DE19745311C1 - Piezoelektrischer Biegesensor-Beschleunigungsaufnehmer - Google Patents
Piezoelektrischer Biegesensor-BeschleunigungsaufnehmerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Biegesensor-Beschleunigungs
aufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solcher piezoelektrischer Beschleunigungssensor mit einer Haltevorrichtung
ist beispielsweise der SU-673-925 (GB-Z: Soviet Inventions Illustrated, Section
R: Electrical, SU-R1, S. 17) oder der DE-GM: 84 16 880 zu entnehmen.
Derartige Beschleunigungsaufnehmer weisen als Sensorelement ein an einer
Referenzstelle mechanisch eingespanntes Biegeelement aus piezoelektrischem
Material, z. B. eine Piezokeramik, bzw. eine Anordnung aus mehreren solchen
Biegeelementen auf. Das Sensorelement wird bei auf dieses wirkenden Kräften
oder Beschleunigungen ausgelenkt, wobei aufgrund des piezoelektrischen
Effektes eine Ladungsverschiebung resultiert, die an den Oberflächen der Biege
elemente eine positive bzw. negative elektrische Ladung zur Folge hat. Die
Ladungsmenge wird üblicherweise durch eine Spannungsmessung an der
Eigenkapazität des Biegesensors bestimmt, wobei dann die gemessene elektrische
Spannung der Beschleunigung proportional ist und deshalb als Beschleunigungs
signal bezeichnet wird.
Bisher werden Beschleunigungsaufnehmer als Durchsteckbauelemente auf die
Leiterplatte für die Kfz-Elektronik montiert.
Darüber hinaus ist die Verwendung von oberflächenmontierbaren Bauelementen,
die sogenannte SMT (Surface Mounted Technology), zur Montage elektronischer
Baugruppen auch für Kraftfahrzeuge bekannt. Die SMT-Technik erweist sich
aufgrund der Einsparung von Arbeitsschritten zur Durchkontaktierung und
Befestigung als sehr kostengünstig und ist technisch so ausgereift, daß ein sicherer
Halt der Bauelemente gewährleistet ist. Falls jedoch nicht alle erforderlichen
Bauelemente in SMT-Ausführung oder mindestens SMT-kompatibel verfügbar
sind, ist der Aufwand zur Herstellung der Gesamtbaugruppe höher als bei
Verzicht auf SMT insgesamt.
Aus dem Artikel von Herbsleb in der Zeitschrift F, 104 (1996) 10, Sensorik,
S. 759 f. ist darüber hinaus bereits ein piezoelektrischer Schocksensor zu
entnehmen, bei dem das Außengehäuse ein SMD-Gehäuse ist. Eine SMD-
Montage des Sensors selbst innerhalb des Gehäuses ist nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen piezoelektrischen Biegesensor-Be
schleunigungsaufnehmer vorzustellen, der vollständig SMD-montagefähig ist.
Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1
gelöst.
So schlägt Patentanspruch 1 vor, den piezoelektrischen Biegesensor-Beschleu
nigungsaufnehmer mit einer Bodenplatte zu versehen, die über entsprechende
untere Lötflächen an der Unterseite des Bodens auf eine SMT-Trägerplatte der
Gesamtbaugruppe montiert wird. Die Haltevorrichtung für den Biegesensor weist
ebenfalls SMT-Kontakte zur Oberseite des Bodens hin auf, welche elektrisch mit
Lötflächen an der Unterseite des Bodens verbunden sind.
Dadurch kann der piezoelektrische Biegesensor-Beschleunigungsaufnehmer
gemeinsam mit den anderen SMT-Bauelementen der Gesamtbaugruppe montiert
werden und Fertigungszeit und Kosten gespart werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung beschreibt Patentanspruch 2,
wonach auch das Gehäuse um den Sensor ein metalisches SMT-Standardgehäuse
ist und mittels SMT mit der Oberseite des Bodens verbunden ist. Durch die
leitende Verbindung zu den SMT-Kontakten auf der Unterseite wird ein Masse
schluß des Gehäuse zur Masse der Gesamtbaugruppe hin in SMT realiserbar,
welcher für die Wirksamkeit der EMV-Abschirmung äußerst vorteilhaft ist.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels bezugnehmend auf die
Figur erläutert.
Die Fig. 1 zeigt eine einkanalige Ausführung eines piezoelektrischen
Biegesensor-Beschleunigungsaufnehmers. Der piezoelektrische Biegesensor (1)
wird mittig mittels einer Haltevorrichtung (2) am Boden (3) parallel zu diesem
befestigt und durch ein Gehäuse (4) abgeschirmt ist. Die Haltevorrichtung (2)
weist einen mittleren Standfuß und zwei seitliche, nach vorne versetzte Standfüße
auf, so daß eine Dreipunkthalterung entsteht. Die elektrischen Leitbahnen (21) sind
als Oberflächenleitbahnen zwischen den Kontakten des Biegesensors (1) und den
Standfüßen (2a) ausgeführt. Zur SMT-Montage weist die Haltevorrichtung (2) ei
nen SMT-kontaktierbaren, abgewinkelten Standfuß (2a) mit Kontaktflächen (2b)
auf. Auf der Oberseite des Bodens (3o) sind entsprechende Kontaktflächen (5)
vorgesehen, welche elektrisch mit SMT-Lötflächen (6) an der Unterseite des
Bodens (3u) verbunden sind. Darüber hinaus wird das Gehäuse (4) an einer
Lötstelle mit gegenüberliegenden Kontaktflächen auf der Oberseite des
Bodens (3o) verbunden. Diese sind wieder elektrisch leitend mit den
Kontaktflächen auf der Unterseite (3u) des Bodens gekoppelt, so daß ein
SMT-fähiger Masseanschluß zur Gesamtbaugruppe möglich ist. EMV-Störungen
auf den Biegesensor (1) können somit vermieden und vom Gehäuse (4) über die
Lötverbindung, die Kontaktflächen auf der Oberseite (3o) verbunden mit den Kontaktflächen auf der
Unterseite (3u) auf Masse geführt werden. Der Signal des Biegesensors liegt als
Spannungspotential an den Kontakten des Biegesensors an und wird über die
Leitbahnen (21) an die Kontaktflächen (2b) der Standfüße (2a) geleitet, welche mit
den Kontaktflächen (5) in SMT verbunden sind. Diese wiederum sind leitend mit
den Kontaktflächen (6) gekoppelt, so daß das Biegesensorsignal zur Gesamt
baugruppe gelangt. Die Verbindung der Kontaktflächen an der
Oberseite (3a) der Bodenplatte zun den zugehörigen Kontaktflächen
auf der Unterseite (3u) kann dabei über Flachleiterbahnen realisiert und die
Kontaktflächen als Flachleiteranschlüsse ausgeprägt sein.
Der piezoelektrische Biegesensor-Beschleunigungsaufnehmer kann auch mit
einem Biegesensor (1) ausgeführt sein, der senkrecht zur Bodenplatte (3)
angeordnet ist bzw. mehrere Biegesensoren aufweisen. Die Lage der SMT-
Kontaktflächen kann entsprechend angepaßt werden.
Claims (2)
1. Piezoelektrischer Biegesensor-Beschleunigungsaufnehmer, bestehend aus:
- 1. wenigstens einem piezoelektrischen Biegesensor (1) zur Beschleunigungs messung,
- 2. wenigstens einer Haltevorrichtung (2) mit elektrischen Leitbahnen (21) von Kontakten des piezoelektrischen Biegesensors (1) zu Standfüßen (2a) hin
- 3. einer Bodenplatte (3) zum Tragen des piezoelektrischen Biegesensors (1) über die Haltevorrichtung (2)
- 4. einem Gehäuse (4) zur Abschirmung,
- a) die Bodenplatte (3) auf ihrer Oberseite (30) elektrische Kontaktflächen (5) aufweist,
- b) die Standfüße (2a) der Haltevorrichtung Kontaktflächen (2b) aufweisen,
- c) die Kontaktflächen (2b) der Standfüße (2a) mit den Kontaktflächen (5) auf der Oberseite (3o) der Bodenplatte (3) über eine Lötverbindung in Oberflächenmontagetechnik (Surface Mounted Technology - SMT) elektrisch leitend und mechanisch befestigt verbunden sind,
- d) an der Unterseite (3u) der Bodenplatte (3) ebenfalls SMT-Kontaktflächen (6) vorgesehen sind, welche elektrisch mit den Kontaktflächen auf der Oberseite der Bodenplatte verbunden sind.
2. Piezoelektrischer Biegesensor-Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (4) um den Beschleunigungs
aufnehmer (1) herum ein metallisches SMT-Standardgehäuse mit Leitbahn
öffnungen ist und dieses über eine SMT-Lötverbindung mit
entsprechenden Kontaktflächen an der Oberseite (30) der Bodenplatte
verbunden sind, wobei die Kontaktflächen wiederum elektrisch leitend mit
Kontaktflächen an der Unterseite (3u) der Bodenplatte verbunden sind.
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