JP2002156295A - 力センサ - Google Patents
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- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 5
- 238000010897 surface acoustic wave method Methods 0.000 description 3
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- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
- G01L1/162—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators
- G01L1/165—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators with acoustic surface waves
-
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- G01L1/255—Measuring force or stress, in general using wave or particle radiation, e.g. X-rays, microwaves, neutrons using acoustic waves, or acoustic emission
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- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
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- Toxicology (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 担体に対する力作用が互いに垂直な２方向で
検出可能であるようにする。 【解決手段】 音響表面波用の第１及び第２の走行区間
（１１，１２，１，２，３，４）が設けられており、こ
れらの第１及び第２の走行区間（１１，１２，１，２，
３，４）が互いにほぼ平行に配置されており、更に、前
記走行区間（１１，１２，１，２，３，４）の長さが互
いに異なっているようにした。
検出可能であるようにする。 【解決手段】 音響表面波用の第１及び第２の走行区間
（１１，１２，１，２，３，４）が設けられており、こ
れらの第１及び第２の走行区間（１１，１２，１，２，
３，４）が互いにほぼ平行に配置されており、更に、前
記走行区間（１１，１２，１，２，３，４）の長さが互
いに異なっているようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音響表面波用の少
なくとも１つの走行区間が配置された担体を有する力セ
ンサであって、前記担体に対する力作用が、音響表面波
が走行区間を通走するために必要とする時間を測定する
ことにより検出可能である形式のものに関する。
なくとも１つの走行区間が配置された担体を有する力セ
ンサであって、前記担体に対する力作用が、音響表面波
が走行区間を通走するために必要とする時間を測定する
ことにより検出可能である形式のものに関する。
【０００２】
【従来の技術】担体の変形が音響表面波用の走行区間を
用いて測定される力センサは既に公知である。担体に対
する力作用においては、音響表面波が走行区間を通走す
るために必要とする時間が変化する。
用いて測定される力センサは既に公知である。担体に対
する力作用においては、音響表面波が走行区間を通走す
るために必要とする時間が変化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、公知
の欠点を回避することにある。
の欠点を回避することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明では、音響表面波用の第１及び第２の走行区間
が設けられており、これらの第１及び第２の走行区間が
互いにほぼ平行に配置されており、更に、前記走行区間
の長さが互いに異なっているようにした。
に本発明では、音響表面波用の第１及び第２の走行区間
が設けられており、これらの第１及び第２の走行区間が
互いにほぼ平行に配置されており、更に、前記走行区間
の長さが互いに異なっているようにした。
【０００５】
【発明の効果】請求項１の特徴部に記載の本発明による
力センサは、担体に対する力作用が互いに垂直な２方向
で検出可能であるという利点を有している。これによ
り、センサ素子において種々様々な力成分を測定するこ
とができる。
力センサは、担体に対する力作用が互いに垂直な２方向
で検出可能であるという利点を有している。これによ
り、センサ素子において種々様々な力成分を測定するこ
とができる。
【０００６】本発明の有利な構成は請求項２以下に記載
されている。走行区間は、櫛形のキャパシタ構造体及び
バリアから、特に簡単に実現される。この場合、特に簡
単には圧電材料から成る担体が使用される。電気的な信
号の入出力は、有利にはアンテナにより行われる。特に
簡単には、担体は上面において第１及び第２の走行区間
が実現されたプレートにより実現される。第３の方向で
力成分を測定できるようにするためには、別の走行区間
がプレート状の担体の下面に配置されていてよい。担体
は、埋込みのために弾性材料内に設けられていてもよ
い。
されている。走行区間は、櫛形のキャパシタ構造体及び
バリアから、特に簡単に実現される。この場合、特に簡
単には圧電材料から成る担体が使用される。電気的な信
号の入出力は、有利にはアンテナにより行われる。特に
簡単には、担体は上面において第１及び第２の走行区間
が実現されたプレートにより実現される。第３の方向で
力成分を測定できるようにするためには、別の走行区間
がプレート状の担体の下面に配置されていてよい。担体
は、埋込みのために弾性材料内に設けられていてもよ
い。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面につき詳しく説明する。
面につき詳しく説明する。
【０００８】図１〜３において、音響表面波用の走行区
間が設けられた力センサの基本原理を説明する。図１に
は圧電材料から成る担体１００を上から見た図が示され
ている。この担体にはフィンガ状のキャパシタ構造体１
０１が取り付けられており、このキャパシタ構造体１０
１は例えば薄層金属被覆によって実現されている。この
場合、複数の個別キャパシタフィンガが相互に係合して
いる。個々のフィンガのジオメトリ間隔に基づき、電圧
印加時に担体１００の圧電材料に変形が生じ、この変形
により、担体１００に音響表面波が発生する。この場
合、この音響表面波が問題になっている。なぜならば、
音響表面波は音速で担体１００の材料内に広がり且つ担
体１００の表面の変形によって現れるからである。キャ
パシタ構造体１０１の領域における変形は電圧の印加に
より生ぜしめられる。それというのも、電圧印加時には
圧電材料の変形が生ぜしめられるからである。電圧をキ
ャパシタ構造体１０１に印加するためには、やはり薄層
金属被覆によって構成されたアンテナ装置１０２が設け
られている。電気的な高周波信号の入力により、キャパ
シタ構造体１０１に相応に電圧が印加されるので、担体
１００に音響表面波が生ぜしめられる。
間が設けられた力センサの基本原理を説明する。図１に
は圧電材料から成る担体１００を上から見た図が示され
ている。この担体にはフィンガ状のキャパシタ構造体１
０１が取り付けられており、このキャパシタ構造体１０
１は例えば薄層金属被覆によって実現されている。この
場合、複数の個別キャパシタフィンガが相互に係合して
いる。個々のフィンガのジオメトリ間隔に基づき、電圧
印加時に担体１００の圧電材料に変形が生じ、この変形
により、担体１００に音響表面波が発生する。この場
合、この音響表面波が問題になっている。なぜならば、
音響表面波は音速で担体１００の材料内に広がり且つ担
体１００の表面の変形によって現れるからである。キャ
パシタ構造体１０１の領域における変形は電圧の印加に
より生ぜしめられる。それというのも、電圧印加時には
圧電材料の変形が生ぜしめられるからである。電圧をキ
ャパシタ構造体１０１に印加するためには、やはり薄層
金属被覆によって構成されたアンテナ装置１０２が設け
られている。電気的な高周波信号の入力により、キャパ
シタ構造体１０１に相応に電圧が印加されるので、担体
１００に音響表面波が生ぜしめられる。
【０００９】既に説明したように、この音響表面波は担
体１００上で音速で広がる。キャパシタ構造体から出発
して音響表面波は担体１００の長手方向に沿って進み、
表面の反射バリア１０３にぶつかる。この反射バリア１
０３において音響表面波の一部が反射され、バリア１０
３から再びキャパシタ構造体１０１に戻る。しかし、音
響表面波の別の部分は更に広がって、第２のバリア１０
４で改めて反射される。即ち、前記表面波は適当な時間
のずれを伴ってバリア１０４から出発してキャパシタ構
造体１０１へ戻る。バリア１０３，１０４から戻ってく
る音響表面波は、キャパシタ構造体１０１の下位の圧電
材料に相応の変形を生ぜしめ、これらの変形は、圧電効
果に基づいてキャパシタ構造体１０１内の電圧により生
ぜしめられる。次いでこれらの電圧はアンテナ１０２を
介して高周波信号の形で再び外部に出力される。即ち、
キャパシタ構造体１０１及びバリア１０３，１０４によ
り、音響表面波用の走行区間が実現される。
体１００上で音速で広がる。キャパシタ構造体から出発
して音響表面波は担体１００の長手方向に沿って進み、
表面の反射バリア１０３にぶつかる。この反射バリア１
０３において音響表面波の一部が反射され、バリア１０
３から再びキャパシタ構造体１０１に戻る。しかし、音
響表面波の別の部分は更に広がって、第２のバリア１０
４で改めて反射される。即ち、前記表面波は適当な時間
のずれを伴ってバリア１０４から出発してキャパシタ構
造体１０１へ戻る。バリア１０３，１０４から戻ってく
る音響表面波は、キャパシタ構造体１０１の下位の圧電
材料に相応の変形を生ぜしめ、これらの変形は、圧電効
果に基づいてキャパシタ構造体１０１内の電圧により生
ぜしめられる。次いでこれらの電圧はアンテナ１０２を
介して高周波信号の形で再び外部に出力される。即ち、
キャパシタ構造体１０１及びバリア１０３，１０４によ
り、音響表面波用の走行区間が実現される。
【００１０】図２には、時間ｔに対する高周波信号Ｉ
（ｔ）の強度が描かれている。時点ｔ０において、励起
信号を成す第１の強い高周波信号が入力される。この信
号は外部から入力されて、キャパシタ構造体１０１にお
いて担体１００中に音響表面波を生ぜしめる。時点ｔ１
ではアンテナ１０２から高周波信号が送出され、この高
周波信号はバリア１０３において反射された表面波によ
ってトリガされる。時点ｔ２ではアンテナ１０２から第
２の高周波信号が送出され、この第２の高周波信号はバ
リア１０４において反射された表面波によってトリガさ
れる。
（ｔ）の強度が描かれている。時点ｔ０において、励起
信号を成す第１の強い高周波信号が入力される。この信
号は外部から入力されて、キャパシタ構造体１０１にお
いて担体１００中に音響表面波を生ぜしめる。時点ｔ１
ではアンテナ１０２から高周波信号が送出され、この高
周波信号はバリア１０３において反射された表面波によ
ってトリガされる。時点ｔ２ではアンテナ１０２から第
２の高周波信号が送出され、この第２の高周波信号はバ
リア１０４において反射された表面波によってトリガさ
れる。
【００１１】時点ｔ０に対する時点ｔ１，ｔ２の信号間
隔及び各時点相互の信号間隔に基づき、担体１００に関
する情報が得られる。それというのも、これらの時間差
は担体１００における音響表面波の走行時間に関連して
いるからである。担体１００における音響表面波の走行
時間は、例えば担体１００の温度によって影響される。
更に、前記走行時間は担体１００の機械的変形により影
響される。これらの作用を互いに分離できるようにする
ためには、図１に示した担体１００は剛性の領域１１０
と可撓性の領域１２０とを有している。剛性の領域１１
０は、特にその厚さが可撓性の領域１２０よりも厚く構
成されていてよい。これにより、担体１００に機械的な
力が生じた場合、この担体１００の、キャパシタ構造体
１０１とは反対の側の端部において、主として可撓性の
領域１２０で担体１００が曲げられる。このことは、可
撓性の領域１２０における音響表面波の走行時間に現
れ、従って、時点ｔ２は時点ｔ０に対してずらされる。
バリア１０３は機械的に安定した領域１１０に配置され
ているので、機械的な力がもたらされた場合でも、時点
ｔ１は時点ｔ０に対してほとんどずれない。従って、表
面波の走行時間は、前記領域１１０では温度にだけ関連
している。こうして、時点ｔ０，ｔ１間の時間を測定す
ることにより、担体１００の温度に関する情報が得られ
る。時点ｔ０，ｔ２間の時間差を測定することにより、
担体１００に作用する力に関する情報が得られる。
隔及び各時点相互の信号間隔に基づき、担体１００に関
する情報が得られる。それというのも、これらの時間差
は担体１００における音響表面波の走行時間に関連して
いるからである。担体１００における音響表面波の走行
時間は、例えば担体１００の温度によって影響される。
更に、前記走行時間は担体１００の機械的変形により影
響される。これらの作用を互いに分離できるようにする
ためには、図１に示した担体１００は剛性の領域１１０
と可撓性の領域１２０とを有している。剛性の領域１１
０は、特にその厚さが可撓性の領域１２０よりも厚く構
成されていてよい。これにより、担体１００に機械的な
力が生じた場合、この担体１００の、キャパシタ構造体
１０１とは反対の側の端部において、主として可撓性の
領域１２０で担体１００が曲げられる。このことは、可
撓性の領域１２０における音響表面波の走行時間に現
れ、従って、時点ｔ２は時点ｔ０に対してずらされる。
バリア１０３は機械的に安定した領域１１０に配置され
ているので、機械的な力がもたらされた場合でも、時点
ｔ１は時点ｔ０に対してほとんどずれない。従って、表
面波の走行時間は、前記領域１１０では温度にだけ関連
している。こうして、時点ｔ０，ｔ１間の時間を測定す
ることにより、担体１００の温度に関する情報が得られ
る。時点ｔ０，ｔ２間の時間差を測定することにより、
担体１００に作用する力に関する情報が得られる。
【００１２】従って、図１に示した装置は、担体１００
に作用する力を検出することのできる力センサとして適
している。バリア１０４によって反射される信号は時間
的なずれに関して、もたらされる力によっても担体の温
度によっても影響を及ぼされる。但し、前記信号に対す
る温度の影響は、バリア１０３によって反射された信号
を考慮することによって算出され得る。
に作用する力を検出することのできる力センサとして適
している。バリア１０４によって反射される信号は時間
的なずれに関して、もたらされる力によっても担体の温
度によっても影響を及ぼされる。但し、前記信号に対す
る温度の影響は、バリア１０３によって反射された信号
を考慮することによって算出され得る。
【００１３】従って、フィンガ状のキャパシタ構造体１
０１及びバリア１０３，１０４により、圧電担体１００
における音響表面波用の走行区間が実現される。圧電担
体１００上でこのような走行区間を実現する別の手段も
可能である。例えば２つのキャパシタ構造体が担体に取
り付けられていてよく、一方のキャパシタ構造体は音響
表面波の励起用に設計されており、他方のキャパシタ構
造体は音響表面波の受信のために設計されている。この
場合、前記信号の走行時間も、担体における機械的応力
によって影響される。担体１００の温度の別の温度測定
手段が存在する限りは、例えば図１に示したバリア１０
３を省くことができる。それというのも、このバリアは
主として温度情報をもたらすからである。
０１及びバリア１０３，１０４により、圧電担体１００
における音響表面波用の走行区間が実現される。圧電担
体１００上でこのような走行区間を実現する別の手段も
可能である。例えば２つのキャパシタ構造体が担体に取
り付けられていてよく、一方のキャパシタ構造体は音響
表面波の励起用に設計されており、他方のキャパシタ構
造体は音響表面波の受信のために設計されている。この
場合、前記信号の走行時間も、担体における機械的応力
によって影響される。担体１００の温度の別の温度測定
手段が存在する限りは、例えば図１に示したバリア１０
３を省くことができる。それというのも、このバリアは
主として温度情報をもたらすからである。
【００１４】しかし、図１に示したような素子は、担体
上に垂直方向で位置する唯一の力成分しか測定できな
い。次の図面において、互いに垂直方向の複数の力成分
を検出することのできる本発明による力センサを説明す
る。
上に垂直方向で位置する唯一の力成分しか測定できな
い。次の図面において、互いに垂直方向の複数の力成分
を検出することのできる本発明による力センサを説明す
る。
【００１５】図３には圧電担体１００が示されており、
この担体１００には第１のフィンガ状のキャパシタ構造
体１１及び第２のフィンガ状のキャパシタ構造体１２が
配置されている。第１のフィンガ状のキャパシタ構造体
１１はやはり担体１００に取り付けられたバリア１，３
と一緒に音響表面波用の第１の走行区間を形成してい
る。更に、第２のフィンガ状のキャパシタ構造体１２が
担体１００に取り付けられており、この第２のキャパシ
タ構造体１２は担体１００上のバリア２，４と一緒に音
響表面波用の第２の走行区間を形成している。担体１０
０は第１の剛性の領域１１０を有しており、この場合、
この領域には第１のキャパシタ構造体１１、第２のキャ
パシタ構造体１２及びバリア１，２が配置されている。
更に、担体１００は可撓性の領域１２０を有しており、
この領域にはバリア３，４が配置されている。薄くされ
た前記領域１２０の下面には、更に力導入エレメント１
３０が取り付けられている。担体１００及び力導入エレ
メント１３０は、例えば自動車タイヤのゴム等の弾性材
料に埋め込まれている。担体１００が埋め込まれたこの
弾性材料は、図３では図示していない。しかし判りやす
くするために、この弾性材料の外側輪郭１４０を示す。
この場合は特に自動車タイヤが想定される。つまり、前
記外側輪郭１４０は、例えば自動車タイヤの成形部材か
ら成っている。第１のキャパシタ構造体１１及び第２の
キャパシタ構造体１２は、接続ウェブ１５０を介して電
気的に互いに接続されている。更に、前記構造体は電気
的にアンテナ素子１０２に接続されており、これらのア
ンテナ素子１０２によってやはり高周波信号が外部から
入力されるか、若しくは電圧に関連してキャパシタ構造
体１１，１２に相応の信号が送出されてよい。
この担体１００には第１のフィンガ状のキャパシタ構造
体１１及び第２のフィンガ状のキャパシタ構造体１２が
配置されている。第１のフィンガ状のキャパシタ構造体
１１はやはり担体１００に取り付けられたバリア１，３
と一緒に音響表面波用の第１の走行区間を形成してい
る。更に、第２のフィンガ状のキャパシタ構造体１２が
担体１００に取り付けられており、この第２のキャパシ
タ構造体１２は担体１００上のバリア２，４と一緒に音
響表面波用の第２の走行区間を形成している。担体１０
０は第１の剛性の領域１１０を有しており、この場合、
この領域には第１のキャパシタ構造体１１、第２のキャ
パシタ構造体１２及びバリア１，２が配置されている。
更に、担体１００は可撓性の領域１２０を有しており、
この領域にはバリア３，４が配置されている。薄くされ
た前記領域１２０の下面には、更に力導入エレメント１
３０が取り付けられている。担体１００及び力導入エレ
メント１３０は、例えば自動車タイヤのゴム等の弾性材
料に埋め込まれている。担体１００が埋め込まれたこの
弾性材料は、図３では図示していない。しかし判りやす
くするために、この弾性材料の外側輪郭１４０を示す。
この場合は特に自動車タイヤが想定される。つまり、前
記外側輪郭１４０は、例えば自動車タイヤの成形部材か
ら成っている。第１のキャパシタ構造体１１及び第２の
キャパシタ構造体１２は、接続ウェブ１５０を介して電
気的に互いに接続されている。更に、前記構造体は電気
的にアンテナ素子１０２に接続されており、これらのア
ンテナ素子１０２によってやはり高周波信号が外部から
入力されるか、若しくは電圧に関連してキャパシタ構造
体１１，１２に相応の信号が送出されてよい。
【００１６】図３では、埋め込む弾性材料に力が全く作
用していないときの担体１００が示されている。この状
態で高周波信号の入力時に発生する電気的な信号は、図
６に示されている。
用していないときの担体１００が示されている。この状
態で高周波信号の入力時に発生する電気的な信号は、図
６に示されている。
【００１７】図６にはやはり、時間ｔに対する高周波信
号Ｉ（ｔ）の強度が描かれている。時点ｔ０ではやは
り、外部高周波パルスの入力による励起が行われる。こ
れにより、第１のキャパシタ構造体１１も第２のキャパ
シタ構造体１２も、音響表面波が送出されるように励起
される。時点ｔ１では、バリア１で反射された表面波が
第１のキャパシタ構造体１１に到達して、相応の高周波
信号がアンテナ１０２を介して送出される。時点ｔ２で
は、バリア２で反射された表面波が第２のキャパシタ構
造体１２に到達して、やはり相応の信号が送出される。
これらの２つのパルスが互いに簡単に分離され得るに
は、バリア１，２が各キャパシタ構造体に対する走行距
離に関してずらされて取り付けられている。同様に、バ
リア構造体３，４も相互にずらされて配置されているの
で、時点ｔ３ではバリア３により反射された表面波が第
１のキャパシタ構造体１１に到達し、時点ｔ４ではバリ
ア４により反射された表面波が第２のキャパシタ構造体
１２に到達する。
号Ｉ（ｔ）の強度が描かれている。時点ｔ０ではやは
り、外部高周波パルスの入力による励起が行われる。こ
れにより、第１のキャパシタ構造体１１も第２のキャパ
シタ構造体１２も、音響表面波が送出されるように励起
される。時点ｔ１では、バリア１で反射された表面波が
第１のキャパシタ構造体１１に到達して、相応の高周波
信号がアンテナ１０２を介して送出される。時点ｔ２で
は、バリア２で反射された表面波が第２のキャパシタ構
造体１２に到達して、やはり相応の信号が送出される。
これらの２つのパルスが互いに簡単に分離され得るに
は、バリア１，２が各キャパシタ構造体に対する走行距
離に関してずらされて取り付けられている。同様に、バ
リア構造体３，４も相互にずらされて配置されているの
で、時点ｔ３ではバリア３により反射された表面波が第
１のキャパシタ構造体１１に到達し、時点ｔ４ではバリ
ア４により反射された表面波が第２のキャパシタ構造体
１２に到達する。
【００１８】図４には、Ｙ方向（座標系は図３に示され
ている）の力が作用したときの力センサが示されてい
る。符号により、図３に示したのと同じ構成部材を示
す。Ｙ方向の力により、担体１００が埋め込まれた弾性
媒体の変形が行われる。このことは、弾性質量の表面１
００の相応の変位によって示されている。力入力エレメ
ント１３０により、担体１００は適当に回動される。こ
の回動は、主として担体１００の可撓性に形成された部
分１２０に作用する。それというのも、この部分の厚さ
は減少されており、これにより比較的可撓性だからであ
る。但し、担体１００の厚くされた剛性の領域１１０は
僅かにしか変形されない。
ている）の力が作用したときの力センサが示されてい
る。符号により、図３に示したのと同じ構成部材を示
す。Ｙ方向の力により、担体１００が埋め込まれた弾性
媒体の変形が行われる。このことは、弾性質量の表面１
００の相応の変位によって示されている。力入力エレメ
ント１３０により、担体１００は適当に回動される。こ
の回動は、主として担体１００の可撓性に形成された部
分１２０に作用する。それというのも、この部分の厚さ
は減少されており、これにより比較的可撓性だからであ
る。但し、担体１００の厚くされた剛性の領域１１０は
僅かにしか変形されない。
【００１９】図７では、Ｙ方向での力作用によって生じ
る、時間ｔに対する信号強度Ｉ（ｔ）の変化が描かれて
いる。時点ｔ０，ｔ１，ｔ２における信号は、既に図６
で示した信号に等しい。このことは、担体１００の領域
１１０では変形が行われず、これにより、そこで発生し
た信号も変化されないということに基づいている。しか
し、図７ではっきりと認識できるように、担体１００の
領域１２０の回動は時点ｔ３，ｔ４の明らかな変位を生
ぜしめる。つまり、反射された信号がバリア３，４から
届く時点がずらされる。図７には、図６の時点ｔ３，ｔ
４における信号が細い線でもう一度示されている一方
で、ずらされた信号は太い線で示されている。図７で認
識されるように、時点ｔ３は図６に比べてより早い時間
へずらされているのに対して、時点ｔ４はより遅い時点
へずらされている。このことは、図７に示した矢印によ
っても再度示される。従って、Ｙ方向の力は、キャパシ
タ構造体１１及びバリア３によって形成される第１の走
行区間内の走行時間を短縮し、キャパシタ構造体１２及
びバリア４によって形成される第２の走行区間内の走行
時間を延長する。
る、時間ｔに対する信号強度Ｉ（ｔ）の変化が描かれて
いる。時点ｔ０，ｔ１，ｔ２における信号は、既に図６
で示した信号に等しい。このことは、担体１００の領域
１１０では変形が行われず、これにより、そこで発生し
た信号も変化されないということに基づいている。しか
し、図７ではっきりと認識できるように、担体１００の
領域１２０の回動は時点ｔ３，ｔ４の明らかな変位を生
ぜしめる。つまり、反射された信号がバリア３，４から
届く時点がずらされる。図７には、図６の時点ｔ３，ｔ
４における信号が細い線でもう一度示されている一方
で、ずらされた信号は太い線で示されている。図７で認
識されるように、時点ｔ３は図６に比べてより早い時間
へずらされているのに対して、時点ｔ４はより遅い時点
へずらされている。このことは、図７に示した矢印によ
っても再度示される。従って、Ｙ方向の力は、キャパシ
タ構造体１１及びバリア３によって形成される第１の走
行区間内の走行時間を短縮し、キャパシタ構造体１２及
びバリア４によって形成される第２の走行区間内の走行
時間を延長する。
【００２０】図５には、Ｘ方向の力作用が示されてい
る。図３及び図４と同じ構成部材にはやはり同一符号が
付されている。図５で見られるように、Ｘ方向の力によ
り、主として担体１００の変形可能な領域１２０が変形
される。Ｘ方向の力により、可撓性の領域１２０が主と
して下方に向かって負のＺ方向へ曲げられるので、両走
行区間内の信号走行時間に対する影響はほぼ同じであ
る。このことは、図６及び図７に対応してＸ方向の力の
導入時の信号を示した図８において認識される。時点ｔ
０，ｔ１，ｔ２における信号はやはり、図６及び図７に
示した信号に等しい。時点ｔ３，ｔ４における信号は太
い線で示されており、図６に示した時点ｔ３，ｔ４にお
ける本来の信号は細い線で示されている。矢印も示して
いるように、両時点ｔ３，ｔ４は、図６の負荷されてい
ない時点ｔ３，ｔ４に対して相対的に、より遅い時点へ
ずらされている。
る。図３及び図４と同じ構成部材にはやはり同一符号が
付されている。図５で見られるように、Ｘ方向の力によ
り、主として担体１００の変形可能な領域１２０が変形
される。Ｘ方向の力により、可撓性の領域１２０が主と
して下方に向かって負のＺ方向へ曲げられるので、両走
行区間内の信号走行時間に対する影響はほぼ同じであ
る。このことは、図６及び図７に対応してＸ方向の力の
導入時の信号を示した図８において認識される。時点ｔ
０，ｔ１，ｔ２における信号はやはり、図６及び図７に
示した信号に等しい。時点ｔ３，ｔ４における信号は太
い線で示されており、図６に示した時点ｔ３，ｔ４にお
ける本来の信号は細い線で示されている。矢印も示して
いるように、両時点ｔ３，ｔ４は、図６の負荷されてい
ない時点ｔ３，ｔ４に対して相対的に、より遅い時点へ
ずらされている。
【００２１】即ち、担体１００上に配置された両走行区
間により、Ｘ方向及びＹ方向の力作用は明らかに相互に
分離され得る。これにより、互いに平行に担体１００上
に配置された両走行区間に基づいて、２つの力成分を同
時に検出することができる。
間により、Ｘ方向及びＹ方向の力作用は明らかに相互に
分離され得る。これにより、互いに平行に担体１００上
に配置された両走行区間に基づいて、２つの力成分を同
時に検出することができる。
【００２２】図９には、本発明の別の実施例が示されて
いる。図９には担体１００を下から見た図が示されてい
る。この担体１００を上から見た図は図３〜図５と同じ
であり、つまり、この担体の上面には図３〜図５に示し
たように既に第１及び第２の走行区間が配置されてい
る。担体の下面には２つの別の走行区間が配置されてお
り、これらの走行区間は図９で、領域１１０，１２０の
部分域を下から見た図で示される。領域１２０の下面に
は第３の櫛形のキャパシタ構造体１３及び第４の櫛形の
キャパシタ構造体１４が設けられており、これらのキャ
パシタ構造体１３，１４はそれぞれ対応配置されたバリ
ア５，６と一緒に２つの別の走行区間を形成している。
櫛形の両キャパシタ構造体１３，１４もやはり、高周波
信号の受信若しくは送信のためのアンテナ１０２と接続
されている。
いる。図９には担体１００を下から見た図が示されてい
る。この担体１００を上から見た図は図３〜図５と同じ
であり、つまり、この担体の上面には図３〜図５に示し
たように既に第１及び第２の走行区間が配置されてい
る。担体の下面には２つの別の走行区間が配置されてお
り、これらの走行区間は図９で、領域１１０，１２０の
部分域を下から見た図で示される。領域１２０の下面に
は第３の櫛形のキャパシタ構造体１３及び第４の櫛形の
キャパシタ構造体１４が設けられており、これらのキャ
パシタ構造体１３，１４はそれぞれ対応配置されたバリ
ア５，６と一緒に２つの別の走行区間を形成している。
櫛形の両キャパシタ構造体１３，１４もやはり、高周波
信号の受信若しくは送信のためのアンテナ１０２と接続
されている。
【００２３】下面に取り付けられた走行区間の信号によ
り、更に付加的にＺ方向の力が検出され得る。Ｘ方向の
力作用におけるのと同様に、Ｚ方向の力は担体１００の
曲げ可能な領域１２０の曲げを生ぜしめる。Ｘ方向の力
が作用した場合、前記領域１２０が曲げられるだけでな
く、更に、やはり担体１００における表面波の走行時間
に影響を及ぼすＸ方向の力成分が直接に担体１００に作
用する。しかし、Ｚ軸方向の力の場合は、領域１２０が
曲げられるに過ぎない。従って、Ｚ方向の力作用は、担
体１００の上面及び下面においてほとんど等しいが、正
負は異なる。Ｘ方向の力が作用した場合も、担体１００
に直接に入力されるＸ方向の力に基づき、上面及び下面
における表面波の走行時間に対する作用の正負は異なる
が、値は等しくない。従って、Ｘ方向の力作用とＺ方向
の力作用とは異なっていてよい。
り、更に付加的にＺ方向の力が検出され得る。Ｘ方向の
力作用におけるのと同様に、Ｚ方向の力は担体１００の
曲げ可能な領域１２０の曲げを生ぜしめる。Ｘ方向の力
が作用した場合、前記領域１２０が曲げられるだけでな
く、更に、やはり担体１００における表面波の走行時間
に影響を及ぼすＸ方向の力成分が直接に担体１００に作
用する。しかし、Ｚ軸方向の力の場合は、領域１２０が
曲げられるに過ぎない。従って、Ｚ方向の力作用は、担
体１００の上面及び下面においてほとんど等しいが、正
負は異なる。Ｘ方向の力が作用した場合も、担体１００
に直接に入力されるＸ方向の力に基づき、上面及び下面
における表面波の走行時間に対する作用の正負は異なる
が、値は等しくない。従って、Ｘ方向の力作用とＺ方向
の力作用とは異なっていてよい。
【図１】従来技術に基づいた力センサを示した図であ
る。
る。
【図２】図１のセンサの信号を示した図である。
【図３】様々な方向からの力で負荷された本発明の第１
実施例を示した図である。
実施例を示した図である。
【図４】様々な方向からの力で負荷された本発明の第１
実施例を示した図である。
実施例を示した図である。
【図５】様々な方向からの力で負荷された本発明の第１
実施例を示した図である。
実施例を示した図である。
【図６】図３のセンサの信号を示した図である。
【図７】図４のセンサの信号を示した図である。
【図８】図５のセンサの信号を示した図である。
【図９】本発明の別の実施例を示した図である。
１００ 担体、 １１，１２，１３，１４，１０１ キ
ャパシタ構造体、 １０２ アンテナ装置、 １，２，
３，４，１０３，１０４ 反射バリア、 １１０ 剛性
の領域、 １２０ 可撓性の領域、 １３０ 力導入エ
レメント、 １４０ 外側輪郭、 １５０ 接続ウェブ
ャパシタ構造体、 １０２ アンテナ装置、 １，２，
３，４，１０３，１０４ 反射バリア、 １１０ 剛性
の領域、 １２０ 可撓性の領域、 １３０ 力導入エ
レメント、 １４０ 外側輪郭、 １５０ 接続ウェブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ディートマー アルント ドイツ連邦共和国 クラインザクセンハイ ム ベージッヒハイマー シュトラーセ 103
Claims (7)
- 【請求項１】 音響表面波用の少なくとも１つの走行区
間が配置された担体（１００）を有する力センサであっ
て、前記担体（１００）に対する力作用が、音響表面波
が走行区間を通走するために必要とする時間を測定する
ことにより検出可能である形式のものにおいて、 音響表面波用の第１及び第２の走行区間（１１，１２，
１，２，３，４）が設けられており、これらの第１及び
第２の走行区間（１１，１２，１，２，３，４）が互い
にほぼ平行に配置されており、更に、前記走行区間（１
１，１２，１，２，３，４）の長さが互いに異なってい
ることを特徴とする力センサ。 - 【請求項２】 第１及び第２の走行区間（１１，１２，
１，２，３，４）が、櫛形のキャパシタ構造体（１１，
１２）を圧電材料に配置し且つ反射バリア（１，２，
３，４）を担体（１００）に配置することにより実現さ
れている、請求項１記載の力センサ。 - 【請求項３】 担体（１００）が圧電材料から成ってお
り、キャパシタ構造体（１１，１２）が前記担体の表面
に直接に取り付けられている、請求項２記載の力セン
サ。 - 【請求項４】 キャパシタ構造体（１１，１２）がアン
テナ素子（１０２）と接続されている、請求項２又は３
記載の力センサ。 - 【請求項５】 担体（１００）がプレート状の担体（１
００）として形成されており、第１及び第２の走行区間
がプレート状の担体（１００）の上面に配置されてい
る、請求項１から４までのいずれか１項記載の力セン
サ。 - 【請求項６】 少なくとも１つの別の走行区間（１３，
１４，５，６）がプレート状の担体（１００）の下面に
配置されている、請求項５記載の力センサ。 - 【請求項７】 担体が変形可能な媒体、特に自動車タイ
ヤの材料に埋め込まれている、請求項１から６までのい
ずれか１項記載の力センサ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10049461A DE10049461A1 (de) | 2000-10-06 | 2000-10-06 | Kraftsensor |
| DE10049461.7 | 2000-10-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002156295A true JP2002156295A (ja) | 2002-05-31 |
| JP4106207B2 JP4106207B2 (ja) | 2008-06-25 |
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ID=7658856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001307176A Expired - Fee Related JP4106207B2 (ja) | 2000-10-06 | 2001-10-03 | 力センサ |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP4106207B2 (ja) |
| DE (1) | DE10049461A1 (ja) |
| FR (1) | FR2815117B1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005092355A (ja) * | 2003-09-12 | 2005-04-07 | Sony Corp | 無線応答測定システム及び無線応答測定方法 |
| JP2006170686A (ja) * | 2004-12-14 | 2006-06-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | タイヤ状態検出装置、タイヤ状態検出方法、タイヤ及びアンテナ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10122614A1 (de) * | 2001-05-10 | 2002-11-21 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und System zum Regeln der Bremskraft bei einem Fahrzeug |
| US7340960B2 (en) | 2004-01-30 | 2008-03-11 | Analatom Inc. | Miniature sensor |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS61234324A (ja) * | 1985-04-11 | 1986-10-18 | Anritsu Corp | 応力センサ |
| JPS62294926A (ja) * | 1986-06-16 | 1987-12-22 | Hitachi Ltd | 超音波表面波による応力測定法 |
| JPH08166302A (ja) * | 1994-12-12 | 1996-06-25 | Tokimec Inc | 外力センサ |
| JP2000203217A (ja) * | 1999-01-04 | 2000-07-25 | Continental Ag | センサを内蔵する車両空気タイヤとスリップコントロ―ル装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4216401A (en) * | 1978-12-22 | 1980-08-05 | United Technologies Corporation | Surface acoustic wave (SAW) pressure sensor structure |
| FR2561383B1 (fr) * | 1984-03-16 | 1986-09-19 | Thomson Csf | Capteur de forces vectoriel a ondes elastiques de surface |
| JPS6180024A (ja) * | 1984-09-27 | 1986-04-23 | Shimadzu Corp | 表面弾性波圧力センサ |
-
2000
- 2000-10-06 DE DE10049461A patent/DE10049461A1/de not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-10-03 JP JP2001307176A patent/JP4106207B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2001-10-05 FR FR0112849A patent/FR2815117B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 2001-10-05 US US09/971,747 patent/US6619135B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JP4525031B2 (ja) * | 2003-09-12 | 2010-08-18 | ソニー株式会社 | 無線応答測定システム及び無線応答測定方法 |
| JP2006170686A (ja) * | 2004-12-14 | 2006-06-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | タイヤ状態検出装置、タイヤ状態検出方法、タイヤ及びアンテナ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE10049461A1 (de) | 2002-04-11 |
| US6619135B2 (en) | 2003-09-16 |
| US20020104382A1 (en) | 2002-08-08 |
| FR2815117A1 (fr) | 2002-04-12 |
| FR2815117B1 (fr) | 2007-05-11 |
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