TW546477B - Drop impact determination system and acceleration sensing element used in the drop impact determination system - Google Patents

Description

546477 A7 五、發明~" ~ ' ~ 树明，係關於-種用於手機等攜帶用電子機器之落

T衝擊測定系統及—種用於此落下衝擊測定系統之加速度 感應用元件。 X

[技術背景] •就筆記型電腦、卡帶唱機、CD唱機、MD唱機等之攜 I用電子機器來說，單從其等之使用形態就知無法迴避掉 落事件，因此強烈要求對於落下衝擊之保護。故障之大部 分係由導因於落下衝擊之安裝用基板的撓曲，及安裝於^ 安裝於安裝用基板之各種零件的斷路或脫落所造成者。因 此，為了防止這種故障，而有必要採取一種決定材料及構 造，指定落下高度及方向，模擬加在電子機器各部之衝擊 加速度，將其結果反饋於基板之固定位置和固定方法等之 内部構造設計之手法。然而，在落下時所施加之落下衝擊 加速度卻隨落下對象物而迴異外加加速度非常大，依落下 物之構造而使落下衝擊時之諧振頻率大為不同等之理由 下，難以檢出落下時之衝擊加速度。 [發明之揭露] 落下衝擊測定系統，包含有： 多數個雙壓電晶片型加速度感測器，其係具有自由振 動部且來自各自由振動部之取出用電極分別獨立； 開關部’其係用以選擇透過其取出用電極取得之前述 多數個雙壓電晶片型加速度感測器之輸出； 放大電路，其係用以放大一透過前述開關來施加之來 自如述雙壓電晶片型加速度感測器之電壓或電流之至少一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱）

(請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂----- 4 546477 A7 B7 _ 五、發明説明（ 方；及 邏輯判定電路，其係、用以邏輯判；t該放大電路之輸 出’依據其邏輯判定結果來控制開關部。 雙壓電晶片型加速度感應用元件中，用來構成該元件 之自由振動部係懸臂樑構造，而在此自由振動部產生之信 號即透過取出電極來連接於開關部。 於雙壓電晶片型加速度感應用元件中，用來構成該元 件之自由振動部係兩端支持樑構造，而在此自由振動部產 生之信號即透過取出電極來連接於前述開關部。 [圖式之簡單說明] 第1圖係本發明實施形態1及型態2中之落下衝擊測定 系統之電路圖。 第2 A圖係實施形態1之加速度感測部之電路圖。 第2B圖係實施形態2之加速度感測部之電路圖。 第3圖為一流程圖，顯示實施形態1及實施形態2之落 下衝擊測定系統的落下衝擊加速度檢出流程。 第4圖為一流程圖，顯示實施形態1及實施形態2之落 下衝擊測定系統的落下衝擊加速度檢出流程。 第5 A圖係實施形態1之兩端支持樑之加速度感應用元 件之上面圖。 第5B圖係實施形態1之兩端支持樑之加速度感應用元 件之底面圖。 第5C圖係實施形態1之兩端支持樑之加速度感應用元 件之側面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） 裝..................、可------------------線 (分先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546477 A7 B7____ 五、發明説明（3 ) 第5D圖係實施形態1之兩端支持樑之加速度感應用元 件之斜視圖。 第6 A圖係實施形態2之懸臂樑之加速度感應用元件之 上面圖。 第6B圖係實施形態2之懸臂樑之加速度感應用元件之 底面圖。 第6C圖係實施形態2之懸臂樑之加速度感應用元件之 斜視圖。 第7 A圖係實施形態1之懸臂樑之加速度感應用元件之 上面圖。 第7B圖係實施形態1之懸臂樑之加速度感應用元件之 底面圖。 第7C圖係實施形態1之懸臂樑之加速度感應用元件之 斜視圖。 第8 A圖係實施形態1之懸臂樑之加速度感應用元件之 加速度感應用元件之上面圖。 第8B圖係實施形態1之懸臂樑之加速度感應用元件之 底面圖。 第8C圖係實施形態1之懸臂樑之加速度感應用元件之 斜視圖。 [實施發明之最佳形態] (實施形態1) 第1圖係顯示本發明實施形態1之落下衝擊測定系統 之電路圖。加速度感測部101〜103，係分別連接於接地109 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 6 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

546477 A7 —-___ B7 五、發明説明（4) 及開關H)6〜108。開關106〜1〇8中之一個一關閉，加速度感 測。M(H、103中之一個輸出信號即被傳送至放大電路1〇4。 .放大電路於疋放大所輸入進來之信號。放大電路1〇4，接著 • 透過端子110輸出一相當於加速度之信號。邏輯判定電路 105，同時檢測從放大電路1〇4輸出之信號是否給定之閾值 内，或是否為諧振狀態，然後根據其檢出，輸出邏輯判定 結果。邏輯判定電路1〇5，接著根據此邏輯判定結果，判斷 應關閉開關106〜108中之那一個，藉以控制開關1〇6〜1〇8。 第5A圖〜第5D圖係顯示加速度感測部1〇1〜1〇3之主要 構成要素即加速度感應用元件之構件。第5 A圖〜第5D圖係 顯示兩端支持樑型之加速度感應用元件之構成。第5A圖為 上面圖，第5B圖為底面圖；第5C圖為側面圖；第5D圖為斜 視圖。於第5A〜第5D圖中，自由振動部545〜547係雙壓電晶 片之構造，就是藉施加之衝擊來產生之應變和振動之構 造。在自由振動部545〜547之上面形成有主電極5〇1〜5〇3， 而在下面即形成有主要極520〜522。取出用電極5〇4及 505，係與主要電極501電接；取出用電極5〇6及5〇7，係與 主電極502電接；取出用電極508及509係分別與主電極5〇3 電接。自由振動部545〜547，係因雙壓電晶片構造，而隨 原狀之變形產生電荷。產生於自由振動部545〜547之上面 側的電荷。分別傳入主電極501〜503，而所傳入主電極 501〜503之電荷即分別傳至取出用電極5〇4〜509。一方面， 產生於自由振動部545〜547下面側之電荷，分別傳入主電 極520〜522，而所傳入主電極520〜522之電荷即分別傳至取 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） ------------------------裝------------------訂------------------線. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 546477 A7 B7 五、發明説明（5 ) 出用電極523〜528。但是，被傳入主電極52〇〜522之電荷卻 疋與傳入主電極5〇1〜5〇3之電荷成反極性。取出用電極 23 528 係由支持體541〜544之側面而伸至支持體 541〜544之底部，露出於底部。 因自由振動部545〜547之變形而產生相反極性之電荷 中，從上面之取出用電極504〜509取出一方之極性之電 荷’並從路出於支持體541、544底部之取出電極523〜528 取出另一方極性之電荷。 又’其所以將形成於自由振動部545〜547之取出用電 極504〜509及523〜428形成於自由振動部545〜547之一部份 的理由’係為了防止因在自由振動部545〜547之應力分佈 而造成之輸出電荷之抵銷之故。例如，取出用電極5〇4及5〇5 之寬度係設定於主電極5〇1寬度之丨/5。 又’自由振動部545〜547之長度分別為L3、L2、L1， 其中L3為隶長’ L1為最短。各自由振動部545〜5 47在電性 方面分別獨立。 第2A圖，係顯示第1圖之加速度感測部1〇^03之電路 圖。加速度感應用元件201，係示於第5A圖〜第5D圖之加速 度感應用元件。從第5 A圖至第5D圖之取出用電極523或 524 ’係連接於第2A圖之接地205 ;從第5A圖乃至第5D圖 之取出用電極504或505，係連接於第2A圖之電阻器202。 將來自取出用電極504或505之輸出電荷流入電阻器202,藉 此把所產生之電荷變換成電流。又，此電流一流入電阻器 202 ’即把所產生之電荷變換成電流。又，若有必要把電阻 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -、?τ· 546477 A7 B7 五、發明説明（6 器202作成1ΜΩ以上之大電阻值時，使用FET203使電路之 阻抗減低。FET203之源極係透過端子206來連接於正電 源；閘極係連接於加速度感應用元件201及電阻;汲 極即連接於電阻器204。電阻器204之其他端子係接地於接 地205。透過端子207取出閘極之電位。在此電路構成下， 端子207之輸出阻抗變低。 又’在第5A圖〜第5D圖之加速度感應用元件，存在著 自由振動部546及自由振動部547 ;來自此等兩個自由振動 部之信號，也在跟第2A圖同樣之電路分別受到處理。 來自端207之信號被供給開關106〜108中之對應開關。 且說，對於含有自由振動部545〜547之加速度感測 部，分別授與識別號碼1〜3。此識別號碼係用「S」表示。 含有自由振動部545之加速度感測部101之S為；含有自由 振動部546之加速度感測部102之S為2 ;含有自由振動部 547之加速度感測部1〇3之S為3。又，加速度感測部之總數 係用「N」來表示。於第5A圖〜第5D圖，N為3。 上述說明係顯示一構成：就是使來自取出用電極504 或505之輸出電荷移動以作為電流，將其電流流入電阻器 202以變換成電壓，然後放大其電壓。然而，並不限定於此 方法，也可為直接放大電流之構成。 且說，一般而言，加速度感應用元件201係伴隨著靜 電電容，所以必然地由此靜電容及電阻器202來形成低通切 割濾波器。因此，限制由加速度感應用元件201所生成之信 號的低通側頻率。此時之低通斷開頻率FC，若設加速度感 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 9 -----------------------裝：----------------訂..................線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 546477 A7 B7 五、發明説明（7 ) 應兀件20 1之靜電電容為cs，設電阻器202之電阻值為R 時，可用下式表示。

F〇1/(2tixRxCs) (式 U 其次，第3圖係顯示落下衝擊檢測（第丨圖）之流程。 首先，在長度不同之自由振動部545〜54 7(第5A圖〜第 5D圖）中，選擇一對應於靈敏度最高且低諧振頻率之自動 振動部的加速度感測部。靈敏度最高且低諧振頻率之加速 度感測部，係含有自由振動部545之加速度感測部1〇1。即， 將S設定為1。（3〇〇) 其次，在開關106〜108之中，只關閉相當於所選擇之 加速度感測部的開關，實行感測器之轉換。在此時間點， S為1，所以只關閉第！圖之開關1〇6。（3〇1) 接著，開始落下。（302) 其次，實行落下衝擊測定。放大電路104，接著放大 因落下衝擊而在加速度感測部1 〇丨產生之信號，從第1圖之 端子Π0輸出落下衝擊測定結果（即，衝擊加速度）。（303) 其次’由邏輯判定電路1〇5，判定放大電路104之輸出 信號是否在給定之閾值以内以及諧振之有無。（304) 其次，若是給定之閾值以内時（306)，顯示其衝擊加速 度（3丨2)。關於衝擊加速度之顯示者，第1圖中並未有顯示。 一方面，若超出給定之閾值時（305)，判定此時間點之 S是否等於N。（307) 若S等於N時（309)，相當於在第5A圖〜第5D圖之自由振 動部545〜547之全部，放大電路1〇4之輸出信號超出閾值， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇><297公釐） 10 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

546477 A7 --- —— _B7 _____ 五、發明說明（g) "' — 所以實行錯誤顯示。（311) 若S未到達N時（308)，實行感測器號碼更新，s即增加 1 。 （310) 曰 j後藉由感測器之轉換，選擇新的感測器號碼 S(3〇l)，再度開始落下（302) 且說，第4圖也顯示第丨圖之落下衝擊檢測之流程。第 3圖之流程，係在落下衝擊測定（3〇3)之結果，非在感測器 號碼S之閾值以内時（3〇5)使感測器號碼s 一個一個地增加 (31〇)，重新開始落下（302)之方式者。一方面，第4圖為一 流程，就是最初之落下衝擊測定結果即使非在感測器號碼 S之閾值以内，也邏輯判定檢出信號，藉此推斷出適當之 感測器號碼，用其感測器號碼重新實行落下者。 首先，設定S為1。（400) 接著，開始落下試驗（401) 其次，由放大電路104，放大一經由開關106輸入之加 速度感測部101之輸出信號。（4〇2) 接著’由邏輯判定電路105，判定放大電路1〇4之輸出 信號是否給定之閾值以内及諧振有無。（4〇3) 其次，若判定為給定之閾值以内時（404)，顯示其衝擊 加速度（408)。第1圖並未有表示有關衝擊加速度之顯示。 一方面’若判定為已超出給定之閾值時（405)，顯示其 衝擊加速度（405)，邏輯判定電路1〇5即以放大電路1〇4之輸 出信號為基準，選擇最適合之感測器號碼。（4〇6) 其次關閉對應於最適合之感測器號碼的開關，再度開 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱） 11 .......... 裝------------------tr------------------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 546477 A7 B7 五、發明説明（9 始落下。（407) 然後’檢出落下衝擊，予以顯示之。（4〇8) 又，對用來檢測落下衝擊之加速度感測器者要求廣幅 度之諧振頻率。即，要求具有複數種類之諧振頻率的加速 度感測器。 若設示於第5A圖〜第5D圖之加速度感應用元件之諧振 頻率為fr、自由振動部之長度為L、厚度為τ、常數為“， 則以下式求出諧振頻率fr。 frocaxT/L2 (式 2) 即，諧振頻率fr係與自由振動部長度之二方成反比 例。因為第5 A圖〜第5D圖中所示之加速度感應用元件之自 由振動部545〜547分別具有不同之長度，所以存在著複數 之諸振頻率。因此，第5A圖〜第5D圖所示之加速度感應用 元件係對應於廣幅度諧振頻率之加速度感應用元件者。 若使用此種加速度感應用元件來構成落下衝擊測定 系統，則即使無法預測落下時之諧振頻率，也可輕易檢測 出衝擊加速度，使得框體之構造設計等變為容易。 其次，第7A圖〜7C圖及第8A圖〜第8D圖，係顯示懸臂 樑構造之加速度感應用元件。 第7A圖為上面圖，第7B圖為底面圖；第7C圖為斜視 圖。自由振動部741〜743之一端係藉支持體744來支持著藉 以形成懸臂樑構造。在自由振動部741〜743之上面形成有 主電極701〜703，而在自由振動部741〜743之下面即形成有 主電極721〜723。取出用電極704〜706係分別電接於主電極 12 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 546477 A7 B7 五、發明說明（ ❿ 701〜703。在支持體744之底面，形成有取出電極724〜726 分別電接於主電極721〜723。 第8A圖〜第8D圖，係顯示另一懸臂樑構造之加速度感 應用元件。第8A圖為上面圖；第8B圖為底面圖；第8(：圖為 斜視圖。自由振動部841及842之一端係藉支持體843來支持 著藉以形成懸臂樑構造。在自由振動部84丨之上面形成有主 要電極801，而在自由振動部841之下面即形成有主要電極 821。在自由振動部842之上面形成有主電極8〇2，而在自由 振動部842之下面即形成有主電極822。取出用電極8〇3及 8〇4分別電接於主電極801及802。形成在支持體料3底面之 取出用電極823，係經由支持體側面844而電接於主電極 821。形成在支持體843底面之取出用電極824,係經由支持 體側面844及相反側之支持體側面，而電接於主電極822。 第7A圖〜第7C圖及第8A圖〜第8C圖所示之懸臂樑構造 之加速度感應用元件，係較之第5A圖〜第5D圖所示之兩端 支持樑構造之加速度感應元件，同一尺寸之輸出電荷量大 到其4〜5倍。因此，也可省略該使用兩端支持構造之 加速度感應用元件（示於第5A圖〜第5D圖）時需要的放 大電路104(示於第1圖）。即，可藉著省略放大電路 1〇4，而提供低成本之落下衝擊試驗系統。又，因為 自由振動部74 1〜743係形成並聯之狀態，所以可使加 速度感應用元件本身之大小小型化，且可使落下衝擊 試驗系統本身小型化。 藉由上述實施形態1，可提供一種即使在諧振頻率極 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) -裝- 訂 :線， 546477 A7 ___B7 五、發明説明（11 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 為不同之1000G以上之大衝擊加速度，也可輕易實測之落 下衝擊測定系統。又，可提供一種可檢測不同諧振頻率之 衝擊加速度的加速度感應用元件。 (實施形態2) 第1圖係顯示實施形態2之落下衝擊測定系統之電路 圖。第2B圖係實施形態2之加速度感測部之電路圖。第3圖 及第4圖，係藉助實施形態2之落下衝擊測定系統的，檢出 方法之流程圖。第6 A圖〜第6 C圖係顯示實施形態中之懸臂 樑的加速度感應用元件。 第6A圖為上面圖；第6B圖為底面圖；第6C圖為斜視 圖。自由振動部641〜644之一端係由支持體645所支持固定 著。在自由振動部641〜644之上面分別形成有主電極 601〜604，而在自由振動部641〜644之下面則形成有主電極 620〜623。主要極601〜604分別電接於取出用電極 605〜608 ;而主電極620〜623即分別電接於取出用電極 624〜627。取出用電極624〜627，係露出於支持體645之底 部。自由振動部641〜644之長度L4〜L7均為同一。 使用第6 A圖〜第6C圖所示之加速度感應用元件，來構 成第2B圖所示之加速度感測器部。於第2B圖中，加速度應 應用元件220，係由第6A圖〜第6C圖之自由振動部641。主 要電極601及620，取出用電極605及624所形成之加速度感 應用元件者。加速度感應用元件係存在著4個。加速度感應 用元件221，係在第6A圖〜第6C圖中之剩下三個中之一個。 取出用電極624〜627係接地於接地225，而取出用電極 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 14 546477 A7 ___ Β7_ 五、發明説明（12 ) 605〜608即並聯地電接於電阻器222。第2B圖之電阻器 222，電阻器224、FET223、端子226及端子277係分別與第 2A圖之電阻器202、電阻器204、FET203、端子206及端子 207同一，因而省略各個之說明。像這樣形成之加速度感測 器部’係作為第1之加速度感測器部1 〇丨來使用。 同樣，可形成加速度感測器部103。然而，在加速度 感測部101〜103所使用之加速度感應用元件之諧振頻率各 異，因此可實現廣諧振頻率。 為了檢出大落下衝擊加速度，而可採用一種使加速度 感應用元件小型化以增加機械強度之方法。然而，按照習 知之加速度感測用元件，如果將之小型化的話，電容即降 低，導致加速度感應用元件本身之耐噪音性劣化。依據實 施形態2所示之加速度感應用元件，因為電性地以並聯之狀 態使用一具有同一諧振頻率之自由振動部，所以儘管將加 速度感應用元件本身小型化，其電容量也不會降低。因此， 本實施形態2可構築一具有優異耐噪音性之加速度感應用 元件及落下衝擊測定系統。 又，依照習知之加速度感應用元件，如果將之小型化 的話，電容量即降低。其結，式1所示之低通斷開頻率Fc 變高。一方面，按照實施形態2所示之加速度感應用元件， 儘管將加速度感應用元件本身小型化，其電容量也不會降 低，所以可避低通斷開頻率Fc之上升。 又，依照實施形態2，其係由第6A圖〜第6C圖所示形狀 之加速度感應用元件所構成。但，並不限定於此形狀，例 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） -----------------------裝------------------tr..................線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 15 546477 A7 B7 五、發明説明（13 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 如將第7A圖〜第7C圖之自由振動部741〜743之長度L10〜L8 作成同一形狀，或將第8A圖〜第8C圖之自由振動部841及 842之長度L11〜L12作成同一之形狀’或將第5A圖〜第5D圖 之自由振動部545〜547之長度L3〜L1作成同一長度之形 狀，也可獲得同樣之效果。 [產業之可利用性] 依本發明之落下衝擊測定系統及用於此落下衝擊測 定系統之加速度感應用元件，可對應於廣諧振頻率和大衝 擊加速度，及可實現小型化，同時也可改善耐噪音性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 16 546477 A7 B7 五、發明説明（14 元件標號對照 101,102,103…加速度感 測器部 104···放大電路 105"·邏輯判定電路 106，107，108···開關 109…接地 110…端子 201，220,221…加速度感 應用元件 202,204,222,224···電阻器 206,20Ί，226,22Ί···端子 501，502,503,520,521，522 …主電極 504,505,506,508,509,523, 524, 525, 526, 527 ，528… 取出用電極 541，542,543,544···支持體 545,546,547···自由振動部 601，602,603,604,620,621， 622,623···主電極 605,606,607,608,624,625, 626,627···取出用電極 641，642,643,644···自由振動部 645···支持體 701，702,703,704,721，722, 7 2 3…主電極 704,705,706,724,725,726 …取出用電極 741，742,743···自由振動部 744···支持體 745···支持體側面 801，802,821，822···主電極 803,804,823,824···取出用 電極 841,842···自動振動部 843···支持體 844···支持體側面 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 546477 Λ BCD 六、申請專利範圍 1. 一 種洛下衝擊測定系統，包含有： 夕數個雙壓電晶片型加速度感測器，其係具有自 由振動部且來自各前述自由振動部之取出用電極分別 獨立； 開關部，其係用以選擇—透過該取出用電極取得 之前述多數個雙壓電晶片型加速度感測器之輸出； 放大電路，其係用以放大一透過前述開關來施加 之來自刚述雙壓電晶片型加速度感測器之電壓或電流 之至少一方；及 邏輯判疋電路，其係用以邏輯判定前述放大電路 之輸出，依據其邏輯判定結果來控制前述開關部。 2. 3. 4. 一種用於雙壓電晶片型加速度感測器之雙壓電晶片 型加速度感應用元件，包含有·· 夕數個懸臂樑構造之自由振動部；及 取出用電極，其係用以取出前述自由振動部所產 生之信號。 如申請專利範圍第2項所述之雙壓電晶片型加速度感 應用70件，其中前述多數個自動振動部，分別具有不 同之長度且分別電性地獨立。 如申請專利範圍第2項所述之雙壓電晶片型加速度感 應用元件，其中前述多數個自由振動部具有同一之長 度且並聯地電接著。 一種用於雙壓電晶片型加速度感測器之雙壓電晶片 型加速度感應元件，包含有·· 1〇^)八4規格（210父297公釐） 18 5. 546477

   多數個兩端支持樑構造之自由振動部，·及 取出用電極，其係用以取出前述自由振動部所產 生之信號。 6,如申請專利範圍第5項所述之雙壓電晶片型加速度感 應用元件，其中前述多數個自由振動部分具有不同之 長度且分別電性地獨立著。 裝 '如申請專利範圍第5項所述之加速度感應用元件，其 中前述多數個自由振動部具有同一之長度且並聯地 電接著。 訂

   線 衣紙張尺度適用中國國家標準〈CNS) Α4規格（210X297公釐） 19