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Technisches Gebiet
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Diese Erfindung betrifft einen Vibrationssensor.
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Hintergrund zum Stand der Technik
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Ein bestimmter Typ von Vibrationssensor veranlasst einen vorbestimmten Abschnitt davon, zusammen mit einem Testobjekt synchron mit einer Vibration des Testobjekts zu vibrieren, und wandelt die Vibration des vorbestimmten Abschnitts in ein elektrisches Signal um, wodurch die Vibration des Testobjekts erfasst wird. Patentliteratur 1 offenbart beispielsweise einen Vibrationsgeräuscherfassungssensor, der ein piezoelektrisches Substrat, eine interdigitale Eingangselektrode, eine interdigitale Ausgangselektrode, ein Diaphragma, einen Verstärker und ein Vibrationsausbreitungselement umfasst, und der ein Vibrationsgeräusch erfasst, das an einem Testobjekt auftritt, das mit dem Vibrationsausbreitungselement in Kontakt steht.
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Referenzliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1:
JP 2013-57627 A -
Kurzfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Ein herkömmlicher Vibrationssensor mit einem vorbestimmten Abschnitt, der an einem Testobjekt anzubringen ist, wie der in der Patentliteratur 1 beschriebene Vibrationsgeräuscherfassungssensor, bewegt sich jedoch vollständig mit dem Testobjekt synchron mit der Vibration, wenn eine im Testobjekt auftretende Vibration eine niederfrequente Vibration ist. Das heißt, dass in einem solchen Fall bei einem herkömmlichen Vibrationssensor ein Abschnitt zur Umwandlung von Vibration des vorbestimmten Abschnitts in ein elektrisches Signal nicht relativ zu dem vorbestimmten Abschnitt vibriert. Dies verhindert eine Umwandlung von Vibration des Testobjekts in ein elektrisches Signal.
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Diese Erfindung zielt darauf ab, das vorstehende Problem zu lösen, und es ist ein Ziel dieser Erfindung, einen Vibrationssensor bereitzustellen, der in der Lage ist, eine niederfrequente Vibration zu erfassen, die in einem Testobjekt auftritt.
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Lösung des Problems
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Ein Vibrationssensor gemäß dieser Erfindung umfasst: ein Sensorgehäuse, das zusammen mit einem Testobjekt synchron mit einer Vibration des Testobjekts vibriert; ein piezoelektrisches Substrat, das zusammen mit dem Sensorgehäuse synchron mit einer Vibration des Sensorgehäuses vibriert, wobei eine erste interdigitale Elektrode, ein erster Anschluss zum Eingeben eines Signals in die erste interdigitale Elektrode, eine zweite interdigitale Elektrode und ein zweiter Anschluss zum Ausgeben eines Signals von der zweiten interdigitalen Elektrode auf einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats angeordnet sind und das piezoelektrische Substrat innerhalb des Sensorgehäuses angeordnet ist, um an dem Sensorgehäuse befestigt zu werden; einen Verstärker, der das vom zweiten Anschluss ausgegebene Signal als Eingangssignal empfängt, das empfangene Eingangssignal verstärkt und das Eingangssignal nach der Verstärkung an den ersten Anschluss als Ausgangssignal überträgt; eine verformbare Schicht, die elastisch ist und eine erste Oberfläche aufweist, die an einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats haftet; und ein schweres Objekt, das eine erste Oberfläche aufweist, die an einer zweiten Oberfläche der verformbaren Schicht haftet.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Diese Erfindung ermöglicht eine Erfassung einer niederfrequenten Vibration, die in einem Testobjekt auftritt.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Struktur eines Hauptabschnitts eines Vibrationssensors gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
- 2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration des Hauptabschnitts auf einer ersten Oberfläche eines piezoelektrischen Substrats gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- 3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Ausbreitungsweg von Ultraschall, der auf eine verformbare Schicht emittiert wird, gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- 4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Signalausgangs von einem Ausgangsanschluss während eines stabilen Zustands, in dem ein Testobjekt nicht vibriert, in dem Vibrationssensor gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Signalausgangs von dem Ausgangsanschluss während eines Zustands, in dem das Testobjekt vibriert, in dem Vibrationssensor gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
- 6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Konfiguration eines Hauptabschnitts eines Vibrationssensor gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
- 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Konfiguration des Hauptabschnitts des Vibrationssensor gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
- 8 ist eine Querschnittsansicht des Vibrationssensors, die ein Beispiel dafür zeigt, wie der Vibrationssensor gemäß der ersten Ausführungsform an dem Testobjekt angebracht wurde.
- 9 ist eine Querschnittsansicht des Vibrationssensors, die ein Beispiel dafür zeigt, wie der Vibrationssensor gemäß der zweiten Ausführungsform an dem Testobjekt angebracht wurde.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachstehend werden unter Bezug auf die Zeichnungen ausführlich Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben.
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Erste Ausführungsform.
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Eine Konfiguration eines Vibrationssensors 100 gemäß einer ersten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
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1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für die Struktur eines Hauptabschnitts des Vibrationssensors 100 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Es ist zu beachten, dass in der Darstellung von 1 davon ausgegangen wird, dass die Gravitationsbeschleunigung in der Richtung vom Vibrationssensor 100 zu dem Testobjekt 200 wirkt.
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Der Vibrationssensor 100 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ein Sensorgehäuse 110, ein piezoelektrisches Substrat 120, einen Verstärker 130, eine verformbare Schicht 140, ein schweres Objekt 150 und einen Ausgangsanschluss 190.
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Das Sensorgehäuse 110 ist aus einem hochsteifen Material wie Keramik oder Metall gefertigt. Das Sensorgehäuse 110 ist am Testobjekt 200 angebracht. Das Sensorgehäuse 110 vibriert zusammen mit dem Testobjekt 200 synchron mit einer Vibration des Testobjekts 200.
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Das piezoelektrische Substrat 120 ist aus einem piezoelektrischen Material gefertigt.
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Das piezoelektrische Substrat 120 ist im Inneren des Sensorgehäuses 110 angeordnet, um am Sensorgehäuse 110 befestigt zu sein, und vibriert zusammen mit dem Sensorgehäuse 110 synchron mit der Vibration des Sensorgehäuses 110. Das piezoelektrische Substrat 120 ist an dem Sensorgehäuse 110 unter Verwendung einer hochsteifen Struktur wie z. B. Einpassen oder Verschrauben befestigt. Darüber hinaus umfasst das piezoelektrische Substrat 120 eine erste interdigitale Elektrode 122, einen ersten Anschluss 121 zum Eingeben eines Signals in die erste interdigitale Elektrode 122, eine zweite interdigitale Elektrode 124 und einen zweiten Anschluss 123 zum Ausgeben eines Signals von der zweiten interdigitalen Elektrode 124, die jeweils auf einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 120 angeordnet sind.
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2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das ein Beispiel der Konfiguration des Hauptabschnitts auf der ersten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 120 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
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Wie in 2 dargestellt, umfassen die erste interdigitale Elektrode 122 und die zweite interdigitale Elektrode 124 jeweils ein Paar Mehrfachelektroden. Eine des Paars der Elektroden der ersten interdigitalen Elektrode 122 ist mit dem ersten Anschluss 121 verbunden und die andere davon ist geerdet. Außerdem ist eine des Paars der Elektroden der zweiten interdigitalen Elektrode 124 mit dem zweiten Anschluss 123 verbunden und die andere davon ist geerdet. Obwohl die erste interdigitale Elektrode 122 und die zweite interdigitale Elektrode 124, die in 2 dargestellt sind, jeweils eine Bogenform aufweisen, ist die Form jeder der ersten interdigitalen Elektrode 122 und der zweiten interdigitalen Elektrode 124 nicht auf eine Bogenform beschränkt, sondern kann auch eine rechteckige oder andere Form sein. Obwohl das in 2 dargestellte piezoelektrische Substrat 120 eine kreisförmige Form aufweist, ist darüber hinaus die Form des piezoelektrischen Substrats 120 nicht auf eine kreisförmige Form beschränkt, sondern kann z. B. auch eine rechteckige oder eine andere Form sein, die an die Form des Sensorgehäuses 110 angepasst ist.
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Der Verstärker 130 empfängt als Eingangssignal ein vom zweiten Anschluss 123 ausgegebenes Signal, verstärkt das empfangene Eingangssignal und gibt nach der Verstärkung das Eingangssignal als Ausgangssignal aus. Der Verstärker 130 wird von einer Antriebsenergieversorgung (nicht dargestellt) mit elektrischer Energie versorgt, um das Eingangssignal zu verstärken. Ein Teil des vom Verstärker 130 ausgegebenen Ausgangssignals wird an den ersten Anschluss 121 übertragen und der Rest davon wird an den Ausgangsanschluss 190 übertragen.
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Der Ausgangsanschluss 190 ist ein Anschluss zum Ausgeben des von dem Verstärker 130 empfangenen Ausgangssignals an eine externe Einrichtung (nicht dargestellt), wie z. B. eine Signalanalyseeinrichtung.
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Die verformbare Schicht 140 weist eine erste Oberfläche auf, die an einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 120 haftet. Die verformbare Schicht 140 und das piezoelektrische Substrat 120 haften durch einen Klebstoff, beispielsweise einen Klebstoff auf Harzbasis, aneinander. Die verformbare Schicht 140 ist elastisch. Die verformbare Schicht 140 ist aus einem elastischen Material wie z. B. einem Kunstharz oder dergleichen gefertigt. Das Material der verformbaren Schicht 140 ist nicht auf Kunstharz beschränkt, solange die verformbare Schicht 140 aus einem Material gefertigt ist, das durch äußere Kräfte verformbar ist und Ultraschall übermitteln kann. Darüber hinaus ist der Klebstoff zum Zusammenkleben der verformbaren Schicht 140 und des piezoelektrischen Substrats 120 nicht auf einen Klebstoff auf Harzbasis beschränkt, solange das Material in der Lage ist, den von dem piezoelektrischen Substrat 120 emittierten Ultraschall an die verformbare Schicht 140 zu übermitteln und in der Lage ist, den von der verformbaren Schicht 140 übertragenen Ultraschall an das piezoelektrische Substrat 120 zu übermitteln.
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Das schwere Objekt 150 weist eine erste Oberfläche auf, die an einer zweiten Oberfläche der verformbaren Schicht 140 haftet. Das schwere Objekt 150 und die verformbare Schicht 140 haften durch einen Klebstoff, beispielsweise einen Klebstoff auf Harzbasis, aneinander. Das schwere Objekt 150 besteht aus einer Substanz mit einer hohen spezifischen Gravitation, z. B. einem Metall wie Kupfer, Blei oder Eisen oder einer Legierung wie rostfreiem Stahl. Der Klebstoff, mit dem das schwere Objekt 150 und die verformbare Schicht 140 zusammengeklebt werden, und das schwere Objekt 150 sind aus einer Substanz gefertigt, die bewirkt, dass der sich durch die verformbare Schicht 140 ausbreitende Ultraschall an der Schnittstelle zwischen dem schweren Objekt 150 und der verformbaren Schicht 140, d. h. an den Klebeflächen des schweren Objekts 150 und der verformbaren Schicht 140, reflektiert wird.
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Wie vorstehend beschrieben, bewirkt die Vibration des Testobjekts 200, dass das Sensorgehäuse 110 zusammen mit dem Testobjekt 200 synchron mit der Vibration des Testobjekts 200 vibriert. Da außerdem das piezoelektrische Substrat 120 fest mit dem Sensorgehäuse 110 verbunden ist, vibriert das piezoelektrische Substrat 120 zusammen mit dem Sensorgehäuse 110 synchron mit der Vibration des Sensorgehäuses 110. In diesem Fall verhält sich das schwere Objekt 150 so, dass es aufgrund seiner Trägheit eine aktuelle Position beibehält. Infolgedessen vibriert das schwere Objekt 150 relativ zum piezoelektrischen Substrat 120, dessen Vibration durch die Vibration des Testobjekts 200 induziert wird. Da die verformbare Schicht 140 aus einem elastischen Material gefertigt ist, soll die verformbare Schicht 140, die sich zwischen dem piezoelektrischen Substrat 120 und dem schweren Objekt 150 befindet, in Abhängigkeit von der relativen Vibration des schweren Objekts 150 zum piezoelektrischen Substrat 120 verformt werden. Das heißt, wenn das Testobjekt 200 vibriert, wird die verformbare Schicht 140 in Abhängigkeit von der Vibration des Testobjekts 200 verformt. Es ist zu beachten, dass das schwere Objekt 150 ein ausreichendes Gewicht aufweist, um die verformbare Schicht 140 in Abhängigkeit von der Vibration des piezoelektrischen Substrats 120 zu verformen.
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Ein Betrieb des Vibrationssensors 100 gemäß der ersten Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 beschrieben.
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Die erste interdigitale Elektrode 122 empfängt ein elektrisches Signal, das von einem Signalgenerator (nicht dargestellt) über den ersten Anschluss 121 ausgegeben wird. Das elektrische Signal, das vom Signalgenerator an die erste interdigitale Elektrode 122 angelegt wird, weist eine Frequenz auf, die z. B. im Allgemeinen der Mittenfrequenz entspricht, die der Elektrodenzykluslänge der ersten interdigitalen Elektrode 122 entspricht. Bei Empfang eines elektrischen Signals vom Signalgenerator erregt die erste interdigitale Elektrode 122 auf dem piezoelektrischen Substrat 120 effizient eine undichte Lamb-Welle mit einer Wellenlänge, die im Allgemeinen der Elektrodenzykluslänge der ersten interdigitalen Elektrode 122 entspricht.
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Das piezoelektrische Substrat 120 wandelt den Modus der undichten Lamb-Welle an der Schnittstelle zwischen dem piezoelektrischen Substrat 120 und der verformbaren Schicht 140 um und emittiert an die verformbare Schicht 140 Ultraschall in Form einer Longitudinalwelle.
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3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für einen Ausbreitungsweg des Ultraschalls, der an die verformbare Schicht 140 emittiert wird, gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
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Die verformbare Schicht 140 überträgt den vom piezoelektrischen Substrat 120 emittierten Ultraschall. Der von der verformbaren Schicht 140 übermittelte Ultraschall wird an der Schnittstelle zwischen der verformbaren Schicht 140 und dem schweren Objekt 150 reflektiert. Eine reflektierte Welle des an der Schnittstelle reflektierten Ultraschalls wird von der verformbaren Schicht 140 übermittelt, um das piezoelektrische Substrat 120 zu erreichen.
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Die reflektierte Welle des Ultraschalls, die das piezoelektrische Substrat 120 erreicht hat, wird von der zweiten interdigitalen Elektrode 124 als elektrisches Signal mit einer Frequenz, die der Elektrodenzykluslänge der zweiten interdigitalen Elektrode 124 entspricht, erfasst. Das von der zweiten interdigitalen Elektrode 124 erfasste elektrische Signal wird als Eingangssignal in den Verstärker 130 am zweiten Anschluss 123 eingegeben. Es ist zu beachten, dass die zweite interdigitale Elektrode 124 eine Elektrodenzykluslänge aufweist, die im Allgemeinen der Elektrodenzykluslänge der ersten interdigitalen Elektrode 122 entspricht.
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Wie vorstehend beschrieben, verstärkt der Verstärker 130 das Eingangssignal und gibt nach der Verstärkung das Eingangssignal als Ausgangssignal aus. Ein Teil des vom Verstärker 130 ausgegebenen Ausgangssignals wird an den ersten Anschluss 121 übertragen und der Rest davon wird an den Ausgangsanschluss 190 übertragen.
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Die erste interdigitale Elektrode 122 empfängt über den ersten Anschluss 121 den Teil des Ausgangssignals, der von dem Verstärker 130 ausgegeben wird.
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So bilden die erste interdigitale Elektrode 122, das piezoelektrische Substrat 120, die zweite interdigitale Elektrode 124 und der Verstärker 130 zusammen einen rekursiven Oszillator.
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4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Signalausgangs von dem Ausgangsanschluss 190 während eines stabilen Zustands, in dem das Testobjekt 200 nicht vibirert, in dem Vibrationssensor 100 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
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In 4 stellt die horizontale Achse die Zeit dar, und die vertikale Achse stellt die Größe der Amplitude des Signals dar.
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Wie in 4 dargestellt, weist das von dem Ausgangsanschluss 190 ausgegebene Signal eine konstante Periode in einem stabilen Zustand auf, in dem das Testobjekt 200 nicht vibriert.
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Wenn das Testobjekt 200 wie vorstehend beschrieben vibriert, wird die verformbare Schicht 140 in Abhängigkeit von der Vibration des Testobjekts 200 verformt.
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Durch Verformung der verformbaren Schicht 140 ändert sich die Ausbreitungsdistanz des Ultraschalls, der durch die verformbare Schicht 140 übermittelt wird. Insbesondere wenn die Vibration des Testobjekts 200 das Sensorgehäuse 110 veranlasst, in Richtung einer Stapelung des piezoelektrischen Substrats 120, der verformbaren Schicht 140 und des schweren Objekts 150 (im Folgenden als „Stapelungsrichtung“ bezeichnet) zu vibrieren, wird die Ausbreitungsdistanz des Ultraschalls verändert. Wenn die Ausbreitungsdistanz des Ultraschalls verändert wird, wird die Frequenz der reflektierten Ultraschallwelle im Vergleich zur Frequenz vor Reflexion aufgrund des Dopplereffekts verändert.
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5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel des Signalausgangs von dem Ausgangsanschluss 190 während eines Zustands, in dem das Testobjekt 200 vibriert, in dem Vibrationssensor 100 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
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In 5 stellt die horizontale Achse die Zeit dar, und die vertikale Achse stellt die Größe der Amplitude des Signals dar.
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Wie in 5 dargestellt, verändert das von dem Ausgangsanschluss 190 ausgegebene Signal seine Periode in einem Zustand, in dem das Testobjekt 200 vibriert.
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Eine externe Einrichtung, wie z. B. eine Signalanalyseeinrichtung, erfasst eine Änderung der Periode, der Frequenz, der Phase usw. des vom Ausgangsanschluss 190 ausgegebenen Signals, um zu bestimmen, ob das Testobjekt 200 vibriert oder nicht. Beispielsweise bilden der Vibrationssensor 100 und eine externe Einrichtung wie eine Signalanalyseeinrichtung zusammen ein Vibrationsserfassungssystem zum Erfassen von Vibrationen des Testobjekts 200.
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Wie vorstehend beschrieben, umfasst der Vibrationssensor 100 das Sensorgehäuse 110, das zusammen mit dem Testobjekt 200 synchron mit der Vibration des Testobjekts 200 vibriert; das piezoelektrische Substrat 120, das zusammen mit dem Sensorgehäuse 110 synchron mit einer Vibration des Sensorgehäuses 110 vibriert, wobei die erste interdigitale Elektrode 122, der erste Anschluss 121 zum Eingeben eines Signals in die erste interdigitale Elektrode 122, die zweite interdigitale Elektrode 124 und der zweite Anschluss 123 zum Ausgeben eines Signals von der zweiten interdigitalen Elektrode 124 auf einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 120 angeordnet sind und das piezoelektrische Substrat 120 innerhalb des Sensorgehäuses 110 angeordnet ist, um an dem Sensorgehäuse 110 befestigt zu sein; den Verstärker 130, der das vom zweiten Anschluss 123 ausgegebene Signal als Eingangssignal empfängt, das empfangene Eingangssignal verstärkt und das Eingangssignal nach der Verstärkung an den ersten Anschluss 121 als Ausgangssignal überträgt; die verformbare Schicht 140, die elastisch ist und eine erste Oberfläche aufweist, die an einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 120 haftet; und das schwere Objekt 150, das eine erste Oberfläche aufweist, die an einer zweiten Oberfläche der verformbaren Schicht 140 haftet.
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Diese Konfiguration ermöglicht es dem Vibrationssensor 100, eine niederfrequente Vibration zu erfassen, die am Testobjekt 200 auftritt.
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Zweite Ausführungsform.
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Ein Vibrationssensor 100a gemäß einer zweiten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben.
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6 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration eines Hauptabschnitts des Vibrationssensors 100a gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
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7 ist eine Querschnittsansicht, die die Konfiguration des Hauptabschnitts des Vibrationssensors 100a gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt.
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Der Vibrationssensor 100a gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst zusätzlich zu den im Vibrationssensor 100 gemäß der ersten Ausführungsform enthaltenen Komponenten ferner eine Schutzschicht 160.
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Komponenten des Vibrationssensors 100a gemäß der zweiten Ausführungsform, die den Komponenten des Vibrationssensors 100 gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich sind, werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine doppelte Beschreibung derselben entfällt. Das heißt, die ähnlichen Komponenten in 6 und 7, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet sind, werden in der folgenden Beschreibung nicht berücksichtigt.
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Der Vibrationssensor 100a gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst das Sensorgehäuse 110, das piezoelektrische Substrat 120, den Verstärker 130, die verformbare Schicht 140, das schwere Objekt 150, die Schutzschicht 160 und den Ausgangsanschluss 190.
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Die Schutzschicht 160 hat einen ersten Abschnitt, der an einer zweiten Oberfläche des schweren Objekts 150 gegenüber der ersten Oberfläche des schweren Objekts 150 befestigt ist, und einen zweiten Abschnitt, der an einer Innenwand des Sensorgehäuses 110 befestigt ist.
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Die Schutzschicht 160 ist elastisch. Die Schutzschicht 160 ist aus einem elastischen Material wie z. B. einem Harz oder dergleichen gefertigt.
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6 veranschaulicht mittels eines Beispiels einen Vibrationssensor 100a, der eine Schutzschicht 160 aufweist, die aus einem elastischen Material wie z. B. einem Harz oder dergleichen gefertigt ist.
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Die in 6 dargestellte Schutzschicht 160 hat beispielsweise eine erste Oberfläche der Schutzschicht 160, die durch Haften an der zweiten Oberfläche des schweren Objekts 150 befestigt ist, und eine zweite Oberfläche der Schutzschicht 160, die der ersten Oberfläche der Schutzschicht 160 gegenüberliegt, die durch Haften an der Innenwand des Sensorgehäuses 110 befestigt ist. Die Schutzschicht 160 und das schwere Objekt 150 haften durch einen Klebstoff, beispielsweise einen Klebstoff auf Harzbasis, aneinander. Außerdem haften die Schutzschicht 160 und die Innenwand des Sensorgehäuses 110 durch einen Klebstoff, beispielsweise einen Klebstoff auf Harzbasis, aneinander.
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Es ist zu beachten, dass, obwohl 6 beispielhaft ein Beispiel zeigt, bei dem die Schutzschicht 160 über der gesamten Oberfläche der zweiten Oberfläche des schweren Objekts 150 haftet, die Schutzschicht 160 nicht auf eine Schicht beschränkt ist, die über der gesamten Oberfläche der zweiten Oberfläche des schweren Objekts 150 haftet, sondern auch eine sein kann, die auf einem Teil der zweiten Oberfläche des schweren Objekts 150 haftet.
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Alternativ kann die Schutzschicht 160 auch eine Federstruktur aufweisen.
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7 veranschaulicht mittels eines Beispiels einen Vibrationssensor 100a, der eine Schutzschicht 160 aufweist, die aus einer Feder aus einem Material wie einem Metall oder einem Harz als Federstruktur besteht.
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Die in 7 dargestellte Feder, die als Schutzschicht 160 dient, ist mit einem Ende an der zweiten Oberfläche des schweren Objekts 150 und mit dem anderen Ende an der Innenwand des Sensorgehäuses 110 befestigt. Die als Schutzschicht 160 dienende Feder wird mit einem Klebstoff, z. B. einem Klebstoff auf Harzbasis oder ähnlichem, an dem schweren Objekt 150 befestigt. Außerdem ist die als Schutzschicht 160 dienende Feder an der Innenwand des Sensorgehäuses 110 mit einem Klebstoff, z. B. einem Klebstoff auf Harzbasis oder ähnlichem, befestigt.
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Zu beachten ist, dass obwohl in 7 beispielhaft ein Beispiel dargestellt ist, bei dem eine Feder als Schutzschicht 160 dient, die Anzahl von Federn, die als Schutzschicht 160 dienen, nicht auf eine beschränkt ist, sondern die Schutzschicht 160 mehrere Federn mit jeweils einer Federstruktur umfassen kann.
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Ein Fall, wie z. B. eine große Vibrationsamplitude des Testobjekts 200 oder eine Vibrationsperiode des Testobjekts 200, die im Allgemeinen einer Periode entspricht, die der Eigenfrequenz der verformbaren Schicht 140 entspricht, die zwischen dem piezoelektrischen Substrat 120 und dem schweren Objekt 150 liegt, führt zu einer großen Verformung der verformbaren Schicht 140. Dies kann z. B. zu einer Kollision des schweren Objekts 150 mit der Innenwand des Sensorgehäuses 110 oder zu einer plastischen Verformung der verformbaren Schicht 140 führen.
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Die Schutzschicht 160 kann die Größe der Vibration des schweren Objekts 150 relativ zum Sensorgehäuse 110 begrenzen und kann damit auch die Verformung der verformbaren Schicht 140 begrenzen.
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Wie vorstehend beschrieben, umfasst der Vibrationssensor 100a das Sensorgehäuse 110, das zusammen mit dem Testobjekt 200 synchron mit der Vibration des Testobjekts 200 vibriert; das piezoelektrische Substrat 120, das zusammen mit dem Sensorgehäuse 110 synchron mit einer Vibration des Sensorgehäuses 110 vibriert, wobei die erste interdigitale Elektrode 122, der erste Anschluss 121 zum Eingeben eines Signals in die erste interdigitale Elektrode 122, die zweite interdigitale Elektrode 124 und der zweite Anschluss 123 zum Ausgeben eines Signals von der zweiten interdigitalen Elektrode 124 auf einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 120 angeordnet sind und das piezoelektrische Substrat 120 innerhalb des Sensorgehäuses 110 angeordnet ist, um an dem Sensorgehäuse 110 befestigt zu sein; den Verstärker 130, der das vom zweiten Anschluss 123 ausgegebene Signal als Eingangssignal empfängt, das empfangene Eingangssignal verstärkt und das Eingangssignal nach der Verstärkung an den ersten Anschluss 121 als Ausgangssignal überträgt; die verformbare Schicht 140, die elastisch ist und eine erste Oberfläche aufweist, die an einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 120 haftet; das schwere Objekt 150, das eine erste Oberfläche aufweist, die an einer zweiten Oberfläche der verformbaren Schicht 140 haftet; und die Schutzschicht 160, die elastisch ist und einen ersten Abschnitt aufweist, der an einer zweiten Oberfläche des schweren Objekts 150 gegenüber der ersten Oberfläche des schweren Objekts 150 befestigt ist, und einen zweiten Abschnitt aufweist, der einen Teil aufweist, der an einer Innenwand des Sensorgehäuses 110 befestigt ist.
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Diese Konfiguration ermöglicht es dem Vibrationssensor 100a, eine niederfrequente Vibration zu erfassen, die am Testobjekt 200 auftritt.
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Diese Konfiguration ermöglicht es dem Vibrationssensor 100a auch, die Größe der Vibration des schweren Objekts 150 relativ zum Sensorgehäuse 110 zu begrenzen und kann damit auch eine Verformung der verformbaren Schicht 140 begrenzen. Die Fähigkeit des Vibrationssensors 100a, die Größe der Vibrations des schweren Objekts 150 relativ zum Sensorgehäuse 110 zu begrenzen, ermöglicht es dem Vibrationssensor 100a, eine Kollision des schweren Objekts 150 mit der Innenwand des Sensorgehäuses 110 zu verhindern. Durch die Fähigkeit der Begrenzung der Verformung der verformbaren Schicht 140 kann der Vibrationssensor 100a außerdem eine plastische Verformung der verformbaren Schicht 140 verhindern.
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Eine solche Konfiguration kann außerdem verhindern, dass die gesamte Last des schweren Objekts 150 auf das piezoelektrische Substrat 120 einwirkt.
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Dritte Ausführungsform.
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Ein Beispiel für die Anbringung des Vibrationssensors 100 oder des Vibrationssensors 100a am Testobjekt 200 wird nun unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben.
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8 ist eine Querschnittsansicht des Vibrationssensors 100, die ein Beispiel dafür zeigt, wie der Vibrationssensor 100 gemäß der ersten Ausführungsform an dem Testobjekt 200 angebracht wurde.
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9 ist eine Querschnittsansicht des Vibrationssensors 100a, die ein Beispiel dafür zeigt, wie der Vibrationssensor 100a gemäß der zweiten Ausführungsform an dem Testobjekt 200 angebracht wurde.
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Es ist zu beachten, dass in den Darstellungen von 8 und 9 davon ausgegangen wird, dass die Gravitationsbeschleunigung in der Richtung vom Testobjekt 200 zum Vibrationssensor 100 oder zu dem Vibrationssensor 100a wirkt.
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Der Vibrationssensor 100 gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform und der Vibrationssensor 100a gemäß der in 6 oder 7 dargestellten zweiten Ausführungsform sind so eingerichtet, dass das Testobjekt 200 an einer Außenwand des Sensorgehäuses 110 angebracht ist, die sich in Stapelungsrichtung näher am schweren Objekt 150 befindet als das piezoelektrische Substrat 120.
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Im Gegensatz dazu sind der in 8 dargestellte Vibrationssensor 100 und der in 9 dargestellte Vibrationssensor 100a so eingerichtet, dass das Testobjekt 200 an einer Außenwand des Sensorgehäuses 110 angebracht ist, die sich in Stapelungsrichtung weiter vom schweren Objekt 150 entfernt befindet als das piezoelektrische Substrat 120.
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Es ist zu beachten, dass der in 8 dargestellte Vibrationssensor 100 und der in 9 dargestellte Vibrationssensor 100a so eingerichtet sind, dass der Ausgangsanschluss 190 an einer Außenwand angeordnet ist, die sich von den in Stapelungsrichtung vorgesehenen Außenwänden des Sensorgehäuses 110 unterscheidet, um die obige Außenwand und das Testobjekt 200 aneinander anzubringen.
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Der am Testobjekt 200 angebrachte Vibrationssensor 100 und Vibrationssensor 100a, wie sie in den 8 und 9 dargestellt sind, sind ebenfalls zu der in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform beschriebenen Erfassung von Vibrationen in der Lage.
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Insbesondere kann der in 9 dargestellte Vibrationssensor 100a durch die enthaltene Schutzschicht 160 verhindern, dass die gesamte Last des schweren Objekts 150 auf das piezoelektrische Substrat 120 einwirkt.
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Es ist zu beachten, dass diese Erfindung jede Kombination der vorstehenden Ausführungsformen oder der Varianten der Ausführungsformen, jede Modifikation einer Komponente der Ausführungsformen oder der Varianten der Ausführungsformen und jedes Weglassen von Komponenten in den Ausführungsformen oder den Varianten der Ausführungsformen umfasst, die in den Anwendungsbereich der Erfindung fallen.
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Außerdem kann der Vibrationssensor 100 oder der Vibrationssensor 100a einen Verstärker 130 aufweisen, der außerhalb des Sensorgehäuses 110 angeordnet ist.
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Wenn der Verstärker 130 im Inneren des Sensorgehäuses 110, im Vibrationssensor 100 oder im Vibrationssensor 100a angeordnet ist, kann der Verstärker 130 über den Ausgangsanschluss 190 mit der Antriebsenergie versorgt werden, da die an den Verstärker 130 angelegte Antriebsenergie eine Gleichspannung ist und die Antriebsenergie eine andere Frequenz als die Frequenz des vom Ausgangsanschluss 190 ausgegebenen Signals aufweist.
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Darüber hinaus kann der Vibrationssensor 100 oder der Vibrationssensor 100a eine Zusatzfunktion aufweisen, wie z. B. eine Funktion zur Begrenzung der zu messenden Vibrationsrichtung, wie sie von einem herkömmlichen Vibrationssensor bereitgestellt wird.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Der Vibrationssensor gemäß dieser Erfindung kann in einem Vibrationserfassungssystem verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 100a:
- Vibrationssensor,
- 110:
- Sensorgehäuse,
- 120:
- piezoelektrisches Substrat,
- 121:
- erster Anschluss,
- 122:
- erste interdigitale Elektrode,
- 123:
- zweiter Anschluss,
- 124:
- zweite interdigitale Elektrode,
- 130:
- Verstärker,
- 140:
- verformbare Schicht,
- 150:
- schweres Objekt,
- 160:
- Schutzschicht,
- 190:
- Ausgangsanschluss,
- 200:
- Testobjekt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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