KR20220059428A - 가속도 변환기 - Google Patents

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KR20220059428A
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마르코 라프란치
토비아스 프로멘빌러
데이비드 베버
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키스틀러 홀딩 아게
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Abstract

본 발명은 가속도 변환기(1)에 관한 것으로, 가속도 변환기는 본체(12), 적어도 하나의 압전 소자(10, 10', 10"), 적어도 하나의 진동 매스(11, 11', 11") 및 컨버터 유닛(1.3)을 포함하고; 상기 본체(12)는 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3, 12.4) 및 법선 측면(12. 6, 12.7)을 포함하고, 상기 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3, 12.4)은 수직 축(z)에 접선방향으로 배치되고 상기 법선 측면(12.6, 12.7)은 상기 수직 축(z)에 수직으로 배치되고; 정확히 하나의 압전 소자(10, 10', 10")는 적어도 하나의 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3)에 부착되고; 정확히 하나의 진동 매스(11, 11', 11")는 상기 압전 소자(10, 10', 10")에 부착되고; 가속시 상기 진동 매스(11, 11', 11")는 그것이 부착되는 압전 소자(10, 10', 10")에 가속도에 비례하는 전단력을 가하고; 전단력의 작용 하에 상기 압전 소자(10, 10', 10")는 압전 전하를 발생시키고, 상기 압전 전하는 상기 컨버터 유닛(1.3)에 전달될 수 있고, 상기 컨버터 유닛(1.3)은 상기 본체(12)의 법선 측면(12.7)에만 직접 배치되거나; 상기 컨버터 유닛(1.3)은 지지부(13.7)에만 배치되고, 상기 지지부(13.7)는 상기 본체(12)의 법선 측면(12.7)에 부착된다.

Description

가속도 변환기{ACCELERATION TRANSDUCER}
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 가속도 변환기에 관한 것이다.
물리적 물체의 가속도는 로봇 공학, 에너지 생성, 운송 등과 같은 다양한 응용 분야에서 측정된다. 이 목적을 위해, 가속도는 물리적 물체에 작용하는 충격과 물리적 물체의 진동의 형태로 검출된다. 가속도는 중력 가속도 g=9.81msec-2의 배수로 표시된다. 검출된 가속도의 전형적인 범위는 2Hz ~ 10kHz의 측정 범위에서 +/-500g이다. 가속도 변환기는 가속도를 검출하기 위한 물리적 물체에 고정된다.
문헌 CH399021A1은 진동 매스, 압전 시스템 및 본체를 포함하는 전술한 유형의 가속도 변환기를 제공한다. 가속도 변환기는 그것을 유해한 환경적 영향으로부터 보호하기 위해서 진동 매스, 압전 시스템 및 본체를 수용하는 하우징을 포함한다. 가속도 변환기는 하우징에 의해 물리적 물체에 부착된다. 가속이 발생할 때, 진동 매스는 가속도에 비례하는 힘을 압전 시스템에 가한다. 압전 시스템은 길이방향 압전 효과를 위해 높은 감도를 가지는 압전 재료로 만들어진 복수의 평평한 디스크를 포함한다. 가해진 힘의 작용 하에, 압전 재료는 압전 전하를 발생시키고, 발생된 압전 전하의 양은 힘의 양에 비례한다. 길이방향 압전 효과로, 힘이 법선력으로서 작용하는 디스크의 면에 압전 전하가 발생된다. 각각의 디스크는 반대 극성을 갖는 압전 전하가 발생되는 2개의 면을 갖는다. 또한, 압전 시스템은 2개의 말단면으로부터 압전 전하를 제거하기 위해 전기 전도성 재료로 제조된 얇은 전극을 포함한다. 각각의 전극은 말단면의 크기를 갖는 표면을 갖는다. 그 표면으로, 전극은 말단면과 직접 완전히 접촉한다. 게다가, 압전 시스템은 프리-로딩 슬리브에 의해 진동 매스와 본체 사이에서 기계적으로 프리-로딩된다. 이런 기계적 프리-로딩은, 모든 발생된 압전 전하가 탭핑될 수 있도록 말단면과 전극 사이 미세 기공을 밀봉하고; 이것은 가속도 변환기의 선형성에 중요하고, 선형성은 압전 전하의 수와 힘의 양의 비를 의미한다. 압전 전하는 전기적으로 전달될 수 있고 가속도 신호를 나타낸다. 전기적으로 전달된 가속도 신호는 컨버터 유닛에서 전기적으로 변환될 수 있다.
DE69405962T2는 또한 인쇄 회로 기판에 진동 매스 및 압전 시스템을 포함하는 가속도 변환기를 기술한다. 가속도 변환기는 축을 따라 작용하는 전단력으로서 횡방향 전단 효과에 따라 가속도를 검출한다. 압전 시스템은 진동 매스와 인쇄 회로 기판 사이에 배치된다. 컨버터 유닛은 인쇄 회로 기판에 위치된다.
따라서, CH399021A1의 압전 시스템은 단지 하나의 축을 따르는 법선력에 민감하다. 또한, DE69405962T2의 압전 시스템은 단지 하나의 축을 따르는 전단력에 민감하다. 그러나, 직교 좌표계의 복수의 축을 따라 가속도를 동시에 검출할 수 있는 가속도 변환기를 가지는 것이 바람직할 것이다.
문헌 RU1792537C1은 3개의 물리적 차원에서 가속도를 검출할 수 있는 가속도 변환기를 개시한다. 6개의 표면을 갖는 정육면체 형상의 본체에 압전 재료로 만들어진 6개의 평평한 디스크와 6개의 진동 매스를 갖는 압전 시스템이 부착된다. 2개의 표면은 각각 서로 수직을 이루는 3개의 축 중 하나에 수직인 방향으로 배향되고; 이 축은 이하 법선 축으로 지칭될 것이다. 6개의 표면 각각에서, 평평한 디스크는 표면과 진동 매스 사이에 도입된다. 디스크는 외부 프리-로딩 하우징에 의해 본체에 대해 기계적으로 프리 로딩된다. 따라서, 압전 시스템은 3개의 법선 축 각각에 대해 한 쌍의 디스크를 포함한다. 디스크는 횡방향 전단 효과를 위해 높은 감도를 갖는다. 횡방향 전단 효과로, 전단력이 법선 축에 접선 방향으로 작용하는 디스크의 말단면에서 압전 전하가 발생되고; 이 축은 이하 주 접선방향 축으로 지칭된다. 또한, 압전 시스템은 디스크의 말단면에서 압전 전하를 제거하기 위해 전기 전도성 재료로 만들어진 전극을 포함한다.
RU1792537C1에 따르면, 압전 시스템은 압전 재료로 만들어지고 3개의 법선 축 각각에 대해 주 접선방향 축을 따라 작용하는 전단력에 대해 높은 감도를 나타내는 한 쌍의 디스크를 포함한다.
불행히도, 압전 재료는 상이한 축을 따라 작용하는 전단력에 대해 다소 높은 감도를 갖는 것을 피할 수 없다. 따라서, 주 접선방향 축을 따라 전단력에 대해 높은 감도를 가지는 압전 재료는 또한 주 접선방향 축에 수직이고 법선 축에 수직인 축을 따라 작용하는 전단력에 대해 비록 낮지만 감도를 나타내고; 이 축은 하기에서 이차 접선방향 축으로 지칭될 것이다. 양 전단력, 즉 주 접선방향 축을 따라 작용하는 것과 이차 접선방향 축을 따라 작용하는 것은 디스크의 말단면에서 압전 전하를 발생시킨다. 예로서, 압전 재료인 석영은 이차 접선방향 축을 따라 작용하는 전단력에 대한 낮은 감도보다 7배 높은 주 접선방향 축을 따르는 전단력에 대한 높은 감도를 갖는다.
따라서, 이차 접선방향 축을 따라 작용하는 전단력에 대한 압전 재료의 낮은 감도는 주 접선방향 축을 따르는 전단력의 검출을 왜곡할 수 있고, 각각의 압전 전하는 이하 압전 간섭 전하로 지칭될 것이다. RU1792537C1은 이런 왜곡을 회피하기 위해서 3개의 법선 축 각각에 대해 직렬로 반대 극성을 갖는 한 쌍의 디스크를 전기적으로 연결하도록 개시한다. 이것은, 이차 접선방향 축을 따라 작용하는 전단력이 두 디스크 각각의 말단면에서 동수의 압전 간섭 전하를 발생시킬 것이라는 장점을 가지고, 압전 간섭 전하는, 그러나, 반대 극성을 가지고 직렬로 태핑될 때 서로 상쇄시킨다.
더욱이, 문헌 EP054680A1은 서로 수직인 3개의 주 접선방향 축을 따라 작용하는 전단력으로서 횡방향 전단 효과에 따라 높은 감도를 가지고 가속도를 검출하기 위한 압전 시스템을 포함하는 가속도 변환기를 기술한다. 도 8에 도시된 바와 같은 실시형태에서, 압전 시스템은 압전 재료로 만들어진 6개의 디스크로 구성되고, 반대 극성을 갖는 한 쌍의 디스크는 3개의 주 접선방향 축 각각에 대해 직렬로 전기적으로 연결된다. 가속도 변환기는 단지 3개의 진동 매스만 필요로 하는데, 3개의 주 접선방향 축 각각에 대해 하나의 매스가 필요하다. 이차 접선방향을 따라 전단력으로부터 비롯되는 압전 간섭 전하는 직렬로 태핑될 때 3개의 주 접선방향 축 각각에 대해 상쇄된다.
또한, US5539270A1은 3개의 물리적 차원에서 가속도를 검출하기 위한 가속도 변환기를 지칭한다. 각각의 차원을 위한 압전 시스템이 제공되고, 각각의 압전 시스템은 압전 재료로 만들어진 2개의 플레이트를 포함한다. 두 개의 플레이트의 서로 대면하는 말단면은 서로 재료 본딩된다. 재료 연결은 전기적으로 절연된다. 서로 멀리 향하는 플레이트의 말단면에 법선력의 작용 하에 발생된 압전 전하를 제거하는 전극이 부착된다. 3개의 압전 시스템은 지지부에 기계적으로 부착된다. 지지부는 전극으로부터 멀리 압전 전하를 전도하기 위한 전기 도체를 포함한다. 진동 매스는 제공되지 않는다.
가속도 변환기를 물리적 물체에 부착하는 데 사용할 수 있는 공간이 제한된 경우가 많다. 따라서, 가속도 변환기는 50㎤ 미만의 작은 외부 치수를 가져야 한다. 또한, 10kHz 초과의 측정 주파수가 바람직하다. 또, 가속도 변환기는 작은 중량을 가져야 하는데 왜냐하면 그것의 공진 주파수가 그것의 중량에 반비례하기 때문이다.
문헌 CN201152880Y는 압전 시스템, 진동 매스, 및 본체를 포함하는 가속도 변환기를 개시한다. 본체는 원통형 형상을 가지고 수직 축을 따라 법선 말단면에서 끝난다. 수직 축에 수직인 법선 축을 따라 압전 시스템은 프리-로딩 슬리브에 의하여 본체와 진동 매스 사이에서 기계적으로 프리 로딩된다. 프리-로딩 슬리브는 중공 원통형 형상이고 본체의 법선 말단면의 평면에서 측방향 표면에서 끝난다. 진동 매스는 디스크로서 형성되고 또한 본체의 법선 말단면의 평면에서 측방향 표면에서 끝난다. 전하 증폭기 형태의 컨버터 유닛은 본체의 법선 말단면 뿐만 아니라 프리-로딩 슬리브 및 진동 매스의 측방향 표면에서 이 평면에 배치되어서, 공간을 절약한다.
본체의 법선 말단면 뿐만 아니라 프리-로딩 슬리브 및 진동 매스의 측방향 표면에서 컨버터 유닛의 이런 배치의 단점은, 진동 매스와 본체 사이에 포스 션트(force shunt)가 형성된다는 점이다. 결과적으로, 진동 매스는 가속도의 영향 하에 더 이상 자유롭게 진동할 수 없고, 진동 매스의 관성으로 인해 압전 시스템에 작용하는 힘은 방해되어서 힘은 더 이상 가속도에 비례하지 않고, 게다가, 압전 재료에 의해 발생된 압전 전하는 더 이상 검출될 가속도에 비례하지 않는다. 따라서, 포스 션트는 가속도 측정을 왜곡한다.
본 발명의 제1 목적은 복수의 물리적 차원에서 가속도를 동시에 검출할 수 있는 가속도 변환기를 제공하는 것이다. 본 발명의 제2 목적은 가능한 한 왜곡이 없는 가속도를 검출하는 가속도 변환기를 제공하는 것이다. 본 발명의 제3 목적에 따르면, 가속도 변환기는 작은 외부 치수와 낮은 중량을 가질 것이다. 본 발명의 제4 목적은 10kHz 초과의 높은 측정 주파수를 위해 구성된 가속도 변환기를 제공하는 것이다. 그리고 본 발명의 제5 목적에 따르면 가속도 변환기를 저렴한 비용으로 제조할 수 있어야 한다.
상기 목적들 중 적어도 하나는 독립항의 특징에 의해 달성되었다.
본 발명은 가속도 센서에 관한 것으로, 이는 본체, 적어도 하나의 압전 소자, 적어도 하나의 진동 매스 및 컨버터 유닛을 포함하고; 상기 본체는 접선 측면 및 법선 측면을 포함하고, 상기 접선 측면은 수직 축에 대해 접선방향으로 배치되고 상기 법선 측면은 상기 수직 축에 대해 수직으로 배치되고; 정확히 하나의 압전 소자는 적어도 하나의 접선 측면에 고정되고; 정확히 하나의 진동 매스는 상기 압전 소자에 고정되고; 가속시 상기 진동 매스는 그것이 부착되는 압전 소자에 가속도에 비례하는 전단력을 가하고; 상기 전단력의 작용 하에 상기 압전 소자는 압전 전하를 발생시키고, 상기 압전 전하는 상기 컨버터 유닛에 전달될 수 있고, 상기 컨버터 유닛은 상기 본체의 법선 측면에만 직접 배치되거나; 상기 컨버터 유닛은 지지부에만 배치되고, 상기 지지부는 상기 본체의 법선 측면에 부착된다.
본체에 컨버터 유닛의 이런 직접 배치 또는 지지부에 의한 본체에 컨버터 유닛의 간접 배치는 각각 압전 소자, 진동 매스, 및 컨버터 유닛과 함께 본체가 중간 제품으로서 사전에 제조될 수 있고 중간 제품은 그 후 유해한 환경적 영향으로부터 보호하는 하우징의 내부에 고정되고; 이것은 조립을 비용 효율적이도록 하는 장점을 갖는다. 또한, 컨버터 유닛은 본체에만 직접 배치되거나, 컨버터 유닛은 지지부에만 배치된다. CN201152880Y와 달리, 본체 또는 지지부에 컨버터 유닛의 이런 배타적인 배치는 진동 매스와 본체 사이에 포스 션트가 발생하지 않는다는 장점을 가지는데, 포스 션트는 가속도 측정을 왜곡할 수 있다. 끝으로, 컨버터 유닛에 대한 압전 소자의 접촉 뿐만 아니라 신호 출력부에 대한 컨버터 유닛의 접촉이 쉽게 신속하게 수행될 수 있도록 본체 또는 지지부에 각각 배치된 컨버터 유닛은 접촉 공구에 쉽게 접근가능하다.
본 발명의 추가적인 유리한 실시형태는 첨부된 청구항의 특징의 주제이다.
하기에서, 본 발명은 도면을 참조하여 예시적인 실시형태에 의해 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 변환기 유닛을 포함한 가속도 변환기의 제1 실시형태의 일부 도면을 도시한다.
도 2는 변환기 유닛을 포함한 가속도 변환기의 제2 실시형태의 일부 도면을 도시한다.
도 3은 도 1에 따른 가속도 변환기의 컨버터 유닛을 포함한 변환기 유닛의 도면을 도시한다.
도 4는 도 2에 따른 가속도 변환기의 컨버터 유닛을 포함한 변환기 유닛의 도면을 도시한다.
도 5는 도 1 내지 도 4에 따른 변환기 유닛의 일부의 분해도를 도시한다.
도 6은 가속도의 영향 하에 도 1 내지 도 5에 따른 변환기 유닛의 상면도를 도시한다.
도 7은 도 1 내지 도 5에 따른 변환기 유닛의 압전 소자의 제1 실시형태의 제1 도면을 도시한다.
도 8은 도 7에 따른 압전 소자의 실시형태의 제2 도면을 도시한다.
도 9는 도 1 내지 도 5에 따른 변환기 유닛의 압전 소자의 제2 실시형태의 제1 도면을 도시한다.
도 10은 도 9에 따른 압전 소자의 제2 실시형태의 제2 도면을 도시한다.
도 11은 도 1 내지 도 5에 따른 변환기 유닛의 압전 전하 전달의 개략도를 도시한다.
도 12 는 도 11에 따른 변환기 유닛의 컨버터 유닛의 하이-패스 필터의 개략도를 도시한다.
도 13 은 도 11에 따른 변환기 유닛의 컨버터 유닛의 로-패스 필터의 개략도를 도시한다.
도 14는 신호 도체가 하우징으로 도입되는 도 2에 따른 가속도 변환기의 조립시 제1 단계의 도면을 도시한다.
도 15 는 신호 도체가 하우징 내 주조 화합물에서 주조되는 도 2에 따른 가속도 변환기의 조립시 제2 단계의 도면을 도시한다.
도 16은 주조 화합물에 주조된 신호 도체가 하우징 내 일부 영역에서 노출되는 도 2에 따른 가속도 변환기의 조립시 제3 단계의 도면을 도시한다.
도 17은 변환기 유닛이 하우징으로 도입되는 도 2에 따른 가속도 변환기의 조립시 제4 단계의 도면을 도시한다.
도 18은 변환기 유닛의 컨버터 유닛이 전기적으로 연결되는 도 2에 따른 가속도 변환기의 조립시 제5 단계의 도면을 도시한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 가속도 변환기(1)의 2개의 실시형태 각각의 일부를 도시한다. 가속도 변환기(1)는 변환기 유닛(1.1), 하우징(1.2), 컨버터 유닛(converter unit; 1.3), 및 신호 출력부(1.4)를 포함한다. 가속도 변환기(1)는 횡방향 축(x), 종방향 축(y) 및 수직 축(z)으로도 지칭되는 3개의 축(x, y, z)을 갖는 직교 좌표계에 배열된다.
하우징(1.2)은 오염(먼지, 수분, 등)과 같은 유해한 환경적 영향 및 전자기파 형태의 전기 및 전자기 간섭 효과로부터 가속도 변환기(1)를 보호한다. 하우징(1.2)은 순금속, 니켈 합금, 코발트 합금, 철 합금 등과 같은 기계적 저항성 재료로 만들어진다. 하우징(1.2)은 50㎤ 미만의 작은 외부 치수를 가지도록 바람직하게 횡방향 축(x)을 따라 5cm 미만의 폭을 가지고, 바람직하게 종방향 축(y)을 따라 5cm 미만의 길이를 가지고, 바람직하게 수직 축(z)을 따라 2cm 미만의 높이를 갖는 직사각형 횡단면을 갖는다. 하우징(1.2)은 포트 형상을 가지고, 하우징 개구(1.20) 및 하우징 바닥(1.23)을 포함한다. 변환기 유닛(1.1)이 하우징(1.2)으로 도입될 수 있고 하우징 바닥(1.23)에 고정될 수 있고 하우징 개구(1.20)를 통하여 신호 출력부(1.4)에 연결될 수 있도록 하우징 개구(1.20)의 치수가 정해진다. 본 발명의 문맥에서, 용어 "연결"은 전기적 및 기계적 연결을 의미하는 것으로 이해된다. 하우징 개구(1.20)는 하우징 커버(1.21)에 의해 밀봉될 수 있다. 바람직하게, 그것은 용접, 납땜, 접착 등과 같은 재료 본딩에 의해 밀봉된다. 가속도 변환기(1)는 하우징(1.2)에 의해 가속도가 검출되는 물리적 물체에 부착된다. 임의의 부착 방법이 선택될 수 있다.
변환기 유닛(1.1)은 제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10"), 제1, 제2 및 제3 진동 매스(11, 11', 11") 및 본체(12)를 포함한다. 제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10") 및 제1, 제2 및 제3 진동 매스(11, 11', 11")는 본체(12)에 부착된다. 본체(12)는 차례로 하우징(1.2)에 부착된다. 바람직하게, 본체(12)는 접착, 납땜 등과 같은 재료 본딩에 의해 하우징(1.2)에 부착된다.
제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")는 석영(SiO2 단결정), 칼슘 갈로 저메네이트(Ca3Ga2Ge4O14 또는 CGG), 랑가사이트(La3Ga5SiO14 또는 LGS), 전기석, 갈륨 오르토인산염, 피에조세라믹 등과 같은 압전 재료로 제조된다. 제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")는 측정될 힘에 대해 높은 감도를 갖는다. 제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")는 횡단면이 직사각형이고, 바람직하게 1㎠ 미만의 표면적과 바람직하게 2mm 미만의 두께를 갖는다. 본 발명을 알고 있는 본 기술분야의 당업자는 원형 등과 같은 상이한 형상 및 횡단면을 갖는 압전 소자를 사용할 수 있다.
바람직하게, 제1, 제2 및 제3 진동 매스(11, 11', 11")는 이리듐, 백금, 텅스텐, 금 등과 같은 고 밀도 재료로 제조된다. 가속도 변환기(1)의 작은 외부 치수를 위해, 제1, 제2 및 제3 진동 매스(11, 11', 11")는 바람직하게 19g/㎤ 초과의 고 밀도를 가질 것이다. 제1, 제2 및 제3 진동 매스(11, 11', 11")는 바람직하게 1㎠보다 작은 표면적과 바람직하게 5mm보다 작은 두께를 가지는 직사각형 횡단면이다. 본 발명을 알고 있는 본 기술분야의 당업자는 또한 원형 등과 같은 상이한 형상 및 횡단면을 갖는 진동 매스를 사용할 수 있다. 또한, 본 기술분야의 당업자는 강, 세라믹, 등과 같은 낮은 밀도를 갖는 재료로 제조되는 진동 매스를 사용할 수 있다.
본체(12)는 Al2O3, 세라믹, Al2O3 세라믹, 사파이어 등과 같은 낮은 밀도를 갖는 기계적으로 단단한 재료로 제조된다. 본체(12)의 기계적 강성은 하우징(1.1)으로부터 제1, 제2 및 제3 진동 매스(11, 11', 11")로 검출될 가속도의 비탄성 전달을 위해 요구된다. 가속도 변환기(1)의 높은 기계적 강성을 위해, 본체(12)는 바람직하게 350GPa 내지 470GPa의 높은 탄성률을 갖는다. 가속도 변환기(1)의 낮은 중량을 위해, 본체(12)는 바람직하게 4g/㎤ 미만의 낮은 밀도를 갖는다. 본체(12)는 바람직하게 6개의 측면(12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.6, 12.7)을 갖는 정육면체이다. 4개의 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3, 12.4)은 수직 축(z)에 대해 접선 방향으로 배치된다. 2개의 법선 측면(12.6, 12.7)은 수직 축(z)에 법선 방향으로 배치된다. 측면(12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.6, 12.7)은 본질적으로 동일한 크기를 갖는다. 각각의 측면(12.1, 12.2, 12.3, 12.4, 12.6, 12.7)은 1㎠ 미만의 표면적을 갖는다. 본 발명의 문맥에서, 부사 "본질적으로"는 "+/-10%"의 의미를 갖는다. x, y, z 축 각각은 측면 중 2개에 대해 수직이다. 본 발명을 주지하고 있는 본 기술분야의 당업자는 원형 등과 같은 상이한 형상 및 상이한 형상의 표면을 갖는 본체를 사용할 수 있다.
제1 진동 매스(11) 및 제1 압전 소자(10)는 본체(12)의 제1 접선 측면(12.1)에 부착된다. 제2 진동 매스(11') 및 제2 압전 소자(10')는 본체(12)의 제2 접선 측면(12.2)에 부착된다. 제3 진동 매스(11") 및 제3 압전 소자(10")는 본체(12)의 제3 접선 측면(12.3)에 부착된다. 여기에서, 각각의 압전 소자(10, 10', 10")는 각각 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3)과 진동 매스 (11, 11', 11") 사이에 배치된다. 제4 접선 측면(12.4)은 비어 있다.
본체(12)에 대한 제1, 제2 및 제3 진동 매스(11, 11', 11") 및 제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 부착은 제1, 제2 및 제3 내부 연결 수단(15, 15', 15") 및 제1, 제2 및 제3 외부 연결 수단(16, 16', 16")에 의해 달성된다. 접착, 열 압축 본딩 등과 같은 재료 본딩에 의해 부착이 수행된다. 제1, 제2 및 제3 내부 및 제1, 제2 및 제3 외부 연결 수단(15, 15', 15", 16, 16', 16")에 의한 제1, 제2 및 제3 진동 매스(11, 11', 11") 및 제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 이러한 기계적 부착은 가속도 변환기(1)의 조립을 용이하게 하고 신속하게 비용 효과적인 방식으로 수행될 수 있다.
제1, 제2 및 제3 내부 연결 수단 및 제1, 제2 및 제3 외부 연결 수단(15, 15', 15", 16, 16', 16")은 화학적으로 경화되거나 물리적으로 경화될 수 있는 접착제이거나 화학적으로 경화될 수 있고 물리적으로 경화될 수 있는 접착제 조합물이다. 바람직하게, 제1, 제2 및 제3 내부 및 제1, 제2 및 제3 외부 연결 수단(15, 15', 15", 16, 16', 16")은 에폭시, 폴리우레탄, 시아노아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트 등과 같은 접착제로 이루어진다. 제1, 제2 및 제3 내부 및 제1, 제2 및 제3 외부 연결 수단(15, 15', 15", 16, 16', 16")은 1012Ω㎟/m 초과의 전기 저항률을 갖는 전기 절연체이다.
도 5에 도시된 대로, 제1 압전 소자(10)는 제1 내부 연결 수단(15)을 통하여 제1 접선 측면(12.1)에 부착된다. 제1 진동 매스(11)는 제1 외부 연결 수단(16)을 통하여 제1 압전 소자(10)에 부착된다. 제2 압전 소자(10')는 제2 내부 연결 수단(15')을 통하여 제2 접선 측면(12.2)에 부착된다. 제2 진동 매스(11')는 제2 외부 연결 수단(16')을 통하여 제2 압전 소자(10')에 부착된다. 제3 압전 소자(10")는 제3 내부 연결 수단(15")을 통하여 제3 접선 측면(12.3)에 부착된다. 제3 진동 매스(11")는 제3 외부 연결 수단(16")을 통하여 제3 압전 소자(10")에 부착된다.
바람직하게, 제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")는 제1, 제2 및 제3 내부 연결 수단 및 제1, 제2 및 제3 외부 연결 수단(15, 15', 15", 16, 16', 16")에 의해 전단력에 저항하는 방식으로 제1, 제2 및 제3 진동 매스(11, 11', 11") 및 본체(12)에 부착된다.
각각의 제1, 제2 및 제3 내부 연결 수단 및 각각의 제1, 제2 및 제3 외부 연결 수단(15, 15', 15", 16, 16', 16")은 바람직하게 1㎠ 미만의 표면적과 바람직하게 0.1mm 미만의 두께를 가지는 직사각형 횡단면으로 되어 있다. 본 발명을 알고 있는 본 기술분야의 당업자는 또한 원형 등과 같은 다른 형상 및 횡단면의 내부 및 외부 연결 수단을 사용할 수도 있다.
제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")는 주 접선방향 축(h)을 따라 횡방향 전단 효과에 대해 높은 감도를 가지고 이차 접선방향 축(n)을 따라 횡방향 전단 효과에 대해 낮은 감도를 가질 뿐만 아니라 법선 축(a)을 따라 압전 횡방향 효과에 대해 낮은 감도를 갖는다. 주 접선방향 축(h)은 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 각각에 대한 3개의 축(x, y, z) 중 다른 것이다. 이차 접선방향 축(n)은 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 각각에 대한 3개의 축(x, y, z) 중 다른 것이다. 법선 축(a)은 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 각각에 대한 3개의 축(x, y, z) 중 다른 것이다.
주 접선방향 축(h) 또는 이차 접선방향 축(n)을 따라 횡방향 전단 효과는, 주 접선방향 축(h) 또는 이차 접선방향 축(n)을 따라 전단력이 인가되는 것과 동일한 제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 말단면에서 압전 전하를 발생시킨다.
압전 횡방향 효과는 제1, 제2, 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 측방향 표면에 압전 전하를 발생시키고, 상기 측방향 표면은 법선력이 법선 축(a)을 따라 작용하는 제1, 제2, 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 말단면에 수직이다.
감도가 더 높을수록, 주어진 양의 힘에 대해 더 많은 압전 전하가 발생된다. 본 발명의 목적을 위해, 용어 "고 감도" 및 "저 감도"는 서로 관련되어 있다. 주 접선방향 축(h)을 따라 전단력에 대해 높은 감도를 갖는 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 각각은 이차 접선방향 축(n)을 따라 전단력에 대한 또는 법선 축(a)을 따라 법선력에 대한 낮은 감도와 비교해 단위 힘당 적어도 5배 더 많은 압전 전하를 발생시킨다.
따라서, 주 접선방향 축(h)을 따라 횡방향 전단 효과에 의해 발생된 압전 전하는 주로 가속도 검출시 고려되도록 압전 재료가 선택된다. 하기에서, 이차 접선방향 축(n)을 따라 횡방향 전단 효과에 따라 발생된 압전 전하 및 법선 축(a)을 따라 압전 횡방향 효과에 따라 발생된 압전 전하는 압전 간섭 전하로 지칭될 것이다.
도 6은 가속 중 변환기 유닛(1.1)의 상면도를 도시한다. 가속은 제1, 제2 및 제3 진동 매스(11, 11', 11")가 제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 말단면 상에 힘(F)을 가하도록 한다. 예로서, 힘(F)은 화살표로 나타낸 것처럼 종방향 축(y)을 따라 평행하게 작용한다.
제1 압전 소자(10)는 주 접선방향 축(h)인 종방향 축(y)을 따라 전단력에 대해 높은 감도를 갖는다. 힘(F)은 종방향 축(y)을 따라 작용하므로, 제1 압전 소자(10)는 말단면에서 횡방향 전단 효과에 따라 압전 전하를 발생시킨다. 제1 압전 소자(10)는 이차 접선방향 축(n)인 수직 축(z)을 따라 작용하는 전단력에 대해 낮은감도를 가지고, 법선 축(a)인 횡방향 축(x)을 따라 작용하는 법선력에 대해 낮은 감도를 갖는다. 힘(F)은 종방향 축(y)을 따라 작용하고 그것은 수직 축(z)을 따라 토크를 가한다. 제1 압전 소자(10)는 이 토크에 대해 말단면에서 횡방향 전단 효과에 따라 압전 간섭 전하를 발생시킨다.
제2 압전 소자(10')는 주 접선방향 축(h)인 횡방향 축(x)을 따라 전단력에 대해 높은 감도를 나타낸다. 그러나, 힘(F)은 종방향 축(y)을 따라 작용하고, 제2 압전 소자(10')는 그 말단면에서 압전 전하를 발생시키지 않는다. 제2 압전 소자(10')는 이차 접선방향 축(n)인 수직 축(z)을 따라 작용하는 전단력에 대해 낮은 감도를 가지고, 법선 축(a)인 종방향 축(y)을 따라 작용하는 법선력에 대해 낮은 감도를 갖는다. 힘(F)이 종방향 축(y)을 따라 작용하므로, 제2 압전 소자(10')는 그 측방향 표면에서 압전 횡방향 효과에 따라 압전 간섭 전하를 발생시킨다.
더욱이, 제3 압전 소자(10")는 주 접선방향 축(h)인 수직 축(z)을 따라 전단력에 대해 높은 감도를 나타낸다. 그러나, 힘(F)은 종방향 축(y)을 따라 전단력으로서 작용하고, 제3 압전 소자(10")는 그 말단면에서 압전 전하를 발생시키지 않는다. 제3 압전 소자(10")는 이차 접선방향 축(n)인 길이방향 축(n)을 따라 작용하는 전단력에 대해 낮은 감도를 가지고, 법선 축(a)인 횡방향 축(x)을 따라 법선력에 대해 낮은 감도를 갖는다. 힘(F)은 종방향 축(y)을 따라 작용하고 수직 축(z)을 따라 토크를 가한다. 제3 압전 소자(10")는 이 토크에 대해 그 말단면에서 횡방향 전단 효과에 따라 압전 간섭 전하를 발생시킨다.
도 7 및 도 8은 변환기 유닛(1.1)의 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제1 실시형태의 상세도를 도시한다. 도 9 및 도 10은 변환기 유닛(1.1)의 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제2 실시형태의 상세도를 도시한다. 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")는 2개의 말단면(110, 120) 및 4개의 측방향 표면(130, 140, 150, 160)을 포함한다.
3개의 압전 소자(10, 10', 10") 각각은 제1 말단면(110) 및 제2 말단면(120)을 포함한다. 여기에서, 각각의 말단면(110, 120)은 주 접선방향 축(h) 및 이차 접선방향 축(n)에 의해 확정된 평면에 있다. 이 평면에서, 이차 접선방향 축(n)은 주 접선방향 축(h)에 수직이다. 또한, 법선 축(a)은 평면에 수직이다. 주 접선방향 축(h)을 따라 전단력의 작용 하에, 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 각각은 2개의 말단면(110, 120)에서 압전 전하를 발생시킨다. 더욱이, 이차 접선방향 축(n)을 따라 전단력의 작용 하에, 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 각각은 2개의 말단면(110, 120)에서 압전 간섭 전하를 발생시킨다. 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 각각은 측방향 표면(130, 140, 150, 160)을 포함한다. 측방향 표면(130, 140, 150, 160)은 법선 축(a)에 평행하다. 측방향 표면(130, 140, 150, 160)은 제1 측방향 표면(130), 제2 측방향 표면(140), 제3 측방향 표면(150), 및 제4 측방향 표면(160)을 포함한다. 제1 측방향 표면(130) 및 제4 측방향 표면(160)은 압전 소자(10, 10', 10")의 이차 접선방향 축(n)에 수직이다. 제2 측방향 표면(140) 및 제3 측방향 표면(150)은 압전 소자(10, 10', 10")의 주 접선방향 축(h)에 수직이다.
법선력이 법선 축(a)을 따라 작용할 때, 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 각각은 4개의 측방향 표면(130, 140, 150, 160)에서 압전 간섭 전하를 발생시킨다.
따라서, 측정될 전단력에 대해 발생된 압전 전하는 압전 소자의 2개의 말단면(110, 120)에서만 발생된다. 게다가, 압전 간섭 전하는 2개의 말단면(110, 120) 및 4개의 측방향 표면(130, 140, 150, 160) 양자에서 발생된다.
말단면(110, 120)은 일부 영역에 적어도 전기 전도성 말단면 코팅(111, 121)을 포함한다. 전기 전도성 말단면 코팅(111, 121)의 영역 크기는 말단면(110, 120)의 90% 내지 100%일 수 있다. 측방향 표면(130, 140, 150, 160)은 일부 영역에 적어도 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131, 141, 151, 161)을 포함한다. 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131, 141, 151, 161)의 영역 크기는 측방향 표면(130, 140, 150, 160)의 0% 내지 100%일 수 있다. 전기 전도성 말단면 코팅(111, 121) 및 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131, 141, 151, 161)은 금속 필름의 열 라미네이션에 의해 또는 금속 증착에 의해 생성될 수 있다. 구리, 구리 합금, 금, 금 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 은, 은 합금 등이 금속으로서 사용될 수 있다. 전기 전도성 말단면 코팅(111, 121) 및 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131, 141, 151, 161)은 바람직하게 0.1mm 미만의 두께를 갖는다.
따라서, 진 전극(true electrode) 대신에, 가속도 변환기(1)는 단지 전기 전도성 말단면 코팅(111, 121) 및 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131, 141, 151, 161)을 포함한다. 따라서, 그것은 더 적은 구성요소를 포함하는데, 이는 공간을 절약하고 가속도 변환기(1)의 조립을 용이하게 한다.
전기 전도성 말단면 코팅(111, 121) 및 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131, 141, 151, 161)으로 인해 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 기계적 프리-로딩은 요구되지 않는다. 그 이유는, 전기 전도성 말단면 코팅(111, 121) 및 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131, 141, 151, 161)이 말단면(110, 120) 및 측방향 표면(130, 140, 150, 160)과 재료 접촉하고 말단면(110, 120) 및 측방향 표면(130, 140, 150, 160)에서 미세 기공을 밀봉하기 때문이다. 미세 기공의 이런 밀봉으로 인해, CH399021A1에 따른 프리-로딩 슬리브 또는 RU1792537C1에 따른 프리-로딩 하우징과 같은 별도의 프리-로딩 수단을 가속도 변환기(1)에 더 이상 제공할 필요가 없다. 이것은 더 적은 구성요소를 유발하는데, 이는 공간 및 중량을 절약하고 가속도 변환기(1)의 조립을 용이하게 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제1 실시형태에 따르면, 제1 말단면(110)은 일부 영역에 2개의 제1 전기 전도성 말단면 코팅(111, 111')을 포함하고 일부 영역에 2개의 제1 비코팅 말단면 영역(112, 112')을 포함한다. 또한, 제2 말단면(120)은 그 일부 영역에 2개 이상의 전기 전도성 말단면 코팅(121, 121', 121")을 포함한다. 제1 측방향 표면(130)은 그 일부 영역에 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131)을 포함하고, 그 일부 영역에 다른 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(133)을 포함하고, 그 일부 영역에 복수의 비코팅 제1 측방향 표면 영역(132, 132', 132", 132"', 132"")을 포함한다. 제2 측방향 표면(140)은 그 일부 영역에 제2 전기 전도성 측방향 표면 코팅(141)을 포함하고 그 일부 영역에 제2 비코팅 측방향 표면 영역(142)을 포함한다. 제3 측방향 표면(150)은 그 일부 영역에 제3 전기 전도성 측방향 표면 코팅(151)을 포함할 뿐만 아니라 그 일부 영역에 2개의 제3 비코팅 측방향 표면 영역(152, 152')을 포함한다. 제4 측방향 표면(160)은 그 일부 영역에 제4 전기 전도성 측방향 표면 코팅(161)을 포함한다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은 제1, 제2, 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제1 실시형태에 따르면, 2개의 제1 전기 전도성 말단면 코팅(111, 111'), 추가의 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(133), 및 제3 전기 전도성 측방향 표면 코팅(151)이 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)을 형성한다. 복수의 제2 전기 전도성 말단면 코팅(121, 121', 121"), 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131), 제2 전기 전도성 측방향 표면 코팅(141), 및 제4 전기 전도성 측방향 표면 코팅(161)은 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)을 형성한다.
본 발명의 목적을 위해, 형용사 "연속적"은 "전기 전도성 방식으로 연결된"의 의미를 갖는다. 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)은 제1 가속도 신호(S1)로서 제1 연속 전기 전도성 코팅(101) 하부에 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 표면에서 발생되는 제1 압전 전하를 수용한다. 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)은 제2 가속도 신호(S2)로서 제2 연속 전기 전도성 코팅(102) 하부에 제1, 제2, 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 표면에서 발생되는 제2 압전 전하를 수용한다. 제1 및 제2 압전 전하는 다른 부호를 갖는다. 따라서, 제1 압전 전하는 음의 부호를 가지고 제2 압전 전하는 양의 부호를 가지거나, 제1 압전 전하는 양의 부호를 가지고 제2 압전 전하는 음의 부호를 갖는다.
바람직하게, 제1 전기 전도성 말단면 코팅(111) 및 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131)은 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)을 형성한다. 바람직하게, 제2 전기 전도성 말단면 코팅(121) 및 추가의 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(133)은 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)을 형성한다. 바람직하게, 적어도 하나의 제2, 제3 또는 제4 전기 전도성 측방향 표면 코팅(141, 151, 161)은 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)의 일부 또는 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)의 일부이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제1 실시형태에 따르면, 제1 및 제2 연속 전기 전도성 코팅(101, 102)은 2개의 제1 비코팅 말단면 영역(112, 112'), 복수의 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132", 132"'), 제2 비코팅 측방향 표면 영역(142) 및 2개의 제3 비코팅 측방향 표면 영역(152, 152')에 의해 전기적으로 서로 절연된다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제2 실시형태에 따르면, 제1 말단면(110)은 그 일부 영역에 제1 전기 전도성 말단면 코팅(111)을 포함하고 그 일부 영역에 복수의 제1 비코팅 말단면 영역(112, 112', 112")을 포함한다. 또한, 제2 말단면(120)은 그 일부 영역에 복수의 제2 전기 전도성 말단면 코팅(121, 121", 121")을 포함하고 그 일부 영역에 제2 비코팅 말단면 영역(122)을 포함한다. 제1 측방향 표면(130)은 그 일부 영역에 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131)을 포함하고, 그 일부 영역에 2개의 부가적 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(133, 133')을 포함하고, 그 일부 영역에 복수의 비코팅 제1 측방향 표면 영역(132, 132', 132")을 포함한다. 제2 측방향 표면(140)은 그 일부 영역에 제2 전기 전도성 측방향 표면 코팅(141)을 포함하고 그 일부 영역에 복수의 제2 비코팅 측방향 표면 영역(142, 142', 142")을 포함한다. 제3 측방향 표면(150)은 그 일부 영역에 제3 전기 전도성 측방향 표면 코팅(151)을 포함하고 그 일부 영역에 제3 비코팅 측방향 표면 영역(152, 152')을 포함한다. 제4 측방향 표면(160)은 그 일부 영역에 제4 전기 전도성 측방향 표면 코팅(161)을 포함한다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제2 실시형태에 따르면, 복수의 제1 전기 전도성 말단면 코팅(112, 112', 112") 및 2개의 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131, 131')은 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)을 형성한다. 복수의 제2 전기 전도성 말단면 코팅(121, 121', 121"), 2개의 부가적 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(133, 133'), 제2 전기 전도성 측방향 표면 코팅(141), 제3 전기 전도성 측방향 표면 코팅(151), 및 제4 전기 전도성 측방향 표면 코팅(161)은 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)을 형성한다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제2 실시형태에 따르면, 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)의 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131, 131')은 법선 축(a)을 따라 법선력에 대해 압전 간섭 전하를 제거하고, 상기 압전 간섭 전하는 이차 접선방향 축(n)을 따라 전단력에 대해 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)의 제1 전기 전도성 말단면 코팅(111)에 의해 제거된 압전 간섭 전하의 극성과 반대의 극성을 갖는다. 게다가, 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)의 전기 전도성 측방향 표면 코팅(133, 141, 151, 161)은 법선 축(a)을 따라 작용하는 법선력에 대해 압전 간섭 전하를 제거하고, 상기 압전 간섭 전하는 이차 접선방향 축(n)을 따라 작용하는 전단력에 대해 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)의 제2 전기 전도성 말단면 코팅(121, 121", 121'")에 의해 제거된 압전 간섭 전하의 극성과 반대인 극성을 갖는다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제2 실시형태에 따르면, 제1 전기 전도성 코팅(101) 및 제2 전기 전도성 코팅(102)은 복수의 제1 비코팅 말단면 영역(112, 112', 112"), 제2 비코팅 말단면 영역(122), 복수의 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132"), 복수의 제2 비코팅 측방향 표면 영역(142, 142', 142"), 및 제3 비코팅 측방향 표면 영역(152)에 의해 전기적으로 서로 절연된다.
제1 전기 전도성 코팅(131)의 크기와 추가의 제1 전기 전도성 코팅(133)의 크기의 비는 제1 측방향 표면(130)의 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132", 132"', 132"")의 상대 위치 및/또는 크기에 의해 조절될 수 있다. 본 발명의 문맥에서, 쌍을 이룬 접속사 "및/또는"은 접속사 중 단 하나 또는 접속사 양자가 적용되는 것을 의미한다.
제1 전기 전도성 코팅(131)의 크기와 추가의 제1 전기 전도성 코팅(133)의 크기의 비는 제2 및 제3 측방향 표면(140, 150)에 대한 제1 측방향 표면(130)의 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132", 132"', 132"")의 상대 위치에 의해 조절될 수 있다. 제2 측방향 표면(140)을 향해 추가로 이동되거나 제3 측방향 표면(150)을 향해 추가로 이동되는 제1 측방향 표면(130)의 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132", 132"', 132"")의 상대 위치에 따라, 제1 전기 전도성 코팅(131)의 크기와 추가의 제1 전기 전도성 코팅(133)의 크기의 비는 그에 맞춰 감소되거나 증가될 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제1 실시형태에 따르면, 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132"', 132"")은 제2 측방향 표면(140)에 비교적 가깝게 위치된다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제2 실시형태에 따르면, 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132")은 제2 측방향 표면(140) 및 제3 측방향 표면(150)으로부터 본질적으로 동일한 거리에 위치된다.
그러나, 제1 전기 전도성 코팅(131)의 크기와 추가의 제1 전기 전도성 코팅(133)의 크기의 비는 또한 제1 측방향 표면(130)의 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132"', 132"")의 크기를 증가시키거나 감소시킴으로써 조절될 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제1 실시형태에 따르면, 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132", 132"', 132"")은 추가의 제1 전기 전도성 코팅(133)의 크기의 본질적으로 2배를 가지고, 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132"', 132"', 132"")은 제1 전기 전도성 코팅(131)보다 본질적으로 5배 더 작다. 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같은 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제2 실시형태에 따르면, 제1 비코팅 측방향 표면 영역(132, 132', 132")은 제1 전기 전도성 코팅(131, 131') 및 추가의 제1 전기 전도성 코팅(133)과 본질적으로 동일한 크기를 갖는다.
바람직하게, 제1 전기 전도성 코팅(101)의 전기 전도성 측방향 표면 코팅은 법선 축(a)을 따라 법선력에 대해 압전 간섭 전하를 제거하고, 상기 압전 간섭 전하는 이차 접선방향 축(n)을 따라 작용하는 전단력에 대해 제1 전기 전도성 코팅(101)의 제1 전기 전도성 말단면 코팅에 의해 제거된 압전 간섭 전하의 극성과 반대인 극성을 갖는다. 게다가, 제2 전기 전도성 코팅(102)의 전기 전도성 측방향 표면 코팅은 법선 축(a)을 따라 법선력에 대해 압전 간섭 전하를 제거하고, 상기 압전 간섭 전하는 이차 접선방향 축(n)을 따라 전단력에 대해 제2 전기 전도성 코팅(102)의 제2 전기 전도성 말단면 코팅에 의해 제거된 압전 간섭 전하의 극성과 반대인 극성을 갖는다.
바람직하게, 전기 전도성 측방향 표면 코팅에 의한 법선 축(a)을 따라 법선력에 대해 제거된 압전 간섭 전하의 수가 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)의 제1 전기 전도성 말단면 코팅에 의해 이차 접선방향 축(n)을 따라 전단력에 대해 제거된 수와 본질적으로 동일하도록 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)의 전기 전도성 측방향 표면 코팅의 크기가 정해진다. 또한, 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)의 전기 전도성 측방향 표면 코팅은 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)의 제2 전기 전도성 말단면 코팅에 의해 이차 접선방향 축(n)을 따라 전단력에 대해 제거된 것과 본질적으로 동일한 수의 압전 간섭 전하를 법선 축(a)을 따라 법선력에 대해 제거한다.
RU1792537C1과 달리, 본 발명에 따르면 전단력은 각 축에 대하여 단 하나의 압전 소자(10, 10', 10")에 의해서 검출된다. 따라서, 이차 접선방향 축(n)을 따라 작용하는 전단력으로부터 유발되는 압전 간섭 전하를 제거할 수 없고 이는 각 축에 대하여 반대의 극성을 갖는 2개의 압전 소자를 직렬로 연결함으로써 주 접선방향 축(h)을 따라 전단력의 측정을 왜곡할 것이다. 따라서, 본 발명의 가속도 변환기(1)는 다른 해법을 이용한다. 이것은 압전 재료가 또한 측방향 표면(130, 140, 150, 160)에서 법선 축(a)을 따라 작용하는 법선력에 대해 압전 간섭 전하를 발생시킨다는 사실을 기초로 한다. 이런 압전 간섭 전하는 또한 주 접선방향 축(h)을 따라 전단력의 검출을 왜곡한다. 이런 이유 때문에, 이런 압전 간섭 전하는 보통 측방향 표면(130, 140, 150, 160)으로부터 제거되지 않는다. 그러나, 이제 이차 접선방향 축(n)을 따라 전단력의 발생에는 법선 축(a)을 따라 작용하는 법선력이 동반되는 것으로 밝혀졌다. 전자에 대해 말단면(110, 120)에서 압전 간섭 전하가 발생되는 반면, 후자에 대해 측방향 표면(130, 140, 150, 160)에서 압전 간섭 전하가 발생된다. 이런 2가지 유형의 압전 간섭 전하는 주 접선방향 축(h)을 따라 전단력의 검출을 간섭한다. 적합한 제1 및 제2 연속 전기 전도성 코팅(101, 102)을 사용함으로써 말단면(110, 120)과 측방향 표면(130, 140, 150, 160)을 직렬로 전기적으로 연결하고 주 접선방향 축(h)을 따라 전단력의 검출을 간섭하는 압전 간섭 전하를 제거할 수 있다.
도 11은 변환기 유닛(1.1)의 압전 전하의 전달 개략도이다. 제1 측방향 표면(130)을 갖는 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 일부와 컨버터 유닛(1.3)의 일부 뿐만 아니라 신호 출력부(1.4)의 일부가 도시된다.
컨버터 유닛(1.3)은 제1 가속도 신호(S1)를 변환할 수 있다. 컨버터 유닛(1.3)은 적어도 제1 및 제2 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2"), 적어도 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13. 3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4"), 적어도 하나의 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10"), 및 적어도 제1 및 제2 신호 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8", 13.9)를 포함한다. 또한, 컨버터 유닛(1.3)은 적어도 하나의 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5"), 및/또는 적어도 하나의 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6")를 포함한다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같은 가속도 변환기(1)의 제1 실시형태에서, 컨버터 유닛(1.3)은 직접적으로 본체(12)에만 배치된다. 바람직하게, 컨버터 유닛(1.3)은 직접적으로 본체(12)의 제1 법선 측면(12.7)에만 배치된다. 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같은 가속도 변환기(1)의 제2 실시형태에서, 컨버터 유닛(1.3)은 지지부(13.7)에만 배치된다. 지지부(13.7)는 Al2O3, 세라믹, Al2O3 세라믹, 섬유 강화 플라스틱 등과 같은 전기 절연 재료로 제조된다. 지지부(13.7)는 본체(12)에 고정된다. 바람직하게, 지지부(13.7)는 접착, 납땜 등과 같은 재료 본딩에 의하여 본체(12)의 제1 법선 측면(12.7)에 부착된다.
제1 및 제2 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2"), 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4"), 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5"), 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6"), 및 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")는 제1 법선 측면(12.7)(도 1 및 도 3에 따른 가속도 변환기(1)의 제1 실시형태) 또는 지지부(13.7)(도 2 및 도 4에 따른 가속도 변환기(1)의 제2 실시형태)에 부착된다.
제1 및 제2 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2"), 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4"), 및 제1 및 제2 신호 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8", 13.9)는 구리, 구리 합금, 금, 금 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등과 같은 전기 전도성 재료로 제조되고 0.02mm ~ 0.10mm의 직경을 가지고 기계적으로 가요성이 있다.
제1 및 제2 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2"), 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4") 뿐만 아니라 제1 및 제2 신호 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8", 13.9)는 그라운드로부터 절연된 방식으로 제1 및 제2 가속도 신호(S1, S2)를 전도한다. 본 발명의 문맥에서, 용어 "그라운드로부터 절연된"은 가속도 변환기(1)의 그라운딩으로부터 전기적으로 절연되는 것을 의미한다. 바람직하게, 가속도 변환기(1)의 하우징(1.2)은 접지되고; 하우징(1.2)은 국부 접지와 동일한 전위를 갖는다. 따라서, 가속도 신호(S1, S2)는 가속도 변환기(1)의 전위로부터 전기적으로 절연된 방식으로 전도된다. 이런 식으로, 가속도 측정은 예를 들어 하우징(1.2)과 컨버터 유닛(1.3) 사이에서 가속도 변환기(1)의 전위 변화에 의해 왜곡된다.
바람직하게, 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4")는 전기 전도성 코팅으로 패터닝된다. 전기 전도성 코팅은 화학 기상 증착, 물리 기상 증착 등에 의해 형성된다. 전기 전도성 코팅은 구리, 구리 합금, 금, 금 합금, 백금, 백금 합금 등과 같은 전기 전도성 재료로 제조된다. 전기 전도성 코팅은 전기 전도성 박막이다. 본 발명의 문맥에서, 용어 "박막"은 평면 연장부에 수직인 방향으로 전기 전도성 코팅의 두께가 바람직하게 0.1mm 미만인 것을 의미한다. 전기 전도성 코팅은 제1 법선 측면(12.7)(도 1 및 도 3에 따른 가속도 변환기(1)의 제1 실시형태) 또는 지지부(13.7)(도 2 및 도 4에 따른 가속도 변환기(1)의 제2 실시형태)에 직접 적용된다. 본 발명의 문맥에서, 부사 "직접"은 "바로(immediately)"를 의미한다. 바람직하게, 전기 전도성 코팅에서 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4")의 패터닝은 스텐실링, 포토리소그래피 및 레이저 어블레이션에 의해 수행된다.
바람직하게, 컨버터 유닛(1.3)은 3개의 제1 및 제2 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2")를 포함한다. 하나의 제1 압전 소자 전기 도체(13.1, 13.1', 13.1")는 각각 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제1 전기 전도성 코팅(101)으로부터 컨버터 유닛(1.3)으로 제1 가속도 신호(S1)를 전달한다. 하나의 제2 압전 소자 전기 도체(13.2, 13.2', 13.2")는 각각 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제2 전기 전도성 코팅(102)으로부터 컨버터 유닛(1.3)으로 제2 가속도 신호(S2)를 전달한다.
제1 및 제2 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2")는 제1 측방향 표면(13.0)과 접촉한다. 이것은 제1 측방향 표면(13.0)이 이용가능하고 특정한 기술적 역할을 하고, 즉 그것은 압전 전하를 전달하기 위해 제공된 압전 소자 콘택트(13.01, 13.01', 13.01")를 가져서 공간을 절약하기 때문이다. 제1 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1")는 각각 제1 압전 소자 콘택트(13.01, 13.01', 13.01")를 통하여 제1 측방향 표면 전기 코팅(131)과 접촉한다. 제2 압전 소자 도체(13.2, 13.2', 13.2")는 각각 제2 압전 소자 콘택트(13.02, 13.02', 13.02")를 통하여 제2 측방향 표면 전기 코팅(133)과 접촉한다. 제1 및 제2 압전 소자 콘택트(13.01, 13.01', 13.01", 13.02, 13.02', 13.02")는 제1 측방향 표면(130)에 부착된다. 제1 및 제2 압전 소자 콘택트(13.01, 13.01', 13.01", 13.02, 13.02', 13.02")는 와이어 본딩, 납땜 등에 의해 제조된 재료 본드이다. 열압축 본딩, 열초음파 볼 웨지 본딩, 초음파 웨지 본딩 등과 같은 방법은 와이어 본딩에 적합하다. 도 11에서 원형의 제1 및 제2 압전 소자 콘택트(13.01, 13.01', 13.01", 13.02, 13.02', 13.02")는 형성된 와이어를 나타낸다.
컨버터 유닛(1.3)은 바람직하게 3개의 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4")를 포함한다. 하나의 제1 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1")는 각각 제1 본체 액세스 콘택트(13.03, 13.03', 13.03")를 통하여 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")와 접촉한다. 하나의 제2 압전 소자 도체(13.2, 13.2', 13.2")는 각각 제2 본체 액세스 콘택트(13.04, 13.04', 13.04")를 통하여 제2 본체 도체(13.4, 13.4', 13.4")와 접촉한다. 제1 및 제2 본체 액세스 콘택트(13.03, 13.03', 13.03", 13.04, 13.04', 13.04")는 제1 법선 측면(12.7)(도 1 및 도 3에 따른 가속도 변환기(1)의 제1 실시형태) 또는 지지부(13.7)(도 2 및 도 4에 따른 가속도 변환기(1)의 제2 실시형태)에 부착된다. 제1 및 제2 본체 액세스 콘택트(13.03, 13.03', 13.03", 13.04, 13.04', 13.04")는 와이어 본딩, 납땜 등에 의해 제조된 재료 본드이다. 열압축 본딩, 열초음파 볼 웨지 본딩, 초음파 웨지 본딩 등과 같은 방법은 와이어 본딩에 적합하다. 도 11에서 원형의 제1 및 제2 본체 액세스 콘택트(13.03, 13.03', 13.03", 13.04, 13.04', 13.04")는 형성된 와이어이다.
제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5"), 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6") 및 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")는 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")에 의해 전기적으로 상호 연결된다. 제1, 제2 및 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제2 가속도 신호(S2)를 갖는 제2 본체 도체(13.4, 13.4', 13.4")는 컨버터 유닛(1.3)의 전기 기준 퍼텐셜에서 전기적으로 단락된다. 전기 기준 퍼텐셜은 안정화되고, 즉 일시적으로 일정한, 직류 전압이다.
바람직하게, 컨버터 유닛(1.3)은 3개의 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")를 포함한다. 3개의 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")는 동일한 구조를 갖는다. 도 1 및 도 2에 따른 실시형태에서, 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")는 전자 부품이다. 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")는 중간부를 통하여 재료 본드에 의하여 제1 법선 측면(12.7)(도 1 및 도 3에 따른 가속도 변환기(1)의 제1 실시형태) 또는 지지부(13.7)(도 2 및 도 4에 따른 가속도 변환기(1)의 제2 실시형태)에 고정되고/되거나 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")는 중간부를 통하여 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4")에 고정된다. 중간부는 화학적으로 경화될 수 있는 접착제, 물리적으로 경화될 수 있는 접착제, 솔더 등일 수 있다. 바람직하게, 중간부는 에폭시, 폴리우레탄, 시아노아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 등과 같은 접착제이다. 하나의 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")는 각각 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")와 접촉한다. 임의의 접촉 방법이 선택될 수 있다. 하나의 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")는 각각 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")의 입력부로 제1 가속도 신호(S1)를 전달한다. 바람직하게, 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10')의 입력부는 107Ω 초과의 높은 임피던스를 갖는다. 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")는 제1 가속도 신호(S1)를 전압으로 변환한다. 변환된 제1 가속도 신호(S1)는 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")의 출력부에 제공된다. 바람직하게, 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10')의 출력부는 102Ω 미만의 낮은 임피던스를 갖는다. 그러나, 트랜스임피던스 컨버터를 사용하는 대신에, 본 발명을 주지하고 있는 본 기술분야의 당업자는 또한 전하 증폭기의 입력부에서 낮은 전기 저항을 갖는 전하 증폭기를 사용할 수 있다.
도 12는 컨버터 유닛(1.3)의 하이-패스 필터(18, 18', 18")의 개략도를 도시한다. 바람직하게, 컨버터 유닛(1.3)은 3개의 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5")를 포함한다. 3개의 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5")는 구조가 동일하다.
도 1 및 도 2에 따른 실시형태에서, 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5")는 Al2O3, 세라믹, Al2O3 세라믹, 등과 같은 저항성 재료로 제조된 저항성 코팅이다. 저항성 코팅은 화학 기상 증착, 물리 기상 증착 등에 의해 제조된다. 저항성 코팅은 전기 저항기 박막이다. 또, 저항성 코팅은 본 발명의 의미에서 "박막"인데 왜냐하면 평면 연장부에 수직인 방향으로 두께는 바람직하게 0.1mm 미만이기 때문이다. 저항성 코팅은 제1 법선 측면(12.7)(도 1 및 도 3에 따른 가속도 변환기(1)의 제1 실시형태) 또는 지지부(13.7)(도 2 및 도 4에 따른 가속도 변환기(1)의 제2 실시형태)에 직접 적용되고/되거나 저항성 코팅은 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4")에 직접 적용된다. 저항성 코팅은 스텐실링, 포토리소그래피, 레이저 어블레이션 등에 의해 패터닝될 수 있다.
도 2 및 도 4에 따른 실시형태에서, 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5")는 연결 와이어 및 세라믹, 금속 산화물 등과 같은 저항성 재료로 제조된 전기 부품이다.
제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")는 각각 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5")와 접촉한다. 임의의 접촉 방법이 선택될 수 있다. 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5")는 각각 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 중 하나와 병렬로 전기적으로 연결된다. 이런 병렬 연결은 하이-패스 필터(18, 18', 18")인데 왜냐하면 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")가 전기 커패시터이기 때문이다. 하이-패스 필터(18, 18', 18")는 차단 주파수 미만의 주파수를 필터링한다. 차단 주파수는 바람직하게 10Hz이다. 가속도 변환기(1)에 의한 가속도 측정이 시작될 때, 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 배출은 차단 주파수 미만의 낮은 간섭 주파수를 이끌 수 있다. 낮은 간섭 주파수는 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")의 입력부에 존재하고 정의되지 않은 시간 상수를 나타낸다. 낮은 간섭 주파수는 가속도 측정을 왜곡할 수 있다. 낮은 간섭 주파수는 필터링되고 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")는 정의된 시간 상수를 획득한다. 차단 주파수는 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5")의 전기 저항 값에 따라 조절될 수 있다.
도 13은 컨버터 유닛(1.3)의 로-패스 필터(17, 17', 17")의 개략도를 도시한다. 바람직하게, 컨버터 유닛(1.3)은 3개의 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6")를 포함한다. 3개의 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6")는 동일한 구조를 갖는다. 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6")는 연결 와이어 및 세라믹, 금속 산화물 등과 같은 저항성 재료로 제조된 전기 부품이다. 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")는 각각 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6")와 접촉한다. 임의의 접촉 방법이 선택될 수 있다. 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6")는 각각 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 중 하나와 직렬로 전기적으로 연결된다. 이런 직렬 연결은 로-패스 필터(17, 17', 17")인데 왜냐하면 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")가 전기 커패시터이기 때문이다. 로-패스 필터(17, 17', 17")는 가속도 변환기(1)의 고유 주파수 미만의 높은 간섭 주파수를 필터링한다. 이러한 높은 간섭 주파수는 가속도 변환기(1)의 기계적 여기에 의해 발생된다. 높은 간섭 주파수는 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")의 입력부에 존재하고 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")를 포화시켜서 가속도 측정을 왜곡시킬 수 있다. 로-패스 필터(17, 17', 17")는 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6")의 전기 저항 값에 따라 가속도 변환기(1)의 고유 주파수로 조절될 수 있다.
바람직하게, 컨버터 유닛(1.3)은 3개의 제1 본체 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8")를 포함한다. 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")의 각 출력부는 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")를 통하여 제1 본체 출력 콘택트(13.08, 13.08', 13.08")와 접촉한다. 바람직하게, 컨버터 유닛(1.3)은 제2 본체 출력 도체(13.9)를 포함한다. 제2 본체 도체(13.4, 13.4', 13.4")는 제2 본체 출력 콘택트(13.09)를 통하여 제2 본체 출력 도체(13.9)와 접촉한다. 제1 및 제2 본체 출력 콘택트(13.08, 13.08', 13.08", 13.09)는 제1 법선 측면(12.7)(도 1 및 도 3에 따른 가속도 변환기(1)의 제1 실시형태) 또는 지지부(13.7)(도 2 및 도 4에 따른 가속도 변환기(1)의 제2 실시형태)에 고정된다. 제1 및 제2 본체 출력 콘택트(13.08, 13.08', 13.08", 13.09)는 와이어 본딩, 납땜 등에 의해 제조된 재료 본드이다. 열압축 본딩, 열초음파 볼 웨지 본딩, 초음파 웨지 본딩 등과 같은 방법은 와이어 본딩에 적합하다. 도 11에서 원형의 제1 및 제2 본체 출구 콘택트(13.08, 13.08', 13.08", 13.09)는 형성된 와이어를 나타낸다.
제1 본체 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8")는 변환된 제1 가속도 신호(S1)를 신호 출력부(1.4)에 전달한다. 제2 본체 출력 도체(13.9)는 제2 가속도 신호(S2)의 합을 신호 출력부(1.4)에 전달한다.
신호 출력부(1.4)는 일부 영역에서 하우징(1.2)에 고정된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 가속도 변환기(1)의 실시형태에 따르면, 신호 출력부(1.4)는 바람직하게 전기 케이블이다. 신호 출력부(1.4)는 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2), 보호 시스(14.3), 시스 플랜지(14.4), 전기 절연체(14.5) 및 주조 화합물(14.6)을 포함한다.
횡단면에서, 신호 출력부(1.4)는 다층 구조를 갖는다.
신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2)는 내부층을 형성한다. 바람직하게, 신호 출력부(1.4)는 3개의 제1 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1") 및 하나의 제2 신호 도체(14.2)를 포함한다. 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2)는 구리, 구리 합금, 금, 금 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등과 같은 전기 전도성 재료로 제조된다. 바람직하게, 각각의 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2)는 전기 절연 시스를 포함한다. 제1 및 제2 본체 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8", 13.9)는 제1 및 제2 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2)와 접촉한다. 제1 본체 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8")는 각각 각각의 제1 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1")와 접촉한다. 제2 본체 출력 도체(13.9)는 제2 신호 도체(14.2)와 접촉한다.
전기 절연체(14.5)는 중간층을 형성하고 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2) 주위에 배치된다. 전기 절연체(14.5)는 보호 시스(14.3)로부터 신호 도체( 14.1, 14.1', 14.1", 14.2)를 전기적으로 절연한다. 전기 절연체(14.5)는 Al2O3, 세라믹, Al2O3 세라믹, 섬유 강화 플라스틱 등과 같은 전기 절연 재료로 제조된다.
보호 시스(14.3)는 외부층을 형성한다. 보호 시스(14.3)는 제1 및 제2 가속도 신호(S1, S2)에서 바람직하지 못한 간섭 효과를 이끌 수 있는 전자기파 뿐만 아니라 오염(먼지, 수분, 등)과 같은 유해한 환경적 영향으로부터 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2) 뿐만 아니라 전기 절연체(14.5)를 보호한다. 보호 시스(14.3)는 금속, 플라스틱, 등과 같은 기계적 저항성 재료로 제조된다.
도 14 내지 도 18은 도 2에 따른 가속도 변환기(1)의 실시형태의 조립시 단계를 나타낸다.
도 14는 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2)가 하우징(1.2)으로 도입되는 조립의 제1 단계를 보여준다. 하우징(1.2)은 신호 출력 개구(1.22)를 포함한다. 바람직하게, 신호 출력 개구(1.22)는 보호 시스(14.3)의 외부 직경의 형상 및 치수를 갖는다. 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2)의 단부는 박리되고 전기 절연 시스는 여기 일부 영역에서 제거된다. 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2)의 단부는 신호 출력 개구(1.22)를 통하여 하우징(1.2)의 내부 공간으로 돌출한다. 하우징(1.2)의 내부 공간은 하우징 바닥(1.23) 둘레 공간이다.
신호 출력 개구(1.22)는 보호 시스(14.3) 및 시스 플랜지(14.3)에 의해 외부로부터 밀봉된다. 바람직하게, 보호 시스(14.3)의 일 단부는 시스 플랜지(14.4)에 부착된다. 시스 플랜지(14.4)는 금속, 플라스틱 등과 같은 기계적 저항성 재료로 제조된다. 보호 시스(14.3) 및 시스 플랜지(14.4)의 연결은 크림핑 등과 같은 힘 연결에 의해 달성된다.
금속 플랜지(14.4) 그 자체가 재료 본드에 의해 하우징(1.2)에 체결된다. 바람직하게, 금속 플랜지(14.4)는 하우징(1.2)의 내부로부터 멀리 향하는 하우징 개구(1.22)의 외부 가장자리에 체결된다. 재료 본드는 용접, 납땜, 접착 등에 의해 만들어진다. 시스 플랜지(14.4)와 하우징(1.2) 사이 연결은 보호 시스(14.3)에서 스트레인 완화를 유발한다. 보호 시스(14.3)의 이런 스트레인 완화 때문에, 컨버터 유닛(1.3)에 도달하여 본체 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8", 13.9)의 인열 또는 파열과 같은 손상을 유발할 수 있는 기계적 하중이 보호 시스(14.3)로부터 하우징(1.2) 내부로 전달되지 않는다. 이러한 기계적 응력은 종방향 축을 따라 연장부 둘레에서 보호 시스(14.3)의 뒤틀림, 비틀림 등으로부터 비롯된다.
도 15는 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2)가 하우징(1.2) 내에서 주조 화합물(14.6)로 주조되는 조립의 제2 단계를 보여준다. 주조 화합물(14.6)은 하우징 개구(1.20)를 통하여 신호 출력 개구(1.21) 내 신호 도체(14.1, 14.1', 14.1", 14.2)로 적용된다. 주조 화합물(14.6)은 화학적으로 경화될 수 있는 접착제 또는 물리적으로 경화될 수 있는 접착제 또는 화학적으로 경화된 접착제 및 물리적으로 경화된 접착제의 조합물이다. 바람직하게, 주조 화합물(14.6)은 에폭시, 폴리우레탄, 시아노아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 등과 같은 접착제로 구성된다. 주조 화합물(14.6)은 1012Ω㎟/m 초과의 전기 저항률을 갖는 전기 절연체이다. 바람직하게, 신호 출력 개구(1.21)를 완전히 밀봉하기에 충분한 주조 화합물(14.6)은 신호 출력 개구(1.21)에서 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)에 적용된다.
도 16은 주조 화합물(14.6)에 주조된 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)가 하우징(1.2) 내 일부 영역에서 노출되는 조립의 제3 단계를 보여준다. 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)의 노출부(14.7)는 절삭 웨지, 밀링 커터 등과 같은 적합한 절삭 공구에 의해 달성된다. 절삭 공구는 하우징 개구(1.20)를 통하여 하우징(1.2)의 내부로 도입되고 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)의 단부 뿐만 아니라 경화된 주조 화합물(14.6)의 일부를 절단한다. 노출부(14.7)는 횡방향 축(x)과 종방향 축(y)에 의해 확정된 평면에 있다. 노출부(14.7)의 영역에서, 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)의 단부의 말단면은 하나의 평면에서 노출된다. 바람직하게, 평면은 하우징 개구(1.20)와 평행하다. 노출부(14.7)의 영역에서, 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)의 측방향 표면은 주조 화합물(14.6)에 의해 완전히 커버된다. 주조 화합물(14.6)은 스트레인 완화 방식(strain-relieved manner)으로 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)를 고정한다. 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)의 이런 스트레인 완화로 인해, 컨버터 유닛(1.3)으로 도달할 수 있고 본체 출력 도체(13.8, 13.8’, 13.8”, 13.9)의 인열 또는 파열과 같은 손상을 이끌 수 있는 기계적 하중은 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)로부터 하우징(1.2)의 내부로 전달되지 않는다. 이러한 기계적 응력은 종방향 축을 따라 연장부 둘레에서 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)의 뒤틀림, 비틀림 등으로부터 비롯된다. 또한, 주조 화합물(14.6)은 신호 출력 개구(1.21)를 기밀한 방식으로 밀봉한다. 신호 출력 개구(1.21)의 기밀 밀봉은 수분이 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)를 통하여 하우징(1.2)의 내부로 변환기 유닛(1.1)까지 진입하는 것을 방지하는데, 여기서 수분은 압전 소자(10, 10', 10")의 기능을 손상시킬 수 있는데 왜냐하면 석영과 같은 압전 재료가 흡습성이 강하기 때문이다.
도 17은 변환기 유닛(1.1)이 하우징(1.2)으로 도입되는 조립의 제4 단계를 보여준다. 변환기 유닛(1.1)은 컨버터 유닛(1.3)과 함께 하우징 개구(1.20)를 통하여 하우징(1.2)의 내부로 도입된다. 제2 법선 측면(12.6)은 본딩, 납땜 등과 같은 재료 본드에 의해 하우징 바닥(1.23)에 고정된다. 바람직하게, 변환기 유닛(1.1)은 제4 접선 측면(12.4)과 노출부(14.7)의 부근에 배치된다.
도 18은 변환기 유닛(1.1)의 컨버터 유닛(1.3)이 접촉되는 조립의 제5 단계를 보여준다. 컨버터 유닛(1.3)의 접촉은 와이어 본더 등과 같은 적합한 접촉 공구에 의해 수행된다. 접촉 공구는 하우징 개구(1.20)를 통하여 하우징(1.2)의 내부로 도입된다. 접촉 공구는 컨버터 유닛(1.3)의 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3’, 13.3”, 13.4, 13.4’, 13.4”)를 제1 및 제2 압전 소자 도체(13.1, 13.1’, 13.1”, 13.2, 13.2’, 13.2”)를 통하여 제1, 제2 또는 제3 압전 소자(10, 10', 10")의 제1 측방향 표면(130)에 연결한다. 게다가, 접촉 공구는 제1 및 제2 본체 출력 도체(13.8, 13.8’, 13.8”, 13.9)를 통하여 컨버터 유닛(1.3)의 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3’, 13.3”, 13.4, 13.4’, 13.4”)를 신호 출력부(1.4)의 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)에 연결한다.
바람직하게, 제1 및 제2 본체 출력 도체(13.8, 13.8’, 13.8”, 13.9)는 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)의 절단 단부의 말단면에 직접 연결된다. 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)와 제1 및 제2 본체 출력 도체(13.8, 13.8’, 13.8”, 13.9)의 이런 직접 접촉은, 인쇄 회로 기판 등과 같은 추가 지지 수단이 필요하지 않고 이는 가속도 변환기의 치수 및 중량을 낮게 유지하고 가속도 변환기의 조립을 간단하고 저렴한 비용이 들게 한다는 장점을 갖는다. 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)와 제1 및 제2 본체 출력 도체(13.8, 13.8’, 13.8”, 13.9)의 이런 직접 접촉은, 컨버터 유닛(1.3)이 기계적 가요성 본체 출력 도체(13.8, 13.8’, 13. 8”, 13.9)에 의해 스트레인 완화 방식으로 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)에 연결되고, 즉 기계적 가요성 본체 출력 도체(13.8, 13.8’, 13.8”, 13.9)는 신호 도체(14.1, 14.1’, 14.1”, 14.2)까지 관통하는 기계적 응력을 감소시킨다는 추가 장점을 갖는다.
컨버터 유닛(1.3)의 전기 접촉이 완료될 때, 하우징 개구(1.20)는 하우징 커버(1.21)에 의해 기밀하게 밀봉된다. 용접, 납땜, 접착 등과 같은 재료 본딩에 의해 밀봉이 이루어진다.
1 가속도 변환기
1.1 변환기 유닛
1.2 하우징
1.20 하우징 개구
1.21 하우징 커버
1.22 신호 출력 개구
1.23 하우징 바닥
1.24 조립 간극
1.3 컨버터 유닛
1.4 신호 출력부
10, 10’, 10’’ 압전 소자
11, 11’, 11’’ 진동 매스
12 본체
12.1, 12.2, 12.3, 12.4 접선 측면
12.6, 12.7 법선 측면
13.01, 13.01', 13.01" 제1 압전 소자 콘택트
13.02, 13.02', 13.02" 제2 압전 소자 콘택트
13.03, 13.03', 13.03" 제1 본체 액세스 콘택트
13.04, 13.04', 13.04" 제2 본체 액세스 콘택트
13.08, 13.08', 13.08" 제1 본체 출력 콘택트
13.09 제2 본체 출력 콘택트
13.1, 13.1', 13.1" 제1 압전 소자 도체
13.2, 13.2', 13.2" 제2 압전 소자 도체
13.3, 13.3', 13.3" 제1 본체 도체
13.4, 13.4', 13.4" 제2 본체 도체
13.5, 13.5', 13.5" 제1 전기 저항기
13.6, 13.6', 13.6" 제2 전기 저항기
13.7 지지부
13.8, 13.8', 13.8" 제1 본체 출력 도체
13.9 제2 본체 출력 도체
13.10, 13.10', 13.10" 트랜스임피던스 컨버터
14.1, 14.1', 14.1" 제1 신호 도체
14.2 제2 신호 도체
14.3 보호 시스
14.4 시스 플랜지
14.5 전기 절연체
14.6 주조 화합물
14.7 노출부
15, 15', 15" 내부 연결 수단
16, 16', 16" 외부 연결 수단
17, 17', 17" 로-패스 필터
18, 18', 18" 하이-패스 필터
101 제1 전기 전도성 코팅
102 제2 전기 전도성 코팅
110, 120 말단면
111, 111' 제1 전기 전도성 말단면 코팅
112, 112', 112" 제1 비코팅 말단면 영역
121 - 121"' 제2 전기 전도성 말단면 코팅
122, 122', 122" 제2 비코팅 말단면 영역
130, 140, 150, 160 측방향 표면
131, 131' 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅
132, 132' - 132"" 제1 비코팅 측방향 표면 영역
133, 133' 추가의 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅
141 제2 전기 전도성 측방향 표면 코팅
142, 142', 142" 제2 비코팅 측방향 표면 영역
151, 151' 제3 전기 전도성 측방향 표면 코팅
161 제4 전기 전도성 측방향 표면 코팅
a 법선 축
F 힘
h 주 접선방향 축
n 이차 접선방향 축
S1, S2 가속도 신호
x 횡방향 축
y 종방향 축
z 수직 축

Claims (16)

  1. 가속도 변환기(1)로서, 본체(12), 적어도 하나의 압전 소자(10, 10', 10"), 적어도 하나의 진동 매스(11, 11', 11") 및 컨버터 유닛(converter unit; 1.3)을 포함하고; 상기 본체(12)는 접선 측면(tangential side faces; 12.1, 12.2, 12.3, 12.4) 및 법선 측면(normal side faces; 12. 6, 12.7)을 포함하고, 상기 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3, 12.4)은 수직 축(z)에 접선방향으로 배치되고 상기 법선 측면(12.6, 12.7)은 상기 수직 축(z)에 수직으로 배치되고; 정확히 하나의 압전 소자(10, 10', 10")가 적어도 하나의 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3)에 부착되고; 정확히 하나의 진동 매스(11, 11', 11")가 상기 압전 소자(10, 10', 10")에 부착되고; 가속시 상기 진동 매스(11, 11', 11")는 상기 진동 매스가 부착되는 압전 소자(10, 10', 10")에 가속도에 비례하는 전단력을 가하고; 전단력의 작용 하에 상기 압전 소자(10, 10', 10")는 압전 전하를 발생시키고, 상기 압전 전하는 상기 컨버터 유닛(1.3)에 전달될 수 있고,
    상기 컨버터 유닛(1.3)은 상기 본체(12)의 법선 측면(12.7)에만 직접 배치되거나; 상기 컨버터 유닛(1.3)은 지지부(13.7)에만 배치되고, 상기 지지부(13.7)는 상기 본체(12)의 법선 측면(12.7)에 부착되는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가속도 변환기(1)는 정확히 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 및 정확히 3개의 진동 매스(11, 11', 11")를 포함하고; 정확히 하나의 압전 소자(10, 10', 10")가 3개의 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3)에 부착되고; 정확히 하나의 진동 매스(11, 11', 11")가 상기 압전 소자(10, 10', 10") 각각에 부착되는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  3. 제2항에 있어서,
    제1 압전 소자(10)는 종방향 축(y)을 따른 제1 진동 매스(11)에 의해 가해진 전단력에 대해 높은 감도를 가지고 종방향 축(y)을 따른 전단력의 작용 하에 압전 전하를 발생시키고; 제2 압전 소자(10')는 횡방향 축(x)을 따라 제2 진동 매스 (11')에 의해 가해진 전단력에 대해 높은 감도를 가지고 횡방향 축(x)을 따라 전단력의 작용 하에 압전 전하를 발생시키고; 제3 압전 소자(10")는 제3 진동 매스(11")에 의해 가해진 수직 축(z)을 따라 전단력에 대해 높은 감도를 가지고 수직 축(z)을 따라 전단력의 작용 하에 압전 전하를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 압전 소자(10, 10', 10")는 말단면(110, 120)을 포함하고; 주 접선방향 축(principal tangential axis; h)을 따른 전단력의 작용 하에 상기 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 각각은 말단면(110, 120)에 압전 전하를 발생시키고; 적어도 하나의 말단면(110, 120)은 적어도 하나의 전기 전도성 말단면 코팅(111, 121)을 포함하고; 상기 전기 전도성 말단면 코팅(111, 121)은 상기 주 접선방향 축(h)을 따라 전단력에 대해 발생된 압전 전하를 제거하는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압전 소자(10, 10', 10")는 측방향 표면(130, 140, 150, 160)을 포함하고; 제1 말단면(110)은 제1 전기 전도성 말단면 코팅(111)을 포함하고; 제2 말단면(120)은 제2 전기 전도성 말단면 코팅(121)을 포함하고; 제1 측방향 표면(130)은 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131) 및 추가의 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(133)을 포함하고; 상기 제1 전기 전도성 말단면 코팅(111) 및 상기 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131)은 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)을 형성하고; 상기 제2 전기 전도성 말단면 코팅(121) 및 추가의 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(133)은 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 컨버터 유닛(1.3)은 제1 및 제2 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1", 13.2, 13.2', 13.2")를 포함하고; 상기 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131)은 제1 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1")에 재료 본딩되고(materially bonded); 상기 추가의 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(133)은 제2 압전 소자 콘택트(13.2, 13.2', 13.2")에 재료 본딩되고; 상기 제1 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1")는 상기 제1 연속 전기 전도성 코팅(101)으로부터 제1 가속도 신호(S1)로서 압전 전하를 전달하고; 상기 제2 압전 소자 도체(13.2, 13.2', 13.2")는 상기 제2 연속 전기 전도성 코팅(102)으로부터 제2 가속도 신호(S2)로서 압전 전하를 전달하는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전기 전도성 측방향 표면 코팅(131)은 제1 압전 소자 콘택트(13.01, 13.01', 13.01")를 통하여 상기 제1 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1")에 재료 본딩되고; 상기 제2 전기 전도성 측방향 표면 코팅(133)은 제2 압전 소자 콘택트(13.02, 13.02', 13.02")를 통하여 상기 제2 압전 소자 도체(13.2, 13.2', 13.2")에 재료 본딩되는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  8. 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨버터 유닛(1.3)은 제1 및 제2 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3", 13.4, 13.4', 13.4") 및 트랜스임피던스 변환기(13.10, 13.10', 13.10")를 포함하고; 상기 제1 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1")는 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")에 전기적 및 기계적으로 연결되고; 상기 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")는 제1 가속도 신호(S1)를 상기 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")에 전달하고, 상기 트랜스임피던스 컨버터(13.10, 13.10', 13.10")는 제1 가속도 신호(S1)를 변환하고; 상기 제2 압전 소자 도체(13.2, 13.2', 13.2")는 제2 본체 도체 (13.4, 13.4', 13.4")에 전기적 및 기계적으로 연결되고; 상기 제2 본체 도체(13.4, 13.4', 13.4")는 제2 가속도 신호(S2)를 전달하는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 압전 소자 도체(13.1, 13.1', 13.1")는 제1 본체 액세스 콘택트(13.03, 13.03', 13.03")를 통하여 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")에 재료 본딩되고; 상기 제2 압전 소자 도체(13.2, 13.2', 13.2")는 제2 본체 액세스 콘택트(13.04, 13.04', 13.04")를 통하여 제2 본체 도체(13.4, 13.4', 13.4")에 재료 본딩되는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  10. 제8항 또는 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨버터 유닛(1.3)은 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5")를 포함하고; 하나의 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")는 각각 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5")에 전기적 및 기계적으로 연결되고; 하나의 제1 전기 저항기(13.5, 13.5', 13.5")는 각각 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 중 하나와 병렬로 전기적으로 연결되고, 상기 병렬 연결은 차단 주파수 미만의 주파수를 필터링하는 하이-패스 필터(high-pass filter; 18, 18', 18)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨버터 유닛(1.3)은 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6")를 포함하고; 하나의 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")는 각각 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6")에 전기적 및 기계적으로 연결되고; 하나의 제2 전기 저항기(13.6, 13.6', 13.6")는 각각 3개의 압전 소자(10, 10', 10") 중 하나와 직렬로 전기적으로 연결되고, 상기 직렬 연결은 가속도 변환기(1)의 고유 주파수 미만의 주파수를 필터링하는 로-패스 필터(low-pass filter; 17, 17', 17")를 형성하는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 가속도 변환기(1)는 신호 출력부(1.4)를 포함하고; 상기 컨버터 유닛(1.3)은 제1 및 제2 본체 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8", 13.9)를 포함하고; 하나의 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")는 각각 제1 본체 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8")에 전기적 및 기계적으로 연결되고, 각각의 제1 본체 출력 도체(13.8, 13.8', 13.8")는 변환된 제1 가속도 신호(S1)를 신호 출력부(1.4)에 전달하고; 하나의 제2 본체 도체(13.4, 13.4', 13.4")는 각각 제2 본체 출력 도체(13.9)에 전기적 및 기계적으로 연결되고, 상기 제2 본체 출력 도체(13.9)는 제2 가속도 신호(S2)를 상기 신호 출력부(1.4)에 전달하는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 본체 도체(13.3, 13.3', 13.3")는 제1 본체 출력 콘택트(13.08, 13.08', 13.08")를 통하여 제1 본체 출력 도체(13.08, 13.08', 13.08")에 재료 본딩되고; 상기 제2 본체 도체(13.4, 13.4', 13.4")는 제2 본체 출력 콘택트(13.09)를 통하여 제2 본체 출력 도체(13.9)에 재료 본딩되는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체(12)는 저 밀도의 기계적 강성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 매스(11, 11', 11")는 고 밀도의 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
  16. 제2항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가속도 변환기(1)는 3개의 내부 연결 수단(15, 15', 15") 및 3개의 외부 연결 수단(16, 16', 16")을 포함하고; 상기 3개의 압전 소자(10, 10', 10")는 각각 내부 연결 수단(15, 15', 15")에 의해 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3)을 향하는 면에서 본체(12)에 부착되고; 내부 연결 수단(15, 15', 15")에 의한 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3)에서의 압전 소자(10, 10', 10")의 부착은 재료 본드(material bond)에 의해 달성되고; 3개의 진동 매스(11, 11', 11") 각각은 외부 연결 수단(16, 16', 16")에 의해 압전 소자(10, 10', 10")의 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3)으로부터 멀리 향하는 면에 부착되고; 접선 측면(12.1, 12.2, 12.3)으로부터 멀리 향하는 압전 소자(10, 10', 10")의 면에서 진동 매스(11, 11', 11")의 부착은 재료 본드를 통하여 외부 연결 수단(16, 16', 16")에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는, 가속도 변환기.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4220190A3 (de) * 2020-11-02 2023-11-01 Kistler Holding AG Beschleunigungsaufnehmer
EP3992637B1 (de) * 2020-11-02 2023-11-29 Kistler Holding AG Beschleunigungsaufnehmer
USD1008059S1 (en) * 2022-03-30 2023-12-19 Kistler Holding Ag Acceleration sensor

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH399021A (de) 1964-02-19 1966-03-31 Kistler Instrumente Ag Beschleunigungs-Messgerät
DE2906407C2 (de) 1979-02-20 1981-02-26 Kistler Instrumente Ag, Winterthur (Schweiz) Piezoelektrisches Wandlerelement zum Einbau in Druck-, Kraft- oder Beschleunigungsaufnehmer
EP0054680B1 (de) 1980-12-18 1987-01-07 Cerberus Ag Rauchmelder nach dem Strahlungs-Extinktions-Prinzip
US4613752A (en) * 1983-08-04 1986-09-23 Optical Technologies, Inc. Fiber optic force measuring device
US4620446A (en) * 1984-12-31 1986-11-04 Bruel & Kjaer Instruments, Inc. Acceleration responsive transducers
SU1792537A1 (ru) 1990-03-02 1993-01-30 Иopиш Юлий Иocифobич Mhoгokomпohehthый пьeзoэлektpичeckий tehдem-bибpoдatчиk
JP2681559B2 (ja) * 1991-09-17 1997-11-26 リオン株式会社 速度計測装置
US5512794A (en) * 1991-12-05 1996-04-30 Kistler Instrumente Ag Shear accelerometer
JPH07198742A (ja) * 1992-12-07 1995-08-01 Kk Holding Ag 加速度計およびその組立方法
JPH06249872A (ja) * 1993-02-26 1994-09-09 Fujikura Ltd 圧電型振動センサとその製造方法
US5473941A (en) * 1993-07-30 1995-12-12 Vibra-Metric, Inc. Encapsulated accelerometer with faraday shielding
JPH0716168U (ja) * 1993-08-27 1995-03-17 株式会社カンセイ 圧電式加速度センサ
DE69405962T2 (de) 1993-11-09 1998-04-09 Murata Manufacturing Co Beschleunigungsmessaufnehmer
JP3094757B2 (ja) * 1993-11-12 2000-10-03 株式会社村田製作所 加速度検出素子の製造方法
US5539270A (en) 1993-11-19 1996-07-23 Matsushita Electric Works, Ltd. Acceleration detector
JPH085653A (ja) * 1994-06-16 1996-01-12 Rion Co Ltd 圧電型加速度ピックアップ
US5677487A (en) * 1995-10-13 1997-10-14 A/S Bruel & Kjaer Method and apparatus for measuring acceleration or mechanical forces
US6038924A (en) * 1997-12-22 2000-03-21 Research Foundation Of State Of New York Low frequency seismic accelerometer
JP2001041969A (ja) * 1999-07-30 2001-02-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 圧電センサの製造方法及び圧電センサ
US6397677B1 (en) * 2000-06-06 2002-06-04 Kistler Instrument Corporation Piezoelectric rotational accelerometer
JP2007532016A (ja) * 2003-07-11 2007-11-08 ケン デン 音響ベクトルセンサ
JP4492342B2 (ja) 2004-12-24 2010-06-30 日立電線株式会社 ろう付け用クラッド材及びそれを用いたろう付け方法並びにろう付け製品
CN201152880Y (zh) 2006-12-25 2008-11-19 中国科学院上海硅酸盐研究所 四芯电压输出压电加速度计
US8627721B2 (en) * 2010-10-18 2014-01-14 Blackberry Limited Accelerometer based on the measurement of Casimir force fluctuations
CN102901841B (zh) * 2012-11-01 2014-05-28 江苏联能电子技术有限公司 一种智能三向加速度传感器
JP2014092531A (ja) * 2012-11-07 2014-05-19 Seiko Epson Corp 物理量検出装置、電子機器および移動体
JP6249872B2 (ja) 2014-04-30 2017-12-20 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 すべり支承および免震構造物
JP6476730B2 (ja) * 2014-10-21 2019-03-06 セイコーエプソン株式会社 力検出装置及びロボット
EP3368922A1 (en) * 2015-10-30 2018-09-05 ION Geophysical Corporation Ocean bottom seismic systems
US10739375B2 (en) * 2015-12-04 2020-08-11 Kistler Holding Ag Acceleration measuring device and method of manufacturing of said acceleration measuring device
WO2020056216A1 (en) * 2018-09-13 2020-03-19 Ion Geophysical Corporation Multi-axis, single mass accelerometer
CN210128983U (zh) * 2019-05-17 2020-03-06 西人马（厦门）科技有限公司 三轴压电传感器
JP7198742B2 (ja) 2019-12-27 2023-01-04 本田技研工業株式会社 自動運転車両、画像表示方法およびプログラム
JP7140165B2 (ja) 2020-05-19 2022-09-21 王子ホールディングス株式会社 微細繊維状セルロース、分散液、シート及び微細繊維状セルロースの製造方法
EP4220190A3 (de) * 2020-11-02 2023-11-01 Kistler Holding AG Beschleunigungsaufnehmer
EP3992637B1 (de) * 2020-11-02 2023-11-29 Kistler Holding AG Beschleunigungsaufnehmer

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