JP2017150974A - Pressure change measuring device, altitude measuring device, and pressure change measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧力変化測定装置、高度測定装置、及び圧力変化測定方法に関する。 The present invention relates to a pressure change measuring device, an altitude measuring device, and a pressure change measuring method.
従来、測定対象の圧力変化を測定する装置として、内室(圧力室)と、この内室の圧力と測定対象の圧力との差圧を検出する差圧センサと、測定対象の圧力伝達媒体が内室に対して流入出できる圧力通過孔とを有する圧力変化測定装置が知られている(例えば、特許文献1〜特許文献3)。
Conventionally, as an apparatus for measuring a change in pressure of a measurement target, an inner chamber (pressure chamber), a differential pressure sensor for detecting a differential pressure between the pressure in the inner chamber and the pressure of the measurement target, and a pressure transmission medium of the measurement target are provided. A pressure change measuring device having a pressure passage hole that can flow into and out of an inner chamber is known (for example,
しかしながら、上記のような圧力変化測定装置では、その出力信号から所定のタイミングにおける測定対象の圧力変化を検知できる反面、測定対象の圧力の経時的変化、つまり時間軸に対する測定対象圧力の変化を測定することが難しい。例えば、上記のような圧力変化測定装置では、得られた出力信号に基づいて、測定対象の圧力の経時的変化を測定する場合に、測定対象の圧力が一定である状態の基準値に対して、出力信号がどれだけ変化したかを測定する必要があるが、この基準値をどのように設定するかに関しては明らかにされていない。そのため、上記のような圧力変化測定装置では、測定対象の圧力の経時的変化を高精度に測定することが困難であった。 However, while the pressure change measuring device as described above can detect the pressure change of the measurement target at a predetermined timing from the output signal, it measures the change in the pressure of the measurement target over time, that is, the change of the measurement target pressure with respect to the time axis. Difficult to do. For example, in the pressure change measuring apparatus as described above, when measuring the change over time of the pressure of the measurement target based on the obtained output signal, the pressure change of the measurement target is compared with the reference value in a state where the pressure of the measurement target is constant. It is necessary to measure how much the output signal has changed, but it is not clear how to set this reference value. For this reason, it has been difficult for the pressure change measuring apparatus as described above to measure the change over time in the pressure of the measurement object with high accuracy.
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、測定対象の圧力の経時的変化を高精度に測定することができる圧力変化測定装置、高度測定装置、及び圧力変化測定方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to provide a pressure change measuring device, an altitude measuring device, and a pressure change measuring method capable of measuring a change over time in pressure of a measurement object with high accuracy. Is to provide.
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、測定対象圧力を伝達する圧力伝達媒体が流入するキャビティと、前記圧力伝達媒体を前記キャビティの内外に流通させる連通孔と、を有し、前記キャビティの内部圧力と前記測定対象圧力との差圧に応じた差圧検出値を検出する差圧センサと、前記差圧センサの温度に応じた温度検出値を検出する温度センサと、前記温度センサによって検出された前記温度検出値と、前記差圧のない状態における前記差圧センサの検出値を示す検出基準値の温度特性とに基づいて、前記検出基準値を設定する基準値設定部と、前記基準値設定部によって設定された前記検出基準値と、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する演算処理部とを備えることを特徴とする圧力変化測定装置である。 In order to solve the above problem, an aspect of the present invention includes a cavity into which a pressure transmission medium that transmits a measurement target pressure flows, and a communication hole that allows the pressure transmission medium to flow inside and outside the cavity. A differential pressure sensor that detects a differential pressure detection value corresponding to a differential pressure between an internal pressure of the cavity and the pressure to be measured; a temperature sensor that detects a temperature detection value corresponding to a temperature of the differential pressure sensor; and the temperature A reference value setting unit for setting the detection reference value based on the temperature detection value detected by the sensor and a temperature characteristic of a detection reference value indicating the detection value of the differential pressure sensor in a state without the differential pressure; An arithmetic processing unit that generates information indicating a change in the measurement target pressure based on the detection reference value set by the reference value setting unit and the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor A pressure change measuring apparatus comprising: a.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記差圧センサは、前記キャビティを有するセンサ本体と、前記連通孔を除く前記キャビティの開口面を塞ぐように基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記カンチレバーの撓み変形に応じた前記基端部の抵抗変化に基づいて、前記差圧検出値を検出する差圧検出回路部とを備えることを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the pressure change measuring apparatus according to the first aspect, wherein the differential pressure sensor includes a sensor body having the cavity and a distal end from the proximal end so as to close an opening surface of the cavity excluding the communication hole. A cantilever that is unidirectionally extending toward the portion and bends and deforms according to a pressure difference between the inside and the outside of the cavity, and a resistance change of the base end portion according to the bending deformation of the cantilever. And a differential pressure detection circuit section for detecting the differential pressure detection value.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記差圧センサは、前記カンチレバーと同一材質及び同一形状になるように構成されたレバー部を有するレファレンス部を有し、前記差圧検出回路部は、前記カンチレバーの基端部の抵抗を含む検出抵抗と、前記レバー部の基端部の抵抗を含む参照抵抗とを有するホイートストンブリッジ回路を備えることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, in the pressure change measuring apparatus, the differential pressure sensor includes a reference portion having a lever portion configured to have the same material and shape as the cantilever, and the difference The pressure detection circuit unit includes a Wheatstone bridge circuit having a detection resistance including a resistance of a proximal end portion of the cantilever and a reference resistance including a resistance of a proximal end portion of the lever portion.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記温度センサは、キャビティを有する本体部と、前記カンチレバーと同一材質及び同一形状になるように、且つ、前記本体部のキャビティを覆うように構成された温度検出抵抗部と、前記温度検出抵抗部の抵抗変化に基づいて、前記温度検出値を検出する温度検出回路部とを備えることを特徴とする。 One embodiment of the present invention is the pressure change measuring apparatus according to the first aspect, wherein the temperature sensor includes a body portion having a cavity, the same material and the same shape as the cantilever, and the cavity of the body portion. A temperature detection resistor unit configured to cover and a temperature detection circuit unit that detects the temperature detection value based on a resistance change of the temperature detection resistor unit.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記カンチレバーは、不純物半導体層で構成されるピエゾ抵抗を、少なくとも前記基端部に備えることを特徴とする。 One embodiment of the present invention is characterized in that, in the pressure change measuring apparatus, the cantilever includes a piezoresistor formed of an impurity semiconductor layer at least at the base end.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記基準値設定部は、前記温度検出値と、前記温度検出値の温度特性と、前記検出基準値の温度特性とに基づいて、前記検出基準値を設定することを特徴とする。 Further, according to one aspect of the present invention, in the pressure change measurement apparatus, the reference value setting unit is based on the temperature detection value, a temperature characteristic of the temperature detection value, and a temperature characteristic of the detection reference value. The detection reference value is set.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記基準値設定部は、前記温度検出値と、前記温度検出値の温度特性とに基づいて、前記差圧センサの温度を推定し、推定した前記差圧センサの温度と、前記検出基準値の温度特性とに基づいて、前記検出基準値を設定することを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, in the pressure change measuring apparatus, the reference value setting unit estimates the temperature of the differential pressure sensor based on the temperature detection value and a temperature characteristic of the temperature detection value. The detection reference value is set based on the estimated temperature of the differential pressure sensor and a temperature characteristic of the detection reference value.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記基準値設定部は、前記温度検出値の温度特性と、前記検出基準値の温度特性とに基づいて生成された、前記温度検出値から前記検出基準値を算出する算出式と、前記温度検出値とに基づいて、前記検出基準値を算出することを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, in the pressure change measurement apparatus, the reference value setting unit is configured to generate the temperature generated based on a temperature characteristic of the temperature detection value and a temperature characteristic of the detection reference value. The detection reference value is calculated based on a calculation formula for calculating the detection reference value from a detection value and the temperature detection value.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置において、前記基準値設定部は、前記温度検出値の温度特性と、前記検出基準値の温度特性とに基づいて生成された、前記温度検出値と前記検出基準値とを対応づける変換テーブルと、前記温度検出値とに基づいて、前記検出基準値を生成することを特徴とする。 In one embodiment of the present invention, in the pressure change measurement apparatus, the reference value setting unit is configured to generate the temperature generated based on a temperature characteristic of the temperature detection value and a temperature characteristic of the detection reference value. The detection reference value is generated based on a conversion table that associates a detection value with the detection reference value and the temperature detection value.
また、本発明の一態様は、上記の圧力変化測定装置と、前記圧力変化測定装置から得られた前記測定対象圧力の変化を高度情報に変換する高度変換部とを備えることを特徴とする高度測定装置である。 An aspect of the present invention includes the pressure change measuring device described above, and an altitude converting unit that converts the change in the measurement target pressure obtained from the pressure change measuring device into altitude information. It is a measuring device.
また、本発明の一態様は、測定対象圧力を伝達する圧力伝達媒体が流入するキャビティと、前記圧力伝達媒体を前記キャビティの内外に流通させる連通孔と、を有し、前記キャビティの内部圧力と前記測定対象圧力との差圧に応じた差圧検出値を検出する差圧センサを利用した圧力変化測定方法であって、基準値設定部が、前記差圧センサの温度に応じた温度検出値を検出する温度センサによって検出された前記温度検出値と、前記差圧のない状態における前記差圧センサの検出値を示す検出基準値の温度特性とに基づいて、前記検出基準値を設定する基準値設定ステップと、演算処理部が、前記基準値設定ステップによって設定された前記検出基準値と、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する演算処理ステップとを含むことを特徴とする圧力変化測定方法である。 Another aspect of the present invention includes a cavity into which a pressure transmission medium that transmits a pressure to be measured flows, and a communication hole that allows the pressure transmission medium to flow inside and outside the cavity. A pressure change measurement method using a differential pressure sensor that detects a differential pressure detection value according to a differential pressure with respect to the measurement target pressure, wherein a reference value setting unit detects a temperature detection value according to the temperature of the differential pressure sensor A reference for setting the detection reference value based on the temperature detection value detected by the temperature sensor for detecting the temperature and a temperature characteristic of a detection reference value indicating the detection value of the differential pressure sensor in a state without the differential pressure The measurement target pressure based on the value setting step and the detection reference value set by the reference value setting step and the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor; A pressure change measurement method which comprises a processing step of generating information indicating a change.
本発明によれば、測定対象の圧力の経時的変化を高精度に測定することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the time-dependent change of the pressure of a measuring object can be measured with high precision.
以下、本発明の一実施形態による圧力変化測定装置、及び高度測定装置について図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態による圧力変化測定装置1の一例を示す機能ブロック図である。
図1に示すように、圧力変化測定装置1は、差圧センサ110と、温度センサ120と、基準値設定部60と、演算処理部70とを備えている。
Hereinafter, a pressure change measuring device and an altitude measuring device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of a pressure change measuring
As shown in FIG. 1, the pressure
差圧センサ110は、測定対象媒体(例えば、空気などの流体)の圧力(測定対象圧力)の変化を検出するものであり、後述するキャビティ10(図3参照)の内部圧力と測定対象圧力(外部圧力)との差圧に応じた差圧検出値を検出する。差圧センサ110は、差圧検出値を検出する差圧検出回路部40を備えている。
The
差圧検出回路部40は、ホイートストンブリッジ回路41と、差動増幅回路42とを備えている。
ホイートストンブリッジ回路41は、後述する差圧センサ部111が有する抵抗R1(検出抵抗Rsen)と、後述するレファレンス部112が有する抵抗R2(参照抵抗Rref)と、抵抗R3と、抵抗R4とを備えている。
抵抗R1(検出抵抗Rsen)は、第1端が電源線Vccに、第2端がノードN1に接続されており、キャビティ10内外の差圧に応じて抵抗が変化する。抵抗R2(参照抵抗Rref)は、第1端がノードN1に、第2端が電源線GNDに接続されており、差圧検出値の温度依存及び抵抗値バラツキによる検出誤差を低減するための参照抵抗である。
また、抵抗R3は、第1端が電源線Vccに、第2端がノードN2に接続され、抵抗R4は、第1端がノードN2に、第2端が電源線GNDに接続されている。抵抗R1及びR2は、後述するセンサチップ100内に構成されており、抵抗R3及び抵抗R4は、センサチップ100の外部に備えられた外付け抵抗である。
The differential pressure
The Wheatstone
The resistor R1 (detection resistor Rsen) has a first end connected to the power supply line Vcc and a second end connected to the node N1, and the resistance changes according to the differential pressure inside and outside the
The resistor R3 has a first end connected to the power supply line Vcc and a second end connected to the node N2. The resistor R4 has a first end connected to the node N2 and a second end connected to the power supply line GND. The resistors R1 and R2 are configured in a
差動増幅回路42は、例えば、計測アンプ(インスツルメンテーションアンプ)であり、ノードN1とノードN2との電位差を増幅して出力信号S1として出力する。差動増幅回路42は、反転入力端子(−端子)がノードN1に接続され、非反転入力端子(+端子)がノードN2に接続されている。
The
温度センサ120は、差圧センサ110の温度(例えば、周辺温度)に応じた温度検出値を検出する。温度センサ120は、温度検出値を検出する温度検出回路部50を備えている。
温度検出回路部50は、ホイートストンブリッジ回路51と、差動増幅回路52とを備えている。
ホイートストンブリッジ回路51は、後述する温度センサ部121が有する抵抗R5(検出抵抗Rtmp)と、抵抗R6と、抵抗R7と、抵抗R8とを備えている。
抵抗R5(検出抵抗Rtmp)は、第1端が電源線Vccに、第2端がノードN3に接続されており、差圧センサ110の温度に応じて抵抗値が変化する。抵抗R6は、第1端がノードN3に、第2端が電源線GNDに接続されている。
また、抵抗R7は、第1端が電源線Vccに、第2端がノードN4に接続され、抵抗R8は、第1端がノードN4に、第2端が電源線GNDに接続されている。抵抗R5は、後述するセンサチップ100内に構成されており、抵抗R6、抵抗R7、及びR8は、センサチップ100の外部に備えられた外付け抵抗である。
The
The temperature
The
The resistor R5 (detection resistor Rtmp) has a first end connected to the power supply line Vcc and a second end connected to the node N3, and the resistance value changes according to the temperature of the
The resistor R7 has a first end connected to the power supply line Vcc and a second end connected to the node N4. A resistor R8 has a first end connected to the node N4 and a second end connected to the power supply line GND. The resistor R5 is configured in the
差動増幅回路52は、例えば、計測アンプ(インスツルメンテーションアンプ)であり、ノードN3とノードN4との電位差を増幅して出力信号S2として出力する。差動増幅回路52は、反転入力端子(−端子)がノードN3に接続され、非反転入力端子(+端子)がノードN4に接続されている。
なお、センサチップ100は、差圧センサ110、差圧センサ部111、及びレファレンス部112を備えており、抵抗R1、抵抗R2、及び抵抗R5は、センサチップ100内の同一の半導体基板上に構成されている。また、センサチップ100の構成の詳細については、後述する。
The
The
基準値設定部60は、温度センサ120によって検出された温度検出値(信号S2の値)と、差圧のない状態における差圧センサ110の検出値を示す検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を設定する。基準値設定部60は、例えば、温度検出値と、温度検出値の温度特性と、検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を設定する。具体的に、基準値設定部60は、例えば、温度検出値と、温度検出値の温度特性とに基づいて、差圧センサ110の温度を推定し、推定した差圧センサ110の温度と、検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を設定する。
また、基準値設定部60は、温度特性記憶部61と、基準値生成部62とを備えている。
The reference
The reference
温度特性記憶部61は、検出基準値を生成(推定)するために用いる各種温度特性データを記憶する。温度特性記憶部61は、例えば、差圧センサ110の温度と、検出基準値との関係を示す検出基準値の温度特性と、温度センサ120の温度と、温度検出値との関係を示す温度検出値の温度特性とを記憶する。
なお、本実施形態では、温度特性記憶部61は、検出基準値の温度特性の一例として、差圧センサ110の温度を変化させて、当該温度値と、検出基準値とを対応付けた温度特性データ(基準値変換テーブル)を記憶する。また、温度特性記憶部61は、温度検出値の温度特性の一例として、温度センサ120の温度を変化させて、当該温度値と、温度検出値とを対応付けた温度特性データ(温度変換テーブル)を記憶する。
The temperature
In this embodiment, as an example of the temperature characteristic of the detection reference value, the temperature
基準値生成部62は、温度センサ120が検出した温度検出値と、温度特性記憶部61が記憶する温度検出値の温度特性とに基づいて、差圧センサ110の温度を推定する。すなわち、基準値生成部62は、温度センサ120から取得した温度検出値に対応する温度値を、温度特性記憶部61の温度変換テーブルから取得することで、差圧センサ110の温度を推定する。なお、温度検出値が、温度変換テーブルに存在しない場合には、基準値生成部62は、最も近い温度検出値に対応する温度値を取得してもよいし、例えば、線形補完などを用いて、温度値を推定してもよい。
The reference
また、基準値生成部62は、推定した差圧センサ110の温度と、検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を設定する。すなわち、基準値生成部62は、温度特性記憶部61の温度変換テーブルから取得した温度値に対応する検出基準値を、温度特性記憶部61の基準値変換テーブルから取得することで、検出基準値を生成(設定)する。なお、温度値が、基準値変換テーブルに存在しない場合には、基準値生成部62は、最も近い温度値に対応する検出基準値を取得してもよいし、例えば、線形補完などを用いて、検出基準値を推定してもよい。基準値生成部62は、取得した検出基準値を、出力信号S3として、演算処理部70に出力する。
Further, the reference
演算処理部70は、基準値設定部60によって設定された検出基準値と、差圧センサ110によって検出された差圧検出値(信号S1の値)とに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報を生成する。演算処理部70は、算出した測定対象圧力の変化を示す圧力の変化情報を出力する。なお、本実施形態では、演算処理部70は、圧力の変化情報の一例として、キャビティ10の外部の圧力値(外圧値Pout)を出力するものとする。
また、演算処理部70は、テーブル記憶部71と、内圧値記憶部72と、圧力算出部73とを備えている。
The
The
テーブル記憶部71は、外圧値Poutの算出に利用する各種変換テーブルを記憶する。テーブル記憶部71は、例えば、差圧値変換テーブル、及び流量変換テーブルを記憶する。差圧値変換テーブルは、抵抗R1の変化率(ΔR/R)と、キャビティ10の内外の差圧値ΔPとの関係を示すテーブルであり、抵抗R1の変化率(ΔR/R)と、差圧値ΔPとを対応付けたテーブルである。また、流量変換テーブルは、差圧値ΔPと、キャビティ10の内外へ移動する空気の流量Qとの関係を示すテーブルであり、差圧値ΔPと、流量Qとを対応付けたテーブルである。
内圧値記憶部72は、次回の測定時の推定値である内圧値Pinを記憶する。
The
The internal pressure
圧力算出部73は、差圧センサ110によって検出された差圧検出値Vsenと、基準値設定部60によって設定された検出基準値Vrefとに基づいて、温度変動分を除外した正確な変動電圧ΔVpを算出する。ここで、変動電圧ΔVpは、下記の式(1)で表される。
Based on the differential pressure detection value Vsen detected by the
圧力算出部73は、式(1)を利用して、変動電圧ΔVpを算出する。次に、圧力算出部73は、変動電圧ΔVpに対して、差動増幅回路42の増幅率(ゲイン値)で除算するとともに、ホイートストンブリッジ回路41に供給される電源線Vccの電圧、及び抵抗R2〜R4の抵抗値に基づいて、抵抗R1の抵抗値(R+ΔR)を算出する。ここで、抵抗値Rは、差圧値ΔPが“0”の場合の抵抗R1の抵抗値を示し、抵抗値ΔRは、差圧値ΔPによって変化した抵抗R1の変化分の抵抗値を示す。また、圧力算出部73は、抵抗R1の変化率(ΔR/R)に対応する差圧値ΔPを、テーブル記憶部71の差圧値変換テーブルから取得する。
The
また、圧力算出部73は、内圧値記憶部72が記憶する内圧値Pinと、差圧値変換テーブルから取得した差圧値ΔPと、下記の式(2)とに基づいて、外圧値Poutを算出する。圧力算出部73は、算出した外圧値Poutを圧力変化測定装置1の外部に出力する。
Further, the
また、圧力算出部73は、差圧値ΔPに対応する流量Qを、テーブル記憶部71の流量変換テーブルから取得する。圧力算出部73は、取得した流量Qから下記の式(3)を利用して、次回の測定時の内圧値Pinを算出する。
Further, the
ここで、変数iは、サンプル番号(測定番号)を示し、変数Vcは、キャビティ10の容積を示し、変数Δtは、測定時間間隔(サンプル間隔)を示している。また、内圧値Pin(i)は、現在の内圧値を示し、内圧値Pin(i+1)は、次回の測定時の内圧値を示している。
圧力算出部73は、算出した次回の測定時の内圧値Pin(i+1)を内圧値記憶部72に記憶させる。
Here, the variable i indicates the sample number (measurement number), the variable Vc indicates the volume of the
The
次に、図2〜図4を参照して、センサチップ100の構成について説明する。
図2は、本実施形態におけるセンサチップ100の一例を示す平面図である。また、図3は、図2に示すA−A線に沿ったセンサチップ100の断面図である。また、図4は、図2に示すB−B線に沿ったセンサチップ100の断面図である。
図1〜3に示すように、本実施形態のセンサチップ100は、SOI基板5を利用して形成された直方体状の外形を有するセンサ本体2を備え、差圧センサ部111と、レファレンス部112と、温度センサ部121とを備えている。
Next, the configuration of the
FIG. 2 is a plan view showing an example of the
As shown in FIGS. 1 to 3, the
差圧センサ部111は、所定の周波数帯域(例えば、1Hz以下の低周波帯域)の圧力変動を検出するセンサであり、圧力伝達媒体(例えば空気等の気体)が存在する空間等に配置されて使用される。差圧センサ部111は、キャビティ10を有するセンサ本体2と、先端部3aが自由端とされ、基端部3bが片持ち支持されたカンチレバー3とを備えている。
The differential
なお、本実施形態では、センサチップ100の厚み方向(Z軸方向)に沿ったカンチレバー3側を上方、その反対側を下方といい、センサチップ100の平面視で長手方向をX軸方向、センサチップ100の平面視で長手方向(X軸方向)に直交する短手方向をY軸方向として説明する。
また、SOI基板5は、図3に示すように、シリコン支持層5a、シリコン酸化膜等の電気的絶縁性を有する絶縁層5b、及びシリコン活性層5cを熱的に張り合わせた基板とされている。
In the present embodiment, the
As shown in FIG. 3, the
センサ本体2は、例えばSOI基板5におけるシリコン支持層5aで形成されている。
具体的には、センサ本体2は底壁部2a及び周壁部2bを有し、上方に開口する中空の有底筒状に形成されている。センサ本体2の内部空間は、キャビティ(空気室)10として機能し、上方に開口した部分がキャビティ10の内部と外部とを連通する連通開口11として機能する。すなわち、中空のセンサ本体2は、内部にキャビティ10が形成され、キャビティ10の内部と外部とを連通する連通開口11を有する。
The
Specifically, the
絶縁層5bは、例えば、SiO2(二酸化ケイ素)により形成された酸化層であり。センサ本体2の周壁部2bの開口端縁上に全周に亘って環状に形成されている。
シリコン活性層5cは、センサ本体2を上方から塞ぐように絶縁層5b上に形成されている。このシリコン活性層5cには、該シリコン活性層5cを厚さ方向(Z軸方向)に貫通する平面視コ形状(C形状)のギャップG1(区画溝)が形成されている。これにより、シリコン活性層5cには、環状の枠部13とカンチレバー3とが形成されている。
ギャップG1は、平面視で連通開口11の内側に位置する領域内(キャビティ10の内部に連通する領域内)に形成され、圧力伝達媒体をキャビティ10の内外に流通させる連通孔として機能する。
The insulating
The silicon
The gap G <b> 1 is formed in a region located inside the
カンチレバー3は、基端部3bが枠部13を介してセンサ本体2における周壁部2bの開口端の内側に一体的に接続され、且つ先端部3aが自由端とされた片持ち梁構造とされ、連通開口11を覆うように配置されている。すなわち、カンチレバー3は、ギャップG1(連通孔)を除くキャビティ10の開口面を塞ぐように基端部3bから先端部3aに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ10の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。また、カンチレバー3は、レバー本体20と、レバー本体20とセンサ本体2とを接続するとともにレバー本体20を片持ち状態で支持する複数のレバー支持部21とを有し、連通開口11を覆うように配置される。
The
カンチレバー3の基端部3bには、該カンチレバー3を厚さ方向(Z軸方向)に貫通する平面視コ形状(C形状)のギャップG2(区画溝)が形成されている。このギャップG2は、カンチレバー3の基端部3bにおいてセンサチップ100の短手方向(Y軸方向)の中央部に配置されている。これにより、カンチレバー3は基端部3bを中心として撓み変形し易い構造とされている。
At the
2つのレバー支持部21A、21Bは、ギャップG2を挟んで短手方向(Y軸方向)に並ぶように配置され、レバー本体20と枠部13とを接続するとともにレバー本体20を片持ち状態で支持している。従って、カンチレバー3は、これらレバー支持部21A、21Bを中心に撓み変形する。
なお、2つのレバー支持部21の短手方向(Y軸方向)に沿った支持幅は、同等とされている。従って、カンチレバー3が撓み変形した際、一方のレバー支持部21に作用する単位面積当たりの応力と、他方のレバー支持部21に作用する単位面積当たりの応力とは同等とされている。
The two lever support portions 21A and 21B are arranged so as to be arranged in the short direction (Y-axis direction) with the gap G2 interposed therebetween, and connect the lever
Note that the support widths along the short direction (Y-axis direction) of the two
上述したカンチレバー3が形成されたシリコン活性層5cには、ピエゾ抵抗(抵抗素子)であるドープ層6(不純物半導体層)がシリコン活性層5cの全面に亘って形成されている。このドープ層6は、例えばリン等のドープ材(不純物)がイオン注入法や拡散法等の各種の方法によりドーピングされることで形成されている。
In the silicon
ドープ層6のうち、カンチレバー3が形成された部分(レバー支持部21に形成されている部分を含む)は、上述した抵抗R1(検出抵抗Rsen)として機能する。抵抗R1は、レバー支持部21の撓み量に応じて抵抗値が変化する。
また、ドープ層6の上面には、ドープ層6よりも電気抵抗率が小さい導電性材料(例えば、Au(金)等)からなる電極(D1、D2)が形成されている。この電極(D1、D2)は、平面視でカンチレバー3を囲む枠状に形成され、ギャップG1及びギャップG5によって、電極D1と、電極D2に分離されている。なお、電極D1は、抵抗R1(検出抵抗Rsen)の第1端として機能し、電源線Vccが接続され、電極D2は、抵抗R1(検出抵抗Rsen)の第2端として機能し、差動増幅回路42の反転入力端子(−端子)が接続される。
Of the doped
On the top surface of the doped
レファレンス部112は、カンチレバー3と同一材質及び同一形状になるように構成されたレバー部4と、を有している。なお、本実施形態では、レファレンス部112は、センサチップ100の短手方向(Y軸方向)の中央線を中心に、差圧センサ部111と対称に構成されており、レバー部4と、ギャップG3と、ギャップG4と、電極(D2、D3)を有している。なお、レファレンス部112は、図3に示すように、キャビティを有していない点を除いて同一材質及び同一形状になるように構成されている。
The
レバー部4は、カンチレバー3と同様に、ドープ層6を備え、当該ドープ層6が、上述した抵抗R2(参照抵抗Rref)として機能するが、キャビティがない状態で固定されて生成されているため、抵抗R2の抵抗値は、測定対象圧力の変動に影響されない。
なお、レファレンス部112において、電極(D2、D3)は、ギャップG2及びギャップG5によって、電極D2と、電極D3に分離されている。なお、電極D2は、抵抗R2(参照抵抗Rsen)の第1端として機能し、差動増幅回路42の非反転入力端子(+端子)が接続され、電極D2は、抵抗R1(参照抵抗Rsen)の第2端として機能し、電源線GNDが接続される。
Like the
In the
温度センサ部121は、図2及び図4に示すように、電極D4と、電極D5と、ピエゾ抵抗としてのドープ層6を有している。なお、ドープ層6は、上述した抵抗R5として機能し、ドープ層6(抵抗R5)は、ギャップG5とギャップG6との間に形成されており、長手方向(X軸方向)長い長方形として形成されている。なお、電極D4は、抵抗R5(検出抵抗Rtmp)の第1端として機能し、電源線Vccが接続され、電極D5は、抵抗R5(検出抵抗Rtmp)の第2端として機能し、差動増幅回路52の反転入力端子(−端子)が接続される。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
次に、図面を参照して、本実施形態のよる圧力変化測定装置1の動作について説明する。
まず、図5及び図6を参照して、本実施形態による差圧センサ110の動作について説明する。
図5は、本実施形態による差圧センサ110の出力信号の一例を示す図である。また、図6は、本実施形態による差圧センサ110の動作の一例を示す図である。
図5(a)は、外圧(Pout)及び内圧(Pin)の経時変化を示し、図5(b)は差圧センサ110の出力信号の経時変化を示している。
Next, the operation of the pressure
First, the operation of the
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an output signal of the
FIG. 5A shows changes with time in the external pressure (Pout) and the internal pressure (Pin), and FIG. 5B shows changes with time in the output signal of the
まず、図5(a)における期間Aのように、外圧(Pout)と内圧(Pin)とが等しく、差圧(ΔP)がゼロである場合には、図6(a)に示すように、カンチレバー3は、撓み変形しない。ここで、図5(a)における時刻t以降の期間Bのように、例えば、外圧(Pout)がステップ状に上昇すると、内圧(Pin)は急激に変化できず、差圧(ΔP)が生じるため、図6(b)に示すように、カンチレバー3はキャビティ10内部に向けて撓み変形する。すると、当該カンチレバー3の撓み変形に応じてドープ層6(抵抗R1)に応力が加わり、抵抗値が変化するので、図5(b)に示すように、差圧センサ110の出力信号がカンチレバー3の撓み量(変位量)に応じて増大する。
First, as shown in FIG. 6A, when the external pressure (Pout) and the internal pressure (Pin) are equal and the differential pressure (ΔP) is zero as in the period A in FIG. The
また、外圧(Pout)の上昇以降(時刻t1以降)において、ギャップG1を介してキャビティ10の外部から内部へと圧力伝達媒体が徐々に流動する。このため、図5(a)に示すように、内圧(Pin)は、時間の経過とともに外圧(Pout)に遅れながら、且つ、外圧(Pout)の変動よりも緩やかな応答で上昇する。
その結果、内圧(Pin)が外圧(Pout)に徐々に近づくので、カンチレバー3の撓みが徐々に小さくなり、差圧センサ110は、図5(b)に示すように、徐々に低下する出力信号を出力する(期間C)。
Further, after the increase of the external pressure (Pout) (after time t1), the pressure transmission medium gradually flows from the outside to the inside of the
As a result, since the internal pressure (Pin) gradually approaches the external pressure (Pout), the deflection of the
そして、図5(a)に示す時刻t3以降の期間Dのように、内圧(Pin)が外圧(Pout)と同じになると、図6(c)に示すように、カンチレバー3の撓み変形が解消され、図6(a)に示す初期状態に復帰する。さらに、図5(b)に示すように、差圧センサ110の出力信号も期間Aの初期状態と同値に戻る。
When the internal pressure (Pin) becomes the same as the external pressure (Pout) as in the period D after time t3 shown in FIG. 5A, the bending deformation of the
なお、差圧センサ110の出力信号は、初期状態における基準電圧と、ドープ層6(抵抗R1)の抵抗変化に基づいて増幅された信号との加算となる。初期状態における基準電圧は、カンチレバー3に加わる差圧(ΔP)がゼロの場合の、図1に図示したホイートストンブリッジ回路41のノードN1とノードN2との電圧差(電位差)を差動増幅回路42で増幅した電圧値となる。基準値設定部60は、初期状態、つまり内圧(Pin)と外圧(Pout)との差圧(ΔP=Pout−Pin)が“0”である状態(差圧がない状態)の基準電圧(検出基準値)を推定として設定する。
The output signal of the
次に、図7を参照して、本実施形態における圧力変化測定装置1の動作について説明する。
図7は、本実施形態における圧力変化測定装置1の動作の一例を示すフローチャートである。
図7に示すように、圧力変化測定装置1は、まず、温度センサ120及び差圧センサ110が検出値を検出する(S101)。すなわち、温度センサ120の温度検出回路部50が、差圧センサ110の温度に応じた検出値(温度検出値)を検出する。また、差圧センサ110の差圧検出回路部40が、キャビティ10の内圧と外圧との差圧に応じた検出値(差圧検出値)を検出する。
Next, the operation of the pressure
FIG. 7 is a flowchart showing an example of the operation of the pressure
As shown in FIG. 7, in the pressure
次に、圧力変化測定装置1は、温度センサ120の検出値(温度検出値)と、差圧センサ110の検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を設定する(ステップS102)。すなわち、圧力変化測定装置1の基準値設定部60は、温度センサ120が検出した温度検出値と、当該温度検出値の温度特性とに基づいて、差圧センサ110の温度を推定し、推定した差圧センサ110の温度と、検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を生成する。基準値設定部60は、生成した検出基準値を演算処理部70に出力して設定する。なお、基準値設定部60による検出基準値の設定処理の詳細については、図8及び図9を参照して後述する。
Next, the pressure
次に、圧力変化測定装置1は、検出基準値と、差圧センサ110の検出値(差圧検出値)とに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報を生成する(ステップS103)。圧力変化測定装置1の演算処理部70は、基準値設定部60によって設定された検出基準値と、内圧値記憶部72が記憶する内圧値Pinとに基づいて、測定対象圧力である外圧値Poutを、測定対象圧力の変化を示す情報として、算出する。また、演算処理部70は、次回の測定時の内圧値Pinを推定し、内圧値記憶部72に記憶させる。なお、演算処理部70の動作の詳細については、図10及び図11を参照して後述する。
Next, the pressure
次に、圧力変化測定装置1は、生成した測定対象圧力の変化を示す情報を出力する(ステップS104)。圧力変化測定装置1は、ステップS104の処理後に、測定処理を終了する。
なお、圧力変化測定装置1は、ステップS101〜ステップS104の処理を、所定の時間間隔ごとに、定期的に実行する。
Next, the pressure
In addition, the pressure
次に、図8及び図9を参照して、基準値設定部60の動作について説明する。
図8は、本実施形態における基準値設定部60の動作の一例を説明する図である。
図8に示すグラフは、縦軸が、差圧センサ110及び温度センサ120の出力電圧[V](ボルト)を示し、横軸が温度T[℃]を示している。また、波形W1は、温度検出値の温度特性として、温度Tに対する温度センサ120の出力電圧の変化を示している。また、波形W2は、差圧検出値の温度特性として、温度Tに対する、差圧がない状態の差圧センサ110の出力電圧(検出基準値)の変化を示している。
Next, the operation of the reference
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of the operation of the reference
In the graph shown in FIG. 8, the vertical axis indicates the output voltage [V] (volt) of the
なお、波形W1に示す情報は、例えば、温度変換テーブルとして温度特性記憶部61に予め記憶されているものとする。また、波形W2に示す情報は、例えば、基準値変換テーブルとして温度特性記憶部61に予め記憶されているものとする。
In addition, the information shown in the waveform W1 shall be previously memorize | stored in the temperature
基準値設定部60の基準値生成部62は、まず、波形W1に基づいて、温度センサ120の検出値である温度検出値(Vymp)に対応する温度Tを、差圧センサ110の温度として取得する。図8に示す例では、差圧センサ110の温度は、温度T1である。
次に、基準値生成部62は、波形W2に基づいて、差圧センサ110の温度(温度T1)に対応する検出基準値(Vref)を取得する。
このように、基準値設定部60は、温度検出値と、当該温度検出値の温度特性とに基づいて、差圧センサ110の温度を推定し、推定した差圧センサ110の温度と、検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を生成する。
First, the reference
Next, the reference
As described above, the reference
また、図9は、本実施形態における基準値設定部60の動作の一例を説明する別の図である。
図9に示す棒グラフ(BG0、BG1、BG2)は、縦軸が電圧[V]を示している。図9において、棒グラフBG0は、キャビティ10に差圧のない状態の温度T=T0である場合の差圧センサ110の差圧検出値(Vref0)を示している。
FIG. 9 is another diagram illustrating an example of the operation of the reference
In the bar graph (BG0, BG1, BG2) shown in FIG. 9, the vertical axis indicates the voltage [V]. In FIG. 9, the bar graph BG0 indicates the differential pressure detection value (Vref0) of the
次に、棒グラフBG1は、温度T=T0であり、キャビティ10に差圧が生じた場合の一例を示している。この例では、差圧により、差圧センサ110が、差圧検出値として電圧Vsen1を出力していることを示している。この例の場合、電圧Vsen1から差圧検出値(Vref0)の差分ΔVp1が、差圧検出値の差圧に対応する電圧値となる。
Next, the bar graph BG1 shows an example when the temperature T = T0 and a differential pressure is generated in the
次に、棒グラフBG2は、温度T=T0+ΔTである状態で、棒グラフBG1の場合と同一の差圧があった場合の一例を示している。この例では、差圧により、差圧センサ110が、差圧検出値として電圧Vsen2を出力していることを示している。この例の場合、基準値設定部60は、図9に示した処理により、温度T=0の検出基準値(Vref0)に、温度変動分ΔVtmp1を加算した検出基準値(Vref1)を生成する。そのため、電圧Vsen1から差圧検出値(Vref1)の差分ΔVp1が、差圧検出値の差圧に対応する電圧値となり、圧力変化測定装置1は、温度変化による差圧検出値の変動を補正することができる。
Next, the bar graph BG2 shows an example in the case where there is the same differential pressure as in the case of the bar graph BG1 in a state where the temperature T = T0 + ΔT. In this example, it is shown that the
次に、図10及び図11を参照して、演算処理部70の動作について説明する。
図10は、本実施形態における演算処理部70の動作の一例を示すフローチャートである。なお、この図に示すフローチャートの処理は、図7のステップS103に対応する。
図10に示すように、演算処理部70の圧力算出部73は、まず、差圧検出値と、検出基準値とに基づいて、検出変化量(ΔVp)を算出する(ステップS201)。圧力算出部73は、差圧センサ110によって検出された差圧検出値Vsenと、基準値設定部60によって設定された検出基準値Vrefとに基づいて、温度変動分を除外した正確な変動電圧ΔVpを算出する。例えば、圧力算出部73は、上述した式(1)を利用して、差圧に対応した変動電圧ΔVpを算出する。
Next, the operation of the
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of the operation of the
As shown in FIG. 10, the
次に、圧力算出部73は、検出変化量ΔVpを差圧値ΔPに変換する(ステップS202)。すなわち、圧力算出部73は、変動電圧ΔVpに対して、差動増幅回路42の増幅率(ゲイン値)で除算するとともに、ホイートストンブリッジ回路41に供給される電源線Vccの電圧、及び抵抗R2〜R4の抵抗値に基づいて、抵抗R1の抵抗値(R+ΔR)を算出する。そして、圧力算出部73は、抵抗R1の変化率(ΔR/R)に対応する差圧値ΔPを、テーブル記憶部71の差圧値変換テーブルから取得する。
Next, the
次に、圧力算出部73は、内圧値Pinと差圧値ΔPとに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報(外圧値Pout)を算出する(ステップS203)。すなわち、圧力算出部73は、内圧値記憶部72が記憶する内圧値Pinと、差圧値変換テーブルから取得した差圧値ΔPと、上述した式(2)とに基づいて、外圧値Poutを算出する。
Next, the
次に、圧力算出部73は、差圧値ΔPから流量Qを推定する(ステップS204)。ここで、流量は、キャビティ10の内外で移動する流量である。圧力算出部73は、差圧値ΔPに対応する流量Qを、テーブル記憶部71のから取得する。
Next, the
次に、圧力算出部73は、流量Qに基づいて、次回の内圧値Pinを推定し、内圧値記憶部72に記憶させる(ステップS205)。すなわち、圧力算出部73は、流量変換テーブルから取得した流量Qと、上述した式(3)とに基づいて、次回の測定時の内圧値Pinを算出する。圧力算出部73は、算出した次回の測定時の内圧値Pinを内圧値記憶部72に記憶させる。ステップS205の処理後に、圧力算出部73は、処理を終了する。
Next, the
次に、図11は、本実施形態における演算処理部70の動作の一例を説明する図である。
図11において、縦軸は、圧力Pを示し、横軸は、測定を行ったサンプル番号を示している。また、波形W3は、測定対象圧力(Pout)の変化を示している。
図11に示す例では、i番目の測定では、差圧値ΔPがない初期状態であり、内圧値記憶部72には、内圧値Pinとして、内圧初期値である内圧値Pin(i)が記憶されている。ここで、圧力算出部73は、次回の測定時の内圧値Pin(i+1)として、内圧値Pin(i)を内圧値記憶部72に記憶させる。
Next, FIG. 11 is a diagram illustrating an example of the operation of the
In FIG. 11, the vertical axis represents the pressure P, and the horizontal axis represents the sample number at which the measurement was performed. A waveform W3 indicates a change in the measurement target pressure (Pout).
In the example shown in FIG. 11, the i-th measurement is an initial state where there is no differential pressure value ΔP, and the internal pressure
次に、(i+1)番目の測定では、差圧値ΔP(i+1)が発生しており、演算処理部70は、内圧値記憶部72が記憶する内圧値Pin(i+1)に差圧値ΔP(i+1)を加算した値を、外圧値Poutとして算出する。また、演算処理部70は、差圧値ΔP(i+1)から流量Qを推定し、流量Qに基づいて、次回の測定時の内圧値Pin(i+2)を算出する。圧力算出部73は、算出した次回の測定時の内圧値Pin(i+2)を内圧値記憶部72に記憶させる。
Next, in the (i + 1) -th measurement, a differential pressure value ΔP (i + 1) is generated, and the
次に、(i+2)番目の測定では、差圧値ΔP(i+2)が発生しており、演算処理部70は、内圧値記憶部72が記憶する内圧値Pin(i+2)に差圧値ΔP(i+2)を加算した値を、外圧値Poutとして算出する。また、演算処理部70は、差圧値ΔP(i+2)から流量Qを推定し、流量Qに基づいて、次回の測定時の内圧値Pin(i+3)を算出する。圧力算出部73は、算出した次回の測定時の内圧値Pin(i+3)を内圧値記憶部72に記憶させる。
なお、次の(i+3)番目の測定についても、演算処理部70は、同様の処理を行い、内圧値Pin(i+3)に差圧値ΔP(i+3)を加算した値を、外圧値Poutとして算出する。
Next, in the (i + 2) -th measurement, a differential pressure value ΔP (i + 2) is generated, and the
For the next (i + 3) -th measurement, the
以上説明したように、本実施形態による圧力変化測定装置1は、差圧センサ110と、温度センサ120と、基準値設定部60と、演算処理部70とを備えている。差圧センサ110は、測定対象圧力(例えば、空気圧など)を伝達する圧力伝達媒体(例えば、空気など)が流入するキャビティ10と、圧力伝達媒体をキャビティ10の内外に流通させるギャップG1(連通孔)と、を有し、キャビティ10の内部圧力と測定対象圧力との差圧に応じた差圧検出値を検出する。温度センサ120は、差圧センサ110の温度に応じた温度検出値を検出する。基準値設定部60は、温度センサ120によって検出された温度検出値と、差圧のない状態における差圧センサ110の検出値を示す検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を設定する。演算処理部70は、基準値設定部60によって設定された検出基準値と、差圧センサ110によって検出された差圧検出値とに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報(例えば、外圧値Pout)を生成する。
As described above, the pressure
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置1は、温度変動に応じた検出基準値を正確に設定することができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置1は、測定対象の圧力の経時的変化を高精度に測定することができる。
Thereby, the pressure
また、本実施形態では、差圧センサ110は、キャビティ10を有するセンサ本体2と、ギャップG1(連通孔)を除くキャビティ10の開口面を塞ぐように基端部3bから先端部3aに向けて一方向に延びる板状であり、キャビティ10の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバー3と、差圧検出回路部40とを備えている。差圧検出回路部40は、カンチレバー3の撓み変形に応じた基端部3bの抵抗変化(抵抗R1の抵抗変化)に基づいて、差圧検出値を検出する。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置1では、カンチレバー3の撓み変形に応じた抵抗変化に基づいて、差圧センサ110が、キャビティ10の内部圧力と測定対象圧力との差圧をより正確に検出することができる。なお、半導体プロセス技術によりカンチレバー3を形成できるので、本実施形態による圧力変化測定装置1では、カンチレバー3を非常に薄型化(例えば数十から数百nm厚)することができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置1では、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。
In the present embodiment, the
Thereby, in the pressure
また、本実施形態では、差圧センサ110は、カンチレバー3と同一材質及び同一形状になるように構成されたレバー部4を有するレファレンス部112を有し、差圧検出回路部40は、カンチレバー3の基端部3bの抵抗を含む検出抵抗R1と、レバー部4の基端部の抵抗を含む参照抵抗R2とを有するホイートストンブリッジ回路41を備える。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置1では、差圧センサ110は、抵抗R1(検出抵抗Rsen)と、抵抗R2(参照抵抗Rref)とが同一材質及び同一形状になるため、外部からの電磁ノイズ(例えば、コモンノイズ)や温度変化の影響を低減することができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置1は、測定対象の圧力の経時的変化をさらに高精度に測定することができる。
In the present embodiment, the
Thereby, in the pressure
また、本実施形態では、カンチレバー3は、不純物半導体層(ドープ層6)で構成されるピエゾ抵抗を、少なくとも基端部3bに備える。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置1では、不純物半導体層(ドープ層6)を形成することで、容易にカンチレバー3にピエゾ抵抗を付加することができる。
なお、本実施形態では、温度センサ120が備える抵抗R5も、不純物半導体層(ドープ層6)によって形成されたピエゾ抵抗である。これにより、差圧センサ110の温度特性と、温度センサ120の温度特性とを近づけることができるため、本実施形態による圧力変化測定装置1は、温度変動に応じた検出基準値をさらに正確に設定することができる。
In the present embodiment, the
Thereby, in the pressure
In the present embodiment, the resistor R5 included in the
また、本実施形態では、基準値設定部60は、温度検出値と、温度検出値の温度特性と、検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を設定する。すなわち、基準値設定部60は、温度検出値と、温度検出値の温度特性とに基づいて、差圧センサ110の温度を推定し、推定した差圧センサ110の温度と、検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を設定する。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置1は、簡易な手法により、温度変動に応じた検出基準値を正確に設定することができる。
In the present embodiment, the reference
Thereby, the pressure
本実施形態では、差圧センサ110の抵抗R1及び抵抗R2と、温度センサ120の抵抗R5とが、センサチップ100として、1つのチップに構成されている。すなわち、差圧センサ110の抵抗R1及び抵抗R2と、温度センサ120の抵抗R5とが、同一の基板(半導体基板)に形成されている。
これにより、温度センサ120によって、差圧センサ110の温度をより正確に検出することが可能になるため、本実施形態による圧力変化測定装置1は、簡易な手法により、温度変動に応じた検出基準値をさらに正確に設定することができる。また、温度センサ120は、差圧検出値を検出中の差圧センサ110の温度を正確に検出することができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置1は、測定対象の圧力を測定するごとに、検出基準値を設定し直すことが可能である。
In the present embodiment, the resistor R1 and the resistor R2 of the
As a result, the
また、本実施形態による圧力変化測定方法は、測定対象圧力を伝達する圧力伝達媒体が流入するキャビティ10と、圧力伝達媒体をキャビティ10の内外に流通させるギャップG1(連通孔)と、を有し、キャビティ10の内部圧力と測定対象圧力との差圧に応じた差圧検出値を検出する差圧センサ110を利用した圧力変化測定方法であって、基準値設定ステップと、演算処理ステップとを含む。基準値設定ステップにおいて、基準値設定部60が、差圧センサ110の温度に応じた温度検出値を検出する温度センサ120によって検出された温度検出値と、差圧のない状態における差圧センサ110の検出値を示す検出基準値の温度特性とに基づいて、検出基準値を設定する。演算処理ステップにおいて、演算処理部70が、基準値設定ステップによって設定された検出基準値と、差圧センサ110によって検出された検出値を示す差圧検出値とに基づいて、測定対象圧力の変化を示す情報(外圧値Pout)を生成する。
これにより、本実施形態による圧力変化測定方法は、上述した圧力変化測定装置1と同様に、測定対象の圧力の経時的変化を高精度に測定することができる。
Further, the pressure change measuring method according to the present embodiment includes the
Thereby, the pressure change measuring method according to the present embodiment can measure the change over time of the pressure of the measurement object with high accuracy, like the pressure
[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態による圧力変化測定装置1について説明する。
上述した第1の実施形態では、基準値設定部60が、温度変換テーブル及び基準値変換テーブルに基づいて、検出基準値を設定する例を説明したが、本実施形態では、温度特性を示す演算式(演算モデル)に基づいて、検出基準値を設定する変形例を説明する。
なお、本実施形態による圧力変化測定装置1の構成は、基本的には、第1の実施形態の圧力変化測定装置1の構成と同様であるため、ここではその説明を省略する。本実施形態では、温度特性記憶部61が、温度変換テーブル及び基準値変換テーブルの代わりに、演算式の係数情報を記憶する点と、基準値設定部60の処理が異なる。
[Second Embodiment]
Next, the pressure
In the first embodiment described above, the example in which the reference
The configuration of the pressure
本実施形態において、図8に示す波形W1の温度検出値の温度特性は、以下の1次関数の式(4)により表すことができる。 In the present embodiment, the temperature characteristic of the temperature detection value of the waveform W1 shown in FIG. 8 can be expressed by the following linear function equation (4).
ここで、変数Vtmpは、温度センサ120の温度検出値を示し、変数Tは、温度を示している。
本実施形態の温度特性記憶部61は、温度変換テーブルの代わりに、式(4)の係数情報(係数a1及び係数b1)を記憶する。
また、図8に示す波形W2の検出基準値の温度特性は、以下の1次関数の式(5)により表すことができる。
Here, the variable Vtmp indicates the temperature detection value of the
The temperature
Further, the temperature characteristic of the detection reference value of the waveform W2 shown in FIG. 8 can be expressed by the following linear function equation (5).
ここで、変数Vsenは、差圧センサ110の差圧検出値を示している。
本実施形態の温度特性記憶部61は、基準値変換テーブルの代わりに、式(5)の係数情報(係数a2及び係数b2)を記憶する。
Here, the variable Vsen indicates the differential pressure detection value of the
The temperature
また、本実施形態による基準値設定部60は、温度特性記憶部61が記憶する係数情報及び上述した式(4)を、温度検出値の温度特性として、温度センサ120によって検出された温度検出値から差圧センサ110の温度を算出する。また、基準値設定部60は、温度特性記憶部61が記憶する係数情報及び上述した式(5)を、検出基準値の温度特性として、算出した差圧センサ110の温度から検出基準値を算出する。
In addition, the reference
なお、上述した式(4)及び式(5)に基づいて、検出基準値(Vref)と、温度センサ120の温度検出値(Vtmp)との関係を、下記の式(6)に表すことができる。
The relationship between the detection reference value (Vref) and the temperature detection value (Vtmp) of the
本実施形態の基準値設定部60は、温度特性記憶部61が記憶する係数情報(係数a1係数a2、係数b1、及び係数b2)と、上述の式(6)とに基づいて、温度センサ120によって検出された温度検出値から検出基準値を算出するようにしてもよい。
The reference
以上説明したように、本実施形態では、基準値設定部60は、温度検出値の温度特性と、検出基準値の温度特性とに基づいて生成された、温度検出値から検出基準値を算出する算出式(式(6))と、温度検出値とに基づいて、検出基準値を算出する。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置1は、さらに簡易な手法により、検出基準値を温度変動に応じた検出基準値を正確に設定することができる。
As described above, in the present embodiment, the reference
Thereby, the pressure
[第3の実施形態]
次に、図面を参照して、第3の実施形態による圧力変化測定装置1について説明する。
本実施形態では、基準値設定部60が、上述した温度検出値から検出基準値を算出する算出式(式(6))の代わりに、温度検出値から検出基準値に変換する変換テーブルに基づいて、検出基準値を設定する変形例を説明する。
[Third Embodiment]
Next, a pressure
In the present embodiment, the reference
なお、本実施形態による圧力変化測定装置1の構成は、基本的には、第1及び第2の実施形態の圧力変化測定装置1の構成と同様であるため、ここではその説明を省略する。本実施形態では、温度特性記憶部61が、温度変換テーブル及び基準値変換テーブルの代わりに、温度検出値から検出基準値に変換する変換テーブルを記憶する点と、基準値設定部60の処理が異なる。
Note that the configuration of the pressure
本実施形態の温度特性記憶部61は、図12に示すように、温度検出値と検出基準値とを対応づける変換テーブルを記憶している。
図12は、本実施形態における変換テーブルの一例を示す図である。
この図に示すように、温度特性記憶部61は、「温度検出値」と、「検出基準値」とを対応付けた変換テーブルを記憶している。図12に示す例では、「温度検出値」が“Vtmp1”に対応する「検出基準値」が“Vref1”であることを示し、「温度検出値」が“Vtmp2”に対応する「検出基準値」が“Vref2”であることを示している。
As shown in FIG. 12, the temperature
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the conversion table in the present embodiment.
As shown in this figure, the temperature
なお、当該変換テーブルは、温度検出値の温度特性と、検出基準値の温度特性とに基づいて生成れ、例えば、上述した温度変換テーブル及び基準値変換テーブル、又は、上述した式(6)によって生成される。
本実施形態の基準値設定部60は、温度特性記憶部61が記憶する温度検出値から検出基準値に変換する変換テーブルに基づいて、温度検出値から検出基準値に変換する。
The conversion table is generated based on the temperature characteristic of the temperature detection value and the temperature characteristic of the detection reference value. For example, the conversion table is based on the above-described temperature conversion table and reference value conversion table, or the above-described equation (6). Generated.
The reference
以上説明したように、本実施形態では、基準値設定部60は、温度検出値の温度特性と、検出基準値の温度特性とに基づいて生成された、温度検出値と検出基準値とを対応づける変換テーブルと、温度検出値とに基づいて、検出基準値を生成する。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置1は、さらに簡易な手法により、検出基準値を温度変動に応じた検出基準値を正確に設定することができる。
As described above, in the present embodiment, the reference
Thereby, the pressure
[第4の実施形態]
次に、図面を参照して、本実施形態による圧力変化測定装置1について説明する。
本実施形態では、圧力変化測定装置1が、上述したセンサチップ100の代わりに、レファレンス部112と、温度センサ部121の構造が異なるセンサチップ100aを備える変形例について説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, the pressure
In the present embodiment, a modified example in which the pressure
図13〜図15を参照して、センサチップ100aの構成について説明する。
図13は、本実施形態におけるセンサチップ100aの一例を示す平面図である。また、図14は、図13に示すA−A線に沿ったセンサチップ100aの断面図である。また、図15は、図13に示すB−B線に沿ったセンサチップ100aの断面図である。
図13〜図15において、図2〜図4と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
The configuration of the
FIG. 13 is a plan view showing an example of the
13 to 15, the same components as those in FIGS. 2 to 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図13〜図15に示すように、センサチップ100aは、差圧センサ部111と、レファレンス部112aと、温度センサ部121aとを有している。本実施形態におけるセンサチップ100aは、レファレンス部112aが差圧センサ部111と同様のキャビティ10aを備えている点と、温度センサ部121aが、差圧センサ部111及びレファレンス部112aと同一の構造で構成されている点が、第1の実施形態のセンサチップ100と異なる。
As illustrated in FIGS. 13 to 15, the
レファレンス部112aは、差圧センサ部111と同様の連通開口11aを備えており、連通開口11aによるセンサ本体2の内部空間は、キャビティ10a(空気室)として機能する。なお、レバー部4は、センサ本体2に固定されており、撓み変形が不可能な構成になっている。
The
温度センサ部121aは、レファレンス部112aと同一の構成であり、キャビティ10bを有するセンサ本体2(本体部)と、カンチレバー3と同一材質及び同一形状になるように、且つ、センサ本体2(本体部)のキャビティ10bを覆うように構成されたレバー部4a(温度検出抵抗部)とを備えている。レバー部4aは、抵抗R5と同様の抵抗R5a(検出抵抗Rtmp)として機能する。また、温度センサ部121aは、差圧センサ部111と同様の連通開口11bを備えており、連通開口11bによるセンサ本体2の内部空間は、キャビティ10b(空気室)として機能する。
The
また、温度センサ部121aにおいて、ギャップG6は、レファレンス部112aのギャップG3に対応し、ギャップG7は、レファレンス部112aのギャップG4に対応する。
なお、温度センサ部121aは、レファレンス部112a又は差圧センサ部111と平面視で90度回転された向きで配置されている。
本実施形態では、温度センサ部121aは、キャビティ10bを備えることで、熱平衡状態の温度特性だけでなく、熱容量、及び過渡状態の温度特性についても、差圧センサ部111に近づけることができる。
In the
The
In this embodiment, the
以上説明したように、本実施形態では、温度センサ120は、キャビティ10bを有するセンサ本体2(本体部)と、カンチレバー3と同一材質及び同一形状になるように、且つ、センサ本体2(本体部)のキャビティ10を覆うように構成されたレバー部4a(温度検出抵抗部)と、レバー部4aの抵抗変化に基づいて、温度検出値を検出する温度検出回路部50とを備えている。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置1は、温度センサ部121aの温度特性(抵抗R5aの温度特性)を、熱平衡状態の場合だけでなく、過渡状態の場合についても、差圧センサ110の温度特性(抵抗R1の温度特性)に近づけることができるため、さらに精度よく設定基準値を設定することができる。そのため、本実施形態による圧力変化測定装置1は、温度変動のある場合であっても、測定対象の圧力の経時的変化を高精度に測定することができる。
As described above, in the present embodiment, the
As a result, the pressure
また、本実施形態では、レファレンス部112aが、差圧センサ部111と同様のキャビティ10aを有している。そのため、レファレンス部112aの抵抗R2(参照抵抗Rref)の温度特性を、差圧センサ部111の抵抗R1(検出抵抗Rsen)の温度特性にさらに近づけることができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置1は、差圧センサ110の温度変化による影響をさらに低減することができる。
In the present embodiment, the
なお、上述した本実施形態の一例では、差圧センサ部111と、レファレンス部112aと、温度センサ部121aとを異なる向きに配置する例を説明したが、差圧センサ部111と、レファレンス部112aと、温度センサ部121aと同一の向きになるように配置してもよい。例えば、差圧センサ部111と、レファレンス部112aと、温度センサ部121aとを同一の向きにして、差圧センサ部111、温度センサ部121a、及びレファレンス部112aの順に、X軸方向に並べて配置するようにしてもよい。
これにより、センサチップ100aは、製造装置の向き依存の製造バラツキによる抵抗R1、抵抗R2、及び抵抗R5aのバラツキを低減することができる。
In the example of the present embodiment described above, the example in which the differential
As a result, the
[第5の実施形態]
次に、図面を参照して、第5の実施形態による圧力変化測定装置1について説明する。
本実施形態では、圧力変化測定装置1が、上述したセンサチップ100の代わりに、温度センサ部121の構造が異なるセンサチップ100bを備える変形例について説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, a pressure
In the present embodiment, a modified example in which the pressure
図16及び図17を参照して、センサチップ100bの構成について説明する。
図16は、本実施形態におけるセンサチップ100bの一例を示す平面図である。また、図17は、図16に示すB−B線に沿ったセンサチップ100bの断面図である。
図16及び図17において、図2及び図4と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
The configuration of the
FIG. 16 is a plan view showing an example of the
16 and 17, the same components as those in FIGS. 2 and 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図16及び図17に示すように、センサチップ100bは、差圧センサ部111と、レファレンス部112と、温度センサ部121bとを有している。本実施形態におけるセンサチップ100bは、温度センサ部121bが、白金膜7による抵抗R5bを備える点が、第1の実施形態のセンサチップ100と異なる。
温度センサ部121bでは、図17に示すように、ドープ層6の上面には、温度センサ120に用いるセンサ抵抗としての特性がピエゾ抵抗よりも良い白金膜7が形成されている。なお、白金膜7は、このまた、本実施形態では、ギャップG5及びギャップG6が、白金膜7による抵抗R5bを形成するように配置されている。白金膜7は、長手方向(Y軸方向)に長い長方形になるように形成されている。
As shown in FIGS. 16 and 17, the
In the
以上説明したように、本実施形態では、温度センサ120が、白金膜7により構成された抵抗R5(検出抵抗Rtmp)を備えている。
これにより、温度センサ120は、より正確に差圧センサ110の温度を測定することができる。よって、本実施形態による圧力変化測定装置1は、測定対象の圧力の経時的変化をさらに高精度に測定することができる。
As described above, in the present embodiment, the
Thereby, the
[第6の実施形態]
次に、図面を参照して、第6の実施形態による圧力変化測定装置1aについて説明する。
図18は、本実施形態による圧力変化測定装置1aの一例を示す機能ブロック図である。
図18に示すように、圧力変化測定装置1aは、差圧センサ110と、温度センサ120と、基準値設定部60aと、演算処理部70とを備えている。
この図において、図1と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
Next, a pressure
FIG. 18 is a functional block diagram showing an example of the pressure
As illustrated in FIG. 18, the pressure
In this figure, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
基準値設定部60aは、温度特性記憶部61と、基準値生成部62と、特性測定部63とを備えている。
本実施形態では、基準値設定部60aが、特性測定部63を備えている点が、第1の実施形態と異なる。
The reference
The present embodiment is different from the first embodiment in that the reference
特性測定部63は、温度特性記憶部61が記憶する各種温度特性を測定する。例えば、特性測定部63は、所定の温度間隔で、差圧センサ110によって検出された設定基準値を取得し、設定基準値の温度特性(例えば、上述した基準値変換テーブルや、係数情報)を温度特性記憶部61に記憶させる。また、例えば、特性測定部63は、所定の温度間隔で、温度センサ120によって検出された温度検出値を取得し、温度検出値の温度特性(例えば、上述した温度変換テーブルや、係数情報)を温度特性記憶部61に記憶させる。
The
なお、特性測定部63は、定期的に温度特性を測定するようにしてもよいし、キャリブレーションモードなどのメンテナンスモードによって、温度特性を測定するようにしてもよい。
The
以上説明したように、本実施形態による圧力変化測定装置1aは、温度特性記憶部61が記憶する各種温度特性を測定する特性測定部63を備えている。
これにより、本実施形態による圧力変化測定装置1aは、経年変化(経時変化)などにより、差圧センサ110又は温度センサ120の温度特性が変化した場合であっても、測定対象の圧力の経時的変化をさらに高精度に測定することができる。
As described above, the pressure
As a result, the pressure
[第7の実施形態]
次に、図面を参照して、第7の実施形態による高度測定装置200について説明する。
図19は、本実施形態による高度測定装置200の一例を示す機能ブロック図である。
図19に示すように、高度測定装置200は、上述した圧力変化測定装置1(1a)と、高度変換部210とを備えている。
[Seventh Embodiment]
Next, an
FIG. 19 is a functional block diagram showing an example of the
As shown in FIG. 19, the
高度変換部210は、圧力変化測定装置1(1a)から得られた測定対象圧力の変化(例えば、外圧値Pout)を高度情報に変換する。例えば、外圧値Poutは、気圧に相当するため、高度変換部210は、気圧の変化を高度の変化に変換した高度情報を出力する。
このように、本実施形態による高度測定装置200は、上述した測定対象の圧力の経時的変化を高精度に測定することができる圧力変化測定装置1(1a)を備えているため、高度情報の経時的変化を高精度に測定することができる。
The
As described above, the
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、上記の第1の実施形態において、差圧センサ110は、レファレンス部112を備える例を説明したが、レファレンス部112を備えずに、抵抗R2を外付け抵抗により構成してもよい。
また、上記の各実施形態において、基準値設定部60は、測定のたびに毎回、設定基準値を設定する例を説明したが、所定の期間ごとに設定基準値を設定するようにしてもよいし、差圧検出値が所定の範囲から外れた場合に、設定基準値を設定するようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the first embodiment, the example in which the
Further, in each of the above embodiments, the reference
また、上記の第1〜3の実施形態において説明した基準値設定部60における各種処理は、第1の実施形態におけるセンサチップ100の構成に限定されるものではなく、第4及び第5の実施形態におけるセンサチップ100a(100b)に基準値設定部60における各種処理を適用してもよい。
上記の第2の実施形態において、基準値設定部60が、1次関数を利用して、設定基準値を算出する例を説明したが、2次関数などの他の関数を利用してもよい。
Further, the various processes in the reference
In the second embodiment, the example in which the reference
また、上記の第5の実施形態において、温度センサ120に白金膜7による抵抗を利用する例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、サーミスタや熱電対などを利用するようにしてもよい。
また、上記の各実施形態において、温度センサ120は、差圧センサ110と同様の検出信号(温度に応じて変化する検出値)を出力する例を説明したが、直接、温度を示す情報を出力するようにしてもよい。この場合、温度特性記憶部61は、温度検出値の温度特性を記憶する必要がなくなる。
In the fifth embodiment, the example in which the resistance by the
Further, in each of the embodiments described above, the
また、上記の各実施形態において、圧力変化測定装置1(1a)が、対象圧力の変化を示す情報として、外圧値Poutを出力する例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、圧力変化測定装置1(1a)は、差圧値ΔPを、対象圧力の変化を示す情報として出力するようにしてもよい。また、圧力変化測定装置1(1a)は、対象圧力の変化を示す情報を内部に順次記憶するようにしてもよい。 Further, in each of the above embodiments, the example in which the pressure change measuring device 1 (1a) outputs the external pressure value Pout as information indicating the change in the target pressure has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the pressure change measuring device 1 (1a) may output the differential pressure value ΔP as information indicating a change in the target pressure. Further, the pressure change measuring device 1 (1a) may sequentially store information indicating changes in the target pressure.
また、第1、及び第5の実施形態において、抵抗R5(R5a)は、長方形の形状に形成される例を説明したが、抵抗値を大きくするように、矩形波状の形状や、蛇行した形状に形成されてもよい。この場合、抵抗値を大きくすることで、圧力変化測定装置1(1a)の消費電力を低減することができる。
また、上記の各実施形態において、差圧センサ110と温度センサ120とは、同一の電源電圧(電源線Vccの電圧)を供給する例を説明したが、差圧センサ110と温度センサ120とのそれぞれの特性により、異なる電源電圧を供給するようにしてもよい。例えば、温度センサ120に供給する電源電圧を、差圧センサ110より低くして、圧力変化測定装置1(1a)の消費電力を低減するようにしてもよい。
In the first and fifth embodiments, the example in which the resistor R5 (R5a) is formed in a rectangular shape has been described. However, a rectangular wave shape or a meandering shape is used to increase the resistance value. May be formed. In this case, the power consumption of the pressure change measuring device 1 (1a) can be reduced by increasing the resistance value.
Further, in each of the embodiments described above, an example in which the
なお、上述した圧力変化測定装置1(1a)が備える基準値設定部60(60a)及び演算処理部70は、内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した基準値設定部60(60a)及び演算処理部70が備える各構成の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより上述した基準値設定部60(60a)及び演算処理部70が備える各構成における処理を行ってもよい。ここで、「記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行する」とは、コンピュータシステムにプログラムをインストールすることを含む。ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、インターネットやWAN、LAN、専用回線等の通信回線を含むネットワークを介して接続された複数のコンピュータ装置を含んでもよい。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このように、プログラムを記憶した記録媒体は、CD−ROM等の非一過性の記録媒体であってもよい。
The reference value setting unit 60 (60a) and the
Further, the “computer system” may include a plurality of computer devices connected via a network including a communication line such as the Internet, WAN, LAN, and dedicated line. The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. As described above, the recording medium storing the program may be a non-transitory recording medium such as a CD-ROM.
また、記録媒体には、当該プログラムを配信するために配信サーバからアクセス可能な内部又は外部に設けられた記録媒体も含まれる。なお、プログラムを複数に分割し、それぞれ異なるタイミングでダウンロードした後に基準値設定部60(60a)及び演算処理部70が備える各構成で合体される構成や、分割されたプログラムのそれぞれを配信する配信サーバが異なっていてもよい。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ネットワークを介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、上述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
The recording medium also includes a recording medium provided inside or outside that is accessible from the distribution server in order to distribute the program. Note that the program is divided into a plurality of parts and downloaded at different timings, and each of the constituents included in the reference value setting unit 60 (60a) and the
また、上述した圧力変化測定装置1(1a)が備える機能の一部又は全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。上述した各機能は個別にプロセッサ化してもよいし、一部、又は全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、又は汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。 Moreover, you may implement | achieve part or all of the function with which the pressure change measuring apparatus 1 (1a) mentioned above is provided as integrated circuits, such as LSI (Large Scale Integration). Each function described above may be individually made into a processor, or a part or all of them may be integrated into a processor. Further, the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. Further, in the case where an integrated circuit technology that replaces LSI appears due to progress in semiconductor technology, an integrated circuit based on the technology may be used.
1、1a…圧力変化測定装置
2…センサ本体
2a…底壁部
2b…周壁部
3…カンチレバー
3a…先端部
3b…基端部
4、4a…レバー部
5…SOI基板
5a…シリコン支持層
5b…絶縁層
5c…シリコン活性層
6‥ドープ層(ピエゾ抵抗)
7…白金膜
10、10a、10b…キャビティ
11、11a、11b…連通開口
13…枠部
20…レバー本体
21…レバー支持部
40…差圧検出回路部
41、51…ホイートストンブリッジ回路
42、52…差動増幅回路
50…温度検出回路部
60、60a…基準値設定部
61…温度特性記憶部
62…基準値生成部
63…特性測定部
70…演算処理部
71…テーブル記憶部
72…内圧値記憶部
73…圧力算出部
100、100a、100b…センサチップ
110…差圧センサ
111…差圧センサ部
112、112a…レファレンス部
120…温度センサ
121、121a、121b…温度センサ部
200…高度測定装置
210…高度変換部
D1、D2、D3、D4、D5…電極
R1、R2、R3、R4、R5、R5a、R5b、R6、R7、R8…抵抗
G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7…ギャップ
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記差圧センサの温度に応じた温度検出値を検出する温度センサと、
前記温度センサによって検出された前記温度検出値と、前記差圧のない状態における前記差圧センサの検出値を示す検出基準値の温度特性とに基づいて、前記検出基準値を設定する基準値設定部と、
前記基準値設定部によって設定された前記検出基準値と、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する演算処理部と
を備えることを特徴とする圧力変化測定装置。 A cavity into which a pressure transmission medium for transmitting a pressure to be measured flows, and a communication hole through which the pressure transmission medium flows into and out of the cavity; and a differential pressure between the internal pressure of the cavity and the pressure to be measured A differential pressure sensor for detecting a corresponding differential pressure detection value;
A temperature sensor for detecting a temperature detection value corresponding to the temperature of the differential pressure sensor;
A reference value setting for setting the detection reference value based on the temperature detection value detected by the temperature sensor and a temperature characteristic of a detection reference value indicating the detection value of the differential pressure sensor in a state without the differential pressure And
An arithmetic processing unit that generates information indicating a change in the measurement target pressure based on the detection reference value set by the reference value setting unit and the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor; A pressure change measuring device comprising:
前記キャビティを有するセンサ本体と、
前記連通孔を除く前記キャビティの開口面を塞ぐように基端部から先端部に向けて一方向に延びる板状であり、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
前記カンチレバーの撓み変形に応じた前記基端部の抵抗変化に基づいて、前記差圧検出値を検出する差圧検出回路部と
を備えることを特徴とする請求項1に記載の圧力変化測定装置。 The differential pressure sensor is
A sensor body having the cavity;
A cantilever that is plate-shaped extending in one direction from the base end to the tip so as to close the opening surface of the cavity excluding the communication hole, and bends and deforms according to a pressure difference between the inside and the outside of the cavity; ,
The pressure change measuring device according to claim 1, further comprising: a differential pressure detection circuit unit that detects the differential pressure detection value based on a resistance change of the base end portion according to the bending deformation of the cantilever. .
前記差圧検出回路部は、
前記カンチレバーの基端部の抵抗を含む検出抵抗と、前記レバー部の基端部の抵抗を含む参照抵抗とを有するホイートストンブリッジ回路を備える
ことを特徴とする請求項2に記載の圧力変化測定装置。 The differential pressure sensor has a reference portion having a lever portion configured to be the same material and shape as the cantilever,
The differential pressure detection circuit unit is
The pressure change measuring device according to claim 2, further comprising a Wheatstone bridge circuit having a detection resistor including a resistance of a proximal end portion of the cantilever and a reference resistance including a resistance of a proximal end portion of the lever portion. .
キャビティを有する本体部と、
前記カンチレバーと同一材質及び同一形状になるように、且つ、前記本体部のキャビティを覆うように構成された温度検出抵抗部と、
前記温度検出抵抗部の抵抗変化に基づいて、前記温度検出値を検出する温度検出回路部と
を備えることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の圧力変化測定装置。 The temperature sensor is
A body having a cavity;
A temperature detecting resistor configured to be the same material and shape as the cantilever and to cover the cavity of the main body;
The pressure change measuring device according to claim 2, further comprising: a temperature detection circuit unit that detects the temperature detection value based on a resistance change of the temperature detection resistor unit.
ことを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の圧力変化測定装置。 The pressure change measuring device according to any one of claims 2 to 4, wherein the cantilever includes a piezoresistor formed of an impurity semiconductor layer at least at the base end.
前記温度検出値と、前記温度検出値の温度特性と、前記検出基準値の温度特性とに基づいて、前記検出基準値を設定する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の圧力変化測定装置。 The reference value setting unit includes:
The detection reference value is set based on the temperature detection value, a temperature characteristic of the temperature detection value, and a temperature characteristic of the detection reference value. The pressure change measuring device according to item.
前記温度検出値と、前記温度検出値の温度特性とに基づいて、前記差圧センサの温度を推定し、推定した前記差圧センサの温度と、前記検出基準値の温度特性とに基づいて、前記検出基準値を設定する
ことを特徴とする請求項6に記載の圧力変化測定装置。 The reference value setting unit includes:
Based on the temperature detection value and the temperature characteristic of the temperature detection value, the temperature of the differential pressure sensor is estimated, and based on the estimated temperature of the differential pressure sensor and the temperature characteristic of the detection reference value, The pressure change measuring device according to claim 6, wherein the detection reference value is set.
前記温度検出値の温度特性と、前記検出基準値の温度特性とに基づいて生成された、前記温度検出値から前記検出基準値を算出する算出式と、前記温度検出値とに基づいて、前記検出基準値を算出する
ことを特徴とする請求項6に記載の圧力変化測定装置。 The reference value setting unit includes:
Based on the temperature detection value, the calculation formula for calculating the detection reference value from the temperature detection value generated based on the temperature characteristic of the temperature detection value and the temperature characteristic of the detection reference value, The pressure change measuring device according to claim 6, wherein a detection reference value is calculated.
前記温度検出値の温度特性と、前記検出基準値の温度特性とに基づいて生成された、前記温度検出値と前記検出基準値とを対応づける変換テーブルと、前記温度検出値とに基づいて、前記検出基準値を生成する
ことを特徴とする請求項6に記載の圧力変化測定装置。 The reference value setting unit includes:
Based on the temperature detection value, a conversion table that is generated based on the temperature characteristic of the temperature detection value and the temperature characteristic of the detection reference value, and associates the temperature detection value with the detection reference value. The pressure change measuring device according to claim 6, wherein the detection reference value is generated.
前記圧力変化測定装置から得られた前記測定対象圧力の変化を高度情報に変換する高度変換部と
を備えることを特徴とする高度測定装置。 The pressure change measuring device according to any one of claims 1 to 9,
An altitude measuring device comprising: an altitude converting unit that converts a change in the measurement target pressure obtained from the pressure change measuring device into altitude information.
基準値設定部が、前記差圧センサの温度に応じた温度検出値を検出する温度センサによって検出された前記温度検出値と、前記差圧のない状態における前記差圧センサの検出値を示す検出基準値の温度特性とに基づいて、前記検出基準値を設定する基準値設定ステップと、
演算処理部が、前記基準値設定ステップによって設定された前記検出基準値と、前記差圧センサによって検出された前記差圧検出値とに基づいて、前記測定対象圧力の変化を示す情報を生成する演算処理ステップと
を含むことを特徴とする圧力変化測定方法。 A cavity into which a pressure transmission medium for transmitting a pressure to be measured flows, and a communication hole through which the pressure transmission medium flows into and out of the cavity; and a differential pressure between the internal pressure of the cavity and the pressure to be measured A pressure change measurement method using a differential pressure sensor that detects a corresponding differential pressure detection value,
A reference value setting unit detects the temperature detection value detected by a temperature sensor that detects a temperature detection value according to the temperature of the differential pressure sensor, and a detection value indicating the detection value of the differential pressure sensor in the absence of the differential pressure A reference value setting step for setting the detection reference value based on a temperature characteristic of the reference value;
The arithmetic processing unit generates information indicating a change in the measurement target pressure based on the detection reference value set by the reference value setting step and the differential pressure detection value detected by the differential pressure sensor. A pressure change measuring method comprising: an arithmetic processing step.
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