JPH10160752A - Acceleration detecting apparatus - Google Patents
Acceleration detecting apparatusInfo
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- JPH10160752A JPH10160752A JP8321925A JP32192596A JPH10160752A JP H10160752 A JPH10160752 A JP H10160752A JP 8321925 A JP8321925 A JP 8321925A JP 32192596 A JP32192596 A JP 32192596A JP H10160752 A JPH10160752 A JP H10160752A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車などの運動
体に搭載され、その加速度を検知する加速度検知装置に
関するものであり、特に、互いに直交する２つの方向の
加速度を検出することができる加速度検知装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration detector mounted on a moving body such as an automobile and detecting its acceleration, and more particularly to an acceleration capable of detecting accelerations in two directions orthogonal to each other. The present invention relates to a detection device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】互いに直交する２つの方向の加速度を検
出する加速度検知装置として、特開平１−２８７４７０
号公報に開示された「半導体加速度センサ」がある。こ
の加速度センサは半導体を利用したもので、半導体基板
中にチップ表面と垂直な面を持つ梁を設け、加速度に応
じて変化する梁の抵抗値を測定して加速度を検知するも
のである。そして、一つの梁は１つの方向の加速度のみ
を検知するものであるため、半導体基板上に互いに直交
する２つの梁を設けることにより、１チップで２方向の
加速度を検知できるように構成している。2. Description of the Related Art As an acceleration detecting device for detecting accelerations in two directions orthogonal to each other, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-287470 is disclosed.
There is a "semiconductor acceleration sensor" disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. HEI 9-86. This acceleration sensor uses a semiconductor, and includes a beam having a surface perpendicular to the chip surface in a semiconductor substrate, and detects acceleration by measuring a resistance value of the beam that changes according to acceleration. Since one beam detects only acceleration in one direction, two beams orthogonal to each other are provided on the semiconductor substrate so that acceleration in two directions can be detected by one chip. I have.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の加
速度検知装置は、その搭載スペース等を考慮すると可能
な限り小型化することが求められている。しかし、上述
した従来の半導体加速度センサ置によれば、確かに１チ
ップで互いに直交する２つの方向の加速度を検出できる
が、そのためには必ず２つの梁が必要であるため、チッ
プ面積の縮小化には限界があった。By the way, this kind of acceleration detecting device is required to be as small as possible in consideration of its mounting space and the like. However, according to the conventional semiconductor acceleration sensor device described above, it is possible to detect accelerations in two directions orthogonal to each other with one chip. However, two beams are always required for that, so that the chip area is reduced. Had limitations.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明の加速度検知装置
は、このような問題を解決するためになされたものであ
り、加速度を検出したい物体に固定される固定部と、こ
の固定部から突出する加速度感知部と、この加速度感知
部の先端に設けられた重り部とを有する加速度感知体
と、加速度感知部の屈曲量を検出する検出手段とを備
え、加速度感知部は、その長手方向である第１の方向に
かかる応力に応じてこの第１の方向に略垂直な第２の所
定方向に電圧が生じる圧電性結晶からなり、検出手段
は、加速度感知部が第２の方向に屈曲したときにその屈
曲量に応じて生じる電圧を検出する第１検出部と、加速
度感知部が第１および第２の両方向にそれぞれ略垂直な
第３の方向に屈曲したときにその屈曲量に応じて生じる
電圧を検出する第２検出部とを有するものである。SUMMARY OF THE INVENTION An acceleration detecting device according to the present invention has been made in order to solve such a problem, and has a fixing portion fixed to an object whose acceleration is to be detected, and a protrusion protruding from the fixing portion. An acceleration sensor having a weight portion provided at the tip of the acceleration sensor, and a detector for detecting the amount of bending of the acceleration sensor. The detecting means is formed of a piezoelectric crystal in which a voltage is generated in a second predetermined direction substantially perpendicular to the first direction in response to a stress applied in a certain first direction, and the acceleration sensing unit is bent in the second direction. A first detection unit for detecting a voltage generated according to the amount of bending, and an acceleration sensor according to the amount of bending when bent in a third direction substantially perpendicular to both the first and second directions. Second detection for detecting the resulting voltage And it has a door.
【０００５】加速度を検出したい物体に加速度が加わる
と、その反力としての慣性力が重り部に働き、加速度感
知部が加速度と反対の方向に屈曲する。この屈曲の外側
部分は第１の方向に関して伸び、内側部分は第１の方向
に関して縮む。そして、この第１の方向の伸び縮みによ
り加速度感知部の側面に圧電効果による電圧が生じる。
加速度感知部の側面に生じる電圧は、長手方向である第
１の方向にかかる応力に応じてこれに略垂直な第２の所
定方向に電圧が生じるという圧電効果により、屈曲の方
向によって異なる分布を示す。すなわち、屈曲方向は第
２の方向成分と第３の方向成分の合成したものであり、
電圧分布は屈曲の第２の方向成分により生じる電圧と第
３の方向成分により生じる電圧の和となる。一方、検出
手段は加速度感知部の第２の方向の屈曲により発生した
電圧と、第３の方向の屈曲により発生した電圧を互いに
独立に検出できる。したがって、単一の加速度感知部か
ら２方向の加速度に応じた電圧を検知できる。When acceleration is applied to an object whose acceleration is to be detected, inertial force as a reaction force acts on the weight portion, and the acceleration sensing portion bends in a direction opposite to the acceleration. The outer part of the bend extends in a first direction and the inner part contracts in a first direction. Then, a voltage due to the piezoelectric effect is generated on the side surface of the acceleration sensing unit due to the expansion and contraction in the first direction.
The voltage generated on the side surface of the acceleration sensing unit has a distribution different depending on the bending direction due to a piezoelectric effect that a voltage is generated in a second predetermined direction substantially perpendicular to the stress applied in a first direction which is a longitudinal direction. Show. That is, the bending direction is a combination of the second direction component and the third direction component,
The voltage distribution is the sum of the voltage generated by the second direction component of the bending and the voltage generated by the third direction component. On the other hand, the detecting means can independently detect the voltage generated by the bending of the acceleration sensor in the second direction and the voltage generated by the bending of the acceleration sensor in the third direction. Therefore, a voltage corresponding to the acceleration in two directions can be detected from a single acceleration sensor.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
加速度検知装置の加速度感知体を示す斜視図であり、図
２はその検出手段の回路構成を示すブロック図である。
加速度感知体１は、加速度を検出したい物体に固定され
る固定部１１と、この固定部１１から突出する加速度感
知部１２と、この加速度感知部１２の先端に設けられた
重り部１３とから成り、これらは圧電性結晶である水晶
の単結晶基板で一体に構成されている。なお、以後の説
明を容易にするために、加速度感知体１の配置をＸＹＺ
三次元直交座標において規定すると、本実施形態では、
加速度感知体１をＸＹ平面上に置き、加速度感知部１２
の長手方向をＹ方向に一致させることにする。FIG. 1 is a perspective view showing an acceleration sensor of an acceleration detecting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a circuit configuration of the detecting means.
The acceleration sensor 1 includes a fixed portion 11 fixed to an object whose acceleration is to be detected, an acceleration sensing portion 12 protruding from the fixed portion 11, and a weight portion 13 provided at a tip of the acceleration sensing portion 12. These are integrally formed by a single crystal substrate of quartz which is a piezoelectric crystal. In addition, in order to facilitate the following description, the arrangement of the acceleration sensor 1 is XYZ.
When defined in three-dimensional rectangular coordinates, in this embodiment,
The acceleration sensor 1 is placed on the XY plane, and the acceleration sensor 12
Are made to coincide with the Y direction.
【０００７】ここで、水晶の結晶軸について簡単に説明
する。天然の水晶は、一般に柱状結晶であり、この柱状
結晶の縦方向の中心軸すなわち＜０００１＞結晶軸はＺ
軸または光軸と規定され、Ｚ軸を通り柱状結晶の各表面
に垂直に交わる線はＹ軸または機械軸と規定される。ま
た、Ｚ軸を通りこの柱状結晶の縦方向の稜線と直交する
線はＸ軸または電気軸と規定される。[0007] Here, the crystal axis of quartz will be briefly described. Natural quartz is generally a columnar crystal, and the longitudinal central axis of the columnar crystal, that is, the <0001> crystal axis is Z
An axis or optical axis is defined, and a line passing through the Z axis and perpendicular to each surface of the columnar crystal is defined as a Y axis or a mechanical axis. A line passing through the Z axis and orthogonal to the vertical ridge line of the columnar crystal is defined as an X axis or an electric axis.
【０００８】加速度感知体１に用いられている単結晶基
板はＺ板と呼ばれる基板であり、結晶方位のＺ軸に垂直
ないし略垂直な面で切り出された単結晶基板である。し
たがって、本実施形態においては、結晶方位のＺ軸と、
図面上の加速度感知体１の配置方向を示すＺ軸とは一致
している。また、水晶のＸ軸およびＹ軸は互いに直交す
るものが３組あり、そのうちの一組と図面上の加速度感
知体１の配置方向を示すＸ軸およびＹ軸とが一致してい
る。なお、加速度感知体１に用いられる水晶は、人工水
晶であるがその構造は天然の水晶と同じである。The single crystal substrate used for the acceleration sensor 1 is a substrate called a Z plate, which is a single crystal substrate cut out from a plane perpendicular or substantially perpendicular to the Z axis of the crystal orientation. Therefore, in the present embodiment, the Z axis of the crystal orientation and
The Z axis, which indicates the direction in which the acceleration sensor 1 is arranged in the drawing, coincides with the Z axis. In addition, there are three sets of the X axis and the Y axis of the crystal which are orthogonal to each other, and one of the sets matches the X axis and the Y axis indicating the arrangement direction of the acceleration sensor 1 on the drawing. The quartz used for the acceleration sensor 1 is an artificial quartz, but its structure is the same as a natural quartz.
【０００９】加速度感知部１２の固定部１１側の根本部
に６個の電圧検出用電極１４〜１９が蒸着により設けら
れている。電極１４、１５は加速度感知部１２の上下面
にそえぞれ配置されており、図１上では図示を省略した
配線を介して電荷アンプ２１の入力端子に接続されてい
る。電極１６〜１９は加速度感知部１２の４つの角部に
それぞれ配置されており、対角線上にあるもの同士が図
１上では図示を省略した配線を介して相互に結線されて
いる。そのうち、電極１６および１７は電荷アンプ２２
の入力端子に接続され、電極１８および１９は抵抗２０
を介して中間電位電源２０１に接続されている。[0009] Six voltage detecting electrodes 14 to 19 are provided by vapor deposition at the root of the acceleration sensing unit 12 on the fixed unit 11 side. The electrodes 14 and 15 are arranged on the upper and lower surfaces of the acceleration sensing unit 12, respectively, and are connected to the input terminals of the charge amplifier 21 via wires not shown in FIG. The electrodes 16 to 19 are arranged at four corners of the acceleration sensing unit 12, respectively, and the electrodes on the diagonal lines are connected to each other via wiring not shown in FIG. The electrodes 16 and 17 are the charge amplifiers 22
And the electrodes 18 and 19 are connected to the resistor 20
Is connected to the intermediate potential power supply 201 via the.
【００１０】このように構成される加速度感知体１は、
その固定部１１が加速度を検出したい物体に固定され、
その物体がＸＺ平面に平行な任意の方向に加速度をもっ
て移動すると、重り部１３に加わる慣性力によって加速
度感知部１２が加速度に応じて移動方向と反対の方向に
屈曲する。たとえば、被検出物体がＺ方向の＋Ｚの向き
に加速度ｇで移動したとすると、加速度感知部１２は−
Ｚの向きに加速度ｇに応じた程度に屈曲する。本実施形
態の加速度検知装置は、この加速度感知体１に図２に示
す回路を組み合わせることにより、屈曲に伴って加速度
感知部１２に圧電効果により生じる電圧から加速度を検
出するものである。The acceleration sensor 1 configured as described above has
The fixing part 11 is fixed to an object whose acceleration is to be detected,
When the object moves with an acceleration in an arbitrary direction parallel to the XZ plane, the inertial force applied to the weight 13 causes the acceleration sensing unit 12 to bend in a direction opposite to the moving direction according to the acceleration. For example, if the detected object moves at an acceleration g in the + Z direction in the Z direction, the acceleration sensing unit 12 determines that −
It bends in the direction of Z to an extent corresponding to the acceleration g. The acceleration detecting device according to the present embodiment detects acceleration from a voltage generated by the piezoelectric effect in the acceleration sensing unit 12 due to bending by combining the acceleration sensor 1 with the circuit shown in FIG.
【００１１】なお、電極１４〜１９が、加速度感知部１
２の固定部１１側の根本部に設けられているのは、屈曲
率が最も大きく、加速度に対する感度を最も大きくとる
ことができるからである。The electrodes 14 to 19 correspond to the acceleration sensor 1
2 is provided at the root portion on the side of the fixing portion 11 because the bending rate is the highest and the sensitivity to acceleration can be the highest.
【００１２】次に図２に示す検出回路の説明に先立っ
て、屈曲に伴って発生する圧電効果のメカニズムを図３
および図４を用いて説明する。図３および図４はそれぞ
れ図１のＩＩ−ＩＩ断面を示すものである。Next, prior to the description of the detection circuit shown in FIG. 2, the mechanism of the piezoelectric effect caused by bending will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 3 and FIG. 4 each show a II-II section of FIG.
【００１３】まず、図３を用いて加速度感知部１２がＸ
方向に屈曲した場合に生じる圧電効果を説明する。加速
度感知部１２が−Ｘの向き、すなわち、矢印３８の向き
に屈曲すると、加速度感知部１２の左半分１２１がＹ方
向に伸び、右半分１２２がＹ方向に縮む。加速度感知体
１を構成している水晶のＺ板は、すでに述べたように、
Ｙ方向の応力に対してＸ方向の電圧（誘電分極）が生じ
る。そして、圧縮応力と引っ張り応力とでは、電圧の向
きが互いに反対となる。すなわち、図３に示すように、
加速度感知部１２の左半分１２１には矢印３５で示す向
きの電圧が生じ、右半分１２２には矢印３６で示す向き
の電圧が生じる。この２つの電圧により、加速度感知部
１２全体としては、矢印３１〜３４で示すような電界分
布となり、上面および下面には正の電圧が生じる。First, referring to FIG.
The piezoelectric effect that occurs when bending in the direction will be described. When the acceleration sensing unit 12 bends in the -X direction, that is, the direction of the arrow 38, the left half 121 of the acceleration sensing unit 12 extends in the Y direction and the right half 122 contracts in the Y direction. As described above, the quartz Z plate constituting the acceleration sensor 1
A voltage (dielectric polarization) in the X direction is generated with respect to the stress in the Y direction. The directions of the voltages are opposite to each other between the compressive stress and the tensile stress. That is, as shown in FIG.
A voltage in a direction indicated by an arrow 35 is generated in the left half 121 of the acceleration sensing unit 12, and a voltage in a direction indicated by an arrow 36 is generated in the right half 122. With these two voltages, the acceleration sensor 12 as a whole has an electric field distribution as indicated by arrows 31 to 34, and positive voltages are generated on the upper surface and the lower surface.
【００１４】加速度感知部１２が同じＸ方向で＋Ｘの向
き、すなわち、矢印３９の向きに屈曲した場合は、同様
の原理により、加速度感知部１２の左半分１２１および
右半分１２２には、それぞれ矢印３５および３６の逆向
きの電圧が生じる。これにより、加速度感知部１２全体
としては、矢印３１〜３４のすべてが逆向きとなる電界
分布となり、加速度感知部１２の上面および下面には負
の電圧が生じる。When the acceleration sensor 12 is bent in the same X direction in the direction of + X, that is, in the direction of the arrow 39, the left half 121 and the right half 122 of the acceleration sensor 12 are provided with arrows in accordance with the same principle. Reverse voltages of 35 and 36 result. Thus, the entirety of the acceleration sensing unit 12 has an electric field distribution in which all the arrows 31 to 34 are in opposite directions, and a negative voltage is generated on the upper surface and the lower surface of the acceleration sensing unit 12.
【００１５】このように、加速度感知部１２のＸ方向の
屈曲に応じて、加速度感知１２の上面および下面に電圧
が現れ、この電圧の変化に応じて電極１４および１５内
の電子が移動するので、この電子の移動を検出すれば、
Ｘ方向の屈曲量、ひいてはＸ方向の加速度を検出するこ
とができる。As described above, a voltage appears on the upper and lower surfaces of the acceleration sensor 12 in accordance with the bending of the acceleration sensor 12 in the X direction, and the electrons in the electrodes 14 and 15 move in accordance with the change in the voltage. , If this movement of electrons is detected,
The amount of bending in the X direction, and thus the acceleration in the X direction, can be detected.
【００１６】つぎに、図４を用いて加速度感知部１２が
Ｚ方向に屈曲した場合に生じる圧電効果について説明す
る。加速度感知部１２が＋Ｚの向き、すなわち、矢印４
３の向きに屈曲すると、加速度感知部１２の上半分１２
３はＹ方向に縮み、下半分１２４はＹ方向に伸びる。す
ると、上半分１２３には矢印４１で示すように右向きの
誘電分極が発生し、下半分１２４には矢印４２で示すよ
うな左向きの誘電分極が発生する。そして、誘電分極の
強さは伸縮の大きさに依存するので上面または下面にお
いて強く現れ、中間部に向かうほど弱い。したがって、
電界は４つの角部に集中し、左上および右下が正の極
性、右上および左下が負の極性となる。Next, the piezoelectric effect generated when the acceleration sensing unit 12 is bent in the Z direction will be described with reference to FIG. When the acceleration sensing unit 12 is in the + Z direction,
3, the upper half 12 of the acceleration sensor 12 is bent.
3 contracts in the Y direction, and the lower half 124 extends in the Y direction. Then, a rightward dielectric polarization is generated in the upper half 123 as shown by the arrow 41, and a leftward dielectric polarization is generated in the lower half 124 as shown by the arrow 42. Since the strength of dielectric polarization depends on the magnitude of expansion and contraction, it appears strongly on the upper or lower surface, and becomes weaker toward the middle. Therefore,
The electric field is concentrated at the four corners, with the upper left and lower right having positive polarity and the upper right and lower left having negative polarity.
【００１７】一方、加速度感知部１２が−Ｚの向き、す
なわち、矢印４４の向きに屈曲すると、加速度感知部１
２の上半分１２３はＹ方向に伸び、下半分１２４はＹ方
向に縮む。これにより、加速度感知部１２内に矢印４１
および４２とは反対向きの誘電分極が生じ、右上および
左下に正の極性、右下および左上に負の極性が現れる。On the other hand, when the acceleration sensor 12 is bent in the direction of -Z, that is, in the direction of the arrow 44, the acceleration sensor 1
2, the upper half 123 extends in the Y direction, and the lower half 124 contracts in the Y direction. Thereby, the arrow 41 is displayed in the acceleration sensing unit 12.
And 42 the opposite direction of polarization occurs, with a positive polarity appearing in the upper right and lower left, and a negative polarity appearing in the lower right and upper left.
【００１８】このように、加速度感知部１２のＺ方向の
屈曲に応じて、加速度感知部１２の４つの角部に電圧が
現れ、この電圧の変化に応じて電極１６〜１９内の電子
が移動するので、この電子の移動を検出すれば、Ｚ方向
の屈曲量、ひいてはＺ方向の加速度を検出することがで
きる。As described above, a voltage appears at four corners of the acceleration sensing unit 12 in accordance with the bending of the acceleration sensing unit 12 in the Z direction, and electrons in the electrodes 16 to 19 move in accordance with the change in the voltage. Therefore, if the movement of the electrons is detected, the amount of bending in the Z direction, and thus the acceleration in the Z direction, can be detected.
【００１９】つぎに、図２に示す検出手段を説明する。
検出回路は、加速度感知部１２で発生した誘電分極によ
る電極１４〜１９における電荷の移動量ΔＱを増幅する
電荷アンプ（チャージアンプ）２１、２２と、その出力
電圧のオフセット調整および増幅をする反転増幅回路２
３、２４とを備えている。そして、電極１４、１５、電
荷アンプ２１、および反転増幅回路２３でＸ方向の加速
度を検出する第１検出部を構成し、電極１６、１７、電
荷アンプ２２、および反転増幅回路２４でＺ方向の加速
度を検出する第２検出部を構成する。Next, the detecting means shown in FIG. 2 will be described.
The detection circuit includes charge amplifiers (charge amplifiers) 21 and 22 for amplifying the amount of movement ΔQ of charges on the electrodes 14 to 19 due to dielectric polarization generated by the acceleration sensing unit 12 and inverting amplification for offset adjustment and amplification of the output voltage. Circuit 2
3 and 24. The electrodes 14 and 15, the charge amplifier 21, and the inverting amplifier circuit 23 constitute a first detecting unit that detects acceleration in the X direction. The electrodes 16 and 17, the charge amplifier 22, and the inverting amplifier circuit 24 constitute a first detecting unit. A second detection unit for detecting acceleration is configured.
【００２０】なお、電極１８および１９は、第１検出部
および第２検出部の両方の基準電位を与えるものとして
機能する。The electrodes 18 and 19 function as applying reference potentials to both the first detecting section and the second detecting section.
【００２１】第１検出部および第２検出部は、電極１
８、１９に接続する端子２８を、オペアンプ２１１、２
２１等の上位駆動電源電圧（たとえば５Ｖ）と下位駆動
電源電圧（たとえば接地電圧）の中間の電位（たとえば
２．５Ｖ）の電源２０１に接続することにより、Ｘ方向
およびＺ方向のそれぞれにおいて向きを含めた加速度の
検出が可能となる。The first detection unit and the second detection unit include an electrode 1
Terminals 28 connected to 8 and 19 are connected to operational amplifiers 211 and 2
By connecting to a power supply 201 of an intermediate potential (for example, 2.5 V) between the upper drive power supply voltage (for example, 5 V) and the lower drive power supply voltage (for example, ground voltage) such as 21, the direction is changed in the X direction and the Z direction. It is possible to detect the included acceleration.
【００２２】電荷アンプ２１は、オペアンプ２１１と、
容量値Ｃ１の容量２１２および抵抗値Ｒ１の抵抗２１３
からなる負帰還回路とで構成されている。オペアンプ２
１１の反転入力端子は、電極１４および１５と接続する
端子２７に接続され、非反転入力端子は、加速度感知体
１のバックグラウンド電位である中間電位２１４に固定
されている。The charge amplifier 21 includes an operational amplifier 211,
A capacitance 212 with a capacitance value C1 and a resistance 213 with a resistance value R1
And a negative feedback circuit composed of Operational amplifier 2
Eleven inverting input terminals are connected to a terminal 27 connected to the electrodes 14 and 15, and the non-inverting input terminal is fixed to an intermediate potential 214 which is a background potential of the acceleration sensor 1.
【００２３】加速度感知部１２がＸ方向に屈曲して上面
および下面に電圧が発生すると電極１４、１５内の電子
（電荷）が移動して電流Ｉが生じる。この電流Ｉから移
動した電荷量ΔＱに比例した出力電圧を得るには電流Ｉ
を積分する必要があり、この積分処理をコンデンサ２１
２が行っている。なお、抵抗２１３はＤＣ負帰還および
バイアス用として用いられている。検出すべき電荷量は
非常に微量であるため、コンデンサ２１２の容量値Ｃ１
には数十ｐＦの小さい値が用いられ、リークを少なくす
るためＤＣ負帰還用の抵抗２１３の抵抗値Ｒ１は数十Ｍ
Ω以上の大きな値が用いられる。この電荷アンプの出力
Ｖ１は、 Ｖ１＝ΔＱ／Ｃ１ …（１） で与えられる。When the acceleration sensing portion 12 bends in the X direction to generate a voltage on the upper and lower surfaces, electrons (charges) in the electrodes 14 and 15 move to generate a current I. To obtain an output voltage proportional to the amount of charge ΔQ moved from the current I, the current I
Must be integrated, and this integration process is performed by the capacitor 21
Two are going. The resistor 213 is used for DC negative feedback and bias. Since the amount of charge to be detected is very small, the capacitance value C1
Has a small value of several tens of pF, and the resistance value R1 of the DC negative feedback resistor 213 is several tens M in order to reduce leakage.
A large value of Ω or more is used. The output V1 of this charge amplifier is given by: V1 = ΔQ / C1 (1)
【００２４】電荷アンプ２１の出力側には、オペアンプ
２３１、コンデンサ２３２、可変抵抗２３３、２３５お
よび抵抗２３４から成る感度調整およびオフセット調整
が可能な反転増幅回路２３が接続されている。この反転
増幅回路４９では、電荷アンプ２１の出力電圧Ｖ１をさ
らに増幅すると共に、可変抵抗２３３の調整により感度
調整を行い、可変抵抗２３５を調整することにより出力
電圧のオフセット調整を行う。The output side of the charge amplifier 21 is connected to an inverting amplifier circuit 23 composed of an operational amplifier 231, a capacitor 232, variable resistors 233 and 235 and a resistor 234 and capable of sensitivity adjustment and offset adjustment. In the inverting amplifier circuit 49, the output voltage V1 of the charge amplifier 21 is further amplified, the sensitivity is adjusted by adjusting the variable resistor 233, and the offset of the output voltage is adjusted by adjusting the variable resistor 235.
【００２５】反転増幅回路２３の出力は、第１検出部の
出力端子２５に接続され、この端子の出力電圧は、Ｘ方
向の向きの情報も含めた加速度情報となる。The output of the inverting amplifier circuit 23 is connected to an output terminal 25 of the first detector, and the output voltage of this terminal becomes acceleration information including information on the direction in the X direction.
【００２６】電荷アンプ２２は、上述した電荷アンプ２
１と同一の構成であり、オペアンプ２２１と、容量値Ｃ
１の容量２２２および抵抗値Ｒ１の抵抗２２３からなる
負帰還回路とで構成され、オペアンプ２２１の反転入力
端子は、電極１６および１７と接続する端子２７に接続
され、非反転入力端子は、中間電位２２４に固定されて
いる。The charge amplifier 22 includes the charge amplifier 2 described above.
1 and has an operational amplifier 221 and a capacitance value C
1 and a negative feedback circuit including a resistor 223 having a resistance value R1. An inverting input terminal of the operational amplifier 221 is connected to a terminal 27 connected to the electrodes 16 and 17, and a non-inverting input terminal is connected to an intermediate potential. 224.
【００２７】反転増幅回路２４は、上述した反転増幅回
路２３と同一の構成であり、オペアンプ２４１、コンデ
ンサ２４２、可変抵抗２４３、２４５および抵抗２４４
からなり、可変抵抗２４５は上位駆動電源２４６と接地
電位との間に接続されている。The inverting amplifier circuit 24 has the same configuration as the inverting amplifier circuit 23 described above, and includes an operational amplifier 241, a capacitor 242, variable resistors 243 and 245, and a resistor 244.
The variable resistor 245 is connected between the upper drive power supply 246 and the ground potential.
【００２８】この反転増幅回路２４の出力は、第２検出
部の出力端子２６に接続され、この端子の出力電圧は、
Ｚ方向の向きの情報も含めた加速度情報となる。The output of the inverting amplifier circuit 24 is connected to the output terminal 26 of the second detector, and the output voltage of this terminal is
The acceleration information includes information on the direction in the Z direction.
【００２９】以上のように構成された加速度検知装置に
よれば、ＸＺ平面内の任意の方向に被検出物体が加速度
をもって移動すると、その移動方向と反対の方向に重り
部１３に慣性力が働き、加速度感知部１２が屈曲する。
このときの加速度感知部１２の屈曲のＸ方向成分とＹ方
向成分は、加速度のＸ方向成分とＺ方向成分に対応して
いるので、第１検出部の出力端子２５の出力電圧は、Ｘ
方向成分の加速度を示し、第２検出部の出力端子２６の
出力電圧は、Ｚ方向成分の加速度を示すことになる。According to the acceleration detecting device constructed as described above, when the object to be detected moves with an acceleration in an arbitrary direction in the XZ plane, an inertial force acts on the weight portion 13 in a direction opposite to the moving direction. , The acceleration sensing part 12 bends.
At this time, since the X-direction component and the Y-direction component of the bending of the acceleration sensing unit 12 correspond to the X-direction component and the Z-direction component of the acceleration, the output voltage of the output terminal 25 of the first detection unit is X
It indicates the acceleration of the directional component, and the output voltage of the output terminal 26 of the second detection unit indicates the acceleration of the Z-direction component.
【００３０】なお、本実施形態では、加速度感知体１と
して水晶基板を用いているが、第１の方向にかかる応力
に応じてこの第１の方向に略垂直な第２の所定方向に電
圧が生じる他の圧電体結晶、たとえば、ＬｉＴａＯ3 等
を水晶に代えて用いることができる。In this embodiment, a quartz substrate is used as the acceleration sensor 1, but a voltage is applied in a second predetermined direction substantially perpendicular to the first direction in accordance with the stress applied in the first direction. Other resulting piezoelectric crystals, such as LiTaO 3 , can be used in place of quartz.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の加速度検
知装置によれば、単一の加速度感知部から２方向の加速
度に応じた電圧を独立に検知できるので小型化が容易で
ある。As described above, according to the acceleration detecting device of the present invention, the voltage according to the acceleration in two directions can be independently detected from a single acceleration detecting portion, and therefore, the miniaturization is easy.
【図１】本発明の一実施形態である加速度検知装置に用
いられる加速度感知体を示す斜視図。FIG. 1 is a perspective view showing an acceleration sensor used in an acceleration detecting device according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の一実施形態である加速度検知装置に用
いられる検出手段の回路を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a circuit of a detecting means used in the acceleration detecting device according to the embodiment of the present invention.
【図３】加速度感知体のＸ方向の屈曲による圧電効果を
説明するための断面図。FIG. 3 is a sectional view for explaining a piezoelectric effect caused by bending of an acceleration sensor in the X direction.
【図４】加速度感知体のＺ方向の屈曲による圧電効果を
説明するための断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a piezoelectric effect due to bending of the acceleration sensor in the Z direction.
１…加速度感知体、１１…固定部、１２…加速度感知
部、１３…重り部、１４〜１９…電極、２１、２２…電
荷アンプ、２３、２４…反転増幅回路。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Acceleration sensor, 11 ... Fixed part, 12 ... Acceleration sensing part, 13 ... Weight part, 14-19 ... Electrode, 21, 22 ... Charge amplifier, 23, 24 ... Inverting amplifier circuit.
Claims (1)
定部と、この固定部から突出する加速度感知部と、この
加速度感知部の先端に設けられた重り部とを有する加速
度感知体と、前記加速度感知部の屈曲量を検出する検出
手段とを備え、 前記加速度感知部は、その長手方向である第１の方向に
かかる応力に応じてこの第１の方向に略垂直な第２の所
定方向に電圧が生じる圧電性結晶からなり、 前記検出手段は、前記加速度感知部が前記第２の方向に
屈曲したときにその屈曲量に応じて生じる電圧を検出す
る第１検出部と、前記加速度感知部が前記第１および第
２の両方向にそれぞれ略垂直な第３の方向に屈曲したと
きにその屈曲量に応じて生じる電圧を検出する第２検出
部とを有することを特徴とする加速度検出装置。An acceleration sensor having a fixed portion fixed to an object whose acceleration is to be detected, an acceleration sensing portion protruding from the fixed portion, and a weight provided at a tip of the acceleration sensing portion; Detecting means for detecting the amount of bending of the acceleration sensing unit, wherein the acceleration sensing unit has a second predetermined direction substantially perpendicular to the first direction in accordance with a stress applied in a first direction which is a longitudinal direction thereof. A first detecting unit configured to detect a voltage generated according to an amount of bending when the acceleration sensing unit bends in the second direction; A second detecting section for detecting a voltage generated in accordance with the amount of bending when the section is bent in a third direction substantially perpendicular to both the first and second directions. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32192596A JP3287244B2 (en) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | Acceleration detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32192596A JP3287244B2 (en) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | Acceleration detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10160752A true JPH10160752A (en) | 1998-06-19 |
| JP3287244B2 JP3287244B2 (en) | 2002-06-04 |
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ID=18137954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32192596A Expired - Fee Related JP3287244B2 (en) | 1996-12-02 | 1996-12-02 | Acceleration detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3287244B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012042478A (en) * | 2011-10-11 | 2012-03-01 | Kyocera Kinseki Corp | Inertial sensor element |
-
1996
- 1996-12-02 JP JP32192596A patent/JP3287244B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012042478A (en) * | 2011-10-11 | 2012-03-01 | Kyocera Kinseki Corp | Inertial sensor element |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3287244B2 (en) | 2002-06-04 |
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