TW200813407A - Vibrational wave detection method, and vibrational wave detector - Google Patents

Description

200813407 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於振動波檢測方法及裝置，該振動波檢測方法 使用共振頻率不同之複數個共振器對振動波之各頻帶之強 度進行電性檢測。 【先前技術】 有如下共振器陣列型振動感測器，其排列共振頻率不同 ，禝數個共振器，使各共振器以特定之共振頻率對於聲波 等振動波選擇性地應答並共振，且將該各共振器之共振位 準轉換為電性信號後輸出，並對振動波之各頻帶之強度進 行檢測（例如，非專利文獻丨或者非專利文獻2)。 先丽之振動感測器中，於共振器之支持部附近形成壓致 電阻（pieZoresistance)，藉由惠斯登電橋等對因共振器之振 動（共振）而引起之壓致電阻之電阻值的變化進行檢測，並 2共振器輸出電性輸出信號。尤其於非專利文獻2之感測 器中 面藉由多工器切換各共振器之惠斯登電橋輸出， 一面獲得輸出信號。 提出有藉由共振器陣列型之簡易電路構成，而控制輸入 2動波之特疋頻帶之增益的方法（專利文獻丨或專利文獻 2)。。例如專利文獻丨之技術中，於共振器陣列型之振動感 測器中，使各共振樑中所設定之各壓致電阻並聯連接。藉 由改變施加至該並聯電路之電源電壓，或者，改變壓致電 阻之形狀而改變電阻值，可控制特定頻帶之增益。 專利文獻2之技術中，利用畸變之大小與共振樑之 120994.doc 200813407 位置相應而不同，對各共振樑中設定壓致電阻的位置進行. 調整，以使各頻帶之輸出信號之位準達到所希望之位準， 從而控制特定頻帶之增益。 非專利文獻 1 : W. Benecke et al·，”A Frequency-Selective， Piezoresistive Silicon Vibration Sensor，" Digest of * Technical Papers of TRANSDUCERSf85 5 pp.105-108 (1985) “ 非專利文獻 2 : E. Peeters et al·，"Vibration Signature

Analysis Sensors for Predictive Diagnostics，’’ Proceedings • of SPIE，97, vol· 3224, pp· 220-230 (1997) 專利文獻1:日本專利特開2000-46639號公報 專利文獻2:日本專利特開2000-46640號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 關於對振動現象或聲響信號進行處理方面，將信號表現 為複數，可進行振幅/相位之瞬時檢測或信號之解調變等 0 各種解析或轉換。以麥克風為首之先前之聲響/振動感測 器，係將各時刻之聲壓等物理量轉換為電性信號之裝置， 輸出係單一之即時信號。一般而言，為了將即時信號轉換 β 為所對應之複數信號，必須進行下述被稱作希爾伯特轉換 之運算。該運算為非因果，無法對寬頻帶信號即時進行該 運算。因此，對於信號之複數表現之可實際運用而言，限 於如於通信領域中進行處理般之窄頻帶信號。 解析函數之實部與虛部之間，一般存在如下之希爾伯特 轉換之關係（日本數學會編輯，岩波數學辭典第3版 120994.doc 200813407 (1985) ， 520頁）。 於複變數Z=X+jy之上半平面（7^〇)上，於正則函數 φ(ζ)=υ(χ > y)+jV(x , y) 之實軸上之邊界值 f(x)=U(x、〇)、g(x)=_v(x、〇) 之間，f、g為實數上之可積分之函數（f、、①》 時，存在如下 [數1] g(x) =去 p.v.£[(-'+t)dt f(x) =丄 ρ.ν.ΓίίΞ±4 ⑴ π S(X> t 之關係。此處ρ·ν·係表示Cauchy之主值 [數2] p.v.£F(t)dt = AJ]m^〇(f；F(t)dt = J；F(t)dt) (2) 之含義。 將g稱作f之希爾伯特轉換（Hilbert transform)，將填g稱 作希爾伯特轉換對。希爾伯特轉換係連接解析函數之實部 與虛部之函數。 對於物理現象、尤其振動現象而言，於複數平面上解析 則較為便利。一般而言，振動現象中，藉由歐拉公式 eje=c〇se+jsin0，實部與虛部存在一者為另一者之微分之關 係。例如，相對於變位或速度，存在速度或加速度之關 係。為了根據瞬時值把握現象，僅知道存在其等之關係之 120994.doc 200813407 必須知道兩者（例如變位 一者之資訊（例如變位）並不充分 與速度）。 、邛與虛邛之關係成為希爾伯特轉換 g或者f之式可導出另一者，如】 文错由上迷 之區間之積分，必須對某期間(週期函數中至:二(週:、… 行觀測。先前之振動波檢測裝置中，僅可檢測_者= :把握若：瞬時值檢測實部與虛部兩者之資訊‘

:如，如專利文獻！所示般，#由與共振樑之共振頻率 ==τ器之偏㈣賦予，則實現可動態變 制^ “而切之方法中，振動波檢測之負载限 制為正負之J，無法_實現任意之脈 複數負載。 叮而要之 本發明係蓥於上述情關發而成者，其目的在於提供一 種可賦予任意之複數負載之振動波檢測方法及裝置。 [解決問題之技術手段] 本發明之第1觀點之振動波檢測方法，其特徵在於：其 係將振動波傳播於各自與不同之特定頻率共振之複數個共 振器，以設在各上述共振器之檢測器檢測伴隨由各上述共 振器之上述頻率而產生之共振的電性輸出者，且 a以上述複數個共振器之檢測器#通之頻率將相位不同之 父流偏壓電壓施加至各共振器； 合成上述複數個共振器之檢測器之輸出。 再者，於施加該交流偏壓電壓之上述複數個共振器中的 120994.doc 200813407 至少1個共振器，上述交流偏壓電壓之振幅不同。 、尤其，將上述複數個共振器分為複數個群，針對該各 ，將具有共通之振幅與相位之上述交流偏壓電壓施加至 各群所包含之共振器。 八車又好的疋，以濾波器抽出上述複數個共振器之檢測器所 成之輪出的上旁波帶，藉由正交相關檢測輸出希爾伯特 轉換對之信號。 人再者亦可利用無線電將上述複數個共振器之檢測器所 合成之輸出傳送至上述濾波器。 X月之弟2觀點之振動波檢測裝置的特徵在於包括： 複數個共振器，其等各自與不同之特定頻率共振； 才双測斋，其檢測伴隨由傳播於上述複數個共振器之振動 皮而產生之各上述共振器在上述頻率之共振的電性輸出， 且設在上述複數個共振器各個中； 偏壓轭加機構，其以設在上述複數個共振器各個中之檢 測叩共通之頻率將相位不同之交流偏壓電壓施加至各上述 共振器；及 輸出合成機構，其合成設在上述複數個共振器各個中之 檢測器之輸出。 再者’以上述偏壓施加機構施加之上述交流偏壓電壓於 上述複數個共振器中的至少1個共振器，具有不同之振 幅。 尤其’上述偏壓施加機構將上述複數個共振器分為群， 針對遠各群’將共通之振幅與相位之交流偏壓電壓施加至 120994.doc -10- 200813407 各群之共振器。 較好的是包括： 濾、波機構，其自以上述輸出合成機構合成之檢測器的輸 出之合成輸出，對上旁波帶進行濾波後抽出，上述檢測器 4在上述複數個共振器各個中；及 正交檢波機構，其對以上述濾波機構抽出之上旁波帶進 行正父相關檢測，並輸出希爾伯特轉換對之信號。 _ •再者，亦可包括無線傳送機構，其利用無線電將以上述 輪出&成機構合成之檢測器之輸出的合成輸出傳送至上述 ;慮波機構，上述檢測器設在上述複數個共振器各個中。 車父好的是’上述檢測器係壓致電阻。 又’上述檢測器亦可係電容性之元件。 [發明之效果] 根據本發明之振動波檢測方法及振動波檢測裝置，可實 、4 ^之複數負載。並且，增加任意之複合頻率特性可作 • 為具有實部與虛部之2自由度的RF (Radio FreqUency，射 頻）調變信號而讀出、傳送。 【實施方式】 ， 以下，一面參照圖式一面詳細說明本發明之實施形態。 。 #者，對圖中相同或者相當部分附上相同符號，其說明不 再重複。以下，以將檢測對象之振動波作為聲波之聲響感 測器為例加以說明。 圖1係表示本發明之振動波檢測裝置之感測器本體之一 例的圖。形成於半導體石夕基板2〇上之感測器本❸包括： 120994.doc 200813407 接又輸入聲波之膜片2;與膜片2連接之1個橫樑3 ;與橫樑 3之前端連接之終止板4，·以及於橫樑3之兩侧，受到一側 支持之複數（η個）個共振樑51a、51b〜5na、5nb(以下，總稱 為共振樑5)，該等所有部分由半導體矽而形成。橫樑3之 兩側之共振樑5具有相同之共振頻率，以相對向為丨對，形 成有η組之共振樑5。 ^實施形態中，為了使數學處理變得簡單而容易理解， ^橫樑3之兩側，使具有相同共振頻率之共振樑成對地配 =。即使共振樑5僅配置於橫樑之一側，亦可獲得相同之 、、、4。然而，此時，感測器之靈敏度為1/2。 二黃:梁3之寬度於膜片2端為最粗’自膜片^開始隨著向 :板_而逐漸變細，且於終錢4端為最細 振樑5為共振器， 人各共 到了調整。 ，、振…-頻率共振的方式長度得 選 β等複數個共振樑5以下述（3)式所表示之 擇性地應答振動。 ，、振頻率f而 [數3] f

CaVY χ2νϊ (3) /、中C·由實驗而決定之常數 各共振襟5之厚度 各共振樑5之長度 材料㈣㈡導財）之揚氏模量 材料物質（半導體石夕）之密度

X Y 120994.doc 12 200813407 由上述⑺式可知’藉由改變共振樑5之厚度a或者長度 X’可將其共振頻率f設定為預期值。各共振襟5具有固有 之共振頻率。本例令’將所有共振樑5之厚度a設為固定， 且使其長度X隨著自右娜片2側）向左側（終止㈣側）而逐 漸變長’隨著自右側（膜片2側）向左侧（終止板4側），將各 共振樑5固有地振動之共振頻率自高頻率設定為低頻率。 再者’使用微機械加工技術，將具有以上構成之感測器 本體旧造於半導體石夕基板2〇上。自膜片2輸入之振動能， 通過橫樑3而分配至各個共振樑5，且被各共振系統之機 械-電性轉換器吸收，並轉換為信號能後抽出。 (實施形態1) 圖2係表示使用上述感測器本體丨之本發明之振動波檢測 裝置之一例的電路圖。於感測器本體丨之各共振樑5之產生 ’變部分（検樑3侧），形成有包含多晶矽之壓致電阻61&、 6113〜61^、61113(以下，總稱為壓致電阻6)。該等複數個壓致 電阻6並聯地連接，該壓致電阻6之一端與交流電源7；u、 711}〜71^、71113(以下，總稱為交流電源7)連接，其中上述交 流電源具有共通之頻率且具有分別不同之振幅與相位，而 該壓致電阻6之另一端與運算放大器1〇之一輸入端子連 接。運算放大器10之+輸入端子接地。將相位彼此相反之 父流偏壓電壓施加至對向之共振樑5中。圖2中，以電壓yi 之負说表不相反之相位。 電壓VI〜Vn可為相同。對於相位多卜知而言，至少1個 具有與其他不同之相位。 120994.doc 200813407 其次，就圖2所示之振動波檢測裝置之作用加以說明。 一般而言，電阻體之電阻值R之相對變化率藉由如下式（4) 而表示，其中將電阻體之泊松比設為V，將長度設為丨，將 電阻率設為Ρ。 [數4] (4)

形成於半導體矽基板20上之壓致電阻6中，主要因畸變 而使電阻率變化，若將壓致電阻係數設為π，將揚氏模量 設為Ε，則壓致電阻之電阻值R之相對變化率可如以下式 (5)而表示。 [數5]

6R I πΕ δΐ (5)

如圖2之振動波檢測裝置’將輸出形態稱作振動波形之 合成輸出’即’該輸出形態係將各共振樑5之振動輸出作 為波形並加上1個信號線而輸出之輸出形態。此時之感測 器本體1之作用在於’有效地向機械振動之電性信號進行 轉換’並調整基於機械頻率分解之電性信號上之頻 性。 、 上側之共振樑5 1 a〜5na中施加 樑51b〜5nb中施加負直流偏壓 圖9係使用感測器本體1表示壓致電阻6之共振樑5之振動 波形之和的輸出形式之-例的電路圖。圖9之電路中，向 正直流偏壓、向下侧之共振 ’將各共振樑5之振動輸出作 120994.doc •14- 200813407 為波形加上1根信號線後輸出。此處，為了易於理解，使 成對之上下共振樑5以逆相而振動，使上下壓致電阻6以彼 此逆相而伸縮。 圖9中，對於第i共振樑51上之壓致電阻之電阻值，若將 上側設為Ri+SRi(t)，將下側設為Ri_5Ri⑴，將上下各電阻 之其他共通端子之電壓設為v〇、-ν〇，則流入運算放大器 之假想接地點之電流由以如下式（6)而表示。 [數6]

F ^ hY-SR.(t)-atm 並且，藉由反饋電阻Rf，作為如 (6) 下式（7)表不之振動 電 壓而抽出。 [數7]

2Rfv R

V ^(t)' 八

R

N

R ⑺ 合成輸出之負載Wi藉由調整電阻Ri而可變。然而，實際上 製造晶片時之微調等為固定。 考慮利用上述方法中輸出與偏壓電壓V0成比例，而針對 各共振樑5改變偏壓電壓。圖1〇係使用複數個偏壓電壓線 之壓致電阻方式之合成輸出之一例的電路圖。使用圖之 電路，可按照頻率動態地調整增益。若將第丨樑之偏壓電 壓設為士Vi，則輸出電壓vout由如下式（8)而表示。 120994.doc -15- (8) 200813407 [數8]

V Σ 2R,

V

R yv

R

其中，因通過橫樑3之配線數，若共振樑5之數量增加， 則必須進行將共振樑5分為組之偏壓控制。 圖1〇所示之振動波檢測方法中，頻率特性為可變，但各 頻率中可設定之增益限於實數。頻率濾波時之增益為實數

或者虛數則限於脈衝應答為對稱或者反對稱之情形。若各 頻率中所設定之增益限於實數，則無法實現任意之脈衝應 答。 ~ 圖2所示之本發明之振動波檢測裝置中，可實現可變負 載濾波器，該可變負載濾波器實現更普通之頻率應答。如 圖2所不’將第i共振樑5ia及5ib之共振頻率設為，壓致 電阻之電阻值設為Ri，電阻變化設為SRi(t)。將以頻率Ω、 振幅為Vi、相位為w之正弦波交流電壓施加至各壓致電阻 6 i a之個別、子中。且將相同正弦波交流電壓之逆相電壓 供給至逆相側之壓致電阻6il)中。將正相與逆相之壓致電 阻6之共通端子與轉移阻抗型之運算放大器10之輸入端子 連接。轉移阻抗型之運算放大器1〇係輸入阻抗為〇、輸出 阻抗為0之電流-電壓轉換放大器。 此時’自第i共振樑5iaA5ib流入放大器之電流為如下式 (9) 〇 [數9] 120994.doc -16· 200813407

Xc〇s(at+^) Vc〇s(at+^^ c〇s(at+^. )5Ri(t) Ri R i s—(9) 其中，Hi三2WRi係調變之增益係數，Fi (t，叫咖⑴/Ri係共振樑5i之振動時間波形，（t，coi)藉由祕〇ne(魚 骨)構造之感測器本體i之特性’具有ωί附近之較窄頻帶之 光譜分佈。 將Ν設為共振樑5之一對之總數 流之合計波形由如下式（1〇)而表示 [數 10] ，整個共振樑5之輪出

(10)

此處，進而 帶，為 [數 11] 出假定為充分窄之頻 F1^ ω') - ReiFioy)^} [數 12]斤綱⑼+炎)：=如把，，} ^Re{H(Wi)ejnt}=臺{Η(ω〗>Ωι + Η*(ω>’} (11) 120994.doc • 17 - (12) 200813407 時，即，F(co)及Η(ω)僅正之頻率co-0，為非零之複數函數 時，則輪出電流可由如下式（13)而表示。此處，虛數單位 以字母j來表示。又，Re表示實部，函數符號之右側之* 表示複數共軛（以下相同）。 [數 13]

1 N 以)=—7 Σ (F(a)i)ejwit+F*ui)e-_)(H(a)i)eKU + 4 i，l

# — f (FU)e^+ F*U)d叫（HU)ei〇t + H本 4Δ ω Jo 1 Λ p°° =— ielQt \ FU)HU)eWda) 4Δ ω J〇

P OO + e~iQt 1 Ρ(ω)Η* (w)eitot dco J〇

p OO 十 I Ρ*(ω〉Η(ω>θ_Μ(1ω

Jo J〇 = f°°F(ce))H(a))e^da) } ω Jq + i?e{eJQt F* (ω)Η(ω)θ~1ωΜω}} (13) 式（12)表示，以載波頻率Ω進行調變，並於其上旁波帶 (以下，稱作上旁波帶）而獲得濾波器結果，該濾波器結果 為作為F(co)之逆傅立葉轉換（由F-1表示）之經解析的輸入信 號 f(t)、 f(t) = F-l{F(co)}

之複合頻率特性Η(ω)的濾波器結果。又，f * (_t)、即F 120994.doc -18- 200813407 氺（ω)之逆傅立葉轉換 f*(-t) = F-l{F*(c〇)} 之Η(ω)之濾波器結果，於下旁波帶（以下，稱作下旁波帶） 而獲得。 該過程表示於圖3。圖3係模式性表示頻率分解後之振幅 相位調變之作用的光譜分佈。經頻率分解之輸入信號分別 地乘以固定之複數振幅Hi，獲得僅載波頻率卩之頻率偏 私。該等之合成為Η(ω)之頻率特性之乘法運算與固定頻率 Ω之載波的調變。例如，某共振樑5中經頻率分解之輸入光 譜分佈A，成為僅載波頻率〇之頻率偏移後之光譜分佈β。 分解並僅以載波頻率Ω而頻率偏移後之光譜合成作為上旁 波帶之光譜分佈而獲得。 該結果與僅將聲響信號f(t)以頻率特性Η(ω)而濾波，其 後以載波頻率Ω而調變者不同。以頻率特性Η(ω)而濾波並 以載波頻率Ω而調變者，接受聲響信號之負頻率為Η*⑷ 之杧皿又化。與此相對，本發明之方法中，乘以與正頻率 相同之Η(ω)之增益。 圖4表示考慮下旁波帶或_Ω之頻率偏移之合成信號之光 譜分佈。4慮各個旁頻帶成分之含義。載波頻率Ω之右侧 之成分（上旁波帶）係將所希望之濾波器特性之輸出解析為 信號者。載波頻率Ω之左側之成分（下旁波帶）如以下式（14) 般， [數 14] I20994.doc •19- 200813407 J 〇 = J〇 Ε(ω)Η*(ω)63^άω}* ={f(t)*h*(—t)}， (14) 係頻率應答Η* (ω)或者脈衝應答h* (-t)之濾波器輸出。 此處’函數之間之符號*表示卷積。式（14)由複數共軛之 逆傅立葉轉換 [數 15] p 〇〇 J〇 Η*(ω〉β^(1ω 叫 J〇 Η(ω)一Hd6)}* = h*(一t) 而導出。· 可知負頻率區域中，_Ω之左側之成分係所希望之濾波器 特性之輸出之複數共軛，_Ω之右側之成分係上述Η*(ω)2 濾波器輸出之複數共軛。再者，若偏壓電壓v〇〜vn相等， 則振動波檢測裝置之頻率特性平穩。藉由改變偏壓電壓 V0〜Vn，可改變濾波器特性。 如上所述，上旁波帶與下旁波帶作為信號之含義不同。 共振樑5之經合成之輸出，必須於使上旁波帶與下旁波帶 分離後進行解調。可對合成輸出信號進行直接解調，以載 波頻率Ω而調變，因此可直接利用無線發送。 圖5係表不利用無線之振動波檢測裝置之構成例的方塊 圖。圖5(a)表不感測器侧之電路，圖5(b)表示接受側之電 路。如圖5(a)所示，於感測器侧，由感測器本體1調變之信 號利用變壓器11進行阻抗整合，並由放大器12放大後自天 線13 S以無線而發送。 圖5⑻所示之接受側，利用天線13R而接受並利用放大 120994.doc -20- 200813407 一器14而放大後之信號，由帶通濾波器（BpF)15分為上旁波 帶與下旁波帶。同時，利用PLL(Phase Locked Loop，鎖相 迴路）16等使載波頻率Ω再生。根據載波頻率由移相器 (Phase Shifte〇17製作〇。與90。之相位之載波頻率，進行經 BPF15分離之上旁波帶（USB:Upper Side Band，上旁波帶） 之正父檢波。USB中，利用乘法器18對〇。與9〇。之相位之載 波頻率進行乘法運算，通過低通濾波器（L〇w pass ，

LPF) 19後獲得檢波輸出。正交相關檢測後之2個信號成為 已。又疋之複數負載濾波器之輸出之希爾伯特轉換對。即f 自〇°之相位獲得實部之信號，自9Ό。之相位獲得虛部之信號。 再者，所施加之交流偏壓電壓並非係正弦波亦可。此係 因為對BPF1 5進订適當調節，可於抽出上旁波帶時抑制讀 波。交流偏壓電壓可例如為矩形波。 如以上所呪明般，根據本發明之振動波檢測裝置，可實 現任意之複數負载。並且’可作為除具有任意之複合頻率 特性之：亦具有實部與虛部之2自由度的RF調變信號而讀 於先前之使用麥克風或振 可用於先前所未出現之如 本發明之振動波檢測方法可用 動感測器之任一情形。進而，亦 下情形中。 根據複數波形之特傲社 聲響進行檢測。例如，可h對時間分解能較高之振動· 現之異常音。X，可、ί測：連續開動之機器中瞬間出 Κ兄I頻帶之AM/FM解調器。 不會產生矛盾而可檢測容 、 輪出信號，因此適用於高精度 120994.doc 200813407 之波形測量。 (實施形態1之變形例） 圖6表示將共振樑5分為群並施加交流偏壓電壓之振動波 檢測裝置之例。若共振樑5之數量增多，則因通過橫樑3之 配線數受到限制，難以向所有共振樑5施加不同相位之交 流偏壓電壓。例如，如圖6所示，將共振樑5分為群，針對 各群，將具有共通之振幅與相位的交流偏壓電壓施加至各 群所包含之共振樑5中。

圖6之例中，將振幅為V1、相位為幻之交流偏壓電壓施 加至共振樑51a與523中。將振幅為_V1、相位為^之交流 偏廢電麼施加至共振樑51_52b中。以同樣方式，依次將 相鄰玲共振樑5分為1組，將共通之振幅與相位之交流偏 麼電壓施加至各組中。以μ 、 式’複數負载之振幅與相位 =由度減小’複數負載不會產生變化，於橫樑3之配線 數之限制内可設有多個共振樑5。 圖6之例中’以相鄰2個丘振 量亦可為3以上。又，//丘1組共振標5之數 同。進而廿t 1組共振樑5之數量可針對組而不 並非為相鄰共振樑5，例 振襟5為！組，針對各组施加共通之鮮選擇相個共 ㈣。分為何種組合之群、將打種心^、相位之交流偏麼 電壓施加至每個电中振幅與相位之交流偏歷 計。 組中，可根據所取得之複合頻率特性而設 (實施形態2) 明之振動波 圖7係表示檢測器為電容器之情形時的本發 120994.doc -22- 200813407 檢測裝置之一例的電路圖。 各共振樑5之前端部81&、gib〜8na、8nb(以下，總稱為 前端部8)所對向之位置之半導體矽基板20上，分別形成有 電極91a、91b〜9na、9nb(以下，總稱為電極9)，由各共振 i 樑5之前端部8與其所對向之各電極9構成電容器。共振樑5 < 之前端部8係伴隨振動而位置可上下移動之可動電極，另 - 一方面，形成於半導體矽基板20上之電極9係其位置無法 移動之固定電極。並且，若共振樑5以特定頻率振動，則 忒對向電極間之距離產生變動，因此，電容器之電容改變。 複數個電極9並聯連接，且與運算放大器10之一輸入端 子連接。運异放大器1〇之+輸入端子接地。共振樑5之前端 部8與具有共通之頻率且振幅與相位分別不同之交流電源 71a、71b〜7na、7nb連接。與圖2之電路相同，對向之共振 標5中施加有相位彼此相反之交流偏壓電壓。 若特疋之共振樑5共振，則藉由其畸變使共振樑5之前端 _ 部8與電極9之間之距離改變，且其之間之電容器之電容改 變，該等之變化之和作為運算放大器1〇之輸出（電壓v+)而 獲得。 ， 虽檢測益為電容器時，式（4)〜式（13)中代替電阻Ri，考 慮電容器之電容Ci之阻抗Zi。

Zi=l/(jaci) 此時，阻抗Zi包含頻率（角頻率），載波頻率Ω為固定且共 通，因此，若考慮僅l/j=_j變化，則與電阻時相同可進行 處理。振幅Hi包含虛數j，因此，輸出之相位與壓致電阻6 120994.doc •23· 200813407 之情形相比改變了 90。，經解調之輪出之實部與虛部替 換。可作為除具有任意之複合頻率特性之外亦具有實部盥 虛部之2自由度的變信號而讀出•傳送，此係與檢測 器為電阻時相同。 (貫施形態2之變形例） 圖8表示檢測器為電容器時將共振樑5分為群而施加交流 偏壓電壓之振動波檢測裝置之例。若共振樑5之數量增 多，則因通過橫樑3之配線數之限制，難以向所有共振標5 施加相位不同之交流偏壓電壓。 、與實施形態！之變形例（圖6)相肖，將相鄰2個共振樑5分 為1組，將具有共通之振幅與相位之交流偏壓電壓施加至 各組中。以此方式，複數負載之振幅與相位之自由度減 小，但複數數負載未發生變化，可於橫樑3之配線數之限 制内設置多個共振樑5。 圖8之例中，將相鄰2個共振樑5分為i組，i組之共振樑$ 之數量亦可為3以上。又，W共振樑5之數量可針對組而 不同進而，並非為相鄰共振樑5，例如，亦可選擇每❿個 之共振樑5為1組，將共通之振幅與相位之交流偏壓電壓施 加至各組中。分為何種組合之群、將何種振幅與相位之交 流偏壓電壓施加至每個組中，可根據所取得之複合頻率特 性而設計。 ' 如以上所說明，根據本發明之振動波檢測裝置，即使於 檢測器為電容器時亦可實現任意之複數負m。並且，可作 為除具有任意之複合頻率特性之外亦具有實部與虛部之2 120994.doc -24- 200813407 自由度的RF調變信號而讀出·傳送。 此外，上述硬體構成係一例，可任意地進行變更及修 正。 本申請案基於2006年5月12日提出之日本專利申請案特 願2006-133 802。本說明書中參照上述說明書、專利申社 範圍、圖式全體而編入。 [產業之可利用性] 本發明之振動波檢測方法及裝置可用於故障診斷裝置、 助聽态、語音識別系統、通信系統等之聲響感測器。 【圖式簡單說明】 ° 圖1係表示本發明之振動波檢測裝置之感測器本體之一 例的圖。 圖2係表示本發明之振動波檢測裝置之一例的電路圖。 圖3係模式性地表示頻率分解後之振幅相位調變之作用 的光譜分佈。 圖4係亦考慮下旁波帶或_Ω之頻率偏移之合成信號之光 譜分佈圖。 圖5(a)、（b)係表示利用無線之振動波檢測裝置之構成例 的方塊圖。 圖6係表不將共振樑分為群且施加交流偏壓電壓之振動 波檢测裝置之例的圖。 ^二表示測器為電容器時之本發明之振動波檢測裝 置之一例的電路圖。 圖8係表示檢測器為電容器時將共振樑分為群並施加交 120994.doc -25- 200813407 /瓜偏壓龟壓之振動波檢測裝置之例的圖。 圖9係表示壓致電阻之共振樑之振動波形之 ^ . %出形 式之一例的電路圖。 圖10係表示使用複數個偏壓電壓線之壓致電阻方式之合 成輸出之一例的電路圖。 【主要元件符號說明】 1 2 3 4 10 11 12、 13S 15 16 17 18 19 20 51a 5ia

14 、13R ' 51b、52a、52b 、5ib、5na、5nb 感測器本體 膜片 橫樑 終止板 運算放大器 變壓器 放大器 天線 帶通濾波器（BPF) PLL 移相器（Phase Shifter) 乘法器 低通濾波器（LPF) 半導體矽基板 共振樑 61a、61b、62a、62b、壓致電阻 6ia、6ib、6na、6nb 120994.doc -26- 200813407 71a、71b、72a、72b、 7na 、 7nb 81 a、81b、82a、82b、 8ia、8ib、8na、8nb 91a 、 91b 、 92a 、 92b 、 9ia、9ib、9na、9nb 交流電源 前端部 電極

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Claims (1)

1. 200813407 十、申請專利範園·· 】·-種㈣波檢财法，其特徵在於： 於各自對不同之特定頻率共振之複數個：動波傳播 各上述共振ϋ之檢《檢測各上料上:設在 之共振所伴隨之電性輸出者，且 述頻率 力上ΓΓ數個共振器之檢測器共通之頻率對每個 益鈿加相位不同之交流偏壓電壓； 、振 合成上述複數個共振器之檢測器之輪出。 2·如請求項1之振動波檢測方法，其中 於施加該交流偏塵電麼之上述複 1個共振器，上述交流偏壓„之振幅不；^的至少 3·如請求項1之振動波檢測方法，其中 數㈣振时為複數料，針㈣ 厂包含之共振器施加具有共通之振幅與相位之二 父流偏壓電壓。 逆 4·如請求項1之振動波檢測方法，其中 以濾、波器抽出上述複數個共振器之檢測器所 對之Si波〒亚猎由正父相關檢測輸出希爾伯特轉換 5 ·如凊求項4之振動波檢測方法，其中 利用無線電將上述複數個共振器之檢測器所合 出傳送至上述濾波器。 輪 6· 一種振動波檢測裝置，其特徵在於包括： 複數個共振器，其等各自對不同之特定頻率共振，· 120994.doc 200813407 檢測器，其設在上述複數個共振器各個上，檢測傳播 至上述複數個共振器之振動波所致之該等共振器各個於 上述頻率之共振所伴隨的電性輸出； 偏壓加加機構，其以設在上述複數個共振器各個中之 檢測ι§共通之頻率，對上述共振器各個施加相位不同之 交流偏壓電壓；及 輸出合成機構，其合成設在上述複數個共振器各個中 之檢測器之輸出。 如明求項6之振動波檢測裝置，其中 以上述偏壓施加機構施加之上述交流偏壓電壓於上述 複數個共振器中的至少〗個共振器上，具有不同之振 幅0 8·如請求項6之振動波檢測裝置，其中 ▲上述偏壓施加機構將上述複數個共振器分為群，針對 群對各群之共振器施加共通之振幅與相位 偏壓電壓。 9·如請求項6之振動波檢測裝置，其中包括： $波機構，其自以上述輸出合成機構合成之檢測器之 成輸出，濾、波抽出上旁波帶，上述檢測器設在 上迷複數個共振器各個中；及 嫌：交檢波機構，其對以上述據波機構所抽出之上旁波 10如-… ㈣出希爾伯特轉換對之信號。 槿，f # 置其中具備無線傳送機 構其將以上述輸出合成機播人α、 成機構合成之檢測器之輸出的合 120994.doc 200813407 成輸出以無線方式傳送至上述濾波機構，上述檢測器設 在上述複數個共振器各個中。 11. 如請求項6之振動波檢測裝置，其中 上述檢測器係壓致電阻。 12. 如請求項6之振動波檢測裝置，其中 上述檢測器係電容性之元件。

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