JPH11218544A - 3軸加速度センサ - Google Patents

3軸加速度センサ

Info

Publication number
JPH11218544A
JPH11218544A JP10022215A JP2221598A JPH11218544A JP H11218544 A JPH11218544 A JP H11218544A JP 10022215 A JP10022215 A JP 10022215A JP 2221598 A JP2221598 A JP 2221598A JP H11218544 A JPH11218544 A JP H11218544A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acceleration
axis
capacitance
electrode
axis acceleration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10022215A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenichi Tanaka
健一 田中
Kazuhiro Okada
和廣 岡田
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.)
Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yazaki Corp filed Critical Yazaki Corp
Priority to JP10022215A priority Critical patent/JPH11218544A/ja
Publication of JPH11218544A publication Critical patent/JPH11218544A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring 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
    • G01P2015/0805Measuring 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
    • G01P2015/0808Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/0811Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
    • G01P2015/0817Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for pivoting movement of the mass, e.g. in-plane pendulum
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring 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
    • G01P2015/0805Measuring 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
    • G01P2015/0822Measuring 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
    • G01P2015/0825Measuring 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
    • G01P2015/0828Measuring 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
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring 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
    • G01P2015/0805Measuring 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
    • G01P2015/0822Measuring 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
    • G01P2015/084Measuring 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 the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化且つ安価でしかも検出精度の良い3軸
加速度センサを提供することを課題とする。 【解決手段】 重錘体11は、ダイヤフラム13に接合
され、Z軸方向に沿って第1の段部11a及び第2の段
部11cを有し、印加される加速度により可動する可動
電極であり、電極筒17は、重錘体の周囲に所定の距離
を隔てて配置され、第1の段部に対向する部分に形成さ
れたXY軸加速度検出用電極19、及び第2の段部に対
向する部分に形成されたZ軸加速度検出用電極21を有
し、加速度による第1の段部及びXY軸加速度検出用電
極間の容量変化に基づきX軸及びY軸方向の加速度を検
出し、加速度による第2の段部及びZ軸加速度検出用電
極間の容量変化に基づきZ軸方向の加速度を検出したこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、3軸加速度センサ
に関し、特に3軸方向の加速度を検出する3軸加速度セ
ンサに関する。
【0002】
【従来の技術】3軸加速度センサは、X軸方向、Y軸方
向、及びZ軸方向のそれぞれの方向の加速度を検出する
もので、例えば、特開平6−130083号公報に記載
されており、図11に従来のこの種の3軸加速度センサ
を示す。
【0003】3軸加速度センサは、図11に示すように
X軸方向の加速度を検出する第1の加速度セン101
a、Y軸方向の加速度を検出する第2の加速度センサ1
01b、Z軸方向の加速度を検出する第3の加速度セン
サ101cを有して構成されている。図12に従来の1
軸加速度センサの構成図を示し、図13に従来の1軸加
速度センサのA−A′断面図を示す。
【0004】各方向の加速度センサは、シリコン基板1
03に重り部105と、重り部105を支える薄片化し
た片持ちはり部107を形成し、片持ちはり部107上
にはリンまたはボロンなどを拡散したピエゾ抵抗109
を形成している。
【0005】シリコン基板103と垂直方向(検知方
向)に加速度を受けると、重り部105の移動により片
持ちはり部107が歪み変形し、この歪み変形により発
生する応力からピエゾ抵抗109の抵抗値が変化し、こ
の抵抗変化を電気信号として検出する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
3軸加速度センサにあっては、図11に示すように1軸
加速度センサを3個立体的に組み合わせているため、セ
ンサの形状が大きく、その構造が複雑であり、コスト高
であった。
【0007】また、ピエゾ抵抗109の抵抗値が温度の
変化によって変動するため、加速度の検出精度が悪かっ
た。このため、検出精度を向上させるべく、ピエゾ抵抗
109の抵抗値の温度特性を補償する回路を設けなけれ
ばならず、コスト高になっていた。
【0008】本発明は、小型化且つ安価でしかも検出精
度の良い3軸加速度センサを提供することを課題とす
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために以下の構成とした。請求項1の発明は、X
軸、Y軸及びZ軸方向の3軸方向の加速度を検出する3
軸加速度センサであって、振動板に接合され、前記Z軸
方向に沿って第1の段部及び第2の段部を有し、印加さ
れる加速度により可動する重錘体からなる可動電極体
と、この可動電極体の周囲に所定の距離を隔てて配置さ
れ、前記第1の段部に対向する部分に形成されたXY軸
加速度検出用電極、及び前記第2の段部に対向する部分
に形成されたZ軸加速度検出用電極を有する固定電極体
と、前記加速度による前記第1の段部及び前記XY軸加
速度検出用電極間の容量変化に基づきX軸及びY軸方向
の加速度を検出し、前記加速度による前記第2の段部及
び前記Z軸加速度検出用電極間の容量変化に基づきZ軸
方向の加速度を検出する加速度検出手段とを備えること
を特徴とする。
【0010】この発明によれば、加速度が例えば、X軸
方向に印加されると、可動電極体が可動するので、第1
の段部とXY軸加速度検出用電極との容量が変化し、こ
の容量変化に基づきX軸方向の加速度が検出できる。ま
た、加速度が例えば、Z軸方向に印加されると、可動電
極体が可動するので、第2の段部とZ軸加速度検出用電
極との容量が変化し、この容量変化に基づきZ軸方向の
加速度が検出できる。すなわち、容量変化により3軸方
向の加速度を検出でき、構造が簡単で且つ部品数が少な
くてすみ、温度特性も良好であるから、小型化且つ安価
でしかも検出精度の良い3軸加速度センサを提供でき
る。
【0011】請求項2の発明のように、前記XY軸加速
度検出用電極は、前記可動電極体を挟んで前記X軸方向
に沿って対向配置された2つのX軸加速度検出用電極
と、前記可動電極体を挟んで前記Y軸方向に沿って対向
配置された2つのY軸加速度検出用電極とを有すること
を特徴とする。
【0012】この発明によれば、可動電極体を挟んでX
軸方向に沿って対向配置された2つのX軸加速度検出用
電極を用いてX軸方向の加速度を検出でき、可動電極体
を挟んでY軸方向に沿って対向配置された2つのY軸加
速度検出用電極を用いてY軸方向の加速度を検出でき
る。
【0013】請求項3の発明のように、前記XY軸加速
度検出用電極は、前記X軸と前記Y軸とで形成される水
平方向においてリング状の電極パターンからなることを
特徴とする。
【0014】この発明によれば、XY軸加速度検出用電
極が、水平方向においてリング状の電極パターンからな
ることで水平方向の加速度として検出できる。
【0015】請求項4の発明のように、前記加速度検出
手段は、前記加速度による前記第1の段部及び前記2つ
のX軸加速度検出用電極間の容量変化をX軸方向の加速
度に応じた電圧に変換するX軸容量電圧変換手段と、前
記加速度による前記第1の段部及び前記2つのY軸加速
度検出用電極間の容量変化をY軸方向の加速度に応じた
電圧に変換するY軸容量電圧変換手段と、前記加速度に
よる前記第2の段部及び前記Z軸加速度検出用電極間の
容量変化をZ軸方向の加速度に応じた電圧に変換するZ
軸容量電圧変換手段とを有することを特徴とする。
【0016】この発明によれば、加速度による第1の段
部及び2つのX軸加速度検出用電極間の容量変化をX軸
方向の加速度に応じた電圧に変換し、加速度による第1
の段部及び2つのY軸加速度検出用電極間の容量変化を
Y軸方向の加速度に応じた電圧に変換し、加速度による
第2の段部及びZ軸加速度検出用電極間の容量変化をZ
軸方向の加速度に応じた電圧に変換することで、各軸方
向の加速度を各軸方向の電圧値として検出することがで
きる。
【0017】請求項5の発明のように、前記加速度検出
手段は、前記加速度による前記第1の段部及び前記XY
軸加速度検出用電極間の容量変化を前記水平方向の加速
度に応じた電圧に変換する水平方向容量電圧変換手段
と、前記加速度による前記第2の段部及び前記Z軸加速
度検出用電極間の容量変化を垂直方向であるZ軸方向の
加速度に応じた電圧に変換する垂直方向容量電圧変換手
段とを有することを特徴とする。
【0018】この発明によれば、加速度による第1の段
部及びXY軸加速度検出用電極間の容量変化を水平方向
の加速度に応じた電圧に変換し、加速度による第2の段
部及びZ軸加速度検出用電極間の容量変化を垂直方向で
あるZ軸方向の加速度に応じた電圧に変換することで、
水平方向及び垂直方向の加速度を各方向の電圧値として
検出することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の3軸加速度センサ
の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0020】<第1の実施の形態>図1に本発明の3軸
加速度センサの第1の実施の形態の構成図を示し、図2
に3軸加速度センサのB−B′断面図を示し、図3に3
軸加速度センサのC−C′断面図を示す。なお、ここで
は、加速度方向の3軸方向については、左右方向がX軸
方向であり、紙面に対して垂直方向がY軸方向であり、
上下方向がZ軸方向と定義する。
【0021】図1において、3軸加速度センサには加速
度を慣性力に変換する重錘体11が中央部に配置され、
この重錘体11がベース15上のダイヤフラム(振動
板)13に接合されている。この重錘体11は、加速度
により可動するので、可動電極を構成する。
【0022】重錘体11は、円筒状をなしており、X軸
方向及びY軸方向に大径でZ軸方向に厚みの大きい段部
11a、X軸方向及びY軸方向に小径でZ軸方向に厚み
の小さい段部11b、X軸方向及びY軸方向に大径でZ
軸方向に厚みの小さい段部11c、段部11bとほぼ同
一構成の段部11dを有している。
【0023】また、重錘体11の外側には、所定の間隔
を持って、重錘体11と同心円上に円筒形状の電極筒1
7が配置されており、この電極筒17の内の、段部11
aの両側面に対向する部分にはXY軸加速度検出用電極
19が形成されている。また、電極筒17の内の、段部
11dの両側面に対向する部分にはZ軸加速度検出用電
極21が形成されている。
【0024】XY軸加速度検出用電極19、及びZ軸加
速度検出用電極21は、図示しないパターン等で電極筒
17の上部に配置された回路基板23に接続されてい
る。また、重錘体11も図示しないパターン等で回路基
板23に接続されている。
【0025】XY軸加速度検出用電極19は、図2に示
すように、重錘体11を挟んでX軸方向に沿って対向配
置されたX軸加速度検出用電極19a(面積S1),1
9b(面積S2)と、重錘体11を挟んでY軸方向に沿
って対向配置されたY軸加速度検出用電極19c(面積
S3),19d(面積S4)とからなる。
【0026】X軸加速度検出用電極19a,19b、Y
軸加速度検出用電極19c,19dのそれぞれは、円弧
状の電極パターンからなり、隣接する電極間には電極間
を分離すべく隙間25が設けられている。
【0027】Z軸加速度検出用電極21は、図3に示す
ように、リング状の電極パターンからなる。X軸加速度
検出用電極19a,19b、Y軸加速度検出用電極19
c,19d、及びZ軸加速度検出用電極21は、固定電
極を構成する。
【0028】可動電極である重錘体11と、各軸加速度
検出用電極19a〜19d,21との間で複数の可変容
量素子を構成し、この可変容量素子の変化に基づき3軸
方向の加速度成分を検出するようになっている。
【0029】可変容量素子C1は、重錘体11とX軸加
速度検出用電極19a(S1)とで構成され、可変容量
素子C2は、重錘体11とX軸加速度検出用電極19b
(S2)とで構成される。可変容量素子C3は、重錘体
11とY軸加速度検出用電極19c(S3)とで構成さ
れ、可変容量素子C4は、重錘体11とX軸加速度検出
用電極19d(S4)とで構成される。可変容量素子C
5は、重錘体11とZ軸加速度検出用電極21(S5)
とで構成される。なお、重錘体11は回路基板23の大
地(GND)に接続される。
【0030】次に、このように構成された第1の実施の
形態の3軸加速度センサの動作を説明する。
【0031】(1)X,Y軸方向(水平方向)加速度の
検出 まず、X,Y軸方向(水平方向)加速度の検出の動作を
説明する。図4にX,Y軸方向の加速度の検出の説明図
を示す。図4において、X軸方向の加速度axが加わる
と、重錘体11は慣性力により左方向に移動する。この
ため、X軸加速度検出用電極19aと重錘体11との距
離27(可変容量素子C1の電極間距離)は大きくな
り、可変容量素子C1の静電容量は減少する。
【0032】一方、X軸加速度検出用電極19bと重錘
体11との距離29(可変容量素子C2の電極間距離)
は小さくなり、可変容量素子C2の静電容量は増大す
る。なお、この場合、Y軸方向には加速度が加わってい
ないので、可変容量素子C3,C4は、変動しない。
【0033】一方、Z軸加速度検出用電極21と重錘体
11とにより構成される可変容量素子C5は、重錘体1
1の水平方向移動の支点Oに近い部分に形成されてい
る。このため、可変容量素子C5においては、X、Y軸
用の可変容量素子C1,C2,C3,C4に比較して、
重錘体11の水平方向移動による電極間距離(静電容
量)の変動が非常に小さい。従って、可変容量素子C5
の変動を“0”とみなすことができるから、X軸用の可
変容量素子C1,C2の変動のみ発生するとみなすこと
ができる。
【0034】(2)Z軸方向(垂直方向)加速度の検出 次に、Z軸方向(垂直方向)加速度の検出の動作を説明
する。図5にZ軸方向の加速度の検出の説明図を示す。
図5において、Z軸方向の加速度azが加わると、重錘
体11は慣性力により上方向に移動する。すると、Z軸
加速度検出用電極21と重錘体11の段部11cとの対
向する面積が変動し、可変容量素子C5も変動する。可
変容量素子C5の値は、加速度とその極性により変化す
る。
【0035】図5のD部分におけるZ軸加速度検出用電
極21と重錘体11の段部11cとの位置関係を図6に
示す。図6(a)は、無負荷時のZ軸加速度検出用電極
21と重錘体11の段部11cとの位置関係を示し、図
6(b)は、Z軸方向の加速度が加わったときのZ軸加
速度検出用電極21と重錘体11の段部11cとの位置
関係を示す。
【0036】図6(a)の無負荷時では、Z軸加速度検
出用電極21の上面Pと重錘体11の段部11cの下面
Qとの距離はd0であり、図6(b)の加速度検出時で
は、Z軸加速度検出用電極21の上面Pと重錘体11の
段部11cの下面Qとの距離はd′である。
【0037】ここで、d0はd′よりも大きいから、C0
はC′よりも大きいことになる。このため、可変容量素
子C5の変動は、減少する。
【0038】この場合、X,Y軸加速度検出用の可変容
量素子C1,C2、C3、C4については、電極間距
離、面積が変わらず、重錘体11が上へ平行移動するだ
けであるので、変動しない。
【0039】(1)及び(2)で説明したように、X軸
方向の加速度では、可変容量素子C1,C2が変動し、
Y軸方向の加速度では、可変容量素子C3,C4が変動
し、Z軸方向の加速度では、可変容量素子C5が変動す
る。図7に3軸方向の各方向毎の各可変容量素子の変動
分を示す。図7において、*印は主軸の出力に対して微
少であるため、0と見なしている。
【0040】次に、可変容量素子の変動分に基づき各軸
方向の加速度成分に応じた電圧値を検出する加速度検出
回路について説明する。図8に第1の実施の形態の加速
度検出回路の構成ブロック図を示す。
【0041】図8において、可変容量電圧変換回路(C
V変換回路)31aは、可変容量素子C1の容量値をそ
の容量値に応じた電圧値V1に変換し、その電圧値V1
をオペアンプ33aの非反転入力端子に出力する。CV
変換回路31bは、可変容量素子C2の容量値をその容
量値に応じた電圧値V2に変換し、その電圧値V2をオ
ペアンプ33aの反転入力端子に出力する。オペアンプ
33aは、CV変換回路31aからの電圧値V1とCV
変換回路31bからの電圧値V2との差電圧を増幅して
電圧値Vxを出力する。
【0042】CV変換回路31cは、可変容量素子C3
の容量値をその容量値に応じた電圧値V3に変換し、そ
の電圧値V3をオペアンプ33bの非反転入力端子に出
力する。CV変換回路31dは、可変容量素子C4の容
量値をその容量値に応じた電圧値V4に変換し、その電
圧値V4をオペアンプ33bの反転入力端子に出力す
る。オペアンプ33bは、CV変換回路31cからの電
圧値V3とCV変換回路31dからの電圧値V4との差
電圧を増幅して電圧値Vyを出力する。
【0043】CV変換回路31eは、可変容量素子C5
の容量値をその容量値に応じた電圧値V5に変換し、そ
の電圧値V5を電圧値Vzとして出力する。このように
検出された電圧値Vx,Vy,Vzにより各軸方向の加
速度成分が検出されることになる。
【0044】このように、第1の実施の形態の3軸加速
度センサによれば、3軸方向の加速度を検出することが
できるとともに、重錘体11と各軸加速度用検出電極1
9a〜19d,21から構成されるため、簡単な構成で
あり、しかも構成部品数が少なくて済むため、小型化且
つ安価で量産性の高い3軸加速度センサを提供すること
ができる。
【0045】また、重錘体11と各軸加速度用検出電極
19a〜19d,21とによる可変容量素子を用いるた
め、温度に対する静電容量の変動、すなわち、温度特性
が良くなり、加速度の検出精度が向上し、信頼性の高い
加速度センサを提供することができる。
【0046】さらに、重錘体11と各軸加速度用検出電
極19a〜19d,21との構造により、水平方向
(X,Y軸方向)、垂直方向(Z軸方向)のそれぞれに
ついて、他軸の感度を影響がない程度に低く押さえてい
るので、各軸の加速度の検出精度を向上することができ
る。
【0047】<第2の実施の形態>図9に本発明の3軸
加速度センサの第2の実施の形態の主要部の構成図を示
す。図9に示す第2の実施の形態の3軸加速度センサで
は、X、Y軸加速度検出用電極19e(Sh)がリング
状の電極パターンからなることを特徴とする。Z軸加速
度検出電極、及び重錘体11の構成は、第1の実施の形
態の3軸加速度センサのそれらと同一構成である。
【0048】このような3軸加速度センサによれば、
X、Y軸加速度検出用電極19eと重錘体11とで可変
容量素子Chを構成でき、水平方向に対する加速度が加
わった場合には、可変容量素子Chが変動する。
【0049】図10に第2の実施の形態の加速度検出回
路の構成ブロック図を示す。図10において、CV変換
回路31fは、可変容量素子Chの容量値をその容量値
に応じた電圧値Vhに変換し、その電圧値Vhを水平方
向の電圧値Vhとして出力する。
【0050】CV変換回路31gは、可変容量素子C5
の容量値をその容量値に応じた電圧値V5に変換し、そ
の電圧値V5を垂直方向の電圧値Vvとして出力する。
そして、検出された電圧値Vh,Vvにより水平方向及
び垂直方向の加速度成分が検出されることになる。
【0051】このように、第2の実施の形態の3軸加速
度センサによれば、水平方向及び垂直方向の加速度を検
出することができるとともに、X、Y軸加速度検出用電
極19eが水平垂直方向加速度用検出仕様として用いら
れるため、さらに簡単な構成の3軸加速度センサを提供
することができる。
【0052】
【発明の効果】本発明によれば、加速度が各軸方向に印
加されると、可動電極体が可動するので、容量が変化
し、この容量変化に基づき各軸方向の加速度が検出で
き、構造が簡単で且つ部品数が少なくてすみ、温度特性
も良好であるから、小型化且つ安価でしかも検出精度の
良い3軸加速度センサを提供できる。
【0053】また、可動電極体を挟んでX軸方向に沿っ
て対向配置された2つのX軸加速度検出用電極を用いて
X軸方向の加速度を検出でき、可動電極体を挟んでY軸
方向に沿って対向配置された2つのY軸加速度検出用電
極を用いてY軸方向の加速度を検出できる。
【0054】また、XY軸加速度検出用電極が、水平方
向においてリング状の電極パターンからなることで水平
方向の加速度として検出できる。
【0055】また、加速度による第1の段部及び2つの
X軸加速度検出用電極間の容量変化をX軸方向の加速度
に応じた電圧に変換し、加速度による第1の段部及び2
つのY軸加速度検出用電極間の容量変化をY軸方向の加
速度に応じた電圧に変換し、加速度による第2の段部及
びZ軸加速度検出用電極間の容量変化をZ軸方向の加速
度に応じた電圧に変換することで、各軸方向の加速度を
各軸方向の電圧値として検出することができる。
【0056】また、加速度による第1の段部及びXY軸
加速度検出用電極間の容量変化を水平方向の加速度に応
じた電圧に変換し、加速度による第2の段部及びZ軸加
速度検出用電極間の容量変化を垂直方向であるZ軸方向
の加速度に応じた電圧に変換することで、水平方向及び
垂直方向の加速度を各方向の電圧値として検出すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の3軸加速度センサの第1の実施の形態
の構成図である。
【図2】3軸加速度センサのB−B′断面図である。
【図3】3軸加速度センサのC−C′断面図である。
【図4】X,Y軸方向の加速度の検出の説明図である。
【図5】Z軸方向の加速度の検出の説明図である。
【図6】図5のD部分におけるZ軸加速度検出用電極と
重錘体の段部との位置関係を示す図である。
【図7】3軸方向の各方向毎の各可変容量素子の変動分
を示す図である。
【図8】第1の実施の形態の加速度検出回路の構成ブロ
ック図である。
【図9】本発明の3軸加速度センサの第2の実施の形態
の主要部の構成図である。
【図10】第2の実施の形態の加速度検出回路の構成ブ
ロック図である。
【図11】従来のこの種の3軸加速度センサの構成図で
ある。
【図12】従来の1軸加速度センサの構成図である。
【図13】従来の1軸加速度センサのA−A′断面図で
ある。
【符号の説明】 11 重錘体 11a〜11d 段部 13 ダイヤフラム 15 ベース 17 電極筒 19 XY軸加速度検出用電極 19a,19b X軸加速度検出用電極 19c,19d Y軸加速度検出用電極 21 Z軸加速度検出用電極 23 回路基板 25 隙間 27,29 距離 31a〜31g 容量電圧変換回路(CV変換回路) 33a,33b オペアンプ 103 シリコン基板 105 重り部 107 片持ちはり部 109 ピエゾ抵抗

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 X軸、Y軸及びZ軸方向の3軸方向の加
    速度を検出する3軸加速度センサであって、 振動板に接合され、前記Z軸方向に沿って第1の段部及
    び第2の段部を有し、印加される加速度により可動する
    重錘体からなる可動電極体と、 この可動電極体の周囲に所定の距離を隔てて配置され、
    前記第1の段部に対向する部分に形成されたXY軸加速
    度検出用電極、及び前記第2の段部に対向する部分に形
    成されたZ軸加速度検出用電極を有する固定電極体と、 前記加速度による前記第1の段部及び前記XY軸加速度
    検出用電極間の容量変化に基づきX軸及びY軸方向の加
    速度を検出し、前記加速度による前記第2の段部及び前
    記Z軸加速度検出用電極間の容量変化に基づきZ軸方向
    の加速度を検出する加速度検出手段と、を備えることを
    特徴とする3軸加速度センサ。
  2. 【請求項2】 前記XY軸加速度検出用電極は、前記可
    動電極体を挟んで前記X軸方向に沿って対向配置された
    2つのX軸加速度検出用電極と、前記可動電極体を挟ん
    で前記Y軸方向に沿って対向配置された2つのY軸加速
    度検出用電極とを有することを特徴とする請求項1記載
    の3軸加速度センサ。
  3. 【請求項3】 前記XY軸加速度検出用電極は、前記X
    軸と前記Y軸とで形成される水平方向においてリング状
    の電極パターンからなることを特徴とする請求項1記載
    の3軸加速度センサ。
  4. 【請求項4】 前記加速度検出手段は、前記加速度によ
    る前記第1の段部及び前記2つのX軸加速度検出用電極
    間の容量変化をX軸方向の加速度に応じた電圧に変換す
    るX軸容量電圧変換手段と、 前記加速度による前記第1の段部及び前記2つのY軸加
    速度検出用電極間の容量変化をY軸方向の加速度に応じ
    た電圧に変換するY軸容量電圧変換手段と、 前記加速度による前記第2の段部及び前記Z軸加速度検
    出用電極間の容量変化をZ軸方向の加速度に応じた電圧
    に変換するZ軸容量電圧変換手段と、を有することを特
    徴とする請求項2記載の3軸加速度センサ。
  5. 【請求項5】 前記加速度検出手段は、前記加速度によ
    る前記第1の段部及び前記XY軸加速度検出用電極間の
    容量変化を前記水平方向の加速度に応じた電圧に変換す
    る水平方向容量電圧変換手段と、 前記加速度による前記第2の段部及び前記Z軸加速度検
    出用電極間の容量変化を垂直方向であるZ軸方向の加速
    度に応じた電圧に変換する垂直方向容量電圧変換手段
    と、を有することを特徴とする請求項3記載の3軸加速
    度センサ。
JP10022215A 1998-02-03 1998-02-03 3軸加速度センサ Pending JPH11218544A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10022215A JPH11218544A (ja) 1998-02-03 1998-02-03 3軸加速度センサ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10022215A JPH11218544A (ja) 1998-02-03 1998-02-03 3軸加速度センサ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11218544A true JPH11218544A (ja) 1999-08-10

Family

ID=12076591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10022215A Pending JPH11218544A (ja) 1998-02-03 1998-02-03 3軸加速度センサ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11218544A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102818915A (zh) * 2011-06-07 2012-12-12 日本电波工业株式会社 加速度测量装置
EP3660519A1 (en) * 2018-11-28 2020-06-03 Yokogawa Electric Corporation Resonant sensor device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102818915A (zh) * 2011-06-07 2012-12-12 日本电波工业株式会社 加速度测量装置
EP3660519A1 (en) * 2018-11-28 2020-06-03 Yokogawa Electric Corporation Resonant sensor device
CN111239439A (zh) * 2018-11-28 2020-06-05 横河电机株式会社 振动式传感器装置
CN111239439B (zh) * 2018-11-28 2022-05-10 横河电机株式会社 振动式传感器装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11808574B2 (en) Micromechanical detection structure of a MEMS multi-axis gyroscope, with reduced drifts of corresponding electrical parameters
US6378381B1 (en) Sensor using capacitance element
EP0497289B1 (en) A capacitive angular acceleration sensor
US5253510A (en) Self-testable micro-accelerometer
RU2469336C2 (ru) Емкостной датчик, содержащий блоки периодических и абсолютных электродов
US5103667A (en) Self-testable micro-accelerometer and method
CN108020687B (zh) 一种mems加速度计
US7500406B2 (en) Multiaxial sensor
JP2765316B2 (ja) 容量型三軸加速度センサ
JPH1151967A (ja) 多軸加速度センサ及びその製造方法
JP2841240B2 (ja) 力・加速度・磁気の検出装置
JP2975907B2 (ja) 力・加速度・磁気の検出装置
CN111735986B (zh) 微机械惯性传感器
CN113138292B (zh) 一种电容式微机械加速度计
JPH11218544A (ja) 3軸加速度センサ
US9612254B2 (en) Microelectromechanical systems devices with improved lateral sensitivity
US20050066704A1 (en) Method and device for the electrical zero balancing for a micromechanical component
US5589634A (en) Semiconductor acceleration sensor for detecting acceleration in orthogonal directions
Emmerich et al. A novel micromachined magnetic-field sensor
JPH11248737A (ja) 静電容量型多軸加速度センサ
JPH0526754A (ja) 静電容量の変化を利用したセンサ
US20150059430A1 (en) Inertial force sensor
JPH06109755A (ja) 半導体加速度センサ
US5212986A (en) Semiconductor acceleration sensor including off axis acceleration cancellation
JP3308043B2 (ja) 多軸加速度検出装置