静电容量型传感器以及非线性输出的校正方法技术

静电容量型传感器(10)具备可动电极(110)、支承体(120)、梁构件(130)、固定电极(141)、(180)、检测部(200)以及校正部(300)。梁构件(130)作为弹簧而发挥功能，将可动电极(110)以能够移动的状态安装于支承体(120)。检测部(200)检测在可动电极(110)与固定电极(141)、(180)之间产生的静电容量的变化。然后，校正部(300)对检测部(200)的检测结果进行校正来生成表示加速度的加速度信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】静电容量型传感器以及非线性输出的校正方法
本专利技术涉及一种检测加速度的静电容量型传感器以及非线性输出的校正方法。
技术介绍
作为检测加速度的加速度检测装置，例如像专利文献1所记载那样存在静电容量型的装置。该静电容量型的装置在可动电极的附近配置固定电极，检测可动电极与固定电极之间的静电容量的变化，由此检测加速度。另外，在专利文献1、2、3中示出了静电容量的变化与可动电极的位移量之间的关系呈非线性。此外在专利文献1、2、3中记载有：由于可动电极的位移量微小，因此能够将静电容量的变化与可动电极的位移量之间的关系捕捉为线性。专利文献4和5所公开的加速度传感器将静电容量的变化与可动电极的位移量之间的关系捕捉为非线性，并对该非线性进行校正。专利文献4所公开的加速度传感器是圆筒形状的3轴加速度传感器。该加速度传感器基于在圆筒的延伸方向上彼此相对的固定圆盘上的电极与可动圆盘上的电极之间的静电容量的变化来针对三个轴分别检测加速度。专利文献5的加速度传感器检测的是一个方向上的加速度。专利文献1：日本特开平2-110383号公报专利文献2：日本特开平5-72225号公报专利文献3：日本特开平5-340958号公报专利文献4：日本特开平8-313552号公报专利文献5：日本特开平7-120498号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术人研究了具有可动电极以及分别从不同的方向与该可动电极相对的多个固定电极的静电容量型传感器的构建。而且，本专利技术人研究了在该静电容量型传感器中针对多个方向分别高精度地检测加速度的方法。本专利技术是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种在具有可动电极以及分别从不同的方向与该可动电极相对的多个固定电极的静电容量型传感器中能够针对多个方向分别高精度地检测加速度的静电容量型传感器以及校正方法。用于解决问题的方案本专利技术所涉及的静电容量型传感器具备可动电极、支承体、梁构件、第一固定电极、第二固定电极、检测部以及校正部。梁构件将可动电极以能够移动的状态安装于支承体。第一固定电极从第一方向与可动电极相对。第二固定电极从与第一方向不同的第二方向与可动电极相对。检测部检测在可动电极与各固定电极之间产生的静电容量的变化。校正部对检测部的检测结果进行校正来生成表示加速度的加速度信号。本专利技术所涉及的非线性输出的校正方法是对上述的静电容量型传感器中的检测部的输出进行校正的方法。首先，使用可动电极与固定电极之间的距离以及梁构件的弹簧常数来计算根据加速度计算静电容量的理论式。然后，使用理论式的逆变换式对检测部的输出进行校正。专利技术的效果根据本专利技术，在具有可动电极以及分别从不同的方向与该可动电极相对的多个固定电极的静电容量型传感器中，能够针对多个方向分别高精度地检测加速度。附图说明上述目的和其它目的、特征以及优点通过下面叙述的优选实施方式和随之附带的下面的附图会变得进一步明确。图1是表示第一实施方式所涉及的静电容量型传感器的结构的俯视图。图2是图1的A-A’截面图。图3是表示静电容量型传感器的检测部的电路结构的图。图4是表示静电容量型传感器的可动电极被施加图1、图2中的X方向的加速度时的可动电极的动作的图。图5是表示来自检测部的输出与加速度G之间的关系的图。图6是表示式(6)所示的校正式以及用该校正式对图5所示的输出ΔC进行校正之后的输出(第一加速度信号)的图。图7是表示静电容量型传感器的检测部的电路结构的图。图8是表示静电容量型传感器的可动电极被施加图2中的Z方向的加速度时的可动电极的动作的图。图9是表示来自检测部的输出与加速度G之间的关系的图。图10是表示式(11)所示的校正式以及用该校正式对图9所示的输出进行校正之后的输出(第二加速度信号)的图。图11是表示第二实施方式所涉及的静电容量型传感器的功能结构的图。图12是表示第二实施方式所涉及的静电容量型传感器的功能结构的图。图13是表示静电容量型传感器的固定电极与可动电极在初始状态下在图1、图2中的X方向上的位置关系的图。图14是表示静电容量型传感器的可动电极被施加图1、图2中的X方向的加速度时的可动电极的动作的图。图15是表示第三实施方式中的来自检测部的输出与加速度G之间的关系的图。图16是表示式(19)所示的校正式以及用该校正式对图15所示的输出ΔC进行校正之后的输出(第一加速度信号)的图。图17是表示静电容量型传感器的可动电极与固定电极在初始状态下在图2中的Z方向上的位置关系的图。图18是表示静电容量型传感器的可动电极被施加图2中的Z方向的加速度时的可动电极的动作的图。图19是表示在图13中初始偏差dofst≠0的情况下的输出ΔC与加速度G之间的关系的图。图20是表示能够利用重力加速度对静电容量型传感器的壳体施加的加速度的范围的图。具体实施方式下面，使用附图来说明本专利技术的实施方式。此外，在全部附图中，对相同的结构要素标注相同的标记并适当省略说明。另外，在以下所示的说明中，关于检测部200和校正部300的各结构要素，不是示出以硬件为单位的结构，而是示出以功能为单位的模块。检测部200和校正部300能够通过以任意的计算机的CPU、存储器、加载于存储器的程序、保存该程序的硬盘等存储介质、网络连接用接口为中心的硬件和软件的任意的组合来实现。而且，其实现方法存在各种变形例。(第一实施方式)图1是表示第一实施方式所涉及的静电容量型传感器10的结构的俯视图。图2是图1的A-A’截面图。本实施方式所涉及的静电容量型传感器10具备可动电极110、支承体120、梁构件130、固定电极141、142、检测部200以及校正部300。梁构件130作为弹簧而发挥功能，将可动电极110以能够移动的状态安装于支承体120。检测部200检测在可动电极110与固定电极141、142之间产生的静电容量的变化。然后，校正部300对检测部200的检测结果进行校正来生成表示加速度的加速度信号。根据本实施方式，加速度信号是对检测部200的检测结果进行校正而得到的值。因此，能够使静电容量的变化与加速度信号之间的关系呈非线性。因而，能够高精度地检测加速度。下面，详细地说明静电容量型传感器10。可动电极110呈平板状，其平面形状为矩形。而且，固定电极141(第一固定电极)与可动电极110的第一边(边缘)相对，固定电极142(第三固定电极)与可动电极110中的同第一边相对的边(第二边)相对。固定电极141、142隔着可动电极110彼此相对，配置在以穿过可动电极110的中心且与第一边平行的线为基准而彼此线对称的位置。在本图所示的例子中，可动电极110的各边均为直线状。但是，这些边也可以是梳齿状。在该情况下，固定电极141、142中的与可动电极110相对的边也为梳齿状，配置成与可动电极110啮合。支承体120被设置成包围可动电极110的四个边。详细地说，支承体120具有矩形的开口。该开口的四个边与可动电极110的四个边平行。而且设置有四个梁构件130。各个梁构件130的一端安装于可动电极110的角部，另一端安装于支承体120的开口的角部。但是，梁构件130的配置并不限定于本图所示的例子。另外，静电容量型传感器10具备固定电极151、152。固定电极151与可动电极110的第三边相对，固定电极152与可动电极110中的同第三本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电容量型传感器，具备：可动电极；支承体；梁构件，其将上述可动电极以能够移动的状态安装于上述支承体；第一固定电极，其从第一方向与上述可动电极相对；第二固定电极，其从与上述第一方向不同的第二方向与上述可动电极相对；检测部，其检测在上述可动电极与各上述固定电极之间产生的静电容量的变化；以及校正部，其对上述检测部的检测结果进行校正来生成表示加速度的加速度信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.04.02 JP 2013-0771451.一种静电容量型传感器，具备：可动电极；支承体；梁构件，其将上述可动电极以能够移动的状态安装于上述支承体；第一固定电极，其从第一方向与上述可动电极相对；第二固定电极，其从与上述第一方向不同的第二方向与上述可动电极相对；检测部，其检测在上述可动电极与上述第一固定电极之间以及上述可动电极与上述第二固定电极之间产生的静电容量的变化；以及校正部，其对上述检测部的检测结果进行校正来生成表示加速度的加速度信号，其中，上述检测部的检测结果相对于加速度呈非线性，上述校正部对上述检测部的检测结果进行校正使得上述检测部的检测结果相对于加速度呈线性。2.根据权利要求1所述的静电容量型传感器，其特征在于，上述校正部针对上述可动电极与上述第一固定电极、以及上述可动电极与上述第二固定电极，基于互不相同的校正方法来进行上述校正。3.根据权利要求2所述的静电容量型传感器，其特征在于，具备第三固定电极，该第三固定电极从上述第一方向隔着上述可动电极而与上述第一固定电极相对，上述检测部检测在上述可动电极与上述第一固定电极之间产生的第一静电容量、在上述可动电极与上述第二固定电极之间产生的第二静电容量以及在上述可动电极与上述第三固定电极之间产生的第三静电容量，上述校正部使用上述第一静电容量和上述第三静电容量来计算表示上述第一方向的加速度的第一加速度信号，并且使用上述第二静电容量来计算表示上述第二方向的加速度的第二加速度信号，上述校正部使计算上述第二加速度信号时的上述校正方法与计算上述第一加速度信号时的上述校正方法不同。4.根据权利要求3所述的静电容量型传感器，其特征在于，上述第一固定电极及上述第三固定电极与上述可动电极的边缘相对，上述第二固定电极与上述可动电极的正面或反面相对。5.根据权利要求1所述的静电容量型传感器，其特征在于，使用上述梁构件的弹簧常数以及上述可动电极与上述第一固定电极之间的距离或者上述可动电极与上述第二固定电极之间的距离，来计算根据加速度计算上述静电容量的理论式，上述校正部使用上述理论式的逆变换式进行上述校正。6.根据权利要求1～5中的任一项所述的静电容量型传感器，其特征在于，上述校正部存储有校正表，并且基于使用了上述校正表的校正式来生成上述加速度信号。7.根据权利要求6所述的静电容量型传感器，其特征在于，能够重写上述校正表。8.一种静电容量型传感器中的非线性输出的校正方法，该静电容量型传感器具备：可动电极；支承体；梁构件，其将上述可动电极以能够移动的状态安装于上述支承体；第一固定电极，其从第一方向与上述可动电极相对；第二固定电极，其从与上述第一方向不同的第二方向与上述可动电极相对；检测部，其检测在上述可动电极与上述第一固定电极之间以及上述可动电极与上述第二固定电极之间产生的静电容量的变化；以及校正部，其对由上述检测部检测出的相对于加速度呈非线性的输出进行校正使得该输出成为相对于加速度呈线性的输出，生成表示与校正后的输出对应的加速度的加速度信号，在该非线性输出的校正方法中，使用上述梁构件的弹簧常数以及上述可动电极与上述第一固定电极之间的距离或者上述可动电极与上述第二固定电极之间的距离，来计算根据加速度计算上述静电容量的理论式，使用上述理论式的逆变换式对上述检测部的输出进行校正。9.根据权利要求8所述的非线性输出的校正方法，其特征在于，使用上述可动电极与上述第一固定电极之间的距离或者上述可动电极与上述第二固定电极之间的距离相对于设计值的偏差来计算上述理论式。10.根据权利要求8所述的非线性输出的校正方法，其特征在于，上述静电容量型传感器具备第三固定电极，该第三固定电极从上述第一方向隔着上述可动电极而与上述第一固定电极相对，上述静电容量型传感器的上述检测部检测在上述可动电极与上述第一固定电极之间产生的第一静电容量、在上述可动电极与上述第二固定电极之间产生的第二静电容量以及在上述可动电极与上述第三固定电极之间产生的第三静电容量，上述静电容量型传感器的上述校正部使用上述第一静电容量和上述第三静电容量来计算表示上述第一方向的加速度的第一加速度信号，并且使用上述第二静电容量来计算表示上述第二方向的加速度的第二加速度信号，针对上述第一加速度信号和上述第二加速度信号，计算互不相同的上述理论式，使用分别针对上述第一加速度信号和上述第二加速度信号计算出的上述理论式的逆变换式对上述第一加速度信号和上述第二加速度信号进行校正。11.根据权利要求10所述的非线性输出的校正方法，其特征在于，上述可动电极与上述第一固定电极之间的距离的设计值同上述可动电极与上述第三固定电极之间的距离的设计值是相等的值，使用在制造上述静电容量型传感器时产生的上述可动电极与上述第一固定电极及上述第三固定电极之间的距离相对于设计值的偏差来计算上述理论式。12.根据权利要求8所述的非线性输出的校正方法，其特征在于，上述静电容量型传感器具备第三固定电极，该第三固定电极从上述第一方向隔着上述可动电极而与上述第一固定电极相对，上述检测部检测在上述可动电极与上述第一固定电极之间产生的第一静电容量以及在上述可动电极与上述第三固定电极之间产生的第三静电容量，并且将上述第一静电容量与上述第三静电容量之差作为检测结果来输出，上述校正部使用上述检测部的检测结果来计算表示上述第一方向的加速度的第一加速度信号，上述校正部使用以下式(6)进行校正，在此，a是上述第一加速度信号，表示校正后的线性的加速度信号，另一方面，ΔC是上述检测部的检测结果，表示校正前的非线性的检测结果，另外，当设上述梁构件的弹簧常数为k、上述可动电极的质量为m、上述第一固定电极及上述第三固定电极与上述可动电极之间的介电常数为ε、S为上述可动电极与上述第一固定电极及上述第三固定电极相对的部分的面积、加速度为0时的上述可动电极与上述第一固定电极及上述第三固定电极的间隔即初始间隔为d0时，αXY＝εS·2(k/m)，βXY＝(k/m)2·d02。13.根据权利要求8所述的非线性输出的校正方法，其特征在于，上述检测部将在上述可动电极与上述第二固定电极之间产生的第二静电容量作为检测结果来输出，上述校正部使用上述检测部的检测结果来计算表示上述第二方向的加速度的第二加速度信号，上述校正部使用以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：柿沼实，木代雅巳，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP