WO2017149905A1 - センサ装置 - Google Patents

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WO2017149905A1
WO2017149905A1 PCT/JP2016/087635 JP2016087635W WO2017149905A1 WO 2017149905 A1 WO2017149905 A1 WO 2017149905A1 JP 2016087635 W JP2016087635 W JP 2016087635W WO 2017149905 A1 WO2017149905 A1 WO 2017149905A1
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WO
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sensor
substrate
component
housing
sensor device
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PCT/JP2016/087635
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English (en)
French (fr)
Inventor
直亜 上田
佳代 中村
隆介 酒井
Original Assignee
オムロン株式会社
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24Housings ; Casings for instruments
    • G01D11/245Housings for sensors
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D11/00Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
    • G01D11/24Housings ; Casings for instruments
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/08Protective devices, e.g. casings

Definitions

  • the present invention relates to a sensor device.
  • Patent Document 1 an apparatus that includes various measurement means and measures biological information related to a user or environmental information related to a surrounding environment has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • the apparatus listed in Patent Document 1 includes a plurality of measuring means and notification means.
  • the notification unit that affects the measurement result is arranged in a different area from the measurement unit that is affected.
  • Patent Document 2 a resistance humidity sensor that suppresses a decrease in detection accuracy due to the intrusion of water droplets inside has been proposed (for example, Patent Document 2).
  • the sensor component may be mounted in the housing (housing) in order to reduce the influence of disturbance.
  • the sensor component that measures a dynamic physical quantity of outside air such as temperature, humidity, sound pressure, and the like, if it is sealed in a housing, responsiveness and accuracy are degraded.
  • an object of the present invention is to provide a sensor device in which portability, responsiveness, and accuracy are balanced.
  • the sensor device includes a casing and a sensor component mounted inside the casing.
  • the casing has two or more vent holes, and the sensor component includes any two vent holes. It is arranged on the route connecting.
  • the sensor component may be a temperature sensor, a humidity sensor, or a microphone.
  • a sensor component that measures a dynamic physical quantity of outside air, it is possible to suppress a decrease in responsiveness and measurement accuracy by exchanging the outside air with air around the sensor component.
  • the sensor component may be arranged on a path connecting two vent holes provided on substantially opposite surfaces of the casing. If it does in this way, the retention of the air in a sensor apparatus can be reduced, and exchange of the outside air and the air in a sensor apparatus can be accelerated
  • the housing includes a substrate on which the sensor component is disposed, the substrate includes a fixing portion for fixing the substrate to the housing, and a tongue piece extending from the fixing portion. It is a temperature sensor and may be arranged on the tongue piece. If it does in this way, transmission of the heat to a tongue piece part can be reduced, and the influence on the output of a temperature sensor can be suppressed.
  • the fixing portion may be provided at an end portion of the substrate, and at least a part of the edge of the tongue piece portion may be formed by a slit provided in the substrate.
  • a part of the periphery of the tongue piece portion can be formed by the end portion of the substrate, and reduction of the effective area of the substrate can be suppressed even when a slit is provided.
  • a motion sensor that measures at least one of acceleration and angular velocity may be further included, and a component having rigidity higher than that of the substrate may be disposed between the fixed portion and the motion sensor. In this way, the influence on the output of the acceleration sensor due to the vibration of the tongue piece can be suppressed.
  • the sensor component is a temperature sensor, and the temperature sensor and the component having the largest heat generation amount may be arranged at almost opposite ends of the diagonal on the substantially rectangular substrate. In this way, it is possible to suppress the influence on the output of the temperature sensor from a part having a large calorific value.
  • FIG. 1 is a perspective view of the front surface of the sensor device 1 according to the present embodiment as viewed from the upper right.
  • FIG. 2 is a perspective view of the back surface of the sensor device 1 as viewed from the lower left.
  • FIG. 3 is a right side view of the sensor device 1.
  • FIG. 4 is a left side view of the sensor device 1.
  • the sensor device 1 is a general-purpose device that measures information about the surrounding environment, and various sensor components are mounted therein.
  • the sensor component is a semiconductor package including, for example, a sensor element and a signal processing IC (Integrated Circuit).
  • the sensor device 1 may have a wireless communication function, and can be used for watching an elderly person or a child.
  • the sensor device 1 is also called a composite sensor.
  • the sensor device 1 includes a housing body 11 and a battery cover 12.
  • the housing body 11 and the battery cover 12 are made of, for example, resin.
  • the front surface of the housing body 11 has a window portion 13 made of a transparent resin.
  • the window 13 is made of, for example, acrylic or PC (Polycarbonate). You may make it arrange
  • an illuminance sensor, a UV (Ultraviolet) sensor, or the like may be disposed at a position where external light reaches through the window portion 13.
  • the side surface of the housing body 11 has a vent hole 14.
  • the vent hole 14 is a through hole provided in the housing.
  • the sensor device 1 may be equipped with a sensor that functions when exposed to the outside air, such as a temperature sensor, a humidity sensor, an absolute pressure sensor (atmospheric pressure sensor), a microphone, or the like.
  • a sensor that functions when exposed to the outside air
  • the outside air and the air in the sensor device 1 can be easily exchanged, so that the responsiveness of the sensor can be ensured even when the above-described sensor is mounted in the housing. .
  • a moisture permeable waterproof sheet may be attached to the vent hole 14 from the inside of the housing body 11. If it does in this way, the sensor apparatus 1 will be provided with the function of what is called a life waterproofing degree, and the convenience will improve when a user carries and uses. Further, the moisture permeable waterproof sheet also functions as a windshield and can reduce noise to the absolute pressure sensor 165 and the temperature / humidity sensor 162 due to the wind.
  • the housing body 11 has a handle 15 at the top thereof.
  • the handle 15 is an annular grip portion, and the user can hang it around a bag or a stroller and carry it.
  • the handle 15 is not limited to an annular shape, and may have various shapes that are topologically in phase with the torus, a hook shape, or the like.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the inside of the sensor device 1 as seen from the upper right of the back side.
  • the sensor device 1 includes a substrate 16 and an inner cover 17 therein.
  • the board 16 is an electronic circuit board on which various sensor components are mounted.
  • the inner cover 17 is a member that forms a battery box for fixing a button battery on the substrate 16 by being combined with the substrate 16.
  • the window portion 13 forms a wall surface in the sensor device 1 substantially along the edge thereof and is combined with the substrate 16 to form a chamber in which a display portion such as an LED or the like, an illuminance sensor, a UV sensor, etc. are arranged. To do.
  • the window part 13 and the battery cover 12 have packing like what is called an O-ring, and the connection part with the housing body 11 is sealed.
  • FIG. 6 is a front view of the sensor device 1.
  • 7 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • the AA cross section is a view of the cross section of the sensor device 1 cut along the center in the left-right direction in the front view shown in FIG.
  • the vent hole 14 is provided in one of the spaces in the sensor device 1 divided into two by the substrate 16, and the position thereof is the same as that of the component mounted on the substrate 16. Overlapping in side view.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the arrangement of components mounted on the surface of the substrate 16.
  • the board 16 includes a wireless module 161, a temperature / humidity sensor 162, a flash memory 163, a motion sensor 164, an absolute pressure sensor 165, a microphone 166, an illuminance sensor / UV sensor / LED 167, and a housing fixing unit 168. And a slit 169.
  • the wireless module 161 is a communication unit that performs data communication according to standards such as Bluetooth (registered trademark), wireless LAN, and other mobile data communication.
  • the wireless module 161 communicates with, for example, a mobile phone or a smartphone owned by the user, and transmits measured data.
  • the wireless module 161 can be said to be a component that generates a relatively large amount of heat in a normal use state among the components mounted on the sensor device 1 according to the present embodiment.
  • the temperature / humidity sensor 162 is a component in which a temperature sensor and a humidity sensor are mounted on one chip.
  • the temperature sensor and the humidity sensor measure dynamic physical quantities of the outside air, and can be said to function when exposed to the outside air.
  • the temperature / humidity sensor 162 is arranged on a path connecting the vent holes 14 provided on the left and right side surfaces of the sensor device 1.
  • route which connects the ventilation hole 14 provided in the right and left side surface is represented by the dashed-dotted arrow.
  • the board 16 mounted inside is indicated by a broken line, and the components arranged on the board 16 are indicated by a thin solid line. As shown in FIG.
  • a temperature / humidity sensor 162 is arranged on a path connecting the vent holes 14 provided on the left and right side surfaces. In this way, since the air around the temperature / humidity sensor 162 is easily exchanged with the outside air, it is possible to suppress a decrease in response performance even when the temperature / humidity sensor 162 is mounted in the housing of the sensor device 1. Can do.
  • the flash memory 163 is a storage device that stores values measured by the sensors. Note that the flash memory 163 according to the present embodiment is a component having higher rigidity than the substrate 16. The flash memory 163 can be said to be a component having a relatively large mounting area.
  • the motion sensor 164 is a sensor that measures at least one of acceleration and angular velocity applied to the sensor.
  • the motion sensor 164 includes an acceleration measuring unit for each of the three axes, a gyro sensor for measuring the angular velocity of each of the three axes, and a three-axis gyro sensor and a measurement of the three-axis posture.
  • Various combinations such as those provided with a geomagnetic sensor and those provided with three acceleration sensors, gyro sensors, and geomagnetic sensors for each of the three axes may be employed.
  • the acceleration sensor can employ a so-called capacitance detection method, piezoresistive method, heat detection method, or the like, and the measurement method is not particularly limited.
  • the gyro sensor can use a so-called vibration method using a piezoelectric vibrator or a silicon vibrator.
  • a so-called vibration method using a piezoelectric vibrator or a silicon vibrator.
  • an MR (magneto-resistive) element, an MI (magneto-impedance) element, a hall element, or the like can be used as the geomagnetic sensor.
  • the absolute pressure sensor 165 is a sensor that measures the atmospheric pressure applied to the sensor.
  • the absolute pressure sensor 165 measures an absolute pressure based on an absolute vacuum.
  • the measurement method is not particularly limited.
  • the sensor device 1 according to the present embodiment is not sealed, and the absolute pressure sensor 165 functions sufficiently regardless of the position on the substrate 16.
  • the microphone 166 is a sensor that detects sound pressure.
  • the microphone 166 is arranged on a path connecting the vent holes 14 provided on the left and right side surfaces of the sensor device 1, and the response speed of the microphone 166 is secured in the same manner as the temperature and humidity sensor 162.
  • the illuminance sensor / UV sensor / LED 167 is a component in which the illuminance sensor, the UV sensor, and the LED are mounted on one chip.
  • the illuminance sensor measures illuminance indicating the brightness of light.
  • the UV sensor measures the amount of ultraviolet rays.
  • the LED is a display unit that performs lighting, blinking, change of an issuance color, and the like according to the operation state of the sensor device 1 and data measured by each sensor chip. A so-called 7-segment display may be employed to display numbers and the like. Since the illuminance sensor and the UV sensor need to be exposed to external light, the illuminance sensor and the UV sensor are disposed at a position where the external light reaches from the window portion 13. The LED is disposed at a position where the user can visually recognize from the window portion 13. Specifically, the illuminance sensor / UV sensor / LED 167 is provided at a position overlapping the window portion 13 when the sensor device 1 is viewed from the front.
  • the housing fixing unit 168 is a fixing unit for fixing the substrate 16 to the housing main body 11. In the example of FIG. 8, the screw holes are provided at the four corners of the substrate 16.
  • the housing fixing part 168 is not limited to a screw hole.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating another example of the substrate.
  • the substrate 16A of FIG. 10 has a housing fixing portion 168A that is a rounded rectangular notch formed by a parallel line and a semicircle extending from the four corners into the substrate 16.
  • FIG. 11 is a diagram showing another example of the substrate.
  • a substrate 16B in FIG. 11 has a housing fixing portion 168B that is a rounded rectangular notch having sides parallel to the substrate 16 provided at four corners.
  • substrate 16 can be fixed to the housing body 11 by screwing etc.
  • the fixing method of the substrate 16 and the housing main body 11 is not limited to screwing, but may be coupled by an engagement structure with a claw-like portion provided in the housing main body 11, heat caulking, or the like. .
  • the slit 169 is provided around the portion where the temperature / humidity sensor 162 is disposed.
  • the portion where the temperature / humidity sensor 162 is arranged has a tongue-like shape protruding from one housing fixing portion 168 in one direction around it.
  • the portion indicated by the dotted rounded rectangle in FIG. 8 is referred to as a “tongue piece”.
  • the substrate 16 is made of, for example, glass epoxy having a relatively high thermal conductivity.
  • the output of the temperature sensor may be affected by heat generated by other components on the substrate 16. Heat is also transmitted by a wiring pattern (not shown) on the substrate 16. Therefore, by providing the slit 169, heat transfer on the substrate 16 is blocked.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining the substrate 2 according to the comparative example.
  • the substrate 2 in FIG. 12 includes a temperature sensor 21 and a slit 22 provided around the temperature sensor 21.
  • the temperature sensor 21 is disposed near the center of the substrate 2, and a slit 22 is provided around the temperature sensor 21, and the portion where the temperature sensor 21 is disposed and the entire substrate are connected at one place.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a substrate 2A according to another comparative example.
  • a substrate 2A in FIG. 13 includes a temperature sensor 21 and a slit 22A.
  • the temperature sensor 21 is disposed in the vicinity of the center of one side of the rectangular substrate 2A.
  • a slit 22A is provided around the temperature sensor 21, and the portion where the temperature sensor 21 is disposed and the entire substrate are connected at one place.
  • the portion where the temperature sensor 21 is disposed is provided at the end of the substrate 2A, the entire length of the slit is shorter than in the example of FIG.
  • the slit generally needs to be about the width of the substrate for ease of processing.
  • the effective area of the substrate is smaller than in the case of the form. That is, if a slit is provided around the temperature sensor, the board area corresponding to the slit is reduced, and component mounting and wiring pattern restrictions associated therewith occur.
  • the temperature / humidity sensor 162 is arranged near the corner of the substantially rectangular substrate 16, so that in the example of FIG. 12, two of the slits provided in almost four directions of the temperature sensor 21.
  • the side can be replaced by the end of the substrate 16.
  • the temperature / humidity sensor 162 in the vicinity of the housing fixing portion 168, a reduction in the effective area of the substrate can be suppressed.
  • the wiring pattern does not exist around the temperature / humidity sensor 162, heat conduction by the wiring pattern is reduced.
  • the housing fixing portion 168 is formed by a screw hole, the effect of releasing heat to the housing body 11 by the metal screw is improved.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a sensor device 1A according to a modification.
  • 14A is a right side view
  • FIG. 14B is a front view
  • FIG. 14C is a left side view.
  • the substrate 16 in the sensor device 1A is indicated by a broken line.
  • the substrate 16 is the same as that shown in FIG. 8, but is rotated 90 degrees to the right from the example of FIG. 9 and mounted in the sensor device 1A.
  • left and right vent holes 14 are provided at positions that do not overlap in a side view. Even in such a configuration, the response speed can be ensured by providing the temperature / humidity sensor 162 and the microphone 166 on the path connecting the left and right ventilation holes as indicated by the one-dot chain line arrow in the front view.
  • FIG. 15 is a diagram showing a sensor device 1B according to another modification.
  • 15A is a right side view
  • FIG. 15B is a front view
  • FIG. 15C is a left side view.
  • substrate 16 in the sensor apparatus 1B is shown with the broken line.
  • the substrate 16 in FIG. 15 is the same as that shown in FIG. 8, but is rotated 90 degrees to the right from the example in FIG. 9 and mounted in the sensor device 1A.
  • a path connecting the left and right vent holes 14 is indicated by an alternate long and short dash line arrow.
  • the response speed can be secured by providing the temperature / humidity sensor 162 and the microphone 166 on the path connecting the ventilation holes.
  • the number and position of the air holes are not particularly limited. As shown in FIG. 15, the outside air and the air in the sensor device 1 are more easily exchanged by increasing the number of the vent holes 14 and providing the vent holes 14 over a wide range.
  • the vent hole 14 is provided on the side surface.
  • the present invention is not limited to such an example.
  • the vent hole 14 may be provided on a surface that is not opposed to the side surface and the bottom surface. .
  • an air hole is provided in the opposing surface as in the embodiment or the present modification, the retention of air inside can be reduced.
  • a sensor component that measures a dynamic physical quantity of outside air such as a temperature sensor, a humidity sensor, or a microphone
  • a sensor component that measures a dynamic physical quantity of outside air
  • a sensor component is arranged on a path that connects the vent holes, thereby providing a sensor component in the housing.
  • the portability can be improved by mounting the sensor component in the housing, and the measurement accuracy can be improved by reducing the influence of disturbance.
  • the vent holes on the substantially opposite (opposite) surfaces of the sensor device, the retention of air in the sensor device can be reduced, and the exchange of outside air and air in the sensor device can be promoted.
  • the air holes are provided in a region on the side where the above-described sensor components are arranged. At this time, by forming the battery box in the other region, the influence on the temperature sensor due to the loss heat generation of the power supply component can be reduced.
  • the influence on the output of the temperature sensor can be reduced by disposing the temperature sensor at a position far away from a component that generates a large amount of heat during normal use.
  • the wireless module 161 includes a processor (CPU), and generates the largest amount of heat in a normal use state.
  • the influence can be reduced by providing a component and a temperature sensor having a large calorific value at almost both ends of the diagonal.
  • the fixing portion for fixing the substrate to the housing is provided near the corner of the substrate, and the slit is provided so as to form a tongue piece portion extending from the fixing portion to one side.
  • a temperature sensor is arrange
  • a metal screw is used for the fixing portion, the effect of releasing heat to the housing is enhanced.
  • the tongue piece when a motion sensor is mounted, providing the tongue piece makes it easier for the part to vibrate and may affect the output of the motion sensor.
  • the tongue piece portion is provided so as to extend from the fixed portion as described above, transmission of vibration to the motion sensor is reduced.
  • a component that can reduce the vibration of the board is placed between the fixed part and the motion sensor on the board, for example, a part having a relatively large mounting area or a part having higher rigidity than the board 16, motion can be reduced. The noise received by the sensor can be reduced.
  • the size of the components to be arranged between them is one third of the distance from the tongue piece to the motion sensor (specifically, the distance from the fixed part located at the base of the tongue piece to the motion sensor) ( It is desirable to cover more than one half).
  • a flash memory that is higher in rigidity than the substrate 16 and covers more than one half of the distance from the housing fixing unit 168 to the motion sensor 164 between the housing fixing unit 168 and the motion sensor 164. It is arranged.
  • the structure of the above-mentioned embodiment and modification can be employ
  • only one of the temperature / humidity sensor 162 and the microphone 166 may be present on the ventilation path, or a sensor component that is not illustrated may be further present on the full-year path.

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Abstract

センサ装置は、筐体と、筐体の内部に搭載されるセンサ部品とを含み、筐体は、2以上の通気孔を有し、センサ部品は、いずれか2つの通気孔を結ぶ経路上に配置される。また、センサ部品は、温度センサ、湿度センサ又はマイクロフォンであってもよい。また、センサ部品は、筐体のほぼ対向する面にそれぞれ設けられた2つの通気孔を結ぶ経路上に配置されるようにしてもよい。

Description

センサ装置
 本発明は、センサ装置に関する。
 従来、様々な計測手段を備え、使用者に関する生体情報又は周辺環境に関する環境情報を計測する装置が提案されている(例えば、特許文献1)。特許文献1に挙げられた装置は、複数の計測手段と報知手段と備えている。また、計測結果に影響を与える報知手段が、影響を受ける計測手段とは異なる領域に配置されている。
 また、内部への水滴の侵入に起因する検出精度の低下を抑制する抵抗式湿度センサも提案されている(例えば、特許文献2)。
特開2006-300734号公報 特開2008-64616号公報
 ユーザが携帯して周囲の環境に関する情報を測定するようなセンサ製品の場合、外乱の影響を低減させるために筐体(ハウジング)内にセンサ部品を搭載することがある。一方、温度、湿度、音圧等のような、外気の動的な物理量を測定するセンサ部品の場合、筐体内に密閉されると応答性や精度が低下してしまう。
 そこで、本発明は、携帯性と応答性や精度とのバランスのとれたセンサ装置を提供することを目的とする。
 本実施形態に係るセンサ装置は、筐体と、筐体の内部に搭載されるセンサ部品とを含み、筐体は、2以上の通気孔を有し、センサ部品は、いずれか2つの通気孔を結ぶ経路上に配置される。
 このようにすれば、外気とセンサ装置内の空気、特にセンサ部品周辺の空気との交換を促進することができ、筐体内にセンサ部品を搭載する場合であっても応答性や測定精度の低下を抑制することができる。すなわち、携帯性と応答性や精度とのバランスのとれたセンサ装置を提供することができる。
 また、センサ部品は、温度センサ、湿度センサ又はマイクロフォンであってもよい。特にこのような外気の動的な物理量を測定するセンサ部品であれば、外気とセンサ部品周辺の空気との交換することで、応答性や測定精度の低下を抑制することができる。
 また、センサ部品は、筐体のほぼ対向する面にそれぞれ設けられた2つの通気孔を結ぶ経路上に配置されるようにしてもよい。このようにすれば、センサ装置内での空気の滞留を低減し、外気とセンサ装置内の空気の交換を促進することができる。
 また、筐体は、センサ部品が配設される基板を含み、基板は、当該基板を筐体に固定するための固定部と、当該固定部から伸びる舌片部を有し、センサ部品は、温度センサであり、舌片部に配置されるようにしてもよい。このようにすれば、舌片部への熱の伝達を低減することができ、温度センサの出力への影響を抑えることができる。
 また、固定部は、基板の端部に設けられ、舌片部の縁の少なくとも一部は、基板に設けられたスリットにより形成されるようにしてもよい。このようにすれば、舌片部の周囲の一部を基板の端部によって形成することができ、スリットを設ける場合であっても基板の有効面積の低減を抑えることができる。
 また、加速度及び角速度の少なくともいずれかを測定するモーションセンサをさらに含み、固定部とモーションセンサとの間に、基板よりも剛性の高い部品が配置されるようにしてもよい。このようにすれば、舌片部の振動による加速度センサの出力への影響を抑えることができる。
 また、センサ部品は、温度センサであり、温度センサと発熱量の最も大きい部品とが、ほぼ長方形状の基板上における対角のほぼ両端に配置されるようにしてもよい。このようにすれば、発熱量の大きい部品からの温度センサの出力への影響を抑えることができる。
 なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。
 携帯性と応答性や精度とのバランスのとれたセンサ装置を提供することができる。
センサ装置の一例を示す斜視図である。 センサ装置の一例を示す斜視図である。 センサ装置の右側面図である。 センサ装置の左側面図である。 センサ装置の分解斜視図である。 センサ装置の正面図である。 センサ装置の図6におけるA-A断面図である。 基板に実装された部品を模式的に表す図である。 センサ装置の左右の側面に設けられた通気孔を結ぶ経路を示す図である。 基板の他の例を示す図である。 基板の他の例を示す図である。 比較例に係る基板を説明するための図である。 他の比較例に係る基板を説明するための図である。 変形例に係るセンサ装置を示す図である。 他の変形例に係るセンサ装置を示す図である。
 以下、本発明の実施形態に係る複合センサについて、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、複合センサの一例を示すものであって、本発明に係る複合センサは、以下の構成には限定されない。
<筐体>
 図1は、本実施形態に係るセンサ装置1の正面を右上から見た斜視図である。図2は、センサ装置1の背面を左下から見た斜視図である。図3は、センサ装置1の右側面図である。図4は、センサ装置1の左側面図である。センサ装置1は、周囲の環境に関する情報を測定する汎用的な装置であり、内部に様々なセンサ部品を搭載する。センサ部品とは、例えばセンサ素子と信号処理用のIC(Integrated Circuit:集積回路)とを含む半導体パッケージである。また、センサ装置1は、無線通信機能を有してもよく、高齢者や子どもの見守り等に用いることができる。なお、センサ装置1を複合センサとも呼ぶ。
 センサ装置1は、筐体本体11と、電池カバー12とを含む。筐体本体11及び電池カバー12は、例えば樹脂で形成される。
 また、筐体本体11の正面には、透明な樹脂で形成された窓部13を有する。窓部13は、例えばアクリルやPC(Polycarbonate:ポリカーボネート)等で形成される。窓部13を介して視認できる位置には、LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)等の表示部を配設するようにしてもよい。また、窓部13を介して外光が届く位置には、照度センサ、UV(Ultraviolet:紫外線)センサ等を配設してもよい。
 また、筐体本体11の側面には、通気孔14を有する。図3及び図4に示すように、本実施形態では、左右対称な位置及び大きさの通気孔14が、左右それぞれに3つずつ設けられている。通気孔14は、筐体に設けられた貫通孔である。ここで、センサ装置1は、温度センサ、湿度センサ、絶対圧センサ(大気圧センサ)、マイクロフォン等のような、外気に暴露することで機能するセンサを搭載するようにしてもよい。通気孔14を設けることで外気とセンサ装置1内の空気とが交換され易くなるため、上述のようなセンサを筐体内に搭載する場合であっても、センサの応答性を担保することができる。また、通気孔14には、透湿防水シートを筐体本体11の内部から貼付するようにしてもよい。このようにすれば、センサ装置1はいわゆる生活防水程度の機能を備えるようになり、ユーザが携帯して用いる上で利便性が向上する。また、透湿防水シートは風防としても機能し、風による絶対圧センサ165や温湿度センサ162へのノイズを低減することができる。
 また、筐体本体11は、その上部に把手15を有する。把手15は、環状の握り部分であり、ユーザは鞄やベビーカー等にぶら下げて携帯することができる。なお、把手15は、環状に限らず、トポロジー的にトーラスと同相の様々な形状や、フック状等であってもよい。
 図5は、センサ装置1の内部を、背面側右上から見た分解斜視図である。センサ装置1は、その内部に基板16と、内部カバー17とを備える。基板16は、様々なセンサ部品を搭載する電子回路基板である。また、内部カバー17は、基板16と組み合わせることで基板16上にボタン電池を固定するための電池ボックスを形成する部材である。また、窓部13は、その縁にほぼ沿ってセンサ装置1内に壁面を形成し、基板16と組み合わせることで、内部にLED等による表示部や照度センサ、UVセンサ等を配置した室を形成する。また、窓部13及び電池カバー12はいわゆるOリングのようなパッキンを有し、筐体本体11との接続部分がシールされる。
 図6は、センサ装置1の正面図である。図7は、図6におけるA-A断面図である。なお、A-A断面は、図6に示す正面図において、左右方向の中央に沿ってセンサ装置1を切断した断面を、センサ装置1の正面に向かって右側から見た図である。また、図7に示すように、通気孔14は、基板16によって2つに分割されたセンサ装置1内の空間の一方に設けられており、その位置は、基板16上に実装される部品と側面視において重なっている。
<基板>
 図8は、基板16の表面に実装された部品の配置を模式的に表す図である。本実施形態では部品を片面に実装する例を示すが、両面実装であってもよい。基板16は、無線モジュール161と、温湿度センサ162と、フラッシュメモリ163と、モーションセンサ164と、絶対圧センサ165と、マイクロフォン166と、照度センサ・UVセンサ・LED167と、筐体固定部168と、スリット169とを有する。
 無線モジュール161は、例えばBluetooth(登録商標)、無線LAN、その他のモバイルデータ通信等の規格に従ってデータ通信を行う通信部である。無線モジュール161は、例えばユーザが所持する携帯電話機やスマートフォン等と通信を行い、計測したデータを送信する。また、無線モジュール161は、本実施形態に係るセンサ装置1に搭載される部品の中では、通常の使用状態において比較的発熱量の大きい部品といえる。
 温湿度センサ162は、温度センサと湿度センサとを1つのチップに搭載した部品である。また、温度センサ及び湿度センサは、外気の動的な物理量を測定するものであり、外気に暴露されることにより機能するといえる。本実施形態では、図9に示すようにセンサ装置1の左右の側面に設けられた通気孔14を結ぶ経路上に温湿度センサ162を配置している。図9では、左右の側面に設けられた通気孔14を結ぶ経路を、一点鎖線の矢印で表している。また、内部に搭載される基板16を破線で示し、基板16に配置される部品を細い実線で示している。図9に示すように、左右の側面に設けられた通気孔14を結ぶ経路上に、温湿度センサ162が配置されている。このようにすれば、温湿度センサ162の周囲の空気が外気と交換されやすくなるため、温湿度センサ162をセンサ装置1の筐体内に搭載する場合であっても応答性能の低下を抑制することができる。
 フラッシュメモリ163は、各センサが測定した値を記憶する記憶装置である。なお、本実施形態にかかるフラッシュメモリ163は、基板16よりも剛性が高い部品である。また、フラッシュメモリ163は、比較的実装面積の大きい部品といえる。
 モーションセンサ164は、当該センサにかかる加速度及び角速度の少なくともいずれかを計測するセンサである。モーションセンサ164としては、具体的には、3軸のそれぞれにかかる加速度を測定するもの、さらに3軸それぞれの角速度を測定するジャイロセンサを備えるもの、3軸のジャイロセンサと3軸の姿勢を測定する地磁気センサとを備えるもの、3軸それぞれについて加速度センサ、ジャイロセンサ及び地磁気センサの3つを備えるもの等の様々な組み合わせを採用しうる。また、加速度センサは、いわゆる静電容量検出方式、ピエゾ抵抗方式、熱検知方式等を採用することができ、測定の方式は特に限定されない。同様に、ジャイロセンサは、圧電振動子やシリコン振動子を用いるいわゆる振動方式等を利用することができる。また、地磁気センサは、MR(magneto-resistive)素子、MI(magneto-impedance)素子又はホール素子を用いるもの等を利用することができる。
 絶対圧センサ165は、当該センサにかかる気圧を測定するセンサである。また、絶対圧センサ165は、絶対真空を基準とした絶対的な圧力を測定する。なお、測定の方式は、特に限定されない。本実施形態に係るセンサ装置1は、密閉されておらず、絶対圧センサ165は基板16上の位置にかかわらず十分に機能する。
 マイクロフォン166は、音圧を検出するセンサである。本実施形態では、センサ装置1の左右の側面に設けられた通気孔14を結ぶ経路上にマイクロフォン166を配置しており、温湿度センサ162と同様にマイクロフォン166の応答速度を担保している。
 照度センサ・UVセンサ・LED167は、照度センサ、UVセンサ、LEDをワンチップに実装した部品である。照度センサは、光の明るさを示す照度を測定する。UVセンサは、紫外線量を測定する。LEDは、センサ装置1の動作状態や、各センサチップが測定したデータ等に応じて、点灯、点滅、発行色の変更等を行う表示部である。いわゆる7セグメントディスプレイを採用し、数字等を表示できるようにしてもよい。照度センサ及びUVセンサは外光にさらされる必要があるため、窓部13から外光の届く位置に配置されている。また、LEDは、窓部13からユーザが視認できる位置に配置されている。具体的には、照度センサ・UVセンサ・LED167は、センサ装置1の正面視において窓部13と重なる位置に設けられている。
 筐体固定部168は、基板16を筐体本体11に固定するための固定部である。図8の例では、基板16の四隅に設けられたネジ穴になっている。なお、筐体固定部168はネジ穴には限定されない。図10は、基板の他の例を示す図である。図10の基板16Aは、四隅から基板16内に伸びる平行線と半円形とによって形成された角丸長方形の切欠きである筐体固定部168Aを有している。また、図11は、基板の他の例を示す図である。図11の基板16Bは、四隅に設けられた基板16と平行な辺を有する角丸長方形の切欠きである筐体固定部168Bを有している。図10や図11に示すような構成であっても、ねじ止め等により基板16を筐体本体11に固定することができる。また、基板16と筐体本体11との固定方法はねじ止めに限らず、筐体本体11に設けられた爪状の部分との係合構造や、熱カシメ等によって結合するようにしてもよい。
 スリット169は、温湿度センサ162が配置された部分の周囲に設けられている。ここで、温湿度センサ162が配置された部分は、1つの筐体固定部168からその周囲の一方向に突出した舌片状になっている。図8において破線の角丸四角形で示した当該部分を、便宜上、「舌片」と呼ぶ。基板16は例えば熱伝導率の比較的高いガラスエポキシにより形成されるところ、温度センサは、基板16上の他の部品の発熱によっても出力に影響が表れる可能性がある。また、基板16上の配線パターン(図示せず)によっても熱が伝わる。そこで、スリット169を設けることにより、基板16上の熱の伝達を遮断している。
 図12は、比較例に係る基板2を説明するための図である。図12の基板2は、温度センサ21と、その周囲に設けられたスリット22とを有する。温度センサ21は基板2の中央付近に配置されており、その周囲にスリット22を設けると共に、温度センサ21の配置された部分と基板全体とが1か所で接続されている。図13は、他の比較例に係る基板2Aを説明するための図である。図13の基板2Aは、温度センサ21と、スリット22Aとを有する。温度センサ21は、長方形状の基板2Aの一辺の中央付近に配置され、その周囲にスリット22Aを設けると共に、温度センサ21の配置された部分と基板全体とは1か所で接続されている。図13の例では、温度センサ21を配置する部分が基板2Aの端に設けられているため、図12の例の場合よりもスリット全体の長さは短くなっている。
 スリットは、加工の容易性から、一般的に基板厚程度の幅が必要になる。図12のように基板の中央に温度センサ21を配置する場合や、図13のように基板の端部であっても一辺の中央付近に温度センサ21を配置する場合、図8に示す本実施形態の場合よりも基板の有効面積が減少する。すなわち、温度センサの周囲にスリットを設けると、スリット分の基板面積の減少、並びにこれに伴う部品実装及び配線パターンの制約が生じる。図8に示した本実施形態によれば、ほぼ長方形状の基板16の角付近に温湿度センサ162を配置するため、図12の例では温度センサ21のほぼ四方に設けられたスリットのうち2辺を、基板16の端部に代えることができる。また、一般的に筐体固定部168の周囲には配線パターンを設けにくいところ、筐体固定部168の近傍に温湿度センサ162を配置することにより基板の有効面積の減少を抑制することができる。同時に、温湿度センサ162の周囲に配線パターンが存在しなくなるため、配線パターンによる熱伝導が低減される。また、筐体固定部168をネジ穴により形成する場合、金属ねじによって筐体本体11へ熱を逃がす効果が向上する。
<筐体の変形例>
 図14は、変形例に係るセンサ装置1Aを示す図である。図14の(A)は右側面図、(B)は正面図、(C)は左側面図である。また、正面図において、センサ装置1A内の基板16を破線で示している。基板16は、図8に示したものと同一であるが、図9の例からは90度右に回転してセンサ装置1A内に搭載されている。右側面図及び左側面図に示すように、図14の例では側面視において重ならない位置に左右の通気孔14が設けられている。このような構成であっても、正面図に一点鎖線の矢印で示すように左右の通気孔を結ぶ経路上に温湿度センサ162やマイクロフォン166を設けることにより、応答速度を担保することができる。
 図15は、他の変形例に係るセンサ装置1Bを示す図である。図15の(A)は右側面図、(B)は正面図、(C)は左側面図である。また、正面図において、センサ装置1B内の基板16を破線で示している。図15の基板16も、図8に示したものと同一であるが、図9の例からは90度右に回転してセンサ装置1A内に搭載されている。また、正面図には、一点鎖線の矢印で左右の通気孔14を結ぶ経路を示している。図14や図15に示すように、通気孔を結ぶ経路上に温湿度センサ162やマイクロフォン166を設けることにより、応答速度を担保することができる。また、通気孔の数や位置は特に限定されない。図15に示すように、通気孔14の数を増やし、側面の広範囲に設けることにより、外気とセンサ装置1内の空気とがより交換され易くなる。上述の実施形態及び本変形例では側面に通気孔14を設けたが、このような例には限定されず、例えば側面と底面のように対向しない面に通気孔14を設けるようにしてもよい。一方、実施形態や本変形例のように対向する面に通気孔を設ければ、内部での空気の滞留を低減することができる。
<効果>
 本発明に係るセンサ装置によれば、通気孔を結ぶ経路上に温度センサ、湿度センサ又はマイクロフォン等のような外気の動的な物理量を測定するセンサ部品を配置することにより、筐体内にセンサ部品を搭載する場合であっても応答性や測定精度の低下を抑制することができる。また、筐体内にセンサ部品を搭載することにより携帯性を向上させると共に、外乱の影響を低減させることで測定精度も向上させることができる。特に、センサ装置のほぼ対向する(逆の)面に通気孔をそれぞれ設けることにより、センサ装置内での空気の滞留を低減し、外気とセンサ装置内の空気の交換を促進することができる。
 センサ装置内に基板を搭載して内部の空間を分割する場合、通気孔は上述したセンサ部品を配置する側の領域に設けられる。このとき、他方の領域に電池ボックスを形成することにより、電源部品のロス発熱による温度センサへの影響も低減することができる。
 また、基板上においては、通常の使用において発熱量の大きい部品と遠い位置に温度センサを配置することにより、温度センサの出力への影響を低減することができる。上述の実施形態では、無線モジュール161はプロセッサ(CPU)を内蔵し、通常の使用状態において最も発熱量が大きい。ほぼ長方形状の基板において、対角のほぼ両端に発熱量の大きい部品と温度センサを設けることで、影響を低減することができる。
 また、温度センサの周囲には、基板にスリットを設けることにより熱の伝達を遮断することができ、センサ装置内の部品の発熱の影響を低減することができる。上述の実施形態では、基板を筐体に固定する固定部を基板の角付近に設け、当該固定部から一方に伸びる舌片部を形成するようにスリットを設けている。そして、舌片部上に温度センサを配置すれば、基板の有効面積の減少を抑えつつ、温度センサへの熱伝導を低減することができる。さらに固定部に金属ねじを使用すれば、熱を筐体へ逃がす効果が高まる。
 さらにモーションセンサを搭載する場合、舌片部を設けることで当該部分が振動を起こし易くなり、モーションセンサの出力に影響するおそれがある。本実施形態では、上述のように固定部から伸びるように舌片部を設けるため、モーションセンサへの振動の伝達が低減されるようになっている。また、基板上において固定部とモーションセンサとの間に、例えば実装面積の比較的大きい部品や基板16よりも剛性の高い部品のように、基板の振動を低減させられる部品を配置すれば、モーションセンサが受けるノイズを減らすことができる。また、間に配置する部品の大きさは、舌片部からモーションセンサまでの距離(具体的には、舌片部の付け根に位置する固定部からモーションセンサまでの距離)の三分の一(好ましくは二分の一)以上を覆うことが望ましい。図8の例では、筐体固定部168とモーションセンサ164との間に、基板16よりも剛性が高く、筐体固定部168からモーションセンサ164までの距離の二分の一以上を覆うフラッシュメモリを配置している。
 なお、上述の実施形態及び変形例の構成は一部または全部を組み合わせて採用することができる。例えば、温湿度センサ162及びマイクロフォン166のいずれかのみが通気経路上に存在してもよく、また、例示されていないセンサ部品が通期経路上にさらに存在していてもよい。
1  :センサ装置
2  :基板
11 :筐体本体
12 :電池カバー
13 :窓部
14 :通気孔
15 :把手
16 :基板
17 :内部カバー
161:無線モジュール
162:温湿度センサ
163:フラッシュメモリ
164:モーションセンサ
165:絶対圧センサ
166:マイクロフォン
167:LED
168:筐体固定部
169:スリット
 

Claims (7)

  1.  筐体と、
     前記筐体の内部に搭載されるセンサ部品と、
     を含み、
     前記筐体は、2以上の通気孔を有し、
     前記センサ部品は、いずれか2つの前記通気孔を結ぶ経路上に配置される
     センサ装置。
  2.  前記センサ部品は、温度センサ、湿度センサ又はマイクロフォンである
     請求項1に記載のセンサ装置。
  3.  前記センサ部品は、前記筐体のほぼ対向する面にそれぞれ設けられた2つの前記通気孔を結ぶ経路上に配置される
     請求項1又は2に記載のセンサ装置。
  4.  前記筐体は、前記センサ部品が配設される基板を含み、
     前記基板は、当該基板を前記筐体に固定するための固定部と、当該固定部から伸びる舌片部を有し、
     前記センサ部品は、温度センサ又は湿度センサであり、前記舌片部に配置される
     請求項1から3のいずれか一項に記載のセンサ装置。
  5.  前記固定部は、前記基板の端部に設けられ、
     前記舌片部の縁の少なくとも一部は、前記基板に設けられたスリットにより形成される
     請求項4に記載のセンサ装置。
  6.  加速度及び角速度の少なくともいずれかを測定するモーションセンサをさらに含み、
     前記固定部と前記モーションセンサとの間に、前記基板よりも剛性の高い部品が配置される
     請求項4又は5に記載のセンサ装置。
  7.  前記センサ部品は、温度センサであり、
     前記温度センサと発熱量の最も大きい部品とが、ほぼ長方形状の前記基板上における対角のほぼ両端に配置される、
     請求項1~6のいずれか一項に記載のセンサ装置。
     
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