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专利名称：振动检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用水晶振子检测出振动周期的技术领域。
背景技术：
有时需要检测出施加在物体上的振动的周期(频率)。例如，在发生地震时需要迅速地发出警报。在地震的规模大的情况下，其振动频率是0. OlHz至30Hz左右，由于它比因生活中的振动所产生的振动低，因此只要能检测出振动频率，就能与生活中的振动区别开来。但是，难以检测出这种低频。
专利文献I中的静电电容的形成的目的是使水晶振子的振荡频率稳定化，与本发明不同。现有技术文献专利文献I :日本特开平7-131279号公报

发明内容
发明要解决的课题本发明就是根据上述这种情况而产生的，其目的在于提供一种能够简单且正确地检测出振动周期(振动频率)的装置。用于解决课题的方法本发明是一种振动检测装置，其特征在于在检测出物体和外力的振动的周期的装置中，包括压电板；为了使该压电板振动而分别设置于该压电板的一面及另一面上的第一激励电极和第二激励电极；与第一激励电极电连接的振荡电路；设置于容器内且一端被悬臂式支承的板状部件；设置于所述板状部件的另一端、且与所述第二激励电极电连接的可变电容形成用的可动电极；固定电极，其在所述容器内按照与所述可动电极相对的方式设置且与所述振荡电路连接，通过因板状部件的弯曲而与所述可动电极之间的电容发生变化，来形成可变电容；和用来检测出作为与所述振荡电路的振荡频率对应的频率信息的信号的频率信息检测部，形成从振荡电路经过第一激励电极、第二激励电极、可动电极、固定电极后返回振荡电路的振荡环，通过容器振动，产生板状部件向固定电极一侧弯曲而接近固定电极的第一状态、和与第一状态相比板状部件离开固定电极的第二状态，所述频率信息用于利用与第一状态对应的振荡频率和与第二状态对应的振荡频率交替出现来求出所述振动的周期。作为本发明的一个方式，能够列举所述板状部件兼用作所述压电板的结构。另外，作为其他的方式，能够列举以下构造所述板状部件中的设有所述可动电极的部位的厚度比被所述第一激励电极和所述第二激励电极所夹着的部位的厚度大，或者与所述板状部件的被所述第一激励电极和所述第二激励电极夹着的部位的厚度相比，该部位与所述可动电极之间的部位的厚度小。
发明效果本发明在于，通过容器振动，产生水晶板向固定电极一侧弯曲而接近固定电极的第一状态、和与第一状态相比水晶板离开固定电极的第二状态，与第一状态对应的振荡频率和与第二状态对应的振荡频率交替地出现，因此根据这些振动频率的变化就能求出振动的周期(频率)。


图I是表示本发明的第一实施方式的振动检测装置的纵断面侧视图。图2是表示所述实施方式的水晶板的上表面和下表面的平面图。图3是表示所述振动检测装置的电路结构的块图。图4是表示所述振动检测装置的等价电路的电路图。图5是表示水晶板振动时的情况的说明图。图6是表示因水晶板的振动而振荡频率发生变化的情况的频率特性图。图7是表示本发明的第二实施方式的振动检测装置的纵断面侧视图。图8是表示本发明的第3实施方式的振动检测装置的纵断面侧视图。图9是表示本发明的变形例的纵断面侧视图。图10是表示本发明的变形例的纵断面侧视图。图11是表示本发明的变形例的纵断面侧视图。图12是表示本发明的变形例的纵断面侧视图。符号说明I容器11 底座14 振荡电路31,41激励电极2水晶板5可动电极6固定电极
具体实施例方式(第一实施方式)对本发明中的第一实施方式进行说明。在图I中，I是长方体形状的密闭式容器，由水晶构成。在作为容器I内的密闭空间中设有由水晶构成的底座11，水晶板2的一端被导电性粘接剂10固定在该底座11的上表面。水晶板2将AT切割(AT cut)的水晶形成为矩形，其厚度例如设定为数十y m级,例如0. 03mm。因此,通过对水晶板2在交叉的方向上施加外力，而前端部弯曲。如图2(a)所示，水晶板2在上表面的中央部设有激励电极31，另外如图2(b)所示，在下表面的与所述激励电极31相对的部位还设有激励电极41。在上表面一侧的激励电极31上连接有带状的引出电极32，该引出电极32在水晶板2的一端向下表面翻折，与导电性粘接剂10接触。在底座11的上表面设置由金属层构成的导电路12，该导电路12通过支承容器的绝缘基板13与绝缘基板13上的振荡电路14的一端连接。
在下表面一侧的激励电极41上连接带状的引出电极42，该引出电极42被引出至水晶板2的另一端一侧(前端一侧)，与可变电容形成用的可动电极5连接。另一方面，在容器I 一侧设有可变电容形成用的固定电极6。在容器I的底部设置由凸状的水晶构成的突起物7 (在平面图中看是圆形)，固定电极6在该突起物7中按照大致与可动电极5相对的方式设置。水晶板2过大地振动而前端碰撞到容器I的底部时，具有因“裂开”现象而容易在结晶块中出现残缺的性质。因此，按照水晶板2过大地振动时与可动电极5相比水晶板2的基端一侧(一端)的部位碰撞到突起物7的方式，来决定突起物的形状固定电极6通过隔着突起物7的表面和绝缘基板13而布线的导电路15与振荡电路14的另一端连接。图3表示振动检测装置的配线的连接状态，图4表示等价电路。SP，上表面一侧的激励电极31和下表面一侧的激励电极41与振荡电路14连接，而形成于所述可动电极5和固定电极6之间的可变电容Cv介于下表面一侧的激励电极与振荡电路14之间。在图4中，CO是水晶振子的并列电容，Cl是水晶振动器的串联电容。也可以在水晶板2的前端部设置重锤，施加加速度时弯曲量增大。在此情况下，既可以增大可变电极5的厚度来兼用作重锤，也可以在水晶板2的下表面一侧单独设置不同于可变电极5的重锤，或者也可以在水晶板2的上表面一侧设置重锤。此处，根据国际规格IEC 60122-1，水晶振荡电路的一般公式如下式(I)所示。FL = FrX (1+x)X = (Cl/2) X I/(C0+CL)......(I)FL是在水晶振子上施加了负荷时的振荡频率，Fr是水晶振子本身的共振频率。在本实施方式中，如图3和图4所示，水晶板2的负荷电容是在CL加上Cv。因此，取代公式(I)中的CL代入公式⑵中所表示的y。y = I/ (l/Cv+1/CL)......(2)因此，假设Cv是Cvl时的振荡频率为FL1，Cv是Cv2时的振荡频率为FL2时，则
(3)、⑷式成立。FLl = FrX [l+{(Cl/2) Xl/(C0+yl)}]......(3)但是，yl= 1/(1/Cvl+1/CL)。FL2 = FrX [l+{(Cl/2) Xl/(C0+y2)}]......(4)但是，y2= 1/(1/Cv2+1/CL)。这样的实施方式的振动检测装置，要在未施加振动的状态下使水晶板2并未弯曲而是平坦时，例如水晶板2采用水平方式设置。而发生地震在振动检测装置上施加振动时，水晶板2摇晃而反复出现例如图5 (a)所示的第一状态和图5(b)所示的第二状态。假设第一状态和第二状态的Cv值分别为Cvl和Cv2时，各个振荡频率FLl和FL2变成公式(3)、
(4)所表示的数值，因此振荡频率在FLl和FL2之间如图6所示随时间而变化。因此，通过数据处理部101解析在频率检测部100中所检测的频率数据，由此能够求出图6所示的频率变化的波的周期T (与频率对应)。因地震波振动检测装置发生振动时，加速度在一个方向和相反方向施加在水晶板2上，由于如已经阐述的那样能够取得图6所示的频率数据，因此即使是0. 5Hz左右的低频振动，也能正确地检测出来。根据上述第一实施方式，在容器I上施加振动时，被该容器I悬臂式支承的水晶板2因振动的惯性力而弯曲，水晶板2向固定电极6 —侧弯曲而接近固定电极6的第一状态、和与第一状态相比水晶板2离开固定电极6的第二状态按照与振动相同的周期交替地发生。第一状态与第二状态的变化可以理解为可变电容的变化，通过检测出该可变电容的变化作为水晶振子的振荡频率的变化，能够根据该振荡频率的变化求出振动的周期(频率)。(第二实施方式)使用图7对第二实施方式进行说明。而且在本实施方式中，对于与第一实施方式相同的构造，标注相同的符号并省略其说明。第二实施方式的水晶板2的构造与第一实施方式不同。水晶板2如图7所示，根据其作用和形状等，从一端朝向另一端被划分成电极形成部位21A、薄状部位22A、扩大部位23A三个部位。首先，电极形成部位2IA位于水晶板2的一端，在其表面两侧设置激励电极31、41，实际上发 挥相当于水晶振子的作用。薄状部位22A设计为其厚度比电极形成部位21A薄且容易弯曲，并且在施加外力时主要是该部位弯曲。扩大部位23A的厚度比电极形成部位21A和薄状部位22A厚，且在下表面设置有可动电极5。另外，扩大部位23A通过增加厚度而重量增大，在施加加速度时使其弯曲量增大，由此发挥用来提高灵敏度的重锤的作用。此外也可以在该扩大部位23A上另外设置重锤。在此情况下，既可以增大可动电极5的厚度来兼用作重锤，也可以在水晶板2的下表面一侧单独设置不同于可动电极5的重锤，或者可以在水晶板2的上表面一侧设置重锤。根据上述第二实施方式，除了第一实施方式中的效果外，由于通过在水晶板2中使薄状部位22A的厚度小于被激励电极31、41夹着的电极形成部位21A的厚度来抑制电极形成部位21A的弯曲，因此抑制在外力检测中成为噪音的水晶板2的弯曲所引起的振荡频率的变化。另外，与电极形成部位21A相比，增大扩大部位23A的厚度来增加重量，由此增大薄状部位22A的弯曲量、即扩大部位23A的振动的振幅，容易检测出振动的加速度。增大电极形成部位21A的厚度时，振荡频降低，检测精度下降，因此增大电极形成部位21A的厚度是有限的。另一方面，在扩大部位23A中，也可以不增大其厚度，而在其形成金属膜来增加重量，但是这种方式费时。因此，优选使扩大部位23A的厚度大于电极形成部位21A。但是，在本发明中扩大部位23A既可以是与电极形成部位21A相同的厚度，也可以厚度比其小。扩大部位23A的厚度比电极形成部位21A的厚度小时，例如也可以附上厚的金属膜等来调整弯曲量与外力的关系。即使薄状部位22k的厚度与电极形成部位21A的厚度相同，如果扩大部位23A的厚度比电极形成部位21A的厚度大，那么随着施加在扩大部位23A上的振动的惯性力增加，水晶板2的弯曲量也会增加，因此如上所述能够获得灵敏度提高的效果。(第3实施方式)使用图8对本发明的第3实施方式进行说明。在第一实施方式中，水晶板2兼具形成可变电容的探测杆的功能和水晶振子的功能，但在本实施方式中由不同的部件分担这些功能这一点与第一实施方式不同。另外，在本实施方式中，对于与第一实施方式相同的构造标注相同的符号并省略其说明。本实施方式中的振动检测装置如图8所示，在绝缘基板13上设有在内部配备有水晶振子的容器1B、在内部形成了可变电容Cv的容器1C、振荡电路14。在容器IB内，通过固定于其底部的底座11B，水晶板2B在其边缘部分被支承。在该水晶板2B的中央部的上表面和下表面，按照夹着水晶板2B的方式相对地设置有激励电极31、41，形成水晶振子。激励电极31借助由设置于水晶板2B的上表面的引出电极32和通过底座IlB及绝缘基板13而布线的导电路所构成的导电路12B，与振荡电路14的一端连接。
在容器IC内，通过固定于其底部的底座11C,板状部件2C在其基端部(一个端部)被悬臂式支承，在其前端部(另一端部)的下表面一侧设有可动电极5。该可动电极5借助由分别设置于板状部件2C的表面与水晶板2B的下表面的引出电极42、42和通过底座11C、绝缘基板13、底座IlB而布线的导电路所构成的导电路12C，与容器IB内的激励电极41连接。在容器IC的底部设有与可动电极5相对的固定电极6，形成有可变电容Cv。该固定电极6借助通过绝缘基板13而布线的导电路15与振荡电路14的一端连接。这样，在本实施方式的振动检测装置中，通过水晶板2B、由激励电极31、41构成的水晶振子、由可变电极5和固定电极6形成的可变电容Cv、振荡电路14、和导电路12B、12C、15形成振荡环。在该振动检测装置上施加振动时，通过板状部件2C弯曲，可变电容Cv配合其振动周期而变动。通过将该可变电容Cv的变动作为水晶振子的振荡频率的变化而检测出来，能够测定振动的周期。根据本实施方式，不仅能够避免可动电极5与激励电极41的弹性结合，并且能够使用压电体以外的部件作为板状部件2C，因此具有设计上的选择范围广大这样的优点。图9和图10中记载了本发明的变形例。图9所示的振动传感器在水晶板2的前端一侧形成水晶板2的激励电极31、41，兼用作下表面一侧的激励电极41与可动电极5。图10所示的振动传感器采用作为包括水晶板2的水晶振子使水晶板2的上表面和下表面相反的构造。在此情况下，水晶板2介于可动电极5与固定电极6之间，在该构造中也能获得同样的作用、效果。图10所不的振动传感器,将水晶板2的下表面一侧的可动电极5转为上表面一侧，按照与该可动电极5相对的方式,在容器I的内部空间的内壁上表面一侧设置固定电极6。在此情况下，也能获得同样的作用、效果。为了防止水晶板2的前端碰撞到容器I 一侧，也可以采用图11所示的构造。在该例中，在水晶板2的比可动电极5更靠近基端部一侧的位置，按照从平面看呈现与水晶板2相同宽度的四角形而从侧面看与外力施加在水晶板2上时的弯曲形状对应的方式设置上表面是曲面形状的突起物7。另外固定电极6设置于与突起物7分离的底座61上。另外在本发明中，优选设置突起物6，但也可以如图12所示采用不设置突起物7的构造。此外，在图11、图12中省略了激励电极等。如上所述，本发明不局限于地震的振动，也能在检测模拟发生的振动的周期的情况下应用。另外，例如也可以应用于在运转洗衣机时检测因包含洗衣物的旋转水流等而在洗衣机主体中产生的振动的周期的情况。
权利要求
1.一种振动检测装置，检测物体和外力的振动的周期，其特征在于，包括压电板；为了使该压电板振动而分别设置于该压电板的一面侧和另一面侧的第一激励电极和第二激励电极；与第一激励电极电连接的振荡电路；设置于容器内且一端被悬臂式支承的板状部件；设置于所述板状部件的另一端侧，且与所述第二激励电极电连接的可变电容形成用的可动电极；固定电极，其在所述容器内按照与所述可动电极相对的方式设置且与所述振荡电路连接，通过因板状部件的弯曲而与所述可动电极之间的电容发生变化，来形成可变电容；和用来检测作为与所述振荡电路的振荡频率对应的频率信息的信号的频率信息检测部，形成从振荡电路经过第一激励电极、第二激励电极、可动电极、固定电极后返回振荡电路的振荡环，通过容器振动，产生板状部件向固定电极一侧弯曲而接近固定电极的第一状态、和与第一状态相比板状部件从固定电极离开的第二状态，所述频率信息用于利用与第一状态对应的振荡频率和与第二状态对应的振荡频率交替出现来求出所述振动的周期。
2.如权利要求I所述的振动检测装置，其特征在于所述板状部件兼用作所述压电板。
3.如权利要求I所述的振动检测装置，其特征在于所述板状部件中的设有所述可动电极的部位的厚度比被所述第一激励电极和所述第二激励电极夹着的部位的厚度大。
4.如权利要求I所述的振动检测装置，其特征在于所述板状部件，被所述第一激励电极和所述第二激励电极夹着的部位的厚度相比，该部位与所述可动电极之间的部位的厚度小。
5.如权利要求I所述的振动检测装置，其特征在于包括突起部，在使所述板状部件过度弯曲时，使该板状部件的一端和另一端之间的靠近一端侧的部位接触所述容器内的设有固定电极一侧的内壁部，以限制该部位的弯曲，由此来避免板状部件的另一端碰撞到容器的内壁部。
6.如权利要求5所述的振动检测装置，其特征在于对于所述突起部中的与所述板状部件相对的面，板状部件的长度方向的纵断面的形状是山形。
全文摘要
提供一种例如在地震时能够简单且正确地检测出振动周期(振动频率)的装置。在水晶板上施加外力而使其弯曲时，设置于前端部的可动电极和与该可动电极相对的容器一侧的固定电极之间的电容发生变化，根据该电容水晶板的振荡频率发生变化。因此使容器振动时，会出现水晶板向固定电极一侧弯曲并接近固定电极的第一状态，和水晶板变成初始状态或者向相反一侧弯曲的状态而离开固定电极的第二状态。因此，由于与第一状态对应的振荡频率和与第二状态对应的振荡频率交替地出现，所以只要求出这些振荡频率出现的周期(频率)，就能求出振动的周期(频率)。
文档编号G01H11/06GK102620812SQ20121001994
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月20日 优先权日2011年1月25日
发明者小山光明, 武藤猛 申请人:日本电波工业株式会社