[發明專利]振動傳感器及振動檢測方法

有效

• 申請號: 200710097063.3
• 申請日: 2007-04-17
• 公開（公告）號: CN101059367A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發明（設計）人: 吉田貴彥;杉浦真紀子
• 申請（專利權）人: 株式會社電裝
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 蔡勝利

技術領域

本發明涉及振動檢測傳感器及振動檢測方法。振動檢測傳感器安裝在振動物體上，并且檢測振動物體產生的振動。

背景技術

用于檢測發動機爆振的爆振傳感器，即振動傳感器，安裝在例如車輛發動機的氣缸體上。

JP-A-9-126876公開了包括基座、硅半導體基板、振動部分和配重的振動傳感器。基板設置在基座上，并且振動部分與基板結合。振動部分根據爆振而移動。配重布置在振動部分上，使得振動部分隨著爆振產生共振。

振動傳感器檢測由于振動部分的共振引起的爆振。因此，設定振動部分和配重使得振動部分的自然頻率與爆振的頻率一致。

然而，因為需要根據發動機的類型設定配重，所以需要多種配重對應于多種發動機。因此振動傳感器產量和一般通用性較低。

此外，振動傳感器僅檢測根據發動機設定的窄頻率范圍內的振動。因此，難以檢測除了爆振之外的其它因素引起的非爆振，并且振動傳感器難以將爆振與通常的噪音分開。

發明內容

考慮到上述和其它問題，本發明的目的是提供振動檢測傳感器和振動檢測方法。根據該傳感器和方法，可以檢測寬頻率范圍內的振動。

根據本發明的第一實施例，振動傳感器檢測振動物體的振動。振動傳感器包括多個檢測元件。每個檢測元件包括振動部分、傳遞部分和檢測部分。振動部分設置為與振動物體分開。傳遞部分設置在振動物體與振動部分之間。傳遞部分將振動物體的振動傳遞給振動部分。檢測部分設置在振動部分的振動面上。檢測部分輸出與振動部分的共振對應的電信號。至少兩個檢測元件的振動部分具有彼此不同共振頻率。

根據本發明的第二實施例，振動檢測方法包括變化步驟和檢測步驟。在變化步驟中，振動部分的共振頻率在預定的變化范圍內周期性地改變。在檢測步驟中，當振動的頻率與共振頻率一致時，檢測振動部分的共振。

根據本發明的第三實施例，用于檢測振動物體振動的振動傳感器包括振動檢測元件。該振動檢測元件包括與振動物體分開設置的振動部分，以及設置在振動物體與振動部分之間的傳遞部分。傳遞部分將振動物體的振動傳遞給振動部分。振動部分具有共振頻率改變部分，該部分在預定范圍內周期性地改變共振頻率。當振動的頻率與共振頻率一致時，振動部分隨著振動產生共振。振動部分包括檢測部分，該檢測部分檢測振動部分的共振，并且輸出與振動部分的共振對應的電信號。

因此，可以檢測寬頻率范圍內的振動。

附圖說明

參考附圖、閱讀下面的詳細說明，可以更好地理解本發明的上述和其它目的、特征和優勢。在附圖中：

圖1A是示出根據本發明第一實施方式的振動傳感器的檢測元件的平面圖，圖1B是沿圖1A中的線IB-IB獲得的剖視圖；

圖2是示出安裝到車輛發動機上的振動傳感器的剖視圖；

圖3是示出第一實施方式的改型振動傳感器的剖視圖；

圖4是示出根據第二實施方式的振動傳感器的檢測元件的剖視圖；

圖5A是示出第二實施方式的振動傳感器的剖視圖，圖5B是示出振動傳感器中時間和共振頻率之間的關系圖；和

圖6A是示出第二實施方式的改型振動傳感器的剖視圖，圖6B是示出改型振動傳感器中時間和共振頻率之間的關系圖，以及圖6C是另一個示出改型振動傳感器中時間和共振頻率之間的關系圖。

具體實施方式

(第一實施方式)

圖2所示的振動傳感器1安裝在車輛的發動機箱上，并且在第一實施方式中檢測發動機爆振。

下面將參考圖1A和圖1B說明振動傳感器1的檢測元件10。檢測元件10包括四邊形的半導體基板15，該基板15具有絕緣體上覆硅(SOI)的結構，其中硅基座11、第一絕緣膜12、硅活性層13和第二絕緣層14按此順序層疊。

如圖1B所示，采用微機電系統(MEMS)技術使基座11的大致中央部分去掉四邊形形狀。從而在硅基座11中形成框架形傳遞部分11a和薄膜狀梁11b。薄膜狀振動部分20由對應于傳遞部分11a所包圍的孔的位置的梁11b、第一絕緣膜12、硅活性層13和第二絕緣層14構成。此處，傳遞部分11a將振動部分20與振動物體連接，并且將振動物體產生的振動傳遞給振動部分20。

壓電檢測部分19設置在第二絕緣膜14上。檢測部分19包括位于底部電極17與頂部電極18之間的壓電薄膜16。壓電薄膜16由例如鋯鈦酸鉛(PZT)制成。作為選擇，薄膜16可以由氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)或者鉭酸鋰(LT)制成。作為選擇，薄膜16可以由有機膜例如聚偏二氟乙烯或者共聚物(例如聚偏氟乙烯-三氟乙烯或四氟乙烯)等制成。