(57)【要約】【課題】振動子の安定な振動と、ノイズ除去による物理量の測定精度向上および振動子の歩留まり向上を実現する振動式センサ測定装置を提供すること。【解決手段】バイアス電圧が印加される第１固定電極と対向するように所定の間隔で配置された第２固定電極との間に、被測定物理量が作用し前記第１固定電極との間に働く静電吸引力に応じて振動する振動子が設けられ、前記第１固定電極は前記振動子の出力信号に基づき生成される第１駆動信号で駆動されて前記第２固定電極は前記第１駆動信号と逆相の第２駆動信号で駆動される複数系統の測定系を備え、これら各測定系における振動子は固有周波数が異なるように形成され、これら振動子の出力信号に基づき前記物理量を測定することを特徴とする振動式センサ測定装置である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス電圧が印加される第１固定電極と対向するように所定の間隔で配置された第２固定電極との間に、被測定物理量が作用し前記第１固定電極との間に働く静電吸引力に応じて振動する振動子が設けられ、前記第１固定電極は前記振動子の出力信号に基づき生成される第１駆動信号で駆動されて前記第２固定電極は前記第１駆動信号と逆相の第２駆動信号で駆動される複数系統の測定系を備え、
これら各測定系における振動子は固有周波数が異なるように形成され、これら振動子の出力信号に基づき前記物理量を測定することを特徴とする振動式センサ測定装置。
【請求項２】
前記第２固定電極は、前記振動子に応じて分離形成されていることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の振動式センサ測定装置。
【請求項３】
前記第２固定電極は前記各振動子に共通するように一体形成され、前記各振動子はこれら振動子の出力信号を加算した共通の駆動信号で駆動されることを特徴とする請求項１に記載の振動式センサ測定装置。
【請求項４】
前記第１固定電極、前記第２固定電極および前記振動子は、同一のシリコンウエハに設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動式センサ測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動式センサ測定装置に関し、詳しくは、動作の安定化とノイズ除去および振動子の歩留まり向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧力などの物理量を測定する測定装置の一種に、図６に示すように、振動式センサを用い、振動式センサと電極との間に働く静電吸引力の変化に応じて振動式センサを振動させるものがある。
【０００３】
図６において、左右に並べられた振動子１１および基準振動子１２は、固定電極１０に対し所定の間隔ＤＩＳＢを保って対向するように設置されている。
【０００４】
振動子１１は、その形状（たとえば梁）によって決定される固有振動数を有するものであり、この固有振動数で振動する自励振回路が形成される。すなわち、バイアス電圧Ｖｂが印加された固定電極１０と振動子１１との間に働く静電吸引力Ｆｃ→振動子１１→電流／電圧変換部２０→差動増幅部２２→駆動部３０→駆動信号ＫＢの固定電極１０への帰還によって正帰還ループが形成され、自励振回路が構成される。
【０００５】
振動子１１の自励振動作について説明する。
固定電極１０と振動子１１との間および固定電極１０と基準振動子１２との間には、抵抗を介してバイアス電圧Ｖｂが印加される。
【０００６】
固定電極１０は駆動信号ＫＢによって駆動される。なお、駆動信号ＫＢの周波数は振動子１１の固有振動数と一致する。固定電極１０に印加される電圧が駆動信号ＫＢに応じて変化することから、振動子１１は固定電極１０と振動子１１との間に働く静電吸引力Ｆｃの変化に応じて固有振動数で振動する。
【０００７】
このとき、固定電極１０と振動子１１との間に形成された容量を介して、固定電極１０から振動子１１へ、駆動信号ＫＢと同相の電流にノイズ電流ＮＡが重畳された静電電流ＳＢが流れる。この静電電流ＳＢは振動子１１から出力され、電流／電圧変換部２０で電圧に変換される。
【０００８】
ところが、振動子１１と基準振動子１２の固有振動数は異なる。よって、固定電極１０に印加された電圧が振動子１１の固有振動数で変化しても、基準振動子１２はほとんど振動せず、基準振動子１２からノイズ電流ＮＡと同振幅で同相のノイズ電流ＮＢが出力されて電流／電圧変換部２１で電圧に変換される。
【０００９】
差動増幅部２２は、電流／電圧変換部２０、２１の出力電圧を差動増幅してノイズ電流ＮＡ、ＮＢの成分を打ち消し合い、振動子１１の固有振動数成分を出力する。このため、差動増幅部２２の出力である物理量出力信号Ｐｏの周波数は、振動子１１の固有振動数と一致する。
【００１０】
物理量出力信号Ｐｏは、オートゲインコントロール部（以下、ＡＧＣ部という）３１に入力されるとともに、交流／直流変換部３２に入力される。交流／直流変換部３２は、物理量出力信号Ｐｏの振幅に一致する直流電圧に変換し、誤差増幅部３３に出力する。誤差増幅部３３は、交流／直流変換部３２の直流電圧と設定電圧Ｖｓ（直流）との誤差を増幅してＡＧＣ部３１に出力する。ＡＧＣ部３１は、物理量出力信号Ｐｏの振幅を設定電圧Ｖｓに一致させた交流の駆動信号ＫＢを固定電極１０へ出力する。
【００１１】
一方、被測定流体の圧力が振動子１１に作用することにより振動子１１の歪が変化し、固有振動数が変化する。すなわち、振動子１１に印加される圧力に応じて、振動子１１の固有振動数は変化する。ここで、物理量出力信号Ｐｏの周波数は振動子１１の固有振動数と一致することから、物理量出力信号Ｐｏ（圧力測定信号）の周波数によって圧力を知ることができる。
【００１２】
特許文献１には、振動ゲートが静電吸引力の変化に応じて振動することについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第３２９２２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、基準振動子１２の固有振動数に近い周波数の外部振動が基準振動子１２に伝達した場合、基準振動子１２は外部振動によって振動を起こし、この振動信号が電流／電圧変換部２１を介して物理量出力信号Ｐｏに重畳して、物理量の測定精度が悪化することがある。
【００１５】
また、振動子１１と基準振動子１２との絶縁を保つため、振動子１１は基準振動子１２と正確な間隔ＤＩＳＡを保って製造する必要がある。これに加えて、振動子１１の固有振動数で基準振動子１２が振動しないように両者の固有振動数を離す必要があるため、固有振動数を決定する振動子１１と基準振動子１２の形状を正確に製造する必要がある。このように、振動子１１と基準振動子１２は、両者の間隔ＤＩＳＡおよび形状において正確に製造する必要があるため、製造の歩留まりが低下し、製造コストが高くなるという問題もある。
【００１６】
また、製造上の誤差などで振動子１１と基準振動子１２の固有振動数が互いに近くなってしまうと、振動子１１が固有振動数で振動するとともに、基準振動子１２も振動を起こすことがある。この結果、振動子１１の振動エネルギーが基準振動子１２に吸収されて振動子１１の振動が不安定になって物理量出力信号Ｐｏの周波数が不安定になり、物理量の測定精度が悪化することがある。
【００１７】
本発明は、これらの問題を解決するものであり、その目的は、振動子の安定な振動と、ノイズ除去による物理量の測定精度向上および振動子の歩留まり向上を実現する振動式センサ測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
バイアス電圧が印加される第１固定電極と対向するように所定の間隔で配置された第２固定電極との間に、被測定物理量が作用し前記第１固定電極との間に働く静電吸引力に応じて振動する振動子が設けられ、前記第１固定電極は前記振動子の出力信号に基づき生成される第１駆動信号で駆動されて前記第２固定電極は前記第１駆動信号と逆相の第２駆動信号で駆動される複数系統の測定系を備え、
これら各測定系における振動子は固有周波数が異なるように形成され、これら振動子の出力信号に基づき前記物理量を測定することを特徴とする振動式センサ測定装置である。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の振動式センサ測定装置において、
前記第２固定電極は前記振動子に応じて分離形成されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の振動式センサ測定装置において、
前記第２固定電極は前記各振動子に共通するように一体形成され、前記各振動子はこれら振動子の出力信号を加算した共通の駆動信号で駆動されることを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の振動式センサ測定装置において、
前記第１固定電極、前記第２固定電極および前記振動子は、同一のシリコンウエハに設けられたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、振動子の安定な振動が得られ、物理量の測定精度向上および振動子の歩留まり向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態の一例を示すブロック図である。
【図２】第１固定電極、第２固定電極および振動子の構造の一例を示す構成図である。
【図３】図１の各部における信号波形例図である。
【図４】本発明の実施形態の他の例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態の他の例を示すブロック図である。
【図６】従来の振動式センサ測定装置の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態の一例を示すブロック図であり、図６と同一のものは同一符号を付し説明を省略する。
【００２５】
図１において、バイアス電圧Ｖｂが印加された第１固定電極１００と対向するように所定の間隔ＤＩＳＴで第２固定電極１０１が配置され、これら第１固定電極１００と第２固定電極１０１との間には振動子１０２が設けられている。振動子１０２は、第１固定電極１００と間隔ＤＩＳ１（第１間隔）を保ち、第２固定電極１０１と間隔ＤＩＳ２（第２間隔）を保っている。振動子１０２の固有振動数以外の振動数の信号に対しては、振動子１０２と第１固定電極１００との間に容量Ｃ１（図示省略）が等価的に形成され、振動子１０２と第２固定電極１０１との間に容量Ｃ２（図示省略）が等価的に形成される。なお、容量Ｃ１は第１間隔ＤＩＳ１に反比例し、容量Ｃ２は第２間隔ＤＩＳ２に反比例する。
【００２６】
また、振動子１０２の固有振動数の信号に対しては、振動子１０２と第１固定電極１００との間に抵抗ＲＳ１（図示省略）が等価的に形成され、振動子１０２と第２固定電極１０１との間に抵抗ＲＳ２（図示省略）が等価的に形成される。
【００２７】
振動子１０２の出力信号ＳＥＮＳは電流／電圧変換部１１０に入力されて電圧に変換され、物理量出力信号Ｐｏ（交流）として出力されるとともに、駆動部１２０に入力されている。
【００２８】
駆動部１２０において、交流／直流変換部３２は物理量出力信号Ｐｏ（交流）を直流に変換し、変換した直流電圧を誤差増幅部３３の一方の入力端子に入力する。誤差増幅部３３の他方の入力端子には設定電圧Ｖｓ（直流）が入力されていて、これらの誤差を増幅してＡＧＣ部３１の一方の入力端子に出力する。
【００２９】
ＡＧＣ部３１の他方の入力端子には物理量出力信号Ｐｏが入力されていて、物理量出力信号Ｐｏの振幅を設定電圧Ｖｓに一致させたオートゲインコントロール出力信号ＳＡＧＣを第１増幅部１２１および第２増幅部１２２に出力する。
【００３０】
第１増幅部１２１は、第１帰還抵抗Ｒ１により決定される増幅率にしたがってＡＧＣ出力信号ＳＡＧＣを増幅した第１駆動信号ＫＤ１で第１固定電極１００を駆動する。第２増幅部１２２は、第２帰還抵抗Ｒ２により決定される増幅率にしたがってＡＧＣ出力信号ＳＡＧＣを増幅した第２駆動信号ＫＤ２で第２固定電極１０１を駆動する。
【００３１】
図２は、これら第１固定電極１００、第２固定電極１０１および振動子１０２の構造の一例を示す構成図である。
【００３２】
図２において、シリコンウエハ２００には、中間部を薄くしたダイアフラム２０１が形成され、ダイアフラム２０１の部分に、第１固定電極１００、第２固定電極１０１および振動子１０２が形成されている。このように、第１固定電極１００、第２固定電極１０１および振動子１０２は、同一のシリコンウエハ２００に設けられている。
【００３３】
第１固定電極１００（斜線部）と第２固定電極１０１（斜線部）は、所定間隔ＤＩＳＴを保っている。第１固定電極１００と第２固定電極１０１との間に振動子１０２が形成され、振動子１０２は、第１固定電極１００と第１間隔ＤＩＳ１を保って対向し、第２固定電極１０１と第２間隔ＤＩＳ２を保って対向している。
【００３４】
そして、被測定流体の圧力ＰＲＳがダイアフラム２０１に印加されると、ダイアフラム２０１が変形し、振動子１０２に歪が生じる。
【００３５】
図１に戻り、振動子１０２は、たとえばその梁の形状によって決定される固有振動数を有するものであり、振動子１０２を固有振動数で振動させる自励振回路が形成される。すなわち、バイアス電圧Ｖｂが印加された第１固定電極１００→第１固定電極１００と振動子１０２との間に働く静電吸引力Ｆｃ→振動子１０２→電流／電圧変換部１１０→駆動部１２０→第１駆動信号ＫＤ１の第１固定電極１００への帰還によって正帰還ループが形成され、自励振回路が構成される。
【００３６】
振動子１０２の自励振動作を、まず、第１間隔ＤＩＳ１と第２間隔ＤＩＳ２が等しく、容量Ｃ１と容量Ｃ２が等しい場合について説明する。
【００３７】
バイアス電圧Ｖｂは、第１固定電極１００と回路コモン電圧Ｖｃｏｍとの間に抵抗を介して接続される。振動子１０２は、電流／電圧変換部１１０の演算増幅器によって回路コモン電圧Ｖｃｏｍに（仮想）接地される。これによって、第１固定電極１００と振動子１０２との間にバイアス電圧Ｖｂが印加される。一方、第２固定電極１０１と振動子１０２との間にバイアス電圧は印加されない。
【００３８】
第１固定電極１００は第１駆動信号ＫＤ１によって駆動される。なお、第１駆動信号ＫＤ１の周波数は振動子１０２の固有振動数と一致する。第１駆動信号ＫＤ１によって第１固定電極１００に印加される電圧が変化するため、振動子１０２は、第１固定電極１００と振動子１０２との間に働く静電吸引力Ｆｃの変化に応じて固有振動数で振動する。
【００３９】
このとき、第１静電電流ＳＤ１が、第１固定電極１００から振動子１０２へ流れる。第１静電電流ＳＤ１は、第１駆動信号ＫＤ１と同相の電流にノイズ電流Ｎ１が重畳した電流である。この第１駆動信号ＫＤ１と同相の電流は第１固定電極１００から抵抗ＲＳ１を介して振動子１０２へ流れ、ノイズ電流Ｎ１は第１固定電極１００から容量Ｃ１を介して振動子１０２へ流れる。
【００４０】
一方、第２固定電極１０１は、第１駆動信号ＫＤ１と逆相の第２駆動信号ＫＤ２によって駆動されるが、バイアス電圧が印加されていないため、第２固定電極１０１と振動子１０２との間には、第２駆動信号ＫＤ２の周波数に応じた静電吸引力Ｆｃは働かない。よって、ノイズ電流Ｎ１と同一振幅で逆相のノイズ電流Ｎ２が第２静電電流ＳＤ２として、第２固定電極１０１から容量Ｃ２を介して振動子１０２へ流れる。
【００４１】
振動子１０２に流れ込む電流のうち、ノイズ電流Ｎ１とノイズ電流Ｎ２とは同一振幅で逆相なので、互いに打ち消しあう。このため、第１駆動信号ＫＤ１と同相の電流が、振動子出力信号ＳＥＮＳとして、振動子１０２から電流／電圧変換部１１０へ流れる。
【００４２】
そして、電流／電圧変換部１１０は、振動子出力信号ＳＥＮＳの電流を電圧に変換し、物理量出力信号Ｐｏとして出力する。なお、物理量出力信号Ｐｏの周波数は、振動子１０２の固有振動数と一致する。
【００４３】
物理量出力信号Ｐｏは、ＡＧＣ部３１に入力されるとともに、交流／直流変換部３２に入力される。なお、ＡＧＣ部３１、交流／直流変換部３２および誤差増幅部３３は前述の図６と同じであり、ＡＧＣ部３１は、物理量出力信号Ｐｏの振幅を設定電圧Ｖｓに一致させたＡＧＣ出力信号ＳＡＧＣ（交流）を、第１増幅部１２１と第２増幅部１２２に出力する。
【００４４】
第１増幅部１２１はＡＧＣ出力信号ＳＡＧＣを増幅した第１駆動信号ＫＤ１を出力して第１固定電極１００を駆動し、第２増幅部１２２はＡＧＣ出力信号ＳＡＧＣを増幅した第２駆動信号ＫＤ２を出力して第２固定電極１０１を駆動する。なお、第１増幅部１２１の増幅率Ｇ１の符号は第２増幅部１２２の増幅率Ｇ２の符号と異なるため、第１駆動信号ＫＤ１と第２駆動信号ＫＤ２とは逆相になる。
【００４５】
そして、図２に示すように振動子１０２に作用（印加）する被測定流体の圧力ＰＲＳが変化すると、振動子１０２の歪が変化して固有振動数が変化する。すなわち、振動子１０２に印加される圧力に応じて、振動子１０２の固有振動数は変化する。図１の振動子１０２の固有振動数は物理量出力信号Ｐｏの周波数と一致するため、物理量出力信号Ｐｏ（圧力測定信号）の周波数によって圧力ＰＲＳを知ることができる。
【００４６】
図３は図１の各部における信号波形図であり、（ａ）はＡＧＣ出力信号ＳＡＧＣ（電圧）、（ｂ）は第１駆動信号ＫＤ１（電圧）、（ｃ）は第２駆動信号ＫＤ２（電圧）、（ｄ）は第１静電電流ＳＤ１、（ｅ）は第２静電電流ＳＤ２、（ｆ）は振動子出力信号ＳＥＮＳ（電流）、（ｇ）は物理量出力信号Ｐｏ（電圧）である。なお、（ｄ）の第１静電電流ＳＤ１の波形は、（ｄ１）に（ｄ２）を重畳した波形となる。
【００４７】
第１増幅部１２１の増幅率Ｇ１が正の場合、（ａ）のＡＧＣ出力信号ＳＡＧＣは（ｂ）の第１駆動信号ＫＤ１と同相になり、第２増幅部１２２の増幅率Ｇ２が負の場合、（ｃ）の第２駆動信号ＫＤ２は（ａ）のＡＧＣ出力信号ＳＡＧＣおよび（ｂ）の第１駆動信号ＫＤ１と逆相になる。なお、（ｂ）の第１駆動信号ＫＤ１の電圧振幅を第１振幅Ａ１とし、（ｃ）の第２駆動信号ＫＤ２の電圧振幅を第２振幅Ａ２とする。
【００４８】
（ｄ）の第１静電電流ＳＤ１において、（ｄ１）のＳＤ１ａは（ｂ）の第１駆動信号ＫＤ１と同相の電流であり、（ｄ２）のＳＤ１ｂはノイズ電流Ｎ１である。
【００４９】
（ｅ）の第２静電電流ＳＤ２は、（ｄ２）のＳＤ１ｂと同一振幅で逆相のノイズ電流Ｎ２である。
【００５０】
（ｆ）の振動子出力信号ＳＥＮＳは、（ｄ２）のＳＤ１ｂが（ｅ）のＳＤ２と打ち消しあうため、（ｄ１）のＳＤ１ａと同じになる。
【００５１】
（ｇ）の物理量出力信号Ｐｏは、（ｆ）の振動子出力信号ＳＥＮＳ電流を電圧に変換したものであり、その周波数は被測定流体の圧力ＰＲＳに対応する。
【００５２】
前述したように、第１間隔ＤＩＳ１が第２間隔ＤＩＳ２と等しく、容量Ｃ１が容量Ｃ２と等しいため、容量Ｃ１のインピーダンスＺ１は容量Ｃ２のインピーダンスＺ２と等しくなる。そして、第１振幅Ａ１が第２振幅Ａ２と等しければ、オームの法則より、（ｄ２）のノイズ電流Ｎ１は（ｅ）のノイズ電流Ｎ２と同一振幅になって、互いに逆相の関係にある両者は打ち消しあう。
【００５３】
第１振幅Ａ１を第２振幅Ａ２と等しくするためには、増幅率Ｇ１の絶対値を増幅率Ｇ２の絶対値と等しくすればよい。すなわち、第１間隔ＤＩＳ１と第２間隔ＤＩＳ２との比が「１」の場合、第１振幅Ａ１と第２振幅Ａ２との比、および増幅率Ｇ１の絶対値と増幅率Ｇ２の絶対値との比をいずれも「１」にすれば、ノイズ電流Ｎ１とノイズ電流Ｎ２とを打ち消すことができる。
【００５４】
次に、たとえば製造上の誤差などが原因で、第１間隔ＤＩＳ１が第２間隔ＤＩＳ２より小さく（ＤＩＳ１＜ＤＩＳ２）なり、これに伴い容量Ｃ１が容量Ｃ２より大きく（Ｃ１＞Ｃ２）なる場合について説明する。
【００５５】
容量Ｃ１が容量Ｃ２より大きいため、容量Ｃ１のインピーダンスＺ１は容量Ｃ２のインピーダンスＺ２より小さい（Ｚ１＜Ｚ２）。
【００５６】
このため、第１振幅Ａ１を第２振幅Ａ２より小さくすれば（Ａ１＜Ａ２）、オームの法則より、ノイズ電流Ｎ１がノイズ電流Ｎ２と同一振幅になって、ノイズ電流Ｎ１とノイズ電流Ｎ２とを打ち消すことができる。そして、第１振幅Ａ１を第２振幅Ａ２より小さくするには、増幅率Ｇ１の絶対値を増幅率Ｇ２の絶対値より小さくすればよい（｜Ｇ１｜＜｜Ｇ２｜）。
【００５７】
このように、第１振幅Ａ１と第２振幅Ａ２は、第１間隔ＤＩＳ１と第２間隔ＤＩＳ２に基づいたものである。そして、たとえば第１間隔ＤＩＳ１と第２間隔ＤＩＳ２との比（ＤＩＳ１／ＤＩＳ２）、第１振幅Ａ１と第２振幅Ａ２との比（Ａ１／Ａ２）、増幅率Ｇ１の絶対値と増幅率Ｇ２の絶対値との比（｜Ｇ１｜／｜Ｇ２｜）は、互いに比例関係であればよい。
【００５８】
なお、第１間隔ＤＩＳ１が第２間隔ＤＩＳ２より大きい（ＤＩＳ１＞ＤＩＳ２）場合には、前述した大小関係を反対にして考えればよい。
【００５９】
また、前述した比例関係を実現するために、第１増幅部１２１および第２増幅部１２２の少なくともいずれか一方は増幅率Ｇ１、Ｇ２を変更できる可変増幅部であってもよい。
【００６０】
図１の回路構成によれば、ノイズ電流Ｎ１とノイズ電流Ｎ２をほぼ打ち消した状態で物理量（圧力）を測定することができ、物理量の測定精度を向上できる。
【００６１】
そして、図６のような基準振動子１２を使用しないため、外部振動が基準振動子に伝達されたり、振動子１０２の振動エネルギーが基準振動子に吸収されることもない。これにより、振動子１０２が安定に振動するので、物理量の測定精度を向上できる。
また、振動子１０２は、基準振動子との関係（両者の間隔、形状）において正確に製造する必要がないので、振動子１０２の歩留まり向上が図れ、製造コストを低減できる。
【００６２】
また、第１間隔ＤＩＳ１と第２間隔ＤＩＳ２に応じて第１帰還抵抗Ｒ１と第２帰還抵抗Ｒ２を選択変更して増幅率Ｇ１、Ｇ２を変更できるので、より容易に前述した比例関係を実現でき、ノイズ電流Ｎ１とノイズ電流Ｎ２をほぼ打ち消すことにより、物理量の測定精度を向上できる。
【００６３】
また、第１間隔ＤＩＳ１と第２間隔ＤＩＳ２に応じて第１増幅部１２１および第２増幅部１２２の可変増幅により増幅率Ｇ１、Ｇ２を変更できるので、さらに容易および柔軟に前述した比例関係を実現でき、ノイズ電流Ｎ１とノイズ電流Ｎ２とをほぼ打ち消すことにより、物理量の測定精度を向上できる。
【００６４】
また、図２に示したように、第１固定電極１００と第２固定電極１０１および振動子１０２を同一のシリコンウエハ２００に設けることで、振動子１０２の製造がより容易になり、歩留まりの向上および製造コストを低減できる。
【００６５】
また、物理量は実施例の圧力に限るものではなく、流量、温度、密度などの物理量も振動子１０２に作用させて振動子１０２の歪を変化させることで、これらの物理量も測定できる。
【００６６】
図４は、本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図１の回路構成を添え字ａとｂで示すように２系統設けたものである。図４において、それぞれの系統で用いられる振動子１０２ａと１０２ｂの形状は、共振周波数が異なるように調整されている。
【００６７】
第１固定電極１００ａと振動子１０２ａの間には静電吸引力が発生するようにバイアス電圧Ｖｂａが印加され、第２固定電極１０１ａと振動子１０２ａの間には静電吸引力が発生しないように同電位に保たれている。同様に、第１固定電極１００ｂと振動子１０２ｂの間には静電吸引力が発生するようにバイアス電圧Ｖｂｂが印加され、第２固定電極１０１ｂと振動子１０２ｂの間には静電吸引力が発生しないように同電位に保たれている。
【００６８】
ＡＧＣ部３１ａの出力信号ＳＡＧＣａは第１増幅部１２１ａと第２増幅部１２２ａに入力され、ＡＧＣ部３１ｂの出力信号ＳＡＧＣｂは第１増幅部１２１ｂと第２増幅部１２２ｂに入力されている。
【００６９】
第１増幅部１２１ａの出力信号は第１固定電極１００ａに印加され、第２増幅部１２２ａの出力信号は第２固定電極１０１ａに印加され、第１増幅部１２１ｂの出力信号は第１固定電極１００ｂに印加され、第２増幅部１２２ｂの出力信号は第２固定電極１０１ｂに印加されている。なお、第１増幅部１２１ａおよび第１増幅部１２１ｂは反転増幅器として構成され、第２増幅部１２２ａおよび第２増幅部１２２ｂは非反転増幅器として構成されている。
【００７０】
第１増幅部１２１ａの出力に応じて第１固定電極１００ａと振動子１０２ａの間の静電吸引力が変化して振動子１０２ａは振動するが、第２固定電極１０１ａと振動子１０２ａの間にはバイアス電圧が印加されていないので第２増幅部１２２ａの出力で振動子１０２ａが振動することはない。同様に、第１増幅部１２１ｂの出力に応じて第１固定電極１００ｂと振動子１０２ｂの間の静電吸引力が変化して振動子１０２ｂは振動するが、第２固定電極１０１ｂと振動子１０２ｂの間にはバイアス電圧が印加されていないので第２増幅部１２２ｂの出力で振動子１０２ｂが振動することはない。
【００７１】
静電吸引力が発生している第１固定電極１００ａと振動子１０２ａの間で正帰還ループが形成されていることにより振動子１０２ａは自身の固有振動数で共振し、その振幅は誤差増幅器３３ａとＡＧＣ部３１ａの働きによって一定に保たれる。同様に、静電吸引力が発生している第１固定電極１００ｂと振動子１０２ｂの間で正帰還ループが形成されていることにより振動子１０２ｂは自身の固有振動数で共振し、その振幅は誤差増幅器３３ｂとＡＧＣ部３１ｂの働きによって一定に保たれる。
【００７２】
振動子１０２ａの共振に伴い、バイアス電圧Ｖｂａが印加されている第１固定電極１００ａから出力信号ＳＥＮＳａと正相ノイズが出力されるが、バイアス電圧が印加されていない第２固定電極１０１ａからは、第２増幅部１２２ａの作用によって、逆相ノイズのみが出力される。同様に、振動子１０２ｂの共振に伴い、バイアス電圧Ｖｂｂが印加されている第１固定電極１００ｂから出力信号ＳＥＮＳｂと正相ノイズが出力されるが、バイアス電圧が印加されていない第２固定電極１０１ｂからは、第２増幅部１２２ｂの作用によって、逆相ノイズのみが出力される。
【００７３】
これら正相ノイズと逆相ノイズは足しあわされることによりキャンセルされる。これにより、振動子１０２ａから出力信号ＳＥＮＳａのみが出力され、振動子１０２ｂから出力信号ＳＥＮＳｂのみが出力される。
【００７４】
出力信号ＳＥＮＳａは電流／電圧変換部１１０ａにより電圧信号に変換されてＡＧＣ部３１ａと交流／直流変換部３２ａおよびシュミットトリガ１３０ａに入力され、出力信号ＳＥＮＳｂは電流／電圧変換部１１０ｂにより電圧信号に変換されてＡＧＣ部３１ｂと交流／直流変換部３２ｂおよびシュミットトリガ１３０ｂに入力される。
【００７５】
シュミットトリガ１３０ａは出力信号ＳＥＮＳａに対応した周波数信号ａを図示しない演算処理部に出力し、シュミットトリガ１３０ｂは出力信号ＳＥＮＳｂに対応した周波数信号ｂを共通する図示しない演算処理部に出力する。
【００７６】
図示しない演算処理部は、これら周波数信号ａと周波数信号ｂを用いて各種の演算を施し、圧力や温度などの物理量測定値を算出する。
【００７７】
このような図４の構成によれば、同一測定対象物理量の測定信号を、共振周波数が異なる振動子１０２ａと１０２ｂで構成された２系統の測定回路からそれぞれ得ることができるので、演算処理部でこれら２系統の測定信号に基づく和や差の演算を行うことができ、１系統の測定信号だけでは行えない高精度の演算処理結果が得られる。
【００７８】
ところで、図４のような静電駆動型振動子を製造するのにあたり、２個の第２固定電極１０１ａと第２固定電極１０１ｂを分離して形成することはきわめて困難であり、量産にあたっては２個の第２固定電極１０１ａと第２固定電極１０１ｂを一体化することが現実的であるが、図４の回路構成のままで２個の第２固定電極１０１ａと第２固定電極１０１ｂを一体化しても、ノイズを除去することはできない。
【００７９】
図５は、２個の第２固定電極を一体化しながらも図４の構成と同様の効果が得られるようにした本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けている。
【００８０】
図４と図５の相違点は、図５では、第２固定電極１０１ｃを一体化したこと、第１増幅部１２１ｃと第２増幅部１２２ｃとバイアス電圧Ｖｂｃをそれぞれ統一したこと、そして加算部１４０を設けたことである。なお、第１増幅部１２１ｃは反転増幅器として構成され、第２増幅部１２２ｃは非反転増幅器として構成されている。
【００８１】
図５において、ＡＧＣ部３１ａの出力信号ＳＡＧＣａは加算部１４０の一方の入力端子に入力され、ＡＧＣ部３１ｂの出力信号ＳＡＧＣｂは加算部１４０の他方の入力端子に入力されている。
【００８２】
加算部１４０の出力信号は、第１増幅部１２１ｃを介して第１固定電極１００ａと第１固定電極１００ｂに印加され、第２増幅部１２２ｃを介して第２固定電極１０１ｃに印加されている。なお、第１固定電極１００ａと第１固定電極１００ｂには、共通のバイアス電圧Ｖｂｃが印加されている。
【００８３】
このような構成において、２個の振動子１０２ａと振動子１０２ｂは、ＡＧＣ部３１ａの出力信号ＳＡＧＣａとＡＧＣ部３１ｂの出力信号ＳＡＧＣｂを加算した加算部１４０の出力信号により同時に駆動される。
【００８４】
これにより、２個の振動子１０２ａと振動子１０２ｂで１つの系が形成され、これら２個の振動子１０２ａと振動子１０２ｂのノイズは、同時に打ち消される
【００８５】
すなわち、２個の振動子１０２ａと振動子１０２ｂの固有振動数が異なるために、仮に振動子１０２ａの固有振動数で振動子１０２ｂを駆動しても、振動子１０２ｂがほとんど振動することはない。したがって、振動子１０２ｂから見ると振動子１０２ａの固有振動数の成分はノイズとなり、振動子１０２ａから見れば振動子１０２ｂの固有振動数の成分がノイズとなるが、これらのノイズは従来構成と同様にキャンセルされる。
【００８６】
図５の構成によれば、比較的製造しやすい構造の静電駆動型振動子を用いながら、図４と同様に、同一測定対象物理量の測定信号を共振周波数が異なる振動子１０２ａと１０２ｂで構成された２系統の測定回路からそれぞれ得ることができるので、演算処理部でこれら２系統の測定信号に基づく和や差の演算を行うことができ、１系統の測定信号だけでは行えない高精度の演算処理結果が得られる。
【００８７】
なお、第２増幅部１２２として用いる非反転増幅器のゲインを調整して、ノイズのキャンセル量を調整してもよい。
【００８８】
また、上記実施例では、２個の振動子１０２ａと振動子１０２ｂを同時に駆動する例を示したが、３個以上の振動子を同時に駆動するように構成してもよい。
【００８９】
以上説明したように、本発明によれば、振動子の安定な振動、物理量の測定精度向上および振動子の歩留まり向上が図れる振動式センサ測定装置が実現できる。
【符号の説明】
【００９０】
１００  第１固定電極
１０１  第２固定電極
１０２  振動子
１１０  電流／電圧変換部
１２０  駆動部
１２１  第１増幅部
１２２  第２増幅部
１３０  シュミットトリガ
１４０  加算部
２００  シリコンウエハ
ＤＩＳ１  第１間隔
ＤＩＳ２  第２間隔
ＤＩＳＴ  所定間隔
Ｆｃ  静電吸引力
ＫＤ１  第１駆動信号
ＫＤ２  第２駆動信号
Ｐｏ  物理量出力信号
ＰＲＳ  圧力
ＳＥＮＳ  振動子出力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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