JP2599323B2 - ガスレートセンサ - Google Patents
ガスレートセンサInfo
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- JP2599323B2 JP2599323B2 JP29394791A JP29394791A JP2599323B2 JP 2599323 B2 JP2599323 B2 JP 2599323B2 JP 29394791 A JP29394791 A JP 29394791A JP 29394791 A JP29394791 A JP 29394791A JP 2599323 B2 JP2599323 B2 JP 2599323B2
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- gas
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、センサ本体に角速度が
作用したときのセンサ本体のノズル孔からガス流路内に
噴出されているガス流の偏向状態を、一対の感熱抵抗素
子からなるヒートワイヤに生じた各抵抗値の変化によっ
て検出するガスレートセンサに関する。
作用したときのセンサ本体のノズル孔からガス流路内に
噴出されているガス流の偏向状態を、一対の感熱抵抗素
子からなるヒートワイヤに生じた各抵抗値の変化によっ
て検出するガスレートセンサに関する。
【0002】
【従来の技術】この種のガスレートセンサにあっては、
ガス流発生手段、例えばポンプの駆動によりセンサ本体
におけるノズル孔からガス流路内にガスを噴出させてそ
のガス流路内に並設された一対の感熱抵抗素子からなる
ヒートワイヤに向かってガス流を生じさせておき、セン
サ本体に角速度が作用してガス流が偏向したときの各ヒ
ートワイヤの抵抗値の変化に応じて、各ヒートワイヤお
よび基準抵抗によって形成されるブリッジ回路から不平
衡出力を得るようにしている。
ガス流発生手段、例えばポンプの駆動によりセンサ本体
におけるノズル孔からガス流路内にガスを噴出させてそ
のガス流路内に並設された一対の感熱抵抗素子からなる
ヒートワイヤに向かってガス流を生じさせておき、セン
サ本体に角速度が作用してガス流が偏向したときの各ヒ
ートワイヤの抵抗値の変化に応じて、各ヒートワイヤお
よび基準抵抗によって形成されるブリッジ回路から不平
衡出力を得るようにしている。
【0003】したがって、それがガス流の偏向状態を各
ヒートワイヤによってガス流量の変化としてとらえるも
のであるので、常にノズル孔から一定流量のガスを噴出
させて、ガス流路内に安定したガス流を生じさせておく
必要があるものとなっている。
ヒートワイヤによってガス流量の変化としてとらえるも
のであるので、常にノズル孔から一定流量のガスを噴出
させて、ガス流路内に安定したガス流を生じさせておく
必要があるものとなっている。
【0004】そのため、従来では、電源電圧の変動およ
び温度ドリフトに対して安定な駆動回路を用いて、ポン
プを所定の周期で安定に駆動させるようにしている。
び温度ドリフトに対して安定な駆動回路を用いて、ポン
プを所定の周期で安定に駆動させるようにしている。
【0005】しかし、このような手段をとるのでは、ガ
スレートセンサのガス流路内に実際に流れているガスの
流量がわからないものとなっており、何らかの原因によ
ってノズル孔からガス流路内に噴出されるガスの流量が
変動する場合には、その変動分が検出誤差となってセン
サ精度が低下してしまう。
スレートセンサのガス流路内に実際に流れているガスの
流量がわからないものとなっており、何らかの原因によ
ってノズル孔からガス流路内に噴出されるガスの流量が
変動する場合には、その変動分が検出誤差となってセン
サ精度が低下してしまう。
【0006】また、最近、ノズル孔、ガス流路およびそ
のガス流路内に設けられるヒートワイヤ対からなるセン
サ本体が、半導体基板を用いたIC製造技術によるマイ
クロマシニング加工によって形成されたガスレートセン
サが開発されているが(特開平3−29858号公報参
照)、このようなセンサ本体が超小形のものにあって
は、特に、ノズル孔からガス流路内に噴出されるガスの
流量の微少な変化によっても大きな検出誤差を生じてし
まう。
のガス流路内に設けられるヒートワイヤ対からなるセン
サ本体が、半導体基板を用いたIC製造技術によるマイ
クロマシニング加工によって形成されたガスレートセン
サが開発されているが(特開平3−29858号公報参
照)、このようなセンサ本体が超小形のものにあって
は、特に、ノズル孔からガス流路内に噴出されるガスの
流量の微少な変化によっても大きな検出誤差を生じてし
まう。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、ガス流発生手段の駆動によってノズル孔からガス
流路内に噴出されるガスの流量が変動すると、そのガス
流量の変動分が検出誤差となってセンサ精度が低下して
しまうことである。
点は、ガス流発生手段の駆動によってノズル孔からガス
流路内に噴出されるガスの流量が変動すると、そのガス
流量の変動分が検出誤差となってセンサ精度が低下して
しまうことである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガスレートセ
ンサにあって、特に、センサ本体のガス流路内に並設さ
れている一対のヒートワイヤをガス流量を検出するフロ
ーセンサとして併用して、ブリッジ回路における各ヒー
トワイヤが直列接続された部分の電圧をガス流量検出信
号としてとり出して予め設定された基準電圧と比較し、
両者が等しくなるようにガス流発生手段の駆動制御を行
わせるようにしている。
ンサにあって、特に、センサ本体のガス流路内に並設さ
れている一対のヒートワイヤをガス流量を検出するフロ
ーセンサとして併用して、ブリッジ回路における各ヒー
トワイヤが直列接続された部分の電圧をガス流量検出信
号としてとり出して予め設定された基準電圧と比較し、
両者が等しくなるようにガス流発生手段の駆動制御を行
わせるようにしている。
【0009】
【作用】本発明によれば、ガス流路内に並設された一対
のヒートワイヤに当るガスの流量に応じてその各ヒート
ワイヤの抵抗値が変化するため、ブリッジ回路における
各ヒートワイヤが直列接続された部分の電圧降下分をと
り出すことによってガス流量を検出でき、ガス流量を検
出するフローセンサを別途設けてガス流路内に並設され
た一対のヒートワイヤに当るガスの流量を間接的に検出
するのではなく、各ヒートワイヤに当るガスの流量を直
接的に検出して、その状態をみながらガス流量を一定に
するためのガス流発生手段の駆動制御を適切に行わせる
ことができるようになる。
のヒートワイヤに当るガスの流量に応じてその各ヒート
ワイヤの抵抗値が変化するため、ブリッジ回路における
各ヒートワイヤが直列接続された部分の電圧降下分をと
り出すことによってガス流量を検出でき、ガス流量を検
出するフローセンサを別途設けてガス流路内に並設され
た一対のヒートワイヤに当るガスの流量を間接的に検出
するのではなく、各ヒートワイヤに当るガスの流量を直
接的に検出して、その状態をみながらガス流量を一定に
するためのガス流発生手段の駆動制御を適切に行わせる
ことができるようになる。
【0010】
【実施例】図1ないし図3に、半導体基板を用いたマイ
クロマシニング加工によって形成されたガスレートセン
サにおけるセンサ本体8を示している。
クロマシニング加工によって形成されたガスレートセン
サにおけるセンサ本体8を示している。
【0011】なお、ガス流発生手段の駆動によってセン
サ本体8のノズル孔3からガスを噴出してガス流路4内
にガス流を生じさせる際、ポンプの駆動に起因するガス
流の脈動を緩衝させてセンサ本体8に安定したガス流を
生じさせるためのガス溜室9が、センサ本体8と一体的
に形成されている。
サ本体8のノズル孔3からガスを噴出してガス流路4内
にガス流を生じさせる際、ポンプの駆動に起因するガス
流の脈動を緩衝させてセンサ本体8に安定したガス流を
生じさせるためのガス溜室9が、センサ本体8と一体的
に形成されている。
【0012】センサ本体8およびガス溜室9は、ノズル
孔3を形成するための半孔31、ガス流路4を形成する
ための半溝41、ノズル孔3側にガス溜室9を形成する
ための半溝91およびガス流入孔10を形成するための
半孔101とがエッチングによってそれぞれ形成された
下側半導体基板1と上側半導体基板2とを、それぞれの
半孔31、半溝41、半溝91および半孔101をつき
合せるように重ねて、両者を接着させることによって構
成されている。
孔3を形成するための半孔31、ガス流路4を形成する
ための半溝41、ノズル孔3側にガス溜室9を形成する
ための半溝91およびガス流入孔10を形成するための
半孔101とがエッチングによってそれぞれ形成された
下側半導体基板1と上側半導体基板2とを、それぞれの
半孔31、半溝41、半溝91および半孔101をつき
合せるように重ねて、両者を接着させることによって構
成されている。
【0013】そして、下側半導体基板1にはガス通路4
にかかるブリッジ部6が形成され、そのブリッジ部6の
上面に、白金などのヒートワイヤ材料を蒸着し、それを
エッチングすることによって一対のヒートワイヤ51,
52がパターン成形されており、その両側には同様に電
極部7がパターン成形されている。
にかかるブリッジ部6が形成され、そのブリッジ部6の
上面に、白金などのヒートワイヤ材料を蒸着し、それを
エッチングすることによって一対のヒートワイヤ51,
52がパターン成形されており、その両側には同様に電
極部7がパターン成形されている。
【0014】このようにセンサ本体8とガス溜室9とが
一体的に形成されたものにあっては、図5に示すよう
に、そのガス溜室9のガス流入孔10側にマイクロポン
プ11が接続され、ヘリウムなどのガスの雰囲気中でそ
のマイクロポンプ11を駆動することによりガス溜室9
内にガスが送り込まれ、そこでポンプによって送り込ま
れたガスの脈動分が有効に抑制されたうえで、センサ本
体8におけるノズル孔3からガス流路4内にガス流が噴
出されることになる。
一体的に形成されたものにあっては、図5に示すよう
に、そのガス溜室9のガス流入孔10側にマイクロポン
プ11が接続され、ヘリウムなどのガスの雰囲気中でそ
のマイクロポンプ11を駆動することによりガス溜室9
内にガスが送り込まれ、そこでポンプによって送り込ま
れたガスの脈動分が有効に抑制されたうえで、センサ本
体8におけるノズル孔3からガス流路4内にガス流が噴
出されることになる。
【0015】図4は、センサ本体8に角速度が作用した
ときのガス流の偏向状態を電気的に検出するため各ヒー
トワイヤ51,52と基準抵抗Rs1,Rs2とによっ
て形成されたブリッジ回路を示している。図中、13は
定電流源である。
ときのガス流の偏向状態を電気的に検出するため各ヒー
トワイヤ51,52と基準抵抗Rs1,Rs2とによっ
て形成されたブリッジ回路を示している。図中、13は
定電流源である。
【0016】このブリッジ回路にあっては、センサ本体
8に角速度が作用していなくて、ガス流が各ヒートワイ
ヤ51,52に対してまっすぐ流れているときには、ブ
リッジが平衡状態となって、そのブリッジ出力端子a−
b間における出力電圧は零となっている。
8に角速度が作用していなくて、ガス流が各ヒートワイ
ヤ51,52に対してまっすぐ流れているときには、ブ
リッジが平衡状態となって、そのブリッジ出力端子a−
b間における出力電圧は零となっている。
【0017】そして、センサ本体8に角速度が作用して
ガス流が偏向すると、そのガス流の偏向状態に応じて各
ヒートワイヤの抵抗値が変化してブリッジが不平衡状態
となり、そのブリッジ出力端子a−b間に電圧が生じて
レート検出信号RSが得られる。
ガス流が偏向すると、そのガス流の偏向状態に応じて各
ヒートワイヤの抵抗値が変化してブリッジが不平衡状態
となり、そのブリッジ出力端子a−b間に電圧が生じて
レート検出信号RSが得られる。
【0018】このようなものにあって、本発明では、各
ヒートワイヤ51,52をガス流量を検出するフローセ
ンサとして併用して、ガス流量に応じた抵抗値を示すブ
リッジ回路における各ヒートワイヤ51,52が直列接
続された部分の電圧を端子c−dからガス流量検出信号
GSとしてとり出し、そのガス流量検出信号GSを図5
に示すポンプ駆動制御回路15が読み込んで、各ヒート
ワイヤ51,52に当るガス流量が常に規定の流量とな
るように、マイクロポンプ11の駆動制御を行わせるよ
うにしている。
ヒートワイヤ51,52をガス流量を検出するフローセ
ンサとして併用して、ガス流量に応じた抵抗値を示すブ
リッジ回路における各ヒートワイヤ51,52が直列接
続された部分の電圧を端子c−dからガス流量検出信号
GSとしてとり出し、そのガス流量検出信号GSを図5
に示すポンプ駆動制御回路15が読み込んで、各ヒート
ワイヤ51,52に当るガス流量が常に規定の流量とな
るように、マイクロポンプ11の駆動制御を行わせるよ
うにしている。
【0019】ポンプ駆動制御回路15としては、図5に
示すように、ガス流量検出信号GSを読み込んで、それ
を所定に増幅し、ガス流量検出信号GSに含まれるガス
流の偏向による変動分を除去するべく積分処理する積分
増幅回路151と、それにより得られたガス流量の検出
値fdと予めガス流量設定器152により設定された基
準値fsとを比較して、両者が等しくなるような電力制
御信号WCを出力する制御部153と、マイクロポンプ
11の実際の消費電力を検出して、その検出された消費
電力の信号と制御部153から送られてくる電力制御信
号WCとを比較して、両者が等しくなるようなポンプ駆
動の周波数制御信号FCを出力する電力検出部154
と、その周波数制御信号FCに応じて所定の周波数によ
るパルス信号を発生するパルス信号発生部155と、そ
のパルス信号を波形整形して、マイクロポンプ11に駆
動パルスを与える波形整形部156とによって構成され
ている。
示すように、ガス流量検出信号GSを読み込んで、それ
を所定に増幅し、ガス流量検出信号GSに含まれるガス
流の偏向による変動分を除去するべく積分処理する積分
増幅回路151と、それにより得られたガス流量の検出
値fdと予めガス流量設定器152により設定された基
準値fsとを比較して、両者が等しくなるような電力制
御信号WCを出力する制御部153と、マイクロポンプ
11の実際の消費電力を検出して、その検出された消費
電力の信号と制御部153から送られてくる電力制御信
号WCとを比較して、両者が等しくなるようなポンプ駆
動の周波数制御信号FCを出力する電力検出部154
と、その周波数制御信号FCに応じて所定の周波数によ
るパルス信号を発生するパルス信号発生部155と、そ
のパルス信号を波形整形して、マイクロポンプ11に駆
動パルスを与える波形整形部156とによって構成され
ている。
【0020】ここではマイクロポンプ11として、ダイ
アフラム式のパルス信号によって駆動されるものが用い
られている。
アフラム式のパルス信号によって駆動されるものが用い
られている。
【0021】なお、ブリッジ回路における各ヒートワイ
ヤ51,52が直列接続された部分からガス流量検出信
号GSをとり出すのでは、そのガス流量検出信号GS中
にセンサ本体8に角速度が作用したときのガス流の偏向
による変動分が含まれてしまうことになる。
ヤ51,52が直列接続された部分からガス流量検出信
号GSをとり出すのでは、そのガス流量検出信号GS中
にセンサ本体8に角速度が作用したときのガス流の偏向
による変動分が含まれてしまうことになる。
【0022】そのガス流量検出信号GS中に含まれるセ
ンサ本体8に角速度が作用したときのガス流の偏向によ
る変動分の変化率は比較的大きく、検出対象となるガス
流量の変動によるガス流量検出信号の変化分は比較的緩
やかであるので、積分増幅回路151においてガス流量
検出信号GSを積分処理することによって、そのガス流
量検出信号GS中に含まれるガス流の偏向による変動分
を除去し、ガス流量検出成分のみを抽出することができ
る。
ンサ本体8に角速度が作用したときのガス流の偏向によ
る変動分の変化率は比較的大きく、検出対象となるガス
流量の変動によるガス流量検出信号の変化分は比較的緩
やかであるので、積分増幅回路151においてガス流量
検出信号GSを積分処理することによって、そのガス流
量検出信号GS中に含まれるガス流の偏向による変動分
を除去し、ガス流量検出成分のみを抽出することができ
る。
【0023】積分増幅回路151を用いる代わりに、増
幅器およびローパスフィルタを用いて、ガス流量検出信
号GSをフィルタ処理してガス流量検出信号GS中に含
まれるガス流の偏向による変動分を除去するようにして
もよい。
幅器およびローパスフィルタを用いて、ガス流量検出信
号GSをフィルタ処理してガス流量検出信号GS中に含
まれるガス流の偏向による変動分を除去するようにして
もよい。
【0024】このように、本発明によれば、ガス流路4
内に設けられている一対のヒートワイヤ51,52をガ
ス流量を検出するフローセンサとして併用して、センサ
本体8に角速度が作用したときのガス流の偏向状態を電
気的に検出するためのブリッジ回路における各ヒートワ
イヤ51,52が直列接続された部分の電圧をガス流量
検出信号GSとしてとり出すようにしているので、ノズ
ル孔3部分またはガス流路4内にガス流量を検出するフ
ローセンサを設けるとともにそのバイアス電源を別途設
ける必要がなく、構造上有利となっている。
内に設けられている一対のヒートワイヤ51,52をガ
ス流量を検出するフローセンサとして併用して、センサ
本体8に角速度が作用したときのガス流の偏向状態を電
気的に検出するためのブリッジ回路における各ヒートワ
イヤ51,52が直列接続された部分の電圧をガス流量
検出信号GSとしてとり出すようにしているので、ノズ
ル孔3部分またはガス流路4内にガス流量を検出するフ
ローセンサを設けるとともにそのバイアス電源を別途設
ける必要がなく、構造上有利となっている。
【0025】また、本発明によれば、ガス流路4内に設
けられた一対のヒートワイヤ51,52に当るガス流量
を直接的に検出することができるので、センサ本体8に
作用する角速度を検出するためのガス流量を正確に検出
することができ、一定に制御されるガス流量の精度が良
いものとなる。
けられた一対のヒートワイヤ51,52に当るガス流量
を直接的に検出することができるので、センサ本体8に
作用する角速度を検出するためのガス流量を正確に検出
することができ、一定に制御されるガス流量の精度が良
いものとなる。
【0026】この点、ノズル孔3部分またはガス流路4
内にガス流量を検出するフローセンサを別途設けて各ヒ
ートワイヤ51,52に当るガス流量を間接的に検出
し、その検出されたガス流量が一定となるように制御す
るのでは、実際に各ヒートワイヤ51,52に当ってい
るガスの流量と異なって、その一定に制御されるガス流
量の精度が低下してしまう。
内にガス流量を検出するフローセンサを別途設けて各ヒ
ートワイヤ51,52に当るガス流量を間接的に検出
し、その検出されたガス流量が一定となるように制御す
るのでは、実際に各ヒートワイヤ51,52に当ってい
るガスの流量と異なって、その一定に制御されるガス流
量の精度が低下してしまう。
【0027】なお、本発明は、このような半導体式ガス
レートセンサに限定されるものではなく、従来構造の一
般的なガスレートセンサに適用してもよい。
レートセンサに限定されるものではなく、従来構造の一
般的なガスレートセンサに適用してもよい。
【0028】
【発明の効果】以上、本発明によるガスレートセンサに
あっては、センサ本体に角速度が作用したときのガス流
の偏向状態を電気的に検出するためのブリッジ回路にお
ける各ヒートワイヤが直列接続された部分の電圧をガス
流量検出信号としてとり出して、ガス流路内に設けられ
た各ヒートワイヤに当るガスの流量を直接的に検出しな
がら、予め設定された基準電圧と比較して、その検出さ
れたガスの流量が予め設定された流量になるようにポン
プの駆動制御を行わせるようにしたもので、各ヒートワ
イヤに実際に当るガスの流量が一定となるように制御す
ることができ、センサ本体に作用する角速度によってガ
ス流が偏向する状態を各ヒートワイヤによって精度良く
検出することができるようになり、特に、半導体基板を
用いたIC製造技術によるマイクロマシニング加工によ
りセンサ本体が形成される超小形のガスレートセンサに
おいて有利となる。
あっては、センサ本体に角速度が作用したときのガス流
の偏向状態を電気的に検出するためのブリッジ回路にお
ける各ヒートワイヤが直列接続された部分の電圧をガス
流量検出信号としてとり出して、ガス流路内に設けられ
た各ヒートワイヤに当るガスの流量を直接的に検出しな
がら、予め設定された基準電圧と比較して、その検出さ
れたガスの流量が予め設定された流量になるようにポン
プの駆動制御を行わせるようにしたもので、各ヒートワ
イヤに実際に当るガスの流量が一定となるように制御す
ることができ、センサ本体に作用する角速度によってガ
ス流が偏向する状態を各ヒートワイヤによって精度良く
検出することができるようになり、特に、半導体基板を
用いたIC製造技術によるマイクロマシニング加工によ
りセンサ本体が形成される超小形のガスレートセンサに
おいて有利となる。
【図1】半導体基板を用いたIC製造技術によるマイク
ロマシニング加工により形成されたガス溜室が一体に設
けられたセンサ本体の斜視図である。
ロマシニング加工により形成されたガス溜室が一体に設
けられたセンサ本体の斜視図である。
【図2】センサ本体における下側半導体基板の平面図で
ある。
ある。
【図3】図1のA−A線に沿う正断面図である。
【図4】センサ本体に角速度が作用したときのガス流の
偏向状態を電気的に検出するためのブリッジ回路を示す
電気回路図である。
偏向状態を電気的に検出するためのブリッジ回路を示す
電気回路図である。
【図5】本発明の一実施例によるガスレートセンサの簡
略構成を示すブロック図である。
略構成を示すブロック図である。
1 下側半導体基板 2 上側半導体基板 3 ノズル孔 4 ガス流路 51 ヒートワイヤ 52 ヒートワイヤ 8 センサ本体 9 ガス溜室 11 マイクロポンプ 15 ポンプ駆動制御回路
Claims (3)
- 【請求項1】 ガス流発生手段の駆動によりセンサ本体
におけるノズル孔からガス流路内にガスを噴出させてそ
のガス流路内に並設された一対の感熱抵抗素子からなる
ヒートワイヤに向かってガス流を生じさせておき、各ヒ
ートワイヤおよび基準抵抗によって形成されるブリッジ
回路から、センサ本体に角速度が作用してガス流が偏向
したときの各ヒートワイヤの抵抗値の変化に応じた出力
を得るようにしたガスレートセンサにおいて、ブリッジ
回路における各ヒートワイヤが直列接続された部分の電
圧をガス流量検出信号としてとり出して予め設定された
基準電圧と比較し、両者が等しくなるようにガス流発生
手段の駆動制御を行わせるようにしたことを特徴とする
ガスレートセンサ。 - 【請求項2】 ガス流量検出信号を積分処理して、その
ガス流量検出信号に含まれるガス流の偏向による変動分
を除去したうえで、基準電圧と比較するようにしたこと
を特徴とする前記第1項の記載によるガスレートセン
サ。 - 【請求項3】 ガス流量検出信号をローパスフィルタ処
理して、そのガス流量検出信号に含まれるガス流の偏向
による変動分を除去したうえで、基準電圧と比較するよ
うにしたことを特徴とする前記第1項の記載によるガス
レートセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29394791A JP2599323B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | ガスレートセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29394791A JP2599323B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | ガスレートセンサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0552862A JPH0552862A (ja) | 1993-03-02 |
JP2599323B2 true JP2599323B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=17801238
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29394791A Expired - Fee Related JP2599323B2 (ja) | 1991-08-21 | 1991-08-21 | ガスレートセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2599323B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3244208B2 (ja) * | 1994-02-07 | 2002-01-07 | 本田技研工業株式会社 | ガスレート検出器 |
-
1991
- 1991-08-21 JP JP29394791A patent/JP2599323B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0552862A (ja) | 1993-03-02 |
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