WO2018155057A1 - センサ装置 - Google Patents

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WO2018155057A1
WO2018155057A1 PCT/JP2018/002202 JP2018002202W WO2018155057A1 WO 2018155057 A1 WO2018155057 A1 WO 2018155057A1 JP 2018002202 W JP2018002202 W JP 2018002202W WO 2018155057 A1 WO2018155057 A1 WO 2018155057A1
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frequency
sensor device
detection element
response
pressure
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PCT/JP2018/002202
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前田　大輔
矢口　昭弘
雅秀 林
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/56—Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
    • G01C19/5776—Signal processing not specific to any of the devices covered by groups G01C19/5607 - G01C19/5719
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • 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
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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
    • 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
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups

Definitions

  • the present invention relates to a sensor device that has a detection element that maintains a constant pressure and detects a physical quantity, and relates to a responsiveness diagnosis technique for a system including the sensor device.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • ASIC Application Specific Specific Integrated Circuit
  • MEMS sensors have an important industrial role to realize the cost reduction of the sensor itself and, as a result, to realize the above-mentioned application that requires the use of the sensor at a low cost. It was.
  • the detection element is processed on the order of micron (1e-6m: 1 ⁇ 10 -6 m) or less, the physical change of the detection element after fabrication affects the characteristics of the sensor. Therefore, it is an issue for the industry to solve this physical change at low cost.
  • Patent Document 1 discloses a method for detecting a fluctuation in pressure from the response (half-value width and time constant of amplitude) by performing excitation in the vicinity of the resonance frequency of the detection element in a pressure detection element kept in a vacuum. Yes.
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-162413
  • the frequency response of the detection element is acquired at various temperatures before shipping in the earthquake detection apparatus, and stored in a memory. Is obtained again, and a method of detecting pressure fluctuation by comparing the acquired frequency response with a pre-shipment frequency response stored in a memory is disclosed.
  • An object of the present invention is to detect the response of a detection element after shipment in a sensor device that is damped so that the detection element does not have a gain at a resonance frequency, while suppressing the cost of acquiring characteristics before shipment. Is to make it possible.
  • the sensor device of the present invention comprises: In a sensor device comprising a hermetically sealed cavity and a detection element provided inside the cavity and having a vibrator, A vibration unit that vibrates the vibrator, and a response amplitude detection unit that detects a response amplitude of the detection element with respect to the vibration of the vibrator,
  • the response amplitude detection unit includes a first response amplitude and a second response corresponding to the first frequency and the second frequency or the first time and the second time which are two different points on the frequency axis or the time axis of the response amplitude.
  • a response amplitude acquisition unit that acquires an amplitude; and a determination unit that determines presence or absence of pressure abnormality in the cavity based on a relative relationship between the first response amplitude and the second response amplitude.
  • the response of the detection element after shipment is suppressed while suppressing the cost for obtaining characteristics before shipment. Diagnosis becomes possible. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram (plan view) showing the structure of an acceleration detection element having an electrode for generating an electrostatic force used for diagnosis. It is sectional drawing which shows the structure of the acceleration detection element which has an electrode for generating the electrostatic force used for a diagnosis. It is a figure which shows the structure of the acceleration sensor apparatus in Example 1, and is a figure which shows the structure of an acceleration detection element and its detection circuit. It is a figure which shows the example of the frequency response of the acceleration detection element with respect to several pressure in Example 1. FIG. It is a figure which shows an example of the change of the frequency response before and behind the leak of an acceleration detection element in Example 1, and is a figure which shows the frequency point measured in a responsiveness diagnosis. It is a figure which shows the processing flow of a detection circuit.
  • Example 1 It is a figure which shows an example of the change of the frequency response before and behind the leak of an acceleration detection element in Example 1, and is a figure which shows the example of the measurement frequency point different from FIG. It is a figure which shows an example of the change of the frequency response calculated
  • FIG. It is a figure which shows the relationship between temperature and Q value of the detection element which fixed the pressure to a certain value.
  • Example 1 it is a block diagram which shows the structure of the application system with which the acceleration sensor apparatus and the some system were connected via the bus
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an application example according to the fourth embodiment in which a clock is input from an external clock source such as a microcomputer to the sensor device.
  • Example 5 it is a figure which shows the structural example of the circuit of the sensor apparatus (acceleration sensor apparatus) which implement
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a processing flow of a detection circuit according to a fifth embodiment.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating an example in which the same diagnosis is realized by a step response according to the fifth embodiment.
  • the constituent elements are not necessarily indispensable unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Yes.
  • the shapes and positional relationships of the components, etc. when referring to the shapes and positional relationships of the components, etc., the shapes and the like of the components are substantially excluding unless otherwise specified or in principle considered otherwise. It shall include those that are approximate or similar to. The same applies to the number of elements and the like.
  • FIG. 1A is a schematic diagram (plan view) showing a structure of an acceleration detection element having an electrode for generating an electrostatic force used for diagnosis.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view showing a structure of an acceleration detection element having an electrode for generating an electrostatic force used for diagnosis.
  • the detection mass (weight) 502 is suspended in the cavity 501 via the elastic deformation portion 507 and the fixed portion 514.
  • the pressure in the sealed cavity 501 constitutes the damper 508 by the viscosity of the air (air resistance). Therefore, the detection element 102 (see FIG. 2) is a so-called spring mass system, and constitutes a vibrator including the detection mass 502 and the elastic deformation portion 507.
  • the damper 508 may be regarded as a part of the vibrator.
  • the detection mass 502 is displaced with the deformation of the elastic deformation portion 507.
  • the detection principle of the acceleration sensor device 100 of the present embodiment is that the applied acceleration is obtained by detecting this displacement as a capacitance change on the positive side 503 and the negative side 504 of the capacitance type detection electrode.
  • a DC voltage 505 and an AC voltage 506 are applied to the detection mass 502.
  • the capacitances on the positive side 503 and the negative side 504 of the capacitance type detection electrode are input to the capacitance voltage converter 516 in the form of current through the wiring portion 515.
  • the change in capacitance is output to the subsequent stage of the capacitance / voltage converter 516 as a change in voltage level 517.
  • the diagnostic electrode positive side 509 and the negative side 510 receive voltage from the diagnostic voltage application unit positive side 511 and the negative side 512, respectively, and generate electrostatic force.
  • the detection mass 502 is vibrated along the vibration direction 513 by this electrostatic force.
  • the displacement (displacement amount) due to this vibration is detected as a capacitance change between the positive side 503 and the negative side 504 of the capacitance type detection electrode. Then, it is possible to diagnose whether or not the detection element 102 is defective by determining whether or not the displacement amount due to vibration is within a range expected from the relationship between the applied voltage and the frequency response.
  • the diagnostic voltage application unit positive side 511 and the negative side 512 are electrodes for exciting the detection mass 502, and may be called the excitation electrode positive side 511 and the negative side 512.
  • the cavity 501 is constituted by the upper layer 518, the device layer 521, the oxide film layer 520, and the handle layer 519, and is hermetically sealed in the absence of a failure.
  • the cavity 501 of the present embodiment may have any shape.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the acceleration sensor device according to the first embodiment, and illustrates a configuration of the acceleration detection element and its detection circuit.
  • the acceleration detection element 102 will be described as the detection element 102.
  • the detection element 102 shows the entire detection element shown in FIG. 1A. Further, the constituent elements excluding the detecting element 102 of FIG.
  • a clock generated from a clock source 106 configured as an oscillator is adjusted to an appropriate frequency by a frequency divider 107, and an AC signal (generally called a carrier) through a first DAC (Digital-to-Analog-Convertor) 118. (Including a direct current component) is applied to the detection mass 502 in the detection element 102.
  • the capacitance change accompanying the displacement of the detection mass 502 of the detection element 102 is obtained as a voltage change through the capacitance-voltage converter 103 (equivalent to 516 in FIG. 5). Further, this voltage signal is converted into a digital value by an ADC (Analog-to-Digital-Convertor) 104.
  • the detection signal of the applied acceleration detection element 102 is converted into a digital value, and then the LPF (Low ⁇ Pass Filter) 105, the correction unit 120 for correcting the temperature, sensitivity and offset, and the output are clipped to the upper and lower limits of the signal. It is adjusted via the limiter 121 and transmitted to the host system as the acceleration output 115.
  • the correction unit 120 detects the temperature of the environment in which the sensor package 101 is placed using the temperature output from the temperature sensor 117, and corrects the sensitivity and offset accordingly. Thereby, the output is corrected so as to satisfy the input / output specifications of the acceleration sensor device 100.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a frequency response of the acceleration detection element with respect to a plurality of pressures in the first embodiment.
  • FIG. 3 shows the frequency response of the detection element 102 of the acceleration sensor device 100 having a resonance frequency near 1 kHz as an example of the design for each of various sealing pressures.
  • the frequency response varies depending on the resonance frequency and the design of the damping, and the frequency response shown here is shown as an example.
  • the frequency responses 201 to 206 are the frequency responses of the detection element 102 shown for each sealing pressure.
  • the frequency response 201 is a frequency response when sealing is performed at 100 kPa (approximately atmospheric pressure). Further, the frequency response when the sealing pressure becomes higher in the order of the frequency responses 202, 203, 204, 205, and 206 is obtained. Show.
  • the gain near the resonance frequency exceeds 0 dB. This is because the sealed pressure is low, damping by air resistance does not work, and resonance vibration occurs at a frequency near the resonance frequency.
  • the detection element 102 when disturbance vibration is applied to the detection element 102 and the vibration includes a frequency component in which the gain of the detection element 102 exceeds 0 dB, the detection element 102 is caused by a mechanical gain (gain exceeding 0 dB) of the frequency component. The detection mass part of is greatly displaced. This causes the signal saturation of the detection circuit 130 and the accompanying offset fluctuation.
  • the sealing pressure of the detection element 102 is increased to increase damping, and the resonance-induced peak exceeding 0 dB is suppressed.
  • the sealing pressure is designed so that the frequency response of the detection element 102 is a frequency response such as the frequency response 201 or 202.
  • sensor responsiveness which is generally defined by a frequency (cutoff frequency) at which the gain is ⁇ 3 dB, is secured widely (for example, DC to 200 Hz).
  • the wide (high) “sensor responsiveness” means that the frequency range in which the acceleration sensor device 100 operates (that is, the frequency bandwidth: frequency band) is wide.
  • the frequency range in which the acceleration sensor device 100 operates is between 0 Hz, which is the lower limit frequency of this frequency range, and the upper limit frequency (the above-described cut-off frequency: upper-limit cut-off frequency).
  • the lower limit frequency and the upper limit frequency can be set to various frequencies according to specifications.
  • the detection element 102 can suppress the peak due to resonance by increasing the pressure, there is a trade-off that the responsiveness is lowered. Therefore, simply increasing the pressure cannot satisfy the responsiveness specification.
  • the response when sealed at atmospheric pressure is about 100 Hz (as in the frequency response 201). Therefore, in order to ensure vibration resistance while ensuring responsiveness, the sealing pressure is adjusted to a pressure lower than the atmospheric pressure and a pressure at which no peak appears in the frequency response of the detection element 102. It is important to maintain this.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a change in frequency response before and after leakage of the acceleration detection element in the first embodiment, and is a diagram illustrating frequency points measured in the response diagnosis.
  • the frequency response 302 is a frequency response of the detection element 102 sealed at a pressure lower than the atmospheric pressure.
  • the acceleration sensor device 100 achieves a frequency response specification of 200 Hz (that is, a gain at 0 to 200 Hz is greater than ⁇ 3 dB), so that a gain of ⁇ 3 dB at about 600 Hz is provided with a slight margin. Designed to obtain.
  • the frequency response 301 is a frequency response when the pressure of the cavity 501 becomes atmospheric pressure (about 100 kPa) with the same structure of the detection element 102.
  • Such fluctuations in the pressure of the cavity 501 are caused by, for example, a leak occurring in the cavity 501 of the detection element 102 or the pressure due to degassing in the cavity 501 even if there is no problem in airtightness. It occurs due to an increase.
  • the frequency response of the detection element 102 cannot realize the frequency response specification “gain of ⁇ 3 dB at 200 Hz”. This embodiment makes it possible to detect such a fluctuation in pressure, in particular, a poor response due to a vacuum leak at a low cost.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a processing flow of the detection circuit.
  • the frequency divider 107 generates at least two AC signals (first frequency and second frequency) to be used for diagnosis from a common clock source 106 by time division or frequency division, and generates a second AC signal for diagnosis. It is applied to the diagnostic electrode positive side 509 and the negative side 510 of the detection element 102 shown in FIG. 1A through the DAC 119 (S101 in FIG. 5). Here, the positive side 511 and the negative side 512 of the diagnostic voltage application unit correspond to the second DAC 119 in FIG.
  • the DAC has outputs of a plurality of channels, and may generate a positive / negative AC voltage, may output an AC voltage by one channel, and may generate a positive / negative AC voltage by an inverting circuit, or positive electrode 509 of the diagnostic electrode Even when only an AC voltage is applied to the negative electrode 510 and only a DC voltage is applied to the diagnosis electrode negative side 510, a responsiveness failure can be similarly detected.
  • the clock source 106, the frequency divider 107, the second DAC 119, the diagnostic electrode positive side 509, the negative side 510, the diagnostic voltage application unit positive side 511, the negative side 512, and the like described above are used to vibrate the vibrator.
  • Part (excitation circuit part) 130A is comprised.
  • the clock source 106, the frequency divider 107, and the like constitute an excitation signal generation unit (excitation signal generation circuit unit) 130A1 that generates an excitation signal for exciting the vibrator.
  • 20 Hz (first frequency) and 200 Hz (second frequency) in FIG. 4 are selected as an example of the frequency of the AC signal (voltage) applied to the two diagnostic electrodes 509 and 510.
  • the first frequency 20 Hz is a frequency at which the gain (first gain) does not vary even if the pressure of the cavity 501 of the detection element 102 varies to atmospheric pressure
  • the second frequency 200 Hz is the frequency of the detection element 102.
  • This is a frequency at which the gain (second gain) fluctuates when the pressure of the cavity 501 fluctuates to atmospheric pressure.
  • the former gain (first gain) is a common gain 401 before and after pressure fluctuation
  • the latter gain (second gain) is called gain 402 before pressure fluctuation and gain 403 after gain fluctuation. To do.
  • each gain 401, 402, 403 The calculation procedure of each gain 401, 402, 403 will be described.
  • the capacitance fluctuation generated as a result of applying a diagnostic AC signal (voltage) to the positive side 503 and the negative side 504 of the capacitance type is digitally transmitted via the CV converter 103 and ADC 104. Obtained as a signal (S102 in FIG. 5).
  • the acquired capacitance variation is converted into an in-phase / quadrature component amplitude component by the synchronous detector 108 through the demodulator 109, the phase delay unit 110, and the LPF 111 (S103 in FIG. 5).
  • the absolute value of the converted amplitude component is processed by the absolute value calculator 112 and the amplitude detector 113 to calculate the first gain 401 and the second gains 402 and 403, respectively (S104 in FIG. 5).
  • gain calculation method described in this specification is an example, and the gain may be calculated by any method other than that described.
  • the comparator (comparator) 114 compares the gain 401 with the gain 402 or the gain 403 to determine whether the acceleration sensor device 100 is normal or abnormal (S105 in FIG. 5). In this sense, the comparator 114 may be called a determination unit.
  • the comparison is to calculate the ratio between the two, but it is not always necessary to use the ratio.
  • the ratio between the gain 401 and the gain 402 is ideally 1 and the disturbance components such as noise are taken into consideration. Even the value is close to 1.
  • the gain 401 and the gain 403 are compared. However, since the gain 403 has dropped to about ⁇ 5 dB, the ratio does not become 1 or a value close thereto.
  • a predetermined threshold value that divides the range of the ratio that can be regarded as normal and the range of the ratio that should be determined as abnormal is set, and when the value of the ratio is larger than this threshold, the acceleration sensor device 100 determines that the state is normal, When the ratio value is smaller than the threshold value, the acceleration sensor device 100 determines that the state is abnormal. When the value of the ratio is equal to the threshold value, it may be determined as normal or may be determined as abnormal.
  • This threshold is set to a value close to 1.
  • the detection circuit 130 includes the above-described excitation unit (excitation circuit unit) 130A and response amplitude detection unit (response amplitude detection circuit unit) 130B.
  • the response amplitude detection unit 130B is a part (circuit unit) that detects the response amplitude (gain) of the detection element 102, and includes a CV converter 103, an ADC 104, and a synchronous detection unit 108 (a demodulator 109, a phase delay unit 110, and an LPF 111). , An absolute value calculation unit 112, an amplitude detection unit 113, a comparator 114, and a temperature sensor 117.
  • the CV converter 103, the ADC 104, the synchronous detection unit 108 (the demodulator 109, the phase delay unit 110, the LPF 111), the absolute value calculation unit 112, and the amplitude detection unit 113 are two different points on the frequency axis of the response amplitude.
  • a response amplitude acquisition unit (response amplitude acquisition circuit unit) 130B1 that acquires the first response amplitude and the second response amplitude corresponding to the first frequency and the second frequency is configured.
  • the comparator 114 and the temperature sensor 117 constitute a determination unit (determination circuit unit) 130B2 that determines whether there is a pressure abnormality in the cavity 501 based on the relative relationship between the first response amplitude and the second response amplitude.
  • the CV converter 103, the ADC 104, the LPF 105, the correction unit 120, and the limiter 121 constitute an acceleration detection unit 130C that detects acceleration.
  • one frequency (first frequency) of at least two frequencies used for diagnosis is a frequency at which the gain of the frequency response does not change when the cavity pressure of the detection element 102 becomes atmospheric pressure
  • the frequency (second frequency) is set to a frequency at which the gain of the frequency response changes when the cavity pressure of the detection element 102 becomes atmospheric pressure, so that the frequency response of the cavity 501 can be simply compared.
  • a pressure change can be detected.
  • the first frequency may be called a low frequency because it exists on the low frequency side
  • the second frequency may be called a high frequency because it exists on the high frequency side.
  • the diagnosis is performed with the gain ratio of the frequency response, and a gain of 0 dB is obtained regardless of the pressure change of the cavity 501. Since this frequency is used as a reference, diagnosis can be performed without considering data and temperature characteristics acquired in advance.
  • the response response diagnosis of the detection element 102 is performed so that the gain at the resonance frequency does not exceed 0 dB without acquiring the frequency response of the detection element 102 in advance and storing it in the memory. This can be carried out regardless of the temperature of the installation environment.
  • At least one of the frequencies is such that the gain does not vary even if the pressure of the cavity 501 of the detection element 102 varies to atmospheric pressure.
  • atmospheric pressure for example, it may be the pressure of the environment assumed to be used or the maximum pressure generated by degassing.
  • the latter frequency (frequency at which gains 402 and 403 are obtained) is set in the vicinity of the frequency response specification (the upper limit value of the bandwidth) of the acceleration sensor device 100 (for example, the frequency at which the gain is 0 dB to -60 dB). Is useful because it can diagnose the frequency response specification of the acceleration sensor device 100. In the previous example, this corresponds to setting the latter frequency to 200 Hz which is the frequency response specification.
  • the gain 401 is a gain of 0 dB
  • the value obtained by dividing the gain 402 by the gain 401 indicates the absolute value gain of the gain 402 as it is. For example, when this is less than ⁇ 3 dB, the acceleration sensor device 100 Since it does not satisfy the frequency response specification (gain of -3 dB or more at 200 Hz), it can be determined as a failure (pressure abnormality).
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a change in frequency response before and after leakage of the acceleration detection element in the first embodiment, and is a diagram illustrating an example of measurement frequency points different from FIG. 4 in the response diagnosis.
  • the frequency responses 406 and 407 are frequency responses that simulate the case where the detection element 102 sealed at a pressure lower than the atmospheric pressure has an increase in pressure after fabrication.
  • the frequency response 407 is a normal frequency
  • the frequency response 406 is a frequency response at 125 ° C.
  • the frequency response can be maintained at a predetermined specification even if the environmental temperature changes.
  • the pressure in the cavity 501 increases, when the environmental temperature increases, the frequency response may decrease, and a predetermined frequency response specification may not be maintained. In this case, if the diagnosis of the present embodiment is performed at room temperature, it may be determined to be normal. Details will be described below.
  • the frequency response specification of the acceleration sensor device 100 is 1000 Hz (1 kHz), and the usage environment temperature is room temperature to 125 ° C.
  • the two frequencies used for diagnosis are a first frequency (low frequency side frequency) of 100 Hz and a second frequency (high frequency frequency) of 1000 Hz.
  • the gain (first gain) 408 at 100 Hz is constant regardless of the temperature, but the gain (second gain) at 1000 Hz is almost 0 dB at the gain 409 at room temperature, whereas the gain 410 at 125 ° C.
  • the value is smaller than -3dB. This change occurs because the pressure in the cavity 501 increases as described above.
  • the acceleration sensor device 100 When the acceleration sensor device 100 is diagnosed in a room temperature installation environment, the first frequency gain 408 and the second frequency gain 409 are both 0 dB, and the diagnosis result is “normal”. However, when the environmental temperature of the acceleration sensor device 100 changes to 125 ° C., the gain 410 becomes less than ⁇ 3 dB, so the acceleration sensor device 100 cannot achieve the frequency response specification. Thus, even an individual diagnosed as normal at normal temperature has leaked in the cavity 501, and there may be an individual to be diagnosed as abnormal. Such a situation is likely to occur when the degree of leakage of the cavity 501 is slight.
  • a failure that may occur in a 125 ° C. environment is predicted at the stage where the acceleration sensor device 100 is diagnosed in a room temperature installation environment, and the acceleration sensor device 100 itself can detect this failure as a failure. .
  • Equation 1 shows the transfer function of the detection element.
  • G (s) K ⁇ n 2 / (s 2 + (s ⁇ n / Q (P, T)) + ⁇ n 2 ) (Formula 1)
  • ⁇ n is the natural frequency of the detection element 102
  • Q is a mechanical quality factor (Q value) determined by the sealing atmosphere of the detection element 102 (ie, pressure P and temperature T)
  • K is the detection element 102
  • the gain obtained by the scale factor (sensitivity) and the detection circuit 130. Since Q is related to the pressure P, it is a coefficient related to damping.
  • a frequency response is shown by applying a plurality of Q values to Equation 1.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an example of a change in frequency response obtained by applying a plurality of Q values to Q in Equation 1.
  • FIG. 7B is a diagram showing the relationship between the temperature and the Q value of the detection element in which the pressure is fixed to a certain value.
  • the gain at an arbitrary frequency and temperature can be estimated from Equation 1 where the constant is obtained and the relationship between the temperature and the Q value shown in FIG. 7B.
  • a gain of 1000 Hz at 125 ° C. can be estimated from a gain of 100 Hz at room temperature and a gain of 3000 Hz.
  • At least two frequencies (first frequency and second frequency) used for diagnosis have a frequency response gain when the cavity pressure of the detection element 102 becomes atmospheric pressure. It may be a changing frequency. For example, in the example using 200 Hz (first frequency) and 600 Hz (second frequency) in FIG. 4, the ratio between the gain 402 and the gain 404 and the ratio between the gain 403 and the gain 405 are clearly different. It is also possible to detect a pressure change in the cavity 501 from the change in the gain ratio.
  • the ratio between the gain 402 and the gain 404 is a value close to 1, whereas the ratio between the gain 403 and the gain 405 (gain 405 / the absolute value of the gain 403) is much larger than 1. It becomes a big value. Therefore, when an appropriate threshold value is set and the ratio between the gain 403 and the gain 405 (gain 405 / the absolute value of the gain 403) is equal to or greater than the threshold value, or exceeds the threshold value, a leak occurs in the cavity 501; It can be determined that the pressure abnormality of the cavity 501 has occurred.
  • the determination of the change in the gain ratio may be executed by the comparator 114 instead of the above-described step S105 of FIG.
  • the detection and determination of the gain ratio change is performed by the comparator 114 in FIG.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of an application system in which an acceleration sensor device and a plurality of systems are connected via a bus in the first embodiment.
  • the acceleration sensor device 100 is configured to cooperate with another system.
  • the present invention is not limited to the acceleration sensor device 100, and other sensor devices to which the present invention is applied are associated with other systems. You may comprise.
  • the use of the sensor is continued in the application (system) not related to the safety system when the failure occurs, and the use of the sensor is stopped by notifying the safety application (system) of the occurrence of the failure in the sensor.
  • the acceleration sensor device 100 is connected to a plurality of devices such as an ECU (Electronic Control Unit) 602, a navigation system 603, and a vehicle control system 604 via a communication bus 601, and the output of the acceleration sensor device 100 is an error of the navigation system 603.
  • the vehicle control system 604 detects the posture of the vehicle.
  • FIG. 9 is a diagram showing a processing flow for determining whether or not each system can sustain the acceleration sensor device.
  • step S201 the above-described self-diagnosis of the acceleration sensor device 100 is executed.
  • the acceleration sensor device 100 transmits the ECU 602 via the communication bus 601. This is notified to (S203).
  • the ECU 602 Upon receiving the notification in step S203, the ECU 602 issues an instruction to stop using the output of the acceleration sensor device 100 or a failure flag of the acceleration sensor device 100 to a system that is sensitive to any sensor failure such as the vehicle control system 604. (S204).
  • the ECU 602 does not give an instruction to stop using the output of the acceleration sensor device 100 to a system that is not sensitive to sensor failure, such as the navigation system 603 or other entertainment systems, and continues the output of the acceleration sensor device 100. (S205). That is, the ECU 602 determines whether each system can be sustained with respect to the acceleration sensor device 100 according to the significance of the function. Note that the process of step S204 has a higher priority than the process of step S205, and is executed prior to the process of step S205.
  • the ECU 602 is not necessarily required to realize the processing flow of FIG. 9.
  • the acceleration sensor device 100 detects a failure of itself and sends a signal with a failure flag to the communication bus 601 or uses a transmission ID that also functions as a failure flag. Alternatively, the failure may be notified to other systems, and each system may self-determine whether or not the output of the acceleration sensor device 100 can be used.
  • the method for diagnosing the responsiveness of the detection element 102 obtained in the present embodiment can diagnose a pressure state from gains at at least two different frequencies at the moment when the diagnosis is performed. For this reason, it is not necessary to obtain the frequency response of the detection element 102 in advance and store it in the memory. In addition, it becomes possible to perform the responsiveness diagnosis of the detection element 102 so that the gain at the resonance frequency does not exceed 0 dB regardless of the temperature of the installation environment.
  • an example of an acceleration sensor device has been described.
  • the acceleration detection element 102 such as a pressure detection element
  • a spring mass type vibrator is configured in a cavity having a pressure state different from the atmospheric pressure.
  • An element that detects other physical quantities may be used.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of the acceleration sensor device according to the second embodiment, and illustrates an example in which correction is performed using the pressure sensor device or a double system is configured.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a processing flow of the detection circuit according to the second embodiment. Parts having the same functions as the contents described in FIGS. 2 and 5 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the pressure sensor 701 is built in the acceleration sensor device 100.
  • the sealing pressure of the acceleration detection element 102 is 80 kPa
  • the leak may not be detected even if a leak occurs in the cavity 501 of the detection element 102.
  • the atmospheric pressure may be 80 kPa, so the configuration of the first embodiment cannot detect a leak. If the detection element 102 is sealed at a low pressure that cannot be generated in a normal environment, such a problem does not occur. In this embodiment, a case where a sealing pressure that can be generated in a normal environment such as 80 kPa is selected will be described.
  • a flag indicating that the comparator 701 indicates a failure in the diagnosis of the acceleration sensor device 100. Is output.
  • the pressure of the installation environment detected by the pressure sensor 701 is input to the comparator 701, and the comparator 701 compares the pressure of the installation environment with the sealing pressure in step 106.
  • the comparator 701 stores a pressure range threshold for determining that the differential pressure is zero or close to zero with respect to the differential pressure between the pressure of the installation environment and the sealing pressure.
  • the comparator 701 compares the differential pressure with the threshold value of the pressure range (S106), and outputs a failure flag if the differential pressure is smaller than the threshold value (S107), and proceeds to step 101 if the differential pressure is greater than the threshold value. When the value of the differential pressure is equal to the threshold value, the process may proceed to step 107 to output a failure flag, or may proceed to step 101.
  • the acceleration sensor device 100 is installed in an environment where this cannot be detected. Therefore, the pressure of the installation environment of the pressure sensor 701 becomes the sealing pressure of the detection element 102.
  • the output as the acceleration sensor device 100 is notified not to be used in various systems regardless of whether or not a leak actually occurs. Thereby, each system is maintained on the safer side.
  • a system that is sensitive to any sensor failure such as the vehicle control system 604, stops using the output of the acceleration sensor device 100, and the navigation system 603, other entertainment systems, etc.
  • a system that is not sensitive to sensor failure may continue to use the output of the acceleration sensor device 100.
  • the pressure sensor 701 is included in the determination unit (determination circuit unit) 130B2.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the configuration of the acceleration sensor device according to the third embodiment, and is a diagram illustrating a system configuration in the case of configuring a sensor device that controls the acceleration sensor with the same ASIC as the angular velocity sensor.
  • portions having the same functions as those described in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the clock of the ASIC is synchronized with the angular velocity detecting element 802. Therefore, the ASIC itself cannot know the oscillating frequency by itself (depending on the resonance frequency of the connected angular velocity detecting element 802). Therefore, the system configuration is such that the value of the resonance frequency of the angular velocity detection element 802 is stored in the memory, and vibration is performed based on this value. This will be specifically described below.
  • a vibration type angular velocity sensor device 800 that detects an angular velocity is built in the sensor package 801.
  • the vibration type angular velocity sensor device 800 employs a detection principle for obtaining an angular velocity by detecting a Coriolis force generated in proportion to the angular velocity when the angular velocity detecting element 802 is vibrated with a predetermined amplitude at a resonance frequency.
  • the drive control unit 805 that controls the drive amplitude and frequency through the CV converter 803 and the ADC 804 includes an oscillator (PLL, Phase Locked Loop, or VCO, Voltage Controlled Oscillator). ) 814.
  • the oscillator 814 is connected to the DAC 815, and the output of the oscillator 814 is input to the DAC 815.
  • the DAC 815 outputs a drive voltage having the frequency of the output signal of the oscillator 814.
  • the DAC 815 is connected to the frequency divider 107 of the detection circuit 130 of the acceleration sensor device 100, and the drive voltage output from the DAC 815 is input to the frequency divider 107.
  • the angular velocity detecting element 802 maintains the resonance frequency and the vibration with a predetermined amplitude by this control loop.
  • the displacement is output through the CV converter 806, the ADC 807, the displacement detection circuit 808, the LPF 809, the correction unit 810, and the limiter 811, and the vibration type angular velocity sensor device.
  • the host system is notified of the angular velocity output 812 detected at 800.
  • the output of the oscillator 814 that vibrates the angular velocity detection element 802 is input to the frequency divider 107, and operates in the same manner as in the first embodiment and functions in the same manner as in the first embodiment. Is realized.
  • the oscillator (PLL) 814 is generated when the resonance frequency of the angular velocity detection element 802 varies.
  • the frequency also varies according to the variation of the angular velocity detection element 802.
  • the frequency of the diagnostic signal generated for diagnosis of the acceleration sensor device 100 is also the angular velocity detecting element. It fluctuates according to the resonance frequency variation of 802.
  • the oscillator (PLL) 814 can determine whether or not the resonance frequency of the angular velocity detection element 802 is locked, it cannot know the frequency of the signal generated by itself. Therefore, the frequency of the diagnostic signal generated for the diagnosis of the acceleration sensor device 100 cannot be detected by the detection circuit 130 alone.
  • the detection circuit 130 is provided with a nonvolatile memory 813, in which the resonance frequency of the angular velocity detection element 802 is stored.
  • the oscillator (PLL) 814 locks to the resonance frequency of the angular velocity detection element 802
  • the oscillator (PLL) 814 generates the resonance frequency (or the divided / multiplied wave thereof) of the angular velocity detection element 802. Therefore, based on the resonance frequency stored in the nonvolatile memory 813, the frequency division ratio of the frequency divider 107 is changed, and at least two diagnostic frequency signals determined for responsiveness diagnosis of the acceleration detecting element 102 are obtained. Generate.
  • the output of the oscillator 814 that locks to the resonance frequency of the angular velocity detection element 802 can be used for responsiveness diagnosis of the acceleration detection element 102.
  • the vibration signal generation unit 130A1 described in the first embodiment includes a nonvolatile memory 813 and an oscillator (PLL) 814.
  • the excitation signal generator does not include the clock source 106.
  • the acceleration sensor device 100 has the configuration described in the first embodiment, but may have the configuration described in the second embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an application example according to the fourth embodiment in which a clock is input to the sensor device from an external clock source such as a microcomputer.
  • the acceleration sensor package 101 is mounted on the substrate 901 and connected to the microcomputer 902 through the wiring 904.
  • the microcomputer 902 is supplied with a clock from the crystal external oscillator 903.
  • the crystal external oscillator 903 functions as the clock source 106 in the first and second embodiments, and the microcomputer 902 functions as the frequency divider 107. That is, the crystal external oscillator 903 is a component of the excitation signal generation unit (excitation signal generation circuit unit) 130A1.
  • An AC signal for diagnosis of the acceleration detection element 102 (a clock or a sine wave signal that directly drives the detection mass 502 may be provided) is provided through the wiring 904. For this reason, generally, a high-accuracy crystal external oscillator can be used to realize a configuration equivalent to that of the first embodiment, and the diagnostic accuracy can be further improved by high frequency accuracy.
  • Example 5 With reference to FIG. 14, FIG. 15, and FIG. 16, the configuration of an acceleration sensor device 100 that is an embodiment (embodiment 5) of the present invention will be described.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration example of a circuit of a sensor device (acceleration sensor device) that realizes a step response in the fifth embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a processing flow of the detection circuit according to the fifth embodiment. Parts having the same functions as the contents described in FIGS. 2 and 5 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • step input is used for responsiveness diagnosis of the acceleration detection element 102.
  • the step input is generated by the DAC 1101 triggered by the step trigger 1102 and applied to the diagnostic electrode positive side 509 or the negative side 510 of the detection element 102 (see FIG. 2) shown in FIG. 1A (step S301 in FIG. 15). ).
  • the electrostatic force generated by this step input gives a displacement in a step response manner to the detection mass 502 of the acceleration detection element 102.
  • This step response displacement is detected by the CV converter 103, and the detected step response displacement is converted into a digital value through the ADC 104 (step S302 in FIG. 15).
  • the step response displacement converted into the digital value is sampled by the sampler 1103 in synchronization with the step input timing of the step trigger 1102 (step S303 in FIG. 15).
  • the DAC 1101, the diagnostic electrode positive side 509, the negative side 510, the diagnostic voltage application unit positive side 511, the negative side 512, and the like constitute an excitation unit (excitation circuit unit) 130 for exciting the vibrator.
  • a step trigger 1102 is also included in the components of the excitation unit 130.
  • the step trigger 1102 constitutes an excitation signal generation unit (excitation signal generation circuit unit) 130A1 that generates an excitation signal for exciting the vibrator.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example in which the same diagnosis is realized by a step response according to the fifth embodiment.
  • FIG. 16 shows a time series signal obtained by the sampler 1103.
  • Step response 1001 indicates a step response in a state where the cavity pressure of the acceleration detecting element 102 is normal and the response specification is satisfied.
  • a step response 1002 indicates a step response in a state where the cavity pressure of the acceleration detection element 102 increases due to leakage or the like and is insufficient with respect to the response specification.
  • the sampler 1103 starts sampling the output of the ADC 104 in synchronization with the input of the step trigger 1102. Further, a step response output after a certain time has elapsed from the sampling start time point is sent to the subsequent amplitude comparator (amplitude comparison unit) 1104 (step S304 in FIG. 15).
  • step response second step response, second normalized amplitude
  • first step response first normalized amplitude
  • step response value 1003 at the time of 1.8 seconds, which is the first step response are compared in the subsequent amplitude comparison.
  • the first step response value 1004 is a step response value when there is no abnormality in the cavity pressure
  • the second step response value 1005 is a step response value when there is an abnormality in the cavity pressure.
  • the first step response value 1003 at the time of 1.8 seconds is a constant value regardless of the presence or absence of abnormality in the cavity pressure, and the normalized amplitude value is 1.
  • the amplitude comparator 1104 calculates the second step response value 1004 or the ratio of the second step response value 1005 and the first step response value 1003 (step S305 in FIG. 15).
  • the ratio is 1 when there is no cavity pressure abnormality, and the ratio is a value deviating from 1 when there is a cavity pressure abnormality. Is used for diagnosis (normal / abnormal determination) (step S306 in FIG. 15).
  • the detection circuit 130 includes the above-described excitation unit (excitation circuit unit) 130A and response amplitude detection unit (response amplitude detection circuit unit) 130B.
  • the response amplitude detection unit 130B is a part (circuit unit) that detects the response amplitude (normalized amplitude) of the detection element 102, and includes a CV converter 103, an ADC 104, a step trigger 1102, a sampler 1103, an amplitude comparator 1104, and a temperature sensor. 117.
  • the CV converter 103, the ADC 104, the step trigger 1102, and the sampler 1103 acquire the first response amplitude and the second response amplitude corresponding to the first time and the second time, which are two different points on the frequency axis of the response amplitude.
  • the response amplitude acquisition unit (response amplitude acquisition circuit unit) 130B1 is configured.
  • the amplitude comparator 114 and the temperature sensor 117 constitute a determination unit (determination circuit unit) 130B2 that determines the presence or absence of pressure abnormality in the cavity 501 based on the relative relationship between the first response amplitude and the second response amplitude.
  • the CV converter 103, the ADC 104, the LPF 105, the correction unit 120, and the limiter 121 constitute an acceleration detection unit 130C that detects acceleration.
  • diagnosis can be performed from the output of at least two step responses at the moment when the diagnosis is performed. Therefore, it is not necessary to obtain the step response of the detection element 102 in advance and store it in the memory, and at the resonance frequency. Therefore, it is possible to perform the response diagnosis of the detection element 102 so that the gain does not exceed 0 dB regardless of the temperature of the installation environment.
  • the response amplitude (ie, gain) of the detection element 102 (or the vibrators 502 and 507) with respect to the vibration of the vibrators 502 and 507 is acquired. That is, in the gain characteristics in the Bode diagram representing the frequency response, the first response amplitude (first gain) 401, 402, 403 and the second response amplitude (second gain) 402, corresponding to the first frequency and the second frequency, 403, 405, and 405 are acquired.
  • the response amplitude (that is, the normalized amplitude) of the detection element 102 (or the transducers 502 and 507) with respect to the excitation of the transducers 502 and 507 by the step input is acquired. That is, in the step response, first response amplitude (first normalized amplitude) 1003 and second response amplitude (second normalized amplitude) 1003 and 1005 corresponding to the first time and the second time are acquired. And the presence or absence of the pressure abnormality in the cavity 501 is determined based on the relative relationship between the first response amplitude and the second response amplitude.
  • this invention is not limited to each above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Acceleration sensor apparatus, 101 ... Sensor package, 102 ... Detection element, 103 ... Capacitance voltage converter, 104 ... ADC, 105 ... LPF, 106 ... Clock source, 107 ... Frequency divider, 108 ... Synchronous detection part, 109 ... Demodulator, 110 ... Phase delay, 111 ... LPF, 112 ... Absolute value calculation unit, 113 ... Amplitude detection unit, 114 ... Comparator, 117 ... Temperature sensor, 118 ... First DAC, 119 ... Second DAC, DESCRIPTION OF SYMBOLS 120 ... Correction
  • Detection circuit 130A ... Excitation part (excitation circuit part), 130A1 ... Excitation signal generation part (excitation signal generation circuit part), 130B ... Response amplitude detection part, 130B1 ... response amplitude acquisition unit (response amplitude acquisition circuit unit), 130B2 ... determination unit (determination circuit unit), 130C ... acceleration detection unit, 201 to 206, 301, 302 ... frequency response Answers 401 to 405: Gain, 406, 407 ... Frequency response, 408 ... First gain, 409, 410 ... Second gain, 501 ... Cavity, 502 ... Detection mass, 503 ... Capacitance type detection electrode positive side, 504 ...
  • Capacitance type detection electrode negative side 505 ... DC voltage, 506 ... AC voltage, 507 ... Elastic deformation part, 508 ... Damper, 509 ... Diagnostic electrode positive side, 510 ... Diagnostic electrode negative side, 511 ... Diagnostic voltage application part Positive side 512... Diagnostic voltage application unit negative side 514... Fixed unit 515 .. wiring unit 516... Capacitance voltage converter, 601 .. communication bus, 602 .. ECU, 603 ... navigation system, 604 ... vehicle control system, 701 ... Pressure sensor, 800 ... Vibration type angular velocity sensor device, 801 ... Sensor package, 802 ... Angular velocity detection element, 803 ... CV converter, 804 ...
  • ADC 8 DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Drive control part, 806 ... CV converter, 807 ... ADC, 808 ... Displacement detection circuit, 809 ... LPF, 810 ... Correction part, 811 ... Limiter, 814 ... Oscillator, 815 ... DAC, 901 ... Substrate, 902 ...
  • Microcomputer 903 Crystal external oscillator
  • 904 Wiring, 1001, 1002, 1003 ... Step response, 1102 ... Step trigger, 1103 ... Sampler, 1104 ... Amplitude comparator.

Landscapes

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Abstract

本発明の目的は、検出エレメントが共振周波数でのゲインを持たないようにダンピングを調整されたセンサ装置において、出荷前の特性取得にかかるコストを抑制しつつ、出荷後の検出エレメントの応答性診断を可能にすることにある。　気密封止されたキャビティに設けられ振動子を有する検出エレメント１０２を備えたセンサ装置１００において、振動子の加振に対する検出エレメント１０２の応答振幅を検出する応答振幅検出部は、応答振幅の周波数軸上又は時間軸上の異なる二点である第１周波数及び第２周波数又は第１時刻及び第２時刻に対応する第１応答振幅及び第２応答振幅を取得する応答振幅取得部１０３，１０４，１０８，１１１～１１３と、第１応答振幅と第２応答振幅との相対関係に基づいてキャビティ５０１における圧力異常の有無を判定する判定部１１４と、を備える。

Description

センサ装置
　本発明は、圧力を一定に保った検出エレメントを有して物理量を検知するセンサ装置に係わり、センサ装置を含むシステムの応答性診断技術に関する。
　自動車の安全支援・自動運転、ロボット制御、およびUAV(Unmanned Aerial Vehicle)と呼ばれる自律飛行装置など、姿勢や加速度、圧力等を検知するアプリケーションがMEMS(MicroElectro Mechanical Systems)技術の発展によって普及しつつある。MEMSとは半導体の微細加工技術を用いて微小な機械デバイスを作製し、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等で構成される制御部との組み合わせによってセンサやアクチュエータを含むシステムである。物理量を検知するMEMS型センサでは、半導体製造技術の特徴であるバッチ処理を用いて検出エレメント部を製造できる。このため、MEMS型センサは、センサ自身の低コスト化を実現し、ひいてはセンサの活用を必須とする前述のようなアプリケーションを低コストに実現するものとして、産業上重要な役目を担うようになった。
　MEMS型センサでは、検出エレメントがミクロン(1e-6m：1×10-6m)やそれ以下のオーダで加工されるため、作製後の検出エレメントの物理的変化がセンサの特徴に影響を及ぼす。したがって、産業上、この物理的変化を低コストに解決することが課題となっている。
　特に、圧力を一定に保つことが重要な加速度センサの検出エレメントや、圧力センサの検出エレメントにおいては、検出エレメント内のわずかな圧力変動が、センサとしての応答性や感度に影響を及ぼす。従って、出荷後にこの圧力が所望の値に保たれていることをセンサが自己診断できることが、自動車の安全支援・自動運転、ロボット制御、およびUAV等、検出不良が許容されないアプリケーションにおいては特に重要となる。
　本技術分野の背景技術として、例えば特開２０１６－１７００８９号公報（特許文献１）がある。特許文献１では、真空に保った圧力検出エレメントにおいて、検出エレメントの共振周波数近傍での加振を行い、この応答(半値幅や振幅の時定数)から圧力の変動を検出する手法が開示されている。
　また、特開２００２－１６２４１３号公報（特許文献２）では、地震検出装置においてあらかじめ出荷前に検出エレメントの周波数応答を様々な温度で取得し、これをメモリに保存した上で、出荷後に検出エレメントの周波数応答を再度取得し、取得した周波数応答をメモリに保存した出荷前の周波数応答と比較することで圧力の変動を検出する手法が開示されている。
特開２０１６－１７００８９号公報 特開２００２－１６２４１３号公報
　特許文献１に示されるような手法の場合、共振周波数でのゲインを持たないダンピングを有するようにした検出エレメントでは、圧力変動の診断を行うことができない。
　特許文献２の技術は、出荷前に検出エレメントの周波数応答を様々な温度で取得する必要があるため、この周波数応答の取得に関わるコストが課題となる。
　本発明の目的は、検出エレメントが共振周波数でのゲインを持たないようにダンピングを調整されたセンサ装置において、出荷前の特性取得にかかるコストを抑制しつつ、出荷後の検出エレメントの応答性診断を可能にすることにある。
　上記目的を達成するために、本発明のセンサ装置は、
　気密封止されたキャビティと、前記キャビティの内側に設けられ振動子を有する検出エレメントと、を備えたセンサ装置において、
　前記振動子を加振する加振部と、前記振動子の加振に対する前記検出エレメントの応答振幅を検出する応答振幅検出部と、を備え、
　前記応答振幅検出部は、前記応答振幅の周波数軸上又は時間軸上の異なる二点である第１周波数及び第２周波数又は第１時刻及び第２時刻に対応する第１応答振幅及び第２応答振幅を取得する応答振幅取得部と、前記第１応答振幅と前記第２応答振幅との相対関係に基づいて前記キャビティにおける圧力異常の有無を判定する判定部と、を備える。
　本発明によれば、検出エレメントが共振周波数でのゲインを持たないようにダンピングを調整されたセンサないしはシステムにおいて、出荷前の特性取得にかかるコストを抑制しつつ、出荷後の検出エレメントの応答性診断が可能になる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
診断に使う静電力を発生させるための電極を有する加速度検出エレメントの構造を示す模式図（平面図）である。 診断に使う静電力を発生させるための電極を有する加速度検出エレメントの構造を示す断面図である。 実施例１における加速度センサ装置の構成を示す図であり、加速度検出エレメントとその検出回路の構成を示す図である。 実施例１における、複数の圧力に対する加速度検出エレメントの周波数応答の例を示す図である。 実施例１における、加速度検出エレメントのリーク前後における周波数応答の変化の一例を示す図であり、応答性診断において測定する周波数点を示す図である。 検出回路の処理フローを示す図である。 実施例１における、加速度検出エレメントのリーク前後における周波数応答の変化の一例を示す図であり、応答性診断において図３とは異なる測定周波数点の例を示す図である。 式１のＱに複数のＱ値を適用して求めた周波数応答の変化の一例を示す図である。 圧力をある値に固定した検出エレメントの、温度とQ値との関係を示す図である。 実施例１において、バスを介して加速度センサ装置と複数のシステムとが接続されたアプリケーションシステムの構成を示すブロック図である。 加速度センサ装置に対する各システムの持続可否を決定する処理フローを示す図である。 実施例２における加速度センサ装置の構成を示す図であり、圧力センサ装置を用いて補正を行ったり二重系を構成したりする例を示す図である。 実施例２における検出回路の処理フローを示す図である。 実施例３にける加速度センサ装置の構成を示す図であり、加速度センサを角速度センサと同一のASICで制御するセンサ装置を構成する場合のシステム構成を示す図である。 実施例４に係り、マイコン等外部のクロック源からセンサ装置にクロックが入力される応用例を示す図である。 実施例５における、ステップ応答を実現するセンサ装置（加速度センサ装置）の回路の構成例を示す図である。 実施例５における検出回路の処理フローを示す図である。 実施例５に係り、ステップ応答によって同じ診断を実現する例を示す図である。
　以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施例に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施例において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。例えば、共振周波数や圧力に対するダンピング係数の関係、周波数応答は全て設計で決まるものであり，以下に示す実施例は単に一つの設計の例を示しているものである。
　さらに、以下の実施例において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施例において、構成要素等の形状や位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記要素の数等についても同様である。
　［実施例１］
　図１Ａおよび図１Ｂを参照して、本発明の一実施例（実施例１）である加速度センサ装置の検出エレメントについて説明する。図１Ａは、診断に使う静電力を発生させるための電極を有する加速度検出エレメントの構造を示す模式図（平面図）である。図１Ｂは、診断に使う静電力を発生させるための電極を有する加速度検出エレメントの構造を示す断面図である。
　実施例１に示す加速度センサ装置１００（図１参照）の検出エレメントでは、キャビティ５０１内に、検出マス（おもり）５０２が弾性変形部５０７を介して固定部５１４に懸架された形で作製される。また、封止されたキャビティ５０１内の圧力は空気の粘性(空気抵抗)によってダンパ５０８を構成する。従って、前記の検出エレメント１０２（図２参照）はいわゆるバネマス系であり、検出マス５０２および弾性変形部５０７を含む振動子を構成している。ダンパ５０８は振動子の一部とみなしてもよい。
　振動子である加速度検出エレメント１０２は加速度の印加を受けると、弾性変形部５０７の変形を伴って検出マス５０２が変位する。この変位を静電容量型検出電極正側５０３および同負側５０４の容量変化として検出することにより、印加された加速度を得るというのが本実施例の加速度センサ装置１００の検出原理である。
　この容量変化を検出するため、検出マス５０２には直流電圧５０５および交流電圧５０６が印加される。交流電圧印加の結果、静電容量型検出電極正側５０３と同負側５０４の容量は配線部５１５を通じて電流の形で容量電圧変換 (Capacitor to Voltage変換)器５１６に入力される。この結果、静電容量の変化は電圧レベル５１７の変化として容量電圧変換器５１６の後段に出力される。
　また、診断電極正側５０９と同負側５１０は、それぞれ診断電圧印加部正側５１１と同負側５１２より電圧の印加を受け、静電力を発生する。この静電力によって、検出マス５０２は加振方向５１３に沿って加振される。この加振による変位（変位量）を静電容量型検出電極正側５０３と同負側５０４の容量変化として検出する。そして、加振による変位量が印加電圧と周波数応答の関係から期待される範囲内であるかどうかを判定し、検出エレメント１０２の不良を診断することができる。診断電圧印加部正側５１１および同負側５１２は検出マス５０２を加振するための電極であり、加振電極正側５１１および同負側５１２と呼んでもよい。
　本実施例では、キャビティ５０１は、上部層５１８、デバイス層５２１、酸化膜層５２０およびハンドル層５１９によって構成され、故障のない状態では気密封止される。なお、本実施例のキャビティ５０１は、いかなる形状であっても構わない。
　次に、図２を参照して、検出回路１３０について説明する。図２は、実施例１における加速度センサ装置の構成を示す図であり、加速度検出エレメントとその検出回路の構成を示す図である。以下、加速度検出エレメント１０２は検出エレメント１０２と呼んで説明する。ここで検出エレメント１０２は図１Ａに示した検出エレメント全体を示している。また図２の検出エレメント１０２を除く構成要素が検出回路１３０を構成している。
　検出回路１３０では、発振器として構成されたクロック源１０６より生成されるクロックを分周器１０７によって適切な周波数に調整し、第1のＤＡＣ(Digital to Analog Convertor)１１８を通じて一般にキャリアと呼ばれる交流信号(直流成分を含む)を検出エレメント１０２内の検出マス５０２に与える。この結果、容量電圧変換器１０３(図５の５１６と同等)を通じて、検出エレメント１０２の検出マス５０２の変位に伴う静電容量変化を電圧の変化として得る。さらにこの電圧信号は、ＡＤＣ(Analog to Digital Convertor)１０４によりデジタル値に変換される。
　印加された加速度の検出エレメント１０２による検出信号は、デジタル値に変換された後、LPF(Low Pass Filter)１０５や温度、感度およびオフセットを補正する補正部１２０、信号の上下限に出力をクリップするリミッタ１２１を介して調整され、加速度出力１１５として上位のシステムに伝達される。ここで補正部１２０は、温度センサ１１７からの温度出力を用いて、センサパッケージ１０１がおかれている環境の温度を検出し、これに応じた感度およびオフセットの補正を行う。これにより、加速度センサ装置１００の入出力仕様を満たすように出力が補正される。
　次に、図３を参照して、検出エレメント１０２の周波数応答について説明する。図３は、実施例１における、複数の圧力に対する加速度検出エレメントの周波数応答の例を示す図である。図３は設計のごく一例として1kHz近傍に共振周波数を持つ加速度センサ装置１００の検出エレメント１０２における周波数応答を、様々な封止圧力ごとに示している。ここで周波数応答は共振周波数とダンピングの設計に応じて変動するものであり、ここに示す周波数応答は一例として示すものである。
　周波数応答２０１～２０６は、封止圧力ごとに示した、検出エレメント１０２の周波数応答である。周波数応答２０１は１００kPa(概ね大気圧)で封止した場合の周波数応答であり、さらに周波数応答２０２，２０３，２０４，２０５，２０６の順に、封止圧力がより高真空となる場合の周波数応答を示している。
　周波数応答２０３～２０６では、共振周波数付近でのゲインが０dBを超えている。これは封止した圧力が低圧のため、空気抵抗によるダンピングが効かず、共振周波数付近の周波数で共振振動が発生しているためである。
　ところが、検出エレメント１０２がこのような０dBを超える共振起因のピークを有する場合は、加速度センサ装置１００が外乱振動の印加される環境に設置されると、耐振性の面で問題を生じる。
　すなわち、検出エレメント１０２に外乱振動が印加され、その振動に検出エレメント１０２のゲインが０dBを越える周波数成分が含まれている場合は、その周波数成分のメカニカルゲイン（０dBを超えるゲイン）によって検出エレメント１０２の検出マス部が大きく変位する。これは、検出回路１３０の信号の飽和や、それに伴うオフセットの変動を引き起こす原因となる。
　このような事態を防ぐため、外乱振動のある環境に設置することを想定する加速度センサ装置１００では、検出エレメント１０２の封止圧力を高めてダンピングを強め、０dBを超える共振起因のピークを抑制する手法をとる。すなわち、検出エレメント１０２の周波数応答が周波数応答２０１ないしは２０２のような周波数応答となるよう、封止圧力を設計する。
　次に、一般にゲインが－３dBとなる周波数（カットオフ周波数）で定義される「センサの応答性」を広く(例えば、直流～２００Hz)確保する場合を考える。
　「センサの応答性」が広い（高い）ことは加速度センサ装置１００が動作する周波数範囲（すなわち、周波数の帯域幅：周波数帯域）が広いことを意味する。本実施例では、加速度センサ装置１００が動作する周波数範囲は、この周波数範囲の下限周波数である０Hzから上限周波数（前述のカットオフ周波数：上限側カットオフ周波数）までの間としている。下限周波数および上限周波数は仕様により種々の周波数に設定可能である。
　検出エレメント１０２は、圧力を高くすることで共振起因のピークを抑制できるものの、応答性が低くなるというトレードオフがあるため、単に圧力を高めるだけでは応答性の仕様を満たすことができない。例えば、今回の実施例で示した設計例では、大気圧で封止した際の応答性は約１００Hzである(周波数応答２０１の通り)。従って、応答性を確保しつつ耐振性を確保するには、封止圧力を大気圧よりも低くとり、かつ検出エレメント１０２の周波数応答にピークの出ない圧力となるように封止圧力を調整し、これを維持することが重要である。
　図４を参照して、圧力変動によって生じる検出エレメント１０２の周波数応答の変化の一例を説明する。図４は、実施例１における、加速度検出エレメントのリーク前後における周波数応答の変化の一例を示す図であり、応答性診断において測定する周波数点を示す図である。
　周波数応答３０２は大気圧よりも低い圧力で封止した検出エレメント１０２の周波数応答である。本実施例の加速度センサ装置１００は、２００Hzの周波数応答性仕様(すなわち、０～２００Hzでのゲインは－３dBより大きいものとする)を実現するため、やや余裕をもって約６００Hzで－３dBのゲインを得る設計とした。次に周波数応答３０１は、同じ検出エレメント１０２の構造で、キャビティ５０１の圧力が大気圧(約１００kPa)になった場合の周波数応答である。このようなキャビティ５０１の圧力の変動（圧力の異常）は、例えばこの検出エレメント１０２のキャビティ５０１にリークが生じた場合や、気密性に問題がなくても，キャビティ５０１内の脱ガスによる圧力の増加等によって発生する。
　キャビティ５０１の圧力が大気圧になった場合は、周波数応答３０１に示すように、検出エレメント１０２の周波数応答は周波数応答性仕様の「２００Hzでのゲイン－３dB」を実現できなくなってしまう。本実施例は、このような圧力の変動、特に真空のリークに伴う応答性不良を低コストに検出可能とする。
　図２の検出回路１３０の動作について説明する。ここでは、図２の他に図５を参照して、検出回路１３０の処理フローも説明する。図５は、検出回路の処理フローを示す図である。
　分周器１０７は、診断に使用する少なくとも２つの交流信号（第１周波数および第２周波数）を時分割ないしは周波数分割にて共通のクロック源１０６より生成し、診断用の交流信号を第２のＤＡＣ１１９を通じて図１Ａ記載の検出エレメント１０２の診断電極正側５０９と同負側５１０とに印加する（図５のＳ１０１）。ここで、診断電圧印加部正側５１１と同負側５１２は図２の第２のＤＡＣ１１９に相当する。ＤＡＣは複数チャネルの出力を有し、正負の交流電圧を生成してもよいし、１チャネルで交流電圧を出し、反転回路で正負の交流電圧を生成しても良く、または診断電極正側５０９のみに交流電圧を印加し、診断電極負側５１０には直流電圧のみの印加としても、同様に応答性不良を検出することができる。
　また、集積回路では一般に正確な正弦波信号を生成することは困難であるが、ハードウェアとしてＬＰＦやＢＰＦ(Band Pass Filter)を付与したり、正弦波の出力デジタル値をテーブルに保管し、ＤＡＣにこれを出力したりするソフト処理を実装することで低コストに正弦波に近い波形を生成できる。
　上述したクロック源１０６、分周器１０７、第２のＤＡＣ１１９、診断電極正側５０９、同負側５１０、診断電圧印加部正側５１１および同負側５１２等は、振動子を加振する加振部（加振回路部）１３０Ａを構成する。特に、クロック源１０６および分周器１０７等は、振動子を加振する加振信号を生成する加振信号生成部（加振信号生成回路部）１３０Ａ１を構成する。
　前記２つの周波数について、図４を用いてより詳細に説明する。
　ここで、前記２つの診断電極５０９，５１０に印加する交流信号（電圧）の周波数の一例として、図４の２０Hz（第１周波数）および２００Hz（第２周波数）を選択する。このとき、第１周波数２０Hzは、検出エレメント１０２のキャビティ５０１の圧力が大気圧まで変動してもゲイン（第１ゲイン）が変動しない周波数であり、また、第２周波数２００Hzは、検出エレメント１０２のキャビティ５０１の圧力が大気圧まで変動するとゲイン（第２ゲイン）が変動する周波数である。前者のゲイン（第１ゲイン）は圧力変動前後で共通のゲイン４０１であり、後者のゲイン（第２ゲイン）は圧力変動前のゲインをゲイン４０２、圧力変動後のゲインをゲイン４０３と呼ぶことにする。
　それぞれのゲイン４０１，４０２，４０３の計算手順を説明する。図２の検出回路１３０において、診断用の交流信号（電圧）を印加した結果、静電容量型検出電極正側５０３と同負側５０４生じた容量変動を、CV変換器１０３・ADC１０４経由でデジタル信号として取得する（図５のＳ１０２）。取得した容量変動を同期検波部１０８において復調器１０９、位相遅延器１１０、ＬＰＦ１１１を通じて同相・直交成分の振幅成分に変換する（図５のＳ１０３）。変換した振幅成分の絶対値を絶対値計算部１１２および振幅検出部１１３で処理することで第１ゲイン４０１および第２ゲイン４０２，４０３をそれぞれ計算する（図５のＳ１０４）。
　なお本明細書で説明するゲインの計算方法は一例であり、説明する以外のいかなる方法でゲインを計算してもよい。
　比較器（比較部）１１４では、ゲイン４０１とゲイン４０２またはゲイン４０３との比較を行い、加速度センサ装置１００の正常/異常を判定する（図５のＳ１０５）。この意味において、比較器１１４は判定部と呼んでもよい。ここで、以下、比較とは両者の比を計算するものとして例を示すが、必ずしも比を利用する必要はない。
　比較に比を用いた場合、検出エレメント１０２のキャビティ５０１の圧力（キャビティ圧力）に変化がないとき、ゲイン４０１とゲイン４０２との比は理想的には１であり、ノイズ等外乱成分を考慮しても１に近い値になる。一方、キャビティ５０１の圧力に変化があるときは、ゲイン４０１とゲイン４０３との比較となるが、ゲイン４０３が－５dB程度まで落ちているため、その比は１ないしそれに近い値とはならない。そこで、正常とみなせる比の範囲と異常と判定すべき比の範囲とを仕切る所定の閾値を設定し、比の値がこの閾値よりも大きい場合に加速度センサ装置１００は正常な状態と判定し、比の値がこの閾値よりも小さい場合に加速度センサ装置１００は異常な状態と判定する。比の値が閾値と等しい場合は、正常と判定するようにしてもよいし、或いは異常と判定するようにしてもよい。この閾値は１に近い値に設定される。
　本実施例において、検出回路１３０は上述した加振部（加振回路部）１３０Ａと応答振幅検出部（応答振幅検出回路部）１３０Ｂとで構成される。応答振幅検出部１３０Ｂは、検出エレメント１０２の応答振幅（ゲイン）を検出する部分（回路部）であり、CV変換器１０３、ADC１０４、同期検波部１０８（復調器１０９、位相遅延器１１０、ＬＰＦ１１１）、絶対値計算部１１２、振幅検出部１１３、比較器１１４および温度センサ１１７により構成される。特に、CV変換器１０３、ADC１０４、同期検波部１０８（復調器１０９、位相遅延器１１０、ＬＰＦ１１１）、絶対値計算部１１２および振幅検出部１１３は、応答振幅の周波数軸上の異なる二点である第１周波数及び第２周波数に対応する第１応答振幅及び第２応答振幅を取得する応答振幅取得部（応答振幅取得回路部）１３０Ｂ１を構成する。比較器１１４および温度センサ１１７は、第１応答振幅と第２応答振幅との相対関係に基づいてキャビティ５０１における圧力異常の有無を判定する判定部（判定回路部）１３０Ｂ２を構成する。
　図２において、CV変換器１０３、ADC１０４、LPF１０５、補正部１２０およびリミッタ１２１は加速度を検出する加速度検出部１３０Ｃを構成する。
　以上説明したように、診断に用いる少なくとも２つの周波数のうちの一方の周波数（第１周波数）を検出エレメント１０２のキャビティ圧力が大気圧になったときに周波数応答のゲインが変化しない周波数とし、他方の周波数（第２周波数）を検出エレメント１０２のキャビティ圧力が大気圧になったときに周波数応答のゲインが変化する周波数とすることで、単純に両者の周波数応答の比較を行うことによりキャビティ５０１の圧力変化を検出することができる。通常、第１周波数は低域側に存在するため低域側周波数と呼び、第２周波数は高域側に存在するため高域側周波数と呼んでもよい。特に、各種ゲインの絶対値が検出エレメント１０２の温度特性や検出回路１３０の温度特性によって変化したとしても、診断を周波数応答のゲイン比で行い、さらにキャビティ５０１の圧力変化に問わず０dBのゲインを有する周波数を用いてこれを基準とするため、事前に取得したデータや温度特性を考慮することなく診断を実施することができる。
　以上示した手順で診断を実施することで、あらかじめ検出エレメント１０２の周波数応答を取得してメモリに保存することなく、共振周波数でのゲインが０dBを超えないような検出エレメント１０２の応答性診断を、設置環境の温度によらず実施することが可能となる。
　なお、前記２つの診断電極５０９，５１０に印加する電圧の周波数の一例として、少なくとも1つは検出エレメント１０２のキャビティ５０１の圧力が大気圧まで変動してもゲインが変動しない周波数であるという例を示したが，必ずしも大気圧としなくても良く，例えば使用が想定される環境の圧力であったり、脱ガスによって生じる最大の圧力であったりしても良い。
　更に後者の周波数（ゲイン４０２，４０３を得る周波数）を、加速度センサ装置１００の周波数応答性仕様（帯域幅の上限値）の近傍(例えば、ゲインが0dBから-60dBとなる周波数)に設定することは、加速度センサ装置１００の周波数応答性仕様の診断ができるので有益である。先の例では、後者の周波数を周波数応答性仕様である２００Hzに設定することに相当する。このとき、ゲイン４０１が０dBのゲインであることから、ゲイン４０２をゲイン４０１で除した値はそのままゲイン４０２の絶対値ゲインを示すことになり、例えばこれが－３dB以下のときに加速度センサ装置１００の周波数応答性仕様(２００Hzでゲイン－３dB以上)を満たしていないため故障(圧力異常)と判断することができる。
　次に、図６を参照して、常温では不良と診断できない検出エレメント１０２の診断について説明する。図６は、実施例１における、加速度検出エレメントのリーク前後における周波数応答の変化の一例を示す図であり、応答性診断において図４とは異なる測定周波数点の例を示す図である。
　図６で、周波数応答４０６，４０７は大気圧よりも低い圧力で封止された検出エレメント１０２において、作製後に圧力増加があった場合を模擬した周波数応答である。ここで周波数応答４０７は常温、周波数応答４０６は１２５℃での周波数応答である。
　キャビティ５０１の圧力が当初の圧力に維持されている状態では、環境温度が変化しても周波数応答性は所定の仕様に維持することができる。しかし、キャビティ５０１の圧力が増加すると、環境温度が高くなった場合に、周波数応答性が低下して所定の周波数応答性仕様を維持することができなくなる場合がある。この場合、常温で本実施例の診断を実施すると、正常と判断される可能性がある。以下、詳細に説明する。
　今、加速度センサ装置１００の周波数応答性仕様を１０００Hz（１ｋHz）、利用環境温度を常温～１２５℃とする。また、診断に用いる２つの周波数は、第１周波数（低域側周波数）を１００Hzとし、第２周波数（高域側周波数）を１０００Hzとする。この場合、１００Hzにおけるゲイン（第１ゲイン）４０８は温度によらず一定であるが、１０００Hzにおけるゲイン（第２ゲイン）は、常温ではゲイン４０９でほぼ０dBであるの対して、１２５℃ではゲイン４１０で－３dBより小さいも値に変化する。この変化は、上述したように、キャビティ５０１の圧力が増加しているために生じる。
　この加速度センサ装置１００を常温設置環境で診断した場合は、第１周波数のゲイン４０８と第２周波数のゲイン４０９とが共に０dBとなり、診断結果は「正常」となる。しかし、加速度センサ装置１００の環境温度が１２５℃へ変化した場合、ゲイン４１０は－３dB未満になるため、加速度センサ装置１００は周波数応答性仕様を達成できない。このように、常温で正常と診断される個体であっても、キャビティ５０１にリークが生じており、異常と診断されるべき個体が存在し得る。このような状況は、キャビティ５０１のリークの程度が軽度な場合に起こり易い。
　このような現象に対して、加速度センサ装置１００を常温設置環境で診断した段階で、１２５℃環境にて発生しうる不具合を予測し、加速度センサ装置１００自身が故障としてこの不具合を検知できることが望ましい。
　式１に検出エレメントの伝達関数を示す。
　　G(s)=K ωn 2 / (s2 + (s ωn / Q(P,T)) + ωn 2)　　（式１）
　ここで、ωnは検出エレメント１０２の固有振動数、Qは検出エレメント１０２の封止雰囲気(すなわち、圧力Pおよび温度T)によって決定される機械品質係数（Q値）、Kは検出エレメント１０２のスケールファクター(感度)や検出回路１３０によって得るゲインである。なお、Qは圧力Pに関係することから、ダンピングに関係する係数である。
　図７Ａおよび図７Ｂを参照して、式１に複数のQ値を適用して周波数応答を示す。
　図７Ａは、式１のQに複数のQ値を適用して求めた周波数応答の変化の一例を示す図である。
　A1からA4まで、それぞれ順にQ値が低い条件からQ値が高い条件における周波数応答を示す。一般的に、温度が高くなるほど、Q値は低くなる。
　今、Kは定数であり、固有振動数ωnは構造で決まるため、周波数応答はQ値のみによって決まる。そこで、A5とA6に示すように１００Hzと３０００Hzでの常温のゲインを用いれば、式１のKとωnを固定した式１を用いて、常温におけるQ値をデータフィッティングの手法によって得ることができる。すなわち、A5とA6とを通り式1を満たすQを数値解析的に解くことができる。
　図７Ｂは、圧力をある値に固定した検出エレメントの、温度とQ値との関係を示す図である。
　図７Ｂの関係はあらかじめ設計ないしは実測によって得ることができるため、定数が得られた式１と、図７Ｂに示す温度とQ値の関係とにより、任意の周波数および温度におけるゲインを推定できる。
　以上示した方法により、常温の１００Hzのゲインと３０００Hzのゲインとにより、１２５℃における１０００Hzのゲインを推定できる。
　この計算による、１２５℃環境下の１０００Hzでのゲインが－３dB以下のときに故障(圧力異常)判定することで、前述のような本来故障と判定すべき状況を正常と誤判定することを防ぐことができる。
　また、これまでの例とは異なり、診断に用いる少なくとも２つの周波数（第１周波数および第２周波数）のいずれもが、検出エレメント１０２のキャビティ圧力が大気圧になったときに周波数応答のゲインが変化する周波数であっても良い。例えば、図４の２００Hz（第１周波数）と６００Hz（第２周波数）とを用いる例では，ゲイン４０２とゲイン４０４との比と、ゲイン４０３とゲイン４０５との比が明らかに異なっているので、このゲインの比の変化から、キャビティ５０１の圧力変化を検出することも可能である。
　すなわち、正常な状態では、ゲイン４０２とゲイン４０４との比は１に近い値であるのに対して、ゲイン４０３とゲイン４０５との比（ゲイン４０５/ゲイン４０３の絶対値）は１よりもはるかに大きな値になる。従って、適当な閾値を設定し、ゲイン４０３とゲイン４０５との比（ゲイン４０５/ゲイン４０３の絶対値）が閾値以上になった場合、または閾値を超えた場合に、キャビティ５０１にリークが生じ、キャビティ５０１の圧力異常が発生したものと判定することができる。
　この場合、ゲインの比の変化の判定は、比較器１１４により、上述した図５のステップＳ１０５に替えて、実行するようにすると良い。
　このゲインの比の変化の検出及び判定は、図２の比較器１１４で行うようにする。
　検出エレメント１０２のキャビティ圧力が大気圧になったときに周波数応答における第１周波数のゲイン（第１ゲイン）と第２周波数のゲイン（第２ゲイン）との両方が変化する場合は、温度によってゲインが変化するため、温度によるゲイン比の補正が必要になる(温度対ダンピング係数の関係を用いる)ものの、あらかじめ検出エレメント１０２の周波数応答を取得してメモリに保存するという作業工程は必要なく、この作業工程にかかるコストも発生しない。
　次に、図８を参照して、実施例１で示す加速度センサ装置１００を他のシステムと連携するようにした構成について説明する。図８は、実施例１において、バスを介して加速度センサ装置と複数のシステムとが接続されたアプリケーションシステムの構成を示すブロック図である。なお、図８では、加速度センサ装置１００を他のシステムと連携するように構成しているが、加速度センサ装置１００に限らず、本発明を適用した他のセンサ装置を他のシステムと連携するように構成してもよい。
　図８では、故障発生時に安全系に関係しないアプリ（システム）ではセンサの利用を継続し、安全系のアプリ（システム）にはセンサにおける故障の発生を通知するなどしてセンサの利用を停止させるような応用例を示している。ここでは加速度センサ装置１００は通信バス６０１を介してＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０２、ナビゲーションシステム６０３および車両制御システム６０４等の複数の機器に接続され、加速度センサ装置１００の出力はナビゲーションシステム６０３の誤差の補完や、車両制御システム６０４での車両の姿勢検知に利用される。
　加速度センサ装置１００に対する各システムの持続可否を決定する処理フローについて、図９を参照して説明する。図９は、加速度センサ装置に対する各システムの持続可否を決定する処理フローを示す図である。
　ステップＳ２０１において、上述した加速度センサ装置１００の自己診断を実行する。加速度センサ装置１００の自己診断の結果、検出回路１３０の比較器１１４において、キャビティ５０１内の圧力が異常であると検知された場合（Ｓ２０２）は、加速度センサ装置１００が通信バス６０１を介してＥＣＵ６０２へこれを通知する（Ｓ２０３）。ステップＳ２０３の通知を受けたＥＣＵ６０２は、車両制御システム６０４のようにあらゆるセンサの故障に対してセンシティブなシステムへは、加速度センサ装置１００の出力の利用停止指示または加速度センサ装置１００の故障フラグを出す（Ｓ２０４）。一方、ＥＣＵ６０２は、ナビゲーションシステム６０３やその他エンターテイメントシステム等、センサの故障にセンシティブでないシステムに対しては、加速度センサ装置１００の出力利用を停止する指示を出さず、加速度センサ装置１００の出力を継続して利用させる（Ｓ２０５）。すなわちＥＣＵ６０２は、機能の重大性に応じて、加速度センサ装置１００に対する各システムの持続可否を決定する。なおステップＳ２０４の処理は、ステップＳ２０５の処理に対して優先度が高く、ステップＳ２０５の処理よりも先行して実行される。
　図９の処理フローの実現には必ずしもＥＣＵ６０２は必要でなく、加速度センサ装置１００が自身の故障を検知して故障フラグを付与した信号を通信バス６０１に流したり，故障フラグを兼ねる送信ＩＤを利用したりして、他のシステムへ故障を通知し、それぞれのシステムが加速度センサ装置１００の出力利用可否を自己判断する形を採っても良い。
　以上のように、本実施例において得られる検出エレメント１０２の応答性診断方法は、診断を実施したその瞬間の、少なくとも２つの異なる周波数におけるゲインから圧力状態の診断ができる。このため、あらかじめ検出エレメント１０２の周波数応答を取得してメモリに保存する必要が無い。また、共振周波数でのゲインが０dBを超えないような検出エレメント１０２の応答性診断を、設置環境の温度によらず実施することが可能となる。
　また、本実施例では加速度センサ装置の例を説明したが、例えば圧力検出エレメントなど、加速度検出エレメント１０２と同様に、大気圧と異なる圧力状態のキャビティ内にバネマス系の振動子を構成するような、他の物理量を検出するエレメントであってもよい。
　［実施例２］
　図１０および図１１を参照して、本発明の一実施例（実施例２）である加速度センサ装置１００の構成について説明する。図１０は、実施例２における加速度センサ装置の構成を示す図であり、圧力センサ装置を用いて補正を行ったり二重系を構成したりする例を示す図である。図１１は、実施例２における検出回路の処理フローを示す図である。図２および図５に記載の内容と同一の機能を有する部分については、同じ符号を付し、説明を省略する。
　本実施例では、圧力センサ７０１を用いて大気圧の補正を行ったり、大気圧と加速度検出エレメント１０２の封止圧力との矛盾から故障を診断する二重系をつくったりする場合のシステム構成例を説明する。
　本実施例では、圧力センサ７０１が加速度センサ装置１００に内蔵されている。
　加速度検出エレメント１０２の封止の圧力が８０kPaであったとすると、検出エレメント１０２のキャビティ５０１にリークが生じても、リークを検出できない場合がある。例えば高山地方では、大気圧が８０kPaとなる可能性があるため、実施例１の構成ではリークを検出できない。検出エレメント１０２を通常の環境では発生し得ないくらいの低圧で封止していればこのような問題は生じない。本実施例では、８０kPaのような通常の環境で発生しうる封止圧力を選択した場合について説明する。
　本実施例では、圧力センサ７０１が検知する加速度センサ装置１００の設置環境の圧力が、検出エレメント１０２の封止圧力に近い場合は、加速度センサ装置１００の診断において、比較器７０１が故障を示すフラグを出力する。このために、圧力センサ７０１の検出する設置環境の圧力が比較器７０１に入力され、比較器７０１はステップ１０６において設置環境の圧力と封止圧力との比較を行う。比較器７０１は設置環境の圧力と封止圧力との差分圧力について、差分圧力がゼロまたはゼロに近いことを判定するための圧力範囲の閾値を保存している。比較器７０１は差分圧力と圧力範囲の閾値と比較し（Ｓ１０６）、差分圧力が閾値よりも小さければ故障フラグを出力し（Ｓ１０７）、差分圧力が閾値よりも大きければステップ１０１に進む。差分圧力の値が閾値と等しい場合は、ステップ１０７に進んで故障フラグを出力するようにしてもよいし、或いはステップ１０１に進むようにしてもよい。
　前述の通り検出エレメント１０２のキャビティ５０１にリークが生じても、これを検出できない環境に加速度センサ装置１００が設置されているので、圧力センサ７０１が設置環境の圧力が検出エレメント１０２の封止圧力に近いことを検出した際は、実際にリークが生じているかどうかに関わらず、加速度センサ装置１００としての出力を各種システムで利用しないように通知する。これにより、各システムをより安全側に維持するものである。
　なお、この通知を受けた場合に、車両制御システム６０４のようにあらゆるセンサの故障に対してセンシティブなシステムは、加速度センサ装置１００の出力の利用を停止し、ナビゲーションシステム６０３やその他エンターテイメントシステム等、センサの故障にセンシティブでないシステムは、加速度センサ装置１００の出力利用を継続して行うようにしてもよい。
　本実施例では、圧力センサ７０１が判定部（判定回路部）１３０Ｂ２に含まれている。
　［実施例３］
　図１２を参照して、本発明の一実施例（実施例３）である加速度センサ装置１００の構成について説明する。図１２は、実施例３にける加速度センサ装置の構成を示す図であり、加速度センサを角速度センサと同一のASICで制御するセンサ装置を構成する場合のシステム構成を示す図である。ここで、図２に記載の内容と同一の機能を有する部分については、同じ符号を付し、説明を省略する。
　一般に角速度と加速度を１つのASICで制御する場合、ASICのクロックは角速度検出エレメント８０２に同期する。従って、ASIC自身は発振している周波数を自身で知ることができない(接続された角速度検出エレメント８０２の共振周波数次第)。よって、角速度検出エレメント８０２の共振周波数の値をメモリに記憶し、これをベースに振動を行うシステム構成となる。以下、具体的に説明する。
　本実施例では、角速度を検知する振動型角速度センサ装置８００が、センサパッケージ８０１に内蔵されている。
　振動型角速度センサ装置８００は、角速度検出エレメント８０２を共振周波数で所定の振幅にて振動させた際に角速度に比例して発生するコリオリ力を検知し、角速度を得る検出原理を採用している。
　ここで振動振幅の維持および共振周波数での振動維持のため、CV変換器８０３およびADC８０４を通じて駆動振幅と周波数を制御する駆動制御部８０５が、発振器(PLL,Phase Locked Loop，またはVCO，Voltage Controlled Oscillator)８１４に接続されている。発振器８１４はDAC８１５に接続され、発振器８１４の出力はDAC８１５に入力される。DAC８１５は発振器８１４の出力信号の周波数を有する駆動電圧を出力する。DAC８１５は加速度センサ装置１００の検出回路１３０の分周器１０７に接続され、DAC８１５が出力する駆動電圧は分周器１０７に入力される。
　この制御ループによって、角速度検出エレメント８０２は共振周波数および所定振幅の振動を維持する。
　また、角速度印加によるコリオリ力は、角速度検出エレメント８０２の変位として現れるため、変位をCV変換器８０６、ADC８０７、変位検出回路８０８、LPF８０９、補正部８１０およびリミッタ８１１を通じて出力し、振動型角速度センサ装置８００で検出される角速度出力８１２を上位システムに通知する。
　センサパッケージ８０１に搭載される加速度センサ装置１００は、角速度検出エレメント８０２を振動させる発振器８１４の出力が分周器１０７に入力され、以下実施例１と同様に動作して実施例１と同様の機能を実現する。
　かかる構成とすることで、センサパッケージ８０１内に２つの発振器を持つ必要がないので、検出回路１３０の大きさを縮小することができる。
　なお、ここに示す構成のように発振器（PLL）８１４の発振周波数を角速度検出エレメント８０２の共振周波数にロックする構成では、角速度検出エレメント８０２の共振周波数がばらつく場合、発振器（PLL)８１４が生成する周波数も角速度検出エレメント８０２のばらつきに準じてばらつく。本実施例では、分周器１０７で発振器（PLL）８１４の周波数を分周(ないしは逓倍)して作るため、加速度センサ装置１００の診断のために生成する診断信号の周波数もまた、角速度検出エレメント８０２の共振周波数ばらつきに準じてばらつく。
　ここで、発振器（PLL）８１４は角速度検出エレメント８０２の共振周波数にロックしているかどうかの判断はできるものの、自身が生成している信号の周波数を知ることはできない。従って、加速度センサ装置１００の診断のために生成する診断信号の周波数も、検出回路１３０単体ではこれを知ることはできない。
　この課題を解決するため、本実施例では検出回路１３０に不揮発メモリ８１３を備え、ここに角速度検出エレメント８０２の共振周波数を保存している。発振器（PLL）８１４が角速度検出エレメント８０２の共振周波数にロックした後は、発振器（PLL）８１４が生成するのは角速度検出エレメント８０２の共振周波数(ないしはその分周・逓倍波)である。そこで、この不揮発メモリ８１３に保存された共振周波数を元に、分周器１０７の分周比を変更し、加速度検出エレメント１０２の応答性診断のために定めた、少なくとも２つの診断用周波数信号を生成する。
　かかる構成とすることで、角速度検出エレメント８０２の共振周波数にロックする発振器８１４の出力を、加速度検出エレメント１０２の応答性診断に利用することができる。
　本実施例では、実施例１で説明した加振信号生成部（加振信号生成回路部）１３０Ａ１に、不揮発メモリ８１３および発振器（PLL）８１４が含まれる。その代りに、加振信号生成部にはクロック源１０６が含まれていない。
　本実施例では、加速度センサ装置１００は実施例１に記載した構成としているが、実施例２に記載した構成であっても構わない。
　［実施例４］
　図１３を参照して、本発明の一実施例（実施例４）である加速度センサ装置１００の構成について説明する。図１３は、実施例４に係り、マイコン等外部のクロック源からセンサ装置にクロックが入力される応用例を示す図である。ここで、加速度センサパッケージ１０１は、基板９０１に実装され、配線９０４を通じてマイコン９０２と接続されている。マイコン９０２は水晶外部発振器９０３からクロックの供給を受けている。
　本実施例では、実施例１および実施例２におけるクロック源１０６の機能を水晶外部発振器９０３が、分周器１０７の機能をマイコン９０２が、それぞれ担っている。すなわち、水晶外部発振器９０３は加振信号生成部（加振信号生成回路部）１３０Ａ１の構成要素である。
　配線９０４を通じて、加速度検出エレメント１０２の診断のための交流信号(クロックないし検出マス５０２を直接駆動する正弦波信号でもよい)を与えている。このため、一般に高精度な水晶外部発振器を利用して、実施例１と同等の構成を実現でき、高い周波数精度によってさらに診断の精度を高めることができる。
　なお、本実施例ではマイコンと水晶外部発振器を用いる例を示したが、センサパッケージ外に設けた発振器を利用する構成であってもよい。
　［実施例５］
　図１４、図１５および図１６を参照して、本発明の一実施例（実施例５）である加速度センサ装置１００の構成について説明する。
　図１４は、実施例５における、ステップ応答を実現するセンサ装置（加速度センサ装置）の回路の構成例を示す図である。図１５は、実施例５における検出回路の処理フローを示す図である。図２および図５に記載の内容と同一の機能を有する部分については、同じ符号を付し、説明を省略する。
　本実施例では、加速度検出エレメント１０２の応答性診断に、実施例１とは異なり、ステップ入力を用いる。ステップ入力はステップトリガー１１０２のトリガーを受けたDAC１１０１で生成され、図１Ａに記載の検出エレメント１０２（図２参照）の診断電極正側５０９または同負側５１０に印加される（図１５のステップＳ３０１）。このステップ入力によって生じる静電力は、加速度検出エレメント１０２の検出マス５０２にステップ応答状の変位を与える。このステップ応答変位は、CV変換器１０３で検出し、検出したステップ応答変位を、ADC１０４を通じてデジタル値に変換する（図１５のステップＳ３０２）。デジタル値に変換されたステップ応答変位は、サンプラ１１０３にて、ステップトリガー１１０２のステップ入力タイミングに同期してサンプリングされる（図１５のステップＳ３０３）。
　DAC１１０１、診断電極正側５０９、同負側５１０、診断電圧印加部正側５１１および同負側５１２等は、振動子を加振する加振部（加振回路部）１３０を構成する。ステップトリガー１１０２も加振部１３０の構成要素に含まれる。特にステップトリガー１１０２は振動子を加振する加振信号を生成する加振信号生成部（加振信号生成回路部）１３０Ａ１を構成する。
　図１６は、実施例５に係り、ステップ応答によって同じ診断を実現する例を示す図である。なお図１６では、サンプラ１１０３で得る時系列信号を示している。
　ステップ応答１００１は加速度検出エレメント１０２のキャビティ圧力が正常であり、応答性仕様を満たす状態でのステップ応答を示している。ステップ応答１００２は加速度検出エレメント１０２のキャビティ圧力がリーク等によって増加し、応答性仕様に対し不足した状態でのステップ応答を示している。サンプラ１１０３では、ステップトリガー１１０２の入力に同期してADC１０４の出力のサンプリングを開始する。また、あらかじめ定められた、サンプリング開始時点からある一定の時間経過後のステップ応答出力を、後段の振幅比較器（振幅比較部）１１０４に送る（図１５のステップＳ３０４）。ここでは、例えば正規化時間1秒の時点（第２時刻）でのステップ応答（第２ステップ応答、第２正規化振幅）と、正規化時間１．８秒の時点（第１時刻）でのステップ応答（第１ステップ応答、第１正規化振幅）とを得る例を示している。すなわち、第２ステップ応答である１秒の時点でのテップ応答値１００４またはステップ応答値１００５と、第１ステップ応答である１．８秒の時点でのステップ応答値１００３とが、後段の振幅比較器１１０４に送られる。第１ステップ応答値１００４はキャビティ圧力に異常がない場合のステップ応答値であり、第２ステップ応答値１００５はキャビティ圧力に異常がある場合のステップ応答値である。また、１．８秒の時点での第１ステップ応答値１００３は、キャビティ圧力の異常の有無に関わらず一定の値であり、正規化振幅値が１である。
　振幅比較器１１０４では、第２ステップ応答値１００４または第２ステップ応答値１００５と第１ステップ応答値１００３との比を計算する（図１５のステップＳ３０５）。ここでは実施の形態１で示した複数の周波数応答のゲインの比較と同様に，キャビティ圧力異常がないときは比が１に，キャビティ圧力異常があるときは比が１から乖離した値になる原理を利用して診断（正常/異常の判定）を行う（図１５のステップＳ３０６）。
　本実施例において、検出回路１３０は上述した加振部（加振回路部）１３０Ａと応答振幅検出部（応答振幅検出回路部）１３０Ｂとで構成される。応答振幅検出部１３０Ｂは、検出エレメント１０２の応答振幅（正規化振幅）を検出する部分（回路部）であり、CV変換器１０３、ADC１０４、ステップトリガー１１０２、サンプラ１１０３、振幅比較器１１０４および温度センサ１１７により構成される。特に、CV変換器１０３、ADC１０４、ステップトリガー１１０２、サンプラ１１０３は、応答振幅の周波数軸上の異なる二点である第１時刻および第２時刻に対応する第１応答振幅及び第２応答振幅を取得する応答振幅取得部（応答振幅取得回路部）１３０Ｂ１を構成する。また、振幅比較器１１４および温度センサ１１７は、第１応答振幅と第２応答振幅との相対関係に基づいてキャビティ５０１における圧力異常の有無を判定する判定部（判定回路部）１３０Ｂ２を構成する。
　図１４において、CV変換器１０３、ADC１０４、LPF１０５、補正部１２０およびリミッタ１２１は加速度を検出する加速度検出部１３０Ｃを構成する。
　かかる構成とすることで、診断を実施したその瞬間の少なくとも２つのステップ応答の出力から診断が実施できるので、あらかじめ検出エレメント１０２のステップ応答を取得してメモリに保存する必要がなく、共振周波数でのゲインが０dBを超えないような検出エレメント１０２の応答性診断を、設置環境の温度によらず実施することが可能となる。
　上述した実施例では、周波数応答３０１，３０２，４０６，４０７を利用する実施例と、ステップ応答１００１，１００２を利用する実施例とがある。周波数応答３０１，３０２，４０６，４０７を利用する実施例では、振動子５０２，５０７の加振に対する検出エレメント１０２（または振動子５０２，５０７）の応答振幅（すなわち、ゲイン）を取得する。すなわち、周波数応答を表すボード線図におけるゲイン特性において、第１周波数及び第２周波数に対応する第１応答振幅（第１ゲイン）４０１，４０２，４０３及び第２応答振幅（第２ゲイン）４０２，４０３，４０５，４０５を取得する。ステップ応答１００１，１００２を利用する実施例では、ステップ入力による振動子５０２，５０７の加振に対する検出エレメント１０２（または振動子５０２，５０７）の応答振幅（すなわち、正規化振幅）を取得する。すなわち、ステップ応答において、第１時刻及び第２時刻に対応する第１応答振幅（第１正規化振幅）１００３及び第２応答振幅（第２正規化振幅）１００３，１００５を取得する。そして、第１応答振幅と第２応答振幅との相対関係に基づいてキャビティ５０１における圧力異常の有無を判定する。
　なお、本発明は上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　１００…加速度センサ装置、１０１…センサパッケージ、１０２…検出エレメント、１０３…容量電圧変換器、１０４…ＡＤＣ、１０５…LPF、１０６…クロック源、１０７…分周器、１０８…同期検波部、１０９…復調器、１１０…位相遅延器、１１１…ＬＰＦ、１１２…絶対値計算部、１１３…振幅検出部、１１４…比較器、１１７…温度センサ、１１８…第1のＤＡＣ、１１９…第２のＤＡＣ、１２０…補正部、１２１…リミッタ、１３０…検出回路、１３０Ａ…加振部（加振回路部）、１３０Ａ１…加振信号生成部（加振信号生成回路部）、１３０Ｂ…応答振幅検出部、１３０Ｂ１…応答振幅取得部（応答振幅取得回路部）、１３０Ｂ２…判定部（判定回路部）、１３０Ｃ…加速度検出部、２０１～２０６，３０１，３０２…周波数応答、４０１～４０５…ゲイン、４０６，４０７…周波数応答、４０８…第１ゲイン、４０９，４１０…第２ゲイン、５０１…キャビティ、５０２…検出マス、５０３…静電容量型検出電極正側、５０４…静電容量型検出電極負側、５０５…直流電圧、５０６…交流電圧、５０７…弾性変形部、５０８…ダンパ、５０９…診断電極正側、５１０…診断電極負側、５１１…診断電圧印加部正側、５１２…診断電圧印加部負側、５１４…固定部、５１５…配線部、５１６…容量電圧変換器、６０１…通信バス、６０２…ＥＣＵ、６０３…ナビゲーションシステム、６０４…車両制御システム、７０１…圧力センサ、８００…振動型角速度センサ装置、８０１…センサパッケージ、８０２…角速度検出エレメント、８０３…CV変換器、８０４…ADC、８０５…駆動制御部、８０６…CV変換器、８０７…ADC、８０８…変位検出回路、８０９…LPF、８１０…補正部、８１１…リミッタ、８１４…発振器、８１５…DAC、９０１…基板、９０２…マイコン、９０３…水晶外部発振器、９０４…配線、１００１，１００２，１００３…ステップ応答、１１０２…ステップトリガー、１１０３…サンプラ、１１０４…振幅比較器。

Claims (12)

  1. 　気密封止されたキャビティと、前記キャビティの内側に設けられ振動子を有する検出エレメントと、を備えたセンサ装置において、
    　前記振動子を加振する加振部と、前記振動子の加振に対する前記検出エレメントの応答振幅を検出する応答振幅検出部と、を備え、
    　前記応答振幅検出部は、前記応答振幅の周波数軸上又は時間軸上の異なる二点である第１周波数及び第２周波数又は第１時刻及び第２時刻に対応する第１応答振幅及び第２応答振幅を取得する応答振幅取得部と、前記第１応答振幅と前記第２応答振幅との相対関係に基づいて前記キャビティにおける圧力異常の有無を判定する判定部と、を備えたことを特徴とするセンサ装置。
  2. 　請求項１に記載のセンサ装置において、
    　前記第１周波数及び前記第２周波数又は前記第１時刻及び前記第２時刻のうち、前記第１周波数又は前記第１時刻は前記キャビティの封止圧力が大気圧に変動した際に前記検出エレメントの前記第１応答振幅に変化が生じない周波数又は時刻であり、前記第２周波数又は前記第２時刻は前記キャビティの封止圧力が大気圧に変動した際に前記検出エレメントの前記第２応答振幅に変化が生じる周波数又は時刻であることを特徴とするセンサ装置。
  3. 　請求項２に記載のセンサ装置において、
    　前記第１応答振幅及び前記第２応答振幅はそれぞれ前記振動子を加振する前記第１周波数及び前記第２周波数に対応する応答振幅であり、
    　前記第１周波数は，前記検出エレメントの前記応答振幅に基づくゲイン特性が－３ｄＢ以上を有する周波数であり，前記第２周波数は、前記検出エレメントの前記応答振幅に基づくゲイン特性が0ｄＢ以下かつ－６０ｄB以上を有する周波数であることを特徴とするセンサ装置。
  4. 　請求項１に記載のセンサ装置において、
    　前記検出エレメントは、前記キャビティの圧力が正常な状態において、前記検出エレメントの共振周波数で加振した際に共振現象による振動振幅の増幅が生じない圧力で封止されていることを特徴とするセンサ装置。
  5. 　請求項１に記載のセンサ装置において、
    　前記第１応答振幅及び前記第２応答振幅はそれぞれ前記第１周波数及び前記第２周波数に対応する応答振幅であり、
    　前記第１周波数及び前記第２周波数は、同一の発振器が出力する出力信号を用いて生成されることを特徴とするセンサ装置。
  6. 　請求項５に記載のセンサ装置において、
    　前記検出エレメントは、加速度を検知することを特徴とするセンサ装置。
  7. 　請求項６に記載のセンサ装置において、
    　角速度検出エレメントと、前記角速度検出エレメントを駆動するための発振器と、を備え、
    　前記角速度検出エレメントを駆動するための発振器は、前記第１周波数及び前記第２周波数を生成するための前記発振器を兼ねることを特徴とするセンサ装置。
  8. 　請求項７に記載のセンサ装置において、
    　前記角速度検出エレメントの共振周波数の値を保存するメモリを備え、
    　前記発振器が前記共振周波数にロックされて前記共振周波数に同期している間に、前記共振周波数を分周ないし逓倍して前記第１周波数及び前記第２周波数を得ることを特徴とするセンサ装置。
  9. 　請求項１に記載のセンサ装置において、
    　温度とダンピングとに関係する係数を用いて、温度が上昇した際の前記検出エレメントの応答性変化を計算し、前記応答性変化の計算結果に基づいて前記検出エレメントの診断を行うことを特徴とするセンサ装置。
  10. 　請求項５に記載のセンサ装置において、
    　前記発振器は当該センサ装置の外部に設置される発振器によって構成されることを特徴とするセンサ装置。
  11. 　請求項５に記載のセンサ装置において、
    　当該センサ装置が設置される環境圧力を検知する圧力センサを備え、
    　前記環境圧力が前記キャビティの気密封止された圧力との差圧が所定値よりも小さい場合は、故障を示すフラグを出力することを特徴とするセンサ装置。
  12. 　請求項１に記載のセンサ装置と前記センサ装置の出力を利用する複数の機器とを備えたシステムにおいて、
    　前記判定部において前記キャビティに圧力異常があることを判定した場合に、前記センサ装置の出力利用を継続する機器と、前記センサ装置の出力利用を停止する機器とを含むことを特徴とするシステム。
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