特開 2024-117 物理量検出回路及び物理量センサー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024000117

(43)【公開日】2024-01-05

(54)【発明の名称】物理量検出回路及び物理量センサー

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/5614 20120101AFI20231225BHJP

   H10N 30/30 20230101ALI20231225BHJP

   H10N 30/80 20230101ALI20231225BHJP

【ＦＩ】

G01C19/5614

H01L41/113

H01L41/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022098685

(22)【出願日】2022-06-20

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】清水 教史

【テーマコード（参考）】

2F105

【Ｆターム（参考）】

2F105AA02

2F105BB13

2F105BB15

2F105BB20

2F105CC01

2F105CD02

2F105CD06

2F105CD11

(57)【要約】

【課題】物理量検出素子を大型化させることなく検出感度が異常となる故障を診断することが可能な物理量検出回路を提供すること。
【解決手段】物理量検出モードにおいて物理量検出素子の駆動部の振動を励起する第１の信号を前記駆動部に出力し、故障診断モードにおいて前記第１の信号及び前記検出部に前記検出部の共振周波数と前記駆動部の共振周波数との差の周波数である離調周波数の振動を励起する第２の信号を含む信号を前記駆動部に出力する駆動回路と、前記物理量検出モードにおいて前記検出部から出力される信号に基づいて物理量検出信号を生成し、前記故障診断モードにおいて前記検出部から出力される信号に基づいて前記離調周波数を検出して離調周波数検出信号を生成する検出信号生成回路と、前記故障診断モードにおいて前記離調周波数検出信号に基づいて故障診断を行う故障診断回路と、を備える、物理量検出回路。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動部と検出部とを有する物理量検出素子に接続される物理量検出回路であって、
物理量検出モードにおいて前記駆動部の振動を励起する第１の信号を前記駆動部に出力し、故障診断モードにおいて前記第１の信号及び前記検出部に前記検出部の共振周波数と前記駆動部の共振周波数との差の周波数である離調周波数の振動を励起する第２の信号を含む信号を前記駆動部に出力する駆動回路と、
前記物理量検出モードにおいて前記検出部から出力される信号に基づいて物理量検出信号を生成し、前記故障診断モードにおいて前記検出部から出力される信号に基づいて前記離調周波数を検出して離調周波数検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記故障診断モードにおいて前記離調周波数検出信号に基づいて故障診断を行う故障診断回路と、を備える、物理量検出回路。

【請求項2】

請求項１において、
前記検出信号生成回路は、前記故障診断モードにおいて、前記検出部から出力される信号に基づく信号に対して離散的フーリエ変換を行って前記離調周波数を検出する、物理量検出回路。

【請求項3】

請求項１において、
前記第２の信号は、周期的に繰り返される矩形状のパルス信号である、物理量検出回路。

【請求項4】

請求項３において、
前記パルス信号の時間幅は、前記第１の信号の前記駆動部への出力を停止してから前記駆動部の振動の振幅が半分に減衰するまでの時間よりも短い、物理量検出回路。

【請求項5】

請求項３において、
前記物理量検出素子は、水晶を材料とする振動片を有し、
前記パルス信号の時間幅は、１００ミリ秒以下である、物理量検出回路。

【請求項6】

請求項３において、
前記駆動回路は、前記駆動部に前記パルス信号を出力しない期間に前記第１の信号を出力し、前記駆動部に前記パルス信号を出力する期間は前記第１の信号を出力しない、物理量検出回路。

【請求項7】

請求項３において、
前記駆動回路は、前記駆動部に前記パルス信号を出力しない期間及び前記パルス信号を出力する期間の両方において前記第１の信号を出力する、物理量検出回路。

【請求項8】

請求項３において、
前記パルス信号の振幅は、前記第１の信号の振幅よりも大きい、物理量検出回路。

【請求項9】

請求項１において、
電源投入時の初期状態において、前記故障診断モードに設定される、物理量検出回路。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれか一項に記載の物理量検出回路と、
前記物理量検出素子と、
を備える、物理量センサー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物理量検出回路及び物理量センサーに関する。

【背景技術】

【0002】

現在、様々なシステムや電子機器において、角速度を検出するジャイロセンサーや加速度を検出する加速度センサー等、各種の物理量を検出可能な物理量センサーが広く利用されている。近年、特に、信頼性の高いシステムを構築するために、物理量を検出する物理量検出素子等の故障診断を行う物理量センサーが用いられている。

【0003】

例えば、特許文献１には、センスドライブ信号により角速度検出素子を検出方向に振動させて得られる出力信号と、第１の擬似信号発生手段、第２の擬似信号発生手段からの出力信号をセンス回路に入力することで得られる出力信号とを比較回路で比較することにより、角速度検出素子の出力信号の感度を監視する角速度センサーが記載されている。この角速度センサーは、角速度検出素子の感度変化の如く、緩やかな故障モードについても検知することを可能にする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－１２５１００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の角速度センサーでは、角速度検出素子に、角速度の検出に必要なドライブ電極及びセンス電極とは別に、角速度検出素子の感度変化を検出するためのセンスドライブ電極を設ける必要があるため、電極の形状や配置等の設計が複雑になってしまい、それにより角速度検出素子が大型化する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る物理量検出回路の一態様は、
駆動部と検出部とを有する物理量検出素子に接続される物理量検出回路であって、
物理量検出モードにおいて前記駆動部の振動を励起する第１の信号を前記駆動部に出力し、故障診断モードにおいて前記第１の信号及び前記検出部に前記検出部の共振周波数と前記駆動部の共振周波数との差の周波数である離調周波数の振動を励起する第２の信号を含む信号を前記駆動部に出力する駆動回路と、
前記物理量検出モードにおいて前記検出部から出力される信号に基づいて物理量検出信号を生成し、前記故障診断モードにおいて前記検出部から出力される信号に基づいて前記離調周波数を検出して離調周波数検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記故障診断モードにおいて前記離調周波数検出信号に基づいて故障診断を行う故障診断回路と、を備える。

【0007】

本発明に係る物理量センサーの一態様は、
前記物理量検出回路の一態様と、
前記物理量検出素子と、
を備える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態の物理量センサーの構成例を示す図。

【図2】物理量検出素子の振動片の平面図。

【図3】物理量検出素子の動作について説明するための図。

【図4】物理量検出素子の動作について説明するための図。

【図5】検出振動腕の共振周波数と駆動振動腕の共振周波数との関係を説明するための図。

【図6】検出感度と離調周波数との関係を示す図。

【図7】駆動信号の一例を示す図。

【図8】図７の駆動信号の周波数スペクトラムを示す。

【図9】第１実施形態においてパルス信号発生回路から出力される信号の一例を示す図。

【図10】第１実施形態において加算器から出力される信号の一例を示す図。

【図11】図１０の信号の周波数スペクトラムを示す図。

【図12】ＤＦＴ回路が離散的フーリエ変換を行って得られる周波数スペクトラムを示す図。

【図13】物理量検出回路の動作の手順の一例を示すフローチャート図。

【図14】故障診断処理の手順の一例を示すフローチャート図。

【図15】第２実施形態においてパルス信号発生回路から出力される信号の一例を示す図。

【図16】第２実施形態において加算器から出力される信号の一例を示す図。

【図17】Ｉ／Ｖ変換回路の出力信号の振幅が減衰する様子を示す図。

【図18】第３実施形態の物理量センサーの構成例を示す図。

【図19】第３実施形態において加算器から出力される信号の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0010】

１．第１実施形態
図１は、第１実施形態の物理量センサーの構成例を示す図である。本実施形態の物理量センサー１は、物理量を検出する物理量検出素子１００と、物理量検出素子１００に接続される物理量検出回路２００と、を備える。以下では、物理量センサー１が、物理量として角速度を検出する物理量検出素子１００を備えた角速度センサーであるものとして説明する。

【0011】

物理量検出回路２００は、外部接続端子として、ＤＳ端子、ＤＧ端子、Ｓ１端子、Ｓ２端子、ＣＴＬ端子、ＤＩＡＧ端子、ＳＳ端子、ＳＣＫ端子、ＳＩ端子、ＳＯ端子、ＶＯ端子を有する。ＤＳ端子、ＤＧ端子、Ｓ１Ｇ端子、Ｓ２Ｇ端子、Ｓ１端子及びＳ２端子は、物理量検出素子１００と電気的に接続されている。また、ＣＴＬ端子、ＤＩＡＧ端子、ＳＳ端子、ＳＣＫ端子、ＳＩ端子、ＳＯ端子、ＶＯ端子は、図示しない外部装置と電気的に接続されている。

【0012】

図２は、物理量検出素子１００の振動片の平面図である。物理量検出素子１００は、水晶（ＳｉＯ₂）を材料とする振動片を有する。水晶振動片は、温度変化に対する共振周波数の変動が極めて小さいので、角速度の検出精度を高めることができるという利点がある。物理量検出素子１００は、例えば、Ｚカットの水晶基板により形成されたダブルＴ型の水晶振動片を有する。なお、図２におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は水晶の軸を示す。

【0013】

図２に示すように、物理量検出素子１００は、駆動部１００ａと、検出部１００ｂと、検出部１００ｂと駆動部１００ａとを連結する複数の連結腕１０５ａ，１０５ｂと、を有する。検出部１００ｂは、検出用基部１０７と、検出用基部１０７から延出する複数の検出振動腕１０２と、を備えている。また、駆動部１００ａは、複数の連結腕１０５ａ，１０５ｂの各々により検出用基部１０７と連結される駆動用基部１０４ａ，１０４ｂと、駆動用基部１０４ａから延出する複数の駆動振動腕１０１ａと、駆動用基部１０４ｂから延出する複数の駆動振動腕１０１ｂと、を備えている。

【0014】

より詳細には、物理量検出素子１００の振動片は、２つの駆動用基部１０４ａ，１０４ｂからそれぞれ駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂが＋Ｙ軸方向及び－Ｙ軸方向に延出している。駆動振動腕１０１ａの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極１１２，１１３が形成されており、駆動振動腕１０１ｂの側面及び上面にはそれぞれ駆動電極１１３，１１２が形成されている。駆動電極１１２，１１３は、それぞれ、図１に示す物理量検出回路２００のＤＧ端子，ＤＳ端子を介して駆動回路２１０に接続される。

【0015】

駆動用基部１０４ａ，１０４ｂは、それぞれ－Ｘ軸方向と＋Ｘ軸方向に延びる連結腕１０５ａ，１０５ｂを介して矩形状の検出用基部１０７に接続されている。

【0016】

検出振動腕１０２は、検出用基部１０７から＋Ｙ軸方向及び－Ｙ軸方向に延出している。検出振動腕１０２の上面には検出電極１１４，１１５が形成されており、検出振動腕１０２の側面には共通電極１１６が形成されている。検出電極１１４，１１５は、それぞれ、図１に示した物理量検出回路２００のＳ１端子，Ｓ２端子を介して検出信号生成回路２２０に接続される。また、共通電極１１６は接地される。

【0017】

駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの駆動電極１１２と駆動電極１１３との間に駆動信号として交流電圧が与えられると、図３に示すように、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂは逆圧電効果によって矢印Ｂのように、２本の駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの先端が互いに接近と離間を繰り返す屈曲振動をする。この屈曲振動の周波数は、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの共振周波数ｆ_ｄｒｖとほぼ一致する。

【0018】

この状態で、物理量検出素子１００の振動片にＺ軸を回転軸とした角速度が加わると、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂは、矢印Ｂの屈曲振動の方向とＺ軸の両方に垂直な方向にコリオリの力を得る。その結果、図４に示すように、連結腕１０５ａ，１０５ｂは矢印Ｃで示すような振動をする。そして、検出振動腕１０２は、連結腕１０５ａ，１０５ｂの振動に連動して矢印Ｄのように屈曲振動をする。この屈曲振動の周波数は、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの屈曲振動の周波数と一致する。このコリオリ力に伴う検出振動腕１０２の屈曲振動と駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの屈曲振動とは位相が９０°ずれている。

【0019】

そして、圧電効果によってこれらの屈曲振動に基づいた交流電荷が、検出振動腕１０２の検出電極１１４，１１５に発生する。ここで、コリオリ力に基づいて発生する交流電荷は、コリオリ力の大きさ、言い換えれば、物理量検出素子１００に加わる角速度の大きさに応じて変化する。

【0020】

なお、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの先端には、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂよりも幅の広い矩形状の錘部１０３が形成されている。駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの先端に錘部１０３を形成することにより、コリオリ力を大きくするとともに、所望の共振周波数を比較的短い振動腕で得ることができる。同様に、検出振動腕１０２の先端には、検出振動腕１０２よりも幅の広い錘部１０６が形成されている。検出振動腕１０２の先端に錘部１０６を形成することにより、検出電極１１４，１１５に発生する交流電荷を大きくすることができる。

【0021】

以上のようにして、物理量検出素子１００は、Ｚ軸を検出軸としてコリオリ力に基づく交流電荷である角速度成分を、検出電極１１４，１１５を介して出力する。

【0022】

前述の通り、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂが屈曲振動をしている状態において角速度が加わったときの検出振動腕１０２の屈曲振動の周波数は、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの屈曲振動の周波数と一致する。すなわち、検出振動腕１０２の屈曲振動の周波数は、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの共振周波数ｆ_ｄｒｖとほぼ一致し、検出振動腕１０２の共振周波数ｆ_ｄｅｔとは一致しない。

【0023】

図５は、検出振動腕１０２の共振周波数ｆ_ｄｅｔと駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの共振周波数ｆ_ｄｒｖとの関係を示す図である。図５に示すように、検出振動腕１０２の共振周波数ｆ_ｄｅｔと駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの共振周波数ｆ_ｄｒｖとは一致しておらず、その差の周波数Δｆは「離調周波数」と呼ばれる。一例として、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの共振周波数ｆ_ｄｒｖが５０ｋＨｚであり、検出振動腕１０２の共振周波数ｆ_ｄｅｔが５１ｋＨｚであれば、離調周波数Δｆは１ｋＨｚとなる。

【0024】

離調周波数Δｆが小さいほど、検出振動腕１０２の屈曲振動の周波数が共振周波数ｆ_ｄｅｔに近いので、その屈曲振動の振幅が大きくなり、検出電極１１４，１１５に発生する角速度成分が大きくなる。すなわち、離調周波数Δｆが小さいほど角速度の検出感度が高く、離調周波数Δｆが大きいほど角速度の検出感度が低くなる。したがって、図６に示すように、検出感度と離調周波数Δｆとは反比例の関係にある。

【0025】

図１の説明に戻り、物理量検出回路２００は、駆動回路２１０、検出信号生成回路２２０、故障診断回路２４０、制御回路２５０、記憶部２６０及びインターフェース回路２７０を備える。物理量検出回路２００は、１チップの集積回路で実現されてもよいし、複数チップの集積回路やディスクリート部品を組み合わせて実現されてもよい。

【0026】

物理量検出回路２００は、動作モードとして、起動モード、物理量検出モード及び故障診断モードを有する。起動モードは、物理量センサー１に電源が投入されてから物理量検出素子１００が安定的に発振を継続するまでの時間を短縮するための動作モードである。物理量検出モードは、物理量検出素子１００に加わった物理量を検出するモードである。故障診断モードは、物理量検出素子１００の故障を診断するモードである。本実施形態では、物理量検出回路２００は、故障診断モードにおいて、物理量検出素子１００の検出感度が正常か否かによって故障の有無を診断する。前述の通り、物理量検出素子１００の検出感度と離調周波数Δｆとは反比例の関係にあるので、検出感度と離調周波数Δｆとは一対一の関係にある。したがって、後述するように、物理量検出回路２００は、離調周波数Δｆを検出し、離調周波数Δｆに基づいて物理量検出素子１００の検出感度が正常か否かを判定し、検出感度が異常であれば、物理量検出素子１００が故障していると診断することができる。

【0027】

なお、故障診断モードへの切り替えは、例えば、外部装置によって行われる。

【0028】

駆動回路２１０は、駆動信号ＤＳを生成し、ＤＳ端子を介して、物理量検出素子１００に駆動信号ＤＳを印加する。本実施形態では、駆動回路２１０は、Ｉ／Ｖ変換回路２１１、ＡＧＣ回路２１２、比較器２１３、起動回路２１４、パルス信号発生回路２１５、スイッチ回路２１６，２１７及び加算器２１８を含む。ＡＧＣは、Automatic Gain Controlの略である。

【0029】

スイッチ回路２１６，２１７は、制御回路２５０の制御によって導通状態又は非導通状態となる。具体的には、スイッチ回路２１６は、起動モード及び物理量検出モードにおいて導通状態となり、故障診断モードにおいて導通状態と非導通状態とを繰り返す。また、スイッチ回路２１７は、起動モード及び物理量検出モードにおいて非導通状態となり、故障診断モードにおいて導通状態となる。

【0030】

物理量センサー１に電源が投入されると、起動回路２１４が動作する起動モードが開始する。起動回路２１４は、共振周波数ｆ_ｄｒｖに近い周波数で自励発振し、発振信号を出力する。起動回路２１４は、例えば、ＣＲ発振回路などで実現することができる。起動回路２１４から出力される発振信号は、ＡＧＣ回路２１２、スイッチ回路２１６及びＤＳ端子を介して物理量検出素子１００の駆動電極１１３に印加され、物理量検出素子１００の駆動部１００ａが振動を開始する。

【0031】

駆動部１００ａが振動すると、圧電効果に基づく交流電流が駆動電極１１２から出力され、当該交流電流はＤＧ端子を介してＩ／Ｖ変換回路２１１に入力される。Ｉ／Ｖ変換回路２１１は、入力された交流電流を駆動部１００ａの振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換して出力する。

【0032】

時間の経過に伴って、駆動部１００ａの振動が大きくなっていき、Ｉ／Ｖ変換回路２１１から出力される交流電圧信号の振幅が大きくなる。そして、駆動部１００ａの振動が安定し、Ｉ／Ｖ変換回路２１１から出力される交流電圧信号の振幅がほぼ一定となると、起動回路２１４が動作を停止する。例えば、起動回路２１４が動作を開始してから、駆動部１００ａの振動が安定するまでの所定時間が経過したら起動回路２１４が自発的に動作を停止してもよい。あるいは、図示しない振幅検出回路が、Ｉ／Ｖ変換回路２１１から出力される交流電圧信号の振幅が所定値に達したことを検出したら、起動回路２１４の動作を停止させてもよい。

【0033】

Ｉ／Ｖ変換回路２１１から出力された交流電圧信号は、ＡＧＣ回路２１２及び比較器２１３に入力される。

【0034】

ＡＧＣ回路２１２は、入力された交流電圧信号を増幅し、増幅の利得を制御することにより、振幅が一定電圧に保持された駆動信号ＤＳを生成する。この駆動信号ＤＳは、スイッチ回路２１６及びＤＳ端子を介して物理量検出素子１００の駆動電極１１３に印加され、駆動部１００ａが安定した振動を継続する。

【0035】

図７に、駆動信号ＤＳの一例を示す。図７において、横軸は時間であり、縦軸は振幅である。また、図８に、図７の駆動信号ＤＳの周波数スペクトラムを示す。図８において、横軸は周波数であり、縦軸は強度である。図７に示すように、駆動信号ＤＳは、所定の周波数の交流電圧信号であり、物理量検出素子１００の駆動部１００ａの振動を励起する信号である。また、図８に示すように、駆動信号ＤＳは、基本周波数の信号成分としての駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの共振周波数ｆ_ｄｒｖの信号成分とその高調波信号成分を含んでいる。なお、駆動信号ＤＳは、「第１の信号」の一例である。

【0036】

比較器２１３は、Ｉ／Ｖ変換回路２１１から出力された交流電圧信号を増幅して２値化信号である方形波電圧信号を出力する。

【0037】

このように、駆動回路２１０は、物理量検出モードおいて、物理量検出素子１００の駆動電極１１２からの出力信号に基づいて駆動信号ＤＳを生成し、駆動信号ＤＳを物理量検出素子１００の駆動部１００ａに出力する。

【0038】

パルス信号発生回路２１５は、矩形状のパルス信号ＰＬＳを周期的に発生させる。すなわち、パルス信号発生回路２１５は、周期的に繰り返される矩形状のパルス信号ＰＬＳを出力する。なお、消費電力を低減させるために、パルス信号発生回路２１５は、故障診断モードにおいてパルス信号ＰＬＳを周期的に発生させ、起動モード及び物理量検出モードでは動作を停止することが好ましい。

【0039】

図９に、パルス信号発生回路２１５から出力される信号の一例を示す。図９において、横軸は時間であり、縦軸は振幅である。図９に示すように、本実施形態では、パルス信号発生回路２１５は、周期的に繰り返されるハイパルスのパルス信号ＰＬＳを発生させる。したがって、パルス信号発生回路２１５から出力される信号は、パルス信号ＰＬＳの周期の逆数である基本周波数の信号成分及びその高調波信号成分を含んでいる。パルス信号ＰＬＳの周期は駆動信号ＤＳの周期よりも十分に長く、パルス信号発生回路２１５から出力される信号は、様々な周波数の信号成分を有している。なお、周期的に繰り返される矩形状のパルス信号ＰＬＳは、「第２の信号」の一例である。

【0040】

パルス信号ＰＬＳは、スイッチ回路２１７を介して加算器２１８に入力され、駆動信号ＤＳと加算され、加算器２１８から出力される信号は、ＤＳ端子を介して物理量検出素子１００の駆動電極１１３に印加される。

【0041】

図１０に、加算器２１８から出力される信号の一例を示す。図１０において、横軸は時間であり、縦軸は振幅である。また、図１１に、図１０の信号の周波数スペクトラムを示す。図１１において、横軸は周波数であり、縦軸は強度である。図１０に示すように、加算器２１８から出力される信号は、パルス信号ＰＬＳを含み、さらにパルス信号ＰＬＳが発生していない期間において駆動信号ＤＳを含む。すなわち、故障診断モードでは、スイッチ回路２１７は常に導通状態であり、スイッチ回路２１６は、パルス信号ＰＬＳが発生する期間は非導通状態であり、パルス信号ＰＬＳが発生しない期間は導通状態である。また、図１１に示すように、加算器２１８から出力される信号は、基本周波数の信号成分としての駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの共振周波数ｆ_ｄｒｖの信号成分とその高調波信号成分を含み、さらに離調周波数Δｆの信号成分も含んでいる。

【0042】

このように、駆動回路２１０は、故障診断モードにおいて、駆動信号ＤＳ及びパルス信号ＰＬＳを含む信号を物理量検出素子１００の駆動部１００ａに出力する。具体的には、駆動回路２１０は、駆動部１００ａにパルス信号ＰＬＳを出力しない期間に駆動信号ＤＳを出力し、駆動部１００ａにパルス信号ＰＬＳを出力する期間は駆動信号ＤＳを出力しない。

【0043】

また、図１０に示すように、本実施形態では、パルス信号ＰＬＳの振幅は、駆動信号ＤＳの振幅よりも大きい。例えば、パルス信号ＰＬＳの振幅は、物理量検出回路２００の外部から供給される電源電圧とグラウンド電圧との差に等しい。このように、パルス信号ＰＬＳの振幅が大きいほど、駆動部１００ａに出力される信号に含まれる離調周波数Δｆの信号成分も大きい。

【0044】

故障診断モードにおいて、駆動部１００ａは、駆動信号ＤＳとパルス信号ＰＬＳとが加算された信号が入力されて振動するので、駆動部１００ａには主として共振周波数ｆ_ｄｒｖの振動が励起されるが、共振周波数ｆ_ｄｒｖが変調された様々な周波数の振動も励起される。この駆動部１００ａの様々な周波数の振動のうち検出部１００ｂの共振周波数ｆ_ｄｅｔと一致する周波数の振動により、検出部１００ｂに共振周波数ｆ_ｄｅｔの振動が励起される。また、検出部１００ｂには、駆動部１００ａの主要な振動と同期した共振周波数ｆ_ｄｒｖの振動も励起される。そのため、検出部１００ｂには、共振周波数ｆ_ｄｅｔと共振周波数ｆ_ｄｒｖとの差の周波数である離調周波数Δｆの振動も励起される。

【0045】

ここで、パルス信号ＰＬＳは、様々な周波数の信号成分を有しているので、物理量検出素子１００の状態が変化して離調周波数Δｆが変化したとしても、故障診断モードにおいて、検出部１００ｂに離調周波数Δｆの振動が励起される。すなわち、パルス信号ＰＬＳは、検出部１００ｂに離調周波数Δｆの振動を励起する信号である。

【0046】

検出信号生成回路２２０は、物理量検出モードおいて、物理量検出素子１００の検出部１００ｂから出力される信号に基づいて、物理量検出素子１００が検出した物理量に応じた物理量検出信号を生成する。本実施形態では、物理量検出素子１００の検出部１００ｂは物理量として角速度を検出するので、検出信号生成回路２２０は、物理量検出信号として角速度に応じた角速度信号を生成する。また、検出信号生成回路２２０は、故障診断モードおいて、物理量検出素子１００の検出部１００ｂから出力される信号に基づいて離調周波数Δｆを検出して離調周波数検出信号を生成する。具体的には、検出信号生成回路２２０は、故障診断モードにおいて、検出部１００ｂから出力される信号に基づく信号に対して離散的フーリエ変換を行って離調周波数Δｆを検出する。

【0047】

本実施形態では、検出信号生成回路２２０は、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐ、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｎ、差動アンプ２２２、ハイパスフィルター２２３、ＡＣアンプ２２４、スイッチ回路２２５、同期検波回路２２６、感度調整アンプ２２７、スイッチトキャパシターフィルター２２８、レシオメトリックアンプ２２９、ＤＦＴ回路２３０及び離調周波数検出回路２３１を含む。ＤＦＴは、Discrete Fourier Transformの略である。

【0048】

物理量検出素子１００の検出電極１１４からの出力信号である交流電荷は、Ｓ１端子を介してＱ／Ｖ変換回路２２１Ｐに入力される。Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐは、入力された交流電荷を交流電圧信号に変換する。

【0049】

物理量検出素子１００の検出電極１１５からの出力信号である交流電荷は、Ｓ２端子を介してＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎに入力される。Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｎは、入力された交流電荷を交流電圧信号に変換する。

【0050】

差動アンプ２２２は、Ｑ／Ｖ変換回路２２１Ｐの出力信号とＱ／Ｖ変換回路２２１Ｎの出力信号とを差動増幅する。

【0051】

ハイパスフィルター２２３は、差動アンプ２２２の出力信号に含まれる直流成分を減衰させる。

【0052】

ＡＣアンプ２２４は、ハイパスフィルター２２３の出力信号を増幅する。

【0053】

スイッチ回路２２５は、制御回路２５０の制御によって、ＡＣアンプ２２４の出力端とＤＦＴ回路２３０の入力端及び同期検波回路２２６の入力端のいずれか一方とを電気的に接続する。具体的には、スイッチ回路２１６は、物理量検出モードでは、ＡＣアンプ２２４の出力端と同期検波回路２２６の入力端とを電気的に接続し、ＡＣアンプ２２４の出力端とＤＦＴ回路２３０の入力端とを電気的に遮断する。また、スイッチ回路２１６は、故障診断モードでは、ＡＣアンプ２２４の出力端とＤＦＴ回路２３０の入力端とを電気的に接続し、ＡＣアンプ２２４の出力端と同期検波回路２２６の入力端とを電気的に遮断する。

【0054】

物理量検出モードにおいて、同期検波回路２２６は、ＡＣアンプ２２４の出力信号が入力され、比較器２１３から出力される方形波電圧信号を検波信号として、ＡＣアンプ２２４の出力信号を同期検波することにより物理量検出素子１００が検出した物理量の信号成分を抽出する。

【0055】

感度調整アンプ２２７は、同期検波回路２２６の出力信号を、設定された利得で増幅又は減衰し、物理量の検出感度を調整する。

【0056】

スイッチトキャパシターフィルター２２８は、感度調整アンプ２２７の出力信号をフィルター処理して高周波のノイズ成分を減衰させる。

【0057】

レシオメトリックアンプ２２９は、スイッチトキャパシターフィルター２２８の出力信号を電源電圧に応じた利得で増幅又は減衰させ、ゼロ点電圧及び検出感度を電源電圧に比例して変化させる。そして、レシオメトリックアンプ２２９の出力信号は、物理量検出信号として、ＶＯ端子を介して図示しない外部装置に出力される。

【0058】

故障診断モードにおいて、ＤＦＴ回路２３０は、ＡＣアンプ２２４の出力信号が入力され、ＡＣアンプ２２４の出力信号をサンプリングしてデジタル値に変換した後、離散的フーリエ変換を行う。この離散的フーリエ変換は、例えば、高速フーリエ変換であってもよい。例えば、ＤＦＴ回路２３０は、Ａ／Ｄ変換回路、メモリー回路及びＭＰＵ等の演算回路によって実現される。なお、ＭＰＵは、Micro Processor Unitの略である。

【0059】

図１２に、図１０に示した信号が物理量検出素子１００の駆動部１００ａに出力された場合にＤＦＴ回路２３０が離散的フーリエ変換を行って得られる周波数スペクトラムを示す。図１２において、横軸は周波数であり、縦軸は強度である。図１０に示した信号が物理量検出素子１００の駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂに出力されると、検出振動腕１０２は、周波数ｆ_ｄｒｖに離調周波数Δｆが加算された共振周波数ｆ_ｄｅｔで屈曲振動をするとともに、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの屈曲振動と同期して周波数ｆ_ｄｒｖでも屈曲振動をする。そのため、図１２に示すように、ＡＣアンプ２２４の出力信号は、駆動振動腕１０１ａ，１０１ｂの共振周波数ｆ_ｄｒｖの信号成分及び検出振動腕１０２の共振周波数ｆ_ｄｅｔの信号成分とともに、共振周波数ｆ_ｄｅｔと周波数ｆ_ｄｒｖとの差の周波数である離調周波数Δｆの信号成分も含んでいる。

【0060】

離調周波数検出回路２３１は、ＤＦＴ回路２３０による離散的フーリエ変換によって得られる周波数スペクトラムに基づいて離調周波数Δｆを検出し、離調周波数Δｆに対応する離調周波数検出信号を生成する。例えば、物理量検出素子１００が正常であるときの共振周波数ｆ_ｄｅｔと共振周波数ｆ_ｄｒｖとの差が１ｋＨｚである場合、離調周波数検出回路２３１は、１ｋＨｚを含む所定の範囲で強度がピークとなる周波数を離調周波数Δｆとして検出する。

【0061】

故障診断回路２４０は、故障診断モードにおいて、離調周波数検出回路２３１が生成した離調周波数検出信号に基づいて故障診断を行う。具体的には、故障診断回路２４０は、離調周波数検出回路２３１が生成して記憶部２６０に記憶させた離調周波数検出信号を読み出し、当該離調周波数検出信号に基づいて物理量検出素子１００の検出感度が異常であるか否かを判定し、異常である場合に物理量検出素子１００が故障していると診断する。

【0062】

例えば、物理量センサー１の出荷前の検査工程において、物理量検出素子１００の離調周波数Δｆを測定し、初期離調周波数Δｆ_０として記憶部２６０に記憶させておく。そして、物理量センサー１の出荷後、故障診断モードにおいて、離調周波数検出回路２３１は、離調周波数Δｆのデジタル値を示す離調周波数検出信号を生成して記憶部２６０に記憶させ、故障診断回路２４０は、記憶部２６０に記憶されている離調周波数Δｆと初期離調周波数Δｆ_０とを比較してその差が所定の範囲に含まれていなければ、物理量検出素子１００の検出感度が異常であると判定し、物理量検出素子１００が故障していると診断してもよい。

【0063】

また、例えば、物理量センサー１の出荷前の検査工程において、物理量検出素子１００の離調周波数Δｆを測定して初期離調周波数Δｆ_０とし、初期離調周波数Δｆ_０を含む正常な周波数範囲と異常な周波数範囲とを含む複数の周波数範囲を決定しておく。そして、物理量センサー１の出荷後、故障診断モードにおいて、離調周波数検出回路２３１は、離調周波数Δｆが複数の周波数範囲のいずれに含まれるかを示す離調周波数検出信号を生成して記憶部２６０に記憶させ、故障診断回路２４０は、離調周波数Δｆが正常な周波数範囲とは異なる周波数範囲に含まれる場合に、物理量検出素子１００の検出感度が異常であると判定し、物理量検出素子１００が故障していると診断してもよい。

【0064】

また、故障診断回路２４０は、故障診断の結果を示す故障診断結果信号を、ＤＩＡＧ端子を介して外部装置に出力する。例えば、故障診断回路２４０は、物理量検出素子１００が故障していないと診断した場合はローレベルの故障診断結果信号を出力し、物理量検出素子１００が故障していると診断した場合はハイレベルの故障診断結果信号を出力する。

【0065】

インターフェース回路２７０は、図示しない外部装置からの要求に応じて記憶部２６０に記憶されているデータを読み出して外部装置に出力する処理や、外部装置から入力されたデータを記憶部２６０に書き込む処理を行う。例えば、外部装置は、ＤＩＡＧ端子から出力される故障診断信号がローレベルからハイレベルに変化すると、インターフェース回路２７０を介して、記憶部２６０に記憶されている故障フラグを読み出し、故障フラグが１であれば、物理量検出素子１００が故障であると判断することができる。また、インターフェース回路２７０は、外部装置から物理量検出回路２００の動作モードの所定のモードへの移行を要求するコマンドを受けて、当該要求を示す信号を制御回路２５０に出力してもよい。インターフェース回路２７０は、例えば、ＳＰＩバスのインターフェース回路であり、外部装置から送信された選択信号、クロック信号、データ信号が、それぞれ、ＳＳ端子，ＳＣＫ端子，ＳＩ端子を介して入力され、ＳＯ端子を介してデータ信号を外部装置に出力する。ＳＰＩは、Serial Peripheral Interfaceの略である。なお、インターフェース回路２７０は、ＳＰＩバス以外の各種のバス、例えば、Ｉ^２Ｃバス等に対応するインターフェース回路であってもよい。Ｉ^２Ｃは、Inter-Integrated Circuitの略である。

【0066】

制御回路２５０は、図示しない外部装置からＣＴＬ端子に所定のパターンの信号が入力された場合に、物理量検出回路２００の動作モードを故障診断モードに移行させる。あるいは、制御回路２５０は、インターフェース回路２７０が外部装置から故障診断モードへの移行を要求するコマンドを受けた場合に、物理量検出回路２００の動作モードを故障診断モードに移行させてもよい。前述の通り、制御回路２５０は、各モードに応じてスイッチ回路２１６，２１７，２２５がそれぞれ導通状態又は非導通状態になるように制御する。例えば、物理量センサー１が車両に搭載される場合、外部装置は、車両のエンジン始動後の静止中に、物理量検出回路２００の動作モードを故障診断モードに移行させてもよい。また、制御回路２５０は、物理量センサー１の動作モードを起動モードから故障診断モードに自動的に切り替えてもよいし、故障診断モードから物理量検出モードに自動的に切り替えてもよい。

【0067】

図１３は、物理量検出回路２００の動作の手順の一例を示すフローチャート図である。

【0068】

図１３の例では、工程Ｓ１０において電源が投入されると、工程Ｓ２０において、物理量検出回路２００は起動処理を行う。具体的には、制御回路２５０が物理量検出回路２００の動作モードを起動モードに初期化することによって起動回路２１４が動作し、起動回路２１４から出力される発振信号に基づいて、物理量検出素子１００の駆動部１００ａが振動を開始する。そして、物理量検出素子１００の駆動部１００ａの発振が安定した後、起動回路２１４が動作を停止する。例えば、物理量検出回路２００は、電源投入後、駆動部１００ａが安定的に発振するまでに必要な時間よりも長い所定時間が経過するまで起動処理を行ってもよいし、Ｉ／Ｖ変換回路２１１の出力電圧又はＡＧＣ回路２１２の出力電圧が所定値を超えるまで起動処理を行ってもよい。

【0069】

次に、工程Ｓ３０において、物理量検出回路２００は故障診断処理を行う。例えば、起動処理が終了すると、自動的に、制御回路２５０が動作モードを故障診断モードに移行させ、物理量検出回路２００が故障診断処理を行ってもよい。あるいは、ＣＴＬ端子に所定のパターンの信号が入力されることにより、制御回路２５０が動作モードを故障診断モードに移行させ、物理量検出回路２００が故障診断処理を行ってもよい。あるいは、インターフェース回路２７０が故障診断モードへの移行を要求するコマンドを受けることにより、制御回路２５０が動作モードを故障診断モードに移行させ、物理量検出回路２００が故障診断処理を行ってもよい。このように、物理量検出回路２００は、電源投入時の初期状態、すなわち起動処理の終了後において、故障診断モードに設定される。工程Ｓ３０の故障診断処理の詳細な手順については後述する。

【0070】

次に、工程Ｓ４０において、物理量検出回路２００は物理量検出処理を行う。具体的には、駆動回路２１０が、駆動信号ＤＳを生成して物理量検出素子１００の駆動部１００ａに出力し、検出信号生成回路２２０が、物理量検出素子１００の検出部１００ｂから出力される信号に基づいて物理量検出信号を生成し、生成した物理量検出信号を、ＶＯ端子を介して外部装置に出力する。例えば、故障診断処理が終了すると、自動的に、制御回路２５０が動作モードを物理量検出モードに移行させ、物理量検出回路２００が物理量検出処理を行ってもよい。あるいは、インターフェース回路２７０が物理量検出モードへの移行を要求するコマンドを受けることにより、制御回路２５０が動作モードを物理量検出モードに移行させ、物理量検出回路２００が物理量検出処理を行ってもよい。

【0071】

次に、工程Ｓ４０の物理量検出処理が行われているときに、工程Ｓ５０において外部装置から故障診断を要求された場合、物理量検出回路２００は、再び、工程Ｓ３０の故障診断処理を行い、故障診断処理の終了後、工程Ｓ４０の物理量検出処理に戻る。

【0072】

そして、物理量検出回路２００は、工程Ｓ６０において電源が遮断されるまで、適宜、工程Ｓ３０～工程Ｓ５０の処理を繰り返す。

【0073】

図１４は、図１３の工程Ｓ３０の故障診断処理の手順の一例を示すフローチャート図である。

【0074】

図１４の例では、まず、工程Ｓ３１において、パルス信号発生回路２１５がパルス信号ＰＬＳを生成する。

【0075】

次に、工程Ｓ３２において、駆動回路２１０が、駆動信号ＤＳ及びパルス信号ＰＬＳを含む信号を生成して物理量検出素子１００の駆動部１００ａに出力する。

【0076】

次に、工程Ｓ３３において、検出信号生成回路２２０が、物理量検出素子１００の検出部１００ｂから出力される信号に基づいて離調周波数Δｆを検出して離調周波数検出信号を生成する。

【0077】

次に、工程Ｓ３４において、故障診断回路２４０が、工程Ｓ３３で生成された離調周波数検出信号に基づいて故障診断を行う。

【0078】

最後に、工程Ｓ３５において、故障診断回路２４０が、故障診断の結果を示す故障診断結果信号を外部装置に出力する。

【0079】

以上に説明したように、第１実施形態の物理量センサー１では、故障診断モードにおいて、物理量検出回路２００の駆動回路２１０は、物理量検出素子１００の駆動部１００ａの振動を励起する駆動信号ＤＳとともに様々な周波数の信号成分を含むパルス信号ＰＬＳを駆動部１００ａに出力するので、検出部１００ｂに離調周波数Δｆの振動が励起される。そのため、検出部１００ｂから出力される信号には離調周波数Δｆの信号成分が含まれている。そして、物理量検出素子１００の検出感度は離調周波数Δｆに応じて変化するので、故障診断モードにおいて、物理量検出回路２００の検出信号生成回路２２０が離調周波数Δｆを検出して離調周波数検出信号を生成し、物理量検出回路２００の故障診断回路２４０が離調周波数検出信号に基づいて検出感度が異常となる故障を診断することができる。また、第１実施形態の物理量センサー１では、故障診断モードにおいて、物理量検出モードにおいて駆動信号ＤＳが印加される物理量検出素子１００の電極を、故障診断モードにおいて駆動信号ＤＳ及びパルス信号ＰＬＳが印加される電極と兼用することができるので、物理量検出素子１００に検出感度を検出するための専用電極を設ける必要もない。したがって、第１実施形態の物理量センサー１によれば、物理量検出素子１００を大型化させることなく検出感度が異常となる故障を診断することができる。

【0080】

また、第１実施形態の物理量センサー１によれば、パルス信号ＰＬＳの振幅を駆動信号ＤＳの振幅よりも大きくすることにより、故障診断モードにおいて検出部１００ｂに離調周波数Δｆの振動が励起されやすくなるので、故障診断回路２４０が誤った診断を行うおそれが低減される。

【0081】

また、第１実施形態の物理量センサー１によれば、物理量検出回路２００は、電源投入時の初期状態において故障診断モードに設定されることにより、物理量検出モードに設定される前に故障診断を行うので、外部装置は、故障診断の結果に基づいてＶＯ端子から出力される物理量検出信号の信頼性を判断することができる。

【0082】

２．第２実施形態
以下、第２実施形態の物理量センサー１について、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して第１実施形態と重複する説明を省略し、主として第１実施形態と異なる内容について説明する。

【0083】

第１実施形態の物理量センサー１では、物理量検出回路２００の駆動回路２１０は、故障診断モードにおいて、物理量検出素子１００の駆動部１００ａにパルス信号ＰＬＳを出力する期間は駆動信号ＤＳを出力しないため、この期間において駆動部１００ａの振動の振幅が大きく減衰し、その結果、検出部１００ｂの正常な振動が妨げられるおそれがある。そこで、第２実施形態では、故障診断モードにおいて、駆動回路２１０が駆動部１００ａに駆動信号ＤＳを出力しない期間を第１実施形態よりも短くする。これにより、駆動部１００ａの振動の減衰量が小さくなり、検出部１００ｂの正常な振動が妨げられるおそれを低減させる。

【0084】

第２実施形態の物理量センサー１では、物理量検出素子１００の構成は、図２と同様であるため、その図示及び説明を省略する。また、物理量検出回路２００の構成は図１と同様であるため、その図示及び説明を省略する。ただし、第２実施形態では、パルス信号発生回路２１５は、第１実施形態と同様、周期的に繰り返される矩形状のパルス信号ＰＬＳを出力するが、パルス信号ＰＬＳの波形が第１実施形態と異なる。

【0085】

図１５は、第２実施形態においてパルス信号発生回路２１５から出力される信号の一例を示す図である。図１５において、横軸は時間であり、縦軸は振幅である。図１５に示すように、第２実施形態でも、第１実施形態と同様、パルス信号発生回路２１５は、周期的に繰り返されるハイパルスのパルス信号ＰＬＳを発生させる。したがって、パルス信号発生回路２１５から出力される信号は、パルス信号ＰＬＳの周期の逆数である基本周波数の信号成分及びその高調波信号成分を含んでいる。パルス信号ＰＬＳの周期は駆動信号ＤＳの周期よりも十分に長く、パルス信号発生回路２１５から出力される信号は、様々な周波数の信号成分を有している。したがって、第１実施形態と同様、パルス信号ＰＬＳは、検出部１００ｂに離調周波数Δｆの振動を励起する信号である。

【0086】

このパルス信号ＰＬＳは、スイッチ回路２１７を介して加算器２１８に入力され、駆動信号ＤＳと加算され、加算器２１８から出力される信号は、ＤＳ端子を介して物理量検出素子１００の駆動電極１１３に印加される。

【0087】

図１６に、加算器２１８から出力される信号の一例を示す。図１６において、横軸は時間であり、縦軸は振幅である。図１６に示すように、加算器２１８から出力される信号は、パルス信号ＰＬＳを含み、さらにパルス信号ＰＬＳが発生していない期間において駆動信号ＤＳを含む。すなわち、第２実施形態でも、故障診断モードでは、スイッチ回路２１７は常に導通状態であり、スイッチ回路２１６は、パルス信号ＰＬＳが発生する期間は非導通状態であり、パルス信号ＰＬＳが発生しない期間は導通状態である。したがって、第２実施形態でも、故障診断モードにおいて、駆動回路２１０は、駆動部１００ａにパルス信号ＰＬＳを出力しない期間に駆動信号ＤＳを出力し、駆動部１００ａにパルス信号ＰＬＳを出力する期間は駆動信号ＤＳを出力しない。また、図１６に示すように、第２実施形態でも、パルス信号ＰＬＳの振幅は、駆動信号ＤＳの振幅よりも大きい。

【0088】

一方、図１５に示すように、第２実施形態におけるパルス信号ＰＬＳは、図９に示した第１実施形態におけるパルス信号ＰＬＳと比較して、周期は同じであるが時間幅が短い。そのため、図１６に示すように、第２実施形態では、故障診断モードにおいて、物理量検出素子１００の駆動部１００ａに駆動信号ＤＳが出力されない期間が第１実施形態よりも短い。パルス信号ＰＬＳの時間幅は、駆動部１００ａへの駆動信号ＤＳの出力を停止してからの駆動部１００ａの振動の振幅の減衰量が許容範囲に収まるように決定される。

【0089】

図１７に、駆動部１００ａへの駆動信号ＤＳの出力を停止してからＩ／Ｖ変換回路２１１の出力信号の振幅が減衰する様子を示す。図１７の例では、時刻ｔ１において、駆動部１００ａへの駆動信号ＤＳの出力が停止し、時刻ｔ１から時間Ｔ２が経過した時刻ｔ３において、Ｉ／Ｖ変換回路２１１の出力信号の振幅が半分に減衰している。すなわち、駆動部１００ａへの駆動信号ＤＳの出力が停止してから時間Ｔ２が経過すると、駆動部１００ａの振動の振幅が半分に減衰している。経験則上、駆動部１００ａの振動の振幅が最大値の半分に減衰しても検出部１００ｂが正常に振動することがわかっている。そこで、時刻ｔ１と時刻ｔ３との間の時刻ｔ２に対して、パルス信号ＰＬＳの時間幅は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間Ｔ１に決定される。すなわち、パルス信号ＰＬＳの時間幅は、駆動信号ＤＳの駆動部１００ａへの出力を停止してから駆動部１００ａの振動の振幅が半分に減衰するまでの時間Ｔ２よりも短い。例えば、物理量検出素子１００がＱ値の高い水晶を材料とする振動片を有する場合、時間Ｔ２は１００ミリ秒程度であるので、パルス信号ＰＬＳの時間幅は、１００ミリ秒以下であることが好ましい。

【0090】

第２実施形態の物理量センサー１のその他の構成は、第１実施形態の物理量センサー１と同様であるため、その説明を省略する。

【0091】

以上に説明した第２実施形態の物理量センサー１によれば、第１実施形態の物理量センサー１と同様の効果が得られる。さらに、第２実施形態の物理量センサー１によれば、故障診断モードにおいて、駆動回路２１０が物理量検出素子１００の駆動部１００ａにパルス信号ＰＬＳを出力する期間は駆動信号ＤＳを出力しなくても、駆動部１００ａの振動の振幅が半分に減衰する前に駆動信号ＤＳの出力が再開するので、物理量検出素子１００の検出部１００ｂの正常な振動が妨げられるおそれが低減され、故障診断回路２４０は精度を低下させることなく故障診断を行うことができる。

【0092】

３．第３実施形態
以下、第３実施形態の物理量センサー１について、第１実施形態又は第２実施形態と同様の構成には同じ符号を付して第１実施形態又は第２実施形態と重複する説明を省略し、主として第１実施形態及び第２実施形態と異なる内容について説明する。

【0093】

第１実施形態の物理量センサー１では、物理量検出回路２００の駆動回路２１０は、故障診断モードにおいて、物理量検出素子１００の駆動部１００ａにパルス信号ＰＬＳを出力する期間は駆動信号ＤＳを出力しないため、この期間において駆動部１００ａの振動の振幅が大きく減衰し、その結果、検出部１００ｂの正常な振動が妨げられるおそれがある。また、第２実施形態では、故障診断モードにおいて駆動回路２１０が駆動部１００ａにパルス信号ＰＬＳを出力する期間、すなわち、駆動信号ＤＳを出力しない期間を短くしているが、検出部１００ｂの正常な振動が妨げられるおそれがゼロではない。そこで、第３実施形態では、故障診断モードにおいて、駆動回路２１０が駆動部１００ａに駆動信号ＤＳを出力しない期間が生じないようにする。これにより、駆動部１００ａの振動が減衰することなく、確実に検出部１００ｂの正常な振動が得られる。

【0094】

第３実施形態の物理量センサー１では、物理量検出素子１００の構成は、図２と同様であるため、その図示及び説明を省略する。図１８は、第３実施形態の物理量センサー１の構成例を示す図である。図１８に示すように、第３実施形態の物理量センサー１は、物理量検出回路２００において、駆動回路２１０にスイッチ回路２１６がない点が図１と異なり、その他の構成は図１と同様である。

【0095】

第３実施形態では、スイッチ回路２１６がないので、故障診断モードにおいても、ＡＧＣ回路２１２から出力される駆動信号ＤＳは、ＤＳ端子を介して物理量検出素子１００の駆動電極１１３に印加され、物理量検出素子１００の駆動部１００ａが安定した振動を継続する。すなわち、第３実施形態では、駆動回路２１０は、駆動部１００ａにパルス信号ＰＬＳを出力しない期間及びパルス信号ＰＬＳを出力する期間の両方において駆動信号ＤＳを出力する。

【0096】

第３実施形態では、パルス信号発生回路２１５は、第１実施形態と同様、周期的に繰り返される矩形状のパルス信号ＰＬＳを出力する。すなわち、第３実施形態でも、第１実施形態と同様、パルス信号発生回路２１５は、周期的に繰り返されるハイパルスのパルス信号ＰＬＳを発生させる。パルス信号ＰＬＳは、例えば、図９又は図１５と同様であるため、その図示及び説明を省略する。

【0097】

図１９は、第３実施形態において加算器２１８から出力される信号の一例を示す図である。図１９において、横軸は時間であり、縦軸は振幅である。図１９に示すように、第３実施形態でも、パルス信号ＰＬＳの振幅は、駆動信号ＤＳの振幅よりも大きい。さらに、第３実施形態では、図１９に示すように、加算器２１８から出力される信号は、パルス信号ＰＬＳを含み、さらにパルス信号ＰＬＳが発生する期間とパルス信号ＰＬＳが発生しない期間の両方において駆動信号ＤＳを含む。すなわち、第３実施形態では、故障診断モードにおいて、物理量検出素子１００の駆動部１００ａに駆動信号ＤＳが出力されない期間が存在しない。

【0098】

なお、図１９には、パルス信号ＰＬＳが図１５と同様である場合の例を示したが、パルス信号ＰＬＳは図９と同様であってもよい。すなわち、第３実施形態では、パルス信号ＰＬＳの時間幅は任意の値に決定することができる。

【0099】

第３実施形態の物理量センサー１のその他の構成は、第１実施形態又は第２実施形態の物理量センサー１と同様であるため、その説明を省略する。

【0100】

以上に説明した第３実施形態の物理量センサー１によれば、第１実施形態の物理量センサー１と同様の効果が得られる。さらに、第３実施形態の物理量センサー１によれば、故障診断モードにおいて、物理量検出素子１００の駆動部１００ａに駆動信号ＤＳが出力されない期間が存在しないので、駆動部１００ａの振動が減衰することなく、その結果、物理量検出素子１００の検出部１００ｂが正常な振動を維持することができ、故障診断回路２４０が誤った診断を行うおそれが低減される。

【0101】

４．変形例
上記の各実施形態では、パルス信号ＰＬＳはハイパルスであるが、ローパルスであってもよい。

【0102】

また、上記の各実施形態では、物理量センサー１として、角速度を検出する物理量検出素子１００を含む角速度センサーを例に挙げたが、物理量検出素子１００が検出する物理量は、角速度に限らず、角加速度、加速度、速度、力などであってもよい。

【0103】

また、物理量検出素子１００の振動片は、ダブルＴ型でなくてもよく、例えば、平面形状がＨ型であってもよいし、音叉型やくし歯型であってもよいし、三角柱、四角柱、円柱状等の形状の音片型であってもよい。

【0104】

また、物理量検出素子１００の振動片の材料としては、水晶（ＳｉＯ₂）の代わりに、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）等の圧電単結晶やジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックスなどの圧電性材料を用いてもよい。

【0105】

また、上記の各実施形態では、物理量センサー１として、１つの物理量検出素子１００を備えた１軸センサーを例に挙げたが、物理量センサー１は、複数の物理量検出素子１００を備えた多軸センサーであってもよい。例えば、物理量センサー１は、互いに異なる３軸周りの角速度を検出する３つの物理量検出素子を備えた３軸ジャイロセンサーであってもよいし、角速度を検出する物理量検出素子と、加速度を検出する物理量検出素子とを備えた複合センサーであってもよい。

【0106】

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

【0107】

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成、例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【0108】

上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。

【0109】

物理量検出回路の一態様は、
駆動部と検出部とを有する物理量検出素子に接続される物理量検出回路であって、
物理量検出モードにおいて前記駆動部の振動を励起する第１の信号を前記駆動部に出力し、故障診断モードにおいて前記第１の信号及び前記検出部に前記検出部の共振周波数と前記駆動部の共振周波数との差の周波数である離調周波数の振動を励起する第２の信号を含む信号を前記駆動部に出力する駆動回路と、
前記物理量検出モードにおいて前記検出部から出力される信号に基づいて物理量検出信号を生成し、前記故障診断モードにおいて前記検出部から出力される信号に基づいて前記離調周波数を検出して離調周波数検出信号を生成する検出信号生成回路と、
前記故障診断モードにおいて前記離調周波数検出信号に基づいて故障診断を行う故障診断回路と、を備える。

【0110】

この物理量検出回路では、故障診断モードにおいて、駆動回路は、物理量検出素子の駆動部の振動を励起する第１の信号とともに物理量検出素子の検出部に離調周波数の振動を励起する第２の信号を駆動部に出力するので、検出部に離調周波数の振動が励起される。そのため、検出部から出力される信号には離調周波数の信号成分が含まれている。そして、物理量検出素子の検出感度は離調周波数に応じて変化するので、故障診断モードにおいて、検出信号生成回路が離調周波数を検出して離調周波数検出信号を生成し、故障診断回路が離調周波数検出信号に基づいて検出感度が異常となる故障を診断することができる。また、この物理量検出回路では、故障診断モードにおいて、物理量検出モードにおいて第１の信号が印加される物理量検出素子の電極を、故障診断モードにおいて第１の信号及び第２の信号が印加される電極と兼用することができるので、物理量検出素子に検出感度を検出するための専用電極を設ける必要もない。したがって、この物理量検出回路によれば、物理量検出素子を大型化させることなく検出感度が異常となる故障を診断することができる。

【0111】

前記物理量検出回路の一態様において、
前記検出信号生成回路は、前記故障診断モードにおいて、前記検出部から出力される信号に基づく信号に対して離散的フーリエ変換を行って前記離調周波数を検出してもよい。

【0112】

前記物理量検出回路の一態様において、
前記第２の信号は、周期的に繰り返される矩形状のパルス信号であってもよい。

【0113】

この物理量検出回路によれば、周期的に繰り返される矩形状のパルス信号である第２の信号は、様々な周波数の信号成分を含むので、故障診断モードにおいて、駆動回路が駆動部に第２の信号を出力することにより、検出部に離調周波数の振動を励起することができる。

【0114】

前記物理量検出回路の一態様において、
前記パルス信号の時間幅は、前記第１の信号の前記駆動部への出力を停止してから前記駆動部の振動の振幅が半分に減衰するまでの時間よりも短くてもよい。

【0115】

この物理量検出回路によれば、故障診断モードにおいて、例えば、駆動回路が駆動部にパルス信号を出力する期間は第１の信号を出力しなくても、駆動部の振動の振幅が半分に減衰する前に第１の信号の出力が再開するので、検出部の正常な振動が妨げられるおそれが低減され、故障診断回路は精度を低下させることなく故障診断を行うことができる。

【0116】

前記物理量検出回路の一態様において、
前記物理量検出素子は、水晶を材料とする振動片を有し、
前記パルス信号の時間幅は、１００ミリ秒以下であってもよい。

【0117】

この物理量検出回路によれば、故障診断モードにおいて、例えば、駆動部にパルス信号を出力する期間は第１の信号を出力しなくても、駆動部の振動の振幅が大きく減衰する前に第１の信号の出力が再開するので、検出部の正常な振動が妨げられるおそれが低減され、故障診断回路は精度を低下させることなく故障診断を行うことができる。

【0118】

前記物理量検出回路の一態様において、
前記駆動回路は、前記駆動部に前記パルス信号を出力しない期間に前記第１の信号を出力し、前記駆動部に前記パルス信号を出力する期間は前記第１の信号を出力しなくてもよい。

【0119】

前記物理量検出回路の一態様において、
前記駆動回路は、前記駆動部に前記パルス信号を出力しない期間及び前記パルス信号を出力する期間の両方において前記第１の信号を出力してもよい。

【0120】

この物理量検出回路によれば、故障診断モードにおいて、物理量検出素子の駆動部に第１の信号が出力されない期間が存在しないので、駆動部の振動が減衰することなく、その結果、物理量検出素子の検出部が正常な振動を維持することができ、故障診断回路が誤った診断を行うおそれが低減される。

【0121】

前記物理量検出回路の一態様において、
前記パルス信号の振幅は、前記第１の信号の振幅よりも大きくてもよい。

【0122】

この物理量検出回路によれば、パルス信号の振幅が相対的に大きく、その結果、故障診断モードにおいて検出部に離調周波数の振動が励起されやすくなるので、故障診断回路が誤った診断を行うおそれが低減される。

【0123】

前記物理量検出回路の一態様は、
電源投入時の初期状態において、前記故障診断モードに設定されてもよい。

【0124】

この物理量検出回路によれば、物理量検出モードに設定される前に故障診断が行われるので、外部装置は、故障診断の結果に基づいて物理量検出信号の信頼性を判断することができる。

【0125】

物理量センサーの一態様は、
前記物理量検出回路の一態様と、
前記物理量検出素子と、
を備える。

【符号の説明】

【0126】

１…物理量センサー、１００…物理量検出素子、１００ａ…駆動部、１００ｂ…検出部、１０１ａ，１０１ｂ…駆動振動腕、１０２…検出振動腕、１０３…錘部、１０４ａ，１０４ｂ…駆動用基部、１０５ａ，１０５ｂ…連結腕、１０６…錘部、１０７…検出用基部、１１２，１１３…駆動電極、１１４，１１５…検出電極、１１６…共通電極、２００…物理量検出回路、２１０…駆動回路、２１１…Ｉ／Ｖ変換回路、２１２…ＡＧＣ回路、２１３…比較器、２１４…起動回路、２１５…パルス信号発生回路、２１６…スイッチ回路、２１７…スイッチ回路、２２０…検出信号生成回路、２２１Ｐ，２２１Ｎ…Ｑ／Ｖ変換回路、２２２…差動アンプ、２２３…ハイパスフィルター、２２４…ＡＣアンプ、２２５…スイッチ回路、２２６…同期検波回路、２２７…感度調整アンプ、２２８…スイッチトキャパシターフィルター、２２９…レシオメトリックアンプ、２３０…ＤＦＴ回路、２３１…離調周波数検出回路、２４０…故障診断回路、２５０…制御回路、２６０…記憶部、２７０…インターフェース回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】