JPH03276072A - 加速度検出装置用信号処理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は加速度検出装置用信号処理回路、特にピエゾ抵
抗効果を示す抵抗素子を用いて、二次元あるいは三次元
方向の加速度を検出する加速度検出装置に適した信号処
理回路に関する。

〔従来の技術〕

産業機器の自動化のためには、種々のセンサの開発が重
要である。このようなセンサのひとつとして、ピエゾ抵
抗効果を示す抵抗素子を用いて二次元あるいは三次元方
向の力を検出する力検出装置が提案されている。この力
検出装置では、単結晶基板上に形成された抵抗素子の抵
抗値の変化から、所定の作用点に加えられた外力の方向
と大きさとを検出することができる。この作用点に重錘
体を形成しておけば、重錘体に作用した加速度を力とし
て検出することもできるため、加速度検出装置として応
用することも可能である。また、作用点に磁性体を形成
しておけば、磁性体に作用した磁気を力として検出する
こともできるため、磁気検出装置として応用することも
可能である。たとえば、特開平１−２６３５７６号公報
には、このような力検出装置を応用した磁気検出装置お
よび加速度検出装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の加速度検出装置（あるいは同じ原
理に基づく力検出装置、磁気検出装置）には、二次元あ
るいは三次元の各軸方向についての出力特性に干渉が生
じるという問題がある。たとえば、三次元の加速度検出
装置では、所定の作用点に作用する加速度のＸ軸方向成
分、Ｙ軸方向成分、Ｚ軸方向成分、のそれぞれが独立し
て検出されなければならない。ところが、従来の検出装
置では、これらの各軸方向成分が互いに干渉しあい、あ
る１軸方向成分の検出値が他軸方向成分の検出値に多少
なりとも影響されてしまっていた。

このような干渉は、測定値の信頼性を低下させるため好
ましくない。

そこで本発明は、他軸方向成分の干渉を受けない正確な
検出値を得ることのできる加速度検出装置用信号処理回
路を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

（Ｌ）　　本願箱１の発明は、機械的変形によって電気
抵抗が変化するピエゾ抵抗効果を示す複数の抵抗素子を
単結晶基板上に配置し、ＸＹＺ三次元座標系における所
定の作用点に加速度に起因する外力が作用したとき、こ
の外力によって単結晶基板に機械的変形が生じるように
し、作用点に作用した外力のＸ軸方向成分Ａｘ、Ｙ軸方
向成分Ａｙ、Ｚ軸方向成分Ａｚを、複数の抵抗素子によ
って構成されるブリッジ回路に基づいて得られる電圧値
ＶｘＳＶｙ、Ｖｚに基づいて検出する加速度検出装置用
信号処理回路において、 Ａｘ、Ａｙ、ＡｚとＶｘ、Ｖｙ、Ｖｚとの間に、Ａｘ　
−ＫｌＩＶｘ　＋に１２Ｖｙ　＋に１３ＶｚＡｙ　＝Ｋ
２１Ｖｘ　＋に２２Ｖｙ　＋に２３ＶｚＡｚ　＝Ｋ３１
Ｖｘ　＋に３２Ｖｙ　＋に３３Ｖｚなる関係式が成り立
つような係数Ｋｌｌ、　Ｋ１２゜Ｋ１３．　　Ｋ２１．
　　Ｋ２２．　　Ｋ２３．　　Ｋ３１．　　Ｋ３２　　
Ｋ３３を求め、アナログ乗算器を用いて関係式の右辺の
項の値を演算し、アナログ加算器を用いて関係式の右辺
の加算を行い、これらの演算結果から検出値ＡＸ　ＳＡ
ｙ　、Ａｚを得るように構成したものである。

（２）　　本願箱２の発明は、機械的変形によって電気
抵抗が変化するピエゾ抵抗効果を示す複数の抵抗素子を
単結晶基板上に配置し、所定の作用点に加速度に起因す
る外力が作用したとき、この外力によって単結晶基板に
機械的変形が生じるようにし、作用点に作用した外力の
Ｘ軸方向成分Ａｘと、これに直交するＹ軸方向成分ＡＶ
とを、複数の抵抗素子によって構成される２組のブリッ
ジ回路のそれぞれのブリッジ電圧値ＶｘとＶｙとに基づ
いて検出する加速度検出装置用信号処理回路において、 Ａｘ、ＡｙとＶｘ、Ｖｙとの間に、 ＡＸ　＝Ｋ１１Ｖｘ　＋に１２Ｖｙ Ａｙ　＝に２１Ｖｘ　＋に２２Ｖ）’ なる関係式が成り立つような係数Ｋｌｌ、　ＫＬ２゜Ｋ
２１．　Ｋ２２を求め、アナログ乗算器を用いて関係式
の右辺の項の値を演算し、アナログ加算器を用いて関呼
式の右辺の加算を行い、これらの演算結果から検出値Ａ
ｘおよびＡｙを得るように構成したものである。

〔作　用〕

本発明の加速度検出装置用信号処理回路によれば、各軸
方向成分間に生じる干渉の様子を示す特性行列とその逆
行列である逆特性行列が予め求められる。そして、この
逆特性行列を用いた補正演算を行うことにより、干渉の
影響を相殺することができる。しかも、この補正演算は
すべてアナログ演算回路で行われるため、回路構成は単
純になり、低コストで補正回路を実現することができる
。

また、アナログ演算であるため、演算速度も高速となり
、瞬時の現象を測定する場合にも支障は生じない。

〔実施例〕

力検出装置の構造 本願発明に係る信号処理回路を説明する前に、この信号
処理回路の適用対象となる加速度検出装置の構造につい
て説明をしておく。第１図は、この加速度検出装置の側
断面図、第２図は、この装置を切断線Ａ−Ａに沿って切
った上断面図である。

この検出装置の中枢機能を果たす部分が、単結晶基板１
０である。この実施例では、シリコンの単結晶基板が用
いられている。単結晶基板１０は、第２図に示すように
円盤状をしており、この明細書では、中央部分を作用部
１１、その周囲を可撓部１２、更にその周囲の外周部分
を固定部１３、と呼ぶことにする。基板下面には筒状の
溝が形成されており、可撓部１２はこの溝の上部に位置
する部分となる。溝が形成されているため、可撓部１２
は肉厚が薄い部分となり可撓性をもつことになる。固定
部１３の下方には、円筒状の台座２０が接続され、作用
部１１の下方には、円柱状の重錘体３０が接続される。

この実施例では、重錘体３０にはガラス材が用いられて
いる。単結晶基板１０としてシリコン基板を用いたので
、重錘体３０としてはシリコンと為膨脂係数が近いパイ
レックス等の硼硅酸ガラスを用いるのが好ましい。台座
２０の下面は、ケース４０の底面に固着され、ケース４
０の上部には蓋４１が被せられる。

第２図に示されているように、単結晶基板１０の上面に
は、複数の抵抗素子Ｒ（Ｒｘｌ〜Ｒｘ４゜Ｒｙｌ　〜Ｒ
ｙ４．　Ｒｚｌ　〜Ｒｚ４）が形成されている。これら
の抵抗素子Ｒは、機械的変形によって電気抵抗が変化す
るピエゾ抵抗効果をもった抵抗素子であり、可撓部１２
の上面に所定の向きで配置されている。ケース４０側面
の配線孔を通るようにして、外部配線用電極５０が、ケ
ース内部から外部へと導出されている。この外部配線用
電極５０の内部端は、ボンディングワイヤ５１によって
、単結晶基板１０の固定部１３上に設けられたポンディ
ングパッド５２０Ｍ１図では図示省略）に接続される。

このポンディングパッド５２は、図示しない配線パター
ンによって抵抗素子Ｒに接続されている。したがって、
外部配線用電極５０を外部の制御装置（図示省略）と電
気的に接続すれば、抵抗素子Ｒの抵抗値の変化を外部の
制御装置によって測定することができる。

いま、第２図の右方向にＸ軸を、上方向にＹ軸を、紙面
に対し垂直な方向（第１図における図の上方向）にＺ軸
を、それぞれとり、ＸＹＺ三次元座標系を定義する。こ
の座標系において、４つの抵抗素′子ＲＸＬ−Ｒｘ４は
Ｘ軸上に配され、Ｘ軸方向の加速度成分の検出に用いら
れ、４つの抵抗素子ＲｙＬ−Ｒｙ４はＹ軸上に配され、
Ｙ軸方向の加速度成分の検出に用いられ、４つの抵抗素
子Ｒｚｌ〜Ｒｚ４はＸ軸に平行で、その近傍にある軸上
に配され、Ｚ軸方向の加速度成分の検出に用いられる。

前述のように、これら各抵抗素子Ｒは、外部配線用電極
５０を通して外部の制御装置に電気的に接続されている
。この制御装置内では、各抵抗素子Ｒについて、第３図
に示すようなブリッジ回路が組まれている。すなわち、
抵抗素子Ｒｘ１．−Ｒｘ４については同図（ａ）に示す
ようなブリッジ回路が組まれ、抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４
については同図（ｂ）に示すようなブリッジ回路が組ま
れ、抵抗素子ＲｚＬ〜Ｒｚ４については同図（Ｃ）に示
すようなブリッジ回路が組まれる。各ブリッジ回路には
、電源６０から所定の電圧あるいは電流が供給され、各
ブリッジ電圧が電流計６１．６２．６３によって測定さ
れる。

第１図に示されているように、重錘体３０は、円筒状の
台座２０の中央部空間に宙吊りの状態となっている。ケ
ース４０に加速度が加わると、この加速度に起因して重
錘体３０に外力が作用し、重錘体３０が定位置から変位
する。したがって、この重錘体３０に接続された作用部
１１も定位置から変°位し、この変位によって生じた機
械的歪みは可撓部１２の機械的変形によって吸収される
。

可撓部１２に機械的変形が生じると、この上に形成され
た抵抗素子Ｒの電気抵抗が変化する。その結果、第３図
に示すブリッジ回路の平衡条件がくずれて電圧計６１．
６２．６３の針が振れることになる。これが、この装置
による加速度検出の基本原理である。

さて、抵抗素子Ｒを第２図に示すように配置すると、第
３図のブリッジ回路において、電圧計６１によりＸ軸方
向の加速度成分が、電圧計６２によりＹ軸方向の加速度
成分が、電圧計６３によりＸ軸方向の加速度成分が、そ
れぞれ検出できる。

この理由を以下に説明する。第４図は、第１図に示す装
置において、重錘体３０にＸ軸方向の力Ｆｘが作用した
ときの、各抵抗素子Ｒにかかる応力歪みを示す模式図で
ある。同図（ａ）は抵抗素子Ｒｘｌ〜Ｒｘ４に沿った断
面における応力分布を示し、同図（ｂ）は抵抗素子Ｒｙ
１〜Ｒｙ４に沿った断面における応力分布を示し、同図
（Ｃ）は抵抗素子Ｒｚｌ−Ｒｚ４に沿った断面における
応力分布を示す。

応力分布は、伸びる方向を符号十、縮む方向を符号−で
示しである。たとえば、第４図（ａ）は、重錘体３０に
Ｘ方向の力Ｆｘが作用したときの抵抗素子Ｒｘｌ〜ＲＸ
４に沿った断面における応力分布を示している。重錘体
３０に作用した力Ｆｘは、単結晶基板１０の表面におい
てはモーメント力として作用し、抵抗素子ＲＸＩおよび
Ｒｘ３に対しては縮む方向の機械的変形が生じ、抵抗素
子Ｒｘ２およびＲｘ４に対しては伸びる方向の機械的変
形が生じる。

これに対し、抵抗素子Ｒｙ１〜Ｒｙ４については、第４
図（ｂ）に示すように、応力は変化しない。これは、抵
抗素子ＲｙＬ−Ｒｙ４の配置方向（Ｙ軸方向）が力Ｆｘ
の方向に直交しているためである。抵抗素子Ｒｚｌ〜Ｒ
ｚ４については、第４図（Ｃ）に示すように、抵抗素子
Ｒｘｌ〜Ｒｘ４と同じ変化が生じる。

同様に、Ｙ軸方向の力Ｆｙが作用した場合の各抵抗素子
Ｒに生じる応力分布を第５図（ａ）〜（ｃ）に、Ｘ軸方
向の力Ｆｚが作用した場合の各抵抗素子Ｒに生じる応力
分布を第６図（ａ）〜（Ｃ）に示す。ここで、伸びる方
向の機械的変形に対して抵抗値が増え、縮む方向の機械
的変形に対して抵抗値が減るような性質をもった抵抗素
子を用いたとすれば、重錘体３０に作用した力Ｆｘ、Ｆ
ｙ、Ｆｚと各抵抗素子Ｒの抵抗値の変化との関係は、次
の表１のようになる。ここで、符号十は抵抗値の増加、
符号−は抵抗値の減少を示し、Ｏは抵抗値に変化のない
ことを示す。

く表　１〉 この表１と、第３図のブリッジ回路とを参照すれば、電
圧計６１によって力Ｆｘが検出され、電圧計６２によっ
て力Ｆｙが検出され、電圧計６３によって力Ｆｚが検出
されることが理解できょう。

たとえば、力ＦＸが作用した場合、第３図（ａ）のブリ
ッジ回路では、一方の対辺の抵抗値はともに増加、他方
の対辺の抵抗値はともに減少するため、電圧計６１の針
は振れることになる。ところが、第３図（ｂ）のブリッ
ジ回路では、いずれの抵抗値にも変化がないため電圧計
６２の針は振れず、第３図（Ｃ）のブリッジ回路では、
各対辺を構成する抵抗の一方は抵抗値増加、他方は抵抗
値減少となり、結局相互に相殺しあって、電圧計６３の
針は振れない。こうして、この装置本体に作用した加速
度の各方向成分が、電圧計６１〜６３の針の振れとして
検出される。

なお、この実施例では、ＸＹｚの３軸すべての加速度方
向成分を検出する三次元加速度検出装置として説明した
が、ＸＹＳＹＺ、あるいはＸＺめ２軸についての加速度
方向成分を検出する二次元加速度検出装置も同様に構成
することができる。

この場合、抵抗素子やブリッジ回路は２軸分についての
み用意すればよい。また、ここでは３組のブリッジを用
いて３軸方向のそれぞれの加速度成分を検出する例を示
したが、２組のブリッジを用いて３軸方向のそれぞれの
加速度成分を検出する装置（たとえば、米国特許第４７
４５８１２号）に対しても本発明を適用することができ
る。また、ここでは、加速度検出装置を例にとって説明
したが、重錘体３０の代わりに磁性体を用いれば、この
装置は磁性体に作用する磁気を検出する磁気検出装置と
なり、重錘体３０に直接外力が作用するような構造にす
れば力検出装置となる。

信号処理回路 続いて、本発明に係る信号処理回路についての説明を行
う。前述のように、検出対象となる力（あるいは、加速
度や磁気）は、第３図に示すブリッジ回路において、そ
のＸ軸方向成分は電圧計６１における電圧値Ｖｘにより
、Ｙ軸方向成分は電圧計６２における電圧値Ｖｙにより
、Ｚ軸方向成分は電圧計６３における電圧値Ｖｚにより
、それぞれ検出される。なお、２組のブリッジを用いて
３軸方向酸分を検出する装置では、ブリッジ電圧そのも
のではなく、ブリッジ電圧に基づいて演算を行って得ら
れた電圧値をＶｘ、Ｖｙ、Ｖｚとして用いることになる
。各抵抗素子Ｒを第２図に示すように配置し、これら各
抵抗素子がすべて同じ抵抗値をもち、すべて同じ温度特
性を有し、しかも歪による抵抗変化がすべて等しいとい
う条件下ては、理論的には、こうして検出される各軸方
向成分は全く独立した検出値として得られ、干渉は生じ
ない。しかしながら、実際に各抵抗素子を形成する場合
、このような理想的な条件は得られないため、各検出値
間には干渉が生じてしまう。この干渉の様子は、実測す
ることができる。すなわち、既知の大きさをもった力（
あるいは、加速度や磁気）を、所定の方向に作用させ、
そのときに得られる検出値（各電圧計の読み）を実測す
るのである。その結果、次のような特性行列が得られる
ことが知られている。

ここで、ＶＸ、Ｖｙ、’ＶＺは、それぞれ電圧計６１．
６２．６３の読みであり、Ａｘ、Ａｙ、Ａｚは、実際に
作用させた力（あるいは、加速度や磁気）の各方向成分
値である。また、ＰＩＬ−Ｐ３３は特性行列を構成する
係数である。この行列式は、ここで、係数Ｋｌｌ〜に３
３を用いた行列は、係数Ｐａ１−Ｐ３３を用いた行列の
逆行列である。この行列式を一般式で書くと、 Ａｘ　　＝Ｋ１１Ｖｘ　　＋に１２Ｖｙ　　＋に１３Ｖ
ｚＡｙ　　＝Ｋ２１Ｖｘ　　＋に２２Ｖｙ　　＋に２３
ＶｚＡｚ　＝Ｋ３１Ｖｘ　　＋に３２Ｖｙ　　＋に３３
Ｖｚとなる。したがって、電圧計６１〜６３で得られた
電圧値ＶＸ、Ｖｙ、Ｖｚに対して、係数Ｋｌｌ〜に３３
を用いた上式の演算を行えば、干渉のない正しい検出値
Ａｘ、Ａｙ、Ａｚが得られることになる。

本発明の信号処理回路は、この演算をアナログ回路で行
うようにしたものである。第７図にこの回路のブロック
図を示す。ここて、Ｖｘ、Ｖｙ。

Ｖｚはそれぞれ電圧計６１〜６３で得られるアナログ電
圧である。係数に１１＝Ｋ３３が表示されたブロック１
０１〜１０９は、それぞれの係数値を乗するアナログ乗
算器であり、“十″記号で示したブロック１１１〜１１
３はアナログ加算器である。

このような構成の回路を用いれば、正しい検出値Ａｘ、
Ａｙ、Ａｚが、加算器１１１〜１１３の出力電圧として
得られる。これは、この回路が上述の演算式に対応して
いることから容易に理解できよう。

以上は三次元の検出装置についての回路であるが、二次
元の検出装置については、 Ａｘ　−ＫｌｌＶｘ　＋に１２Ｖｙ ＡＶ　＝Ｋ２１Ｖｘ　＋に２２Ｖｙ なる演算を行うことができればよいので、第８図のブロ
ック図に示す回路を用いればよい。ブロック２０１〜２
０４は、それぞれの係数値を乗するアナログ演算器であ
り、加算器２１１．２１２の出力電圧として、正しい検
出値Ａｘ、Ａｙが得られる。

なお、三次元の検出装置では９つの係数、二次元の検出
装置では４つの係数を用いることになるが、係数値が零
の場合はこれについての乗算器は不要になる。

続いて、第７図および第８図のブロック図中に示された
乗算器および加算器の具体的な回路構成例を説明する。

第９図は乗算器の一構成例を示す回路図である。演算増
幅器ＯＰＩの入力端に電圧Ｖｉｎを与えると、出力側に
電圧Ｖ　ｏｕｔが得られる。

ここで、Ｒ３−Ｒ１／／Ｒ２としておくと（／／は２つ
の抵抗を並列接続したときの抵抗値を示す）、Ｖｏｕｔ
　＝　−（Ｒ２／Ｒ１）　・Ｖｉｎとなる。したがって
、係数−（Ｒ２／Ｒ１）を乗する乗算器として機能する
。一方、第１０図は加算器の一構成例を示す回路図であ
る。抵抗Ｒはすべて同じ抵抗値のものを用いればよい。

演算増幅器ＯＰ２の入力側に電圧Ｖｉｎｌ　、　Ｖｉｎ
２　、　Ｖｉｎ３を与えると、出力側に電圧Ｖ　Ｏｕｔ
が得られる。ここで、 Ｖｏｕｔ　−（Ｖｉｎｌ　＋Ｖ１ｎ２　＋Ｖｉｎ３　）
　　・２／３となる。したがって、入力電圧の加算を行
うことができる。第１１図に、乗算器と加算器との両方
の機能をもった回路を示す。演算増幅器ＯＰ３の入力端
に電圧Ｖ１ｎｌ　、　Ｖｉｎ２　、　Ｖｉｎ３を与える
と、出力側に電圧Ｖ　ｏｕｔが得られる。ここで、Ｖｏ
ｕｔ　−−（（Ｒ４／Ｒ１）　・Ｖｉｎｌ＋　（Ｒ４／
Ｒ２）　・Ｖｉｎ２ ＋　（Ｒ４／Ｒ？ｌ　）　・Ｖｉｎ３　）となる。すな
わち、この回路は、乗算器と加算器とを兼ねた機能を果
たすことになる。

第１２図は、第９図に示す乗算器と第１０図に示す加算
器とを用いて、 Ａｘ　−（ＫＩＩＶＸ　十に１２Ｖｙ　＋に１８Ｖｚ）
　・２７３なる演算を行う具体的な回路を示す図である
。ここでは、Ｋｌｌ＞０１に１２＜Ｏ，に１３＞０の場
合の回路構成例を示す。電圧ＶＸ　、Ｖｙ　、Ｖｚは、
それぞれ第３図の電圧計６１〜６３に現れる電圧をその
まま与えたものであり、演算増幅器ＯＰ４゜ＯＦ５．０
Ｐ６によって、それぞれ＝Ｋ１１倍、＝Ｋ１２倍、＝Ｋ
１３倍に増幅される。そのためには、Ｒｌ＆−Ｒ１１／
／Ｒ１２、Ｒ２３−Ｒ２２／Ｒ２Ｌ、Ｒ３３−Ｒ３１／
／Ｒ８２とし、更に、ｌ　Ｋｌｌ　Ｉ　−Ｒ１２／Ｒ１
１、Ｋ１２　＋　−Ｒ２２／Ｒ２Ｌ、　　ｌ　ＫｌＢ　
１−Ｒ３２／Ｒ３１となるように各抵抗値を設定してお
けばよい。なお、この増幅演算により符号が反転するこ
とになる。

Ｖｙについては、Ｋ１２＜Ｏであるので符号が反転した
ままでよいが、ＶｘおよびＶｚについては、ＫＩＬ＞０
、ＫｌＢ＞０であるため、再び符号を反転させて符号を
元に戻す必要がある。そこで、演算増幅器ＯＰ７および
ＯＦ２によって、この符号反転を行っている。ここで、
Ｒ１４−Ｒ１５−２・ＲｌＢ、Ｒ３４−Ｒ３５−２・Ｒ
３Ｂ、とすれば、演算増幅器ＯＰ７およびＯＦ２は、増
幅倍率が１となり、単に符号を反転するだけの機能を果
たすことになる。

かくして、Ｋ１１Ｖｘ　５に１２Ｖｙ　、Ｋ１３Ｖｚ　
、の６値が求まり、これらの値に相当する電圧が演算増
幅器ＯＰ９に与えられる。ここで、Ｒ４Ｌ−Ｒ４２−Ｒ
４３−Ｒ４４−Ｒ４５としておけば、演算増幅器ｏｐ９
は加算器として機能し、 Ｖｏｕｔ　＝（ＫｌＩＶｘ　＋に１８Ｖｚ　＋に１３Ｖ
ｚ）　＠　２／３め（出力される。この出力電圧Ｖ　ｏ
ｕｔが求める検出値Ａｘに相当する。

以上、本発明による力検出装置用信号処理回路の一例を
第１２図に基づいて説明したが、この他にも種々の回路
を用いて本発明を実現できる。本発明における乗算器お
よび加算器は、乗算および加算をアナログ処理すること
のできる回路であれば、どのような回路を用いてもかま
わない。また、乗算器および加算器をそれぞれ別々の回
路素子で構成する必要もない。たとえば、第１１図に示
すような回路を用いれば、１つの演算増幅器ＯＰ３によ
って、乗算器と加算器とを兼ねることができ、部品点数
を減らすことができる点て有利である。

ただし、この回路を利用する場合には、係数にの符号を
考慮し、入力電圧Ｖｉｎｌ　、　Ｖｉｎ２　、　Ｖｉｎ
３に符号をもたせておくようにする必要がある。いずれ
にしても、このようなアナログ回路によって補正演算を
行うようにすると、デジタル回路による補正演算を行う
場合に比べ、コストダウンが図れるとともに、高速で演
算が完了するため、瞬時の現象を測定するような場合に
有利である。特に、加速度検出装置では、衝突時のシヨ
・ツクを検出するような用途もあるが、本発明を適用す
れば正しい測定値を瞬時に得ることができるようになる
。

このように、本発明による信号処理回路は、力検出装置
を母体とする加速度検出装置や磁気検出装置などに広く
適用しつるものであり、本願実施例では加速度検出装置
について説明したが、本発明は力検出装置や磁気検出装
置にも広く適用可能である。

〔発明の効果〕

以上のとおり、本発明の加速度検出装置用信号処理回路
によれば、各軸方向成分間に生じる干渉の様子を示す特
性行列の逆行列を予め求めておき、この逆行列を用いた
補正演算をアナログ演算回路によって行うようにしたた
め、低コストの回路で、干渉の影響を相殺１７た正しい
測定値を瞬時に得ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の適用対象となる加速度検出装置の一例
の側断面図、第２図は第１図に示す装置を切断線Ａ−Ａ
に沿って切断した上断面図、第３図は第１図に示す装置
内の抵抗素子によって形成されたブリッジ回路の回路図
、第４図は第１図に示す装置にＸ軸方向の力Ｆｘが作用
したときの応力分布図、第５図は第１図に示す装置にＹ
軸方向の力Ｆｙが作用したときの応力分布図、第６図は
第１図に示す装置に２軸方向の力Ｆｚが作用したときの
応力分布図、第７図は本願筒１の発明による加速度検出
装置用信号処理回路のブロック図、第８図は本願筒２の
発明による加速度検出装置用信号処理回路のブロック図
、第９図は本願の信号処理回路に用いる乗算器の具体的
な回路図、第１０図は本願の信号処理回路に用いる加算
器の具体的な回路図、第１１図は本願の信号処理回路に
用いる乗算器および加算器を兼ねた具体的な回路の回路
図、第１２図は本願筒１の発明による加速度検出装置用
信号処理回路の具体的な部分回路図である。 １０・・・単結晶基板、１１・・・作用部、１２・・・
可撓部、１３・・・固定部、２０・・・台座、３０・・
・重錘体、４０・・・ケース、４１・・・蓋、５０・・
・外部配線用電極、５１・・・ボンディングワイヤ、５
２・・・ポンディングパッド、５３・・・外部配線用電
極、６０・・・電源、６１〜６３・・・電圧計、１０１
〜１０９・・・乗算器、１１１〜１１３・・・加算器、
２０１〜２０４・・・乗算器、２１１，２１２・・・加
算器、ＯＦＩ〜ＯＰ９・−・演算増幅器。 第４図 第７図 始８図 第９図 第１Ｏ図 第１ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）機械的変形によって電気抵抗が変化するピエゾ抵
   抗効果を示す複数の抵抗素子を単結晶基板上に配置し、
   ＸＹＺ三次元座標系における所定の作用点に加速度に起
   因する外力が作用したとき、この外力によって前記単結
   晶基板に機械的変形が生じるようにし、前記作用点に作
   用した外力のＸ軸方向成分Ａｘ、Ｙ軸方向成分Ａｙ、Ｚ
   軸方向成分Ａｚを、前記複数の抵抗素子によって構成さ
   れるブリッジ回路に基づいて得られる電圧値Ｖｘ、Ｖｙ
   、Ｖｚに基づいて検出する加速度検出装置用信号処理回
   路において、 前記Ａｘ、Ａｙ、Ａｚと前記Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚとの間に
   、 Ａｘ＝Ｋ１１Ｖｘ＋Ｋ１２Ｖｙ＋Ｋ１３ＶｚＡｙ＝Ｋ２
   １Ｖｘ＋Ｋ２２Ｖｙ＋Ｋ２３ＶｚＡｚ＝Ｋ３１Ｖｘ＋Ｋ
   ３２Ｖｙ＋Ｋ３３Ｖｚなる関係式が成り立つような係数
   Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ１３、Ｋ２１、Ｋ２２、Ｋ２３、Ｋ
   ３１、Ｋ３２、Ｋ３３を求め、アナログ乗算器を用いて
   前記関係式の右辺の項の値を演算し、アナログ加算器を
   用いて前記関係式の右辺の加算を行い、これらの演算結
   果から、検出値Ａｘ、Ａｙ、Ａｚを得るように構成した
   ことを特徴とする加速度検出装置用信号処理回路。
2. （２）機械的変形によって電気抵抗が変化するピエゾ抵
   抗効果を示す複数の抵抗素子を単結晶基板上に配置し、
   所定の作用点に加速度に起因する外力が作用したとき、
   この外力によって前記単結晶基板に機械的変形が生じる
   ようにし、前記作用点に作用した外力のＸ軸方向成分Ａ
   ｘと、これに直交するＹ軸方向成分Ａｙとを、前記複数
   の抵抗素子によって構成される２組のブリッジ回路のそ
   れぞれのブリッジ電圧値ＶｘとＶｙとに基づいて検出す
   る加速度検出装置用信号処理回路において、前記Ａｘ、
   Ａｙと前記Ｖｘ、Ｖｙとの間に、Ａｘ＝Ｋ１１Ｖｘ＋Ｋ
   １２Ｖｙ Ａｙ＝Ｋ２１Ｖｘ＋Ｋ２２Ｖｙ なる関係式が成り立つような係数Ｋ１１、Ｋ１２、Ｋ２
   １、Ｋ２２を求め、アナログ乗算器を用いて前記関係式
   の右辺の項の値を演算し、アナログ加算器を用いて前記
   関係式の右辺の加算を行い、これらの演算結果から検出
   値ＡｘおよびＡｙを得るように構成したことを特徴とす
   る加速度検出装置用信号処理回路。