JP2001519534A - 静電帰還モーターを備えた可動プレート形加速度計 - Google Patents

静電帰還モーターを備えた可動プレート形加速度計

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JP2001519534A JP2000515184A JP2000515184A JP2001519534A JP 2001519534 A JP2001519534 A JP 2001519534A JP 2000515184 A JP2000515184 A JP 2000515184A JP 2000515184 A JP2000515184 A JP 2000515184A JP 2001519534 A JP2001519534 A JP 2001519534A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、アーマチュア(２)に固定配置された少なくとも一つの固定電極(３)と、固定電極(３，４)に対面して少なくとも一つのコンデンサー(８，９)を形成するようにアーマチュア(２)にバネ(７)で支持されて加速度の作用により固定電極(３，４)に対して相対移動してコンデンサー(８，９)の静電容量の変化を引き起こす少なくとも一つの可動電極(５)と、コンデンサー(８，９)の静電容量の変化を検出して応答動作で可動電極(５)と該可動電極に対面する固定電極(３，４)との間に帰還電圧を印加する制御手段(２０)を備えた静電スチフネス調整用電子回路(１０)とを備え、静電容量の変化を利用して質量の移動を検出する従動式可動プレート形加速度計に関する。本発明は、バネ(７)が機械的共振周波数を意図的に要求周波数帯域の上限周波数を超える周波数にするように選択されたスチフネスを有し、静電スチフネス調整用電子回路(１０)が見掛けの共振周波数を前記要求周波数帯域内に引き戻すように適合されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は加速度センサー技術に関するものである。本発明は、更に特別には静
電容量の変化を利用して質量の移動を検出する従動式可動プレート形加速度計に
関するものである。
【０００２】 微細機械加工技術による加速度計はセンサー技術において今や周知である。一
般的にこの種の加速度計はバネで固定アーマチュアに懸架支持された地震プレー
トと称する可動プレートを備えており、この可動プレートとアーマチュアとバネ
との組立構造体はシリコンウエハを化学エッチングすることにより得ている。
【０００３】 例えば、可動プレートは一つの電極を備え、固定アーマチュアは二つの電極を
備えている。可動電極は、二つの固定電極の各々とそれぞれ一つずつのコンデン
サーを形成する。このようなセンサー部に加速度が作用すると、可動プレートが
固定アーマチュアに対して相対的に移動し、それによって両コンデンサの静電容
量に不平衡が生み出される。制御回路がこの二つの静電容量間の相違を検出し、
応答動作で可動電極と固定電極との間に可動プレートを原位置に復帰させるため
の帰還電圧、従って電界力、を印加する。この構成が静電帰還モーターを提供し
ている。
【０００４】 静電スチフネスは電界力の関数であることが知られている。上述の種類のセン
サー部に関して、静電スチフネスの調整の原理は以下の通りである。
【０００５】 無電界状態では、バネのスチフネスｋｍ（ｋｍは変位に関するバネ復帰力の微
分係数）の作用による或る力Ｆｍが可動プレートを原位置に復帰させるべく作用
している。一方、電界（固定電極と稼働電極間の電圧）が存在する場合は或る電
界力Ｆｅが可動電極をいずれかの固定電極へ向けて牽引している。この力は電極
間の電界の二乗に比例する逆向きの二つの力の和であり、下記の式で示される。 Ｆｅ＝∈０・（Ｓ１・Ｅ１ ２−Ｓ２・Ｅ２ ２） ここでＳｉはｉ番目の固定電極と可動電極で形成されるコンデンサの表面積、Ｅ ｉ はＥｉ＝Ｖｉ／ｄｉであり、Ｖｉはｉ番目の固定電極とそれに対面する可動プ
レートの電極との間の電圧、ｄｉはｉ番目の固定電極と可動プレート上の電極と
の間の距離である（ｉ＝１または２）。
【０００６】 電界力は電極間距離の関数であり、従ってバネ復帰力と同様の、但し逆向きの
変位の関数である。その変位に関する微分係数は静電スチフネスｋｅである。
【０００７】 また機械的共振の周波数ｆｒｍは可動プレートの質量ｍとバネのスチフネスｋ ｍ に関係し、以下の式で示されることも知られている。 ｆｒｍ＝（１／２π）・（ｋｍ／ｍ）１／２
【０００８】 可動プレートの質量は一般に既知であり、製作にあたって正確且つ厳密に管理
されるが、バネのスチフネスｋｍの場合はこれが該当しない。従って個々の製品
で性能が大きく変わってしまうことになる。これが係る形式の加速度計の製作に
おける課題、即ち、可動プレートとバネのユニットの機械的共振周波数の正確な
再現性を実現する必要性をもたらしているのである。この種のセンサー部のダイ
ナミックレンジ（最大信号対雑音比）はこの共振周波数に大きく依存している。
【０００９】 縦向き成分に感応する加速度計では別の課題もあり、それは重力の作用による
可動質量の沈み込みである。
【００１０】 縦向き加速度計（即ち、加速度の縦向き成分に感度を有する加速度計）におい
ては、可動プレート質量の沈み込みが自身の重量によってΔｚ＝ｍ・ｇ／ｋｍな
る量だけ生じる（但し、ｍは可動プレートの質量、ｇは重力加速度、ｋｍはバネ
の機械的スチフネス）。
【００１１】 更に、加速度計のダイナミックレンジはスチフネス当たりの質量の大きさ（Ｓ
＝ｍ／ｋ）に比例するので、良好な機能を得るには高質量及び低スチフネスが要
求される。これは重力による大きな沈み込みを招くことになる。
【００１２】 自由変形するセンサー系では、縦向き姿勢における固定プレートと可動プレー
ト間の距離は少なくとも沈み込み量に等しくなければならず、さもないと復帰シ
ステムの使用を余儀なくされる。しかしながら、電極間の距離を過剰に大きくす
ると低い性能しか得られなくなり、これは充分な電界が得られなくなるからであ
る。従って沈み込みはセンサー部の性能を制限してしまうのである。
【００１３】 上述の問題に対する或る解決策では可動質量部をアーマチュア上で中心に芯合
わせしているが、これは、例えば １．バネに予荷重 ２．補償バネの追加 ３．静電的な復帰（米国特許第５３４５８２４号明細書参照） ４．遠隔で電磁復帰 ５．追加の製作組立工程（米国特許第４９２２７５６号明細書参照） などの比較的複雑な製作技術の使用を余儀なくするものである。
【００１４】 米国特許第４９２２７５６号明細書には、製作プロセス中にバネのスチフネス
定数を最適に管理する微細機械加工技術によるセンサー部の製造法が延べられて
いる。しかしながら、これは追加製造技術工程のコスト負担のもとに達成される
ものである。
【００１５】 米国特許第５３４５８２４号明細書では、バネのスチフネス定数のバラツキの
問題に対して機械的スチフネス定数ｋｍを最小化し、質量は全許容電界力の数パ
ーセントだけ中心合わせを行うことにより対処している。従って出力信号は、バ
ネがゆがまないので定数ｋｍに依存しなくなる。但し、この方式では加速度計の
感度が変化してしまう。
【００１６】 従って当業者は、スチフネス定数を小さくして性能を最適化するか（これは沈
み込みを増加させる）、充分に高い電界強度を得るために電極間距離を接近させ
て性能を最適化するか（これは沈み込み余裕を制限してしまう）、或いは使用可
能な周波数帯域を最適化するかなど、種々の妥協を常に探っていたことは事実で
ある。
【００１７】 本発明による加速度計は質量の移動の検出に静電容量の変化を利用する従動式
可動プレート形加速度計であって、 アーマチュアに固定配置された少なくとも一つの固定電極と、 固定電極に対面して少なくとも一つのコンデンサーを形成するようにアーマチ
ュアにバネで支持され、加速度の作用により固定電極に対して相対移動してコン
デンサーの静電容量の変化を引き起こす少なくとも一つの可動電極と、 コンデンサーの静電容量の変化を検出して応答動作で可動電極と該可動電極に
対面する固定電極との間に帰還電圧を印加する制御手段を備えた静電スチフネス
調整用電子回路とを備え、 特に、バネが機械的共振周波数を意図的に要求周波数帯域の上限周波数を超え
る周波数にするように選択されたスチフネスを有し、静電スチフネス調整用電子
回路が見掛けの共振周波数を前記要求周波数帯域内に引き戻すように適合されて
いることを特徴とするものである。
【００１８】 上述の本発明による加速度計におけるスチフネス調整機能は加速度計の性能を
改良するものであり、これは、 １．可動プレートを支持するバネの機械的スチフネスの拡がりの補償、 ２．高い静電スチフネスで補償された高い機械的スチフネスを用いることによ
る縦向き加速度計の沈み込み量の制限、及び ３．要求周波数帯域内での性能の最適化、 という各作用を同時に達成するからである。
【００１９】 ここで、機械的共振周波数を故意に要求周波数の上限周波数より高い値にして
おくという方策は、一見、Ｓ＝ｍ／ｋｍに比例するダイナミックレンジに対して
不利であるかのように思われるが、これが前述の当業者の不利益を克服するもの
であることに注意すべきである。
【００２０】 本発明による加速度計の好適な実施形態では、係る加速度計の固定電極は互い
に電気的に絶縁された二つの固定電極からなっている。
【００２１】 本発明による加速度計の別の好適な実施形態では、係る加速度計の可動電極は
単一の可動電極からなっている。
【００２２】 更に別の好適な実施形態では、本発明による加速度計の静電スチフネス調整用
電子回路は可動電極に対する時分割マルチプレクサ処理が可能である。
【００２３】 更に別の好適な実施形態では、本発明による加速度計は時分割マルチプレクサ
処理の処理サイクルが以下の４つのステップ、即ち、 ・電圧サンプルとその接地電位に対する対称的な対向成分を各固定電極及び可
動電極の間にそれぞれ印加する第１ステップと、 ・二つの固定電極の一方と可動電極とで構成されるコンデンサ及び二つの固定
電極の他方と可動電極とで構成されるコンデンサを放電する第２ステップと、 ・可動電極と二つの固定電極の一つずつで構成される一方又は他方のコンデン
サに制御手段による判定結果として帰還電圧を印加する第３ステップと、 ・第２ステップの動作を繰り返す第４ステップ、 とを含んでいる。
【００２４】 更に別の好適な実施形態では、本発明による加速度計の静電スチフネス調整用
電子回路は固定電極と可動電極との間の電圧振幅を変化させることにより静電ス
チフネスを調整する。
【００２５】 本発明による加速度計の静電スチフネス調整用電子回路の更に別の好適な実施
形態では、時分割マルチプレクサ処理の期間が調整可能である。
【００２６】 本発明による加速度計の更に別の好適な実施形態では、時分割マルチプレクサ
処理期間を調整して静電スチフネスを調整する。
【００２７】 本発明による加速度計の更に別の好適な実施形態では、静電スチフネスを調整
してバネ(７)の機械的スチフネスのバラツキを補償する。
【００２８】 本発明による加速度計の更に別の好適な実施形態では、静電スチフネスを調整
して縦向き姿勢時の沈み込みを機能喪失無く調整する。
【００２９】 本発明による加速度計の更に別の好適な実施形態では、静電スチフネスを調整
して機能を要求周波数帯域の関数として最適化する。
【００３０】 本発明による加速度計は他の複雑な装置のコンポーネントであってもよい。
【００３１】 以下に述べる本発明の特別な実施形態は純粋に例示のためのものであり、本発
明を限定するものではない。以下添付図面を参照して説明する。
【００３２】 以下に述べる本発明の限定を意図しない特別な実施形態による加速度計は、セ
ンサー部１と電子回路部１０とを備えている。
【００３３】 センサー部１は、アーマチュア２と、このアーマチュア２に装着固定された二
つの固定電極３及び４と、可動プレート６によって支持された一つの可動電極５
と、この可動プレート６をアーマチュア２に連結する複数のバネ７とを備えてい
る。
【００３４】 可動電極５を支持する可動プレート６と、固定電極３及び４を固定したアーマ
チュア２と、バネ７とは、例えば化学エッチング、イオン浸食、フォトリソグラ
フィ或いは電子線リソグラフィ、イオン注入、その他の通常のマイクロエレクト
ロニクスの微細加工技術プロセスによって半導体基板に微細加工で作り込まれて
いる。半導体基板としては例えばシリコン基板を用いることができる。
【００３５】 可動電極５は単一の導電面もしくは電気的に相互接続された複数の導電面で形
成される。
【００３６】 固定電極３及び４は各々単一の導電面もしくは電気的に相互接続された複数の
導電面で形成される。但し、この固定電極３と４は相互に電気的に絶縁されてい
る。
【００３７】 また、可動電極５は固定電極３及び４に対して電気的に絶縁されている。
【００３８】 可動電極５は、各固定電極３及び４とそれぞれコンデンサを形成している。従
ってセンサー部１は可動電極５を共通電極とする二つのコンデンサ８及び９を備
えていることになる。
【００３９】 可動電極５は、力が作用したときには二つの固定電極３及び４の間で必ず移動
する。これにより、センサー部１に加速度が作用したときに可動電極５の変位が
同時に二つのコンデンサ８及び９の静電容量を変化させるのである。
【００４０】 本発明の好適な、但し限定を意図しない実施形態において、電子回路１０は所
謂「スイッチド・キャパシタ」形式のものである。また、この電子回路は、電圧
発生源１４，１５，１９と、コンデンサ２１と、増幅器２２と、制御装置２０と
を備えている。この制御装置はクロック発生器３０によりクロック制御されてい
る。
【００４１】 四つのスイッチ１１，１２，１３，１７は電子回路１０の特定の回路要素の機
能をクロック発生器３０のクロック周期の特定の位相期間に亘って回路に接続ま
たは回路外に切り離し、それらの有効化または無効化を切り換える。
【００４２】 スイッチ１１は、固定電極３を接地ライン、＋Ｖｍ電圧源１４、或いは帰還電
圧Ｖｃｒの発生回路１６に選択的に接続する。またスイッチ１２は、固定電極４
を接地ライン、−Ｖｍ電圧源１５、或いは帰還電圧Ｖｃｒの発生回路１６へ選択
的に接続する。またスイッチ１３は、可動電極５を制御装置２０の入力或いは接
地ラインへ選択的に接続する。更にスイッチ１９は、Ｖｒｅｆ電圧源１９を回路
内に接続するスイッチである。
【００４３】 スイッチ１１，１２，１３は、電極３，４，５を接地してコンデンサ８と９を
それぞれ放電させるために用いられる。尚、コンデンサ２１も図示しないスイッ
チによって放電されることは述べるまでもない。
【００４４】 帰還電圧Ｖｃｒの発生回路１６にはＲＣ（抵抗とコンデンサ）並列回路１８が
用いられている。このＲＣ並列回路１８はコンデンサＣｄ２３と放電抵抗Ｒｄ２
３からなっている。
【００４５】 ＲＣ並列回路１８はＶｒｅｆ電圧源１９をシャントするものである。このため
にスイッチ１７がＲＣ並列回路１８をＶｒｅｆ電圧源１９に接続する。
【００４６】 後述するように、制御装置２０は、可動電極５と固定電極３及び４との間にそ
れぞれ電圧＋Ｖｍと−Ｖｍとを印加することによりコンデンサ８及び９の静電容
量の変化を検出し、応答動作で可動電極５と固定電極３または４の各一方との間
に帰還電圧＋Ｖｃｒを印加する。従って、可動電極と固定電極の組立構体は可動
電極５を原位置に復帰させる静電フィードバックモータを構成する。制御装置２
０はシグマ・デルタ変調器を含んでいても良い。
【００４７】 クロック発生器３０は、その発生クロックの周期で可動電極５のマルチプレク
サ処理を制御する。図４はマルチプレクサ処理の一周期を示している。この一周
期が時間間隔Ｐを定めている。
【００４８】 図４において、マルチプレクサ処理の時点Ｔ１においてスイッチ１１と１２が
固定電極３と４を電圧源１４と１５に接続する。また、スイッチ１３が可動電極
５をコンデンサ２１に接続する。スイッチ１１，１２，１３のこの状態は時点Ｔ
２まで維持される。この時点Ｔ１からＴ２までの期間が第１ステップであり、可
動電極５の位置の検出期間である。
【００４９】 時点Ｔ２ではスイッチ１１，１２，１３が固定電極３と４及び可動電極５をそ
れぞれ接地ラインへ接続し、この状態を時点Ｔ３まで維持する。この時点Ｔ２か
らＴ３までの期間が第２ステップである。
【００５０】 時点Ｔ３ではスイッチ１１と１２が固定電極３又は４を電圧源１６に接続し、
この状態を時点Ｔ４まで維持する。時点Ｔ３からＴ４までの期間が第３ステップ
であり、可動電極５にモータ作用を与える帰還電界力の印加期間である。
【００５１】 時点Ｔ４ではスイッチ１１と１２が固定電極３と４をそれぞれ接地ラインへ接
続し、この状態を時点Ｔ１＋Ｐまで維持する。時点Ｔ４からＴ１＋Ｐまでの期間
が第４ステップである。
【００５２】 このように、クロック発生器３０のクロック制御の周期は以下の通りの四つの
ステップからなっている。
【００５３】 第１ステップ：可動電極５と固定選挙区３及び４との間にそれぞれ接地電位に
対して対称的な電圧＋Ｖｍと−Ｖｍを印加して可動電極５の位置を検出する。可
動電極５が中立位置にないときはコンデンサ８の静電容量Ｃ１とコンデンサ９の
静電容量Ｃ２とが等しくなく、その結果、電荷ΔＱ＝Ｖｍ（Ｃ１−Ｃ２）がコン
デンサ２１に移動する。この場合、第１ステップの終了時における増幅器２２の
出力電圧Ｖｓは可動電極５の位置を示している。
【００５４】 第２ステップ：コンデンサ８及びコンデンサ９を放電する。
【００５５】 第３ステップ：コンデンサ８及び９の一方に制御装置２０による判定結果に応
じて帰還電圧Ｖｃｒを印加する。この判定結果自体は可動電極５の位置とその原
位置（このときはＣ１＝Ｃ２）との偏差の関数である。また、帰還電圧Ｖｃｒは
対応した或る電界力Ｆｅを引き起こし、これが可動電極５をその原位置へと復帰
させる力となる。
【００５６】 第４ステップ：コンデンサ８及びコンデンサ９を再び放電する。
【００５７】 コンデンサ８及び９の放電は位置検出と帰還電圧の印加との干渉を回避するた
めのものである。
【００５８】 以上の各ステップの継続期間は変更可能であることは述べるまでもない。
【００５９】 帰還電圧Ｖｃｒは一定値、即ち各電極３，４，５に方形パルスの形で印加して
もよいが、より好ましくは帰還電圧Ｖｃｒを急峻な立上りエッジと指数関数的に
下降する立下りエッジとを有するパルス形状で電極３，４，５に印加することが
望ましい。
【００６０】 これによって、クロックパルス前縁、即ちクロック位相ノイズに対する感受性
を低下させることができ、従ってセンサー部の信号対雑音比を改善することがで
きる。可動電極５に印加される電界力Ｆｅは、帰還電圧Ｖｃｒの二乗積分値に比
例する。従って上記パルスの立下りエッジ上のノイズは、帰還電圧Ｖｃｒが指数
関数的に下降する場合は上記積分値を大きく変化させることはない。 ここで「指数関数的に下降するパルス形式」なる表現は、帰還電圧Ｖｃｒがパ
ルス終期において可能な限り零になるまで徐々に下降するパルスを意味すること
は勿論である。従って、例えば減衰サイン関数のような減衰波形も好適である。
【００６１】 この場合、帰還電圧Ｖｃｒは好ましくは以下の方式で発生するのがよい。即ち
、第１ステップ、第２ステップ及び／又は第４ステップの期間中にＶｒｅｆ電圧
源１９によりコンデンサＣｄ２３を基準電圧Ｖｒｅｆに充電する。帰還電圧Ｖｃ ｒ を印加する期間である第３ステップ中にコンデンサＣｄ２３を可動電極５と固
定電極３，４の一方又は他方との間、及び放電抵抗Ｒｄ２４の端子に接続する。
帰還電圧Ｖｃｒを固定電極３と４の一方もしくは他方に印加するための判断は、
可動プレート６の変位の様子に応じて決定する。
【００６２】 次に、本発明による加速度計における共振周波数の調整原理について以下に説
明する。
【００６３】 見掛けの共振周波数ｆｒａは、可動プレートの質量及び見掛けのスチフネスの
関数であり、以下の通りに示される。 ｆｒａ＝（１／２π）・（ｋａ／ｍ）１／２ 但し、ｋａ＝ｋｍ−ｋｅ、ｋａは見掛けのスチフネス、ｋｍはバネのスチフネス
、ｋｅは静電スチフネス、ｍは可動プレートの質量である。
【００６４】 従ってｋａの値は静電スチフネスｋｅを変化させることで調整可能である。
【００６５】 センサー部の性能は機械的共振周波数ｆｒｍ＝（１／２π）・（ｋｍ／ｍ）１ ／２ に関係せずに見掛けの共振周波数ｆｒａに関係し、またｋａが減少可能、即
ちＳ＝ｍ／ｋｍに比例するダイナミックレンジを増加することができるので、セ
ンサー部の性能を向上させることが可能である。
【００６６】 本発明による加速度計の製作に際しては、機械的共振周波数は意図的に要求周
波数帯域の上限周波数よりも高い値に設定される（高いバネのスチフネスｋｍ）
。これにより沈み込み量が制限され、各電極間の距離が減少するので、見掛けの
共振周波数を要求周波数帯域に引き戻すために高い電界強度（従って高い静電ス
チフネスｋｅ）を利用することが可能となる。
【００６７】 実現可能なマルチプレクサ処理の周波数帯域は例えば要求周波数の上限値の１
００〜５００倍である。
【００６８】 これにより、要求周波数帯域内における高いループゲインをループの安定性と
の妥協無しに実現することができる。
【００６９】 本発明による加速度計を調整するための方法の一つの特別な非限定的実施形態
においては、静電スチフネスｋｅは第１ステップの期間を調整することにより最
適化される。このように第１ステップの継続期間を調整することはパラメータと
してｋｅのみしか影響を受けないので特に好適である。
【００７０】 連続システムにおいては、静電スチフネス、即ち電極間距離に関する電界力の
微分係数は電極間の電圧の二乗に比例し、且つ距離の三乗に反比例する。供試シ
ステムにおいては、サンプリング周波数が遮断周波数より極めて高いことから、
静電スチフネスは電圧印加のサイクル比（Ｔａ／Ｔｅ；Ｔａは帰還電圧Ｖｃｒの
印加周期、Ｔｅはサンプリング周期）にも比例する。
【００７１】 本発明の別の実施形態においては、各固定電極３，４と可動電極５とのそれぞ
れの間の各電圧の振幅を電子回路１０によって可変とした。この場合、加速度計
の性能は静電スチフネスを第１ステップの継続期間の変更で調整した場合よりも
低かったとはいえ、同様に静電スチフネスを調整することができた。第１ステッ
プ中に印加される電圧の振幅を変化させると可動電極５の位置検出の感度が変化
し、これが帰還ループの安定性に影響する。第３ステップの電圧振幅或いは継続
期間を変化させることも加速度計の感度変化を招く。静電スチフネスは、固定電
極３，４と可動電極５との間に印加される電圧の振幅と、位置検出期間及び／又
は電界力の印加期間の継続期間とを、時分割マルチプレクサ処理中に同時に変化
させることによっても調整可能である。
【００７２】 上述のような共振周波数の調整は、 第１にバネ７の機械的スチフネスのバラツキを補償して加速度計の製作を単純
化し、 第２に縦向き加速度計の沈み込み量を性能劣化無しに減少し、 第３に性能を要求周波数帯域の関数として最適化する。
【００７３】 例えば地質学上の地震探査において、信号捕捉システムの周波数帯域を探査領
域の大きさ或いは探査目標の深度の関数として１００Ｈｚ、２００Ｈｚ、４００
Ｈｚと変えることは標準的な手法である。従来の加速度計の共振周波数が予め定
められた周波数帯域、例えば１００Ｈｚに対して最適化されていたとすると、そ
れを４００Ｈｚで使用する場合は性能が極めて低下してしまう。本発明による加
速度計によれば、使用すべき新たな条件に静電スチフネスを調整することにより
最適性能を再び確立することができる。
【００７４】 以上に述べたように、本発明による加速度計は一つの可動電極５と二つの固定
電極３及び４とを備えたセンサー部１を備えているが、センサー部１は複数の可
動電極５とそれに対応してより多数の固定電極３及び４を備えていても良い。同
様に、複数のセンサー部１を互いに組み合わせて本発明の加速度計を構成し、個
々のセンサー部１の共振周波数をそれぞれ前述のように機械的スチフネスと調整
された静電スチフネスとで設定するようにしても良い。
【００７５】 本発明による加速度計は、地震探査のみならず例えばエアーバッグなどの安全
装置の衝撃検出にも使用することができる。
【００７６】 本発明による加速度計は、上述の説明及び請求の範囲に記載した以外にも、種
々の変形用途を有する各種装置に利用可能であることは述べるまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による加速度計のセンサー部の特別で非限定的な実施形態を示す説明図
である。
【図２】 上記センサー部のコンデンサー機構を示す模式図である。
【図３】 本発明による加速度計の特別な非限定的実施形態を示すブロック図である。
【図４】 可動電極のマルチプレクサ処理の一周期を例示する模式図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年４月６日（２０００．４．６）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６０】 これによって、クロックパルス前縁、即ちクロック位相ノイズに対する感受性
を低下させることができ、従ってセンサー部の信号対雑音比を改善することがで
きる。可動電極５に印加される電界力Ｆｅは、帰還電圧Ｖｃｒの二乗積分値に比
例する。従って上記パルスの立下りエッジ上のノイズは、帰還電圧Ｖｃｒがパル ス終期において可能な限り零になるまで徐々に下降する場合は上記積分値を大き く変化させることはない。従って、例えば指数関数的な減衰波形や減衰サイン関 数的な減衰波形が好適である。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アーマチュア(２)に固定配置された少なくとも一つの固定電
    極(３)と、固定電極(３，４)に対面して少なくとも一つのコンデンサー(８，９)
    を形成するようにアーマチュア(２)にバネ(７)で支持されて加速度の作用により
    固定電極(３，４)に対して相対移動してコンデンサー(８，９)の静電容量の変化
    を引き起こす少なくとも一つの可動電極(５)と、コンデンサー(８，９)の静電容
    量の変化を検出して応答動作で可動電極(５)と該可動電極(５)に対面する固定電
    極(３，４)との間に帰還電圧を印加する制御手段(２０)を備えた静電スチフネス
    調整用電子回路(１０)とを備え、静電容量の変化を利用して質量の移動を検出す
    る従動式可動プレート形加速度計において、 バネ(７)が機械的共振周波数を意図的に要求周波数帯域の上限周波数を超える
    周波数にするように選択されたスチフネスを有し、静電スチフネス調整用電子回
    路(１０)が見掛けの共振周波数を前記要求周波数帯域内に引き戻すように適合さ
    れていることを特徴とする従動式可動プレート形加速度計。
  2. 【請求項２】 固定電極が互いに電気的に絶縁された二つの固定電極(３)か
    らなることを特徴とする請求項１による加速度計。
  3. 【請求項３】 可動電極が単一の可動電極(５)からなることを特徴とする請
    求項１又は２による加速度計。
  4. 【請求項４】 静電スチフネス調整用電子回路(１０)が可動電極(５)に対す
    る時分割マルチプレクサ処理を可能とするものであることを特徴とする請求項１
    〜３のいずれか１項による加速度計。
  5. 【請求項５】 静電スチフネス調整用電子回路のマルチプレクサ処理サイク
    ルが、電圧サンプルとその接地電位に対する対称的な対向成分を各固定電極(３ ，４)と可動電極(５)との間にそれぞれ印加する第１ステップと、両固定電極(３
    ，４)の一方と可動電極(５)とで構成されるコンデンサ(８，９)及び両固定電極(
    ３，４)の他方と可動電極(５)とで構成されるコンデンサをそれぞれ放電する第 ２ステップと、可動電極(５)と両固定電極(３，４)の一つずつで構成される一方
    又は他方のコンデンサ(８，９)に制御手段(２０)による判定結果に応じて帰還電
    圧を印加する第３ステップと、第２ステップの動作を繰り返す第４ステップとを
    含むことを特徴とする請求項２、３及び４の組み合わせによる加速度計。
  6. 【請求項６】 静電スチフネス調整用電子回路(１０)が固定電極(３，４)と
    可動電極(５)との間の電圧振幅を変化させて静電スチフネスを調整するものであ
    ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項による加速度計。
  7. 【請求項７】 静電スチフネス調整用電子回路(１０)が時分割マルチプレク
    サ処理の期間を調整するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１
    項による加速度計。
  8. 【請求項８】 時分割マルチプレクサ処理期間の調整で静電スチフネスを調
    整することを特徴とする請求項７による加速度計。
  9. 【請求項９】 静電スチフネスの調整によりバネ(７)の機械的スチフネスの
    バラツキを補償することを特徴とする請求項６又は８のいずれか１項による加速
    度計。
  10. 【請求項１０】 静電スチフネスの調整により縦向き姿勢時の沈み込みを機
    能喪失無く調整することを特徴とする請求項６、８及び９のいずれか１項による
    加速度計。
  11. 【請求項１１】 静電スチフネスの調整により要求周波数帯域の関数として
    機能を最適化することを特徴とする請求項６、８〜１０のいずれか１項による加
    速度計。
  12. 【請求項１２】 帰還電圧を可動電極(５)と固定電極(３又は４)との間に指
    数関数的に減少する立下りエッジを有するパルスの形で印加することを特徴とす
    る請求項１〜１１のいずれか１項による加速度計。
  13. 【請求項１３】 急峻な立上りエッジと指数関数的に減少する立下りエッジ
    とを有するパルス形式の帰還電圧を生じるＲＣ並列回路(１８)を含むことを特徴
    とする請求項１〜１２のいずれか１項による加速度計。
  14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれか１項による加速度計の地震探査
    への使用。
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