[发明专利]振动传感器及振动检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动检测传感器及振动检测方法。振动检测传感器安装在振动物体上，并且检测振动物体产生的振动。

背景技术

用于检测发动机爆振的爆振传感器，即振动传感器，安装在例如车辆发动机的气缸体上。

JP-A-9-126876公开了包括基座、硅半导体基板、振动部分和配重的振动传感器。基板设置在基座上，并且振动部分与基板结合。振动部分根据爆振而移动。配重布置在振动部分上，使得振动部分随着爆振产生共振。

振动传感器检测由于振动部分的共振引起的爆振。因此，设定振动部分和配重使得振动部分的自然频率与爆振的频率一致。

然而，因为需要根据发动机的类型设定配重，所以需要多种配重对应于多种发动机。因此振动传感器产量和一般通用性较低。

此外，振动传感器仅检测根据发动机设定的窄频率范围内的振动。因此，难以检测除了爆振之外的其它因素引起的非爆振，并且振动传感器难以将爆振与通常的噪音分开。

发明内容

考虑到上述和其它问题，本发明的目的是提供振动检测传感器和振动检测方法。根据该传感器和方法，可以检测宽频率范围内的振动。

根据本发明的第一实施例，振动传感器检测振动物体的振动。振动传感器包括多个检测元件。每个检测元件包括振动部分、传递部分和检测部分。振动部分设置为与振动物体分开。传递部分设置在振动物体与振动部分之间。传递部分将振动物体的振动传递给振动部分。检测部分设置在振动部分的振动面上。检测部分输出与振动部分的共振对应的电信号。至少两个检测元件的振动部分具有彼此不同共振频率。

根据本发明的第二实施例，振动检测方法包括变化步骤和检测步骤。在变化步骤中，振动部分的共振频率在预定的变化范围内周期性地改变。在检测步骤中，当振动的频率与共振频率一致时，检测振动部分的共振。

根据本发明的第三实施例，用于检测振动物体振动的振动传感器包括振动检测元件。该振动检测元件包括与振动物体分开设置的振动部分，以及设置在振动物体与振动部分之间的传递部分。传递部分将振动物体的振动传递给振动部分。振动部分具有共振频率改变部分，该部分在预定范围内周期性地改变共振频率。当振动的频率与共振频率一致时，振动部分随着振动产生共振。振动部分包括检测部分，该检测部分检测振动部分的共振，并且输出与振动部分的共振对应的电信号。

因此，可以检测宽频率范围内的振动。

附图说明

参考附图、阅读下面的详细说明，可以更好地理解本发明的上述和其它目的、特征和优势。在附图中：

图1A是示出根据本发明第一实施方式的振动传感器的检测元件的平面图，图1B是沿图1A中的线IB-IB获得的剖视图；

图2是示出安装到车辆发动机上的振动传感器的剖视图；

图3是示出第一实施方式的改型振动传感器的剖视图；

图4是示出根据第二实施方式的振动传感器的检测元件的剖视图；

图5A是示出第二实施方式的振动传感器的剖视图，图5B是示出振动传感器中时间和共振频率之间的关系图；和

图6A是示出第二实施方式的改型振动传感器的剖视图，图6B是示出改型振动传感器中时间和共振频率之间的关系图，以及图6C是另一个示出改型振动传感器中时间和共振频率之间的关系图。

具体实施方式

(第一实施方式)

图2所示的振动传感器1安装在车辆的发动机箱上，并且在第一实施方式中检测发动机爆振。

下面将参考图1A和图1B说明振动传感器1的检测元件10。检测元件10包括四边形的半导体基板15，该基板15具有绝缘体上覆硅(SOI)的结构，其中硅基座11、第一绝缘膜12、硅活性层13和第二绝缘层14按此顺序层叠。

如图1B所示，采用微机电系统(MEMS)技术使基座11的大致中央部分去掉四边形形状。从而在硅基座11中形成框架形传递部分11a和薄膜状梁11b。薄膜状振动部分20由对应于传递部分11a所包围的孔的位置的梁11b、第一绝缘膜12、硅活性层13和第二绝缘层14构成。此处，传递部分11a将振动部分20与振动物体连接，并且将振动物体产生的振动传递给振动部分20。

压电检测部分19设置在第二绝缘膜14上。检测部分19包括位于底部电极17与顶部电极18之间的压电薄膜16。压电薄膜16由例如锆钛酸铅(PZT)制成。作为选择，薄膜16可以由氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)或者钽酸锂(LT)制成。作为选择，薄膜16可以由有机膜例如聚偏二氟乙烯或者共聚物(例如聚偏氟乙烯-三氟乙烯或四氟乙烯)等制成。