物理量传感器装置、倾斜仪、惯性测量装置及移动体的制作方法

本发明涉及物理量传感器装置、使用物理量传感器装置的倾斜仪、惯性测量装置、结构物监视装置以及移动体等。

背景技术：

专利文献1中记载了使用z切(z’切)石英基板的加速度传感器。加速度传感器具备基部、连接于基部的可动部、安装于基部和可动部的双音叉振子、以及与基部连接且设置于基部侧的相反侧的区域中的支承部。

专利文献2中记载了与双音叉振子的频率温度特性相关的近似多项式。在搭载于传感器，且频率温度特性具有上凸的二次特性(二次曲线)的双音叉振子中，鉴于相比未对双音叉振子施加应力的状态下的频率温度特性，而在施加了应力的状态下频率温度特性本身发生变动这一问题，关于与双音叉振子的频率温度特性相关的近似多项式，

将表示频率温度特性的多项式设为第一近似式f，

f＝a1×t³+a2×t²+a3×t+a4……(1)

将表示压力频率特性的多项式设为第二近似式p，其中，该压力频率特性表示“压力p-频率f特性”，该“压力p-频率f特性”表示施加应力时的谐振频率f的变化，

p＝b1×f3+b2×f2+b3×f+fc……(2)

式(2)的一次系数b3为表示温度依赖性的系数，且设为第三近似式b3，

b3＝c1×t2+c2×t+c3……(3)

通过使用这些近似式对频率温度特性进行校正，从而实现压力传感器输出的压力值的高精度化。

专利文献1：日本专利特开2014-85233号公报

专利文献2：日本专利特开2010-281581号公报

但是，近年来，加速度传感器的进一步高精度、高灵敏度的要求不断提高，需要进一步改善频率温度特性。即，通过双音叉振子的谐振频率和与物理量传感器的结构相关的谐振频率耦合，从而产生频率温度特性局部变低(凹陷)的所谓跳变(dip)。在上述的现有技术文献中记载的近似多项式中，存在不能充分补偿跳变这一新问题。

技术实现要素：

本发明的至少一个方面的目的在于，提供即使产生频率温度特性局部变低(凹陷)的所谓跳变，尽管使用单一的近似多项式，也能够得到与未发生跳变的频率温度特性同等精度的物理量传感器装置、使用物理量传感器装置的倾斜仪、惯性测量装置、结构物监视装置以及移动体。

(1)本发明的一方面涉及的物理量传感器装置，包括物理量传感器和存储部，所述存储部存储第一常数和第二常数，在将使用所述物理量传感器测定出的实际频率温度特性与一次频率温度特性的误差的绝对值成为最大值的温度设为第一边界温度时，对所述一次频率温度特性而言，通过使用规定常数的单一的近似多项式在整个工作温度范围内近似于所述实际频率温度特性，所述第一常数是为了在低于所述第一边界温度的第一温度区域中得到近似于所述实际频率温度特性的第一二次频率温度特性而用于所述近似多项式中的各项的常数，所述第二常数是为了在所述第一边界温度以上的第二温度区域中得到近似于所述实际频率温度特性的第二二次频率温度特性而用于所述近似多项式中的各项的常数。

(2)在本发明的一方面(1)中，所述最大值可以是根据针对所述整个工作温度范围中的多个温度得到的实际数据而生成的所述实际频率温度特性中的任意一个的所述实际数据。

(3)在本发明的一方面(1)中，所述最大值可以是在根据针对所述整个工作温度范围中的多个温度得到的实际数据而生成的所述实际频率温度特性中的两个所述实际数据之间插补的值。

(4)在本发明的一方面(1)中，所述存储部可以取代所述第一常数而存储第三常数和第四常数，当在所述第一温度区域中，将所述实际频率温度特性与所述一次频率温度特性的误差成为极大值或极小值的温度设为第二边界温度时，所述第三常数是为了在低于所述第二边界温度的第三温度区域中得到近似于所述实际频率温度特性的第三二次频率温度特性而用于所述近似多项式中的各项的常数，所述第四常数是为了在所述第二边界温度以上且低于第一边界温度的第四温度区域中得到近似于所述实际频率温度特性的第四二次频率温度特性而用于所述近似多项式中的各项的常数。

(5)在本发明的一方面(1)中，所述存储部可以取代所述第二常数而存储第五常数和第六常数，当在所述第二温度区域中，将所述实际频率温度特性与所述一次频率温度特性的误差成为极大值或极小值的温度设为第三边界温度时，所述第五常数是为了在所述第一边界温度以上且低于所述第三边界温度的第五温度区域中得到近似于所述实际频率温度特性的第五二次频率温度特性而用于所述近似多项式中的各项的常数，所述第六常数是为了在所述第三边界温度以上的第六温度区域中得到近似于所述实际频率温度特性的第六二次频率温度特性而用于所述近似多项式中的各项的常数。

(6)在本发明的一方面(1)中，所述实际频率温度特性可以包括在所述第一边界温度处频率局部变低的跳变。

(7)在本发明的一方面(5)中，所述实际频率温度特性可以包括：在所述第一边界温度处局部变低的第一跳变；和在所述第二边界温度或所述第三边界温度处局部变低的第二跳变。

(8)在本发明的一方面(1)中，所述存储部可以取代所述第一常数而存储第三常数和第四常数，当在所述第一温度区域中，将所述实际频率温度特性与所述第一二次频率温度特性的误差成为极大值或极小值的温度设为第二边界温度时，所述第三常数是为了在低于所述第二边界温度的第三温度区域中得到使所述实际频率温度特性与所述第一二次频率温度特性的误差的绝对值为最小的第一三次频率温度特性而用于所述近似多项式中的各项的常数，所述第四常数是为了在所述第二边界温度以上且低于第一边界温度的第四温度区域中得到使所述实际频率温度特性与所述第二二次频率温度特性的误差的绝对值为最小的第二三次频率温度特性而用于所述近似多项式中的各项的常数。

(9)在本发明的一方面(1)中，所述存储部可以取代所述第二常数而存储第五常数和第六常数，当在所述第二温度区域中，将所述实际频率温度特性与所述第二二次频率温度特性的误差成为极大值或极小值的温度设为第三边界温度时，所述第五常数是为了在所述第一边界温度以上且低于所述第三边界温度的第五温度区域中得到使所述实际频率温度特性与所述第二二次频率温度特性的误差的绝对值为最小的第三三次频率温度特性而用于所述近似多项式中的各项的常数，所述第六常数是为了在所述第三边界温度以上的第六温度区域中得到使所述实际频率温度特性与所述第二二次频率温度特性的误差的绝对值为最小的第四三次频率温度特性而用于所述近似多项式中的各项的常数。

(10)在本发明的一方面(1)中，所述第一常数和所述第二常数与将所述单一的近似多项式设为n次多项式时的n+1个常数中的至少一个不同即可，其中，n为2以上的整数。

(11)在本发明的一方面(1)中，所述物理量传感器装置可以包括电路基板并具有三个所述物理量传感器，三个所述物理量传感器以各自的检测轴与正交的三个轴分别一致的方式安装于所述电路基板。

(12)在本发明的一方面(1)中，所述物理量传感器可以包括：基部；可动部；缩颈部，配置于所述基部与所述可动部之间，并连接所述基部与所述可动部；以及物理量检测元件，所述物理量检测元件的谐振频率根据应力而变化，且俯视时跨越所述缩颈部而配置，并且安装于所述基部和所述可动部。

(13)在本发明的一方面(1)中，所述物理量可以为加速度。

(14)本发明的另一方面涉及的倾斜仪包括：上述(13)中所述的物理量传感器装置；和计算部，根据来自安装于结构体的所述物理量传感器装置的输出信号，计算所述结构体的倾斜角度。

(15)本发明的进而另一方面涉及的惯性测量装置包括：上述(13)中所述的物理量传感器装置；角速度传感器装置；以及电路部，根据来自所述物理量传感器装置的加速度信号和来自所述角速度传感器装置的角速度信号，计算移动体的姿态。

(16)本发明的进而另一方面涉及的结构物监视装置包括：

上述(13)中所述的物理量传感器装置；接收部，接收来自安装于结构物的所述物理量传感器装置的检测信号；以及计算部，根据从所述接收部输出的信号，计算所述结构物的倾斜角度。

(17)本发明的进而另一方面涉及的移动体包括：上述(13)中所述的物理量传感器装置；和控制部，根据由所述物理量传感器装置检测出的检测信号，对加速、制动以及转向中的至少一个进行控制，根据来自所述物理量传感器装置的检测信号的变化来切换实施自动驾驶或不实施自动驾驶。

附图说明

图1是本发明的一实施方式涉及的物理量传感器装置的电气系统框图。

图2是本发明的一实施方式涉及的物理量传感器装置中使用的物理量传感器的立体图。

图3是本发明的一实施方式涉及的单轴物理量传感器装置的立体图。

图4是本发明的一实施方式涉及的三轴物理量传感器装置的立体图。

图5为示出本发明的一实施方式涉及的三轴物理量传感器装置的另一例的立体图。

图6为示出基于来自物理量传感器的输出的实际频率温度特性和与其近似的一次频率温度特性的误差的特性图。

图7为示出在以第一边界温度为边界的第一、第二区域中以互不相同的常数构成的第一、第二二次频率温度特性的特性图。

图8为示出通过图7所示的方法减少了实际频率温度特性与二次频率温度特性的误差的情况的特性图。

图9为示出利用与图8不同的物理量传感器装置减少了实际频率温度特性与二次频率温度特性的误差的情况的特性图。

图10为示出利用与图8及图9不同的物理量传感器装置减少了实际频率温度特性与二次频率温度特性的误差的情况的特性图。

图11为示出根据两个实际数据进行插补而求出的边界温度的图。

图12是用于说明根据第一～第三边界温度分割的第三区域～第六区域的图。

图13为示出具有物理量传感器装置的倾斜仪的图。

图14是具有物理量传感器装置的倾斜仪的框图。

图15是说明倾斜角的计算例的图。

图16为示出具有物理量传感器装置的惯性测量装置的图。

图17是惯性测量装置的框图。

图18为示出具有物理量传感器装置的结构物监视装置的图。

图19是结构物监视装置的框图。

图20为示出具有物理量传感器装置的移动体的图。

图21是移动体的框图。

具体实施方式

以下，对本发明的优选实施方式详细进行说明。另外，以下所说明的本实施方式并不对权利要求书中记载的本发明的内容进行不当限定，本实施方式中说明的结构并非全部均为本发明的解决方案所必须的构成。

1.物理量传感器及物理量传感器装置的概要

图2示出物理量传感器10。物理量传感器10包括基部20；至少两根、例如三根的第一臂部31、第二臂部32、第三臂部33；第四臂部34；可动部40；缩径部50以及物理量检测元件60。

第一臂部31、第二臂部32、第三臂部33以及第四臂部34的基端部连接于基部20上，优选在自由端部侧分别设有固定区域31a、固定区域32a、固定区域33a以及固定区域34a。缩颈部50配置于基部20与可动部40之间，并连接基部20与可动部40。物理量检测元件60由例如双音叉型的石英振子构成，且检测例如加速度或压力作为物理量。物理量检测元件60在从基部20的厚度方向观察的俯视时，跨越缩颈部50而配置，且经由粘接剂等的接合部61(参照图3)安装于基部20和可动部40上。另外，在作为以缩颈部50为支点的悬臂的可动部40的自由端部侧，可以配置例如由金属(sus或铜等)形成的配重(质量部)70。配重70并不限于如图2所示那样设置于可动部40的表面侧，也可以设置于可动部40的背面侧(参照图3)。如图2及图3所示，配重70通过粘接剂等的接合部71安装于可动部40上。另外，图2所示的配重70与可动部40一起上下运动，但配重70的两个端部70a、端部70b作为通过与图2所示的第一臂部31、第二臂部32接触来防止过度的振幅的止动件发挥作用。

第一臂部31、第二臂部32、第三臂部33以及第四臂部34的基端部连接于基部20上，优选在自由端部侧分别设有固定区域31a、固定区域32a、固定区域33a以及固定区域34a。缩颈部50配置于基部20与可动部40之间，并连接基部20与可动部40。物理量检测元件60由例如双音叉型的石英振子构成，且检测例如加速度或压力作为物理量。物理量检测元件60在从基部20的厚度方向观察的俯视观察下，跨越缩径部50而配置，且通过粘接剂等的接合部61(参照图3)连接于基部20和可动部40上。另外，在作为以缩颈部50为支点的悬臂的可动部40的自由端部侧，可以配置例如由金属(sus或铜等)形成的配重(质量部)70。配重70并不限于如图2所示那样设置于可动部40的表面侧，也可以设置于可动部40的背面侧(参照图3)。如图2及图3所示，配重70通过粘接剂等的接合部71连接于可动部40上。另外，图2所示的配重70与可动部40一起上下运动，但配重70的两个端部70a、70b作为通过与图2所示的第一臂部31、第二臂部32接触来防止过度的振幅的止动件发挥作用。

在此，通过可动部40以缩径部50为支点并根据例如加速度或压力等的物理量进行位移，从而在安装于基部20和可动部40的物理量检测元件60中产生应力。物理量检测元件60的振动频率(谐振频率)根据施加于物理量检测元件60的应力而变化。能够根据该振动频率的变化来检测物理量。

图3为示出内置有图2的物理量传感器10的物理量传感器装置100的剖视图。物理量传感器装置100具有搭载物理量传感器10的基台110。在本实施方式中，基台110构成为包括底壁110a和侧壁110b的封装基座。基台110与盖体120一起形成收纳物理量传感器10的封装盒。盖体120经由粘接剂121接合于基台110的开口端。

在基台110的底壁110a上，沿着四个侧壁110b中的例如三个侧壁110b，设置有比底壁110a的内表面110a1高一层的台阶部112。台阶部112可以是从侧壁110b的内表面突起的部分，而且既可以与基台110呈一体，也可以与基台110分开，但其是构成基台110的一部分。如图3所示，物理量传感器10通过粘接剂113固定于台阶部112。在此，粘接剂113优选使用弹性模量高的树脂类(例如环氧树脂)粘接剂。这是因为，低熔点玻璃等的粘接剂坚硬，因而无法吸收接合时产生的应力应变，会对物理量检测元件60造成不良影响。此外，俯视时观察到的物理量传感器10所设有的第一臂部31、第二臂部32、第三臂部33以及第四臂部34固定于台阶部112的固定区域31a、固定区域32a、固定区域33a以及固定区域34a的位置如图2所示。

在本实施方式中，如图2所示，物理量检测元件60能够通过引线接合62、62与形成于台阶部112的电极(例如金电极)连接。该情况下，不需要在基部20上形成电极图案。但是，也可以不采用引线接合62、62，而经由导电性粘接剂连接基部20上也设有的电极图案与形成于基台110的台阶部112的电极。

在基台110的底壁110a的外表面(与内表面110a1相反侧的面)110a2上，设置有在安装至图4所示的电路基板210a时使用的外部端子114。外部端子114经由未图示的配线或电极等与物理量检测元件60电连接。

例如在底壁110a上设置有将由基台110和盖体120形成的封装盒的内部(腔室)130密封的密封部115。密封部115设置在形成于基台110的贯通孔116内。密封部115通过在贯通孔116中配置密封材料，并将密封材料加热熔融后使其固化而设置。密封部115是为了将封装盒的内部气密性密封而设置的。

图4是包含三个单轴物理量传感器装置100的三轴物理量传感器装置200a的组装分解立体图。在图4中，在电路基板210a上安装有三个物理量传感器装置100。三个物理量传感器装置100的检测轴沿着正交的三个轴设置，并检测三个轴的物理量。电路基板210a与连接器基板220a电连接。该电路基板210a及连接器基板220a被收纳保持在由封装基座230a和盖体240a形成的封装盒中。

图5示出与图4不同的三轴物理量传感器装置200b。在图4中，电路基板210a和连接器基板220a并列设置于同一平面上，但在图5中，电路基板210b和连接器基板220b沿上下方向并列设置。在图5中，电路基板210b和连接器基板220b也被收纳保持在由封装基座230b和盖体240b形成的封装盒中。

2.物理量传感器装置的频率温度特性的补偿

2.1.频率温度特性的补偿用的构成

图1是本发明的一实施方式涉及的单轴物理量传感器装置的电气系统框图。除了频率根据物理量例如加速度、压力而变化的物理量检测元件60之外，物理量传感器装置还包括以下各部。温度传感器(ts)1感测物理量检测元件60的温度并输出温度信号。振荡电路(osc)2对物理量检测元件60进行激振。计数器(counter)3对振荡电路2的输出信号进行计数。温度补偿型基准振荡器(tcxo)4向计数器3供给基准信号。eeprom等的存储部5存储使物理量检测元件60所具有的温度特性近似于单一的多项式时的各常数。运算处理部(cpu)6使用温度传感器1的温度信号、计数器3的频率信号、以及来自存储部5的常数进行运算。接口部(i/f)7将运算处理部6与外部设备电连接。

在存在温度变化的环境下使用物理量传感器10时，首先从温度传感器1接收温度信号并算出温度。接着，读出存储于存储部5中的表示物理量传感器10的频率温度特性(温度t-频率偏差δf/f特性)的近似多项式的常数，由运算处理部6生成频率温度特性(温度t-频率偏差δf/f)的近似多项式，并将温度代入该近似多项式中，从而计算因温度变化引起的物理量传感器10的频率变动。运算处理部6使用该频率变动来补偿物理量传感器10的频率，并将该补偿后的频率变化代入由运算处理部6生成的加速度-频率f的多项式，从而求出施加于物理量传感器10的加速度。

2.2.问题所在

图6描绘在对于以来自振荡电路2的振荡频率f被激振的物理量检测元件60施加相同的加速度的条件下，使温度在整个工作温度范围内变化，并根据来自物理量检测元件60的输出而得到的频率变化δf/f的数据(空心方形)。另外，图6的横轴为温度，纵轴表示将在顶点温度(25℃附近)得到的频率变化δf/f设为误差0时的温度依赖性的误差。图6所示的频率变化δf/f中产生局部变低的跳变(dip)。该跳变的产生原因受物理量传感器装置100的结构体的谐振频率影响。为了方便起见，以粗曲线图示出虚拟性近似于该离散数据的特性作为实际频率温度特性，但实际上离散性数据的集合为实际频率温度特性。理想的是能够如该实际频率温度特性那样对频率变化δf/f的温度依赖性进行校正，但现实是如下述那样使用近似多项式。

图6所示的虚线是通过例如最小二乘法等近似于实际频率温度特性(粗线)的单一的近似多项式的曲线。该单一的近似多项式以例如n(n为2以上的整数)次近似多项式表达，例如在n＝3的三次近似多项式的情况下，在将温度设为t、各项的常数设为a1、b1、c1、d1时，频率温度特性以以下的式(4)表示。

可以表示为f1(t)＝a1×t³+b1×t²+c1×t+d1……(4)。

在将测定出的频率设为f时，温度校正后的频率fc成为fc＝f-f1(t)……(5)。

在图6中，虚线表示式(4)的频率温度特性，在本实施方式中，将式(4)称为一次频率温度特性。

在此，如图6所示，一次频率温度特性(虚线)和实际频率温度特性(粗线)在整个工作温度范围的大部分区域中几乎重叠。但是，尤其在实际频率温度特性(粗线)产生跳变的部分中，实际频率温度特性(粗线)与一次频率温度特性(虚线)之间产生误差。即，相对于因为产生跳变而变得不连续或非线性的实际频率温度特性(粗线)，在式(4)所示的单一的近似多项式中，不可能在整个工作温度范围内拟合。因此，尤其在产生跳变的温度t1附近的温度条件下，检测出的加速度等的物理量依然具有温度依赖性，从而精度劣化。

2.3.频率温度特性的补偿(本实施方式)

因此，图6中侧重于实际频率温度特性(粗线)与一次频率温度特性(虚线)的误差的绝对值为最大的温度t1。将温度t1称为第一边界温度t1。如横轴及纵轴的定义与图6相同的图7所示，将整个工作温度范围中低于第一边界温度t1的温度区域称为第一温度区域(以下，也称为“第一区域”)，将第一边界温度t1以上的温度区域称为第二温度区域(以下，也称为“第二区域”)。此外，也可以不同于上述，将第一边界温度t1包含在第一区域内，而从第二区域除去第一边界温度t1。

图1所示的运算处理部6使用将式(4)的近似多项式中的各项的常数(a1、b1、c1、d1)替换为第一常数(a21、b21、c21、d21)的下述式(6)的近似多项式，以在低于第一边界温度t1的第一温度区域中，通过例如最小二乘法等得到近似于实际频率温度特性(图7的粗线)的第一二次频率温度特性(图7的短虚线)。

f11(t)＝a21×t³+b21×t²+c21×t+d21……(6)

同样地，图1所示的运算处理部6使用将式(4)的近似多项式中的各项的常数(a1、b1、c1、d1)替换为第二常数(a22、b22、c22、d22)的下述式(7)的近似多项式，以在第一边界温度t1以上的第二温度区域中，通过例如最小二乘法等得到近似于实际频率温度特性(图7的长粗线)的第二二次频率温度特性(图7的点划线)。

f22(t)＝a22×t³+b22×t²+c22×t+d22……(7)

在此，第一常数(a21、b21、c21、d21)与第二常数(a22、b22、c22、d22)不同。此外，第一常数(a21、b21、c21、d21)及第二常数(a22、b22、c22、d22)分别与常数(a1、b1、c1、d1)也不同。此外，在本说明书中，“常数不同”的意思是只要n次多项式的(n+1)个常数中的至少一个不同即可。

图1所示的本实施方式的物理量传感器装置的存储部5中，在出厂前存储有第一常数(a21、b21、c21、d21)和第二常数(a22、b22、c22、d22)。另一方面，式(4)的多项式中的各项的常数a1、b1、c1、d1并不一定必须存储在物理量传感器装置的存储部5中。这是因为，使用式(4)的一次频率温度特性的运算仅在出厂前进行。并且，在使用本实施方式的物理量传感器10的情况下，通过温度传感器1检测温度t。运算处理部6根据检测出温度t与第一边界温度t1的对比结果，从存储部5读出第一常数(a21、b21、c21、d21)及第二常数(a22、b22、c22、d22)中的一方。由此，由运算处理部6生成式(6)或式(7)的二次频率温度特性的近似多项式。将温度t代入该二次频率温度特性，从而能够计算出因温度变化引起的物理量传感器10的频率变动。

图8至图10示出在将方形所示的实际数据连接而成的曲线上分别产生跳变的不同种类的实际频率温度特性。图8至图10所示的实际频率温度特性分别是不同的物理量传感器装置的特性。关于图8至图10所示的各个实际频率温度特性，如图6所示那样求出实际频率温度特性(粗线)与一次频率温度特性(虚线)的误差的绝对值为最大的第一边界温度t1。然后，以第一边界温度t1为边界，求出适用于第一区域的式(6)所示的第一二次频率温度特性、和适用于第二区域的式(7)所示的第二二次频率温度特性。这样，在各个物理量传感器装置的存储部5中，存储有装置固有的第一常数(a21、b21、c21、d21)和第二常数(a22、b22、c22、d22)。

在图8至图10中，图6及图7的纵轴中的0(零)的意义不同。在图8至图10中，纵轴的温度校正误差为0(零)表示为图6所示的实际频率温度特性。即，若能够如实际频率温度特性那样校正频率变化δf/f的温度依赖性，则误差为0(零)。图8至图10所示的低于第一边界温度t1的第一区域内的空心方形标记，表示在低于第一边界温度t1的第一区域中，实际频率温度特性上的数据(空心方形标记)与使用式(6)所示的第一二次频率温度特性对该数据进行运算处理后的处理数据的误差。同样地，图8至图10所示的第一边界温度t1以上的第二区域内的空心方形标记，表示实际频率温度特性上的数据(空心方形标记)与使用式(7)所示的第二二次频率温度特性对该数据进行运算处理后的处理数据的误差。由图8至图10明确可知，整个工作温度范围内的误差收敛于±1ppm的范围内。即，通过取代式(4)的一次频率温度特性，在第一区域内使用式(6)所示的第一二次频率温度特性，在第二区域使用式(7)所示的第二二次频率温度特性，从而能够降低检测出的加速度等物理量的温度依赖性，提高检测精度。

在此，图6至图10所示的最大值是根据针对整个工作温度范围中的多个温度得到的实际数据而生成的实际频率温度特性中的任意一个实际数据。也可以取而代之如图11所示那样在根据两个实际数据插补的位置处求出最大值。这样，可以推定与图11所示的两个实际数据(相当于误差的绝对值的大小的第一和第二)对应的两个温度t0、t2之间的温度t1具有最大值。

3.多个边界温度的利用

图12示出以第一区域内的第二边界温度t2为边界的第三温度区域(以下，也称为“第三区域”)和第四温度区域(以下，也称为“第四区域”)。图12还示出以第二区域内的第三边界温度t3为边界的第五温度区域(以下，也称为“第五区域”)和第六温度区域(以下，也称为“第六区域”)。对于如此将整个工作温度范围进一步细分的方法进行说明。

3.1.三个以上的二次频率温度特性的利用

在图6中，第一边界温度t1处误差的绝对值最大，但在第一边界温度t1以上的第二区域(参照图7)的温度t3处误差的绝对值也较大。因此，虽未图示，但图6所示的实际频率温度特性与一次频率温度特性的误差在第二区域中在温度t3处变为极大值或极小值。同样地考虑，虽然在图6中不符合，但存在低于第一边界温度t1的第一区域(参照图7)的温度t2(图6中未图示)处误差的绝对值也较大的情况。因此，虽未图示，但存在图6所示的实际频率温度特性与一次频率温度特性的误差在第一区域中在温度t2处变为极大值或极小值的情况。这样的情况即便如图6所示在温度t3处未产生跳变也有可能产生，但在温度t2或温度t3处也产生跳变的情况下可能性特别高。

这种情况下，如图12所示，将第一区域以第二边界温度t2分割为第三区域和第四区域。而且，为了通过例如最小二乘法等得到近似于第三区域的实际频率温度特性的第三二次频率温度特性，使用将式(4)的近似多项式中的各项的常数(a1、b1、c1、d1)替换为第三常数(a23、b23、c23、d23)的下述式(8)的近似多项式。

f23(t)＝a23×t³+b23×t²+c23×t+d23……(8)

同样地，为了通过例如最小二乘法等得到近似于第四区域的实际频率温度特性的第四二次频率温度特性，使用将式(4)的近似多项式中的各项的常数(a1、b1、c1、d1)替换为第四常数(a24、b24、c24、d24)的下述式(9)的近似多项式。

f24(t)＝a24×t³+b24×t²+c24×t+d24……(9)

在此，第三常数(a23、b23、c23、d23)与第四常数(a24、b24、c24、d24)不同。此外，第三常数(a23、b23、c23、d23)及第四常数(a24、b24、c24、d24)分别与常数(a1、b1、c1、d1)、第一常数(a21、b21、c21、d21)以及第二常数(a22、b22、c22、d22))也不同。

在图1所示的本实施方式的物理量传感器装置的存储部5中，在出厂前，取代第一常数(a21、b21、c21、d21)而存储第三常数(a23、b23、c23、d23)及第四常数(a24、b24、c24、d24)。并且，在使用本实施方式的物理量传感器10的情况下，通过温度传感器1检测温度t。运算处理部6根据低于第一边界温度t1的检测温度t与第二边界温度t2的对比结果，从存储部5读出第三常数(a23、b23、c23、d23)及第四常数(a24、b24、c24、d24)中的一方。由此，由运算处理部6生成式(8)或式(9)的二次频率温度特性的近似多项式。将温度t代入该二次频率温度特性，从而能够计算出因温度变化引起的物理量传感器10的频率变动。

同样地，如图12所示，能够将第二区域以第三边界温度t3分割为第五区域和第六区域。而且，为了通过例如最小二乘法等得到近似于第五区域的实际频率温度特性的第五二次频率温度特性，使用将式(4)的近似多项式中的各项的常数(a1、b1、c1、d1)替换为第五常数(a25、b25、c25、d25)的下述式(10)的近似多项式。

f25(t)＝a25×t³+b25×t²+c25×t+d25……(10)

同样地，为了通过例如最小二乘法等得到近似于第六区域的实际频率温度特性的第六二次频率温度特性，使用将式(4)的近似多项式中的各项的常数(a1、b1、c1、d1)替换为第六常数(a26、b26、c26、d26)的下述式(11)的近似多项式。

f26(t)＝a26×t³+b26×t²+c26×t+d26……(11)

在此，第五常数(a25、b25、c25、d25)与第六常数(a26、b26、c26、d26)不同。此外，第五常数(a25、b25、c25、d25)及第六常数(a26、b26、c26、d26)分别与常数(a1、b1、c1、d1)、第一常数(a21、b21、c21、d21)以及第二常数(a22、b22、c22、d22)也不同。

在图1所示的本实施方式的物理量传感器装置的存储部5中，在出厂前，取代第二常数(a22、b22、c22、d22)而存储第五常数(a25、b25、c25、d25)及第六常数(a26、b26、c26、d26)。并且，在使用本实施方式的物理量传感器10的情况下，通过温度传感器1检测温度t。运算处理部6根据第一边界温度t1以上的检测温度t与第三边界温度t3的对比结果，从存储部5读出第五常数(a25、b25、c25、d25)及第六常数(a26、b26、c26、d26)中的一方。由此，由运算处理部6生成式(9)或式(10)的二次频率温度特性的近似多项式。将温度t代入该二次频率温度特性，从而能够计算出因温度变化引起的物理量传感器10的频率变动。

3.2.三次以上的高次的频率温度特性的利用

图8所示的分割校正后的×标记所示的误差(实际频率温度特性与第一二次频率温度特性的误差)，在低于第一边界温度t1的第一区域的温度t2处误差的绝对值变为最大。但是，温度t2也可以选择分割校正后的×标记所示的误差变为极大值或极小值的值。同样地，在图9中，分割校正后的×标记所示的误差(实际频率温度特性与第二二次频率温度特性的误差)，也在第一边界温度t1以上的第二区域的温度t3(图6中未图示)处误差的绝对值变为最大。同样地，温度t3也可以选择分割校正后的×标记所示的误差变为极大值或极小值的值。

这种情况下，如图12所示，将第一区域以第二边界温度t2分割为第三区域和第四区域。而且，为了在第三区域中通过例如最小二乘法等得到使实际频率温度特性与第一二次频率温度特性的误差(图8中的×标记)的绝对值为最小的第一三次频率温度特性，使用将式(4)的近似多项式中的各项的常数(a1、b1、c1、d1)替换为第三常数(a31、b31、c31、d31)的下述式(12)的近似多项式。

f31(t)＝a31×t³+b31×t²+c31×t+d31……(12)

同样地，为了在第四区域中通过例如最小二乘法等得到使实际频率温度特性与第一二次频率温度特性的误差(图8中的×标记)的绝对值为最小的第二三次频率温度特性，使用将式(4)的近似多项式中的各项的常数(a1、b1、c1、d1)替换为第四常数(a32、b32、c32、d32)的下述式(13)的近似多项式。

f32(t)＝a32×t³+b32×t²+c32×t+d32……(13)

在此，第三常数(a31、b31、c31、d31)与第四常数(a32、b32、c32、d32)不同。此外，第三常数(a31、b31、c31、d31)及第四常数(a32、b32、c32、d32)分别与常数(a1、b1、c1、d1)、第一常数(a21、b21、c21、d21)以及第二常数(a22、b22、c22、d22)也不同。

在图1所示的本实施方式的物理量传感器装置的存储部5中，在出厂前，取代第一常数(a21、b21、c21、d21)而存储第三常数(a31、b31、c31、d31)及第四常数(a32、b32、c32、d32)。并且，在使用本实施方式的物理量传感器10的情况下，通过温度传感器1检测温度t。运算处理部6根据低于第一边界温度t1的检测温度t与第二边界温度t2的对比结果，从存储部5读出第三常数(a31、b31、c31、d31)及第四常数(a32、b32、c32、d32)中的一方。由此，由运算处理部6生成式(12)或式(13)的三次频率温度特性的近似多项式。将温度t代入该三次频率温度特性，从而能够计算出因温度变化引起的物理量传感器10的频率变动。

同样地，如图12所示，能够将第二区域以第三边界温度t3分割为第五区域和第六区域。而且，为了在第五区域中通过例如最小二乘法等得到使实际频率温度特性与第一二次频率温度特性的误差(图9中的×标记)的绝对值为最小的第三三次频率温度特性，使用将式(4)的近似多项式中的各项的常数(a1、b1、c1、d1)替换为第五常数(a33、b33、c33、d33)的下述式(14)的近似多项式。

f33(t)＝a33×t³+b33×t²+c33×t+d33……(14)

同样地，为了在第六区域中通过例如最小二乘法等得到使实际频率温度特性与第一二次频率温度特性的误差(图9中的×标记)的绝对值为最小的第四三次频率温度特性，使用将式(4)的近似多项式中的各项的常数(a1、b1、c1、d1)替换为第六常数(a34、b34、c34、d34)的下述式(15)的近似多项式。

f34(t)＝a34×t³+b34×t²+c34×t+d34……(15)

在此，第五常数(a33、b33、c33、d33)与第六常数(a34、b34、c34、d34)不同。此外，第五常数(a33、b33、c33、d33)及第六常数(a34、b34、c34、d34)分别也与常数(a1、b1、c1、d1)、第一常数(a21、b21、c21、d21)以及第二常数(a22、b22、c22、d22)也不同。

在图1所示的本实施方式的物理量传感器装置的存储部5中，在出厂前，取代第二常数(a22、b22、c22、d22)而存储第五常数(a33、b33、c33、d33)及第六常数(a34、b34、c34、d34)。并且，在使用本实施方式的物理量传感器10的情况下，通过温度传感器1检测温度t。运算处理部6根据第一边界温度t1以上的检测温度t与第三边界温度t3的对比结果，从存储部5读出第五常数(a25、b25、c25、d25)及第六常数(a34、b34、c34、d34)中的一方。由此，由运算处理部6生成式(13)或式(14)的一次频率温度特性的近似多项式。将温度t代入该一次频率温度特性，从而能够计算出因温度变化引起的物理量传感器10的频率变动。这样，实际频率温度特性与三次频率温度特性的误差比图8至图10所示的±1ppm更小，检测精度进一步提高。

4.使用物理量传感器装置的设备

以下，参照图13至图20，对使用具有上述构成的物理量传感器装置的设备进行说明。

4.1.倾斜仪

图13为示出倾斜仪的构成例的图，且是表示部分剖面的侧视图。

倾斜仪300是输出与设置位置的倾斜角度对应的信号的装置。具体而言，倾斜仪300在由下壳体301和上壳体302形成的内部空间内具有：具备第一实施方式的物理量传感器装置200a(200b)的结构的物理量传感器装置310、根据物理量传感器装置310的输出信号计算倾斜角度的倾斜计算部330、以及将与由倾斜计算部330计算出的倾斜角度对应的信号向外部输出的外部输出端子332。倾斜仪300可以适当地包含这些以外的其他要素。例如，可以包含内置电池、电源电路、无线装置等。

倾斜计算部330是根据物理量传感器装置310的输出信号计算出倾斜角度，并输出与倾斜角度对应的信号的电路，能够通过例如通用ic(integratedcircuit)或fpga(fieldprogrammablegatearray)等来实现。

从物理量传感器装置310输出例如正交的三个轴x、y、z轴方向的加速度。倾斜仪300根据x、y、z轴方向的加速度测量x、y、z轴的倾斜角(x、y、z轴与水平面所成的角)。例如，有时倾斜仪300以x轴朝向船舶的船头方向、y轴朝向船舶的左舷方向、z轴朝向与地面垂直的方向的方式安装在船舶的重心附近的地面上。

如图14所示，可以在物理量传感器装置310与倾斜计算部330之间包含校正部320。校正部320对从物理量传感器装置310输出的x、y、z轴方向的加速度进行校正。例如，校正部320进行从物理量传感器装置310输出的x、y、z轴方向的加速度的准线校正、偏移校正、温度漂移校正等。此外，在从物理量传感器装置310输出的加速度的准线、偏移、温度漂移等较小的情况下，也可以省略校正部320。

倾斜计算部330(相当于本发明的计算部)可以根据通过校正部320校正后的x、y、z轴方向的加速度，计算各轴相对于水平面的倾斜度。

图15是说明倾斜角的计算例的图。图15所示的“x’”表示与水平方向平行的轴，“z’”表示与重力方向平行的轴。“x”表示物理量传感器装置310的x轴。“z”表示物理量传感器装置310的z轴。此外，物理量传感器装置310的“y”轴朝向纸面的背面方向。另外，重力加速度的方向在图15中朝上。

如图15所示，物理量传感器装置310的x轴以y轴为旋转轴倾斜角度“θx”。此时，若将从加速度传感器11输出的x轴方向的加速度(重力加速度分量)设为“ax”，则以下的式(1)成立。

【数学式1】

式(1)所示的“1g”是重力加速度，且“1g＝9.80665m/s²”。

根据式(1)，x轴相对于水平方向的倾斜度“θx”由以下的式(2)表示。

【数学式2】

同样地，y、z轴相对于水平方向的倾斜度“θy”及“θz”由以下的式(3)及式(4)表示。

【数学式3】

【数学式4】

式(3)的“ay”是y轴方向的加速度，式(4’)的“az”是z轴方向的加速度。

即，倾斜计算部330根据从校正部320输出的x、y、z轴方向的加速度“ax”、“ay”以及“az”和重力加速度“1g”，执行式(2)～式(4’)所示的运算，从而计算出x、y、z轴相对于水平方向的倾斜角。

此外，倾斜计算部330也可以使用在倾斜仪300中预先设定(存储)的重力加速度(1g)来计算各轴的倾斜角。该情况下，在倾斜仪300中设定的重力加速度的值也可以考虑使用倾斜仪300的纬度。

另外，倾斜计算部330也可以根据从校正部320输出的加速度来计算重力加速度。例如，倾斜计算部330可以通过“(ax²+ay²+az²)^1/2”计算重力加速度。

4.2.惯性测量装置

图16为示出惯性测量装置(imu：inertialmeasurementunit)的构成例的图，且是表示部分剖面的侧视图。图17是惯性测量装置的框图。惯性测量装置400是安装于移动体的惯性测量装置，其在由下壳体401和上壳体402形成的内部空间中具有：具有与实施方式的物理量传感器装置200a(200b)相同的结构的物理量传感器装置410、角速度传感器装置420、根据物理量传感器装置410的加速度信号及角速度传感器装置420的角速度信号来计算移动体的姿态的姿态计算部(电路部)430、以及将与由姿态计算部430计算出的姿态对应的信号向外部输出的外部输出端子431。惯性测量装置400例如可以包含内置电池、电源电路、无线装置等。

姿态计算部430通过例如通用ic(integratedcircuit)或fpga(fieldprogrammablegatearray)来实现，并根据物理量传感器装置410的加速度信号及角速度传感器装置420的角速度信号来计算安装有惯性测量装置400的移动体的姿态，并输出与姿态对应的信号。此外，根据加速度及角速度测量移动体的姿态的方法众所周知，故省略。

根据本实施方式的惯性测量装置400，物理量传感器装置410利用本实施方式的传感器装置200a(200b)的结构。因此，作为物理量传感器装置410的输出的加速度信号的精度高，因此，能够使移动体的姿态的测量精度相比现有的惯性测量装置提高。

4.3.结构物监视装置

图18示出结构物监视装置(shm：structuralhealthmonitoring)500。结构物监视装置500具有具备与实施方式的物理量传感器装置200a(200b)相同的结构，并安装于作为监视对象的结构物590上的物理量传感器装置510。物理量传感器装置510包括发送检测信号的发送部511。发送部511也可以作为与物理量传感器装置510分开的通信模块及天线来实现。

物理量传感器装置510经由无线或有线的通信网580与例如监视计算机570连接。监视计算机570具有经由通信网580与物理量传感器装置510连接的接收部520、和根据接收部520的接收信号来计算结构物590的倾斜角度的倾斜计算部530(也参照图19)。

在本实施方式中，计算部530通过搭载于监视计算机570的asic(applicationspecificintegratedcircuit)、fpga(fieldprogrammablegatearray)等来实现。但是，也可以构成为：将计算部530作为cpu(centralprocessingunit、中央处理器)等的处理器，并通过该处理器对存储于ic存储器531中的程序进行运算处理而以软件方式实现。监视计算机570可以通过键盘540接受操作人员的各种操作输入，并将运算处理的结果显示在触摸面板550中。

根据本实施方式的结构物监视装置500，利用本实施方式的物理量传感器装置200a(200b)来监视结构物590的倾斜。因此，能够利用物理量传感器装置200a(200b)的作用效果、即高精度的加速度的检测，从而能够高精度地检测作为监视对象的结构物590的倾斜，能够提高结构物590的监视质量。

4.4.移动体

图20为示出移动体的构成例的图。在本实施方式中，将移动体600例示为轿车，但车型可以适当变更。另外，移动体600也可以是小型船舶、自动搬运装置、建筑内用的搬运车、叉车等。

移动体600具有具备与实施方式的物理量传感器装置200a(200b)相同的结构的物理量传感器装置610、和根据物理量传感器装置610的加速度信号来控制加速、制动以及转向中的至少一个的自动驾驶控制部(控制部)620，能够根据物理量传感器装置610的检测信号来切换自动驾驶的实施或不实施。

自动驾驶控制部620由车载用的计算机实现。自动驾驶控制部620通过车内lan(localareanetwork、局域网)等的通信网与物理量传感器装置610、节气门控制器602、制动器控制器604、转向控制器606等各种传感器及控制器以能够收发信号的方式连接。在此，节气门控制器602是控制发动机601的输出的装置。制动器控制器604是控制制动器603的动作的装置。转向控制器606是控制动力转向装置605的动作的装置。此外，与自动驾驶控制部620连接的传感器、控制器的种类并不限于此，能够适当地进行设定。

并且，自动驾驶控制部620通过内置的运算装置，根据物理量传感器装置610的例如加速度检测信号进行运算处理，判定自动驾驶的实施或不实施，并在实施自动驾驶时，对节气门控制器602、制动器控制器604、转向控制器606中的至少任意一个发送控制命令信号，从而控制加速、制动以及转向中的至少一个。

自动控制的内容能够适当地进行设定。例如，在转弯期间，当通过物理量传感器装置610检测出的加速度达到产生打转(spin)或超出弯道(cornerout)的可能性高的阈值时，也可以进行防止打转或超出弯道这样的控制。另外，在停止期间，当通过物理量传感器装置610检测出的加速度达到误操作而发生急进或急退的可能性高的阈值时，也可以进行将节气门强制性全部关闭而使紧急制动器强制启动这样的控制。

图20所示的自动驾驶的移动体600中使用的adas(advanceddriverassistancesystems、先进驾驶辅助系统)定位器除了包括物理量传感器装置610的惯性传感器之外，还具有全球定位系统(gnss：globalnavigationsatellitesystem、全球导航卫星系统)接收器、存储地图数据的地图数据库。adas定位器通过组合由gnss接收器接收的定位信号和惯性传感器的测量结果，从而实时地测量移动体的行驶位置。adas定位器从地图数据库读出地图数据。来自包含物理量传感器装置610的adas定位器的输出被输入至自动驾驶控制部620。自动驾驶控制部620根据来自adas定位器的输出(包括来自物理量传感器装置610的检测信号)，控制移动体600的加速、制动以及转向中的至少任意一个。

图21为示出与移动体600相关的系统的框图。切换部630根据来自adas定位器的输出的变化(包括来自物理量传感器装置610的检测信号的变化)，切换自动驾驶控制部620中的自动驾驶的实施或不实施。切换部630在例如adas定位器中的传感器(包括物理量传感器装置610)的检测能力降低的异常时，向自动驾驶控制部620输出从自动驾驶的实施切换为不实施的信号。

另外，上述全球导航卫星系统(gnss：globalnavigationsatellitesystem)也可以利用例如作为卫星定位系统的gps(globalpositioningsystem、全球定位系统)。或者，也可以利用例如egnos(europeangeostationary-satellitenavigationoverlayservice、欧洲静地导航覆盖服务)、qzss(quasizenithsatellitesystem、准天顶卫星系统)、galileo、beidou(beidounavigationsatellitesystem、北斗导航卫星系统)等的卫星定位系统中的一个或两个以上。另外，卫星定位系统的至少一个也可以利用waas(wideareaaugmentationsystem、广域增强系统)、egnos(europeangeostationary-satellitenavigationoverlayservice)等的静止卫星型卫星导航增强系统(sbas：satellite-basedaugmentationsystem)。

此外，如上所述，对本实施方式详细进行了说明，但是，本领域技术人员容易理解，能够进行实质上不脱离本发明的新规事项和效果的多种变形。因此，这样的变形例全部包含在本发明的范围内。例如，在说明书或者附图中，至少一次与更为广义或者同义的不同用语同时记载的用语，在说明书或者附图的任意位置均可替换为该不同的用语。另外，本实施方式及变形例的所有组合都包含在本发明的范围内。