JPH0875783A - 半導体式加速度センサ - Google Patents
半導体式加速度センサInfo
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- JPH0875783A JPH0875783A JP6212340A JP21234094A JPH0875783A JP H0875783 A JPH0875783 A JP H0875783A JP 6212340 A JP6212340 A JP 6212340A JP 21234094 A JP21234094 A JP 21234094A JP H0875783 A JPH0875783 A JP H0875783A
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- light
- acceleration
- detecting
- 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
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、加速度検出用の回路部に故障
が発生した場合でも、加速度検出器の故障診断は常時実
施する、完全なフェイルセーフの機構を有する加速度セ
ンサを提供することにある。 【構成】上記目的を達成するために、加速度検出器に対
して、外付けでカンチレバー等の故障を診断するための
測定機構を設ける。この機構は、発光ダイオードと受光
ダイオードの間にカンチレバーを有する加速度検出器を
配置し、カンチレバーが破損したときに、発光ダイオー
ドから発生した光がカンチレバーの先端に形成された質
量部（重錘）により遮られることを利用するものであ
る。
が発生した場合でも、加速度検出器の故障診断は常時実
施する、完全なフェイルセーフの機構を有する加速度セ
ンサを提供することにある。 【構成】上記目的を達成するために、加速度検出器に対
して、外付けでカンチレバー等の故障を診断するための
測定機構を設ける。この機構は、発光ダイオードと受光
ダイオードの間にカンチレバーを有する加速度検出器を
配置し、カンチレバーが破損したときに、発光ダイオー
ドから発生した光がカンチレバーの先端に形成された質
量部（重錘）により遮られることを利用するものであ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カンチレバーの変位に
よる物理量を計測するセンサに係り、特に、カンチレバ
ーの破損による故障の検出を光で行う加速度センサに関
する。
よる物理量を計測するセンサに係り、特に、カンチレバ
ーの破損による故障の検出を光で行う加速度センサに関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術は、特開平4−274766 号公
報，特開平5−10968号公報に示されるように、カンチレ
バーを有する半導体式加速度センサは、ガラス／シリコ
ン／ガラス，シリコン／シリコン／シリコンの３層構造
または、ガラス／シリコン，シリコン／シリコンの２層
構造で形成され、シリコン基板のカンチレバーの先端に
形成した可動電極とこの可動電極に対向して形成された
固定電極間に静電気を印加し、可動電極を変位させて、
破損，故障の診断を行っていた。従って、可動電極と固
定電極間に静電気を発生させるためには、加速度検出，
補正用回路部と故障診断用回路部を同一ＩＣ上に形成し
なければならず、結果的に、加速度を計測するセンサ部
とカンチレバーの破損を検出するセンサ部が同じ系統の
回路上に形成されているため、エアバッグ等の故障時の
診断が必須の用途に対しては、完全なフェイルセーフの
機構とはならず、セーフィングセンサ等の保護回路が必
要となる問題があった。
報，特開平5−10968号公報に示されるように、カンチレ
バーを有する半導体式加速度センサは、ガラス／シリコ
ン／ガラス，シリコン／シリコン／シリコンの３層構造
または、ガラス／シリコン，シリコン／シリコンの２層
構造で形成され、シリコン基板のカンチレバーの先端に
形成した可動電極とこの可動電極に対向して形成された
固定電極間に静電気を印加し、可動電極を変位させて、
破損，故障の診断を行っていた。従って、可動電極と固
定電極間に静電気を発生させるためには、加速度検出，
補正用回路部と故障診断用回路部を同一ＩＣ上に形成し
なければならず、結果的に、加速度を計測するセンサ部
とカンチレバーの破損を検出するセンサ部が同じ系統の
回路上に形成されているため、エアバッグ等の故障時の
診断が必須の用途に対しては、完全なフェイルセーフの
機構とはならず、セーフィングセンサ等の保護回路が必
要となる問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、加
速度を計測するセンサ部とカンチレバーの破損を検出す
るセンサ部が同じ系統の回路上に形成されているため、
完全なフェイルセーフの機構とはなっておらず、加速度
を計測するセンサ部とカンチレバーの破損を検出するセ
ンサ部を別系統の回路で、計測，制御する必要がある。
速度を計測するセンサ部とカンチレバーの破損を検出す
るセンサ部が同じ系統の回路上に形成されているため、
完全なフェイルセーフの機構とはなっておらず、加速度
を計測するセンサ部とカンチレバーの破損を検出するセ
ンサ部を別系統の回路で、計測，制御する必要がある。
【０００４】よって、本発明の目的は、加速度検出器自
身に診断機能を持たせるのではなく、加速度検出器に対
して、外付けでカンチレバー等の故障を診断するための
測定機構を設けることにより、加速度検出用の回路部に
故障が発生した場合でも、加速度検出器の故障診断は常
時実施する、完全なフェイルセーフの機構を有する加速
度センサに関する。
身に診断機能を持たせるのではなく、加速度検出器に対
して、外付けでカンチレバー等の故障を診断するための
測定機構を設けることにより、加速度検出用の回路部に
故障が発生した場合でも、加速度検出器の故障診断は常
時実施する、完全なフェイルセーフの機構を有する加速
度センサに関する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、加速度検出器に対して、外付けでカンチレバー等の
故障を診断するための測定機構を設ける。この機構は、
発光ダイオードと受光ダイオードの間にカンチレバーを
有する加速度検出器を配置し、カンチレバーが破損した
ときに、発光ダイオードから発生した光がカンチレバー
の先端に形成された質量部（重錘）により遮られること
を利用するものである。以上のことにより、加速度を計
測するセンサ部とカンチレバーの破損を検出するセンサ
部を別系統の回路で、計測，制御することが可能とな
る。
に、加速度検出器に対して、外付けでカンチレバー等の
故障を診断するための測定機構を設ける。この機構は、
発光ダイオードと受光ダイオードの間にカンチレバーを
有する加速度検出器を配置し、カンチレバーが破損した
ときに、発光ダイオードから発生した光がカンチレバー
の先端に形成された質量部（重錘）により遮られること
を利用するものである。以上のことにより、加速度を計
測するセンサ部とカンチレバーの破損を検出するセンサ
部を別系統の回路で、計測，制御することが可能とな
る。
【０００６】
【作用】このように構成された半導体式加速度センサ
は、発光ダイオードと受光ダイオードの間にカンチレバ
ーを有する加速度検出器を配置されており、カンチレバ
ーが破損したときに、カンチレバーの先端に形成された
質量部（重錘）は落下し、この質量部が、発光ダイオー
ドから発生した光により遮られる。このときの受光ダイ
オードの受ける光の量を計測することにより、加速度検
出部の異常を計測することが可能となる。
は、発光ダイオードと受光ダイオードの間にカンチレバ
ーを有する加速度検出器を配置されており、カンチレバ
ーが破損したときに、カンチレバーの先端に形成された
質量部（重錘）は落下し、この質量部が、発光ダイオー
ドから発生した光により遮られる。このときの受光ダイ
オードの受ける光の量を計測することにより、加速度検
出部の異常を計測することが可能となる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。
する。
【０００８】半導体容量式加速度センサ１は、加速度検
出部４，容量検出部５，増幅部６より構成される。加速
度検出部４は、ガラス／シリコン／ガラスの３層積層構
造である。中央のシリコン基板７には重錘機能を有する
可動電極８と、これを支持するカンチレバー１３が形成
されている。一方、シリコン基板７の両側には、ガラス
基板９，１０が陽極接合を用いて接続されており、ガラ
ス基板９，１０には、それぞれ可動電極８に対向して固
定電極１１，１２がアルミニュウム等の金属で形成され
ている。
出部４，容量検出部５，増幅部６より構成される。加速
度検出部４は、ガラス／シリコン／ガラスの３層積層構
造である。中央のシリコン基板７には重錘機能を有する
可動電極８と、これを支持するカンチレバー１３が形成
されている。一方、シリコン基板７の両側には、ガラス
基板９，１０が陽極接合を用いて接続されており、ガラ
ス基板９，１０には、それぞれ可動電極８に対向して固
定電極１１，１２がアルミニュウム等の金属で形成され
ている。
【０００９】このように構成された加速度検出部４の可
動電極８，固定電極１１，１２は容量検出部５と電気的
に接続されている。図示された方向に印加された加速度
に応じて可動電極８は慣性力によって加速度と逆の方向
に移動する。例えば、可動電極８が印加された加速度に
対して右側に移動したとすると、可動電極８と固定電極
１２間の静電容量Ｃ１は大きくなり、逆に可動電極８と
固定電極１１間の静電容量Ｃ２は小さくなる。この静電
容量Ｃ１，Ｃ２の差分を検出し、サンプルホールド回路
等で電圧Ｖｓに変換する。このことにより、加速度検出
部４に作用する加速度を電気的に検出できる。次に、電
圧Ｖｓを増幅部６に入力し所定の電圧に調整し、電圧Ｖ
0 を出力する。
動電極８，固定電極１１，１２は容量検出部５と電気的
に接続されている。図示された方向に印加された加速度
に応じて可動電極８は慣性力によって加速度と逆の方向
に移動する。例えば、可動電極８が印加された加速度に
対して右側に移動したとすると、可動電極８と固定電極
１２間の静電容量Ｃ１は大きくなり、逆に可動電極８と
固定電極１１間の静電容量Ｃ２は小さくなる。この静電
容量Ｃ１，Ｃ２の差分を検出し、サンプルホールド回路
等で電圧Ｖｓに変換する。このことにより、加速度検出
部４に作用する加速度を電気的に検出できる。次に、電
圧Ｖｓを増幅部６に入力し所定の電圧に調整し、電圧Ｖ
0 を出力する。
【００１０】つぎに、診断出力検出部２は、制御，変換
回路部２３，発光素子部２１，受光素子部２２よりな
り、常時、発光素子部２１より光を出力し、加速度検出
部４を通して、受光素子部２２で光を検出するように構
成されている。ここで、検出された信号は、制御，変換
回路部２３で電圧Ｖ1に変換され出力される。
回路部２３，発光素子部２１，受光素子部２２よりな
り、常時、発光素子部２１より光を出力し、加速度検出
部４を通して、受光素子部２２で光を検出するように構
成されている。ここで、検出された信号は、制御，変換
回路部２３で電圧Ｖ1に変換され出力される。
【００１１】以上の加速度センサ１と診断出力検出部２
の出力信号Ｖ0，Ｖ1は、コントロールユニット３の加速
度検出回路部３１，診断出力回路部３２に、それぞれ入
力され、ＣＰＵ３３，ＲＯＭ３４，ＲＡＭ３５で演算，
処理されるように構成されている。
の出力信号Ｖ0，Ｖ1は、コントロールユニット３の加速
度検出回路部３１，診断出力回路部３２に、それぞれ入
力され、ＣＰＵ３３，ＲＯＭ３４，ＲＡＭ３５で演算，
処理されるように構成されている。
【００１２】以上の半導体容量式加速度センサにおいて
は、上記、診断出力検出部２の発光素子部２１，受光素
子部２２が、加速度検出部４の可動電極８の下側に構成
されており、不具合によりカンチレバー１３が切断され
落下した場合に、発光素子部２１から出力された光が可
動電極８により遮断され、受光素子部２２に入力される
光量が変化することにより加速度検出部の故障を診断す
るものである。ここで、故障を検出する診断出力検出部
２は、回路上、加速度検出部４とは別系統でコントロー
ルユニット３に入力されるため、エアバッグ等の用途に
用いた場合、フェイルセーフ回路となる。
は、上記、診断出力検出部２の発光素子部２１，受光素
子部２２が、加速度検出部４の可動電極８の下側に構成
されており、不具合によりカンチレバー１３が切断され
落下した場合に、発光素子部２１から出力された光が可
動電極８により遮断され、受光素子部２２に入力される
光量が変化することにより加速度検出部の故障を診断す
るものである。ここで、故障を検出する診断出力検出部
２は、回路上、加速度検出部４とは別系統でコントロー
ルユニット３に入力されるため、エアバッグ等の用途に
用いた場合、フェイルセーフ回路となる。
【００１３】図２は、診断出力検出部２の発光素子部２
１，受光素子部２２を発光素子部２１から発光された光
が加速度検出部４のカンチレバー１３に当たるように配
置し、カンチレバー１３が破損したときに受光素子部２
２の受ける光量が増加することを利用したもの。
１，受光素子部２２を発光素子部２１から発光された光
が加速度検出部４のカンチレバー１３に当たるように配
置し、カンチレバー１３が破損したときに受光素子部２
２の受ける光量が増加することを利用したもの。
【００１４】図３は、加速度検出部４を上記、図１に対
して９０度回転させて配置し、診断出力検出部２の発光
素子部２１，受光素子部２２を発光素子部２１から発光
された光が加速度検出部４の可動電極８の下部の空隙部
に当たるように配置し、カンチレバー１３が破損したと
きに受光素子部２２の受ける光量が減少することを利用
したもの。
して９０度回転させて配置し、診断出力検出部２の発光
素子部２１，受光素子部２２を発光素子部２１から発光
された光が加速度検出部４の可動電極８の下部の空隙部
に当たるように配置し、カンチレバー１３が破損したと
きに受光素子部２２の受ける光量が減少することを利用
したもの。
【００１５】以上、図２，図３で示した構造を達成する
ことにより、図１に示したものと同様の効果がある。
ことにより、図１に示したものと同様の効果がある。
【００１６】図４は、診断出力検出部２の発光素子部２
１，受光素子部２２を発光素子部２１を発光素子部２１
から発光された光が可動電極８に、ある一定の入射角度
で当たり、反射した光が受光素子部２２に効率よく入射
するように配置し、カンチレバー１３が破損したときに
受光素子部２２の受ける光量が減少することを利用した
もので、図１に示したものと同様の効果が見込める。
１，受光素子部２２を発光素子部２１を発光素子部２１
から発光された光が可動電極８に、ある一定の入射角度
で当たり、反射した光が受光素子部２２に効率よく入射
するように配置し、カンチレバー１３が破損したときに
受光素子部２２の受ける光量が減少することを利用した
もので、図１に示したものと同様の効果が見込める。
【００１７】また、ここに示したガラス／シリコン／ガ
ラスの３層構造体ばかりではなく、ガラス／シリコン等
のカンチレバーを有する構造体においても同様の、効果
が期待できる。
ラスの３層構造体ばかりではなく、ガラス／シリコン等
のカンチレバーを有する構造体においても同様の、効果
が期待できる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、以上述べたことから判
るように、加速度を計測するセンサ部とカンチレバーの
破損を検出するセンサ部を別系統の回路で、計測，制御
することが可能となるため、加速度検出用の回路部に故
障が発生した場合でも、加速度検出器の故障診断は常時
実施することが可能となるため、完全なフェイルセーフ
の機構の構築に効果がある。
るように、加速度を計測するセンサ部とカンチレバーの
破損を検出するセンサ部を別系統の回路で、計測，制御
することが可能となるため、加速度検出用の回路部に故
障が発生した場合でも、加速度検出器の故障診断は常時
実施することが可能となるため、完全なフェイルセーフ
の機構の構築に効果がある。
【図１】半導体容量式加速度センサの構造及び配置図で
ある。
ある。
【図２】半導体容量式加速度センサの構造及び配置図で
ある。
ある。
【図３】半導体容量式加速度センサの構造及び配置図で
ある。
ある。
【図４】半導体容量式加速度センサの構造及び配置図で
ある。
ある。
１…加速度センサ、２…診断出力検出部、３…コントロ
ールユニット、４…加速度検出部、５…容量検出部、６
…増幅部、７…シリコン基板、８…可動電極、９，１０
…ガラス基板、１１，１２…固定電極、１３…カンチレ
バー、２１…発光素子部、２２…受光素子部、２３…制
御，変換回路部、３１…加速度検出回路部、３２…診断
出力回路部、３３…ＣＰＵ、３４…ＲＯＭ、３５…ＲＡ
Ｍ。
ールユニット、４…加速度検出部、５…容量検出部、６
…増幅部、７…シリコン基板、８…可動電極、９，１０
…ガラス基板、１１，１２…固定電極、１３…カンチレ
バー、２１…発光素子部、２２…受光素子部、２３…制
御，変換回路部、３１…加速度検出回路部、３２…診断
出力回路部、３３…ＣＰＵ、３４…ＲＯＭ、３５…ＲＡ
Ｍ。
Claims (5)
- 【請求項１】繰り返し応力に対して金属疲労の無いまた
は、少ない材料を用いてカンチレバーを形成し、加速度
のような物理量がカンチレバーにかかったときに変位
し、その変位量を電気的に変換することにより力を計測
する構造体において、上記、カンチレバーの破損を診断
するために光を用いたことを特徴とした半導体式加速度
センサ。 - 【請求項２】請求項１において、カンチレバーを形成す
る材料にシリコン単結晶を用いたことを特徴とした半導
体式加速度センサ。 - 【請求項３】請求項１において、カンチレバーの破損を
検出する手段として発光，受光ダイオードを用いたこと
を特徴とした半導体式加速度センサ。 - 【請求項４】請求項１において、カンチレバーの破損を
診断するために、加速度を計測するセンサ部とカンチレ
バーの破損を検出するセンサ部が互いに別系統の回路を
形成していることを特徴とした半導体式加速度センサ。 - 【請求項５】請求項１において、計測する物理量を荷
重，圧力，応力等のような物理量とし、この力がカンチ
レバーにかかったときに変位し、その変位量を電気的に
変換することにより力を計測する構造体において、上記
カンチレバーの破損を診断するために光を用いたことを
特徴とした力学量測定センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6212340A JPH0875783A (ja) | 1994-09-06 | 1994-09-06 | 半導体式加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6212340A JPH0875783A (ja) | 1994-09-06 | 1994-09-06 | 半導体式加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0875783A true JPH0875783A (ja) | 1996-03-22 |
Family
ID=16620924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6212340A Pending JPH0875783A (ja) | 1994-09-06 | 1994-09-06 | 半導体式加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0875783A (ja) |
-
1994
- 1994-09-06 JP JP6212340A patent/JPH0875783A/ja active Pending
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