CN1419127A - 加速度传感器以及计步器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够检测出各个方向的加速度的加速度传感器以及使用这种加速度传感器的计步器。加速度传感器(10)，具有沿着一个平面弯曲的基体部件(1)，和为与基体部件(1)一起弯曲而设置在基体部件(1)上的压电元件(2)，和设置在基体部件(1)的一端部(1a)上的锤部件(3)。压电元件(2)及基体部件(1)被弯成圆弧状。加速度传感器(10)，进而具有设置在与锤部件(3)所设的一端部(1a)相反一侧的另一端部(1b)上、且被固定在基板上的支撑部件(7)。

Description

加速度传感器以及计步器

技术领域

本发明涉及一种加速度传感器以及计步器，特别是关于能够检测出各个方向的加速度的加速度传感器以及具有该加速度传感器的计步器。

背景技术

以往，作为检测来自各方向加速度的计步器，具有两个加速度传感器的计步器已广为人知。图13是以往计步器的分解立体图。从附图13中可以看出，以往的计步器200，具有后壳体110，和收纳于后壳体110内的基板120，和设在基板120上的两个加速度传感器210，和设在基板120上的液晶显示器130，和与后壳体110相配合的前壳体150，和设在前壳体150表面上的标牌170，和插在前壳体150孔内的开关140。

两个加速度传感器210的端部，都被固定在基板120上。当基板120和计步器200一起向规定的方向移动时，加速度传感器210可检测出加速度。根据这个加速度就能检测出人已步行的步数。

图14是把图13所示的以往的加速度传感器扩大了的立体图。从图14中可以看出，以往的加速度传感器210，具有基体部件201，和设在基体部件201的一端部201a上的锤部件203，和设在基体部件201上面的压电元件202，和设在基体部件201的另一端部201b上的支撑部件207。

引线205通过焊锡206电连接在压电元件202上。而且，引线205是由位于中心部的导线205b和包裹在导线205b上的绝缘层205a构成，导线205b被电连接在压电元件202上。支撑部件207被电连接在图13所示的基板120上。

当Z轴方向的加速度加到加速度传感器210上时，锤部件203就会向Z轴方向振动，导致基体部件201及压电元件202变形。由于这种变形致使在压电元件的两个面上产生电位差。利用引线205检测出该电位差能够检测出加速度。

图14中所示的加速度传感器210，虽然能够检测出Z轴方向的加速度，但不能检测出X方向及Y方向的加速度。因此，如图13所示，把两个加速度传感器210配置在一维的独立方向上，这样就能检测出来自两个方向的加速度。

但是，问题在于所述的以往计步器，由于使用了两个加速度传感器210，所以该计步器体积较大，而且也提高了制作成本。

对此，在特开平5-273227号公报中公开了为了用一个加速度传感器检测出来自两个方向的加速度，错开锤的重心而配置的加速度传感器。

但是，这种加速度传感器有很难可靠地检测出来自多个方向的加速度的问题。

因此，本发明的目的在于解决上述所存在的问题，其目的在于提供一种能够利用一个传感器能够检测来自多个方向的加速度的加速度传感器以及使用这种加速度传感器的计步器。

发明内容

本发明的加速度传感器，具有沿着一个平面弯曲的基体部件，和与基体部件一起弯曲而设在基体部件上的压电元件，和设在基体部件端部上的锤部件。

在这样构成的本发明的加速度传感件中，基体部件沿着一个曲面弯曲。由于设有与该基体部件一起弯曲的压电元件，因此装配在基体部件端部上的锤部件、即使向各个方向移动，锤部件也能使基体部件和压电元件变形。根据该变形，压电元件能检测出加速度。因此，利用一个加速度传感器就能够可靠地检测出各个方向的加速度。

另外理想的是，压电元件位于弯曲的内侧，在这种情况下，由于压电元件的外侧能加工成精度良好的表面，所以就能把基体部件贴在压电元件的外侧。其结果，既能把精度良好的压电元件固定在基体部件上，又能提供可靠性较高的加速度传感器。

另外理想的是，把压电元件和基体部件弯曲成圆弧状。这种情况下，由于能够容易地形成压电元件，因此能降低制作成本。在形成弯曲成圆弧状的压电元件时，首先要形成一个圆筒状的压电元件，之后将其切断成圆弧状，这样就能形成弯曲成圆弧状的压电元件。其结果，即提高了尺寸精度，又降低了制作成本。

另外理想的是，加速度传感器，具有设在与锤部件所设置的端部相反一侧的端部上、且固定在基板上的支撑部件。

本发明的其他加速度传感器，具有沿着一个平面弯曲的基体部件，和为与基体部件一起弯曲而被设在基体部件上的压电元件。

在这样构成的本发明的加速度传感器中，基体部件沿着一个曲面弯曲。由于设有与该基体部件一起弯曲的压电元件，因此，当基体部件的端部向各个方向移动时，基体部件及压电元件会产生变形。根据该变形，压电元件能检测出加速度。因此，利用一个加速度传感器就能够可靠地检测出各个方向的加速度。

本发明所涉及的计步器具有上述的任何一个加速度传感器。

附图说明

图1是本发明实施例1的加速度传感器及具有该加速度传感器的计步器分解立体图。

图2是将图1表示的加速度传感器扩大了的立体图。

图3是从图2中的Z轴方向看的加速度传感器的侧面图。

图4是从图2中的Y轴方向看的加速度传感器的侧面图。

图5是表示用本发明的计步器所得到的电位差曲线图。

图6是本发明实施例2的加速度传感器的立体图。

图7是本发明实施例3的加速度传感器的立体图。

图8是本发明实施例4的加速度传感器的立体图。

图9是本发明实施例5的加速度传感器的立体图。

图10是本发明实施例6的加速度传感器的立体图。

图11是本发明实施例7的加速度传感器的立体图。

图12是本发明实施例8的加速度传感器的立体图。

图13是以往的计步器的分解立体图。

图14是把图13所示的加速度传感器扩大了的立体图。

图中：1—基体部件，2—压电元件，3—锤部件，7—支撑部件，10—加速度传感器，100—计步器。

具体实施方式

以下，就本发明的实施例参照附图进行说明。

(实施例1)

图1是本发明实施例1的加速度传感器以及具有该加速度传感器的计步器分解立体图。参照图1，计步器100，具有后壳体110，和收纳于后壳体110内的基板120，和设置在基板120上的加速度传感器10，和设置在底部120上的液晶显示器130，和与后壳体110相配合的前壳体150，和设置在前壳体150表面的标牌170，和插在前壳体150孔内的开关140。加速度传感件10具有支撑部件7，该支撑部件7被固定在基板120上。

图2是图1中所示的加速度传感器扩大后的立体图。参照图2，加速度传感器10，具有沿着作为一个平面的XY平面弯曲的基体部件1，和与基体部件1一同弯曲并设置在基体部件1上的压电元件2，和设置在作为基体部件1端部的一端部1a上的锤部件3。压电元件2以及基体部件1被弯曲成圆弧状。加速度传感器件10，进而具有被设置在与锤部件3所设置的一端部1a相反的另一个端部1b上、且被固定在图1中基板120上的支撑部件7。

基体部件1具有内周面1s和外周面1t。由薄板状的金属材料构成的基体部件1被形成为半圆状，具有一定的曲率。

压电元件2被贴在基体部件1的外周面1t上。压电元件2是由钛酸锆酸铅(PZT)等陶瓷类压电元件构成的。而且，也可以用聚合物类的压电元件构成压电元件2。压电元件2是和基体部件1一起弯曲的。

作为这样弯曲成的压电元件2的制作方法，也可以用一个单件形成，但是首先要形成一个圆筒状的压电元件，只切断该压电元件的所需部分使用。

压电元件2，具有内周面2s和外周面2t。内周面2s被贴在基体部件1的外周面1t上。由于基体部件1通过基体部件7电连接在基板120上，所以内周面2s也是电连接在基板120上。外周面2t是通过焊锡6被电连接在引线5上。引线5由位于中心部的导线5b和包裹住导线5b的绝缘层5a构成。外周面2t被电连接在导线5b上。

压电元件一旦变形，则在内周面2s与外周面2t之间就会产生电位差。由于该电位差成为基板120和导线5b的电位差，因此根据检测出的该电位差，能够检测出施加在加速度传感器10上的加速度。

图3是从图2中的Z轴方向看的加速度传感器侧面图。从图3中可以看出，加速度传感器10，具有圆弧状的基体部件1和在基体部件1的外周面1t上贴有内周面2s的压电元件2。在位于基体部件1前端部的一个端部1a上装有锤部件3，在另一个端部1b上装有支撑部件7。基体部件1和压电元件2被弯曲成具有同一个曲率中心的形状。压电元件2的内周面2s，通过导电性支撑部件7被连接在基板120上，并且外周面2t通过焊锡6被连接在引线5上。

当加速度传感器10向Y轴方向加速时，锤部件3就向Y轴方向振动。这样，由于压电元件2的变形而导致产生电位差。以检测出该电位差能够检测出加速度传感器10的加速度。

当加速度传感器10向X轴方向加速时，锤部件3就向X轴方向振动。这样，由于压电元件2的变形而导致产生电位差。以检测出该电位差能检测出加速度传感器10的加速度。

当加速度传感器10向Z轴方向加速度时，锤部件3就向Z轴方向振动。这样，由于压电元件2的变形而导致产生电位差。以检测出该电位差能检测出加速度传感器10的加速度。

基体部件1以及压电元件2是在作为一个平面的XY平面上被弯曲的。

图4是从图2中的Y轴方向看到的加速度传感器的侧面图。从图4中可以看出，加速度传感器10，具有以从附图纸面的前侧向内侧延伸的方式弯曲延伸而形成的基体部件1，和贴在基体部件1上的压电元件2，和被装在基体部件1上、且位于附图纸面前侧的支撑部件7，和被装在基体部件1且位于附图纸面内侧的锤部件3。如图4所示，基体部件1和压电元件2在XZ平面上未被弯曲。同样，基体部件1和压电元件2在YZ平面上也未被弯曲。

图5是表示利用本发明的计步器所得到的电位差曲线图。如图1所示，使用本发明的加速度传感器10构成了计步器100。对于该计步器施与频率f＝2.3Hz、加速度a＝0.28G(G是重力加速度)、全振幅＝15mm的振动。其结果，得到了如图5所示的电位差波形图。只要能得到这样的波形，就能作为计步器使用。

在这样构成的实施例1的加速度传感器10及计步器100中，加速度传感器10，具有沿着一个曲面弯曲的基体部件1和压电元件2。因此，无论从X、Y、Z轴方向中任何一个方向提供加速度，都能够检测出这个加速度。所以，使用一个加速度传感器10就能可靠地得到来自各个方向的加速度。

另外，由于基体部件1及压电元件2是沿着一个曲面弯曲的，所以基体部件1和压电元件2与像螺旋弹簧那样三维弯曲的情况相比，能缩小体积。因此，能够实现加速度传感器10和具有该加速度传感器的计步器100的小型化。

而且，不会发生即使锤部件3进行振动，但由于该振动会立刻衰减而出现错误地检测出加速度的情况。

(实施例2)

图6是本发明实施例2的加速度传感器的立体图。从图6中可以看出，本发明2的实施例2的加速度传感器10，具有沿着作为一个曲面的XY平面弯曲的基体部件1，和为与基体部件1一起弯曲而设在基体部件1上的压电元件2，和设在基体部件1端部的一端部1a及另一端部1b上的锤部件3。在该加速度传感器10中，锤部件3被设在基体部件1的两端部，支撑部件7被设在中央部位上。

压电元件2具有内周面2s和外周面2t，外周面2t被贴在基体部件1的内周面1s上。即，压电元件2位于弯曲的内侧。通过焊锡引线5被连接在基体部件1上。

这样构成的本发明实施例2的加速度传感器10，具有和实施例1的加速度传感器10同样的效果。

而且，由于压电元件2是位于弯曲的内侧，所以压电元件2的外周面2t与基体部件1的内周面1s接触。由于压电元件2的外周面2t容易提高精度，所以能把基体部件1贴在精度高的外周面2t上，这样就能够提供可靠性高的加速度传感器10。

即，压电元件2的外周面2t被粘接在基体部件1上。当与基体部件1接触的部分为粗糙或凸凹不平时，就会造成粘贴困难，因此需要将其表面进行研磨。当在压电元件2上实施其研磨时，与研磨弯曲的压电元件2的内周面2s相比，研磨外周面2t的研磨方法更为简单稳定，而且制作成本也低，质量也稳定。在以圆筒状的状态下进行研磨时，研磨外周面2t比较容易。因此，根据实施例2能提供低成本高质量的加速度传感器10。

(实施例3)

图7是本发明实施例3的加速度传感器的立体图。从图7中可以看出，本发明实施例3的加速度传感器10，具有沿着作为一个平面的XY平面弯曲成螺旋状的基体部件1，和与基体部件1一起弯曲成螺旋状的压电元件2，和由基体部件1的其中一端部1a构成的锤部件3。在基体部件1中，随着靠近一端部1a而曲率也逐步变大。另外，在基体部件1的一端部1a处未形成压电元件2，一端部1a的表面未被压电元件2遮盖。压电元件2的内周面2s直接与基体部件1的外周面1t接触。

这样构成的本发明实施例3的加速度传感器10和实施例1的加速度传感器具有同样的效果。

(实施例4)

图8是本发明实施例4的加速度传感器的立体图。从图8中可以看出，本发明实施例4的加速度传感器10，具有沿着作为一个平面的XY平面弯成同心圆状的基体部件1，和与基体部件1一起弯成同心圆状而设在基体部件1上的压电元件2，和把基体部件1的一端部1a形成圆而构成的锤部件3。基体部件1和压电元件2被弯曲成环状，压电元件2的内周面2s与基体部件1的外周面1t直接接触。锤部件3是把基体部件1的一端部1a形成圆而构成。

这样构成的本发明实施例4的加速度传感器10和实施例1的加速度传感器具有同样的效果

(实施例5)

图9是本发明实施例5的加速度传感器的立体图。从图9中可以看出，本发明实施例5的加速度传感器10，具有沿着作为一个平面的XY平面弯曲的基体部件1，和设置在与基体部件1一起弯曲的基体部件1的内周面1s上的压电元件2。由于压电元件2的外周面2t与基体部件1的内周面1s相接触，所以压电元件2位于弯曲的内侧。图2中所示的加速度传感器与图9所示的加速度传感器的不同处在于，在图9所示的加速度传感器10中压电元件2被配置在弯曲的内侧。

这样构成的本发明实施例5的加速度传感器10和实施例1的加速度传感器具有同样的效果。

而且，由于压电元件2的外周面2t与基体部件1相接触，所以和实施例2具有同样的效果。

(实施例6)

图10是本发明实施例6的加速度传感器的立体图。从图10中可以看出，本发明实施例6的加速度传感器10，具有沿着作为一个曲面的XY平面弯曲的基体部件1，和与基体部件一起弯曲的压电元件2，和设在作为基体部件1端部的一端部1a上的锤部件3。在实施例6的加速度传感器10中，在向基体部件1的外周面1t一侧凸出地设有支撑部件7这点上与实施例1的加速度传感器10不同。

这样构成的本发明实施例6的加速度传感器10和实施例1的加速度传感器具有同样的效果。

(实施例7)

图11是本发明实施例7的加速度传感器的立体图。从图11中可以看出，本发明实施例7的加速度传感器10，具有沿着作为一个平面的XY平面弯曲成螺旋状的基体部件1，和与基体部件1一起弯曲成螺旋状的压电元件2。在基体部件1中，随着靠近一端部1a而曲率也逐渐变大。另外，在基体部件1的一端部1a上未形成压电元件2，一端部1a的表面也未被压电元件2遮盖住。压电元件2的内周面2s与基体部件1的外周面1t直接接触。图11所示的加速度传感器10，是从图7所示的加速度传感器10中去掉了锤部件3的结构。即使没有锤部件3，但利用调整基体部件1及压电元件2的材质、厚度及宽度等也能检测出加速度。

在这样构成的本发明实施例7的加速度传感器10及具有该加速度传感器的计步器中，加速度传感器10，具有沿着一个曲面弯曲的基体部件1和压电元件2。因此，无论从X、Y、Z轴方向的任何一个方向所施与的加速度都能被检测出。所以，使用一个加速度传感器10就能可靠地得到来自各个方向的加速度。

另外，由于基体部件1及压电元件2沿着一个曲面弯曲，所以基体部件1及压电元件2与像螺旋弹簧那样三维弯曲的情况相比能缩小体积。所以，能实现加速度传感器10及具有该加速度传感器的计步器100的小型化。

而且，不会出现即使基体部件1的一端部1a产生振动，但由于该振动会立刻衰减而导致错误检测加速度的现象。

另外，由于不需要锤部件，所以没必要另外做一个锤部件固定在基体部件1上，另外也没必要设置相当于锤部件的部分。这样与装有锤部件的加速度传感器相比能降低制作成本。

(实施例8)

图12是本发明实施例8的加速度传感器的立体图。从图12中可以看出，本发明实施例8的加速度传感器10，具有沿着作为一个平面的XY平面弯曲成同心圆状的基体部件1，和与基体部件1一起弯曲成同心圆状而设在基体部件1上的压电元件2。基体部件1及压电元件2被弯曲成环状，并且压电元件2的内周面2s与基体部件1的外周面1t直接接触。

这样构成的本发明实施例8的加速度传感器10和实施例7的加速度传感器具有同样的效果。

本次公开的实施例应看作是全面所示的例子，而并不受限于此。本发明涉及的范围其意图在于，不是根据上述的说明而是根据本发明要求保护的范围来表示，并包括与本发明要求保护的范围均等的意思及范围内的所有变更。

根据本发明，可提供能够检测出来自各个方向的加速度的加速度传感器及具有该加速度感器的计步器。

Claims (6)

1.一种加速度传感件，其特征在于：

具有沿着一个平面弯曲的基体部件，和为与所述基体部件一起弯曲而设在所述基体部件上的压电元件，和设在所述基体部件端部上的锤部件。

2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于：所述压电元件位于所述弯曲的内侧。

3.根据权利要求1或2所述的加速度传感器，其特征在于：所述压电元件和所述基体部件被弯成圆弧状。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的加速度传感器，其特征在于：具有设置在与所述锤部件所设端部相反一侧端部上、且被固定在基板上的支撑部件。

5.一种加速度传感器，其特征在于：

具有沿着一个平面弯曲的基体部件，和为与所述基体部件一起弯曲而设在所述基体部件上的压电元件。

6.一种计步器，其特征在于：具有权利要求1～5中任意一项所述的加速度传感器。

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