[发明专利]压电振动型力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及使用压电体来感测力的力传感器，特别是涉及利用压电体的共振现象来感测静力的压电振动型力传感器。

背景技术

作为常规的力传感器，开发了应变计、电容式力传感器、导电橡胶等。使用这些的力传感器中的每一个都利用部件的变形，因此，必须确保足够的变形量，以实现测量的高灵敏度和较宽动态范围。因此，如果传感器被小型化，则不能获得足够的变形量。结果，出现输出信号被噪声掩盖从而使精度劣化的问题。

作为针对该问题的对策，如日本专利申请公开No.S52-078483中描述的那样，提供利用压电体的共振现象的传感器。压电体具有当施加在时间上变化的电压(例如，交流电压)时根据该电压的振幅的时间变动在特定方向上振动的性能。

根据日本专利申请公开No.S52-078483中描述的技术，首先，阻抗6与压电体串联连接，并且，从电源7施加具有不比压电体1的共振频率高的固定频率的电压，由此，压电体振动。如果在这种状态中对压电体施加力，那么压电体的阻抗增大，使得压电体的共振频率向高频率侧偏移。在偏移的状态中，施加给压电体1的电压的值从施加力之前的值变化。根据电压值的这种变化，能够定量计算对压电体施加的力的大小(参见图8)。

日本专利申请公开No.S52-078483中描述的压电振动型力传感器具有如下优点：由于电压振幅的变动大，因此在低负载的情况下其灵敏度高。但是，随着对传感器施加的外力增大，电压振幅的变动减小。因此，其感测范围窄。

作为针对这种问题的对策，在日本专利申请公开No.S60-187834和日本专利申请公开No.S60-222734中提出用于扩大感测范围的方法。

首先，日本专利申请公开No.S60-187834的特征在于，使用两个压电体相互接合的结构，即所谓的双压电晶片型(bimorph type)压电体。将该双压电晶片压电体的一端固定而使另一端为自由端，由此对压电体施加力。另外，给压电体施加比压电体的共振点高的频率信号。该传感器具有两个压电体相互接合的结构，由此，能够使得其振幅较大，结果是能够扩大感测力的范围。

然后，关于日本专利申请公开No.S60-222734，由外力导致的施加给压电体的电压和压电体的端子电压之间的相位角度差被感测以控制频率，使得该相位角度差变为设定值。利用这种频率变动来感测力。因此，灵敏度能够是均匀的，并且能够使得感测范围较宽。

但是，日本专利申请公开No.S60-187834的发明使用双压电晶片压电体。双压电晶片压电体具有两个压电元件相互接合的结构，由此不利于成本降低和小型化。

另外，日本专利申请公开No.S60-187834的发明感测由外力导致的施加给压电体的电压和压电体的端子电压之间的相位角度差，由此控制频率，使得该相位角度差变为设定值。但是，附加的相位角度感测电路和附加的相位角度设定电路是必需的，导致电路的复杂化。因此，也不利于成本降低和小型化。

发明内容

为了解决上述问题，作出本发明，并且，其目的是，提供能够用简单结构在较宽范围中感测静力的压电振动型力传感器。

为了实现上述目的，提供一种感测力的方法，包括：

给压电体施加在时间上改变的电压以使所述压电体在特定方向上振动；

使得限制部件以能滑动的方式抵接(abut against)要被振动的所述压电体，所述限制部件当从外部接收力时被弹性变形以向所述压电体传送所述力；以及

从所述压电体的阻抗感测施加的力，所述压电体的阻抗根据通过对所述限制部件施加的所述力在所述压电体和所述限制部件之间产生的摩擦力而改变。

并且，为了实现上述目的，提供一种压电振动型力传感器，包括：

当被施加在时间上改变的电压时在特定方向上振动的压电体；

被设置在所述压电体的表面上的一对驱动电极；和

当从外部接收力时被弹性变形以向所述压电体传送所述力的限制部件，

其中，所述限制部件相对于其上设置所述一对驱动电极的所述压电体以能滑动的方式被保持，并且，在施加所述电压以使所述压电体振动的状态中，通过感测根据经由所述限制部件对所述压电体施加的所述力所产生的摩擦力而改变的所述压电体的阻抗，感测施加的力。

根据上述结构，与直接从与振动方向相同的方向限制振动的常规结构相比，由于振动被压电体和限制部件之间的摩擦限制，因此，本发明能够扩大感测力的范围。