(57)【要約】【課題】簡易な構成で故障診断を行うことができるサーボ型センサを提供する。【解決手段】本発明に係るサーボ型センサは、所定の平衡点からの振子１の変位量を検出する変位量検出部６と、振子１の自由端部に取り付けたコイル４と、振子１の自由端部と所定の空隙を有して配設された磁石５と、振子１に加わる外力を打ち消す電流をコイル４に流して平衡点に振子１を位置付けるサーボアンプ７と、コイル４と接地極との間に介挿された抵抗器Ｒ１と、抵抗器Ｒ１に生ずる電圧降下の値から振子１に作用する加速度を検出する加速度検出部８と、変位量検出部６が検出した変位量に代えて、予め設定された試験電圧が電源部１１からサーボアンプ７に与えられている状態で、予め設定された基準値と抵抗器Ｒ１に生ずる電圧降下の値とを対比して抵抗器Ｒ１の異常の有無を判定する判定部１２とを備える。【選択図】図２
2011191325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の一軸方向に変位するように一端を係止した基端部とし、他端を可動自在な自由端部とした振子と、
前記振子に加わる外力の大きさを前記振子における所定の平衡点からの変位量として検出する変位量検出部と、
前記振子の前記自由端部に取り付けたコイルと、
前記振子の前記自由端部と所定の空隙を有して配設された磁石と、
前記変位量検出部が検出した変位量を受けて前記振子に加わる外力を打ち消す電流を前記コイルに流して前記平衡点に前記振子を位置付けるサーボアンプと、
前記コイルと接地極との間に介挿された抵抗器と、
前記抵抗器に生ずる電圧降下の値から前記振子に作用する加速度を検出する加速度検出部と、
前記変位量検出部が検出した変位量に代えて、予め設定された試験電圧を前記サーボアンプに与えるスイッチ回路と、
予め設定された試験電圧が前記サーボアンプに与えられている状態で、予め設定された基準値と前記抵抗器に生ずる電圧降下の値とを対比して前記抵抗器の異常の有無を判定する判定部と、を備えるサーボ型センサ。
【請求項２】
所定の筐体に外縁を固定して対向させた一対の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟まれて前記筐体に外縁を固定した可動電極と、
前記可動電極の所定位置に固定され、外力を受けて前記可動電極に撓みを与える重りと、
前記重りに受けた外力を前記固定電極と前記可動電極とで形成されるコンデンサにおける静電容量の変化量として検出する静電容量検出部と、
前記静電容量検出部が検出した静電容量の変化量を受けて前記固定電極と前記可動電極との間に静電力を作用させて所定の平衡点に前記可動電極を位置付ける電極駆動部と、
前記コンデンサに並列に接続される抵抗器と、
前記抵抗器に生ずる電圧降下の値から前記可動電極に作用する加速度を検出する加速度検出部と、
前記静電容量検出部が検出した静電容量の変化量に代えて、予め設定された試験電圧を前記電極駆動部に与えるスイッチ回路と、
予め設定された試験電圧が前記電極駆動部に与えられている状態で、予め設定された基準値と前記抵抗器に生ずる電圧降下の値とを対比して前記抵抗器の異常の有無を判定する判定部と、を備えるサーボ型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度、速度、変位等の物理量を検出するサーボ型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から加速度、速度、変位等の物理量を検出するセンサとしてサーボ型センサが知られている（例えば、特許文献１を参照）。例えば加速度を検出するサーボ型センサは、図１６に示すように棒状の部材からなる振子１の一端（基端部１ａ）が、バネ２などの弾性体を介してサーボ型センサの基板３等に係止される一方、該振子１の他端（自由端部１ｂ）が可動自在となるように構成されている。そしてこの振子１に加わる力を検出して加速度を求めるようになっている。具体的には電磁力を用いて振子１を駆動して加速度を検出するサーボ型センサの場合、振子１の自由端部１ｂには、巻回したコイル４が取り付けており、この自由端部１ｂと所定の距離を隔てて磁石５が配設されている。このサーボ型センサには、振子１に加わる力をその変位量から検出する変位量検出部６と、この変位量検出部６が検出した変位量を受けてコイル４に電流を流して、磁石５との間に生じる電磁力により振子１に加わる力を打ち消して該振子１を平衡点に位置付けるサーボアンプ７が設けられている。
【０００３】
ちなみに変位量検出部６は、特に図示しないが例えば一定の輝度を有する発光ダイオード等の発光部と、この発光部が発した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード等の受光部とを備え、該センサに加速度が加わっていない状態にあり、振子が所定の平衡点に位置しているとき、受光部が受光する受光量が最大になると共に振子が平衡点から移動するに従って受光部が受光する受光量が減少するスリットを設けたものとなっている。
【０００４】
このように構成されたサーボ型センサは、サーボアンプ７がコイル４に流し込む電流の大きさを検出する検出部８が設けられて、この検出部８が出力する検出信号により振子１に加わる物理量、例えば加速度の大きさを検出することができるようになっている。ちなみに、この種のサーボ型センサが正常に機能しているかどうかは、該サーボ型センサに診断機能を設けて判定すればよい。
【０００５】
この診断機能は、例えば上述したコイル４とは別の診断用コイル１０を振子１の自由端部１ｂに設けるとともに、診断用コイル１０に電流を流し込む電源部（診断電流発生部）１１を備えたものとして構成される。この診断用コイル１０は、診断時に電源部（診断電流発生部）１１から電流が流れ込むと磁束が生じる。この磁束は、振子１の自由端部１ｂの近傍に配設された磁石５に作用し、振子１の自由端部１ｂを駆動する。すると変位量検出部６は、振子１の変位を検出してサーボアンプ７に検出信号を与える。サーボアンプ７は、この検出信号を受けて振子１に生じた変位を打ち消して、平衡点に位置付けるべくコイル４に供給する電流を制御する。つまりサーボアンプ７がコイル４に与える電流は、電源部１１が診断用コイル１０に流し込んだ電流と相関があることになる。したがってサーボアンプ７の電流変化を検出部８が検出し、この検出値と電源部１１が診断用コイル１０に流し込んだ電流値との関係を調べることでセンサの良否を診断することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１７０９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来のサーボ型センサにあっては、診断電流発生部が診断用コイルに電流を流し、振子に対して平衡点から外れようとする力を与えたとしても、振子はサーボアンプの制御により元の平衡点に位置付けられる。このため従来のサーボ型センサは、振子を係止しているバネの劣化、変位量検出部の劣化、磁石の劣化等の不具合を検出することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、その目的は、簡易な構成で故障診断を行うことができるサーボ型センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するため、本発明に係るサーボ型センサは、所定の一軸方向に変位するように一端を係止した基端部とし、他端を可動自在な自由端部とした振子と、前記振子に加わる外力の大きさを前記振子における所定の平衡点からの変位量として検出する変位量検出部と、前記振子の前記自由端部に取り付けたコイルと、前記振子の前記自由端部と所定の空隙を有して配設された磁石と、前記変位量検出部が検出した変位量を受けて前記振子に加わる外力を打ち消す電流を前記コイルに流して前記平衡点に前記振子を位置付けるサーボアンプと、前記コイルと接地極との間に介挿された抵抗器と、前記抵抗器に生ずる電圧降下の値から前記振子に作用する加速度を検出する加速度検出部と、前記変位量検出部が検出した変位量に代えて、予め設定された試験電圧を前記サーボアンプに与えるスイッチ回路と、予め設定された試験電圧が前記サーボアンプに与えられている状態で、予め設定された基準値と前記抵抗器に生ずる電圧降下の値とを対比して前記抵抗器の異常の有無を判定する判定部と、を備える。
【００１０】
或いは本発明に係るサーボ型センサは、所定の筐体に外縁を固定して対向させた一対の固定電極と、前記一対の固定電極に挟まれて前記筐体に外縁を固定した可動電極と、前記可動電極の所定位置に固定され、外力を受けて前記可動電極に撓みを与える重りと、前記重りに受けた外力を前記固定電極と前記可動電極とで形成されるコンデンサにおける静電容量の変化量として検出する静電容量検出部と、前記静電容量検出部が検出した静電容量の変化量を受けて前記固定電極と前記可動電極との間に静電力を作用させて所定の平衡点に前記可動電極を位置付ける電極駆動部と、前記コンデンサに並列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に生ずる電圧降下の値から前記可動電極に作用する加速度を検出する加速度検出部と、前記静電容量検出部が検出した静電容量の変化量に代えて、予め設定された試験電圧を前記電極駆動部に与えるスイッチ回路と、予め設定された試験電圧が前記電極駆動部に与えられている状態で、予め設定された基準値と前記抵抗器に生ずる電圧降下の値とを対比して前記抵抗器の異常の有無を判定する判定部と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
このように、本発明に係るサーボ型センサによれば、前記駆動部が前記検出体に加わる外力を打ち消す駆動力に代えて、別の駆動力を検出体に与えて、予め設定された基準値と前記抵抗器に生ずる電圧降下の値とを対比することにより、その抵抗器の異常の有無を容易に判定することができる等、実用上多大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るサーボ型センサを示す概略構成図である。
【図２】図１に示すサーボ型センサにおけるサーボアンプ周辺回路の一例を示す回路図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るサーボ型センサにおけるサーボアンプ周辺回路の一例を示す回路図である。
【図４】図１に示すサーボ型センサの変形例であって、サーボアンプ周辺を示す回路図である。
【図５】図１に示すサーボ型センサの変形例であって、変位量検出部周辺を示す回路図である。
【図６】図５の変形例であって、変位量検出部周辺を示す回路図である。
【図７】ピエゾ素子を用いた検出部の構成を示す概略図である。
【図８】ホール素子を用いた検出部の構成を示す概略図である。
【図９】音波を用いた検出部の構成を示す概略図である。
【図１０】高周波発振器を用いた検出部の構成を示す概略図である。
【図１１】コンデンサの静電容量変化を利用した検出部の構成を示す概略図である。
【図１２】図１１に示す検出部の感度を確認する検出回路の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の別の実施形態に係るサーボ型センサであって、３軸マイクロマシンニング静電容量センサの構造を示す図である。
【図１４】図１３に示す３軸マイクロマシンニングセンサを横から見た断面図である。
【図１５】図１３に示す３軸マイクロマシンニングセンサの−ｘ軸およびｚ軸方向に加速度が加わったときの変位を示す図である。
【図１６】従来のサーボ型センサを示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係るサーボ型センサに関し、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明において、従来のサーボ型センサと同一機能を有する部位には、同符号を付してその説明を略述する。
【００１４】
図１は本発明に係るサーボ型センサを示す概略ブロックである。この図においてサーボ型センサには、図面の下向き方向に重力が働いているものとしている。尚、図１は本発明の形態の一部を示すものであって、図１によって本発明の範囲が制限されるものではない。
【００１５】
ここに本発明に係るサーボ型センサが従来のサーボ型センサと異なるところは、診断用コイル１０を排除した点および変位量検出部６の検出信号に代えて、電源部１１が出力する電流をサーボアンプ７に与える点にある。つまり本発明に係るサーボ型センサは、サーボアンプ７の入力として、変位量検出部６が出力する検出信号（検出電流）に代えて、電源部１１が出力する電流を与えることによって振子１の平衡点から振子１を変位させるものである。
【００１６】
ちなみに変位量検出部６は、特に図示しないが例えば一定の輝度を有する発光ダイオード等の発光部と、この発光部が発した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード等の受光部とを備え、振子が所定の平衡点に位置したとき、受光部が受光する受光量が最大になると共に、振子が平衡点から移動するに従って受光部が受光する受光量が減少するスリットを設けたものとなっている。詳しくはこの平衡点は、検出方向に加わる加速度が［０Ｇａｌ（ｃｍ／ｓ２）］となるときの振子１の位置であって、ゼロ平衡点とも称されるところである。
【００１７】
尚、この振子１は、所定の一軸方向に変位するように該振子１の一端（基端部１ａ）を軸心（振れ軸）としてサーボ型センサの基板３等に係止されている。つまり振子１は、この図において左右方向にだけ振れて変位し、前後方向や上下方向に振れないよう構成されている。
【００１８】
さて、変位量検出部６は、振子１が平衡点からずれたことを検出すると、このずれ量に応じた検出信号の電流［Ｉ３］をサーボアンプ７への入力として与える。するとサーボアンプ７は、このずれを補正すべく検出信号の電流［Ｉ３］に応じた電流［Ｉ１］を振子１に取り付けられたコイル４に流して振子１が平衡点になるように制御する（フィーバック制御）。
【００１９】
ところで変位量検出部６からの検出信号に代えて、前記サーボアンプ７に電源部１１が出力する電流［Ｉ２］が入力されると、フィードバック制御系から切り離されたサーボアンプ７は前記電源部１１が出力する電流［Ｉ２］に見合うだけの電流を出力してコイル４に与える。すると振子１は、元の平衡点からずれた位置に移動して安定する。このときの振子１の変位量は、検出部８によって検出される。したがって、本発明に係るサーボ型センサにあっては、この検出部８の検出値に基づいてサーボ型センサが正しく機能しているかどうかを後述する判定部１２により判定すればよい。
【００２０】
概略的には上述したようにして診断するサーボ型センサについて、図２に示す具体的な回路を例示して説明する。ちなみに図１に示したサーボ型センサは、サーボアンプ７へ入力される入力信号およびサーボアンプ７から出力される出力信号のいずれも電流レベルの信号であったが、図２に示すサーボ型センサにあっては、変位量検出部６が変位量を検出して出力する検出信号、および電源部１１が出力してサーボアンプ７に与える信号をそれぞれ電圧レベルの信号としている。すなわちサーボアンプ７は、電圧／電流変換を行うものであって、該サーボアンプ７に入力された電圧値に応じてコイル４に流す出力電流を制御する役割を担っている。
【００２１】
さて、図２に示す回路図において破線で囲まれた部位は、上述したサーボアンプ７を示すものである。このサーボアンプ７の入力端子には、振子１の変位を検出してその変位量を電圧レベルの信号として出力する変位量検出部６と、サーボ型センサの診断を行うべくサーボアンプ７に診断用の電圧レベルの信号を与える電源部１１とが接続されている。一方、サーボアンプ７の出力は、振子１の自由端部１ｂに取り付けられたコイル４から、このコイル４に直列に接続された抵抗器Ｒ１を介して接地極に接続されている。
【００２２】
詳しくはサーボアンプ７は、入力信号を増幅して出力するオペアンプ７ａと、このオペアンプ７ａの出力信号を該オペアンプ７ａの負入力端子に帰還させる帰還抵抗器Ｒ２と、変位量検出部６および電源部１１のそれぞれの出力とオペアンプ７ａの負入力端子との間に介挿された抵抗器Ｒ３および抵抗器Ｒ４とからなっている。ちなみにオペアンプ７ａは、正入力端子が接地されて負帰還増幅器として作動する。
【００２３】
一方、コイル４と接地極との間に介挿された抵抗器Ｒ１は、サーボアンプ７から出力された電流に比例した電圧降下を生じせしめるものである。そしてこの抵抗器Ｒ１に生じた電圧降下は、スイッチＳ１を介して検出部８に与えられる。この検出部８は、サーボアンプ７の出力電流によって変動する抵抗器Ｒ１の電圧降下を計測するものであって、検出した電圧降下の大きさによりサーボアンプ７が出力する信号、即ち振子１の平衡点からのずれを補正すべくサーボアンプ７がコイル４に流した電流を検出するものである。つまり検出部８は、抵抗器Ｒ１に生ずる電圧降下を測定することによって、振子１に加わる外力、即ち加速度を検出する役割を担うものである。そうして検出部８が検出した信号は、電源部１１から出力される電圧値と比較してサーボ型センサの良否を判定する判定部１２に与えられる。
【００２４】
具体的には電源部１１が出力する電圧に比例してサーボアンプ７から出力される電流が増加してコイル４に流れる。するとコイル４に生じる磁束は、該コイル４に流れ込む電流に比例して増加する。この磁束は、コイル４の近傍に配設された磁石５に作用して、振子１を平衡点から動かす駆動力となって現れる。
【００２５】
つまり、電源部１１が出力する電圧に比例して、振子１を平衡点から動かす力が増加することになる。それ故、電源部１１が出力する電圧に比例して振子１が平衡点から変位する。このため電源部１１が出力する電圧値と、この電圧値に相当する振子１の変位量を判定部１２の判定基準として該判定部１２に予め保持しておけば、サーボ型センサの良否を判定することができる。
【００２６】
ちなみに図２に示す回路は、詳細は後述するが２回路３接点のスイッチＳ１，１回路２接点のスイッチＳ２、Ｓ３およびＳ７をそれぞれ切り換えることによって、通常の加速度検出モード、診断モード、抵抗器Ｒ１の検査モード、サーボアンプ７の検査モードにそれぞれ切り換えることができるようになっている。
【００２７】
具体的にスイッチＳ１は２回路の接点が連動して切り換えられるようになっており、一方の回路の接点Ｃ１およびＣ３が、コイル４と抵抗器Ｒ１とを結ぶ回路に接続され、接点Ｃ２が変位量検出部６の出力と接続さている。このスイッチＳ１の他方の回路の接点Ｃ５およびＣ６は、それぞれオープン（未接続）であり、接点Ｃ７は、接地されている。ちなみにスイッチＳ１は、接点Ｃ１および接点Ｃ５、接点Ｃ２および接点Ｃ６、接点Ｃ３および接点Ｃ７がそれぞれ対になって切り換えられるようになっている。このようにして切り換えられるスイッチＳ１における一方の回路のコモン接点Ｃ４（接点Ｃ１〜Ｃ３のいずれかと接続する）は、検出部８に与えられる一方、スイッチＳ１の他方の回路のコモン接点Ｃ８（接点Ｃ５〜Ｃ７のいずれかと接続する）は、変位量検出部６の出力、即ちスイッチＳ１の接点Ｃ２と接続される。
【００２８】
スイッチＳ２の接点Ｃ９は、電源部１１の出力に接続される一方、スイッチＳ２の接点Ｃ１０は、オープン（未接続）となっている。また、スイッチＳ２のコモン接点Ｃ１１は、抵抗器Ｒ４を介してオペアンプ７ａの負入力端子へ接続される。
【００２９】
スイッチＳ３の接点Ｃ１２は、オペアンプ７ａの出力端子と接続される一方、スイッチＳ３の接点Ｃ１３は、電源部１１の出力と接続される。また、スイッチＳ３の共通接点Ｃ１４は、コイル４に接続される。
【００３０】
スイッチＳ７の接点Ｃ１０１は、変位量検出部の出力に接続される一方、スイッチＳ７の接点Ｃ１０２は、接地されている。そしてスイッチＳ７のコモン接点Ｃ１００は、抵抗器Ｒ３を介してオペアンプ７ａの負入力端子と接続されるようになっている。
【００３１】
さて、このように構成されたサーボ型センサにあっては、以下に示す動作モード毎にスイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３、Ｓ７の設定を切り換えて使用する。
【００３２】
（１）通常の加速度検出モード
このモードは、スイッチＳ１をコモン接点Ｃ４と接点Ｃ１、コモン接点Ｃ８と接点Ｃ５がそれぞれ接続されるよう切り換える。即ちスイッチＳ１は、抵抗器Ｒ１に生ずる電圧降下の値を検出部８が検出するように切り換える。一方、スイッチＳ２は、コモン接点Ｃ１１と接点Ｃ１０とが接続されるよう切り換える。即ち、オペアンプ７ａの負入力端子には、電源部１１の電圧が加わらないようにする。また、スイッチＳ３は、コモン接点Ｃ１４と接点Ｃ１２とが接続されるよう切り換える。即ちコイル４には、オペアンプ７ａの出力電流が与えられる。スイッチＳ７は、コモン接点Ｃ１００と接点１０１とが接続されて変位量検出部６の出力信号が抵抗器Ｒ３を介してオペアンプ７ａの負入力端子に与えられるように切り換える。
【００３３】
このように各スイッチを設定することで変位量検出部６は、振子１に力が加わって生じた該振子１の平衡点からの変位を検出することができる。この変位量検出部６が検出した変位量は、抵抗器Ｒ３を介してオペアンプ７ａに与えられる。オペアンプ７ａは、この入力信号を受けて、所定レベルに増幅してスイッチＳ３を介してコイル４に出力する。するとコイル４は、オペアンプ７ａから出力される電流によって磁束が発生する。この磁束は、磁石５との間に電磁力となって現れる。そして振子１は、生じた電磁力によって元の平衡点に戻ろうとする。このときオペアンプ７ａが出力した電流、すなわちコイル４に流れる電流は、抵抗器Ｒ１の両端に電圧降下となって現れる。この電圧降下は、振子１を元の平衡点に移動すべく流れた電流の大きさに比例する。つまり、振子１に加わる加速度が大きいほど、振子１が平衡点から変位しようとするため、オペアンプ７ａから出力される電流が増加して、抵抗器Ｒ１に生ずる電圧降下が大きくなる。検出部８は、この抵抗器Ｒ１の両端の電圧値を検出することで、振子１に受けた加速度を求めることができる。
【００３４】
（２）診断モード
上述した通常の加速度検出モードであっても、例えば振子１に外力が加わらないことが保証されれば、この状態で電源部１１からサーボアンプ７に所定の電圧を印加したときの抵抗器Ｒ１の電圧降下を検出することで、サーボ型センサの異常の有無を検出することは可能である。しかし通常の加速度検出モードの場合、コイル４に流れる電流の変化が小さいため、より確実にサーボ型センサの良否判定を行うべく、本発明に係るサーボ型センサには診断モードが設けられている。
【００３５】
具体的に診断モードは、スイッチＳ１のコモン接点Ｃ４と接点Ｃ２、コモン接点Ｃ８と接点Ｃ６がそれぞれ接続されるよう切り換える。即ち、スイッチＳ１は、変位量検出部６が出力する電圧値を検出部８が検出するよう切り換える。一方、スイッチＳ２は、コモン接点Ｃ１１と接点Ｃ９とが接続されるよう切り換える。即ち、オペアンプ７ａの負入力端子に電源部１１が出力する電圧が与えられるようにする。また、スイッチＳ３は、コモン接点Ｃ１４と接点Ｃ１２とが接続されるよう切り換える。即ち、コイル４には、オペアンプ７ａの出力電流が与えられる。スイッチＳ７は、コモン接点Ｃ１００と接点１０２とが接続されて接地されるよう切り換える。つまり変位量検出部６とサーボアンプ７との接続を絶ち、サーボアンプ７には、変位量検出部６が出力した変位量検出信号が与えられないようにする。
【００３６】
このように各スイッチを設定した後、電源部１１からスイッチＳ２および抵抗器Ｒ４を介してオペアンプ７ａの負入力端子に電圧を印加する。するとオペアンプ７ａは、負入力端子に加えられた電圧に比例した電流を該オペアンプ７ａの出力端子から出力してコイル４に与える。コイル４は、オペアンプ７ａから与えられた電流によって磁束が発生する。すると、コイル４と磁石５との間には、電磁力が発生する。この電磁力によって振子１は、平衡点から移動して電磁力と振り子の自重およびバネ２の復元力等とが釣り合ったところで静止する。このとき変位量検出部６は、振子１が元の平衡点から変位した変位量を検出信号として出力する。この検出信号、即ち変位量は、検出部８がスイッチＳ１を介して検出することができる。
【００３７】
診断モードにおいては、上述したようにスイッチＳ７を切り換えて変位量検出部６が出力した信号をサーボアンプ７に与えないようにしているので、電源部１１がオペアンプ７ａに与える電圧の大きさに比例して振子１の変位量が変化する。このとき電源部１１が出力する電圧と、そのとき変位量検出部６が出力する検出信号との対応を判定部１２に基準値として予め記憶しておけばよい。そして、変位量検出部６が検出した検出信号のレベルが、判定部１２に記憶された基準値と異なる値となったとき、サーボ型センサに異常があると判定することができる。
【００３８】
ちなみにこの診断モードにあっては、上述したようにスイッチＳ７を切り換えて変位量検出部６が出力した信号をサーボアンプ７に与えないようにしているので、変位量検出部６が検出した変位量の影響を受けることなくコイル４に流れる電流、即ちスイッチＳ１の接点Ｃ２，Ｃ４を介して検出部８が検出する抵抗器Ｒ１の両端に生ずる電圧降下値を大きくすることができる。このため検出精度を向上させることが可能である。
【００３９】
かくして、上述したように電源部１１がオペアンプ７ａに試験電圧を与えたときの振子１の変位量を変位量検出部６の変位として検出すると共に、予め判定部１２に記憶された試験電圧と検出した変位量との関係を用いることで、サーボ型センサの良否を判定することができる。具体的には、オペアンプ７ａ、コイル４の劣化、変位量検出部６の異常の診断の他、実際に振子１を変位させているので、詳細は後述するが振子１を係止しているバネ２、変位量検出部６の感度劣化、磁石５の劣化も検出することが可能である。
【００４０】
（３）抵抗器Ｒ１の検査モード
ところで通常の加速度検出モードの場合、コイル４に流れる電流の変化が小さく、それ故、抵抗器Ｒ１の両端に生じる電圧降下も小さくなる。そこで本発明に係るサーボ型センサは、より確実に抵抗器Ｒ１の良否を検査する抵抗器Ｒ１の検査モードを備えている。スイッチＳ７は、コモン接点Ｃ１００と接点１０１とが接続されて変位量検出部６の出力信号が抵抗器Ｒ３を介してオペアンプ７ａの負入力端子に与えられるように切り換える。
【００４１】
具体的にスイッチＳ１は、コモン接点Ｃ４と接点Ｃ３、コモン接点Ｃ８と接点Ｃ７がそれぞれ接続されるよう切り換える。このようにスイッチＳ１を切り換えることで検出部８は、抵抗器Ｒ１に生じた電圧降下の値を検出することができる。また変位量検出部６の出力は、接地されてオペアンプ７ａの入力信号にならないようにしている。一方、スイッチＳ２は、コモン接点Ｃ１１と接点Ｃ９とが接続されるよう切り換える。即ち、オペアンプ７ａの負入力端子に電源部１１の電圧を与えるようにする。また、スイッチＳ３は、コモン接点Ｃ１４と接点Ｃ１２とが接続されるよう切り換える。このようにスイッチＳ３を切り換えるとオペアンプ７ａの出力電流がコイル４に与えられることになる。
【００４２】
このように各スイッチを設定することで変位量検出部６が出力する信号がオペアンプ７ａに与えられなくなる。つまり、オペアンプ７ａへの入力が電源部１１の出力電圧のみとなる。このため電源部１１の出力電圧に比例した電流がオペアンプ７ａから出力されてコイル４および抵抗器Ｒ１に流れる。このとき抵抗器Ｒ１に生ずる電圧降下は、検出部８により検出することができる。そして、電源部１１が出力した電圧値と抵抗器Ｒ１に生じる電圧降下の値との関係を判定部１２に予め基準値として保持しておく。そうして電源部１１が出力した電圧値と、抵抗器Ｒ１に生じる電圧降下の関係が判定部１２に保持されている基準値と異なるとき、抵抗器Ｒ１に異常があると判定することができる。
【００４３】
ちなみに変位量検出部６の出力が接地されて、オペアンプ７ａの負入力端子に与えられないようにしている。このため判定部１２は、変位量検出部６の出力信号（外乱）の影響を受けることなく判定部１２に予め保持した基準値と比較するので高感度に抵抗器Ｒ１の劣化を検出することができる。
【００４４】
（４）サーボアンプ７の検査モード
このモードでスイッチＳ１は、コモン接点Ｃ４と接点Ｃ３、コモン接点Ｃ８と接点Ｃ７がそれぞれ接続されるよう切り換える。即ち、スイッチＳ１を抵抗器Ｒ１に生ずる電圧降下の値を検出部８が検出するように切り換えると共に、変位量検出部６の出力を接地する。スイッチＳ２は、コモン接点Ｃ１１と接点Ｃ９が接続されるよう切り換えて、オペアンプ７ａの負入力端子に電源部１１の電圧を与える。また、スイッチＳ３は、コモン接点Ｃ１４と接点Ｃ１２が接続されるよう切り換えてサーボアンプ７のオペアンプ７ａの出力電流をコイル４に与える。スイッチＳ７は、コモン接点Ｃ１００と接点１０１とが接続されて変位量検出部６の出力信号が抵抗器Ｒ３を介してオペアンプ７ａの負入力端子に与えられるように切り換える。
【００４５】
このように各スイッチを設定した後、電源部１１は、所定の電圧をオペアンプ７ａの負入力端子に与える。そして判定部１２は、このとき検出部８が検出した抵抗器Ｒ１に生じた電圧降下の値［Ｖ１］を保持する。
【００４６】
次いでスイッチＳ１，Ｓ２は、そのままの状態とする。一方、スイッチＳ３は、コモン接点Ｃ１４と接点Ｃ１３が接続されるよう切り換える。即ちスイッチＳ３は、電源部１１の出力電流がコイル４に与えられるよう切り換える。このように各スイッチを設定した後、電源部１１は、所定の電圧をオペアンプ７ａの負入力端子に与える。このとき判定部１２は、検出部８が検出した抵抗器Ｒ１に生じた電圧降下の値［Ｖ２］を保持する。そして判定部は、［Ｖ１÷Ｖ２］の演算を行い、サーボアンプ７の増幅度を求める。次いで判定部１２は、予め保持されているサーボアンプ７の増幅度と、上述したようにして求めたサーボアンプ７の増幅度とを比較し、その結果、予め保持したサーボアンプ７の増幅度と異なるとき、該サーボアンプ７に異常があると判定する。
【００４７】
尚、上述した検査方法は、オペアンプ７ａの負入力端子に電源部１１の出力電圧を印加したものを例示したが、例えば、図４に示すようにオペアンプ７ａの正入力端子が接続されている接地に代えて、該正入力端子に電源部１１が出力する電圧を印加するようなスイッチＳ４を設けてもよい。ちなみにこの図４は、上述した図３のサーボアンプ７、変位量検出部６および電源部１１のみを図示するものであって、他の構成要素を省略したものである。
【００４８】
この場合、電源部１１が出力する電圧の極性は、上述した検査方法のときに該電源部１１が出力した電圧と逆極性にすることで、オペアンプ７ａ内で演算増幅されるため上述したようなオペアンプ７ａの負入力端子に電源部１１の出力電圧を印加することと等価になる。したがって、サーボアンプ７から出力される電流は、電源部１１が出力した電圧値に応じて変化する。このため上述したように抵抗器Ｒ１両端に生じる電圧降下の値を検出部８が検出して判定部１２が判定すればサーボ型センサの良否を判定することができる。
【００４９】
或いは上述した検査方法の他、変位量検出部６の入力に電源部の出力を加算して検査を行ってもかまわない。例えば上述した変位量検出部６についての、より詳細な回路構成を図５に示す。この図に示すように変位量検出部６には、図５に図示しない発光部が発した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード４０が設けられている。このフォトダイオード４０は、カソード側が電源に接続される一方、アノード側は、該フォトダイオード４０に流れる電流を制限する電流制限抵抗器Ｒ５を介して接地されている。
【００５０】
フォトダイオード４０に流れる電流は、該フォトダイオード４０が受光する光のレベルに応じて変化する。それ故、電流制限抵抗器Ｒ５の電圧降下のレベルがフォトダイオード４０の受光レベルによって変化することになる。そしてこの電圧変化を増幅して検出すべくオペアンプ６ａの負入力端子を、フォトダイオード４０のアノードおよび電流制限抵抗器Ｒ５との接続点に抵抗器Ｒ６を介して接続する。このオペアンプ６ａは、オペアンプ６ａの正入力端子を接地すると共に、該オペアンプ６ａの出力端子と負入力端子とを帰還抵抗器Ｒ７を介して接続して所定の増幅度で電流制限抵抗器Ｒ５に生じた電圧降下の電圧値を増幅する。このオペアンプ６ａの出力は、次段のサーボアンプ７の入力信号として与えられるようになっている。つまりオペアンプ６ａは、負帰還増幅器として作動する。
【００５１】
このように構成された変位量検出部６において、電流制限抵抗器Ｒ５に生じる電圧降下と逆極性となる電圧を電源部１１からスイッチＳ５および抵抗器Ｒ８を介してオペアンプ６ａの負入力端子に印加する。すると変位量検出部６のオペアンプ６ａの負入力端子の電圧値が低下する。このようにすることによってフォトダイオード４０に流れる電流が減少して、電流制限抵抗器Ｒ５の両端における電圧が低下したことと等価になる。即ちオペアンプ６ａは、振子１を元の平衡点に位置付けるべく次段のサーボアンプ７に増幅した信号を与える。
【００５２】
このときサーボアンプ７から出力される電流は、電源部１１が出力した電圧値に応じて変化することになる。したがって、上述したように抵抗器Ｒ１両端に生じる電圧降下の値を検出部８が検出して判定部１２が判定すればサーボ型センサの良否を判定することができる。
【００５３】
或いは、上述した方法のほか、図６に示すようにオペアンプ６ａの正入力端子が接続されている接地に代えて、該正入力端子に電源部１１が出力する電圧を印加するようにスイッチＳ６を設けて構成してもよい。ちなみに、図５と同符号を付した回路要素は、上述した機能と同じ役割を担っている。
【００５４】
この場合、電源部１１が出力する電圧の極性は、電流制限抵抗器Ｒ５に生じる電圧降下と同極性にする。するとオペアンプ６ａ内で演算増幅されて上述したようなオペアンプ６ａの負入力端子に電流制限抵抗器Ｒ５と逆極性の電圧を印加することと等価になる。したがって、サーボアンプ７から出力される電流は、電源部１１が出力した電圧値に応じて変化するので、上述したように抵抗器Ｒ１両端に生じる電圧降下の値を検出部８が検出して、その検出値を判定部１２が判定すればサーボ型センサの良否を判定することができる。
【００５５】
かくして上述したように本発明に係るサーボ型センサは、サーボアンプ７を制御して振子１の自由端部１ｂに取り付けたコイル４へ流す電流を調整している。そしてこのコイル４に生じる磁束と、自由端部１ｂと所定の空隙を有して配設された磁石５との間に生じる電磁力によって振子１を所定の平衡点に位置付けた後、更にサーボアンプ７からコイル４に流す電流を可変している。このため、コイル４に流し込まれた電流の大きさに応じて振子１が変位することになる。この振子１の変位量は、コイル４に流し込む電流値に応じて変化するので、コイル４に流し込む電流に対する振子１の変位量を予め基準値として判定部１２に保持させておけば、サーボ型センサの良否を判定することが可能となる。
【００５６】
また、本発明に係るサーボ型センサは、振子１を変位させて診断しているので、詳細は後述するがサーボアンプ７、コイル４の劣化、変位量検出部６の異常の他、振子１を係止しているバネ２の劣化、変位量検出部６の検出感度の劣化および磁石５の劣化等の検出も行うことが可能である。
【００５７】
尚、上述した実施形態は振子１の自由端部１ｂにコイルを設けると共に、その近傍に
配設した磁石５との間に生じる電磁力を用いたサーボ型センサであるが、コイル４に代えて例えば図３に示すようにコンデンサＣの極板間に働く静電力により駆動するサーボ型センサであってもかまわない。この実施形態が上述した実施形態と異なるところは、コイル４の代わりに振子１の自由端部１ｂに極板を設けると共に、磁石５に代えてこの極板と所定の間隙を有して別の極板を対峙させてコンデンサＣを形成した点にある。このような形態をとるサーボ型センサは、例えばマイクロマシンに適用するセンサとして好適なものである。この場合、振子１の自由端部１ｂ側の極板にサーボアンプ７のオペアンプ７ａの出力を接続すると共に、他の極板を接地する。すなわちこのサーボ型センサは、オペアンプ７ａが出力する電圧により、コンデンサＣの極板間に生ずる静電力を用いて振子１を駆動するものである。
【００５８】
このように構成したサーボ型センサであっても、上述した実施形態と同様に電源部１１の電圧をオペアンプ７ａの入力として与えることで、振子１が所定の平衡点から変位する。そしてこの変位量を変位量検出部６が検出し、この検出した変位量が、電源部１１が出力した電圧値に応じた値になっているかを判定部１２が判定すればよい。
【００５９】
尚、コンデンサＣに生ずる駆動力を用いたサーボ型センサにあっては、駆動信号の変化が大きくなるので通常の加速度検出モードを用いてＲ１を検査することができる。このため、Ｒ１の検査モードを用いることなく、回路を簡易化することが可能である。
【００６０】
このように本発明に係るサーボ型センサにあっては、振子１の駆動手段によらず適用することが可能である。また、診断用コイル等、診断のための別の駆動手段を必要としないため、マイクロマシン等の超小型機器に適用されるサーボ型センサに好適である。
【００６１】
尚、上述したサーボ型センサにおいて変位量検出部６は、一定の輝度を有する発光ダイオード等の発光部と、この発光部が発した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード等の受光部とからなり、振子が所定の平衡点に位置したとき、受光部が受光する受光量が最大になると共に、振子が平衡点から移動するに従って受光部が受光する受光量が減少するスリットを設けた光学的方法を例示した。この場合は振子１の形状が大きいサーボ型センサに用いると組み付け調整が容易であり好ましい。
【００６２】
もちろんこの光学的方法によらなくても、その他の検出部品を用いて振子１の変位量を検出してもよい。具体的にこの検出部品は、図７に示すように振子１の基端部１ａを基板３に係止するバネ２（板バネ）に加わる応力をその抵抗値の変化から検出するピエゾ素子５０を用いればよい。そしてバネ２の変位量、すなわちピエゾ素子５０の抵抗値の変化を図７には図示しない変位量検出部が検出し、その変位量を示す信号として検出信号を出力するようにすればよい。このピエゾ素子５０を検出素子として用いれば、マイクロマシンに好適なサーボ型センサを構成することができ効果的である。
【００６３】
或いは、図８に示すように振子１の所定位置に取り付けた位置検出用磁石２０と、この位置検出用磁石２０の近傍に該位置検出用磁石２０と対峙するように設けられて、位置検出用磁石２０の磁力の変化によりその抵抗値が変化するホール素子２１と、このホール素子２１の抵抗値の変化、すなわち振子１が所定の平衡点から変位した変位量を検出する変位量検出回路２２を設けて構成した変位量検出部６としてもよい。この場合、ホール素子２１は、駆動用磁石５を用いて構成することも可能であり、本発明に係るサーボ型センサをより簡易に構成することが可能である。
【００６４】
または図９に示すように所定の周波数の音波（例えば超音波）を生成する音響発生部２３と、振子１と所定の間隙を設けて位置付けられて音響発生部２３が生成した音波を振子１に対して出力するスピーカ２４と、このスピーカ２４が出力して振子１により反射された音波を受けるマイク２５と、このマイク２５が受けた音波を増幅する音響入力部２６と、音響発生部２３が出力する音波を制御すると共に、スピーカ２４が出力し、マイク２５が受けた音波の時間遅延から振子１の平衡点からの変位量を検出する制御演算部２７を備えて構成した音波検出方式の変位量検出部６であってもかまわない。
【００６５】
或いは、図１０に示すように振子１の所定位置に取り付けられた金属板２８等と、この金属板２８の近傍に対峙するように設けられたインダクタンスＬと、このインダクタンスＬと並列に接続されて共振回路（タンク回路）を形成するコンデンサＣを備えた発振器２９からなる高周波近接回路を用いて変位量検出部６としてもよい。この変位量検出部６のタンク回路は、振子１に取り付けられた金属板２８とインダクタンスＬとの間隙が変化することにより、そのＱ値が変化する。このＱ値の変化は、発振器２９の振幅の変化として次段の検出器３０が検出する。そして検出器３０の検出信号（アナログ信号）は、Ａ／Ｄ変換器３１によりディジタル信号に変換されて、次段の信号処理演算部３２によって振子１が平衡点からずれた変位量を検出するものとして構成される。
【００６６】
または、図１１に示すように振子１の所定の位置に取り付けた金属板３３と、この金属板３３の近傍に例えば基板３上に該金属板３３と対峙するように別の金属板３４を設けて、それぞれの金属板３３，３４同士でコンデンサＣｘを形成する。そして振子１が変位する変位量を金属板３３，３４間（極板間）の変位、すなわちコンデンサＣｘの静電容量の変化を捉える容量変化検出回路３５を設ける。そうして振子１が平衡点から変位した変位量を容量変化検出回路３５の検出信号として出力するように構成した変位量検出部６としてもよい。このように振子１の変位をコンデンサＣｘの容量変化から検出するようにすれば、小型化、特に後述するようにマイクロマシンに上述したサーボ型センサを構成することができ好ましい。
【００６７】
その他、本発明に係るサーボ型センサにあっては、変位量検出部６は、振子１が所定の平衡点から変位したことを検出可能なものであれば、上述した検出方法に限定されない。
【００６８】
また、上述したサーボ型センサは、図１に示すように該センサに下向きに重力が加わっているものとして説明したが、該センサを重力方向に対して傾けて設置したとしても診断用の出力に対して通常モードでのサーボ型センサの出力値が小さく、且つ検出精度の範囲内であれば上述したようにサーボ型センサに対して診断を行うことが可能である。具体的には、重力方向を基準として設置することが基本とされるサーボ型センサにおいて、この重力方向に対してθ度傾けてサーボ型センサが設置された場合、該センサに対して９８０ｓｉｎθ［Ｇａｌ（ｃｍ／ｓ２）］の加速度（重力）が生じるものの、この値を設置状態における計測値を診断に係る初期値とし、このときの設置状態（姿勢）で診断すれば上述した診断方法を適用することでサーボ型センサの健全性の診断を行うことが可能である。つまり本発明のサーボ型センサは、設置状態（姿勢）によって制限を受けることなく該サーボ型センサの健全性を診断することが可能である。
【００６９】
勿論、サーボ型センサを地震センサ等に用いた場合、一般には重力方向に対して直交する水平位置に設置（±３度以内）することが条件である。この場合は、上述した診断方法によらなくても、サーボ型センサから出力される検出信号（平衡点からの変位出力信号）によって該センサが正しく水平位置に設置されていないと判定することも可能である。
【００７０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばマイクロマシンに適用される３軸マイクロマシンニングセンサは、図１３に示すように所定の面積を有した例えば円盤状の導体板２枚を対向するように配置して図示しない筐体等にその外周を固定した固定電極７０，７４と、これらの固定電極７０，７４の間に挟まれるように配置して図示しない筐体等にその外周を固定した円盤状の導体板からなる可動電極（ダイヤフラム）７１を備えて構成される。この可動電極７１は、詳細は後述するが、その中心部下面に重り７２を装着したもので、重り７２に加わる外力を受けて撓みを生じるものである。また可動電極７１と固定電極７０，７４との間に電圧を印加することによって、これらの電極間に働く静電力を用いて該可動電極７１を撓ませ、任意の部位に位置付けることが可能となっている。
【００７１】
ちなみにこの図は、紙面の下方向を重力方向として各電極７０，７１，７４がこの重力方向に対して直交するように描いているがその取り付け様態は、これの方向に限定されず、任意の取り付け様態をとることが可能である。
【００７２】
ここで図１３の破線に示すように可動電極７１の中心Ｏから重力方向に対して直交する水平方向にｘ軸を、このｘ軸に直交して中心Ｏを貫く水平方向をｙ軸、中心Ｏを貫きｘ軸およびｙ軸とそれぞれ直交して重力方向に平行なｚ軸からなる直交座標を考える。そして固定電極７０，７４および可動電極７１の各面をｚ軸方向に離間させ、且つ各電極面をそれぞれｚ軸と直交する方向、即ち水平方向に同軸に配置する。ちなみに直交座標は、４分割された可動電極７１の外周における円弧の中央部とｘ軸、またはｙ軸の軸心とが一致するように位置付ける。
【００７３】
可動電極７１には、この可動電極７１を貫くｚ軸を中心として、絶縁体７３により同心円状に分割された３つの電極部が形成されている。この３つの電極部は、可動電極７１の中心Ｏから半径方向側に向かって、円形状の内側電極７１ａ、環状の中側電極７１ｂ、最も外側に位置する環状の外側電極７１ｃからなる。これらの電極７１ａ，７１ｂ，７１ｃは、絶縁体７３によってそれぞれが電気的に絶縁されている。
【００７４】
可動電極７１の最も外側に位置する外側電極７１ｃは、更に該可動電極７１の半径方向に絶縁体７３により４分割された４つの導体部位を形成している。ここに４分割された可動電極７１の外側電極７１ｃと、該可動電極７１の上方に位置する円盤状の上側固定電極７０とで形成される４つのコンデンサを次のように定める。
【００７５】
ｘ軸の正方向に位置する４分割された可動電極７１の外側電極７１ｃと後述する上側固定電極７０の外側電極７１ｃとで形成されるコンデンサを［Ｃｘｐ］、ｘ軸の負方向に位置する４分割された可動電極７１の外側電極７１ｃと固定電極７０とで形成されるコンデンサを［Ｃｘｍ］、ｙ軸の正方向に位置する４分割された可動電極７１の外側電極７１ｃと固定電極７０とで形成されるコンデンサを［Ｃｙｐ］、ｙ軸の負方向に位置する４分割された可動電極７１の外側電極７１ｃと固定電極７０とで形成されるコンデンサを［Ｃｙｍ］とする。
【００７６】
また、可動電極７１の内側電極７１ａと対向する上側固定電極７０とで形成されるコンデンサを［Ｃｚ］とする。この可動電極７１の内側電極７１ａには、所定の重さの重り７２が固定されたものとなっている。
【００７７】
一方、可動電極７１の上方に位置する円盤状の上側固定電極７０には、この上側固定電極７０を貫くｚ軸を中心として、絶縁体７３により同心円状に分割された３つの電極部が形成されている。この３つの電極部は、上側固定電極７０の中心を貫くｚ軸から半径方向側に向かって、円形状の内側電極７０ａ、環状の中側電極７０ｂ、最も外側に位置する環状の外側電極７０ｃからなる。これらの電極７０ａ，７０ｂ，７０ｃは、絶縁体７３によってそれぞれが電気的に絶縁されている。
【００７８】
このうち内側電極７０ａは、対向する可動電極７１の内側電極７１ａとコンデンサを形成する。ちなみにこのコンデンサは、上述したように［Ｃｚ］である。また、上側固定電極７０の最も外側の外側電極７０ｃは、４分割された可動電極７１の最も外側の電極と対向して４つのコンデンサを形成している。これら４つのコンデンサは、上述したように［Ｃｘｐ，Ｃｘｍ，Ｃｙｐ，Ｃｙｍ］である。
【００７９】
また、これらのコンデンサ［Ｃｚ，Ｃｘｐ，Ｃｘｍ，Ｃｙｐ，Ｃｙｍ］の各静電容量は、特に図示しない静電容量検出部により計測されるようになっている。そして詳細は後述するがこれらのコンデンサの静電容量の変化量を静電容量検出部により検出することにより、重り７２に加わる外力、即ち、重り７２に加わる加速度を検出する。
【００８０】
上側固定電極７０の内側電極７０ａと外側電極７０ｃとの間に挟まれた環状の中側電極７０ｂは、更に絶縁体７３によりその半径方向に４分割され、それぞれの円弧の中央部がｘ軸、またはｙ軸の軸心と一致するように分割されている。
【００８１】
ここに４分割された中側電極７０ｂと対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとによって形成される４つのコンデンサを次のように定める。ｘ軸の正方向に位置する４分割された中側電極７０ｂと対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとで形成されるコンデンサを［Ｃｘｐｖ１］、ｘ軸の負方向に位置する４分割された中側電極７０ｂと対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとで形成されるコンデンサを［Ｃｘｍｖ１］、ｙ軸の正方向に位置する４分割された中側電極７０ｂと対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとで形成されるコンデンサを［Ｃｙｐｖ１］、ｙ軸の負方向に位置する４分割された中側電極７０ｂと対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとで形成されるコンデンサを［Ｃｙｍｖ１］とする。
【００８２】
これら４分割された上側固定電極７０の中側電極７０ｂとそれぞれ対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとで形成される４つのコンデンサは、図示しない直流電源により直流電圧を印加したとき生じる静電吸引力によって、可動電極７１を上側固定電極７０側に引きつける電極駆動部の役割を担っている。
【００８３】
一方、可動電極７１の下方に位置する円盤状の下側固定電極７４には、この下側固定電極７４を貫くｚ軸を中心として、絶縁体７３により同心円状に分割された３つの電極部が形成されている。この３つの電極部は、下側固定電極７４の中心を貫くｚ軸から半径方向側に向かって、円形状の内側電極７４ａ、環状の中側電極７４ｂ、最も外側に位置する環状の外側電極７４ｃからなる。これらの電極７４ａ，７４ｂ，７４ｃは、絶縁体７３によってそれぞれ電気的に絶縁されている。
【００８４】
このうち最も内側の内側電極７４ａと最も外側の外側電極７４ｃとの間に挟まれた環状の中側電極７４ｂは、更に絶縁体７３によりその半径方向に４分割され、それぞれの円弧の中央部がｘ軸、またはｙ軸の軸心と一致するように分割されている。
【００８５】
ここに４分割された下側固定電極の中側電極７４ｂと対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとによって形成される４つのコンデンサを次のように定める。ｘ軸の正方向に位置する４分割された中側電極７４ｂと対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとで形成されるコンデンサを［Ｃｘｐｖ２］、ｘ軸の負方向に位置する４分割された中側電極７４ｂと対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとで形成されるコンデンサを［Ｃｘｍｖ２］、ｙ軸の正方向に位置する４分割された中側電極７４ｂと対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとで形成されるコンデンサを［Ｃｙｐｖ２］、ｙ軸の負方向に位置する４分割された中側電極７４ｂと対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとで形成されるコンデンサを［Ｃｙｍｖ２］とする。
【００８６】
これら４分割された下側固定電極７４の中側電極７４ｂとそれぞれ対向する可動電極７１の中側電極７１ｂとで形成される４つのコンデンサは、図示しない直流電源により直流電圧を印加したとき生じる静電吸引力によって、可動電極７１を下側固定電極７４側に引きつける電極駆動部の役割を担っている。
【００８７】
このように構成された３軸マイクロマシンニングセンサにおいて、このセンサが取り付けられた装置がｘ軸の正方向に移動したとする。すると、このセンサに取り付けられた重り７２には、ｘ軸の負方向に加速度が加わる。このとき可動電極７１は、重り７２に加わる加速度を受けて、例えば図１５（ａ）に示すように撓むので、ｘ軸の負側に位置する電極と上側固定電極７０との距離が短くなる一方、Ｘ軸の正側に位置する可動電極７１と上側固定電極７０との距離が長くなる。このため可動電極７１と上側固定電極７０との間に形成されたコンデンサのうち、ｘ軸の負方向に位置するコンデンサ［Ｃｘｍ］の静電容量は増加する一方、ｘ軸の正方向に位置するコンデンサ［Ｃｘｐ］の静電容量は減少する。
【００８８】
一方、ｙ軸の正方向および負方向に位置する４分割された可動電極７１と上側固定電極７０との平均距離、つまり可動電極７１の中側電極７１ｂと上側固定電極７０との極板間の平均距離は変化しない。したがってｙ軸方向およびｚ軸方向に形成されるコンデンサ［Ｃｙｐ］、［Ｃｙｍ］、［Ｃｚ］の各静電容量は、変化しない。そして可動電極７１の中側電極７１ｂと、ｘ軸の正方向に位置する上側固定電極７０の中側電極７０ｂとの間に形成されたコンデンサ［Ｃｘｐｖ１］、および可動電極７１の中側電極７１ｂと、ｘ軸の負方向に位置する下側固定電極７４の中側電極７４ｂとの間に形成されたコンデンサ［Ｃｘｍｖ２］との間にそれぞれ直流電圧を印加する。するとこれらのコンデンサ［Ｃｘｐｖ１，Ｃｘｍｖ２］と固定電極７０，７４との間に静電吸引力が生じて、重り７２に外力（加速度）が加わらない状態、即ち図１４に示すようにｘｙ平面に対して水平となる平衡点に変位する。
【００８９】
このとき、電極駆動部がコンデンサ［Ｃｘｐｖ１，Ｃｘｍｖ２］に印加する電圧は、重り７２に外力（加速度）が加わったことによって変化したコンデンサの静電容量、即ちｘ軸の負方向に位置するコンデンサ［Ｃｘｍ］と、ｘ軸の正方向に位置するコンデンサ［Ｃｘｐ］の各静電容量が元の平衡状態にあったときの静電容量になるように制御すればよい。ちなみに、３軸マイクロマシンニングセンサは、このときコンデンサ［Ｃｘｐｖ１，Ｃｘｍｖ２］に印加した電圧値によりｘ軸の負方向への加わった加速度を検出する。
【００９０】
次に３軸マイクロマシンニングセンサにおけるｚ軸の負方向に加速度が加わった場合、重り７２には、ｚ軸の正方向の外力（加速度）を受ける。このため可動電極７１の中央部分が、図１５（ｂ）に示すように上方に撓み、可動電極７１と上側固定電極７０との極板距離が短くなる。このときの極板距離の変化量は、可動電極７１の最も内側の内側電極７１ａが最も大きくなる。それ故、可動電極７１と上側固定電極７０との間に形成されるコンデンサにおいて、可動電極７１の内側電極７１ａと固定電極７０の内側電極７０ａとの間に形成されるコンデンサ［Ｃｚ］の静電容量の変化量が最も大きくなる。
【００９１】
また、可動電極７１の外側の外側電極７１ｃと上側固定電極７０の外側の電極７０ｃとの間に形成された４つのコンデンサ［Ｃｘｐ，Ｃｘｍ，Ｃｙｐ，Ｃｙｍ］の極板距離は、ｚ軸方向へ変位して変化するものの、それぞれのコンデンサにおける外側電極７１ｃと上側固定電極７０との板間の平均距離は、等しく変化して短くなる。このため可動電極７１のｘ軸方向およびｙ軸方向に配置された極板とで形成されたコンデンサ［Ｃｘｐ，Ｃｘｍ，Ｃｙｐ，Ｃｙｍ］における静電容量は、等しく変化する。
【００９２】
このとき電極駆動部（図示せず）は、下側電極７４の中側電極７４ｂと可変電極７１の中側電極７１ｂとの間に形成された４つのコンデンサ［Ｃｘｐｖ２，Ｃｘｍｖ２，Ｃｙｐｖ２，Ｃｙｍｖ２］にそれぞれ等しい電圧を印加して重り７２に加わった外力（加速度）を打ち消す静電吸引力を作用させて、可動電極７１を所定の平衡点になるよう位置付ける。このとき、４つのコンデンサ［Ｃｘｐｖ２，Ｃｘｍｖ２，Ｃｙｐｖ２，Ｃｙｍｖ２］に印加する電圧は、重り７２に外力（加速度）が加わったことによって変化したｚ軸方向の変位量を打ち消すだけの電圧とする。具体的にこの電圧は、可動電極７１の外側の外側電極７１ｃと上側固定電極７０の外側の電極７０ｃとの間に形成された４つのコンデンサ［Ｃｘｐ，Ｃｘｍ，Ｃｙｐ，Ｃｙｍ］の各静電容量が、可動電極７１が元の平衡状態にあったときの静電容量になるように制御すればよい。そして、このとき電極駆動部がコンデンサ［Ｃｘｐｖ２，Ｃｘｍｖ２，Ｃｙｐｖ２，Ｃｙｍｖ２］にそれぞれ印加した電圧値によりｚ軸の正方向への加わった加速度を検出することができる。
【００９３】
このように３軸マイクロマシンニングセンサは、重り７２に加わる外力（加速度）によって変位した可動電極７１の変位量を、可動電極７１と上側固定電極７０との間に形成されるコンデンサの静電容量の変化を検出すると共に、固定電極７０，７４と可動電極７３との間に、この変位量を打ち消す静電吸引力をもたらす電圧値により加速度を検出することができる。
【００９４】
このような作動原理に基づく３軸マイクロマシンニングセンサにあっても、重り７２に所定の力を与えて可動電極７１に撓みを生じさせ、固定電極７０,７４との間の静電容量を変位させるように構成すれば、前述した実施形態と同様にセンサの異常を検出することが可能である。例えば、可動電極７１に固定された重り７２を所定の平衡点に位置付けた後、上側固定電極７０の中側電極７０ｂと、可動電極７１の中側電極７１ｂとの間で形成されるコンデンサ［Ｃｘｐｖ１，Ｃｘｍｖ１，Ｃｙｐｖ１，Ｃｙｍｖ１］、或いは、下側固定電極７４中側電極７４と、可動電極７１の中側電極７１ｂとの間で形成されるコンデンサ［Ｃｘｐｖ２，Ｃｘｍｖ２，Ｃｙｐｖ２，Ｃｙｍｖ２］の任意のコンデンサに電圧を加える。このとき、電圧を印加したコンデンサ間の静電吸引力が増加する。この静電吸引力は、コンデンサに印加する電圧を変化させることによって変化する。このため重り７２は、所定の位置（平衡点）から変位することになる。したがって、この変位量を可動電極７１の外側の外側電極７１ｃと上側固定電極７０の外側の電極７０ｃとの間に形成された４つのコンデンサ［Ｃｘｐ，Ｃｘｍ，Ｃｙｐ，Ｃｙｍ］の静電容量の変化量として静電容量検出部が検出し、この検出した静電容量の変化量が、上述したコンデンサに印加した電圧値に応じた変化量になっているか否かを判定部１２により判定すればよい。
【００９５】
次に本発明に係るサーボ型センサを構成する部品の劣化を検出する検出手段について説明する。
【００９６】
所定の輝度を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源からなる発光部と、この発光部が発した光を受光して電気信号に変換するフォトトランジスタ等の受光部とを備えた光学的方法を用いた変位量検出部６において、発光部および受光部とでなす光学系の健全性を確認するには、例えばＬＥＤに流れる電流を可変したとき、その可変したＬＥＤが発する光量の変化を受光部で検出できるようにすればよい。より具体的には、ＬＥＤに流す電流値を複数設定できるようにし、そのとき受光部が受光して電気信号に変換した電気信号のレベルを予め保持しておく。そして、受光系の健全性を確認すべく、発光部の光源に流す電流を予め割り当てられた設定値に基づいて設定する。このとき、受光部が受光して電気信号に変換した電気信号のレベルと、予め保持されたレベルとを比較し、所定の許容範囲内にあれば光学系が健全であると判定することができる。
【００９７】
次に上述したように図１１に示す振子１の所定の位置に取り付けた金属板３３と、この金属板３３の近傍に該金属板３３と対峙するように別の金属板３４を取り付けて、それぞれの金属板３３，３４同士でコンデンサＣｘを形成し、金属板３３，３４とで形成されたコンデンサＣｘの容量変化から振子１の変位を検出する変位量検出部６の感度を検査する方法を説明する。
【００９８】
この変位量検出部６は、図１２に示すようにコンデンサＣｘの一端は接地され、他端には、抵抗器Ｒを介してパルス信号発生部６０が出力するパルス信号（例えば矩形波）が与えられる。そして、この抵抗器ＲおよびコンデンサＣｘで形成される積分回路の出力電圧をローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１を介して波形整形し、サーボアンプ７に与えるものとして構成される。つまり、この変位量検出部６は、コンデンサＣｘの静電容量の変化を電圧の変化として出力するものである。
【００９９】
このように構成された変位量検出部６にあっては、パルス信号発生部６０が出力する信号波形を、例えばその出力電圧値、周波数、デューティ等を可変したとき、検出部８が検出した検出信号を予め判定部１２に保持させておく。そして変位量検出部６を検査する際、予め判定部１２に保持された検出信号と比較することで変位量検出部６の感度劣化を検出することが可能である。
【０１００】
次に図８に示すように振子１の所定位置に取り付けた位置検出用磁石２０と、この位置検出用磁石２０の近傍に該位置検出用磁石２０と対峙するように設けられて、位置検出用磁石２０の磁力の変化を検出してその抵抗値が変化するホール素子２１と、このホール素子２１の抵抗値の変化、即ち振子１が所定の平衡点から変位した変位量を検出する変位量検出回路２２によって構成した変位量検出部６を検出する方法を説明する。
【０１０１】
この場合、変位量検出回路２２がホール素子２１に流す電流を可変することにより電流に比例してその出力値が変化する。したがってホール素子２１に流す電流を可変したとき、検出部８が検出する検出信号の値を予め判定部１２に保持させておけばよい。そして変位量検出部６を検査する際、予め判定部１２に保持された検出信号の値と比較すれば、変位量検出部６の感度劣化を検出することが可能である。
【０１０２】
次にバネ２の劣化を検出する方法について説明する。ここでは上述した図３に示すサーボ型センサにおける診断モードを用いてバネ２の劣化を判定する方法を例示する。この場合、各スイッチの設定は上述した診断モードと同様であるので省略する。
【０１０３】
この検出方法は、電源部１１から予め設定された複数の異なる正弦波交流信号を出力させてサーボアンプ７に与え、このとき検出部８が検出した検出信号の値を予め判定部１２に保持しておく。そしてバネ２の劣化を診断するとき、電源部１１から予め設定された複数の異なる正弦波交流信号を出力し、判定部１２に予め保持されている検出信号の値と比較する。ちなみに判定部１２に予め保持する検出信号の値は、検出部８が検出した検出信号の実効値、積分値、ピーク値等である。
【０１０４】
そして判定部１２が比較した結果、予め保持されている検出部８が検出した検出信号と異なると判定したとき、バネ２が劣化していると判定することができる。この検出方法によれば、異なる周波数の信号をバネ２に与えているので、バネ２の周波数特性の劣化を診断することができる。
【０１０５】
或いは電源部１１からホワイトノイズやピンクノイズ等の種々の周波数を含んだ信号や、ステップ波（単位階段波）をサーボアンプ７へ加えてもよい。そして、図３には図示しないが検出部８が検出した検出信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析により、共振周波数の確認、または初期状態の共振周波数のパワーと比較することで、バネ２の共振劣化を判定することができる。
【０１０６】
更には図１に示すような電磁力を用いて振子１を駆動して加速度を検出するサーボ型センサの場合、上述したように振子１の自由端部１ｂには、巻回したコイル４が取り付けており、この自由端部１ｂと所定の距離を隔てて磁石５が配設されている。この磁石５の劣化を検出すべく、該磁石５の近傍にこの磁石５から生じる磁力に比例して電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子（ホール素子）を設けてもよい。この場合、サーボ型センサの記憶部等に磁気抵抗素子が検出した磁力をその抵抗値として予め保持しておく。そして、磁石５の健全性を判定する場合、磁気抵抗素子が検出した抵抗値と、予め記憶部に保持された磁気抵抗の値を比較し、所定の共用範囲内にあれば磁石５が健全であると判定することができる。
【０１０７】
かくして、上述したように電源部１１がオペアンプ７ａに試験電圧を与えたときの振子１の変位量を変位量検出部６の変位として検出すると共に、予め判定部１２に記憶された試験電圧と検出した変位量との関係を用いることで、サーボ型センサの良否を判定することができる。さらには、オペアンプ７ａ、コイル４の劣化、変位量検出部６の異常の診断の他、実際に振子１を変位させているので、振子１を係止しているバネ２、変位量検出部６の感度劣化、磁石５の劣化も検出することが可能である。  
尚、上述したサーボ型センサは、加速度を検出するサーボ型センサについて説明したが、例えば変位、圧力等の物理量を検出するサーボ型センサにも適用することが可能である等、実用上極めて有効である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  振子
２  バネ
３  基板
４  コイル
５  磁石
６  変位量検出部
７  サーボアンプ
８  検出部
１０  診断用コイル
１１  電源部
１２  判定部
【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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【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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