JPH0419568A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

Info

Publication number
JPH0419568A
JPH0419568A JP2123545A JP12354590A JPH0419568A JP H0419568 A JPH0419568 A JP H0419568A JP 2123545 A JP2123545 A JP 2123545A JP 12354590 A JP12354590 A JP 12354590A JP H0419568 A JPH0419568 A JP H0419568A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
acceleration
weight
common electrode
electrodes
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.)
Pending
Application number
JP2123545A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Michihiko Tsuruoka
鶴岡 亨彦
Masato Takahashi
正人 高橋
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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 Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2123545A priority Critical patent/JPH0419568A/en
Publication of JPH0419568A publication Critical patent/JPH0419568A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • G01P15/18Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the size of the sensor and to enable accurate detection with excellent sensitivity in three right-angled directions by enabling a detecting element to detect strain and displacement when receiving acceleration in the respective direction of a diaphragm provided with a weight at the center part. CONSTITUTION:The weight 3 is provided at the center part of the diaphragm 2 which is fixed horizontally to a rigid base plate 5 at the peripheral part. A piezoelectric element 6 centering on the position of the weight 3 is provided on the surface of the diaphragm 2 on the side of a common electrode 8 across a conductive adhesive layer 10 and plural couples of divided electrodes 9 of point symmetry on the opposite side of a substrate 7 are connected to a printed wiring board 11 through leads 13. An inertial force operates on the weight through the operation of acceleration in the respective directions and the diaphragm 2 deforms according to the directions. The acceleration in each direction is detected according to the electrostatic capacity formed between the electrodes 8 and 9 corresponding to the deformation.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

この発明は、とくに水平、垂直の各方向に係る地震の加
速度を良好な感度で正確に検出するようにした加速度セ
ンサに関する。
The present invention particularly relates to an acceleration sensor that accurately detects earthquake acceleration in both horizontal and vertical directions with good sensitivity.

【従来の技術】[Conventional technology]

従来、加速度を電気的に測定する方法には、主として動
電形、圧電形、サーボ形の三つの方式がある。動電形は
、重りと一体化されたコイルの、磁界内での動きによっ
て、加速度に応じた電圧を取り出す方式である。圧電形
は、重りの受ける慣性力を圧電効果を利用して電圧に変
換する方式である。サーボ形は、加速度による振子状の
重りの変位に対して、この変位をバランスさせるように
逆向きの力、トルクを作用させ、この力、トルクを発生
させる電流を求める方式である。
Conventionally, there are three main methods for measuring acceleration electrically: electrodynamic type, piezoelectric type, and servo type. The electrodynamic type is a method that extracts a voltage according to acceleration by the movement of a coil integrated with a weight within a magnetic field. The piezoelectric type converts the inertial force exerted by a weight into voltage using the piezoelectric effect. The servo type is a method in which force and torque are applied in the opposite direction to balance the displacement of a pendulum-shaped weight due to acceleration, and the current that generates this force and torque is determined.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

動電形、圧電形の各方式では、水平方向の加速度に対す
る感度は良いが、垂直方向の加速度に対する感度は悪い
。したがって、地震のように、初期の縦振れと横振れと
に係る各加速度の測定には不適当である。 サーボ形の方式では、精度、安定性の面で優れるが、互
いに直角な3方向の測定には各方向に係る合計3組のセ
ンサと、各センサ出力のベクトル演算用回路とが必要と
なり、装置が大形化しコストが増大する欠点がある。 この発明の課題は、従来の技術がもつ以上の問題点を解
消し、互いに直角な3方向、とくに水平。 垂直の各方向に係る各加速度を良好な感度で正確に検出
するようにした小形の加速度センサを提供することにあ
る。
The electrodynamic type and piezoelectric type each have good sensitivity to acceleration in the horizontal direction, but poor sensitivity to acceleration in the vertical direction. Therefore, it is unsuitable for measuring accelerations associated with initial vertical and lateral vibrations, such as in earthquakes. The servo type method is superior in terms of accuracy and stability, but in order to measure in three directions perpendicular to each other, a total of three sets of sensors for each direction and a vector calculation circuit for each sensor output are required, making the device The disadvantage is that the size and cost increase. The object of this invention is to solve the problems of the conventional technology and to solve the problem in three directions perpendicular to each other, especially horizontally. It is an object of the present invention to provide a small-sized acceleration sensor capable of accurately detecting each acceleration in each vertical direction with good sensitivity.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

この課題を解決するために、第1の発明に係る加速度セ
ンサは、 剛性をもつ基礎部材に周縁部が固着され、水平に設置さ
れるダイヤフラムと; このダイヤフラムの中心部に設けられる重りと;この重
りの位置を中心として前記ダイヤフラムの面に設けられ
、共通電極と、この共通電極に対向し圧電材料を挟んで
前記重りの位置に関して点対称に配置される一対の分電
極の複数組とからなる圧電形歪み検出素子と;を備え、 この歪み検出素子の、前記の共通電極と各分電極との間
に誘起される電圧に基づいて、前記ダイヤフラムの面に
沿う方向と直角な方向との各加速度を検出する。 第2の発明に係る加速度センサは、 剛性をもつ基礎部材に周縁部が固着され、水平に設置さ
れるダイヤフラムと; このダイヤフラムの中心部に設けられる重りと;この重
りの位置を中心として前記ダイヤプラムの逆側の面と、
これに対向する前記基礎部材の表面とに各々固着され共
通電極と、前記重りの位置に関して点対称に配置される
一対の分電極の複数組とからなる静電容量形変位検出素
子と;を備え、この変位検出素子の、前記の共通電極と
各分電極との間に形成される静電容量に基づいて、前記
ダイヤフラムの面に沿う方向と直角な方向との各加速度
を検出する。
In order to solve this problem, the acceleration sensor according to the first invention includes: a diaphragm whose periphery is fixed to a rigid base member and installed horizontally; a weight provided at the center of the diaphragm; It is provided on the surface of the diaphragm with the position of the weight as the center, and consists of a common electrode and a plurality of pairs of segment electrodes that are arranged point-symmetrically with respect to the position of the weight, facing the common electrode and sandwiching a piezoelectric material between them. a piezoelectric strain sensing element; and based on the voltage induced between the common electrode and each of the partial electrodes of the strain sensing element, Detect acceleration. The acceleration sensor according to the second invention includes: a diaphragm whose peripheral portion is fixed to a rigid base member and which is installed horizontally; a weight provided at the center of the diaphragm; The opposite side of the plum,
a capacitance type displacement detection element comprising a common electrode fixed to the surface of the base member facing the base member, and a plurality of pairs of segment electrodes arranged point-symmetrically with respect to the position of the weight; , each acceleration in a direction along the surface of the diaphragm and a direction perpendicular to the surface of the diaphragm is detected based on the capacitance formed between the common electrode and each partial electrode of the displacement detection element.

【作用】[Effect]

第1.第2の各発明に係る加速度センサにおいては共通
に、ダイヤフラム面に沿う方向の加速度を受けたとき、
その加速度による重りの慣性力によって、ダイヤフラム
には、その面に含まれ加速度方向に直角な軸線のまわり
の曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントによ
って、ダイヤフラム面の中心部を通り加速度方向の軸線
上で、中心部に関し点対称な箇所では、最大の逆向きの
歪み、変位を生じる。また、ダイヤフラム面に直角な方
向の加速度を受けたときには、その加速度による重りの
慣性力によって、ダイヤフラムは、その中心部が加速度
と逆方向に凸になるように湾曲変形する。この湾曲変形
によって、ダイヤフラム面の中心部のまわりの同じ円周
上の箇所では同じ向きで、同じ大きさの歪み、変位を生
じる。 前記の各方向の加速度を受けたときのダイヤフラムにお
ける、前記の各箇所での歪み、変位は、それぞれ第1.
第2の各発明における圧電形、静電容量形の歪み、変位
の各検出素子によって検出され、その各出力である電圧
、静電容量に基づいて、加速度による重りの慣性力、ひ
いては加速度が求められる。
1st. In the acceleration sensors according to each of the second inventions, when receiving acceleration in the direction along the diaphragm surface,
Due to the inertial force of the weight due to the acceleration, a bending moment about an axis included in the surface of the diaphragm and perpendicular to the acceleration direction acts on the diaphragm. This bending moment causes the maximum opposite strain and displacement to occur on the axis passing through the center of the diaphragm surface in the direction of acceleration, at points symmetrical about the center. Further, when the diaphragm is subjected to acceleration in a direction perpendicular to the diaphragm surface, the inertial force of the weight caused by the acceleration causes the diaphragm to curve and deform so that its center becomes convex in the direction opposite to the acceleration. This curved deformation causes distortion and displacement of the same magnitude in the same direction at locations on the same circumference around the center of the diaphragm surface. The distortions and displacements of the diaphragm at each of the above locations when subjected to acceleration in each of the above directions are as follows.
In each of the second inventions, the inertial force of the weight due to acceleration and the acceleration are determined based on the voltage and capacitance that are detected by the piezoelectric type and capacitance type strain and displacement detection elements and are the respective outputs. It will be done.

【実施例】【Example】

第1の発明に係る加速度センサの実施例(以下、第1実
施例という)について、以下に図面を参照しながら説明
する。この第1実施例は、加速度に基づく慣性力によっ
て生じたダイヤフラム上の各箇所での歪みを圧電素子に
よって検出する、いわゆる圧電形の加速度センサで、と
くに水平、垂直の各方向に係る加速度のうちで最大のも
のが設定値以上のときに警報信号を出力するように構成
される地震用の加速度センサである。 第1図は第1実施例の側面図である。同図において、圧
電形加速度センサ1は主として、ダイヤフラム2.その
中心部に突出する重り3.および周縁部下面のフランジ
4が一体形成される主要部材と、ダイヤフラム2の上面
の中央部に固着される圧電素子6と、フランジ4の下端
面が固着される剛性をもつ基礎板5と、圧電素子6の出
力信号を処理して警報信号を出力する信号処理回路が組
み込まれたプリント配線板11とから構成される。 なお、ダイヤフラム2と基礎板5とは水平に設置される
。 その外の部材として、フレキシブル配線板の形をとる、
圧電素子6.プリント配線板11間のり一ド13と、基
礎板5に挿設される気密端子14と、プリント配線板1
1を固定する支柱15と、主要部材などを遮蔽、保護す
るカバー16と、主要部材などを密閉するため基礎板5
.カバー16間に挿入される0リング17とがある。 圧電素子6は、第2図に示すように、圧電材料からなる
基板7と、これを両側から挟む共通電極8と、4対の分
電極9とからなる。なお、第2図(a)はその側面図、
同図(b)は共通電極側の表面図、同図(C)は分電極
側の表面図である。基板7は中心部に穴をもつ円板状部
材、共通電極8はドーナツ板状部材である。各分電極は
扇面形の板状部材で、基板7の中心に関して同一円周上
に等分配室される。分電極の4組の各村9A、9a 、
 9B、9b 、9C,9c、9D、9dがそれである
。 第1図に示すように圧電素子6は、共通電極の側とダイ
ヤフラム2の表面とを導電性接着層lOを介して固着さ
せる。圧電素子6の各分電極は、リード13を介して引
き出されてプリント配線板11に接続される。 第1実施例の動作について、第3図1第4図を参照しな
がら説明する。第3図は第1実施例で垂直方向の加速度
が作用したときの動作に関し、同図(a)はその要部の
側面図、同図(b)はその要部の平面図、第4図は第1
実施例で水平方向の加速度が作用したときの動作に関し
、同図(a)はその要部の側面図、同図Φ)はその要部
の平面図である。 第3図(a)において、垂直で矢印の向きの加速度が作
用したとき、重り3には逆向きの慣性力が作用するから
、ダイヤフラム2は破線のように上向きに凸になるよう
に湾曲変形する。この湾曲変形によって、第3図(b)
における各分電極9A、9a、9B・・・と、ここでは
図示してない共通電極との間には、同じ方向、大きさの
電圧が誘起される。 第4図(a)において、水平で矢印の向きに加速度が作
用したとき、重り3には左向きの慣性力が作用するから
、ダイヤフラム2は破線のように、左側が下向きに凸に
、右側が上向きに凸になるように湾曲変形する。この湾
曲変形によって、第4図(b)における一対の各分電極
9G、9cと、ここでは図示してない共通電極との間に
は、逆符号で、同じ大きさの電圧が誘起される。また、
他の一対の各分電極9A、9a 、 9B、9b 、9
D、9dについても、それぞれについては逆符号で、同
じ大きさの電圧が誘起される。ただし、誘起電圧の大き
さは、湾曲変形に基づく歪みに対応するから、各分電極
9C,9cが最大、各分電極9B、9b 、9D、9d
が中位、各分電極9A、9aが最小になる。 したがって、第3図のような垂直方向の加速度の場合に
は、各分電極に係る誘起電圧の全ての和を求めれば、加
速度に対応する電圧値を得ることができる。また第4図
のような水平方向の加速度の場合には、一対の各分電極
について、各々に係る誘起電圧の差値を求めれば、その
各分電極を結ぶ方向の加速度に対応する倍増された電圧
値を得ることができる。しかも、その差値の内で最大に
なる一対の各分電極を結ぶ方向が、水平加速度の主方向
に対応する。 各分電極に係る出力電圧に基づいて、警報信号を出力さ
せるための信号処理回路について、第5図の回路図を参
照しながら説明する。第5図において、横方向の二点鎖
線から下側の部分が信号処理回路12、上側の部分が圧
電素子6の各電極の回路である。20は変換回路、18
は一対の各分電極間の電圧の差値を求める減算回路、1
9は各分電極の電圧の総和を求める加算回路、21はフ
ィルタ回路で、地震波に特有な10Hz以下の周波数成
分だけを通過させる帯域フィルタ機能をもつ。 22.23は比較回路で、減算回路18.加算回路I9
の各出力と、各々に対応する各設定回路24.25の設
定値との比較をおこなう。ここで、減算回路18加算回
路19の各出力の方が対応する設定値より大きいとき、
各比較回路22.23からH信号が出力されるものとす
る。26はOR回路で、各比較回路22゜23のいずれ
かでもH信号を出力したとき、警報信号としてのH信号
が出力される。 第2の発明に係る加速度センサの実施例(以下、第2実
施例という)について、以下に図面を参照しながら説明
する。この第2実施例は、加速度に基づく慣性力によっ
て生じたダイヤフラム上の各箇所での変位をコンデンサ
形検出素子によって検出する、いわゆる静電容量式の地
震用加速度センサである。 第6図は第2実施例の側面図である。同図において、静
電容量式加速度センサ31は主として、ダイヤフラム3
2.その中心部に突出する重り33.および周縁部下面
のフランジ34が一体形成される主要部材と、ダイヤフ
ラム32の下面の中央部に固着される共通電極38と、
剛性をもつ基礎板35とから構成される。なお、基礎板
35.フランジ34の下端面間には、絶縁膜41が被覆
された基板37が挿設される。この基板37の表面には
、詳しく後述するように、一対の各分電極の4組が、共
通電極38に空気層を介して対向する形で、重り33の
まわりの円周上に配置され、各コンデンサが構成される
。なお、ダイヤフラム32と基礎板35とは水平に設置
される。 第7図は分電極用基板の平面図である。同図において基
板37の表面には、円周に沿い扇面形の各分電極が、基
板37の中心(第6図の重り33の軸線位置)に関し同
一円周上に等分装置される。分電極の4組の各村39A
、39a 、39B、39b 、39C,39c、39
D、 39dである。この各分電極には、それぞれ接続
パッド40A、 40a、 40B、 40b、 40
C,40c、 400.40dがリード部分を含む形で
対応して一体化され左右に4個ずつ配置される。なお、
各分電極と、各接続パッドとを除く形で一点鋭線表示の
円環状領域に、低融点ガラスの絶縁膜41が被覆される
。なお、この絶縁膜41の上にフランジ34の下端面が
同着される。 第6図において、絶縁材料からなるベース45に挿設さ
れた端子44と、ダイヤフラム32の上面の接続パッド
38A、および基板37の前記各接続パッドとの間が各
リード線43で接続される。なお、接続パッド38Aは
、共通電極38を接地するため、不純物元素をドープし
て導電性を高めたダイヤフラム32を介して、共通電極
38と導通している。カバー46が、ダイヤフラム32
などの主要部を保護するためベース45に密閉的に固着
される。 ところで、ダイヤフラム328重り33.およびフラン
ジ34は、シリコンを用いプラズマエツチングによって
一体的に形成され、またダイヤフラム32の、重り33
とは逆側の面に、共通電極38がスパッタリングによっ
て形成される。このように、加速度センサの主要部は、
半導体製造プロセスを利用して製作されるから、超小形
化、低コスト化が図れるとともに、量産に適している。 第2実施例の動作は、基本的には第1実施例におけるの
と同様である。加速度による重りの慣性力に基づいて生
じる、ダイヤフラムの各箇所での変位を、共通電極と各
分電極との間に形成される各静電容量によって検出し、
この検出値から加速度を求める。ダイヤフラムに垂直、
水平な各方向の加速度も、第1実施例におけるのと同じ
く、各静電容量の総和値、一対の各静電容量の差値がら
検出される。また、加速度が設定値以上になったとき発
令すべき警報信号も、第1実施例における第5図に準じ
た信号処理回路によって出力させることができる。
An embodiment of the acceleration sensor according to the first invention (hereinafter referred to as the first embodiment) will be described below with reference to the drawings. This first embodiment is a so-called piezoelectric acceleration sensor that uses a piezoelectric element to detect distortions at various locations on a diaphragm caused by inertial force based on acceleration. This is an acceleration sensor for earthquakes that is configured to output a warning signal when the maximum value of . FIG. 1 is a side view of the first embodiment. In the figure, a piezoelectric acceleration sensor 1 mainly includes a diaphragm 2. A weight protruding from the center 3. and a main member on which the flange 4 on the lower surface of the periphery is integrally formed, a piezoelectric element 6 fixed to the center of the upper surface of the diaphragm 2, a rigid base plate 5 to which the lower end surface of the flange 4 is fixed, and a piezoelectric It is composed of a printed wiring board 11 incorporating a signal processing circuit that processes the output signal of the element 6 and outputs an alarm signal. Note that the diaphragm 2 and the base plate 5 are installed horizontally. As an outside member, it takes the form of a flexible wiring board,
Piezoelectric element6. Glue 13 between printed wiring boards 11 , airtight terminals 14 inserted into base board 5 , and printed wiring boards 1
1, a cover 16 for shielding and protecting the main components, and a base plate 5 for sealing the main components.
.. There is an O-ring 17 inserted between the covers 16. As shown in FIG. 2, the piezoelectric element 6 consists of a substrate 7 made of a piezoelectric material, a common electrode 8 sandwiching this from both sides, and four pairs of dividing electrodes 9. In addition, FIG. 2(a) is a side view of the
FIG. 5B is a surface view of the common electrode side, and FIG. 2C is a surface view of the split electrode side. The substrate 7 is a disc-shaped member with a hole in the center, and the common electrode 8 is a donut-shaped member. Each of the dividing electrodes is a fan-shaped plate member, and is equally distributed on the same circumference with respect to the center of the substrate 7. Each village of four sets of dividing electrodes 9A, 9a,
These are 9B, 9b, 9C, 9c, 9D, and 9d. As shown in FIG. 1, the piezoelectric element 6 fixes the common electrode side to the surface of the diaphragm 2 via a conductive adhesive layer IO. Each partial electrode of the piezoelectric element 6 is drawn out via a lead 13 and connected to a printed wiring board 11. The operation of the first embodiment will be explained with reference to FIG. 3, FIG. 4, and FIG. Figure 3 shows the operation of the first embodiment when vertical acceleration is applied; Figure (a) is a side view of the main part, Figure (b) is a plan view of the main part, and Figure 4. is the first
Regarding the operation when acceleration in the horizontal direction is applied in the embodiment, FIG. In Fig. 3(a), when acceleration acts vertically in the direction of the arrow, an inertial force in the opposite direction acts on the weight 3, so the diaphragm 2 is deformed in a curved manner so as to convex upward as shown by the broken line. do. Due to this curved deformation, Fig. 3(b)
A voltage of the same direction and magnitude is induced between each of the partial electrodes 9A, 9a, 9B, . . . and a common electrode (not shown). In Fig. 4(a), when acceleration acts horizontally in the direction of the arrow, a leftward inertia force acts on the weight 3, so the diaphragm 2 has a convex downward convex on the left side and a convex downward on the right side as shown by the broken line. Curved and deformed so that it becomes convex upward. Due to this curved deformation, voltages of opposite signs and of the same magnitude are induced between each of the pair of partial electrodes 9G, 9c in FIG. 4(b) and a common electrode (not shown). Also,
Each of the other pairs of electrodes 9A, 9a, 9B, 9b, 9
As for D and 9d, voltages of the same magnitude and opposite signs are induced. However, since the magnitude of the induced voltage corresponds to the distortion based on the bending deformation, the magnitude of each partial electrode 9C, 9c is the maximum, and each partial electrode 9B, 9b, 9D, 9d
is medium, and each electrode 9A, 9a is at its minimum. Therefore, in the case of acceleration in the vertical direction as shown in FIG. 3, the voltage value corresponding to the acceleration can be obtained by calculating the sum of all the induced voltages related to the respective electrodes. In addition, in the case of acceleration in the horizontal direction as shown in Figure 4, if we calculate the difference in induced voltage for each of the pair of electrodes, we can obtain the multiplied value corresponding to the acceleration in the direction connecting the electrodes. voltage value can be obtained. Furthermore, the direction connecting the pair of electrodes, which is the largest among the difference values, corresponds to the main direction of the horizontal acceleration. A signal processing circuit for outputting an alarm signal based on the output voltage of each segment electrode will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 5. In FIG. 5, the portion below the horizontal two-dot chain line is the signal processing circuit 12, and the portion above is the circuit for each electrode of the piezoelectric element 6. 20 is a conversion circuit, 18
is a subtraction circuit that calculates the voltage difference between a pair of electrodes, 1
Reference numeral 9 denotes an adder circuit that calculates the sum of the voltages of the respective electrodes, and 21 a filter circuit, which has a bandpass filter function that allows only frequency components of 10 Hz or less, which are characteristic of seismic waves, to pass through. 22 and 23 are comparison circuits, and subtraction circuits 18. Addition circuit I9
Each output is compared with the setting value of each corresponding setting circuit 24, 25. Here, when each output of the subtraction circuit 18 and the addition circuit 19 is larger than the corresponding set value,
It is assumed that each comparison circuit 22, 23 outputs an H signal. 26 is an OR circuit which outputs an H signal as an alarm signal when either of the comparison circuits 22 and 23 outputs an H signal. An embodiment of the acceleration sensor according to the second invention (hereinafter referred to as the second embodiment) will be described below with reference to the drawings. This second embodiment is a so-called capacitive seismic acceleration sensor that uses capacitor-type detection elements to detect displacements at various locations on a diaphragm caused by inertial force based on acceleration. FIG. 6 is a side view of the second embodiment. In the figure, the capacitive acceleration sensor 31 mainly consists of a diaphragm 3.
2. A weight protruding from the center 33. and a main member integrally formed with the flange 34 on the lower surface of the periphery, and a common electrode 38 fixed to the center portion of the lower surface of the diaphragm 32;
It is composed of a rigid base plate 35. In addition, the base plate 35. A substrate 37 coated with an insulating film 41 is inserted between the lower end surfaces of the flanges 34 . As will be described in detail later, on the surface of this substrate 37, four sets of each pair of electrodes are arranged on the circumference around the weight 33, facing the common electrode 38 with an air layer interposed therebetween. Each capacitor is configured. Note that the diaphragm 32 and the base plate 35 are installed horizontally. FIG. 7 is a plan view of the dividing electrode substrate. In the figure, on the surface of the substrate 37, fan-shaped electrodes are arranged equally on the same circumference with respect to the center of the substrate 37 (the axis position of the weight 33 in FIG. 6). Each village 39A of 4 sets of dividing electrodes
, 39a , 39B, 39b , 39C, 39c, 39
D, 39d. Each of these electrodes has connection pads 40A, 40a, 40B, 40b, 40, respectively.
C, 40c, and 400.40d are correspondingly integrated including lead portions, and are arranged four on each side. In addition,
An insulating film 41 made of low-melting glass is coated on an annular region indicated by a dotted line, excluding each of the electrodes and the connection pads. Note that the lower end surface of the flange 34 is attached onto the insulating film 41. In FIG. 6, a terminal 44 inserted into a base 45 made of an insulating material, a connection pad 38A on the upper surface of the diaphragm 32, and each of the connection pads on the substrate 37 are connected by lead wires 43. Note that, in order to ground the common electrode 38, the connection pad 38A is electrically connected to the common electrode 38 via a diaphragm 32 doped with an impurity element to increase conductivity. The cover 46 covers the diaphragm 32
It is hermetically fixed to the base 45 to protect the main parts. By the way, diaphragm 328 weight 33. The flange 34 and the flange 34 are integrally formed by plasma etching using silicon, and the weight 33 of the diaphragm 32 is
A common electrode 38 is formed on the opposite side by sputtering. In this way, the main parts of the acceleration sensor are:
Since it is manufactured using a semiconductor manufacturing process, it can be made ultra-small and low-cost, and is suitable for mass production. The operation of the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment. The displacement at each location of the diaphragm caused by the inertial force of the weight due to acceleration is detected by each capacitance formed between the common electrode and each segment electrode,
The acceleration is calculated from this detected value. perpendicular to the diaphragm,
The acceleration in each horizontal direction is also detected from the total value of each capacitance and the difference value between each pair of capacitances, as in the first embodiment. Further, an alarm signal to be issued when the acceleration exceeds a set value can also be output by a signal processing circuit according to FIG. 5 in the first embodiment.

【発明の効果】【Effect of the invention】

この第1.第2の各発明によれば、共通的に従来技術に
比べて、簡単な構造の1個のセンサによって、3方向の
各加速度が良好な感度で正確に測定でき、低コスト化と
小形化が図れる、という効果がある。 とくに第2発明では、その実施例によれば、ダイヤフラ
ムと重りとが半導体材料で一体的に形成されるとともに
、共通電極の形成まで全て半導体製造プロセスによるか
ら、さらに低コスト化と小形化が図れ、しかも量産に適
している。
This first. According to each of the second inventions, acceleration in each of the three directions can be accurately measured with good sensitivity using a single sensor with a simple structure, and cost reduction and miniaturization are achieved in common compared to the conventional technology. It has the effect of helping you achieve your goals. In particular, in the second invention, according to the embodiment, the diaphragm and the weight are integrally formed from a semiconductor material, and everything up to the formation of the common electrode is performed by a semiconductor manufacturing process, so that further cost reduction and miniaturization can be achieved. , and is suitable for mass production.

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

第1図は第1発明に係る実施例の側面図、第2図はこの
実施例の歪み検出素子に関し、同図(a)はその側面図
、同図(b)はその共通電極側の表面図、同図(C)は
その分電極側の表面図、第3図はこの実施例で垂直方向
の加速度が作用したときの動作に関し、同図(a)はそ
の要部の側面図、同図(b)はその要部の平面図、 第4図はこの実施例で水平方向の加速度が作用したとき
の動作に関し、同図(a)はその要部の側面図、同図(
b)はその要部の平面図、 第5図はこの実施例の信号処理回路の構成を示す回路図
、 第6図は第2発明に係る実施例の側面図、第7図はこの
実施例の変位検出素子の分電極側の表面図である。 符号説明 1.31 :加速度センサ、2,32:ダイヤフラム、
3.33:重り、4,34:フランジ、5,35:基礎
板、6:圧電素子、7,37 :基板、8,38:共通
電極、9.397分電極(総称)、11ニブリント配線
板、12:信号処理回路、13,43  :リード、1
8:減算回路、19:加算回路、20:変換回路、21
:フィルタ回路、22,23  :比較回路、24.2
5  :設定回路、26:OR回路、41:絶縁膜。 代理人弁理士 山 口  巖 \ 会(悔 (b) (C) 第2図 第6問
FIG. 1 is a side view of an embodiment according to the first invention, and FIG. 2 is a strain detection element of this embodiment, where (a) is a side view thereof, and (b) is a surface thereof on the common electrode side. Figure 3 (C) is a surface view of the electrode side, Figure 3 shows the operation of this embodiment when acceleration is applied in the vertical direction, and Figure (a) is a side view of the main part. Figure (b) is a plan view of the main part, Figure 4 shows the operation of this embodiment when horizontal acceleration is applied, and Figure (a) is a side view of the main part.
b) is a plan view of the main part thereof, FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the signal processing circuit of this embodiment, FIG. 6 is a side view of the embodiment according to the second invention, and FIG. 7 is this embodiment. FIG. 3 is a surface view of the displacement detection element on the side of the dividing electrode. Code explanation 1.31: Acceleration sensor, 2, 32: Diaphragm,
3.33: Weight, 4,34: Flange, 5,35: Base plate, 6: Piezoelectric element, 7,37: Substrate, 8,38: Common electrode, 9.397 Minute electrode (general term), 11 Niblint wiring board , 12: Signal processing circuit, 13, 43: Lead, 1
8: Subtraction circuit, 19: Addition circuit, 20: Conversion circuit, 21
: Filter circuit, 22, 23 : Comparison circuit, 24.2
5: Setting circuit, 26: OR circuit, 41: Insulating film. Representative Patent Attorney Iwao Yamaguchi \ Meeting (Regret (b) (C) Figure 2 Question 6

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)剛性をもつ基礎部材に周縁部が固着され、水平に設
置されるダイヤフラムと;このダイヤフラムの中心部に
設けられる重りと;この重りの位置を中心として前記ダ
イヤフラムの面に設けられ、共通電極と、この共通電極
に対向し圧電材料を挟んで前記重りの位置に関して点対
称に配置される一対の分電極の複数組とからなる圧電形
歪み検出素子と;を備え、この歪み検出素子の、前記の
共通電極と各分電極との間に誘起される電圧に基づいて
、前記ダイヤフラムの面に沿う方向と直角な方向との各
加速度を検出する構成にしたことを特徴とする加速度セ
ンサ。 2)剛性をもつ基礎部材に周縁部が固着され、水平に設
置されるダイヤフラムと;このダイヤフラムの中心部に
設けられる重りと;この重りの位置を中心として前記ダ
イヤフラムの逆側の面と、これに対向する前記基礎部材
の表面とに各々固着される、共通電極と、前記重りの位
置に関して点対称に配置される一対の分電極の複数組と
からなる静電容量形変位検出素子と;を備え、この変位
検出素子の、前記の共通電極と各分電極との間に形成さ
れる静電容量に基づいて、前記ダイヤフラムの面に沿う
方向と直角な方向との各加速度を検出する構成にしたこ
とを特徴とする加速度センサ。
[Scope of Claims] 1) A diaphragm whose peripheral portion is fixed to a rigid base member and installed horizontally; A weight provided at the center of this diaphragm; A surface of the diaphragm centered around the position of this weight; a piezoelectric strain sensing element, which is provided in a piezoelectric strain sensing element and includes a common electrode, and a plurality of pairs of dividing electrodes facing the common electrode and arranged point-symmetrically with respect to the position of the weight with a piezoelectric material in between; The strain sensing element is characterized by being configured to detect each acceleration in a direction along the surface of the diaphragm and in a direction perpendicular to the surface of the diaphragm based on the voltage induced between the common electrode and each partial electrode. acceleration sensor. 2) A diaphragm whose periphery is fixed to a rigid base member and installed horizontally; a weight provided at the center of this diaphragm; a surface on the opposite side of the diaphragm centered on the position of this weight; a capacitance type displacement sensing element comprising a common electrode and a plurality of pairs of segment electrodes arranged point-symmetrically with respect to the position of the weight; The displacement detection element is configured to detect each acceleration in a direction along the surface of the diaphragm and in a direction perpendicular to the surface of the diaphragm, based on the capacitance formed between the common electrode and each partial electrode. An acceleration sensor that is characterized by:
JP2123545A 1990-05-14 1990-05-14 Acceleration sensor Pending JPH0419568A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2123545A JPH0419568A (en) 1990-05-14 1990-05-14 Acceleration sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2123545A JPH0419568A (en) 1990-05-14 1990-05-14 Acceleration sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0419568A true JPH0419568A (en) 1992-01-23

Family

ID=14863251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2123545A Pending JPH0419568A (en) 1990-05-14 1990-05-14 Acceleration sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0419568A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01136313U (en) * 1988-02-26 1989-09-19
JPH04278464A (en) * 1991-03-05 1992-10-05 Nec Corp Semiconductor acceleration sensor
JPH0581717U (en) * 1992-04-14 1993-11-05 富士電気化学株式会社 Acceleration sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01136313U (en) * 1988-02-26 1989-09-19
JPH04278464A (en) * 1991-03-05 1992-10-05 Nec Corp Semiconductor acceleration sensor
JPH0581717U (en) * 1992-04-14 1993-11-05 富士電気化学株式会社 Acceleration sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6580804B2 (en) Integrated structure of MEMS pressure sensor and MEMS inertial sensor
JP2825664B2 (en) Sensor structure having L-shaped spring legs
US4435737A (en) Low cost capacitive accelerometer
US5777226A (en) Sensor structure with L-shaped spring legs
US4744249A (en) Vibrating accelerometer-multisensor
US4744248A (en) Vibrating accelerometer-multisensor
CN102313821B (en) Physical quantity sensor and electronic apparatus
US5691471A (en) Acceleration and angular velocity detector
JP2000249609A (en) Capacitance-type sensor
JP6665589B2 (en) Pressure sensor chip and pressure sensor
WO1991010118A1 (en) Apparatus for detecting physical quantity that acts as external force and method of testing and producing this apparatus
JPWO2003044539A1 (en) Acceleration sensor
EP1659383A2 (en) Capacitive strain gauge
WO2015115365A1 (en) Sensor and production method for same
JP3009104B2 (en) Semiconductor sensor and semiconductor sensor package
JPWO2012098901A1 (en) Acceleration sensor
JPH0419568A (en) Acceleration sensor
JP5093070B2 (en) Acceleration sensor and semiconductor device using the same
JP3230109B2 (en) Acceleration sensor unit
JPH06109755A (en) Semiconductor acceleration sensor
JP2009068936A (en) Physical quantity detecting apparatus
JPH11271351A (en) Piezoelectric detecting element
JP3293533B2 (en) Strain detection element
JPH0627133A (en) Three dimensional acceleration sensor
TWI765232B (en) Acceleration sensing structure and accelerometer