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速度传感器

阅读:125发布:2021-04-10

专利汇可以提供速度传感器专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 角 速度 传感器 。该角速度传感器包括:第一音叉式振动器和第二音叉式振动器,所述第一音叉式振动器和所述第二音叉式振动器中的每一个均分别包括基部和从所述基部延伸的多个臂部;和安装部,该安装部安装所述第一音叉式振动器和所述第二音叉式振动器,其中,所述第一音叉式振动器的臂部的一端与所述第二音叉式振动器的侧面相对;并且连接所述第一音叉式振动器和所述安装部的第一线沿着所述第一音叉式振动器的宽度方向延伸。,下面是速度传感器专利的具体信息内容。

1.一种速度传感器,该角速度传感器包括:
第一音叉式振动器和第二音叉式振动器,所述第一音叉式振动器和 所述第二音叉式振动器中的每一个均分别包括基部和从所述基部延伸的 多个臂部;和安装部,该安装部安装所述第一音叉式振动器和所述第二音叉式振 动器,
其中,所述第一音叉式振动器的臂部的一端与所述第二音叉式振动 器的侧面相对;并且
连接所述第一音叉式振动器和所述安装部的第一线沿着所述第一音 叉式振动器的宽度方向延伸。
2.如权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于,所述第一线向 所述安装部的内侧延伸。
3.如权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于,连接所述第二 音叉式振动器和所述安装部的第二线沿着所述第二音叉式振动器的纵向 延伸。
4.如权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于,连接所述第二 音叉式振动器和所述安装部的第二线沿着所述第二音叉式振动器的宽度 方向延伸。
5.如权利要求4所述的角速度传感器,其特征在于,所述第二线向 所述安装部的内侧延伸。
6.如权利要求1所述的角速度传感器,其特征在于,该角速度传感 器还包括吸音部,该吸音部设置在所述安装部中并吸收所述第一音叉式 振动器和所述第二音叉式振动器的振动。
7.如权利要求6所述的角速度传感器,其特征在于,所述吸音部用 作使控制所述第一音叉式振动器和所述第二音叉式振动器的控制电路与 所述安装部结合的结合部件。

说明书全文

技术领域

发明大体上涉及速度传感器,更具体地涉及一种具有多个音叉 式振动器的角速度传感器。

背景技术

角速度传感器检测旋转的角速度,并且用于避免由于手运动而导致 图像模糊,并应用于诸如汽车导航系统、机动车、机器人姿态控制系统 等系统。日本专利申请特开平9-292229号公报(以下称为文献1)公开 了一种配备有多个柱状振动器的角速度传感器。日本专利No.3418245(以 下称为文献2)公开了一种检测多个轴线并以两点支承柱状振动器的角速 度传感器。上述柱状或棒状振动器被称作音杆式振动器。另外,国际公 报No.WO 03/100350(以下称为文献3)公开了一种音叉式振动器,其 具有基部以及从该基部延伸的多个臂部。
音杆式振动器不能相对于外部振动调整振动平衡来抵消振动。因此, 若如文献1和文献2中所述在一个外壳中布置两个音杆式振动器,那么 在各音杆式振动器中由外部振动引起的不必要振动(泄漏振动)会彼此 干涉(干涉噪音),并会使角速度的检测精度变差。此外,音杆式振动器 在固有振动频率下具有窄的不动区。如果在各音杆式振动器中支承不动 区之外的区域,那么其中一个音杆式振动器的驱动振动会传播到另一音 杆式振动器,从而会产生干涉噪音并且角速度的检测精度会变差。另外, 由于整个音杆式振动器振动,所以有必要以两点支承音杆式振动器。因 此,难以保持两个支承部的位置精度或平衡。
同时,音叉式振动器具有这样的构造,其中左右臂部抵消了外部振 动。在具有多个音叉式振动器的角速度传感器中,这可防止角速度的检 测精度变差并防止干涉噪音。然而,音叉式振动器包括供电信号输入或 输出的臂部和基部。该角速度传感器通常包括多个音叉式振动器,并具 有较大的安装面积。因此,需要减小具有多个音叉式振动器的角速度传 感器的尺寸。特别的是,需要减小角速度传感器中的安装部的较长侧。

发明内容

考虑以上情况作出本发明,并且本发明提供了一种角速度传感器, 在该角速度传感器中可减小安装部的较长侧的尺寸。
根据本发明的一方面,提供了一种角速度传感器,该角速度传感器 包括:第一音叉式振动器和第二音叉式振动器,所述第一音叉式振动器 和所述第二音叉式振动器中的每一个均分别包括基部和从所述基部延伸 的多个臂部;和安装部,该安装部安装所述第一音叉式振动器和所述第 二音叉式振动器,并且所述第一音叉式振动器的臂部的一端与所述第二 音叉式振动器的侧面相对;并且连接所述第一音叉式振动器和所述安装 部的第一线沿着所述第一音叉式振动器的宽度方向延伸。因此可以减小 所述安装部沿着所述第一音叉式振动器的纵向的尺寸。
附图说明
下面将参照附图详细描述本发明的示例性实施例,其中:
图1是本发明第一示例性实施例中采用的角速度传感器的立体图;
图2A是本发明第一示例性实施例中采用的角速度传感器的顶视图;
图2B是本发明第一示例性实施例中采用的角速度传感器中的音叉 式振动器和支承部的立体图;
图3A和图3B是表示音叉式振动器的表面上的电极图案的图;
图4A和图4B是表示音叉式振动器的振动模式的图;
图5A是对比示例的角速度传感器的顶视图;
图5B是本发明第一示例性实施例中采用的角速度传感器的顶视图;
图6A至图6C是本发明第一示例性实施例中采用的角速度传感器的 其它示例;
图7A和图7B是根据本发明第二示例性实施例的角速度传感器的立 体图;并且
图8是根据本发明第三示例性实施例的角速度传感器的立体图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例。
(第一示例性实施例)
第一示例性实施例是角速度传感器的一个示例,其中,两个音叉式 振动器安装在用作安装部的外壳中。图1是本发明第一示例性实施例中 采用的角速度传感器的立体图。图2A是本发明第一示例性实施例中采用 的角速度传感器的顶视图(但是没有示出其帽)。图2B是本发明第一示 例性实施例中采用的角速度传感器中的音叉式振动器10和支承部20的 立体图。参照图1和图2A,通过支承部20a和20b分别将分别具有两个 臂部的第一音叉式振动器10a和第二音叉式振动器10b固定并安装在空 腔型外壳30中。第一和第二音叉式振动器10a和10b彼此大致正交,并 且分别检测以检测轴线1和检测轴线2为中心的角速度,而检测轴线1 和检测轴线2分别沿着第一和第二音叉式振动器10a和10b的纵向(臂 部的延伸方向)配置。外壳30可以包括例如控制电路46,该控制电路中 的电子部件安装在基板中。控制电路46控制第一和第二音叉式振动器10a 和10b,向第一和第二音叉式振动器10a和10b分别施加驱动信号,并由 第一和第二音叉式振动器10a和10b分别馈给检测信号。帽40用作外壳 30的盖。
参照图2B,第一和第二音叉式振动器10a和10b均包括:基部13; 以及从基部13延伸的两个(多个)臂部11和12。这里,各第一和第二 音叉式振动器10a和10b表示成音叉式振动器10,并且各个支承部20a 和20b表示成支承部20。用于支承音叉式振动器10的支承部20包括: 用于支承音叉式振动器10的支承面22;以及用于将音叉式振动器10安 装在外壳30中的安装面24。音叉式振动器10通过结合部件(例如粘合 剂等)牢固地固定至支承面22。支承部20的各个安装面24通过结合部 件(例如粘合剂等)牢固地固定至外壳30。可以使用诸如环树脂等的 粘合剂。而且,除了粘合剂之外,可以使用低熔点玻璃或焊料(例如无 铅焊料或Au-Sn焊料)作为结合部件。
图3A和图3B表示音叉式振动器10的电极图案。音叉式振动器10 可以例如由诸如LiNbO3(铌酸锂)、LiTaO3(钽酸锂)等的压电材料制成。 例如,如果采用LiNbO3(铌酸锂)或LiTaO3(钽酸锂),那么通过使用 130℃到140℃范围内的Y形板可以获得K为23的高的机电耦合系数。 在音叉式振动器10的表面上形成有诸如Au(金)、Al()或Cu() 的金属膜电极。
图3A表示音叉式振动器10的前视图,而图3B表示其后视图。在 臂部11处设置有检测电极11a、11b和11c。检测电极11a和检测电极11b 通过电极11d连接。为检测电极11a设置有引出电极11f。检测电极11c 与引出电极11e连接。按照类似方式,在臂部12处设置有检测电极12a、 12b和12c。检测电极12a和检测电极12b通过电极12d连接。为检测电 极12a设置有引出电极12f。检测电极12c与引出电极12e连接。在音叉 式振动器10的前侧设置有驱动电极14a,其与引出电极14b连接。按照 类似方式,在音叉式振动器10的后侧设置有驱动电极15a,其与引出电 极15b连接。
图4A和图4B是说明音叉式振动器10的驱动模式和检测模式的图。 参照图4A,向音叉式振动器10的驱动电极14a和驱动电极15a馈给驱动 信号,以产生使臂部11和12开合的振动模式。该振动与沿臂部11和12 的方向布置的平面平行,因而称为面内振动模式。这里,如果向检测轴 线施加角速度,那么会由于科氏(Coriolis force)而产生如图4B所示 使臂部11和12前后振动的另一振动模式。该振动是垂直于沿臂部11和 12方向布置的平面的扭曲振动,因而称为面垂直振动模式。可以通过利 用检测电极11a至11c以及检测电极12a至12c检测振动模式而检测绕检 测轴线的角速度。驱动模式是指进行驱动所用的振动模式,而检测模式 是指进行检测所用的振动模式。驱动模式和检测模式不限制于图4A或图 4B所示的振动模式。仅需要在驱动模式中通过科氏力产生检测模式。在 各振动模式中,节点(node)是指非振动区域。在图4A中,节点A对 应于音叉式振动器10中的对称平面。在图4B中,节点B对应于音叉式 振动器10的中心轴线。
图5A和图5B是分别示出对比示例和本发明第一示例性实施例中采 用的第一音叉式振动器10a、第二音叉式振动器10b、以及连接外壳30 的焊盘44a和44b的线42a和42b的视图。参照图5A,在对比示例中, 第一音叉式振动器10a的端部(臂部的端部)与第二音叉式振动器10b 的臂部的侧面相对。外壳30的焊盘44a沿着第一音叉式振动器10a的纵 向(即,沿着臂部延伸的方向)设置在另一端部(基部)的附近。因此, 连接第一音叉式振动器10a和焊盘44a的第一线42a沿着第一音叉式振动 器10a的纵向延伸。虽然在图5A中未示出,但第一线42a分别连接到引 出电极11e、11f、12e、12f和14b。以类似的方式,连接第二音叉式振动 器10b和外壳30的焊盘44b的线42b向第二音叉式振动器10b的一端延 伸。这里,一端指的是臂部11和12的端部,另一端指的是基部13的端 部。
参照图5B,在第一示例性实施例中,与对比示例不同,焊盘44a沿 着第一音叉式振动器10a的宽度方向设置,并且连接第一音叉式振动器 10a和焊盘44a的第一线42a向宽度方向的两侧延伸。连接第二音叉式振 动器10b和焊盘44b的第二线42b按照与对比示例类似的方式沿着第二 音叉式振动器10b的纵向延伸。
在具有两个音叉式振动器10a和10b的角速度传感器中,它们的检 测轴线虚拟地彼此直角相交。在这种情况下,为了使安装面积尽可能小, 将第一音叉式振动器10a的一端设置成与第二音叉式振动器10b的侧面 相对。如果这样,则L1(第一音叉式振动器10a的纵向的外壳尺寸)需 要等于或大于La(第一音叉式振动器10a的长度)加上Wb(第二音叉 式振动器10b的宽度)。同时,L2(第一音叉式振动器10a的宽度方向的 外壳尺寸)需要等于或大于Lb(第二音叉式振动器10b的长度)。如上所 述,在外壳30中,尺寸L1大于尺寸L2。
鉴于以上构造,第一音叉式振动器10a和第二音叉式振动器10b均 包括:主要具有振动功能的臂部11和12;以及保持臂部11和12并由外 壳30保持的基部13。因此,优选的是,第一和第二音叉式振动器10a和 10b的基部13彼此隔开地被外壳30支承。如果两个基部13靠近或接近 地被支承,则第一和第二音叉式振动器10a和10b的振动将彼此干涉。 优选的是,第一音叉式振动器10a的臂部11和12的一端设置成与第二 音叉式振动器10b的臂部的侧面相对。这使得基部13彼此隔开,从而减 少了第一和第二音叉式振动器10a和10b的振动干涉。
在第一和第二音叉式振动器10a和10b中,连接音叉式振动器10a 或10b与外壳30的线从基部13延伸,并且第一和第二音叉式振动器10a 和10b的基部13彼此隔开。在这种情况下,如果如图5A的对比示例所 示,第一线42a和第二线42b分别从第一音叉式振动器10a的纵向的另 一端和第二音叉式振动器10b的纵向的另一端延伸,则焊盘44a和焊盘 44b需要分别位于第一和第二音叉式振动器10a和10b的另一端侧。由于 分别加上了焊盘44a和44b的尺寸Lp,因而这也增大了外壳30的尺寸 L1和L2。
如前所述,因为在外壳30中尺寸L1大于尺寸L2,所以特别需要减 小尺寸L1。根据第一示例性实施例,第一线42a沿着第一音叉式振动器 10a的宽度方向延伸。这样不需要将焊盘44a设置在第一音叉式振动器 10a的另一端侧,由此可使外壳30的尺寸L1减小焊盘44a的尺寸Lp。
现在参照图6A和图6B,第一线42a可沿着第一音叉式振动器10a 的宽度方向向其外侧或内侧延伸。然而,优选的是第一线42a向外壳30 的内侧延伸。这使得第一音叉式振动器10a的基部和第二音叉式振动器 10b的基部可以隔开,由此可进一步抑制音叉式振动器的振动干涉。
如图5B所示,第二线42b可沿着第二音叉式振动器10b的宽度方向 延伸。然而,优选的是线42b沿着第二音叉式振动器10b的宽度方向延 伸,如图6C所示。这使得外壳30的尺寸L2可以减小焊盘44b的尺寸 Lp。还优选的是第二线42b向外壳30的内侧延伸。这使得第一音叉式振 动器10a的基部和第二音叉式振动器10b的基部可以隔开,由此可进一 步抑制音叉式振动器的振动干涉。这里,所述线沿着纵向或宽度方向延 伸意味着所述线延伸成连接到分别沿纵向和宽度方向设置的焊盘44a或 44b。
(第二示例性实施例)
在第二示例性实施例中,除了第一实施例中采用的构造之外,在用 作安装部的印刷电路板上还设置有吸音部。参照图7A和图7B,彼此正 交的两个音叉式振动器10a和10b分别安装在作为安装部的印刷电路板 31中。第一线和第二线均未示出。参照图7A,在印刷电路板31中设置 有用作吸音部的吸音部件32,以便吸收第一音叉式振动器10a和第二音 叉式振动器10b的振动。吸音部件32可以由用于吸收印刷电路板31的 振动的软材料制成,并且可以采用例如诸如环氧树脂树脂等的树脂。 参照图7B,在吸音部件32之上设置有重物34,其它结构与图7A的相 同。吸音部件32还具有如同粘合剂的功能,以粘附重物34。在图7B中, 重物34使得吸音部件32能吸收印刷电路板31的更多振动。根据第二示 例性实施例,因为吸音部吸收了沿印刷电路板31从第一音叉式振动器10a 和第二音叉式振动器10b中的一个向另一个传播的振动,所以可以减少 干涉噪音。由于吸音部吸收从第一音叉式振动器10a和第二音叉式振动 器10b中的一个向另一个的振动,因此优选将吸音部插设在第一音叉式 振动器10a与第二音叉式振动器10b之间。可以通过局部增大印刷电路 板31等的安装部的厚度以增大惯性矩,从而使得来自第一音叉式振动器 10a或第二音叉式振动器10b的振动难以传播来吸收振动。
(第三示例性实施例)
在第三示例性实施例中,吸音部件用于保持控制电路46。图8是根 据第三示例性实施例的角速度传感器的立体图。参照图8,设置有以与第 一示例性实施例类似的方式安装在空腔型外壳30中的第一音叉式振动器 10a和第二音叉式振动器10b。按照与第二示例性实施例中所述且在图7A 中所示类似的方式在外壳30中设置吸音部件32。在吸音部件32上方安 装功能与第一示例性实施例的相似的控制电路46。吸音部件32具有用作 粘合剂以将控制电路46与外壳30保持在一起的功能。在第三示例性实 施例中,吸音部件32(吸音部)是使控制电路46和外壳30结合以便对 第一音叉式振动器10a和第二音叉式振动器10b进行控制的结合部件。 这样就不需要单独设置吸音部,从而减小了安装面积。
在第一和第三示例性实施例中采用外壳30,在第二示例性实施例中 采用印刷电路板31作为安装部。但是,可以应用其它结构,只要安装部 具有安装第一音叉式振动器10a和第二音叉式振动器10b的功能即可。 在上述示例性实施例中,第一音叉式振动器10a和第二音叉式振动器10b 分别具有两个臂部11和12。但是,音叉式振动器可具有三个或更多个臂 部。
尽管示出并描述了本发明所采用的几个具体的示例性实施例,但本 领域技术人员应理解,可以在不背离本发明的原理及精神的情况下对这 些示例性实施例进行改变,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
本发明基于2006年4月20日提交的日本专利申请No.2006-117174, 其全部公开通过引用结合于此。
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