JP2760628B2 - Ｐｗｍ静電サーボ式加速度計 - Google Patents
Ｐｗｍ静電サーボ式加速度計Info
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- JP2760628B2 JP2760628B2 JP2097091A JP9709190A JP2760628B2 JP 2760628 B2 JP2760628 B2 JP 2760628B2 JP 2097091 A JP2097091 A JP 2097091A JP 9709190 A JP9709190 A JP 9709190A JP 2760628 B2 JP2760628 B2 JP 2760628B2
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- 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)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はPWM静電サーボ式加速度計に関し、特に自動
車の車体制御システム等に使用され、微弱且つ低周波の
加速度を高精度で検出できるPWM静電サーボ式加速度計
に関するものである。
車の車体制御システム等に使用され、微弱且つ低周波の
加速度を高精度で検出できるPWM静電サーボ式加速度計
に関するものである。
従来、微弱且つ低周波の加速度を検出する加速度計と
しては、半導体容量式加速度計や半導体歪みゲージ式加
速度計が知られている。これらの加速度計に使用される
加速度検出素子は、その製造工程によって誤差が含ま
れ、種々の特性に関して製造ばらつきが発生する。一例
として、加速度検出素子の出力感度や零点にばらつきが
生じる。これらの製造ばらつきを調整するためには、加
速度検出素子を用いて加速度計を組み立てる際におい
て、その最終段の出力回路に出力感度や零点を調整する
回路を付加し、抵抗等を用いて調整を行うように構成し
ていた。
しては、半導体容量式加速度計や半導体歪みゲージ式加
速度計が知られている。これらの加速度計に使用される
加速度検出素子は、その製造工程によって誤差が含ま
れ、種々の特性に関して製造ばらつきが発生する。一例
として、加速度検出素子の出力感度や零点にばらつきが
生じる。これらの製造ばらつきを調整するためには、加
速度検出素子を用いて加速度計を組み立てる際におい
て、その最終段の出力回路に出力感度や零点を調整する
回路を付加し、抵抗等を用いて調整を行うように構成し
ていた。
なお、上記加速度計に関連する従来の技術として、そ
の他にトランスデューサ 87（ザ フォース インター
ナショナル コンフェレンス オン ソリッド・ステー
ト センサズ アンド アクチェエータズ,1987年６月
２日〜５日に開催）の395〜398頁に記載された半導体容
量式の加速度センサや、399〜402頁に記載された半導体
歪みゲージ式加速度センサ等を挙げることができる。
の他にトランスデューサ 87（ザ フォース インター
ナショナル コンフェレンス オン ソリッド・ステー
ト センサズ アンド アクチェエータズ,1987年６月
２日〜５日に開催）の395〜398頁に記載された半導体容
量式の加速度センサや、399〜402頁に記載された半導体
歪みゲージ式加速度センサ等を挙げることができる。
ところで、半導体容量及びPWM（パルス幅変調）を利
用すると共に静電気力の差をフィードバックすることに
よりサーボ方式で構成されたいわゆる半導体容量式PWM
静電サーボ方式加速度計は、加速度の大きさを矩形波の
デューティに変換し、更にデューティをアナログ信号に
変換して出力となるアナログ信号を取出すように構成さ
れる。従って、上記の半導体容量式PWM静電サーボ方式
加速度計では、デューティの変化範囲が０〜100％であ
るから、デューティが０％の時の加速度が検出可能な最
小加速度となり、デューティが100％の時の加速度が検
出可能な最大加速度となる。従って、半導体容量式PWM
静電サーボ方式加速度計では、デューティが０〜100％
の範囲にしか存在しないから、測定範囲が制限を受ける
という不具合を有する。また単位加速度当たりのデュー
ティの変化量（以下、デューティ変化率という）が小さ
いと、加速度計としての測定感度を低下させることにな
る。
用すると共に静電気力の差をフィードバックすることに
よりサーボ方式で構成されたいわゆる半導体容量式PWM
静電サーボ方式加速度計は、加速度の大きさを矩形波の
デューティに変換し、更にデューティをアナログ信号に
変換して出力となるアナログ信号を取出すように構成さ
れる。従って、上記の半導体容量式PWM静電サーボ方式
加速度計では、デューティの変化範囲が０〜100％であ
るから、デューティが０％の時の加速度が検出可能な最
小加速度となり、デューティが100％の時の加速度が検
出可能な最大加速度となる。従って、半導体容量式PWM
静電サーボ方式加速度計では、デューティが０〜100％
の範囲にしか存在しないから、測定範囲が制限を受ける
という不具合を有する。また単位加速度当たりのデュー
ティの変化量（以下、デューティ変化率という）が小さ
いと、加速度計としての測定感度を低下させることにな
る。
ここで、加速度検出素子の製造ばらつき、特にギャッ
プの製造ばらつきを考察する。このギャップのばらつき
が存在すると、加速度計の測定範囲、デューティ変化
率、出力感度等が大きくばらつくという不具合が発生す
る。すなわち、例えばギャップが広いと測定範囲が小さ
くなり（第５図に示すように測定範囲はギャップの２乗
に反比例する特性を有する）、必要な測定範囲を得るこ
とができなくなる。反対に、ギャップが狭いとデューテ
ィ変化率が低下し（第４図に示すようにデューティ変化
率はギャップの２乗に比例する特性を有する）、測定精
度が低下する。このようにギャップに製造ばらつきが生
じると、加速度計において必要な性能が得られず、加速
度計の歩留りを下げることになる。
プの製造ばらつきを考察する。このギャップのばらつき
が存在すると、加速度計の測定範囲、デューティ変化
率、出力感度等が大きくばらつくという不具合が発生す
る。すなわち、例えばギャップが広いと測定範囲が小さ
くなり（第５図に示すように測定範囲はギャップの２乗
に反比例する特性を有する）、必要な測定範囲を得るこ
とができなくなる。反対に、ギャップが狭いとデューテ
ィ変化率が低下し（第４図に示すようにデューティ変化
率はギャップの２乗に比例する特性を有する）、測定精
度が低下する。このようにギャップに製造ばらつきが生
じると、加速度計において必要な性能が得られず、加速
度計の歩留りを下げることになる。
本発明の目的は、製造工程で加速度検出素子のギャッ
プに関してばらつきが生じたとしても、回路的に調整し
て製造ばらつきを補正できるように構成し、加速度計に
おいて歩留りが低下しない高性能なPWM静電サーボ方式
過速度計を提供することにある。
プに関してばらつきが生じたとしても、回路的に調整し
て製造ばらつきを補正できるように構成し、加速度計に
おいて歩留りが低下しない高性能なPWM静電サーボ方式
過速度計を提供することにある。
本発明に係る第１のPWM静電サーボ式加速度計は、加
速度に応答して位置が変化する可動電極及びこの可動電
極に対向して配設される２個の固定電極からなる加速度
検出素子と、可動電極と各々の固定電極との間の静電容
量の差を検出する容量検出手段と、容量検出手段の出力
に基づき静電容量差に比例したデューティを有する矩形
波からなる電圧波形列を発生する矩形波発生手段と、こ
の電圧波形列を各々の固定電極に与える駆動手段とを有
する加速度計において、電圧波形列の波高値を調整する
調整手段を有することを特徴点として有する。
速度に応答して位置が変化する可動電極及びこの可動電
極に対向して配設される２個の固定電極からなる加速度
検出素子と、可動電極と各々の固定電極との間の静電容
量の差を検出する容量検出手段と、容量検出手段の出力
に基づき静電容量差に比例したデューティを有する矩形
波からなる電圧波形列を発生する矩形波発生手段と、こ
の電圧波形列を各々の固定電極に与える駆動手段とを有
する加速度計において、電圧波形列の波高値を調整する
調整手段を有することを特徴点として有する。
本発明に係る第２のPWM静電サーボ式加速度計は、前
記第１の加速度計の構成において、加速度とデューティ
の間に存在するオフセットを補償するオフセット補償手
段を設けるようにしたことを特徴点として有する。
記第１の加速度計の構成において、加速度とデューティ
の間に存在するオフセットを補償するオフセット補償手
段を設けるようにしたことを特徴点として有する。
本発明による第１のPWM静電サーボ式加速度計では、
加速度検出素子の固定電極に印加される電圧波形列の各
矩形波の波高値とデューティ変化率及び測定範囲との間
において、波高値が大きくなるとデューティ変化率が小
さくなると共に測定範囲が大きくなり、波高値が小さく
なるとその反対となるという特性を有しているので、こ
の特性を利用して、加速度検出素子のギャップの製造ば
らつきに起因して生じる加速度計の出力特性を前記波高
値を調整することにより、測定範囲とデューティ変化率
を最適な状態に設定することができる。
加速度検出素子の固定電極に印加される電圧波形列の各
矩形波の波高値とデューティ変化率及び測定範囲との間
において、波高値が大きくなるとデューティ変化率が小
さくなると共に測定範囲が大きくなり、波高値が小さく
なるとその反対となるという特性を有しているので、こ
の特性を利用して、加速度検出素子のギャップの製造ば
らつきに起因して生じる加速度計の出力特性を前記波高
値を調整することにより、測定範囲とデューティ変化率
を最適な状態に設定することができる。
本発明による第２のPWM静電サーボ式加速度計では、
前記第１の加速度計の構成において、検出加速度とデュ
ーティとの間にオフセットが存在する場合には、これを
補償するように構成することにより、加速度計の出力特
性を改善している。
前記第１の加速度計の構成において、検出加速度とデュ
ーティとの間にオフセットが存在する場合には、これを
補償するように構成することにより、加速度計の出力特
性を改善している。
以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図は本発明に係る加速度計の実施例を示す。第１
図において１は加速度検出素子であり、第１図〜第３図
によって加速度検出素子１の機械的構造、加速度計の回
路構成及びその動作原理について説明する。第２図は第
１図中のII−II線断面図、第３図は第２図中のIII−III
線断面図である。加速度検出素子１は、半導体容量式で
且つPWM静電サーボ方式加速度計に使用される加速度セ
ンサである。２は外形を形成するケーシングであり、例
えば絶縁性を有するガラス材等によって作られている。
３は図中上側に配置された固定電極、４は図中下側に配
置された固定電極であり、それぞれアルミニウム材で形
成されている。５は、ビーム６によって支持される重錘
の機能を有した可動電極であり、加速度に応答して図中
上下の方向にその位置を変化させる。可動電極５は第３
図に示すように矩形の平面部を上下の面に有し、これら
の面は前記の上下の固定電極3,4にそれぞれ対向してい
る。可動電極５はシリコン等によって形成される。第１
図又は第２図に示されるように、可動電極５の上下の面
とそれぞれ対向する固定電極3,4との間にはギャップが
形成され、このギャップ部分に電気回路的には静電容量
が生じ、且つ後述するように矩形波からなる電圧波形列
を固定電極3,4に印加することにより静電気力を発生さ
せる。
図において１は加速度検出素子であり、第１図〜第３図
によって加速度検出素子１の機械的構造、加速度計の回
路構成及びその動作原理について説明する。第２図は第
１図中のII−II線断面図、第３図は第２図中のIII−III
線断面図である。加速度検出素子１は、半導体容量式で
且つPWM静電サーボ方式加速度計に使用される加速度セ
ンサである。２は外形を形成するケーシングであり、例
えば絶縁性を有するガラス材等によって作られている。
３は図中上側に配置された固定電極、４は図中下側に配
置された固定電極であり、それぞれアルミニウム材で形
成されている。５は、ビーム６によって支持される重錘
の機能を有した可動電極であり、加速度に応答して図中
上下の方向にその位置を変化させる。可動電極５は第３
図に示すように矩形の平面部を上下の面に有し、これら
の面は前記の上下の固定電極3,4にそれぞれ対向してい
る。可動電極５はシリコン等によって形成される。第１
図又は第２図に示されるように、可動電極５の上下の面
とそれぞれ対向する固定電極3,4との間にはギャップが
形成され、このギャップ部分に電気回路的には静電容量
が生じ、且つ後述するように矩形波からなる電圧波形列
を固定電極3,4に印加することにより静電気力を発生さ
せる。
７は容量検出器であり、この容量検出器７には加速度
検出素子１の出力信号が入力される。容量検出器７で
は、固定電極３と可動電極５の間の静電容量と、固定電
極４と可動電極５の間の静電容量との差分が検出され
る。容量検出器７の出力では静電容量の差分に比例した
電圧が発生し、この出力電圧は次段の増幅器８により所
定のレベルまで増幅され、更にパルス幅変調（PWM）器
９によって駆動用インバータ10を動作させる電圧波形列
信号に変換される。パルス幅変調器９は増幅器８の出力
電圧の大きさに比例したデューティを有する矩形波を周
期的に発生する。駆動用インバータ10の出力は固定電極
３に与えられ、これによって固定電極３と可動電極５と
の間に静電気力を生じさせる。また、インバータ10の出
力は更にインバータ11によって反転され、このインバー
タ11の出力は固定電極４に与えられる。インバータ11の
出力電圧の印加によって固定電極４と可動電極５との間
に静電気力を生じさせる。
検出素子１の出力信号が入力される。容量検出器７で
は、固定電極３と可動電極５の間の静電容量と、固定電
極４と可動電極５の間の静電容量との差分が検出され
る。容量検出器７の出力では静電容量の差分に比例した
電圧が発生し、この出力電圧は次段の増幅器８により所
定のレベルまで増幅され、更にパルス幅変調（PWM）器
９によって駆動用インバータ10を動作させる電圧波形列
信号に変換される。パルス幅変調器９は増幅器８の出力
電圧の大きさに比例したデューティを有する矩形波を周
期的に発生する。駆動用インバータ10の出力は固定電極
３に与えられ、これによって固定電極３と可動電極５と
の間に静電気力を生じさせる。また、インバータ10の出
力は更にインバータ11によって反転され、このインバー
タ11の出力は固定電極４に与えられる。インバータ11の
出力電圧の印加によって固定電極４と可動電極５との間
に静電気力を生じさせる。
上記の回路構成において、容量検出器７は、加速度検
出素子１における、固定電極３と可動電極５の間の静電
気力と、固定電極４と可動電極５との間の静電気力との
差分に比例した電圧、すなわち各ギャップの静電容量に
比例した電圧を出力する。従って、パルス幅変調器９の
出力する矩形波のデューティは、前記固定電極3,4のそ
れぞれから可動電極５に対し作用する各静電気力の差分
に比例している。第１図の回路構成による制御系によれ
ば、固定電極３及び可動電極５の間の静電気力と固定電
極４及び可動電極５の間の静電気力との差分、すなわち
各静電容量の差分が０になるように、固定電極３と４に
印加されるパルス波形信号のデューティを制御するよう
に構成される。このように構成すれば、可動電極５に作
用する慣性力（加速度に比例する力）と、可動電極５に
対し固定電極3,4のそれぞれから作用する静電気力の差
分とが釣り合うことになるから、パルス幅変調器９の出
力する電圧波形列の矩形波のデューティを検出すれば、
加速度検出素子１に作用する加速度を検出することがで
きることになる。そこで、インバータ10の出力信号をロ
ーパスフィルタ（LPF）12を介してアナログ電圧として
取出すと、加速度検出素子１に作用する加速度に比例し
た出力VOUTを得ることができる。ローパスフィルタ12の
出力VOUTは、次式により与えられる。
出素子１における、固定電極３と可動電極５の間の静電
気力と、固定電極４と可動電極５との間の静電気力との
差分に比例した電圧、すなわち各ギャップの静電容量に
比例した電圧を出力する。従って、パルス幅変調器９の
出力する矩形波のデューティは、前記固定電極3,4のそ
れぞれから可動電極５に対し作用する各静電気力の差分
に比例している。第１図の回路構成による制御系によれ
ば、固定電極３及び可動電極５の間の静電気力と固定電
極４及び可動電極５の間の静電気力との差分、すなわち
各静電容量の差分が０になるように、固定電極３と４に
印加されるパルス波形信号のデューティを制御するよう
に構成される。このように構成すれば、可動電極５に作
用する慣性力（加速度に比例する力）と、可動電極５に
対し固定電極3,4のそれぞれから作用する静電気力の差
分とが釣り合うことになるから、パルス幅変調器９の出
力する電圧波形列の矩形波のデューティを検出すれば、
加速度検出素子１に作用する加速度を検出することがで
きることになる。そこで、インバータ10の出力信号をロ
ーパスフィルタ（LPF）12を介してアナログ電圧として
取出すと、加速度検出素子１に作用する加速度に比例し
た出力VOUTを得ることができる。ローパスフィルタ12の
出力VOUTは、次式により与えられる。
ここで、kLPFはローパスフィルタ12の利得、ｍは可動
電極５の質量、Ｇは重力加速度、ｄは可動電極５と固定
電極３の間のギャップ、εは誘電率、Ｓは可動電極５の
面積、VPは印加パルス電圧の振幅、αは加速度、Voffは
オフセット電圧である。
電極５の質量、Ｇは重力加速度、ｄは可動電極５と固定
電極３の間のギャップ、εは誘電率、Ｓは可動電極５の
面積、VPは印加パルス電圧の振幅、αは加速度、Voffは
オフセット電圧である。
次に第１図に示された加速度計の回路構成では、更に
基準電圧源13が設けられる。この基準電圧源13は、その
出力電圧値によって固定電極駆動用のインバータ10,11
の出力電圧の波高値を設定するもので、これによって固
定電極3,4に印加される矩形波の波高値を変化させるこ
とにより、測定範囲を必要な範囲に設定すると共にデュ
ーティ変化率が最大になるように調整する機能を有して
いる。
基準電圧源13が設けられる。この基準電圧源13は、その
出力電圧値によって固定電極駆動用のインバータ10,11
の出力電圧の波高値を設定するもので、これによって固
定電極3,4に印加される矩形波の波高値を変化させるこ
とにより、測定範囲を必要な範囲に設定すると共にデュ
ーティ変化率が最大になるように調整する機能を有して
いる。
ここで、可動電極５と固定電極3,4との間のギャップ
と、デューティ変化率及び測定範囲のそれぞれとの関
係、更に固定電極3,4に印加される矩形波の波高値と、
デューティ変化率及び測定範囲のそれぞれとの関係につ
いて説明する。ギャップが大きくなればなるほど、第４
図に示すようにデューティ変化率は大きくなるという特
性を有し、反対に測定範囲は第５図に示すように小さく
なるという特性を有する。従って、加速度検出素子１の
組立て設計ではデューティ変化率と測定範囲のいずれも
が適切になるような最適な値にギャップが選択される。
しかし、その製造工程では、加速度検出素子１はその設
計通りにギャップが形成されず、ギャップに関し加速度
検出素子１ごとに製造ばらつきが発生して形成されるこ
とになる。一方、第６図及び第７図に示すように、それ
ぞれのギャップにおいて静電気力を発生させるため固定
電極3,4に印加される矩形波の波高値は、それが大きく
なるほど、デューティ変化率が小さくなり、また測定範
囲は大きくなるという特性を有する。従って、加速度検
出素子１の製作において、可動電極５と固定電極3,4と
の間において設計通りの寸法のギャップが実現できなく
とも、固定電極に3,4に印加される矩形波の波高値を変
化させることにより、前述の如く所要の測定範囲を達成
し且つデューティ変化率が最大になるように調整するこ
とが可能となる。
と、デューティ変化率及び測定範囲のそれぞれとの関
係、更に固定電極3,4に印加される矩形波の波高値と、
デューティ変化率及び測定範囲のそれぞれとの関係につ
いて説明する。ギャップが大きくなればなるほど、第４
図に示すようにデューティ変化率は大きくなるという特
性を有し、反対に測定範囲は第５図に示すように小さく
なるという特性を有する。従って、加速度検出素子１の
組立て設計ではデューティ変化率と測定範囲のいずれも
が適切になるような最適な値にギャップが選択される。
しかし、その製造工程では、加速度検出素子１はその設
計通りにギャップが形成されず、ギャップに関し加速度
検出素子１ごとに製造ばらつきが発生して形成されるこ
とになる。一方、第６図及び第７図に示すように、それ
ぞれのギャップにおいて静電気力を発生させるため固定
電極3,4に印加される矩形波の波高値は、それが大きく
なるほど、デューティ変化率が小さくなり、また測定範
囲は大きくなるという特性を有する。従って、加速度検
出素子１の製作において、可動電極５と固定電極3,4と
の間において設計通りの寸法のギャップが実現できなく
とも、固定電極に3,4に印加される矩形波の波高値を変
化させることにより、前述の如く所要の測定範囲を達成
し且つデューティ変化率が最大になるように調整するこ
とが可能となる。
従って、基準電圧源13によるインバータ10,11の矩形
波の波高値の調整は、加速度検出素子１を用いて第１図
に示されるような回路構成を有する加速度計が組立てら
れた初期において、加速度検出素子１の動作特性を調べ
ながら、加速度計ごとに調整される。その後において
は、基本的に、加速度検出素子１のギャップの製造ばら
つきに関係する調整は行われない。
波の波高値の調整は、加速度検出素子１を用いて第１図
に示されるような回路構成を有する加速度計が組立てら
れた初期において、加速度検出素子１の動作特性を調べ
ながら、加速度計ごとに調整される。その後において
は、基本的に、加速度検出素子１のギャップの製造ばら
つきに関係する調整は行われない。
ところで、加速度と矩形波のデューティとの間におい
てオフセットが存在する場合には、基準電圧源13でデュ
ーティ変化率が最大になるように波高値の調整を行う
と、デューティが０％又は100％からはみ出してしま
う。このような場合を考慮して、第２の基準電圧源14を
設ける。基準電圧源14ではその出力電圧を任意に調整す
ることができ、当該出力電圧を加算器15を介して容量検
出器７の出力に加えるように構成している。これによ
り、基準電圧源14は容量検出器７の出力にオフセットを
与え、可動電極５と固定電極3,4との間の静電容量の差
分が基準電圧源14の出力電圧に依存する特定値になるよ
うに、サーボ系の制御を働かせる。従って、サーボ系の
動作点が変化し、加速度とデューティとの間に新たなオ
フセットを生じさせ、これによってもともと存在するオ
フセットを補償することができる。
てオフセットが存在する場合には、基準電圧源13でデュ
ーティ変化率が最大になるように波高値の調整を行う
と、デューティが０％又は100％からはみ出してしま
う。このような場合を考慮して、第２の基準電圧源14を
設ける。基準電圧源14ではその出力電圧を任意に調整す
ることができ、当該出力電圧を加算器15を介して容量検
出器７の出力に加えるように構成している。これによ
り、基準電圧源14は容量検出器７の出力にオフセットを
与え、可動電極５と固定電極3,4との間の静電容量の差
分が基準電圧源14の出力電圧に依存する特定値になるよ
うに、サーボ系の制御を働かせる。従って、サーボ系の
動作点が変化し、加速度とデューティとの間に新たなオ
フセットを生じさせ、これによってもともと存在するオ
フセットを補償することができる。
なお、上記の基準電圧源13による調整でデューティ変
化率を最大にするためには、検出加速度の最小値でデュ
ーティが０％となり、検出加速度の最大値でデューティ
が100％となるように調整を行う。パルス幅変調器９の
出力矩形波のデューティと出力VOUTとの間の関係は任意
に設計することができるから、予め、検出加速度の最小
値でデューティが最小になり、検出加速度の最大値でデ
ューティが最大になるようにし、この状態で出力特性が
目的の特性となるように回路設定する。このような回路
設定の状態において、基準電圧源13,14の出力電圧を変
化させて、加速度計の出力特性を目的の特性となるよう
に調整すれば、必要な測定範囲を満足しデューティ変化
率が最大となるように調整することができる。
化率を最大にするためには、検出加速度の最小値でデュ
ーティが０％となり、検出加速度の最大値でデューティ
が100％となるように調整を行う。パルス幅変調器９の
出力矩形波のデューティと出力VOUTとの間の関係は任意
に設計することができるから、予め、検出加速度の最小
値でデューティが最小になり、検出加速度の最大値でデ
ューティが最大になるようにし、この状態で出力特性が
目的の特性となるように回路設定する。このような回路
設定の状態において、基準電圧源13,14の出力電圧を変
化させて、加速度計の出力特性を目的の特性となるよう
に調整すれば、必要な測定範囲を満足しデューティ変化
率が最大となるように調整することができる。
次に、加速度計の出力特性に温度変動が存在する場合
に、これを補償する方法について説明する。加速度計の
出力特性は、検出した加速度をパルス幅変調器９で矩形
波のデューティに変換する変換特性と、矩形波のデュー
ティをローパスフィルタ12でアナログ電圧に変換する変
換特性とによって決定される。従って、上記の２つの変
換特性の内いずれか一方に温度依存特性を設けるように
構成すれば、温度補償を行うことができる。本実施例の
場合には、検出加速度をデューティに変換する変換特性
の方が簡単に変更できるので、この変換特性に温度依存
性の構成を付加することが望ましい。更に、基準電圧源
13の出力電圧に温度依存性を持たせるように構成するこ
とによりデューティ変化率に温度依存性を持たせること
ができるし、基準電圧源14の出力電圧に温度依存性を持
たせるように構成することにより検出加速度をデューテ
ィに変換する変換特性のオフセットに温度依存性を持た
せることもできる。従って、検出加速度をデューティに
変換する変換特性、デューティ変化率、検出加速度をデ
ューティに変換する変換特性のオフセット等のそれぞれ
に温度依存性に持たせるように構成し、これらの温度依
存特性を適当に選択し、或いは組み合わせることにより
第１図に示された加速度計の出力特性の温度変動を補償
するように構成することも可能である。なお、第１図中
において温度補償に関係する回路構成は省略されてい
る。
に、これを補償する方法について説明する。加速度計の
出力特性は、検出した加速度をパルス幅変調器９で矩形
波のデューティに変換する変換特性と、矩形波のデュー
ティをローパスフィルタ12でアナログ電圧に変換する変
換特性とによって決定される。従って、上記の２つの変
換特性の内いずれか一方に温度依存特性を設けるように
構成すれば、温度補償を行うことができる。本実施例の
場合には、検出加速度をデューティに変換する変換特性
の方が簡単に変更できるので、この変換特性に温度依存
性の構成を付加することが望ましい。更に、基準電圧源
13の出力電圧に温度依存性を持たせるように構成するこ
とによりデューティ変化率に温度依存性を持たせること
ができるし、基準電圧源14の出力電圧に温度依存性を持
たせるように構成することにより検出加速度をデューテ
ィに変換する変換特性のオフセットに温度依存性を持た
せることもできる。従って、検出加速度をデューティに
変換する変換特性、デューティ変化率、検出加速度をデ
ューティに変換する変換特性のオフセット等のそれぞれ
に温度依存性に持たせるように構成し、これらの温度依
存特性を適当に選択し、或いは組み合わせることにより
第１図に示された加速度計の出力特性の温度変動を補償
するように構成することも可能である。なお、第１図中
において温度補償に関係する回路構成は省略されてい
る。
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、PWM
静電サーボ式加速度計において、固定電極に印加される
電圧波形列の矩形波の波高値を調整することにより加速
度計の測定範囲と矩形波のデューティ変化率とを調整で
きるように構成したため、加速度検出素子のギャップに
製造ばらつきが存在したとしても、これを電気回路的に
補償し、加速度検出素子の歩留りを高めることができ
る。また、加速度計の測定範囲と矩形波のデューティ変
化率を最適なものに設定できるため、これによって加速
度計で検出できる加速度の範囲を広くし、且つ測定感度
を向上することができるという効果も発揮される。ま
た、加速度とデューティの間にオフセットが存在する場
合には、このオフセットを補償する手段を設けるように
したため、加速度計の測定性能を更に高めることができ
る。
静電サーボ式加速度計において、固定電極に印加される
電圧波形列の矩形波の波高値を調整することにより加速
度計の測定範囲と矩形波のデューティ変化率とを調整で
きるように構成したため、加速度検出素子のギャップに
製造ばらつきが存在したとしても、これを電気回路的に
補償し、加速度検出素子の歩留りを高めることができ
る。また、加速度計の測定範囲と矩形波のデューティ変
化率を最適なものに設定できるため、これによって加速
度計で検出できる加速度の範囲を広くし、且つ測定感度
を向上することができるという効果も発揮される。ま
た、加速度とデューティの間にオフセットが存在する場
合には、このオフセットを補償する手段を設けるように
したため、加速度計の測定性能を更に高めることができ
る。
第１図は本発明の第１実施例を示す回路図、第２図は第
１図中のII−II線断面図、第３図は第２図中のIII−III
線断面図、第４図はギャップとデューティ変化率の関係
を示すグラフ、第５図はギャップと測定範囲との関係を
示すグラフ、第６図は矩形波の波高値とデューティ変化
率を示すグラフ、第７図は矩形波の波高値と測定範囲の
関係を示すグラフである。 〔符号の説明〕 １……加速度検出素子 ２……ケーシング 3,4……固定電極 ５……可動電極 ６……ビーム ７……容量検出器 ９……パルス幅変調器 10,11……インバータ 12……ローパスフィルタ 13……第１の基準電圧源 14……第２の基準電圧源 15……加算器
１図中のII−II線断面図、第３図は第２図中のIII−III
線断面図、第４図はギャップとデューティ変化率の関係
を示すグラフ、第５図はギャップと測定範囲との関係を
示すグラフ、第６図は矩形波の波高値とデューティ変化
率を示すグラフ、第７図は矩形波の波高値と測定範囲の
関係を示すグラフである。 〔符号の説明〕 １……加速度検出素子 ２……ケーシング 3,4……固定電極 ５……可動電極 ６……ビーム ７……容量検出器 ９……パルス幅変調器 10,11……インバータ 12……ローパスフィルタ 13……第１の基準電圧源 14……第２の基準電圧源 15……加算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三木 政之 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 (72)発明者 土谷 茂樹 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 (72)発明者 鈴木 政善 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所佐和工場内 (72)発明者 久保田 正則 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所佐和工場内 (56)参考文献 特開 平１−253657（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−110383（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−255370（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−41366（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−278160（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−152369（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−94169（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01P 15/125
Claims (2)
- 【請求項１】加速度に応答して位置が変化する可動電極
及びこの可動電極に対向して配設される２個の固定電極
からなる加速度検出素子と、前記可動電極と前記各々の
固定電極との間の静電容量の差を検出する容量検出手段
と、前記容量検出手段の出力に基づき前記静電容量差に
比例したデューティを有する矩形波からなる電圧波形列
を発生する矩形波発生手段と、この電圧波形列を前記各
々の固定電極に与える駆動手段とを有する加速度計にお
いて、前記電圧波形列の波高値を調整する調整手段を有
することを特徴とするPWM静電サーボ式加速度計。 - 【請求項２】請求項１記載のPWM静電サーボ式加速度計
において、前記加速度と前記デューティの間に存在する
オフセットを補償するオフセット補償手段を設けるよう
にしたことを特徴とするPWM静電サーボ式加速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2097091A JP2760628B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | Ｐｗｍ静電サーボ式加速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2097091A JP2760628B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | Ｐｗｍ静電サーボ式加速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03293565A JPH03293565A (ja) | 1991-12-25 |
| JP2760628B2 true JP2760628B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=14182972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2097091A Expired - Lifetime JP2760628B2 (ja) | 1990-04-12 | 1990-04-12 | Ｐｗｍ静電サーボ式加速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2760628B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3229706B2 (ja) * | 1993-04-30 | 2001-11-19 | 大阪瓦斯株式会社 | 感震器 |
| JP3435979B2 (ja) * | 1996-04-26 | 2003-08-11 | 株式会社デンソー | 物理量検出装置 |
| JP2003118571A (ja) * | 2001-10-15 | 2003-04-23 | Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd | 鉄道車両の振動抑制装置 |
| JP2011169630A (ja) * | 2010-02-16 | 2011-09-01 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | 静電容量型加速度センサ及び静電容量型加速度検出装置 |
| US8854062B2 (en) * | 2011-08-29 | 2014-10-07 | Robert Bosch Gmbh | Readout circuit for self-balancing capacitor bridge |
| US9612255B2 (en) * | 2013-02-20 | 2017-04-04 | Northrop Grumman Guidance And Electronic Company, Inc. | Range-dependent bias calibration of an accelerometer sensor system |
| FR3043786B1 (fr) * | 2015-11-16 | 2017-12-01 | Sagem Defense Securite | Capteur acceletometrique pendulaire de type mems a deux plages de mesure |
| CN117783588B (zh) * | 2024-02-28 | 2024-05-28 | 华中科技大学 | 一种三轴量程可独立调整的静电加速度计 |
Family Cites Families (1)
| 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 |
-
1990
- 1990-04-12 JP JP2097091A patent/JP2760628B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03293565A (ja) | 1991-12-25 |
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Legal Events
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