JP2007292743A - 音叉型振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

【課題】様々な視点から異常を自己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。
【解決手段】駆動脚１２_１，１２_２とベースとの対向面に駆動脚１２_１，１２_２の面内振動（ベース面と平行方向の振動）及び面外振動（ベース面と垂直方向の振動）を静電容量変化によって検出する電極３４_１，３４_２，３５_１，３５_２（ベース側；３７_１，３７_２，３８_１，３８_２）を形成し、検出脚１３_１，１３_２とベースとの対向面に検出脚１３_１，１３_２の面外振動を静電容量変化によって検出する電極３６_１，３６_２（ベース側；３９_１，３９_２）を圧電検出電極３２，３３とは別に形成する。自己診断回路はこ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。
【選択図】図２

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。

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。

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

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。

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。

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。

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_１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_２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。

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_３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_４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。

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。

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。

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。

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。

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Ｖ_１１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Ｖ_１２Ｈ及びＶ_１２Ｌ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。

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Ｖ_１３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Ｖ_１４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。

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。

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。

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Ｖ_２１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Ｖ_２２Ｈ及びＶ_２２Ｌ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。

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Ｖ_２３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Ｖ_２４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。

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。

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。

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_１，１２_２と一対の検出脚１３_１，１３_２とを備え、さらに非励振駆動脚１２_３と非検出検出脚１３_３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。

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_１，１２_２及び非励振駆動脚１２_３と、一対の検出脚１３_１，１３_２及び非検出検出脚１３_３とが互いに反対方向に突出されている。これら駆動脚１２_１，１２_２、非励振駆動脚１２_３、検出脚１３_１，１３_２及び非検出検出脚１３_３は角柱状とされ、非励振駆動脚１２_３及び非検出検出脚１３_３はそれぞれ一対の駆動脚１２_１，１２_２間及び一対の検出脚１３_１，１３_２間に位置されている。

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_３及び非検出検出脚１３_３は胴体部１１に対する駆動脚１２_１，１２_２側と検出脚１３_１，１３_２側とのマスバランス用に使用される。

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。

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_１，１２_２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_１，１２_２の基端側に形成されている。

一方、検出脚１３_１及び１３_２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_１，１３_２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_１，１３_２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。

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_１，１２_２及び検出脚１３_１，１３_２の各ベース面２２ａと対向する面に形成されている。

駆動脚１２_１，１２_２には櫛歯形状をなす電極３４_１，３４_２がそれぞれその先端側に形成され、さらにそれら電極３４_１，３４_２と駆動電極３１との間に方形状をなす電極３
５_１，３５_２が形成されている。一方、検出脚１３_１，１３_２には方形状をなす電極３６_１，３６_２がそれぞれその先端側に形成されている。電極３４_１，３４_２の櫛歯は駆動脚１２_１，１２_２の延伸方向と平行に延伸され、駆動脚１２_１，１２_２の幅方向に配列されている。例えば、図２（ａ）では電極３４_１，３４_２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。

ベース面２２ａ（ベース２２の上面）にはこれら電極３４_１，３４_２，３５_１，３５_２，３６_１，３６_２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_１，３４_２と対向する電極３７_１，３７_２は電極３４_１，３４_２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_１，３５_２と対向する電極３８_１，３８_２は方形状とされて図３（ｂ）に示したように電極３５_１，３５_２より幅広とされている。また、電極３６_１，３６_２と対向する電極３９_１，３９_２は方形状とされて図４（ｂ）に示したように電極３６_１，３６_２より幅広とされている。

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_１，１２_２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_１，１２_２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_１，１２_２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_１，１２_２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_１，１３_２に伝わり、これにより検出脚１３_１，１３_２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_１，１３_２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。

なお、検出脚１３_１，１３_２には駆動脚１２_１，１２_２の面外振動に応じて面外振動が発生するが、駆動脚１２_１，１２_２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_１，１３_２への伝達が阻止され、つまり検出脚１３_１，１３_２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。

入力角速度に応じた検出脚１３_１，１３_２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_１，１３_２の面外振動を検出することができ、さらに駆動脚１２_１，１２_２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。

即ち、検出脚１３_１，１３_２の面外振動は互いに対向配置された電極３６_１・３９_１間及び電極３６_２・３９_２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_１，１２_２の面内振動は互いに対向配置された電極３４_１・３７_１間及び電極３４_２・３７_２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_１，１２_２の面外振動は互いに対向配置された電極３５_１・３８_１間及び電極３５_２・３８_２間の静電容量の変化によって検出することができる。

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_１，１２_２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_１，１３_２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。

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。

〈駆動脚の面内振動の異常診断〉
一対の駆動脚１２_１，１２_２の面内振動を検出する電極３７_１，３７_２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_１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_１と出力Ｓ_１とが入力される。

駆動脚１２_１，１２_２は互いに逆相で面内振動するため、両駆動脚１２_１，１２_２の面内振動のバランスが完全にとれていれば、出力Ｓ_１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_１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_１を設定する。コンパレータ４６は出力Ｓ_１と一定電圧Ｖ_１とを比較し、Ｖ_１＜Ｓ_１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_１≧Ｓ_１の時）は“０”であり、バランス異常の時、“１”となる。

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_２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_２と出力Ｓ_２とが入力される。

出力Ｓ_２は駆動脚１２_１，１２_２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_２の最小値に一定電圧Ｖ_２を設定する。コンパレータ５４は出力Ｓ_２と一定電圧Ｖ_２とを比較し、Ｖ_２＞Ｓ_２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_２≦Ｓ_２の時）は“０”であり、振幅異常（振幅小異常）の時、“１”となる。

〈駆動脚の面外振動の異常診断〉
一対の駆動脚１２_１，１２_２の面外振動を検出する電極３８_１，３８_２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_１，１２_２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。

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_３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_３と出力Ｓ_３とが入力される。

角速度入力時には駆動脚１２_１，１２_２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_１，１２_２には同相である程度の面外振動が発生している。出力Ｓ_３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_３の最大値に一定電圧Ｖ_３を設定する。コンパレータ６７は出力Ｓ_３と一定電圧Ｖ_３とを比較し、Ｖ_３＜Ｓ_３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_３≧Ｓ_３の時）は“０”であり、振幅異常（振幅大異常）の時、“１”となる。

なお、駆動脚１２_１，１２_２の面外振動の振幅大異常は基本的に駆動脚１２_１，１２_２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_１，１２_２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_１，１２_２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。

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。

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_４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_４と出力Ｓ_４とが入力される。

出力Ｓ_４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_１，１２_２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_４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_４を設定する。コンパレータ８５は出力Ｓ_４と一定電圧Ｖ_４とを比較し、Ｖ_４＜Ｓ_４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_４≧Ｓ_４の時）は“０”であり、バランス異常の時、“１”となる。

〈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_１，１３_２の面外振動を検出する電極３９_１，３９_２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_６となる。

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_７となる。

一方、検出脚１３_１，１３_２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_８となる。

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_０とされる。この出力Ｓ_０がジャイロ出力（角速度出力）となる。

角速度未入力時においては駆動脚１２_１，１２_２の同相の面外振動に対応して、検出脚１３_１，１３_２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_１，１３_２の面外振動のバランスが完全にとれていれば、出力Ｓ_６は０となる。しかしながら、実際には検出脚１３_１，１３_２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_６はそのアンバランスに対応した値となる。
同様に、出力Ｓ_８も角速度未入力時における検出脚１３_１，１３_２の面外振動のアンバランスに対応した値となる。

一方、出力Ｓ_７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_６，Ｓ_７，Ｓ_８，Ｓ_０及び前述した出力Ｓ_４をゲイン調整回路８７によってゲイン調整した出力Ｓ_５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_５とＳ_８が入力され、コンパレータ９８には出力Ｓ_６とＳ_８が入力される。また、コンパレータ１０５には出力Ｓ_７とＳ_０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。

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_１，１３_２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。

コンパレータ８８は出力Ｓ_５とＳ_８とを比較し、Ｓ_５＜Ｓ_８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_１，１２_２の面外振動のアンバランスに対し、検出脚１３_１，１３_２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_５≧Ｓ_８の時は“０”であり、角速度未入力時の検出脚１３_１，１３_２の面外振動異常（面外振動バランス異常）の時、“１”となる。

コンパレータ９８は出力Ｓ_６とＳ_８とを比較し、Ｓ_６＞Ｓ_８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_１，１３_２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_６≦Ｓ_８の時は“０”であり、圧電検出異常の時、“１”となる。

コンパレータ１０５は出力Ｓ_７とＳ_０とを比較し、Ｓ_７＞Ｓ_０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_０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_７≦Ｓ_０の時は“０”であり、角速度入力時のジャイロ出力Ｓ_０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。

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。

このように、この例によれば駆動脚１２_１，１２_２の面内振動・面外振動及び検出脚１３_１，１３_２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_１，１２_２の面内振動（バランス、振幅）の異常診断、駆動脚１２_１，１２_２の面外振動（バランス、振幅）の異常診断、検出脚１３_１，１３_２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。

［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_１，１２_２及び検出脚１３_１，１３_２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。

図７（ａ）に示したように、一対の駆動脚１２_１，１２_２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_１，１２_２のバランスがとれていれば、これら駆動脚１２_１，１２_２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_１，１２_２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_１，１２_２の面外振動に応じて、胴体部１１の駆動脚１２_１が突出形成されている側の肩部１１ａ及び駆動脚１２_２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_１，１２_２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_１，１３_２側の両肩部や検出脚１３_１，１３_２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。

一方、例えば駆動脚１２_１，１２_２に何らかの故障等が発生し、両駆動脚１２_１，１２_２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_１，１２_２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_１，１３_２側の両肩部及び検出脚１３_１，１３_２の面外振動（もれ振動）にも同様に変位差が生じてしまう。

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_１，１２_２及び検出脚１３_１，１３_２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_１，１２_２側の両肩部１１ａ，１１ｂ及び検出脚１３_１，１３_２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。

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。

〈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。

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Ｓ_１１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Ｖ_１１と出力Ｓ_１１とが入力される。

出力Ｓ_１１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Ｓ_１１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_１１を設定する。コンパレータ２０７は出力Ｓ_１１と一定電圧Ｖ_１１とを比較し、Ｖ_１１＜Ｓ_１１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（Ｖ_１１≧Ｓ_１１の時）は“０”であり、バランス異常の時、“１”となる。

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。

〈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Ｓ_１２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Ｖ_１２Ｈと出力Ｓ_１２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Ｖ_１２Ｌと出力Ｓ_１２とが入力される。

出力Ｓ_１２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Ｓ_１２の最大値に一定電圧Ｖ_１２Ｈを設定し、正常動作状態と判断される出力Ｓ_１２の最小値に一定電圧Ｖ_１２Ｌを設定する。

コンパレータ２１５は出力Ｓ_１２と一定電圧Ｖ_１２Ｈとを比較し、Ｖ_１２Ｈ＜Ｓ_１２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_１は正常時（Ｖ_１２Ｈ≧Ｓ_１２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Ｓ_１２と一定電圧Ｖ_１２Ｌとを比較し、Ｖ_１２Ｌ＜Ｓ_１２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_２は正常時（Ｖ_１２Ｌ≦Ｓ_１２の時）は“０”であり、振幅小異常の時（Ｖ_１２Ｌ＞Ｓ_１２の時）、“１”となる。

〈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。

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Ｓ_１３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Ｖ_１３と出力Ｓ_１３とが入力される。

出力Ｓ_１３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Ｓ_１３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_１３を設定する。コンパレータ２２７は出力Ｓ_１３と一定電圧Ｖ_１３とを比較し、Ｖ_１３＜Ｓ_１３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（Ｖ_１３≧Ｓ_１３の時）は“０”であり、バランス異常の時、“１”となる。

〈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Ｓ_１４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Ｖ_１４と出力Ｓ_１４とが入力される。

出力Ｓ_１４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Ｓ_１４の最大値に一定電圧Ｖ_１４を設定する。コンパレータ２３５は出力Ｓ_１４と一定電圧Ｖ_１４とを比較し、Ｖ_１４＜Ｓ_１４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（Ｖ_１４≧Ｓ_１４の時）は“０”であり、振幅大異常の時、“１”となる。

以上説明した各コンパレータ２０７，２１５，２２７，２３５の出力Ｊ，Ｋ_１，Ｌ，Ｍ及びＮＯＴ回路２１９の出力Ｋ_２はＯＲ回路２０９に入力され、ＯＲ回路２０９は出力Ｊ，Ｋ_１，Ｋ_２，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。

このように、この例によれば胴体部１１の駆動脚１２_１，１２_２側の両肩部１１ａ，１１ｂの面外振動及び検出脚１３_１，１３_２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_１，１２_２の面外振動（バランス，振幅）の異常診断及び検出脚１３_１，１３_２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。

［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_１，１２_２及び検出脚１３_１，１３_２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。

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_１，１２_２側の両肩部１１ａ，１１ｂ及び検出脚１３_１，１３_２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_１，２５_２，２６_１，２６_２が形成されている。ベース面２２ａにはこれら電極２５_１，２５_２，２６_１，２６_２とそれぞれ対向する電極２７_１，２７_２，２８_１，２８_２が形成されている。なお、電極２７_１，２７_２，２８_１，２８_２は図１１（ｃ），（ｄ）に示したように、それぞれ対向する電極２５_１，２５_２，２６_１，２６_２より幅広とされている。

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。

〈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_１，２７_２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Ｓ_２１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Ｖ_２１と出力Ｓ_２１とが入力される。

出力Ｓ_２１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Ｓ_２１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_２１を設定する。コンパレータ３０７は出力Ｓ_２１と一定電圧Ｖ_２１とを比較し、Ｖ_２１＜Ｓ_２１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（Ｖ_２１≧Ｓ_２１の時）は“０”であり、バランス異常の時、“１”となる。

〈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Ｓ_２２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Ｖ_２２Ｈと出力Ｓ_２２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Ｖ_２２Ｌと出力Ｓ_２２とが入力される。

出力Ｓ_２２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Ｓ_２２の最大値に一定電圧Ｖ_２２Ｈを設定し、正常動作状態と判断される出力Ｓ_２２の最小値に一定電圧Ｖ_２２Ｌを設定する。

コンパレータ３１５は出力Ｓ_２２と一定電圧Ｖ_２２Ｈとを比較し、Ｖ_２２Ｈ＜Ｓ_２２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_１は正常時（Ｖ_２２Ｈ≧Ｓ_２２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Ｓ_２２と一定電圧Ｖ_２２Ｌとを比較し、Ｖ_２２Ｌ＜Ｓ_２２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_２は正常時（Ｖ_２２Ｌ≦Ｓ_２２の時）は“０”であり、振幅小異常の時（Ｖ_２２Ｌ＞Ｓ_２２の時）、“１”となる。

<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_１，２８_２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Ｓ_２３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Ｖ_２３と出力Ｓ_２３とが入力される。

出力Ｓ_２３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Ｓ_２３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_２３を設定する。コンパレータ３２７は出力Ｓ_２３と一定電圧Ｖ_２３とを比較し、Ｖ_２３＜Ｓ_２３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（Ｖ_２３≧Ｓ_２３の時）は“０”であり、バランス異常の時、“１”となる。

<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Ｓ_２４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Ｖ_２４と出力Ｓ_２４とが入力される。

出力Ｓ_２４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Ｓ_２４の最大値に一定電圧Ｖ_２４を設定する。コンパレータ３３５は出力Ｓ_２４と一定電圧Ｖ_２４とを比較し、Ｖ_２４＜Ｓ_２４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（Ｖ_２４≧Ｓ_２４の時）は“０”であり、振幅大異常の時、“１”となる。

以上説明した各コンパレータ３０７，３１５，３２７，３３５の出力Ｎ，Ｐ_１，Ｑ，Ｒ及びＮＯＴ回路３１９の出力Ｐ_２はＯＲ回路３０９に入力され、ＯＲ回路３０９は出力Ｎ，Ｐ_１，Ｐ_２，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。

このように、この例によれば胴体部１１の駆動脚１２_１，１２_２側の両肩部１１ａ，１１ｂの面外振動及び検出脚１３_１，１３_２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_１，１２_２の面外振動（バランス，振幅）の異常診断及び検出脚１３_１，１３_２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。

（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）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。 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。 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。 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）。 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）。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

Claims (14)

1. 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。
2. 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。
3. 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_１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_２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。
4. 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_３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_４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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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Ｖ_１１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Ｖ_１２Ｈ及びＶ_１２Ｌ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。
10. 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Ｖ_１３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Ｖ_１４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。
11. 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。
12. 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。
13. 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Ｖ_２１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Ｖ_２２Ｈ及びＶ_２２Ｌ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。
14. 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Ｖ_２３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Ｖ_２４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。

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