JPH04121630A - Dynamics quantity detection device - Google Patents

Dynamics quantity detection device

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Publication number
JPH04121630A
JPH04121630A JP2243028A JP24302890A JPH04121630A JP H04121630 A JPH04121630 A JP H04121630A JP 2243028 A JP2243028 A JP 2243028A JP 24302890 A JP24302890 A JP 24302890A JP H04121630 A JPH04121630 A JP H04121630A
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JP
Japan
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electrode
electrodes
capacitance
fixed
mechanical quantity
Prior art date
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Pending
Application number
JP2243028A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Obayashi
大林 博明
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.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2243028A priority Critical patent/JPH04121630A/en
Publication of JPH04121630A publication Critical patent/JPH04121630A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring 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
    • G01P2015/0805Measuring 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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822Measuring 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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
    • G01P2015/0825Measuring 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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0828Measuring 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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends

Abstract

PURPOSE:To obtain a device with a high detection accuracy by forming first and second electrodes on a main surface of a substrate, by fixing a third electrode which opposes the first electrode, by forming a fourth electrode which opposes the second electrode in cantilever shape, and by comparing electrostatic capacity between the first and third electrodes and between the second and fourth electrodes. CONSTITUTION:An electrode group 10 and a circuit 13 are formed on a main surface 14 of a printed-circuit board 1. Metal bases 21 and 22 are adhered onto electrodes 11e and 12f by a conductive adhesive. Metal plates 31 and 32 are adhered to bases 21 and 22 by the conductive adhesive, thus enabling capacitors Ca and Cc to be constituted by fixed electrode parts 31a and 32c and fixed electrodes 11a and 12c. Capacitors Cb and Cd are constituted by the movable electrode parts 31b and 32b and the fixed electrodes 11b and 12d. A weight 4 is adhered to the movable electrode parts 31b and 32d. Ratios Ca/Cd and Cd/Cd are calculated and amplified, thus enabling dynamics quantity to be detected.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、力学量検出装置に係わり、特に静電容量の変
化によって力学量を求める力学量検出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a mechanical quantity detection device, and more particularly to a mechanical quantity detection device that obtains a mechanical quantity by a change in capacitance.

〈従来の技術〉 加速度や圧力などの力学量によって可変コンデンサの電
極間の距離を変化させ、静電容量の変化から力学量を検
出する力学量検出装置が知られている。
<Prior Art> A mechanical quantity detection device is known that changes the distance between the electrodes of a variable capacitor according to a mechanical quantity such as acceleration or pressure, and detects the mechanical quantity from the change in capacitance.

このような力学量検出装置としては、例えば、特開平1
−152369号公報に示されており、第6図にその断
面図を示す。
As such a mechanical quantity detection device, for example,
It is disclosed in Japanese Patent No.-152369, and a sectional view thereof is shown in FIG.

第6図において、84はシリコン基板であり、シリコン
基板84をエツチングすることによってカンチレバー8
6、可動電極85が一体に形成される。
In FIG. 6, 84 is a silicon substrate, and the cantilever 84 is etched by etching the silicon substrate 84.
6. The movable electrode 85 is integrally formed.

81.82はガラス板であり、シリコン基板84を両面
から挟んでいる。ガラス板81.82の可動電極85と
向かい合う面には、金属製の固定電極91.92が設置
されている。なお、可動電極85と固定電極91.92
との距離はいずれもd[鳩]に設定されており、可動電
極85と固定電極91.92との間にそれぞれコンデン
サC1,C2が構成される。
Glass plates 81 and 82 sandwich the silicon substrate 84 from both sides. Metal fixed electrodes 91.92 are installed on the surfaces of the glass plates 81.82 facing the movable electrode 85. In addition, the movable electrode 85 and the fixed electrode 91.92
The distances between the movable electrode 85 and the fixed electrodes 91 and 92 are both set to d, and capacitors C1 and C2 are formed between the movable electrode 85 and the fixed electrodes 91 and 92, respectively.

また、可動電極85と固定電極91.92はそれぞれ力
学量検出回路(図示せず)に接続されている。力学量検
出回路は、コンデンサC1,C2の静電容量の差を演舞
し、この差に基づいてツノ常置を求め、電圧信号として
出力する。
Furthermore, the movable electrode 85 and fixed electrodes 91 and 92 are each connected to a mechanical quantity detection circuit (not shown). The mechanical quantity detection circuit operates on the difference in capacitance between the capacitors C1 and C2, determines the permanent position of the horn based on this difference, and outputs it as a voltage signal.

次に、作用を説明する。Next, the effect will be explained.

上記の装置に矢印Aのような加速度が加わった場合、可
動電極85は慣性によりΔdだけ変位する。その結果、
コンデンサC1、C2の電極間距離が変化し、静電容量
が変化する。
When acceleration as indicated by arrow A is applied to the above device, the movable electrode 85 is displaced by Δd due to inertia. the result,
The distance between the electrodes of capacitors C1 and C2 changes, and the capacitance changes.

上記の静電容量の変化は力学量検出回路によって検出さ
れ、力学量に対応した電圧信号として出力される。
The above change in capacitance is detected by a mechanical quantity detection circuit and output as a voltage signal corresponding to the mechanical quantity.

以上の動作を式で表わすと、以下のようになる。The above operation can be expressed as follows.

VOUT−k (Ct −C2) εoS     ε03 −k(了弓■−ゴq万) Δd キ2にεoS−a′r  ・・・■ ただし、vg:力学量検出回路の出力電圧C1:コンデ
ンサC1の静電容量 C2:コンデンサC2の静電容量 C0:誘電率 S :電極面積 k :比例定数 〈発明が解決しようとする課題〉 シリコン基板をエツチングした場合、加工精度は数百[
Fl11]程度である。したがって、上述した装置にお
いて、電極間の距離dを数[趨]に設定した場合、製造
バラツキにより距lidの値には10%程度の誤差が生
じる。
VOUT-k (Ct -C2) εoS ε03 -k (Ryoyumi ■ - Goqman) Δd εoS-a'r ...■ However, vg: Output voltage of the mechanical quantity detection circuit C1: Capacitor C1's output voltage Capacitance C2: Capacitance C0 of capacitor C2: Dielectric constant S: Electrode area k: Constant of proportionality <Problem to be solved by the invention> When etching a silicon substrate, the processing accuracy is several hundred [
Fl11]. Therefore, in the above-described device, when the distance d between the electrodes is set to several [trends], an error of about 10% occurs in the value of the distance lid due to manufacturing variations.

この距@dの誤差は、式■に表わされたように2乗され
るため、出ノJ電圧Vou+の誤差はさらに大きくなる
という問題点があった。
Since the error in this distance @d is squared as expressed in equation (2), there is a problem in that the error in the output J voltage Vou+ becomes even larger.

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
ものであり、検出精度の高い力学量検出装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention was made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a mechanical quantity detection device with high detection accuracy.

く課題を解決するための手段〉 本発明は、基板主面に形成された第1の電極と、前記基
板主面に形成された第2の電極と、前記基板主面に形成
された単数または複数の固定台と、前記固定台に固定さ
れ、前記第1の電極上に上記電極表面より所定距離を隔
てて配置された第3の電極と、前記固定台に固定された
梁と、前記梁に同定され前記第2の電極上に上記電極表
面より所定距離を隔てて配置された第4の電極と、前記
第1の電極および前記第3の電極の間の第1の静電容量
を検出する第1の検出手段と、前記第2の電極および前
記第4の電極の間の第2の静電容量を検出する第2の検
出手段と、前記第1の検出手段および前記第2の検出手
段からの出力に基づき前記第1の静電容量と前記第2の
静電容量との比を演算する演算手段と、を備え、前記演
算手段によって演算された比に基づいて力学量を検出す
ることを特徴とする。
Means for Solving the Problems> The present invention provides a first electrode formed on the main surface of a substrate, a second electrode formed on the main surface of the substrate, and a plurality of electrodes formed on the main surface of the substrate. a plurality of fixed bases, a third electrode fixed to the fixed base and arranged on the first electrode at a predetermined distance from the electrode surface, a beam fixed to the fixed base, and the beam detecting a first capacitance between a fourth electrode identified on the second electrode and arranged at a predetermined distance from the electrode surface, the first electrode and the third electrode; a first detection means for detecting a second capacitance between the second electrode and the fourth electrode; a first detection means for detecting a second capacitance between the second electrode and the fourth electrode; calculation means for calculating a ratio between the first capacitance and the second capacitance based on the output from the means, and detecting a mechanical quantity based on the ratio calculated by the calculation means. It is characterized by

〈作用〉 本発明によれば、力学量が加えられた場合、第4の電極
が力学量によって第2の電極に対して変位する。そのた
め、第2の電極と第4の電極との間に形成される静電容
量が変化する。
<Operation> According to the present invention, when a mechanical quantity is applied, the fourth electrode is displaced with respect to the second electrode by the mechanical quantity. Therefore, the capacitance formed between the second electrode and the fourth electrode changes.

一方、第3の電極は固定台によって第1の電極上に配置
されているため、力学量が加えられても第1の電極に対
して変位しない。したがって、第1の電極と第3の電極
との間に形成される静電容量は変化しない。
On the other hand, since the third electrode is placed on the first electrode by means of a fixed base, it will not be displaced with respect to the first electrode even if a mechanical quantity is applied. Therefore, the capacitance formed between the first electrode and the third electrode does not change.

次に、演算手段によって第2の電極と第4の電極との間
の第2の静電容量と第1の電極と第3の電極との間の第
1の静電容量との比が求められる。
Next, the ratio between the second capacitance between the second electrode and the fourth electrode and the first capacitance between the first electrode and the third electrode is determined by the calculation means. It will be done.

そして、演算手段によって求められた比に基づいて、力
学量が検出される。このとき、静電容量の比は、第2の
電極および第4の電極間の距離と第1の電極および第3
の電極間の距離の比として求められる。
Then, the mechanical quantity is detected based on the ratio determined by the calculation means. At this time, the ratio of capacitance is the distance between the second electrode and the fourth electrode and the distance between the first electrode and the third electrode.
It is determined as the ratio of the distance between the electrodes.

〈実施例〉 第1図から第3図に基づいて第1の実施例について説明
する。
<Example> A first example will be described based on FIGS. 1 to 3.

第1図Aは本実施例の分解図であり、第1図Bは本実施
例の構成を示す斜視図である。
FIG. 1A is an exploded view of this embodiment, and FIG. 1B is a perspective view showing the configuration of this embodiment.

1はプリント基板であり、プリント基板1の主面14に
は極群10および演算手段としての回路部13が形成さ
れている。
1 is a printed circuit board, and a main surface 14 of the printed circuit board 1 is formed with a pole group 10 and a circuit section 13 as a calculation means.

118.11bはそれぞれ第1の電極、第2の電極とし
ての固定電極であり、11eは接点電極である。また、
12c、12d、12fはそれぞれ電極11a、11b
、11eと対称に形成された電極であり、後述するよう
に差動増幅づるために形成されている。
118.11b are fixed electrodes as a first electrode and a second electrode, respectively, and 11e is a contact electrode. Also,
12c, 12d, and 12f are electrodes 11a and 11b, respectively.
, 11e, and are formed for differential amplification as will be described later.

21.22は固定台としての金属製のベースであり、厚
さはdo[am]に設定されている。そして、ベース2
1は接点電極11e上に、ベース22は接点電極12f
上に、S電性接着剤で接着される。
Reference numerals 21 and 22 are metal bases serving as fixing bases, and the thickness is set to do [am]. And base 2
1 is on the contact electrode 11e, and the base 22 is on the contact electrode 12f.
It is glued on top with S-conducting adhesive.

31.32は金属薄板であり、金属薄板31゜32には
それぞれ第3の電極としての固定電極部318.32G
、第4の電極としての可動電極部31b、32d、およ
び梁31h、32hが一体に形成されている。
Reference numerals 31 and 32 denote thin metal plates, and the thin metal plates 31 and 32 each have fixed electrode portions 318 and 32G as third electrodes.
, movable electrode portions 31b and 32d as fourth electrodes, and beams 31h and 32h are integrally formed.

そして、金属薄板31はベース21上に導電性接着剤で
接着されており、ベース21を介して接点電極11eと
接続される。そして、固定電極部31aと固定電極11
aによってコンデンサCaが構成され、可動電極部31
bと固定電極11bによってコンデンサCbが構成され
る。
The thin metal plate 31 is bonded onto the base 21 with a conductive adhesive, and is connected to the contact electrode 11e via the base 21. Then, the fixed electrode part 31a and the fixed electrode 11
a constitutes a capacitor Ca, and the movable electrode portion 31
A capacitor Cb is constituted by the capacitor Cb and the fixed electrode 11b.

また、金属薄板32はベース22上に設置されており、
ベース22を介して接点電極12fと接続される。そし
て、固定電極部32cと固定電極120によってコンデ
ンサCcが構成され、可動電極部32dと固定電極12
dによってコンデンサcdが構成される。
Further, the metal thin plate 32 is installed on the base 22,
It is connected to the contact electrode 12f via the base 22. The fixed electrode part 32c and the fixed electrode 120 constitute a capacitor Cc, and the movable electrode part 32d and the fixed electrode 12
d constitutes a capacitor cd.

4は非導電性の錘であり、錘4は可動電極部31b、3
2dに接着により固定される。
4 is a non-conductive weight, and the weight 4 is a movable electrode part 31b, 3
2d by adhesive.

次に、各コンデンサと回路部13との接続を第2図の等
価回路に基づいて説明する。
Next, the connection between each capacitor and the circuit section 13 will be explained based on the equivalent circuit shown in FIG. 2.

演算増幅器OP1のe入力端子にはコンデンサCDが接
続され、Φλ入力端子接地される。また、演算増幅器O
P1の出力端子0UT1とe入力端子との闇にはコンデ
ンサCaおよび抵抗R1が並列に接続されている。
A capacitor CD is connected to the e input terminal of the operational amplifier OP1, and the Φλ input terminal is grounded. Also, operational amplifier O
A capacitor Ca and a resistor R1 are connected in parallel between the output terminal 0UT1 of P1 and the e input terminal.

演算増幅器OP2のe入力端子にはコンデンサCcが接
続され、e入力端子は接地される。また、演算増幅器O
P2の出力端子0UT2とe入力端子との間にはコンデ
ンサcdおよび抵抗R2が並列に接続されている。
A capacitor Cc is connected to the e input terminal of the operational amplifier OP2, and the e input terminal is grounded. Also, operational amplifier O
A capacitor cd and a resistor R2 are connected in parallel between the output terminal 0UT2 of P2 and the e input terminal.

演算増幅回路OP3のe入力端子には抵抗R4を介して
演算増幅器OP2の出力端子0UT2が接続されている
。そして、演算増幅器OP3のΦλ入力端子抵抗Reを
介して接地されるとともに、抵抗R5を介して演算増幅
器OP1の出力端子0UT1が接続されている。また、
演算増幅器OP3の出力端子0UT3とe入力端子との
間には抵抗R3が接続されている。
The e input terminal of the operational amplifier circuit OP3 is connected to the output terminal 0UT2 of the operational amplifier OP2 via a resistor R4. The Φλ input terminal of the operational amplifier OP3 is grounded via the resistor Re, and the output terminal 0UT1 of the operational amplifier OP1 is connected via the resistor R5. Also,
A resistor R3 is connected between the output terminal 0UT3 and the e input terminal of the operational amplifier OP3.

なお、コンデンサCb 、Ccには電源5により入力電
圧vinが印加される。
Note that an input voltage vin is applied to the capacitors Cb and Cc by a power source 5.

次に、作用を説明する。Next, the effect will be explained.

第2図の回路において、演IIl!f幅器OP1の出力
端子0UTIから、コンデンサCbの静電容量に対する
コンデンサCaの静電容量の比と入力電圧Vinとの積
に比例した値の電圧が出力される。
In the circuit shown in Figure 2, performance IIl! A voltage proportional to the product of the input voltage Vin and the ratio of the capacitance of the capacitor Ca to the capacitance of the capacitor Cb is output from the output terminal 0UTI of the f-range amplifier OP1.

また、演算増幅器OP2の出力端子0LJT2から、コ
ンデンサCc’の静電容量に対するコンデンサcdの静
電容量の比に入力電圧Vinとの積に比例した値の電圧
が出力される。
Further, from the output terminal 0LJT2 of the operational amplifier OP2, a voltage proportional to the product of the input voltage Vin and the ratio of the capacitance of the capacitor cd to the capacitance of the capacitor Cc' is output.

そして、出力端子0UT1.0UT2から出力された電
圧は、演算増幅器OP3によって差動増幅され、出ツノ
端子0UT3から出力電圧VIXITとして出力される
Then, the voltage outputted from the output terminals 0UT1.0UT2 is differentially amplified by the operational amplifier OP3, and outputted from the output terminal 0UT3 as an output voltage VIXIT.

以上を式で現すと、式■のようになる。Expressing the above as a formula, it becomes formula ■.

V軒−KV;n (以−m=) Cb    Cc ただし、Ca :コンデンサCa静電容量Cゎ:コンデ
ンサCa静電容量 CC:コンデンサCa静電容量 Cd:コンデンサCa静電容量 K :比例定数 ・・・■ 次に、第3図に、第1図Bの■−■断面図を示す。
V eaves-KV;n (hereinafter-m=) Cb Cc However, Ca: Capacitor Ca capacitance Cゎ: Capacitor Ca capacitance CC: Capacitor Ca capacitance Cd: Capacitor Ca capacitance K: Proportionality constant・...■ Next, FIG. 3 shows a sectional view taken along the line ■-■ of FIG. 1B.

まず、第3図Aに基づき、加速度などの力学量が本実施
例@電に加わっていないとき、またはプリント基板1に
対しての平行方向の力学量が加わったときの動作を説明
する。
First, based on FIG. 3A, the operation when a mechanical quantity such as acceleration is not applied to the electric current of this embodiment or when a mechanical quantity in a direction parallel to the printed circuit board 1 is applied will be explained.

このとき、各コンデンサの電極間の距離はベース21.
22の厚さによって定められ、また、可動電極31b、
32dが変位しないため、コンデンサCa、Cb 、C
c、Caの電極間の距離はdo[am]となる。
At this time, the distance between the electrodes of each capacitor is the base 21.
22, and the movable electrode 31b,
32d is not displaced, capacitors Ca, Cb, and C
The distance between the electrodes c and Ca is do [am].

なお、電極間の距離doを1[jw+]に設定した場合
、加工精度はおよそ5[趨コである。したがっで、製造
バラツキによる誤差はおよそ5%であり、これは従来例
の誤差(およそ10%)に比べ、半分である。
Note that when the distance do between the electrodes is set to 1 [jw+], the machining accuracy is approximately 5 [normal]. Therefore, the error due to manufacturing variations is approximately 5%, which is half of the error in the conventional example (approximately 10%).

上記の場合の出力電圧VQITを式で表すと、式■より
以下のようになる。
If the output voltage VQIT in the above case is expressed by a formula, it will be as follows from formula (2).

Vour=KV;n (CA−Ci) bCc ε0:誘電率 Sa:電極11aの面積 Sゎ:電極11cの面積 Sc:@極11dの面積 Sd:電極11dの面積 式■において、それぞれの電極の面積Sa。Vour=KV;n (CA-Ci) bCc ε0: permittivity Sa: area of electrode 11a Sゎ: Area of electrode 11c Sc: @Area of pole 11d Sd: area of electrode 11d In formula (■), the area Sa of each electrode.

Sb 、Sc、Sdは等しい値に設計されている。Sb, Sc, and Sd are designed to have equal values.

そして、たとえ製造段階でバラツキが生じた場合でも、
電極の面積Sa 、 Sb 、 Sc 、 Sc+は等
しい値にすることができる。これは、製造段階でのバラ
ツキはエツチングの時間や温度などの条件によって生じ
るものであり、電極11a、11b。
And even if variations occur during the manufacturing stage,
The areas Sa, Sb, Sc, and Sc+ of the electrodes can be made equal. This is because variations at the manufacturing stage are caused by etching conditions such as etching time and temperature.

11G、11dを同時にエツチングすることによって、
すべての電極について上記の条件が等しくなるためであ
る。
By etching 11G and 11d at the same time,
This is because the above conditions are equal for all electrodes.

したがって、式■の出力電圧VwIは0[■]となる。Therefore, the output voltage VwI of equation (2) becomes 0 [■].

一方、第3図Bに示すように、プリント基板1に対して
垂直方向(矢印B)の力学量が加わったとき、可動電極
部31b、32dおよび錘4は、梁31h、32hを支
点として一体に変位する。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when a mechanical quantity is applied to the printed circuit board 1 in the vertical direction (arrow B), the movable electrode parts 31b, 32d and the weight 4 are integrated with the beams 31h, 32h as fulcrums. Displaced to.

このときの変位量をΔdとすると、コンデンサCゎ、C
d電極間の距離はd(+ トΔdとなる。その結果、出
力電圧Vanが変化し、力学量が検出される。
If the amount of displacement at this time is Δd, the capacitors Cゎ, C
The distance between the d electrodes becomes d(+tΔd).As a result, the output voltage Van changes and the mechanical quantity is detected.

このときの出力電圧VQITを式で表すと、式■より以
下のようになる。
If the output voltage VQIT at this time is expressed by a formula, it will be as follows from formula (2).

VcL、r=KV、、 ((ACsi )Cb    
Cc (’、’Sa =Sb −8c =Sa )Δd   
  Δd ”=KV;n  ((1+で1箇>−(1−dtr) 
  )Δd = 2 K Vinζ・・・■ 式■より出力電圧Vautは変位量Δdに比例した値と
して求められる。
VcL, r=KV,, ((ACsi)Cb
Cc (','Sa=Sb-8c=Sa)Δd
Δd”=KV;n ((1 + 1>-(1-dtr)
) Δd = 2 K Vinζ...■ From the formula (■), the output voltage Vout is determined as a value proportional to the displacement amount Δd.

また、上記の式■において、出力電圧vcU+は電極間
の距離doの1次に反比例している。したがって、距I
ll d oに誤差が生じたとしても、出力電圧■可は
距離doの誤差の影響を受けにくい。
Further, in the above equation (2), the output voltage vcU+ is linearly inversely proportional to the distance do between the electrodes. Therefore, the distance I
Even if an error occurs in ll do, the output voltage ■ is not easily affected by the error in distance do.

さらに、出力電圧V our Lt 1g電率ε0には
依存していない。そのため、電極間にダンピング用のオ
イルが封入され、誘電率ε0が変化した場合でも、出力
電圧V(Nはm電率の変化の影響を受けない。
Furthermore, the output voltage V our Lt 1g does not depend on the electric current rate ε0. Therefore, even if damping oil is sealed between the electrodes and the dielectric constant ε0 changes, the output voltage V(N) is not affected by the change in the electric constant.

以上のように第1の実施例によれば、プリント基板1上
に固定電極11a、11b、12c。
As described above, according to the first embodiment, the fixed electrodes 11a, 11b, 12c are provided on the printed circuit board 1.

12dを形成し、ベース21.22を介して薄板31.
32を設置して、同定電極11aと31a。
12d and the thin plate 31.22 via the base 21.22.
32 and identification electrodes 11a and 31a.

12cと32Cによって固定コンデンサCa。Fixed capacitor Ca by 12c and 32C.

Ccを形成し、また、固定電極11bと可動電極31b
、固定電極12dと可動電極32dによって可変コンデ
ンサCb 、 Cc+を形成し、比Ca/Cbおよび比
Ca/Ccを演算し、差動増幅により出力電圧vcLI
Tを出力させるようにした。
Cc, and also the fixed electrode 11b and the movable electrode 31b
, variable capacitors Cb and Cc+ are formed by the fixed electrode 12d and the movable electrode 32d, the ratio Ca/Cb and the ratio Ca/Cc are calculated, and the output voltage vcLI is calculated by differential amplification.
I made it output T.

そのため、出力電圧VQITは電極間の距離doの1次
に反比例し、距離doの製造バラツキによる影響が少な
くなり、その結果、力学量を検出する精度が向上すると
いう効果が得られる。
Therefore, the output voltage VQIT is linearly inversely proportional to the distance do between the electrodes, and the influence of manufacturing variations in the distance do is reduced, resulting in an effect that the accuracy of detecting the mechanical quantity is improved.

また、電極間の距離をベース21.22の厚さによって
設定できるため、電極間の距離doを高精度で製造する
ことができ、力学量を検出する精度がさらに向上すると
いう効果が得られる。
Further, since the distance between the electrodes can be set by the thickness of the bases 21 and 22, the distance do between the electrodes can be manufactured with high precision, and the effect of further improving the accuracy of detecting the mechanical quantity can be obtained.

また、出力電圧VQI7は誘電率ε0に依存しないため
、電極間にダンピング用のオイル等が封入された場合で
も、オイル等の誘電率のバラツキや変化から影響を受け
ず、力学量を検出する粘度がさらに向上するという効果
が得られる。
In addition, since the output voltage VQI7 does not depend on the dielectric constant ε0, even if damping oil etc. is sealed between the electrodes, it will not be affected by variations or changes in the dielectric constant of the oil etc. The effect of further improving this can be obtained.

そして、プリント基板に、電極11a、11b。Then, electrodes 11a and 11b are placed on the printed circuit board.

11c、11dと回路部の接続パターンを同時に製作す
ることにより、工数を削減することができるという効果
が得られる。
By manufacturing the connection patterns of 11c, 11d and the circuit section at the same time, it is possible to reduce the number of man-hours.

次に、第4図および第5図に基づいて、第2の実施例に
ついて説明する。
Next, a second embodiment will be described based on FIGS. 4 and 5.

第4図は本実施例の電極部を示したものである。FIG. 4 shows the electrode section of this embodiment.

11gはシールド1!極であり、電極11a、1ib、
11e、12c、12d、12fの間に形成されている
。そして、シールド電極11gは、グランドに接続され
ている。
11g is shield 1! electrodes 11a, 1ib,
It is formed between 11e, 12c, 12d, and 12f. The shield electrode 11g is connected to ground.

なお、その他の構成は第1の実施例と同様であり、同じ
番号を付して説明する。
Note that the other configurations are the same as those of the first embodiment, and will be described using the same numbers.

第5図は第2の実施例の測定回路を示す等価回路である
。第5図の回路は、塁本的に第2図の回路と同様である
。ただし、第4図におけるシールド電極と他の電暢との
間に浮遊容量が形成される。
FIG. 5 is an equivalent circuit showing the measurement circuit of the second embodiment. The circuit of FIG. 5 is fundamentally similar to the circuit of FIG. 2. However, stray capacitance is formed between the shield electrode and other currents in FIG.

具体的には、電極11a、11g間、電極11b。Specifically, between the electrodes 11a and 11g, and the electrode 11b.

11g問、電極11e、11g間、電極12C211g
間、電極12d、11g間、電極12f。
Question 11g, between electrodes 11e and 11g, electrode 12C211g
between the electrodes 12d and 11g, and the electrode 12f.

11g間に、それぞれ浮遊容量Cag、 Cbg、 C
eg。
11g, stray capacitance Cag, Cbg, C
eg.

Ccg、 C≦、Cfgが形成される。Ccg, C≦, Cfg are formed.

次に作用を説明する。Next, the effect will be explained.

一般に、シールド電極と他の電極との間に形成される浮
遊容量は、回路の動作に悪影響を与える。
Generally, stray capacitance formed between the shield electrode and other electrodes adversely affects the operation of the circuit.

しかし、第2の実施例では、以下の理由により浮遊容量
が回路に与える影響を少なくすることができる。
However, in the second embodiment, the influence of stray capacitance on the circuit can be reduced for the following reasons.

第5図の回路において、演算増幅器のイマジナルショー
トにより、浮遊容量Ceg、 (、rgのすべての電極
が等価的に短絡されることになる。したがって、浮遊容
量Ceg、 Cfgは第5図の回路に影響を与えない。
In the circuit of Fig. 5, all electrodes of the stray capacitance Ceg, No impact.

また、浮遊容jlcbg、 Cαは、電源5の出力イン
ピーダンスを低くづることによって、第5図の回路に与
える影響を少なくすることができる。そして、浮遊容1
cag、C唾は演算増幅器OPI。
Further, the influence of the stray capacitance jlcbg, Cα on the circuit shown in FIG. 5 can be reduced by lowering the output impedance of the power supply 5. And floating volume 1
cag and C are operational amplifiers OPI.

OF2の出力インピーダンスを低くすることによって、
第5図の回路に与える影響を少なくすることができる。
By lowering the output impedance of OF2,
The influence on the circuit shown in FIG. 5 can be reduced.

そして、第4図のように、シールド電極11gを形成し
たことにより、電極11a、11b。
Then, as shown in FIG. 4, by forming the shield electrode 11g, the electrodes 11a and 11b are formed.

120.12d間の浮遊容量が抑えられる。その結果、
電極11a、11b、12C,12d17)実質的な電
極面積が安定する。
Stray capacitance between 120 and 12d is suppressed. the result,
Electrodes 11a, 11b, 12C, 12d17) The substantial electrode area is stabilized.

なお、第2の実施例のその他の動作は第1の実施例と同
様なので、説明は省略する。
Note that the other operations of the second embodiment are the same as those of the first embodiment, so a description thereof will be omitted.

以上のように第2の実施例によれば、第1の実施例の構
成の他に、電極11a、11b、11e。
As described above, according to the second embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, electrodes 11a, 11b, and 11e are provided.

12c、12d、12fの間にシールド電極11gを形
成し、シールド電極11gをグランドに接続した。
A shield electrode 11g was formed between 12c, 12d, and 12f, and the shield electrode 11g was connected to ground.

そのため、浮遊容量による悪影響を少なくしつつ、電極
面積を安定させることができ、検出精度がさらに向上す
るという効果が得られる。
Therefore, the electrode area can be stabilized while reducing the adverse effects of stray capacitance, and the detection accuracy can be further improved.

なお、前記2つの実施例においては片持ち梁構造により
可動電極部31b、32dを形成したが、これに限るも
のではない。すなわち、両持ち梁構造や周辺支持のダイ
ヤフラム構造としても同様の効果が得られる。
Although the movable electrode portions 31b and 32d were formed with a cantilever structure in the above two embodiments, the present invention is not limited to this. That is, the same effect can be obtained with a double-supported beam structure or a diaphragm structure with peripheral support.

また、前記2つの実施例においてはコンデンサCb 、
Cdを可変コンデンサとし、コンデンサCa 、Ccを
固定コンデンサとしたが、コンデンサCa 、Ccコン
デンサCb 、Cdと異なる変化量の可変コンデンサと
してもよい。
Furthermore, in the two embodiments, the capacitor Cb,
Although Cd is a variable capacitor and the capacitors Ca and Cc are fixed capacitors, they may be variable capacitors with a different amount of change from the capacitors Ca, Cc and Cb and Cd.

また、前記2つの実施例では金属電極によりコンデンサ
を構成したが、これに限るものではなく、半導体により
コンデンサを形成するようにしても良い。
Further, in the two embodiments described above, the capacitors were formed using metal electrodes, but the present invention is not limited to this, and the capacitors may be formed using semiconductors.

このようなコンデンサの例として、特開昭632598
2号公報に示されるようなものがある。
As an example of such a capacitor, Japanese Patent Application Laid-Open No. 632598
There is one as shown in Publication No. 2.

上記公報の第1図(A)、 (B)において、am度不
純物拡散領域22、上部電極28はそれぞれ本発明の第
1の電極および第3の電極に相当する。また、高濃度不
純物拡散領域22および上部電極28の重なり部分の面
積を変えずに、空洞領域25の面積を広くすることによ
って、高濃度不純物拡散領域22、上部電極28はそれ
ぞれ本発明の第2の電極および第4の電極を網成する。
In FIGS. 1A and 1B of the above-mentioned publication, the am-domain impurity diffusion region 22 and the upper electrode 28 correspond to the first electrode and third electrode of the present invention, respectively. Further, by increasing the area of the cavity region 25 without changing the area of the overlapping portion of the high concentration impurity diffusion region 22 and the upper electrode 28, the high concentration impurity diffusion region 22 and the upper electrode 28 are and the fourth electrode.

そして、上記の各電極を、第1の実施例と同様の回路に
接続することによっても、同様の効果が得られる。
Similar effects can also be obtained by connecting each of the above electrodes to a circuit similar to that of the first embodiment.

また、各コンデンサ同一基板上もしくは同一・面上に形
成しなくともよい。
Furthermore, the capacitors do not have to be formed on the same substrate or on the same surface.

〈発明の効果〉 以上のように本発明によれば、基板主面に第1の電極お
よび第2の電極を形成し、第1の電極上に所定路離隔て
て第3の電極を固定し、第2の電極上に所定路離隔てて
、梁によって第4の電極を支持し、第1の電極および第
3の電極間の第1の静電容量と第2の電極および第4の
電極間の第2の静電容量との比を演算し、この比に基づ
いて、力学量を検出するようにした。
<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, the first electrode and the second electrode are formed on the main surface of the substrate, and the third electrode is fixed on the first electrode at a predetermined distance apart. , a fourth electrode is supported by a beam at a predetermined distance above the second electrode, and the first capacitance between the first electrode and the third electrode and the second electrode and the fourth electrode are connected to each other. The ratio between the capacitance and the second capacitance is calculated, and the mechanical quantity is detected based on this ratio.

そのため、演算された比の値は電極間の距離の1次に反
比例し、距離の製造バラツキによる影響を少なくするこ
とができ、力学量を検出する粘度が向上するという効果
が得られる。
Therefore, the value of the calculated ratio is linearly inversely proportional to the distance between the electrodes, making it possible to reduce the influence of manufacturing variations in the distance, resulting in the effect of improving the viscosity for detecting the mechanical quantity.

また、演算された比の値は誘電率に依存しないため、電
極間にダンピング用のオイル等が封入された場合でも、
オイル等の誘電率のバラツキや変化から影響を受けず、
力学1を検出する精度がさに向上するという効果が得ら
れる。
In addition, since the calculated ratio value does not depend on the dielectric constant, even if damping oil etc. is sealed between the electrodes,
Unaffected by variations and changes in dielectric constant of oil, etc.
The effect is that the accuracy of detecting the dynamics 1 is greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は第1の実施例の斜視図、第2図は第1の実施例
の等価回路図、第3図は実施例′@置の断面図、第4図
は第2の実施例の配線パターン図、第5図は第2の実施
例の等価回路図、第6図は従来例装置の断面図、である
。 11a、11b、11c、11d−・・固定電極、31
.32・・・金属薄板、 OPl、0P2・・・演算増幅器 特許出願人    日産自動串株式会社第 図 第 図 第 図 第 図A 第 図 11e、 12f 第 図 z
Fig. 1 is a perspective view of the first embodiment, Fig. 2 is an equivalent circuit diagram of the first embodiment, Fig. 3 is a sectional view of the embodiment '@, and Fig. 4 is a diagram of the second embodiment. 5 is an equivalent circuit diagram of the second embodiment, and FIG. 6 is a sectional view of a conventional device. 11a, 11b, 11c, 11d--Fixed electrode, 31
.. 32... Metal thin plate, OPl, 0P2... Operational amplifier patent applicant Nissan Automatic Kushi Co., Ltd. Figure Figure Figure A Figure 11e, 12f Figure z

Claims (1)

【特許請求の範囲】  基板主面に形成された第1の電極と、前記基板主面に
形成された第2の電極と、前記基板主面に形成された単
数または複数の固定台と、前記固定台に固定され、前記
第1の電極上に上記電極表面より所定距離を隔てて配置
された第3の電極と、 前記固定台に固定された梁と、前記梁に固定され、前記
第2の電極上に上記電極表面より所定距離を隔てて配置
された第4の電極と、前記第1の電極および前記第3の
電極の間の第1の静電容量を検出する第1の検出手段と
、前記第2の電極および前記第4の電極の間の第2の静
電容量を検出する第2の検出手段と、前記第1の検出手
段および前記第2の検出手段からの出力に基づき、前記
第1の静電容量と前記第2の静電容量との比を演算する
演算手段と、を備え、前記演算手段によって演算された
比に基づいて力学量を検出することを特徴とする力学量
検出装置。
[Scope of Claims] A first electrode formed on the main surface of the substrate, a second electrode formed on the main surface of the substrate, one or more fixing bases formed on the main surface of the substrate, a third electrode fixed to a fixed base and arranged on the first electrode at a predetermined distance from the electrode surface; a beam fixed to the fixed base; a fourth electrode arranged on the electrode at a predetermined distance from the electrode surface, and a first detection means for detecting a first capacitance between the first electrode and the third electrode. and a second detection means for detecting a second capacitance between the second electrode and the fourth electrode, based on outputs from the first detection means and the second detection means. , a calculation means for calculating a ratio between the first capacitance and the second capacitance, and a mechanical quantity is detected based on the ratio calculated by the calculation means. Mechanical quantity detection device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002041006A3 (en) * 2000-11-16 2002-08-01 Micma Engineering Ltd Silicon capacitive accelerometer
JP2011112419A (en) * 2009-11-25 2011-06-09 Alps Electric Co Ltd Force sensor and method for mounting the same
JP2016217827A (en) * 2015-05-19 2016-12-22 日本電波工業株式会社 Sensor element, physical sensor, and method for detecting external force

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