JP2001083177A - Electret capacitor type acceleration sensor - Google Patents

Electret capacitor type acceleration sensor

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JP2001083177A
JP2001083177A JP26099599A JP26099599A JP2001083177A JP 2001083177 A JP2001083177 A JP 2001083177A JP 26099599 A JP26099599 A JP 26099599A JP 26099599 A JP26099599 A JP 26099599A JP 2001083177 A JP2001083177 A JP 2001083177A
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JP
Japan
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divided
conductor
fixed electrode
acceleration
acceleration sensor
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Application number
JP26099599A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Baba
啓之 馬場
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0805Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0831Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type having the pivot axis between the longitudinal ends of the mass, e.g. see-saw configuration

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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high performance acceleration sensor of a relatively simple structure at a low manufacturing cost. SOLUTION: Split conductors 14a and 14b are made an electret so as to constitute a pair of capacitors C1 and C2 between the split conductors 14a and 14b and a metal fixed electrode 12. The split conductors 14a and 14b are oscillated in the reverse direction B by the moment of a mass block body 16 when an acceleration A is applied in the direction parallel to the surface of an oscillating body 14, for detecting the acceleration based on the difference in output between the capacitors C1 and C2 which accompanies the oscillation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は振動を電気信号に変
換することにより加速度を検出することができ、特に、
多軸用途等に用いて好適なエレクトレットコンデンサ型
加速度センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention can detect acceleration by converting vibration into an electric signal.
The present invention relates to an electret condenser type acceleration sensor suitable for use in multi-axis applications and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、実用化されている加速度セン
サとしては、電磁型、圧電型、半導体型等の種々の方式
により加えられた加速度を検出するものが知られてお
り、そのうちの圧電型にあっては、圧電素子が屈撓する
ことによって加えられた加速度を検出するものがある。
2. Description of the Related Art Conventionally, acceleration sensors that have been put to practical use have been known to detect acceleration applied by various methods such as an electromagnetic type, a piezoelectric type, and a semiconductor type. Some of them detect acceleration applied by bending of a piezoelectric element.

【0003】この種の圧電型の加速度センサとしては、
例えば、図5に示すようなものがあり、この加速度セン
サは、支持プレート1に立設した支柱1aにより支持さ
れる円盤形状の金属製振動板2の表裏に、ドーナツ形状
に形成した圧電素子3a、3bを同軸となるように接着
してバイモルフ型に構成されている。この圧電素子3
a、3bには、小径の励振電極4と、大径の検出電極5
とが同軸の二重となるように形成されており、この励振
電極4および検出電極5がワイヤボンデイング等による
ワイヤ6によって電気インピーダンス変換器、アンプ、
補正回路等の電子部品7を設けられているプリント基板
9a、9bに接続されている。なお、プリント基板9
a、9bは接続ピン8により連結されており、電子部品
7から得られる電気信号は支持プレート1の支柱1a内
を通した不図示の電線を介して取り出すようになってい
る。
[0003] As this kind of piezoelectric acceleration sensor,
For example, there is an acceleration sensor as shown in FIG. 5. This acceleration sensor is a piezoelectric element 3a formed in a donut shape on the front and back of a disk-shaped metal vibration plate 2 supported by a support 1a standing on a support plate 1. , 3b are coaxially bonded to form a bimorph type. This piezoelectric element 3
a and 3b are a small-diameter excitation electrode 4 and a large-diameter detection electrode 5;
Are formed so as to be coaxial double, and the excitation electrode 4 and the detection electrode 5 are connected to each other by a wire 6 formed by wire bonding or the like.
It is connected to printed circuit boards 9a and 9b provided with electronic components 7 such as a correction circuit. The printed circuit board 9
A and 9b are connected by a connecting pin 8, and an electric signal obtained from the electronic component 7 is taken out via an electric wire (not shown) which passes through the inside of the support 1a of the support plate 1.

【0004】この加速度センサは、図6に示すように接
続して使用し、振動板2と共に圧電素子3a、3bが振
動することによって、検出電極5に生じる電位を取り出
して外部から加えられた加速度を検出することができ
る。このような加速度センサは、一定加速度に対して、
図7に示すように、共振点f0付近では高いQを得られ
る一方、中・低周波数領域では平坦となる周波数特性で
あるので、一般的には、使用目的に応じて平坦部または
0近傍の振動出力を使用する。
[0006] This acceleration sensor is connected and used as shown in FIG. 6. When the piezoelectric elements 3 a and 3 b vibrate together with the vibrating plate 2, the potential generated at the detection electrode 5 is taken out and the acceleration applied from the outside is obtained. Can be detected. Such an acceleration sensor, for a constant acceleration,
As shown in FIG. 7, while a high Q can be obtained near the resonance point f 0 , the frequency characteristic becomes flat in the middle and low frequency regions. Therefore, in general, a flat portion or f 0 depends on the purpose of use. Use the nearby vibration output.

【0005】また、この加速度センサは、励振電極4を
介して圧電素子3a、3bに外部から交流電圧を印加し
て、その圧電素子3a、3bの圧電効果により振動板2
を振動させ、この振動により生じる検出電極5の電位か
らセンサ機能の良否や故障の有無の自己診断あるいは検
出レベルの校正をすることができる。
In this acceleration sensor, an AC voltage is externally applied to the piezoelectric elements 3a and 3b via an excitation electrode 4, and the diaphragm 2 is driven by the piezoelectric effect of the piezoelectric elements 3a and 3b.
Is vibrated, and the self-diagnosis of the quality of the sensor function or the presence or absence of a failure or the calibration of the detection level can be performed based on the potential of the detection electrode 5 generated by the vibration.

【0006】なお、図6に示す圧電素子3a、3b内に
図示する矢印は分極方向を示している。図6の結線図に
示すように2枚の圧電素子3a、3bを並列接続するの
は、圧電素子特有の温度変化による焦電電荷をキャンセ
ルするためである。
The arrows shown in the piezoelectric elements 3a and 3b shown in FIG. 6 indicate the polarization directions. The reason why the two piezoelectric elements 3a and 3b are connected in parallel as shown in the connection diagram of FIG. 6 is to cancel the pyroelectric charge due to a temperature change peculiar to the piezoelectric element.

【0007】また、この従来技術では、中央に立設する
支柱1aにより振動板3を支持させるが、円盤形状の周
縁部をクランプするタイプや、棒状の振動板を片持ちに
固定するタイプなど種々の方式がある。また、自己診断
機能を備えないものもあるもあり、プリント基板9a、
9bのように二分割しないで1枚としてもよいことはい
うまでもない。
In this prior art, the diaphragm 3 is supported by a column 1a standing upright at the center, but there are various types such as a type in which a disk-shaped peripheral portion is clamped and a type in which a rod-shaped diaphragm is fixed to a cantilever. There is a method. Some do not have a self-diagnosis function.
Needless to say, one sheet may be used instead of being divided into two as in 9b.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の加速度センサにあっては、振動板2に圧電素
子3a、3bを接着する構造であることから、その間に
は接着層が介在してしまうと共に、励振電極4および検
出電極5とプリント基板9a、9bとはワイヤボンディ
ングなどにより電気的に接続しなければならず、また、
複数枚の圧電素子が必要であることから、構造が複雑で
作製に手間が掛かり、コスト高になってしまうという問
題があった。
However, since such a conventional acceleration sensor has a structure in which the piezoelectric elements 3a and 3b are bonded to the vibration plate 2, an adhesive layer is interposed therebetween. In addition, the excitation electrode 4 and the detection electrode 5 must be electrically connected to the printed circuit boards 9a and 9b by wire bonding or the like.
Since a plurality of piezoelectric elements are required, there is a problem that the structure is complicated, the production is troublesome, and the cost is increased.

【0009】また、振動板2に圧電素子3a、3bを接
着して一体化して振動体とするので、感度などの特性に
バラツキが生じる要因となるとともに、温度特性では劣
化を生じやすいという問題があった。
Further, since the piezoelectric elements 3a and 3b are adhered to the vibrating plate 2 and integrated to form a vibrating body, the characteristics such as sensitivity may vary, and the temperature characteristics may easily deteriorate. there were.

【0010】また、2枚の圧電素子3a、3bを並列接
続して圧電素子特有の温度変化による焦電電荷をキャン
セルしているが、このような問題は圧電素子を使用する
から発生してしまうのである。また、圧電素子は応答性
が悪い上に、変換効率も悪いことから、感度レベルが低
いという問題もある。
Further, two piezoelectric elements 3a and 3b are connected in parallel to cancel the pyroelectric charge due to a temperature change peculiar to the piezoelectric element, but such a problem occurs because the piezoelectric element is used. It is. In addition, the piezoelectric element has poor response and poor conversion efficiency, and thus has a problem of low sensitivity level.

【0011】そこで本発明は、比較的簡単な構造で、か
つ低コストに作製することができる高性能な加速度セン
サを提供するものである。
The present invention provides a high-performance acceleration sensor which has a relatively simple structure and can be manufactured at low cost.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明によるエレクトレ
ットコンデンサ型加速度センサは、金属固定電極と、こ
の金属固定電極の対向面に隙間を介して対向するととも
に一対以上に分割された分割導通体を有する振動体と、
前記金属固定電極または分割導通体の対向面の何れか一
方に設けられ、前記分割導通体と前記金属固定電極との
間で少なくとも一対以上のコンデンサを構成するように
前記金属固定電極または分割導通体の対向面の何れか一
方をエレクトレット化するエレクトレット材と、前記分
割導通体が振動可能なように前記振動体を保持する絶縁
体と、前記分割導通体の境界面または分割導通体のそれ
ぞれの外周端部に設けられ、前記振動体の面と平行な方
向に加速度が加わったときに前記分割導通体を振動させ
る質量ブロック体と、前記分割導通体の振動に伴う前記
各コンデンサの出力差を検出する検出手段とを備えたこ
とを特徴とするものである。
An electret capacitor type acceleration sensor according to the present invention has a metal fixed electrode and a divided conductor which is opposed to a facing surface of the metal fixed electrode via a gap and is divided into a pair or more. A vibrating body,
The metal fixed electrode or the split conductor is provided on one of the opposed surfaces of the metal fixed electrode or the split conductor, and forms at least one or more capacitors between the split conductor and the metal fixed electrode. An electret material for converting any one of the opposing surfaces into an electret, an insulator for holding the vibrating body so that the divided conductor can vibrate, and a boundary surface of the divided conductor or an outer periphery of each of the divided conductors A mass block body provided at an end and vibrating the divided conductor when acceleration is applied in a direction parallel to the plane of the vibrator, and an output difference between the capacitors caused by the vibration of the divided conductor is detected. And a detecting means for performing the detection.

【0013】その場合、振動体の面と平行な方向に加速
度が加わったとき、質量ブロック体に作用するモーメン
トによって分割導通体が逆方向に振動し、この振動に伴
なって分割導通体と金属固定電極の間で構成される各コ
ンデンサの容量変化を電気信号として取り出し、この出
力差を検出することにより、加速度を簡単に検知するこ
とができる。
In this case, when acceleration is applied in a direction parallel to the plane of the vibrating body, the divided conductor vibrates in the opposite direction due to a moment acting on the mass block body, and the divided conductor and metal The change in the capacitance of each capacitor formed between the fixed electrodes is extracted as an electric signal, and the output difference is detected, whereby the acceleration can be easily detected.

【0014】このように加速度センサをエレクトレット
コンデンサから構成したため、加速度センサを比較的簡
単な構造で、かつ低コストに作製することができる。ま
た、圧電素子を利用するのを不要にできるため、焦電電
荷による応答性の悪化および変換効率の悪化を招来する
のを防止することができる上に、感度レベルが低下する
のを防止することができ、高性能な加速度センサを得る
ことができる。
Since the acceleration sensor is composed of an electret capacitor as described above, the acceleration sensor can be manufactured with a relatively simple structure and at low cost. Further, since it is not necessary to use a piezoelectric element, it is possible to prevent deterioration of responsiveness and conversion efficiency due to pyroelectric charge, and also to prevent a decrease in sensitivity level. Thus, a high-performance acceleration sensor can be obtained.

【0015】本発明によるエレクトレットコンデンサ型
加速度センサは、前記分割導通体を面対称に分割すると
ともに前記分割導通体の対称方向に加速度の検出軸を設
定することにより、その検出軸が少なくとも1つ以上に
なるように前記分割導通体を分割し、前記検出手段が、
検出軸と同方向に分割された分割導通体の振動に伴う前
記各コンデンサの出力差を検出することを特徴としてい
る。
In the electret condenser type acceleration sensor according to the present invention, the divided conductor is divided in plane symmetry and an acceleration detection axis is set in a symmetric direction of the divided conductor so that at least one or more detection axes are provided. The dividing conductor is divided so that
It is characterized in that an output difference of each of the capacitors caused by the vibration of the divided conductor divided in the same direction as the detection axis is detected.

【0016】その場合、加速度の検出軸と同方向に分割
導通体を分割して配置することにより、1軸方に発生す
る加速度を簡単に検知することができる。また、検出軸
を複数方向に設定してそれぞれの検出軸と同方向に分割
導通体を分割して配置すれば、同一平面に対して多軸方
向の加速度を簡単に検出することができ、加速度の検出
精度をより一層向上させることができる。
In this case, by dividing and arranging the divided conductors in the same direction as the acceleration detection axis, the acceleration generated in one axis can be easily detected. Also, if the detection axes are set in a plurality of directions and the divided conductors are divided and arranged in the same direction as the respective detection axes, acceleration in multiple axes can be easily detected with respect to the same plane. Can be further improved.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に基づい
て説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following is an explanation based on an embodiment of the present invention.

【0018】図1、2は本発明に係るエレクトレットコ
ンデンサ型加速度センサの第1実施形態を示す図であ
る。
FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of an electret condenser type acceleration sensor according to the present invention.

【0019】まず、構成を説明する。図1において、ア
ースのシールドを兼ねる金属ケースの底面には金属固定
電極12が設けられている。なお、このこの金属ケース11
は図示していないが、従来例と同様に支持プレートと本
体ケースによって画成される空間に収納されている。ま
た、固定電極12はエレクトレット材として高分子フィル
ム12aが上面に熱溶融等により固定されており、上面が
エレクトレット化されている。なお、エレクトレット化
に際しては高分子フィルム12aに代えてSiO2でも構
わない。
First, the configuration will be described. In FIG. 1, a metal fixed electrode 12 is provided on the bottom surface of a metal case that also serves as a ground shield. Note that this metal case 11
Although not shown, it is housed in the space defined by the support plate and the main body case as in the conventional example. Further, the fixed electrode 12 has a polymer film 12a as an electret material fixed to the upper surface by heat melting or the like, and the upper surface is electretized. In forming the electret, SiO2 may be used instead of the polymer film 12a.

【0020】また、固定電極12には円盤状の数十μmの
板厚を有するスペーサ13を介して振動体14が対向してお
り、この振動体14と固定電極12は数十μmの隙間を介し
て離隔している。また、振動体14は絶縁物からなる板状
部材の表面にメッキまたは蒸着等をすることによって構
成される2枚の分割導通体14a、14bを備えており、こ
の分割導通体14a、14bは面対称に分割されている。
A vibrating body 14 is opposed to the fixed electrode 12 via a disk-shaped spacer 13 having a thickness of several tens of μm. The vibrating body 14 and the fixed electrode 12 have a gap of several tens μm. Are separated by Further, the vibrating body 14 includes two divided conductors 14a and 14b formed by plating or vapor-depositing the surface of a plate-shaped member made of an insulating material. It is divided symmetrically.

【0021】したがって、固定電極12と分割導通体14
a、14bの間にはそれぞれ独立してコンデンサC1、C2
が構成され、所謂、エレクトレット型のコンデンサが2
つ形成されることになる。
Therefore, the fixed electrode 12 and the divided conductor 14
a and 14b are independently connected to capacitors C1 and C2, respectively.
And a so-called electret-type capacitor has 2
One will be formed.

【0022】また、振動体14は円盤状の絶縁体15を介し
て金属ケース11に保持されており、上述した固定電極1
2、スペーサ13、振動体14および絶縁体15は金属ケース1
1の上端部のカシメ固定(符号11aで示す)することに
より、積層された状態で金属ケース11内に固定されてい
る。
The vibrating body 14 is held by the metal case 11 via a disk-shaped insulator 15 and the above-described fixed electrode 1
2, spacer 13, vibrator 14 and insulator 15 are metal case 1.
The upper end of 1 is fixed in the metal case 11 in a stacked state by fixing by caulking (indicated by reference numeral 11a).

【0023】なお、分割導通体14a、14bの境界面14c
は絶縁物が露出した状態となっており、分割導通体14
a、14bは絶縁されている。
The boundary surface 14c between the divided conductors 14a, 14b
Is in a state where the insulator is exposed, and the divided conductor 14
a and 14b are insulated.

【0024】また、分割導通体14a、14bの境界面には
角形の質量ブロック体16が接着等によって固定されてお
り、この質量ブロック体16は重りを構成し、振動体14の
面と平行な軸方向(矢印Aで示す)に加速度が加わった
ときにモーメントによって分割導通体14a、14bを逆方
向(矢印Bで示す)に振動させるようになっている。
A rectangular mass block 16 is fixed to the boundary surface between the divided conductors 14a and 14b by bonding or the like. The mass block 16 constitutes a weight and is parallel to the plane of the vibrating body 14. When an acceleration is applied in the axial direction (indicated by an arrow A), the divided conductors 14a and 14b vibrate in the opposite direction (indicated by an arrow B) by a moment.

【0025】なお、この質量ブロック体16は角形に限ら
ず、円柱でも良く、また、その取付け位置は分割導通体
14a、14bの境界面ではなく、要は分割導通体14a、14
bを逆方向に振動させれば良いのであるから、図1
(b)に仮想線で示すように分割導通体14a、14bの外
周端部であっても良い。
The mass block 16 is not limited to a square shape but may be a cylinder.
It is not the boundary between 14a and 14b, but rather the divided conductors 14a and 14b.
b can be oscillated in the opposite direction.
As shown by a virtual line in (b), the outer peripheral ends of the divided conductors 14a and 14b may be used.

【0026】また、分割導通体14a、14bは図2に示す
ようにFET(インピーダンス変換器)17、18に接続さ
れており、固定電極12と分割導通体14a、14bによって
構成されるコンデンサC1、C2の容量変化は、エレクト
レットによって電圧変換された後、FET17、18によっ
てインピーダンス変換されて逆位相の電気信号として出
力されるようになっている。なお、コンデンサC1、C2
の容量変化をFET17、18によってインピーダンス変換
するのは、コンデンサC1、C2の容量が小さいためであ
る。
As shown in FIG. 2, the divided conductors 14a and 14b are connected to FETs (impedance converters) 17 and 18, respectively, and the capacitors C1 and C1 each formed by the fixed electrode 12 and the divided conductors 14a and 14b. The capacitance change of C2 is converted into a voltage by an electret, then impedance-converted by FETs 17 and 18, and output as an electric signal of opposite phase. The capacitors C1, C2
The change in the capacitance is converted into an impedance by the FETs 17 and 18 because the capacitances of the capacitors C1 and C2 are small.

【0027】そして、このFET17、18から出力される
電気信号は差動アンプ19によって差動出力されるように
なっている。本実施形態では、FET17、18および差動
アンプ19が印加手段を構成している。
The electric signals output from the FETs 17 and 18 are differentially output by a differential amplifier 19. In the present embodiment, the FETs 17 and 18 and the differential amplifier 19 constitute an application unit.

【0028】次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.

【0029】矢印A方向に加速度が加わると、質量ブロ
ック体16の重量モーメントによって分割導通体14a、14
bが矢印B方向に対して逆方向(逆位相)で振動する。
このとき、固定電極12に対して分割導通体14a、14bの
距離が変化するため、コンデンサC1、C2は振動変化分
だけ±ΔCの容量変化が生じる。
When acceleration is applied in the direction of arrow A, the divided conductors 14a, 14a
b vibrates in the opposite direction (opposite phase) to the direction of arrow B.
At this time, since the distance between the divided conductors 14a and 14b with respect to the fixed electrode 12 changes, the capacitances of the capacitors C1 and C2 change by ± ΔC by the amount of the vibration change.

【0030】本実施形態では、エレクトレット化によっ
てコンデンサC1、C2の容量変化はΔV=Q/ΔCに電
圧変換されて出力され、FET17、18によってインピー
ダンス変換されて逆位相の電気信号として出力された
後、差動アンプ19によって差動出力されることにより、
加速度が検出される。
In the present embodiment, the change in the capacitance of the capacitors C1 and C2 is converted into a voltage of ΔV = Q / ΔC by the electretization and output, and the impedance is converted by the FETs 17 and 18 and output as an electric signal of the opposite phase. , By differential output by the differential amplifier 19,
An acceleration is detected.

【0031】このように本実施形態では、分割導通体14
a、14bと金属固定電極12との間で一対のコンデンサC
1、C2を構成するように分割導通体14a、14bをエレク
トレット化し、振動体14の面と平行な方向に加速度Aが
加わったときに質量ブロック体16のモーメントによって
分割導通体14a、14bを逆方向Bに振動させ、この振動
に伴う各コンデンサC1、C2の出力差に基づいて加速度
を検知するようにしたため、加速度センサを比較的簡単
な構造で、かつ低コストに作製することができる。ま
た、圧電素子を利用するのを不要にできるため、焦電電
荷による応答性の悪化および変換効率も悪化を招来する
のを防止することができる上に、感度レベルが低下する
のを防止することができ、高性能な加速度センサを得る
ことができる。
As described above, in the present embodiment, the divided conductors 14
a, a pair of capacitors C between the metal fixed electrode 12 and 14b.
1, the divided conductors 14a, 14b are electretized so as to form C2, and when the acceleration A is applied in a direction parallel to the plane of the vibrating body 14, the divided conductors 14a, 14b are inverted by the moment of the mass block body 16. By vibrating in the direction B and detecting the acceleration based on the output difference between the capacitors C1 and C2 caused by the vibration, the acceleration sensor can be manufactured with a relatively simple structure and at low cost. Further, since it is not necessary to use a piezoelectric element, it is possible to prevent deterioration of responsiveness and conversion efficiency due to pyroelectric charges, and also to prevent a decrease in sensitivity level. Thus, a high-performance acceleration sensor can be obtained.

【0032】なお、本実施形態では、高分子フィルム12
aを固定電極12側に設けて固定電極12をエレクトレット
化しているが、これに限らず、分割導通体14a、14b側
に設けて分割導通体14a、14bをエレクトレット化して
も良い。また、金属ケース11を収納する本体ケースの内
周面をエレクトレット化し、この部分に分割導通体14
a、14bを対向させるようにしても良い。
In this embodiment, the polymer film 12
Although a is provided on the fixed electrode 12 side to form the fixed electrode 12 as an electret, the invention is not limited to this, and the divided conductive bodies 14a and 14b may be provided as an electret by being provided on the divided conductive bodies 14a and 14b. In addition, the inner peripheral surface of the main body case that houses the metal case 11 is formed into an electret.
a and 14b may be opposed to each other.

【0033】また、本実施形態では、分割導通体14a、
14bを面対称に分割しているが、面対称でなくとも構わ
ない。
In this embodiment, the divided conductors 14a,
Although 14b is divided plane-symmetrically, it does not have to be plane-symmetric.

【0034】図3、4は本発明に係るエレクトレットコ
ンデンサ型加速度センサの第2実施形態を示す図であ
り、多軸用途に用いるものである。なお、本実施形態で
は、振動体の構成と回路の構成が第1実施形態と異なる
のみでその他の構成は第1実施形態と同様であるため、
第1実施形態と異なる点のみを説明する。また、本実施
形態で不図示の部材の説明に際しては図1を用いて説明
する。
FIGS. 3 and 4 show a second embodiment of the electret condenser type acceleration sensor according to the present invention, which is used for multi-axis applications. In the present embodiment, since only the configuration of the vibrating body and the configuration of the circuit are different from those of the first embodiment, the other configurations are the same as those of the first embodiment.
Only different points from the first embodiment will be described. Further, members (not shown) in this embodiment will be described with reference to FIG.

【0035】図3において、振動体21は一対の導通体22
aおよび22bと一対の導通体23aおよび23bに分割され
ている。分割導通体22a、22bは面対称に分割されると
とも対称方向に加速度の検出軸Cが設定されており、分
割導通体23a、23bは面対称に分割されるととも対称方
向に加速度の検出軸Dが設定されている。
In FIG. 3, a vibrating body 21 is composed of a pair of conductive bodies 22.
a and 22b and a pair of conductors 23a and 23b. The divided conductors 22a and 22b are divided in plane symmetry, and an acceleration detection axis C is set in the symmetric direction. The divided conductors 23a and 23b are divided in plane symmetry and detect acceleration in the symmetric direction. Axis D is set.

【0036】したがって、固定電極12と分割導通体22
a、22bの間にはそれぞれ独立してコンデンサC3、C4
が構成され、固定電極12と分割導通体23a、23bの間に
はそれぞれ独立してコンデンサC5、C6が構成され、本
実施形態では、エレクトレット型のコンデンサが4つ形
成されることになる。
Therefore, the fixed electrode 12 and the divided conductor 22
a and 22b are independently connected to capacitors C3 and C4.
And capacitors C5 and C6 are independently formed between the fixed electrode 12 and the divided conductors 23a and 23b. In this embodiment, four electret-type capacitors are formed.

【0037】また、分割導通体22a、22b、23a、23b
の境界面には丸形の質量ブロック体20が接着等によって
固定されており、この質量ブロック体20は重りを構成
し、振動体21の面と平行な軸方向である検出軸C方向ま
たは検出軸D方向に加速度が加わったときにモーメント
によって対となる分割導通体22a、22bまたは分割導通
体23a、23bを逆方向に振動させるようになっている。
The divided conductors 22a, 22b, 23a, 23b
A round mass block body 20 is fixed to the boundary surface by an adhesive or the like. This mass block body 20 constitutes a weight, and is in the detection axis C direction or the detection axis C direction which is an axial direction parallel to the surface of the vibrating body 21. When an acceleration is applied in the direction of the axis D, the paired divided conductors 22a and 22b or the divided conductors 23a and 23b vibrate in opposite directions by a moment.

【0038】なお、分割導通体22a、22b、22c、22d
の境界面30は絶縁物が露出した状態となっており、分割
導通体22a、22b、22c、22dは絶縁されている。
The divided conductors 22a, 22b, 22c, 22d
Is in a state where the insulator is exposed, and the divided conductors 22a, 22b, 22c and 22d are insulated.

【0039】また、検出軸C上に分割された分割導通体
22a、22bは図4に示すようにFET24、25に接続され
ており、固定電極12と分割導通体22a、22bによって構
成されるコンデンサC3、C4の容量変化は、エレクトレ
ットによって電圧変換された後、FET24、25によって
インピーダンス変換されて逆位相の電気信号として出力
されるようになっている。そして、このFET24、25か
ら出力される電気信号は差動アンプ28によって差動出力
されるようになっている。
A divided conductor divided on the detection axis C
As shown in FIG. 4, 22a and 22b are connected to FETs 24 and 25, and the capacitance changes of the capacitors C3 and C4 formed by the fixed electrode 12 and the split conductors 22a and 22b are converted into voltages by the electret. The impedances are converted by the FETs 24 and 25 and output as electric signals of opposite phases. The electric signals output from the FETs 24 and 25 are differentially output by the differential amplifier 28.

【0040】また、検出軸D上に分割された分割導通体
23a、23bは図4に示すようにFET26、27に接続され
ており、固定電極12と分割導通体23a、23bによって構
成されるコンデンサC5、C6の容量変化は、エレクトレ
ットによって電圧変換された後、FET26、27によって
インピーダンス変換されて逆位相の電気信号として出力
されるようになっている。
The divided conductor divided on the detection axis D
23a and 23b are connected to FETs 26 and 27 as shown in FIG. 4, and the capacitance changes of the capacitors C5 and C6 formed by the fixed electrode 12 and the divided conductors 23a and 23b are converted into voltages by an electret. The impedances are converted by the FETs 26 and 27 and output as electric signals of opposite phases.

【0041】そして、このFET26、27から出力される
電気信号は差動アンプ29によって差動出力されるように
なっている。本実施形態では、FET24〜27および差動
アンプ28、29が印加手段を構成している。
The electric signals output from the FETs 26 and 27 are differentially output by the differential amplifier 29. In the present embodiment, the FETs 24 to 27 and the differential amplifiers 28 and 29 constitute an application unit.

【0042】次に、作用を説明する。Next, the operation will be described.

【0043】まず、検出軸C方向に加速度が加わると、
質量ブロック体20の重量モーメントによって分割導通体
22a、22bが逆方向(逆位相)で振動する。このとき、
固定電極12に対して分割導通22a、22bの距離が変化す
るため、コンデンサC3、C4は振動変化分だけ±ΔCの
容量変化が生じる。
First, when acceleration is applied in the direction of the detection axis C,
Conductive body divided by weight moment of mass block body 20
22a and 22b vibrate in opposite directions (opposite phases). At this time,
Since the distance between the divided conductions 22a and 22b with respect to the fixed electrode 12 changes, the capacitances of the capacitors C3 and C4 change by ± ΔC by the amount of the vibration change.

【0044】本実施形態では、エレクトレット化によっ
てコンデンサC3、C4の容量変化はΔV=Q/ΔCに電
圧変換されて出力され、FET24、25によってインピー
ダンス変換されて逆位相の電気信号として出力された
後、差動アンプ28によって差動出力されることにより、
検出軸C方向の加速度が検出される。
In this embodiment, the change in the capacitance of the capacitors C3 and C4 is converted into a voltage ΔV = Q / ΔC by the electretization and output, and the impedance is converted by the FETs 24 and 25 and output as an opposite-phase electric signal. Is output by the differential amplifier 28,
The acceleration in the direction of the detection axis C is detected.

【0045】一方、検出軸D方向に加速度が加わると、
質量ブロック体20の重量モーメントによって分割導通体
23a、23bが逆方向(逆位相)で振動する。このとき、
固定電極12に対して分割導通23a、23bの距離が変化す
るため、コンデンサC5、C6は振動変化分だけ±ΔCの
容量変化が生じる。
On the other hand, when acceleration is applied in the detection axis D direction,
Conductive body divided by weight moment of mass block body 20
23a and 23b vibrate in opposite directions (opposite phases). At this time,
Since the distance between the divided conductions 23a and 23b with respect to the fixed electrode 12 changes, the capacitance of the capacitors C5 and C6 changes by ± ΔC by the amount of the vibration change.

【0046】本実施形態では、エレクトレット化によっ
てコンデンサC5、C6の容量変化はΔV=Q/ΔCに電
圧変換されて出力され、FET26、27によってインピー
ダンス変換されて逆位相の電気信号として出力された
後、差動アンプ29によって差動出力されることにより、
検出軸D方向の加速度が検出される。
In the present embodiment, the change in the capacitance of the capacitors C5 and C6 is converted into a voltage of ΔV = Q / ΔC by the electretization and output, and the impedance is converted by the FETs 26 and 27 and output as an opposite-phase electric signal. , By the differential output by the differential amplifier 29,
The acceleration in the direction of the detection axis D is detected.

【0047】このように本実施形態では、検出軸をC、
Dの2方向に設定してそれぞれの検出軸C、Dと同方向
に分割導通体22a、22bおよび23a、23bを分割して配
置しているため、第1実施形態と同様の効果に加えて、
同一平面に対して多軸方向の加速度を簡単に検出するこ
とができ、加速度の検出精度をより一層向上させること
ができる。
As described above, in this embodiment, the detection axis is C,
D is set in two directions, and the divided conductors 22a, 22b and 23a, 23b are divided and arranged in the same direction as the respective detection axes C, D. In addition to the same effects as in the first embodiment, ,
Acceleration in multiple axes can be easily detected on the same plane, and acceleration detection accuracy can be further improved.

【0048】なお、本実施形態では、導通体を4枚に分
割しているが、さらに多くの軸方向の加速度を検出可能
なようにさらに分割しても良い。
In this embodiment, the conductor is divided into four pieces. However, the conductor may be further divided so that more axial accelerations can be detected.

【0049】また、上記各実施形態では、振動体21を円
形にしているが、角形にしても良いのは勿論である。
Further, in each of the above embodiments, the vibrating body 21 is circular, but may be square.

【0050】また、上記各実施形態では自己診断機能を
有していない加速度センサについて説明しているが、自
己診断機能を付与する場合には、対となるコンデンサの
一方の導通体に電圧を印加してこの導通体を駆動するよ
うにし、この導通体の振動によって他方のコンデンサを
構成する導通体を振動させ、この導通体の振動による他
方のコンデンサの容量変化から自己診断を行なうことが
できる。
In each of the above embodiments, the acceleration sensor having no self-diagnosis function is described. However, when the self-diagnosis function is provided, a voltage is applied to one conductor of a pair of capacitors. Then, the conductor is driven, and the conductor constituting the other capacitor is vibrated by the vibration of the conductor, and self-diagnosis can be performed based on a change in the capacitance of the other capacitor due to the vibration of the conductor.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、加速度セ
ンサをエレクトレットコンデンサから構成したため、加
速度センサを比較的簡単な構造で、かつ低コストに作製
することができる。また、圧電素子を利用するのを不要
にできるため、焦電電荷による応答性の悪化および変換
効率の悪化を招来するのを防止することができる上に、
感度レベルが低下するのを防止することができ、高性能
な加速度センサを得ることができる。
As described above, according to the present invention, since the acceleration sensor is constituted by the electret capacitor, the acceleration sensor can be manufactured with a relatively simple structure and at low cost. In addition, since it is not necessary to use a piezoelectric element, it is possible to prevent deterioration of responsiveness and conversion efficiency due to pyroelectric charge, and
The sensitivity level can be prevented from lowering, and a high-performance acceleration sensor can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るエレクトレットコンデンサ型加速
度センサの第1実施形態を示す図であり、(a)はその
側面断面図、(b)はその振動体の上面図である。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an electret capacitor type acceleration sensor according to the present invention, wherein (a) is a side sectional view and (b) is a top view of a vibrating body.

【図2】第1実施形態のそのセンサの等価的回路図であ
る。
FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the sensor of the first embodiment.

【図3】本発明に係るエレクトレットコンデンサ型加速
度センサの第2実施形態を示す図であり、(a)はその
振動体の上面図、(b)はその振動体の側面図である。
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing a second embodiment of an electret condenser type acceleration sensor according to the present invention, wherein FIG. 3A is a top view of the vibrating body and FIG. 3B is a side view of the vibrating body.

【図4】第2実施形態のセンサの等価的回路図である。FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a sensor according to a second embodiment.

【図5】その従来技術を説明する図であり、その構成を
示す断面図である。
FIG. 5 is a view for explaining the prior art, and is a cross-sectional view showing a configuration thereof.

【図6】その使用を説明する一部拡大断面図である。FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating its use.

【図7】その特性を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the characteristics.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 金属固定電極 14、21 振動体 14a、14b、22a、22b、23a、23b 導通体 16、20 質量ブロック体 17、18、24、25、26、27 FET(検出手段) 19、20、28、29 差動アンプ(検出手段) 12 Metal fixed electrode 14, 21 Vibration body 14a, 14b, 22a, 22b, 23a, 23b Conductor 16, 20 Mass block body 17, 18, 24, 25, 26, 27 FET (detection means) 19, 20, 28, 29 Differential amplifier (detection means)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 金属固定電極と、この金属固定電極の対
向面に隙間を介して対向するとともに一対以上に分割さ
れた分割導通体を有する振動体と、前記金属固定電極ま
たは分割導通体の対向面の何れか一方に設けられ、前記
分割導通体と前記金属固定電極との間で少なくとも一対
以上のコンデンサを構成するように前記金属固定電極ま
たは分割導通体の対向面の何れか一方をエレクトレット
化するエレクトレット材と、 前記分割導通体が振動可能なように前記振動体を保持す
る絶縁体と、 前記分割導通体の境界面または分割導通体のそれぞれの
外周端部に設けられ、前記振動体の面と平行な方向に加
速度が加わったときに前記分割導通体を振動させる質量
ブロック体と、 前記分割導通体の振動に伴う前記各コンデンサの出力差
を検出する検出手段とを備えたことを特徴とするエレク
トレットコンデンサ型加速度センサ。
A vibrating body having a metal fixed electrode, a vibrating body facing a facing surface of the metal fixed electrode via a gap, and having a divided conductor divided into a pair or more, and opposing the metal fixed electrode or the divided conductor. Either one of the opposing surfaces of the metal fixed electrode or the split conductor is provided on one of the surfaces, and at least one pair of capacitors is formed between the split conductor and the metal fixed electrode. An electret material, an insulator that holds the vibrating body so that the divided conducting body can vibrate, and an insulator provided at a boundary surface of the divided conducting body or at an outer peripheral end of each of the divided conducting bodies. A mass block that vibrates the divided conductor when acceleration is applied in a direction parallel to a plane; and a detection that detects an output difference between the capacitors due to the vibration of the divided conductor. And an electret condenser type acceleration sensor.
【請求項2】 前記分割導通体を面対称に分割するとと
もに前記分割導通体の対称方向に加速度の検出軸を設定
することにより、その検出軸が少なくとも1つ以上にな
るように前記分割導通体を分割し、 前記検出手段が、検出軸と同方向に分割された分割導通
体の振動に伴う前記各コンデンサの出力差を検出するこ
とを特徴とする請求項1記載のエレクトレットコンデン
サ型加速度センサ。
2. The divided conducting body is divided into plane-symmetrical conductors and an acceleration detection axis is set in a symmetric direction of the divided conducting body, so that at least one detection axis is provided. 2. The electret condenser type acceleration sensor according to claim 1, wherein the detection unit detects an output difference of each of the capacitors due to vibration of the divided conductor divided in the same direction as the detection axis.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1635180A1 (en) * 2004-09-14 2006-03-15 Hosiden Corporation Acceleration sensor
EP1635179A1 (en) * 2004-09-13 2006-03-15 Hosiden Corporation Acceleration sensor
US7337669B2 (en) 2003-10-03 2008-03-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Inertial sensor and combined sensor therewith

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7337669B2 (en) 2003-10-03 2008-03-04 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Inertial sensor and combined sensor therewith
CN100416276C (en) * 2003-10-03 2008-09-03 松下电器产业株式会社 Inertial sensor and combined sensor therewith
EP1635179A1 (en) * 2004-09-13 2006-03-15 Hosiden Corporation Acceleration sensor
EP1635180A1 (en) * 2004-09-14 2006-03-15 Hosiden Corporation Acceleration sensor
US7194905B2 (en) 2004-09-14 2007-03-27 Hosiden Corporation Acceleration sensor

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