JP3157907B2 - Acceleration detector - Google Patents

Acceleration detector

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JP3157907B2
JP3157907B2 JP15737292A JP15737292A JP3157907B2 JP 3157907 B2 JP3157907 B2 JP 3157907B2 JP 15737292 A JP15737292 A JP 15737292A JP 15737292 A JP15737292 A JP 15737292A JP 3157907 B2 JP3157907 B2 JP 3157907B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は外部加速度に応答してイ
ンピーダンスが差動的に変化する差動インピーダンス素
子を利用した加速度検出装置に関する。より詳しくは差
動インピーダンス素子を動作させる為の駆動回路構成に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration detecting device using a differential impedance element whose impedance changes differentially in response to an external acceleration. More specifically, the present invention relates to a drive circuit configuration for operating a differential impedance element.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に比較的高加速度を検出するのは容
易であり、例えば圧電素子を利用した加速度センサや、
半導体に生ずる歪を電気的に検出する方式の加速度セン
サが広く用いられている。しかしながら、低加速度の検
出は比較的困難であり、加速度センサの構造が複雑とな
る。低加速度検出用としては、差動インピーダンス型例
えば差動容量型の加速度センサが比較的簡単な構造を有
しており一般に用いられている。
2. Description of the Related Art In general, it is easy to detect a relatively high acceleration. For example, an acceleration sensor using a piezoelectric element,
2. Description of the Related Art An acceleration sensor of a type that electrically detects a distortion generated in a semiconductor is widely used. However, detection of low acceleration is relatively difficult, and the structure of the acceleration sensor is complicated. For low acceleration detection, a differential impedance type, for example, a differential capacitance type acceleration sensor has a relatively simple structure and is generally used.

【0003】図6に従来の差動容量型加速度センサを示
す。図示する構造は、例えば米国特許第4,694,6
87号に開示されている。図示する様に、加速度センサ
は5枚の板状部材からなる積層構造となっている。一対
の基板101及び102の内表面には、互いに類似した
金属パタンが形成されている。例えば、下側の基板10
1の内表面にはその外縁部に沿って枠状金属パタン10
3と、中央部に配置された矩形状金属パタン104が形
成されている。両金属パタンは分離体によって互いに電
気的に絶縁されている。又、基板101及び102の各
々に重なる様にスペーサ105及び106が配置されて
いる。スペーサ105及び106は各々中央開口部を有
している。スペーサ105及び106との間には中間基
板107が挟持されている。この中間基板107はバネ
部材108により支持された中央セグメント109を有
している。バネ部材108は中間基板107の面方向に
伸び中央セグメント109の周りに位置するスリット構
成のパタンにより形成されている。かかる構成により中
央セグメント109は枠体110により可撓的に支えら
れている。以上に説明した5枚の板部材は相互に積層さ
れ、中央セグメント109及びバネ部材108はスペー
サ105及び106に形成された中央開口部に位置して
いる。中央セグメント109は基板101及び102に
形成された矩形状金属パタンに対して相対的に変位でき
る様になっている。一対の矩形状金属パタンとその中間
に配置された中央セグメントは直列接続された可変容量
C1及びC2を構成し所謂差動容量素子が得られる。外
部から加わる加速度に応答して、中央セグメント109
は金属パタンの垂線方向に沿って変位しインピーダンス
変化あるいは容量変化が生じる。この容量変化を電気的
に検出する事により加速度の方向及び大きさを測定する
ものである。
FIG. 6 shows a conventional differential capacitive acceleration sensor. The structure shown is, for example, U.S. Pat.
No. 87. As illustrated, the acceleration sensor has a laminated structure including five plate-like members. On the inner surfaces of the pair of substrates 101 and 102, metal patterns similar to each other are formed. For example, the lower substrate 10
1 has a frame-shaped metal pattern 10 along its outer edge.
3 and a rectangular metal pattern 104 arranged at the center. Both metal patterns are electrically insulated from each other by the separator. Further, spacers 105 and 106 are arranged so as to overlap with the substrates 101 and 102, respectively. Spacers 105 and 106 each have a central opening. An intermediate substrate 107 is sandwiched between the spacers 105 and 106. The intermediate substrate 107 has a central segment 109 supported by a spring member 108. The spring member 108 is formed by a slit-shaped pattern extending in the surface direction of the intermediate substrate 107 and located around the central segment 109. With this configuration, the center segment 109 is flexibly supported by the frame 110. The five plate members described above are stacked on each other, and the center segment 109 and the spring member 108 are located at the center openings formed in the spacers 105 and 106. The center segment 109 can be displaced relative to a rectangular metal pattern formed on the substrates 101 and 102. The pair of rectangular metal patterns and the central segment disposed therebetween constitute variable capacitors C1 and C2 connected in series to obtain a so-called differential capacitor. In response to externally applied acceleration, the central segment 109
Is displaced along the direction perpendicular to the metal pattern, causing a change in impedance or a change in capacitance. The direction and magnitude of the acceleration are measured by electrically detecting the change in capacitance.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述した差動容量素子
の出力は原理的に加速度に対して線形である。又コンデ
ンサを形成する誘電体媒質が空気であれば殆ど温度依存
性がない。加えて、電極間隔を狭める事によりコンデン
サ容量が増加する為検出精度が向上する。さらには空気
のダンパ効果により共振のQ値が低下し良好な周波数応
答性が得られる。
The output of the above-described differential capacitance element is linear in principle with respect to acceleration. If the dielectric medium forming the capacitor is air, there is almost no temperature dependency. In addition, since the capacitance of the capacitor is increased by reducing the electrode interval, the detection accuracy is improved. Further, the Q value of the resonance is reduced due to the damper effect of air, so that good frequency response can be obtained.

【0005】ところで加速度センサを自動車制御システ
ム等に組み込んだ場合、数十Hz以下の帯域における数G
以下の低加速度を精度良く検出する必要がある。この為
電極間ギャップは数μmないし数十μmに設定される。
この時外部加速度に応答する可動電極の変位量は電極間
ギャップの10分の1程度であり要求される精度は0.
01μm〜0.1μmのオーダーとなる。従って、どの
様に精度良く差動容量素子を組み立てても可動電極は中
点位置からずれており無加速度状態での出力にオフセッ
トが含まれる事になる。又、個々のインピーダンス素子
の機械的構成における微妙な相違により感度にばらつき
がある。この為に従来から中点調整や感度調整が必要と
されており、主として差動インピーダンス素子を動作さ
せる駆動回路側において調整が行なわれていた。しかし
ながら、従来の調整方式は中点調整と感度調整を独立し
て行なう事ができず調整作業に多大の作業時間を要し問
題となっていた。
[0005] When an acceleration sensor is incorporated in an automobile control system or the like, several G in a band of several tens Hz or less.
It is necessary to accurately detect the following low acceleration. Therefore, the gap between the electrodes is set to several μm to several tens μm.
At this time, the amount of displacement of the movable electrode in response to the external acceleration is about one tenth of the gap between the electrodes, and the required accuracy is 0.1.
It is on the order of 01 μm to 0.1 μm. Therefore, no matter how precisely the differential capacitance element is assembled, the movable electrode is displaced from the midpoint position, and the output in the no-acceleration state includes an offset. Further, there is a variation in sensitivity due to a subtle difference in a mechanical configuration of each impedance element. For this reason, the midpoint adjustment and the sensitivity adjustment have conventionally been required, and the adjustment has been performed mainly on the drive circuit side that operates the differential impedance element. However, in the conventional adjustment method, the midpoint adjustment and the sensitivity adjustment cannot be performed independently, and a large amount of work time is required for the adjustment operation, which is a problem.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】かかる従来の技術の課題
に鑑み、本発明は差動インピーダンス素子の中点調整と
感度調整を別個独立して行なう事のできる駆動回路構成
を提供する事を目的とする。かかる目的を達成する為に
以下の手段を講じた。即ち、本発明にかかる加速度検出
装置は、外部加速度に応答してインピーダンスが差動的
に変化する差動インピーダンス素子と、これを動作させ
る駆動回路とから構成されている。この駆動回路は、該
差動インピーダンス素子に一定の交番入力信号を供給し
そのインピーダンス変化に応じた振幅を有する一次交番
出力信号を得る為の発振回路と、該一次交番出力信号の
交流成分のみを振幅増幅する為のAC増幅回路と、増幅
された交流成分に所定の直流成分を加算して二次交番出
力信号を生成する為の加算回路と、該二次交番出力信号
をサンプルホールドし且つ整流して対応する直流信号を
生成する為のサンプルホールド回路と、該直流信号を増
幅して加速度検出信号を得る為のDC増幅回路とから構
成されている。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems of the prior art, an object of the present invention is to provide a drive circuit configuration capable of independently and independently adjusting the midpoint and sensitivity of a differential impedance element. And The following measures were taken to achieve this purpose. That is, the acceleration detection device according to the present invention includes a differential impedance element whose impedance changes differentially in response to an external acceleration, and a drive circuit that operates the same. The driving circuit includes an oscillation circuit for supplying a constant alternating input signal to the differential impedance element and obtaining a primary alternating output signal having an amplitude corresponding to the impedance change, and only an AC component of the primary alternating output signal. An AC amplifier circuit for amplifying the amplitude, an adding circuit for adding a predetermined DC component to the amplified AC component to generate a secondary alternating output signal, and sample-hold and rectify the secondary alternating output signal And a sample and hold circuit for generating a corresponding DC signal, and a DC amplifier circuit for amplifying the DC signal to obtain an acceleration detection signal.

【0007】[0007]

【作用】本発明においては、まずAC増幅回路により一
次交番出力信号の交流成分のみが振幅増幅される。この
交流成分の振幅値は外部加速度に比例している。続いて
加算回路により、増幅された交流成分に所定の直流成分
を加算して二次交番出力信号を生成する。この直流成分
のレベルはオフセットを打ち消す様に設定されるので差
動インピーダンス素子の中点調整が回路的に行なわれ
る。なおオフセットの方向によっては負極性の直流成分
が加算される場合もあり、この時には実質上減算とな
る。従ってここでいう加算処理とは減算処理をも含む概
念である。続いて、オフセット補償の施された二次交番
出力信号はサンプルホールド回路により直流信号に変換
される。この直流信号のDCレベルは外部加速度に比例
している。この直流信号はDC増幅回路により増幅され
最終的な加速度検出信号が得られる。該DC増幅回路の
ゲインは所望の値に設定され、個々の差動インピーダン
ス素子の感度のばらつきが回路的に調整できる。以上説
明した様に、本発明によれば、回路的な手段を用いて個
々の差動インピーダンス素子の中点調整と感度調整を各
々別個独立に行なう事ができる。
According to the present invention, first, only the AC component of the primary alternating output signal is amplitude-amplified by the AC amplifier circuit. The amplitude value of this AC component is proportional to the external acceleration. Subsequently, a predetermined alternating current component is added to the amplified alternating current component by an adding circuit to generate a secondary alternating output signal. Since the level of the DC component is set so as to cancel the offset, the midpoint adjustment of the differential impedance element is performed in a circuit. Depending on the direction of the offset, a DC component of a negative polarity may be added. At this time, the DC component is substantially subtracted. Therefore, the addition processing here is a concept including the subtraction processing. Subsequently, the secondary alternating output signal subjected to the offset compensation is converted into a DC signal by a sample and hold circuit. The DC level of this DC signal is proportional to the external acceleration. This DC signal is amplified by a DC amplifier circuit to obtain a final acceleration detection signal. The gain of the DC amplifier circuit is set to a desired value, and the variation in sensitivity of each differential impedance element can be adjusted in a circuit. As described above, according to the present invention, the midpoint adjustment and the sensitivity adjustment of each differential impedance element can be performed separately and independently using circuit means.

【0008】差動インピーダンス素子としては、例えば
一対の固定電極とその間隙に介在する共通の可動電極と
からなる差動容量素子を用いる事ができる。しかしなが
ら、本発明はこれに限られるものではなく差動インダク
タンス素子や差動レジスタンス素子等の他の差動インピ
ーダンス素子に対しても適用可能である事はいうまでも
ない。
[0008] As the differential impedance element, for example, a differential capacitance element comprising a pair of fixed electrodes and a common movable electrode interposed in the gap therebetween can be used. However, it is needless to say that the present invention is not limited to this, and can be applied to other differential impedance elements such as a differential inductance element and a differential resistance element.

【0009】[0009]

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図1は本発明にかかる加速度検出装置
の一例を示す回路図である。図示する様に加速度検出装
置は差動容量素子1とその駆動回路2とから構成されて
いる。差動容量素子1は互いに直列接続された一対の可
変容量C1及びC2とから構成されている。容量C1を
構成する固定電極は入力端子3に接続されている。又他
方のコンデンサC2を構成する固定電極は別の入力端子
4に接続されている。又互いに対向する固定電極の中間
に介在する可動電極は出力端子5に接続されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of the acceleration detection device according to the present invention. As shown in the figure, the acceleration detecting device is composed of a differential capacitive element 1 and a driving circuit 2 thereof. The differential capacitance element 1 is composed of a pair of variable capacitances C1 and C2 connected in series to each other. The fixed electrode forming the capacitance C1 is connected to the input terminal 3. The fixed electrode forming the other capacitor C2 is connected to another input terminal 4. A movable electrode interposed between the fixed electrodes facing each other is connected to the output terminal 5.

【0010】一方駆動回路2は発振回路6を備えてい
る。この発振回路6は一対の入力端子3及び4に一定の
交番入力信号VP,VNを供給する。これに応じて差動
容量素子1が動作しそのインピーダンス変化に応じた振
幅を有する一次交番出力信号Aが出力端子5に現われ
る。出力端子5にはAC増幅回路7が接続されており、
一次交番出力信号Aの交流成分のみを振幅増幅する。こ
のAC増幅回路7には加算回路8が接続されており、増
幅された交流成分Bに所定の直流成分を加算して二次交
番出力信号Cを生成する。なお加算回路8により加算さ
れる直流成分のレベルは抵抗素子R1によって設定され
る。
On the other hand, the drive circuit 2 has an oscillation circuit 6. The oscillating circuit 6 supplies constant alternating input signals VP and VN to a pair of input terminals 3 and 4. In response to this, the differential capacitive element 1 operates and a primary alternating output signal A having an amplitude corresponding to the impedance change appears at the output terminal 5. An AC amplifier circuit 7 is connected to the output terminal 5,
Only the AC component of the primary alternating output signal A is amplitude-amplified. An addition circuit 8 is connected to the AC amplification circuit 7, and adds a predetermined DC component to the amplified AC component B to generate a secondary alternating output signal C. The level of the DC component added by the adding circuit 8 is set by the resistance element R1.

【0011】加算回路8と発振回路6にはサンプルホー
ルド回路9が接続されている。このサンプルホールド回
路9は前述した交番入力信号の周期に同期したクロック
信号Gに応答して、二次交番出力信号Cのサンプルホー
ルド及び整流を行ない、対応する直流信号Dを生成す
る。サンプルホールド回路9の出力端子にはDC増幅回
路10が接続されており、該直流信号Dを増幅して最終
的な加速度検出信号を得る。このDC増幅器10のゲイ
ンは抵抗素子R2によって設定される。なお、DC増幅
器10の出力信号Eは最終段の出力回路11を介して加
速度検出信号Fとなる。
A sample and hold circuit 9 is connected to the addition circuit 8 and the oscillation circuit 6. The sample and hold circuit 9 samples and holds and rectifies the secondary alternating output signal C in response to the clock signal G synchronized with the cycle of the aforementioned alternating input signal, and generates a corresponding DC signal D. A DC amplification circuit 10 is connected to an output terminal of the sample hold circuit 9, and amplifies the DC signal D to obtain a final acceleration detection signal. The gain of the DC amplifier 10 is set by the resistance element R2. Note that the output signal E of the DC amplifier 10 becomes the acceleration detection signal F via the output circuit 11 at the last stage.

【0012】前述した様に差動容量素子1は一対のコン
デンサC1及びC2から構成されている。一方のコンデ
ンサC1の電極面積をS1、電極間距離をd1、両者に
挟まれた空間の誘電率をεとすると、その容量はC1=
εS1/d1となる。他方のコンデンサC2について
は、その電極面積をS2、電極間距離をd2とすると、
その容量はC2=εS2/d2で与えられる。一般に電
極面積S1及びS2は等しく設定されている。仮に、中
間の可動電極が正しく中点位置に保持されている場合に
は電極間距離d1及びd2が等しくなる。この場合に
は、無加速度状態においては直列接続されたコンデンサ
の容量C1及びC2は等しい。ここで、外部加速度αが
加わる事により可動電極にmα(mは可動電極の質量)
の力が加わり、均衡位置に達するまでΔdだけ変位す
る。この結果初期の電極間距離d1,d2が夫々d1+
Δd,d2−Δdに変化する。従ってコンデンサ容量C
1及びC2が差動的に変化し容量変化となって現われ
る。例えば図示する様に一方の入力端子3に矩形波パル
スからなる交番入力信号VPを印加し、他方の入力端子
4に180°位相の異なる矩形波パルスからなる交番入
力信号VNを印加すると、無加速度状態においては一対
のコンデンサ容量が等しい為、出力端子5には零レベル
の一次交番出力信号Aが現われる。外部加速度が加わる
と、その加速度の方向及び大きさに従って可動電極が変
位しコンデンサ容量の均衡が崩れる。この結果、出力端
子5には可動電極の変位方向に応じた位相を有し、且つ
変位量に応じた振幅を有する一次交番出力信号Aが現わ
れる。駆動回路2はこの一次交番出力信号Aの位相及び
振幅を電気的に処理する事により加速度の方向及び大き
さを検出する事が可能となる。
As described above, the differential capacitance element 1 is composed of a pair of capacitors C1 and C2. Assuming that the electrode area of one capacitor C1 is S1, the distance between the electrodes is d1, and the dielectric constant of the space between the two is ε, the capacitance is C1 =
εS1 / d1. As for the other capacitor C2, assuming that the electrode area is S2 and the distance between the electrodes is d2,
Its capacity is given by C2 = εS2 / d2. Generally, the electrode areas S1 and S2 are set equal. If the intermediate movable electrode is correctly held at the midpoint position, the distances d1 and d2 between the electrodes become equal. In this case, in the no-acceleration state, the capacitances C1 and C2 of the capacitors connected in series are equal. Here, when an external acceleration α is applied, mα is applied to the movable electrode (m is the mass of the movable electrode).
Is applied, and is displaced by Δd until the equilibrium position is reached. As a result, the initial distances d1 and d2 between the electrodes are d1 +
Δd, d2-Δd. Therefore, the capacitor capacity C
1 and C2 change differentially and appear as a change in capacitance. For example, when an alternating input signal VP composed of a rectangular wave pulse is applied to one input terminal 3 and an alternating input signal VN composed of a rectangular wave pulse having a 180 ° phase difference is applied to the other input terminal 4 as shown in FIG. In this state, since the capacitances of the pair of capacitors are equal, a zero-level primary alternating output signal A appears at the output terminal 5. When an external acceleration is applied, the movable electrode is displaced according to the direction and magnitude of the acceleration, and the balance of the capacitance of the capacitor is broken. As a result, a primary alternating output signal A having a phase according to the displacement direction of the movable electrode and an amplitude according to the displacement amount appears at the output terminal 5. The drive circuit 2 can detect the direction and magnitude of the acceleration by electrically processing the phase and amplitude of the primary alternating output signal A.

【0013】しかしながら個々の差動容量素子の機械的
構成にばらつきがあり可動電極は必ずしも無加速度状態
で中点位置に正確に保持されていない。従って、通常C
1=C2の中立条件は満たされておらず回路的な中点補
償が必要になる。又、同様の理由により個々の差動容量
素子の感度にばらつきがあり同じく回路的な感度補償を
行なう必要がある。この点に鑑み、本発明にかかる駆動
回路2は中点調整及び感度調整を独立的に行なう様にし
ており、以下詳細に説明する。図2は中点調整動作を説
明する為の波形図である。この中点調整は無加速度状態
で行なわれる。一般にはC1=C2の条件が満たされて
いない為、出力端子5に現われる一次交番出力信号Aに
は微小な振幅変化が含まれており、例えば2.5Vに設
定された基準電圧を中心にして振動している。この一次
交番出力信号AはAC増幅回路7で増幅され直流成分が
除去された後基準電圧を中心とした交流成分Bが得られ
る。ここで、前述した様に加速度0でC1とC2が等し
くない為、見かけ上交流的にオフセットが生じる事にな
る。このオフセット分を差し引く為加算回路8で所定の
レベルの直流成分を加算し、見かけ上のオフセットを0
に調整する。調整した結果得られる二次交番出力信号C
はそのピークレベルが基準電圧レベルに一致する。なお
この調整はトリマ抵抗で行なっても良いが、ここでは電
源電圧VCCと接地電位GND間に接続された分割抵抗
の一方あるいは両方を選択して行なっている。電源電圧
VCCを用いる事により最終の加速度検出信号を電源電
圧に比例して変化させる事ができる。さて、この様にし
て得られた二次交番出力信号Cのピークレベルにより加
速度の大きさが検出できる。さらに、加速度の方向ある
いは極性を知る為に位相検出を行なう必要がある。この
為、サンプルホールド回路9により、クロック信号Gに
同期してサンプルホールドを行ない次いで整流する事に
より直流信号Dを生成する。この直流信号Dのレベルが
加速度に比例しており、その極性が加速度の方向を表わ
している。無加速度状態ではこの直流信号Dが基準電圧
に一致する様に抵抗R1が設定されている。
However, the mechanical structure of each differential capacitance element varies, and the movable electrode is not always accurately held at the midpoint position in a non-acceleration state. Therefore, usually C
1 = Neutral condition of C2 is not satisfied, and circuit-neutral compensation is required. For the same reason, the sensitivity of each differential capacitance element varies, and it is necessary to perform circuit-like sensitivity compensation. In view of this point, the drive circuit 2 according to the present invention performs the midpoint adjustment and the sensitivity adjustment independently, and will be described in detail below. FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the midpoint adjustment operation. This midpoint adjustment is performed without acceleration. In general, since the condition of C1 = C2 is not satisfied, the primary alternating output signal A appearing at the output terminal 5 contains a small amplitude change, for example, with a reference voltage set at 2.5 V as a center. Vibrating. The primary alternating output signal A is amplified by the AC amplifier circuit 7 to remove a DC component, and then an AC component B centered on a reference voltage is obtained. Here, since C1 and C2 are not equal at the acceleration of 0 as described above, an offset is apparently generated in an alternating current. In order to subtract this offset, a DC component of a predetermined level is added by an adder circuit 8, and an apparent offset is set to 0.
Adjust to Secondary alternating output signal C obtained as a result of adjustment
Has its peak level equal to the reference voltage level. Note that this adjustment may be performed with a trimmer resistor, but here, one or both of the split resistors connected between the power supply voltage VCC and the ground potential GND are selected and performed. By using the power supply voltage VCC, the final acceleration detection signal can be changed in proportion to the power supply voltage. Now, the magnitude of the acceleration can be detected from the peak level of the secondary alternating output signal C thus obtained. Further, it is necessary to perform phase detection to know the direction or polarity of the acceleration. For this reason, the sample-and-hold circuit 9 performs sample-and-hold in synchronization with the clock signal G, and then rectifies to generate the DC signal D. The level of the DC signal D is proportional to the acceleration, and the polarity indicates the direction of the acceleration. In the no-acceleration state, the resistor R1 is set so that the DC signal D matches the reference voltage.

【0014】次に図3を参照して感度調整動作を説明す
る。この感度調整は例えば既知の加速度状態の元で行な
われる。まず加速度の大きさ及び極性に応じた振幅並び
に位相を有する一次交番出力信号Aが得られる。その交
流成分のみを振幅増幅して得られた波形Bに対して予め
設定された直流成分を加算する事によりオフセットの除
去された二次交番出力信号Cが得られる。これをクロッ
ク信号Gに同期してサンプリングホールドし且つ整流す
る事により直流信号Dが得られる。この直流信号Dは加
速度の大きさ及び極性に従って基準電圧(2.5V)か
ら所定のレベルだけ離間している。このレベルは個々の
差動容量素子によってばらつきがあり一定ではない。そ
こで、さらにDC増幅器10で直流増幅すると同時に抵
抗R2の設定により直流増幅器10のゲインを調整して
感度を規格の値に調節する。この様にしてゲイン調整さ
れた直流信号Eは出力回路11によりインピーダンス変
換され、最終的な加速度検出信号Fとして出力される。
Next, the sensitivity adjusting operation will be described with reference to FIG. This sensitivity adjustment is performed under a known acceleration state, for example. First, a primary alternating output signal A having an amplitude and a phase corresponding to the magnitude and polarity of the acceleration is obtained. By adding a preset DC component to a waveform B obtained by amplitude-amplifying only the AC component, a secondary alternating output signal C from which the offset has been removed is obtained. This is sampled and held in synchronization with the clock signal G and rectified to obtain a DC signal D. The DC signal D is separated from the reference voltage (2.5 V) by a predetermined level according to the magnitude and polarity of the acceleration. This level varies with each differential capacitance element and is not constant. Therefore, the DC amplifier 10 further amplifies the DC, and at the same time, adjusts the gain of the DC amplifier 10 by setting the resistor R2 to adjust the sensitivity to a standard value. The direct-current signal E thus gain-adjusted is subjected to impedance conversion by the output circuit 11, and is output as a final acceleration detection signal F.

【0015】図4に本発明にかかる加速度検出装置の具
体的な構成例を示す。この例は差動容量素子1と駆動回
路2とを一体的にパッケージとして組み込んだ構造を有
する。差動容量素子1はベース21の上に組み立てられ
ている。このベース21はポスト22を介してケース2
3に取り付けられている。ベース21の上にはダンパ台
24が固着されているとともに、複数の端子ピン25が
挿通している。ダンパ台24の中央に植設された支軸2
6に積層構造を有する差動容量素子1が取り付けられて
いる。この差動容量素子1はキャップ27を用いてハー
メチックシールされる。差動容量素子1は上下一対の固
定基板28及び29を備えている。各基板の対向する内
表面には固定電極が各々形成されている。この固定電極
はフレキシブル基板30を介して端子ピン25に電気接
続されている。一対の基板28,29の間にはスペーサ
を介して可動電極片31が介在している。この可動電極
片31も導電性のスペーサ、少なくとも一方の固定基板
及びフレキシブル基板30を介して端子ピン25に接続
されている。これらの積層された板材料はワッシャ32
及びバネワッシャ33を介してナット34により互いに
圧接固定されている。
FIG. 4 shows a specific configuration example of the acceleration detecting device according to the present invention. This example has a structure in which the differential capacitance element 1 and the drive circuit 2 are integrated as a package. The differential capacitance element 1 is assembled on a base 21. The base 21 is connected to the case 2 via the post 22.
3 is attached. A damper base 24 is fixed on the base 21 and a plurality of terminal pins 25 are inserted therethrough. The spindle 2 planted in the center of the damper stand 24
6 is provided with a differential capacitance element 1 having a laminated structure. This differential capacitive element 1 is hermetically sealed using a cap 27. The differential capacitive element 1 includes a pair of upper and lower fixed substrates 28 and 29. Fixed electrodes are respectively formed on opposing inner surfaces of each substrate. This fixed electrode is electrically connected to the terminal pin 25 via the flexible substrate 30. A movable electrode piece 31 is interposed between the pair of substrates 28 and 29 via a spacer. The movable electrode piece 31 is also connected to the terminal pin 25 via a conductive spacer, at least one fixed substrate, and the flexible substrate 30. These laminated plate materials are washers 32
And are fixed to each other by a nut 34 via a spring washer 33.

【0016】一方駆動回路2は回路基板35の上に搭載
されている。この回路基板35はベース21に対して対
面配置されている。回路基板35の表面に形成された配
線パタンは端子ピン25と半田付けにより接続されてい
る。又回路基板35にはコネクタピン36が貫通してお
り外部との接続がとられる。駆動回路2を電磁シールド
36で覆った後カバー37をケース23に係合して加速
度検出装置のパッケージが完成する。
On the other hand, the drive circuit 2 is mounted on a circuit board 35. This circuit board 35 is arranged facing the base 21. The wiring pattern formed on the surface of the circuit board 35 is connected to the terminal pins 25 by soldering. A connector pin 36 penetrates through the circuit board 35 and is connected to the outside. After covering the drive circuit 2 with the electromagnetic shield 36, the cover 37 is engaged with the case 23 to complete the package of the acceleration detecting device.

【0017】上述した実施例では差動インピーダンス素
子として差動容量素子が用いられていた。しかしながら
本発明はこれに限られるものではなく、他の種類の差動
インピーダンス素子にも適用できる。例えば、図5に差
動インダクタンス方式あるいは差動トランス方式と呼ば
れる加速度センサを示す。コイルボビン41には1個の
励磁コイル42と2個の検出コイル43,44が巻回さ
れている。又コイルボビン41の中空部には鉄球45が
装着されている。この鉄球45はマグネットの保磁力に
より無加速度状態でコイルボビン41の中央に位置する
様に予め調整されている。しかしながら実際にはマグネ
ットの保磁力にばらつきがあり多少のオフセットが含ま
れており中点調整を回路的に行なう必要がある。この為
に本発明が効果的である。励磁コイル42には交番電流
が印加され、コイルボビン41の中央を通過する交流磁
界が発生する。従って同じコイルボビンに巻回された2
個の検出コイル43,44には電磁誘導電流が発生す
る。加速度0の状態では、2つの検出コイル43,44
の境界部に鉄球45が位置する為、2個の検出コイル4
3,44は交流磁界に対して略等しい条件下に置かれ
る。しかしながら、若干のオフセットが含まれる為多少
の出力差が生じる。次に、コイルボビン41の軸方向に
加速度が発生した時、鉄球45はマグネットによる保磁
力と鉄球に加わる加速度による力とが均衡する位置まで
変位し、2個の検出コイル43,44の何れか一方に偏
る。従って一対の検出コイルに対するインダクタンスが
変化し、検出コイルに誘導される電流に差が生じる。こ
の電流差を本発明にかかる駆動回路を用いて処理する事
により加速度情報が得られる。鉄球45のオフセットは
回路的に補償できる。又、鉄球45の保磁力等のばらつ
きについては感度調整を行なう事により回路的に補償で
きる。
In the above-described embodiment, a differential capacitance element is used as a differential impedance element. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other types of differential impedance elements. For example, FIG. 5 shows an acceleration sensor called a differential inductance method or a differential transformer method. One excitation coil 42 and two detection coils 43 and 44 are wound around the coil bobbin 41. An iron ball 45 is mounted in the hollow portion of the coil bobbin 41. The iron ball 45 is adjusted in advance so as to be positioned at the center of the coil bobbin 41 in a state of no acceleration by the coercive force of the magnet. However, in practice, the coercive force of the magnet varies and includes some offset, and it is necessary to adjust the midpoint in a circuit. Therefore, the present invention is effective. An alternating current is applied to the exciting coil 42, and an AC magnetic field passing through the center of the coil bobbin 41 is generated. Therefore, 2 wound on the same coil bobbin
An electromagnetic induction current is generated in the detection coils 43 and 44. In the state of zero acceleration, the two detection coils 43 and 44
Since the iron ball 45 is located at the boundary between the two detection coils 4
3, 44 are placed under approximately equal conditions to the alternating magnetic field. However, a slight output difference occurs because a slight offset is included. Next, when acceleration occurs in the axial direction of the coil bobbin 41, the iron ball 45 is displaced to a position where the coercive force of the magnet and the force due to the acceleration applied to the iron ball are balanced, and one of the two detection coils 43, 44 To one side. Therefore, the inductance of the pair of detection coils changes, and a difference occurs in the current induced in the detection coils. By processing this current difference using the drive circuit according to the present invention, acceleration information can be obtained. The offset of the iron ball 45 can be compensated in a circuit. Also, variations in the coercive force and the like of the iron ball 45 can be compensated in a circuit by performing sensitivity adjustment.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、差
動インピーダンス素子から得られる一次交番出力信号の
交流成分のみを振幅増幅した後所定の直流成分を加算し
て二次交番出力信号を生成している。かかる構成により
差動インピーダンス素子のオフセットを簡単に回路補償
する事ができるという効果がある。又、二次交番出力信
号をサンプルホールドし且つ整流して対応する直流信号
を生成するとともに、該直流信号を所定のゲインで増幅
して最終的な加速度検出信号を得る様にしている。かか
る構成により、個々の差動インピーダンス素子が有する
感度のばらつきを簡単に回路補償する事ができるという
効果がある。とりわけ、本発明によれば中点補償と感度
補償を独立して行なう事ができ調整作業が容易になると
いう効果がある。
As described above, according to the present invention, only the AC component of the primary alternating output signal obtained from the differential impedance element is amplitude-amplified and then a predetermined DC component is added thereto to add the secondary alternating output signal. Has been generated. With such a configuration, there is an effect that the circuit of the offset of the differential impedance element can be easily compensated. Further, the secondary alternating output signal is sampled and held and rectified to generate a corresponding DC signal, and the DC signal is amplified with a predetermined gain to obtain a final acceleration detection signal. With such a configuration, there is an effect that a variation in sensitivity of each differential impedance element can be easily compensated for by a circuit. In particular, according to the present invention, the midpoint compensation and the sensitivity compensation can be performed independently, and there is an effect that the adjustment work is facilitated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかる加速度検出装置の電気的な構成
を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an electrical configuration of an acceleration detection device according to the present invention.

【図2】図1に示す加速度検出装置の動作を説明する為
の波形図である。
FIG. 2 is a waveform chart for explaining the operation of the acceleration detection device shown in FIG.

【図3】同じく動作を説明する為の波形図である。FIG. 3 is a waveform chart for explaining the operation.

【図4】本発明にかかる加速度検出装置の機械的な構成
を示す模式的な断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a mechanical configuration of the acceleration detection device according to the present invention.

【図5】本発明が適用される差動インピーダンス素子の
他の例を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of the differential impedance element to which the present invention is applied.

【図6】差動容量型加速度センサの従来例を示す分解斜
視図である。
FIG. 6 is an exploded perspective view showing a conventional example of a differential capacitive acceleration sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 差動容量素子 2 駆動回路 3 入力端子 4 入力端子 5 出力端子 6 発振回路 7 AC増幅回路 8 加算回路 9 サンプルホールド回路 10 DC増幅回路 11 出力回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Differential capacitance element 2 Drive circuit 3 Input terminal 4 Input terminal 5 Output terminal 6 Oscillation circuit 7 AC amplification circuit 8 Addition circuit 9 Sample hold circuit 10 DC amplification circuit 11 Output circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−121312(JP,A) 特開 平5−172845(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 15/11 - 15/125 G01P 21/00 G01R 27/26 G01D 3/00 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-62-121312 (JP, A) JP-A-5-172845 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01P 15/11-15/125 G01P 21/00 G01R 27/26 G01D 3/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 外部加速度に応答してインピーダンスが
差動的に変化する差動インピーダンス素子と、該差動イ
ンピーダンス素子に一定の交番入力信号を供給し該イン
ピーダンス変化に応じた振幅を有する一次交番出力信号
を得る為の発振回路と、該一次交番出力信号の交流成分
のみを振幅増幅する為のAC増幅回路と、増幅された交
流成分に所定の直流成分を加算して二次交番出力信号を
生成する為の加算回路と、該二次交番出力信号を前記交
番入力信号に同期してサンプルホールドし且つ整流して
対応する直流信号を生成する為のサンプルホールド回路
と、該直流信号を増幅して加速度検出信号を得る為のD
C増幅回路とからなる加速度検出装置。
1. A differential impedance element whose impedance changes differentially in response to an external acceleration, and a primary alternating element having a constant alternating input signal supplied to the differential impedance element and having an amplitude corresponding to the impedance change. An oscillation circuit for obtaining an output signal; an AC amplification circuit for amplifying only the AC component of the primary alternating output signal; and a secondary alternating output signal by adding a predetermined DC component to the amplified AC component. An addition circuit for generating, a sample-and-hold circuit for sample-holding and rectifying the secondary alternating output signal in synchronization with the alternating input signal to generate a corresponding DC signal, and amplifying the DC signal. D to obtain the acceleration detection signal
An acceleration detection device comprising a C amplifier circuit.
【請求項2】 前記加算回路は差動インピーダンス素子
の中点調整の為に設定される直流成分を加算する請求項
1に記載の加速度検出装置。
2. The acceleration detection device according to claim 1, wherein the addition circuit adds a DC component set for adjusting a midpoint of the differential impedance element.
【請求項3】 前記DC増幅回路は差動インピーダンス
素子の感度調整の為に設定されるゲインで該直流信号を
増幅する請求項1に記載の加速度検出装置。
3. The acceleration detection device according to claim 1, wherein the DC amplification circuit amplifies the DC signal with a gain set for adjusting the sensitivity of the differential impedance element.
【請求項4】 前記差動インピーダンス素子は、一対の
固定電極とその間隙に介在する共通の可動電極とからな
る差動容量素子である請求項1に記載の加速度検出装
置。
4. The acceleration detecting device according to claim 1, wherein the differential impedance element is a differential capacitance element including a pair of fixed electrodes and a common movable electrode interposed in a gap between the fixed electrodes.
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