JP2011145199A - Capacitance type acceleration detector and method of testing operation of capacitance type acceleration detection sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電容量型加速度検出装置及び静電容量型加速度検出センサの動作試験方法に関し、より詳細には、クーロン力を用いて静電容量型加速度検出センサの動作試験を行う機能を備えた静電容量型加速度検出装置及び静電容量型加速度検出センサの動作試験方法に関する。 The present invention relates to a capacitive acceleration detection device and an operation test method for a capacitive acceleration detection sensor, and more specifically, has a function of performing an operation test of a capacitive acceleration detection sensor using Coulomb force. The present invention also relates to an operation test method for a capacitive acceleration detection device and a capacitive acceleration detection sensor.
一般に、電極間距離の変化を利用して物理量を検出する装置及びその動作試験方法については良く知られている。例えば、2枚の基板を対向させて配置し、それぞれの基板上に電極を形成した単純な構造の検出装置が知られている。この検出装置においては、加速度などの物理量に基づいて一方の基板を変位させ、この変位により両基板上に形成した電極間距離を変化させ、これを両電極間の静電容量の変化として検出している。また、この検出装置は、一方の基板に重錘体を接合しておき、この重錘体に作用した加速度に基づいて基板を変位させれば、作用した加速度を検出する加速度検出装置として使用できるものである。 In general, a device for detecting a physical quantity using a change in the distance between electrodes and an operation test method thereof are well known. For example, a detection device having a simple structure in which two substrates are arranged to face each other and electrodes are formed on the respective substrates is known. In this detection device, one substrate is displaced based on a physical quantity such as acceleration, the distance between the electrodes formed on both substrates is changed by this displacement, and this is detected as a change in capacitance between both electrodes. ing. In addition, this detection device can be used as an acceleration detection device that detects the applied acceleration if a weight body is bonded to one substrate and the substrate is displaced based on the acceleration applied to the weight body. Is.
通常、何らかの物理量の検出装置を製品化する場合、この検出装置が正しい検出信号を出力するか否かの動作試験を行う必要が生じる。従来、このような動作試験は、検出対象となる物理量を実際にその検出装置に作用させ、そのときの検出信号を調べるという方法が採られている。例えば、加速度の検出装置であれば、実際に所定の大きさの加速度を所定の方向から検出装置に作用させ、そのときの検出信号が、与えた加速度に応じた正しいものになっているか否かを判定する。しかしながら、このような動作試験を行うには、専用の試験設備が必要になり、試験作業も煩雑で時間のかかるものとなる。特に、専用の試験設備で試験できる数量が限定され、生産性の低下を招くことになる。したがって、このような従来の試験方法は、大量生産される装置に対する動作試験としては不適当であるという問題があった。 Usually, when a detection device of some physical quantity is commercialized, it is necessary to perform an operation test as to whether or not this detection device outputs a correct detection signal. Conventionally, in such an operation test, a method has been adopted in which a physical quantity to be detected is actually applied to the detection device and a detection signal at that time is examined. For example, in the case of an acceleration detection device, whether or not an acceleration of a predetermined magnitude is actually applied to the detection device from a predetermined direction, and the detection signal at that time is correct according to the applied acceleration. Determine. However, in order to perform such an operation test, a dedicated test facility is required, and the test work is complicated and time-consuming. In particular, the quantity that can be tested with a dedicated test facility is limited, leading to a decrease in productivity. Therefore, such a conventional test method has a problem that it is not suitable as an operation test for a mass-produced apparatus.
そこで、例えば、特許文献1のような加速度センサの検査装置及びその動作試験方法が提案されている。この特許文献1のものは、外力の作用により変位しうるように支持された変位電極と、この変位電極に対向する位置において装置筐体に固定された固定電極と、これら両電極の間の距離の変化を電気信号として取り出す検出手段とを備え、外力に対応した加速度を電気信号として検出する加速度検出装置の動作試験方法であって、両電極の間に所定の電圧を印加し、この印加電圧に基づいて発生するクーロン力により変位電極を変位させた状態において、両電極の一方の電極に所定の大きさをもった時間的変動成分を有する電気信号を与え、このときに他方の電極に伝達される変動成分の大きさを、印加電圧と比較することにより、この検出装置の動作を試験するようにした、電極間距離の変化を利用して加速度を検出する加速度検出装置の動作試験方法である。 Thus, for example, an acceleration sensor inspection device and an operation test method thereof have been proposed as disclosed in Patent Document 1. In this patent document 1, a displacement electrode supported so as to be able to be displaced by the action of an external force, a fixed electrode fixed to an apparatus housing at a position facing the displacement electrode, and a distance between these two electrodes An acceleration detecting device operation test method for detecting an acceleration corresponding to an external force as an electrical signal, wherein a predetermined voltage is applied between both electrodes, and the applied voltage In the state where the displacement electrode is displaced by the Coulomb force generated based on the electric signal, an electric signal having a temporal variation component having a predetermined magnitude is given to one electrode of both electrodes, and transmitted to the other electrode at this time By comparing the magnitude of the fluctuation component to be applied with the applied voltage, the operation of this detection device is tested, and the acceleration detection device that detects the acceleration using the change in the distance between the electrodes is used. It is a work test method.
さらに、これ以外の電極間距離の変化を利用して物理量を検出する装置及びその動作試験方法、つまり、試験電極に電圧をかけてクーロン力で変位させ、印加電圧の大きさと変位量(容量変化)を比較して動作試験を行うものとしては、例えば、特許文献2及び3が提案されている。
In addition, a device for detecting a physical quantity using other changes in the distance between electrodes and its operation test method, that is, applying a voltage to the test electrode and displacing it by Coulomb force, the magnitude of the applied voltage and the amount of displacement (capacity change) For example,
しかしながら、通常、電極に電圧をかけて発生できるクーロン力の大きさは、動作試験を行うのに不十分であり、試験精度を向上させるには、高精度の検出回路もしくは、高い電圧を発生させるための昇圧回路が必要となり、コストの増加要因となっている。 However, normally, the magnitude of the Coulomb force that can be generated by applying a voltage to the electrode is insufficient to perform an operation test, and in order to improve the test accuracy, a highly accurate detection circuit or a high voltage is generated. Therefore, a booster circuit is required, which is an increase factor in cost.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡単な付加回路により発生できるクーロン力を増大させて動作試験の精度を向上させるようにした静電容量型加速度検出装置及び静電容量型加速度検出センサの動作試験方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to increase the coulomb force that can be generated by a simple additional circuit to improve the accuracy of an operation test. An object of the present invention is to provide an operation test method for an acceleration detection device and a capacitive acceleration detection sensor.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、変位可能な重錘体と、該重錘体に対向して配置された電極とを備え、前記重錘体と前記電極間の静電容量の変化を検出するようにした静電容量型加速度センサを有する静電容量型加速度検出装置において、前記重錘体に電圧を印加する発振回路と、前記静電容量型加速度センサの動作試験を行うために、前記発振回路の出力電圧に対して逆位相の出力電圧を前記電極に印加する逆位相発振回路とを備えたことを特徴とする。(図2,図4に対応) The present invention has been made to achieve such an object, and the invention according to claim 1 includes a displaceable weight body and an electrode disposed opposite to the weight body. A capacitance-type acceleration detection apparatus having a capacitance-type acceleration sensor configured to detect a change in capacitance between the weight body and the electrode, and an oscillation circuit for applying a voltage to the weight body; In order to perform an operation test of the capacitive acceleration sensor, an anti-phase oscillation circuit that applies an output voltage having a phase opposite to that of the output voltage of the oscillation circuit to the electrode is provided. (Corresponding to Fig. 2 and Fig. 4)
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記逆位相発振回路の出力電圧の最大値(VdH)が、前記発振回路の出力電圧の最大値(VEH)の2倍(2VEH)以下で出力電圧の最小値(VEL)の2倍(2VEL)以上であり、かつ前記逆位相発振回路の前記電極に印加する電圧の最小値(VdL)が、前記発振回路の出力電圧の最大値(VEH)の2倍(2VEH)から前記逆位相発振回路の出力電圧の最大値(VdH)を差し引いた値の電圧(2VEH−VdH)であることを特徴とする。(図5に対応) According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the maximum value (V dH ) of the output voltage of the antiphase oscillator circuit is the maximum value (V EH ) of the output voltage of the oscillator circuit. of it twice (2V EH) the minimum value of the output voltage less than twice the (V EL) (2V EL) or more and the minimum value of the voltage applied to the electrode of the opposite phase oscillation circuit (V dL) is A voltage (2V EH −V dH ) obtained by subtracting the maximum value (V dH ) of the output voltage of the antiphase oscillator circuit from twice (2V EH ) the maximum value (V EH ) of the output voltage of the oscillation circuit. It is characterized by being. (Corresponding to Fig. 5)
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、前記逆位相発振回路の出力電圧の最小値が、接地電位に等しいことを特徴とする。(図6に対応) According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the minimum value of the output voltage of the antiphase oscillation circuit is equal to the ground potential. (Corresponding to Fig. 6)
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記発振回路の出力電圧の最小値が、接地電位に等しいことを特徴とする。(図7に対応)
The invention according to
また、請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の発明において、前記逆位相発振回路の出力電圧の最大値が、前記発振回路の出力電圧の最大値と等しいことを特徴とする。(図8に対応)
The invention described in claim 5 is the invention described in
また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、前記静電容量型加速度センサが、一方の検出電極と、該一方の検出電極に対向するように設けられた他方の検出電極と、前記一方及び他方の検出電極の全体又は一部が挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体とを有することを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the capacitive acceleration sensor faces one detection electrode and the one detection electrode. It has the other detection electrode provided, and the displaceable weight body provided so that all or a part of said one and the other detection electrode may be inserted | pinched.
また、請求項7に記載の発明は、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、前記発振回路によって前記一方の検出電極上に生じる電荷変化を電圧に変換するCV変換回路と、該CV変換回路の出力を直流成分に復調する復調回路とを備えたことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the CV conversion circuit according to any one of the first to sixth aspects, wherein a change in charge generated on the one detection electrode by the oscillation circuit is converted into a voltage; And a demodulation circuit that demodulates the output of the CV conversion circuit into a DC component.
また、請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれかに記載の発明において、前記静電容量型加速度センサが、変位可能な重錘体と、該重錘体に結合された一対の櫛型可動電極と、該櫛型可動電極を挟んで対向して配置された一対の一方の固定電極及び一対の他方の固定電極と、前記重錘体の両端に結合された梁部材と、該梁部材と結合された一方の固定アンカーと、前記梁部材と結合した他方の固定アンカーと、前記一方及び他方の固定アンカーを支持する基板とを備え、前記櫛型可動電極と前記一方の固定電極との間の静電容量変化と、前記櫛型可動電極と前記他方の固定電極との間の静電容量変化とを検出することを特徴とする。(図11に対応) The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein the capacitive acceleration sensor is coupled to a displaceable weight body and the weight body. A pair of comb-shaped movable electrodes; a pair of one fixed electrode and a pair of other fixed electrodes arranged opposite to each other with the comb-shaped movable electrode interposed therebetween; and a beam member coupled to both ends of the weight body; One fixed anchor coupled to the beam member, the other fixed anchor coupled to the beam member, and a substrate supporting the one and other fixed anchors, the comb movable electrode and the one A capacitance change between the fixed electrode and a capacitance change between the comb movable electrode and the other fixed electrode is detected. (Corresponding to FIG. 11)
また、請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の発明において、前記一対の櫛型可動電極を複数組設けたことを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the invention according to claim 8, wherein a plurality of sets of the pair of comb movable electrodes are provided.
また、請求項10に記載の発明は、変位可能な重錘体と、該重錘体に対向して配置された電極とを備え、前記重錘体と前記電極間の静電容量の変化を検出するようにした静電容量型加速度センサの動作試験方法において、前記重錘体に電圧を印加する発振ステップと、前記静電容量型加速度センサの動作試験を行うために、前記発振ステップによる出力電圧に対して逆位相の出力電圧で前記電極に印加する逆位相発振ステップとを有することを特徴とする。
The invention according to
また、請求項11に記載の発明は、請求項10に記載の発明において、前記逆位相発振ステップによる出力電圧の最大値(VdH)が、前記発振ステップによる出力電圧の最大値(VEH)の2倍(2VEH)以下で出力電圧の最小値(VEL)の2倍(2VEL)以上であり、かつ前記逆位相発振ステップによる前記電極に印加する電圧の最小値(VdL)が、前記発振ステップによる出力電圧の最大値(VEH)の2倍(2VEH)から前記逆位相発振ステップによる出力電圧の最大値(VdH)を差し引いた値の電圧(2VEH−VdH)であることを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to the tenth aspect, the maximum value (V dH ) of the output voltage by the anti-phase oscillation step is the maximum value (V EH ) of the output voltage by the oscillation step. twice and the (2V EH) the minimum value of the output voltage less than twice the (V EL) (2V EL) or more and the minimum value of the voltage applied to the electrode by the reverse phase oscillation step (V dL) is A voltage (2V EH −V dH ) obtained by subtracting the maximum value (V dH ) of the output voltage due to the anti-phase oscillation step from twice (2V EH ) the maximum value (V EH ) of the output voltage due to the oscillation step. It is characterized by being.
また、請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の発明において、前記逆位相発振ステップによる出力電圧の最小値が、接地電位に等しいことを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the invention, in the invention of the eleventh aspect, a minimum value of the output voltage by the antiphase oscillation step is equal to a ground potential.
また、請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の発明において、前記発振ステップによる出力電圧の最小値が、接地電位に等しいことを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the twelfth aspect of the present invention, the minimum value of the output voltage by the oscillation step is equal to the ground potential.
また、請求項14に記載の発明は、請求項13に記載の発明において、前記逆位相発振ステップによる出力電圧の最大値が、前記発振ステップによる出力電圧の最大値と等しいことを特徴とする。
The invention described in claim 14 is characterized in that, in the invention described in
また、請求項15に記載の発明は、請求項10乃至14のいずれかに記載の発明において、前記発振ステップによる前記一方の検出電極上に生じる電荷変化を電圧に変換するCV変換ステップと、該CV変換ステップの出力を直流成分に復調する復調ステップとを有することを特徴とする。
The invention according to claim 15 is the invention according to any one of
本発明によれば、重錘体に加わる電圧と逆位相の電圧を試験電極に加えることにより、直流電圧を試験電極に加えるのに比較して、大きなクーロン力を重錘体と電極間に発生させることができる。これにより、従来のものと比較して高精度の動作試験を行えるようにした静電容量型加速度検出装置及び静電容量型加速度検出センサの動作試験方法を実現できるという効果が得られる。 According to the present invention, a voltage having a phase opposite to that applied to the weight body is applied to the test electrode, thereby generating a large Coulomb force between the weight body and the electrode as compared with applying a DC voltage to the test electrode. Can be made. As a result, it is possible to achieve an effect that it is possible to realize an operation test method for a capacitance type acceleration detection device and a capacitance type acceleration detection sensor that can perform an operation test with higher accuracy than conventional ones.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1は、静電容量型加速度検出装置に用いられる静電容量型加速度センサの動作試験方法を説明するための比較説明図で、図2は、本発明に係る静電容量型加速度検出装置に用いられる静電容量型加速度センサの動作試験方法を説明するための原理説明図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a comparative explanatory diagram for explaining an operation test method of a capacitive acceleration sensor used in the capacitive acceleration detecting device, and FIG. 2 is a schematic diagram of the capacitive acceleration detecting device according to the present invention. It is principle explanatory drawing for demonstrating the operation | movement test method of the capacitance-type acceleration sensor used.
まず、図2に基づいて、重錘体と電極との間に検出用励起信号と逆位相の電圧を加えることにより、図1に示すような直流電圧を印加した場合と比較して大きなクーロン力を発生することができ、動作試験精度を上げることができることについて説明する。その前に、図1に基づいて、重錘体に直流電圧を印加した場合に発生するクーロン力について説明する。 First, based on FIG. 2, by applying a voltage having a phase opposite to that of the excitation signal for detection between the weight body and the electrode, a larger Coulomb force than when a DC voltage as shown in FIG. 1 is applied. The fact that the operation test accuracy can be improved will be described. Before that, the Coulomb force generated when a DC voltage is applied to the weight body will be described with reference to FIG.
図1に示した静電容量型加速度センサ10は、重錘体11の変位を、この重錘体11と検出電極12,13間の容量変化として検出する。この容量検出のために、矩形波(又は正弦波)電圧が重錘体11に加わっている。この時、重錘体11と駆動電極12間に直流電圧発生回路22により直流電圧Vdを加えて発生できるクーロン力は以下の数式1のようになる。
The
これは、重錘体11と駆動電極12に加えられる最大電圧が、Vdの場合の最大クーロン力を示している。このクーロン力によって生じる重錘体11と検出電極13間の容量変化が、CV変換器21により出力電圧として取り出される。
This indicates the maximum Coulomb force when the maximum voltage applied to the
本発明においては、図2に示した静電容量型加速度センサ10は、重錘体11と駆動電極12との間に検出用励起信号と逆位相の電圧Vdが印加されている。この場合の出力は以下の数式2のようになる。
In the present invention, in the
これは、重錘体11と駆動電極12に加えられる最大電圧が、Vdの場合の最大クーロン力を示している。このクーロン力によって生じる重錘体11と検出電極13間の容量変化が、CV変換器21により出力電圧として取り出される。
This indicates the maximum Coulomb force when the maximum voltage applied to the
上述した数式1と数式2とを比較すると、本発明における静電容量型加速度センサに発生するクーロン力の方が大きいことが分かる。この場合の駆動電極12に印加する発振回路の出力電圧と逆位相発振回路の出力電圧の関係は、後述する図8の関係を有している。つまり、逆位相発振回路の出力電圧の最小値VdLが接地電位に等しく、かつ発振回路の出力電圧の最小値VELが接地電位に等しく、かつ逆位相発振回路の最大値VdHが発振回路の最大値VEHと等しい場合である。
Comparing Formula 1 and
次に、図1に示した比較説明図に対応する比較回路図に基づいて、静電容量型加速度センサの動作試験機能を備えた静電容量型加速度検出装置について説明する。 Next, based on a comparison circuit diagram corresponding to the comparative explanatory diagram shown in FIG. 1, a capacitive acceleration detection device having an operation test function of the capacitive acceleration sensor will be described.
図3は、静電容量型加速度センサの動作試験機能を備えた静電容量型加速度検出装置を説明するための比較回路図である。この静電容量型加速度検出装置は、変位可能な重錘体11と、この重錘体11に対向して配置された電極12,13とを備え、重錘体11と電極12,13間の静電容量の変化を検出するようにした静電容量型加速度センサ10を有している。
FIG. 3 is a comparison circuit diagram for explaining a capacitive acceleration detecting device having an operation test function of the capacitive acceleration sensor. This capacitance type acceleration detection device includes a
また、一方の検出電極13との間の容量を検出するCV変換器21と、このCV変換器21の出力を直流に変換する復調回路23と、錘重体11に電圧を加える発振回路24と、他方の検出電極12に電圧を加える直流電圧発生回路22から構成されている。
Also, a
CV変換回路21は、静電容量型加速度センサ10の容量素子の検出電極に非反転入力端子が接続されている演算増幅器21aと、非反転入力端子と出力端子間に並列に接続されている抵抗Rと容量素子Cとを備えている。また、演算増幅器21aの反転入力端子にはVcomが印加されている。
The
発振回路24は、静電容量型加速度センサ10の重錘体11に高周波電圧を印加するものである。静電容量型加速度センサ10は、後述する図10及び図11に示したような構成を有するものである。CV変換回路21は、静電容量型加速度センサ10からの出力信号に基づいて容量変化を検出電圧に変換し、加速度信号を出力するものである。復調回路23は、高周波に変調している加速度信号を直流成分に復調するものである。この復調回路23からの出力に基づいてX,Y,Z軸のオフセットを調整し、それぞれ加速度成分Ax,Ay,Azを出力する。
The
図4は、静電容量型加速度センサの動作試験機能を備えた本発明に係る静電容量型加速度検出装置を説明するための回路図で、上述した本発明の原理説明図に対応している。図4に示した回路図と上述した図3の比較回路図との相違は、図4において、他方の検出電極(試験電極)12に逆位相発振回路25を設けた点である。
FIG. 4 is a circuit diagram for explaining a capacitive acceleration detecting device according to the present invention having an operation test function of a capacitive acceleration sensor, and corresponds to the above-described principle explanatory diagram of the present invention. . The difference between the circuit diagram shown in FIG. 4 and the comparison circuit diagram of FIG. 3 described above is that an
つまり、本発明の静電容量型加速度検出装置は、変位可能な重錘体11と、この重錘体11に対向して配置された電極12,13とを備え、重錘体11と電極12,13間の静電容量の変化を検出するようにした静電容量型加速度センサ10を備えている。また、重錘体11に電圧を印加する発振回路24と、静電容量型加速度センサ10の動作試験を行うために、発振回路24の出力電圧に対して逆位相の出力電圧で電極12に印加する逆位相発振回路25とを備えている。
That is, the capacitance type acceleration detection device of the present invention includes a
また、静電容量型加速度センサ10は、一方の検出電極13と、この一方の検出電極13に対向するように設けられた他方の検出電極12と、一方及び他方の検出電極12,13の全体又は一部が挟み込まれるように設けられた変位可能な重錘体11とを有している。この静電容量型加速度センサ10の具体的な構成は、図9及び図10に基づいて後述する。
The
また、図3と同様に、発振回路24によって一方の検出電極13上に生じる電荷変化を電圧に変換するCV変換回路21と、このCV変換回路21の出力を直流成分に復調する復調回路23とを備えている。
Similarly to FIG. 3, a
また、逆位相発振回路25の出力電圧の位相は、発振回路24の出力電圧の位相と180°異なる。また、発振回路24の出力電圧の最大値がVEH、最小値がVELの場合、逆位相発振回路25が出力する電圧の最大値VdHと最小値VdLは、次の数式3の関係を満たすものとする。
Further, the phase of the output voltage of the
図5は、本発明に係る静電容量型加速度検出装置が備える発振回路の出力電圧と逆位相発振回路の出力電圧の関係の一例を説明するためのグラフを示す図である。この場合、錘重体11と検出電極12との間の距離をdとして、検出電極12の面積の和をSとすると、錘重体11と検出電極2との間に発生するクーロン力Fc1は、次の数式5を満たす。
FIG. 5 is a graph for explaining an example of the relationship between the output voltage of the oscillation circuit and the output voltage of the antiphase oscillation circuit included in the capacitive acceleration detection device according to the present invention. In this case, if the distance between the
また、図3において、直流電圧発生回路22が出力する値が、VdHで一定の場合に生じるクーロン力Fc2は、次の数式6で表わされる。
In FIG. 3, the Coulomb force F c2 generated when the value output from the DC
また、図3において、直流電圧発生回路22が出力する値が、VdLで一定の場合に生じるクーロン力Fc3は、次の数式7で表わされる。
In FIG. 3, the Coulomb force F c3 generated when the value output from the DC
上述した数式3及び数式4が成り立つ場合、Fc1の大きさは、Fc2及びFc3の大きさ以上となる。これにより、直流電圧を電極に加えるのに比較して、大きなクーロン力を重錘体11と電極12間に発生させることができる。従って、クーロン力によって生じる重錘体11と電極13間に生じる容量変化を増大させることができ、従来のものと比較して低いコストで高精度の動作試験を行える静電容量型加速度検出装置を実現することができる。
When Equation 3 and
つまり、逆位相発振回路25の出力電圧の最大値VdHは、発振回路24の出力電圧の最大値VEHの2倍の2VEH以下で出力電圧の最小値VELの2倍の2VEL以上であり、かつ逆位相発振回路25の電極に印加する電圧の最小値VdLが、発振回路24の出力電圧の最大値VEHの2倍の2VEHから逆位相発振回路25の出力電圧の最大値VdHを差し引いた値の電圧2VEH−VdHであることが好ましい。
That is, the maximum value V dH of the output voltage of the
図6は、本発明に係る静電容量型加速度検出装置が備える発振回路の出力電圧と逆位相発振回路の出力電圧の関係の他の例を説明するためのグラフを示す図で、逆位相発振回路25の出力電圧の最小値VdLが接地電位と等しい場合である。
FIG. 6 is a graph showing another example of the relationship between the output voltage of the oscillation circuit and the output voltage of the antiphase oscillation circuit included in the capacitive acceleration detection device according to the present invention. This is the case where the minimum value V dL of the output voltage of the
図7は、本発明に係る静電容量型加速度検出装置が備える発振回路の出力電圧と逆位相発振回路の出力電圧の関係のさらに他の例を説明するためのグラフを示す図で、逆位相発振回路25の出力電圧の最小値VdLが接地電位に等しく、かつ発振回路24の出力電圧の最小値VELが接地電位に等しい場合である。
FIG. 7 is a diagram showing a graph for explaining still another example of the relationship between the output voltage of the oscillation circuit and the output voltage of the antiphase oscillation circuit included in the capacitive acceleration detection device according to the present invention. This is the case where the minimum value V dL of the output voltage of the
図8は、本発明に係る静電容量型加速度検出装置が備える発振回路の出力電圧と逆位相発振回路の出力電圧の関係のさらに他の例を説明するためのグラフを示す図で、逆位相発振回路25の出力電圧の最小値VdLが接地電位に等しく、かつ発振回路24の出力電圧の最小値VELが接地電位に等しく、かつ逆位相発振回路25の最大値VdHが、発振回路24の最大値VEHと等しい場合である。この場合は、上述した図2の場合に相当する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a graph for explaining still another example of the relationship between the output voltage of the oscillation circuit and the output voltage of the antiphase oscillation circuit included in the capacitive acceleration detection device according to the present invention. The minimum value V dL of the output voltage of the
なお、図5及至図8では、デューティー比50%の矩形波を用いて説明しているが、任意のデューティー比を持つ矩形波を用いても良い。また、矩形波の代わりに正弦波を用いても良い。 5 to 8, description is made using a rectangular wave having a duty ratio of 50%, but a rectangular wave having an arbitrary duty ratio may be used. A sine wave may be used instead of the rectangular wave.
図9は、本発明に係る静電容量型加速度センサの動作試験方法を説明するためのフローチャートを示す図である。この動作試験方法は、変位可能な重錘体11と、この重錘体11に対向して配置された電極12,13とを備え、重錘体11と電極12,13間の静電容量の変化を検出するようにした静電容量型加速度センサ10の動作試験方法である。
FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation test method for the capacitive acceleration sensor according to the present invention. This operation test method includes a
まず、発振ステップ(S1)により、重錘体11に電圧を印加する。次に、逆位相発振ステップ(S2)により、発振ステップ(S1)による出力電圧に対して逆位相の出力電圧で試験電極12に印加する。
First, a voltage is applied to the
この逆位相発振ステップ(S2)による出力電圧の最大値VdHは、発振ステップ(S1)による出力電圧の最大値VEHの2倍の2VEH以下で出力電圧の最小値VELの2倍の2VEL以上であり、かつ逆位相発振ステップ(S2)による試験電極12に印加する電圧の最小値VdLが、発振ステップ(S1)による出力電圧の最大値VEHの2倍の2VEHから逆位相発振ステップ(S2)による出力電圧の最大値VdHを差し引いた値の電圧2VEH−VdHである。
The maximum value V dH of the output voltage by this antiphase oscillation step (S2) is 2V EH or less which is twice the maximum value V EH of the output voltage by the oscillation step (S1) and twice the minimum value V EL of the output voltage. The minimum value V dL of the voltage applied to the
次に、CV変換ステップ(S3)により、発振ステップ(S1)による一方の検出電極上に生じる電荷変化を電圧に変換する。次に、復調ステップ(S4)により、CV変換ステップ(S3)の出力を直流成分に復調する。 Next, in the CV conversion step (S3), the change in charge generated on one detection electrode due to the oscillation step (S1) is converted into a voltage. Next, in the demodulation step (S4), the output of the CV conversion step (S3) is demodulated into a DC component.
このような動作試験方法によって、クーロン力によって生じる重錘体11と電極13間に生じる容量変化を増大させることができ、従来のものと比較して低いコストで高精度の動作試験を行える静電容量型加速度検出装置を実現することができる。
By such an operation test method, the capacitance change generated between the
図10(a),(b)は、本発明に係る静電容量型加速度センサを説明するための構成図で、図10(a)は上面図、図10(b)は図10(a)のA−A’線断面図である。 10A and 10B are configuration diagrams for explaining the capacitive acceleration sensor according to the present invention. FIG. 10A is a top view, and FIG. 10B is FIG. It is AA 'line sectional drawing of.
この静電容量型加速度センサ30は、変位可能な重錘体31a及至31e(図4における重錘体11に相当)を保持する枠体34と、重錘体31a及至31eに対向するように、第1基板37上に設けられた検出電極35a及至35d(35c,35dは図示せず;図4の検出電極12に相当)とを備え、重錘体31a及至31eと検出電極35a及至35dとの間の静電容量の変化を検出するように構成されている。
The
重錘体31a及至31eは、梁部材33a及至33dにより保持され、さらにそれぞれの梁部材の先端は、支柱部材(ピラー)32a及至32dによって保持されている。
The
なお、梁部材33aは、重錘体31aと重錘体31bに挟まれ、梁部材33bは、重錘体31bと重錘体31cに挟まれ、梁部材33cは、重錘体31cと重錘体31dに挟まれ、梁部材33dは、重錘体31dと重錘体31aに挟まれている。
The
また、重錘体31a及至る31eは、梁部材33a及至33dの交点に配置された中心部31eを有すると共に、枠体34と梁部材33a及至33dに沿って中心部31eから田型に配置された周辺部31a及至31dを有している。また、検出電極35a及至35dの形状は、重錘体31a及至31dと相似の四角形である。
Further, the
また、同様に、第2基板38上に設けられた検出電極36a及至36d(36c,36dは図示せず;図4の検出電極13に相当)とを備え、重錘体31a及至31eと検出電極36a及至36dとの間の静電容量の変化を検出するように構成されている。
Similarly, it includes
図11(a)乃至(c)は、本発明に係る静電容量型加速度センサを説明するための構成図で、図11(a)は上面図、図11(b)は図11(a)のA−A’線断面図、図11(c)は図11(a)のB−B’線断面図である。 FIGS. 11A to 11C are configuration diagrams for explaining a capacitive acceleration sensor according to the present invention. FIG. 11A is a top view, and FIG. 11B is FIG. FIG. 11C is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 11A, and FIG. 11C is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.
この静電容量型加速度センサ40は、変位可能な重錘体46と、この重錘体46に結合した櫛型可動電極47a及至47fと、この櫛型可動電極47a及至47fを挟んで対向して配置された固定電極43a及至43f及び固定電極44a及至44fと、重錘体46に結合した梁部材42a及至42dと、この梁部材42a,42cと結合した固定アンカー41aと、梁部材42b,42dと結合した固定アンカー41bと、これらの固定アンカー41a,41bを支持する基板45とを備え、櫛型可動電極47a及至47fと固定電極43a及至43fとの間の静電容量変化と、櫛型可動電極47a及至47fと固定電極44a及至44fとの間の静電容量変化を検出するように構成されている。
The
このような静電容量型加速度センサ40に対しても、図4に示したような動作試験機能を有する静電容量型加速度検出装置が構成できることは明らかである。また、同様な動作試験方法により、クーロン力によって生じる重錘体46の櫛型可動電極47a及至47fと、固定電極43a及至43fまたは固定電極44a及至44fとの間に生じる容量変化を増大させることができ、従来のものと比較して低いコストで高精度の動作試験を行える静電容量型加速度検出装置を実現することができることも明らかである。
It is obvious that a capacitive acceleration detecting device having an operation test function as shown in FIG. 4 can be configured for such a
10 静電容量型加速度センサ
11 重錘体
12,13 検出電極
21 CV変換器
22 直流電圧発生回路
23 復調回路
24 発振回路
25 逆位相発振回路
30,40 静電容量型加速度センサ
31a及至31e,46 重錘体
32a及至32d 支柱部材(ピラー)
33a及至33d 梁部材
34 枠体
35a及至35d,36a及至36d 検出電極
37 第1基板
38 第2基板
40 静電容量型加速度センサ
41a,41b 固定アンカー
42a及至42d 梁部材
43a及至43f,44a及至44f 固定電極
45 基板
47a及至47f 櫛型可動電極
DESCRIPTION OF
33a to
Claims (15)
前記重錘体に電圧を印加する発振回路と、
前記静電容量型加速度センサの動作試験を行うために、前記発振回路の出力電圧に対して逆位相の出力電圧を前記電極に印加する逆位相発振回路と
を備えたことを特徴とする静電容量型加速度検出装置。 A capacitive acceleration sensor comprising a displaceable weight body and an electrode disposed opposite to the weight body, and detecting a change in capacitance between the weight body and the electrode. In a capacitive acceleration detecting device having
An oscillation circuit for applying a voltage to the weight body;
An anti-phase oscillation circuit that applies an output voltage having a phase opposite to that of the output voltage of the oscillation circuit to the electrode in order to perform an operation test of the capacitive acceleration sensor; Capacitive acceleration detector.
変位可能な重錘体と、
該重錘体に結合された一対の櫛型可動電極と、
該櫛型可動電極を挟んで対向して配置された一対の一方の固定電極及び一対の他方の固定電極と、
前記重錘体の両端に結合された梁部材と、
該梁部材と結合された一方の固定アンカーと、前記梁部材と結合した他方の固定アンカーと、
前記一方及び他方の固定アンカーを支持する基板とを備え、
前記櫛型可動電極と前記一方の固定電極との間の静電容量変化と、前記櫛型可動電極と前記他方の固定電極との間の静電容量変化とを検出することを特徴とする請求項1乃至7のいずれに記載の静電容量型加速度検出装置。 The capacitive acceleration sensor is
A displaceable weight body;
A pair of comb-shaped movable electrodes coupled to the weight body;
A pair of one fixed electrode and a pair of the other fixed electrode disposed opposite to each other across the comb movable electrode;
A beam member coupled to both ends of the weight body;
One fixed anchor coupled to the beam member and the other fixed anchor coupled to the beam member;
A substrate for supporting the one and the other fixed anchors,
A capacitance change between the comb movable electrode and the one fixed electrode and a capacitance change between the comb movable electrode and the other fixed electrode are detected. Item 8. The capacitive acceleration detection device according to any one of Items 1 to 7.
前記重錘体に電圧を印加する発振ステップと、
前記静電容量型加速度センサの動作試験を行うために、前記発振ステップによる出力電圧に対して逆位相の出力電圧で前記電極に印加する逆位相発振ステップと
を有することを特徴とする静電容量型加速度センサの動作試験方法。 A capacitive acceleration sensor comprising a displaceable weight body and an electrode disposed opposite to the weight body, and detecting a change in capacitance between the weight body and the electrode. In the operation test method of
An oscillation step of applying a voltage to the weight body;
An anti-phase oscillation step of applying to the electrode with an output voltage having a phase opposite to that of the output voltage of the oscillation step in order to perform an operation test of the capacitance-type acceleration sensor; Test method of a type acceleration sensor.
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