JP2002039891A - 圧力検出装置 - Google Patents
圧力検出装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 受圧用のダイヤフラムと、このダイヤフラム
の一面側に形成されダイヤフラムの歪みに応じて抵抗値
が変化する複数個のピエゾ抵抗と、複数個のピエゾ抵抗
により構成された複数のブリッジ回路とを備え、故障診
断可能な圧力検出装置において、ピエゾ抵抗の配置余裕
度を大きくする。 【解決手段】 シリコン半導体基板1の一面1a側に形
成されたダイヤフラム3上には、複数個のピエゾ抵抗4
1〜44、51〜54により、2つのブリッジ回路4、
5が同心円状に形成されており、第1のブリッジ回路4
は、ダイヤフラム3の歪みに応じてブリッジ出力が変化
する圧力検出用のものであり、第2のブリッジ回路5
は、ダイヤフラム3の歪みに応じて個々のピエゾ抵抗5
1〜54の抵抗値が変化するようになっているととも
に、ダイヤフラム3の歪みに応じてブリッジ出力が変化
しないように結線されている。
の一面側に形成されダイヤフラムの歪みに応じて抵抗値
が変化する複数個のピエゾ抵抗と、複数個のピエゾ抵抗
により構成された複数のブリッジ回路とを備え、故障診
断可能な圧力検出装置において、ピエゾ抵抗の配置余裕
度を大きくする。 【解決手段】 シリコン半導体基板1の一面1a側に形
成されたダイヤフラム3上には、複数個のピエゾ抵抗4
1〜44、51〜54により、2つのブリッジ回路4、
5が同心円状に形成されており、第1のブリッジ回路4
は、ダイヤフラム3の歪みに応じてブリッジ出力が変化
する圧力検出用のものであり、第2のブリッジ回路5
は、ダイヤフラム3の歪みに応じて個々のピエゾ抵抗5
1〜54の抵抗値が変化するようになっているととも
に、ダイヤフラム3の歪みに応じてブリッジ出力が変化
しないように結線されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、受圧用のダイヤフ
ラムと、このダイヤフラムの一面側に形成されダイヤフ
ラムの歪みに応じて抵抗値が変化する複数個のピエゾ抵
抗と、複数個のピエゾ抵抗により構成された検出回路と
を備える圧力検出装置に関し、特に故障診断機能を備え
る圧力検出装置に関する。
ラムと、このダイヤフラムの一面側に形成されダイヤフ
ラムの歪みに応じて抵抗値が変化する複数個のピエゾ抵
抗と、複数個のピエゾ抵抗により構成された検出回路と
を備える圧力検出装置に関し、特に故障診断機能を備え
る圧力検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の圧力検出装置としては、
特表平10−506718号公報に記載のものが提案さ
れている。このものは、ダイヤフラムのそれぞれ半分上
にピエゾ抵抗よりなるブリッジ回路を有しており、これ
ら2つのブリッジ回路からのブリッジ出力(ブリッジ信
号)を比較することによって、圧力検出を行うとともに
故障診断を可能としたものである。
特表平10−506718号公報に記載のものが提案さ
れている。このものは、ダイヤフラムのそれぞれ半分上
にピエゾ抵抗よりなるブリッジ回路を有しており、これ
ら2つのブリッジ回路からのブリッジ出力(ブリッジ信
号)を比較することによって、圧力検出を行うとともに
故障診断を可能としたものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の圧力検出装置においては、2つのブリッジ回路の一
方を圧力検出用、他方を故障診断用として用いることが
できるものの、両ブリッジ回路とも、ダイヤフラムの歪
みに応じてブリッジ出力が変化するようになっている。
来の圧力検出装置においては、2つのブリッジ回路の一
方を圧力検出用、他方を故障診断用として用いることが
できるものの、両ブリッジ回路とも、ダイヤフラムの歪
みに応じてブリッジ出力が変化するようになっている。
【0004】そのため、両ブリッジ回路とも、ピエゾ抵
抗の位置がずれることによって、ブリッジ出力が変化し
てしまい、正確な故障診断を行い難い。つまり、上記従
来の圧力検出装置においては、ピエゾ抵抗の配置の余裕
度が低いという点で問題がある。
抗の位置がずれることによって、ブリッジ出力が変化し
てしまい、正確な故障診断を行い難い。つまり、上記従
来の圧力検出装置においては、ピエゾ抵抗の配置の余裕
度が低いという点で問題がある。
【0005】そこで、本発明は上記問題に鑑み、受圧用
のダイヤフラムと、このダイヤフラムの一面側に形成さ
れダイヤフラムの歪みに応じて抵抗値が変化する複数個
のピエゾ抵抗と、複数個のピエゾ抵抗により構成された
複数のブリッジ回路とを備え、故障診断可能な圧力検出
装置において、ピエゾ抵抗の配置余裕度を大きくするこ
とを目的とする。
のダイヤフラムと、このダイヤフラムの一面側に形成さ
れダイヤフラムの歪みに応じて抵抗値が変化する複数個
のピエゾ抵抗と、複数個のピエゾ抵抗により構成された
複数のブリッジ回路とを備え、故障診断可能な圧力検出
装置において、ピエゾ抵抗の配置余裕度を大きくするこ
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の発明では、受圧用のダイヤフラム(3)
と、このダイヤフラムの一面側に形成されダイヤフラム
の歪みに応じて抵抗値が変化する複数個のピエゾ抵抗
(41〜44、51〜54)と、複数個のピエゾ抵抗に
より構成された検出回路とを備える圧力検出装置におい
て、検出回路を、ダイヤフラムの歪みに応じてブリッジ
出力が変化する圧力検出用の第1のブリッジ回路(4)
と、ダイヤフラムの歪みに応じて個々のピエゾ抵抗の抵
抗値が変化するようになっているとともに、ダイヤフラ
ムの歪みに応じてブリッジ出力が変化しないように結線
されている第2のブリッジ回路(5)とにより構成した
ことを特徴としている。
め、請求項1の発明では、受圧用のダイヤフラム(3)
と、このダイヤフラムの一面側に形成されダイヤフラム
の歪みに応じて抵抗値が変化する複数個のピエゾ抵抗
(41〜44、51〜54)と、複数個のピエゾ抵抗に
より構成された検出回路とを備える圧力検出装置におい
て、検出回路を、ダイヤフラムの歪みに応じてブリッジ
出力が変化する圧力検出用の第1のブリッジ回路(4)
と、ダイヤフラムの歪みに応じて個々のピエゾ抵抗の抵
抗値が変化するようになっているとともに、ダイヤフラ
ムの歪みに応じてブリッジ出力が変化しないように結線
されている第2のブリッジ回路(5)とにより構成した
ことを特徴としている。
【0007】本発明によれば、第1のブリッジ回路によ
り、圧力検出を行うことができる。一方、第2のブリッ
ジ回路は、ダイヤフラムの歪みに応じてブリッジ出力が
変化しないように結線されているため、圧力検出には関
与せず、第2のブリッジ回路については、ピエゾ抵抗の
配置において位置ずれが起こっても影響はない。
り、圧力検出を行うことができる。一方、第2のブリッ
ジ回路は、ダイヤフラムの歪みに応じてブリッジ出力が
変化しないように結線されているため、圧力検出には関
与せず、第2のブリッジ回路については、ピエゾ抵抗の
配置において位置ずれが起こっても影響はない。
【0008】また、第2のブリッジ回路はダイヤフラム
の歪みに応じて個々のピエゾ抵抗の抵抗値が変化するよ
うになっており、ダイヤフラムの破損やピエゾ抵抗の抵
抗値変化等の故障に対してはブリッジ出力が変化するた
め、第2のブリッジ回路のブリッジ出力の変化を検知す
ることで故障診断が可能である。
の歪みに応じて個々のピエゾ抵抗の抵抗値が変化するよ
うになっており、ダイヤフラムの破損やピエゾ抵抗の抵
抗値変化等の故障に対してはブリッジ出力が変化するた
め、第2のブリッジ回路のブリッジ出力の変化を検知す
ることで故障診断が可能である。
【0009】このように、本発明によれば、第2のブリ
ッジ回路を備えることによって故障診断可能な圧力検出
装置を実現できるとともに、第2のブリッジ回路におけ
るピエゾ抵抗の配置自由度が大きくなるため、結果的に
ピエゾ抵抗の配置余裕度を大きくすることができる。
ッジ回路を備えることによって故障診断可能な圧力検出
装置を実現できるとともに、第2のブリッジ回路におけ
るピエゾ抵抗の配置自由度が大きくなるため、結果的に
ピエゾ抵抗の配置余裕度を大きくすることができる。
【0010】また、請求項2の発明では、ダイヤフラム
(3)の一面側をシリコン半導体基板(1)の(10
0)面として構成し、各々のブリッジ回路(4、5)に
おいて、ピエゾ抵抗(41〜44、51〜54)を(1
00)面に形成したことを特徴としている。
(3)の一面側をシリコン半導体基板(1)の(10
0)面として構成し、各々のブリッジ回路(4、5)に
おいて、ピエゾ抵抗(41〜44、51〜54)を(1
00)面に形成したことを特徴としている。
【0011】本発明のように、ダイヤフラムの一面側を
シリコン基板の(100)面として構成すれば、当該
(100)面に存在する2本の<110>結晶軸を利用
して上記第1及び第2のブリッジ回路における各ピエゾ
抵抗の配置を容易に行うことができる。
シリコン基板の(100)面として構成すれば、当該
(100)面に存在する2本の<110>結晶軸を利用
して上記第1及び第2のブリッジ回路における各ピエゾ
抵抗の配置を容易に行うことができる。
【0012】また、請求項3の発明では、第1のブリッ
ジ回路(4)を構成するピエゾ抵抗(41〜44)と第
2のブリッジ回路(5)を構成するピエゾ抵抗(51〜
54)とを、ダイヤフラム(3)の中心に対して互いに
同心円状に配置したことを特徴としている。それによれ
ば、各ブリッジ回路における結線を容易に行うことがで
きる。
ジ回路(4)を構成するピエゾ抵抗(41〜44)と第
2のブリッジ回路(5)を構成するピエゾ抵抗(51〜
54)とを、ダイヤフラム(3)の中心に対して互いに
同心円状に配置したことを特徴としている。それによれ
ば、各ブリッジ回路における結線を容易に行うことがで
きる。
【0013】また、請求項4の発明では、第1のブリッ
ジ回路(4)を構成するピエゾ抵抗のうち1組の相対向
するピエゾ抵抗(41、43)を、電位変化の方向がダ
イヤフラム(3)の中心に対する同心円の円周方向とな
るようにし、他の組の相対向するピエゾ抵抗(42、4
4)を、電位変化の方向が当該同心円の径方向となるよ
うにするとともに、第2のブリッジ回路(5)を構成す
る全てのピエゾ抵抗(51〜54)を、電位変化の方向
が当該同心円の径方向となるようにしたことを特徴とし
ている。それによれば、各ブリッジ回路における結線を
容易に行うことができる。
ジ回路(4)を構成するピエゾ抵抗のうち1組の相対向
するピエゾ抵抗(41、43)を、電位変化の方向がダ
イヤフラム(3)の中心に対する同心円の円周方向とな
るようにし、他の組の相対向するピエゾ抵抗(42、4
4)を、電位変化の方向が当該同心円の径方向となるよ
うにするとともに、第2のブリッジ回路(5)を構成す
る全てのピエゾ抵抗(51〜54)を、電位変化の方向
が当該同心円の径方向となるようにしたことを特徴とし
ている。それによれば、各ブリッジ回路における結線を
容易に行うことができる。
【0014】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。
【0015】
【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。本実施形態の圧力検出装置は、例え
ば、安全性及び高精度制御が必要な自動車用ブレーキ圧
検出器、燃料噴射圧制御検出器等に用いることができ
る。
について説明する。本実施形態の圧力検出装置は、例え
ば、安全性及び高精度制御が必要な自動車用ブレーキ圧
検出器、燃料噴射圧制御検出器等に用いることができ
る。
【0016】図1は、本発明の実施形態に係る圧力検出
装置S1の概略断面図であり、図2は、図1中のA矢視
平面図である。この圧力検出装置S1は、一面1aと他
面1bの面方位が(110)面であるシリコン半導体基
板1に形成されたものである。
装置S1の概略断面図であり、図2は、図1中のA矢視
平面図である。この圧力検出装置S1は、一面1aと他
面1bの面方位が(110)面であるシリコン半導体基
板1に形成されたものである。
【0017】シリコン半導体基板1には、当該基板1の
他面1bから凹んだ凹部2が形成されている。この凹部
2の形成に伴い薄肉部となった凹部2の底面側には、平
面形状が円形である受圧用のダイヤフラム3が形成され
ている。このダイヤフラム3は、例えば、当該基板1の
他面1bに所定パターンのマスクを形成し、KOH等を
用いた異方性エッチングを行い凹部2を形成することに
より形成される。
他面1bから凹んだ凹部2が形成されている。この凹部
2の形成に伴い薄肉部となった凹部2の底面側には、平
面形状が円形である受圧用のダイヤフラム3が形成され
ている。このダイヤフラム3は、例えば、当該基板1の
他面1bに所定パターンのマスクを形成し、KOH等を
用いた異方性エッチングを行い凹部2を形成することに
より形成される。
【0018】また、(100)面であるダイヤフラム3
の一面(シリコン半導体基板1の一面1a側)には、ダ
イヤフラム3の歪みに応じて抵抗値が変化する歪みゲー
ジとしてのピエゾ抵抗41〜44、51〜54が拡散等
の半導体プロセスにより複数個(図示例では8個)形成
されている。これらピエゾ抵抗の各々は同一の抵抗値を
有するものであり、例えば、上記特表平10−5067
18号公報に記載されているような折り返し形状のもの
とすることができる。
の一面(シリコン半導体基板1の一面1a側)には、ダ
イヤフラム3の歪みに応じて抵抗値が変化する歪みゲー
ジとしてのピエゾ抵抗41〜44、51〜54が拡散等
の半導体プロセスにより複数個(図示例では8個)形成
されている。これらピエゾ抵抗の各々は同一の抵抗値を
有するものであり、例えば、上記特表平10−5067
18号公報に記載されているような折り返し形状のもの
とすることができる。
【0019】これらピエゾ抵抗41〜44、51〜54
により、圧力検出装置S1の検出回路が構成されてお
り、この検出回路は、ダイヤフラム3の歪みに応じてブ
リッジ出力が変化する圧力検出用の第1のブリッジ回路
4と、故障診断用の第2のブリッジ回路5とよりなる。
により、圧力検出装置S1の検出回路が構成されてお
り、この検出回路は、ダイヤフラム3の歪みに応じてブ
リッジ出力が変化する圧力検出用の第1のブリッジ回路
4と、故障診断用の第2のブリッジ回路5とよりなる。
【0020】第1のブリッジ回路4を構成するピエゾ抵
抗41〜44と第2のブリッジ回路5を構成するピエゾ
抵抗51〜54とは、円形のダイヤフラム3の中心に対
して同心円状に配置されている。即ち、各ブリッジ回路
4、5において、各ピエゾ抵抗はダイヤフラム3の中心
から等距離にある。ここで、図2中には便宜上、各同心
円E1、E2を破線にて示してあり、外側の同心円E2
はダイヤフラム3の外形とも一致している。
抗41〜44と第2のブリッジ回路5を構成するピエゾ
抵抗51〜54とは、円形のダイヤフラム3の中心に対
して同心円状に配置されている。即ち、各ブリッジ回路
4、5において、各ピエゾ抵抗はダイヤフラム3の中心
から等距離にある。ここで、図2中には便宜上、各同心
円E1、E2を破線にて示してあり、外側の同心円E2
はダイヤフラム3の外形とも一致している。
【0021】本例では、各々のブリッジ回路4、5にお
いて、ピエゾ抵抗41〜44、51〜54は、(10
0)面に存在する相直交する<110>結晶軸方向(図
中、一点鎖線にて図示)に沿って、それぞれ2個ずつ配
置されている。なお、本例では、第1のブリッジ回路4
の外側に第2のブリッジ回路5が設けられているが、逆
の配置でも良い。
いて、ピエゾ抵抗41〜44、51〜54は、(10
0)面に存在する相直交する<110>結晶軸方向(図
中、一点鎖線にて図示)に沿って、それぞれ2個ずつ配
置されている。なお、本例では、第1のブリッジ回路4
の外側に第2のブリッジ回路5が設けられているが、逆
の配置でも良い。
【0022】また、本例では、第1のブリッジ回路4を
構成するピエゾ抵抗41〜44のうち1組の相対向する
ピエゾ抵抗41、43は、電位変化の方向がダイヤフラ
ム3の中心に対する同心円E1の円周方向となってお
り、他の組の相対向するピエゾ抵抗42、44は、電位
変化の方向が当該同心円E1の径方向となっている。
構成するピエゾ抵抗41〜44のうち1組の相対向する
ピエゾ抵抗41、43は、電位変化の方向がダイヤフラ
ム3の中心に対する同心円E1の円周方向となってお
り、他の組の相対向するピエゾ抵抗42、44は、電位
変化の方向が当該同心円E1の径方向となっている。
【0023】また、第2のブリッジ回路5を構成する全
てのピエゾ抵抗51〜54は、電位変化の方向が同心円
E2の径方向となっている。なお、図2中、各ピエゾ抵
抗41〜44、51〜54は長方形にて示されている
が、各ピエゾ抵抗の電位変化の方向は、長方形の長手方
向に対応している。
てのピエゾ抵抗51〜54は、電位変化の方向が同心円
E2の径方向となっている。なお、図2中、各ピエゾ抵
抗41〜44、51〜54は長方形にて示されている
が、各ピエゾ抵抗の電位変化の方向は、長方形の長手方
向に対応している。
【0024】また、第1のブリッジ回路4の結線図を図
3に、第2のブリッジ回路5の結線図を図4にそれぞれ
示す。これら各ピエゾ抵抗の結線は図1及び図2では図
示しないが、シリコン半導体基板1に拡散等により形成
された配線等を介して行われている。
3に、第2のブリッジ回路5の結線図を図4にそれぞれ
示す。これら各ピエゾ抵抗の結線は図1及び図2では図
示しないが、シリコン半導体基板1に拡散等により形成
された配線等を介して行われている。
【0025】これら図3及び図4を参照して、圧力検出
装置S1の作動原理について述べる。ダイヤフラム3に
圧力が印加されるとダイヤフラム3が歪み、各ピエゾ抵
抗41〜44、51〜54には応力が印加される。
装置S1の作動原理について述べる。ダイヤフラム3に
圧力が印加されるとダイヤフラム3が歪み、各ピエゾ抵
抗41〜44、51〜54には応力が印加される。
【0026】図3に示す様に、第1のブリッジ回路4
は、この種の圧力検出装置における(100)面での通
常のピエゾ抵抗の配置であり、圧力の増加に対してピエ
ゾ抵抗41、43が抵抗値が増加し、ピエゾ抵抗42、
44が抵抗値が減少するように結線されている。そし
て、ブリッジ出力は出力A1と出力A2との差分であ
り、ダイヤフラム3の歪みに応じてブリッジ出力が変化
し、圧力が検出可能となっている。
は、この種の圧力検出装置における(100)面での通
常のピエゾ抵抗の配置であり、圧力の増加に対してピエ
ゾ抵抗41、43が抵抗値が増加し、ピエゾ抵抗42、
44が抵抗値が減少するように結線されている。そし
て、ブリッジ出力は出力A1と出力A2との差分であ
り、ダイヤフラム3の歪みに応じてブリッジ出力が変化
し、圧力が検出可能となっている。
【0027】一方、第2のブリッジ回路5は、ダイヤフ
ラム3の歪みに応じて個々のピエゾ抵抗51〜54の抵
抗値が変化するようになっているが、ダイヤフラム3の
歪みに応じてブリッジ出力が変化しないように結線され
ているものである。本例では、図4に示す様に、全ての
ピエゾ抵抗51〜54の抵抗値の増減方向が同一となる
(図4では全て増加方向)ように結線されている。
ラム3の歪みに応じて個々のピエゾ抵抗51〜54の抵
抗値が変化するようになっているが、ダイヤフラム3の
歪みに応じてブリッジ出力が変化しないように結線され
ているものである。本例では、図4に示す様に、全ての
ピエゾ抵抗51〜54の抵抗値の増減方向が同一となる
(図4では全て増加方向)ように結線されている。
【0028】第2のブリッジ回路5においても、ブリッ
ジ出力は出力B1と出力B2との差分であるが、全ての
ピエゾ抵抗51〜54が圧力増加に対して抵抗値が増加
するので、差分をとってもブリッジ出力の変化は0であ
り続ける。そのため、第2のブリッジ回路5は、圧力検
出には関与せず、第2のブリッジ回路5については、ピ
エゾ抵抗51〜54の配置において位置ずれが起こって
もブリッジ出力への影響はない。
ジ出力は出力B1と出力B2との差分であるが、全ての
ピエゾ抵抗51〜54が圧力増加に対して抵抗値が増加
するので、差分をとってもブリッジ出力の変化は0であ
り続ける。そのため、第2のブリッジ回路5は、圧力検
出には関与せず、第2のブリッジ回路5については、ピ
エゾ抵抗51〜54の配置において位置ずれが起こって
もブリッジ出力への影響はない。
【0029】しかし、第2のブリッジ回路5はダイヤフ
ラム3の歪みに応じて個々のピエゾ抵抗51〜54の抵
抗値が変化するようになっているため、ダイヤフラム3
の応力分布が変化する状況(例えば、ダイヤフラムの割
れ、欠け、ピエゾ抵抗抵抗値の変化等)になった場合、
ブリッジ出力が変化する。そのため、第2のブリッジ回
路5のブリッジ出力の変化を検知することで故障診断が
可能である。
ラム3の歪みに応じて個々のピエゾ抵抗51〜54の抵
抗値が変化するようになっているため、ダイヤフラム3
の応力分布が変化する状況(例えば、ダイヤフラムの割
れ、欠け、ピエゾ抵抗抵抗値の変化等)になった場合、
ブリッジ出力が変化する。そのため、第2のブリッジ回
路5のブリッジ出力の変化を検知することで故障診断が
可能である。
【0030】この検出原理における各ピエゾ抵抗41〜
44、51〜54に発生する応力と各ブリッジ出力との
関係について、図2に示すピエゾ抵抗の配置例、図3及
び図4に示す結線例に基づき詳細に述べておく。ダイヤ
フラム3に圧力が印加されるとダイヤフラム3が歪み、
それに伴い、各ピエゾ抵抗41〜44、51〜54に
は、<110>結晶軸に応じて図2に示す矢印X方向と
矢印Y方向とに応力が発生する。
44、51〜54に発生する応力と各ブリッジ出力との
関係について、図2に示すピエゾ抵抗の配置例、図3及
び図4に示す結線例に基づき詳細に述べておく。ダイヤ
フラム3に圧力が印加されるとダイヤフラム3が歪み、
それに伴い、各ピエゾ抵抗41〜44、51〜54に
は、<110>結晶軸に応じて図2に示す矢印X方向と
矢印Y方向とに応力が発生する。
【0031】ここで、X方向の<110>結晶軸上に位
置するピエゾ抵抗42、44、52、54において、X
方向の発生応力をσxx、Y方向の発生応力をσyyと
し、また、Y方向の<110>結晶軸上に位置するピエ
ゾ抵抗41、43、51、53において、X方向の発生
応力をσxx’、Y方向の発生応力をσyy’とする
(図2参照)。
置するピエゾ抵抗42、44、52、54において、X
方向の発生応力をσxx、Y方向の発生応力をσyyと
し、また、Y方向の<110>結晶軸上に位置するピエ
ゾ抵抗41、43、51、53において、X方向の発生
応力をσxx’、Y方向の発生応力をσyy’とする
(図2参照)。
【0032】各ピエゾ抵抗においては、円周方向の応力
と径方向の応力の差が出力に比例するため、第1のブリ
ッジ回路4におけるブリッジ出力をe1、第2のブリッ
ジ回路5におけるブリッジ出力をe2とすると、本例に
おける各ブリッジ出力e1、e2は次の数式1にて表さ
れる。
と径方向の応力の差が出力に比例するため、第1のブリ
ッジ回路4におけるブリッジ出力をe1、第2のブリッ
ジ回路5におけるブリッジ出力をe2とすると、本例に
おける各ブリッジ出力e1、e2は次の数式1にて表さ
れる。
【0033】
【数1】 e1∝(σxx−σyy)−(σxx’−σyy’) e2∝(σxx−σyy)−{−(σxx’−σy
y’)}=(σxx−σyy)+(σxx’−σy
y’) 本例では、各ブリッジ回路4、5において、径方向の応
力であるσxxとσyy’とは等しく、円周方向の応力
であるσyyとσxx’とは等しい。そのため、第1の
ブリッジ回路4におけるブリッジ出力e1は、2(σx
x−σyy)に比例し、ダイヤフラム3に印加された圧
力を検出することができる。
y’)}=(σxx−σyy)+(σxx’−σy
y’) 本例では、各ブリッジ回路4、5において、径方向の応
力であるσxxとσyy’とは等しく、円周方向の応力
であるσyyとσxx’とは等しい。そのため、第1の
ブリッジ回路4におけるブリッジ出力e1は、2(σx
x−σyy)に比例し、ダイヤフラム3に印加された圧
力を検出することができる。
【0034】一方、第2のブリッジ回路5におけるブリ
ッジ出力e2は、0となるため、ダイヤフラム3の応力
分布が変化しない場合には圧力検出に関与しない。しか
し、ダイヤフラム3の応力分布が変化する状況となる
と、各応力σxx等が変化するため、第2のブリッジ回
路5にてブリッジ出力が変動し、当該応力分布の変化を
故障として検出できるようになる。
ッジ出力e2は、0となるため、ダイヤフラム3の応力
分布が変化しない場合には圧力検出に関与しない。しか
し、ダイヤフラム3の応力分布が変化する状況となる
と、各応力σxx等が変化するため、第2のブリッジ回
路5にてブリッジ出力が変動し、当該応力分布の変化を
故障として検出できるようになる。
【0035】本圧力検出装置S1における検出回路の詳
細を図5に回路ブロック図として示す。各ブリッジ回路
4、5から最終的な出力Voutを得るための回路20
0は、基本的な差分増幅回路であり、スイッチングによ
る切替を行うことにより第1のブリッジ回路4と第2の
ブリッジ回路5とで共有することができる。
細を図5に回路ブロック図として示す。各ブリッジ回路
4、5から最終的な出力Voutを得るための回路20
0は、基本的な差分増幅回路であり、スイッチングによ
る切替を行うことにより第1のブリッジ回路4と第2の
ブリッジ回路5とで共有することができる。
【0036】第1のブリッジ回路4における出力A1、
A2(図3参照)と第2のブリッジ回路5における出力
B1、B2(図4参照)とは、タイミング回路201か
らのタイミング信号に基づいて第1切り替え回路202
によって切り替えられオペアンプ(演算増幅器)203
へ送られる。なお、タイミング回路201は各回路でデ
ータ錯誤が起こらないようにタイミングを制御するもの
であり、タイミング信号を発信する。
A2(図3参照)と第2のブリッジ回路5における出力
B1、B2(図4参照)とは、タイミング回路201か
らのタイミング信号に基づいて第1切り替え回路202
によって切り替えられオペアンプ(演算増幅器)203
へ送られる。なお、タイミング回路201は各回路でデ
ータ錯誤が起こらないようにタイミングを制御するもの
であり、タイミング信号を発信する。
【0037】すると、このオペアンプ201にて、第1
のブリッジ回路4における出力A1とA2の差分(A1
−A2)、第2のブリッジ回路5における出力B1とB
2の差分(B1−B2)が増幅した状態にて得られる。
各差分は第2切り替え回路204へ送られ、第1のブリ
ッジ回路4の差分(A1−A2)は第1比較データ貯蔵
部205へ、第2のブリッジ回路5の差分(B1−B
2)は第2比較データ貯蔵部206へ、それぞれ切り替
えられて送られる。
のブリッジ回路4における出力A1とA2の差分(A1
−A2)、第2のブリッジ回路5における出力B1とB
2の差分(B1−B2)が増幅した状態にて得られる。
各差分は第2切り替え回路204へ送られ、第1のブリ
ッジ回路4の差分(A1−A2)は第1比較データ貯蔵
部205へ、第2のブリッジ回路5の差分(B1−B
2)は第2比較データ貯蔵部206へ、それぞれ切り替
えられて送られる。
【0038】上記各比較データ貯蔵部205、206
は、前段側から送られてきたデータを後段の比較回路2
07にて比較可能な形で貯蔵するためのものであり、デ
ータをアナログからデジタルに変換したり、データの書
き込みや消去を行うことができるようになっている。
は、前段側から送られてきたデータを後段の比較回路2
07にて比較可能な形で貯蔵するためのものであり、デ
ータをアナログからデジタルに変換したり、データの書
き込みや消去を行うことができるようになっている。
【0039】比較回路207は、上記比較データ貯蔵部
205、206内のデータと初期(仕様)データとを比
較し異常かどうかを判定し、異常である場合には異常信
号を発信するものである。具体的には、送られてきた差
分(B1−B2)、つまり第2のブリッジ回路5のブリ
ッジ出力に変動が無いときは、正常であり、差分(A1
−A2)即ち第1のブリッジ回路4のブリッジ出力がV
outとして出力される。
205、206内のデータと初期(仕様)データとを比
較し異常かどうかを判定し、異常である場合には異常信
号を発信するものである。具体的には、送られてきた差
分(B1−B2)、つまり第2のブリッジ回路5のブリ
ッジ出力に変動が無いときは、正常であり、差分(A1
−A2)即ち第1のブリッジ回路4のブリッジ出力がV
outとして出力される。
【0040】一方、第2のブリッジ回路5のブリッジ出
力に変動が生じたときは、異常であると判定され、出力
Voutを変化させ異常信号として発信する。このよう
に異常信号を発信することにより、例えば自動車のEC
Uに異常を伝達することができる。
力に変動が生じたときは、異常であると判定され、出力
Voutを変化させ異常信号として発信する。このよう
に異常信号を発信することにより、例えば自動車のEC
Uに異常を伝達することができる。
【0041】以上述べてきたように、上記圧力検出装置
S1によれば、第2のブリッジ回路5を備えることによ
って故障診断可能な圧力検出装置を実現できるととも
に、第2のブリッジ回路5におけるピエゾ抵抗51〜5
4の配置自由度が大きくなるため、従来の複数ブリッジ
回路を有するものよりも、結果的にピエゾ抵抗の配置余
裕度を大きくすることができる。
S1によれば、第2のブリッジ回路5を備えることによ
って故障診断可能な圧力検出装置を実現できるととも
に、第2のブリッジ回路5におけるピエゾ抵抗51〜5
4の配置自由度が大きくなるため、従来の複数ブリッジ
回路を有するものよりも、結果的にピエゾ抵抗の配置余
裕度を大きくすることができる。
【0042】また、上記圧力検出装置S1によれば、ピ
エゾ抵抗が形成されるダイヤフラム3の一面側をシリコ
ン基板の(100)面として構成している。そのため、
例えば(110)面にピエゾ抵抗を形成する場合に比べ
て、この(100)面に存在する2本の<110>結晶
軸を利用して図2に示す如く同心円状配置構成を採用す
ることにより、第1及び第2のブリッジ回路4、5にお
ける各ピエゾ抵抗の配置を容易に行うことができる。
エゾ抵抗が形成されるダイヤフラム3の一面側をシリコ
ン基板の(100)面として構成している。そのため、
例えば(110)面にピエゾ抵抗を形成する場合に比べ
て、この(100)面に存在する2本の<110>結晶
軸を利用して図2に示す如く同心円状配置構成を採用す
ることにより、第1及び第2のブリッジ回路4、5にお
ける各ピエゾ抵抗の配置を容易に行うことができる。
【0043】なお、図2に示す同心円状配置では、第1
のブリッジ回路4及び第2のブリッジ回路5ともに、ピ
エゾ抵抗が<110>結晶軸上に位置しているが、例え
ば、第2のブリッジ回路5における各ピエゾ抵抗51〜
54を、図2に示す位置から時計回りに所定角度ずらし
て、<110>結晶軸上に位置しないようにしても良
い。
のブリッジ回路4及び第2のブリッジ回路5ともに、ピ
エゾ抵抗が<110>結晶軸上に位置しているが、例え
ば、第2のブリッジ回路5における各ピエゾ抵抗51〜
54を、図2に示す位置から時計回りに所定角度ずらし
て、<110>結晶軸上に位置しないようにしても良
い。
【0044】また、図2に示す同心円配置構成によれ
ば、各々のブリッジ回路4、5におけるピエゾ抵抗の結
線は、隣接するピエゾ抵抗同士を結線することで実現で
き、平面的な配線形態により容易に実現可能である。
ば、各々のブリッジ回路4、5におけるピエゾ抵抗の結
線は、隣接するピエゾ抵抗同士を結線することで実現で
き、平面的な配線形態により容易に実現可能である。
【0045】また、この同心円配置構成においては、第
1のブリッジ回路4において1組の相対向するピエゾ抵
抗41、43を、電位変化の方向がダイヤフラム3の中
心に対する同心円E1、E2の円周方向となるように
し、他の組の相対向するピエゾ抵抗42、44を、電位
変化の方向が当該同心円の径方向となるようにするとと
もに、第2のブリッジ回路5を構成する全てのピエゾ抵
抗51〜54を、電位変化の方向が当該同心円の径方向
となるようにしている。
1のブリッジ回路4において1組の相対向するピエゾ抵
抗41、43を、電位変化の方向がダイヤフラム3の中
心に対する同心円E1、E2の円周方向となるように
し、他の組の相対向するピエゾ抵抗42、44を、電位
変化の方向が当該同心円の径方向となるようにするとと
もに、第2のブリッジ回路5を構成する全てのピエゾ抵
抗51〜54を、電位変化の方向が当該同心円の径方向
となるようにしている。
【0046】それにより、同心円状に配置された各ピエ
ゾ抵抗を、円周回りに順に結線していけば、上記図3、
図4に示す様なブリッジ回路を組むことができるという
ように、各ブリッジ回路4、5における結線を容易に行
うことができる。
ゾ抵抗を、円周回りに順に結線していけば、上記図3、
図4に示す様なブリッジ回路を組むことができるという
ように、各ブリッジ回路4、5における結線を容易に行
うことができる。
【0047】なお、上記実施形態において、各図に示し
たブリッジ回路4、5の構成は、一例を示すものであっ
てこれに限定されるものではない。例えば、第2のブリ
ッジ回路5は、全てのピエゾ抵抗の抵抗値の増減方向が
同一でなくとも、ブリッジの結線の仕方やピエゾ抵抗の
配置方法等によって、種々の形態が可能である。
たブリッジ回路4、5の構成は、一例を示すものであっ
てこれに限定されるものではない。例えば、第2のブリ
ッジ回路5は、全てのピエゾ抵抗の抵抗値の増減方向が
同一でなくとも、ブリッジの結線の仕方やピエゾ抵抗の
配置方法等によって、種々の形態が可能である。
【0048】また、本発明は、金属製の受圧用のダイヤ
フラムと、このダイヤフラムの一面側に設けられたシリ
コン半導体基板と、このシリコン半導体基板に形成され
た複数個のピエゾ抵抗とを備える圧力検出装置について
も適用可能である。
フラムと、このダイヤフラムの一面側に設けられたシリ
コン半導体基板と、このシリコン半導体基板に形成され
た複数個のピエゾ抵抗とを備える圧力検出装置について
も適用可能である。
【図1】本発明の実施形態に係る圧力検出装置の概略断
面図である。
面図である。
【図2】図1中のA矢視平面図である。
【図3】上記実施形態における第1のブリッジ回路の結
線図である。
線図である。
【図4】上記実施形態における第2のブリッジ回路の結
線図である。
線図である。
【図5】図1に示す圧力検出装置の検出回路のブロック
図である。
図である。
1…シリコン半導体基板、3…ダイヤフラム、4…第1
のブリッジ回路、5…第2のブリッジ回路、41〜44
…第1のブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗、51〜5
4…第2のブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗。
のブリッジ回路、5…第2のブリッジ回路、41〜44
…第1のブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗、51〜5
4…第2のブリッジ回路を構成するピエゾ抵抗。
Claims (4)
- 【請求項1】 受圧用のダイヤフラム(3)と、 このダイヤフラムの一面側に形成され、前記ダイヤフラ
ムの歪みに応じて抵抗値が変化する複数個のピエゾ抵抗
(41〜44、51〜54)と、 前記複数個のピエゾ抵抗により構成された検出回路とを
備える圧力検出装置において、 前記検出回路は、前記ダイヤフラムの歪みに応じてブリ
ッジ出力が変化する圧力検出用の第1のブリッジ回路
(4)と、 前記ダイヤフラムの歪みに応じて個々のピエゾ抵抗の抵
抗値が変化するようになっているとともに、前記ダイヤ
フラムの歪みに応じてブリッジ出力が変化しないように
結線されている第2のブリッジ回路(5)とにより構成
されていることを特徴とする圧力検出装置。 - 【請求項2】 前記ダイヤフラム(3)の一面側は、シ
リコン半導体基板(1)の(100)面として構成され
ており、 各々の前記ブリッジ回路(4、5)において、前記ピエ
ゾ抵抗(41〜44、51〜54)は前記(100)面
に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の圧
力検出装置。 - 【請求項3】 前記第1のブリッジ回路(4)を構成す
るピエゾ抵抗(41〜44)と前記第2のブリッジ回路
(5)を構成するピエゾ抵抗(51〜54)とが、互い
に前記ダイヤフラム(3)の中心に対して同心円状に配
置されていることを特徴とする圧力検出装置。 - 【請求項4】 前記第1のブリッジ回路(4)を構成す
るピエゾ抵抗のうち1組の相対向するピエゾ抵抗(4
1、43)は、電位変化の方向が前記ダイヤフラム
(3)の中心に対する同心円の円周方向となっており、
他の組の相対向するピエゾ抵抗(42、44)は、電位
変化の方向が前記同心円の径方向となっており、 前記第2のブリッジ回路(5)を構成する全てのピエゾ
抵抗(51〜54)は、電位変化の方向が前記同心円の
径方向となっていることを特徴とする請求項3に記載の
圧力検出装置。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000229007A JP2002039891A (ja) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | 圧力検出装置 |
US09/666,085 US6422088B1 (en) | 1999-09-24 | 2000-09-21 | Sensor failure or abnormality detecting system incorporated in a physical or dynamic quantity detecting apparatus |
DE60028678T DE60028678T8 (de) | 1999-09-24 | 2000-09-22 | System zum Bestimmen von Fehlern oder Abnormalitäten eines Messfühlers, eingebaut in ein Gerät zur Messung einer physikalischen oder dynamischen Grösse |
EP00120774A EP1087219B1 (en) | 1999-09-24 | 2000-09-22 | Sensor failure or abnormality detecting system incorporated in a physical or dynamic quantity detecting apparatus |
EP06005301A EP1666862B1 (en) | 1999-09-24 | 2000-09-22 | Sensor failure or abnormality detecting system incorporated in a physical or dynamic quantity detecting apparatus |
EP10185385A EP2275792B1 (en) | 1999-09-24 | 2000-09-22 | Sensor failure or abnormality detecting system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000229007A JP2002039891A (ja) | 2000-07-28 | 2000-07-28 | 圧力検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002039891A true JP2002039891A (ja) | 2002-02-06 |
Family
ID=18722197
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000229007A Withdrawn JP2002039891A (ja) | 1999-09-24 | 2000-07-28 | 圧力検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002039891A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002373991A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-12-26 | Denso Corp | 半導体力学量センサ |
KR100622704B1 (ko) | 2004-08-26 | 2006-09-14 | 주식회사 케이이씨 | 압력 센서 |
JP2007057284A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 圧力センサ及び圧力検出装置 |
JP2012002646A (ja) * | 2010-06-16 | 2012-01-05 | Mitsumi Electric Co Ltd | ピエゾ抵抗式圧力センサ |
WO2013057689A1 (en) | 2011-10-21 | 2013-04-25 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | SiC HIGH TEMPERATURE PRESSURE TRANSDUCER |
JP2015184222A (ja) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー、高度計、電子機器および移動体 |
WO2015190331A1 (ja) * | 2014-06-09 | 2015-12-17 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 力学量測定装置およびそれを用いた圧力センサ |
-
2000
- 2000-07-28 JP JP2000229007A patent/JP2002039891A/ja not_active Withdrawn
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002373991A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-12-26 | Denso Corp | 半導体力学量センサ |
KR100622704B1 (ko) | 2004-08-26 | 2006-09-14 | 주식회사 케이이씨 | 압력 센서 |
JP2007057284A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-03-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 圧力センサ及び圧力検出装置 |
JP2012002646A (ja) * | 2010-06-16 | 2012-01-05 | Mitsumi Electric Co Ltd | ピエゾ抵抗式圧力センサ |
US8661911B2 (en) | 2010-06-16 | 2014-03-04 | Mitsumi Electric, Co., Ltd. | Piezo-resistive pressure sensor |
WO2013057689A1 (en) | 2011-10-21 | 2013-04-25 | Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) | SiC HIGH TEMPERATURE PRESSURE TRANSDUCER |
JP2015184222A (ja) * | 2014-03-25 | 2015-10-22 | セイコーエプソン株式会社 | 物理量センサー、高度計、電子機器および移動体 |
WO2015190331A1 (ja) * | 2014-06-09 | 2015-12-17 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 力学量測定装置およびそれを用いた圧力センサ |
JPWO2015190331A1 (ja) * | 2014-06-09 | 2017-04-20 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 力学量測定装置およびそれを用いた圧力センサ |
US10197463B2 (en) | 2014-06-09 | 2019-02-05 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Dynamic quantity measuring device and pressure sensor using same |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20070726 |