JP2000081449A - 容量式物理量検出装置 - Google Patents
容量式物理量検出装置Info
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- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 9
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
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- G—PHYSICS
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- 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
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 自己診断を行うことができる容量式物理量検
出装置を提供する。 【解決手段】 容量変化を検出するための期間と可動電
極を変位させるための期間とを有し周期的に変化する信
号を、可動電極２ｄと固定電極３、４の間に印加し、容
量変化を検出する期間においては、Ｃ−Ｖ変換回路２１
により可動電極２ｄと固定電極３、４からなる差動容量
の変化に応じた電圧を出力するようにして加速度検出を
行い、可動電極を変位させる期間においては、自己診断
時に、Ｃ−Ｖ変換回路２１における演算増幅器２１ａの
非反転入力端子に印加する電圧をＶ／２からＶ１に切り
換えて、可動電極２ｄに擬似的な加速度を与えるように
した。
出装置を提供する。 【解決手段】 容量変化を検出するための期間と可動電
極を変位させるための期間とを有し周期的に変化する信
号を、可動電極２ｄと固定電極３、４の間に印加し、容
量変化を検出する期間においては、Ｃ−Ｖ変換回路２１
により可動電極２ｄと固定電極３、４からなる差動容量
の変化に応じた電圧を出力するようにして加速度検出を
行い、可動電極を変位させる期間においては、自己診断
時に、Ｃ−Ｖ変換回路２１における演算増幅器２１ａの
非反転入力端子に印加する電圧をＶ／２からＶ１に切り
換えて、可動電極２ｄに擬似的な加速度を与えるように
した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、加速度、角速度、
圧力等の物理量を検出する容量式物理量検出装置に関す
る。
圧力等の物理量を検出する容量式物理量検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、可動電極と固定電極を対向配置し、可動電極と固定
電極間の容量に基づいて物理量を検出する容量式物理量
検出装置において、その自己診断を行う場合、可動電極
と固定電極間に静電気力を発生させ、擬似的に物理量が
発生したような状態にして自己診断を行うようにしたも
のが種々提案されている。
来、可動電極と固定電極を対向配置し、可動電極と固定
電極間の容量に基づいて物理量を検出する容量式物理量
検出装置において、その自己診断を行う場合、可動電極
と固定電極間に静電気力を発生させ、擬似的に物理量が
発生したような状態にして自己診断を行うようにしたも
のが種々提案されている。
【０００３】例えば、特開平５−３２２９２１号公報に
は、昇圧回路を用いた自己診断用電源と加算器を備え、
自己診断時に、固定電極に診断信号を加えて、可動電極
に疑似的な加速度を与え、この擬似的な加速度により自
己診断を行うようにしたものが開示されている。また、
米国特許第５，５４０，０９５号明細書には、自己診断
を行うときに、可動電極に対向する２つの固定電極の一
方への搬送波信号のレベルを自己診断の間低下させて、
可動電極に擬似的な物理量を発生させ、この擬似的な物
理量により自己診断を行うようにしたものが開示されて
いる。
は、昇圧回路を用いた自己診断用電源と加算器を備え、
自己診断時に、固定電極に診断信号を加えて、可動電極
に疑似的な加速度を与え、この擬似的な加速度により自
己診断を行うようにしたものが開示されている。また、
米国特許第５，５４０，０９５号明細書には、自己診断
を行うときに、可動電極に対向する２つの固定電極の一
方への搬送波信号のレベルを自己診断の間低下させて、
可動電極に擬似的な物理量を発生させ、この擬似的な物
理量により自己診断を行うようにしたものが開示されて
いる。
【０００４】また、米国特許第５，５８３，２９０号明
細書には、可動電極に対向する２つの固定電極のそれぞ
れに、中心電圧が異なる搬送波信号を印加して容量検出
を行うとともに、自己診断を行うときに、可動電極に印
加する電圧を自己診断の間変化させて、可動電極に擬似
的な物理量を発生させ、この擬似的な物理量により自己
診断を行うようにしたものが開示されている。
細書には、可動電極に対向する２つの固定電極のそれぞ
れに、中心電圧が異なる搬送波信号を印加して容量検出
を行うとともに、自己診断を行うときに、可動電極に印
加する電圧を自己診断の間変化させて、可動電極に擬似
的な物理量を発生させ、この擬似的な物理量により自己
診断を行うようにしたものが開示されている。
【０００５】本発明は、このように擬似的に物理量を発
生させて自己診断を行うものにおいて、新規な方式で自
己診断を行うことができる容量式物理量検出装置を提供
することを目的とする。
生させて自己診断を行うものにおいて、新規な方式で自
己診断を行うことができる容量式物理量検出装置を提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１乃至７に記載の
発明においては、可動電極と固定電極との間に、周期的
に変化する信号を印加して、可動電極と固定電極からな
る容量の変化に基づいて物理量の変化を検出するように
したものであって、前記した周期的に変化する信号を、
少なくとも容量変化を検出するための期間と、自己診断
を行うために可動電極を変位させるための期間とを有す
るようにし、可動電極を変位させるための期間において
は、前記した周期的に変化する信号を、自己診断でない
時の信号と自己診断時の信号との間で切り替えるように
したことを特徴としている。
発明においては、可動電極と固定電極との間に、周期的
に変化する信号を印加して、可動電極と固定電極からな
る容量の変化に基づいて物理量の変化を検出するように
したものであって、前記した周期的に変化する信号を、
少なくとも容量変化を検出するための期間と、自己診断
を行うために可動電極を変位させるための期間とを有す
るようにし、可動電極を変位させるための期間において
は、前記した周期的に変化する信号を、自己診断でない
時の信号と自己診断時の信号との間で切り替えるように
したことを特徴としている。
【０００７】従って、自己診断時には、前記した自己診
断用の信号が周期的に可動電極と固定電極との間に印加
されるため、可動電極と固定電極の間に静電気力を発生
させて可動電極に疑似的に物理量が発生した状態にする
ことができる。この場合、可動電極の変位を、容量変化
を検出する期間におけるＣ−Ｖ変換回路の出力電圧に基
づいて検出することにより、自己診断を行うことができ
る。
断用の信号が周期的に可動電極と固定電極との間に印加
されるため、可動電極と固定電極の間に静電気力を発生
させて可動電極に疑似的に物理量が発生した状態にする
ことができる。この場合、可動電極の変位を、容量変化
を検出する期間におけるＣ−Ｖ変換回路の出力電圧に基
づいて検出することにより、自己診断を行うことができ
る。
【０００８】また、請求項８に記載の発明のように、自
己診断時には容量変化を検出するための期間と、自己診
断を行うために可動電極を変位させるための期間を有す
る信号を可動電極と前記固定電極との間に周期的に印加
し、自己診断でない通常動作時には可動電極を変位させ
るための期間を含まず容量変化を検出するための期間を
有する信号を可動電極と固定電極との間に周期的に印加
するようにし、さらに可動電極を変位させるための期間
における信号を、可動電極と固定電極の間に静電気力を
発生させるための信号にするようにしても、自己診断時
には可動電極を変位させるための信号が可動電極と固定
電極との間に周期的に印加されるため、可動電極と固定
電極の間に静電気力を発生させて可動電極に疑似的に物
理量が発生した状態にすることができる。
己診断時には容量変化を検出するための期間と、自己診
断を行うために可動電極を変位させるための期間を有す
る信号を可動電極と前記固定電極との間に周期的に印加
し、自己診断でない通常動作時には可動電極を変位させ
るための期間を含まず容量変化を検出するための期間を
有する信号を可動電極と固定電極との間に周期的に印加
するようにし、さらに可動電極を変位させるための期間
における信号を、可動電極と固定電極の間に静電気力を
発生させるための信号にするようにしても、自己診断時
には可動電極を変位させるための信号が可動電極と固定
電極との間に周期的に印加されるため、可動電極と固定
電極の間に静電気力を発生させて可動電極に疑似的に物
理量が発生した状態にすることができる。
【０００９】また、この発明の場合、通常動作時には可
動電極を変位させる期間をなくしているため、Ｃ−Ｖ変
換回路の出力信号の周波数を高くすることができる。こ
のようにＣ−Ｖ変換回路の出力信号の周波数を高くする
ことによって、検出感度を高めたり信号処理回路におけ
るノイズ除去のためのローパルフィルタの設定を容易に
するなどの効果を奏する。
動電極を変位させる期間をなくしているため、Ｃ−Ｖ変
換回路の出力信号の周波数を高くすることができる。こ
のようにＣ−Ｖ変換回路の出力信号の周波数を高くする
ことによって、検出感度を高めたり信号処理回路におけ
るノイズ除去のためのローパルフィルタの設定を容易に
するなどの効果を奏する。
【００１０】なお、請求項９に記載の発明のように、可
動電極と固定電極との間に周期的に印加される信号の中
にサーボ制御を行うための期間の信号を有し、その期間
に信号処理回路からの信号を可動電極に印加して可動電
極を所定の位置に保持させるようにすれば、サーボ制御
を用いた容量検出手段において自己診断を行うことがで
きる。
動電極と固定電極との間に周期的に印加される信号の中
にサーボ制御を行うための期間の信号を有し、その期間
に信号処理回路からの信号を可動電極に印加して可動電
極を所定の位置に保持させるようにすれば、サーボ制御
を用いた容量検出手段において自己診断を行うことがで
きる。
【００１１】また、請求項１０に記載の発明のように、
自己診断でない通常動作時には容量変化を検出するため
の信号を可動電極と固定電極との間に周期的に印加し、
自己診断時には容量変化を検出するための信号に加え
て、自己診断を行うために可動電極を変位させるための
信号を可動電極と前記固定電極との間に周期的に印加す
るようにしても、自己診断時には可動電極を変位させる
ための信号が可動電極と固定電極との間に周期的に印加
されるため、可動電極と固定電極の間に静電気力を発生
させて可動電極に疑似的に物理量が発生した状態にする
ことができる。
自己診断でない通常動作時には容量変化を検出するため
の信号を可動電極と固定電極との間に周期的に印加し、
自己診断時には容量変化を検出するための信号に加え
て、自己診断を行うために可動電極を変位させるための
信号を可動電極と前記固定電極との間に周期的に印加す
るようにしても、自己診断時には可動電極を変位させる
ための信号が可動電極と固定電極との間に周期的に印加
されるため、可動電極と固定電極の間に静電気力を発生
させて可動電極に疑似的に物理量が発生した状態にする
ことができる。
【００１２】なお、容量検出感度は、一対の固定電極に
印加する信号の振幅に比例するため、高い感度を得るに
は、できるだけ振幅を大きくすることが望ましい。その
ためには、請求項１１に記載の発明のように、容量変化
を検出するための期間において、可動電極の両側に対向
して配置された一対の固定電極に印加するそれぞれの信
号を、中心電圧が等しく振幅が同一でかつ電圧レベルが
反転した搬送波信号とすれば、電源電圧範囲で最大の振
幅が得られるため、Ｃ−Ｖ変換回路における感度を高く
することができる。
印加する信号の振幅に比例するため、高い感度を得るに
は、できるだけ振幅を大きくすることが望ましい。その
ためには、請求項１１に記載の発明のように、容量変化
を検出するための期間において、可動電極の両側に対向
して配置された一対の固定電極に印加するそれぞれの信
号を、中心電圧が等しく振幅が同一でかつ電圧レベルが
反転した搬送波信号とすれば、電源電圧範囲で最大の振
幅が得られるため、Ｃ−Ｖ変換回路における感度を高く
することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に、容量式
加速度センサにおけるセンサ部の模式的構成を示す。こ
のセンサ部は、センサエレメント１０および検出回路２
０から構成されている。センサエレメント１０は、梁構
造体２を有する構造になっており、この梁構造体２は、
梁構造体２を基板１の上面に固定するための４つのアン
カ部２ａと、４つの梁部２ｂと、質量部２ｃと、質量部
２ｃの両側に形成された複数の可動電極２ｄから構成さ
れている。また、それぞれの可動電極２ｄには、固定電
極３、４が対向配置され、固定電極３、４は基板１上に
固定されている。
加速度センサにおけるセンサ部の模式的構成を示す。こ
のセンサ部は、センサエレメント１０および検出回路２
０から構成されている。センサエレメント１０は、梁構
造体２を有する構造になっており、この梁構造体２は、
梁構造体２を基板１の上面に固定するための４つのアン
カ部２ａと、４つの梁部２ｂと、質量部２ｃと、質量部
２ｃの両側に形成された複数の可動電極２ｄから構成さ
れている。また、それぞれの可動電極２ｄには、固定電
極３、４が対向配置され、固定電極３、４は基板１上に
固定されている。
【００１４】このような構成において、質量部２ｃが加
速度を受けて変位すると、可動電極２ｄもそれに応じて
変位する。可動電極２ｄと固定電極３および可動電極２
ｄと固定電極４は差動の容量を構成しており、可動電極
２ｄの変位に応じてそれらの容量が変化する。検出回路
２０は、可動電極２ｄと固定電極３、４による差動容量
の変化に基づいて加速度を検出する。
速度を受けて変位すると、可動電極２ｄもそれに応じて
変位する。可動電極２ｄと固定電極３および可動電極２
ｄと固定電極４は差動の容量を構成しており、可動電極
２ｄの変位に応じてそれらの容量が変化する。検出回路
２０は、可動電極２ｄと固定電極３、４による差動容量
の変化に基づいて加速度を検出する。
【００１５】図２に、その検出回路２０の具体的な構成
を示す。検出回路２０は、Ｃ−Ｖ変換回路２１、信号処
理回路２２、スイッチ回路２３および制御回路２４から
構成されている。なお、スイッチ回路２３および制御回
路２４は、可動電極２ｄと固定電極３、４の間に周期的
に信号を印加する信号印加手段を構成しており、またス
イッチ回路２３は、可動電極を変位させるための期間に
おける信号を、自己診断でない時の信号と自己診断時の
信号との間で切り替える切替手段、あるいは可動電極２
ｄと固定電極３、４の間に静電気力を発生させて可動電
極２ｄに擬似的な物理量を発生させるための信号にする
手段を構成している。
を示す。検出回路２０は、Ｃ−Ｖ変換回路２１、信号処
理回路２２、スイッチ回路２３および制御回路２４から
構成されている。なお、スイッチ回路２３および制御回
路２４は、可動電極２ｄと固定電極３、４の間に周期的
に信号を印加する信号印加手段を構成しており、またス
イッチ回路２３は、可動電極を変位させるための期間に
おける信号を、自己診断でない時の信号と自己診断時の
信号との間で切り替える切替手段、あるいは可動電極２
ｄと固定電極３、４の間に静電気力を発生させて可動電
極２ｄに擬似的な物理量を発生させるための信号にする
手段を構成している。
【００１６】Ｃ−Ｖ変換回路２１は、可動電極２ｄと固
定電極３、４からなる差動容量の変化を電圧に変換する
もので、演算増幅器２１ａ、コンデンサ２１ｂ、および
スイッチ２１ｃから構成されている。演算増幅器２１ａ
の反転入力端子は、可動電極２ｄに接続されており、反
転入力端子と出力端子との間には、コンデンサ２１ｂお
よびスイッチ２１ｃが並列に接続されている。また、演
算増幅器２１ａの非反転入力端子には、スイッチ回路２
３を介してＶ／２の電圧とＶ１の電圧のいずれかが入力
される。
定電極３、４からなる差動容量の変化を電圧に変換する
もので、演算増幅器２１ａ、コンデンサ２１ｂ、および
スイッチ２１ｃから構成されている。演算増幅器２１ａ
の反転入力端子は、可動電極２ｄに接続されており、反
転入力端子と出力端子との間には、コンデンサ２１ｂお
よびスイッチ２１ｃが並列に接続されている。また、演
算増幅器２１ａの非反転入力端子には、スイッチ回路２
３を介してＶ／２の電圧とＶ１の電圧のいずれかが入力
される。
【００１７】信号処理回路２２は、サンプルホールド回
路２２ａ、増幅回路（ＡＭＰ）２２ｂ、ローパスフィル
タ（ＬＰＦ）２２ｃから構成されている。サンプルホー
ルド回路２２ａは、Ｃ−Ｖ変換回路２１の出力電圧をサ
ンプリングして一定期間保持し、増幅回路２２ｂは、サ
ンプルホールド回路２２ａの出力電圧を所定の感度まで
増幅し、ローパスフィルタ２２ｃは、増幅回路２２ｂの
出力電圧から所定の周波数帯域の成分のみを取り出し
て、加速度検出信号を出力する。なお、サンプルホール
ド回路２２ａは、ボルテージフォロワを構成する演算増
幅器２２１ａと、スイッチ２２１ｂと、コンデンサ２２
１ｃにより構成されている。
路２２ａ、増幅回路（ＡＭＰ）２２ｂ、ローパスフィル
タ（ＬＰＦ）２２ｃから構成されている。サンプルホー
ルド回路２２ａは、Ｃ−Ｖ変換回路２１の出力電圧をサ
ンプリングして一定期間保持し、増幅回路２２ｂは、サ
ンプルホールド回路２２ａの出力電圧を所定の感度まで
増幅し、ローパスフィルタ２２ｃは、増幅回路２２ｂの
出力電圧から所定の周波数帯域の成分のみを取り出し
て、加速度検出信号を出力する。なお、サンプルホール
ド回路２２ａは、ボルテージフォロワを構成する演算増
幅器２２１ａと、スイッチ２２１ｂと、コンデンサ２２
１ｃにより構成されている。
【００１８】スイッチ回路２３は、Ｃ−Ｖ変換回路２１
における演算増幅器２１ａの非反転入力端子に、図示し
ないそれぞれの電圧源からのＶ／２の電圧とＶ１の電圧
のいずれかを入力するもので、スイッチ２３ａとスイッ
チ２３ｂから構成されている。スイッチ２３ａとスイッ
チ２３ｂは、一方が閉じているときに他方が開くように
なっている制御回路２４は、基準クロックＣＬＫ、自己
診断信号ＴＥＳＴに基づいて、固定電極３、４に印加す
る振幅Ｖの搬送波信号Ｐ１、Ｐ２およびスイッチ２１
ｃ、スイッチ２２１ｂ、スイッチ２３ａ、スイッチ２３
ｂを開閉させるスイッチ信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３（バ
ー）、Ｓ３をそれぞれ生成して出力する。それぞれのス
イッチは、半導体スイッチ等のスイッチ手段で構成され
ており、制御回路２４からのスイッチ信号がハイレベル
のとき閉成する。なお、スイッチ信号Ｓ３（バー）は、
スイッチ信号Ｓ３を反転した信号である。
における演算増幅器２１ａの非反転入力端子に、図示し
ないそれぞれの電圧源からのＶ／２の電圧とＶ１の電圧
のいずれかを入力するもので、スイッチ２３ａとスイッ
チ２３ｂから構成されている。スイッチ２３ａとスイッ
チ２３ｂは、一方が閉じているときに他方が開くように
なっている制御回路２４は、基準クロックＣＬＫ、自己
診断信号ＴＥＳＴに基づいて、固定電極３、４に印加す
る振幅Ｖの搬送波信号Ｐ１、Ｐ２およびスイッチ２１
ｃ、スイッチ２２１ｂ、スイッチ２３ａ、スイッチ２３
ｂを開閉させるスイッチ信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３（バ
ー）、Ｓ３をそれぞれ生成して出力する。それぞれのス
イッチは、半導体スイッチ等のスイッチ手段で構成され
ており、制御回路２４からのスイッチ信号がハイレベル
のとき閉成する。なお、スイッチ信号Ｓ３（バー）は、
スイッチ信号Ｓ３を反転した信号である。
【００１９】上記構成においてその作動を、図３、図４
に示す信号波形図を参照して説明する。制御回路２４か
ら出力される搬送波信号Ｐ１、Ｐ２は、図３、図４に示
すように、３つの期間（φ１〜３）でハイレベル（Ｈ
ｉ）とローレベル（Ｌｏ）が変化する一定振幅の矩形波
信号となっており、搬送波信号Ｐ２は、搬送波信号Ｐ１
に対して電圧レベルが反転した信号となっている。この
実施形態においては、第１、第２の期間φ１、φ２が容
量変化を検出するための期間で、φ３が可動電極を変位
させるための期間となっている。
に示す信号波形図を参照して説明する。制御回路２４か
ら出力される搬送波信号Ｐ１、Ｐ２は、図３、図４に示
すように、３つの期間（φ１〜３）でハイレベル（Ｈ
ｉ）とローレベル（Ｌｏ）が変化する一定振幅の矩形波
信号となっており、搬送波信号Ｐ２は、搬送波信号Ｐ１
に対して電圧レベルが反転した信号となっている。この
実施形態においては、第１、第２の期間φ１、φ２が容
量変化を検出するための期間で、φ３が可動電極を変位
させるための期間となっている。
【００２０】まず、通常動作時の作動について図３を参
照して説明する。第１の期間φ１では、搬送波信号Ｐ１
はＨｉ、搬送波信号Ｐ２はＬｏになっている。また、制
御回路２４からのスイッチ信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３（バ
ー）、Ｓ３により、スイッチ２１ｃは閉、スイッチ２２
１ｂは開、スイッチ２３ａは閉、スイッチ２３ｂは開に
なっている。このことにより、演算増幅器２１ａの非反
転入力端子にＶ／２の電圧が印加され、可動電極２ｄに
Ｖ／２の電圧が印加されるとともに、コンデンサ２１ｂ
の電荷が放電される。
照して説明する。第１の期間φ１では、搬送波信号Ｐ１
はＨｉ、搬送波信号Ｐ２はＬｏになっている。また、制
御回路２４からのスイッチ信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３（バ
ー）、Ｓ３により、スイッチ２１ｃは閉、スイッチ２２
１ｂは開、スイッチ２３ａは閉、スイッチ２３ｂは開に
なっている。このことにより、演算増幅器２１ａの非反
転入力端子にＶ／２の電圧が印加され、可動電極２ｄに
Ｖ／２の電圧が印加されるとともに、コンデンサ２１ｂ
の電荷が放電される。
【００２１】この状態において、可動電極２ｄと固定電
極３の間には、Ｑ１＝−Ｃ１・Ｖ／２という電荷がたま
る。−の符号は可動電極２ｄの固定電極３側の表面に負
の電荷がたまることを意味している。また、可動電極２
ｄと固定電極４の間には、Ｑ２＝Ｃ２・Ｖ／２という電
荷がたまる。第２の期間φ２においては、搬送波信号Ｐ
１、Ｐ２の電圧レベルが反転（Ｐ１がＬｏ、Ｐ２がＨ
ｉ）し、スイッチ２１ｃが開くとともにスイッチ２２１
ｂが閉じる。
極３の間には、Ｑ１＝−Ｃ１・Ｖ／２という電荷がたま
る。−の符号は可動電極２ｄの固定電極３側の表面に負
の電荷がたまることを意味している。また、可動電極２
ｄと固定電極４の間には、Ｑ２＝Ｃ２・Ｖ／２という電
荷がたまる。第２の期間φ２においては、搬送波信号Ｐ
１、Ｐ２の電圧レベルが反転（Ｐ１がＬｏ、Ｐ２がＨ
ｉ）し、スイッチ２１ｃが開くとともにスイッチ２２１
ｂが閉じる。
【００２２】このとき、可動電極２ｄと固定電極３間に
はＱ１’＝Ｃ１・Ｖ／２という電荷がたまり、可動電極
２ｄと固定電極４間にはＱ２’＝−Ｃ２・Ｖ／２という
電荷がたまる。φ１のときに可動電極２ｄにたまってい
た電荷（Ｑ１＋Ｑ２）とφ２のときに可動電極２ｄにた
まっていた電荷（Ｑ１’＋Ｑ２’）の差ΔＱは、ΔＱ＝
（Ｑ１＋Ｑ２）−（Ｑ１’＋Ｑ２’）＝−（Ｃ１−Ｃ
２）Ｖとなる。
はＱ１’＝Ｃ１・Ｖ／２という電荷がたまり、可動電極
２ｄと固定電極４間にはＱ２’＝−Ｃ２・Ｖ／２という
電荷がたまる。φ１のときに可動電極２ｄにたまってい
た電荷（Ｑ１＋Ｑ２）とφ２のときに可動電極２ｄにた
まっていた電荷（Ｑ１’＋Ｑ２’）の差ΔＱは、ΔＱ＝
（Ｑ１＋Ｑ２）−（Ｑ１’＋Ｑ２’）＝−（Ｃ１−Ｃ
２）Ｖとなる。
【００２３】ここで、差動容量Ｃ１、Ｃ２が異なってい
ると、ΔＱという電荷が可動電極２ｄに生じるが、演算
増幅器２１ａの作用によって可動電極２ｄの電圧はＶ／
２に保持されるため、ΔＱの電荷は、コンデンサ２１ｂ
の可動電極２ｄ側にたまり、コンデンサ２１ｂの反対側
の電極には、逆の極性の電荷ΔＱ’＝（Ｃ１−Ｃ２）Ｖ
がたまる。その結果、演算増幅器２１ａの出力端子にΔ
Ｑ’／Ｃｆ＋Ｖ／２＝（Ｃ１−Ｃ２）Ｖ／Ｃｆ＋Ｖ／２
という電圧が生じ、容量の差（Ｃ１−Ｃ２）に応じた電
圧が出力される。
ると、ΔＱという電荷が可動電極２ｄに生じるが、演算
増幅器２１ａの作用によって可動電極２ｄの電圧はＶ／
２に保持されるため、ΔＱの電荷は、コンデンサ２１ｂ
の可動電極２ｄ側にたまり、コンデンサ２１ｂの反対側
の電極には、逆の極性の電荷ΔＱ’＝（Ｃ１−Ｃ２）Ｖ
がたまる。その結果、演算増幅器２１ａの出力端子にΔ
Ｑ’／Ｃｆ＋Ｖ／２＝（Ｃ１−Ｃ２）Ｖ／Ｃｆ＋Ｖ／２
という電圧が生じ、容量の差（Ｃ１−Ｃ２）に応じた電
圧が出力される。
【００２４】この電圧はサンプルホールド回路２２ａに
てサンプルホールドされ、増幅回路２２ｂ、ローパルフ
ィルタ２２ｃを介して加速度検出信号として出力され
る。すなわち、サンプルホールド回路２２ａは、φ２の
期間において演算増幅器２１ａの出力電圧をサンプリン
グし、それ以外の期間ではサンプリングした電圧を保持
する。そして、このサンプルホールド回路２２ａからの
出力電圧により、増幅回路２２ｂ、ローパルフィルタ２
２ｃを介して加速度検出信号が出力される。
てサンプルホールドされ、増幅回路２２ｂ、ローパルフ
ィルタ２２ｃを介して加速度検出信号として出力され
る。すなわち、サンプルホールド回路２２ａは、φ２の
期間において演算増幅器２１ａの出力電圧をサンプリン
グし、それ以外の期間ではサンプリングした電圧を保持
する。そして、このサンプルホールド回路２２ａからの
出力電圧により、増幅回路２２ｂ、ローパルフィルタ２
２ｃを介して加速度検出信号が出力される。
【００２５】また、可動電極を変位させるための期間で
ある第３の期間φ３においては、通常動作時では、スイ
ッチ２３ａが閉じており、演算増幅器２１ａの非反転入
力端子にＶ／２という電圧が印加される。また、スイッ
チ２１ｃも閉じるため、演算増幅器２１ａはボルテージ
フォロワとなり、可動電極２ｄにはＶ／２という電圧が
印加される。この状態では、可動電極２ｄと固定電極
３、４のそれぞれの間には、Ｖ／２という電位差によ
り、相反する方向に同じ力の静電気力が生じるため、可
動電極２ｄを変位させるような静電気力は発生しない。
すなわち、後述するような擬似的な加速度を生じさせる
ような静電気力は発生しない。
ある第３の期間φ３においては、通常動作時では、スイ
ッチ２３ａが閉じており、演算増幅器２１ａの非反転入
力端子にＶ／２という電圧が印加される。また、スイッ
チ２１ｃも閉じるため、演算増幅器２１ａはボルテージ
フォロワとなり、可動電極２ｄにはＶ／２という電圧が
印加される。この状態では、可動電極２ｄと固定電極
３、４のそれぞれの間には、Ｖ／２という電位差によ
り、相反する方向に同じ力の静電気力が生じるため、可
動電極２ｄを変位させるような静電気力は発生しない。
すなわち、後述するような擬似的な加速度を生じさせる
ような静電気力は発生しない。
【００２６】従って、通常の動作時においては、上記し
たφ１〜φ３の期間の作動を繰り返し、可動電極２ｄが
加速度を受けて変位すると、それに応じて加速度検出信
号が信号処理回路２２から出力される。次に、自己診断
時の作動について図４を参照して説明する。この自己診
断時においては、制御回路２４に自己診断信号ＴＥＳＴ
が入力される。そして、制御回路２４は、図４に示す信
号を出力し、第３の期間φ３において、スイッチ信号Ｓ
３をハイレベルにし、スイッチ信号Ｓ３（バー）をロー
レベルにする。
たφ１〜φ３の期間の作動を繰り返し、可動電極２ｄが
加速度を受けて変位すると、それに応じて加速度検出信
号が信号処理回路２２から出力される。次に、自己診断
時の作動について図４を参照して説明する。この自己診
断時においては、制御回路２４に自己診断信号ＴＥＳＴ
が入力される。そして、制御回路２４は、図４に示す信
号を出力し、第３の期間φ３において、スイッチ信号Ｓ
３をハイレベルにし、スイッチ信号Ｓ３（バー）をロー
レベルにする。
【００２７】その結果、第３の期間φ３において、スイ
ッチ２３ｂが閉じ、スイッチ２３ａが開くため、演算増
幅器２１ａの非反転入力端子にはＶ１の電圧が印加され
る。このとき、スイッチ２１ｃが閉じているため、演算
増幅器２１ａはボルテージフォロワとなり、可動電極２
ｄと固定電極３の間にはＶ１という電位差が生じ、可動
電極２ｄと固定電極４の間にはＶ−Ｖ１という電位差が
生じるため、可動電極２ｄと固定電極３、４とのそれぞ
れの間に、相反する静電気力が生じることとなり、各々
の静電気力の差の力により可動電極２ｄを変位させよう
とする力が生じることとなる。
ッチ２３ｂが閉じ、スイッチ２３ａが開くため、演算増
幅器２１ａの非反転入力端子にはＶ１の電圧が印加され
る。このとき、スイッチ２１ｃが閉じているため、演算
増幅器２１ａはボルテージフォロワとなり、可動電極２
ｄと固定電極３の間にはＶ１という電位差が生じ、可動
電極２ｄと固定電極４の間にはＶ−Ｖ１という電位差が
生じるため、可動電極２ｄと固定電極３、４とのそれぞ
れの間に、相反する静電気力が生じることとなり、各々
の静電気力の差の力により可動電極２ｄを変位させよう
とする力が生じることとなる。
【００２８】例えば、Ｖ１がＶ／２より高い電圧であれ
ばＶ１＞Ｖ−Ｖ１となり、固定電極３の方向に働く静電
気力の方が固定電極４の方向に働く力より大きくなり、
可動電極２ｄは固定電極３の方向に変位する。また、そ
の逆であれば、固定電極４の方向に変位する。この静電
気力は、搬送波信号Ｐ１、Ｐ２の周波数を可動電極２ｄ
の検出方向の共振周波数より十分高い周波数（例えば、
２倍以上の周波数）に設定しておけば、可動電極２ｄの
共振周波数より十分高い周波数で発生することになるた
め、あたかもＤＣ的な加速度が可動電極２ｄに生じた状
態となる。このときの可動電極２ｄのＤＣ的な変位を容
量の変化として検出することにより、自己診断を行うこ
とができる。
ばＶ１＞Ｖ−Ｖ１となり、固定電極３の方向に働く静電
気力の方が固定電極４の方向に働く力より大きくなり、
可動電極２ｄは固定電極３の方向に変位する。また、そ
の逆であれば、固定電極４の方向に変位する。この静電
気力は、搬送波信号Ｐ１、Ｐ２の周波数を可動電極２ｄ
の検出方向の共振周波数より十分高い周波数（例えば、
２倍以上の周波数）に設定しておけば、可動電極２ｄの
共振周波数より十分高い周波数で発生することになるた
め、あたかもＤＣ的な加速度が可動電極２ｄに生じた状
態となる。このときの可動電極２ｄのＤＣ的な変位を容
量の変化として検出することにより、自己診断を行うこ
とができる。
【００２９】すなわち、自己診断により可動電極２ｄが
変位して差動の容量が各々Ｃ１からＣ１’、Ｃ２からＣ
２’に変化すれば、Ｃ−Ｖ変換回路２１の出力もＶ／２
＋（Ｃ１’−Ｃ２’）Ｖ／Ｃｆに変化するため、このと
きの信号処理回路２２の出力電圧から可動電極２ｄの変
位を検出することができる。例えば、可動電極２ｄと固
定電極３、４間にゴミが付着して容量が変化しない場合
には、信号処理回路２２の出力電圧が変化しないため、
図示しない自己診断回路によって故障を検出することが
できる。また、経時変化等で感度が変化した場合も、信
号処理回路２２の出力電圧の変化量により感度変化を検
出することができる。
変位して差動の容量が各々Ｃ１からＣ１’、Ｃ２からＣ
２’に変化すれば、Ｃ−Ｖ変換回路２１の出力もＶ／２
＋（Ｃ１’−Ｃ２’）Ｖ／Ｃｆに変化するため、このと
きの信号処理回路２２の出力電圧から可動電極２ｄの変
位を検出することができる。例えば、可動電極２ｄと固
定電極３、４間にゴミが付着して容量が変化しない場合
には、信号処理回路２２の出力電圧が変化しないため、
図示しない自己診断回路によって故障を検出することが
できる。また、経時変化等で感度が変化した場合も、信
号処理回路２２の出力電圧の変化量により感度変化を検
出することができる。
【００３０】上記した実施形態によれば、搬送波信号Ｐ
１、Ｐ２を、同一の中心電圧Ｖ／２（例えば２．５
Ｖ）、同一の振幅Ｖ（例えば５Ｖ）でかつ電圧レベルが
反転した信号としているので、米国特許第５，５８３，
２９０号明細書に記載されているように２つの搬送波信
号の中心電圧を異なるようにした場合、中心電圧を異な
らせるための抵抗やコンデンサが必要になるのに対し、
上記した実施形態のように２つの中心電圧および振幅を
等しくした場合には、搬送波を生成する回路手段を例え
ばインバータにより容易に形成することができる。
１、Ｐ２を、同一の中心電圧Ｖ／２（例えば２．５
Ｖ）、同一の振幅Ｖ（例えば５Ｖ）でかつ電圧レベルが
反転した信号としているので、米国特許第５，５８３，
２９０号明細書に記載されているように２つの搬送波信
号の中心電圧を異なるようにした場合、中心電圧を異な
らせるための抵抗やコンデンサが必要になるのに対し、
上記した実施形態のように２つの中心電圧および振幅を
等しくした場合には、搬送波を生成する回路手段を例え
ばインバータにより容易に形成することができる。
【００３１】また、上記した実施形態では、自己診断時
に、第３の期間φ３に可動電極２ｄにＶ１の電圧を印加
し、容量検出を行う第１、第２のφ１、φ２において可
動電極２ｄに印加する電圧をＶ／２に戻して容量検出を
行うようにしている。可動電極２ｄと演算増幅器２１ａ
の間の配線には寄生コンデンサがあるため、米国特許第
５，５８３，２９０号明細書に記載されているように可
動電極に印加する電圧を変化させたままＣ−Ｖ変換を行
うと、寄生コンデンサによってＣ−Ｖ変換回路２１の出
力に誤差が生じるが、この実施形態では、容量検出を行
うときに可動電極２ｄに印加する電圧をＶ／２に戻して
いるため、寄生コンデンサによって生じるＣ−Ｖ変換回
路２１の出力誤差を小さくすることができる。 （第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態について
説明する。この第２実施形態における検出回路２０の構
成を図５に示す。
に、第３の期間φ３に可動電極２ｄにＶ１の電圧を印加
し、容量検出を行う第１、第２のφ１、φ２において可
動電極２ｄに印加する電圧をＶ／２に戻して容量検出を
行うようにしている。可動電極２ｄと演算増幅器２１ａ
の間の配線には寄生コンデンサがあるため、米国特許第
５，５８３，２９０号明細書に記載されているように可
動電極に印加する電圧を変化させたままＣ−Ｖ変換を行
うと、寄生コンデンサによってＣ−Ｖ変換回路２１の出
力に誤差が生じるが、この実施形態では、容量検出を行
うときに可動電極２ｄに印加する電圧をＶ／２に戻して
いるため、寄生コンデンサによって生じるＣ−Ｖ変換回
路２１の出力誤差を小さくすることができる。 （第２実施形態）次に、本発明の第２実施形態について
説明する。この第２実施形態における検出回路２０の構
成を図５に示す。
【００３２】第１実施形態と異なる点は、Ｃ−Ｖ変換回
路２１の非反転入力端子にＶ／２の電圧を印加し、スイ
ッチ回路２３を制御回路２４と固定電極３の間に設けた
点である。通常動作時には、スイッチ２３ａが閉、スイ
ッチ２３ｂが開となって、搬送波信号Ｐ１を固定電極３
に印加し、自己診断時には、φ３の期間だけスイッチ２
３ａが開、スイッチ２３ｂが閉となって、Ｖ１の電圧を
固定電極３に印加する。このように、自己診断時の期間
φ３において、固定電極３にＶ１の電圧を印加すること
により、可動電極２ｄと固定電極３の間にはＶ／２−Ｖ
１という電位差が生じ、可動電極２ｄと固定電極４の間
にはＶ／２という電位差が生じるため、可動電極２ｄと
固定電極３、４とのそれぞれの間には相反する方向に異
なる静電気力が生じ、各々の静電気力の差の力により可
動電極２ｄを変位させる。従って、第１実施形態と同
様、自己診断を行うことができる。 （第３実施形態）次に、本発明の第３実施形態について
説明する。この第３実施形態における検出回路２０の構
成を図６に示す。
路２１の非反転入力端子にＶ／２の電圧を印加し、スイ
ッチ回路２３を制御回路２４と固定電極３の間に設けた
点である。通常動作時には、スイッチ２３ａが閉、スイ
ッチ２３ｂが開となって、搬送波信号Ｐ１を固定電極３
に印加し、自己診断時には、φ３の期間だけスイッチ２
３ａが開、スイッチ２３ｂが閉となって、Ｖ１の電圧を
固定電極３に印加する。このように、自己診断時の期間
φ３において、固定電極３にＶ１の電圧を印加すること
により、可動電極２ｄと固定電極３の間にはＶ／２−Ｖ
１という電位差が生じ、可動電極２ｄと固定電極４の間
にはＶ／２という電位差が生じるため、可動電極２ｄと
固定電極３、４とのそれぞれの間には相反する方向に異
なる静電気力が生じ、各々の静電気力の差の力により可
動電極２ｄを変位させる。従って、第１実施形態と同
様、自己診断を行うことができる。 （第３実施形態）次に、本発明の第３実施形態について
説明する。この第３実施形態における検出回路２０の構
成を図６に示す。
【００３３】第１実施形態と異なる点は、Ｃ−Ｖ変換回
路２１の非反転入力端子にＶ／２の電圧を印加し、スイ
ッチ回路２３を可動電極２ｄとＣ−Ｖ変換回路２１の間
に設けた点である。通常動作時には、スイッチ２３ａが
閉、スイッチ２３ｂが開となって、可動電極２ｄを演算
増幅器２１ａに接続し、自己診断時には、φ３の期間だ
けスイッチ２３ａが開、スイッチ２３ｂが閉となって、
Ｖ１の電圧を可動電極２ｄに印加する。このように、自
己診断時の期間φ３において、可動電極２ｄにＶ１の電
圧を印加することにより、第１実施形態と同様、自己診
断を行うことができる。 （第４実施形態）次に、本発明の第４実施形態について
説明する。この第４実施形態における検出回路２０の構
成を図７に示す。また、通常動作時の信号波形を図８
に、自己診断時の信号波形を図９に示す。
路２１の非反転入力端子にＶ／２の電圧を印加し、スイ
ッチ回路２３を可動電極２ｄとＣ−Ｖ変換回路２１の間
に設けた点である。通常動作時には、スイッチ２３ａが
閉、スイッチ２３ｂが開となって、可動電極２ｄを演算
増幅器２１ａに接続し、自己診断時には、φ３の期間だ
けスイッチ２３ａが開、スイッチ２３ｂが閉となって、
Ｖ１の電圧を可動電極２ｄに印加する。このように、自
己診断時の期間φ３において、可動電極２ｄにＶ１の電
圧を印加することにより、第１実施形態と同様、自己診
断を行うことができる。 （第４実施形態）次に、本発明の第４実施形態について
説明する。この第４実施形態における検出回路２０の構
成を図７に示す。また、通常動作時の信号波形を図８
に、自己診断時の信号波形を図９に示す。
【００３４】この第４実施形態においては、サーボ式の
加速度検出装置としている。このため、第１実施形態の
構成に対し、可動電極２ｄとＣ−Ｖ変換回路２１の間に
スイッチ２５を設けるとともに、信号処理回路２２の出
力電圧を可動電極２ｄにスイッチ２６を介してフィード
バックする経路を設け、スイッチ２５、２６の開閉を制
御回路２４にて制御している。なお、スイッチ２５、２
６は、制御回路２４からのスイッチ信号Ｓ４、Ｓ５によ
って開閉するもので、スイッチ２１ｃ、スイッチ２２１
ｂ、スイッチ２３ａ、スイッチ２３ｂと同様、半導体ス
イッチ等のスイッチ手段で構成されている。
加速度検出装置としている。このため、第１実施形態の
構成に対し、可動電極２ｄとＣ−Ｖ変換回路２１の間に
スイッチ２５を設けるとともに、信号処理回路２２の出
力電圧を可動電極２ｄにスイッチ２６を介してフィード
バックする経路を設け、スイッチ２５、２６の開閉を制
御回路２４にて制御している。なお、スイッチ２５、２
６は、制御回路２４からのスイッチ信号Ｓ４、Ｓ５によ
って開閉するもので、スイッチ２１ｃ、スイッチ２２１
ｂ、スイッチ２３ａ、スイッチ２３ｂと同様、半導体ス
イッチ等のスイッチ手段で構成されている。
【００３５】この実施形態では、φ１、φ２の期間にお
いて、スイッチ２５を閉、スイッチ２６を開として、第
１実施形態と同様、Ｃ−Ｖ変換回路２１にてＣ−Ｖ変換
を行う。また、この実施形態では、φ３の期間をサーボ
制御を行うための期間とし、φ４を可動電極を変位させ
るための期間としている。そして、サーボ制御を行うた
めのφ３の期間においては、スイッチ２５を開、スイッ
チ２６を閉として、信号処理回路２２の出力電圧を可動
電極２ｄに印加する。この場合、増幅回路２２ｂは、可
動電極２ｄを加速度による変位方向と逆方向に変位させ
て所定の位置に保持するように動作する。
いて、スイッチ２５を閉、スイッチ２６を開として、第
１実施形態と同様、Ｃ−Ｖ変換回路２１にてＣ−Ｖ変換
を行う。また、この実施形態では、φ３の期間をサーボ
制御を行うための期間とし、φ４を可動電極を変位させ
るための期間としている。そして、サーボ制御を行うた
めのφ３の期間においては、スイッチ２５を開、スイッ
チ２６を閉として、信号処理回路２２の出力電圧を可動
電極２ｄに印加する。この場合、増幅回路２２ｂは、可
動電極２ｄを加速度による変位方向と逆方向に変位させ
て所定の位置に保持するように動作する。
【００３６】また、可動電極を変位させるφ４の期間に
おいては、スイッチ２５を閉、スイッチ２６を開とす
る。ここで、自己診断時には、第１実施形態と同様、ス
イッチ２３ａを開、スイッチ２３ｂを閉として、自己診
断の動作を行う。従って、この第４実施形態において
は、可動電極２ｄを所定の位置に保持するサーボ制御を
行うとともに、自己診断を行うことができる。
おいては、スイッチ２５を閉、スイッチ２６を開とす
る。ここで、自己診断時には、第１実施形態と同様、ス
イッチ２３ａを開、スイッチ２３ｂを閉として、自己診
断の動作を行う。従って、この第４実施形態において
は、可動電極２ｄを所定の位置に保持するサーボ制御を
行うとともに、自己診断を行うことができる。
【００３７】なお、この実施形態において、スイッチ回
路２３は、第２、第３実施形態の位置に配置するように
してもよい。 （第５実施形態）上記した第１乃至第４実施形態におい
ては、通常動作時においても可動電極を変位させる期間
を設けて動作させるものを示したが、通常動作時におい
ては可動電極を変位させる期間をなくすようにしてもよ
い。
路２３は、第２、第３実施形態の位置に配置するように
してもよい。 （第５実施形態）上記した第１乃至第４実施形態におい
ては、通常動作時においても可動電極を変位させる期間
を設けて動作させるものを示したが、通常動作時におい
ては可動電極を変位させる期間をなくすようにしてもよ
い。
【００３８】例えば、第１乃至第３実施形態の場合、通
常動作時における制御回路２４からの出力信号波形を図
１０に示すようにし、第１、第２の期間φ１、φ２のみ
として容量検出を行うようにする。また、自己診断を行
うときには図４に示す第１、第２、第３の期間φ１、φ
２、φ３により自己診断を行うようにする。このように
通常動作時に可動電極を変位させる期間をなくすことに
よって、Ｃ−Ｖ変換回路２１の出力信号の周波数を高く
し、検出感度を高めることができる。また、Ｃ−Ｖ変換
回路２１の出力信号の周波数が低い場合、外部ノイズを
除去するためにローパスフィルタ２２ｃのフィルタ特性
を急峻にする必要があるが、この実施形態のように可動
電極を変位させる期間をなくしてＣ−Ｖ変換回路２１の
出力信号の周波数を高くした場合、ローパスフィルタ２
２ｃのフィルタ特性をなだらかなものにして外部ノイズ
の除去を行うことができるため、ローパスフィルタ２２
ｃの設定を容易にすることができる。
常動作時における制御回路２４からの出力信号波形を図
１０に示すようにし、第１、第２の期間φ１、φ２のみ
として容量検出を行うようにする。また、自己診断を行
うときには図４に示す第１、第２、第３の期間φ１、φ
２、φ３により自己診断を行うようにする。このように
通常動作時に可動電極を変位させる期間をなくすことに
よって、Ｃ−Ｖ変換回路２１の出力信号の周波数を高く
し、検出感度を高めることができる。また、Ｃ−Ｖ変換
回路２１の出力信号の周波数が低い場合、外部ノイズを
除去するためにローパスフィルタ２２ｃのフィルタ特性
を急峻にする必要があるが、この実施形態のように可動
電極を変位させる期間をなくしてＣ−Ｖ変換回路２１の
出力信号の周波数を高くした場合、ローパスフィルタ２
２ｃのフィルタ特性をなだらかなものにして外部ノイズ
の除去を行うことができるため、ローパスフィルタ２２
ｃの設定を容易にすることができる。
【００３９】同様に、第４実施形態に対しても、通常動
作時における制御回路２４からの出力信号波形を図１１
に示すように、可動電極を変位させる期間φ４をなく
し、自己診断を行うときに図９に示すように第１、第
２、第３、第４の期間φ１、φ２、φ３、φ４により自
己診断を行うようにすれば、上記と同様の効果を得るこ
とができる。
作時における制御回路２４からの出力信号波形を図１１
に示すように、可動電極を変位させる期間φ４をなく
し、自己診断を行うときに図９に示すように第１、第
２、第３、第４の期間φ１、φ２、φ３、φ４により自
己診断を行うようにすれば、上記と同様の効果を得るこ
とができる。
【００４０】なお、上記した種々の実施形態において、
制御回路２４は、基準クロックＣＬＫをカウンタなどの
計数手段により計数することによって、φ１、φ２、φ
３、φ４などの各期間における図３、図４、図８乃至図
１１の信号波形を生成しており、例えば図３に示す実施
形態の場合、φ１＋φ２を基準クロックＣＬＫの１０パ
ルス分、φ３を基準クロックＣＬＫの４０パルス分とい
うように設定して信号生成を行うことができる。
制御回路２４は、基準クロックＣＬＫをカウンタなどの
計数手段により計数することによって、φ１、φ２、φ
３、φ４などの各期間における図３、図４、図８乃至図
１１の信号波形を生成しており、例えば図３に示す実施
形態の場合、φ１＋φ２を基準クロックＣＬＫの１０パ
ルス分、φ３を基準クロックＣＬＫの４０パルス分とい
うように設定して信号生成を行うことができる。
【００４１】また、本発明は、上記した種々の実施形態
に示す加速度センサに適用するものに限らず、圧力セン
サ、ヨーレートセンサなどの静電容量式の物理量検出装
置にも同様に適用することができる。
に示す加速度センサに適用するものに限らず、圧力セン
サ、ヨーレートセンサなどの静電容量式の物理量検出装
置にも同様に適用することができる。
【図１】本発明の第１実施形態における加速度センサの
センサ部の模式的構成を示す図である。
センサ部の模式的構成を示す図である。
【図２】図１中の検出回路２０の具体的な構成を示す図
である。
である。
【図３】図２に示す回路の通常動作時の作動説明に供す
る信号波形図である。
る信号波形図である。
【図４】図２に示す回路の自己診断時の作動説明に供す
る信号波形図である。
る信号波形図である。
【図５】本発明の第２実施形態における検出回路２０の
具体的な構成を示す図である。
具体的な構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態における検出回路２０の
具体的な構成を示す図である。
具体的な構成を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態における検出回路２０の
具体的な構成を示す図である。
具体的な構成を示す図である。
【図８】図７に示す回路の通常動作時の作動説明に供す
る信号波形図である。
る信号波形図である。
【図９】図７に示す回路の自己診断時の作動説明に供す
る信号波形図である。
る信号波形図である。
【図１０】本発明の第５実施形態を説明するための信号
波形図である。
波形図である。
【図１１】本発明の第５実施形態を説明するための他の
信号波形図である。
信号波形図である。
２…梁構造体、２ｄ…可動電極、３、４…固定電極、１
０…センサエレメント、２０…検出回路、２１…Ｃ−Ｖ
変換回路、２２…信号処理回路、２３…スイッチ回路、
２４…制御回路。２５、２６…スイッチ。
０…センサエレメント、２０…検出回路、２１…Ｃ−Ｖ
変換回路、２２…信号処理回路、２３…スイッチ回路、
２４…制御回路。２５、２６…スイッチ。
Claims (11)
- 【請求項１】 物理量の変化に応じて変位する可動電極
（２ｄ）と、 前記可動電極に対向して配置された固定電極（３、４）
と、 少なくとも容量変化を検出するための期間と、自己診断
を行うために前記可動電極を変位させるための期間とを
有する信号を前記可動電極と前記固定電極との間に周期
的に印加する信号印加手段（２３、２４）と、 前記容量変化を検出するための期間における信号が前記
可動電極と前記固定電極との間に印加されているとき
に、前記可動電極と前記固定電極からなる容量の変化に
応じた電圧を出力するＣ−Ｖ変換回路（２１）と、 前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧を信号処理して前記物理
量の変化に応じた信号を出力する信号処理回路（２２）
とを備え、 前記信号印加手段は、前記可動電極を変位させるための
期間における信号を、自己診断でない時の信号と自己診
断時の信号との間で切り替える切替手段（２３）を有し
ており、 前記自己診断時の信号を前記可動電極と前記固定電極と
の間に周期的に印加することにより、前記可動電極に擬
似的な物理量を発生させるようにしたことを特徴とする
容量式物理量検出装置。 - 【請求項２】 前記可動電極と前記固定電極との間に周
期的に印加される信号の周波数が、前記可動電極の変位
方向の共振周波数よりも高い周波数になっていることを
特徴とする請求項１に記載の容量式物理量検出装置。 - 【請求項３】 前記切替手段は、前記切り替えにより前
記可動電極の電位を変化させるものであることを特徴と
する請求項１又は２に記載の容量式物理量検出装置。 - 【請求項４】 前記切替手段は、前記切り替えにより前
記固定電極の電位を変化させるものであることを特徴と
する請求項１又は２に記載の容量式物理量検出装置。 - 【請求項５】 前記Ｃ−Ｖ変換回路は、前記可動電極に
一方の入力端子が接続される演算増幅器（２１ａ）を有
して構成されており、前記切替手段は、前記自己診断で
ない時に第１の電圧（Ｖ／２）を前記演算増幅器の他方
の入力端子に印加し、前記自己診断時に第２の電圧（Ｖ
１）を前記演算増幅器の他方の入力端子に印加するもの
であることを特徴とする請求項１又は２に記載の容量式
物理量検出装置。 - 【請求項６】 前記Ｃ−Ｖ変換回路は、前記可動電極に
一方の入力端子が接続される演算増幅器（２１ａ）を有
して構成されており、前記切替手段は、前記自己診断で
ない時に前記可動電極と前記演算増幅器の一方の入力端
子を接続し、前記自己診断時に前記可動電極に自己診断
用の電圧（Ｖ１）を印加するものであることを特徴とす
る請求項１又は２に記載の容量式物理量検出装置。 - 【請求項７】 前記切替手段は、前記自己診断でない時
に前記固定電極に前記周期的に変化する信号を印加し、
前記自己診断時に前記固定電極に自己診断用の電圧（Ｖ
１）を印加するものであることを特徴とする請求項１又
は２に記載の容量式物理量検出装置。 - 【請求項８】 物理量の変化に応じて変位する可動電極
（２ｄ）と、 前記可動電極に対向して配置された固定電極（３、４）
と、 自己診断時には容量変化を検出するための期間と、自己
診断を行うために前記可動電極を変位させるための期間
とを有する信号を前記可動電極と前記固定電極との間に
周期的に印加し、自己診断でない通常動作時には前記可
動電極を変位させるための期間を含まず前記容量変化を
検出するための期間を有する信号を前記可動電極と前記
固定電極との間に周期的に印加する信号印加手段（２
４）と、 前記容量変化を検出するための期間における信号が前記
可動電極と前記固定電極との間に印加されているとき
に、前記可動電極と前記固定電極からなる容量の変化に
応じた電圧を出力するＣ−Ｖ変換回路（２１）と、 前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧を信号処理して前記物理
量の変化に応じた信号を出力する信号処理回路（２２）
とを備え、 前記信号印加手段は、前記可動電極を変位させるための
期間における信号を、前記可動電極と前記固定電極の間
に静電気力を発生させて前記可動電極に擬似的な物理量
を発生させるための信号にする手段（２３）を有するこ
とを特徴とする容量式物理量検出装置。 - 【請求項９】 前記可動電極と前記固定電極との間に周
期的に印加される信号は、サーボ制御を行うための期間
の信号を有しており、 さらに前記サーボ制御を行うための期間に前記信号処理
回路からの信号を前記可動電極に印加して前記可動電極
を所定の位置に保持させる手段（２５、２６）を備えた
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１つに記載
の容量式物理量検出装置。 - 【請求項１０】 物理量の変化に応じて変位する可動電
極（２ｄ）と、 前記可動電極に対向して配置された固定電極（３、４）
と、 自己診断でない通常動作時には容量変化を検出するため
の信号を前記可動電極と前記固定電極との間に周期的に
印加し、自己診断時には前記容量変化を検出するための
信号に加えて、自己診断を行うために前記可動電極を変
位させるための信号を前記可動電極と前記固定電極との
間に周期的に印加する信号印加手段（２３、２４）と、 前記容量変化を検出するための信号が前記可動電極と前
記固定電極との間に印加されているときに、前記可動電
極と前記固定電極からなる容量の変化に応じた電圧を出
力するＣ−Ｖ変換回路（２１）と、 前記Ｃ−Ｖ変換回路の出力電圧を信号処理して前記物理
量の変化に応じた信号を出力する信号処理回路（２２）
とを備え、 前記可動電極を変位させるための信号を前記可動電極と
前記固定電極との間に周期的に印加することにより、前
記可動電極に擬似的な物理量を発生させるようにしたこ
とを特徴とする容量式物理量検出装置。 - 【請求項１１】 前記固定電極は、前記可動電極の両側
に対向して配置された一対の固定電極であって、前記容
量変化を検出するための期間において前記一対の固定電
極に印加されるそれぞれの信号は、中心電圧が等しく振
幅が同一でかつ電圧レベルが反転した搬送波信号になっ
ていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１
つに記載の容量式物理量検出装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18508398 | 1998-06-30 | ||
| JP10-185083 | 1998-06-30 | ||
| JP10845499A JP4178658B2 (ja) | 1998-06-30 | 1999-04-15 | 容量式物理量検出装置 |
Publications (2)
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|---|---|
| JP2000081449A true JP2000081449A (ja) | 2000-03-21 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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