JP2001091535A - 容量式物理量検出装置 - Google Patents
容量式物理量検出装置Info
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- 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
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- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 別体の自己診断用の電極を設けることなく、
効率的に自己診断を可能な容量式半導体加速度センサを
提供する。 【解決手段】 加速度センサ１００は、加速度の印加に
応じて梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能
を有する梁部２２を有し、この梁部２２に一体に形成さ
れた可動電極２４と固定電極３２、４２との間に周期的
に変化する信号を印加して、これら両電極間の容量ＣＳ
１、ＣＳ２の差動容量変化に応じた電圧を出力すること
により加速度を検出する。ここで、加速度を検出するた
めの検出信号と自己診断信号とを切り替えて印加し、自
己診断信号の印加によって可動電極２４に疑似的な加速
度を発生させるとともに、自己診断信号の周波数と梁部
２２の変位方向の共振周波数との比を、自己診断信号を
印加したときに梁部２２の共振倍率が１倍以上となるよ
うに設定している。
効率的に自己診断を可能な容量式半導体加速度センサを
提供する。 【解決手段】 加速度センサ１００は、加速度の印加に
応じて梁の長手方向と直交する方向に変位するバネ機能
を有する梁部２２を有し、この梁部２２に一体に形成さ
れた可動電極２４と固定電極３２、４２との間に周期的
に変化する信号を印加して、これら両電極間の容量ＣＳ
１、ＣＳ２の差動容量変化に応じた電圧を出力すること
により加速度を検出する。ここで、加速度を検出するた
めの検出信号と自己診断信号とを切り替えて印加し、自
己診断信号の印加によって可動電極２４に疑似的な加速
度を発生させるとともに、自己診断信号の周波数と梁部
２２の変位方向の共振周波数との比を、自己診断信号を
印加したときに梁部２２の共振倍率が１倍以上となるよ
うに設定している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度、角速度、
圧力等の物理量を検出する容量式物理量検出装置に関す
る。
圧力等の物理量を検出する容量式物理量検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、物理量を検出する容量式物理量検
出装置において、その自己診断を行うものとしては、例
えば特開平８−１１０３５５号公報に記載の容量式加速
度センサが提案されている。このものは、物理量として
の加速度の印加に応じて弾性的に変位するバネ部（梁
部）に一体成形された可動電極と、この可動電極に対向
配置された２つの固定電極とを備え、これら可動電極と
固定電極との間に形成された２つの容量差をＣ−Ｖ変換
して出力を計測するようにしたものである。
出装置において、その自己診断を行うものとしては、例
えば特開平８−１１０３５５号公報に記載の容量式加速
度センサが提案されている。このものは、物理量として
の加速度の印加に応じて弾性的に変位するバネ部（梁
部）に一体成形された可動電極と、この可動電極に対向
配置された２つの固定電極とを備え、これら可動電極と
固定電極との間に形成された２つの容量差をＣ−Ｖ変換
して出力を計測するようにしたものである。
【０００３】さらに、この加速度センサにおいては、セ
ンサの自己診断を行うために、上記の可動及び固定電極
の他に、別体の自己診断用の電極（セルフ電極）を設
け、このセルフ電極にある電圧を印加することにより、
静電気力を発生させ、上記バネ部を強制的に変位させる
ことで自己診断を行っている。
ンサの自己診断を行うために、上記の可動及び固定電極
の他に、別体の自己診断用の電極（セルフ電極）を設
け、このセルフ電極にある電圧を印加することにより、
静電気力を発生させ、上記バネ部を強制的に変位させる
ことで自己診断を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
容量式物理量検出装置においては、上記のように、擬似
的に物理量が発生したような状態とすべく、別体の自己
診断用の電極を設けているために、装置の体格が大きく
なるという問題がある。
容量式物理量検出装置においては、上記のように、擬似
的に物理量が発生したような状態とすべく、別体の自己
診断用の電極を設けているために、装置の体格が大きく
なるという問題がある。
【０００５】そこで、本発明は上記問題に鑑み、別体の
自己診断用の電極を設けることなく、効率的に自己診断
を行うことのできる容量式物理量検出装置を提供するこ
とを目的とする。
自己診断用の電極を設けることなく、効率的に自己診断
を行うことのできる容量式物理量検出装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１及び請求項２記載の発明では、バネ部（２
２）に一体に形成された可動電極（２４）と固定電極
（３２、４２）との間に周期的に変化する信号を印加し
て、該可動電極と該固定電極とからなる容量の変化に応
じた電圧を出力することにより物理量を検出するように
したものであって、物理量を検出するための検出信号と
自己診断を行うための自己診断信号とを切り替えて印加
し、該自己診断信号の印加によって該バネ部を変位させ
該可動電極に疑似的な物理量を発生させるようになって
おり、さらに、自己診断信号の周波数と該バネ部の変位
方向の共振周波数との比を、該自己診断信号を印加した
ときに該バネ部の共振倍率が１倍以上となるように設定
したことを特徴としている。
め、請求項１及び請求項２記載の発明では、バネ部（２
２）に一体に形成された可動電極（２４）と固定電極
（３２、４２）との間に周期的に変化する信号を印加し
て、該可動電極と該固定電極とからなる容量の変化に応
じた電圧を出力することにより物理量を検出するように
したものであって、物理量を検出するための検出信号と
自己診断を行うための自己診断信号とを切り替えて印加
し、該自己診断信号の印加によって該バネ部を変位させ
該可動電極に疑似的な物理量を発生させるようになって
おり、さらに、自己診断信号の周波数と該バネ部の変位
方向の共振周波数との比を、該自己診断信号を印加した
ときに該バネ部の共振倍率が１倍以上となるように設定
したことを特徴としている。
【０００７】まず、本発明によれば、自己診断時には、
自己診断信号が周期的に可動電極と固定電極との間に印
加されるため、可動電極と固定電極の間に静電気力を発
生させ、それによりバネ部及びこれと一体である可動電
極を変位させ可動電極に疑似的に物理量が発生した状態
にすることができる。この場合、可動電極の変位を、Ｃ
−Ｖ変換回路の出力電圧に基づいて検出することによっ
て自己診断を行うことができる。
自己診断信号が周期的に可動電極と固定電極との間に印
加されるため、可動電極と固定電極の間に静電気力を発
生させ、それによりバネ部及びこれと一体である可動電
極を変位させ可動電極に疑似的に物理量が発生した状態
にすることができる。この場合、可動電極の変位を、Ｃ
−Ｖ変換回路の出力電圧に基づいて検出することによっ
て自己診断を行うことができる。
【０００８】ここで、自己診断信号の周波数がバネ部の
変位方向の共振周波数と大きく異なる場合には、自己診
断信号の周波数に対し、バネ部の動きが追従しにくい。
つまり、バネ部が振動せず、あたかもＤＣ（直流電圧）
が印加された状態となる。それに対し、自己診断信号の
周波数が上記共振周波数に近いと、バネ部が共振し、バ
ネ部をＤＣ的な変位の場合よりも大きな振幅にて変位さ
せることができる。このように、バネ部が振動するよう
に自己診断信号を印加すれば、可動電極に発生する擬似
的な物理量を大きくでき、効率的な自己診断が可能とな
る。
変位方向の共振周波数と大きく異なる場合には、自己診
断信号の周波数に対し、バネ部の動きが追従しにくい。
つまり、バネ部が振動せず、あたかもＤＣ（直流電圧）
が印加された状態となる。それに対し、自己診断信号の
周波数が上記共振周波数に近いと、バネ部が共振し、バ
ネ部をＤＣ的な変位の場合よりも大きな振幅にて変位さ
せることができる。このように、バネ部が振動するよう
に自己診断信号を印加すれば、可動電極に発生する擬似
的な物理量を大きくでき、効率的な自己診断が可能とな
る。
【０００９】そして、本発明においては、自己診断信号
の周波数と該バネ部の変位方向の共振周波数との比を、
該バネ部の共振倍率（ＤＣが印加されたときのバネ部及
び可動電極の変位を１と規格化したもの）が１倍以上
（好ましくは１．１倍）となるように設定している。そ
のため、自己診断信号の印加時にバネ部を振動させるこ
とができ、効率的な自己診断が可能となる。よって、本
発明によれば、別体の自己診断用の電極を設けることな
く、効率的に自己診断を行うことのできる容量式物理量
検出装置を提供することができる。
の周波数と該バネ部の変位方向の共振周波数との比を、
該バネ部の共振倍率（ＤＣが印加されたときのバネ部及
び可動電極の変位を１と規格化したもの）が１倍以上
（好ましくは１．１倍）となるように設定している。そ
のため、自己診断信号の印加時にバネ部を振動させるこ
とができ、効率的な自己診断が可能となる。よって、本
発明によれば、別体の自己診断用の電極を設けることな
く、効率的に自己診断を行うことのできる容量式物理量
検出装置を提供することができる。
【００１０】また、請求項３及び請求項４記載の発明
は、自己診断信号の周波数とバネ部の変位方向の共振周
波数との関係において、自己診断信号の周波数がバネ部
の変位方向の共振周波数の１．４１倍以下（好ましくは
０．２〜１．４倍）となるようにしたものである。この
ような関係にすれば、自己診断信号の印加時にバネ部を
共振倍率１倍以上で振動させることができ、効率的な自
己診断が可能となる。そのため、別体の自己診断用の電
極を設けることなく、効率的に自己診断を行うことので
きる容量式物理量検出装置を提供することができる。
は、自己診断信号の周波数とバネ部の変位方向の共振周
波数との関係において、自己診断信号の周波数がバネ部
の変位方向の共振周波数の１．４１倍以下（好ましくは
０．２〜１．４倍）となるようにしたものである。この
ような関係にすれば、自己診断信号の印加時にバネ部を
共振倍率１倍以上で振動させることができ、効率的な自
己診断が可能となる。そのため、別体の自己診断用の電
極を設けることなく、効率的に自己診断を行うことので
きる容量式物理量検出装置を提供することができる。
【００１１】また、請求項５記載の発明は、自己診断信
号の周波数とバネ部の変位方向の共振周波数との関係に
おいて、自己診断信号の周波数とバネ部の変位方向の共
振周波数との比が該自己診断信号を印加したときに該バ
ネ部が振動するように設定したものである。それによ
り、自己診断信号の印加時にバネ部を共振倍率１倍以上
で振動させることができるため、別体の自己診断用の電
極を設けることなく、効率的に自己診断を行うことので
きる容量式物理量検出装置を提供することができる。
号の周波数とバネ部の変位方向の共振周波数との関係に
おいて、自己診断信号の周波数とバネ部の変位方向の共
振周波数との比が該自己診断信号を印加したときに該バ
ネ部が振動するように設定したものである。それによ
り、自己診断信号の印加時にバネ部を共振倍率１倍以上
で振動させることができるため、別体の自己診断用の電
極を設けることなく、効率的に自己診断を行うことので
きる容量式物理量検出装置を提供することができる。
【００１２】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一
例である。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。本実施形態は、容量式物理量検出装
置として、差動容量式の半導体加速度センサについて本
発明を適用したものである。図１に半導体加速度センサ
１００の平面構成を示し、図２に図１中のＡ−Ａ線に沿
った模式的な断面構造を示す。この半導体加速度センサ
１００は、例えば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作
動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセ
ンサ等に適用できる。
について説明する。本実施形態は、容量式物理量検出装
置として、差動容量式の半導体加速度センサについて本
発明を適用したものである。図１に半導体加速度センサ
１００の平面構成を示し、図２に図１中のＡ−Ａ線に沿
った模式的な断面構造を示す。この半導体加速度センサ
１００は、例えば、エアバッグ、ＡＢＳ、ＶＳＣ等の作
動制御を行うための自動車用加速度センサやジャイロセ
ンサ等に適用できる。
【００１４】半導体加速度センサ（以下、単にセンサと
いう）１００は、半導体基板に周知のマイクロマシン加
工を施すことにより形成される。センサ１００を構成す
る半導体基板は、図２に示す様に、第１の半導体層とし
ての第１シリコン基板１１と第２の半導体層としての第
２シリコン基板１２との間に、絶縁層としての酸化膜１
３を有する矩形状のＳＯＩ基板１０である。
いう）１００は、半導体基板に周知のマイクロマシン加
工を施すことにより形成される。センサ１００を構成す
る半導体基板は、図２に示す様に、第１の半導体層とし
ての第１シリコン基板１１と第２の半導体層としての第
２シリコン基板１２との間に、絶縁層としての酸化膜１
３を有する矩形状のＳＯＩ基板１０である。
【００１５】第２シリコン基板１２には、溝を形成する
ことにより、可動部２０及び固定部３０、４０よりなる
櫛歯形状を有する梁構造体が形成されている。また、酸
化膜１３のうち上記梁構造体２０〜４０の形成領域に対
応した部位は、犠牲層エッチング等により矩形状に除去
されて開口部１３ａを形成している。
ことにより、可動部２０及び固定部３０、４０よりなる
櫛歯形状を有する梁構造体が形成されている。また、酸
化膜１３のうち上記梁構造体２０〜４０の形成領域に対
応した部位は、犠牲層エッチング等により矩形状に除去
されて開口部１３ａを形成している。
【００１６】開口部１３ａ上を横断するように配置され
た可動部２０は、矩形状の錘部２１の両端を、梁部（本
発明でいうバネ部）２２を介してアンカー部２３ａ及び
２３ｂに一体に連結した構成となっており、これらアン
カー部２３ａ及び２３ｂは、酸化膜１３における開口部
１３ａの開口縁部に固定され、支持基板としての第１シ
リコン基板１１上に支持されている。これにより、錘部
２１及び梁部２２は、開口部１３ａに臨んだ状態となっ
ている。
た可動部２０は、矩形状の錘部２１の両端を、梁部（本
発明でいうバネ部）２２を介してアンカー部２３ａ及び
２３ｂに一体に連結した構成となっており、これらアン
カー部２３ａ及び２３ｂは、酸化膜１３における開口部
１３ａの開口縁部に固定され、支持基板としての第１シ
リコン基板１１上に支持されている。これにより、錘部
２１及び梁部２２は、開口部１３ａに臨んだ状態となっ
ている。
【００１７】また、バネ部としての梁部２２は、２本の
梁がその両端で連結された矩形枠状をなしており、梁の
長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有する。
具体的には、梁部２２は、図１中の矢印Ｘ方向の成分を
含む加速度を受けたときに錘部２１を矢印Ｘ方向へ変位
させるとともに、加速度の消失に応じて元の状態に復元
させるようになっている。よって、可動部２０は、加速
度の印加に応じて、開口部１３ａ上にて梁部２２の変位
方向（矢印Ｘ方向）へ変位可能となっている。
梁がその両端で連結された矩形枠状をなしており、梁の
長手方向と直交する方向に変位するバネ機能を有する。
具体的には、梁部２２は、図１中の矢印Ｘ方向の成分を
含む加速度を受けたときに錘部２１を矢印Ｘ方向へ変位
させるとともに、加速度の消失に応じて元の状態に復元
させるようになっている。よって、可動部２０は、加速
度の印加に応じて、開口部１３ａ上にて梁部２２の変位
方向（矢印Ｘ方向）へ変位可能となっている。
【００１８】また、可動部２０は、梁部２２の変位方向
（矢印Ｘ方向）と直交した方向にて、錘部２１の両側面
から互いに反対方向へ一体的に突出形成された複数個の
可動電極２４を備えている。図１では、可動電極２４
は、錘部２１の左側及び右側に各々３個ずつ突出して形
成され、各可動電極２４は断面矩形の梁状に形成され
て、開口部１３ａに臨んだ状態となっている。このよう
に、各可動電極２４は、梁部２２及び錘部２１と一体的
に形成され、梁部２２及び錘部２１とともに梁部２１の
変位方向へ変位可能となっている。
（矢印Ｘ方向）と直交した方向にて、錘部２１の両側面
から互いに反対方向へ一体的に突出形成された複数個の
可動電極２４を備えている。図１では、可動電極２４
は、錘部２１の左側及び右側に各々３個ずつ突出して形
成され、各可動電極２４は断面矩形の梁状に形成され
て、開口部１３ａに臨んだ状態となっている。このよう
に、各可動電極２４は、梁部２２及び錘部２１と一体的
に形成され、梁部２２及び錘部２１とともに梁部２１の
変位方向へ変位可能となっている。
【００１９】固定部３０、４０は、酸化膜１３における
開口部１３ａの開口縁部における対向辺部のうち、アン
カー部２３ａ、２３ｂが支持されていないもう１組の対
向辺部に支持されている。ここで、固定部３０、４０
は、錘部２１を挟んで２個設けられており、図１中の左
側に位置する第１の固定部３０と、図１中の右側に位置
する第２の固定部４０とより成り、両固定部３０、４０
は互いに電気的に独立している。
開口部１３ａの開口縁部における対向辺部のうち、アン
カー部２３ａ、２３ｂが支持されていないもう１組の対
向辺部に支持されている。ここで、固定部３０、４０
は、錘部２１を挟んで２個設けられており、図１中の左
側に位置する第１の固定部３０と、図１中の右側に位置
する第２の固定部４０とより成り、両固定部３０、４０
は互いに電気的に独立している。
【００２０】各固定部３０、４０は、酸化膜１３におけ
る開口部１３ａの開口縁部に固定されて第１シリコン基
板１１に支持された配線部３１及び４１と、可動電極２
４の側面と所定の検出間隔を存して平行した状態で対向
配置された複数個（図示例では３個ずつ）の固定電極３
２及び４２とを有した構成となっている。なお、第１の
固定部３０側の固定電極３２を第１の固定電極、第２の
固定部４０側の固定電極４２を第２の固定電極とする。
各固定電極３２及び４２は断面矩形の梁状に形成され
て、各配線部３１、４１に片持ち状に支持された状態と
なっており、開口部１３ａに臨んだ状態となっている。
る開口部１３ａの開口縁部に固定されて第１シリコン基
板１１に支持された配線部３１及び４１と、可動電極２
４の側面と所定の検出間隔を存して平行した状態で対向
配置された複数個（図示例では３個ずつ）の固定電極３
２及び４２とを有した構成となっている。なお、第１の
固定部３０側の固定電極３２を第１の固定電極、第２の
固定部４０側の固定電極４２を第２の固定電極とする。
各固定電極３２及び４２は断面矩形の梁状に形成され
て、各配線部３１、４１に片持ち状に支持された状態と
なっており、開口部１３ａに臨んだ状態となっている。
【００２１】また、各固定部３０、４０の各配線部３
１、４１上の所定位置には、それぞれワイヤボンディン
グ用の固定電極パッド３１ａ、４１ａが形成されてい
る。また、一方のアンカー部２３ｂと一体に連結された
状態で、可動電極用配線部２５が形成されており、この
配線部２５上の所定位置には、ワイヤボンディング用の
可動電極パッド２５ａが形成されている。上記の各電極
パッド２５ａ、３１ａ、４１ａは、例えばアルミニウム
により形成されている。
１、４１上の所定位置には、それぞれワイヤボンディン
グ用の固定電極パッド３１ａ、４１ａが形成されてい
る。また、一方のアンカー部２３ｂと一体に連結された
状態で、可動電極用配線部２５が形成されており、この
配線部２５上の所定位置には、ワイヤボンディング用の
可動電極パッド２５ａが形成されている。上記の各電極
パッド２５ａ、３１ａ、４１ａは、例えばアルミニウム
により形成されている。
【００２２】更に、錘部２１、アンカー部２３ａ及び２
３ｂ、可動電極２４、及び各固定電極３２、４２には、
開口部１３ａ側から反対側に貫通する矩形状の貫通孔５
０が複数形成されており、これら貫通孔５０により、矩
形枠状部を複数組み合わせた所謂ラーメン構造形状が形
成されている。これにより、可動部２０及び各固定電極
３２、４２の軽量化、捩じり強度の向上がなされてい
る。
３ｂ、可動電極２４、及び各固定電極３２、４２には、
開口部１３ａ側から反対側に貫通する矩形状の貫通孔５
０が複数形成されており、これら貫通孔５０により、矩
形枠状部を複数組み合わせた所謂ラーメン構造形状が形
成されている。これにより、可動部２０及び各固定電極
３２、４２の軽量化、捩じり強度の向上がなされてい
る。
【００２３】また、本センサ１００は、第１シリコン基
板１１の裏面（酸化膜１３とは反対側の面）側において
接着剤６０を介してパッケージ７０に接着固定されてい
る。このパッケージ７０には、後述する回路手段２００
が収納されている。そして、この回路手段２００と上記
の各電極パッド２５ａ、３１ａ、４１ａとは、金もしく
はアルミニウムのワイヤボンディング等により形成され
たワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３により電気的に接続されてい
る。
板１１の裏面（酸化膜１３とは反対側の面）側において
接着剤６０を介してパッケージ７０に接着固定されてい
る。このパッケージ７０には、後述する回路手段２００
が収納されている。そして、この回路手段２００と上記
の各電極パッド２５ａ、３１ａ、４１ａとは、金もしく
はアルミニウムのワイヤボンディング等により形成され
たワイヤＷ１、Ｗ２、Ｗ３により電気的に接続されてい
る。
【００２４】このような構成においては、図１中にコン
デンサ記号で示す様に、第１の固定電極３２と可動電極
２４との検出空隙に第１の容量ＣＳ１、第２の固定電極
４２と可動電極２４との検出空隙に第２の容量ＣＳ２が
形成されている。そして、加速度を受けると、梁部２２
のバネ機能により、アンカー部を除く可動部２０全体が
一体的に矢印Ｘ方向へ変位し、可動電極２４の変位に応
じて上記各容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する。そして、上
記検出回路２００は、可動電極２４と固定電極３２、４
２による差動容量（ＣＳ１−ＣＳ２）の変化に基づいて
加速度を検出する。
デンサ記号で示す様に、第１の固定電極３２と可動電極
２４との検出空隙に第１の容量ＣＳ１、第２の固定電極
４２と可動電極２４との検出空隙に第２の容量ＣＳ２が
形成されている。そして、加速度を受けると、梁部２２
のバネ機能により、アンカー部を除く可動部２０全体が
一体的に矢印Ｘ方向へ変位し、可動電極２４の変位に応
じて上記各容量ＣＳ１、ＣＳ２が変化する。そして、上
記検出回路２００は、可動電極２４と固定電極３２、４
２による差動容量（ＣＳ１−ＣＳ２）の変化に基づいて
加速度を検出する。
【００２５】なお、本センサ１００における回路手段２
００及び検出方法は、本出願人が先に出願した特願平１
１−１０８４５４号に記載した検出回路を基本としてお
り、その詳細説明は同号明細書に譲ることとし、以下、
主として本実施形態における特徴部分を述べることとす
る。図３に、本センサ１００に設けられた回路手段２０
０の構成を示す。
００及び検出方法は、本出願人が先に出願した特願平１
１−１０８４５４号に記載した検出回路を基本としてお
り、その詳細説明は同号明細書に譲ることとし、以下、
主として本実施形態における特徴部分を述べることとす
る。図３に、本センサ１００に設けられた回路手段２０
０の構成を示す。
【００２６】回路手段２００は、Ｃ−Ｖ変換回路（スイ
ッチドキャパシタ回路）２１０及びスイッチ回路２２０
を有する。Ｃ−Ｖ変換回路２１０は、可動電極２４と固
定電極３２、４２とからなる容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化
を電圧に変換して出力するもので、演算増幅器２１１、
コンデンサ２１２、及びスイッチ２１３から構成されて
いる。
ッチドキャパシタ回路）２１０及びスイッチ回路２２０
を有する。Ｃ−Ｖ変換回路２１０は、可動電極２４と固
定電極３２、４２とからなる容量ＣＳ１、ＣＳ２の変化
を電圧に変換して出力するもので、演算増幅器２１１、
コンデンサ２１２、及びスイッチ２１３から構成されて
いる。
【００２７】演算増幅器２１１の反転入力端子は、可動
電極パッド２５ａを介して可動電極２４に接続されてお
り、反転入力端子と出力端子との間には、コンデンサ２
１２およびスイッチ２１３が並列に接続されている。ま
た、演算増幅器２１１の非反転入力端子には、スイッチ
回路２２０を介してＶ／２の電圧とＶ１の電圧のいずれ
かが入力される。
電極パッド２５ａを介して可動電極２４に接続されてお
り、反転入力端子と出力端子との間には、コンデンサ２
１２およびスイッチ２１３が並列に接続されている。ま
た、演算増幅器２１１の非反転入力端子には、スイッチ
回路２２０を介してＶ／２の電圧とＶ１の電圧のいずれ
かが入力される。
【００２８】スイッチ回路２２０は、Ｃ−Ｖ変換回路２
１０における演算増幅器２１１の非反転入力端子に、図
示しないそれぞれの電圧源からのＶ／２の電圧とＶ１
（Ｖ／２とは異なる）の電圧のいずれかを入力するもの
で、スイッチ２２１とスイッチ２２２から構成されてい
る。スイッチ２２１とスイッチ２２２は、一方が閉じて
いるときに他方が開くようになっている。
１０における演算増幅器２１１の非反転入力端子に、図
示しないそれぞれの電圧源からのＶ／２の電圧とＶ１
（Ｖ／２とは異なる）の電圧のいずれかを入力するもの
で、スイッチ２２１とスイッチ２２２から構成されてい
る。スイッチ２２１とスイッチ２２２は、一方が閉じて
いるときに他方が開くようになっている。
【００２９】また、回路手段２００は図示しない制御回
路を有しており、この制御回路は、固定電極パッド３１
ａから、一定振幅Ｖで周期的に変化する搬送波Ｐ１を第
１の固定電極３２へ入力し、固定電極パッド４１ａか
ら、搬送波Ｐ１と位相が１８０°ずれ且つ同一振幅Ｖで
ある搬送波Ｐ２を第２の固定電極４２へ入力する。ま
た、この制御回路は、上記の各スイッチ２１３、２２
１、２２２の開閉を所定のタイミングにて制御できるよ
うになっている。本実施形態では、この制御回路と上記
スイッチ回路２２０とにより本発明でいう信号印加手段
が構成される。
路を有しており、この制御回路は、固定電極パッド３１
ａから、一定振幅Ｖで周期的に変化する搬送波Ｐ１を第
１の固定電極３２へ入力し、固定電極パッド４１ａか
ら、搬送波Ｐ１と位相が１８０°ずれ且つ同一振幅Ｖで
ある搬送波Ｐ２を第２の固定電極４２へ入力する。ま
た、この制御回路は、上記の各スイッチ２１３、２２
１、２２２の開閉を所定のタイミングにて制御できるよ
うになっている。本実施形態では、この制御回路と上記
スイッチ回路２２０とにより本発明でいう信号印加手段
が構成される。
【００３０】上記構成においてその作動を説明する。ま
ず、加速度を検出する検出信号を印加する状態（通常動
作時）について図４に示す信号波形図を参照して説明す
る。信号印加手段としての上記制御回路から出力される
搬送波Ｐ１（例えば、周波数１００ｋＨｚ、振幅０〜５
Ｖ）は、図４に示すように、期間φ１を１周期（例えば
１０μｓ）としてハイレベルとローレベルが変化する一
定振幅の矩形波信号となっており、搬送波Ｐ２は、搬送
波Ｐ１に対して電圧レベルが反転した矩形波信号となっ
ている。
ず、加速度を検出する検出信号を印加する状態（通常動
作時）について図４に示す信号波形図を参照して説明す
る。信号印加手段としての上記制御回路から出力される
搬送波Ｐ１（例えば、周波数１００ｋＨｚ、振幅０〜５
Ｖ）は、図４に示すように、期間φ１を１周期（例えば
１０μｓ）としてハイレベルとローレベルが変化する一
定振幅の矩形波信号となっており、搬送波Ｐ２は、搬送
波Ｐ１に対して電圧レベルが反転した矩形波信号となっ
ている。
【００３１】また、通常動作時では、上記の各搬送波Ｐ
１及びＰ２が各固定電極３２、４２へ印加されていると
き、スイッチ回路２２０においてスイッチ２２１は閉、
スイッチ２２２は開になっている。それによって、演算
増幅器２１１の非反転入力端子にＶ／２の電圧が印加さ
れ、可動電極２４にはＶ／２（例えば２．５Ｖ）の一定
電圧（可動電極信号）が印加されている。
１及びＰ２が各固定電極３２、４２へ印加されていると
き、スイッチ回路２２０においてスイッチ２２１は閉、
スイッチ２２２は開になっている。それによって、演算
増幅器２１１の非反転入力端子にＶ／２の電圧が印加さ
れ、可動電極２４にはＶ／２（例えば２．５Ｖ）の一定
電圧（可動電極信号）が印加されている。
【００３２】この状態において加速度が印加されていな
い場合には、第１の固定電極３２と可動電極２４との電
位差、及び、第２の固定電極４２と可動電極２４との電
位差は、共にＶ／２となり、第１の固定電極３２と可動
電極２４との間の静電気力、及び、第２の固定電極４２
と可動電極２４との間の静電気力は、略等しく釣り合っ
ている。
い場合には、第１の固定電極３２と可動電極２４との電
位差、及び、第２の固定電極４２と可動電極２４との電
位差は、共にＶ／２となり、第１の固定電極３２と可動
電極２４との間の静電気力、及び、第２の固定電極４２
と可動電極２４との間の静電気力は、略等しく釣り合っ
ている。
【００３３】また、通常動作時では、Ｃ−Ｖ変換回路２
２０において、スイッチ２１３は図４に示すタイミング
で開閉される。このスイッチ２１３が閉のとき（期間φ
２）、コンデンサ２１２がリセットされる。一方、スイ
ッチ２１３が開のときに、加速度検出が行われる。つま
り、期間φ１のうち期間φ２以外の期間が加速度を検出
する期間である。この検出期間において、Ｃ−Ｖ変換回
路２２０からの出力電圧Ｖ０は、次の数式１で示され
る。
２０において、スイッチ２１３は図４に示すタイミング
で開閉される。このスイッチ２１３が閉のとき（期間φ
２）、コンデンサ２１２がリセットされる。一方、スイ
ッチ２１３が開のときに、加速度検出が行われる。つま
り、期間φ１のうち期間φ２以外の期間が加速度を検出
する期間である。この検出期間において、Ｃ−Ｖ変換回
路２２０からの出力電圧Ｖ０は、次の数式１で示され
る。
【００３４】
【数１】Ｖ０＝（ＣＳ１−ＣＳ２）・Ｖ’／Ｃｆ ここで、Ｖ’は両パッド３１ａ及び４１ａ間、即ち、両
固定電極３２及び４２の間の電圧であり、Ｃｆはコンデ
ンサ２１２の容量である。
固定電極３２及び４２の間の電圧であり、Ｃｆはコンデ
ンサ２１２の容量である。
【００３５】加速度が印加されると、第１の容量ＣＳ１
と第２の容量ＣＳ２とのバランスが変化する。すると、
上記数式１に基づき容量差（ＣＳ１−ＣＳ２）に応じた
電圧が、加速度が印加されていないときの出力Ｖ０にバ
イアスとして加わった形で出力Ｖ０（例えば０〜５Ｖ）
として出力される。この出力Ｖ０は、この後、増幅回路
やローパスフィルタ等を備えた信号処理回路（図示せ
ず）にて信号処理され、加速度検出信号として検出され
る。
と第２の容量ＣＳ２とのバランスが変化する。すると、
上記数式１に基づき容量差（ＣＳ１−ＣＳ２）に応じた
電圧が、加速度が印加されていないときの出力Ｖ０にバ
イアスとして加わった形で出力Ｖ０（例えば０〜５Ｖ）
として出力される。この出力Ｖ０は、この後、増幅回路
やローパスフィルタ等を備えた信号処理回路（図示せ
ず）にて信号処理され、加速度検出信号として検出され
る。
【００３６】次に、自己診断時の作動について、図５に
示す信号波形図を参照して説明する。信号印加手段とし
ての上記制御回路により、図５に示す様に、一定振幅Ｖ
（図示例では振幅０〜５Ｖ）の矩形波信号である搬送波
Ｐ１及びＰ２が入力される。ここで、期間φ３（例えば
１００μｓ）において、搬送波Ｐ１と搬送波Ｐ２とは、
互いに電圧レベルが反転した一定電圧信号（例えば搬送
波Ｐ１が０Ｖ、搬送波Ｐ２が５Ｖ）となっている。
示す信号波形図を参照して説明する。信号印加手段とし
ての上記制御回路により、図５に示す様に、一定振幅Ｖ
（図示例では振幅０〜５Ｖ）の矩形波信号である搬送波
Ｐ１及びＰ２が入力される。ここで、期間φ３（例えば
１００μｓ）において、搬送波Ｐ１と搬送波Ｐ２とは、
互いに電圧レベルが反転した一定電圧信号（例えば搬送
波Ｐ１が０Ｖ、搬送波Ｐ２が５Ｖ）となっている。
【００３７】また、この期間φ３では、上記の各搬送波
Ｐ１及びＰ２が各固定電極３２、４２へ印加されている
とき、スイッチ回路２２０においてスイッチ２２１は
開、スイッチ２２２は閉になっている。そのため、演算
増幅器２１１の非反転入力端子へ、Ｖ／２とは異なるＶ
１（例えば３Ｖ）の電圧が印加され、可動電極２４に
は、この電圧Ｖ１が可動電極信号として印加されてい
る。
Ｐ１及びＰ２が各固定電極３２、４２へ印加されている
とき、スイッチ回路２２０においてスイッチ２２１は
開、スイッチ２２２は閉になっている。そのため、演算
増幅器２１１の非反転入力端子へ、Ｖ／２とは異なるＶ
１（例えば３Ｖ）の電圧が印加され、可動電極２４に
は、この電圧Ｖ１が可動電極信号として印加されてい
る。
【００３８】可動電極２４に電圧Ｖ１を加えた場合、上
記通常動作時における静電気力の釣り合いが崩れ、可動
電極２４は、両固定電極３２、４２のうち可動電極２４
との間の電位差が大きい方の固定電極へ引き寄せられ
る。図５に示す例では、第１の固定電極３２の方へ引き
寄せられるように、梁部２２がたわみ、それと一体的に
可動電極２４が擬似的に変位する。このように、期間φ
３は、可動電極２４に擬似的な加速度を発生させる期間
である。なお、期間φ３においては、Ｃ−Ｖ変換回路２
２０のスイッチ２１３は閉であるため、コンデンサ２１
２がリセット状態にある。
記通常動作時における静電気力の釣り合いが崩れ、可動
電極２４は、両固定電極３２、４２のうち可動電極２４
との間の電位差が大きい方の固定電極へ引き寄せられ
る。図５に示す例では、第１の固定電極３２の方へ引き
寄せられるように、梁部２２がたわみ、それと一体的に
可動電極２４が擬似的に変位する。このように、期間φ
３は、可動電極２４に擬似的な加速度を発生させる期間
である。なお、期間φ３においては、Ｃ−Ｖ変換回路２
２０のスイッチ２１３は閉であるため、コンデンサ２１
２がリセット状態にある。
【００３９】次に、期間φ４（例えば１０μｓ）は、上
記図４に示した期間φ１と同様の信号波形を、可動電極
２４と固定電極３２、４２との間に印加することによ
り、直前の期間φ３にて発生した擬似的な加速度（物理
量）を検出する期間である。つまり、Ｃ−Ｖ変換回路２
２０のスイッチ２１３を開とし、コンデンサ２１２を加
速度検出可能な状態と同じにし、上記通常動作時と同様
の搬送波Ｐ１及びＰ２を印加する。また、スイッチ回路
２２０においてスイッチ２２１を閉、スイッチ２２２を
開として可動電極２４にＶ／２（例えば２．５Ｖ）の一
定電圧を駆動電極信号として印加する。
記図４に示した期間φ１と同様の信号波形を、可動電極
２４と固定電極３２、４２との間に印加することによ
り、直前の期間φ３にて発生した擬似的な加速度（物理
量）を検出する期間である。つまり、Ｃ−Ｖ変換回路２
２０のスイッチ２１３を開とし、コンデンサ２１２を加
速度検出可能な状態と同じにし、上記通常動作時と同様
の搬送波Ｐ１及びＰ２を印加する。また、スイッチ回路
２２０においてスイッチ２２１を閉、スイッチ２２２を
開として可動電極２４にＶ／２（例えば２．５Ｖ）の一
定電圧を駆動電極信号として印加する。
【００４０】すると、この期間φ４にて、例えば第１の
固定電極３２の方へ引き寄せられていた可動電極２４が
元の位置に戻ろうとするため、この容量変化に応じてＣ
−Ｖ変換回路２２０のコンデンサ２１２に電荷が発生
し、期間φ３にて発生した擬似的な加速度を検出するこ
とができる。このように、期間（φ３＋φ４）を１周期
とした自己診断信号（上記搬送波及び可動電極信号）を
可動電極２４と固定電極３２、４２との間に印加するこ
とにより、自己診断が可能となっている。
固定電極３２の方へ引き寄せられていた可動電極２４が
元の位置に戻ろうとするため、この容量変化に応じてＣ
−Ｖ変換回路２２０のコンデンサ２１２に電荷が発生
し、期間φ３にて発生した擬似的な加速度を検出するこ
とができる。このように、期間（φ３＋φ４）を１周期
とした自己診断信号（上記搬送波及び可動電極信号）を
可動電極２４と固定電極３２、４２との間に印加するこ
とにより、自己診断が可能となっている。
【００４１】ここで、本実施形態では、効率的な自己診
断を可能とするために、自己診断信号の周波数（以下、
自己診断周波数という）と梁部２２の変位方向の共振周
波数（以下、センサデバイスの共振周波数という）との
比を、自己診断信号を印加したときに梁部２２の共振倍
率が１倍以上、好ましくは１．１倍以上となるように設
定している。このように自己診断周波数を規定した根拠
について、次に述べる。
断を可能とするために、自己診断信号の周波数（以下、
自己診断周波数という）と梁部２２の変位方向の共振周
波数（以下、センサデバイスの共振周波数という）との
比を、自己診断信号を印加したときに梁部２２の共振倍
率が１倍以上、好ましくは１．１倍以上となるように設
定している。このように自己診断周波数を規定した根拠
について、次に述べる。
【００４２】図６は、本センサ１００の振動系を容量式
物理量検出装置における一般的なモデルとして示したも
のである。このモデルにおいて、変位する可動部（変位
可動部）は、可動部２０のうちアンカー部２３ａ、２３
ｂを除く部分、即ち錘部２１、梁部２２及び可動電極２
４であり、この変位可動部の質量（可動部質量）をｍと
し、その変位をｘとすると、振動方程式は次の数式２に
示される。
物理量検出装置における一般的なモデルとして示したも
のである。このモデルにおいて、変位する可動部（変位
可動部）は、可動部２０のうちアンカー部２３ａ、２３
ｂを除く部分、即ち錘部２１、梁部２２及び可動電極２
４であり、この変位可動部の質量（可動部質量）をｍと
し、その変位をｘとすると、振動方程式は次の数式２に
示される。
【００４３】
【数２】ｍ・（ｄ2ｘ／ｄｔ2）＋Ｃ・（ｄｘ／ｄｔ）＋
Ｋ・ｘ＝Ｆａ＋Ｆｅ ここで、ｍは上記可動部質量、Ｃは変位可動部の減衰係
数、Ｋは梁部２２の検出軸方向（変位方向）のバネ定
数、Ｆａは外部入力Ｇ、Ｆｅは可動電極２４と固定電極
３２、４２との間の静電引力である。通常動作時では、
Ｆａが外部入力加速度となるが、自己診断においてはＦ
ａは０である。このとき、変位可動部の変位ｘは、上記
振動方程式に従う。
Ｋ・ｘ＝Ｆａ＋Ｆｅ ここで、ｍは上記可動部質量、Ｃは変位可動部の減衰係
数、Ｋは梁部２２の検出軸方向（変位方向）のバネ定
数、Ｆａは外部入力Ｇ、Ｆｅは可動電極２４と固定電極
３２、４２との間の静電引力である。通常動作時では、
Ｆａが外部入力加速度となるが、自己診断においてはＦ
ａは０である。このとき、変位可動部の変位ｘは、上記
振動方程式に従う。
【００４４】図７は、変位可動部の変位ｘの時間ｔに対
する変化を示す説明図であり、（ａ）は自己診断周波数
とセンサデバイスの共振周波数との周波数差が大きい場
合、（ｂ）は当該周波数差が小さい場合を示す。センサ
デバイスの共振周波数と自己診断周波数とが大きく異な
る場合、自己診断周波数に対し、梁部２２の動きが追従
しにくい。つまり、図７（ａ）に示す様に、梁部２２が
振動せず、あたかもＤＣ（直流電圧）が印加されたＤＣ
的な変位状態となる。例えば、本センサ１００では、セ
ンサデバイスの共振周波数は７ｋＨｚ程度であり、自己
診断周波数を約２倍（１２ｋＨｚ〜１３ｋＨｚ程度）と
した場合が、この状態に相当する。
する変化を示す説明図であり、（ａ）は自己診断周波数
とセンサデバイスの共振周波数との周波数差が大きい場
合、（ｂ）は当該周波数差が小さい場合を示す。センサ
デバイスの共振周波数と自己診断周波数とが大きく異な
る場合、自己診断周波数に対し、梁部２２の動きが追従
しにくい。つまり、図７（ａ）に示す様に、梁部２２が
振動せず、あたかもＤＣ（直流電圧）が印加されたＤＣ
的な変位状態となる。例えば、本センサ１００では、セ
ンサデバイスの共振周波数は７ｋＨｚ程度であり、自己
診断周波数を約２倍（１２ｋＨｚ〜１３ｋＨｚ程度）と
した場合が、この状態に相当する。
【００４５】それに対し、センサデバイスの共振周波数
と自己診断周波数とが近いと、図７（ｂ）に示す様に、
梁部２２が自己診断周波数にて振動し、変動量Ｍ即ち変
位可動部の変位をＤＣ的な変位に比べて大きくできる。
つまり、自己診断信号の印加によって梁部２２が振動す
るように自己診断周波数を設定すれば、自己診断信号の
印加時に、共振倍率１倍以上にて、梁部２２を振動させ
ることができ、上記の容量差（ＣＳ１−ＣＳ２）即ちセ
ンサ出力を大きくできる。なお、共振倍率は、ＤＣが印
加されたときの梁部２２の変位（つまり、変位可動部の
変位）を１と規格化したとき、これに対する変動量Ｍの
倍率である。
と自己診断周波数とが近いと、図７（ｂ）に示す様に、
梁部２２が自己診断周波数にて振動し、変動量Ｍ即ち変
位可動部の変位をＤＣ的な変位に比べて大きくできる。
つまり、自己診断信号の印加によって梁部２２が振動す
るように自己診断周波数を設定すれば、自己診断信号の
印加時に、共振倍率１倍以上にて、梁部２２を振動させ
ることができ、上記の容量差（ＣＳ１−ＣＳ２）即ちセ
ンサ出力を大きくできる。なお、共振倍率は、ＤＣが印
加されたときの梁部２２の変位（つまり、変位可動部の
変位）を１と規格化したとき、これに対する変動量Ｍの
倍率である。
【００４６】そして、自己診断時に梁部２２を共振倍率
１倍以上で振動させるための自己診断周波数は、上記変
動量Ｍに関する次の数式３を用いて計算で求めることが
できる。なお、以下、自己診断周波数をｆｓ、センサデ
バイスの共振周波数をｆｏとする。
１倍以上で振動させるための自己診断周波数は、上記変
動量Ｍに関する次の数式３を用いて計算で求めることが
できる。なお、以下、自己診断周波数をｆｓ、センサデ
バイスの共振周波数をｆｏとする。
【００４７】
【数３】Ｍ＝１／｛（１−λ2）2＋（２τλ）2｝1/2 ここで、τはＣ／｛２・（ｍＫ）1/2｝であり、λはｆ
ｓ／ｆｏである。この数式３から、センサデバイスの共
振周波数ｆｏと自己診断周波数ｆｓとの比を変えて上記
変動量Ｍを求め、梁部２２の共振倍率を求めたものが図
８である。
ｓ／ｆｏである。この数式３から、センサデバイスの共
振周波数ｆｏと自己診断周波数ｆｓとの比を変えて上記
変動量Ｍを求め、梁部２２の共振倍率を求めたものが図
８である。
【００４８】図８から、梁部２２（つまり変位可動部）
を共振倍率１倍以上で振動させるためのｆｏ／ｆｓの範
囲が存在することが判る。共振倍率１倍以上とするに
は、自己診断周波数ｆｓがセンサデバイスの共振周波数
ｆｏの１．４１倍以下であることが必要である。また、
より効率的な自己診断を行うためには共振倍率が１．１
倍以上であることが好ましく、そのためには、自己診断
周波数ｆｓがセンサデバイスの共振周波数ｆｏの０．２
倍〜１．４倍であることが必要である。以上が自己周波
数を規定した根拠である。
を共振倍率１倍以上で振動させるためのｆｏ／ｆｓの範
囲が存在することが判る。共振倍率１倍以上とするに
は、自己診断周波数ｆｓがセンサデバイスの共振周波数
ｆｏの１．４１倍以下であることが必要である。また、
より効率的な自己診断を行うためには共振倍率が１．１
倍以上であることが好ましく、そのためには、自己診断
周波数ｆｓがセンサデバイスの共振周波数ｆｏの０．２
倍〜１．４倍であることが必要である。以上が自己周波
数を規定した根拠である。
【００４９】以上のように、本実施形態によれば、自己
診断時には、自己診断信号が周期的に可動電極２４と固
定電極３２、４２との間に印加されるため、可動電極２
４と固定電極３２、４２の間に静電気力を発生させて可
動電極２４に疑似的に加速度（物理量）が発生した状態
にすることができる。そして、可動電極２４の変位を、
Ｃ−Ｖ変換回路２１０の出力電圧Ｖ０に基づいて検出す
ることによって自己診断を行うことができる。
診断時には、自己診断信号が周期的に可動電極２４と固
定電極３２、４２との間に印加されるため、可動電極２
４と固定電極３２、４２の間に静電気力を発生させて可
動電極２４に疑似的に加速度（物理量）が発生した状態
にすることができる。そして、可動電極２４の変位を、
Ｃ−Ｖ変換回路２１０の出力電圧Ｖ０に基づいて検出す
ることによって自己診断を行うことができる。
【００５０】更に、本実施形態によれば、自己診断周波
数とセンサデバイスの共振周波数との比を、梁部２２の
共振倍率が１倍以上（好ましくは１．１倍）となるよう
に設定している。そのため、自己診断信号の印加時に梁
部２２を自己診断周波数にて振動させ、可動電極２４に
発生する擬似的な物理量を大きくでき、効率的な自己診
断が可能となる。
数とセンサデバイスの共振周波数との比を、梁部２２の
共振倍率が１倍以上（好ましくは１．１倍）となるよう
に設定している。そのため、自己診断信号の印加時に梁
部２２を自己診断周波数にて振動させ、可動電極２４に
発生する擬似的な物理量を大きくでき、効率的な自己診
断が可能となる。
【００５１】よって、本実施形態によれば、別体の自己
診断用の電極を設けることなく、装置の体格（チップサ
イズ）の小型化が可能であり、且つ、効率的に自己診断
を行うことのできる容量式物理量検出装置１００を提供
することができる。そして、自己診断を行うことによ
り、例えば、可動電極２４と固定電極３２、４２間にゴ
ミが付着して容量が変化しない場合には、出力電圧Ｖ０
が変化しないため故障検出ができる。また、経時変化等
で感度が変化した場合も、出力電圧の変化量により感度
変化を検出することができる。
診断用の電極を設けることなく、装置の体格（チップサ
イズ）の小型化が可能であり、且つ、効率的に自己診断
を行うことのできる容量式物理量検出装置１００を提供
することができる。そして、自己診断を行うことによ
り、例えば、可動電極２４と固定電極３２、４２間にゴ
ミが付着して容量が変化しない場合には、出力電圧Ｖ０
が変化しないため故障検出ができる。また、経時変化等
で感度が変化した場合も、出力電圧の変化量により感度
変化を検出することができる。
【００５２】（他の実施形態）なお、上記実施形態にお
いては、通常動作時と自己診断時とで、可動電極２４に
印加する電圧を変えて可動電極２４を擬似的に変位させ
ているが、固定電極３２、４２に印加する搬送波Ｐ１、
Ｐ２において電圧を変えることにより、可動電極２４を
擬似的に変位させ、自己診断を行うようにしても良い。
いては、通常動作時と自己診断時とで、可動電極２４に
印加する電圧を変えて可動電極２４を擬似的に変位させ
ているが、固定電極３２、４２に印加する搬送波Ｐ１、
Ｐ２において電圧を変えることにより、可動電極２４を
擬似的に変位させ、自己診断を行うようにしても良い。
【００５３】また、本発明のバネ部は上記のような梁形
状をなすものでなくとも良く、梁部２２と同様のバネ機
能を有するものであれば、どのような形状でも良い。ま
た、本発明は上記半導体加速度センサ１００に適用する
ものに限らず、圧力センサ、ヨーレートセンサなどの静
電容量式の物理量検出装置にも同様に適用することがで
きる。
状をなすものでなくとも良く、梁部２２と同様のバネ機
能を有するものであれば、どのような形状でも良い。ま
た、本発明は上記半導体加速度センサ１００に適用する
ものに限らず、圧力センサ、ヨーレートセンサなどの静
電容量式の物理量検出装置にも同様に適用することがで
きる。
【図１】本発明の実施形態に係る半導体加速度センサの
概略平面図である。
概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った模式的断面図であ
る。
る。
【図３】図１に示すセンサにおける回路手段の具体的構
成図である。
成図である。
【図４】図３に示す回路手段の通常動作時の作動説明に
供する信号波形図である。
供する信号波形図である。
【図５】図３に示す回路手段の自己診断時の作動説明に
供する信号波形図である。
供する信号波形図である。
【図６】図１に示すセンサにおける振動系のモデルを示
す説明図である。
す説明図である。
【図７】可動部の変位の時間変化を示す説明図である。
【図８】センサデバイスの共振周波数ｆｏと自己診断周
波数ｆｓとの比と、梁部の共振倍率との関係を示す図で
ある。
波数ｆｓとの比と、梁部の共振倍率との関係を示す図で
ある。
２２…梁部、２４…可動電極、３２…第１の固定電極、
４２…第２の固定電極、２１０…Ｃ−Ｖ変換回路、２２
０…スイッチ回路。
４２…第２の固定電極、２１０…Ｃ−Ｖ変換回路、２２
０…スイッチ回路。
Claims (5)
- 【請求項１】 物理量の印加に応じて所定方向へ変位す
るバネ機能を有するバネ部（２２）と、 このバネ部に一体に形成され前記バネ部とともに前記バ
ネ部の変位方向へ変位可能な可動電極（２４）と、 前記可動電極に対向して配置された固定電極（３２、４
２）と、 周期的に変化する信号であって前記物理量を検出するた
めの検出信号と周期的に変化する信号であって自己診断
を行うための自己診断信号とを切り替えて、前記可動電
極と前記固定電極との間に印加する信号印加手段（２２
０）と、 前記可動電極と前記固定電極とからなる容量の変化に応
じた電圧を出力するＣ−Ｖ変換回路（２１０）とを備
え、 前記検出信号の印加中に発生する前記容量の変化に応じ
て前記物理量を検出し、 前記自己診断信号の印加によって前記バネ部を変位させ
ることにより前記可動電極に疑似的な物理量を発生させ
るようになっており、 前記自己診断信号の周波数と前記バネ部の変位方向の共
振周波数との比は、前記自己診断信号を印加したときに
前記バネ部の共振倍率が１倍以上となるように設定され
ていることを特徴とする容量式物理量検出装置。 - 【請求項２】 前記自己診断信号の周波数と前記バネ部
（２２）の変位方向の共振周波数との比は、前記自己診
断信号を印加したときに前記バネ部の共振倍率が１．１
倍以上となるように設定されていることを特徴とする請
求項１に記載の容量式物理量検出装置。 - 【請求項３】 物理量の印加に応じて所定方向へ変位す
るバネ機能を有するバネ部（２２）と、 このバネ部に一体に形成され前記バネ部とともに前記バ
ネ部の変位方向へ変位可能な可動電極（２４）と、 前記可動電極に対向して配置された固定電極（３２、４
２）と、 周期的に変化する信号であって前記物理量を検出するた
めの検出信号と周期的に変化する信号であって自己診断
を行うための自己診断信号とを切り替えて、前記可動電
極と前記固定電極との間に印加する信号印加手段（２２
０）と、 前記可動電極と前記固定電極とからなる容量の変化に応
じた電圧を出力するＣ−Ｖ変換回路（２１０）とを備
え、 前記検出信号の印加中に発生する前記容量の変化に応じ
て前記物理量を検出し、 前記自己診断信号の印加によって前記バネ部を変位させ
ることにより前記可動電極に疑似的な物理量を発生させ
るようになっており、 前記自己診断信号の周波数が、前記バネ部の変位方向の
共振周波数の１．４１倍以下であることを特徴とする容
量式物理量検出装置。 - 【請求項４】 前記自己診断信号の周波数が、前記バネ
部（２２）の変位方向の共振周波数の０．２〜１．４倍
であることを特徴とする請求項３に記載の容量式物理量
検出装置。 - 【請求項５】 物理量の印加に応じて所定方向へ変位す
るバネ機能を有するバネ部（２２）と、 このバネ部に一体に形成され前記バネ部とともに前記バ
ネ部の変位方向へ変位可能な可動電極（２４）と、 前記可動電極に対向して配置された固定電極（３２、４
２）と、 周期的に変化する信号であって前記物理量を検出するた
めの検出信号と周期的に変化する信号であって自己診断
を行うための自己診断信号とを切り替えて、前記可動電
極と前記固定電極との間に印加する信号印加手段（２２
０）と、 前記可動電極と前記固定電極とからなる容量の変化に応
じた電圧を出力するＣ−Ｖ変換回路（２１０）とを備
え、 前記検出信号の印加中に発生する前記容量の変化に応じ
て前記物理量を検出し、 前記自己診断信号の印加によって前記バネ部を変位させ
ることにより前記可動電極に疑似的な物理量を発生させ
るようになっており、 前記自己診断信号の周波数と前記バネ部の変位方向の共
振周波数との比は、前記自己診断信号を印加したときに
前記バネ部が振動するように設定されていることを特徴
とする容量式物理量検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27258599A JP2001091535A (ja) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | 容量式物理量検出装置 |
| DE10046958A DE10046958B4 (de) | 1999-09-27 | 2000-09-21 | Kapazitive Vorrichtung zum Erfassen einer physikalischen Grösse |
| US09/667,800 US6450029B1 (en) | 1999-09-27 | 2000-09-22 | Capacitive physical quantity detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27258599A JP2001091535A (ja) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | 容量式物理量検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001091535A true JP2001091535A (ja) | 2001-04-06 |
Family
ID=17515979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27258599A Pending JP2001091535A (ja) | 1999-09-27 | 1999-09-27 | 容量式物理量検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001091535A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003028824A (ja) * | 2001-07-16 | 2003-01-29 | Denso Corp | 容量式湿度センサ |
| JP2008107108A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Denso Corp | 容量式力学量検出装置 |
| KR100928909B1 (ko) * | 2005-11-30 | 2009-11-30 | 가부시키가이샤 덴소 | 용량성 물리량 센서 및 용량성 물리량 센서의 진단 방법 |
| JP2010232431A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Denso Corp | 容量式物理量検出装置 |
| WO2012020739A1 (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-16 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 慣性センサ |
| JP2012242201A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Denso Corp | 容量式物理量検出装置 |
| JP2014240821A (ja) * | 2013-06-12 | 2014-12-25 | 株式会社デンソー | センサ装置 |
| JP6149969B1 (ja) * | 2016-01-27 | 2017-06-21 | 富士電機株式会社 | 加速度センサ装置、モニタリングシステム、及び診断方法 |
| CN114236370A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-03-25 | 国网湖北省电力有限公司直流运检公司 | 一种柔性直流输电换流阀子模块电容器容值检测装置 |
| US11371904B2 (en) | 2019-02-22 | 2022-06-28 | Seiko Epson Corporation | Sensor module and sensor system with improved abnormality detection and abnormality determination method for an inertial sensor |
| US11679976B2 (en) | 2019-01-31 | 2023-06-20 | Seiko Epson Corporation | Structure forming method and device |
| RU2814647C1 (ru) * | 2023-10-18 | 2024-03-04 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Установка для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса |
-
1999
- 1999-09-27 JP JP27258599A patent/JP2001091535A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003028824A (ja) * | 2001-07-16 | 2003-01-29 | Denso Corp | 容量式湿度センサ |
| JP4501320B2 (ja) * | 2001-07-16 | 2010-07-14 | 株式会社デンソー | 容量式湿度センサ |
| KR100928909B1 (ko) * | 2005-11-30 | 2009-11-30 | 가부시키가이샤 덴소 | 용량성 물리량 센서 및 용량성 물리량 센서의 진단 방법 |
| JP2008107108A (ja) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Denso Corp | 容量式力学量検出装置 |
| JP2010232431A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-10-14 | Denso Corp | 容量式物理量検出装置 |
| US9229025B2 (en) | 2010-08-11 | 2016-01-05 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Inertial sensor |
| WO2012020739A1 (ja) * | 2010-08-11 | 2012-02-16 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 慣性センサ |
| JP2012242201A (ja) * | 2011-05-18 | 2012-12-10 | Denso Corp | 容量式物理量検出装置 |
| JP2014240821A (ja) * | 2013-06-12 | 2014-12-25 | 株式会社デンソー | センサ装置 |
| JP6149969B1 (ja) * | 2016-01-27 | 2017-06-21 | 富士電機株式会社 | 加速度センサ装置、モニタリングシステム、及び診断方法 |
| JP2017134047A (ja) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | 富士電機株式会社 | 加速度センサ装置、モニタリングシステム、及び診断方法 |
| US11679976B2 (en) | 2019-01-31 | 2023-06-20 | Seiko Epson Corporation | Structure forming method and device |
| US11371904B2 (en) | 2019-02-22 | 2022-06-28 | Seiko Epson Corporation | Sensor module and sensor system with improved abnormality detection and abnormality determination method for an inertial sensor |
| CN114236370A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-03-25 | 国网湖北省电力有限公司直流运检公司 | 一种柔性直流输电换流阀子模块电容器容值检测装置 |
| CN114236370B (zh) * | 2021-11-11 | 2023-08-29 | 国网湖北省电力有限公司直流运检公司 | 一种柔性直流输电换流阀子模块电容器容值检测装置 |
| RU2814647C1 (ru) * | 2023-10-18 | 2024-03-04 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Установка для градуировки гидроакустических приемников в камере малого объема с применением параметрического резонанса |
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