JPH10142093A - Device and method for diagnosing capacitive sensor - Google Patents

Device and method for diagnosing capacitive sensor

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Publication number
JPH10142093A
JPH10142093A JP30284396A JP30284396A JPH10142093A JP H10142093 A JPH10142093 A JP H10142093A JP 30284396 A JP30284396 A JP 30284396A JP 30284396 A JP30284396 A JP 30284396A JP H10142093 A JPH10142093 A JP H10142093A
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JP
Japan
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output
pendulum
counter electrode
capacitance
oscillation
Prior art date
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Pending
Application number
JP30284396A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Kairiku
力 海陸
Yasuhiro Nakamura
泰博 中村
Masaki Nakasuga
正樹 中須賀
Hiroyuki Saito
博幸 斉藤
Tadashi Yanai
忠司 谷内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SENSOR GIJUTSU KENKYUSHO KK
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
SENSOR GIJUTSU KENKYUSHO KK
Osaka Gas Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by SENSOR GIJUTSU KENKYUSHO KK, Osaka Gas Co Ltd filed Critical SENSOR GIJUTSU KENKYUSHO KK
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve a sure diagnosis by a simple operation by applying oscillation output, and inverted output to a pair of counter electrodes of a sensor element via a switching means. SOLUTION: An oscillation circuit 41 oscillates a frequency that is approximated to the center frequency component of an earthquake wave and applies it to one counter electrode 24 of a sensor element 16 through an analog switch 43. Also, after the phase of the oscillation output is inverted by 180 degrees by an inversion circuit 42, the output is fed to the other counter electrode 25 via an analog switch 44. But, in the case of an operation mode, the switches 43 and 44 are broken by breaking test terminals 19 and 21. On the other hand, the terminals 19 and 21 are connected at the time of self-diagnosis. Then, a timer 57 leads an H-level signal to a line 71 for a specific amount of time W1 after connection and enables the switches 43 and 44 to continue. Therefore, oscillation output and inverted output are fed from the circuit 41 to electrodes 44 and 45, thus a pendulum 23 can be surely deformed to making a sure diagnosis, and at the same time this procedure can be automated.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量式センサ
の診断装置および方法、ならびにガス圧センサの診断装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diagnostic device and method for a capacitance type sensor, and a diagnostic device for a gas pressure sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】静電容量式センサは、地震を検出する感
震器を構成して加速度を検出するために用いられ、また
ガスストーブなどの暖房器具の傾斜姿勢を検出するため
などに用いられている。このような静電容量式センサが
正常に動作するかどうかを点検して診断することが望ま
れる。静電容量式センサを自己診断する或る提案された
本発明の前提となる技術は、図16に示されている。セ
ンサ素子1は、たとえば単結晶シリコンがエッチング技
術によって構成されるものであり、片持ち支持される導
電性振り子2の変位方向両側に一対の対向電極3,4が
配置され、地震などの発生時にセンサ素子1に加速度が
与えられることによって、振り子2が対向電極3,4の
いずれか一方に近づくように、およびいずれか他方から
遠去かるように変位する。ライン9はたとえば+5Vの
直流電源11に接続され、ライン8は接地される。
2. Description of the Related Art A capacitance type sensor is used for detecting an acceleration by constituting a seismic sensor for detecting an earthquake, and for detecting an inclination posture of a heating appliance such as a gas stove. ing. It is desired to check and diagnose whether such a capacitance type sensor operates normally. One underlying technology of a proposed invention for self-diagnosing a capacitive sensor is shown in FIG. The sensor element 1 is made of, for example, single-crystal silicon by an etching technique. A pair of opposed electrodes 3 and 4 are arranged on both sides in the displacement direction of a conductive pendulum 2 supported in a cantilever manner. When acceleration is applied to the sensor element 1, the pendulum 2 is displaced so as to approach one of the counter electrodes 3 and 4 and to move away from one of the other electrodes. The line 9 is connected to, for example, a +5 V DC power supply 11, and the line 8 is grounded.

【0003】振り子2と各対向電極3,4との間の静電
容量は、発振回路7からは各対向電極3,4にライン
8,9を介して相互に位相差180度を有する矩形波信
号が与えられ、変換回路5によって電圧に変換され、ラ
イン6に導出される。ライン6の出力電圧は、加速度の
大きさに対応する。
The capacitance between the pendulum 2 and each of the opposing electrodes 3, 4 is a rectangular wave having a phase difference of 180 degrees from the oscillation circuit 7 to each of the opposing electrodes 3, 4 via lines 8, 9. The signal is provided, converted to a voltage by a conversion circuit 5 and derived on line 6. The output voltage on line 6 corresponds to the magnitude of the acceleration.

【0004】図16に示される静電容量式センサの診断
を行うために、各対向電極3,4には、操作者によって
押圧操作されることができる押ボタンスイッチなどのス
イッチ12,13が設けられ、これらを介して、+5V
の直流電源11に接続される。
In order to diagnose the capacitance type sensor shown in FIG. 16, switches 12 and 13 such as push button switches which can be pressed by an operator are provided on each of the counter electrodes 3 and 4. Through these, + 5V
Is connected to the DC power supply 11 of FIG.

【0005】静電容量式センサの診断を行うにあたって
は、センサ素子1に加速度を与えずに静止した状態で、
操作者はスイッチ12,13を、図17(1)および図
17(2)にそれぞれ示されるように押圧操作して導通
させる。スイッチ12を図17(1)のパルスp11,
p12で示されるように導通させ、このときスイッチ1
3を遮断することによって、ライン6には図17(3)
に示されるパルス波形q11,q12が得られる。また
スイッチ13を図17(2)のパルスp21,p22に
示されるように導通させ、このときスイッチ12を遮断
したままとすることによって、ライン6には図17
(4)に示されるパルス波形q21,q22が得られ
る。ライン6の出力電圧を、たとえばデジタル電圧計1
4によって測定することによって、診断を行い、動作が
正常に行われるかどうかを点検することができる。
In diagnosing the capacitance type sensor, the sensor element 1 is kept stationary without applying acceleration,
The operator presses the switches 12 and 13 to conduct as shown in FIGS. 17A and 17B, respectively. The switch 12 is switched to the pulse p11 of FIG.
Conduction is performed as indicated by p12, and switch 1
By interrupting line 3, line 6 is changed to the state shown in FIG.
The pulse waveforms q11 and q12 shown in FIG. Also, by turning on the switch 13 as shown by the pulses p21 and p22 in FIG. 17 (2) and keeping the switch 12 off at this time, the line 6
The pulse waveforms q21 and q22 shown in (4) are obtained. The output voltage of line 6 is measured, for example, by digital voltmeter 1
By performing the measurement according to 4, it is possible to make a diagnosis and check whether the operation is performed normally.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図16および図17に
示される或る提案された技術では、スイッチ12,13
を、図17(1)のパルスp13および図17(2)の
パルスp23で示されるように同時に押圧操作して導通
させると、対向電極3,4には、直流電源11の+5V
が与えられ、したがって振り子2は変位しない。したが
って自己診断を行うことができない。操作者はスイッチ
12,13を同時に押圧操作したにも拘わらず、デジタ
ル電圧計14からの出力が得られないことによって、異
常が生じているものと判断するおそれがある。
In one proposed technique shown in FIGS. 16 and 17, switches 12, 13 are provided.
Are simultaneously pressed and made conductive as shown by the pulse p13 in FIG. 17A and the pulse p23 in FIG. 17B, and the +5 V of the DC power supply 11 is applied to the opposing electrodes 3 and 4.
And therefore the pendulum 2 is not displaced. Therefore, self-diagnosis cannot be performed. The operator may determine that an abnormality has occurred because the output from the digital voltmeter 14 is not obtained despite the switches 12 and 13 being pressed simultaneously.

【0007】またこの提案された技術では、スイッチ1
2,13は操作者によって操作されるので、その導通す
る時刻および期間はばらばらである。これによってデジ
タル電圧計14でライン6の出力電圧を測定するだけで
は、センサ素子1のたとえば10年〜20年の長期間に
わたる経年変化を正確に知ることは不可能である。
In the proposed technique, the switch 1
Since the switches 2 and 13 are operated by the operator, the conduction time and period are different. As a result, it is not possible to accurately know the aging of the sensor element 1 over a long period of time, for example, 10 to 20 years, simply by measuring the output voltage of the line 6 with the digital voltmeter 14.

【0008】この提案された先行技術ではまた、直流電
源11の出力電圧がそのまま、スイッチ12,13を経
て診断のために用いられ、この直流電源11の出力はま
た、その他の構成要素、たとえば変換回路5および発振
回路7などにも用いられる。したがってその直流電源1
1の出力電圧が変動すると、ライン6の出力電圧が変化
してしまう。したがって正確な診断は不可能となる。
In the proposed prior art, the output voltage of the DC power supply 11 is used as it is for diagnosis via the switches 12 and 13, and the output of the DC power supply 11 is also used for other components such as conversion. It is also used for the circuit 5, the oscillation circuit 7, and the like. Therefore, its DC power source 1
If the output voltage of the line 1 fluctuates, the output voltage of the line 6 will change. Therefore, accurate diagnosis becomes impossible.

【0009】さらにこの提案された技術では、デジタル
電圧計でライン6の電圧を測定するにあたって、スイッ
チ12,13を導通する時間は、そのデジタル電圧計1
4の電圧サンプリング周期よりも充分長い時間に定める
必要がある。その理由は、図17(3)および図17
(4)にそれぞれ示されるように、ライン6の出力電圧
のパルス波形q11,q12;q21,q22の立上り
および立下りには、オーバシュートおよびアンダシュー
ト波形を含み、したがってスイッチ12,13の導通時
間が、デジタル電圧計14のサンプリング周期に比べて
短いときには、電圧測定結果に大きな誤差を含むおそれ
がある。
Further, in the proposed technique, when the voltage of the line 6 is measured by a digital voltmeter, the time for which the switches 12 and 13 are turned on is determined by the digital voltmeter 1.
It is necessary to set the time sufficiently longer than the voltage sampling period of No. 4. 17 (3) and FIG.
As shown in (4), the rising and falling edges of the pulse waveforms q11 and q12; q21 and q22 of the output voltage on line 6 include overshoot and undershoot waveforms, and thus the conduction time of switches 12 and 13 However, when the sampling period is shorter than the sampling period of the digital voltmeter 14, the voltage measurement result may include a large error.

【0010】したがって上述の提案された技術では、静
電容量式センサの診断を行うためには、操作者の熟練を
必要とするという問題がある。
Therefore, in the above-mentioned proposed technique, there is a problem that the skill of the operator is required in order to diagnose the capacitance type sensor.

【0011】本発明の目的は、操作が容易であり、しか
も正確な診断を行うことができるようにした静電容量式
センサの診断装置および方法、ならびにガス圧センサの
診断装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a diagnostic device and method for a capacitive sensor and a diagnostic device for a gas pressure sensor which are easy to operate and can perform accurate diagnosis. is there.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、(a)センサ
素子であって、片持ち支持され、弾性を有してたわむ導
電性振り子と、振り子の変位方向両側に隔てて配置され
る一対の対向電極とを有するセンサ素子と、(b)振り
子と各対向電極との間の静電容量を検出する容量検出手
段と、(c)予め定める周波数の出力を導出して一方の
対向電極に与える発振回路と、(d)発振出力を反転し
て他方の対向電極に与える反転回路と、(e)各対向電
極への発振出力および反転出力を供給/遮断するスイッ
チング手段とを含むことを特徴とする静電容量式センサ
の診断装置である。 また本発明は、(a)センサ素子であって、片持ち支持
され、弾性を有してたわむ導電性振り子と、振り子の変
位方向両側に隔てて配置される一対の対向電極とを有す
るセンサ素子と、(b)振り子と各対向電極との間の静
電容量を検出する容量検出手段と、(c)予め定める周
波数の出力を導出する発振回路と、(d)発振回路の出
力を供給/遮断して、一方の対向電極に与えるスイッチ
ング手段と、(e)スイッチング手段の出力を反転して
他方の対向電極に与える反転手段とを含むことを特徴と
する静電容量式センサの診断装置である。 また本発明は、(a)センサ素子であって、片持ち支持
され、弾性を有してたわむ導電性振り子と、振り子の変
位方向両側に隔てて配置される一対の対向電極とを有す
るセンサ素子と、(b)振り子と各対向電極との間の静
電容量を検出する容量検出手段と、(c)予め定める周
波数の出力を導出する発振手段と、(d)発振手段の出
力と各対向電極との間に介在される一対のスイッチング
素子と、(e)スイッチング手段を交互にオン/オフ制
御する制御手段とを含むことを特徴とする静電容量式セ
ンサの診断装置である。 本発明に従えば、スイッチング手段は、診断を行わず
に、加速度または傾き角度を測定する通常の測定時に
は、遮断状態とし、診断を行う際には、導通状態とす
る。このスイッチング手段の遮断時に、センサ素子に地
震の発生などによって加速度が作用すると、片持ち支持
された振り子が、その加速度によって弾性変形してたわ
み、振り子と一対の対向電極のうちのいずれか一方との
間の距離が短くなり、いずれか他方との距離が長くな
る。これによって容量検出手段は振り子と各対向電極と
の間の静電容量を検出し、各電極間距離の変化を求める
ことができ、作用した加速度を検出することができる。
センサ素子を、測定対象物に固定し、その測定対象物、
したがってセンサ素子が或る角度で傾斜したときにも、
振り子が弾性変形し、上述と同様にして傾斜角度を測定
することができる。 センサ素子および容量検出手段などを含む静電容量式セ
ンサの自己診断を行うにあたっては、発振回路からの予
め定める周波数の発振出力を一方の対向電極に与えると
ともに、その発振出力を反転回路で反転して他方の対向
電極に与え、これによって振り子と前記一方対向電極と
の間に静電吸引力または静電反発力のいずれか一方が作
用し、振り子と前記他方対向電極との間にいずれか他方
の力が働く。これによって容量検出手段は各電極間距離
の変化を求めることができ、その動作が正常に行われて
いるかどうかを診断することができる。スイッチング手
段によって各対向電極への発振出力および反転出力を断
続的に供給および遮断することによって、振り子の両側
方への弾性たわみ変形の繰返し動作の診断を行うことが
できる。 さらに本発明に従えば、一対の各対向電極には、発振出
力とその反転出力とが同時に与えられるので、振り子に
作用する静電力は前述の或る提案された技術における静
電力の2倍の力を作用させることができ、振り子の変位
量を大きくし、診断の測定精度を向上することが可能で
ある。 このように各対向電極に与えられる信号は、発振出力と
それが反転されて位相が180度ずれた反転出力とであ
るので、一対の各対向電極に与えられる信号が同時に同
一位相になることはない。これによって振り子を確実に
たわみ変形させることができ、診断が確実に行われる。
またこのことによって診断を自動化することが可能であ
る。
According to the present invention, there is provided (a) a sensor element comprising a conductive pendulum which is supported at one end and has elasticity, and a pair of pendulums which are arranged at both sides in the displacement direction of the pendulum. (B) capacitance detecting means for detecting the capacitance between the pendulum and each counter electrode, and (c) deriving an output of a predetermined frequency to one of the counter electrodes. An oscillation circuit for inverting the oscillation output, and an inversion circuit for inverting the oscillation output to the other counter electrode; and (e) switching means for supplying / cutting off the oscillation output and the inverted output to each counter electrode. This is a diagnostic device for a capacitance type sensor. The present invention also provides (a) a sensor element, which comprises a conductive pendulum that is supported at one end and has elasticity, and a pair of opposing electrodes disposed on both sides in the displacement direction of the pendulum. (B) capacitance detecting means for detecting the capacitance between the pendulum and each counter electrode, (c) an oscillation circuit for deriving an output of a predetermined frequency, and (d) an output of the oscillation circuit. A diagnostic device for a capacitive sensor, comprising: a switching unit that shuts off and applies the output to one counter electrode; and (e) an inversion unit that inverts the output of the switching unit and applies the output to the other counter electrode. is there. The present invention also provides (a) a sensor element, which comprises a conductive pendulum that is supported at one end and has elasticity, and a pair of opposing electrodes disposed on both sides in the displacement direction of the pendulum. (B) capacitance detection means for detecting the capacitance between the pendulum and each counter electrode; (c) oscillation means for deriving an output of a predetermined frequency; and (d) output of the oscillation means. A diagnostic device for a capacitive sensor, comprising: a pair of switching elements interposed between electrodes; and (e) control means for alternately turning on / off the switching means. According to the present invention, the switching means is set to a cutoff state at the time of a normal measurement for measuring an acceleration or a tilt angle without performing a diagnosis, and is set to a conductive state at the time of performing a diagnosis. When the switching means is cut off, if an acceleration acts on the sensor element due to an earthquake or the like, the cantilevered pendulum is elastically deformed and bent by the acceleration, and the pendulum and one of the pair of counter electrodes are bent. Are shorter, and the distance to one of them is longer. Thus, the capacitance detecting means can detect the capacitance between the pendulum and each of the opposing electrodes, determine the change in the distance between the electrodes, and detect the applied acceleration.
The sensor element is fixed to the measurement object, and the measurement object,
Therefore, even when the sensor element is inclined at a certain angle,
The pendulum is elastically deformed, and the inclination angle can be measured in the same manner as described above. When performing self-diagnosis of a capacitance type sensor including a sensor element and a capacitance detecting means, an oscillation output of a predetermined frequency from an oscillation circuit is applied to one counter electrode, and the oscillation output is inverted by an inversion circuit. To the other counter electrode, whereby either one of an electrostatic attraction force or an electrostatic repulsion force acts between the pendulum and the one counter electrode, and the other between the pendulum and the other counter electrode. Works. As a result, the capacitance detecting means can determine the change in the distance between the electrodes, and can diagnose whether or not the operation is performed normally. By intermittently supplying and blocking the oscillation output and the inverted output to each counter electrode by the switching means, it is possible to diagnose the repetitive operation of the elastic bending deformation to both sides of the pendulum. Furthermore, according to the present invention, an oscillation output and its inverted output are simultaneously applied to each pair of counter electrodes, so that the electrostatic force acting on the pendulum is twice as large as the electrostatic force in the above-mentioned proposed technology. A force can be applied, the displacement of the pendulum can be increased, and the measurement accuracy of diagnosis can be improved. As described above, since the signal applied to each counter electrode is an oscillation output and an inverted output obtained by inverting the oscillation output and shifting the phase by 180 degrees, it is impossible that the signals applied to each of the pair of counter electrodes have the same phase at the same time. Absent. As a result, the pendulum can be flexibly deformed, and the diagnosis can be reliably performed.
This also makes it possible to automate the diagnosis.

【0013】また本発明は、シャントレギュレータを用
いる定電圧源から、発振回路および反転回路に電力を供
給することを特徴とする。 本発明に従えば、診断を行うための構成要素、すなわち
発振回路および反転回路などには、シャントレギュレー
タを用いる定電圧源から電力を供給し、これによって発
振回路および反転回路の動作が、電源の電圧などの変動
に拘わらず、安定した動作を維持することができる。た
とえば発振回路の出力電圧波形が安定化される。また反
転回路の動作が安定して維持される。したがって診断時
におけるセンサ素子の出力、さらには容量検出手段の測
定精度を向上することができる。発振回路の発振出力の
周波数も安定化される。 これによってセンサ素子のたとえば10年〜20年の長
期間にわたる経年変化などの検出もまた、可能になる。
特に定電圧源は上述のようにシャントレギュレータを用
い、すなわち電流制御によって出力電圧を安定化してい
るので、診断のために用いられる発振回路および反転回
路などを含む構成要素の動作を特に安定化することが可
能になる。
Further, the present invention is characterized in that power is supplied to an oscillation circuit and an inversion circuit from a constant voltage source using a shunt regulator. According to the present invention, the components for performing diagnosis, that is, the oscillation circuit and the inversion circuit, are supplied with power from a constant voltage source using a shunt regulator, whereby the operations of the oscillation circuit and the inversion circuit are controlled by the power supply. Stable operation can be maintained irrespective of fluctuations in voltage and the like. For example, the output voltage waveform of the oscillation circuit is stabilized. Further, the operation of the inverting circuit is stably maintained. Therefore, the output of the sensor element at the time of diagnosis and the measurement accuracy of the capacitance detecting means can be improved. The frequency of the oscillation output of the oscillation circuit is also stabilized. This also makes it possible to detect long-term aging of the sensor element, for example for 10 to 20 years.
In particular, since the constant voltage source uses a shunt regulator as described above, that is, stabilizes the output voltage by current control, it particularly stabilizes the operation of components including an oscillation circuit and an inversion circuit used for diagnosis. It becomes possible.

【0014】また本発明は、発振回路の周波数は、約2
〜約400Hzに定められることを特徴とする。 また本発明は、発振回路の周波数は、約2〜約10Hz
に定められることを特徴とする。 本発明に従えば、発振周波数は、約2〜400Hz、好
ましくは約2〜約10Hzに定められ、したがって地震
発生時における地震波の中心周波数成分2〜5Hz付近
の信号を含む。これによって実際の使用状態における動
作の診断を行うことができる。また測定対象物に物体が
衝突して生じる衝撃波は、たとえば10Hz付近であ
り、このような用途においても、その使用状態での診断
を行うことができる。
Further, according to the present invention, the frequency of the oscillation circuit is about 2
400400 Hz. Further, according to the present invention, the frequency of the oscillation circuit is about 2 to about 10 Hz.
It is characterized by the following. According to the present invention, the oscillation frequency is set to about 2 to 400 Hz, preferably about 2 to about 10 Hz, and thus includes a signal around the center frequency component 2-5 Hz of the seismic wave at the time of the occurrence of the earthquake. This makes it possible to diagnose the operation in the actual use state. Further, a shock wave generated when the object collides with the measurement target is, for example, around 10 Hz, and even in such an application, it is possible to make a diagnosis in a state of use.

【0015】また本発明は、発振回路の発振出力は、矩
形波であり、そのデューティは1であることを特徴とす
る。 本発明に従えば、発振出力波形は、矩形波であり、その
発振回路の集積回路などを用いる構成を容易に実現する
ことができる。 この矩形波を用いて診断を行う際には、センサ素子の振
り子と対向電極との間の出力波形、したがって容量検出
手段の出力波形は、オーバシュートおよびアンダシュー
トの部分を含むけれども、次に述べる2つの理由によっ
て、診断の精度を向上することができる。第1の理由
は、前述のように一対の対向電極に与えられる信号は、
発振出力とその反転出力とであり、したがって振り子
は、前述の提案された技術に比べて、たとえば2倍の大
きなたわみ変位量を得ることができ、したがってオーバ
シュートおよびアンダシュートの部分の発光値は、振り
子の変位量に対応するピーク・ピーク値に比べて小さい
割合とすることができ、そのノイズ要因となるオーバシ
ュートおよびアンダシュートの部分を小さくすることが
できるからである。第2の理由は、センサ素子の振り子
と対向電極との距離に対応する電圧などの物理量を測定
するたとえばデジタル電圧計などのデジタル測定手段を
用いる場合、そのようなデジタル測定手段は、アナログ
/デジタル変換器およびデジタル/アナログ変換器など
を有し、そのサンプリング周波数はたとえば500〜1
000Hz、さらにはもっと高い周波数であり、これに
比べて発振回路の周波数を前述のように約2〜約400
Hzの範囲に定めることによって、その発振周波数を、
サンプリング周波数に比べて充分に低い値に設定し、こ
れによってオーバシュートおよびアンダシュートの部分
の発生によるデジタル測定手段の測定誤差を小さくする
ことができるからである。 さらに本発明に従えば、矩形波のデューティを1にする
ため、これによって発振出力の各半周期を等しくし、セ
ンサ素子の振り子の応答速度に起因した測定誤差を低減
し、または無くし、このことによってもまた測定、した
がって診断の精度を向上することができる。
Further, the present invention is characterized in that the oscillation output of the oscillation circuit is a rectangular wave and the duty is 1. According to the present invention, the oscillation output waveform is a rectangular wave, and a configuration using an integrated circuit or the like of the oscillation circuit can be easily realized. When making a diagnosis using this rectangular wave, the output waveform between the pendulum of the sensor element and the counter electrode, and thus the output waveform of the capacitance detecting means, includes portions of overshoot and undershoot. The diagnostic accuracy can be improved for two reasons. The first reason is that the signal given to the pair of counter electrodes as described above is:
The oscillation output and its inverted output, the pendulum can obtain a large deflection displacement amount, for example, twice as compared with the above-mentioned proposed technique, and thus the emission value of the overshoot and undershoot portions is This is because the ratio can be made smaller than the peak-to-peak value corresponding to the amount of displacement of the pendulum, and the overshoot and undershoot portions that cause noise can be reduced. The second reason is that when using a digital measuring means such as a digital voltmeter for measuring a physical quantity such as a voltage corresponding to the distance between the pendulum of the sensor element and the counter electrode, such a digital measuring means is analog / digital And a digital / analog converter. The sampling frequency is, for example, 500 to 1
000 Hz, or even higher. Compared to this, the frequency of the oscillation circuit is about 2 to about 400
By setting the oscillation frequency in the range of Hz,
This is because the value is set to a value sufficiently lower than the sampling frequency, whereby the measurement error of the digital measuring means due to the occurrence of overshoot and undershoot can be reduced. Furthermore, according to the present invention, in order to make the duty of the square wave equal to 1, each half cycle of the oscillation output is made equal, thereby reducing or eliminating the measurement error caused by the response speed of the pendulum of the sensor element. Can also improve the accuracy of the measurement and thus the diagnosis.

【0016】また本発明は、センサ素子の振り子は、導
電性単結晶シリコンから成ることを特徴とする。 本発明に従えば、振り子は、導電性単結晶シリコンで形
成されるので、ヒステリシス、脆性、グリープなどがな
い完全弾性体として機能することができ、測定精度を向
上することができるとともに、クラックなどの発生を防
ぐことができる。さらにこのような単結晶シリコンによ
る振り子は、シリコンウエハに関する製造技術をそのま
ま利用することができ、したがってたとえば数mmオー
ダのセンサを、高品質で大量に製造することができる。
Further, the present invention is characterized in that the pendulum of the sensor element is made of conductive single crystal silicon. According to the present invention, since the pendulum is formed of conductive single-crystal silicon, it can function as a completely elastic body without hysteresis, brittleness, and grease, and can improve measurement accuracy and can have cracks and the like. Can be prevented. Further, such a pendulum made of single-crystal silicon can utilize the manufacturing technology for a silicon wafer as it is, and therefore, for example, a sensor of the order of several mm can be manufactured in large quantities with high quality.

【0017】また本発明は、センサ素子を準備し、この
センサ素子は、片持ち支持され、弾性を有してたわむ導
電性振り子と、振り子の変位方向両側に隔てて配置され
る一対の対向電極とを有するセンサ素子であり、一方の
対向電極に、発振回路の予め定める周波数を有する発振
出力を与え、他方の対向電極に、発振回路の出力を反転
した反転信号を与え、振り子と各対向電極との間の静電
容量を検出してセンサ素子の診断をすることを特徴とす
る静電容量式センサの診断方法である。 また本発明は、発振回路の出力は、約2〜約400Hz
に定められることを特徴とする。 また本発明は、発振回路の発振出力は、矩形波であり、
そのデューティは、1であることを特徴とする。 本発明に従えば、診断のために訓練を受けない不慣れな
人であっても、正確に簡易な操作で高精度で診断を行う
ことができる。
According to the present invention, a sensor element is provided. The sensor element is provided with a conductive pendulum which is cantilevered and has elasticity, and a pair of opposed electrodes which are arranged at both sides in the displacement direction of the pendulum. A sensor element having an oscillation output having a predetermined frequency of the oscillation circuit to one counter electrode, an inverted signal obtained by inverting the output of the oscillation circuit to the other counter electrode, and a pendulum and each counter electrode. And diagnosing the sensor element by detecting the capacitance between the two. Also, according to the present invention, the output of the oscillation circuit is about 2 to about 400 Hz.
It is characterized by the following. Further, according to the present invention, the oscillation output of the oscillation circuit is a square wave,
The duty is one. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even an unfamiliar person who does not receive training for a diagnosis can perform a diagnosis with high accuracy by simple operation exactly.

【0018】また本発明は、(a)ガス圧センサであっ
て、ガス圧が測定されるガスが導入される測定空間を形
成するケーシングと、測定空間に臨み、ガス圧に応じて
弾性変形する導電性ダイアフラムと、ダイアフラムの変
位方向に隔てて配置される対向電極とを有するガス圧セ
ンサと、(b)ダイアフラムと対向電極との間の静電容
量を検出する容量検出手段と、(c)予め定める周波数
の発振出力を導出してダイアフラムと対向電極との間に
与える発振回路と、(d)ダイアフラムと対向電極との
間に与えられる発振出力を供給/遮断するスイッチング
手段とを含むことを特徴とするガス圧センサの診断装置
である。
The present invention also provides (a) a gas pressure sensor, which is a casing forming a measurement space into which a gas whose gas pressure is to be measured is introduced, and faces the measurement space and is elastically deformed in accordance with the gas pressure. A gas pressure sensor having a conductive diaphragm and a counter electrode arranged at a distance in the direction of displacement of the diaphragm; (b) capacitance detecting means for detecting a capacitance between the diaphragm and the counter electrode; and (c) An oscillation circuit for deriving an oscillation output of a predetermined frequency and applying the oscillation output between the diaphragm and the counter electrode; and (d) switching means for supplying / cutting off the oscillation output applied between the diaphragm and the counter electrode. This is a diagnostic device for a gas pressure sensor.

【0019】また本発明は、ガス圧センサのダイアフラ
ムは、導電性単結晶シリコンから成ることを特徴とす
る。 本発明に従えば、スイッチング手段を遮断した状態で、
ガス圧センサの測定空間に導入されるガス圧に応じて弾
性変形する導電性ダイアフラムによって、その圧力に対
応した電圧などの物理量を容量検出手段から導出するこ
とができる。 スイッチング手段を導通して、発振回路の出力をダイア
フラムとそれに対向する対向電極との間に与えて、高精
度の診断を簡易な操作で行うことができる。
Further, the invention is characterized in that the diaphragm of the gas pressure sensor is made of conductive single crystal silicon. According to the present invention, with the switching means shut off,
With the conductive diaphragm elastically deformed according to the gas pressure introduced into the measurement space of the gas pressure sensor, a physical quantity such as a voltage corresponding to the pressure can be derived from the capacitance detecting means. By conducting the switching means, the output of the oscillation circuit is applied between the diaphragm and the opposing electrode facing the diaphragm, and highly accurate diagnosis can be performed by a simple operation.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の一形態の
全体の構成を示す電気回路図である。たとえばガスメー
タなどに備えられている感震器において、センサ素子1
6によって地震波の加速度を検出し、その地震発生時に
ガスの通路に介在されている電磁弁17を遮断し、また
表示手段18によって地震の発生などを表示する。この
センサ素子16とそれに関連する構成要素を自己診断す
るために、操作者は、一対のテスト端子19,20間に
導線21を接続するなどして、自己診断モードとし、そ
の測定結果を表示手段18によって表示し、またデジタ
ル電圧計などの測定手段22によって出力電圧を測定す
る。
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing the entire configuration of an embodiment of the present invention. For example, in a seismic sensor provided in a gas meter or the like, a sensor element 1
6 detects the acceleration of the seismic wave, shuts off the electromagnetic valve 17 interposed in the gas passage when the earthquake occurs, and displays the occurrence of the earthquake by the display means 18. In order to perform self-diagnosis of the sensor element 16 and its related components, the operator sets the self-diagnosis mode by connecting a conducting wire 21 between the pair of test terminals 19 and 20, and displays the measurement result on display means. 18 and the output voltage is measured by measuring means 22 such as a digital voltmeter.

【0021】センサ素子16は、導電性振り子23と、
その振り子23の変位方向両側(図1の上下方向)に隔
てて配置されて一対の対向電極24,25とを有する。
振り子23は、片肩持ち支持され、弾性を有してたわむ
ことができ、導電性である。
The sensor element 16 includes a conductive pendulum 23,
The pendulum 23 has a pair of opposing electrodes 24 and 25 which are arranged at both sides in the displacement direction (vertical direction in FIG. 1) of the pendulum.
The pendulum 23 is supported by one shoulder, can be bent with elasticity, and is conductive.

【0022】容量検出手段26は、振り子23と各対向
電極24,25との間の静電容量に対応する電圧をライ
ン27に導出する静電容量/電圧変換機能を有する。こ
の静電容量/電圧変換機能を達成するために、発振回路
28が備えられ、結合コンデンサ29,30を介して各
対向電極24,25に高周波信号が与えられ、静電容量
を検出するためのブリッジが構成される。発振回路28
から結合コンデンサ29,30を介して対向電極24,
25に与えられる信号は、位相差が相互に180度ずれ
ている。対向電極24は抵抗31を介して接地され、も
う1つの対向電極25は抵抗32を介してライン33に
接続され、たとえば+5Vの電圧を有する電力が供給さ
れる。
The capacitance detecting means 26 has a capacitance / voltage conversion function of drawing out a voltage corresponding to the capacitance between the pendulum 23 and each of the counter electrodes 24 and 25 to a line 27. In order to achieve this capacitance / voltage conversion function, an oscillation circuit 28 is provided, and a high-frequency signal is applied to each of the counter electrodes 24 and 25 via coupling capacitors 29 and 30 to detect the capacitance. A bridge is configured. Oscillation circuit 28
From the counter electrode 24 via the coupling capacitors 29 and 30
The signals provided to 25 have a phase difference of 180 degrees from each other. The counter electrode 24 is grounded via a resistor 31, and the other counter electrode 25 is connected to a line 33 via a resistor 32, and is supplied with power having a voltage of, for example, + 5V.

【0023】振り子23と各対向電極24,25との間
の容量をC1,C2とするとき、加速度が存在しない自
然状態では、C1=C2であり、加速度が発生すると慣
性の法則によって、振り子23と各対向電極24,25
との間の間隔d1,d2が相互に異なり、これによって
C1<C2またはC1>C2となる。容量検出回路26
は、それに与えられる予め定める電圧をV0とすると
き、振り子23と対向電極24との間の静電容量をC1
とし、振り子23ともう1つの対向電極25との間の静
電容量をC2とするとき、それらの静電容量C1,C2
に対応する電圧V1,V2は、次式で示される。
Assuming that the capacitance between the pendulum 23 and each of the counter electrodes 24 and 25 is C1 and C2, C1 = C2 in a natural state where no acceleration is present. And each counter electrode 24, 25
Are different from each other, which results in C1 <C2 or C1> C2. Capacitance detection circuit 26
Sets the capacitance between the pendulum 23 and the counter electrode 24 to C1
When the capacitance between the pendulum 23 and the other counter electrode 25 is C2, the capacitances C1, C2
Are represented by the following equations.

【0024】[0024]

【数1】 (Equation 1)

【0025】容量検出手段26はライン27に、静電容
量C1,C2に依存する電圧V3を導出する。
The capacitance detecting means 26 derives a voltage V3 depending on the capacitances C1 and C2 on a line 27.

【0026】[0026]

【数2】 (Equation 2)

【0027】ここで合成値(C1−C2)/(C1+C
2)は、センサ素子16に与えられる加速度に比例す
る。
Here, the composite value (C1-C2) / (C1 + C
2) is proportional to the acceleration applied to the sensor element 16.

【0028】ライン27に導出された容量検出手段26
の出力は、ローパスフィルタ35に与えられる。ローパ
スフィルタ35は、地震波の中心周波数成分が約2〜約
10Hzの信号を濾波して選択的に導出し、好ましくは
約2〜5Hzの信号を濾波して選択的に導出する。これ
によって地震波のみを選択的に導出し、たとえば約10
Hz付近の衝撃波を遮断する。このように、ローパスフ
ィルタ35の遮断周波数f0が定められる。
The capacitance detecting means 26 led out to the line 27
Is supplied to a low-pass filter 35. The low-pass filter 35 filters and selectively derives a signal having a center frequency component of the seismic wave of about 2 to about 10 Hz, and preferably filters and selectively derives a signal of about 2 to 5 Hz. This selectively derives only seismic waves, for example, about 10
Blocks shock waves around Hz. Thus, the cutoff frequency f0 of the low-pass filter 35 is determined.

【0029】判定回路36は、ローパスフィルタ35の
出力に応答し、予め定める弁別レベルを超えたローパス
フィルタ35の出力が得られたとき、ガス燃料を供給す
る管路の途中に介在された電磁弁17を遮断するととも
に、表示ランプおよびブザーなどの表示手段18を動作
させて警報を発する。
The determination circuit 36 responds to the output of the low-pass filter 35 and, when an output of the low-pass filter 35 exceeding a predetermined discrimination level is obtained, an electromagnetic valve interposed in the pipe for supplying gaseous fuel. At the same time, a warning is issued by operating the display means 18 such as a display lamp and a buzzer.

【0030】発振回路28は、容量検出手段26によっ
て静電容量C1,C2に対応した電圧V3が前述の式3
に示されようにして検出されて導出されるようにするた
めに用いられ、その静電容量C1,C2に対応する電圧
V3を得るためのブリッジを構成してもよい。
The oscillation circuit 28 calculates the voltage V3 corresponding to the capacitances C1 and C2 by the capacitance
And a bridge for obtaining the voltage V3 corresponding to the capacitances C1 and C2 may be formed.

【0031】電源37の直流電力は、定電圧回路38か
らライン33に与えられ、発振回路28および容量検出
手段26に与えられるとともに、前述のように抵抗32
を介して対向電極25に与えられる。
The DC power of the power source 37 is supplied from the constant voltage circuit 38 to the line 33, and is supplied to the oscillation circuit 28 and the capacitance detecting means 26.
Is applied to the counter electrode 25.

【0032】電源37の出力はまた、もう1つの定電圧
回路39から電気回路40に与えられる。この電気回路
40は、自己診断のための発振回路41と、反転回路4
2と、アナログスイッチ43,44とを含む。発振回路
41は、演算増幅器45と抵抗46とコンデンサ47と
を含み、デューティが1である約2〜400Hzの矩形
波を発生し、特に好ましくは約2〜10Hzに定めら
れ、さらにもっと好ましくは約2〜約5Hzに定められ
る。こうして発振回路41の周波数は、地震波の中心周
波数成分に近似した周波数を有する。発振回路41の発
振出力はライン48からアナログスイッチ43を経てラ
イン49から一方の対向電極24に与えられる。ライン
48の発振出力は、反転回路42で反転され、アナログ
スイッチ44を経てライン50からもう1つの対向電極
25に与えられる。こうして発振回路41と反転回路4
2とアナログスイッチ43,44とは、定電圧回路39
からの電力が供給される。
The output of the power supply 37 is also supplied from another constant voltage circuit 39 to the electric circuit 40. The electric circuit 40 includes an oscillation circuit 41 for self-diagnosis and an inversion circuit 4.
2 and analog switches 43 and 44. The oscillating circuit 41 includes an operational amplifier 45, a resistor 46, and a capacitor 47, generates a rectangular wave having a duty of about 1 to about 400 Hz, particularly preferably about 2 to 10 Hz, and still more preferably about 2 to 10 Hz. It is set to 2 to about 5 Hz. Thus, the frequency of the oscillation circuit 41 has a frequency approximating the center frequency component of the seismic wave. The oscillation output of the oscillation circuit 41 is supplied from the line 48 via the analog switch 43 to one counter electrode 24 from the line 49. The oscillation output of the line 48 is inverted by the inverting circuit 42, and is supplied from the line 50 to another counter electrode 25 via the analog switch 44. Thus, the oscillation circuit 41 and the inversion circuit 4
2 and the analog switches 43 and 44 are connected to a constant voltage circuit 39.
Is supplied.

【0033】テスト端子19は、前述のライン33に接
続されたライン51にダイオード52および抵抗53を
介して接続され、またコンデンサ54を経て接地され
る。もう1つのテスト端子20は接地される。抵抗53
とコンデンサ54とダイオード52のアノードとは、接
続点55に接続される。接続点55の出力は、演算増幅
器56に与えられて増幅され、タイマ57に与えられ
る。タイマ57の出力は、アナログスイッチ43,44
をオン/オフする制御信号として与えられる。自己診断
が行われず、したがってテスト端子19,20が遮断さ
れている状態では、接続点55の電圧は、ライン51,
33の電圧、たとえば+5Vであり、このとき演算増幅
器56の出力はHレベルであって、タイマ57の出力は
Lレベルのままであり、アナログスイッチ43,44は
遮断したままである。したがって地震波などの加速度を
検出することができる動作モードとなっている。
The test terminal 19 is connected to a line 51 connected to the above-described line 33 via a diode 52 and a resistor 53, and is grounded via a capacitor 54. Another test terminal 20 is grounded. Resistance 53
The capacitor 54 and the anode of the diode 52 are connected to a connection point 55. The output of the connection point 55 is supplied to the operational amplifier 56, amplified, and supplied to the timer 57. The output of the timer 57 is supplied to the analog switches 43 and 44.
As an on / off control signal. In the state where the self-diagnosis is not performed and the test terminals 19 and 20 are cut off, the voltage of the connection point 55 is changed to the line 51,
At this time, the output of the operational amplifier 56 is at the H level, the output of the timer 57 remains at the L level, and the analog switches 43 and 44 are kept off. Therefore, the operation mode is such that acceleration such as seismic waves can be detected.

【0034】自己診断を行うときには、テスト端子1
9,20を導体21、たとえば導線などによって接続す
る。これによってコンデンサ54の電荷は、ダイオード
52および導体21を介して放電され、接続点55は接
地状態とされたLレベルとなる。これによって演算増幅
器56の出力はLレベルとなり、そのためタイマ57
は、予め定める時間W1(たとえば約1秒)だけ、Hレ
ベルとLレベルとが交互に繰り返される信号を、アナロ
グスイッチ43,44に与え、これらのアナログスイッ
チ43,44をオン/オフ動作させる。
When performing self-diagnosis, the test terminal 1
9 and 20 are connected by a conductor 21, for example, a conductor. As a result, the electric charge of the capacitor 54 is discharged through the diode 52 and the conductor 21, and the connection point 55 is set to the grounded L level. As a result, the output of the operational amplifier 56 becomes L level,
Supplies a signal in which the H level and the L level are alternately repeated for a predetermined time W1 (for example, about 1 second) to the analog switches 43 and 44, and turns on / off the analog switches 43 and 44.

【0035】図2は、定電圧回路38,39の具体的な
構成を示す電気回路図である。電源37からのたとえば
+8Vの直流電圧はライン58に与えられ、コンデンサ
59,60が入力および出力にそれぞれ接続された3端
子レギュレータ61aに与えられて安定化され、ライン
33,51からは、前述のように+5Vの電圧が導出さ
れる。ライン51に与えられる電力は、演算増幅器56
に与えられるとともに、タイマ57に与えられる。
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a specific configuration of the constant voltage circuits 38 and 39. A DC voltage of, for example, +8 V from the power supply 37 is applied to a line 58, and capacitors 59 and 60 are applied to a three-terminal regulator 61a connected to an input and an output, respectively, for stabilization. Thus, a voltage of +5 V is derived. The power applied to line 51 is
And to the timer 57.

【0036】電源37からライン58に与えられる電力
はまた、定電圧回路39の制御トランジスタ61bのコ
レクタに与えられる。このトランジスタ61bのコレク
タ・ベース間には抵抗62が接続され、そのベースに
は、シャントレギュレータ63が接地との間に接続され
る。シャントレギュレータ63の制御端子64には、ラ
イン65の出力電圧が抵抗66,67によって分圧され
て与えられる。制御端子64と制御トランジスタ61b
のベースとの間にはノイズ遮断のためのコンデンサ68
が接続される。ライン65にはまた、平滑のためのコン
デンサ69が接続される。ライン65は、電気回路40
に接続される。シャントレギュレータ63は、制御端子
64から与えられる制御電圧に応じて、制御トランジス
タ61bのベース電流を流す働きをし、これによってラ
イン65の電圧が上昇変化したとき、制御トランジスタ
61bのベース電流が減少し、その制御トランジスタ6
1bのコレクタエミッタ間インピーダンスが大きくな
り、これによってライン65の電圧が、抵抗66,67
によって決定される制御電圧に対応した一定の値に保た
れる。この定電圧回路39はシャントレギュレータ63
を用い、電流によって制御トランジスタ61bのインピ
ーダンスを安定に保つので、電源37からライン58に
与えられる電圧に依存せず、また温度に依存することな
く、ライン65に高精度に高い安定化された電圧を導出
する。
The power supplied from power supply 37 to line 58 is also supplied to the collector of control transistor 61b of constant voltage circuit 39. A resistor 62 is connected between the collector and the base of the transistor 61b, and a shunt regulator 63 is connected to the base between the resistor 62 and the ground. The control terminal 64 of the shunt regulator 63 is supplied with the output voltage of the line 65 divided by the resistors 66 and 67. Control terminal 64 and control transistor 61b
A capacitor 68 for blocking noise
Is connected. The line 65 is also connected with a capacitor 69 for smoothing. Line 65 is the electrical circuit 40
Connected to. The shunt regulator 63 has a function of flowing a base current of the control transistor 61b in accordance with a control voltage given from the control terminal 64. When the voltage of the line 65 changes, the base current of the control transistor 61b decreases. , Its control transistor 6
1b, the collector-emitter impedance becomes large, which causes the voltage on line 65 to rise
Is maintained at a constant value corresponding to the control voltage determined by This constant voltage circuit 39 is a shunt regulator 63
And the current is used to stably maintain the impedance of the control transistor 61b, so that a highly stabilized voltage can be accurately applied to the line 65 without depending on the voltage supplied from the power supply 37 to the line 58 and without depending on the temperature. Is derived.

【0037】定電圧回路38からライン33を経て発振
回路28に電力が供給されることによって、その発振回
路28は、センサ素子16の振り子23と対向電極2
4,25との間の各静電容量に対応する電圧V3をライ
ン27に導出するために、前述のように発振動作を行
う。この発振回路28の結合コンデンサ29,30に与
えられる各電圧波形は、図3(1)および図3(2)に
それぞれ示されるとおりである。これらの結合コンデン
サ29,30に与えられる静電容量の検出のための信号
波形は、相互に180度ずれた位相差を有する。
When power is supplied from the constant voltage circuit 38 to the oscillation circuit 28 via the line 33, the oscillation circuit 28 is connected to the pendulum 23 of the sensor element 16 and the counter electrode 2.
In order to derive a voltage V3 corresponding to each capacitance between 4 and 25 on the line 27, the oscillation operation is performed as described above. Voltage waveforms applied to the coupling capacitors 29 and 30 of the oscillation circuit 28 are as shown in FIGS. 3A and 3B, respectively. Signal waveforms for detecting the capacitances applied to these coupling capacitors 29 and 30 have a phase difference of 180 degrees from each other.

【0038】図4は、図1〜図3に示される実施の形態
の動作を説明するための波形図である。図4(1)は、
発振回路41のライン48に導出される発振出力波形を
示す。この実施の形態では、この発振周波数は、たとえ
ば2.5Hzであり、デューティは1であり、0Vと3
Vの各レベルを有する。ライン48から一方のアナログ
スイッチ43に与えられる信号波形は、図4(3)に示
されるとおりであり、また反転回路42によって反転さ
れてアナログスイッチ44に与えられる信号は図4
(2)に示される波形を有する。自己診断を行わないと
きにはテスト端子19,20は、図4(4)に示される
ように開かれており、すなわち導体21によって接続さ
れてはおらず、また自己診断時には、テスト端子19,
20が導体21によって接続されて閉じられる。タイマ
57は、テスト端子19,20が導体21によって導通
された時刻t1から、予め定める時間W1経過後の時刻
t2まで、ライン71にハイレベルの信号を導出し、こ
れによってその期間W1だけアナログスイッチ43,4
4が導通される。したがって対向電極24,25には、
アナログスイッチ43,44を介する発振出力と反転出
力とが与えられる。これによって容量検出手段26から
ライン27には、図4(6)に示される検出信号が導出
される。この実施の形態では、ライン27の検出信号の
ピーク・ピーク値V4は、たとえば200mVであり、
これはたとえば加速度200Galに対応する。判定回
路36においてこの電圧V4が検出されてレベル弁別さ
れることによって、センサ素子16が正常であることが
判断され、またこの電圧V4が得られないとき異常であ
るものと判断することができる。さらにライン27の出
力電圧は、たとえばデジタル電圧計22によって測定す
ることができる。容量検出手段26は、加速度が存在し
ないとき、2.5Vの出力電圧を導出し、加速度に対応
して、2.5V〜5Vおよび2.5〜0Vの電圧を、加
速度の方向に対応して導出する。
FIG. 4 is a waveform chart for explaining the operation of the embodiment shown in FIGS. FIG. 4 (1)
6 shows an oscillation output waveform derived on a line 48 of the oscillation circuit 41. In this embodiment, the oscillation frequency is, for example, 2.5 Hz, the duty is 1, 0 V and 3
V of each level. The signal waveform applied from line 48 to one analog switch 43 is as shown in FIG. 4C, and the signal inverted by inverter circuit 42 and applied to analog switch 44 is shown in FIG.
It has the waveform shown in (2). When the self-diagnosis is not performed, the test terminals 19 and 20 are open as shown in FIG. 4 (4), that is, are not connected by the conductor 21, and when the self-diagnosis is performed, the test terminals 19 and 20 are not connected.
20 are connected by a conductor 21 and closed. The timer 57 derives a high-level signal on the line 71 from the time t1 at which the test terminals 19 and 20 are turned on by the conductor 21 to a time t2 after a predetermined time W1 has elapsed. 43,4
4 is conducted. Therefore, the counter electrodes 24 and 25 include
An oscillation output and an inverted output via the analog switches 43 and 44 are provided. As a result, the detection signal shown in FIG. In this embodiment, the peak-to-peak value V4 of the detection signal on line 27 is, for example, 200 mV,
This corresponds to, for example, an acceleration of 200 Gal. The determination circuit 36 detects the voltage V4 and performs level discrimination, thereby determining that the sensor element 16 is normal. When the voltage V4 cannot be obtained, it can be determined that the sensor element 16 is abnormal. Further, the output voltage on line 27 can be measured, for example, by digital voltmeter 22. When no acceleration is present, the capacitance detecting means 26 derives an output voltage of 2.5 V, and outputs the voltages of 2.5 V to 5 V and 2.5 to 0 V in accordance with the acceleration in accordance with the acceleration. Derive.

【0039】上述の本発明の実施の形態では、2つのア
ナログスイッチ43,44を同時に導通することによっ
て、各対向電極24,25には、発振出力とそれに反転
されて位相が180度ずれた反転出力とが与えられるの
で、これらの各対向電極24,25に与えられる信号が
同時に同一位相になることはない。これによって振り子
23を確実にたわみ変形させることができ、診断が確実
になるとともに、診断を自動化することができる。
In the above embodiment of the present invention, by turning on the two analog switches 43 and 44 at the same time, the counter electrodes 24 and 25 have the oscillation output and the inverted output whose phase is shifted by 180 degrees. Since the output is supplied, the signals supplied to the respective counter electrodes 24 and 25 do not have the same phase at the same time. As a result, the pendulum 23 can be flexibly deformed, and the diagnosis can be made sure and the diagnosis can be automated.

【0040】電気回路40には、温度に依存しない定電
圧回路39からライン65を経て安定化された高精度の
電圧を有する電力が与えられるので、その発振回路4
1、したがってアナログスイッチ43,44から対向電
極24,25に与えられる電圧の周波数および電圧が高
精度に安定化される。したがってセンサ素子16のたと
えば10年〜20年の長期間にわたる経年変化などの検
出もまた可能になる。発振回路41の発振周波数を、た
とえば地震発生時の地震波の中心周波数成分などに前述
のように定めることがによって、本件装置の地震波検出
動作時における診断を行うことができるという優れた効
果が達成される。
The electric circuit 40 is supplied with electric power having a stabilized high-precision voltage from the constant voltage circuit 39 independent of the temperature via the line 65 to the electric circuit 40.
1. Therefore, the frequency and voltage of the voltage applied to the counter electrodes 24 and 25 from the analog switches 43 and 44 are stabilized with high accuracy. Therefore, it is also possible to detect the aging of the sensor element 16 over a long period of time, for example, 10 to 20 years. By setting the oscillation frequency of the oscillation circuit 41 to, for example, the center frequency component of a seismic wave at the time of the occurrence of an earthquake as described above, an excellent effect that diagnosis can be performed during the seismic wave detection operation of the present device is achieved. You.

【0041】さらにこの発振回路41は、上述のように
矩形波を発生するので、集積回路などを用いて容易に実
現することができる。この矩形波が、前述のように対向
電極24,25に与えられることによって、容量検出手
段26のライン27に導出される信号波形は、図5に示
されるように、オーバシュートの部分73とアンダシュ
ート74の部分とを含むけれども、本発明の実施の形態
では、その診断の精度を向上することができる。その理
由は、発振回路41および反転回路42の働きによって
対向電極24,25には、振り子23の電位の上下に変
化する電圧が周期的に与えられることになり、したがっ
て振り子23には大きなたわみ変位量を得ることができ
るからであり、その電圧のピーク・ピーク値V4に比べ
てオーバシュートおよびアンダシュートの各部分73,
74の電圧V5,V6の割合(すなわちV5/V4およ
びV6/V4)は比較的小さくすることができるからで
ある。さらにまたこの発振回路41の発振周波数を前述
のようにたとえば約2〜400Hに定めることによっ
て、商業的に入手容易なデジタル電圧計22のサンプリ
ング周波数、たとえば500〜1000Hz以上に比べ
て充分に低くすることができ、これによってオーバシュ
ートおよびアンダシュートの部分73,74による電圧
測定誤差を小さくすることができる。
Furthermore, since the oscillation circuit 41 generates a rectangular wave as described above, it can be easily realized using an integrated circuit or the like. When this rectangular wave is applied to the opposing electrodes 24 and 25 as described above, the signal waveform led out to the line 27 of the capacitance detecting means 26 is, as shown in FIG. Although the embodiment includes the chute 74, the accuracy of the diagnosis can be improved in the embodiment of the present invention. The reason for this is that the voltage that changes up and down the potential of the pendulum 23 is periodically applied to the opposing electrodes 24 and 25 by the operation of the oscillation circuit 41 and the inverting circuit 42, so that the pendulum 23 has a large deflection displacement. This is because the amount of overshoot and undershoot can be obtained compared to the peak-to-peak value V4 of the voltage.
This is because the ratio of the voltages V5 and V6 of 74 (that is, V5 / V4 and V6 / V4) can be made relatively small. Further, by setting the oscillation frequency of the oscillation circuit 41 to, for example, about 2 to 400 H as described above, it is sufficiently lower than the sampling frequency of the commercially available digital voltmeter 22, for example, 500 to 1000 Hz or more. Thus, the voltage measurement error due to the overshoot and undershoot portions 73 and 74 can be reduced.

【0042】発振回路41のライン48に導出される発
振出力の波形は、矩形波に代えて、図6に示されるよう
にたとえば正弦波であってもよく、また図7に示される
ように隅部が丸みをおびた台形波であってもよい。
The waveform of the oscillation output led out to the line 48 of the oscillation circuit 41 may be, for example, a sine wave as shown in FIG. The section may be a rounded trapezoidal wave.

【0043】図8は、センサ素子16の断面図であり、
図9はセンサ素子16の一部を切欠いて示す斜視図であ
る。センサ16は、片持ち支持される振り子23と、振
り子23の往復運動する方向(図8の上下方向)に振り
子23の両側で配置される一対の電極24,25とを有
する。振り子23は、振り子本体118と、片持ち支持
部分119とから成り、片持ち支持部分119は取付け
部120に連なる。振り子23と取付け部120とは、
導電性単結晶シリコンから成る。振り子本体118に対
向してスペーサ121が配置される。電極24,25は
扁平なガラス板122,123に形成されており、これ
らの電極24,25はアルミニウム製薄膜であり、たと
えば蒸着などの手法で形成される。ガラス板122,1
23は、導電性単結晶シリコンから成る基板124,1
25にそれぞれ固定されており、電極24,25はガラ
ス板122,123に形成された連結孔126、127
を介して基板124,125に電気的に接続される。こ
うしてセンサ16は、図8の対称面128に関して対称
に構成される。片持ち支持部分119は、完全弾性体で
あるため、ヒステリシス、脆性およびクリープが生じな
い。取付け部120とガラス板122,123と基板1
24,125は、二酸化シリコンを介して完全に融合
し、またスペーサ121も同様であり、こうして内部空
間129は気密状態であり、真空となっている。振り子
本体118と電極24,25との間の間隔d1、d2
は、自然状態、すなわち加速度が作用していない状態で
は、2〜5μm程度であり、この実施例ではd1=d2
である。スペーサ121は、振り子23および取付け部
120と同一材料から成る。こうしてセンサ16は、た
とえば縦4×横4.5×厚さ3mmであって、微小な形
状に構成される。
FIG. 8 is a sectional view of the sensor element 16.
FIG. 9 is a perspective view showing the sensor element 16 with a part cut away. The sensor 16 includes a pendulum 23 that is supported in a cantilever manner, and a pair of electrodes 24 and 25 that are arranged on both sides of the pendulum 23 in a direction in which the pendulum 23 reciprocates (vertical direction in FIG. 8). The pendulum 23 includes a pendulum main body 118 and a cantilever support portion 119, and the cantilever support portion 119 is connected to the mounting portion 120. The pendulum 23 and the mounting part 120 are
It is made of conductive single crystal silicon. The spacer 121 is arranged so as to face the pendulum main body 118. The electrodes 24 and 25 are formed on flat glass plates 122 and 123. The electrodes 24 and 25 are thin films made of aluminum, and are formed by, for example, a method such as vapor deposition. Glass plate 122,1
23 is a substrate 124, 1 made of conductive single crystal silicon
The electrodes 24 and 25 are connected to connection holes 126 and 127 formed in the glass plates 122 and 123, respectively.
Are electrically connected to the substrates 124 and 125 via the. Thus, the sensor 16 is configured symmetrically with respect to the symmetry plane 128 of FIG. Since the cantilevered support portion 119 is a completely elastic body, no hysteresis, brittleness and creep occur. Mounting part 120, glass plates 122 and 123, and substrate 1
24, 125 are completely fused via silicon dioxide, as are the spacers 121, so that the interior space 129 is airtight and evacuated. Distances d1 and d2 between pendulum body 118 and electrodes 24 and 25
Is about 2 to 5 μm in a natural state, that is, in a state where no acceleration is acting. In this embodiment, d1 = d2
It is. The spacer 121 is made of the same material as the pendulum 23 and the mounting portion 120. Thus, the sensor 16 is, for example, 4 × 4.5 × 3 mm in thickness, and is formed in a minute shape.

【0044】このようなセンサ16は、長期間にわたっ
て特性が安定しており、また−40〜+125℃の広い
温度範囲で高精度で加速度を検出することができる。セ
ンサ16は、面28に関して対称であり、したがって熱
膨張によっても、全体が均一に膨張するので、振り子本
体118と各電極24,25との容量の合成値は変わら
ない。またセンサ16は、たとえば4000g(gは重
力加速度)程度の過衝撃、すなわち過加速度による振り
子本体118の振れを、サンドイッチ状の電極24,2
5、すなわちガラス板122,123で制限するので、
振り子本体118を支持する片持ち支持部分119に過
度のたわみ力が作用せず、したがって片持ち支持部分1
19の破損を防止できる。さらに本実施例の構成によれ
ば、感度方向の選択性に優れている。すなわち振り子2
3を含めてセンサ16が図8の上下方向に積層構造を形
成しているので、図8の上下方向には感度が優れてお
り、図8の紙面垂直方向の感度は極めて低くなる。
The characteristics of such a sensor 16 are stable over a long period of time, and it is possible to detect acceleration with high accuracy in a wide temperature range of -40 to + 125 ° C. Since the sensor 16 is symmetrical with respect to the plane 28 and therefore expands uniformly as a whole due to thermal expansion, the combined value of the capacitance of the pendulum body 118 and each of the electrodes 24 and 25 does not change. The sensor 16 detects the over-impact of, for example, about 4000 g (g is the gravitational acceleration), that is, the swing of the pendulum main body 118 due to the over-acceleration.
5, that is, by limiting with the glass plates 122 and 123,
No excessive flexing force acts on the cantilever support portion 119 supporting the pendulum body 118, and therefore the cantilever support portion 1
19 can be prevented from being damaged. Further, according to the configuration of this embodiment, the selectivity in the sensitivity direction is excellent. That is, pendulum 2
Since the sensor 16 includes the layered structure in the vertical direction in FIG. 8, the sensitivity is excellent in the vertical direction in FIG. 8, and the sensitivity in the direction perpendicular to the paper of FIG. 8 is extremely low.

【0045】さらに、振り子23および取付け部120
は、半導体エッチング技術によって微細な加工が容易で
あり、センサ16の自動化による大幅な製造工数の削減
によって、品質を安定化し、量産効果による低価格化を
実現できる。またシリコンウエハ技術でセンサ16を製
造することができ、また温度係数が非常に低いので、室
温で調整して出荷することができ、これによって製造工
数を大幅に削減できる。またマイクロエッチング技術を
採用することができ、小型化が可能である。
Further, the pendulum 23 and the mounting portion 120
The microfabrication is easy by the semiconductor etching technology, the quality can be stabilized and the price can be reduced by the mass production effect by greatly reducing the number of manufacturing steps by automating the sensor 16. In addition, since the sensor 16 can be manufactured by the silicon wafer technology and has a very low temperature coefficient, the sensor 16 can be adjusted and shipped at room temperature, thereby greatly reducing the number of manufacturing steps. In addition, a micro-etching technique can be adopted, and miniaturization can be achieved.

【0046】図10は、本発明の実施の他の形態の全体
の電気回路図である。この実施では、前述の図1〜図9
に示される実施の形態に類似し、対応する部分には同一
の参照符を付す。注目すべはこの実施の形態では、発振
回路41の出力が導出されるライン48に、アナログス
イッチ76が介在される。アナログスイッチ76の出力
は、ライン49を介しておよび反転回路42からライン
50を介して、対向電極24,25にそれぞれ与えられ
る。アナログスイッチ76は、前述のアナログスイッチ
43,44と同様な構成を有する。このような実施の形
態によってもまた、上述の実施の形態と同様にして、本
件装置の自己診断を行うことができる。
FIG. 10 is an overall electric circuit diagram of another embodiment of the present invention. In this embodiment, the above-described FIGS.
And the corresponding parts are denoted by the same reference numerals. It should be noted that in this embodiment, an analog switch 76 is interposed in the line 48 from which the output of the oscillation circuit 41 is derived. The output of the analog switch 76 is applied to the counter electrodes 24 and 25 via a line 49 and from the inverting circuit 42 via a line 50, respectively. The analog switch 76 has the same configuration as the analog switches 43 and 44 described above. According to such an embodiment, the self-diagnosis of the present apparatus can be performed in the same manner as in the above-described embodiment.

【0047】図1〜図9の実施の形態では、2つのアナ
ログスイッチ43,44を用いているので、もしも仮
に、一方のアナログスイッチ43,44のいずれか一方
が故障して遮断したままになったときにおいて、容量検
出手段26はライン27に、図4(6)に示される出力
波形の半分(=V4/2)を導出し、これによってアナ
ログスイッチ43,44のいずれか一方が故障している
ことを容易に知ることができる。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 9, since two analog switches 43 and 44 are used, if any one of the analog switches 43 and 44 breaks down, it remains disconnected. In this case, the capacitance detecting means 26 derives half of the output waveform (= V4 / 2) shown in FIG. 4 (6) on the line 27, whereby one of the analog switches 43 and 44 fails. You can easily know that you are.

【0048】図11は、本発明の実施の他の形態の全体
の構成を示す電気回路図である。この実施の形態は、前
述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照
符を付す。タイマ57からライン71に導出される制御
信号は、直接に、アナログスイッチ43に与えられると
ともに、その制御信号は反転回路77で反転されて他方
のアナログスイッチ44に与えられる。そのほかの構成
は、前述の図1〜図9に示される実施の形態と同様であ
る。この実施の形態によってもまた、本件装置の自己診
断を自動的に行うことができる。
FIG. 11 is an electric circuit diagram showing the entire configuration of another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the above-described embodiment, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals. The control signal derived from the timer 57 to the line 71 is directly supplied to the analog switch 43, and the control signal is inverted by the inverting circuit 77 and supplied to the other analog switch 44. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIGS. Also in this embodiment, the self-diagnosis of the present apparatus can be performed automatically.

【0049】図12は、本発明の他の実施例のガス圧セ
ンサの診断装置77を示す電気回路図である。ガス圧セ
ンサ78は、測定空間79を形成するケーシング80に
管路81を介して、ガス圧が測定されるガスが導入され
る。この測定空間79のガス圧に応じて導電性ダイアフ
ラム82が弾性変形する。ダイアフラム82の変位方向
(図12の上下方向)に隔てて一対の対向電極83,8
4が配置される。各対向電極83,84には、発振回路
28から結合コンデンサ29,30を経て相互に位相差
180度とを有する信号が与えられる。ダイアフラム8
2の出力はライン85を介して容量検出手段26に与え
られ、そのライン27を介する出力は、制御回路86に
与えられ、圧力が予め定める値未満になったときおよび
圧力が予め定める値を超えて異常に大きくなったときに
信号を出して表示手段18によって目視または音響表示
を行い、また電磁弁17の遮断などを行う。ライン27
の出力はたとえばデジタル電圧計22によって測定する
ことができる。図12に示される本発明の実施の形態の
前述の実施の形態と対応する部分には、同一の参照符を
付す。
FIG. 12 is an electric circuit diagram showing a gas pressure sensor diagnostic device 77 according to another embodiment of the present invention. In the gas pressure sensor 78, a gas whose gas pressure is measured is introduced into a casing 80 forming a measurement space 79 via a pipe 81. The conductive diaphragm 82 elastically deforms according to the gas pressure in the measurement space 79. A pair of opposing electrodes 83, 8 are spaced apart in the direction of displacement of diaphragm 82 (vertical direction in FIG. 12).
4 are arranged. Signals having a phase difference of 180 degrees from each other are supplied from the oscillation circuit 28 to the respective counter electrodes 83 and 84 via the coupling capacitors 29 and 30. Diaphragm 8
2 is supplied to the capacity detecting means 26 via a line 85, and the output via the line 27 is supplied to a control circuit 86. When the pressure becomes lower than a predetermined value and when the pressure becomes higher than a predetermined value. When it becomes abnormally large, a signal is issued and visual or acoustic display is performed by the display means 18, and the electromagnetic valve 17 is shut off. Line 27
Can be measured by the digital voltmeter 22, for example. Parts corresponding to the above-described embodiment of the embodiment of the present invention shown in FIG. 12 are denoted by the same reference numerals.

【0050】本件装置の自動診断を行うことができるよ
うにするために、発振回路41と操作スイッチ87が設
けられる。発振回路41の出力は操作スイッチ87を経
てライン88から一方の対向電極83に接続される。
An oscillation circuit 41 and an operation switch 87 are provided to enable automatic diagnosis of the apparatus. The output of the oscillation circuit 41 is connected to one counter electrode 83 from a line 88 via an operation switch 87.

【0051】図13は、ガス圧センサ78の断面図であ
り、図14はそのガス圧センサ78の平面図である。ガ
ス圧センサ78は、導電性単結晶シリコンなどで形成さ
れたダイアフラム82と、ガラス基板89上のほぼ全面
にアルミニウム蒸着等によって形成された対向電極8
3,84と、ダイアフラム82と対向電極83,84と
の間隙を一定に保つガラス板等から成るスペーサ90と
を備える。ダイアフラム82は、図14に示すように、
一定の厚さを持つ矩形状基板の中央部分に極めて薄い変
形膜がエッチング等によって形成されたものである。ダ
イアフラム82の上にシリコン板91が接着されて測定
空間79が形成される。この測定空間79と連通する貫
通孔92が形設される。測定対象となる流体圧力を測定
空間79へ導入している。
FIG. 13 is a sectional view of the gas pressure sensor 78, and FIG. 14 is a plan view of the gas pressure sensor 78. The gas pressure sensor 78 includes a diaphragm 82 formed of conductive single crystal silicon or the like, and a counter electrode 8 formed on almost the entire surface of a glass substrate 89 by aluminum evaporation or the like.
3, 84, and a spacer 90 made of a glass plate or the like for keeping a constant gap between the diaphragm 82 and the counter electrodes 83, 84. The diaphragm 82 is, as shown in FIG.
An extremely thin deformed film is formed at the center of a rectangular substrate having a certain thickness by etching or the like. A silicon plate 91 is adhered on the diaphragm 82 to form a measurement space 79. A through hole 92 communicating with the measurement space 79 is formed. The fluid pressure to be measured is introduced into the measurement space 79.

【0052】対向電極83,84が形成されたガラス基
板89は、セラミック等から成る電気絶縁性の基板上に
接着される。ガラス基板89の表面およびスペーサ90
の端面には、ダイアフラム82の接続電極が対向電極8
3,84と短絡しないように形成されている。上述した
シリコンとガラスとは熱融着等によって接着され、ガス
圧センサ78の外形はたとえば4mm×4.5mm×3
mm程度に小型化されている。
The glass substrate 89 on which the counter electrodes 83 and 84 are formed is bonded on an electrically insulating substrate made of ceramic or the like. Surface of glass substrate 89 and spacer 90
Of the diaphragm 82 is connected to the counter electrode 8
3, 84 are formed so as not to be short-circuited. The above-described silicon and glass are bonded by heat fusion or the like, and the outer shape of the gas pressure sensor 78 is, for example, 4 mm × 4.5 mm × 3.
mm.

【0053】次に動作を説明する。圧力測定時にはスイ
ッチ87は遮断しておく。管81から測定対象であるガ
スが導入されて測定空間79の内部圧力が高くなると、
ダイアフラム82の変形膜が外側(図13の下方)に膨
らむように弾性変形する。変形膜が外側に膨らむと、対
向電極83,84との距離が近くなるため、ダイアフラ
ム82と対向電極83,84との間の静電容量が増加す
る。したがってガス圧力が増加するにつれて静電容量が
増加するとともに、変形膜の変形量が小さい範囲では両
者の関係は直線的に比例する。
Next, the operation will be described. At the time of pressure measurement, the switch 87 is shut off. When the gas to be measured is introduced from the pipe 81 and the internal pressure of the measurement space 79 increases,
The deformable membrane of the diaphragm 82 is elastically deformed so as to expand outward (downward in FIG. 13). When the deformable film swells outward, the distance between the opposed electrodes 83 and 84 becomes short, and thus the capacitance between the diaphragm 82 and the opposed electrodes 83 and 84 increases. Therefore, as the gas pressure increases, the capacitance increases, and the relationship between the two is linearly proportional in a range where the amount of deformation of the deformable film is small.

【0054】逆に、測定空間79の内部圧力が低くなる
と、ダイアフラム82の変形膜が内側(図13の上方)
に凹むように弾性変形する。すると、対向電極83,8
4との距離が遠くなるため、ダイアフラム82と対向電
極83,84との間の静電容量が減少することになる。
Conversely, when the internal pressure of the measurement space 79 decreases, the deformable film of the diaphragm 82 becomes inward (upward in FIG. 13).
It is elastically deformed so as to be recessed. Then, the opposing electrodes 83, 8
4, the capacitance between the diaphragm 82 and the opposing electrodes 83 and 84 decreases.

【0055】このようにダイアフラム82は導電性単結
晶シリコンで形成されているため、ヒステリシス、脆
性、クリープ等が無い完全弾性体として機能し、測定精
度が向上する。また、シリコンウエハに関する半導体製
造技術を利用することによって高品質の大量生産が可能
である。
As described above, since the diaphragm 82 is formed of conductive single-crystal silicon, it functions as a completely elastic body having no hysteresis, brittleness, creep, etc., and measurement accuracy is improved. In addition, high quality mass production is possible by utilizing semiconductor manufacturing technology for silicon wafers.

【0056】圧力センサ78のダイアフラム82に関し
て測定空間79とは反対側の部屋93は、大気開放され
ている。
The room 93 on the opposite side of the diaphragm 82 of the pressure sensor 78 from the measurement space 79 is open to the atmosphere.

【0057】本件装置の自己診断を行うにあたっては、
測定空間79を大気と連通させた状態で、スイッチ87
を操作して導通した状態とする。これによって一方の対
向電極83に、発振回路41の出力が与えられ、この静
電力によって、ダイアフラム82は、図13の上下に変
動する。容量検出回路26は、発振回路41の発振出力
に対応するダイアフラム82と対向電極83,84との
間の静電容量に対応した電圧を導出する。上述のように
測定空間79と空間93とが大気圧であるとき、スイッ
チ87を導通することによって、容量検出手段26はラ
イン27に図15(1)に示されるように0.5Vを基
準として波高値V7を有する波形を導出する。スイッチ
87を遮断した状態では、容量検出手段26のライン2
7に導出する波形は0.5Vのままに維持される。
In performing the self-diagnosis of the present device,
With the measurement space 79 in communication with the atmosphere, the switch 87
Is operated to make the state of conduction. As a result, the output of the oscillation circuit 41 is given to one counter electrode 83, and the diaphragm 82 moves up and down in FIG. The capacitance detection circuit 26 derives a voltage corresponding to the capacitance between the diaphragm 82 corresponding to the oscillation output of the oscillation circuit 41 and the counter electrodes 83 and 84. As described above, when the measurement space 79 and the space 93 are at the atmospheric pressure, by conducting the switch 87, the capacitance detecting means 26 sets the line 27 on the basis of 0.5 V as shown in FIG. A waveform having a peak value V7 is derived. When the switch 87 is shut off, the line 2
7 is maintained at 0.5V.

【0058】測定空間79にガス圧が測定されるべきガ
スが導入されたときには、図15(2)に示されるよう
に、0.5Vに、ガス圧に対応する電圧V8が加算され
た値(=0.5V+V8)を有する電圧が導出される。
自己診断時にスイッチ87を導通することによって発振
回路41の発振出力に対応したパルス94が得られる。
このパルス94の波高値V8によって、経年変化などの
診断を行うことができる。そのほかの構成は、前述の実
施の形態と同様である。
When the gas whose gas pressure is to be measured is introduced into the measurement space 79, as shown in FIG. 15 (2), a value obtained by adding the voltage V8 corresponding to the gas pressure to 0.5 V ( = 0.5V + V8) is derived.
By conducting the switch 87 during the self-diagnosis, a pulse 94 corresponding to the oscillation output of the oscillation circuit 41 is obtained.
Diagnosis such as secular change can be performed by the peak value V8 of the pulse 94. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.

【0059】[0059]

【発明の効果】請求項1,2,3の各発明によれば、セ
ンサ素子の振り子の変位方向両側に設けられた一対の各
対向電極に、発振出力とそれを反転した反転出力とを、
診断時にスイッチング手段を介して与えるので、これら
の一対の対向電極に同一の電圧が同時に与えられること
はなく、診断を、簡易な操作で確実に行うことができ
る。
According to each of the first, second and third aspects of the present invention, an oscillation output and an inverted output obtained by inverting the oscillation output are provided to a pair of counter electrodes provided on both sides of the sensor element in the displacement direction of the pendulum.
Since the voltage is applied through the switching means at the time of diagnosis, the same voltage is not simultaneously applied to the pair of opposed electrodes, and the diagnosis can be reliably performed by a simple operation.

【0060】また本発明によれば、発振出力と反転出力
とを一対の各対向電極に与えて振り子をたわみ変形させ
るので、振り子の静電力によるたわみ変位量は、前述の
図14および図15に関連して述べた或る提案された技
術に比べてたとえば2倍に大きくすることができ、これ
によって診断時の容量検出手段の精度を高くすることが
できる。
Further, according to the present invention, the oscillation output and the inverted output are given to each of the pair of counter electrodes to cause the pendulum to flex and deform. Therefore, the flexural displacement due to the electrostatic force of the pendulum is as shown in FIG. 14 and FIG. For example, it can be twice as large as that of a certain proposed technique described in connection with the related art, so that the accuracy of the capacitance detecting means at the time of diagnosis can be increased.

【0061】請求項4の本発明によれば、診断を行うた
めの構成要素であるたとえば発振回路および反転回路に
は、シャントレギュレータを用いる定電圧源から電力を
供給するようにしたので、電源電圧の変動があったとし
ても、これらの発振回路および反転回路には、予め定め
る一定の電圧を供給することができ、診断の精度を向上
することができる。これによってセンサ素子などの長期
間にわたる経年変化の診断測定もまた、正確に行うこと
ができる。
According to the present invention, power is supplied from a constant voltage source using a shunt regulator to components such as an oscillation circuit and an inversion circuit for performing diagnosis. Even if there is a variation in the above, a predetermined constant voltage can be supplied to these oscillation circuit and inversion circuit, and the accuracy of diagnosis can be improved. As a result, a diagnostic measurement of a long-term aging of a sensor element or the like can also be accurately performed.

【0062】請求項5の本発明によれば、発振周波数を
約2〜約400Hzに定め、これによってセンサ素子の
実際の使用時における動作が正常であるかどうかを正確
に診断することができるようになる。
According to the fifth aspect of the present invention, the oscillation frequency is set to about 2 to about 400 Hz, so that it can be accurately diagnosed whether the operation of the sensor element in actual use is normal or not. become.

【0063】請求項6の本発明によれば、その発振周波
数は特に約2〜約10Hzに定められ、これによって地
震発生時の地震波の検出が正常に行われるかどうかを、
正確に診断することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the oscillating frequency is particularly set to about 2 to about 10 Hz, whereby it is determined whether the detection of the seismic wave at the time of the occurrence of the earthquake is performed normally.
Diagnosis can be made accurately.

【0064】請求項7の本発明によれば、発振出力波形
を矩形波とし、その発振回路の構成を、たとえば集積回
路などによって容易に実現することができ、製造を簡単
に行うことができるとともに、矩形波のデューティを1
とすることによって、矩形波の各半周期毎に一対の各対
向電極に与える波形を同一とし、センサ素子の正逆両方
向の加速度の診断を高精度で行うことができるようにな
る。
According to the seventh aspect of the present invention, the oscillation output waveform is a rectangular wave, and the configuration of the oscillation circuit can be easily realized by, for example, an integrated circuit. , The duty of the square wave is 1
Accordingly, the waveforms applied to the pair of counter electrodes are the same for each half cycle of the rectangular wave, and the acceleration of the sensor element in both the forward and reverse directions can be diagnosed with high accuracy.

【0065】請求項8の本発明によれば、振り子は、導
電性単結晶シリコンから成り、測定精度向上および大量
生産が実現し、小形、高品質かつ低価格でセンサ素子を
提供することができる。
According to the eighth aspect of the present invention, the pendulum is made of conductive single-crystal silicon, which can improve the measurement accuracy and realize mass production, and can provide a small, high-quality and low-cost sensor element. .

【0066】請求項9の本発明によれば、診断のために
特別の訓練を受けない人であっても、簡易な操作で正確
な診断を行うことができる。
According to the ninth aspect of the present invention, even a person who does not receive special training for diagnosis can make an accurate diagnosis with a simple operation.

【0067】請求項10および請求項11の本発明によ
れば、前述の請求項3および請求項5の本発明と同様
に、実際の使用状態での診断を、高精度で行うことがで
きる。
According to the tenth and eleventh aspects of the present invention, a diagnosis in an actual use state can be performed with high accuracy, similarly to the above-described third and fifth aspects of the present invention.

【0068】請求項12の本発明によれば、ガス圧セン
サの診断を、自動的に高精度で簡易な操作で行うことが
できるようになる。
According to the twelfth aspect of the present invention, the diagnosis of the gas pressure sensor can be automatically performed with high accuracy and simple operation.

【0069】請求項13の本発明によれば、ガス圧セン
サのダイアフラムを導電線単結晶シリコンで構成するこ
とによって、測定精度向上および大量生産を可能にし、
また小形化を可能にし、しかも金属などの腐食性を有す
るガスであっても、そのガスは測定空間のみに存在し、
対向電極には接触しないので、測定可能なガスの種類が
広くなり、用途が拡大する。また対向電極は、測定空間
には臨まないので、防爆構造が可能である。
According to the thirteenth aspect of the present invention, the diaphragm of the gas pressure sensor is made of conductive wire single crystal silicon, thereby improving measurement accuracy and mass production.
In addition, even if it is a gas that enables miniaturization and has corrosiveness such as metal, the gas exists only in the measurement space,
Since it does not come in contact with the counter electrode, the types of gases that can be measured are widened, and applications are expanded. Further, since the counter electrode does not face the measurement space, an explosion-proof structure is possible.

【0070】また本発明によれば、単結晶シリコンを用
いてセンサ素子の振り子およびガス圧センサのダイアフ
ラムを実現するので、環境温度の変化に拘わらず、出力
の温度依存性を小さくし、測定精度を向上することがで
きる。またこの単結晶シリコンは、分子の結合構造が均
一であり、クラックが入りにくいという効果もある。し
かもシリコン製であり、材料を豊富に入手可能である。
さらにシリコンウエハに関する製造技術を利用し、エッ
チング技術によって振り子およびダイアフラムを形成す
ることができるので、製造が容易であり、特に超小形化
が可能である。
Further, according to the present invention, since the pendulum of the sensor element and the diaphragm of the gas pressure sensor are realized using single crystal silicon, the temperature dependence of the output is reduced regardless of the change in the environmental temperature, and the measurement accuracy is reduced. Can be improved. In addition, this single crystal silicon has an effect that the molecular bonding structure is uniform and cracks are unlikely to occur. Moreover, it is made of silicon, and abundant materials are available.
Further, since the pendulum and the diaphragm can be formed by the etching technique using the manufacturing technique relating to the silicon wafer, the manufacturing is easy, and particularly, the microminiaturization is possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の一形態の全体の構成を示す電気
回路図である。
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an entire configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】定電圧回路38,39の具体的な構成を示す電
気回路図である。
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing a specific configuration of constant voltage circuits 38 and 39.

【図3】(1)は発振回路28の結合コンデンサ29
に、(2)は結合コンデンサ30に与えられる電圧波形
を示す波形図である。
FIG. 3 (1) shows a coupling capacitor 29 of an oscillation circuit 28;
(2) is a waveform diagram showing a voltage waveform applied to the coupling capacitor 30.

【図4】図1〜図3に示される実施の形態の動作を説明
するための波形図である。
FIG. 4 is a waveform chart for explaining the operation of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3;

【図5】図1に示される容量検出手段26のライン27
に導出される信号波形を示す波形図である。
FIG. 5 is a line 27 of the capacitance detecting means 26 shown in FIG.
FIG. 4 is a waveform diagram showing a signal waveform derived from FIG.

【図6】発振回路41のライン48に導出される発振出
力の波形の一例を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a waveform of an oscillation output led to a line 48 of the oscillation circuit 41.

【図7】発振回路41のライン48に導出される発振出
力の波形の他の例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing another example of the waveform of the oscillation output led to the line 48 of the oscillation circuit 41.

【図8】センサ素子16の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of the sensor element 16;

【図9】センサ素子16の一部を切欠いて示す斜視図で
ある。
FIG. 9 is a perspective view showing the sensor element 16 with a part cut away.

【図10】本発明の実施の他の形態の全体の電気回路図
である。
FIG. 10 is an overall electric circuit diagram of another embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施の他の形態の全体の構成を示す
電気回路図である。
FIG. 11 is an electric circuit diagram showing the entire configuration of another embodiment of the present invention.

【図12】本発明の他の実施例のガス圧センサの診断装
置77を示す電気回路図である。
FIG. 12 is an electric circuit diagram showing a gas pressure sensor diagnostic device 77 according to another embodiment of the present invention.

【図13】ガス圧センサ78の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of the gas pressure sensor 78.

【図14】ガス圧センサ78の平面図である。14 is a plan view of the gas pressure sensor 78. FIG.

【図15】(1)は容量検出手段26からライン27に
導出される電圧波形の一例を示す波形図であり、(2)
は容量検出手段26からライン27に導出される電圧波
形の他の例を示す波形図である。
FIG. 15A is a waveform diagram showing an example of a voltage waveform derived from the capacitance detecting means 26 to a line 27, and FIG.
FIG. 7 is a waveform diagram showing another example of a voltage waveform derived from the capacitance detecting means 26 to the line 27.

【図16】従来技術の全体の構成を示す電気回路図であ
る。
FIG. 16 is an electric circuit diagram showing the entire configuration of a conventional technique.

【図17】(1)はスイッチ12の操作状態を示す波形
図であり、(2)はスイッチ13の操作状態を示す波形
図であり、(3)は図17(1)に示されるように、ス
イッチ12を導通させスイッチ13を遮断した状態でラ
イン6に得られるパルス波形を示す波形図であり、
(4)は図17(2)に示されるようにスイッチ13を
導通させスイッチ12を遮断した状態でライン6に得ら
れるパルス波形を示す波形図である。
17 (1) is a waveform diagram showing an operation state of the switch 12, (2) is a waveform diagram showing an operation state of the switch 13, and (3) is as shown in FIG. 17 (1). FIG. 9 is a waveform diagram showing a pulse waveform obtained on line 6 in a state where switch 12 is turned on and switch 13 is turned off.
(4) is a waveform diagram showing a pulse waveform obtained on the line 6 in a state where the switch 13 is turned on and the switch 12 is turned off as shown in FIG. 17 (2).

【符号の説明】 16 センサ素子 22 測定手段 23 振り子 24,25,83,84 対向電極 26 容量検出回路 28 発振回路 29,30 結合コンデンサ 35 ローパスフィルタ 38,39 定電圧回路 40 電気回路 43,44,76 アナログスイッチ 57 タイマ 61a 3端子レギュレータ 61b トランジスタ 63 シャントレギュレータ 77 ガス圧センサ診断装置 78 ガス圧センサ 79 測定空間 80 ケーシング 82 ダイアフラム[Description of Signs] 16 Sensor element 22 Measurement means 23 Pendulum 24, 25, 83, 84 Counter electrode 26 Capacitance detection circuit 28 Oscillation circuit 29, 30 Coupling capacitor 35 Low pass filter 38, 39 Constant voltage circuit 40 Electric circuit 43, 44, 76 Analog switch 57 Timer 61a Three-terminal regulator 61b Transistor 63 Shunt regulator 77 Gas pressure sensor diagnostic device 78 Gas pressure sensor 79 Measurement space 80 Casing 82 Diaphragm

フロントページの続き (72)発明者 中須賀 正樹 大阪府大阪市淀川区木川東3丁目4番9号 株式会社センサー技術研究所内 (72)発明者 斉藤 博幸 大阪府大阪市淀川区木川東3丁目4番9号 株式会社センサー技術研究所内 (72)発明者 谷内 忠司 大阪府大阪市淀川区木川東3丁目4番9号 株式会社センサー技術研究所内Continuation of the front page (72) Inventor Masaki Nakasuga 3-4-9 Kikawahigashi, Yodogawa-ku, Osaka-shi, Osaka Inside Sensor Technology Research Laboratories Co., Ltd. (72) Hiroyuki Saito 3-4-2 Kigawahigashi, Yodogawa-ku, Osaka-shi, Osaka No. 9 Inside Sensor Technology Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Tadashi Taniuchi 3-4-9 Kigawa Higashi, Yodogawa-ku Osaka City, Osaka Inside Sensor Technology Laboratory Co., Ltd.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)センサ素子であって、 片持ち支持され、弾性を有してたわむ導電性振り子と、 振り子の変位方向両側に隔てて配置される一対の対向電
極とを有するセンサ素子と、 (b)振り子と各対向電極との間の静電容量を検出する
容量検出手段と、 (c)予め定める周波数の出力を導出して一方の対向電
極に与える発振回路と、 (d)発振出力を反転して他方の対向電極に与える反転
回路と、 (e)各対向電極への発振出力および反転出力を供給/
遮断するスイッチング手段とを含むことを特徴とする静
電容量式センサの診断装置。
1. A sensor element, comprising: a conductive pendulum that is cantilevered and elastically bends; and a pair of opposing electrodes that are disposed on both sides in the displacement direction of the pendulum. (B) capacitance detecting means for detecting the capacitance between the pendulum and each counter electrode; (c) an oscillation circuit for deriving an output of a predetermined frequency and applying the output to one counter electrode; (E) supplying an oscillation output and an inverted output to each counter electrode;
A diagnostic device for a capacitance type sensor, comprising: a switching unit for shutting off.
【請求項2】 (a)センサ素子であって、 片持ち支持され、弾性を有してたわむ導電性振り子と、 振り子の変位方向両側に隔てて配置される一対の対向電
極とを有するセンサ素子と、 (b)振り子と各対向電極との間の静電容量を検出する
容量検出手段と、 (c)予め定める周波数の出力を導出する発振回路と、 (d)発振回路の出力を供給/遮断して、一方の対向電
極に与えるスイッチング手段と、 (e)スイッチング手段の出力を反転して他方の対向電
極に与える反転手段とを含むことを特徴とする静電容量
式センサの診断装置。
2. A sensor element, comprising: a conductive pendulum that is cantilevered and elastically bends; and a pair of opposing electrodes disposed on both sides in the displacement direction of the pendulum. (B) capacitance detecting means for detecting a capacitance between the pendulum and each counter electrode; (c) an oscillation circuit for deriving an output of a predetermined frequency; and (d) supplying an output of the oscillation circuit. A diagnostic device for a capacitance type sensor, comprising: a switching unit that cuts off and applies the same to one counter electrode; and (e) an inversion unit that inverts the output of the switching unit and applies the same to the other counter electrode.
【請求項3】 (a)センサ素子であって、 片持ち支持され、弾性を有してたわむ導電性振り子と、 振り子の変位方向両側に隔てて配置される一対の対向電
極とを有するセンサ素子と、 (b)振り子と各対向電極との間の静電容量を検出する
容量検出手段と、 (c)予め定める周波数の出力を導出する発振手段と、 (d)発振手段の出力と各対向電極との間に介在される
一対のスイッチング素子と、 (e)スイッチング手段を交互にオン/オフ制御する制
御手段とを含むことを特徴とする静電容量式センサの診
断装置。
3. A sensor element comprising: a cantilever-supported and elastically-flexible conductive pendulum; and a pair of opposed electrodes disposed on both sides in the displacement direction of the pendulum. (B) capacitance detecting means for detecting a capacitance between the pendulum and each counter electrode; (c) oscillating means for deriving an output of a predetermined frequency; and (d) output of the oscillating means. A diagnostic device for a capacitive sensor, comprising: a pair of switching elements interposed between the electrodes; and (e) control means for alternately turning on / off the switching means.
【請求項4】 シャントレギュレータを用いる定電圧源
から、発振回路および反転回路に電力を供給することを
特徴とする請求項1〜3のうちの1つに記載の静電容量
式センサの診断装置。
4. The diagnostic apparatus according to claim 1, wherein power is supplied to the oscillation circuit and the inversion circuit from a constant voltage source using a shunt regulator. .
【請求項5】 発振回路の周波数は、約2〜約400H
zに定められることを特徴とする請求項1〜4のうちの
1つに記載の静電容量式センサの診断装置。
5. The oscillation circuit has a frequency of about 2 to about 400H.
The diagnostic device for a capacitive sensor according to claim 1, wherein z is set to z.
【請求項6】 発振回路の周波数は、約2〜約10Hz
に定められることを特徴とする請求項1〜4のうちの1
つに記載の静電容量式センサの診断装置。
6. The oscillation circuit has a frequency of about 2 to about 10 Hz.
5. The method as claimed in claim 1, wherein:
A diagnostic device for a capacitance-type sensor according to any one of the above.
【請求項7】 発振回路の発振出力は、矩形波であり、
そのデューティは1であることを特徴とする請求項5ま
たは6記載の静電容量式センサの診断装置。
7. The oscillation output of the oscillation circuit is a rectangular wave,
7. The diagnostic device for a capacitive sensor according to claim 5, wherein the duty is 1.
【請求項8】 センサ素子の振り子は、導電性単結晶シ
リコンから成ることを特徴とする請求項1〜7のうちの
1つに記載の静電容量式センサの診断装置。
8. The diagnostic apparatus according to claim 1, wherein a pendulum of the sensor element is made of conductive single-crystal silicon.
【請求項9】 センサ素子を準備し、このセンサ素子
は、 片持ち支持され、弾性を有してたわむ導電性振り子と、 振り子の変位方向両側に隔てて配置される一対の対向電
極とを有するセンサ素子であり、 一方の対向電極に、発振回路の予め定める周波数を有す
る発振出力を与え、 他方の対向電極に、発振回路の出力を反転した反転信号
を与え、 振り子と各対向電極との間の静電容量を検出してセンサ
素子の診断をすることを特徴とする静電容量式センサの
診断方法。
9. A sensor element, comprising: a conductive pendulum that is cantilevered and elastically bends; and a pair of opposing electrodes disposed on both sides in the displacement direction of the pendulum. A sensor element that provides an oscillation output having a predetermined frequency of the oscillation circuit to one counter electrode, and an inverted signal obtained by inverting the output of the oscillation circuit to the other counter electrode. And diagnosing the sensor element by detecting the capacitance of the sensor.
【請求項10】 発振回路の出力は、約2〜約400H
zに定められることを特徴とする請求項9記載の静電容
量式センサの診断方法。
10. The output of the oscillation circuit is about 2 to about 400H.
10. The method for diagnosing a capacitance-type sensor according to claim 9, wherein z is set to z.
【請求項11】 発振回路の発振出力は、矩形波であ
り、そのデューティは、1であることを特徴とする請求
項9または10記載の静電容量式センサの診断方法。
11. The method according to claim 9, wherein the oscillation output of the oscillation circuit is a rectangular wave, and the duty thereof is 1.
【請求項12】 (a)ガス圧センサであって、 ガス圧が測定されるガスが導入される測定空間を形成す
るケーシングと、 測定空間に臨み、ガス圧に応じて弾性変形する導電性ダ
イアフラムと、 ダイアフラムの変位方向に隔てて配置される対向電極と
を有するガス圧センサと、 (b)ダイアフラムと対向電極との間の静電容量を検出
する容量検出手段と、 (c)予め定める周波数の発振出力を導出してダイアフ
ラムと対向電極との間に与える発振回路と、 (d)ダイアフラムと対向電極との間に与えられる発振
出力を供給/遮断するスイッチング手段とを含むことを
特徴とするガス圧センサの診断装置。
12. A gas pressure sensor, comprising: a casing forming a measurement space into which a gas whose gas pressure is to be measured is introduced; and a conductive diaphragm facing the measurement space and elastically deforming according to the gas pressure. A gas pressure sensor having a counter electrode spaced apart in the direction of displacement of the diaphragm; (b) capacitance detecting means for detecting a capacitance between the diaphragm and the counter electrode; and (c) a predetermined frequency. And (d) switching means for supplying / cutting off / on the oscillation output applied between the diaphragm and the counter electrode. Diagnosis device for gas pressure sensor.
【請求項13】 ガス圧センサのダイアフラムは、導電
性単結晶シリコンから成ることを特徴とする請求項12
記載のガス圧センサの診断装置。
13. The gas pressure sensor according to claim 12, wherein the diaphragm is made of conductive single crystal silicon.
A diagnostic device for the gas pressure sensor according to any one of the preceding claims.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005054802A1 (en) * 2003-12-04 2005-06-16 Xiroku, Inc. Pressure sensor using capacitive coupling
JP2016205986A (en) * 2015-04-22 2016-12-08 三菱電機株式会社 Earthquake detection device and elevator

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