JP2008500547A5 - - Google Patents

Claims (35)

1. 地震計において、
   少なくとも１枚の固定された容量性プレートを備え、
   前記固定された容量性プレートの表面に設けられた第１容量性センサ・アレイを備え、該第１容量性センサ・アレイは周期的パターンを成す複数の導電性エレメントを有しており、
   サスペンション・プレートを備え、該サスペンション・プレートは複数の可撓性エレメントにより支持されたプルーフマスを有しており、前記複数の可撓性エレメントは前記プルーフマスの運動を単一の軸方向の運動だけに規制するものであり、前記複数の可撓性エレメントの間に少なくとも１つの中間枠体が介設されており、該中間枠体はスプリアス振動周波数を排除することによって前記地震計の有効動作帯域幅を広げるものであり、
   前記プルーフマスの表面に設けられた第２容量性センサ・アレイを備え、該第２容量性センサ・アレイは周期的パターンを成す複数の導電性エレメントを有しており、該複数の導電性エレメントは、前記第１容量性センサ・アレイの前記複数の導電性エレメントと平行な共通の方向の周期性を持ち、間隔をあけて対向して整列されており、
   前記固定されたプレートに設けられた前記第１容量性センサ・アレイに接続するための電気的接続手段を備え、該電気的接続手段によって、外部構成要素から、周期的パターンを成す前記第１容量性センサ・アレイを介して周期的パターンを成す前記第２容量性センサ・アレイへ、周期的励振信号を結合できるようにしてあり、これにより結合される信号は０％から１００％までの範囲内で変動し、且つ、前記固定されたプレートに対する前記プルーフマスの周期的相対位置の指標となり、
   前記プルーフマスに設けられた前記第２容量性センサ・アレイに接続するための電気的接続手段を備え、該電気的接続手段は、前記第１容量性センサ・アレイから前記第２容量性センサ・アレイへの結合によって発生した信号を外部電子回路へ伝達するものであり、該外部電子回路が、前記第１容量性センサ・アレイと前記第２容量性センサ・アレイとの間の結合のパーセンテージを判定して、前記固定されたプレートに対する前記プルーフマスの相対位置を表す信号に変換するようにしてある、
   ことを特徴とする地震計。
2. 前記サスペンション・プレートが更にスプリング／ガスダンピング構造を備えており、該スプリング／ガスダンピング構造が、
   最外側の中間枠体に設けられた台形のピストンを備え、
   前記サスペンション・プレートの内側面に設けられた、前記ピストンに対応した嵌合開口を備え、前記最外側の中間枠体が前記サスペンション・プレートの内側面に近付くと、前記ピストンが前記嵌合開口に嵌合してその中へ進入し、これによって、前記最外側の中間枠体が前記サスペンション・プレートの前記内側面に当接する前にダンピング作用が得られるようにしてある、
   ことを特徴とする請求項１記載の地震計。
3. 前記ピストンが、
   第１半体部分を備え、
   第２半体部分を備え、該第２半体部分は、小さな抵抗用スプリングを介して前記第１半体部分に結合されており、前記ピストンが前記スプリング／ガスダンピング構造の前記開口に更に進入する際に、前記ピストンの前記第２半体部分が前記第１半体部分の方へ押し付けられることにより、前記抵抗用スプリングが前記第２半体部分に対して力を作用させるようにしてある、
   ことを特徴とする請求項２記載の地震計。
4. 前記ピストンが、
   第１半体部分を備え、
   第２半体部分を備え、
   前記第１半体部分と前記第２半体部分との間に介装されたダンピング材を備え、前記ピストンが前記スプリング／ガスダンピング構造の前記開口に更に進入する際に、前記ピストンの前記第２半体部分が前記第１半体部分の方へ押し付けられることにより、前記ダンピング材が前記第２半体部分に対して抵抗力及び散逸力を作用させるようにしてある、
   ことを特徴とする請求項２記載の地震計。
5. マイクロ機械加工により中央にプルーフマスが形成され該プルーフマスの両側に複数の可撓性エレメントが形成されたサスペンション・プレートにおいて、前記複数の可撓性エレメントは、前記プルーフマスを該サスペンションの延在平面内の一方向に可動にし、その他全ての方向の運動を規制しており、該サスペンション・プレートは更に、マイクロ機械加工により形成され前記複数の可撓性エレメントの間に介設された少なくとも１つの中間フレームを備えており、該中間フレームによって、スプリアス振動の一次振動モードの周波数がその振動系の共振周波数の少なくとも１０倍であるような振動系が構成されるようにしたことを特徴とするサスペンション・プレート。
6. 更にスプリング／ガスダンピング構造を備えており、該スプリング／ガスダンピング構造が、
   最外側の中間枠体に設けられた台形のピストンを備え、
   前記サスペンション・プレートの内側面に設けられた、前記ピストンに対応した嵌合開口を備え、前記最外側の中間枠体が前記サスペンション・プレートの内側面に近付くと、前記ピストンが前記嵌合開口に嵌合してその中へ進入し、これによって、前記最外側の中間枠体が前記サスペンション・プレートの前記内側面に当接する前にダンピング作用が得られるようにしてある、
   ことを特徴とする請求項５記載のサスペンション・プレート。
7. 前記スプリング／ガスダンピング構造の前記ピストンが、
   第１半体部分を備え、
   第２半体部分を備え、該第２半体部分は、小さな抵抗用スプリングを介して前記第１半体部分に結合されており、前記ピストンが前記スプリング／ガスダンピング構造の前記開口に更に進入する際に、前記ピストンの前記第２半体部分が前記第１半体部分の方へ押し付けられることにより、前記抵抗用スプリングが前記第２半体部分に対して力を作用させるようにしてある、
   ことを特徴とする請求項６記載のサスペンション・プレート。
8. 前記ピストンが、
   第１半体部分を備え、
   第２半体部分を備え、
   前記第１半体部分と前記第２半体部分との間に介装されたダンピング材を備え、前記ピストンが前記スプリング／ガスダンピング構造の前記開口に更に進入する際に、前記ピストンの前記第２半体部分が前記第１半体部分の方へ押し付けられることにより、前記ダンピング材が前記第２半体部分に対して抵抗力及び散逸力を作用させるようにしてある、
   ことを特徴とする請求項６記載のサスペンション・プレート。
9. 加速度計において、
   サスペンション・プレートを備え、該サスペンション・プレートは、マイクロ機械加工により中央にプルーフマスが形成され該プルーフマスの両側に複数の可撓性エレメントが形成されており、前記複数の可撓性エレメントは、前記プルーフマスを該サスペンションの延在平面内の一方向に可動にし、その他全ての方向の運動を規制しており、該サスペンション・プレートは更に、マイクロ機械加工により形成され前記複数の可撓性エレメントの間に介設された少なくとも１つの中間フレームを備えており、
   トランスデューサを備え、該トランスデューサは、固定されたプレートの表面に設けられた第１容量性センサ・アレイと前記プルーフマスの表面に設けられた第２容量性センサ・アレイとの間の結合容量を検出することにより、前記固定されたプレートに対する前記プルーフマスの相対位置を検出するものであり、
   前記プルーフマスを運動させるためのアクチュエーション信号を発生して送出するアクチュエータを備え、
   フィードバック電子回路を備え、該フィードバック電子回路は、前記トランスデューサにより検出された前記プルーフマスの相対位置に基づいて、前記アクチュエータを制御するためのフィードバック信号を発生し、それによって、前記アクチュエーション信号に操作を加え、もって前記プルーフマスの運動を目標パラメータ範囲内で制御するものであり、
   前記アクチュエーション信号を測定し、その測定値の関数として前記プルーフマスの運動の加速度成分を検出する手段と、
   を備えたことを特徴とする加速度計。
10. 前記フィードバック信号が前記アクチュエータを制御することにより、前記トランスデューサの１周期の中で前記プルーフマスを略々中立位置に維持するようにしていることを特徴とする請求項９記載の加速度計。
11. 更に速度センサを備え、該速度センサは、前記フィードバック電子回路の内部の電圧を測定し、その測定値の関数として前記プルーフマスの運動の速度成分を算出することによって、前記プルーフマスの運動の速度成分を検出するものであることを特徴とする請求項９記載の加速度計。
12. 更に限度位置規制電子回路を備え、該限度位置規制電子回路は、前記アクチュエータが発生した前記アクチュエーション信号を受取り、該アクチュエーション信号が所定限度を超えていたならば、該アクチュエーション信号を一時的に零設定するものであり、前記所定限度は、前記プルーフマスが前記トランスデューサの繰り返し距離の２分の１を実質的に超過する距離を運動したときの信号に対応していることを特徴とする請求項９記載の加速度計。
13. 前記アクチュエータが静電アクチュエータであることを特徴とする請求項９記載の加速度計。
14. 前記静電アクチュエータが、複数のアクチュエータ・プレートから成るアクチュエータ・プレート・セットを含んでおり、前記複数のアクチュエータ・プレートのうちには前記固定されたプレートに設けられているものと前記プルーフマスに設けられているものとがあり、前記複数のアクチュエータ・プレートは、前記アクチュエーション信号を受取って前記プルーフマスを運動させるのに十分な力を発生するように配設されていることを特徴とする請求項１３記載の加速度計。
15. 前記力が、前記アクチュエーション信号の線形関数として発生されることを特徴とする請求項１４記載の加速度計。
16. 前記アクチュエータが電磁アクチュエータであることを特徴とする請求項９記載の加速度計。
17. 前記電磁アクチュエータが、
    固定外部磁気回路を備え、該固定外部磁気回路は前記プルーフマスの両側の各々に２組のマグネット・セットを有しており、
    前記プルーフマスに設けられたメイン・フィードバック・コイル及び積分フィードバックコイルを備え、
    前記トランスデューサにより検出された前記プルーフマスの位置を利用するようにした外部フィードバック回路を備え、該外部フィードバック回路は、前記メイン・フィードバック・コイルと前記積分フィードバック・コイルとに夫々に独立したフィードバック電流を供給し、それによってそれら２つのコイルと前記複数のマグネットとの間の電磁相互作用を励起し、それによって前記プルーフマスの運動及び位置を制御するものであり、前記メイン・フィードバック・コイル及び前記積分フィードバック・コイルは、前記トランスデューサへ入力する速度入力信号及び位置入力信号を零位調整するものであり、
    限度位置規制電子回路を備え、該限度位置規制電子回路は、前記積分フィードバック・コイルに供給されたフィードバック電流が所定限度を超えた時に、該フィードバック電流を一時的に零設定するものであり、前記所定限度は、前記プルーフマスが前記トランスデューサの繰り返し距離の２分の１を実質的に超過するいずれかの方向の距離を運動したときの信号に対応している、
    ことを特徴とする請求項１６記載の加速度計。
18. 前記プルーフマスが、互いに接合された２枚のウェーハで構成されており、前記積分フィードバック・コイルが前記２枚のウェーハの間の中央に設けられており、それによって対称的なアクチュエーションが行われるようにしてあることを特徴とする請求項１７記載の加速度計。
19. 前記外部フィードバック回路が、前記メイン・フィードバック・コイル及び前記積分フィードバック・コイルを相互コンダクタンスの形態で駆動するようにしてあることを特徴とする請求項１７記載の加速度計。
20. プルーフマスと該プルーフマスを支持する複数の可撓性エレメントとを有するサスペンション・プレートの製造方法において、
    前記サスペンション・プレートをエッチング加工するためのマスク・セットを形成し、
    前記マスク・セットに意図的にバイアスを導入して、「ガルペリン」方向に配置したときに、即ち、５４．７°の角度に配置したときに、バネ質量系が中立位置に位置するようにして、可撓性エレメントが「予荷重印加状態」において中立的形状を呈するようにする、
    ことを特徴とする方法。
21. トランスデューサにおいて、
    少なくとも１枚の固定された容量性プレートを備え、
    前記固定されたプレートの表面に設けられた第１容量性センサ・アレイを備え、該第１容量性センサ・アレイは周期的パターンを成す複数の導電性エレメントを有しており、
    サスペンション・プレートを備え、該サスペンション・プレートは複数の可撓性エレメントにより支持されたプルーフマスを有しており、前記複数の可撓性エレメントは前記プルーフマスの運動を単一の軸方向の運動だけに規制するものであり、前記複数の可撓性エレメントは複数の枠体に係合しており、
    前記プルーフマスの表面に設けられた第２容量性センサ・アレイを備え、該第２容量性センサ・アレイは、前記第１容量性センサ・アレイの周期性と同一の周期性を持つ周期的パターンを成す複数の導電性エレメントを有しており、前記第１容量性センサ・アレイ及び前記第２容量性センサ・アレイは、前記プルーフマスの運動の方向と平行な方向を持つアレイであり、前記第１容量性センサ・アレイ及び前記第２容量性センサ・アレイは、それらの周期性の方向が共通していると共に間隔をあけて互いに対向しており、
    前記固定されたプレートに設けられた前記第１容量性センサ・アレイに接続するための電気的接続手段を備え、該電気的接続手段によって、外部構成要素から、周期的パターンを成す前記第１容量性センサ・アレイを介して周期的パターンを成す前記第２容量性センサ・アレイへ、周期的励振信号を結合できるようにしてあり、これにより結合される信号は０％から１００％までの範囲内で変動し、且つ、前記固定されたプレートに対する前記プルーフマスの周期的相対位置の指標となる信号であり、
    前記プルーフマスに設けられた前記第２容量性センサ・アレイに接続するための電気的接続手段を備え、該電気的接続手段は、前記第１容量性センサ・アレイから前記第２容量性センサ・アレイへの結合によって発生した信号を外部電子回路へ伝達するものであり、該外部電子回路が、前記第１容量性センサ・アレイと前記第２容量性センサ・アレイとの間の結合のパーセンテージを判定して、前記固定されたプレートに対する前記プルーフマスの相対位置を表す信号に変換するようにしてある、
    ことを特徴とするトランスデューサ。
22. 加速度計において、
    サスペンション・プレートを備え、該サスペンション・プレートは、マイクロ機械加工により中央にプルーフマスが形成され該プルーフマスの両側に複数の可撓性エレメントが形成されており、前記複数の可撓性エレメントは、複数の枠体に係合されており、且つ、前記プルーフマスを該サスペンション・プレートの延在平面内の単一の軸方向に可動にしており、
    トランスデューサを備え、該トランスデューサは、固定されたプレートの表面に設けられた第１容量性センサ・アレイと前記プルーフマスの表面に設けられた第２容量性センサ・アレイとの間の結合容量を検出することにより、前記固定されたプレートに対する前記プルーフマスの相対位置を検出するものであり、
    前記プルーフマスを運動させるためのアクチュエーション信号を発生して送出するアクチュエータを備え、
    フィードバック電子回路を備え、該フィードバック電子回路は、前記トランスデューサにより検出された前記プルーフマスの相対位置に基づいて、前記アクチュエータを制御するためのフィードバック信号を発生し、それによって、前記アクチュエーション信号に操作を加え、もって前記プルーフマスの運動を目標パラメータ範囲内で制御するものであり、
    前記アクチュエーション信号を測定し、その測定値の関数として前記プルーフマスの運動の加速度成分を検出する手段と、
    を備えたことを特徴とする加速度計。
23. 前記フィードバック信号が前記アクチュエータを制御することにより、前記トランスデューサの１周期の中で前記プルーフマスを略々中立位置に維持するようにしていることを特徴とする請求項２２記載の加速度計。
24. 更に速度センサを備え、該速度センサは、前記フィードバック電子回路の内部の電圧を測定し、その測定値の関数として前記プルーフマスの運動の速度成分を算出することによって、前記プルーフマスの運動の速度成分を検出するものであることを特徴とする請求項２２記載の加速度計。
25. 更に限度位置規制電子回路を備え、該限度位置規制電子回路は、前記アクチュエータが発生した前記アクチュエーション信号を受取り、該アクチュエーション信号が所定限度を超えていたならば、該アクチュエーション信号を一時的に零設定するものであり、前記所定限度は、前記プルーフマスが前記トランスデューサの繰り返し距離の２分の１を実質的に超過する距離を運動したときの信号に対応していることを特徴とする請求項２２記載の加速度計。
26. 前記複数の可撓性エレメントが２本の軸心方向における平面内運動を許容するものであり、該平面内運動が、周期性の方向を前記２方向の夫々に揃えた互いに独立したセンサ・アレイから成る第２組のセンサ・アレイによって検出されるようにしてあることを特徴とする請求項２２記載の加速度計。
27. 前記アクチュエータが静電アクチュエータであることを特徴とする請求項２２記載の加速度計。
28. 前記静電アクチュエータが、複数のアクチュエータ・プレートから成るアクチュエータ・プレート・セットを含んでおり、前記複数のアクチュエータ・プレートのうちには前記固定されたプレートに設けられているものと前記プルーフマスに設けられているものとがあり、前記複数のアクチュエータ・プレートは、前記アクチュエーション信号を受取って前記プルーフマスを運動させるのに十分な力を発生するように配設されていることを特徴とする請求項２７記載の加速度計。
29. 前記力が、前記アクチュエーション信号の線形関数として発生されることを特徴とする請求項２８記載の加速度計。
30. 前記アクチュエータが電磁アクチュエータであることを特徴とする請求項２２記載の加速度計。
31. 前記電磁アクチュエータが、
    固定外部磁気回路を備え、該固定外部磁気回路は前記プルーフマスの両側の各々に２組のマグネット・セットを有しており、
    前記プルーフマスに設けられたメイン・フィードバック・コイル及び積分フィードバックコイルを備え、
    前記トランスデューサにより検出された前記プルーフマスの位置を利用するようにした外部フィードバック回路を備え、該外部フィードバック回路は、前記メイン・フィードバック・コイルと前記積分フィードバック・コイルとに夫々に独立したフィードバック電流を供給し、それによってそれら２つのコイルと前記複数のマグネットとの間の電磁相互作用を励起し、それによって前記プルーフマスの運動及び位置を制御するものであり、前記メイン・フィードバック・コイル及び前記積分・フィードバック・コイルは、前記トランスデューサへ入力する速度入力信号及び位置入力信号を零位調整するものであり、
    限度位置規制電子回路を備え、該限度位置規制電子回路は、前記積分フィードバック・コイルに供給されたフィードバック電流が所定限度を超えた時に、該フィードバック電流を一時的に零設定するものであり、前記所定限度は、前記プルーフマスが前記トランスデューサの繰り返し距離の２分の１を実質的に超過するいずれかの方向の距離を運動したときの信号に対応している、
    ことを特徴とする請求項３０記載の加速度計。
32. 前記プルーフマスが、互いに接合された２枚のウェーハで構成されており、前記積分フィードバック・コイルが前記２枚のウェーハの間の中央に設けられており、それによって対称的なアクチュエーションが行われるようにしてあることを特徴とする請求項３１記載の加速度計。
33. 前記外部フィードバック回路が、前記メイン・フィードバック・コイル及び前記積分フィードバック・コイルを相互コンダクタンスの形態で駆動するようにしてあることを特徴とする請求項３１記載の加速度計。
34. 校正用入力を供給するための更なる静電アクチュエータを備えたことを特徴とする請求項２７記載の加速度計。
35. 校正用入力を供給するための更なる電磁アクチュエータを備えたことを特徴とする請求項３０記載の加速度計。