(57)【要約】【課題】  車両の水平状態の有無に関わらず任意のタイミングで加速度センサの経年変化や温特に伴うゼロ点ドリフトを補正することができ、また、補正に際しての車両信号への依存を最小限に留め、センサ単体でも補正処理をほぼ完結できる機能を有した車両用加速度センサシステムを提供する。【解決手段】センサシステムの工場出荷時等において、検知用コンデンサ１０ａ，１０ｂの電荷出力変化に基づき加速度信号を出力する電荷電圧変換回路２１の負帰還コンデンサ２１ｂの両端を短絡させ、その状態で測定した加速度信号生成回路のオフセット出力の標準値を、標準オフセット出力値として記憶しておく。そして、センサ使用中における予め定められたチェックタイミングにて負帰還コンデンサ２１ｂの両端を短絡状態とし、該状態での信号処理回路のオフセット出力をカレントオフセット出力値として検出し、標準オフセット出力値と該カレントオフセット出力値との比較に基づいて加速度信号のゼロ点補正を行なう。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の固定電極と第二の固定電極との間に可動電極を配置した構造をし、前記第一の固定電極と前記可動電極とが形成する第一のコンデンサと、前記可動電極と前記第二の固定電極とが形成する第二のコンデンサとが直列接続されるとともに、加速度印加による前記可動電極の変位に基づいて前記第一のコンデンサと前記第二のコンデンサとの静電容量を連動変化させる検知用コンデンサと、
前記加速度可動電極の出力に基づく前記検知用コンデンサの容量変化を電圧変換して出力する電荷電圧変換回路と、
前記検知用コンデンサの前記第一の固定電極と第二の固定電極との間に検知用バイアス電圧を印加する検知用バイアス電圧印加手段と、
前記検知用コンデンサに前記検知用バイアス電圧を印加した状態において前記可動電極に、前記第一の固定電極と第二の固定電極との間における加速度非検知状態に対応した中立位置から、加速度検知方向に強制的に変位させるための変位バイアス電圧を印加した後、当該変位バイアス電圧の印加を解除する振動サイクルを定常的に反復し、前記可動電極を前記加速度検知方向に強制振動させる強制振動手段と、
前記可動電極に前記強制振動を定常的に加えた状態において、前記振動サイクルにおける前記変位バイアス電圧の印加解除期間において選択的に、前記電荷電圧変換回路の出力を加速度検知のためにサンプリングするサンプリング手段と、
該サンプリング結果に基づいて加速度信号を生成・出力する加速度信号生成出力手段と、
を有することを特徴とする加速度センサシステム。
【請求項２】
前記強制振動手段は、加速度が印加されない状態において、前記変位バイアス電圧の印加解除期間から、次の変位バイアス電圧の印加期間に切り替わる直前の前記電荷電圧変換回路の出力が、前記振動サイクルの反復に伴い漸増した後、一定出力に安定するものとなるように、前記変位バイアス電圧の印加解除期間の長さが定められている請求項１記載の加速度センサシステム。
【請求項３】
前記検知用バイアス電圧印加手段は、前記振動サイクルの前記変位バイアス電圧の印加解除期間において、前記検知用バイアス電圧の極性を第一の極性とする第一の期間と、該第一の期間に続く形で前記極性をそれとは逆の第二の極性とする第二の期間とを設定し、
前記サンプリング手段は、前記第一の期間内にて第一のサンプリングを行い、次いで前記第二の期間内にて第二のサンプリングを行なうものであり、
前記加速度信号生成出力手段は、前記電荷電圧変換回路の出力のそれら２つのサンプリング値の差分に基づいて前記加速度信号を生成・出力するものである請求項１または請求項２に記載の加速度センサシステム。
【請求項４】
前記検知用バイアス電圧印加手段は、前記検知用バイアス電圧の極性を第一の極性とする第一の期間と、該第一の期間に続く形で前記極性をそれとは逆の第二の極性とする第二の期間とを設定し、
前記強制振動手段は、前記第一の期間内にて前記変位バイアス電圧の印加期間を開始し、かつ、前記第一の期間が終了する前に前記印加期間を前記印加解除期間に切り替えるものであり、
前記サンプリング手段は、前記印加解除期間に切り替わった後の、前記第一の期間の残余期間内にて前記第一のサンプリングを行い、次いで前記第二の期間内にて第二のサンプリングを行なうものである請求項３記載の加速度センサシステム。
【請求項５】
前記検知用バイアス電圧印加手段は、前記第一の期間を前記第二の期間よりも長く設定する請求項４記載の加速度センサシステム。
【請求項６】
前記サンプリング手段は、前記印加解除期間に切り替わった後、一定の待機時間経過後に前記第一のサンプリングを行なう請求項４又は請求項５に記載の加速度センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両制御に使用される静電容量式の加速度センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平６−７４９６８号公報
【特許文献２】特開２０００−８１４４９号公報
【０００３】
静電容量式の加速度センサは、特許文献１及び特許文献２に開示されているごとく、車両制御用等に広く使用されている。この種の加速度センサは、電極板間距離が可変の検知用コンデンサを有し、加速度印加による電極板間距離の変化に基づくコンデンサの電荷蓄積状態を、電荷電圧変換回路により電荷／電圧変換することにより、加速度信号として出力するものである。
【０００４】
静電容量式加速度センサは、近年、小型化とアセンブリ工程の簡略化を計るため、加速度検知用の慣性変位体や検知用コンデンサの櫛歯電極などを、シリコン基板のマイクロマシニング技術により一体形成することが行われている。しかし、センサ構成要素が上記のように微細化するに伴い、慣性変位体をフレームに連結する梁部の折れや、電極への微細な異物の噛み込みなどによる動作不良も生じやすくなる。特許文献１及び特許文献２には、こうした動作不良等に対する自己診断機能を備えた容量式加速度センサが開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１及び特許文献２の技術では、いずれも自己診断中は加速度検知を休止しなければならなず、自己診断のために検知コンデンサへ印加する擬似加速度印加も間欠的又は不定期となる。例えば、折れや異物詰まりなどの影響により、可動電極の変位剛さに異常が生じた場合、自己診断モードでは可動電極に強制変位を与えるからその検出は容易であるが、加速度検知モードでは、外部から大きな加速度が加わらない限り可動電極に有効な変位が生じず、仮に異常が生じていても、その発見が困難になる欠点がある。
【０００６】
また、自己診断モードにて擬似加速度を印加されると、検知コンデンサの可動電極には中立点から強制的な変位が加わるから、擬似加速度を印加しない加速度検知モードに切り替えた際に、自己診断モードでの電極強制変位による影響が減衰振動的に一定期間引きずられ、電荷電圧変換回路のゼロ点がなかなか安定しなくなる。その結果、加速度検出の精度が低下する問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、センサの異常発生を常時高感度にて監視することができ、また、加速度検出の精度も高めることができる静電容量式の加速度センサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明の加速度センサシステムは、
第一の固定電極と第二の固定電極との間に可動電極を配置した構造をし、第一の固定電極と可動電極とが形成する第一のコンデンサと、可動電極と第二の固定電極とが形成する第二のコンデンサとが直列接続されるとともに、加速度印加による可動電極の変位に基づいて第一のコンデンサと第二のコンデンサとの静電容量を連動変化させる検知用コンデンサと、
加速度可動電極の出力に基づく検知用コンデンサの容量変化を電圧変換して出力する電荷電圧変換回路と、
検知用コンデンサの第一の固定電極と第二の固定電極との間に検知用バイアス電圧を印加する検知用バイアス電圧印加手段と、
検知用コンデンサに検知用バイアス電圧を印加した状態において可動電極に、第一の固定電極と第二の固定電極との間における加速度非検知状態に対応した中立位置から、加速度検知方向に強制的に変位させるための変位バイアス電圧を印加した後、当該変位バイアス電圧の印加を解除する振動サイクルを定常的に反復し、可動電極を加速度検知方向に強制振動させる強制振動手段と、
可動電極に強制振動を定常的に加えた状態において、振動サイクルにおける変位バイアス電圧の印加解除期間において選択的に、電荷電圧変換回路の出力を加速度検知のためにサンプリングするサンプリング手段と、
該サンプリング結果に基づいて加速度信号を生成・出力する加速度信号生成出力手段と、を有することを特徴とする。
【０００９】
上記本発明の構成においては、特許文献１あるいは２のように、自己診断モードと加速度検知モードとを期間的に区別するようなことはせず、加速度検知にかかる通常の使用モードにおいて、検知用コンデンサの可動電極を、中立位置から加速度検知方向に強制的に変位させるための変位バイアス電圧を印加した後、当該変位バイアス電圧の印加を解除する振動サイクルを定常的に反復する点に特徴がある。つまり、従来は、自己診断期間を別途設けて、その自己診断期間中だけ間欠的に可動電極に擬似加速度を印加するようにしていたのであるが、本発明ではその自己診断期間を排除し、通常の加速度検出期間において、上記の強制振動により可動電極に、いわば定常的に擬似加速度をバイアス的に印加し続けるのである。ただし、変位バイアス電圧により可動電極に変位力が加わっている間は加速度検出を行なうことができないから、変位バイアス電圧印加の解除期間、つまり強制変位力が加わっていない期間を狙って加速度検出のサンプリングを行なうようにする。
【００１０】
その結果、加速度検出中においても、可動電極には常にバイアス変位が生じているから、折れや異物詰まりなどの影響により可動電極の変位剛さに異常が生じると、加速度出力にはそれに由来した変動が直ちにかつ顕著に現われ、異常発生に対する検知感度と常時監視性が大幅に高められる。
【００１１】
また、従来の構成では、前述のごとく、擬似加速度を印加しない加速度検知モードに切り替えた際に、強制変位解除に伴う可動電極の減衰振動が、センサのゼロ点変動に影響する問題があった。本発明においても、強制変位力を解除すれば可動電極は減衰振動を起すのであるが、その減衰振動の振幅があまり下がらないうちに次の強制変位を加える点に大きな違いがある。その結果、加速度検知を行なうための、変位バイアス電圧の印加解除期間だけを取り出すと、その期間は、残留した減衰振動により加速度が見かけ上バイアスされているように見える。つまり、本発明では、従来は検知精度向上の観点からはできるだけ排除するのが是とされていた、強制変位解除に伴う可動電極の過渡的な減衰振動をむしろ積極的に利用し、加速度バイアスの形で安定化させるのである。その結果、センサ出力のゼロ点がより安定し、加速度検知精度も向上することができる。
【００１２】
前述の強制振動手段は、変位バイアス電圧の印加解除期間の長さを適当に定めることで、加速度が印加されない状態において、変位バイアス電圧の印加解除期間から、次の変位バイアス電圧の印加期間に切り替わる直前の電荷電圧変換回路の出力が、振動サイクルの反復に伴い漸増した後、一定出力に安定化させることができる。上記のような構成の加速度センサを立ち上げると、可動電極に振動サイクルを加え始めた初期段階では、センサシステムの回路や筐体に生じている浮遊容量に基づく静電的な帯電状態も安定せず、また、回路中の演算増幅器などの能動素子の特性も過渡的な状態にある、その結果、可動電極に対する加速度バイアス状態（ひいてはセンサ出力のゼロ点）も過渡的な変動を受ける。しかし、振動サイクルを繰り返してゆくと、加速度バイアス状態は次第に定常状態に近づき、センサ出力のゼロ点も安定化する。この安定化した状態で加速度検知のサンプリングを行なうようにすれば、加速度検知の精度をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に、本発明の加速度センサシステムに用いる静電容量式センサ部の構成の一例を示す。該センサ部は、センサエレメント１０および検出回路２０から構成されている。センサエレメント１０は、加速度を感知して変位を生ずる慣性変位体２ｃが、梁部２ｂを介してアンカ部２ａにより、センサフレームとして機能する基板１に結合されている。慣性変位体２ｃには可動電極２ｄが一体化され、これと対向する形で基板１上には固定電極３，４が形成されている。慣性変位体２ｃ、梁部２ｂ、アンカ部２ｂ及び可動電極２ｄ，２ｄは一体の梁構造体２を形成している。
【００１４】
本実施形態において梁構造体２は全体が板状に形成されている。慣性変位体２ｃは長方形状であり、梁部２ｂは、慣性変位体２ｃの各角部から短辺方向に延出する形で形成され、その末端がアンカ部２ａとされている。慣性変位体２ｃの１対の長辺上には、それぞれ複数の可動電極２ｄが一定の間隔で櫛歯状に配置されている。一方、基板１側の固定電極３，４は、各可動電極２ｄの両側に対をなす形で対向配置されている。梁構造体２は一体の導体であり、個々の可動電極２ｄの電位は同一となる。また、各可動電極２ｄの第一側に対向する固定電極３の組同士、及び第二側に対向する固定電極４の組同士がそれぞれ、組間では互いに絶縁された形で基板１上にて共通結線されている。これにより、固定電極３同士及び固定電極４同士がそれぞれ同一電位となる。
【００１５】
このような電極配置により、図２に示すように、可動電極２ｄを共通電極として、各固定電極３，４は直列接続された１対の検知用コンデンサ１０を形成することとなる。そして、可動電極２ｄと固定電極３，４との対向方向（図１では慣性変位体２ｃの長辺方向）が加速度検出方向（図１中のＤ１，Ｄ２）となる。検出方向の加速度がセンサ部に加わると、その慣性力により慣性変位体２ｃは梁部２ｂを弾性的に撓み変形させながら変位し、加速度の大小に応じて可動電極２ｄと固定電極３，４との対向間隔、すなわち検知用コンデンサ１０の静電容量が変化する。従って、検知用コンデンサ１０に検知用のバイアス電圧を印加しておけば、検知用コンデンサ１０の静電容量変化が蓄積電荷状態の変化となって現われるので、図２に示すようにこれを電荷電圧変換回路２１により電圧変換することで加速度信号Ｖｓとして出力することができる。
【００１６】
なお、梁構造体２と基板１とを要部とするセンサ部は、櫛歯状の電極構造などとともに、高エネルギープラズマエッチング等のドライエッチング技術によるＳｉ基板の微細加工により、一体の構造体としてワンチップ化されている（いわゆるＭＥＭＳ（Micro-Electro Mechanical Systems）技術の典型的な応用例である）。
【００１７】
以下、図２により、検出回路２０の構成をさらに詳細に説明する。検出回路２０は、電荷電圧変換回路２１、信号処理回路２２、制御信号発生回路２４及びマイコン５３を要部とするものである。電荷電圧変換回路２１は、電荷検出用の負帰還コンデンサ２１ｂを備えた演算増幅器２１ａからなり、可動電極２ｄが該演算増幅器２１ａの反転入力端子に接続されている。これにより、検知用コンデンサ１０の電荷出力変化が反転入力され、電圧変換した形で加速度信号として出力する。また、負帰還コンデンサ２１ｂの蓄積電荷を放電させる放電スイッチ２１ｃが設けられている。本実施形態では、負帰還コンデンサ２１ｂの両端を短絡する短絡経路２１ｓが設けられ、その短絡経路２１ｓ上に放電スイッチ２１ｃが設けられている。
【００１８】
信号処理回路２２は、サンプルアンドホールド回路（以下、Ｓ＆Ｈ回路ともいう）２２ａ、増幅回路（ＡＭＰ）２２ｂ及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）回路２２ｃから構成されている。Ｓ＆Ｈ回路２２ａは、電荷電圧変換回路２１の出力電圧をサンプリングして一定期間保持し直前の出力電圧との差分を出力する。増幅回路２２ｂは、Ｓ＆Ｈ回路２２ａの出力電圧を所定の感度まで増幅するものである。また、ローパスフィルタ回路２２ｃは、増幅回路２２ｂの加速度出力電圧から所定の周波数帯域の成分のみを取り出す役割を果たす。なお、Ｓ＆Ｈ回路２２ａは、ボルテージフォロワを構成する演算増幅器２２１ａ，２２１ｂと、スイッチ２２１ｂと、コンデンサ２２１ｃとにより周知の構成とされている。該信号処理回路２２と電荷電圧変換回路２１とが加速度信号生成回路を構成する。
【００１９】
制御信号発生回路２４は、周期的に極性反転する検知用バイアス電圧を検知用コンデンサ１０の両端に与えるためのパルス搬送波信号Ｐ１，Ｐ２と、加速度信号のサンプリングのために、スイッチ２２１ｂを駆動するためのスイッチ駆動信号Ｓ２と、電荷電圧変換回路２１の負帰還コンデンサ２１ｂの電荷を必要に応じて周期的に放電させるために、放電スイッチ２１ｃを駆動するスイッチ駆動信号Ｓ１とを、クロック回路２５からのクロック信号ＣＫに基づいて発生するものであり、周知のパルスカウンタ回路にて構成されている。
【００２０】
上記の制御信号発生回路２４は、次の各手段を構成するものである。
検知用バイアス電圧印加手段：検知用コンデンサ１０の第一の固定電極３と第二の固定電極４との間に検知用バイアス電圧を印加する。
強制振動手段：  検知用コンデンサ１０に検知用バイアス電圧Ｖ（反転時は−Ｖ）を印加した状態において可動電極２ｄに、第一の固定電極３と第二の固定電極４との間における加速度非検知状態に対応した中立位置から、加速度検知方向に強制的に変位させるための変位バイアス電圧を印加した後、当該変位バイアス電圧の印加を解除する振動サイクルを定常的に反復し、可動電極２ｄを加速度検知方向に強制振動させる。本実施形態では、図３に示すように、変位バイアス電圧の印加期間θ１と印加解除期間θ２との切り替えを、電荷電圧変換回路２１の演算増幅器２１ａの非反転入力端子を介して仮想短絡により可動電極２ｄに印加されるバイアス電圧レベルの切り替えにより行なっている。この方法によると、演算増幅器２１ａの介在により、印加するバイアス電圧レベルの安定化を図ることができる。本実施形態では、演算増幅器２１ａの非反転入力端子への入力電圧がＶのとき、可動電極２ｄへはＶ／２の変位バイアス電圧が印加され、同じく入力電圧がＶ／２のときは可動電極２ｄへの変位バイアス電圧の印加が解除される。スイッチ回路２３は、各電圧の入力経路上に設けたスイッチ２３ａとスイッチ２３ｂとからなり、制御信号発生回路２４からのスイッチ駆動信号Ｓ３（インバータ２３ｃにより一方は反転される）により、各入力電圧（Ｖ，Ｖ／２）が、前述の期間θ１及びθ２の組を１周期として交互に切り替えられる。
【００２１】
また、マイコン５３は、信号処理回路２２からの加速度信号Ｖｇを入力するＡ／Ｄ変換ポートＡＤ１を有する。また、加速度信号Ｖｇを出力する信号出力ポートＤ１と、異常検知信号ＶＤを出力する信号出力ポートＤ２も有する。
【００２２】
上記構成による角速度センサシステムの作動を、図３に示す信号波形図を参照して説明する。制御信号発生回路２４から出力される検知用バイアス電圧Ｖ，−Ｖを与える搬送波信号Ｐ１，Ｐ２は、図２に示すように、４つの期間（φ１〜φ４）でハイレベル（Ｈｉ）とローレベル（Ｌｏ）とが変化する一定振幅（電圧振幅：Ｖ）の矩形波パルス信号となっており、搬送波信号Ｐ２は、搬送波信号Ｐ１に対して電圧レベルが反転した信号となっている。
【００２３】
期間φ４、φ１及びφ２では、搬送波信号Ｐ１は閾値より低い第二レベル（以下、「Ｌ」と記す）となり、搬送波信号Ｐ２は閾値より高い第一レベル（以下、「Ｈ」と記す）となる。つまり、第一の固定電極３側の電位が高くなるように、＋Ｖの検知用バイアス電圧が検知用コンデンサ１０に印加される。期間φ３では検知用バイアス電圧の極性が反転するように、搬送波信号Ｐ１はＨとなり、搬送波信号Ｐ２はＬとなる。期間φ１では、制御信号発生回路２４からのスイッチ駆動信号Ｓ１により放電スイッチ２１ｃは閉となる。これにより、演算増幅器２１ａの非反転入力端子にはＶ／２の電圧が印加され、可動電極２ｄにＶ／２の電圧が印加されるとともに、コンデンサ２１ｂの電荷が放電される。このとき電荷電圧変換回路２１の出力ＶｓはＶ／２にリセットされる。
【００２４】
仮に検知用コンデンサ１０ａの容量Ｃ１と検知用コンデンサ１０ｂの容量Ｃ２とが、Ｃ１＞Ｃ２の関係を満たしていれば、固定電極３側がＬになる期間φ２では、印加電圧がＬ側の検知用コンデンサ１０ｂのほう分圧電圧が高くなり、可動電極２ｄは正の電荷が多い状態となる（Ｃ１＜Ｃ２ではその逆である）。次に期間φ２においては、検知用コンデンサ１０の検知用バイアス電圧の印加極性は不変であり、他方、スイッチ駆動信号Ｓ１により放電スイッチ２１ｃが開かれる。すると、可動電極２ｄの電荷と負帰還コンデンサ２１ｂとの間で電荷移動が生じ、その電荷バランス状態に応じた電圧値Ｖｇ１が電荷電圧変換回路２１から出力される。この出力値は、規定のタイミングでスイッチ駆動信号Ｓ２によりスイッチ２２１ｂをオン／オフすることにより、Ｓ＆Ｈ回路２２ａにてサンプリングされ保持される。
【００２５】
次に、図３の期間φ３では、搬送波信号Ｐ１，Ｐ２の電圧レベルが反転（Ｐ１がＨ、Ｐ２がＬ）する。放電スイッチ２１ｃはスイッチ駆動信号Ｓ１により開いたままとする。可動電極２ｄの電荷状態は、搬送波信号Ｐ１，Ｐ２の反転により期間φ２とは逆となり、上述したようにＣ１＞Ｃ２の関係を満たす場合には、固定電極２ａ、２ｂへの印加電圧の反転により可動電極２ｄは負の電荷が多い状態となる。しかしながら、可動電極２ｄとコンデンサ２１ｂとの間は閉回路となっており、期間φ１の電荷が保持されているため、電荷量バランスの破れにより可動電極２ｄから溢れ出した電荷がコンデンサ２１ｂに移動して蓄えられる。コンデンサ２１ｂの静電容量が一定であれば、Ｑ＝ＣＶの関係より、上記の電荷移動量に比例した電圧値Ｖｇ２”が電荷電圧変換回路２１から出力される。該期間φ３においても所定のタイミングにて、その値をＳ＆Ｈ回路２２ａにてサンプリングする。そして、期間φ２にてサンプリングした出力値Ｖｇ１と期間φ３にてサンプリングした出力値Ｖｇ２（いずれも、増幅回路２３ｂとＬＰＦ回路２３ｃを通過後のもの）との差分値がマイコン５３内にて演算され、可動電極２ｄの変位に応じた加速度出力値Ｖｇとして出力されることになる。
【００２６】
さて、上記の測定において、検知用コンデンサ１０の可動電極２ｄには、スイッチ駆動信号Ｓ３を受けたスイッチ回路２３により、図３の期間θ１にて変位バイアス電圧が印加され、それに続く期間θ２では変位バイアス電圧の印加が解除される。このθ１＋θ２からなる振動サイクルを定常的に反復し、可動電極２ｄを加速度検知方向に強制振動させている。そして、電荷電圧変換回路２１の出力を加速度検知のためにサンプリングする期間φ２とφ３とは、いずれも変位バイアス電圧の印加解除期間θ２に属している。
【００２７】
つまり、加速度検知にかかる通常の使用モードにおいて、検知用コンデンサ１０の可動電極２ｄに振動の強制変位力を与えた後、その変位力を解除するサイクルが定常的に反復れた状態で、加速度信号のサンプリングが行なわれる。この強制振動により可動電極２ｄには、いわば定常的に擬似加速度がバイアス的に印加される。ただし、変位バイアス電圧の印加期間θ１では、可動電極２ｄに、検出すべき加速度以外の変位力が加わっているので速度検出を行なうことができない。従って、変位バイアス電圧印加が解除される期間θ２を狙って加速度検出のサンプリングを行なうのである。その結果、加速度検出中においても、可動電極２ｄには常にバイアス変位が生じているから、折れや異物詰まりなどの影響により可動電極２ｄの変位剛さに異常が生じると、加速度出力にはそれに由来した変動が直ちにかつ顕著に現われ、異常発生に対する検知感度と常時監視性が大幅に高められる。
【００２８】
図３に示すように、期間θ１で強制変位力を加えると、見かけの加速度が大きくなったことと等価なので、電荷電圧変換回路２１の出力は増加する。他方、期間θ２で強制変位力を解除すれば可動電極２ｄは減衰振動しながら変位を減少させるので、電荷電圧変換回路２１の出力は漸減する。しかし、次の振動サイクルの開始点での出力値を見ればわかるように、その減衰振動の振幅があまり下がらないうちに次の強制変位が加えられる形になっている。その結果、加速度検知を行なう印加解除期間θ２だけを取り出すと、その期間は、残留した減衰振動により加速度が見かけ上バイアスされているように見える。強制変位力解除からサンプリングを行なうまでの時間τを管理すれば、サンプリング時バイアス加速度の値は概ね一定に制御できる。すなわち、加速度強制変位解除に伴う可動電極２ｄの過渡的な減衰振動をむしろ積極的に利用し、加速度バイアスの形で安定化させる効果が達成されている。これにより、センサ出力のゼロ点がより安定し、加速度検知精度も向上することができる。
【００２９】
上記のような方式を採用することで、図３に示すように、加速度が印加されない状態において、印加解除期間θ２から次の印加期間θ１に切り替わる直前の電荷電圧変換回路２１の出力は、振動サイクルの反復に伴い漸増した後、やがて一定値に安定するようになる。図３の最下段に示すように、センサ出力のゼロ点は最初は漸増するが、やがてＶ／２に近い値（これは、変位バイアス電圧の値に等しい）で平衡する。このゼロ点平衡状態で加速度検知のサンプリングを行なうようにすれば、加速度検知の精度をより高めることができる。なお、ＶｇがＶ／２になるように出荷時にオフセット調整をおこなっておくことが望ましい。
【００３０】
検知用バイアス電圧印加手段をなす制御信号発生回路２４は、各信号Ｐ１，Ｐ２、Ｓ１、Ｓ３のタイミングを、図３に示すように、振動サイクルの変位バイアス電圧の印加解除期間θ２において、検知用バイアス電圧の極性を第一の極性とする第一の期間φ４＋φ１＋φ２と、該第一の期間φ４＋φ１＋φ２に続く形で極性をそれとは逆の第二の極性とする第二の期間φ３とを設定している。サンプリング手段をなすＳ＆Ｈ回路２２ａは、信号Ｓ２により、第一の期間φ４＋φ１＋φ２内にて第一のサンプリングσ１を行い、次いで第二の期間φ３内にて第二のサンプリングσ２を行い加速度信号生成出力手段をなすマイコン５３は、電荷電圧変換回路２１の出力の、それら２つのサンプリング値σ１、σ２の差分に基づいて加速度信号Ｖｇを生成・出力する。検知用バイアス電圧の極性を変えて測定した２つの出力値の差分を取ることで、検出回路２０に含まれる浮遊容量等の影響をキャンセルでき、加速度検知の精度を高めることができる。
【００３１】
制御信号発生回路（検知用バイアス電圧印加手段）２４は、より具体的には検知用バイアス電圧の極性を第一の極性とする第一の期間φ４＋φ１＋φ２と、該第一の期間φ４＋φ１＋φ２に続く形で極性をそれとは逆の第二の極性とする第二の期間φ３とを設定している。そして、第一の期間φ４＋φ１＋φ２内にて変位バイアス電圧の印加期間θ１が開始され、かつ、第一の期間φ４＋φ１＋φ２が終了する前に印加期間θ１を印加解除期間θ２に切り替えるようにしている。そして、印加解除期間θ２に切り替わった後の、第一の期間φ４＋φ１＋φ２の残余期間φＬ内にて第一のサンプリングσ１を行い、次いで第二の期間φ３内にて第二のサンプリングσ２を行なっている。このことは、印加期間θ１において、加速度測定（サンプリング）が開始される期間φ１の前に準備期間φ４を設け、ここで印加期間θ１と印加解除期間θ２との切り替えを行なうということでもあり、該切り替えの影響が加速度測定に及びにくくなる利点がある。
【００３２】
この効果は、第一の期間φ４＋φ１＋φ２を第二の期間φ３よりも長く設定することでより高められる。また、前述のごとく、印加解除期間θ２に切り替わった後、一定の待機時間τの経過後に第一のサンプリングσ１を行なうと、強制変位力の解除により可動電極に生ずる振動状態を安定化することができ、より安定した加速度検知を行なうことができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、マイコン５３が、第一のサンプリング値σ１と第二のサンプリング値σ２との差分演算を行う加速度信号生成手段を構成していたが、第一のサンプリング値σ１と第二のサンプリング値σ２とを個別のＳ＆Ｈ回路にてホールドし、各ホールド値を差動増幅回路等で差分演算して加速度信号を生成するなど、マイコンを用いないハードウェア的な加速度信号生成手段を設けるようにしてもよい。この場合、その生成された加速度信号による異常判定を、加速度センサシステム外の判定系で行う場合は、マイコン５３自体を省略することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の加速度センサシステムに用いるセンサ部の構成例を示す模式図。
【図２】本発明の加速度センサシステムの電気的な構成の一例を示す回路図。
【図３】本発明の加速度センサシステムの、動作の一例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
【００３５】
１０  検知用コンデンサ
１０ａ  第一のコンデンサ
１０ｂ  第二のコンデンサ
２１  電荷電圧変換回路
２１ａ  演算増幅器
２１ｂ  負帰還コンデンサ
２１ｃ  放電スイッチ
２２ａ  サンプルアンドホールド回路（サンプリング手段）
２４  制御信号発生回路（検知用バイアス電圧印加手段、強制振動手段）
５３  マイコン（異常判定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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