JPH07128362A - 容量式センサ及び車両用エアバッグシステム - Google Patents
容量式センサ及び車両用エアバッグシステムInfo
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- JPH07128362A JPH07128362A JP5271695A JP27169593A JPH07128362A JP H07128362 A JPH07128362 A JP H07128362A JP 5271695 A JP5271695 A JP 5271695A JP 27169593 A JP27169593 A JP 27169593A JP H07128362 A JPH07128362 A JP H07128362A
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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】
【目的】 小規模な電子回路とマイコン併用により加速
度等の物理量を検出でき、センサの感度を容易に可変調
整できる容量式センサを提供する。 【構成】 容量式センサの固定電極202と固定電極2
07に互いに逆位相のパルス電圧をインバータを介して
印加する。固定電極202・可動電極206間の静電容
量C1と固定電極202に印加されるパルス電圧のハイ
レベルV1の積C1V1と、固定電極207・可動電極2
06間の静電容量C2と固定電極207に印加されるパ
ルス電圧のハイレベルV2の積C2V2との差を電荷検出
器104で検出し、マイコン106によりC1V1=C2
V2になるようV1,V2を制御する。V1は基準電圧V
REFとの関係でV1=VREF−V2で、C1V1=C2V2の条
件の下で、(2V2−VREF)/VREFの関係式から可動
電極の変位を算出する。VREFは調整してセンサ出力の
感度を可変にした。
度等の物理量を検出でき、センサの感度を容易に可変調
整できる容量式センサを提供する。 【構成】 容量式センサの固定電極202と固定電極2
07に互いに逆位相のパルス電圧をインバータを介して
印加する。固定電極202・可動電極206間の静電容
量C1と固定電極202に印加されるパルス電圧のハイ
レベルV1の積C1V1と、固定電極207・可動電極2
06間の静電容量C2と固定電極207に印加されるパ
ルス電圧のハイレベルV2の積C2V2との差を電荷検出
器104で検出し、マイコン106によりC1V1=C2
V2になるようV1,V2を制御する。V1は基準電圧V
REFとの関係でV1=VREF−V2で、C1V1=C2V2の条
件の下で、(2V2−VREF)/VREFの関係式から可動
電極の変位を算出する。VREFは調整してセンサ出力の
感度を可変にした。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば加速度のような
物理的な力が加わるとこれに応じて変位する可動電極と
これに対向して配置された固定電極との静電容量の変化
から上記物理量を検出する容量式センサ、及びこれを利
用したエアバッグシステムに関する。
物理的な力が加わるとこれに応じて変位する可動電極と
これに対向して配置された固定電極との静電容量の変化
から上記物理量を検出する容量式センサ、及びこれを利
用したエアバッグシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、加速度に応動して変位する可
動電極及びこの可動電極を介在させた状態で該可動電極
と微小間隙を保って対向配置される固定電極よりなる静
電容量式の加速度センサが提案されている。
動電極及びこの可動電極を介在させた状態で該可動電極
と微小間隙を保って対向配置される固定電極よりなる静
電容量式の加速度センサが提案されている。
【0003】この種の容量式センサは、原理的には、可
動電極と一方の固定電極間に生じる静電容量C1と、可
動電極と他方の固定電極間に生じる静電容量C2との差
ΔC(=C1−C2)を電圧変換して、加速度等の物理量
を検出するものである。さらに、これを応用して、ΔC
が常に零になるようにフィードバック制御して固定電極
・可動電極間に静電サーボ力を与え、この静電サーボ信
号より物理量を検出するも提案されている。
動電極と一方の固定電極間に生じる静電容量C1と、可
動電極と他方の固定電極間に生じる静電容量C2との差
ΔC(=C1−C2)を電圧変換して、加速度等の物理量
を検出するものである。さらに、これを応用して、ΔC
が常に零になるようにフィードバック制御して固定電極
・可動電極間に静電サーボ力を与え、この静電サーボ信
号より物理量を検出するも提案されている。
【0004】さらに、容量式センサとしては、特表平4
−504003号公報に記載されたモノリシック加速度
計のように検出素子と検出回路をワンチップに集積化す
ることに適したものがある。
−504003号公報に記載されたモノリシック加速度
計のように検出素子と検出回路をワンチップに集積化す
ることに適したものがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】容量式センサ、特に容
量式加速度センサは車両用のエアーバッグシステム用の
衝突検知センサとして使われるため、低コスト化の要求
が非常に強くなっている。上記したモノリシック加速度
計では検出素子と電子回路をワンチップ化することで、
これに対応している。
量式加速度センサは車両用のエアーバッグシステム用の
衝突検知センサとして使われるため、低コスト化の要求
が非常に強くなっている。上記したモノリシック加速度
計では検出素子と電子回路をワンチップ化することで、
これに対応している。
【0006】しかし、静電サーボ方式の容量式センサ
は、静電サーボ系の回路が付加されることで電子回路の
規模が大きくなり、低コスト化に限界があった。一方、
静電サーボ系を使用しないものは、微小静電容量差ΔC
の変化を高精度に検出する必要があるため、検出系のア
ナログ電子回路が複雑化し、やはり低コスト化に限界が
あった。
は、静電サーボ系の回路が付加されることで電子回路の
規模が大きくなり、低コスト化に限界があった。一方、
静電サーボ系を使用しないものは、微小静電容量差ΔC
の変化を高精度に検出する必要があるため、検出系のア
ナログ電子回路が複雑化し、やはり低コスト化に限界が
あった。
【0007】ところで、エアーバッグシステムでは通常
マイクロコンピュータ(以下、マイコンと称する)が使
われる。従って、このマイコンにより電子回路の動作の
一部を負担させることで、電子回路の小型化を図り、低
コスト化を実現できる。
マイクロコンピュータ(以下、マイコンと称する)が使
われる。従って、このマイコンにより電子回路の動作の
一部を負担させることで、電子回路の小型化を図り、低
コスト化を実現できる。
【0008】本発明は以上の点に着目してなされ、その
目的は、小規模な電子回路とマイコン併用によりシステ
ムの低コスト化を図り、しかも、センサの感度を容易に
自動調整し得る容量式センサを提供することにある。
目的は、小規模な電子回路とマイコン併用によりシステ
ムの低コスト化を図り、しかも、センサの感度を容易に
自動調整し得る容量式センサを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、検出対象たる
物理量に応動して変位する可動電極、該可動電極を介在
させた状態で対向配置される第1の固定電極,第2の固
定電極を備えた容量式センサにおいて、 前記第1の固定電極と第2の固定電極に互いに逆位相
のパルス電圧を印加する手段と、 前記第1の固定電極・可動電極間の静電容量C1と前
記第1の固定電極に印加されるパルス電圧のハイレベル
V1の積C1V1と、前記第2の固定電極・可動電極間の
静電容量C2と前記第2の固定電極に印加されるパルス
電圧のハイレベルV2の積C2V2との差もしくは大小を
検出して、前記C1V1とC2V2とがC1V1=C2V2にな
るように前記第1,第2の固定電極に印加されるパルス
電圧のハイレベルV1,V2を制御するフィードバック制
御系とを有し、 前記第1の固定電極の印加されるパルス電圧のハイレ
ベルV1は、予め設定した基準電圧VREFと前記第2の固
定電極に印加されるパルス電圧のハイレベルV2との差
(V1=VREF−V2)になるように設定し、また、前記
第1,第2の固定電極に印加される各パルス電圧のロー
レベルが接地固定され、 且つ、前記C1V1=C2V2の条件の下で、(2V2−
VREF)/VREFの関係式から前記可動電極の変位を算出
してセンサ出力にする演算手段を備え、前記VRE Fはそ
の値を自動的に可変調整できるよう設定して、このV
REFを変えることでセンサ出力の感度調整を可変にした
ことを特徴とする。
物理量に応動して変位する可動電極、該可動電極を介在
させた状態で対向配置される第1の固定電極,第2の固
定電極を備えた容量式センサにおいて、 前記第1の固定電極と第2の固定電極に互いに逆位相
のパルス電圧を印加する手段と、 前記第1の固定電極・可動電極間の静電容量C1と前
記第1の固定電極に印加されるパルス電圧のハイレベル
V1の積C1V1と、前記第2の固定電極・可動電極間の
静電容量C2と前記第2の固定電極に印加されるパルス
電圧のハイレベルV2の積C2V2との差もしくは大小を
検出して、前記C1V1とC2V2とがC1V1=C2V2にな
るように前記第1,第2の固定電極に印加されるパルス
電圧のハイレベルV1,V2を制御するフィードバック制
御系とを有し、 前記第1の固定電極の印加されるパルス電圧のハイレ
ベルV1は、予め設定した基準電圧VREFと前記第2の固
定電極に印加されるパルス電圧のハイレベルV2との差
(V1=VREF−V2)になるように設定し、また、前記
第1,第2の固定電極に印加される各パルス電圧のロー
レベルが接地固定され、 且つ、前記C1V1=C2V2の条件の下で、(2V2−
VREF)/VREFの関係式から前記可動電極の変位を算出
してセンサ出力にする演算手段を備え、前記VRE Fはそ
の値を自動的に可変調整できるよう設定して、このV
REFを変えることでセンサ出力の感度調整を可変にした
ことを特徴とする。
【0010】
【作用】まず、本発明の要旨となる作用の説明に先立
ち、容量式センサの検出素子の構造の一例を図2に示
し、本検出素子の基本的な構造と動作を説明する。
ち、容量式センサの検出素子の構造の一例を図2に示
し、本検出素子の基本的な構造と動作を説明する。
【0011】本検出素子は、例えば、ガラス層201、
シリコン層204、ガラス層205の3層構造よりな
り、中央のシリコン層204には可動電極(質量部)2
06及び電子回路203が配置されている。また、ガラ
ス層201,205には、可動電極206に対向して第
1の固定電極202、第2の固定電極207が配置され
ている。
シリコン層204、ガラス層205の3層構造よりな
り、中央のシリコン層204には可動電極(質量部)2
06及び電子回路203が配置されている。また、ガラ
ス層201,205には、可動電極206に対向して第
1の固定電極202、第2の固定電極207が配置され
ている。
【0012】この検出素子に、加速度等の物理力が所定
方向(図2では上下方向)に働くと、可動電極206
は、この物理力に応じて変位する。可動電極206が変
位すると可動電極206・第1の固定電極202間の静
電容量C1と、可動電極206・第2の固定電極207
間の静電容量C2が変化する。この静電容量の変化を検
出することにより加速度に応じた出力を得ることができ
る。
方向(図2では上下方向)に働くと、可動電極206
は、この物理力に応じて変位する。可動電極206が変
位すると可動電極206・第1の固定電極202間の静
電容量C1と、可動電極206・第2の固定電極207
間の静電容量C2が変化する。この静電容量の変化を検
出することにより加速度に応じた出力を得ることができ
る。
【0013】本発明では、この静電容量の変化を次のよ
うにして検出する。
うにして検出する。
【0014】第1の固定電極202と第2の固定電極2
07には、互いに逆位相なパルス電圧が印加される。こ
のパルス電圧の立上り・立ち下がりにより、静電容量C
1,C2は充放電され、充放電するタイミングは逆にな
る。つまり静電容量C1が充電している時は静電容量C2
は放電しており、静電容量C1が放電している時は静電
容量C2は充電している。
07には、互いに逆位相なパルス電圧が印加される。こ
のパルス電圧の立上り・立ち下がりにより、静電容量C
1,C2は充放電され、充放電するタイミングは逆にな
る。つまり静電容量C1が充電している時は静電容量C2
は放電しており、静電容量C1が放電している時は静電
容量C2は充電している。
【0015】この、静電容量C1からの充電電荷と静電
容量C2からの放電電荷、或いは、静電容量C1からの放
電電荷と静電容量C2からの充電電荷の差分の電荷ΔV
を検出すると、C1V1−C2V2に比例した出力が得られ
る(このΔVを求める動作原理については、実施例で詳
述してある)。
容量C2からの放電電荷、或いは、静電容量C1からの放
電電荷と静電容量C2からの充電電荷の差分の電荷ΔV
を検出すると、C1V1−C2V2に比例した出力が得られ
る(このΔVを求める動作原理については、実施例で詳
述してある)。
【0016】そして、本発明では、第1の固定電極20
2・可動電極206間の静電容量C1と第1の固定電極
202に印加したパルス電圧のハイレベルV1の積C1V
1と、第2の固定電極207・可動電極206間の静電
容量C2と第2の固定電極207に印加したパルス電圧
のハイレベルV2の積C2V2とが等しくなるように、フ
ィードバック制御系により、第1,第2の固定電極20
2,207に印加するパルス電圧のハイレベルV1,V2
が制御される(この電圧のハイレベル制御については、
実施例で詳細に説明する)。これにより次式が成り立
つ。
2・可動電極206間の静電容量C1と第1の固定電極
202に印加したパルス電圧のハイレベルV1の積C1V
1と、第2の固定電極207・可動電極206間の静電
容量C2と第2の固定電極207に印加したパルス電圧
のハイレベルV2の積C2V2とが等しくなるように、フ
ィードバック制御系により、第1,第2の固定電極20
2,207に印加するパルス電圧のハイレベルV1,V2
が制御される(この電圧のハイレベル制御については、
実施例で詳細に説明する)。これにより次式が成り立
つ。
【0017】
【数1】C1V1=C2V2 ここで、可動電極206と第1の固定電極202間の静
電容量C1、及び可動電極206と第2の固定電極20
7間の静電容量C2は次のように表される。
電容量C1、及び可動電極206と第2の固定電極20
7間の静電容量C2は次のように表される。
【0018】
【数2】
【0019】ε:空気中の誘電率 S:可動電極と固定電極の対向面積 d:可動電極と固定電極間の初期ギャップ x:可動電極の変位 第1の固定電極202に印加したパルス電圧のハイレベ
ルV1と、第2の固定電極207に印加したパルス電圧
のハイレベルV2の差と和の比(V2−V1)/(V2+V1)
を求めると、前記C1V1=C2V2の条件の下では、次の
ように表される。
ルV1と、第2の固定電極207に印加したパルス電圧
のハイレベルV2の差と和の比(V2−V1)/(V2+V1)
を求めると、前記C1V1=C2V2の条件の下では、次の
ように表される。
【0020】
【数3】
【0021】つまり、第1の固定電極202に印加した
パルス電圧のハイレベルV1と、第2の固定電極207
に印加したパルス電圧のハイレベルV2の差と和の比(V
2−V1)/(V2+V1)を求めることにより、可動電極2
06の変位に比例した出力を得ることができる。可動電
極206の変位は加速度等の物理量に比例するから、前
記(V2−V1)/(V2+V1)を求めることにより、加速度
等の物理量に比例した出力を得ることができる。
パルス電圧のハイレベルV1と、第2の固定電極207
に印加したパルス電圧のハイレベルV2の差と和の比(V
2−V1)/(V2+V1)を求めることにより、可動電極2
06の変位に比例した出力を得ることができる。可動電
極206の変位は加速度等の物理量に比例するから、前
記(V2−V1)/(V2+V1)を求めることにより、加速度
等の物理量に比例した出力を得ることができる。
【0022】ところで、本発明では上記の構成要素の
ハイレベル設定値及びローレベル接地固定により、第1
の固定電極202に印加されるパルス電圧のハイレベル
V1は、予め設定した基準電圧VREFとV2の差(V1=V
REF−V2)、第2の固定電極207に印加されるパルス
電圧のハイレベルがV2になるように設定してあるが、
ハイレベルV2の2倍と基準値VREFの差と基準値VREF
の比を求めると、次のように関係式が成立する。
ハイレベル設定値及びローレベル接地固定により、第1
の固定電極202に印加されるパルス電圧のハイレベル
V1は、予め設定した基準電圧VREFとV2の差(V1=V
REF−V2)、第2の固定電極207に印加されるパルス
電圧のハイレベルがV2になるように設定してあるが、
ハイレベルV2の2倍と基準値VREFの差と基準値VREF
の比を求めると、次のように関係式が成立する。
【0023】
【数4】
【0024】つまり、(2V2−VREF)/VREFを求める
ことにより、可動電極206の変位に比例した出力を得
ることができる。また可動電極206の変位は加速度に
比例するから(2V2−VREF)/VREFを演算手段により
求めることで、加速度等の物理量に比例した出力を得る
ことができる。
ことにより、可動電極206の変位に比例した出力を得
ることができる。また可動電極206の変位は加速度に
比例するから(2V2−VREF)/VREFを演算手段により
求めることで、加速度等の物理量に比例した出力を得る
ことができる。
【0025】また、上記の(2V2−VREF)/VREF=x
/dの関係式を変形すると、次式で表わすことができ
る。
/dの関係式を変形すると、次式で表わすことができ
る。
【0026】
【数5】
【0027】したがって、VREFの値を変えることによ
り、V2も変わり、これによりセンサの感度(変位xに
対するVREF,V2)を変化させることができる。具体的
には、変位xに対して、VREFを大きくすればV2も大き
くなって高感度となり、VREFを小さくすればV2も
小さくなって低感度となる。
り、V2も変わり、これによりセンサの感度(変位xに
対するVREF,V2)を変化させることができる。具体的
には、変位xに対して、VREFを大きくすればV2も大き
くなって高感度となり、VREFを小さくすればV2も
小さくなって低感度となる。
【0028】その結果、加速度センサを高感度使用と低
感度使用したい時の感度切替を行ない得る。感度切替
は、次のような場合に便利である。
感度使用したい時の感度切替を行ない得る。感度切替
は、次のような場合に便利である。
【0029】例えば、容量式センサは、車両用エアバッ
グシステムの衝突検知用加速度センサとして使用する場
合、衝突時の加速度は非常に大きい(20G〜50G程
度)ので、衝突検知モードにある時には、20G〜50
Gの加速度に対応した大きな変位xに応答すればよいの
で、センサ感度も比較的低感度でよい。
グシステムの衝突検知用加速度センサとして使用する場
合、衝突時の加速度は非常に大きい(20G〜50G程
度)ので、衝突検知モードにある時には、20G〜50
Gの加速度に対応した大きな変位xに応答すればよいの
で、センサ感度も比較的低感度でよい。
【0030】一方、非衝突時にセンサに働く加速度は微
弱である(1G以下)が、この加速度を利用するか、或
いは故意的な静電気力を可動電極・固定電極間に印加し
て微弱な加速度を誘発させてセンサが正常に働くか否か
を動作チェック(診断)する場合には、低感度では思う
ようなV2値を得ることができず、この場合にはセンサ
を高感度にすれば、演算に必要な充分なV2を得ること
ができる。すなわち、通常(衝突検知モード)時には容
量式センサを低感度にし、診断モード時には容量式セン
サを高感度に切り替えることも可能となる。
弱である(1G以下)が、この加速度を利用するか、或
いは故意的な静電気力を可動電極・固定電極間に印加し
て微弱な加速度を誘発させてセンサが正常に働くか否か
を動作チェック(診断)する場合には、低感度では思う
ようなV2値を得ることができず、この場合にはセンサ
を高感度にすれば、演算に必要な充分なV2を得ること
ができる。すなわち、通常(衝突検知モード)時には容
量式センサを低感度にし、診断モード時には容量式セン
サを高感度に切り替えることも可能となる。
【0031】さらに、本発明は、センサ出力を求める場
合に、従来のように可動電極と一方の固定電極の静電容
量C1と、可動電極と他方の固定電極の静電容量C2との
差ΔC=C1−C2を電圧変換した値から加速度を検出す
るのではなく、C1V1とC2V2の差から最終的にC1V1
=C2V2になるようなフィードバック制御するので、C
1V1とC2V2の差を求める検出系回路(例えば電荷検出
器)もC1V1,C2V2の大小関係を判別できれば足り、
このようなアナログ検出系回路も簡易なもので足り、ま
た、本検出系電子回路はマイコンと組み合わせることに
より、回路規模を非常に小さくすることができる(電子
回路の構成については実施例で詳細に説明する)。
合に、従来のように可動電極と一方の固定電極の静電容
量C1と、可動電極と他方の固定電極の静電容量C2との
差ΔC=C1−C2を電圧変換した値から加速度を検出す
るのではなく、C1V1とC2V2の差から最終的にC1V1
=C2V2になるようなフィードバック制御するので、C
1V1とC2V2の差を求める検出系回路(例えば電荷検出
器)もC1V1,C2V2の大小関係を判別できれば足り、
このようなアナログ検出系回路も簡易なもので足り、ま
た、本検出系電子回路はマイコンと組み合わせることに
より、回路規模を非常に小さくすることができる(電子
回路の構成については実施例で詳細に説明する)。
【0032】すなわち、本発明における上記の構成要
素のようなフィードバック制御系は、C1V1とC2V2の
差をアナログ/デジタル変換した後に、この差をマイコ
ンによりデジタル処理してC1V1=C2V2となり得るV
1,V2を求めることができるので(具体的には実施例で
詳述してある)、このフィードバック制御系をマイコン
により構成することにより、アナログの検出系電子回路
は簡略化を図り小規模とすることができる。したがっ
て、検出素子と上記電子回路をワンチップに集積して
も、電子回路の歩留まりが非常に高く、電子回路の占有
する面積も小さくでき小形化を図り得る。また、検出素
子と電子回路をワンチップに集積化することにより、検
出素子・電子回路間の配線を短くでき、その結果、浮遊
容量等の誤差要因を小さくできる。
素のようなフィードバック制御系は、C1V1とC2V2の
差をアナログ/デジタル変換した後に、この差をマイコ
ンによりデジタル処理してC1V1=C2V2となり得るV
1,V2を求めることができるので(具体的には実施例で
詳述してある)、このフィードバック制御系をマイコン
により構成することにより、アナログの検出系電子回路
は簡略化を図り小規模とすることができる。したがっ
て、検出素子と上記電子回路をワンチップに集積して
も、電子回路の歩留まりが非常に高く、電子回路の占有
する面積も小さくでき小形化を図り得る。また、検出素
子と電子回路をワンチップに集積化することにより、検
出素子・電子回路間の配線を短くでき、その結果、浮遊
容量等の誤差要因を小さくできる。
【0033】
【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。
【0034】図1は、本発明の第1実施例に係る容量式
センサの構成図で、ここでは、一例として加速度センサ
を例示している。
センサの構成図で、ここでは、一例として加速度センサ
を例示している。
【0035】本実施例の加速度センサは、検出素子10
3、電荷検出器104、インバータゲート101,10
2,105、及びマイコン106から構成さる。
3、電荷検出器104、インバータゲート101,10
2,105、及びマイコン106から構成さる。
【0036】検出素子103は図2で説明した検出素子
を使用しており、図1では可動電極206、第1の固定
電極202、第2の固定電極207のみを表記してい
る。ここで、図面における電極の配置に合わせて、第1
の固定電極202を上側固定電極と、第2の固定電極2
07を下側固定電極と称する。
を使用しており、図1では可動電極206、第1の固定
電極202、第2の固定電極207のみを表記してい
る。ここで、図面における電極の配置に合わせて、第1
の固定電極202を上側固定電極と、第2の固定電極2
07を下側固定電極と称する。
【0037】電荷検出器104は、可動電極206と上
側固定電極202間の静電容量C1と、可動電極206
と下側固定電極207間の静電容量C2に流れる充放電
電荷を検出する回路である。
側固定電極202間の静電容量C1と、可動電極206
と下側固定電極207間の静電容量C2に流れる充放電
電荷を検出する回路である。
【0038】インバータゲート101,105は、上側
固定電極202及び下側固定電極207にパルス電圧を
印加するための駆動ゲートであり、インバータゲート1
02により、上側固定電極202と下側固定電極207
に互いに逆位相のパルス電圧を印加している。
固定電極202及び下側固定電極207にパルス電圧を
印加するための駆動ゲートであり、インバータゲート1
02により、上側固定電極202と下側固定電極207
に互いに逆位相のパルス電圧を印加している。
【0039】上記電荷検出器104は、静電容量C1と
インバータゲート101を介して上側固定電極202に
印加されるパルス電圧のハイレベルV1の積C1V1と、
静電容量C2とインバータゲート105を介して下側固
定電極207に印加されるパルス電圧のハイレベルV2
の積C2V2の差もしくは大小を検出する手段となる。
インバータゲート101を介して上側固定電極202に
印加されるパルス電圧のハイレベルV1の積C1V1と、
静電容量C2とインバータゲート105を介して下側固
定電極207に印加されるパルス電圧のハイレベルV2
の積C2V2の差もしくは大小を検出する手段となる。
【0040】マイコン106は、前記C1V1とC2V2と
がC1V1=C2V2になるように前記パルス電圧のハイレ
ベルV1,V2を制御するフィードバック制御系を構成
し、フィードバック制御系の構成要素は、電荷検出器1
04及びインバータゲート101,102,105を動
作させるためのパルス信号を発生するパルスジェネレー
タ109、電荷検出器104の出力をデジタルに変換す
るA/D変換器(アナログ/デジタル変換器)110、A
/D変換器110の出力を積分する積分器111、積分
器111の出力をアナログ量に変換するD/A変換器
(デジタル/アナログ変換器)108、積分器111の出
力と基準電圧値VREFの差をアナログ量に変換するD/
A変換器107より成る。
がC1V1=C2V2になるように前記パルス電圧のハイレ
ベルV1,V2を制御するフィードバック制御系を構成
し、フィードバック制御系の構成要素は、電荷検出器1
04及びインバータゲート101,102,105を動
作させるためのパルス信号を発生するパルスジェネレー
タ109、電荷検出器104の出力をデジタルに変換す
るA/D変換器(アナログ/デジタル変換器)110、A
/D変換器110の出力を積分する積分器111、積分
器111の出力をアナログ量に変換するD/A変換器
(デジタル/アナログ変換器)108、積分器111の出
力と基準電圧値VREFの差をアナログ量に変換するD/
A変換器107より成る。
【0041】すなわち、フィードバック制御系は、大別
すると、電荷検出器104の出力をアナログ/デジタル
変換した後に積分して下側固定電極207に印加すべき
ハイレベルV2をデジタル生成する帰還要素と、この積
分された出力V2及び基準電圧VREFを基に上側固定電極
に印加されるパルス電圧のハイレベルV1=VREF−V2
をデジタル生成する帰還要素より成る。
すると、電荷検出器104の出力をアナログ/デジタル
変換した後に積分して下側固定電極207に印加すべき
ハイレベルV2をデジタル生成する帰還要素と、この積
分された出力V2及び基準電圧VREFを基に上側固定電極
に印加されるパルス電圧のハイレベルV1=VREF−V2
をデジタル生成する帰還要素より成る。
【0042】また、マイコン106は、積分器111の
出力から加速度を演算する演算器112等を備えて成
る。この演算式については後述する。
出力から加速度を演算する演算器112等を備えて成
る。この演算式については後述する。
【0043】D/A変換器107の出力側(V1出力)
は、上側固定電極202対応のインバータゲート101
のハイレベル側電源端子に接続(入力)され、インバー
タゲート101のローレベル側電源端子が接地固定され
る。一方、D/A変換器108の出力側(V2出力)
は、下側固定電極207対応のインバータゲート105
のハイレベル側電源端子に接続(入力)され、インバー
タゲート105のローレベル側電源端子も接地固定して
ある。
は、上側固定電極202対応のインバータゲート101
のハイレベル側電源端子に接続(入力)され、インバー
タゲート101のローレベル側電源端子が接地固定され
る。一方、D/A変換器108の出力側(V2出力)
は、下側固定電極207対応のインバータゲート105
のハイレベル側電源端子に接続(入力)され、インバー
タゲート105のローレベル側電源端子も接地固定して
ある。
【0044】このようなインバータゲートの電源構成に
より、マイコン106のパルスジェネレータ109,イ
ンバータゲート102を介して互いに逆位相のパルス状
のゲート信号φ1,φ2の各々がインバータゲート10
1,105に入力されると、インバータゲート101
は、上側固定電極202にハイレベルがV1値であるパ
ルス電圧を出力して上側固定電極202に印加し、イン
バータゲート105は、下側電極207にハイレベルが
V2値であるパルス電圧(上記上側固定電極を印加する
パルス電圧と逆位相のもの)を出力して下側固定電極2
07に印加する。
より、マイコン106のパルスジェネレータ109,イ
ンバータゲート102を介して互いに逆位相のパルス状
のゲート信号φ1,φ2の各々がインバータゲート10
1,105に入力されると、インバータゲート101
は、上側固定電極202にハイレベルがV1値であるパ
ルス電圧を出力して上側固定電極202に印加し、イン
バータゲート105は、下側電極207にハイレベルが
V2値であるパルス電圧(上記上側固定電極を印加する
パルス電圧と逆位相のもの)を出力して下側固定電極2
07に印加する。
【0045】以上のように、上側固定電極202と下側
固定電極207には互いに逆位相のパルス電圧が印加さ
れる。このパルス電圧の立上り・立ち下がりにより、静
電容量C1,C2は充放電され、充放電するタイミングは
逆になる。つまり、静電容量C1が充電している時は静
電容量C2は放電しており、静電容量C1が放電している
時は静電容量C2は充電している。
固定電極207には互いに逆位相のパルス電圧が印加さ
れる。このパルス電圧の立上り・立ち下がりにより、静
電容量C1,C2は充放電され、充放電するタイミングは
逆になる。つまり、静電容量C1が充電している時は静
電容量C2は放電しており、静電容量C1が放電している
時は静電容量C2は充電している。
【0046】従って、電荷検出器104にはパルス電圧
の立上り・立ち下がり時に、静電容量C1からの充電電
荷と静電容量C2からの放電電荷、或いは静電容量C1か
らの放電電荷と静電容量C2からの充電電荷の差分の電
荷が流れる。電荷検出器104は、この差分の電荷をア
ナログ値に変換し(この電荷検出器104の具体例につ
いては後述するが、電荷検出器104の出力はC1V1−
C2V2に比例した出力となる)、マイコン106のA/
D変化器110に出力する。
の立上り・立ち下がり時に、静電容量C1からの充電電
荷と静電容量C2からの放電電荷、或いは静電容量C1か
らの放電電荷と静電容量C2からの充電電荷の差分の電
荷が流れる。電荷検出器104は、この差分の電荷をア
ナログ値に変換し(この電荷検出器104の具体例につ
いては後述するが、電荷検出器104の出力はC1V1−
C2V2に比例した出力となる)、マイコン106のA/
D変化器110に出力する。
【0047】マイコン106は、このA/D変換器11
0の出力を処理して、D/A変換器107,108に出
力し、上側固定電極202に印加するパルス電圧のハイ
レベルV1及び下側固定電極207に印加するパルス電
圧のハイレベルV2を、電荷検出器104の出力が零に
なるように制御する。これにより、上側固定電極202
に印加するパルス電圧のハイレベルV1と静電容量C1の
積C1V1と、下側固定電極207に印加するパルス電圧
のハイレベルV2と静電容量C2の積C2V2が等しくな
る。つまり、次式が成り立つ。
0の出力を処理して、D/A変換器107,108に出
力し、上側固定電極202に印加するパルス電圧のハイ
レベルV1及び下側固定電極207に印加するパルス電
圧のハイレベルV2を、電荷検出器104の出力が零に
なるように制御する。これにより、上側固定電極202
に印加するパルス電圧のハイレベルV1と静電容量C1の
積C1V1と、下側固定電極207に印加するパルス電圧
のハイレベルV2と静電容量C2の積C2V2が等しくな
る。つまり、次式が成り立つ。
【0048】
【数6】C1V1=C2V2 また、静電容量C1,C2は次式で表される。
【0049】
【数7】
【0050】ε:空気中の誘電率 S:可動電極と固定電極の対向面積 d:可動電極と固定電極間の初期ギャップ x:可動電極の変位 ここで、V1は、予め設定した基準電圧VREFから下側固
定電極207に印加したパルス電圧のハイレベルV2の
差となるように帰還要素を設定してあり、C1V1とC2
V2の条件の下では、V2の2倍と基準値VREFの差と基
準値VREFの比(2V2−VREF)/VREFを求めると次のよ
うに表される。
定電極207に印加したパルス電圧のハイレベルV2の
差となるように帰還要素を設定してあり、C1V1とC2
V2の条件の下では、V2の2倍と基準値VREFの差と基
準値VREFの比(2V2−VREF)/VREFを求めると次のよ
うに表される。
【0051】
【数8】
【0052】つまり、(2V2−VREF)/VREFを求める
ことにより、可動電極206の変位に比例した出力を得
ることができる。また、可動電極206の変位は加速度
に比例するから、(2V2−VREF)/VREFをマイコン1
06の演算器112により求めることで、加速度に比例
した出力を得ることができる。なお、パルスジェネレー
タ109、積分器111及び演算器112はソフトウェ
アにより実現している。
ことにより、可動電極206の変位に比例した出力を得
ることができる。また、可動電極206の変位は加速度
に比例するから、(2V2−VREF)/VREFをマイコン1
06の演算器112により求めることで、加速度に比例
した出力を得ることができる。なお、パルスジェネレー
タ109、積分器111及び演算器112はソフトウェ
アにより実現している。
【0053】次に、電荷検出器104の具体例について
説明する。
説明する。
【0054】電荷検出器104の構成は複数あるが、こ
こでは代表的な3種類の電荷検出器について説明する。
なお、電荷検出器104の説明において、検出素子10
3は静電容量C1,C2を表す電気記号で表記している。
こでは代表的な3種類の電荷検出器について説明する。
なお、電荷検出器104の説明において、検出素子10
3は静電容量C1,C2を表す電気記号で表記している。
【0055】まず、電荷検出器104の第1例を図3,
図4により説明する。図3は第1の電荷検出器の構成、
図4は第1の電荷検出器のタイミングチャートである。
本電荷検出器は、インバータゲート303、インバータ
ゲート303の入出力端子に接続された静電容量30
2、静電容量302に並列に接続されてパルス信号φR
(マイコン106より供給される)によって動作するス
イッチ301より構成される。
図4により説明する。図3は第1の電荷検出器の構成、
図4は第1の電荷検出器のタイミングチャートである。
本電荷検出器は、インバータゲート303、インバータ
ゲート303の入出力端子に接続された静電容量30
2、静電容量302に並列に接続されてパルス信号φR
(マイコン106より供給される)によって動作するス
イッチ301より構成される。
【0056】次にこの電荷検出器104の動作について
説明する。電荷検出器は、タイミングt1では、パルス
信号φRがハイレベルであり、スイッチ301はオン状
態である。スイッチ301がオン状態なると、インバー
タゲート303の入出力端子を短絡するため、電荷検出
器の出力VOUTはインバータゲート303の入出力特性
によって決まる値になる。次にタイミングt2では、パ
ルス信号φ1は立下がり、パルス信号φ2は立上がる。従
って、静電容量C1は放電し、静電容量C2は充電する。
説明する。電荷検出器は、タイミングt1では、パルス
信号φRがハイレベルであり、スイッチ301はオン状
態である。スイッチ301がオン状態なると、インバー
タゲート303の入出力端子を短絡するため、電荷検出
器の出力VOUTはインバータゲート303の入出力特性
によって決まる値になる。次にタイミングt2では、パ
ルス信号φ1は立下がり、パルス信号φ2は立上がる。従
って、静電容量C1は放電し、静電容量C2は充電する。
【0057】この時、静電容量C1の放電電荷と静電容
量C2の充電電荷の差分の電荷が静電容量302に充電
される。この静電容量302が充電されることにより、
電荷検出器の出力VOUTは変化する。この時の電荷検出
器の出力VOUTの変化量ΔVは次式で表される。
量C2の充電電荷の差分の電荷が静電容量302に充電
される。この静電容量302が充電されることにより、
電荷検出器の出力VOUTは変化する。この時の電荷検出
器の出力VOUTの変化量ΔVは次式で表される。
【0058】
【数9】
【0059】CF:静電容量302の容量値 従って、電荷検出器104の出力VOUTの変化量ΔVか
ら(V1C1−V2C2)に比例した出力を得ることができ
る。
ら(V1C1−V2C2)に比例した出力を得ることができ
る。
【0060】次に電荷検出器の第2例を図5,図6によ
り説明する。図5は第2の電荷検出器104の構成、図
6は第2の電荷検出器のタイミングチャートである。本
電荷検出器は、インバータゲート505、インバータゲ
ート505の入出力端子に接続される静電容量504、
パルス信号φR2によって動作するスイッチ503、パル
ス信号φR1によって動作するスイッチ501、スイッチ
503とスイッチ501に接続される静電容量502よ
り構成される。なお,パルス信号φR1,φR2は、マイコ
ン106から供給される信号である。
り説明する。図5は第2の電荷検出器104の構成、図
6は第2の電荷検出器のタイミングチャートである。本
電荷検出器は、インバータゲート505、インバータゲ
ート505の入出力端子に接続される静電容量504、
パルス信号φR2によって動作するスイッチ503、パル
ス信号φR1によって動作するスイッチ501、スイッチ
503とスイッチ501に接続される静電容量502よ
り構成される。なお,パルス信号φR1,φR2は、マイコ
ン106から供給される信号である。
【0061】次に本電荷検出器の動作について説明す
る。本電荷検出器はタイミングt1では、パルス信号φ
R1はハイレベル、パルス信号φR2はローレベルであり、
スイッチ503はオフ状態、スイッチ501はオン状態
になる。従って電荷検出器と静電容量C1,C2は分離さ
れており、電荷検出器の出力は変化しない。次に、タイ
ミングt2では、パルス信号φ1は立ち下がり、パルス信
号φ2は立ち上がる。従って静電容量C1は放電し、静電
容量C2は充電する。この時、静電容量C1の放電電荷と
静電容量C2の充電電荷の差分の電荷が静電容量504
に充電される。これにより、電荷検出器104の出力V
OUTは静電容量504の充電電荷に応じて変化する。こ
の時の電荷検出器の出力VOUTの変化量ΔVは次式で表
される。但し,静電容量502の容量値は静電容量
C1,C2に比して十分大きくしている。
る。本電荷検出器はタイミングt1では、パルス信号φ
R1はハイレベル、パルス信号φR2はローレベルであり、
スイッチ503はオフ状態、スイッチ501はオン状態
になる。従って電荷検出器と静電容量C1,C2は分離さ
れており、電荷検出器の出力は変化しない。次に、タイ
ミングt2では、パルス信号φ1は立ち下がり、パルス信
号φ2は立ち上がる。従って静電容量C1は放電し、静電
容量C2は充電する。この時、静電容量C1の放電電荷と
静電容量C2の充電電荷の差分の電荷が静電容量504
に充電される。これにより、電荷検出器104の出力V
OUTは静電容量504の充電電荷に応じて変化する。こ
の時の電荷検出器の出力VOUTの変化量ΔVは次式で表
される。但し,静電容量502の容量値は静電容量
C1,C2に比して十分大きくしている。
【0062】
【数10】
【0063】CF:静電容量504の容量値 また、タイミングt3でもタイミングt2における動作と
同様に、電荷検出器の出力VOUTは変化量ΔV変化す
る。従って、容量検出器の出力VOUTは(V1C1−V
2C2)を積分した出力を得ることができる。このように
本容量検出器では(V1C1−V2C2)を積分した出力を得
ことができるため、第1の電荷検出器よりもより高精度
に電荷の差分を検出することができる。
同様に、電荷検出器の出力VOUTは変化量ΔV変化す
る。従って、容量検出器の出力VOUTは(V1C1−V
2C2)を積分した出力を得ることができる。このように
本容量検出器では(V1C1−V2C2)を積分した出力を得
ことができるため、第1の電荷検出器よりもより高精度
に電荷の差分を検出することができる。
【0064】次に、電荷検出器の第3例を図7,図8に
より説明する。図7は第3の電荷検出器の構成、図8は
第3の電荷検出器のタイミングチャートである。本電荷
検出器はインバータゲート702、インバータゲート7
02の入出力端子に接続され、パルス信号φR(マイコン
106より供給される)によって動作するスイッチ70
1より構成される。
より説明する。図7は第3の電荷検出器の構成、図8は
第3の電荷検出器のタイミングチャートである。本電荷
検出器はインバータゲート702、インバータゲート7
02の入出力端子に接続され、パルス信号φR(マイコン
106より供給される)によって動作するスイッチ70
1より構成される。
【0065】次に本電荷検出器の動作を説明する。本電
荷検出器はタイミングt1では、パルス信号φRがハイレ
ベルにあり、スイッチ701はオン状態になり、この時
の電荷検出器の出力VOUTはインバータゲート702の
入出力特性によって決まる値になる。次にタイミングt
2では、パルス信号φ1は立下がり、パルス信号φ2は立
上がる。この時の静電容量C1,C2の接続点の電圧の
変化量ΔVは次式で表される。
荷検出器はタイミングt1では、パルス信号φRがハイレ
ベルにあり、スイッチ701はオン状態になり、この時
の電荷検出器の出力VOUTはインバータゲート702の
入出力特性によって決まる値になる。次にタイミングt
2では、パルス信号φ1は立下がり、パルス信号φ2は立
上がる。この時の静電容量C1,C2の接続点の電圧の
変化量ΔVは次式で表される。
【0066】
【数11】
【0067】従って、この電圧の変化量ΔVにより、イ
ンバータゲート702はハイレベルあるいはローレベル
に変化する。つまり、V1C1とV2C2の大小関係を比較
する比較器として働く。なお、図1で示した加速度セン
サの容量検出方法では電荷検出器の動作が比較動作であ
っても問題は無い。
ンバータゲート702はハイレベルあるいはローレベル
に変化する。つまり、V1C1とV2C2の大小関係を比較
する比較器として働く。なお、図1で示した加速度セン
サの容量検出方法では電荷検出器の動作が比較動作であ
っても問題は無い。
【0068】本実施例によれば、(2V2−VREF)/V
REFを演算器112により求めることにより、可動電極
206の変位(換言すれば加速度)に比例した出力を得
ることができる。
REFを演算器112により求めることにより、可動電極
206の変位(換言すれば加速度)に比例した出力を得
ることができる。
【0069】また、数8式の(2V2−VREF)/VREF=
x/dの関係式を変形すると、次式で表わすことができ
る。
x/dの関係式を変形すると、次式で表わすことができ
る。
【0070】
【数12】
【0071】したがって、VREFの値を変えることによ
り、V2も変わり、これによりセンサの感度(変位xに
対するVREF,V2)を変化させることができる。具体的
には、変位xに対して、VREFを大きくすればV2も大き
くなって高感度となり、VREFを小さくすればV2も小さ
くなって低感度となる。
り、V2も変わり、これによりセンサの感度(変位xに
対するVREF,V2)を変化させることができる。具体的
には、変位xに対して、VREFを大きくすればV2も大き
くなって高感度となり、VREFを小さくすればV2も小さ
くなって低感度となる。
【0072】その結果、加速度センサを高感度使用と低
感度使用したい時の感度切替を行ない得る。
感度使用したい時の感度切替を行ない得る。
【0073】例えば、車両用エアバッグシステムの衝突
検知用加速度センサとして使用する場合、衝突時の加速
度は非常に大きい(20G〜50G程度)ので、衝突検
知モードにある時には、20G〜50Gの加速度に対応
した大きな変位xに応答すればよいので、VREFを小さ
くしてセンサ感度を比較的低感度にする。
検知用加速度センサとして使用する場合、衝突時の加速
度は非常に大きい(20G〜50G程度)ので、衝突検
知モードにある時には、20G〜50Gの加速度に対応
した大きな変位xに応答すればよいので、VREFを小さ
くしてセンサ感度を比較的低感度にする。
【0074】一方、非衝突時にセンサに働く加速度は微
弱である(1G以下)が、この加速度を利用したり或い
は故意的に静電気力(衝突に比べてはるかに小さい加速
度)を可動電極に与えてセンサが正常に働くか否かを動
作チェック(診断)する場合には、低感度では思うよう
なV2値を得ることができず、この場合にはVREFを大き
くして、センサを高感度にし、演算に必要な充分なV2
を得る。すなわち、衝突検知モード時には容量式センサ
を低感度にし、診断モード時には容量式センサを高感度
に切り替える。
弱である(1G以下)が、この加速度を利用したり或い
は故意的に静電気力(衝突に比べてはるかに小さい加速
度)を可動電極に与えてセンサが正常に働くか否かを動
作チェック(診断)する場合には、低感度では思うよう
なV2値を得ることができず、この場合にはVREFを大き
くして、センサを高感度にし、演算に必要な充分なV2
を得る。すなわち、衝突検知モード時には容量式センサ
を低感度にし、診断モード時には容量式センサを高感度
に切り替える。
【0075】診断モードは、定期的或いは運転の1トリ
ップに一回といった単位で行なえばよい。ここで、加速
度センサの診断について図9より説明する。
ップに一回といった単位で行なえばよい。ここで、加速
度センサの診断について図9より説明する。
【0076】ここでは、診断のために、故意的に固定電
極を介して可動電極に静電気力を与えて加速度センサの
動作チェックを行なうものとする。
極を介して可動電極に静電気力を与えて加速度センサの
動作チェックを行なうものとする。
【0077】なお、電荷検出器104は上記第2の電荷
検出器を用いた。図9は診断時の第2の電荷検出器のタ
イミングチャートである。信号φ1,φ2,φR1,φR2は
図9から明らかなように図6で示した通常時の信号と同
じである。この第2の容量検出器では、信号φR1がハイ
レベルになった瞬間からローレベルになる直前までの期
間、電圧V1を任意に変化させても、電荷検出器104
と検出素子103は分離されているから、電荷検出器1
04には全く影響が無い。従って、この期間の電圧V1
を数十ボルトに変化させ、この数十ボルトの電圧によ
り、上側固定電極202から可動電極206へ静電気力
を働かせる。この静電気力により可動電極206を移動
させる。この可動電極の移動を容量の変化で捕らえ、あ
らかじめ規定している基準値と比較することにより、加
速度センサの動作を診断することができる。
検出器を用いた。図9は診断時の第2の電荷検出器のタ
イミングチャートである。信号φ1,φ2,φR1,φR2は
図9から明らかなように図6で示した通常時の信号と同
じである。この第2の容量検出器では、信号φR1がハイ
レベルになった瞬間からローレベルになる直前までの期
間、電圧V1を任意に変化させても、電荷検出器104
と検出素子103は分離されているから、電荷検出器1
04には全く影響が無い。従って、この期間の電圧V1
を数十ボルトに変化させ、この数十ボルトの電圧によ
り、上側固定電極202から可動電極206へ静電気力
を働かせる。この静電気力により可動電極206を移動
させる。この可動電極の移動を容量の変化で捕らえ、あ
らかじめ規定している基準値と比較することにより、加
速度センサの動作を診断することができる。
【0078】図14は上記実施例における容量式加速度
センサを用いたエアバッグシステムの構成図である。
センサを用いたエアバッグシステムの構成図である。
【0079】本エアバッグシステムは、前述した検出素
子103、電荷検出器104、マイコン(V1,V2を可
変制御するフィードバック制御系)106の他に、上記
マイコン106からのセンサ出力により衝突を判定する
衝突判定回路(エアバッグ制御回路)106A(衝突判
定回路106Aはマイコン106内のソフトウエアによ
り構成される)、衝突判定回路106Aが加速度センサ
出力の値を基に衝突を判定するとインフレータを起動さ
せる駆動回路140と、このインフレータが起動すると
火薬が着火して展開するエアバッグ141とを備える。
子103、電荷検出器104、マイコン(V1,V2を可
変制御するフィードバック制御系)106の他に、上記
マイコン106からのセンサ出力により衝突を判定する
衝突判定回路(エアバッグ制御回路)106A(衝突判
定回路106Aはマイコン106内のソフトウエアによ
り構成される)、衝突判定回路106Aが加速度センサ
出力の値を基に衝突を判定するとインフレータを起動さ
せる駆動回路140と、このインフレータが起動すると
火薬が着火して展開するエアバッグ141とを備える。
【0080】また、エアバッグ制御回路106Aは、通
常時の車両衝突検知モードと前記容量式センサの動作チ
ェックを行なうための診断モードを設定するモード設定
手段として機能し、このモード設定手段により車両衝突
検知モードを選択した場合には、前記VREF値を小さく
して前記容量式センサを低感度とし、診断モードを選択
した場合には、前記VREF値を大きくして容量式センサ
を高感度にするように設定してある。
常時の車両衝突検知モードと前記容量式センサの動作チ
ェックを行なうための診断モードを設定するモード設定
手段として機能し、このモード設定手段により車両衝突
検知モードを選択した場合には、前記VREF値を小さく
して前記容量式センサを低感度とし、診断モードを選択
した場合には、前記VREF値を大きくして容量式センサ
を高感度にするように設定してある。
【0081】診断モード時には、加速度検出部故障診断
回路142がセンサの可動電極206を故意的に変位さ
せる信号(静電気力信号)を発生して、その静電気力を
可動電極206・固定電極202(或いは207)に印
加して可動電極206が微小変位するか否かを、センサ
出力から判別する。その結果、センサに異常ありと判定
されると、故障表示回路143を通じてその旨が報知さ
れる。
回路142がセンサの可動電極206を故意的に変位さ
せる信号(静電気力信号)を発生して、その静電気力を
可動電極206・固定電極202(或いは207)に印
加して可動電極206が微小変位するか否かを、センサ
出力から判別する。その結果、センサに異常ありと判定
されると、故障表示回路143を通じてその旨が報知さ
れる。
【0082】次に、検出素子と電子回路を集積化する構
造についてい説明する。可動電極206とシリコン層2
04は電気的に接続されているので、電子回路203を
シリコン層204に実装する為には、電子回路203で
使用する回路素子とシリコン層204を絶縁する必要が
ある。
造についてい説明する。可動電極206とシリコン層2
04は電気的に接続されているので、電子回路203を
シリコン層204に実装する為には、電子回路203で
使用する回路素子とシリコン層204を絶縁する必要が
ある。
【0083】本実施例の容量式センサにおける電子回路
では、インバータゲート,スイッチ及びコンデンサが必
要であるから、回路素子としてコンデンサとMOSトラ
ンジスタを必要とする。ここで、MOSトランジスタを
構成できると仮定すれば、コンデンサとしてMOS容量
を使えるので、コンデンサは構成可能である。従って、
回路素子としてシリコン層と絶縁されたMOSトランジ
スタを構成できれば、本実施例の容量式センサに必要な
全ての回路素子を構成できる。
では、インバータゲート,スイッチ及びコンデンサが必
要であるから、回路素子としてコンデンサとMOSトラ
ンジスタを必要とする。ここで、MOSトランジスタを
構成できると仮定すれば、コンデンサとしてMOS容量
を使えるので、コンデンサは構成可能である。従って、
回路素子としてシリコン層と絶縁されたMOSトランジ
スタを構成できれば、本実施例の容量式センサに必要な
全ての回路素子を構成できる。
【0084】以下、電子回路を実装する方法について、
4種類の方法について説明する。
4種類の方法について説明する。
【0085】まず、第1の電子回路の実装方法を図10
より説明する。本実装方法ではシリコン層204にN基
板を使用し、このシリコン層204にP拡散1006を
行い、このP拡散1006を最低電位(接地)にするこ
とにより,回路素子とシリコン層204を絶縁する方法
である。
より説明する。本実装方法ではシリコン層204にN基
板を使用し、このシリコン層204にP拡散1006を
行い、このP拡散1006を最低電位(接地)にするこ
とにより,回路素子とシリコン層204を絶縁する方法
である。
【0086】ここで,N型MOSトランジスタはN拡散
1001,1002により構成した。またP型MOSト
ランジスタはN拡散1003にP拡散1004,100
5を行うことにより構成した。
1001,1002により構成した。またP型MOSト
ランジスタはN拡散1003にP拡散1004,100
5を行うことにより構成した。
【0087】次に第2の電子回路の実装方法を図11よ
り説明する。
り説明する。
【0088】本容量検出方法の電子回路は、N型MOS
トランジスタと抵抗のみでも構成できる。従って、シリ
コン層204にP拡散1101を行い、このP拡散11
01を最低電位にすることにより、回路素子とシリコン
層204を絶縁し、単一のN拡散のみで本容量検出器に
必要な電子回路を構成できる。つまり、N型MOSトラ
ンジスタはN拡散1102,1103により構成でき、
また抵抗はN拡散1104により構成できる。
トランジスタと抵抗のみでも構成できる。従って、シリ
コン層204にP拡散1101を行い、このP拡散11
01を最低電位にすることにより、回路素子とシリコン
層204を絶縁し、単一のN拡散のみで本容量検出器に
必要な電子回路を構成できる。つまり、N型MOSトラ
ンジスタはN拡散1102,1103により構成でき、
また抵抗はN拡散1104により構成できる。
【0089】次に第3の電子回路の実装方法を図12よ
り説明する。本実装方法ではシリコン層204にN基板
を使用し、このシリコン層204に打ち抜きのP拡散1
201を行い、このP拡散1201を最低電位にするこ
とにより、回路素子とシリコン層204を絶縁する方法
である。ここでP型MOSトランジスタは、P拡散12
02,1203により構成した。また,N型MOSトラ
ンジスタはP拡散1204にN拡散1205,1206
を行うことにより構成した。
り説明する。本実装方法ではシリコン層204にN基板
を使用し、このシリコン層204に打ち抜きのP拡散1
201を行い、このP拡散1201を最低電位にするこ
とにより、回路素子とシリコン層204を絶縁する方法
である。ここでP型MOSトランジスタは、P拡散12
02,1203により構成した。また,N型MOSトラ
ンジスタはP拡散1204にN拡散1205,1206
を行うことにより構成した。
【0090】次に第4電子回路の実装方法を図13より
説明する。本実装方法ではシリコン層204に酸化膜層
1301を配置し、電子回路を誘電体分離により、回路
素子とシリコン層204を絶縁する方法である。ここ
で、N型MOSトランジスタはN拡散1302,130
3により構成した。またP型MOSトランジスタはN拡
散1304にP拡散1305,1306を行うことによ
り構成した。
説明する。本実装方法ではシリコン層204に酸化膜層
1301を配置し、電子回路を誘電体分離により、回路
素子とシリコン層204を絶縁する方法である。ここ
で、N型MOSトランジスタはN拡散1302,130
3により構成した。またP型MOSトランジスタはN拡
散1304にP拡散1305,1306を行うことによ
り構成した。
【0091】
【発明の効果】本発明によれば、小規模な電子回路とマ
イコンにより静電容量を検出する容量式センサを構成す
ることができるから、この種容量式センサや該センサを
利用するエアバッグシステム等のシステムの低コスト化
を図ることができ、しかも、センサの感度を使用目的に
応じて容易に調整或いは可変制御することができる。
イコンにより静電容量を検出する容量式センサを構成す
ることができるから、この種容量式センサや該センサを
利用するエアバッグシステム等のシステムの低コスト化
を図ることができ、しかも、センサの感度を使用目的に
応じて容易に調整或いは可変制御することができる。
【図1】本発明の一実施例に係る容量式センサの構成図
【図2】容量式加速度センサの検出素子の構造を示す断
面図
面図
【図3】上記実施例に用いる電荷検出器の第1例を示す
構成図
構成図
【図4】図3の電荷検出器の動作状態を示すタイミング
チャート
チャート
【図5】上記実施例に用いる電荷検出器の第2例を示す
構成図
構成図
【図6】図5の電荷検出器の動作状態を示すタイミング
チャート
チャート
【図7】上記実施例に用いる電荷検出器の第3例を示す
構成図
構成図
【図8】図7の電荷検出器の動作状態を示すタイミング
チャート
チャート
【図9】容量式センサの診断モード時の上記第2例の電
荷検出器のタイミングチャート
荷検出器のタイミングチャート
【図10】上記容量式センサに用いる電子回路の第1例
の実装方式を示す説明図
の実装方式を示す説明図
【図11】上記容量式センサに用いる電子回路の第2例
の実装方式を示す説明図
の実装方式を示す説明図
【図12】上記容量式センサに用いる電子回路の第3例
の実装方式を示す説明図
の実装方式を示す説明図
【図13】上記容量式センサに用いる電子回路の第4例
の実装方式を示す説明図
の実装方式を示す説明図
【図14】上記容量式センサを応用したエアバッグシス
テムの構成図
テムの構成図
【符号の説明】 101…インバータゲート、102…インバータゲー
ト、103…検出素子、104…電荷検出器、105…
インバータゲート、106…マイコン(フィードバック
制御系、センサ出力演算手段)、106A…エアバッグ
制御回路、107…D/A変換器、108…D/A変換
器、109…パルスジェネレータ、110…A/D変換
器、111…積分器、112…演算器、140…インフ
レータ駆動回路、141…エアバッグ、142…加速度
検出部故障回路、143…故障表示回路、201…ガラ
ス層、202…第1の固定電極(上側固定電極)、20
3…電子回路、204…シリコン層、205…ガラス
層、206…可動電極、207…第2の固定電極(下側
固定電極)。
ト、103…検出素子、104…電荷検出器、105…
インバータゲート、106…マイコン(フィードバック
制御系、センサ出力演算手段)、106A…エアバッグ
制御回路、107…D/A変換器、108…D/A変換
器、109…パルスジェネレータ、110…A/D変換
器、111…積分器、112…演算器、140…インフ
レータ駆動回路、141…エアバッグ、142…加速度
検出部故障回路、143…故障表示回路、201…ガラ
ス層、202…第1の固定電極(上側固定電極)、20
3…電子回路、204…シリコン層、205…ガラス
層、206…可動電極、207…第2の固定電極(下側
固定電極)。
フロントページの続き (72)発明者 笹山 隆生 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 鈴木 政善 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所自動車機器事業部内
Claims (3)
- 【請求項1】 検出対象たる物理量に応動して変位する
可動電極、該可動電極を介在させた状態で対向配置され
る第1の固定電極,第2の固定電極を備えた容量式セン
サにおいて、 前記第1の固定電極と第2の固定電極に互いに逆位相の
パルス電圧を印加する手段と、 前記第1の固定電極・可動電極間の静電容量C1と前記
第1の固定電極に印加されるパルス電圧のハイレベルV
1の積C1V1と、前記第2の固定電極・可動電極間の静
電容量C2と前記第2の固定電極に印加されるパルス電
圧のハイレベルV2の積C2V2との差もしくは大小を検
出して、前記C1V1とC2V2とがC1V1=C2V2になる
ように前記第1,第2の固定電極に印加されるパルス電
圧のハイレベルV1,V2を制御するフィードバック制御
系とを有し、 前記第1の固定電極の印加されるパルス電圧のハイレベ
ルV1は、予め設定した基準電圧VREFと前記第2の固定
電極に印加されるパルス電圧のハイレベルV2との差
(V1=VREF−V2)になるように設定し、また、前記
第1,第2の固定電極に印加される各パルス電圧のロー
レベルが接地固定され、 且つ、前記C1V1=C2V2の条件の下で、(2V2−V
REF)/VREFの関係式から前記可動電極の変位を算出し
てセンサ出力にする演算手段を備え、前記VRE Fはその
値を可変調整できるよう設定して、このVREFを変える
ことでセンサ出力の感度調整を可変にしたことを特徴と
する容量式センサ。 - 【請求項2】 請求項1において、前記第1,第2の固
定電極にそれぞれ逆位相のパルス電圧を印加する手段
は、パルス状のゲート信号に応じてハイレベル,ローレ
ベルの電源電圧を前記パルス電圧にして前記各固定電極
に出力するインバータゲートより成り、 前記フィードバック制御系は、前記C1V1とC2V2との
差を検出する電荷検出器と、該電荷検出器の出力をアナ
ログ/デジタル変換した後に積分して前記第2の固定電
極に印加すべきハイレベルV2をデジタル生成する帰還
要素と、この積分された出力V2及び基準電圧VREFを基
に前記第1の固定電極に印加されるパルス電圧のハイレ
ベルV1=VREF−V2をデジタル生成する帰還要素と、
このデジタル生成されたV1,V2をアナログ変換するD
/A変換器を備えて成り、 このアナログ変換されたハイレベルV1が前記第1の固
定電極に対応のインバータゲートのハイレベル側電源端
子に、ハイレベルV2が前記第2の固定電極に対応のイ
ンバータゲートのハイレベル側電源端子に入力されるよ
う設定してあることを特徴とする容量式センサ。 - 【請求項3】 車両の衝突時の加速度を検出してエアバ
ッグを作動させるエアバッグシステムにおいて、 前記加速度を検知するセンサとして請求項1又は請求項
2記載の容量式センサが使用され、且つ通常時の車両衝
突検知モードと前記容量式センサの動作チェックを行な
うための診断モードを設定するモード設定手段を備え、
このモード設定手段により前記車両衝突検知モードを選
択した場合には、前記VREF値を小さくして前記容量式
センサを低感度とし、前記診断モードを選択した場合に
は、前記VREF値を大きくして前記容量式センサを高感
度にするように設定してあることを特徴とする車両用エ
アバッグシステム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5271695A JPH07128362A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 容量式センサ及び車両用エアバッグシステム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5271695A JPH07128362A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 容量式センサ及び車両用エアバッグシステム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07128362A true JPH07128362A (ja) | 1995-05-19 |
Family
ID=17503560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5271695A Pending JPH07128362A (ja) | 1993-10-29 | 1993-10-29 | 容量式センサ及び車両用エアバッグシステム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07128362A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6082196A (en) * | 1996-04-26 | 2000-07-04 | Denso Corporation | Physical quantity detecting device |
JP2011089980A (ja) * | 2009-09-09 | 2011-05-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd | 微小電気機械システム、システム、及びその動作方法 |
WO2013047787A1 (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | 曙ブレーキ工業株式会社 | 加速度センサ回路 |
-
1993
- 1993-10-29 JP JP5271695A patent/JPH07128362A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6082196A (en) * | 1996-04-26 | 2000-07-04 | Denso Corporation | Physical quantity detecting device |
JP2011089980A (ja) * | 2009-09-09 | 2011-05-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd | 微小電気機械システム、システム、及びその動作方法 |
US8629795B2 (en) | 2009-09-09 | 2014-01-14 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Micro-electro-mechanical systems (MEMS), systems, and operating methods thereof |
US9236877B2 (en) | 2009-09-09 | 2016-01-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Micro-electro-mechanical systems (MEMS), systems, and operating methods thereof |
US10014870B2 (en) | 2009-09-09 | 2018-07-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Micro-electro-mechanical systems (MEMS), apparatus, and operating methods thereof |
WO2013047787A1 (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-04 | 曙ブレーキ工業株式会社 | 加速度センサ回路 |
JP2013076610A (ja) * | 2011-09-30 | 2013-04-25 | Akebono Brake Ind Co Ltd | 加速度センサ回路 |
US9846176B2 (en) | 2011-09-30 | 2017-12-19 | Akebono Brake Industry Co., Ltd. | Acceleration sensor circuit |
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