JP6140919B2 - 加速度センサ回路 - Google Patents
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Description
実施形態に係る加速度センサ回路を図1に示す。加速度センサ回路10は、加速度を検知する加速度センサ11、ヘッドアンプブロック12、AD(Analog to Digital)コン
バータ13、MCU(Micro-controller unit)14、DA(Digital to Analog)コンバータ15A,15B、非反転アンプ16、反転アンプ17、加算アンプブロック18を備える。
容量方式の加速度センサである。この加速度センサ11は、微小な2つの固定電極と2つの可動電極との組み合わせからなっており、加速度が加わるとカンチレバーが曲がって可動電極が移動し、可動電極と各固定電極との間の静電容量が変化する。すなわち、この加速度センサ11は、対峙する2つの固定電極の間に可動電極が挿置されていることにより、加速度センサ11に加速度が加わって可動電極が移動し、例えば、図2(B)に示すように可動電極がコンデンサC1側の固定電極へ近づくとコンデンサC1の静電容量が増加してコンデンサC2の静電容量が減少し、図2(C)に示すように可動電極がコンデンサC2側の固定電極へ近づくとコンデンサC1の静電容量が減少してコンデンサC2の静電容量が増加するようになっている。また、加速度がかかっていない状態では、図2(A)に示すようにコンデンサC1とコンデンサC2の容量は共に均等な状態となる。
のコンデンサC1,C2へ印加する。
多いため、このような高調波成分を十分に減衰させることができるフィルタ回路を設ける必要があり、回路構成が複雑になる。しかし、上記実施形態に係る加速度センサ回路10であれば、加速度センサに印加する信号の波形を正弦波にしているため、歪のない正弦波を使うと、そのスペクトラムは基本周波数だけとなるので回路構成を簡単にすることができる。
以下、市販のデジタルオーディオ用IC等を用いて、上記実施形態に係る加速度センサ回路10を実現する場合の一例を示す。本実施例に係る加速度センサ回路を図3に示す。なお、以下において、上記実施形態に係る構成と同様のものには同一の名称を付し、その詳細な説明を省略する。また、本実施例では、3つの加速度センサで3軸の加速度を検知する場合を例にしている。しかし、本実施例は、1軸あるいは2軸の加速度を検知するようにしてもよい。
ンプブロック58A,58B,58C、アッテネータ61、電源回路ブロック62を備える。
る通信規格CANの通信線を介して周辺機器と通信するための入出力インターフェースである。CANは、一本の信号線で複数のセンサ回路を直列に繋ぐことができるため、各種の計測を行う際のデータ収集に便利である。
アンプ16および反転アンプ17と同様であるが、オペアンプや抵抗、コンデンサからなる微分回路によって構成したハイパスフィルタとしての機能も兼ね備えている。
グラフのような波形を描く。すなわち、例えば、コンデンサC1の静電容量の方がコンデンサC2の静電容量より大きい場合(C1>C2)、ヘッドアンプブロック52Aの出力
電圧V3は、DAコンバータ55Bの出力電圧と同位相になる。また、コンデンサC1の
静電容量C1とコンデンサC2の静電容量C2とが等しい場合(C1=C2)、ヘッドアンプブロック52Aの出力電圧V3は、一定になる。また、コンデンサC1の静電容量C
1の方がコンデンサC2の静電容量より小さい場合(C1<C2)、ヘッドアンプブロック52Aの出力電圧V3は、DAコンバータ55Bの出力電圧と逆位相になる。なお、図
8のグラフでは、位相の確認のため、DAコンバータ55Bから非反転アンプ56および反転アンプ57へ送られる信号の波形を併記している。このような位相の確認は、例えば、アッテネータ61からADコンバータ53Bを介してMCU54へ送られる信号を用いて行なうことができる。
ータ55A,55Bから、加速度のアナログ信号が出力される。なお、加速度のアナログ信号は、図3に示すように、X軸のシングルエンド信号がLPF60Aから出力され、Y軸のシングルエンド信号がLPF60Bから出力され、Z軸のシングルエンド信号がLPF60Cから出力されるようにしてもよいが、例えば、何れかの軸に関するシングルエンド信号のみを出力するようにしてもよいし、或いは、何れかの軸に関する差動信号を2つのLPFを使って出力するようにしてもよい。出力する信号の具体的な態様については、MCU54が実行するプログラムによって適宜変更可能である。
11,51X,51Y,51Z・・加速度センサ
12,52A,52B,52C・・ヘッドアンプブロック
13,53A,53B・・ADコンバータ
14,54・・MCU
15A,15B,55A,55B,55C・・DAコンバータ
16,56・・非反転アンプ
17,57・・反転アンプ
18,58A,58B,58C・・加算アンプブロック
19A,19B・・加算アンプ
60A,60B,60C,60D・・LPF
61・・アッテネータ
62・・電源回路ブロック
63・・CANトランシーバ
Claims (2)
- 加速度に応じて容量が変化する第1のキャパシタと、前記加速度に応じて前記第1のキャパシタと相反するように容量が変化する第2のキャパシタとを有する加速度センサと、
前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタに互いに逆位相で印加する所定周波数の正弦波交流信号を生成する第1の回路と、
前記加速度に応じた信号を、前記第1のキャパシタの容量と前記第2のキャパシタの容量との差、及び前記第1のキャパシタと前記第2のキャパシタに印加した前記正弦波交流信号とに基づいて生成する第2の回路と、
前記第2の回路が生成した信号を符号化したデータから、前記所定周波数と略同一の周波数成分の信号の波形を抽出して解析し、波形の頂点の値を検出し、検出した信号の波形の頂点のうち高圧側の頂点値と低圧側の頂点値との差分を2で割った値を前記加速度のデータとして出力する演算回路と、を備え、
前記第1の回路は、前記演算回路が生成した前記所定周波数の正弦波を変換したデジタル信号に基づいてアナログの前記正弦波交流信号を生成するDAコンバータと、前記DAコンバータが生成した信号と同位相の正弦波交流信号を前記第1のキャパシタへ印加する非反転アンプと、前記DAコンバータが生成した信号と位相が反転する正弦波交流信号を前記第2のキャパシタへ印加する反転アンプと、を有し、
前記演算回路は、前記非反転アンプから出力された前記第1のキャパシタへ印加される正弦波交流信号と、前記反転アンプから出力された前記第2のキャパシタへ印加される正弦波交流信号の何れに対しても同じ所定の電圧を加算してオフセット調整を行なう、
加速度センサ回路。 - 前記加速度センサは、互いに直交する3軸方向に各々対応して複数設けられており、
前記演算回路は、前記所定の電圧を加算して行うオフセット調整を、複数の前記加速度センサの各々にある前記第1のキャパシタおよび前記第2のキャパシタへ印加される正弦波交流信号に対して行う、
請求項1に記載の加速度センサ回路。
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