力は同期検波回路204に入力される。同期検波回路204は駆動回路71から出力される駆動信号の位相を90度遅らせて位相調整した信号(移相回路72から出力される信号)によって、減算手段203から入力された信号を同期検波する。同期検波回路204の検波出力は整流回路205及びローパスフィルタ206によって整流・平滑化され、出力S11となる。コンパレータ207には定電圧回路208から出力される一定電圧V11と出力S11とが入力される。 The two output voltages output from the subtracting means 201 and 202 indicate the out-of-plane vibrations of the shoulder portions 11a and 11b, respectively. The two output voltages are input to the subtracting means 203 and are subtracted. The output of the subtracting means 203 is input to the synchronous detection circuit 204. The synchronous detection circuit 204 synchronously detects the signal input from the subtracting means 203 by a signal (phase shift circuit 72 output signal) obtained by delaying the phase of the drive signal output from the drive circuit 71 by 90 degrees and adjusting the phase. . Detection output of the synchronous detection circuit 204 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 205 and a low pass filter 206, the output S 11. The comparator 207 receives the constant voltage V 11 and the output S 11 output from the constant voltage circuit 208.

出力S11は角速度未入力時において理想的には0となる。しかしながら、肩部11a,11bの同相の面外振動にアンバランスが生じていると、ある値となり、よって出力S11が正常動作状態でなり得る値(許容しうる最大値)に一定電圧V11を設定する。コンパレータ207は出力S11と一定電圧V11とを比較し、V11<S11の時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ207の出力Jは正常時(V11≧S11の時)は“0”であり、バランス異常の時、“1”となる。 The output S 11 is zero ideally during angular missing. However, the shoulder portion 11a, the unbalance plane vibration of the same phase of 11b occurs, becomes a certain value, thus the output S 11 can become a normal operating state value constant (maximum acceptable) Voltage V 11 Set. The comparator 207 compares the output S 11 with the constant voltage V 11, and outputs “1” as the comparison result when V 11 <S 11 . The output J of the comparator 207 is “0” when normal (when V 11 ≧ S 11 ), and becomes “1” when the balance is abnormal.

図10は胴体部11の両肩部11a,11bの面外振動にアンバランスが生じている状態における電極15a−1,15a−2,15b及び電極16a−1,16a−2,16bからそれぞれ取り出される検出電圧を例示したものである。図中、二点鎖線は両肩部11a,11bの変位(変形)の一状態を示す。また、検出電圧波形中の下/上は下変形時(二点鎖線で示した状態)及び上変形時を示す。   FIG. 10 is taken out from the electrodes 15a-1, 15a-2, 15b and the electrodes 16a-1, 16a-2, 16b in a state where the out-of-plane vibrations of the shoulder portions 11a, 11b of the body 11 are unbalanced. This is an example of the detected voltage. In the figure, a two-dot chain line indicates one state of displacement (deformation) of both shoulder portions 11a and 11b. Further, the lower / upper side of the detected voltage waveform indicates the time of the lower deformation (state indicated by a two-dot chain line) and the time of the upper deformation.

〈駆動脚の面外振動の振幅異常診断〉
減算手段201,202から出力される二つの出力電圧が加算手段211に入力されて加算される。加算手段211の出力は同期検波回路212に入力され、同期検波回路212は上述した同期検波回路204と同様、移相回路72から出力される信号によって加算手段211から入力された信号を同期検波する。同期検波回路212の検波出力は整流回路213及びローパスフィルタ214によって整流・平滑化され、出力S12となる。コンパレータ215には定電圧回路216から出力される一定電圧V12Hと出力S12とが入力され、一方、コンパレータ217には定電圧回路218から出力される一定電圧V12Lと出力S12とが入力される。
<Amplitude abnormality diagnosis of out-of-plane vibration of driving leg>
Two output voltages output from the subtracting means 201 and 202 are input to the adding means 211 and added. The output of the adding means 211 is input to the synchronous detection circuit 212, and the synchronous detection circuit 212 synchronously detects the signal input from the adding means 211 by the signal output from the phase shift circuit 72, as in the above-described synchronous detection circuit 204. . Detection output of the synchronous detection circuit 212 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 213 and a low pass filter 214, the output S 12. The comparator 215 receives the constant voltage V 12H output from the constant voltage circuit 216 and the output S 12 , while the comparator 217 receives the constant voltage V 12L output from the constant voltage circuit 218 and the output S 12. Is done.

出力S12は角速度未入力時において肩部11a,11bに発生する同相の面外振動の振幅に対応し、つまり振幅の大きさを表わすものとなる。従って、角速度未入力時の正常動作状態と判断される出力S12の最大値に一定電圧V12Hを設定し、正常動作状態と判断される出力S12の最小値に一定電圧V12Lを設定する。 The output S 12 shoulder portion 11a, corresponding to the amplitude of the out-of-plane vibration of the same phase that occurs 11b during angular uninput, that is, represents the magnitude of the amplitude. Therefore, to set the constant voltage V 12H to the maximum value of the output S 12 is judged to be normal operating state of the angular velocity has not been input, and sets a constant voltage V 12L to the minimum value of the output S 12 is judged to be normal operating conditions .

コンパレータ215は出力S12と一定電圧V12Hとを比較し、V12H<S12の時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ215の出力Kは正常時(V12H≧S12の時)は“0”であり、振幅大異常の時、“1”となる。一方、コンパレータ217は出力S12と一定電圧V12Lとを比較し、V12L<S12の時、比較結果として“1”を出力する。なお、ここでは診断結果を逆転させる必要があるため、コンパレータ217の出力はNOT回路219に通される。NOT回路219の出力Kは正常時(V12L≦S12の時)は“0”であり、振幅小異常の時(V12L>S12の時)、“1”となる。 Comparator 215 compares the output S 12 and a constant voltage V 12H, when the V 12H <S 12, and outputs "1" as a comparison result. The output K 1 of the comparator 215 is “0” when normal (when V 12H ≧ S 12 ), and becomes “1” when the amplitude is abnormal. On the other hand, the comparator 217 compares the output S 12 and a constant voltage V 12L, when V 12L <S 12, and outputs "1" as a comparison result. Here, since it is necessary to reverse the diagnosis result, the output of the comparator 217 is passed to the NOT circuit 219. Output K 2 of the NOT circuit 219 at the normal time (when V 12LS 12) is "0", (when V 12L> S 12) when the amplitude small abnormalities, a "1".

〈検出脚の面外振動のバランス異常診断〉
肩部11cに設けられている電極17a−1,17a−2は同一極性であって、これら電極17a−1,17a−2から取り出される検出電圧と電極17bから取り出される検出電圧とが減算手段221に入力されて減算される(差動出力とされる)。同様に、肩部11dに設けられている電極18a−1,18a−2から取り出される検出電圧と電極18bから取り出される検出電圧とが減算手段222に入力されて減算される。
<Balancing abnormality diagnosis of out-of-plane vibration of detection leg>
The electrodes 17a-1 and 17a-2 provided on the shoulder 11c have the same polarity, and the subtraction means 221 calculates the detection voltage extracted from these electrodes 17a-1 and 17a-2 and the detection voltage extracted from the electrode 17b. To be subtracted (differential output). Similarly, the detection voltage extracted from the electrodes 18a-1 and 18a-2 provided on the shoulder 11d and the detection voltage extracted from the electrode 18b are input to the subtracting means 222 and subtracted.

これら減算手段221,222から出力される二つの出力電圧は肩部11c,11dの面外振動をそれぞれ示すもので、二つの出力電圧は減算手段223に入力されて減算される。減算手段223の出力は同期検波回路224に入力される。同期検波回路224は移相回路72から出力される信号によって、減算手段223から入力された信号を同期検波する。同期検波回路224の検波出力は整流回路225及びローパスフィルタ226によって整流・平滑化され、出力S13となる。コンパレータ227には定電圧回路228から出力される一定電圧V13と出力S13とが入力される。 The two output voltages output from the subtracting means 221 and 222 indicate out-of-plane vibrations of the shoulder portions 11c and 11d, respectively. The two output voltages are input to the subtracting means 223 and are subtracted. The output of the subtracting means 223 is input to the synchronous detection circuit 224. The synchronous detection circuit 224 performs synchronous detection on the signal input from the subtracting means 223 using the signal output from the phase shift circuit 72. Detection output of the synchronous detection circuit 224 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 225 and a low pass filter 226, the output S 13. A constant voltage V 13 and an output S 13 output from the constant voltage circuit 228 are input to the comparator 227.

出力S13は角速度未入力時において理想的には0となる。しかしながら、肩部11c,11dの同相の面外振動にアンバランスが生じていると、ある値となり、よって出力S13が正常動作状態でなり得る値(許容しうる最大値)に一定電圧V13を設定する。コンパレータ227は出力S13と一定電圧V13とを比較し、V13<S13の時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ227の出力Lは正常時(V13≧S13の時)は“0”であり、バランス異常の時、“1”となる。 The output S 13 is zero ideally during angular missing. However, the shoulder portion 11c, when the unbalance plane vibration of the same phase of 11d occurs, becomes a certain value, thus the output S 13 can become a normal operating state value constant (maximum acceptable) Voltage V 13 Set. The comparator 227 compares the output S 13 with the constant voltage V 13 and outputs “1” as a comparison result when V 13 <S 13 . The output L of the comparator 227 is “0” when normal (when V 13 ≧ S 13 ), and becomes “1” when the balance is abnormal.

〈検出脚の面外振動の振幅異常診断〉
減算手段221,222から出力される二つの出力電圧が加算手段231に入力されて加算される。加算手段231の出力は同期検波回路232に入力され、同期検波回路232は移相回路72から出力される信号によって加算手段231から入力された信号を同期検波する。同期検波回路232の検波出力は整流回路233及びローパスフィルタ234によって整流・平滑化され、出力S14となる。コンパレータ235には定電圧回路236から出力される一定電圧V14と出力S14とが入力される。
<Amplitude abnormality diagnosis of out-of-plane vibration of detection leg>
Two output voltages output from the subtracting means 221 and 222 are input to the adding means 231 and added. The output of the adding means 231 is input to the synchronous detection circuit 232, and the synchronous detection circuit 232 synchronously detects the signal input from the adding means 231 by the signal output from the phase shift circuit 72. Detection output of the synchronous detection circuit 232 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 233 and a low pass filter 234, the output S 14. The comparator 235 receives the constant voltage V 14 output from the constant voltage circuit 236 and the output S 14 .

出力S14は角速度未入力時において肩部11c,11dに発生する同相の面外振動の振幅に対応し、つまり振幅の大きさを表わすものとなる。従って、角速度未入力時の正常動作状態と判断される出力S14の最大値に一定電圧V14を設定する。コンパレータ235は出力S14と一定電圧V14とを比較し、V14<S14の時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ235の出力Mは正常時(V14≧S14の時)は“0”であり、振幅大異常の時、“1”となる。 The output S 14 shoulder portion 11c, corresponding to the amplitude of the out-of-plane vibration of the same phase generated 11d during angular uninput, that is, it represents the magnitude of the amplitude. Therefore, to set the constant voltage V 14 to the maximum value of the output S 14 is judged to be normal operating state of the angular velocity has not been input,. Comparator 235 compares the output S 14 and a constant voltage V 14, when the V 14 <S 14, and outputs "1" as a comparison result. The output M of the comparator 235 is “0” when normal (when V 14 ≧ S 14 ), and is “1” when the amplitude is abnormal.

以上説明した各コンパレータ207,215,227,235の出力J,K,L,M及びNOT回路219の出力KはOR回路209に入力され、OR回路209は出力J,K,K,L,Mのうち、一つでも“1”があれば自己診断出力として“1”を出力する。従って、この自己診断出力“1”によって異常を検知することができる。 The outputs J, K 1 , L, and M of the comparators 207, 215, 227, and 235 described above and the output K 2 of the NOT circuit 219 are input to the OR circuit 209, and the OR circuit 209 outputs the outputs J, K 1 , and K 2. , L, and M, if there is “1”, “1” is output as a self-diagnosis output. Therefore, the abnormality can be detected by the self-diagnosis output “1”.

このように、この例によれば胴体部11の駆動脚12,12側の両肩部11a,11bの面外振動及び検出脚13,13側の両肩部11c,11dの面外振動を圧電効果により検出することができるものとなっており、これらの検出電圧を用いることによって、上述したように駆動脚12,12の面外振動(バランス,振幅)の異常診断及び検出脚13,13の面外振動(バランス,振幅)の異常診断を行えるものとなっている。 Thus, the driving legs 12 1, 12 2 side of the both shoulder portions 11a, plane vibration and the detection leg 13 1 11b, 13 2 side of the both shoulder portions 11c, the surface of the 11d of the body 11 according to this embodiment The external vibration can be detected by the piezoelectric effect, and by using these detection voltages, as described above, the abnormality diagnosis of the out-of-plane vibration (balance, amplitude) of the drive legs 12 1 and 12 2 and detection legs 13 1, 13 2 of the out-of-plane vibration (balance, amplitude) which is intended to perform the abnormality diagnosis.

[実施例3]
この例では胴体部11の肩部11a〜11dの面外振動を圧電効果に替えて静電容量変化によって検出するようにしたものであり、これら静電容量変化によって検出した検出電圧を用いることによって駆動脚12,12及び検出脚13,13の面外振動の異常診断を行うものとする。振動子10はこの例では実施例1と同様、Zカット圧電単結晶を用いて形成されたもの及びXカット圧電単結晶を用いて形成されたもののいずれであってもよい。
[Example 3]
In this example, the out-of-plane vibration of the shoulder portions 11a to 11d of the body portion 11 is detected by a change in capacitance instead of the piezoelectric effect, and by using a detection voltage detected by the change in capacitance. It is assumed that abnormality diagnosis of out-of-plane vibration of the driving legs 12 1 and 12 2 and the detection legs 13 1 and 13 2 is performed. In this example, similarly to the first embodiment, the vibrator 10 may be either formed using a Z-cut piezoelectric single crystal or formed using an X-cut piezoelectric single crystal.

図11は静電容量検出用の電極の配置構成を示したものであり、胴体部11の駆動脚12,12側の両肩部11a,11b及び検出脚13,13側の両肩部11c,11dのそれぞれベース面22aと対向する面に電極25,25,26,26が形成されている。ベース面22aにはこれら電極25,25,26,26とそれぞれ対向する電極27,27,28,28が形成されている。なお、電極27,27,28,28は図11(c),(d)に示したように、それぞれ対向する電極25,25,26,26より幅広とされている。 FIG. 11 shows an arrangement configuration of electrodes for detecting capacitance, both shoulders 11a and 11b on the driving legs 12 1 and 12 2 side and both detection legs 13 1 and 13 2 side of the body 11. Electrodes 25 1 , 25 2 , 26 1 , and 26 2 are formed on the surfaces of the shoulder portions 11c and 11d that face the base surface 22a, respectively. Electrodes 27 1 , 27 2 , 28 1 , and 28 2 are formed on the base surface 22a so as to face these electrodes 25 1 , 25 2 , 26 1 , and 26 2 , respectively. The electrode 27 1, 27 2, 28 1, 28 2 FIG. 11 (c), the is a as shown (d), the electrode 25 1 facing each 25 2, 26 1, 26 2 from the wide Yes.

以下、この例における各種異常診断について、図12に示した自己診断回路を参照して説明する。なお、各対向電極の静電容量変化はベース面22aに形成されている電極から電圧変化として検出するものとする。   Hereinafter, various abnormality diagnosis in this example will be described with reference to the self-diagnosis circuit shown in FIG. In addition, the electrostatic capacitance change of each counter electrode shall be detected as a voltage change from the electrode formed in the base surface 22a.

〈駆動脚の面外振動のバランス異常診断〉
両肩部11a,11bの面外振動を検出する電極27,27の静電容量変化は検出回路301,302によりそれぞれ電圧変化として検出され、これら検出回路301,302から出力される二つの検出電圧が減算手段303に入力されて減算される。減算手段303の出力は同期検波回路304に入力される。同期検波回路304は駆動回路71から出力される駆動信号の位相を90度遅らせて位相調整した信号(移相回路72から出力される信号)によって、減算手段303から入力された信号を同期検波する。同期検波回路304の検波出力は整流回路305及びローパスフィルタ306によって整流・平滑化され、出力S21となる。コンパレータ307には定電圧回路308から出力される一定電圧V21と出力S21とが入力される。
<Diagnosis of balance abnormality of out-of-plane vibration of driving leg>
The capacitance changes of the electrodes 27 1 and 27 2 that detect out-of-plane vibrations of the shoulder portions 11 a and 11 b are detected as voltage changes by the detection circuits 301 and 302, respectively. The detected voltage is input to the subtracting means 303 and subtracted. The output of the subtracting means 303 is input to the synchronous detection circuit 304. The synchronous detection circuit 304 synchronously detects the signal input from the subtracting means 303 by using a signal (phase shift circuit 72) that is phase-adjusted by delaying the phase of the drive signal output from the drive circuit 71 by 90 degrees. . Detection output of the synchronous detection circuit 304 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 305 and a low pass filter 306, the output S 21. A constant voltage V 21 and an output S 21 output from the constant voltage circuit 308 are input to the comparator 307.

出力S21は角速度未入力時において理想的には0となる。しかしながら、肩部11a,11bの同相の面外振動にアンバランスが生じていると、ある値となり、よって出力S21が正常動作状態でなり得る値(許容しうる最大値)に一定電圧V21を設定する。コンパレータ307は出力S21と一定電圧V21とを比較し、V21<S21の時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ307の出力Nは正常時(V21≧S21の時)は“0”であり、バランス異常の時、“1”となる。 The output S 21 is zero ideally during angular missing. However, the shoulder portion 11a, the unbalance plane vibration of the same phase of 11b occurs, becomes a certain value, thus the output S 21 can become a normal operating state value constant (maximum acceptable) Voltage V 21 Set. The comparator 307 compares the output S 21 with the constant voltage V 21, and outputs “1” as the comparison result when V 21 <S 21 . The output N of the comparator 307 is “0” when normal (when V 21 ≧ S 21 ), and becomes “1” when the balance is abnormal.

〈駆動脚の面外振動の振幅異常診断〉
検出回路301,302から出力される二つの検出電圧が加算手段311に入力されて加算される。加算手段311の出力は同期検波回路312に入力され、同期検波回路312は上述した同期検波回路304と同様、移相回路72から出力される信号によって加算手段311から入力された信号を同期検波する。同期検波回路312の検波出力は整流回路313及びローパスフィルタ314によって整流・平滑化され、出力S22となる。コンパレータ315には定電圧回路316から出力される一定電圧V22Hと出力S22とが入力され、一方、コンパレータ317には定電圧回路318から出力される一定電圧V22Lと出力S22とが入力される。
<Amplitude abnormality diagnosis of out-of-plane vibration of driving leg>
Two detection voltages output from the detection circuits 301 and 302 are input to the adding means 311 and added. The output of the adding means 311 is input to the synchronous detection circuit 312, and the synchronous detection circuit 312 performs synchronous detection of the signal input from the addition means 311 by the signal output from the phase shift circuit 72, as in the above-described synchronous detection circuit 304. . Detection output of the synchronous detection circuit 312 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 313 and a low pass filter 314, the output S 22. The comparator 315 receives the constant voltage V 22H output from the constant voltage circuit 316 and the output S 22 , while the comparator 317 receives the constant voltage V 22L output from the constant voltage circuit 318 and the output S 22. Is done.

出力S22は角速度未入力時において肩部11a,11bに発生する同相の面外振動の振幅に対応し、つまり振幅の大きさを表わすものとなる。従って、角速度未入力時の正常動作状態と判断される出力S22の最大値に一定電圧V22Hを設定し、正常動作状態と判断される出力S22の最小値に一定電圧V22Lを設定する。 The output S 22 shoulder portion 11a, corresponding to the amplitude of the out-of-plane vibration of the same phase that occurs 11b during angular uninput, that is, represents the magnitude of the amplitude. Accordingly, the constant voltage V 22H is set to the maximum value of the output S 22 that is determined to be a normal operation state when the angular velocity is not input, and the constant voltage V 22L is set to the minimum value of the output S 22 that is determined to be a normal operation state. .

コンパレータ315は出力S22と一定電圧V22Hとを比較し、V22H<S22の時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ315の出力Pは正常時(V22H≧S22の時)は“0”であり、振幅大異常の時、“1”となる。一方、コンパレータ317は出力S22と一定電圧V22Lとを比較し、V22L<S22の時、比較結果として“1”を出力する。なお、ここでは診断結果を逆転させる必要があるため、コンパレータ317の出力はNOT回路319に通される。NOT回路319の出力Pは正常時(V22L≦S22の時)は“0”であり、振幅小異常の時(V22L>S22の時)、“1”となる。 Comparator 315 compares the output S 22 and a constant voltage V 22H, when the V 22H <S 22, and outputs "1" as a comparison result. The output P 1 of the comparator 315 is “0” when normal (when V 22H ≧ S 22 ), and becomes “1” when the amplitude is abnormal. On the other hand, the comparator 317 compares the output S 22 and a constant voltage V 22L, when V 22L <S 22, and outputs "1" as a comparison result. Here, since it is necessary to reverse the diagnosis result, the output of the comparator 317 is passed to the NOT circuit 319. The output P 2 of the NOT circuit 319 is “0” when normal (when V 22L ≦ S 22 ), and is “1” when the amplitude is small and abnormal (when V 22L > S 22 ).

<検出脚の面外振動のバランス異常診断>
両肩部11c,11dの面外振動を検出する電極28,28の静電容量変化は検出回路321,322によりそれぞれ電圧変化として検出され、これら検出回路321,322から出力される二つの検出電圧が減算手段323に入力されて減算される。減算手段323の出力は同期検波回路324に入力される。同期検波回路324は移相回路72から出力される信号によって、減算手段323から入力された信号を同期検波する。同期検波回路323の検波出力は整流回路325及びローパスフィルタ326によって整流・平滑化され、出力S23となる。コンパレータ327には定電圧回路328から出力される一定電圧V23と出力S23とが入力される。
<Diagnosis of balance abnormality of out-of-plane vibration of detection leg>
Shoulders portion 11c, the electrostatic capacitance change of the electrode 28 1, 28 2 which detects the plane vibration of 11d are detected respectively as voltage change by the detection circuit 321 and 322, two output from these detection circuits 321 and 322 The detection voltage is input to the subtraction means 323 and is subtracted. The output of the subtracting means 323 is input to the synchronous detection circuit 324. The synchronous detection circuit 324 performs synchronous detection on the signal input from the subtracting means 323 using the signal output from the phase shift circuit 72. Detection output of the synchronous detection circuit 323 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 325 and a low pass filter 326, the output S 23. The comparator 327 receives the constant voltage V 23 output from the constant voltage circuit 328 and the output S 23 .

出力S23は角速度未入力時において理想的には0となる。しかしながら、肩部11c,11dの同相の面外振動にアンバランスが生じていると、ある値となり、よって出力S23が正常動作状態でなり得る値(許容しうる最大値)に一定電圧V23を設定する。コンパレータ327は出力S23と一定電圧V23とを比較し、V23<S23の時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ327の出力Qは正常時(V23≧S23の時)は“0”であり、バランス異常の時、“1”となる。 The output S 23 is zero ideally during angular missing. However, the shoulder portion 11c, when the unbalance plane vibration of the same phase of 11d occurs, becomes a certain value, thus the output S 23 can become a normal operating state value constant (maximum acceptable) Voltage V 23 Set. The comparator 327 compares the output S 23 with the constant voltage V 23, and when V 23 <S 23 , outputs “1” as the comparison result. The output Q of the comparator 327 is “0” when normal (when V 23 ≧ S 23 ), and becomes “1” when the balance is abnormal.

<検出脚の面外振動の振幅異常診断>
検出回路321,322から出力される二つの検出電圧が加算手段331に入力されて加算される。加算手段331の出力は同期検波回路332に入力され、同期検波回路332は移相回路72から出力される信号によって加算手段331から入力された信号を同期検波する。同期検波回路332の検波出力は整流回路333及びローパスフィルタ334によって整流・平滑化され、出力S24となる。コンパレータ335には定電圧回路336から出力される一定電圧V24と出力S24とが入力される。
<Amplitude abnormality diagnosis of out-of-plane vibration of detection leg>
Two detection voltages output from the detection circuits 321 and 322 are input to the adding means 331 and added. The output of the adding means 331 is input to the synchronous detection circuit 332, and the synchronous detection circuit 332 synchronously detects the signal input from the adding means 331 by the signal output from the phase shift circuit 72. Detection output of the synchronous detection circuit 332 is rectified and smoothed by the rectifier circuit 333 and a low pass filter 334, the output S 24. A constant voltage V 24 and an output S 24 output from the constant voltage circuit 336 are input to the comparator 335.

出力S24は角速度未入力時において肩部11c,11dに発生する同相の面外振動の振幅に対応し、つまり振幅の大きさを表わすものとなる。従って、角速度未入力時の正常動作状態と判断される出力S24の最大値に一定電圧V24を設定する。コンパレータ335は出力S24と一定電圧V24とを比較し、V24<S24の時、比較結果として“1”を出力する。コンパレータ335の出力Rは正常時(V24≧S24の時)は“0”であり、振幅大異常の時、“1”となる。 The output S 24 shoulder portion 11c, corresponding to the amplitude of the out-of-plane vibration of the same phase generated 11d during angular uninput, that is, it represents the magnitude of the amplitude. Accordingly, the constant voltage V 24 is set to the maximum value of the output S 24 that is determined as a normal operation state when the angular velocity is not input. The comparator 335 compares the output S 24 with the constant voltage V 24 and outputs “1” as the comparison result when V 24 <S 24 . The output R of the comparator 335 is “0” when normal (when V 24 ≧ S 24 ), and becomes “1” when the amplitude is abnormal.

以上説明した各コンパレータ307,315,327,335の出力N,P,Q,R及びNOT回路319の出力PはOR回路309に入力され、OR回路309は出力N,P,P,Q,Rのうち、一つでも“1”があれば自己診断出力として“1”を出力する。従って、この自己診断出力“1”によって異常を検知することができる。 The outputs N, P 1 , Q, R of the comparators 307, 315, 327, and 335 described above and the output P 2 of the NOT circuit 319 are input to the OR circuit 309, and the OR circuit 309 outputs the outputs N, P 1 , P 2. , Q, and R, if there is at least “1”, “1” is output as the self-diagnosis output. Therefore, the abnormality can be detected by the self-diagnosis output “1”.

このように、この例によれば胴体部11の駆動脚12,12側の両肩部11a,11bの面外振動及び検出脚13,13側の両肩部11c,11dの面外振動を静電容量変化によって検出することができるものとなっており、これらの検出電圧を用いることによって、第2の実施例と同様、駆動脚12,12の面外振動(バランス,振幅)の異常診断及び検出脚13,13の面外振動(バランス,振幅)の異常診断を行えるものとなっている。 Thus, the driving legs 12 1, 12 2 side of the both shoulder portions 11a, plane vibration and the detection leg 13 1 11b, 13 2 side of the both shoulder portions 11c, the surface of the 11d of the body 11 according to this embodiment The external vibration can be detected by a change in electrostatic capacitance, and by using these detection voltages, the out-of-plane vibrations (balance, balance) of the drive legs 12 1 and 12 2 are used as in the second embodiment. abnormality diagnosis and detection legs 13 1, 13 2 of the out-of-plane vibration (balance amplitude), which is intended to perform the abnormality diagnosis amplitude).

(a)はこの発明による音叉型振動ジャイロの第1の実施例における振動子の構成を説明するための斜視図、(b)はその一部省略した側面図。(A) is a perspective view for demonstrating the structure of the vibrator | oscillator in the 1st Example of the tuning fork type vibration gyroscope by this invention, (b) is the side view which abbreviate | omitted the part. (a)は図1の振動子に対する電極配置を示す一部省略した平面図、(b)は(a)のHH断面図、(c)は(a)のII断面図。(A) is a partially omitted plan view showing an electrode arrangement with respect to the vibrator of FIG. 1, (b) is an HH sectional view of (a), and (c) is an II sectional view of (a). 駆動脚の振動を静電容量変化によって検出する電極を説明するための図。The figure for demonstrating the electrode which detects the vibration of a driving leg by an electrostatic capacitance change. 検出脚の振動を静電容量変化によって検出する電極を説明するための図。The figure for demonstrating the electrode which detects the vibration of a detection leg by an electrostatic capacitance change. 図2〜4に示した電極配置を有する音叉型振動ジャイロが具備する自己診断回路の一構成例を示すブロック図(その1)。FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of a self-diagnosis circuit included in a tuning-fork type vibration gyro having the electrode arrangement illustrated in FIGS. 図2〜4に示した電極配置を有する音叉型振動ジャイロが具備する自己診断回路の一構成例を示すブロック図(その2)。FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of a self-diagnosis circuit included in a tuning-fork type vibration gyro having the electrode arrangement illustrated in FIGS. 駆動脚及び胴体部の両肩部の面外振動を説明するための図、(a)は正常時を示し、(b)は異常時(故障発生時)を示す。The figure for demonstrating the out-of-plane vibration of the both shoulders of a drive leg and a trunk | drum, (a) shows normal time, (b) shows the time of abnormality (at the time of failure occurrence). この発明による音叉型振動ジャイロの第2の実施例における異常検出用の電極配置を説明するための図。The figure for demonstrating the electrode arrangement | positioning for abnormality detection in the 2nd Example of the tuning fork type vibration gyro by this invention. 図8に示した電極配置を有する音叉型振動ジャイロが具備する自己診断回路の一構成例を示すブロック図。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of a self-diagnosis circuit included in a tuning fork type vibration gyro having the electrode arrangement shown in FIG. 8. 異常発生時における胴体部の両肩部の面外振動と両肩部に設けた電極により取り出される検出電圧の一例を説明するための図。The figure for demonstrating an example of the detection voltage taken out by the out-of-plane vibration of the both shoulder parts of the trunk | drum at the time of abnormality generation, and the electrode provided in both shoulder parts. この発明による音叉型振動ジャイロの第3の実施例における異常検出用の電極配置を説明するための図。The figure for demonstrating the electrode arrangement | positioning for abnormality detection in the 3rd Example of the tuning fork type vibration gyro by this invention. 図11に示した電極配置を有する音叉型振動ジャイロが具備する自己診断回路の一構成例を示すブロック図。FIG. 12 is a block diagram showing a configuration example of a self-diagnosis circuit included in a tuning fork type vibration gyro having the electrode arrangement shown in FIG. 11.

Claims (14)

板状圧電体より形成された振動子が支持部を介してベース上に、その板面がベース面と平行とされて搭載され、上記振動子は上記支持部によって支持された胴体部と、その胴体部の互いに対向する両側面から互いに反対方向に突出された一対の駆動脚と一対の検出脚とを備え、上記一対の駆動脚にそれら駆動脚を上記ベース面と平行方向に面内振動させるための駆動電極がそれぞれ形成され、上記一対の検出脚にそれら検出脚の上記ベース面と垂直方向の面外振動を検出するための検出電極がそれぞれ形成されている音叉型振動ジャイロにおいて、
上記一対の駆動脚と上記ベースとの互いの対向面に、それら駆動脚の上記面内振動及び上記ベース面と垂直方向の面外振動をそれぞれ静電容量の変化によって検出するための電極を形成し、
上記一対の検出脚と上記ベースとの互いの対向面に、それら検出脚の上記面外振動を静電容量の変化によって検出するための電極を形成し、
それら電極の静電容量変化によって検出される各検出電圧を用いて異常診断を行う自己診断回路を具備する構成としたことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
A vibrator formed of a plate-like piezoelectric body is mounted on a base via a support portion with its plate surface parallel to the base surface, and the vibrator includes a body portion supported by the support portion, A pair of drive legs and a pair of detection legs projecting in opposite directions from opposite side surfaces of the body portion are provided, and the drive legs are caused to vibrate in-plane in a direction parallel to the base surface. A tuning fork type vibration gyro, in which drive electrodes for each are formed, and detection electrodes for detecting out-of-plane vibrations in the direction perpendicular to the base surface of the detection legs are respectively formed on the pair of detection legs,
Electrodes for detecting the in-plane vibrations of the drive legs and the out-of-plane vibrations in the direction perpendicular to the base surface are detected on the opposing surfaces of the pair of drive legs and the base, respectively, by changes in capacitance. And
An electrode for detecting the out-of-plane vibration of the detection legs by a change in capacitance is formed on the opposing surfaces of the pair of detection legs and the base,
A tuning-fork type vibration gyro comprising a self-diagnosis circuit that performs abnormality diagnosis using each detection voltage detected by capacitance change of the electrodes.
請求項1記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記自己診断回路は、上記一対の駆動脚の面内振動の異常を診断する回路と、上記一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路と、上記一対の検出脚の面外振動及びジャイロ出力の異常を診断する回路とを備えることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
The tuning fork type vibrating gyroscope according to claim 1,
The self-diagnosis circuit includes a circuit for diagnosing abnormal vibration in the plane of the pair of drive legs, a circuit for diagnosing abnormal vibration in the plane of the pair of drive legs, and out-of-plane vibration of the pair of detection legs. A tuning fork type vibration gyro comprising a circuit for diagnosing abnormality of a gyro output.
請求項2記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記一対の駆動脚の面内振動の異常を診断する回路は、
上記一対の駆動脚の面内振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を加算する加算手段と、
その加算手段の出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧Vとを比較して比較結果を出力する手段と、
上記二つの検出電圧を減算する減算手段と、
その減算手段の出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧Vとを比較して比較結果を出力する手段とを備えることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
In the tuning fork type vibration gyro according to claim 2,
The circuit for diagnosing abnormal vibration in the plane of the pair of drive legs is as follows:
An adding means for adding two detection voltages each of which detects in-plane vibrations of the pair of drive legs by a capacitance change;
Means for comparing the output of the adding means with the rectified and smoothed output and a constant voltage V 1 and outputting a comparison result;
Subtracting means for subtracting the two detection voltages;
And an output thereof is rectified and smoothed output of the subtraction means, the tuning fork type vibrating gyro, characterized in that it comprises a means for outputting to a comparison result compared with the predetermined voltage V 2.
請求項2記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路は、
上記一対の駆動脚の面外振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を加算する加算手段と、
その加算手段の出力を上記駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧Vとを比較して比較結果を出力する手段と、
上記二つの検出電圧を減算する減算手段と、
その減算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧Vとを比較して比較結果を出力する手段とを備えることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
In the tuning fork type vibration gyro according to claim 2,
The circuit for diagnosing the abnormality of out-of-plane vibration of the pair of drive legs is
Adding means for adding two detection voltages, each of which detects the out-of-plane vibration of the pair of drive legs by a capacitance change;
A drive signal input to output to the drive electrodes of the addition means synchronously detects the phase adjustment signal, an output obtained by rectifying and smoothing the detected output, a to the comparison result compared with the predetermined voltage V 3 output Means to
Subtracting means for subtracting the two detection voltages;
The output of the subtraction means synchronously detects the signal the phase adjustment, and characterized in that it comprises an output which is rectified and smoothed its detection output, and means for outputting to a comparison result compared with the predetermined voltage V 4 A tuning fork-type vibrating gyroscope.
請求項2記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記一対の検出脚の面外振動及びジャイロ出力の異常を診断する回路は、
上記一対の駆動脚の面外振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を減算する第1の減算手段と、
その第1の減算手段の出力を上記駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化し、さらにゲイン調整して第1の出力を
得る手段と、
上記一対の検出脚の面外振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を減算する第2の減算手段と、
その第2の減算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化し、さらにゲイン調整して第2の出力を得る手段と、
上記第2の減算手段の出力を上記駆動信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化し、さらにゲイン調整して第3の出力を得る手段と、
上記一対の検出脚の検出電極よりそれぞれ取り出した二つの検出電圧を減算して得た検出信号を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した第4の出力と、上記第1の出力とを比較して比較結果を出力する手段と、
上記第2の出力と第4の出力とを比較して比較結果を出力する手段と、
上記検出信号を上記駆動信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化して得た上記ジャイロ出力と、上記第3の出力とを比較して比較結果を出力する手段とを備えることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
In the tuning fork type vibration gyro according to claim 2,
The circuit for diagnosing out-of-plane vibration of the pair of detection legs and abnormality of the gyro output is as follows:
First subtracting means for subtracting two detection voltages, each of which detects out-of-plane vibrations of the pair of drive legs by a capacitance change;
Means for synchronously detecting the output of the first subtracting means with a signal obtained by adjusting the phase of the drive signal inputted to the drive electrode, rectifying and smoothing the detected output, and further adjusting the gain to obtain the first output; ,
A second subtracting means for subtracting two detection voltages obtained by detecting the out-of-plane vibration of the pair of detection legs by a capacitance change;
Means for synchronously detecting the output of the second subtracting means with the phase-adjusted signal, rectifying and smoothing the detected output, and further adjusting the gain to obtain a second output;
Means for synchronously detecting the output of the second subtracting means with the drive signal, rectifying and smoothing the detected output, and further adjusting the gain to obtain a third output;
A detection signal obtained by subtracting two detection voltages respectively extracted from the detection electrodes of the pair of detection legs is synchronously detected by the phase-adjusted signal, and a fourth output obtained by rectifying and smoothing the detection output; Means for comparing the first output and outputting a comparison result;
Means for comparing the second output with the fourth output and outputting a comparison result;
The gyro output obtained by synchronously detecting the detection signal with the drive signal and rectifying and smoothing the detection output is compared with the third output to output a comparison result. Tuning fork type vibration gyro.
請求項1記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記駆動脚の面内振動を検出するための電極は櫛歯形状をなすものとされていることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
The tuning fork type vibrating gyroscope according to claim 1,
The tuning fork type vibration gyro characterized in that the electrode for detecting in-plane vibration of the drive leg has a comb shape.
板状圧電体より形成された振動子が支持部を介してベース上に、その板面がベース面と平行とされて搭載され、上記振動子は上記支持部によって支持された胴体部と、その胴体部の互いに対向する両側面から互いに反対方向に突出された一対の駆動脚と一対の検出脚とを備え、上記一対の駆動脚にそれら駆動脚を上記ベース面と平行方向に面内振動させるための駆動電極がそれぞれ形成され、上記一対の検出脚にそれら検出脚の上記ベース面と垂直方向の面外振動を検出するための検出電極がそれぞれ形成されている音叉型振動ジャイロにおいて、
上記胴体部における上記駆動脚側の両肩部及び上記検出脚側の両肩部に、それら肩部の上記ベース面と垂直方向の面外振動を圧電効果によって検出する電極をそれぞれ形成し、
それら電極によって検出される各検出電圧を用いて異常診断を行う自己診断回路を具備する構成としたことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
A vibrator formed of a plate-like piezoelectric body is mounted on a base via a support portion with its plate surface parallel to the base surface, and the vibrator includes a body portion supported by the support portion, A pair of drive legs and a pair of detection legs projecting in opposite directions from opposite side surfaces of the body portion are provided, and the drive legs are caused to vibrate in-plane in a direction parallel to the base surface. A tuning fork type vibration gyro, in which drive electrodes for each are formed, and detection electrodes for detecting out-of-plane vibrations in the direction perpendicular to the base surface of the detection legs are respectively formed on the pair of detection legs,
Electrodes for detecting out-of-plane vibrations perpendicular to the base surface of the shoulders by the piezoelectric effect are formed on both shoulders on the driving leg side and both shoulders on the detection leg side in the body part,
A tuning-fork type vibration gyro comprising a self-diagnosis circuit that performs abnormality diagnosis using each detection voltage detected by these electrodes.
請求項7記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記自己診断回路は、上記一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路と、上記一対の検出脚の面外振動の異常を診断する回路とを備えることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
The tuning-fork type vibration gyro according to claim 7,
The self-diagnosis circuit includes a circuit for diagnosing an abnormality in out-of-plane vibration of the pair of drive legs, and a circuit for diagnosing an abnormality in out-of-plane vibration of the pair of detection legs. .
請求項8記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路は、
上記駆動脚側の両肩部の面外振動をそれぞれ検出した二つの検出電圧を減算する減算手段と、
その減算手段の出力を上記駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V11とを比較して比較結果を出力する手段と、
上記二つの検出電圧を加算する加算手段と、
その加算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V12H及びV12Lとをそれぞれ比較して比較結果を出力する手段とを備えることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
The tuning-fork type vibration gyro according to claim 8,
The circuit for diagnosing the abnormality of out-of-plane vibration of the pair of drive legs is as follows:
Subtracting means for subtracting two detection voltages respectively detecting out-of-plane vibrations of both shoulders on the drive leg side;
A drive signal input to output to the drive electrode of the subtraction means synchronously detects the phase adjustment signal, an output obtained by rectifying and smoothing the detected output, a to the comparison result compared with the constant voltage V 11 output Means to
Adding means for adding the two detection voltages;
The output of the adding means is synchronously detected by the phase-adjusted signal, the output obtained by rectifying and smoothing the detected output, and means for comparing the constant voltages V 12H and V 12L with each other and outputting a comparison result are provided. A tuning-fork type vibration gyro characterized by that.
請求項8記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記一対の検出脚の面外振動の異常を診断する回路は、
上記検出脚側の両肩部の面外振動をそれぞれ検出した二つの検出電圧を減算する減算手段と、
その減算手段の出力を上記駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V13とを比較して比較結果を出力する手段と、
上記二つの検出電圧を加算する加算手段と、
その加算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V14とを比較して比較結果を出力する手段とを備えることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
The tuning-fork type vibration gyro according to claim 8,
The circuit for diagnosing the abnormality of out-of-plane vibration of the pair of detection legs is as follows:
Subtracting means for subtracting two detection voltages respectively detecting out-of-plane vibrations of both shoulders on the detection leg side;
A drive signal input to output to the drive electrode of the subtraction means synchronously detects the phase adjustment signal, an output obtained by rectifying and smoothing the detected output, a to the comparison result compared with the constant voltage V 13 output Means to
Adding means for adding the two detection voltages;
The output of the addition means synchronously detects the signal the phase adjustment, and characterized in that it comprises an output which is rectified and smoothed its detection output, and means for outputting to a comparison result compared with the constant voltage V 14 A tuning fork-type vibrating gyroscope.
板状圧電体より形成された振動子が支持部を介してベース上に、その板面がベース面と平行とされて搭載され、上記振動子は上記支持部によって支持された胴体部と、その胴体部の互いに対向する両側面から互いに反対方向に突出された一対の駆動脚と一対の検出脚とを備え、上記一対の駆動脚にそれら駆動脚を上記ベース面と平行方向に面内振動させるための駆動電極がそれぞれ形成され、上記一対の検出脚にそれら検出脚の上記ベース面と垂直方向の面外振動を検出するための検出電極がそれぞれ形成されている音叉型振動ジャイロにおいて、
上記胴体部における上記駆動脚側の両肩部及び上記検出脚側の両肩部と上記ベースとの互いの対向面に、それら肩部の上記ベース面と垂直方向の面外振動を静電容量の変化によって検出するための電極をそれぞれ形成し、
それら電極の静電容量変化によって検出される各検出電圧を用いて異常診断を行う自己診断回路を具備する構成としたことを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
A vibrator formed of a plate-like piezoelectric body is mounted on a base via a support portion with its plate surface parallel to the base surface, and the vibrator includes a body portion supported by the support portion, A pair of drive legs and a pair of detection legs projecting in opposite directions from opposite side surfaces of the body portion are provided, and the drive legs are caused to vibrate in-plane in a direction parallel to the base surface. A tuning fork type vibration gyro, in which drive electrodes for each are formed, and detection electrodes for detecting out-of-plane vibrations in the direction perpendicular to the base surface of the detection legs are respectively formed on the pair of detection legs,
Capacitance of out-of-plane vibrations in the direction perpendicular to the base surface of the shoulders on the opposite surfaces of the shoulders on the driving leg side and the shoulders on the detection leg side and the base in the body part Each of the electrodes for detection by the change of
A tuning-fork type vibration gyro comprising a self-diagnosis circuit that performs abnormality diagnosis using each detection voltage detected by capacitance change of the electrodes.
請求項11記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記自己診断回路は、上記一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路と、上記一対の検出脚の面外振動の異常を診断する回路とを備えることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
The tuning fork type vibrating gyroscope according to claim 11,
The self-diagnosis circuit includes a circuit for diagnosing an abnormality in out-of-plane vibration of the pair of drive legs, and a circuit for diagnosing an abnormality in out-of-plane vibration of the pair of detection legs. .
請求項12記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記一対の駆動脚の面外振動の異常を診断する回路は、
上記駆動脚側の両肩部の面外振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を減算する減算手段と、
その減算手段の出力を上記駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V21とを比較して比較結果を出力する手段と、
上記二つの検出電圧を加算する加算手段と、
その加算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V22H及びV22Lとをそれぞれ比較して比較結果を出力する手段とを備えることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
The tuning fork type vibrating gyroscope according to claim 12,
The circuit for diagnosing the abnormality of out-of-plane vibration of the pair of drive legs is as follows:
Subtracting means for subtracting two detection voltages, each of which detects out-of-plane vibrations of both shoulders on the drive leg side by capacitance change;
A drive signal input to output to the drive electrode of the subtraction means synchronously detects the phase adjustment signal, an output obtained by rectifying and smoothing the detected output, a to the comparison result compared with the constant voltage V 21 output Means to
Adding means for adding the two detection voltages;
The output of the adding means is synchronously detected by the phase-adjusted signal, the output obtained by rectifying and smoothing the detected output, and means for comparing the constant voltages V 22H and V 22L with each other and outputting a comparison result are provided. A tuning-fork type vibration gyro characterized by that.
請求項12記載の音叉型振動ジャイロにおいて、
上記一対の検出脚の面外振動の異常を診断する回路は、
上記検出脚側の両肩部の面外振動をそれぞれ静電容量変化によって検出した二つの検出電圧を減算する減算手段と、
その減算手段の出力を上記駆動電極に入力される駆動信号を位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V23とを比較して比較結果を出力する手段と、
上記二つの検出電圧を加算する加算手段と、
その加算手段の出力を上記位相調整した信号によって同期検波し、その検波出力を整流・平滑化した出力と、一定電圧V24とを比較して比較結果を出力する手段とを備えることを特徴とする音叉型振動ジャイロ。
The tuning fork type vibrating gyroscope according to claim 12,
The circuit for diagnosing the abnormality of out-of-plane vibration of the pair of detection legs is
Subtracting means for subtracting two detection voltages, each of which detects out-of-plane vibration of both shoulders on the detection leg side by a capacitance change,
A drive signal input to output to the drive electrode of the subtraction means synchronously detects the phase adjustment signal, an output obtained by rectifying and smoothing the detected output, a to the comparison result compared with the constant voltage V 23 output Means to
Adding means for adding the two detection voltages;
The output of the adding means is synchronously detected by the phase-adjusted signal, and the output obtained by rectifying and smoothing the detected output is compared with the constant voltage V 24 and the comparison result is output. A tuning fork-type vibrating gyroscope.
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