DE10296983T5

DE10296983T5 - Zusammengesetzter Sensor für das Detektieren einer Winkelgeschwindigkeit und einer Beschleunigung

Info

Publication number: DE10296983T5
Application number: DE10296983T
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Takefu Mitani; Shoichi Takeno; Katsuhiko Omoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: US7155975B2; WO2003001150A1; US20040200279A1; DE10296983B4; JP2003004450A

Abstract

Komplexer Sensor für das Detektieren einer Winkelgeschwindigkeit und einer Beschleunigung, umfassend:
eine Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung für das Detektieren der Winkelgeschwindigkeit, wobei die Vorrichtung einen Leistungsversorgungsanschluss, einen Erdanschluss und einen Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss einschließt;
eine Beschleunigungsdetektionsvorrichtung für das Detektieren einer Beschleunigung, wobei die Vorrichtung einen Leistungsversorgungsanschluss, einen Erdanschluss und einen Beschleunigungsausgabeanschluss einschließt, und
eine Leiterplatte, die mit einer Verarbeitungsschaltung versehen ist, für das Verarbeiten des Winkelgeschwindigkeitssignals, das vom Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung geliefert wird, und eines Beschleunigungssignals, das vom Beschleunigungsausgabeanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung geliefert wird, wobei die Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung und die Beschleunigungsdetektionsvorrichtung auf der Leiterplatte angeordnet sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen komplexen Sensor für das Detektieren einer Winkelgeschwindigkeit und einer Beschleunigung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. H10-239064 beschreibt einen konventionellen, komplexen Sensor für das Detektieren einer Winkelgeschwindigkeit und einer Beschleunigung.
6 ist eine Querschnittsansicht des oben beschriebenen, komplexen Sensors. Er umfasst ein Stützsubstrat 13, das eine Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 11 und eine Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 12, die auf der oberen Oberfläche befestigt sind, und eine Leiterplatte 14, die auf sich eine (nicht gezeigte) Signalverarbeitungsschaltung für das Verarbeiten von Signalen, die in Bezug auf die Winkelgeschwindigkeit und die Beschleunigung detektiert wurden, trägt, aufweist. Ein metallisches Abschirmgehäuse 15 beherbergt die Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 11, die Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 12 und das Stützelement 13. Ein Schutzgehäuse 16 aus Kunstharz beherbergt die Leiterplatte 14 und das Abschirmgehäuse 15 und ist mit dem Verbindungsteil 17, der nach außen vorsteht, versehen. Der Verbindungsteil 17 des Schutzgehäuses 16 weist vier Verbindungsanschlüsse 18, die innerhalb angeordnet sind, auf.
Die jeweiligen Verbindungsanschlüsse 18 sind elektrisch mit der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 11 und der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 12 über (nicht gezeigte) Leiterdrähte und die Leiterplatte 14 verbunden. Die Öffnung des Schutzgehäuses 16 wird mit einem Kunstharzdeckel 19 geschlossen. Der Betrieb des oben konfigurierten, komplexen Sensors wird unten beschrieben. Wenn die Winkelgeschwindigkeit und die Beschleunigung zur selben Zeit auf einen komplexen Sensor gegeben werden, so gibt die Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 11 ein Winkelgeschwindigkeitssignal aus, während die Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 12 ein Beschleunigungssignal ausgibt.
Eine (nicht gezeigte) Signalverarbeitungsschaltung, die auf der Leiterplatte 14 angeordnet ist, verarbeitet das Winkelgeschwindigkeitssignal und das Beschleunigungssignal und liefert das verarbeitete Signal an einen Computer über (nicht gezeigte) Leiterdrähte und Verbindungsanschlüsse 18 für die Detektion der Winkelgeschwindigkeit und der Beschleunigung.
Die Notwendigkeit für einen solchen komplexen Sensor, der eine Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung und eine Beschleunigungsdetektionsvorrichtung in einem einzigen Gehäuse enthält, hat in der Industrie, insbesondere auf dem Automobilsektor, wo die Kompaktheit und die gewichtsmäßige Leichtigkeit ernsthaft verfolgt werden, schnell zugenommen.
Diese Sensoren sollen auch eine höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit und niedrigere Kosten aufweisen.
Die konventionellen, komplexen Sensoren wurden in Bezug auf die Kompaktheit und ein leichtes Gewicht, einen Schutz gegen äußere Störungen und in Bezug auf die Kosten auf ein nahezu zufriedenstellendes Niveau verbessert.
Solche Aufgaben, wie ein besserer Schutz gegen eine Vibration als auch gegen Störungen durch elektromagnetische Wellen von außerhalb, die weitere Reduktion der Kosten durch die Reduktion der Arbeitsschritte beim Zusammenbau und die Anzahl der Teile etc., müssen immer noch gelöst werden. Um diese offenstehenden Aufgaben in befriedigender Weise zu lösen, müssen die grundsätzliche Gestaltung der Teilkomponenten, die Anordnung der elektrischen Verbindungen, die mechanische Festigkeit und andere grundsätzliche Faktoren eines Sensors nochmals gründlich betrachtet werden.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bietet einen komplexen Sensor, der eine Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung für das Detektieren einer Winkelgeschwindigkeit, wobei die Detektionsvorrichtung einen Leistungsversorgungsanschluss, einen Erdanschluss und einen Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss aufweist; eine Beschleunigungsdetektionsvorrichtung für das Detektieren einer Beschleunigung, wobei die Detektionsvorrichtung einen Leistungsversorgungsanschluss, einen Erdanschluss und einen Beschleunigungsausgabeanschluss aufweist; eine Leiterplatte, die auf sich eine Verarbeitungsschaltung für das Verarbeiten des Winkelgeschwindigkeitssignals, das vom Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung geliefert wird, und eines Beschleunigungssignals, das vom Beschleunigungsausgabeanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung geliefert wird, aufweist, umfasst. Die Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung und die Beschleunigungsdetektionsvorrichtung sind auf der Leiterplatte montiert.
Die vorliegende Erfindung bietet weiter einen komplexen Sensor, der ein Metallabschirmgehäuse für das Aufnehmen der Lei terplatte, wobei dieses mit einem Leistungsverbindungsanschluss, einem Erdverbindungsanschluss, einem Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss, wobei einer seiner Enden elektrisch mit dem Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung verbunden ist, und einem Beschleunigungsverbindungsanschluss, wobei einer seiner Enden elektrisch mit dem Beschleunigungsausgabeanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung verbunden ist, versehen ist; und ein Schutzgehäuse für das Beherbergen des Abschirmgehäuses, das außerdem mit einem Leistungsverbinderanschluss, einem Erdverbinderanschluss, einem Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss, der elektrisch mit dem anderen Ende des Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschlusses des Abschirmgehäuses verbunden ist, und einem Beschleunigungsverbinderanschluss, der elektrisch mit dem anderen Ende des Beschleunigungsverbindungsanschlusses des Abschirmgehäuses verbunden ist, versehen ist, umfasst. Sowohl der Leistungsversorgungsanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung als auch der Leistungsversorgungsanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung sind elektrisch mit dem Leistungsverbinderanschluss des Schutzgehäuses über den Leistungsverbindungsanschluss des Abschirmgehäuses verbunden, während sowohl der Erdanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung als auch der Erdanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung elektrisch mit dem Erdverbinderanschluss des Schutzgehäuses über den Erdverbindungsanschluss des Abschirmgehäuses verbunden sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines komplexen Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines komplexen Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung des komplexen Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei das Gehäuse und der Deckel entfernt sind.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines komplexen Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, von unten betrachtet.
5 ist eine Aufsicht auf einen Leistungsverbinderanschluss, der im Schutzgehäuse eines komplexen Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
6 ist eine Querschnittsansicht eines konventionellen, komplexen Sensors.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein komplexer Sensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen sollen das Konzept der Erfindung liefern. Es sei angemerkt, dass sie keine präzisen Dimensionsangaben darstellen.
Betrachtet man die 1, so umfasst eine Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 einen Vibrationskörper 22, bei dem es sich um eine Stimmgabel handelt, wie das in 3 gezeigt ist, die aus dünnen Schichten eines einkristallinen Quarzes, die aneinander befestigt sind, ausgebildet ist, wobei jede Schicht eine unterschiedliche Kristallachse aufweist, ein Gehäuse 23 für das Aufnehmen des Vibrationskörpers 22 und einen Deckel 24 für das Schließen der Öffnung des Gehäuses 23. Der Vibrationskörper 22 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 ist an den vorderen und hinteren Oberflächen mit einer Ansteuerelektrode 25 versehen, und an den Oberflächen der äußeren und inneren Seite mit einer Detektionselektrode 26. Das Gehäuse 23 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 beherbergt den Vibrationskörper 22 und ist an seinem oberen Ende mit einer (nicht gezeigten) Öffnung versehen. Der Deckel 24 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 ist mit einem Leistungsversorgungsanschluss 27, einem Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss 28 und einem Erdanschluss 29 versehen, wobei jeder Anschluss von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche des Deckels hindurch dringt, wobei der Leistungsversorgungsanschluss 27 und der Erdanschluss 29 elektrisch an ihrem einen Ende mit der Ansteuerelektrode 25 des Vibrationskörpers 22 verbunden sind. Ein Ende des Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschlusses 28 des Deckels 24 ist elektrisch mit der Detektionselektrode des Vibrationskörpers 22 verbunden. Die Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 in 1 ist ein Beschleunigungssensor des Typs der statischen Kapazität, wobei der Sensor eine (nicht gezeigte) bewegliche Elektrodenplatte und eine (nicht gezeigte) feste Elektrodenplatte im Inneren aufweist. Der Leistungsversorgungsanschluss 32, der X-Achsen-Beschleunigungsausgabeanschluss 33a, der Y-Achsen-Beschleunigungsausgabeanschluss 33b und der Erdanschluss 34, die an ihrem einen Ende jeweils mit der (nicht gezeigten) beweglichen Elektrodenplatte und mit der (nicht gezeigten) festen Elektrodenplatte verbunden sind, dringen zur Außenseite hindurch.
Die Leiterplatte 35 weist eine Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21, die auf der unteren Oberfläche montiert und befestigt ist, auf, wobei sie mit einer Anzahl von Anschlusseinschuböffnungen 36, die durch sie von oben bis unten hindurch dringen, versehen ist. Der Leistungsversorgungsanschluss 27, der Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss 28 und der Erdanschluss 29 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 sind jeweils durch eine der Anschlusseinschuböffnungen 36 geschoben.
Die Leiterplatte 35 ist mit der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 an der unteren Oberfläche montiert und befestigt, während auf der oberen Oberfläche die Verarbeitungsschaltung 37, die eine (nicht gezeigte) AGC-Schaltung, die aus elektronischen Komponenten ausgebildet ist, einschließt, vorgesehen ist.
Die Verarbeitungsschaltung 37 ist elektrisch mit dem Leistungsversorgungsanschluss 27, dem Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss 28 und dem Erdanschluss 29 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21, als auch mit dem Leistungsversorgungsanschluss 32, dem X-Achsen-Beschleunigungsausgabeanschluss 33a, dem Y-Achsen-Beschleunigungsausgabeanschluss 33b und dem Erdanschluss 34 der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 verbunden. Das Metallabschirmgehäuse 38 wurde aus dem Unterbringungsteil 38a und einem Deckel 38c für das Schließen des Unterbringungsteils 38a an der Öffnung 38b ausgebildet. Das Abschirmgehäuse 38 beherbergt eine Leiterplatte 35, eine Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 und eine Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31, und es ist mit einem Leistungsverbindungsanschluss 39, einem Erdverbindungsanschluss 40, einem Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss 41, einem X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 42 und einem Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 43 versehen, wobei jeder der Verbindungsanschlüsse von der Innenseite hindurch dringt, um außen vorzustehen. Eines der Enden des Leistungsverbindungsanschlusses 39 des Ab schirmgehäuses 38 ist elektrisch mit dem Leistungsversorgungsanschluss 27 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 und dem Leistungsversorgungsanschluss 32 der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 verbunden. Eines der Enden des Erdverbindungsanschlusses 40 ist elektrisch mit dem Erdanschluss 29 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 und dem Erdanschluss 34 der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 verbunden.
Eines der Enden des Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschlusses 41 ist elektrisch mit dem Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss 28 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 verbunden. Eines der Enden des X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschlusses 42 ist elektrisch mit dem X-Achsen-Beschleunigungsausgabeanschluss 33a der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 verbunden. Eines der Enden des Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschlusses 43 ist elektrisch mit dem Y-Achsen-Beschleunigungsausgabeanschluss 33b der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 verbunden. Der Deckel 38c des Abschirmgehäuses 38 ist mit einem elastisch konvexen Teil 44 versehen, das ausgebildet wurde durch Ausbilden eines Schnitts in einem vertikalen Teil 38d. Durch den Vorteil des elastisch konvexen Teils 44 kann der Deckel 38c schnell an der Öffnung 38b des Abschirmgehäuses 38 mit einem elastischen Kontakt um den äußeren Umfang befestigt werden, und der Unterbringungsteil 38a und der Deckel 38c werden auf dasselbe elektrische Potential gebracht.
Da das Abschirmgehäuse 38 aus einem mit einem Boden versehenen, zylindrischen Unterbringungsteil 38a und einem Deckel 38c für das Schließen des Unterbringungsteils 38a an der Öffnung 38b ausgebildet ist, ist der Deckel 38c mit einem elastisch konvexen Teil 44 in Richtung auf den Unterbringungsteil 38a versehen, und der Deckel 38c kann schnell an der Öffnung 38b des Unterbringungsteil 38a befestigt werden, ohne dass ein getrenntes Element für diesen spezifischen Zweck vorbereitet werden muss. Dies trägt dazu bei, die Anzahl der Komponenten in einem komplexen Sensor zu reduzieren. Ein aus einem Kunstharz hergestelltes Schutzgehäuse 45 mit einer mit einem Boden versehenen, zylindrischen Form beherbergt das Abschirmgehäuse 38 und ist mit einem Verbindungsteil 46, der von der Seite nach außen vorsteht, versehen. Im Inneren des Verbindungsteils 46 sind eines der zwei Enden des Leistungsverbinderanschlusses 47, des Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschlusses 48, des X-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschlusses 49, des Y-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschlusses 50 und des Erdverbinderanschlusses 51 angeordnet, wobei ihre anderen Enden im Schutzgehäuse 45 begraben sind.
Wie in 4 gezeigt ist, ist das Schutzgehäuse 45 mit Durchgangsöffnungen 52, die von der unteren Oberfläche zur äußeren, unteren Oberfläche hindurch dringen, versehen. Mittlerweile sind der Leistungsverbinderanschluss 47, der Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss 48, der X-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 49 und der Y-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 50 an ihren anderen Enden mit einer Öffnung 54 versehen, wie das in 5 gezeigt ist, die von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche hindurch dringt. Die Öffnung 54 ist so angeordnet, dass sie mit der Durchgangsöffnung 52 des Schutzgehäuses 45 zusammen fällt. Das andere Ende des X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschlusses 42 ist in die Öffnung 54 des X-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschlusses 49, der im Schutzgehäuse 45 angeordnet ist, eingeschoben, und diese sind mittels eines Lots 55 für eine elektrische Verbindung miteinander verbunden, wie das in 2 gezeigt ist. Das andere Ende des Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschlusses 43 ist in die Öffnung 54 des Y-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschlusses 50 eingeschoben, und diese sind mittels eines Lots 55 für eine elektrische Verbindung verbunden. Das andere Ende des Leistungsverbin dungsanschlusses 39 ist in die Öffnung 54 des Leistungsverbinderanschlusses 47 eingeschoben, und diese sind mittels eines Lots 55 für eine elektrische Verbindung miteinander verbunden. Das andere Ende des Erdverbindungsanschlusses 40 ist in die Öffnung 54 des Erdverbinderanschlusses 51 eingeschoben, und diese sind mittels eines Lots 55 für eine elektrische Verbindung miteinander verbunden. Ein aus Kunstharz hergestellter Schutzdeckel 56 schließt das offene Ende des Schutzgehäuses 45. Wenn es aus der Sicht der Herstellung notwendig sein sollte, kann jeder der Verbindungsanschlüsse neben der Öffnung 54 natürlich mit zusätzlichen Öffnungen versehen werden.
Es folgt nun eine Beschreibung eines Verfahrens zur Herstellung des oben konfigurierten, komplexen Sensors für das Detektieren der Winkelgeschwindigkeit und der Beschleunigung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Zuerst wird Gold aus der Dampfphase auf einem Quarzvibrationskörper 22, der im Vorhinein in Form einer Stimmgabel vorgesehen wurde, an der vorderen Oberfläche und der rückwärtigen Oberfläche abgeschieden, um die Ansteuerelektrode 25 auszubilden.
Der Vibrationskörper 22 ist weiter mit einer Goldabscheidung an der äußeren Seitenoberfläche und der inneren Seitenoberfläche versehen, um die Detektionselektrode 26 auszubilden. Dann werden der Leistungsversorgungsanschluss 27, der Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss 28 und der Erdanschluss 29 in den Deckel 24 von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche eingeschoben, so dass jeder der Anschlüsse sowohl nach oben als auch nach unten vorsteht.
Nachdem der Vibrationskörper 22 im Gehäuse 23 untergebracht ist, wird die Öffnung des Gehäuses 22 mit dem Deckel 24 geschlossen, um die Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 zu vollenden. Die Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31, die im Voraus vorgesehen wurde, wird an der unteren Oberfläche der Leiterplatte 35 befestigt und fixiert, so dass der Leistungsversorgungsanschluss 32, der X-Achsen-Beschleunigungsausgabeanschluss 33a, der Y-Achsen-Beschleunigungsausgabeanschluss 33b und der Erdanschluss 34 der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 einen elektrischen Kontakt mit der Leiterplatte 35 herstellen.
Der Leistungsversorgungsanschluss 27, der Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss 28 und der Erdanschluss 29 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 werden in die Anschlusseinschuböffnung 36 der Leiterplatte 35 von unten eingeschoben und verlötet.
Auf der oberen Oberfläche der Leiterplatte 35 ist die Verarbeitungsschaltung 37, die aus elektronischen Komponenten ausgebildet ist, montiert und fixiert. Im Unterbringungsteil 38a des Abschirmgehäuses 38 werden der Leistungsverbindungsanschluss 39, der Erdverbindungsanschluss 40, der Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss 41, der X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 42 und der Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 43 von der inneren Bodenoberfläche zur äußeren Bodenoberfläche eingeschoben, so dass jeder der Anschlüsse nach oben und nach unten vorsteht. Als nächstes wird die Leiterplatte 35 in das Abschirmgehäuse 38 gebracht, so dass ein Ende der zwei Enden des jeweiligen Leistungsverbindungsanschlusses 39, des Erdverbindungsanschlusses 40, des Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschlusses 41, des X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschlusses 42 und des Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschlusses 43 die Anschlusseinschuböffnung 38 durchdringt.
Der Deckel 38c, der aus einem dünnen Blech hergestellt ist, ist mit Einschnitten entlang dem Kantenteil versehen, und der relevante Teil ist gebogen, um einen elastisch konvexen Teil 44 auszubilden. Der Deckel 38c wird dann an den vier Umfangsseiten gebogen, um einen vertikalen Teil 38d auszubilden. Die Öffnung 38b des Abschirmgehäuses 38 ist mit dem Deckel 38c bedeckt. Der Deckel 38c haftet schnell an der Öffnung mit der Elastizität, die durch das elastisch konvexe Teil 44, das im vertikalen Teil des Deckels 38c ausgebildet ist, verursacht wird. Somit wird keine zusätzliche Komponente für das Befestigen des Deckels 38c auf der Öffnung benötigt.
Als nächstes werden der Leistungsverbinderanschluss 47, der Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss 48, der X-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 49, der Y-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 50 und der Erdverbinderanschluss 51, von denen jeder am anderen Ende mit der Öffnung 54, die von der oberen Oberfläche durch die untere Oberfläche hindurch dringt, wie das in 5 gezeigt ist, versehen ist, und ein (nicht gezeigter) Stützstift an ihren Plätzen angeordnet. Geschmolzenes Harz wird in (nicht gezeigte) Formen geliefert. Der Leistungsverbinderanschluss 47, der Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss 48, der X-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 49, der Y-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 50 und der Erdverbinderanschluss 51 werden somit im Schutzgehäuse 45 vergraben, und eine Durchgangsöffnung 52 wird in der Region über und unter dem Loch 54 vorgesehen. Das Abschirmgehäuse 38 wird in das Schutzgehäuse 45 gebracht, so dass die anderen Enden von jeweils dem Leistungsverbindungsanschluss 39, dem Erdverbindungsanschluss 40, dem Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss 41, dem X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 42 und dem Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 43, die aus dem Abschirmgehäuse 38 heraus kommen, in die entsprechende Durchgangsöffnung 52 des Schutzgehäuses 45 von oben eingeschoben werden.
Wie in 4 gezeigt ist, wird der Leistungsverbindungsanschluss 39 mit dem Leistungsverbinderanschluss 47 vom Boden des Schutzgehäuses 45 verlötet; der Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss 41 wird mit dem Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss 48 verlötet; der X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 42 wird mit dem X-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 49 verlötet; der Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 43 wird mit dem Y-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 50 verlötet, und der Erdverbindungsanschluss 40 wird mit dem Erdverbinderanschluss 51 verlötet. Schließlich wird die Öffnung des Schutzgehäuses 45 mit dem Schutzdeckel 56 geschlossen.
Nun wird der Betrieb eines komplexen Sensors, der, so wie es oben beschrieben wurde, konfiguriert und zusammengebaut wurde, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine Eingangsspannung, die von einer (nicht gezeigten) externen Gleichstromleistungsquelle geliefert wird, wird durch die Verarbeitungsschaltung 37 in eine Wechselspannung umgewandelt, wobei diese Spannung an die Ansteuerelektrode 25 des Vibrationskörpers 22 in der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 über den Leistungsversorgungsanschluss 27 angelegt wird. Die Ansteuerelektrode 25 ist über den Erdverbinderanschluss 51, den Erdverbindungsanschluss 40 und den Erdanschluss geerdet. Dann wird der Vibrationskörper 22 gebogen und vibriert. In diesem Zustand wird, wenn die Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 um die zentrale Achse in der Längsrichtung des Vibrationskörpers 22 mit einer Winkelgeschwindigkeit ù gedreht wird, eine Coriolis-Kraft von F = 2mvù mit dem Vibrationskörper 22 erzeugt.
Das Ausgangssignal, das durch die elektrischen Ladungen, die an der Detektionselektrode 26 durch die Coriolis-Kraft er zeugt werden, verursacht wird, wird über den Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss 28 an die Verarbeitungsschaltung 37 auf der Leiterplatte 35 gesandt, um in eine Ausgangsspannung umgewandelt zu werden. Die Spannung wird dann über den Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss 41 und den Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss 48 an einen (nicht gezeigten) Computer geliefert, und eine Winkelgeschwindigkeit wird durch den Computer detektiert.
Ebenso wird in einem Zustand, an dem eine Spannung von 5 Volt an die (nicht gezeigte) bewegliche Elektrodenplatte und die (nicht gezeigte) feste Elektrodenplatte der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 über den Leistungsverbinderanschluss 47, den Leistungsverbindungsanschluss 39 und den Leistungslieferanschluss 27 angelegt wird, wenn eine Beschleunigung in der Richtung der X-Achse und der Y-Achse oder in der Richtung horizontal zur Ebene der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 ausgeübt wird, die (nicht gezeigte) bewegliche Elektrodenplatte verschoben, um eine Änderung in der Kapazität eines Kondensators, der zwischen der (nicht gezeigten) beweglichen Elektrodenplatte und der (nicht gezeigten) festen Elektrodenplatte ausgebildet wird, zu bewirken.
Die Verschiebung in der Kapazität wird innerhalb der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 in eine Ausgangsspannung umgewandelt, und die Beschleunigung in Richtung der X-Achse wird über den X-Achsen-Beschleunigungsausgabeanschluss 33a, den X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 42 und den X-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 49 an einen (nicht gezeigten) Computer geliefert. Der Computer detektiert die Beschleunigung in der Richtung der X-Achse.
Ebenso wird die Beschleunigung in Richtung der Y-Achse über den Y-Achsen-Beschleunigungsausgabeanschluss 33b, den Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 43 und den Y-Achsen- Beschleunigungsverbinderanschluss 50 an den (nicht gezeigten) Computer geliefert. Der Computer detektiert die Beschleunigung in Richtung der Y-Achse. Der (nicht gezeigte) Computer analysiert die Winkelgeschwindigkeit, die Beschleunigung in der Richtung der X-Achse und die Beschleunigung in Richtung der Y-Achse, die auf ein Fahrzeug ausgeübt wird, und identifiziert das Verhalten des Fahrzeugs. Es erfolgt nun eine Beschreibung einer Situation, bei der ein komplexer Sensor in einer Umgebung mit einer Anzahl elektromagnetischer Wellen in Betrieb gesetzt wird. In einem komplexen Sensor gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Abschirmgehäuse mit dem Leistungsverbindungsanschluss 39, dem Erdverbindungsanschluss 40, dem Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss 41, dem X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 42 und dem Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 43 versehen, und sowohl der Leistungsversorgungsanschluss 27 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 als auch der Leistungsverborgungsanschluss 32 der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 sind elektrisch mit dem Leistungsverbinderanschluss 47 des Schutzgehäuses 45 über den Leistungsverbindungsanschluss 39 des Abschirmgehäuses 38 verbunden. Der Erdanschluss 29 der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung 21 als auch der Erdanschluss 29 der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung 31 sind elektrisch mit dem Erdverbinderanschluss 51 des Schutzgehäuses 45 über den Erdverbindungsanschluss 40 des Abschirmgehäuses 38 verbunden. Auf diese Weise ist die Leiterplatte 35 vollständig innerhalb des Abschirmgehäuses 38 enthalten. Somit wird ein (nicht gezeigtes) Schaltungsmuster der Leiterplatte 35 durch die elektromagnetische Welle von außen nicht beeinträchtigt, und stabile Ausgangssignale können aus dem (nicht gezeigten) Schaltungsmuster der Leiterplatte 35 erhalten werden. Der Vorteil ergibt sich aus der Struktur, bei der der komplexe Sensor direkt auf einer Leiterplatte befestigt ist, und bei der die Leiterplatte elektromagnetisch vollkommen abgeschirmt wurde. In konventionellen Strukturen wurde ein komplexer Sensor mit einer Leiterplatte über ein Stützsubstrat verbunden, um eine ausreichende mechanische Festigkeit zu gewährleisten. Somit war die Wirkung der Abschirmung durch die obige Grundstruktur nicht immer sehr zufriedenstellend.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines komplexen Sensors, der in einer Umgebung mit starker Erschütterung arbeitet.
In einem komplexen Sensor gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind ein Leistungsverbinderanschluss 47, ein Erdverbinderanschluss 51, ein Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss 48, ein X-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 49 und ein Y-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 50 des Schutzgehäuses 45 jeweils in der Öffnung 54 vorgesehen, und ein Leistungsverbindungsanschluss 39, ein Erdverbindungsanschluss 40, ein Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss 41, ein X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 42 und ein Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 43 des Abschirmgehäuses 38 sind jeweils in die Öffnung 54 für eine elektrische Verbindung eingeschoben. Somit wurde eine starke Verbindung zwischen dem Leistungsverbinderanschluss 47 und einem Leistungsverbindungsanschluss 39, dem Erdverbinderanschluss 51 und dem Erdverbindungsanschluss 40, dem Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss 48 und einem Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss 41, dem X-Achsen-Beschleunigungsverbinder 49 und dem X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 42, und dem Y-Achsen-Beschleunigungsverbinderanschluss 50 und dem Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss 43 hergestellt. Somit sind die komplexen Sensoren mit einer mechanischen Festigkeit versehen, die stark genug ist, um einer Vibration zu widerstehen. Auf diese Weise bietet die vorliegende Erfindung die komplexen Sensoren, die eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweisen.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Komplexe Sensoren werden in der vorliegenden Erfindung gegen Vibration und die elektromagnetischen Wellenstörungen, die von außerhalb kommen, geschützt. Somit werden die komplexen Sensoren mit einer verbesserten Zuverlässigkeit versehen.
Weiterhin können die komplexen Sensoren in der vorliegenden Erfindung mit einer geringeren Zahl von Teilkomponenten implementiert werden, was zu niedrigeren Herstellungskosten beiträgt.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein sehr zuverlässiger, komplexer Sensor, der gegen Vibrationen und elektromagnetische Wellenstörungen von außen geschützt ist, beschrieben. Ein Abschirmgehäuse ist mit einem Leistungsverbindungsanschluss, einem Erdverbindungsanschluss, einem Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss, einem X-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss und einem Y-Achsen-Beschleunigungsverbindungsanschluss versehen. Sowohl der Leistungsverborgungsanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung als auch der Leistungsversorgungsanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung sind elektrisch mit dem Leistungsverbinderanschluss des Schutzgehäuses über den Leistungsverbindungsanschluss des Abschirmgehäuses verbunden. Sowohl der Erdanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung als auch der Erdanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung sind elektrisch mit dem Erdverbinderanschluss des Schutzgehäuses 45 über den Erdverbindungsanschluss des Abschirmgehäuses verbunden. Die Leiterplatte ist vollständig im Abschirmgehäuse enthalten.

11: Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung
12: Beschleunigungsdetektionsvorrichtung
13: stützendes Substrat
14: Leiterplatte
15: Abschirmgehäuse
16: Schutzgehäuse
17: Verbinderteil
18: Verbinderanschlüsse
19: Deckel
21: Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung
22: Vibrationskörper
23: Gehäuse
24: Deckel
25: Ansteuerelektrode
26: Detektionselektrode
27,: 32 Leistungsversorgungsanschluss
28: Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss
29,: 34 Erdanschluss
31: Beschleunigungsdetektionsvorrichtung
33a,: 33b Beschleunigungsausgabeanschluss
35: Leiterplatte
36: Anschlusseinschuböffnung
37: Verarbeitungsschaltung
38: Abschirmgehäuse
38a: Unterbringungsteil
38b: Öffnung
38c: Deckel
38d: vertikaler Teil
39: Leistungsverbindungsanschluss
40: Erdverbindungsanschluss
41: Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss
42,: 43 Beschleunigungsverbindungsanschluss
44: elastisches, konvexes Teil
45: Schutzgehäuse
46: Verbinderteil
47: Leistungsverbinderanschluss
48: Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss
49,: 50 Beschleunigungsverbinderanschluss
51: Erdverbinderanschluss
52: Durchgangsöffnung
54: Öffnung
55: Lot
56: Schutzdeckel

Claims

Komplexer Sensor für das Detektieren einer Winkelgeschwindigkeit und einer Beschleunigung, umfassend: eine Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung für das Detektieren der Winkelgeschwindigkeit, wobei die Vorrichtung einen Leistungsversorgungsanschluss, einen Erdanschluss und einen Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss einschließt; eine Beschleunigungsdetektionsvorrichtung für das Detektieren einer Beschleunigung, wobei die Vorrichtung einen Leistungsversorgungsanschluss, einen Erdanschluss und einen Beschleunigungsausgabeanschluss einschließt, und eine Leiterplatte, die mit einer Verarbeitungsschaltung versehen ist, für das Verarbeiten des Winkelgeschwindigkeitssignals, das vom Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung geliefert wird, und eines Beschleunigungssignals, das vom Beschleunigungsausgabeanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung geliefert wird, wobei die Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung und die Beschleunigungsdetektionsvorrichtung auf der Leiterplatte angeordnet sind.
Komplexer Sensor für das Detektieren einer Winkelgeschwindigkeit und einer Beschleunigung nach Anspruch 1, weiter umfassend: ein Metallabschirmgehäuse, das die Leiterplatte beherbergt, und mit einem Leistungsverbindungsanschluss, einem Erdverbindungsanschluss, einem Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss, wobei eines seiner Enden mit dem Winkelgeschwindigkeitsausgabeanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung verbunden ist, und einem Beschleunigungsverbindungsanschluss, wobei eines seiner Enden elektrisch mit dem Beschleunigungsausgabeanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung verbunden ist, versehen ist; und ein Schutzgehäuse, das das Abschirmgehäuse beherbergt und mit einer Leistungsverbinderanschluss, einem Erdverbinderanschluss, einem Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss, der elektrisch mit dem anderen Ende des Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschlusses des Abschirmgehäuse verbunden ist, und einem Beschleunigungsverbinderanschluss, der elektrisch mit dem anderen Ende des Beschleunigungsverbindungsanschlusses des Abschirmgehäuses verbunden ist, versehen ist, wobei sowohl der Leistungsversorgungsanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung als auch der Leistungsversorgungsanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung elektrisch mit dem Leistungsverbinderanschluss des Schutzgehäuses über den Leistungsverbindungsanschluss des Abschirmgehäuses verbunden sind, und sowohl der Erdanschluss der Winkelgeschwindigkeitsdetektionsvorrichtung als auch der Erdanschluss der Beschleunigungsdetektionsvorrichtung elektrisch mit dem Erdverbindungsanschluss des Schutzgehäuses über den Erdverbindungsanschluss des Abschirmgehäuses verbunden sind.
Komplexer Sensor für das Detektieren der Winkelgeschwindigkeit und der Beschleunigung nach Anspruch 2, wobei ein Leistungsverbinderanschluss, ein Erdverbinderanschluss, ein Winkelgeschwindigkeitsverbinderanschluss und ein Beschleunigungsverbinderanschluss des Schutzgehäuses jeweils mit einer Öffnung versehen sind, und ein Leistungsverbindungsanschluss, ein Erdverbindungsanschluss, ein Winkelgeschwindigkeitsverbindungsanschluss und ein Beschleunigungsverbindungsanschluss des Abschirmgehäuses jeweils in die Öffnung für eine elektrische Verbindung eingeschoben sind.
Komplexer Sensor für das Detektieren einer Winkelgeschwindigkeit und einer Beschleunigung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Abschirmgehäuse aus einem Unterbringungsteil, der eine mit einem Boden versehene zylindrische Form aufweist, und einem Deckel für das Schließen des Unterbringungsteils an der Öffnung ausgebildet ist; wobei der Deckel einen elastischen, konvexen Teil an der Seite des Unterbringungsteils aufweist, um den Deckel schnell an der Öffnung des Unterbringungsteils mit einem elastischen Kontakt zu befestigen und um den Unterbringungsteil und den Deckel auf dasselbe elektrische Potential zu bringen.
Komplexer Sensor für das Detektieren einer Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung nach Anspruch 4, wobei das elastische, konvexe Teil mittels eines Einschnitts ausgebildet wird, der im vertikalen Teil des Deckels vorgesehen ist.