JPH10177033A - 加速度測定装置 - Google Patents
加速度測定装置Info
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- JPH10177033A JPH10177033A JP9341805A JP34180597A JPH10177033A JP H10177033 A JPH10177033 A JP H10177033A JP 9341805 A JP9341805 A JP 9341805A JP 34180597 A JP34180597 A JP 34180597A JP H10177033 A JPH10177033 A JP H10177033A
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- acceleration
- individual
- acceleration measuring
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
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- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0845—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration using a plurality of spring-mass systems being arranged on one common planar substrate, the systems not being mechanically coupled and the sensitive direction of each system being different
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 安価に製造可能で精雅な寸法を持つ加速度測
定装置を提供する。 【構成】 加速度測定装置は、共通な基板１０上に設け
られかつそれぞれ１つの主感度軸１２ａ，１２ｃを持つ
少なくとも２つの個別センサ２ａ，２ｃを含み、各個別
センサ２ａ，２ｃは、撓み梁４ａ，４ｃに結合されかつ
重心Ｓａ，Ｓｃを持つ地震質量としての片持ちパドル片
３ａ，３ｃを持つている。各撓み梁４ａ，４ｃは地震質
量の偏向を測定する手段それぞれを持ち、すべての撓み
梁は基板１０の表面に対して平行に設けられている。そ
れぞれの個別センサ２ａ，２ｃの主感度軸１２ａ，１２
ｃは、基板表面の法線１４ａ，１４ｃに対してそれぞれ
位相角αを持つている。
定装置を提供する。 【構成】 加速度測定装置は、共通な基板１０上に設け
られかつそれぞれ１つの主感度軸１２ａ，１２ｃを持つ
少なくとも２つの個別センサ２ａ，２ｃを含み、各個別
センサ２ａ，２ｃは、撓み梁４ａ，４ｃに結合されかつ
重心Ｓａ，Ｓｃを持つ地震質量としての片持ちパドル片
３ａ，３ｃを持つている。各撓み梁４ａ，４ｃは地震質
量の偏向を測定する手段それぞれを持ち、すべての撓み
梁は基板１０の表面に対して平行に設けられている。そ
れぞれの個別センサ２ａ，２ｃの主感度軸１２ａ，１２
ｃは、基板表面の法線１４ａ，１４ｃに対してそれぞれ
位相角αを持つている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、 ａ）加速度測定装置が、共通な基板上に設けられかつそ
れぞれ主感度軸を持つ少なくとも２つの個々の個別セン
サを含み、 ｂ）各個別センサが、撓み梁に結合されかつ重心を持つ
地震質量としての片持ちパドル片を持ち、 ｃ）各撓み梁が地震質量の偏向を測定する手段を持ち、 ｄ）すべての撓み梁が基板の表面に対して平行に設けら
れている加速度測定装置に関する。
れぞれ主感度軸を持つ少なくとも２つの個々の個別セン
サを含み、 ｂ）各個別センサが、撓み梁に結合されかつ重心を持つ
地震質量としての片持ちパドル片を持ち、 ｃ）各撓み梁が地震質量の偏向を測定する手段を持ち、 ｄ）すべての撓み梁が基板の表面に対して平行に設けら
れている加速度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】加速度を測定する公知の装置はＰＣＴ出
願公開Ｗ０９４／１２８８６号明細書に記載されてい
る。従来技術によるこの装置は、それぞれ４０゜互いに
回されて基板上に設けられる４つの同じセンサのモノリ
シツク組合わせである。各センサでは、傾斜した片持ち
桟橋片の自由振動する端部に地震質量が設けられてい
る。片持ら桟橋片は基板表面に対して結晶学的に規定さ
れた位相角を持つている。
願公開Ｗ０９４／１２８８６号明細書に記載されてい
る。従来技術によるこの装置は、それぞれ４０゜互いに
回されて基板上に設けられる４つの同じセンサのモノリ
シツク組合わせである。各センサでは、傾斜した片持ち
桟橋片の自由振動する端部に地震質量が設けられてい
る。片持ら桟橋片は基板表面に対して結晶学的に規定さ
れた位相角を持つている。
【０００３】このような装置は、両側の従つて非常に費
用のかかるエツチングに必要なマスクの誤調節により、
桟橋片の厚さに関して大きい不確実性が生ずる。
用のかかるエツチングに必要なマスクの誤調節により、
桟橋片の厚さに関して大きい不確実性が生ずる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、前記
の欠点のない加速度の３軸測定装置を提示することであ
る。
の欠点のない加速度の３軸測定装置を提示することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は、次の特徴を
持つ加速度測定装置によつて解決される。 ａ）加速度測定装置が、共通な基板上に設けられかつそ
れぞれ主感度軸を持つ少なくとも２つの個々の個別セン
サを含み、 ｂ）各個別センサが、撓み梁に結合されかつ重心を持つ
地震質量としての片持ちパドル片を持ち、 ｃ）各撓み梁が地震質量の偏向を測定する手段を持ち、 ｄ）すべての撓み梁が基板の表面に対して平行に設けら
れ、 ｅ）それぞれの個別センサの主感度軸が基板表面の法線
に対してそれぞれ位相角を持つている。
持つ加速度測定装置によつて解決される。 ａ）加速度測定装置が、共通な基板上に設けられかつそ
れぞれ主感度軸を持つ少なくとも２つの個々の個別セン
サを含み、 ｂ）各個別センサが、撓み梁に結合されかつ重心を持つ
地震質量としての片持ちパドル片を持ち、 ｃ）各撓み梁が地震質量の偏向を測定する手段を持ち、 ｄ）すべての撓み梁が基板の表面に対して平行に設けら
れ、 ｅ）それぞれの個別センサの主感度軸が基板表面の法線
に対してそれぞれ位相角を持つている。
【０００６】本発明の利点は、４つの同じセンサを空間
的に非常に密集して設けることにより、非常に良好な同
期性が得られ、それにより温度及び時間に関するドリフ
ト誤差が大幅に除去される。更に装置は１軸加速度セン
サのために開発された技術に基いているので、既存の製
造設備及び取得した専門知識を引続き利用することがで
きる。
的に非常に密集して設けることにより、非常に良好な同
期性が得られ、それにより温度及び時間に関するドリフ
ト誤差が大幅に除去される。更に装置は１軸加速度セン
サのために開発された技術に基いているので、既存の製
造設備及び取得した専門知識を引続き利用することがで
きる。
【０００７】本発明の有利な展開が従属請求項に示され
ている。即ち請求項２によれば、加速度の２軸測定のた
めの装置は、加速度測定装置が、それぞれ主感度軸を持
つ２つの個別センサを含み、両方の個別センサの主感度
軸の方向が互いに相違している、という特徴を持つてい
る。
ている。即ち請求項２によれば、加速度の２軸測定のた
めの装置は、加速度測定装置が、それぞれ主感度軸を持
つ２つの個別センサを含み、両方の個別センサの主感度
軸の方向が互いに相違している、という特徴を持つてい
る。
【０００８】請求項３による加速度の３軸測定のための
装置は、加速度測定装置が、それぞれ主感度軸を持つ少
なくとも３つの個別センサを含み、それぞれの個別セン
サの主感度軸の方向が互いに対になつて相違し、これら
の主感度軸のすべてが１つの面にあるのではない、とい
う特徴を持つている。別の従属請求項には本発明の別の
有利な展開が示されている。
装置は、加速度測定装置が、それぞれ主感度軸を持つ少
なくとも３つの個別センサを含み、それぞれの個別セン
サの主感度軸の方向が互いに対になつて相違し、これら
の主感度軸のすべてが１つの面にあるのではない、とい
う特徴を持つている。別の従属請求項には本発明の別の
有利な展開が示されている。
【０００９】
【実施例】本発明の実施例を図に基いて以下に詳細に説
明する。
明する。
【００１０】図１は４つの同じ個別センサ２ａ〜２ｄを
含む加速度の３軸測定用加速度センサ１を示している。
各個別センサ２ａ〜２ｄは地震質量としてパドル片３ａ
〜３ｄを持ち、このパドル片３ａ〜３ｄは撓み梁４ａ〜
４ｄにより外枠５にそれぞれ結合されている。パドル片
３ａ〜３ｄを外枠５へ付加的に取付けるため、パドル片
当りそれぞれ２つの側方桟橋片８が存在するが、これら
の側方桟橋片８はなくてもよい。各パドル片３ａ〜３ｄ
は重心Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ及びＳｄを持つている。外枠５
は４つの個別センサ２ａ〜２ｄをまとめ、中間枠６によ
り区分されている。中間枠６はなくてもよい。
含む加速度の３軸測定用加速度センサ１を示している。
各個別センサ２ａ〜２ｄは地震質量としてパドル片３ａ
〜３ｄを持ち、このパドル片３ａ〜３ｄは撓み梁４ａ〜
４ｄにより外枠５にそれぞれ結合されている。パドル片
３ａ〜３ｄを外枠５へ付加的に取付けるため、パドル片
当りそれぞれ２つの側方桟橋片８が存在するが、これら
の側方桟橋片８はなくてもよい。各パドル片３ａ〜３ｄ
は重心Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ及びＳｄを持つている。外枠５
は４つの個別センサ２ａ〜２ｄをまとめ、中間枠６によ
り区分されている。中間枠６はなくてもよい。
【００１１】各個別センサ２ａ〜２ｄはＸ方向、Ｙ方向
及びＺ方向に感度を持つている。しかし対応する加速度
ａＸ，ａＹ及びａＺを求めるため、すべての感度が必要
ではなく、次にあげる感度のみが必要である。Ｚ方向に
おけるすべての個別センサ２ａ〜２ｄの感度ｋｚ、Ｘ方
向における個別センサ２ａ及び２ｃの感度ｋｘ、Ｙ方向
における個別センサ２ｂ及び２ｄの感度ｋｙ、Ｘ方向に
おける個別センサ２ｂ及び２ｄの横感度ｑｘ及びＹ方向
における個別センサ２ａ及び２ｃの横感度ｑｙ。
及びＺ方向に感度を持つている。しかし対応する加速度
ａＸ，ａＹ及びａＺを求めるため、すべての感度が必要
ではなく、次にあげる感度のみが必要である。Ｚ方向に
おけるすべての個別センサ２ａ〜２ｄの感度ｋｚ、Ｘ方
向における個別センサ２ａ及び２ｃの感度ｋｘ、Ｙ方向
における個別センサ２ｂ及び２ｄの感度ｋｙ、Ｘ方向に
おける個別センサ２ｂ及び２ｄの横感度ｑｘ及びＹ方向
における個別センサ２ａ及び２ｃの横感度ｑｙ。
【００１２】各撓み梁４ａ〜４ｄには、ホイートストン
ブリツジ（図３）となるように接続されるそれぞれ４つ
の圧電抵抗体７が設けられている。これらの圧電抵抗体
７は、加速度センサ１へ１つ又は複数の加速力が作用す
る時に現れる撓みを測定するのに用いられる。撓みのた
め圧電抵抗体７が変形し、それにより圧電抵抗体７の抵
抗値が変化する。従つて圧電抵抗体７の抵抗値は、それ
ぞれの撓み梁４ａ〜４ｄへ作用する加速力の尺度であ
る。
ブリツジ（図３）となるように接続されるそれぞれ４つ
の圧電抵抗体７が設けられている。これらの圧電抵抗体
７は、加速度センサ１へ１つ又は複数の加速力が作用す
る時に現れる撓みを測定するのに用いられる。撓みのた
め圧電抵抗体７が変形し、それにより圧電抵抗体７の抵
抗値が変化する。従つて圧電抵抗体７の抵抗値は、それ
ぞれの撓み梁４ａ〜４ｄへ作用する加速力の尺度であ
る。
【００１３】図２には、図１の加速度センサ１が断面Ａ
−Ａで示されている。例えばウエーハボンデイングによ
り、シリコンから成る下の覆いウエーハ９が、同様にシ
リコンから成りかつ公知のマイクロメカニツクにより構
造化されたウエーハ１０に結合される。エツチング工程
により、ウエーハ１０へパドル片３ａ〜３ｄ及び側方桟
橋片８が構成される。拡散工程によりそれぞれ４つの圧
電抵抗体７が撓み梁４ａ〜４ｄのウエーハ１０へ設けら
れる。ウエーハ１０の構造化により、パドル片３ａ〜３
ｄと覆いウエーハ９との間に空隙１１が形成されるの
で、加速力の作用する際、パドル片３ａ〜３ｄは覆いウ
エーハ９の方へもそれることができる。
−Ａで示されている。例えばウエーハボンデイングによ
り、シリコンから成る下の覆いウエーハ９が、同様にシ
リコンから成りかつ公知のマイクロメカニツクにより構
造化されたウエーハ１０に結合される。エツチング工程
により、ウエーハ１０へパドル片３ａ〜３ｄ及び側方桟
橋片８が構成される。拡散工程によりそれぞれ４つの圧
電抵抗体７が撓み梁４ａ〜４ｄのウエーハ１０へ設けら
れる。ウエーハ１０の構造化により、パドル片３ａ〜３
ｄと覆いウエーハ９との間に空隙１１が形成されるの
で、加速力の作用する際、パドル片３ａ〜３ｄは覆いウ
エーハ９の方へもそれることができる。
【００１４】各パドル片３ａ〜３ｄはそれぞれの重心Ｓ
ａ，Ｓｂ，Ｓｃ及びＳｄを通る主感度軸１２ａ〜１２ｄ
を持ち、この主感度軸１２ａ〜１２ｄの方向は、パドル
片３ａ〜３ｄの片側懸架のため及び外方へずれている重
心Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ及びＳｄのため、それぞれの法線１
３ａ〜１３ｄに対して平行には延びていない。それぞれ
の主感度軸１２ａ〜１２ｄと法線１３ａ〜１３ｄとの間
には、Ｚ方向におけるそれぞれの重心Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ
及びＳｄがそれぞれのパドル片３ａ〜３ｄの懸架部とし
てのそれぞれの撓み梁４ａ〜４ｄより深い所にあること
によつて実現するいわゆる位相角αが現れる。同じ構造
のためすべての個別センサ２ａ〜２ｄにおける位相角α
は同じ大きさである。位相角αの典型的な値は０ないし
２０゜である。この原理は一般化可能なので、個別セン
サ２ａ〜２ｄは異なる位相角を持つことができる。
ａ，Ｓｂ，Ｓｃ及びＳｄを通る主感度軸１２ａ〜１２ｄ
を持ち、この主感度軸１２ａ〜１２ｄの方向は、パドル
片３ａ〜３ｄの片側懸架のため及び外方へずれている重
心Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ及びＳｄのため、それぞれの法線１
３ａ〜１３ｄに対して平行には延びていない。それぞれ
の主感度軸１２ａ〜１２ｄと法線１３ａ〜１３ｄとの間
には、Ｚ方向におけるそれぞれの重心Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ
及びＳｄがそれぞれのパドル片３ａ〜３ｄの懸架部とし
てのそれぞれの撓み梁４ａ〜４ｄより深い所にあること
によつて実現するいわゆる位相角αが現れる。同じ構造
のためすべての個別センサ２ａ〜２ｄにおける位相角α
は同じ大きさである。位相角αの典型的な値は０ないし
２０゜である。この原理は一般化可能なので、個別セン
サ２ａ〜２ｄは異なる位相角を持つことができる。
【００１５】Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向の加速度を測定
できるようにするため、主感度軸１２ａ〜１２ｄは法線
１３ａ〜１３ｄに対して平行な成分１４ａ〜１４ｄと法
線１３ａ〜１３ｄに対して直角な成分１５ａ〜１５ｄと
に分解される。
できるようにするため、主感度軸１２ａ〜１２ｄは法線
１３ａ〜１３ｄに対して平行な成分１４ａ〜１４ｄと法
線１３ａ〜１３ｄに対して直角な成分１５ａ〜１５ｄと
に分解される。
【００１６】それぞれのパドル片３ａ〜３ｄは製造工程
により十分同じ幾何学的寸法を持つているので、Ｘ方向
におけるその感度ｋｘ、Ｙ方向におけるその感度ｋｙ、
Ｚ方向におけるその感度ｋｚ、Ｘ方向における横感度ｑ
ｘ及びＹ方向におけるその横感度ｑｙも同様に十分同じ
である。
により十分同じ幾何学的寸法を持つているので、Ｘ方向
におけるその感度ｋｘ、Ｙ方向におけるその感度ｋｙ、
Ｚ方向におけるその感度ｋｚ、Ｘ方向における横感度ｑ
ｘ及びＹ方向におけるその横感度ｑｙも同様に十分同じ
である。
【００１７】図３は接続点Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤを持つ公知
のホイートストンブリツジを示している。接続点ＡとＢ
との間には可変抵抗Ｒ１が、接続点ＢとＣとの間には可
変抵抗Ｒ２が、接続点ＣとＤとの間には可変抵抗Ｒ
３が、また接続点ＤとＡとの間には可変抵抗Ｒ４が設け
られ、可変抵抗Ｒ１〜Ｒ４として、撓み梁４ａ〜４ｄ
（図１）上にあるそれぞれ４つの圧電抵抗体７が用いら
れる。接続点Ｂ及びＤは典型的には５Ｖの電源に接続さ
れ、接続点Ａ及びＣから出力電圧が取出され、この出力
電圧では個別センサ２ａ〜２ｄの圧電抵抗体７の出力電
圧ＵＡ，ＵＢ，ＵＣ及びＵＤが問題となる。
のホイートストンブリツジを示している。接続点ＡとＢ
との間には可変抵抗Ｒ１が、接続点ＢとＣとの間には可
変抵抗Ｒ２が、接続点ＣとＤとの間には可変抵抗Ｒ
３が、また接続点ＤとＡとの間には可変抵抗Ｒ４が設け
られ、可変抵抗Ｒ１〜Ｒ４として、撓み梁４ａ〜４ｄ
（図１）上にあるそれぞれ４つの圧電抵抗体７が用いら
れる。接続点Ｂ及びＤは典型的には５Ｖの電源に接続さ
れ、接続点Ａ及びＣから出力電圧が取出され、この出力
電圧では個別センサ２ａ〜２ｄの圧電抵抗体７の出力電
圧ＵＡ，ＵＢ，ＵＣ及びＵＤが問題となる。
【００１８】抵抗Ｒ１及びＲ３の抵抗変化は抵抗Ｒ２及
びＲ４の抵抗変化とは逆の方向に推移するので、特定の
方向例えばＺ方向における加速力のため、抵抗Ｒ１及び
Ｒ３の値は小さくなり、抵抗Ｒ２及びＲ４の値は大きく
なる。
びＲ４の抵抗変化とは逆の方向に推移するので、特定の
方向例えばＺ方向における加速力のため、抵抗Ｒ１及び
Ｒ３の値は小さくなり、抵抗Ｒ２及びＲ４の値は大きく
なる。
【００１９】加速度センサ１（図１）へ作用しかつＸ方
向、Ｙ方向及びＺ方向に成分ａｘ，ａｙ及びａｚを持つ
加速度を計算するため、次の式が適用される。 ここでａＸはＸ方向における加速度成分、ａＹはＹ方回
における加速度成分、ａＺはＺ方向における加速度成
分、ｋｘはＸ方回における個別センサ２ａ及び２ｃの感
度、ｋｙはＹ方回における個別センサ２ｂ及び２ｄの感
度、ｋｚはＺ方向における個別センサ２ａ〜２ｄの感
度、ｑｘはＸ方回における個別センサ２ｈ及び２ｄの横
感度、ｑｙはＹ方回における個別センサ２ａ及び２ｃの
横感度、ＵＡは個別センサ２ａの出力電圧、ＵＢは個別
センサ２ｂの出力電圧、ＵＣは個別センサ２ｃの出力電
圧、ＵＤは個別センサ２ｄの出力電圧である。
向、Ｙ方向及びＺ方向に成分ａｘ，ａｙ及びａｚを持つ
加速度を計算するため、次の式が適用される。 ここでａＸはＸ方向における加速度成分、ａＹはＹ方回
における加速度成分、ａＺはＺ方向における加速度成
分、ｋｘはＸ方回における個別センサ２ａ及び２ｃの感
度、ｋｙはＹ方回における個別センサ２ｂ及び２ｄの感
度、ｋｚはＺ方向における個別センサ２ａ〜２ｄの感
度、ｑｘはＸ方回における個別センサ２ｈ及び２ｄの横
感度、ｑｙはＹ方回における個別センサ２ａ及び２ｃの
横感度、ＵＡは個別センサ２ａの出力電圧、ＵＢは個別
センサ２ｂの出力電圧、ＵＣは個別センサ２ｃの出力電
圧、ＵＤは個別センサ２ｄの出力電圧である。
【００２０】個別センサ２ａ〜２ｄの同じ設計では、係
数ｋｘ及びｋｙとｑｘ及びｑｙはそれぞれ互いに同じに
なる。個別センサ２ａ〜２ｄの圧電抵抗体７の出力電圧
ＵＡ〜ＵＤは評価装置（図示してないがなるべくマイク
ロプロセツサ）へ供給される。評価装置は好都合に感度
係数を記憶する固定記憶装置を持ち、成分ａｘ，ａｙ及
びａｚによる加速度の計算がこの評価装置において行わ
れる。
数ｋｘ及びｋｙとｑｘ及びｑｙはそれぞれ互いに同じに
なる。個別センサ２ａ〜２ｄの圧電抵抗体７の出力電圧
ＵＡ〜ＵＤは評価装置（図示してないがなるべくマイク
ロプロセツサ）へ供給される。評価装置は好都合に感度
係数を記憶する固定記憶装置を持ち、成分ａｘ，ａｙ及
びａｚによる加速度の計算がこの評価装置において行わ
れる。
【００２１】図４及び５は、共通な基板２６上にある２
つの同じ個別センサ１７ａ又は１７ｂを含む加速度の２
軸測定用加速度センサ１６を示している。各個別センサ
１７ａ又は１７ｂは地震質量してパドル片１８ａ又は１
８ｂを持ち、このパドル片１８ａ又は１８ｂはそれぞれ
撓み梁１９ａ又は１９ｂにより外枠２０に結合されてい
る。各パドル片１８ａ又は１８ｂは重心ＳＡ又はＳＢを
持つている。外枠２０は両方の個別センサ１７ａ及び１
７ｂをまとめている。
つの同じ個別センサ１７ａ又は１７ｂを含む加速度の２
軸測定用加速度センサ１６を示している。各個別センサ
１７ａ又は１７ｂは地震質量してパドル片１８ａ又は１
８ｂを持ち、このパドル片１８ａ又は１８ｂはそれぞれ
撓み梁１９ａ又は１９ｂにより外枠２０に結合されてい
る。各パドル片１８ａ又は１８ｂは重心ＳＡ又はＳＢを
持つている。外枠２０は両方の個別センサ１７ａ及び１
７ｂをまとめている。
【００２２】各撓み梁１９ａ又は１９ｂ上には、ホイー
トストンブリツジ（図３）となるように接続されるそれ
ぞれ４つの圧電抵抗体２１が設けられている。これらの
圧電抵抗体２１は、既に上述したように、加速度センサ
１６へ１つ又は複数の加速力が作用する時に現れる撓み
を測定するのに用いられる。
トストンブリツジ（図３）となるように接続されるそれ
ぞれ４つの圧電抵抗体２１が設けられている。これらの
圧電抵抗体２１は、既に上述したように、加速度センサ
１６へ１つ又は複数の加速力が作用する時に現れる撓み
を測定するのに用いられる。
【００２３】各個別センサ１７ａ又は１７ｂはＸ方向及
びＹ方向に感度を持つている。加速度ａｘ′及びａｚ′
を求めるため、前述した次の感度が必要である。Ｚ方向
における個別センサ１７ａ又は１７ｂの感度ｋｚ′、及
びＸ方向における個別センサ１７ａ又は１７ｂの感度ｋ
ｘ′。
びＹ方向に感度を持つている。加速度ａｘ′及びａｚ′
を求めるため、前述した次の感度が必要である。Ｚ方向
における個別センサ１７ａ又は１７ｂの感度ｋｚ′、及
びＸ方向における個別センサ１７ａ又は１７ｂの感度ｋ
ｘ′。
【００２４】各パドル片１８ａ又は１８ｂはそれぞれの
重心ＳＡ又はＳＢを通る主感度軸２２ａ又は２２ｂを持
ち、パドル片１８ａ又は１８ｂの片側懸架のためセンサ
外方へずれている重心ＳＡ又はＳＢのため、主感度軸２
２ａ又は２２ｂの方向はそれぞれの法線２３ａ又は２３
ｂに対して平行には延びていない。主感度軸２２ａ又は
２２ｂとそれぞれの法線２３ａ又は２３ｂとの間には、
既に説明したように、いわゆる位相角α′が現れる。同
じ構造のため、両方の個別センサ１７ａ及び１７ｂにお
ける位相角α′は同じ大きさである。位相角α′の典型
的な値は１０ないし２０゜である。原理は一般化可能な
ので、個別センサ１７ａ又は１７ｂは異なる位相角を持
つている。
重心ＳＡ又はＳＢを通る主感度軸２２ａ又は２２ｂを持
ち、パドル片１８ａ又は１８ｂの片側懸架のためセンサ
外方へずれている重心ＳＡ又はＳＢのため、主感度軸２
２ａ又は２２ｂの方向はそれぞれの法線２３ａ又は２３
ｂに対して平行には延びていない。主感度軸２２ａ又は
２２ｂとそれぞれの法線２３ａ又は２３ｂとの間には、
既に説明したように、いわゆる位相角α′が現れる。同
じ構造のため、両方の個別センサ１７ａ及び１７ｂにお
ける位相角α′は同じ大きさである。位相角α′の典型
的な値は１０ないし２０゜である。原理は一般化可能な
ので、個別センサ１７ａ又は１７ｂは異なる位相角を持
つている。
【００２５】Ｘ方向及びＺ方向における加速度を測定で
きるようにするため、主感度軸２２ａ又は２２ｂは、法
線２３ａ又は２３ｂに対して平行な成分２４ａ又は２４
ｂ、及び法線２３ａ又は２３ｂに対して直角な成分２５
ａ又は２５ｂに分解される。
きるようにするため、主感度軸２２ａ又は２２ｂは、法
線２３ａ又は２３ｂに対して平行な成分２４ａ又は２４
ｂ、及び法線２３ａ又は２３ｂに対して直角な成分２５
ａ又は２５ｂに分解される。
【００２６】パドル片１８ａ又は１８ｂは製造工程によ
り十分同じ幾何学的寸法を持つていので、Ｘ方向におけ
るその感度ｋｘ′とＺ方向におけるその感度ｋｚ′は大
幅に同じである。
り十分同じ幾何学的寸法を持つていので、Ｘ方向におけ
るその感度ｋｘ′とＺ方向におけるその感度ｋｚ′は大
幅に同じである。
【００２７】加速度センサ１６へ作用しかつＸ方向及び
Ｚ方向の成分ａｘ′及びａｚ′を持つ加速度の計算のた
めに次の式が適用される。 ここでａｘ′はＸ方向における加速度成分、ａｚ′はＺ
方回における加速度成分、ｋｘ′はＸ方向における個別
センサ１７ａ及び１７ｂの感度、ｋｙ′はＺ方向におけ
る個別センサ１７ａ及び１７ｂの感度、ＵＡ′は個別セ
ンサ１７ａの出力電圧、ＵＢ′は個別センサ１７ｂの出
力電圧である。
Ｚ方向の成分ａｘ′及びａｚ′を持つ加速度の計算のた
めに次の式が適用される。 ここでａｘ′はＸ方向における加速度成分、ａｚ′はＺ
方回における加速度成分、ｋｘ′はＸ方向における個別
センサ１７ａ及び１７ｂの感度、ｋｙ′はＺ方向におけ
る個別センサ１７ａ及び１７ｂの感度、ＵＡ′は個別セ
ンサ１７ａの出力電圧、ＵＢ′は個別センサ１７ｂの出
力電圧である。
【００２８】個別センサ１７ａ及び１７ｂの同じ設計で
は、係数ｋｘ′とｋｚ′は同じになる。個別センサ１７
ａ及び１７ｂの圧電抵抗体２１の出力電圧ＵＡ′及びＵ
Ｂ′は評価装置（図示してないがなるべくマイクロプロ
セツサ）へ供給される。評価装置は好都合に感度係数を
記憶する固定記憶装置を持ち、成分ａｘ′及びａｚ′に
よる加速度の計算がこの評価装置において行われる。
は、係数ｋｘ′とｋｚ′は同じになる。個別センサ１７
ａ及び１７ｂの圧電抵抗体２１の出力電圧ＵＡ′及びＵ
Ｂ′は評価装置（図示してないがなるべくマイクロプロ
セツサ）へ供給される。評価装置は好都合に感度係数を
記憶する固定記憶装置を持ち、成分ａｘ′及びａｚ′に
よる加速度の計算がこの評価装置において行われる。
【００２９】ここに記載した圧電抵抗原理のほかに、地
震質量の偏向の測定のために、他の例えば容量性原理も
使用することができる。
震質量の偏向の測定のために、他の例えば容量性原理も
使用することができる。
【図１】共通な基板上にある４つの同じ個別センサを含
む、本発明による加速度の３軸測定装置の平面図であ
る。
む、本発明による加速度の３軸測定装置の平面図であ
る。
【図２】図１による装置のＡ−Ａ線に沿う断面図であ
る。
る。
【図３】加速度を求める評価回路の接続図である。
【図４】共通な基板上にある２つの同じ個別センサを含
む、本発明による加速度の２軸測定装置の平面図であ
る。
む、本発明による加速度の２軸測定装置の平面図であ
る。
【図５】図４による装置の斜視図である。
１；１６ 加速度センサ ２ａ〜２ｄ；１７ａ，１７ｂ 個別センサ ３ａ〜３ｄ；１８ａ，１８ｂ パドル片 ４ａ〜４ｄ；１９ａ，１９ｂ 撓み梁 １０；２６ 基板 １２ａ〜１２ｄ；２２ａ，２２ｂ 主感度軸 １３ａ〜１３ｄ；２３ａ，２３ｂ 法線 Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ；ＳＡ，ＳＢ 地震質量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 593063437 ダイムラー−ベンツ・アクチエンゲゼルシ ヤフト Ｄａｉｍｌｅｒ−Ｂｅｎｚ Ａｋｔｉｅｎ ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ドイツ連邦共和国シユトウツトガルト80・ エツプレシユトラーセ225 (72)発明者 ヘルムート・ザイデル ドイツ連邦共和国シユタルンベルク・モー スビヒルシユトラーセ１ (72)発明者 ヨーゼフ・シヤルク ドイツ連邦共和国アルトハイム・アム・ア ンゲル19アー (72)発明者 ウルリヒ・プレヒテル ドイツ連邦共和国ミユンヘン・プレツトシ ユトラーセ９
Claims (12)
- 【請求項１】ａ）加速度測定装置が、共通な基板（１
０；２６）上に設けられかつそれぞれ主感度軸（１２ａ
〜１２ｄ；２２ａ，２２ｂ）を持つ少なくとも２つの個
々の個別センサ（２ａ〜２ｄ；１７ａ，１７ｂ）を含
み、 ｂ）各個別センサ（２ａ〜２ｄ；１７ａ，１７ｂ）が、
撓み梁（４ａ〜４ｄ；１９ａ，１９ｂ）に結合されかつ
重心（Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ；ＳＡ，ＳＢ）を持つ地
震質量としての片持ちパドル片（３ａ〜３ｄ；１８ａ，
１８ｂ）を持ち、 ｃ）各撓み梁（４ａ〜４ｄ；１９ａ，１９ｂ）が地震質
量の偏向を測定する手段を持ち、 ｄ）すべての撓み梁（４ａ〜４ｄ；１９ａ，１９ｂ）が
基板（１０；２６）の表面に対して平行に設けられてい
るものにおいて、それぞれの個別センサ（２ａ〜２ｄ；
１７ａ，１７ｂ）の主感度軸（１２ａ〜１２ｄ；２２
ａ，２２ｂ）が基板表面の法線（１３ａ〜１３ｄ；２３
ａ，２３ｂ）に対してそれぞれ位相角（α；α′）を持
つていることを特徴とする、加速度測定装置。 - 【請求項２】 加速度測定装置が、それぞれ主感度軸
（２２ａ，２２ｂ）を持つ２つの個別センサ（１７ａ，
１７ｂ）を含み、両方の個別センサ（１７ａ，１７ｂ）
の主感度軸（２２ａ，２２ｂ）の方向が互いに相違して
いることを特徴とする、加速度の２軸測定のための請求
項１に記載の装置。 - 【請求項３】 加速度測定装置が、それぞれ主感度軸
（１２ａ〜１２ｄ）を持つ少なくとも３つの個別センサ
（２ａ〜２ｄ）を含み、それぞれの個別センサの主感度
軸の方向が互いに対になつて相違し、これらの主感度軸
のすべてが１つの面にあるのではないことを特徴とす
る、加速度の３軸測定のための請求項１に記載の装置。 - 【請求項４】 地震質量の重心（Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓ
ｄ；ＳＡ，ＳＢ）が撓み梁（４ａ〜４ｄ；１９ａ，１９
ｂ）の面外にあり、地震質量の片側懸架が選ばれている
ことによつて、位相角（α；α′）が生ずることを特徴
とする、請求求項１ないし３の１つに記載の装置。 - 【請求項５】 位相角（α；α′）が１０ないし２０゜
であることを特徴とする、請求項１ないし４の１に記載
の装置。 - 【請求項６】 加速度測定装置が４つの個別センサ（２
ａ〜２ｄ）を含んでいることを特徴とする、請求項３に
記載の装置。 - 【請求項７】 加速度測定装着がシリコンから製造され
ていることを特徴とする、請求項１ないし６の１つに記
載の装置。 - 【請求項８】 加速度測定装置がマイクロメカニツクに
製造されていることを特徴とする、請求項１ないし７の
１つに記載の装置。 - 【請求項９】 地震質量の偏向の測定手段として圧電抵
抗体（７；２１）が用いられ、この圧電抵抗体が撓み梁
（４ａ〜４ｄ；１９ａ，１９ｂ）に設けられていること
を特徴とする、請求項１に記載の装置。 - 【請求項１０】 各撓み梁（４ａ〜４ｄ；１９ａ，１９
ｂ）に４つの圧電抵抗体（７；２１）が設けられている
ことを特徴とする、請求項９に記載の装置。 - 【請求項１１】 ４つの圧電抵抗体（７；２１）がホイ
ートストンブリツジにまとめられていることを特徴とす
る、請求項１０に記載の装置。 - 【請求項１２】 地震質量の偏向を測定するため容量性
タツプが使用されることを特徴とする、請求項１に記載
の装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19649715A DE19649715C2 (de) | 1996-11-30 | 1996-11-30 | Anordnung zur Messung von Beschleunigungen |
| DE19649715.9 | 1996-11-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10177033A true JPH10177033A (ja) | 1998-06-30 |
Family
ID=7813250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9341805A Pending JPH10177033A (ja) | 1996-11-30 | 1997-11-07 | 加速度測定装置 |
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| US (1) | US6122965A (ja) |
| EP (1) | EP0851233B1 (ja) |
| JP (1) | JPH10177033A (ja) |
| DE (2) | DE19649715C2 (ja) |
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