JP2009053164A - Physical quantity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、測定対象となる物理量を検出できる範囲を大きくでき、かつ物理量をシームレスに検出することのできる物理量センサに関する。 The present invention relates to a physical quantity sensor that can increase a range in which a physical quantity to be measured can be detected and can detect a physical quantity seamlessly.
従来より、加速度センサにおいて、センサ、センサから発生されるセンサ出力信号を検出する検出回路およびセンサ出力信号を処理する信号処理回路はそれぞれが別々の基板上にもしくは一部が統合されて別々の基板上に搭載されている。一部が統合されて別々の基板上に搭載されている例として、例えば、センサと検出回路が同一基板上に搭載されており、信号処理回路が別の基板上に搭載されているものがある。 Conventionally, in an acceleration sensor, a sensor, a detection circuit that detects a sensor output signal generated from the sensor, and a signal processing circuit that processes the sensor output signal are each on a separate substrate or partly integrated on separate substrates. Mounted on top. As an example in which a part is integrated and mounted on separate substrates, for example, there are sensors and detection circuits mounted on the same substrate and signal processing circuits mounted on separate substrates. .
また、広範囲の物理量を検出できる加速度センサを一つのセンサのみを用いて製造することは困難であるため、広範囲の物理量の検出を行うために検出範囲の異なる複数のセンサを別々の基板上にもしくは一つの基板上（例えば特許文献１参照）に取り付けることが知られており、各センサはそれぞれの信号処理回路に接続されている。
しかしながら、このようなセンサ、検出回路および信号処理回路を別々の基板上に搭載する加速度センサでは、基板の数が多くなるので実装面積を減少させることが難しく小型化やコストの低減を図ることが難しい。 However, in an acceleration sensor in which such sensors, detection circuits, and signal processing circuits are mounted on separate substrates, the number of substrates increases, so it is difficult to reduce the mounting area, and miniaturization and cost reduction can be achieved. difficult.
また広範囲の物理量を検出できる加速度センサとして検出範囲の異なる複数のセンサを別々の基板上に取り付ける場合には、各基板を実装する際に起こる各基板間の実装誤差により基板上に搭載されるセンサの感度軸がずれるため検出精度が低下するという問題がある。また、上記特許文献１に示された発明では、検出範囲の異なる複数のセンサを１つの基板上に搭載しているので、複数の基板を実装する際に起こる各基板間の実装誤差を無くすことはできる。しかし、それぞれのセンサが別々の信号処理回路に接続されており、各信号処理回路にて各センサから発生されるセンサ出力信号が処理されるので幅広い加速度の検出をシームレスに行うことが難しくなる。
In addition, when multiple sensors with different detection ranges are mounted on separate boards as acceleration sensors that can detect a wide range of physical quantities, the sensors mounted on the board due to mounting errors between boards when mounting each board There is a problem that the detection accuracy is lowered because the sensitivity axis is shifted. Further, in the invention disclosed in
本発明は上記点に鑑みて、広範囲で物理量の検出が行えると共に、物理量の検出がシームレスに行え、かつ小型化を図ることのできる物理量センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a physical quantity sensor that can detect a physical quantity in a wide range, can detect a physical quantity seamlessly, and can be downsized.
上記目的を達成するため、本発明では、物理量の変化に応じて電気的な出力を発生し、電気的な出力が変化する第１出力範囲と対応する物理量の範囲を第１検出範囲とし、第１検出範囲は物理量の検出範囲全域の一部に相当する第１センサ（１ａ）と、第１センサ（１ａ）と同一の物理量に応じて電気的な出力を発生し、電気的な出力が変化する第２出力範囲と対応する物理量の範囲を第２検出範囲とし、第２検出範囲は物理量の検出範囲全域の一部に相当すると共に、第１検出範囲と異なっており、かつ第１検出範囲と連続する第２センサ（２ａ）と、第１、第２センサ（１ａ、２ａ）から発生された電気的な出力を検出すると共に、検出された電気的な出力に基づいて第１、第２センサ出力信号を発生する第１、第２検出回路（１ｂ、２ｂ）と、第１、第２検出回路（１ｂ、２ｂ）に接続されていると共に、第１、第２センサ出力信号のうちいずれか一方のセンサ出力信号に基づいて測定された物理量を演算する演算手段を有し、この演算した物理量を表す信号を出力する信号処理回路（３）と、第１、第２センサ（１ａ、２ａ）、第１、第２検出回路（１ｂ、２ｂ）および信号処理回路（３）を搭載する実装基板（４）と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the present invention, an electrical output is generated in accordance with a change in physical quantity, a range of a physical quantity corresponding to a first output range in which the electrical output changes is defined as a first detection range, One detection range is a first sensor (1a) corresponding to a part of the entire physical quantity detection range, and an electrical output is generated according to the same physical quantity as the first sensor (1a), and the electrical output changes. The range of the physical quantity corresponding to the second output range is the second detection range, the second detection range corresponds to a part of the entire physical quantity detection range, is different from the first detection range, and is the first detection range. And a second sensor (2a) continuous with the first and second sensors (1a, 2a), and the first and second sensors based on the detected electrical outputs. First and second detection circuits (1b, 2) for generating sensor output signals ) And the first and second detection circuits (1b, 2b) and a calculation for calculating a physical quantity measured based on one of the first and second sensor output signals A signal processing circuit (3) for outputting a signal representing the calculated physical quantity, a first sensor (1a, 2a), a first detection circuit (1b, 2b), and a signal processing. And a mounting board (4) on which the circuit (3) is mounted.
このような物理量センサによれば、検出範囲の異なる第１、第２センサ（１ａ、２ａ）を有して構成されているので広範囲の物理量の検出を行うことができる。また、第１、第２センサ（１ａ、２ａ）、第１、第２検出回路（２ａ、２ｂ）および信号処理回路（３）が一つの実装基板（４）上に搭載されているので、これらをそれぞれ別の実装基板（４）に搭載した場合よりも実装基板（４）を実装するために必要とされる配置場所を減少させることができると共に、部品数も減少させることもできる。このため、物理量センサの小型化およびコストの低減を図ることができる。 According to such a physical quantity sensor, since the first and second sensors (1a, 2a) having different detection ranges are configured, it is possible to detect a wide range of physical quantities. Since the first and second sensors (1a, 2a), the first and second detection circuits (2a, 2b) and the signal processing circuit (3) are mounted on one mounting board (4), these As compared with the case where each is mounted on a separate mounting board (4), it is possible to reduce the number of placement locations required for mounting the mounting board (4) and the number of components. For this reason, size reduction and cost reduction of the physical quantity sensor can be achieved.
さらに、第１、第２検出回路（１ｂ、２ｂ）が同じ信号処理回路（３）に接続されているため、第１、第２センサ出力信号を同じ信号処理回路（３）で処理することができ、かつ第１検出範囲と第２検出範囲とが連続しているので加速度の検出をシームレスに行うことができる。 Furthermore, since the first and second detection circuits (1b, 2b) are connected to the same signal processing circuit (3), the first and second sensor output signals can be processed by the same signal processing circuit (3). In addition, since the first detection range and the second detection range are continuous, acceleration can be detected seamlessly.
また、第１検出範囲と第２検出範囲とが部分的にオーバーラップしている場合、信号処理回路（３）は、オーバーラップしている範囲では、第１、第２センサ出力信号の双方を用いて第１、第２センサ出力信号に対して重み付けを行うことで測定された物理量を演算する演算手段を有し、この演算した物理量を表す信号を出力することが好ましい。 In addition, when the first detection range and the second detection range partially overlap, the signal processing circuit (3) outputs both the first and second sensor output signals in the overlapping range. It is preferable to have a calculation means for calculating a physical quantity measured by weighting the first and second sensor output signals and outputting a signal representing the calculated physical quantity.
このような物理量センサによれば、第１、第２センサ（１ａ、２ａ）を実装基板（４）へ実装する際に起こる実装誤差などにより検出範囲がずれた場合でもそのずれを許容することが可能である。また、第１検出範囲と第２検出範囲とが部分的にオーバーラップしている範囲では、第１、第２センサ（１ａ、２ａ）から発生される第１、第２センサ出力信号を同時に検出しているので、双方のセンサ出力信号が大きく異なる場合には第１、第２センサ（１ａ、２ａ）のうちいずれか一方の故障であると容易に判断できる。 According to such a physical quantity sensor, even if the detection range is shifted due to a mounting error or the like that occurs when the first and second sensors (1a, 2a) are mounted on the mounting board (4), the shift can be allowed. Is possible. In the range where the first detection range and the second detection range partially overlap, the first and second sensor output signals generated from the first and second sensors (1a, 2a) are detected simultaneously. Therefore, when the sensor output signals of both are greatly different, it can be easily determined that one of the first and second sensors (1a, 2a) is in failure.
さらに、信号処理回路（３）は、第１検出範囲と第２検出範囲とが部分的にオーバーラップしている範囲では、第１、第２センサ出力信号の双方を用いて第１、第２センサ出力信号に対して重み付けを行うことで測定された物理量を演算する演算手段を有しており、この演算した物理量を表す信号を出力するので、検出精度の高い物理量を得ることができる。 Furthermore, the signal processing circuit (3) uses both the first and second sensor output signals in the range where the first detection range and the second detection range partially overlap. Since it has a calculation means for calculating the physical quantity measured by weighting the sensor output signal and outputs a signal representing the calculated physical quantity, a physical quantity with high detection accuracy can be obtained.
また、第１出力範囲のうち第１センサ（１ａ）から発生される電気的な出力が有効とされる範囲を第１有効出力範囲とし、第２出力範囲のうち第２センサ（２ａ）から発生される電気的な出力が有効とされる範囲を第２有効出力範囲とし、第１有効出力範囲と対応する物理量の範囲のみを第１検出範囲とし、第２有効出力範囲と対応する範囲のみを第２検出範囲として、第１検出範囲と第２検出範囲とが連続していることが好ましい。 Further, a range in which the electrical output generated from the first sensor (1a) is valid in the first output range is defined as a first effective output range, and the range is generated from the second sensor (2a) in the second output range. The range in which the electrical output is effective is the second effective output range, only the physical quantity range corresponding to the first effective output range is the first detection range, and only the range corresponding to the second effective output range is It is preferable that the first detection range and the second detection range are continuous as the second detection range.
このような構成とすれば、第１、第２出力範囲のうち信頼性の高い範囲を有効なセンサ出力信号として用いるので、物理量の検出を高精度に行うことができる。 With such a configuration, since a highly reliable range of the first and second output ranges is used as an effective sensor output signal, the physical quantity can be detected with high accuracy.
また、第１、第２有効出力範囲と対応する物理量の範囲である第１検出範囲と第２検出範囲とが部分的にオーバーラップしている場合、信号処理回路（３）は、オーバーラップしている範囲では、第１、第２センサ出力信号の双方を用いて第１、第２センサ出力信号に対して重み付けを行うことで測定された物理量を演算する演算手段を有し、この演算した物理量を表す信号を出力することが好ましい。 When the first detection range and the second detection range, which are ranges of physical quantities corresponding to the first and second effective output ranges, partially overlap, the signal processing circuit (3) overlaps. A calculation means for calculating a physical quantity measured by weighting the first and second sensor output signals using both the first and second sensor output signals. It is preferable to output a signal representing a physical quantity.
また、第１、第２センサ（１ａ、２ａ）、第１、第２検出回路（１ｂ、２ｂ）および信号処理回路（３）に加えて、第１、第２センサ（１ａ、２ａ）と異なる物理量の変化に応じて電気的な出力を発生する第３センサ（６ａ）と第３センサ（６ａ）から発生される電気的な出力を検出すると共に、検出された電気的な出力に基づいて第３センサ出力信号を発生する第３検出回路（６ｂ）とを同じ実装基板（４）上に搭載し、かつ第３検出回路（６ｂ）を信号処理回路（３）に接続し、信号処理回路（３）は、第３センサ（６ａ）にて第１、第２センサ（１ａ、２ａ）の測定対象となる物理量の変化に応じて電気的な出力が発生し、第３検出回路（６ｂ）から発生される第３センサ出力信号に誤差成分が含まれる際に、この誤差成分を補正する演算手段を有する構成とすることが好ましい。 In addition to the first and second sensors (1a, 2a), the first and second detection circuits (1b, 2b) and the signal processing circuit (3), the first and second sensors (1a, 2a) are different. The third sensor (6a) that generates an electrical output in response to a change in the physical quantity and the electrical output generated from the third sensor (6a) are detected, and the first output is based on the detected electrical output. A third detection circuit (6b) that generates a three-sensor output signal is mounted on the same mounting board (4), and the third detection circuit (6b) is connected to the signal processing circuit (3). 3) In the third sensor (6a), an electrical output is generated in accordance with a change in the physical quantity to be measured by the first and second sensors (1a, 2a), and the third detection circuit (6b) When an error component is included in the generated third sensor output signal, the error component is corrected. It is preferably configured to have a calculation means.
このような構成とすれば、第３センサ（６ａ）から第１、第２センサ（１ａ、２ａ）の測定対象の物理量の変化による電気的な出力が発生し、第３検出回路から誤差成分を含んだ第３センサ出力信号が発生されても信号処理回路（３）にその誤差成分を補正する演算手段が備えられているので、第３センサ（６ａ）の測定対象の検出を高精度に行うことができる。 With this configuration, an electrical output is generated from the third sensor (6a) due to a change in the physical quantity of the measurement target of the first and second sensors (1a, 2a), and an error component is generated from the third detection circuit. Even when the output signal of the third sensor included is generated, the signal processing circuit (3) is provided with arithmetic means for correcting the error component, so that the measurement target of the third sensor (6a) is detected with high accuracy. be able to.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.
（第１実施形態）
本発明の一実施形態が適用された加速度センサについて説明する。図１は本実施形態にかかる加速度センサの上面レイアウト図、図２は本実施形態にかかる加速度センサの回路図である。図１、図２に基づいて本実施形態の加速度センサについて説明する。
(First embodiment)
An acceleration sensor to which an embodiment of the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a top layout view of the acceleration sensor according to the present embodiment, and FIG. 2 is a circuit diagram of the acceleration sensor according to the present embodiment. The acceleration sensor according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
図１に示されるように、本実施形態の加速度センサは、第１加速度センサデバイス１、第２加速度センサデバイス２、信号処理回路３、セラミック基板４およびプリント基板５を有して構成されている。第１、第２加速度センサデバイス１、２および信号処理回路３は四角形状のセラミック基板４上に搭載されており、セラミック基板４はセラミック基板４より大きな四角形状のプリント基板５に搭載されている。
As shown in FIG. 1, the acceleration sensor according to the present embodiment includes a first
また、図２に示されるように、第１加速度センサデバイス１は第１センサ１ａと第１検出回路１ｂとを有して構成されており、同様に第２加速度センサデバイス２も第２センサ２ａと第２検出回路２ｂとを有して構成されている。
As shown in FIG. 2, the first
第１センサ１ａは、例えば、図示しないが、錘部と錘部を備えたダイアフラムとブリッジ回路を構成するようにダイアフラム上に備えられた拡散抵抗とを有して構成されている。この第１センサ１ａは、加速度が印加された際に、錘部が前後に振れることでダイアフラムに応力が加わり、ピエゾ抵抗効果によりダイアフラムに備えられている拡散抵抗の抵抗値が変化してブリッジ回路から発生される出力電圧が変化するものである。第１検出回路１ｂは第１センサ１ａに接続されており、第１センサ１ａから発生される出力電圧を検出し、この出力電圧に応じた第１センサ出力信号を発生させるものである。
Although not shown, the
第２センサ２ａも例えば、図示しないが、錘部と錘部を備えたダイアフラムとブリッジ回路を構成するようにダイアフラム上に備えられた拡散抵抗とを有して構成されている。この第２センサ２ａも加速度が印加された際にピエゾ抵抗効果により拡散抵抗の抵抗値が変化してブリッジ回路から発生される出力電圧が変化するものである。また、第２検出回路２ｂは第２センサ２ａに接続されており、第２センサ２ａから発生される出力電圧を検出し、この出力電圧に応じた第２センサ出力信号を発生させるものである。
For example, although not shown, the
信号処理回路３は、第１、第２検出回路１ｂ、２ｂと接続されており、第１、第２検出回路１ｂ、２ｂから発生される第１、第２センサ出力信号の処理を行う構成とされている。具体的には、この信号処理回路３は、第１、第２センサ出力信号のうちいずれか一方のセンサ出力信号に基づいて測定された加速度を演算する演算手段と、第１、第２センサ出力信号の双方を用いて第１、第２センサ出力信号に対して重み付けを行うことで測定された加速度を演算する演算手段とを有しており、いずれかの演算手段により得られた加速度を信号として出力するものである。重み付けを行って測定された加速度を演算する演算手段については後に詳しく説明する。
The
次に上記のように構成された加速度センサにおける第１センサ１ａおよび第２センサ２ａの加速度の変化に対して発生される出力電圧の範囲（以下、出力範囲という）と加速度との関係を説明する。図３は、第１、第２センサ１ａ、２ａに対して加速度が印加された際の加速度と第１、第２センサ１ａ、２ａの第１、第２検出範囲との関係を示したものである。
Next, the relationship between the range of the output voltage (hereinafter referred to as the output range) generated in response to the change in the acceleration of the
図３に示されるように、本実施形態では、第１センサ１ａと第２センサ２ａとの加速度の検出範囲が異なっている。具体的には、出力範囲のうち出力電圧が最大となる電圧に対して２０％〜８０％の出力電圧が発生される出力範囲、例えば、加速度に対する最大電圧が５Ｖであるとすると１Ｖ〜４Ｖの範囲で出力電圧が発生される範囲が有効出力範囲とされ、この有効出力範囲と対応する加速度の範囲が検出範囲とされている。そして、第１センサ１ａの第１検出範囲と第２センサ２ａの第２検出範囲とが異なるように構成され、かつ本実施形態ではこれらが部分的にオーバーラップするように構成されている。
As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the acceleration detection ranges of the
次に具体的な加速度の演算方法を説明する。 Next, a specific acceleration calculation method will be described.
図３に示される（ａ）の場合は、第１検出範囲内であるが、第２検出範囲外で加速度が発生している状態と対応している。この場合、第１センサ１ａから有効出力範囲内で出力電圧が発生され、第２センサ２ａから有効出力範囲外で出力電圧が発生されている。このとき、第１、第２検出回路１ｂ、２ｂから第１、第２センサ１ａ、２ａの出力電圧に基づいて第１、第２センサ出力信号が発生されるが、有効出力範囲内の出力電圧に基づいて発生されるセンサ出力信号は第１センサ出力信号のみであるので、信号処理回路３にて第１センサ出力信号に基づいて加速度が演算される。
In the case of (a) shown in FIG. 3, this corresponds to a state in which acceleration occurs within the first detection range but outside the second detection range. In this case, an output voltage is generated within the effective output range from the
図３に示される（ｂ）の場合は、第１、第２検出範囲内で加速度が発生している状態と対応している。この場合、第１センサ１ａおよび第２センサ２ａから有効出力範囲内で出力電圧が発生される。このとき、第１、第２検出回路１ｂ、２ｂから第１、第２センサ１ａ、２ａの出力電圧に基づいて第１、第２センサ出力信号が発生されるが、有効出力範囲内の出力電圧に基づいて第１、第２センサ出力信号は発生されているので信号処理回路３では第１、第２センサ出力信号の双方を用いて加速度が演算される。この場合の加速度は次式で表される。
The case (b) shown in FIG. 3 corresponds to a state in which acceleration is generated within the first and second detection ranges. In this case, an output voltage is generated within the effective output range from the
ここで、重み付け係数は第１、第２検出範囲のうちオーバーラップしている範囲で加速度が変化している際に用いられ、第１、第２検出回路１ｂ、２ｂから発生される第１、第２センサ出力信号の双方を用いて加速度の値を決定するためのものである。具体的には、第１、第２センサ１ａ、２ａから発生される出力電圧が最大出力電圧の５０％である際には重み付け係数を１００とし、第１、第２センサ１ａ、２ａから発生される出力電圧が最大出力電圧の５０％から偏った場合は５０％から偏るにつれて重み付け係数の値を減少させる。そして、有効出力範囲の末端域（最大出力電圧の２０％もしくは８０％）となった際には重み付け係数を０とする。本実施形態では、出力範囲のうち最大出力電圧に対して２０％〜８０％の範囲を有効出力範囲としているので、第１、第２センサ出力信号に対する重み付け係数は次式で与えられる。
Here, the weighting coefficient is used when the acceleration changes in the overlapping range of the first and second detection ranges, and the first and
図３に示される（ｂ）の場合において、例えば、第１、第２センサ１ａ、２ａから発生される出力電圧により第１センサ１ａの加速度の値が５０ｇ、第２センサ２ａの加速度の値が４０ｇを示し、第１センサ１ａから発生される出力電圧が最大出力電圧の５０％、第２センサ２ａから発生される出力電圧が最大出力電圧の２６％であるとすると第１センサ１ａの重み付け係数が１００、第２センサ２ａの重み付け係数が２０となり、加速度は、次式で計算することができる。
In the case of (b) shown in FIG. 3, for example, the acceleration value of the
以上説明したように、本実施形態の加速度センサでは一つのセラミック基板４上に第１、第２センサ１ａ、２ａ、第１、第２検出回路１ｂ、２ｂおよび信号処理回路３が搭載されているので、これらをそれぞれ別のセラミック基板４に搭載した場合よりもセラミック基板４を実装するために必要とされる配置場所を減少させることができると共に、部品数を減少させることができる。このため、加速度センサの小型化およびコストの低減を図ることができる。
As described above, in the acceleration sensor of this embodiment, the first and
また、第１、第２出力範囲のうち、信頼性の高い範囲を第１、第２有効出力範囲として加速度の検出を行っているので、加速度の検出を高精度に行うことができる。また、第１、第２センサ１ａ、２ａで第１、第２検出範囲が異なっているので広範囲の加速度を検出することができる。
In addition, since acceleration is detected using the highly reliable range of the first and second output ranges as the first and second effective output ranges, the acceleration can be detected with high accuracy. Further, since the first and
さらに、信号処理回路３には、第１、第２検出範囲がオーバーラップしていない範囲では、第１、第２センサ出力信号のうちいずれか一方の検出範囲内で測定された加速度に基づいて加速度を演算する演算手段が備えられ、第１、第２検出範囲がオーバーラップしている範囲では、第１、第２センサ出力信号の双方を用いて第１、第２センサ出力信号に対して重み付けを行うことで測定された加速度を演算する演算手段が備えられているので、加速度の検出をシームレスに行うことができると共に、検出精度の高い加速度の値を得ることができる。
Further, the
また、第１、第２検出範囲がオーバーラップしている部分では、第１センサ出力信号および第２センサ出力信号を同時に検出しているので、双方の値が大きく異なる場合には第１、第２センサ１ａ、２ａのうちいずれか一方の故障であると容易に判断することができる。
Further, in the portion where the first and second detection ranges overlap, the first sensor output signal and the second sensor output signal are detected at the same time. It can be easily determined that one of the two
なお、第１、第２検出範囲がオーバーラップせず連続している構成としてもよい。この場合、信号処理回路３は第１、第２センサ出力信号のうちいずれか一方のセンサ出力信号に基づいて測定された加速度を演算し、演算により得られたセンサ出力信号を信号として出力することになる。
The first and second detection ranges may be continuous without overlapping. In this case, the
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態のイナーシャセンサは、第１実施形態に対して角速度センサデバイス６を追加したものであり、その他の構成は第１実施形態と同様であるためここでは説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. The inertial sensor of this embodiment is obtained by adding an angular
図４は本実施形態にかかるイナーシャセンサの上面レイアウト図である。図４に示されるように、本実施形態のイナーシャセンサは、第１実施形態の加速度センサに角速度センサデバイス６が備えられて構成されている。この角速度デバイス６は第１、第２加速度デバイス１、２および信号処理回路３と同様にセラミック基板４に搭載されている。
FIG. 4 is a top layout view of the inertia sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the inertial sensor of the present embodiment is configured by providing an angular
図５は、本実施形態にかかるイナーシャセンサの回路図である。図５に示されるように、角速度センサデバイス６は第３センサ６ａと第３検出回路６ｂとを有して構成されている。そして、第３センサ６ａは第３検出回路６ｂと接続されており、第３検出回路６ｂは信号処理回路３に接続されている。
FIG. 5 is a circuit diagram of the inertia sensor according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the angular
第３センサ６ａは例えば、図示しない振動部と振動部に備えられた第１電極とこの第１電極と対応する第２電極とを有して構成されている。この第３センサ６ａは、角速度が印加されるとコリオリ力により振動部が振動して第１電極と第２電極の静電容量が変化するものである。そして、第３検出回路６ｂは第３センサ６ａと接続されており、第３センサ６ａの静電容量の変化を検出し、この静電容量の変化に基づいて第３センサ出力信号を発生するものである。
The
また、信号処理回路３は、第１、第２、第３検出回路１ｂ、２ｂ、３ｂと接続されており、第１、第２、第３検出回路１ｂ、２ｂ、３ｂから発生される第１、第２、第３センサ出力信号の処理を行う構成とされている。具体的には、信号処理回路３には上記演算手段に加えて、誤差成分を補正する演算手段が組み込まれている。この演算手段は、加速度が印加された際に第３センサ６ａに備えられた振動子が振動することで静電容量が変化し、このため第３検出回路から発生される第３センサ出力信号に加速度による誤差成分が含まれる際に、その誤差成分を補正するものである。
The
例えば、信号処理回路３では、イナーシャセンサにわずかな加速度と角速度が印加された際に第３センサ６ａの静電容量が大きく変化する場合などにおいて、第１、第２センサ出力信号のいずれか一方、もしくは双方を用いて演算される加速度を用いて第３センサ出力信号の補正を行い、補正後の角速度を信号として出力する。
For example, in the
このように構成されたイナーシャセンサでは、上記第１実施形態と同様の効果に加えて、加速度に起因する誤差成分を含んだ第３センサ出力信号を補正する演算手段が組み込まれているので角速度の検出を高精度に行うことができる。 In addition to the same effects as those of the first embodiment, the inertia sensor configured as described above incorporates arithmetic means for correcting the third sensor output signal including an error component due to acceleration. Detection can be performed with high accuracy.
（他の実施形態）
上記各実施形態において加速度センサデバイスをもちろん２つ以上搭載する構成としてもよい。この場合は、各センサデバイスの有効出力範囲が部分的にオーバーラップしている構成とすることが好ましい。
(Other embodiments)
Of course, in each of the above embodiments, two or more acceleration sensor devices may be mounted. In this case, it is preferable that the effective output ranges of the sensor devices partially overlap.
また、上記角実施形態においてセンサ出力信号は加速度に対して比例する線形を用いて説明したが、低加速度のセンサ出力信号を十分に得られない場合など使用用途に応じて適宜変更可能であり、例えば、センサ出力信号が非線形である指数関数であってもよい。さらに、有効出力範囲も使用用途に応じて適宜変更可能である。 In the angular embodiment, the sensor output signal has been described using a linearity proportional to the acceleration, but it can be appropriately changed depending on the usage, such as when the sensor output signal of low acceleration cannot be obtained sufficiently, For example, an exponential function in which the sensor output signal is nonlinear may be used. Furthermore, the effective output range can be appropriately changed according to the intended use.
また、上記各実施形態では、加速度センサおよびイナーシャセンサはセラミック基板４をプリント基板５上に搭載して構成されているが、セラミック基板４をリードフレーム上に搭載する構成としてもよい。
In each of the above embodiments, the acceleration sensor and the inertia sensor are configured by mounting the
さらに、上記各実施形態では物理量センサとして、加速度センサおよびイナーシャセンサを例に挙げて説明したがもちろんこれらに限定されるものではなく、電流センサ、電圧センサ、光度センサ、ヨーレートセンサ、温度センサ、湿度センサ、圧力センサ、磁気センサなど他の物理量の検出に用いられるセンサに対しても上記のような構成とすることで、上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。 Further, in each of the above-described embodiments, the acceleration sensor and the inertia sensor are described as examples of the physical quantity sensor. However, the present invention is not limited to these, but a current sensor, a voltage sensor, a light intensity sensor, a yaw rate sensor, a temperature sensor, a humidity sensor, and the like. The same effects as those of the above-described embodiments can be obtained by adopting the above-described configuration for sensors used for detecting other physical quantities such as sensors, pressure sensors, and magnetic sensors.
また、上記各実施形態において、第１、第２センサ１ａ、２ａにおける第１、第２出力範囲のうち一部分を第１、第２有効出力範囲としているが、第１、第２出力範囲の全体を有効出力範囲としてもよい。この場合、第１、第２出力範囲と対応する加速度の範囲が第１、第２検出範囲となり、上記各実施形態と同様に、第１、第２検出範囲が部分的にオーバーラップしている、もしくは連続している構成とすることが好ましい。
In each of the above embodiments, a part of the first and second output ranges in the first and
１ａ…第１センサ、１ｂ…第１検出回路、２ａ…第２センサ、２ｂ…第２検出回路、３…信号処理回路、４…セラミック基板、５…プリント基板、６ａ…第３センサ、６ｂ…第３検出回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第１センサ（１ａ）と同一の物理量の変化に応じて電気的な出力を発生し、前記電気的な出力が変化する第２出力範囲と対応する前記物理量の範囲を第２検出範囲とし、前記第２検出範囲は前記物理量の検出範囲全域の一部に相当すると共に、前記第１検出範囲と異なっており、かつ前記第１検出範囲と連続する第２センサ（２ａ）と、
前記第１センサ（１ａ）から発生された前記電気的な出力を検出すると共に、検出された前記電気的な出力に基づいて第１センサ出力信号を発生する第１検出回路（１ｂ）と、
前記第２センサ（２ａ）から発生された前記電気的な出力を検出すると共に、検出された前記電気的な出力に基づいて第２センサ出力信号を発生する第２検出回路（２ｂ）と、
前記第１、第２検出回路（１ｂ、２ｂ）に接続されると共に、前記第１、第２検出回路（１ｂ、２ｂ）で発生された前記第１、第２センサ出力信号のうちいずれか一方のセンサ出力信号に基づいて測定された物理量を演算する演算手段を有し、この演算した物理量を表す信号を出力する信号処理回路（３）と、
前記第１、第２センサ（１ａ、２ａ）、前記第１、第２検出回路（１ｂ、２ｂ）および前記信号処理回路（３）を搭載する実装基板（４）と、を有する物理量センサ。 An electrical output is generated in accordance with a change in a physical quantity to be measured, the range of the physical quantity corresponding to the first output range in which the electrical output changes is defined as a first detection range, and the first detection range is A first sensor (1a) corresponding to a part of the entire detection range of the physical quantity;
An electrical output is generated in accordance with the same physical quantity change as the first sensor (1a), and the physical quantity range corresponding to the second output range in which the electrical output changes is defined as a second detection range, The second detection range corresponds to a part of the entire detection range of the physical quantity, is different from the first detection range, and is a second sensor (2a) continuous with the first detection range;
A first detection circuit (1b) for detecting the electrical output generated from the first sensor (1a) and generating a first sensor output signal based on the detected electrical output;
A second detection circuit (2b) for detecting the electrical output generated from the second sensor (2a) and generating a second sensor output signal based on the detected electrical output;
One of the first and second sensor output signals connected to the first and second detection circuits (1b, 2b) and generated by the first and second detection circuits (1b, 2b). A signal processing circuit (3) that has a calculation means for calculating a physical quantity measured based on the sensor output signal, and outputs a signal representing the calculated physical quantity;
A physical quantity sensor having a mounting substrate (4) on which the first and second sensors (1a, 2a), the first and second detection circuits (1b, 2b), and the signal processing circuit (3) are mounted.
前記信号処理回路（３）は、前記第３センサ（６ａ）にて前記第１、第２センサ（１ａ、２ａ）の測定対象となる前記物理量の変化に応じて前記電気的な出力が発生され、前記第３検出回路（６ｂ）から発生される前記第３センサ出力信号に誤差成分が含まれる際に、前記誤差成分を補正する演算手段を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の物理量センサ。 A third sensor (6a) that generates an electrical output in response to a change in physical quantity different from the first and second sensors (1a, 2a), and the electrical generated by the third sensor (6a) A third detection circuit (6b) for detecting an output and generating a third sensor output signal based on the detected electrical output is mounted on the mounting substrate (4), and the third detection circuit The circuit (6b) is connected to the signal processing circuit (3),
The signal processing circuit (3) generates the electrical output in response to a change in the physical quantity to be measured by the first and second sensors (1a, 2a) by the third sensor (6a). 2. An arithmetic means for correcting the error component when the third sensor output signal generated from the third detection circuit (6b) includes an error component. 4. The physical quantity sensor according to any one of 4.
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