[发明专利]外力检测传感器以及外力检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种外力检测传感器以及外力检测装置，尤其涉及下述技术领域，即：使用压电片例如水晶片，基于振荡频率来检测作用于压电片的外力的大小，由此来检测加速度、压力、流体的流速、磁力或静电力等的外力。

背景技术

作为作用于系统的外力，有基于加速度的作用于物体的力、压力、流速、磁力、静电力等，而多数情况下需要准确地测定这些外力。例如在开发汽车的阶段，要对汽车碰撞到物体时的座位上的冲击力进行测定。而且，为了调查地震时的振动能量(energy)或振幅，要求尽可能精密地调查晃动的加速度等。进而，还能列举以下情况，来作为外力的测定例子，即：准确地调查机器人(robot)的手的移动的振动或者液体或气体的流速，并使其检测值反映给控制系统的情况；或者对磁铁的性能进行测定的情况等。当进行此类测定时，要求高精度地测定外力的方向与大小，但此时希望装置结构简单且容易制造。

专利文献1中提出了一种压电振动陀螺仪(gyro)，其使压电振子的轴方向、与压电振子的底座基准面之间相差30度～75度的角度，但该专利文献1是谋求压电振动陀螺仪的小型化，即使借助该结构，也无法解决本发明的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平9-318364(图2、段落0010、段落0016)

发明内容

本发明是在此种背景下完成，要提供一种外力检测传感器(sensor)以及外力检测装置，容易制造、且能够高精度地检测施加至压电片的外力。

本发明的外力检测传感器是对作用于压电片的外力进行检测的外力检测传感器，所述外力检测传感器的特征在于包括：压电片，一端侧被支撑于形成在结晶面的底座；一方的激振电极，设在所述压电片的一面侧；另一方的激振电极，设在所述压电片的另一面侧；振荡电路，电性连接于方的激振电极；可变电容形成用的可动电极，设置在所述压电片的离开所述一端侧的部位，且电性连接于所述另一方的激振电极；以及固定电极，以与所述压电片隔离、并与所述可动电极相向的方式而设置，并且连接于所述振荡电路，通过压电片的弯曲来改变与所述可动电极之间的电容，由此来形成可变电容；

形成从所述振荡电路经过一方的激振电极、另一方的激振电极、可动电极及固定电极而返回振荡电路的振荡回路；作为包含所述压电片、激振电极、可动电极及固定电极的组，而设置第1组以及第2组，第1组是通过在所述结晶体的第1结晶面设置第1压电片而构成第1传感器部，所述第2组是通过在第2结晶面设置第2压电片而构成第2传感器部，所述第2结晶面并不与结晶体的第1结晶面相向，且相对于第1结晶面而相对位置已被掌握。

而且，本发明的外力检测装置是对作用于压电片的外力进行检测的外力检测装置，所述外力检测装置的特征在于包括：上述的外力检测传感器；以及频率信息检测部，用于分别检测信号，所述信号是与所述第1振荡电路以及第2振荡电路的振荡频率对应的频率信息；由所述频率信息检测部所检测出的频率信息是：用于对作用于压电片的力进行评价的信息。

发明的效果

本发明在对压电片施加外力而发生弯曲或者弯曲的程度发生变化时，压电片侧的可动电极和与该可动电极相向的固定电极之间的电容将发生变化，捕捉该电容变化来作为压电片的振荡频率的变化。即使是压电片的微弱的变形，也能够作为振荡频率的变化而检测出，因此能够高精度地测定施加至压电片的外力。

此时，在结晶体的第1结晶面设置第1压电片，并且在第2结晶面设置第2压电片，以构成外力检测传感器，所述第2结晶面并不与结晶体的第1结晶面彼此相向，且相对于第1结晶面而相对角度已被掌握。因此，只要将外力检测传感器安装于测定对象，所述第1压电片及第2压电片相对于测定对象的相对角度便会自动决定，因此不需要所述第1压电片及第2压电片相对于测定对象的角度决定，从而容易制造。而且，由于是在第1结晶面及第2结晶面分别直接安装第1压电片及第2压电片，因此难以发生安装时的角度误差，从而能够进行高精度的测定。这样，能够作为第1压电片与第2压电片的频率信息，来分别获取施加至第1结晶面的外力与施加至第2结晶面的外力，因此能够高精度地测定外力。

附图说明

图1是概略表示将本发明的外力检测传感器适用作加速度检测传感器的第1实施方式的立体图。

图2是概略表示加速度检测传感器的平面图

图3是概略表示加速度检测传感器的侧面图。

图4是表示水晶的结晶体的立体图。

图5是表示加速度检测传感器的主要部分的纵剖侧面图。