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公開番号2025052693
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-07
出願番号2023161535
出願日2023-09-25
発明の名称ジャイロセンサ
出願人パナソニックIPマネジメント株式会社
代理人弁理士法人北斗特許事務所
主分類G01C 19/5726 20120101AFI20250328BHJP(測定;試験)
要約【課題】本開示は、テスト信号を用いた故障診断の精度を向上させることを目的とする。
【解決手段】ジャイロセンサ1は、振動子10と、複数の電極2と、制御部U1と、を備える。制御部U1は、駆動回路31と、変換回路41と、第1復調回路42と、検出処理回路33と、第2復調回路51と、クワドラチャフィードバック回路53と、テスト信号生成部34と、複数の診断回路6と、を有する。複数の診断回路6は、制御部U1の故障診断の結果を表す故障診断信号を、テスト信号T1に基づいて生成する。テスト信号T1は、駆動信号D1と同位相の第1信号と、駆動信号D1と位相が90度異なる第2信号と、が周期的に切り替わる信号である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
振動子と、
駆動電極、検出電極及びクワドラチャ補正電極を含み、前記振動子と対向するように配置されており、前記振動子との間に静電容量を形成する複数の電極と、
前記駆動電極、前記検出電極及び前記クワドラチャ補正電極に接続されている制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記駆動電極に駆動信号を出力し、前記振動子の駆動振動を誘起する駆動回路と、
前記検出電極から出力される検出信号を変換する変換回路と、
前記変換回路の後段に接続されており、前記変換回路で変換された前記検出信号のうち前記駆動信号と同位相の信号成分を復調した復調検出信号を生成する第１復調回路と、
前記第１復調回路の後段に接続されており、前記振動子の角速度を表す角速度信号を、前記復調検出信号に基づいて生成する検出処理回路と、
前記変換回路と前記第１復調回路との間の電路に接続された入力端子を有し、前記変換回路で変換された前記検出信号のうち前記駆動信号と位相が９０度異なる信号成分を復調したクワドラチャ信号を生成する第２復調回路と、
前記第２復調回路と前記クワドラチャ補正電極との間に挿入されており、前記クワドラチャ信号に基づいて前記クワドラチャ補正電極に印加する電圧を生成するクワドラチャフィードバック回路と、
前記検出電極と前記変換回路との間の電路に接続された出力端子を有し、故障診断用のテスト信号を前記出力端子を介して前記検出信号に加算し、前記変換回路に出力するテスト信号生成部と、
前記制御部の故障診断の結果を表す故障診断信号を、前記テスト信号に基づいて生成する複数の診断回路と、を有し、
前記複数の診断回路は、
前記第１復調回路と前記検出処理回路との間の電路に接続された入力端子を有する第１診断回路と、
前記第２復調回路と前記クワドラチャフィードバック回路との間の電路に接続された入力端子を有する第２診断回路と、を含み、
前記テスト信号は、前記駆動信号と同位相の第１信号と、前記駆動信号と位相が９０度異なる第２信号と、が周期的に切り替わる信号である、
ジャイロセンサ。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記複数の電極は、検出制御電極を更に含み、
前記制御部は、
前記第１復調回路と前記検出制御電極との間に挿入されており、前記復調検出信号に基づいて前記検出制御電極に印加する電圧を生成する検出フィードバック回路を更に有し、
前記複数の診断回路は、前記検出フィードバック回路と前記検出制御電極との間の電路に接続された入力端子を有する第３診断回路を含み、
前記第１信号が現れる周期の逆数である切替周波数は、前記振動子と前記変換回路と前記第１復調回路と前記検出フィードバック回路とを含む検出ループ回路の応答範囲外の周波数である、
請求項１に記載のジャイロセンサ。
【請求項３】
前記テスト信号は、前記第１信号と、前記第２信号と、前記駆動信号と位相が１８０度異なる第３信号と、前記駆動信号と位相が２７０度異なる第４信号と、が周期的に切り替わる信号である、
請求項１に記載のジャイロセンサ。
【請求項４】
前記テスト信号は、前記第１信号から前記第２信号に、前記第２信号から前記第３信号に、前記第３信号から前記第４信号に、前記第４信号から前記第１信号に切り替わることを繰り返す信号である、
請求項３に記載のジャイロセンサ。
【請求項５】
前記テスト信号は、前記駆動信号の位相を周期的に切り替えた信号である、
請求項１に記載のジャイロセンサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は一般にジャイロセンサに関し、より詳細には、テスト信号を用いて故障診断を行うジャイロセンサに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のセンシングデバイス（ジャイロセンサ）は、角速度を検出する。センシングデバイスは、ＭＥＭＳジャイロスコープ（振動子）と、レート・フィードバック・ループ（検出フィードバック回路）と、直交フィードバックループと、テスト信号生成器と、を含む。ＭＥＭＳジャイロスコープは、レート・フィードバック・ループ及び直交フィードバックループに結合されている。テスト信号生成器は、テスト信号を生成する。テスト信号はレート・フィードバック・ループ内に注入され、その後ＭＥＭＳジャイロスコープにフィードバックされ、その後最終的に直交フィードバックループから検出される。これにより、センシングデバイスは、システム全体をモニタリングできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０１４／２５０９７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、テスト信号を用いた故障診断の精度を向上させることができるジャイロセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係るジャイロセンサは、振動子と、複数の電極と、制御部と、を備える。前記複数の電極は、駆動電極、検出電極及びクワドラチャ補正電極を含む。前記複数の電極は、前記振動子と対向するように配置されており、前記振動子との間に静電容量を形成する。前記制御部は、前記駆動電極、前記検出電極及び前記クワドラチャ補正電極に接続されている。前記制御部は、駆動回路と、変換回路と、第１復調回路と、検出処理回路と、第２復調回路と、クワドラチャフィードバック回路と、テスト信号生成部と、複数の診断回路と、を有する。前記駆動回路は、前記駆動電極に駆動信号を出力し、前記振動子の駆動振動を誘起する。前記変換回路は、前記検出電極から出力される検出信号を変換する。前記第１復調回路は、前記変換回路の後段に接続されており、前記変換回路で変換された前記検出信号のうち前記駆動信号と同位相の信号成分を復調した復調検出信号を生成する。前記検出処理回路は、前記第１復調回路の後段に接続されており、前記振動子の角速度を表す角速度信号を、前記復調検出信号に基づいて生成する。前記第２復調回路は、前記変換回路と前記第１復調回路との間の電路に接続された入力端子を有し、前記変換回路で変換された前記検出信号のうち前記駆動信号と位相が９０度異なる信号成分を復調したクワドラチャ信号を生成する。前記クワドラチャフィードバック回路は、前記第２復調回路と前記クワドラチャ補正電極との間に挿入されており、前記クワドラチャ信号に基づいて前記クワドラチャ補正電極に印加する電圧を生成する。前記テスト信号生成部は、前記検出電極と前記変換回路との間の電路に接続された出力端子を有し、故障診断用のテスト信号を前記出力端子を介して前記検出信号に加算し、前記変換回路に出力する。前記複数の診断回路は、前記制御部の故障診断の結果を表す故障診断信号を、前記テスト信号に基づいて生成する。前記複数の診断回路は、第１診断回路と、第２診断回路と、を含む。前記第１診断回路は、前記第１復調回路と前記検出処理回路との間の電路に接続された入力端子を有する。前記第２診断回路は、前記第２復調回路と前記クワドラチャフィードバック回路との間の電路に接続された入力端子を有する。前記テスト信号は、前記駆動信号と同位相の第１信号と、前記駆動信号と位相が９０度異なる第２信号と、が周期的に切り替わる信号である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示には、テスト信号を用いた故障診断の精度を向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、一実施形態に係るジャイロセンサの回路構成を示すブロック図である。
図２は、同上のジャイロセンサの信号波形図である。
図３は、同上のジャイロセンサのテスト信号生成部の要部の回路構成を示すブロック図である。
図４は、同上のジャイロセンサの信号の周波数分布図である。
図５は、第１変形例に係るジャイロセンサのテスト信号生成部の回路構成を示すブロック図である。
図６は、第２変形例に係るジャイロセンサの信号波形図である。
図７は、同上のジャイロセンサのテスト信号生成部の要部の回路構成を示すブロック図である。
図８は、第３変形例に係る信号波形図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（実施形態）
以下、実施形態に係る静電容量式のジャイロセンサ１について、図面を用いて説明する。ただし、下記の実施形態は、本開示の様々な実施形態の１つに過ぎない。下記の実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。また、下記の実施形態において説明する各図は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさ及び厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
【０００９】
本開示において、或る対象に「電圧を印加する」とは、上記或る対象と、基準電位に維持された構成（例えば、グランド）との間に電圧を印加することを意味する。
【００１０】
本開示で言う「端子」は、他の部材との電気的な接続が可能な部材であればよい。「端子」は、電線を接続するためのコネクタ等の部材であってもよいし、ワイヤ、プリント配線、又は半導体内の金属配線等の導体の一部であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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