JPH05142251A - 角加速度センサ - Google Patents
角加速度センサInfo
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- JPH05142251A JPH05142251A JP3334062A JP33406291A JPH05142251A JP H05142251 A JPH05142251 A JP H05142251A JP 3334062 A JP3334062 A JP 3334062A JP 33406291 A JP33406291 A JP 33406291A JP H05142251 A JPH05142251 A JP H05142251A
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- acceleration sensor
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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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- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 自動車等の回転による角加速度を検出する小
型の角加速度センサを提供する。 【構成】 角枠型をしたフレーム１の中央に弾性を有す
るビーム３を架設し、ビーム３の両側にそれぞれ同重量
のマス部２ａ，２ｂを対称に設け、当該マス部２ａ，２
ｂをビーム３の軸心回りに微小角度回転できるようにし
てある。フレーム１の下面にはベース４を接着してあ
る。各マス部２ａ，２ｂの底面には可動電極６ａ，６ｂ
を設けてあり、ベース４の内面にはこれに対向させて静
止電極５ａ，５ｂを設けてある。角加速度は、対向電極
５ａ，６ａ；５ｂ，６ｂ間の静電容量の変化からビーム
３の捩れ角を求めることにより検出される。
型の角加速度センサを提供する。 【構成】 角枠型をしたフレーム１の中央に弾性を有す
るビーム３を架設し、ビーム３の両側にそれぞれ同重量
のマス部２ａ，２ｂを対称に設け、当該マス部２ａ，２
ｂをビーム３の軸心回りに微小角度回転できるようにし
てある。フレーム１の下面にはベース４を接着してあ
る。各マス部２ａ，２ｂの底面には可動電極６ａ，６ｂ
を設けてあり、ベース４の内面にはこれに対向させて静
止電極５ａ，５ｂを設けてある。角加速度は、対向電極
５ａ，６ａ；５ｂ，６ｂ間の静電容量の変化からビーム
３の捩れ角を求めることにより検出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、角加速度センサに関す
る。具体的には、ビームによって回転自在に支持したマ
ス部の回転角から角加速度を検出する角加速度センサに
関する。
る。具体的には、ビームによって回転自在に支持したマ
ス部の回転角から角加速度を検出する角加速度センサに
関する。
【０００２】
【背景技術】図７は従来の加速度センサ５０の斜視図で
ある。この加速度センサ５０にあっては、角枠型をした
フレーム５１の中央にマス部５２を配設し、弾性を有す
るビーム５３によりフレーム５１にマス部５２を片持ち
状に支持してある。マス部５２は、ビーム５３の弾性変
形によってマス部５２の厚さ方向（図中ｘ方向）に自由
に微小変位できるようになっている。さらに、ビーム５
３の表面にはビーム５３の撓みを検出するためのピエゾ
抵抗素子５４が設けられている。
ある。この加速度センサ５０にあっては、角枠型をした
フレーム５１の中央にマス部５２を配設し、弾性を有す
るビーム５３によりフレーム５１にマス部５２を片持ち
状に支持してある。マス部５２は、ビーム５３の弾性変
形によってマス部５２の厚さ方向（図中ｘ方向）に自由
に微小変位できるようになっている。さらに、ビーム５
３の表面にはビーム５３の撓みを検出するためのピエゾ
抵抗素子５４が設けられている。
【０００３】しかして、加速度センサ５０にｘ方向の加
速度が加えられた場合、その加速度の大きさに応じてマ
ス部５２が変位し、ビーム５３が弾性的に撓む。そし
て、ビーム５３上に設けたピエゾ抵抗素子５４の抵抗値
の変化を検出することにより加速度を検出することがで
きる。
速度が加えられた場合、その加速度の大きさに応じてマ
ス部５２が変位し、ビーム５３が弾性的に撓む。そし
て、ビーム５３上に設けたピエゾ抵抗素子５４の抵抗値
の変化を検出することにより加速度を検出することがで
きる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の加速度センサ５０では直線方向の加速度しか
検出できず、自動車等の回転による角加速度は検出でき
ない。
うな従来の加速度センサ５０では直線方向の加速度しか
検出できず、自動車等の回転による角加速度は検出でき
ない。
【０００５】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、自動車等
の回転による角加速度を検出できる小型の角加速度セン
サを提供することにある。
されたものであり、その目的とするところは、自動車等
の回転による角加速度を検出できる小型の角加速度セン
サを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の角加速度センサ
は、弾性を有するビームにより慣性モーメントの大きな
マス部を支持体に軸支させ、前記ビームの捩れ角から角
加速度を検出するようにしたことを特徴としている。
は、弾性を有するビームにより慣性モーメントの大きな
マス部を支持体に軸支させ、前記ビームの捩れ角から角
加速度を検出するようにしたことを特徴としている。
【０００７】また、前記マス部は、ビームを挟んでその
両側にそれぞれ設けてもよい。
両側にそれぞれ設けてもよい。
【０００８】また、前記マス部の表面に可動電極を設
け、当該可動電極に対向させて静止電極を配置し、可動
電極と静止電極の間の静電容量から前記ビームの捩れ角
を検出するようにしてもよい。
け、当該可動電極に対向させて静止電極を配置し、可動
電極と静止電極の間の静電容量から前記ビームの捩れ角
を検出するようにしてもよい。
【０００９】さらに、前記ビームを挟んでその両側にそ
れぞれマス部を設け、当該各マス部の表面に可動電極を
設け、各可動電極に対向させてそれぞれ静止電極を配置
し、前記各対向電極間の静電容量を比較して前記ビーム
の捩れ角を検出するようにしてもよい。
れぞれマス部を設け、当該各マス部の表面に可動電極を
設け、各可動電極に対向させてそれぞれ静止電極を配置
し、前記各対向電極間の静電容量を比較して前記ビーム
の捩れ角を検出するようにしてもよい。
【００１０】あるいは、前記ビームに当該ビームの捩れ
を検出するためのピエゾ抵抗素子を設け、当該ピエゾ抵
抗素子の抵抗値変化により前記ビームの捩れ角を検出す
るようにしてもよい。
を検出するためのピエゾ抵抗素子を設け、当該ピエゾ抵
抗素子の抵抗値変化により前記ビームの捩れ角を検出す
るようにしてもよい。
【００１１】
【作用】本発明の角加速度センサにあっては、慣性モー
メントの大きなマス部を弾性を有するビームにより軸支
させているので、例えば当該センサ（支持体）を一定の
角加速度で回転させた場合、この角加速度によってビー
ムが捩れる。あるいは、マス部に生じる慣性トルク（＝
慣性モーメント×角加速度）とビームが捩れて発生する
弾性トルクとがバランスする。一方、ビームの弾性トル
クと捩れ角とは比例している。従って、この時のビーム
の捩れ角を検出することにより角加速度を検出すること
ができる。
メントの大きなマス部を弾性を有するビームにより軸支
させているので、例えば当該センサ（支持体）を一定の
角加速度で回転させた場合、この角加速度によってビー
ムが捩れる。あるいは、マス部に生じる慣性トルク（＝
慣性モーメント×角加速度）とビームが捩れて発生する
弾性トルクとがバランスする。一方、ビームの弾性トル
クと捩れ角とは比例している。従って、この時のビーム
の捩れ角を検出することにより角加速度を検出すること
ができる。
【００１２】ビームの捩れ角は、マス部に設けた可動電
極と当該可動電極に対向するように配置された静止電極
との間の静電容量から求めるようにすれば、電気的信号
として出力することができ、制御系への信号入力もスム
ーズに行なえる。特に、ビームの両側に設けた可動電極
と静止電極の間の両静電容量からビームの捩れ角を求め
るようにすれば、各静電容量のオフセット値に影響され
ることなく、精度よくビームの捩れ角を検出することが
できる。
極と当該可動電極に対向するように配置された静止電極
との間の静電容量から求めるようにすれば、電気的信号
として出力することができ、制御系への信号入力もスム
ーズに行なえる。特に、ビームの両側に設けた可動電極
と静止電極の間の両静電容量からビームの捩れ角を求め
るようにすれば、各静電容量のオフセット値に影響され
ることなく、精度よくビームの捩れ角を検出することが
できる。
【００１３】また、ビームに設けたピエゾ抵抗素子の抵
抗値変化からビームの捩れ角を検出するようにしても、
検出信号を電気的信号として出力することができる。
抗値変化からビームの捩れ角を検出するようにしても、
検出信号を電気的信号として出力することができる。
【００１４】
【実施例】図１，図２に本発明の一実施例による角加速
度センサ２０を示す。図１（ａ）は角加速度センサ２０
の上面図、同図（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、同図
（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図、図２はマス部２ａ，
２ｂ及びビーム３の斜視図である。この角加速度センサ
２０にあっては、角枠型をしたフレーム１の中央に弾性
を有する１本のビーム３を架設し、ビーム３の両側に振
り分けるようにしてそれぞれ対称なマス部２ａ，２ｂを
一体に設け、ビーム３を弾性的に捩らせることによって
当該マス部２ａ，２ｂをビーム３の軸心回りに微小角度
回転できるようにしてある。また、このフレーム１、ビ
ーム３及びマス部２ａ，２ｂは、半導体製造プロセスを
用いてシリコンウェハから一体に製作されている。
度センサ２０を示す。図１（ａ）は角加速度センサ２０
の上面図、同図（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、同図
（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図、図２はマス部２ａ，
２ｂ及びビーム３の斜視図である。この角加速度センサ
２０にあっては、角枠型をしたフレーム１の中央に弾性
を有する１本のビーム３を架設し、ビーム３の両側に振
り分けるようにしてそれぞれ対称なマス部２ａ，２ｂを
一体に設け、ビーム３を弾性的に捩らせることによって
当該マス部２ａ，２ｂをビーム３の軸心回りに微小角度
回転できるようにしてある。また、このフレーム１、ビ
ーム３及びマス部２ａ，２ｂは、半導体製造プロセスを
用いてシリコンウェハから一体に製作されている。
【００１５】また、フレーム１の下面にはパイレックス
ガラス製のベース４を接着剤等によって接着してある。
ベース４の内面にはマス部２ａ，２ｂが微小角度回転で
きるように窪み４ａを形成してあり、窪み４ａの底面に
は各マス部２ａ，２ｂの下面と対向させて静止電極５
ａ，５ｂを設けてある。一方、各マス部２ａ，２ｂの下
面には可動電極６ａ，６ｂを設けてあり、これと前記静
止電極５ａ，５ｂでコンデンサ（可変コンデンサ）７
ａ，７ｂを形成している。
ガラス製のベース４を接着剤等によって接着してある。
ベース４の内面にはマス部２ａ，２ｂが微小角度回転で
きるように窪み４ａを形成してあり、窪み４ａの底面に
は各マス部２ａ，２ｂの下面と対向させて静止電極５
ａ，５ｂを設けてある。一方、各マス部２ａ，２ｂの下
面には可動電極６ａ，６ｂを設けてあり、これと前記静
止電極５ａ，５ｂでコンデンサ（可変コンデンサ）７
ａ，７ｂを形成している。
【００１６】次に、この角加速度センサ２０の動作を説
明する。図３はその説明図であって、（ａ）は当該セン
サ２０の静止時の状態、（ｂ）（ｃ）は当該センサ２０
に角加速度が働いている時の状態を示している。なお、
図３において、ｍはベース４の底面に立てた垂線、ｎは
ビーム３の下面から垂下した垂線、θはビーム３の捩れ
角である。
明する。図３はその説明図であって、（ａ）は当該セン
サ２０の静止時の状態、（ｂ）（ｃ）は当該センサ２０
に角加速度が働いている時の状態を示している。なお、
図３において、ｍはベース４の底面に立てた垂線、ｎは
ビーム３の下面から垂下した垂線、θはビーム３の捩れ
角である。
【００１７】図３（ａ）に示すように角加速度センサ２
０に角加速度が働いていない時には、マス部２ａ，２ｂ
はどちらにも傾かずに静止している。また、図３（ｂ）
に示すように当該センサ２０（フレーム１）を時計の針
の回転方向と逆の回転方向に角加速度ｇで回転させた場
合、この角加速度ｇによってマス部２ａ，２ｂが傾いて
ビーム３が時計の針の回転方向に捩れる。あるいは、図
３（ｃ）に示すように当該センサ２０（フレーム１）を
時計の針の回転方向に角加速度ｇで回転させた場合、こ
の角加速度ｇによってマス部２ａ，２ｂが傾いてビーム
３が時計の針の回転方向と逆の回転方向に捩れる。図３
（ｂ）又は（ｃ）の状態においては、マス部２ａ，２ｂ
に働く慣性トルクＦi（＝マス部の慣性モーメント×角
加速度ｇ）とビーム３が捩れて発生する弾性トルクＦe
とは釣り合っている。一方、ビーム３の弾性トルクＦe
は、ビーム３の捩れ角θに比例している。従って、ビー
ム３の捩れ角θと角加速度ｇとは比例しており、ビーム
３の捩れ角θを検出することにより角加速度ｇを検出す
ることができる。
０に角加速度が働いていない時には、マス部２ａ，２ｂ
はどちらにも傾かずに静止している。また、図３（ｂ）
に示すように当該センサ２０（フレーム１）を時計の針
の回転方向と逆の回転方向に角加速度ｇで回転させた場
合、この角加速度ｇによってマス部２ａ，２ｂが傾いて
ビーム３が時計の針の回転方向に捩れる。あるいは、図
３（ｃ）に示すように当該センサ２０（フレーム１）を
時計の針の回転方向に角加速度ｇで回転させた場合、こ
の角加速度ｇによってマス部２ａ，２ｂが傾いてビーム
３が時計の針の回転方向と逆の回転方向に捩れる。図３
（ｂ）又は（ｃ）の状態においては、マス部２ａ，２ｂ
に働く慣性トルクＦi（＝マス部の慣性モーメント×角
加速度ｇ）とビーム３が捩れて発生する弾性トルクＦe
とは釣り合っている。一方、ビーム３の弾性トルクＦe
は、ビーム３の捩れ角θに比例している。従って、ビー
ム３の捩れ角θと角加速度ｇとは比例しており、ビーム
３の捩れ角θを検出することにより角加速度ｇを検出す
ることができる。
【００１８】ビーム３の捩れ角θを電気的に検出するに
はコンデンサ７ａ，７ｂの静電容量Ｃa，Ｃbの大小関係
を比較するとよい。つまり、例えば図３（ｂ）で角加速
度ｇを大きくすると捩れ角θが大きくなる。捩れ角θが
大きくなると電極５ａ，６ａ間のギャップ量ｄaが大き
くなり、同時に電極５ｂ，６ｂ間のギャップ量ｄbが小
さくなる。換言すると、捩れ角θが大きくなるとコンデ
ンサ７ａの静電容量Ｃaが小さくなり、同時にコンデン
サ７ｂの静電容量Ｃbが大きくなる。従って、コンデン
サ７ａ，７ｂの静電容量Ｃa，Ｃbの大小関係を比較する
ことにより捩れ角θを検出することができ、ひいては角
加速度ｇを検出することができる。
はコンデンサ７ａ，７ｂの静電容量Ｃa，Ｃbの大小関係
を比較するとよい。つまり、例えば図３（ｂ）で角加速
度ｇを大きくすると捩れ角θが大きくなる。捩れ角θが
大きくなると電極５ａ，６ａ間のギャップ量ｄaが大き
くなり、同時に電極５ｂ，６ｂ間のギャップ量ｄbが小
さくなる。換言すると、捩れ角θが大きくなるとコンデ
ンサ７ａの静電容量Ｃaが小さくなり、同時にコンデン
サ７ｂの静電容量Ｃbが大きくなる。従って、コンデン
サ７ａ，７ｂの静電容量Ｃa，Ｃbの大小関係を比較する
ことにより捩れ角θを検出することができ、ひいては角
加速度ｇを検出することができる。
【００１９】図４に、この静電容量Ｃa，Ｃbを比較して
角加速度ｇを検出するための信号処理回路８を示す。こ
の信号処理回路８は、コンデンサ７ａ，７ｂの静電容量
Ｃa，Ｃbに応じた周波数ｆa，ｆbのパルス信号を出力さ
せるための２個の発振回路９ａ，９ｂと、発振回路９
ａ，９ｂから出力されるパルス信号の周波数の差ｆ＝ｆ
a−ｆbを演算させるための減算器１０からなる。
角加速度ｇを検出するための信号処理回路８を示す。こ
の信号処理回路８は、コンデンサ７ａ，７ｂの静電容量
Ｃa，Ｃbに応じた周波数ｆa，ｆbのパルス信号を出力さ
せるための２個の発振回路９ａ，９ｂと、発振回路９
ａ，９ｂから出力されるパルス信号の周波数の差ｆ＝ｆ
a−ｆbを演算させるための減算器１０からなる。
【００２０】発振回路９ａにあっては、インバータ１４
の出力端子とインバータ１５の入力端子を接続し、イン
バータ１５の出力端子と両インバータ１４，１５の中点
との間をセンサ２０のコンデンサ７ａと抵抗１７とから
なる時定数回路により接続してある。さらに、コンデン
サ７ａと抵抗１７の中点とインバータ１４の入力端子と
を抵抗１６により接続し、インバータ１５の出力をコン
デンサ７ａを介してインバータ１４の入力へ帰還させて
いる。しかして、発振回路９ａは非安定マルチバイブレ
ーターを形成しており、コンデンサ７ａの静電容量Ｃa
及び抵抗１７の抵抗値Ｒによって決まる時定数ＲＣaに
反比例する周波数ｆa（＝１／ｋＲＣa）で発振する。そ
して、インバータ１５の出力端子を減算器１０への入力
端子１１に接続してあるので、減算器１０の入力端子１
１には周波数ｆaのパルス信号が入力される。
の出力端子とインバータ１５の入力端子を接続し、イン
バータ１５の出力端子と両インバータ１４，１５の中点
との間をセンサ２０のコンデンサ７ａと抵抗１７とから
なる時定数回路により接続してある。さらに、コンデン
サ７ａと抵抗１７の中点とインバータ１４の入力端子と
を抵抗１６により接続し、インバータ１５の出力をコン
デンサ７ａを介してインバータ１４の入力へ帰還させて
いる。しかして、発振回路９ａは非安定マルチバイブレ
ーターを形成しており、コンデンサ７ａの静電容量Ｃa
及び抵抗１７の抵抗値Ｒによって決まる時定数ＲＣaに
反比例する周波数ｆa（＝１／ｋＲＣa）で発振する。そ
して、インバータ１５の出力端子を減算器１０への入力
端子１１に接続してあるので、減算器１０の入力端子１
１には周波数ｆaのパルス信号が入力される。
【００２１】発振回路９ｂは発振回路９ａと同じ構成の
ものであり、発振回路９ａにおけるコンデンサ７ａの代
わりにコンデンサ７ｂを接続したものである。しかし
て、発振回路９ｂはコンデンサ７ｂの静電容量Ｃb及び
抵抗１７の抵抗値Ｒによって決まる時定数ＲＣaに反比
例する周波数ｆb（＝１／ｋＲＣb；ｋは比例定数）で発
振する。発振回路９ｂのインバータ１５の出力端子は減
算器１０への入力端子１２に接続してある。これによ
り、減算器１０の入力端子１２には周波数ｆbのパルス
信号が入力される。
ものであり、発振回路９ａにおけるコンデンサ７ａの代
わりにコンデンサ７ｂを接続したものである。しかし
て、発振回路９ｂはコンデンサ７ｂの静電容量Ｃb及び
抵抗１７の抵抗値Ｒによって決まる時定数ＲＣaに反比
例する周波数ｆb（＝１／ｋＲＣb；ｋは比例定数）で発
振する。発振回路９ｂのインバータ１５の出力端子は減
算器１０への入力端子１２に接続してある。これによ
り、減算器１０の入力端子１２には周波数ｆbのパルス
信号が入力される。
【００２２】減算器１０の出力端子１３には、入力端子
１１，１２に入力されたパルス信号の周波数の差ｆなる
周波数のパルス信号が出力される。この周波数の差ｆは
次式で表される。 ｆ＝ｆa−ｆb＝（１／Ｃa−１／Ｃb）／ｋＲ ＝（ｄa−ｄb）／ｋεＳＲ … ここで、ギャップ量ｄa、ｄbは平均値、Ｓはコンデンサ
７ａ，７ｂの電極面積、εは電極間ギャップの誘電率で
ある。
１１，１２に入力されたパルス信号の周波数の差ｆなる
周波数のパルス信号が出力される。この周波数の差ｆは
次式で表される。 ｆ＝ｆa−ｆb＝（１／Ｃa−１／Ｃb）／ｋＲ ＝（ｄa−ｄb）／ｋεＳＲ … ここで、ギャップ量ｄa、ｄbは平均値、Ｓはコンデンサ
７ａ，７ｂの電極面積、εは電極間ギャップの誘電率で
ある。
【００２３】図５はギャップの差ｄa−ｄbと捩れ角θの
関係の説明図である。図５において、Ｌはコンデンサ７
ａ，７ｂの中心間距離である。対向電極５ａ，６ａ；５
ｂ，６ｂ間のギャップ量ｄa，ｄbとビーム３の捩れ角θ
との間には、tanθ＝（ｄa−ｄb）／Ｌの関係がある。
ここで、捩れ角θが小さいとすると、θ≒（ｄa−ｄb）
／Ｌとなるから、式は、 ｆ＝ｆa−ｆb＝Ｌθ／ｋεＳＲ … と表わされる。従って、減算器１０の出力信号の周波数
から、ビーム３の捩れ角θを容易に求めることができ
る。しかも、式から明らかなように周波数ｆはギャッ
プ量ｄaとｄbの差で与えられているので、ベース４の底
面とマス部２ａ，２ｂの下面との距離のバラツキ（ある
いは、周波数ｆa，ｆbのオフセット量）の影響を受け
ず、精密に角加速度を測定することができる。
関係の説明図である。図５において、Ｌはコンデンサ７
ａ，７ｂの中心間距離である。対向電極５ａ，６ａ；５
ｂ，６ｂ間のギャップ量ｄa，ｄbとビーム３の捩れ角θ
との間には、tanθ＝（ｄa−ｄb）／Ｌの関係がある。
ここで、捩れ角θが小さいとすると、θ≒（ｄa−ｄb）
／Ｌとなるから、式は、 ｆ＝ｆa−ｆb＝Ｌθ／ｋεＳＲ … と表わされる。従って、減算器１０の出力信号の周波数
から、ビーム３の捩れ角θを容易に求めることができ
る。しかも、式から明らかなように周波数ｆはギャッ
プ量ｄaとｄbの差で与えられているので、ベース４の底
面とマス部２ａ，２ｂの下面との距離のバラツキ（ある
いは、周波数ｆa，ｆbのオフセット量）の影響を受け
ず、精密に角加速度を測定することができる。
【００２４】次に、図６は本発明の他の実施例による角
加速度センサ３０を示す。この加速度センサ３０はピエ
ゾ抵抗素子を用いてビームの捩れ角θを検出するもので
あって、ビーム３の捩れ角θを検出するためのピエゾ抵
抗素子１８をブリッジ回路１９にしてビーム３に一体に
形成してある。
加速度センサ３０を示す。この加速度センサ３０はピエ
ゾ抵抗素子を用いてビームの捩れ角θを検出するもので
あって、ビーム３の捩れ角θを検出するためのピエゾ抵
抗素子１８をブリッジ回路１９にしてビーム３に一体に
形成してある。
【００２５】なお、この角加速度センサ３０にあって
も、フレーム１とマス部２ａ，２ｂとビーム３は１枚の
シリコンウェハを半導体製造プロセスで加工して作製し
てある。さらに、ピエゾ抵抗素子１８及びブリッジ回路
１９はビーム３を半導体製造プロセスで作製する際に拡
散技術によりビーム３中に埋め込まれている。
も、フレーム１とマス部２ａ，２ｂとビーム３は１枚の
シリコンウェハを半導体製造プロセスで加工して作製し
てある。さらに、ピエゾ抵抗素子１８及びブリッジ回路
１９はビーム３を半導体製造プロセスで作製する際に拡
散技術によりビーム３中に埋め込まれている。
【００２６】しかして、当該センサ３０に角加速度ｇが
加えられた場合、角加速度ｇの大きさに応じてマス部２
ａ，２ｂが回転してビーム３が捩れ、ビーム３に設けた
ピエゾ抵抗素子１８の抵抗値が変化する。従って、この
ピエゾ抵抗素子１８の抵抗値変化からビーム３の捩れ角
θを知ることができる。
加えられた場合、角加速度ｇの大きさに応じてマス部２
ａ，２ｂが回転してビーム３が捩れ、ビーム３に設けた
ピエゾ抵抗素子１８の抵抗値が変化する。従って、この
ピエゾ抵抗素子１８の抵抗値変化からビーム３の捩れ角
θを知ることができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、マス部を支持している
ビームの捩れ角を検出するだけで、容易に角加速度を計
測することができる。しかも、構造が簡単であるから、
小型の角加速度センサを製作することができる。
ビームの捩れ角を検出するだけで、容易に角加速度を計
測することができる。しかも、構造が簡単であるから、
小型の角加速度センサを製作することができる。
【００２８】さらに、静電容量型やピエゾ抵抗素子型に
構成することにより容易に捩れ角を検出でき、検出信号
を電気信号として出力させることができ、制御系への信
号入力もスムーズに行なえる。
構成することにより容易に捩れ角を検出でき、検出信号
を電気信号として出力させることができ、制御系への信
号入力もスムーズに行なえる。
【００２９】特に、ビームの両側に設けた可動電極と静
止電極の間の両静電容量からビームの捩れ角を求めるよ
うにすれば、各静電容量のオフセット値に影響されるこ
となく、精度よくビームの捩れ角を検出することができ
る。
止電極の間の両静電容量からビームの捩れ角を求めるよ
うにすれば、各静電容量のオフセット値に影響されるこ
となく、精度よくビームの捩れ角を検出することができ
る。
【図１】本発明の一実施例による角加速度センサの構成
図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ
線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ
線断面図、（ｃ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。
【図２】同上のマス部及びビームの斜視図である。
【図３】（ａ）は同上の角加速度センサにおける静止時
の動作説明図、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ異なる方向の角
加速度が加えられた時の動作説明図である。
の動作説明図、（ｂ）（ｃ）はそれぞれ異なる方向の角
加速度が加えられた時の動作説明図である。
【図４】同上の信号処理回路の回路図である。
【図５】コンデンサのギャップ量のｄa，ｄbとビームの
捩れ角θの関係を示す説明図である。
捩れ角θの関係を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施例による角加速度センサの一
部破断した斜視図である。
部破断した斜視図である。
【図７】従来の加速度センサの斜視図である。
１ フレーム ２ａ，２ｂ マス部 ３ ビーム ５ａ，５ｂ 静止電極 ６ａ，６ｂ 可動電極
Claims (5)
- 【請求項１】 弾性を有するビームにより慣性モーメン
トの大きなマス部を支持体に軸支させ、前記ビームの捩
れ角から角加速度を検出するようにした角加速度セン
サ。 - 【請求項２】 前記ビームを挟んでその両側にそれぞれ
マス部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の角加
速度センサ。 - 【請求項３】 前記マス部の表面に可動電極を設け、当
該可動電極に対向させて静止電極を配置し、可動電極と
静止電極の間の静電容量から前記ビームの捩れ角を検出
するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載
の角加速度センサ。 - 【請求項４】 前記ビームを挟んでその両側にそれぞれ
マス部を設け、当該各マス部の表面に可動電極を設け、
各可動電極に対向させてそれぞれ静止電極を配置し、前
記各対向電極間の静電容量を比較して前記ビームの捩れ
角を検出するようにしたことを特徴とする請求項２又は
３に記載の角加速度センサ。 - 【請求項５】 前記ビームに当該ビームの捩れを検出す
るためのピエゾ抵抗素子を設け、当該ピエゾ抵抗素子の
抵抗値変化により前記ビームの捩れ角を検出するように
したことを特徴とする請求項１又は２に記載の角加速度
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3334062A JPH05142251A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 角加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3334062A JPH05142251A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 角加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05142251A true JPH05142251A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=18273082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3334062A Pending JPH05142251A (ja) | 1991-11-22 | 1991-11-22 | 角加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05142251A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5500549A (en) * | 1993-12-13 | 1996-03-19 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor yaw rate sensor |
| US6137150A (en) * | 1994-10-28 | 2000-10-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor physical-quantity sensor having a locos oxide film, for sensing a physical quantity such as acceleration, yaw rate, or the like |
| WO2006134232A1 (en) * | 2005-06-17 | 2006-12-21 | Vti Technologies Oy | Method of manufacturing a capacitive acceleration sensor, and a capacitive acceleration sensor |
| JP2008157674A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-10 | Alps Electric Co Ltd | 静電容量型物理量センサ |
| US7716983B2 (en) | 2003-02-11 | 2010-05-18 | Vti Technologies Oy | Capacitive acceleration sensor |
-
1991
- 1991-11-22 JP JP3334062A patent/JPH05142251A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5500549A (en) * | 1993-12-13 | 1996-03-19 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor yaw rate sensor |
| US6137150A (en) * | 1994-10-28 | 2000-10-24 | Nippondenso Co., Ltd. | Semiconductor physical-quantity sensor having a locos oxide film, for sensing a physical quantity such as acceleration, yaw rate, or the like |
| US7716983B2 (en) | 2003-02-11 | 2010-05-18 | Vti Technologies Oy | Capacitive acceleration sensor |
| WO2006134232A1 (en) * | 2005-06-17 | 2006-12-21 | Vti Technologies Oy | Method of manufacturing a capacitive acceleration sensor, and a capacitive acceleration sensor |
| US7426863B2 (en) | 2005-06-17 | 2008-09-23 | Vti Technologies Oy | Method of manufacturing a capacitive acceleration sensor, and a capacitive acceleration sensor |
| JP2008157674A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-10 | Alps Electric Co Ltd | 静電容量型物理量センサ |
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