(57)【要約】  可動電極の振動の停止をより正確に制御し、かつ、自己診断の時間を短縮する。  加速度センサシステムは、可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力するセンサと、前記センサを診断するための自己診断信号を前記センサに出力する自己診断部と、を有する。前記自己診断部は、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号を出力し、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力を停止する。
2017072897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度センサシステムであって、
可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力するセンサと、
前記センサを診断するための自己診断信号を前記センサに出力する自己診断部と、を有し、
前記自己診断部は、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号を出力し、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力を停止する
加速度センサシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の加速度センサシステムであって、
前記自己診断部は、前記出力信号のレベルを複数回測定し、前記レベルが所定の閾値に達したか否かを判定し、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力を停止する
加速度センサシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の加速度センサシステムであって、
前記自己診断部は、前記レベルがピーク値に達した後、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力を停止する
加速度センサシステム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の加速度センサシステムであって、
前記所定の閾値は、前記レベルの極小値である
加速度センサシステム。
【請求項５】
請求項１に記載の加速度センサシステムであって、
加速度の測定を行うための第１のモードと、
自己診断を行うための第２のモードと、
前記第１のモードと前記第２のモードとを相互に切り替えるモード切替部と、を有し、
前記モード切替部は、前記自己診断信号の出力が停止した場合に、前記第２モードを前記第１のモードに切り替える
加速度センサシステム。
【請求項６】
請求項１に記載の加速度センサシステムであって、
前記出力信号を得るための検出信号を前記センサに出力する検出信号生成部と、
サーボ制御のためのサーボ信号を前記センサに出力するサーボ制御部と、
前記検出信号及び前記サーボ信号が出力される第１のモードと、
前記自己診断信号が出力される第２のモードと、を有し、
前記自己診断部は、前記第２のモードにおいて、
前記変位信号と前記検出信号とを交互に含む前記自己診断信号を出力し、
前記検出信号に応じて得られた前記出力信号のレベルに応じて、前記自己診断信号の出力を停止する
加速度センサシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の加速度センサシステムであって、
前記出力信号を得るための検出信号を前記センサに出力する検出信号生成部と、
サーボ制御のためのサーボ信号を前記センサに出力するサーボ信号生成部と、
前記検出信号及び前記サーボ信号が出力される第１のモードと、
前記検出信号及び前記自己診断信号が出力される第２のモードと、を有し、
前記自己診断部は、前記第２のモードにおいて、
前記検出信号に応じて得られた前記出力信号のレベルに応じて、前記自己診断信号の出力を停止する
加速度センサシステム。
【請求項８】
請求項１に記載の加速度センサシステムであって、
前記自己診断部は、
前記出力信号のレベルを複数回測定し、前記レベルが所定の閾値に達したか否かを判定し、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断信号の出力の開始後、前記レベルが前記所定の閾値に達するまでの時間を測定し、前記測定した時間と所定の時間範囲とを比較することにより、前記センサが正常か否かを判定する
加速度センサシステム。
【請求項９】
請求項１に記載の加速度センサシステムであって、
前記自己診断部は、
前記出力信号のレベルを複数回測定し、前記レベルが所定の閾値に達したか否かを判定し、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断信号の出力の開始後、前記レベルのピーク値を測定し、前記ピーク値と所定の値範囲とを比較することにより、前記センサが正常か否かを判定する
加速度センサシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載の加速度センサシステムであって、
前記自己診断部は、
前記出力信号のレベルを複数回測定し、前記レベルが所定の閾値に達したか否かを判定し、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断信号の出力の開始後、前記レベルが前記所定の閾値に達するまでの時間を測定し、前記測定した時間に基づいて前記センサのＱ値を算出し、前記Ｑ値と所定の値範囲とを比較することにより、前記センサが正常か否かを判定する
加速度センサシステム。
【請求項１１】
可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力する加速度センサの自己診断方法であって、
前記加速度センサを診断するための自己診断信号を前記加速度センサに出力する自己診断工程を含み、
前記自己診断工程では、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号が出力され、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力が停止される
自己診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサシステム、及び自己診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、「コンデンサが共振周波数を有する周波数−静電容量特性を有しているため、共振周波数より極めて大きい、または、極めて小さい第１周波数の制御信号でコンデンサの静電容量を測定する通常測定が行われ、共振周波数を含むその近傍の第２周波数の制御信号でコンデンサの静電容量を測定する自己診断が行われる」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５２２２４５７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高い感度が求められる静電容量型加速度センサには、共振のＱ値が高い可動電極を有するものがある。例えば、サーボ式の静電容量型加速度センサは、Ｑ値が高い可動電極を有する。可動電極は、Ｑ値が高いほど、電圧を印加した際の振動が発生し易い。そのため、Ｑ値が高い可動電極は、Ｑ値が低い可動電極と比べると、電圧の印加を停止した後に振動が残り易い。これは、自己診断のための電圧の印加が停止された場合に、可動電極が静止するために掛かる時間が長くなり、自己診断後の通常測定を直ぐに開始できない、という問題を引き起こす。【０００５】
そこで、本発明は、可動電極の振動の停止をより正確に制御し、かつ、自己診断の時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。【０００７】
本発明の一態様に係る加速度センサシステムは、可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力するセンサと、前記センサを診断するための自己診断信号を前記センサに出力する自己診断部と、を有し、前記自己診断部は、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号を出力し、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力を停止する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、可動電極の振動の停止をより正確に制御し、かつ、自己診断の時間を短縮することができる。【０００９】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る加速度センサシステムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態おける加速度センサの構造の一例を説明する図である。
【図３】第１実施形態における加速度センサへの入力信号及び加速度センサからの出力信号のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図４】第１実施形態に係る自己診断処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る加速度センサシステムの構成の一例を示すブロック図である。
【図６】第２実施形態における加速度センサの構造の一例を説明する図である。
【図７】第２実施形態における加速度センサへの入力信号及び加速度センサからの出力信号のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図８】第２実施形態に係る自己診断処理の一例を示すフローチャートである。
【図９】診断信号を印加した場合の可動電極の変位の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の各実施形態を説明する前に、サーボ式の静電容量型加速度センサ、及び当該加速度センサを含む加速度センサシステムについて補足的に説明する。
【００１２】
サーボ式の静電容量型加速度センサは、高いＱ値（例えば、０．５より高い）を有する可動電極を備える。この加速度センサは、加速度により可動電極に加わる力を相殺する静電気力が印加されることにより、可動電極を平衡状態に保つ。静電気力を発生させるサーボ信号には、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）電圧を用いることができる。加速度センサシステムは、例えば、検出される加速度が大きい場合はパルス密度を低密度になるように、検出される加速度が小さい場合はパルス密度を高密度になるように、加速度に応じてパルス密度を調整する。この加速度センサシステムは、機械的雑音を低減しつつ、高感度に加速度を検出することができる。
【００１３】
近年では、加速度センサシステムは、性能の向上に伴い、更なる高信頼性と省電力化が要求されている。信頼性を向上するための加速度センサシステムは、その故障を検知するための自己診断機能を備えることが要求される。上記のサーボ式の加速度センサシステムに自己診断機能を実装する場合、例えば、加速度センサが備える固定電極と可動電極の間に、周期的な所定の電圧を印加して可動電極の位置を変位させ、その変位量が所定の範囲にあるかどうかを評価することにより加速度センサの異常を検知する方法を採用することができる。この方法は、可動電極の共振周波数を測定し、測定した共振周波数に基づいて、加速度センサの診断を行う。
【００１４】
しかし、上述の方法においては、可動電極が共振周波数近辺で振動することにより、可動電極の振動が静止するまで通常測定を開始できないため、診断時間が長期化する。また、上記の方法では、共振周波数を測定するために所定の周波数を掃引するために、周波数掃引機能やピーク周波数検出機能などの大規模な論理回路を設ける必要があり、これは消費電力を増大させる。
【００１５】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。各実施形態は、サーボ式の静電容量型加速度センサ（以下、単に加速度センサともいう）、及び当該加速度センサを含むシステム（以下、単に加速度センサシステムともいう）に関する。なお、各実施形態を説明するための全図において同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る加速度センサシステムの構成の一例を示すブロック図である。加速度センサシステムは、加速度センサ１０１と、信号検出部１０２と、サーボ制御部１１０と、検出信号生成部１２０と、自己診断部１３０と、出力部１４０と、モード切替部１５０とを含む。
【００１７】
加速度センサ１０１は、静電容量の変化を表す電気信号として加速度を検出し、検出した電気信号Ｓ１（以下、出力信号Ｓ１という）を信号検出部１０２に出力する。加速度センサ１０１は、例えば、主に電極構造物により構成された静電容量型の加速度検出素子を含む。加速度センサ１０１については図２を参照して後に詳述する。
【００１８】
信号検出部１０２は、加速度センサ１０１から出力信号Ｓ１を受信し、受信したアナログ電気信号である出力信号Ｓ１を電圧に変換して増幅し、その電圧信号をディジタル信号に変換して、サーボ制御部１１０及び自己診断部１３０に出力する。
【００１９】
サーボ制御部１１０は、信号検出部１０２から出力信号を受信し、受信した出力信号に基づいてサーボ信号Ｓ６を生成し、モード切替部１５０に出力する。例えば、サーボ制御部１１０は、加速度に対応した静電容量の変化の大きさに応じて、パルス密度及びレベルの両方を調整したＰＷＭ（Pulse Width Modulation）電圧信号をサーボ信号として生成する。本実施形態では、サーボ信号Ｓ６は、電圧信号であり、モード切替部１５０を介して加速度センサ１０１の後述する２つの固定電極に印加される。
【００２０】
サーボ制御部１１０は、受信したディジタル信号である出力信号を受信し、当該ディジタル信号を信号処理することによりサーボ信号を生成する。サーボ信号を生成する信号処理の一例として、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Derivative Control）を用いることができる。ＰＩＤ制御は、制御対象への入力値の制御を、制御対象からの出力値と目標値との偏差、その積分及び微分によって行う方式である。サーボ制御部１１０は、ＰＩＤ制御により、受信したディジタル信号に基づいて、加速度センサ１０１の可動電極を平衡状態に維持するために必要な静電気力に相当する値（電圧、ディジタル値など）を導出する機能を有する。
【００２１】
検出信号生成部１２０は、検出信号Ｓ７を生成し、モード切替部１５０に出力する。検出信号Ｓ７は、加速度の検出のために加速度センサ１０１に印加され、加速度センサ１０１に静電容量変化を電気信号として検出させるための電気信号である。本実施形態では、検出信号Ｓ７は、電圧信号であり、モード切替部１５０を介して加速度センサ１０１の後述する２つの固定電極に印加される。
【００２２】
自己診断部１３０は、信号検出部１０２から出力信号を受信する。自己診断部１３０は、自己診断信号Ｓ８を生成し、モード切替部１５０に出力する。自己診断部１３０は、信号検出部１０２から出力信号に基づいて、自己診断信号Ｓ８の停止タイミングを判定する。このような機能を実装するため、自己診断部１３０は、診断信号生成部１３１と、出力信号評価部１３２とを含む。また、自己診断部１３０は、解析部１３３を含む。
【００２３】
診断信号生成部１３１は、モード切替部１５０の制御により後述する自己診断モードが選択されると、自己診断信号Ｓ８を生成し、モード切替部１５０に出力する。自己診断信号Ｓ８は、加速度センサ１０１の可動電極に変位を与えるための電気信号と、加速度の検出のために加速度センサ１０１に印加され、加速度センサ１０１に静電容量変化を電気信号として検出させるための電気信号とを含む。本実施形態では、自己診断信号Ｓ８は、電圧信号であり、モード切替部１５０を介して加速度センサ１０１の後述する２つの固定電極に印加される。診断信号生成部１３１は、出力信号評価部１３２から後述する停止信号を受信した場合に、自己診断信号Ｓ８の生成及び出力を停止する。
【００２４】
出力信号評価部１３２は、自己診断信号Ｓ８に応じた出力信号が示す静電容量の信号レベルに基づいて、信号レベルのピーク値と、自己診断信号Ｓ８の印加の開始後に信号レベルが所定値に達するまでの周期時間を測定する。この所定値は、加速度センサの可動電極のＱ値に応じて設定するのが望ましい。出力信号評価部１３２は、信号レベルが所定値に達したか否かを判定し、所定値に達した場合に停止信号を診断信号生成部１３１に出力するとともに、測定した信号レベルのピーク値及び周期時間を解析部１３３に出力する。
【００２５】
解析部１３３は、出力信号評価部１３２から測定された信号レベルのピーク値及び周期時間を受信する。解析部１３３は、受信したピーク値及び周期時間の少なくとも一方に基づいて、静電容量変化が正常であるか否かを判定し、その判定結果を診断結果Ｓ５として、例えばＰＣ（Persona Computer）などの外部装置に出力する。診断結果Ｓ５は、データ信号、データファイル、画面データなど、各種の形態とすることができる。
【００２６】
自己診断部１３０については図３を参照して後に詳述する。
【００２７】
出力部１４０は、サーボ制御部１１０からサーボ信号Ｓ６を受信し、受信したサーボ信号に基づいて加速度を出力する。このような機能を実装するため、出力部１４０は、加速度出力部１４１を含む。また、出力部１４０は、解析部１４２を含む。
【００２８】
加速度出力部１４１は、サーボ信号Ｓ６に基づいて加速度を計算し、その加速度を含む加速度情報Ｓ３を生成し、例えばＰＣなどの外部装置に出力する。加速度出力部１４１は、信号検出部１０２から出力信号を受信して、出力信号に基づいて加速度を計算し、その加速度を含む加速度情報Ｓ３を生成し、外部装置に出力してもよい。加速度出力部１４１は、計算した加速度を解析部１４２に出力する。サーボ信号あるいは出力信号に基づいて加速度を計算する処理は、一般的な技術を用いることができるため、説明を省略する。
【００２９】
解析部１４２は、加速度出力部１４１から加速度を受信し、受信した加速度に対して所定の解析処理を実施し、その解析結果を含む解析情報Ｓ４を生成し、例えばＰＣなどの外部装置に出力する。加速度の解析処理は、一般的な技術を用いることができるため、説明を省略する。解析情報Ｓ４は、データ信号、データファイル、画面データなど、各種の形態とすることができる。
【００３０】
モード切替部１５０は、サーボ制御部１１０からのサーボ信号Ｓ６と、検出信号生成部１２０からの検出信号Ｓ７と、自己診断部１３０からの自己診断信号Ｓ８とを受信する。モード切替部１５０は、これらの３種類の信号の中から、選択した動作モードに対応する１つの信号を選択し、選択した信号を信号Ｓ２として加速度センサ１０１に出力する。すなわち、信号Ｓ２は、サーボ信号Ｓ６、検出信号Ｓ７、及び自己診断信号Ｓ８のいずれか１つからなる。信号Ｓ２は、電圧信号であり、加速度センサ１０１の後述する２つの固定電極に印加される。
【００３１】
加速度センサシステムは、３つの動作モードとして、サーボ制御モードと、検出モードと、自己診断モードとを有する。サーボ制御モード（本発明の第１のモードに相当する）は、サーボ制御を実行するモードである。検出モード（本発明の第１のモードに相当する）は、加速度を検出するモードである。自己診断モード（本発明の第２のモードに相当する）は、加速度センサ１０１の状態を診断するモードである。サーボ信号Ｓ６は、サーボ制御モードにおいて選択される。検出信号Ｓ７は、検出モードにおいて選択される。自己診断信号Ｓ８は、自己診断モードにおいて選択される。
【００３２】
モード切替部１５０は、基本的には予め設定された時分割に基づいて動作モードの切り替えを制御することにより、動作モードを選択する。モード切替部１５０は、例えば、予め定めた時分割に基づいて、サーボ制御モードと検出モードとを交互に切り替える。モード切替部１５０は、任意のタイミングでサーボ制御モード又は検出モードを自己診断モードに切り替える。モード切替部１５０は、例えば、通常測定期間（サーボ制御モード及び検出モードの２つを含む期間）が所定の時間を経過したか否かを判定し、経過した場合にサーボ制御モード又は検出モードを自己診断モードに切り替えることができる。また、モード切替部１５０は、例えば、他のセンサ（図示せず）により計測された環境温度や環境湿度などの値を取得し、当該値が所定の閾値を超えた又は下回った場合に自己診断モードに切り替えてもよい。
【００３３】
モード切替部１５０は、自己診断モードを選択した後、自己診断部１３０からの自己診断信号Ｓ８が停止したか否かを判定し、停止した場合、自己診断モードを通常測定（サーボ制御モード又は検出モード）に切り替える。
【００３４】
図２は、第１実施形態おける加速度センサの構造の一例を説明する図である。図２は、説明のための方向として、Ｘ方向及びＺ方向を示す。Ｘ方向は、電極の主面が延在する方向であり、図２の左右方向に対応する。Ｚ方向は、電極同士が距離を置いて重なる方向であり、図２の上下方向に対応する。
【００３５】
加速度センサ１０１は、一対の固定電極１０１１ａ及び固定電極１０１１ｂと、１つの可動電極１０１３とを備える。これらの２つの固定電極は、信号線を通じてモード切替部１５０に接続されている。可動電極１０１３は、信号線を通じて信号検出部１０２に接続されている。
【００３６】
可動電極１０１３は、Ｘ方向において広い主面を有する。固定電極１０１１ａ及び固定電極１０１１ｂは、可動電極１０１３に静電気力を発生させるために、Ｚ方向で平面視した場合に可動電極１０１３の主面に対して重なる面領域を含む。固定電極１０１１ａの面領域及び固定電極１０１１ｂの面領域は、それぞれ、可動電極１０１３の両側の対応する主面に対して面するように、Ｚ方向に所定の距離を置いて配置されている。
【００３７】
固定電極１０１１ａ及び固定電極１０１１ｂの信号線は、動作モードに応じた信号Ｓ２（サーボ信号Ｓ６、検出信号Ｓ７、又は自己診断信号Ｓ８）を伝送する。
【００３８】
サーボ信号Ｓ６は、詳細には、固定電極１０１１ａに印加されるサーボ信号Ｓ６ａと、固定電極１０１１ｂに印加されるサーボ信号Ｓ６ｂとから成る。サーボ信号Ｓ６ａは、例えば、矩形波パルスの繰り返しによる電圧信号である。サーボ信号Ｓ６ｂは、サーボ信号Ｓ６ａに対して反転された電圧信号である。
【００３９】
検出信号Ｓ７は、詳細には、固定電極１０１１ａに印加される検出信号Ｓ７ａと、固定電極１０１１ｂに印加される検出信号Ｓ７ｂとから成る。検出信号Ｓ７ａは、例えば、矩形波パルスの繰り返しによる電圧信号である。検出信号Ｓ７ｂは、検出信号Ｓ７ａに対して反転された電圧信号である。
【００４０】
自己診断信号Ｓ８は、詳細には、固定電極１０１１ａに印加される自己診断信号Ｓ８ａと、固定電極１０１１ｂに印加される自己診断信号Ｓ８ｂとから成る。また、自己診断信号Ｓ８ａは、可動電極１０１３を変位させるための変位信号Ｓ８ｃ（図示せず）と、静電容量変化を検出する検出信号Ｓ８ｅ（図示せず）を含む。自己診断信号Ｓ８ｂは、変位信号Ｓ８ｃに対応する変位信号Ｓ８ｄ（図示せず）と、検出信号Ｓ８ｅに対応する検出信号Ｓ８ｆ（図示せず）とを含む。変位信号Ｓ８ｃ及び変位信号Ｓ８ｄは、可動電極１０１３が変位するように調整される。例えば、変位信号Ｓ８ｃは、可動電極電圧と同じ電圧とし、変位信号Ｓ８ｄは、可動電極電圧と異なる電圧とすることにより、固定電極１０１１ｂと可動電極１０１３の間に静電気力が発生し、可動電極１０１３が固定電極１０１１ｂ側に変位する。検出信号Ｓ８ｅは、例えば、矩形波パルスの繰り返しによる電圧信号である。検出信号Ｓ８ｆは、検出信号Ｓ８ｅに対して反転された電圧信号である。
【００４１】
可動電極１０１３の信号線は、出力信号Ｓ１を伝送する。加速度に応じた可動電極１０１３のＺ方向の位置の変化（図中のｄ）は、固定電極１０１１ａ及び固定電極１０１１ｂと可動電極１０１３との間の静電容量を変化させる。詳細には、例えば、固定電極１０１１ａと可動電極１０１３との間の静電容量をＣ１と表し、固定電極１０１１ｂと可動電極１０１３との間の静電容量をＣ２と表す。これらの静電容量の静電容量差ｄｅｌｔａＣは、例えばｄｅｌｔａＣ＝Ｃ１−Ｃ２と計算することができる。出力信号Ｓ１は、静電容量差ｄｅｌｔａＣを含む静電容量変化を表す電圧信号である。ある時点の出力信号Ｓ１は、可動電極１０１３の変位の状態に応じた静電容量差ｄｅｌｔａＣを表している。２つの時点の出力信号Ｓ１は、静電容量差ｄｅｌｔａＣの時間変化を表している。
【００４２】
図３は、第１実施形態における加速度センサへの入力信号及び加速度センサからの出力信号のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【００４３】
通常測定の期間では、上述したように、サーボ制御モードと検出モードとが交互に切り替えられる。具体的には、サーボ信号Ｓ６と検出信号Ｓ７とが交互に繰り返し加速度センサ１０１に印加される。これにより、可動電極の位置が平衡状態に維持されるとともに静電容量変化に応じた信号が出力される。サーボ制御により可動電極の位置が平衡状態又は平衡に近い状態に保持されるため、出力信号Ｓ１は、０又は０に近い値である。
【００４４】
自己診断モードは、上述したように、モード切替部１５０により選択されることで開始する。具体的には、自己診断モードでは、診断信号生成部１３１は、変位信号Ｓ８ｃ及び変位信号Ｓ８ｄと検出信号Ｓ８ｅ及び検出信号Ｓ８ｆとを、交互に繰り返し加速度センサ１０１に出力する。すなわち、自己診断の期間は、変位信号により可動電極を変位させる変位期間Ｐ１と、検出信号により静電容量変化を検出する検出期間Ｐ２とを含む。変位期間Ｐ１では、可動電極を変位させるために固定電極と可動電極間に電圧が印加される。この電圧は主に直流電圧である。検出期間Ｐ２では、検出信号Ｓ７と同じ周波数及び電圧の信号が固定電極に印加される。変位期間Ｐ１及び検出期間Ｐ２の長さは、予め設定される。これにより、可動電極の位置が変位するとともに静電容量変化に応じた信号が出力される。
【００４５】
可動電極のＱ値が０．５よりも高い場合、この可動電極の位置は、可動電極変位期間Ｐ１に直流電圧を印加すると、平衡状態から離れるように徐々に変位し（Ｔ１からＴ２）、ピーク（Ｔ２）に達した後、徐々に平衡状態に戻るように徐々に変位する（Ｔ２からＴ３）。この変化は、リンギングと呼ばれる現象の最初の１周期に相当する。可動電極のＱ値が高いほど、ピーク後に平衡状態に向かって戻る変位量は大きい。可動電極のＱ値が０．５以下である場合、リンギングは発生しない。さらに、Ｑ値が０．５よりも高い可動電極の場合、自己診断モードが終了する（自己診断信号Ｓ８が停止する）タイミングによっては、可動電極の振動が残り、振動が静止するまで通常測定を再開できない。例えば、Ｔ３より前に自己診断信号が停止した場合、可動電極の振動がＴ３よりも後に残る。
【００４６】
本実施形態では、出力信号評価部１３２は、各検出期間Ｐ２に出力される出力信号に基づいて、可動電極の平衡状態からの変位レベルＤ（ｎ）を繰り返し測定する。また、出力信号評価部１３２は、測定した各変位レベルＤ（ｎ）について、所定の閾値Ｄｔｈを下回ったか否かを判定する。閾値Ｄｔｈは、平衡状態（平衡状態に近い状態を含む）を判定するための値であり、予め設定されている。閾値Ｄｔｈは、Ｑ値が高いほど小さく設定される。閾値Ｄｔｈの設定値は、外部装置からの指示に基づいて変更できてもよい。変位レベルＤ（ｎ）が閾値Ｄｔｈを下回った場合、出力信号評価部１３２は、停止信号を診断信号生成部１３１に出力する。このようにすることで、可動電極が平衡状態に戻ったタイミングで自己診断信号が停止され、その後の可動電極の振動が完全に或いは小さく抑制され、静止までの時間が短縮される。一方、仮に、変位レベルＤ（ｎ）が閾値Ｄｔｈ以上のタイミングで自己診断信号が停止された場合は、その後の可動電極の振動がＴ３よりも後に残り、静止までの時間が長期化する。
【００４７】
図４は、第１実施形態に係る自己診断処理の一例を示すフローチャートである。図７は、自己診断モードが開始された場合を示している。
【００４８】
ｎの初期値は、「０」である。Ｄｐｅａｋの初期値は、「０」である。Ｄ（０）の値は、例えば、本図のフローチャートの開始直前の出力信号レベルを出力信号評価部１３２が取得して設定してもよいし、所定値、例えば「０」を設定してもよい。出力信号評価部１３２、本図のフローチャートの開始後、経過時間を計測する。
【００４９】
まず、診断信号生成部１３１は、ｎを１インクリメントする（ステップＳ１００）。次に、診断信号生成部１３１は、変位期間Ｐ１の間、変位信号を出力する（ステップＳ１０１）。次に、診断信号生成部１３１は、変位期間Ｐ１の後、検出期間Ｐ２の間、検出信号を出力する（ステップＳ１０２）。次に、出力信号評価部１３２は、ステップＳ１０２の検出信号に応じて加速度センサ１０１から信号検出部１０２を介して出力された出力信号レベルＤ（ｎ）を取得する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３では、出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）を取得した時刻、すなわち経過時間ｔ（ｎ）を取得する。
【００５０】
次に、出力信号評価部１３２は、ステップＳ１０３で取得した出力信号レベルＤ（ｎ）が、前回取得した出力信号レベルＤ（ｎ−１）以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）が出力信号レベルＤ（ｎ−１）を超えると判定した場合（ステップＳ１０４でｎｏ）、処理をステップＳ１００に戻す。
【００５１】
出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）が出力信号レベルＤ（ｎ−１）以下であると判定した場合（ステップＳ１０４でｙｅｓ）、出力信号レベルのピーク値Ｄｐｅａｋが０であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。出力信号評価部１３２は、出力信号レベルのピーク値Ｄｐｅａｋが０であると判定した場合（ステップＳ１０５でｙｅｓ）、ピーク値Ｄｐｅａｋに出力信号レベルＤ（ｎ−１）を設定する（ステップＳ１０６）。
【００５２】
出力信号評価部１３２は、出力信号レベルのピーク値Ｄｐｅａｋが０でないと判定した場合（ステップＳ１０５でｎｏ）、又は、ステップＳ１０６の処理を実行した後、出力信号レベルＤ（ｎ）が閾値Ｄｔｈより小さいか否かを判定する（ステップＳ１０７）。出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）が閾値Ｄｔｈ以上であると判定した場合（ステップＳ１０７でｎｏ）、処理をステップＳ１００に戻す。
【００５３】
出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）が閾値Ｄｔｈより小さいと判定した場合（ステップＳ１０７でｙｅｓ）、ステップＳ１０３で取得した出力信号レベルＤ（ｎ）の経過時間ｔ（ｎ）を、周期時間ｔｓに設定する（ステップＳ１０８）。
【００５４】
次に、解析部１３３は、出力信号レベルのピーク値Ｄｐｅａｋが、正常範囲（最小値Ｄｍｉｎから最大値Ｄｍａｘまで）に含まれるか否かを判定する（ステップＳ１０９）。ピーク値Ｄｐｅａｋは、加速度センサ１０１の感度と相関を有する。解析部１３３は、ピーク値Ｄｐｅａｋが正常範囲に含まれると判定した場合（ステップＳ１０９でｙｅｓ）、周期時間ｔｓが正常範囲（最小値ｔｍｉｎから最大値ｔｍａｘまで）に含まれるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。周期時間ｔｓは、加速度センサ１０１の共振周波数と相関がある。
【００５５】
解析部１３３は、ピーク値Ｄｐｅａｋが正常範囲に含まれないと判定した場合（ステップＳ１０９でｎｏ）、加速度センサ１０１が異常である（故障している）と判定する（ステップＳ１１１）。解析部１３３は、例えば、診断結果Ｓ５として、センサが故障していることを示す情報を外部装置に出力する。診断結果Ｓ５は、ピーク値Ｄｐｅａｋを含んでいてもよい。
【００５６】
解析部１３３は、周期時間ｔｓが正常範囲に含まれないと判定した場合（ステップＳ１１０でｎｏ）、加速度センサ１０１が異常である（故障している）と判定する（ステップＳ１１１）。解析部１３３は、例えば、診断結果Ｓ５として、センサが故障していることを示す情報を外部装置に出力する。診断結果Ｓ５は、周期時間ｔｓを含んでいてもよい。
【００５７】
解析部１３３は、周期時間ｔｓが正常範囲に含まれると判定した場合（ステップＳ１１０でｙｅｓ）、加速度センサ１０１は正常であると判定する（ステップＳ１１２）。解析部１３３は、例えば、診断結果Ｓ５として、センサが正常であることを示す情報を外部装置に出力する。診断結果Ｓ５は、ピーク値Ｄｐｅａｋ及び周期時間ｔｓを含んでいてもよい。解析部１３３は、診断結果Ｓ５を出力しなくてもよい。そして、解析部１３３は、本フローチャートに示す処理を終了する。
【００５８】
なお、出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）が閾値Ｄｔｈより小さいと判定した場合（ステップＳ１０７でｙｅｓ）、停止信号を診断信号生成部１３１に出力する。このタイミングに限定されず、出力信号評価部１３２は、Ｓ１０７から本フローチャートの終了までの間に停止信号を出力すればよい。
【００５９】
以上、本発明の第１実施形態について説明した。第１実施形態に係る加速度センサシステムは、自己診断モードの開始後、出力信号レベルが所定値を下回ったか否かを判定する。また、加速度センサシステムは、出力信号レベルが所定値を下回った場合に、自己診断信号を停止する。これにより、加速度センサシステムは、可動電極が平衡状態又はその近辺に戻ったタイミングで自己診断信号を停止させ、可動電極の振動の停止をより正確に制御し、かつ、自己診断の時間を短縮することができる。また、加速度センサシステムは、出力信号レベルがピーク値を過ぎ、且つ、出力信号レベルが所定値を下回った場合に、自己診断信号を停止する。これにより、加速度センサシステムは、可動電極をその共振周波数ｆ０の１周期分Ｔ０にできる限り近い期間（図３の例ではＴ１〜Ｔ３の期間）変位させ、短い期間で自己診断を行うことができる。また、加速度センサシステムは、周波数掃引機能やピーク周波数検出機能などの大規模な論理回路を設ける必要がないため、消費電力を低減できる。
【００６０】
［第２実施形態］
第２実施形態の加速度センサは、第１実施形態の加速度センサと電極構造が異なる。第１実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００６１】
図５は、本発明の第２実施形態に係る加速度センサシステムの構成の一例を示すブロック図である。加速度センサシステムは、加速度センサ２０１と、信号検出部１０２と、サーボ制御部１１０と、検出信号生成部２２０と、自己診断部１３０と、出力部１４０と、モード切替部２５０とを含む。
【００６２】
加速度センサ２０１は、静電容量の変化を表す出力信号Ｓ１を信号検出部１０２に出力する。加速度センサ２０１については図６を参照して後に詳述する。
【００６３】
検出信号生成部２２０は、検出信号Ｓ７を生成し、加速度センサ２０１に出力する。検出信号Ｓ７は、加速度センサ２０１の後述する２組の固定電極のうち一方の組の固定電極に印加される。
【００６４】
自己診断部１３０は、診断信号生成部２３１と、出力信号評価部１３２とを含む。また、自己診断部１３０は、解析部１３３を含む。診断信号生成部２３１は、モード切替部２５０の制御により自己診断モードが選択されると、自己診断信号Ｓ８を生成し、モード切替部２５０に出力する。自己診断信号Ｓ８は、変位信号を含み、検出信号を含まない。
【００６５】
モード切替部２５０は、サーボ制御部１１０からのサーボ信号Ｓ６と、自己診断部１３０からの自己診断信号Ｓ８とを受信する。モード切替部２５０は、これらの２種類の信号の中から、選択した動作モードに対応する１つの信号を選択し、選択した信号を信号Ｓ２として加速度センサ２０１に出力する。すなわち、信号Ｓ２は、サーボ信号Ｓ６、及び自己診断信号Ｓ８のいずれか１つからなる。信号Ｓ２は、加速度センサ２０１の後述する２組の固定電極のうち他方の組の固定電極に印加される。
【００６６】
第２実施形態の加速度センサシステムは、２つの動作モードとして、サーボ制御モード（本発明の第１のモードに相当する）と、自己診断モード（本発明の第２のモードに相当する）とを有する。サーボ信号Ｓ６は、サーボ制御モードにおいて選択される。自己診断信号Ｓ８は、自己診断モードにおいて選択される。検出信号Ｓ７は、いずれの動作モードが選択されていても、加速度センサ２０１に出力される。
【００６７】
モード切替部２５０は、任意のタイミングでサーボ制御モードを自己診断モードに切り替える。モード切替部２５０は、例えば、通常測定期間（サーボ制御モード含む期間）が所定の時間を超えたか否かを判定し、超えた場合にサーボ制御モードを自己診断モードに切り替えることができる。また、モード切替部２５０は、例えば、他のセンサ（図示せず）により計測された環境温度や環境湿度などの値を取得し、当該値が所定の閾値を超えた又は下回った場合に自己診断モードに切り替えてもよい。
【００６８】
モード切替部２５０は、自己診断モードを選択した後、自己診断部１３０からの自己診断信号Ｓ８が停止したか否かを判定し、停止した場合、自己診断モードを通常測定（サーボ制御モード）に切り替える。
【００６９】
図６は、第２実施形態おける加速度センサの構造の一例を説明する図である。図６は、説明のための方向として、Ｘ方向（左右方向）及びＺ方向（上下方向）を示す。
【００７０】
加速度センサ２０１は、一対の固定電極２０１１ａ及び固定電極２０１１ｂと、一対の固定電極２０１２ａ及び固定電極２０１２ｂと、１つの可動電極２０１３とを備える。固定電極２０１１ａ及び固定電極２０１１ｂは、信号線を通じて、検出信号生成部２２０に接続されている。固定電極２０１２ａ及び固定電極２０１２ｂは、信号線を通じて、モード切替部２５０に接続されている。可動電極２０１３は、信号線を通じて信号検出部１０２に接続されている。
【００７１】
可動電極２０１３は、Ｘ方向において広い主面を有する。固定電極２０１１ａ及び固定電極２０１１ｂは、Ｚ方向で平面視した場合に可動電極２０１３の主面の一部（Ｘ方向の一端）に対して重なる面領域を含む。固定電極２０１１ａの面領域及び固定電極２０１１ｂの面領域は、それぞれ、可動電極２０１３の前記一端の両側の対応する主面に対して面するように、Ｚ方向に所定の距離を置いて配置されている。固定電極２０１２ａ及び固定電極２０１２ｂは、Ｚ方向で平面視した場合に可動電極２０１３の主面の一部（Ｘ方向の他端）に対して重なる面領域を含む。固定電極２０１２ａの面領域及び固定電極２０１２ｂの面領域は、それぞれ、可動電極２０１３の前記他端の両側の対応する主面に対して面するように、Ｚ方向に所定の距離を置いて配置されている。
【００７２】
固定電極２０１１ａ及び固定電極２０１１ｂの信号線は、検出信号Ｓ７を伝送する。固定電極２０１２ａ及び固定電極２０１２ｂの信号線は、動作モードに応じた信号Ｓ２（サーボ信号Ｓ６、又は自己診断信号Ｓ８）を伝送する。
【００７３】
検出信号Ｓ７は、詳細には、固定電極２０１１ａに印加される検出信号Ｓ７ａと、固定電極２０１１ｂに印加される検出信号Ｓ７ｂとから成る。
【００７４】
サーボ信号Ｓ６は、詳細には、固定電極２０１２ａに印加されるサーボ信号Ｓ６ａと、固定電極２０１２ｂに印加されるサーボ信号Ｓ６ｂとから成る。
【００７５】
自己診断信号Ｓ８は、詳細には、固定電極２０１２ａに印加される自己診断信号Ｓ８ａと、固定電極２０１２ｂに印加される自己診断信号Ｓ８ｂとから成る。また、自己診断信号Ｓ８ａは、可動電極２０１３を変位させるための変位信号Ｓ８ｃ（図示せず）を含む。自己診断信号Ｓ８ｂは、変位信号Ｓ８ｃに対応する変位信号Ｓ８ｄ（図示せず）を含む。
【００７６】
可動電極２０１３の信号線は、出力信号Ｓ１を伝送する。加速度に応じた可動電極２０１３のＺ方向の位置の変化（図中のｄ）は、固定電極２０１１ａ及び固定電極２０１１ｂと可動電極２０１３との間の静電容量Ｃ１及びＣ２を変化させる。出力信号Ｓ１は、静電容量差ｄｅｌｔａＣを含む静電容量変化を表す電圧信号である。
【００７７】
上記の加速度センサ２０１の電極構造は、サーボ信号Ｓ６及び自己診断信号Ｓ８が時分割で切り替えて印加されると共に、検出信号Ｓ７が常に加速度センサ２０１に印加される。これにより、可動電極２０１３の変位を動作モードに関わらず継続的に測定することができる。
【００７８】
図７は、第２実施形態における加速度センサへの入力信号及び加速度センサからの出力信号のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【００７９】
通常測定の期間では、上述したように、サーボ制御モードが選択される。具体的には、サーボ信号Ｓ６が加速度センサ２０１に印加される。検出信号Ｓ７も、加速度センサ２０１に印加される。これにより、可動電極の位置が平衡状態に維持されるとともに静電容量変化に応じた信号が出力される。
【００８０】
自己診断モードは、上述したように、モード切替部２５０により選択されることで開始される。具体的には、自己診断モードでは、診断信号生成部２３１は、変位信号Ｓ８ｃ及び変位信号Ｓ８ｄを加速度センサ２０１に出力する。検出信号Ｓ７も、加速度センサ２０１に印加される。これにより、可動電極の位置が変位するとともに静電容量変化に応じた信号が出力される。
【００８１】
可動電極のＱ値が０．５よりも高い場合、この可動電極の位置は、直流電圧を印加すると、平衡状態から離れるように徐々に変位し（Ｔ１からＴ２）、ピーク（Ｔ２）に達した後、徐々に平衡状態に戻るように徐々に変位する（Ｔ２からＴ３）。
【００８２】
第１実施形態と同様に、出力信号評価部１３２は、自己診断モードの期間に出力される出力信号に基づいて、可動電極の平衡状態からの変位レベルＤ（ｎ）を繰り返し測定する。また、出力信号評価部１３２は、測定した各変位レベルＤ（ｎ）について、閾値Ｄｔｈを下回ったか否かを判定する。変位レベルＤ（ｎ）が閾値Ｄｔｈを下回った場合、出力信号評価部１３２は、停止信号を診断信号生成部２３１に出力する。
【００８３】
図８は、第２実施形態に係る自己診断処理の一例を示すフローチャートである。図８は、自己診断モードが開始された場合を示している。図４と異なる点を中心に説明する。
【００８４】
まず、診断信号生成部２３１は、変位信号の出力を開始する（ステップＳ２０１）。次に、診断信号生成部２３１は、ｎを１インクリメントする（ステップＳ２０２）。次に、出力信号評価部１３２は、検出信号に応じて加速度センサ２０１から信号検出部１０２を介して出力された出力信号レベルＤ（ｎ）を取得する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３では、出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）を取得した時刻、すなわち経過時間ｔ（ｎ）を取得する。
【００８５】
ステップＳ１０４〜Ｓ１１２の処理は、図４と同様である。なお、出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）が出力信号レベルＤ（ｎ−１）を超えると判定した場合（ステップＳ１０４でｎｏ）、処理をステップＳ２０２に戻す。出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）が閾値Ｄｔｈ以上であると判定した場合（ステップＳ１０７でｎｏ）、処理をステップＳ２０２に戻す。出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）が閾値Ｄｔｈより小さいと判定した場合（ステップＳ１０７でｙｅｓ）、ステップＳ２０３で取得した出力信号レベルＤ（ｎ）の経過時間ｔ（ｎ）を、周期時間ｔｓに設定する。出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）が閾値Ｄｔｈより小さいと判定した場合（ステップＳ１０７でｙｅｓ）、停止信号を診断信号生成部２３１に出力する。このタイミングに限定されず、出力信号評価部１３２は、Ｓ１０７から本フローチャートの終了までの間に停止信号を出力すればよい。
【００８６】
以上、本発明の第２実施形態について説明した。第２実施形態に係る加速度センサシステムは、第１実施形態と同様の効果に加え、次の効果を得ることができる。加速度センサシステムは、自己診断モードの開始後、変位信号を連続的に可動電極に印加するとともに、可動電極の変位を連続的に測定する。これにより、ピーク値や周期時間などのセンサ特性の評価精度及び診断精度を向上することができる。第１実施形態の加速度センサシステムでは、自己診断モードにおいて、変位期間と検出期間が時分割され、可動電極の変位が間欠的に検出される。
【００８７】
［第３実施形態］
第１実施形態及び第２実施形態の加速度センサシステムは、共振周波数に係る特性（ピーク値及び周期時間）を使って自己診断を行う。第３実施形態は、共振周波数に係る特性としてＱ値を測定して、これを用いて自己診断を行うことで、加速度センサの診断精度を向上する。第１実施形態及び第２実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８８】
まず、Ｑ値の導出方法について説明する。図９は、診断信号を印加した場合の可動電極の変位の一例を説明する図である。
【００８９】
可動電極変位ｘ（ｔ）は、例えば式（１）に従って変化する。ｆ０は加速度センサの共振周波数を表し、Ｑは可動電極のＱ値を表し、ｔは自己診断信号Ｓ８の印加の開始からの経過時間を表し、ｘ０は比例定数を表す。ｔ１（＝０）では、可動電極変位ｘは０である。
【００９０】
【数１】
2017072897.tif 000003
【００９１】
ｔ２では、可動電極変位ｘはピークに達する。このときのｔ２及び可動電極変位ｘは、それぞれ、例えば式（２）及び式（３）で表される。
【００９２】
【数２】
2017072897.tif 000004
【００９３】
【数３】
2017072897.tif 000005
【００９４】
さらに時間が経過すると、可動電極変位ｘは０に向かって戻り始める。ｔ３では、可動電極変位ｘは、自己診断開始時の位置０に最も近づく。このときのｔ３及び可動電極変位ｘは、それぞれ、例えば式（４）及び式（５）で表される。
【００９５】
【数４】
2017072897.tif 000006
【００９６】
【数５】
2017072897.tif 000007
【００９７】
式（４）から分かるように、ｔ３は，ｆ０およびＱに応じて変化する。ただし、ｔ３は、Ｑが５以上のとき、ほぼ共振周波数ｆ０の逆数に等しくなる。このような関係に基づいて、時間ｔ３から共振周波数ｆ０を導出することができる。また、式（５）から分かるように、ｔ３における可動電極変位ｘは、Ｑに応じて変化する。このような関係に基づいて、ｔ３における可動電極変位ｘからＱ値を導出することができる。
【００９８】
図４又は図８を参照しながら、自己診断部１３０の処理を説明する。
【００９９】
出力信号評価部１３２は、ステップＳ１０７において、可動電極変位ｘが極小に達したか否かを判定する。例えば、出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）の微分値を算出し、微分値が０であるか否かを判定する。あるいは、出力信号評価部１３２は、前回の出力信号レベルＤ（ｎ−１）の微分値が負の値であり且つ今回の出力信号レベルＤ（ｎ）の微分値が正の値であるか否かを判定してもよい。出力信号評価部１３２は、出力信号レベルＤ（ｎ）の微分値が０である、又は前回の微分値が負であり且つ今回の微分値が正であると判定した場合、処理をステップＳ１０８に進め、この場合以外は、処理をステップＳ１００又はステップＳ２０２に戻す。
【０１００】
出力信号評価部１３２は、ステップＳ１０８において、極小に達したと判定した可動電極変位ｘの経過時間ｔ（ｎ）を、周期時間ｔｓに設定する。ｔｓは、上述の式（５）におけるｔ３に相当する。Ｄ（ｎ）は、上述の式（５）における可動電極変位ｘ（ｔ３）に相当する。また、出力信号評価部１３２は、Ｑ値を算出する。出力信号評価部１３２は、例えば、出力信号評価部１３２により算出されたｔ３における可動電極変位ｘを上述の式（５）に代入して、Ｑを算出する。
【０１０１】
なお、出力信号評価部１３２は、可動電極変位ｘが極小に達したと判定した場合、停止信号を診断信号生成部に出力する。このタイミングに限定されず、出力信号評価部１３２は、Ｓ１０７から本フローチャートの終了までの間に停止信号を出力すればよい。
【０１０２】
解析部１３３は、ステップＳ１０９及びＳ１１０に加えて、上述のように算出されたＱ値が、正常範囲に含まれるか否かを判定する。解析部１３３は、Ｑ値が正常範囲に含まれないと判定した場合、加速度センサが異常である（故障している）と判定する。解析部１３３は、例えば、診断結果Ｓ５として、センサが故障していることを示す情報を外部装置に出力する。診断結果Ｓ５は、Ｑ値を含んでいてもよい。解析部１３３は、ピーク値、周期時間、及びＱ値が全て対応する正常範囲に含まれる判定した場合、例えば、診断結果Ｓ５として、センサが正常であることを示す情報を外部装置に出力する。診断結果Ｓ５は、Ｑ値を含んでいてもよい。解析部１３３は、診断結果Ｓ５を出力しなくてもよい。
【０１０３】
以上、本発明の第３実施形態について説明した。第３実施形態に係る加速度センサシステムは、自己診断モードの開始後、可動電極の変位が極小に達した場合に、自己診断信号を停止する。これにより、第１実施形態及び第２実施形態のように出力信号レベルと所定値を比較する場合と比べて、可動電極が平衡状態又はその近辺に戻ったタイミングをより精度よく判定し、可動電極の振動の停止をより正確に制御し、かつ、自己診断の時間を短縮することができる。また、加速度センサシステムは、共振周波数に係る特性として、ピーク値及び周期時間に加えてＱ値を測定して、これを用いて自己診断を行う。これにより、加速度センサの診断精度を向上することができる。
【０１０４】
本発明は、上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【０１０５】
上述の各実施形態の加速度センサシステムは、可動電極の共振の１周期を測定し、その１周期のピーク値等の特性に基づいて診断を行う。もちろん、加速度センサシステムは、Ｎ周期（Ｎは１より大きい整数）における可動電極のピーク値等の特性を測定してもよい。この場合、自己診断時間は長くなるが、特性をより正確に測定することができる。
【０１０６】
上述の第３実施形態の加速度センサシステムは、可動電極変位ｘが極小に達したか否かを判定する一方で、Ｑ値を算出しなくてもよい。また、第３実施形態の加速度センサシステムは、ピーク値、周期時間、及びＱ値のうち少なくとも１つを評価してもよい。第１実施形態及び第２実施形態の加速度センサシステムは、ピーク値、及び周期時間の少なくとも１つを評価してもよい。
【０１０７】
上述の各実施形態の加速度センサシステムは、１つの加速度センサを含む。もちろん、加速度センサシステムは、複数の加速度センサを含んでもよい。この場合、加速度センサシステムは、複数の加速度センサについて自己診断を行えばよい。また、複数の加速度センサを複数のグループに分け、加速度センサシステムは、時分割により各グループに対して異なるタイミングで自己診断を実行してもよい。このようにすれば、システム全体を停止することなく加速度を計測することができる。
【０１０８】
図４及び図８で示したフローチャートの処理単位は、自己診断処理を理解容易にするために、主な処理内容に応じて分割したものである。処理単位の分割の仕方や名称によって、本願発明が制限されることはない。自己診断処理は、処理内容に応じて、さらに多くの処理単位に分割することもできる。また、１つの処理単位がさらに多くの処理を含むように分割することもできる。さらに、本発明の目的及び効果を達成できるのであれば、上記のフローチャートの処理順序も、図示した例に限られるものではない。
【０１０９】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した各実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明が、必ずしも説明した全ての構成要素を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を、他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に、他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１１０】
上記した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現されてもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリーや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１０１…加速度センサ、１０２…信号検出部、１１０…サーボ制御部、１２０…検出信号生成部、１３０…自己診断部、１３１…診断信号生成部、１３２…出力信号評価部、１３３…解析部、１４０…出力部、１４１…加速度出力部、１４２…解析部、１５０…モード切替部、２０１…加速度センサ、２２０…検出信号生成部、２３１…診断信号生成部、２５０…モード切替部、１０１１ａ…固定電極、１０１１ｂ…固定電極、１０１３…可動電極、２０１１ａ…固定電極、２０１１ｂ…固定電極、２０１２ａ…固定電極、２０１２ｂ…固定電極、２０１３…可動電極、Ｓ１…出力信号、Ｓ２…信号、Ｓ３…加速度情報、Ｓ４…解析情報、Ｓ５…診断結果、Ｓ６…サーボ信号、Ｓ６ａ…サーボ信号、Ｓ６ｂ…サーボ信号、Ｓ７…検出信号、Ｓ７ａ…検出信号、Ｓ７ｂ…検出信号、Ｓ８…自己診断信号、Ｓ８ａ…自己診断信号、Ｓ８ｂ…自己診断信号、Ｓ８ｃ…変位信号、Ｓ８ｄ…変位信号、Ｓ８ｅ…検出信号、Ｓ８ｆ…検出信号
【図１】
2017072897.tif 000008
【図２】
2017072897.tif 000009
【図３】
2017072897.tif 000010
【図４】
2017072897.tif 000011
【図５】
2017072897.tif 000012
【図６】
2017072897.tif 000013
【図７】
2017072897.tif 000014
【図８】
2017072897.tif 000015
【図９】
2017072897.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月25日(2016.11.25)
【手続補正１】
【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】
加速度センサシステムであって、
可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力するセンサと、
前記センサを診断するための自己診断信号を前記センサに出力する自己診断部と、を有し、
前記自己診断部は、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号を出力し、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断部は、前記出力信号のレベルを複数回測定し、前記レベルが所定の閾値に達したか否かを判定し、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断部は、前記レベルがピーク値に達した後、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力を停止する
加速度センサシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の加速度センサシステムであって、
前記所定の閾値は、前記レベルの極小値である
加速度センサシステム。
【請求項３】
加速度センサシステムであって、
可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力するセンサと、
前記センサを診断するための自己診断信号を前記センサに出力する自己診断部と、
加速度の測定を行うための第１のモードと、
自己診断を行うための第２のモードと、
前記第１のモードと前記第２のモードとを相互に切り替えるモード切替部と、を有し、
前記自己診断部は、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号を出力し、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力を停止し、
前記モード切替部は、前記自己診断信号の出力が停止した場合に、前記第２モードを前記第１のモードに切り替える
加速度センサシステム。
【請求項４】
加速度センサシステムであって、
可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力するセンサと、
前記センサを診断するための自己診断信号を前記センサに出力する自己診断部と、
前記出力信号を得るための検出信号を前記センサに出力する検出信号生成部と、
サーボ制御のためのサーボ信号を前記センサに出力するサーボ制御部と、
前記検出信号及び前記サーボ信号が出力される第１のモードと、
前記自己診断信号が出力される第２のモードと、を有し、
前記自己診断部は、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号を出力し、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断部は、前記第２のモードにおいて、前記変位信号と前記検出信号とを交互に含む前記自己診断信号を出力し、前記検出信号に応じて得られた前記出力信号のレベルに応じて、前記自己診断信号の出力を停止する
加速度センサシステム。
【請求項５】
加速度センサシステムであって、
可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力するセンサと、
前記センサを診断するための自己診断信号を前記センサに出力する自己診断部と、
前記出力信号を得るための検出信号を前記センサに出力する検出信号生成部と、
サーボ制御のためのサーボ信号を前記センサに出力するサーボ信号生成部と、
前記検出信号及び前記サーボ信号が出力される第１のモードと、
前記検出信号及び前記自己診断信号が出力される第２のモードと、を有し、
前記自己診断部は、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号を出力し、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断部は、前記第２のモードにおいて、前記検出信号に応じて得られた前記出力信号のレベルに応じて、前記自己診断信号の出力を停止する
加速度センサシステム。
【請求項６】
加速度センサシステムであって、
可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力するセンサと、
前記センサを診断するための自己診断信号を前記センサに出力する自己診断部と、を有し、
前記自己診断部は、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号を出力し、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断部は、前記出力信号のレベルを複数回測定し、前記レベルが所定の閾値に達したか否かを判定し、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断信号の出力の開始後、前記レベルが前記所定の閾値に達するまでの時間を測定し、前記測定した時間と所定の時間範囲とを比較することにより、前記センサが正常か否かを判定する
加速度センサシステム。
【請求項７】
加速度センサシステムであって、
可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力するセンサと、
前記センサを診断するための自己診断信号を前記センサに出力する自己診断部と、を有し、
前記自己診断部は、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号を出力し、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断部は、
前記出力信号のレベルを複数回測定し、前記レベルが所定の閾値に達したか否かを判定し、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断信号の出力の開始後、前記レベルのピーク値を測定し、前記ピーク値と所定の値範囲とを比較することにより、前記センサが正常か否かを判定する
加速度センサシステム。
【請求項８】
加速度センサシステムであって、
可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力するセンサと、
前記センサを診断するための自己診断信号を前記センサに出力する自己診断部と、を有し、
前記自己診断部は、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号を出力し、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断部は、
前記出力信号のレベルを複数回測定し、前記レベルが所定の閾値に達したか否かを判定し、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力を停止し、
前記自己診断信号の出力の開始後、前記レベルが前記所定の閾値に達するまでの時間を測定し、前記測定した時間に基づいて前記センサのＱ値を算出し、前記Ｑ値と所定の値範囲とを比較することにより、前記センサが正常か否かを判定する
加速度センサシステム。
【請求項９】
可動電極の変位に応じて静電容量変化を表す出力信号を出力する加速度センサの自己診断方法であって、
前記加速度センサを診断するための自己診断信号を前記加速度センサに出力する自己診断工程を含み、
前記自己診断工程では、前記可動電極を変位させるための変位信号を含む前記自己診断信号が出力され、前記出力信号のレベルに応じて前記自己診断信号の出力が停止され、
前記自己診断工程では、前記出力信号のレベルを複数回測定し、前記レベルが所定の閾値に達したか否かを判定し、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力が停止され、
前記自己診断工程では、前記レベルがピーク値に達した後、前記レベルが前記所定の閾値に達した場合に、前記自己診断信号の出力が停止される
自己診断方法。
【国際調査報告】
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