JP2002310825A - 圧力センサ - Google Patents
圧力センサInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 汎用ピエゾ圧力センサに代表される高速の圧
力センサ出力と、レゾナント圧力センサに代表される高
精度、高安定の圧力センサの出力を有機的に合成し、高
速応答かつ高精度、高安定な圧力センサを実現するこ
と。 【解決手段】 汎用精度を有する応答速度の速い第１圧
力センサ手段と、この第１圧力センサより精度並びに安
定度は高いが応答速度は遅い第２圧力センサ手段と、前
記第１圧力センサ出力と前記第２圧力センサ出力の差を
演算する差分演算手段と、前記第１圧力センサ出力に、
前記差分演算手段出力を加算して圧力信号を発信する加
算手段と、を具備した。
力センサ出力と、レゾナント圧力センサに代表される高
精度、高安定の圧力センサの出力を有機的に合成し、高
速応答かつ高精度、高安定な圧力センサを実現するこ
と。 【解決手段】 汎用精度を有する応答速度の速い第１圧
力センサ手段と、この第１圧力センサより精度並びに安
定度は高いが応答速度は遅い第２圧力センサ手段と、前
記第１圧力センサ出力と前記第２圧力センサ出力の差を
演算する差分演算手段と、前記第１圧力センサ出力に、
前記差分演算手段出力を加算して圧力信号を発信する加
算手段と、を具備した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、応答速度が速く、
かつ高精度、高安定な圧力センサに関する。
かつ高精度、高安定な圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】超高精度、高安定性を実現した圧力セン
サとしては、レゾナント圧力センサが代表的である。図
７乃至図９により、レゾナント圧力センサの概要を説明
する。図７は物理的な構造の概念図であり、単結晶シリ
コン基板上に、やはり単結晶シリコンでミクロサイズの
Ｈ形の梁が半導体マイクロマシニング技術で真空のシェ
ルの内部に形成されている。
サとしては、レゾナント圧力センサが代表的である。図
７乃至図９により、レゾナント圧力センサの概要を説明
する。図７は物理的な構造の概念図であり、単結晶シリ
コン基板上に、やはり単結晶シリコンでミクロサイズの
Ｈ形の梁が半導体マイクロマシニング技術で真空のシェ
ルの内部に形成されている。
【０００３】シリコン基板は、中央部が薄板のダイアフ
ラム構造となっており、このシリコンダイアフラムに圧
力が加わると表面に応力が発生し梁の張力が変化し、Ｈ
形梁の固有振動数が変化する。
ラム構造となっており、このシリコンダイアフラムに圧
力が加わると表面に応力が発生し梁の張力が変化し、Ｈ
形梁の固有振動数が変化する。
【０００４】図８により励振原理を説明する。永久磁石
を振動子に近接して配置し振動子の梁と直行する方向に
磁界を作り、Ｈ形梁の一方に励振電流ｉを加えて電磁力
により固有振動数にて振動するように制御する。固有振
動数Ｆｒは、両端の張力以外は半永久的に変化しない梁
の機械的特性（梁の形状および機械的物性値）のみに依
存するので、安定した特性が得られる。
を振動子に近接して配置し振動子の梁と直行する方向に
磁界を作り、Ｈ形梁の一方に励振電流ｉを加えて電磁力
により固有振動数にて振動するように制御する。固有振
動数Ｆｒは、両端の張力以外は半永久的に変化しない梁
の機械的特性（梁の形状および機械的物性値）のみに依
存するので、安定した特性が得られる。
【０００５】図９は、信号処理の概念図である。レゾナ
ント圧力センサ１で検出した周波数信号Ｆｒ並びに温度
センサ２による周波数出力信号Ｆｔの変化は、高精度の
カウンター手段３並びに４を介してＣＰＵ手段５に取り
込まれ、圧力補正信号演算手段６により、リニアリテ
ィ、温度特性等に対し高次の補正が実行され、精度±
０. ０１％ＦＳ程度の極めて高精度なパルス幅信号Ｐｒ
が得られる。この信号は更に平滑回路７でアナログ出力
Ｐｗに変換される。
ント圧力センサ１で検出した周波数信号Ｆｒ並びに温度
センサ２による周波数出力信号Ｆｔの変化は、高精度の
カウンター手段３並びに４を介してＣＰＵ手段５に取り
込まれ、圧力補正信号演算手段６により、リニアリテ
ィ、温度特性等に対し高次の補正が実行され、精度±
０. ０１％ＦＳ程度の極めて高精度なパルス幅信号Ｐｒ
が得られる。この信号は更に平滑回路７でアナログ出力
Ｐｗに変換される。
【０００６】ＣＰＵ手段５におけるサンプリング周期
は、５０ｍｓ〜２５０ｍｓ程度であり、ＣＰＵ手段によ
って処理をされるため、サンプリング時に無駄時間が発
生する。また、高精度な出力を得るためにダンピング処
理（出力に1次遅れのフィルター挿入）が必要で有り、
下記のような演算式による出力となる。 Ｙ＝[｛ｅｘｐ（−ＬＳ）｝／（1＋ＴＳ）]・Ｘ Ｘ：入力、Ｙ：出力、Ｌ：無駄時間、Ｔ：時定数 高性能を生かすためには、応答速度は数秒程度必要であ
る。
は、５０ｍｓ〜２５０ｍｓ程度であり、ＣＰＵ手段によ
って処理をされるため、サンプリング時に無駄時間が発
生する。また、高精度な出力を得るためにダンピング処
理（出力に1次遅れのフィルター挿入）が必要で有り、
下記のような演算式による出力となる。 Ｙ＝[｛ｅｘｐ（−ＬＳ）｝／（1＋ＴＳ）]・Ｘ Ｘ：入力、Ｙ：出力、Ｌ：無駄時間、Ｔ：時定数 高性能を生かすためには、応答速度は数秒程度必要であ
る。
【０００７】一方、汎用精度であるが、１〜５ｍｓ程度
の高速な応答性が得られる圧力センサとしては、汎用ピ
エゾ圧力センサが代表的である。汎用ピエゾ型圧力セン
サは、ブリッジ接続したピエゾ素子による抵抗変化信号
をアナログ増幅回路で増幅し出力する圧力センサであ
る。
の高速な応答性が得られる圧力センサとしては、汎用ピ
エゾ圧力センサが代表的である。汎用ピエゾ型圧力セン
サは、ブリッジ接続したピエゾ素子による抵抗変化信号
をアナログ増幅回路で増幅し出力する圧力センサであ
る。
【０００８】図１０及び図１１により、ピエゾ圧力セン
サ８の概要を説明する。図１０は物理的な構造の概念図
であり、単結晶シリコン基板の上にピエゾ抵抗が形成さ
れている。図７のレゾナント圧力センサと同様に薄板の
ダイアフラム部は圧力が加わると表面に応力が発生し、
ピエゾ効果により抵抗が変化する。
サ８の概要を説明する。図１０は物理的な構造の概念図
であり、単結晶シリコン基板の上にピエゾ抵抗が形成さ
れている。図７のレゾナント圧力センサと同様に薄板の
ダイアフラム部は圧力が加わると表面に応力が発生し、
ピエゾ効果により抵抗が変化する。
【０００９】図１１は信号処理の概念図である。ピエゾ
効果による抵抗変化信号Ｐｉは、オペアンプＡ１、Ａ２
よりなるアナログ増幅回路９にて増幅、スパン調節、ゼ
ロ点調節、温度補償等の信号処理が実行され、出力信号
Ｐｆに変換される。
効果による抵抗変化信号Ｐｉは、オペアンプＡ１、Ａ２
よりなるアナログ増幅回路９にて増幅、スパン調節、ゼ
ロ点調節、温度補償等の信号処理が実行され、出力信号
Ｐｆに変換される。
【００１０】このアナログ増幅回路９による信号処理で
は、図９のようなＣＰＵ手段が介在しないため、１〜５
ｍｓ程度の高速な応答速度が得られる反面、センサの圧
力信号や温度特性のノンリニアの補正が出来ないので、
レゾナント圧力センサに比較して精度が低く。また、ピ
エゾ素子は化学汚染に敏感で周囲に有るイオンによって
経年誤差はレゾナント圧力センサに比較して大きい。
は、図９のようなＣＰＵ手段が介在しないため、１〜５
ｍｓ程度の高速な応答速度が得られる反面、センサの圧
力信号や温度特性のノンリニアの補正が出来ないので、
レゾナント圧力センサに比較して精度が低く。また、ピ
エゾ素子は化学汚染に敏感で周囲に有るイオンによって
経年誤差はレゾナント圧力センサに比較して大きい。
【００１１】図１２は、レゾナント圧力センサと汎用ピ
エゾ圧力センサとを、精度、温度特性、経年変化、応答
速度の各項目で比較した比較データであり、レゾナント
圧力センサは精度、温度特性、経年変化特性で優れ、ピ
エゾ圧力センは応答速度特性で優れていることが分る。
エゾ圧力センサとを、精度、温度特性、経年変化、応答
速度の各項目で比較した比較データであり、レゾナント
圧力センサは精度、温度特性、経年変化特性で優れ、ピ
エゾ圧力センは応答速度特性で優れていることが分る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、レゾナ
ント圧力ンサは、超高精度、超高安定（経年変化、温度
変化）出力は得られるが、高速な応答性は得られない。
そのため従来は、プロセスオートメーションなどの圧力
変化が小さいプロセスの測定、あるいは圧力基準器など
のスタティックな圧力の測定に用途が限定される。従っ
て、近年需要が増加している、高精度、高速応答が要求
される半導体ステッパー用エアダンパー用圧力センサ等
には利用できない。
ント圧力ンサは、超高精度、超高安定（経年変化、温度
変化）出力は得られるが、高速な応答性は得られない。
そのため従来は、プロセスオートメーションなどの圧力
変化が小さいプロセスの測定、あるいは圧力基準器など
のスタティックな圧力の測定に用途が限定される。従っ
て、近年需要が増加している、高精度、高速応答が要求
される半導体ステッパー用エアダンパー用圧力センサ等
には利用できない。
【００１３】一方、汎用ピエゾ圧力センサは、高速応答
性と比較的小さい出力揺動で高速、小不感帯の測定が可
能な反面、リニア誤差、温度誤差、経年変化、温度ヒス
テリシスなど誤差が大きく、圧力真値を高精度、高安定
に出力することはできない。
性と比較的小さい出力揺動で高速、小不感帯の測定が可
能な反面、リニア誤差、温度誤差、経年変化、温度ヒス
テリシスなど誤差が大きく、圧力真値を高精度、高安定
に出力することはできない。
【００１４】本発明は、汎用ピエゾ圧力センサに代表さ
れる高速の圧力センサ出力と、レゾナント圧力センサに
代表される高精度、高安定の圧力センサの出力を有機的
に合成し、高速応答かつ高精度、高安定な圧力センサを
実現することを目的とする。
れる高速の圧力センサ出力と、レゾナント圧力センサに
代表される高精度、高安定の圧力センサの出力を有機的
に合成し、高速応答かつ高精度、高安定な圧力センサを
実現することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項１記載発明の特徴は、汎
用精度を有する応答速度の速い第１圧力センサ手段と、
この第１圧力センサより精度並びに安定度は高いが応答
速度は遅い第２圧力センサ手段と、前記第１圧力センサ
出力と前記第２圧力センサ出力の差を演算する差分演算
手段と、前記第１圧力センサ出力に、前記差分演算手段
出力を加算して圧力信号を発信する加算手段と、を具備
した点にある。
るために、本発明のうち請求項１記載発明の特徴は、汎
用精度を有する応答速度の速い第１圧力センサ手段と、
この第１圧力センサより精度並びに安定度は高いが応答
速度は遅い第２圧力センサ手段と、前記第１圧力センサ
出力と前記第２圧力センサ出力の差を演算する差分演算
手段と、前記第１圧力センサ出力に、前記差分演算手段
出力を加算して圧力信号を発信する加算手段と、を具備
した点にある。
【００１６】請求項２記載発明の特徴は、前記第１圧力
センサ手段として、アナログ信号処理により圧力信号を
演算する点にある。
センサ手段として、アナログ信号処理により圧力信号を
演算する点にある。
【００１７】請求項３記載発明の特徴は、前記第２圧力
センサ手段として、ディジタル信号処理により圧力信号
を演算する点にある。
センサ手段として、ディジタル信号処理により圧力信号
を演算する点にある。
【００１８】請求項４記載発明の特徴は、前記第１圧力
センサ手段として、汎用ピエゾ圧力センサを用いる点に
ある。
センサ手段として、汎用ピエゾ圧力センサを用いる点に
ある。
【００１９】請求項５記載発明の特徴は、前記第１圧力
センサ手段として、ゲージ蒸着圧力センサを用いる点に
ある。
センサ手段として、ゲージ蒸着圧力センサを用いる点に
ある。
【００２０】請求項６記載発明の特徴は、前記第１圧力
センサ手段として、差動トランス型センサを用いる点に
ある。
センサ手段として、差動トランス型センサを用いる点に
ある。
【００２１】請求項７記載発明の特徴は、前記第１圧力
センサ手段として、差動容量型センサを用いる点にあ
る。
センサ手段として、差動容量型センサを用いる点にあ
る。
【００２２】請求項８記載発明の特徴は、前記第２圧力
センサ手段として、レゾナント圧力センサを用いる点に
ある。
センサ手段として、レゾナント圧力センサを用いる点に
ある。
【００２３】請求項９記載発明の特徴は、前記第２圧力
センサ手段として、ディジタル処理ピエゾ圧力センサを
用いる点にある。
センサ手段として、ディジタル処理ピエゾ圧力センサを
用いる点にある。
【００２４】請求項１０記載発明の特徴は、前記第２圧
力センサ手段として、水晶振動式圧力センサを用いる点
にある。
力センサ手段として、水晶振動式圧力センサを用いる点
にある。
【００２５】請求項１１記載発明の特徴は、前記第２圧
力センサ手段として、差動音叉式圧力センサを用いる点
にある。
力センサ手段として、差動音叉式圧力センサを用いる点
にある。
【００２６】請求項１２記載発明の特徴は、前記レゾナ
ント圧力センサ上に前記ピエゾ圧力センサを形成したハ
イブリッド圧力センサを、前記１圧力センサ手段及び前
記第２圧力センサ手段として用いる点にある。
ント圧力センサ上に前記ピエゾ圧力センサを形成したハ
イブリッド圧力センサを、前記１圧力センサ手段及び前
記第２圧力センサ手段として用いる点にある。
【００２７】請求項１３記載発明の特徴は、前記ディジ
タル信号処理は、ＣＰＵ手段により、むだ時間及び１次
遅れ演算が実行される点にある。
タル信号処理は、ＣＰＵ手段により、むだ時間及び１次
遅れ演算が実行される点にある。
【００２８】請求項１４記載発明の特徴は、前記第１圧
力センサ出力に対して、前記ＣＰＵ手段により、前記第
２圧力センサに対するむだ時間演算を実行する時間遅れ
出力演算手段を具備する点にある。
力センサ出力に対して、前記ＣＰＵ手段により、前記第
２圧力センサに対するむだ時間演算を実行する時間遅れ
出力演算手段を具備する点にある。
【００２９】請求項１５記載発明の特徴は、前記第１圧
力センサ出力に対して、前記ＣＰＵ手段によりのサンプ
リング同期信号に基づき、前記ＣＰＵ手段の外部で前記
第２圧力センサに対するむだ時間演算を実行する時間遅
れ出力演算手段を具備する点にある。
力センサ出力に対して、前記ＣＰＵ手段によりのサンプ
リング同期信号に基づき、前記ＣＰＵ手段の外部で前記
第２圧力センサに対するむだ時間演算を実行する時間遅
れ出力演算手段を具備する点にある。
【００３０】請求項１６記載発明の特徴は、前記加算手
段がアナログ式加算器手段で実現された点にある。
段がアナログ式加算器手段で実現された点にある。
【００３１】請求項１７記載発明の特徴は、前記加算手
段がディジタル加算器手段で実現された点にある。
段がディジタル加算器手段で実現された点にある。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下本発明実施態様を、図面を用
いて説明する。図１は本発明を適用した圧力センサの実
施例を示すブロック線図であり、図９、図１１で説明し
た構成要素と同一要素には同一符号を付して示す。
いて説明する。図１は本発明を適用した圧力センサの実
施例を示すブロック線図であり、図９、図１１で説明し
た構成要素と同一要素には同一符号を付して示す。
【００３３】レゾナント圧力センサ１より得られる高精
度信号は、ＣＰＵ手段５内において、圧力補正信号演算
手段６により高次のリニア補正、温度補正、静圧補正が
実行され、サンプリング間隔ごとにパラメータＰｒとし
て保持される。この信号Ｐｒは、残りのわずかな誤差を
無視すると変動中の実圧力値、Ｐに対して、Ｐｒ＝
［｛ｅｘｐ（−ＬＳ）｝／（１＋ＴＳ）］・Ｐとなる。 Ｌ：無駄時間、Ｔ：時定数
度信号は、ＣＰＵ手段５内において、圧力補正信号演算
手段６により高次のリニア補正、温度補正、静圧補正が
実行され、サンプリング間隔ごとにパラメータＰｒとし
て保持される。この信号Ｐｒは、残りのわずかな誤差を
無視すると変動中の実圧力値、Ｐに対して、Ｐｒ＝
［｛ｅｘｐ（−ＬＳ）｝／（１＋ＴＳ）］・Ｐとなる。 Ｌ：無駄時間、Ｔ：時定数
【００３４】汎用ピエゾ圧力センサ８から、アナログ増
幅回路９を介して得られる信号Ｐｆは、汎用精度のアナ
ログ信号である。この信号には、誤差要因として温度誤
差、経年変化などの誤差出力が含まれる。ピエゾ型の応
答速度が十分高速であり、過渡特性が無いものとして、
実圧力値Ｐ、誤差出力をＰｅとすると、Ｐｆ＝Ｐ＋Ｐｅ
となる。
幅回路９を介して得られる信号Ｐｆは、汎用精度のアナ
ログ信号である。この信号には、誤差要因として温度誤
差、経年変化などの誤差出力が含まれる。ピエゾ型の応
答速度が十分高速であり、過渡特性が無いものとして、
実圧力値Ｐ、誤差出力をＰｅとすると、Ｐｆ＝Ｐ＋Ｐｅ
となる。
【００３５】１１は、汎用ピエゾ圧力センサ出力Ｐｆを
周波数変換するＶ／Ｆ変換手段であり、その周波数出力
はカウンター手段１１を介してＣＰＵ５手段５に取り込
まれ、時間遅れ出力演算手段１２に入力され、レゾナン
ト圧力センサ出力の演算と同期したタイミングで同様の
時間遅れおよびダンピング処理される。
周波数変換するＶ／Ｆ変換手段であり、その周波数出力
はカウンター手段１１を介してＣＰＵ５手段５に取り込
まれ、時間遅れ出力演算手段１２に入力され、レゾナン
ト圧力センサ出力の演算と同期したタイミングで同様の
時間遅れおよびダンピング処理される。
【００３６】時間遅れ出力演算手段１２の出力信号Ｐｄ
は、誤差出力を含んでいるので、 Ｐｄ＝［｛ｅｘｐ（−ＬＳ）｝／（１＋ＴＳ）］・［Ｐ
＋Ｐｅ］ となる。
は、誤差出力を含んでいるので、 Ｐｄ＝［｛ｅｘｐ（−ＬＳ）｝／（１＋ＴＳ）］・［Ｐ
＋Ｐｅ］ となる。
【００３７】１３は差分演算手段であり、圧力補正信号
演算手段６の出力Ｐｒと時間遅れ出力演算手段１２の出
力Ｐｄの差を演算し、パルス幅信号を出力する。このパ
ルス幅信号は、平滑回路７でアナログ信号Ｐｗに変換さ
れる。
演算手段６の出力Ｐｒと時間遅れ出力演算手段１２の出
力Ｐｄの差を演算し、パルス幅信号を出力する。このパ
ルス幅信号は、平滑回路７でアナログ信号Ｐｗに変換さ
れる。
【００３８】１４はアナログ加算器であり、汎用ピエゾ
圧力センサ８から、アナログ増幅回路９を介して得られ
る信号Ｐｆと平滑回路７のアナログ信号Ｐｗを加算して
最終出力信号Ｐｏを発信する。Ｐｏは、上記式から、 Ｐｏ＝（Ｐｒ−Ｐｄ）＋Ｐｆ ＝Ｐ−《［｛ｅｘｐ（−ＬＳ）｝／（１＋ＴＳ）］−
1》・Ｐｅ となる。
圧力センサ８から、アナログ増幅回路９を介して得られ
る信号Ｐｆと平滑回路７のアナログ信号Ｐｗを加算して
最終出力信号Ｐｏを発信する。Ｐｏは、上記式から、 Ｐｏ＝（Ｐｒ−Ｐｄ）＋Ｐｆ ＝Ｐ−《［｛ｅｘｐ（−ＬＳ）｝／（１＋ＴＳ）］−
1》・Ｐｅ となる。
【００３９】前記の式でスタティックな状態では、 ［｛ｅｘｐ（−ＬＳ）｝／（１＋ＴＳ）］＝１ となるので、Ｐｏ＝Ｐとなる。過渡現象がある期間は、
Ｐｅの誤差が有るが、徐々に誤差は小さくなる。
Ｐｅの誤差が有るが、徐々に誤差は小さくなる。
【００４０】図２は、時刻ｔ０における実圧力Ｐのステ
ップ変化に対するＰｆ、Ｐｒ、Ｐｏのステップ応答を示
す。汎用ピエゾ圧力センサ出力Ｐｆは時間遅れなく追従
するが、誤差Ｐｅを含む。レゾナント圧力センサ出力Ｐ
ｒは、ｔ２までのむだ時間の後１次遅れ特性で追従す
る。
ップ変化に対するＰｆ、Ｐｒ、Ｐｏのステップ応答を示
す。汎用ピエゾ圧力センサ出力Ｐｆは時間遅れなく追従
するが、誤差Ｐｅを含む。レゾナント圧力センサ出力Ｐ
ｒは、ｔ２までのむだ時間の後１次遅れ特性で追従す
る。
【００４１】最終出力信号Ｐｏは、レゾナント圧力セン
サのむだ時間の間、最大誤差としてＰｅを含むが、レゾ
ナント圧力センサの応答がはじまると徐々に出力精度は
上がる。なお、Ｐｅの誤差は、通常のピエゾセンサの誤
差に比較して応答の遅い温度変化や経年変化分の誤差は
キャンセルされるので小さくなる。
サのむだ時間の間、最大誤差としてＰｅを含むが、レゾ
ナント圧力センサの応答がはじまると徐々に出力精度は
上がる。なお、Ｐｅの誤差は、通常のピエゾセンサの誤
差に比較して応答の遅い温度変化や経年変化分の誤差は
キャンセルされるので小さくなる。
【００４２】図３は本発明の他の実施態様を示すブロッ
ク線図である。この実施例の特徴は、図１においてＣＰ
Ｕ手段５内で実行されていた、汎用ピエゾ圧力センサ出
力に対する時間遅れ出力演算手段１２を、ＣＰＵ手段外
の専用の演算手段に置き換えてＣＰＵ手段の負荷を軽く
し、高速化を図った点にある。
ク線図である。この実施例の特徴は、図１においてＣＰ
Ｕ手段５内で実行されていた、汎用ピエゾ圧力センサ出
力に対する時間遅れ出力演算手段１２を、ＣＰＵ手段外
の専用の演算手段に置き換えてＣＰＵ手段の負荷を軽く
し、高速化を図った点にある。
【００４３】汎用ピエゾ圧力センサ出力Ｐｆを周波数変
換するＶ／Ｆ変換手段１０の周波数出力を入力するカウ
ンター手段１１は、ＣＰＵ５手段５よりサンプリング同
期信号ＣＰを受けて、ＣＰＵ手段の信号処理と同期し
て、カウントとリセットが実行される。
換するＶ／Ｆ変換手段１０の周波数出力を入力するカウ
ンター手段１１は、ＣＰＵ５手段５よりサンプリング同
期信号ＣＰを受けて、ＣＰＵ手段の信号処理と同期し
て、カウントとリセットが実行される。
【００４４】１５は、カウンター手段１１の出力をアナ
ログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段、１６は時定数の演
算を実行するローパスフィルタ手段であり、演算出力Ｐ
ｄを発信する。この実施例において平滑回路７は、パル
ス幅信号で与えられる圧力補正信号演算手段６の出力Ｐ
ｒをアナログ信号Ｐｗに変換する。
ログ信号に変換するＤ／Ａ変換手段、１６は時定数の演
算を実行するローパスフィルタ手段であり、演算出力Ｐ
ｄを発信する。この実施例において平滑回路７は、パル
ス幅信号で与えられる圧力補正信号演算手段６の出力Ｐ
ｒをアナログ信号Ｐｗに変換する。
【００４５】１７はアナログ方式の加減算回路であり、
Ｐｆ、Ｐｄ、Ｐｗを入力し、 Ｐｏ＝Ｐｆ＋（Ｐｗ−Ｐｄ） を演算して最終出力信号Ｐｏを発信する。
Ｐｆ、Ｐｄ、Ｐｗを入力し、 Ｐｏ＝Ｐｆ＋（Ｐｗ−Ｐｄ） を演算して最終出力信号Ｐｏを発信する。
【００４６】図４は本発明の更に他の実施態様を示すブ
ロック線図である。この実施例の特徴は、ピエゾ圧力セ
ンサ８の出力ＰｉをＡ／Ｄ変換手段１８を介してディジ
タル信号Ｐｆに変換し、すべての信号処理をディジタル
化した点にある。実施例図１において用いられたアナロ
グ方式の加算器手段１４に代えて、ＤＳＰによる信号処
理で加算処理を実行するディジタル式の加算器手段１９
が用いられる。
ロック線図である。この実施例の特徴は、ピエゾ圧力セ
ンサ８の出力ＰｉをＡ／Ｄ変換手段１８を介してディジ
タル信号Ｐｆに変換し、すべての信号処理をディジタル
化した点にある。実施例図１において用いられたアナロ
グ方式の加算器手段１４に代えて、ＤＳＰによる信号処
理で加算処理を実行するディジタル式の加算器手段１９
が用いられる。
【００４７】図５は、本発明圧力センサの実装例を示す
断面図である。筐体と、圧力Ｐを受けるシールダイアフ
ラムとで囲まれたオイルが封入された室内に、汎用ピエ
ゾ圧力センサとレゾナント圧力センサとを組み込み、両
センサが封入オイルを介して圧力Ｐを受ける構造であ
る。
断面図である。筐体と、圧力Ｐを受けるシールダイアフ
ラムとで囲まれたオイルが封入された室内に、汎用ピエ
ゾ圧力センサとレゾナント圧力センサとを組み込み、両
センサが封入オイルを介して圧力Ｐを受ける構造であ
る。
【００４８】図６は本発明圧力センサの他の実装例を示
すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。共
通のシリコン基盤に形成されたダイヤフラム上に、汎用
ピエゾ圧力センサを構成する４個のピエゾ素子とレゾナ
ント圧力センサを構成するＨ型振動子を形成した構造で
ある。
すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。共
通のシリコン基盤に形成されたダイヤフラム上に、汎用
ピエゾ圧力センサを構成する４個のピエゾ素子とレゾナ
ント圧力センサを構成するＨ型振動子を形成した構造で
ある。
【００４９】以上説明した実施例では、汎用精度を有す
る応答速度の速い第１圧力センサの代表として汎用ピエ
ゾ圧力センサを示したが、他の応答性の速いセンサ、例
えばゲージ蒸着圧力センサ、差動トランス型センサ、差
動容量型センサに置き換えることもできる。
る応答速度の速い第１圧力センサの代表として汎用ピエ
ゾ圧力センサを示したが、他の応答性の速いセンサ、例
えばゲージ蒸着圧力センサ、差動トランス型センサ、差
動容量型センサに置き換えることもできる。
【００５０】更に、この第１圧力センサより精度並びに
安定度は高いが応答速度が遅い第２圧力センサの代表と
してレゾナント圧力センサを示したが、他の高安定、高
精度な圧力センサ、例えばディジタル処理ピエゾ圧力セ
ンサ、水晶振動式圧力センサ、差動音叉式圧力センサ等
に置き換えることもできる。
安定度は高いが応答速度が遅い第２圧力センサの代表と
してレゾナント圧力センサを示したが、他の高安定、高
精度な圧力センサ、例えばディジタル処理ピエゾ圧力セ
ンサ、水晶振動式圧力センサ、差動音叉式圧力センサ等
に置き換えることもできる。
【００５１】更に、図６の実装例のように、ワンチップ
上に２種類のセンサを形成したハイブリッド型圧力セン
サでも同様に本発明を実施することができる。
上に２種類のセンサを形成したハイブリッド型圧力セン
サでも同様に本発明を実施することができる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば、汎用ピエゾ圧力センサに代表される高
速の圧力センサ出力と、レゾナント圧力センサに代表さ
れる高精度、高安定の圧力センサの出力を有機的に合成
し、高速応答かつ高精度、高安定な圧力センサを実現す
ることが可能となる。
本発明によれば、汎用ピエゾ圧力センサに代表される高
速の圧力センサ出力と、レゾナント圧力センサに代表さ
れる高精度、高安定の圧力センサの出力を有機的に合成
し、高速応答かつ高精度、高安定な圧力センサを実現す
ることが可能となる。
【００５３】従って、プロセスオートメーション用に限
定されることなく、近年需要が増加している、高精度、
高速応答の半導体ステッパー用エアダンパー用圧力セン
サなどに有効に利用することができ等、適用分野を大幅
に拡大することが可能となる。
定されることなく、近年需要が増加している、高精度、
高速応答の半導体ステッパー用エアダンパー用圧力セン
サなどに有効に利用することができ等、適用分野を大幅
に拡大することが可能となる。
【図１】本発明を適用した圧力センサの実施例を示すブ
ロック線図である。
ロック線図である。
【図２】本発明を適用した圧力センサにおいて、実圧力
Ｐのステップ変化に対するＰｆ、Ｐｒ、Ｐｏのステップ
応答を示す特性図である。
Ｐのステップ変化に対するＰｆ、Ｐｒ、Ｐｏのステップ
応答を示す特性図である。
【図３】本発明の他の実施態様を示すブロック線図であ
る。
る。
【図４】本発明の更に他の実施態様を示すブロック線図
である。
である。
【図５】本発明圧力センサの実装例を示す断面図であ
る。
る。
【図６】本発明圧力センサの他の実装例を示す平面図及
び側面図である。
び側面図である。
【図７】レゾナント圧力センサの物理的な構造を示す概
念図である。
念図である。
【図８】レゾナント圧力センサの励振原理を説明する図
である。
である。
【図９】レゾナント圧力センサの信号処理の概念図であ
る。
る。
【図１０】ピエゾ圧力センサの物理的な構造を示す概念
図である。
図である。
【図１１】ピエゾ圧力センサ図の信号処理の概念図であ
る。
る。
【図１２】レゾナント圧力センサと汎用ピエゾ圧力セン
サとを、精度、温度特性、経年変化、応答速度の各項目
で比較した表である。
サとを、精度、温度特性、経年変化、応答速度の各項目
で比較した表である。
１ レゾナント圧力センサ ２ 温度センサ ３ カウンター手段 ４ カウンター手段 ５ ＣＰＵ手段 ６ 圧力補正信号演算手段 ７ 平滑回路 ８ ピエゾ圧力センサ ９ アナログ増幅回路 １０ Ｖ／Ｆ変換手段 １１ カウンター手段 １２ 時間遅れ出力演算手段 １３ 差分演算手段 １４ 加算器手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB20 CC02 CC51 CC55 DD19 EE13 EE21 EE23 EE25 FF02 FF12 FF49 4M112 AA01 BA01 BA08 CA01 CA08 CA15 CA33 GA01
Claims (17)
- 【請求項１】汎用精度を有する応答速度の速い第１圧力
センサ手段と、 この第１圧力センサより精度並びに安定度は高いが応答
速度は遅い第２圧力センサ手段と、 前記第１圧力センサ出力と前記第２圧力センサ出力の差
を演算する差分演算手段と、 前記第１圧力センサ出力に、前記差分演算手段出力を加
算して圧力信号を発信する加算手段と、を具備した圧力
センサ。 - 【請求項２】前記第１圧力センサ手段として、アナログ
信号処理により圧力信号を演算することを特徴とする請
求項１記載の圧力センサ。 - 【請求項３】前記第２圧力センサ手段として、ディジタ
ル信号処理により圧力信号を演算することを特徴とする
請求項１記載の圧力センサ。 - 【請求項４】前記第１圧力センサ手段として、汎用ピエ
ゾ圧力センサを用いることを特徴とする請求項３記載の
圧力センサ。 - 【請求項５】前記第１圧力センサ手段として、ゲージ蒸
着圧力センサを用いることを特徴とする請求項３記載の
圧力センサ。 - 【請求項６】前記第１圧力センサ手段として、差動トラ
ンス型センサを用いることを特徴とする請求項３記載の
圧力センサ。 - 【請求項７】前記第１圧力センサ手段として、差動容量
型センサを用いることを特徴とする請求項３記載の圧力
センサ。 - 【請求項８】前記第２圧力センサ手段として、レゾナン
ト圧力センサを用いることを特徴とする請求項４記載の
圧力センサ。 - 【請求項９】前記第２圧力センサ手段として、ディジタ
ル処理ピエゾ圧力センサを用いることを特徴とする請求
項４記載の圧力センサ。 - 【請求項１０】前記第２圧力センサ手段として、水晶振
動式圧力センサを用いることを特徴とする請求項４記載
の圧力センサ。 - 【請求項１１】前記第２圧力センサ手段として、差動音
叉式圧力センサを用いることを特徴とする請求項４記載
の圧力センサ。 - 【請求項１２】前記レゾナント圧力センサ上に前記ピエ
ゾ圧力センサを形成した、ハイブリッド圧力センサを前
記１圧力センサ手段及び前記第２圧力センサ手段として
用いることを特徴とする請求項１記載の圧力センサ。 - 【請求項１３】前記ディジタル信号処理は、ＣＰＵ手段
により、むだ時間及び１次遅れ演算が実行されることを
特徴とする請求項３記載の圧力センサ。 - 【請求項１４】前記第１圧力センサ出力に対して、前記
ＣＰＵ手段により、前記第２圧力センサに対するむだ時
間演算を実行する時間遅れ出力演算手段を具備する請求
項１乃至３の何れかに記載の圧力センサ。 - 【請求項１５】前記第１圧力センサ出力に対して、前記
ＣＰＵ手段によりのサンプリング同期信号に基づき、前
記ＣＰＵ手段の外部で前記第２圧力センサに対するむだ
時間演算を実行する時間遅れ出力演算手段を具備する請
求項１乃至３の何れかに記載の圧力センサ。 - 【請求項１６】前記加算手段がアナログ式加算器手段で
実現された請求項１記載の圧力センサ。 - 【請求項１７】前記加算手段がディジタル加算器手段で
実現された請求項１記載の圧力センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001111067A JP4120855B2 (ja) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | 圧力センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001111067A JP4120855B2 (ja) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | 圧力センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002310825A true JP2002310825A (ja) | 2002-10-23 |
| JP4120855B2 JP4120855B2 (ja) | 2008-07-16 |
Family
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001111067A Expired - Fee Related JP4120855B2 (ja) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | 圧力センサ |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4120855B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010091574A (ja) * | 2002-06-13 | 2010-04-22 | Mks Instruments Inc | 補償済センサ出力のための装置及び方法 |
| US7760326B2 (en) | 2003-03-14 | 2010-07-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Exposure apparatus and aberration correction method |
| JP2010169550A (ja) * | 2009-01-23 | 2010-08-05 | Epson Toyocom Corp | 応力検出装置 |
-
2001
- 2001-04-10 JP JP2001111067A patent/JP4120855B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4120855B2 (ja) | 2008-07-16 |
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