JP5618491B2 - Vibration sensor measuring device - Google Patents

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Description

本発明は、振動式センサ測定装置に関し、詳しくは、動作の安定化とノイズ除去および振動子の歩留まり向上に関するものである。   The present invention relates to a vibration type sensor measurement device, and more particularly to stabilization of operation, noise removal, and improvement in the yield of vibrators.

圧力などの物理量を測定する測定装置の一種に、図6に示すように、振動式センサを用い、振動式センサと電極との間に働く静電吸引力の変化に応じて振動式センサを振動させるものがある。   As shown in FIG. 6, a vibration sensor is used as one type of measuring device for measuring a physical quantity such as pressure, and the vibration sensor is vibrated according to a change in electrostatic attraction force acting between the vibration sensor and the electrode. There is something to make.

図6において、左右に並べられた振動子11および基準振動子12は、固定電極10に対し所定の間隔DISBを保って対向するように設置されている。   In FIG. 6, the vibrator 11 and the reference vibrator 12 arranged on the left and right are installed to face the fixed electrode 10 with a predetermined distance DISB.

振動子11は、その形状(たとえば梁)によって決定される固有振動数を有するものであり、この固有振動数で振動する自励振回路が形成される。すなわち、バイアス電圧Vbが印加された固定電極10と振動子11との間に働く静電吸引力Fc→振動子11→電流/電圧変換部20→差動増幅部22→駆動部30→駆動信号KBの固定電極10への帰還によって正帰還ループが形成され、自励振回路が構成される。   The vibrator 11 has a natural frequency determined by its shape (for example, a beam), and a self-excited circuit that vibrates at this natural frequency is formed. That is, the electrostatic attraction force Fc acting between the fixed electrode 10 to which the bias voltage Vb is applied and the vibrator 11 → the vibrator 11 → the current / voltage conversion unit 20 → the differential amplification unit 22 → the drive unit 30 → the drive signal. A positive feedback loop is formed by feedback of the KB to the fixed electrode 10 to form a self-excited circuit.

振動子11の自励振動作について説明する。
固定電極10と振動子11との間および固定電極10と基準振動子12との間には、抵抗を介してバイアス電圧Vbが印加される。
The self-exciting operation of the vibrator 11 will be described.
A bias voltage Vb is applied between the fixed electrode 10 and the vibrator 11 and between the fixed electrode 10 and the reference vibrator 12 via a resistor.

固定電極10は駆動信号KBによって駆動される。なお、駆動信号KBの周波数は振動子11の固有振動数と一致する。固定電極10に印加される電圧が駆動信号KBに応じて変化することから、振動子11は固定電極10と振動子11との間に働く静電吸引力Fcの変化に応じて固有振動数で振動する。   The fixed electrode 10 is driven by a drive signal KB. Note that the frequency of the drive signal KB matches the natural frequency of the vibrator 11. Since the voltage applied to the fixed electrode 10 changes according to the drive signal KB, the vibrator 11 has a natural frequency according to the change in the electrostatic attractive force Fc acting between the fixed electrode 10 and the vibrator 11. Vibrate.

このとき、固定電極10と振動子11との間に形成された容量を介して、固定電極10から振動子11へ、駆動信号KBと同相の電流にノイズ電流NAが重畳された静電電流SBが流れる。この静電電流SBは振動子11から出力され、電流/電圧変換部20で電圧に変換される。   At this time, the electrostatic current SB in which the noise current NA is superimposed on the current in phase with the drive signal KB from the fixed electrode 10 to the vibrator 11 through the capacitance formed between the fixed electrode 10 and the vibrator 11. Flows. The electrostatic current SB is output from the vibrator 11 and converted into a voltage by the current / voltage conversion unit 20.

ところが、振動子11と基準振動子12の固有振動数は異なる。よって、固定電極10に印加された電圧が振動子11の固有振動数で変化しても、基準振動子12はほとんど振動せず、基準振動子12からノイズ電流NAと同振幅で同相のノイズ電流NBが出力されて電流/電圧変換部21で電圧に変換される。   However, the natural frequencies of the vibrator 11 and the reference vibrator 12 are different. Therefore, even if the voltage applied to the fixed electrode 10 changes at the natural frequency of the vibrator 11, the reference vibrator 12 hardly vibrates, and the noise current having the same amplitude and the same phase as the noise current NA from the reference vibrator 12. NB is output and converted into a voltage by the current / voltage converter 21.

差動増幅部22は、電流/電圧変換部20、21の出力電圧を差動増幅してノイズ電流NA、NBの成分を打ち消し合い、振動子11の固有振動数成分を出力する。このため、差動増幅部22の出力である物理量出力信号Poの周波数は、振動子11の固有振動数と一致する。   The differential amplifier 22 differentially amplifies the output voltages of the current / voltage converters 20 and 21 to cancel the components of the noise currents NA and NB, and outputs the natural frequency component of the vibrator 11. For this reason, the frequency of the physical quantity output signal Po that is the output of the differential amplifier 22 matches the natural frequency of the vibrator 11.

物理量出力信号Poは、オートゲインコントロール部(以下、AGC部という)31に入力されるとともに、交流/直流変換部32に入力される。交流/直流変換部32は、物理量出力信号Poの振幅に一致する直流電圧に変換し、誤差増幅部33に出力する。誤差増幅部33は、交流/直流変換部32の直流電圧と設定電圧Vs(直流)との誤差を増幅してAGC部31に出力する。AGC部31は、物理量出力信号Poの振幅を設定電圧Vsに一致させた交流の駆動信号KBを固定電極10へ出力する。   The physical quantity output signal Po is input to an auto gain control unit (hereinafter referred to as AGC unit) 31 and also input to an AC / DC conversion unit 32. The AC / DC converter 32 converts the DC voltage to the amplitude of the physical quantity output signal Po, and outputs the DC voltage to the error amplifier 33. The error amplifier 33 amplifies the error between the DC voltage of the AC / DC converter 32 and the set voltage Vs (DC) and outputs the amplified error to the AGC unit 31. The AGC unit 31 outputs to the fixed electrode 10 an alternating drive signal KB in which the amplitude of the physical quantity output signal Po is matched with the set voltage Vs.

一方、被測定流体の圧力が振動子11に作用することにより振動子11の歪が変化し、固有振動数が変化する。すなわち、振動子11に印加される圧力に応じて、振動子11の固有振動数は変化する。ここで、物理量出力信号Poの周波数は振動子11の固有振動数と一致することから、物理量出力信号Po(圧力測定信号)の周波数によって圧力を知ることができる。   On the other hand, when the pressure of the fluid to be measured acts on the vibrator 11, the distortion of the vibrator 11 changes and the natural frequency changes. That is, the natural frequency of the vibrator 11 changes according to the pressure applied to the vibrator 11. Here, since the frequency of the physical quantity output signal Po matches the natural frequency of the vibrator 11, the pressure can be known from the frequency of the physical quantity output signal Po (pressure measurement signal).

特許文献1には、振動ゲートが静電吸引力の変化に応じて振動することについて記載されている。   Patent Document 1 describes that a vibrating gate vibrates according to a change in electrostatic attraction force.

特許第3292286号公報Japanese Patent No. 3292286

ところで、基準振動子12の固有振動数に近い周波数の外部振動が基準振動子12に伝達した場合、基準振動子12は外部振動によって振動を起こし、この振動信号が電流/電圧変換部21を介して物理量出力信号Poに重畳して、物理量の測定精度が悪化することがある。   By the way, when an external vibration having a frequency close to the natural frequency of the reference vibrator 12 is transmitted to the reference vibrator 12, the reference vibrator 12 is vibrated by the external vibration, and this vibration signal is transmitted via the current / voltage conversion unit 21. Therefore, the measurement accuracy of the physical quantity may deteriorate due to being superimposed on the physical quantity output signal Po.

また、振動子11と基準振動子12との絶縁を保つため、振動子11は基準振動子12と正確な間隔DISAを保って製造する必要がある。これに加えて、振動子11の固有振動数で基準振動子12が振動しないように両者の固有振動数を離す必要があるため、固有振動数を決定する振動子11と基準振動子12の形状を正確に製造する必要がある。このように、振動子11と基準振動子12は、両者の間隔DISAおよび形状において正確に製造する必要があるため、製造の歩留まりが低下し、製造コストが高くなるという問題もある。   Further, in order to maintain insulation between the vibrator 11 and the reference vibrator 12, the vibrator 11 needs to be manufactured while keeping an accurate distance DISA from the reference vibrator 12. In addition to this, since it is necessary to separate the natural frequencies of the vibrator 11 so that the reference vibrator 12 does not vibrate at the natural frequency of the vibrator 11, the shapes of the vibrator 11 and the reference vibrator 12 that determine the natural frequency are determined. Must be manufactured accurately. As described above, since the vibrator 11 and the reference vibrator 12 need to be accurately manufactured in the distance DISA and the shape of both, there is a problem that the manufacturing yield is reduced and the manufacturing cost is increased.

また、製造上の誤差などで振動子11と基準振動子12の固有振動数が互いに近くなってしまうと、振動子11が固有振動数で振動するとともに、基準振動子12も振動を起こすことがある。この結果、振動子11の振動エネルギーが基準振動子12に吸収されて振動子11の振動が不安定になって物理量出力信号Poの周波数が不安定になり、物理量の測定精度が悪化することがある。   Further, when the natural frequency of the vibrator 11 and the reference vibrator 12 becomes close to each other due to manufacturing errors, the vibrator 11 vibrates at the natural frequency, and the reference vibrator 12 may also vibrate. is there. As a result, the vibration energy of the vibrator 11 is absorbed by the reference vibrator 12, the vibration of the vibrator 11 becomes unstable, the frequency of the physical quantity output signal Po becomes unstable, and the measurement accuracy of the physical quantity deteriorates. is there.

本発明は、これらの問題を解決するものであり、その目的は、振動子の安定な振動と、ノイズ除去による物理量の測定精度向上および振動子の歩留まり向上を実現する振動式センサ測定装置を提供することにある。   The present invention solves these problems, and an object of the present invention is to provide a vibration type sensor measuring apparatus that realizes stable vibration of a vibrator, improvement of measurement accuracy of physical quantities by noise removal, and improvement of yield of the vibrator. There is to do.

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
バイアス電圧が印加される第1固定電極と対向するように所定の間隔で配置されたバイ
アス電圧が印加されない第2固定電極との間に、被測定物理量が作用し前記第1固定電極
との間に働く静電吸引力に応じて振動する振動子が設けられ、前記第1固定電極は前記振
動子の出力信号に基づき生成される第1駆動信号で駆動されるとともに前記第2固定電極は前記第1駆動信号と逆相の第2駆動信号で駆動される複数系統の測定系を備え、
これら各測定系における振動子は固有周波数が異なるように形成され、これら振動子の
出力信号に基づき前記被測定物理量を測定することを特徴とする振動式センサ測定装置である。
In order to achieve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is:
Between the second fixed electrode by <br/> astigmatism voltage being disposed at a predetermined interval so as to face the first fixed electrode to which a bias voltage is applied is not applied, the acts to be measured physical quantity first vibrator that vibrates in response to the electrostatic attractive force acting between the fixed electrode is provided, the first fixed electrode is driven by the first drive signal generated based on the output signal of the oscillator Rutotomoni the first The two fixed electrodes include a plurality of measurement systems driven by a second drive signal having a phase opposite to that of the first drive signal,
The vibrators in each of these measurement systems are formed so as to have different natural frequencies, and the measured physical quantity is measured based on the output signals of these vibrators.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の振動式センサ測定装置において、
前記第2固定電極は前記振動子に応じて分離形成されていることを特徴とする。
The invention according to claim 2 is the vibration sensor measuring device according to claim 1,
The second fixed electrode is formed separately according to the vibrator.

請求項3記載の発明は、請求項1記載の振動式センサ測定装置において、
前記第2固定電極は前記各振動子に共通するように一体形成され、前記各振動子はこれら振動子の出力信号を加算した共通の駆動信号で駆動されることを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the vibration sensor measuring device according to claim 1,
The second fixed electrode is integrally formed so as to be common to the vibrators, and the vibrators are driven by a common drive signal obtained by adding the output signals of the vibrators.

請求項4記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の振動式センサ測定装置において、
前記第1固定電極、前記第2固定電極および前記振動子は、同一のシリコンウエハに設けられたことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the vibration type sensor measurement device according to any one of the first to third aspects,
The first fixed electrode, the second fixed electrode, and the vibrator are provided on the same silicon wafer.

本発明によれば、振動子の安定な振動が得られ、物理量の測定精度向上および振動子の歩留まり向上が図れる。   According to the present invention, stable vibration of the vibrator can be obtained, and the measurement accuracy of the physical quantity can be improved and the yield of the vibrator can be improved.

本発明の実施形態の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of embodiment of this invention. 第1固定電極、第2固定電極および振動子の構造の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the structure of a 1st fixed electrode, a 2nd fixed electrode, and a vibrator | oscillator. 図1の各部における信号波形例図である。FIG. 2 is a signal waveform example diagram in each part of FIG. 1. 本発明の実施形態の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of embodiment of this invention. 従来の振動式センサ測定装置の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the conventional vibration type sensor measuring apparatus.

以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の実施形態の一例を示すブロック図であり、図6と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an example of an embodiment of the present invention. Components identical with those in FIG.

図1において、バイアス電圧Vbが印加された第1固定電極100と対向するように所定の間隔DISTで第2固定電極101が配置され、これら第1固定電極100と第2固定電極101との間には振動子102が設けられている。振動子102は、第1固定電極100と間隔DIS1(第1間隔)を保ち、第2固定電極101と間隔DIS2(第2間隔)を保っている。振動子102の固有振動数以外の振動数の信号に対しては、振動子102と第1固定電極100との間に容量C1(図示省略)が等価的に形成され、振動子102と第2固定電極101との間に容量C2(図示省略)が等価的に形成される。なお、容量C1は第1間隔DIS1に反比例し、容量C2は第2間隔DIS2に反比例する。   In FIG. 1, second fixed electrodes 101 are arranged at a predetermined interval DIST so as to face the first fixed electrode 100 to which the bias voltage Vb is applied, and between the first fixed electrode 100 and the second fixed electrode 101. Is provided with a vibrator 102. The vibrator 102 maintains a distance DIS1 (first interval) from the first fixed electrode 100, and maintains a distance DIS2 (second interval) from the second fixed electrode 101. For signals having frequencies other than the natural frequency of the vibrator 102, a capacitor C1 (not shown) is equivalently formed between the vibrator 102 and the first fixed electrode 100, and the vibrator 102 and the second A capacitor C <b> 2 (not shown) is equivalently formed between the fixed electrode 101. Note that the capacitance C1 is inversely proportional to the first interval DIS1, and the capacitance C2 is inversely proportional to the second interval DIS2.

また、振動子102の固有振動数の信号に対しては、振動子102と第1固定電極100との間に抵抗RS1(図示省略)が等価的に形成され、振動子102と第2固定電極101との間に抵抗RS2(図示省略)が等価的に形成される。   For the signal of the natural frequency of the vibrator 102, a resistor RS1 (not shown) is equivalently formed between the vibrator 102 and the first fixed electrode 100, and the vibrator 102 and the second fixed electrode. A resistor RS2 (not shown) is equivalently formed between the resistor 101 and the resistor 101.

振動子102の出力信号SENSは電流/電圧変換部110に入力されて電圧に変換され、物理量出力信号Po(交流)として出力されるとともに、駆動部120に入力されている。   The output signal SENS of the vibrator 102 is input to the current / voltage conversion unit 110 and converted into a voltage, and is output as a physical quantity output signal Po (alternating current) and also input to the drive unit 120.

駆動部120において、交流/直流変換部32は物理量出力信号Po(交流)を直流に変換し、変換した直流電圧を誤差増幅部33の一方の入力端子に入力する。誤差増幅部33の他方の入力端子には設定電圧Vs(直流)が入力されていて、これらの誤差を増幅してAGC部31の一方の入力端子に出力する。   In the drive unit 120, the AC / DC conversion unit 32 converts the physical quantity output signal Po (AC) into DC, and inputs the converted DC voltage to one input terminal of the error amplification unit 33. A set voltage Vs (direct current) is input to the other input terminal of the error amplifying unit 33, and these errors are amplified and output to one input terminal of the AGC unit 31.

AGC部31の他方の入力端子には物理量出力信号Poが入力されていて、物理量出力信号Poの振幅を設定電圧Vsに一致させたオートゲインコントロール出力信号SAGCを第1増幅部121および第2増幅部122に出力する。   The physical quantity output signal Po is input to the other input terminal of the AGC unit 31, and the auto gain control output signal SAGC in which the amplitude of the physical quantity output signal Po coincides with the set voltage Vs is supplied to the first amplification unit 121 and the second amplification unit. To the unit 122.

第1増幅部121は、第1帰還抵抗R1により決定される増幅率にしたがってAGC出力信号SAGCを増幅した第1駆動信号KD1で第1固定電極100を駆動する。第2増幅部122は、第2帰還抵抗R2により決定される増幅率にしたがってAGC出力信号SAGCを増幅した第2駆動信号KD2で第2固定電極101を駆動する。   The first amplifying unit 121 drives the first fixed electrode 100 with a first driving signal KD1 obtained by amplifying the AGC output signal SAGC according to the amplification factor determined by the first feedback resistor R1. The second amplifying unit 122 drives the second fixed electrode 101 with the second drive signal KD2 obtained by amplifying the AGC output signal SAGC according to the amplification factor determined by the second feedback resistor R2.

図2は、これら第1固定電極100、第2固定電極101および振動子102の構造の一例を示す構成図である。   FIG. 2 is a configuration diagram illustrating an example of the structure of the first fixed electrode 100, the second fixed electrode 101, and the vibrator 102.

図2において、シリコンウエハ200には、中間部を薄くしたダイアフラム201が形成され、ダイアフラム201の部分に、第1固定電極100、第2固定電極101および振動子102が形成されている。このように、第1固定電極100、第2固定電極101および振動子102は、同一のシリコンウエハ200に設けられている。   In FIG. 2, a diaphragm 201 having a thin intermediate portion is formed on a silicon wafer 200, and a first fixed electrode 100, a second fixed electrode 101, and a vibrator 102 are formed in the diaphragm 201. As described above, the first fixed electrode 100, the second fixed electrode 101, and the vibrator 102 are provided on the same silicon wafer 200.

第1固定電極100(斜線部)と第2固定電極101(斜線部)は、所定間隔DISTを保っている。第1固定電極100と第2固定電極101との間に振動子102が形成され、振動子102は、第1固定電極100と第1間隔DIS1を保って対向し、第2固定電極101と第2間隔DIS2を保って対向している。   The first fixed electrode 100 (shaded portion) and the second fixed electrode 101 (shaded portion) maintain a predetermined distance DIST. A vibrator 102 is formed between the first fixed electrode 100 and the second fixed electrode 101. The vibrator 102 faces the first fixed electrode 100 with a first distance DIS1, and the second fixed electrode 101 and the second fixed electrode 101 are opposed to each other. Opposite the two distances DIS2.

そして、被測定流体の圧力PRSがダイアフラム201に印加されると、ダイアフラム201が変形し、振動子102に歪が生じる。   When the pressure PRS of the fluid to be measured is applied to the diaphragm 201, the diaphragm 201 is deformed, and the vibrator 102 is distorted.

図1に戻り、振動子102は、たとえばその梁の形状によって決定される固有振動数を有するものであり、振動子102を固有振動数で振動させる自励振回路が形成される。すなわち、バイアス電圧Vbが印加された第1固定電極100→第1固定電極100と振動子102との間に働く静電吸引力Fc→振動子102→電流/電圧変換部110→駆動部120→第1駆動信号KD1の第1固定電極100への帰還によって正帰還ループが形成され、自励振回路が構成される。   Returning to FIG. 1, the vibrator 102 has a natural frequency determined by, for example, the shape of the beam, and a self-excited circuit that vibrates the vibrator 102 at the natural frequency is formed. That is, the first fixed electrode 100 to which the bias voltage Vb is applied → the electrostatic attractive force Fc acting between the first fixed electrode 100 and the vibrator 102 → the vibrator 102 → the current / voltage converter 110 → the drive section 120 → A positive feedback loop is formed by feedback of the first drive signal KD1 to the first fixed electrode 100, and a self-excited circuit is configured.

振動子102の自励振動作を、まず、第1間隔DIS1と第2間隔DIS2が等しく、容量C1と容量C2が等しい場合について説明する。   First, the self-exciting operation of the vibrator 102 will be described in the case where the first interval DIS1 and the second interval DIS2 are equal and the capacitance C1 and the capacitance C2 are equal.

バイアス電圧Vbは、第1固定電極100と回路コモン電圧Vcomとの間に抵抗を介して接続される。振動子102は、電流/電圧変換部110の演算増幅器によって回路コモン電圧Vcomに(仮想)接地される。これによって、第1固定電極100と振動子102との間にバイアス電圧Vbが印加される。一方、第2固定電極101と振動子102との間にバイアス電圧は印加されない。   The bias voltage Vb is connected between the first fixed electrode 100 and the circuit common voltage Vcom via a resistor. The vibrator 102 is (virtually) grounded to the circuit common voltage Vcom by the operational amplifier of the current / voltage conversion unit 110. As a result, the bias voltage Vb is applied between the first fixed electrode 100 and the vibrator 102. On the other hand, no bias voltage is applied between the second fixed electrode 101 and the vibrator 102.

第1固定電極100は第1駆動信号KD1によって駆動される。なお、第1駆動信号KD1の周波数は振動子102の固有振動数と一致する。第1駆動信号KD1によって第1固定電極100に印加される電圧が変化するため、振動子102は、第1固定電極100と振動子102との間に働く静電吸引力Fcの変化に応じて固有振動数で振動する。   The first fixed electrode 100 is driven by the first drive signal KD1. The frequency of the first drive signal KD1 matches the natural frequency of the vibrator 102. Since the voltage applied to the first fixed electrode 100 is changed by the first drive signal KD1, the vibrator 102 responds to the change in the electrostatic attractive force Fc acting between the first fixed electrode 100 and the vibrator 102. Vibrates at the natural frequency.

このとき、第1静電電流SD1が、第1固定電極100から振動子102へ流れる。第1静電電流SD1は、第1駆動信号KD1と同相の電流にノイズ電流N1が重畳した電流である。この第1駆動信号KD1と同相の電流は第1固定電極100から抵抗RS1を介して振動子102へ流れ、ノイズ電流N1は第1固定電極100から容量C1を介して振動子102へ流れる。   At this time, the first electrostatic current SD1 flows from the first fixed electrode 100 to the vibrator 102. The first electrostatic current SD1 is a current in which a noise current N1 is superimposed on a current in phase with the first drive signal KD1. The current in phase with the first drive signal KD1 flows from the first fixed electrode 100 to the vibrator 102 via the resistor RS1, and the noise current N1 flows from the first fixed electrode 100 to the vibrator 102 via the capacitor C1.

一方、第2固定電極101は、第1駆動信号KD1と逆相の第2駆動信号KD2によって駆動されるが、バイアス電圧が印加されていないため、第2固定電極101と振動子102との間には、第2駆動信号KD2の周波数に応じた静電吸引力Fcは働かない。よって、ノイズ電流N1と同一振幅で逆相のノイズ電流N2が第2静電電流SD2として、第2固定電極101から容量C2を介して振動子102へ流れる。   On the other hand, the second fixed electrode 101 is driven by the second drive signal KD2 having a phase opposite to that of the first drive signal KD1, but since no bias voltage is applied, the second fixed electrode 101 is not connected between the second fixed electrode 101 and the vibrator 102. The electrostatic attraction force Fc corresponding to the frequency of the second drive signal KD2 does not work. Therefore, a noise current N2 having the same amplitude and opposite phase as the noise current N1 flows from the second fixed electrode 101 to the vibrator 102 as the second electrostatic current SD2 via the capacitor C2.

振動子102に流れ込む電流のうち、ノイズ電流N1とノイズ電流N2とは同一振幅で逆相なので、互いに打ち消しあう。このため、第1駆動信号KD1と同相の電流が、振動子出力信号SENSとして、振動子102から電流/電圧変換部110へ流れる。   Among the currents flowing into the vibrator 102, the noise current N1 and the noise current N2 have the same amplitude and opposite phase, and therefore cancel each other. For this reason, a current in phase with the first drive signal KD1 flows from the vibrator 102 to the current / voltage conversion unit 110 as the vibrator output signal SENS.

そして、電流/電圧変換部110は、振動子出力信号SENSの電流を電圧に変換し、物理量出力信号Poとして出力する。なお、物理量出力信号Poの周波数は、振動子102の固有振動数と一致する。   The current / voltage conversion unit 110 converts the current of the transducer output signal SENS into a voltage and outputs the voltage as a physical quantity output signal Po. Note that the frequency of the physical quantity output signal Po matches the natural frequency of the vibrator 102.

物理量出力信号Poは、AGC部31に入力されるとともに、交流/直流変換部32に入力される。なお、AGC部31、交流/直流変換部32および誤差増幅部33は前述の図6と同じであり、AGC部31は、物理量出力信号Poの振幅を設定電圧Vsに一致させたAGC出力信号SAGC(交流)を、第1増幅部121と第2増幅部122に出力する。   The physical quantity output signal Po is input to the AGC unit 31 and also input to the AC / DC conversion unit 32. The AGC unit 31, the AC / DC converting unit 32, and the error amplifying unit 33 are the same as those in FIG. (AC) is output to the first amplifying unit 121 and the second amplifying unit 122.

第1増幅部121はAGC出力信号SAGCを増幅した第1駆動信号KD1を出力して第1固定電極100を駆動し、第2増幅部122はAGC出力信号SAGCを増幅した第2駆動信号KD2を出力して第2固定電極101を駆動する。なお、第1増幅部121の増幅率G1の符号は第2増幅部122の増幅率G2の符号と異なるため、第1駆動信号KD1と第2駆動信号KD2とは逆相になる。   The first amplifier 121 outputs a first drive signal KD1 obtained by amplifying the AGC output signal SAGC to drive the first fixed electrode 100, and the second amplifier 122 receives a second drive signal KD2 obtained by amplifying the AGC output signal SAGC. The second fixed electrode 101 is driven by outputting. Since the sign of the amplification factor G1 of the first amplification unit 121 is different from the sign of the amplification factor G2 of the second amplification unit 122, the first drive signal KD1 and the second drive signal KD2 are in opposite phases.

そして、図2に示すように振動子102に作用(印加)する被測定流体の圧力PRSが変化すると、振動子102の歪が変化して固有振動数が変化する。すなわち、振動子102に印加される圧力に応じて、振動子102の固有振動数は変化する。図1の振動子102の固有振動数は物理量出力信号Poの周波数と一致するため、物理量出力信号Po(圧力測定信号)の周波数によって圧力PRSを知ることができる。   As shown in FIG. 2, when the pressure PRS of the fluid to be measured that acts (applies) to the vibrator 102 changes, the strain of the vibrator 102 changes and the natural frequency changes. That is, the natural frequency of the vibrator 102 changes according to the pressure applied to the vibrator 102. Since the natural frequency of the vibrator 102 in FIG. 1 matches the frequency of the physical quantity output signal Po, the pressure PRS can be known from the frequency of the physical quantity output signal Po (pressure measurement signal).

図3は図1の各部における信号波形図であり、(a)はAGC出力信号SAGC(電圧)、(b)は第1駆動信号KD1(電圧)、(c)は第2駆動信号KD2(電圧)、(d)は第1静電電流SD1、(e)は第2静電電流SD2、(f)は振動子出力信号SENS(電流)、(g)は物理量出力信号Po(電圧)である。なお、(d)の第1静電電流SD1の波形は、(d1)に(d2)を重畳した波形となる。   FIG. 3 is a signal waveform diagram in each part of FIG. 1, (a) is an AGC output signal SAGC (voltage), (b) is a first drive signal KD1 (voltage), and (c) is a second drive signal KD2 (voltage). ), (D) is the first electrostatic current SD1, (e) is the second electrostatic current SD2, (f) is the transducer output signal SENS (current), and (g) is the physical quantity output signal Po (voltage). . The waveform of the first electrostatic current SD1 in (d) is a waveform in which (d2) is superimposed on (d1).

第1増幅部121の増幅率G1が正の場合、(a)のAGC出力信号SAGCは(b)の第1駆動信号KD1と同相になり、第2増幅部122の増幅率G2が負の場合、(c)の第2駆動信号KD2は(a)のAGC出力信号SAGCおよび(b)の第1駆動信号KD1と逆相になる。なお、(b)の第1駆動信号KD1の電圧振幅を第1振幅A1とし、(c)の第2駆動信号KD2の電圧振幅を第2振幅A2とする。   When the amplification factor G1 of the first amplification unit 121 is positive, the AGC output signal SAGC of (a) is in phase with the first drive signal KD1 of (b), and the amplification factor G2 of the second amplification unit 122 is negative. , (C) second drive signal KD2 is out of phase with (A) AGC output signal SAGC and (b) first drive signal KD1. In addition, the voltage amplitude of the 1st drive signal KD1 of (b) is set to 1st amplitude A1, and the voltage amplitude of the 2nd drive signal KD2 of (c) is set to 2nd amplitude A2.

(d)の第1静電電流SD1において、(d1)のSD1aは(b)の第1駆動信号KD1と同相の電流であり、(d2)のSD1bはノイズ電流N1である。   In the first electrostatic current SD1 in (d), SD1a in (d1) is a current in phase with the first drive signal KD1 in (b), and SD1b in (d2) is a noise current N1.

(e)の第2静電電流SD2は、(d2)のSD1bと同一振幅で逆相のノイズ電流N2である。   The second electrostatic current SD2 in (e) is a noise current N2 of the same amplitude and opposite phase as SD1b in (d2).

(f)の振動子出力信号SENSは、(d2)のSD1bが(e)のSD2と打ち消しあうため、(d1)のSD1aと同じになる。   The transducer output signal SENS in (f) is the same as SD1a in (d1) because SD1b in (d2) cancels out SD2 in (e).

(g)の物理量出力信号Poは、(f)の振動子出力信号SENS電流を電圧に変換したものであり、その周波数は被測定流体の圧力PRSに対応する。   The physical quantity output signal Po in (g) is obtained by converting the transducer output signal SENS current in (f) into a voltage, and the frequency thereof corresponds to the pressure PRS of the fluid to be measured.

前述したように、第1間隔DIS1が第2間隔DIS2と等しく、容量C1が容量C2と等しいため、容量C1のインピーダンスZ1は容量C2のインピーダンスZ2と等しくなる。そして、第1振幅A1が第2振幅A2と等しければ、オームの法則より、(d2)のノイズ電流N1は(e)のノイズ電流N2と同一振幅になって、互いに逆相の関係にある両者は打ち消しあう。   As described above, since the first interval DIS1 is equal to the second interval DIS2 and the capacitor C1 is equal to the capacitor C2, the impedance Z1 of the capacitor C1 is equal to the impedance Z2 of the capacitor C2. If the first amplitude A1 is equal to the second amplitude A2, the noise current N1 in (d2) has the same amplitude as the noise current N2 in (e) and is in an opposite phase relationship from Ohm's law. Cancel each other.

第1振幅A1を第2振幅A2と等しくするためには、増幅率G1の絶対値を増幅率G2の絶対値と等しくすればよい。すなわち、第1間隔DIS1と第2間隔DIS2との比が「1」の場合、第1振幅A1と第2振幅A2との比、および増幅率G1の絶対値と増幅率G2の絶対値との比をいずれも「1」にすれば、ノイズ電流N1とノイズ電流N2とを打ち消すことができる。   In order to make the first amplitude A1 equal to the second amplitude A2, the absolute value of the amplification factor G1 may be made equal to the absolute value of the amplification factor G2. That is, when the ratio between the first interval DIS1 and the second interval DIS2 is “1”, the ratio between the first amplitude A1 and the second amplitude A2, and the absolute value of the amplification factor G1 and the absolute value of the amplification factor G2 If both ratios are set to “1”, the noise current N1 and the noise current N2 can be canceled.

次に、たとえば製造上の誤差などが原因で、第1間隔DIS1が第2間隔DIS2より小さく(DIS1<DIS2)なり、これに伴い容量C1が容量C2より大きく(C1>C2)なる場合について説明する。   Next, a description will be given of a case where the first interval DIS1 is smaller than the second interval DIS2 (DIS1 <DIS2) and the capacitance C1 is larger than the capacitance C2 (C1> C2) due to manufacturing errors, for example. To do.

容量C1が容量C2より大きいため、容量C1のインピーダンスZ1は容量C2のインピーダンスZ2より小さい(Z1<Z2)。   Since the capacitor C1 is larger than the capacitor C2, the impedance Z1 of the capacitor C1 is smaller than the impedance Z2 of the capacitor C2 (Z1 <Z2).

このため、第1振幅A1を第2振幅A2より小さくすれば(A1<A2)、オームの法則より、ノイズ電流N1がノイズ電流N2と同一振幅になって、ノイズ電流N1とノイズ電流N2とを打ち消すことができる。そして、第1振幅A1を第2振幅A2より小さくするには、増幅率G1の絶対値を増幅率G2の絶対値より小さくすればよい(|G1|<|G2|)。   Therefore, if the first amplitude A1 is made smaller than the second amplitude A2 (A1 <A2), the noise current N1 has the same amplitude as the noise current N2 according to Ohm's law, and the noise current N1 and the noise current N2 are Can be countered. In order to make the first amplitude A1 smaller than the second amplitude A2, the absolute value of the amplification factor G1 may be made smaller than the absolute value of the amplification factor G2 (| G1 | <| G2 |).

このように、第1振幅A1と第2振幅A2は、第1間隔DIS1と第2間隔DIS2に基づいたものである。そして、たとえば第1間隔DIS1と第2間隔DIS2との比(DIS1/DIS2)、第1振幅A1と第2振幅A2との比(A1/A2)、増幅率G1の絶対値と増幅率G2の絶対値との比(|G1|/|G2|)は、互いに比例関係であればよい。   Thus, the first amplitude A1 and the second amplitude A2 are based on the first interval DIS1 and the second interval DIS2. For example, the ratio between the first interval DIS1 and the second interval DIS2 (DIS1 / DIS2), the ratio between the first amplitude A1 and the second amplitude A2 (A1 / A2), the absolute value of the amplification factor G1, and the amplification factor G2 The ratio to the absolute value (| G1 | / | G2 |) may be proportional to each other.

なお、第1間隔DIS1が第2間隔DIS2より大きい(DIS1>DIS2)場合には、前述した大小関係を反対にして考えればよい。   When the first interval DIS1 is larger than the second interval DIS2 (DIS1> DIS2), the magnitude relationship described above may be reversed.

また、前述した比例関係を実現するために、第1増幅部121および第2増幅部122の少なくともいずれか一方は増幅率G1、G2を変更できる可変増幅部であってもよい。   Further, in order to realize the above-described proportional relationship, at least one of the first amplification unit 121 and the second amplification unit 122 may be a variable amplification unit that can change the amplification factors G1 and G2.

図1の回路構成によれば、ノイズ電流N1とノイズ電流N2をほぼ打ち消した状態で物理量(圧力)を測定することができ、物理量の測定精度を向上できる。   According to the circuit configuration of FIG. 1, the physical quantity (pressure) can be measured in a state where the noise current N1 and the noise current N2 are substantially canceled, and the physical quantity measurement accuracy can be improved.

そして、図6のような基準振動子12を使用しないため、外部振動が基準振動子に伝達されたり、振動子102の振動エネルギーが基準振動子に吸収されることもない。これにより、振動子102が安定に振動するので、物理量の測定精度を向上できる。
また、振動子102は、基準振動子との関係(両者の間隔、形状)において正確に製造する必要がないので、振動子102の歩留まり向上が図れ、製造コストを低減できる。
Since the reference vibrator 12 as shown in FIG. 6 is not used, external vibration is not transmitted to the reference vibrator, and vibration energy of the vibrator 102 is not absorbed by the reference vibrator. Thereby, since the vibrator 102 vibrates stably, the measurement accuracy of the physical quantity can be improved.
In addition, since the vibrator 102 does not need to be accurately manufactured in relation to the reference vibrator (the distance and shape between the two), the yield of the vibrator 102 can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

また、第1間隔DIS1と第2間隔DIS2に応じて第1帰還抵抗R1と第2帰還抵抗R2を選択変更して増幅率G1、G2を変更できるので、より容易に前述した比例関係を実現でき、ノイズ電流N1とノイズ電流N2をほぼ打ち消すことにより、物理量の測定精度を向上できる。   Further, since the amplification factors G1 and G2 can be changed by selectively changing the first feedback resistor R1 and the second feedback resistor R2 in accordance with the first interval DIS1 and the second interval DIS2, the proportional relationship described above can be realized more easily. The measurement accuracy of the physical quantity can be improved by substantially canceling out the noise current N1 and the noise current N2.

また、第1間隔DIS1と第2間隔DIS2に応じて第1増幅部121および第2増幅部122の可変増幅により増幅率G1、G2を変更できるので、さらに容易および柔軟に前述した比例関係を実現でき、ノイズ電流N1とノイズ電流N2とをほぼ打ち消すことにより、物理量の測定精度を向上できる。   Further, since the amplification factors G1 and G2 can be changed by variable amplification of the first amplification unit 121 and the second amplification unit 122 according to the first interval DIS1 and the second interval DIS2, the proportional relationship described above is realized more easily and flexibly. The measurement accuracy of the physical quantity can be improved by substantially canceling out the noise current N1 and the noise current N2.

また、図2に示したように、第1固定電極100と第2固定電極101および振動子102を同一のシリコンウエハ200に設けることで、振動子102の製造がより容易になり、歩留まりの向上および製造コストを低減できる。   Further, as shown in FIG. 2, by providing the first fixed electrode 100, the second fixed electrode 101, and the vibrator 102 on the same silicon wafer 200, the vibrator 102 can be manufactured more easily and the yield can be improved. In addition, manufacturing costs can be reduced.

また、物理量は実施例の圧力に限るものではなく、流量、温度、密度などの物理量も振動子102に作用させて振動子102の歪を変化させることで、これらの物理量も測定できる。   Further, the physical quantities are not limited to the pressures in the embodiments, and these physical quantities can also be measured by changing the strain of the vibrator 102 by applying physical quantities such as flow rate, temperature, density, and the like to the vibrator 102.

図4は、本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図1の回路構成を添え字aとbで示すように2系統設けたものである。図4において、それぞれの系統で用いられる振動子102aと102bの形状は、共振周波数が異なるように調整されている。   FIG. 4 is a block diagram showing another embodiment of the present invention, in which the circuit configuration of FIG. 1 is provided with two systems as indicated by subscripts a and b. In FIG. 4, the shapes of the vibrators 102a and 102b used in the respective systems are adjusted so that the resonance frequencies are different.

第1固定電極100aと振動子102aの間には静電吸引力が発生するようにバイアス電圧Vbaが印加され、第2固定電極101aと振動子102aの間には静電吸引力が発生しないように同電位に保たれている。同様に、第1固定電極100bと振動子102bの間には静電吸引力が発生するようにバイアス電圧Vbbが印加され、第2固定電極101bと振動子102bの間には静電吸引力が発生しないように同電位に保たれている。   A bias voltage Vba is applied between the first fixed electrode 100a and the vibrator 102a so as to generate an electrostatic attraction force, and no electrostatic attraction force is generated between the second fixed electrode 101a and the vibrator 102a. At the same potential. Similarly, a bias voltage Vbb is applied between the first fixed electrode 100b and the vibrator 102b so that an electrostatic attraction force is generated, and the electrostatic attraction force is applied between the second fixed electrode 101b and the vibrator 102b. It is kept at the same potential so that it does not occur.

AGC部31aの出力信号SAGCaは第1増幅部121aと第2増幅部122aに入力され、AGC部31bの出力信号SAGCbは第1増幅部121bと第2増幅部122bに入力されている。   The output signal SAGCa of the AGC unit 31a is input to the first amplification unit 121a and the second amplification unit 122a, and the output signal SAGCb of the AGC unit 31b is input to the first amplification unit 121b and the second amplification unit 122b.

第1増幅部121aの出力信号は第1固定電極100aに印加され、第2増幅部122aの出力信号は第2固定電極101aに印加され、第1増幅部121bの出力信号は第1固定電極100bに印加され、第2増幅部122bの出力信号は第2固定電極101bに印加されている。なお、第1増幅部121aおよび第1増幅部121bは反転増幅器として構成され、第2増幅部122aおよび第2増幅部122bは非反転増幅器として構成されている。   The output signal of the first amplifier 121a is applied to the first fixed electrode 100a, the output signal of the second amplifier 122a is applied to the second fixed electrode 101a, and the output signal of the first amplifier 121b is the first fixed electrode 100b. The output signal of the second amplifying unit 122b is applied to the second fixed electrode 101b. The first amplifying unit 121a and the first amplifying unit 121b are configured as inverting amplifiers, and the second amplifying unit 122a and the second amplifying unit 122b are configured as non-inverting amplifiers.

第1増幅部121aの出力に応じて第1固定電極100aと振動子102aの間の静電吸引力が変化して振動子102aは振動するが、第2固定電極101aと振動子102aの間にはバイアス電圧が印加されていないので第2増幅部122aの出力で振動子102aが振動することはない。同様に、第1増幅部121bの出力に応じて第1固定電極100bと振動子102bの間の静電吸引力が変化して振動子102bは振動するが、第2固定電極101bと振動子102bの間にはバイアス電圧が印加されていないので第2増幅部122bの出力で振動子102bが振動することはない。   The electrostatic attraction force between the first fixed electrode 100a and the vibrator 102a is changed according to the output of the first amplifying unit 121a, and the vibrator 102a vibrates, but the second fixed electrode 101a and the vibrator 102a are vibrated. Since no bias voltage is applied, the vibrator 102a does not vibrate by the output of the second amplifying unit 122a. Similarly, the electrostatic attraction force between the first fixed electrode 100b and the vibrator 102b changes according to the output of the first amplifying unit 121b to vibrate the vibrator 102b, but the second fixed electrode 101b and the vibrator 102b. Since no bias voltage is applied between them, the vibrator 102b does not vibrate by the output of the second amplifying unit 122b.

静電吸引力が発生している第1固定電極100aと振動子102aの間で正帰還ループが形成されていることにより振動子102aは自身の固有振動数で共振し、その振幅は誤差増幅器33aとAGC部31aの働きによって一定に保たれる。同様に、静電吸引力が発生している第1固定電極100bと振動子102bの間で正帰還ループが形成されていることにより振動子102bは自身の固有振動数で共振し、その振幅は誤差増幅器33bとAGC部31bの働きによって一定に保たれる。   By forming a positive feedback loop between the first fixed electrode 100a where the electrostatic attraction force is generated and the vibrator 102a, the vibrator 102a resonates at its own natural frequency, and its amplitude is the error amplifier 33a. It is kept constant by the function of the AGC unit 31a. Similarly, since a positive feedback loop is formed between the first fixed electrode 100b where the electrostatic attraction force is generated and the vibrator 102b, the vibrator 102b resonates at its own natural frequency, and its amplitude is The error amplifier 33b and the AGC unit 31b keep the constant.

振動子102aの共振に伴い、バイアス電圧Vbaが印加されている第1固定電極100aから出力信号SENSaと正相ノイズが出力されるが、バイアス電圧が印加されていない第2固定電極101aからは、第2増幅部122aの作用によって、逆相ノイズのみが出力される。同様に、振動子102bの共振に伴い、バイアス電圧Vbbが印加されている第1固定電極100bから出力信号SENSbと正相ノイズが出力されるが、バイアス電圧が印加されていない第2固定電極101bからは、第2増幅部122bの作用によって、逆相ノイズのみが出力される。   With the resonance of the vibrator 102a, the output signal SENSa and positive phase noise are output from the first fixed electrode 100a to which the bias voltage Vba is applied, but from the second fixed electrode 101a to which the bias voltage is not applied, Only the anti-phase noise is output by the action of the second amplifying unit 122a. Similarly, with the resonance of the vibrator 102b, the output signal SENSb and positive phase noise are output from the first fixed electrode 100b to which the bias voltage Vbb is applied, but the second fixed electrode 101b to which the bias voltage is not applied. From, only the reverse phase noise is output by the action of the second amplifying unit 122b.

これら正相ノイズと逆相ノイズは足しあわされることによりキャンセルされる。これにより、振動子102aから出力信号SENSaのみが出力され、振動子102bから出力信号SENSbのみが出力される。   These normal phase noise and reverse phase noise are canceled by being added together. Thereby, only the output signal SENSa is output from the vibrator 102a, and only the output signal SENSb is output from the vibrator 102b.

出力信号SENSaは電流/電圧変換部110aにより電圧信号に変換されてAGC部31aと交流/直流変換部32aおよびシュミットトリガ130aに入力され、出力信号SENSbは電流/電圧変換部110bにより電圧信号に変換されてAGC部31bと交流/直流変換部32bおよびシュミットトリガ130bに入力される。   The output signal SENSa is converted into a voltage signal by the current / voltage conversion unit 110a and input to the AGC unit 31a, the AC / DC conversion unit 32a, and the Schmitt trigger 130a, and the output signal SENSb is converted into a voltage signal by the current / voltage conversion unit 110b. And input to the AGC unit 31b, the AC / DC conversion unit 32b, and the Schmitt trigger 130b.

シュミットトリガ130aは出力信号SENSaに対応した周波数信号aを図示しない演算処理部に出力し、シュミットトリガ130bは出力信号SENSbに対応した周波数信号bを共通する図示しない演算処理部に出力する。   The Schmitt trigger 130a outputs a frequency signal a corresponding to the output signal SENSa to an arithmetic processing unit (not shown), and the Schmitt trigger 130b outputs a frequency signal b corresponding to the output signal SENSb to a common arithmetic processing unit (not shown).

図示しない演算処理部は、これら周波数信号aと周波数信号bを用いて各種の演算を施し、圧力や温度などの物理量測定値を算出する。   An arithmetic processing unit (not shown) performs various calculations using the frequency signal a and the frequency signal b, and calculates physical quantity measurement values such as pressure and temperature.

このような図4の構成によれば、同一測定対象物理量の測定信号を、共振周波数が異なる振動子102aと102bで構成された2系統の測定回路からそれぞれ得ることができるので、演算処理部でこれら2系統の測定信号に基づく和や差の演算を行うことができ、1系統の測定信号だけでは行えない高精度の演算処理結果が得られる。   According to the configuration of FIG. 4, measurement signals of the same physical quantity to be measured can be obtained from the two systems of measurement circuits configured by the vibrators 102a and 102b having different resonance frequencies. The sum and difference can be calculated based on these two measurement signals, and a high-precision calculation result that cannot be obtained with only one measurement signal can be obtained.

ところで、図4のような静電駆動型振動子を製造するのにあたり、2個の第2固定電極101aと第2固定電極101bを分離して形成することはきわめて困難であり、量産にあたっては2個の第2固定電極101aと第2固定電極101bを一体化することが現実的であるが、図4の回路構成のままで2個の第2固定電極101aと第2固定電極101bを一体化しても、ノイズを除去することはできない。   Incidentally, in manufacturing the electrostatic drive type vibrator as shown in FIG. 4, it is extremely difficult to separate and form the two second fixed electrodes 101 a and the second fixed electrodes 101 b. Although it is practical to integrate the second fixed electrodes 101a and the second fixed electrodes 101b, the two second fixed electrodes 101a and the second fixed electrodes 101b are integrated with the circuit configuration of FIG. However, noise cannot be removed.

図5は、2個の第2固定電極を一体化しながらも図4の構成と同様の効果が得られるようにした本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図4と共通する部分には同一の符号を付けている。   FIG. 5 is a block diagram showing another embodiment of the present invention in which the same effect as the configuration of FIG. 4 can be obtained while integrating the two second fixed electrodes, and is a part common to FIG. Are given the same reference numerals.

図4と図5の相違点は、図5では、第2固定電極101cを一体化したこと、第1増幅部121cと第2増幅部122cとバイアス電圧Vbcをそれぞれ統一したこと、そして加算部140を設けたことである。なお、第1増幅部121cは反転増幅器として構成され、第2増幅部122cは非反転増幅器として構成されている。   4 differs from FIG. 5 in that the second fixed electrode 101c is integrated in FIG. 5, the first amplifying unit 121c, the second amplifying unit 122c, and the bias voltage Vbc are unified, and the adding unit 140. It is to have established. The first amplification unit 121c is configured as an inverting amplifier, and the second amplification unit 122c is configured as a non-inverting amplifier.

図5において、AGC部31aの出力信号SAGCaは加算部140の一方の入力端子に入力され、AGC部31bの出力信号SAGCbは加算部140の他方の入力端子に入力されている。   In FIG. 5, the output signal SAGCa of the AGC unit 31 a is input to one input terminal of the adding unit 140, and the output signal SAGCb of the AGC unit 31 b is input to the other input terminal of the adding unit 140.

加算部140の出力信号は、第1増幅部121cを介して第1固定電極100aと第1固定電極100bに印加され、第2増幅部122cを介して第2固定電極101cに印加されている。なお、第1固定電極100aと第1固定電極100bには、共通のバイアス電圧Vbcが印加されている。   The output signal of the adding unit 140 is applied to the first fixed electrode 100a and the first fixed electrode 100b through the first amplifying unit 121c, and is applied to the second fixed electrode 101c through the second amplifying unit 122c. A common bias voltage Vbc is applied to the first fixed electrode 100a and the first fixed electrode 100b.

このような構成において、2個の振動子102aと振動子102bは、AGC部31aの出力信号SAGCaとAGC部31bの出力信号SAGCbを加算した加算部140の出力信号により同時に駆動される。   In such a configuration, the two vibrators 102a and 102b are simultaneously driven by the output signal of the adder 140 obtained by adding the output signal SAGCa of the AGC unit 31a and the output signal SAGCb of the AGC unit 31b.

これにより、2個の振動子102aと振動子102bで1つの系が形成され、これら2個の振動子102aと振動子102bのノイズは、同時に打ち消される   Thereby, one system is formed by the two vibrators 102a and 102b, and the noises of the two vibrators 102a and 102b are canceled simultaneously.

すなわち、2個の振動子102aと振動子102bの固有振動数が異なるために、仮に振動子102aの固有振動数で振動子102bを駆動しても、振動子102bがほとんど振動することはない。したがって、振動子102bから見ると振動子102aの固有振動数の成分はノイズとなり、振動子102aから見れば振動子102bの固有振動数の成分がノイズとなるが、これらのノイズは従来構成と同様にキャンセルされる。   That is, since the natural frequencies of the two vibrators 102a and 102b are different, even if the vibrator 102b is driven at the natural frequency of the vibrator 102a, the vibrator 102b hardly vibrates. Therefore, when viewed from the vibrator 102b, the natural frequency component of the vibrator 102a becomes noise, and when viewed from the vibrator 102a, the natural frequency component of the vibrator 102b becomes noise. However, these noises are the same as in the conventional configuration. Canceled by

図5の構成によれば、比較的製造しやすい構造の静電駆動型振動子を用いながら、図4と同様に、同一測定対象物理量の測定信号を共振周波数が異なる振動子102aと102bで構成された2系統の測定回路からそれぞれ得ることができるので、演算処理部でこれら2系統の測定信号に基づく和や差の演算を行うことができ、1系統の測定信号だけでは行えない高精度の演算処理結果が得られる。   According to the configuration of FIG. 5, while using an electrostatically driven vibrator having a structure that is relatively easy to manufacture, the measurement signal of the same physical quantity to be measured is composed of vibrators 102a and 102b having different resonance frequencies, as in FIG. Can be obtained from each of the two measurement circuits, so that the arithmetic processing unit can perform a sum or difference calculation based on these two measurement signals, which is not possible with only one measurement signal. An arithmetic processing result is obtained.

なお、第2増幅部122として用いる非反転増幅器のゲインを調整して、ノイズのキャンセル量を調整してもよい。   Note that the amount of noise cancellation may be adjusted by adjusting the gain of the non-inverting amplifier used as the second amplification unit 122.

また、上記実施例では、2個の振動子102aと振動子102bを同時に駆動する例を示したが、3個以上の振動子を同時に駆動するように構成してもよい。   In the above-described embodiment, an example in which the two vibrators 102a and 102b are driven simultaneously has been described. However, three or more vibrators may be driven at the same time.

以上説明したように、本発明によれば、振動子の安定な振動、物理量の測定精度向上および振動子の歩留まり向上が図れる振動式センサ測定装置が実現できる。   As described above, according to the present invention, it is possible to realize a vibration type sensor measurement device that can achieve stable vibration of a vibrator, improvement of measurement accuracy of a physical quantity, and improvement of yield of the vibrator.

100 第1固定電極
101 第2固定電極
102 振動子
110 電流/電圧変換部
120 駆動部
121 第1増幅部
122 第2増幅部
130 シュミットトリガ
140 加算部
200 シリコンウエハ
DIS1 第1間隔
DIS2 第2間隔
DIST 所定間隔
Fc 静電吸引力
KD1 第1駆動信号
KD2 第2駆動信号
Po 物理量出力信号
PRS 圧力
SENS 振動子出力信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 1st fixed electrode 101 2nd fixed electrode 102 Vibrator 110 Current / voltage conversion part 120 Drive part 121 1st amplification part 122 2nd amplification part 130 Schmitt trigger 140 Addition part 200 Silicon wafer DIS1 1st space | interval DIS2 2nd space | interval DIST Predetermined interval Fc Electrostatic attractive force KD1 First drive signal KD2 Second drive signal Po Physical quantity output signal PRS Pressure SENS Vibrator output signal

Claims (4)

バイアス電圧が印加される第1固定電極と対向するように所定の間隔で配置されたバイ
アス電圧が印加されない第2固定電極との間に、被測定物理量が作用し前記第1固定電極
との間に働く静電吸引力に応じて振動する振動子が設けられ、前記第1固定電極は前記振
動子の出力信号に基づき生成される第1駆動信号で駆動されるとともに前記第2固定電極は前記第1駆動信号と逆相の第2駆動信号で駆動される複数系統の測定系を備え、
これら各測定系における振動子は固有周波数が異なるように形成され、これら振動子の
出力信号に基づき前記被測定物理量を測定することを特徴とする振動式センサ測定装置。
A measured physical quantity acts between the first fixed electrode and the second fixed electrode to which the bias voltage is applied so as to face the first fixed electrode to which the bias voltage is applied. vibrator that vibrates is provided in response to the electrostatic attractive force acting on the first fixed electrode is first driven by the driving signal Rutotomoni the second fixed electrode which is generated based on the output signal of the oscillator is the A plurality of measurement systems driven by a second drive signal having a phase opposite to that of the first drive signal;
The vibratory sensor measuring apparatus is characterized in that the vibrators in the respective measurement systems are formed so as to have different natural frequencies, and the measured physical quantity is measured based on the output signals of the vibrators.
前記第2固定電極は、前記振動子に応じて分離形成されていることを特徴とすることを
特徴とする請求項1に記載の振動式センサ測定装置。
The vibration type sensor measurement device according to claim 1, wherein the second fixed electrode is formed separately according to the vibrator.
前記第2固定電極は前記各振動子に共通するように一体形成され、前記各振動子はこれ
ら振動子の出力信号を加算した共通の駆動信号で駆動されることを特徴とする請求項1に
記載の振動式センサ測定装置。
The said 2nd fixed electrode is integrally formed so that it may be common to each said vibrator | oscillator, and each said vibrator | oscillator is driven by the common drive signal which added the output signal of these vibrator | oscillators. The vibration type sensor measuring device as described.
前記第1固定電極、前記第2固定電極および前記振動子は、同一のシリコンウエハに設
けられたことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の振動式センサ測定装
置。
4. The vibration type sensor measurement device according to claim 1, wherein the first fixed electrode, the second fixed electrode, and the vibrator are provided on the same silicon wafer. 5.
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