JP3173504B2 - 加速度検出装置および静電容量式加速度検出装置 - Google Patents
加速度検出装置および静電容量式加速度検出装置Info
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- 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
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- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度を検出する
装置に関し、特には、診断または較正機能を有する加速
度検出装置に関する。
装置に関し、特には、診断または較正機能を有する加速
度検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の装置は例えば特開昭61−31952 号
公報に記載のように校正動作中は計測動作を中止しオフ
ラインで校正動作を行う。検出装置に現われる特性を分
析することにより劣化診断を行う装置として特開昭61−
212753号が挙げられるが、同様にオフラインで劣化だけ
診断するものである。
公報に記載のように校正動作中は計測動作を中止しオフ
ラインで校正動作を行う。検出装置に現われる特性を分
析することにより劣化診断を行う装置として特開昭61−
212753号が挙げられるが、同様にオフラインで劣化だけ
診断するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の較正は
オフラインでの作業の自動化という観点からなされてい
る。また、オンラインでは鑑視を行って警報を出すとい
うレベルで、検出装置の信頼性を上げる提案がされてい
る。しかし、オンライン中の較正について配慮されてな
いため較正中は測定値の変動時間に比べて長い時間に亘
り測定できないという問題があった。
オフラインでの作業の自動化という観点からなされてい
る。また、オンラインでは鑑視を行って警報を出すとい
うレベルで、検出装置の信頼性を上げる提案がされてい
る。しかし、オンライン中の較正について配慮されてな
いため較正中は測定値の変動時間に比べて長い時間に亘
り測定できないという問題があった。
【0004】本発明の目的は、精度の良い加速度検出装
置を提供することである。
置を提供することである。
【0005】
【0006】
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、特許請求の
範囲の欄に記載された発明により達成される。
範囲の欄に記載された発明により達成される。
【0008】
【0009】
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、実施例と、その説明のた
めの参考例とについて述べる。
めの参考例とについて述べる。
【0011】
【0012】図1により一実施例としての基本構成を説
明する。1は検出手段、2はこれに近接一体化して設け
た刺激手段、3はその部組体、4は図2に示すような構
成であって検出手段1,刺激手段2を励起するための電
源電圧EX を供給したり、刺激手段2へ与える較正用の
信号を作成したり、また検出手段1からの応答出力信号
を増幅,変換する、いわゆる信号調整機能とマイクロコ
ンピュータ44を用いたディジタルデータ処理により入
出力間の較正や特性補正機能を有する信号処理手段であ
る。5はこれらを含んだ検出装置である。通常は、全体
として検出装置は圧力,流量,加速度などの入力物理量
をあるビッド数のディジタル量に変換して出力する。7
は通信機で信号処理手段4との間で指令信号,出力信号
を送受信したり表示する機能を有する。
明する。1は検出手段、2はこれに近接一体化して設け
た刺激手段、3はその部組体、4は図2に示すような構
成であって検出手段1,刺激手段2を励起するための電
源電圧EX を供給したり、刺激手段2へ与える較正用の
信号を作成したり、また検出手段1からの応答出力信号
を増幅,変換する、いわゆる信号調整機能とマイクロコ
ンピュータ44を用いたディジタルデータ処理により入
出力間の較正や特性補正機能を有する信号処理手段であ
る。5はこれらを含んだ検出装置である。通常は、全体
として検出装置は圧力,流量,加速度などの入力物理量
をあるビッド数のディジタル量に変換して出力する。7
は通信機で信号処理手段4との間で指令信号,出力信号
を送受信したり表示する機能を有する。
【0013】図2は信号処理手段の具体的回路でメモリ
45を有するマイクロコンピュータ44からの指令によ
りマルチプレクサ411が動作して検出手段1の出力信
号を増幅器412aおよびアナログディジタル変換器4
2に取り込みディジタル信号に変換する。この値を基に
電源電圧EX を供給したり、刺激手段2へ増幅器421bを
介して較正信号を加えたりする。これにより誤差が補正
できる高精度の検出出力が得られる。
45を有するマイクロコンピュータ44からの指令によ
りマルチプレクサ411が動作して検出手段1の出力信
号を増幅器412aおよびアナログディジタル変換器4
2に取り込みディジタル信号に変換する。この値を基に
電源電圧EX を供給したり、刺激手段2へ増幅器421bを
介して較正信号を加えたりする。これにより誤差が補正
できる高精度の検出出力が得られる。
【0014】次に参考例として静電容量式圧力センサを
例としてスパン校正原理を図3〜図5を用いて説明す
る。
例としてスパン校正原理を図3〜図5を用いて説明す
る。
【0015】容量式圧力センサは図3のように、面積A
の電極板1aと1bの中間に差圧ΔPによって変位する
中間極板302を挾んだ構造となっている。差圧が負荷
されていないときの各極板間隔をX0 とする。またこれ
らの極板間は誘電率εの物質で満たされているとする。
の電極板1aと1bの中間に差圧ΔPによって変位する
中間極板302を挾んだ構造となっている。差圧が負荷
されていないときの各極板間隔をX0 とする。またこれ
らの極板間は誘電率εの物質で満たされているとする。
【0016】差圧ΔPが負荷されたとき、図4のように
中間電極はΔXだけ変位する。変位量はΔXはほぼ差圧
に比例するため、ΔX=k・ΔPとなる。ここで、kは
コンプライアンス(バネ定数の逆数)である。
中間電極はΔXだけ変位する。変位量はΔXはほぼ差圧
に比例するため、ΔX=k・ΔPとなる。ここで、kは
コンプライアンス(バネ定数の逆数)である。
【0017】kが経時変化すると仮定し時間Tの関数と
してk(T)と表わす。上記、中間極板302の変位によ
り電極301aと中間極板302間の容量C1 と中間極
板302と電極1b間の容量C2 の間に容量差ΔCが生
じる。
してk(T)と表わす。上記、中間極板302の変位によ
り電極301aと中間極板302間の容量C1 と中間極
板302と電極1b間の容量C2 の間に容量差ΔCが生
じる。
【0018】図5のような回路構成とすることにより、
差圧による容量差ΔCが次の式で検出できる。
差圧による容量差ΔCが次の式で検出できる。
【0019】
【数1】
【0020】ここでEは励起電圧、eは検出される電
圧、ΔCはC2−C1である。またこれを負荷された差圧
ΔPで表現すると、
圧、ΔCはC2−C1である。またこれを負荷された差圧
ΔPで表現すると、
【0021】
【数2】
【0022】となる。この式より、最大差圧ΔPmax を
負荷したときの検出電圧emax すなわち出力スパンはも
しコンプライアンスkが経時変化すると経時変化するこ
とが分かる。
負荷したときの検出電圧emax すなわち出力スパンはも
しコンプライアンスkが経時変化すると経時変化するこ
とが分かる。
【0023】中間電極の電圧Vを印加し静電力により変
位ΔxV を生じしめこの時の出力電圧eを測定しこれら
の関係から上記のスパン変化を校正する。
位ΔxV を生じしめこの時の出力電圧eを測定しこれら
の関係から上記のスパン変化を校正する。
【0024】まず、図5に示す較正電圧Vを(3)式の
ように選ぶ。
ように選ぶ。
【0025】
【数3】 V=E/2+v …(3) ただし、v≪E/2とするとき、電圧Vによる変位は図
6のΔxのようになり、
6のΔxのようになり、
【0026】
【数4】
【0027】(4)式で与えられる。
【0028】このとき出力電圧eは
【0029】
【数5】
【0030】となるため、Vを変化させることによりk
(T)が分かり、スパン校正が可能となる。
(T)が分かり、スパン校正が可能となる。
【0031】以下にその手法を示す。
【0032】校正電圧v1,v2印加時の出力をe1,e2
と定義する。(5)式から圧力依存の項を除くため、
と定義する。(5)式から圧力依存の項を除くため、
【0033】
【数6】
【0034】を計算し、初期T=0のときのΔeとの比
を
を
【0035】
【数7】
【0036】とする。このdを用いて校正電圧e′は
【0037】
【数8】 e′=d・e …(8) のように計算できる(ただしv=0である)。
【0038】図7にマイクロコンピュータにおける処理
の流れ図を示す。図7(a)はメインルーチンであり通
常の測定作業は経路1を流れる。該経路では(5)式に
おけるv=0の時の検出電圧eを測定し、較正係数dを
乗じて較正電圧e′を算出する。該e′が最終検出値で
ある。ここで、較正係数dは経路702で算出される。
マイコンプログラムには図7(b)に示す較正測定サブ
ルーチンが設けられており、較正用パルス電圧V1 およ
びV2 を印加してそれぞれの検出電圧e1 およびe2 を
測定し、これら検出電圧の差分値Δeを算出する。
の流れ図を示す。図7(a)はメインルーチンであり通
常の測定作業は経路1を流れる。該経路では(5)式に
おけるv=0の時の検出電圧eを測定し、較正係数dを
乗じて較正電圧e′を算出する。該e′が最終検出値で
ある。ここで、較正係数dは経路702で算出される。
マイコンプログラムには図7(b)に示す較正測定サブ
ルーチンが設けられており、較正用パルス電圧V1 およ
びV2 を印加してそれぞれの検出電圧e1 およびe2 を
測定し、これら検出電圧の差分値Δeを算出する。
【0039】較正には初期較正と任意較正の2系統があ
る。初期較正は製品出荷時に実施され、経路703の実
行によって初期の差分値Δe−initを算出し記憶する。
経路702は任意時刻の較正時に実行され、現在の差分
値Δe−present を算出しΔe−initとの比である較正
係数dを算出し記憶更新する。
る。初期較正は製品出荷時に実施され、経路703の実
行によって初期の差分値Δe−initを算出し記憶する。
経路702は任意時刻の較正時に実行され、現在の差分
値Δe−present を算出しΔe−initとの比である較正
係数dを算出し記憶更新する。
【0040】このように、検出電圧eに較正係数dを乗
じた較正電圧e′により感度ドリフトが補正された圧力
を得ることができる。
じた較正電圧e′により感度ドリフトが補正された圧力
を得ることができる。
【0041】図8,図9はシリコンのマイクロマシーニ
ング技術を用いた半導体加速度センサの代表的な2つの
方式である静電容量式及びピエゾ抵抗式の基本的な構造
である。
ング技術を用いた半導体加速度センサの代表的な2つの
方式である静電容量式及びピエゾ抵抗式の基本的な構造
である。
【0042】加速度センサは、加速度が存在する場合、
ある一定の質量に作用する慣性力の測定から加速度を求
めるものである。図8,図9の加速度センサでは、51
の中部シリコン基板に異方性エッチングによって荷重5
3と荷重を支持するカンチレバー54を形成する。加速
度αが印加されると荷重(質量m)には慣性力F1 =m
αが働き変位しようとする。一方、カンチレバーにはば
ねとしての作用があり、荷重に変位方向とは逆方向の復
元力F2 =kx(k:ばね定数,x:変位量)を与え
る。そして荷重は2つの力がつり合う位置まで変位す
る。この時の変位量xは、F1=F2より
ある一定の質量に作用する慣性力の測定から加速度を求
めるものである。図8,図9の加速度センサでは、51
の中部シリコン基板に異方性エッチングによって荷重5
3と荷重を支持するカンチレバー54を形成する。加速
度αが印加されると荷重(質量m)には慣性力F1 =m
αが働き変位しようとする。一方、カンチレバーにはば
ねとしての作用があり、荷重に変位方向とは逆方向の復
元力F2 =kx(k:ばね定数,x:変位量)を与え
る。そして荷重は2つの力がつり合う位置まで変位す
る。この時の変位量xは、F1=F2より
【0043】
【数9】 x=md/k …(9) となる。従って、変位xから加速度αを求めることがで
きる。
きる。
【0044】図8の静電容量式加速度センサでは、中部
シリコン基板の上,下に位置する上部基板52a及び下
部基板52bの荷重に対向した面に上部固定電極55
a,55bを形成し、固定電極と荷重(可動電極)との
間の静電容量から式(9)の変位xを求め、加速度を測
定する。
シリコン基板の上,下に位置する上部基板52a及び下
部基板52bの荷重に対向した面に上部固定電極55
a,55bを形成し、固定電極と荷重(可動電極)との
間の静電容量から式(9)の変位xを求め、加速度を測
定する。
【0045】一方、図9のピエゾ抵抗式では、カンチレ
バー上に不純物拡散領域からなるゲージ部58を形成す
る。加速度によって荷重が変位するとカンチレバーが変
形し、ピエゾ抵抗効果によってゲージ部の電気抵抗が変
化する。このゲージ部の電気抵抗から変位さらに加速度
を求めるものである。
バー上に不純物拡散領域からなるゲージ部58を形成す
る。加速度によって荷重が変位するとカンチレバーが変
形し、ピエゾ抵抗効果によってゲージ部の電気抵抗が変
化する。このゲージ部の電気抵抗から変位さらに加速度
を求めるものである。
【0046】荷重と固定電極間の静電容量又はゲージ部
の電気抵抗から信号処理回路によって、加速度に対応し
た出力信号V(α)が得られる。多くの場合、出力と加速
度αは直線関係になるよう信号処理されることから、出
力V(α)を次式で表す。
の電気抵抗から信号処理回路によって、加速度に対応し
た出力信号V(α)が得られる。多くの場合、出力と加速
度αは直線関係になるよう信号処理されることから、出
力V(α)を次式で表す。
【0047】
【数10】 V(α)=pα+q …(10) 今、センサが何らかの原因で経時変化を起こすとする。
加速度と出力の直線関係が維持(近似的にでも良い)さ
れたまま変化すると、出力は時間の関数にもなり、
加速度と出力の直線関係が維持(近似的にでも良い)さ
れたまま変化すると、出力は時間の関数にもなり、
【0048】
【数11】 V(α,t)=p(t)α+q(t) …(11) となる。この時、加速度−出力特性(11)のスパンp
(t)および零点q(t)が正しくわかっていれば、出力V
(α,t)の測定から加速度αを正確に求めることができ
る。
(t)および零点q(t)が正しくわかっていれば、出力V
(α,t)の測定から加速度αを正確に求めることができ
る。
【0049】式(11)において、p(t)とq(t)が未
知である時、これを求めるためには、何らかの方法で2
つの異なった加速度α1,α2を発生させ、それに対応し
た出力V(α1,t),V(α2,t)を測定すれば良いこと
がわかる。すなわち、
知である時、これを求めるためには、何らかの方法で2
つの異なった加速度α1,α2を発生させ、それに対応し
た出力V(α1,t),V(α2,t)を測定すれば良いこと
がわかる。すなわち、
【0050】
【数12】 V(α1,t)=p(t)α1+q(t) V(α2,t)=p(t)α2+q(t) …(12) という2つの連立方程式からp(t),q(t)を求めるこ
とができる。
とができる。
【0051】一方、加速度αは荷重の変位xと式(9)
式によって与えられる関係で対応している。従って、加
速度α1,α2を設定することは、それに対応した変位x
1,x2 を設定することと等価となる。式(9),(1
2)から
式によって与えられる関係で対応している。従って、加
速度α1,α2を設定することは、それに対応した変位x
1,x2 を設定することと等価となる。式(9),(1
2)から
【0052】
【数13】 V(x1,t)=p′(t)x1+q(t) V(x2,t)=p′(t)x2+q(t) …(13) となる。ここで
【0053】
【数14】 p′(t)=kp(t)/m …(14) 式(13)における定まった変位x1,x2は比較的容易
に実現することができる。すなわち、荷重をアクチュエ
ータによって強制的に変位させ、ある特定の変位x1 及
びx2 の所でセンサ出力V(x,t)の性質が急に変化す
るように構成するか、それ以上変位しないようにすれば
良い。
に実現することができる。すなわち、荷重をアクチュエ
ータによって強制的に変位させ、ある特定の変位x1 及
びx2 の所でセンサ出力V(x,t)の性質が急に変化す
るように構成するか、それ以上変位しないようにすれば
良い。
【0054】図10及び図11はその一例である。これ
らの実施例では、荷重に加速度又は外力が働いてもある
一定の値以上変位しないようストッパ60a,60bが
設けられている。荷重がこれらのストッパに接触した時
の変位量x1,x2があらかじめ既知であれば、この時の
センサの出力V(x1,t)及びV(x2,t)を測定する
と、式(13),(14)よりp(t),q(t)を求めるこ
とができる。
らの実施例では、荷重に加速度又は外力が働いてもある
一定の値以上変位しないようストッパ60a,60bが
設けられている。荷重がこれらのストッパに接触した時
の変位量x1,x2があらかじめ既知であれば、この時の
センサの出力V(x1,t)及びV(x2,t)を測定する
と、式(13),(14)よりp(t),q(t)を求めるこ
とができる。
【0055】荷重を任意の時に変位させ、ストッパに接
触させるには、静電容量式の場合、加速度に対応した静
電容量を求めるための上部固定電極55a又は下部固定
電極55bと荷重との間に電圧を印加して両者の間に静
電気力を加える。ピエゾ抵抗式でも同様に上部固定電極
55a及び下部固定電極55bを形成し、荷重との間に
電圧を印加する。
触させるには、静電容量式の場合、加速度に対応した静
電容量を求めるための上部固定電極55a又は下部固定
電極55bと荷重との間に電圧を印加して両者の間に静
電気力を加える。ピエゾ抵抗式でも同様に上部固定電極
55a及び下部固定電極55bを形成し、荷重との間に
電圧を印加する。
【0056】以上のように、定期的に固定電極と荷重と
の間に電圧を印加し、その出力から簡単な演算によって
加速−出力特性の経時変化を補正することができる効果
がある。しかも、この補正はセンサに加速度が印加され
ている状態でも可能であるという特徴がある。
の間に電圧を印加し、その出力から簡単な演算によって
加速−出力特性の経時変化を補正することができる効果
がある。しかも、この補正はセンサに加速度が印加され
ている状態でも可能であるという特徴がある。
【0057】以上の参考例では、荷重の変位量を測定
し、これから加速度を求めるというものであった。代表
的な加速度センサにはこれら以外にサーボ式がある。こ
の方式は、加速度による荷重の変位量を計測し、この変
位量信号をフィードバックして信号に応じてセンサ内部
で何らかの方法によって荷重に逆向きの力を印加し、荷
重を元の位置にもどしてやるというもので、フィードバ
ック量が加速度の大きさに対応することから、このフィ
ードバック量から加速度を求める。この方式では、変位
量は加速度によらず常にほぼ一定である。
し、これから加速度を求めるというものであった。代表
的な加速度センサにはこれら以外にサーボ式がある。こ
の方式は、加速度による荷重の変位量を計測し、この変
位量信号をフィードバックして信号に応じてセンサ内部
で何らかの方法によって荷重に逆向きの力を印加し、荷
重を元の位置にもどしてやるというもので、フィードバ
ック量が加速度の大きさに対応することから、このフィ
ードバック量から加速度を求める。この方式では、変位
量は加速度によらず常にほぼ一定である。
【0058】変位量の計測には、上の実施例と同様静電
容量やピエゾ抵抗がよく用いられる。また、フィードバ
ック量に応じて荷重に力を加えるのには、静電気力や磁
気力がよく用いられる。
容量やピエゾ抵抗がよく用いられる。また、フィードバ
ック量に応じて荷重に力を加えるのには、静電気力や磁
気力がよく用いられる。
【0059】サーボ式のセンサでも最終的な出力信号と
加速度の関係は式(10)で表わされる場合が多い。こ
こで、荷重にサーボ系のフィードバック量に応じた力以
外に第2の力Fを加えたとする。この時のセンサ出力は
次式で表わされる。
加速度の関係は式(10)で表わされる場合が多い。こ
こで、荷重にサーボ系のフィードバック量に応じた力以
外に第2の力Fを加えたとする。この時のセンサ出力は
次式で表わされる。
【0060】
【数15】 V(α,F)=p(α+F/m)+q …(15) ある定まった2種類の大きさの第2の力F1,F2を加え
た場合は、
た場合は、
【0061】
【数16】 V(α,F1)=p(α+F1/m)+q V(α,F2)=p(α+F2/m)+q …(16) 上式から下式を引くと、
【0062】
【数17】 V(α,F1)−V(α,F2)=p(F1−F2)/m …(17) V(α,F1),V(α,F2),F1,F2,mが既知であれ
ばpを求めることができる。
ばpを求めることができる。
【0063】また、力Fを加えたまま(F=0でもよ
い)モータなどのアクチュエータでセンサ素子の上下を
逆転してやると、センサに対して印加される加速度及び
第2の力は逆向きになるので出力は次式のようになる。
い)モータなどのアクチュエータでセンサ素子の上下を
逆転してやると、センサに対して印加される加速度及び
第2の力は逆向きになるので出力は次式のようになる。
【0064】
【数18】 V(−α,−F)=p(−α−F/m)+q …(18) 式(15)と(18)を加えると
【0065】
【数19】 V(α,F)+V(−α,−F)=2q …(19) qは式(19)より求めることができる。
【0066】実施例である具体的なセンサ素子構造の一
例を図12,図13に示す。図12では静電容量で、ま
た図13ではピエゾ抵抗素子で荷重の変位量を測定す
る。また両者ともサーボ系を形成するためのフィードバ
ック量に応じた荷重への力の印加及び図2の力の印加は
静電気力で行う。61a,61bは変位に応じた静電容
量検出用電極、62a,62bはサーボ用静電気力印加
電圧、63a,63bは荷重に第2の力を加えるための
静電気力印加電極である。これらの電極は適当なサーボ
系及び静電気力印加用の回路構成をとればお互いに兼用
することができる。
例を図12,図13に示す。図12では静電容量で、ま
た図13ではピエゾ抵抗素子で荷重の変位量を測定す
る。また両者ともサーボ系を形成するためのフィードバ
ック量に応じた荷重への力の印加及び図2の力の印加は
静電気力で行う。61a,61bは変位に応じた静電容
量検出用電極、62a,62bはサーボ用静電気力印加
電圧、63a,63bは荷重に第2の力を加えるための
静電気力印加電極である。これらの電極は適当なサーボ
系及び静電気力印加用の回路構成をとればお互いに兼用
することができる。
【0067】サーボ式においては、荷重の変位は常にほ
ぼ一定であることから、静電気力印加電極63a,63
bと荷重の間の間隙の大きさは一定であるので、式(1
6)における一定の力F1 及びF2 は静電気力印加電極
に加える電圧を変えるだけで与えられる。電極面積,間
隙の大きさ,印加電圧がわかっていれば、F1,F2の大
きさは計算できる。
ぼ一定であることから、静電気力印加電極63a,63
bと荷重の間の間隙の大きさは一定であるので、式(1
6)における一定の力F1 及びF2 は静電気力印加電極
に加える電圧を変えるだけで与えられる。電極面積,間
隙の大きさ,印加電圧がわかっていれば、F1,F2の大
きさは計算できる。
【0068】以上の実施例によれば、サーボ式加速度セ
ンサの加速度−出力特性の経時変化を補正できる効果が
ある。
ンサの加速度−出力特性の経時変化を補正できる効果が
ある。
【0069】本発明による自己診断機能付センサの概念
を自動車用空燃比センサへ適用することも可能である。
を自動車用空燃比センサへ適用することも可能である。
【0070】
【0071】
【0072】
【0073】
【0074】
【0075】
【0076】
【0077】
【0078】
【0079】
【0080】
【0081】
【0082】
【0083】
【発明の効果】本発明によれば、較正または診断を行う
ことにより、正確な検出出力を得ることができる。
ことにより、正確な検出出力を得ることができる。
【図1】本発明の一実施例の基本構成を示す図。
【図2】信号処理手段を示す回路図。
【図3】参考例である静電容量式圧力センサの動作説明
図。
図。
【図4】参考例である静電容量式圧力センサの動作説明
図。
図。
【図5】参考例である静電容量式圧力センサの動作説明
図。
図。
【図6】参考例である静電容量式圧力センサの動作説明
図。
図。
【図7】(a),(b)はマイクロコンピュータにおける
処理フロー図。
処理フロー図。
【図8】参考例である半導体加速度センサの動作説明
図。
図。
【図9】参考例である半導体加速度センサの動作説明
図。
図。
【図10】一実施例である半導体加速度センサの動作説
明図。
明図。
【図11】一実施例である半導体加速度センサの動作説
明図。
明図。
【図12】加速度センサの他の実施例を示す図。
1…検出手段、2…刺激手段、4…信号処理手段、7…
通信機、44…マイクロコンピュータ。
通信機、44…マイクロコンピュータ。
フロントページの続き (72)発明者 鵜飼 征一 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 兼安 昌美 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 黒岩 弘 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 横田 ▲吉▼弘 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2−116755(JP,A) 特開 昭63−171334(JP,A) 特開 昭63−85461(JP,A) 実開 昭64−5114(JP,U) 西独国特許出願公開3742385(DE, A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 21/00 G01P 15/125
Claims (21)
- 【請求項1】第1の電極と、 前記第1の電極に対向して配置され、加速度に感応する
第2の電極と、 前記第1の電極と前記第2の電極との間の静電容量を利
用して、前記加速度に対応した電気信号を出力する出力
手段と、 を備えた静電容量式加速度検出装置において、 第3の電極と、 前記第3の電極と前記第2の電極との間に静電気力を印
加する印加手段を備え、 前記静電気力の印加に対する前記出力手段の出力に基づ
いて、前記出力手段の較正を行うことを特徴とする静電
容量式加速度検出装置。 - 【請求項2】第1の電極と、 前記第1の電極に対向して配置され、加速度に感応する
第2の電極と、 前記第1の電極と前記第2の電極との間の静電容量を利
用して、前記加速度に対応した電気信号を出力する出力
手段と、 を備えた静電容量式加速度検出装置において、 第3の電極と、 前記第3の電極と前記第2の電極との間に静電気力を印
加する印加手段を備え、 前記静電気力の印加に対する前記出力手段の出力に基づ
いて、自己診断を行うことを特徴とする静電容量式加速
度検出装置。 - 【請求項3】請求項1または2において、 前記第1の電極と前記第3の電極とが同一基板上に設け
られていることを特徴とする静電容量式加速度検出装
置。 - 【請求項4】請求項1から3のいずれかにおいて、 前記第2の電極をほぼ一定の位置に保つように、前記第
1の電極と前記第2の電極との間に静電気力を印加する
手段を備えたことを特徴とする静電容量式加速度検出装
置。 - 【請求項5】請求項1から4のいずれかにおいて、 前記静電気力を印加する時間は、前記電気信号の変動周
期よりも短いことを特徴とする静電容量式加速度検出装
置。 - 【請求項6】請求項1において、 前記印加手段に静電気力印加の指示と前記出力手段の較
正とを共に行うマイコンを備えたことを特徴とする静電
容量式加速度検出装置。 - 【請求項7】請求項2において、 前記印加手段に静電気力印加の指示と前記自己診断とを
共に行うマイコンを備えたことを特徴とする静電容量式
加速度検出装置。 - 【請求項8】おもりと、 前記おもりに作用する加速度に応じた信号を出力する電
気回路と、異なる位置に設けられた複数の 制止部材と、前記おもりを各々の前記制止部材に接触するまで 強制的
に変位させ、前記電気回路の出力する電気信号に基づい
て、前記電気回路の記憶係数を較正する較正手段と、 を備えた加速度検出装置。 - 【請求項9】おもりと、 前記おもりに作用する加速度に応じた信号を出力する電
気回路と、異なる位置に設けられた複数の 制止部材と、前記おもりを各々の前記制止部材に接触するまで 強制的
に変位させ、前記電気回路の出力する電気信号に基づい
て、自己診断を行う診断手段と、 を備えた加速度検出装置。 - 【請求項10】おもりと、 前記おもりに作用する加速度に応じた信号を出力する電
気回路と、 前記おもりの第1の変位経路を遮って設けられた制止部
材と、前記おもりの前記第1の変位経路とは別の第2の変位経
路を遮って設けられた制止部材と、 前記おもりを前記第1の変位経路に沿って変位させよう
とする強制力と前記おもりを前記第2の変位経路に沿っ
て変位させようとする強制力とを発生し、前記電気回路
の出力する電気信号に基づいて、前記電気回路の記憶係
数を較正する較正手段と、 を備えた加速度検出装置。 - 【請求項11】おもりと、 前記おもりに作用する加速度に応じた信号を出力する電
気回路と、 前記おもりの第1の変位経路を遮って設けられた制止部
材と、前記おもりの前記第1の変位経路とは別の第2の変位経
路を遮って設けられた制止部材と、 前記おもりを前記第1の変位経路に沿って変位させよう
とする強制力と前記おもりを前記第2の変位経路に沿っ
て変位させようとする強制力とを発生し、前記電気回路
の出力する電気信号に基づいて、自己診断を行う診断手
段と、 を備えた加速度検出装置。 - 【請求項12】請求項8から11のいずれかにおいて、前記おもりを挟んで、前記制止部材が 設けられているこ
とを特徴とする加速度検出装置。 - 【請求項13】第1の固定電極が設けられた第1の基板
と、 第2の固定電極が設けられた第2の基板と、 前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、可
動電極が形成されたシリコン基板と、 前記可動電極と前記第1の基板との間に設けられた第1
の制止部材と、 前記可動電極と前記第2の基板との間に設けられた第2
の制止部材と、 前記第1の固定電極と前記可動電極との間の静電容量
と、前記第2の固定電極と前記可動電極との間の静電容
量と、を利用して前記加速度に対応した電気信号を出力
する電気回路と、 前記第1の制止部材に接触するまで前記可動電極を強制
的に変位させ、前記電気回路の出力する電気信号に基づ
いて、前記電気回路の記憶係数を較正する較正手段と、 を備えた静電容量式加速度検出装置。 - 【請求項14】第1の固定電極が設けられた第1の基板
と、 第2の固定電極が設けられた第2の基板と、 前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、可
動電極が形成されたシリコン基板と、 前記可動電極と前記第1の基板との間に設けられた第1
の制止部材と、 前記可動電極と前記第2の基板との間に設けられた第2
の制止部材と、 前記第1の固定電極と前記可動電極との間の静電容量
と、前記第2の固定電極と前記可動電極との間の静電容
量と、を利用して前記加速度に対応した電気信号を出力
する電気回路と、 前記第1の制止部材に接触するまで前記可動電極を強制
的に変位させ、前記電気回路の出力する電気信号に基づ
いて、自己診断を行う診断手段と、 を備えた静電容量式加速度検出装置。 - 【請求項15】第1の固定電極が設けられた第1の基板
と、 第2の固定電極が設けられた第2の基板と、 前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、可
動電極が形成されたシリコン基板と、 前記可動電極の第1の変位経路を遮って、前記可動電極
と前記第1の基板との間に設けられた第1の制止部材
と、 前記可動電極の前記第1の変位経路とは別の第2の変位
経路を遮って、前記可動電極と前記第2の基板との間に
設けられた第2の制止部材と、 前記第1の固定電極と前記可動電極との間の静電容量
と、前記第2の固定電極と前記可動電極との間の静電容
量と、を利用して前記加速度に対応した電気信号を出力
する電気回路と、 前記可動電極を前記第1の変位経路に沿って変位させよ
うとする強制力を発生し、前記電気回路の出力する電気
信号に基づいて、前記電気回路の記憶係数を較正する較
正手段と、 を備えた静電容量式加速度検出装置。 - 【請求項16】第1の固定電極が設けられた第1の基板
と、 第2の固定電極が設けられた第2の基板と、 前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられ、可
動電極が形成されたシリコン基板と、 前記可動電極の第1の変位経路を遮って、前記可動電極
と前記第1の基板との間に設けられた第1の制止部材
と、 前記可動電極の前記第1の変位経路とは別の第2の変位
経路を遮って、前記可動電極と前記第2の基板との間に
設けられた第2の制止部材と、 前記第1の固定電極と前記可動電極との間の静電容量
と、前記第2の固定電極と前記可動電極との間の静電容
量と、を利用して前記加速度に対応した電気信号を出力
する電気回路と、 前記可動電極を前記第1の変位経路に沿って変位させよ
うとする強制力を発生し、前記電気回路の出力する電気
信号に基づいて、自己診断を行う診断手段と、を備えた
静電容量式加速度検出装置。 - 【請求項17】請求項13において、 前記第2の制止部材に接触するまで前記可動電極を強制
的に変位させ、前記電気回路の出力する電気信号に基づ
いて、前記電気回路の記憶係数を較正する較正手段を備
えた静電容量式加速度検出装置。 - 【請求項18】請求項14において、 前記第2の制止部材に接触するまで前記可動電極を強制
的に変位させ、前記電気回路の出力する電気信号に基づ
いて、自己診断を行う診断手段を備えた静電容量式加速
度検出装置。 - 【請求項19】請求項15において、 前記可動電極を前記第2の変位経路に沿って変位させよ
うとする強制力を発生し、前記電気回路の出力する電気
信号に基づいて、前記電気回路の記憶係数を較正する較
正手段を備えた静電容量式加速度検出装置。 - 【請求項20】請求項16において、 前記可動電極を前記第2の変位経路に沿って変位させよ
うとする強制力を発生し、前記電気回路の出力する電気
信号に基づいて、自己診断を行う診断手段とを備えた静
電容量式加速度検出装置。 - 【請求項21】請求項1から7のいずれかにおいて、 前記第1の電極は、前記第2の電極の両側に配置された
固定電極であることを特徴とする静電容量式加速度検出
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19387799A JP3173504B2 (ja) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | 加速度検出装置および静電容量式加速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19387799A JP3173504B2 (ja) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | 加速度検出装置および静電容量式加速度検出装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27582496A Division JP3145040B2 (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | 静電容量式加速度センサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000028635A JP2000028635A (ja) | 2000-01-28 |
JP3173504B2 true JP3173504B2 (ja) | 2001-06-04 |
Family
ID=16315239
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19387799A Expired - Fee Related JP3173504B2 (ja) | 1999-07-08 | 1999-07-08 | 加速度検出装置および静電容量式加速度検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3173504B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013167507A (ja) * | 2012-02-15 | 2013-08-29 | Mitsubishi Electric Corp | 加速度センサと加速度センサの自己診断方法 |
JP2014077786A (ja) * | 2012-10-08 | 2014-05-01 | Northrop Grumman Systems Corp | 加速度計システムの動的な自己較正 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6558466B2 (ja) * | 2017-05-08 | 2019-08-14 | 株式会社村田製作所 | 容量性微小電気機械加速度計 |
-
1999
- 1999-07-08 JP JP19387799A patent/JP3173504B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013167507A (ja) * | 2012-02-15 | 2013-08-29 | Mitsubishi Electric Corp | 加速度センサと加速度センサの自己診断方法 |
JP2014077786A (ja) * | 2012-10-08 | 2014-05-01 | Northrop Grumman Systems Corp | 加速度計システムの動的な自己較正 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000028635A (ja) | 2000-01-28 |
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