CN110243343A - 传感器模块、倾斜仪以及结构物监视装置 - Google Patents

传感器模块、倾斜仪以及结构物监视装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110243343A
CN110243343A CN201910173617.6A CN201910173617A CN110243343A CN 110243343 A CN110243343 A CN 110243343A CN 201910173617 A CN201910173617 A CN 201910173617A CN 110243343 A CN110243343 A CN 110243343A
Authority
CN
China
Prior art keywords
elastomeric element
sensor module
substrate
resonant frequency
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910173617.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110243343B (zh
Inventor
佐藤健太
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2018226627A external-priority patent/JP2019158863A/ja
Application filed by Seiko Epson Corp filed Critical Seiko Epson Corp
Publication of CN110243343A publication Critical patent/CN110243343A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110243343B publication Critical patent/CN110243343B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/02—Housings
    • G01P1/023—Housings for acceleration measuring devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C9/00—Measuring inclination, e.g. by clinometers, by levels
    • G01C9/02—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/0802—Details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P2015/0862—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system
    • G01P2015/0871—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with particular means being integrated into a MEMS accelerometer structure for providing particular additional functionalities to those of a spring mass system using stopper structures for limiting the travel of the seismic mass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

本发明涉及传感器模块、倾斜仪以及结构物监视装置，其稳定地抑制来自外界的振动、掉落时的冲击传播至传感器。传感器模块(200A)包括：传感器(100)；第一基板(210A)，传感器安装于第一基板；第二基板(220A)，与外部的连接器连接；导通部件(250、260、271)，将第一基板与第二基板连接；收容部(230A)，第一基板、第二基板和导通部件收容于收容部；盖体(240A)，堵塞收容部的开口部；第一弹性部件(280A)，与第一基板的第一主面(210A1)和收容部接触；以及第二弹性部件(290A)，与第一基板的第二主面(210A2)和盖体接触。传感器的共振频率f1、导通部件的共振频率f2、第一弹性部件的共振频率f3、第二弹性部件的共振频率f4满足：f2＜f3＜f1且f2＜f4＜f1。

Description

传感器模块、倾斜仪以及结构物监视装置
技术领域
本发明涉及传感器模块、倾斜仪以及结构物监视装置等。
背景技术
专利文献1中记载有使柔软地凹陷的作为衰减因素(D1/D2)的粘性体与传感器单元(E)的表面接触，衰减因素(D1/D2)在有冲击作用于该传感器单元(E)时使产生的传感器单元(E)的机械震动衰减。
专利文献1：日本特开平6-16097号公报
然而，由于粘性体的状态容易变化，因此存在难以使由作用于传感器单元的冲击产生的传感器单元(E)的机械震动衰减并维持稳定的技术问题。
发明内容
本发明是为解决上述技术问题的至少一部分而完成的，能够作为以下的方式或应用例来实现。
(1)本发明的一方面涉及传感器模块，其包括：传感器；第一基板，所述传感器安装于所述第一基板；第二基板，与外部的连接器连接；导通部件，将所述第一基板与所述第二基板电连接；收容部，设置有开口部，并且所述第一基板、所述第二基板和所述导通部件收容于所述收容部；盖体，封堵所述开口部；第一弹性部件，与所述第一基板的第一主面和所述收容部接触；以及第二弹性部件，与所述第一基板的第二主面和所述盖体接触，所述第二主面位于与所述第一主面相反的一侧，当将所述传感器的共振频率设为f1、将所述导通部件的共振频率设为f2、将所述第一弹性部件的共振频率设为f3、将所述第二弹性部件的共振频率设为f4时，满足：f2＜f3＜f1且f2＜f4＜f1。
(2)在本发明的一方面(1)中，可以是，包括连结部，所述连结部连结所述第一弹性部件和所述第二弹性部件。
(3)在本发明的一方面(1)或(2)中，可以是，所述第一弹性部件和所述第二弹性部件被加压，所述共振频率f3为加压后的所述第一弹性部件的共振频率，所述共振频率f4为加压后的所述第二弹性部件的共振频率。
(4)在本发明的一方面(1)～(3)中，可以是，当将所述第一弹性部件的邵氏A硬度以及所述第二弹性部件的邵氏A硬度分别设为A时，满足：5＜A≤30。
(5)在本发明的一方面(1)～(4)中，可以是，所述第一弹性部件和所述第二弹性部件为橡胶。
(6)在本发明的一方面(1)～(5)中，可以是，所述传感器检测加速度。
(7)本发明的其它方面涉及一种倾斜仪，其包括：上述(6)中记载的检测加速度的传感器模块；以及计算部，根据来自安装于结构体的所述传感器模块的输出信号，计算所述结构体的倾斜角度。
(8)本发明的又一方面涉及一种结构物监视装置，其包括：上述(6)中记载的检测加速度的传感器模块；接收部，接收来自安装于结构物的所述传感器模块的检测信号；以及计算部，根据从所述接收部输出的信号，计算所述结构物的倾斜角度。
附图说明
图1是内置于本发明的一实施方式涉及的传感器模块中的传感器主体的立体图。
图2是内置于本发明的一实施方式涉及的传感器模块中的传感器器件的剖视图。
图3是具有本发明的一实施方式涉及的衰减机构的传感器模块的分解组装立体图。
图4是示出具有本发明的一实施方式涉及的衰减机构的传感器模块的其它例子的分解组装立体图。
图5是示出导通部件的一个例子即引线的图。
图6是示出导通部件的其它例子即扁平电缆的图。
图7是示出导通部件的又一其它例子即柔性布线基板的图。
图8是示出将电路基板夹在第一弹性部件与第二弹性部件之间进行保持的衰减结构的剖视图。
图9是示出共振频率f1、f2、f3以及f4的关系的特性图。
图10是示出弹性部件的变形例的图。
图11是示出弹性部件的其它变形例的图。
图12是示出弹性部件的又一其它变形例的图。
图13是示出具有传感器模块的倾斜仪的图。
图14是具有传感器模块的倾斜仪的框图。
图15是对倾斜角的计算例进行说明的图。
图16是示出具有传感器模块的惯性计测装置的图。
图17是惯性计测装置的框图。
图18是示出具有传感器模块的结构物监视装置的图。
图19是结构物监视装置的框图。
图20是示出具有传感器模块的移动体的图。
图21是移动体的框图。
具体实施方式
下面，对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要注意的是，下面说明的本实施方式不对权利要求书中记载的本发明的内容进行不当限定，本实施方式中说明的构成并非全部都必须作为本发明的解决手段。
1.传感器模块的概要
图1示出物理量传感器主体10。物理量传感器主体10包括：基部20；至少两个、例如四个的第一臂部31、第二臂部32、第三臂部33、第四臂部34；可动部40；缩窄部50；以及物理量检测元件60。
第一臂部31、第二臂部32、第三臂部33、第四臂部34的基端部在图1所示的虚线位置连结于基部20，优选在第一臂部31、第二臂部32、第三臂部33、第四臂部34的自由端部侧分别设有固定区域31A、固定区域32A、固定区域33A、固定区域34A。缩窄部50配置于基部20与可动部40之间，并连接基部20与可动部40。物理量检测元件60例如由双音叉型的石英谐振器构成，检测例如作为物理量的加速度、压力。物理量检测元件60在从基部20的厚度方向观察的俯视观察时，跨越缩窄部50而配置，并经由粘接剂等接合部61(参照图2)而安装于基部20和可动部40。另外，在以缩窄部50为支点的作为悬臂的可动部40的自由端部侧可以配置例如由金属(SUS、铜等)形成的配重(质量部)70。配重70并不限于如图1所示那样设置于可动部40的表面侧，其也可以设置于可动部40的背面侧(参照图2)。如图1及图2所示，配重70通过粘接剂等接合部71而安装于可动部40。需要注意的是，图1所示的配重70与可动部40一起上下运动，但配重70的两个端部70A、70B作为通过与图1所示的第一臂部31、第二臂部32接触来防止过度的振幅的止动件发挥作用。
这里，以缩窄部50为支点，可动部14与诸如加速度、压力等物理量相应地发生位移，由此在安装于基部20与可动部40的物理量检测元件60中产生应力。与加到物理量检测元件60的应力相应地，物理量检测元件60的振动频率(共振频率)发生变化。基于该振动频率的变化，能够检测物理量。
图2是示出内置有图1的物理量传感器主体10的传感器100的剖视图。传感器100具有搭载物理量传感器主体10的收容部110。在本实施方式中，收容部110构成为包括底壁110A与侧壁110B的封装基座。收容部110与盖体120一起形成收容物理量传感器主体10的封装。盖体120借助粘接剂121接合到收容部110的开口端。
在收容部110的底壁110A上，沿着四个侧壁110B中的例如三个侧壁110B设置有比底壁110A的内表面110A1高一阶的台阶部112。台阶部112既可以从侧壁110B的内表面突起，也可以与收容部110一体或分体，是构成收容部110的一部分。如图2所示，物理量传感器主体10通过粘接剂113固定于台阶部112。这里，粘接剂113优选使用弹性模量高的树脂类(例如环氧树脂)粘接剂。这是因为，低熔点玻璃等粘接剂硬，因此不能吸收接合时产生的应力应变，对物理量检测元件60产生不良影响。
在本实施方式中，如图1所示，物理量检测元件60可以通过引线接合62、62，与形成于台阶部112的电极(例如金电极)连接。该情形下，无需在基部20上形成电极图案。不过，也可以不采用引线接合62、62，而是通过导电性粘接剂将也设置于基部20的电极图案与形成在收容部110的台阶部112上的电极连接。
在收容部110的底壁110A的外表面(与内表面110A1相反一侧的面)110A2设有在安装到图3所示的电路基板210A上时使用的外部端子114。外部端子114经由未图示的配线、电极等与物理量检测元件60电连接。
例如，在底壁110A设有密封部115，密封部115对由收容部110和盖体120形成的封装的内部(空腔)130进行密封。密封部115设置在形成于收容部110的贯通孔116内。通过在贯通孔116中配置密封材料并加热熔融密封材料后使其固化而设置密封部115。密封部115被设置用于气密地密封封装的内部。
图3是包括三个单轴传感器100的三轴传感器模块200A的组装分解立体图。在图3中，在具有第一主面210A1和第二主面210A2的电路基板(第一基板)210A的例如第二主面210A2上安装有三个传感器100。三个单轴传感器100的检测轴沿正交的三轴设置，以检测三轴的物理量。电路基板210A与连接器基板(第二基板)220A电连接，连接器基板(第二基板)220A与传感器模块200A的外部的连接器连接。这些电路基板210A及连接器基板220A收容保持在由收容部230A和盖体240A形成的封装中。
图4示出了与图3不同的三轴传感器模块200B。在图3中，电路基板210A和连接器基板220A并排设置在同一平面上，但在图4中，电路基板(第一基板)210B和连接器基板(第二基板)220B在上下方向上并排设置。在图4中，电路基板210B及连接器基板220B也是收容保持在由收容部230B和盖体240B形成的封装中。需要说明的是，在图4中，与图3不同，由于利用在收容部230B内的电路基板210B的下方确保的空间，因此传感器100安装于电路基板210B的下表面即第一主面210B1。
图3所示的电路基板210A和连接器基板220A通过导通部件电连接。图5～图7示出该导通部件的例子。需要说明的是，这些导通部件也用于图4所示的电路基板210B与连接器基板220B之间的连接。
图5所示的导通部件250具有与电路基板210A的未图示的母连接器连接的公连接器251、与连接器基板220A的未图示的母连接器连接的公连接器252以及将公连接器251和公连接器252连接的引线253。引线253的导线既可以被覆盖也可以不被覆盖。
图6所示的导通部件260具有与电路基板210A的未图示的母连接器连接的公连接器261、与连接器基板220A的未图示的母连接器连接的公连接器262以及将公连接器261和公连接器262连接的扁平电缆263。
图7示出刚性基板和柔性基板一体化而得的刚柔基板270。刚柔基板270具有与电路基板210A以及连接器基板220A一体化的柔性布线基板(导通部件)271。构成刚柔基板270的电路基板210A以及连接器基板220A为多层结构，其多层中的一层为柔性布线基板271。若使用刚柔基板，则无需连接器。
2.衰减结构
图3中示出在电路基板210A的上下配置的例如环状的第一弹性部件280A以及第二弹性部件290A。同样，图4中示出在电路基板210B的上下配置的例如环状的第一弹性部件280B以及第二弹性部件290B。
图8示出图3或图4所示的电路基板210A、210B的紧固结构。需要说明的是，虽然图8针对图4所示的电路基板210B的例子进行说明，但在下面的说明中，在针对图3和图4中一方的例子进行说明时，该说明也同样可应用于图3和图4中另一方。在图8中，第一弹性部件280B与第一基板210B的第一主面210B1和收容部230B接触，并具有保形性。第二弹性部件290B与第一基板210B的第一主面210B1的相反侧的第二主面210B2和盖体240B接触，并具有保形性。
为了使第一弹性部件280A与收容部230A接触，在收容部230A上形成有从底面立起的台阶部231A。该台阶部231A与第一弹性部件280A的环形相匹配，如图3所示，形成为沿三个内壁的区域以及连结相对的侧壁的区域。该情况下，环状的第一弹性部件280A的下表面与台阶部231A的上表面接触。需要说明的是，在图4中，台阶部231B与第一弹性部件280B的环形相匹配，沿四个内壁而配置。
在图8中，收容部230B和盖体20B通过例如螺栓或螺丝等紧固。这时，第一弹性部件280B在台阶部231B与电路基板210B之间被压缩。同样地，第二弹性部件290B在电路基板210B与盖体240B之间被压缩。这样，第一电路基板210B被上下的第一弹性部件280B以及第二弹性部件290B夹着并固定。
在图3中，第一弹性部件280A以及第二弹性部件290A优选由随着收容部230A与盖体20A之间的紧固而弹性变形并压瘪的软性材料、例如凝胶或橡胶等形成。具有保形性的第一弹性部件280A以及第二弹性部件290A不会像粘性体那样发生状态变化。
在本实施方式中，供传感器100安装的电路基板210A与第一弹性部件280A、第二弹性部件290A以及图5～图7所示的导通部件250、导通部件260或导通部件271接触。在此，将传感器100的共振频率设为f1，将导通部件250(260、271)的共振频率设为f2，将第一弹性部件280A的共振频率设为f3，将第二弹性部件290A的共振频率设为f4。图9示出本实施方式中的各共振频率f1、f2、f3、f4。将电路基板210A的共振频率f1设定为图9的范围A，将导通部件250(260、271)的共振频率f2设定为图9的范围B，将第一弹性部件280A的共振频率f3以及第二弹性部件290A的共振频率f4设定为图9的范围C。
换言之，在本实施方式中，
f2＜f3＜f1…(1)且
f2＜f4＜f1…(2)
的不等式(1)、(2)成立。
2.衰减结构的效果
图9示出使激发频率如图9的横轴那样变化来使本实施方式的传感器模块200A(200B)进行动作，并将激发频率为100Hz附近的输出设为100％时的输出增减(％)。由此，得知传感器模块200A(200B)共振的频率。需要说明的是，在传感器模块200A(200B)的实际使用状态下，与电路基板210A的共振频率相等的传感器100的X轴、Y轴以及Z轴各检测轴上的共振频率f1例如在900～1000Hz左右的高频率范围(图9的范围A)内选择。
传感器模块200A内的传感器100从外界受到影响的因素是与电路基板210A接触的导通部件250(260、271)、第一弹性部件280A以及第二弹性部件290A。
首先，关于与安装有传感器100的电路基板210A接触的导通部件250(260、271)，图5所示的引线253、图6所示的扁平电缆263以及图7所示的柔性布线基板271在其功能上具有柔软性。因此，导通部件250(260、271)的共振频率f2充分低于传感器100的X轴、Y轴以及Z轴各检测轴上的共振频率f1。从而，导通部件250(260、271)的振动不会对传感器100的共振频率产生不良影响。与此不同，共振频率高的连接器彼此的结合、引线接合等不适于作为本实施方式的导通部件。
接下来，与安装有传感器100的电路基板210A接触的第一弹性部件280A以及第二弹性部件290A即使不如导通部件250(260、271)般柔软，但也具有弹性。由此，虽然第一弹性部件280A的共振频率f3以及第二弹性部件290A的共振频率f4高于导通部件250(260、271)的共振频率f2，但能够使之低于传感器100的X轴、Y轴以及Z轴各检测轴上的共振频率f1。综上，根据本实施方式的衰减结构，上述式(1)以及式(2)均满足。
图9示出与电路基板210A的共振频率相等的传感器100的X轴、Y轴以及Z轴各检测轴上的共振频率f1不受导通部件250(260、271)的共振频率f2、第一弹性部件280A的共振频率f3以及第二弹性部件290A的共振频率f4的不良影响。由此，与导通部件250(260、271)、第一弹性部件280A以及第二弹性部件290A接触的传感器100能够不受来自外界的振动的不良影响而稳定地检测物理量。除此之外，由第一弹性部件280A以及第二弹性部件290A支承的传感器100还能够确保承受掉落等的冲击的耐冲击性。
在图9中还记载了未使用本实施方式的第一弹性部件280A以及第二弹性部件290A的比较例的传感器模块的响应特性。在比较例中，在包括900Hz附近的传感器的共振频率的频带中，来自外界的振动叠加于传感器检测轴的共振频率，作为传感器输出显示出过大的输出值。根据本实施方式可知，由于从比较例的输出值去除由外界的振动导致的输出值，从而能够获得从图9的异常水平L1修正为正常水平L2后的恰当的值。
在此，第一弹性部件280A和第二弹性部件290A也可以通过利用例如螺纹固定将盖体240A紧固于收容部230A来进行加压，或者加不加压均可。图9为第一弹性部件280A和第二弹性部件290A分别被压缩250μm的状态下的特性。该情况下，共振频率f3为加压后的第一弹性部件280A的共振频率，共振频率f4为加压后的第二弹性部件290A的共振频率。第一弹性部件280A的共振频率和第二弹性部件290A的共振频率由于根据盖体240A与收容部230A之间的紧固力而变化，从而也能够通过调整紧固力来调整共振频率f3和共振频率f4。
当将第一弹性部件280A的邵氏A硬度(shore A hardness)以及第二弹性部件290A的邵氏A硬度分别设为A时，能够满足5＜A≤30。该邵氏A硬度的范围在进行共振频率的调整上是优选的。若邵氏A硬度超过30，则因过硬而导致调整本身变得困难。此外，若邵氏A硬度在5以下，则因过软而调整幅度变窄。
在此，如下所述地弄清传感器模块是否满足不等式(1)、(2)。首先，共振频率f1由传感器100的规格决定。接下来，若分别在单品的状态下如图9那样进行频率扫描，则可弄清导通部件250(260、271)的共振频率f2、第一弹性部件280A的共振频率f3以及第二弹性部件290A的共振频率f4。接下来，在组装成图3所示的传感器模块200A后，与图9同样地进行频率扫描来获得输出增减-频率特性。在获得的特性中，除传感器100的共振频率f1以外，找到在单品状态下测得的导通部件250(260、271)的共振频率f2、第一弹性部件280A的共振频率f3以及第二弹性部件290A的共振频率f4附近的共振频率，从而能够弄清是否满足不等式(1)、(2)。另外，对于第一弹性部件280A的共振频率f3以及第二弹性部件290A的共振频率f4，通过在单品状态与组装后之间进行对比，从而也可得知紧固多少则从单品状态的值转变成组装后的值。
3.第一弹性部件以及第二弹性部件的变形例
与图3以及图4不同，也可以不是使弹性部件形成为环状来沿着电路基板210A的周缘形成，而是与沿着例如图4所示的电路基板210B的轮廓中的至少两边、例如平行的两边211、212的第一主面210B1以及第二主面210B2接触。图10所示的弹性部件281一体地形成为包括与第一主面210B1接触的第一弹性部件即第一主面接触部282、与第二主面210B2接触的第二弹性部件即第二主面接触部292、以分开相当于电路基板210B的厚度的间隔的方式将第一主面接触部282与第二主面接触部292连结的连结部即侧面接触部283。两个弹性部件281作为一组来使用，一弹性部件281装配于电路基板210B的一边211，另一弹性部件281装配于电路基板210B的另一边212。通过使一体化的弹性部件281与电路基板210B弹性地相装配，从而提高组装操作性。
图11示出将图10所示的弹性部件281在侧面接触部283的高度方向上一分为二而得的弹性部件284以及弹性部件294。弹性部件284和弹性部件294能够为相同形状。弹性部件284(294)具有与图10所示的第一主面接触部282(第二接触部292)相同形状的主面接触部282(292)、以及具有图10所示的侧面接触部283一半以下高度的侧面接触部285(295)。各两个的弹性部件284(294)作为一组来使用，一个弹性部件284与电路基板210B的一边211的第一主面210B1接触，一个弹性部件294与电路基板210B的一边211的第二主面210B2接触，另一个弹性部件284与电路基板210B的另一边212的第一主面210B1接触，另一个弹性部件294与电路基板210B的另一边212的第二主面210B2接触。
图12示出仅具有与图10所示的弹性部件281中的第一主面接触部282(第二主面接触部292)相同形状的主面接触部282(292)的弹性部件286(296)。弹性部件286和弹性部件296能够为相同形状。与图11所示的弹性部件284(294)同样，图12所示的各两个的弹性部件286(296)为一组地进行使用。
4.使用传感器模块的设备
以下，对于使用了具有上述构成的传感器模块200A(200B)的设备，参照图13～图21进行说明。
4.1.倾斜仪
图13是示出倾斜仪的结构例的图，并且是局部剖切显示的侧视图。倾斜仪300是输出与设置位置的倾斜角度相应的信号的装置。具体地，倾斜仪300在由下壳体301和上壳体302划分出的内部空间内具有：具备第一实施方式的传感器模块200A(200B)的结构的传感器模块310、根据传感器模块310的输出信号计算倾斜角度的倾斜计算部330、以及将与由倾斜计算部330计算出的倾斜角度相应的信号向外部输出的外部输出端子332。倾斜仪300可以适当地包含这些以外的其它构成部分。例如，可以包含内置电池、电源电路、无线装置等。
倾斜计算部330是根据传感器模块310的输出信号运算倾斜角度并输出与倾斜角度相应的信号的电路，可以通过例如通用IC(Integrated Circuit：集成电路)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)等来实现。
从传感器模块310输出例如作为正交三轴的x、y、z轴方向的加速度。倾斜仪300根据x、y、z轴方向的加速度，计测x、y、z轴的倾斜角(x、y、z轴与水平面所成的角)。例如，有时倾斜仪300在船舶的重心附近的地面上以x轴朝向船舶的船头方向、y轴朝向船舶的左舷方向、z轴朝向与地面垂直的方向的方式被安装。
如图14所示，可以在传感器模块310与倾斜计算部330之间包括校正部320。校正部320对从传感器模块310输出的x、y、z轴方向的加速度进行校正。例如，校正部320进行从传感器模块310输出的x、y、z轴方向的加速度的准线校正、偏移校正、温度漂移校正等。需要注意的是，在从传感器模块310输出的加速度的准线、偏移、温度漂移等较小的情况下，也可以省略校正部320。
倾斜计算部330根据通过校正部320校正后的x、y、z轴方向的加速度，计算各轴相对于水平面的斜率。
图15是说明倾斜角的计算例的图。图15所示的“x’”表示与水平方向平行的轴，“z’”表示与重力方向平行的轴。“x”表示传感器模块310的x轴。“z”表示传感器模块310的z轴。需要注意的是，传感器模块310的“y”轴朝向纸面的背面方向。另外，重力加速度的方向在图15中朝上。
如图15所示，传感器模块310的x轴以y轴为旋转轴倾斜角度“θx”。此时，若将从加速度传感器11输出的x轴方向的加速度(重力加速度分量)设为“ax”，则以下的式(1)成立。
式(1)所示的“1G”是重力加速度，且“1G＝9.80665m/s2”。
根据式(1)，x轴相对于水平方向的斜率“θx”由以下的式(2)表示。
同样地，y、z轴相对于水平方向的斜率“θy”及“θz”由以下的式(3)及式(4)表示。
式(3)的“ay”是y轴方向的加速度，式(4)的“az”是z轴方向的加速度。
即，倾斜计算部330根据从校正部320输出的x、y、z轴方向的加速度“ax”、“ay”和“az”以及重力加速度“1G”，执行式(2)～式(4)所示的运算，从而计算x、y、z轴相对于水平方向的倾斜角。
需要注意的是，倾斜计算部330也可以使用在倾斜仪300中预先设定(存储)的重力加速度(1G)来计算各轴的倾斜角。该情况下，在倾斜仪300中设定的重力加速度的值也可以考虑使用倾斜仪300的纬度。
另外，倾斜计算部330也可以根据从校正部320输出的加速度来计算重力加速度。例如，倾斜计算部330可以通过“(ax 2+ay 2+az 2)1/2”计算重力加速度。
4.2.惯性计测装置
图16是示出惯性计测装置(IMU：Inertial Measurement Unit：惯性测量单元)的结构例的图，并且是局部剖切显示的侧视图。图17是惯性计测装置的框图。惯性测量装置400是安装于移动体的惯性计测装置，其在由下壳体401和上壳体402划分出的内部空间中具有：具有与实施方式的传感器模块200A(200B)相同的结构的传感器模块410、角速度传感器装置420、根据传感器模块410的加速度信号及角速度传感器420的角速度信号来计算移动体的姿势的电路部430、以及将与由电路部430算出的姿势相应的信号向外部输出的外部输出端子431。当然，可以适当包含除上述以外的构成部分。例如可以包含内置电池、电源电路、无线装置等。
电路部430通过例如通用IC(Integrated Circuit)、FPGA(Field ProgrammableGate Array)来实现，其根据传感器模块410的加速度信号及角速度传感器420的角速度信号来计算安装有惯性计测装置400的移动体的姿势，并输出与姿势相应的信号。
根据本实施方式的惯性计测装置400，由于传感器模块410利用本实施方式的传感器模块200A(200B)的结构，因此，作为传感器模块410的输出的加速度信号的精度高，从而能够使移动体的姿势的计测精度相比现有的惯性计测装置提高。
4.3.结构物监视装置
图18中示出结构物监视装置(SHM：Structural Health Monitoring：结构健康监测)500。结构物监视装置500具有具备与实施方式的传感器模块200A(200B)相同的结构并安装于作为监视对象的结构物590上的传感器模块510。传感器模块510包括发送传感器100的检测信号的发送部511。发送部511也可以作为与传感器模块510分体的通信模块及天线来实现。
传感器模块510经由无线或有线的通信网580与例如监视计算机570连接。监视计算机570具有经由通信网580与传感器模块510连接的接收部520、和根据接收部520的接收信号来计算结构物590的倾斜角度的倾斜计算部530(也参照图19)。
在本实施方式中，计算部530通过搭载于监视计算机570的ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array)等来实现。不过，也可以构成为：使计算部530为CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等处理器，通过该处理器对存储于IC存储器531中的程序进行运算处理而以软件方式实现。监视计算机570可以通过键盘540接收操作人员的各种操作输入，并将运算处理的结果显示在触摸面板550中。
根据本实施方式的结构物监视装置500，利用本实施方式的传感器模块200A(200B)来监视结构物590的倾斜。因此，能够利用传感器模块200A(200B)的作用效果、即高精度的加速度的检测，从而能够高精度地检测作为监视对象的结构物590的倾斜，能够提高结构物590的监视质量。
4.4.移动体
图20是示出移动体的结构例的图。在本实施方式中，将移动体600例示为轿车，但车型可以适当变更。另外，移动体600也可以是小型船舶、自动搬运装置、建筑内用的搬运车、叉车等。
移动体600具有具备与实施方式的传感器模块200A(200B)相同的结构的传感器模块610、和根据传感器模块610的加速度信号来控制加速、制动以及转向中至少一方的自动驾驶控制部(控制部)620，能够根据传感器模块610的检测信号来切换自动驾驶的实施或不实施。
控制部620由车载用的计算机实现。控制部620通过车内LAN(Local AreaNetwork：局域网)等通信网与传感器模块610、节气门控制器602、制动器控制器604、转向控制器606等各种传感器及控制器以能够收发信号的方式连接。在此，节气门控制器602是控制发动机601的输出的装置。制动器控制器604是控制制动器603的动作的装置。转向控制器606是控制动力转向装置605的动作的装置。需要注意的是，与控制部620连接的传感器、控制器的种类并不限于此，能够适当地进行设定。
并且，控制部620通过内置的运算装置，根据传感器模块610的例如加速度检测信号进行运算处理，判定自动驾驶的实施或不实施，并在实施自动驾驶时，对节气门控制器602、制动器控制器604、转向控制器606中至少任一方发送控制命令信号，从而控制加速、制动以及转向中至少一方。
自动控制的内容能够适当地进行设定。例如，在转弯期间，当通过传感器模块610检测出的加速度达到产生打转(spin)、超出弯道(corner out)的可能性高的阈值时，也可以进行防止打转、超出弯道这样的控制。另外，在停止期间，当通过传感器模块610检测出的加速度达到误操作而发生急进或急退的可能性高的阈值时，也可以进行将节气门强制性全部关闭而使紧急制动器强制启动这样的控制。
图20所示的自动驾驶的移动体600中使用的ADAS(Advanced Driver AssistanceSystems、先进驾驶辅助系统)定位器除了包括传感器模块610的惯性传感器之外，还具有全球导航卫星系统(GNSS：Global Navigation Satellite System)接收器、存储地图数据的地图数据库。ADAS定位器通过组合由GNSS接收器接收的定位信号和惯性传感器的计测结果，从而实时地测量移动体的行驶位置。ADAS定位器从地图数据库读出地图数据。来自包含传感器模块610的ADAS定位器的输出被输入至自动驾驶控制部620。自动驾驶控制部620根据来自ADAS定位器的输出(包括来自传感器模块610的检测信号)，控制移动体600的加速、制动以及转向中的至少任一方。
图21为示出与移动体600相关的系统的框图。切换部630根据来自ADAS定位器的输出的变化(包括来自传感器模块610的检测信号的变化)，切换自动驾驶控制部620中的自动驾驶的实施或不实施。切换部630在例如ADAS定位器中的传感器(包括传感器模块610)的检测能力降低的异常时，向控制部620输出从自动驾驶的实施切换为不实施的信号。
另外，上述全球导航卫星系统(GNSS：Global Navigation Satellite System)也可以利用例如作为卫星定位系统的GPS(Global Positioning System、全球定位系统)。或者，也可以利用例如EGNOS(European Geostationary-Satellite Navigation OverlayService：欧洲地球静止导航重叠服务)、QZSS(Quasi Zenith Satellite System：准天顶卫星系统)、GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System：格洛纳斯卫星导航系统)、GALILEO、Beidou(BeiDou Navigation Satellite System：北斗导航卫星系统)等卫星定位系统中的一种或两种以上。此外，也可以在至少一种卫星定位系统中利用WAAS(Wide AreaAugmentation System：广域增强系统)、EGNOS(European Geostationary-SatelliteNavigation Overlay Service)等静止卫星型卫星导航增强系统(SBAS：Satellite-basedAugmentation System：星基增强系统)。
需要注意的是，如上所述，对本实施方式详细进行了说明，但本领域技术人员容易理解，能够进行实质上不脱离本发明的新方案和效果的多种变形。因此，这样的变形例全部包含在本发明的范围内。例如，在说明书或者附图中，至少一次与更为广义或者同义的不同术语一同记载的术语在说明书或者附图的任意位置均可替换为该不同的术语。另外，本实施方式及变形例的所有组合也都包含在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种传感器模块，其特征在于，包括：
传感器；
第一基板，所述传感器安装于所述第一基板；
第二基板，与外部的连接器连接；
导通部件，将所述第一基板与所述第二基板电连接；
收容部，设置有开口部，并且所述第一基板、所述第二基板和所述导通部件收容于所述收容部；
盖体，封堵所述开口部；
第一弹性部件，与所述第一基板的第一主面和所述收容部接触；以及
第二弹性部件，与所述第一基板的第二主面和所述盖体接触，所述第二主面位于与所述第一主面相反的一侧，
当将所述传感器的共振频率设为f1、将所述导通部件的共振频率设为f2、将所述第一弹性部件的共振频率设为f3、将所述第二弹性部件的共振频率设为f4时，所述传感器模块满足：f2＜f3＜f1且f2＜f4＜f1。
2.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，
所述传感器模块包括连结部，所述连结部连结所述第一弹性部件和所述第二弹性部件。
3.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，
所述第一弹性部件和所述第二弹性部件被加压，共振频率f3为加压后的所述第一弹性部件的共振频率，共振频率f4为加压后的所述第二弹性部件的共振频率。
4.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，
当将所述第一弹性部件的邵氏A硬度以及所述第二弹性部件的邵氏A硬度分别设为A时，所述传感器模块满足：5＜A≤30。
5.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，
所述第一弹性部件和所述第二弹性部件为橡胶。
6.根据权利要求1所述的传感器模块，其特征在于，
所述传感器检测加速度。
7.一种倾斜仪，其特征在于，包括：
根据权利要求6所述的传感器模块；以及
计算部，根据来自安装于结构体的所述传感器模块的输出信号，计算所述结构体的倾斜角度。
8.一种结构物监视装置，其特征在于，包括：
根据权利要求6所述的传感器模块；
接收部，接收来自安装于结构物的所述传感器模块的检测信号；以及
计算部，根据从所述接收部输出的信号，计算所述结构物的倾斜角度。
CN201910173617.6A 2018-03-09 2019-03-07 传感器模块、倾斜仪以及结构物监视装置 Active CN110243343B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-043533 2018-03-09
JP2018043533 2018-03-09
JP2018226627A JP2019158863A (ja) 2018-03-09 2018-12-03 センサーモジュール、傾斜計、及び構造物監視装置
JP2018-226627 2018-12-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110243343A true CN110243343A (zh) 2019-09-17
CN110243343B CN110243343B (zh) 2022-07-29

Family

ID=67842509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910173617.6A Active CN110243343B (zh) 2018-03-09 2019-03-07 传感器模块、倾斜仪以及结构物监视装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11073532B2 (zh)
CN (1) CN110243343B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021067624A (ja) * 2019-10-28 2021-04-30 セイコーエプソン株式会社 慣性計測装置、電子機器及び移動体
JP2022050915A (ja) 2020-09-18 2022-03-31 セイコーエプソン株式会社 慣性計測装置
JP2023018834A (ja) * 2021-07-28 2023-02-09 セイコーエプソン株式会社 物理量センサー、物理量センサーデバイス、及び物理量センサーデバイスの製造方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050201206A1 (en) * 2002-05-10 2005-09-15 Francois Luc Seismic sensors
CN102650559A (zh) * 2011-02-25 2012-08-29 精工爱普生株式会社 物理量检测器及其制造方法
US20120227274A1 (en) * 2011-03-11 2012-09-13 Seiko Epson Corporation Acceleration detector, acceleration detecting device, inclination sensor, inclination sensor device, and electronic
CN103090887A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 精工爱普生株式会社 物理量检测装置、物理量检测器及电子设备
CN105352503A (zh) * 2015-11-30 2016-02-24 上海拓攻机器人有限公司 一种用于无人飞行器的惯性测量装置
CN107182202A (zh) * 2014-07-22 2017-09-19 医疗探索Nc7公司 吸乳泵系统及方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0566758B2 (de) 1992-04-22 1999-09-08 Siemens Aktiengesellschaft Sensoreinheit zur Steuerung eines Insassenschutzsystemes eines Fahrzeuges
JPH07229921A (ja) 1994-02-21 1995-08-29 Tokai Rika Co Ltd 加速度センサ
JP2006153800A (ja) 2004-12-01 2006-06-15 Denso Corp 物理量センサ装置
JP2010199148A (ja) * 2009-02-23 2010-09-09 Fujikura Ltd 半導体センサデバイス及びその製造方法、パッケージ及びその製造方法、モジュール及びその製造方法、並びに電子機器
DE102009001969A1 (de) * 2009-03-30 2010-10-07 Robert Bosch Gmbh Sensormodul
DE102012201486B4 (de) * 2012-02-02 2020-08-06 Robert Bosch Gmbh Dämpfungsvorrichtung für eine mikromechanische Sensoreinrichtung
JP5982889B2 (ja) 2012-03-12 2016-08-31 セイコーエプソン株式会社 物理量センサーモジュール及び電子機器
JP2014092531A (ja) 2012-11-07 2014-05-19 Seiko Epson Corp 物理量検出装置、電子機器および移動体
JP2014119412A (ja) 2012-12-19 2014-06-30 Seiko Epson Corp 多軸物理量検出装置、多軸物理量検出装置の製造方法、電子機器および移動体
JP2016017792A (ja) 2014-07-07 2016-02-01 セイコーエプソン株式会社 センサーモジュールおよび電子機器
JP6575181B2 (ja) 2015-07-08 2019-09-18 セイコーエプソン株式会社 センサーユニット、電子機器、および移動体
JP2016109531A (ja) 2014-12-05 2016-06-20 ローム株式会社 加速度センサおよび振動モニタリングシステム
JP2017187294A (ja) 2016-04-01 2017-10-12 セイコーエプソン株式会社 検出装置、処理装置、検出システム、検出方法及びプログラム
JP6819338B2 (ja) 2017-02-13 2021-01-27 セイコーエプソン株式会社 物理量検出装置および電子機器
JP6866672B2 (ja) 2017-02-14 2021-04-28 セイコーエプソン株式会社 物理量検出器および物理量検出装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050201206A1 (en) * 2002-05-10 2005-09-15 Francois Luc Seismic sensors
CN102650559A (zh) * 2011-02-25 2012-08-29 精工爱普生株式会社 物理量检测器及其制造方法
US20120227274A1 (en) * 2011-03-11 2012-09-13 Seiko Epson Corporation Acceleration detector, acceleration detecting device, inclination sensor, inclination sensor device, and electronic
CN103090887A (zh) * 2011-10-31 2013-05-08 精工爱普生株式会社 物理量检测装置、物理量检测器及电子设备
CN107182202A (zh) * 2014-07-22 2017-09-19 医疗探索Nc7公司 吸乳泵系统及方法
CN105352503A (zh) * 2015-11-30 2016-02-24 上海拓攻机器人有限公司 一种用于无人飞行器的惯性测量装置

Also Published As

Publication number Publication date
US11073532B2 (en) 2021-07-27
CN110243343B (zh) 2022-07-29
US20190277873A1 (en) 2019-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110243343A (zh) 传感器模块、倾斜仪以及结构物监视装置
US9778279B2 (en) Inertial force sensor
US8659101B2 (en) Physical quantity detector
CN110244083A (zh) 物理量传感器装置、倾斜仪、惯性测量装置及移动体
US20190107397A1 (en) Mems device, inertial measurement unit, vehicle positioning device, portable electronic apparatus, electronic apparatus, and vehicle
JP7218512B2 (ja) センサーモジュール、電子機器及び移動体
US11549962B2 (en) Inertia measurement device, vehicle, and electronic device
CN102066873A (zh) 用于形成安装有惯性传感器的电子组件的方法和系统
US11630122B2 (en) Physical quantity sensor, physical quantity sensor device, and inclinometer, inertia measurement device, structure monitoring device, and vehicle using physical quantity sensor device
JP6629691B2 (ja) センサパッケージおよび自動運転車両
JP2007057238A (ja) センサ
JP2012505367A (ja) １つのパッケージに統合され傾斜の補償がなされるコンパス
JP6500423B2 (ja) センサーユニット、電子機器、および移動体
JP2019158863A (ja) センサーモジュール、傾斜計、及び構造物監視装置
CN112798817A (zh) 惯性测量装置、电子设备以及移动体
CN114057154A (zh) Mems器件
RU2263282C1 (ru) Универсальный навигационный прибор управления движением на основе микромеханических чувствительных элементов и унифицированная интегрированная бесплатформенная инерциальная навигационная система для этого прибора
Lehtonen et al. Monolithic accelerometer for 3D measurements
US9175959B2 (en) Measuring device mounting method and structure
CN214192569U (zh) 超声波飞行传感器的封装结构及测距电子装置
US20230243866A1 (en) Multi-axis inertial force sensor
WO2023205471A1 (en) Method for fabrication of a multiple range accelerometer
JP2002181843A (ja) 圧電型加速度センサ
JP2005055291A (ja) 振動子装置及び電子機器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant