TWI238245B - Vibration sensor - Google Patents

Description

1238245 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明爲靜電容量型的振動感測器，特別是有關將固 定電極及與前述固定電極形成相對配置之振動電極間的靜 電容量的變化作爲振動信號並加以輸出的振動感測器。 【先前技術】 在用於計步器、微小振動器、精密機械用的振動感測 器、相機之防手振功能用振動感測器等的靜電容量型振動 感測器中，傳統的的振動電極，是由聚乙烯對苯二甲酸酯 (PET )或聚次苯基硫化物（PPS )等薄膜所構成，並且 爲了獲得更大的振幅信號，在薄膜的中央部設置配重（譬 如：專利文獻1 )。 此外，其它的習知技術，則揭示一種於板構件設置開 口縫’而形成可振動變位的振動膜，並於該振動膜部設置 配重的振動感測器（譬如：專利文獻2 )。而該振動感測 器的開口縫，是由形成環狀的開口縫、及從中心點朝外側 放射狀的開口縫。 [專利文獻1 ] 曰本特開昭59-79700號公報 [專利文獻2 ] 曰本特開平9 - 4 9 8 5 6號公報 1238245 (2) [發明欲解決之課題] 在專利文獻1與專利文獻2所記載的振動感測器，_ 於是形成在振動電極設置配重的結構，因此需要設置配_ 的空間，故不易達成振動電極的薄型化。此外，由於該酉己 重的緣故，當振動感測器掉落、或由外部賦予激烈的衝擊 時，具有振動電極變形、因爲破損而無法獲得輸出信號^ 輸出信號過小等問題。 本發明是有鑑於上述的問題所硏發的發明，本案的目 的在於：針對偵測細微振動的靜電容量型振動感測器，提 供一種更薄型，且可達成絕佳耐衝擊性的振動感測器。 [解決課題之手段] [特徵構造1] 爲了達成上述目的，本發明之振動感測器的第1特徵 構造，是可將固定電極及與前述固定電極形成相對配置之 振動電極間靜電容量的變化作爲振動信號並加以輸出的振 動感測器，其中前述的振動電極是由：在同一個板構件上 設置開口縫，並利用本身重量形成振動變位的中央側振動 膜部；和位於周邊側的固定部；及連結前述振動膜部與前 述固定部的彈性支承部所構成。 根據上述的特徵構造，由於形成：振動電極設置開口 縫所形成的彈性支承部具有彈簧的功能，且中央側的振動 膜部可藉由本身的重量產生振動變位的結構，故可在不設 置不設置配重的狀況下獲得所需的振幅。此外，由於來自 -5- 1238245 (3) 於外部的衝擊可由形成彈簧結構的彈性支承部所吸收’故 可提高耐衝擊性。特別是對振動電極外周方向的衝擊’由 於振動電極的開口縫可發揮緩衝材的效果，故可緩和衝 擊。如此一來，不在需要用來設置配重的空間，可獲得更 薄型’且具有絕佳耐衝擊性的振動感測器。 [特徵構造2] 本發明之振動感測器的第2特徵構造，前述板構件是 由不鏽鋼、鎢、Ti-Cu合金、Be-Cu合金中的任何一種所 構成。 換言之，根據上述的特徵結構，由於採用比重7.8的 不鏽鋼（SU S 3 04 )和比重16的鎢等比重較重且彎曲強度 強的材料取代傳統的P E T及P P S，故可僅根據本身的重量 獲得所期待的振幅，並且可提高耐衝擊性。據此，藉由構 成如本特徵結構的方式，不僅可獲得良好的輸出信號，並 可獲得具有絕佳耐衝擊性之振動感測器的實用實施形態。 [特徵構造3] 本發明之振動感測器的第3特徵構造，前述板構件具 有30//m〜的板厚。 根據上述的特徵結構，由於將板厚設成較傳統振動電 極（振動膜）的膜厚（譬如3 β m〜4 /z m左右）更厚，故 可提高板構件的彎曲強度及耐衝擊度。此外，即使不設置 配重’也能將振動膜的重量設成可獲得良好輸出信號的重 -6 - 1238245 (4) 量。 [特徵構造4] 本發明之振動感測器的第4特徵構造，前述振動膜部 是形成圓形，而前述彈性支承部，是形成其中一端側連接 於前述振動膜部，而另一端側連接於固定部之圓弧狀細帶 體’並以等間隔的方式沿著前述振動膜部的外周設置複數 個。 _ 換言之，藉由構成如上所述的特徵結構，由於圓弧狀 的細帶體而成爲可彈性變形的彈簧構件，故能以簡易的結 構形成彈性支承部，並使振動電極的製作變得容易。 此外，由於圓弧狀的細帶體（彈簧構件）是以等間隔 的方式配置於振動膜部的外周，故負荷可平均地作用於彈 性支承部，使振動膜部以平行的狀態形成變位，而獲得安 定的輸出。特別是倘若配置3個細帶體形成3點支承的結 構，可加大振動膜部的變位，並可增加感測器的輸出。 g [特徵構造5] 本發明之振動感測器的第5特徵構造’前述彈性支承 部是形成：前述振動膜部之外周側上的一處、與緊鄰於該 處的前述固定部形成連接的樑狀體。 換言之，根據上述的特徵結構’由於振動膜部是形成 單點支承（懸臂）結構，因此當振動膜部產生變位時’固 定電極與振動膜部不會形成面接觸。特別是當駐極體構件 1238245 (5) t成h固疋電極之振動電極的相對面時，由於駐極體的電 荷使得振動膜部容易附著於駐極體構件，但藉由形成本案 上述的特徵結構，可有效地防止振動膜部朝駐極體構件附 著。 【實施方式】 以下，根據圖面說明本發明之振動感測器的實施形 態。 本案的振動感測器1如第1及第2圖所示，是將固定 電極2、及與前述固定電極2形成相對配置之振動電極3 間的靜電容量的變化作爲振動信號並加以輸出的振動感測 器，振動電極3是由：在同一板構件上設置開口縫3 a， 並根據本身的重量形成振動變位之中央側的振動膜3 b ; 和位於周邊側的固定部3 c ;及連結振動膜部3 b與固定部 3 c的彈性支承部3 d所形成。並如第3圖所示，於輸出側 備有作爲放大電路 11 的運算放大器（operational amplifier)。此外，本發明可適用於前置型與後置型中的 任一種。 如第1 ( a )圖所示，前置型的振動感測器1是形 成：由外殼構件7的底部部分構成固定電極2，該外殼構 件7的內面形成有剖面呈c字型的駐極體構件4，並依照 環狀間隔構件6、振動電極3、振動電極環5的順序形成 g疊後，以電路基板8作爲蓋子固定於外殼構件7的方式 組裝振動感測器的結構。固定電極2是經由外殼構件7與 -8- 1238245 (6) 電路基板8形成連接，振動電極3則經由振動電極環5與 電路基板8形成連接。 如第1 ( b )圖所示，後置型的振動感測器1是形 成：依照振動電極環5 '振動電極3、隔離構件6、具有 駐極體構件4的固定電極2、背極承座1 〇及閘環9的順 序重疊於外殼構件7的底部後，以電路基板8作爲蓋子固 定於外殼構件7的方式組裝振動感測器的結構。在上述的 結構中，固定電極2是由絕緣體所構成的背極承座丨〇挾 持其周圍部分形成固定支承。固定電極2是經由閘環9與 電路基板8形成連接，振動電極3則是經由振動電極環5 與外殻構件7與電路基板8形成連接。 此外，爲了提高耐衝擊度，無論是前置型或後置型均 將振動電極環5的厚度設薄，而有助於振動感測器丨的薄 型化。而放大電路1 1可形成內藏於電路基板8的構造， 即使是非內藏的構造亦無妨。 振動電極3是由如SU S 3 04 (不鏽鋼）所構成，其板 厚是設定爲30#m〜50//m。此外，由於振動電極3是由 在同一板構件上設置開口縫3 a，並根據本身的重量形成 振動變位之中央側的振動膜3 b ;和位於周邊側的固定部 3 c ;及連結振動膜部3 b與固定部3 c的彈性支承部3 d所 形成，故可利用衝壓加工或蝕刻加工等方式輕易地製作。 振動膜部3 b是形成圓形，並將其面積設定爲：形成 可靈敏地偵測振動且獲得所需振幅的重量。彈性支承部 3 d，是形成其中一端側連接於振動膜部3 b且另一端側連 -9- 1238245 (7) 接於固定部3 c的圓弧狀細帶體，並以等間隔的 振動膜部3 b的外周設置複數個。在本實施形態 是由於相同形狀的彈性支承部3 d是以等間隔的 於振動膜部3 b的外周而形成3點支承的構造， 振動膜部的變位，並可增加感測器的輸出。此外 本實施形態中，考慮到振動感測器1的安定性而 彈性支承部3 d的數量，但該數量可任意變化。 在此，本實施形態的振動感測器1，是經從 高度且固定於框體的狀態下分別對6個面進行一 驗後，確認振動感測器1，特別是振動電極3沒 此外，直徑設定爲約0 4之振動電極3的板厚 較爲合適，而直徑設定爲約0 6之振動電極3的 5 〇 m較爲合適。此外，雖然亦可將直徑設約爲 動電極3的板厚設爲5 0 // m，但將使輸出信號變 在第4圖中，是針對具有厚度爲30// m且 爲約0 4之振動電極3、及厚度爲5 0 // m且直徑 0 6的振動電極3之2種振動電極3的振動感消 示在共振周波數（Hz )及低周波數振動（ 1.75Hz)之條件下的輸出電壓。在該圖中，是將 11之放大倍率設爲16，並將電源電壓設定爲3V 其次，根據第5圖說明本案的第2實施形態 在本實施形態中，振動膜部3 b是形成圓形 支承部3 d是形成··振動膜部3 b之外周側上的一 鄰於該處的固定部3 c形成連接的樑狀體。詳細 方式沿著 中，特別 方式配置 故可加大 ，雖然在 形成3個 1 . 5 m 的 次落下試 有破損。 以 3 0 // m 板厚則以 0 4之振 小0 直徑設定 設定爲，約 丨器1，顯 2 · 5 Η z 與 放大電路 〇 〇 ，而彈性 處、與緊 地說，是 -10- 1238245 (8) 形成一個不完整圓形的開口縫3 a，並分別於其兩端形成 朝內側延伸的直線狀開口縫3 a °由於在本實施形態中’ 彈性支承部3 d是構成形成於一處的懸臂構造，因此振動 膜部3 b不會產生平行變位’進而可防止振動電極3朝駐 極體構件4附著。 接著，根據第6圖說明本發明的第3實施形態。 在本實施形態中，與第2實施形態相同，振動膜部 3 b是形成圓形，彈性支承部3 d是形成：振動膜部3 b外 周側上的一處、與緊鄰於該處的固定部3 c形成連接的樑 狀體。在本實施形態中，是形成不完整圓形的開口縫 3 a。因此，可簡化開口縫3 a的形狀，可以更簡潔的構造 實現本發明的振動感測器1。 雖然在上述第 1〜第 3實施形態中，板構件是由 SUS 3 04 (不鏽鋼）所構成，但亦可採用鎢、Ti-C 11合金、 Be-Cu合金等比重大、彎曲強度高的材料來構成。 【圖式簡單說明】 第1圖：本發明振動感測器之其中一種實施形態的剖 面圖。 第2圖：本發明振動感測器之振動電極的其中一例的 不意圖。 第3圖：本發明振動感測器及其周邊電路的配線圖。 第4圖：本發明振動感測器的共振周波數及輸出電壓 之其中一範例圖。 -11 - 1238245 (9) 第5圖：本發明振動感測器之振動電極的變形例示意 圖。 第6圖：本發明振動感測器之振動電極的變形例示意 圖0 【主要元件符號說明】 1 :振動感測器 2 :固定電極 3 =振動電極 4 :駐極體 5 :振動電極環 6 :隔離構件 7 :外殼構件 8 :電路基板 9 :閘環 10 :背極承座 11 :放大電路

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Claims (1)

1238245 ⑴ 十、申請專利範圍 1 . 一種振動感測器，是可將固定電極及與前述固定 電極形成相對配置之振動電極間靜電容量的變化作爲振動 信號並加以輸出的振動感測器，其特徵爲： 前述的振動電極是由：在同一個板構件上設置開口 縫，並利用本身重量形成振動變位的中央側振動膜部；和 位於周邊側的固定部；及連結前述振動膜部與前述固定部 的彈性支承部所構成。 ϋ 2 ·如申請專利範圍第1項所記載的振動感測器，其 中前述板構件是由不鏽鋼、鎢、Ti-Cii合金、Be-Cu合金 中的任何一種所構成。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所記載的振動感測 益’其中前述板構件具有3 Ο μ m〜5 Ο μ m的板厚。 4 ·如申請專利範圍第1或2項所記載的振動感測 器，其中前述振動膜部是形成圓形，而前述彈性支承部， 是形成其中一端側連接於前述振動膜部，而另一端側連接 €1 於固定部之圓弧狀細帶體，並以等間隔的方式沿著前述振 動膜部的外周設置複數個。 5 .如申請專利範圍第1或2項所記載的振動感測 器’其中前述彈性支承部是形成：前述振動膜部之外周側 上的〜處、與緊鄰於該處的前述固定部形成連接的樑狀 體。 -13-