(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反転入力端子に電荷型センサの一端が接続されるオペアンプと、
上記オペアンプの出力電圧を分圧した２つの分圧点を有する分圧器と、
上記オペアンプの反転入力端子と上記分圧器が有する上記オペアンプの出力端子側である一方の分圧点との間に接続したフィードバック抵抗と、
上記フィードバック抵抗に並列に接続したフィードバックコンデンサと、を備えるとともに、
上記電荷型センサの他端を上記分圧器が有する上記オペアンプの出力端子側でない他方の分圧点に接続した電荷型センサ用増幅回路。
【請求項２】
反転入力端子に電荷型センサの一端が接続されるオペアンプと、
上記オペアンプの出力電圧を分圧した分圧点を有する分圧器と、
上記オペアンプの反転入力端子と上記オペアンプの出力端子側との間に接続したフィードバック抵抗と、
上記フィードバック抵抗に並列に接続したフィードバックコンデンサと、を備えるとともに、
上記電荷型センサの他端を上記分圧器が有する分圧点に接続した電荷型センサ用増幅回路。
【請求項３】
反転入力端子に電荷型センサの一端が接続されるオペアンプと、
上記オペアンプの出力電圧を分圧した分圧点を有する分圧器と、
上記オペアンプの反転入力端子と上記分圧器が有する分圧点との間に接続したフィードバック抵抗と、
上記フィードバック抵抗に並列に接続したフィードバックコンデンサと、を備えるとともに、
上記電荷型センサの他端を上記分圧器が有する分圧点に接続した電荷型センサ用増幅回路。
【請求項４】
上記フィードバックコンデンサは、温度安定性が高いコンデンサである請求項１〜３のいずれかに記載の電荷型センサ用増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加速度センサ等の電荷型センサの出力を増幅して出力する電荷型センサ用増幅回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、検出出力が電荷の形で現れるセンサを用いたセンサ装置として、圧電型加速度センサ装置や、焦電型赤外線センサ装置等がある。これらのセンサ装置では、加速度や赤外線等に感応したときに発生する電荷量が微小、例えば０．０１〜数１０００ｐＣ、であることから、センサの出力を増幅して電圧信号で取り出す増幅回路が利用されている。また、圧電型加速度センサ装置は自動車のエアバッグの作動検出（衝突検出）、自動車の回転時における角速度の検出、ハードディスクドライブの衝撃検出等に用いられている。
【０００３】
従来の増幅回路は、センサの出力をチャージアンプで増幅するものであった（特開平８−３３８７８１号公報）。図６に、該公報に開示されている増幅回路の構成を示す。この増幅回路は、オペアンプＡｍｐの反転入力端子と出力端子間に抵抗（フィードバック抵抗）Ｒ１１が接続されている。また、この抵抗Ｒ１１に並列にコンデンサ（フィードバックコンデンサ）Ｃ１１が接続されている。また、加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒの一端は上記オペアンプの反転入力端子に接続され、他端は基準電圧Ｖｒｅｆに接続されている。オペアンプの正転入力端子は基準電圧Ｖｒｅｆに接続されている。
【０００４】
この増幅回路は、加速度センサに振動が加わり、該加速度センサにおいて発生した加速度や振動の大きさに応じた電荷Ｑを、オペアンプで増幅して出力する。加速度センサにおいて発生した電荷Ｑと、オペアンプの出力電圧Ｖｏと、の関係は、
【０００５】
【数１３】
0003551893.tif 000002
【０００６】
で表される。Ｖｏ（ｓ）はラプラス変換関数であり、ｓに関する代数方程式である。
【０００７】
この回路の周波数特性は、一般にフラット域での出力電圧とカットオフ周波数で表される。カットオフ周波数ｆｃは、
【０００８】
【数１４】
0003551893.tif 000003
【０００９】
である。また、加速度や振動の感度範囲を広くするには、カットオフ周波数ｆｃを低くすればよい。上記〔数１４〕から明らかなように、コンデンサＣ１１の静電容量や抵抗Ｒ１１の抵抗値を大きくすれば、カットオフ周波数ｆｃが低くなる。したがって、加速度や振動の感度範囲を広くするには、コンデンサＣ１１の静電容量や抵抗Ｒ１１の抵抗値を大きくすればよい。
【００１０】
ところが、コンデンサＣ１１の静電容量を大きくすると、回路動作が不安定になり発振しやすくなるとともに、フラット域の出力電圧が小さくなって感度を低下させるという問題がある。また、一般に高抵抗の抵抗素子が高価であることから、抵抗Ｒ１１に高抵抗の抵抗素子を用いると、増幅回路のコストアップという問題がある。なお、ここで言う感度とはオペアンプの増幅率である。
【００１１】
上記問題を解決する増幅回路がすでに特開平１１−２４２０４８号において提案されている。図７に該公報に開示されている圧電型センサ用増幅回路の構成を示す。この圧電型センサ用増幅回路は、オペアンプＡｍｐの反転入力端子と出力端子との間にコンデンサＣ２１を接続している。また、オペアンプの出力端子と基準電圧Ｖｒｅｆとの間に、２つの抵抗Ｒ２２、Ｒ２３（分圧抵抗として機能する。）をこの順に直列に接続し、抵抗Ｒ２２と抵抗Ｒ２３との接続点に抵抗Ｒ２１の一端を接続し、該抵抗Ｒ２１の他端をオペアンプの反転入力端子に接続している。オペアンプの正転入力端子は基準電圧に接続されている。加速度センサＧｓｅｎｓｏｒの一端はオペアンプの反転入力端子に接続され、他端は基準電圧Ｖｒｅｆに接続されている。
【００１２】
上記増幅回路も、加速度センサに振動が加わり、該加速度センサにおいて発生した加速度や振動の大きさに応じた電荷Ｑを、オペアンプで増幅して出力する。加速度センサにおいて発生した電荷Ｑと、オペアンプの出力電圧Ｖｏと、の関係は、
【００１３】
【数１５】
0003551893.tif 000004
【００１４】
で表される。Ｖｏ（ｓ）は上記〔数１３〕と同様にラプラス変換関数であり、ｓに関する代数方程式である。カットオフ周波数ｆｃは、
【００１５】
【数１６】
0003551893.tif 000005
【００１６】
で表される。上記〔数１６〕から明らかなように、この図７に示した増幅回路は、カットオフ周波数ｆｃは図６に示した回路の、
（１＋Ｒ２２／Ｒ２３＋Ｒ２２／Ｒ２１）分の１であり、抵抗Ｒ２１〜Ｒ２３の抵抗値を調整することで、感度を低下させることなく、カットオフ周波数ｆｃを低くできる（感度範囲を広くできる。）。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図６および図７に示した増幅回路では、加速度センサ等の圧電型センサの電荷感度の温度特性（加速度や赤外線等に感応したときに発生する電荷量Ｑの温度特性）が補償されていなかった。このため、温度変化に対するオペアンプの出力電圧Ｖｏの変動が大きいという問題があった。
【００１８】
なお、理論的には、圧電型センサの電荷感度の温度特性と同じ温度特性を持つフィードバックコンデンサＣ１１（またはＣ２１）を使用すれば、温度変化に対するオペアンプの出力電圧Ｖｏの変動を抑えることができ、温度補償がなされた圧電型センサ用増幅回路が得られる。しかし、同じ温度特性を持つ圧電型センサとフィードバックコンデンサの入手が困難であり、温度補償がなされた圧電型センサ用増幅回路の実現が困難であった。
【００１９】
この発明の目的は、温度変化に対する出力の変動を抑えた電荷型センサ用増幅回路を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
この発明の圧電型センサ用増幅回路は、上記課題を解決するために以下の構成を備えている。
【００２１】
（１）反転入力端子に電荷型センサの一端が接続されるオペアンプと、
上記オペアンプの出力電圧を分圧した２つの分圧点を有する分圧器と、
上記オペアンプの反転入力端子と上記分圧器が有する上記オペアンプの出力端子側である一方の分圧点との間に接続したフィードバック抵抗と、
上記フィードバック抵抗に並列に接続したフィードバックコンデンサと、を備えるとともに、
上記電荷型センサの他端を上記分圧器が有する上記オペアンプの出力端子側でない他方の分圧点に接続した。
【００２２】
（２）反転入力端子に電荷型センサの一端が接続されるオペアンプと、
上記オペアンプの出力電圧を分圧した分圧点を有する分圧器と、
上記オペアンプの反転入力端子と上記オペアンプの出力端子側との間に接続したフィードバック抵抗と、
上記フィードバック抵抗に並列に接続したフィードバックコンデンサと、を備えるとともに、
上記電荷型センサの他端を上記分圧器が有する分圧点に接続した。
【００２３】
（３）反転入力端子に電荷型センサの一端が接続されるオペアンプと、
上記オペアンプの出力電圧を分圧した分圧点を有する分圧器と、
上記オペアンプの反転入力端子と上記分圧器が有する分圧点との間に接続したフィードバック抵抗と、
上記フィードバック抵抗に並列に接続したフィードバックコンデンサと、を備えるとともに、
上記電荷型センサの他端を上記分圧器が有する分圧点に接続した。
【００２４】
（４）上記フィードバックコンデンサは、温度安定性が高いコンデンサである。
【００２５】
上記（１）の構成による電荷型センサ用増幅回路の回路図を図１に示す。図１において、抵抗Ｒｘ、Ｒ２、Ｒ３がこの発明で言う分圧器に相当し、抵抗Ｒｘ、Ｒ２の接続点がオペアンプの出力端子側である一方の分圧点に相当し、抵抗Ｒ２、Ｒ３の接続点がオペアンプの出力端子側でない他方の分圧点に相当する。この回路において、圧電型センサ（図では、加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒ）の電荷感度の温度特性をｄｔｃとすると、回路定数が
【００２６】
【数１】
0003551893.tif 000006
【００２７】
を満足するときに、温度変化に対するオペアンプの出力電圧Ｖｏｕｔの変動が抑えられる。この理由については、〔発明の実施の形態〕の欄において詳細に説明する。したがって、この〔数１〕を満足するように回路定数を決めることにより、温度補償がなされた電荷型センサ用増幅回路を得ることができる。このように、回路定数の設定という簡単な方法で温度補償がなされた電荷型センサ用増幅回路を得ることができる。
【００２８】
また、抵抗Ｒｘの抵抗値は上記〔数１〕に含まれていない。しかも、後述するように抵抗Ｒｘにより回路ゲインが変わる。したがって、抵抗Ｒｘにより、温度補償に影響を与えることなく感度（オペアンプＡｍｐの増幅率）の調整が行える。抵抗Ｒｘは感度調整用抵抗として機能する。
【００２９】
次に、上記（２）の構成による電荷型センサ用増幅回路の回路図を図２に示す。この電荷型センサ用増幅回路は、図１に示した回路の抵抗Ｒｘの抵抗値を０にした回路である（抵抗Ｒｘを無くした回路である。）。したがって、上記（１）で説明したように、〔数１〕を満足するように回路定数を決めれば、温度補償がなされた電荷型センサ用増幅回路が得られる。
【００３０】
また、上記（３）の構成による電荷型センサ用増幅回路の回路図を図３に示す。この電荷型センサ用増幅回路は、図１に示した回路の抵抗Ｒ２の抵抗値を０にした回路である（抵抗Ｒ２を無くした回路である。）。したがって、回路定数が上記〔数１〕においてＲ２＝０とした、
【００３１】
【数２】
0003551893.tif 000007
【００３２】
を満足するときに、温度変化に対するオペアンプの出力電圧Ｖｏｕｔの変動が抑えられる。したがって、この〔数２〕を満足するように回路定数を決めれば、温度補償がなされた電荷型センサ用増幅回路を得ることができる。
【００３３】
さらに、（４）ではセラミックコンデンサやフィルムコンデンサ等、温度特性が良いコンデンサをフィードバックコンデンサＣ１に使用する構成としたので、上記〔数１〕および〔数２〕におけるフィードバックコンデンサＣ１の温度特性Ｃ１ｔｃが無視できる。したがって、
回路構成が上記（１）または（２）である場合、
【００３４】
【数３】
0003551893.tif 000008
【００３５】
回路構成が上記（３）である場合、
【００３６】
【数４】
0003551893.tif 000009
【００３７】
を満足するように回路定数を設定することで、温度補償がなされた電荷型センサ用増幅回路を得ることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態にかかる加速度センサ用増幅回路の実施形態について説明する。なお、以下の説明における個々の電気部品、特に抵抗やコンデンサ、は所望の電気的特性が得られるように複数の電気部品を電気的に接続した構成に置き換えてもよい。
【００３９】
図１は、この発明の実施形態である加速度センサ用増幅回路を示す回路図である。この実施形態の加速度センサ用増幅回路では、オペアンプＡｍｐの反転入力端子に加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒの一端が接続されている。また、このオペアンプＡｍｐの出力端子と基準電圧Ｖｒｅｆとの間に、３つの抵抗Ｒｘ、Ｒ２、Ｒ３がこの順に接続されている。さらに、並列接続されたフィードバック抵抗Ｒ１とフィードバックコンデンサＣ１の一端がこのオペアンプＡｍｐの反転入力端子に接続され、この並列接続されたフィードバック抵抗Ｒ１およびフィードバックコンデンサＣ１の他端が抵抗Ｒｘと抵抗Ｒ２との接続点に接続されている。オペアンプＡｍｐの正転入力端子は上記基準電圧Ｖｒｅｆに接続され、加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒの他端は上記抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点に接続されている。なお、オペアンプには駆動用電源電圧±Ｖが印加されている。
【００４０】
以下の説明において、加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒは、
静電容量  Ｃ０〔ｐＦ〕、
電荷感度  ｄ  〔ｐＣ／Ｇ〕、
静電容量の温度特性  Ｃ０ｔｃ〔ｐｐｍ／℃〕、
電荷感度の温度特性  ｄｔｃ〔ｐｐｍ／℃〕、である。
フィードバックコンデンサＣ１は、
静電容量  Ｃ１〔ｐＦ〕、
静電容量の温度特性  Ｃ１ｔｃ〔ｐｐｍ／℃〕、である。
また、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒｘの抵抗値はそれぞれ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒｘである。
【００４１】
この実施形態の加速度センサ用増幅回路は測定帯域（下限周波数ｆｌ、上限周波数ｆｈ）に対して、
ｆｌ＞１／（２×π×Ｒ１×Ｃ１）、
ｆｈ＜１／（２×π×Ｒ２×Ｃ１）、
ｆｈ＜１／（２×π×Ｃ０×Ｒ３）、
ｆｈ＜１／（２×π×Ｃ１×Ｒｘ）、これらを満足する回路定数が設定される。
【００４２】
上記測定帯域（ｆｌ〜ｆｈ）において、加速度１Ｇに対する出力電圧Ｖｏｕｔは、
【００４３】
【数５】
0003551893.tif 000010
【００４４】
で表される。この回路では、上記抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点に加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒを接続することで、〔数５〕からも明らかなように、オペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔに加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒの静電容量Ｃ０が影響するようにしている。ここで、〔数５〕を温度Ｔで偏微分すると、
【００４５】
【数６】
0003551893.tif 000011
【００４６】
となる。なお、抵抗Ｒ１〜Ｒ３、Ｒｘについては温度特性が殆ど０であるので、ここでは無視している。この〔数６〕において、オペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの温度勾配（∂Ｖｏｕｔ／∂Ｔ）を０とし（〔数６〕における左辺を０とし、）、式を整理すると、
【００４７】
【数７】
0003551893.tif 000012
【００４８】
となる。ここで、この〔数７〕における（１／ｄ）×（∂ｄ／∂Ｔ）、
（１／Ｃ１）×（∂Ｃ１／∂Ｔ）、および（１／Ｃ０）×（∂Ｃ０／∂Ｔ）は、それぞれ加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒの電荷感度の温度勾配（ｄｔｃ）、フィードバックコンデンサＣ１の静電容量の温度勾配（Ｃ１ｔｃ）、加速度センサの静電容量の温度勾配（Ｃ０ｔｃ）である。
【００４９】
上記〔数７〕を整理して、書き直すと、
【００５０】
【数８】
0003551893.tif 000013
【００５１】
となる。〔数８〕は上記〔課題を解決するための手段〕において示した〔数１〕である。〔数８〕は上述したようにオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの温度特性を０としたものであることから、〔数８〕を満足するように回路定数を設定すれば、オペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの温度勾配が０である、すなわち温度補償された加速度センサ用増幅回路が得られる。
【００５２】
具体的には、加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒおよびフィードバックコンデンサＣ１を決め、その後上記〔数８〕を満足するように抵抗Ｒ２、Ｒ３の抵抗値を設定する。これにより、温度変化に対するオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの変動を抑えた加速度センサ用増幅回路、すなわち温度補償がなされた加速度センサ用増幅回路、が得られる。また、加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒおよびフィードバックコンデンサＣ１については、その特性を殆ど気にすることなく選択できるので、安価なものが使用でき、結果的にコストダウンという効果も奏する。
【００５３】
また、抵抗Ｒｘは、オペアンプＡｍｐのフィードバック抵抗として機能し、且つ上記〔数８〕に影響を及ぼさないものであることから、抵抗Ｒｘの抵抗値の調整により、上記温度補償に影響を与えることなく感度調整（オペアンプＡｍｐの増幅率の調整）が行える。
【００５４】
さらに、圧電体は電荷感度と静電容量との間に正の相関性がある。この実施形態の加速度センサ用増幅回路は、上述したようにオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔに加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒの静電容量が影響する回路であるので、オペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔに上記加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒの電荷感度と静電容量との間の正の相関性が作用し、オペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔのばらつきが抑えられる。
【００５５】
さらに、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサ等、温度特性が良いコンデンサをフィードバックコンデンサＣ１に使用すれば、上記〔数８〕におけるフィードバックコンデンサＣ１の温度勾配（Ｃ１ｔｃ）が無視でき、上記〔数８〕のＣ１ｔｃ＝０とした、
【００５６】
【数９】
0003551893.tif 000014
【００５７】
を満足するように回路定数を設定すれば、出力電圧Ｖｏｕｔの温度勾配が０である、温度補償がなされた加速度センサ用増幅回路が得られる。
【００５８】
しかも、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサ等、温度特性が良いコンデンサは安価であり、入手も容易であるため、汎用性の高い低コストな回路が実現できる。
【００５９】
なお、本願発明者は〔数８〕または〔数９〕において、左辺の値に対して右辺の値が±１５％以内、より好ましくは左辺の値に対して右辺の値が±１０％以内、になる回路定数が〔数８〕または〔数９〕を満足する回路定数であると考える。これは、以下に説明する測定結果（検証結果）に基づく考えである。
【００６０】
ここで、図１に示した加速度センサ用増幅回路の温度変化に対する出力電圧Ｖｏｕｔの変化率を測定した測定結果について説明する。回路定数を以下に示す。
【００６１】
加速度センサ（Ｇ  ｓｅｎｎｓｏｒ）は、
静電容量  Ｃ０＝１７０〔ｐＦ〕、
電荷感度  ｄ＝０．１７〔ｐＣ／Ｇ〕、
静電容量の温度特性  Ｃ０ｔｃ＝２６２２〔ｐｐｍ／℃〕、
電荷感度の温度特性  ｄｔｃ＝１４５６〔ｐｐｍ／℃〕、である。
抵抗Ｒ１〜Ｒ３、およびＲｘは、酸化金属を使用した厚膜チップ抵抗で、抵抗値がそれぞれ、
Ｒ１＝１０ＭΩ、
Ｒ２＝３６０Ω、
Ｒ３＝  １ｋΩ、
Ｒｘ＝１０ｋΩ、である。
フィードバックコンデンサＣ１は、温度特性が無視できるセラミックコンデンサで、
静電容量  Ｃ１＝１００〔ｐＦ〕、
静電容量の温度特性  Ｃ１ｔｃ＝０〔ｐｐｍ／℃〕、である。
【００６２】
この回路では、〔数９〕に示す
左辺＝１４５６．０、
右辺＝１４５６．７、であり、左辺の値に対して右辺の値が約０．０５％大きい（左辺と右辺とが略一致している。）。
【００６３】
また、抵抗Ｒ２のみ抵抗値が７５０Ωのものに置き換えた加速度センサ用増幅回路についても測定した。この回路では、〔数９〕に示す
左辺＝１４５６．０、
右辺＝１２９２、であり、左辺の値に対して右辺の値が約１１％小さい。
【００６４】
これらの加速度センサ用増幅回路の温度変化に対するオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの変化率を図４に示す。また、図４には比較のため図６に示した従来の加速度センサ用増幅回路の温度変化に対するオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの変化率も示している。図４では、横軸が温度、縦軸がオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの変化率である。この図では、温度が２５℃であるときの出力電圧Ｖｏｕｔを基準にし、温度変化に対する出力電圧Ｖｏｕｔの変化率を示している。この図から明らかなように、図６に示した従来の回路は温度変化に対して出力電圧Ｖｏｕｔの変化率が大きく、温度補償がなされていない回路であることがわかる。一方、この実施形態の加速度センサ用増幅回路は、温度変化に対して出力電圧Ｖｏｕｔの変化率が略０であり、また抵抗Ｒ２を抵抗値が７５０Ωのものに置き換えた回路でも温度変化に対する出力電圧Ｖｏｕｔの変動が十分に抑えられている。したがって、左辺の値に対して右辺の値が±１１％以内、であれば〔数８〕または〔数９〕を満足する回路定数であるといえる。
【００６５】
次に、この発明の別の実施形態について説明する。この実施形態の加速度センサ用増幅回路は、図１に示した回路において抵抗Ｒｘの抵抗値を０とした（Ｒｘを無くした）構成である（図２参照）。上述したように抵抗Ｒｘは温度補償に対して影響を及ぼさないことから、この実施形態の加速度センサ用増幅回路も上記実施形態のものと略同等の効果を奏する。さらに、抵抗Ｒｘを不要にしたことで回路構成が簡単になる。
【００６６】
以上のように、図１および図２に示した加速度センサ用増幅回路では回路定数を適正に設定することで（〔数８〕または〔数９〕を満足するように設定することで）、温度変化に対するオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの変動を抑えた加速度センサ用増幅回路（温度補償がなされた加速度センサ用増幅回路）を得ることができる。
【００６７】
さらに、この発明のさらに別の実施形態について説明する。この実施形態の加速度センサ用増幅回路は、図１に示した回路の抵抗Ｒ２の抵抗値を０とした（抵抗Ｒ２を無くした）構成である（図３参照）。
【００６８】
この実施形態の加速度センサ用増幅回路は測定帯域（下限ｆｌ、上限ｆｈ）に対して、
ｆｌ＞１／（２×π×Ｒ１×Ｃ１）、
ｆｈ＜１／（２×π×Ｃ０×Ｒ３）、
ｆｈ＜１／（２×π×Ｃ１×Ｒｘ）、これらを満足する回路定数が設定される。
【００６９】
上記測定帯域（ｆｌ〜ｆｈ）において、加速度１Ｇに対する出力電圧Ｖｏｕｔは、
【００７０】
【数１０】
0003551893.tif 000015
【００７１】
である。この実施形態の加速度センサ用増幅回路も、上記抵抗Ｒｘと抵抗Ｒ３との接続点に加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒを接続することで、〔数１０〕からも明らかなように、オペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔに加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒの静電容量Ｃ０が影響するようにしている。また、この実施形態の回路は上記実施形態の回路において、抵抗Ｒ２を無くした回路であることから、上記〔数８〕においてＲ２＝０とした、
【００７２】
【数１１】
0003551893.tif 000016
【００７３】
を満足するように回路定数を設定すれば、温度変化に対するオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの変動が抑えられ、温度補償がなされた加速度センサ用増幅回路が得られる。
【００７４】
また、抵抗Ｒｘは、オペアンプＡｍｐのフィードバック抵抗として機能し、且つ上記〔数１１〕に影響を及ぼさない電気部品であることから、抵抗Ｒｘの抵抗値の調整により、上記温度補償に影響を与えることなく感度調整が行える。
【００７５】
さらに、圧電体は電荷感度と静電容量との間に正の相関性がある。この実施形態の加速度センサ用増幅回路は、上述したようにオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔに加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒの静電容量が影響する回路であるので、オペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔに上記加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒの電荷感度と静電容量との間の正の相関性が作用し、オペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔのばらつきが抑えられる。
【００７６】
さらに、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサ等、温度特性が良いコンデンサをフィードバックコンデンサＣ１に使用すれば、上記〔数１１〕におけるフィードバックコンデンサＣ１の温度勾配（Ｃ１ｔｃ）が無視できる。したがって、上記〔数１１〕においてＣ１ｔｃ＝０とした、
【００７７】
【数１２】
0003551893.tif 000017
【００７８】
を満足するように回路定数を設定すれば、出力電圧Ｖｏｕｔの温度勾配が０である、温度補償がなされた加速度センサ用増幅回路が得られる。
【００７９】
具体的には、加速度センサＧ  ｓｅｎｓｏｒを決めた後、その後上記〔数１２〕を満足するようにフィードバックコンデンサＣ１の静電容量を決めればよい。なお、加速度センサ用増幅回路の測定帯域の下限周波数ｆｌは抵抗Ｒ１の抵抗値により調整でき、また加速度センサ用増幅回路の感度は抵抗Ｒｘの抵抗値により調整できる。しかも、セラミックコンデンサやフィルムコンデンサ等、温度特性が良いコンデンサは安価であり、入手も容易であるため、汎用性の高い低コストな回路が実現できる。
【００８０】
したがって、この実施形態の加速度センサ用増幅回路においても回路定数を適正に設定するだけで、温度補償が実現できる。
【００８１】
ここで、図１に示した加速度センサ用増幅回路の温度変化に対する出力電圧Ｖｏｕｔの変化率の測定結果（検証結果）について説明する。回路定数を以下に示す。
【００８２】
加速度センサ（Ｇ  ｓｅｎｎｓｏｒ）は、
静電容量  Ｃ０＝１７０〔ｐＦ〕、
電荷感度  ｄ＝０．１７〔ｐＣ／Ｇ〕、
静電容量の温度特性  Ｃ０ｔｃ＝２６２２〔ｐｐｍ／℃〕、
電荷感度の温度特性  ｄｔｃ＝１４５６〔ｐｐｍ／℃〕、である。
抵抗Ｒ１、Ｒ３、およびＲｘは、酸化金属を使用した厚膜チップ抵抗で、抵抗値がそれぞれ、
Ｒ１＝１０ＭΩ、
Ｒ３＝  １ｋΩ、
Ｒｘ＝１０ｋΩ、である。
フィードバックコンデンサＣ１は、温度特性が無視できるセラミックコンデンサで、
静電容量  Ｃ１＝１３０〔ｐＦ〕、
静電容量の温度特性  Ｃ１ｔｃ＝０〔ｐｐｍ／℃〕、である。
【００８３】
この回路では、〔数１２〕に示す
左辺＝１４５６、
右辺＝１４８５、であり、左辺の値に対して右辺の値が約２％大きい（左辺と右辺が略一致している。）。
【００８４】
また、フィードバックコンデンサＣ１を静電容量が１８０ｐＦのものに置き換えた回路についても測定した。この回路では、〔数１２〕に示す
左辺＝１４５６、
右辺＝１２７３、であり、左辺の値に対して右辺の値が約１４％小さい。
【００８５】
これらの加速度センサ用増幅回路の温度変化に対するオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの変化率を図５に示す。また、図５には比較のため図６に示した従来の加速度センサ用増幅回路の温度変化に対するオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの変化率を示している。図５では、横軸が温度、縦軸がオペアンプＡｍｐの出力電圧Ｖｏｕｔの変化率である。この図では、温度が２５℃であるときの出力電圧Ｖｏｕｔを基準にし、温度変化に対する出力電圧Ｖｏｕｔの変化率を示している。この図から明らかなように、図６に示した従来の回路は温度変化に対して出力電圧Ｖｏｕｔの変化率が大きく、温度補償がなされていない回路である。一方、この実施形態の回路は、温度変化に対して出力電圧Ｖｏｕｔの変化率が略０であり、またフィードバックコンデンサＣ１を静電容量が１８０ｐＦのものに置き換えた回路でも温度変化に対して出力電圧Ｖｏｕｔの変化率が十分に抑えられている。したがって、左辺の値に対して右辺の値が±１４％以内、であれば〔数１２〕を満足する回路定数であるといえる。
【００８６】
なお、上記実施形態では、圧電型センサとして加速度センサを用いた加速度センサ用増幅回路を例にして本発明を説明したが、本発明は加速度センサだけでなく、他の種類の圧電型センサ、例えば焦電型赤外線センサ、を用いた圧電型センサ用増幅回路としても利用できる。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、回路定数を適正に設定するだけで、温度変化に対するオペアンプの出力電圧の変動が抑えられ、温度補償がなされた圧電型センサ用増幅回路を得ることができる。
【００８８】
また、オペアンプの増幅率の調整は、上記温度補償に影響を与えることなく行えるので、自由に設定できる。
【００８９】
さらに、オペアンプの出力電圧が圧電型センサの静電容量に影響する回路構成としたので、オペアンプの出力電圧に上記電荷感度と静電容量との間の正の相関性を作用させることができ、オペアンプの出力電圧のばらつきも抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態である加速度センサ用増幅回路の構成を示す図である。
【図２】この発明の別の実施形態である加速度センサ用増幅回路の構成を示す図である。
【図３】この発明のさらに別の実施形態である加速度センサ用増幅回路の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施形態である加速度センサ用増幅回路の温度特性を示す図である。
【図５】この発明の別の実施形態である加速度センサ用増幅回路の温度特性を示す図である。
【図６】従来の加速度センサ用増幅回路の構成を示す図である。
【図７】従来の加速度センサ用増幅回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
Ｇ  ｓｅｎｓｏｒ−加速度センサ
Ｒｘ−感度調整用抵抗
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３−抵抗
Ａｍｐ−オペアンプ
【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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【図７】
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