JPH0712667A

JPH0712667A - 物理量センサおよび物理量センサシステム

Info

Publication number: JPH0712667A
Application number: JP5159497A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Shimada; 嶋田　　智; Seiichi Ukai; 征一鵜飼
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】高精度、高信頼性のセンサ、センサシステムを
提供すること。【構成】一つの被測定量を測定するための検出原理が異
なる主センサと補助センサ、一体化集約形成したセンサ
の一部に診断、校正作業を行うアクチュエ−タ及び信号
処理回路をマイクロマシニング、高密度実装の技術を利
用して一つの筐体に複合集約形成する。【効果】センサの長寿命化とシステムの高信頼化、及び
デ−タの高精度化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は被測定量の変化を電気信
号に変換し、この値から被測定量の変化を検知する装置
に係り、それぞれ検出原理機構が異なる主センサと、少
なくとも１つの補助センサを持ち、これら複数の電気信
号を用いて前記物理量を検出する物理量センサ及び物理
量センサシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術として例えば特公平3-79657
号公告のような静電容量センサの電極間にク−ロン力を
作用させて感度を調整する差圧伝送装置や米国特許公報
5103667号に記載された自己診断機能付きの装置が公知
であるが、いずれも１つのセンサで検出するものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近では事故や故障に
伴う社会的責任が厳しく問われ、製品責任という形でメ
−カ−ひいては設計、製作者まで及ぶ状況となり、この
処置にかかる費用が膨大となっている。このため装置や
システムの信頼性向上が要求されており、ここに作動状
態の検知を行うセンサの役目は重要であり、またセンサ
自身の高信頼化が望まれている。このような要求に対
し、センサ特性の経年変化を診断、校正することによっ
て高信頼化を図ろうという考えは上記の他にも数多く提
案されてはいるが、検知装置の中で最も故障が多いセン
サ部（検出部）が一つであるため充分な信頼性向上が得
られないという問題があった。

【０００４】本発明はこれに鑑みなされたもので、高精
度、高信頼性のセンサ及びセンサシステムを提供するこ
とを目的とする。

【０００５】また、従来から工業用センサの分野では価
格が比較的高く少量一品生産的なので全数を細部の特性
についてまで丁寧に検査することによって高信頼化を図
ることが一般化している。そして大規模なプラントシス
テム等では従来から多数のセンサが用いられており、特
に重要な計測制御が要求されるル−プには複数のセンサ
を用いる例がある。ところが自動車、家電用のセンサの
分野では価格的に採算が合わず量産的にも無理であっ
た。

【０００６】本発明はこれに鑑みなされたもので、コン
パクトで高精度、高信頼性のセンサ及びセンサシステム
を提供することを目的とする。

【０００７】本発明の他の目的は、特性を校正する装置
を特に必要としないでウエハレベルでの診断または校正
を行うことによって、量産性の向上と生産時にかかる費
用及び工数時間を低減し低コストのセンサまたはセンサ
システムを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、一つの被測
定量に応動する主センサと、該主センサとは検出原理機
構が異なる少なくとも１つの補助センサを筐体の一部に
設け、これら複数の電気信号を用いて前記被測定量を比
較し検出精度を高め、マイクロコンピュ−タを用いて互
いに診断しあうことにより高精度化、高信頼化を達成す
る。

【０００９】複数のセンサを具備するということは、装
置が大型となりコストアップにつながるため過去には実
現しなかったが、最近の半導体微細加工技術や小型実装
技術の進展によって小型で廉価な装置が容易に実現可能
となった。さらにマイクロコンピュ−タの価格／性能比
の向上が助けとなって本発明の複合センサシステムは実
現できるようになった。すなわち、マイクロマシニン
グ、マイクロファブリケ−ション技術を利用し、１枚の
基板、例えばシリコン基板上に検出原理機構が異なる複
数の小さいセンサデバイスとアクチュエ−タを一体的に
集積化した検出部とマイクロコンピュ−タを用いて診断
または校正を行うことによって小型で低価格の高精度、
高信頼型複合センサ、センサシステムを提供する。

【００１０】本発明は一体化あるいは集積形成した主セ
ンサまたは補助センサのいずれかにアクチュエ−タ機能
を持たせたため特別な装置を必要とせず診断または校正
を行う。例えば、補助センサである静電容量検出用の固
定電極にパルス電圧を与え主センサであるピエゾ抵抗素
子を診断、校正する。

【００１１】本発明はまた通常の半導体検査に用いられ
るプロ−バを用いて数１００チップの診断または校正を
ペレタイズする前にウエハレベルで行うことことができ
る。これによって量産性の向上と生産時にかかる費用及
び工数時間を低減し低コストセンサシステムを提供す
る。

【００１２】

【作用】一般的にはセンサ検出原理機構が異なると外乱
に対する耐久性が異なるため故障のモ−ドが異なる。つ
まり外乱の種類によっては主センサが故障しても補助セ
ンサは健全に動作したり、また逆のケ−スもある。この
理由によって一つの被測定量をそれぞれ検出原理機構が
異なる主センサと補助センサを用いて検出、比較するこ
とによって高精度化、高信頼化を達成することができ
る。

【００１３】さらに、集積形成した主センサまたは補助
センサのいずれかにアクチュエ−タ機能を持たせこれを
駆動することによって被測定物理量に対応した等価負荷
を電気的に与えることができ、一方のセンサを診断、校
正することができる。例えば、圧力または加速度を測定
する場合、補助センサである静電容量型センサの固定電
極にパルス電圧を印加して等価負荷として可動電極にク
−ロン力を作用させ、ピエゾ抵抗式の主センサを構成す
るピエゾ抵抗素子に歪を与える。この時、主センサの出
力を測定することによって主センサの特性を診断、校正
できる。

【００１４】

【実施例】図１に本発明の全体構成を説明する。１は被
測定量に応動するセンサ部組、２は検出原理機構が異な
る主センサと補助センサを持つ検知部、３は検知と駆動
の両機能を果たす電極、６はセンサ部組からの信号を処
理する部分で主センサと補助センサの信号をきりかえる
マルチプレクサ６１１、センサの感度に応じて増幅感度
を調整する機能をもつ増幅器６１２ａ、直流信号をディ
ジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６２、マイクロコン
ピュ−タ６４はセンサ部組からの信号を補正計算する。
そして主センサと補助センサから複数の電気信号をとり
被測定量を互いに比較し検出精度を高める。また内部メ
モリにプログラムされた手順または通信機１０からの外
部指令に従って診断、校正の指令を行う。指令信号は増
幅器６１２ｂで所定の大きさに増幅し、センサの一部と
一体化されたアクチュエ−タを駆動する。これは等価入
力負荷となり、製品出荷時には出力信号との関係を初期
特性としてテ−ブルの形でメモリ６５に記憶しておく。
これは稼働時に行う自己診断、校正デ−タ等の基準とな
る。これらのセンサシステムはマイクロマシニング、高
密度実装技術を利用して、価格を上げることなくコンパ
クトに一体化され、複数のセンサの信号を処理する後述
のアルゴリズムにより１個のセンサでは得られない高精
度と高信頼化を達成することができる。一般的にはセン
サ検出原理機構が異なると外乱に対する耐久性が異なる
ため故障のモ−ドが異なる。つまり外乱の種類によって
は主センサが故障しても補助センサは健全に動作した
り、また逆のケ−スも発生する。この理由によって本発
明は一つの被測定量をそれぞれ検出原理機構が異なる主
センサと補助センサを用いて検出、比較することによっ
て高精度、高信頼のセンサシステムを提供するものであ
る。

【００１５】図２はセンサ部組の実施例の断面図を示
す。被測定量に応動する主センサ２１はＮ型シリコンの
一部を加工してダイアフラム２４を形成し、そこにボロ
ンなどのＰ型イオンを打ち込みで形成した４個のピエゾ
抵抗素子２１であり筐体の一部に設けた穴から導入した
被測定量の圧力に応動して変化する抵抗をホィ−トスト
ンブリッジに結線しアナログ出力電圧としてこれを計測
する。

【００１６】補助センサは筐体１１に気密、絶縁して設
けた接触端子１１０、１２０と導電膜の可動電極２６か
らなり、ダイアフラムの中心剛体２５が変位し可動電極
２６が接触端子の先端に当接すると回路が閉じ表示手段
２００で検知するオン．オフ出力型のスイッチング素子
である。１００は表示手段のための電源である。

【００１７】他の補助センサは筐体１１に設けた固定電
極３と可動電極２６からなる静電容量で、被測定量の圧
力はダイアフラム中心剛体２５の変位に対応した静電容
量変化として、絶縁基板３０に設けた気密端子１３０，
１４０を通じて測定される。

【００１８】本実施例の複合圧力センサシステムは通常
の測定状態においては、常に主センサと補助センサの少
なくとも２つの異なるモ−ドの電気信号を用いて前記被
測定量を検出している。すなわち主センサとしてピエゾ
抵抗素子を、補助センサとして静電容量型変位検出素子
から得た電気信号を常に比較して被測定量の圧力を検出
する。両者の出力電圧が合致しているときはセンサが正
常に稼働しているので測定動作と出力を続行している。
しかし両者の出力間に差が生じたときは図６に示すよう
に通常測定のステップ１から診断測定のステップ３に移
行し現時点の入出力特性を測定しメモリに記憶した初期
特性と比較して変化の度合いを調べる。次に、この入出
力特性の測定方法について述べる。診断測定のステップ
はスイッチング素子型の補助センサのオン・オフ出力を
利用する。静電容量型補助センサは非測定状態の折には
自己診断または校正を行うためのアクチュエ−タとして
の機能を果たす。気密端子１３０，１４０から静電容量
検出用の電極には図８のようなのパルス発生部６１２ｂ
によって図１０ように動作点の上下に等しい振幅のパル
ス電圧を与える。被測定量に対応した等価負荷として電
気的なク−ロン力がダイアフラム中心剛体２５に変位を
与え、ピエゾ抵抗素子２１の抵抗変化から図９に示すよ
うな出力信号が得られる。動作点の上下に等しい振幅の
パルス電圧を用いているので被測定量の時間変化に比べ
診断または校正用パルス電圧の周期を充分に小さく設定
すれば最終出力にはその変化が見えないようにロ−パス
フィルタを用いて濾過することができる。このような手
順でセンサの入出力特性の自己診断または校正を短時間
に行うことができる。

【００１９】以上の説明では、圧力センサの実施例を説
明したが、本実施例を複合加速度センサシステムとして
構成することができる。即ち、測定対象によってセンサ
としてより適切な原理構造を選びこれを主センサとす
る。静電容量型変位検出素子電極間ギャップを小さくす
ることによって高感度に加速度を検出することができる
のでシステムの主センサとして使用する。ピエゾ抵抗素
子２１が形成されるダイアフラムの加工部の寸法で決ま
る剛性Ｋと中心剛体２５の質量Ｍの比を所定の値に設計
する。例えば電極間ギャップをｇ＝３μｍ、質量Ｍ＝１
ｍｇでばね係数Ｋ＝１ｍｇ／μｍとすれば被測定加速度
１ｇの重力（９．８ｍ／ｓ²）で１μｍ変位するので電
極面積をＡ＝１ｍｍ²に設計すれば次式から静電容量約
７ｐＦで約２０％の変化率が得られるセンサを校正する
ことができる。微小な容量検出ゆえ検出信号処理回路６
は筐体１１に近くに実装することによって浮遊容量を極
力小さくし特性への悪影響を防止する。この例では補助
センサとしてピエゾ抵抗素子２１のアナログ型出力とス
イッチング素子型のオン・オフ出力を利用して前記自己
診断または校正を行う。

【００２０】図３は固定電極を３，４と２個設けた例で
あり、ダイアフラム中心剛体２５の変位を２つの静電容
量の差として検出することによって周囲の温度変化によ
る影響を取り除くことができる。また、これらの２つの
固定電極は、診断、校正のおりには一方を中心剛体２５
に変位を与える駆動手段として、他方を中心剛体の変位
の検出手段として用いることが出来る。

【００２１】図４は固定電極３とダイアフラム中心剛体
２５の間に異物が入り込まないようにシ−ルダイアフラ
ム８を設け、検知部２とで形成する室の中にシリコ−ン
油等を封入した圧力センサ部組の例を示す。電極間ギャ
ップｇを小さくした場合、被測定流体中の塵埃が浸入を
防止するため必要である。このような構成によって異物
の浸入を防止しながら、フランジ９に設けた圧力導入口
から導かれる被測定流体の圧力は封入油をかいして検知
部２に伝達される。このようなハ−ドウェアに前記した
自己診断または校正を行うことによって高い信頼度の複
合圧力センシングシステムを構築できる。

【００２２】図５は自己診断または校正を行う手段とし
て例えばＺnＯ等の電歪素子をアクチュエ−タとしてを
検知部２の薄肉部上に設け、パルス電圧によってこれを
変形させ封入油の圧力を変動させる。主センサであるダ
イアフラムに形成したピエゾ抵抗素子２１の抵抗変化
と、補助センサである電極４と導電性シリコンから作ら
れる検知部２の中心剛体２５の間に形成した静電容量変
位検出素子を用いて前記したと同じように図１１に示す
手順により自己診断または校正を行う。図面の複雑化を
避けるため引出し端子は図示していない。加圧装置３と
検知部２及びシ−ルダイアフラムと筐体１１で作る室の
間はしぼり１４、１６で連通されており、圧力パルスに
よってピエゾ抵抗素子２１を形成した薄肉部を変形させ
得るよう上記パルス電圧の周期が選定される。

【００２３】図６はシリコン基板上に加速度検出用の主
センサとして静電容量変位検出素子を、補助センサとし
て加速度スイッチを平面上に隣接形成した例を示す。測
定機能、自己診断または校正を行う機能は上記の実施例
と基本的に同じであるが、実施した態様が異なる。

【００２４】この実施例の特徴は、そのコンパクトな構
造とこれを形成するプロセスにある。このセンサシステ
ムでは、マイクロマシニング、高密度実装技術を利用し
て、価格を上げることなく複数の検出原理が異なるセン
サをコンパクトに一体的に形成する。前の実施例で述べ
たのとほぼ同じ手順で複数のセンサの信号を処理し、図
１１に示すアルゴリズムにより自己診断または校正を行
い高精度と高信頼化を達成する小型で量産性に優れた複
合センサ、センサシステムを提供する主センサはシリコ
ン基板１１の上に形成した絶縁膜３０、この上に重ね形
成した後でエッチング除去された犠牲層が作るギャッ
プ、この上にあるポリシリコンの一部を加工して形成し
た導電性の可撓部２４と質量部２５(可動電極として機
能、必要に応じこの上に比重の大きい金属材料を形成
し、これの質量をレ−ザトリミングによって調整して入
出力特性の感度を調整できる)、これと数ミクロンのギ
ャップをもって対向し、絶縁膜３０の上に形成した固定
電極３との間に形成する静電容量型変位検出素子で、被
測定量の加速度は主センサの静電容量型変位検出素子と
下記補助センサのピエゾ抵抗素子２１とから得た電気信
号を常に比較して検出する。

【００２５】補助センサは主センサと並置して形成さ
れ、絶縁膜３０の上に形成した固定電極４、この上に重
ね形成した後にエッチング除去された犠牲層が作るギャ
ップ、この上にある導電性ポリシリコンの一部を加工し
て形成した可撓部２４と質量部２６、その先端部に設け
た接触子２６１、これに対抗し導電膜で形成した接触用
電極４５、可動電極として機能する導電質量部２６、こ
れと数ミクロンの前記ギャップをもって対向し、固定電
極４との間に形成する静電容量型アクチュエ−タとから
なり、周辺には、固定電極３，４、接触用電極４５、ポ
リシリコンの一部から引出された電極パッド３１１、４
１１、４５１、２１１がそれぞれ形成されている。この
補助センサは予め設定した値の加速度が加わると質量部
２６が変位しその先端部に設けた接触子２６１が接触用
電極４５に当接し、図２に示したと同じ(本説明図には
図示しない)検知回路が閉じて表示手段２００が検知す
るオン・オフ出力型の加速度スイッチング素子である。

【００２６】被測定量である加速度に応動する他の補助
センサは、シリコン基板１１の上に形成したＮ型ポリシ
リコン一部を加工して可撓部２４とその一部に、ボロン
などのＰ型イオンを打ち込みで形成した４個のピエゾ抵
抗素子２１であり、加速度が加わったとき質量部２５
(可動電極)の動きを抵抗変化として捉え、ホィ−トスト
ンブリッジからアナログ出力電圧としてこれを計測す
る。

【００２７】本発明は、検出装置の検出機能、すなわち
入力物理量に対する出力に乱れを及ぼすこと無く、自動
的に、装置を止めることなく、いわゆるオンラインで装
置を診断、較正することができる。このために工夫され
たコンセプトを図１，８〜１０を用いて以下に述べる。

【００２８】検出装置の出力に乱れを及ぼさないために
被測定量の変動時間に比べ極めて短い時間に較正作業を
行う必要があるので、一定振幅のパルス信号を擬似入力
する静電アクチュエ−タ電極３は補助センサ検出部と一
体化して設けてあり、検出手段２を駆動させる機能を持
つ。さらに応答遅れを小さくするため信号処理部をシリ
コン基板（筐体）１１の一部に設ける。マイクロプロセ
ッサ６４からの指令信号にもとずき図８に簡略化して示
したパルス発生部６１２(ｂ)からアクチュエ−タ３を所
定の期間、迅速に作動させる。検出部２はこれが正常で
あれば入力(被測定量)に応答すると同様にアクチュエ−
タ３によって擬似入力された診断、較正信号（または等
価負荷）に応答し出力が変化する。出力の応答変化が実
際の被測定量の入力変化によるのか、若しくは診断、較
正作業によるのか弁別するために、診断、較正用パルス
電圧の周波数や期間、周期が被測定量の変動時間に比べ
極めて短い時間に決められているので、診断、較正作業
による高速の出力変化はマイクロプロセッサ６４によっ
て診断、較正応答と判断されロ−パスフィルタ６９によ
って高周波成分を除去された後出力される。クロック６
６はマイクロプロセッサ６４の最小作動周期を決め、こ
れを基準にして診断、較正作業の期間や周期が決められ
る。オンライン診断の状態ではシステムの出力は診断、
較正作業によって中断されることなく出力されており、
またこの作業によって出力レベルが乱されてはいけな
い。この条件を満たすため、増幅器６１２ｂからの較正
用パルス電圧は診断、較正指令を受けたその時点の出力
レベルを中心として等しい量だけ増減するパルスまたは
パルス列となっている。従って増幅器６１２ｂの動作点
つまりアクチュエ−タ３の動作点は常に(少なくとも較
正指令をうけたら動作点を出力レベルに対応して調整す
る)出力レベルに対応して変動しており、マイクロプロ
セッサ６４の較正指令を受けたら図１０のように増幅器
６１２ｂはその時点の動作点を中心とし十分なパワ−に
増幅された較正用パルス電圧をアクチュエ−タ３に送
り、これを駆動する。図９に示すように応答した出力パ
ルスはロ−パスフィルタ６９によって高周波成分を除去
されるため較正作業による出力レベルの乱れは無い。

【００２９】一方較正用パルスに応答した出力振幅はそ
の時点の入力に正確に比例している。波形はマイクロプ
ロセッサ６４によってメモリ６５内に予め記憶した初期
応答波形と比較され較正される。製品出荷時に行う入出
力較正時の特性と所定の較正用パルスに対する出力応答
波形の関係からそのセンサシステム固有の入力量と較正
用パルス値間の関係が特定され初期特性としてメモリ６
５内に記憶される。単なる診断の場合は必要ないが、校
正の場合ある程度の精度を要するので特にセンサに非線
形特性を持つ場合にはその次数に応じて較正点(動作点)
を増やす方が良い。線形特性の場合には動作点を選ぶ必
要はなく較正用パルスに対する出力応答の波高値を正確
に記憶しておけば良い。また時定数等の値で出力応答速
度の初期特性を記憶しておいた方が良い場合もある。

【００３０】前述したオンライン較正は装置に依存する
適切な周期で実施され記憶される一方、詳細は実施例で
説明するような方法によって初期特性とのずれを計算
し、これが保証精度と関連ずけた所定の値を越えた時、
警報信号として通信器に送り表示する。また図面には表
示していないが、必要に応じて検出装置５の一部に警報
表示する。さらに、ずれ量に基ずいてゼロ点と感度に補
正を加え検出装置５の精度を維持することにより製品寿
命を長くし、信頼性を向上させる。この結果、誤差(ず
れ量)を修正でき正確な検出信号を得ることができる。
補正のタイミングは、一定の周期ごとでもよいし、ずれ
量がある一定の値を越えたときであってもよい。図１
１は測定、診断、校正ル−チンの手順を示すパド図であ
る。すでに個々の実施例は本図を参照してその都度説明
してきたが、共通項目について以下に説明する。診断要
求が無いときは１の定常測定を行っており、上位の指令
によって診断２，３、校正４，５のル−チンを実行す
る。その手順は（１）予めプログラムされた手順または通信器から診断
要求信号で診断を開始。

【００３１】（２）マイコンからの指令で増幅した一定
振幅のパルス信号をセンサ部組へ送る。

【００３２】（３）主センサの一部を補助センサがアク
チュエ−タと機能し動かす。

【００３３】（４）センサに出力信号が発生。

【００３４】（５）一定振幅のパルス信号を擬似入力と
し、出力信号との特性関係をマイコンが演算する。

【００３５】（６）予め較正された初期特性と比較し正
常、異常を判定して通信器に返送する。

【００３６】（７）特性変化がしきい値を越えたときは
校正を行いメモリに記憶されたデ−タを書き替える。

【００３７】（８）警報、表示する。

【００３８】前記した警報信号の発生は、検出原理が異
なる主センサと補助センサの出力の差が保証精度と関連
づけた所定の値を越えたときであってもよい。また、セ
ンサの数が３個以上の場合、センサ同士の出力の関係が
あらかじめ決められた所定の関係を満たさないとき、警
報信号の発生を行う。また、検出原理が異なる複数のセ
ンサの出力を入力し、各センサの出力同士を比較し、出
力相互の関係からセンサの故障モ−ドや故障場所などの
故障状態を診断する診断回路を設けてもよい。故障状態
の診断は例えば所定の周期で行う。

【００３９】このようなセンサを制御システムなどのシ
ステムに応用した場合、上記のような警報信号または故
障状態に関する情報に基づき、安全性を確保したり、省
エネルギ−などの目的でシステムを停止したり、運転状
態を変えたりすることなどが可能である。

【００４０】

【発明の効果】本発明では、それぞれ動作原理が異なる
主センサと補助センサを同一環境に集積形成し、その出
力を常に比較し被測定量検知することにより次の効果を
有する。

【００４１】(１)外乱故障に対する耐性が異なるため、
センサの長寿命化とシステムの高信頼化を図ることがで
きる。

【００４２】(２)お互いを同一環境で診断、校正できる
ため、デ−タの高精度化を図ることができる。

【００４３】(３)マイクロマシニング、高密度実装の技
術を利用して集積形成したため上記の効果を保ちながら
自動車、家電用などのコンパクトで低コストセンサを提
供することができる。

【００４４】(４)ウェハレベルで補助センサを用いて診
断、校正作業を行うことができるので大量生産ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成の説明図。

【図２】本発明の実施例のセンサ部組断面図。

【図３】本発明の実施例のセンサ部組断面図。

【図４】本発明の実施例のセンサ部組断面図。

【図５】本発明の実施例のセンサ部組断面図。

【図６】シリコン基板上に主センサと補助センサを隣接
形成した実施例の断面図及び平面図。

【図７】図６の実施例の主センサ及び補助センサの出力
特性を示す図。

【図８】診断、校正を行うための回路の実施例。

【図９】校正用パルスに対する主センサの応答波形。

【図１０】アクチュエ−タ３への印加電圧と等価負荷と
の関係を示す図。

【図１１】測定、診断、校正ル−チンの手順を示すパド
図。

【符号の説明】

１…センサ部組、２…検知部、３，４…固定電極、アク
チュエ−タ、５…接続体６…信号処理部、７…端子、２１…ピエゾ抵抗素子、２
５…中心剛体，可動電極１１０，１２０…スイッチング素子、６４…マイクロコ
ンピュ−タ、６５…メモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力物理量に対し、相異なる検出原理によ
って前記入力物理量を検出する複数のセンサを一体的に
形成したことを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記複数
のセンサは主としてシリコンによって形成されることを
特徴とする物理量センサ。
【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記シリ
コンはポリシリコンであることを特徴とする物理量セン
サ。
【請求項４】特許請求の範囲第１項において、前記複数
のセンサは基板の表面または表面付近に形成されること
を特徴とする物理量センサ。
【請求項５】特許請求の範囲第１項において、前記複数
のセンサは圧力また加速度を検出するセンサであること
を特徴とする物理量センサ。
【請求項６】特許請求の範囲第１項において、前記複数
のセンサはピエゾ抵抗式および静電容量式のセンサを含
むことを特徴とする物理量センサ。
【請求項７】特許請求の範囲第１項において、前記複数
のセンサは入力物理量の変化に対して出力がアナログ的
に変化するアナログ型センサと、入力物理量の変化に対
して出力がステップ的に変化するスイッチ型センサを含
むことを特徴とする物理量センサ。
【請求項８】可動電極と、該可動電極を支持する弾性体
と、該弾性体に設けられた歪抵抗素子と、前記可動電極
と空隙を隔てて形成された少なくとも１つの固定電極
と、前記歪抵抗素子の抵抗値及び前記可動電極と固定電
極との間の静電容量を検出する信号処理回路とを備えた
ことを特徴とする前記可動電極に働く力を測定する力セ
ンサ。
【請求項９】特許請求の範囲第８項において、前記可動
電極を支持する弾性体はダイアフラムであることを特徴
とする力センサ。
【請求項１０】特許請求の範囲第８項において、前記可
動電極を支持する弾性体はカンチレバ−であることを特
徴とする力センサ。
【請求項１１】特許請求の範囲第８項において、前記可
動電極は質量を有する質量体であることを特徴とする力
センサ。
【請求項１２】特許請求の範囲第８項において、前記力
センサはさらに前記可動電極と固定電極との間に電圧を
印加する電圧印加手段を具備したことを特徴とする力セ
ンサ。
【請求項１３】可動電極と、該可動電極を支持する弾性
体と、該弾性体に設けられた歪抵抗素子と、前記弾性体
に設けられた電歪素子と、前記可動電極と空隙を隔てて
形成された少なくとも１つの固定電極と、前記歪抵抗素
子の抵抗値及び前記可動電極と固定電極との間の静電容
量を検出する信号処理手段と、前記電歪素子に電圧を印
加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする前記可
動電極に働く力を測定する力センサ。
【請求項１４】入力物理量に対し、相異なる検出原理に
よって前記入力物理量を検出する複数のセンサを同一筐
体に形成し、前記複数のセンサの出力を比較する比較手
段、前記比較結果が所定の範囲を越えたとき所定の信号
を発生する信号発生手段とを備えたことを特徴とする物
理量センサシステム。
【請求項１５】入力物理量に対し、相異なる検出原理に
よって前記入力物理量を検出する複数のセンサを同一筐
体に形成し、前記複数のセンサの出力を比較する比較手
段、前記比較結果に基づき前記複数のセンサの状態を診
断する診断手段とを備えたことを特徴とする物理量セン
サシステム。
【請求項１６】特許請求の範囲第１５項において、前記
診断手段は診断を所定の周期で行うことを特徴とする物
理量センサシステム。
【請求項１７】入力物理量に対し、相異なる検出原理に
よって前記入力物理量を検出する主センサを含む複数の
センサを同一筐体に形成し、前記複数のセンサの出力を
比較する比較手段、前記比較手段の出力に基づき、前記
主センサに前記物理量と等価的な負荷を入力する等価負
荷入力手段、前記等価的な負荷に対する主センサの初期
的な応答特性をあらかじめ記憶したメモリ手段、前記等
価的な入力負荷に対する主センサの応答特性と前記初期
的な応答特性とを比較演算し、前記比較演算結果が所定
の範囲を越えたとき所定の信号を発生する信号発生手段
とを備えたことを特徴とする物理量センサシステム。
【請求項１８】入力物理量に対し、相異なる検出原理に
よって前記入力物理量を検出する主センサを含む複数の
センサを同一筐体に形成し、前記複数のセンサの出力を
比較する比較手段、前記比較手段の出力に基づき、前記
主センサに前記物理量と等価的な負荷を入力する等価負
荷入力手段、前記等価的な負荷に対する主センサの初期
的な応答特性をあらかじめ記憶したメモリ手段、前記等
価的な入力負荷に対する主センサの応答特性と前記初期
的な応答特性とを比較演算し、前記主センサの入力物理
量に対する出力特性を校正する手段とを備えたことを特
徴とする物理量センサシステム。
【請求項１９】特許請求の範囲第１８項において、前記
比較手段によって比較した複数のセンサの出力の違いが
所定の範囲を越えたとき、前記校正を実施することを特
徴とする物理量センサシステム。
【請求項２０】入力加速度を検出する主センサを具備し
た加速度センサにおいて、該加速度センサは前記主センサ以外に異なる検出原理に
よって前記入力加速度を検出する少なくとも１個のセン
サを同一筐体に一体的に有し、前記主センサを含む複数
のセンサの出力を比較し、前記比較結果に基づいて、前
記主センサに加速度と等価的な負荷を入力し、前記等価
的な入力負荷に対する主センサの応答特性と、あらかじ
めメモリに記憶された初期的な応答特性とを比較演算
し、前記主センサの入力加速度に対する出力特性を校正
することを特徴とする加速度センサの校正方法。
【請求項２１】入力圧力を検出する主センサを具備した
圧力センサにおいて、該圧力センサは前記主センサ以外に異なる検出原理によ
って前記入力圧力を検出する少なくとも１個のセンサを
同一筐体に一体的に有し、前記主センサを含む複数のセ
ンサの出力を比較し、前記比較結果に基づいて、前記主
センサに圧力と等価的な負荷を入力し、前記等価的な入
力負荷に対する主センサの応答特性とあらかじめメモリ
に記憶された初期的な応答特性とを比較演算し、前記主
センサの入力圧力に対する出力特性を校正することを特
徴とする圧力センサの校正方法。
【請求項２２】入力される力を検出する主センサを具備
した力センサにおいて、前記力センサは、入力される力
とは異なり、平均値がほぼゼロとなる別の力を前記主セ
ンサに印加する手段を有し、前記主センサの前記別の力
に対する応答特性から前記主センサの入力される力に対
する出力特性を校正することを特徴とする力センサの校
正方法。