JPH0862245A - Electrostatic servo type acceleration sensor - Google Patents
Electrostatic servo type acceleration sensorInfo
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- 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
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- 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
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- 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
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention sets a fixed electrode pair in proximity to a movable electrode, which is suitable for, for example, a rotation angle sensor or an electrostatic servo actuator device. On the other hand, the present invention relates to an electrostatic servo type acceleration sensor in which an electrostatic force is applied according to acceleration.
【0002】[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。2. Description of the Related Art Semiconductor acceleration sensors and electrostatic actuators have been developed to which surface micromachining technology for semiconductor substrates is applied. For example, an acceleration sensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-504003 is known. ing.
In such an acceleration sensor, capacitors and circuit elements that make up the sensor are formed monolithically by a precise manufacturing process. Cannot be completely eliminated.
【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。Therefore, in order to correct such an error, it is necessary to adjust the sensitivity and the offset, and therefore trimming is performed in the manufacturing process. As the trimming method, for example, a method of adjusting the resistance value of the thin film resistor with a laser is generally used. However, such a trimming method not only takes a lot of time, but also requires dedicated equipment.
【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。FIG. 4 shows the configuration of a conventionally known electrostatic capacitance type acceleration servo acceleration sensor, which is projected on a substrate surface of a semiconductor or the like (not shown) and has, for example, a quadrilateral shape. Forming four anchors 111-114 at each vertex,
Beams 121 to 124 that constitute a support member are set so that one end is supported by each of the anchors 111 to 114. Then, each of the beams 121 to 124 supports the four corner portions to set the rectangular mass portion 13 that is floated from the substrate surface. Anchor 111
.About.114, beams 121 to 124, and the mass portion 13 are integrally cut out from, for example, a polysilicon member, and the mass portion 13 is movably supported by an acting acceleration.
【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。The rectangular mass portion 13 has a plurality of strip-shaped movable electrodes 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, which are formed so as to project laterally from opposite long sides thereof. 23b
Are integrally formed. Then, these movable electrodes 21
a to 23b, fixed electrodes 31a, 31b, 32a, 32b, 33 fixedly formed on the substrate in proximity to one side surface of each.
a, 33b are provided, and the fixed electrodes 31a, 31b, 32a are further provided near the other side surfaces of the movable electrodes 21a-23b.
, 32b, 33a, 33b Fixed electrode 31c paired with it
, 31d 1, 32c 2, 32d 2, 33c 2, 33d 2 are arranged.
That is, the fixed electrode pair is arranged on both sides of each of the plurality of movable electrodes 21a to 23b.
【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。A first power supply unit having a voltage value Vg is connected to each of the movable electrodes 21a to 23b integrally provided on the mass unit 13 through one anchor 111 that supports the mass unit 13 as described above. , The movable electrodes 21a-23b are both set to the first voltage Vg. Furthermore, these movable electrodes 21a
~ 23b Fixed electrodes set close to one side of each
31a, 31b, 32a, 32b, 33a and 33b are voltage values + Vr
Fixed electrodes 31c, 31d, 32 which are connected to the second power source of the movable electrodes 21a-23b and are set on the other side surfaces of the movable electrodes 21a-23b.
A third power supply unit having a voltage value -Vr is connected to c, 32d, 33c and 33d.
【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。That is, the capacitance formed between the movable electrodes 21a-23b and the fixed electrodes 31a, 31b, 32a, 32b, 33a, 33b, and the movable electrodes 21a-23b and the fixed electrodes 31c, 31d, 32c, A differential capacitance is formed by the capacitance formed between 32d, 33c, and 33d, and acceleration is detected by a change in this capacitance.
【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。The electrostatic servo type acceleration sensor configured as described above suppresses the displacement of the mass portion 13 by generating an electrostatic force that balances the acceleration, so that the acceleration can be detected with high accuracy. I'm trying to do it.
【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。In the case of this acceleration sensor, the following expression is given, and acceleration can be detected because the voltage applied to the movable electrode becomes proportional to the acceleration. However, in order to change the sensitivity, it is necessary to change the voltage Vr or amplify Vg with an appropriate amplification factor. For this reason, adjustment is made by trimming circuit elements or the like.
【0010】[0010]
【数1】 [Equation 1]
【0011】[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。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and the sensitivity and offset can be easily adjusted by electrical control, and the mass portion that is integrally displaced with the movable electrode can be controlled. The electrostatic servo type acceleration sensor is configured so that the electrostatic force can be variably set to eliminate the need for adjustment such as trimming, and for example, an acceleration sensor or the like that can perform acceleration detection with high accuracy can be configured. It is the one we are trying to provide.
【0012】[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。In an electrostatic servo type acceleration sensor according to the present invention, a movable electrode is integrally provided on a mass portion supported so as to be displaced, and the movable electrode is arranged in a displacement direction opposite to the movable electrode. In the mechanism configured by setting the fixed electrode pairs in close proximity to each other, the voltage sources respectively supplied to the pair of fixed electrodes forming the fixed electrode pair are controlled to be switched to different voltage values.
【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。For example, the first voltage source is connected to the movable electrode, and the pair of fixed electrodes forming the fixed electrode pair are
The first voltage source or the second or third voltage source having a voltage value different from that of the first voltage source is selectively connected. In addition, in each combination of the movable electrode and the fixed electrode pair, the shape of the movable electrode or the fixed electrode is set so that the facing area between the side surface of the movable electrode and each fixed electrode forming the fixed electrode pair can be set differently. I am trying to adjust.
【0014】[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。In the electrostatic servo type acceleration sensor having the above-mentioned structure, the movable electrode is movable relative to the electric potential set on the movable electrode. An electric potential equal to the electric potential of the electrode or a second or third electric potential different from this is applied and set,
For example, with the voltage Vg applied to the movable electrode,
When this voltage Vg is similarly applied to the pair of fixed electrodes sandwiching the movable electrode, the facing area which causes a potential difference between the movable electrode and the fixed electrode becomes "0" substantially. On the other hand, when the voltages + Vr and −Vr on both sides of the voltage Vg are set to be applied to the pair of fixed electrodes located on both sides of the movable electrode, the potential difference between the movable electrode and the fixed electrode is set. The generated area becomes maximum, a large electrostatic force acts, and the sensitivity and offset can be adjusted without performing adjustment such as trimming.
【0015】[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。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an acceleration sensor driven by an electrostatic servo. The main body of this acceleration sensor is shown in FIG.
Similarly to the conventional example shown in (1), the rectangular mass portion 13 is displaceably supported by the beams 121 to 124 coupled to the anchors 111 to 114. The strip-shaped movable electrodes 21a, 21b, 22a, 22b are integrally formed on both edge portions facing the mass portion 13.
, 23a, 23b are formed in a protruding manner, and these movable electrodes 21a
~ 23b fixed electrode 31a close to one side of each,
31b, 32a, 32b, 33a, 33b, and movable electrodes 21a, 21b, 22a, 22b, 23a, 23.
Fixed electrodes 31c, 31d close to the other side of b
, 32c, 32d, 33c, 33d. That is, the fixed electrode pair is arranged on both sides of each of the plurality of movable electrodes 21a to 23b.
【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。Here, the mass portion 13 is provided with a gate electrode protruding from the opposite side portion thereof and displaced together with the mass portion 13.
141 and 142 are projected, and the gate electrodes 141 and 14 are
2 diffusion layers 15a and 15b serving as a source and a drain, and 16a and 16b serving as drains, respectively, are formed on the substrate surface located on both sides of 2 and MOSFETs 171 and
172 are configured. That is, the mass part 13
When the gate electrodes 141 and 142 are displaced, the amount by which the gate electrodes 141 and 142 overlap the source region and the drain region respectively changes, and the channel region formed between these source region and drain region is controlled, so that the mass of the MOSFETs 171 and 172 is reduced. An output signal corresponding to the displacement amount of the portion 13 is derived.
【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。Fixed electrodes 31a to 33d located on both sides of the movable electrodes 21a to 23b are provided with changeover switches 41a to 41d, 42a to 42d, 43a to 43d, respectively. ~ 33
The voltage applied to d is + Vr or -Vr
The voltage Vg equal to that of the movable electrodes 21a-23b is selectively switched and applied.
【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。In the illustrated state, the fixed electrodes 31a, 31b, 32a
, 32b is applied with voltage + Vr, and fixed electrode 31c
, 31d, 32c, and 32d, a voltage -Vr is applied and set, and a voltage Vg is applied to the fixed electrodes 33a to 33d. This voltage Vg is applied to the movable electrodes 21a-23b integrated with the mass portion 13 via the anchor 111.
【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。In the state shown in FIG. 1, the fixed electrode 31a
, 31b, 32a, 32b are applied with voltage + Vr, and fixed electrodes 31c, 31d, 32c, 32d are applied with voltage -Vr, respectively, and with respect to fixed electrodes 331 to 33d. Is applied with the same voltage Vg as that of the movable electrodes 23a and 23b. Therefore, in such a state, the changeover switches 43a to 43d are switched from the state shown in the figure, the voltage + Vr is applied to the fixed electrodes 33a and 33b, and the voltage -Vr is applied to the fixed electrodes 33c and 33d. In comparison, the electrode area that produces a potential difference is 2/3
Therefore, the electrostatic force acting becomes 2/3.
【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。Here, the changeover switches 41a to 43d are appropriately constituted by semiconductor switch elements, and the states of the changeover switches 41a to 43d are set to Vg, + Vr, -Vr before shipment by appropriately using a memory element. Can be set to select any of the. Also, in actual use, the sensitivity may be dynamically changed by switching the changeover switches 41a to 43d depending on the magnitude of the acting acceleration.
【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。For example, when the acting acceleration is smaller than a certain level, the changeover switches 41a to 41d are further changed from the state shown in this figure (the changeover of these switches is preferably as symmetrical as possible),
The same voltage V as that of the movable electrodes 21a and 21b is applied to the fixed electrodes 31a to 31d.
When g is applied, the area of the electrode on which the electrostatic force acts becomes 1/3, and V calculated by the equation (3) is calculated.
g is tripled. Therefore, even if the acceleration is small, the change in Vg is large, but the detection range is 1/3. In this case, the electrostatic force for damping the gates 141 and 142 does not change before and after the electrode area is changed because Vg increases as the electrode area decreases.
【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。In the embodiment shown in FIG. 1, the movable electrodes 21a ...
The lengths of the fixed electrodes 31a to 33d facing the 23b are kept constant, but if the fixed electrode length is weighted to a power of 2 as shown in FIG. Since the facing area is weighted to the power of 2, it is weighted to the power of 2 by switching the changeover switches 41a to 43d. That is, the electrostatic force is D
It is possible to obtain a state of / A conversion, and various conversion characteristics can be obtained by adjusting the electrode length so as to obtain a predetermined area ratio. 2, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
【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。In the embodiment shown in FIG. 3, voltage + Vr
Also, the voltage source for setting -Vr can be constituted by a variable voltage source such as D / A converters 51 and 52. In this way, the electrostatic force applied can be electronically adjusted with high precision, and the fixed electrodes 31a to 33d are weighted to the power of 2 as shown in the embodiment of FIG. If so, the electrostatic force is adjusted in a wider range. In FIG. 3, the same components as those in FIG.
【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。By constructing the voltage source by the D / A converters 51 and 52 as in this embodiment, the voltage ± Vr can be adjusted by setting a predetermined digital value, and the sensitivity and offset can be digitally adjusted. Can be adjusted. In this case, a voltage corresponding to the offset may be applied between the movable electrode and the fixed electrode.
【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。That is, by digitally varying the electrostatic force, the sensitivity and offset of the servo sensor such as an acceleration sensor can be adjusted, and the electrostatic force can be used for adjusting the driving force of the electrostatic actuator. Further, as a means for varying the electrostatic force, a means using this D / A converter and a means for weighting the electrode length to a power of 2 can be combined.
【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。The sensitivity described here is the amount of change in the output voltage Vg per 1G, and changing this sensitivity means setting the amount of change in the output voltage Vg per 1G to a desired value. Is. Regarding the offset, by constantly generating an electrostatic force corresponding to the offset amount, Vg is set so as to pull back the movable part against the electrostatic force.
The offset can also be adjusted due to the change in.
【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。Further, in the movable gate type MOSFET for detecting acceleration, the sensitivity as a sensor is changed by changing the gate area. However, in the case of the electrostatic servo type, the output voltage Vg is irrelevant to the sensitivity of the sensor as shown in the equation (3), and therefore the sensitivity of the output voltage Vg (the amount of change in voltage per 1G). Does not change. However, it affects the reaction rate and the like.
【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。In the acceleration sensor shown in the above embodiments, when the power is turned on, a part or all of the changeover switch is connected to the power supply side of the voltage Vg, or the output of the D / A converter is connected to the movable electrode. If the digital value input to the D / A converter is set so that the potentials are the same, the electrostatic force can be weakened or eliminated, and malfunctions such as sticking of electrodes due to noise when the power is turned on. Can be prevented. Such means for varying the electrostatic force can be applied not only to the acceleration sensor but also to various electrostatic actuators, and a rotation angle sensor or the like can be configured with the same idea.
【0029】[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。As described above, according to the electrostatic servo type acceleration sensor of the present invention, the mass that is integrally displaced with the movable electrode can be easily adjusted by the electric control so that the sensitivity and the offset can be easily adjusted. It is possible to configure an acceleration sensor that makes it possible to perform acceleration detection with high accuracy by making it possible to variably set the electrostatic force that controls the parts, and eliminate the need for adjustments such as trimming. Is also suitable.
【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。FIG. 1 is a configuration diagram for explaining an electrostatic servo type acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.
【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。FIG. 2 is a configuration diagram for explaining an electrostatic servo type acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.
【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。FIG. 3 is a configuration diagram for explaining an electrostatic servo type acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図4】従来の加速度センサを説明する図。FIG. 4 is a diagram illustrating a conventional acceleration sensor.
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。111-114 ... Anchor, 121-124 ... Beam, 13 ... Mass part,
171, 172 ... MOSFET, 21a-23b ... Movable electrode, 31
a ~ 33d ... fixed electrode, 41a ~ 43d ... changeover switch,
51, 52 ... D / A converter.
Claims (6)
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。1. A displaceablely supported mass part, a movable electrode integrally provided on the mass part, and a fixed electrode pair set close to each other in displacement directions opposite to the movable electrode. In a sensor mechanism provided, an electrostatic servo acceleration sensor, wherein voltage sources for applying a voltage to the fixed electrodes forming the fixed electrode pair are controlled to be switched to different voltage values.
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。2. A first voltage source is connected to the movable electrode, and the fixed electrodes forming the fixed electrode pair have a voltage value different from that of the first voltage source or the first voltage source. The electrostatic servo type acceleration sensor according to claim 1, wherein the second or third voltage source for which is set is selectively connected.
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。3. A first voltage source is connected to the movable electrode, and the fixed electrodes forming the fixed electrode pair are provided with the first voltage source selected by a changeover switch.
The electrostatic servo acceleration sensor according to claim 1, wherein one of a second voltage source and a third voltage source having a voltage value different from that of the first voltage source is connected.
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。4. A first voltage source is connected to the movable electrode, and a second voltage source or a third voltage source is connected to each of the fixed electrodes forming the fixed electrode pair. The electrostatic servo acceleration sensor according to claim 1, wherein the third voltage source is constituted by a D / A conversion means.
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。5. A plurality of strip-shaped movable electrodes are integrally projectingly formed on the mass portion, and fixed electrodes constituting the fixed electrode pair are arranged close to both sides of each of the plurality of movable electrodes. The electrodes are set individually, and for each combination of the movable electrode and fixed electrode pair, the side surface of the movable electrode and the fixed electrode forming each fixed electrode pair are set to have different facing areas. The electrostatic servo acceleration sensor according to claim 1, wherein the shape of the movable electrode or the fixed electrode is adjusted so as to be adjustable.
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。6. The electrostatic servo acceleration sensor according to claim 5, wherein the length of the portion of the fixed electrode facing the movable electrode is set to be different by weighting a power of two.
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- 1994-08-23 JP JP19814394A patent/JP3329084B2/en not_active Expired - Fee Related
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