KR20050107470A - 가속도계 - Google Patents

가속도계 Download PDF

Info

Publication number
KR20050107470A
KR20050107470A KR1020057016053A KR20057016053A KR20050107470A KR 20050107470 A KR20050107470 A KR 20050107470A KR 1020057016053 A KR1020057016053 A KR 1020057016053A KR 20057016053 A KR20057016053 A KR 20057016053A KR 20050107470 A KR20050107470 A KR 20050107470A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
support
finger
output signal
mass
arrays
Prior art date
Application number
KR1020057016053A
Other languages
English (en)
Inventor
알랑 리차드 말베른
마크 알쿠인 베나블레스
니콜라스 프란스 드루이즈
Original Assignee
배 시스템즈 피엘시
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
Priority claimed from GB0304595A external-priority patent/GB0304595D0/en
Application filed by 배 시스템즈 피엘시 filed Critical 배 시스템즈 피엘시
Publication of KR20050107470A publication Critical patent/KR20050107470A/ko

Links

Classifications

    • 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
    • G01P15/125—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 by capacitive pick-up
    • 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
    • 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
    • G01P15/0802—Details
    • 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
    • G01P2015/0808—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 in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
    • G01P2015/0811—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 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
    • G01P2015/0814—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 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 translational movement of the mass, e.g. shuttle type

Abstract

본 발명에 따른 가속도계는, 플레이트형 검점 질량체(1), 각각 상기 검점 질량체(1)와 동일 평면상에 위치한 플렉시블 마운팅 레그(2), 및 상기 검점 질량체(1)가 이동가능하게 장착되는 링형 서포트(3)를 포함하고, 상기 마운팅 레그(2) 각각이 일 단부에서 상기 검점 질량체(1)에 연결되고 타단부에서 상기 서포트(3)에 연결되고, 상기 마운팅 레그(2)는 감지 방향에 대해 실질적으로 수직하게 뻗어 있고,
상기 가속도계는, 기체 매질 내에, 검점 질량체(1)의 선형 운동을 감지하고, 검점 질량체(1)에 대하여 기체 매질 스퀴즈 댐핑을 감지 방향으로 제공하기 위하여 상기 링형 서포트(3)에 장착되고, 상기 핑거, 상기 검점 질량체(1), 상기 마운팅 레그(2), 상기 서포트(3)와 동일 평면에 위치되고, 단일 결정체 실리콘으로 형성되는, 복수의 맞물림식 커패시터 핑거를 포함하고,
상기 핑거는, 상기 서포트(3)로부터 떨어져 상기 검점 질량체(1)를 향하고, 상기 감지 방향에 대해 실질적으로 수직으로 뻗어 있는, 측방향으로 이격된 핑거 각각의, 고정된 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이(5, 6, 7, 8), 및 상기 서포트(3)를 향하여 상기 검점 질량체(1)에 부착되고 상기 서포트(3)로부터 감지 방향에 대해 실질적으로 수직하게 뻗어 있는, 측방향으로 이격된 핑거의, 이동가능한 제5, 제6, 제7 및 제8 핑거 어레이(10, 11, 12, 13)를 포함하고,
상기 제1, 제5 핑거 어레이(5, 10) 및 제3, 제7 핑거 어레이(7, 12)의 맞물림은, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이(5, 6, 7, 8)에 인접하는 핑거 사이에서 중앙선으로부터 상기 감지 방향에서 일 방향으로 제1 오프셋에서 이루어지고, 제2, 제6 핑거 어레이(6, 11) 및 제4, 제8 핑거 어레이(8, 13)의 맞물림은, 상기 감지 방향에서 제1 오프셋에 대한 반대 방향으로, 제1 오프셋과 동일한 제2 오프셋에서 이루어지고,
상기 가속도계는, 상기 맞물림식 핑거가 상기 가속도계에 작용되는 가속도에 대응하여 변위를 감지하는 검점 질량체, 구동 및 변위의 댐핑을 제공하도록, 제1 구동 전압을 핑거의 제1 오프셋 어레이(5, 10, 7, 12)에 제공하고, 상기 제1 구동 전압과 동일한 크기의 반대되는 제2 구동 전압을 핑거의 제2 오프셋 어레이(6, 11, 8, 13)에 제공하는 수단을 포함한다.

Description

가속도계{AN ACCELEROMETER}
본 발명은 적어도 일부분이 실리콘으로 제조되는 용량형 가속도계(capacitative accelerometer)에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 용량성 실리콘 가속도계는 얇은 서스펜션(suspension) 상에 검점 질량체(proof mass)를 포함하는데, 상기 검점 질량체는 이로부터 각각 작은 간극을 두고 위치하는 2개의 고정된 커패시터 플레이트(capacitor plates) 사이에 개재되는 진자(pendulum)를 형성하기 위한 것이다. 가속도계 상에 가속도가 작용하게 되면, 하나의 간극은 증가되지만 다른 간극은 감소되어, 차이 출력 신호(differential output signal)를 발생하게 된다. 이러한 종래의 가속도계는 진동 정류(vibration rectification)와 같은 효과를 제거하기 위하여 2개의 커패시터 간극을 매우 정밀하게 매칭(matching)시켜야 한다. 검점 질량체 위치를 제로화(null)시키는데 필요한 정전 구동 전압을 선형화하기 위하여, 직류 전압 바이어스가 통상적으로 검점 질량체에 인가된다.
실리콘에 있어서 깊은 트렌치 에칭(deep trench etching) 기술의 개발로 인해 실리콘 웨이퍼의 명면 내에 하나의 처리 공정으로 복합 구조 자이로스코프(complex structure gyroscopes)를 제조할 수 있게 되었다. 이러한 제조 기술은 가속도계 구조에도 적용되어, 고도의 정밀도를 유지하는 한편, 다수의 장치를 동시에 제조할 수 있으면서도 제조 비용을 줄일 수 있게 되었다.
오프셋 맞물림식 핑거(offset interdigitated fingers)의 사용을 포함하여, 정전기력을 인가하기 위해 맞물림식 핑거를 사용하는 구조가 알려져 있다. 오프셋 맞물림식 핑거는 핑거 사이에 전압을 인가함으로써 정전기력을 발생시키지만, 다수의 맞물림식 핑거의 사용으로부터 발생되는 증폭 효과는 프린징 필드(fringing field) 때문에 비선형일 수 있다.
따라서, 적어도 전술한 문제점을 최소화하고, 바람직하게는 인가된 전압으로 핑거 사이의 힘의 선형화를 개선하고, 바람직하게는 주어진 전압에 대해 검점 질량체의 편향을 개선하는, 오프셋 맞물림식 핑거를 사용함으로써 개선된 용량형 가속도계가 필요하게 되었다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가속도계의 평면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 A방향에서의 단면도이다.
도 3은 도 1의 BB선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 CC선을 따른 횡단면도이다.
도 5는 도 1의 DD선을 따른 횡단면도이다.
도 6은 도 1의 EE선을 따른 횡단면도이다.
도 7은 도 1 내지 도 6의 가속도계와 함께 사용되기 위한 클로즈드 루프 구조에서, 방형파 구동 전압을, 고정된 제3 및 제4 핑거 어레이에 역상으로 공급하기 위한 공급 수단의 개략도이다.
도 8은 도 1 내지 도 6의 가속도계와 함께 사용되기 위한 오픈 루프 구조에서, 방형파 구동 전압을, 고정된 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이에 역상으로 공급하기 위한 공급 수단의 개략도이다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 가속도계에 있어서,
실질적으로 평면의 플레이트형 검점 질량체(proof mass),
각각 상기 검점 질량체와 동일 평면상에 위치한 4개 이상의 플렉시블 마운팅 레그(flexible mounting legs), 및
상기 검점 질량체가 이동가능하게 장착되고, 상기 검점 질량체에 대하여 고정적으로 장착되고 상기 검점 질량체와 동일 평면에 위치하는, 실질적으로 평면의 링형 서포트(ring-like support), 및
기체 매질 내에, 검점 질량체의 선형 운동을 감지하고, 검점 질량체에 대하여 기체 매질 스퀴즈 댐핑(squeeze damping)을 상기 감지의 방향으로 제공하기 위하여 상기 링형 서포트에 장착되고, 상기 검점 질량체, 상기 마운팅 레그, 상기 서포트와 동일 평면에 위치되고, 단일 결정체 실리콘(mono-crystalline silicon)으로 형성되는, 복수의 맞물림식 커패시터 핑거(interdigitated capacitor fingers)
를 포함하고,
상기 마운팅 레그는 각각 그 일단부가 상기 검점 질량체에 연결되고, 타단부가 상기 서포트에 연결되어, 가속도계에 적용되는 가속도 변화에 대응하여, 상기 검점 질량체, 상기 마운팅 레그 및 상기 서포트를 포함하는 평면에서 상기 검점 질량체가 상기 감지 방향으로 선형 운동하도록 장착되고, 상기 마운팅 레그는 상기 감지 방향에 대해 실질적으로 수직으로 뻗어 있고,
상기 복수개의 핑거는, 상기 서포트로부터 떨어져 상기 검점 질량체를 향하고, 상기 감지 방향에 대해 실질적으로 수직으로 뻗어 있는, 측방향으로 이격된 핑거들의 어레이로서, 고정된 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이(arrays), 및 상기 서포트를 향하여 상기 검점 질량체에 부착되고 상기 서포트로부터 상기 감지 방향에 대해 실질적으로 수직하게 뻗어 있는, 측방향으로 이격된 핑거들의 어레이로서, 이동가능한 제5, 제6, 제7 및 제8 핑거 어레이를 포함하고,
상기 제1 및 제2 핑거 어레이는 상기 검점 질량체의 일측에 위치되고, 상기 제3 및 제4 핑거 어레이는 상기 검점 질량체의 반대측에 위치되고,
상기 제5 및 제6 핑거 어레이는 상기 검점 질량체의 상기 일측에 위치되고, 상기 핑거의 제1 및 제2 핑거 어레이와 각각 서로 맞물리게 되고, 상기 제7 및 제8 핑거 어레이는 상기 검점 질량체의 상기 반대측에 위치되고, 상기 제3 및 제4 핑거 어레이와 각각 서로 맞물리게 되고,
상기 제1, 제5 핑거 어레이 및 제3, 제7 핑거 어레이의 맞물림은, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이의 인접하는 핑거 사이에서 중앙선으로부터 상기 감지 방향에서 일 방향으로 제1 오프셋(offset)에서 이루어지고, 제2, 제6 핑거 어레이 및 제4, 제8 핑거 어레이의 맞물림은, 상기 감지 방향에서 제1 오프셋에 대한 반대 방향으로, 제1 오프셋과 동일한 제2 오프셋에서 이루어지고,
또한, 상기 가속도계는, 상기 맞물림식 핑거가 상기 가속도계에 적용되는 가속도에 대응하여 변위를 감지하는 검점 질량체, 구동 및 변위의 댐핑을 제공하도록, 제1 구동 전압을 핑거의 제1 오프셋 어레이에 제공하고, 상기 제1 구동 전압과 동일한 크기의 반대되는 제2 구동 전압을 핑거의 제2 오프셋 어레이에 제공하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도계가 제공된다.
이러한 방식으로 정전기력 피드백과 함께 맞물림식 핑거를 사용하여 기체 매질 스퀴즈 필름 댐핑의 제공은, 저 구동 전압으로, 출력 전압에 비례하는 입력 가속도로 선형 출력을 얻을 수 있는 것을 보장한다.
바람직하게는, 상기 검점 질량체, 상기 마운팅 레그, 상기 서포트 및 상기 맞물림식 핑거는 [111] 또는 [100] 크리스탈 평면에 배향되는 실리콘 플레이트로부터 드라이 에칭(dry etching)에 의하여 형성된다.
바람직하게는, 상기 서포트는, 실질적으로 직사각형 형상을 가지는 검점 질량체가 위치하는 내부 개방 영역을 둘러싸는, 실질적으로 직사각형 링형상을 가지고 있고,
상기 마운팅 레그는, 이격된 어레이에서 상기 감지 방향에 대해 실질적으로 수직하게 뻗어 있으며, 적어도 2개의 레그는 상기 내부 개방 영역을 형성하는 상기 서포트의 제1 내벽과 상기 검점 질량체의 대향 제1 외벽 사이에 위치하고, 적어도 2개의 레그는 상기 내부 개방 영역을 형성하는 상기 서포트의 반대쪽 제2 내벽과 상기 검점 질량체의 대향 제2 외벽 사이에 위치한다.
바람직하게는, 상기 마운팅 레그는 상기 감지 방향으로 고 컴플라이언스(compliance)를 가지고 있고, 상기 감지 방향 이외의 방향으로 저 컴플라이언스를 가지고 있다.
바람직하게는, 비전도성 재질의 서포트 시트(support sheet)를 더 포함하며, 상기 서포트 시트에는 상기 서포트 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이가 고정적으로 장착되고, 상기 마운팅 레그, 상기 검점 질량체 및 상기 제5, 제6, 제7 및 제8 핑거 어레이는 상기 서포트 시트로부터 이격되어 있다.
바람직하게는, 상기 서포트 시트는, 상기 서포트 및 상기 핑거의 제1, 제2, 제3 및 제4 어레이가 애노우드식 접합(anodic bonding)에 의하여 고정적으로 장착되는 유리로 제조된다.
바람직하게는, 상기 내부 개방 영역 내에 위치되는 적어도 4개의 어스 스크린(earth screens)을 포함하고,
상기 어스 스크린 각각은, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이의 각각을 부분적으로 둘러싸는 형태로 연관되어 있고, 상기 핑거 어레이들을 상기 서포트로부터 차폐할 수 있고, 상기 서포트로부터 전기적으로 절연된다.
바람직하게는, 상기 어스 스크린은 유리 서포트 시트에 애노우드식 접합에 의하여 고정적으로 장착된다.
바람직하게는, 방형파(square wave) 구동 전압을 고정된 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이에 역상(anti-phase)으로 공급하는 공급 수단을 포함하고,
상기 공급 수단은, 방형파 제너레이터(generator), 상기 방형파 제너레이터로부터 출력 신호를 수신하고, 동상 신호(in-phase)를 제3 핑거 어레이에 제공하는 동상 유닛, 상기 방형파 제너레이터로부터 출력 신호를 수신하고, 역상 신호를 제4 핑거 어레이에 제공하는 역상 유닛, 상기 방형파 제너레이터로부터 주파수 신호를 수신하는 복조기(demodulator), 상기 검점 질량체에 직류 바이어스 전압을 공급하는 장치, 상기 검점 질량체로부터 출력 신호를 수신하는 커패시터(capacitor), 상기 커패시터로부터 출력 신호를 수신하는 인테그레이터(integrator), 상기 인테그레이터로부터 출력 신호를 수신하는 교류 게인 유닛(gain unit), 상기 교류 게인 유닛으로부터 출력 신호를 수신하고 상기 출력 신호를 상기 복조기로 통과시키는 대역 필터(band-pass filter), 상기 복조기로부터 출력 신호를 수신하는 루프 필터(loop filter), 상기 루프 필터로부터 출력 신호를 수신하는 직류 게인 유닛, 상기 직류 게인 유닛으로부터 출력 신호를 수신하고 상기 제2 핑거 어레이에 포지티브 출력 신호를 통과시키는 포지티브(positive) 게인 유닛, 및 상기 직류 게인 유닛으로부터 출력 신호를 수신하고 상기 제1 핑거 어레이에 네가티브 출력 신호를 통과시키는 네가티브 게인 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 방형파 구동 전압을 고정된 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이에 공급하는 공급 수단을 포함하고,
상기 공급 수단은, 방형파 제너레이터, 상기 방형파 제너레이터로부터 출력 신호를 수신하고, 동상 신호를 제3 및 제1 핑거 어레이에 제공하는 동상 유닛, 상기 방형파 제너레이터로부터 출력 신호를 수신하고, 역상 신호를 제4 및 제2 핑거 어레이에 제공하는 역상 유닛, 상기 검점 질량체로부터 출력 신호를 수신하고, 상기 출력 신호를 출력 전압으로 변환하는 인테그레이터, 상기 출력 전압을 수신하는 대역 필터, 상기 대역 필터로부터 출력 신호를 수신하고, 상기 출력 신호를 직류 출력 신호로 변환하는 복조기, 및 상기 직류 출력 신호를 수신하고, 상기 직류 출력 신호로부터 오픈 루프 출력 신호를 제공하는 저주파 통과 필터(low pass filter)를 포함한다.
본 발명의 명백한 이해를 위하여, 그리고 본 발명이 효과적으로 실시될 수 있는 방법을 나타내기 위하여, 첨부 도면을 참조하고, 실시예에 의하여 본 발명이 상세하게 설명된다.
첨부 도면의 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 용량형 가속도계를 참조하면, 상기 용량형 가속도계는 실질적으로 평면의 플레이트형 검점 질량체(1), 각각 상기 검점 질량체(1)와 동일 평면상에 위치한 4개 이상의 플렉시블 마운팅 레그(flexible mounting legs)(2), 및 상기 검점 질량체(1)가 이동가능하게 장착되고, 상기 검점 질량체(1)에 대하여 고정적으로 장착되고 상기 검점 질량체(1)와 동일 평면에 위치하는, 실질적으로 평면의 링형 서포트(ring-like support)(3)를 포함한다. 상기 마운팅 레그(2)는 각각 그 일단부가 상기 검점 질량체(1)에 연결되고, 타단부가 상기 서포트(3)에 연결되어, 가속도계에 적용되는 가속도 변화에 대응하여, 상기 검점 질량체(1), 마운팅 레그(2) 및 서포트(3)를 포함하는 평면에서 상기 검점 질량체(1)가 상기 감지 방향으로의 선형 운동하도록 장착된다. 상기 마운팅 레그(2)는 대체로 도 1에서 참조부호 4로 지시되는 감지 방향에 대해 실질적으로 수직으로 뻗어 있다.
본 발명에 따른 가속도계는, 바람직하게 공기인 기체 매질 내에, 검점 질량체의 선형 운동을 감지하고, 검점 질량체에 대하여 기체 매질 스퀴즈 댐핑(squeeze damping)을 감지 방향(4)으로 제공하기 위하여 상기 링형 서포트(3)에 장착되고, 상기 핑거, 검점 질량체(1), 마운팅 레그(2), 서포트(3)와 동일 평면에 위치되고, 단일 결정체 실리콘(mono-crystalline silicon)으로 형성되는, 복수의 맞물림식 커패시터 핑거를 포함한다.
상기 핑거는, 상기 서포트(3)로부터 떨어져 상기 검점 질량체(1)를 향하고, 상기 감지 방향(4)에 대해 실질적으로 수직으로 뻗어 있는, 측방향으로 이격된 핑거(9) 각각의, 고정된 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이(arrays)(5, 6, 7, 8)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 핑거 어레이(5, 6)는 상기 검점 질량체(1)의 일 측에 위치되고, 상기 제3 및 제4 핑거 어레이(7, 8)는 상기 검점 질량체(1)의 반대측에 위치된다. 또한 상기 가속도계는 상기 서포트(3)를 향하여 상기 검점 질량체(1)에 부착되고 상기 서포트(3)로부터 감지 방향(4)에 대체로 수직하게 뻗어 있는, 측방향으로 이격된 핑거(14)의, 이동가능한 제5, 제6, 제7 및 제8 핑거 어레이(10, 11, 12, 13)를 포함한다. 상기 제5 및 제6 핑거 어레이(10, 11)는 상기 검점 질량체(1)의 상기 일측에 위치되고, 상기 핑거(9)의 제1 및 제2 핑거 어레이(5, 6)와 각각 서로 맞물리게 된다. 상기 제7 및 제8 핑거 어레이(12, 13)는 상기 검점 질량체(1)의 상기 반대측에 위치되고, 상기 제3 및 제4 핑거 어레이(7, 8)와 각각 서로 맞물리게 된다. 상기 제1, 제5 핑거 어레이(5, 10) 및 제3, 제7 핑거 어레이(7, 12)의 맞물림은, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이(5, 6, 7, 8)의 인접하는 핑거(9) 사이에서 중앙선(도시하지 않음)으로부터 상기 감지 방향(4)에서 일 방향으로 제1 오프셋(offset)(d-δ)에서 이루어진다. 제2, 제6 핑거 어레이(6, 11) 및 제4, 제8 핑거 어레이(8, 13)의 맞물림은, 상기 감지 방향(4)에서 제1 오프셋(d-δ)에 대한 반대 방향으로, 제1 오프셋(d-δ)과 동일한 제2 오프셋(d+δ)에서 이루어진다.
이것은, 예를 들면 측방향으로 이격된 핑거(14, 14a)의 맞물린 이동가능한 제7 핑거 어레이(12), 및 핑거(9)의 맞물린 고정된 제3 핑거 어레이(7)에 대한 첨부 도면의 도 1을 참조하여 설명된다. 간격(15)은 간격(d+δ)을 나타내고, 간격(16)은 간격(d-δ)을 나타낸다. 그러므로 상기 제3 및 제7 핑거 어레이(7, 12)에 대하여, 제1 오프셋은 제3 핑거 어레이(7) 및 상기 검점 질량체를 향하여 상기 감지 방향(4)으로 유효하게 -δ이다.
고정된 상기 제4 핑거 어레이(8) 및 이동가능한 제8 핑거 어레이(13)를 보면, 상기 간격(15)은 이 쌍의 맞물린 어레이에 대하여 제2 오프셋을 유효하게 +δ로 만드는 도 1에서 최고이다. 맞물린 상기 제3 핑거 어레이(7) 및 상기 제7 핑거 어레이(12)를 더 상세하게 고찰하면, (뉴턴의)정전기력(F)은 다음 식으로 표시된다.
F = eE - - -(1)
여기서, E는 정전기장이고, e는 전하이다. 상기 검점 질량체(1)에 고정되는 2개의 이동가능한 핑거(14, 14a)는 전압(V1)을 가지고 있고, 상기 서포트(3)에 대하여 고정되는 상기 제3 핑거 어레이(7)의 중간 핑거(9a)는 전압(V2)을 가지고 있다. 상기 중간 핑거(9a)는 중앙점에서 이동가능한 핑거(14, 14a)로부터 δ만큼 변위되어 있다. 상기 검점 질량체(1)는 고정된 전압(V1)을 가지고 있고 중앙 핑거(9a)는 가변 전압(V2)을 가지고 있다. 단일 어셈블리로 인한 상기 검점 질량체(1)상의 힘은 다음과 같이 표시된다.
- - -(2)
- - -(3)
- - -(4)
따라서,
- - -(5)
가 된다.
따라서 상기 힘은 이 형태의 핑거 쌍이 사용될 때 전압의 2차 함수이다. 실제로, δ가 플러스의 전압(V2)에 대하여 플러서인 n핑거(9, 14)의 하나의 집합이고, δ가 마이너스 전압(V2)에 대하여 마이너스인 n핑거의 다른 집합이다. 따라서, 모든 핑거에 대한 전체의 힘은 다음 식으로 표시된다.
- - -(6)
따라서 바이어스 전압(bias voltage)(V1)이 상기 검점 질량체(1)에 인가되고 가변 전압 전압(V2)이 상기 서포트(3)에 인가된다. 따라서 가속도계의 환산 계수(scale factor)는 인가된 구동 전압에 의하여 검점 질량체에 설정되고, 이것은 예를 들면, 100g.까지의 범위에 걸쳐서 0.1%의 일반적인 환산 계수 정밀도 조건을 만족시키도록 고정밀도의 레벨로 설정될 필요가 있다.
여기서, n= 60,
d = 10 미크론(micron),
δ= 3 미크론,
V1 = 15V
V2는 -15V와 +15V 사이에 있고,
ε0 = 8.86(자유공간의 유전율),
A = 실리콘의 깊이(140 미크론)*핑거의 길이(2mm) = 2.8e-7m2이다.
이것은 2.2 10-3N의 힘을 준다.
검점 질량체가 2 밀리-그램의 무게를 가지고 있다면, 1g 가속도는 1.96e-5 N을 필요로 하고, 따라서 +/-15V에 대하여 100g.까지 널(null)시키는 것이 가능하다. 6미크론의 간극을 갖는 15 미크론의 일반적인 핑거 폭에 대하여, 실리콘의 5mm 폭에서 120 핑거를 갖는 것이 가능하다.
상기 검점 질량체(1), 마운팅 레그(2), 서포트(3) 및 맞물림식 핑거(9, 9a, 14, 14a)는 드라이 에칭(dry etching)에 의하여 형성되고, 바람직하게는, [111] 또는 [100] 크리스탈 평면을 향하는 실리콘의 플레이트로부터, 깊은 반응 이온 에칭(deep reactive ion etching)에 의하여 형성된다. 첨부 도면의 도 1 내지 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 서포트(3)는, 도시된 바와 같이 바람직하게 대체로 직사각형 형상을 가지는 검점 질량체(1)에 위치되는 내부 개방 영역(17)을 둘러싸는 대체로 직사각형 링형상을 가지고 있고; 상기 마운팅 레그(2)는, 상기 내부 개방 영역(17)을 형성하는 상기 서포트(3)의 제1 내벽(18)과 상기 검점 질량체(1)의 대향 제1 외벽(19) 사이에 적어도 4개를 갖고, 상기 내부 개방 영역(17)을 형성하는 상기 서포트(3)의 반대쪽 제2 내벽(20)과 상기 검점 질량체(1)의 대향 제2 외벽(21) 사이에 적어도 4개를 갖는, 이격된 어레이에서 상기 감지 방향(4)에 대체로 수직하게 뻗어 있다. 상기 마운팅 레그(2)는 상기 감지 방향으로 고 컴플라이언스(compliance)를 가지고 있고, 상기 감지 방향 이외의 방향으로 저 컴플라이언스를 가지고 있다.
또한 본 발명의 가속도계는, 상기 서포트(3) 및 상기 핑거(9)의 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이(5, 6, 7, 8)에 고정적으로 장착되는, 비전도성 재질의 서포트 시트(support sheet)(22)를 포함하고, 상기 마운팅 레그(2), 상기 검점 질량체(1) 및 상기 핑거(14)의 제5, 제6, 제7 및 제8 핑거 어레이(10, 11, 12, 13)는 상기 서포트 시트(22)와 이격되어 있다. 상기 서포트 시트(22)는 웨이퍼 구조를 형성하도록 유리, 바람직하게는, 파이렉스(Pyrex, 등록 상표) 유리로 제조되고, 상기 핑거(9)의 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이(5, 6, 7, 8)는 애노우드식 접합(anodic bonding)에 의하여 유리 서포트 시트에 고정적으로 장착된다. 실리콘을 유리 서포트에 애노우드식으로 접합하는 것은, 맞물림식 핑거의 커패시턴스(capacitance)를 지면으로부터 전기적으로 절연시키는 장점을 가지고 있다. 작은 커패시턴스 전하는 가속도계의 정밀도에 대하여 매우 중요하다.
상기 핑거(9, 9a, 14, 14a)는 그 길이를 따라서 매달려 있고, 상기 서포트(3)의 내부 개방 영역(17)에서 상기 서포트 시트(22)에 지지되고, 상기 서포트(3)와 전기적으로 절연되어 있다. 이 때문에, 각 핑거 어레이는 도시된 실시예에서 4개인 어스 스크린(earth screens)(23)을 구비하고 있다. 상기 스크린(23)은 각각 상기 내부 개방 영역(17) 내에 위치되고 상기 핑거의 제1, 제2, 제3 및 제4(5, 6, 7, 8)의 각각을 부분적으로 둘러싸고 이것과 결합되고, 상기 핑거 어레이를 상기 서포트(3)로부터 차폐할 수 있고, 상기 서포트(3)와 전기적으로 절연된다. 이 때문에, 상기 스크린(23)은 상기 서포트(3)와 전기적으로 절연되는 상기 서포트 시트(22)에 부착된다. 상기 핑거(9, 9a)의 제1 및 제2 핑거 어레이(5, 6)에 대한 상기 어스 스크린(23)은 대체로 전기적으로 제로 전압에 있게 된다.
상기 검점 질량체(1) 및 서포팅 마운팅 레그(2)는 상기 내부 개방 영역(17)에서 상기 서포트 시트(22) 상부에 매달려 있다. 4개의 상기 마운팅 레그(2)가 도시되어 있지만, 전체 64개의 레그(2)를 만드는 상기 검점 질량체(1)의 4 단부 코너의 각각에 대하여 16개와 같이 더 많은 수가 될 수도 있다. 선택된 레그의 개수는, 예를 들면 승인된 질량 조립체의 원하는 공진 주파수를 주는 것이다. 바람직하게는, 상기 레그(2)는 가로축 가속도에 대하여 최대의 강성을 제공하기 위하여 상기 검점 질량체(1)의 4개의 모든 코너에 장착된다. 이와 같이, 예시된 가속도계는 가속도계 장치의 평면에 감지 방향(4)을 갖는 평면형 가속도계이다.
이용되는 핑거 및 레그의 개수 및 이들 사이의 간극은 기체 매질 스퀴즈 필름 댐핑에 의하여 임계 댐핑(critical damping)을 주도록 선택된다. 이 때문에, 상기 가속도계는 대체로 대기압인 내부 환경을 제공하도록 밀폐될 수 있다. 기체 매질이 공기일 수 있지만, 바람직한 매질은 가속도계의 밀폐된 내부 개방 영역(17)을 채우는데 사용되는 건성 질소(dry nitrogen)이고 헬륨 또는 네온과 같은 다른 가스가 필요하다면 사용될 수 있다. 바람직하게는, 기체는 가속도계 내에 형성되는 응결의 위험을 제거하도록 가속도계의 최저 작동 온도 이하의 이슬점을 가지고 있다.
또한 본 발명에 따른 가속도계는, 방형파 구동 전압을 고정된 상기 핑거의 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이(5, 6, 7, 8)에 역상(anti-phase)으로 공급하기 위한 공급 수단을 포함한다.
첨부 도면의 도 7에 도시된 클로즈드 루프 구조에서, 상기 공급 수단은 상기 핑거의 제3 및 제4 핑거 어레이(7, 8)를 통하여 상기 검점 질량체(1)를 구동시키도록 신호를 형성하는, 대체로 100kHz에서 방형파 출력 신호를 본래 생성하는 방형파 제너레이터(square wave generator)(24)를 포함한다. 이 때문에, 상기 공급 수단은 상기 방형파 제너레이터(24)로부터 출력 신호를 수신하고, 동상 신호를 핑거의 제3 핑거 어레이(7)에 제공하는 동상 유닛(in-phase unit)(25)을 포함한다. 상기 방형파 제너레이터(24)로부터 출력 신호를 수신하고, 역상 신호를 핑거의 제4 핑거 어레이(8)에 제공하는 역상 유닛(anti-phase unit)(26)이 구비된다. 상기 가속도계의 게인(gain)이 구동 전압에 비례할 때, 상기 검점 질량체는 15 볼트의 높은 전압에서 이러한 방식으로 대체로 구동된다. 제3 및 제4 핑거 어레이(7, 8)는 전술한 바와 같이 반대쪽 오프셋을 가지고 있고, 동일한 방향으로 순 양의 힘을 제공하도록 역상 신호로 구동된다. 상기 제3 및 제4 핑거 어레이(7, 8) 주위의 어스 스크린(23)은 제로 전압으로 설정된다.
입력 직류 바이어스 전압(V1)이 클로즈드 루프 작동용 입력신호(29)로 상기 검점 질량체(1)에 인가된다. 또한 상기 공급 수단은 상기 검점 질량체(1)로부터의 출력 신호가 상기 검점 질량체(1)상의 전압의 바이어스를 제거하도록 통과되는 저지 커패시터(blocking capacitor)(30)를 포함한다. 또한 상기 커패시터(30)로부터의 출력 신호는 평균 위치로부터 상기 검점 질량체(1)의 변위에 비례하는 출력 전압을 제공하는 인테그레이터(integrator)(31)로 간다. 상기 검점 질량체(1)가, 대체로 [100] 평면을 사용하고, 고 전도성 실리콘의 사용에 의하여 상기 서포트(3)에 전기적으로 접속되면, 출력 신호는 상기 서포트(3) 상의 본드 패드(bond pad)에 대한 와이어 본딩(wire bonding)에 의하여 얻어질 수 있다(도시하지 않음). AC 게인은 교류 게인 유닛(32)을 통하여 신호에 인가된다. 또한 게인은 전체의 루프 특성을 개선하도록 부가될 수 있다. 또한 상기 신호는, 복조기(34)에서 복조되기 이전에 불필요한 주파수 요소를 제거하기 위하여 표준의 방형파 제너레이터 주파수에 집중되는 대역 필터(band-pass filter)(33)를 통하여 간다. 상기 신호는 라인(35)을 통하여 신호 제너레이터(24)로부터 발생되는 기준에 대하여 표준 주파수에서 복조기(34)에서 복조된다. 이것은 루프 필터(36)를 통하여 수신되고, DC 게인 유닛(37), 포지티브 케인 유닛(38) 및 네가티브 게인 유닛(39)을 통하여 전압 증폭 후 구동 핑거의 제1 및 제2 핑거 어레이(5, 6)에 피드백 신호로서 인가되는, 평균 위치에 대한 에러 신호(error signal)를 발생시킨다. 따라서 구동 전압은 작용되는 가속도의 측도이다. 이것은, 가속도하에서, 상기 검점 질량체(1)는 정전기력에 의하여 균형을 이루고 있는 관성력으로 이동되지 않도록 루프를 폐쇄시키도록 한다. 상기 장치로부터의 출력 신호(27)는 DC 게인 유닛(37)으로부터 수신된다.
첨부 도면의 도 8에 도시된 바와 같은 오픈 루프 구조에서, 도 7에 도시된 것과 유사한 부품은 유사한 참조 부호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다. 도 8에서, 제너레이터(24)는 대체로 100kHz에서 방형파를 생성하고, 핑거의 고정된 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이(5, 6, 7, 8)를 통하여 역상으로 상기 검점 질량체(1)를 구동한다. 상기 방형파 신호는 동상의 비역전 증폭기 유닛(non-inverting amplifier unit)(26a), 및 다른 위상의 역 증폭기 유닛(25a)으로 통과된다. 상기 역 증폭기 유닛(25a)으로부터의 출력 신호는 핑거의 핑거 어레이(7, 5)에 제공되고, 상기 비역전 증폭기 유닛(26a)으로부터의 출력 신호는 핑거의 핑거 어레이(8, 6)에 제공된다. 이들 출력 신호의 크기는 상기 유닛(25a, 26a)에 의하여 정확하게 설정된다.
맞물림식 핑거는 상기 마운팅 레그(2)에 의하여 상기 서포트(3)에 부착되는 검점 질량체(1)와 전기적으로 절연된다. 상기 서포트(3)는 100kHz에서 전류를 100kHz에서 전압으로 변환하는 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)로서 작용하는 인테그레이터(31)에 전기적으로 접속된다. 또한 이 전압 신호는 AC 게인 스테이지로서 및 또한 복조기(34)에 작용하는 대역 필터(33)를 통과한다. 상기 복조기(34)는 100kHz에서 검점 질량체(1)로부터의 신호를, 저주파 통과 필터(low pass filter)(36)를 또한 통과하는 직류 신호로 변환하기 위하여 전파 정류기(full wave rectifier)로서 작용한다.
상기 저주파 통과 필터(36)로부터의 출력 신호(27)는 인가되는 g 힘에 비례하는 오픈 루프 출력 신호를 형성한다.
이와 같이 맞물림식 구동 핑거를 사용하면, 기체 매질 스퀴즈 필름 댐핑의 효과를 달성할 수 있고, 아울러 힘 피드백용 적당한 레벨의 힘을 사용하여 간단한 구동으로 큰 커패시턴스를 제공할 수 있다. 이것은 기능적으로 품질을 떨어지지 않게 하면서 비용, 크기 및 복잡성을 줄임으로써 유도성 가속도계에 대하여 많은 장점을 제공한다. 따라서 본 발명의 가속도계는 푸시풀 방식의(push-pull) 출력 구동 단계의 최적의 사용으로 선형 환산 계수를 인가된 전압에 제공하며, 따라서 필요한 전압 한계치를 줄일 수 있다. 실리콘과 애노우드식으로 접합된 유리의 사용은 선택적인 실리콘 융접(fusion bonding)에 비하여 커패시터 핑거의 절연을 개선할 수 있게 한다. 서포팅 마운팅 레그(2)와 함께 검점 질량체(1)의 직사각형 형상은 높은 g 충격 및 가로축 가속도에 대하여 양호한 강성을 제공한다.
본 발명은 적어도 일부분 실리콘으로 제조되는 용량형 가속도계에 이용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 가속도계에 있어서,
    실질적으로 평면의 플레이트형 검점 질량체(proof mass),
    각각 상기 검점 질량체와 동일 평면상에 위치한 4개 이상의 플렉시블 마운팅 레그(flexible mounting legs), 및
    상기 검점 질량체가 이동가능하게 장착되고, 상기 검점 질량체에 대하여 고정적으로 장착되고 상기 검점 질량체와 동일 평면에 위치하는, 실질적으로 평면의 링형 서포트(ring-like support), 및
    기체 매질 내에, 검점 질량체의 선형 운동을 감지하고, 검점 질량체에 대하여 기체 매질 스퀴즈 댐핑(squeeze damping)을 상기 감지의 방향으로 제공하기 위하여 상기 링형 서포트에 장착되고, 상기 검점 질량체, 상기 마운팅 레그, 상기 서포트와 동일 평면에 위치되고, 단일 결정체 실리콘(mono-crystalline silicon)으로 형성되는, 복수의 맞물림식 커패시터 핑거(interdigitated capacitor fingers)
    를 포함하고,
    상기 마운팅 레그는 각각 그 일단부가 상기 검점 질량체에 연결되고, 타단부가 상기 서포트에 연결되어, 가속도계에 적용되는 가속도 변화에 대응하여, 상기 검점 질량체, 상기 마운팅 레그 및 상기 서포트를 포함하는 평면에서 상기 검점 질량체가 상기 감지 방향으로 선형 운동하도록 장착되고, 상기 마운팅 레그는 상기 감지 방향에 대해 실질적으로 수직으로 뻗어 있고,
    상기 복수개의 핑거는, 상기 서포트로부터 떨어져 상기 검점 질량체를 향하고, 상기 감지 방향에 대해 실질적으로 수직으로 뻗어 있는, 측방향으로 이격된 핑거들의 어레이로서, 고정된 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이(arrays), 및 상기 서포트를 향하여 상기 검점 질량체에 부착되고 상기 서포트로부터 상기 감지 방향에 대해 실질적으로 수직하게 뻗어 있는, 측방향으로 이격된 핑거들의 어레이로서, 이동가능한 제5, 제6, 제7 및 제8 핑거 어레이를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 핑거 어레이는 상기 검점 질량체의 일측에 위치되고, 상기 제3 및 제4 핑거 어레이는 상기 검점 질량체의 반대측에 위치되고,
    상기 제5 및 제6 핑거 어레이는 상기 검점 질량체의 상기 일측에 위치되고, 상기 핑거의 제1 및 제2 핑거 어레이와 각각 서로 맞물리게 되고, 상기 제7 및 제8 핑거 어레이는 상기 검점 질량체의 상기 반대측에 위치되고, 상기 제3 및 제4 핑거 어레이와 각각 서로 맞물리게 되고,
    상기 제1, 제5 핑거 어레이 및 제3, 제7 핑거 어레이의 맞물림은, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이의 인접하는 핑거 사이에서 중앙선으로부터 상기 감지 방향에서 일 방향으로 제1 오프셋(offset)에서 이루어지고, 제2, 제6 핑거 어레이 및 제4, 제8 핑거 어레이의 맞물림은, 상기 감지 방향에서 제1 오프셋에 대한 반대 방향으로, 제1 오프셋과 동일한 제2 오프셋에서 이루어지고,
    또한, 상기 가속도계는, 상기 맞물림식 핑거가 상기 가속도계에 적용되는 가속도에 대응하여 변위를 감지하는 검점 질량체, 구동 및 변위의 댐핑을 제공하도록, 제1 구동 전압을 핑거의 제1 오프셋 어레이에 제공하고, 상기 제1 구동 전압과 동일한 크기의 반대되는 제2 구동 전압을 핑거의 제2 오프셋 어레이에 제공하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검점 질량체, 상기 마운팅 레그, 상기 서포트 및 상기 맞물림식 핑거는 [111] 또는 [100] 크리스탈 평면에 배향되는 실리콘 플레이트로부터 드라이 에칭(dry etching)에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 가속도계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 서포트는, 실질적으로 직사각형 형상을 가지는 검점 질량체가 위치하는 내부 개방 영역을 둘러싸는, 실질적으로 직사각형 링형상을 가지고 있고,
    상기 마운팅 레그는, 이격된 어레이에서 상기 감지 방향에 대해 실질적으로 수직하게 뻗어 있으며, 적어도 2개의 레그는 상기 내부 개방 영역을 형성하는 상기 서포트의 제1 내벽과 상기 검점 질량체의 대향 제1 외벽 사이에 위치하고, 적어도 2개의 레그는 상기 내부 개방 영역을 형성하는 상기 서포트의 반대쪽 제2 내벽과 상기 검점 질량체의 대향 제2 외벽 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 가속도계.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 마운팅 레그는 상기 감지 방향으로 고 컴플라이언스(compliance)를 가지고 있고, 상기 감지 방향 이외의 방향으로 저 컴플라이언스를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가속도계.
  5. 제4항에 있어서,
    비전도성 재질의 서포트 시트(support sheet)를 더 포함하며, 상기 서포트 시트에는 상기 서포트 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이가 고정적으로 장착되고, 상기 마운팅 레그, 상기 검점 질량체 및 상기 제5, 제6, 제7 및 제8 핑거 어레이는 상기 서포트 시트로부터 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 가속도계.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서포트 시트는, 상기 서포트 및 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이가 애노우드식 접합(anodic bonding)에 의하여 고정적으로 장착되는 유리로 제조된 것을 특징으로 하는 가속도계.
  7. 제2항 및 제6항에 있어서,
    상기 내부 개방 영역 내에 위치되는 적어도 4개의 어스 스크린(earth screens)을 포함하고,
    상기 어스 스크린 각각은, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이의 각각을 부분적으로 둘러싸는 형태로 연관되어 있고, 상기 핑거 어레이들을 상기 서포트로부터 차폐할 수 있고, 상기 서포트로부터 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 가속도계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 어스 스크린은 유리 서포트 시트에 애노우드식 접합에 의하여 고정적으로 장착되는 것을 특징으로 하는 가속도계.
  9. 제8항에 있어서,
    방형파(square wave) 구동 전압을 고정된 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이에 역상(anti-phase)으로 공급하는 공급 수단을 포함하고,
    상기 공급 수단은,
    방형파 제너레이터(generator),
    상기 방형파 제너레이터로부터 출력 신호를 수신하고, 동상 신호(in-phase)를 제3 핑거 어레이에 제공하는 동상 유닛,
    상기 방형파 제너레이터로부터 출력 신호를 수신하고, 역상 신호를 제4 핑거 어레이에 제공하는 역상 유닛,
    상기 방형파 제너레이터로부터 주파수 신호를 수신하는 복조기(demodulator),
    상기 검점 질량체에 직류 바이어스 전압을 공급하는 장치,
    상기 검점 질량체로부터 출력 신호를 수신하는 커패시터(capacitor),
    상기 커패시터로부터 출력 신호를 수신하는 인테그레이터(integrator),
    상기 인테그레이터로부터 출력 신호를 수신하는 교류 게인 유닛(gain unit),
    상기 교류 게인 유닛으로부터 출력 신호를 수신하고 상기 출력 신호를 상기 복조기로 통과시키는 대역 필터(band-pass filter),
    상기 복조기로부터 출력 신호를 수신하는 루프 필터(loop filter),
    상기 루프 필터로부터 출력 신호를 수신하는 직류 게인 유닛,
    상기 직류 게인 유닛으로부터 출력 신호를 수신하고 상기 제2 핑거 어레이에 포지티브 출력 신호를 통과시키는 포지티브(positive) 게인 유닛, 및
    상기 직류 게인 유닛으로부터 출력 신호를 수신하고 상기 제1 핑거 어레이에 네가티브 출력 신호를 통과시키는 네가티브 게인 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도계.
  10. 제8항에 있어서,
    방형파 구동 전압을 고정된 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 핑거 어레이에 공급하는 공급 수단을 포함하고,
    상기 공급 수단은,
    방형파 제너레이터,
    상기 방형파 제너레이터로부터 출력 신호를 수신하고, 동상 신호를 제3 및 제1 핑거 어레이에 제공하는 동상 유닛,
    상기 방형파 제너레이터로부터 출력 신호를 수신하고, 역상 신호를 제4 및 제2 핑거 어레이에 제공하는 역상 유닛,
    상기 검점 질량체로부터 출력 신호를 수신하고, 상기 출력 신호를 출력 전압으로 변환하는 인테그레이터,
    상기 출력 전압을 수신하는 대역 필터,
    상기 대역 필터로부터 출력 신호를 수신하고, 상기 출력 신호를 직류 출력 신호로 변환하는 복조기, 및
    상기 직류 출력 신호를 수신하고, 상기 직류 출력 신호로부터 오픈 루프 출력 신호를 제공하는 저주파 통과 필터(low pass filter)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가속도계.
  11. 첨부 도면의 도 1 내지 도 6에 예시되거나 변형된 것 뿐만 아니라 도 7 또는 도 8에 예시되거나 변형된 것과 같이, 상세한 설명에 의하여 실질적으로 설명된 가속도계.
KR1020057016053A 2003-02-28 2004-02-10 가속도계 KR20050107470A (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP03251240.2 2003-02-28
EP03251240 2003-02-28
GB0304595.2 2003-02-28
GB0304595A GB0304595D0 (en) 2003-02-28 2003-02-28 An accelerometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20050107470A true KR20050107470A (ko) 2005-11-11

Family

ID=32929083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057016053A KR20050107470A (ko) 2003-02-28 2004-02-10 가속도계

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7047808B2 (ko)
EP (1) EP1603830B1 (ko)
JP (1) JP2006519362A (ko)
KR (1) KR20050107470A (ko)
WO (1) WO2004076340A1 (ko)

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004061804B4 (de) * 2004-12-22 2015-05-21 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Drehratensensor mit Fehlerunterdrückung
US20060266118A1 (en) * 2005-03-29 2006-11-30 Denison Timothy J Capacitive sensor with damping
EP2063223B1 (en) * 2006-09-15 2014-06-18 Hitachi, Ltd. Angular velocity sensor
US20080071424A1 (en) * 2006-09-18 2008-03-20 Protap Design, Llc Programmable positional liquid flow sensing device
WO2008057055A1 (en) * 2006-11-10 2008-05-15 Agency For Science, Technology And Research A micromechanical structure and a method of fabricating a micromechanical structure
JP5319122B2 (ja) * 2008-01-21 2013-10-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 慣性センサ
US20110113880A1 (en) * 2008-05-15 2011-05-19 Continental Teves Ag & Co. Ohg Micromechanical acceleration sensor
US8418662B2 (en) * 2008-07-18 2013-04-16 Korea Plant Service & Engineering Co., Ltd. Apparatus for visually inspecting and removing foreign substance from gap of heat tube bundle in upper part of tube sheet of second side of steam generator
DE102009000743B4 (de) * 2009-02-10 2024-01-18 Robert Bosch Gmbh Vibrationskompensation für Drehratensensoren
DE102009002068A1 (de) * 2009-04-01 2010-10-07 Robert Bosch Gmbh Dämpfungsvorrichtung
US9201091B2 (en) * 2009-04-14 2015-12-01 Atlantic Inertial Systems Limited Accelerometer control systems
GB201020722D0 (en) 2010-12-07 2011-01-19 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometer
US9010184B2 (en) * 2011-05-23 2015-04-21 Senodia Technologies (Shanghai) Co., Ltd. MEMS devices sensing both rotation and acceleration
US9080871B2 (en) * 2011-09-30 2015-07-14 Stmicroelectronics S.R.L. Microelectromechanical sensor with non-conductive sensing mass, and method of sensing through a microelectromechanical sensor
GB201117164D0 (en) 2011-10-05 2011-11-16 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometer
DE102013007593B4 (de) * 2013-05-02 2022-12-29 Northrop Grumman Litef Gmbh Beschleunigungssensor sowie verfahren zur herstellung eines beschleunigungssensors
CN104698871B (zh) * 2013-12-04 2017-12-19 无锡华润上华科技有限公司 一种传感器控制电路和电子装置
DE102013225359A1 (de) * 2013-12-10 2015-06-11 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Drehratensensors
GB201322918D0 (en) * 2013-12-23 2014-02-12 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometers
GB2523320A (en) 2014-02-19 2015-08-26 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometers
GB2524245A (en) 2014-03-17 2015-09-23 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometers
GB201410038D0 (en) 2014-06-06 2014-07-16 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometers
GB2527595A (en) * 2014-06-27 2015-12-30 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometers
GB2532972B (en) 2014-12-03 2021-03-10 Atlantic Inertial Systems Ltd Successive approximation ADC
DE102015000158A1 (de) * 2015-01-05 2016-07-07 Northrop Grumman Litef Gmbh Beschleunigungssensor mit reduziertem Bias und Herstellungsverfahren eines Beschleunigungssensors
DE102015001128B4 (de) 2015-01-29 2021-09-30 Northrop Grumman Litef Gmbh Beschleunigungssensor mit Federkraftkompensation
GB201514319D0 (en) * 2015-08-12 2015-09-23 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometers
US10696541B2 (en) 2016-05-26 2020-06-30 Honeywell International Inc. Systems and methods for bias suppression in a non-degenerate MEMS sensor
US10371521B2 (en) 2016-05-26 2019-08-06 Honeywell International Inc. Systems and methods for a four-mass vibrating MEMS structure
GB2565295A (en) 2017-08-07 2019-02-13 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometer
GB2570714B (en) * 2018-02-05 2022-03-02 Atlantic Inertial Systems Ltd Accelerometers
JP7234505B2 (ja) * 2018-04-27 2023-03-08 セイコーエプソン株式会社 振動整流誤差補正回路、物理量センサーモジュール、構造物監視装置及び振動整流誤差補正回路の補正値調整方法
GB2593132A (en) 2019-11-01 2021-09-22 Atlantic Inertial Systems Ltd Methods for closed loop operation of capacitive accelerometers
US11754591B2 (en) 2019-11-07 2023-09-12 Honeywell International Inc. Vibrating beam accelerometer with pressure damping
EP3862757B1 (en) 2020-02-07 2024-03-27 Atlantic Inertial Systems Limited Methods for closed loop operation of capacitive accelerometers and such capacitive accelerometers

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3877313A (en) * 1973-07-23 1975-04-15 Singer Co Electrostatic accelerometer
FR2454103A1 (fr) * 1979-04-11 1980-11-07 Sagem Perfectionnements aux accelerometres pendulaires asservis
US4342227A (en) * 1980-12-24 1982-08-03 International Business Machines Corporation Planar semiconductor three direction acceleration detecting device and method of fabrication
DE3208721A1 (de) * 1982-03-11 1983-09-22 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Sensor
US4600934A (en) * 1984-01-06 1986-07-15 Harry E. Aine Method of undercut anisotropic etching of semiconductor material
FR2560997B1 (fr) * 1984-03-06 1987-06-05 Sfena Capteur accelerometrique a structure pendulaire plane
FR2580389B2 (fr) * 1985-04-16 1989-03-03 Sfena Accelerometre micro-usine a rappel electrostatique
US4893509A (en) * 1988-12-27 1990-01-16 General Motors Corporation Method and product for fabricating a resonant-bridge microaccelerometer
US5025346A (en) * 1989-02-17 1991-06-18 Regents Of The University Of California Laterally driven resonant microstructures
DE69113632T2 (de) * 1990-08-17 1996-03-21 Analog Devices Inc Monolithischer beschleunigungsmesser.
US5251484A (en) * 1992-04-03 1993-10-12 Hewlett-Packard Company Rotational accelerometer
EP0618450A1 (de) * 1993-03-30 1994-10-05 Siemens Aktiengesellschaft Beschleunigungssensor
DE4400127C2 (de) * 1994-01-05 2003-08-14 Bosch Gmbh Robert Kapazitiver Beschleunigungssensor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19639946B4 (de) 1996-09-27 2006-09-21 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement
FR2754349B1 (fr) * 1996-10-03 1998-10-30 Commissariat Energie Atomique Capteur, notamment accelerometre, et actionneur, et procede de fabrication d'une structure de capteur ou d'actionneur a isolation electrique localisee dans une plaque de substrat
EP0890978B1 (en) 1997-07-10 2005-09-28 STMicroelectronics S.r.l. Process for manufacturing high-sensitivity capacitive and resonant integrated sensors, particularly accelerometers and gyroscopes, and relative sensors
GB0000619D0 (en) * 2000-01-13 2000-03-01 British Aerospace Accelerometer
JP2002040044A (ja) * 2000-07-21 2002-02-06 Denso Corp 力学量センサ
JP2002082127A (ja) * 2000-09-07 2002-03-22 Mitsubishi Electric Corp 静電容量型加速度センサ、静電容量型角加速度センサおよび静電アクチュエータ

Also Published As

Publication number Publication date
US7047808B2 (en) 2006-05-23
EP1603830A1 (en) 2005-12-14
EP1603830B1 (en) 2016-10-05
WO2004076340A1 (en) 2004-09-10
US20050081632A1 (en) 2005-04-21
JP2006519362A (ja) 2006-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20050107470A (ko) 가속도계
JP5184880B2 (ja) 加速度計
US8548178B2 (en) Comb sense microphone
US6776042B2 (en) Micro-machined accelerometer
US9080870B2 (en) MEMS structure for an angular rate sensor
US10884020B2 (en) Accelerometer
KR102350270B1 (ko) 가속도계
US20120105080A1 (en) Electrostatic Capacitance Type Physical Quantity Sensor and Angular Velocity Sensor
JP6732012B2 (ja) 加速度計
CN106767701B (zh) 力平衡反馈式石英水平摆地倾斜测量装置及方法
Kuisma et al. A bulk micromachined silicon angular rate sensor
Wang et al. A universal high-sensitivity area-variation capacitive displacement transducer (CDT) based on fringe effect
EP3226007B1 (en) A mems accelerometer having high accuracy and low sensitivity to temperature and ageing
EP3376162A1 (en) Mems out of plane actuator
CN1753832A (zh) 加速度计
Masunishi et al. Wide Dynamic Range of a MEMS Differential Resonant Accelerometer with Asymmetric T-Shaped Electrodes

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid