JP3036679B2 - 加速度センサの他軸干渉出力の補正方法 - Google Patents
加速度センサの他軸干渉出力の補正方法Info
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Description
制御、衝突検出等に利用される2軸以上の加速度を同時
に検出できる静電容量変化又は圧電素子の電圧変化を利
用した加速度センサの出力の補正方法に係り、構造上の
非対称性が原因となる他軸干渉出力の補正を、X,Y軸
方向の各出力よりZ軸方向出力に応じた補正値を加減し
て他軸干渉出力をなくした静電容量型加速度センサの他
軸干渉出力の補正方法に関する。
ば、特開平4−148833号、特開平4−33743
1号、特開平5−188079号には、固定基板と可撓
基板との各対向面に電極を着設して対向配置される静電
容量素子を複数対設け、該基板面に平行なXY平面を設
定しこれと直交するZ軸のX,Y,Z軸3次元方向の加
速度の変化を、複数対の静電容量素子間の静電容量変化
に基づき各X,Y,Z軸方向成分の検出を行う構成が提
案されている。
筒10内に直径方向に配置された固定基板11と、これ
に所定の間隔を設けて可撓基板12を平行に配置し、固
定基板11の下面を示す図4Aに示すごとく、この固定
基板11と可撓基板12との各対向面にそれぞれ電極1
〜5を着設して静電容量素子C1〜C5を形成する構成か
らなる。可撓基板12の下面には適当な質量を有する作
動子13を設けてある。
に4対、中央部に1対の電極を設けて、静電容量素子C
1〜C5を形成した構成、すなわち、電極面にて直交する
X,Yの2軸上に配置された各々2つの静電容量素子C
1〜C4と、前2軸の中央に静電容量素子C5を配置した
構成からなる。上記の構成において、X軸方向に加速度
が加わった場合、作動子13を有する可撓基板12が変
形することにより、固定基板11と可撓基板12との対
向面間の各電極1〜5間距離が変化することから、各静
電容量素子C1〜C4の静電容量が変化する。また、Z軸
方向に加速度が加わった場合も同様に各静電容量素子C
1〜C5の静電容量が変化する。
は、例えば、X軸方向の加速度に対する出力として、静
電容量素子C1とC3の静電容量差(C1−C3)、Y軸方
向の加速度に対する出力として、静電容量素子C2とC4
の静電容量差(C2−C4)、Z軸方向の加速度に対する
出力として、静電容量素子C5の静電容量(C5)あるい
はC1+C2+C3+C4として検出する。加わった加速度
に対し、各電極間距離d1〜d5の変化量が加速度に比例
する量となる。すなわち、静電容量Cjは下記式で表す
ことができる。但し、ε;誘電率、S;電極面積、d;
電極ギャップの距離である。
電容量型加速度センサにおいて、静電容量素子C1〜C5
を構成している電極の非対称性や信号処理回路間の差を
なくすことは実現不可能である。また、この場合、X,
Y軸出力がZ軸出力に依存することになる問題がある。
すなわち、加速度0でC1≠C3、C2≠C4、の場合、
X、Y軸出力にZ軸方向加速度に応じた他軸干渉出力が
現れ、精度良く測れないという問題がある。また、加速
度0で完全にC1=C3、C2=C4にするには、高精度の
加工が必要になるなど、量産に適した構成とは言い難い
ものであった。
度センサが有する問題を解消し、加速度に対するX,
Y,Z軸間の干渉のない出力が得られる3軸加速度セン
サを実現できる静電容量型加速度センサの他軸干渉出力
の補正方法の提供を目的としている。
干渉のない、3軸加速度センサが実現できる静電容量型
加速度センサの他軸干渉出力の補正方法を目的に種々検
討した結果、前述の静電容量素子C1〜C4の電気信号を各
々CV変換して電圧Vを得るが、例えば、X軸出力はV1とV3
の差をとることにより、Z軸出力はV5により得られ、加
速度0(初期状態)でC1≠C3の場合など、V1-V3には、Z軸
出力V5に応じた他軸干渉出力が現れることに着目し、V1
-V3と適当に調整したZ軸出力k・V5の差をとることによ
りZ軸に応じた他軸干渉出力をキャンセルできることを
知見し、この発明を完成した。
板との各対向面に電極を着設して対向配置される静電容
量素子を複数対設け、該基板面に平行なXY平面を設定
してこれと直交するZ軸のX,Y,Z軸3次元方向の加
速度の変化を、複数対の静電容量素子間の静電容量変化
に基づき各X,Y,Z軸方向成分の検出を行う静電容量
型加速度センサにおいて、各容量素子の電気信号を軸方
向で対になる素子間の差分演算して各X,Y軸方向成分
の検出を行うに際し、得られた各軸出力よりZ軸方向出
力に応じた他軸干渉成分を加減する静電容量型加速度セ
ンサの他軸干渉出力の補正方法である。
加速度センサにおける他軸干渉出力の発生原理を以下に
説明する。図5は、静電容量型加速度センサにおける容
量ギャップの初期距離d0とZ方向加速度によるZ方向
変化量dzを示す説明図である。まず、電極面積Sjに差
がある場合で、Z方向の加速度0の場合は次の式で表す
ことができる。なお、C10,C30は加速度0の時の容
量、εは誘電率、Sjはjが1〜5の各電極面積を示
す。
る。なお、k;CV変換係数、α;オフセット、Vx0;
加速度0の時のX軸出力電圧 である。
と、次式で表すことができる。
軸干渉は現れない。S1≠S3の場合、Vx0≠Vx1となり、Az
(dz)に同期した他軸干渉が現れる。
の場合、Vx1−Vx0は次の式で表すことができる。
とおりである。なお、d10、d30は加速度0の時の
C1、C3の容量ギャップ距離である。 d10=d0+Δ、d30=d0−Δ
ど、V1−V3には、Z軸出力V5に応じた他軸干渉出力
が現れることが分かる。
詳述する。まず、電極面積Sjに差がある場合およびC
V変換係数に差がある場合は、他軸干渉出力、V
x(dz)は、以下となる。
は以下のようになる。なお、αはオフセットである。
と、
yに、Vzをある割合で加えるまたは引くことにより、他
軸干渉を完全にキャンセルできる。
他軸干渉出力Vx(dz)は以下のとおりとなる。
には、X軸、Y軸の出力電圧Vx、VyにVzをある割合
で加えるまたは引くことにより、他軸干渉を低減するこ
とができる。
度センサを製作し、信号処理回路のCV変換として、静
電容量の変化量に比例する電圧を出力するCV変換回路
を用いた。また、図1のブロック図に示すごとく、X軸
方向の加速度に対する出力として、静電容量素子C1と
C3の静電容量差(C1−C3)を用いるが、先にCV変
換回路にてCV変換後出力V1、V3となし、差分回路を
出た(V1−V3)を補正回路にかけて出力電圧(VX)
としている。同様に、Y軸方向の加速度に対する出力
も、静電容量素子C2とC4の静電容量をCV変換回路に
てV2、V4となし、差分回路を出た(V2−V4)を補正
回路にかけて出力電圧(VY)とする。Z軸方向の加速
度に対する出力は、静電容量素子C5の静電容量をCV
変換した出力V5である。
方向に垂直にした状態から、Y軸回りに360°回転し
た時のX、Y、Z軸出力と回転角との関係を調べてグラ
フを作製した。まず、この発明による上記の補正回路を
パスさせた場合、Y軸回りに回転しているために、Y軸
方向には常に0Gとなっているはずであるが、実際に
は、図2に示すごとく、Z軸出力に同期した他軸干渉が
現れていることが分かる。なお、図2のX軸出力は□
印、Y軸出力は◇印、Z軸出力は△印である。
動させて、図1のブロック図に示す制御を行った場合
は、図3に示すごとく、Y軸方向には常に0Gとなって
おり、他軸干渉が排除されたことが分かる。なお、図1
の補正回路のK、K’は補正の係数である。
の出力の補正方法は、当該センサの構造上の非対称性が
原因となるZ軸出力に応じた他軸干渉出力を、X,Y軸
方向の各出力よりZ軸方向出力に応じた補正値を加減し
て他軸干渉出力を排除しており、他軸干渉出力がなくな
り精度良く測定することが可能になり、また、ある程度
の加工バラツキが発生したとしても、実施例に示すごと
く、容易に他軸干渉出力を排除でき、ある程度の加工バ
ラツキが許容され、量産が可能となる利点がある。
Y,Z軸出力の他軸干渉出力の補正回路を組み込んだブ
ロック図である。
転角と出力の関係を示す補正前のグラフである。
転角と出力の関係を示す補正後のグラフである。
を示す説明図であり、Bは静電容量型加速度センサの縦
断説明図である。
の初期距離d0とZ方向加速度によるZ方向変化量dzを
示す説明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 固定基板と可撓基板との各対向面に電極
を着設して対向配置される静電容量素子を複数対設け、
該基板面に平行なXY平面を設定してこれと直交するZ軸
のX,Y,Z軸3次元方向の加速度の変化を、複数対の静電容
量素子間の静電容量変化に基づき各X,Y,Z軸方向成分の
検出を行う静電容量型加速度センサにおいて、各容量素
子の電気信号を軸方向で対になる素子間の差分演算して
各X,Y軸方向成分の検出を行うに際し、得られた各軸出
力よりZ軸方向出力に応じた他軸干渉成分を加減する静
電容量型加速度センサの他軸干渉出力の補正方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7196012A JP3036679B2 (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | 加速度センサの他軸干渉出力の補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP7196012A JP3036679B2 (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | 加速度センサの他軸干渉出力の補正方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0921825A JPH0921825A (ja) | 1997-01-21 |
JP3036679B2 true JP3036679B2 (ja) | 2000-04-24 |
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JP7196012A Expired - Fee Related JP3036679B2 (ja) | 1995-07-07 | 1995-07-07 | 加速度センサの他軸干渉出力の補正方法 |
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JP (1) | JP3036679B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000346865A (ja) * | 1999-03-26 | 2000-12-15 | Ngk Insulators Ltd | 加速度センサ素子の感度調整方法 |
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1995
- 1995-07-07 JP JP7196012A patent/JP3036679B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH0921825A (ja) | 1997-01-21 |
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