JPH04337468A - 容量式加速度センサ - Google Patents

容量式加速度センサ

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JPH04337468A
JPH04337468A JP3109522A JP10952291A JPH04337468A JP H04337468 A JPH04337468 A JP H04337468A JP 3109522 A JP3109522 A JP 3109522A JP 10952291 A JP10952291 A JP 10952291A JP H04337468 A JPH04337468 A JP H04337468A
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JP
Japan
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movable electrode
electrode
capacitance
fixed
electrodes
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Application number
JP3109522A
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English (en)
Inventor
Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Kiyomitsu Suzuki
清光 鈴木
Masayuki Miki
三木　政之
Shigeki Tsuchiya
茂樹 土谷
Masayoshi Suzuki
鈴木　政善
Masanori Kubota
久保田　正則
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • 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
    • G01P2015/0805—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 being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
    • G01P2015/0822—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 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
    • G01P2015/0825—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 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
    • G01P2015/0828—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 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

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は加速度センサに係り、さ
らに詳細には静電サーボ型の容量式加速度センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】加速度センサとしては、従来より種々の
ものがあるが、最近ではインターフェース　　サーキッ
ト　　フォー　　キャパシティブ　　アクセラロメータ
ー，センサースアンド　　アクチュエータス，１７（１
９８９年）６２９〜６３７頁（Ｉｎｔｅｒｆｅｃｅ　　
Ｃｉｒｃｕｉｔ　　ｆｏｒ　　Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　
　Ａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒｓ　　ｓｅｎｓｏｒｓ　
　ａｎｄ　　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，１７　　１９８９　
　ｐ．６２９〜６３７）や特開平２−１１０３８３号公
報等に開示されるように、高感度と耐衝撃性を両立させ
る方式として、シリコンの微細加工技術を利用した静電
容量式センサを静電サーボで駆動する方式のものが提案
されている。
【０００３】図１７にこの種の静電容量式加速度センサ
の従来例を示す。
【０００４】図１７において１は検出素子で、対向配置
される２個の固定電極２，３と、加速度に応答して位置
が変化する可動電極５などで構成される。可動電極５は
シリコンビーム４に支持されつつ固定電極２，３間に介
在する。固定電極２，３はアルミニウム等の金属よりな
り、それぞれがガラス板３７，３８に蒸着される。可動
電極５と各固定電極２，３間には初期ギャップｄｏとし
て例えば３μｍ程度設定される。
【０００５】可動電極５は、固定電極２，３間で所定の
基準位置を保つように静電サーボ制御される。例えば、
可動電極５の基準位置を固定電極間２，３の中間に設定
すれば、各固定電極２，３と可動電極５の静電容量の差
△Ｃが零となるよう静電サーボ制御される。そのため△
Ｃ（可動電極５の加速度に起因する変位）を容量検出器
３５により所定の繰返し周期で検出し、その出力に基づ
き△Ｃが零となるような静電気力（静電吸引力）を静電
気力発生手段３６を介して固定電極２，３と可動電極５
との間に発生させる。
【０００６】静電気力発生手段３６としては、可動電極
５の電位を零とし固定電極２，３の一方にパルス列状の
矩形波電圧を他方にその反転電圧を印加し、この印加電
圧の１周期（繰返し周期）あたりの印加時間の割合を変
化させる（例えばパルス幅を変えるデューティ制御）こ
とで静電気力を可変制御する。本例では容量の検出と静
電気力の発生を同時に且つ同一電極で行う為に、静電気
力を発生させる信号に容量を検出するための信号を時分
割あるいは変調により重畳している。
【０００７】なお、この種の加速度センサは、例えば自
動車の車体制御システムその他種々の分野において適用
可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この種の加速度センサ
は、前述したように一方の固定電極に矩形波電圧を他方
の固定電極にその反転電圧を印加することで静電サーボ
を行う。この場合、可動電極５が加速度に応じて変位し
て接近する側の固定電極に印加するデューティ（静電気
力）を小さく、離れる側の固定電極に印加するデューテ
ィ（静電気力）を大きくするような静電サーボ制御がな
される。ただしデューティの範囲については、静電容量
検出を補償するために固定電極に印加されるデューティ
は最小でも零にならないようにしてある。
【０００９】零にしないのは、静電容量差△Ｃを検出す
る場合にはこれを電圧値ＶＯに変換する必要があり、こ
の電圧値変換には静電サーボに用いる矩形波電圧の波高
値ＶＰを利用するためで、これを式で表せば実施例の項
で述べた数１式となる。
【００１０】ところで、上下方向の加速度を検出する場
合、電源投入前の可動電極５は、図２に示すように下側
へ重力で移動するため一方の固定電極３に接触している
。電源が投入されると、可動電極５を固定電極２，３間
の中央に拘束するよう静電サーボ制御がなされるが、既
述したように固定電極３に印加される電圧は最小でも零
にはならない。このときの電圧印加状態を図３に示す。
【００１１】そのため可動電極５が固定電極３に接触し
た状態では、その接触度合が大きいと、矩形波電圧のデ
ューティを小さくしても、可動電極５と固定電極３との
間に非常に大きな静電気力を発生させる（電極間に働く
静電気力は電極間の空隙の２乗に反比例するため）。つ
まり、この静電気力のために可動電極５は固定電極３に
接触したままになる不具合が生じることもある。
【００１２】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
、その目的は、電源投入時に可動電極が固定電極側に接
触して動作不良となることを防止することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、加速度に応答して位置が変化する可動電極
とこれに対向する各固定電極間の静電容量の差を検出し
て、可動電極が基準位置に戻れるような静電気力を可動
電極と各固定電極間に発生させる静電サーボ型の容量式
加速度センサにおいて、次のような課題解決手段を提案
する。なお、上記の静電気力は、所定の繰返し周期の単
位で前記固定電極の一方に矩形波電圧を他方にその反転
電圧をその印加時間の割合を前記静電容量差に応じて変
化させつつ印加する構成としてある。以上を前提として
、第１の課題解決手段は、静電気力発生手段に静電容量
差に応じて前記繰返し周期を可変制御する手段を付加す
る。例えば、前記繰返し周期の可変制御手段は、静電容
量検出手段で検出される出力（静電容量差）の絶対値が
一定の値以上になった場合に前記繰返し周期を通常の周
期よりも長くする。
【００１４】第２の課題解決手段は、電源投入後の一定
時間、前記繰返し周期を通常よりも長くする手段を設け
る。
【００１５】第３の課題解決手段は、前記静電容量差の
絶対値が所定値以上になった場合には、前記固定電極の
一方の電極（電源投入時に重力で可動電極が接している
方の固定電極）に印加される電圧の波高値（振幅値）を
通常値よりも低くし、他方の電極に印加される電圧の波
高値を通常値よりも高くする手段を設ける。
【００１６】第４の課題解決手段は、電源投入後の一定
時間、前記固定電極の一方の電極（電源投入前に重力で
可動電極が接している方の固定電極）に印加される電圧
の波高値を通常値よりも低くし、他方の電極に印加され
る電圧の波高値を通常値よりも高くする手段を設ける。
【００１７】第５の課題解決手段は、前記静電容量差の
絶対値が所定値以上になった場合には電源を再投入する
手段を設ける。
【００１８】第６の課題解決手段は、前記固定電極及び
可動電極の少なくとも一方の電極表面に一部に電気的絶
縁物を設ける。
【００１９】第７の課題解決手段は、前記固定電極及び
可動電極の少なくとも一方の電極表面の一部に突起ある
いは凹部を設ける。
【００２０】
【作用】第１の課題解決手段の作用…本課題解決手段は
、静電容量差（加速度に応じた可動電極の変位）に応じ
て容量検出（静電サーボ制御）に必要な繰返し周期を可
変制御する手段を付加する。従って、可動電極が一方の
固定電極に接触あるいは接近して可動電極と各々の固定
電極の間の静電容量の差が非常に大きな値になった場合
に、この目安となる静電容量差の検出値（絶対値）を基
に繰返し周期を通常より長くする制御も可能となる。
【００２１】上記の制御を行うことで、一方の固定電極
（可動電極が接触する側の固定電極）に印加される繰返
し周期中の最小の矩形波電圧Ｖ１の印加時間の割合（例
えばデューティ）を零にしなくとも、その周期が長くな
った分だけ印加時間の割合をさらに小さくすることが可
能となり、ひいてはこの固定電極・可動電極間に働く静
電気力を一層小さくできる。これに対し、他方の固定電
極（可動電極と最大ギャップで離れている側の固定電極
）に印加される最大の矩形波電圧Ｖ２はＶ１と反転し合
う関係にあるので、前記周期が長くなった分だけ印加時
間の割合を更に大きくすることが可能となり、ひいては
この固定電極・可動電極間に働く静電気力が一層大きく
なる（この原理の具体的な詳細については実施例の項で
図５により説明する）。
【００２２】その結果、電源投入時に可動電極を一方の
固定電極から引き離して固定電極間の基準位置（例えば
中央）に戻すことができる。
【００２３】第２の課題解決手段の作用…電源投入前は
一方の固定電極に可動電極が重力により接触しているの
で、電源投入後の一定時間だけ容量検出の繰返し周期を
通常よりも長く設定すれば、第１の課題解決手段同様の
作用により可動電極を基準位置に戻すことができる。
【００２４】第３の課題解決手段の作用…静電容量差の
絶対値が所定値以上になった場合（可動電極が固定電極
に接触あるいは非常に接近した場合）、繰返し周期で印
加される一方の電極（可動電極が接触する側の固定電極
）の波高値が通常の静電サーボに用いる矩形波電圧の波
高値より低くなり、この固定電極・可動電極間に働く静
電気力が一層小さくなる。これに対して、他方の固定電
極（可動電極と最大ギャップで離れている側の固定電極
）に印加される電圧の波高値が高くなることで、この固
定電極・可動電極間に働く静電気力が更に大きくなる。 その結果、可動電極を基準位置に戻すことができる。
【００２５】第４の課題解決手段の作用…本課題解決手
段では、電源投入後の一定時間だけ矩形波電圧の波高値
を可変制御することで、上記第３の課題解決手段と同様
の作用がなされる。
【００２６】第５の課題解決手段の作用…電源投入後、
可動電極が一方の固定電極に接して容量検出（加速度検
出）が不能になった場合に電源を再投入することにより
、検出が可能になることが多い。これは、実際の検出素
子では可動電極が一方の固定電極に接触する場合、図２
に示す如くすき間なく接触することはまれで可動電極の
先端が接触する程度であり、このため、電源投入時に動
作不能になる可能性は１％程度であり、電源を再投入す
れば動作可能になる可能性が非常に高い。本課題解決手
段ではこれを利用する。
【００２７】第６の課題解決手段の作用…固定電極及び
可動電極の少なくとも一方の電極面に絶縁物が存在する
ことで、電源投入前に重力により可動電極が固定電極に
直接接触することをなくす。その結果、絶縁物がいわゆ
る電極間の空隙として機能し、電源投入時にも適正な静
電サーボが行われ可動電極が動作不能になることはない
。
【００２８】第７の課題解決手段の作用…固定電極及び
可動電極の少なくとも一方の電極表面の一部に突起ある
いは凹部を設けることで、電源投入前に重力により可動
電極が固定電極側に移動しても、それらの接触面積を減
小させすき間なく接触することはおこならい。その結果
、第６課題解決手段同様に電源投入時に可動電極が動作
不能になることはない。
【００２９】
【実施例】本発明の実施例を図面に基づき説明する。
【００３０】図１は本発明の第１実施例である。なお、
各図に用いる符号のうち同一符号は同一あるいは共通す
る要素を示す。
【００３１】図１において、検出素子１は、既述した図
１７の従来例と同様の構成をなす。加速度が可動電極５
に働くと、可動電極５は加速度方向と反対方向に変位す
る。この変位量を容量検出器６が固定電極３・可動電極
５間の静電容量Ｃ１と固定電極２・可動電極５間の静電
容量Ｃ２との差分△Ｃ（△Ｃは後述するように電圧値に
換算される）を検出してとらえ、増幅器７により増幅し
て出力される。そして、静電容量差△Ｃに係る出力ＶＯ
に基づき加速度が検出される。
【００３２】また容量検出器６の出力は増幅器７を介し
てパルス幅変調器８に入力され、パルス幅変調器８で静
電容量差に応じたデューティをもつ矩形波を発生し、そ
の矩形波電圧Ｖ１を固定電極３に印加し、その反転電圧
Ｖ２を反転器９を介して固定電極２に印加する。この場
合に印加される電圧Ｖ１，Ｖ２のデューティは、静電容
量Ｃ１とＣ２との差△Ｃ（絶対値）が生じると、静電容
量が大きくなる側（固定電極・可動電極間のギャップが
小さくなる側）の固定電極に印加するデューティを△Ｃ
に相当する分小さくし、静電容量が小さくなる側（ギャ
ップが大きくなる側）の固定電極に印加するデューティ
を△Ｃに相当する分大きくなるよう制御する。
【００３３】上記電圧Ｖ１，Ｖ２の印加によって生じる
各固定電極２，３・可動電極５間の静電気力（静電吸引
力）Ｆ１，Ｆ２により静電容量差△Ｃが零になるように
（可動電極５が固定電極２，３間の中央に位置に戻るよ
うに）サーボ制御される。すなわち、可動電極５に働く
慣性力（加速度に比例する力）と、各固定電極２，３・
可動電極５間に作用する静電気力Ｆ１，Ｆ２の差分が釣
り合うことから、上記の静電サーボ制御がなされる。
【００３４】ここで、容量検出器６の具体例を図４によ
り説明する。
【００３５】容量検出器６は、演算増幅器１３と帰還部
に静電容量ＣＦとリセットスイッチＳＷを並列接続した
リセット付き積分器より構成され、演算増幅器１３の反
転入力に検出素子１の可動電極５を接続する。なお、説
明の便宜上、可動電極５と固定電極３との間の静電容量
をＣ１とし、可動電極５と固定電極２との間の静電容量
をＣ２とし、検出素子１は静電容量Ｃ１，Ｃ２の直列接
続で表した。
【００３６】Ｃ１に接続されているパルス幅変調器７の
出力Ｖ１及び反転器９の出力Ｖ２は図４に示した通りで
ある。
【００３７】演算増幅器１３の非反転端子は接地され、
また反転端子を演算増幅器１３のイマジナルショートに
より接地と同電位にした。
【００３８】この容量検出器６の動作の一例を図３，図
５のタイムチャートに示す。
【００３９】図３は可動電極５が固定電極２，３のいず
れにも非接触の状態のときに行われる容量検出及び静電
サーボ制御の一例で、図５は可動電極５が固定電極３側
に接触した状態のタイムチャートを示す。ここでは、図
３のタイムチャートについて説明し、図５の場合につい
ては後述する。
【００４０】スイッチＳＷは、パルス幅変調された矩形
波電圧Ｖ１が立ち上がる前に定期的にパルス信号φが印
加されて短時間閉じられ、静電容量Ｃｓを放電させて演
算増幅器１３の出力ＶＯを零（リセット）にする。次の
瞬間、検出素子１に印加される矩形波電圧Ｖ１は立上り
、反転電圧Ｖ２は立下がる。
【００４１】この時、静電容量Ｃ１は放電されＣ２は充
電され、静電容量ＣＦにはＶＰ（Ｃ１−Ｃ２）なる電荷
が流れる（ここでＶＰはＶ１，Ｖ２の矩形波電圧の波高
値である）。従って、演算増幅器１２の出力ＶＯは次式
となる。
【００４２】
【数１】ＶＯ＝ＶＰ（Ｃ１−Ｃ２）／ＣＦこの電圧ＶＯ
を繰返し周期ごとにサンプリングすることにより静電容
量を検出する。
【００４３】上記構成よりなる容量検出器６によれば、
可動電極５の静電サーボ制御に用いるパルス電圧Ｖ１，
Ｖ２を利用してＣ１，Ｃ２の静電容量差△Ｃ、換言すれ
ば加速による可動電極５の変位を検出することができる
。
【００４４】以上のように静電サーボ制御に用いる電圧
Ｖ１，Ｖ２は、静電容量差△Ｃの検出に用いるので、パ
ルス幅変調器８から出力されるサーボ信号のデューティ
（Ｄ／Ｔ）を零にすることができない。そのため、電源
投入前に可動電極５が固定電極３に接触している場合に
は、電源投入時に静電容量差△Ｃに基づきサーボ制御を
試みても、通常の静電サーボのモードでは固定電極３に
対する可動電極５の接触度合によっては静電気力が大き
くなって離れない場合が起こり得る。
【００４５】本実施例では、このような事態に対処する
ため、比較器１０によって静電容量差（絶対値）△Ｃが
所定値以上（可動電極５が固定電極３に接触していると
きの目安となる静電容量差）か否か判別し、△Ｃが所定
値以上であれば発振器１１を制御することでパルス幅変
調器８から出力されるデューティの繰返し周期Ｔを通常
モードよりも長くする。
【００４６】ここで、パルス幅変調器８及びその周期を
決定する発振器１１の具体的構成を図６により説明する
。
【００４７】発振器１１は演算増幅器１９により構成さ
れる積分器とヒステリシス特性を持たせた比較器２０よ
りなり、演算増幅器１９の出力から三角波を出力する。 また前述の比較器１０からの信号φａ（信号φａは△Ｃ
が所定値以上の場合に発生する）に基づき演算増幅器１
９の帰還容量を変化させることにより発振周波数を変化
できるようになっている。パルス幅変調器８は入力信号
と発振器１１からの三角波を比較器１４で比較すること
により入力に応じたデューティを持つ矩形波を発生する
。また、比較器１５，１６とゲート１７，１８によりデ
ューティの変化範囲を制限することにより容量検出器６
の動作を補償している。
【００４８】本実施例では容量検出器６の出力を比較す
る絶対値型の比較器１０を設け、容量検出器６の出力の
絶対値が一定値を越えると発振器１１の入力信号φａを
変化させ、発振周波数を低くするようにした。図７に比
較器１０の構成を示す。比較器１０は内部に比較器２１
，２２を持ち、正側及び負側の比較を行い各々の出力を
ゲート２３により論理和を求め出力を得る。
【００４９】本実施例によれば、前記したように可動電
極５が一方の固定電極３に接触あるいはこれに近い状態
まで接近すると、比較器１０及び発振器１１を介してパ
ルス幅変調器８から出力されるデューティの繰返し周期
Ｔが長くなる。また、これに合わせて図５に示すように
容量検出器６における容量検出の繰返し周期も図３の通
常より長くなる。
【００５０】その結果、例えば電源投入時において、可
動電極５が重力により固定電極３に接触する状態にある
場合などにおいて、固定電極３に印加される静電サーボ
用電圧のデューティは容量検出を補償する範囲の中で元
々最小としてあるので、これにさらに周期Ｔが長くなる
とデューティがさらに小さくなり、従って固定電極３・
可動電極５間に働く静電気力Ｆ１が一層小さくなる。こ
れに対し、他方の固定電極２に印加される最大の矩形波
は周期Ｔが長くなった分だ印加時間の割合が更に大きく
なり、ひいてはこの固定電極２・可動電極５間に働く静
電気力が一層大きくなる。
【００５１】その結果、可動電極５が固定電極２，３の
いずれかに接触あるいは接近した場合であっても、容量
検出を補償しつつ可動電極５を静電サーボ制御して可動
電極５を固定電極２，３の基準位置に戻すことができる
。
【００５２】次に本発明の第２実施例を図８により説明
する。
【００５３】第２実施例では第１実施例の比較器１０に
代わりタイマ１２を設け、電源投入後一定時間だけ発振
器１１の発振周波数を低くするように設定した。
【００５４】上記構成をなすことで、電源投入時に可動
電極５が固定電極３に接触した状態にあっても、電源投
入後一定時間だけパルス幅変調器８の繰返し周期Ｔを長
くすることができ、従って、上記第１実施例と同様に電
源投入後の可動電極５に対する静電サーボを安定して行
い得る。図９はタイマ１２の一例としてＣＲ回路を用い
たものを例示する。
【００５５】次に本発明の第３実施例を図１０により説
明する。
【００５６】本実施例では、容量検出器６の出力を比較
器２４，２５により基準電源２７，２８と比較し、比較
結果を制御部２６を介して反転器９，２９の電源を操作
することにより、固定電極２，３に印加する矩形波の振
幅値（波高値）を制御する。
【００５７】制御部２６は図１１に示すように入力ａ，
ｂが共にＬ（ロー）ならば、正常時（通常時）の電圧を
出力Ａ，Ｂに与え、入力ａがＨ（ハイ）ならば出力Ａに
高い電圧を出力Ｂには低い電圧を与え、入力ｂがＨなら
ば出力Ａに低い電圧を出力Ｂには高い電圧を与える。な
お、出力Ａ，Ｂはそれぞれ反転器９，２９の電源に接続
されている。
【００５８】このような構成よりなれば、可動電極５が
固定電極３に接触した場合には、容量検出器６の出力は
正側に非常に大きくなり、比較器２４の出力ａがＨにな
り、反転器９の電源電圧は高くなり、反転器２９の電源
電圧は低くなる。これにより、固定電極２に印加される
矩形波の振幅は非常に大きくなり、固定電極２から可動
電極５に働く静電気力が大きくなる。また、固定電極３
に印加される矩形波の振幅は小さくなり、固定電極３か
ら可動電極５に働く静電気力は小さくなる。その結果、
可動電極５が固定電極３に接触しても可動電極５は固定
電極３から引き離され、正常な静電サーボ制御がなされ
る。
【００５９】また、逆に可動電極５が固定電極２に接触
した場合も同様な動作が行われる。
【００６０】次に本発明の第４実施例を図１２により説
明する。
【００６１】本実施例では、容量検出器６の出力を絶対
値型の比較器１０により比較し、静電容量差△Ｃが所定
値以上（固定電極２，３のいずれかに可動電極５が接触
した時の静電容量差）の大きさであれば比較器１０の出
力を制御部３０に出力する。制御部３０は比較器１０か
らの信号が入力されると、電源を一定時間切断し、電源
を再投入するように動作する。比較器１０の構成は第１
実施例同様である。制御部３０は例えば第２の実施例の
タイマ１２と電源の切断を行うスイッチにより構成でき
る。
【００６２】本実施例は電源投入後、加速度の検出が不
能になった場合に電源を再投入すると検出が可能になる
ことが多いことを利用している。これは、実際の検出部
では可動電極５が固定電極に接触する場合、図２のよう
にすき間なく接触することはほとんどなく可動電極５の
先端が接触するため、電源投入時に動作不能になる可能
性は１％程度であり、電源を再投入すれば動作可能にな
る確率が非常に高いためである。
【００６３】次に本発明の第５実施例を図１３により説
明する。
【００６４】本実施例では固定電極２，３の表面に一定
の厚さ以上の絶縁物３１，３２を設けた。このことによ
り、可動電極５がどちらかの固定電極２，３に接触しよ
うとしても絶縁物３１，３２の厚みのために、可動電極
５が図２に示したように固定電極３にすき間なく接触す
るようなことはない。すなわち、絶縁物３１，３１がす
き間として機能し、そのため、固定電極２，３に対する
可動電極５の接触も常になくし、静電サーボ式容量型加
速度センサにおいての電源投入時の動作不能を防止する
。
【００６５】次に本発明の第６実施例を図１４により説
明する。
【００６６】本実施例では固定電極２，３の表面に突起
３３，３４を設けた。このことにより、可動電極５がど
ちらかの固定電極２，３に接触しようとしても突起３３
，３４のために、可動電極５が図２に示したような状態
（固定電極３にすき間なく接触するような状態）は起こ
らず、その結果、静電サーボ式容量型加速度センサにお
いての電源投入時の動作不能を防止する。
【００６７】次に本発明の第７実施例を図１５，図１６
により説明する。
【００６８】図１６は図１５の可動電極５のうちａ−ａ
´を断面した図で、この図からも明らかなように本実施
例では可動電極５表面の凹部４０を設けた。このことに
より、可動電極５がどちらかの固定電極に接触しても凹
部４０のために、可動電極５と固定電極３は常にすき間
を確保でき接触した場合でもその接触面積を小さくでき
る。従って、静電サーボ式容量型加速度センサにおいて
の電源投入時の動作不能を防止する。
【００６９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、静電サー
ボ型の容量式加速度センサにおいて、電源投入時などに
おいて可動電極が固定電極の一方に接触した状態にあっ
ても、正常な静電サーボ及び静電容量差検出（加速度検
出）を機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す構成図。
【図２】容量式加速度センサにおける電源投入時の可動
電極の状態を示す説明図。
【図３】電源投入時の固定電極に印加される電圧を示す
説明図。
【図４】上記実施例に用いる容量検出器の構成図。
【図５】上記実施例に用いる容量検出器の動作を示すタ
イムチャート。
【図６】上記実施例に用いるパルス幅変調器と発振器の
構成図。
【図７】上記実施例に用いる絶対値型比較器の構成図。
【図８】本発明の第２実施例を示す構成図。
【図９】第２実施例に用いるタイマを示す構成図。
【図１０】本発明の第３実施例を示す構成図。
【図１１】第３実施例に用いる制御部の機能図。
【図１２】本発明の第４実施例を示す構成図。
【図１３】本発明の第５実施例を示す構成図。
【図１４】本発明の第６実施例を示す構成図。
【図１５】本発明の第７実施例を示す構成図。
【図１６】図１５のａ−ａ´線断面図。
【図１７】従来の静電サーボ型の容量式加速度センサの
構成図。
【符号の説明】
１…検出素子、２，３…固定電極、５…可動電極、６…
容量検出器（容量検出手段）、７…増幅器、８…パルス
幅変調器（静電気力発生手段）、９…反転器、１０…比
較器、１１…発振器（周期可変制御手段）、１２…タイ
マ、２４，２５，２６，２７，２８，２９…電圧波高値
可変制御手段（比較器，比較器，制御部，基準電源，基
準電源，反転器）、３０…制御部（電源再投入手段）、
３１，３２…絶縁物、３３，３４…突起、４０…凹部。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　加速度に応答して位置が変化する可動
    電極及びこの可動電極を介在させた状態で対向配置され
    る少なくとも２個の固定電極からなる加速度検出素子と
    、前記可動電極と前記各固定電極間の静電容量の差を所
    定の繰返し周期で検出する容量検出手段と、前記容量検
    出手段の出力に基づき前記可動電極が基準位置に戻れる
    ような静電気力を前記可動電極と各固定電極間に発生さ
    せる静電気力発生手段とを備えた静電サーボ型の容量式
    加速度センサにおいて、前記静電気力発生手段は、前記
    所定の繰返し周期の単位で前記固定電極の一方に矩形波
    電圧を他方にその反転電圧をその印加時間の割合を前記
    静電容量差に応じて変化させつつ印加する構成とし、且
    つ前記静電容量差に応じて前記繰返し周期を可変制御す
    る手段を備えたことを特徴とする容量式加速度センサ。
  2. 【請求項２】　　請求項１において、前記繰返し周期の
    可変制御手段は、静電容量検出手段で検出される出力（
    静電容量差）の絶対値が一定の値以上になった場合に前
    記繰返し周期を通常の周期よりも長くすることを特徴と
    する容量式加速度センサ。
  3. 【請求項３】　　加速度に応答して位置が変化する可動
    電極及びこの可動電極を介在させた状態で対向配置され
    る少なくとも２個の固定電極からなる加速度検出素子と
    、前記可動電極と前記各固定電極間の静電容量の差を所
    定の繰返し周期で検出する容量検出手段と、前記容量検
    出手段の出力に基づき前記可動電極が基準位置に戻れる
    ような静電気力を前記可動電極と各固定電極間に発生さ
    せる静電気力発生手段とを備えた静電サーボ型の容量式
    加速度センサにおいて、前記静電気力発生手段は、前記
    所定の繰返し周期の単位で前記固定電極の一方に矩形波
    電圧を他方にその反転電圧をその印加時間の割合を前記
    静電容量差に応じて変化させつつ印加する構成とし、且
    つ電源投入後の一定時間、前記繰返し周期を通常よりも
    長くする手段を備えたことを特徴とする容量式加速度セ
    ンサ。
  4. 【請求項４】　　加速度に応答して位置が変化する可動
    電極及びこの可動電極を介在させた状態で対向配置され
    る少なくとも２個の固定電極からなる加速度検出素子と
    、前記可動電極と前記各固定電極間の静電容量の差を所
    定の繰返し周期で検出する容量検出手段と、前記容量検
    出手段の出力に基づき前記可動電極が基準位置に戻れる
    ような静電気力を前記可動電極と各固定電極間に発生さ
    せる静電気力発生手段とを備えた静電サーボ型の容量式
    加速度センサにおいて、前記静電気力発生手段は、前記
    所定の繰返し周期の単位で前記固定電極の一方に矩形波
    電圧を他方にその反転電圧をその印加時間の割合を前記
    静電容量差に応じて変化させつつ印加する構成とし、且
    つ前記静電容量差の絶対値が所定値以上になった場合に
    は、前記固定電極の一方の電極（電源投入時に重力で可
    動電極が接している方の固定電極）に印加される電圧の
    波高値を通常値よりも低くし、他方の電極に印加される
    電圧の波高値を通常よりも高くする手段を備えたことを
    特徴とする容量式加速度センサ。
  5. 【請求項５】　　加速度に応答して位置が変化する可動
    電極及びこの可動電極を介在させた状態で対向配置され
    る少なくとも２個の固定電極からなる加速度検出素子と
    、前記可動電極と前記各固定電極間の静電容量の差を所
    定の繰返し周期で検出する容量検出手段と、前記容量検
    出手段の出力に基づき前記可動電極が基準位置に戻れる
    ような静電気力を前記可動電極と各固定電極間に発生さ
    せる静電気力発生手段とを備えた静電サーボ型の容量式
    加速度センサにおいて、前記静電気力発生手段は、前記
    所定の繰返し周期の単位で前記固定電極の一方に矩形波
    電圧を他方にその反転電圧をその印加時間の割合を前記
    静電容量差に応じて変化させつつ印加する構成とし、且
    つ電源投入後の一定時間、前記固定電極の一方の電極（
    電源投入前に重力で可動電極が接している方の固定電極
    ）に印加される電圧の波高値を通常値よりも低くし、他
    方の電極に印加される電圧の波高値を通常よりも高くす
    る手段を備えたことを特徴とする容量式加速度センサ。
  6. 【請求項６】　　加速度に応答して位置が変化する可動
    電極及びこの可動電極を介在させた状態で対向配置され
    る少なくとも２個の固定電極からなる加速度検出素子と
    、前記可動電極と前記各固定電極間の静電容量の差を所
    定の繰返し周期で検出する容量検出手段と、前記容量検
    出手段の出力に基づき前記可動電極が基準位置に戻れる
    ような静電気力を前記可動電極と各固定電極間に発生さ
    せる静電気力発生手段とを備えた静電サーボ型の容量式
    加速度センサにおいて、前記静電気力発生手段は、前記
    所定の繰返し周期の単位で前記固定電極の一方に矩形波
    電圧を他方にその反転電圧をその印加時間の割合を前記
    静電容量差に応じて変化させつつ印加する構成とし、且
    つ前記静電容量差の絶対値が所定値以上になった場合に
    は電源を再投入する手段を備えたことを特徴とする容量
    式加速度センサ。
  7. 【請求項７】　　加速度に応答して位置が変化する可動
    電極及びこの可動電極を介在させた状態で対向配置され
    る少なくとも２個の固定電極からなる加速度検出素子と
    、前記可動電極と前記各固定電極間の静電容量の差を所
    定の繰返し周期で検出する容量検出手段と、前記容量検
    出手段の出力に基づき前記可動電極が基準位置に戻れる
    ような静電気力を前記可動電極と各固定電極間に発生さ
    せる静電気力発生手段とを備えた静電サーボ型の容量式
    加速度センサにおいて、前記静電気力発生手段は、前記
    所定の繰返し周期の単位で前記固定電極の一方に矩形波
    電圧を他方にその反転電圧をその印加時間の割合を前記
    静電容量差に応じて変化させつつ印加する構成とし、且
    つ前記固定電極及び可動電極の少なくとも一方の電極表
    面に絶縁物を設けて固定電極と可動電極との直接接触を
    防止する構造としたことを特徴とする容量式加速度セン
    サ。
  8. 【請求項８】　　加速度に応答して位置が変化する可動
    電極及びこの可動電極を介在させた状態で対向配置され
    る少なくとも２個の固定電極からなる加速度検出素子と
    、前記可動電極と前記各固定電極間の静電容量の差を所
    定の繰返し周期で検出する容量検出手段と、前記容量検
    出手段の出力に基づき前記可動電極が基準位置に戻れる
    ような静電気力を前記可動電極と各固定電極間に発生さ
    せる静電気力発生手段とを備えた静電サーボ型の容量式
    加速度センサにおいて、前記静電気力発生手段は、前記
    所定の繰返し周期の単位で前記固定電極の一方に矩形波
    電圧を他方にその反転電圧をその印加時間の割合を前記
    静電容量差に応じて変化させつつ印加する構成とし、且
    つ前記固定電極及び可動電極の少なくとも一方の電極表
    面の一部に突起あるいは凹部を設けて固定電極と可動電
    極との接触面積を減小させたことを特徴とする容量式加
    速度センサ。
  9. 【請求項９】　　請求項１ないし請求項８のいずれか１
    項において、前記静電気力発生手段は、周期を可変制御
    する手段を付加したパルス幅変調器より構成したことを
    特徴とする容量式加速度センサ。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11258264A (ja) * 1998-03-09 1999-09-24 Denso Corp 容量式加速度センサ
US6494096B2 (en) 2000-03-16 2002-12-17 Denso Corporation Semiconductor physical quantity sensor
WO2011032080A3 (en) * 2009-09-14 2011-07-21 Schlumberger Canada Limited Borehole force measurement

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