(57)【要約】【課題】加速度以外の衝撃を受けた場合でも安定して動作し、且つ静止加速度から周波数の高い加速度まで測定できる加速度検出装置を得る。【解決手段】音叉型振動素子２０ａを備えた発振回路２と、音叉型振動素子２０ｂの共振周波数に基づいて発振回路２の出力信号を移相する共振回路５と、発振回路２の出力信号と共振回路５の出力信号の位相を比較する位相比較回路７と、位相比較回路７から出力される位相差信号を直流化して出力するＬＰＦ８と、ＬＰＦ８の出力信号を微分する微分回路９と、を備える。微分回路９は、第１の抵抗に第１の容量と第４の抵抗との並列回路を接続した回路をオペアンプの逆相入力に接続した構成であり、微分回路９の出力信号を加速度検出信号として出力する。【選択図】図１
2009250816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の振動素子を有する発振回路と、
前記発振回路から出力される出力信号を移相する第２の振動素子を有する共振回路と、
前記発振回路から出力される出力信号と前記共振回路から出力される出力信号の位相を
比較する位相比較回路と、
前記位相比較回路から出力される位相差信号の供給を受けるローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタから出力される出力信号を微分する微分回路と、を備え、
前記第１及び第２の振動素子の少なくとも一方が加速度の変化により共振周波数が変動
する加速度検出素子であり、
前記微分回路は、第１の容量と第４の抵抗との並列回路をオペアンプの逆相入力端子に
接続し、該並列回路の他端に第１の抵抗を接続して該微分回路の入力端子とし、前記オペ
アンプの逆相入力端子と該オペアンプの出力端子との間に第２の容量と第３の抵抗との並
列回路を接続したことを特徴とする加速度検出装置。
【請求項２】
前記加速度検出素子が音叉型振動素子であることを特徴とする請求項１に記載の加速度
検出装置。
【請求項３】
前記発振回路と前記共振回路とが移相回路を介して接続されていることを特徴とする請
求項１又は２に記載の加速度検出装置。
【請求項４】
前記移相回路は、９０°移相回路であることを特徴とする請求項３に記載の加速度検出
装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は加速度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、加速度を検出する加速度センサは、次世代の自動車、ロボット、宇宙産業など幅
広い応用を目指して研究、開発が行われている。民生機器向けに開発されている加速度セ
ンサとしては、加速度検知機構を半導体プロセスにより作製したＭＥＭＳ（Micro Electr
o Mechanical Systems）センサが良く知られている。
一方、例えば気体や液体などの圧力の測定を行う圧力センサ等においてはＭＥＭＳセン
サ以外にも音叉型振動子を利用したものが開発されている。
【０００３】
図１１は、特許文献１に開示されている従来の振動式センサ回路の構成を示した図であ
る。図１１に示す従来の振動式センサ回路１００は、センサ部１０１とドライブ回路１０
２により構成される。センサ部１０１はセンサ素子である振動子１０１ａ、アンプ１０１
ｂ、整流回路１０１ｃを有して構成される。振動子１０１ａは、例えばチタン酸ジルコン
酸鉛が組付けられた振動子である。
ドライブ回路１０２は、電圧制御発振器１０２ａ、アンプ１０２ｂ、位相比較器１０２
ｃを有して構成される。このように構成されるセンサ回路１００では、センサ部１０１の
振動子１０１ａがドライブ回路部１０２の電圧制御発振器１０２ａにより駆動される。
ここで、振動子１０１ａが物理的な応力（圧力）を受けると、振動子１０１ａの共振周
波数が変化する。振動子１０１ａの共振周波数が変化すると、ドライブ回路１０２の位相
比較器１０２ｃから出力される出力信号の位相が変動する。これにより、電圧制御発振器
１０２ａの出力信号は振動子１０１ａの共振周波数と一致するように制御され、振動子１
０１ａは応力に応じた共振周波数で振動することになる。よって、ライン１０４または１
０３の出力を検知信号として取り出すことで振動子１０１ａが受けた応力値を検知するこ
とができる。
【特許文献１】実開昭６２−１５５３３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記したような振動式センサ回路１００を加速度センサとして移動物体等に
搭載した場合、移動物体の移動時に受ける加速以外の衝撃により振動子１０１ａの共振周
波数が急激に変動すると、位相比較器１０２ｃの出力信号も急激に変動することになる。
しかしながら、図１１に示す振動式センサ回路１００は、振動子１０１ａの出力に基づ
く位相比較結果を電圧制御発振器１０２ａにフィードバックするＰＬＬ制御構成であるた
め、位相比較器１０２ｃの出力信号が急激に変動した場合は電圧制御発振器１０２ａがＰ
ＬＬ制御に追従することができなくなり、電圧制御発振器１０２ａの発振が停止する不具
合が発生するおそれがあった。このため、従来の振動式センサ回路１００を用いて加速度
の変化を広範囲に亘り検知できる加速検出装置を構成することはできなかった。
本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、広範囲に亘り変化する加速度
を検出することができる加速度以外の衝撃を受けた場合でも安定して動作する加速度検出
装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００６】
［適用例１］第１の振動素子を有する発振回路と、前記発振回路から出力される出力信
号を移相する第２の振動素子を有する共振回路と、前記発振回路から出力される出力信号
と前記共振回路から出力される出力信号の位相を比較する位相比較回路と、前記位相比較
回路から出力される位相差信号の供給を受けるローパスフィルタと、前記ローパスフィル
タから出力される出力信号を微分する微分回路と、を備え、前記第１及び第２の振動素子
の少なくとも一方が加速度の変化により共振周波数が変動する加速度検出素子であり、前
記微分回路は、第１の容量と第４の抵抗との並列回路をオペアンプの逆相入力端子に接続
し、該並列回路の他端に第１の抵抗を接続して該微分回路の入力端子とし、前記オペアン
プの逆相入力端子と該オペアンプの出力端子との間に第２の容量と第３の抵抗との並列回
路を接続したことを特徴とする。
【０００７】
以上の本発明では、第１振動素子を備えた発振回路の出力信号と第１の振動素子とは加
速度方向において対向配置された第２の振動素子を備えた共振回路の出力信号との位相を
位相比較回路で比較し、その位相比較結果をローパスフィルタにより直流化し、さらに微
分回路で微分するようにした。これにより、発振回路に振動子として備えた第１の振動素
子と、共振回路に共振子として備えた第２振動素子とを利用して加速度を検出することが
可能になる。その上、微分回路の改善により、従来測定が不可能であった静止加速度から
動的加速度まで測定できるようになるという効果がある。
【０００８】
［適用例２］前記加速度検出素子が音叉型振動素子であることを特徴とする適用例１に
記載の加速度検出装置である。
【０００９】
以上の本発明によれば、加速度検出素子として音叉型振動素子を用いるので、感度、精
度、温度特性が改善されるという効果がある。
【００１０】
［適用例３］前記発振回路と前記共振回路とが移相回路を介して接続されていることを
特徴とする適用例１又は２に記載の加速度検出装置である。
【００１１】
以上の本発明によれば、発振回路から分岐して出力される出力信号の一方を位相比較回
路の位相特性に併せて移相回路により移相することで、位相比較回路において精度の高い
位相比較を行うことが可能になるという効果がある。
【００１２】
［適用例４］前記移相回路は、９０°移相回路であることを特徴とする適用例３に記載
の加速度検出装置である。
【００１３】
以上の本発明によれば、電圧制御型圧電発振回路から分岐して出力される出力信号の一
方を、位相比較回路の位相特性に併せて９０°移相することで、位相比較回路から出力さ
れる位相差信号により加速度の向き検出することが可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、加速度検出装置の構成を示したブロック図である。この図１に示す加速度検出
装置１は、発振回路２、第１の矩形化回路（波形整形回路）３、９０°移相回路４、共振
回路５、第２の矩形化回路（波形整形回路）６、位相比較回路７、ローパスフィルタ（以
下、ＬＰＦと称する）８、微分回路９、緩衝増幅回路（以下、バッファアンプと称する）
１０により構成される。
発振回路２は、第１の音叉型水晶振動素子（第１の音叉型振動素子）２０ａを振動素子
として備えた水晶発振回路である。
第１の矩形化回路３は、例えばコンパレータなどにより構成され、発振回路２から出力
信号を矩形波信号に変換して出力する。
９０°移相回路４は、発振回路２から出力される出力信号の位相を９０°移相した後、
共振回路５に出力する。なお、９０°移相回路４の構成にもよるが、通常、９０°移相回
路４において移相可能な信号波形は正弦波とされるので、発振回路２は出力信号波形が正
弦波形となるように回路を構成することが望ましい。
共振回路５は、第２の振動素子として第２の音叉型水晶振動子２０ｂ（第２の音叉型振
動素子）を備え、この第２の音叉型水晶振動子２０ｂにより決定される共振周波数に基づ
いて、９０°移相回路４の出力信号を移相して出力する。
【００１５】
第２の矩形化回路６もまた、例えばコンパレータなどにより構成され、共振回路５の出
力信号を矩形波信号に変換して位相比較器７に出力する。
位相比較回路７は、第１の矩形化回路３からの出力信号と、第２の矩形化回路６からの
出力信号との位相を比較し、その比較結果を出力する。このとき、位相比較回路７は９０
°の位相差を基準に位相比較を行って、その位相差を位相差信号として出力する。なお、
位相比較回路７において位相比較を行う場合には、入力信号の少なくとも一方の波形が矩
形である必要があるため、本実施形態では位相比較回路７の前段に夫々第１及び第２の矩
形化回路３、６を設けるようにしているが少なくとも何れか一方だけでも良い。
また、発振回路２の出力波形が矩形波であれば、第１及び第２の矩形化回路３、６は必
ずしも設ける必要はない。但し、通常、９０°移相回路４等に入力する信号波形を正弦波
形にする必要があるため、９０°移相回路４が設けられている場合には発振回路２の出力
波形を正弦波形とし、位相比較回路７に入力する際に第１、第２の矩形化回路３、６によ
り矩形化することが望ましい。
更に、位相比較回路７に入力される２つの信号のレベルが一致していないと検波結果に
２つの入力信号の位相差以外に信号レベルの差に基づく値も含まれてしまい正確な加速度
検知結果を得ることができない可能性がある。
従って、このような不具合の発生を防止する為にも第１、第２の矩形化回路３、６によ
り矩形化（波形整形）することが望ましい。
【００１６】
ＬＰＦ８は、位相比較回路７から出力される位相差信号から低周波信号を抽出して出力
する。
微分回路９は、ＬＰＦ８からの位相差信号を微分して出力する。
ここで、微分回路９の機能について説明しておく。
例えば、本実施形態のように音叉型水晶振動素子等を加速度センサとして加速度検出を
行う場合は、加速度値と、センサ周波数の周波数偏差（加速度が印加される前の周波数ｆ
１と、印加されたときの周波数ｆ２との差（Δｆ＝ｆ２−ｆ１））とが比例関係になる。
即ち、
加速度∝Δｆ（ＦＭ検波出力）
の関係を満たすことになる。
しかし、本実施形態では、位相比較回路７において加速度センサから得られる２つの周
波数の位相を比較しているので、位相比較回路７からは位相検波出力Φが得られることに
なる。そして、この位相検波出力Φは周波数偏差Δｆの積分値と等しくなる。即ち、
位相検波出力Φ＝∫Δｆ
の関係を満たすことになる。
そこで、本実施形態の加速度検出装置では微分回路９を設け、微分回路９において、Ｌ
ＰＦ８から出力信号として出力される位相検波出力Φを微分することにより加速度値を得
るようにしている。即ち、
ＦＭ検波＝ｄΦ／ｄｔ＝Δｆ∝加速度
の関係を満たすことになる。
微分回路９で微分された信号は、バッファアンプ１０を介して加速度検出信号Ｓαとし
て出力される。
本発明の加速度検出装置では、第１及び第２の音叉型水晶振動素子の少なくとも一方が
加速度の変化に対して共振周波数が変化する加速度検出素子である。
【００１７】
図２は本実施形態の加速度検出装置に備られる第１及び第２の音叉型水晶振動素子の構
成を模式的に示した図である。
この図２に示すように第１及び第２の音叉型水晶振動素子２０ａ、２０ｂは、それぞれ
並列に配置された２本の振動腕２１ａ、２１ｂと、この２本の振動腕２１ａ、２１ｂの延
長方向一端を結合する結合部２２とから成る。そして、第１及び第２の音叉型水晶振動素
子２０ａ、２０ｂの各結合部２２を、当該音叉型水晶振動素子２０ａ、２０ｂがそれぞれ
搭載される基板（図示しない）に固定するようにしている。なお、結合部２２は基板と接
続する固定部である。第１と第２の音叉型水晶振動素子を共に加速度検出素子とする場合
、図２に示すように第１の音叉型水晶振動素子２０ａの各振動腕２１ａ、２１ｂと第２の
音叉型水晶振動素子２０ｂの各振動腕２１ａ、２１ｂの延長方向を加速度検出軸方向に一
致させ、且つ、第１の音叉型水晶振動素子２０ａの振動腕２１ａ、２１ｂの自由端部と第
２の音叉型水晶振動素子２０ｂの振動腕２１ａ、２１ｂの自由端部を対向配置する、或い
は第１の音叉型水晶振動素子２０ａの結合部２２と第２の音叉型水晶振動素子２０ｂの結
合部２２を対向配置する。即ち、振動腕２１ａ、振動腕２１ｂの延長方向が各音叉型水晶
振動素子２０ａ、２０ｂとの間で互いに逆向きとする。
【００１８】
このように構成される第１及び第２の音叉型水晶振動素子２０ａ、２０ｂは、図示しな
い駆動電極に交流電圧を印加すると、並列する２本の振動腕２１ａ、２１ｂが破線で示す
ように対称的に屈曲振動する。そして、屈曲振動している状態で、例えば、図２に示す矢
印方向の加速度αが加わると、第１の音叉型水晶振動素子２０ａには見かけ上では加速度
αの方向とは逆方向の慣性力が発生するので、この影響により音叉型水晶振動素子２０ａ
の振動腕２１ａ、２１ｂは加速度αに対して逆の方向へ引っ張られる引張応力を受けるこ
とになる。この場合、第１の音叉型水晶振動素子２０ａの周波数は引張応力の影響を受け
て高くなる。一方、第２の音叉型水晶振動素子２０ｂにも見かけ上では加速度αの方向と
は逆方向の慣性力が発生するので、この影響により音叉型水晶振動素子２０ｂの振動腕２
１ａ、２１ｂは、結合部２２の方向へ圧縮する圧縮応力を受けることになる。この場合、
第２の音叉型水晶振動素子２０ｂの周波数は圧縮応力の影響を受けて低くなる。
そこで、本実施形態では、このような第１及び第２の音叉型水晶振動素子２０ａ、２０
ｂに加速度が加わったとき発生する周波数変化に基づき加速度検出信号Ｓαを得るように
している。
このような音叉型水晶振動素子２０ａ、２０ｂは、従来のＭＥＭＳ加速度センサに比べ
て、ダイナミックレンジが広く（例えば±３ｇ〜±４００ｇ）、しかも高リニアリティ（
例えば、０．０５％Ｆ．Ｓ．）で温度感度安定度が良いといった利点がある。
そして、加速度検出軸方向と振動腕２１ａ、２１ｂとの延長方向とを一致させることが
できるので加速度検出軸方向と垂直方向（基板面に垂直な方向）に対する低背化にも有利
である。
なお、図２においては説明を分かり易くするために音叉型水晶振動素子２０ａ、２０ｂ
の屈曲振動の概念を破線により示したが、実際には音叉型水晶振動素子２０の形状自体は
殆ど変位しないものである。
【００１９】
以下、上記した音叉型水晶振動素子の特性を踏まえて本実施形態の加速度検出装置１の
動作を説明する。
図３は共振回路５の位相特性を示した図である。
ここでは、動作説明を分かり易くするために、第１の音叉型水晶振動素子２０ａと第２
の音叉型水晶振動素子２０ｂの加速度検出に伴う動作を分けて説明する。
先ず、第１の音叉型水晶振動素子２０ａでの加速度検出に伴う動作ついて説明する。
定速運動状態における共振回路５の位相特性を、図３に実線で示すような特性に設定し
ておく。この場合、共振回路５では、周波数Ａの信号が入力されたときは、入力信号と共
振回路５から出力される出力信号との位相差は「０」となる。
ここで、第１の音叉型水晶振動素子２０ａの振動腕２１ａ、２１ｂ延長方向へ加速運動
が生じ、第１の音叉型水晶振動素子２０ａの振動腕２１ａ、２１ｂに圧縮方向の慣性力が
加わったとする。すると、第１の音叉型水晶振動素子２０ａは慣性力の影響を受けて周波
数が低下する。第１の音叉型水晶振動素子２０ａの周波数が周波数Ａから周波数Ｂに低下
した場合、共振回路５に入力される信号の周波数はＡからＢに低下するので、入力信号と
共振回路５から出力される信号との位相差としてΔＡＢが得られることになる。
【００２０】
一方、上記した第１の音叉型水晶振動素子２０ａの振動腕２１ａ、２１ｂに圧縮方向の
慣性力が加わった場合、共振回路５に備えられている第２の音叉型水晶振動素子２０ｂで
は、振動腕２１ａ、２１ｂに引っ張り方向の慣性力が加わるので、第２の音叉型水晶振動
素子２０ｂは、慣性力の影響を受けて周波数が高くなる。この場合、共振回路５の移相特
性は、図３に実線で示した特性から破線で示した特性へと推移することになる。即ち、特
性が全体的に高周波側へシフトしたようになる。
従って、第１の音叉型水晶振動素子２０ａの周波数が周波数Ａから周波数Ｂに低下した
場合、共振回路５から出力される信号の位相は、ΔＡＢの約２倍のΔＡＢ’の位相差を有
するものとなる。
従って、このような本実施形態の加速度検出装置１においては、共振回路５の出力信号
と発振回路２の出力信号との位相を位相比較回路７で比較し、その位相比較結果をＬＰＦ
８により抽出し、さらに微分回路９で微分することにより、発振回路２に備えた第１の音
叉型水晶振動素子２０ａと、共振回路５に備えた第２の音叉型水晶振動素子２０ｂとを利
用して加速度を検出することが可能になる。
【００２１】
また、本実施形態では、従来のように発振回路を設けることなく構成することができる
ので、従来の振動式センサ回路のように、加速度以外の強い衝撃が加わった場合でも発振
が停止するといったことがない。
さらに本実施形態では、第１及び第２の音叉型水晶振動素子２０ａ、２０ｂを加速度検
出方向に対して対向配置しているので、音叉型水晶振動素子が１つの場合に比べて位相比
較回路７から出力される位相差信号のレベルを約２倍に高めることができる。これにより
加速度の検出感度を約２倍に高めることができる。
また、本実施形態のように、音叉型水晶振動素子２０ａ、２０ｂを用いて加速度センサ
を構成した場合は、従来のＭＥＭＳ加速度センサに比べて、ダイナミックレンジが広く、
しかも高リニアリティで、感度の温度安定度が良いといった利点もある。
また、本実施形態では、発振回路２と共振回路５との間に発振回路２から出力される正
弦波信号を移相する移相回路として９０°移相回路４を設けるようにしているが、移相回
路は必ずしも９０°移相回路である必要はない。また、位相比較回路７の特性によっては
移相回路を必ずしも設ける必要はない。但し、発振回路２と共振回路５との間に移相回路
を設け、発振回路２から分岐して出力される出力信号の一方を、位相比較回路７の位相特
性に併せて移相することで、位相比較回路７において第１及び第２の音叉型水晶振動素子
２０ａ、２０ｂから出力される出力信号の位相差を確実に検出することが可能になる。特
に、本実施形態のように位相比較回路７が９０°位相比較回路であり、移相回路として９
０°移相回路を設けると、位相比較回路７において第１及び第２の音叉型水晶振動素子か
ら出力される出力信号の位相差から加速度の向きを検出することが可能になる。つまり、
図２に於いて加速度αの方向であるか加速度αと逆の方向であるかを検出可能になる。
【００２２】
即ち、位相比較回路７が０°位相比較回路である場合、位相比較回路７からは定速度状
態から加速度が増減した何れの状況に対しても位相差が大きくなるような出力結果が得ら
れる。従ってこの場合は、加速度の方向を確認することはできない。
一方、本実施形態のように位相比較回路７が９０°位相比較回路であり、９０°移相回
路４を設けた構成では、位相比較回路７の出力結果は、例えば定速度状態から加速した場
合であれば位相差が大きくなるような信号が、また定速度状態から減速した場合であれば
位相差が小さくなるような信号となる。従ってこの場合は、加速度の方向を確認すること
ができる。
また、本実施形態では、発振回路２は出力信号波形を正弦波としているため、位相比較
回路７の前段に第１の矩形化回路を設けるようにしているが、例えば発振回路２を正弦波
信号と矩形波信号との２出力型水晶発振器であれば、第１の矩形化回路３を設ける必要は
ない。
【００２３】
図１に示す加速度検出装置１の微分回路９について説明する。
一般的な微分回路としては、図１２（ａ）に示すようなオペアンプを用いた回路が知ら
れている。オペアンプＯＰの正相入力端子を接地し、抵抗Ｒ１と容量Ｃ１との直列接続回
路の一方を逆相入力端子に接続して、他方を入力端子ＩＮとする。オペアンプＯＰの逆相
入力端子と出力端子ＯＵＴとの間に、抵抗Ｒ３と容量Ｃ２との並列接続回路を接続した微
分回路である。この微分回路の出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎを時間微分した値に
比例する。
このような微分回路１３（ａ）を用いた加速度検出装置の場合、加速度≠０の状態での
加速度を検出することは可能であるが、静止加速度（一定速度の状態等）については検知
することができない。
即ち、静止加速度の場合、ＬＰＦ８からの検出信号が定電流信号となり、これが図１２
（ａ）に示す微分回路の容量Ｃ１により完全に遮断されるため、微分回路の出力は「０」
になる。また、静止加速度に近い低い周波数（加速度の時間的変化量が小さい）の加速度
の場合も、ＬＰＦ８の出力信号が容量Ｃ１により減衰されるため、微分回路の出力が減衰
し、図１２（ｂ）に示すように低周波の加速度では加速度の値を正確に求めることができ
ない。
そこで、図４に示すように静止加速度から高い周波数の加速度まで、精度良く加速度が
求められる微分回路を想致した。図５に示す回路は、本発明の加速度検出装置に適用した
ＤＣ（静止加速度）から高い周波数の加速度（動的加速度）まで用いることができる微分
回路２５である。この微分回路２５はオペアンプＯＰの正相入力端子を接地し、容量Ｃ１
と抵抗Ｒ４との並列回路に、抵抗Ｒ１を直列接続し、並列接続側をオペアンプＯＰの逆相
入力端子に接続して、抵抗Ｒ１側を入力端子ＩＮとする。オペアンプＯＰの逆相入力端子
と出力端子ＯＵＴとの間に、抵抗Ｒ３と容量Ｃ２との並列接続回路を接続して構成した微
分回路である。抵抗Ｒ４（バイパス抵抗）を容量Ｃ１に並列接続することにより、静止加
速度時の定電流信号が抵抗Ｒ４介してオペアンプＯＰに供給され、更に抵抗Ｒ３を介して
オペアンプＯＰに帰還信号が供給されるために静止加速度を検出できるようになる。また
、後の図で示すように、数ｍＨｚの領域における加速度も減衰することなく、検出するこ
とが可能となる。
【００２４】
図６は、図１２（ａ）に示す微分回路の特性の一例で、利得がピーク値となる周波数Ｆ
０を５０Ｈｚ、カットオフ周波数ｆｃを２．３Ｈｚに設定した場合の周波数（Ｈｚ）−利
得（ｄＢ）特性である。周知のように周波数Ｆ０までは、利得（ゲイン）は周波数に比例
して増加する。
図７は、図５に示す本発明になる微分回路２５の定数値、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ
４を夫々３．３ｋΩ、６８ｋΩ、６８ｋΩ及び１０ｋΩ、容量Ｃ１、Ｃ２を夫々１μＦ、
４７０００ｐＦに設定した場合の周波数（Ｈｚ）−利得（ｄＢ）特性である。周波数Ｆ０
は５０Ｈｚに設定されている。図７から明らかなように周波数（Ｈｚ）−利得（ｄＢ）特
性のすそのが、周波数Ｆ０寄りに近づくことが分かる。
静止加速度及び動的加速度を共に精度よく測定できる微分回路としては、図８に示すよ
うに、静止加速度の感度と動的加速度の感度が一致する点（クロスポイント）に抵抗Ｒ４
の値を設定することが望ましい。
即ち、加速度検出装置から出力された電気信号から加速度の大きさを認識する為には演
算処理が必要である。しかし、加速度の感度がクロスポイントに設定されていない加速度
検出装置では、静止加速度と動的加速度とで感度特性に差がある。そのため、微分回路２
５からの出力された電気信号を加速度の大きさとして数値的に変換する演算式を静止加速
度と動的加速度とで共通にすることができない。そしてこの場合、例えば静止状態である
か動的状態であるかを判断する回路が必要となってしまう。これに対して加速度の感度を
クロスポイントに設定された加速度検出装置であれば上述の演算式を静止加速度と動的加
速度とで共通とすることが可能である。従って小規模の回路構成で加速度検出装置を構成
することができる。図９は、図５に示す微分回路２５の定数値、抵抗Ｒ１、Ｒ３を夫々３
．３ｋΩ、６８ｋΩ、容量Ｃ１、Ｃ２を夫々１．０μＦ、４７ｎＦ、周波数を１０Ｈｚに
設定し、抵抗４をパラメータとして変化させた場合の静止加速度の増幅度（実線）と、動
的加速度の増幅度（破線）と、を示す図である。横軸はバイパス抵抗Ｒ４、縦軸は微分回
路の増幅度（加速度感度）である。Ｆ０が５０Ｈｚの微分回路で帯域幅１０Ｈｚの加速度
センサの場合、静止加速度及び動的加速度の増幅度が交わるクロスポイントの抵抗Ｒ４は
、は５．７ｋΩである。
【００２５】
図１に加速度検出装置の一例のブロック図を示したが、本発明の微分回路は、微分回路
を用いるいかなる加速度検出装置にも適用できる。
また、以上で説明した第１及び第２の音叉型水晶振動素子２０ａ、２０ｂの構成はあく
までも一例であり、本発明の音叉型水晶振動素子としては、例えば図１０に示すような双
音叉型水晶振動子を用いることも可能である。
図１０に示す双音叉型水晶振動素子２３は、並列に配置された２本の振動腕２１ａ、２
１ｂと、この２本の振動腕２１ａ、２１ｂの延長方向の両端を夫々結合した結合部２２ａ
、２２ｂとから成る。そして、この場合は、例えば、結合部２２ａ、２２ｂの内、一方の
結合部２２ａだけを双音叉型水晶振動素子２３が搭載される基板（図示しない）に固定し
、他方を自由端とすれば良い。なお、結合部２２ａは基板と接続する固定部である。
双音叉型水晶振動素子２３を用いて本実施形態の加速度検出装置を構成した場合は、自
由端側の結合部２２ｂが重りとして機能するため大きな慣性力を発生させることができる
ので、上記した音叉型水晶振動素子２０ａ、２０ｂより加速度感度を高めることができる
。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る加速度検出装置の構成を示した図。
【図２】音叉型水晶振動素子の構成を示した図。
【図３】共振回路の移相特性を示した図。
【図４】周波数と加速度との理想的な関係を示す図
【図５】本発明の微分回路の構成を示す回路図。
【図６】微分回路の周波数−利得特性を示す図。
【図７】本発明の微分回路の周波数−利得特性を示す図。
【図８】微分回路のバイパス抵抗Ｒ４と増幅度との関係を示す説明図。
【図９】微分回路のバイパス抵抗Ｒ４と増幅度との関係を示す図。
【図１０】双音叉振動素子の構成を示す平面図。
【図１１】従来の振動式センサ回路の構成を示した図。
【図１２】（ａ）従来の微分回路の回路図、（ｂ）従来の微分回路を用いた場合の周波数と加速度との関係を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
１…加速度検出装置、２…発振回路、３…第１の矩形化回路、４…９０°移相回路、５
…共振回路、６…第２の矩形化回路、７…位相比較回路、８…ＬＰＦ、９、２５…微分回
路、１０…バッファアンプ、２０ａ、２０ｂ…音叉型水晶振動素子、２１ａ、２１ｂ…振
動腕、２２、２２ａ、２２ｂ…結合部、２３…双音叉型水晶振動素子、２５…微分回路、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４…抵抗、Ｃ１、Ｃ２…容量、ＯＰ…オペアンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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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