JP2581324B2 - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
- Publication number
- JP2581324B2 JP2581324B2 JP2407578A JP40757890A JP2581324B2 JP 2581324 B2 JP2581324 B2 JP 2581324B2 JP 2407578 A JP2407578 A JP 2407578A JP 40757890 A JP40757890 A JP 40757890A JP 2581324 B2 JP2581324 B2 JP 2581324B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- movable electrode
- electrode
- voltage
- fixed
- fixed electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
- Micromachines (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体静電サーボ式加速
度センサにおける最適な構造及び駆動方法に関する。
度センサにおける最適な構造及び駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体静電サーボ式加速度センサは基本
的にはカンチレバーの先端に設けた一定の質量を有する
可動電極とその電極面に対向してある大きさの空隙を隔
てて形成された固定電極からなり、加速度によって可動
電極に働く慣性力と釣り合うよう可動電極−固定電極間
に電圧を印加して可動電極に静電気力を加え、加速度に
よらず可動電極の姿勢が常に一定になるよう制御してい
る。
的にはカンチレバーの先端に設けた一定の質量を有する
可動電極とその電極面に対向してある大きさの空隙を隔
てて形成された固定電極からなり、加速度によって可動
電極に働く慣性力と釣り合うよう可動電極−固定電極間
に電圧を印加して可動電極に静電気力を加え、加速度に
よらず可動電極の姿勢が常に一定になるよう制御してい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなセンサが安
定に動作するためには可動電極の姿勢が常に一定の位置
に安定に制御されなければならない。従来技術ではこの
点について必ずしも十分検討がなされているとは言えな
かった。
定に動作するためには可動電極の姿勢が常に一定の位置
に安定に制御されなければならない。従来技術ではこの
点について必ずしも十分検討がなされているとは言えな
かった。
【０００４】本発明の目的は、可動電極の姿勢を安定に
制御でき、安定な出力特性が得られるような半導体静電
サーボ式加速度センサの検出部及び駆動方法を提供する
ことにある。
制御でき、安定な出力特性が得られるような半導体静電
サーボ式加速度センサの検出部及び駆動方法を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、 ２個の平行
な固定電極と、 前記固定電極の中間にあって、前記固定
電極に平行な面を有する直方体の可動電極と、 前記可動
電極を支持するビームと、 前記固定電極と前記可動電極
との間に電圧を印加する電圧印加手段と、 前記電圧を制
御し、前記可動電極に働く加速度による慣性力と前記電
圧により前記可動電極に発生する静電気力とを釣り合わ
せ、その制御量から前記加速度を検出する加速度検出手
段とを備えた加速度センサにおいて、 前記平行な面の面
積Ｓ、 前記平行な面のある１辺の長さＬ、 前記ある１辺
に垂直な前記可動電極の中心軸のまわりに前記可動電極
が回転するときの回転ばね定数ｋ θ 、 前記電圧の大きさ
Ｖ、 前記固定電極と前記平行な面との間の距離ｄ、 前記
固定電極と前記可動電極との間の媒質の比誘電率ε r 、
真空の誘電率ε 0 が、 式：ｋθ＞（εr・ε0・Ｓ・Ｖ2・Ｌ3）／（１２・ｄ3） を満たすことによって達成される。
な固定電極と、 前記固定電極の中間にあって、前記固定
電極に平行な面を有する直方体の可動電極と、 前記可動
電極を支持するビームと、 前記固定電極と前記可動電極
との間に電圧を印加する電圧印加手段と、 前記電圧を制
御し、前記可動電極に働く加速度による慣性力と前記電
圧により前記可動電極に発生する静電気力とを釣り合わ
せ、その制御量から前記加速度を検出する加速度検出手
段とを備えた加速度センサにおいて、 前記平行な面の面
積Ｓ、 前記平行な面のある１辺の長さＬ、 前記ある１辺
に垂直な前記可動電極の中心軸のまわりに前記可動電極
が回転するときの回転ばね定数ｋ θ 、 前記電圧の大きさ
Ｖ、 前記固定電極と前記平行な面との間の距離ｄ、 前記
固定電極と前記可動電極との間の媒質の比誘電率ε r 、
真空の誘電率ε 0 が、 式：ｋθ＞（εr・ε0・Ｓ・Ｖ2・Ｌ3）／（１２・ｄ3） を満たすことによって達成される。
【０００６】
【作用】静電サーボ式加速度センサの動作状態において
可動電極に働く外力は、加速度による慣性力、固定電極
との間の静電気力及びカンチレバーの復元力である。可
動電極が安定な姿勢を維持できるためにはこれらの力が
互いにうまく釣り合っている必要がある。慣性力は可動
電極の質量、静電気力は可動電極と固定電極の形状及び
両者の位置関係、そして印加電圧の波形によって決ま
り、カンチレバーの復元力はその形状によって決まる。
可動電極に働く外力は、加速度による慣性力、固定電極
との間の静電気力及びカンチレバーの復元力である。可
動電極が安定な姿勢を維持できるためにはこれらの力が
互いにうまく釣り合っている必要がある。慣性力は可動
電極の質量、静電気力は可動電極と固定電極の形状及び
両者の位置関係、そして印加電圧の波形によって決ま
り、カンチレバーの復元力はその形状によって決まる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１から図５にもと
づいて説明する。
づいて説明する。
【０００８】図１は静電サーボ式加速度センサの一種で
あるパルス幅変調（ＰＷＭ）方式の加速度センサにおけ
る検出部の基本構成及び信号処理回路のブロック図を示
す。検出部はカンチレバー２の先端に形成した可動電極
１と上下の固定電極３及び４から構成され、シリコン半
導体やガラスなどの基板の微細加工によって形成され
る。サーボ系が動作しない状態ではカンチレバーが変形
し、可動電極は上下に変位できる。
あるパルス幅変調（ＰＷＭ）方式の加速度センサにおけ
る検出部の基本構成及び信号処理回路のブロック図を示
す。検出部はカンチレバー２の先端に形成した可動電極
１と上下の固定電極３及び４から構成され、シリコン半
導体やガラスなどの基板の微細加工によって形成され
る。サーボ系が動作しない状態ではカンチレバーが変形
し、可動電極は上下に変位できる。
【０００９】５はΔＣ検出回路で可動電極と上下の固定
電極間の静電容量Ｃ1，Ｃ2の差ΔＣ＝Ｃ1−Ｃ2を測定
し、固定電極に対する可動電極の位置を検知する。６は
増幅器、７はパルス幅変調回路でΔＣ＝０、すなわち可
動電極と上側固定電極および可動電極と下側固定電極間
の静電容量が等しくなるよう固定電極に印加するパルス
電圧のデューティ比Ｄを制御する。９はインバータで下
側の固定電極４に上側固定電極３に印加するパルス電圧
とは反転したパルス電圧を印加する。９はローパスフィ
ルタで、パルス電圧を直流化し出力する。
電極間の静電容量Ｃ1，Ｃ2の差ΔＣ＝Ｃ1−Ｃ2を測定
し、固定電極に対する可動電極の位置を検知する。６は
増幅器、７はパルス幅変調回路でΔＣ＝０、すなわち可
動電極と上側固定電極および可動電極と下側固定電極間
の静電容量が等しくなるよう固定電極に印加するパルス
電圧のデューティ比Ｄを制御する。９はインバータで下
側の固定電極４に上側固定電極３に印加するパルス電圧
とは反転したパルス電圧を印加する。９はローパスフィ
ルタで、パルス電圧を直流化し出力する。
【００１０】今、ある点Ｏに関して点対称な平板状の可
動電極及びこれと空隙をへだててその上下に互いに平行
な一対の固定電極を考える。図２はこのような検出部を
横から見た図である。空隙の大きさは電極の幅、長さに
比べて十分小さく、また固定電極の面積は可動電極のそ
れより大きいものとする。前述のようにサーボ系の動作
時には系はΔＣ＝０はとなるよう制御される。しかしな
がら、ΔＣ＝０という条件を課しても、固定電極に対す
る可動電極の姿勢は一意的には定まらず、Ｏ点を通り固
定電極面と平行な任意の軸の回りにおける回転の自由度
が残されている。すなわち、この軸の回りに可動電極が
回転しても常にΔＣ＝０という条件は満足される。
動電極及びこれと空隙をへだててその上下に互いに平行
な一対の固定電極を考える。図２はこのような検出部を
横から見た図である。空隙の大きさは電極の幅、長さに
比べて十分小さく、また固定電極の面積は可動電極のそ
れより大きいものとする。前述のようにサーボ系の動作
時には系はΔＣ＝０はとなるよう制御される。しかしな
がら、ΔＣ＝０という条件を課しても、固定電極に対す
る可動電極の姿勢は一意的には定まらず、Ｏ点を通り固
定電極面と平行な任意の軸の回りにおける回転の自由度
が残されている。すなわち、この軸の回りに可動電極が
回転しても常にΔＣ＝０という条件は満足される。
【００１１】今、可動電極がこのような軸の周りに回転
した場合を考える。例えば可動電極の固定電極との対向
面が長方形であると仮定すると、図２の破線で示すよう
に可動電極の両端がΔｄ（Δｄ《ｄ）だけ回転した場合
可動電極と上下いずれかの固定電極間との間の静電容量
Ｃ（ｄ，Δｄ）は次式のようになる。
した場合を考える。例えば可動電極の固定電極との対向
面が長方形であると仮定すると、図２の破線で示すよう
に可動電極の両端がΔｄ（Δｄ《ｄ）だけ回転した場合
可動電極と上下いずれかの固定電極間との間の静電容量
Ｃ（ｄ，Δｄ）は次式のようになる。
【００１２】
【数１】
【００１３】Ｓ：電極の対向面積 ｌ：対向面の長さ θ：回転角度 εr：電極間の媒質の比誘電率 ε0：真空の誘電率 可動電極と上下の固定電極間に振幅Ｖの互いに反転した
パルス電圧を印加した時、可動電極−固定電極系の静電
エネルギーＵｅは、
パルス電圧を印加した時、可動電極−固定電極系の静電
エネルギーＵｅは、
【００１４】
【数２】
【００１５】となる。一方、可動電極はカンチレバーに
よって束縛されているため可動電極が回転することによ
ってカンチレバーが変形し、これに弾性エネルギーが蓄
積される。図２に示した軸の周りで可動電極が回転した
時のカンチレバーのばね定数ｋθ を次式によって定義
する。
よって束縛されているため可動電極が回転することによ
ってカンチレバーが変形し、これに弾性エネルギーが蓄
積される。図２に示した軸の周りで可動電極が回転した
時のカンチレバーのばね定数ｋθ を次式によって定義
する。
【００１６】
【数３】
【００１７】Ｔ：カンチレバーが回転に対して元の状態
に復元しようとするトルクこの時、カンチレバーの弾性
エネルギーＵｃは次式で表される。
に復元しようとするトルクこの時、カンチレバーの弾性
エネルギーＵｃは次式で表される。
【００１８】従って、系全体のエネルギーＵは
【００１９】
【数４】
【００２０】
【数５】
【００２１】と表される。ここで、
【００２２】
【数６】
【００２３】である。
【００２４】系はエネルギーＵが極小となるような回転
角θをとろうとする。数４において、エネルギーＵのθ
依存性はθ2 の係数Ｑの符号によってその形状が全く異
なる。すなわち、Ｑ＞０のときには図３の左側のグラフ
に示すようにＵはθ＝０で極小となり、系はθ＝０すな
わち可動電極と固定電極が平行な状態を占ようとする。
この状態は安定であり、センサに外乱、例えば振動や衝
撃などが加わっても可動電極は常に一定の姿勢に制御さ
れる。
角θをとろうとする。数４において、エネルギーＵのθ
依存性はθ2 の係数Ｑの符号によってその形状が全く異
なる。すなわち、Ｑ＞０のときには図３の左側のグラフ
に示すようにＵはθ＝０で極小となり、系はθ＝０すな
わち可動電極と固定電極が平行な状態を占ようとする。
この状態は安定であり、センサに外乱、例えば振動や衝
撃などが加わっても可動電極は常に一定の姿勢に制御さ
れる。
【００２５】一方、Ｑ≦０のときには図３の右側のグラ
フのようにθ＝０は準安定状態であり、系はわずかの外
乱でθ＝０の状態から外れて不安定状態となり、θの値
がどんどん大きくなる。すなわち、可動電極は軸の周り
に回転したまま復帰することはない。従って、上述のＰ
ＷＭ静電サーボ式加速度センサが安定に動作するために
は、Ｑ＞０となるよう検出部の形状および印加電圧の波
形を設計する必要がある。すなわち、数６から回転のば
ね定数ｋθ 、両電極の対向面積Ｓ、可動電極−固定電
極間の空隙の大きさｄ及びパルス電圧の振幅Ｖが次の関
係式を満足しなければならない。
フのようにθ＝０は準安定状態であり、系はわずかの外
乱でθ＝０の状態から外れて不安定状態となり、θの値
がどんどん大きくなる。すなわち、可動電極は軸の周り
に回転したまま復帰することはない。従って、上述のＰ
ＷＭ静電サーボ式加速度センサが安定に動作するために
は、Ｑ＞０となるよう検出部の形状および印加電圧の波
形を設計する必要がある。すなわち、数６から回転のば
ね定数ｋθ 、両電極の対向面積Ｓ、可動電極−固定電
極間の空隙の大きさｄ及びパルス電圧の振幅Ｖが次の関
係式を満足しなければならない。
【００２６】
【数７】
【００２７】ところで、可動電極の回転に関してのばね
定数ｋθはどのような回転軸を選ぶかによってその大き
さが異なる。
定数ｋθはどのような回転軸を選ぶかによってその大き
さが異なる。
【００２８】例えば図４の１本ビームタイプでは、軸Ａ
−Ａ´の回りでの可動電極の回転によるカンチレバーの
変形モードは「たわみ」であり、軸Ｂ−Ｂ´の回りでの
回転による変形モードは「ねじれ」である。また、軸Ｃ
−Ｃ´についてのそれは「たわみ」と「ねじれ」が混合
したものとなる。これらの軸についての回転のばね定数
ｋθ はそれぞれ異なる。また、図５の２本ビームタイ
プでは、軸Ａ−Ａ´の回りにおける回転については「た
わみ」が伴い、軸Ｂ−Ｂ´については「たわみ」と「ね
じれ」の両方が伴う。
−Ａ´の回りでの可動電極の回転によるカンチレバーの
変形モードは「たわみ」であり、軸Ｂ−Ｂ´の回りでの
回転による変形モードは「ねじれ」である。また、軸Ｃ
−Ｃ´についてのそれは「たわみ」と「ねじれ」が混合
したものとなる。これらの軸についての回転のばね定数
ｋθ はそれぞれ異なる。また、図５の２本ビームタイ
プでは、軸Ａ−Ａ´の回りにおける回転については「た
わみ」が伴い、軸Ｂ−Ｂ´については「たわみ」と「ね
じれ」の両方が伴う。
【００２９】可動電極と固定電極とが平行な状態すなわ
ちθ＝０の状態が安定であるためにはＯ点を通り固定電
極と平行な任意の軸のまわりでの回転に対し、図３の左
側のグラフのようなポテンシャル図になるよう可動電
極、固定電極及びカンチレバーの形状、寸法及び印加電
圧を決定しなければならない。
ちθ＝０の状態が安定であるためにはＯ点を通り固定電
極と平行な任意の軸のまわりでの回転に対し、図３の左
側のグラフのようなポテンシャル図になるよう可動電
極、固定電極及びカンチレバーの形状、寸法及び印加電
圧を決定しなければならない。
【００３０】本実施例によれば出力特性の直線性が良好
なＰＷＭ静電サーボ式加速度センサにおける可動電極の
姿勢を安定に制御できるため、加速度を安定に精度良
く、かつ高感度に測定できる効果がある。
なＰＷＭ静電サーボ式加速度センサにおける可動電極の
姿勢を安定に制御できるため、加速度を安定に精度良
く、かつ高感度に測定できる効果がある。
【００３１】ところで、静電サーボ式加速度センサでは
可動電極に働く慣性力と可動電極−固定電極間の静電気
力とを釣り合わせているため、加速度測定範囲を拡大す
なわち測定可能な最大加速度αmax を大きくするために
は可動電極に作用させる静電気力を大きくしなければな
らない。そこで両電極間に印加する電圧Ｖを増大させる
必要がある。
可動電極に働く慣性力と可動電極−固定電極間の静電気
力とを釣り合わせているため、加速度測定範囲を拡大す
なわち測定可能な最大加速度αmax を大きくするために
は可動電極に作用させる静電気力を大きくしなければな
らない。そこで両電極間に印加する電圧Ｖを増大させる
必要がある。
【００３２】一方、数７より
【００３３】
【数８】
【００３４】とすると、Ｖ＜Ｖ th の時には可動電極と固
定電極が平行な状態は安定状態、Ｖ≧Ｖ th の時には準安
定状態となる。従って、可動電極を安定に制御するため
には電圧ＶをＶ th より小さくしなければならず、Ｖ th が
α max を決定することになる。さらにα max を大きくす
るためにはＶ th を上昇させる必要がある。そのために、
数８により回転のばね定数ｋθの大きなセンサ構造を設
計しなければならない。前述のように、ｋθはどのよう
な回転軸を選ぶかによってその大きさが異なる。実際に
は、可動電極の安定性は種々の回転軸についてのｋθの
うち最小のものによって決定されるため、α max を大き
くするためにはｋθの最小値の大きな検出部構造としな
ければならない。例えば、図４の１本ビームタイプおよ
び図５の２本のビームタイプでは、軸Ｂ−Ｂ′について
のｋθがそれぞれの場合について最小であり、かつビー
ムの全幅（２本ビームの場合は各ビーム幅の和）が等し
い場合、１本ビームのそれより２本のビームのそれの方
が大きい。従って、２本ビームタイプのほうが加速度測
定範囲が大きいことになる。ただし、可動電極面に垂直
方向の変位に対するばね定数ｋが大きすぎるとセンサ特
性に種々の悪影響を与えるため、ｋを余り増加させない
方法で回転のばね定数ｋθを大きくしなければならな
い。そこで、例えば図６および図７に示すようにカンチ
レバーの長さをできるだけ長く、できれば可動電極の径
の５０％以上にし、かつ可動電極を周囲から支えれば可
動電極面に垂直方向の変位についてのばね定数ｋをあま
り大きくすることなしに回転のばね定数ｋθの最小値を
大きくでき、センサ特性を損なうことなく加速度測定範
囲を拡大することができる。
定電極が平行な状態は安定状態、Ｖ≧Ｖ th の時には準安
定状態となる。従って、可動電極を安定に制御するため
には電圧ＶをＶ th より小さくしなければならず、Ｖ th が
α max を決定することになる。さらにα max を大きくす
るためにはＶ th を上昇させる必要がある。そのために、
数８により回転のばね定数ｋθの大きなセンサ構造を設
計しなければならない。前述のように、ｋθはどのよう
な回転軸を選ぶかによってその大きさが異なる。実際に
は、可動電極の安定性は種々の回転軸についてのｋθの
うち最小のものによって決定されるため、α max を大き
くするためにはｋθの最小値の大きな検出部構造としな
ければならない。例えば、図４の１本ビームタイプおよ
び図５の２本のビームタイプでは、軸Ｂ−Ｂ′について
のｋθがそれぞれの場合について最小であり、かつビー
ムの全幅（２本ビームの場合は各ビーム幅の和）が等し
い場合、１本ビームのそれより２本のビームのそれの方
が大きい。従って、２本ビームタイプのほうが加速度測
定範囲が大きいことになる。ただし、可動電極面に垂直
方向の変位に対するばね定数ｋが大きすぎるとセンサ特
性に種々の悪影響を与えるため、ｋを余り増加させない
方法で回転のばね定数ｋθを大きくしなければならな
い。そこで、例えば図６および図７に示すようにカンチ
レバーの長さをできるだけ長く、できれば可動電極の径
の５０％以上にし、かつ可動電極を周囲から支えれば可
動電極面に垂直方向の変位についてのばね定数ｋをあま
り大きくすることなしに回転のばね定数ｋθの最小値を
大きくでき、センサ特性を損なうことなく加速度測定範
囲を拡大することができる。
【００３５】なお、一般的な形状の可動電極、固定電極
及びカンチレバーを有する静電サーボ式の加速度センサ
に対しては、可動電極の姿勢を安定に制御でき、安定な
出力特性が得られるためには、可動電極のある姿勢から
の任意の微小な姿勢の変化に対し、静電エネルギーの変
化とカンチレバーの変形による弾性エネルギーの変化の
和が常に正となるような姿勢が存在するよう可動電極、
固定電極及びカンチレバーの形状，寸法，印加電圧を定
める必要がある。
及びカンチレバーを有する静電サーボ式の加速度センサ
に対しては、可動電極の姿勢を安定に制御でき、安定な
出力特性が得られるためには、可動電極のある姿勢から
の任意の微小な姿勢の変化に対し、静電エネルギーの変
化とカンチレバーの変形による弾性エネルギーの変化の
和が常に正となるような姿勢が存在するよう可動電極、
固定電極及びカンチレバーの形状，寸法，印加電圧を定
める必要がある。
【００３６】本発明は特にパルス幅変調方式に限るわけ
ではなく、他の方式の静電サーボ式加速度センサについ
ても適用可能である。その際、印加電圧波形に応じて可
動電極−固定電極間の静電エネルギーを計算しなければ
ならない。
ではなく、他の方式の静電サーボ式加速度センサについ
ても適用可能である。その際、印加電圧波形に応じて可
動電極−固定電極間の静電エネルギーを計算しなければ
ならない。
【００３７】また、本発明は加速度による慣性力だけで
なく可動電極に働く他の外力を測定するセンサにも適用
可能である。例えば、可動電極を構成する平板の一部を
磁性体で構成すれば磁界から受ける磁力を測定すること
ができ、磁気センサとすることができる。
なく可動電極に働く他の外力を測定するセンサにも適用
可能である。例えば、可動電極を構成する平板の一部を
磁性体で構成すれば磁界から受ける磁力を測定すること
ができ、磁気センサとすることができる。
【００３８】さらに、可動電極を構成する平板の一部に
他の部品を形成すれば、両電極間に印加する電圧によっ
て部品の位置を制御する静電サーボ式のアクチュエータ
とすることができ、本発明はこのようなアクチュエータ
にも適用可能である。
他の部品を形成すれば、両電極間に印加する電圧によっ
て部品の位置を制御する静電サーボ式のアクチュエータ
とすることができ、本発明はこのようなアクチュエータ
にも適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、可動電極の姿勢を常に
一定の位置に安定に制御できるため、加速度や可動電極
に作用する他の外力を安定に測定できるという効果があ
る。さらに、静電位置決め用のアクチュエータとして安
定な位置制御が可能であるという効果がある。
一定の位置に安定に制御できるため、加速度や可動電極
に作用する他の外力を安定に測定できるという効果があ
る。さらに、静電位置決め用のアクチュエータとして安
定な位置制御が可能であるという効果がある。
【図１】パルス幅変調静電サーボ式加速度センサの基本
構成図である。
構成図である。
【図２】可動電極の姿勢の変化を説明するための図であ
る。
る。
【図３】可動電極の姿勢の変化に対する可動電極−固定
電極−カンチレバー系におけるエネルギーの変化を示す
図である。
電極−カンチレバー系におけるエネルギーの変化を示す
図である。
【図４】カンチレバーが一本の場合における可動電極の
回転軸の説明のための可動電極−カンチレバー部の平面
図である。
回転軸の説明のための可動電極−カンチレバー部の平面
図である。
【図５】カンチレバーが二本の場合における可動電極の
回転軸の説明のための可動電極−カンチレバー部の平面
図である。
回転軸の説明のための可動電極−カンチレバー部の平面
図である。
【図６】４本のカンチレバーで支えられた可動電極を示
す図（その１）である。
す図（その１）である。
【図７】４本のカンチレバーで支えられた可動電極を示
す図（その２）である。
す図（その２）である。
１…可動電極、２…カンチレバー、３…固定電極、４…
固定電極、５…ΔＣ検出回路、６…増幅器、７…パルス
幅変調回路、８…インバータ、９…ローパスフィルタ。
固定電極、５…ΔＣ検出回路、６…増幅器、７…パルス
幅変調回路、８…インバータ、９…ローパスフィルタ。
フロントページの続き (72)発明者 松本 昌大 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平２−271262（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−253657（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 ２個の平行な固定電極と、 前記固定電極の中間にあって、前記固定電極に平行な面
を有する直方体の可動電極と、 前記可動電極を支持するビームと、 前記固定電極と前記可動電極との間に電圧を印加する電
圧印加手段と、 前記電圧を制御し、前記可動電極に働く加速度による慣
性力と前記電圧により前記可動電極に発生する静電気力
とを釣り合わせ、その制御量から前記加速度を検出する
加速度検出手段とを備えた加速度センサにおいて、 前記平行な面の面積Ｓ、 前記平行な面のある１辺の長さＬ、 前記ある１辺に垂直な前記可動電極の中心軸のまわりに
前記可動電極が回転するときの回転ばね定数ｋθ、 前記電圧の大きさＶ、 前記固定電極と前記平行な面との間の距離ｄ、 前記固定電極と前記可動電極との間の媒質の比誘電率ε
r、 真空の誘電率ε0が、 式：ｋθ＞（εr・ε0・Ｓ・Ｖ2・Ｌ3）／（１２・ｄ3） を満たすことを特徴とする加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2407578A JP2581324B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2407578A JP2581324B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04225166A JPH04225166A (ja) | 1992-08-14 |
| JP2581324B2 true JP2581324B2 (ja) | 1997-02-12 |
Family
ID=18517148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2407578A Expired - Fee Related JP2581324B2 (ja) | 1990-12-27 | 1990-12-27 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2581324B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2831195B2 (ja) * | 1992-03-25 | 1998-12-02 | 富士電機株式会社 | 半導体加速度センサ |
| US5665915A (en) * | 1992-03-25 | 1997-09-09 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor capacitive acceleration sensor |
| KR100668336B1 (ko) * | 2005-04-07 | 2007-01-12 | 삼성전자주식회사 | 액츄에이터 장치 및 그의 액츄에이팅 방법 |
| WO2008156018A1 (ja) * | 2007-06-18 | 2008-12-24 | Alps Electric Co., Ltd. | 静電容量型加速度センサ |
| US12094330B2 (en) | 2019-07-01 | 2024-09-17 | Nec Corporation | Traffic prediction apparatus, system, method, and non-transitory computer readable medium |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0672899B2 (ja) * | 1988-04-01 | 1994-09-14 | 株式会社日立製作所 | 加速度センサ |
| US5008774A (en) * | 1989-02-28 | 1991-04-16 | United Technologies Corporation | Capacitive accelerometer with mid-plane proof mass |
-
1990
- 1990-12-27 JP JP2407578A patent/JP2581324B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04225166A (ja) | 1992-08-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5962787A (en) | Acceleration sensor | |
| US5095750A (en) | Accelerometer with pulse width modulation | |
| US5249465A (en) | Accelerometer utilizing an annular mass | |
| US6257062B1 (en) | Angular Accelerometer | |
| EP0616193B1 (en) | Force-sensing system, including a magnetically mounted rocking element | |
| JP4705229B2 (ja) | マイクロマシニング型の回転角加速度センサ | |
| US6496348B2 (en) | Method to force-balance capacitive transducers | |
| US4711128A (en) | Micromachined accelerometer with electrostatic return | |
| US6450029B1 (en) | Capacitive physical quantity detection device | |
| EP0497289B1 (en) | A capacitive angular acceleration sensor | |
| US6785117B2 (en) | Capacitive device | |
| JP3369316B2 (ja) | 容量性トランスデューサとトランスデューサ素子のプロフィールを制御する方法 | |
| WO1990000735A1 (en) | Multidimensional force sensor | |
| JPH0339268B2 (ja) | ||
| CA2467503A1 (en) | Accelerometer | |
| GB2158579A (en) | Angular rate sensor system | |
| EP1774259A1 (en) | Mems gyroscope with horizontally oriented drive electrodes | |
| JPH09189557A (ja) | マイクロジャイロスコープ | |
| US7841242B2 (en) | Deflectable micromechanical system and use thereof | |
| JP2581324B2 (ja) | 加速度センサ | |
| JP3770676B2 (ja) | マイクロジャイロスコープ | |
| JPH0623781B2 (ja) | 加速度検出方法及び装置 | |
| EP3376162B1 (en) | Mems out of plane actuator | |
| US4803883A (en) | Accelerometer | |
| JP3156453B2 (ja) | 半導体容量形加速度センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |