JP2019158476A - 物理量センサーデバイス、物理量センサーデバイスを用いた傾斜計、慣性計測装置、構造物監視装置、及び移動体 - Google Patents

物理量センサーデバイス、物理量センサーデバイスを用いた傾斜計、慣性計測装置、構造物監視装置、及び移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】周波数温度特性が局所的に低くなるディップが発生したとしても、ディップが発生していない周波数温度特性と同等の精度を得ることができる物理量センサーデバイスを提供する。【解決手段】温度変化のある環境下で物理量検出素子６０を使用する場合、まず、温度センサー１から温度信号を受けて温度を算出する。次に、記憶部５に格納されている物理量検出素子６０の周波数温度特性（温度−周波数偏差特性）を表す近似多項式の定数を読み出して、演算処理部６で周波数温度特性（温度−周波数偏差）の近似多項式を生成し、これに温度を適用し、温度変化による物理量検出素子６０の周波数変動を計算する。演算処理部６は、この周波数変動を用いて物理量検出素子６０の周波数を補償し、この補償した周波数変化を、演算処理部６で生成した加速度−周波数の多項式に適用することにより、物理量検出素子６０に加わる加速度を求める。【選択図】図１

Description

本発明は、物理量センサーデバイス、物理量センサーデバイスを用いた傾斜計、慣性計測装置、構造物監視装置、及び移動体等に関する。
特許文献１に、Ｚカット（Ｚ’カット）水晶基板を用いた加速度センサーが記載されている。加速度センサーは、基部と、基部に連結している可動部と、基部と可動部とに取り付けられている双音叉振動子と、基部に連結し、基部側とは反対側の領域に設けられている支持部と、を備えている。
特許文献２に、双音叉振動子の周波数温度特性に関係する近似多項式が記載されている。センサーに搭載され、周波数温度特性が上に凸の二次特性（２次曲線）を有する双音叉振動子において、双音叉振動子に応力が印加されていない状態での周波数温度特性に対して、応力が印加された状態では周波数温度特性自体が変動してしまうという課題に鑑み、双音叉振動子の周波数温度特性に関係する近似多項式について、
周波数温度特性を表す多項式を第１の近似式ｆとし、
ｆ＝ａ1×Ｔ3＋ａ2×Ｔ2＋ａ3×Ｔ＋ａ4・・・（１）
応力を加えたときの共振周波数ｆの変化を示す「圧力Ｐ−周波数ｆ特性」を示す圧力周波数特性を表す多項式を第２の近似式Ｐとし、
Ｐ＝ｂ1×ｆ3＋ｂ2×ｆ2＋ｂ3×ｆ＋ｆc・・・（２）
式（２）の一次の係数ｂ3は、温度依存性を表す係数で、第３の近似式ｂ3とし、
ｂ3＝ｃ1×Ｔ2＋ｃ2×Ｔ＋ｃ3・・・（３）
を用いて周波数温度特性を補正することにより、圧力センサーが出力する圧力値の高精度化を実現している。
特開２０１４−８５２３３号公報 特開２０１０−２８１５８１号公報
しかしながら、近年、加速度センサーの更なる高精度・高感度の要求が高まってきており、周波数温度特性の更なる改善が必要になってきている。即ち、双音叉振動子の共振周波数と、物物量センサーの構造に係る共振周波数と、が結合することにより、周波数温度特性が局所的に低くなる（落ち込む）、所謂ディップ（ＤＩＰ）が発生する。上記の先行技術文献に記載されている近似多項式ではディップを十分に補償しきれないという新たな課題があった。
本発明の少なくとも一つの態様は、周波数温度特性が局所的に低くなる（落ち込む）、所謂ディップが発生したとしても、単一の近似多項式を用いながらも、ディップが発生していない周波数温度特性と同等の精度を得ることができる物理量センサーデバイス、物理量センサーデバイスを用いた傾斜計、慣性計測装置、構造物監視装置、及び移動体を提供することを目的とする。
（１）本発明の一態様は、
物理量センサーと、記憶部と、を含み、
前記記憶部は、
前記物理量センサーを用いて測定された実周波数温度特性と、所定の定数を用いた単一の近似多項式により全動作温度範囲で前記実周波数温度特性に近似させた一次周波数温度特性と、の誤差の絶対値の最大値となる温度を第一の境界温度としたとき、
前記第一の境界温度未満の第一の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第一の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第一の定数と、
前記第一の境界温度以上の第二の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第二の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第二の定数と、
を記憶している物理量センサーデバイスに関する。
（２）本発明の一態様（１）では、前記最大値は、前記全動作温度範囲の中の複数の温度について得られた実データに基づいて作成された前記実周波数温度特性のうちのいずれか一つの前記実データとすることができる。
（３）本発明の一態様（１）では、前記最大値は、前記全動作温度範囲の中の複数の温度について得られた実データに基づいて作成された前記実周波数温度特性のうちの２つの前記実データ間に補間された値とすることができる。
（４）本発明の一態様（１）〜（３）では、
前記記憶部は、
前記第一の温度領域において、前記実周波数温度特性と前記一次周波数温度特性との誤差が極大値または極小値となる温度を第二の境界温度としたとき、
前記第二の境界温度未満の第三の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第三の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第三の定数と、
前記第二の境界温度以上でかつ第一の境界温度未満の第四の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第四の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第四の定数と、
を、前記第一の定数に代えて記憶することができる。
（５）本発明の一態様（１）〜（４）では、
前記記憶部は、
前記第二の温度領域において、前記実周波数温度特性と前記一次周波数温度特性との誤差が極大値または極小値となる温度を第三の境界温度としたとき、
前記第一の境界温度以上でかつ前記第三の境界温度未満の第五の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第五の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第五の定数と、
前記第三の境界温度以上の第六の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第六の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第六の定数と、
を、前記第二の定数に代えて記憶することができる。
（６）本発明の一態様（１）〜（５）では、前記実周波数温度特性は、前記第一の境界温度で周波数が局所的に低くなるディップを含むことができる。
（７）本発明の一態様（５）または（６）では、
前記実周波数温度特性は、
前記第一の境界温度で局所的に低くなる第一のディップと、
前記第二の境界温度または前記第三の境界温度で局所的に低くなる第二のディップと、
を含むことができる。
（８）本発明の一態様（１）〜（３）では、
前記記憶部は、
前記第一の温度領域において、前記実周波数温度特性と前記第一の二次周波数温度特性及の誤差が極大値または極小値となる温度を第二の境界温度としたとき、
前記第二の境界温度未満の第三の温度領域で、前記実周波数温度特性と前記第一の二次周波数温度特性との誤差の絶対値を最小とする第一の三次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第三の定数と、
前記第二の境界温度以上でかつ第一の境界温度未満の第四の温度領域で、前記実周波数温度特性と前記第二の二次周波数温度特性との誤差の絶対値を最小とする第二の三次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第四の定数と、
を、前記第一の定数に代えて記憶することができる。
（９）本発明の一態様（１）〜（３）または（８）では、
前記記憶部は、
前記第二の温度領域において、前記実周波数温度特性と前記第二の二次周波数温度特性との誤差が極大値または極小値となる温度を第三の境界温度としたとき、
前記第一の境界温度以上でかつ前記第三の境界温度未満の第五の温度領域で、前記実周波数温度特性と前記第二の二次周波数温度特性との誤差の絶対値を最小とする第三の三次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第五の定数と、
前記第三の境界温度以上の第六の温度領域で、前記実周波数温度特性と前記第二の二次周波数温度特性との誤差の絶対値を最小とする第四の三次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第六の定数と、
を、前記第二の定数に代えて記憶することができる。
（１０）本発明の一態様（１）〜（９）では、
前記第一の定数と前記第二の定数とは、前記単一の近似多項式をＮ（Ｎは２以上の整数）次多項式としたときの（Ｎ＋１）個の定数のうちの少なくとも一個が異なればよい。
（１１）本発明の一態様（１）〜（１０）では、
回路基板を含み、
前記物理量センサーを３つ有し、
前記３つの物理量センサーは、各々の検出軸が直交する三軸の各々に合わせられて前記回路基板に実装されていてもよい。
（１２）本発明の一態様（１）〜（１１）では、
前記物理量センサーは、
基部と、
可動部と、
前記基部と前記可動部との間に配置され、前記基部と前記可動部とを連結している括れ部と、
応力に応じて共振周波数が変化し、平面視で前記括れ部を跨いで配置され、前記基部と前記可動部とに取り付けられている物理量検出素子と、
を含むことができる。
（１３）本発明の一態様（１）〜（１２）では、
前記物理量は加速度とすることができる。
（１４）本発明の他の態様は、
上述の（１３）に記載の物理量センサーデバイスと、
構造体に取り付けられている前記物理量センサーデバイスからの出力信号に基ついて、前記構造体の傾斜角度を算出する算出部と、
を含む傾斜計に関する。
（１５）本発明のさらに他の態様は、
上述の（１３）に記載の物理量センサーデバイスと、
角速度センサーデバイスと、
前記物理量センサーデバイスからの加速度信号および前記角速度センサーデバイスからの角速度信号に基づいて、移動体の姿勢を算出する回路部と、
を含む慣性計測装置に関する。
（１６）本発明のさらに他の態様は、
上述の（１３）に記載の物理量センサーデバイスと、
構造物に取り付けられている前記物理量センサーデバイスからの検出信号を受信する受信部と、
前記受信部から出力された信号に基づいて、前記構造物の傾斜角度を算出する算出部と、
を含む構造物監視装置に関する。
（１７）本発明のさらに他の態様は、
上述の（１３）に記載の物理量センサーデバイスと、
前記物理量センサーデバイスで検出された検出信号に基づいて、加速、制動、及び操舵の少なくともいずれかを制御する制御部と、
を含み、
自動運転の実施或いは不実施は、前記物理量センサーデバイスからの検出信号の変化に応じて切り替えられる移動体に関する。
本発明の一実施形態に係る物理量センサーデバイスの電気系ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る物理量センサーデバイスに用いられる物理量センサーの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る一軸物理量センサーデバイスの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る三軸物理量センサーデバイスの斜視図である。 本発明の一実施形態に係る三軸物理量センサーデバイスの他の例を示す斜視図である。 物理量センサーからの出力に基づく実周波数温度特性と、それに近似させた一次周波数温度特性との誤差を示す特性図である。 第一の境界温度を境にした第一、第二領域で、互いに異なる定数で構成される第一、第二の二次周波数温度特性を示す特性図である。 図７に示す手法によって実周波数温度特性と二次周波数温度特性との誤差が低減したことを示す特性図である。 図８とは異なる物理量センサーデバイスにて実周波数温度特性と二次周波数温度特性との誤差が低減したことを示す特性図である。 図８及び図９とは異なる物理量センサーデバイスにて実周波数温度特性と二次周波数温度特性との誤差が低減したことを示す特性図である。 ２つの実データから補間して求められる境界温度を示す図である。 第一〜第三の境界温度により分割される第三領域〜第六領域を説明するための図である。 物理量センサーデバイスを有する傾斜計を示す図である。 物理量センサーデバイスを有する傾斜計のブロック図である。 傾斜角の算出例を説明する図である。 物理量センサーデバイスを有する慣性計測装置を示す図である。 慣性計測装置のブロック図である。 物理量センサーデバイスを有する構造物監視装置を示す図である。 構造物監視装置のブロック図である。 物理量センサーデバイスを有する移動体を示す図である。 移動体のブロック図である。
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
１．物理量センサー及び物理量センサーデバイスの概要
図２は物理量センサー１０を示す。物理量センサー１０は、基部２０と、少なくとも２本例えば３本の第１の腕部３１、第２の腕部３２、第３の腕部３３と、第４の腕部３４と、可動部４０と、括れ部５０と、物理量検出素子６０とを含む。
第１の腕部３１、第２の腕部３２、第３の腕部３３、第４の腕部３４は、基端部が基部２０に連結され、好ましくは自由端部側に固定領域３１Ａ，固定領域３２Ａ，固定領域３３Ａ，固定領域３４Ａがそれぞれ設けられている。括れ部５０は、基部２０と可動部４０との間に配置され、基部２０と可動部３０とを接続している。物理量検出素子６０は例えば双音叉型の水晶振動子で構成され、物理量として例えば加速度や圧力を検出する。物理量検出素子６０は、基部２０の厚さ方向から見た平面視で、括れ部５０を跨いで配置され、接着剤等の接合部６１（図３参照）を介して、基部２０と可動部４０とに取り付けられている。また、括れ部５０を支点としたカンチレバーである可動部４０の自由端部側には、例えば金属（ＳＵＳや銅等）で形成される錘（質量部）７０を配置することができる。錘７０は、図２に示すように可動部４０の表面側に設けるものに限らず、可動部４０の裏面側にも設けることができる（図３参照）。図１及び図２に示すように、錘７０は接着剤等の接合部７１により可動部４０と取り付けられている。なお、図２に示す錘７０は可動部４０と共に上下動するが、錘７０の両端部７０Ａ，端部７０Ｂは、図２に示す腕部３１，腕部３２と接触することで過度な振幅を防止するストッパーとして機能する。
第１の腕部３１、第２の腕部３２、第３の腕部３３、第４の腕部３４は、基端部が基部２０に連結され、好ましくは自由端部側に固定領域３１Ａ，固定領域３２Ａ，固定領域３３Ａ，固定領域３４Ａがそれぞれ設けられている。括れ部５０は、基部２０と可動部４０との間に配置され、基部２０と可動部３０とを接続している。物理量検出素子６０は例えば双音叉型の水晶振動子で構成され、物理量として例えば加速度や圧力を検出する。物理量検出素子６０は、基部２０の厚さ方向から見た平面視で、括れ部５０を跨いで配置され、基部２０と可動部４０とに接着剤等の接合部６１（図３参照）により接続されている。また、括れ部５０を支点としたカンチレバーである可動部４０の自由端部側には、例えば金属（ＳＵＳや銅等）で形成される錘（質量部）７０を配置することができる。錘７０は、図２に示すように可動部４０の表面側に設けるものに限らず、可動部４０の裏面側にも設けることができる（図３参照）。図２及び図３に示すように、錘７０は接着剤等の接合部７１により可動部４０と接続されている。なお、図２に示す錘７０は可動部４０と共に上下動するが、錘７０の両端部７０Ａ，７０Ａは、図２に示す腕部３１，３２と接触することで過度な振幅を防止するストッパーとして機能する。
ここで、括れ部５０を支点として可動部１４が例えば加速度や圧力等の物理量に応じて変位することで、基部２０と可動部４０とに取り付けられている物理量検出素子６０に応力が生じる。物理量検出素子６０に加わる応力に応じて、物理量検出素子６０の振動周波数（共振周波数）が変化する。この振動周波数の変化に基づいて、物理量を検出することができる。
図３は、図２の物理量センサー１０が内蔵されている物理量センサーデバイス１００を示す断面図である。物理量センサーデバイス１００は、物理量センサー１０が搭載される基台１１０を有する。本実施形態では、基台１１０は、底壁１１０Ａと側壁１１０Ｂとを含むパッケージベースとして構成されている。基台１１０は蓋体１２０と共に、物理量センサー１０を収容するパッケージを形成する。蓋体１２０は、基台１１０の開口端に接着剤１２１を介して接合される。
基台１１０の底壁１１０Ａには、４つの側壁１１０Ｂのうちの例えば３つの側壁１１０Ｂに沿って、底壁１１０Ａの内面１１０Ａ１よりも一段高い段部１１２が設けられている。段部１１２は、側壁１１０Ｂの内面から突起するものでも良く、基台１１０と一体でも別体でも良いが、基台１１０を構成する一部である。図３に示すように、物理量センサー１０は、段部１１２に対して接着剤１１３で固定される。ここで、接着剤１１３は、弾性率の高い樹脂系（例えばエポキシ樹脂）接着剤を用いることが好ましい。低融点ガラス等の接着剤は固いので、接合時に発生する応力歪みを吸収できず、物理量検出素子６０に悪影響を与えるからである。なお、物理量センサー１０に設けられた第１の腕部３１、第２の腕部３２、第３の腕部３３、第４の腕部３４が段部１１２に固定される平面視で見た固定領域３１Ａ，固定領域３２Ａ，固定領域３３Ａ，固定領域３４Ａの位置が、図２に示されている。
本実施形態では、図２に示すように、物理量検出素子６０はワイヤーボンディング６２，６２により、段部１１２に形成された電極（例えば金電極）と接続することができる。この場合、基部２０に電極パターンを形成する必要はない。ただし、ワイヤーボンディング６２，６２を採用せずに、基部２０にも設けられる電極パターンを、基台１１０の段部１１２に形成される電極と導電性接着剤を介して接続しても良い。
基台１１０の底壁１１０Ａは、その外面（内面１１０Ａ１と反対側の面）１１０Ａ２には、図４に示す電子回路基板２１０Ａに実装される際に用いられる外部端子１１４が設けられている。外部端子１１４は、図示しない配線や電極等を介して物理量検出素子６０と電気的に接続されている。
例えば底壁１１０Ａには、基台１１０と蓋体１２０とで形成されるパッケージの内部（キャビティー）１３０を封止する封止部１１５が設けられている。封止部１１５は、基台１１０に形成された貫通孔１１６内に設けられている。封止部１１５は、貫通孔１１６に封止材を配置し、封止材を加熱溶融した後、固化させることで設けられる。封止部１１５は、パッケージの内部を気密に封止するために設けられる。
図４は、３つの一軸物理量センサーデバイス１００を含む三軸物理量センサーデバイス２００Ａの組み立て分解斜視図である。図４では、電子回路基板２１０Ａに３つの物理量センサーデバイス１００が実装されている。３つの物理量センサーデバイス１００は、検出軸が直交３軸に沿って設けられ、３軸の物理量を検出する。回路基板２１０Ａはコネクター基板２２０Ａと電気的に接続される。これら回路基板２１０Ａ及びコネクター基板２２０Ａは、パッケージベース２３０Ａと蓋体２４０Ａで形成されるパッケージに収容保持される。
図５は、図４とは異なる三軸物理量センサーデバイス２００Ｂを示している。図４では回路基板２１０Ａ及びコネクター基板２２０Ａが同一平面上に並設されていたが、図５では回路基板２１０Ａとコネクター基板２２０Ａとは上下方向で並設されている。図５でも、回路基板２１０Ｂ及びコネクター基板２２０Ｂは、パッケージベース２３０Ｂと蓋体２４０Ｂで形成されるパッケージに収容保持される。
２． 物理量センサーデバイスの周波数温度特性の補償
２．１． 周波数温度特性の補償のための構成
図１は、本発明の一実施形態に係る一軸物理量センサーデバイスの電気系ブロック図である。物理量センサーデバイスは、物理量例えば加速度や圧力に応じて周波数が変化する物理量検出素子６０の他に次の各部を含む。温度センサー（Ｔｓ）１は、物理量検出素子６０の温度を感知し温度信号を出力する。発振回路（ＯＳＣ）２は、物理量検出素子６０を励振する。カウンター（Counter）３は、発振回路２の出力信号を計数する。温度補償型基準発振器（ＴＣＸＯ）４は、カウンター３に基準信号を供給する。ＥＥＰＲＯＭ等の記憶部５は、物理量検出素子６０が有する温度特性を、単一の多項式で近似した場合の各定数を記憶している。演算処理部（ＣＰＵ）６は、温度センサー１の温度信号と、カウンター３の周波数信号と、記憶部５からの定数とを用いて演算する。インターフェイス部（Ｉ／Ｆ）７は、演算処理部６と外部機器とを電気的に接続する。
温度変化のある環境下で物理量センサー１０を使用する場合、まず、温度センサー１から温度信号を受けて温度を算出する。次に、記憶部５に格納されている物理量センサー１０の周波数温度特性（温度Ｔ−周波数偏差Δｆ／ｆ特性）を表す近似多項式の定数を読み出して、演算処理部６で周波数温度特性（温度Ｔ−周波数偏差Δｆ／ｆ）の近似多項式を生成し、これに温度を適用し、温度変化による物理量センサー１０の周波数変動を計算する。演算処理部６は、この周波数変動を用いて物理量センサー１０の周波数を補償し、この補償した周波数変化を、演算処理部６で生成した加速度−周波数ｆの多項式に適用することにより、物理量センサー１０に加わる加速度を求める。
２．２． 問題の所在
図６は、発振回路２からの発振周波数ｆで励振される物理量検出素子６０に同一の加速度が作用する条件下で、全動作温度範囲で温度を変化させて、物理量検出素子６０からの出力に基づいて得られる周波数数変化Δｆ／ｆのデータ（白抜き四角）がプロットされている。なお、図６の横軸は温度であり、縦軸は頂点温度（２５℃付近）で得られる周波数変化Δｆ／ｆを誤差０としたときの温度依存性の誤差を示している。図６に示す周波数変化Δｆ／ｆには、局所的に低くなるディップ（ＤＩＰ）が生じている。このディップの発生原因は、物理量センサーデバイス１００の構造体の共振周波数が影響している。この離散データを太字の曲線で仮想的に近似したものを便宜上で実周波数温度特性として図示しているが、実際には離散的データの集まりが実周波数温度特性である。この実周波数温度特性の通りに周波数変化Δｆ／ｆの温度依存性を補正できれば理想的であるが、現実には下記の通り近似多項式が用いられる。
図６に示す破線は、例えば最小二乗法等により実周波数温度特性（太線）に近似させた単一の近似多項式の曲線である。この単一の近似多項式は例えばＮ（Ｎは２以上の整数）次近似多項式で表現され、例えばＮ＝３とする三次近似多項式の場合には、温度をＴとし、各項の定数をａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１とすると、周波数温度特性は次の式（４）で示される。
ｆ１（Ｔ）＝ａ１×Ｔ３＋ｂ１×Ｔ２＋ｃ１×Ｔ＋ｄ１…（４）
と表すことができる。測定された周波数をFとすると、温度補正後の周波数Fcは、
Ｆｃ=Ｆ―ｆ１（Ｔ）…（５）
となる。
図６に破線は、式（４）の周波数温度特性を示し、本実施形態では式（４）を一次周波数温度特性と称する。
ここで、図６に示すように、一次周波数温度特性（破線）と実周波数温度特性（太線）とは、全動作温度範囲の多くの領域でほぼオーバーラップしている。しかし、特に実周波数温度特性（太線）にディップが生じている部分では、実周波数温度特性（太字）と一次周波数温度特性（破線）との間に誤差が生じている。つまり、ディップが生じることで不連続または非線形となる実周波数温度特性（太線）に対しては、式（４）に示す単一の近似多項式では全動作温度範囲に亘ってフィッティングすることは不可能である。従って、特にディップが生じている温度Ｔ１の付近の温度条件下では、検出される加速度等の物理量は、依然として温度依存性を有することになり、精度が劣化する。
２．３．周波数温度特性の補償（本実施形態）
そこで、図６において実周波数温度特性（太線）と一次周波数温度特性（破線）との誤差の絶対値が最大となる温度Ｔ１に着目した。温度Ｔ１を第一の境界温度Ｔ１と称する。図６と同じ横軸及び縦軸が定義された図７に示すように、全動作温度範囲のうち第一の境界温度Ｔ１未満の温度領域を第一の温度領域（以下、第一領域とも言う）と称し、第一の境界温度Ｔ１以上の温度領域を第二の温度領域（以下、第二領域とも言う）と称する。なお、上記とは異なり、第一の境界温度Ｔ１を第一領域に含めて、第一の境界温度Ｔ１を第二領域から外しても良い。
図１に示す演算処理部６は、第一の境界温度Ｔ１未満の第一の温度領域で、実周波数温度特性（図７の太線）に近似させた第一の二次周波数温度特性（図７の短破線）を例えば最小二乗法等により得るために、式（４）の近似多項式中の各項の定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）を第一の定数（ａ２１，ｂ２１，ｃ２１，ｄ２１）に置き換えた次の式（６）の近似多項式を用いる。
ｆ１１（Ｔ）＝ａ２１×Ｔ３＋ｂ２１×Ｔ２＋ｃ２１×Ｔ＋ｄ２１…（６）
同様に、図１に示す演算処理部６は、第一の境界温度Ｔ１以上の第二の温度領域で、実周波数温度特性（図７の長破線）に近似させた第二の二次周波数温度特性（図７の一点鎖線）を例えば最小二乗法等により得るために、式（４）の近似多項式中の各項の定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）を第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）に置き換えた次の式（７）の近似多項式を用いる。
ｆ２２（Ｔ）＝ａ２２×Ｔ３＋ｂ２２×Ｔ２＋ｃ２２×Ｔ＋ｄ２２…（７）
ここで、第一の定数（ａ２１，ｂ２１，ｃ２１，ｄ２１）と第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）とは異なる。加えて、第一の定数（ａ２１，ｂ２１，ｃ２１，ｄ２１）及び第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）の各々は、定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）とも異なる。なお、本明細書において「定数が異なる」との意味は、Ｎ次多項式の（Ｎ＋１）個の定数のうちの少なくとも一個が異なれば良い。
図１に示す本実施形態の物理量センサーデバイスの記憶部５には、工場出荷前に、第一の定数（ａ２１，ｂ２１，ｃ２１，ｄ２１）と第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）とが記憶されている。一方、式（４）の多項式中の各項の定数ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１は、物理量センサーデバイスの記憶部５に必ずしも記憶される必要はない。式（４）の一次周波数温度特性を用いた演算は、工場出荷前だけで行われるからである。そして、本実施形態の物理量センサー１０を使用する場合、温度センサー１により温度Ｔを検出する。演算処理部６は、検出温度Ｔを第一の境界温度Ｔ１と対比した結果に基づいて、記憶部５から第一の定数（ａ２１，ｂ２１，ｃ２１，ｄ２１）及び第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）の一方を読み出す。それにより、演算処理部６で式（６）または式（７）の一次周波数温度特性の近似多項式を生成する。この一次周波数温度特性に温度Ｔを適用し、温度変化による物理量センサー１０の周波数変動を計算することができる。
図８〜図１０に、四角で示す実データを連ねた曲線にそれぞれディップが生じている異なる種類の実周波数温度特性を示す。図８〜図１０に示す実周波数温度特性は、それぞれ異なる物理量センサーデバイスの特性である。図８〜図１０に示す実周波数温度特性のそれぞれについて、図６のようにして実周波数温度特性（太線）と一次周波数温度特性（破線）との誤差の絶対値が最大となる第一の境界温度Ｔ１が求められる。そして、第一の境界温度Ｔ１を境にして、第一領域に適用される式（６）に示す第一の二次周波数温度特性と、第二領域に適用される式（７）に示す第二一の二次周波数温度特性が求められる。こうして、それぞれの物理量センサーデバイスの記憶部５に、デバイス固有の第一の定数（ａ２１，ｂ２１，ｃ２１，ｄ２１と第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）とが記憶されている。
図８〜図１０では、図６及び図７の縦軸の０（零）の意味が異なる。図８〜図１０において、縦軸の温度補正誤差が０（零）であることは、図６に示す実周波数温度特性であることを示している。つまり、実周波数温度特性の通りに周波数変化Δｆ／ｆの温度依存性を補正できれば、誤差は０（零）である。図８〜図１０に示す境界温度Ｔ１未満の第一領域内の白抜き四角印は、第一の境界温度Ｔ１未満の第一領域において、実周波数温度特性上のデータ（白抜き四角印）と、そのデータが式（６）に示す第一の二次周波数温度特性を用いて演算処理された処理データと、の誤差を示す。同様に、図８〜図１０に示す境界温度Ｔ１以上の第二領域内の白抜き四角印は、実周波数温度特性上のデータ（白抜き四角印）と、そのデータが式（７）に示す第二一の二次周波数温度特性を用いて演算処理された処理データと、の誤差を示す。図８〜図１０から明らかなように、全動作温度範囲での誤差が±１ｐｐｍの範囲に収まっていることが分かる。つまり、式（４）の一次周波数温度特性の代わりに、第一領域では式（６）に示す第一の二次周波数温度特性を、第二領域では式（７）に示す第二の二次周波数温度特性を用いることで、検出される加速度等の物理量の温度依存性を低減し、検出精度を高めることができる。
ここで、図６〜図１０に示す最大値は、全動作温度範囲の中の複数の温度について得られた実データに基づいて作成された実周波数温度特性のうちのいずれか一つの実データである。これに代えて、図１１に示すように２つの実データから補間された位置に最大値を求めても良い。こうすると、図１１に示す２つの実データ（誤差の絶対値の大きさの一番目と二番目に相当）に対応する２つの温度Ｔ０，Ｔ２の間の温度Ｔ１にて最大値を持つと推定することができる。
３． 複数の境界温度の利用
図１２は、第一領域内の第二の境界温度Ｔ２を境とした第三の温度領域（以下、第三領域とも言う）と第四の温度領域（以下、第四領域とも言う）とを示している。図１２にはさらに、第二領域内の第三の境界温度Ｔ３を境とした第五の温度領域（以下、第五領域とも言う）と第六の温度領域（以下、第六領域とも言う）とを示している。このように、全動作温度範囲をさらに細分割する手法について説明する。
３．１． ３つ以上の二次周波数温度特性の利用
図６では、第一の境界温度Ｔ１で誤差の絶対値が最大となるが、第一の境界温度Ｔ１以上の第二領域（図７参照）の温度Ｔ３でも誤差の絶対値が比較的大きい。よって、図示していないが、図６に示す実周波数温度特性と一次周波数温度特性との誤差は、第二領域では温度Ｔ３で極大値または極小値となる。同様に考えれば、図６では該当しないが、第一の境界温度Ｔ１未満の第一領域（図７参照）の温度Ｔ２（図６では図示なし）でも誤差の絶対値が比較的大きくなる場合がある。よって、図示していないが、図６に示す実周波数温度特性と一次周波数温度特性との誤差は、第一領域では温度Ｔ２で極大値または極小値となる場合がある。このような事態は、図６に示すように温度Ｔ３ではディップが生じていなくても生じ得るが、温度Ｔ２または温度Ｔ３でもディップが生じている場合には特に可能性が高い。
そのような場合、図１１に示すように、第一領域を第二の境界温度Ｔ２で第三領域と第四領域とに分割する。そして、第三領域の実周波数温度特性に近似させた第三の二次周波数温度特性を例えば最小二乗法等により得るために、式（４）の近似多項式中の各項の定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）を第三の定数（ａ２３，ｂ２３，ｃ２３，ｄ２３）に置き換えた次の式（８）の近似多項式を用いる。
ｆ２３（Ｔ）＝ａ２３×Ｔ３＋ｂ２３×Ｔ２＋ｃ２３×Ｔ＋ｄ２３…（８）
同様に、第四領域の実周波数温度特性に近似させた第四の二次周波数温度特性を例えば最小二乗法等により得るために、式（４）の近似多項式中の各項の定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）を第四の定数（ａ２４，ｂ２４，ｃ２４，ｄ２４）に置き換えた次の式（９）の近似多項式を用いる。
ｆ２４（Ｔ）＝ａ２４×Ｔ３＋ｂ２４×Ｔ２＋ｃ２４×Ｔ＋ｄ２４…（９）
ここで、第三の定数（ａ２３，ｂ２３，ｃ２３，ｄ２３）と第四の定数（ａ２４，ｂ２４，ｃ２４，ｄ２４）とは異なる。加えて、第三の定数（ａ２３，ｂ２３，ｃ２３，ｄ２３）及び第四の定数（ａ２４，ｂ２４，ｃ２４，ｄ２４）の各々は、定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）、第一の定数（ａ１１，ｂ１１，ｃ１１，ｄ１１）及び第二の定数（ａ１２，ｂ１２，ｃ１２，ｄ１２）とも異なる。
図１に示す本実施形態の物理量センサーデバイスの記憶部５には、工場出荷前に、第一の定数（ａ１１，ｂ１１，ｃ１１，ｄ１１）に代えて、第三の定数（ａ２３，ｂ２３，ｃ２３，ｄ２３）及び第四の定数（ａ２４，ｂ２４，ｃ２４，ｄ２４）が記憶される。そして、本実施形態の物理量センサー１０を使用する場合、温度センサー１により温度Ｔを検出する。演算処理部６は、第一の境界温度Ｔ１未満の検出温度Ｔを第二の境界温度Ｔ２と対比した結果に基づいて、記憶部５から第三の定数（ａ２３，ｂ２３，ｃ２３，ｄ２３）及び第四の定数（ａ２４，ｂ２４，ｃ２４，ｄ２４）の一方を読み出す。それにより、演算処理部６で式（８）または式（９）の二次周波数温度特性の近似多項式を生成する。この二次周波数温度特性に温度Ｔを適用し、温度変化による物理量センサー１０の周波数変動を計算することができる。
同様にして、図１１に示すように、第二領域を第三の境界温度Ｔ３で第五領域と第六領域とに分割することができる。そして、第五領域の実周波数温度特性に近似させた第五の二次周波数温度特性を例えば最小二乗法等により得るために、式（４）の近似多項式中の各項の定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）を第五の定数（ａ２５，ｂ２５，ｃ２５，ｄ２５）に置き換えた次の式（１０）の近似多項式を用いる。
ｆ２５（Ｔ）＝ａ２５×Ｔ３＋ｂ２５×Ｔ２＋ｃ２５×Ｔ＋ｄ２５…（１０）
同様に、第六領域の実周波数温度特性に近似させた第六の二次周波数温度特性を例えば最小二乗法等により得るために、式（４）の近似多項式中の各項の定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）を第六の定数（ａ２６，ｂ１６，ｃ２６，ｄ２６）に置き換えた次の式（１１）の近似多項式を用いる。
ｆ２６（Ｔ）＝ａ２６×Ｔ３＋ｂ２６×Ｔ２＋ｃ２６×Ｔ＋ｄ２６…（１１）
ここで、第五の定数（ａ２５，ｂ２５，ｃ２５，ｄ２５）と第六の定数（ａ２６，ｂ１６，ｃ２６，ｄ２６）とは異なる。加えて、第五の定数（ａ２５，ｂ２５，ｃ２５，ｄ２５）及び第六の定数（ａ２６，ｂ１６，ｃ２６，ｄ２６）の各々は、定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）、第一の定数（ａ２１，ｂ２１，ｃ２１，ｄ２１）及び第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）とも異なる。
図１に示す本実施形態の物理量センサーデバイスの記憶部５には、工場出荷前に、第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）に代えて、第五の定数（ａ２５，ｂ２５，ｃ２５，ｄ２５）及び第六の定数（ａ２６，ｂ１６，ｃ２６，ｄ２６）が記憶される。そして、本実施形態の物理量センサー１０を使用する場合、温度センサー１により温度Ｔを検出する。演算処理部６は、第一の境界温度Ｔ１以上の検出温度Ｔを第三の境界温度Ｔ３と対比した結果に基づいて、記憶部５から第五の定数（ａ２５，ｂ２５，ｃ２５，ｄ２５）及び第六の定数（ａ２６，ｂ１６，ｃ２６，ｄ２６）の一方を読み出す。それにより、演算処理部６で式（９）または式（１０）の二次周波数温度特性の近似多項式を生成する。この二次周波数温度特性に温度Ｔを適用し、温度変化による物理量センサー１０の周波数変動を計算することができる。
３．２． 三次以降の高次の周波数温度特性の利用
図８に示す分割個補正後の×印で示す誤差（実周波数温度特性と第一の二次周波数温度特性との誤差）は、第一の境界温度Ｔ１未満の第一領域の温度Ｔ２で誤差の絶対値が最大となる。ただし、温度Ｔ２は、分割個補正後の×印で示す誤差が極大値または極小値となる値を選択しても良い。同様に、図９では、第一の境界温度Ｔ１以上の第二領域の温度Ｔ３（図６では図示なし）で、分割個補正後の×印で示す誤差（実周波数温度特性と第二の二次周波数温度特性との誤差）も誤差の絶対値が最大となる。同様に、温度Ｔ３は、分割個補正後の×印で示す誤差が極大値または極小値となる値を選択しても良い。
そのような場合、図１１に示すように、第一領域を第二の境界温度Ｔ２で第三領域と第四領域とに分割する。そして、第三領域において実周波数温度特性と第一の二次周波数温度特性との誤差（図８中の×印）の絶対値を最小とする第一の三次周波数温度特性を例えば最小二乗法等により得るために、式（４）の近似多項式中の各項の定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）を第三の定数（ａ３１，ｂ３１，ｃ３１，ｄ３１）に置き換えた次の式（１２）の近似多項式を用いる。
ｆ３１（Ｔ）＝ａ３１×Ｔ３＋ｂ３１×Ｔ２＋ｃ３１×Ｔ＋ｄ３１…（１２）
同様に、第四領域において実周波数温度特性と第一の二次周波数温度特性との誤差（図８中の×印）の絶対値を最小とする第二の三次周波数温度特性を例えば最小二乗法等により得るために、式（４）の近似多項式中の各項の定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）を第四の定数（ａ３２，ｂ３２，ｃ３２，ｄ３２）に置き換えた次の式（１３）の近似多項式を用いる。
ｆ３２（Ｔ）＝ａ３２×Ｔ３＋ｂ３２×Ｔ２＋ｃ３２×Ｔ＋ｄ３２…（１３）
ここで、第三の定数（ａ３１，ｂ３１，ｃ３１，ｄ３１）と第四の定数（ａ３２，ｂ３２，ｃ３２，ｄ３２）とは異なる。加えて、第三の定数（ａ３１，ｂ３１，ｃ３１，ｄ３１）及び第四の定数（ａ３２，ｂ３２，ｃ３２，ｄ３２）の各々は、定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）、第一の定数（ａ２１，ｂ２１，ｃ２１，ｄ２１）及び第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）とも異なる。
図１に示す本実施形態の物理量センサーデバイスの記憶部５には、工場出荷前に、第一の定数（ａ２１，ｂ２１，ｃ２１，ｄ２１）に代えて、第三の定数（ａ３１，ｂ３１，ｃ３１，ｄ３１）及び第四の定数（ａ３２，ｂ３２，ｃ３２，ｄ３２）が記憶される。そして、本実施形態の物理量センサー１０を使用する場合、温度センサー１により温度Ｔを検出する。演算処理部６は、第一の境界温度Ｔ１未満の検出温度Ｔを第二の境界温度Ｔ２と対比した結果に基づいて、記憶部５から第三の定数（ａ３１，ｂ３１，ｃ３１，ｄ３１）及び第四の定数（ａ３２，ｂ３２，ｃ３２，ｄ３２）の一方を読み出す。それにより、演算処理部６で式（１２）または式（１３）の三次周波数温度特性の近似多項式を生成する。この三次周波数温度特性に温度Ｔを適用し、温度変化による物理量センサー１０の周波数変動を計算することができる。
同様にして、図１１に示すように、第二領域を第三の境界温度Ｔ３で第五領域と第六領域とに分割することができる。そして、第五領域において実周波数温度特性と第一の二次周波数温度特性との誤差（図９中の×印）の絶対値を最小とする第三の三次周波数温度特性を例えば最小二乗法等により得るために、式（４）の近似多項式中の各項の定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）を第五の定数（ａ３３，ｂ３３，ｃ３３，ｄ３３）に置き換えた次の式（１４）の近似多項式を用いる。
ｆ３３（Ｔ）＝ａ３３×Ｔ３＋ｂ３３×Ｔ２＋ｃ３３×Ｔ＋ｄ３３…（１４）
同様に、第六領域においての実周波数温度特性と第一の二次周波数温度特性との誤差（図９中の×印）の絶対値を最小とする第四の三次周波数温度特性を例えば最小二乗法等により得るために、式（４）の近似多項式中の各項の定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）を第六の定数（ａ３４，ｂ３４，ｃ３４，ｄ３４）に置き換えた次の式（１５）の近似多項式を用いる。
ｆ３４（Ｔ）＝ａ３４×Ｔ３＋ｂ３４×Ｔ２＋ｃ３４×Ｔ＋ｄ３４…（１５）
ここで、第五の定数（ａ３３，ｂ３３，ｃ３３，ｄ３３）と第六の定数（ａ３４，ｂ３４，ｃ３４，ｄ３４）とは異なる。加えて、第五の定数（ａ３３，ｂ３３，ｃ３３，ｄ３３）及び第六の定数（ａ２６，ｂ１６，ｃ２６，ｄ２６）の各々は、定数（ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１）、第一の定数（ａ２１，ｂ２１，ｃ２１，ｄ２１）及び第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）とも異なる。
図１に示す本実施形態の物理量センサーデバイスの記憶部５には、工場出荷前に、第二の定数（ａ２２，ｂ２２，ｃ２２，ｄ２２）に代えて、第五の定数（ａ３３，ｂ３３，ｃ３３，ｄ３３）及び第六の定数（ａ３４，ｂ３４，ｃ３４，ｄ３４）が記憶される。そして、本実施形態の物理量センサー１０を使用する場合、温度センサー１により温度Ｔを検出する。演算処理部６は、第一の境界温度Ｔ１以上の検出温度Ｔを第三の境界温度Ｔ３と対比した結果に基づいて、記憶部５から第五の定数（ａ２５，ｂ２５，ｃ２５，ｄ２５）及び第六の定数（ａ３４，ｂ３４，ｃ３４，ｄ３４）の一方を読み出す。それにより、演算処理部６で式（１３）または式（１４）の一次周波数温度特性の近似多項式を生成する。この一次周波数温度特性に温度Ｔを適用し、温度変化による物理量センサー１０の周波数変動を計算することができる。このようにすると、実周波数温度特性と三次周波数温度特性との誤差は、図８〜図１０に示す±１ｐｐｍよりもさらに小さくなり、さらに検出精度が向上する。
４．物理量センサーデバイスを用いた機器
以下、上述した構成を有する物理量センサーデバイスを用いた機器について、図１３〜図２０を参照して説明する。
４．１．傾斜計
図１３は、傾斜計の構成例を示す図であって、一部断面表示された側面図である。
傾斜計３００は、設置された位置の傾斜角度に応じた信号を出力する装置である。具体
的には、傾斜計３００は、アンダーケース３０１と、アッパーケース３０２とで画成された内部空間に、第１実施形態の物理量センサーデバイス２００Ａ（２００Ｂ）の構造を備えた物理量センサーデバイス３１０と、物理量センサーデバイス３１０の出力信号に基づいて傾斜角度を算出する算出部３３０と、算出部２１０で算出された傾斜角度に応じた信号を外部出力する外部出力端子３３２と、を有する。傾斜計３００は、これら以外の要素を適宜含めることができる。例えば、内蔵バッテリーや、電源回路、無線装置、などを含めることができる。
傾斜算出部３３０は、物理量センサーデバイス３１０の出力信号から傾斜角度を演算して、傾斜角度に応じた信号を出力する回路であって、例えば汎用ＩＣ（Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などにより実現することができる。
物理量センサーデバイス３１０からは、例えば直交三軸であるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度が出力される。傾斜計３００は、ｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度から、ｘ，ｙ，ｚ軸の傾斜角（ｘ，ｙ，ｚ軸の水平面となす角）を計測する。例えば、傾斜計３００は、船舶の重心近傍の床面において、ｘ軸が船舶の船首方向を向き、ｙ軸が船舶の左舷方向を向き、ｚ軸が床面垂直方向を向くように取り付けられる場合がある。
図１４に示すように、物理量センサーデバイス３１０と傾斜算出部３３０との間に補正部３２０を含むことができる。補正部３２０は、物理量センサーデバイス３１０から出力されるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度を補正する。例えば、補正部３２０は、物理量センサーデバイス３１０から出力されるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度のアライメント補正や、オフセット補正、温度ドリフト補正等を行う。なお、補正部３２０は、物理量センサーデバイス３１０から出力される加速度のアライメントや、オフセット、温度ドリフト等が小さい場合、省略してもよい。
傾斜算出部３３０（本発明の算出部に相当する）は、補正部３２０によって補正されたｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度に基づいて、各軸の水平面に対する傾きを算出することができる。
図１５は、傾斜角の算出例を説明する図である。図１５に示す「ｘ’」は水平方向に平行な軸を、「ｚ’」は重力方向に平行な軸を、それぞれ示している。「ｘ」は、物理量センサーデバイス３１０のｘ軸を示している。「ｚ」は、物理量センサーデバイス３１０のｚ軸を示している。なお、物理量センサーデバイス３１０の「ｙ」軸は、紙面の裏面方向を向いているものとする。また、重力加速度の向きは、図１５中で上向きとする。
物理量センサーデバイス３１０のｘ軸は、図１５に示すように、ｙ軸を回転軸として角度「θｘ」傾いたとする。このとき、加速度センサー１１から出力されるｘ軸方向の加速度（重力加速度成分）を「ａｘ」とすると、次の式（１）が成り立つ。
Figure 2019158476
式（１）に示す「１Ｇ」は、重力加速度であり、「１Ｇ＝９．８０６６５ｍ／ｓ２」である。
式（１）より、ｘ軸の水平方向に対する傾き「θｘ」は、次の式（２）で示される。
Figure 2019158476
同様にして、ｙ，ｚ軸の水平方向に対する傾き「θｙ」および「θｚ」は、次の式（３）および式（４）で示される。
Figure 2019158476
Figure 2019158476
式（３）の「ａｙ」は、ｙ軸方向の加速度であり、式（４）の「ａｚ」は、ｚ軸方向の加速度である。
すなわち、傾斜算出部３３０は、補正部３２０から出力されるｘ，ｙ，ｚ軸方向の加速度「ａｘ」、「ａｙ」、および「ａｚ」と、重力加速度「１Ｇ」とに基づいて、式（２）〜式（４）に示す演算を行うことにより、ｘ，ｙ，ｚ軸の水平方向に対する傾斜角を算出する。
なお、傾斜算出部３３０は、傾斜計３００に予め設定（記憶）された重力加速度（１Ｇ）を用いて、各軸の傾斜角を算出してもよい。この場合、傾斜計３００に設定される重力加速度の値は、傾斜計３００が用いられる緯度が考慮されていてもよい。
また、傾斜算出部３３０は、補正部３２０から出力される加速度から、重力加速度を算出してもよい。例えば、傾斜算出部３３０は、「（ａｘ ２＋ａｙ ２＋ａｚ ２）１／２」によって、重力加速度を算出することができる。
４．２．慣性計測装置
図１６は、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）の構成例を示す図であって、一部断面表示された側面図である。図１７は慣性計測装置のブロック図である。慣性計測装置４００は、移動体に取り付けられる慣性計測装置であって、アンダーケース４０１と、アッパーケース４０２とで画成された内部空間に、実施形態の物理量センサーデバイス２００Ａ（２００Ｂ）と同じ構造を有する物理量センサーデバイス４１０と、角速度センサーデバイス４２０と、物理量センサーデバイス４１０の加速度信号および角速度センサーデバイス４２０の角速度信号に基づいて移動体の姿勢を算出する姿勢算出部（回路部）４３０と、回路部４３０で算出された姿勢に応じた信号を外部出力する外部出力端子４３１と、を有する。慣性計測装置４００には、例えば、内蔵バッテリーや、電源回路、無線装置、などを含めることができる。
回路部４３０は、例えば、汎用ＩＣ（Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により実現され、物理量センサーデバイス４１０の加速度信号および角速度センサーデバイス４２０の角速度信号とから慣性計測装置４００が取り付けられている移動体の姿勢を算出し、姿勢に応じた信号を出力する。なお、加速度及び角速度から移動体の姿勢を計測する手法は、周知であるので省略する。
本実施形態の慣性計測装置４００によれば、物理量センサーデバイス４１０が本実施形態のセンサーデバイス２００Ａ（２００Ｂ）の構造を利用している。このため、物理量センサーデバイス４１０の出力である加速度信号の精度が高いため、移動体の姿勢の計測精度を従来の慣性計測装置よりも向上させることができる。
４．３．構造物監視装置
図１８に、構造物監視装置（ＳＨＭ：Structural Health Monitoring）５００を示す。構造物監視装置５００は、実施形態の物理量センサーデバイス２００Ａ（２００Ｂ）と同じ構造を有し、監視対象とされる構造物５９０に取り付けられる物理量センサーデバイス５１０を有する。物理量センサーデバイス５１０は、検出信号を送信する送信部５１１を含む。送信部５１１は、物理量センサーデバイス５１０とは別体の通信モジュール及びアンテナとして実現するとしてもよい。
物理量センサーデバイス５１０は、無線又は優先の通信網５８０を介して例えば監視コンピューター５７０と接続される。監視コンピューター５７０は、通信網５８０を介して物理量センサーデバイス５１０と接続される受信部５２０と、受信部５２０の受信信号に基づいて構造物５９０の傾斜角度を算出する傾斜算出部５３０と、を有する（図１９も参照）。
算出部５３０は、本実施形態では監視コンピューター４６０に搭載されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で実現することとする。ただし、算出部５３０をＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーとして、当該プロセッサーがＩＣメモリー５３１に記憶されたプログラムを演算処理することによりソフトウェア的に実現する構成としてもよい。監視コンピューター５７０は、キーボード５４０によりオペレーターの各種操作入力を受け付け、演算処理の結果をタッチパネル５５０に表示することができる。
本実施形態の構造物監視装置５００によれば、本実施形態の物理量センサーデバイス２００Ａ（２００Ｂ）を利用して構造物５９０の傾斜を監視している。そのため、物理量センサーデバイス２００Ａ（２００Ｂ）の作用効果である高精度な加速度の検出を利用することができ、監視対象である構造物５９０の傾斜を精度良く検出することが可能となって、構造物５９０の監視品質を向上させることができる。
４．４．移動体
図２０は、移動体の構成例を示す図である。本実施形態では移動体６００を、乗用車として例示するが車種は適宜変更可能である。また、移動体６００は、小型船舶や自動運搬装置、構内用の運搬車、フォークリフトなどでもよい。
移動体６００は、実施形態の物理量センサーデバイス２００Ａ（２００Ｂ）と同じ構造を有する物理量センサーデバイス６１０と、物理量センサーデバイス６１０の加速度信号に基づいて、加速、制動及び操舵のうちの少なくとも１つを制御する自動運転制御部（制御部）６２０と、を有し、自動運転の実施或いは不実施を、物理量センサーデバイス６１０の検出信号に基づいて切り替えることができる。
制御部６２０は、車載用のコンピューターにより実現される。制御部６２０は車内ＬＡＮ（Local Area Network）等の通信網によって、物理量センサーデバイス６１０、スロットルコントローラー５０３、ブレーキコントローラー５０５、ステアリングコントローラー５０７、などの各種のセンサーおよびコントローラーと信号送受可能に接続されている。ここで、スロットルコントローラー６０２はエンジン６０１の出力を制御する装置である。ブレーキコントローラー６０４はブレーキ６０３の作動を制御する装置である。ステアリングコントローラー６０６はパワーステアリング６０５の作動を制御する装置である。なお、制御部６２０に接続されるセンサーやコントローラーの種類はこれらに限らず適宜設定できる。
そして、制御部６２０は、内蔵する演算装置で、物理量センサーデバイス６１０の例えば加速度検出信号に基づいて演算処理を行って、自動運転の実施或いは不実施を判定し、自動運転を実施する場合には、スロットルコントローラー６０２、ブレーキコントローラー６０４、ステアリングコントローラー６０６の少なくとも何れか１つに制御命令信号を送信して、加速、制動及び操舵のうちの少なくとも１つを制御する。
自動制御の内容は、適宜設定可能である。例えば、コーナリング中に、物理量センサーデバイス６１０で検出される加速度が、スピンやコーナーアウトを生じる恐れが高いとされる閾値に達した場合に、スピンやコーナーアウトを防止するような制御を行うとしてもよい。また、停止中に、物理量センサーデバイス６１０で検出される加速度が、操作を誤って急激な前進又は後進が生じた可能性が高いとされる閾値に達した場合に、スロットルを強制全閉させて急ブレーキを強制発動させるような制御を行うとしてもよい。
図２０に示す自動運転される移動体６００に用いられるＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance Systems）ロケーターは、物理量センサーデバイス６１０を含む慣性センサーの他に、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）受信機、地図データを格納した地図データベースを有する。ＡＤＡＳロケーターは、ＧＮＳＳ受信機で受信する測位信号と、慣性センサーの計測結果とを組み合わせることにより、移動体の走行位置をリアルタイムで測定する。ＡＤＡＳロケーターは、地図データベースから地図データを読み出す。物理量センサーデバイス６１０を含むＡＤＡＳロケーターからの出力は自動運転制御部６２０に入力される。自動運転制御部６２０は、ＡＤＡＳロケーターからの出力（物理量センサーデバイス６１０からの検出信号を含む）に基づいて、移動体６００の加速、制動、及び操舵の少なくともいずれかを制御する。
図２１は、移動体６００に係るシステムを示すブロック図である。切替部６３０は、ＡＤＡＳロケーターからの出力の変化（物理量センサーデバイス６１０からの検出信号の変化を含む）に基づいて、自動運転制御部６２０での自動運転の実施或いは不実施を切り替える。切替部６３０は、例えば、ＡＤＡＳロケーター中のセンサー（物理量センサーデバイス６１０を含む）の検出能力が低下した異常時に、自動運転の実施から不実施に切り替える信号を制御部６２０に出力する。
また、上述した全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）は、例えば、衛星測位システムとしてのＧＰＳ（Global Positioning System）を利用してもよい。あるいは、例えば、ＥＧＮＯＳ（European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）、等の衛星測位システムのうち１または２以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも１つにＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ（European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service）等の静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite-based Augmentation System）を利用してもよい。
また、上述した全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）は、例えば、衛星測位システムとしてのＧＰＳ（Global Positioning System）を利用してもよい。或いは、例えば、ＥＧＮＯＳ（European Geostationary-SatelliteNavigation Overlay Service）、ＱＺＳＳ（Quasi Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）、ＧＡＬＩＬＥＯ、ＢｅｉＤｏｕ（BeiDou Navigation Satellite System）、等の衛星測位システムのうち１または２以上を利用してもよい。また、衛星測位システムの少なくとも１つにＷＡＡＳ（Wide Area Augmentation System）、ＥＧＮＯＳ（European Geostationary-Satellite Navigation Overlay Service）等の静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ：Satellite-based Augmentation System）を利用してもよい。
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。
１…温度センサー、２…発振器、３…カウンター、５…記憶部、６…演算処理部、１０…物理量センサー、２０…基部、３１〜３４…第１〜第４の腕部、４０…可動部、５０…括れ部、６０…物理量検出素子、７０…錘、１００…物理量センサーデバイス、１１０…基部（パッケージベース）、１１２…段部（基部の一部）、１１３…接着剤、２００Ａ、２００Ｂ…三軸物理量センサーデバイス、３００…傾斜計、３１０…物理量センサーデバイス、３３０…算出部、４００…慣性計測装置、４１０…物理量センサーデバイス、４２０…角速度センサーデバイス、４３０…算出部、５００…構造物監視装置、５１０…物理量センサーデバイス、５２０…受信部、５３０…算出部、６００…移動体、６１０…物理量センサーデバイス、６２０…制御部、６３０…切替部、ｆ１（Ｔ）…一次周波数温度特性、ｆ１１（Ｔ）〜ｆ２６（Ｔ）…二次周波数温度特性、ｆ３１（Ｔ）〜ｆ３４（Ｔ）…三次周波数温度特性、Ｔ１…第一の境界温度、Ｔ２…第二の境界温度、Ｔ３…第三の境界温度

Claims (17)

  1. 物理量センサーと、記憶部と、を含み、
    前記記憶部は、
    前記物理量センサーを用いて測定された実周波数温度特性と、所定の定数を用いた単一の近似多項式により全動作温度範囲で前記実周波数温度特性に近似させた一次周波数温度特性と、の誤差の絶対値の最大値となる温度を第一の境界温度としたとき、
    前記第一の境界温度未満の第一の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第一の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第一の定数と、
    前記第一の境界温度以上の第二の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第二の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第二の定数と、
    を記憶していることを特徴とする物理量センサーデバイス。
  2. 請求項１において、
    前記最大値は、前記全動作温度範囲の中の複数の温度について得られた実データに基づいて作成された前記実周波数温度特性のうちのいずれか一つの前記実データであることを特徴とする物理量センサーデバイス。
  3. 請求項１において、
    前記最大値は、前記全動作温度範囲の中の複数の温度について得られた実データに基づいて作成された前記実周波数温度特性のうちの２つの前記実データ間に補間された値であることを特徴とする物理量センサーデバイス。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
    前記記憶部は、
    前記第一の温度領域において、前記実周波数温度特性と前記一次周波数温度特性との誤差が極大値または極小値となる温度を第二の境界温度としたとき、
    前記第二の境界温度未満の第三の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第三の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第三の定数と、
    前記第二の境界温度以上でかつ第一の境界温度未満の第四の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第四の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第四の定数と、
    を、前記第一の定数に代えて記憶していることを特徴とする物理量センサーデバイス。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
    前記記憶部は、
    前記第二の温度領域において、前記実周波数温度特性と前記一次周波数温度特性との誤差が極大値または極小値となる温度を第三の境界温度としたとき、
    前記第一の境界温度以上でかつ前記第三の境界温度未満の第五の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第五の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第五の定数と、
    前記第三の境界温度以上の第六の温度領域で、前記実周波数温度特性に近似させた第六の二次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第六の定数と、
    を、前記第二の定数に代えて記憶していることを特徴とする物理量センサーデバイス。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項において、
    前記実周波数温度特性は、前記第一の境界温度で周波数が局所的に低くなるディップを含むことを特徴とする物理量センサーデバイス。
  7. 請求項５または６において、
    前記実周波数温度特性は、
    前記第一の境界温度で局所的に低くなる第一のディップと、
    前記第二の境界温度または前記第三の境界温度で局所的に低くなる第二のディップと、
    を含むことを特徴とする物理量センサーデバイス。
  8. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
    前記記憶部は、
    前記第一の温度領域において、前記実周波数温度特性と前記第一の二次周波数温度特性及の誤差が極大値または極小値となる温度を第二の境界温度としたとき、
    前記第二の境界温度未満の第三の温度領域で、前記実周波数温度特性と前記第一の二次周波数温度特性との誤差の絶対値を最小とする第一の三次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第三の定数と、
    前記第二の境界温度以上でかつ第一の境界温度未満の第四の温度領域で、前記実周波数温度特性と前記第二の二次周波数温度特性との誤差の絶対値を最小とする第二の三次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第四の定数と、
    を、前記第一の定数に代えて記憶していることを特徴とする物理量センサーデバイス。
  9. 請求項１、２、３または８において、
    前記記憶部は、
    前記第二の温度領域において、前記実周波数温度特性と前記第二の二次周波数温度特性との誤差が極大値または極小値となる温度を第三の境界温度としたとき、
    前記第一の境界温度以上でかつ前記第三の境界温度未満の第五の温度領域で、前記実周波数温度特性と前記第二の二次周波数温度特性との誤差の絶対値を最小とする第三の三次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第五の定数と、
    前記第三の境界温度以上の第六の温度領域で、前記実周波数温度特性と前記第二の二次周波数温度特性との誤差の絶対値を最小とする第四の三次周波数温度特性を得るために前記近似多項式中の各項の定数に用いられる第六の定数と、
    を、前記第二の定数に代えて記憶していることを特徴とする物理量センサーデバイス。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一項において、
    前記第一の定数と前記第二の定数とは、前記単一の近似多項式をＮ（Ｎは２以上の整数）次多項式としたときの（Ｎ＋１）個の定数のうちの少なくとも一個が異なることを特徴とする物理量センサーデバイス。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか一項において、
    回路基板を含み、
    前記物理量センサーを３つ有し、
    前記３つの物理量センサーは、各々の検出軸が直交する三軸の各々に合わせられて前記回路基板に実装されていることを特徴とする物理量センサーデバイス。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか一項において、
    前記物理量センサーは、
    基部と、
    可動部と、
    前記基部と前記可動部との間に配置され、前記基部と前記可動部とを連結している括れ部と、
    応力に応じて共振周波数が変化し、平面視で前記括れ部を跨いで配置され、前記基部と前記可動部とに取り付けられている物理量検出素子と、
    を含むことを特徴とする物理量センサーデバイス。
  13. 請求項１乃至１２のいずれか一項において、
    前記物理量は加速度であることを特徴とする物理量センサーデバイス。
  14. 請求項１３に記載の物理量センサーデバイスと、
    構造体に取り付けられている前記物理量センサーデバイスからの出力信号に基づいて、前記構造体の傾斜角度を算出する算出部と、
    を含むことを特徴とする傾斜計。
  15. 請求項１３に記載の物理量センサーデバイスと、
    角速度センサーデバイスと、
    前記物理量センサーデバイスからの加速度信号と、前記角速度センサーデバイスからの角速度信号とに基づいて、移動体の姿勢を算出する回路部と、
    を含むことを特徴とする慣性計測装置。
  16. 請求項１３に記載の物理量センサーデバイスと、
    構造物に取り付けられている前記物理量センサーデバイスからの検出信号を受信する受信部と、
    前記受信部から出力された信号に基づいて、前記構造物の傾斜角度を算出する算出部と、
    を含むことを特徴とする構造物監視装置。
  17. 請求項１３に記載の物理量センサーデバイスと、
    前記物理量センサーデバイスで検出された検出信号に基づいて、加速、制動、及び操舵の少なくともいずれかを制御する制御部と、
    を含み、
    自動運転の実施或いは不実施は、前記物理量センサーデバイスからの検出信号の変化に応じて切り替えられることを特徴とする移動体。
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