JP6461180B2 - 加速度計 - Google Patents
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Description
支持部、および検知方向に沿って加速度が印加されるのに応じて面内移動するように支持部に可撓性脚部によって取り付けられたプルーフ・マスであって、プルーフ・マスは、検知方向に対してほぼ垂直に延びるとともに、検知方向に離間する複数の可動電極フィンガを備える、支持部およびプルーフ・マスと、
検知方向に対してほぼ垂直に延びるとともに、検知方向に離間する固定電極フィンガの第1および第2の組を備えた少なくとも一対の固定コンデンサ電極であって、第1の組の固定電極フィンガが、その間の二等分線からの一方向に第1のオフセットで可動電極フィンガと互いに噛み合って配置され、第2の組の固定電極フィンガが、その間の二等分線からの反対方向に第2のオフセットで可動電極フィンガと互いに噛み合って配置された、少なくとも一対の固定コンデンサ電極と、
を備え、
プルーフ・マスは、少なくとも一対の固定コンデンサ電極を囲む外側フレームの形態をとり、可撓性脚部は、プルーフ・マスから、一対(または複数対)の固定コンデンサ電極に対して中心付けられた、検知方向に沿う位置を有する中心アンカへ、横方向内側に延びる、加速度計用の検知構造が提供される。
ΔC=Aε0{1/(d1−x)−1/(d1+x)}
ただし、d1=d+δ
と記載され、
ここで、xは加速度に起因する偏り、dは最初のフィンガのギャップ、δは熱により誘起された偏りである。これは、以下のように、
ΔC=(Aε0/d1){1/(1−x/d1)−1/(1+x/d1)}
=(Aε0/d1){2x/d1}
=(2xAε0/d2){1−2δ/d}
と展開される。
∂ΔC/∂x=(2Aε0/d2){1−2δ/d}
と与えられる。
ΔC=Aε0{1/(d1−x)−1/(d2+x)}
によって与えられ、
ここで、d1=d−δ、d2=d+δであり、xは加速度に起因するオフセット、δは温度勾配に起因する2つの固定電極の組の移動である。図1から、上側の組が上方に移動してギャップを閉じ(δが負)、下側の組が上方に移動してギャップを増大させる(δが正)。
ΔC=Aε0{(1/d1)(1+x/d1)−(1/d2)(1−x/d2)}
=Aε0{1/d1−1/d2+x(1/d1 2+1/d2 2)}
=(Aε0/d){(1+δ/d)−(1−δ/d)+(x/d)(1+x/d+1−x/d}
=(2Aε0/d2){x+δ}
と展開される。
2Aε0δ/d2
のバイアスがあり、スケール係数のシフトはない。
ΔC=Aε0{1/(d1−x)−1/(d2+x)+1/(d2−x)−1/(d1+x)}
と与えられ、
ここで、d1=d+αδ、d2=d−αδであり、αは、106bおよび108aに比べ、フィンガの組106aおよび108bの中心からの距離がより大きいことを示す係数(約1.8)である。
ΔC=Aε0{(1/d1)(1+x/d1)−(1/d2)(1−x/d2)+(1/d2)(1+x/d2)−(1/d1)(1−x/d1)}
=2Aε0{x/d1 2+x/d2 2}
と展開される。
∂ΔC/∂x=(2Aε0/d2){(1−2αδ/d)+(1+2δ/d)}
=(4Aε0/d2){1+(1−α)δ/d}
と与えられる。
ΔC=Aε0{1/(d1−x)−1/(d2+x)+1/(d3−x)−1/(d4+x)}
と与えられ、
ここで、d1=d+1.5δ、d2=d−δ、d3=d+δ、d4=d−1.5δである。
ΔC=Aε0{(1/d1)(1+x/d1)−(1/d2)(1−x/d2)+(1/d3)(1+x/d3)−(1/d4)(1−x/d4)}
と与えられる。
ΔC=Aε0{1/d1−1/d2+1/d3−1/d4+x/d1 2+x/d2 2+x/d3 2+x/d4 2}
=(Aε0/d){(1−1.5δ/d)−(1+δ/d)+(1−δ/d)−(1+1.5δ/d)+(x/d□)[(1−3δ/d)+(1+2δ/d)+(1−2δ/d)+(1+3δ/d)]}
=(Aε0/d){−5δ/d+(x/d)(4)}
と与えられる。
ΔC=−5δAε0/d2
のバイアスが存在する。
なお、好ましい加速度計用の検知構造について、以下に記載する。
好ましい加速度計用の検知構造は、
支持部、および検知方向に沿って加速度が印加されるのに応じて面内移動するように前記支持部に可撓性脚部によって取り付けられたプルーフ・マスであって、前記プルーフ・マスは、前記検知方向に対してほぼ垂直に延びるとともに、前記検知方向に離間する複数の可動電極フィンガを備える、支持部およびプルーフ・マスと、
前記検知方向に対してほぼ垂直に延びるとともに、前記検知方向に離間する固定電極フィンガの第1および第2の組を備えた少なくとも一対の固定コンデンサ電極であって、前記第1の組の固定電極フィンガが、その間の二等分線からの一方向に第1のオフセットで前記可動電極フィンガと互いに噛み合って配置され、前記第2の組の固定電極フィンガが、その間の二等分線からの反対方向に第2のオフセットで前記可動電極フィンガと互いに噛み合って配置された、少なくとも一対の固定コンデンサ電極と、
を備え、
前記プルーフ・マスは、前記少なくとも一対の固定コンデンサ電極を囲む外側フレームの形態をとり、前記可撓性脚部は、前記プルーフ・マスから、前記一対(または複数対)の固定コンデンサ電極に対して中心付けられた、前記検知方向に沿う位置を有する中心アンカへ、横方向内側に延びる。
好ましくは加速度計用の検知構造は、少なくとも2対の固定コンデンサ電極を備える。
好ましくは加速度計用の検知構造は、偶数のさらなる対の固定コンデンサ電極を備える。
好ましくは各対の前記第1および第2の組の固定電極フィンガが、前記支持部に中心位置において、前記プルーフ・マスの前記中心アンカと直列に係留されている。
好ましくは加速度計用の検知構造は、前記プルーフ・マスのための中心電気接続に対し直列に配置された、各対の前記第1および第2の組の固定電極フィンガのための共有の電気接続を備える。
好ましくは前記プルーフ・マスが前記中心アンカに、2つ以上の別々の対の可撓性脚部によって接続されている。
好ましくは前記プルーフ・マスは、蛇行形状を有する複数の可撓性支持脚部によって前記中心アンカに接続されている。
好ましくは各支持脚部は、少なくとも第1のほぼ直線状のセクション、第2のほぼ直線状のセクション、ならびに、前記第1のほぼ直線状のセクションと第2のほぼ直線状のセクションとを相互接続するほぼU字形状の端部セクションを備え、前記端部セクションの厚さは、前記第1および第2のほぼ直線状のセクションの両方の中心部の厚さよりも大である。
好ましくは前記検知構造がMEMSである。
好ましくは前記支持部がガラスで形成されている。
また、好ましい加速度計について、以下に記載する。
好ましい加速度計は、上記の検知構造を備える。
好ましくは前記検知構造が、前記中心アンカの上にある固定電極フィンガの第1および第2の上側の組と、前記中心アンカの下にある固定電極フィンガの第1および第2の下側の組とが、対称なオフセットを有するように配置された、2対の固定コンデンサ電極を備え、固定電極フィンガの前記第1の上側の組が固定電極フィンガの前記第1の下側の組と同位相で駆動され、固定電極フィンガの前記第2の上側の組が固定電極フィンガの第2の下側の組と同位相で駆動される。
好ましくは前記検知構造が、前記中心アンカの上にある固定電極フィンガの第1および第2の上側の組と、前記中心アンカの下にある固定電極フィンガの第1および第2の下側の組とが、逆のオフセットを有するように配置された、2対の固定コンデンサ電極を備え、固定電極フィンガの前記第1の上側の組が固定電極フィンガの前記第2の下側の組と同位相で駆動され、固定電極フィンガの前記第2の上側の組が固定電極フィンガの第1の下側の組と同位相で駆動される。
好ましくは開ループの電子回路が、各対の固定電極フィンガの第1および第2の組を逆位相で駆動するように配置される。
好ましくは閉ループの電子回路が、各対の固定電極フィンガの第1および第2の組を逆位相で駆動するように配置される。
Claims (12)
- 検知構造を備えた加速度計であって、前記検知構造が、
支持部、および検知方向に沿って加速度が印加されるのに応じて面内移動するように前記支持部に可撓性脚部によって取り付けられたプルーフ・マスであって、前記プルーフ・マスは、前記検知方向に対してほぼ垂直に延びるとともに、前記検知方向に離間する複数の可動電極フィンガを備える、支持部およびプルーフ・マスと、
前記検知方向に対してほぼ垂直に延びるとともに、前記検知方向に離間する固定電極フィンガの第1および第2の組を備えた少なくとも一対の固定コンデンサ電極であって、前記第1の組の固定電極フィンガが、その間の二等分線からの一方向に第1のオフセットで前記可動電極フィンガと互いに噛み合って配置され、前記第2の組の固定電極フィンガが、その間の二等分線からの反対方向に第2のオフセットで前記可動電極フィンガと互いに噛み合って配置された、少なくとも一対の固定コンデンサ電極と、
を備え、
前記プルーフ・マスは、前記少なくとも一対の固定コンデンサ電極を囲む外側フレームの形態をとり、前記可撓性脚部は、前記プルーフ・マスから、前記一対(または複数対)の固定コンデンサ電極に対して中心付けられた、前記検知方向に沿う位置を有する中心アンカへ、横方向内側に延び、
前記検知構造が、前記中心アンカの上にある固定電極フィンガの第1および第2の上側の組と、前記中心アンカの下にある固定電極フィンガの第1および第2の下側の組とが、対称なオフセットを有するように配置された、2対の固定コンデンサ電極をさらに備え、固定電極フィンガの前記第1の上側の組が固定電極フィンガの前記第1の下側の組と同位相で駆動され、固定電極フィンガの前記第2の上側の組が固定電極フィンガの第2の下側の組と同位相で駆動されることを特徴とする、加速度計。 - 検知構造を備えた加速度計であって、前記検知構造が、
支持部、および検知方向に沿って加速度が印加されるのに応じて面内移動するように前記支持部に可撓性脚部によって取り付けられたプルーフ・マスであって、前記プルーフ・マスは、前記検知方向に対してほぼ垂直に延びるとともに、前記検知方向に離間する複数の可動電極フィンガを備える、支持部およびプルーフ・マスと、
前記検知方向に対してほぼ垂直に延びるとともに、前記検知方向に離間する固定電極フィンガの第1および第2の組を備えた少なくとも一対の固定コンデンサ電極であって、前記第1の組の固定電極フィンガが、その間の二等分線からの一方向に第1のオフセットで前記可動電極フィンガと互いに噛み合って配置され、前記第2の組の固定電極フィンガが、その間の二等分線からの反対方向に第2のオフセットで前記可動電極フィンガと互いに噛み合って配置された、少なくとも一対の固定コンデンサ電極と、
を備え、
前記プルーフ・マスは、前記少なくとも一対の固定コンデンサ電極を囲む外側フレームの形態をとり、前記可撓性脚部は、前記プルーフ・マスから、前記一対(または複数対)の固定コンデンサ電極に対して中心付けられた、前記検知方向に沿う位置を有する中心アンカへ、横方向内側に延び、
前記検知構造が、前記中心アンカの上にある固定電極フィンガの第1および第2の上側の組と、前記中心アンカの下にある固定電極フィンガの第1および第2の下側の組とが、逆のオフセットを有するように配置された、2対の固定コンデンサ電極をさらに備え、固定電極フィンガの前記第1の上側の組が固定電極フィンガの前記第2の下側の組と同位相で駆動され、固定電極フィンガの前記第2の上側の組が固定電極フィンガの第1の下側の組と同位相で駆動されることを特徴とする、加速度計。 - 偶数のさらなる対の固定コンデンサ電極を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の加速度計。
- 各対の前記第1および第2の組の固定電極フィンガが、前記支持部に中心位置において、前記プルーフ・マスの前記中心アンカと直列に係留されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の加速度計。
- 前記プルーフ・マスのための中心電気接続に対し直列に配置された、各対の前記第1および第2の組の固定電極フィンガのための共有の電気接続を備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の加速度計。
- 前記プルーフ・マスが前記中心アンカに、2つ以上の別々の対の可撓性脚部によって接続されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の加速度計。
- 前記プルーフ・マスは、蛇行形状を有する複数の可撓性支持脚部によって前記中心アンカに接続されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の加速度計。
- 各支持脚部は、少なくとも第1のほぼ直線状のセクション、第2のほぼ直線状のセクション、ならびに、前記第1のほぼ直線状のセクションと第2のほぼ直線状のセクションとを相互接続するほぼU字形状の端部セクションを備え、前記端部セクションの厚さは、前記第1および第2のほぼ直線状のセクションの両方の中心部の厚さよりも大であることを特徴とする請求項7に記載の加速度計。
- 前記検知構造がMEMSであることを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の加速度計。
- 前記支持部がガラスで形成されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載の加速度計。
- 開ループの電子回路が、各対の固定電極フィンガの第1および第2の組を逆位相で駆動するように配置されることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の加速度計。
- 閉ループの電子回路が、各対の固定電極フィンガの第1および第2の組を逆位相で駆動するように配置されることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載の加速度計。
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