(57)【要約】  本発明はセンサ１、とりわけ、加速度Ａを測定するための加速度センサ１に関するものであり、第１表面４およびと第１表面４に並行で且つ反対側にある第２表面５を有する測定プレート３を含むハウジング２を備え、支柱６が支柱接合面６１を介して第１表面４に接合される。測定プレート３に作用する温度Ｔによって引き起こされる温度効果Ｄを補償するための温度補償部材７が、部材接合面７１を介して測定プレート３の第２表面５に接合される。さらに、本発明は本発明によるセンサ１を備えた測定装置に関する。
2009511923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ、とりわけ加速度（Ａ）を測定するための加速度センサであって、前記センサが、第１表面（４）および前記第１表面（４）に並行で且つ反対側にある第２表面（５）を有する測定プレート（３）を含むハウジング（２）を有し、支柱（６）が支柱接合面（６１）を介して前記第１表面（４）に接合されているセンサにおいて、
前記測定プレート（３）に作用する温度（Ｔ）によって引き起こされる温度効果（Δ）を補償するための温度補償部材（７）が、部材接合面（７１）を介して前記測定プレート（３）の前記第２表面（５）に接合されていることを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記支柱（６）が、前記測定プレート（３）の少なくとも１つの鏡面（８）に関して対称的に前記測定プレート（３）に接合されている請求項１に記載されたセンサ。
【請求項３】
前記温度補償部材（７）が、前記測定プレート（３）の少なくとも１つの鏡面（８）に関して対称的に前記測定プレート（３）に接合されている請求項１又は請求項２に記載されたセンサ。
【請求項４】
前記支柱（６）の前記支柱接合面（６）と前記温度補償部材（７）の前記部材接合面（７）とが、形状及び表面積の双方において同一である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載されたセンサ。
【請求項５】
前記測定プレート（３）が、加速度（Ａ）及び／又は機械的力及び／又は機械的圧力を測定するための圧電型及び／又は圧電抵抗型の測定プレート（３）である請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載されたセンサ。
【請求項６】
前記測定プレート（３）が、マルチモルフ測定プレート、とりわけバイモルフ測定プレート（３）である請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載されたセンサ。
【請求項７】
温度分離遮蔽物、とりわけフェノールの遮蔽物が、前記測定プレート（３）を温度効果（Δ）から分離するために、前記センサ（１）の前記ハウジング（２）の内側に設けられている請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載されたセンサ。
【請求項８】
前記ハウジング（２）がフェノールの遮蔽物であり、前記支柱（６）および前記温度補償部材（７）を備え、とりわけフェノールの支柱（６）及び／又はフェノールの温度補償部材（７）を備え、より詳細には前記ハウジング（２）が、フェノールのカプセル（２）として、とりわけ対称的な形状のカプセル（２）として形作られている請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載されたセンサ。
【請求項９】
前記支柱（６）及び／又は前記温度補償部材（７）が、接着剤によって、とりわけエポキシによって、より詳細には例えばエポキシ樹脂塗料、エポキシ注型用樹脂、エポキシガラスレジン、又は他の可能な接着剤などのエポキシ樹脂によって、前記測定プレート（３）に接合されている請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載されたセンサ。
【請求項１０】
０Ｈｚから少なくとも２００ＭＨｚまでの範囲の、とりわけ０Ｈｚから１００ｋＨｚまでの範囲の、より詳細には０Ｈｚから３００Ｈｚまでの範囲の周波数、とりわけ音響周波数を測定するための、より詳細には低い振幅において周波数を測定するための、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載されたセンサ（１）を備える加速度測定装置及び／又は振動測定装置及び／又は音響的測定装置及び／又は装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれの独立請求項の前提部に記載されたセンサ、とりわけ加速度センサ、並びに測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
加速度を測定するための極めて多種類のセンサが、従来技術では周知である。
【０００３】
公知の加速度センサは、多くの場合、加速度を測定するための、特に音響振動又は音響周波数などの振動を測定するためのものであり、通常、接着剤、例えばエポキシ樹脂によって支柱に接合された圧電型又は圧電抵抗型バイモルフ・プレートである測定プレートを備えたハウジングから成る。好適には、上記の測定プレートと支柱との組み合せは、測定プレートを取り囲むセンサのハウジングの内側に取付けられたフェノールの遮蔽物に結合される。この手段は、熱が測定プレートに到達するのを遅らせ温度の過渡効果を僅かに減少させるが、しかし、実は、実際には存在しない加速度があるように見せかけてしまうことを避け得ない。
【０００４】
従来技術における加速度センサの問題点を説明するために、従来技術センサを図１ａ及び図１ｂに概略的に表す。この従来技術センサは以下の記載において符号１’によって示される。本特許出願の中では、従来技術センサ１’の構成に関連する全ての符号は、従来技術センサ１’を本発明によるセンサから明瞭に区別するためにプライム記号を添える。
【０００５】
図１ａに示されたセンサ１’は、ハウジング２’を備え、ハウジング内では、測定プレート３’の第１表面４’が支柱接合面６１’を介して支柱６’に接合される。支柱６’は、接着剤によって、とりわけエポキシ樹脂によって測定プレート３’に接合される。この例では、測定プレート３’はバイモルフ測定プレート３’、とりわけ圧電型及び／又は圧電抵抗型測定プレート３’であり、第１サブプレート３１’及び第２サブプレート３２’を備え、測定プレート３’の曲げによって分極される。その効果は実際に当業者には周知である。
【０００６】
図１ａでは従来技術センサ１’は動作状態で示されている。即ち、加速度Ａがセンサ１’に対して矢印Ｄの方向に作用している。センサ１’に作用する加速度Ａのために、測定プレート３’は加速度Ａの方向Ｄに対して反対方向に曲げられる。したがって、加速度計９’はセンサ１’に作用する加速度Ａを示す。
【０００７】
温度効果によって測定プレート３’が曲げられない場合には、加速度計９’はセンサ１’に作用する加速度Ａの正確な値を表示しよう。
【０００８】
図１ｂには図１ａによるセンサ１’が非動作状態で示されている。即ち、加速度Ａは図１ｂのセンサ１’には何ら作用していないので、加速度計９’はゼロを示すべきである。
【０００９】
しかし、センサ１’のハウジング２’に温度Ｔが作用するために、支柱６’を介して測定プレート３’に或る量の熱が伝達される。支柱６’および測定プレート３’の熱膨張係数がそれぞれ異なる結果、測定プレート３’に曲げが生じる。即ち、測定プレート３’の曲げが温度の過渡効果のために生じる。言い換えると、温度Ｔによって引き起こされる温度効果Δは補償されない。
【００１０】
結果として、加速度計９’は、実際には存在しない加速度ＡＴを示す。したがって、温度の過渡現象に伴うバイアス電圧のドリフトが存在し、このために、加速度計９’は、センサ１’に作用する正確な加速度Ａを表示しない。図１ｂの例ではその加速度が実際にはゼロである。
【００１１】
このように、公知の従来技術センサ１’は、センサ１’が任意の温度効果に、例えばその環境の温度変化にさらされている場合には正確な加速度測定データを提供しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来技術から出発したが、それゆえに、本発明の目的は、特に振動及び／又は周波数を温度効果から独立して測定するための、加速度の正確な測定を可能にするセンサ、特に加速度計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの目的を満たす本発明の主題は、それぞれの独立請求項の構成によって特徴付けられる。
【００１４】
従属請求項は本発明の特に有利な具体例に関するものである。
【００１５】
本発明によると、第１表面と第１表面に並行で且つ反対側にある第２表面とを有する測定プレートを含むハウジングを備え、支柱が支柱接合面を介して第１表面に接合されているセンサ、とりわけ加速度を測定するための加速度センサが提供される。測定プレートに作用する温度によって引き起こされる温度効果を補償するための温度補償部材が、部材接合面を介して測定プレートの第２表面に接合される。
【００１６】
圧電材料及び／又は圧電抵抗材料で作られた測定プレートと、他の材料、例えば金属又はフェノール材料を含む他の材料から成る支柱とは異なる膨張係数を有するために、本発明によって示唆されるような温度補償部材が設けられない場合には、センサの測定プレート及び／又は支柱に作用する温度によって測定プレートの曲げが引き起こされる。
【００１７】
したがって、センサの測定プレートに作用する温度効果を、とりわけ支柱と測定プレートのそれぞれ異なる熱膨張係数によって引き起こされる温度効果を、補償する温度補償部材が設けることは本発明にとって不可欠である。
【００１８】
好適な具体例において、支柱及び／又は温度補償部材は、測定プレートの少なくとも１つの鏡面に関して対称になるように、測定プレートに接合される。
【００１９】
さらなる極めて重要な具体例において、支柱の支柱接合面と温度補償部材の部材接合面とは、形状及び表面積の双方において同一である。こうした構成により、異なる熱膨張係数による温度効果を正確に補償することが確実なものになる。
【００２０】
好適には、測定プレートは、加速度及び／又は機械的な力及び／又は機械的圧力を測定するための圧電型及び／又は圧電抵抗型測定プレートである。特に、測定プレートは、マルチモルフ測定プレート、とりわけバイモルフ測定プレートである。
【００２１】
極めて小さな温度効果を補償して極めて正確な加速度測定を確実にするために、温度分離遮蔽物、とりわけフェノールの遮蔽物が、測定プレートを温度効果から、特に極めて小さな温度効果から分離するためにセンサのハウジングの内側に付加的に設けられる。
【００２２】
実用上極めて重要な他の具体例において、支柱と温度補償部材とを備えたハウジング自体が、フェノールの遮蔽物であり、とりわけフェノールの支柱及び／又はフェノールの温度補償部材を備えている。より詳細には、このハウジングは、フェノールのカプセルとして、特に対称形状をしたフェノールのカプセルとして形作られる。
【００２３】
好適には、支柱及び／又は温度補償部材は、接着剤によって、とりわけエポキシによって、より詳細には例えばエポキシ樹脂塗料、エポキシ注型用樹脂、エポキシガラスレジン、又は他の可能な接着剤などのエポキシ樹脂によって、測定プレートに接合される。
【００２４】
本発明は、さらに、０Ｈｚ〜３００Ｈｚの範囲の周波数、とりわけ音響周波数を測定するための、より詳細には低い振幅で周波数を測定するための、本説明で説明されたような本発明によるセンサを備えた加速度測定装置及び／又は振動測定装置及び／又は音響的測定装置及び／又は装置に関するものである。
【００２５】
下記において本発明は図面を参照してより詳細に説明される。それら図面は概略的な表現で示される。
【実施例】
【００２６】
図１ａ及び図１ｂは共に、従来技術において周知の加速度センサを概略的に示す。図１ａ及び図１ｂは、本説明の導入部分ですでに議論されている。
【００２７】
下記において本発明によるセンサは、符号１により全体的に示され、図２では断面図により概略的に示される。加速度センサ１は、加速度Ａを測定するための、とりわけ振動、特に音響振動及び／又は音響周波数を測定するためのセンサ１であり、より詳細には０Ｈｚから少なくとも２００ＭＨｚまでの範囲の、特に０Ｈｚから１００ｋＨｚまでの範囲の、さらに詳細には０Ｈｚから３００Ｈｚまでの範囲の音響周波数及び／又は音響振動を測定するためのセンサ１である。
【００２８】
図２に示されたセンサ１は、ハウジング２を備え、そのハウジング２の内部で測定プレート３が第１表面４の支柱接合面６１を介して支柱６に接合される。本発明によれば、温度補償部材７が、部材接合面７１を介して測定プレート３の第２表面５に接合され、この第２表面５は測定プレート３の第１表面４に並行で且つ反対側にある。図２に示された特定の実施例では、支柱６の支柱接合面６１と温度補償部材７の部材接合面７１とは、形状及び表面積の双方が同一である。
【００２９】
本実施例では、測定プレート３は、第１サブプレート３１と第２サブプレートとを備えたバイモルフ測定プレート３であり、測定プレート３の曲げによって様々に分極されることができ、その効果は当業者に実際に周知である。測定プレート３は、とりわけ圧電型及び／又は圧電抵抗型測定プレート３である。本発明の特定の実施例では、測定プレート３は、２個よりも多い圧電型及び／又は圧電抵抗型サブプレート３１、３２を備えたマルチモルフ測定プレート３である。極めて特定の実施例では、測定プレート３は単に１つのサブプレート３１を有することができることを理解されたい。
【００３０】
好適には、支柱６及び温度補償部材７は共に、接着剤によって、とりわけエポキシによって、より詳細には例えばエポキシ樹脂塗料、エポキシ注型用樹脂、エポキシガラスレジン又は他の可能な接着剤といったエポキシ樹脂によって、測定プレート３に接合される。
【００３１】
好適な実施例では、センサ１の支柱６及び／又は温度補償部材７及び／又はハウジング２は、フェノール材料で作られる。とりわけ、温度効果Δを補償するために支柱６及び温度補償部材７を含むハウジング２が、フェノールのカプセル２として、特に測定プレート３を含む対称形状のフェノールのカプセル２として形作られる。
【００３２】
本発明によるセンサ１は、金属又はプラスティック材料又は他の適切な材料などの他の適切な材料で作られることができ、センサ１は、電子的及び／又はさらなる機械的構成部材などのさらに必要な構成部材を備えることができることを理解されたい。加速度センサ１に関連するさらなる構成部材並びにそれらの構成及び機能は、当業者に周知であり、したがって、加速度センサ１の構造それ自体をさらに詳細に議論する必要はない。
【００３３】
本実施例においては、何の加速度Ａも、即ち何の力及び／又は振動も、並びに／或いは何の他の加速度Ａも、センサ１に作用していない。
【００３４】
温度Ｔがセンサ１のハウジング２に作用している。即ち、或る量の熱がハウジング２及び／又は支柱６及び／又は温度補償部材７を介して測定プレート３に伝達されているが、温度Ｔの変化による曲げは生じていない、即ち、温度の過渡効果による測定プレート３の曲げは生じていない。言い換えると、本発明によれば、温度補償部材７は、測定プレート３に作用する温度Ｔによって引き起こされる任意の温度効果Δを補償している。
【００３５】
このようにして、温度の過渡現象に伴うバイアス電圧Ｖのドリフトが存在せず、したがって、加速度計９は、実際にゼロである実際の加速度Ａに従って、ゼロを示す。
【００３６】
図３に、本発明によるセンサ１の温度試験の結果を示す概略的なグラフが、従来技術で公知の２つのセンサ１’の温度試験の結果と比較して表示されている。
【００３７】
Ｖ軸である縦座標軸は、それぞれ、センサ１の測定プレート３によって、及びセンサ１’の測定プレート３’によって発生された任意単位のバイアス電圧Ｖを表示しており、バイアス電圧Ｖは、測定プレート３、３’を収容したセンサ１、１’に作用する温度Ｔによって引き起こされたものである。
【００３８】
曲線Ｃ３は、金属ハウジング２’を有するセンサ３の測定プレート３’の曲げの時間ｔ依存性を表しており、ここで、センサ１’は、従来技術で周知のフェノールの遮蔽物などの任意の温度遮蔽手段を含んでいない。それぞれの従来技術センサ１’の測定プレート３’の強い曲げに従って、バイアス電圧Ｖの曲線Ｃ３は時間に応じて劇的に降下する。
【００３９】
曲線Ｃ２は、第２の従来技術センサ１’に配置された測定プレート３’の曲げの時間ｔ依存に関連するものであり、ここで、第２の従来技術センサ１’は従来技術で周知のフェノールの遮蔽などの温度遮蔽手段を含んでいる。曲線Ｃ２の時間依存性の減少は曲線Ｃ３の時間ｔ依存降下よりも少ないが、曲線Ｃ２の時間依存性は、第２の従来技術センサ１’の測定プレート３’に作用する温度Ｔによって引き起こされた温度効果Δをやはり明瞭に示している。
【００４０】
即ち、第２の従来技術センサ１’は温度遮蔽手段、とりわけフェノールの遮蔽物を含んでいるが、第２の従来技術センサ１’の測定プレート３’は、センサ１’のハウジング２’を通じて測定プレート３’に伝達された温度Ｔ及び／又はそれぞれの熱のために曲げられている。
【００４１】
即ち、従来技術センサ１’の測定プレート３’に作用する温度Ｔが原因となって、従来技術センサ１’は、実は、実際には存在しない加速度Ａを見せかけている。
【００４２】
その結果、従来技術センサ１’を使用すると、加速度測定は、第２の従来技術センサ１’の測定プレート３’に作用する温度Ｔによって引き起こされる温度効果Δのために劇的にゆがめられる。
【００４３】
それとは異なり、曲線Ｃ１は、本発明によるセンサ１の内部に配置された測定プレート３の曲げの時間ｔ依存に関するものである。極めて小さな振幅のある程度の統計上の乱れは別として、測定プレート３に作用する温度Ｔによって引き起こされる温度効果Δが原因するひずみを観察することはできない。
【００４４】
結果として、本発明による温度補償部材７を備えたセンサ１は、たとえセンサ１が過大な温度効果に、例えばその環境内の過大な温度変化にさらされたとしても、及び／又はたとえ温度係数間の大きな差異、例えば支柱６と測定プレート３との間に熱膨張係数間の大きな差異が存在したとしても、正確な加速度の測定データを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１ａ】従来技術で公知の加速度センサを示す図。
【図１ｂ】温度による影響を受けた図１ａによるセンサを示す図。
【図２】本発明によるセンサを示す図。
【図３】過渡温度試験の結果を表す概略的なグラフ。
【符号の説明】
【００４６】
本発明に関する図面の符号
１  センサ
２  ハウジング
３  測定プレート
３１  第１サブプレート
３２  第２サブプレート
４  第１表面
５  第２表面
６  支柱
６１  支柱接合面
７  温度補償部材
７１  部材接合面
８  鏡面
９  加速度計
Ａ  加速度
ＡＴ  温度効果による加速度表示
Ｃ１  曲線、従来技術センサ
Ｃ２  曲線、従来技術センサ
Ｃ３  曲線、本発明によるセンサ
ｔ  時間
Ｔ  温度
Ｖ  バイアス電圧
Δ  温度効果
従来技術センサの構成に関する符号
１’  センサ
２’  ハウジング
３’  測定プレート
３１’  第１サブプレート
３２’  第２サブプレート
４’  第１表面
６’  支柱
６１’  支柱接合面
９’  加速度計
【図１ａ】
2009511923.tif 000003
【図１ｂ】
2009511923.tif 000004
【図２】
2009511923.tif 000005
【図３】
2009511923.tif 000006
【国際調査報告】
2009511923.tif 000007
2009511923.tif 000008