JP2021516753A - 加速度センサ、静電容量検出回路及び方法、加速度処理回路及び方法、記憶媒体、ならびに電子機器 - Google Patents

加速度センサ、静電容量検出回路及び方法、加速度処理回路及び方法、記憶媒体、ならびに電子機器 Download PDF

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Abstract

加速度センサ（１００）は、ベース（１０１）と、ベース（１０１）上に固定された固定電極（１０３）と、固定電極（１０３）に対して移動可能なマス（１０２）とを含み、マス（１０２）が導電電極（１０４）を含み、導電電極（１０４）と固定電極（１０３）とはコンデンサを形成するように構成されており、かつ、該コンデンサの静電容量が、ベース（１０１）に対するマス（１０２）の移動により変化可能である。さらに、静電容量検出回路及び方法、加速度処理回路及び方法、記憶媒体、ならびに電子機器を提供する。

Description

本願は、２０１８年３月１４日に提出された中国特許出願第２０１８１０２０８５１２．５号の優先権を主張し、該中国特許出願の全体が援用によって本願の一部として組み込まれる。
本開示の実施例は、加速度センサ、静電容量検出回路及び方法、加速度処理回路及び方法、記憶媒体、ならびに電子機器に関する。
加速度センサは、小型、軽量かつ便利で柔軟性があるなどの特徴を有するので、飛翔機制御、自動車安全などの分野に広く使用されている。
加速度センサの種類は、ピエゾ抵抗型、圧電型、共振型、トンネル電流型及び静電容量型などがある。静電容量型マイクロ加速度センサは、構造が簡単で、出力が安定的で、温度ドリフトが小さく、かつ結合テストしやすいなどの利点を有し、大規模製造に有利である。
本開示の少なくとも１つの実施例は、ベースと、前記ベース上に固定された固定電極と、前記固定電極に対して移動可能なマスと、を含み、前記マスは導電電極を含み、前記導電電極と前記固定電極とはコンデンサを形成するように構成されており、かつ、前記コンデンサの静電容量は、前記ベースに対する前記マスの移動により変化可能である、加速度センサを提供する。
幾つかの実施例において、前記加速度センサは、前記導電電極と前記固定電極との間に位置する誘電体層をさらに含む。
幾つかの実施例において、前記加速度センサは、前記ベース上に位置するカンチレバーをさらに含み、前記マスが前記カンチレバーに接続されている。
幾つかの実施例において、前記カンチレバーの一方端が前記ベースに接続されており、前記カンチレバーの他方端が前記マスに接続されている。
幾つかの実施例において、前記カンチレバーはバネを含む。
幾つかの実施例において、前記コンデンサの静電容量値と前記加速度センサの加速度とは線形関係にある。
幾つかの実施例において、前記固定電極が複数個であり、複数個の前記固定電極が前記ベース上に隙間を空けて配置されている。
幾つかの実施例において、複数個の前記固定電極が、前記ベースに対する前記マスの移動方向に沿って平行に配列されている。
本開示の少なくとも１つの実施例は、両端がそれぞれ前記加速度センサの固定電極及び導電電極と電気的に接続されている第１のコンデンサと、前記第１のコンデンサの静電容量値を検出信号に変換し、前記検出信号を出力するように構成されている検出サブ回路とを含む、前記加速度センサのコンデンサの静電容量値をモニタリングするための静電容量検出回路をさらに提供する。
幾つかの実施例において、前記検出サブ回路は、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第２のコンデンサ、抵抗器、生成サブ回路及び記憶サブ回路を含み、前記第１のコンデンサは、前記第１のスイッチがオンとなることに応答して充電し、前記第１のスイッチがオフ、前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチがいずれもオンとなることに応答して放電して前記第２のコンデンサを充電するように構成されており、前記生成サブ回路は、前記第２のコンデンサの電圧及び基準電圧に基づいて、前記検出信号を生成し、前記第２のコンデンサの電圧が前記基準電圧より低い場合、生成した前記検出信号が第１のレベルにあり、前記第２のコンデンサの電圧が前記基準電圧以上である場合、生成した前記検出信号が第２のレベルにあるように構成されており、前記第２のコンデンサは、前記検出信号が前記第２のレベルにあることに応答して、前記抵抗器を介して放電するように構成されており、前記記憶サブ回路は、前記検出信号をバッファして出力するように構成されている。
幾つかの実施例において、前記検出サブ回路は、クロック信号端から入力されたクロック信号を位相反転して前記第１のスイッチの制御用電極へ出力するように構成されている第１の位相反転器と、前記検出信号が前記第１のレベルにあるときに前記第３のスイッチがオンとなるように、前記検出信号を位相反転して前記第３のスイッチの制御用電極へ出力するように構成されている第２の位相反転器と、をさらに含む。
幾つかの実施例において、前記検出サブ回路は、前記第２のコンデンサが前記抵抗器を介して放電するように、前記検出信号が前記第２のレベルにあるときに応答してオンとなるように構成されている第４のスイッチをさらに含む。
幾つかの実施例において、前記第１の位相反転器の入力端が前記クロック信号端に接続されており、前記第１の位相反転器の出力端が前記第１のスイッチの制御用電極に接続されており、前記第２の位相反転器の入力端が前記生成サブ回路の出力端に接続されており、前記第２の位相反転器の出力端が前記第３のスイッチの制御用電極に接続されており、前記第１のスイッチの第１の電極が、入力された第１の電圧を受信するために第１の電源端に接続されており、前記第１のスイッチの第２の電極が、前記第１のコンデンサの第１端に接続されており、前記第１のコンデンサの第２端が接地されており、前記第２のスイッチの制御用電極が、前記クロック信号を受信するために前記クロック信号端に接続されており、前記第２のスイッチの第１の電極が前記第１のコンデンサの第１端に接続されており、前記第２のスイッチの第２の電極が前記第２のコンデンサの第１端に接続されており、前記第３のスイッチの第１の電極が前記第２のコンデンサの第２端に接続されており、前記第３のスイッチの第２の電極が前記第１のコンデンサの第２端に接続されており、前記第４のスイッチの制御用電極が前記生成サブ回路の出力端に接続されており、前記第４のスイッチの第１の電極が前記抵抗器の第１端に接続されており、前記第４のスイッチの第２の電極が前記第２のコンデンサの第２端に接続されている。
幾つかの実施例において、前記生成サブ回路は、コンパレータを含み、前記コンパレータの正相入力端が前記第２のコンデンサの第１端及び前記抵抗器の第２端とそれぞれ接続されており、前記コンパレータの逆相入力端が、前記基準電圧を受信するために基準電圧端に接続されており、前記コンパレータの出力端が前記第２の位相反転器の入力端に接続されている。
幾つかの実施例において、前記記憶サブ回路は、ラッチを含み、前記ラッチの入力端が前記生成サブ回路の出力端に接続されている。
幾つかの実施例において、前記検出信号が方形波信号を含み、前記方形波信号のパルス個数と前記加速度センサの加速度とは線形関係にある。
本開示の少なくとも１つの実施例は、前記第１のコンデンサを充電するステップと、前記第１のコンデンサを放電させることによって第２のコンデンサに対する充電を実現すること及び前記第２のコンデンサを放電させることを含む充放電操作を、前記第１のコンデンサの電荷放出が終了するまで繰り返すステップと、前記第２のコンデンサの電圧及び基準電圧に基づいて、前記検出信号を生成し、前記第２のコンデンサの電圧が前記基準電圧より低い場合、生成した前記検出信号が第１のレベルにあり、前記第２のコンデンサの電圧が前記基準電圧以上である場合、生成した前記検出信号が第２のレベルにあるステップと、前記検出信号をバッファして出力するステップと、を含む、前記静電容量検出回路に用いられる静電容量検出方法をさらに提供する。
本開示の少なくとも１つの実施例は、前記静電容量検出回路と、加速度計算サブ回路と、処理サブ回路と、を含み、前記静電容量検出回路は、前記検出信号を前記加速度計算サブ回路へ出力するように構成されており、前記加速度計算サブ回路は、前記検出信号に基づいて加速度の関連パラメータ値を算出するように構成されており、前記処理サブ回路は、前記加速度の関連パラメータ値に基づいて、前記関連パラメータ値に対応する操作を実行するように構成されている、加速度処理回路をさらに提供する。
幾つかの実施例において、前記関連パラメータ値と、前記加速度センサが測定した加速度とは、線形関係にある。
幾つかの実施例において、前記検出信号は、方形波信号を含み、前記関連パラメータ値は、前記方形波信号のパルス個数を含む。
幾つかの実施例において、前記処理サブ回路は、前記方形波信号のパルス個数が設定された閾値未満である場合に、前記操作を実行するように構成されている。
幾つかの実施例において、前記操作は、エアバッグの開き、警察機関への通報、注意メッセージの送信又は警告信号の生成を含む。
本開示の少なくとも１つの実施例は、前記加速度センサにおけるコンデンサをモニタリングしてモニタリング結果を前記検出信号に変換するステップと、前記検出信号に基づいて、前記加速度の関連パラメータ値を算出するステップと、前記加速度の関連パラメータ値に基づいて、前記関連パラメータ値に対応する操作を実行するステップと、を含む、前記加速度処理回路に用いられる加速度処理方法をさらに提供する。
幾つかの実施例において、前記検出信号が方形波信号であり、前記検出信号に基づいて前記加速度の関連パラメータ値を算出するステップは、所定期間内に、前記方形波信号のパルス個数を統計するステップを含み、前記の、前記加速度の関連パラメータ値に基づいて前記加速度の関連パラメータ値に対応する操作を実行するステップは、前記パルス個数が設定された閾値未満であるか否かを判断するステップと、前記パルス個数が前記設定された閾値未満である場合に、前記操作を実行するステップとを含む。
本開示の少なくとも１つの実施例は、コンピュータ命令が格納されている記憶媒体であって、前記コンピュータ命令がプロセッサにより実行される場合に、前記加速度処理方法における１つ又は複数のステップが実行される、記憶媒体をさらに提供する。
本開示の少なくとも１つの実施例は、前記加速度処理方法の１つ又は複数のステップを実行するためにコンピュータ命令を実行するように構成されている１つ又は複数のプロセッサを含む、電子機器をさらに提供する。
本開示の実施例の技術的解決手段をより明確に説明するために、以下、実施例の図面を簡単に説明し、明らかに、以下に説明する図面は、本開示を制限するものではなく、本開示の幾つかの実施例のみに関するものである。
本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサの上面図の一である。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサの、図１のＡ−Ａ面に沿って切断した断面図である。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサの上面図の二である。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサの、図３ＡのＢ−Ｂ面に沿って切断した断面図である。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサの、加速度の作用により変位変形する模式図である。 図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃ及び図５Ｄは、本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサの動作過程模式図である。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサのコンデンサの、加速度が０である場合の構造図である。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサのコンデンサの、加速度が０を超えた場合の構造図である。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサの加速度とコンデンサの静電容量値との間の関係図である。 櫛歯型加速度センサの加速度とコンデンサの静電容量値との間の関係図である。 本開示の幾つかの実施例が提供する静電容量検出回路の構成ブロック図である。 本開示の幾つかの実施例が提供する静電容量検出回路の回路図の一である。 本開示の幾つかの実施例が提供する静電容量検出回路の回路図の二である。 本開示の幾つかの実施例が提供する第２のコンデンサの充放電過程と検出信号との対応関係図の一である。 本開示の幾つかの実施例が提供する第２のコンデンサの充放電過程と検出信号との対応関係図の二である。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサの加速度と検出信号から出力された高レベルの回数との関係図の一である。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度センサの加速度と検出信号から出力された高レベルの回数との関係図の二である。 櫛歯型加速度センサの加速度と検出信号から出力された高レベルの回数との関係図である。 本開示の幾つかの実施例が提供する静電容量検出方法のフローチャートである。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度処理回路の構成ブロック図である。 本開示の幾つかの実施例が提供する加速度処理方法のフローチャートである。 本開示の幾つかの実施例が提供する封止回路の模式図である。
以下、図面を参照しながら本開示の実施例における技術的解決手段を明確に、完全に説明し、図面に示されて以下に詳しく記載されている非限定的な例示的実施例を参考にして、本開示の例示的実施例及びそれらの様々な特徴ならびに有利な詳細をより全面的に説明する。注意すべきことに、図に示される特徴は、一定の縮尺で描かれる必要はない。挙げられた例は、本開示の実施例の実施をより容易に理解するためのもの、及び当業者が例示的実施例の実施をさらに可能にするためのものに過ぎない。したがって、これらの例は、本開示の実施例の範囲を制限するものであると理解されるべきではない。
特に定義がない限り、本開示が用いる技術用語又は科学用語は、当業者であれば理解し得る通常の意味である。本開示が用いる「第１」、「第２」及び類似する語は、何らかの順序、数又は重要性を表すものではなく、異なる素子を区別するためのものに過ぎない。このほか、本開示の各実施例において、同一又は類似する参照符号は、同一又は類似する部材を表す。本開示の例における隣接層同士は、必ずしも緊密に接触するとは限らず、一定の隙間が存在する可能性がある。
関連技術において、櫛歯型静電容量センサは、常用される微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）加速度センサであり、櫛歯型ＭＥＭＳ加速度センサは、移動可能な検出用マスを含み、該検出用マスには、加速度センサの感度を高めるために、互いに交差する複数本の指状構造が設けられている。しかし、該指状構造は非常に大きな空間を占める必要があり、素子寸法の小型化及び集積化に不利である。また、櫛歯型ＭＥＭＳ加速度センサにおいて、静電容量が櫛歯の距離に反比例しているので、両者は非線形関係を呈し、データの計算及び処理に不便である。櫛歯型ＭＥＭＳ加速度センサは、櫛歯の距離に対する感度が高く、異なる温度環境において、電極に熱による膨張収縮現象の発生が不可避であるので、計算結果にある程度のバラツキを引き起こし、すなわち、異なる環境温度、例えば異なる季節及び異なる地域で、櫛歯型ＭＥＭＳ加速度センサによる同じ大きさの加速度に対する検出結果の差が大きく、温度に大きく影響されている。
本開示の実施例は、加速度センサ、静電容量検出回路及び方法、加速度処理回路及び方法、記憶媒体、ならびに電子機器を提供する。本開示の実施例の加速度センサ、静電容量検出回路及び加速度処理回路は、加速度検出を行う必要のある場面に適用可能である。
本開示の実施例は、感知した加速度を加速度センサによってコンデンサの静電容量値に変換し、かつ、本開示の実施例の加速度センサを用いて変換されたコンデンサの静電容量値と、感知した加速度とは線形関係を満足するので、データの計算、処理及びモニタリングに便利である。しかも、本開示の実施例の加速度センサは、体積が小さく、集積しやすく、櫛歯構造がないため温度に影響されにくい。本開示の実施例は、さらに、加速度センサが感知したコンデンサの静電容量値を、静電容量検出回路によって、検出及び統計に便利な検出信号（例えば、方形波信号）にさらに変換することにより、コンデンサの静電容量値を迅速かつ感度よくモニタリングすることができる。本開示の実施例の加速度処理回路は、さらに、静電容量検出回路から出力された検出信号に基づいて自動車などの交通運輸手段の安全措置の実行を制御して、さらに運転者及び乗員の人身安全に対する保護を実現することができる。
例えば、本開示の実施例の加速度センサ、静電容量検出回路及び加速度処理回路は、車両の高速衝突時の加速度検出に適用することができる。例えば、本開示の実施例が提供する加速度センサによって、車両の加速度を、該加速度と線形関係を満足するコンデンサの静電容量値に変換し、さらに静電容量検出回路によってコンデンサの静電容量値をモニタリングし、モニタリング結果を、処理しやすい検出信号（例えば、方形波信号）に変換し、最後に、加速度処理回路によって検出信号に基づいて車両が衝突したか否か及び衝突の深刻程度を決定する。
幾つかの実施例において、衝突が深刻ではない場合（例えば、静電容量値の検出により、得られた加速度ａがある所定の閾値より小さいと判断した場合）、安全保護措置を起動しない（例えば、安全保護措置はエアバッグを含む）。
幾つかの他の実施例において、衝突が深刻な場合（例えば、静電容量値の検出により、得られた加速度がある所定の閾値より大きいと判断した場合）、安全保護措置を起動する必要がある（例えば、エアバッグを起動）。例えば、静電容量検出回路が検出信号（例えば、方形波信号）を加速度計算サブ回路及び処理サブ回路に送信し、さらに加速度計算サブ回路及び処理サブ回路によって検出信号に基づいて自動車が衝突したか否か及び安全保護措置を起動すべきか否かを迅速に特定することができる（例えば、エアバッグを起動）。車両に深刻な衝突が発生したと判断された場合、車載エレクトロニックコントロールユニットＥＣＵが点火装置に命令を送信し、点火装置がこの命令に応答して点火を行う。その後、ガス発生装置が大量のガスを発生させ（例えば、窒素ガス（Ｎ２））、Ｎ２をエアバッグに送り出すことにより乗員の人身安全を保護する。以下、図１〜図７Ｂを参照しながら本開示の実施例の加速度センサ１００を説明する。
図１に示すように、本開示の実施例は、加速度センサ１００を提供し、該加速度センサ１００は、ベース１０１と、ベース１０１上に固定された固定電極１０３と、固定電極１０３に対して移動可能なマス１０２と、を含んでもよい。マス１０２は、可動部材１０２１と可動部材１０２１上に位置する導電電極１０４とを含む。導電電極１０４及び固定電極１０３はコンデンサを形成するように構成されており、かつ、該コンデンサの静電容量は、ベース１０１に対するマス１０２の移動により変化可能である。例えば、導電電極１０４の正投影と固定電極１０３の正投影との重なり面積は変化可能である。例えば、固定電極１０３の正投影は、該固定電極１０３の、ベース１０１に垂直な方向に沿ってベース１０１の表面上への投影であり、導電電極１０４の正投影は、該導電電極１０４の、ベース１０１に垂直な方向に沿ってベース１０１の表面上への投影である。幾つかの例において、固定電極１０３が導電電極１０４の上方又は下方に位置し、固定電極１０３の正投影と導電電極１０４の正投影とが互いに重なり、かつ加速度センサ１００の運動につれて、該重なり面積は、マス１０２とベース１０１との相対移動により変化可能である。図１を参照してわかるように、ベース１０１の表面に垂直な方向に、導電電極１０４と固定電極１０３とが重なっており、かつ、重なり面積が変化可能である。導電電極１０４及び固定電極１０３は、コンデンサを形成するように構成されている。該加速度センサ１００は、体積が小さく、集積しやすく、櫛歯構造がないため温度に影響されにくい。
幾つかの実施例において、ベース１０１は、水平に放置されている基板であってもよく（例えば、該基板が車両中に水平に固定されている）、それに応じて、加速度センサ１００は、水平方向上の加速度を感知するためである。この場合、導電電極１０４と固定電極１０３は、鉛直方向に重なり、かつ、重なり面積を形成している。例えば、重なり面積は、図１の点線枠に示される導電電極１０４が位置する矩形領域を含んでもよい。
なお、本開示の実施例は、ベース１０１の放置方向に対して限定しない。例えば、検出する必要のある加速度の方向に応じてベース１０１の放置方向を特定してもよい。
図１に示すように、幾つかの例において、可動部材１０２１に１つの矩形領域を含み、この矩形領域において導電電極１０４に対応する導電層が設置されている。例えば、該矩形領域は、加速度が０である場合、固定電極１０３の、可動部材１０２１の表面上に形成された正投影の一部を含んでもよく、かつ該正投影の一部が可動部材１０２１と互いに重なっている。例えば、可動部材１０２１は、厚いシリコン単結晶基板部分で構成されてもよい。
なお、本開示の実施例は、マス１０２における可動部材１０２１及び導電電極１０４の具体的な設置方式に対して限定しない。例えば、幾つかの例において、導電電極１０４は、単独な導電性部材であり、かつ可動部材１０２１上に固定されており、可動部材１０２１は絶縁材料で作製されたものである。例えば、幾つかの他の例において、導電電極１０４は可動部材１０２１に嵌め込まれており、つまり、導電電極１０４は、可動部材１０２１と一体化形成されているか、あるいは可動部材１０２１の一部であり、該可動部材１０２１が導電性材料で作製されたものである。可動部材１０２１及び導電電極１０４は、さらにその他の適切な設置方式を用いてもよく、本開示の実施例はこれに対して限定しない。
このほか、本開示の実施例は、さらに複数個の加速度センサ１００を設置することにより異なる方向の加速度を感知してもよい。
加速度センサ１００の、加速度を感知する感度をさらに高めるために、幾つかの実施例において、加速度センサ１００に含まれる固定電極１０３と導電電極１０４との間に誘電体層１０９が設置されている。例えば、誘電体層１０９の材料は、パラフィン、マイカ、ダイヤモンド及びポリエステル等を含んでもよいが、これらに制限されない。
以下、図２を代表例として誘電体層１０９を含む加速度センサ１００を説明する。
図２は、加速度センサ１００の、図１のＡ−Ａ面に沿って切断した断面図であり、かつ、図２に示す加速度センサ１００は、ベース１０１と、マス１０２と、誘電体層１０９と、固定電極１０３とを含み、マス１０２は可動部材１０２１と導電電極１０４とを含む。例えば、ベース１０１、可動部材１０２１、導電電極１０４、誘電体層１０９及び固定電極１０３は、下から上までこの順に設置されている。注意すべきことに、図２に示すマス１０２（又は可動部材１０２１）とベース１０１とは緊密に接触しておらず、これは、マス１０２をベース１０１に対して平行移動可能にするためである。例えば、マス１０２とベース１０１との間の距離が０．５ｍｍであってもよい。例えば、導電電極１０４は、可動部材１０２１中に嵌め込まれてもよい。
幾つかの他の例において、加速度センサ１００において、ベース１０１、固定電極１０３、誘電体層１０９、導電電極１０４及び可動部材１０２１は、下から上までこの順に設置されてもよく、本開示の実施例は、これに対して限定しない。
本開示の上記実施例において、固定電極１０３と導電電極１０４との間に誘電体層１０９が増加されたので、固定電極１０３と導電電極１０４とで構成された、重なり面積を有するフラットコンデンサの静電容量値を効果的に高めることができる。コンデンサの静電容量値が増加したので、加速度センサ１００の、加速度を感知する感度を向上させた。
本開示の少なくとも１つの実施例において、マス１０２（又は可動部材１０２１）をベース１０１上に固定して、ベース１０１と平行する第１の方向（即ち、加速度ａの方向）にマス１０２をある程度変位させるために、加速度センサ１００は、ベース１０１上に設置されたカンチレバー１０５をさらに含んでもよく、かつマス１０２（又は可動部材１０２１）がカンチレバー１０５に接続されている。
図１に示すように、カンチレバー１０５を介して、マス１０２をベース１０１上に接続することができる。例えば、カンチレバー１０５の一方端を第１の固定部材１０６を介してベース１０１に接続し、該カンチレバー１０５の他方端を第２の固定部材１０７を介してマス１０２上に接続してもよい。例えば、微細加工プロセスを用いて積層することで第１の固定部材１０６を得ることができる。例えば、第２の固定部材１０７は、スクリューを含む。
幾つかの実施例において、カンチレバー１０５は、バネ又はその他の変形可能な弾性部材（例えば、剛性カンチレバー）を含む。例えば、図１に示す加速度センサ１００は、一定の弾性変形が発生可能な４本のカンチレバー１０５を含む。本開示の実施例は、カンチレバー１０５の数に対して限定しない。幾つかの例において、バネをカンチレバー１０５として用いると、マス１０２が移動する距離の大きさがバネの弾力に関連する。また、バネをカンチレバー１０５として用いた加速度センサ１００の体積が比較的に大きいが、剛性カンチレバーをカンチレバー１０５として用いた加速度センサ１００の体積が比較的に小さい。
幾つかの実施例において、さらに固定部材１０８を介して固定電極１０３の両端をベース１０１上に固定する。例えば、微細加工プロセスを用いて積層して固定部材１０８を得てもよい。
例えば、図１中の加速度センサ１００は、固定電極１０３と電気的に接続されている第１の導線２０５、及び導電電極１０４と電気的に接続されている第２の導線２０６をさらに含む。なお、本開示の実施例は、第２の導線２０６のマス１０２上の設置位置に対して限定せず、つまり、第２の導線２０６が図１とは別の位置に設置されてもよく、第２の導線２０６と導電電極１０４とが電気的に接続されるのを保証すればよい。本開示の実施例は、静電容量検出回路がこの静電容量値を検出信号に変換するように、加速度センサ１００におけるコンデンサの静電容量値を、第１の導線２０５及び第２の導線２０６を介して出力することができる。
本開示の実施例は、マス１０２上に設置される導電電極１０４の数に対して限定せず、それに応じて、本開示の実施例はベース１０１上に固定される固定電極１０３の数に対しても限定しない。複数個の導電電極１０４及び複数個の固定電極１０３を設置することによって複数の並列されるフラットコンデンサが得られ、さらに加速度センサ１００の、加速度を感知する時の感度を高めることができる。
図３Ａに示すように、加速度センサ１００のマス１０２の可動部材１０２１上に平行してかつ隙間を空けてｎ個の導電電極１０４ａ…１０４ｎが設置されており、それに応じて、ベース１０１上に平行してかつ隙間を空けてｎ個の固定電極１０３ａ…１０３ｎが設置されており、ただし、ｎは１より大きい整数である。例えば、ｎ個の導電電極１０４ａ…１０４ｎは、ベース１０１に対するマス１０２の移動方向に沿って平行に配列されており、ｎ個の固定電極１０３ａ…１０３ｎも、ベース１０１に対するマス１０２の移動方向に沿って平行に配列されており、ｎ個の導電電極１０４ａ…１０４ｎとｎ個の固定電極１０３ａ…１０３ｎとは一々対応している。
ｎ個の固定電極１０３ａ…１０３ｎをベース１０１上に固定するために、図３Ａは、これらの固定電極をベース１０１上に固定する複数の固定部材１０８ａ…１０８ｎをさらに示している。
図３Ｂは、加速度センサ１００の、図３ＡのＢ−Ｂに沿って切断した断面図である。図３Ｂからわかるように、各々の導電電極１０４ａ…１０４ｎと各々の固定電極１０３ａ…１０３ｎの両極板の間には、さらに誘電体層１０９がそれぞれ設置されている。
幾つかの他の例において、図３Ｂにおける加速度センサ１００の各層同士の位置関係を調整してもよい。例えば、加速度センサ１００において、ベース１０１、複数の平行してかつ隙間を空けて設置されている固定電極１０３ａ…１０３ｎ、複数の固定電極１０３ａ…１０３ｎに対応して設置されている誘電体層１０９、複数の平行してかつ隙間を空けて設置されている導電電極１０４ａ…１０４ｎ、及び可動部材１０２１が、下から上までこの順に設置されてもよい。
本開示の上記実施例の加速度センサ１００は、コンデンサの静電容量値と、加速度センサ１００が感知する加速度との間に線形関係を満足させることができ、以下、図４〜図７Ｂを参照しながら両者の間の線形関係を説明する。
図１は、加速度が０である場合の加速度センサ１００の模式図であり、図４は、本開示の実施例の加速度センサ１００の加速度がａである場合の変形模式図である。
図４の加速度センサ１００は、加速度ａの作用により、マス１０２とベース１０１との間に相対変位を発生させ、導電電極１０４と固定電極１０３との重なり面積を変化させた（例えば、図４中の導電電極１０４は、一部の領域が図１に示す矩形重なり領域から出た）。相応的に、カンチレバー１０５の、マス１０２と接続する端もある程度の変形が発生した。
図１に対する図４の変形量を説明するために図５Ａ〜図５Ｄをさらに参照することができる。図５Ａ及び図５Ｄでは、剛性カンチレバーのみを代表例として、関連する算式を導き出したが、これは本開示の実施例を制限するためではない。
図５Ａ中の加速度センサ１００の加速度が０であり、かつ対応するコンデンサの初期静電容量値Ｃ０が図６Ａに示されている。図５Ｃ中の加速度センサ１００の加速度がａであり、マス１０２は、加速度ａの作用により図５Ａの初期位置に対して発生した変位がｗであり、かつこの時の加速度センサ１００のコンデンサの静電容量値Ｃが図６Ｂに示されている。
上記図５Ａ〜５Ｄを参照してわかるように、加速度ａの作用により、マス１０２が左へ移動した距離がｗである。４本のカンチレバー１０５は、各々一方端がマス１０２に接続されているので、その移動距離が同様にｗである。
図５Ａ〜図５Ｄに基づいて以下の慣性力の式（１）及びカンチレバー１０５の変位の式（２）を得た。
Figure 2021516753
Figure 2021516753
上記式（１）において、Ｆは、マス１０２に対する単一カンチレバー１０５の作用力を表し（図５Ｂに示すように）、ｍは、マス１０２の質量を表し、ａは、加速度センサ１００の加速度を表す。
上記式（２）において、ＥＩは、カンチレバー１０５の曲げ剛性を表し、ここで、Ｅは、カンチレバー１０５の弾性率（即ち、単位当たりのひずみを発生させるときに必要な応力）を表し、Ｉは、材料横断面の曲げ中立軸に対するカンチレバー１０５の慣性モーメントを表し、Ｌは、カンチレバー１０５の長さを表す（図５Ｂに示すように）。
図６Ａにおいて固定電極１０３と導電電極１０４との間の重なり面積をＳ０と仮定する。加速度ａの作用により、マス１０２が左へ距離ｗ移動した後（即ち、図６Ｂに示す状態）、固定電極１０３と導電電極１０４との間の重なり面積がＳとなった。例えば、下記の式（３）及び式（５）からわかるように、加速度センサ１００が形成したコンデンサの静電容量値Ｃ（又はＣ０）、及び固定電極１０３と導電電極１０４との間の重なり面積Ｓ（又はＳ０）の両者は、正相関の線形関係である。すなわち、重なり面積Ｓが大きいほど、静電容量値Ｃが大きくなる。
上記のパラメータに基づいて得られた図６Ａの静電容量値Ｃ０を算出する式及び図６Ｂの静電容量値Ｃを算出する式はそれぞれ以下の通りである。
Figure 2021516753
Figure 2021516753
Figure 2021516753
Figure 2021516753
上記式（３）及び式（５）において、εｒは、誘電体層１０９の誘電率を表し、πは円周率を表し、ｋは静電定数を表し、ｄは、固定電極１０３と導電電極１０４との間の誘電体層１０９の厚さを表す（図６Ａに示すように）。上記式（４）及び（６）において、ｂは、マス１０２の幅を表し（図５Ａに示すように）、ｅは、固定電極１０３の幅を表し（図５Ａに示すように）、ｗは、加速度ａの作用によりマス１０２がベース１０１対して発生した変位を表す（図５Ｃ及び図５Ｄに示すように）。
本開示の実施例の加速度センサ１００の加速度ａとコンデンサの静電容量値Ｃとの関係を得るために、上記式（１）〜（６）を組み合わせることができ、得られた加速度ａと静電容量値Ｃの計算関係式は以下の通りである。
Figure 2021516753
上記式（７）において、パラメータＫ１は定数であり、その大きさが
Figure 2021516753
 である。
上記式（７）からわかるように、加速度センサ１００の加速度ａと静電容量値Ｃとの間は、線形関係（例えば、負相関の線形関係）を満足する。すなわち、静電容量値Ｃが大きいほど、加速度ａが小さくなる。したがって、本開示の実施例は、加速度センサ１００のコンデンサの静電容量値Ｃをモニタリングするだけで、加速度ａの大きさを特定することができる。
図７Ａは、式（７）で得られた加速度センサ１００の加速度ａと静電容量値Ｃとの間の関数関係図をさらに示している。図７Ａから直観的にわかるように、加速度ａと静電容量値Ｃとは線形関係（例えば、負相関の関係）を満足する。図７Ａからさらにわかるように、固定電極１０３と導電電極１０４との間の静電容量値が０である場合に加速度ａの大きさがａ＝Ｋ１であり、固定電極１０３と導電電極１０４との間の静電容量値が大きくなりＣ０となった場合（この時、静電容量値が最大となった）、加速度ａが小さくなり０なった。
図７Ｂは、櫛歯型加速度センサの加速度ａと静電容量値Ｃとの関係図をさらに示す。図７Ｂからわかるように、櫛歯型加速度センサの加速度ａと静電容量値Ｃとの間は非線形（即ち、曲線）関係を満足する。
図７Ａの線形関係と比べて、図７Ｂの曲線関係はデータ収集、処理及び計算に不便であると理解され得るであろう。したがって、本開示の実施例が提供する加速度センサ１００は、データの収集、処理及び計算に便利である技術効果を有する。
以下、図８〜図１１Ｂを参照しながら本開示の実施例が提供する静電容量検出回路２００を説明する。
なお、本開示の実施例の静電容量検出回路２００は、上記図１〜図７Ａに示す加速度センサ１００に含まれるコンデンサの静電容量値のモニタリングに使用可能であり、その他の静電容量型加速度センサにより得られた静電容量値のモニタリングにも使用可能である。例えば、本開示の実施例が提供する静電容量検出回路２００は、櫛歯型加速度センサのコンデンサの静電容量値のモニタリングにも使用可能である。
本開示の実施例は、静電容量検出回路２００によって加速度センサに含まれるコンデンサの静電容量値をモニタリングし、モニタリング結果を、処理にしやい検出信号（例えば、方形波信号）に変換する。検出信号を分析することで加速度の関連パラメータ値を得、加速度をモニタリングする感度を高めることができる。
図８に示すように、静電容量検出回路２００は、上記加速度センサ１００のコンデンサの静電容量値のモニタリングに使用可能である。図８に示す静電容量検出回路２００は、第１のコンデンサＣ１と検出サブ回路２０２とを含み、第１のコンデンサＣ１の両端がそれぞれ加速度センサ１００の固定電極１０３及び導電電極１０４と電気的に接続されており（例えば、第１のコンデンサＣ１の２つの極板がそれぞれ第１の導線２０５及び第２の導線２０６と接続することができる）、検出サブ回路２０２は、第１のコンデンサＣ１の静電容量値を検出信号Ｓ１に変換して、検出信号Ｓ１を出力するように構成されている。幾つかの例において、第１のコンデンサＣ１の静電容量値が加速度センサ１００のコンデンサの静電容量値に等しい。例えば、加速度センサ１００中の固定電極１０３及び導電電極１０４は、第１のコンデンサＣ１の２つの極板とされてもよい。
幾つかの実施例において、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、検出サブ回路２０２は、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２、第３のスイッチＳＷ３、第２のコンデンサＣ２、抵抗器Ｒ０、生成サブ回路２０２１及び記憶サブ回路２０２２を含んでもよい。例えば、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２及び第３のスイッチＳＷ３は、スイッチングトランジスタであってもよい。
第１のコンデンサＣ１は、第１のスイッチＳＷ１がオンの時に充電し、第１のスイッチＳＷ１がオフ、第２のスイッチＳＷ２及び第３のスイッチＳＷ３のいずれもオンである時に、放電して第２のコンデンサＣ２を充電するように構成されている。
生成サブ回路２０２１は、第２のコンデンサＣ２の電圧及び基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、検出信号Ｓ１を生成し、第２のコンデンサＣ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ未満である場合に、生成した検出信号Ｓ１が第１のレベルにあり、第２のコンデンサＣ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上である場合に、生成した検出信号Ｓ１が第２のレベルにあるように構成されている。幾つかの例において、第１のレベルは、第２のレベルよりも低い電圧信号である。例えば、第１のレベルが方形波信号の低レベルであり、第２のレベルが該方形波信号の高レベルである。
第２のコンデンサＣ２は、検出信号Ｓ１が第２のレベル（例えば、高レベル）にある場合、抵抗器Ｒ０を介して放電するように構成されている。例えば、検出信号Ｓ１が高レベルにある場合にスイッチング素子によって第２のコンデンサＣ２の放電を制御する。
なお、第２のコンデンサＣ２の静電容量値が第１のコンデンサＣ１の静電容量値より小さい。基準電圧Ｖｒｅｆは、第２のコンデンサＣ２の放電過程をより早く完成させるために小さく設置されてもよい。
記憶サブ回路２０２２は、検出信号Ｓ１をバッファして出力するように構成されている。
本開示の実施例は、第１の電圧Ｖｄｄの作用により第１のコンデンサＣ１を充電し、その後、第２のコンデンサＣ２の放電回数により第１のコンデンサＣ１上に蓄積された電荷量を測定し、さらに第１のコンデンサＣ１の静電容量値の大きさを判断する。したがって、本開示の実施例が提供する静電容量検出回路２００を用いることで、静電容量値の検出の感度及び速度を効果的に高めることができる。
図９Ａに示すように、幾つかの実施例において、検出サブ回路２０２は、クロック信号端から入力されたクロック信号ＣＬＫを位相反転して第１のスイッチＳＷ１の制御用電極へ出力するように構成されている第１の位相反転器Ｂ１と、検出信号Ｓ１が第１のレベル（例えば、低レベル）にあるときに第３のスイッチＳＷ３がオンとなるように、検出信号Ｓ１を位相反転して第３のスイッチＳＷ３の制御用電極へ出力する第２の位相反転器Ｂ２と、をさらに含む。
以上の記載からわかるように、本開示の実施例は、クロック信号ＣＬＫによって第１のスイッチＳＷ１のオン又はオフを制御し、検出信号Ｓ１によって第３のスイッチＳＷ３のオン又はオフを制御する。
図９Ａに示すように、検出サブ回路２０２は、第２のコンデンサＣ２が抵抗器Ｒ０を介して放電するように、検出信号Ｓ１が第２のレベル（例えば、高レベル）にあるときにオンとなるように構成されている第４のスイッチＳＷ４をさらに含む。
図９Ａに示すように、第１の位相反転器Ｂ１の入力端が、クロック信号ＣＬＫを受信するためにクロック信号端に接続されており、第１の位相反転器Ｂ１の出力端が第１のスイッチＳＷ１の制御用電極に接続されており、第２の位相反転器Ｂ２の入力端が生成サブ回路２０２１の出力端に接続されており、第２の位相反転器Ｂ２の出力端が第３のスイッチＳＷ３の制御用電極に接続されており、第１のスイッチＳＷ１の第１の電極が、入力された第１の電圧Ｖｄｄを受信するために第１の電源端に接続されており、第２の電極が第１のコンデンサＣ１の第１端に接続されており、第１のコンデンサＣ１の第２端が接地されており、第２のスイッチＳＷ２の制御用電極が、クロック信号ＣＬＫを受信するために前記クロック信号端に接続されており、第１の極が第１のコンデンサＣ１の第１端に接続されており、第２の電極が第２のコンデンサＣ２の第１端に接続されており、第３のスイッチＳＷ３の第１の電極が第２のコンデンサＣ２の第２端に接続されており、第２の電極が第１のコンデンサＣ１の第２端に接続されており、第４のスイッチＳＷ４の制御用電極が生成サブ回路２０２１の出力端に接続されており、第１の極が抵抗器Ｒ０の第１端に接続されており、第２の電極が第２のコンデンサＣ２の第２端に接続されている。
図９Ａに示すように、生成サブ回路２０２１はコンパレータを含んでもよく、コンパレータの正相入力端が第２のコンデンサＣ２の第１端及び抵抗器Ｒ０の第２端とそれぞれ接続されており、逆相入力端が、基準電圧Ｖｒｅｆを受信するために基準電圧端に接続されており、出力端が第２の位相反転器Ｂ２の入力端に接続されている。
図９Ａに示すように、記憶サブ回路２０２２はラッチを含み、該ラッチの入力端が生成サブ回路２０２１の出力端に接続されており、該ラッチの出力端が静電容量検出回路２００の出力端とされている。
図９Ｂ及び図９Ａの検出サブ回路２０２の相違点は、図９Ｂにおいて２パスのクロック信号（即ち、第１のクロック信号ＣＬＫ１及び第２のクロック信号ＣＬＫ２）によって第１のスイッチＳＷ１及び第２のスイッチＳＷ２のオン及びオフをそれぞれ制御し、さらに図９Ａに示す第１の位相反転器Ｂ１を省略することができる。例えば、図９Ｂに示す第１のスイッチＳＷ１の制御用電極が、入力した第１のクロック信号ＣＬＫ１を受信するために第１のクロック信号端に接続されており、第２のスイッチＳＷ２の制御用電極が、入力した第２のクロック信号ＣＬＫ２を受信するために第２のクロック信号端に接続されている。なお、第１のクロック信号ＣＬＫ１と第２のクロック信号ＣＬＫ２とは逆相信号である。
図９Ｂの生成サブ回路２０２１は、コンパレータを含んでもよく、かつコンパレータの接続方式については図９Ａを参考にすることができる。図９Ｂの記憶サブ回路２０２２は、ラッチを含んでもよく、かつ該ラッチの具体的な接続については図９Ａを参考にすることができる。図９Ｂのその他の回路素子を一々詳しく説明せず、関連する内容については図９Ｂに示す内容を参考にし、あるいは上記の図９Ａに対する解釈説明を参考にすることができる。
図９Ａ及び図９Ｂに示す静電容量検出回路２００により生成及び出力された検出信号Ｓ１は、方形波信号を含み、かつ方形波信号のパルス個数と加速度センサ１００の加速度とは線形関係にある。
以下、図９Ａを参照しながら静電容量検出回路２００の動作過程を説明して、動作過程を参照しながら方形波の個数と加速度センサ１００の加速度とが線形関係である結論をさらに詳しく説明する。静電容量検出回路２００の動作過程を説明する際に、図９Ａの第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２、第３のスイッチＳＷ３及び第４のスイッチＳＷ４がいずれも高レベルで導通するトランジスタ（例えば、Ｎ型トランジスタ）であると仮定する。なお、本開示の実施例は、上記４つのスイッチング素子が高レベルで導通しなければならないことを限定しない。例えば、第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２、第３のスイッチＳＷ３及び第４のスイッチＳＷ４のうちの１つ又は複数のスイッチは、低レベルで導通するトランジスタ（例えば、Ｐ型トランジスタ）を用いてもよい。
ステップ１において、図９Ａのクロック信号ＣＬＫを低くし、対応する第１のスイッチＳＷ１をオンにし（閉）、第２のスイッチＳＷ２をオフにし（開）、この場合、第１の電圧Ｖｄｄが第１のコンデンサＣ１に対して高速充電する。第１のコンデンサＣ１の充電電圧が第１の電圧Ｖｄｄに達した後、クロック信号ＣＬＫを高くする。ステップ２において、クロック信号ＣＬＫが高くされているので、第１のスイッチＳＷ１が開となり、かつ第２のスイッチＳＷ２が閉となり、第１のコンデンサＣ１上の電荷が第２のコンデンサＣ２を充電する。第２のコンデンサＣ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆに達した場合、コンパレータが高レベルパルスを出力し、該高レベルパルスがラッチに伝送されてラッチングされる。同時に、コンパレータが高レベルパルスを出力することは、さらに第３のスイッチＳＷ３をオフにし、第４のスイッチＳＷ４をオンにし、その後、第２のコンデンサＣ２は、抵抗器Ｒ０に対して放電することとなる。第１のコンデンサＣ１の電荷が全部放出されるまで上記ステップ２の過程を繰り返す。
上記動作過程は、下記の表で示してもよく、下記の表において数字「１」で第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２、第３のスイッチＳＷ３及び第４のスイッチＳＷ４の制御用電極が高レベルに接続されていることを表し、数字「０」で第１のスイッチＳＷ１、第２のスイッチＳＷ２、第３のスイッチＳＷ３及び第４のスイッチＳＷ４の制御用電極が低レベルに接続されていることを表す。例えば、第２のスイッチＳＷ２について、表中の数字「１」は、クロック信号ＣＬＫが高レベルであることを表し、数字「０」は、クロック信号ＣＬＫが低レベルであることを表し、第４のスイッチＳＷ４について、表中の数字「１」は、検出信号Ｓ１が高レベルにあることを表し、数字「０」は、検出信号Ｓ１が低レベルであることを表す。
Figure 2021516753
上記動作過程を組み合わせて、電荷保存則に基づいて、下記の式が得られる。
Figure 2021516753
よって、
Figure 2021516753
上記式（８）中、Ｎは、検出信号Ｓ１から第２のレベル（即ち、高レベル）を出力する回数を表し、第２のコンデンサＣ２の放電回数をも表し（後述の図１０Ａ又は図１０Ｂを参照できる）、Ｃは、第１のコンデンサＣ１の静電容量値を表し、Ｃｉｎｔは、第２のコンデンサＣ２の静電容量値を表す。
上記式（８）からわかるように、記憶サブ回路２０２２におけるラッチから出力される検出信号Ｓ１のうちの高レベル（即ち、第２のレベル）の回数Ｎと第１のコンデンサＣ１の静電容量値Ｃとは線形正相関関係を満足する。したがって、本開示の実施例において、検出信号Ｓ１のうちの高レベルの回数Ｎを統計することで第１のコンデンサＣ１の静電容量値の相対的大きさを直接に特定することができる。
図１０Ａ及び図１０Ｂは、上記図９Ａの動作過程に対応する第２のコンデンサＣ２の充放電過程図及び検出信号Ｓ１の波形図を示す。例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂは、加速度センサ１００の、異なる加速度ａで静電容量検出回路２００から出力される検出信号Ｓ１の波形図及び第２のコンデンサＣ２の充放電過程図である。図１０Ａは、大きい加速度の場合の検出信号Ｓ１の波形模式図及び第２のコンデンサＣ２の充放電過程図であり、図１０Ｂは、小さい加速度の場合の検出信号Ｓ１の波形模式図及び第２のコンデンサＣ２の充放電過程図である。
図１０Ａ及び図１０Ｂからわかるように、第２のコンデンサＣ２を充電する時、検出信号Ｓ１が低レベル信号を出力し、第２のコンデンサＣ２が放電するとき、検出信号Ｓ１が高レベル信号を出力する。したがって、検出信号Ｓ１中に現れる高レベルの回数が第２のコンデンサＣ２の放電回数に等しい。例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂにおいて、第２のコンデンサＣ２の電圧Ｖ２が充電により基準電圧Ｖｒｅｆに上昇した場合、第２のコンデンサＣ２が放電過程を開始し、放電過程において対応する検出信号Ｓ１が高レベルを出力する。
また、図１０Ａと図１０Ｂを比較してさらにわかるように、加速度センサ１００の加速度が大きいほど記憶サブ回路２０２２におけるラッチから出力された高レベルの回数Ｎが少なくなる。なぜなら、加速度センサ１００の加速度ａが大きいほど、加速度センサ１００におけるマス１０２の変位が大きくなり、加速度センサ１００のコンデンサの静電容量値が小さくなるからである（第１のコンデンサＣ１の静電容量値Ｃも小さくなる）。加速度センサ１００のコンデンサの静電容量値が小さいほど、第２のコンデンサＣ２に対する充電速度が遅くなり、対応する記憶サブ回路２０２２におけるラッチから出力された検出信号Ｓ１の波形の周波数が低くなり、すなわち、同一期間内において記憶サブ回路２０２２におけるラッチから出力された高レベルの回数Ｎも少なくなる。
以下、加速度センサ１００が感知する加速度ａと検出信号Ｓ１から出力された高レベル（即ち、第２のレベル）の回数Ｎとの間の計算関係式をさらに説明する。
上記式（７）及び（８）に基づいて、下記の式が得られる。
Figure 2021516753
上記式（９）中のパラメータＫ１は定数であり、具体的には
Figure 2021516753
 であり、上記式（９）中のパラメータＫ２は定数であり、具体的には
Figure 2021516753
 である。
上記式（９）を組み合わせて得られた加速度センサ１００が感知する加速度ａと記憶サブ回路２０２２におけるラッチから出力された検出信号Ｓ１のうちの高レベルの回数Ｎとの間の関係を図１１Ａに示す。
図１１Ａからわかるように、加速度センサ１００が感知する加速度ａと検出信号Ｓ１のうちの高レベルの出力回数Ｎとは線形関係を満足する。あるいは、加速度ａと第２のコンデンサＣ２の放電回数とは線形関係を満足する。
また、図１１Ａからさらにわかるように、加速度ａの値がＫ１である場合、対応する高レベル出力回数Ｎが０であり、加速度ａが０に低下した場合、高レベル出力回数ＮがパラメータＫ２の値に増加した。つまり、加速度センサ１００が感知する加速度ａと検出信号Ｓ１のうちの高レベルの出力回数Ｎとは、負相関の線形関係を満足する。
例えば、少なくとも１つの実施例において、加速度ａと検出信号Ｓ１に含まれる高レベル出力回数Ｎとの負相関の線形関係を利用して車両が衝突したか否かをモニタリングすることができる。例えば、図１１Ｂを参照すると、車両が衝突したと知っている場合、その加速度が最大加速度閾値ａｍａｘより大きく、本開示の実施例は、上記式（９）を用いて該最大加速度閾値ａｍａｘに対応する検出信号Ｓ１から出力された高レベルの回数Ｎｍｉｎを得ることができる。その後、検出信号Ｓ１から出力された高レベルの回数ＮがＮｍｉｎ以下であると判断された場合、車両が衝突したことを直接に得ることができる。
本開示の実施例は、静電容量検出回路２００から出力された検出信号Ｓ１に含まれる高レベルの回数Ｎを分析することにより、静電容量値の大きさを直接に判断することができ（あるいは、さらに加速度の大きさを判断する）、計算量が低減して処理速度を向上させた。
なお、本開示の実施例において、静電容量検出回路２００を限定しないことは本開示の実施例の加速度センサ１００としか組み合わせて使用できない。例えば、櫛歯型加速度センサと本開示の実施例の静電容量検出回路２００とを組み合わせて使用してもよい。例えば、図１１Ｃは、櫛歯型加速度センサと本開示の実施例の静電容量検出回路２００とを組み合わせた場合、得られた加速度ａと高レベル出力回数Ｎとの関係図である。図１１Ｃからわかるように、櫛歯型加速度センサを用いた場合、加速度ａと高レベル出力回数Ｎとの間は非線形（即ち、曲線）関係を満足する。もし櫛歯型加速度センサを用いて静電容量検出回路２００と組み合せば、検出信号Ｓ１のうちの高レベルの回数Ｎを統計することで加速度ａの大きさを判断することも実現可能である。
以下、図１２を参照しながら本開示の少なくとも１つの実施例が提供する静電容量検出方法３００を説明し、該静電容量検出方法３００は、上記少なくとも１つの実施例における静電容量検出回路２００に使用可能である。
図１２に示すように、静電容量検出方法３００は、第１のコンデンサＣ１を充電するステップＳ３０１と、第１のコンデンサＣ１を放電させることにより、第２のコンデンサＣ２に対する充電を実現すること、及び第２のコンデンサＣ２を放電させることを含む充放電操作を、第１のコンデンサＣ１の電荷放出が終了するまで繰り返すステップＳ３０２と、第２のコンデンサＣ２の電圧（例えば、図９Ａ及び９Ｂに示す電圧Ｖ２）及び基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、検出信号Ｓ１を生成し、第２のコンデンサＣ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆより低い場合、生成した検出信号Ｓ１が第１のレベルにあり、第２のコンデンサＣ２の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ以上である場合、生成した検出信号Ｓ１が第２のレベルにあるステップＳ３０３と、検出信号Ｓ１をバッファして出力するステップＳ３０４とを含む。例えば、第１のレベルは方形波信号の低レベルであり、第２のレベルは方形波信号の高レベルである。
上記ステップＳ３０１、Ｓ３０２及びＳ３０３に係る処理の詳細は、上記静電容量検出回路２００に対する関連記載を参照することができ、ここではその説明を省略する。
本開示の少なくとも１つの実施例は、加速度処理回路４００をさらに提供し、該加速度処理回路４００は、上記実施例に記載の加速度センサ１００と互いに接続することができる。加速度センサ１００の構造については、図１〜図７Ａに対する記載を参照することができ、ここではその説明を省略する。
図１３に示すように、加速度処理回路４００は、上記の静電容量検出回路２００、加速度計算サブ回路４０１及び処理サブ回路４０２を含み、静電容量検出回路２００は、検出信号Ｓ１を加速度計算サブ回路４０１へ出力するように構成されており、加速度計算サブ回路４０１は、検出信号Ｓ１に基づいて加速度の関連パラメータ値を算出するように構成されており、処理サブ回路４０２は、加速度の関連パラメータ値に基づいて前記加速度の関連パラメータ値に対応する操作（例えば車両の安全保護措置）を実行するように構成されている。例えば、加速度処理回路４００は、加速度センサ１００をさらに含んでもよい。
幾つかの実施例において、上記関連パラメータ値と、加速度センサが測定した加速度とは、線形関係にある。例えば、検出信号Ｓ１は、方形波信号を含み、関連パラメータ値が方形波信号のパルス個数（例えば、上記高レベル出力回数Ｎ）を含む。
幾つかの実施例において、静電容量検出回路２００から出力された検出信号Ｓ１は、方形波信号であり、かつ処理サブ回路４０２は、該方形波信号のパルス個数が所定閾値（例えば、図１１Ｂに示すＮｍｉｎが設定された閾値である）より小さい場合、安全保護措置を実行する。例えば、安全保護措置は、エアバッグの開き、警察機関への通報、注意メッセージの送信又は警告信号の生成（例えば、警告信号の生成は車両のハザード信号の起動等を含む）を含む。
また、上記加速度処理回路４００に含まれる静電容量検出回路２００については、具体的に図８〜図９Ｂについての記載を参照することができ、ここではその説明を省略する。
幾つかの例において、上記加速度処理回路４００を用いて車両が衝突したか否かを判断することができる。
本開示の実施例において、加速度処理回路４００は、加速度の関連パラメータ値に基づいて加速度が安全閾値を超えたか否かを迅速に判断することにより、安全保護措置を即時に起動させ、運転者及び乗員の人身安全を効果的に保障することができる。
本開示の少なくとも１つの実施例は、加速度処理方法５００をさらに提供し、該加速度処理方法５００は加速度処理回路４００に使用可能である。
図１４に示すように、加速度処理方法５００は、加速度センサ１００におけるコンデンサをモニタリングしてモニタリング結果を検出信号Ｓ１に変換するステップＳ５０１と、検出信号Ｓ１に基づいて加速度の関連パラメータ値を算出するステップＳ５０２と、加速度の関連パラメータ値に基づいて、対応する安全保護措置を実行するステップＳ５０３と、を含んでもよい。
幾つかの実施例において、検出信号Ｓ１は方形波信号である。相応的に、ステップＳ５０２は、所定期間内において該方形波信号のパルス個数を統計するステップを含み、かつ、ステップＳ５０３は、パルス個数が設定された閾値より小さいか否かを判断するステップと、パルス個数が設定された閾値より小さい場合に安全保護措置を実行するステップとを含む。例えば、設定された閾値は、図１１Ｂに示すＮｍｉｎであってもよい。
例えば、安全保護措置は、エアバッグの開き、警察機関への通報、注意メッセージの送信又は警告信号の生成（例えば、警告信号はハザードランプ信号等を含んでもよい）を含む。
図１５に示すように、本開示の実施例は、加速度センサ１００及び静電容量検出回路２００を封止する構造をさらに提供する。
加速度センサ１００は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に基づく加速度センサであってもよく、つまり、本開示の実施例は、微細加工プロセスによってシリコンウェーハ１５３０上に加工して慣性測定素子（即ち、加速度センサ１００）を形成してもよい。本開示の実施例は、さらに特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に基づいて静電容量検出回路２００を構成する。微細加工プロセス及び特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）は、類似するプロセスを用いたので、加速度センサ１００及び静電容量検出回路２００を封止基板１５１０及びプリント配線板１５００上に集積することができる。例えば、微細加工プロセス技術を用いて加速度センサ１００を製造し、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）プロセス技術を用いて静電容量検出回路２００を製造し、その後、さらに両者を同一の封止ケース１５０３内に接着してもよい（図１５に示すように）。
幾つかの例において、図１５に示すように、さらにキャップ１５２０を用いて加速度センサ１００を保護してもよい。
加速度センサ１００と静電容量検出回路２００とを互いに接続するために、図１５には、加速度センサ１００の固定電極１０３と電気的に接続されている第１の導線２０５、及び導電電極１０４と電気的に接続されている第２の導線２０６をさらに示している。
なお、本開示の上記実施例の加速度処理回路４００は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に基づいて構成されてもよいので、図１５に示す静電容量検出回路２００を加速度処理回路４００で置き換えてもよい。最終に加速度センサ１００と加速度処理回路４００とを一緒に封止する目的が達成される。
本開示の実施例は、加速度センサ１００及び静電容量検出回路２００（又は加速度処理回路４００）を図１５を参照して封止することにより、装置全体の安定性を高めることができる。
本開示の少なくとも１つの実施例は、プロセッサにより実行される場合に加速度処理方法５００における１つ又は複数のステップが実行されるコンピュータ命令が格納されている、記憶媒体をさらに提供する。
例えば、記憶媒体は、１つ又は複数のコンピュータプログラム製品の任意の組み合わせを含んでもよく、コンピュータプログラム製品は、揮発性メモリ及び／又は非揮発性メモリのような各種の形式のコンピュータ読み取り可能なメモリを含んでもよい。揮発性メモリは、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び／又はキャッシュメモリ（ｃａｃｈｅ）等を含んでもよい。非揮発性メモリは、例えばリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ハードディスク、消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、ＵＳＢメモリ、フラッシュメモリ等を含んでもよい。記憶媒体には１つ又は複数のコンピュータプログラムモジュールが格納されていてもよく、該１つ又は複数のコンピュータプログラムモジュールが実行される場合に、加速度処理方法５００における１つ又は複数のステップを実現することができる。記憶媒体には、各種のアプリケーションプログラム及び各種のデータ、ならびにアプリケーションプログラムにより使用及び／又は生成される各種のデータ等を格納することができる。
本開示の少なくとも１つの実施例は、加速度処理方法５００における１つ又は複数のステップを実行するためにコンピュータ命令を実行するように構成されている１つ又は複数のプロセッサを含む、電子機器をさらに提供する。
例えば、プロセッサは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のような中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）又はデータ処理能力及び／又はプログラム実行能力を有するその他の形式の処理ユニットであってもよい。例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）は、Ｘ８６又はＡＲＭアーキテクチャ等であってもよい。プロセッサは、汎用プロセッサ又は専用プロセッサであってもよく、加速度処理方法５００における１つ又は複数のステップを実行するためにコンピュータ命令を実行することができる。
上述した内容は、本開示の具体的な実施形態に過ぎず、本開示の保護範囲はこれらに制限されず、当業者であれば本開示に開示された技術範囲内で容易に想到し得る変化又は置き換えは、いずれも本開示の保護範囲内に含まれるべきである。したがって、本開示の保護範囲は、上記請求項の保護範囲に準じるべきである。

Claims (26)

  1. ベースと、
    前記ベース上に固定された固定電極と、
    前記固定電極に対して移動可能なマスと、を含み、
    前記マスは導電電極を含み、前記導電電極と前記固定電極とはコンデンサを形成するように構成されており、かつ、前記コンデンサの静電容量は、前記ベースに対する前記マスの移動により変化可能である、
    加速度センサ。
  2. 前記導電電極と前記固定電極との間に位置する誘電体層をさらに含む、請求項１に記載の加速度センサ。
  3. 前記ベース上に位置するカンチレバーをさらに含み、前記マスが前記カンチレバーに接続されている、請求項１又は２に記載の加速度センサ。
  4. 前記カンチレバーの一方端が前記ベースに接続されており、前記カンチレバーの他方端が前記マスに接続されている、請求項３に記載の加速度センサ。
  5. 前記カンチレバーはバネを含む、請求項４に記載の加速度センサ。
  6. 前記コンデンサの静電容量値と、前記加速度センサが測定した加速度とは、線形関係にある、請求項１から５のいずれか一項に記載の加速度センサ。
  7. 前記固定電極が複数個であり、複数個の前記固定電極が前記ベース上に隙間を空けて配置されている、請求項１から５のいずれか一項に記載の加速度センサ。
  8. 複数個の前記固定電極が、前記ベースに対する前記マスの移動方向に沿って平行に配列されている、請求項７に記載の加速度センサ。
  9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の加速度センサのコンデンサの静電容量値をモニタリングするための静電容量検出回路であって、
    両端がそれぞれ前記加速度センサの固定電極及び導電電極と電気的に接続されている第１のコンデンサと、
    前記第１のコンデンサの静電容量値を検出信号に変換し、前記検出信号を出力するように構成されている検出サブ回路と、を含む、
    静電容量検出回路。
  10. 前記検出サブ回路は、第１のスイッチ、第２のスイッチ、第３のスイッチ、第２のコンデンサ、抵抗器、生成サブ回路及び記憶サブ回路を含み、
    前記第１のコンデンサは、前記第１のスイッチがオンの時に応答して充電し、前記第１のスイッチがオフ、前記第２のスイッチ及び前記第３のスイッチがいずれもオンとなることに応答して放電して前記第２のコンデンサを充電するように構成されており、
    前記生成サブ回路は、前記第２のコンデンサの電圧及び基準電圧に基づいて、前記検出信号を生成し、前記第２のコンデンサの電圧が前記基準電圧より低い場合、生成した前記検出信号が第１のレベルにあり、前記第２のコンデンサの電圧が前記基準電圧以上である場合、生成した前記検出信号が第２のレベルにあるように構成されており、
    前記第２のコンデンサは、前記検出信号が前記第２のレベルにあることに応答して、前記抵抗器を介して放電するように構成されており、
    前記記憶サブ回路は、前記検出信号をバッファして出力するように構成されている、
    請求項９に記載の静電容量検出回路。
  11. 前記検出サブ回路は、
    クロック信号端から入力されたクロック信号を位相反転して前記第１のスイッチの制御用電極へ出力するように構成されている第１の位相反転器と、
    前記検出信号が前記第１のレベルにあるときに前記第３のスイッチがオンとなるように、前記検出信号を位相反転して前記第３のスイッチの制御用電極へ出力するように構成されている第２の位相反転器と、をさらに含む、
    請求項１０に記載の静電容量検出回路。
  12. 前記検出サブ回路は、前記第２のコンデンサが前記抵抗器を介して放電するように、前記検出信号が前記第２のレベルにあるときに応答してオンとなるように構成されている第４のスイッチをさらに含む、
    請求項１１に記載の静電容量検出回路。
  13. 前記第１の位相反転器の入力端が前記クロック信号端に接続されており、前記第１の位相反転器の出力端が前記第１のスイッチの制御用電極に接続されており、
    前記第２の位相反転器の入力端が前記生成サブ回路の出力端に接続されており、前記第２の位相反転器の出力端が前記第３のスイッチの制御用電極に接続されており、
    前記第１のスイッチの第１の電極が、入力された第１の電圧を受信するために第１の電源端に接続されており、前記第１のスイッチの第２の電極が、前記第１のコンデンサの第１端に接続されており、
    前記第１のコンデンサの第２端が接地されており、
    前記第２のスイッチの制御用電極が、前記クロック信号を受信するために前記クロック信号端に接続されており、前記第２のスイッチの第１の電極が前記第１のコンデンサの第１端に接続されており、前記第２のスイッチの第２の電極が前記第２のコンデンサの第１端に接続されており、
    前記第３のスイッチの第１の電極が前記第２のコンデンサの第２端に接続されており、前記第３のスイッチの第２の電極が前記第１のコンデンサの第２端に接続されており、
    前記第４のスイッチの制御用電極が前記生成サブ回路の出力端に接続されており、前記第４のスイッチの第１の電極が前記抵抗器の第１端に接続されており、前記第４のスイッチの第２の電極が前記第２のコンデンサの第２端に接続されている、
    請求項１２に記載の静電容量検出回路。
  14. 前記生成サブ回路は、コンパレータを含み、前記コンパレータの正相入力端が前記第２のコンデンサの第１端及び前記抵抗器の第２端とそれぞれ接続されており、前記コンパレータの逆相入力端が、前記基準電圧を受信するために基準電圧端に接続されており、前記コンパレータの出力端が前記第２の位相反転器の入力端に接続されている、
    請求項１３に記載の静電容量検出回路。
  15. 前記記憶サブ回路は、入力端が前記生成サブ回路の出力端に接続されているラッチを含む、
    請求項１０から１４のいずれか一項に記載の静電容量検出回路。
  16. 前記検出信号は、方形波信号を含み、前記方形波信号のパルス個数と前記加速度センサの加速度とは線形関係にある、
    請求項９から１４のいずれか一項に記載の静電容量検出回路。
  17. 請求項９から１６のいずれか一項に記載の静電容量検出回路に用いられる静電容量検出方法であって、
    前記第１のコンデンサを充電するステップと、
    前記第１のコンデンサを放電させることによって第２のコンデンサに対する充電を実現すること及び前記第２のコンデンサを放電させることを含む充放電操作を、前記第１のコンデンサの電荷放出が終了するまで繰り返すステップと、
    前記第２のコンデンサの電圧及び基準電圧に基づいて、前記検出信号を生成し、前記第２のコンデンサの電圧が前記基準電圧より低い場合、生成した前記検出信号が第１のレベルにあり、前記第２のコンデンサの電圧が前記基準電圧以上である場合、生成した前記検出信号が第２のレベルにあるステップと
    前記検出信号をバッファして出力するステップと、を含む、
    静電容量検出方法。
  18. 請求項９から１６のいずれか一項に記載の静電容量検出回路と、加速度計算サブ回路と、処理サブ回路と、を含み、
    前記静電容量検出回路は、前記検出信号を前記加速度計算サブ回路へ出力するように構成されており、
    前記加速度計算サブ回路は、前記検出信号に基づいて加速度の関連パラメータ値を算出するように構成されており、
    前記処理サブ回路は、前記加速度の関連パラメータ値に基づいて、前記加速度の関連パラメータ値に対応する操作を実行するように構成されている、
    加速度処理回路。
  19. 前記関連パラメータ値と、前記加速度センサが測定した加速度とは、線形関係にある、
    請求項１８に記載の加速度処理回路。
  20. 前記検出信号は、方形波信号を含み、前記関連パラメータ値は、前記方形波信号のパルス個数を含む、
    請求項１９に記載の加速度処理回路。
  21. 前記処理サブ回路は、前記方形波信号のパルス個数が設定された閾値未満である場合に、前記操作を実行するように構成されている、
    請求項２０に記載の加速度処理回路。
  22. 前記操作は、エアバッグの開き、警察機関への通報、注意メッセージの送信又は警告信号の生成を含む、
    請求項１８から２１のいずれか一項に記載の加速度処理回路。
  23. 請求項１８から２２のいずれか一項に記載の加速度処理回路に用いられる加速度処理方法であって、
    前記加速度センサにおけるコンデンサをモニタリングしてモニタリング結果を前記検出信号に変換するステップと、
    前記検出信号に基づいて、前記加速度の関連パラメータ値を算出するステップと、
    前記加速度の関連パラメータ値に基づいて、前記加速度の関連パラメータ値に対応する操作を実行するステップと、を含む、
    加速度処理方法。
  24. 前記検出信号が方形波信号であり、
    前記検出信号に基づいて前記加速度の関連パラメータ値を算出するステップは、所定期間内に、前記方形波信号のパルス個数を統計するステップを含み、
    前記加速度の関連パラメータ値に基づいて前記加速度の関連パラメータ値に対応する操作を実行するステップは、
    前記パルス個数が設定された閾値未満であるか否かを判断するステップと、
    前記パルス個数が前記設定された閾値未満である場合に、前記操作を実行するステップとを含む、
    請求項２３に記載の加速度処理方法。
  25. コンピュータ命令が格納されている記憶媒体であって、
    前記コンピュータ命令がプロセッサにより実行される場合に、請求項２３又は２４に記載の加速度処理方法の１つ又は複数のステップが実行される、
    記憶媒体。
  26. 請求項２３又は２４に記載の加速度処理方法の１つ又は複数のステップを実行するためにコンピュータ命令を実行するように構成されている１つ又は複数のプロセッサを含む、電子機器。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114113681B (zh) * 2021-11-11 2024-05-28 维沃移动通信有限公司 加速度传感器及其控制方法、控制装置和电子设备
CN116558623B (zh) * 2023-07-05 2024-04-26 天津宜科自动化股份有限公司 一种基于电容测量震动程度的系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5331181A (en) * 1976-07-30 1978-03-24 Gen Electric Electrostatic capacitance sensing device
JPS59116862U (ja) * 1983-01-26 1984-08-07 株式会社リコー 容量・抵抗測定回路
JPH0875781A (ja) * 1994-09-06 1996-03-22 Tokin Corp 加速度センサ
JP2012163415A (ja) * 2011-02-04 2012-08-30 Seiko Epson Corp 加速度センサー及びその製造方法
JP2014167481A (ja) * 2014-04-17 2014-09-11 Seiko Epson Corp 物理量センサーおよび電子機器

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1094734A (en) * 1966-01-19 1967-12-13 Cb Ass Ltd An electrical analogue deceleration meter
US4806846A (en) * 1987-07-06 1989-02-21 Kerber George L High accuracy direct reading capacitance-to-voltage converter
US5073757A (en) * 1988-09-23 1991-12-17 John Fluke Mfg. Co., Inc. Apparatus for and method of measuring capacitance of a capacitive element
US5473945A (en) * 1990-02-14 1995-12-12 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Micromechanical angular accelerometer with auxiliary linear accelerometer
US5349855A (en) * 1992-04-07 1994-09-27 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Comb drive micromechanical tuning fork gyro
JPH10300775A (ja) * 1997-04-30 1998-11-13 Matsushita Electric Works Ltd 静電容量型加速度センサ及びその製造方法
US5986497A (en) * 1997-05-16 1999-11-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Interface circuit for capacitive sensor
US5914553A (en) * 1997-06-16 1999-06-22 Cornell Research Foundation, Inc. Multistable tunable micromechanical resonators
JPH11118825A (ja) * 1997-10-17 1999-04-30 Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd 静電容量型角加速度検出装置
JP3264884B2 (ja) * 1998-05-11 2002-03-11 三菱電機株式会社 容量検出回路
US6473713B1 (en) * 1999-09-20 2002-10-29 American Gnc Corporation Processing method for motion measurement
JP3525862B2 (ja) * 2000-05-22 2004-05-10 トヨタ自動車株式会社 センサ素子及びセンサ装置
US6494093B2 (en) * 2000-05-24 2002-12-17 American Gnc Corporation Method of measuring motion
US6504385B2 (en) * 2001-05-31 2003-01-07 Hewlett-Pakcard Company Three-axis motion sensor
DE10134680A1 (de) 2001-07-20 2003-02-06 Endress & Hauser Gmbh & Co Kg Schaltungsanrdnung für einen kapazitiven Sensor
JP4000936B2 (ja) * 2002-07-26 2007-10-31 株式会社デンソー 容量式力学量センサを有する検出装置
JP2004279261A (ja) * 2003-03-17 2004-10-07 Denso Corp 物理量検出装置
US7204123B2 (en) * 2004-03-26 2007-04-17 Honeywell International Inc. Accuracy enhancement of a sensor during an anomalous event
JP4363281B2 (ja) * 2004-09-08 2009-11-11 オムロン株式会社 容量計測装置および方法、並びにプログラム
EP1861723B1 (en) * 2005-03-09 2017-04-19 Analog Devices, Inc. One terminal capacitor interface circuit
JP4272177B2 (ja) * 2005-03-24 2009-06-03 株式会社日立製作所 衝撃検知用センサノード、及び衝撃検知用センサネットワークシステム
US20100259285A1 (en) * 2007-03-05 2010-10-14 Nokia Corporation Providing feedback in an electronic circuit
WO2008146624A1 (ja) * 2007-05-30 2008-12-04 Rohm Co., Ltd. 加速度センサおよびその製造方法
US8169238B1 (en) * 2007-07-03 2012-05-01 Cypress Semiconductor Corporation Capacitance to frequency converter
BRPI0822112B1 (pt) * 2008-03-26 2018-12-04 Hewlett Packard Development Co sensor inercial capacitivo, método para detecção de movimento em um eixo geométrico e método para produzir o referido sensor
CN101576570A (zh) * 2008-05-08 2009-11-11 芯巧科技股份有限公司 悬置式感应装置及其制作方法
US8113053B2 (en) * 2008-09-30 2012-02-14 General Electric Company Capacitive accelerometer
JP4797075B2 (ja) * 2009-02-12 2011-10-19 株式会社豊田中央研究所 静電容量式センサ装置
JP2011075543A (ja) * 2009-09-07 2011-04-14 Seiko Epson Corp 物理量センサー、物理量センサーの製造方法、および電子機器
JP5649810B2 (ja) * 2009-10-29 2015-01-07 日立オートモティブシステムズ株式会社 静電容量式センサ
JP2011128132A (ja) * 2009-11-19 2011-06-30 Seiko Epson Corp 物理量センサー、物理量センサーの製造方法、および電子機器
WO2011130941A1 (zh) * 2010-04-20 2011-10-27 浙江大学 变面积电容结构、梳状栅电容加速度计以及梳状栅电容陀螺
CN201749127U (zh) * 2010-07-09 2011-02-16 瑞声微电子科技(常州)有限公司 电容式加速度传感器
US20120048019A1 (en) * 2010-08-26 2012-03-01 Hanqin Zhou Highly sensitive capacitive sensor and methods of manufacturing the same
JP5104936B2 (ja) * 2010-11-22 2012-12-19 株式会社デンソー 加速度および角速度検出装置
JP5331181B2 (ja) 2011-10-07 2013-10-30 日信工業株式会社 車両用ブレーキ液圧制御装置
US20150301075A1 (en) * 2012-10-16 2015-10-22 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Inertial Sensor
CN203117298U (zh) * 2013-01-30 2013-08-07 比亚迪股份有限公司 一种电容检测电路
JP2015141076A (ja) * 2014-01-28 2015-08-03 株式会社村田製作所 Ｃｖ変換回路
CN106415203A (zh) * 2014-06-26 2017-02-15 路梅戴尼科技公司 用于从来自传感器的非线性周期信号提取系统参数的系统和方法
CN205139171U (zh) * 2015-11-27 2016-04-06 上海微联传感科技有限公司 加速度传感器
WO2018132963A1 (zh) * 2017-01-18 2018-07-26 深圳市汇顶科技股份有限公司 检测电容的装置、电子设备和检测压力的装置
EP3415925A1 (en) * 2017-06-15 2018-12-19 EM Microelectronic-Marin SA An interface circuit for a capacitive accelerometer sensor
JP7006189B2 (ja) * 2017-11-28 2022-01-24 株式会社アイシン 静電容量検出装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5331181A (en) * 1976-07-30 1978-03-24 Gen Electric Electrostatic capacitance sensing device
JPS59116862U (ja) * 1983-01-26 1984-08-07 株式会社リコー 容量・抵抗測定回路
JPH0875781A (ja) * 1994-09-06 1996-03-22 Tokin Corp 加速度センサ
JP2012163415A (ja) * 2011-02-04 2012-08-30 Seiko Epson Corp 加速度センサー及びその製造方法
JP2014167481A (ja) * 2014-04-17 2014-09-11 Seiko Epson Corp 物理量センサーおよび電子機器

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