JP6041308B2

JP6041308B2 - Pressure sensor

Info

Publication number: JP6041308B2
Application number: JP2013046395A
Authority: JP
Inventors: 内山　武; 武内山; 大海　学; 学大海; 篠原　陽子; 陽子篠原
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2033-03-08
Also published as: JP2014173976A

Description

この発明は、圧力センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor.

従来、圧力変動を検出する圧力センサ（差圧センサ）として、たとえば、透孔又は凹部を有する基板と、通気孔を有する収納容器と、収納容器内に配設され、透孔又は凹部内で振動可能に基板に片持ち支持された圧電素子と、を具備した圧力センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この圧力センサによれば、通気孔を介して収納容器内に伝わる圧力変動と、この圧力変動に遅れて追従する透孔又は凹部内部の圧力との差圧の大きさに応じて圧電素子が振動する。その結果、上記圧力センサは、圧電素子に生ずる電圧変化に基づいて、収納容器に伝わる圧力変動を検出することが可能とされる。 Conventionally, as a pressure sensor (differential pressure sensor) for detecting pressure fluctuation, for example, a substrate having a through hole or a recess, a storage container having a vent, and a vibration container disposed in the storage container and vibrating in the through hole or the recess. A pressure sensor including a piezoelectric element that is cantilever-supported on a substrate is known (for example, see Patent Document 1).
According to this pressure sensor, the piezoelectric element vibrates in accordance with the magnitude of the differential pressure between the pressure fluctuation transmitted into the storage container through the vent hole and the pressure inside the through hole or the recess following the pressure fluctuation. To do. As a result, the pressure sensor can detect a pressure fluctuation transmitted to the storage container based on a voltage change generated in the piezoelectric element.

特開平４−２０８８２７号公報JP-A-4-208827

ところで、上記従来技術に係る圧力センサの検出感度は、圧電素子の形状や、透孔又は凹部の容積や、透孔又は凹部と外気との間を出入りする流量等に応じて変化する。しかしながら、圧電素子は、圧電体の両面に電極膜等を具備する両面電極構造を有するので、厚みを小さくすることによって大きな変形量を確保することが難しいという問題が生じる。これによって、共振周波数を低下させつつ感度を増大させることが困難であり、測定できる下限周波数を下げることが難しいうえ、例えば１Ｈｚ以下等の低周波帯域における所望の感度を確保することが難しいという問題が生じる。 By the way, the detection sensitivity of the pressure sensor according to the above-described prior art varies depending on the shape of the piezoelectric element, the volume of the through-hole or the concave portion, the flow rate entering and exiting between the through-hole or the concave portion and the outside air, and the like. However, since the piezoelectric element has a double-sided electrode structure including electrode films on both sides of the piezoelectric body, there arises a problem that it is difficult to ensure a large amount of deformation by reducing the thickness. As a result, it is difficult to increase the sensitivity while lowering the resonance frequency, it is difficult to lower the lower limit frequency that can be measured, and it is difficult to secure a desired sensitivity in a low frequency band such as 1 Hz or less. Occurs.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、圧力変動の検出を精度良く行うことができるとともに、検出できる下限周波数を下げることができ、かつ低周波帯域の圧力変動を感度良く検出することができる圧力センサを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is capable of accurately detecting pressure fluctuations, lowering the lower limit frequency that can be detected, and detecting pressure fluctuations in a low frequency band with high sensitivity. It aims at providing the pressure sensor which can be performed.

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る圧力センサは、圧力変動を検出する圧力センサであって、内部にキャビティを形成し、前記キャビティと外部とを連通する連通開口を有する中空のセンサ本体と、先端部が自由端かつ基端部が前記センサ本体に片持ち状に支持された状態で前記連通開口を塞ぐように配置され、前記キャビティと前記センサ本体の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、前記圧力差を低下または前記撓み変形を抑制させるように前記キャビティの圧力を制御する圧力制御手段と、を備える。 In order to solve the above problems and achieve the object, the present invention employs the following aspects.
(1) A pressure sensor according to an aspect of the present invention is a pressure sensor that detects pressure fluctuation, and includes a hollow sensor body that has a communication opening that forms a cavity inside and communicates the cavity and the outside. It is arranged so as to block the communication opening in a state where the tip end is a free end and the base end is cantilevered by the sensor body, and is bent and deformed according to the pressure difference between the cavity and the outside of the sensor body A cantilever, a displacement detector for detecting a displacement according to the bending deformation of the cantilever, and a pressure control means for controlling the pressure of the cavity so as to reduce the pressure difference or suppress the bending deformation.

（２）上記（１）に記載の圧力センサでは、前記圧力制御手段は、前記センサ本体の少なくとも一部を成し、変形によって前記キャビティの容積を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能なアクチュエータを備え、前記アクチュエータの変形を制御してもよい。 (2) In the pressure sensor according to (1), the pressure control means forms at least a part of the sensor body, and can change the pressure of the cavity by changing the volume of the cavity by deformation. An actuator may be provided to control deformation of the actuator.

（３）上記（１）に記載の圧力センサでは、前記圧力制御手段は、前記センサ本体の少なくとも一部を成し、変形または変位によって前記キャビティの容積を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能な可変部材と、駆動力の発生または変形によって前記可変部材を変形または変位させるアクチュエータと、を備え、前記アクチュエータの駆動力の発生または変形を制御してもよい。 (3) In the pressure sensor according to (1), the pressure control means forms at least a part of the sensor body, and changes the cavity pressure by changing the volume of the cavity by deformation or displacement. A possible variable member and an actuator that deforms or displaces the variable member by generation or deformation of the driving force may be provided, and generation or deformation of the driving force of the actuator may be controlled.

（４）上記（１）〜（３）の何れか一項に記載の圧力センサでは、前記圧力制御手段は、放熱または吸熱によって前記キャビティの温度を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能な温度変更部を備え、前記温度変更部の放熱または吸熱を制御してもよい。 (4) In the pressure sensor according to any one of (1) to (3), the pressure control unit can change the pressure of the cavity by changing the temperature of the cavity by heat dissipation or heat absorption. A temperature changing unit may be provided to control heat dissipation or heat absorption of the temperature changing unit.

（５）上記（１）〜（４）の何れか一項に記載の圧力センサでは、前記圧力制御手段は、前記圧力差または前記撓み変形が所定上限値よりも大きい場合に、前記キャビティの圧力に対する制御状態を初期状態にリセットしてもよい。 (5) In the pressure sensor according to any one of (1) to (4), when the pressure difference or the bending deformation is larger than a predetermined upper limit value, the pressure control means The control state for may be reset to the initial state.

本発明の一態様に係る圧力センサによれば、圧力変動の検出を精度良く行うことができるとともに、検出できる下限周波数を下げることができ、かつ低周波帯域の圧力変動を感度良く検出することができる。 According to the pressure sensor of one embodiment of the present invention, it is possible to accurately detect pressure fluctuations, to lower the lower limit frequency that can be detected, and to detect pressure fluctuations in a low frequency band with high sensitivity. it can.

本発明の実施形態に係る圧力センサの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the pressure sensor which concerns on embodiment of this invention. 図１に示すＡ−Ａ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the AA line shown in FIG. 本発明の実施形態および比較例に係る圧力センサのセンサ出力、キャビティの内圧、外圧と内圧との差圧およびキャビティ容積の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sensor output of the pressure sensor which concerns on embodiment of this invention, the internal pressure of a cavity, the differential pressure | voltage of an external pressure and internal pressure, and a change of cavity volume. 本発明の実施形態および比較例に係る圧力センサのセンサ感度を示す図である。It is a figure which shows the sensor sensitivity of the pressure sensor which concerns on embodiment and comparative example of this invention. 本発明の実施形態に係る圧力センサの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the pressure sensor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る圧力センサの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the pressure sensor which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第１変形例に係る圧力センサの構成図である。It is a block diagram of the pressure sensor which concerns on the 1st modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第２変形例に係る圧力センサの構成図である。It is a block diagram of the pressure sensor which concerns on the 2nd modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第３変形例に係る圧力センサの構成図である。It is a block diagram of the pressure sensor which concerns on the 3rd modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第４変形例に係る圧力センサの構成図である。It is a block diagram of the pressure sensor which concerns on the 4th modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第５変形例に係る圧力センサの構成図である。It is a block diagram of the pressure sensor which concerns on the 5th modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第６変形例に係る圧力センサの構成図である。It is a block diagram of the pressure sensor which concerns on the 6th modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第７変形例に係る圧力センサの構成図である。It is a block diagram of the pressure sensor which concerns on the 7th modification of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の第８変形例に係る圧力センサの圧力制御部の主要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part of the pressure control part of the pressure sensor which concerns on the 8th modification of embodiment of this invention.

（圧力センサの構成）
以下、本発明の実施形態に係る圧力センサについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施形態の圧力センサ１は、所定の周波数帯域の圧力変動を検出するセンサであり、適宜の圧力伝達媒体（例えば、空気などの気体や液体など）が存在する空間などに配置されている。
図１および図２に示すように、圧力センサ１は、例えば、ＳＯＩ基板２とセンサ本体３とを一体的に固定した形状からなり、ＳＯＩ基板２に形成されたカンチレバー４と、カンチレバー４に接続されてカンチレバー４の変位を測定する変位検出部５と、圧力制御部６と、を備えている。 (Configuration of pressure sensor)
Hereinafter, a pressure sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The pressure sensor 1 of the present embodiment is a sensor that detects pressure fluctuations in a predetermined frequency band, and is disposed in a space where an appropriate pressure transmission medium (for example, gas such as air or liquid) exists.
As shown in FIGS. 1 and 2, the pressure sensor 1 has, for example, a shape in which an SOI substrate 2 and a sensor body 3 are integrally fixed, and is connected to the cantilever 4 formed on the SOI substrate 2 and the cantilever 4. And a displacement detector 5 for measuring the displacement of the cantilever 4 and a pressure controller 6.

ＳＯＩ基板２は、シリコン支持層２ａ、シリコン酸化膜等の酸化層２ｂおよびシリコン活性層２ｃを熱的に張り合わせて形成されている。
センサ本体３は、例えば樹脂材で構成された中空の箱型の形状を有し、内部に形成されたキャビティ１０と、キャビティ１０と外部とを連通する連通開口１１と、を備えている。センサ本体３は、キャビティ１０として機能する凹部１０ａを備え、この凹部１０ａの開口をキャビティ１０の内部と外部とを連通する連通開口１１としている。これに伴い、例えば、ＳＯＩ基板２の酸化層２ｂおよびシリコン活性層２ｃには、センサ本体３の連通開口１１に臨んで連通する連通開口２Ａが形成されている。 The SOI substrate 2 is formed by thermally bonding a silicon support layer 2a, an oxide layer 2b such as a silicon oxide film, and a silicon active layer 2c.
The sensor body 3 has, for example, a hollow box shape made of a resin material, and includes a cavity 10 formed inside and a communication opening 11 that communicates the cavity 10 with the outside. The sensor body 3 includes a recess 10 a that functions as a cavity 10, and the opening of the recess 10 a is a communication opening 11 that communicates the inside and the outside of the cavity 10. Accordingly, for example, in the oxide layer 2 b and the silicon active layer 2 c of the SOI substrate 2, a communication opening 2 </ b> A that communicates facing the communication opening 11 of the sensor body 3 is formed.

カンチレバー４は、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃからなり、平板状のシリコン活性層２ｃからカンチレバー４と枠部１２とを形成するようにギャップ１３を切り出すことによって形成されている。カンチレバー４は、基端部４ａを固定端とし、先端部４ｂを自由端とした片持ち梁構造を形成し、基端部４ａを中心としてキャビティ１０の内部と外部との圧力差（つまりギャップ１３を介してキャビティ１０の内部と外部との間を流通可能な圧力伝達媒体による圧力の差）に応じて撓み変形可能とされている。
カンチレバー４の基端部４ａには、該カンチレバー４が撓み変形し易くなるようにして、貫通孔１５が形成されている。 The cantilever 4 is composed of the silicon active layer 2c of the SOI substrate 2, and is formed by cutting out the gap 13 so as to form the cantilever 4 and the frame portion 12 from the flat silicon active layer 2c. The cantilever 4 has a cantilever structure in which the base end portion 4a is a fixed end and the tip end portion 4b is a free end, and the pressure difference between the inside and the outside of the cavity 10 around the base end portion 4a (that is, the gap 13). The pressure can be flexibly deformed according to the pressure difference due to the pressure transmission medium that can flow between the inside and the outside of the cavity 10 via the.
A through hole 15 is formed in the base end portion 4a of the cantilever 4 so that the cantilever 4 is easily bent and deformed.

変位検出部５は、カンチレバー４の基端部４ａの表面上に設けられたピエゾ抵抗２０と、ピエゾ抵抗２０に接続された配線部２１と、カンチレバー４の変位を検出する検出回路２２と、を備えている。
ピエゾ抵抗２０は、カンチレバー４の撓み量（変位量）に応じて電気抵抗値が変化する抵抗素子であり、図１におけるカンチレバー４の短手方向において、貫通孔１５を挟んだ両側に対となって配置されている。これら一対のピエゾ抵抗２０は、導電性材料からなる配線部２１を介して相互に電気的に接続されている。検出回路２２は一対のピエゾ抵抗２０に接続され、ピエゾ抵抗２０の電気抵抗値変化に基づいてカンチレバー４の変位を検出する。 The displacement detection unit 5 includes a piezoresistor 20 provided on the surface of the base end portion 4a of the cantilever 4, a wiring unit 21 connected to the piezoresistor 20, and a detection circuit 22 that detects the displacement of the cantilever 4. I have.
The piezoresistor 20 is a resistance element whose electric resistance value changes in accordance with the amount of deflection (displacement) of the cantilever 4, and is paired on both sides of the through hole 15 in the short direction of the cantilever 4 in FIG. Are arranged. The pair of piezoresistors 20 are electrically connected to each other via a wiring portion 21 made of a conductive material. The detection circuit 22 is connected to a pair of piezoresistors 20 and detects the displacement of the cantilever 4 based on a change in the electric resistance value of the piezoresistors 20.

この変位検出部５において、検出回路２２を通じてピエゾ抵抗２０に所定電圧が印加されると、この電圧印加に起因する電流は、貫通孔１５を回り込むようにして、一方のピエゾ抵抗２０から配線部２１を経由して他方のピエゾ抵抗２０に流れる。これによって、検出回路２２は、カンチレバー４の変位（撓み変形）に応じて変化するピエゾ抵抗２０の電気抵抗値変化を電気的な出力信号として取り出すことが可能である。変位検出部５は、この出力信号（センサ出力）に基づいて、カンチレバー４の変位を測定可能であり、キャビティ１０の内部と外部との間に発生した圧力差を検出する。 In the displacement detection unit 5, when a predetermined voltage is applied to the piezoresistor 20 through the detection circuit 22, the current resulting from the voltage application wraps around the through-hole 15 so that the piezoresistor 20 is connected to the wiring unit 21. To the other piezoresistor 20 via. As a result, the detection circuit 22 can take out, as an electrical output signal, a change in the electrical resistance value of the piezoresistor 20 that changes in accordance with the displacement (flexure deformation) of the cantilever 4. The displacement detector 5 can measure the displacement of the cantilever 4 based on this output signal (sensor output) and detects the pressure difference generated between the inside and the outside of the cavity 10.

なお、ピエゾ抵抗２０は、例えばリンなどのドープ剤（不純物）がイオン注入法や拡散法などの各種の方法によりドーピングされることで形成される。また、双方のピエゾ抵抗２０は配線部２１のみで電気的に導通するように形成されている。これによって、カンチレバー４周囲のシリコン活性層２ｃは、配線部２１以外でピエゾ抵抗２０双方が導通しないよう、エッチングされている。
また、ピエゾ抵抗２０は、圧電薄膜であってもよい。この場合、カンチレバー４の基端部４ａに加わる応力に応じて、起電力が発生する。検出回路２２は、この起電力を検出することで、カンチレバー４の変位を検出する。 The piezoresistor 20 is formed by doping a dopant (impurity) such as phosphorus by various methods such as an ion implantation method and a diffusion method. Further, both piezoresistors 20 are formed so as to be electrically connected only by the wiring portion 21. Thus, the silicon active layer 2 c around the cantilever 4 is etched so that both the piezoresistors 20 other than the wiring portion 21 do not conduct.
The piezoresistor 20 may be a piezoelectric thin film. In this case, an electromotive force is generated according to the stress applied to the base end portion 4 a of the cantilever 4. The detection circuit 22 detects the displacement of the cantilever 4 by detecting this electromotive force.

圧力制御部６は、所定値記憶部２３と、比較回路２４と、信号処理回路２５と、駆動回路２６と、駆動回路２６から出力される信号に応じて駆動されることによってキャビティ１０の内部の圧力を変更する内圧変更部２７と、を備えている。 The pressure control unit 6 is driven according to signals output from the predetermined value storage unit 23, the comparison circuit 24, the signal processing circuit 25, the drive circuit 26, and the drive circuit 26, so that the internal pressure of the cavity 10 is increased. An internal pressure changing unit 27 for changing the pressure.

所定値記憶部２３は、カンチレバー４の変位に対する目標値とされる所定値を記憶している。所定値記憶部２３に記憶されている所定値は、例えばキャビティ１０の内部と外部との間の圧力差がゼロ（またはゼロを含む所定値以下）である場合または圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が無い場合（または撓み変形が所定程度以下である場合）に、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値などである。なお、所定値記憶部２３に記憶されている所定値は、圧力センサ１の状態などに応じて適宜に変更されてもよい。
比較回路２４は、検出回路２２から出力された検出出力、つまり検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値と、所定値記憶部２３に記憶されている所定値とを比較し、比較結果（例えば、検出値と所定値との差など）を出力する。 The predetermined value storage unit 23 stores a predetermined value that is a target value for the displacement of the cantilever 4. The predetermined value stored in the predetermined value storage unit 23 is, for example, the case where the pressure difference between the inside and the outside of the cavity 10 is zero (or a predetermined value including zero or less) or the cantilever 4 corresponding to the pressure difference. The detected value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 when there is no bending deformation (or when the bending deformation is equal to or less than a predetermined level). The predetermined value stored in the predetermined value storage unit 23 may be changed as appropriate according to the state of the pressure sensor 1 and the like.
The comparison circuit 24 compares the detection output output from the detection circuit 22, that is, the detection value of the displacement of the cantilever 4 detected by the detection circuit 22 with a predetermined value stored in the predetermined value storage unit 23, and compares The result (for example, the difference between the detected value and the predetermined value) is output.

信号処理回路２５は、比較回路２４から出力された比較結果に基づき、検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値を所定値に追従させるようにして、フィードバック制御などを行ない、この検出値を所定値に追従させるために必要とされる指令値（例えば、キャビティ１０の内部の圧力に対する指令値など）を出力する。つまり、この指令値は、キャビティ１０の内部と外部との間の圧力差または圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形を、ゼロに向かい低下させることを指示する。 Based on the comparison result output from the comparison circuit 24, the signal processing circuit 25 performs feedback control or the like so that the detection value of the displacement of the cantilever 4 detected by the detection circuit 22 follows a predetermined value. A command value (for example, a command value for the pressure inside the cavity 10) required to make the value follow a predetermined value is output. That is, this command value instructs the pressure difference between the inside and the outside of the cavity 10 or the bending deformation of the cantilever 4 corresponding to the pressure difference to be reduced toward zero.

なお、信号処理回路２５は、指令値が所定の上限値を超えた場合、または指令値に応じて後述する駆動回路２６から内圧変更部２７に出力される駆動出力の値が所定上限値を超える場合には、内圧変更部２７によるキャビティ１０の内部の圧力に対する制御状態を所定の初期状態に戻すことを指示するリセット信号を出力する。
また、信号処理回路２５は、検出回路２２から出力された検出出力、つまり検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値が、所定の下限閾値を超えた場合、または所定の許容範囲内の値となった場合、または所定条件を満たした場合などにおいて、圧力制御部６による制御動作を許可し、この制御動作を開始する。 In the signal processing circuit 25, when the command value exceeds a predetermined upper limit value, or the value of the drive output output from the drive circuit 26 described later to the internal pressure changing unit 27 according to the command value exceeds the predetermined upper limit value. In this case, a reset signal is output that instructs the internal pressure changing unit 27 to return the control state of the pressure inside the cavity 10 to a predetermined initial state.
The signal processing circuit 25 also detects when the detection output output from the detection circuit 22, that is, the detection value of the displacement of the cantilever 4 detected by the detection circuit 22, exceeds a predetermined lower limit threshold or within a predetermined allowable range. When the predetermined value is satisfied or when a predetermined condition is satisfied, the control operation by the pressure control unit 6 is permitted, and this control operation is started.

駆動回路２６は、信号処理回路２５から出力された指令値に応じて内圧変更部２７を作動させるための信号（駆動出力）を出力する。
内圧変更部２７は、例えばセンサ本体３の少なくとも一部を成すようにして設けられた板状の圧電アクチュエータ３１を備えている。圧電アクチュエータ３１は、センサ本体３の内部と外部とを連通する貫通孔３ａを塞ぐように設けられている。圧電アクチュエータ３１は、例えばピエゾアクチュエータなどであって、駆動回路２６から出力された信号に応じて、キャビティ１０の内部または外部に向かい撓み変形する。これによって、キャビティ１０の容積を変更し、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定値記憶部２３に記憶されている所定値に追従させる。 The drive circuit 26 outputs a signal (drive output) for operating the internal pressure changing unit 27 according to the command value output from the signal processing circuit 25.
The internal pressure changing unit 27 includes a plate-like piezoelectric actuator 31 provided so as to form at least a part of the sensor body 3, for example. The piezoelectric actuator 31 is provided so as to close the through-hole 3 a that communicates the inside and the outside of the sensor body 3. The piezoelectric actuator 31 is, for example, a piezo actuator or the like, and bends and deforms toward the inside or the outside of the cavity 10 according to a signal output from the drive circuit 26. Thereby, the volume of the cavity 10 is changed, the pressure inside the cavity 10 is increased or decreased, and the detected value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 is stored in the predetermined value storage unit 23. To follow.

（圧力センサの動作）
まず、上述した圧力センサ１を用いて、微小な圧力変動を検出する場合について、図３を用いて説明する。なお、図３においては、上述した本実施形態と、本実施形態の圧力センサ１から圧力制御部６が省略された比較例とに対して、センサ出力、キャビティ１０の内圧、外圧と内圧との差圧およびキャビティ容積の変化を示した。 (Pressure sensor operation)
First, the case where minute pressure fluctuations are detected using the pressure sensor 1 described above will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the sensor output, the internal pressure of the cavity 10, the external pressure and the internal pressure are compared with the above-described embodiment and the comparative example in which the pressure control unit 6 is omitted from the pressure sensor 1 of the present embodiment. The change of differential pressure and cavity volume was shown.

先ず、図３に示す時刻ｔ１以前の期間のように、キャビティ１０の外部の圧力（以下、外圧）と、キャビティ１０の内部の圧力（以下、内圧）との圧力差がゼロである場合には、カンチレバー４は圧力差によって撓み変形せず、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値は所定値である。
そして、時刻ｔ１以降の期間のように、外圧が上昇すると、キャビティ１０の外部と内部との間に圧力差が生じるので、カンチレバー４はキャビティ１０内部に向けて撓み変形する。これに伴い、カンチレバー４の撓み変形に応じてピエゾ抵抗２０に歪みが生じ、電気抵抗値が変化するので、圧力センサ１のセンサ出力が増大する。 First, when the pressure difference between the pressure outside the cavity 10 (hereinafter referred to as external pressure) and the pressure inside the cavity 10 (hereinafter referred to as internal pressure) is zero as in the period before time t1 shown in FIG. The cantilever 4 is not bent and deformed by the pressure difference, and the detected value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 is a predetermined value.
Then, when the external pressure rises as in the period after time t 1, a pressure difference is generated between the outside and the inside of the cavity 10, so that the cantilever 4 is bent and deformed toward the inside of the cavity 10. Along with this, distortion occurs in the piezoresistor 20 in accordance with the bending deformation of the cantilever 4 and the electric resistance value changes, so that the sensor output of the pressure sensor 1 increases.

ここで、本実施形態の圧力センサ１では、キャビティ１０の内部と外部との間の圧力差がゼロ（またはゼロを含む所定値以下）となるように、または圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が無くなる（または撓み変形が所定程度以下となる）ように、圧電アクチュエータ３１が駆動される。すると、圧電アクチュエータ３１がキャビティ１０の内部に向かい撓み変形し、キャビティ１０の容積が減少し、キャビティ１０の内部の圧力が増大し、キャビティ１０の外部と内部との間の圧力差の増大が抑制される。
これに対して、圧力制御部６が省略された比較例では、キャビティ１０の容積は不変であり、キャビティ１０の外部と内部との間の圧力差は本実施形態よりも増大する。 Here, in the pressure sensor 1 of the present embodiment, the cantilever 4 is bent so that the pressure difference between the inside and the outside of the cavity 10 becomes zero (or a predetermined value including zero or less) or according to the pressure difference. The piezoelectric actuator 31 is driven so that the deformation is eliminated (or the bending deformation is not more than a predetermined level). Then, the piezoelectric actuator 31 bends and deforms toward the inside of the cavity 10, the volume of the cavity 10 decreases, the pressure inside the cavity 10 increases, and the increase in the pressure difference between the outside and inside of the cavity 10 is suppressed. Is done.
On the other hand, in the comparative example in which the pressure control unit 6 is omitted, the volume of the cavity 10 is not changed, and the pressure difference between the outside and the inside of the cavity 10 is larger than that in the present embodiment.

また、本実施形態および比較例においては、外圧の上昇開始に伴い、キャビティ１０の外部と内部との間の圧力差に応じて、ギャップ１３を介してキャビティ１０の外部から内部へと圧力伝達媒体が流動を開始する。この圧力伝達媒体の流動量は、ギャップ１３の開きが大きくなることに伴って増大し、ギャップ１３の開きは、カンチレバー４の撓み変形の増大に伴って大きくなる。これによって、キャビティ１０の外部と内部との間の圧力差の増大が抑制される本実施形態の圧力センサ１に比べて、より圧力差が増大する比較例では、ギャップ１３の開きの増大によってキャビティ１０の外部から内部への圧力伝達媒体の流動量が増大する。これに伴い、本実施形態に比べて、比較例では、外圧の上昇がカンチレバー４の変位に適正に反映されずに内圧が上昇して、センサ出力がより小さくなる。 Further, in the present embodiment and the comparative example, as the external pressure starts to rise, the pressure transmission medium from the outside to the inside of the cavity 10 via the gap 13 according to the pressure difference between the outside and the inside of the cavity 10. Begins to flow. The amount of flow of the pressure transmission medium increases as the gap 13 increases, and the gap 13 increases as the bending deformation of the cantilever 4 increases. Accordingly, in the comparative example in which the pressure difference is further increased as compared with the pressure sensor 1 of the present embodiment in which an increase in the pressure difference between the outside and the inside of the cavity 10 is suppressed, the cavity 13 is increased due to an increase in the opening of the gap 13. The flow amount of the pressure transmission medium from the outside to the inside of 10 increases. Accordingly, as compared with the present embodiment, in the comparative example, the increase in the external pressure is not properly reflected in the displacement of the cantilever 4 and the internal pressure increases and the sensor output becomes smaller.

さらに、本実施形態および比較例において、外圧の上昇終了後には、ギャップ１３を介してキャビティ１０の外部から内部へと圧力伝達媒体が流動することに伴い、内圧は時間の経過とともに、外圧よりも遅れながら、かつ外圧の変動よりも緩やかな応答で上昇する。その結果、内圧が外圧に徐々に近づくので、キャビティ１０の外部と内部との圧力が均衡状態になり始め、カンチレバー４の撓みが徐々に小さくなり、センサ出力が徐々に低下する。そして、内圧が外圧に等しくなると、圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が解消されて元の状態に復帰し、圧力センサ１のセンサ出力が再びゼロになる。 Further, in the present embodiment and the comparative example, after the increase in the external pressure, the internal pressure is larger than the external pressure over time as the pressure transmission medium flows from the outside to the inside of the cavity 10 through the gap 13. It rises with a slower response than the fluctuation of external pressure, with a delay. As a result, since the internal pressure gradually approaches the external pressure, the pressure between the outside and the inside of the cavity 10 starts to be in an equilibrium state, the deflection of the cantilever 4 is gradually reduced, and the sensor output gradually decreases. When the internal pressure becomes equal to the external pressure, the bending deformation of the cantilever 4 corresponding to the pressure difference is canceled and the original state is restored, and the sensor output of the pressure sensor 1 becomes zero again.

ここで、カンチレバー４の撓み変形およびギャップ１３の開きの増大が抑制されることによって、キャビティ１０の外部から内部への圧力伝達媒体の流動量の増大が抑制される本実施形態の圧力センサ１では、カンチレバー４の撓み変形は緩やかに解消され、元の状態に戻るまで（つまり圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が無くなるまで）の緩和時間が長く確保され、圧力変動が長時間に亘って維持される。
これに対して、圧力制御部６が省略された比較例では、カンチレバー４の撓み変形は急速に解消され、元の状態に戻るまで（つまり圧力差に応じたカンチレバー４の撓み変形が無くなるまで）の緩和時間がより短くなる。 Here, in the pressure sensor 1 of the present embodiment, an increase in the flow amount of the pressure transmission medium from the outside to the inside of the cavity 10 is suppressed by suppressing the bending deformation of the cantilever 4 and the opening of the gap 13. The bending deformation of the cantilever 4 is gradually eliminated, and a long relaxation time is secured until the cantilever 4 returns to the original state (that is, until the bending deformation of the cantilever 4 corresponding to the pressure difference is eliminated), and the pressure fluctuation is long. Maintained.
On the other hand, in the comparative example in which the pressure control unit 6 is omitted, the bending deformation of the cantilever 4 is rapidly eliminated and returns to the original state (that is, until the bending deformation of the cantilever 4 corresponding to the pressure difference disappears). The relaxation time becomes shorter.

このように、本実施形態の圧力センサ１では、図４に示すように、圧力制御部６が省略された比較例に比べて、より低い、例えば０．１以上かつ１Ｈｚ以下の周波数帯域の圧力変動であっても感度良く検出することができる。さらに、検出できる下限周波数（例えば、所望のセンサ感度Ａに対する下限周波数Ｆｃ）を比較例の下限周波数（例えば、所望のセンサ感度Ａに対する下限周波数Ｆｃ０＞Ｆｃ）よりも下げることができる。
そして、カンチレバー４の変位に基づいたセンサ出力（出力信号）の変動をモニタすることで、キャビティ１０の外部の圧力変動を検出することができる。
特に、ＳＯＩ基板２のシリコン活性層２ｃを用いて半導体プロセス技術によりカンチレバー４を形成できるので、従来の圧電素子に比べて薄型化（例えば、数十〜数百ｎｍ）し易い。したがって、微小な圧力変動の検出を精度よく行うことができる。 Thus, in the pressure sensor 1 of the present embodiment, as shown in FIG. 4, the pressure in a lower frequency band, for example, 0.1 or more and 1 Hz or less, compared to the comparative example in which the pressure control unit 6 is omitted. Even fluctuations can be detected with high sensitivity. Furthermore, the detectable lower limit frequency (for example, the lower limit frequency Fc for the desired sensor sensitivity A) can be made lower than the lower limit frequency of the comparative example (for example, the lower limit frequency Fc0> Fc for the desired sensor sensitivity A).
Then, by monitoring the fluctuation of the sensor output (output signal) based on the displacement of the cantilever 4, the pressure fluctuation outside the cavity 10 can be detected.
In particular, since the cantilever 4 can be formed by a semiconductor process technique using the silicon active layer 2c of the SOI substrate 2, it is easy to make the cantilever thinner (for example, several tens to several hundreds nm) than the conventional piezoelectric element. Therefore, it is possible to detect minute pressure fluctuations with high accuracy.

以下に、本実施形態の圧力センサ１の動作について説明する。なお、以下に説明するステップＳ０１からステップＳ０５の処理と、ステップＳ１１からステップＳ１３の処理とは、所定周期などによって繰り返し実行される。
先ず、例えば図５に示すステップＳ０１においては、検出回路２２から出力された検出出力、つまりカンチレバー４の変位の検出値と、所定値記憶部２３に記憶されている所定値とを比較し、比較結果（例えば、検出値と所定値との差など）を出力する。 Below, operation | movement of the pressure sensor 1 of this embodiment is demonstrated. Note that the processing from step S01 to step S05 and the processing from step S11 to step S13 described below are repeatedly executed at a predetermined cycle or the like.
First, for example, in step S01 shown in FIG. 5, the detection output output from the detection circuit 22, that is, the detection value of the displacement of the cantilever 4 is compared with the predetermined value stored in the predetermined value storage unit 23, and the comparison is performed. The result (for example, the difference between the detected value and the predetermined value) is output.

次に、ステップＳ０２においては、カンチレバー４の変位の検出値を所定値に追従させるフィードバック制御などによって、この検出値を所定値に追従させるために必要とされる指令値を出力し、この指令値に応じてキャビティ１０の内部の圧力を変更する内圧変更部２７を動作させる。 Next, in step S02, a command value required to cause the detected value to follow the predetermined value is output by feedback control for causing the detected value of the displacement of the cantilever 4 to follow the predetermined value. Accordingly, the internal pressure changing unit 27 that changes the pressure inside the cavity 10 is operated.

次に、ステップＳ０３においては、信号処理回路２５から出力される指令値（信号処理出力）が所定の上限値を超えるか否か、または指令値に応じて駆動回路２６から内圧変更部２７に出力される駆動出力の値が所定上限値を超えるか否かなどの判定によって、駆動出力または信号処理出力が飽和したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、リターンに進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０４に進む。
そして、ステップＳ０４においては、内圧変更部２７を所定の初期状態に戻すことを指示するリセット信号を信号処理回路２５から駆動回路２６に出力する。
そして、ステップＳ０５においては、内圧変更部２７を所定の初期状態に戻し、リターンに進む。 Next, in step S03, whether or not the command value (signal processing output) output from the signal processing circuit 25 exceeds a predetermined upper limit value, or is output from the drive circuit 26 to the internal pressure changing unit 27 according to the command value. It is determined whether or not the drive output or the signal processing output is saturated by determining whether or not the value of the drive output to be exceeded exceeds a predetermined upper limit value.
If this determination is “NO”, the flow proceeds to return.
On the other hand, if this determination is “YES”, the flow proceeds to step S 04.
In step S04, a reset signal instructing to return the internal pressure changing unit 27 to a predetermined initial state is output from the signal processing circuit 25 to the drive circuit 26.
In step S05, the internal pressure changing unit 27 is returned to a predetermined initial state, and the process proceeds to return.

また、例えば図６に示すステップＳ１１においては、所定の停止指示に応じて圧力制御部６による制御動作を停止させる。 For example, in step S11 shown in FIG. 6, the control operation by the pressure control unit 6 is stopped in response to a predetermined stop instruction.

次に、ステップＳ０２においては、検出回路２２から出力された検出出力、つまり検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値が、所定の下限閾値を超えたか否か、または所定の許容範囲内の値となったか否か、または所定条件を満たしたか否かなどを判定する。
これらの判定結果の何れかが「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１３に進み、ステップＳ１３においては、圧力制御部６による制御動作を開始し、上述したステップＳ１２に戻る。
一方、これらの判定結果の全てが「ＮＯ」の場合には、リターンに進む。 Next, in step S02, whether the detection output output from the detection circuit 22, that is, the detection value of the displacement of the cantilever 4 detected by the detection circuit 22, has exceeded a predetermined lower limit threshold, or a predetermined allowable range. It is determined whether or not the value is within the range or whether or not a predetermined condition is satisfied.
If any of these determination results is “YES”, the process proceeds to step S13. In step S13, the control operation by the pressure control unit 6 is started, and the process returns to step S12 described above.
On the other hand, when all of these determination results are “NO”, the process proceeds to return.

上述したように本実施形態の圧力センサ１によれば、外圧の圧力変動に対してカンチレバー４の変位を抑制することができ、圧力変動の検出を精度良く行うことができるとともに、検出できる下限周波数を下げることができ、かつ低周波帯域の圧力変動を感度良く検出することができる。さらに、ダイナミックレンジを増大させることができるとともに、カンチレバー４の変位とキャビティ１０の外部の圧力変動の検出値との対応関係の線形性を向上させることができる。
また、センサ本体３の少なくとも一部を成すように圧電アクチュエータ３１を備えるだけの単純な構成によって、キャビティ１０の内部の圧力を変更することができ、構成が複雑化することを防止することができる。 As described above, according to the pressure sensor 1 of the present embodiment, the displacement of the cantilever 4 can be suppressed with respect to the pressure fluctuation of the external pressure, the pressure fluctuation can be accurately detected, and the lower limit frequency that can be detected. The pressure fluctuation in the low frequency band can be detected with high sensitivity. Furthermore, the dynamic range can be increased and the linearity of the correspondence between the displacement of the cantilever 4 and the detected value of the pressure fluctuation outside the cavity 10 can be improved.
In addition, the pressure inside the cavity 10 can be changed by a simple configuration in which the piezoelectric actuator 31 is provided so as to form at least a part of the sensor body 3, and the configuration can be prevented from becoming complicated. .

なお、上述した実施形態において、信号処理回路２５がリセット信号を出力する機能は省略されてもよい。 In the above-described embodiment, the function of the signal processing circuit 25 outputting the reset signal may be omitted.

（第１変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図７に示す第１変形例のように、内圧変更部２７は、板状の圧電アクチュエータ３１の代わりに、センサ本体３の周壁部３ｂの少なくとも一部を成すようにして設けられた環板状の圧電アクチュエータ３２を備えてもよい。
この第１変形例の圧電アクチュエータ３２は、駆動回路２６から出力された信号に応じて、センサ本体３の周壁部３ｂを伸縮させるようにして変形する。これによって、キャビティ１０の容積を変更し、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定値に追従させる。
この第１変形例によれば、圧力センサ１の構成が複雑化することを防止しつつ、剛性を向上させることができる。 (First modification)
In the above-described embodiment, for example, as in the first modification shown in FIG. 7, the internal pressure changing unit 27 replaces at least a part of the peripheral wall 3 b of the sensor body 3 in place of the plate-like piezoelectric actuator 31. An annular plate-shaped piezoelectric actuator 32 provided as configured may be provided.
The piezoelectric actuator 32 of the first modification is deformed so as to expand and contract the peripheral wall 3b of the sensor body 3 in accordance with a signal output from the drive circuit 26. Thus, the volume of the cavity 10 is changed, the pressure inside the cavity 10 is increased or decreased, and the detected value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 is made to follow a predetermined value.
According to the first modification, the rigidity of the pressure sensor 1 can be improved while preventing the configuration of the pressure sensor 1 from becoming complicated.

（第２変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図８に示す第２変形例のように、内圧変更部２７は、センサ本体３の少なくとも一部を成し、変形または変位によってキャビティ１０の容積を変更することによってキャビティ１０の圧力を変更可能な可変部材３３と、駆動力の発生または変形によって可変部材３３を変形または変位させるアクチュエータ３４と、を備えてもよい。
この第２変形例の可変部材３３は、例えばセンサ本体３の少なくとも一部を成すようにして設けられた膜状部材３３ａを備え、膜状部材３３ａは、センサ本体３の内部と外部とを連通する貫通孔３ａを塞ぐように設けられ、キャビティ１０の内部または外部に向かい撓み変形可能である。
アクチュエータ３４は、例えば圧電アクチュエータまたは電磁アクチュエータなどであって、センサ本体３に固定された固定部材３５によって支持されるとともに、膜状部材３３ａに接続されている。アクチュエータ３４は、駆動回路２６から出力された信号に応じて伸縮変形することによって、膜状部材３３ａをキャビティ１０の内部または外部に向かい撓み変形させる。これによって、キャビティ１０の容積を変更し、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定値に追従させる。
この第２変形例によれば、キャビティ１０の内部の圧力を変更する際の可変範囲を増大させることができ、圧力センサ１の剛性を向上させることができる。 (Second modification)
In the above-described embodiment, for example, as in the second modified example shown in FIG. 8, the internal pressure changing unit 27 forms at least a part of the sensor body 3 and changes the volume of the cavity 10 by deformation or displacement. The variable member 33 which can change the pressure of the cavity 10 by this, and the actuator 34 which deform | transforms or displaces the variable member 33 by generation | occurrence | production or deformation | transformation of a driving force may be provided.
The variable member 33 of the second modified example includes a film-like member 33a provided so as to form at least a part of the sensor main body 3, for example, and the film-like member 33a communicates the inside and the outside of the sensor main body 3. It is provided so as to close the through-hole 3a, and can be bent and deformed toward the inside or outside of the cavity 10.
The actuator 34 is, for example, a piezoelectric actuator or an electromagnetic actuator, and is supported by a fixing member 35 fixed to the sensor body 3 and connected to the film-like member 33a. The actuator 34 expands and contracts in accordance with a signal output from the drive circuit 26, thereby bending and deforming the film-like member 33 a toward the inside or the outside of the cavity 10. Thus, the volume of the cavity 10 is changed, the pressure inside the cavity 10 is increased or decreased, and the detected value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 is made to follow a predetermined value.
According to the second modification, the variable range when changing the pressure inside the cavity 10 can be increased, and the rigidity of the pressure sensor 1 can be improved.

（第３変形例）
なお、上述した第２変形例においては、例えば図９に示す第３変形例のように、可変部材３３は、例えばセンサ本体３の少なくとも一部を成すようにして設けられた板状部材３３ｂを備えてもよい。この第３変形例の板状部材３３ｂは、センサ本体３の内部と外部とを連通する貫通孔３ａを塞ぐように設けられ、キャビティ１０の内部に向かいまたはキャビティ１０の外部に向かい変位可能である。
この第３変形例のアクチュエータ３４は、センサ本体３に固定された固定部材３５によって支持されるとともに、板状部材３３ｂに接続され、例えば、ベローズ型の伸縮管３４ａと、伸縮管３４ａを伸縮変形させるアクチュエータ部３４ｂと、を備えている。伸縮管３４ａの内部にはアクチュエータ部３４ｂが配置され、伸縮管３４ａおよびアクチュエータ部３４ｂの伸縮方向の両端が１対の端面板３４ｃによって挟み込まれている。アクチュエータ部３４ｂは、例えば圧電アクチュエータまたは電磁アクチュエータなどであって、駆動回路２６から出力された信号に応じて伸縮変形することによって、伸縮管３４ａを伸縮変形させ、端面板３４ｃを介して板状部材３３ｂをキャビティ１０の内部または外部に向かい変位させる。これによって、キャビティ１０の容積を変更し、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。
この第３変形例によれば、キャビティ１０の内部の圧力を変更する際の可変範囲を増大させることができ、圧力センサ１の剛性を向上させることができる。 (Third Modification)
In the second modification described above, for example, as in the third modification shown in FIG. 9, the variable member 33 includes, for example, a plate-like member 33 b provided so as to form at least a part of the sensor body 3. You may prepare. The plate-like member 33b of the third modification is provided so as to close the through hole 3a that communicates the inside and the outside of the sensor body 3, and can be displaced toward the inside of the cavity 10 or toward the outside of the cavity 10. .
The actuator 34 of the third modification is supported by a fixing member 35 fixed to the sensor body 3 and connected to a plate-like member 33b. For example, a bellows-type expansion tube 34a and an expansion tube 34a are expanded and deformed. Actuator section 34b to be operated. An actuator portion 34b is disposed inside the expansion tube 34a, and both ends of the expansion tube 34a and the actuator portion 34b in the expansion / contraction direction are sandwiched between a pair of end face plates 34c. The actuator unit 34b is, for example, a piezoelectric actuator or an electromagnetic actuator, and is expanded and deformed in accordance with a signal output from the drive circuit 26, thereby expanding and contracting the expandable tube 34a, and a plate-like member via the end face plate 34c. 33 b is displaced toward the inside or the outside of the cavity 10. Thus, the volume of the cavity 10 is changed, the pressure inside the cavity 10 is increased or decreased, and the detected value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 is made to follow a predetermined target value.
According to the third modification, the variable range when changing the pressure inside the cavity 10 can be increased, and the rigidity of the pressure sensor 1 can be improved.

（第４変形例）
なお、上述した第３変形例においては、例えば図１０に示す第４変形例のように、アクチュエータ３４は、固定部材３５によって支持されたモータ３４ｄを備えてもよい。この第４変形例の可変部材３３は、例えばセンサ本体３の少なくとも一部を成すようにして設けられた筒状部材３３ｃを備えている。この第４変形例の筒状部材３３ｃは、センサ本体３の内部と外部とを連通する貫通孔３ａを塞ぐように設けられ、キャビティ１０の内部に向かいまたはキャビティ１０の外部に向かい変位可能である。
この第４変形例のモータ３４ｄは、回転軸に形成された雄ねじ部３４ｅを、筒状部材３３ｃの凹部に形成された雌ねじ部３３ｄに噛み合わせて、モータ３４ｄの回転運動を筒状部材３３ｃの直線運動に変換可能である。モータ３４ｄは、駆動回路２６から出力された信号に応じて回転軸を回転駆動する駆動力を発生させ、筒状部材３３ｃをキャビティ１０の内部または外部に向かい変位させる。これによって、キャビティ１０の容積を変更し、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。
この第４変形例によれば、キャビティ１０の内部の圧力を変更する際の可変範囲を増大させることができる。 (Fourth modification)
In the third modification described above, the actuator 34 may include a motor 34d supported by the fixing member 35, for example, as in the fourth modification shown in FIG. The variable member 33 of the fourth modified example includes a cylindrical member 33c provided so as to form at least a part of the sensor main body 3, for example. The cylindrical member 33c of the fourth modification is provided so as to close the through hole 3a that communicates the inside and outside of the sensor body 3, and can be displaced toward the inside of the cavity 10 or toward the outside of the cavity 10. .
In the motor 34d of the fourth modified example, the male screw portion 34e formed on the rotating shaft is meshed with the female screw portion 33d formed in the concave portion of the cylindrical member 33c, and the rotational movement of the motor 34d is controlled by the cylindrical member 33c. It can be converted to linear motion. The motor 34 d generates a driving force for rotationally driving the rotating shaft in accordance with a signal output from the driving circuit 26, and displaces the cylindrical member 33 c toward the inside or the outside of the cavity 10. Thus, the volume of the cavity 10 is changed, the pressure inside the cavity 10 is increased or decreased, and the detected value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 is made to follow a predetermined target value.
According to the fourth modification, the variable range when changing the pressure inside the cavity 10 can be increased.

（第５変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図１１に示す第５変形例のように、内圧変更部２７は、キャビティ１０の温度を変更可能なヒータ３６を備えてもよい。
この第５変形例のヒータ３６は、センサ本体３に設けられ、駆動回路２６から出力された信号に応じて、放熱することによってキャビティ１０の温度を上昇させる。これによって、キャビティ１０の内部の圧力を増大させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。なお、この第５変形例においては、ヒータ３６に近接するセンサ本体３の内面上に熱交換用のフィン３６ａを備えてもよい。
この第５変形例によれば、圧力センサ１が大型化したり、構成が複雑化することを防止することができる。 (5th modification)
In the above-described embodiment, the internal pressure changing unit 27 may include a heater 36 that can change the temperature of the cavity 10, for example, as in the fifth modification shown in FIG. 11.
The heater 36 of the fifth modified example is provided in the sensor body 3 and raises the temperature of the cavity 10 by radiating heat in accordance with a signal output from the drive circuit 26. As a result, the pressure inside the cavity 10 is increased, and the detected value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 is made to follow a predetermined target value. In the fifth modification, a heat exchanging fin 36 a may be provided on the inner surface of the sensor body 3 adjacent to the heater 36.
According to the fifth modification, it is possible to prevent the pressure sensor 1 from becoming large in size or complicated in configuration.

（第６変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図１２に示す第６変形例のように、内圧変更部２７は、キャビティ１０の温度を変更可能なペルチェ素子などの熱電素子３７を備えてもよい。内圧変更部２７は、センサ本体３の少なくとも一部を成し、環板状の熱絶縁層３７ａと、熱絶縁層３７ａの内部に配置された熱電素子３７とともに熱絶縁層３７ａを厚さ方向の両側から挟み込む１対の熱伝導層３７ｂと、を備えている。
この第６変形例の熱電素子３７は、駆動回路２６から出力された信号に応じて、放熱または吸熱することによってキャビティ１０の温度を上昇または下降させる。これによって、キャビティ１０の内部の圧力を増大または低下させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。なお、この第６変形例においては、センサ本体３の内面の一部を成す熱伝導層３７ｂの表面上に熱交換用のフィン３７ｃを備えてもよい。
この第６変形例によれば、キャビティ１０の内部の圧力を詳細かつ精度良く制御することができる。 (Sixth Modification)
In the above-described embodiment, the internal pressure changing unit 27 may include a thermoelectric element 37 such as a Peltier element capable of changing the temperature of the cavity 10 as in the sixth modification shown in FIG. The internal pressure changing unit 27 forms at least a part of the sensor body 3, and the thermal insulating layer 37a is disposed in the thickness direction together with the annular plate-shaped thermal insulating layer 37a and the thermoelectric element 37 disposed inside the thermal insulating layer 37a. And a pair of heat conductive layers 37b sandwiched from both sides.
The thermoelectric element 37 of the sixth modified example raises or lowers the temperature of the cavity 10 by radiating or absorbing heat in accordance with a signal output from the drive circuit 26. Thereby, the pressure inside the cavity 10 is increased or decreased, and the detected value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 is made to follow a predetermined target value. In the sixth modification, a heat exchanging fin 37c may be provided on the surface of the heat conductive layer 37b forming a part of the inner surface of the sensor body 3.
According to the sixth modification, the pressure inside the cavity 10 can be controlled in detail and with high accuracy.

（第７変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図１３に示す第７変形例のように、内圧変更部２７は、キャビティ１０の温度を変更可能な赤外線源３８を備えてもよい。
この第７変形例の赤外線源３８は、駆動回路２６から出力された信号に応じて、センサ本体３の内部に赤外線を放射することによってキャビティ１０の温度を上昇させる。これによって、キャビティ１０の内部の圧力を増大させ、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。なお、この第７変形例においては、センサ本体３の内面上にフィン状などの形状を有する赤外線吸収部材３８ａを備えてもよい。
この第７変形例によれば、圧力センサ１が大型化することを防止し、キャビティ１０の内部の圧力を遠隔的に制御することができる。 (Seventh Modification)
In the above-described embodiment, the internal pressure changing unit 27 may include an infrared source 38 capable of changing the temperature of the cavity 10 as in the seventh modification shown in FIG.
The infrared source 38 of the seventh modification raises the temperature of the cavity 10 by radiating infrared rays into the sensor body 3 in accordance with the signal output from the drive circuit 26. As a result, the pressure inside the cavity 10 is increased, and the detected value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 is made to follow a predetermined target value. In the seventh modification, an infrared absorbing member 38 a having a fin shape or the like may be provided on the inner surface of the sensor body 3.
According to the seventh modification, the pressure sensor 1 can be prevented from becoming large, and the pressure inside the cavity 10 can be remotely controlled.

（第８変形例）
なお、上述した実施形態においては、例えば図１４に示す第８変形例のように、所定値記憶部２３の代わりに、ローパスフィルタ４１を備えてもよい。
この第８変形例のローパスフィルタ４１は、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値に対して、所定の低域通過処理を行ない、処理後の検出値を比較回路２４に出力する。比較回路２４は、検出回路２２から出力された検出出力、つまり検出回路２２によって検出されたカンチレバー４の変位の検出値と、ローパスフィルタ４１から出力された処理後の検出値とを比較し、比較結果（例えば、差など）を出力する。
この第８変形例によれば、圧力センサ１の出力が不安定な場合などであっても、フィードバック制御を適正に行なうことができる。 (Eighth modification)
In the above-described embodiment, for example, a low-pass filter 41 may be provided instead of the predetermined value storage unit 23 as in an eighth modification shown in FIG.
The low-pass filter 41 of the eighth modification performs a predetermined low-pass process on the detection value of the displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 and outputs the detection value after processing to the comparison circuit 24. . The comparison circuit 24 compares the detection output output from the detection circuit 22, that is, the detection value of the displacement of the cantilever 4 detected by the detection circuit 22 with the detection value after processing output from the low-pass filter 41. Output the result (eg difference).
According to the eighth modified example, even when the output of the pressure sensor 1 is unstable, the feedback control can be appropriately performed.

（第９変形例）
なお、上述した実施形態においては、内圧変更部２７は、キャビティ１０の内部と外部とに存在する圧力伝達媒体を、キャビティ１０の内部と外部との間で流通させることによってキャビティ１０の圧力を変更可能なポンプなどを備えてもよい。
この第９変形例によれば、内圧変更部２７は、駆動回路２６から出力された信号に応じて、キャビティ１０の内部と外部との間の圧力伝達媒体の流通を制御することによって、キャビティ１０の内部の圧力を制御する。これによって、検出回路２２から出力されるカンチレバー４の変位の検出値を所定の目標値に追従させる。 (Ninth Modification)
In the above-described embodiment, the internal pressure changing unit 27 changes the pressure of the cavity 10 by circulating the pressure transmission medium existing inside and outside the cavity 10 between the inside and outside of the cavity 10. Possible pumps may be provided.
According to the ninth modification, the internal pressure changing unit 27 controls the flow of the pressure transmission medium between the inside and the outside of the cavity 10 according to the signal output from the drive circuit 26, so that the cavity 10 Control the pressure inside. Thereby, the detected value of displacement of the cantilever 4 output from the detection circuit 22 is made to follow a predetermined target value.

１…圧力センサ３…センサ本体４…カンチレバー４ａ…基端部４ｂ…先端部
５…変位検出部６…圧力制御部（圧力制御手段）１０…キャビティ１１…連通開口３１…圧電アクチュエータ（アクチュエータ）３２…圧電アクチュエータ（アクチュエータ）３３…可変部材３４…アクチュエータ（アクチュエータ）３６…ヒータ（部材）３７…熱電素子（温度変更部）３８…赤外線源（温度変更部） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pressure sensor 3 ... Sensor main body 4 ... Cantilever 4a ... Base end part 4b ... Tip part
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Displacement detection part 6 ... Pressure control part (pressure control means) 10 ... Cavity 11 ... Communication opening 31 ... Piezoelectric actuator (actuator) 32 ... Piezoelectric actuator (actuator) 33 ... Variable member 34 ... Actuator (actuator) 36 ... Heater ( 37) Thermoelectric element (temperature changing part) 38 ... Infrared source (temperature changing part)

Claims

圧力変動を検出する圧力センサであって、
内部にキャビティを形成し、前記キャビティと外部とを連通する連通開口を有する中空のセンサ本体と、
先端部が自由端かつ基端部が前記センサ本体に片持ち状に支持された状態で前記連通開口を塞ぐように配置され、前記キャビティと前記センサ本体の外部との圧力差に応じて撓み変形するカンチレバーと、
前記カンチレバーの撓み変形に応じた変位を検出する変位検出部と、
前記圧力差を低下または前記撓み変形を抑制させるように前記キャビティの圧力を制御する圧力制御手段と、
を備える、
ことを特徴とする圧力センサ。 A pressure sensor for detecting pressure fluctuations,
A hollow sensor body having a communication opening that forms a cavity inside and communicates the cavity with the outside;
It is arranged so as to block the communication opening in a state where the tip end is a free end and the base end is cantilevered by the sensor body, and is bent and deformed according to the pressure difference between the cavity and the outside of the sensor body A cantilever to
A displacement detector that detects displacement according to the bending deformation of the cantilever;
Pressure control means for controlling the pressure of the cavity so as to reduce the pressure difference or suppress the bending deformation;
Comprising
A pressure sensor characterized by that.

前記圧力制御手段は、
前記センサ本体の少なくとも一部を成し、変形によって前記キャビティの容積を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能なアクチュエータを備え、
前記アクチュエータの変形を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。 The pressure control means includes
An actuator which forms at least a part of the sensor body and can change the pressure of the cavity by changing the volume of the cavity by deformation;
Controlling deformation of the actuator;
The pressure sensor according to claim 1.

前記圧力制御手段は、
前記センサ本体の少なくとも一部を成し、変形または変位によって前記キャビティの容積を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能な可変部材と、
駆動力の発生または変形によって前記可変部材を変形または変位させるアクチュエータと、を備え、
前記アクチュエータの駆動力の発生または変形を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。 The pressure control means includes
A variable member that forms at least a part of the sensor body and is capable of changing the pressure of the cavity by changing the volume of the cavity by deformation or displacement;
An actuator for deforming or displacing the variable member by generation or deformation of a driving force,
Controlling the generation or deformation of the driving force of the actuator;
The pressure sensor according to claim 1.

前記圧力制御手段は、
放熱または吸熱によって前記キャビティの温度を変更することによって前記キャビティの圧力を変更可能な温度変更部を備え、
前記温度変更部の放熱または吸熱を制御する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の圧力センサ。 The pressure control means includes
A temperature changing unit capable of changing the pressure of the cavity by changing the temperature of the cavity by heat dissipation or heat absorption;
Controlling heat dissipation or heat absorption of the temperature changing unit,
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein:

前記圧力制御手段は、前記圧力差または前記撓み変形が所定上限値よりも大きい場合に、前記キャビティの圧力に対する制御状態を初期状態にリセットする、
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の圧力センサ。 The pressure control means resets the control state for the pressure of the cavity to an initial state when the pressure difference or the bending deformation is larger than a predetermined upper limit;
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the pressure sensor is provided.