JPH0260271B2 - - Google Patents
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- JPH0260271B2 JPH0260271B2 JP59227617A JP22761784A JPH0260271B2 JP H0260271 B2 JPH0260271 B2 JP H0260271B2 JP 59227617 A JP59227617 A JP 59227617A JP 22761784 A JP22761784 A JP 22761784A JP H0260271 B2 JPH0260271 B2 JP H0260271B2
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- flexure
- acceleration
- axis
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/12—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance
- G01P15/123—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance by piezo-resistive elements, e.g. semiconductor strain gauges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/0802—Details
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、線形の加速度（linear
accelerations）、特に、小さな加速度を測定する
装置に関する。
accelerations）、特に、小さな加速度を測定する
装置に関する。
〔従来技術〕
線形の加速度に応答する装置は、広く種々のシ
ステムにおいて基本的な検出機能を果たすもので
ある。要求される性能および利用できる技術の進
歩によつて、そのセンサに対してより改善された
感度，安定性，精度，応答のリニアリテイ，信頼
性，堅牢性，速い反応速度に加えて、最小クロス
カツプリング，小さなサイズおよび低コストの要
求が高まつている。安定性，感度およびリニアリ
テイの要求は、広い温度範囲にわたつて精度が維
持されることを要求することを意味している。従
来技術では、前述の全ての特性を同時に改善する
こと、または、１つの特性を改善しようとすると
きに他の特性に悪い影響を与えないようにするこ
とはむずかしいことであつた。それにもかかわら
ず、これらの要求は特に、航空ナビゲーシヨン
（aircraft navigation）およびミサイル誘導シス
テムにおいて要求され、これらの特性全てにおい
てより優れた性能を有する加速度センサが要求さ
れている。
ステムにおいて基本的な検出機能を果たすもので
ある。要求される性能および利用できる技術の進
歩によつて、そのセンサに対してより改善された
感度，安定性，精度，応答のリニアリテイ，信頼
性，堅牢性，速い反応速度に加えて、最小クロス
カツプリング，小さなサイズおよび低コストの要
求が高まつている。安定性，感度およびリニアリ
テイの要求は、広い温度範囲にわたつて精度が維
持されることを要求することを意味している。従
来技術では、前述の全ての特性を同時に改善する
こと、または、１つの特性を改善しようとすると
きに他の特性に悪い影響を与えないようにするこ
とはむずかしいことであつた。それにもかかわら
ず、これらの要求は特に、航空ナビゲーシヨン
（aircraft navigation）およびミサイル誘導シス
テムにおいて要求され、これらの特性全てにおい
てより優れた性能を有する加速度センサが要求さ
れている。
本出願人に譲渡された1983年４月18日付の米国
特許出願第486144号（米国特許第4498342号）明
細書において、バイアス不安定性を最小にし、か
つ、クロスカツプリング誤差を減らす加速度計の
構造が開示されている。それは、検出カプセル内
に振子としての一枚のシリコンがたわみ部
（flexures）で支えられ、そのたわみ部の両表面
には感歪抵抗がうめこまれ、その振子が加速度に
応じて動くことによつて、センサが装置の加速度
のない状態からの実際の動きを検出する。
特許出願第486144号（米国特許第4498342号）明
細書において、バイアス不安定性を最小にし、か
つ、クロスカツプリング誤差を減らす加速度計の
構造が開示されている。それは、検出カプセル内
に振子としての一枚のシリコンがたわみ部
（flexures）で支えられ、そのたわみ部の両表面
には感歪抵抗がうめこまれ、その振子が加速度に
応じて動くことによつて、センサが装置の加速度
のない状態からの実際の動きを検出する。
使用にあたつては、検出されている加速度は、
たわみ部のまわりで振子にトルクが与えられる方
向に与えられて、片側の表面上のセンサが抵抗値
を増すと、反対側の表面上のセンサが抵抗値を減
少させるようになつている。また逆も同様であ
る。抵抗はブリツジ回路内に接続され、ブリツジ
回路の出力は、たわみ部での実際の応力に応答し
ており、よつて機械的に零の位置からたわみ部の
実際の変位に応答している。
たわみ部のまわりで振子にトルクが与えられる方
向に与えられて、片側の表面上のセンサが抵抗値
を増すと、反対側の表面上のセンサが抵抗値を減
少させるようになつている。また逆も同様であ
る。抵抗はブリツジ回路内に接続され、ブリツジ
回路の出力は、たわみ部での実際の応力に応答し
ており、よつて機械的に零の位置からたわみ部の
実際の変位に応答している。
もしも、装置が予定していた方向に直交する方
向の加速度を受けたならば、各たわみ部の上部と
下部の抵抗器は同様に変化して、ブリツジの不平
衡は起らない。よつて、装置は、その予定した方
向に直交する加速度に対しては実質的に無関係に
動作し、クロスカツプリングは減少される。
向の加速度を受けたならば、各たわみ部の上部と
下部の抵抗器は同様に変化して、ブリツジの不平
衡は起らない。よつて、装置は、その予定した方
向に直交する加速度に対しては実質的に無関係に
動作し、クロスカツプリングは減少される。
上述の装置のもつ欠点は、振子をなすシリコン
シートの両面の特定のところに感歪抵抗を拡散ま
たは注入（implantation）しなければならないこ
とである。その材料の両面に処理することはむず
かしく、かつ、上部および下部のマスクの間の注
意深い位置決めが必要となり、さらに片方の表面
が処理されている間、一方を保護する問題がある
ため高価となつていた。
シートの両面の特定のところに感歪抵抗を拡散ま
たは注入（implantation）しなければならないこ
とである。その材料の両面に処理することはむず
かしく、かつ、上部および下部のマスクの間の注
意深い位置決めが必要となり、さらに片方の表面
が処理されている間、一方を保護する問題がある
ため高価となつていた。
本発明はたわみ領域に２つのたわみ部をオフセ
ツト対（offset pairs）として形成することによ
つて１つの表面にのみ処理をするシリコン振子を
使うのを可能するものであり、それにより、各た
わみ部は材料の同じ表面にある部分で一部は圧縮
力を受けるが他の部分では張力を受けるような合
成曲げを伴うように力に受ける。そして、ブリツ
ジ回路を用いることによつて、計かろうとしてい
る、すなわち、軸上の加速度とそれに直角な望ま
しくない加速度とを区別することができるもので
ある。
ツト対（offset pairs）として形成することによ
つて１つの表面にのみ処理をするシリコン振子を
使うのを可能するものであり、それにより、各た
わみ部は材料の同じ表面にある部分で一部は圧縮
力を受けるが他の部分では張力を受けるような合
成曲げを伴うように力に受ける。そして、ブリツ
ジ回路を用いることによつて、計かろうとしてい
る、すなわち、軸上の加速度とそれに直角な望ま
しくない加速度とを区別することができるもので
ある。
以下、図面を用いて本発明を一実施例により説
明する。
明する。
［実施例］
第１図には、本発明の振子ユニツト１０が示さ
れ、Ｕ字形の支持プレート１２と同一面
（coplaner）にあり、それにほぼ囲まれた慣性プ
レート１１を含んでいる。慣性プレート１１は複
数のたわみ領域１３および１４のところで支持プ
レート１２と連続している。支持プレートは符号
１５，１６および１７で示したところに適切に塔
載されている。ボビン１８は慣性プレート１１に
よりささえられ、上述の未決の出願に記載のリバ
ランスコイル（re−balanc coil）をのせること
になる。
れ、Ｕ字形の支持プレート１２と同一面
（coplaner）にあり、それにほぼ囲まれた慣性プ
レート１１を含んでいる。慣性プレート１１は複
数のたわみ領域１３および１４のところで支持プ
レート１２と連続している。支持プレートは符号
１５，１６および１７で示したところに適切に塔
載されている。ボビン１８は慣性プレート１１に
よりささえられ、上述の未決の出願に記載のリバ
ランスコイル（re−balanc coil）をのせること
になる。
振子ユニツト１０は、所望の寸法にカツトさ
れ、たとえば254ミクロン、すなわち、10ミル
〔mils〕の所望の厚さに研摩された単結晶Ｐ形シ
リコンのシート、すなわち基板２０からなる。基
板の一表面のエツチ停止層（etch stop layer）
２１上に約25.4ミクロン、すなわち、約１ミルの
厚さでｎ形シリコンのエピタキシヤル成長層２２
がある。
れ、たとえば254ミクロン、すなわち、10ミル
〔mils〕の所望の厚さに研摩された単結晶Ｐ形シ
リコンのシート、すなわち基板２０からなる。基
板の一表面のエツチ停止層（etch stop layer）
２１上に約25.4ミクロン、すなわち、約１ミルの
厚さでｎ形シリコンのエピタキシヤル成長層２２
がある。
制御された電気エツチング処理（electro−etc
−hing process）によつて、基板は慣性プレート
１１と支持プレート１２の間にＵ字形の溝２３が
たわみ領域１３および１４を除いて第１図のよう
なパターンでエツチングされる。これらのたわみ
部は化学的に保護され、エツチングは、基板を完
全につきぬけて溝が切り込みとなるか、またはエ
ツチング停止層で止まるまで行なわれ、つづいて
保護された部分を除いてレーザーでカツトされ
る。これらは、せまい側部２４および２５，広い
横断中央部２６，たわみ領域１３の開口部２７お
よび２８，そして、たわみ領域１４の開口部２９
および３０のところも含まれて行なわれる。間を
おいてもうけられた開口部は、外側たわみ部３１
および３２と内側たわみ部３３および３４を規定
するものでこれらは、第２図および第３図を用い
て説明するようにお互いにオフセツト、すなわ
ち、撓み軸線がずれている。
−hing process）によつて、基板は慣性プレート
１１と支持プレート１２の間にＵ字形の溝２３が
たわみ領域１３および１４を除いて第１図のよう
なパターンでエツチングされる。これらのたわみ
部は化学的に保護され、エツチングは、基板を完
全につきぬけて溝が切り込みとなるか、またはエ
ツチング停止層で止まるまで行なわれ、つづいて
保護された部分を除いてレーザーでカツトされ
る。これらは、せまい側部２４および２５，広い
横断中央部２６，たわみ領域１３の開口部２７お
よび２８，そして、たわみ領域１４の開口部２９
および３０のところも含まれて行なわれる。間を
おいてもうけられた開口部は、外側たわみ部３１
および３２と内側たわみ部３３および３４を規定
するものでこれらは、第２図および第３図を用い
て説明するようにお互いにオフセツト、すなわ
ち、撓み軸線がずれている。
領域１３では、たわみ部３１は基板１２の端部
３５から距離d1だけ離れており、たわみ部３３は
基板の端部から距離d2だけ離れており、たわみ部
は相互に距離d1−d2だけオフセツト、すなわち、
撓み軸線がずれている。同様な配置が領域１４で
もされている。次のことが明らかであろう。もし
も基板へ垂直の加速度が慣性プレート１１に作用
したとすると、たわみ部３１，３２，３３および
３４は簡単な曲線では曲がらないで、第６図にた
わみ部３１を図解で示すように合成の曲げ動作を
伴うことになる。たわみ部の上側の表面の第１の
部分には張力がかかり、上側表面の第２の部分に
は圧縮力がかかる。
３５から距離d1だけ離れており、たわみ部３３は
基板の端部から距離d2だけ離れており、たわみ部
は相互に距離d1−d2だけオフセツト、すなわち、
撓み軸線がずれている。同様な配置が領域１４で
もされている。次のことが明らかであろう。もし
も基板へ垂直の加速度が慣性プレート１１に作用
したとすると、たわみ部３１，３２，３３および
３４は簡単な曲線では曲がらないで、第６図にた
わみ部３１を図解で示すように合成の曲げ動作を
伴うことになる。たわみ部の上側の表面の第１の
部分には張力がかかり、上側表面の第２の部分に
は圧縮力がかかる。
たわみ部３１の上側表面には、第４図に示すよ
うに符号４０，４１，４２および４３で示すとこ
ろに複数の感歪抵抗が埋め込まれており、たわみ
部３２の上側表面は同様に構成されている。第５
図に示すようにたわみ部３１の抵抗はブリツジ回
路に相互接続されている。よつて、基板へ垂直の
加速度は、抵抗４０ないし４３の抵抗値およびそ
のブリツジの出力に差動の変化を生じさせる。他
方、予定された方向に直交する。すなわち、たわ
み部に平行な加速度は、全てのブリツジ抵抗に同
等の応力を与えることになつて、ブリツジの出力
はでない。
うに符号４０，４１，４２および４３で示すとこ
ろに複数の感歪抵抗が埋め込まれており、たわみ
部３２の上側表面は同様に構成されている。第５
図に示すようにたわみ部３１の抵抗はブリツジ回
路に相互接続されている。よつて、基板へ垂直の
加速度は、抵抗４０ないし４３の抵抗値およびそ
のブリツジの出力に差動の変化を生じさせる。他
方、予定された方向に直交する。すなわち、たわ
み部に平行な加速度は、全てのブリツジ抵抗に同
等の応力を与えることになつて、ブリツジの出力
はでない。
ボビン１８の回りの慣性プレート１１の表面上
の空間は大規模集積回路に利用できる。
の空間は大規模集積回路に利用できる。
以上のように、本発明によれば加速度のクロス
軸カツプリングなしにシリコンの１つの表面上に
感歪抵抗が拡散またはイオン注入されたシリコン
の加速度計が実現されるものである。
軸カツプリングなしにシリコンの１つの表面上に
感歪抵抗が拡散またはイオン注入されたシリコン
の加速度計が実現されるものである。
以上の説明は、好ましい実施例で説明された
が、当業者であれば、この発明の範囲内で種々の
変更が可能であることは明らかであろう。従つて
この発明は、特許請求の範囲の記載のみによつて
限定されることを承知されたい。
が、当業者であれば、この発明の範囲内で種々の
変更が可能であることは明らかであろう。従つて
この発明は、特許請求の範囲の記載のみによつて
限定されることを承知されたい。
第１図は、本発明の振子ユニツトの一実施例の
平面図である。第２図および第３図は、それぞれ
第１図の線２−２および線３−３に関する拡大し
た部分断面図である。第４図は、第１図の一部分
を拡大した平面図である。第５図は、本発明に関
する結線図である。第６図は、第２図と同様の図
であるが、異なる条件の場合を示す。 １０……振子ユニツト、１１……慣性プレー
ト、１３，１４……たわみ領域、３１，３２……
外側たわみ部、３３，３４……内側たわみ部、４
０，４１，４２，４３……感歪抵抗。
平面図である。第２図および第３図は、それぞれ
第１図の線２−２および線３−３に関する拡大し
た部分断面図である。第４図は、第１図の一部分
を拡大した平面図である。第５図は、本発明に関
する結線図である。第６図は、第２図と同様の図
であるが、異なる条件の場合を示す。 １０……振子ユニツト、１１……慣性プレー
ト、１３，１４……たわみ領域、３１，３２……
外側たわみ部、３３，３４……内側たわみ部、４
０，４１，４２，４３……感歪抵抗。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 支持プレートと、この支持プレートに撓み軸
線に沿つて互いに離間し、かつ、各々が内側撓み
部と外側撓み部からなる一対の撓み領域部により
結合された慣性プレートとからなる振子ユニツト
と、 上記撓み領域部の一方の撓み部の同一表面に設
けられた一対の感歪抵抗とからなり、 上記内側撓み部の撓み軸線と外側撓み部の撓み
軸線は、上記慣性プレートがそれに直角な方向か
ら入力加速度を受けたとき、上記撓み部がその同
一表面の一部に圧縮力を、他の一部に張力を受け
て合成曲げが生じるように、互いにずれ、 上記合成曲げにより、各抵抗は互いに反対の物
理的歪みを受けるが、上記入力加速度に直角な方
向の加速度に対しては、両抵抗は互いに同等の物
理的歪みを受けるようにしたことを特徴とする加
速度計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/546,258 US4488445A (en) | 1983-10-28 | 1983-10-28 | Integrated silicon accelerometer with cross-axis compensation |
| US546258 | 2000-04-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60113157A JPS60113157A (ja) | 1985-06-19 |
| JPH0260271B2 true JPH0260271B2 (ja) | 1990-12-14 |
Family
ID=24179577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59227617A Granted JPS60113157A (ja) | 1983-10-28 | 1984-10-29 | 加速度計 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4488445A (ja) |
| EP (1) | EP0140334B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60113157A (ja) |
| CA (1) | CA1220642A (ja) |
| DE (1) | DE3481729D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013525747A (ja) * | 2010-03-18 | 2013-06-20 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ピエゾ抵抗型マイクロメカニカルセンサ構成素子および相応の測定方法 |
Families Citing this family (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2146697B (en) * | 1983-09-17 | 1986-11-05 | Stc Plc | Flexible hinge device |
| IT206728Z2 (it) * | 1985-09-17 | 1987-10-01 | Marelli Autronica | Dispositivo sensore di accelerazione o di vibrazioni |
| US4817628A (en) * | 1985-10-18 | 1989-04-04 | David L. Zealear | System and method for evaluating neurological function controlling muscular movements |
| DE3611360A1 (de) * | 1986-04-04 | 1987-10-08 | Bosch Gmbh Robert | Sensor zur selbsttaetigen ausloesung von insassenschutzvorrichtungen |
| EP0268351B1 (en) * | 1986-08-25 | 1991-10-23 | Richard A. Hanson | Proof mass suspension assembly for an accelerometer |
| EP0456285A3 (en) * | 1986-09-22 | 1992-01-02 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor accelerometer |
| FR2604791B1 (fr) * | 1986-10-02 | 1988-11-25 | Commissariat Energie Atomique | Procedes de fabrication d'une jauge piezoresistive et d'un accelerometre comportant une telle jauge |
| US4779463A (en) * | 1987-01-13 | 1988-10-25 | Systron Donner Corporation | Servo accelerometer |
| JPH0648421Y2 (ja) * | 1987-07-08 | 1994-12-12 | 日産自動車株式会社 | 半導体加速度センサ |
| US4987780A (en) * | 1987-11-16 | 1991-01-29 | Litton Systems, Inc. | Integrated accelerometer assembly |
| DE3814949C1 (ja) * | 1988-05-03 | 1989-08-03 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
| DE3814952A1 (de) * | 1988-05-03 | 1989-11-23 | Bosch Gmbh Robert | Sensor |
| US4882933A (en) * | 1988-06-03 | 1989-11-28 | Novasensor | Accelerometer with integral bidirectional shock protection and controllable viscous damping |
| US5060504A (en) * | 1988-09-23 | 1991-10-29 | Automotive Systems Laboratory, Inc. | Self-calibrating accelerometer |
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