DE19745311C1 - Piezoelektrischer Biegesensor-Beschleunigungsaufnehmer - Google Patents

Piezoelektrischer Biegesensor-Beschleunigungsaufnehmer

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Peter Dipl Ing Hora
Anton Woermann
Hans Spies
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
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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,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • 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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