(57)【要約】  加速度センサは、可変のバイアス電圧を有する交流バイアス電圧を出力するドライブ回路と、加えられる加速度によって固定電極と可動電極との間に発生する容量値が変化する検知素子と、検知素子の可動電極から出力される電流を電圧に変換して出力する電流−電圧変換器と、電流−電圧変換器が出力する電圧に応じた電圧を出力する演算増幅器と、演算増幅器が出力する電圧を同期検波する同期復調器と、故障検知部とを備える。故障検知部は、ドライブ回路が出力する交流バイアス電圧を所定の電圧にした際に演算増幅器が出力する電圧が所定の範囲内に無いと判断した場合には、故障検知信号を出力する。この加速度センサは小型化することができる。
2009122741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変のバイアス電圧を有する交流バイアス電圧を出力するドライブ回路と、
前記交流バイアス電圧が印加される固定電極と、
前記固定電極に対向する第１の可動電極と、
を有し、加えられる加速度によって前記固定電極と前記第１の可動電極との間に発生する容量値が変化する検知素子と、
前記検知素子の前記第１の可動電極から出力される電流を電圧に変換して前記変換された電圧を出力する第１の電流−電圧変換器と、
前記第１の電流−電圧変換器が出力する前記電圧が入力される第１の入力端と、
前記入力された電圧に応じた電圧を出力する出力端と、
を有する第１の演算増幅器と、
前記第１の演算増幅器が出力する前記電圧を同期検波する同期復調器と、
前記ドライブ回路が出力する前記交流バイアス電圧を所定の電圧にした際に前記第１の演算増幅器が出力する前記電圧が所定の範囲内に無いと判断した場合には、故障検知信号を出力する故障検知部と、
を備えた加速度センサ。
【請求項２】
前記ドライブ回路は、
交流電圧を発生する発振器と、
前記発振器が発生した交流電圧が入力される第１の入力端と、
基準電圧と可変電圧とが選択的に入力される第２の入力端と、
前記検知素子の前記固定電極に接続された出力端と、
を有する第２の演算増幅器と、
を含む、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記第１の演算増幅器は基準電圧が印加される第２の入力端をさらに有する、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項４】
第２の電流−電圧変換器をさらに備え、
前記検知素子は前記固定電極に対向する第２の可動電極をさらに有して、前記加速度によって前記固定電極と前記第２の可動電極との間に発生する容量値が変化し、
前記第２の電流−電圧変換器は、前記検知素子の前記第２の可動電極から出力される電流を電圧に変換して前記変換された電圧を前記第１の演算増幅器の前記第１の入力端に出力し、
前記第１の演算増幅器は、前記第１の電流−電圧変換器が出力する前記電圧と前記第２の電流−電圧変換器が出力する前記電圧とを加算して前記出力端から出力する、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項５】
可変のバイアス電圧を有する交流バイアス電圧を出力するドライブ回路と、
前記交流バイアス電圧が印加される固定電極と、
前記固定電極に対向する第１の可動電極と、
前記固定電極に対向する第２の可動電極と、
前記固定電極に対向する第３の可動電極と、
前記固定電極に対向する第４の可動電極と、
を有し、加えられる加速度によって前記第１の可動電極と前記第２の可動電極と前記第３の可動電極と前記第４の可動電極のそれぞれと前記固定電極との間に発生する容量値が変化する検知素子と、
前記検知素子の前記第１の可動電極から流れる電流を電圧に変換して前記変換された電圧を出力する第１の電流−電圧変換器と、
前記検知素子の前記第２の可動電極から流れる電流を電圧に変換して前記変換された電圧を出力する第２の電流−電圧変換器と、
前記検知素子の前記第３の可動電極から流れる電流を電圧に変換して前記変換された電圧を出力する第３の電流−電圧変換器と、
前記検知素子の前記第４の可動電極から流れる電流を電圧に変換して前記変換された電圧を出力する第４の電流−電圧変換器と、
前記第１の電流−電圧変換器が出力する前記電圧と前記第２の電流−電圧変換器が出力する前記電圧とが加算されて入力される第１の入力端と、
前記第３の電流−電圧変換器が出力する前記電圧と前記第４の電流−電圧変換器が出力する前記電圧とが加算されて入力される第２の入力端と、
前記第１の入力端に入力された電圧と前記第２の入力端に入力された電圧との差の電圧を出力する出力端と、
を有する第１の差動増幅器と、
前記第１の電流−電圧変換器が出力する前記電圧と前記第４の電流−電圧変換器が出力する前記電圧とが加算されて入力される第１の入力端と、
前記第２の電流−電圧変換器が出力する前記電圧と前記第３の電流−電圧変換器が出力する前記電圧とが加算されて入力される第２の入力端と、
前記第１の入力端に入力された電圧と前記第２の入力端に入力された電圧との差の電圧を出力する出力端と、
を有する第２の差動増幅器と、
前記ドライブ回路が出力する前記交流バイアス電圧を所定の電圧にした際に前記第１の差動増幅器の前記出力端から出力される前記電圧が所定の範囲内に無いと判断した場合は、故障検知信号を出力する第１の故障検知部と、
前記ドライブ回路が出力する前記交流バイアス電圧を前記所定の電圧にした際に前記第２の差動増幅器の前記出力端から出力される前記電圧が所定の範囲内に無いと判断した場合は、故障検知信号を出力する第２の故障検知部と、
を備えた加速度センサ。
【請求項６】
前記ドライブ回路は、
交流電圧を発生する発振器と、
前記発振器が発生した交流電圧が入力される第１の入力端と、
基準電圧と可変電圧とが選択的に入力される第２の入力端と、
前記検知素子の前記固定電極に接続された出力端と、
を有する演算増幅器と、
を含む、請求項５に記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記第１の差動増幅器の前記出力端から出力された前記電圧を同期検波する第１の同期復調器と、
前記第２の差動増幅器の前記出力端から出力された前記電圧を同期検波する第２の同期復調器と、
をさらに備えた、請求項５に記載の加速度センサ。
【請求項８】
前記第１の差動増幅器が出力する前記電圧の位相と前記ドライブ回路が出力する前記交流バイアス電圧の位相とを整合させる第１の位相遷移器と、
前記第１の同期復調器で同期検波された電圧を平滑化する第１の増幅器と、
前記第２の差動増幅器が出力する前記電圧の位相と前記ドライブ回路が出力する前記交流バイアス電圧の位相とを整合させる第２の位相遷移器と、
前記第２の同期復調器で同期検波された電圧を平滑化する第２の増幅器と、
をさらに備え、
前記第１の同期復調器は前記ドライブ回路から出力される前記交流バイアス電圧を基準にして前記第１の差動増幅器の前記出力端から出力された前記電圧を同期検波し、
前記第２の同期復調器は前記ドライブ回路から出力される前記交流バイアス電圧を基準にして前記第２の差動増幅器の前記出力端から出力された前記電圧を同期検波する、請求項７に記載の加速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に用いられる加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１６は特許文献１に記載されている従来の加速度センサ５０１の電気回路図である。加速度センサ５０１は、加速度に起因して出力値を変化させる検知素子１と、検知素子１に交流バイアス電圧信号を入力するドライブ回路２と、検知素子１の出力値に基づいて加速度信号を出力する検出回路３とを備える。検知素子１は固定電極４Ａ，４Ｂと、この固定電極４Ａ，４Ｂ間にそれぞれ配置された可動電極５Ａ、５Ｂを有している。可動電極５Ａ、５Ｂのそれぞれの一端はドライブ回路２に接続されている。【０００３】
加速度センサ５０１の検知素子１に加速度が加わると、それに起因して可動電極５Ａ、５Ｂがそれらの一端を支点として振り子状に振られ、固定電極４Ａと可動電極５Ａとの距離及び固定電極４Ｂと可動電極５Ｂとの距離が変わる。これらの距離の変化により、可動電極５Ａと固定電極４Ａとの間に発生する容量値及び可動電極５Ｂと固定電極４Ｂとの間に発生する容量値が変化し、容量値の変化に基づいて検出回路３は加速度を検知する。【０００４】
検出回路３は、演算増幅器６、７と、演算増幅器６、７の出力値の差を増幅する差動増幅器８と、差動増幅器８の出力部に接続された故障検知部１２とを備えている。演算増幅器６は、固定電極４Ａの出力値が入力される入力端６Ａと、基準電圧素子９Ａと可変電圧素子１０Ａとが選択的に接続される入力端６Ｂとを備える。演算増幅器７は、固定電極４Ｂの出力値が入力される入力端７Ａと、基準電圧素子９Ｂと可変電圧素子１０Ｂとが選択的に接続される第２の入力端７Ｂとを備える。抵抗１１Ａが演算増幅器６の入力端６Ａと出力端６Ｃとの間に接続されている。抵抗１１Ｂが演算増幅器７の入力端７Ａと出力端７Ｃとの間に接続されている。【０００５】
検知素子１に加速度を加えない状態において、入力端６Ｂ、７Ｂにはそれぞれ可変電圧素子１０Ａ、１０Ｂが接続されるとともに、可変電圧素子１０Ａ、１０Ｂの電圧値を所定の電圧値にすることにより、擬似的に検知素子１に加速度を印加する状態を生み出し、検知素子１の故障を検知する。【０００６】
具体的には、例えば可変電圧素子１０Ａの電圧値を１．５Ｖ、可変電圧素子１０Ｂの電圧値を３．５Ｖに設定すると、可動電極５Ｂが固定電極４Ｂの方へ近づくよう移動するとともに、可動電極５Ａが固定電極４Ａから離れるよう移動する。そうすると、この固定電極４Ａと可動電極５Ａとの間において発生する容量値と、固定電極４Ｂと可動電極５Ｂとの間において発生する容量値とが変化し、それぞれ電流が発生する。これらの電流がそれぞれ抵抗１１Ａと抵抗１１Ｂとを流れることにより、抵抗１１Ａ，１１Ｂに電圧が発生する。これらの電圧の電圧値が差動増幅器８に入力され、差動増幅器８からの出力信号が故障検知部１２へと出力される。【０００７】
故障検知部１２は、差動増幅器８の出力信号が所定の電圧範囲内にあると判断した場合には故障なしと判断し、所定の電圧範囲外にあると判断した場合には故障有りと判断する。例えば固定電極４Ａが故障している場合、固定電極４Ａから電流が発生せず、抵抗１１Ａにおいて電圧は発生しない。したがって、差動増幅器８からの出力信号が所定の電圧範囲を超えて大きくなり、故障検知部１２により、検知素子１の故障有りと判断される。【０００８】
従来の加速度センサ５０１では、故障検知をするために少なくとも二つの可変電圧素子１０Ａ、１０Ｂを必要とするので、加速度センサ５０１の小型化は難しい。
【特許文献１】特開２００７−２４８３２７号公報
【発明の開示】
【０００９】
加速度センサは、可変のバイアス電圧を有する交流バイアス電圧を出力するドライブ回路と、加えられる加速度によって固定電極と可動電極との間に発生する容量値が変化する検知素子と、検知素子の可動電極から出力される電流を電圧に変換して出力する電流−電圧変換器と、電流−電圧変換器が出力する電圧に応じた電圧を出力する演算増幅器と、演算増幅器が出力する電圧を同期検波する同期復調器と、故障検知部とを備える。故障検知部は、ドライブ回路が出力する交流バイアス電圧を所定の電圧にした際に演算増幅器が出力する電圧が所定の範囲内に無いと判断した場合には、故障検知信号を出力する。
【００１０】
この加速度センサは小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の実施の形態１における加速度センサの電気回路図である。
【図２】図２は実施の形態１における他の加速度センサの電気回路図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態２における加速度センサの電気回路図である。
【図４】図４は実施の形態２における加速度センサの加速度を検知する動作での電圧を示す。
【図５】図５は実施の形態２における加速度センサの故障を検知する動作での波形を示す。
【図６】図６は実施の形態２における他の加速度センサの電気回路図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態３における加速度センサの電気回路図である。
【図８】図８は実施の形態３における加速度センサの検知素子の分解斜視図である。
【図９】図９は実施の形態３における加速度センサの加速度を検知する動作での電圧を示す。
【図１０】図１０は実施の形態３における加速度センサの加速度を検知する動作での電圧を示す。
【図１１】図１１は実施の形態３における加速度センサの故障を検知する動作での波形を示す。
【図１２】図１２は実施の形態３における他の加速度センサの電気回路図である。
【図１３】図１３は本発明の実施の形態４における加速度センサの電気回路図である。
【図１４】図１４は実施の形態４における加速度センサの故障を検知する動作での電圧を示す。
【図１５】図１５は実施の形態４における他の加速度センサの電気回路図である。
【図１６】図１６は従来の加速度センサの電気回路図である。
【符号の説明】
【００１２】
２１    ドライブ回路
２２    検知素子
２２Ａ    固定電極
２２Ｂ    可動電極（第１の可動電極）
２３    電流−電圧変換器（第１の電流−電圧変換器）
２５    演算増幅器（第１の演算増幅器）
２６    同期復調器
２９    故障検知部
３０    発振器
３１    演算増幅器（第２の演算増幅器）
３３Ａ    可動電極（第１の可動電極）
３３Ｂ    可動電極（第２の可動電極）
３４Ａ    電流−電圧変換器（第１の電流−電圧変換器）
３４Ｂ    電流−電圧変換器（第２の電流−電圧変換器）
４１    ドライブ回路
４２    検知素子
４２Ａ    固定電極
４３Ａ    可動電極（第１の可動電極）
４３Ｂ    可動電極（第２の可動電極）
４３Ｃ    可動電極（第３の可動電極）
４３Ｄ    可動電極（第４の可動電極）
４４Ａ    電流−電圧変換器（第１の電流−電圧変換器）
４４Ｂ    電流−電圧変換器（第２の電流−電圧変換器）
４４Ｃ    電流−電圧変換器（第３の電流−電圧変換器）
４４Ｄ    電流−電圧変換器（第４の電流−電圧変換器）
４５    差動増幅器（第１の差動増幅器）
４７    同期復調器（第１の同期復調器）
４８    差動増幅器（第２の差動増幅器）
５０    同期復調器（第２の同期復調器）
５３    発振器
５４    演算増幅器
５６    故障検知部（第１の故障検知部）
５７    故障検知部（第２の故障検知部）
５８    位相遷移器（第１の位相遷移器）
５９    位相遷移器（第２の位相遷移器）
６０    増幅器（第１の増幅器）
６１    増幅器（第２の増幅器）
１２２    検知素子
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における加速度センサ１００１の電気回路図である。加速度センサ１００１は、交流バイアス電圧を出力するドライブ回路２１と、交流バイアス電圧信号が入力される検知素子２２と、検知素子２２に接続された入力端を有する電流−電圧変換器２３と、電流−電圧変換器２３の出力端に接続された入力端２５Ａを有する演算増幅器２５と、演算増幅器２５の入力端２５Ｂに接続された基準電圧素子２４、演算増幅器２５の出力端２５Ｃに結合する同期復調器２６と、同期復調器２６に電気的に接続されたセンサ出力端子２７とを備えている。演算増幅器２５の出力端２５Ｃと同期復調器２６との間には位相遷移器３５が接続されている。【００１４】
ドライブ回路２１は可変電圧素子２８を有し、交流バイアス電圧のバイアス電圧は可変である。具体的には、ドライブ回路２１は、発振器３０と、発振器３０からの出力が入力される反転入力端である入力端３１Ａを有する演算増幅器３１と、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子３２と、可変電圧を発生する可変電圧素子２８とを有する。基準電圧Ｖｒｅｆは例えば２．５Ｖの仮想グランド電位である。基準電圧素子３２からの基準電圧Ｖｒｅｆと可変電圧素子２８からの可変電圧とは選択的に演算増幅器３１の非反転入力端である入力端３１Ｂに入力される。演算増幅器３１の出力端には検知素子２２に電気的に接続されている。可変電圧を変えることにより、ドライブ回路２１の出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧を変えることができる。【００１５】
検知素子２２は、ドライブ回路２１からの交流バイアス電圧が入力される固定電極２２Ａ及び、固定電極２２Ａに対向するよう配置されている可動電極２２Ｂを有する。可動電極２２Ｂは電流−電圧変換器２３に接続されている。【００１６】
可動電極２２Ｂは、加速度に起因して固定電極２２Ａとの距離を変化させる構成とすることにより、固定電極２２Ａと可動電極２２Ｂとの間に発生する容量値を変化させる。【００１７】
演算増幅器２５の出力端には故障検知部２９が接続されている。故障検知部２９は、ドライブ回路２１が出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧値を所定の電圧値にした際に演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の電圧範囲内に無いと判断した場合には、故障検知信号を出力する。また、故障検知部２９は、ドライブ回路２１が出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧値を所定の電圧値にした際に演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の範囲内にあると判断した場合には、故障検知信号を出力しない。演算増幅器２５は電流−電圧変換器２３が出力する電圧に応じた電圧を出力する。【００１８】
具体的には、検知素子２２が正常に動作している場合には、ドライブ回路２１の出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧値を高くすると、それに伴って固定電極２２Ａと可動電極２２Ｂとの距離が短くなる。これにより固定電極２２Ａと可動電極２２Ｂ間の容量値が高くなり、演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が大きくなる。検知素子２２内に故障が有り、可動電極２２Ｂが可動しない場合には、ドライブ回路２１の出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧値を高くしても演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の範囲に達しない。演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の範囲に達しなかったことを故障検知部２９が検知すると故障検知信号を出力する。検知素子２２内に故障が無く、可動電極２２Ｂが可動する場合には、ドライブ回路２１の出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧値を高くすると演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の範囲に達する。演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の範囲に達したことを故障検知部２９が検知すると故障検知信号を出力しない。【００１９】
加速度センサ１００１では、１つの可変電圧素子２８を備えたドライブ回路２１の出力する電圧のみを可変とすることで、検知素子１の故障を検知することができる。可変電圧素子２８はある程度の体積を通常有するので、加速度センサ１００１は２つ以上の可変電圧素子を備える必要が無く、その結果として、小型化することができる。【００２０】
図２は実施の形態１における他の加速度センサ１００１Ａの電気回路図である。図２において、図１に示す加速度センサ１００１と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図１に示す加速度センサ１００１はアナログ回路で構成されている。加速度センサ１００１Ａは図１に示す加速度センサ１００１の演算増幅器２５と同期復調器２６の代わりにアナログーデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１４２Ａと、デジタル演算部１４３Ａと、インターフェース部１４４Ａとを備える。アナログーデジタル変換器１４２Ａは電流―電圧変換器２３の出力する電圧値をデジタル信号に変換する。デジタル演算部１４３Ａはアナログーデジタル変換器１４２Ａの出力を同期復調するデジタル同期復調器とデジタルフィルタとを含む。インターフェース部１４４Ａはデジタル演算部１４３Ａから出力される信号を所望のデジタル出力形式の信号に変換する。このように、図２に示す加速度センサ１００１Ａはデジタル回路として構成され、加速度センサ１００１と同様の効果を有する。【００２１】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における加速度センサ１００２の電気回路図である。図３において、図１に示す実施の形態１における加速度センサ１００１と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。検知素子１２２は、固定電極２２Ａと、固定電極２２Ａに対向する可動電極３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄとを有する。可動電極３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄは電流−電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの入力端にそれぞれ接続されている。電流−電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの出力端は演算増幅器２５の入力端２５Ａに接続されている。演算増幅器２５は電流−電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄが出力する電圧を加算する加算器として機能している。【００２２】
加速度センサ１００２の加速度を検知する動作について説明する。演算増幅器３１の入力端３１Ｂは基準電圧素子３２に接続されている。図４は加速度センサ１００２が加速度を検知する場合の電圧を示す。発振器３０は正弦波の交流である電圧Ｖｏを出力する。電圧Ｖｏは演算増幅器３１の反転入力端である入力端３１Ａに入力される。演算増幅器３１は、正弦波である電圧Ｖｏを反転させた電圧Ｖｐを検知素子１２２の固定電極２２Ａに印加する。【００２３】
検知素子１２２の固定電極２２Ａと可動電極３３Ａとの間隔で決定される容量値と電圧Ｖｐに基づき可動電極３３Ａから正弦波の電流が出力される。この電流は電流−電圧変換器３４Ａで電圧Ｖｑに変換されて出力される。電流−電圧変換器３４Ａは、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子３２Ａと、反転入力端と非反転入力端と出力端とを有する演算増幅器１３４Ａと、演算増幅器１３４Ａの出力端と反転入力端との間に接続された抵抗２３４Ａとを有する。可動電極３３Ａは演算増幅器１３４Ａの反転入力端に接続されている。基準電圧素子３２Ａは演算増幅器１３４Ａの非反転入力端に接続されている。演算増幅器１３４Ａは出力端から電圧Ｖｑを出力する。【００２４】
同様に、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｂとの間隔で決定される容量値と電圧Ｖｐに基づき可動電極３３Ｂから正弦波の電流が出力される。この電流は電流−電圧変換器３４Ｂで電圧Ｖｒに変換されて出力される。電流−電圧変換器３４Ｂは、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子３２Ｂと、反転入力端と非反転入力端と出力端とを有する演算増幅器１３４Ｂと、演算増幅器１３４Ｂの出力端と反転入力端との間に接続された抵抗２３４Ｂとを有する。可動電極３３Ｂは演算増幅器１３４Ｂの反転入力端に接続されている。基準電圧素子３２Ｂは演算増幅器１３４Ｂの非反転入力端に接続されている。演算増幅器１３４Ｂは出力端から電圧Ｖｒを出力する。【００２５】
また、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｃとの間隔で決定される容量値と電圧Ｖｐに基づき可動電極３３Ｃから正弦波の電流が出力される。この電流は電流−電圧変換器３４Ｃで電圧Ｖｓに変換されて出力される。電流−電圧変換器３４Ｃは、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子３２Ｃと、反転入力端と非反転入力端と出力端とを有する演算増幅器１３４Ｃと、演算増幅器１３４Ｃの出力端と反転入力端との間に接続された抵抗２３４Ｃとを有する。可動電極３３Ｃは演算増幅器１３４Ｃの反転入力端に接続されている。基準電圧素子３２Ｃは演算増幅器１３４Ｃの非反転入力端に接続されている。演算増幅器１３４Ｃは出力端から電圧Ｖｓを出力する。【００２６】
また、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｄとの間隔で決定される容量値と電圧Ｖｐに基づき可動電極３３Ｄから正弦波の電流が出力される。この電流は電流−電圧変換器３４Ｄで電圧Ｖｔに変換されて出力される。電流−電圧変換器３４Ｄは、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子３２Ｄと、反転入力端と非反転入力端と出力端とを有する演算増幅器１３４Ｄと、演算増幅器１３４Ｄの出力端と反転入力端との間に接続された抵抗２３４Ｄとを有する。可動電極３３Ｄは演算増幅器１３４Ｄの反転入力端に接続されている。基準電圧素子３２Ｄは演算増幅器１３４Ｄの非反転入力端に接続されている。演算増幅器１３４Ｄは出力端から電圧Ｖｔを出力する。【００２７】
電圧Ｖｑ、Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔは演算増幅器２５の反転入力端である入力端２５Ａに加算されて入力され、演算増幅器２５は出力端２５Ｃから電圧Ｖｕを出力する。【００２８】
演算増幅器２５から出力された電圧Ｖｕが、演算増幅器２５と同期復調器２６との間に介在させた位相遷移器３５に入力される。位相遷移器３５は、ドライブ回路２１の出力する電圧Ｖｐが基準電圧と交差するゼロクロス点と演算増幅器２５の出力する電圧Ｖｕが基準電圧Ｖｒｅｆと交差するゼロクロス点とを合わせて電圧Ｖｐ、Ｖｕの位相を整合させるように、電圧Ｖｕの位相を遷移させて電圧Ｖｖを同期復調器２６に出力する。【００２９】
同期復調器２６はドライブ回路２１から出力された電圧Ｖｐを基準信号として位相遷移器３５から出力された電圧Ｖｖを同期検波し、電圧Ｖｖのマイナス側の部分をプラス側に反転して、電圧Ｖｗを増幅器３６に出力する。【００３０】
増幅器３６は同期復調器２６から出力された電圧Ｖｗを平滑化して、電圧Ｖｘをセンサ出力端子２７から出力する。【００３１】
図４に示すように、加速度が時点ｔ４において低下すると、図３に示す固定電極２２Ａと可動電極３３Ａとの間隔と、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｂとの間隔と、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｃとの間隔と、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｄとの間隔が広がり、容量値が小さくなる。それに伴って、電流−電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄから出力される電圧Ｖｑ、Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔの振幅は小さくなる。これに連動して、演算増幅器２５が出力する電圧Ｖｕの振幅と、位相遷移器３５の出力する電圧Ｖｖの振幅と、同期復調器２６の出力する電圧Ｖｗの振幅を、増幅器３６から出力される電圧Ｖｘが低下し、電圧Ｖｘ値の低下から加速度の変化を検知することができる。【００３２】
次に加速度センサ１００２が故障を検知する動作について説明する。図３に示す演算増幅器３１の入力端３１Ｂは可変電圧素子２８に接続される。図５は加速度センサ１００２が故障を検知する場合の電圧を示す。【００３３】
図３に示す発振器３０は正弦波の電圧Ｖｏを出力する。正弦波の電圧Ｖｏは演算増幅器３１の反転入力端である入力端３１Ａに入力され、演算増幅器３１は電圧Ｖｏを反転した電圧Ｖｐを出力する。【００３４】
電圧Ｖｐが検知素子２２の固定電極２２Ａに印加される。固定電極２２Ａと可動電極３３Ａとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｂとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｃとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｄとの間隔とでそれぞれ決定される容量値と電圧Ｖｐに基づき検知素子２２の可動電極３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄから正弦波の電流が出力される。これらの電流は電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄで電圧Ｖｑ、Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔにそれぞれ変換されて演算増幅器２５の入力端２５Ａに出力される。演算増幅器２５は図５に示す電圧Ｖｕを出力端２５Ｃから出力する。【００３５】
図５に示すように、時点ｔ４においてドライブ回路２１の可変電圧素子２８の電圧を低くすると、演算増幅器３１の出力端すなわちドライブ回路４１から出力される電圧Ｖｐの直流バイアス電圧が低くなる。これにより固定電極２２Ａと可動電極３３Ａとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｂとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｃとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｄとの間隔とが広がり、容量値が小さくなる。それに伴って、電流−電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄから出力される電圧Ｖｑ、Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔの振幅は小さくなり、これに連動して、演算増幅器２５の出力する電圧Ｖｕの振幅が低下する。電圧Ｖｕの振幅の低下を故障検知部２９が検知し、電圧Ｖｕの最大値が所定の範囲内にあると判断すると故障はないものと判断し、故障検知信号を出力しない。【００３６】
一方、検知素子１２２に故障が有る場合、例えば可動電極３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄの内の少なくとも１つが故障している場合においては、演算増幅器２５から出力される電圧Ｖｕが小さくなる。電圧Ｖｕの最大値が上述の所定の範囲内に無いと故障検知部２９が判断した場合には、故障検知信号を出力する。【００３７】
このような構成により、加速度センサ１００２は、ドライブ回路２１の出力する電圧Ｖｐのみを可変とすることで、検知素子１２２の故障を検知することができ、可動電極３３Ａ〜３３Ｄの数の可変電圧素子２８を必要としない。可変電圧素子２８はある程度の体積を有するので、加速度センサ１００２を小型化することができる。【００３８】
図６は実施の形態２における他の加速度センサ１００２Ａの電気回路図である。図６において、図３に示す加速度センサ１００２と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図３に示す加速度センサ１００２はアナログ回路で構成されている。加速度センサ１００２Ａは図３に示す加速度センサ１００２の演算増幅器２５と同期復調器２６の代わりにアナログーデジタル変換器１４２Ｂと、デジタル演算部１４３Ｂと、インターフェース部１４４Ｂとを備える。アナログーデジタル変換器１４２Ｂは電流―電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの出力する電圧Ｖｑ、Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔを加算した電圧をデジタル信号に変換する。デジタル演算部１４３Ｂはアナログーデジタル変換器１４２Ｂの出力を同期復調するデジタル同期復調器とデジタルフィルタとを含む。インターフェース部１４４Ｂはデジタル演算部１４３Ｂから出力される信号を所望のデジタル出力形式の信号に変換する。このように、図６に示す加速度センサ１００２Ａはデジタル回路として構成され、加速度センサ１００２と同様の効果を有する。【００３９】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における加速度センサ１００３の電気回路図である。加速度センサ１００３は、検知素子４２と、可変のバイアス電圧を有する交流バイアス電圧を発生して検知素子４２の固定電極４２Ａに印加するドライブ回路４１と、検知素子４２の可動電極４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄにそれぞれ接続された入力端を有する電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄと、差動増幅器４５、４８を備える。差動増幅器４５、４８は演算増幅器で構成されている。【００４０】
差動増幅器４５の反転入力端である入力端４５Ａには電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｂの出力端が接続されている。差動増幅器４５の非反転入力端である入力端４５Ｂには電流−電圧変換器４４Ｃ、４４Ｄの出力端が接続されている。差動増幅器４５の入力端４５Ａと出力端４５Ｃとの間には抵抗４５Ｄが接続されている。差動増幅器４５の非反転入力端である入力端４５Ｂと基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子４６との間には抵抗４５Ｅが接続されている。差動増幅器４５の出力端４５Ｃは位相遷移器５８を介して同期復調器４７の入力端４７Ａに接続されている。基準電圧Ｖｒｅｆは例えば２．５Ｖの仮想グランド電位である。同期復調器４７の入力端４７Ｂはドライブ回路４１が接続されている。同期復調器４７の出力端４７Ｃは増幅器６０に接続されている。増幅器６０はセンサ出力端子５１Ａに接続されている。【００４１】
差動増幅器４８の反転入力端である入力端４８Ａには電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｄの出力端が接続されている。差動増幅器４８の非反転入力端である入力端４８Ｂには電流−電圧変換器４４Ｂ、４４Ｃの出力端が接続されている。差動増幅器４８の入力端４８Ａと出力端４８Ｃとの間には抵抗４８Ｄが接続されている。差動増幅器４８の非反転入力端である入力端４８Ｂと基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子４９との間には抵抗４８Ｅが接続されている。差動増幅器４８の出力端４８Ｃは位相遷移器５９を介して同期復調器５０の入力端５０Ａに接続されている。同期復調器５０の入力端５０Ｂはドライブ回路４１が接続されている。同期復調器５０の出力端５０Ｃは増幅器６１に接続されている。増幅器６１はセンサ出力端子５１Ｂに接続されている。【００４２】
ドライブ回路４１は可変電圧素子５２を有し、交流バイアス電圧のバイアス電圧を可変にしている。具体的には、ドライブ回路４１は、正弦波の電圧Ｖａを発生する発振器５３と、発振器５３の出力する電圧Ｖａが入力される反転入力端である入力端５４Ａを有する演算増幅器５４と、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子５５と、可変電圧を発生する可変電圧素子５２とを備える。演算増幅器５４の非反転入力端である入力端５４Ｂには、基準電圧素子５５からの基準電圧Ｖｒｅｆと可変電圧素子５２からの可変電圧が選択的に入力される。演算増幅器５４の出力端には検知素子４２の固定電極４２Ａに電気的に接続されており、演算増幅器５４は交流バイアス電圧Ｖｂを固定電極４２Ａに印加する。【００４３】
図８は検知素子４２の分解斜視図である。図８において、互いに直角のＸ軸とＹ軸とＺ軸とを定義する。検知素子４２は、支持部３４２と、支持部３４２から延びるＵ字形状を有するアーム２４２Ａ〜２４２Ｄと、アーム２４２Ａ〜２４２Ｄにそれぞれ接続された錘部７４２Ａ〜７４２Ｄと、支持部３４２からＸ軸の方向で互いに反対の方向に延びるアーム４４２Ａ、４４２Ｂと、アーム４４２Ａ、４４２Ｂに接続された枠形状を有する保持体５４２と、錘部７４２Ａ〜７４２ＤにＺ軸の方向で対向する基板６４２を備える。アーム２４２Ａ〜２４２Ｄは、Ｙ軸の方向に延びる互いに平行な部分を有して実質的にＵ字形状を有する。錘部７４２Ａ、７４２ＢはＸ軸の方向に配列されている。錘部７４２Ｃ、７４２ＤはＸ軸の方向に配列されている。錘部７４２Ａ、７４２ＤはＹ軸の方向に配列されている。錘部７４２Ｂ、７４２ＣはＹ軸の方向に配列されている。可動電極４３Ａ〜４３Ｄは錘部７４２Ａ〜７４２Ｄにそれぞれ設けられている。可動電極４３Ａ、４３ＢはＸ軸の方向に配列されている。可動電極４３Ｃ、４３ＤはＸ軸の方向に配列されている。可動電極４３Ａ、４３ＤはＹ軸の方向に配列されている。可動電極４３Ｂ、４３ＣはＹ軸の方向に配列されている。可動電極４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄは固定電極４２Ａに対向する。【００４４】
可動電極４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄは検知素子４２に加えられた加速度に起因して変位して、固定電極４２Ａとの距離を変化させ、固定電極４２Ａと可動電極４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄとの間に発生する容量値を変化させる。【００４５】
差動増幅器４５の出力端４５Ｃには故障検知部５６が接続されており、差動増幅器４８の出力端４８Ｃには故障検知部５７が接続されている。ドライブ回路４１から出力される電圧Ｖｂを所定の電圧値にした際に、差動増幅器４５の出力する電圧が所定の範囲内に無いと故障検知部５６が判断した場合には、故障検知部５６は故障検知信号を出力する。また、ドライブ回路４１から出力される電圧Ｖｂを所定の電圧値にした際に、差動増幅器４８の出力する電圧が所定の範囲内に無いと故障検知部５７が判断した場合には、故障検知部５７が故障検知信号を出力する。【００４６】
次に、加速度センサ１００３がＹ軸の方向の加速度を検知する動作について説明する。図７に示す演算増幅器５４の入力端５４Ｂは基準電圧素子５５に接続されている。図９は、Ｙ軸の方向の加速度が検知素子４２に加えられたときの加速度センサ１００３の電圧を示す。時点ｔ０〜ｔ４では加速度が検知素子４２に加わっておらず、時点ｔ４〜ｔ７でＹ軸の方向の加速度が加わっている。【００４７】
図７に示すドライブ回路４１の発振器５３は正弦波の電圧Ｖａを出力する。電圧Ｖａは演算増幅器５４の反転入力端である入力端５４Ａに入力され、演算増幅器５４は出力端から、電圧Ｖａを反転させた電圧Ｖｂを出力する。【００４８】
電圧Ｖｂが検知素子４２の固定電極４２Ａに印加されると、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａとの間隔で決定される容量値と、固定電極４２Ａに印加される電圧Ｖｂに基づき可動電極４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄから正弦波の電流がそれぞれ出力される。これらの正弦波の電流は電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄで電圧Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆに変換される。【００４９】
電圧Ｖｃ、Ｖｄが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ａに入力される。電圧Ｖｅ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ｂに入力される。【００５０】
同時に、電圧Ｖｃ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ａに入力される。電圧Ｖｄ、Ｖｅが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ｂに入力される。【００５１】
加速度が加わっていない時点ｔ０〜ｔ４では、差動増幅器４５、４８は電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄの出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆを相殺し、差動増幅器４５は基準電圧素子４６が発生する基準電圧Ｖｒｅｆを出力端４５Ｃから出力し、差動増幅器４８は基準電圧素子４９が発生する基準電圧Ｖｒｅｆを出力端４８Ｃから出力する。【００５２】
差動増幅器４５、４８がそれぞれ出力する電圧Ｖｇ、Ｖｉが、差動増幅器４５、４８と同期復調器４７、５０との間に接続された位相遷移器５８、５９にそれぞれ入力される。位相遷移器５８は、同期復調器４７が電圧Ｖｂを基準として差動増幅器４５から出力する電圧を同期検波するために、差動増幅器４５から出力される電圧Ｖｇの位相を遷移させて、ドライブ回路４１から出力される電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆと交差するゼロクロス点と電圧Ｖｇが基準電圧Ｖｒｅｆと交差するゼロクロス点とを合わせて電圧Ｖｂ、Ｖｇの位相を整合させ、電圧Ｖｉを出力する。同様に、位相遷移器５９は、同期復調器５０が電圧Ｖｂを基準として差動増幅器４８から出力する電圧を同期検波するために、差動増幅器４８から出力される電圧Ｖｈの位相を遷移させて、ドライブ回路４１から出力される電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆと交差するゼロクロス点と電圧Ｖｈが基準電圧Ｖｒｅｆと交差するゼロクロス点とを合わせて電圧Ｖｂ、Ｖｈの位相を整合させ、電圧Ｖｊを出力する。【００５３】
なお、図７に示す加速度センサ１００３では位相遷移器５８は差動増幅器４５と同期復調器４７との間に接続されているが、ドライブ回路４１と同期復調器４７との間に接続されていてもよい。同様に、図７に示す加速度センサ１００３では位相遷移器５９は差動増幅器４８と同期復調器５０との間に接続されているが、ドライブ回路４１と同期復調器５０との間に接続されていてもよい。【００５４】
位相遷移器５８、５９から出力された電圧Ｖｉ、Ｖｊが同期復調器４７、５０に入力される。同期復調器４７、５０は、上述の通り電圧Ｖｂを基準にしてそれぞれ電圧Ｖｉ、Ｖｊの同期検波を行い、電圧Ｖｋ、Ｖｌをそれぞれ出力する。具体的には、同期復調器４７は電圧Ｖｉのマイナス側の部分をプラス側に反転して電圧Ｖｋを発生する。同期復調器５０は電圧Ｖｊのマイナス側の部分をプラス側に反転して電圧Ｖｌを発生する。【００５５】
同期復調器４７、５０から出力される電圧Ｖｋ、Ｖｌは増幅器６０、６１にそれぞれ入力される。増幅器６０、６１は、電圧Ｖｋ、Ｖｌをそれぞれ平滑化して電圧Ｖｍ、Ｖｎをそれぞれセンサ出力端子５１Ａ、５１Ｂから出力する。図９に示すように、加速度が加えられていない時点ｔ０〜ｔ４では増幅器６０、６１から出力される電圧Ｖｍ、Ｖｎは基準電圧Ｖｒｅｆ（仮想グランド）である。【００５６】
時点ｔ４においてＹ軸方向の加速度が検知素子４２に加わると、可動電極４３Ａ、４３Ｂが浮き上がって固定電極４２Ａに近づき、可動電極４３Ａ、４３Ｂのそれぞれと固定電極４２Ａとの間隔が狭くなる。一方、可動電極４３Ｃ、４３Ｄは固定電極４２Ａから遠ざかり、可動電極４３Ｃ、４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａとの間隔は広くなる。【００５７】
これらの間隔の変化により、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａ間の容量値が変化し、電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｂが出力する電圧Ｖｃ、Ｖｄの振幅が時点ｔ４から大きくなる。一方、電流−電圧変換器４４Ｃ、４４Ｄが出力する電圧Ｖｅ、Ｖｆの振幅は時点ｔ４から小さくなる。【００５８】
振幅が大きくなった電圧Ｖｃ、Ｖｄが差動増幅器４５の入力端４５Ａに入力され、振幅が小さくなった電圧Ｖｅ、Ｖｆが差動増幅器４５の入力端４５Ｂに入力されている。差動増幅器４５が出力する電圧Ｖｇは時点ｔ４から正弦波となる。正弦波の電圧Ｖｇは位相遷移器５８、同期復調器４７、増幅器６０を経由して電圧Ｖｍとしてセンサ出力端子５１Ａから出力され、電圧Ｖｍは時点ｔ４から基準電圧Ｖｒｅｆより高くなる。【００５９】
一方、振幅が大きくなった電圧Ｖｃと振幅が小さくなった電圧Ｖｆは差動増幅器４８の入力端４８Ａに入力され、振幅が大きくなった電圧Ｖｄと振幅が小さくなった電圧Ｖｅが差動増幅器４８の入力端４８Ｂに入力される。差動増幅器４８が出力する電圧Ｖｈは時点ｔ４〜ｔ７でも基準電圧Ｖｒｅｆであり変化しない。したがって、センサ出力端子５１Ｂから出力される電圧Ｖｎも時点ｔ０〜ｔ７で変化しない。【００６０】
センサ出力端子５１Ａ、５１Ｂから出力される電圧Ｖｍ、Ｖｎから、Ｙ軸の方向の加速度が検知素子４２に加わったことを検知することができる。この加速度と反対の方向の加速度が検知素子４２に加わった場合には、可動電極４３Ａ〜４３Ｄの変位する方向は上述と逆になり、電圧Ｖｍが変化する方向が図９に示す方向と逆になる。【００６１】
次に、加速度センサ１００３がＸ軸の方向の加速度を検知する動作について説明する。図７に示す演算増幅器５４の入力端５４Ｂは基準電圧素子５５に接続されている。図１０は、Ｘ軸の方向の加速度が検知素子４２に加えられたときの加速度センサ１００３の電圧を示す。時点ｔ０〜ｔ４では加速度が検知素子４２に加わっておらず、時点ｔ４〜ｔ７でＸ軸の方向の加速度が加わっている。Ｘ軸の方向の加速度が検知素子４２に加わると、可動電極４３Ａ、４３Ｄが浮き上がって固定電極４２Ａに近づき、可動電極４３Ａ、４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａとの間隔が狭くなる。一方、可動電極４３Ａ、４３Ｄは固定電極４２Ａから遠ざかり、可動電極４３Ｂ、４３Ｃと固定電極４２Ａとの間隔は狭くなる。【００６２】
これらの間隔の変化により、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａ間の容量値が変化し、電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｄが出力する電圧Ｖｃ、Ｖｆの振幅は時点ｔ４から大きくなり、電流−電圧変換器４４Ｂ、４４Ｃが出力する電圧Ｖｄ、Ｖｅの振幅は時点ｔ４から小さくなる。【００６３】
振幅が大きくなった電圧Ｖｃ、Ｖｆが差動増幅器４８の入力端４８Ａに入力され、振幅が小さくなった電圧Ｖｄ、Ｖｅが差動増幅器４８の入力端４８Ｂに入力されている。差動増幅器４８が出力する電圧Ｖｈは時点ｔ４から正弦波となる。正弦波の電圧Ｖｈは、位相遷移器５９、同期復調器５０、増幅器６１を経由して電圧Ｖｎとなり、電圧Ｖｎは時点ｔ４から基準電圧Ｖｒｅｆより高くなる。【００６４】
一方、振幅が大きくなった電圧Ｖｃと振幅が小さくなった電圧Ｖｄが差動増幅器４５の入力端４５Ａに入力され、振幅が大きくなった電圧Ｖｆと振幅が小さくなった電圧Ｖｅが差動増幅器４５の入力端４５Ｂに入力されている。差動増幅器４５が出力する電圧Ｖｇは時点ｔ４〜ｔ７でも基準電圧Ｖｒｅｆであり変化しない。したがって、センサ出力端子５１Ａから出力される電圧Ｖｍも時点ｔ０〜ｔ７で変化しない。【００６５】
センサ出力端子５１Ａ、５１Ｂから出力される電圧Ｖｍ、Ｖｎから、Ｘ軸の方向の加速度が検知素子４２に加わったことを検知することができる。この加速度と反対の方向の加速度が検知素子４２に加わった場合には、可動電極４３Ａ〜４３Ｄの変位する方向は上述と逆になり、電圧Ｖｎが変化する方向が図９に示す方向と逆になる。【００６６】
次に、故障を検知する際の加速度センサ１００３の動作について説明する。なお、故障を検知する際には、演算増幅器５４の入力端５４Ｂは可変電圧素子５２に接続される。図１１は、故障を検知するときの加速度センサ１００３の電圧を示す。なお、故障を検知する際には、加速度は検知素子４２に加えられていない。【００６７】
発振器５３は正弦波の電圧Ｖａを演算増幅器５４の反転入力端である入力端５４Ａに入力される。時点ｔ０〜ｔ４では、可変電圧素子５２が出力する電圧Ｖｚは基準電圧Ｖｒｅｆであり、演算増幅器５４は出力端から、発振器５３からの正弦波の電圧Ｖａを反転させた電圧Ｖｂを出力する。【００６８】
電圧Ｖｂが検知素子４２の固定電極４２Ａに印加されると、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａの間隔で決定される容量値と、電圧Ｖｂに基づき検知素子４２の可動電極４３Ａ〜４３Ｄから正弦波の電流が出力される。電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄは可動電極４３Ａ〜４３Ｄからの正弦波の電流を電圧Ｖｃ〜Ｖｆにそれぞれ変換する。【００６９】
電圧Ｖｃ、Ｖｄが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ａに入力され、電圧Ｖｅ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ｂに入力される。【００７０】
同時に、電圧Ｖｃ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ａに入力され、電圧Ｖｄ、Ｖｅが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ｂに入力される。【００７１】
時点ｔ４においてドライブ回路４１の可変電圧素子５２の電圧Ｖｚを高くすると、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａとの間隔が狭まり、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａ間の容量値が大きくなる。それに伴って、電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄから出力される電圧Ｖｃ〜Ｖｆの振幅が大きくなる。【００７２】
検知素子４２に故障が無い場合、差動増幅器４５、４８は電圧Ｖｃ〜Ｖｆの振幅の変化を互いに相殺するので、差動増幅器４５、４８がそれぞれ出力する電圧Ｖｇ、Ｖｈは時点ｔ４〜ｔ７においても時点ｔ０〜ｔ４から変化せずに所定の範囲ΔＶ内におさまる。故障検知部５６、５７は電圧Ｖｇ、Ｖｈは時点ｔ４〜ｔ７において所定の範囲ΔＶ内におさまっていることを検知すると、検知素子４２に故障はないものと判断し、故障検知信号を出力しない。【００７３】
一方、検知素子４２に故障が有る場合、例えば可動電極４３Ａ〜４３Ｄのうちの少なくとも１つが故障している場合では、差動増幅器４５は電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄが出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆを相殺せず、時点ｔ０から電圧Ｖｇの振幅が所定の範囲ΔＶにおさまらないので、故障検知部５６は故障を検知することができ、故障検知信号を出力する。また、差動増幅器４８は電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄが出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆを相殺せず、時点ｔ０から電圧Ｖｈの振幅が所定の範囲ΔＶにおさまらないので、故障検知部５７は故障を検知することができ、故障検知信号を出力する。さらに、ドライブ回路４１の可変電圧素子５２の電圧Ｖｚを高くする時点ｔ４で、差動増幅器４５、４８の出力する電圧Ｖｇ、Ｖｈの振幅が大きくなり、故障検知部５６、５７はより容易に故障を検知することができる。【００７４】
このように、加速度センサ１００３はある程度の体積を有する可変電圧素子２８の故障検知を目的として２つ以上設ける必要が無く、その結果として小型化することができ、さらに、Ｘ軸とＹ軸の２軸の加速度の検知することができる。【００７５】
図１２は実施の形態３における他の加速度センサ１００３Ａの電気回路図である。図１２において、図７に示す加速度センサ１００３と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図７に示す加速度センサ１００３はアナログ回路で構成されている。加速度センサ１００３Ａは図７に示す加速度センサ１００３の差動増幅器４５、４８と同期復調器４７、５０の代わりにアナログーデジタル変換器１４２Ｃと、デジタル演算部１４３Ｃと、インターフェース部１４４Ｃとを備える。アナログーデジタル変換器１４２Ｃは電流―電圧変換器４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの出力する電圧Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆを加算した電圧をデジタル信号に変換する。デジタル演算部１４３Ｃはアナログーデジタル変換器１４２Ｂの出力を同期復調するデジタル同期復調器とデジタルフィルタとを含む。インターフェース部１４４Ｃはデジタル演算部１４３Ｃから出力される信号を所望のデジタル出力形式の信号に変換する。このように、図１２に示す加速度センサ１００３Ａはデジタル回路として構成され、加速度センサ１００３と同様の効果を有する。なお、電流―電圧変換器は４４Ａ〜４４Ｄの出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆの演算は、アナログーデジタル変換器１４２Ｃ、デジタル演算部１４３Ｃ、インターフェース部１４４Ｃのいずれで行っても良い。ただし、故障検知部５７、５８が故障を検知するためには電圧Ｖｃ〜Ｖｄの全ての加算をアナログーデジタル変換器１４２Ｃで演算する必要があるので、上述した加速度を検出するための演算は、デジタル演算部１４３Ｃまたはインターフェース部１４４Ｃで行う。【００７６】
（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４における加速度センサ１００４の電気回路図である。図１３において、図７に示す実施の形態３による加速度センサ１００３と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。実施の形態４による加速度センサ１００４は、図７に示す実施の形態３による加速度センサ１００３の故障検知部５６、５７の代わりに故障検知部１２８、１２９を備える。故障検知部１２８、１２９は実施の形態３による加速度センサ１００３の故障検知部５６、５７と同様に、差動増幅器４５、４８の出力端４５Ｃ、４８Ｃにそれぞれ接続されている。【００７７】
実施の形態４における加速度センサ１００４は、図９と図１０に示す実施の形態３による加速度センサ１００３と同様に図８に示す検知素子４２に加えられたＸ軸の方向の加速度とＹ軸の方向の加速度とを検出することができる。【００７８】
次に加速度センサ１００４が故障を検知する動作について説明する。図１４は、故障を検知するときの加速度センサ１００４の電圧を示す。なお、故障を検知する際には、加速度は検知素子４２に加えられていない。【００７９】
発振器５３は正弦波の電圧Ｖａを演算増幅器５４の反転入力端である入力端５４Ａに入力される。時点ｔ０〜ｔ４では、可変電圧素子５２が出力する電圧Ｖｚは基準電圧Ｖｒｅｆであり、演算増幅器５４は出力端から、発振器５３からの正弦波の電圧Ｖａを反転させた電圧Ｖｂを出力する。【００８０】
電圧Ｖｂが検知素子４２の固定電極４２Ａに印加されると、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａの間隔で決定される容量値と、電圧Ｖｂに基づき検知素子４２の可動電極４３Ａ〜４３Ｄから正弦波の電流が出力される。電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄは可動電極４３Ａ〜４３Ｄからの正弦波の電流を電圧Ｖｃ〜Ｖｆにそれぞれ変換する。【００８１】
電圧Ｖｃ、Ｖｄが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ａに入力され、電圧Ｖｅ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ｂに入力される。【００８２】
同時に、電圧Ｖｃ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ａに入力され、電圧Ｖｄ、Ｖｅが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ｂに入力される。【００８３】
検知素子４２に故障が無い場合、差動増幅器４５、４８は電圧Ｖｃ〜Ｖｆの振幅の変化を互いに相殺するので、差動増幅器４５、４８がそれぞれ出力する電圧Ｖｇ、Ｖｈは所定の範囲ΔＶ内におさまる。故障検知部５６、５７は電圧Ｖｇ、Ｖｈが所定の範囲ΔＶ内におさまっていることを検知すると、検知素子４２に故障はないものと判断し、故障検知信号を出力しない。【００８４】
一方、検知素子４２に故障が有る場合、例えば可動電極４３Ａ〜４３Ｄのうちの少なくとも１つが故障している場合では、差動増幅器４５は電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄが出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆを相殺せず、時点ｔ０から電圧Ｖｇの振幅が所定の範囲ΔＶにおさまらないので、故障検知部５６は故障を検知することができ、故障検知信号を出力する。また、差動増幅器４８は電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄが出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆを相殺せず、時点ｔ０から電圧Ｖｈの振幅が所定の範囲ΔＶにおさまらないので、故障検知部５７は故障を検知することができ、故障検知信号を出力する。このように、故障検知部５６、５７の少なくとも１つは検知素子４２の故障を検知して、故障検知信号を出力することができる。【００８５】
図１５は実施の形態４における他の加速度センサ１００４Ａの電気回路図である。図１５において、図１３に示す加速度センサ１００４と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図１３に示す加速度センサ１００４はアナログ回路で構成されている。加速度センサ１００４Ａは図１３に示す加速度センサ１００４の差動増幅器４５、４８と同期復調器４７、５０の代わりにアナログーデジタル変換器１４２Ｃと、デジタル演算部１４３Ｃと、インターフェース部１４４Ｃとを備える。アナログーデジタル変換器１４２Ｃは電流―電圧変換器４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの出力する電圧Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆを加算した電圧をデジタル信号に変換する。デジタル演算部１４３Ｃはアナログーデジタル変換器１４２Ｂの出力を同期復調するデジタル同期復調器とデジタルフィルタとを含む。インターフェース部１４４Ｃはデジタル演算部１４３Ｃから出力される信号を所望のデジタル出力形式の信号に変換する。このように、図１５に示す加速度センサ１００４Ａはデジタル回路として構成され、加速度センサ１００３と同様の効果を有する。なお、電流―電圧変換器は４４Ａ〜４４Ｄの出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆの演算は、アナログーデジタル変換器１４２Ｃ、デジタル演算部１４３Ｃ、インターフェース部１４４Ｃのいずれで行っても良い。ただし、故障検知部１２８、１２９が故障を検知するためには電圧Ｖｃ〜Ｖｄの全ての加算をアナログーデジタル変換器１４２Ｃで演算する必要があるので、上述した加速度を検出するための演算は、デジタル演算部１４３Ｃまたはインターフェース部１４４Ｃで行う。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明による加速度センサは小型化することができ、自動車等の移動体における加速度センサとして有用である。
【図１】
2009122741.tif 000003
【図２】
2009122741.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月3日(2009.8.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に用いられる加速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１６は特許文献１に記載されている従来の加速度センサ５０１の電気回路図である。加速度センサ５０１は、加速度に起因して出力値を変化させる検知素子１と、検知素子１に交流バイアス電圧信号を入力するドライブ回路２と、検知素子１の出力値に基づいて加速度信号を出力する検出回路３とを備える。検知素子１は固定電極４Ａ，４Ｂと、この固定電極４Ａ，４Ｂ間にそれぞれ配置された可動電極５Ａ、５Ｂを有している。可動電極５Ａ、５Ｂのそれぞれの一端はドライブ回路２に接続されている。
【０００３】
加速度センサ５０１の検知素子１に加速度が加わると、それに起因して可動電極５Ａ、５Ｂがそれらの一端を支点として振り子状に振られ、固定電極４Ａと可動電極５Ａとの距離及び固定電極４Ｂと可動電極５Ｂとの距離が変わる。これらの距離の変化により、可動電極５Ａと固定電極４Ａとの間に発生する容量値及び可動電極５Ｂと固定電極４Ｂとの間に発生する容量値が変化し、容量値の変化に基づいて検出回路３は加速度を検知する。
【０００４】
検出回路３は、演算増幅器６、７と、演算増幅器６、７の出力値の差を増幅する差動増幅器８と、差動増幅器８の出力部に接続された故障検知部１２とを備えている。演算増幅器６は、固定電極４Ａの出力値が入力される入力端６Ａと、基準電圧素子９Ａと可変電圧素子１０Ａとが選択的に接続される入力端６Ｂとを備える。演算増幅器７は、固定電極４Ｂの出力値が入力される入力端７Ａと、基準電圧素子９Ｂと可変電圧素子１０Ｂとが選択的に接続される第２の入力端７Ｂとを備える。抵抗１１Ａが演算増幅器６の入力端６Ａと出力端６Ｃとの間に接続されている。抵抗１１Ｂが演算増幅器７の入力端７Ａと出力端７Ｃとの間に接続されている。
【０００５】
検知素子１に加速度を加えない状態において、入力端６Ｂ、７Ｂにはそれぞれ可変電圧素子１０Ａ、１０Ｂが接続されるとともに、可変電圧素子１０Ａ、１０Ｂの電圧値を所定の電圧値にすることにより、擬似的に検知素子１に加速度を印加する状態を生み出し、検知素子１の故障を検知する。
【０００６】
具体的には、例えば可変電圧素子１０Ａの電圧値を１．５Ｖ、可変電圧素子１０Ｂの電圧値を３．５Ｖに設定すると、可動電極５Ｂが固定電極４Ｂの方へ近づくよう移動するとともに、可動電極５Ａが固定電極４Ａから離れるよう移動する。そうすると、この固定電極４Ａと可動電極５Ａとの間において発生する容量値と、固定電極４Ｂと可動電極５Ｂとの間において発生する容量値とが変化し、それぞれ電流が発生する。これらの電流がそれぞれ抵抗１１Ａと抵抗１１Ｂとを流れることにより、抵抗１１Ａ，１１Ｂに電圧が発生する。これらの電圧の電圧値が差動増幅器８に入力され、差動増幅器８からの出力信号が故障検知部１２へと出力される。
【０００７】
故障検知部１２は、差動増幅器８の出力信号が所定の電圧範囲内にあると判断した場合には故障なしと判断し、所定の電圧範囲外にあると判断した場合には故障有りと判断する。例えば固定電極４Ａが故障している場合、固定電極４Ａから電流が発生せず、抵抗１１Ａにおいて電圧は発生しない。したがって、差動増幅器８からの出力信号が所定の電圧範囲を超えて大きくなり、故障検知部１２により、検知素子１の故障有りと判断される。
【０００８】
従来の加速度センサ５０１では、故障検知をするために少なくとも二つの可変電圧素子１０Ａ、１０Ｂを必要とするので、加速度センサ５０１の小型化は難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２４８３２７号公報
【発明の概要】
【００１０】
加速度センサは、可変のバイアス電圧を有する交流バイアス電圧を出力するドライブ回路と、加えられる加速度によって固定電極と可動電極との間に発生する容量値が変化する検知素子と、検知素子の可動電極から出力される電流を電圧に変換して出力する電流−電圧変換器と、電流−電圧変換器が出力する電圧に応じた電圧を出力する演算増幅器と、演算増幅器が出力する電圧を同期検波する同期復調器と、故障検知部とを備える。故障検知部は、ドライブ回路が出力する交流バイアス電圧を所定の電圧にした際に演算増幅器が出力する電圧が所定の範囲内に無いと判断した場合には、故障検知信号を出力する。
【００１１】
この加速度センサは小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における加速度センサの電気回路図
【図２】実施の形態１における他の加速度センサの電気回路図
【図３】本発明の実施の形態２における加速度センサの電気回路図
【図４】実施の形態２における加速度センサの加速度を検知する動作での電圧を示す図
【図５】実施の形態２における加速度センサの故障を検知する動作での波形を示す図
【図６】実施の形態２における他の加速度センサの電気回路図
【図７】本発明の実施の形態３における加速度センサの電気回路図
【図８】実施の形態３における加速度センサの検知素子の分解斜視図
【図９】実施の形態３における加速度センサの加速度を検知する動作での電圧を示す図
【図１０】実施の形態３における加速度センサの加速度を検知する動作での電圧を示す図
【図１１】実施の形態３における加速度センサの故障を検知する動作での波形を示す図
【図１２】実施の形態３における他の加速度センサの電気回路図
【図１３】本発明の実施の形態４における加速度センサの電気回路図
【図１４】実施の形態４における加速度センサの故障を検知する動作での電圧を示す図
【図１５】実施の形態４における他の加速度センサの電気回路図
【図１６】従来の加速度センサの電気回路図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における加速度センサ１００１の電気回路図である。加速度センサ１００１は、交流バイアス電圧を出力するドライブ回路２１と、交流バイアス電圧信号が入力される検知素子２２と、検知素子２２に接続された入力端を有する電流−電圧変換器２３と、電流−電圧変換器２３の出力端に接続された入力端２５Ａを有する演算増幅器２５と、演算増幅器２５の入力端２５Ｂに接続された基準電圧素子２４、演算増幅器２５の出力端２５Ｃに結合する同期復調器２６と、同期復調器２６に電気的に接続されたセンサ出力端子２７とを備えている。演算増幅器２５の出力端２５Ｃと同期復調器２６との間には位相遷移器３５が接続されている。
【００１４】
ドライブ回路２１は可変電圧素子２８を有し、交流バイアス電圧のバイアス電圧は可変である。具体的には、ドライブ回路２１は、発振器３０と、発振器３０からの出力が入力される反転入力端である入力端３１Ａを有する演算増幅器３１と、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子３２と、可変電圧を発生する可変電圧素子２８とを有する。基準電圧Ｖｒｅｆは例えば２．５Ｖの仮想グランド電位である。基準電圧素子３２からの基準電圧Ｖｒｅｆと可変電圧素子２８からの可変電圧とは選択的に演算増幅器３１の非反転入力端である入力端３１Ｂに入力される。演算増幅器３１の出力端には検知素子２２に電気的に接続されている。可変電圧を変えることにより、ドライブ回路２１の出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧を変えることができる。
【００１５】
検知素子２２は、ドライブ回路２１からの交流バイアス電圧が入力される固定電極２２Ａ及び、固定電極２２Ａに対向するよう配置されている可動電極２２Ｂを有する。可動電極２２Ｂは電流−電圧変換器２３に接続されている。
【００１６】
可動電極２２Ｂは、加速度に起因して固定電極２２Ａとの距離を変化させる構成とすることにより、固定電極２２Ａと可動電極２２Ｂとの間に発生する容量値を変化させる。
【００１７】
演算増幅器２５の出力端には故障検知部２９が接続されている。故障検知部２９は、ドライブ回路２１が出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧値を所定の電圧値にした際に演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の電圧範囲内に無いと判断した場合には、故障検知信号を出力する。また、故障検知部２９は、ドライブ回路２１が出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧値を所定の電圧値にした際に演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の範囲内にあると判断した場合には、故障検知信号を出力しない。演算増幅器２５は電流−電圧変換器２３が出力する電圧に応じた電圧を出力する。
【００１８】
具体的には、検知素子２２が正常に動作している場合には、ドライブ回路２１の出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧値を高くすると、それに伴って固定電極２２Ａと可動電極２２Ｂとの距離が短くなる。これにより固定電極２２Ａと可動電極２２Ｂ間の容量値が高くなり、演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が大きくなる。検知素子２２内に故障が有り、可動電極２２Ｂが可動しない場合には、ドライブ回路２１の出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧値を高くしても演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の範囲に達しない。演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の範囲に達しなかったことを故障検知部２９が検知すると故障検知信号を出力する。検知素子２２内に故障が無く、可動電極２２Ｂが可動する場合には、ドライブ回路２１の出力する交流バイアス電圧のバイアス電圧値を高くすると演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の範囲に達する。演算増幅器２５の出力する交流電圧の振幅が所定の範囲に達したことを故障検知部２９が検知すると故障検知信号を出力しない。
【００１９】
加速度センサ１００１では、１つの可変電圧素子２８を備えたドライブ回路２１の出力する電圧のみを可変とすることで、検知素子１の故障を検知することができる。可変電圧素子２８はある程度の体積を通常有するので、加速度センサ１００１は２つ以上の可変電圧素子を備える必要が無く、その結果として、小型化することができる。
【００２０】
図２は実施の形態１における他の加速度センサ１００１Ａの電気回路図である。図２において、図１に示す加速度センサ１００１と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図１に示す加速度センサ１００１はアナログ回路で構成されている。加速度センサ１００１Ａは図１に示す加速度センサ１００１の演算増幅器２５と同期復調器２６の代わりにアナログーデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１４２Ａと、デジタル演算部１４３Ａと、インターフェース部１４４Ａとを備える。アナログーデジタル変換器１４２Ａは電流―電圧変換器２３の出力する電圧値をデジタル信号に変換する。デジタル演算部１４３Ａはアナログーデジタル変換器１４２Ａの出力を同期復調するデジタル同期復調器とデジタルフィルタとを含む。インターフェース部１４４Ａはデジタル演算部１４３Ａから出力される信号を所望のデジタル出力形式の信号に変換する。このように、図２に示す加速度センサ１００１Ａはデジタル回路として構成され、加速度センサ１００１と同様の効果を有する。
【００２１】
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における加速度センサ１００２の電気回路図である。図３において、図１に示す実施の形態１における加速度センサ１００１と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。検知素子１２２は、固定電極２２Ａと、固定電極２２Ａに対向する可動電極３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄとを有する。可動電極３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄは電流−電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの入力端にそれぞれ接続されている。電流−電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの出力端は演算増幅器２５の入力端２５Ａに接続されている。演算増幅器２５は電流−電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄが出力する電圧を加算する加算器として機能している。
【００２２】
加速度センサ１００２の加速度を検知する動作について説明する。演算増幅器３１の入力端３１Ｂは基準電圧素子３２に接続されている。図４は加速度センサ１００２が加速度を検知する場合の電圧を示す。発振器３０は正弦波の交流である電圧Ｖｏを出力する。電圧Ｖｏは演算増幅器３１の反転入力端である入力端３１Ａに入力される。演算増幅器３１は、正弦波である電圧Ｖｏを反転させた電圧Ｖｐを検知素子１２２の固定電極２２Ａに印加する。
【００２３】
検知素子１２２の固定電極２２Ａと可動電極３３Ａとの間隔で決定される容量値と電圧Ｖｐに基づき可動電極３３Ａから正弦波の電流が出力される。この電流は電流−電圧変換器３４Ａで電圧Ｖｑに変換されて出力される。電流−電圧変換器３４Ａは、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子３２Ａと、反転入力端と非反転入力端と出力端とを有する演算増幅器１３４Ａと、演算増幅器１３４Ａの出力端と反転入力端との間に接続された抵抗２３４Ａとを有する。可動電極３３Ａは演算増幅器１３４Ａの反転入力端に接続されている。基準電圧素子３２Ａは演算増幅器１３４Ａの非反転入力端に接続されている。演算増幅器１３４Ａは出力端から電圧Ｖｑを出力する。
【００２４】
同様に、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｂとの間隔で決定される容量値と電圧Ｖｐに基づき可動電極３３Ｂから正弦波の電流が出力される。この電流は電流−電圧変換器３４Ｂで電圧Ｖｒに変換されて出力される。電流−電圧変換器３４Ｂは、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子３２Ｂと、反転入力端と非反転入力端と出力端とを有する演算増幅器１３４Ｂと、演算増幅器１３４Ｂの出力端と反転入力端との間に接続された抵抗２３４Ｂとを有する。可動電極３３Ｂは演算増幅器１３４Ｂの反転入力端に接続されている。基準電圧素子３２Ｂは演算増幅器１３４Ｂの非反転入力端に接続されている。演算増幅器１３４Ｂは出力端から電圧Ｖｒを出力する。
【００２５】
また、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｃとの間隔で決定される容量値と電圧Ｖｐに基づき可動電極３３Ｃから正弦波の電流が出力される。この電流は電流−電圧変換器３４Ｃで電圧Ｖｓに変換されて出力される。電流−電圧変換器３４Ｃは、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子３２Ｃと、反転入力端と非反転入力端と出力端とを有する演算増幅器１３４Ｃと、演算増幅器１３４Ｃの出力端と反転入力端との間に接続された抵抗２３４Ｃとを有する。可動電極３３Ｃは演算増幅器１３４Ｃの反転入力端に接続されている。基準電圧素子３２Ｃは演算増幅器１３４Ｃの非反転入力端に接続されている。演算増幅器１３４Ｃは出力端から電圧Ｖｓを出力する。
【００２６】
また、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｄとの間隔で決定される容量値と電圧Ｖｐに基づき可動電極３３Ｄから正弦波の電流が出力される。この電流は電流−電圧変換器３４Ｄで電圧Ｖｔに変換されて出力される。電流−電圧変換器３４Ｄは、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子３２Ｄと、反転入力端と非反転入力端と出力端とを有する演算増幅器１３４Ｄと、演算増幅器１３４Ｄの出力端と反転入力端との間に接続された抵抗２３４Ｄとを有する。可動電極３３Ｄは演算増幅器１３４Ｄの反転入力端に接続されている。基準電圧素子３２Ｄは演算増幅器１３４Ｄの非反転入力端に接続されている。演算増幅器１３４Ｄは出力端から電圧Ｖｔを出力する。
【００２７】
電圧Ｖｑ、Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔは演算増幅器２５の反転入力端である入力端２５Ａに加算されて入力され、演算増幅器２５は出力端２５Ｃから電圧Ｖｕを出力する。
【００２８】
演算増幅器２５から出力された電圧Ｖｕが、演算増幅器２５と同期復調器２６との間に介在させた位相遷移器３５に入力される。位相遷移器３５は、ドライブ回路２１の出力する電圧Ｖｐが基準電圧と交差するゼロクロス点と演算増幅器２５の出力する電圧Ｖｕが基準電圧Ｖｒｅｆと交差するゼロクロス点とを合わせて電圧Ｖｐ、Ｖｕの位相を整合させるように、電圧Ｖｕの位相を遷移させて電圧Ｖｖを同期復調器２６に出力する。
【００２９】
同期復調器２６はドライブ回路２１から出力された電圧Ｖｐを基準信号として位相遷移器３５から出力された電圧Ｖｖを同期検波し、電圧Ｖｖのマイナス側の部分をプラス側に反転して、電圧Ｖｗを増幅器３６に出力する。
【００３０】
増幅器３６は同期復調器２６から出力された電圧Ｖｗを平滑化して、電圧Ｖｘをセンサ出力端子２７から出力する。
【００３１】
図４に示すように、加速度が時点ｔ４において低下すると、図３に示す固定電極２２Ａと可動電極３３Ａとの間隔と、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｂとの間隔と、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｃとの間隔と、固定電極２２Ａと可動電極３３Ｄとの間隔が広がり、容量値が小さくなる。それに伴って、電流−電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄから出力される電圧Ｖｑ、Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔの振幅は小さくなる。これに連動して、演算増幅器２５が出力する電圧Ｖｕの振幅と、位相遷移器３５の出力する電圧Ｖｖの振幅と、同期復調器２６の出力する電圧Ｖｗの振幅を、増幅器３６から出力される電圧Ｖｘが低下し、電圧Ｖｘ値の低下から加速度の変化を検知することができる。
【００３２】
次に加速度センサ１００２が故障を検知する動作について説明する。図３に示す演算増幅器３１の入力端３１Ｂは可変電圧素子２８に接続される。図５は加速度センサ１００２が故障を検知する場合の電圧を示す。
【００３３】
図３に示す発振器３０は正弦波の電圧Ｖｏを出力する。正弦波の電圧Ｖｏは演算増幅器３１の反転入力端である入力端３１Ａに入力され、演算増幅器３１は電圧Ｖｏを反転した電圧Ｖｐを出力する。
【００３４】
電圧Ｖｐが検知素子２２の固定電極２２Ａに印加される。固定電極２２Ａと可動電極３３Ａとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｂとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｃとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｄとの間隔とでそれぞれ決定される容量値と電圧Ｖｐに基づき検知素子２２の可動電極３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄから正弦波の電流が出力される。これらの電流は電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄで電圧Ｖｑ、Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔにそれぞれ変換されて演算増幅器２５の入力端２５Ａに出力される。演算増幅器２５は図５に示す電圧Ｖｕを出力端２５Ｃから出力する。
【００３５】
図５に示すように、時点ｔ４においてドライブ回路２１の可変電圧素子２８の電圧を低くすると、演算増幅器３１の出力端すなわちドライブ回路４１から出力される電圧Ｖｐの直流バイアス電圧が低くなる。これにより固定電極２２Ａと可動電極３３Ａとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｂとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｃとの間隔と固定電極２２Ａと可動電極３３Ｄとの間隔とが広がり、容量値が小さくなる。それに伴って、電流−電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄから出力される電圧Ｖｑ、Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔの振幅は小さくなり、これに連動して、演算増幅器２５の出力する電圧Ｖｕの振幅が低下する。電圧Ｖｕの振幅の低下を故障検知部２９が検知し、電圧Ｖｕの最大値が所定の範囲内にあると判断すると故障はないものと判断し、故障検知信号を出力しない。
【００３６】
一方、検知素子１２２に故障が有る場合、例えば可動電極３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄの内の少なくとも１つが故障している場合においては、演算増幅器２５から出力される電圧Ｖｕが小さくなる。電圧Ｖｕの最大値が上述の所定の範囲内に無いと故障検知部２９が判断した場合には、故障検知信号を出力する。
【００３７】
このような構成により、加速度センサ１００２は、ドライブ回路２１の出力する電圧Ｖｐのみを可変とすることで、検知素子１２２の故障を検知することができ、可動電極３３Ａ〜３３Ｄの数の可変電圧素子２８を必要としない。可変電圧素子２８はある程度の体積を有するので、加速度センサ１００２を小型化することができる。
【００３８】
図６は実施の形態２における他の加速度センサ１００２Ａの電気回路図である。図６において、図３に示す加速度センサ１００２と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図３に示す加速度センサ１００２はアナログ回路で構成されている。加速度センサ１００２Ａは図３に示す加速度センサ１００２の演算増幅器２５と同期復調器２６の代わりにアナログーデジタル変換器１４２Ｂと、デジタル演算部１４３Ｂと、インターフェース部１４４Ｂとを備える。アナログーデジタル変換器１４２Ｂは電流―電圧変換器３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの出力する電圧Ｖｑ、Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔを加算した電圧をデジタル信号に変換する。デジタル演算部１４３Ｂはアナログーデジタル変換器１４２Ｂの出力を同期復調するデジタル同期復調器とデジタルフィルタとを含む。インターフェース部１４４Ｂはデジタル演算部１４３Ｂから出力される信号を所望のデジタル出力形式の信号に変換する。このように、図６に示す加速度センサ１００２Ａはデジタル回路として構成され、加速度センサ１００２と同様の効果を有する。
【００３９】
（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における加速度センサ１００３の電気回路図である。加速度センサ１００３は、検知素子４２と、可変のバイアス電圧を有する交流バイアス電圧を発生して検知素子４２の固定電極４２Ａに印加するドライブ回路４１と、検知素子４２の可動電極４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄにそれぞれ接続された入力端を有する電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄと、差動増幅器４５、４８を備える。差動増幅器４５、４８は演算増幅器で構成されている。
【００４０】
差動増幅器４５の反転入力端である入力端４５Ａには電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｂの出力端が接続されている。差動増幅器４５の非反転入力端である入力端４５Ｂには電流−電圧変換器４４Ｃ、４４Ｄの出力端が接続されている。差動増幅器４５の入力端４５Ａと出力端４５Ｃとの間には抵抗４５Ｄが接続されている。差動増幅器４５の非反転入力端である入力端４５Ｂと基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子４６との間には抵抗４５Ｅが接続されている。差動増幅器４５の出力端４５Ｃは位相遷移器５８を介して同期復調器４７の入力端４７Ａに接続されている。基準電圧Ｖｒｅｆは例えば２．５Ｖの仮想グランド電位である。同期復調器４７の入力端４７Ｂはドライブ回路４１が接続されている。同期復調器４７の出力端４７Ｃは増幅器６０に接続されている。増幅器６０はセンサ出力端子５１Ａに接続されている。
【００４１】
差動増幅器４８の反転入力端である入力端４８Ａには電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｄの出力端が接続されている。差動増幅器４８の非反転入力端である入力端４８Ｂには電流−電圧変換器４４Ｂ、４４Ｃの出力端が接続されている。差動増幅器４８の入力端４８Ａと出力端４８Ｃとの間には抵抗４８Ｄが接続されている。差動増幅器４８の非反転入力端である入力端４８Ｂと基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子４９との間には抵抗４８Ｅが接続されている。差動増幅器４８の出力端４８Ｃは位相遷移器５９を介して同期復調器５０の入力端５０Ａに接続されている。同期復調器５０の入力端５０Ｂはドライブ回路４１が接続されている。同期復調器５０の出力端５０Ｃは増幅器６１に接続されている。増幅器６１はセンサ出力端子５１Ｂに接続されている。
【００４２】
ドライブ回路４１は可変電圧素子５２を有し、交流バイアス電圧のバイアス電圧を可変にしている。具体的には、ドライブ回路４１は、正弦波の電圧Ｖａを発生する発振器５３と、発振器５３の出力する電圧Ｖａが入力される反転入力端である入力端５４Ａを有する演算増幅器５４と、基準電圧Ｖｒｅｆを発生する基準電圧素子５５と、可変電圧を発生する可変電圧素子５２とを備える。演算増幅器５４の非反転入力端である入力端５４Ｂには、基準電圧素子５５からの基準電圧Ｖｒｅｆと可変電圧素子５２からの可変電圧が選択的に入力される。演算増幅器５４の出力端には検知素子４２の固定電極４２Ａに電気的に接続されており、演算増幅器５４は交流バイアス電圧Ｖｂを固定電極４２Ａに印加する。
【００４３】
図８は検知素子４２の分解斜視図である。図８において、互いに直角のＸ軸とＹ軸とＺ軸とを定義する。検知素子４２は、支持部３４２と、支持部３４２から延びるＵ字形状を有するアーム２４２Ａ〜２４２Ｄと、アーム２４２Ａ〜２４２Ｄにそれぞれ接続された錘部７４２Ａ〜７４２Ｄと、支持部３４２からＸ軸の方向で互いに反対の方向に延びるアーム４４２Ａ、４４２Ｂと、アーム４４２Ａ、４４２Ｂに接続された枠形状を有する保持体５４２と、錘部７４２Ａ〜７４２ＤにＺ軸の方向で対向する基板６４２を備える。アーム２４２Ａ〜２４２Ｄは、Ｙ軸の方向に延びる互いに平行な部分を有して実質的にＵ字形状を有する。錘部７４２Ａ、７４２ＢはＸ軸の方向に配列されている。錘部７４２Ｃ、７４２ＤはＸ軸の方向に配列されている。錘部７４２Ａ、７４２ＤはＹ軸の方向に配列されている。錘部７４２Ｂ、７４２ＣはＹ軸の方向に配列されている。可動電極４３Ａ〜４３Ｄは錘部７４２Ａ〜７４２Ｄにそれぞれ設けられている。可動電極４３Ａ、４３ＢはＸ軸の方向に配列されている。可動電極４３Ｃ、４３ＤはＸ軸の方向に配列されている。可動電極４３Ａ、４３ＤはＹ軸の方向に配列されている。可動電極４３Ｂ、４３ＣはＹ軸の方向に配列されている。可動電極４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄは固定電極４２Ａに対向する。
【００４４】
可動電極４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄは検知素子４２に加えられた加速度に起因して変位して、固定電極４２Ａとの距離を変化させ、固定電極４２Ａと可動電極４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄとの間に発生する容量値を変化させる。
【００４５】
差動増幅器４５の出力端４５Ｃには故障検知部５６が接続されており、差動増幅器４８の出力端４８Ｃには故障検知部５７が接続されている。ドライブ回路４１から出力される電圧Ｖｂを所定の電圧値にした際に、差動増幅器４５の出力する電圧が所定の範囲内に無いと故障検知部５６が判断した場合には、故障検知部５６は故障検知信号を出力する。また、ドライブ回路４１から出力される電圧Ｖｂを所定の電圧値にした際に、差動増幅器４８の出力する電圧が所定の範囲内に無いと故障検知部５７が判断した場合には、故障検知部５７が故障検知信号を出力する。
【００４６】
次に、加速度センサ１００３がＹ軸の方向の加速度を検知する動作について説明する。図７に示す演算増幅器５４の入力端５４Ｂは基準電圧素子５５に接続されている。図９は、Ｙ軸の方向の加速度が検知素子４２に加えられたときの加速度センサ１００３の電圧を示す。時点ｔ０〜ｔ４では加速度が検知素子４２に加わっておらず、時点ｔ４〜ｔ７でＹ軸の方向の加速度が加わっている。
【００４７】
図７に示すドライブ回路４１の発振器５３は正弦波の電圧Ｖａを出力する。電圧Ｖａは演算増幅器５４の反転入力端である入力端５４Ａに入力され、演算増幅器５４は出力端から、電圧Ｖａを反転させた電圧Ｖｂを出力する。
【００４８】
電圧Ｖｂが検知素子４２の固定電極４２Ａに印加されると、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａとの間隔で決定される容量値と、固定電極４２Ａに印加される電圧Ｖｂに基づき可動電極４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ、４３Ｄから正弦波の電流がそれぞれ出力される。これらの正弦波の電流は電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄで電圧Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆに変換される。
【００４９】
電圧Ｖｃ、Ｖｄが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ａに入力される。電圧Ｖｅ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ｂに入力される。
【００５０】
同時に、電圧Ｖｃ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ａに入力される。電圧Ｖｄ、Ｖｅが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ｂに入力される。
【００５１】
加速度が加わっていない時点ｔ０〜ｔ４では、差動増幅器４５、４８は電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄの出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆを相殺し、差動増幅器４５は基準電圧素子４６が発生する基準電圧Ｖｒｅｆを出力端４５Ｃから出力し、差動増幅器４８は基準電圧素子４９が発生する基準電圧Ｖｒｅｆを出力端４８Ｃから出力する。
【００５２】
差動増幅器４５、４８がそれぞれ出力する電圧Ｖｇ、Ｖｉが、差動増幅器４５、４８と同期復調器４７、５０との間に接続された位相遷移器５８、５９にそれぞれ入力される。位相遷移器５８は、同期復調器４７が電圧Ｖｂを基準として差動増幅器４５から出力する電圧を同期検波するために、差動増幅器４５から出力される電圧Ｖｇの位相を遷移させて、ドライブ回路４１から出力される電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆと交差するゼロクロス点と電圧Ｖｇが基準電圧Ｖｒｅｆと交差するゼロクロス点とを合わせて電圧Ｖｂ、Ｖｇの位相を整合させ、電圧Ｖｉを出力する。同様に、位相遷移器５９は、同期復調器５０が電圧Ｖｂを基準として差動増幅器４８から出力する電圧を同期検波するために、差動増幅器４８から出力される電圧Ｖｈの位相を遷移させて、ドライブ回路４１から出力される電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆと交差するゼロクロス点と電圧Ｖｈが基準電圧Ｖｒｅｆと交差するゼロクロス点とを合わせて電圧Ｖｂ、Ｖｈの位相を整合させ、電圧Ｖｊを出力する。
【００５３】
なお、図７に示す加速度センサ１００３では位相遷移器５８は差動増幅器４５と同期復調器４７との間に接続されているが、ドライブ回路４１と同期復調器４７との間に接続されていてもよい。同様に、図７に示す加速度センサ１００３では位相遷移器５９は差動増幅器４８と同期復調器５０との間に接続されているが、ドライブ回路４１と同期復調器５０との間に接続されていてもよい。
【００５４】
位相遷移器５８、５９から出力された電圧Ｖｉ、Ｖｊが同期復調器４７、５０に入力される。同期復調器４７、５０は、上述の通り電圧Ｖｂを基準にしてそれぞれ電圧Ｖｉ、Ｖｊの同期検波を行い、電圧Ｖｋ、Ｖｌをそれぞれ出力する。具体的には、同期復調器４７は電圧Ｖｉのマイナス側の部分をプラス側に反転して電圧Ｖｋを発生する。同期復調器５０は電圧Ｖｊのマイナス側の部分をプラス側に反転して電圧Ｖｌを発生する。
【００５５】
同期復調器４７、５０から出力される電圧Ｖｋ、Ｖｌは増幅器６０、６１にそれぞれ入力される。増幅器６０、６１は、電圧Ｖｋ、Ｖｌをそれぞれ平滑化して電圧Ｖｍ、Ｖｎをそれぞれセンサ出力端子５１Ａ、５１Ｂから出力する。図９に示すように、加速度が加えられていない時点ｔ０〜ｔ４では増幅器６０、６１から出力される電圧Ｖｍ、Ｖｎは基準電圧Ｖｒｅｆ（仮想グランド）である。
【００５６】
時点ｔ４においてＹ軸方向の加速度が検知素子４２に加わると、可動電極４３Ａ、４３Ｂが浮き上がって固定電極４２Ａに近づき、可動電極４３Ａ、４３Ｂのそれぞれと固定電極４２Ａとの間隔が狭くなる。一方、可動電極４３Ｃ、４３Ｄは固定電極４２Ａから遠ざかり、可動電極４３Ｃ、４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａとの間隔は広くなる。
【００５７】
これらの間隔の変化により、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａ間の容量値が変化し、電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｂが出力する電圧Ｖｃ、Ｖｄの振幅が時点ｔ４から大きくなる。一方、電流−電圧変換器４４Ｃ、４４Ｄが出力する電圧Ｖｅ、Ｖｆの振幅は時点ｔ４から小さくなる。
【００５８】
振幅が大きくなった電圧Ｖｃ、Ｖｄが差動増幅器４５の入力端４５Ａに入力され、振幅が小さくなった電圧Ｖｅ、Ｖｆが差動増幅器４５の入力端４５Ｂに入力されている。差動増幅器４５が出力する電圧Ｖｇは時点ｔ４から正弦波となる。正弦波の電圧Ｖｇは位相遷移器５８、同期復調器４７、増幅器６０を経由して電圧Ｖｍとしてセンサ出力端子５１Ａから出力され、電圧Ｖｍは時点ｔ４から基準電圧Ｖｒｅｆより高くなる。
【００５９】
一方、振幅が大きくなった電圧Ｖｃと振幅が小さくなった電圧Ｖｆは差動増幅器４８の入力端４８Ａに入力され、振幅が大きくなった電圧Ｖｄと振幅が小さくなった電圧Ｖｅが差動増幅器４８の入力端４８Ｂに入力される。差動増幅器４８が出力する電圧Ｖｈは時点ｔ４〜ｔ７でも基準電圧Ｖｒｅｆであり変化しない。したがって、センサ出力端子５１Ｂから出力される電圧Ｖｎも時点ｔ０〜ｔ７で変化しない。
【００６０】
センサ出力端子５１Ａ、５１Ｂから出力される電圧Ｖｍ、Ｖｎから、Ｙ軸の方向の加速度が検知素子４２に加わったことを検知することができる。この加速度と反対の方向の加速度が検知素子４２に加わった場合には、可動電極４３Ａ〜４３Ｄの変位する方向は上述と逆になり、電圧Ｖｍが変化する方向が図９に示す方向と逆になる。
【００６１】
次に、加速度センサ１００３がＸ軸の方向の加速度を検知する動作について説明する。図７に示す演算増幅器５４の入力端５４Ｂは基準電圧素子５５に接続されている。図１０は、Ｘ軸の方向の加速度が検知素子４２に加えられたときの加速度センサ１００３の電圧を示す。時点ｔ０〜ｔ４では加速度が検知素子４２に加わっておらず、時点ｔ４〜ｔ７でＸ軸の方向の加速度が加わっている。Ｘ軸の方向の加速度が検知素子４２に加わると、可動電極４３Ａ、４３Ｄが浮き上がって固定電極４２Ａに近づき、可動電極４３Ａ、４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａとの間隔が狭くなる。一方、可動電極４３Ａ、４３Ｄは固定電極４２Ａから遠ざかり、可動電極４３Ｂ、４３Ｃと固定電極４２Ａとの間隔は狭くなる。
【００６２】
これらの間隔の変化により、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａ間の容量値が変化し、電流−電圧変換器４４Ａ、４４Ｄが出力する電圧Ｖｃ、Ｖｆの振幅は時点ｔ４から大きくなり、電流−電圧変換器４４Ｂ、４４Ｃが出力する電圧Ｖｄ、Ｖｅの振幅は時点ｔ４から小さくなる。
【００６３】
振幅が大きくなった電圧Ｖｃ、Ｖｆが差動増幅器４８の入力端４８Ａに入力され、振幅が小さくなった電圧Ｖｄ、Ｖｅが差動増幅器４８の入力端４８Ｂに入力されている。差動増幅器４８が出力する電圧Ｖｈは時点ｔ４から正弦波となる。正弦波の電圧Ｖｈは、位相遷移器５９、同期復調器５０、増幅器６１を経由して電圧Ｖｎとなり、電圧Ｖｎは時点ｔ４から基準電圧Ｖｒｅｆより高くなる。
【００６４】
一方、振幅が大きくなった電圧Ｖｃと振幅が小さくなった電圧Ｖｄが差動増幅器４５の入力端４５Ａに入力され、振幅が大きくなった電圧Ｖｆと振幅が小さくなった電圧Ｖｅが差動増幅器４５の入力端４５Ｂに入力されている。差動増幅器４５が出力する電圧Ｖｇは時点ｔ４〜ｔ７でも基準電圧Ｖｒｅｆであり変化しない。したがって、センサ出力端子５１Ａから出力される電圧Ｖｍも時点ｔ０〜ｔ７で変化しない。
【００６５】
センサ出力端子５１Ａ、５１Ｂから出力される電圧Ｖｍ、Ｖｎから、Ｘ軸の方向の加速度が検知素子４２に加わったことを検知することができる。この加速度と反対の方向の加速度が検知素子４２に加わった場合には、可動電極４３Ａ〜４３Ｄの変位する方向は上述と逆になり、電圧Ｖｎが変化する方向が図９に示す方向と逆になる。
【００６６】
次に、故障を検知する際の加速度センサ１００３の動作について説明する。なお、故障を検知する際には、演算増幅器５４の入力端５４Ｂは可変電圧素子５２に接続される。図１１は、故障を検知するときの加速度センサ１００３の電圧を示す。なお、故障を検知する際には、加速度は検知素子４２に加えられていない。
【００６７】
発振器５３は正弦波の電圧Ｖａを演算増幅器５４の反転入力端である入力端５４Ａに入力される。時点ｔ０〜ｔ４では、可変電圧素子５２が出力する電圧Ｖｚは基準電圧Ｖｒｅｆであり、演算増幅器５４は出力端から、発振器５３からの正弦波の電圧Ｖａを反転させた電圧Ｖｂを出力する。
【００６８】
電圧Ｖｂが検知素子４２の固定電極４２Ａに印加されると、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａの間隔で決定される容量値と、電圧Ｖｂに基づき検知素子４２の可動電極４３Ａ〜４３Ｄから正弦波の電流が出力される。電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄは可動電極４３Ａ〜４３Ｄからの正弦波の電流を電圧Ｖｃ〜Ｖｆにそれぞれ変換する。
【００６９】
電圧Ｖｃ、Ｖｄが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ａに入力され、電圧Ｖｅ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ｂに入力される。
【００７０】
同時に、電圧Ｖｃ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ａに入力され、電圧Ｖｄ、Ｖｅが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ｂに入力される。
【００７１】
時点ｔ４においてドライブ回路４１の可変電圧素子５２の電圧Ｖｚを高くすると、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａとの間隔が狭まり、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａ間の容量値が大きくなる。それに伴って、電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄから出力される電圧Ｖｃ〜Ｖｆの振幅が大きくなる。
【００７２】
検知素子４２に故障が無い場合、差動増幅器４５、４８は電圧Ｖｃ〜Ｖｆの振幅の変化を互いに相殺するので、差動増幅器４５、４８がそれぞれ出力する電圧Ｖｇ、Ｖｈは時点ｔ４〜ｔ７においても時点ｔ０〜ｔ４から変化せずに所定の範囲ΔＶ内におさまる。故障検知部５６、５７は電圧Ｖｇ、Ｖｈは時点ｔ４〜ｔ７において所定の範囲ΔＶ内におさまっていることを検知すると、検知素子４２に故障はないものと判断し、故障検知信号を出力しない。
【００７３】
一方、検知素子４２に故障が有る場合、例えば可動電極４３Ａ〜４３Ｄのうちの少なくとも１つが故障している場合では、差動増幅器４５は電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄが出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆを相殺せず、時点ｔ０から電圧Ｖｇの振幅が所定の範囲ΔＶにおさまらないので、故障検知部５６は故障を検知することができ、故障検知信号を出力する。また、差動増幅器４８は電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄが出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆを相殺せず、時点ｔ０から電圧Ｖｈの振幅が所定の範囲ΔＶにおさまらないので、故障検知部５７は故障を検知することができ、故障検知信号を出力する。さらに、ドライブ回路４１の可変電圧素子５２の電圧Ｖｚを高くする時点ｔ４で、差動増幅器４５、４８の出力する電圧Ｖｇ、Ｖｈの振幅が大きくなり、故障検知部５６、５７はより容易に故障を検知することができる。
【００７４】
このように、加速度センサ１００３はある程度の体積を有する可変電圧素子２８の故障検知を目的として２つ以上設ける必要が無く、その結果として小型化することができ、さらに、Ｘ軸とＹ軸の２軸の加速度の検知することができる。
【００７５】
図１２は実施の形態３における他の加速度センサ１００３Ａの電気回路図である。図１２において、図７に示す加速度センサ１００３と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図７に示す加速度センサ１００３はアナログ回路で構成されている。加速度センサ１００３Ａは図７に示す加速度センサ１００３の差動増幅器４５、４８と同期復調器４７、５０の代わりにアナログーデジタル変換器１４２Ｃと、デジタル演算部１４３Ｃと、インターフェース部１４４Ｃとを備える。アナログーデジタル変換器１４２Ｃは電流―電圧変換器４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの出力する電圧Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆを加算した電圧をデジタル信号に変換する。デジタル演算部１４３Ｃはアナログーデジタル変換器１４２Ｂの出力を同期復調するデジタル同期復調器とデジタルフィルタとを含む。インターフェース部１４４Ｃはデジタル演算部１４３Ｃから出力される信号を所望のデジタル出力形式の信号に変換する。このように、図１２に示す加速度センサ１００３Ａはデジタル回路として構成され、加速度センサ１００３と同様の効果を有する。なお、電流―電圧変換器は４４Ａ〜４４Ｄの出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆの演算は、アナログーデジタル変換器１４２Ｃ、デジタル演算部１４３Ｃ、インターフェース部１４４Ｃのいずれで行っても良い。ただし、故障検知部５７、５８が故障を検知するためには電圧Ｖｃ〜Ｖｄの全ての加算をアナログーデジタル変換器１４２Ｃで演算する必要があるので、上述した加速度を検出するための演算は、デジタル演算部１４３Ｃまたはインターフェース部１４４Ｃで行う。
【００７６】
（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４における加速度センサ１００４の電気回路図である。図１３において、図７に示す実施の形態３による加速度センサ１００３と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。実施の形態４による加速度センサ１００４は、図７に示す実施の形態３による加速度センサ１００３の故障検知部５６、５７の代わりに故障検知部１２８、１２９を備える。故障検知部１２８、１２９は実施の形態３による加速度センサ１００３の故障検知部５６、５７と同様に、差動増幅器４５、４８の出力端４５Ｃ、４８Ｃにそれぞれ接続されている。
【００７７】
実施の形態４における加速度センサ１００４は、図９と図１０に示す実施の形態３による加速度センサ１００３と同様に図８に示す検知素子４２に加えられたＸ軸の方向の加速度とＹ軸の方向の加速度とを検出することができる。
【００７８】
次に加速度センサ１００４が故障を検知する動作について説明する。図１４は、故障を検知するときの加速度センサ１００４の電圧を示す。なお、故障を検知する際には、加速度は検知素子４２に加えられていない。
【００７９】
発振器５３は正弦波の電圧Ｖａを演算増幅器５４の反転入力端である入力端５４Ａに入力される。時点ｔ０〜ｔ４では、可変電圧素子５２が出力する電圧Ｖｚは基準電圧Ｖｒｅｆであり、演算増幅器５４は出力端から、発振器５３からの正弦波の電圧Ｖａを反転させた電圧Ｖｂを出力する。
【００８０】
電圧Ｖｂが検知素子４２の固定電極４２Ａに印加されると、可動電極４３Ａ〜４３Ｄのそれぞれと固定電極４２Ａの間隔で決定される容量値と、電圧Ｖｂに基づき検知素子４２の可動電極４３Ａ〜４３Ｄから正弦波の電流が出力される。電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄは可動電極４３Ａ〜４３Ｄからの正弦波の電流を電圧Ｖｃ〜Ｖｆにそれぞれ変換する。
【００８１】
電圧Ｖｃ、Ｖｄが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ａに入力され、電圧Ｖｅ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４５の入力端４５Ｂに入力される。
【００８２】
同時に、電圧Ｖｃ、Ｖｆが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ａに入力され、電圧Ｖｄ、Ｖｅが加算されて差動増幅器４８の入力端４８Ｂに入力される。
【００８３】
検知素子４２に故障が無い場合、差動増幅器４５、４８は電圧Ｖｃ〜Ｖｆの振幅の変化を互いに相殺するので、差動増幅器４５、４８がそれぞれ出力する電圧Ｖｇ、Ｖｈは所定の範囲ΔＶ内におさまる。故障検知部５６、５７は電圧Ｖｇ、Ｖｈが所定の範囲ΔＶ内におさまっていることを検知すると、検知素子４２に故障はないものと判断し、故障検知信号を出力しない。
【００８４】
一方、検知素子４２に故障が有る場合、例えば可動電極４３Ａ〜４３Ｄのうちの少なくとも１つが故障している場合では、差動増幅器４５は電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄが出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆを相殺せず、時点ｔ０から電圧Ｖｇの振幅が所定の範囲ΔＶにおさまらないので、故障検知部５６は故障を検知することができ、故障検知信号を出力する。また、差動増幅器４８は電流−電圧変換器４４Ａ〜４４Ｄが出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆを相殺せず、時点ｔ０から電圧Ｖｈの振幅が所定の範囲ΔＶにおさまらないので、故障検知部５７は故障を検知することができ、故障検知信号を出力する。このように、故障検知部５６、５７の少なくとも１つは検知素子４２の故障を検知して、故障検知信号を出力することができる。
【００８５】
図１５は実施の形態４における他の加速度センサ１００４Ａの電気回路図である。図１５において、図１３に示す加速度センサ１００４と同じ部分には同じ参照番号を付し、その説明を省略する。図１３に示す加速度センサ１００４はアナログ回路で構成されている。加速度センサ１００４Ａは図１３に示す加速度センサ１００４の差動増幅器４５、４８と同期復調器４７、５０の代わりにアナログーデジタル変換器１４２Ｃと、デジタル演算部１４３Ｃと、インターフェース部１４４Ｃとを備える。アナログーデジタル変換器１４２Ｃは電流―電圧変換器４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ、４４Ｄの出力する電圧Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅ、Ｖｆを加算した電圧をデジタル信号に変換する。デジタル演算部１４３Ｃはアナログーデジタル変換器１４２Ｂの出力を同期復調するデジタル同期復調器とデジタルフィルタとを含む。インターフェース部１４４Ｃはデジタル演算部１４３Ｃから出力される信号を所望のデジタル出力形式の信号に変換する。このように、図１５に示す加速度センサ１００４Ａはデジタル回路として構成され、加速度センサ１００３と同様の効果を有する。なお、電流―電圧変換器は４４Ａ〜４４Ｄの出力する電圧Ｖｃ〜Ｖｆの演算は、アナログーデジタル変換器１４２Ｃ、デジタル演算部１４３Ｃ、インターフェース部１４４Ｃのいずれで行っても良い。ただし、故障検知部１２８、１２９が故障を検知するためには電圧Ｖｃ〜Ｖｄの全ての加算をアナログーデジタル変換器１４２Ｃで演算する必要があるので、上述した加速度を検出するための演算は、デジタル演算部１４３Ｃまたはインターフェース部１４４Ｃで行う。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明による加速度センサは小型化することができ、自動車等の移動体における加速度センサとして有用である。
【符号の説明】
【００８７】
２１    ドライブ回路
２２    検知素子
２２Ａ    固定電極
２２Ｂ    可動電極（第１の可動電極）
２３    電流−電圧変換器（第１の電流−電圧変換器）
２５    演算増幅器（第１の演算増幅器）
２６    同期復調器
２９    故障検知部
３０    発振器
３１    演算増幅器（第２の演算増幅器）
３３Ａ    可動電極（第１の可動電極）
３３Ｂ    可動電極（第２の可動電極）
３４Ａ    電流−電圧変換器（第１の電流−電圧変換器）
３４Ｂ    電流−電圧変換器（第２の電流−電圧変換器）
４１    ドライブ回路
４２    検知素子
４２Ａ    固定電極
４３Ａ    可動電極（第１の可動電極）
４３Ｂ    可動電極（第２の可動電極）
４３Ｃ    可動電極（第３の可動電極）
４３Ｄ    可動電極（第４の可動電極）
４４Ａ    電流−電圧変換器（第１の電流−電圧変換器）
４４Ｂ    電流−電圧変換器（第２の電流−電圧変換器）
４４Ｃ    電流−電圧変換器（第３の電流−電圧変換器）
４４Ｄ    電流−電圧変換器（第４の電流−電圧変換器）
４５    差動増幅器（第１の差動増幅器）
４７    同期復調器（第１の同期復調器）
４８    差動増幅器（第２の差動増幅器）
５０    同期復調器（第２の同期復調器）
５３    発振器
５４    演算増幅器
５６    故障検知部（第１の故障検知部）
５７    故障検知部（第２の故障検知部）
５８    位相遷移器（第１の位相遷移器）
５９    位相遷移器（第２の位相遷移器）
６０    増幅器（第１の増幅器）
６１    増幅器（第２の増幅器）
１２２    検知素子
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変のバイアス電圧を有する交流バイアス電圧を出力するドライブ回路と、
前記交流バイアス電圧が印加される固定電極と、
前記固定電極に対向する第１の可動電極と、
を有し、加えられる加速度によって前記固定電極と前記第１の可動電極との間に発生する容量値が変化する検知素子と、
前記検知素子の前記第１の可動電極から出力される電流を電圧に変換して前記変換された電圧を出力する第１の電流−電圧変換器と、
前記第１の電流−電圧変換器が出力する前記電圧が入力される第１の入力端と、
前記入力された電圧に応じた電圧を出力する出力端と、
を有する第１の演算増幅器と、
前記第１の演算増幅器が出力する前記電圧を同期検波する同期復調器と、
前記ドライブ回路が出力する前記交流バイアス電圧を所定の電圧にした際に前記第１の演算増幅器が出力する前記電圧が所定の範囲内に無いと判断した場合には、故障検知信号を出力する故障検知部と、
を備えた加速度センサ。
【請求項２】
前記ドライブ回路は、
交流電圧を発生する発振器と、
前記発振器が発生した交流電圧が入力される第１の入力端と、
基準電圧と可変電圧とが選択的に入力される第２の入力端と、
前記検知素子の前記固定電極に接続された出力端と、
を有する第２の演算増幅器と、
を含む、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記第１の演算増幅器は基準電圧が印加される第２の入力端をさらに有する、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項４】
第２の電流−電圧変換器をさらに備え、
前記検知素子は前記固定電極に対向する第２の可動電極をさらに有して、前記加速度によって前記固定電極と前記第２の可動電極との間に発生する容量値が変化し、
前記第２の電流−電圧変換器は、前記検知素子の前記第２の可動電極から出力される電流を電圧に変換して前記変換された電圧を前記第１の演算増幅器の前記第１の入力端に出力し、
前記第１の演算増幅器は、前記第１の電流−電圧変換器が出力する前記電圧と前記第２の電流−電圧変換器が出力する前記電圧とを加算して前記出力端から出力する、請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項５】
可変のバイアス電圧を有する交流バイアス電圧を出力するドライブ回路と、
前記交流バイアス電圧が印加される固定電極と、
前記固定電極に対向する第１の可動電極と、
前記固定電極に対向する第２の可動電極と、
前記固定電極に対向する第３の可動電極と、
前記固定電極に対向する第４の可動電極と、
を有し、加えられる加速度によって前記第１の可動電極と前記第２の可動電極と前記第３の可動電極と前記第４の可動電極のそれぞれと前記固定電極との間に発生する容量値が変化する検知素子と、
前記検知素子の前記第１の可動電極から流れる電流を電圧に変換して前記変換された電圧を出力する第１の電流−電圧変換器と、
前記検知素子の前記第２の可動電極から流れる電流を電圧に変換して前記変換された電圧を出力する第２の電流−電圧変換器と、
前記検知素子の前記第３の可動電極から流れる電流を電圧に変換して前記変換された電圧を出力する第３の電流−電圧変換器と、
前記検知素子の前記第４の可動電極から流れる電流を電圧に変換して前記変換された電圧を出力する第４の電流−電圧変換器と、
前記第１の電流−電圧変換器が出力する前記電圧と前記第２の電流−電圧変換器が出力する前記電圧とが加算されて入力される第１の入力端と、
前記第３の電流−電圧変換器が出力する前記電圧と前記第４の電流−電圧変換器が出力する前記電圧とが加算されて入力される第２の入力端と、
前記第１の入力端に入力された電圧と前記第２の入力端に入力された電圧との差の電圧を出力する出力端と、
を有する第１の差動増幅器と、
前記第１の電流−電圧変換器が出力する前記電圧と前記第４の電流−電圧変換器が出力する前記電圧とが加算されて入力される第１の入力端と、
前記第２の電流−電圧変換器が出力する前記電圧と前記第３の電流−電圧変換器が出力する前記電圧とが加算されて入力される第２の入力端と、
前記第１の入力端に入力された電圧と前記第２の入力端に入力された電圧との差の電圧を出力する出力端と、
を有する第２の差動増幅器と、
前記ドライブ回路が出力する前記交流バイアス電圧を所定の電圧にした際に前記第１の差動増幅器の前記出力端から出力される前記電圧が所定の範囲内に無いと判断した場合は、故障検知信号を出力する第１の故障検知部と、
前記ドライブ回路が出力する前記交流バイアス電圧を前記所定の電圧にした際に前記第２の差動増幅器の前記出力端から出力される前記電圧が所定の範囲内に無いと判断した場合は、故障検知信号を出力する第２の故障検知部と、
を備えた加速度センサ。
【請求項６】
前記ドライブ回路は、
交流電圧を発生する発振器と、
前記発振器が発生した交流電圧が入力される第１の入力端と、
基準電圧と可変電圧とが選択的に入力される第２の入力端と、
前記検知素子の前記固定電極に接続された出力端と、
を有する演算増幅器と、
を含む、請求項５に記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記第１の差動増幅器の前記出力端から出力された前記電圧を同期検波する第１の同期復調器と、
前記第２の差動増幅器の前記出力端から出力された前記電圧を同期検波する第２の同期復調器と、
をさらに備えた、請求項５に記載の加速度センサ。
【請求項８】
前記第１の差動増幅器が出力する前記電圧の位相と前記ドライブ回路が出力する前記交流バイアス電圧の位相とを整合させる第１の位相遷移器と、
前記第１の同期復調器で同期検波された電圧を平滑化する第１の増幅器と、
前記第２の差動増幅器が出力する前記電圧の位相と前記ドライブ回路が出力する前記交流バイアス電圧の位相とを整合させる第２の位相遷移器と、
前記第２の同期復調器で同期検波された電圧を平滑化する第２の増幅器と、
をさらに備え、
前記第１の同期復調器は前記ドライブ回路から出力される前記交流バイアス電圧を基準にして前記第１の差動増幅器の前記出力端から出力された前記電圧を同期検波し、
前記第２の同期復調器は前記ドライブ回路から出力される前記交流バイアス電圧を基準にして前記第２の差動増幅器の前記出力端から出力された前記電圧を同期検波する、請求項７に記載の加速度センサ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2009122741.tif 000019
【図２】
2009122741.tif 000020
【図３】
2009122741.tif 000021
【図４】
2009122741.tif 000022
【図５】
2009122741.tif 000023
【図６】
2009122741.tif 000024
【図７】
2009122741.tif 000025
【図８】
2009122741.tif 000026
【図９】
2009122741.tif 000027
【図１０】
2009122741.tif 000028
【図１１】
2009122741.tif 000029
【図１２】
2009122741.tif 000030
【図１３】
2009122741.tif 000031
【図１４】
2009122741.tif 000032
【図１５】
2009122741.tif 000033
【図１６】
2009122741.tif 000034
【国際調査報告】
2009122741.tif 000035
2009122741.tif 000036
2009122741.tif 000037
2009122741.tif 000038