JPH0862245A - 静電サーボ式の加速度センサ - Google Patents
静電サーボ式の加速度センサInfo
- Publication number
- JPH0862245A JPH0862245A JP19814394A JP19814394A JPH0862245A JP H0862245 A JPH0862245 A JP H0862245A JP 19814394 A JP19814394 A JP 19814394A JP 19814394 A JP19814394 A JP 19814394A JP H0862245 A JPH0862245 A JP H0862245A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- voltage source
- fixed
- movable
- electrodes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 6
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0808—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate
- G01P2015/0811—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0814—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining in-plane movement of the mass, i.e. movement of the mass in the plane of the substrate for one single degree of freedom of movement of the mass for translational movement of the mass, e.g. shuttle type
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】この発明は、感度やオフセットが電子的に簡単
に調整できるようにした静電サーボ式の加速度センサを
提供することを目的としている。 【構成】基板上に突設したアンカー111 〜114 に一端を
結合した梁121 〜124 によって質量部13が支持され、こ
の質量部13に細片状の可動電極21a 〜23b が突設され、
これら可動電極21a 〜23b の両側には固定電極31a 〜33
d が配設されて、静電サーボ式の加速度センサが構成さ
れる。可動電極21a 〜23b には第１の電圧Ｖg が供給さ
れ、固定電極31a 〜33d それぞれには、第１電圧Ｖg 、
第２の電圧＋Ｖr 、第３の電圧−Ｖr の１つが、切り換
えスイッチ41a 〜43d で選択されて給電され、このスイ
ッチ41a 〜43d で静電気力が作用する可動電極と固定電
極との面積が可変調整され、感度やオフセットが調整さ
れる。
に調整できるようにした静電サーボ式の加速度センサを
提供することを目的としている。 【構成】基板上に突設したアンカー111 〜114 に一端を
結合した梁121 〜124 によって質量部13が支持され、こ
の質量部13に細片状の可動電極21a 〜23b が突設され、
これら可動電極21a 〜23b の両側には固定電極31a 〜33
d が配設されて、静電サーボ式の加速度センサが構成さ
れる。可動電極21a 〜23b には第１の電圧Ｖg が供給さ
れ、固定電極31a 〜33d それぞれには、第１電圧Ｖg 、
第２の電圧＋Ｖr 、第３の電圧−Ｖr の１つが、切り換
えスイッチ41a 〜43d で選択されて給電され、このスイ
ッチ41a 〜43d で静電気力が作用する可動電極と固定電
極との面積が可変調整され、感度やオフセットが調整さ
れる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば回転角センサ
や静電サーボ式のアクチュエータ装置に好適な、可動電
極に対して近接して固定電極対を設定し、この固定電極
対から可動電極に対して加速度に応じて静電気力を作用
させるようにした静電サーボ式の加速度センサに関す
る。
や静電サーボ式のアクチュエータ装置に好適な、可動電
極に対して近接して固定電極対を設定し、この固定電極
対から可動電極に対して加速度に応じて静電気力を作用
させるようにした静電サーボ式の加速度センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板の表面マイクロ加工技術を応
用した、半導体加速度センサや静電アクチュエータが開
発されているもので、例えば特公平４−５０４００３号
公報に開示されるような加速度センサが知られている。
この様な加速度センサにあっては、精密な製造プロセス
によって、センサを構成するようになるコンデンサや回
路素子をモノリシックに形成しているものであるが、素
子のばらつきや形状の設計値からの誤差を完全に無くす
るとはできない。
用した、半導体加速度センサや静電アクチュエータが開
発されているもので、例えば特公平４−５０４００３号
公報に開示されるような加速度センサが知られている。
この様な加速度センサにあっては、精密な製造プロセス
によって、センサを構成するようになるコンデンサや回
路素子をモノリシックに形成しているものであるが、素
子のばらつきや形状の設計値からの誤差を完全に無くす
るとはできない。
【０００３】したがって、この様な誤差分を修正するた
めに、感度やオフセットの調整をする必要があり、この
ために製造工程においてトリミングを行っている。この
トリミングの方法としては、例えば薄膜抵抗体の抵抗値
をレーザで調整するような方法が一般的である。しか
し、この様なトリミング方法では多くの時間を要するば
かりでなく、専用の設備が必要となる。
めに、感度やオフセットの調整をする必要があり、この
ために製造工程においてトリミングを行っている。この
トリミングの方法としては、例えば薄膜抵抗体の抵抗値
をレーザで調整するような方法が一般的である。しか
し、この様なトリミング方法では多くの時間を要するば
かりでなく、専用の設備が必要となる。
【０００４】図４は、従来から知られている静電容量型
の静電サーボ式加速度センサの構成を示すもので、図示
しない半導体等の基板面上に突設して、例えば４辺形の
各頂点に位置して４個のアンカー111 〜114 を形成し、
この各アンカー111 〜114 それぞれに一端が支持される
ようにして支持部材を構成する梁121 〜124 を設定す
る。そして、この梁121 〜124 それぞれによって４つの
角部が支持されるようにして、基板面から浮かせるよう
にした長方形状の質量部13が設定される。アンカー111
〜114 、梁121 〜124 、さらに質量部13は、例えばボリ
シリコン部材から一体的に切り出して構成されるように
なるもので、質量部13は作用する加速度によって変位自
在に支持されている。
の静電サーボ式加速度センサの構成を示すもので、図示
しない半導体等の基板面上に突設して、例えば４辺形の
各頂点に位置して４個のアンカー111 〜114 を形成し、
この各アンカー111 〜114 それぞれに一端が支持される
ようにして支持部材を構成する梁121 〜124 を設定す
る。そして、この梁121 〜124 それぞれによって４つの
角部が支持されるようにして、基板面から浮かせるよう
にした長方形状の質量部13が設定される。アンカー111
〜114 、梁121 〜124 、さらに質量部13は、例えばボリ
シリコン部材から一体的に切り出して構成されるように
なるもので、質量部13は作用する加速度によって変位自
在に支持されている。
【０００５】長方形状の質量部13には、その対向する長
辺部から側方に突設されるようにして、複数の細片状に
形成した可動電極21a 、21b 、22a 、22b 、23a 、23b
が一体的に形成されている。そして、これら可動電極21
a 〜23b それぞれの一方の側面に近接して、基板上に固
定的に形成される固定電極31a 、31b 、32a 、32b 、33
a 、33b が配設され、さらに可動電極21a 〜23b のそれ
ぞれ他方の側面に近接して、固定電極31a 、31b 、32a
、32b 、33a 、33b それそれと対とされる固定電極31c
、31d 、32c 、32d 、33c 、33d が配設されている。
すなわち、複数の可動電極21a 〜23b それぞれの両側に
位置して、それぞれ固定電極対が配設されるように構成
される。
辺部から側方に突設されるようにして、複数の細片状に
形成した可動電極21a 、21b 、22a 、22b 、23a 、23b
が一体的に形成されている。そして、これら可動電極21
a 〜23b それぞれの一方の側面に近接して、基板上に固
定的に形成される固定電極31a 、31b 、32a 、32b 、33
a 、33b が配設され、さらに可動電極21a 〜23b のそれ
ぞれ他方の側面に近接して、固定電極31a 、31b 、32a
、32b 、33a 、33b それそれと対とされる固定電極31c
、31d 、32c 、32d 、33c 、33d が配設されている。
すなわち、複数の可動電極21a 〜23b それぞれの両側に
位置して、それぞれ固定電極対が配設されるように構成
される。
【０００６】この様に質量部13に一体的に設けられた可
動電極21a 〜23b それぞれには、質量部13を支える１つ
のアンカー111 を介して、電圧値Ｖg の第１の電源部が
接続され、可動電極21a 〜23b が共に第１の電圧Ｖg に
設定されるようにする。さらに、これらの可動電極21a
〜23b それぞれの一方の側面に近接設定される固定電極
31a 、31b 、32a 、32b 、33a 、33b は、電圧値＋Ｖr
の第２の電源部に接続し、また可動電極21a 〜23b それ
ぞれの他方の側面に設定される固定電極31c 、31d 、32
c 、32d 、33c 、33d には、電圧値−Ｖr の第３の電源
部が接続されている。
動電極21a 〜23b それぞれには、質量部13を支える１つ
のアンカー111 を介して、電圧値Ｖg の第１の電源部が
接続され、可動電極21a 〜23b が共に第１の電圧Ｖg に
設定されるようにする。さらに、これらの可動電極21a
〜23b それぞれの一方の側面に近接設定される固定電極
31a 、31b 、32a 、32b 、33a 、33b は、電圧値＋Ｖr
の第２の電源部に接続し、また可動電極21a 〜23b それ
ぞれの他方の側面に設定される固定電極31c 、31d 、32
c 、32d 、33c 、33d には、電圧値−Ｖr の第３の電源
部が接続されている。
【０００７】すなわち、可動電極21a 〜23b それぞれと
固定電極31a 、31b 、32a 、32b 、33a 、33b との間に
形成される容量と、可動電極21a 〜23b それぞれと固定
電極31c 、31d 、32c 、32d 、33c 、33d との間に形成
される容量とで差動容量が形成され、この容量に変化に
よって加速度が検出される。
固定電極31a 、31b 、32a 、32b 、33a 、33b との間に
形成される容量と、可動電極21a 〜23b それぞれと固定
電極31c 、31d 、32c 、32d 、33c 、33d との間に形成
される容量とで差動容量が形成され、この容量に変化に
よって加速度が検出される。
【０００８】この様に構成される静電サーボ式の加速度
センサに加速度につり合う静電気力を発生させることに
より、質量部13の変位の発生を抑制しているもので、加
速度の検出が高精度に行われるようにしている。
センサに加速度につり合う静電気力を発生させることに
より、質量部13の変位の発生を抑制しているもので、加
速度の検出が高精度に行われるようにしている。
【０００９】この加速度センサの場合、次式で示すよう
になるものであり、可動電極に印加される電圧が加速度
に比例するようになることから加速度検出が可能とされ
る。しかし、その感度を変えるには電圧Ｖr を変化させ
るか、Ｖg を適当な増幅率によって増幅する必要があ
り、このために回路素子のトリミング等による調整を行
っている。
になるものであり、可動電極に印加される電圧が加速度
に比例するようになることから加速度検出が可能とされ
る。しかし、その感度を変えるには電圧Ｖr を変化させ
るか、Ｖg を適当な増幅率によって増幅する必要があ
り、このために回路素子のトリミング等による調整を行
っている。
【００１０】
【数１】
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、電気的な制御によって感度
やオフセットが簡単に調整でき、可動電極と一体的に変
位する質量部を制御する静電気力が可変設定されるよう
にして、トリミング等の調整を不要にして、例えば加速
度検出が高精度に実行できるようにした加速度センサ等
が構成できるようにした静電サーボ式の加速度センサを
提供しようとするものである。
な点に鑑みなされたもので、電気的な制御によって感度
やオフセットが簡単に調整でき、可動電極と一体的に変
位する質量部を制御する静電気力が可変設定されるよう
にして、トリミング等の調整を不要にして、例えば加速
度検出が高精度に実行できるようにした加速度センサ等
が構成できるようにした静電サーボ式の加速度センサを
提供しようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る静電サー
ボ式の加速度センサは、変位されるように支持された質
量部に一体的に可動電極を設け、この可動電極に相反す
る変位方向にそれぞれ近接して固定電極対を設定して構
成される機構において、固定電極対を構成する一対の固
定電極にそれぞれ給電される電圧源が、異なる電圧値に
切り換え制御されるようにしている。
ボ式の加速度センサは、変位されるように支持された質
量部に一体的に可動電極を設け、この可動電極に相反す
る変位方向にそれぞれ近接して固定電極対を設定して構
成される機構において、固定電極対を構成する一対の固
定電極にそれぞれ給電される電圧源が、異なる電圧値に
切り換え制御されるようにしている。
【００１３】例えば、可動電極に第１の電圧源を接続す
ると共に、固定電極対を構成する一対の固定電極には、
それぞれ第１の電圧源もしくは第１の電圧源とは異なる
電圧値が設定される第２あるいは第３の電圧源が選択的
に接続されるようにする。また、可動電極と固定電極対
の各組み合わせにあっては、可動電極の側面と固定電極
対を構成する各固定電極との対向面積が異ならせて設定
できるように、可動電極もしくは固定電極の形状を調整
するようにしている。
ると共に、固定電極対を構成する一対の固定電極には、
それぞれ第１の電圧源もしくは第１の電圧源とは異なる
電圧値が設定される第２あるいは第３の電圧源が選択的
に接続されるようにする。また、可動電極と固定電極対
の各組み合わせにあっては、可動電極の側面と固定電極
対を構成する各固定電極との対向面積が異ならせて設定
できるように、可動電極もしくは固定電極の形状を調整
するようにしている。
【００１４】
【作用】この様に構成される静電サーボ式の加速度セン
サにあっては、可動電極に設定される電位に対して、こ
の可動電極を挟むように設定された一対の固定電極には
この可動電極の電位と等しい電位、あるいはこれとは異
なる第２あるいは第３の電位が印加設定されるもので、
例えば可動電極に対して電圧Ｖg が印加された状態で、
この可動電極を挟む一対の固定電極に対して同じくこの
電圧Ｖg が印加されるようにすると、実質的に可動電極
と固定電極との電位差を生ずる対向面積が“０”とな
る。これに対して、可動電極の両側に位置する一対の固
定電極それぞれに、電圧Ｖg の両側の電圧＋Ｖr および
−Ｖr が印加設定されるようにした場合には、可動電極
と固定電極との電位差を生ずる面積が最大となって、大
きな静電気力が作用し、トリミングのような調整を行う
ことなく、感度並びにオフセットが調整できる。
サにあっては、可動電極に設定される電位に対して、こ
の可動電極を挟むように設定された一対の固定電極には
この可動電極の電位と等しい電位、あるいはこれとは異
なる第２あるいは第３の電位が印加設定されるもので、
例えば可動電極に対して電圧Ｖg が印加された状態で、
この可動電極を挟む一対の固定電極に対して同じくこの
電圧Ｖg が印加されるようにすると、実質的に可動電極
と固定電極との電位差を生ずる対向面積が“０”とな
る。これに対して、可動電極の両側に位置する一対の固
定電極それぞれに、電圧Ｖg の両側の電圧＋Ｖr および
−Ｖr が印加設定されるようにした場合には、可動電極
と固定電極との電位差を生ずる面積が最大となって、大
きな静電気力が作用し、トリミングのような調整を行う
ことなく、感度並びにオフセットが調整できる。
【００１５】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は静電サーボによって駆動される加速度
センサを示すもので、この加速度センサの本体部は図４
で示した従来例と同じようにアンカー111 〜114 に結合
された梁121 〜124 で長方形状の質量部13が変位自在に
支持されている。この質量部13に対向する両縁部分に
は、一体的に細片状の可動電極21a 、21b 、22a 、22b
、23a 、23b が突設形成され、これらの可動電極21a
〜23b それぞれの一方の側面に近接して固定電極31a 、
31b 、32a 、32b 、33a 、33b が配設されているもの
で、さらに可動電極21a 、21b 、22a 、22b 、23a 、23
b のそれぞれ他方の側面に近接して固定電極31c 、31d
、32c 、32d 、33c 、33d が配設されている。すなわ
ち、複数の可動電極21a 〜23b それぞれの両側に位置し
て、それぞれ固定電極対が配設されるように構成され
る。
説明する。図１は静電サーボによって駆動される加速度
センサを示すもので、この加速度センサの本体部は図４
で示した従来例と同じようにアンカー111 〜114 に結合
された梁121 〜124 で長方形状の質量部13が変位自在に
支持されている。この質量部13に対向する両縁部分に
は、一体的に細片状の可動電極21a 、21b 、22a 、22b
、23a 、23b が突設形成され、これらの可動電極21a
〜23b それぞれの一方の側面に近接して固定電極31a 、
31b 、32a 、32b 、33a 、33b が配設されているもの
で、さらに可動電極21a 、21b 、22a 、22b 、23a 、23
b のそれぞれ他方の側面に近接して固定電極31c 、31d
、32c 、32d 、33c 、33d が配設されている。すなわ
ち、複数の可動電極21a 〜23b それぞれの両側に位置し
て、それぞれ固定電極対が配設されるように構成され
る。
【００１６】ここで、質量部13にはその対向する辺部分
に突設して、この質量部13と共に変位されるゲート電極
141 および142 を突設し、このゲート電極141 および14
2 の両側に位置した基板面に、それぞれソースおよびド
レインとされる拡散層15a 、15b 、さらに16a 、16b が
形成され、空気を絶縁層としたＭＯＳＦＥＴ171 および
172 が構成されるようにしている。すなわち、質量部13
が変位したときにゲート電極141 および142 がそれぞれ
ソース領域およびドレイン領域に重なる量が変化し、こ
れらソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャ
ネル領域が制御されて、ＭＯＳＦＥＴ171 および172 か
ら、質量部13の変位量に応じた出力信号が導出されるよ
うにしている。
に突設して、この質量部13と共に変位されるゲート電極
141 および142 を突設し、このゲート電極141 および14
2 の両側に位置した基板面に、それぞれソースおよびド
レインとされる拡散層15a 、15b 、さらに16a 、16b が
形成され、空気を絶縁層としたＭＯＳＦＥＴ171 および
172 が構成されるようにしている。すなわち、質量部13
が変位したときにゲート電極141 および142 がそれぞれ
ソース領域およびドレイン領域に重なる量が変化し、こ
れらソース領域とドレイン領域との間に形成されるチャ
ネル領域が制御されて、ＭＯＳＦＥＴ171 および172 か
ら、質量部13の変位量に応じた出力信号が導出されるよ
うにしている。
【００１７】可動電極21a 〜23b のそれぞれ両側に位置
する固定電極31a 〜33d それぞれには、切り換えスイッ
チ41a 〜41d 、42a 〜42d 、43a 〜43d が設けられ、切
り換えスイッチ41a 〜43d によって、固定電極31a 〜33
d にそれぞれ印加される電圧が、＋Ｖr あるいは−Ｖr
に切り換えられるようにしているものであり、さらに可
動電極21a 〜23b と等しい電圧Ｖg が選択的に切り換え
印加される。
する固定電極31a 〜33d それぞれには、切り換えスイッ
チ41a 〜41d 、42a 〜42d 、43a 〜43d が設けられ、切
り換えスイッチ41a 〜43d によって、固定電極31a 〜33
d にそれぞれ印加される電圧が、＋Ｖr あるいは−Ｖr
に切り換えられるようにしているものであり、さらに可
動電極21a 〜23b と等しい電圧Ｖg が選択的に切り換え
印加される。
【００１８】図の状態では、固定電極31a 、31b 、32a
、32b に対して電圧＋Ｖr が印加され、固定電極31c
、31d 、32c 、32d に対して電圧−Ｖr が印加設定さ
れ、固定電極33a 〜33d には電圧Ｖg が印加されるよう
にしている。そしてこの電圧Ｖgは、アンカー111 を介
して質量部13に一体の可動電極21a 〜23b に印加されて
いる。
、32b に対して電圧＋Ｖr が印加され、固定電極31c
、31d 、32c 、32d に対して電圧−Ｖr が印加設定さ
れ、固定電極33a 〜33d には電圧Ｖg が印加されるよう
にしている。そしてこの電圧Ｖgは、アンカー111 を介
して質量部13に一体の可動電極21a 〜23b に印加されて
いる。
【００１９】この図１で示した状態では、固定電極31a
、31b 、32a 、32b それぞれに対して電圧＋Ｖr が印
加され、固定電極31c 、31d 、32c 、32d それぞれに対
して電圧−Ｖr が印加されているものであり、また固定
電極331 〜33d に対しては、可動電極23a 、23b と同じ
電圧Ｖg が印加設定されている。したがって、この様な
状態では、切り換えスイッチ43a 〜43d が図の状態から
切り換えられて、固定電極33a 、33b に電圧＋Ｖr が印
加され、固定電極33c 、33d に電圧−Ｖr が印加設定さ
れた場合と比較して、電位差を生ずる電極面積が２／３
となり、したがって作用する静電気力も２／３となる。
、31b 、32a 、32b それぞれに対して電圧＋Ｖr が印
加され、固定電極31c 、31d 、32c 、32d それぞれに対
して電圧−Ｖr が印加されているものであり、また固定
電極331 〜33d に対しては、可動電極23a 、23b と同じ
電圧Ｖg が印加設定されている。したがって、この様な
状態では、切り換えスイッチ43a 〜43d が図の状態から
切り換えられて、固定電極33a 、33b に電圧＋Ｖr が印
加され、固定電極33c 、33d に電圧−Ｖr が印加設定さ
れた場合と比較して、電位差を生ずる電極面積が２／３
となり、したがって作用する静電気力も２／３となる。
【００２０】ここで、切り換えスイッチ41a 〜43d は適
宜半導体スイッチ素子によって構成されるもので、これ
ら切り換えスイッチ41a 〜43d の状態は、適宜記憶素子
を用いることにより、出荷前にＶg 、＋Ｖr 、−Ｖr の
いずれかを選択するように設定することができる。ま
た、実際に使用するに際して、作用する加速度の大小に
よって、これら切り換えスイッチ41a 〜43d を切り換え
操作して、感度が動的に変化されるようにしてもよい。
宜半導体スイッチ素子によって構成されるもので、これ
ら切り換えスイッチ41a 〜43d の状態は、適宜記憶素子
を用いることにより、出荷前にＶg 、＋Ｖr 、−Ｖr の
いずれかを選択するように設定することができる。ま
た、実際に使用するに際して、作用する加速度の大小に
よって、これら切り換えスイッチ41a 〜43d を切り換え
操作して、感度が動的に変化されるようにしてもよい。
【００２１】例えば、作用する加速度があるレベルより
小さい場合には、この図の状態からさらに切り換えスイ
ッチ41a 〜41d を切り換え（このスイッチの切り換えは
できるだけ対称とされるようにすることが望ましい）、
固定電極31a 〜31d に可動電極21a 、21b と同じ電圧Ｖ
g が印加されるようにすると、さらに静電気力の作用す
る電極面積が１／３となり、前記(3) 式で求められたＶ
g は３倍になる。したがって、小さな加速度であっても
Ｖg の変化が大きくなるものであるが、ただし検出範囲
は１／３となる。この場合、ゲート141 、142 を制振す
るための静電気力は、電極面積が減少した分だけＶg が
大きくなるため、電極面積を変化させる前後において変
化しない。
小さい場合には、この図の状態からさらに切り換えスイ
ッチ41a 〜41d を切り換え（このスイッチの切り換えは
できるだけ対称とされるようにすることが望ましい）、
固定電極31a 〜31d に可動電極21a 、21b と同じ電圧Ｖ
g が印加されるようにすると、さらに静電気力の作用す
る電極面積が１／３となり、前記(3) 式で求められたＶ
g は３倍になる。したがって、小さな加速度であっても
Ｖg の変化が大きくなるものであるが、ただし検出範囲
は１／３となる。この場合、ゲート141 、142 を制振す
るための静電気力は、電極面積が減少した分だけＶg が
大きくなるため、電極面積を変化させる前後において変
化しない。
【００２２】図１の実施例にあっては、可動電極21a 〜
23b にそれぞれ対向している固定電極31a 〜33d の長さ
は一定の状態としたが、図２で示すように固定電極長が
２のべき乗に重み付けするようにすれば、固定電極に対
する可動電極の対向面積が２のべき乗に重み付けされる
ため、切り換えスイッチ41a 〜43d の切り換えによって
２のべき乗に重み付けされる。すなわち、静電気力をＤ
／Ａ変換したような状態とすることができ、所定の面積
比とされるように電極長を調整すれば、種々の変換特性
が得られる。図２において図１と同一構成部分は同一符
号を付して、その説明は省略する。
23b にそれぞれ対向している固定電極31a 〜33d の長さ
は一定の状態としたが、図２で示すように固定電極長が
２のべき乗に重み付けするようにすれば、固定電極に対
する可動電極の対向面積が２のべき乗に重み付けされる
ため、切り換えスイッチ41a 〜43d の切り換えによって
２のべき乗に重み付けされる。すなわち、静電気力をＤ
／Ａ変換したような状態とすることができ、所定の面積
比とされるように電極長を調整すれば、種々の変換特性
が得られる。図２において図１と同一構成部分は同一符
号を付して、その説明は省略する。
【００２３】図３で示す実施例にあっては、電圧＋Ｖr
および−Ｖr を設定する電圧源を、Ｄ／Ａ変換器51およ
び52のような可変電圧源によって構成することもでき
る。この様にすれば、作用される静電気力の調整が、電
子的に高精度に実行できるものであり、さらに図２の実
施例で示したように固定電極31a 〜33d を２のべき乗に
重み付けをしたものとすれば、より広い範囲で静電気力
の調整が行われる。図３において、図１と同一構成部分
は同一符号を付して、その説明は省略する。
および−Ｖr を設定する電圧源を、Ｄ／Ａ変換器51およ
び52のような可変電圧源によって構成することもでき
る。この様にすれば、作用される静電気力の調整が、電
子的に高精度に実行できるものであり、さらに図２の実
施例で示したように固定電極31a 〜33d を２のべき乗に
重み付けをしたものとすれば、より広い範囲で静電気力
の調整が行われる。図３において、図１と同一構成部分
は同一符号を付して、その説明は省略する。
【００２４】この実施例のようにＤ／Ａ変換器51、52に
よって電圧源を構成することで、所定のディジタル値を
設定すれば電圧±Ｖr が調整できるようになり、ディジ
タル的に感度並びにオフセットの調整ができる。この場
合、可動電極と固定電極との間にオフセットに対応した
電圧が印加されるようにすればよい。
よって電圧源を構成することで、所定のディジタル値を
設定すれば電圧±Ｖr が調整できるようになり、ディジ
タル的に感度並びにオフセットの調整ができる。この場
合、可動電極と固定電極との間にオフセットに対応した
電圧が印加されるようにすればよい。
【００２５】すなわち、ディジタル的に静電気力を可変
することにより、加速度センサ等のサーボ式センサの感
度並びにオフセットが調整可能とされると共に、静電ア
クチュエータの駆動力の調整にも利用できる。また、こ
の静電気力を可変にする手段として、このＤ／Ａ変換器
を用いる手段と、電極長を２のべき乗に重み付けする手
段とを組み合わせるようにすることもできる。
することにより、加速度センサ等のサーボ式センサの感
度並びにオフセットが調整可能とされると共に、静電ア
クチュエータの駆動力の調整にも利用できる。また、こ
の静電気力を可変にする手段として、このＤ／Ａ変換器
を用いる手段と、電極長を２のべき乗に重み付けする手
段とを組み合わせるようにすることもできる。
【００２６】なお、ここで述べている感度とは、１Ｇ当
たりの出力電圧Ｖg の変化量であって、この感度を変更
することは１Ｇ当たりの出力電圧Ｖg の変化量を所望の
値とすることである。またオフセットに関しては、定常
的にオフセット量に相当する静電気力を発生すること
で、静電気力に逆らって可動部分を引き戻すようにＶg
が変化するためにオフセットも調整できる。
たりの出力電圧Ｖg の変化量であって、この感度を変更
することは１Ｇ当たりの出力電圧Ｖg の変化量を所望の
値とすることである。またオフセットに関しては、定常
的にオフセット量に相当する静電気力を発生すること
で、静電気力に逆らって可動部分を引き戻すようにＶg
が変化するためにオフセットも調整できる。
【００２７】さらに加速度検知するための可動ゲート型
のＭＯＳＦＥＴにおいて、そのゲート面積を変えること
でセンサとしての感度が変化される。しかし、静電サー
ボ式の場合には、出力される電圧Ｖg は(3) 式で示され
るようにセンサの感度には無関係であり、したがって出
力電圧Ｖg の感度（１Ｇ当たりの電圧の変化量）は変化
しない。ただし、反応速度等には影響する。
のＭＯＳＦＥＴにおいて、そのゲート面積を変えること
でセンサとしての感度が変化される。しかし、静電サー
ボ式の場合には、出力される電圧Ｖg は(3) 式で示され
るようにセンサの感度には無関係であり、したがって出
力電圧Ｖg の感度（１Ｇ当たりの電圧の変化量）は変化
しない。ただし、反応速度等には影響する。
【００２８】これまでの実施例に示された加速度センサ
において、電源の投入時において切り換えスイッチの一
部もしくは全てを電圧Ｖg の電源側に接続し、あるいは
Ｄ／Ａ変換器の出力が可動電極と同電位とされるよう
に、このＤ／Ａ変換器に入力されるディジタル値を設定
すれば、静電気力を弱められるかあるいは無くすること
ができ、電源投入時におけるノイズによる電極の張り付
き等の誤動作を防止できる。この様な静電気力を可変す
る手段は、加速度センサに限らず各種の静電アクチュエ
ータに適用することができ、同様な思想で回転角センサ
等を構成することもできる。
において、電源の投入時において切り換えスイッチの一
部もしくは全てを電圧Ｖg の電源側に接続し、あるいは
Ｄ／Ａ変換器の出力が可動電極と同電位とされるよう
に、このＤ／Ａ変換器に入力されるディジタル値を設定
すれば、静電気力を弱められるかあるいは無くすること
ができ、電源投入時におけるノイズによる電極の張り付
き等の誤動作を防止できる。この様な静電気力を可変す
る手段は、加速度センサに限らず各種の静電アクチュエ
ータに適用することができ、同様な思想で回転角センサ
等を構成することもできる。
【００２９】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る静電サーボ
式の加速度センサによれば、電気的な制御によって感度
やオフセットが簡単に調整できるようにして、可動電極
と一体的に変位する質量部を制御する静電気力が可変設
定されるようにして、トリミング等の調整を不要にし
て、加速度検出が高精度に実行できるようにした加速度
センサが構成できると共に、他のセンサや静電アクチュ
エータにも好適である。
式の加速度センサによれば、電気的な制御によって感度
やオフセットが簡単に調整できるようにして、可動電極
と一体的に変位する質量部を制御する静電気力が可変設
定されるようにして、トリミング等の調整を不要にし
て、加速度検出が高精度に実行できるようにした加速度
センサが構成できると共に、他のセンサや静電アクチュ
エータにも好適である。
【図１】この発明の一実施例に係る静電サーボ式の加速
度センサを説明するための構成図。
度センサを説明するための構成図。
【図２】この発明の第２の実施例に係る静電サーボ式の
加速度センサを説明するための構成図。
加速度センサを説明するための構成図。
【図３】この発明の第３の実施例に係る静電サーボ式の
加速度センサを説明するための構成図。
加速度センサを説明するための構成図。
【図４】従来の加速度センサを説明する図。
111 〜114 …アンカー、121 〜124 …梁、13…質量部、
171 、172 …ＭＯＳＦＥＴ、21a 〜23b …可動電極、31
a 〜33d …固定電極、41a 〜43d …切り換えスイッチ、
51、52…Ｄ／Ａ変換器。
171 、172 …ＭＯＳＦＥＴ、21a 〜23b …可動電極、31
a 〜33d …固定電極、41a 〜43d …切り換えスイッチ、
51、52…Ｄ／Ａ変換器。
Claims (6)
- 【請求項１】 変位自在に支持された質量部と、 この質量部に一体的に設けられた可動電極と、 この可動電極に相反する変位方向にそれぞれ近接して設
定された固定電極対とを備えたセンサ機構において、 前記固定電極対を構成する固定電極にそれぞれ電圧を印
加する電圧源が、異なる電圧値に切り換え制御されるよ
うにしたことを特徴とする静電サーボ式の加速度セン
サ。 - 【請求項２】 前記可動電極には第１の電圧源を接続す
ると共に、前記固定電極対を構成する固定電極には、前
記第１の電圧源もしくはこの第１の電圧源とは異なる電
圧値が設定される第２あるいは第３の電圧源が選択的に
接続されるようにした請求項１記載の静電サーボ式の加
速度センサ。 - 【請求項３】 前記可動電極には第１の電圧源を接続す
ると共に、前記固定電極対を構成する固定電極には、切
り換えスイッチによって選択された前記第１の電圧源、
この第１の電圧源とは異なる電圧値が設定される第２も
しくは第３の電圧源の１つが接続されるようにした請求
項１記載の静電サーボ式の加速度センサ。 - 【請求項４】 前記可動電極には第１の電圧源を接続す
ると共に、前記固定電極対を構成する固定電極それぞれ
には第２あるいは第３の電圧源が接続されるもので、こ
の第２および第３の電圧源はＤ／Ａ変換手段によって構
成されるようにした請求項１記載の静電サーボ式の加速
度センサ。 - 【請求項５】 前記質量部に対しては複数の細片状の可
動電極が一体的に突設形成され、これらの複数の可動電
極のそれぞれ両側に近接して前記固定電極対を構成する
固定電極がそけぞれ設定されるもので、その可動電極と
固定電極対の各組み合わせにあっては、可動電極の側面
と固定電極対を構成する各固定電極との対向面積が異な
らせて設定できるように、可動電極もしくは固定電極の
形状を調整するようにした請求項１記載の静電サーボ式
の加速度センサ。 - 【請求項６】 前記固定電極の前記可動電極に対向する
部分の長さが、２のべき乗に重み付けされて異ならせて
設定されるようにした請求項５記載の静電サーボ式の加
速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19814394A JP3329084B2 (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 静電サーボ式の加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19814394A JP3329084B2 (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 静電サーボ式の加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0862245A true JPH0862245A (ja) | 1996-03-08 |
| JP3329084B2 JP3329084B2 (ja) | 2002-09-30 |
Family
ID=16386179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19814394A Expired - Fee Related JP3329084B2 (ja) | 1994-08-23 | 1994-08-23 | 静電サーボ式の加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3329084B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1123609A (ja) * | 1997-07-04 | 1999-01-29 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 静電容量型センサ回路 |
| WO2000055593A3 (en) * | 1999-03-17 | 2001-04-05 | Input Output Inc | Sensor |
| JP2004510984A (ja) * | 2000-10-06 | 2004-04-08 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロメカニカル構成部材のために電気的ゼロ点調整するための方法および装置 |
| US7114366B1 (en) | 2000-03-16 | 2006-10-03 | Input / Output Inc. | Sensor |
| JP2009162485A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Denso Corp | 力学量センサモジュール |
| JP2011163967A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 加速度センサ |
| JP2012521006A (ja) * | 2009-03-19 | 2012-09-10 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 三相容量ベース検知 |
| JP2013152111A (ja) * | 2012-01-24 | 2013-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | 加速度センサ |
| JP2014160074A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Northrop Grumman Guidance & Electronics Co Inc | 加速度計センサ・システムの範囲依存バイアス較正 |
| CN111750905A (zh) * | 2019-03-29 | 2020-10-09 | 财团法人工业技术研究院 | 可调整感应电容值的微机电感测装置 |
| CN114594280A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-06-07 | 西安交通大学 | 基于静电平衡的量程自适应谐振式加速度计及系统和方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102015001128B4 (de) * | 2015-01-29 | 2021-09-30 | Northrop Grumman Litef Gmbh | Beschleunigungssensor mit Federkraftkompensation |
-
1994
- 1994-08-23 JP JP19814394A patent/JP3329084B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1123609A (ja) * | 1997-07-04 | 1999-01-29 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 静電容量型センサ回路 |
| WO2000055593A3 (en) * | 1999-03-17 | 2001-04-05 | Input Output Inc | Sensor |
| JP2003521675A (ja) * | 1999-03-17 | 2003-07-15 | インプット／アウトプット，インコーポレーテッド | センサ |
| US7114366B1 (en) | 2000-03-16 | 2006-10-03 | Input / Output Inc. | Sensor |
| JP2004510984A (ja) * | 2000-10-06 | 2004-04-08 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | マイクロメカニカル構成部材のために電気的ゼロ点調整するための方法および装置 |
| JP2009162485A (ja) * | 2007-12-28 | 2009-07-23 | Denso Corp | 力学量センサモジュール |
| US8661901B2 (en) | 2009-03-19 | 2014-03-04 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Three phase capacitance-based sensing |
| JP2012521006A (ja) * | 2009-03-19 | 2012-09-10 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． | 三相容量ベース検知 |
| JP2011163967A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 加速度センサ |
| JP2013152111A (ja) * | 2012-01-24 | 2013-08-08 | Mitsubishi Electric Corp | 加速度センサ |
| JP2014160074A (ja) * | 2013-02-20 | 2014-09-04 | Northrop Grumman Guidance & Electronics Co Inc | 加速度計センサ・システムの範囲依存バイアス較正 |
| CN111750905A (zh) * | 2019-03-29 | 2020-10-09 | 财团法人工业技术研究院 | 可调整感应电容值的微机电感测装置 |
| CN111750905B (zh) * | 2019-03-29 | 2023-05-09 | 财团法人工业技术研究院 | 可调整感应电容值的微机电感测装置 |
| CN114594280A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-06-07 | 西安交通大学 | 基于静电平衡的量程自适应谐振式加速度计及系统和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3329084B2 (ja) | 2002-09-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0862245A (ja) | 静電サーボ式の加速度センサ | |
| US5541437A (en) | Acceleration sensor using MIS-like transistors | |
| AU2003269815B2 (en) | Increasing the dynamic range of a MEMS gyroscope | |
| US6525446B1 (en) | Electrostatic actuator driving method and mechanism, using rigidity retention as a parameter | |
| JP2004361388A (ja) | 容量型慣性力検出装置 | |
| US6761069B2 (en) | Feedback circuit for micromachined accelerometer | |
| US6497147B2 (en) | Actuator for oscillator | |
| JPH08148698A (ja) | 半導体ヨーレートセンサおよびその製造方法 | |
| US20030102427A1 (en) | Controller for optical scanner | |
| US6768571B2 (en) | Orientation stabilization for MEMS devices | |
| US6822375B2 (en) | Vibrating gyroscope and electronic device using the same having a driving circuit, a detection circuit and four supporting members with different rigidities, different shapes, different cross sections, different materials and different lengths | |
| US20060065039A1 (en) | Methods and apparatus for reducing vibration rectification errors in closed-loop accelerometers | |
| JP3136888B2 (ja) | 加速度センサの感度調整装置 | |
| JP4488471B2 (ja) | サーボ型振動検出器 | |
| JP4206357B2 (ja) | サーボ型振動検出器及びサーボ型振動検出器の零点補正方法 | |
| JP3988505B2 (ja) | 振動型角速度センサの駆動装置 | |
| JPH08114456A (ja) | 半導体ヨーレートセンサ | |
| JPH03112397A (ja) | 半導体装置 | |
| US6351995B1 (en) | Acceleration sensor | |
| JPH0348614B2 (ja) | ||
| JP3385737B2 (ja) | 半導体ヨーレートセンサ | |
| JPH05111266A (ja) | 圧電アクチユエータ用制御装置 | |
| JP3287244B2 (ja) | 加速度検出装置 | |
| JP2935367B2 (ja) | モータのトルクリミット制御回路 | |
| JPH02211085A (ja) | 速度指令の自動零調装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110719 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |