JP5609613B2 - Shock and acoustic sensor - Google Patents

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本発明は、衝撃と音圧とを検出することが可能な衝撃及び音響センサに関し、より詳細には、複数の圧電板を用いた衝撃及び音響センサに関する。   The present invention relates to an impact and acoustic sensor capable of detecting impact and sound pressure, and more particularly to an impact and acoustic sensor using a plurality of piezoelectric plates.

従来、圧電素子を用いた音響センサや加速度センサなどが種々提案されている。下記の特許文献1には、機械的振動消去圧電セラミック・マイクロフォンが開示されている。   Conventionally, various acoustic sensors and acceleration sensors using piezoelectric elements have been proposed. The following Patent Document 1 discloses a mechanical vibration canceling piezoelectric ceramic microphone.

図16に示すように、このマイクロフォン1001では、ハウジング1002内に、圧電素子1003,1004が対向配置されている。圧電素子1003,1004は、ハウジング1002内を仕切っているダイアフラム1005,1006にそれぞれ貼り付けられている。それによって、ハウジング1002内が、空間A1〜A3に区画されている。空間A3は、ダイアフラム1005,1006が対向している部分である。空間A3に臨むように、ハウジング1002には貫通孔1002aが形成されている。また、空間A1,A2にそれぞれ連なるように、それぞれ貫通孔1002b,1002cが形成されている。   As shown in FIG. 16, in the microphone 1001, piezoelectric elements 1003 and 1004 are disposed to face each other in a housing 1002. The piezoelectric elements 1003 and 1004 are respectively attached to diaphragms 1005 and 1006 partitioning the housing 1002. Thereby, the inside of the housing 1002 is partitioned into spaces A1 to A3. The space A3 is a portion where the diaphragms 1005 and 1006 are opposed to each other. A through hole 1002a is formed in the housing 1002 so as to face the space A3. Further, through holes 1002b and 1002c are formed so as to be continuous with the spaces A1 and A2, respectively.

圧電素子1003,1004は、直列に接続されている。すなわち、配線1007が、圧電素子1003の一端に接続されており、圧電素子1003の他方電極が、配線1008に接続されている。また、圧電素子1004の一方電極が、配線1008に接されており、他方電極が配線1009に接されている。   The piezoelectric elements 1003 and 1004 are connected in series. That is, the wiring 1007 is connected to one end of the piezoelectric element 1003, and the other electrode of the piezoelectric element 1003 is connected to the wiring 1008. One electrode of the piezoelectric element 1004 is in contact with the wiring 1008 and the other electrode is in contact with the wiring 1009.

マイクロフォン1001では、貫通孔1002aから音波が空間A3内に至ると、圧電素子1003,1004が、逆相で変位する。すなわち、ダイアフラム1005,1006が、空間A1,A2側にそれぞれ突出するように屈曲し、それに伴って、圧電素子1003,1004も、空間A1,A2側に突出するように屈曲する。この場合、圧電素子1003,1004が直列に接続されているため、圧電素子1003からの信号と、圧電素子1004からの信号とに基づき、出力装置1010において入力された音圧に対する出力を取り出すことができる。すなわち、マイクロフォンとして機能する。   In the microphone 1001, when a sound wave reaches the space A3 from the through hole 1002a, the piezoelectric elements 1003 and 1004 are displaced in opposite phases. That is, the diaphragms 1005 and 1006 are bent so as to protrude toward the spaces A1 and A2, respectively, and accordingly, the piezoelectric elements 1003 and 1004 are also bent so as to protrude toward the spaces A1 and A2. In this case, since the piezoelectric elements 1003 and 1004 are connected in series, based on the signal from the piezoelectric element 1003 and the signal from the piezoelectric element 1004, an output corresponding to the sound pressure input in the output device 1010 can be taken out. it can. That is, it functions as a microphone.

他方、図17に示すように、矢印Fで示す方向に衝撃が加わった場合、圧電素子1003,1004は同相で変位する。しかしながら、矢印F方向において、圧電素子1003の分極方向と圧電素子1004の分極方向とが反対方向となっている。そのため、圧電素子1003で取り出される信号の極性と、圧電素子1004から取り出される信号の極性が逆となる。従って、出力装置1010から信号は出力されない。   On the other hand, as shown in FIG. 17, when an impact is applied in the direction indicated by the arrow F, the piezoelectric elements 1003 and 1004 are displaced in phase. However, in the arrow F direction, the polarization direction of the piezoelectric element 1003 and the polarization direction of the piezoelectric element 1004 are opposite to each other. Therefore, the polarity of the signal extracted from the piezoelectric element 1003 and the polarity of the signal extracted from the piezoelectric element 1004 are reversed. Accordingly, no signal is output from the output device 1010.

そのため、マイクロフォン1001では、衝撃等が加わった際の音が出力されず、貫通孔1002aからハウジング1002内に到達した音圧に基づく電気信号のみが取り出される。   Therefore, the microphone 1001 does not output sound when an impact or the like is applied, and only the electric signal based on the sound pressure reaching the housing 1002 from the through hole 1002a is taken out.

特表平6−508498号公報JP-T 6-508498

特許文献1に記載のマイクロフォン1001では、上記のように衝撃力による電気信号を消去することができる。しかしながら、このようなマイクロフォン1001では、音圧による信号を検出することはできるものの、上記衝撃力自体を検出することはできなかった。すなわち、マイクロフォン1001を、音響センサとして用い、さらに衝撃を検出したい場合には、衝撃センサを別途用意しなければならなかった。   In the microphone 1001 described in Patent Document 1, an electric signal due to an impact force can be erased as described above. However, such a microphone 1001 can detect a signal due to sound pressure, but cannot detect the impact force itself. That is, when the microphone 1001 is used as an acoustic sensor and it is desired to detect an impact, an impact sensor has to be prepared separately.

本発明の目的は、複数の圧電素子を用いて構成されており、音響だけでなく、衝撃をも検出することを可能とする衝撃及び音響センサを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an impact and acoustic sensor that is configured using a plurality of piezoelectric elements and that can detect not only sound but also impact.

本発明に係る衝撃及び音響センサは、パッケージと、パッケージ内に収納されている第1及び第2の圧電素子を備える。パッケージ内においては、板状の第1及び第2の圧電素子の各一方側の空間が音響的に閉じられた空間とされている。   The impact and acoustic sensor according to the present invention includes a package and first and second piezoelectric elements housed in the package. In the package, the space on one side of each of the plate-like first and second piezoelectric elements is an acoustically closed space.

第1及び第2の圧電素子は、音響入力に対して、逆位相で変形するように、かつ振動入力に対して同位相で変形するように、パッケージ内に配置されている。また、本発明では、第1の圧電素子の出力と、第2の圧電素子の出力とを個別に取り出す配線構造が設けられている。   The first and second piezoelectric elements are arranged in the package so as to be deformed in the opposite phase with respect to the acoustic input and to be deformed in the same phase with respect to the vibration input. In the present invention, there is provided a wiring structure for individually taking out the output of the first piezoelectric element and the output of the second piezoelectric element.

本発明では、前記第1及び第2の圧電素子に接続されている信号処理回路さらに備えられている。信号処理回路は、第1の圧電素子の出力信号をx、第2の圧電素子の出力信号をyとしたとき、前記信号処理回路が、音響出力としてax+by(但し、a及びbは複素数)を出力し、信号出力としてax−byを出力するように構成されている。この場合には、信号処理回路から、ax+byの音響出力と、ax−byの衝撃検出出力を取り出すことができる。 In this onset bright, the first and second signal processing circuit connected to the piezoelectric element is further provided. In the signal processing circuit, when the output signal of the first piezoelectric element is x and the output signal of the second piezoelectric element is y, the signal processing circuit outputs ax + by (where a and b are complex numbers) as the acoustic output. And ax-by is output as a signal output. In this case, an ax + by acoustic output and an ax−by impact detection output can be extracted from the signal processing circuit.

上記第1,第2の圧電素子は、バイモルフ型圧電素子であってもよく、ユニモルフ型圧電素子であってもよい。   The first and second piezoelectric elements may be bimorph piezoelectric elements or unimorph piezoelectric elements.

本発明に係る衝撃及び音響センサのさらに特定の局面では、前記パッケージ内において、前記第1の圧電素子と、前記第2の圧電素子とが対向するように配置されている。この場合には、第1,第2の圧電素子の対向方向と直交する方向の寸法を小さくすることができる。   In a further specific aspect of the impact and acoustic sensor according to the present invention, the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are arranged to face each other in the package. In this case, the dimension in the direction perpendicular to the opposing direction of the first and second piezoelectric elements can be reduced.

また、本発明に係る衝撃及び音響センサのさらに別の特定の局面では、前記パッケージ内において、第1の圧電素子と第2の圧電素子とに挟まれた空間が音響的に閉じられており、該第1の圧電素子と第2の圧電素子とに挟まれた空間とは逆の側に音が導かれる。この場合には、音響入力に対し、後気室が共通となるため、音響検出感度の低下度合いが第1及び第2の圧電素子間で等しくなる。そのため、振動検出する際に、音による信号の除去性能が高められ、S/Nを高めることができる。さらに、振動入力に対し、第1,第2の圧電素子間に挟まれた空間の体積は変化しない。そのため、空気による加速度感度の低下も生じ難い。従って、音響検出に際しては、振動による信号の除去性能が高められるので、音響検出に際してのS/Nを高めることができる。   Further, in still another specific aspect of the shock and acoustic sensor according to the present invention, a space between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element is acoustically closed in the package, Sound is guided to the opposite side of the space between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element. In this case, since the rear air chamber is common to the acoustic input, the degree of decrease in acoustic detection sensitivity is equal between the first and second piezoelectric elements. Therefore, when vibration is detected, the signal removal performance by sound can be improved, and the S / N can be increased. Furthermore, the volume of the space sandwiched between the first and second piezoelectric elements does not change with respect to the vibration input. Therefore, it is difficult for the acceleration sensitivity to decrease due to air. Accordingly, since the signal removal performance due to vibration is enhanced during sound detection, the S / N during sound detection can be increased.

本発明に係る衝撃及び音響センサのさらに他の特定の局面では、前記パッケージ内において、前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とに挟まれた空間に音が導かれ、前記第1及び第2の圧電素子の前記空間とは逆側が、音響的に閉じられた空間とされている。この場合には、第1,第2の圧電素子に挟まれた空間に導かれ、音による音圧が第1,第2の圧電素子に均等に加わる。従って、衝撃センサの機能として、広い周波数帯域で音に起因するノイズ信号を除去できる。   In still another specific aspect of the impact and acoustic sensor according to the present invention, sound is guided to a space sandwiched between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element in the package, and the first The opposite side of the second piezoelectric element from the space is an acoustically closed space. In this case, the sound pressure caused by sound is evenly applied to the first and second piezoelectric elements by being guided to the space between the first and second piezoelectric elements. Therefore, as a function of the impact sensor, a noise signal caused by sound can be removed in a wide frequency band.

本発明に係る衝撃及び音響センサのさらに別の特定の局面では、前記第1の板状圧電素子と、前記第2の板状圧電素子とが対向し合わないように前記パッケージ内において並設されており、前記第1及び第2の圧電素子のそれぞれにおいて、音響信号を受ける受圧面と反対側の面に音響的に閉じられた空間である後気室が設けられており、第1の圧電素子の受圧面及び後気室と、第2の圧電素子の受圧面及び後気室とが第1,第2の圧電素子に対して逆側とされている。この場合には、第1,第2の圧電素子の厚み方向に沿う衝撃及び音響センサの寸法を小さくすることができる。すなわち、低背型の衝撃及び音響センサを提供することができる。   In still another specific aspect of the impact and acoustic sensor according to the present invention, the first plate-like piezoelectric element and the second plate-like piezoelectric element are arranged in parallel in the package so as not to face each other. In each of the first and second piezoelectric elements, a rear air chamber, which is an acoustically closed space, is provided on a surface opposite to the pressure-receiving surface that receives an acoustic signal. The pressure receiving surface and the rear air chamber of the element and the pressure receiving surface and the rear air chamber of the second piezoelectric element are opposite to the first and second piezoelectric elements. In this case, the impact along the thickness direction of the first and second piezoelectric elements and the size of the acoustic sensor can be reduced. That is, a low-profile shock and acoustic sensor can be provided.

本発明に係る衝撃及び音響センサのさらに他の特定の局面では、前記第1,第2の圧電素子の面密度σが、0.01〜1kg/mの範囲内にある。この場合には、小型であり、高感度の衝撃及び音響センサを提供することができる。 In still another specific aspect of the impact and acoustic sensor according to the present invention, the surface density σ of the first and second piezoelectric elements is in the range of 0.01 to 1 kg / m 2 . In this case, a small and highly sensitive impact and acoustic sensor can be provided.

本発明に係る衝撃及び音響センサは、第1の圧電素子及び第2の圧電素子が、音響入力に対して逆位相で変形するように、かつ振動入力に対して同位相で変形するように配置されており、第1,第2の圧電素子の出力を個別に取り出すように配線構造が形成されているので、音響及び衝撃の双方を検出することが可能となる。従って、単一のセンサにより、衝撃及び音響を検出することが可能となる。   The shock and acoustic sensor according to the present invention is arranged so that the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are deformed in the opposite phase with respect to the acoustic input and deformed in the same phase with respect to the vibration input. Since the wiring structure is formed so that the outputs of the first and second piezoelectric elements are individually taken out, it is possible to detect both sound and impact. Therefore, it is possible to detect impact and sound with a single sensor.

(a)及び(b)は、本発明の第1の実施形態に係る衝撃及び音響センサの正面断面図及び該衝撃及び音響センサの第1,第2の圧電素子と信号処理回路との接続関係を示すブロック図である。(A) And (b) is front sectional drawing of the impact and acoustic sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and the connection relation of the 1st, 2nd piezoelectric element of this impact and acoustic sensor, and a signal processing circuit FIG. (a)は、第1の実施形態における第1,第2の圧電素子の積層構造を説明するための分解斜視図であり、(b)及び(c)は、第1,第2の圧電素子の下面の電極形状を示す各模式的平面図である。(A) is a disassembled perspective view for demonstrating the laminated structure of the 1st, 2nd piezoelectric element in 1st Embodiment, (b) and (c) are the 1st, 2nd piezoelectric element. It is each typical top view which shows the electrode shape of the lower surface of this. 第1の実施形態の衝撃及び音響センサの第1,第2の圧電素子と信号処理回路とを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 1st, 2nd piezoelectric element and signal processing circuit of the impact and acoustic sensor of 1st Embodiment. (a)及び(b)は、第1の実施形態の衝撃及び音響センサにおいて、振動入力が加わった場合及び音響入力が加わった場合の第1及び第2の圧電素子の変位状態を示す各模式図である。(A) And (b) is each model which shows the displacement state of the 1st and 2nd piezoelectric element when a vibration input is added and a sound input is added in the impact and acoustic sensor of 1st Embodiment. FIG. 第1の実施形態の衝撃及び音響センサの音響センサとしての感度特性を示す図である。It is a figure which shows the sensitivity characteristic as an acoustic sensor of the impact and acoustic sensor of 1st Embodiment. 第1の実施形態の衝撃及び音響センサの衝撃センサとしての感度特性を示す図である。It is a figure which shows the sensitivity characteristic as an impact sensor of the impact and acoustic sensor of 1st Embodiment. 衝撃及び音響センサにおける音圧感度と加速度感度とのバランスが良好な例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example with a favorable balance of the sound pressure sensitivity and acceleration sensitivity in an impact and acoustic sensor. 衝撃及び音響センサにおける音圧感度と加速度感度とのバランスが良くない例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example in which the balance of the sound pressure sensitivity and acceleration sensitivity in an impact and acoustic sensor is not good. 本発明の衝撃及び音響センサの変形例における衝撃及び音響センサと信号処理回路の接続関係を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the connection relationship of the impact and acoustic sensor and signal processing circuit in the modification of the impact and acoustic sensor of this invention. 本発明の第2の実施形態の衝撃及び音響センサの正面断面図である。It is front sectional drawing of the impact and acoustic sensor of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る衝撃及び音響センサの正面断面図である。It is front sectional drawing of the impact and acoustic sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態の衝撃及び音響センサの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the impact and acoustic sensor of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る衝撃及び音響センサの模式的正面断面図である。It is a typical front sectional view of an impact and acoustic sensor concerning a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施形態の衝撃及び音響センサの斜視図である。It is a perspective view of the impact and acoustic sensor of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る衝撃及び音響センサの模式的正面断面図である。It is a typical front sectional view of an impact and acoustic sensor concerning a 5th embodiment of the present invention. 従来のマイクロフォンの一例を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the conventional microphone. 図16に示したマイクロフォンにおいて加速度が加わった場合の圧電素子の変位状態を説明するための模式的正面断面図である。FIG. 17 is a schematic front sectional view for explaining a displacement state of a piezoelectric element when acceleration is applied to the microphone shown in FIG. 16.

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。   Hereinafter, the present invention will be clarified by describing specific embodiments of the present invention with reference to the drawings.

図1(a)は、本発明の第1の実施形態に係る衝撃及び音響センサを示す正面断面図である。   Fig.1 (a) is front sectional drawing which shows the impact and acoustic sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention.

衝撃及び音響センサ1は、パッケージ2を有する。パッケージ2は、基板3と、基板3の上面に固定された蓋材4とを有する。基板3は、絶縁性材料からなる。基板3の上面には、電極ランド5〜7が形成されている。また、基板3の下面には、外部電極8,9が形成されている。電極ランド6と外部電極9とを電気的に接続するように、基板3にビアホール電極11が形成されている。図1(a)には表れないが、電極ランド5とFET12は電気接続され、電極ランド7と外部電極8はビアホール接続されている。電極ランド6及び7に電気的に接続されるように、基板3上にFET12、図示しないがFET12Aが実装されている。   The impact and acoustic sensor 1 has a package 2. The package 2 includes a substrate 3 and a lid member 4 fixed to the upper surface of the substrate 3. The substrate 3 is made of an insulating material. Electrode lands 5 to 7 are formed on the upper surface of the substrate 3. External electrodes 8 and 9 are formed on the lower surface of the substrate 3. A via hole electrode 11 is formed on the substrate 3 so as to electrically connect the electrode land 6 and the external electrode 9. Although not shown in FIG. 1A, the electrode land 5 and the FET 12 are electrically connected, and the electrode land 7 and the external electrode 8 are connected via holes. An FET 12 and an FET 12A (not shown) are mounted on the substrate 3 so as to be electrically connected to the electrode lands 6 and 7.

なお、FET12、FET12Aは、第1,第2の圧電素子16,20の出力を増幅する機能を果たしている。このFET12、FET12Aは、後述する信号処理回路の一部を構成している。   The FET 12 and the FET 12A have a function of amplifying the outputs of the first and second piezoelectric elements 16 and 20. The FET 12 and FET 12A constitute a part of a signal processing circuit described later.

蓋材4は、下方に開いた開口を有する。この下方開口端縁が、基板3の上面に接合されている。それによって、基板3の上面と蓋材4とにより囲まれた空間が形成されている。なお、蓋材4の上面には、貫通孔4aが形成されている。貫通孔4aは、後述するように、パッケージ2内の空間に音を導くための音通孔である。蓋材4は、本実施形態では、金属からなる。それによって、内部の空間を電磁シールドすることが可能とされている。もっとも、蓋材4は、金属以外の導電性材料、あるいは表面または内部に導電層を有する材料により形成されてもよい。さらには、電磁シールド機能を有しない絶縁性材料により蓋材4が形成されていてもよい。   The lid member 4 has an opening that opens downward. The lower opening edge is bonded to the upper surface of the substrate 3. Thereby, a space surrounded by the upper surface of the substrate 3 and the lid member 4 is formed. A through hole 4 a is formed on the upper surface of the lid member 4. The through hole 4a is a sound passage hole for guiding sound to the space in the package 2, as will be described later. In the present embodiment, the lid member 4 is made of metal. As a result, the internal space can be electromagnetically shielded. However, the lid member 4 may be formed of a conductive material other than metal, or a material having a conductive layer on the surface or inside thereof. Furthermore, the lid member 4 may be formed of an insulating material that does not have an electromagnetic shielding function.

パッケージ2内の空間においては、矩形枠状のスペーサー14が導電性接着剤層13を介して接合されている。矩形枠状のスペーサー14は、本実施形態では、絶縁性セラミックスからなる。もっとも、他の絶縁性材料を用いてもよい。   In the space in the package 2, a rectangular frame spacer 14 is bonded via a conductive adhesive layer 13. In the present embodiment, the rectangular frame spacer 14 is made of insulating ceramics. However, other insulating materials may be used.

スペーサー14上に、接着剤層15を介して板状の第1の圧電素子16が接合されている。また、第1の圧電素子16上に、接着剤層17を介して矩形枠状の保持部材18が接合されている。矩形枠状の保持部材18上に、接着剤層19を介して板状の第2の圧電素子20が接合されている。   A plate-like first piezoelectric element 16 is bonded onto the spacer 14 via an adhesive layer 15. In addition, a rectangular frame-shaped holding member 18 is joined to the first piezoelectric element 16 via an adhesive layer 17. A plate-like second piezoelectric element 20 is bonded onto the rectangular frame-shaped holding member 18 via an adhesive layer 19.

図2(a)は、上記第1の圧電素子16、保持部材18及び第2の圧電素子20が積層されている構造の分解斜視図である。図2(a)に示すように、第1の圧電素子16は、主面が互いに対向する矩形板状の圧電板16aを有する。圧電板16aは、2層の圧電セラミックスからなり、おのおの厚み方向逆向きに分極処理されている。圧電板16aの一方の主面である上面に、第1の電極16bが形成されている。図2(b)に示すように、圧電板16aのもう一方の主面である下面には、第2の電極16cが形成されている。第1の電極16bは、圧電板16aの一端に引き出されており、第2の電極16cは他端に引き出されている。本実施形態では、圧電体の材料として、チタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスを用いたが、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックスなど非鉛系圧電体セラミックスなどの圧電材料を適宜用いることができる。   FIG. 2A is an exploded perspective view of a structure in which the first piezoelectric element 16, the holding member 18, and the second piezoelectric element 20 are stacked. As shown in FIG. 2A, the first piezoelectric element 16 includes a rectangular plate-shaped piezoelectric plate 16a whose main surfaces face each other. The piezoelectric plate 16a is made of two layers of piezoelectric ceramics, and each is polarized in the opposite direction of the thickness direction. A first electrode 16b is formed on the upper surface which is one main surface of the piezoelectric plate 16a. As shown in FIG. 2B, a second electrode 16c is formed on the lower surface which is the other main surface of the piezoelectric plate 16a. The first electrode 16b is drawn to one end of the piezoelectric plate 16a, and the second electrode 16c is drawn to the other end. In this embodiment, lead zirconate titanate ceramics are used as the piezoelectric material, but piezoelectric materials such as lead-free piezoelectric ceramics such as potassium sodium niobate and alkali niobate ceramics may be used as appropriate. it can.

なお、本実施形態では、第1,第2の圧電素子16,20は、弾性板の上面と下面のそれぞれに電極が形成された圧電体層が配置されたバイモルフ型の圧電素子であり、ここでは、上下面の圧電体層が直列に電気的に接続されている。しかも、本発明においては、第1,第2の圧電素子は、バイモルフ構造を有し、かつ上下面の圧電体層を並列に電気的に接続した構成であってもよく、あるいはユニモルフ構造を有するものであってもよい。さらに、圧電体層の数は、特に限定されず、上記バイモルフ型圧電素子の場合、より多くの圧電体層が積層されていてもよい。また、ユニモルフ型の圧電体素子を用いる場合、複数の圧電体層を積層して一つの圧電体を構成してもよい。なお、圧電体層の内部に内部電極を有してもよい。   In the present embodiment, the first and second piezoelectric elements 16 and 20 are bimorph piezoelectric elements in which piezoelectric layers having electrodes formed on the upper surface and the lower surface of the elastic plate are disposed. Then, the upper and lower piezoelectric layers are electrically connected in series. Moreover, in the present invention, the first and second piezoelectric elements may have a bimorph structure and may have a structure in which the upper and lower piezoelectric layers are electrically connected in parallel, or have a unimorph structure. It may be a thing. Further, the number of piezoelectric layers is not particularly limited, and in the case of the bimorph type piezoelectric element, more piezoelectric layers may be laminated. When a unimorph type piezoelectric element is used, a plurality of piezoelectric layers may be laminated to form one piezoelectric body. In addition, you may have an internal electrode inside a piezoelectric material layer.

同様に、図2(a)及び(c)に示すように、第2の圧電素子20もまた、矩形板状の圧電板20aと、第1,第2の電極20b,20cとを有する。第1の電極20bが、圧電板20aの一端に引き出されており、第2の電極20cが他端に引き出されている。   Similarly, as shown in FIGS. 2A and 2C, the second piezoelectric element 20 also includes a rectangular plate-shaped piezoelectric plate 20a and first and second electrodes 20b and 20c. The first electrode 20b is drawn to one end of the piezoelectric plate 20a, and the second electrode 20c is drawn to the other end.

図2(a)に示すように、上記積層構造において、長さ方向一端側において、第1,第2の側面電極21,22が形成されている。第1の側面電極21は、第1の圧電素子16の第1の電極16bに電気的に接続されており、第2の側面電極22は、第2の圧電素子20の第1の電極20bに接続されている。すなわち、上記積層体の側面においては、上記積層構造の幅方向において、異なる位置に第1,第2の側面電極21,22が形成されている。   As shown in FIG. 2A, in the laminated structure, first and second side electrodes 21 and 22 are formed on one end side in the length direction. The first side electrode 21 is electrically connected to the first electrode 16 b of the first piezoelectric element 16, and the second side electrode 22 is connected to the first electrode 20 b of the second piezoelectric element 20. It is connected. That is, on the side surface of the multilayer body, the first and second side surface electrodes 21 and 22 are formed at different positions in the width direction of the multilayer structure.

同様に、上記積層構造の他端側には、第3の側面電極23が形成されており、第3の側面電極23が、第1の圧電素子16の第2の電極16c及び第2の圧電素子20の第2の電極20cに接続されている。   Similarly, a third side surface electrode 23 is formed on the other end side of the laminated structure, and the third side surface electrode 23 corresponds to the second electrode 16c of the first piezoelectric element 16 and the second piezoelectric element. The second electrode 20c of the element 20 is connected.

図2(a)及び(b)に示すように、第1の電極16b及び第2の電極16cは、圧電板16aの上面及び下面において部分的に形成されている。また、第1の電極16bと第2の電極16cとは、引出し部を除いて同一の形状を有しており、圧電板16aを介して表裏対向されている。本実施形態では、第1の電極16b及び第2の電極16cの引出し部を除いた対向部分の形状は矩形とされている。もっとも、この対向部の平面形状は矩形に限定されるものではない。   As shown in FIGS. 2A and 2B, the first electrode 16b and the second electrode 16c are partially formed on the upper and lower surfaces of the piezoelectric plate 16a. The first electrode 16b and the second electrode 16c have the same shape except for the lead portion, and are opposed to each other through the piezoelectric plate 16a. In the present embodiment, the shape of the opposing portion excluding the lead portions of the first electrode 16b and the second electrode 16c is rectangular. However, the planar shape of the facing portion is not limited to a rectangle.

上述したFET12及び図1()では図示されないFET12Aは、それぞれ第1,第2の圧電素子16,20と電気的に接続される信号処理回路の一部を構成している。上記第1の側面電極21が電極ランド5に接続されており、電極ランド5が、図1()では図示されていないが、FET12に接続されている。同様に、第2の圧電素子20は、第2の側面電極22に接続されており、第2の側面電極22が、図示されていない電極ランドを介して、FET12Aに接続されている。他方、第3の側面電極23は図1()に示した電極ランド6に接続されており、電極ランド6を介してFET12,FET12Aに接続されている。図1()に示すように、上記衝撃及び音響センサ1の第1,第2の圧電素子16,20は、直列に接続されている。そして、第1の圧電素子16の一端が、前述した第1の側面電極21を介して、信号処理回路26に接続されている。第2の圧電素子20の一端が上記第2の側面電極22を介して信号処理回路26に接続されている。第1,第2の圧電素子16,20の互いに接続されている側の一端が共通接続され、第3の側面電極23により信号処理回路26に接続されている。従って、第1,第2の圧電素子16,20からなるセンサ部分は、3つの出力端子を有する3端子型のセンサを構成している。 Not shown in the above-described FET12 and FIG 1 (b) FETs 12a constitutes a part of the first, second piezoelectric elements 16, 20 electrically connected to the signal processing circuit, respectively. The first side surface electrode 21 is connected to the electrode land 5, the electrode lands 5, although not shown in FIG. 1 (b), is connected to the FET 12. Similarly, the 2nd piezoelectric element 20 is connected to the 2nd side electrode 22, and the 2nd side electrode 22 is connected to FET12A via the electrode land which is not illustrated. On the other hand, the third side surface electrode 23 is connected to the electrode land 6 shown in FIG. 1 (b), are connected through the electrode land 6 in FET 12, FETs 12a. As shown in FIG. 1 (b), first, second piezoelectric elements 16, 20 of the impact and acoustic sensors 1 are connected in series. One end of the first piezoelectric element 16 is connected to the signal processing circuit 26 via the first side electrode 21 described above. One end of the second piezoelectric element 20 is connected to the signal processing circuit 26 via the second side electrode 22. One ends of the first and second piezoelectric elements 16 and 20 connected to each other are commonly connected, and are connected to the signal processing circuit 26 by the third side surface electrode 23. Therefore, the sensor portion including the first and second piezoelectric elements 16 and 20 constitutes a three-terminal type sensor having three output terminals.

図3は、上記衝撃及び音響センサ1の第1,第2の圧電素子16,20と信号処理回路26とを含む回路構成を示す図である。図3に示すように、パッケージ2内においては、前述したFET12と、もう1つのFET12Aが内蔵されています。図1(a)ではFET12のみが図示されている。FET12,FET12Aは、それぞれ、第1,第2の圧電素子16,20の出力を増幅するために設けられている。FET12,FET12Aは、必ずしも設けられずともよい。   FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration including the first and second piezoelectric elements 16 and 20 and the signal processing circuit 26 of the impact and acoustic sensor 1. As shown in FIG. 3, the above-described FET 12 and another FET 12 </ b> A are built in the package 2. In FIG. 1A, only the FET 12 is shown. The FET 12 and FET 12A are provided for amplifying the outputs of the first and second piezoelectric elements 16 and 20, respectively. The FET 12 and FET 12A are not necessarily provided.

信号処理回路26の入力端は、前述した第1〜第3の側面電極21〜23となる。第1の側面電極21が、FET12のゲート端子に接続されている。同様に第2の側面電極22が、FET12Aのゲート端子に接続されている。FET12,FET12Aのドレイン電極がそれぞれ、カップリングコンデンサ31,32を介して、演算増幅器27,29に接続されている。演算増幅器27の出力端が、A/D変換器28の一方入力端に接続されている。演算増幅器29の出力端が、A/D変換器28の他方入力端に接続されている。   The input ends of the signal processing circuit 26 are the first to third side electrodes 21 to 23 described above. The first side electrode 21 is connected to the gate terminal of the FET 12. Similarly, the second side electrode 22 is connected to the gate terminal of the FET 12A. The drain electrodes of the FET 12 and FET 12A are connected to operational amplifiers 27 and 29 via coupling capacitors 31 and 32, respectively. The output terminal of the operational amplifier 27 is connected to one input terminal of the A / D converter 28. The output terminal of the operational amplifier 29 is connected to the other input terminal of the A / D converter 28.

第1,第2のFET12,12Aのソース電極は、グラウンド電位に接続されている。   The source electrodes of the first and second FETs 12 and 12A are connected to the ground potential.

また、A/D変換器28の後段には、加減算器33が接続されており、加減算器33は第1の出力端子34に接続されている。第1の出力端子34は、検知された音響に基づく出力信号を出力する。第2の出力端子35は、検出された衝撃に基づく出力信号を出力する。   Further, an adder / subtracter 33 is connected to the subsequent stage of the A / D converter 28, and the adder / subtractor 33 is connected to the first output terminal 34. The first output terminal 34 outputs an output signal based on the detected sound. The second output terminal 35 outputs an output signal based on the detected impact.

本実施形態では、上記信号処理回路26の第1の入力端である第1の側面電極21に、第1の圧電素子16の出力信号が与えられる。この出力信号が、演算増幅器27で増幅され、A/D変換器28により、デジタル信号に変換される。同様に、上記信号処理回路26の第3の入力端である第2の側面電極22には、第2の圧電素子20の出力信号が与えられ、該出力信号がA/D変換器28においてデジタル信号に変換される。   In the present embodiment, the output signal of the first piezoelectric element 16 is given to the first side electrode 21 that is the first input terminal of the signal processing circuit 26. This output signal is amplified by the operational amplifier 27 and converted into a digital signal by the A / D converter 28. Similarly, the output signal of the second piezoelectric element 20 is given to the second side surface electrode 22 which is the third input terminal of the signal processing circuit 26, and the output signal is digitally output by the A / D converter 28. Converted to a signal.

第1の圧電素子16から取り出された信号であって、上記のように処理され、加減算器33に与えられる信号をx、第2の圧電素子20から取り出される信号が上記のように処理され、加減算器33に与えられる信号をyとする。加減算器33では、ax+byまたはax−byが演算される。ここで、a及びbは任意の複素数である。なお、a及びbは実数であってもよい。   The signal extracted from the first piezoelectric element 16 is processed as described above, the signal given to the adder / subtractor 33 is x, and the signal extracted from the second piezoelectric element 20 is processed as described above. The signal given to the adder / subtractor 33 is y. The adder / subtractor 33 calculates ax + by or ax−by. Here, a and b are arbitrary complex numbers. Note that a and b may be real numbers.

ax+byは、音を検出した場合の出力信号に相当し、上記出力端子34から出力される。ax−byは、衝撃すなわち振動を検出した際の信号として第2の出力端子35から出力される。   ax + by corresponds to an output signal when sound is detected, and is output from the output terminal 34. ax-by is output from the second output terminal 35 as a signal when an impact, that is, vibration is detected.

すなわち、本実施形態では、上記第1,第2の圧電素子16,20の出力を信号処理回路26で処理することにより、音を検出し得るだけでなく、衝撃や振動を検出することも可能とされている。この原理を、図4(a)及び(b)を参照して説明する。   That is, in the present embodiment, by processing the outputs of the first and second piezoelectric elements 16 and 20 by the signal processing circuit 26, not only can sound be detected, but also impact and vibration can be detected. It is said that. This principle will be described with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b).

図4(a)に示すように、第1,第2の圧電素子16,20が積層されている部分において、矢印F1で示すように、加速度が加わった場合、すなわち矢印F1で示す方向に衝撃が加わった場合、第1,第2の圧電素子16,20は同相で変位する。例えば、図4(a)に示すように、第1の圧電素子16の主面が伸びる方向と、第2の圧電素子20の主面が伸びる方向とが互いに直交せずに、この場合は互いに平行に配置されるため、主面の上方から下方へと主面に垂直な成分有する加速度が加われば、第1の圧電素子16が下方に凸に屈曲し、第2の圧電素子20も同様に第1の圧電素子16と同じ屈曲方向である下方に凸に屈曲した状態となる。   As shown in FIG. 4A, when acceleration is applied to the portion where the first and second piezoelectric elements 16 and 20 are stacked, as shown by an arrow F1, that is, in the direction shown by the arrow F1, the impact is applied. Is added, the first and second piezoelectric elements 16 and 20 are displaced in phase. For example, as shown in FIG. 4A, the direction in which the main surface of the first piezoelectric element 16 extends and the direction in which the main surface of the second piezoelectric element 20 extend are not orthogonal to each other. Since they are arranged in parallel, when acceleration having a component perpendicular to the main surface is applied from the upper side to the lower side of the main surface, the first piezoelectric element 16 is bent downward and the second piezoelectric element 20 is similarly bent. The first piezoelectric element 16 is bent in a convex downward direction that is the same bending direction.

従って、直列に接続されている第1,第2の圧電素子16,20の各出力信号x,yからax−byを演算することにより、衝撃すなわち振動を検出することができる。   Therefore, the impact, that is, the vibration can be detected by calculating ax-by from the output signals x and y of the first and second piezoelectric elements 16 and 20 connected in series.

他方、図1(a)に示す衝撃及び音響センサ1においては、貫通孔4aから音がパッケージ2内に導かれると、図1(a)の矢印B1,B2で示すように、第1の圧電素子16及び第2の圧電素子20において、外側の面から両者が対向している空間側に向かって音圧が加わることとなる。従って、図4(b)に示すように、音圧により第1の圧電素子16と第2の圧電素子20とが逆相で変位する。従って、直列に接続されている第1,第2の圧電素子16,20の出力信号から、ax+byを演算することにより、上記音に基づく出力信号を取り出すことができる。   On the other hand, in the impact and acoustic sensor 1 shown in FIG. 1A, when sound is guided into the package 2 from the through hole 4a, the first piezoelectric element is shown as indicated by arrows B1 and B2 in FIG. In the element 16 and the second piezoelectric element 20, the sound pressure is applied from the outer surface toward the space where the two faces each other. Therefore, as shown in FIG. 4B, the first piezoelectric element 16 and the second piezoelectric element 20 are displaced in opposite phases by the sound pressure. Therefore, by calculating ax + by from the output signals of the first and second piezoelectric elements 16 and 20 connected in series, an output signal based on the sound can be extracted.

すなわち、本実施形態では、第1,第2の圧電素子16,20は、パッケージ2内において、音が加わった際には逆相で変位し、衝撃や加速度が加わった際には同相で変位するように、第1,第2の圧電素子16,20が配置されている。   That is, in the present embodiment, the first and second piezoelectric elements 16 and 20 are displaced in the opposite phase in the package 2 when sound is applied, and are displaced in the same phase when an impact or acceleration is applied. Thus, the first and second piezoelectric elements 16 and 20 are arranged.

より具体的には、第1の実施形態では、前述したように、板状の第1,第2の圧電素子16,20がその主面同士が平行となるように空間Aを隔てて対向されている。この空間Aは、矩形枠状の保持部材18及び接着剤層17,19により封止されている。従って、空間Aは、音響的に閉じられた空間であって、圧電素子16,20の後気室を形成している。なお、後気室とは、板状の圧電振動子が振動した際に、音圧が加わる側と反対側の面に位置している閉じられた空間をいうものとする。   More specifically, in the first embodiment, as described above, the plate-like first and second piezoelectric elements 16 and 20 are opposed to each other across the space A so that their principal surfaces are parallel to each other. ing. This space A is sealed by a rectangular frame-shaped holding member 18 and adhesive layers 17 and 19. Accordingly, the space A is an acoustically closed space and forms a rear air chamber of the piezoelectric elements 16 and 20. The rear air chamber refers to a closed space located on the surface opposite to the side to which sound pressure is applied when the plate-like piezoelectric vibrator vibrates.

なお、音響的に閉じられた空間とは、該空間内と空間外との間で実質的に音波を透過させない空間をいうものとする。このような空間は、必ずしも密閉された空間に限らず、内外の差圧を低めるための小さな貫通孔が外空間内と空間外とを隔てている部分に設けられているものをも含むものとする。   Note that the acoustically closed space refers to a space that does not substantially transmit sound waves between the inside and outside of the space. Such a space is not necessarily limited to a sealed space, but also includes a space in which a small through hole for reducing the pressure difference between the inside and the outside is provided in a portion separating the inside of the outside space from the outside of the space.

なお、本実施形態では、上記のように、第1,第2の圧電素子16,20の出力信号がA/D変換器28によりデジタル信号に変換しているが、アナログ信号のまま処理してもよい。さらに、周波数変調等の何らかの変調処理を施した後、上記加算及び減算と同等の演算処理を行ってもよい。また、本実施形態ではセンサパッケージ内にFETを内蔵し、その他の信号処理回路はパッケージ外としたが、信号処理回路の全部あるいは他の部分構成をセンサパッケージに内蔵してもよい。もちろん、増幅回路として必ずしもFETを使用する必要はなく、信号処理回路の一部あるいは全部をICに集積化してもよい。   In the present embodiment, as described above, the output signals of the first and second piezoelectric elements 16 and 20 are converted into digital signals by the A / D converter 28, but they are processed as analog signals. Also good. Furthermore, after performing some modulation processing such as frequency modulation, an arithmetic processing equivalent to the above addition and subtraction may be performed. Further, in the present embodiment, the FET is built in the sensor package and the other signal processing circuits are outside the package, but the entire signal processing circuit or other partial configuration may be built in the sensor package. Of course, it is not always necessary to use an FET as the amplifier circuit, and a part or all of the signal processing circuit may be integrated in the IC.

圧電素子が変形する際に、後気室には体積変化が生じる。それに伴い圧電素子は反力となる圧力を受けるため、圧電素子の感度は低下する。感度の低下量は、一般的には圧電素子の変形量や後気室の体積に依存する。本実施形態では、上記後気室が第1,第2の圧電素子16,20において共通である。従って、音響検出感度の低下が第1,第2の圧電素子16,20で等しく生じる。そのため、衝撃センサとして衝撃を検知した場合のS/Nを高めることができる。   When the piezoelectric element is deformed, a volume change occurs in the rear air chamber. Along with this, the piezoelectric element receives a pressure acting as a reaction force, so that the sensitivity of the piezoelectric element decreases. The amount of decrease in sensitivity generally depends on the amount of deformation of the piezoelectric element and the volume of the rear air chamber. In the present embodiment, the rear air chamber is common to the first and second piezoelectric elements 16 and 20. Accordingly, a decrease in sound detection sensitivity occurs equally in the first and second piezoelectric elements 16 and 20. Therefore, S / N when an impact is detected as an impact sensor can be increased.

他方、衝撃すなわち振動を検出する場合には、第1,第2の圧電素子16,20は同相で変形するため、両圧電素子間の空間Aの体積はほとんど変化しない。そのため、振動検出感度の低下が生じ難く、第1,第2の圧電素子16,20の感度差も生じにくい。従って、音響を検出する場合には、振動信号の除去性能に優れているため、音響検出信号のS/Nを高めることができる。   On the other hand, when detecting an impact, that is, vibration, the first and second piezoelectric elements 16 and 20 are deformed in phase, so that the volume of the space A between the two piezoelectric elements hardly changes. Therefore, the vibration detection sensitivity is hardly lowered, and the sensitivity difference between the first and second piezoelectric elements 16 and 20 is hardly caused. Therefore, in the case of detecting sound, since the vibration signal removal performance is excellent, the S / N of the sound detection signal can be increased.

なお、本実施形態で検出される音については、可聴周波数の音に限らず、数Hz以下の低周波信号から超音波領域までの高周波信号を含むものとする。   Note that the sound detected in the present embodiment is not limited to a sound having an audible frequency, but includes a high frequency signal from a low frequency signal of several Hz or less to an ultrasonic region.

ノイズ除去効果の観点からは、好ましくは、上記加算及び減算処理に際し、微調整を行うことが望ましい。圧電素子の材料バラツキや加工プロセス上のバラツキ、また圧電素子が変形する際に後気室の体積変化に伴い反力として受ける圧力、音響抵抗により、第1,第2の圧電素子の感度には差が生じうる。感度差が生じた場合、x+y、x−yといった単純な加減算ではノイズ除去効果が低くなる。また、信号処理回路で増幅される際のゲインバラツキについても同様にノイズ除去効果が低下する原因となる。これに対し、感度差やゲイン差を補正するよう、加減算処理に際し微調整を行うことで、音響を検出する場合には、振動に基づく信号をキャンセルする効果を高めることができる。同様に、振動を検出する場合には、音響信号による出力信号のキャンセル効果を高めることができる。このような微調整としては、上記加算及び減算に際して複素数a,bを調整する方法が挙げられる。通常の調整ではa,bは複素数のうち実数で十分な効果が得られる。上記a,bの設定については、衝撃及び音響センサ1を作製した後に、信号処理回路からの出力信号に応じて調整すればよい。音については、概ね10kHz以上の周波数では第1,第2の圧電素子に加わる音圧に位相差が生じる。高周波部ではa,bを複素数とし位相の補正を行って加減算することで、衝撃センサとして機能させる際に音響信号の除去効果を高められる。   From the viewpoint of the noise removal effect, it is preferable to perform fine adjustment in the addition and subtraction processes. The sensitivity of the first and second piezoelectric elements depends on the material variation of the piezoelectric element, the variation in the processing process, and the pressure and acoustic resistance that are received as reaction force due to the volume change of the rear air chamber when the piezoelectric element is deformed. Differences can occur. When a sensitivity difference occurs, a simple addition / subtraction such as x + y and xy reduces the noise removal effect. Similarly, the gain variation at the time of amplification by the signal processing circuit also causes a reduction in the noise removal effect. On the other hand, by performing fine adjustment in the addition / subtraction process so as to correct the sensitivity difference and the gain difference, the effect of canceling the signal based on vibration can be enhanced when detecting sound. Similarly, when detecting vibration, the effect of canceling the output signal by the acoustic signal can be enhanced. Such fine adjustment includes a method of adjusting the complex numbers a and b at the time of addition and subtraction. In normal adjustment, a and b are real numbers out of complex numbers, and a sufficient effect can be obtained. About the setting of said a and b, after producing the impact and acoustic sensor 1, what is necessary is just to adjust according to the output signal from a signal processing circuit. For sound, a phase difference occurs in the sound pressure applied to the first and second piezoelectric elements at a frequency of approximately 10 kHz or more. In the high frequency section, a and b are complex numbers, phase correction is performed, and addition / subtraction is performed, so that the effect of removing an acoustic signal can be enhanced when functioning as an impact sensor.

図5は、上記実施形態の衝撃及び音響センサにおいて、音圧を検出する感度周波数特性を示す。実線が音圧感度を、破線が衝撃すなわちノイズとなる加速度の感度を示す。100Hzから20000Hz付近の広い周波数範囲にわたり、音圧を高感度で測定することができる、他方ノイズとなる加速度の感度は、それよりも33dB以上低いことがわかる。   FIG. 5 shows sensitivity frequency characteristics for detecting sound pressure in the impact and acoustic sensor of the above embodiment. The solid line shows the sound pressure sensitivity, and the broken line shows the sensitivity of the acceleration that is shock or noise. It can be seen that sound pressure can be measured with high sensitivity over a wide frequency range from 100 Hz to 20000 Hz, while the sensitivity of acceleration that becomes noise is lower by 33 dB or more.

すなわち、本実施形態では、前述したように、後気室が第1,第2の圧電素子16,20間に挟まれている。従って、振動入力が変化したとしても、圧電素子は同相で変形して後気室の体積は変化しない。従って、第1,第2の圧電素子16,20の変形が妨げられ難い。よって、加速度感度の低下が生じ難いと同時に、感度差も生じにくい。そのため、図5に示したように、ノイズとなる加速度感度を十分に低くすることができる。すなわち、S/Nを効果的に高めることができる。   That is, in this embodiment, as described above, the rear air chamber is sandwiched between the first and second piezoelectric elements 16 and 20. Therefore, even if the vibration input changes, the piezoelectric element deforms in phase and the volume of the rear air chamber does not change. Therefore, deformation of the first and second piezoelectric elements 16 and 20 is difficult to be prevented. Therefore, the acceleration sensitivity is hardly lowered, and at the same time, the sensitivity difference is hardly caused. Therefore, as shown in FIG. 5, the acceleration sensitivity that becomes noise can be sufficiently lowered. That is, S / N can be effectively increased.

また、図6は、上記実施形態の衝撃及び音響センサにおいて、衝撃すなわち加速度を検出した場合の加速度の感度とノイズとしての音圧感度の特性を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing characteristics of acceleration sensitivity and sound pressure sensitivity as noise when an impact, that is, acceleration is detected in the impact and acoustic sensor of the above embodiment.

図6から明らかなように、加速度を検出する場合においても、広い周波数範囲にわたり、加速度を高感度で検出し得ることがわかる。他方、その場合のノイズとなる音圧感度は、広い周波数範囲にわたり、40dB以上低いことがわかる。   As can be seen from FIG. 6, even when detecting acceleration, the acceleration can be detected with high sensitivity over a wide frequency range. On the other hand, it can be seen that the sound pressure sensitivity that is noise in that case is lower by 40 dB or more over a wide frequency range.

すなわち、本実施形態では、前述したように、第1,第2の圧電素子16,20において共通である。従って、音響検出感度の低下が第1,第2の圧電素子16,20で等しく生じる。そのため、ノイズとなる音圧感度を十分に低くすることができる。また、前述したように、振動に対しては、後気室の体積はほとんど変化しないため加速度感度の低下が生じにくい。したがって、図6に示したように、加速度に対する感度を効果的に高め、ノイズとなる音圧感度を十分に低くすることができる。すなわち、衝撃センサとして衝撃を検知した場合のS/Nを高めることができる。   That is, in the present embodiment, as described above, the first and second piezoelectric elements 16 and 20 are common. Accordingly, a decrease in sound detection sensitivity occurs equally in the first and second piezoelectric elements 16 and 20. Therefore, it is possible to sufficiently reduce the sound pressure sensitivity that becomes noise. Further, as described above, since the volume of the rear air chamber hardly changes with respect to vibration, the acceleration sensitivity is hardly lowered. Therefore, as shown in FIG. 6, it is possible to effectively increase the sensitivity to acceleration and sufficiently reduce the sound pressure sensitivity that becomes noise. That is, the S / N when an impact is detected as an impact sensor can be increased.

好ましくは、上記第1,第2の圧電素子16,20の面密度σは0.01〜1kg/mの範囲内とすることが望ましい。これを以下において説明する。 Preferably, the surface density σ of the first and second piezoelectric elements 16 and 20 is in the range of 0.01 to 1 kg / m 2 . This will be described below.

圧電素子16,20が音圧p(Pa)の音響入力により、単位面積当たりに受ける力をfsとし、加速度c(m/sec)の振動入力から単位面積当たりに受ける力をfaとする。圧電素子16,20の単位面積当たりの質量である面密度σ〔kg/m〕を用いると、fs〔N〕=p〔Pa〕・1〔m〕であり、fa〔N〕=σ〔kg/m〕・1〔m〕・c〔m/s〕と表わされる。 The force received by the piezoelectric elements 16 and 20 per unit area due to the sound input of the sound pressure p (Pa) is fs, and the force received per unit area from the vibration input of the acceleration c (m / sec 2 ) is fa. When the surface density σ [kg / m 2 ] which is the mass per unit area of the piezoelectric elements 16 and 20 is used, fs [N] = p [Pa] · 1 [m 2 ], and fa [N] = σ It is expressed as [kg / m 2 ] · 1 [m 2 ] · c [m / s 2 ].

音響入力の際の出力電圧はfsに比例し、振動入力に対する出力電圧はfaに比例することとなる。音圧感度は、音圧p=1〔Pa〕、加速度感度は、c=1G=9.8〔m/sec〕に対する出力電圧で表わされる。そのため、加速度感度/音圧感度の比は、fa/fs=1/(9.8×σ)となる。すなわち、加速度感度と音圧感度とのバランスは、上記面密度σに依存することになる。 The output voltage at the time of sound input is proportional to fs, and the output voltage for vibration input is proportional to fa. The sound pressure sensitivity is represented by an output voltage with respect to sound pressure p = 1 [Pa], and the acceleration sensitivity is represented by an output voltage with respect to c = 1G = 9.8 [m / sec 2 ]. Therefore, the ratio of acceleration sensitivity / sound pressure sensitivity is fa / fs = 1 / (9.8 × σ). That is, the balance between acceleration sensitivity and sound pressure sensitivity depends on the surface density σ.

ここで、fs=faすなわちσ=p/cの場合、図7に模式的に示すように、音響センサと振動センサの出力電圧は等しくなる。p及びcが検知したい音圧及び加速度の標準的な信号レベルとすると、σ=p/cの条件で、信号とノイズとのアイソレーションが最も高められることがわかる。   Here, when fs = fa, that is, σ = p / c, the output voltages of the acoustic sensor and the vibration sensor are equal, as schematically shown in FIG. Assuming that p and c are standard signal levels of sound pressure and acceleration to be detected, the isolation between the signal and the noise is most enhanced under the condition of σ = p / c.

他方、図8は、σ>p/cの場合の例であり、この場合には、音響検出時に、振動によるノイズが入りやすいことがわかる。   On the other hand, FIG. 8 shows an example in the case of σ> p / c. In this case, it can be seen that noise due to vibration is likely to be generated during acoustic detection.

上記のように、音響検出感度と、加速度検出感度のバランスは、面密度σで調整することができる。従って、検出したい音圧及び加速度の標準的値が入力された際に出力される音響及び衝撃センサの信号電圧が互いに等しくなるように、面密度σで感度バランスを調整することが望ましい。それによって、音圧信号または加速度信号と、ノイズとなる加速度信号または音圧信号とのアイソレーションを高めることができる。   As described above, the balance between the acoustic detection sensitivity and the acceleration detection sensitivity can be adjusted by the surface density σ. Therefore, it is desirable to adjust the sensitivity balance with the surface density σ so that the acoustic and impact sensor signal voltages output when the standard values of the sound pressure and acceleration desired to be detected are input. Thereby, the isolation between the sound pressure signal or acceleration signal and the acceleration signal or sound pressure signal that becomes noise can be enhanced.

例えば、基準レベルとしてよく用いられる1paの音と、1G(9.8m/sec)の加速度に対しては、σ=1/9.8すなわちσは約0.1kg/mのときに、上記アイソレーションが最も良好となる。圧電素子16,20の密度が8×10−3kg/mの場合、圧電素子16,20の厚みは好ましくは13μmとすればよいことがわかる。 For example, for a sound of 1 pa often used as a reference level and an acceleration of 1 G (9.8 m / sec 2 ), when σ = 1 / 9.8, that is, σ is about 0.1 kg / m 2 , The isolation is the best. When the density of the piezoelectric elements 16 and 20 is 8 × 10 −3 kg / m 3 , it can be seen that the thickness of the piezoelectric elements 16 and 20 is preferably 13 μm.

上記のように、一般的な用途を考えると、面密度σは、0.01〜1kg/mの範囲とすればよいことがわかる。 As described above, in view of general applications, it is understood that the surface density σ may be in the range of 0.01 to 1 kg / m 2 .

なお、上記実施形態では、3端子型の衝撃及び音響センサを構成したが、図9に示すように、第1,第2の圧電素子16,20の信号を個別に取り出す4端子型の衝撃及び音響センサとしてもよい。   In the above-described embodiment, the three-terminal type impact and acoustic sensor is configured. However, as shown in FIG. 9, the four-terminal type impact and acoustic signals for individually extracting the signals of the first and second piezoelectric elements 16 and 20 are provided. An acoustic sensor may be used.

図10は、本発明の第2の実施形態に係る衝撃及び音響センサの正面断面図である。本実施形態の衝撃及び音響センサ41は、図1に示した衝撃及び音響センサ1とほぼ同様に構成されている。異なるところは、蓋材4に貫通孔4aが形成されておらず、代わりに、基板3に貫通孔3aが形成されていることにある。すなわち、音をパッケージ2内に導く部分が、パッケージ2ではなく、基板3に設けられている。その他の点については、同様であるため、同一部分に同一の参照番号を付することにより、第1の実施形態の説明を援用することとする。   FIG. 10 is a front sectional view of an impact and acoustic sensor according to the second embodiment of the present invention. The impact and acoustic sensor 41 of the present embodiment is configured in substantially the same manner as the impact and acoustic sensor 1 shown in FIG. The difference is that the through hole 4 a is not formed in the lid member 4, and instead, the through hole 3 a is formed in the substrate 3. That is, a portion for guiding sound into the package 2 is provided not on the package 2 but on the substrate 3. Since it is the same about other points, the description of the first embodiment will be incorporated by giving the same reference numerals to the same parts.

本実施形態では、衝撃及び音響センサ41を機器に内蔵する際に、蓋材4の上方にクリアランスを設ける必要がない。従って、衝撃及び音響センサ41が組み込まれる製品の低背化を進めることができる。また、本実施形態においては、その他の構造は第1の実施形態と同様であるため、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。   In the present embodiment, it is not necessary to provide a clearance above the lid member 4 when the impact and acoustic sensor 41 is built in the device. Accordingly, it is possible to reduce the height of a product in which the impact and acoustic sensor 41 is incorporated. Moreover, in this embodiment, since the other structure is the same as that of 1st Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.

図11は、本発明の第3の実施形態の衝撃及び音響センサの正面断面図であり、図12は、その分解斜視図である。   FIG. 11 is a front sectional view of an impact and acoustic sensor according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 12 is an exploded perspective view thereof.

本実施形態では、基板3上に、接着剤層62を介してスペーサー基板63が積層されている。スペーサー基板63上に、略円形の開口部を有する接着剤層64を介して第1の圧電素子65が積層されている。図11では略図的に示しているが、図12に示すように、第1の圧電素子65は、圧電板からなり、圧電板の上面に、円形の第1の電極65aと、第1の電極65aを囲むように設けられたリング状の第2の電極65bとを有する。   In the present embodiment, a spacer substrate 63 is laminated on the substrate 3 via an adhesive layer 62. A first piezoelectric element 65 is laminated on the spacer substrate 63 via an adhesive layer 64 having a substantially circular opening. Although schematically shown in FIG. 11, as shown in FIG. 12, the first piezoelectric element 65 is composed of a piezoelectric plate, and a circular first electrode 65a and a first electrode are formed on the upper surface of the piezoelectric plate. And a ring-shaped second electrode 65b provided so as to surround 65a.

第1の圧電素子65上に、円形の開口部材を有する接着剤層66を介して、保持部材67が積層されている。保持部材67は、接着剤層66と同様に円形の開口部を有する。そして、保持部材67上に、円形の開口部を有する接着剤層68を介して、第2の圧電素子69が積層されている。第2の圧電素子69は、第1の圧電素子65と同様に構成されている。   A holding member 67 is laminated on the first piezoelectric element 65 via an adhesive layer 66 having a circular opening member. The holding member 67 has a circular opening similarly to the adhesive layer 66. A second piezoelectric element 69 is laminated on the holding member 67 via an adhesive layer 68 having a circular opening. The second piezoelectric element 69 is configured similarly to the first piezoelectric element 65.

第2の圧電素子69上に、円形の開口部を有する接着剤層70を介して蓋基板71が積層されている。蓋基板71には、貫通孔71aが形成されている。貫通孔71aは、音をパッケージ2内に導く部分である。   A lid substrate 71 is laminated on the second piezoelectric element 69 via an adhesive layer 70 having a circular opening. A through hole 71 a is formed in the lid substrate 71. The through hole 71 a is a part that guides sound into the package 2.

すなわち、第3の実施形態では、蓋材4を用いずに、上記第1,第2の圧電素子65,69と、蓋基板71とを積層することにより、内部空間が形成されている。ここでは、音圧を下方の第1の圧電素子65の下面に導くために、図11に示す音通孔72が形成されている。音通孔72は、第2の圧電素子69、接着剤層68、保持部材67、接着剤層66及び第1の圧電素子65を貫くように形成されている。   That is, in the third embodiment, the internal space is formed by laminating the first and second piezoelectric elements 65 and 69 and the lid substrate 71 without using the lid member 4. Here, in order to guide the sound pressure to the lower surface of the first piezoelectric element 65 below, the sound passage hole 72 shown in FIG. 11 is formed. The sound passage hole 72 is formed so as to penetrate the second piezoelectric element 69, the adhesive layer 68, the holding member 67, the adhesive layer 66, and the first piezoelectric element 65.

従って、図11の矢印Dで示すように、内部に導かれた音圧が、第1の圧電素子65の下面側の空間にも導かれる。   Therefore, as indicated by an arrow D in FIG. 11, the sound pressure guided to the inside is also guided to the space on the lower surface side of the first piezoelectric element 65.

このように、本発明では、下方に開いた蓋材4に代えて、蓋基板71を用い、かつ圧電素子及び接着剤層を積層することにより、内部に音を導入するための貫通孔を除いて閉じられた内部空間を形成してもよい。本実施形態によれば、シート状の複数の部材を積層するだけで、衝撃及び音響センサ61を得ることができる。従って、製造工程の簡略化を図ることができる。また、衝撃及び音響センサ61では、小型化及び低背化を進めることも容易である。   As described above, in the present invention, the cover substrate 71 is used instead of the cover material 4 opened downward, and the piezoelectric element and the adhesive layer are laminated to eliminate the through-hole for introducing the sound into the inside. A closed internal space may be formed. According to this embodiment, the impact and acoustic sensor 61 can be obtained simply by stacking a plurality of sheet-like members. Therefore, the manufacturing process can be simplified. Further, the impact and acoustic sensor 61 can be easily reduced in size and height.

本実施形態においても、第1の実施形態同様に、第1,第2の圧電素子が対向している部分が閉じられた空間とされているため、第1の実施形態と同様に、衝撃及び音響を確実にかつ高精度に検出することが可能となる。   Also in the present embodiment, as in the first embodiment, since the portion where the first and second piezoelectric elements are opposed is a closed space, as in the first embodiment, the impact and Sound can be detected reliably and with high accuracy.

図13は、本発明の第4の実施形態に係る衝撃及び音響センサの正面断面図であり、図14は、その斜視図である。本実施形態の衝撃及び音響センサ81では、第3の実施形態と同様に、複数のシート状部材を積層することにより、パッケージが構成されている。すなわち、基板3上に、スペーサー基板82が積層されている。スペーサー基板82の外周縁には、上方に突出した支持部82aが形成されている。この支持部82a上に、第1の圧電素子83が積層されている。第1の圧電素子83が、スペーサー84を介し、第2の圧電素子85と積層されている。第1,第2の圧電素子83,85は、第1の実施形態と同様に構成されている。ここでは、スペーサー84の側方に、外部と通ずる貫通孔84aが形成されている。この貫通孔84aが、音通孔として作用する。   FIG. 13 is a front sectional view of an impact and acoustic sensor according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a perspective view thereof. In the impact and acoustic sensor 81 of the present embodiment, a package is configured by stacking a plurality of sheet-like members, as in the third embodiment. That is, the spacer substrate 82 is laminated on the substrate 3. A support portion 82 a protruding upward is formed on the outer peripheral edge of the spacer substrate 82. A first piezoelectric element 83 is stacked on the support portion 82a. The first piezoelectric element 83 is laminated with the second piezoelectric element 85 via the spacer 84. The first and second piezoelectric elements 83 and 85 are configured in the same manner as in the first embodiment. Here, a through hole 84 a communicating with the outside is formed on the side of the spacer 84. The through hole 84a functions as a sound passage hole.

第2の圧電素子85の上面には、蓋基板86が接合されている。蓋基板86は、下面外周縁に枠状の支持部86aを有する。枠状の支持部86aが第2の圧電素子85の上面に接合されている。なお、図13では、各部材を接合する接着剤層などの図示は省略していることを指摘しておく。また、基板3上の積層構造の外表面を覆うように導電膜87が形成されている。   A lid substrate 86 is bonded to the upper surface of the second piezoelectric element 85. The lid substrate 86 has a frame-shaped support portion 86a on the outer periphery of the lower surface. A frame-shaped support portion 86 a is joined to the upper surface of the second piezoelectric element 85. In FIG. 13, it is pointed out that illustration of an adhesive layer and the like for joining the members is omitted. A conductive film 87 is formed so as to cover the outer surface of the laminated structure on the substrate 3.

本実施形態のように、パッケージの側面に音通孔となる貫通孔84aを設けてもよい。また、本実施形態では、音通孔である貫通孔84aは、第1,第2の圧電素子83,85間の空間に連通している。従って、貫通孔84aから導かれた音の音圧を第1の圧電素子83の上面及び第2の圧電素子85の下面により受けることになる。このように、音圧を、対向されている第1,第2の圧電素子間に導いてもよい。   Like this embodiment, you may provide the through-hole 84a used as a sound passage hole in the side surface of a package. In the present embodiment, the through hole 84a that is a sound passage hole communicates with the space between the first and second piezoelectric elements 83 and 85. Therefore, the sound pressure of the sound guided from the through hole 84 a is received by the upper surface of the first piezoelectric element 83 and the lower surface of the second piezoelectric element 85. Thus, the sound pressure may be guided between the first and second piezoelectric elements facing each other.

本実施形態においても、音圧検出時には、第1,第2の圧電素子83,85が逆相で変位し、衝撃が与えられた場合には、第1,第2の圧電素子83,85が同相で変位する。従って、第1の実施形態と同様に、音響及び衝撃を高精度に検出することができる。加えて、音による音圧が第1,第2の圧電素子に均等に加わるため、衝撃センサの機能として、広い周波数帯域で音に起因するノイズ信号を除去できる。振動板間の空間を音響的に閉じる構造では、10kHz程度以上に周波数が高くなると、2枚の振動板の外側位置に到達する音に位相差が生じ、衝撃センサとして機能させる際に音信号の除去効果が低下する。これに対し振動板間の空間に音を導く本実施形態では、2枚の振動板に加わる音圧が同位相となるため、そのような問題が生じず広い周波数帯域で高いノイズ除去効果が得られる。   Also in the present embodiment, when the sound pressure is detected, the first and second piezoelectric elements 83 and 85 are displaced in opposite phases, and when an impact is applied, the first and second piezoelectric elements 83 and 85 are Displace in phase. Therefore, as in the first embodiment, sound and impact can be detected with high accuracy. In addition, since sound pressure due to sound is equally applied to the first and second piezoelectric elements, a noise signal caused by sound can be removed in a wide frequency band as a function of the impact sensor. In a structure in which the space between the diaphragms is acoustically closed, if the frequency increases to about 10 kHz or more, a phase difference occurs in the sound that reaches the outer position of the two diaphragms, and the sound signal is generated when functioning as an impact sensor. The removal effect decreases. On the other hand, in the present embodiment, in which sound is guided to the space between the diaphragms, the sound pressure applied to the two diaphragms is in phase, so that such a problem does not occur and a high noise removal effect is obtained in a wide frequency band. It is done.

図15は、本発明の第5の実施形態に係る衝撃及び音響センサの正面断面図である。本実施形態の衝撃及び音響センサ91では、基板92上に、開口部93a,93bを有するスペーサー93が積層されている。開口部93aを閉成するように、基板92上に第1の圧電素子94が積層されている。同様に、開口部93bを閉成するように、第2の圧電素子95が積層されている。   FIG. 15 is a front sectional view of an impact and acoustic sensor according to the fifth embodiment of the present invention. In the impact and acoustic sensor 91 of this embodiment, a spacer 93 having openings 93 a and 93 b is laminated on a substrate 92. A first piezoelectric element 94 is stacked on the substrate 92 so as to close the opening 93a. Similarly, the second piezoelectric element 95 is stacked so as to close the opening 93b.

また、第1,第2の圧電素子94,95の上面に、蓋基板96が積層されている。蓋基板96は、下面に、凹部96a,96bを有する。凹部96aは、スペーサー93の開口部93aと対向するように形成されている。同様に、凹部96bは、開口部93bと対向するように形成されている。従って、衝撃及び音響センサ91では、基板92、スペーサー93、第1,第2の圧電素子94,95のスペーサー93及び蓋基板96で支持されている部分、並びに蓋基板96によりパッケージが構成されている。   A lid substrate 96 is laminated on the upper surfaces of the first and second piezoelectric elements 94 and 95. The lid substrate 96 has recesses 96a and 96b on the lower surface. The recess 96 a is formed to face the opening 93 a of the spacer 93. Similarly, the recess 96b is formed to face the opening 93b. Therefore, in the impact and acoustic sensor 91, a package is constituted by the substrate 92, the spacer 93, the portion of the first and second piezoelectric elements 94 and 95 supported by the spacer 93 and the lid substrate 96, and the lid substrate 96. Yes.

本実施形態のように、第1,第2の圧電素子94,95は、圧電素子同士が対向しないように並設されていてもよい。ここでは、第1の圧電素子94で閉じられた凹部96aにおいて、第1の圧電素子94に対向するように、蓋基板96に貫通孔96cが形成されている。この貫通孔96cが音通孔として機能する。従って、閉じられた空間である開口部93aが後気室を構成している。   As in this embodiment, the first and second piezoelectric elements 94 and 95 may be arranged in parallel so that the piezoelectric elements do not face each other. Here, a through-hole 96 c is formed in the lid substrate 96 so as to face the first piezoelectric element 94 in the recess 96 a closed by the first piezoelectric element 94. This through hole 96c functions as a sound passage hole. Therefore, the opening 93a, which is a closed space, constitutes the rear air chamber.

他方、第2の圧電素子95側においては、基板92において、第2の圧電素子95に対向するように貫通孔92aが形成されている。貫通孔92aが音通孔として作用する。従って、凹部96bが、第2の圧電素子95で閉じられている空間が、第2の圧電素子95の後気室を構成している。   On the other hand, on the second piezoelectric element 95 side, a through hole 92 a is formed in the substrate 92 so as to face the second piezoelectric element 95. The through hole 92a functions as a sound passage hole. Therefore, the space where the recess 96 b is closed by the second piezoelectric element 95 constitutes the rear air chamber of the second piezoelectric element 95.

本実施形態においても、第1,第2の圧電素子94,95は、音圧が加わった際には、逆相で変位し、衝撃が加わった際には同相で変位する。従って、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、第1,第2の圧電素子94,95が上記のように並設されているため、低背化を進めることができる。   Also in this embodiment, the first and second piezoelectric elements 94 and 95 are displaced in the opposite phase when a sound pressure is applied, and are displaced in the same phase when an impact is applied. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained. In addition, since the first and second piezoelectric elements 94 and 95 are arranged side by side as described above, it is possible to reduce the height.

1…衝撃及び音響センサ
2…パッケージ
3…基板
3a…貫通孔
4…蓋材
4a…貫通孔
5〜7…電極ランド
8,9…外部電極
11…ビアホール電極
12…FET
12A…FET
13…導電性接着剤層
14…スペーサー
15…接着剤層
16…第1の圧電素子
16a…圧電板
16b…第1の電極
16c…第2の電極
17,19…接着剤層
18…保持部材
20…第2の圧電素子
20a…圧電板
20b…第1の電極
20c…第2の電極
21…第1の側面電極
22…第2の側面電極
23…第3の側面電極
24…第4の側面電極
25…外部電極
26…信号処理回路
27,29…演算増幅器
28…A/D変換器
31,32…コンデンサ
33…加減算器
34…第1の出力端子
35…第2の出力端子
36…外部電極
41…衝撃及び音響センサ
61…衝撃及び音響センサ
62…接着剤層
63…スペーサー基板
64…接着剤層
65…第1の圧電素子
65a…第1の電極
65b…第2の電極
66…接着剤層
67…保持部材
68…接着剤層
69…第2の圧電素子
70…接着剤層
71…蓋基板
71a…貫通孔
72…音通孔
72…蓋基板
81…音響センサ
82…スペーサー基板
82a…支持部
83…第1の圧電素子
84…スペーサー
84a…貫通孔
85…第2の圧電素子
86…蓋基板
86a…支持部
87…導電膜
91…音響センサ
92…基板
92a…貫通孔
93…スペーサー
93a,93b…開口部
94…第1の圧電素子
95…第2の圧電素子
96…蓋基板
96a,96b…凹部
96c…貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Impact and acoustic sensor 2 ... Package 3 ... Board | substrate 3a ... Through-hole 4 ... Cover material 4a ... Through-hole 5-7 ... Electrode land 8, 9 ... External electrode 11 ... Via-hole electrode 12 ... FET
12A ... FET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Conductive adhesive layer 14 ... Spacer 15 ... Adhesive layer 16 ... 1st piezoelectric element 16a ... Piezoelectric plate 16b ... 1st electrode 16c ... 2nd electrode 17, 19 ... Adhesive layer 18 ... Holding member 20 ... second piezoelectric element 20a ... piezoelectric plate 20b ... first electrode 20c ... second electrode 21 ... first side electrode 22 ... second side electrode 23 ... third side electrode 24 ... fourth side electrode DESCRIPTION OF SYMBOLS 25 ... External electrode 26 ... Signal processing circuit 27, 29 ... Operational amplifier 28 ... A / D converter 31, 32 ... Capacitor 33 ... Adder / subtractor 34 ... First output terminal 35 ... Second output terminal 36 ... External electrode 41 ... Shock and acoustic sensor 61 ... Shock and acoustic sensor 62 ... Adhesive layer 63 ... Spacer substrate 64 ... Adhesive layer 65 ... First piezoelectric element 65a ... First electrode 65b ... Second electrode 66 ... Adhesive layer 67 …Retention Material 68 ... Adhesive layer 69 ... Second piezoelectric element 70 ... Adhesive layer 71 ... Cover substrate 71a ... Through hole 72 ... Sound passage hole 72 ... Cover substrate 81 ... Acoustic sensor 82 ... Spacer substrate 82a ... Support part 83 ... First 1 piezoelectric element 84 ... spacer 84 a ... through hole 85 ... second piezoelectric element 86 ... lid substrate 86a ... support part 87 ... conductive film 91 ... acoustic sensor 92 ... substrate 92a ... through hole 93 ... spacer 93a, 93b ... opening 94 ... first piezoelectric element 95 ... second piezoelectric element 96 ... lid substrate 96a, 96b ... concave portion 96c ... through hole

Claims (6)

パッケージと、
前記パッケージ内に収納されている第1及び第2の圧電素子と、
前記第1の圧電素子及び第2の圧電素子が、音響入力に対して逆位相で変形するように
、かつ振動入力に対して同位相で変形するように配置されており、第1の圧電素子の出力
と、第2の圧電素子の出力とを個別に取り出す配線構造と、
前記第1及び第2の圧電素子に接続されている信号処理回路とを備え、
第1の圧電素子の出力信号をx、第2の圧電素子の出力信号をyとしたとき、前記信号処理回路が、音響出力としてax+by(但し、a及びbは複素数)を出力し、振動出力としてax−byを出力するように構成されている、衝撃及び音響センサ。
Package and
First and second piezoelectric elements housed in the package;
The first piezoelectric element and the second piezoelectric element are arranged so as to be deformed in an opposite phase with respect to the acoustic input and to be deformed in the same phase with respect to the vibration input, And a wiring structure for individually taking out the output of the second piezoelectric element,
A signal processing circuit connected to the first and second piezoelectric elements,
When the output signal of the first piezoelectric element is x and the output signal of the second piezoelectric element is y, the signal processing circuit outputs ax + by (where a and b are complex numbers) as the acoustic output, and the vibration output and it is configured to output the ax-by as, shock and acoustic sensors.
前記パッケージ内において、前記第1の圧電素子と、前記第2の圧電素子とが対向するように配置されている、請求項1に記載の衝撃及び音響センサ。   The impact and acoustic sensor according to claim 1, wherein the first piezoelectric element and the second piezoelectric element are disposed so as to face each other in the package. 前記パッケージ内において、前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とに挟まれた空間が音響的に閉じられ、前記空間とは逆側に音が導かれる、請求項2に記載の衝撃及び音響センサ。   The impact according to claim 2, wherein a space between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element is acoustically closed in the package, and sound is guided to a side opposite to the space. And acoustic sensors. 前記パッケージ内において、前記第1の圧電素子と前記第2の圧電素子とに挟まれた空間に音が導かれ、前記第1及び第2の圧電素子の前記空間とは逆側が、音響的に閉じられた空間とされている、請求項2に記載の衝撃及び音響センサ。   Within the package, sound is guided to a space between the first piezoelectric element and the second piezoelectric element, and the opposite side of the first and second piezoelectric elements from the space is acoustically The shock and acoustic sensor according to claim 2, which is a closed space. 前記第1の板状圧電素子と、前記第2の板状圧電素子とが前記パッケージ内において併設されており、前記第1及び第2の圧電素子において、音響信号を受ける受圧面と反対側の面に音響的に閉じられた空間である後気室が設けられており、第1の圧電素子の受圧面及び後気室と、第2の圧電素子の受圧面及び後気室とが第1,第2の圧電素子に対して逆側とされている、請求項1に記載の衝撃及び音響センサ。   The first plate-like piezoelectric element and the second plate-like piezoelectric element are provided in the package, and the first and second piezoelectric elements are opposite to the pressure-receiving surface that receives an acoustic signal. A rear air chamber that is an acoustically closed space is provided on the surface, and the pressure receiving surface and the rear air chamber of the first piezoelectric element, and the pressure receiving surface and the rear air chamber of the second piezoelectric element are the first. The impact and acoustic sensor according to claim 1, wherein the shock and acoustic sensor is opposite to the second piezoelectric element. 前記第1,第2の圧電素子の面密度σが、0.01〜1kg/mの範囲内にある、請求項1〜5のいずれか1項に記載の衝撃及び音響センサ。 The impact and acoustic sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein a surface density σ of the first and second piezoelectric elements is in a range of 0.01 to 1 kg / m 2 .
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