JP2015222246A - 慣性センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】慣性センサは、加速度を検知する検出マス兼梁105と、検出マス兼梁105を振動させる駆動電極106と、検出マス兼梁105の共振周波数を変化させる共振周波数調整電極108と、検出マス兼梁105への電圧印加で検出マス兼梁105が振動する間において検出マス兼梁105へ加速度が印加された際に、検出マス兼梁105の共振周波数の変化を打ち消す方向に共振周波数を変化させる電圧を共振周波数調整電極108に印加し(周波数制御部433、DAC部436)、共振周波数調整電極108に印加する電圧の値に基づいて加速度を出力する(CV変換部430、ADC部431、同期検波部432、周波数制御部433、信号調整部435)、検出回路と、を有する。
【選択図】図5
Description
まず、実施の形態の概要について説明する。本実施の形態の概要では、一例として、括弧内に実施の形態の対応する構成要素、符号等を付して説明する。
本実施の形態1における、加速度センサと角速度センサとからなる慣性センサについて、図1〜図7を用いて説明する。慣性センサの加速度センサおよび角速度センサは、それぞれ、検出エレメントの機械部分と、検出回路の回路部分とを有する。
まず、図1〜図2を用いて、本実施の形態1における慣性センサの検出エレメントの構成について説明する。図1は、この慣性センサの検出エレメントの構成の一例を示す平面図である。図1では、加速度検出エレメントと角速度検出エレメントとからなる慣性センサの検出エレメント全体の構成を示している。
図3は、本実施の形態における慣性センサにおいて、角速度検出エレメント111の検出回路の構成の一例を示すブロック図である。図3では、角速度検出エレメント111の角速度印加による変位を検出して、検知した角速度を外部に出力する検出回路の構成の一例を示している。
図5は、本実施の形態における慣性センサにおいて、加速度検出エレメント101の検出回路の構成の一例を示すブロック図である。図5では、加速度検出エレメント101の加速度印加による変位を検出して、検知した加速度を外部に出力する検出回路の構成の一例を示している。
以上のように、本実施の形態では、加速度の印加を振動子の共振周波数変化から検知し、かつ、静電ばね効果によって共振周波数を一定に保つ制御を行うことによって、以下の利点がある。
本実施の形態2における、加速度センサと角速度センサとからなる慣性センサについて、図8〜図10を用いて説明する。本実施の形態2は、唯一のキャビティ(チャンバー)に、少なくとも1つの角速度検出エレメントと、少なくとも2つ以上の加速度検出エレメントを封止する慣性センサの構成例である。
106 駆動電極
108 共振周波数調整電極
430 CV変換部
431 ADC部
432 同期検波部
433 周波数制御部
435 信号調整部
436 DAC部
Claims (12)
- 加速度を検知する第1振動子と、
前記第1振動子を振動させる静電容量型の第1電極と、
前記第1振動子の共振周波数を変化させる静電容量型の第2電極と、
前記第1振動子への電圧印加で前記第1振動子が振動する間において前記第1振動子へ加速度が印加された際に、前記第1振動子の共振周波数の変化を打ち消す方向に前記共振周波数を変化させる電圧を前記第2電極に印加し、前記第2電極に印加する電圧の値に基づいて前記加速度を出力する検出回路と、
を有する、慣性センサ。 - 請求項1に記載の慣性センサにおいて、
前記第2電極には、前記第1振動子へ加速度が印加されていない定常状態において、前記共振周波数を変化させるバイアス電圧が予め印加されており、
前記第1振動子の共振周波数は、前記定常状態において、前記バイアス電圧が印加されていない状態よりも低い共振周波数である、慣性センサ。 - 請求項1に記載の慣性センサにおいて、
さらに角速度を検知する第2振動子を有し、
前記角速度を検知する第2振動子と、前記加速度を検知する第1振動子とが同一のチャンバーに真空で封止されている、慣性センサ。 - 請求項3に記載の慣性センサにおいて、
前記検出回路は、前記加速度を検知する第1振動子の共振周波数を、前記角速度を検知する第2振動子の共振周波数に一致させる方向に、前記第2電極への印加電圧を制御する、慣性センサ。 - 請求項2に記載の慣性センサにおいて、
前記加速度を検知する第1振動子を複数有し、
前記複数の第1振動子に対応させて、前記第1電極、前記第2電極、および、前記検出回路を複数有し、
前記検出回路のそれぞれは、前記加速度を検知する第1振動子の共振周波数を、同一の周波数になる方向に、前記第2電極への印加電圧を制御する、慣性センサ。 - 請求項5に記載の慣性センサにおいて、
さらに角速度を検知する第2振動子を有し、
前記検出回路のそれぞれは、前記加速度を検知する第1振動子の共振周波数を、前記角速度を検知する第2振動子の共振周波数に一致させる方向に、前記第2電極への印加電圧を制御する、慣性センサ。 - 請求項5に記載の慣性センサにおいて、
さらに角速度を検知する第2振動子を複数有し、
前記検出回路のそれぞれは、前記加速度を検知する第1振動子の共振周波数を、前記角速度を検知する第2振動子のうちの1つの共振周波数に一致させる方向に、前記第2電極への印加電圧を制御する、慣性センサ。 - 請求項5に記載の慣性センサにおいて、
前記検出回路のそれぞれは、前記加速度を検知する第1振動子の共振周波数を、自身の第1振動子のQ値よりも高いQ値を有する外部振動子の共振周波数と比較し、前記高いQ値を有する外部振動子との差を縮小するように共振周波数を制御する、慣性センサ。 - 請求項3に記載の慣性センサにおいて、
前記加速度を検知する第1振動子を少なくとも1つ以上有し、
前記角速度を検知する第2振動子を少なくとも1つ以上有し、
前記少なくとも1つ以上の第1振動子および前記少なくとも1つ以上の第2振動子を振動させるクロック信号を生成する1つの発振回路を有する、慣性センサ。 - 請求項3に記載の慣性センサにおいて、
前記加速度を検知する第1振動子を少なくとも1つ以上有し、
前記角速度を検知する第2振動子を少なくとも1つ以上有し、
前記少なくとも1つ以上の第1振動子および前記少なくとも1つ以上の第2振動子の共振周波数の比較に基づいて故障を診断する診断回路を有する、慣性センサ。 - 請求項10に記載の慣性センサにおいて、
前記診断回路は、前記少なくとも1つ以上の第1振動子および前記少なくとも1つ以上の第2振動子を所定の振幅で振動させる電圧、または、所定の電圧での振動時に得られる振幅の比較に基づいて故障を診断する、慣性センサ。 - 請求項11に記載の慣性センサにおいて、
前記診断回路は、前記慣性センサの集積回路上に設けられた温度センサによって得られる温度の変化に基づいて、前記共振周波数および前記振幅の比較による故障を診断する、慣性センサ。
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