DE10147911A1 - Beschleunigungssensor - Google Patents

Abstract

Ein Beschleunigungssensor umfaßt einen ersten Resonator und einen zweiten Resonator, die bei unabhängigen Frequenzen in Resonanz sind, und von denen jeder einen piezoelektrischen Körper und Elektroden, die auf beiden Hauptoberflächen desselben angeordnet sind, und eine erste Basisplatte und eine zweite Basisplatte umfaßt. Ein erstes Unimorph-Typ-Beschleunigungserfassungselement umfaßt den ersten Resonator, der mit einer Oberfläche der ersten Basisplatte verbunden ist, und ein zweites Unimorph-Typ-Beschleunigungserfassungselement umfaßt den zweiten Resonator, der mit einer Oberfläche der zweiten Basisplatte verbunden ist. Das erste und das zweite Unimorph-Typ-Beschleunigungserfassungselement sind an einem longitudinalen Ende oder an entgegengesetzten longitudinalen Enden desselben befestigt, so daß der erste Resonator und der zweite Resonator einander diametral gegenüberliegen oder angeordnet sind, um einander zugewandt zu sein, um es dem ersten Resonator und dem zweiten Resonator zu ermöglichen, sich unabhängig ansprechend auf das Ausüben der Beschleunigung durchzubiegen. Wenn die beiden Beschleunigungserfassungselemente ansprechend auf das Ausüben der Beschleunigung unabhängig durchgebogen sind, wird eine Beschleunigung durch Erfassen des ersten Resonators und des zweiten Resonators oder einer Differenz zwischen den Impedanzänderungen des ersten Resonators und des zweiten Resonators erfaßt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beschleu­ nigungssensor.

Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 2780594 offenbart einen Beschleunigungssensor, der eine piezoelektrische Ke­ ramik verwendet. Dieser Beschleunigungssensor umfaßt ein Bimorph-Typ-Erfassungselement, das durch Laminieren eines Paars piezoelektrischer Elemente, die aus piezoelektrischer Keramik gebildet sind, in einen einheitlichen Körper er­ zeugt wird. Das Erfassungselement wird an beiden Enden des­ selben getragen und ist in einem Gehäuse untergebracht. Wenn eine Beschleunigung auf den Beschleunigungssensor wirkt, wird das Erfassungselement abgelenkt und in dem Er­ fassungselement wird eine Spannung erzeugt. Der Beschleuni­ gungssensor erfaßt eine Beschleunigung durch Erfassen einer Ladung oder einer Spannung, die durch Piezoelektrizität er­ zeugt wird. Der Beschleunigungssensor ist kompakt genug, um leicht in einer Oberflächenbefestigungskomponente (einer Chipkomponente) strukturiert zu werden.

Bei dem Beschleunigungssensor, der nach diesem Prinzip ar­ beitet, wird ein Vorspannungsstrom, der von einer Schaltung des Sensors in den piezoelektrischen Körper fließt, in ei­ nem Kondensator C des piezoelektrischen Körpers aufgeladen, und somit ist ein Widerstand R erforderlich, um den Vor­ spannungsstrom abzuleiten. Der Widerstand R und der Konden­ sator C bilden ein Filter, wodurch eine Gleichstrom- und eine Niedrigfrequenzkomponente unterhalb einer Grenzfre­ quenz davon unerfaßt bleiben.

Bei einem bekannten Beschleunigungssensor (offenbart in der unveröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-361165) sind zwei Schwingungselemente auf einem Biegetyp- Stimmgabeltragekörper befestigt. Wenn eine Beschleunigung auf die Schwingungselemente wirkt, werden die Schwingungs­ elemente, die auf der Stimmgabeltragestruktur befestigt sind, an mittleren Trägheitsabschnitten (Gewichtsabschnit­ ten) einem Zugstreß und einem Druckstreß unterworfen und eine Beschleunigung wird von einer Frequenzdifferenz er­ faßt, die zwischen den beiden Schwingungselementen auf­ tritt. Dieser Beschleunigungssensor erfaßt eine Gleich­ stromkomponente und Niedrigfrequenzkomponenten.

Da der derart aufgebaute Beschleunigungssensor den Trage­ körper einer Stimmgabel aufweist, wird die Entwicklung der Struktur komplex und massig, und Ausdehnungen von Elektro­ den von den Schwingungselementen sind ebenfalls komplex. Daher ist es schwierig, diesen Beschleunigungssensor in ei­ ner Miniaturoberflächenbefestigungskomponente (einer Chip­ komponente) anzuordnen, die direkt auf einer gedruckten Schaltungsplatine befestigt werden kann.

Das Stimmgabelschwingungselement ist als ein bimodales Stimmgabelschwingungselement entwickelt, um in einem Kombi­ nationsschwingungsmodus zu schwingen, bei dem ein Torsions­ schwingungsmodus und ein Biegeschwingungsmodus kombiniert sind, wodurch die Abhängigkeit einer Vorspannungsfrequenz von der Temperatur reduziert wird. Diese Anordnung ist nicht in der Lage, die Temperaturabhängigkeit derselben vollständig zu eliminieren.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Be­ schleunigungssensor mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Beschleunigungssensor gemäß Anspruch 1 und Anspruch 5 gelöst.

Dementsprechend ist es ein Vorteil der vorliegenden Erfin­ dung, einen kompakten Beschleunigungssensor mit hoher Ver­ stärkung zu schaffen, der oberflächenbefestigt ist und ge­ genüber anderen Faktoren als der Beschleunigung, wie z. B. Temperaturänderungen, unempfindlich ist.

Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die vorliegende Er­ findung auf einen Beschleunigungssensor und umfaßt einen ersten Resonator und einen zweiten Resonator, die bei unab­ hängigen Frequenzen in Resonanz sind, und von denen jeder einen piezoelektrischen Körper und Elektroden umfaßt, die auf beiden Hauptoberflächen desselben angeordnet sind, und eine erste Basisplatte und eine zweite Basisplatte, wobei ein erstes Unimorph-Typ-Beschleunigungserfassungselement den ersten Resonator umfaßt, der mit einer Oberfläche der ersten Basisplatte verbunden ist, und ein zweites Unimorph- Typ-Beschleunigungserfassungselement den zweiten Resonator umfaßt, der mit einer Oberfläche der zweiten Basisplatte verbunden ist, wobei sowohl das erste als auch das zweite Unimorph-Typ-Beschleunigungserfassungselement an einem lon­ gitudinalen Ende derselben befestigt sind oder an gegen­ überliegenden longitudinalen Enden derselben, so daß der er­ ste Resonator und der zweite Resonator einander im wesent­ lichen diametral gegenüber zu liegen, oder angeordnet sind, um einander zugewandt zu sein, um es dem ersten Resonator und dem zweiten Resonator zu ermöglichen, sich ansprechend auf die Anwendung von Beschleunigung unabhängig durchzubie­ gen, und wobei, wenn die beiden Beschleunigungserfassungs­ elemente ansprechend auf die Anwendung von Beschleunigung unabhängig durchgebogen werden, durch Erfassen einer Diffe­ renz zwischen Frequenzänderungen des ersten Resonators und des zweiten Resonators oder einer Differenz zwischen Impe­ danzänderungen des ersten Resonators und des zweiten Reso­ nators eine Beschleunigung erfaßt wird.

Da das Beschleunigungserfassungselement eine unimorphe Struktur aufweist, bei der der Resonator und die Basisplat­ te miteinander verbunden sind, werden eine Druckspannung und eine Zugspannung, die durch den Resonator erforderlich sind, ansprechend auf eine Durchbiegung des Beschleuni­ gungserfassungselements, das während einer Beschleunigung auftritt, effektiv erzeugt. Das Paar der Beschleunigungser­ fassungselemente ist aufgebaut durch Verbinden des Paars von Resonatoren auf eine Ende-an-Ende-Weise oder auf eine Breitseite-an-Breitseite-Weise. Wenn das eine Erfassungs­ element eine Zugspannung erfaßt, erfaßt das andere Erfas­ sungselement eine Druckspannung. Die Resonanzfrequenz des Resonators der Zugseite wird niedriger, während die Reso­ nanzfrequenz des Resonators der Druckseite höher wird. So­ mit wird eine Beschleunigung erfaßt durch Erfassen einer Differenz zwischen Frequenzänderungen der beiden Resonato­ ren oder einer Differenz zwischen Impedanzänderungen der beiden Resonatoren. Da die Frequenzdifferenz oder die Impe­ danzdifferenz erfaßt wird und nicht die Frequenzänderungen der beiden Resonatoren oder die Impedanzänderungen der Re­ sonatoren einzeln aufgenommen werden, heben sich Spannun­ gen, die allgemein auf die beiden Resonatoren wirken (eine Spannung aufgrund einer Temperaturänderung, beispielswei­ se), einander auf. Es ergibt sich ein Beschleunigungssensor mit hoher Verstärkung, der unabhängig von den Auswirkungen von Temperaturänderungen ist.

Vorzugsweise liegt eine biegemäßig neutrale Durchbiegungs­ ebene ansprechend auf eine Beschleunigung in der Verbin­ dungsoberfläche zwischen dem ersten Resonator und der er­ sten Basisplatte oder innerhalb der ersten Basisplatte in dem ersten Element, und eine biegemäßig neutrale Durchbie­ gungsebene ansprechend auf eine Beschleunigung liegt in der Verbindungsoberfläche zwischen dem zweiten Resonator und der zweiten Basisplatte oder innerhalb der zweiten Basis­ platte in dem zweiten Element. Falls die biegemäßig neutra­ le Ebene in der Resonatorseite liegt, treten sowohl die Druckspannung als auch die Zugspannung in dem gleichen Re­ sonator auf, was zu einem schwächeren Ausgangssignal führt. Um die biegemäßig neutrale Ebene in der Verbindungsoberflä­ che zwischen dem Resonator und der Basisplatte oder inner­ halb der Basisplattenseite zu positionieren, ist die Biege­ steifigkeit der Basisplatte so eingestellt, daß dieselbe nicht geringer ist als die des Resonators.

Vorzugsweise ist sowohl der erste als auch der zweite Reso­ nator ein Schwingungsmoduselement, in dem Energie in dem longitudinalen Mittelabschnitt desselben gefangen ist, und zwischen der ersten Basisplatte und dem ersten Resonator und zwischen der zweiten Basisplatte und dem zweiten Reso­ nator sind jeweils Zwischenräume vorgesehen, wobei die Zwi­ schenräume bereichsmäßig größer sind als eine eingeschlos­ sene Schwingungsregion von jedem der ersten und zweiten Re­ sonatoren, und bereichsmäßig kleiner ist als eine Durchbie­ gungsregion des ersten und des zweiten Resonators, die sich unter einer Beschleunigung durchbiegt.

Das Laminieren des Resonators und der Basisplatte auf den gesamten Oberflächen derselben ist akzeptabel. Es wird je­ doch angemerkt, daß eine solche Anordnung die Leistungsfä­ higkeit des Resonators reduziert (wie z. B. den Q- und den K-Faktor), weil die Schwingung des Resonators durch die Ba­ sisplatte eingeschränkt ist.

Falls der Resonator und die Basisplatte auf den gesamten Oberflächen derselben zusammenlaminiert sind, ist das Be­ schleunigungserfassungselement wirksam beim Erzeugen von Spannung ansprechend auf eine Beschleunigung, obwohl die Leistungsfähigkeit des Resonators leicht abfällt.

Vorzugsweise sind die longitudinalen Enden des ersten und des zweiten Beschleunigungserfassungselements verbunden, um einander gegenüber zu liegen, mit einer Abstandsschicht, die zwischen denselben angeordnet ist, wobei die äußere Oberfläche des ersten und des zweiten Beschleunigungserfas­ sungselements, die in eine Richtung gewandt sind, in der die Beschleunigung ausgeübt wird, mit einem Gehäusebauglied bedeckt ist, und jede offene Oberfläche, die das erste und das zweite Beschleunigungserfassungselement und das Gehäu­ sebauglied definieren, mit einem Abdeckungsbauglied bedeckt ist, und wobei die Elektroden, die auf dem ersten und zwei­ ten Resonator angeordnet sind, jeweils durch innere Elek­ troden, die auf der Oberfläche des Gehäusebauglieds ange­ ordnet sind, mit äußeren Elektroden verbunden sind, die auf der Oberfläche des Abdeckungsbauglieds angeordnet sind.

Bei dieser Anordnung ist das Beschleunigungserfassungsele­ ment vollständig von dem Gehäusebauglied und dem Abdeckungsbauglied umschlossen und ist daher für die Verwendung als oberflächenbefestigte Elektronikkomponente geeignet.

Die vorliegende Erfindung in einem zweiten Aspekt bezieht sich auf einen Beschleunigungssensor und umfaßt einen er­ sten Resonator und einen zweiten Resonator, wobei jeder Re­ sonator einen piezoelektrischen Körper und Elektroden um­ faßt, die auf Hauptoberflächen desselben angeordnet sind, und eine einzige Basisplatte, wobei der erste Resonator und der zweite Resonator jeweils an beiden Seiten der Basis­ platte verbunden sind, wobei das Beschleunigungserfassungs­ element an einem longitudinalen Ende derselben oder an ge­ genüberliegenden longitudinalen Enden derselben befestigt ist, so daß sich das Beschleunigungserfassungselement an­ sprechend auf eine Beschleunigung durchbiegt, die in einer Richtung ausgeübt wird, in der der erste und zweite Resona­ tor zusammenlaminiert sind, und wobei, wenn das Beschleuni­ gungserfassungselement, ansprechend auf das Ausüben einer Beschleunigung durchgebogen ist, die Beschleunigung durch Erfassen einer Differenz zwischen Frequenzänderungen des ersten Resonators und des zweiten Resonators oder einer Differenz zwischen Impedanzänderungen des ersten Resonators und des zweiten Resonators erfaßt wird.

Im Gegensatz zu dem erste Aspekt der vorliegenden Erfin­ dung, bei dem die beiden Unimorph-Typ- Beschleunigungserfassungselemente verwendet werden, verwen­ det die vorliegende Erfindung bei dem zweiten Aspekt ein Bimorph-Typ-Beschleunigungserfassungselement, das durch Verbinden der Resonatoren mit jeweils beiden Seiten der einzigen Basisplatte aufgebaut wird. Bei dieser Anordnung ist eine biegemäßig neutrale Ebene (mit Null Spannung) ein­ gestellt, um innerhalb der Basisplatte zu liegen, selbst wenn ein relativ flexibles Material für die Basisplatte verwendet wird, und die Resonatoren, die auf beiden Seiten der Basisplatte angeordnet sind, erzeugen effektiv eine Zugspannung und eine Druckspannung. Somit wird eine Be­ schleunigung erfaßt durch differentielles Erfassen der Fre­ quenzänderungen der beiden Resonatoren oder der Impedanzän­ derungen der beiden Resonatoren. Die Verwendung der einzi­ gen Basisplatte reduziert die Dickenabmessungen des Be­ schleunigungserfassungselements und der Beschleunigungssen­ sor ist somit kompakt gemacht.

Vorzugsweise sind der erste und der zweite Resonator Schwingungsmoduselemente, bei denen Energie in dem longitu­ dinalen Mittelabschnitt desselben eingeschlossen ist, und zwischen der Basisplatte und dem ersten Resonator und zwi­ schen der Basisplatte und dem zweiten Resonator sind je­ weils Zwischenräume vorgesehen, wobei die Zwischenräume be­ reichsmäßig größer sind als eine eingeschlossene Schwin­ gungsregion des ersten und zweiten Resonators und bereichs­ mäßig kleiner als eine Durchbiegungsregion des ersten und zweiten Resonators, die sich ansprechend auf eine Beschleu­ nigung durchbiegt.

Vorzugsweise ist die äußere Oberfläche des Beschleunigungs­ erfassungselements, das einer Richtung zugewandt ist, in der eine Beschleunigung ausgeübt wird, mit einem Gehäuse­ bauglied bedeckt, und jede offene Oberfläche, die das Be­ schleunigungserfassungselement und das Gehäusebauglied de­ finieren, ist mit einem Abdeckungsbauglied bedeckt, wobei die Elektroden, die auf dem ersten und dem zweiten Resona­ tor angeordnet sind, jeweils über innere Elektroden, die auf der Oberfläche des Gehäusebauglieds angeordnet sind, mit äußeren Elektroden verbunden sind, die auf der Oberflä­ che des Abdeckungsbauglieds angeordnet sind. Bei dieser An­ ordnung ist das Beschleunigungserfassungselement vollstän­ dig von dem Gehäusebauglied und dem Abdeckungsbauglied um­ schlossen und ist daher für die Verwendung als eine ober­ flächenbefestigte Elektronikkomponente geeignet.

Der Beschleunigungssensor der vorliegenden Erfindung ver­ wendet zwei Verfahren zum differentiellen Aufnehmen der Si­ gnale von dem ersten Resonator und dem zweiten Resonator und zum Erhalten eines Signals proportional zu der Be­ schleunigung, die auf die Beschleunigungserfassungselemente wirkt. Bei einem Verfahren werden der erste und der zweite Resonator bei unterschiedlichen Frequenzen in Schwingung versetzt, ein Unterschied zwischen den Schwingfrequenzen wird erfaßt, und ein Signal proportional zu einer Beschleu­ nigung wird aus der Frequenzdifferenz bestimmt. Bei dem an­ deren Verfahren werden der erste und der zweite Resonator bei der gleichen Frequenz in Schwingung versetzt, und aus einer Differenz zwischen elektrischen Impedanzen der beiden Resonatoren wird entweder eine Phasendifferenz oder eine Amplitudendifferenz erhalten, und ein Signal proportional zu der Beschleunigung wird entweder aus der Phasendifferenz oder der Amplitudendifferenz bestimmt.

Durch Verwenden eines der obigen zwei Verfahren wird eine Beschleunigung mit hoher Genauigkeit erfaßt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine allgemeine perspektivische Ansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel des Beschleunigungs­ sensors der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht des in Fig. 1 gezeigten Beschleunigungssensors;

Fig. 3 eine perspektivische Explosionsansicht des in Fig. 1 gezeigten Beschleunigungssensors, wobei ein Abdeckungsbauglied von demselben entfernt ist;

Fig. 4 eine Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Be­ schleunigungssensors, der auf einer gedruckten Schaltungsplatine befestigt ist;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Beschleunigungssen­ sors entlang der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6A bis 6C Prozeßdiagramme, die ein Herstellungsver­ fahren zum Herstellen des in Fig. 1 gezeigten Be­ schleunigungssensors zeigen;

Fig. 7 eine ähnliche Querschnittsansicht wie von Fig. 5 entlang der Linie V-V in Fig. 4, aber ein zweites Ausführungsbeispiel des Beschleunigungssensors der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine ähnliche Querschnittsansicht wie von Fig. 5 entlang der Linie V-V in Fig. 4, aber ein drittes Ausführungsbeispiel des Beschleunigungssensors der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 ein Schaltbild, das ein Beschleunigungserfas­ sungselement zeigt, das den Beschleunigungssensor der vorliegenden Erfindung verwendet; und

Fig. 10 ein Schaltbild, das ein anderes Beschleunigungs­ erfassungselement zeigt, das den Beschleunigungs­ sensor der vorliegenden Erfindung verwendet.

Fig. 1 bis Fig. 5 zeigen einen Beschleunigungssensor 1A ei­ nes ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Der Beschleunigungssensor 1A umfaßt zwei Beschleunigungser­ fassungselemente 2 und 3, die an beiden Enden desselben in isolierenden Gehäusen 5 und 6, die aus isolierender Keramik hergestellt sind, getragen werden. Die Beschleunigungser­ fassungselemente 2 und 3 sind Unimorph-Typ- Erfassungselemente. Das Beschleunigungserfassungselement 2 umfaßt einen Resonator 20, der einen piezoelektrischen Streifen und Elektroden 21 und 22 umfaßt, die jeweils auf beiden Hauptoberflächen desselben vorgesehen sind, und eine Hauptplatte 23 mit einer Oberfläche, an die der Resonator 20 gebondet oder gelötet ist. Gleichartig dazu umfaßt das Beschleunigungserfassungselement 3 einen Resonator 30, der einen piezoelektrischen Streifen und Elektroden 31 und 32 umfaßt, die jeweils auf beiden Hauptoberflächen derselben angeordnet sind, und eine Basisplatte 33 mit einer Oberflä­ che, an die der Resonator 30 gebondet oder gelötet ist. Die Resonatoren 20 und 30 sind Resonatoren mit einem energie­ einschließenden Dickenscherschubmodus und sind in der lon­ gitudinalen Richtung desselben polarisiert. Die Elektroden 21 und 22 in den Enden derselben sind einander in dem Mit­ telabschnitt des Resonators 20 zugewandt und erstrecken sich von dort zu unterschiedlichen gegenüberliegenden Enden des Resonators 20. Die Elektroden 31 und 32 in den Enden desselben sind einander in dem Mittelabschnitt des Resona­ tors 30 zugewandt und erstrecken sich von dort zu unter­ schiedlichen gegenüberliegenden Enden des Resonators 30.

Die Basisplatten 23 und 33 sind Isolatoren mit der gleichen Länge und der gleichen Breite wie die der Resonatoren 20 und 30. Biegemäßig neutrale Ebenen der Unimorph-Typ- Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3 (wie sie in Fig. 5 durch die gestrichelten Linien N1 und N2 dargestellt sind) sind entwickelt, um in den Basisplatten 20 und 30 von den Verbindungsoberflächen der Resonatoren 20 und 30 mit den Basisplatten 23 und 33 zu liegen. Vorzugsweise sind die Basisplatten 23 und 33 aus einem Material hergestellt, das eine Biegesteifigkeit aufweist, die höher ist als die des Materials der Resonatoren 20 und 30. Vorzugsweise weisen die Basisplatten 23 und 33 eine größere Masse auf, um als ein Gewicht zu wirken. Die Basisplatten 23 und 33 weisen jeweils Ausnehmungen 23a und 33a auf den Oberflächen der­ selben auf, die jeweils den Resonatoren 20 und 30 zugewandt sind. Die Ausnehmungen 23a und 33a sind bereichsmäßig grö­ ßer als eingeschlossene Schwingungsregionen der Resonatoren 20 und 30 und bereichsmäßig kleiner als die Durchbiegungs­ regionen der Resonatoren 20 und 30, die unter Beschleuni­ gung durchgebogen werden. Auf diese Weise ist die einge­ schlossene Schwingung in den Resonatoren 20 und 30 nicht eingeschränkt, während die Resonatoren 20 und 30 und die Basisplatten 23 und 33 einstückig durchgebogen werden.

Die Ausnehmungen 23a und 33a sollen einen Schwingungsraum sicherstellen, der die Schwingung der Resonatoren 20 und 30 nicht beeinflußt. Da die Amplitude der Schwingung klein ist, kann der Zwischenraum, der durch die Dicke eines Haft­ mittels bewirkt wird, das zwischen dem Resonator 20 und der Basisplatte 23 und zwischen dem Resonator 30 und der Basis­ platte 33 aufgetragen wird, für die Ausnehmungen 23a und 33a eingesetzt werden.

Die beiden Unimorph-Typ-Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3 sind mit Haftschichten 4 laminiert, wobei Abstands­ schichten an longitudinal entgegengesetzten Enden derselben dazwischen angeordnet sind, so daß die Resonatoren 20 und 30 im allgemeinen einander auf eine Ende-an-Ende-Weise dia­ metral gegenüberliegen. Das heißt, die Basisplatte 23 des Beschleunigungserfassungselements 2 und die Basisplatte 33 des Beschleunigungserfassungselements 3 sind einander über die Abstandsschicht 4 zugewandt, und somit sind die Resona­ toren 20 und 30, wie in Fig. 2 gezeigt, abgewandt. Auf die­ se Weise sind die Resonatoren 20 und 30 unabhängig durchge­ bogen in den Richtungen, in denen die Beschleunigung G aus­ geübt wird. Somit wird ein vorbestimmter Zwischenraum zwi­ schen den Beschleunigungserfassungselementen 2 und 3 in den Mittelabschnitten derselben ermöglicht. Ein Paar von Gehäu­ sebaugliedern 5 und 5 bedecken jeweils die äußeren Oberflä­ chen der Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3, die einander in der Richtung zugewandt sind, in der die Be­ schleunigung G wirkt. Jedes der Gehäusebauglieder 5 weist einen abgeflachten U-förmigen Querschnitt auf, wobei beide hervorstehende Segmente 5a desselben fest mit äußeren gege­ nüberliegenden Enden von jedem der Beschleunigungserfas­ sungselemente 2 und 3 verbunden sind (äußere Oberflächen der Resonatoren 20 und 30). Ausnehmungen 5b bilden somit jeweils Zwischenräume zwischen dem einen Gehäusebauglied 5 und dem Beschleunigungserfassungselement 2 und zwischen dem anderen Gehäusebauglied 5 und dem Beschleunigungserfas­ sungselement 3. Die Zwischenräume ermöglichen es somit den Beschleunigungserfassungselementen 2 und 3, sich anspre­ chend auf die Beschleunigung G durchzubiegen. Die obere und untere offene Oberfläche einer Anordnung der Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3 und der Gehäusebauglieder 5 werden dann jeweils mit oberen und unteren Abdeckungsbaugliedern 6 und 6 von oben und unten bedeckt. Die Abdeckungsbauglieder 6 weisen jeweils auf der inneren Oberfläche derselben eine Ausnehmung 6a auf, die einen Zwischenraum bildet, um nicht mit den jeweiligen Beschleunigungserfassungselementen 2 und 3 in Kontakt zu kommen. Der Umfangsumrißabschnitt jedes der Abdeckungsbauglieder 6 ist fest mit der oberen und unteren Oberfläche der Anordnung verbunden. Verschiebbare Abschnitte der Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3 sind vollständig von den Gehäusebaugliedern 5 und dem Ab­ deckungsbauglied 6 umschlossen.

Die Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3 sind mit den Haftschichten 4 verbunden, die zwischen denselben angeord­ net sind, auf eine solche Weise, daß die Resonatoren 20 und 30 einander im allgemeinen auf eine Ende-an-Ende-Weise dia­ metrisch gegenüberliegen. Umgekehrt können die Beschleuni­ gungserfassungselemente 2 und 3 miteinander verbunden wer­ den, so daß die Resonatoren einander auf eine Breitseite­ an-Breitseite-Weise gegenüberliegen. Bei dieser Anordnung sind ein Zugseitenresonator und ein Druckseitenresonator unter der Beschleunigung G in der Position umgekehrt.

Die Gehäusebauglieder 5 mit einem U-förmigen Querschnitt werden bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Falls ein Schwingungsraum durch die Dicke jeder Haftschicht, die zwi­ schen dem einen Gehäusebauglied 5 und dem Beschleunigungs­ erfassungselement 2 und zwischen dem anderen Gehäusebau­ glied 5 und dem Beschleunigungserfassungselement 3 angelegt ist, sichergestellt ist, können die Gehäusebauglieder 5 aus einem planaren Bauglied gebildet sein. Da die Durchbiegung von jedem der Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3 un­ ter der Beschleunigung G in der Amplitude klein ist, lie­ fert die Dicke der Haftschicht einen ausreichend großen Schwingungsraum.

Da gleichartig dazu durch die Dicke einer Haftschicht, die an der inneren Oberfläche des Abdeckungsbauglieds 6 ange­ legt ist, ein Zwischenraum gebildet ist, ist die zwischen­ raumbildende Ausnehmung 6a in der inneren Oberfläche des Abdeckungsbauglieds 6 weggelassen.

Die Basisplatten 23 und 33, die Gehäusebauglieder 5 und das Abdeckungsbauglied 6 sind aus isolierenden Materialien her­ gestellt. Insbesondere können diese Komponenten aus Kera­ miksubstraten oder Harzsubstraten hergestellt sein. Das Ma­ terial der Basisplatten 23 und 33 ist nicht auf ein isolie­ rendes Material beschränkt und kann auch aus einem Metall hergestellt sein.

Die Elektroden 21 und 32 von den Elektroden 21 und 22 und den Elektroden 31 und 32, die in den Resonatoren 20 und 30 gebildet sind, sind durch ein inneres Elektrodenband 51 elektrisch miteinander verbunden, das auf der offenen Ober­ fläche der Anordnung angeordnet ist, die aus den Beschleu­ nigungserfassungselementen 2 und 3 und den Gehäüsebauglie­ dern 5 besteht, und das innere Elektrodenband 51 ist aus der äußeren Oberfläche des Gehäusebauglieds 5 herausge­ führt. Die Elektrode 22 ist durch ein inneres Elektroden­ band 52, das auf der oberen offenen Oberfläche der Anord­ nung angeordnet ist, aus der äußeren Oberfläche des Gehäu­ sebauglieds 5 herausgeführt. Die Elektrode 31 ist durch ein inneres Elektrodenband 53, das auf der unteren offenen Oberfläche der Anordnung angeordnet ist, aus der anderen äußeren Oberfläche des Gehäusebauglieds S herausgeführt.

Mit Bezugnahme auf Fig. 1 weisen die Gehäusebauglieder 5 und das Abdeckungsbauglied 6 auf den äußeren Oberflächen derselben äußere Elektroden 61, 62 und 63 auf. Die inneren Elektrodenbänder 51, 52 und 53 sind jeweils mit den äußeren Elektroden 61, 62 und 63 elektrisch verbunden. Auf diese Weise ergibt sich ein Oberflächenbefestigungs-Chiptyp- Beschleunigungssensor.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die eine Elektrode 21 des Beschleunigungserfassungselements 2 (der Resonator 20) durch das innere Elektrodenband 51 als eine gemeinsame Elektrode mit der einen Elektrode 32 des Beschleunigungser­ fassungselements 3 (dem Resonator 30) elektrisch verbunden. Alternativ können die vier Elektroden 21, 22, 31 und 32 un­ abhängig zu jeweiligen äußeren Elektroden geführt werden. In diesem Fall können die vier inneren Elektrodenbänder und die vier äußeren Elektroden verwendet werden.

Fig. 4 zeigt den Beschleunigungssensor 1A, der auf eine Schaltungsstruktur P1 einer gedruckten Schaltungsplatine PCB befestigt ist.

Fig. 6 zeigt ein Herstellungsverfahren zum Herstellen des Beschleunigungssensors 1A mit dem oben beschriebenen Auf­ bau.

Zwei piezoelektrische Keramiklagen für die Resonatoren 20 und 30, die Elektrodenstrukturen als die Elektroden 21 und 22 und die Elektroden 31 und 32 aufweisen, die jeweils auf beiden Hauptseiten derselben angeordnet sind, sind jeweils mit zwei Basisplattenlagen für die Basisplatten 23 und 33 verbunden. Anordnungslagen 2M und 3M für die Beschleunigungserfassungselemente sind somit hergestellt. Ein Paar von Gehäusebaugliedlagen 5M für die Gehäusebauglieder 5, die Ausnehmungen 5b aufweisen, die jeweils eine vorbestimmte Breite an regelmäßigen Intervallen aufweisen, werden vorbereitet. Die Lagen 2M, 3M und 5M werden unter Verwen­ dung eines Haftmittels in einer Laminatstruktur miteinander verbunden. Ein Block B1 wird somit durch Stapeln einer Mehrzahl von Laminatstrukturen erhalten (siehe Fig. 6A). Der Block B1 wird entlang der Schnittlinien S vereinzelt, wie es in Fig. 6A gezeigt ist, und somit wird eine Mehrzahl von einzelnen Blöcken B2 erhalten (siehe Fig. 6B).

Die geschnittenen einzelnen Blöcke B2 werden auf ihre Seite gelegt und Abdeckungsbaugliedlagen 6M mit einer Anzahl von zwischenraumbildenden Ausnehmungen 6a auf den inneren Ober­ flächen derselben werden mit jedem der einzelnen Blöcke B2 von oben und unten verbunden, wie es in Fig. 6C gezeigt ist. Dadurch wird ein Endblock erhalten. Die Abdeckungsbau­ gliedlage 6M weist Strukturen auf, die als äußere Elektro­ den dienen. Der Endblock wird vertikal und horizontal in einzelne Sensorelemente geschnitten. Auf den Seiten und En­ den jedes geschnittenen einzelnen Sensorelements werden un­ ter Verwendung einer Zerstäubungstechnik Elektroden ange­ ordnet. Somit ergibt sich der Beschleunigungssensor 1A, der in Fig. 1 gezeigt ist.

Da die Lagen für jedes Bauglied vorbereitet werden und dann laminiert und in dem Zustand der Lagen und nicht der ein­ zelnen Streifen verbunden werden, ist der Herstellungser­ trag hoch und somit wird ein Beschleunigungssensor 1A mit einheitlicher Qualität und niedrigen Kosten geliefert.

Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Beschleu­ nigungssensors 1B. Der Beschleunigungssensor 1B umfaßt pla­ nare Basisplatten 23 und 33 ohne Ausnehmungen. Die Resona­ toren 20 und 30 sind jeweils mit den Oberflächen der Basis­ platten 23 und 33 verbunden, wodurch Beschleunigungserfas­ sungselemente 2' und 3' gebildet werden. Die Beschleuni­ gungserfassungselemente 2' und 3' sind an den gegenüberlie­ genden longitudinalen Enden derselben mit Haftschichten 4, die dazwischen angeordnet sind, verbunden. Die Gehäusebau­ glieder 5 und 5, die jeweils einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, sind von außen an den Beschleunigungserfassungs­ elementen 2' und 3' befestigt. Die offenen Oberflächen der Beschleunigungserfassungselemente 2' und 3' und der Gehäu­ sebauglieder 5 werden dann von oben und von unten mit Ab­ deckungsbaugliedern 6 (nicht gezeigt) bedeckt.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel weisen die Basisplatten 23 und 33 jeweils auf den Oberflächen derselben einander zugewandte Resonatoren 20 und 30 auf, Ausnehmungen 23a und 33a, die bereichsmäßig größer sind als eingeschlossene Schwingungsregionen der Resonatoren 20 und 30 und bereichs­ mäßig kleiner als Durchbiegungsregionen der Resonatoren 20 und 30, die unter Beschleunigung durchgebogen werden. Bei dieser Anordnung werden jedoch die Resonatoren 20 und 30 einzeln durchgebogen, und beide Seiten jedes Resonators werden jeweils eine Zugoberfläche und eine Druckoberfläche. Diese Anordnung führt jedoch nicht notwendigerweise zu ei­ nem starken Ausgangssignal. Bei dem zweiten Ausführungsbei­ spiel sind die Basisplatten 23 und 33 jeweils an den gesam­ ten Oberflächen derselben an die Resonatoren 20 und 30 la­ miniert, so daß die Basisplatten 23 und 33 und die Resona­ toren 20 und 30 ansprechend auf eine Beschleunigung G in einer integralen Bewegung durchgebogen werden. Somit wird effektiv eine Spannung erzeugt, was zu einem hohen Lei­ stungsausgangssignal führt.

Da jedoch die eingeschlossene Schwingung der Resonatoren 20 und 30 bei dieser Anordnung durch die Basisplatten 23 und 33 beschränkt wird, ist die Leistungsfähigkeit der Resona­ toren (wie z. B. der Q- und der K-Faktor) möglicherweise leicht verschlechtert.

Fig. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Beschleu­ nigungssensors 1C.

Der Beschleunigungssensor 1C umfaßt ein Beschleunigungser­ fassungselement 7, das durch Verbinden jeweiliger Resonato­ ren 20 und 30 auf beiden Seiten einer einzigen Basisplatte 8 aufgebaut ist. Der Resonator 20 trägt jeweils Elektroden 20 und 21 auf beiden Hauptoberflächen desselben. Der Reso­ nator 30 trägt jeweils Elektroden 31 und 32 auf beiden Hauptoberflächen desselben. Das Beschleunigungserfassungs­ element 7 wird durch Gehäusebauglieder 5 mit einem U-förmigen Querschnitt von beiden Seiten an den longitudina­ len gegenüberliegenden Enden desselben getragen, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die offenen Seiten des Beschleunigungs­ erfassungselements 7 sind jeweils mit Abdeckungsbaugliedern 6 (nicht gezeigt) bedeckt.

Die Resonatoren 20 und 30 sind Resonatoren mit einem ener­ gieeinschließenden Dickenscherschubmodus, wie bei dem er­ sten Ausführungsbeispiel. Die Basisplatte 8 weist auf bei­ den Seiten zwischenraumbildende Ausnehmungen 81 und 82 auf, die bereichsmäßig größer sind als eingeschlossene Schwin­ gungsregionen der Resonatoren 20 und 30, und bereichsmäßig kleiner als Durchbiegungsregionen der Resonatoren 20 und 30, die sich unter Beschleunigung durchbiegen. Die Verwen­ dung der Ausnehmungen 81 und 82 in der Basisplatte 8 ist keine Voraussetzung der vorliegenden Erfindung. Die Resona­ toren 20 und 30 können mit der Basisplatte 8 auf dem Grenz­ flächenbereich von jeder Seite derselben verbunden sein, außer mit dem Mittelabschnitt jeder Seite, oder vollständig auf dem Grenzflächenbereich jeder Seite.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel sind der Resonator 20 und der Resonator 30 jeweils mit beiden Seiten der einzigen Basisplatte 8 verbunden, und eine biegemäßig neutrale Ebene N3 liegt im allgemeinen in der Mitte der Dicke der Basis­ platte 8, wie es in Fig. 8 durch eine gepunktete Linie dar­ gestellt ist. Wenn die Beschleunigung G ausgeübt wird, wirkt die Basisplatte 8 als ein Massenkörper, wodurch ef­ fektiv eine Ziehspannung in dem einen Resonator 20 und eine Druckspannung in dem anderen Resonator 30 erzeugt wird. So­ mit wird ansprechend auf das Ausüben der Beschleunigung G eine große Frequenzdifferenz oder eine große Impedanzdiffe­ renz erhalten. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbei­ spiel, bei dem die beiden Unimorph-Typ-Erfassungselemente 2 und 3 verwendet werden, reicht die einzige Basisplatte 8 aus. Die Dickendimension D des Beschleunigungserfassungs­ elements 7 ist reduziert und es ergibt sich ein kompakter Beschleunigungssensor.

Fig. 9 zeigt ein Beschleunigungserfassungselement, das den Beschleunigungssensor 1A verwendet. Das Element verwendet die unabhängige Schwingung der Beschleunigungserfassungs­ elemente 2 und 3. Die äußeren Elektroden 61 und 62 des Be­ schleunigungssensors 1A sind mit einer Oszillatorschaltung 9a verbunden, und die äußeren Elektroden 61 und 63 sind mit einer Oszillatorschaltung 9b verbunden. Die Oszillator­ schaltungen 9a und 9b können ein bekannter Colpitts- Oszillator sein. Die Resonatoren 20 und 30 werden unabhän­ gig von den Oszillatorschaltungen 9a und 9b in Schwingung versetzt, und die Schwingfrequenzen f₁ und f₂ werden in ei­ nen Zähler 9c eingegeben. Der Zähler 9c gibt ein Signal V₀ proportional zu dem Frequenzunterschied aus.

Wenn keine Beschleunigung G an dem Beschleunigungssensor 1A ausgeübt wird, werden die beiden Resonatoren 20 und 30 bei konstanten Frequenzen als unabhängige Resonatoren in Schwingung versetzt. Falls die Resonatoren 20 und 30 eine vollständig identische Struktur aufweisen, werden sie bei der gleichen Frequenz in Schwingung versetzt, und das Aus­ gangssignal V₀ des Zählers 9c ist Null. Wenn die Beschleu­ nigung G an dem Beschleunigungssensor 1A ausgeübt wird, wirkt eine Trägheit in einer Richtung, die der Richtung der ausgeübten Beschleunigung entgegengesetzt ist, auf die Be­ schleunigungserfassungselemente 2 und 3. Die Mittelab­ schnitte der Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3 wer­ den in der Richtung durchgebogen, die der Richtung der aus­ geübten Beschleunigung entgegengesetzt ist. Im Zusammenhang mit der Durchbiegung der Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3 wird in dem einen Resonator 20 eine Ziehspannung erzeugt und in dem anderen Resonator 30 wird eine Druck­ spannung erzeugt, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Bei dem Re­ sonator, der in dem Dickenscherschwingungsmodus arbeitet, fällt der Ziehresonator 20 in der Schwingfrequenz, während der Druckresonator 30 in der Schwingfrequenz steigt. Der Frequenzunterschied wird von den Elektroden 21, 22, 31 und 32 durch die inneren Elektrodenbänder 51, 52 und 53 an die äußeren Elektroden 61, 62 und 63 ausgegeben. Somit wird das Signal V₀ proportional zu der Beschleunigung G erhalten. Von dem Signal V₀ werden nicht nur die Größe der Beschleu­ nigung G, sondern auch die Richtung der Beschleunigung G erfaßt.

Wenn der Beschleunigungssensor 1A in einer Umgebung mit schwankender Temperatur verwendet wird, dehnen sich die Re­ sonatoren 20 und 30, die Basisplatten 23 und 33, die Gehäu­ sebauglieder 5 und die Abdeckungsbauglieder 6 thermisch aus. Wenn sich der Wärmeausdehnungskoeffizient der Resona­ toren 20 und 30 von dem der Basisplatten 23 und 33 unter­ scheidet, leiden die Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3 unter Deformation aufgrund von Temperaturänderungen, und in den Resonatoren 20 und 30 werden Spannungen erzeugt. Wenn sich gleichartig dazu der Wärmeausdehnungskoeffizient der Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3 von dem der Gehäusebauglieder 5 und der Abdeckungsbauglieder 6 unter­ scheidet, werden aufgrund von Temperaturänderungen in den Beschleunigungserfassungselementen 2 und 3 Spannungen er­ zeugt. Falls jedoch die Resonatoren 20 und 30 aus dem glei­ chen Material hergestellt sind und identisch konfiguriert sind, und die Basisplatten 23 und 33 aus dem gleichen Mate­ rial hergestellt und identisch konfiguriert sind, werden erzeugte Spannungen ebenfalls gleich. Da der Frequenzzähler 9c einen Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der Re­ sonatoren 20 und 30 liefert, heben sich Änderungen, die in den Ausgangssignalen auftreten, wenn die Resonatoren 20 und 30 gleichermaßen einer Temperaturänderung unterworfen sind, gegeneinander auf. Somit wird ein Beschleunigungserfas­ sungselement geliefert, das empfänglich für die Beschleuni­ gung G ist.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Beschleunigungserfassungsele­ ment, das den Beschleunigungssensor 1A verwendet. Das Be­ schleunigungserfassungselement verwendet eine einzige Schwingung der Beschleunigungserfassungselemente 2 und 3. Die äußeren Elektroden 62 und 63 des Beschleunigungssensors 1A sind mit einer Impedanzdifferenzdetektorschaltung 9d verbunden. Die äußere Elektrode 61 als eine gemeinsame Elektrode ist mit einer Oszillatorschaltung 9e verbunden. In dem Element sind außerdem Anpassungswiderstände 9f und 9g enthalten. Die beiden Resonatoren 20 und 30 werden durch die Oszillatorschaltung 9e bei der gleichen Frequenz in Schwingung versetzt. Eine Phasendifferenz oder eine Ampli­ tudendifferenz wird von einer Differenz zwischen elektri­ schen Impedanzen der Resonatoren 20 und 30 erfaßt, und ein Ausgangssignal V₀ proportional zu der Beschleunigung G wird von der Impedanzdifferenzdetektorschaltung 9d erhalten. Um zu bewirken, daß die beiden Resonatoren 20 und 30 bei der gleichen Frequenz in Schwingung versetzt werden, ist die Oszillatorschaltung 9e angeordnet, so daß eines der Aus­ gangssignale der beiden Resonatoren oder die Summe der Aus­ gangssignale der beiden Resonatoren zurückgeführt werden.

Bei diesem Beispiel wird wieder das Signal proportional zu der Beschleunigung G aufgenommen, während Änderungen bei den Ausgangssignalen aufgrund der Temperaturänderung einan­ der aufheben. Somit wird ein Beschleunigungserfassungsele­ ment geliefert, das nur gegenüber der Beschleunigung G emp­ findlich ist.

Der Beschleunigungssensor 1A des ersten Ausführungsbei­ spiels wird in den in Fig. 9 und Fig. 10 gezeigten Be­ schleunigungserfassungselementen verwendet, und jeder der in Fig. 7 bzw. Fig. 8 gezeigten Beschleunigungssensoren 1B und 1C kann ebenso verwendet werden.

Jeder der Beschleunigungssensoren 1A, 1B und 1C ist struk­ turiert, so daß das Erfassungselement an beiden Enden des­ selben durch das Gehäusebauglied fest getragen wird. Alter­ nativ kann das Erfassungselement nur an einem Ende getragen werden, d. h. dasselbe kann eine einseitig eingespannte Struktur aufweisen. In diesem Fall ist die Verschiebung des Erfassungselements an dem freien Ende desselben unter der Beschleunigung groß, und es kann eine große Frequenzände­ rung oder eine große Impedanzänderung erhalten werden.

Die Beschleunigungssensoren 1A, 1B und 1C des ersten bis dritten Ausführungsbeispiels verwenden einen Dickenscherre­ sonator für die Resonatoren 20 und 30. Die vorliegende Er­ findung ist nicht auf diesen Modus beschränkt. Andere Modi (wie z. B. ein Dickenschwingungsmodus, ein longitudinaler Schwingungsmodus, ein Bereichsbiegeschwingungsmodus usw.) können ebenfalls verwendet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Paar von Beschleu­ nigungserfassungselementen, die jeweils eine unimorphe Struktur aufweisen, bei der der Resonator und die Basis­ platte miteinander verbunden sind, verbunden, um einander im allgemeinen auf eine Ende-an-Ende-Weise diametral gegen­ über zu liegen oder einander auf eine Breitseite-an- Breitseite-Weise gegenüber zu liegen. Wenn die Beschleuni­ gungserfassungselemente ansprechend auf eine Beschleunigung deformiert sind, wird in einem Resonator eine Druckspannung erzeugt, während in dem anderen Resonator auf effektive Weise eine Zugspannung erzeugt wird. Durch differentielles Aufnehmen der Frequenzänderung der beiden Resonatoren oder der Impedanzänderung der beiden Resonatoren wird ein Signal erhalten, das proportional zu der Beschleunigung ist. Somit wird ein Beschleunigungssensor mit hoher Erfassungsverstär­ kung geliefert.

Da die Beschleunigung unter Verwendung der Frequenzänderung oder der Impedanzänderung erfaßt wird, kann die Beschleuni­ gung von Gleich- oder Niedrigfrequenzkomponenten erfaßt werden.

Da eine Spannung, die durch eine Temperaturänderung ent­ steht, auf die beiden Resonatoren ausgeübt wird, heben Spannungen aufgrund von anderen Faktoren als der Beschleu­ nigung einander, durch differentielles Aufnehmen der Aus­ gangssignale der beiden Resonatoren auf. Somit wird ein Be­ schleunigungssensor, der nur gegen Beschleunigung empffnd­ lich ist, geliefert.

Da die Beschleunigungserfassungselemente einen einfachen Aufbau aufweisen und das Herausführen der Elektroden leicht ist, wird eine kompakte Entwicklung implementiert. Das Be­ schleunigungserfassungselement wird somit in eine Oberflä­ chenbefestigungskomponente (eine Chipkomponente) struktu­ riert.

Das Beschleunigungserfassungselement wird durch Verbinden des ersten und des zweiten Resonators erzeugt, die jeder aus einem piezoelektrischen Körper gebildet sind und Elek­ troden auf beiden Hauptoberflächen desselben an beiden Sei­ ten der einzigen Basisplatte aufweisen. Wenn bei dieser An­ ordnung eine Beschleunigung ausgeübt wird, wird in dem ei­ nen Resonator eine Druckspannung erzeugt, während in dem anderen Resonator eine Zugspannung erzeugt wird. Durch dif­ ferentielles Aufnehmen der Frequenzunterschiede der beiden Resonatoren oder der Impedanzunterschiede der beiden Reso­ natoren wird ein Signal erhalten, das proportional zu der Beschleunigung ist. Somit wird ein Beschleunigungssensor mit hoher Erfassungsverstärkung geliefert, der empfindlich gegen Beschleunigung ist.

Der Beschleunigungssensor ist daher frei von der Auswirkung von Temperaturänderungen und wird leicht in eine kompakte und Chip-Typ-Komponente strukturiert.

Da die Resonatoren mit beiden Seiten der einzigen Basis­ platte verbunden sind, ist die Dickendimension des Sensors reduziert. Daraus ergibt sich ein noch kompakterer Be­ schleunigungssensor.

Claims (9)

1. Ein Beschleunigungssensor, der folgende Merkmale auf­ weist:
einen ersten Resonator (20) und einen zweiten Resona­ tor (30), die bei unabhängigen Frequenzen in Resonanz sind und von denen jeder einen piezoelektrischen Kör­ per und Elektroden (21, 22) umfaßt, die auf beiden Hauptoberflächen desselben angeordnet sind; und
eine erste Basisplatte (23) und eine zweite Basisplat­ te (33);
wobei ein erstes Unimorph-Typ-Beschleunigungs­ erfassungselement (2) den ersten Resonator (20), der mit einer Oberfläche der ersten Basisplatte (23) ver­ bunden ist, umfaßt, und ein zweites Unimorph-Typ- Beschleunigungserfassungselement (3) den zweiten Reso­ nator (30), der mit einer Oberfläche der zweiten Ba­ sisplatte (33) verbunden ist, umfaßt;
wobei das erste (2) und das zweite (3) Unimorph-Typ- Beschleunigungserfassungselement an einem longitudina­ len Ende derselben oder an gegenüberliegenden longitu­ dinalen Enden derselben derart befestigt sind, daß der erste Resonator (20) und der zweite Resonator (30) einander im wesentlichen diametral gegenüberliegen oder angeordnet sind, um einander zugewandt zu sein, um zu ermöglichen, daß sich der erste Resonator (20) und der zweite Resonator (30) ansprechend auf das Aus­ üben einer Beschleunigung (G) unabhängig durchbiegen; und
wobei, wenn sich die beiden Beschleunigungserfassungs­ elemente (2, 3) ansprechend auf das Ausüben einer Be­ schleunigung (G) unabhängig durchbiegen, die Beschleu­ nigung (G) durch Erfassen einer Differenz zwischen Frequenzänderungen des ersten Resonators (20) und des zweiten Resonators (30) oder einer Differenz zwischen Impedanzänderungen des ersten Resonators (20) und des zweiten Resonators (30) erfaßt wird.

2. Beschleunigungssensor gemäß Anspruch 1, bei dem eine biegemäßig neutrale Ebene einer auf eine Beschleuni­ gung (G) ansprechenden Durchbiegung in der Verbin­ dungsoberfläche zwischen dem ersten Resonator (20) und der ersten Basisplatte (23) oder innerhalb der ersten Basisplatte (23) in dem ersten Element (2) liegt, und eine biegemäßig neutrale Ebene einer auf eine Be­ schleunigung (G) ansprechenden Durchbiegung in der Verbindungsoberfläche zwischen dem zweiten Resonator (30) und der zweiten Basisplatte (33) oder innerhalb der zweiten Basisplatte in dem zweiten Element (3) liegt.

3. Beschleunigungssensor gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem sowohl der erste (20) als auch der zweite Resonator (30) ein Schwingungsmoduselement ist, bei dem Energie in dem longitudinalen Mittelabschnitt des­ selben eingeschlossen ist, und bei dem jeweils zwi­ schen der ersten Basisplatte (23) und dem ersten Reso­ nator (20) und zwischen der zweiten Basisplatte (33) und dem zweiten Resonator (30) Zwischenräume vorgese­ hen sind, wobei die Zwischenräume bereichsmäßig größer sind als eine eingeschlossene Schwingungsregion sowohl von jedem des ersten Resonators (20) und des zweiten Resonators (30), und bereichsmäßig kleiner sind als eine Durchbiegungsregion von jedem des ersten Resona­ tors (20) und des zweiten Resonators (30), der sich ansprechend auf die Beschleunigung (G) durchbiegt.

4. Beschleunigungssensor gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem longitudinale Enden des ersten (2) und des zweiten (3) Beschleunigungserfassungselements verbun­ den sind, um einander gegenüber zu liegen, wobei eine Abstandsschicht (4) zwischen denselben angeordnet ist;
wobei die äußere Oberfläche des ersten (2) und zweiten (3) Beschleunigungserfassungselements, die einer Rich­ tung, in der die Beschleunigung (G) ausgeübt wird, zu­ gewandt ist, mit einem Gehäusebauglied (5) bedeckt ist, und jede offene Oberfläche, die das erste (2) und das zweite (3) Beschleunigungserfassungselement und das Gehäusebauglied (5) definieren, mit einem Abdeckungsbauglied (6) bedeckt ist; und
wobei die Elektroden (21, 22, 32, 33), die auf dem er­ sten (20) und zweiten (30) Resonator angeordnet sind, jeweils über innere Elektroden (51, 52, 53), die auf der Oberfläche des Gehäusebauglieds (5) angeordnet sind, mit äußeren Elektroden (61, 62, 63), die auf der Oberfläche des Abdeckungsbauglieds (6) angeordnet sind, verbunden sind.

5. Beschleunigungssensor mit einem Beschleunigungserfas­ sungselement, das einen ersten Resonator (20) und ei­ nen zweiten Resonator (30) umfaßt, wobei jeder Resona­ tor einen piezoelektrischen Körper und Elektroden um­ faßt, die auf Hauptoberflächen desselben angeordnet sind, und eine einzelne Basisplatte (8), wobei der er­ ste Resonator (20) mit einer ersten Seite der Basis­ platte und der zweite Resonator (30) mit einer zweiten Seite der Basisplatte (8) verbunden ist;
wobei das Beschleunigungserfassungselement (7) an ei­ nem longitudinalen Ende desselben oder an gegenüber­ liegenden longitudinalen Enden desselben derart befe­ stigt ist, daß sich das Beschleunigungserfassungsele­ ment (7) ansprechend auf eine Beschleunigung (G), die in einer Richtung ausgeübt wird, in der der erste (20) und zweite (30) Resonator miteinander laminiert sind, durchbiegt; und
wobei, wenn sich das Beschleunigungserfassungselement (7) ansprechend auf das Ausüben der Beschleunigung (G) durchbiegt, die Beschleunigung (G) durch Erfassen ei­ ner Differenz zwischen Frequenzänderungen des ersten Resonators (20) und des zweiten Resonators (30) oder einer Differenz zwischen Impedanzänderungen des ersten Resonators (20) und des zweiten Resonators (30) erfaßt wird.

6. Beschleunigungssensor gemäß Anspruch 5, bei dem sowohl der erste (20) als auch der zweite (30) Resonator ein Schwingungsmoduselement ist, bei dem Energie in dem longitudinalen Mittelabschnitt desselben eingeschlos­ sen ist, und bei dem jeweils zwischen der Basisplatte (8) und dem ersten Resonator (20) und zwischen der Ba­ sisplatte (8) und dem zweiten Resonator (30) Zwischen­ räume vorgesehen sind, wobei die Zwischenräume be­ reichsmäßig größer sind als eine eingeschlossene Schwingungsregion von jedem des ersten (20) und zwei­ ten (30) Resonators und bereichsmäßig kleiner sind als eine Durchbiegungsregion von jedem des ersten (20) und zweiten (30) Resonators, der sich ansprechend auf die Beschleunigung (G) durchbiegt.

7. Beschleunigungssensor gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, bei dem die äußere Oberfläche des Beschleunigungs­ erfassungselements (7), die einer Richtung zugewandt ist, in der die Beschleunigung (G) ausgeübt wird, mit einem Gehäusebauglied (5) bedeckt ist, und jede offene Oberfläche, die das Beschleunigungserfassungselement (7) und das Gehäusebauglied (5) definieren, mit einem Abdeckungsbauglied (6) bedeckt ist; und
bei dem die Elektroden (31, 32), die auf dem ersten (20) und zweiten (30) Resonator angeordnet sind, je­ weils über innere Elektroden, die auf der Oberfläche des Gehäusebauglieds (5) angeordnet sind, mit äußeren Elektroden verbunden sind, die auf der Oberfläche des Abdeckungsbauglieds (6) angeordnet sind.

8. Beschleunigungssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der erste (20) und zweite (30) Resonator mit unterschiedlichen Frequenzen in Schwingung ver­ setzt werden, wobei eine Differenz zwischen den Schwingfrequenzen erfaßt wird und aus der Frequenzdif­ ferenz ein Signal (V₀), das proportional zu der Be­ schleunigung (G) ist, bestimmt wird.

9. Beschleunigungssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der erste (20) und zweite (30) Resonator bei der gleichen Frequenz in Schwingung versetzt wer­ den, wobei aus einer Differenz zwischen den elektri­ schen Impedanzen der beiden Resonatoren (20, 30) ent­ weder eine Phasendifferenz oder eine Amplitudendiffe­ renz erhalten wird, und ein Signal (V₀), das propor­ tional zu der Beschleunigung (G) ist, entweder aus der Phasendifferenz oder der Amplitudendifferenz bestimmt wird.