アルプスアルパインの圧力センサ

圧力センサとは気圧や荷重などの圧力を検知して、それを電気信号に変えるものです。 アルプスアルパインは、MEMSプロセスによって圧力センサのSi半導体素子を作っています。 アルプスアルパインの圧力センサの検出原理をご紹介します。
※MEMSとは、Micro Electro Mechanical Systemの略で半導体の製造技術を応用した微細加工技術

圧力センサの分類

圧力センサには色々なものがありますが、アルプスアルパインはSi半導体素子を使ったピエゾ抵抗方式を採用しており、これについてご紹介していきます。
この他にも、金属ひずみゲージを用いた金属薄膜方式や、静電容量の変化を捉える静電容量方式などがあります。

圧力センサの分類

アルプスアルパインの圧力センサの検出原理

ピエゾ素子変更方向と抵抗

ピエゾ抵抗方式とはピエゾ抵抗効果を使った検出方式で、これは半導体結晶(Si)に機械的な歪み(ひずみ)が加わると内部エネルギー構造の変化に伴い電子の移動量が変わって電気抵抗が変化する現象です。

右の図のようにピエゾ抵抗素子にかかる歪みの方向によって電気抵抗は変わります。

このピエゾ抵抗素子を、圧力が加わるとたわむダイアフラムに90度交差した方向に4か所構成します。ダイアフラムがたわむとピエゾ抵抗素子も歪み、以下のようにブリッジ回路に抵抗差が生じ出力電圧(Vout1, Vout2)が変化します。
このようにして圧力を電気信号に変換しています。

圧力センサの原理

アルプスアルパインの気圧センサ

圧力には色々なものがありますが、ここでは気圧の検出をご説明します。
気圧とは気体による圧力です。大気圧(一般には単に気圧という場合が多い)は、大気の重さによる圧力です。
1気圧(atm)=1013hPa(ヘクトパスカル)と表されます。

高度と気圧

高度と気圧

高度と気圧の関係は右の図のようになります。高いところに行くにしたがって上に載っている空気は減るので気圧は下がります。 気圧を使って高度を計測することができます。

絶対圧力、ゲージ圧力

絶対圧力とゲージ圧力

また、アルプスアルパインの気圧センサは、絶対圧力センサです。 絶対圧とは絶対真空をゼロ基準にした圧力のことです。 これに対してゲージ圧は大気圧をゼロ基準にしている圧力のことで、大気圧より高い圧力を正圧、低い圧力を負圧といいます。

圧力には気圧以外にも色々なものの圧力がありますが、アルプスアルパインは上記の検出原理を使って、気圧、水圧、荷重を検出するセンサを各種取り揃えています。

アルプスアルパインの圧力センサのタイプ