JPH07244071A - 加速度センサの感度調整装置 - Google Patents
加速度センサの感度調整装置Info
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- JPH07244071A JPH07244071A JP3671294A JP3671294A JPH07244071A JP H07244071 A JPH07244071 A JP H07244071A JP 3671294 A JP3671294 A JP 3671294A JP 3671294 A JP3671294 A JP 3671294A JP H07244071 A JPH07244071 A JP H07244071A
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- acceleration sensor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】入力加速度に応じてセンサ出力レベルの調整を
行ってダイナミックレンジを拡大することにより、加速
度センサのＳ／Ｎ比を改善する。 【構成】加速度センサ・チップ11の錘部24に対面する基
台21上面に、金属電極膜28を設け、増幅回路12で増幅し
たセンサ出力に基づいて、制御回路13で切換スイッチ14
の切り換えを制御し、電圧の異なる電圧源15，16を選択
的に金属電極膜28に接続して印加電圧を可変制御するよ
う構成した。
行ってダイナミックレンジを拡大することにより、加速
度センサのＳ／Ｎ比を改善する。 【構成】加速度センサ・チップ11の錘部24に対面する基
台21上面に、金属電極膜28を設け、増幅回路12で増幅し
たセンサ出力に基づいて、制御回路13で切換スイッチ14
の切り換えを制御し、電圧の異なる電圧源15，16を選択
的に金属電極膜28に接続して印加電圧を可変制御するよ
う構成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加速度センサの感度調
整装置に関し、特に、加速度センサのダイナミックレン
ジを拡大してセンサ特性を改善する技術に関する。
整装置に関し、特に、加速度センサのダイナミックレン
ジを拡大してセンサ特性を改善する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の速度センサとしては、例えば特開
平２−１１６７５５号公報に開示されたものがある。こ
の加速度センサは、絶縁体からなる基台上に、シリコン
で形成される質量部を、基台上面と所定間隙を設けて対
面配置する構成であり、前記質量部は、同じくシリコン
で形成され基台上面に平行に延びる梁部を介して弾性支
持されている。また、互いに対面する基台上面と質量部
下面に、それぞれ導体層を設ける共に、前記梁部には、
ブリッジ回路を構成する抵抗を一体に設ける構成であ
る。
平２−１１６７５５号公報に開示されたものがある。こ
の加速度センサは、絶縁体からなる基台上に、シリコン
で形成される質量部を、基台上面と所定間隙を設けて対
面配置する構成であり、前記質量部は、同じくシリコン
で形成され基台上面に平行に延びる梁部を介して弾性支
持されている。また、互いに対面する基台上面と質量部
下面に、それぞれ導体層を設ける共に、前記梁部には、
ブリッジ回路を構成する抵抗を一体に設ける構成であ
る。
【０００３】かかる加速度センサでは、基台上面に対し
て垂直方向の加速度入力が生じた時の質量部の変位に基
づく梁部の変位量を、梁部に設けた抵抗の抵抗値変化に
変換し、この抵抗値変化に基づくブリッジ回路の出力か
ら、前記入力した加速度が検出される。また、この加速
度センサでは、導体層に電圧を印加すると、質量部と基
台上面との間に静電引力が作用して質量部を変位させる
ことができ、下方向への加速度が入力された場合と同様
の応力を梁部に発生させることができる。これにより、
一定の較正温度において、導体層の印加電圧とブッリジ
回路の出力との関係を調べることで、任意の温度におけ
るブッリジ回路の出力の較正ができ、ブッリジ回路の温
度補償を可能としている。
て垂直方向の加速度入力が生じた時の質量部の変位に基
づく梁部の変位量を、梁部に設けた抵抗の抵抗値変化に
変換し、この抵抗値変化に基づくブリッジ回路の出力か
ら、前記入力した加速度が検出される。また、この加速
度センサでは、導体層に電圧を印加すると、質量部と基
台上面との間に静電引力が作用して質量部を変位させる
ことができ、下方向への加速度が入力された場合と同様
の応力を梁部に発生させることができる。これにより、
一定の較正温度において、導体層の印加電圧とブッリジ
回路の出力との関係を調べることで、任意の温度におけ
るブッリジ回路の出力の較正ができ、ブッリジ回路の温
度補償を可能としている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる加速
度センサでは、入力する加速度が小さい場合、その出力
レベルも小さくなるため、加速度の小さい領域ではＳ／
Ｎ比が小さく雑音の影響を受け易いことから、特に、入
力加速度の小さい領域でのセンサの出力特性の改善が要
求されている。
度センサでは、入力する加速度が小さい場合、その出力
レベルも小さくなるため、加速度の小さい領域ではＳ／
Ｎ比が小さく雑音の影響を受け易いことから、特に、入
力加速度の小さい領域でのセンサの出力特性の改善が要
求されている。
【０００５】本発明は上記の事情に鑑みなされたもの
で、入力加速度に応じてセンサ出力レベルの調整を可能
とした加速度センサの感度調整装置を提供することを目
的とする。
で、入力加速度に応じてセンサ出力レベルの調整を可能
とした加速度センサの感度調整装置を提供することを目
的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の加速
度センサの感度調整装置では、固定される基台と、該基
台に変位可能に支持された質量部と、該質量部の変位量
に応じた出力を発生する変位量検出手段とを備え、質量
部と基台との対面方向に加速度が印加された時の質量部
の変位量に基づく変位量検出手段からの出力によって、
前記加速度を検出する構成の加速度センサにおいて、前
記基台側に前記質量部と対面させて電極を設け、該電極
と前記質量部との間に印加する電圧を、前記変位量検出
手段からの出力レベルに基づいて少なくとも２段階に切
換制御する印加電圧切換手段を設ける構成とした。
度センサの感度調整装置では、固定される基台と、該基
台に変位可能に支持された質量部と、該質量部の変位量
に応じた出力を発生する変位量検出手段とを備え、質量
部と基台との対面方向に加速度が印加された時の質量部
の変位量に基づく変位量検出手段からの出力によって、
前記加速度を検出する構成の加速度センサにおいて、前
記基台側に前記質量部と対面させて電極を設け、該電極
と前記質量部との間に印加する電圧を、前記変位量検出
手段からの出力レベルに基づいて少なくとも２段階に切
換制御する印加電圧切換手段を設ける構成とした。
【０００７】また、前記印加電圧切換手段は、変位量検
出手段の出力レベルが小さい時に高い電圧を印加する構
成とした。また、前記質量部が、基台に平行な梁部を介
して基台に支持される構成とした。また、質量部の両側
に梁部を設ける両持ち梁構造とした。
出手段の出力レベルが小さい時に高い電圧を印加する構
成とした。また、前記質量部が、基台に平行な梁部を介
して基台に支持される構成とした。また、質量部の両側
に梁部を設ける両持ち梁構造とした。
【０００８】また、前記変位量検出手段が、前記梁部に
設けたピエゾ抵抗素子で構成されるブリッジ回路と、該
ブリッジ回路の出力を増幅する増幅回路とを備える構成
である。また、前記質量部と梁部とを半導体基板で一体
形成する構成とした。
設けたピエゾ抵抗素子で構成されるブリッジ回路と、該
ブリッジ回路の出力を増幅する増幅回路とを備える構成
である。また、前記質量部と梁部とを半導体基板で一体
形成する構成とした。
【０００９】
【作用】かかる構成によれば、入力加速度に応じて質量
部が変位し、この変位量に対応した出力が変位量検出手
段から発生する。印加電圧切換手段は、この発生した出
力レベルに応じて質量部に対面配置した電極への印加電
圧を切り換えてセンサの出力感度を調整する。そして、
出力レベルが小さい時に印加電圧を高くするようにすれ
ば、出力レベルが高められることにより、入力加速度の
小さい領域でのＳ／Ｎ比の改善を図れる。
部が変位し、この変位量に対応した出力が変位量検出手
段から発生する。印加電圧切換手段は、この発生した出
力レベルに応じて質量部に対面配置した電極への印加電
圧を切り換えてセンサの出力感度を調整する。そして、
出力レベルが小さい時に印加電圧を高くするようにすれ
ば、出力レベルが高められることにより、入力加速度の
小さい領域でのＳ／Ｎ比の改善を図れる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に、本発明に係る加速度センサの感度調整装
置の一実施例の構成を示す。図１において、11は加速度
センサ・チップであり、図２及び図３に示す構成であ
る。
する。図１に、本発明に係る加速度センサの感度調整装
置の一実施例の構成を示す。図１において、11は加速度
センサ・チップであり、図２及び図３に示す構成であ
る。
【００１１】かかる加速度センサ・チップ11の構造につ
いて説明すると、シリコンと熱膨張係数が比較的近い、
例えばパイレックス・ガラスからなる絶縁性の基台21上
面に、シリコン基板22が陽極接合されている。このシリ
コン基板22には、裏面からの異方性エッチングにより図
３に示すように４ヵ所に基台21上面に平行に延びる肉薄
の梁部23が形成され、これら梁部23の間に質量部として
の錘部24が、基台21上面に所定のギャップを設けて対面
して形成されており、錘部24は、両側の梁部23によって
両持ち梁構造で支持される構成となっている。従って、
前記錘部24は、基台21上面に対して垂直方向（図１中上
下方向）に変位可能な構成である。
いて説明すると、シリコンと熱膨張係数が比較的近い、
例えばパイレックス・ガラスからなる絶縁性の基台21上
面に、シリコン基板22が陽極接合されている。このシリ
コン基板22には、裏面からの異方性エッチングにより図
３に示すように４ヵ所に基台21上面に平行に延びる肉薄
の梁部23が形成され、これら梁部23の間に質量部として
の錘部24が、基台21上面に所定のギャップを設けて対面
して形成されており、錘部24は、両側の梁部23によって
両持ち梁構造で支持される構成となっている。従って、
前記錘部24は、基台21上面に対して垂直方向（図１中上
下方向）に変位可能な構成である。
【００１２】梁部23の外表面側には、拡散形成された複
数のピエゾ抵抗素子25が設けられ、錘部24に印加される
加速度で生じる錘部24の変位により発生する梁部23の応
力を抵抗値変化に変換できるようになっており、これら
ピエゾ抵抗素子25で後述するブリッジ回路41を構成して
入力加速度を電圧に変換できる構成となっている。前記
ピエゾ抵抗素子25はシリコン酸化膜26で覆われている。
数のピエゾ抵抗素子25が設けられ、錘部24に印加される
加速度で生じる錘部24の変位により発生する梁部23の応
力を抵抗値変化に変換できるようになっており、これら
ピエゾ抵抗素子25で後述するブリッジ回路41を構成して
入力加速度を電圧に変換できる構成となっている。前記
ピエゾ抵抗素子25はシリコン酸化膜26で覆われている。
【００１３】一方、前記基台21の上面には、図３に示す
ような錘部24に対向する領域が巾広で、図の右側で巾が
狭くなるような形状の深さ数μｍの溝27が形成されてい
て、この溝27には、錘部24と対面配置される電極として
の金属電極膜28が設けられている。前記金属電極膜28は
二酸化けい素（ＳｉＯ2 ）等の絶縁膜29で覆われてい
る。
ような錘部24に対向する領域が巾広で、図の右側で巾が
狭くなるような形状の深さ数μｍの溝27が形成されてい
て、この溝27には、錘部24と対面配置される電極として
の金属電極膜28が設けられている。前記金属電極膜28は
二酸化けい素（ＳｉＯ2 ）等の絶縁膜29で覆われてい
る。
【００１４】加速度センサ・チップ11の電気接続は、シ
リコン基板22側のピエゾ抵抗素子25はボンディングパッ
ド30からボンディングワイヤ31を介して外部に電気接続
され、基台21の金属電極膜28はボンディングワイヤ32を
介して外部に電気接続されている。加速度センサ・チッ
プ11の出力は、増幅回路12で増幅された後、加速度検出
信号として出力されると共に、例えばマイクロコンピュ
ータ等で構成される制御回路13に入力される。一方、金
属電極膜28側は、増幅回路12からの入力信号レベルに応
じて前記制御回路13によって切り換えられる切換スイッ
チ14を介して電圧値の異なる２つの電圧源15，16（例え
ば電圧源15が電圧源16より発生電圧が高いものとする）
に選択的に接続可能に構成される。ここで、制御回路1
3、切換スイッチ14及び電圧源15，16によって印加電圧
切換手段を構成している。
リコン基板22側のピエゾ抵抗素子25はボンディングパッ
ド30からボンディングワイヤ31を介して外部に電気接続
され、基台21の金属電極膜28はボンディングワイヤ32を
介して外部に電気接続されている。加速度センサ・チッ
プ11の出力は、増幅回路12で増幅された後、加速度検出
信号として出力されると共に、例えばマイクロコンピュ
ータ等で構成される制御回路13に入力される。一方、金
属電極膜28側は、増幅回路12からの入力信号レベルに応
じて前記制御回路13によって切り換えられる切換スイッ
チ14を介して電圧値の異なる２つの電圧源15，16（例え
ば電圧源15が電圧源16より発生電圧が高いものとする）
に選択的に接続可能に構成される。ここで、制御回路1
3、切換スイッチ14及び電圧源15，16によって印加電圧
切換手段を構成している。
【００１５】次に、入力加速度を電気信号に変換する回
路構成を図４に示す。図４において、41は、前記ピエゾ
抵抗素子25によって構成され入力加速度に応じた出力を
発生するブリッジ回路であり、このブリッジ回路41の感
度の負の温度係数を補正する温度補償機能を備えた２つ
の抵抗43，44及びトランジスタ45からなるブリッジ駆動
回路42を介して電源が供給される。前記ブリッジ駆動回
路42は、例えば温度上昇に伴って両端の電圧が減少して
ブリッジ回路への印加電圧を増加させ、温度上昇により
出力が低下する特性を持つブリッジ回路41の感度温度依
存性をキャンセルするように動作する。ブリッジ回路41
からの出力は、前述した増幅回路12によって増幅され所
定の感度レベルになるようにして出力される。前記増幅
回路12はオペアンプ46〜48と抵抗49〜55によって構成さ
れる。ここで、ブリッジ回路41と増幅回路12とで変位量
検出手段を構成する。
路構成を図４に示す。図４において、41は、前記ピエゾ
抵抗素子25によって構成され入力加速度に応じた出力を
発生するブリッジ回路であり、このブリッジ回路41の感
度の負の温度係数を補正する温度補償機能を備えた２つ
の抵抗43，44及びトランジスタ45からなるブリッジ駆動
回路42を介して電源が供給される。前記ブリッジ駆動回
路42は、例えば温度上昇に伴って両端の電圧が減少して
ブリッジ回路への印加電圧を増加させ、温度上昇により
出力が低下する特性を持つブリッジ回路41の感度温度依
存性をキャンセルするように動作する。ブリッジ回路41
からの出力は、前述した増幅回路12によって増幅され所
定の感度レベルになるようにして出力される。前記増幅
回路12はオペアンプ46〜48と抵抗49〜55によって構成さ
れる。ここで、ブリッジ回路41と増幅回路12とで変位量
検出手段を構成する。
【００１６】尚、この加速度センサ・チップ11の製造バ
ラツキによる温度特性のバラツキは、例えばブリッジ駆
動回路42の抵抗44（又は抵抗45）や増幅回路12の抵抗55
（又は抵抗54）のトリミングによって調整される。次に
作用を説明する。加速度センサ・チップ11に対して、図
１中の上下方向、即ち、錘部24と基台21との対面方向と
平行な方向に加速度が印加されると、錘部24が図中上下
方向に変位する。この変位量は、入力加速度の大きさに
応じたものである。錘部24が変位すると梁部23が撓みそ
こに応力が発生し、この発生した応力に応じてピエゾ抵
抗素子25の抵抗値が変化する。すると、ピエゾ抵抗素子
25の抵抗値変化に応じてブリッジ回路41の不平衡出力が
変化し、増幅回路12で増幅されて出力される。この出力
値が入力加速度に応じた大きさとなり、加速度が検出さ
れる。
ラツキによる温度特性のバラツキは、例えばブリッジ駆
動回路42の抵抗44（又は抵抗45）や増幅回路12の抵抗55
（又は抵抗54）のトリミングによって調整される。次に
作用を説明する。加速度センサ・チップ11に対して、図
１中の上下方向、即ち、錘部24と基台21との対面方向と
平行な方向に加速度が印加されると、錘部24が図中上下
方向に変位する。この変位量は、入力加速度の大きさに
応じたものである。錘部24が変位すると梁部23が撓みそ
こに応力が発生し、この発生した応力に応じてピエゾ抵
抗素子25の抵抗値が変化する。すると、ピエゾ抵抗素子
25の抵抗値変化に応じてブリッジ回路41の不平衡出力が
変化し、増幅回路12で増幅されて出力される。この出力
値が入力加速度に応じた大きさとなり、加速度が検出さ
れる。
【００１７】そして、増幅回路12の出力は制御回路13に
も入力し、制御回路13は、入力した出力値に応じて、出
力レベルが小さい時は電圧の高い電圧源15を金属電極膜
28に接続すべく切換スイッチ14を切り換え、出力レベル
が大きい時は電圧の低い電圧源16を金属電極膜28に接続
すべく切換スイッチ14を切り換える。尚、錘部24はアー
スされているものとする。
も入力し、制御回路13は、入力した出力値に応じて、出
力レベルが小さい時は電圧の高い電圧源15を金属電極膜
28に接続すべく切換スイッチ14を切り換え、出力レベル
が大きい時は電圧の低い電圧源16を金属電極膜28に接続
すべく切換スイッチ14を切り換える。尚、錘部24はアー
スされているものとする。
【００１８】ここで、金属電極膜28の印加電圧とセンサ
出力との関係について述べる。錘部24と金属電極膜28と
の間に、電圧ＶB を印加すると、両者の間に静電引力が
働き、錘部24が下方向に変位してセンサ出力が発生す
る。この時の静電力をＦｅとすると、次式のように表さ
れる。 Ｆｅ＝εＳ（ＶB ／Ｄ）2 ／２ ・・・（１） ここで、ε：ギャップ部（金属電極膜と錘部との間隙）
の誘電率、Ｓ：錘部の底面積、Ｄ：ギャップ長である。
出力との関係について述べる。錘部24と金属電極膜28と
の間に、電圧ＶB を印加すると、両者の間に静電引力が
働き、錘部24が下方向に変位してセンサ出力が発生す
る。この時の静電力をＦｅとすると、次式のように表さ
れる。 Ｆｅ＝εＳ（ＶB ／Ｄ）2 ／２ ・・・（１） ここで、ε：ギャップ部（金属電極膜と錘部との間隙）
の誘電率、Ｓ：錘部の底面積、Ｄ：ギャップ長である。
【００１９】そして、錘部24の質量をｍとして、この錘
部24に上記（１）式で表される静電力を作用した場合、
加速度αcos ωt に対する運動方程式は次のようにな
る。 ｍ (ｄ2x／ｄt2）＋ｘｋ ＝ｍαcos ωt ＋εＳＶB 2 / ２ (Ｄ−ｘ)2 ・・・（２） ここで、ｘ：錘部の変位、ｋ：梁部のバネ定数である。
部24に上記（１）式で表される静電力を作用した場合、
加速度αcos ωt に対する運動方程式は次のようにな
る。 ｍ (ｄ2x／ｄt2）＋ｘｋ ＝ｍαcos ωt ＋εＳＶB 2 / ２ (Ｄ−ｘ)2 ・・・（２） ここで、ｘ：錘部の変位、ｋ：梁部のバネ定数である。
【００２０】上記（２）式のｘ≪Ｄにおける近似解は次
式のようになる。 ｘ＝（ｍαcos ωt ＋Ｆｅ）／〔ｋ−（２Ｆｅ／Ｄ）＋ｍω2 〕・・・（３） ここで、Ｆｅ：変位ｘ＝０の時の静電力（（１）式であ
る）従って、共振周波数よりも十分に低い低周波におけ
るセンサ感度は、静電引力Ｆｅの印加より、１／〔ｋ−
（２Ｆｅ／Ｄ）〕倍に増加することになる。このような
静電力による実効的感度の増加現象は発明者等により実
験的に確認されたものである。
式のようになる。 ｘ＝（ｍαcos ωt ＋Ｆｅ）／〔ｋ−（２Ｆｅ／Ｄ）＋ｍω2 〕・・・（３） ここで、Ｆｅ：変位ｘ＝０の時の静電力（（１）式であ
る）従って、共振周波数よりも十分に低い低周波におけ
るセンサ感度は、静電引力Ｆｅの印加より、１／〔ｋ−
（２Ｆｅ／Ｄ）〕倍に増加することになる。このような
静電力による実効的感度の増加現象は発明者等により実
験的に確認されたものである。
【００２１】図５に静電力Ｆｅに対するセンサ感度の依
存性を示す。図から、静電力Ｆｅの増加と共にセンサ感
度はＦｅ＝ｋＤ／２に漸近するように双曲線的に増加す
ることわかる。例えば、梁部のバネ定数ｋが1.8 ×104
Ｎ／ｍ、錘部の質量ｍが３ｍｇ、錘部の底面積Ｓが２×
10-6ｍ2 、ギャップ長Ｄが１μｍとした時に、印加電圧
ＶB が10Ｖでは、11％、ＶB が15Ｖでは28％、センサ感
度を増加させることができる。
存性を示す。図から、静電力Ｆｅの増加と共にセンサ感
度はＦｅ＝ｋＤ／２に漸近するように双曲線的に増加す
ることわかる。例えば、梁部のバネ定数ｋが1.8 ×104
Ｎ／ｍ、錘部の質量ｍが３ｍｇ、錘部の底面積Ｓが２×
10-6ｍ2 、ギャップ長Ｄが１μｍとした時に、印加電圧
ＶB が10Ｖでは、11％、ＶB が15Ｖでは28％、センサ感
度を増加させることができる。
【００２２】従って、センサ出力の信号レベルが小さい
時に、錘部24と金属電極膜28との間に高い電圧を選択し
て印加すればセンサ感度を増加でき、センサ出力の信号
レベルが大きい時に、錘部24と金属電極膜28との間に低
い電圧を選択して印加すればセンサ感度を下げることが
できる。これにより、センサ出力の信号レベルに応じて
金属電極膜28に印加する電圧を適切に切り換えることに
より、加速度センサのダイナミックレンジを拡大でき、
入力加速度の小さい領域におけるＳ／Ｎ比を改善でき、
僅かな入力加速度でも精度良く検出することが可能とな
り、加速度センサの性能を向上できる。
時に、錘部24と金属電極膜28との間に高い電圧を選択し
て印加すればセンサ感度を増加でき、センサ出力の信号
レベルが大きい時に、錘部24と金属電極膜28との間に低
い電圧を選択して印加すればセンサ感度を下げることが
できる。これにより、センサ出力の信号レベルに応じて
金属電極膜28に印加する電圧を適切に切り換えることに
より、加速度センサのダイナミックレンジを拡大でき、
入力加速度の小さい領域におけるＳ／Ｎ比を改善でき、
僅かな入力加速度でも精度良く検出することが可能とな
り、加速度センサの性能を向上できる。
【００２３】尚、印加電圧の切り換えは、本実施例のよ
うな２段階に切り換える構成に限らず、更に多くの切り
換え電圧を備えるよう構成してもよいことは言うまでも
ない。また、本実施例では、両持ち梁方式の加速度セン
サに適用した例を示したが、片持ち梁方式やダイヤフラ
ム方式のピエゾ抵抗式加速度センサ、更には容量式の加
速度センサにも適用することが可能である。
うな２段階に切り換える構成に限らず、更に多くの切り
換え電圧を備えるよう構成してもよいことは言うまでも
ない。また、本実施例では、両持ち梁方式の加速度セン
サに適用した例を示したが、片持ち梁方式やダイヤフラ
ム方式のピエゾ抵抗式加速度センサ、更には容量式の加
速度センサにも適用することが可能である。
【００２４】次に、錘部と基台上面とのギャップ間に電
圧を印加することによりセンサ感度を変化できるという
原理を応用して、加速度センサの出力の温度補償を行う
実施例について図６及び図７に基づいて説明する。図６
は、この実施例の加速度センサの一例を示す構成図であ
る。図６において、加速度センサ・チップ61は、図１〜
図３に示した加速度センサ・チップ11と略同様の構成で
あり、基台71上に、梁部73により錘部74を両持ち梁構造
で支持する構成のシリコン基板72が陽極接合されてい
る。前記シリコン基板72の梁部73には、同じくピエゾ抵
抗素子75が設けられ、図７に示す入力加速度を電気信号
に変換する回路のブリッジ回路81を構成している。この
ブリッジ回路81の出力、即ち、加速度センサ・チップ61
の出力は、図７の回路構成を持つ増幅回路62によって増
幅され出力される。また、増幅回路62の出力は制御回路
63に入力され、制御回路63は、この入力信号レベルと、
加速度センサ・チップ61の温度を検出する温度センサ64
からの検出温度信号とに基づいて可変電圧源65の電圧値
を可変制御して、基台71上面に設けた金属電極膜76（上
述の金属電極膜28と同じ）に印加することにより、加速
度センサ・チップ61の出力を、温度補償するよう構成さ
れている。
圧を印加することによりセンサ感度を変化できるという
原理を応用して、加速度センサの出力の温度補償を行う
実施例について図６及び図７に基づいて説明する。図６
は、この実施例の加速度センサの一例を示す構成図であ
る。図６において、加速度センサ・チップ61は、図１〜
図３に示した加速度センサ・チップ11と略同様の構成で
あり、基台71上に、梁部73により錘部74を両持ち梁構造
で支持する構成のシリコン基板72が陽極接合されてい
る。前記シリコン基板72の梁部73には、同じくピエゾ抵
抗素子75が設けられ、図７に示す入力加速度を電気信号
に変換する回路のブリッジ回路81を構成している。この
ブリッジ回路81の出力、即ち、加速度センサ・チップ61
の出力は、図７の回路構成を持つ増幅回路62によって増
幅され出力される。また、増幅回路62の出力は制御回路
63に入力され、制御回路63は、この入力信号レベルと、
加速度センサ・チップ61の温度を検出する温度センサ64
からの検出温度信号とに基づいて可変電圧源65の電圧値
を可変制御して、基台71上面に設けた金属電極膜76（上
述の金属電極膜28と同じ）に印加することにより、加速
度センサ・チップ61の出力を、温度補償するよう構成さ
れている。
【００２５】図７に示す本実施例の変位量−電気信号変
換回路では、ブリッジ回路81に電源を直接接続する構成
であり、温度補償機能を有するブリッジ駆動回路が不要
となる。また、増幅回路62は、図４においてセンサ感度
をトリミング調整するための抵抗55が不要となる他は、
オペアンプ82〜84と抵抗85〜90とで図４と同様に構成さ
れる。
換回路では、ブリッジ回路81に電源を直接接続する構成
であり、温度補償機能を有するブリッジ駆動回路が不要
となる。また、増幅回路62は、図４においてセンサ感度
をトリミング調整するための抵抗55が不要となる他は、
オペアンプ82〜84と抵抗85〜90とで図４と同様に構成さ
れる。
【００２６】次に、この加速度センサの感度調整動作に
ついて説明する。加速度センサを実装する前に、一定の
加速度で加速度センサ・チップ61を加振した状態で、加
速度センサ・チップ61の周囲温度を変化させ、どの温度
においても増幅回路62からのセンサ出力が所定の一定値
になるように、可変電圧源65による金属電極膜76への印
加電圧を変化させ、この印加電圧値を測定する。そし
て、各温度と、各温度において測定された印加電圧値と
から、可変電圧源65の温度に対する温度特性を求め、制
御回路63のメモリに記憶させる。
ついて説明する。加速度センサを実装する前に、一定の
加速度で加速度センサ・チップ61を加振した状態で、加
速度センサ・チップ61の周囲温度を変化させ、どの温度
においても増幅回路62からのセンサ出力が所定の一定値
になるように、可変電圧源65による金属電極膜76への印
加電圧を変化させ、この印加電圧値を測定する。そし
て、各温度と、各温度において測定された印加電圧値と
から、可変電圧源65の温度に対する温度特性を求め、制
御回路63のメモリに記憶させる。
【００２７】そして、実装後は、温度センサ64で加速度
センサ・チップ61の温度を逐次検出し、その検出信号を
制御回路63に入力する。制御回路63では、記憶してある
温度補正特性に基づいて可変電圧源65を制御して、金属
電極膜76に印加する電圧を変化させる。これにより、加
速度センサ・チップ61の周囲温度が変化しても、同一の
入力加速度に対しては同じセンサ出力を得ることがで
き、センサ出力に対する温度の影響を取り除くことが可
能となる。
センサ・チップ61の温度を逐次検出し、その検出信号を
制御回路63に入力する。制御回路63では、記憶してある
温度補正特性に基づいて可変電圧源65を制御して、金属
電極膜76に印加する電圧を変化させる。これにより、加
速度センサ・チップ61の周囲温度が変化しても、同一の
入力加速度に対しては同じセンサ出力を得ることがで
き、センサ出力に対する温度の影響を取り除くことが可
能となる。
【００２８】このような、センサ感度の温度補償調整方
式によれば、加振状態でセンサ感度の調整ができ、ファ
ンクショントリミングが可能となって高精度の感度調整
ができる。また、トリミング抵抗が不要となりセンサ・
チップのより一層の小型が可能となる。
式によれば、加振状態でセンサ感度の調整ができ、ファ
ンクショントリミングが可能となって高精度の感度調整
ができる。また、トリミング抵抗が不要となりセンサ・
チップのより一層の小型が可能となる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、質
量部に対面する基台上面に電極を設け、この電極に印加
する電圧を、センサ出力レベルに応じて選択的に切り換
える構成としたので、センサ出力レベルに応じてセンサ
の感度を適切に調整することができ、ダイナミックレン
ジの調整が可能となり、センサ性能を向上できる。そし
て、出力レベルが小さい時に高い電圧を印加すれば、入
力加速度の小さい領域でＳ／Ｎ比の改善が図れ、小さな
入力加速度に対する検出精度を向上できる。
量部に対面する基台上面に電極を設け、この電極に印加
する電圧を、センサ出力レベルに応じて選択的に切り換
える構成としたので、センサ出力レベルに応じてセンサ
の感度を適切に調整することができ、ダイナミックレン
ジの調整が可能となり、センサ性能を向上できる。そし
て、出力レベルが小さい時に高い電圧を印加すれば、入
力加速度の小さい領域でＳ／Ｎ比の改善が図れ、小さな
入力加速度に対する検出精度を向上できる。
【図１】本発明に係る加速度センサの感度調整装置の一
実施例を示す構成図
実施例を示す構成図
【図２】同上実施例の加速度センサ・チップの拡大平面
図
図
【図３】図２のＡ−Ａ′線矢視断面図
【図４】同上実施例の電気回路図
【図５】同上実施例の静電力とセンサ感度の関係図
【図６】加速度センサの温度補償用の感度調整装置を示
す構成図
す構成図
【図７】同上実施例の電気回路図
11 加速度センサ・チップ 12 増幅回路 13 制御回路 14 切換スイッチ 15，16 電圧源 21 基台 22 シリコン基板 23 梁部 24 錘部 25 ピエゾ抵抗素子 28 金属電極膜
Claims (6)
- 【請求項１】 固定される基台と、該基台に変位可能に
支持された質量部と、該質量部の変位量に応じた出力を
発生する変位量検出手段とを備え、質量部と基台との対
面方向に加速度が印加された時の質量部の変位量に基づ
く変位量検出手段からの出力によって、前記加速度を検
出する構成の加速度センサにおいて、 前記基台側に前記質量部と対面させて電極を設け、該電
極と前記質量部との間に印加する電圧を、前記変位量検
出手段からの出力レベルに基づいて複数段階に切換制御
する印加電圧切換手段を設けたことを特徴とする加速度
センサの感度調整装置。 - 【請求項２】前記印加電圧切換手段は、変位量検出手段
の出力レベルが小さい時に高い電圧を印加する構成であ
る請求項１記載の加速度センサの感度調整装置。 - 【請求項３】 前記質量部が、基台に平行な梁部を介し
て基台に支持される構成である請求項１又は２記載の加
速度センサの感度調整装置。 - 【請求項４】 質量部の両側に梁部を設ける両持ち梁構
造としたことを特徴とする請求項３記載の加速度センサ
の感度調整装置。 - 【請求項５】 前記変位量検出手段が、前記梁部に設け
たピエゾ抵抗素子で構成されるブリッジ回路と、該ブリ
ッジ回路の出力を増幅する増幅回路とを備える構成であ
る請求項３又は４記載の加速度センサの感度調整装置。 - 【請求項６】 前記質量部と梁部とを半導体基板で一体
形成したことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１つ
に記載の加速度センサの感度調整装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06036712A JP3136888B2 (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 加速度センサの感度調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06036712A JP3136888B2 (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 加速度センサの感度調整装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07244071A true JPH07244071A (ja) | 1995-09-19 |
| JP3136888B2 JP3136888B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=12477381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06036712A Expired - Fee Related JP3136888B2 (ja) | 1994-03-08 | 1994-03-08 | 加速度センサの感度調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3136888B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6332359B1 (en) | 1997-04-24 | 2001-12-25 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| WO2006049004A1 (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-11 | Hitachi Metals, Ltd. | 加速度センサー装置 |
| US7117714B2 (en) | 2004-12-16 | 2006-10-10 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Output amplifier circuit and sensor device using the same |
| CN111936867A (zh) * | 2018-03-28 | 2020-11-13 | Ntn株式会社 | 加速度检测装置及具备该加速度检测装置的轴承装置 |
-
1994
- 1994-03-08 JP JP06036712A patent/JP3136888B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6332359B1 (en) | 1997-04-24 | 2001-12-25 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| US6446507B2 (en) | 1997-04-24 | 2002-09-10 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| US6494092B2 (en) | 1997-04-24 | 2002-12-17 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| US6526827B2 (en) | 1997-04-24 | 2003-03-04 | Fuki Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| US6564634B2 (en) | 1997-04-24 | 2003-05-20 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| US6632697B2 (en) | 1997-04-24 | 2003-10-14 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor sensor chip and method for producing the chip, and semiconductor sensor and package for assembling the sensor |
| WO2006049004A1 (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-11 | Hitachi Metals, Ltd. | 加速度センサー装置 |
| US7716984B2 (en) | 2004-11-08 | 2010-05-18 | Hitachi Metal Ltd. | Acceleration sensor device having piezo-resistors measuring acceleration |
| US7117714B2 (en) | 2004-12-16 | 2006-10-10 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Output amplifier circuit and sensor device using the same |
| CN111936867A (zh) * | 2018-03-28 | 2020-11-13 | Ntn株式会社 | 加速度检测装置及具备该加速度检测装置的轴承装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3136888B2 (ja) | 2001-02-19 |
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|---|---|---|---|
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