JP2011095104A5 - - Google Patents

Claims (21)

1. （ａ）基板と、
   （ｂ）前記基板に形成された空洞部と、
   （ｃ）前記空洞部内に形成された固定部と、
   （ｄ）前記空洞部内に形成され、前記固定部と接続された弾性変形部と、
   （ｅ）前記空洞部内に形成され、前記弾性変形部と接続された可動部と、
   （ｆ）前記空洞部内に形成された第１固定電極と、前記可動部に形成された第１可動電極とを互いに対向させた第１容量素子を含み、前記可動部が変位することで生じる前記第１容量素子の容量変化を出力する容量検出部と、
   （ｇ）前記容量検出部から出力された容量変化に基づいて外力の物理量を求める物理量算出部と接続される物理量算出端子と、
   （ｈ）前記空洞部内に形成された第２固定電極と、前記可動部に形成された第２可動電極とを互いに対向させた第２容量素子を含み、かつ、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に診断信号を印加するための診断信号印加用端子とを含み、前記診断信号印加用端子に診断信号を印加することにより、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に静電気力を発生させて強制振動させる強制振動生成部と、
   （ｉ）前記強制振動生成部で発生した強制振動に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する異常判断部と間接的に接続される前記物理量算出端子とを備え、
   前記容量検出部に含まれる前記第１容量素子と、前記強制振動生成部に含まれる前記第２容量素子とは分離され、
   前記可動部の強制振動による加振周波数は、前記外力による前記可動部の変位に基づく外力応答周波数よりも高いことを特徴とする静電容量式センサ。
2. 請求項１記載の静電容量式センサであって、さらに、
   （ｊ）前記物理量算出端子と接続される前記物理量算出部と、
   （ｋ）前記診断信号を生成し、前記診断信号印加用端子と接続される診断信号生成部と、
   （ｌ）前記物理量算出端子と間接的に接続される前記異常判断部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
3. 請求項２記載の静電容量式センサであって、さらに、
   （ｍ）前記可動部に変調信号を印加するための変調信号印加用端子と、
   （ｎ）前記変調信号を生成し、前記変調信号印加用端子と接続された変調信号生成部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
4. 請求項３記載の静電容量式センサであって、
   前記第１容量素子の容量変化は、前記外力による前記可動部の変位に起因する第１容量変化と、前記強制振動生成部による前記可動部の強制振動に起因する第２容量変化が含まれていることを特徴とする静電容量式センサ。
5. 請求項４記載の静電容量式センサであって、
   前記可動部の強制振動による加振周波数は、前記変調信号の搬送波周波数よりも低いことを特徴とする静電容量式センサ。
6. 請求項５記載の静電容量式センサであって、
   前記物理量算出部は、
   （ｊ１）前記容量検出部から出力された容量変化を電圧信号に変換する電圧変換部と、
   （ｊ２）前記電圧変換部から出力された電圧信号から前記加振周波数と前記外力応答周波数を含む第１特定帯域の信号を抽出する第１同期検波部と、
   （ｊ３）前記第１同期検波部で抽出された前記第１特定帯域の信号から前記外力応答周波数の信号を抽出する第１低帯域通過フィルタと、
   （ｊ４）前記第１低帯域通過フィルタを通過した前記外力応答周波数の信号から前記外力の前記物理量を算出する算出部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
7. 請求項６記載の静電容量式センサであって、
   前記異常判断部は、
   （ｌ１）前記第１同期検波部で抽出された前記第１特定帯域の信号を入力し、入力した前記第１特定帯域の信号から前記加振周波数の信号に対応した第１検波周波数の信号と、前記第１検波周波数よりも高く、前記加振周波数の信号に対応した第２検波周波数の信号とを抽出する第２同期検波部と、
   （ｌ２）前記第２同期検波部で抽出された前記第１検波周波数の信号と前記第２検波周波数の信号のうち、前記第１検波周波数の信号を通過させる第２低帯域通過フィルタと、
   （ｌ３）前記第２低帯域通過フィルタを通過した前記第１検波周波数の信号と、予め定められている既定値とを比較する比較部と、
   （ｌ４）前記比較部の結果に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する判断部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
8. 請求項７記載の静電容量式センサであって、
   前記異常判断部は、さらに、前記第２同期検波部の前に、前記第１特定帯域の信号を入力し、入力した前記第１特定帯域の信号のうち、前記外力応答周波数よりも高い帯域の信号を通過させる第１高帯域通過フィルタを有することを特徴とする静電容量式センサ。
9. 請求項６記載の静電容量式センサであって、
   前記異常判断部は、
   （ｌ１）前記第１同期検波部で抽出された前記第１特定帯域の信号を入力し、入力した前記第１特定帯域の信号から前記加振周波数の信号に対応した第１検波周波数の信号と、前記第１検波周波数よりも高く、前記加振周波数の信号に対応した第２検波周波数の信号とを抽出する第２同期検波部と、
   （ｌ２）前記第２同期検波部で抽出された前記第１検波周波数の信号と前記第２検波周波数の信号のうち、前記第２検波周波数の信号を通過させる第２高帯域通過フィルタと、
   （ｌ３）前記第２高帯域通過フィルタを通過した前記第２検波周波数の信号と、予め定められている既定値とを比較する比較部と、
   （ｌ４）前記比較部の結果に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する判断部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
10. 請求項９記載の静電容量式センサであって、
    前記異常判断部は、さらに、前記第２同期検波部の前に、前記第１特定帯域の信号を入力し、入力した前記第１特定帯域の信号のうち、前記外力応答周波数よりも高い帯域の信号を通過させる第１高帯域通過フィルタを有することを特徴とする静電容量式センサ。
11. 請求項７記載の静電容量式センサであって、
    前記診断信号生成部と前記診断信号印加用端子との間にスイッチを有し、
    前記異常判断部は、前記スイッチを周期的にオン／オフし、
    前記比較部は、さらに、オン時の前記第１検波周波数の信号とオフ時の前記第１検波周波数の信号との差分値を算出し、
    前記判断部は、さらに、前記差分値に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断することを特徴とする静電容量式センサ。
12. 請求項９記載の静電容量式センサであって、
    前記診断信号生成部と前記診断信号印加用端子との間にスイッチを有し、
    前記異常判断部は、前記スイッチを周期的にオン／オフし、
    前記比較部は、さらに、オン時の前記第２検波周波数の信号とオフ時の前記第２検波周波数の信号との差分値を算出し、
    前記判断部は、さらに、前記差分値に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断することを特徴とする静電容量式センサ。
13. 請求項５記載の静電容量式センサであって、
    前記外力の物理量は加速度であることを特徴とする静電容量式センサ。
14. 請求項１３記載の静電容量式センサであって、
    さらに、角速度センサを構成する構造体が形成されており、
    前記構造体は、動作時に振動させている振動体と、前記振動体を特定周波数で振動させる駆動部とを含むことを特徴とする静電容量式センサ。
15. 請求項１４記載の静電容量式センサであって、
    加速度センサの前記可動部を強制振動させている前記加振周波数は、前記特定周波数の２のべき乗分の１の周波数であることを特徴とする静電容量式センサ。
16. 請求項１４記載の静電容量式センサであって、
    前記診断信号生成部と前記診断信号印加用端子との間にスイッチを有し、
    前記異常判断部は、前記スイッチのオン／オフを、前記特定周波数の２のべき乗分の１の周波数で制御していることを特徴とする静電容量式センサ。
17. （ａ）基板と、
    （ｂ）前記基板に形成された空洞部と、
    （ｃ）前記空洞部内に形成された固定部と、
    （ｄ）前記空洞部内に形成され、前記固定部と接続された弾性変形部と、
    （ｅ）前記空洞部内に形成され、前記弾性変形部と接続された可動部と、
    （ｆ）前記空洞部内に形成された第１固定電極と、前記可動部に形成された第１可動電極とを互いに対向させた第１容量素子を含み、前記可動部が変位することで生じる前記第１容量素子の容量変化を出力する容量検出部と、
    （ｇ）前記容量検出部から出力された容量変化に基づいて外力の物理量を求める物理量算出部と接続される物理量算出端子と、
    （ｈ）前記空洞部内に形成された第２固定電極と、前記可動部に形成された第２可動電極とを互いに対向させた第２容量素子とを含み、かつ、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に第１診断信号を印加するための第１診断信号印加用端子と、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に第２診断信号を印加するための第２診断信号印加用端子とを含み、動作開始時、前記第１診断信号印加用端子に前記第１診断信号を印加することにより、前記可動部を第１方向へ変位させ、前記第２診断信号印加用端子に前記第２診断信号を印加することにより、前記可動部を前記第１方向とは反対側の第２方向へ変位させる強制変位生成部と、
    （ｉ）前記強制変位生成部で発生した強制変位に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する異常判断部と間接的に接続される前記物理量算出端子とを備え、
    前記容量検出部に含まれる前記第１容量素子と、前記強制変位生成部に含まれる前記第２容量素子とは分離されていることを特徴とする静電容量式センサ。
18. 請求項１７記載の静電容量式センサであって、さらに、
    （ｊ）前記物理量算出端子と接続される前記物理量算出部と、
    （ｋ）前記第１診断信号あるいは前記第２診断信号を生成し、前記第１診断信号印加用端子あるいは前記第２診断信号印加用端子と接続される診断信号生成部と、
    （ｌ）前記物理量算出端子と間接的に接続される前記異常判断部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
19. 請求項１８記載の静電容量式センサであって、
    前記異常判断部は、
    （ｌ１）動作開始時、前記物理量算出部から入力した初期オフセット値と、前記第１診断信号印加用端子に前記第１診断信号を印加することにより、前記可動部を前記第１方向へ変位させたとき、前記物理量算出部から入力した第１入力値と、前記第２診断信号印加用端子に前記第２診断信号を印加することにより、前記可動部を前記第２方向へ変位させたとき、前記物理量算出部から入力した第２入力値とを記憶する記憶部と、
    （ｌ２）前記記憶部に記憶されている前記第１入力値と前記第２入力値の差分値を算出する演算部と、
    （ｌ３）前記演算部で算出された前記差分値と予め設定されている既定範囲値とを比較する比較部と、
    （ｌ４）前記比較部の結果に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する判断部とを有することを特徴とする静電容量式センサ。
20. （ａ）基板と、
    （ｂ）前記基板に形成された空洞部と、
    （ｃ）前記空洞部内に形成された固定部と、
    （ｄ）前記空洞部内に形成され、前記固定部と接続された弾性変形部と、
    （ｅ）前記空洞部内に形成され、前記弾性変形部と接続された可動部と、
    （ｆ）前記空洞部内に形成された第１固定電極と、前記可動部に形成された第１可動電極とを互いに対向させた第１容量素子を含み、前記可動部が変位することで生じる前記第１容量素子の容量変化を出力する容量検出部と、
    （ｇ）前記容量検出部から出力された容量変化に基づいて外力の物理量を求める物理量算出部と、
    （ｈ）前記空洞部内に形成された第２固定電極と、前記可動部に形成された第２可動電極とを互いに対向させた第２容量素子を含み、かつ、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に診断信号を印加するための診断信号印加用端子とを含み、前記診断信号印加用端子に前記診断信号を印加することにより、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に静電気力を発生させて強制振動させる強制振動生成部と、
    （ｉ）前記強制振動生成部で発生した強制振動に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する異常判断部とを備え、
    前記容量検出部に含まれる前記第１容量素子と、前記強制振動生成部に含まれる前記第２容量素子とは分離され、
    前記可動部の強制振動による加振周波数は、前記外力による前記可動部の変位に基づく外力応答周波数よりも高いことを特徴とする静電容量式センサ。
21. （ａ）基板と、
    （ｂ）前記基板に形成された空洞部と、
    （ｃ）前記空洞部内に形成された固定部と、
    （ｄ）前記空洞部内に形成され、前記固定部と接続された弾性変形部と、
    （ｅ）前記空洞部内に形成され、前記弾性変形部と接続された可動部と、
    （ｆ）前記空洞部内に形成された第１固定電極と、前記可動部に形成された第１可動電極とを互いに対向させた第１容量素子を含み、前記可動部が変位することで生じる前記第１容量素子の容量変化を出力する容量検出部と、
    （ｇ）前記容量検出部から出力された容量変化に基づいて外力の物理量を求める物理量算出部と、
    （ｈ）前記空洞部内に形成された第２固定電極と、前記可動部に形成された第２可動電極とを互いに対向させた第２容量素子とを含み、かつ、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に第１診断信号を印加するための第１診断信号印加用端子と、前記第２固定電極と前記第２可動電極の間に第２診断信号を印加するための第２診断信号印加用端子とを含み、動作開始時、前記第１診断信号印加用端子に前記第１診断信号を印加することにより、前記可動部を第１方向へ変位させ、前記第２診断信号印加用端子に前記第２診断信号を印加することにより、前記可動部を前記第１方向とは反対側の第２方向へ変位させる強制変位生成部と、
    （ｉ）前記強制変位生成部で発生した強制変位に基づいて、静電容量式センサの異常の有無を判断する異常判断部とを備え、
    前記容量検出部に含まれる前記第１容量素子と、前記強制変位生成部に含まれる前記第２容量素子とは分離されていることを特徴とする静電容量式センサ。