JP3244208B2 - ガスレート検出器 - Google Patents
ガスレート検出器Info
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Description
用する角速度を検出するガスレート検出器に係り、特に
ロール方向の傾斜に対応した重力加速度やヨー方向の加
速度に対して反応しないガスレート検出器に関する。
特開平3―29858号公報に開示したように、エッチ
ングや蒸着等の半導体製造プロセスを用いて半導体基板
上にヒートワイヤ(感熱抵抗素子)、ガス通路、ノズル
孔等を形成し、圧電素子で構成した圧電ポンプからガス
流を発生させ、ヒートワイヤ(感熱抵抗素子)に当るガ
ス流の偏向によってヒートワイヤの抵抗値変化を検出
し、ガスレートセンサに作用するヨー(水平)方向の角
速度を検出するように構成されたガスレートセンサは知
られている。
導体製造プロセスを用いるため、小形でヒートワイヤ間
の感熱特性にばらつきが少ないものが得られ、量産に適
するとともに、角速度の検出性能に優れたものが実現で
きる。
用いて小形化を図った従来のガスレートセンサは、ヒー
トワイヤ間の間隔が狭くなって温度検出の感度低下を招
くため、ヒートワイヤ間の温度分布の勾配を大きくして
感度の改善を図るよう、加圧した重いガスをセンサ内に
封入した構成としている。
した重いガスの採用により、必要とされるヨー(水平)
方向の角速度の検出だけでなく、所望しないロール方向
の傾斜に対応した重力加速度やヨー方向の加速度まで検
出してしまう課題がある。特に、車両に搭載して傾斜し
ながら旋回するような場合、従来のガスレートセンサの
検出出力は、旋回方向の角速度と傾斜に対応した重力加
速度(G)およびヨー(水平)方向の加速度の合成とな
り、正確な角速度の検出ができなくなり望ましくない。
なされたもので、その目的は小形でヨー(水平)方向の
角速度のみを検出することができるガスレート検出器を
提供することにある。
この発明に係るガスレート検出器は、ガス流路内に対向
して配置した一対の発熱型感熱抵抗センサを備えたセン
サ本体と、ガス流路にガス流を発生させるポンプと、一
対の発熱型感熱抵抗センサおよびポンプを収容し、加圧
したガスで封入する容器と、角速度が作用した場合にガ
ス流の偏向により一対の発熱型感熱抵抗センサに生じる
抵抗値の変化に基づいて角速度に対応した出力信号を検
出する検出手段とを備えたガスレート検出器において、
ロール方向の傾斜に対応した重力加速度やヨー方向の加
速度が作用した場合、検出手段から出力信号を検出しな
いような所定のガス流を発生させるポンプ制御手段を設
けたことを特徴とする。
は、検出手段に、一対の発熱型感熱抵抗センサと一対の
標準抵抗の各抵抗からなる抵抗ブリッジ回路を設けたこ
とを特徴とする。
御手段を備え、ロール方向の傾斜に対応した重力加速度
やヨー方向の加速度が加わった時に、ポンプから発生す
るガス流を所定の値に調整し、検出手段からの検出出力
が0となるようポンプ電圧を設定することができる。
は、検出手段に、一対の発熱型感熱抵抗センサと一対の
標準抵抗の各抵抗からなる抵抗ブリッジ回路を備え、ヨ
ー方向の角速度を一対の発熱型感熱抵抗センサの各抵抗
値変化の和に対応した量で検出するので、角速度を高感
度に検出することができる。
て説明する。図1はこの発明に係るガスレート検出器の
要部構成図であり、図2はこの発明に係るガスレート検
出器の要部ブロック構成図である。
リッジ3D上に一対の発熱型感熱抵抗センサ4A、4B
を形成した下側半導体基板3、下側半導体基板3に密着
させ半導体のケースを形成する図示しない上側半導体基
板、圧電素子5Cで形成する圧電ポンプ5を備えたセン
サ本体2と、センサ本体2を収容し、窒素ガス等の気体
を封入する容器6と、図2に示す検出手段7およびポン
プ制御手段8とから構成する。
えばシリコンウェハにエッチング処理を施して流入口3
A、ノズル孔3B、ガス流路3C、基板ブリッジ3Dお
よび排出口3Eを形成し、図示しない上側半導体基板に
も基板ブリッジ3Dに対応する部分を除き、流入口3
A、ノズル孔3B、ガス流路3Cおよび排出口3Eに対
応する位置に同様な空間部をエッチング処理で形成す
る。
Dには白金やタングステン等を蒸着し、エッチング処理
でパターン化した発熱型感熱抵抗センサ4A、4Bを形
成する。発熱型感熱抵抗センサ4A、4Bのそれぞれ両
端には、外部回路接続用のパッドa〜dを設ける。
は、基板ブリッジ3Dの同一面上に対向して配置し、図
示しない上側半導体を接着したセンサ本体2を構成した
場合、上下半導体基板で形成されるガス流路3Cの高さ
方向の中心に位置するよう構成する。
上側半導体基板の表面に細い溝をエッチング処理で形成
し、圧電ポンプ5から発生するガス流を絞って細いガス
流Pfに変換し、ガス流Pfが基板ブリッジ3Dに上に
対向して配置された発熱型感熱抵抗センサ4A、4Bの
中心を通過するよう構成する。
イヤフラム5Bの上下両端を支持し、ダイヤフラム5B
の両側面に圧電素子5Cを貼付けて構成する。圧電素子
5Cに電圧を印加すると、電圧に対応した振動が発生さ
れ、この振動をダイヤフラム5Bを介して窒素等のガス
に伝播することにより、ガス流を発生する。圧電ポンプ
5から発生したガス流は流入口3Aから上下半導体基板
で構成したケース内に供給され、ノズル孔3Bを介して
細い筒状のガス流Pfとなって発熱型感熱抵抗センサ4
A、4Bの中心に沿って供給される。
のポンプケース5Aは図示しない導管で接続されてお
り、排出口3Eに到達したガス流Pfは導管を経由して
ポンプケース5Aに還流する。なお、圧電ポンプ5の代
りに軸流ファンを用いてポンプを構成してもよい。
モリを備え、発熱型感熱抵抗センサ4A、4Bの抵抗R
1、R2を電源部9(例えば、電流源IO)で駆動し、
ヨー(水平)方向の角速度に対応した検出電圧V1(=
R1*IO)、V2(=R2*IO)を取込み、出力偏差
(V1−V2)に対応して予め記憶してある角速度信号
ωoを出力する。
傾斜)方向の加速度(G)の検出を0に設定するための
もので、比較部、ポンプ電圧出力部、ポンプ電圧設定部
およびシーケンス部等で構成し、圧電ポンプ5が発生す
るガス流Pfの偏向により、発熱型感熱抵抗センサ4
A,4Bからの放熱が等しくなり、検出手段7の加速度
信号Goが0となるようなポンプ電圧Vpの供給を制御
する。また、ホンプ制御手段8の起動は、ガスレート検
出器1の初期設定時または再設定時に、ガスレート検出
器1のセンサ本体2が垂直になるようセッテングし、例
えば外部設定スイッチ等からのスイッチ情報SWにより
行なうよう構成する。なお、本発明のガスレート検出器
1はヨー(水平)方向の角速度ωoのみを検出するの
で、ホンプ制御手段8は、ポンプ駆動電圧Vpの初期設
定、または再設定を除き調整を必要としない。
説明する。ガスレート検出器1のセンサ本体2が水平で
静止状態にある場合、ポンプ制御手段8からポンプ電圧
Vpを供給して圧電ポンプ5を駆動すると、圧電ポンプ
5から発生する窒素ガス等のガス流Pfはノズル孔3B
からガス流路3Cを通って、発熱型感熱抵抗センサ4
A、4Bの中心を流れ、発熱型感熱抵抗センサ4A、4
Bに均等に当る。
部9から電流Ioの供給を受けて高温で発熱しており、
発熱型感熱抵抗センサ4A、4Bが同じ特性に形成され
ていると、発熱量およびガス流Pfによる放熱量が等し
く、抵抗値R1、R2共に等しくなる。従って、検出電
圧V1、V2が等しく(V1=V2)、検出手段7に入
力される出力偏差(V1−V2)は0となり、検出手段
7からの角速度信号ωoも0となって角速度は検出され
ない。
にして水平方向(例えば、ガス流Pfに対して右側)に
所定の角速度で旋回すると、ガス流Pfは角速度の作用
により、発熱型感熱抵抗センサ4A、4Bの中心から発
熱型感熱抵抗センサ4B側に偏向し、ガス流Pfが強く
なる発熱型感熱抵抗センサ4Bの放熱が大きく、ガス流
Pfが小さくなる発熱型感熱抵抗センサ4Aの放熱は小
さくなるため、抵抗値R2は減少し、抵抗値R1が増加
する。従って、検出電圧V1は増加し、検出電圧V2が
減少し(V1>V2)、検出手段7に入力される出力偏
差(V1−V2)は正の値となり、検出手段7からは出
力偏差(V1−V2)に対応した角速度信号ωoが検出
される。
度で旋回すると、ガス流Pfは発熱型感熱抵抗センサ4
A側に偏向し、抵抗R1が減少、抵抗R2が増加し(V
1<V2)、検出手段7に入力される出力偏差(V1−
V2)は負の値となり、検出手段7からは出力偏差(V
1−V2)に対応した角速度信号ωoが検出される。
号から旋回の方向(角速度の発生方向)、出力偏差(V
1−V2)の絶対値から角速度の大きさをそれぞれ検出
できる。
2が垂直(例えば、発熱型感熱抵抗センサ4Aが上方
向)で静止状態にある場合のガス流Pfに対する検出出
力Voについて説明する。図3はこの発明に係るガスレ
ート検出器のガス流Pfと検出出力Voの関係図であ
る。
説明図であり、発熱型感熱抵抗センサ4A、4Bから発
熱した熱は重力加速度(G)作用方向(矢印)と反対の
方向(上側)に対流するため、発熱型感熱抵抗センサ4
Aの温度が発熱型感熱抵抗センサ4Bの温度よりも上昇
し、抵抗値R1は増加し、抵抗値R2は減少(R1>R
2)する。
ガス流Pfの偏向の説明図であり、発熱型感熱抵抗セン
サ4A、4Bからの対流は(a)図と同じであるが、ガ
ス流Pfの偏向はガス流Pfが増加するにつれて発熱型
感熱抵抗センサ4A側(上側)に移行する傾向があり、
発熱型感熱抵抗センサ4Aからの放熱が次第に大きくな
る。
(Pf=Pfo)すると、発熱型感熱抵抗センサ4Aお
よび4Bからの放熱量が等しくなり、発熱型感熱抵抗セ
ンサ4Aおよび4Bの抵抗値R1、R2が等しく(R1
=R2)なる。さらに、ガス流Pfを増加する(Pf>
Pfo)と、発熱型感熱抵抗センサ4Aからの放熱が発
熱型感熱抵抗センサ4Bからの放熱よりも大きくなり、
抵抗値R1は抵抗値R2よりも小さな値(R1<R2)
となる。
ス流Pfと発熱型感熱抵抗センサ4、4Bの放熱の関係
を、ガス流Pfと図4に示す抵抗ブリッジ回路11の検
出出力Voで表わした関係図である。ガス流Pfが小さ
い範囲では、発熱型感熱抵抗センサ4Aの抵抗値R1が
発熱型感熱抵抗センサ4Bの抵抗値R2より大きく(R
1>R2)、標準抵抗10A、10Bの抵抗値r1、r
2および抵抗値R1、R2で構成した抵抗ブリッジ回路
11の検出出力Voは負の値(−)を出力する。
oも増加し、ガス流Pfが所定のガス流Pfoで(Pf
=Pfo)、抵抗値R1とR2が等しくなり、検出出力
Voは0となる。さらに、ガス流Pfを増加する(Pf
>Pfo)と、検出出力Voは正の値(+)を出力す
る。
に設定することにより、ガスレート検出器1は垂直に傾
けた状態の加速度(G)を検出せず、水平方向の角速度
のみを検出するよう構成できる。なお、(c)図にはガ
スレート検出器1を垂直(傾斜角90°)にした場合の
ガス流Pfoと検出出力Voの関係を示したが、傾斜角
を任意に設定してもガス流Pfoと検出出力Voの関係
は変らないことは実験的に確認している。
検出手段およびポンプ制御手段の要部ブロック構成図で
ある。図4において、検出手段7は水平方向の角速度ω
を検出するため、抵抗ブリッジ回路11、角速度変換部
12、角速度記憶部13を備え、抵抗ブリッジ回路11
は外部の電流源9Aで駆動される。ポンプ制御手段8は
ロール方向の加速度(G)を検出しないガス流Pfoを
発生するよう、圧電ポンプ5に最適なポンプ電圧Vpを
供給するため、比較部14、ポンプ電圧出力部15、ポ
ンプ電圧設定部16、シーケンス部17を備え、外部の
設定スイッチ18により起動する。
センサ4A、4Bの抵抗R1、R2を直列に接続し、標
準抵抗r1、r2の直列回路と並列接続して構成する。
また、抵抗ブリッジ回路11は、抵抗R1―R2間に電
流源9Aを接続し、抵抗R1と抵抗R2の接続部(電圧
VX)、抵抗r1と抵抗r2の接続部(電圧VY)を取り
出して検出出力Vo(=VX−VY)とする。
ら角速度ωoを読み出し、検出出力Voに対応した角速
度信号ωoを出力する。角速度記憶部13はROM等の
メモリで構成し、予め実験または理論的に求めた検出出
力Voと角速度ωoの関連データを設定する。
段7を備え、検出出力Voに対応した角速度信号ωoを
出力するので、ヨー(水平)方向に旋回する物体に搭載
して角速度を検出することができる。
の初期設定または再設定の際に起動し、例えばガスレー
ト検出器1を図1に示すセンサ本体2の発熱型感熱抵抗
センサ4Aが上側になるよう垂直に配置する。比較部1
4はコンパレータ等の比較回路で構成し、検出手段7か
ら出力される加速度信号Goと基準加速度Gkを比較し
て偏差信号ΔGo(=Go−Gk)をポンプ電圧出力部
15およびシーケンス部17に提供する。
に基づいてポンプ電圧設定部16から偏差信号ΔGoに
対応した所定の補正電圧値ΔVpを呼出し、ポンプ電圧
Vpに加算したポンプ電圧Vp(=Vp+ΔVp)を出
力し、圧電ポンプ5を駆動する。ポンプ電圧設定部16
はROM等のメモリで構成し、偏差信号ΔGoに対応し
た所定の補正電圧値ΔVpを予め設定しておく。
路、セット/リセット回路等で構成し、外部の設定スイ
ッチ18のオン操作によるスイッチ情報SWで起動さ
れ、セット信号を比較部14およびポンプ電圧出力部1
5に提供してポンプ制御手段8全体を起動する。続い
て、シーケンス信号Srを出力し、比較部14の加速度
信号Goの取込みや偏差信号ΔGoの演算、ポンプ電圧
出力部15の補正電圧値ΔVpの読み出しやポンプ電圧
Vpとの加算、出力を制御したり、繰返し実行される一
連の動作の順序やタイミングを管理する。また、シーケ
ンス部17は、比較部14からの偏差信号ΔGoを取込
み、偏差信号ΔGo=0の場合にリセット信号Stを比
較部14およびポンプ電圧出力部15に出力し、ポンプ
電圧出力部15のポンプ電圧Vpを固定した後、ポンプ
制御手段8の動作を停止するよう制御する。
出器1の初期設定時および再設定時の加速度検出禁止の
調整を自動的に実行する実施例であり、ポンプ制御手段
8を可変抵抗器等のポンプ電圧可変手段で構成し、検出
手段7からの加速度信号Goを監視しながら手動でポン
プ電圧Vpを調整するよう構成することもできる。ま
た、ポンプ電圧Vpは初期設定時に加速度信号Goが0
となるよう、予め電圧Vpを設定しておいてもよい。
ポンプ制御手段を適用した一実施例の特性図である。封
入するガスは5気圧の窒素ガス、ガスレート検出器1の
傾斜角は90°、周囲温度25℃の条件において、圧電
ポンプ5のポンプ電圧Vpを変化してガス流Pfを変え
た場合のガス流Pfに対応する抵抗ブリッジ回路11の
検出出力Voを示す。
3/min)にすると、検出出力Vo=0となり、加速
度(G)が検出されないように設定することができる。
また、ガス流Pfo(=80cm3/min)を発生さ
せる圧電ポンプ5のポンプ電圧Vp(=Vps)は3V
である。なお、この特性は周囲温度を変更しても変化が
少なく、ガスレート検出器1の傾斜角を任意に設定して
も変化が少ないことを実験的に確認している。
レート検出器は、ロール方向の傾斜に対応した加速度や
ヨー(水平)方向の加速度を検出しないようなガス流を
発生する圧電ポンプのポンプ電圧に設定するために、ヨ
ー(水平)方向の角速度のみを検出することができる。
は、検出手段に、一対の発熱型感熱抵抗センサと一対の
標準抵抗で抵抗ブリッジ回路を設け、角速度を一対の発
熱型感熱抵抗センサの互いに反対方向に増減する抵抗値
変化量の和に対応した検出出力として得るので、検出出
力の絶対値から角速度を高感度で検出することができる
とともに、検出出力の符号から角速度の作用方向を検出
することができる。
性の高いガスレート検出器を提供することができる。
ク構成図
と検出出力Voの関係図
よびポンプ制御手段の要部ブロック構成図
手段を適用した一実施例の特性図
体基板、3A…流入口、3B…ノズル孔、3C…ガス流
路、3D…基板ブリッジ、3E…排出口、4A,4B…
発熱型感熱抵抗センサ(R1,R2)、5…圧電ポン
プ、5A…ポンプケース、5B…ダイヤフラム、5C…
圧電素子、6…容器、7…検出手段、8…ポンプ制御手
段、9…電源部、9A…電流源(Io)、10A,10
B…標準抵抗(r1,r2)、11…抵抗ブリッジ回
路、12…角速度変換部、13…角速度記憶部、14…
比較部、15…ポンプ電圧出力部、16…ポンプ電圧設
定部、17…シーケンス部、18…設定スイッチ、a〜
d…パッド、Go…加速度信号、Gk…基準加速度、Δ
Go(Go−Gk)…偏差信号、Pf…ガス流、SW…
スイッチ情報、Vo…検出出力、Vp…ポンプ電圧、Δ
Vp…補正電圧値、ωo…角速度信号。
Claims (2)
- 【請求項1】 ガス流路内に対向して配置した一対の発
熱型感熱抵抗センサを備えたセンサ本体と、前記ガス流
路にガス流を発生させるポンプと、前記一対の発熱型感
熱抵抗センサおよび前記ポンプを収容し、加圧したガス
で封入する容器と、角速度が作用した場合に前記ガス流
の偏向により前記一対の発熱型感熱抵抗センサに生じる
抵抗値の変化に基づいて前記角速度に対応した出力信号
を検出する検出手段とを備えたガスレート検出器におい
て、 ロール方向の傾斜に対応した重力加速度やヨー方向の加
速度が作用した場合、前記検出手段から出力信号を検出
しないような所定の前記ガス流を発生させるポンプ制御
手段を設けたことを特徴とするガスレート検出器。 - 【請求項2】 前記検出手段に、前記一対の発熱型感熱
抵抗センサと一対の標準抵抗の各抵抗からなる抵抗ブリ
ッジ回路を設けたことを特徴とする請求項1記載のガス
レート検出器。
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