JP5624073B2 - アナログリセットを備える静電容量型マイクロメカニカルセンサの動作方法、および、上記静電容量型マイクロメカニカルセンサ用の回路構成 - Google Patents
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Description
[図面の簡単な説明]
以下に、本発明を、具体的に複数の典型的な実施形態を用いてさらに詳細に説明する。
C(x)=Ca1(x)+Ca2(x) (2)
Ca1(x)〜C1(x)と、Ca2(x)〜C2(x)とを選択するならば、変位には関係なく、次の式が当てはまる。
Q1=C1(Ua+U0) (3)
Q2=C2(Ua−U0) (4)
基準キャパシタCの場合、
Q=CUi (5)
共通の回路ノード、すなわち中心電極E0は、仮想的に接地されている。初期電荷が消滅すると、理想的な演算増幅器OP1には、キルヒホッフの法則
Q+Q1+Q2=0 (6)
が当てはまるはずである。方程式(3)〜(6)の後には、式7が続くか、
C1(Ua+U0)+C2(Ua−U0)=−CUi (7)
または方程式(1)および方程式(2)と共に、以下の式が当てはまる。
U1=Ua+U0 (12)
キャパシタ素子C2には、次の式が当てはまる。
U2=Ua−U0 (13)
差動可変キャパシタの可動の電極E0に作用する全静電力は、次のとおりである。
Claims (8)
- 少なくとも1つの差動可変キャパシタを有する静電容量型マイクロメカニカルセンサの動作方法であって、上記差動可変キャパシタは、2つの固定電極(E1・E2)と、上記2つの固定電極間に配置され、弾性を有して吊るされ、外力によって変位可能な可動の1つの中心電極(E0)とによって形成されており、上記固定電極の一方と上記中心電極との間、及び上記固定電極の他方と上記中心電極との間に、逆の励起電圧(U0)を印加して、上記中心電極の変位を測定する静電容量型マイクロメカニカルセンサの動作方法において、
上記中心電極において引き出すことが可能な電圧の成分であって、静電復元力を特定し、リセット電圧に相当する成分を補償し、
上記リセット電圧に相当する信号を、上記静電容量型マイクロメカニカルセンサの基本構成からの出力信号(Ua)に加算し、上記加算の結果を、上記中心電極の変位を示す読み出し信号の形式で供給し、
上記静電容量型マイクロメカニカルセンサを閉ループにおいて動作させる場合、上記読み出し信号はさらに、制御器(CR)を介してリセット電圧信号に影響を与え、その結果生じる容量性の復元力が上記中心電極の変位に抗して作用して上記変位を補償することを特徴とする動作方法。 - 上記静電容量型マイクロメカニカルセンサのゼロ点のドリフトを、励起電圧(±U 0 )の極性を確定的に反転させることによって防止することを特徴とする、請求項1に記載の動作方法。
- 上記静電容量型マイクロメカニカルセンサのゼロ点のドリフトを、励起電圧(±U 0 )の極性を確率的に反転させることによって防止することを特徴とする、請求項1に記載の動作方法。
- 少なくとも1つの差動可変キャパシタを有するマイクロメカニカルセンサを動作するための回路構成であって、上記差動可変キャパシタは、2つの固定電極(E1・E2)と、上記2つの固定電極間で弾性を有して可動式に吊るされていると共に外力によって変位可能である1つの中心電極(E0)とによって形成されており、上記回路構成は、上記2つの固定電極に、それぞれに異極性の励起電圧(±U0)を印加するための手段と、力が作用している時の上記中心電極の変位を測定値の形で出力するための手段とを備えており、
上記中心電極において、静電復元力を特定するリセット電圧を補償するための装置を設け、
上記測定値は、電圧値の形に出力される回路構成であって、上記リセット電圧と、上記センサの基本構成によって供給される出力電圧値(Ua)とを加算するための装置(S)を設け、
制御器を備え、上記制御器の入力部には、リセット電圧が取り除かれた読み出し信号が印加され、上記制御器は、上記中心電極の変位時に、上記読み出し信号の印加によって生成される静電復元力が上記中心電極の変位に抗して作用するように上記リセット電圧を調整することを特徴とする回路構成。 - 確定的または確率的に制御された、励起電圧(±U 0 )用の極性反転装置(RS)を設けたことを特徴とする、請求項4に記載の回路構成。
- 上記制御器は、周波数に依存しない増幅率を有するP制御器であることを特徴とする、請求項5に記載の回路構成。
- 上記制御器は、PI制御器であり、上記PI制御器は、演算増幅器(OP2)によって形成され、上記演算増幅器(OP2)は、非リアクティブ抵抗器(Rr)と静電容量(Cr)とを直列接続することによって形成される複素フィードバック経路を備えていることを特徴とする、請求項4に記載の回路構成。
- 上記制御器は、周波数に依存した増幅器を有するPI制御器であり、非リアクティブ抵抗器(Rr)と静電容量(Cr)とを備える直列回路を有する演算増幅器によって形成されており、上記静電容量(Cr)の極性は、極性反転スイッチ(S1・S2)によって反転可能であり、上記極性反転スイッチは、励起電圧(±U0)用の極性反転装置(RS)によって、起動可能であることを特徴とする、請求項4に記載の回路構成。
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