JP5867821B2 - 圧力センサ - Google Patents

圧力センサ Download PDF

Info

Publication number
JP5867821B2
JP5867821B2 JP2012051472A JP2012051472A JP5867821B2 JP 5867821 B2 JP5867821 B2 JP 5867821B2 JP 2012051472 A JP2012051472 A JP 2012051472A JP 2012051472 A JP2012051472 A JP 2012051472A JP 5867821 B2 JP5867821 B2 JP 5867821B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pressure fluctuation
sensor
pressure
cavity
cantilever
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2012051472A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2013185971A (ja
Inventor
内山　武
武 内山
新荻　正隆
正隆 新荻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP2012051472A priority Critical patent/JP5867821B2/ja
Priority to US13/779,852 priority patent/US9170167B2/en
Priority to CN201310073801.6A priority patent/CN103308247B/zh
Publication of JP2013185971A publication Critical patent/JP2013185971A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5867821B2 publication Critical patent/JP5867821B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L13/00—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values
    • G01L13/02—Devices or apparatus for measuring differences of two or more fluid pressure values using elastically-deformable members or pistons as sensing elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0019—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a semiconductive element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G01L19/0038—Fluidic connecting means being part of the housing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0055—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements bonded on a diaphragm

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Description

この発明は、圧力センサに関する。
従来、例えば、両面受圧型の２つの圧力センサ素子を、２つの対称な圧力導入経路上の位置に近接して、かつ互いに逆極性に配置し、２つの圧力センサ素子の出力を差動増幅することによって、圧力センサ素子の温度特性による検出誤差および外乱による振動などを相殺した出力を得る差圧センサ（圧力センサ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−２９０２７号公報
ところで、上記従来技術に係る圧力センサにおいて、例えば、感応部の材料形状などに応じて、圧力に対する感度の周波数依存性が緩やか又は非依存的であって、広範な周波数帯域に対してほぼ同等の感度を有している場合には、所望の周波数帯域の信号に対して他の周波数帯域の信号によるノイズ（雑音）が増大してしまい、所望の周波数帯域以外の信号によって圧力センサの出力が飽和してしまう虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、検出誤差および外乱による振動などを低減しつつ、所望の周波数特性を得ることが可能な圧力センサを提供することを目的としている。
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の請求項１に係る圧力センサは、２つの圧力変動センサ（例えば、実施の形態での第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａおよび第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂ）と、前記２つの圧力変動センサの出力の差分を検出する検出手段（例えば、実施の形態での検出回路１２）と、を備え、前記圧力変動センサは、開口するキャビティ（例えば、実施の形態でのキャビティ２１）と、基端側から先端側に向かう方向に延びる板状に形成され、前記キャビティの開口端（例えば、実施の形態での開口端２１ａ）において片持ち状態で支持された基端部（例えば、実施の形態での基端部２２ａ）および自由端とされた先端部（例えば、実施の形態での先端部２２ｂ）を有し、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバー（例えば、実施の形態でのカンチレバー２２）と、前記カンチレバーの前記先端部と前記キャビティの開口端との間に設けられ、前記キャビティの内部と外部とを連通するギャップ（例えば、実施の形態でのギャップ２３）と、前記カンチレバーの撓み変形を検出して、検出結果の信号を出力する変形検出手段（例えば、実施の形態でのピエゾ抵抗２４）と、を備え、前記２つの圧力変動センサは、少なくとも前記キャビティの容量または前記ギャップの距離に応じて実効的に同一の周波数特性として、前記圧力変動センサの感度が所定値以上となる下限周波数を有し、一方の前記圧力変動センサの前記ギャップは、前記２つの圧力変動センサの前記キャビティの外部と一方の前記圧力変動センサの前記キャビティの内部とを連通し、他方の前記圧力変動センサの前記ギャップは、一方の前記圧力変動センサの前記キャビティの内部と他方の前記圧力変動センサの前記キャビティの内部とを連通する。
さらに、本発明の請求項２に係る圧力センサでは、一方の前記圧力変動センサの前記カンチレバーは、一方の前記圧力変動センサの前記キャビティを成す筒状部（例えば、実施の形態での筒状部５１）の延在方向の一方の開口端（例えば、実施の形態での開口端５１ａ）に配置され、他方の前記圧力変動センサの前記カンチレバーは、前記筒状部の延在方向の他方の開口端と他方の前記圧力変動センサの前記キャビティを成す有底筒状部（例えば、実施の形態での有底筒状部５２）の開口端（例えば、実施の形態での開口端５２ａ）との間に配置されている。
さらに、本発明の請求項３に係る圧力センサでは、一方の前記圧力変動センサの前記カンチレバーは、一方の前記圧力変動センサの前記キャビティを成す第１有底筒状部（例えば、実施の形態での第１有底筒状部６３）の第１開口部（例えば、実施の形態での第１開口部６１）の開口端（例えば、実施の形態での開口端６１ａ）に配置され、他方の前記圧力変動センサの前記カンチレバーは、前記第１有底筒状部の第２開口部（例えば、実施の形態での第２開口部６２）の開口端（例えば、実施の形態での開口端６２ａ）と他方の前記圧力変動センサの前記キャビティを成す第２有底筒状部（例えば、実施の形態での第２有底筒状部６４）の開口端（例えば、実施の形態での開口端６４ａ）との間に配置されている。
さらに、本発明の請求項４に係る圧力センサでは、前記変形検出手段は、半導体材料によって形成された前記カンチレバーの前記基端部において不純物のドーピングによって形成されたピエゾ抵抗（例えば、実施の形態でのピエゾ抵抗２４）を備える。
本発明の圧力センサによれば、実効的に同一の周波数特性を有する２つの圧力変動センサは、いわば圧力伝達経路上に直列（２段）に配列され、２つの圧力変動センサのキャビティの外部で生じた圧力変動は、一方の圧力変動センサのキャビティに対しては、いわば直接的に伝達され、他方の圧力変動センサのキャビティに対しては、一方の圧力変動センサを介して、いわば間接的に伝達される。
これに伴い、例えば、低い周波数帯域の振動に対しては、２つの圧力変動センサは同一の感度を有することに対して、高い周波数帯域の振動に対しては、一方の圧力変動センサの感度に比べて他方の圧力変動センサの感度は低くなる。
したがって、２つの圧力変動センサの出力の差分を検出することによって、所望の周波数未満の周波数帯域の圧力変動を相殺することができ、圧力センサを一方の圧力変動センサよりも急峻な遮断特性の感度を有するように作動させることができる。
これにより、所望の周波数帯域以外の他の周波数帯域の圧力変動によって所望の周波数帯域の圧力変動に対するノイズ（雑音）が増大することを防止し、初段の増幅回路などにおいて信号が飽和してしまうことを防止することができる。
しかも、２つの圧力変動センサの出力の差分によって、各圧力変動センサに生じる温度特性による検出誤差および外乱による振動などを相殺することができ、圧力変動の検出精度を向上させることができる。
本発明の実施の形態に係る圧力センサの圧力変動センサの平面図および断面図である。 本発明の実施の形態に係る圧力センサの圧力変動センサの出力の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る圧力センサの圧力変動センサの動作の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施の形態に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施の形態に係る圧力センサの出力の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の第１変形例に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施の形態の第２変形例に係る圧力センサの構成図である。 本発明の実施の形態の第３変形例に係る圧力センサの構成図である。
以下、本発明の一実施形態に係る圧力センサについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による圧力センサ１０は、例えば、実効的に同一の周波数特性を有するとともに、いわば圧力伝達経路上に直列（２段）に配列された２つの圧力変動センサ１１（例えば、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａおよび第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂ）と、２つの圧力変動センサ１１の出力の差分を検出する検出回路１２と、を備え、圧力（例えば、気圧など）の変動に応じた信号を出力する。
圧力センサ１０の圧力変動センサ１１は、例えばシリコン支持層とＳｉＯ２からなる酸化層とシリコン活性層とを熱的に貼り合わせたＳＯＩ基板などから形成され、例えば図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、キャビティ２１と、カンチレバー２２と、ギャップ２３と、ピエゾ抵抗２４と、を備えて構成されている。
キャビティ２１は、例えば、ＳＯＩ基板のシリコン支持層によって、開口する有底筒状に形成されている。
カンチレバー２２は、例えば、ＳＯＩ基板のシリコン活性層によって、基端側から先端側に向かう方向（長手方向）に延びる板状に形成され、キャビティ２１の開口端２１ａにおいて片持ち状態で支持された基端部２２ａおよび自由端とされた先端部２２ｂを有し、キャビティ２１の内部と外部との圧力差に応じて撓み変形する。
ギャップ２３は、カンチレバー２２の先端部２２ｂとキャビティ２１の開口端２１ａとの間に設けられ、キャビティ２１の内部と外部とを連通する。
ピエゾ抵抗２４は、例えば、イオン注入法や拡散法などの各種の方法によってカンチレバー２２の基端部２２ａにリンなどのドープ剤（不純物）がドーピングされて形成され、カンチレバー２２の基端部２２ａを厚さ方向に貫通する貫通孔２２ｃを短手方向（カンチレバー２２の長手方向および厚さ方向に直交する方向）の両側から挟み込むように設けられ、カンチレバー２２の撓み変形の変形量（つまり応力の大きさ）に応じて抵抗値を変化させる。
貫通孔２２ｃの両側に設けられた一方および他方のピエゾ抵抗２４は、後述する検出回路１２と、カンチレバー２２の基端部２２ａにおいて貫通孔２２ｃよりも先端側にずれた位置に設けられた導電性材料からなる配線部２５とに接続され、この配線部２５と一方および他方のピエゾ抵抗２４とを含む全体的な形状は平面視Ｕ字状に形成されている。
これにより、例えば、一方のピエゾ抵抗２４に所定電圧が印加されると、この電圧印加に起因する電流は、貫通孔２２ｃを回り込むようにして、一方のピエゾ抵抗２４から配線部２５を経由して他方のピエゾ抵抗２４に流れる。この電流は、カンチレバー２２の撓み変形の変形量に応じて変化するピエゾ抵抗２４の抵抗値に応じて大きさが変化する圧力変動センサ１１の出力となる。
そして、圧力変動センサ１１は、少なくともキャビティ２１の容量Ｖまたはギャップ２３の距離Ｇに応じた固有の周波数特性を有している。
この周波数特性は、例えば遮断周波数ｆｃなどのように圧力変動センサ１１の感度が所定値以上となる下限周波数であって、この下限周波数より低い周波数帯域の圧力変動に対しては周波数の低下に伴い感度は低下傾向に変化し、下限周波数より高い周波数帯域の圧力変動に対しては周波数の増大に伴い感度は所定値から上限値に飽和するように増大傾向に変化する。
以下に、圧力変動センサ１１の動作例について説明する。
この圧力変動センサ１１において、例えば図２（Ａ），（Ｂ）に示す期間Ａのようにキャビティ２１の外部の圧力Ｐｏｕｔ（＝第１所定圧力Ｐａ）と内部の圧力Ｐｉｎとの圧力差がゼロである場合には、例えば図３（Ａ）に示すようにカンチレバー２２は撓み変形せず、圧力変動センサ１１の出力（センサ出力）はゼロである。
これに対して、例えば図２（Ａ），（Ｂ）に示す時刻ｔ１以降の期間Ｂのように、キャビティ２１の外部の圧力Ｐｏｕｔがステップ状に増大すると（Ｐｏｕｔ←第２所定圧力Ｐｂ＞Ｐａ）、例えば図３（Ｂ）に示すようにキャビティ２１の外部と内部との圧力差に応じてカンチレバー２２は撓み変形を開始し、この変形量の増大に伴い、圧力変動センサ１１の出力は増大傾向に変化する。
そして、ギャップ２３を介してキャビティ２１の外部から内部へと圧力伝達媒体が流動して、キャビティ２１の内部の圧力Ｐｉｎが外部の圧力Ｐｏｕｔの変動よりも緩やかな応答によって徐々に増大すると、キャビティ２１の外部と内部との圧力差の減少に伴ってカンチレバー２２の変形量は減少傾向に変化し、圧力変動センサ１１の出力は減少傾向に変化する。
そして、例えば図２（Ａ），（Ｂ）に示す時刻ｔ２以降の期間Ｃのように、キャビティ２１の内部の圧力Ｐｉｎが外部の圧力Ｐｏｕｔに等しくなると（Ｐｉｎ＝Ｐｏｕｔ＝Ｐｂ）、例えば図３（Ｃ）に示すようにカンチレバー２２の撓み変形は解消され、圧力変動センサ１１の出力はゼロになる。
圧力センサ１０の検出回路１２は、例えば図４に示すように、ブリッジ回路３１と、基準電圧発生回路３２と、差動増幅回路３３と、出力回路３４と、を備えて構成されている。
ブリッジ回路３１は、例えば、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのピエゾ抵抗２４（第１ピエゾ抵抗２４ａ：抵抗値ＲＰ１）および第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのピエゾ抵抗２４（第２ピエゾ抵抗２４ｂ：抵抗値ＲＰ２）が直列接続されてなる枝辺と、固定抵抗４１（抵抗値Ｒ１）と固定抵抗４２（抵抗値Ｒ２）とが直列接続されてなる枝辺とが、基準電圧発生回路３２に対して並列に接続されて構成されている。
このブリッジ回路３１において、第１ピエゾ抵抗２４ａと第２ピエゾ抵抗２４ｂとの接続点は差動増幅回路３３の反転入力端子に接続され、固定抵抗４１，４２同士の接続点は差動増幅回路３３の非反転入力端子に接続されている。
基準電圧発生回路３２は、ブリッジ回路３１に所定の基準電圧Ｖｃｃを印加する。
差動増幅回路３３は、ブリッジ回路３１の２つの固定抵抗４１，４２同士の接続点と、第１ピエゾ抵抗２４ａと第２ピエゾ抵抗２４ｂとの接続点との間の電位差を検出し、この電位差を所定増幅率にて増幅して出力する。
この電位差は、第１ピエゾ抵抗２４ａの抵抗値ＲＰ１と第２ピエゾ抵抗２４ｂの抵抗値ＲＰ２との差分（ＲＰ１−ＲＰ２）、つまり第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａの出力と第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂの出力との差分に応じた値となる。
第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａと第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂとは、例えば図５に示すように、いわば圧力伝達経路上に直列（２段）に配列され、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのキャビティ２１の内部は第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのギャップ２３を介して外部に連通している。
そして、第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのキャビティ２１の内部は、順次、第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのギャップ２３と、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのキャビティ２１の内部と、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのギャップ２３と、を介して外部に連通している。
つまり、第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのギャップ２３は、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａおよび第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂの互いのキャビティ２１の内部を連通させている。
第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのキャビティ２１は、例えば、筒状部５１と、筒状部５１の延在方向の一方の開口端５１ａに配置された第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのカンチレバー２２と、筒状部５１の延在方向の他方の開口端５１ｂに配置された第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのカンチレバー２２と、によって形成されている。
また、第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのキャビティ２１は、例えば、有底筒状部５２と、有底筒状部５２の開口端５２ａに配置された第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのカンチレバー２２と、によって形成されている。
そして、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのカンチレバー２２は、圧力センサ１０の外部（つまり、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａおよび第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂの各キャビティ２１の外部）と第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのキャビティ２１の内部との圧力差に応じて撓み変形する。
また、第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのカンチレバー２２は、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのキャビティ２１の内部と第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのキャビティ２１の内部との圧力差に応じて撓み変形する。
第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａと第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂとは、例えば、互いのギャップ２３の距離Ｇおよび互いのキャビティ２１の容量Ｖを同一とすることによって、実効的に同一の周波数特性として、例えば同一の遮断周波数ｆｃなどのように感度が所定値以上となる同一の下限周波数ｆｔを有している。
なお、実効的に同一の周波数特性とは、いわば直接的に外部に連通する第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａと、いわば間接的に外部に連通する第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂとの間では、例えば、同一の下限周波数ｆｔを有している場合のように感度の周波数特性が同一であっても、位相差などの他のパラメータの周波数特性が相違する場合があることを意味している。
これにより、キャビティ２１の内部がギャップ２３を介して、いわば直接的に外部に連通する第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａの感度は、例えば図６（Ａ）に示すように、下限周波数ｆｔより低い周波数帯域の圧力変動に対しては周波数の低下に伴って低下傾向に変化し、下限周波数ｆｔより高い周波数帯域の圧力変動に対しては周波数の増大に伴って所定値から上限値に飽和するように増大傾向に変化する。
これに対して、キャビティ２１の内部が第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａを介して、いわば間接的に外部に連通する第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂの感度は、例えば図６（Ａ）に示すように、下限周波数ｆｔより低い周波数帯域の圧力変動に対しては第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａと同様に周波数の低下に伴って低下傾向に変化し、下限周波数ｆｔより高い周波数帯域の圧力変動に対しては周波数の増大に伴って適宜の極大を示した後に低下傾向に変化する。
これにより、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａの出力と第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂの出力との差分は、例えば図６（Ｂ）に示すように、同一の下限周波数ｆｔより低い周波数帯域の出力を相殺する。
したがって、圧力センサ１０は、いわば第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａよりも急峻な遮断特性の感度を有するように作動する。
出力回路３４は、例えば低域通過フィルタなどを備え、差動増幅回路３３から出力された信号に所定のフィルタ処理を行ない、処理後の信号を出力する。
上述したように、本実施の形態による圧力センサ１０によれば、実効的に同一の周波数特性を有する２つの圧力変動センサ１１（第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａおよび第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂ）は、いわば圧力伝達経路上に直列（２段）に配列されていることから、低い周波数帯域の振動に対しては、２つの圧力変動センサ１１は同一の感度を有することに対して、高い周波数帯域の振動に対しては、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａの感度に比べて第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂの感度は低くなる。
したがって、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａおよび第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂの出力の差分を検出することによって、所望の下限周波数未満の周波数帯域の圧力変動を相殺することができ、圧力センサ１０を第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａよりも急峻な遮断特性の感度を有するように作動させることができる。
これにより、所望の周波数帯域以外の他の周波数帯域の圧力変動によって所望の周波数帯域の圧力変動に対するノイズ（雑音）が増大することを防止し、初段の増幅回路などにおいて信号が飽和してしまうことを防止することができる。
しかも、２つの圧力変動センサ１１の出力の差分によって、各第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａおよび第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂに生じる温度特性による検出誤差および外乱による振動などを相殺することができ、圧力変動の検出精度を向上させることができる。
なお、上述した実施の形態においては、例えば図７に示す第１変形例のように、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのキャビティ２１は、例えば、２つの第１開口部６１および第２開口部６２を有する第１有底筒状部６３と、第１開口部６１の開口端６１ａに配置された第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのカンチレバー２２と、第２開口部６２の開口端６２ａに配置された第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのカンチレバー２２と、によって形成されてもよい。
この第１変形例において、第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのキャビティ２１は、例えば、第２有底筒状部６４と、第２有底筒状部６４の開口端６４ａに配置された第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのカンチレバー２２と、によって形成されている。
この第１変形例によれば、圧力センサ１０を容易に作成することができる。
なお、上述した実施の形態および第１変形例においては、例えば図８に示す第２変形例および図９に示す第３変形例のように、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａと第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂとは、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのギャップ２３の距離Ｇ１を第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのギャップ２３の距離Ｇ２よりも小さくし、第１圧力変動センサ（Ｐ１）１１ａのキャビティ２１の容量Ｖ１を第２圧力変動センサ（Ｐ２）１１ｂのキャビティ２１の容量Ｖ２よりも大きくすることによって、実効的に同一の周波数特性として、例えば同一の遮断周波数ｆｃなどのように感度が所定値以上となる同一の下限周波数ｆｔを有していてもよい。
なお、上述した実施の形態において、圧力センサ１０は実効的に同一の周波数特性を有する２つの圧力変動センサ１１を備えるとしたが、これに限定されず、例えば３つ以上を含む、少なくとも複数の圧力変動センサ１１を多段に配列して、これらの圧力変動センサ１１の出力に基づいて、累積的に差分を検出することによって、圧力センサ１０を、より一層、急峻な遮断特性の感度を有するように作動させてもよい。
なお、上述した実施の形態において、圧力変動センサ１１は、キャビティ２１の容量Ｖまたはギャップ２３の距離Ｇに応じた固有の周波数特性を有するとしたが、これに限定されず、他のパラメータ、例えばキャビティ２１の形状やギャップ２３の形状および位置などに応じて固有の周波数特性を有していてもよい。
１０…圧力センサ １１ａ…第１圧力変動センサ（Ｐ１） １１ｂ…第２圧力変動センサ（Ｐ２） １２…検出回路（検出手段） ２１…キャビティ ２１ａ…開口端 ２２…カンチレバー ２２ａ…基端部 ２２ｂ…先端部 ２３…ギャップ ２４…ピエゾ抵抗（変形検出手段） ５１…筒状部 ５１ａ…開口端 ５２…有底筒状部 ６１…第１開口部 ６１ａ…開口端 ６２…第２開口部 ６２ａ…開口端 ６３…第１有底筒状部 ６４…第２有底筒状部 ６４ａ…開口端

Claims (4)

  1. ２つの圧力変動センサと、
    前記２つの圧力変動センサの出力の差分を検出する検出手段と、を備え、
    前記圧力変動センサは、
    開口するキャビティと、
    基端側から先端側に向かう方向に延びる板状に形成され、前記キャビティの開口端において片持ち状態で支持された基端部および自由端とされた先端部を有し、前記キャビティの内部と外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
    前記カンチレバーの前記先端部と前記キャビティの開口端との間に設けられ、前記キャビティの内部と外部とを連通するギャップと、
    前記カンチレバーの撓み変形を検出して、検出結果の信号を出力する変形検出手段と、を備え、
    前記２つの圧力変動センサは、少なくとも前記キャビティの容量または前記ギャップの距離に応じて実効的に同一の周波数特性として、前記圧力変動センサの感度が所定値以上となる下限周波数を有し、
    一方の前記圧力変動センサの前記ギャップは、前記２つの圧力変動センサの前記キャビティの外部と一方の前記圧力変動センサの前記キャビティの内部とを連通し、
    他方の前記圧力変動センサの前記ギャップは、一方の前記圧力変動センサの前記キャビティの内部と他方の前記圧力変動センサの前記キャビティの内部とを連通することを特徴とする圧力センサ。
  2. 一方の前記圧力変動センサの前記カンチレバーは、一方の前記圧力変動センサの前記キャビティを成す筒状部の延在方向の一方の開口端に配置され、
    他方の前記圧力変動センサの前記カンチレバーは、前記筒状部の延在方向の他方の開口端と他方の前記圧力変動センサの前記キャビティを成す有底筒状部の開口端との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
  3. 一方の前記圧力変動センサの前記カンチレバーは、一方の前記圧力変動センサの前記キャビティを成す第１有底筒状部の第１開口部の開口端に配置され、
    他方の前記圧力変動センサの前記カンチレバーは、前記第１有底筒状部の第２開口部の開口端と他方の前記圧力変動センサの前記キャビティを成す第２有底筒状部の開口端との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
  4. 前記変形検出手段は、
    半導体材料によって形成された前記カンチレバーの前記基端部において不純物のドーピングによって形成されたピエゾ抵抗を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか1つに記載の圧力センサ。
JP2012051472A 2012-03-08 2012-03-08 圧力センサ Active JP5867821B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012051472A JP5867821B2 (ja) 2012-03-08 2012-03-08 圧力センサ
US13/779,852 US9170167B2 (en) 2012-03-08 2013-02-28 Pressure sensor
CN201310073801.6A CN103308247B (zh) 2012-03-08 2013-03-08 压力传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012051472A JP5867821B2 (ja) 2012-03-08 2012-03-08 圧力センサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013185971A JP2013185971A (ja) 2013-09-19
JP5867821B2 true JP5867821B2 (ja) 2016-02-24

Family

ID=49133713

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012051472A Active JP5867821B2 (ja) 2012-03-08 2012-03-08 圧力センサ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9170167B2 (ja)
JP (1) JP5867821B2 (ja)
CN (1) CN103308247B (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6073512B1 (ja) * 2016-03-10 2017-02-01 株式会社フジクラ 差圧検出素子、流量計測装置、及び、差圧検出素子の製造方法
JP2017181292A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 株式会社フジクラ 差圧センサモジュール
JP2020134364A (ja) * 2019-02-21 2020-08-31 セイコーインスツル株式会社 圧力センサ、圧力センサ駆動方法および圧力センサ運搬方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5778619B2 (ja) * 2012-05-02 2015-09-16 セイコーインスツル株式会社 圧力センサ
JP6292932B2 (ja) * 2014-03-13 2018-03-14 セイコーインスツル株式会社 圧力センサ
US10094724B2 (en) 2014-03-13 2018-10-09 Seiko Instruments Inc. Pressure sensor
CN106716094B (zh) * 2014-10-06 2019-10-25 国立大学法人东京大学 压力传感器
CN107036755B (zh) * 2016-11-16 2019-07-05 中国核动力研究设计院 一种适用于测压系统的压强放大器
JP6815900B2 (ja) * 2017-03-02 2021-01-20 セイコーインスツル株式会社 圧力センサ
US10747196B2 (en) * 2018-04-16 2020-08-18 Hamilton Sundstrand Corporation Blast wave detector
EP3995802A1 (en) * 2020-11-05 2022-05-11 Melexis Technologies NV Dual pressure sensor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60133332A (ja) * 1983-12-22 1985-07-16 Yokogawa Hokushin Electric Corp 圧力センサ
JPH06324074A (ja) * 1993-05-13 1994-11-25 Omron Corp ピエゾ抵抗変化検出方式センサ、モジュール、振動検出機能付き機器、ボイラの物理量検出装置、気体用物理量検出装置及び異常状態検出装置
JPH07225169A (ja) * 1994-02-10 1995-08-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 単結晶チップのガラス封止方法
JP2003004567A (ja) * 2001-06-19 2003-01-08 Omron Corp 圧力センサ及び血圧計
EP1682859A4 (en) * 2003-08-11 2007-08-22 Analog Devices Inc CAPACITIVE SENSOR
KR100999838B1 (ko) * 2008-05-09 2010-12-09 한국과학기술원 다중외팔보 mems 센서의 제조방법 및 다중외팔보 mems 센서를 이용한 음원위치 추정방법
JP5242347B2 (ja) * 2008-11-11 2013-07-24 独立行政法人産業技術総合研究所 検出センサ
JP2010151769A (ja) * 2008-12-26 2010-07-08 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 感圧素子
EP2309241B1 (en) * 2009-10-07 2016-11-30 ams international AG MEMS pressure sensor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6073512B1 (ja) * 2016-03-10 2017-02-01 株式会社フジクラ 差圧検出素子、流量計測装置、及び、差圧検出素子の製造方法
JP2017181292A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 株式会社フジクラ 差圧センサモジュール
JP2020134364A (ja) * 2019-02-21 2020-08-31 セイコーインスツル株式会社 圧力センサ、圧力センサ駆動方法および圧力センサ運搬方法
JP7156969B2 (ja) 2019-02-21 2022-10-19 セイコーインスツル株式会社 圧力センサ駆動方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013185971A (ja) 2013-09-19
US20130247676A1 (en) 2013-09-26
CN103308247B (zh) 2016-08-03
CN103308247A (zh) 2013-09-18
US9170167B2 (en) 2015-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5867821B2 (ja) 圧力センサ
JP5867820B2 (ja) 圧力センサ
JP5778619B2 (ja) 圧力センサ
JP6292932B2 (ja) 圧力センサ
WO2016056419A1 (ja) 圧力センサ
JP5853169B2 (ja) 半導体圧力センサ
EP3118598B1 (en) Pressure sensor
JP6184006B2 (ja) 圧力センサ
JP2016125980A (ja) 圧力センサ
JP7156969B2 (ja) 圧力センサ駆動方法
JP6815900B2 (ja) 圧力センサ
Boujamaa et al. Rejection of power supply noise in wheatstone bridges: Application to piezoresistive MEMS
JP2019203740A (ja) 圧力センサ
JP2008309667A (ja) ３軸加速度センサ
Kumar et al. Development of pressure sensor module for MAV application
JP2017009563A (ja) 圧力センサ
JP2016138844A (ja) 歪センサ
KR20220084505A (ko) 전계효과를 이용한 압저항형 mems 가속도계
JP2020180847A (ja) 圧力センサ
PATEL et al. MEMS-BASED PIEZORESISTIVE PRESSURE SENSORS

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150108

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151120

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151201

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20151224

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151224

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5867821

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250