JP3637522B2 - 振動型多軸差動容量センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、振動型多軸差動容量センサに関し、特に錘部に対して歪の少ない正弦振動を行わせることのできる駆動電圧波形に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の振動型多軸差動容量センサ（以下単にセンサと言う）を図１を参照して説明する。
直交３軸をＸ，Ｙ及びＺ軸とするとき、Ｘ−Ｙ平面に平行な固定基板１と可撓性基板２とが空隙３を介して対向して筐体４に取り付けられる。固定基板１の内面に固定電極１ａが形成される。可撓性基板２の外面の中心部に錘部５が固定される。可撓性基板２の内面の中心部に中心電極２ａ，その中心電極２ａを中心として、Ｘ軸の正及び負の方向側にＸ正電極２ｂ及びＸ負電極２ｃ，Ｙ軸の正及び負の方向側にＹ正電極２ｄ及びＹ負電極２ｅがそれぞれ固定電極１ａと対向して形成される。
【０００３】
中心電極２ａと固定電極１ａとの間にデューティ比0.５の矩形波の駆動電圧を印加して両電極の間にクーロン引力を発生させ、錘部５をＺ軸方向に振動させ、これにより可撓性基板２を固定基板１に対して平行変位振動させる。このとき、Ｘ軸方向に入力角速度があると、可撓性基板２及び錘部５にＹ軸方向のコリオカが発生するので、図５に示すように検出回路１０においてＹ正電極２ｄ及びＹ負電極２ｅと固定電極１ａとの間の静電容量Ｃｘ＋，Ｃｙ−の差分よりＸ軸方向の入力角速度を検出する。同様に検出回路９においてＹ軸方向の入力角速度をＸ正電極２ｂ及びＸ負電極２ｃと固定電極１ａとの間の静電容量Ｃｘ＋，Ｃｙ−の差分より検出する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のセンサでは、電極間の静電容量の測定信号に重畳するノイズ成分が大きいため、検出感度が低下する問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明では、センサの駆動電圧が、デューティ比0.１〜0.４の方形波とされる。
（２）請求項２の発明では、前記（１）において、駆動電圧を発生する回路が矩形波電圧を発生する発振回路と、その発振回路の出力のデューティ比を可変する回路と、その可変する回路の出力を増幅するバッファ回路とで構成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
従来のセンサが静電容量の測定信号に重畳するノイズ成分が大きく、検出感度が低下する問題を種々検討した結果、錘部５のＺ軸方向の正弦振動に図４Ｂに示すような歪みが発生していることが分かった。更に実験的検討を進めた結果、矩形波の駆動電圧のデューティ比を0.４以下にすると、図２Ｂに示すように上記正弦振動の歪みが改善され、その結果、電極間の静電容量の測定信号に重畳するノイズ成分が大幅に減少し、検出感度が向上することが分かった。
【０００７】
駆動電圧のデューティ比を小さくすると、駆動エネルギも小さくなるため、電圧振幅を大きくしなけばならなくなり、駆動電圧発生回路が大型になるので、デューティ比は0.１〜0.４の範囲に設定する。この発明のセンサに用いる駆動電圧発生回路を図３に示す。発振器６より出力されるデューティ比が約0.５の矩形波信号をデューティ比可変回路７に入力して、デューティ比を0.１〜0.４の間の任意の値に変換し、バッファ８で増幅して、中心電極２ａと固定電極１ａとの間に印加する。
【０００８】
【発明の効果】
この発明では、矩形波の駆動電圧のデューティ比を従来の0.５に対して0.１〜0.４に設定することによって、錘部５のＺ軸方向の正弦振動の歪みを従来より大幅に減少させることができ、その結果、電極間の静電容量の測定信号に重畳するノイズ成分が減少し、検出感度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来及びこの発明の振動型多軸差動容量センサの構造を示す図で、Ａは縦断面図、ＢはＡの可撓性基板２の平面図。
【図２】Ａは従来のセンサの駆動電圧波形、Ｂは錘部のＺ軸方向の振動波形。
【図３】Ａはこの発明のセンサの駆動電圧波形、Ｂは錘部のＺ軸方向の振動波形。
【図４】この発明のセンサに使用される駆動電圧発生回路のブロック図。
【図５】従来及びこの発明のセンサに使用される入力角速度の検出回路のブロック図。

Claims (2)

1. 直交３軸をＸ，Ｙ及びＺ軸とするとき、Ｘ−Ｙ平面に平行な固定基板と可撓性基板とが空隙を介して対向して配され、前記固定基板の内面に固定電極が形成され、
   前記可撓性基板の外面の中心部に錘部が固定され、内面の中心部に中心電極、その中心電極を中心として、Ｘ軸の正及び負の方向側にＸ正電極及びＸ負電極、Ｙ軸の正及び負の方向側にＹ正電極及びＹ負電極がそれぞれ前記固定電極と対向して形成され、
   前記中心電極と固定電極との間に駆動電圧を印加して前記錘部をＺ軸方向に振動させ、そのとき、Ｘ軸方向の入力角速度を前記Ｙ正電極及びＹ負電極と前記固定電極との間の静電容量の差分より検出し、Ｙ軸方向の入力角速度を前記Ｘ正電極及びＸ負電極と前記固定電極との間の静電容量の差分より検出するようにした振動型多軸差動容量センサにおいて、
   前記駆動電圧が、デューティ比0.１〜0.４の方形波であることを特徴とする振動型多軸差動容量センサ。
2. 請求項１において、前記駆動電圧を発生する回路が、矩形波電圧を発生する発振回路と、その発振回路の出力のデューティ比を可変する回路と、その可変する回路の出力を増幅するバッファ回路とより成ることを特徴とする振動型多軸差動容量センサ。

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