| Dokumentenidentifikation |
DE19649679B4 24.02.2005 |
| Titel |
Schwingungserfassungssensor |
| Anmelder |
Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon, Kyonggi, KR |
| Erfinder |
Kim, Tae-ho, Suwon, KR |
| Vertreter |
Kahler, Käck & Mollekopf, 86899 Landsberg |
| DE-Anmeldedatum |
29.11.1996 |
| DE-Aktenzeichen |
19649679 |
| Offenlegungstag |
28.08.1997 |
| Veröffentlichungstag der Patenterteilung |
24.02.2005 |
| Veröffentlichungstag im Patentblatt |
24.02.2005 |
| IPC-Hauptklasse |
G01H 11/08
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| IPC-Nebenklasse |
G12B 7/00
H01L 41/113
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| IPC additional class |
// A61B 5/024
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| Beschreibung[de] |
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungserfassungssensor,
bei dem piezoelektrische Elemente verwendet werden, und insbesondere einen Schwingungserfassungssensor,
mit dem es möglich ist, die Effekte von Temperatur und Geräuschen zu beseitigen.
Im allgemeinen wird ein Schwingungserfassungssensor bei einem elektronischen
Sphygmomanometer und ebenfalls zum Erfassen von Schwingungen in einer Maschine verwendet.
Wie den 5 bis 7
zu entnehmen ist, weist ein herkömmlicher Schwingungserfassungssensor eine runde
Schwingungsplatte 1, ein Abdeckelement 2, das die runde Schwingungsplatte
1 abdeckt, ein piezoelektrisches Element 3, das in der Mitte der
Oberseite der Schwingungsplatte 1 befestigt ist, und eine Durchführungsleitung
4 auf, die mit dem piezoelektrischen Element 3 elektrisch verbunden
ist.
Beim herkömmlichen Schwingungserfassungssensor besteht die Schwingungsplatte
1 aus einem Material, wie z. B. Kunststoff oder Gummi, die darin verteilte
Metallpartikel aufweisen. Das piezoelektrische Element 3 ist mittels eines
Klebstoffs mit der Schwingungsplatte 1 verbunden und aus einem komplexen
Material hergestellt, das aus Gummi oder einem synthetischen Harz zusammengesetzt
ist, wobei der Gummi oder das synthetische Harz darin verteilte ferroelektrische
Partikel aufweisen, wie z. B. PZT oder BaTiO2. Das aus einem metallischen
Material zusammengesetzte Abdeckelement 2 schließt eine zylindrische Wand
2a und eine runde Decke 2b am oberen Ende der Wand 2a
auf. Der untere Teil der Wand 2a weist einen nutenförmigen Abschnitt
2c auf, so daß die Schwingungsplatte 1 in den nutenförmigen Abschnitt
2c einschnappt und sich mit dem Abdeckelement 2 verbindet. Ebenfalls
ist durch die Wand 2a und den nutenförmigen Abschnitt 2c hindurchgehend
ein Schlitz 2d ausgebildet, so daß die Durchführungsleitung 4
in das Abdeckelement 2 eingefügt werden kann. Ein Ende einer in der Durchführungsleitung
4 mittig gelegenen Leitung 4a ist durch ein Lötteil
5 auf die Oberseite des piezoelektrischen Elements 3 gelötet und
die abschirmende Leitung 4b der Durchführungsleitung 4 ist ebenfalls
durch eine Lötung mit der Wand 2a verbunden.
Wenn die Schwingungsplatte 1 des oben beschriebenen, herkömmlichen
Schwingungserfassungssensor in der Nähe eines Arterienblutgefäßes einer Person oder
mit einer Maschine in Kontakt gebracht wird, schwingt die Schwingungsplatte
1 in Abhängigkeit der Pulsschläge der Person oder der Schwingungen der
Maschine und erzeugt dadurch eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der oberen
und unteren Oberfläche des piezoelektrischen Elements 3. Die Schwingungsplatte
1 leitet aufgrund der darin verteilten metallischen Partikel und die mit
der Wand 2a des Abdeckelements 2 verbundene, abschirmende Leitung
4b ist ebenfalls elektrisch mit der Unterseite des piezoelektrischen Elements
3 verbunden. Folglich werden die auf dem piezoelektrischen Element
3 erzeugten, elektrischen Potentialdifferenzen als ein elektrisches Signal
über die Durchführungsleitung 4 ausgegeben und folglich können Schwingungen
erfaßt werden.
Weil jedoch der oben dargestellte, herkömmliche Schwingungserfassungssensor
ein piezoelektrisches Element mit nur einer Piezo-Scheibe verwendet, entstehen dadurch
Probleme, daß aufgrund von Temperaturänderungen seiner Umgebung Fehlersignale erzeugt
werden. Weil ebenfalls die Durchführungsleitung 4 durch den Schlitz
2d in der zylindrischen Wand 2a in das Abdeckelement
2 eingeführt ist, können Geräusche von Außen durch das Loch 2d
eindringen.
Der aus der DE 41 04 179 C2
bekannte Sensor zur Messung hochfrequenter Schwingungen bei einem Verbrennungsmotor
ist auf dem Gehäuseboden eines Gehäuses angeordnet. Der Innenraum des Gehäuses ist
den Sensor umgebend mit einem Dämpfungskörper aufgefüllt.
Die DE 39 30 314 C2
offenbart einen Schwingungssensor mit einem Gehäuse und einer Abdeckung. Zwei piezoelektrische
Elemente und sind auf einer Metallplatte aufgebracht, die wiederum an ihrer äußeren
Peripherie mittels eines ringförmigen Lagers am Gehäuse befestigt ist. Das Lager
ist ein isolierendes, elastisches Kunstharz. Eines der piezoelektrischen Elemente
dient der Temperaturkompensation und beide Elemente sind über Drähte mit einer Platine
verbunden auf der eine elektronische Schaltung angeordnet ist. Von der Platine verläuft
eine gemeinsame Leitung aus dem Gehäuse.
Davon ausgehend ist Aufgabe der Erfindung, einen Schwingungserfassungssensor
vorzusehen, bei dem das zu messende Objekt möglichst unmittelbar kontaktiert werden
kann und die Temperaturkompensation besonders effektiv ist.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Dabei wird ein Schwingungserfassungssensor vorgesehen mit einer Schwingungsplatte,
einem schwingungserfassenden, piezoelektrischen Element, das an der Oberseite der
Schwingungsplatte befestigt ist, einem temperaturkompensierenden, piezoelektrischen
Element, das an der Oberseite der Schwingungsplatte befestigt ist, einem Abdeckelement
zum Abdecken der Schwingungsplatte und Durchführungsleitungen, die elektrisch mit
dem jeweiligen piezoelektrischen Element verbunden sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Querschnittsansicht, die schematisch
einen Schwingungserfassungssensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung
darstellt;
2 eine Querschnittsansicht, die schematisch
einen Schwingungserfassungssensor gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung
darstellt;
3 eine Querschnittsansicht, die schematisch
einen Schwingungserfassungssensor gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung
darstellt; und
4 ein Verbindungsdiagramm der Ausgabeseite
der Durchführungsleitungen des Schwingungserfassungssensors gemäß den obigen Ausführungsbeispielen
der Erfindung.
5 eine perspektivische Ansicht, die schematisch
einen herkömmlichen Schwingungserfassungssensor darstellt;
6 eine Querschnittsansicht des Sensors
von 5, aufgeschnitten längs der Linie II-II;
7 eine Querschnittsansicht des Sensors
längs der Linie III-III in 6;
Wie dies in 1 dargestellt ist, weist
ein Schwingungserfassungssensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung
eine runde Schwingungslatte 11, ein Abdeckelement 12, das die
Schwingungsplatte 11 abdeckt, ein schwingungserfassendes piezoelektrisches
Element 13, das an der Oberseite der Schwingungsplatte 11 befestigt
ist, ein temperaturkompensierendes, piezoelektrisches Element 13', das
parallel zum schwingungserfassenden, piezoelektrischen Element 13 auf der
Oberseite der Schwingungsplatte 11 befestigt ist, und eine Durchführungsleitung
16a bzw. 16b auf, die mit dem piezoelektrischen Element
13 bzw. 13' elektrisch verbunden ist.
Beim obigen Aufbau ist die Schwingungsplatte 11 aus einem
Material wie z. B. Kunststoff oder Gummi zusammengesetzt, die darin verteilte, metallische
Partikel aufweisen. Die piezoelektrischen Elemente 13 und 13'
sind an der Oberseite der Schwingungsplatte 11 mittels eines Klebstoffs
befestigt und aus komplexen Substraten hergestellt, von denen jedes aus einem elastischen
Material, wie z. B. einem synthetischen Harz oder Gummi zusammengesetzt ist, wobei
das synthetische Harz oder der Gummi darin verteilte ferroelektrische Partikel aufweisen,
wie z. B. PZT oder BaTiO2. Das aus einem metallischen Material hergestellte
Abdeckelement 12 schließt eine zylindrische Wand 12a und eine
runde Decke 12b an der Oberseite der Wand 12a ein. Der untere
Teil der Wand 12a weist einen nutenförmigen Abschnitt 12c auf,
so daß die Schwingungsplatte 11 in den nutenförmigen Abschnitt
12c einschnappen kann und sich mit dem Abdeckelement 12 verbindet.
Durch die Decke 12b hindurchgehend sind ebenfalls Löcher 12d,
12e und 12f ausgebildet, so daß die Durchführungsleitungen
16a, 16b und die abschirmende Leitung 16c durch das Abdeckelement
12 hindurch in ein jeweiliges Loch eingefügt werden können. Weiterhin werden
die Löcher 12d und 12e mit einem Glasmaterial 15 abgedichtet.
Das Leitungsende (nicht dargestellt) der durch das Loch 12d bzw.
12e durchgeführten Durchführungsleitung 16a bzw. 16b
ist auf die Oberseite des piezoelektrischen Elements 13 bzw.
13' gelötet und die abschirmende Leitung 16c für Masse ist mit
der Schwingungsplatte 11 verbunden.
Vorzugsweise ist beim Schwingungserfassungssensor, der wie oben beschrieben
aufgebaut ist, die Dicke der Schwingungsplatte 11 geringer als die der
piezoelektrischen Elemente 13 und 13', um die Schwingungsdämpfung
zu minimieren.
Das piezoelektrische Element 13 bzw. 13' weist an
seiner Oberseite eine Elektrodenschicht 14 bzw. 14' aus Silber
auf. Während die Polarisationsrichtungen der Elektrodenschichten 14 und
14' identisch sind, sind die Durchführungsleitungen 16a und
16b mit den Eingangsanschlüssen eines Differenzverstärkers 100
(siehe 4) verbunden. Mittels einer solchen Verbindung
verstärkt der Differenzverstärker 100 die Differenz (V1-V2) zwischen zwei
Eingangssignalen V1 und V2, von dem ein reines Schwingungssignal als Ausgangssignal
erhalten werden kann.
Weil der Schwingungserfassungssensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung durch Verwendung des temperaturkompensierenden, piezoelektrischen
Elements 13' Fehlersignale durch eine Temperaturänderung der Umgebung beseitigt,
wird daher nur eine reine Schwingungskomponente erfaßt und daher wird die Zuverlässigkeit
der Erfassung des Schwingungsdetektors verbessert. Weil weiterhin die Löcher
12d und 12e, durch die die Durchführungsleitungen 16a
und 16b eingeführt sind, mit dem Glasmaterial 15 abgedichtet sind,
ist es im Gegensatz zum herkömmlichen Schwingungserfassungssensor
möglich, zu verhindern, daß Geräusche von Außen in das Abdeckelement 12
eindringen.
Das in 4 dargestellte Verbindungsdiagramm,
das die Ausgänge der Durchführungsleitungen bei einem Schwingungserfassungssensor
darstellt, kann nicht nur beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden, sondern
auf die gleiche Weise ebenfalls bei den anderen Ausführungsbeispielen gemäß der
Erfindung.
Ein in 2 dargestellter Schwingungserfassungssensor
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß in den Raum innerhalb des Abdeckelements 12 ein elastisches Harz
30 eingefüllt ist. Ein solcher Aufbau ist noch effektiver zum Abschirmen
der piezoelektrischen Elemente gegen Geräusche.
Ein in 3 dargestellter Schwingungserfassungssensor
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist durch getrennte Abdeckelemente
12 und 12' sowie Schwingungsplatten 11 und
11' für das schwingungserfassende, piezoelektrische Element 13
und das temperaturkompensierende, piezoelektrische Element 13' gekennzeichnet.
Ein solcher Aufbau ermöglicht es beim temperaturkompensierenden, piezoelektrischen
Element 13' die Schwingungseinflüsse vollständig auszuschließen und daher
kann die Schwingungskomponente aufgrund von Temperaturänderungen der Umgebung effektiver
beseitigt werden.
Wie oben beschrieben, kann ein Schwingungserfassungssensor gemäß der
Ausführungsbeispiele der Erfindung den Einfluß von Temperaturänderungen der Umgebung
und von äußeren Geräuschen durch Verwendung eines temperaturkompensierenden, piezoelektrischen
Elements beseitigen und kann durch Auffüllen der Löcher, durch die die Durchführungsleitungen
eingeführt werden, mit einem Glasmaterial und Auffüllen des Innenraums des schwingungserfassenden
Sensors mit einem elastischen Harz ebenfalls die Schwingungserfassungseffizienz
verbessern.
Ein Schwingungserfassungssensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der
Erfindung kann z. B. beim Erfassen von Schwingungen im niedrigen Frequenzband wirkungsvoll
sein, wobei diese Schwingungen z. B. durch Zentrifugalkräfte während eines Schleuderzyklus
einer Waschmaschine auftreten.
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| Anspruch[de] |
- Schwingungserfassungssensor, der aufweist:
ein schwingungserfassendes, piezoelektrisches Element (13), das an der
Oberseite einer Schwingungsplatte (11) befestigt ist;
ein Abdeckelement (12) zum Abdecken der Schwingungsplatte;
eine erste Durchführungsleitung (16a), die mit dem schwingungserfassenden,
piezoelektrischen Element (13) elektrisch verbunden ist; und
eine temperaturkompensierende Vorrichtung (11', 12',
13', 16b, 16a) zur Beseitigung des Einflusses der Temperaturänderung
der Umgebung;
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schwingungsplatte (11) eine Außenfläche des Schwingungserfassungssensors
ausbildet und
die temperaturkompensierende Vorrichtung (11', 12',
13', 16b, 16a) ein temperaturkompensierendes, piezoelektrisches
Element (13') aufweist, das mit dem schwingungserfassenden, piezoelektrischen
Element (13) elektrisch verbunden ist und eine zweite Durchführungsleitung
(16b) mit dem temperaturkompensierenden, piezoelektrischen Element (13')
elektrisch verbunden ist; wobei
entweder die temperaturkompensierende Vorrichtung (11', 12',
13') ein Gehäuseelement (11', 12') aufweist und das temperaturkompensierende
Element (13') an einer Innenfläche des Gehäuseelements (11',
12') befestigt ist,
oder das temperaturkompensierende Element (13') auf der Oberseite der Schwingungsplatte
(11) befestigt ist.
- Schwingungserfassungssensor gemäß Anspruch 1, bei der der Raum zwischen
dem Abdeckelement (12) und der Schwingungsplatte (11) mit einem
elastischen Harz (30) aufgefüllt ist, wobei das schwingungserfassende,
piezoelektrische Element (13) durch das elastische Harz umgeben ist mit
Ausnahme der Oberfläche des Elements (13), die der Schwingungsplatte (11)
gegenüberliegt.
- Schwingungserfassungssensor gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Abdeckelement
(12) Löcher (12d, 12e, 12f) aufweist und die
Durchführungsleitungen (16a, 16b, 16c) durch die Löcher
(12d, 12e, 12f) hindurch nach innen eingeführt sind.
- Schwingungserfassungssensor gemäß Anspruch 3, bei dem die Löcher (12d,
12e, 12f) mit einem Glasmaterial (15) abgedichtet sind.
- Schwingungserfassungssensor gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Dicke der Schwingungsplatte (11) geringer als die Dicke der
piezoelektrischen Elemente (13, 13') ist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen
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