JPH08110355A - 容量式加速度センサおよび作動法 - Google Patents
容量式加速度センサおよび作動法Info
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- JPH08110355A JPH08110355A JP7237104A JP23710495A JPH08110355A JP H08110355 A JPH08110355 A JP H08110355A JP 7237104 A JP7237104 A JP 7237104A JP 23710495 A JP23710495 A JP 23710495A JP H08110355 A JPH08110355 A JP H08110355A
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- G01P2015/0808—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 in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
- G01P2015/0811—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 in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0814—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 in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 通常の測定動作中も自己テスト可能な加速度
センサを提供する。 【解決手段】 可動の電極３を有するサイズモ質量体２
を備えた加速度センサが提案される。この可動の電極
は、２つの位置固定の電極４の間の差動コンデンサとし
て構成されている。さらに付加的な電極１０が設けられ
ている。これは可動の電極３に対向して、またはサイズ
モ質量体２に懸架されている曲げ素子６に対向して、設
けられている。付加的な電極１０へ電圧が加えられる。
この電圧は評価回路９により加速度として評価される。
センサを提供する。 【解決手段】 可動の電極３を有するサイズモ質量体２
を備えた加速度センサが提案される。この可動の電極
は、２つの位置固定の電極４の間の差動コンデンサとし
て構成されている。さらに付加的な電極１０が設けられ
ている。これは可動の電極３に対向して、またはサイズ
モ質量体２に懸架されている曲げ素子６に対向して、設
けられている。付加的な電極１０へ電圧が加えられる。
この電圧は評価回路９により加速度として評価される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は独立形式の請求項の
上位概念に示されている加速度センサと、その作動法に
関する。
上位概念に示されている加速度センサと、その作動法に
関する。
【０００２】
【従来技術】ＷＯ９２／０３７４０号公報に既に、加速
度により変位されるサイズモ質量体の設けられている加
速度センサが示されている。サイズモ質量体は、位置固
定の電極に対向して設けられている可動の電極を有す
る。この位置固定の電極と可動の電極により、差動コン
デンサとして形成される容量体が構成される。この構成
の他にさらにサイズモ質量体を実質的にその初期位置に
保持させる電気的位置調節装置が示されている。この目
的で、サイズモ質量体を初期位置に保持する電圧が電極
へ加えられる。加速度を表わす信号として、サイズモ質
量体を休止位置において保持する電圧が評価される。
度により変位されるサイズモ質量体の設けられている加
速度センサが示されている。サイズモ質量体は、位置固
定の電極に対向して設けられている可動の電極を有す
る。この位置固定の電極と可動の電極により、差動コン
デンサとして形成される容量体が構成される。この構成
の他にさらにサイズモ質量体を実質的にその初期位置に
保持させる電気的位置調節装置が示されている。この目
的で、サイズモ質量体を初期位置に保持する電圧が電極
へ加えられる。加速度を表わす信号として、サイズモ質
量体を休止位置において保持する電圧が評価される。
【０００３】ドイツ連邦共和国特許第４１３３４２６号
公報に示されている加速度センサにおいては、測定容量
体のほかに、センサの自己テストのために用いられてい
る付加的な測定容量体が設けられている。
公報に示されている加速度センサにおいては、測定容量
体のほかに、センサの自己テストのために用いられてい
る付加的な測定容量体が設けられている。
【０００４】
【発明の解決すべき課題】本発明の課題は、センサの通
常の測定動作中もセンサの自己テストを可能とすること
である。
常の測定動作中もセンサの自己テストを可能とすること
である。
【０００５】
【課題を解決する手段】この課題は独立形式の特許請求
の範囲の構成により解決されている。
の範囲の構成により解決されている。
【０００６】
【発明の効果】加速度信号の発生の際に、これが真の測
定値か、センサの誤動作かまたは評価している電子装置
の誤動作によるものかが判定できる。加速度センサの安
全性に係わる使用上この種の方法がすすめられる。
定値か、センサの誤動作かまたは評価している電子装置
の誤動作によるものかが判定できる。加速度センサの安
全性に係わる使用上この種の方法がすすめられる。
【０００７】従属形式の請求項の構成により独立形式の
請求項に示されているセンサの有利な発展形態と改善が
可能となる。位置制御部の使用は特に有利である。何故
ならばこれによりセンサのダイナミック特性と測定精度
が高められるからである。センサ素子はサイズモ質量体
の使用と表面マイクロメカニックによる電極の使用によ
り、著しく簡単に製造される。
請求項に示されているセンサの有利な発展形態と改善が
可能となる。位置制御部の使用は特に有利である。何故
ならばこれによりセンサのダイナミック特性と測定精度
が高められるからである。センサ素子はサイズモ質量体
の使用と表面マイクロメカニックによる電極の使用によ
り、著しく簡単に製造される。
【０００８】次に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
る。
【０００９】
【実施例】図１に支持体１の平面図が示されており、こ
の支持体上に加速度センサが配置されている。加速度セ
ンサはサイズモ質量体２を有する。これは細い曲げアー
ム６に取り付けられさらに支承体ブロック５に次のよう
に懸架されている。即ちサイズモ質量体２が、支持体１
の表面に平行な（図１の矢印）加速度により変位できる
様に、懸架されている。この加速度の検出は次のように
容量的に行なわれる。即ちサイズモ質量体２から可動の
電極３を張り出すようにストラクチャ化し、さらにこの
電極を位置固定の電極４ａと４ｂに対向して配置するこ
とにより、容量的に行なわれる。可動の電極３と位置固
定の電極４ａ，４ｂはそれぞれ２つの極板コンデンサを
構成し、その容量は電極の間隔に依存する。
の支持体上に加速度センサが配置されている。加速度セ
ンサはサイズモ質量体２を有する。これは細い曲げアー
ム６に取り付けられさらに支承体ブロック５に次のよう
に懸架されている。即ちサイズモ質量体２が、支持体１
の表面に平行な（図１の矢印）加速度により変位できる
様に、懸架されている。この加速度の検出は次のように
容量的に行なわれる。即ちサイズモ質量体２から可動の
電極３を張り出すようにストラクチャ化し、さらにこの
電極を位置固定の電極４ａと４ｂに対向して配置するこ
とにより、容量的に行なわれる。可動の電極３と位置固
定の電極４ａ，４ｂはそれぞれ２つの極板コンデンサを
構成し、その容量は電極の間隔に依存する。
【００１０】可動の電極３と位置固定の電極４ａ，４ｂ
との間の容量の測定により、サイズモ質量体２の変位
が、即ち加速度が測定できる。可動の電極３は図２から
わかる様にそれぞれ２つの位置固定の電極４ａ，４ｂの
間に配置されている。位置固定の電極４ａ，４ｂはそれ
ぞれ、互いに絶縁されている固有の支承体ブロック５に
懸架されている。そのためこの配置により差動コンデン
サ装置が形成される。即ち可動の電極３は両方の位置固
定の電極４ａ，４ｂとそれぞれ１つのコンデンサを形成
する。この場合、一方のコンデンサの容量が増加する
と、他方のコンデンサの容量が減少する。さらに付加的
な電極が自己テストのために設けられている。この付加
的な電極１０も支承体ブロック５に懸架されている。付
加的な電極１０は可動の電極３に対向して、または曲げ
素子６に対向して設けることができる。両方の場合と
も、サイズモ質量体２を有するコンデンサが構成され
る。この実施例においてはさらに評価回路９が示されて
おり、これは線路８により支承体ブロック５と接続され
ている。この種の線路は全部の位置固定電極４ａ，４
ｂ、全部の別の電極１０へ、およびサイズモ質量体２へ
も設けられている。
との間の容量の測定により、サイズモ質量体２の変位
が、即ち加速度が測定できる。可動の電極３は図２から
わかる様にそれぞれ２つの位置固定の電極４ａ，４ｂの
間に配置されている。位置固定の電極４ａ，４ｂはそれ
ぞれ、互いに絶縁されている固有の支承体ブロック５に
懸架されている。そのためこの配置により差動コンデン
サ装置が形成される。即ち可動の電極３は両方の位置固
定の電極４ａ，４ｂとそれぞれ１つのコンデンサを形成
する。この場合、一方のコンデンサの容量が増加する
と、他方のコンデンサの容量が減少する。さらに付加的
な電極が自己テストのために設けられている。この付加
的な電極１０も支承体ブロック５に懸架されている。付
加的な電極１０は可動の電極３に対向して、または曲げ
素子６に対向して設けることができる。両方の場合と
も、サイズモ質量体２を有するコンデンサが構成され
る。この実施例においてはさらに評価回路９が示されて
おり、これは線路８により支承体ブロック５と接続され
ている。この種の線路は全部の位置固定電極４ａ，４
ｂ、全部の別の電極１０へ、およびサイズモ質量体２へ
も設けられている。
【００１１】図２に図１のセンサを線ＩＩ−ＩＩから見
た横断面図が示されている。図示されている様にサイズ
モ質量体２は支持体１への間隔を有する。そのため曲げ
素子６の簡単な湾曲によりサイズモ質量体２の変位が、
これを支持体１との摩擦により阻止されることなく、可
能となる。さらに支承体ブロック５に懸架されている別
の電極１０が示されている。支承体ブロック５は絶縁層
７の上に配置されている。そのため支承体ブロック５
は、したがってこれに懸架されている電極４，１０も、
さらにこれに懸架されているサイズモ質量体２も互いに
絶縁されている。支持体１は単結晶のシリコンから成
る。サイズモ質量体２、支承体ブロック５、電極３，４
ａ，４ｂ，１０と曲げ素子６は多結晶シリコンまたは単
結晶シリコンから形成される。絶縁層７の使用に代え
て、シリコン材料は、支持体１へのＰＮ接合体を有する
こともできる。さらにセラミックサブストレートまたは
シリコンサブストレート等の上に配置されている、付着
された金属ストラクチャもセンサの構成の目的で使用で
きる。
た横断面図が示されている。図示されている様にサイズ
モ質量体２は支持体１への間隔を有する。そのため曲げ
素子６の簡単な湾曲によりサイズモ質量体２の変位が、
これを支持体１との摩擦により阻止されることなく、可
能となる。さらに支承体ブロック５に懸架されている別
の電極１０が示されている。支承体ブロック５は絶縁層
７の上に配置されている。そのため支承体ブロック５
は、したがってこれに懸架されている電極４，１０も、
さらにこれに懸架されているサイズモ質量体２も互いに
絶縁されている。支持体１は単結晶のシリコンから成
る。サイズモ質量体２、支承体ブロック５、電極３，４
ａ，４ｂ，１０と曲げ素子６は多結晶シリコンまたは単
結晶シリコンから形成される。絶縁層７の使用に代え
て、シリコン材料は、支持体１へのＰＮ接合体を有する
こともできる。さらにセラミックサブストレートまたは
シリコンサブストレート等の上に配置されている、付着
された金属ストラクチャもセンサの構成の目的で使用で
きる。
【００１２】評価回路９により、センサへ作用する加速
度が測定される。最も簡単な場合はこの測定を、両方の
差動コンデンサの容量の比較により行なうことができ
る。加速度の測定の著しく改善された方法は、差動コン
デンサをサイズモ質量体の位置調節のために用いる点に
ある。この目的で位置固定の電極に電圧が次の様に加え
られる。即ちサイズモ質量体を、休止位置に即ち加速度
の作用のない位置に相応する位置に固定するように、加
えられる。サイズモ質量体２の位置を調節するために必
要とされる電圧が、加速度を表わす尺度を形成する。こ
の位置調節によりセンサ信号の測定機能が改善される。
別の電極１０へも電圧が加えられる時は、この電圧によ
りサイズモ質量体２へ力が作用される。この力の作用は
サイズモ質量体２の変位または、サイズモ質量体２の位
置調節の相応の追従調節を生ぜさせる。そのため電圧を
付加的な電極１０へ加えることにより、見かけの加速度
を発生できる。この加速度は評価回路９において信号と
なるように導かれる。このようにして加速度センサと評
価回路の機能テストが、回路９の信号路を遮断すること
なく、可能となる。
度が測定される。最も簡単な場合はこの測定を、両方の
差動コンデンサの容量の比較により行なうことができ
る。加速度の測定の著しく改善された方法は、差動コン
デンサをサイズモ質量体の位置調節のために用いる点に
ある。この目的で位置固定の電極に電圧が次の様に加え
られる。即ちサイズモ質量体を、休止位置に即ち加速度
の作用のない位置に相応する位置に固定するように、加
えられる。サイズモ質量体２の位置を調節するために必
要とされる電圧が、加速度を表わす尺度を形成する。こ
の位置調節によりセンサ信号の測定機能が改善される。
別の電極１０へも電圧が加えられる時は、この電圧によ
りサイズモ質量体２へ力が作用される。この力の作用は
サイズモ質量体２の変位または、サイズモ質量体２の位
置調節の相応の追従調節を生ぜさせる。そのため電圧を
付加的な電極１０へ加えることにより、見かけの加速度
を発生できる。この加速度は評価回路９において信号と
なるように導かれる。このようにして加速度センサと評
価回路の機能テストが、回路９の信号路を遮断すること
なく、可能となる。
【００１３】図１に多数の位置固定電極４ａ，４ｂと別
の電極１０が示されている。しかし図１による加速度セ
ンサは、１つの位置固定の電極と１つの付加電極だけが
設けられていれば、本発明の主旨のように機能する。位
置固定の電極４ａ，４ｂと別の電極１０の任意の組み合
わせも可能である。静電気力により電極間の吸引だけが
作動できるため、電極をサイズモ質量体の両側へ配置す
べきである。その目的は加速の際の各方向への位置調整
を可能にするためである。
の電極１０が示されている。しかし図１による加速度セ
ンサは、１つの位置固定の電極と１つの付加電極だけが
設けられていれば、本発明の主旨のように機能する。位
置固定の電極４ａ，４ｂと別の電極１０の任意の組み合
わせも可能である。静電気力により電極間の吸引だけが
作動できるため、電極をサイズモ質量体の両側へ配置す
べきである。その目的は加速の際の各方向への位置調整
を可能にするためである。
【００１４】図３に示されているグラフには、回路９の
出力信号ｓが時間ｔを横軸として記入されている。時点
Ｔ0において加速が行なわれ、そのため出力信号ｓが上
昇する。出力信号ｓにセンサ素子または評価回路９の誤
動作が存在しないことを検査する目的で、間隔ΔＴで電
圧が、図１に示されている別の電極１０へ加えられる。
これらの電圧は、例えば間隔ΔＴの始めと終りにおいて
著しく急峻な信号側縁により特徴づけられる信号レベル
を変化させる。時間経過の評価により、例えば時間間隔
ΔＴの始めまたは終りにおける急峻な側縁の検出によ
り、および／または側縁の高さの検出により、センサ素
子または評価回路９の機能の正常性が検査できる。この
種の自己テスト法は、保護部材たとえばエアバッグ作動
装置のために使用されるセンサにおいて、特に有利であ
る。さらにここに示されている、付加的な電極１０の使
用のための基本構成は、センサ−その本来のセンサ信号
を差動コンデンサから発生させる−においても、著しく
有利である。この種のセンサは位置調節機能の使用も可
能とするため、これによりセンサ信号の測定機能を改善
させる。
出力信号ｓが時間ｔを横軸として記入されている。時点
Ｔ0において加速が行なわれ、そのため出力信号ｓが上
昇する。出力信号ｓにセンサ素子または評価回路９の誤
動作が存在しないことを検査する目的で、間隔ΔＴで電
圧が、図１に示されている別の電極１０へ加えられる。
これらの電圧は、例えば間隔ΔＴの始めと終りにおいて
著しく急峻な信号側縁により特徴づけられる信号レベル
を変化させる。時間経過の評価により、例えば時間間隔
ΔＴの始めまたは終りにおける急峻な側縁の検出によ
り、および／または側縁の高さの検出により、センサ素
子または評価回路９の機能の正常性が検査できる。この
種の自己テスト法は、保護部材たとえばエアバッグ作動
装置のために使用されるセンサにおいて、特に有利であ
る。さらにここに示されている、付加的な電極１０の使
用のための基本構成は、センサ−その本来のセンサ信号
を差動コンデンサから発生させる−においても、著しく
有利である。この種のセンサは位置調節機能の使用も可
能とするため、これによりセンサ信号の測定機能を改善
させる。
【００１５】図４に本発明のセンサのための別の実施例
が示されている。同じ作用をする素子には同じ参照番号
が付されている。図１との相違は、くし形の指状体とし
て形成されている付加的な電極１０が設けられているこ
とである。これらの指状体は相応にくし形に形成されて
いる可動の電極３３の中に係合する。そのため付加的な
電極１０は可動の電極３３と共に複数個のコンデンサを
形成する。しかし図１との相違点は、図４の場合は、容
量が電極板間隔の変化によるのではなく、両方の電極の
重なり面積の変化により、変化されることである。この
種のコンデンサの場合、サイズモ質量体への力作用は印
加される電位の直線的な関数であり、このことが相応の
電位の制御を簡単化させる。
が示されている。同じ作用をする素子には同じ参照番号
が付されている。図１との相違は、くし形の指状体とし
て形成されている付加的な電極１０が設けられているこ
とである。これらの指状体は相応にくし形に形成されて
いる可動の電極３３の中に係合する。そのため付加的な
電極１０は可動の電極３３と共に複数個のコンデンサを
形成する。しかし図１との相違点は、図４の場合は、容
量が電極板間隔の変化によるのではなく、両方の電極の
重なり面積の変化により、変化されることである。この
種のコンデンサの場合、サイズモ質量体への力作用は印
加される電位の直線的な関数であり、このことが相応の
電位の制御を簡単化させる。
【図１】本発明によるセンサ素子の平面図である。
【図２】図１を線ＩＩ−ＩＩから見た横断面図である。
【図３】図３はセンサ信号ｓを時間ｔを横軸として記入
した線図である。
した線図である。
【図４】センサのもう１つの実施例の平面図である。
１ 支持体 ２ サイズモ質量体 ３ 可動の電極 ４ａ，４ｂ 位置固定の電極 ５ 支承体ブロック ６ 曲げ素子 ７ 絶縁層 ８ 線路 ９ 評価回路 １０ 電極
Claims (10)
- 【請求項１】 加速度により変位される少なくとも１つ
の可動のサイズモ質量体（２）を有し、該サイズモ質量
体（２）は少なくとも１つの可動の電極を有し、該可動
の電極は少なくとも１つの位置固定の電極（４ａ，４
ｂ）に対向して配置されていてこの位置固定電極と共に
測定コンデンサを構成している形式の容量式加速度セン
サにおいて、少なくとも１つの別の位置固定の電極（１
０）が設けられており、該別の位置固定電極（１０）へ
電圧が印加されるようにし、ここでサイズモ質量体
（２）へ力の作用が及ぼされるように、上記電圧は印加
されることを特徴とする、容量式加速度センサ。 - 【請求項２】 評価回路（９）が設けられており、該評
価回路により少なくとも１つの位置固定の電極（４ａ，
４ｂ）へ電位が、サイズモ質量体へ力が作用されるよう
に、印加される、請求項１記載の容量式センサ。 - 【請求項３】 サイズモ質量体（２）が曲げ素子（６）
を用いて支承体ブロック（５）に懸架されており、該支
承体ブロック（５）はプレート状の支持体(１）に取り
付けられており、少なくとも１つの位置固定の電極（４
ａ，４ｂ）が支承体ブロック（５）により該プレート状
のサブストレート（１）の上に取り付けられている、請
求項１または２記載の容量式加速度センサ。 - 【請求項４】 少なくとも１つの別の電極（１０）が可
動の電極（３，３３）に対向して設けられていて、該可
動の電極と共に少なくとも１つの平行板コンデンサを構
成している、請求項１から３までのいずれか１項記載の
加速度センサ。 - 【請求項５】 サイズモ質量体（２）の加速の際に、可
動の電極（３）から別の電極（１０）への間隔が変化さ
れる、請求項４記載の加速度センサ。 - 【請求項６】 サイズモ質量体の加速の際に、可動の電
極（３）と別の電極（１０）との重なり面積が変化され
る、請求項４記載の加速度センサ。 - 【請求項７】 少なくとも１つの別の電極（１０）が曲
げ素子（６）に対向して配置されていて、この曲げ素子
と共に少なくとも１つの平行板コンデンサを構成する、
請求項３記載の加速度センサ。 - 【請求項８】 サイズモ質量体が少なくとも１つの可動
の電極（３）を有しており、該可動の電極は２つの位置
固定の電極間に配置されていて、該位置固定の電極と共
に少なくとも２つの測定コンデンサを構成している、請
求項１記載の加速度コンデンサ。 - 【請求項９】 サイズモ質量体（２）、曲げ素子
（６）、支承体ブロック(５）および電極（４ａ，４
ｂ，３，１０）がシリコンまたは金属から構成されてい
る、請求項３記載の加速度センサ。 - 【請求項１０】 テスト信号が別の電極（１０）へ加え
られ、評価回路の信号がこのテスト信号に対する応答性
に関して検査されることを特徴とする、加速度センサの
作動法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4432837.0 | 1994-09-15 | ||
| DE4432837A DE4432837B4 (de) | 1994-09-15 | 1994-09-15 | Beschleunigungssensor und Meßverfahren |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08110355A true JPH08110355A (ja) | 1996-04-30 |
Family
ID=6528271
Family Applications (1)
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