DE212013000103U1

DE212013000103U1 - Trägheitskraftsensor

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Publication number: DE212013000103U1
Application number: DE212013000103.7U
Authority: DE
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2023-04-19
Also published as: JPWO2013157264A1; JP6186598B2; CN204154738U; WO2013157264A1; US20150059430A1

Abstract

Trägheitskraftsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen einer einwirkenden Trägheitskraft, umfassend:
einen ersten fixierten Teil
einen ersten Balken mit einem Ende und einem anderen Ende, wobei das eine Ende des ersten Balkens mit dem ersten fixierten Teil verbunden ist,
einen ersten Senker, der mit dem anderen Ende des ersten Balkens verbunden ist, wobei der erste Senker aufgrund der Trägheitskraft versetzt werden kann, um eine Verformung des ersten Balkens zu verursachen,
einen ersten leitenden Teil, der an dem ersten Senker vorgesehen ist,
einen ersten dehnungsempfindlichen Widerstand, der an dem ersten Balken vorgesehen ist, um eine Verformung des ersten Balkens zu erfassen,
eine erste Fehlerdiagnose-Elektrode, die an dem ersten fixierten Teil vorgesehen ist,
eine zweite Fehlerdiagnose-Elektrode, die an dem ersten fixierten Teil vorgesehen ist,
eine erste Fehlerdiagnose-Verdrahtung zum Verbinden der ersten Fehlerdiagnose-Elektrode mit dem ersten leitenden Teil über den ersten Balken, und
eine zweite Fehlerdiagnose-Verdrahtung zum Verbinden der zweiten Fehlerdiagnose-Elektrode mit dem ersten leitenden Teil über den ersten Balken.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Trägheitskraftsensor zum Erfassen einer Trägheitskraft wie etwa einer Beschleunigung und einer Winkelgeschwindigkeit, der zum Beispiel in Fahrzeugen und tragbaren Endgeräten verwendet wird.
Stand der Technik
19 ist eine Draufsicht auf einen herkömmlichen Trägheitskraftsensor 501. Der Trägheitskraftsensor 501 ist ein Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung. Ein Rahmen 1 enthält fixierte Teile 1a bis 1d, die miteinander verbunden sind, um eine Ringform um einen hohlen Bereich 2 herum zu bilden. Balken 3 bis 6, deren eine Enden mit dem Rahmen 1 verbunden sind, erstrecken sich zu dem hohlen Bereich 2. Ein Senker 7 erstreckt sich schräg von einem anderen Ende des Balkens 3. Ein Senker 8 erstreckt sich schräg von einem anderen Ende des Balkens 5. Ein Senker 9 ist mit einem anderen Ende des Balkens 4 verbunden. Ein Senker 10a ist mit einem anderen Ende des Balkens 6 verbunden. Dehnungsempfindliche Widerstände 11 sind an einer oberen Fläche des Balkens 3 vorgesehen. Dehnungsempfindliche Widerstände 13 sind an einer oberen Fläche des Balkens 5 vorgesehen. Dehnungsempfindliche Widerstände 12 sind an einer oberen Fläche des Balkens 4 vorgesehen. Dehnungsempfindliche Widerstände 14 sind an einer oberen Fläche des Balkens 6 vorgesehen. Die dehnungsempfindlichen Widerstände 11 bis 14 sind elektrisch miteinander über Verdrahtungen verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden.
In dem herkömmlichen Trägheitskraftsensor 501 werden die Senker 7 bis 10 in vertikalen Richtungen in Reaktion auf eine einwirkende Beschleunigung versetzt. Die Versetzungen der Senker ändern die Widerstände der dehnungsempfindlichen Widerstände 11 bis 14. Die Beschleunigung wird auf der Basis einer Signalausgabe aus der Brückenschaltung aufgrund der Änderung der Widerstände erfasst.
Ein herkömmlicher Trägheitskraftsensor, der dem Trägheitskraftsensor 501 ähnlich ist, wird zum Beispiel in der PTL 1 angegeben.
20 ist eine Schnittansicht eines anderen herkömmlichen Trägheitskraftsensors 502. Der Trägheitskraftsensor 502 ist ein Beschleunigungssensor zum Erfassen einer Beschleunigung. Der Trägheitskraftsensor 502 enthält einen fixierten Teil 201 und ein Gegensubstrat 208, das an einer oberen Fläche des fixierten Teils 201 vorgesehen ist. Der fixierte Teil 201 umfasst einen Außenrahmenteil 203, einen Senker 202 und einen verformbaren Teil 204, dessen eines Ende mit dem Außenrahmenteil 203 verbunden ist und dessen anderes Ende mit dem Senker 202 verbunden ist. Das Gegensubstrat 208 ist mit dem Außenrahmenteil 203 verbunden und ist dem Senker 202 zugewandt. Der Trägheitskraftsensor 502 umfasst eine Selbstdiagnoseelektrode 207, die an einer oberen Fläche des Senkers 202 ausgebildet ist und eine Gegenelektrode 206, die an einer unteren Fläche des Gegensubstrats 208 vorgesehen ist. Die Gegenelektrode 206 ist der Selbstdiagnoseelektrode 207 mit einem vorbestimmten Luftspalt zwischen der Gegenelektrode 206 und der Selbstdiagnoseelektrode 207 zugewandt.
Wenn eine Spannung Vd zwischen der Selbstdiagnoseelektrode 207 und der Gegenelektrode 206 angelegt wird, um eine elektrostatische Kraft Fd auf den Senker 202 auszuüben, kann der Senker 202 versetzt werden, so als ob eine Beschleunigung auf den Senker 202 einwirken würde. Dadurch kann bestimmt werden, ob der Trägheitskraftsensor 502 normal funktioniert oder nicht.
Ein herkömmlicher Trägheitskraftsensor, der dem Trägheitskraftsensor 502 ähnlich ist, wird zum Beispiel in der PTL 2 angegeben.
Referenzliste
Patentliteratur

PTL 1: Offengelegtes japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 2007-85800
PTL 2: Offengelegtes japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnummer 5-322925

Zusammenfassung
Ein Trägheitskraftsensor umfasst einen fixierten Teil, einen Balken, der mit dem fixierten Teil verbunden ist, einen Senker, der mit einem anderen Ende des Balkens verbunden ist und durch eine Trägheitskraft versetzt werden kann, um eine Verformung des Balkens zu veranlassen, einen leitenden Teil, der an dem Senker vorgesehen ist, einen dehnungsempfindlichen Widerstand, der an dem Balken vorgesehen ist, um eine Verformung des ersten Balkens zu erfassen, erste und zweite Fehlerdiagnose-Elektroden, die an dem fixierten Teil vorgesehen sind, eine erste Fehlerdiagnose-Verdrahtung, die die erste Fehlerdiagnose-Elektrode mit dem leitenden Teil über den Balken verbindet, und eine zweite Fehlerdiagnose-Verdrahtung, die die zweite Fehlerdiagnose-Elektrode mit dem leitenden Teil über den Balken verbindet.
Der Trägheitskraftsensor fährt nicht fort, ein falsches Ausgabesignal auszugeben, wenn ein Riss in dem Senker auftritt, sodass er also eine große Zuverlässigkeit bietet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht auf einen Trägheitskraftsensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform 1.
2 ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor gemäß der Ausführungsform 1.
3 ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor gemäß der Ausführungsform 1.
4A ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor gemäß der Ausführungsform 1.
4B ist eine schematische Ansicht einer Erfassungsschaltung des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 1.
4C ist eine schematische Ansicht der Erfassungsschaltung des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 1.
4D ist eine schematische Ansicht der Erfassungsschaltung des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 1.
5 ist ein Schaltungsdiagramm des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 1.
6 zeigt eine Ausgangsspannung einer Fehlerdiagnoseschaltung des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 1.
7 ist eine Draufsicht auf einen Trägheitskraftsensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform 2.
8 ist ein Schaltungsdiagramm des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 2.
9 ist eine Draufsicht auf einen Trägheitskraftsensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform 3.
10 ist eine Schnittansicht des Trägheitskraftsensors entlang der Linie 10-10 von 9.
11A ist eine schematische Ansicht des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 3.
11B ist eine schematische Ansicht des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 3.
12 ist ein Schaltungsdiagramm des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 3.
13 ist eine Draufsicht auf ein Vergleichsbeispiel eines Trägheitskraftsensors.
14 ist eine Draufsicht auf einen Trägheitskraftsensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform 4.
15 ist eine Schnittansicht des Trägheitskraftsensors entlang der Linie 15-15 von 14.
16A ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor gemäß der Ausführungsform 4.
16B ist ein Schaltungsdiagramm des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 4.
16C ist ein Schaltungsdiagramm des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 4.
16D ist ein Schaltungsdiagramm des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 4.
17A ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor gemäß der Ausführungsform 4 und zeigt eine Operation des Trägheitskraftsensors.
17B ist ein Schaltungsdiagramm des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 4 und zeigt eine Operation des Trägheitskraftsensors.
17C ist ein Schaltungsdiagramm des Trägheitskraftsensors gemäß der Ausführungsform 4 und zeigt eine Operation des Trägheitskraftsensors.
17D ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor gemäß der Ausführungsform 4 und zeigt eine Operation des Trägheitskraftsensors.
17E ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor gemäß der Ausführungsform 4 und zeigt eine Operation des Trägheitskraftsensors.
18 ist eine Draufsicht auf einen anderen Trägheitskraftsensor gemäß einer Ausführungsform 4.
19 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Trägheitskraftsensors.
20 ist eine Schnittansicht eines anderen herkömmlichen Trägheitskraftsensors.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsform 1
1 ist eine Draufsicht auf einen Trägheitskraftsensor 1001 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform 1. Der Trägheitskraftsensor 1001 ist ein Beschleunigungssensor zum Erfassen einer einwirkenden Beschleunigung, d. h. einer Trägheitskraft. Der Trägheitskraftsensor 1001 umfasst einen Rahmen 20, Balken 23a bis 26a und 23b bis 26b, die mit dem Rahmen 20 verbunden sind, und Senker 27 bis 30, die mit dem Balken 23a bis 26a und 23b bis 26b verbunden und mit dem Rahmen 20 über die Balken 23a bis 26a und 23b bis 26b gekoppelt sind. Der Rahmen 20 enthält fixierte Teile 21a bis 21d, die miteinander verbunden sind, um eine rechteckige Ringform um den hohlen Bereich 2 herum zu bilden. Die fixierten Teile 21a und 21b sind einander zugewandte Seiten der rechteckigen Ringform des Rahmens 20, während die fixierten Teile 21c und 21d die anderen einander zugewandten Seiten der rechteckigen Ringform des Rahmens 20 sind. Die Balken 23a bis 26a und 23b bis 26b erstrecken sich von dem Rahmen 20 zu dem hohlen Bereich 22. Ein Ende jedes der Balken 23a und 23b ist mit dem fixierten Teil 21a des Rahmens 20 verbunden. Ein Ende jedes der Balken 24a und 24b ist mit dem fixierten Teil 21b des Rahmens 20 verbunden. Ein Ende jedes der Balken 25a und 25b ist mit dem fixierten Teil 21c des Rahmens 20 verbunden. Ein Ende jedes der Balken 26a und 26b ist mit dem fixierten Teil 21d des Rahmens 20 verbunden.
Der Senker 27 ist mit einem anderen Ende jedes der Balken 23a und 23b verbunden. Der Senker 28 ist mit einem anderen Ende jedes der Balken 24a und 24b verbunden. Der Senker 29 ist mit einem anderen Ende jedes der Balken 25a und 25b verbunden. Der Senker 30 ist mit einem anderen Ende jedes der Balken 26a und 26b verbunden. Der Senker 27 wird aufgrund einer einwirkenden Beschleunigung, d. h. einer Trägheitskraft, verschoben und veranlasst dadurch eine Verformung der Balken 23a und 23b. Der Senker 28 wird aufgrund der Beschleunigung verschoben und veranlasst eine Verformung der Balken 24a und 24b. Der Senker 29 wird aufgrund der Beschleunigung verschoben und veranlasst eine Verformung der Balken 25a und 25b. Der Senker 30 wird aufgrund der Beschleunigung verschoben und veranlasst eine Verformung der Balken 26a und 26b. Dehnungsempfindliche Widerstände 31a und 31b sind jeweils an oberen Flächen der Balken 23a und 23b vorgesehen. Dehnungsempfindliche Widerstände 33a und 33b sind jeweils an oberen Flächen der Balken 25a und 25b vorgesehen. Dehnungsempfindliche Widerstände 32a und 32b sind jeweils an oberen Flächen der Balken 24a und 24b vorgesehen.
Dehnungsempfindliche Widerstände 34a und 34b sind jeweils an oberen Flächen der Balken 26a und 26b vorgesehen. Die Balken 23a und 23b erstrecken sich in der Richtung einer X-Achse. Der Senker 27 ist in einer negativen Richtung der X-Achse von dem fixierten Teil 21a angeordnet, während der Senker 28 in einer positiven Richtung der X-Achse von dem fixierten Teil 21b angeordnet ist. Die Balken 25a und 25b erstrecken sich in der Richtung der Y-Achse senkrecht zu der X-Achse. Der Senker 29 ist in einer negativen Richtung der Y-Achse von dem fixierten Teil 21c angeordnet, während der Senker 30 in einer positiven Richtung der Y-Achse von dem fixierten Teil 21d angeordnet ist.
Der Senker 27 ist dem Senker 28 zugewandt, und der Senker 29 ist dem Senker 30 zugewandt. Leitende Teile 27a, 28a, 29a und 30a sind jeweils an den Senkern 27, 28, 29 und 30 vorgesehen.
In dieser Konfiguration wird der Senker 27 durch die Balken 23a und 23b nur von einer Richtung (der negativen Richtung der X-Achse) gehalten. Der Senker 28 wird durch die Balken 24a und 24b nur von einer Richtung (der positiven Richtung der X-Achse) gehalten. Der Senker 29 wird durch die Balken 25a und 25b nur von einer Richtung (der negativen Richtung der Y-Achse) gehalten. Der Senker 30 wird durch die Balken 26a und 26b nur von einer Richtung (der positiven Richtung der Y-Achse) gehalten. Diese Konfiguration verhindert einen Übergang der Balken 23a bis 26a und 23b bis 26b zu anderen Wölbungsmodi aufgrund der Verschiebung der Senker 27 bis 30, wodurch eine Variation der Empfindlichkeit des Trägheitskraftsensors 1001 und eine Veränderung der Empfindlichkeit über die Zeit unterdrückt werden.
Eine Stromversorgungselektrode 35 zum Anlegen einer Spannung, Ausgangselektroden 36 und 37 und eine GND-Elektrode 38 für eine Erdung sind an jedem der fixierten Teile 21a bis 21d vorgesehen. Die Stromversorgungselektrode 35, die Ausgangselektroden 36 und 37 und die GND-Elektrode 38 für eine Erdung sind elektrisch mit den dehnungsempfindlichen Widerständen 31a bis 34a und 31b bis 34b über Verdrahtungen 41 verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden.
Eine Fehlerdiagnose-Elektrode 39 zum Anlegen einer Spannung für eine Fehlerdiagnose und ein Paar von Fehlerdiagnose-Elektroden 40a und 40b sind an jedem der fixierten Teile 21a bis 21d vorgesehen.
2 und 3 sind vergrößerte Draufsichten auf den Trägheitskraftsensor 1001 und zeigen jeweils einen Umfangsteil des fixierten Teils 21a und einen Umfangsteil des fixierten Teils 21b. In dem Umfangsteil des fixierten Teils 21a von 2 erstreckt sich eine Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c von der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21a und verzweigt zu Verzweigungsleitungen 148c und 248c. Die Verzweigungsleitungen 148c und 248c sind mit einem leitenden Teil 27a jeweils über obere Flächen der Balken 23a und 23b verbunden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21a ist also mit dem leitenden Teil 27a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c verbunden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 40a an dem fixierten Teil 21a über die obere Fläche des Balkens 23a, um mit dem leitenden Teil 27a verbunden zu werden. Die an dem fixierten Teil 21a vorgesehene Fehlerdiagnose-Elektrode 40a ist also mit dem leitenden Teil 27a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a verbunden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 40b an dem fixierten Teil 21a über die obere Fläche des Balkens 23b, um mit dem leitenden Teil 27a verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b an dem fixierten Teil 21a ist also mit dem leitenden Teil 27a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b verbunden. In dem Umfangsteil des fixierten Teils 21b von 3 erstreckt sich eine Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c von der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21b und verzweigt in die Verzweigungsleitungen 148c und 248c. Die Verzweigungsleitungen 148c und 248c sind mit dem leitenden Teil 28a jeweils über die oberen Flächen der Balken 24a und 24b verbunden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21b ist also mit dem leitenden Teil 28a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c verbunden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 40a an dem fixierten Teil 21b über die obere Fläche des Balkens 24a, um mit dem leitenden Teil 28a verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a an dem fixierten Teil 21b ist also mit dem leitenden Teil 28a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a verbunden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 40b an dem fixierten Teil 21b über die obere Fläche des Balkens 24b, um mit dem leitenden Teil 28a verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b an dem fixierten Teil 21b ist also mit dem leitenden Teil 28a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b verbunden.
Ähnlich wie bei den Umfangsteilen der fixierten Teile 21a und 21b erstreckt sich in dem Umfangsteil des fixierten Teils 21c eine Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c von der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21c und verzweigt zu den Verzweigungsleitungen 148c und 248c. Die Verzweigungsleitungen 148c und 248c sind mit dem leitenden Teil 29a jeweils über die oberen Flächen der Balken 25a und 25b verbunden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21c ist also mit dem leitenden Teil 29a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c verbunden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 40a an dem fixierten Teil 21c über die obere Fläche des Balkens 25a, um mit dem leitenden Teil 29a verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a an dem fixierten Teil 21c ist also mit dem leitenden Teil 29a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a verbunden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 40b an dem fixierten Teil 21c über die obere Fläche des Balkens 25b, um mit dem leitenden Teil 29a verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b an dem fixierten Teil 21c ist also mit dem leitenden Teil 29a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b verbunden. In dem Umfangsteil des fixierten Teils 21d erstreckt sich die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c von der Fehlerdiagnose-Verdrahtung 39 an dem fixierten Teil 21d und verzweigt in die Verzweigungsleitungen 148c und 248c. Die Verzweigungsleitungen 148c und 248c erstrecken sich jeweils über die oberen Flächen der Balken 26a und 26b, um mit dem leitenden Teil 30a verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21d ist also mit dem leitenden Teil 30a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c verbunden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 40a an dem fixierten Teil 21d über die obere Fläche des Balkens 26a, um mit dem leitenden Teil 30a verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a an dem fixierten Teil 21d ist also mit dem leitenden Teil 30a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a verbunden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 40b an dem fixierten Teil 21d über die obere Fläche des Balkens 26b, um mit dem leitenden Teil 30a verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b an dem fixierten Teil 21d ist also mit dem leitenden Teil 30a über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b verbunden.
4A ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor 1001. Dehnungsempfindliche Widerstände 31a und 31b an den Balken 23a und 23b bilden jeweils die Widerstände R2 und R4. Dehnungsempfindliche Widerstände 32a und 32b an den Balken 24a und 24b bilden jeweils die Widerstände R1 und R3. Dehnungsempfindliche Widerstände 33a und 33b an den Balken 25a und 25b bilden jeweils die Widerstände R7 und R5. Dehnungsempfindliche Widerstände 34a und 34b an den Balken 26a und 26b bilden jeweils die Widerstände R8 und R6. Dehnungsempfindliche Widerstände 49a und 49b an dem Rahmen 20 bilden jeweils die Widerstände R9 und R10.
4B ist eine schematische Ansicht einer Erfassungsschaltung des Trägheitskraftsensors 1001 zum Erfassen einer Beschleunigung in der Richtung der X-Achse. Wie in 4B gezeigt, sind die Widerstände R1, R2, R3 und R4 verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Eine Spannung wird zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Knoten Vdd und GND angelegt, während eine Spannung zwischen einem anderen Paar von Knoten Vx1 und Vx2 erfasst wird, um die Beschleunigung in der Richtung der X-Achse zu erfassen.
4C ist eine schematische Ansicht einer Erfassungsschaltung des Trägheitskraftsensors 1001 zum Erfassen einer Beschleunigung in der Richtung der Y-Achse. Wie in 4C gezeigt, sind die Widerstände R5, R6, R7 und R8 verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Eine Spannung wird zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Knoten Vdd und GND angelegt, während eine Spannung zwischen einem anderen Paar von Knoten Vy1 und Vy2 erfasst wird, um die Beschleunigung in der Richtung der Y-Achse zu erfassen.
4D ist eine schematische Ansicht einer Erfassungsschaltung des Trägheitskraftsensors 1001 zum Erfassen einer Beschleunigung in der Richtung der Z-Achse senkrecht zu der X-Achse und der Y-Achse. Wie in 4D gezeigt, sind die Widerstände R5, R10, R8 und R9 verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Eine Spannung wird zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Knoten Vdd und GND angelegt, während eine Spannung zwischen einem anderen Paar von Knoten Vz1 und Vz2 erfasst wird, um die Beschleunigung in der Richtung der Z-Achse zu erfassen.
Nach einer langen Nutzungszeit kann der herkömmliche Trägheitskraftsensor 501 von 19 einen Riss in den Basen der Senker 7 bis 10 aufweisen. Ein derartiger Riss kann die Versetzung in der vertikalen Richtung der Senker 7 bis 10 verändern und eine Fluktuation der Widerstände der dehnungsempfindlichen Widerstände 11 bis 14 verursachen. Deshalb gibt das von der Brückenschaltung, die aus den dehnungsempfindlichen Widerstände 11 bis 14 besteht, ausgegebene Signal unter Umständen nicht die Beschleunigung wieder, wodurch eine genaue Erfassung der Beschleunigung verhindert wird.
Wenn in dem Trägheitskraftsensor 1001 gemäß der Ausführungsform eine übermäßige Beschleunigung wiederholt während einer langzeitigen Nutzung des Trägheitskraftsensors 1001 einwirkt, vergrößern sich die Verschiebungsgrößen der Senker 27 bis 30 wiederholt. Dadurch kann eine Ermüdung der Balken 23a bis 26a und 32b bis 26b verursacht werden, wodurch Risse in den Balken verursacht werden können. Der Trägheitskraftsensor 1001 gemäß der Ausführungsform 1 kann einen Fehler erfassen, bei dem ein Riss in einem der Balken 23a bis 26a und 23b bis 26b erzeugt wird.
5 ist ein Schaltungsdiagramm einer Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 des Trägheitskraftsensors 1001 zum Erfassen des Fehlers. Eine Eingangsspannung VF für eine Fehlerdiagnose, die durch den Verstärker 42 der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 verstärkt wurde, wird an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21a angelegt und in einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss 44 des Vergleichers 43 eingegeben. Die an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 angelegte Eingangsspannung VF wird an einem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c (Verzweigungsleitung 148c), den leitenden Teil 27a, die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a und die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a angelegt. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a ist konfiguriert, um mit einem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 verbunden zu werden und über den Erdungswiderstand R45 geerdet zu werden.
Entsprechend wird die Eingangsspannung VF für eine Fehlerdiagnose, die durch den Verstärker 42 einer anderen Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 verstärkt wurde, an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21a angelegt und in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss 44 des Vergleichers 43 eingegeben. Die an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 angelegte Eingangsspannung VF wird an dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c (Verzweigungsleitung 248c), den leitenden Teil 27a, die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b und die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b angelegt. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b ist konfiguriert, um mit dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 verbunden zu werden und über den Erdungswiderstand R45 geerdet zu werden.
Entsprechend wird die Eingangsspannung VF für eine Fehlerdiagnose, die durch den Verstärker 42 einer weiteren Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 verstärkt wurde, an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21b angelegt und in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss 44 des Vergleichers 43 eingegeben. Die an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 angelegte Eingangsspannung VF wird an dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c (Verzweigungsleitung 148c), den leitenden Teil 28a, die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a und die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a angelegt. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a ist derart konfiguriert, dass sie mit dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 gekoppelt ist und über den Erdungswiderstand F45 geerdet ist.
Entsprechend wird die Eingangsspannung VF für eine Fehlerdiagnose, die durch den Verstärker 42 einer weiteren Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 verstärkt wurde, an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21b angelegt und in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss 44 des Vergleichers 43 eingegeben. Die an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 angelegte Eingangsspannung VF wird an dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c (Verzweigungsleitung 248c), den leitenden Teil 28a, die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b und die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b angelegt. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b ist konfiguriert, um mit dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 verbunden zu werden und über den Erdungswiderstand R45 geerdet zu werden.
Entsprechend wird die Eingangsspannung VF für eine Fehlerdiagnose, die durch den Verstärker 42 einer weiteren Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 verstärkt wurde, an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21c angelegt und in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss 44 des Vergleichers 43 eingegeben. Die an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 angelegte Eingangsspannung VF wird an dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c (Verzweigungsleitung 148c), den leitenden Teil 29a, die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a und die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a angelegt. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a ist konfiguriert, um mit dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 verbunden zu werden und über den Erdungswiderstand R45 geerdet zu werden.
Entsprechend wird die Eingangsspannung VF für eine Fehlerdiagnose, die durch den Verstärker 42 einer weiteren Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 verstärkt wurde, an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21c angelegt und in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss 44 des Vergleichers 43 eingegeben. Die an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 angelegte Eingangsspannung VF wird an dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c (Verzweigungsleitung 248c), den leitenden Teil 29a, die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b und die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b angelegt. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b ist konfiguriert, um mit dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 verbunden zu werden und über den Erdungswiderstand R45 geerdet zu werden.
Entsprechend wird die Eingangsspannung VF für eine Fehlerdiagnose, die durch den Verstärker 42 einer weiteren Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 verstärkt wurde, an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21d angelegt und in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss 44 des Vergleichers 43 eingegeben. Die an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 angelegte Eingangsspannung VF wird an dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c (Verzweigungsleitung 148c), den leitenden Teil 30a, die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48a und die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a angelegt. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40a ist konfiguriert, um mit dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 verbunden zu werden und über den Erdungswiderstand R45 geerdet zu werden.
Entsprechend wird die Eingangsspannung VF für eine Fehlerdiagnose, die durch den Verstärker 42 einer weiteren Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 verstärkt wurde, an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 an dem fixierten Teil 21d angelegt und in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss 44 des Vergleichers 43 eingegeben. Die an der Fehlerdiagnose-Elektrode 39 angelegte Eingangsspannung VF wird an dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48c (Verzweigungsleitung 248c), den leitenden Teil 30a, die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 48b und die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b angelegt. Die Fehlerdiagnose-Elektrode 40b ist konfiguriert, um mit dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 verbunden zu werden und über den Erdungswiderstand R45 geerdet zu werden.
6 zeigt die Ausgangsspannung Vout des Vergleichers 43 der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002, die mit den Fehlerdiagnose-Elektroden 39 und 40a an dem fixierten Teil 21a des Trägheitskraftsensors 1001 verbunden ist. In 6 gibt die vertikale Achse die Ausgangsspannung Vout des Vergleichers 43 wieder und gibt die horizontale Achse die Zeit wieder. Wie in 6 gezeigt, tritt bis zum Zeitpunkt tp1 kein Riss in dem Balken 23a auf, sodass der Trägheitskraftsensor 1001 eine Beschleunigung normal erfassen kann. Weil während einer normalen Nutzung die Spannung VF an den beiden Fehlerdiagnose-Elektroden 39 und 40a angelegt wird, gibt der Vergleicher 43 eine Spannung von 0 V aus. Wenn zum Zeitpunkt tp1 ein Riss in dem Balken 23a auftritt, wird wenigstens eine der Fehlerdiagnose-Verdrahtungen 48a und 48c (Verzweigungsleitungen 148c) getrennt und geöffnet. Dann wird die Spannung VF in den nicht-invertierenden Eingangsanschluss 44 des Vergleichers 43 eingegeben, während der invertierende Eingangsanschluss 45 über den Erdungswiderstand R45 geerdet wird, sodass eine Spannung von 0 V angelegt wird und der Vergleicher 43 die Ausgangsspannung VF ausgibt. In der Ausführungsform 1 ist die Spannung VF gleich 12,5 V. Die Ausgangsspannung Vout der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002, die mit den Fehlerdiagnose-Elektroden 39 und 40a an dem fixierten Teil 21a verbunden ist, gestattet also die Erfassung eines Risses in dem Balken 23a. Entsprechend gestattet die Ausgangsspannung Vout der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002, die mit den Fehlerdiagnose-Elektroden 39 und 40b an dem fixierten Teil 21a verbunden ist, die Erfassung eines Risses in dem Balken 23b.
Entsprechend gestattet die Ausgangsspannung Vout der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002, die mit den Fehlerdiagnose-Elektroden 39 und 40a an dem fixierten Teil 21b verbunden ist, die Erfassung eines Risses in dem Balken 24a. Entsprechend gestattet die Ausgangsspannung Vout der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002, die mit den Fehlerdiagnose-Elektroden 39 und 40b an dem fixierten Teil 21b verbunden ist, die Erfassung eines Risses in dem Balken 24b.
Entsprechend gestattet die Ausgangsspannung Vout der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002, die mit den Fehlerdiagnose-Elektroden 39 und 40a an dem fixierten Teil 21c verbunden ist, die Erfassung eines Risses in dem Balken 25a. Entsprechend gestattet die Ausgangsspannung Vout der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002, die mit den Fehlerdiagnose-Elektroden 39 und 40b an dem fixierten Teil 21c verbunden ist, die Erfassung eines Risses in dem Balken 24b.
Entsprechend gestattet die Ausgangsspannung Vout der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002, die mit den Fehlerdiagnose-Elektroden 39 und 40a an dem fixierten Teil 21d verbunden ist, die Erfassung eines Risses in dem Balken 26a. Entsprechend gestattet die Ausgangsspannung Vout der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002, die mit den Fehlerdiagnose-Elektroden 39 und 40b an dem fixierten Teil 21d verbunden ist, die Erfassung eines Risses in dem Balken 26b.
Beispielhafte Ausführungsform 2
7 ist eine Draufsicht auf einen Trägheitskraftsensor 2001 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform 2. Der Trägheitskraftsensor 2001 ist ein Beschleunigungssensor zum Erfassen einer einwirkenden Beschleunigung, d. h. Trägheitskraft. In 7 werden identische Komponenten wie in dem Trägheitskraftsensor 1001 gemäß der Ausführungsform 1 von 1 durch gleiche Bezugszeichen angegeben.
Der Trägheitskraftsensor 2001 umfasst Fehlerdiagnose-Elektroden 51 und 52, die nur an dem fixierten Teil 21a vorgesehen sind, anstelle der vier Fehlerdiagnose-Elektroden 39, der vier Fehlerdiagnose-Elektroden 40a und der vier Fehlerdiagnose-Elektroden 40b des Trägheitskraftsensors 1001 gemäß der Ausführungsform 1 von 1. Es ist keine Fehlerdiagnose-Elektrode an den fixierten Teilen 21b bis 21c vorgesehen. Der Trägheitskraftsensor 2001 enthält leitende Teile 54a und 54b an einer oberen Fläche des Senkers 27 anstelle des leitenden Teils 27a, leitende Teile 55a und 55b an einer oberen Fläche des Senkers 28 anstelle des leitenden Teils 28a, leitende Teile 56a und 56b an einer oberen Fläche des Senkers 29 anstelle des leitenden Teils 29a und leitende Teile 57a und 57b an einer oberen Fläche des Senkers 30 anstelle des leitenden Teils 30a. Der Trägheitskraftsensor 2001 enthält mehrere Fehlerdiagnose-Verdrahtungen 53 anstelle der Fehlerdiagnose-Verdrahtungen 48a bis 48c. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtungen 53 erstrecken sich durch 57b über die Balken 23a bis 26a und 23b bis 26b, um elektrisch in Reihe von der Fehlerdiagnose-Elektrode 51 mit der Fehlerdiagnose-Elektrode 52 über die leitenden Teile 54a bis 57a und 54b verbunden zu werden.
Der Trägheitskraftsensor 2001 kann eine Beschleunigung in den Richtungen der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse ähnlich wie der Trägheitskraftsensor 1001 gemäß der Ausführungsform 1 erfassen.
8 ist ein Schaltungsdiagramm einer Fehlerdiagnose-Schaltung 2002 des Trägheitskraftsensors 2001. In 8 werden identische Komponenten wie in dem Trägheitskraftsensor 1002 von 5 durch gleiche Bezugszeichen angegeben. In der Fehlerdiagnose-Schaltung 2002 ist die Fehlerdiagnose-Elektrode 52 mit dem invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 verbunden. Die Eingangsspannung VF wird an der Fehlerdiagnose-Elektrode 51 und an den invertierenden Eingangsanschluss 45 des Vergleichers 43 über die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 53, die leitenden Teile 54a bis 57a und 54b bis 57b und die Fehlerdiagnose-Elektrode 52 angelegt. In der Fehlerdiagnose-Schaltung 2002 tritt ähnlich wie in der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 gemäß der Ausführungsform 1 von 6 bis zum Zeitpunkt tp1 kein Riss in einem der Balken 23a bis 26a und 23b bis 26b auf, sodass der Trägheitskraftsensor 2001 die Beschleunigung normal erfassen kann. Während der normalen Nutzung wird die Spannung VF an den beiden Fehlerdiagnose-Elektroden 51 und 52 angelegt, sodass der Vergleicher 43 eine Spannung von 0 V ausgibt. Wenn ein Riss in wenigstens einem der Balken 23a bis 26a und 23b bis 26b auftritt, wird die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 53 getrennt und geöffnet. Während dann die Spannung VF in den nichtinvertierenden Eingangsanschluss 44 des Vergleichers 43 eingegeben wird, wird der invertierende Eingangsanschluss 45 über den Erdungswiderstand R45 geerdet, sodass an ihm eine Spannung von 0 V angelegt wird, wodurch veranlasst wird, dass der Vergleicher 43 die Ausgangsspannung VF ausgibt. Gemäß der Ausführungsform 2 ist die Spannung VF gleich 12,5 V. Deshalb gestattet die Ausgangsspannung Vout der Fehlerdiagnose-Schaltung 1002 die Erfassung eines Risses in den Balken 23a bis 26a und 23b bis 26b.
Beispielhafte Ausführungsform 3
9 ist eine Draufsicht auf einen Trägheitskraftsensor 211 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform 3. 10 ist eine Schnittansicht des Trägheitskraftsensors 211 an der Linie 10-10 von 9. Der Trägheitskraftsensor 211 ist ein Beschleunigungssensor zum Erfassen einer einwirkenden Beschleunigung, d. h. einer Trägheitskraft.
Der Trägheitskraftsensor 211 enthält einen fixierten Teil 212, einen Senker 213, Balken 214a und 214b, deren eine Enden mit dem fixierten Teil 212 verbunden sind, ein Gegensubstrat 215, das mit dem fixierten Teil 212 verbunden ist, sodass das Gegensubstrat 215 dem Senker 213 zugewandt ist, eine Senkerversetzungs-Elektrode 216, die an einer oberen Fläche des Senkers 213 vorgesehen ist, eine Gegenelektrode 217, die an einer unteren Fläche des Gegensubstrats 215 vorgesehen ist, eine Fehlerdiagnose-Elektrode 218, die an dem fixierten Teil 212 vorgesehen ist, und eine Fehlerdiagnose-Verdrahtung 219 für eine elektrische Verbindung der Fehlerdiagnose-Elektrode 218 mit der Senkerversetzungs-Elektrode 216. Andere Enden der Balken 214a und 214b sind mit dem Senker 213 verbunden. Die untere Fläche des Gegensubstrats 215 ist der oberen Fläche des Senkers 213 zugewandt. Die Gegenelektrode 217 ist der Senkerversetzungs-Elektrode 216 zugewandt. Die Erfassungseinheit 214c ist an dem Balken 214a vorgesehen, während die Erfassungseinheit 214d an dem Balken 214b vorgesehen ist. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 219 erstreckt sich durch die Balken 214a und 214b, um mit der Fehlerdiagnose-Elektrode 218 verbunden zu werden, und ist mit der Senkerversetzungs-Elektrode 216 verbunden.
In dieser Konfiguration wird die Spannung Vd zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 216 und der Gegenelektrode 217 angelegt, um eine elektrostatische Kraft auf den Senker 213 auszuüben und den Senker 213 zu versetzen, so als ob eine Beschleunigung auf den Senker 213 einwirken würde. Dadurch wird eine Selbstdiagnosefunktion vorgesehen, mit der bestimmt wird, ob der Trägheitskraftsensor 211 normal betrieben wird oder nicht.
11A ist eine schematische Ansicht eines Trägheitskraftsensors 211, bei dem der Balken 214b nicht gebrochen ist, aber der Balken 214a gebrochen ist. 11B ist eine schematische Ansicht eines Trägheitskraftsensors 211, bei dem der Balken 214a nicht gebrochen ist, aber der Balken 214b gebrochen ist. Wenn wie in 11A gezeigt, der Balken 214a gebrochen ist, wird die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 219 an dem Balken 214a getrennt. Wenn wie in 11b gezeigt, der Balken 214b gebrochen ist, wird die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 219 an dem Balken 214b getrennt. Wenn also einer der Balken 214a und 214b gebrochen wird, wird die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 219 getrennt und wird die Fehlerdiagnose-Elektrode 218 elektrisch von der Senkerversetzungs-Elektrode 216 getrennt. Also auch wenn die Spannung Vd an der Fehlerdiagnose-Elektrode 218 angelegt wird, wird die Spannung Vd nicht zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 216 und der Gegenelektrode 217 angelegt und wird der Senker 213 nicht versetzt. Auf diese Weise kann bestimmt werden, dass sich der Trägheitskraftsensor 211 in einem fehlerhaften Zustand befindet.
Im Folgenden wird die Konfiguration des Trägheitskraftsensors 211 im Detail beschrieben.
Der fixierte Teil 212, der Senker 213, die Balken 214a und 214b und das Gegensubstrat 215 können zum Beispiel aus Silicium, geschmolzenem Quarz oder Aluminiumoxid ausgebildet sein. Vorzugsweise sind sie aus Siliciumoxid ausgebildet, um den Trägheitskraftsensor 211 mit einer kleinen Größe unter Verwendung einer Mikroverarbeitungstechnik vorzusehen.
Der fixierte Teil 212 kann an dem Gegensubstrat 215 zum Beispiel mittels eines Klebers, einer Metallverbindung, einer Umgebungstemperaturverbindung oder einer Anodenverbindung haften. Als Kleber kann zum Beispiel ein Epoxidharz oder Silikonharz verwendet werden. Ein Kleber aus Silikonharz kann die durch das Härten des Klebers erzeugten mechanischen Spannungen reduzieren.
Erfassungseinheiten 214c und 214d können zum Beispiel ein Dehnungswiderstandsverfahren oder ein Kapazitätsverfahren verwenden. Wenn piezoelektrische Widerstände als dehnungsempfindliche Widerstände für die Erfassungseinheiten 214c und 214d verwendet werden, kann die Empfindlichkeit des Trägheitskraftsensors 211 verbessert werden. Und wenn wie in dem Dehnungswiderstandsverfahren ein Dünnfilm-Widerstandsverfahren unter Verwendung eines dehnungsempfindlichen Oxidfilm-Widerstands für die Erfassungseinheiten 214c und 214d verwendet wird, können die Temperatureigenschaften des Trägheitskraftsensors 211 verbessert werden.
12 ist ein Schaltungsdiagramm eines Trägheitskraftsensors 211, wenn die Erfassungseinheiten 214c und 214d ein Dehnungswiderstandsverfahren verwenden. Der dehnungsempfindliche Widerstand R201 entspricht der Erfassungseinheit 214c. Der dehnungsempfindliche Widerstand R204 entspricht der Erfassungseinheit 214d. Dehnungsempfindliche Widerstände R202 und R203 sind als Bezugswiderstände an dem fixierten Teil 212 vorgesehen. Wie in 12 gezeigt, sind die dehnungsempfindlichen Widerstände R201, R202, R203 und R204 verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Eine Spannung wird zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Knoten Vdd und GND angelegt, während eine Spannung Vs zwischen einem anderen Paar von gegenüberliegenden Knoten V201 und V202 erfasst wird, um die auf den Trägheitskraftsensor 211 einwirkende Beschleunigung zu erfassen.
Im Folgenden wird die Selbstdiagnosefunktion des Trägheitskraftsensors 211 mit Bezug auf 10 bis 12 beschrieben. Um eine Selbstdiagnose durchzuführen, wird die Spannung Vd zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 216 und der Gegenelektrode 217 wie in 10 gezeigt angelegt. Gemäß der Ausführungsform 3 beträgt die Spannung Vd ungefähr 12 V. Es wird also eine elektrostatische Kraft zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 216 und der Gegenelektrode 217 erzeugt und der Senker 213 wird derart versetzt, dass das Gegensubstrat 215 den Senker 213 anzieht. Die Versetzung des Senkers 213 vermindert die Widerstände des dehnungsempfindlichen Widerstands R201 in Entsprechung zu der Erfassungseinheit 214c und des dehnungsempfindlichen Widerstands R204 in Entsprechung zu der Erfassungseinheit 214d. Dadurch wird die Ausgangsspannung Vs der Brückenschaltung erhöht und kann bestimmt werden, dass der Trägheitskraftsensor 211 normal betrieben wird.
13 ist eine Draufsicht auf den fixierten Teil 212 eines Vergleichsbeispiels des Trägheitskraftsensors 511. In 13 werden identische Komponenten wie in dem Trägheitskraftsensor 211 gemäß der Ausführungsform 3 von 9 durch gleiche Bezugszeichen angegeben. Der Trägheitskraftsensor 511 des Vergleichsbeispiels enthält eine Fehlerdiagnose-Verdrahtung 210 anstelle der Fehlerdiagnose-Verdrahtung 219 von 9. Ein Ende der Fehlerdiagnose-Verdrahtung 210 ist mit der Fehlerdiagnose-Elektrode 218 verbunden. Ein anderes Ende der Fehlerdiagnose-Verdrahtung 210 verzweigt sich in zwei Verzweigungsleitungen. Eine der Verzweigungsleitungen ist mit der Senkerversetzungs-Elektrode 216 über den Balken 214a verbunden, während die andere Verzweigungsleitung mit der Senkerversetzungs-Elektrode 216 über den Balken 214b verbunden ist. Auch wenn sich in dieser Konfiguration der Trägheitskraftsensor 511 in einem fehlerhaften Zustand befindet, in dem einer der Balken 214a zum Beispiel aufgrund eines Falls oder Stoßes gebrochen ist, wird die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 210 an dem Balken 214b nicht getrennt, weil der Balken 214b verbunden ist. Obwohl also der Balken 214a gebrochen ist, kann der Trägheitskraftsensor 511 den Fehler nicht mittels der Selbstdiagnosefunktion erfassen.
Wenn in dem Trägheitskraftsensor 211 gemäß der Ausführungsform 3 wie in 11A und 11B gezeigt einer der Balken 214a und 214b gebrochen ist, wird die Spannung Vd nicht zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 216 und der Gegenelektrode 217 angelegt. Deshalb wird der Senker 213 nicht versetzt und werden die Widerstände der dehnungsempfindlichen Widerstände R201 und R204 nicht geändert, sodass bestimmt werden kann, dass sich der Trägheitskraftsensor 211 in einem fehlerhaften Zustand befindet.
Beispielhafte Ausführungsform 4
14 ist eine Draufsicht auf einen Trägheitskraftsensor 221 gemäß der beispielhaften Ausführungsform 4. 15 ist eine Schnittansicht des Trägheitskraftsensors 221 an der Linie 15-15 von 14.
Der Trägheitskraftsensor 221 enthält einen fixierten Teil 222 mit einer Rahmenform, Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b, deren eine Enden mit dem fixierten Teil 222 verbunden sind, Senker 223a bis 223d, ein Gegensubstrat 225, das mit dem fixierten Teil 222 verbunden ist, sodass das Gegensubstrat 225 den oberen Flächen der Senker 223a bis 223d zugewandt ist, Senkerversetzungs-Elektroden 226a bis 226d, die jeweils an oberen Flächen der Senker 223a bis 223d vorgesehen sind, Gegenelektroden 227a bis 227d, die an einer unteren Fläche des Gegensubstrats 225 vorgesehen sind, Fehlerdiagnose-Elektroden 228a bis 228d, die an dem fixierten Teil 222 vorgesehen sind, und Fehlerdiagnose-Verdrahtungen 229a bis 229d, die die Fehlerdiagnose-Elektroden 228a bis 228d elektrisch jeweils mit Senkerversetzungs-Elektroden 226a bis 226d verbinden. Die unteren Flächen der Gegenelektroden 227a bis 227d sind jeweils den oberen Flächen der Senkerversetzungs-Elektroden 226a bis 226d zugewandt. Erfassungseinheiten 234c bis 237c und 234d bis 237d sind jeweils an den oberen Flächen der Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b vorgesehen. Fehlerdiagnose-Verdrahtungen 229a bis 229d sind jeweils mit Fehlerdiagnose-Elektroden 228a bis 228d verbunden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 229a erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 228a über die Balken 234a und 234b, um mit der Senkerversetzungs-Elektrode 226a verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 229b erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 228b über die Balken 235a und 235b, um mit der Senkerversetzungs-Elektrode 226b verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 229c erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 228c über die Balken 236a und 236b, um mit der Senkerversetzungs-Elektrode 226c verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 229d erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 228d über die Balken 237a und 237b, um mit der Senkerversetzungs-Elektrode 226d verbunden zu werden.
In dieser Konfiguration wird die Spannung Vd zwischen den Senkerversetzungs-Elektroden 226a bis 226d und den Gegenelektroden 227a bis 227d angelegt, um elektrostatische Kräfte auf die Senker 223a bis 223d auszuüben und die Senker 223a bis 223d zu versetzen, so als ob eine Beschleunigung auf die Senker 223a bis 223d einwirken würde. Dadurch wird eine Selbstdiagnosefunktion vorgesehen, um zu bestimmen, ob der Trägheitskraftsensor 211 normal betrieben wird oder nicht.
Im Folgenden wird die Konfiguration des Trägheitskraftsensors 221 im Detail beschrieben.
Der fixierte Teil 222 weist eine rechteckige Rahmenform mit einem hohlen Bereich 222a in der Mitte von oben gesehen auf. Der hohle Bereich 222a kann eine rechteckige Form oder eine kreisrunde Form aufweisen.
Wie in 14 gezeigt, weist die Außenkante des hohlen Bereichs 222a eine achteckige Form mit vier längeren Seiten 222b und vier kürzeren Seiten 222c, die alternierend angeordnet sind, auf. Die vier längeren Seiten 222b können vorzugsweise vier Eckteilen 222d des fixierten Teils 222 zugewandt sein. Diese Konfiguration gestattet, dass ein Klebebereich 222e zum klebenden Verbinden des Gegensubstrats 225 mit dem fixierten Teil 222 in einem Bereich zwischen jeder der vier längeren Seiten 222b und einem entsprechenden der Eckteile 222d angeordnet ist. Diese Konfiguration gestattet, dass die Fläche des Gegensubstrats 225 kleiner ist als die Fläche des fixierten Teils 222. Die kleine Fläche des Gegensubstrats 225 kann einen Endteil des fixierten Teils 222 von dem Gegensubstrat 225 freilegen und gestattet, dass die Fehlerdiagnose-Elektrode 228 an dem Endteil des fixierten Teils 222 vorgesehen und einfach mit einer Packung oder einem IC gekoppelt wird.
Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b sind vorzugsweise mit den vier kürzeren Seiten 222c des hohlen Bereichs 222a verbunden. Diese Konfiguration reduziert die Längen der Verdrahtungen zwischen den Fehlerdiagnoseelektroden 228a bis 228d und den Erfassungseinheiten 234c bis 237c und 234d bis 237d an dem Endteil des fixierten Teils 222, wodurch eine Mischung von unnötigen Geräuschen verhindert wird.
Beispiele für ein Verfahren zum haftenden Verbinden des fixierten Teils 222 mit dem Gegensubstrat 225 sind das haftende Verbinden mittels eines Klebers, einer Metallverbindung, einer Umgebungstemperaturverbindung und einer Anodenverbindung. Als Kleber kann zum Beispiel ein Epoxidharz oder Silikonharz verwendet werden. Wenn die Kleber während des Herstellungsprozesses für eine Aushärtung erhitzt werden, wird eine mechanische Spannung aufgrund der Aushärtung der Kleber und aufgrund einer Differenz in den Linearausdehnungskoeffizienten des fixierten Teils 222 und des Gegensubstrats 225 erzeugt, wobei diese mechanische Spannung in den Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b als eine Eigenspannung akkumuliert wird. Weil in dem Trägheitskraftsensor 221 gemäß der Ausführungsform 4 die Senker 223a bis 223d durch die Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b von nur einer Richtung gehalten werden, kann ein Übergang der Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b zu anderen Wölbungsmodi unterdrückt werden. Die Verwendung eines Silikonharzes als Kleber kann die durch das Aushärten des Klebers erzeugte mechanische Spannung reduzieren.
Wie in 14 gezeigt, erstrecken sich die Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b, deren eines Ende mit dem fixierten Teil 222 verbunden ist, zu dem hohlen Bereich 222a. Die Dicke jedes der Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b ist vorzugsweise kleiner als die Dicke des fixierten Teils 222 und kleiner als die Dicke jedes der Senker 223a bis 223d. Diese Konfiguration gestattet, dass sich die Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b einfach wölben, wodurch die Empfindlichkeit des Trägheitskraftsensors 221 für eine Beschleunigung vergrößert wird.
Der Senker 223a ist mit anderen Enden der Balken 234a und 234b verbunden. Der Senker 223b ist mit anderen Enden der Balken 235a und 235b verbunden. Der Senker 223c ist mit anderen Enden der Balken 236a und 236b verbunden. Der Senker 223d ist mit anderen Enden der Balken 237a und 237b verbunden. Jeder der Senker 223a bis 223d weist einen Vorsprung auf. Der Vorsprung des Senkers 223a ist dem Vorsprung des Senkers 223b zugewandt, während der Vorsprung des Senkers 223c dem Vorsprung des Senkers 223d zugewandt ist. Das heißt, dass die Vorsprünge der Senker 223a bis 223d vorzugsweise über die Mitte des hohlen Bereichs 222a hinweg einander zugewandt sind. In dieser Konfiguration sind die vier Senker 223a bis 223d eng nebeneinander angeordnet. Durch diese Anordnung werden die Gewichte der vier Senker 223a bis 223d erhöht, um die Empfindlichkeit des Trägheitskraftsensors 221 zu erhöhen und die Größe des Trägheitskraftsensors 221 zu verkleinern.
Der fixierte Teil 222, die Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b, die Senker 223a bis 223d und das Gegensubstrat 225 können zum Beispiel aus Silicium, geschmolzenem Quarz oder Aluminiumoxid ausgebildet sein. Sie sind vorzugsweise aus Silicium ausgebildet, um einen Trägheitskraftsensor 221 mit einer kleinen Größe unter Verwendung einer Mikroverarbeitungstechnik vorzusehen.
Die Erfassungseinheiten 234c bis 237c und 234d bis 237d können z. B. ein Dehnungswiderstandsverfahren oder ein Kapazitätsverfahren verwenden. Wenn piezoelektrische Widerstände für das Dehnungswiderstandsverfahren verwendet werden, kann die Empfindlichkeit des Trägheitskraftsensors 221 verbessert werden. Als Dehnungswiderstandsverfahren verbessert ein Dünnfilm-Widerstandsverfahren unter Verwendung von dehnungsempfindlichen Oxidfilm-Widerständen die Temperatureigenschaften des Trägheitskraftsensors 221.
16A ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor 221 und zeigt ein Verfahren zum Erfassen einer Beschleunigung. Dehnungsempfindliche Widerstände R203 und R201 sind als Erfassungseinheiten 234c und 234d jeweils an den oberen Flächen der Balken 234a und 234b vorgesehen. Dehnungsempfindliche Widerstände R204 und R202 sind als Erfassungseinheiten 235c und 235d jeweils an den oberen Flächen der Balken 235a und 235b vorgesehen. Dehnungsempfindliche Widerstände R205 und R207 sind als Erfassungseinheiten 236c und 236d jeweils an den oberen Flächen der Balken 236a und 236b vorgesehen. Dehnungsempfindliche Widerstände R206 und R208 sind als Erfassungseinheiten 237c und 237d jeweils an den oberen Flächen der Balken 237a und 237b vorgesehen. Dehnungsempfindliche Widerstände R209 und R210 sind an dem fixierten Teil 222 vorgesehen.
16B ist ein Schaltungsdiagramm einer X-Achsen-Erfassungsschaltung eines Trägheitskraftsensors 221 zum Erfassen einer Beschleunigung in einer Richtung der X-Achse. Dehnungsempfindliche Widerstände R201, R202, R203 und R204 sind verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Während eine Spannung zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Knoten Vdd und GND angelegt wird, wird eine Potentialdifferenz Vsx zwischen einem anderen Paar von Knoten VxP und VxM (eine Differenz, die durch das Subtrahieren einer Spannung an dem Knoten VxM von einer Spannung an dem Knoten VxP erhalten wird) erfasst, um die Beschleunigung in der Richtung der X-Achse zu erfassen.
16C ist ein Schaltungsdiagramm einer Y-Achsen-Erfassungsschaltung eines Trägheitskraftsensors 221 zum Erfassen einer Beschleunigung in einer Richtung der Y-Achse. Dehnungsempfindliche Widerstände R205, R206, R207 und R208 sind verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Während eine Spannung zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Knoten Vdd und GND angelegt wird, wird eine Potentialdifferenz Vsy zwischen einem anderen Paar von Knoten VyP und VyM (eine Differenz, die durch das Subtrahieren einer Spannung an dem Knoten VyM von einer Spannung an dem Knoten VyP erhalten wird) erfasst, um die Beschleunigung in der Richtung der Y-Achse zu erfassen.
16D ist ein Schaltungsdiagramm einer Z-Achsen-Erfassungsschaltung eines Trägheitskraftsensors 221 zum Erfassen einer Beschleunigung in einer Richtung der Z-Achse. Dehnungsempfindliche Widerstände R205, R210, R206 und R209 sind verbunden, um eine Brückenschaltung zu bilden. Während eine Spannung zwischen einem Paar von gegenüberliegenden Knoten Vdd und GND angelegt wird, wird eine Potentialdifferenz Vsz zwischen einem anderen Paar von Knoten VzP und VzM (eine Differenz, die durch das Subtrahieren einer Spannung an dem Knoten VzM von einer Spannung an dem Knoten VzP erhalten wird) erfasst, um die Beschleunigung in der Richtung der Z-Achse zu erfassen.
Im Folgenden wird eine Selbstdiagnosefunktion des Trägheitskraftsensors 221 gemäß der Ausführungsform 4 beschrieben. Der Trägheitskraftsensor 221 gemäß der Ausführungsform 4 führt eine Selbstdiagnose mit drei Spannungsanlegungsmustern 1 bis 3 durch.
17A ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor 221 und zeigt ein Spannungsanlegungsmuster 1. 17B und 17C sind Schaltungsdiagramme des Trägheitskraftsensors 221 zum Durchführen einer Selbstdiagnose mit dem Spannungsanlegungsmuster 1. In dem Spannungsanlegungsmuster 1 wird eine vorbestimmte Spannung Vd zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 226a an der oberen Fläche des Senkers 223a und der Gegenelektrode 227a angelegt, während die vorbestimmte Spannung Vd zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 226c an der oberen Fläche des Senkers 223c und der Gegenelektrode 227c angelegt wird. Es wird keine Spannung zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 226b an der oberen Fläche des Senkers 223b und der Gegenelektrode 227b angelegt, und es wird keine Spannung zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 226d an der oberen Fläche des Senkers 223d und der Gegenelektrode 227d angelegt. Dieses Muster erzeugt eine elektrostatische Kraft zum Versetzen der Senker 223a und 223c, sodass das Gegensubstrat 225 die Senker 223a und 223c anzieht, aber die Senker 223b und 223d nicht versetzt. Die Versetzung der Senker 223a und 223c vermindert die Widerstände der dehnungsempfindlichen Widerstände R201, R203, R205 und R207. Weil sich wie in 17B gezeigt in der Y-Achsen-Erfassungsschaltung die Spannung an dem Knoten VyM erhöht und die Spannung an dem Knoten VyP vermindert, weist die Potentialdifferenz Vsy zwischen den Knoten VyP und VyM (die Differenz, die durch das Subtrahieren der Spannung an dem Knoten VyM von der Spannung an dem Knoten VyP erhalten wird) einen negativen Wert auf. Weiterhin erhöht sich wie in 17C gezeigt in der Z-Achsenrichtung die Spannung an dem Knoten VzM und ändert sich die Spannung an dem Knoten VzP nicht. Deshalb weist die Potentialdifferenz Vsz zwischen den Knoten VzP und VzM (die Differenz, die durch das Subtrahieren der Spannung an dem Knoten VzM von der Spannung an dem Knoten VzP erhalten wird) einen negativen Wert auf. Wenn also die beiden Potentialdifferenzen Vxy und Vsx, die jeweils von der Y-Achsen-Erfassungsschaltung und der Z-Achsen-Erfassungsschaltung ausgegeben werden, negative Werte aufweisen, kann bestimmt werden, dass die Balken 234a, 234b und 236a, 236b nicht gebrochen sind und der Sensor normal betrieben wird.
17D ist eine Draufsicht auf den Trägheitskraftsensor 221 und zeigt ein Spannungsanlegungsmuster 2. In dem Spannungsanlegungsmuster 2 wird eine vorbestimmte Spannung Vd zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 226b an der oberen Fläche des Senkers 223b und der Gegenelektrode 227b angelegt, während eine vorbestimmte Spannung Vd zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 226d an der oberen Fläche des Senkers 223d und der Gegenelektrode 227d angelegt wird. Dabei wird keine Spannung zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 226a an der oberen Fläche des Senkers 223a und der Gegenelektrode 227a angelegt und wird die Spannung Vd nicht zwischen der Senkerversetzungs-Elektrode 226c an der oberen Fläche des Senkers 223c und der Gegenelektrode 227c angelegt. Dieses Muster erzeugt eine elektrostatische Kraft zum Versetzen der Senker 223b und 223d, sodass das Gegensubstrat 225 die Senker 223b und 223d anzieht, aber die Senker 223a und 223c nicht versetzt. Die Versetzung der Senker 223b und 223d vermindert die Widerstände der dehnungsempfindlichen Widerstände R202, R204, R206 und R208. Weil also in der Y-Achsen-Erfassungsschaltung von 16c die Spannung an dem Knoten VyM vermindert wird und die Spannung an dem Knoten VyP erhöht wird, weist die Potentialdifferenz Vsy zwischen den Knoten VyP und VyM (die Differenz, die durch das Subtrahieren der Spannung an dem Knoten VyM von der Spannung an dem Knoten VyP erhalten wird) einen positiven Wert auf. In der Z-Achsen-Erfassungsschaltung von 16D wird die Spannung an dem Knoten VzM nicht verändert und wird die Spannung an dem Knoten VzP vermindert. Deshalb weist die Potentialdifferenz Vsz zwischen den Knoten VzP und VzM (die Differenz, die durch das Subtrahieren der Spannung an dem Knoten VzM von der Spannung an dem Knoten VzP erhalten wird) einen negativen Wert auf. Wenn also die Potentialdifferenz Vsy, die aus der Y-Achsen-Erfassungsschaltung ausgegeben wird, einen negativen Wert annimmt und die Potentialdifferenz Vsz, die aus der Z-Achsen-Erfassungsschaltung ausgegeben wird, einen negativen Wert annimmt, kann bestimmt werden, dass die Balken 235a, 235b, 237a und 237b nicht gebrochen sind und der Sensor normal betrieben wird.
17E ist eine Draufsicht auf einen Trägheitskraftsensor 221 und zeigt ein Spannungsanlegungsmuster 3. In dem Spannungsanlegungsmuster 3 wird eine vorbestimmte Spannung Vd zwischen den Senkerversetzungs-Elektroden 226a bis 226d an den oberen Flächen der Senker 223a bis 223d und den Gegenelektroden 227a bis 227d angelegt. Diese Operation erzeugt eine elektrostatische Kraft zum Versetzen der Senker 223a bis 223d, sodass das Gegensubstrat 225 die Senker 223a bis 223d anzieht. Die Versetzungen der Senker 223a bis 223d vermindern die Widerstände der dehnungsempfindlichen Widerstände R201 bis R208. Deshalb werden in der Y-Achsen-Erfassungsschaltung von 16C die Spannungen an den Knoten VyM und VyP nicht geändert und wird die Potentialdifferenz Vsy zwischen den Knoten VyP und VyM (eine Differenz, die durch das Subtrahieren der Spannung an dem Knoten VyM von der Spannung an dem Knoten VyP erhalten wird) gleich null. Weil in der Z-Achsen-Erfassungsschaltung von 16D die Spannung an dem Knoten VzM erhöht wird und die Spannung an dem Knoten VzP vermindert wird, weist die Potentialdifferenz Vsz zwischen dem Paar der anderen Knoten VzP und VzM (eine Differenz, die durch das Subtrahieren der Spannung an dem Knoten VzM von der Spannung an dem Knoten vzP erhalten wird) einen negativen Wert auf. Wenn also die aus der Y-Achsen-Erfassungsschaltung ausgegebene Potentialdifferenz Vsy gleich null wird und die aus der Z-Achsen-Erfassungsschaltung ausgegebene Potentialdifferenz Vzx einen negativen Wert annimmt, kann bestimmt werden, dass die Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b nicht gebrochen werden und der Trägheitskraftsensor 221 normal betrieben wird.
Wenn eine der mit den Senkern 223a bis 223d verbundenen Balken 234a bis 237a und 234b bis 237b gebrochen ist, wird der mit dem gebrochenen Balken verbundene Senker nicht versetzt und kann mittels der oben beschriebenen Selbstdiagnosefunktion bestimmt werden, dass der Betrieb fehlerhaft ist.
18 ist eine Draufsicht auf einen anderen Trägheitskraftsensor 221A gemäß der Ausführungsform 4. In 18 werden identische Komponenten wie in dem Trägheitskraftsensor 221 von 14 durch gleiche Bezugszeichen angegeben. In dem Trägheitskraftsensor 221 von 14 sind vier Fehlerdiagnose-Verdrahtungen 229a bis 229d, die mit den Senkerversetzungs-Elektroden 226a bis 226d an den oberen Flächen der Senker 223a bis 223d verbunden sind, jeweils mit anderen Fehlerdiagnose-Elektroden 228a bis 228b verbunden. Der Trägheitskraftsensor 221A von 18 enthält keine Fehlerdiagnose-Elektroden 228c und 228d und enthält Fehlerdiagnose-Verdrahtungen 239a und 239b, die jeweils mit den Fehlerdiagnose-Elektroden 228a und 228b verbunden sind, anstelle der Fehlerdiagnose-Verdrahtungen 229a bis 229d. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 239a erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 228a über die Balken 234a und 234b, um mit der Senkerversetzungs-Elektrode 226a an der oberen Fläche des Senkers 223a verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 239a erstreckt sich weiter von der Senkerversetzungs-Elektrode 226a über die Balken 236a und 236b, um mit der Senkerversetzungs-Elektrode 226c an der oberen Fläche des Senkers 223c verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 239b erstreckt sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode 228b über die Balken 235a und 235b, um mit der Senkerversetzungs-Elektrode 226b an der oberen Fläche des Senkers 223b verbunden zu werden. Die Fehlerdiagnose-Verdrahtung 239b erstreckt sich weiter von der Senkerversetzungs-Elektrode 226b über die Balken 237a und 237b, um mit der Senkerversetzungs-Elektrode 226d an der oberen Fläche des Senkers 223d verbunden zu werden. Der Trägheitskraftsensor 221A kann eine Selbstdiagnose mit den Spannungsanlegungsmustern 1 bis 3 von 17A bis 17E durchführen. Die kleinere Anzahl von Fehlerdiagnose-Elektroden reduziert die Größe des Trägheitskraftsensors 221A. Die kleinere Anzahl von Fehlerdiagnose-Elektroden reduziert die Anzahl von Verbindungsdrähten zwischen der Fehlerdiagnose-Verdrahtung und einer Montageplatte, auf welcher der Trägheitskraftsensor 221A montiert ist, wodurch der Herstellungsprozess vereinfacht wird.
Die Trägheitskraftsensoren 211, 221 und 221A gemäß den Ausführungsformen sind Beschleunigungssensoren zum Erfassen einer Beschleunigung, wobei es sich jedoch auch um verschiedene Typen von Sensoren wie etwa Dehnungssensoren handeln kann.
Die für die oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen verwendeten Richtungsangaben wie etwa „obere Fläche” und „untere Fläche” geben relative Richtungen, die von der relativen Positionsbeziehung der Komponenten wie etwa den Senkern der Trägheitskraftsensoren abhängen, und keine absoluten Richtungen wie etwa eine vertikale Richtung an.
Wie weiter oben genannt, können die Trägheitskraftsensoren 211, 221 und 221A gemäß den Ausführungsformen 3 und 4 einen Fehler mittels der Selbstdiagnosefunktion auch dann erkennen, wenn nur ein Balken aufgrund eines Stoßes oder ähnlichem gebrochen ist und der andere Balken nicht gebrochen ist, sodass also die Zuverlässigkeit hoch ist. Deshalb sind die Trägheitskraftsensoren als Sensoren wie etwa Trägheitskraftsensoren und Winkelgeschwindigkeitssensoren nützlich, die z. B. für Fahrzeuge, Navigationsgeräte und tragbare Endgeräte verwendet werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Ein Trägheitskraftsensor gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Zuverlässigkeit auf und ist als ein Trägheitskraftsensor nützlich, der zum Beispiel in Fahrzeugen oder tragbaren Endgeräten verwendet wird.
Bezugszeichenliste

21a: fixierter Teil (erster fixierter Teil)
21b: fixierter Teil (zweiter fixierter Teil)
23a: Balken (erster Balken)
24a: Balken (zweiter Balken)
27: Senker (erster Senker)
27a: leitender Teil (erster leitender Teil)
28: Senker (zweiter Senker)
28a: leitender Teil (erster leitender Teil)
31a: dehnungsempfindlicher Widerstand (erster dehnungsempfindlicher Widerstand)
32a: dehnungsempfindlicher Widerstand (zweiter dehnungsempfindlicher Widerstand)
39: Fehlerdiagnose-Elektrode (erste Fehlerdiagnose-Elektrode, dritte Fehlerdiagnose-Elektrode)
40a: Fehlerdiagnose-Elektrode (zweite Fehlerdiagnose-Elektrode, vierte Fehlerdiagnose-Elektrode)
43: Vergleicher (erster Vergleicher, zweiter Vergleicher)
44: nicht-invertierender Eingangsanschluss
45: invertierender Eingangsanschluss
48a: Fehlerdiagnose-Verdrahtung (zweite Fehlerdiagnose-Verdrahtung, vierte Fehlerdiagnose-Verdrahtung)
48c: Fehlerdiagnose-Verdrahtung (erste Fehlerdiagnose-Verdrahtung, dritte Fehlerdiagnose-Verdrahtung)
211, 221, 221a: Trägheitskraftsensor
212, 222: fixierter Teil
213, 223a: Senker (erster Senker)
214a, 234a: Balken (erste Balken)
214b, 234b: Balken (zweiter Balken)
216, 226a: Senkerversetzungs-Elektrode (erste Senkerversetzungs-Elektrode)
217, 227a: Gegenelektrode (erste Gegenlektrode)
218, 228, 228a–228d: Fehlerdiagnose-Elektrode
219, 229a–229d: Fehlerdiagnose-Verdrahtung
223c: Senker (zweiter Senker)
226c: Senkerversetzungs-Elektrode (zweite Senkerversetzungs-Elektrode)
227c: Gegenelektrode (zweite Gegenelektrode)
236a: Balken (dritter Balken)
236b: Balken (vierter Balken)

Claims

Trägheitskraftsensor, der konfiguriert ist zum Erfassen einer einwirkenden Trägheitskraft, umfassend: einen ersten fixierten Teil einen ersten Balken mit einem Ende und einem anderen Ende, wobei das eine Ende des ersten Balkens mit dem ersten fixierten Teil verbunden ist, einen ersten Senker, der mit dem anderen Ende des ersten Balkens verbunden ist, wobei der erste Senker aufgrund der Trägheitskraft versetzt werden kann, um eine Verformung des ersten Balkens zu verursachen, einen ersten leitenden Teil, der an dem ersten Senker vorgesehen ist, einen ersten dehnungsempfindlichen Widerstand, der an dem ersten Balken vorgesehen ist, um eine Verformung des ersten Balkens zu erfassen, eine erste Fehlerdiagnose-Elektrode, die an dem ersten fixierten Teil vorgesehen ist, eine zweite Fehlerdiagnose-Elektrode, die an dem ersten fixierten Teil vorgesehen ist, eine erste Fehlerdiagnose-Verdrahtung zum Verbinden der ersten Fehlerdiagnose-Elektrode mit dem ersten leitenden Teil über den ersten Balken, und eine zweite Fehlerdiagnose-Verdrahtung zum Verbinden der zweiten Fehlerdiagnose-Elektrode mit dem ersten leitenden Teil über den ersten Balken.
Trägheitskraftsensor nach Anspruch 1, wobei die erste Fehlerdiagnose-Elektrode konfiguriert ist, um mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss eines Vergleichers verbunden zu werden, damit eine Spannung an der ersten Fehlerdiagnose-Elektrode angelegt wird, und wobei die zweite Fehlerdiagnose-Elektrode konfiguriert ist, um mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers verbunden zu werden.
Trägheitskraftsensor nach Anspruch 1, der weiterhin umfasst: einen zweiten fixierten Teil, einen zweiten Balken mit einem Ende und einem anderen Ende, wobei das eine Ende des zweiten Balkens mit dem zweiten fixierten Teil verbunden ist, einen zweiten Senker, der mit dem anderen Ende des zweiten Balkens verbunden ist, wobei der zweite Senker aufgrund der Trägheitskraft versetzt werden kann, um eine Verformung des zweiten Balkens zu verursachen, einen zweiten leitenden Teil, der an dem zweiten Senker vorgesehen ist, einen zweiten dehnungsempfindlichen Widerstand, der an dem zweiten Balken vorgesehen ist, um eine Verformung des zweiten Balkens zu erfassen, eine dritte Fehlerdiagnose-Elektrode, die an dem zweiten fixierten Teil vorgesehen ist, eine vierte Fehlerdiagnose-Elektrode, die an dem zweiten fixierten Teil vorgesehen ist, eine dritte Fehlerdiagnose-Verdrahtung zum Verbinden der dritten Fehlerdiagnose-Elektrode mit dem zweiten leitenden Teil über den zweiten Balken, und eine vierte Fehlerdiagnose-Verdrahtung zum Verbinden der vierten Fehlerdiagnose-Elektrode mit dem zweiten leitenden Teil über den zweiten Balken.
Trägheitskraftsensor nach Anspruch 3, wobei die erste Fehlerdiagnose-Elektrode konfiguriert ist, um mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss eines ersten Vergleichers verbunden zu werden, damit eine Spannung an der ersten Fehlerdiagnose-Elektrode angelegt wird, wobei die zweite Fehlerdiagnose-Elektrode konfiguriert ist, um mit einem invertierenden Eingangsanschluss des ersten Vergleichers verbunden zu werden, wobei die dritte Fehlerdiagnose-Elektrode konfiguriert ist, um mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss eines zweiten Vergleichers verbunden zu werden, damit eine Spannung an der dritten Fehlerdiagnose-Elektrode angelegt wird, und wobei die vierte Fehlerdiagnose-Elektrode konfiguriert ist, um mit einem invertierenden Eingangsanschluss des zweiten Vergleichers verbunden zu werden.
Trägheitskraftsensor zum Erfassen einer einwirkenden Trägheitskraft, umfassend: einen ersten fixierten Teil, einen ersten Balken mit einem Ende und einem anderen Ende, wobei das eine Ende des ersten Balkens mit dem ersten fixierten Teil verbunden ist, einen ersten Senker, der mit dem anderen Ende des ersten Balkens verbunden ist, wobei der erste Senker aufgrund der Trägheitskraft versetzt werden kann, um eine Verformung des ersten Balkens zu verursachen, einen ersten leitenden Teil, der an dem ersten Senker vorgesehen ist, einen ersten dehnungsempfindlichen Widerstand, der an dem ersten Balken vorgesehen ist, um eine Verformung des ersten Balkens zu erfassen, einen zweiten fixierten Teil, einen zweiten Balken mit einem Ende und einem anderen Ende, wobei das eine Ende des zweiten Balkens mit dem zweiten fixierten Teil verbunden ist, einen zweiten Senker, der mit dem anderen Ende des zweiten Balkens verbunden ist, wobei der zweite Balken aufgrund der Trägheitskraft versetzt werden kann, um eine Verformung des zweiten Balkens zu verursachen, einen zweiten leitenden Teil der an dem zweiten Senker vorgesehen ist, einen dehnungsempfindlichen Widerstand, der an dem zweiten Balken vorgesehen ist, um eine Verformung des zweiten Balkens zu erfassen, eine erste Fehlerdiagnose-Elektrode, die an dem ersten fixierten Teil vorgesehen ist, eine zweite Fehlerdiagnose-Elektrode, die an dem ersten fixierten Teil oder dem zweiten fixierten Teil vorgesehen ist, und eine Vielzahl von Fehlerdiagnose-Verdrahtungen zum Verbinden des ersten leitenden Teils und des zweiten leitenden Teils in Reihe zwischen der ersten Fehlerdiagnose-Elektrode und der zweiten Fehlerdiagnose-Elektrode über den ersten Balken und den zweiten Balken.
Trägheitskraftsensor nach Anspruch 5, wobei die erste Fehlerdiagnose-Elektrode konfiguriert ist, um mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss eines Vergleichers verbunden zu werden, damit eine Spannung an der ersten Fehlerdiagnose-Elektrode angelegt wird, und wobei die zweite Fehlerdiagnose-Elektrode konfiguriert ist, um mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Vergleichers verbunden zu werden.
Trägheitskraftsensor zum Erfassen einer einwirkenden Trägheitskraft, umfassend: einen fixierten Teil, einen ersten Balken mit einem Ende und einem anderen Ende, wobei das eine Ende des ersten Balkens mit dem fixierten Teil verbunden ist, einen zweiten Balken mit einem Ende und einem anderen Ende, wobei das eine Ende des zweiten Balkens mit dem fixierten Teil verbunden ist, einen ersten Senker, der mit dem anderen Ende des ersten Balkens und dem anderen Ende des zweiten Balkens verbunden ist, wobei der erste Senker aufgrund der Trägheitskraft versetzt werden kann, um eine Verformung des ersten Balkens und des zweiten Balkens zu verursachen, eine erste Senkerversetzungs-Elektrode, die an dem ersten Senker vorgesehen ist, eine erste Gegenelektrode, die der ersten Senkerversetzungs-Elektrode mit einem vorbestimmten Abstand zwischen der ersten Gegenelektrode und der ersten Senkerversetzungs-Elektrode zugewandt ist, eine Fehlerdiagnose-Elektrode, die an dem fixierten Teil vorgesehen ist, und eine erste Fehlerdiagnose-Verdrahtung, die sich von der Fehlerdiagnose-Elektrode erstreckt und mit der ersten Senkerversetzungs-Elektrode über den ersten Balken und den zweiten Balken verbunden ist.
Trägheitskraftsensor nach Anspruch 7, wobei die erste Fehlerdiagnose-Verdrahtung durch das eine Ende und das andere Ende des ersten Balkens und das eine Ende und das andere Ende des zweiten Balkens verläuft.
Trägheitskraftsensor nach Anspruch 7 oder 8, der weiterhin umfasst: einen dritten Balken mit einem und einem anderen Ende, wobei das eine Ende des dritten Balkens mit dem fixierten Teil verbunden ist, einen vierten Balken mit einem Ende und einem anderen Ende, wobei das eine Ende des vierten Balkens mit dem fixierten Teil verbunden ist, einen zweiten Senker, der mit dem anderen Ende des dritten Balkens und dem anderen Ende des vierten Balkens verbunden ist, eine zweite Senkerversetzungs-Elektrode, die an einer oberen Fläche des zweiten Senkers vorgesehen ist, eine zweite Gegenelektrode, die der zweiten Senkerversetzungs-Elektrode mit einem vorbestimmten Abstand zwischen der zweiten Gegenelektrode und der zweiten Senkerversetzungs-Elektrode zugewandt ist, und eine zweite Fehlerdiagnose-Verdrahtung zum elektrischen Verbinden der Fehlerdiagnose-Elektrode mit der zweiten Senkerversetzungs-Elektrode über den dritten Balken und den vierten Balken.
Trägheitskraftsensor nach Anspruch 9, wobei die zweite Fehlerdiagnose-Verdrahtung durch das eine Ende und das andere Ende des dritten Balkens und das eine Ende und das andere Ende des vierten Balkens verläuft.