JPH0766010B2 - 加速度計及びその較正方法 - Google Patents

加速度計及びその較正方法

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JPH0766010B2 JP1245408A JP24540889A JPH0766010B2 JP H0766010 B2 JPH0766010 B2 JP H0766010B2 JP 1245408 A JP1245408 A JP 1245408A JP 24540889 A JP24540889 A JP 24540889A JP H0766010 B2 JPH0766010 B2 JP H0766010B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車のような物体の速度の変化を検知する
ための装置、ならびに、製造許容範囲、及び動作環境の
変化に起因するセンサの応答の変化にも拘らず、較正さ
れた出力信号を発生するようにマイクロプロセツサによ
り制御される回路と、上記の較正の方法とに関する。
［従来の技術］ 従来の技術は、加速度により梁の伸長方向に対し垂直方
向に変位するように支持梁に対しカンチレバー形式に支
持された検知質量を有するセンサを教示している。当該
分野で習熟している者に良く知られた方法により、梁に
接着又はその表面に拡散された複数の歪みゲージをホイ
ートストン・ブリツジに接続して、これら検知質量の変
位量に比例した出力が得られる。残念なことに、歪みゲ
ージの出力はクリープ及びヒステリシス損により好まし
くない影響を受ける。更に、歪みゲージの抵抗値、従つ
てこれに接続されているホイートストン・ブリツジの出
力は、温度によつても大きく変動する。例えば、検知質
量及びその支持梁がシリコンからミクロ機械加工されて
いる場合に、検知質量の変位と温度との間の関係は既知
ではないので、温度によるホイートストン・ブリツジ出
力の変動は、更に複雑になる。更に、このようなセンサ
は、典型的には高温で製造され、次いで冷却されるの
で、熱的なプレストレスが発生し、センサの動作温度が
変動する際にこのプレストレスが解放されたり又は現わ
れたりする。その結果、センサを継続的なやり方で再較
正しなければならない。更に、製造工程におけるばらつ
きは、センサの抵抗値のトリミングのような付加的な製
造工程を必要とさせ、単体のコストを増加させ、かつ製
造量を低下させる。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、加速度センサと、動作環境の温度変化に影響
されない出力が得られる電気的な制御回路とを提供する
ことを目的とする。
更に、本発明は、製造工程における変動を起因とするセ
ンサ出力の変動を自動的に補正して、センサの製造工程
における極端な許容範囲の制御を不必要にさせ、続い
て、センサと制御回路とを正しく整合させるために従来
必要であつた、個々のセンサの特定の特性に対してセン
サ制御回路を適合させることを不必要にした加速度セン
サ用の制御回路を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段及びその作用］ 本発明による加速度センサは、検知重量を支持するよう
に延伸する複数の共平面上の梁を有する剛性の絶縁フレ
ームを備えている。検知質量は、このフレームの加速度
に応答し、前記加速度により、その質量の中心は、フレ
ームに対する最初の位置から、それに対する第２の位置
に向かつて、梁の面にほぼ垂直の方向に変位する。支持
している梁のおのおのは、それと一体にされた複数の抵
抗体を有し、その抵抗値は支持している梁の撓みに従
い、従つて検知質量の変位に従つて変化する。所望によ
り、梁は検知質量に対し対角線方向の支持を与える。
更に、前記加速度センサは、検知質量及びフレームのそ
れぞれの対向表面上に設けた非磁性体の電気導体材料よ
り成る複数の層のような、検知質量を、その初期位置か
ら、第２の位置には至らない第３の位置まで電気的に変
位させるための手段を備えている。前記層のそれぞれに
対し、均一でない電荷を付与すると、既知の加速度によ
る変位と類似の仕方で、検知質量は合成静電界により第
３の位置に変位される。
前記加速度センサからの較正された出力信号を発生する
電気回路は、４つの脚を定める一対の入力端子及び出力
端子を有するホイートストン・ブリツジと、前記ホイー
トストン・ブリツジの入力端子に電圧を印加する電圧源
とを備えている。ホイートストン・ブリツジの脚の少な
くとも一つは複数の梁抵抗体を備えている。更に、ホイ
ートストン・ブリツジの脚の少なくとも一つは可変抵抗
体を備えており、その抵抗値をマイクロプロセツサのよ
うな適当な制御手段により調節し、ホイートストン・ブ
リツジの出力端子に発生する電圧の範囲を調節すること
により、センサの動作温度の変化を補償し、かつ製造許
容範囲に適合させる。
更に、前記電気回路は、例えば、差動増幅器によりホイ
ートストン・ブリツジの出力端子に接続されたマイクロ
プロセツサのアナログ・デイジタル変換器ポートのよう
な、ホイートストン・ブリツジの出力端子間に発生する
電圧を決定するための手段と、 例えば、前記複数の層の間に電源電圧を印加するように
マイクロプロセツサにより駆動されるスイツチのよう
な、前記センサの静電変位手段を駆動するための手段
と、 絶縁フレームの加速度によるホイートストン・ブリツジ
の出力の瞬時変化と、絶縁フレームに対する前記検知質
量の静電変位によるホイートストン・ブリツジの出力の
瞬時変化とを比較するようにして、前記ホイートストン
・ブリツジの出力から得られ、かつ、前記センサの動作
温度の変化に起因する前記センサの応答の変化を反映さ
せるように調節した較正済み出力信号を発生する手段と
を備えている。
［実施例］ 第１図及び第２図を参照すると、本発明の第１の実施例
の加速度センサ10はフレーム12を備えており、このフレ
ーム12は、パイレツクスのような絶縁体からなる下部、
即ちベース14と、接着によりフレーム12の上面18に固定
されたシリコンのような絶縁体からなる上部16とを有す
る。開口20が、上面22からフレーム12の上部16を通つて
伸びていることにより、ベース14の上面24を露出させて
いる。シリコンのような半導体材料からなる薄い平面部
26を上部16の上面22に接着することにより、全体として
ベース14の上面24に平行に、開口20を横切つて延伸する
一対の梁28を設けている。また、検知質量30は、シリコ
ンのような絶縁体をミクロ機械加工したものであり、接
着により梁28の自由端32に固定される。これによつて、
梁28は、カンチレバー形式で、検知質量30をフレーム12
に対して支持している。その代りに、、平面部26及び検
知質量30は、シリコンのような半導体材料の単一ブロツ
クをミクロ機械加工したものであつてもよい。
従つて、検知質量30は、上部16に対する初期位置から、
それに対する第２の位置に向かつて、梁28の面にほぼ垂
直な方向に、フレーム12の加速度に応答し、かつ、それ
とは反対の方向に、自由に変位することができる。複数
の突起、即ちストツパ34及び35は、それぞれベース14及
び上部16から突出して、フレーム12に対する検知質量30
の変位の大きさを制限している。従つて、ベース14のス
トツパ34は、フレーム12に対して与えられた任意の加速
度により、検知質量30を変位させることが可能なフレー
ム12に対する第２の位置を定める。検知質量30とフレー
ム12との間に適当な空隙36を設けて、検知質量30に対し
所望レベルのガス・ダンピングを与えている。
更に、この加速度センサ10は、ベース14の露出した上面
24の上に、CVD処理により、例えばアルミニウムを堆積
した、非磁性体の電気導体材料より成る層40を備えてい
る。従つて、ベース14上の導体層40は、検知質量30がフ
レーム12に対して初期位置にあるときは、支持している
梁28の面に対し、全体として平行に延伸している。更
に、CVD処理により、アルミニウムのような非磁性体の
電気導体材料より成る層42を検知質量30の下側面44上に
堆積して、ベース14上の導体層40に対向して配置させて
いる。以下に説明するが、導体層40及び42のそれぞれに
均一でない電荷を与えると、導体層40及び42は、実際の
加速度が加わらないときに、検知質量30をフレーム12に
対して静電変位させる。
一対の抵抗体46は、各梁28の上面48の選択された部分を
ドープすることにより、それぞれ各梁28と一体に形成さ
れている。この梁は、例えばCVD処理又はイオン打ち込
み技術を用いて、梁28をボロン又はヒ素イオンによりド
ープしたものでよい。抵抗体46の抵抗値は、フレーム12
に対する検知質量30の変位によつて生じた梁28の撓みに
応答して変化する。
電気制御回路50は、第３図の電気回路図により、加速度
センサ10の抵抗体46の瞬時抵抗値から導出され、それに
対する温度の影響に対して調節した、電気制御回路50よ
りの較正済み出力信号を発生するように示されている。
電気制御回路50は、ホイートストン・ブリツジ52と、ホ
イートストン・ブリツジ52の入力端子56及び58に電源電
圧Vsを印加するための電源、例えばバツテリ54と、ホイ
ートストン・ブリツジ52の出力端子62及び64に接続され
て、そこに発生する出力電圧VOUTを増幅する差動増幅器
60と、差動増幅器60の出力及び電源電圧Vsの瞬時振幅を
読み取るための一対のアナログ・デイジタル変換器ポー
ト68と、ホイートストン・ブリツジ52の出力端子62及び
64の間に発生する電圧の範囲を制御するための複数の出
力ポート70とを有するマイクロプロセツサ66を備えてい
る。
更に詳述すれば、加速度センサ10の梁28と一体の抵抗体
46は、ホイートストン・ブリツジ52の４つの端子56,58,
62及び63の間に接続され、４つの脚74,76,78及び80を備
えている。ホイートストン・ブリツジ52の各抵抗46体の
位置は、当業者に知られた方法により、フレーム12に対
して検知質量30が変位した際に、ホイートストン・ブリ
ツジ52の出力電圧VOUTの変化が最大となるように定めら
れる。
更に、ホイートストン・ブリツジ52の下側の２つの脚78
及び80に接続された、それぞれの梁28の抵抗体46と直列
に、可変抵抗82が配設される。本発明の好ましい実施例
においては、可変抵抗82は、脚78及び80の抵抗体46とそ
れぞれ直列に配置された固定抵抗値の抵抗体84と、マイ
クロプロセツサ制御によりそれぞれ並列接続に切り換え
られる固定値の複数の付加的な抵抗体86とを含んでい
る。マイクロプロセツサ66により動作可能なスイツチ
は、直列の抵抗体84のうちの一つと並列な付加的な抵抗
体86のおのおのを切り換えるものであり、トランジスタ
88を備えている。トランジスタ88のエミツタは、ホイー
トストン・ブリツジ52の入力端子58に接続され、そのコ
レクタは付加的な抵抗体86に接続されている。マイクロ
プロセツサ66は、出力ポート70からそれに接続されてい
るトランジスタ88のベースへ電流を供給することによ
り、付加的な抵抗体86を、直列の抵抗体84のうちの一つ
と並列に接続する。
従つて、マイクロプロセツサ66は、ホイートストン・ブ
リツジ52の脚78及び80の抵抗値を段階的に変化させて、
加速度センサ10の動作中に出力端子62及び64の間に発生
する電圧の範囲を制御することができる。このようにし
て、電気制御回路50は、加速度センサ10の動作温度の変
化に起因するブリツジの出力電圧VOUTの変化を補償し、
更に、ビーム抵抗体46の標準抵抗値に対する製造許容範
囲に適合させる。
更に、電気制御回路50は、フレーム12の加速度により検
知質量30が第２の位置へ最大の変位をしても、即ち、ベ
ース14のストツパ34と係合しても、差動増幅器60を飽和
させない電圧の範囲にホイートストン・ブリツジ52の出
力電圧VOUTを制限することができる。例えば、マイクロ
プロセツサ66は、ホイートストン・ブリツジ52の出力電
圧VOUTが差動増幅器60を飽和させないために必要な許容
範囲値の外になつたと判断したときは、ホイートストン
・ブリツジ52の平均出力電圧VOUTが再び許容範囲値内に
なるまで、付加的な抵抗体86を、脚78及び80の直列の抵
抗体84と並列に、順次接続し始める。第３図は、各脚78
及び80に、切り換え可能な２つの付加的な抵抗体86のみ
を示しているが、使用する付加的な抵抗体86の数及びそ
の抵抗値は、最適の適応性及びハフオーマンスが得られ
るように選択されることに注意すべきである。
ホイートストン・ブリツジ52の出力電圧VOUTを厳密に制
御する目的は、電気制御回路50がフレーム12に対する加
速度入力がしきい値を超える時点を正確に判断できるよ
うにして、電気制御回路50の出力信号が、車両の乗客制
止装置の中のエア・バツグのような装置（図示なし）を
トリガすることにあることに注意すべきである。従つ
て、ホイートストン・ブリツジ52の出力値の範囲が、例
えば、しきい値に接近しつつあるブリツジ出力電圧VOUT
のように、ブリツジ出力電圧の値の範囲が特に重要であ
るときは、第１の差動増幅器60とは異なるゲインを有す
る第２の差動増幅器（図示なし）をホイートストン・ブ
リツジ52の出力端子62及び64の間に接続して、その出力
範囲の分離能を高めるようにしてもよい。これについて
は、２つの差動増幅器のうちの一方がその高ゲインのた
めに早く飽和するにも係わらず、２つの差動増幅器によ
る冗長性により所望の分解能が得られるので、各脚78及
び80に必要とする切り換え可能な付加的な抵抗体86の数
はより少なくてよいことに注意すべきである。
マイクロプロセツサにより調節され、かつ、増幅された
ブリツジ出力電圧の作動平均値（以下、明確にするため
にVOUTと示す）は、その後、ホイートストン・ブリツジ
52の瞬時ブリツジ出力電圧ＶOUT,iと比較するときの基
準線として用いられる。従つて、加速度センサ10を車両
の乗客制止装置の中で加速度センサとして利用するとき
は、平均ブリツジ出力電圧VOUTの瞬時変化は車両の加速
度のために生じた検知質量30の変位に対応する。起こり
うる車両衝突条件は、ホイートストン・ブリツジ52の瞬
時ブリツジ出力電圧ＶOUT,iが、平均ブリツジ出力電圧V
OUTをしきい値だけ超えるときによつて表わされ、それ
をマイクロプロセツサ66は衝突条件と認定し、それ以
上、平均ブリツジ出力電圧VOUTを計算することはしな
い。その後、更に車両加速度の大きさを評価するため
に、起こりうる衝突条件の表示の直前の平均ブリツジ出
力電圧VOUTは、瞬時ブリツジ出力電圧ＶOUT,iと比較す
るときの基準線として用いられる。もし、瞬時プリツジ
出力電圧ＶOUT,iがしきい値を超えなくなると、マイク
ロプロセツサ66内のカウンタが減分される。瞬時ブリツ
ジ出力電圧ＶOUT,iが、その多数の連続する読み取り値
に対して、しきい値を超えないときは、マイクロプロセ
ツサ66はその中のすべての蓄積カウンタを零にすること
により、衝突条件をクリアし、ブリツジ出力電圧VOUTの
通常の平均化を再開する。
また、マイクロプロセツサ66は、加速度センサ10の導体
層40及び42のそれぞれへの不均一な電荷の印加を制御
し、かつ、較正済み出力信号OUTPUTを供給するための複
数の出力ポート70を備えている。
マイクロプロセツサ66は、スイツチ72を作動させ、導体
層40を電圧Vsの電圧源に接続し（ただし、第３図に示し
たように検知質量30上の導体層42は常に接地されてい
る）、加速度センサ10の導体層40及び42への均一でない
電荷の印加を制御する。第３図には、スイツチ72は導体
層40を電圧Vsの電源に接続させるように簡略化して例示
され、第４図には、マイクロプロセツサ66の一対の出力
ポート70によつて２つの異なる電圧を導体層40に印加す
るように構成されたスイツチ72の実施例が示されてい
る。
加速度センサ10からの較正済み出力信号の発生について
は、本発明の電気制御回路50は、フレーム12に対する検
知質量30の制御された静電変位を利用し、出力信号を周
期的に再較正し、車両の真の加速度の大きさの正確な検
知を可能にする。詳述すれば、加速度センサ10及び関連
する電気制御回路50の初期較正においては、梁28が地球
の重力の場に対してほぼ垂直に延伸するように加速度セ
ンサ10を方向付けすることによつて得られる、既知の加
速度の場に基づくブリツジ出力電圧VOUTの瞬時変化と、
一定の較正温度Tcにおける既知の較正変位電圧ＶD,cに
よる検知質量30の静電変位に基づくブリツジ出力電圧V
OUTの瞬時変化とを比較する。このようにして、検知質
量30を変位させる静電界は、既知の加速度の場、即ち単
位重力の場によつて効果的に較正される。その後、加速
度センサ10の導体層40及び22の間に同様な静電変位電圧
ＶD,cを印加し、その結果得られたブリツジ出力電圧V
OUTの変化とそれに対する初期値とを比較することによ
り、検知質量30が既知の加速度の場によつて効果的に変
位させられるにつれて、ホイートストン・ブリツジ52の
瞬時出力電圧ＶOUT,iは、任意の温度Tiにおいて周期的
に較正できる。
更に、フレーム12に対する検知質量30の静電変位に起因
するブリツジ出力電圧ＶOUT,iの瞬時変化は、静電変位
電圧VDとその外の一定のセンサ・パラメータの関数とし
て現われる。従つて、瞬時静電変位電圧ＶD,iは、ホイ
ートストン・ブリツジ52の瞬時出力電圧ＶOUT,iを較正
するためのもとの静電変位電圧ＶD,cに等しい必要はな
い。このため、本発明は、他面においては、静電変位電
圧VDを厳密に制御しなければならないときに必要となる
コストを回避するものである。従つて、本発明は、第４
図に示すようなトランジスタ／抵抗回路のような簡単な
スチツチング手段を用いて、電源電圧Vs又はその部分値
に等しい変位電圧VDを発生している。特に、電源電圧Vs
に等しい変位電圧VDは、ベース14のストツパ34に当接す
る第２の位置まで検知質量30を一杯に変位させることに
より、検知質量30とベース14の上面24との間の空隙36の
中に存在する、例えば塵埃（図示なし）のような異物の
存在を調べるために用いられる。また、電源電圧Vsの部
分値に等しい変位電圧VDを用いて、フレーム12に対する
初期位置からそれに対する第２の位置に向かつて、検知
質量30を部分的に変位させて電気制御回路50の出力信号
の較正を行う。瞬時静電変位電圧ＶD,iがもとの較正変
位電圧D,cと異なる場合は、マイクロプロセツサ66は、
瞬時静電変位電圧ＶD,iを読み取り、それを用いて前記
静電変位の際に検知質量30が受ける等価の加速度の場を
計算する。
加速度センサ10の較正及び電気制御回路50よりの較正済
み出力信号の発生について説明すれば下記の通りであ
る。センサの製造中に、加速度センサ10及びそれに対す
る電気制御回路50を備えた回路基板（図示なし）は、一
般的に「爪のベツド」と呼ばれる、多数の垂直に延伸す
るプローブの上に平らに配置され、それにより電気制御
回路50についての種々の電圧を測定し、回路の完全性を
確かめる。このとき、検知質量30は、1Gの重力の場の影
響を受けるように方向付けされ、フレーム12に対する初
期位置からそれに対する第２の位置に向かつて変位され
る。回路基板に最初に電力が供給されるとき、マイクロ
プロセツサ66は、それに接続されているEEPROM（図示な
し）のような不揮発性メモリ・ユニツトの中の種々の位
置を読み出す。もしこれらの値が零のときは、センサは
未だ較正されておらず、マイクロプロセツサ66は、較正
温度Tcにおける1Gの加速度の場に対応するホイートスト
ン・ブリツジ52の第１の較正出力電圧ＶOUT,C1を読み出
し、その後、マイクロプロセツサ66はEEPROMに較正電圧
ＶOUT,C1の値を記憶する。
その後、回路基板はハウジング（図示なし）の中に組み
込まれ、その中でポットされる。そこで回路基板は温度
Tcにおいて再び試験され、センサ及び回路の完全性が確
かめられる。このハウジングは、車両に搭載されたとき
に占めることになる位置において、検知質量30を支持し
ている梁28の面が重力の場にほぼ平行に延伸するよう
に、方向付けられる。それによつて、検知質量30はフレ
ーム12に対する初期位置に復帰する。マイクロプロセツ
サ66は、EEPROMの中に第１の較正電圧ＶOUT,C1が記憶さ
れているか否かを調べるためにEEPROMをチエツクし、更
に、すべての較正定数が未だ計算されていないことを確
認する。次に、マイクロプロセツサ66は、加速度の場が
存在しない状態で、かつ、較正温度Tcにおいて、ホイー
トストン・ブリツジ52の第２の較正出力電圧ＶOUT,C2を
読み込む。ＶOUT,C1とＶOUT,C2との間の差は、加速度セ
ンサ10の較正された「感度」Sc、即ち、温度Tcにおいて
1Gの加速度によるブリツジ出力電圧VOUTの変化である。
加速度センサ10が依然として較正温度Tcにおかれた状態
で、マイクロプロセツサ66は、スイツチ72を作動させて
第１の較正変位電圧ＶD,cを加速度センサ10の導体層40
及び42に印加する。それにより検知質量30は静電的に変
位させられる。マイクロプロセツサ66は、第１の較正変
位電圧ＶD,cの振幅を読み取り、かつ、記憶し、そして
その結果のブリツジ出力電圧ＶOUT,D,cを読み取り、か
つ、その値からホイートストン・ブリツジ52の平均出力
電圧VOUTを減算することにより、ブリツジ出力電圧VOUT
の変化を決定し、その後、その結果の値をEEPROMに記憶
する。
次に、第１の較正静電界と等価の加速度の場（フイール
ド）を計算し、その計算結果はブリツジ出力電圧VOUTの
瞬時変化を解明するために用いられる。特に、等価のフ
イールドFcは、次式を用いて、マイクロプロセツサ66に
より計算される。
もし瞬時較正静電変位電圧ＶD,iが第１の較正静電変位
電圧ＶD,Cに等しければ、加速度センサ10の瞬時感度
Si、すなわち、1Gの加速度に対応するブリツジ出力電圧
VOUTの瞬時変化は、以下のように計算することができ
る。
また、瞬時較正静電変位電圧ＶD,iが第１の較正静電変
位電圧ＶD,cに等しくない場合においても、瞬時感度Si
は、ブリツジ出力電圧ＶOUT,D,iの静電的に導入された
瞬時変化と加速度センサの較正定数との関数のままであ
り、かつ、それらの間の精確な関係は適当な手段により
立証される。
第１の較正静電電圧ＶD,c及び瞬時較正静電電圧Ｖ
D,i（後者は前者と異なる）は、好ましくは、検知質量3
0を、フレーム12に対して第２の位置に向かつて十分
に、即ち、ベース14の上面24から突出しているストツパ
34と接触するまで十分に大きく変位させないように選択
されることに注意すべきである。更に、本発明において
は、ベース14上の導体層40と、それに対向する検知質量
30上の導体層42とは、通常同じような電位、即ち、公称
電圧の＋5Vにバイアスしてよいことに注意すべきであ
る。その後、検知質量30は、導体層40か導体層42のいず
れかの電位を増加又は減少させることにより、静電的に
変位させられる。
第５図及び第６図は、本発明の第２の実施例の加速度セ
ンサ90を示す。第２の実施例の加速度センサ90において
は、梁28は検知質量30に対し対向方向の支持を与える。
各梁28は、それと一体の少なくとも１つの抵抗体46を備
えている。第６図は、検知質量30を支持する合計４つの
梁28を示しているが、本発明は、検知質量30を対向方向
に支持するのに２つだけの梁28の使用を意図しているこ
とに注意すべきである。同様に、本発明は、検知質量30
を支持するのに半導体の「膜」の使用を意図しており、
更に、上記の「膜」の選択された部分に対してドーピン
グを行うことにより複数の低抗体46を形成する。第２の
実施例の抵抗体46は、当業者にとつて公知の仕方によ
り、ホイートストン・ブリツジ52の端子56,58,62及び64
の間に接続され、それによりフレーム12に対し検知質量
30が変位したときの出力の変化を最大にすることに注意
すべきである。
本発明の好ましい実施例を開示したが、本発明は、本発
明の精神又は請求項に記載の発明の範囲から逸脱するこ
となく、修正可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の加速度センサの第１の実施例の断面
図である。 第２図は、ベースを除去した本発明の加速度センサの第
１の実施例の底面図である。 第３図は、本発明の加速度センサから較正済み出力信号
を発生するための電気回路図である。 第４図は加速度センサの検知質量をフレームに対して静
電的に変位させるように、加速度センサの対向するアル
ミニウム層上に均一でない電荷を印加するためのマイク
ロプロセツサ制御のスイツチを示す電気回路図である。 第５図は、本発明の加速度センサの第２の実施例の断面
図である。 第６図は、ベースを除去した本発明の加速度センサの第
２の実施例の底面図である。 （符号の説明） 10,90……加速度センサ、 12……フレーム、 14……フレームのベース、 16……フレームの上部、 28……梁、 30……検知質量、 34,35……ストツパ、 50……電気制御回路、 40,42……導体層、 46,84,86……抵抗体、 52……ホイートストン・ブリツジ、 54……バツテリ、 60……差動増幅器、 66……マイクロプロセツサ、 72……スイツチ、 74,76,78,80……脚、 82……可変抵抗、 88……トランジスタ。

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】剛性のフレームと、 前記フレームから延伸する弾性の梁と、 検知質量であって、前記梁により前記フレームに対して
    支持され、かつ、前記フレームの加速度に応答して、前
    記フレームに対する初期位置から前記フレームに対する
    第２の位置に向かって変位することにより、前記梁を変
    位させる検知質量と、 前記梁の変位に応答してその抵抗値が変化する前記梁上
    の梁抵抗体と、 前記梁抵抗体の抵抗値に応答して出力信号を発生するた
    めの出力信号発生手段、第２の前記フレームに加速度が
    加わっていないとき、前記第２の位置の手前の第３の位
    置に前記検知質量を静電的に変位させるための静電的変
    位手段、及び前記静電的変位手段により前記検知質量を
    前記初期位置から前記第３の位置へ静電的に変位させる
    ことにより前記出力信号発生手段よりの前記出力信号を
    較正するための手段を含む電気回路と を包含することを特徴とする加速度計。
  2. 【請求項２】請求項１記載の加速度計において、前記静
    電的変位手段は、 前記フレーム上に位置する非磁性体の導電材料の第１の
    層と、 前記フレーム上の前記第１層に対向して前記検知質量上
    に位置する非磁性体の導電材料の第２層と、 前記非磁性体の導電材料の第１層及び第２層のそれぞれ
    の上に異なった電荷を発生させる手段と を含むことを特徴とする加速度計。
  3. 【請求項３】請求項２記載の加速度計において、前記非
    磁性体の導電材料の第１層及び第２層のそれぞれの上に
    異なった電荷を発生させる前記手段は、前記非磁性体の
    導電材料の第１層及び第２層の間で切換可能に接続され
    た電源を備えていることを特徴とする加速度計。
  4. 【請求項４】請求項１記載の加速度計において、前記弾
    性梁に加えて前記フレームから延伸して前記検知質量を
    支持する第２の弾性梁を含み、前記２つの弾性梁は前記
    検知質量に対し対向方向の支持を与えるように構成され
    たことを特徴とする加速度計。
  5. 【請求項５】請求項１記載の加速度計において、前記検
    知質量の前記変位を制動するためのガス・ダンピング手
    段を含むことを特徴とする加速度計。
  6. 【請求項６】請求項１記載の加速度計において、前記電
    気回路は、 ４つの脚を構成する一対の入力端子及び一対の出力端子
    を有し、かつ、前記脚のうちの少なくとも一つは前記梁
    抵抗体を含むホイートストン・ブリッジと、 前記ホイートストン・ブリッジの両入力端子間に電圧を
    印加するための手段と、 前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生し
    た電圧を決定するための手段と を包含することを特徴とする加速度計。
  7. 【請求項７】請求項６記載の加速度計において、前記ホ
    イートストン・ブリッジの両出力端子間に発生した電圧
    を決定するための前記手段は、前記ホイートストン・ブ
    リッジの両出力端子のおのおのに接続され、それぞれ、
    前記両出力端子間に発生した電圧を読み取るための手段
    を有するマイクロプロセッサを含むことを特徴とする加
    速度計。
  8. 【請求項８】請求項７記載の加速度計において、前記ホ
    イートストン・ブリッジの両出力端子間に発生した電圧
    を読み取るための前記マイクロプロセッサの前記手段
    は、差動増幅器を介して前記ホイートストン・ブリッジ
    の両出力端子に接続された前記マイクロプロセッサのア
    ナログ・ディジタル変換器ポートを含むことを特徴とす
    る加速度計。
  9. 【請求項９】請求項７記載の加速度計において、前記ホ
    イートストン・ブリッジの４つの脚のうちの少なくとも
    一つは、更に、可変抵抗値の第１の抵抗体を含み、該第
    １の抵抗体の抵抗値は前記マイクロプロセッサにより制
    御されるように構成されたことを特徴とする加速度計。
  10. 【請求項１０】請求項９記載の加速度計において、前記
    第１の抵抗体は、前記ホイートストン・ブリッジの前記
    脚を形成する前記複数の端子間の前記梁抵抗体の１つに
    対し直列に配置されていることを特徴とする加速度計。
  11. 【請求項１１】請求項９記載の加速度計において、前記
    可変抵抗値の第１の抵抗体は、固定抵抗値の第２の抵抗
    体と、固定抵抗値の少なくとも一つの付加的抵抗体とを
    含み、また前記付加的抵抗体のおのおのは、前記マイク
    ロプロセッサの出力信号により駆動される同一の数のス
    イッチ手段によって前記第２の固定抵抗値の抵抗体と並
    列に切り換えられることを特徴とする加速度計。
  12. 【請求項１２】請求項11記載の加速度計において、前記
    第２の固定抵抗値の抵抗体と並列に前記付加的抵抗体の
    うちの一つを切り換えるように前記マイクロプロセッサ
    により駆動される前記スイッチ手段のおのおのは、１つ
    のトランジスタを含み、該トランジスタのエミッタは前
    記ホイートストン・ブリッジの１つの端子に接続され、
    前記トランジスタのコレクタは前記付加的抵抗体に接続
    され、前記トランジスタのベースは前記マイクロプロセ
    ッサの出力端子に接続されており、それにより前記付加
    的抵抗体は、前記マイクロプロセッサにより前記トラン
    ジスタのベースに電流を供給することにより、前記第２
    の固定抵抗値の抵抗体と並列に切り換えられるように接
    続されていることを特徴とする加速度計。
  13. 【請求項１３】請求項６記載の加速度計において、前記
    電気回路は、更に、 前記静電的変位手段を駆動するための手段と、 前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生す
    る電圧の変化量を決定するための手段と、 前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生し
    た瞬時的電圧から導出される較正された出力信号を発生
    するための手段と を含むことを特徴とする加速度計。
  14. 【請求項１４】請求項13記載の加速度計において、前記
    較正された出力信号を発生するための手段は、前記フレ
    ームに対する前記検知質量の加速度に起因して前記ホイ
    ートストン・ブリッジの両出力端子間に発生した電圧の
    変化と、前記フレームに対する前記検知質量の静電的変
    位に起因して前記ホイートストン・ブリッジの両出力端
    子間に発生した電圧の変化とを比較するための手段を含
    むことを特徴とする加速度計。
  15. 【請求項１５】請求項13記載の加速度計において、前記
    の較正された出力信号を発生するための手段は、 前記フレームに対する前記検知質量の加速度に起因して
    前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生し
    た電圧の変化と、前記フレームに対する前記検知質量の
    静電的変位に起因して前記ホイートストン・ブリッジの
    両出力端子間に発生した電圧の変化とを比較することに
    より、前記加速度計の瞬時的感度を決定するための手段
    と、 前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生し
    た瞬時電圧を前記瞬時的感度により較正するための手段
    と を含むことを特徴とする加速度計。
  16. 【請求項１６】請求項１記載の加速度計において、前記
    電気回路の中の前記梁抵抗体の抵抗値に応答して出力信
    号を発生するための前記手段は、 ４つの脚を構成する一対の入力端子及び一対の出力端子
    を有し、かつ、前記脚のうちの少なくとも一つは前記梁
    抵抗体を含むホイートストン・ブリッジと、前記ホイー
    トストン・ブリッジの両入力端子間に電圧を印加するた
    めの手段と、 前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生し
    た電圧を決定するための手段と を含んでおり、更に、 前記電気回路の中の前記出力信号を較正するための手段
    は、 静電界を発生するように動作する手段と、 前記フレームに対する前記検知質量の加速度に起因して
    前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生し
    た電圧の変化と、前記フレームに対する前記検知質量の
    静電的変位に起因して前記ホイートストン・ブリッジの
    両出力端子間に発生した電圧の変化とを比較するための
    手段とを含んでいる ことを特徴とする加速度計。
  17. 【請求項１７】請求項16記載の加速度計において、前記
    静電界は、単位として用いる重力の場を基準として較正
    されることを特徴とする加速度計。
  18. 【請求項１８】請求項16記載の加速度計において、前記
    ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生する電
    圧に応答し、前記ホイートストン・ブリッジの４つの脚
    のうちの一つの脚の抵抗値を変化させることにより、前
    記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生する
    電圧を所望の範囲内に保持するための手段を含むことを
    特徴とする加速度計。
  19. 【請求項１９】加速計であって、 剛性のフレームと、 前記フレームから延伸する弾性の梁と、 検知質量であって、前記梁により前記フレームに対して
    支持され、かつ前記フレームの加速度に応答して、前記
    フレームに対する初期位置から前記フレームに対する第
    ２の位置に向かって変位することにより、前記梁を変位
    させる前記検知質量と、 前記梁の変位に応答してその抵抗値が変化する前記梁上
    の梁抵抗体と、 前記加速度計の出力信号を発生するための電気回路と を有する前記加速度計において、 前記電気回路は、 ４つの脚を構成するための一対の入力端子及び一対の出
    力端子を有し、かつ、前記脚のうちの一つは前記梁抵抗
    体を含むホイートストン・ブリッジと、 前記ホイートストン・ブリッジの両入力端子間に電圧を
    印加するための手段と、 前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生し
    た電圧を決定するための手段と、 前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生す
    る電圧に応答し、前記ホイートストン・ブリッジの４つ
    の脚のうちの一つの脚の抵抗値を変化させることによ
    り、前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発
    生する電圧を所望の範囲内に保持するための手段とを含
    んでいる ことを特徴とする加速度計。
  20. 【請求項２０】請求項19記載の加速度計において、前記
    ホイートストン・ブリッジの４つの脚のうちの一つの脚
    の抵抗値を変化させるための手段は、 前記ホイートストン・ブリッジの両出力端子間に発生し
    た電圧を読み取るための手段を有するマイクロプロセッ
    サと、 前記ホイートストン・ブリッジの４つの脚のうちの一つ
    の脚に設けられた可変抵抗値の第１の抵抗体であって、
    該第１の抵抗体の抵抗値は前記マイクロプロセッサによ
    り制御される前記第１の抵抗体と を含むことを特徴とする加速度計。
  21. 【請求項２１】請求項20記載の加速度計において、前記
    第１の抵抗体は、前記ホイートストン・ブリッジの前記
    脚を形成する前記複数の端子間の前記梁抵抗体の１つに
    対し直列に配設されていることを特徴とする加速度計。
  22. 【請求項２２】請求項20記載の加速度計において、可変
    抵抗値を有する前記第１の抵抗体は、固定抵抗値の第２
    の抵抗体と、固定抵抗値の少なくとも一つの付加的抵抗
    体とを含み、また前記付加的抵抗体のおのおのは、前記
    マイクロプロセッサの出力信号により駆動される同一数
    のスイッチ手段によって前記前記第２の固定抵抗値の抵
    抗体と並列に切り換えられることを特徴とする加速度
    計。
  23. 【請求項２３】請求項22記載の加速度計において、前記
    第２の固定抵抗値の抵抗体と並列に前記付加的抵抗体の
    うちの一つを切り換えるように前記マイクロプロセッサ
    により駆動される前記スイッチ手段のおのおのは、１つ
    のトランジスタを含み、該トランジスタのエミッタは前
    記ホイートストン・ブリッジの１つの端子に接続され、
    前記トランジスタのコレクタは前記付加的抵抗体に接続
    され、前記トランジスタのベースは前記マイクロプロセ
    ッサの出力端子に接続されており、それにより前記付加
    的抵抗体は、前記マイクロプロセッサにより前記トラン
    ジスタのベースに電流を供給することにより、前記第２
    の固定抵抗値の抵抗体と並列に切り換えられるように接
    続されていることを特徴とする加速度計。
  24. 【請求項２４】剛性のフレームにより支持された慣性力
    検知質量であって、検知軸の方向に前記フレームに印加
    される加速度入力に応答して前記フレームに相対的に変
    位可能にされた前記検知質量を有する加速度センサによ
    り発生される出力信号を較正するための方法であって、 前記検知軸の方向に前記フレームに対する既知の大きさ
    の第１の加速度入力の印加を模擬する静電界の作用下に
    前記検知質量を置くことにより、該検知質量を前記フレ
    ームに対し相対的に変位させるステップと、 前記模擬された第１の加速度入力の印加に応答して発生
    される前記出力信号の第１の変化を検知するステップ
    と、 前記出力信号の前記第１の変化及び前記模擬された第１
    の加速度入力の大きさを用いて前記出力信号を較正する
    ステップと を包含することを特徴とする加速度センサにより発生さ
    れる出力信号を較正するための方法。
  25. 【請求項２５】加速度センサにより発生される出力信号
    の較正に用いられる静電界を数量化するための方法にお
    いて、前記加速度センサは、剛性のフレームと、前記フ
    レームにより支持された慣性力検知質量であって、検知
    軸の方向に前記フレームに印加される加速度入力に応答
    して、前記フレームに相対的な第１の位置から前記フレ
    ームに相対的な最大変位の第２の位置に向けて変位可能
    にされた前記検知質量と、前記検知質量の変位に応答し
    前記出力信号を発生するための手段と、前記フレームへ
    の加速度入力の印加とは無関係に前記検知質量を前記第
    ２の位置に向けて変位させるように作用する前記静電界
    を発生するための手段とを含む前記静電界を数量化する
    ための方法であって、 前記検知軸の方向に前記フレームに対する既知の大きさ
    の加速度入力の印加を模擬するように、前記検知質量に
    対し基準となる力を印加するステップと、 前記検知質量に対し前記基準力を印加しているとき前記
    出力信号に対する第１の値を受け取るステップと、 前記検知質量が前記第１の位置にあるとき、前記検知質
    量に対し前記基準力の印加がなく、かつ、前記静電界を
    発生していない状態において前記出力信号に対する第２
    の値を受け取るステップと、 前記フレームに相対的な前記第１及び第２の位置の中間
    にある第３の位置へ前記検知質量を変位させるための前
    記静電界を発生するステップと、 前記検知質量が前記第３の位置にあるとき、前記検知質
    量に対し前記基準力の印加がなく、かつ、前記静電界を
    発生している状態において前記出力信号に対する第３の
    値を受け取るステップと、 前記出力信号に対する前記第１、第２及び第３の値を用
    いて前記静電界を数量化するステップと を包含することを特徴とする静電界を数量化するための
    方法。
  26. 【請求項２６】請求項25記載の方法において、前記基準
    力は、前記検知質量を基準となる力の場の作用下に置く
    ことにより、前記検知質量に対し印加されるようにされ
    ていることを特徴とする静電界を数量化するための方
    法。
  27. 【請求項２７】請求項26記載の方法において、前記基準
    となる力の場は地球の重力の場であり、また前記基準力
    は、前記検知軸が前記重力の場の方向に大体平行になる
    ように前記重力の場に対して前記フレームを配置するこ
    とにより、前記検知質量に対し印加されるようにされて
    いることを特徴とする静電界を数量化するための方法。
  28. 【請求項２８】請求項25記載の方法において、前記出力
    信号に対する前記第１、第２及び第３の値のおのおの
    は、ほぼ同一温度において検出されるようにされている
    ことを特徴とする静電界を数量化するための方法。
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