專利名稱：測量加速度或機(jī)械力的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用壓電元件的傳感器，所說壓電元件根據(jù)其所承受的機(jī)械作用產(chǎn)生一個電輸出信號。本發(fā)明具體應(yīng)用于加速度傳感器，其根據(jù)加速度產(chǎn)生電輸出信號。
發(fā)明
背景技術(shù)：
機(jī)械測力計常常用于機(jī)械力的靜態(tài)和動態(tài)測量。所測量的力可能引起在一個或多個測量元件中電荷、電壓、電流或阻抗的變化。
在測量機(jī)械振動或加速度時，已知使用測震加速度計，其中采用壓電材料來產(chǎn)生電荷。對于這種加速度計，已知在壓電元件或物質(zhì)上設(shè)置一個測震質(zhì)量，其也設(shè)置在底座上。因此，當(dāng)該加速度計受到加速度作用時，慣性力引起陶瓷元件中的應(yīng)變，陶瓷元件基于壓電效應(yīng)產(chǎn)生電輸出信號。
當(dāng)頻率基本低于整個加速度計系統(tǒng)自然共振頻率的振動作用在底座上時，測震質(zhì)量被強(qiáng)迫跟隨振動，從而在壓電元件上作用一個正比于測震質(zhì)量和加速度的力。進(jìn)而，作用在壓電元件上的慣性力在該元件上產(chǎn)生電荷，所說電荷量正比于該加速度。
當(dāng)壓電元件在振動過程中受到壓力作用時，這種加速度計就是壓力型，而當(dāng)壓電元件在振動過程中受到剪切力作用時，這種加速度計就是剪切力型。壓力型加速度計的結(jié)構(gòu)最為簡單，但是由于陶瓷壓電材料在極化軸方向是熱電性質(zhì)的，并且是從垂直于該軸的電極上取得信號的，所以壓力型加速度計對于溫度瞬變太敏感。與此相反，由于剪切力型加速度計的信號是從平行于極化軸的電極上取得的，所以剪切力型加速度計對于溫度的敏感度較低。
已知利用一種“彎曲”型加速度計可以獲得較高的靈敏度。在這種加速度計中，從測震質(zhì)量產(chǎn)生的力作用并使所謂的“彎曲元件”彎曲，這種彎曲元件在兩層沿其厚度方向極化的壓電材料之間夾有一層導(dǎo)電材料。因此，當(dāng)該元件在垂直于該元件縱軸的一個平面內(nèi)彎曲時，在兩層中的一層產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，而在另一層產(chǎn)生張應(yīng)力。當(dāng)彎曲元件的長度顯著大于該元件厚度時，則在每一層中產(chǎn)生的電荷量大于如果相同的測震質(zhì)量直接作用以使壓電材料受到壓力或剪切力所獲得的電荷量。
但是，彎曲元件的缺點是它是熱電性質(zhì)的，因為設(shè)置在垂直于極化軸的表面上。彎曲元件的另一個缺點是由于壓電材料構(gòu)成機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要部分，因此當(dāng)試圖使這種結(jié)構(gòu)最佳化時產(chǎn)生某些問題。
發(fā)明概要所以，本發(fā)明的一個主要目的是提供一種方法和一種傳感器，其中減少或避免了壓電材料的熱電效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明的原理，這是通過利用壓電材料的剪切力靈敏度，同時將測震質(zhì)量的作用力放大而實現(xiàn)的。
本發(fā)明的原理表示在

圖1中。在圖1中，表示了兩個測量臂1、2，它們的一端都利用兩個鉸鏈4、5固定在一個相對剛性的底座3上，它們的另一端固定在一個壓電元件6的相對設(shè)置的表面上，所說壓電元件沿測量臂1、2的縱向極化。
當(dāng)圖1所示系統(tǒng)在距離鉸鏈軸L處受到垂直于測量臂1、2縱軸的一個力P作用時，在固定點產(chǎn)生M＝P×L的力矩。鉸鏈4、5只能夠傳遞剪切力或壓力；因此，鉸鏈無法傳遞力矩M，但是將產(chǎn)生兩個力臂為h的力偶Pf1、Pf2，其中Pf1、Pf2和力臂h滿足以下方程P×L＝Pf1×h＝Pf2×h或Pf1＝Pf2＝P×L/h因此，垂直于測量臂縱軸的作用力P被轉(zhuǎn)換為作用在測量臂縱向的力偶Pf1、Pf2。力Pf1、Pf2為力P的L/h倍，并且在壓電元件上施加一個機(jī)械應(yīng)力。
從上面的討論應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的原理，通過將一個測震質(zhì)量的重心設(shè)置在距鉸鏈軸L處，可以構(gòu)成一個靈敏度為采用相同的測震質(zhì)量直接作用在壓電元件上構(gòu)成的加速度計靈敏度的L/h倍的加速度計，同時獲得較低的動態(tài)溫度靈敏度，而這本來是剪切力型加速度計的特征。
所以本發(fā)明的一個主要目的是提供利用一個傳感器或一個加速度計測量加速度或機(jī)械力的一種改進(jìn)方法，其中加速度產(chǎn)生慣性力，在加速度計中至少一個壓電元件受到基本平行于壓電元件極化軸的剪切力作用。根據(jù)本發(fā)明的原理，這種剪切力是由機(jī)械力或慣性力的基本垂直于壓電元件極化軸的分量形成的。
當(dāng)一個剪切力或多個剪切力作用在壓電元件上時，在該元件的表面上產(chǎn)生電荷，從而在所說壓電元件兩端產(chǎn)生電壓?？梢岳眠@些電荷或電壓確定機(jī)械力分量或由于該剪切力作用而產(chǎn)生的加速度分量。
可取的是，剪切力由至少兩個分離的表面之間的相互位移形成的，而所說位移具有基本平行于壓電元件極化軸的分量，并且由所說機(jī)械力或慣性力引起。為了使所說機(jī)械力或慣性力分量產(chǎn)生剪切力，可取的是所說壓電元件按照相對于兩個表面居中和貼合的關(guān)系安裝。
可取的是，所說壓電元件安裝在第一和第二兩個基本相對設(shè)置的表面之間，并且與之成剪切關(guān)系，在一個優(yōu)選實施例中，一個第一壓電元件和一個第二壓電元件分別安裝在安裝在所說第一和第二基本相對設(shè)置表面之間，并且與之成剪切關(guān)系。但是，在這些表面之間還可以設(shè)置兩個以上的壓電元件。為了獲得對于作用在壓電元件上的力的高靈敏度，壓電元件的極化軸應(yīng)當(dāng)基本相互平行。但是，極化軸可以彼此反向。
為了使兩個分離表面在機(jī)械力或慣性力分量的作用下相互位移，從而產(chǎn)生剪切力，可取的是，兩個相對設(shè)置表面中的每一個都是位于支撐基座之上的兩個測量臂或直立部分之一的一部分。測量臂應(yīng)當(dāng)固定在基座上，從而測量臂在所說力分量作用下相對于支撐基座變形或傾斜。
壓電元件的形狀可以變化，但是，為了使傳感器的靈敏度達(dá)到最高，可取的是，壓電元件具有沿極化軸方向延伸的基本平行的兩個表面。從而，當(dāng)壓電元件受到所產(chǎn)生的剪切力作用時，在壓電元件的表面上產(chǎn)生電荷。因此，所產(chǎn)生的電荷或所產(chǎn)生的相應(yīng)的電壓差可以作為產(chǎn)生所說剪切力的力分量的一種量度。壓電元件基本相對的平行表面可以是平面或柱面。
應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明的原理，可以利用不同方向的壓電元件表面測量不同方向的力分量。
因此，在一個優(yōu)選實施例中，根據(jù)在壓電元件的第一對平行表面上產(chǎn)生的第一電荷量獲得基本垂直于極化軸的第一機(jī)械力或慣性力分量的一種量度，根據(jù)在壓電元件的第二對平行表面上產(chǎn)生的第二電荷量獲得基本垂直于極化軸和基本平行于第一力分量方向的第二機(jī)械力或慣性力分量的一種量度。
此外，通過進(jìn)一步測量基本平行于壓電元件的極化軸的第三機(jī)械力或慣性力分量可以進(jìn)行三軸測量，所說第三力分量產(chǎn)生一個剪切力。應(yīng)當(dāng)理解，通過將第一和第三力分量測量相結(jié)合，還可以進(jìn)行兩個方向的測量。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種傳感器或一種加速度計，它能夠根據(jù)本發(fā)明的原理測量機(jī)械力或加速度。因此，根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成的一種傳感器或一種加速度計包括至少一個壓電元件和至少兩個與所說壓電元件貼合的分離表面。這些表面這樣設(shè)置，使得當(dāng)一個機(jī)械力或一個慣性力分量沿基本垂直于壓電元件極化軸方向作用在其上時，它們發(fā)生相互位移。
為了在壓電元件中形成機(jī)械應(yīng)力，從而產(chǎn)生剪切力，可取的是，所說傳感器中的壓電元件設(shè)置在兩個分離表面之間，并且與之成剪切關(guān)系。更加可取的是，兩個分離表面這樣設(shè)置，使得它們之間基本彼此相對。
因此，當(dāng)所說分離表面在力分量的作用下發(fā)生相互位移時，壓電元件受到基本平行于壓電元件極化軸的剪切力的作用，從而產(chǎn)生一個電信號，可以將該電信號從壓電元件中輸出，并用于確定機(jī)械力分量或加速度分量。
可取的是，所說傳感器具有兩個或多個壓電元件，它們設(shè)置在所說的兩個基本相對設(shè)置的表面之間，并且與之成剪切關(guān)系，其中這些壓電元件具有基本平行的極化軸。更加可取的是，所說傳感器的兩個分離表面是位于支撐基座上兩個測量臂或直立部分之一的一部分，當(dāng)所說力分量作用在至少一個測量臂上時，所說測量臂相對于支撐基座發(fā)生變形或傾斜。
當(dāng)測量到機(jī)械力或加速度時為了獲得電輸出信號，可取的是，所說傳感器還包括第一電輸出裝置，其用于輸出在壓電元件的第一對基本平行表面之間產(chǎn)生的第一電輸出信號，所說第一輸出信號代表基本垂直于極化軸的第一機(jī)械力或慣性力分量的一種量度。
更加可取的是，所說傳感器包括第二電輸出裝置，其用于輸出在壓電元件的第二對基本平行表面之間產(chǎn)生的第二電輸出信號，所說第二輸出信號代表第二機(jī)械力或慣性力分量的一種量度，所說第二機(jī)械力或慣性力基本垂直于極化軸，并且基本垂直于所說第一力分量的方向。
為了構(gòu)成一個三軸傳感器，可取的是，所說傳感器還包括第三電輸出裝置，其用于輸出由于一個剪切力作用在壓電元件上產(chǎn)生的第三電輸出信號，所說剪切力是由基本平行于壓電元件極化軸的第三機(jī)械力或慣性力分量產(chǎn)生的。
應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的所說傳感器或加速度計可以結(jié)合在說明書以及附圖中所述和所示的很特征而構(gòu)成。
附圖簡介下面結(jié)合附圖介紹在權(quán)利要求中所述系統(tǒng)的實施例和細(xì)節(jié)，并對所述系統(tǒng)的實施例進(jìn)行詳細(xì)討論，在所說附圖中圖1為本發(fā)明原理的示意圖，圖2和圖3表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一種對稱傳感器的實施例，圖4表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一種具有兩個壓電元件的傳感器的一個實施例，圖5表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一種具有四個壓電元件的傳感器的一個實施例，圖6表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一種傳感器的一個實施例，其中壓電元件的形狀為具有一個圓柱形孔的方塊，圖7表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一種傳感器的一個實施例，該傳感器包括一個環(huán)形的壓電元件，和圖8表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一種傳感器的一個目前優(yōu)選的實施例，該傳感器具有一個環(huán)形壓電元件。
發(fā)明的詳細(xì)描述在圖1所示的實例中，測量臂1、2利用鉸鏈4、5固定在基座3上，使得測量臂可以相對于支撐基座傾斜。
但是，應(yīng)當(dāng)理解，并不必須采用鉸鏈來固定測量臂，但可取的是，以這樣的方式將測量臂固定在基座上，使得測量臂在受到垂直于測量臂縱軸方向的力的作用下，便于相對于基座發(fā)生變形或傾斜。因此，可取的是，每個測量臂本身比兩個測量臂與壓電元件組合相對于支撐基座更容易發(fā)生傾斜。
這種情況通過圖2和圖3所示實施例表示出來。圖2表示一種對稱傳感器，其具有兩對測量臂21a、21b和21c、21d，它們固定在一個基座22上，其中由于凹槽25a、25b和25c、25d的存在使得測量臂的傾斜十分容易。在每對測量臂21a、21b和21c、21d之間分別夾有一個壓電元件23和24，在測量臂21a、21b和21c、21d的外表面分別設(shè)置有一對測震質(zhì)量26a、26b和26c、26d。壓電元件23和24的極化軸分別用箭頭27和28指示。在本發(fā)明的這個實施例中，傳感器的結(jié)構(gòu)是對稱的，以形成系統(tǒng)的平衡，從而減少或避免傳感器結(jié)構(gòu)的橫向移動。
如果將從兩個壓電元件23和24輸出的信號相加，則傳感器主要對于沿箭頭29和30所示方向的作用力或加速度靈敏，如果將兩個壓電元件輸出的信號相減，則傳感器主要對圍繞垂直于由箭頭27、28、29和30確定的平面的一個軸的旋轉(zhuǎn)力或角加速度靈敏。
圖3表示與圖2所示傳感器類似的另一個對稱傳感器，但是測震質(zhì)量36、37分別夾在相應(yīng)的壓電元件對33a、33b和33c、33d之間。圖3中的其它標(biāo)號與圖2所示的標(biāo)號相似。如果測震質(zhì)量36等于測震質(zhì)量26a和26b的和，則從凹槽25a和25b至相應(yīng)的測震質(zhì)量36或26a和26b重心的臂長是相等的，如果鉸鏈之間的距離是相等的，在圖2和圖3中鉸鏈可以用凹槽25a和25b代表，則作用在圖2所示壓電元件23上的剪切力等于作用在圖3所示壓電元件33a和33b上的剪切力。
圖4表示相當(dāng)于圖3所示傳感器的一半的一個傳感器，但是轉(zhuǎn)動90°，使得壓電元件的極化軸沿坐標(biāo)系z-軸的方向。在圖4中兩個測量臂表示為41a和41b，兩個壓電元件表示為42和43，其表面分別為42a、42b和43a、43b，兩個凹槽表示為44a和44b，測震質(zhì)量表示為45，基座表示為46。
可取的是，表面42b和43a與測震質(zhì)量45以導(dǎo)電方式接合，測震質(zhì)量45應(yīng)當(dāng)由導(dǎo)電材料制成，使得表面42b的電位等于表面43a的電位。當(dāng)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)測量沿z-方向的一個加速度時，兩個壓電元件彼此平行，在表面42a與42b之間，和表面43a與43b之間產(chǎn)生基本相同的電位差。將表面42a和43b接地，并測量測震質(zhì)量45的電壓可以獲得這個電壓值。
但是，沿x-方向的加速度可以根據(jù)本發(fā)明的原理將兩個壓電元件42和43串聯(lián)起來進(jìn)行測量。為使表面42b和43a具有相同電位，可以將表面42a接地，并且從表面43b輸出電串聯(lián)輸出信號。應(yīng)當(dāng)指出，電輸出信號可以表示在表面43b上產(chǎn)生的電荷。
因此，采用如圖4所示結(jié)構(gòu)的傳感器，可以將輸出信號傳送到一個組合的和差放大器，從而測量沿彼此垂直的兩個方向的加速度。
如果壓電元件43的極化方向轉(zhuǎn)動大約180°，則可取的是，在測量x-方向的加速度時將壓電元件42和43的輸出信號并聯(lián)組合，而在測量y-方向的加速度時將它們串聯(lián)。
如果需要測量沿坐標(biāo)系全部三個軸方向的加速度或力，可以通過在測震質(zhì)量45上設(shè)置第二對壓電元件而實現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)表示在圖5中，圖5表示了一個三軸加速度計，其中在測量x-方向和y-方向時采用本發(fā)明的原理，而在測量z-方向加速度時根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行。
圖5所示傳感器包括壓電元件51、52、53和54，它們都沿傳感器或加速度計的z-方向極化。所有四個元件51、52、53和54的內(nèi)表面都與一個測震質(zhì)量55以導(dǎo)電方式接合，測震質(zhì)量55最好由導(dǎo)電材料制成，與此同時，四個壓電元件的外表面與四個相應(yīng)的測量臂58a、58b和59a、59b相鄰。壓電元件可以利用圍繞測量臂的一個夾緊環(huán)夾緊在測量臂與測震質(zhì)量之間。測量臂設(shè)置在一個基座57上，可取的是，這些測量臂具有凹槽60a、60b和61a、61b(61a和61b未示出)，以便在測量x-方向和y-方向的加速度或力時產(chǎn)生傾斜。
可取的是，壓電元件51的外表面接地，兩個壓電元件51和52串聯(lián)連接，以將一個信號傳送到一個x-方向輸出端，用于測量x-方向的加速度或力。相應(yīng)地，可取的是，壓電元件53的外表面接地，兩個壓電元件53和54串聯(lián)連接，以將一個信號傳送到一個y-方向輸出端，用于測量y-方向的加速度或力。x-信號和y-信號可以分別輸入到傳輸x-輸出和y-輸出的電荷放大器。
當(dāng)圖5所示的傳感器沿z-方向振動時，來自全部四個壓電元件51-54的信號在測震質(zhì)量55上相加，因為在x-輸出端和y-輸出端的電荷放大器的輸入值實際上為零。因此，當(dāng)測量z-方向的力或加速度時，并行使用來自全部四個壓電元件的信號，并從測震質(zhì)量55獲取進(jìn)行z-方向測量的輸出信號，將該信號輸入一個電壓放大器以獲得z-輸出。
當(dāng)傳感器在z-方向或y-方向振動時，相應(yīng)的壓電元件對串聯(lián)連接。這種串聯(lián)連接對中的每一個壓電元件具有基本相同的電容值和相同的產(chǎn)生電荷，如果這樣一對壓電元件中的第一壓電元件接地，第二壓電元件在電荷放大器處與實際零點相連，則這樣一對壓電元件的中點電壓也為零。因此，在無振動方向不會產(chǎn)生或者只產(chǎn)生較小的誤差信號，即使所有的壓電元件51-54都在中點彼此電連接也是如此，所說中點可以由測震質(zhì)量55表示。
應(yīng)當(dāng)指出，輸入z-輸出端的輸出信號不是容性加載的，因為否則的話，沿z-方向的振動將產(chǎn)生從中點至地之間的電流。因此，z-輸出端處的電壓放大器最好是一個具有低輸入電容值的放大器。
圖6表示了一個三軸傳感器或加速度計，其按照結(jié)合圖5所討論的相同原理進(jìn)行測量。但是，在圖6中，用一個壓電元件代替了圖5所示的四個壓電元件51-54，圖6所示的壓電元件主要由一個方塊62構(gòu)成，其上具有一個基本為圓柱形孔63。方塊62的外表面64-67相當(dāng)于圖5所示壓電元件51-54的外表面。圖6中的其它標(biāo)號與圖5中的標(biāo)號相同。
在圖6所示傳感器中沒有獨立的測震質(zhì)量，因為方塊62的重量在進(jìn)行z-方向測量時起到測震質(zhì)量的作用。此外，在進(jìn)行x-方向和y-方向測量時，測量臂和夾緊環(huán)的質(zhì)量也作為總測震質(zhì)量的一部分。但是，在孔63中可以加入一個獨立的測震質(zhì)量，以使傳感器的靈敏度更高。
在圖7中表示了三軸傳感器或加速度計的另一個實例。這個傳感器與圖6所示傳感器相當(dāng)，但是，圖6所示壓電元件62現(xiàn)在在圖7中用一個壓電元件72代替，壓電元件72的橫截面形狀基本為環(huán)形，其中具有一個孔73。表面74、75、76和77與測量臂58a、58b和59a、59b相鄰，這些測量臂的形狀與上述表面吻合，這些表面相當(dāng)于圖6所示的表面64-67。應(yīng)當(dāng)理解，圖7所示傳感器將以與圖6所示傳感器相應(yīng)的方式工作，但是環(huán)形結(jié)構(gòu)的制造成本較低。
圖8表示了根據(jù)上面結(jié)合圖5所述原理工作的一種三軸傳感器或加速度計的一個目前優(yōu)選的實施例。一個壓電環(huán)72沿軸向極化，一個由鎢制成的圓柱形測震質(zhì)量55焊接在壓電環(huán)72中。四個測量臂58a、58b和59a、59b(59a、59b未示出)位于與壓電環(huán)72相鄰的位置，一個絕緣環(huán)81使四個測量臂58a、58b和59a、59b與一個鋼質(zhì)夾緊環(huán)82絕緣，所說夾緊環(huán)將這四個測量臂牢固地夾緊在壓電環(huán)72上。四個測量臂58a、58b和59a、59b中的每一個都由一個相應(yīng)的鉸鏈60a、60b、61a和61b(61a和61b未示出)支撐著，這些鉸鏈?zhǔn)瓜鄳?yīng)的測量臂與包括三個放大器的一個厚膜電路板84機(jī)電相連。該厚膜電路板84是用膠粘在一個基座57上的，該基座由鈦制成，并且包括一個一體化的電子連接件。一根導(dǎo)線86將圓柱形測震質(zhì)量55與z-方向放大器相連。傳感器的外殼87用鈦制成，其外部形狀為一個立方體。外殼87具有一個圓柱形鏜孔，基座57壓入其中，并焊接在所說外殼上。
圖8所示的加速度計具有以下技術(shù)指標(biāo)放大器之前的靈敏度(X方向和Y方向)9pC/g放大器之前的靈敏度(Z方向) 10mV/g共振頻率(X方向和Y方向) 8kHz共振頻率(Z方向) 10kHz重量 15gram雖然在本申請中只是具體地公開和描述了本發(fā)明的有限數(shù)量的實施例，但是很顯然，本發(fā)明并不局限于此，而同樣能夠以其它方式實施。此外，本發(fā)明不局限于測量加速度，而可以應(yīng)用于例如測量力或壓力。
權(quán)利要求
1.利用一個傳感器或一個加速度計測量加速度或機(jī)械力的一種方法，所說加速度產(chǎn)生慣性力，在所說傳感器或加速度計中至少有一個壓電元件受到基本平行于所說壓電元件的極化軸的一個剪切力的作用，其特征在于所說剪切力由一個機(jī)械力或慣性力的分量形成，所說機(jī)械力或慣性力分量基本垂直于所說極化軸。
2.如權(quán)利要求1所述的一種方法，其特征在于所說剪切力由至少兩個分離表面之間的相互位移形成，所說位移具有基本平行于所說極化軸的一個分量，并且由所說的機(jī)械力或所說的慣性力引起，所說的一個或多個壓電元件安裝在所說表面之間，并與所說表面成接合關(guān)系。
3.如權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于所說的一個或多個壓電元件安裝在第一和第二兩個基本相對設(shè)置的表面之間，并與之成剪切關(guān)系。
4.如權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于第一和第二壓電元件分別安裝在第一和第二兩個基本相對設(shè)置平面之間，并與之成剪切關(guān)系，所說第一和第二壓電元件具有基本平行的極化軸。
5.如權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于兩個或多個壓電元件安裝在第一和第二兩個基本相對設(shè)置的表面之間，并與之成剪切關(guān)系，所說壓電元件具有基本平行的極化軸。
6.如權(quán)利要求3-5中任一項所述的一種方法，其特征在于所說兩個相對設(shè)置表面中每一個都是位于一個支撐基座上的兩個測量臂或直立部分之一的一部分，所說測量臂在所說力分量作用下相對于所說支撐基座發(fā)生變形或傾斜。
7.如權(quán)利要求2-6中任一項所述的一種方法，其特征在于所說的一個或多個壓電元件具有沿極化軸方向延伸的基本平行的表面，當(dāng)所說的一個或多個壓電元件受到所產(chǎn)生的剪切力作用時在所說平行表面上產(chǎn)生電荷，所說電荷量代表形成所說剪切力的所說力分量的一種量度。
8.如權(quán)利要求7所述的一種方法，其特征在于所說一個或多個壓電元件的基本平行的表面為平面。
9.如權(quán)利要求7所述的一種方法，其特征在于所說一個或多個壓電元件的基本相對設(shè)置的平行表面為柱面。
10.如權(quán)利要求7-9中任一項所述的一種方法，其特征在于根據(jù)在所說一個或多個壓電元件的第一對平行表面上產(chǎn)生的第一電荷量獲得基本垂直于所說極化軸的第一機(jī)械力或慣性力分量的一種量度，而根據(jù)在所說一個或多個壓電元件的第二對平行表面上產(chǎn)生的第二電荷量獲得基本垂直于所說極化軸和基本垂直于所說第一力分量的第二機(jī)械力或慣性力分量的一種量度。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的一種方法，其特征在于，它還包括測量基本平行于所說一個或多個壓電元件的極化軸的第三機(jī)械力或慣性力分量，所說第三力分量產(chǎn)生一個剪切力。
12.用于測量加速度或機(jī)械力的一種傳感器，所說加速度引起慣性力，所說傳感器包括至少一個壓電元件，和至少兩個分離的、與所說壓電元件接合的表面，其特征在于所說表面這樣設(shè)置，使得它們在基本沿垂直于所說壓電元件的極化軸方向作用的一個機(jī)械力或慣性力分量的作用下發(fā)生相互位移。
13.如權(quán)利要求12所述的一種傳感器，其特征在于所說一個或多個壓電元件位于兩個分離表面之間，并與之成剪切關(guān)系，使得當(dāng)所說分離表面在所說力分量作用下發(fā)生相互位移時所說一個或多個壓電元件受到基本平行于所說的一個或多個壓電元件極化軸的一個剪切力的作用。
14.如權(quán)利要求12或13所述的一種傳感器，其特征在于所說分離表面這樣設(shè)置，使得它們基本彼此相對。
15.如權(quán)利要求14所述的一種傳感器，其特征在于兩個或多個壓電元件安裝在所說的兩個基本相對設(shè)置的表面之間并與之成剪切關(guān)系，所說的多個壓電元件具有基本平行的極化軸。
16.如權(quán)利要求12-15中任一項所述的一種傳感器，其特征在于所說的兩個分離表面中的每一個都是位于一個支撐基座之上的兩個測量臂或直立部分之一的一部分，所說測量臂在所說力分量作用下相對于所說支撐基座發(fā)生變形或傾斜。
17.如權(quán)利要求13-16中任一項所述的一種傳感器，其特征在于所說的一個或多個壓電元件具有沿所說極化軸方向延伸的基本平行的表面，在所說的一個或多個壓電元件受到所說剪切力作用時在所說平行表面上產(chǎn)生電荷，所說電荷量代表形成使所說表面發(fā)生相互位移的剪切力的所說力分量的一種量度。
18.如權(quán)利要求17所述的一種傳感器，其特征在于所說一個或多個壓電元件的基本相對平行表面為平面。
19.如權(quán)利要求17所述的一種傳感器，其特征在于所說一個或多個壓電元件的基本相對平行表面為柱面。
20.如權(quán)利要求17-19中任一項所述的一種傳感器，其特征在于它還包括用于輸出在所說一個或多個壓電元件的第一對基本平行表面上產(chǎn)生的第一電輸出信號的第一電輸出裝置，所說第一輸出信號代表基本垂直于所說極化軸的第一機(jī)械力或慣性力分量的一種量度。
21.如權(quán)利要求20所述的一種傳感器，其特征在于它還包括用于輸出在所說一個或多個壓電元件的第二對基本平行表面上產(chǎn)生的第二電輸出信號的第二電輸出裝置，所說第二輸出信號代表基本垂直于所說極化軸并且垂直于所說第一力分量方向的第二機(jī)械力或慣性力分量的一種量度。
22.如權(quán)利要求12-20中任一項所述的一種傳感器，其特征在于它還包括用于輸出由于一個剪切力作用在所說的一個或多個壓電元件上而產(chǎn)生的第三電輸出信號的第三電輸出裝置，所說剪切力由基本平行于所說一個或多個壓電元件的極化軸的第三機(jī)械力或慣性力分量產(chǎn)生。
23.如權(quán)利要求16-22中任一項所述的一種傳感器，其特征在于所說測量臂設(shè)置在所說支撐基座上，以易于產(chǎn)生所說的變形或傾斜。
24.如權(quán)利要求23所述的一種傳感器，其特征在于每一個測量臂本身比兩個測量臂與一個或多個壓電元件的組合更容易相對于所說支撐基座發(fā)生傾斜。
25.如權(quán)利要求23或24所述的一種傳感器，其特征在于所說測量臂利用鉸鏈設(shè)置在所說支撐基座上。
26.如權(quán)利要求23或24所述的一種傳感器，其特征在于對于每一個所說測量臂，靠近所說支撐基座的測量臂部分比測量臂的其余部分更不易傾斜。
全文摘要
利用一個傳感器或一個加速度計測量加速度或機(jī)械力的一種方法,所說加速度產(chǎn)生慣性力,在所說傳感器或加速度計中至少有一個壓電元件受到基本平行于所說壓電元件的極化軸的一個剪切力的作用,所說剪切力由基本垂直于所說極化軸的一個機(jī)械力或慣性力分量形成。用于測量加速度或機(jī)械力的一種傳感器,所說加速度引起慣性力,包括至少一個壓電元件,和至少兩個分離的、與所說壓電元件接合的表面,所說表面這樣設(shè)置,使得它們在基本沿垂直于所說壓電元件的極化軸方向的一個機(jī)械力或慣性力分量的作用下發(fā)生相互位移?？扇〉氖?壓電元件安裝在設(shè)置在一個支撐基座上的兩個測量臂的自由端之間,所說測量臂在受到力或加速度作用時沿垂直于其縱軸方向發(fā)生形變或傾斜。可以利用具有多個電極的一個壓電元件測量三個方向的力或加速度。這些原理也適用于測量力或壓力。
文檔編號G01P15/09GK1203665SQ96198761
公開日1998年12月30日 申請日期1996年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月13日
發(fā)明者K·S·漢森 申請人:布魯爾及克杰爾公司