專利名稱：壓電震動(dòng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及震動(dòng)傳感器。說(shuō)得更具體些，本發(fā)明涉及能夠檢測(cè)沿多個(gè)軸的震動(dòng)、使用多個(gè)壓電傳感器的震動(dòng)傳感器，其中，壓電傳感器的數(shù)目少于軸的數(shù)目。
背景技術(shù)：
激勵(lì)材料(active material)是對(duì)于機(jī)械激勵(lì)(例如，機(jī)械應(yīng)力和應(yīng)變)在電氣上作出響應(yīng)(例如，產(chǎn)生電荷)，或者相反地，對(duì)于電激勵(lì)(例如，電壓、電流和電場(chǎng))在機(jī)械上作出響應(yīng)(例如，產(chǎn)生機(jī)械形變)的任何材料。激勵(lì)材料也稱之為導(dǎo)出應(yīng)變激勵(lì)器(induced strain actuator)，并且例如可以包括壓電材料、電致伸縮材料、壓阻材料、形狀記憶材料或磁致伸縮材料。于是，激勵(lì)材料(諸如壓電材料)很適合于用作傳感器，來(lái)檢測(cè)機(jī)械擾動(dòng)(例如震動(dòng))、力和壓力。震動(dòng)傳感器在許多工業(yè)部門中有應(yīng)用，例如，在汽車工業(yè)中用作氣囊打開(kāi)傳感器，而在計(jì)算機(jī)工業(yè)中用作檢測(cè)磁盤驅(qū)動(dòng)器和輸入筆的震動(dòng)的傳感器。
按照它們的應(yīng)用，希望震動(dòng)傳感器檢測(cè)各種形式的震動(dòng)。一般，可以將震動(dòng)分解成平移成分和旋轉(zhuǎn)成分。直線震動(dòng)定義為只有平移成分的震動(dòng)。旋轉(zhuǎn)震動(dòng)定義為只有旋轉(zhuǎn)成分的震動(dòng)。直線和旋轉(zhuǎn)震動(dòng)能夠相對(duì)于三個(gè)直角坐標(biāo)軸分解。大多數(shù)震動(dòng)是直線震動(dòng)和旋轉(zhuǎn)震動(dòng)的組合。
常規(guī)震動(dòng)傳感器有許多缺點(diǎn)。許多常規(guī)震動(dòng)傳感器只檢測(cè)沿或關(guān)于多個(gè)軸(其數(shù)目等于傳感器的數(shù)目)的震動(dòng)。例如，在授權(quán)給Lee等人的第5，521，772號(hào)美國(guó)專利揭示了這樣一種常規(guī)震動(dòng)傳感器。Lee等人揭示了一種數(shù)據(jù)磁盤驅(qū)動(dòng)器，它包括用于控制或改進(jìn)磁盤驅(qū)動(dòng)器運(yùn)作的加速度傳感器50。傳感器50包括由不銹鋼塊51隔開(kāi)的兩個(gè)壓電換能器52和54。塊51、換能器52和54以及地震質(zhì)量板(seismic mass plate)56和58一起，構(gòu)成傳感器50。傳感器50只對(duì)于沿兩個(gè)軸的震動(dòng)敏感。即，傳感器50對(duì)沿兩個(gè)換能器的主敏感軸(即，轉(zhuǎn)態(tài)(polling)方向β)的直線震動(dòng)敏感(第6列，第1—7行)，并且對(duì)在傳感器平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)敏感(第5列，第59—67行)。由傳感器50產(chǎn)生的響應(yīng)是通過(guò)傳感器50關(guān)于其敏感軸的撓曲而作用在換能器52和54上的機(jī)械應(yīng)變的結(jié)果。
授予Smith等人的第5，452，612號(hào)美國(guó)專利揭示了一種具有梁式換能器結(jié)構(gòu)22的加速度計(jì)10。換能器22包括一個(gè)極化壓電傳感器59和兩個(gè)由輸出電極57和58確定的檢測(cè)區(qū)(圖7—9)。換能器22對(duì)于沿兩個(gè)直線軸和一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的震動(dòng)敏感(第6列，第9—18行)。為了用兩個(gè)檢測(cè)區(qū)來(lái)得到這種三軸靈敏性，Smith等人制造了換能器22，為了達(dá)到沿額外的直線軸的靈敏性，相對(duì)于傳感器所在的平而，換能器22具有一個(gè)向上的斜面。
授權(quán)給Smith的第5，235，213號(hào)和5，373，213號(hào)美國(guó)專利揭示了一種震動(dòng)負(fù)荷檢測(cè)裝置24，它具有與Smith等人揭示的換能器很相象的換能器組件(subassembly)25。除了以特定的取向制造換能器組件25之外，Smith以特殊的取向在印刷電路板上安裝檢測(cè)裝置24。這種復(fù)雜的制造和安裝方式使得對(duì)于扭力和直線力在三個(gè)相互垂直的方向都靈敏(圖3和4，第56—63行)。
雖然由Smith等人和Smith揭示的換能器能夠沿多個(gè)軸檢測(cè)，但它們與其他壓電檢測(cè)機(jī)構(gòu)相比有各種缺點(diǎn)。具體而言，傾斜的梁式結(jié)構(gòu)難于制造。
發(fā)明概述因此，需要這樣的震動(dòng)傳感器，它對(duì)于沿多個(gè)軸的震動(dòng)敏感并且制造和使用方便。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的震動(dòng)傳感器對(duì)于沿兩個(gè)正交軸的直線震動(dòng)和在震動(dòng)傳感器所在平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)敏感。震動(dòng)傳感器包括第一壓電傳感器，它沿第一方向極化，該第一方向偏離震動(dòng)傳感器所在平面一個(gè)角度。第一壓電傳感器產(chǎn)生對(duì)于具有沿第一和第二正交軸的分量的震動(dòng)的第一響應(yīng)，而第一和第二正交軸確定一個(gè)與震動(dòng)傳感器所在平面垂直的平面。第二壓電傳感器沿第二方向極化，該第二方向偏離震動(dòng)傳感器所在平面一個(gè)角度，并且偏離第一方向180°。第二壓電傳感器產(chǎn)生對(duì)于具有沿第一和第二正交軸的分量的震動(dòng)的第二響應(yīng)。集成電路對(duì)于第一響應(yīng)和第二響應(yīng)敏感并且產(chǎn)生至少三個(gè)信號(hào)。第一信號(hào)指出由第一壓電傳感器檢測(cè)的至震動(dòng)傳感器的直線震動(dòng)。第二信號(hào)指出由第二壓電傳感器檢測(cè)的至震動(dòng)傳感器的直線震動(dòng)。第三信號(hào)指出至震動(dòng)傳感器的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)，并且由組合第一響應(yīng)和第二響應(yīng)得出。在較佳實(shí)施例中，第一和第二壓電傳感器工作于剪切模式。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，揭示了感測(cè)震動(dòng)的方法。所述方法包括使用第一壓電傳感器(它具有沿第一方向的第一主軸)產(chǎn)生第一信號(hào)，該第一信號(hào)能夠指出沿兩個(gè)正交軸的震動(dòng)。然后使用第二壓電傳感器產(chǎn)生第二信號(hào)，該第二信號(hào)能夠指出沿兩個(gè)正交軸的震動(dòng)。第二壓電傳感器具有沿第二方向的第二主軸，該第二方向偏離第一方向180°。接著，響應(yīng)于第一信號(hào)和第二信號(hào)，此方法產(chǎn)生第一輸出信號(hào)和第二輸出信號(hào)。第一輸出信號(hào)代表沿兩個(gè)正交軸的直線震動(dòng)。第二輸出信號(hào)代表在垂直與由兩個(gè)正交軸確定的平面的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)，并且由組合第一信號(hào)和第二信號(hào)產(chǎn)生。
與常規(guī)的震動(dòng)傳感器相比，本發(fā)明的上述實(shí)施例提供了技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。例如，按照本發(fā)明的上述實(shí)施例的震動(dòng)傳感器和檢測(cè)震動(dòng)的方法以最小的傳感器復(fù)雜性提供沿多個(gè)軸的靈敏度。按照上述實(shí)施例的震動(dòng)傳感器不需要復(fù)雜的制造設(shè)備和組裝工具(當(dāng)把一個(gè)或多個(gè)傳感器放置得相對(duì)于震動(dòng)傳感器所在的平面傾斜一個(gè)角度時(shí)，就需要這些)。熟悉本領(lǐng)域的人從下面的附圖、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)能夠明白另外的一些技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
附圖概述在下面的“發(fā)明的詳細(xì)描述”中，將結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的特征和目的以及實(shí)現(xiàn)它們的方式，其中

圖1示意的描繪出了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的震動(dòng)傳感器。
圖2描繪了震動(dòng)傳感器的簡(jiǎn)化圖，示出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的壓電傳感器的極化。
圖3描繪了與按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的傳感器相關(guān)的集成電路的簡(jiǎn)化方框圖。
圖4描繪了震動(dòng)傳感器的簡(jiǎn)圖，該圖示出按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的壓電傳感器的極化。
發(fā)明的詳細(xì)描述按照本發(fā)明的一種震動(dòng)傳感器和檢測(cè)震動(dòng)的方法使用了一種簡(jiǎn)單而便于制造的傳感器結(jié)構(gòu)能夠檢測(cè)沿多個(gè)軸的震動(dòng)。說(shuō)得更具體些，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的震動(dòng)傳感器和檢測(cè)震動(dòng)的方法，使用兩個(gè)工作于剪切模式、并且沿不同方向極化的壓電傳感器，能夠檢測(cè)沿兩個(gè)正交軸的直線震動(dòng)和在一個(gè)平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)。
圖1示意地畫出按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的震動(dòng)傳感器100的頂視圖。如下面作的說(shuō)明，震動(dòng)傳感器100能夠檢測(cè)沿Y和Z軸(見(jiàn)圖中的坐標(biāo)系統(tǒng))的直線震動(dòng)和在XY平面(即，震動(dòng)傳感器100所在的平面)中的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)。震動(dòng)傳感器100包括設(shè)置在封裝108中的第一壓電傳感器102、第二壓電傳感器104和集成電路106。按照任何以已知的技術(shù)，把壓電傳感器102和104安裝在封裝108內(nèi)。壓電傳感器102和104和集成電路106用任何已知的技術(shù)(例如，金屬絲壓焊)互連。封裝108可以是任何類型的封裝，在該封裝內(nèi)設(shè)置壓電傳感器102和104和集成電路106，使之例如便于安裝在印刷電路板上。封裝108可以包括任何類型的封裝，例如，陶瓷和塑料有引線封裝(雙列式封裝(DIP)或單列式封裝(SIP))或球柵陣列(ball grid array)。
圖2畫出壓電傳感器102和104以及它們的主敏感軸(即，它們的極化方向)的簡(jiǎn)圖。為參照起見(jiàn)，圖2還示出XYZ坐標(biāo)系。如可從圖2看到的那樣，一般，震動(dòng)傳感器100在XY平面內(nèi)，壓電傳感器102具有主軸202而壓電傳感器104具有主軸204。主軸202一般設(shè)置在由正交軸Y1和Z確定的平面內(nèi)，并且偏離XY平面(即，震動(dòng)傳感器100所在的平面)角度A。主軸24一般設(shè)置在由正交軸Y2和-Z確定的平面內(nèi)，并且偏離XY平面角度B。應(yīng)該注意，Y1和Y2一般與Y坐標(biāo)軸平行。因此，主軸所在的兩個(gè)平面(即，由Y1和Z確定的平面以及由Y2和-Z確定的平面)一般與XY平面垂直。安裝按照本發(fā)明的實(shí)施例，主軸202和主軸204在YZ平面內(nèi)隔開(kāi)180°角。即，角A等于角B。在一個(gè)實(shí)施例中，A=B≈25°由于壓電傳感器102和104沿與XY平面有角度偏離的方向極化，因此它們能夠響應(yīng)于具有沿Y軸和Z軸的分量的直線震動(dòng)。這與常規(guī)壓電傳感器形成對(duì)比，一般，常規(guī)壓電傳感器沿平行于坐標(biāo)軸之一的方向極化，于是，除非采用某種復(fù)雜的安裝方式，它只響應(yīng)于具有只沿一個(gè)軸的分量的直線震動(dòng)。這種獨(dú)特的極化方式也能使震動(dòng)傳感器100檢測(cè)在XY平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)震動(dòng)的存在，其做法是把壓電傳感器102產(chǎn)生的響應(yīng)和壓電傳感器104產(chǎn)生的響應(yīng)加以組合。例如，如果震動(dòng)傳感器100經(jīng)受了在XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)，則壓電傳感器102將檢測(cè)出沿軸Y1的某個(gè)分量，而壓電傳感器104將檢測(cè)出沿軸Y2的某個(gè)分量。然而，這些Y分量的幅值將不相同。這個(gè)差異表示在XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)分量。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，只是把由壓電傳感器102和104產(chǎn)生的響應(yīng)相加，來(lái)得出旋轉(zhuǎn)分量。當(dāng)把由傳感器102和104產(chǎn)生的響應(yīng)相加時(shí)，由于極化的Z分量是180°反相的，因此對(duì)于在XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)來(lái)說(shuō)，沿Z軸的直線震動(dòng)分量相等相反，因而可以抵消。
也能以類似的方式檢測(cè)在XZ平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)。即，響應(yīng)于在XZ平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)，傳感器102和104產(chǎn)生這樣的響應(yīng)，當(dāng)進(jìn)行相加時(shí)，它們的Y分量抵消，這是由于極化的Y分量是180°反相的緣故。于是，在相加后，仍保持傳感器102和104的響應(yīng)的Z分量之間的差值。這個(gè)差值代表在XZ平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，用震動(dòng)傳感器100來(lái)檢測(cè)施加至便攜式計(jì)算機(jī)(1aptop computer)的硬盤驅(qū)動(dòng)器的震動(dòng)。在此環(huán)境中，要被檢測(cè)的震動(dòng)的主要類型是沿Y軸和Z軸的震動(dòng)和在XY平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)(假設(shè)便攜式計(jì)算機(jī)一般在XY平面內(nèi)而Y軸指向用戶)。即，便攜式計(jì)算機(jī)一般不在XZ平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。不過(guò)，在另外的實(shí)施例(例如，在汽車中打開(kāi)氣囊或者對(duì)于計(jì)算機(jī)輸入筆)中，震動(dòng)傳感器100檢測(cè)在XY和XZ平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)的能力可以是有用的。
壓電傳感器102和104能夠用多種壓電材料中的任何一種材料(例如，鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇、和聚偏氟乙烯)來(lái)做。在較佳實(shí)施例中，壓電傳感器102和104是用壓電陶瓷PZT5A做的。如結(jié)合附圖2作的詳細(xì)說(shuō)明那樣，壓電傳感器102和104最好沿特殊的方向極化。按照任何已知的極化技術(shù)，使壓電傳感器102和104極化。簡(jiǎn)言之，在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)使壓電材料經(jīng)受高強(qiáng)度電場(chǎng)而使壓電傳感器102和104極化。電場(chǎng)運(yùn)作，使得材料中的束縛正電荷與負(fù)電荷產(chǎn)生相對(duì)位移。
在一個(gè)較佳實(shí)施例中，壓電傳感器102和104是剪切模式傳感器。即，傳感器102和104對(duì)于剪切應(yīng)力產(chǎn)生電的響應(yīng)。有三種基本的壓電檢測(cè)機(jī)制。剪切模式傳感器對(duì)于剪切應(yīng)力產(chǎn)生電的響應(yīng)。壓縮模式傳感器一般對(duì)于壓縮力或拉力產(chǎn)生電的響應(yīng)。雖然壓縮模式傳感器在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)，但在本發(fā)明的實(shí)施例中不推薦它們。梁型傳感器一般對(duì)于使梁關(guān)于其軸產(chǎn)生彎曲的力產(chǎn)生電的響應(yīng)。第5，452，612／5，373，213和5，235，472號(hào)美國(guó)專利在背景部分討論了使用梁型傳感器的結(jié)構(gòu)。梁型傳感器在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)，而對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例，也不推薦它們。
集成電路106進(jìn)行運(yùn)作，接收來(lái)自壓電傳感器102和104的信號(hào)，并且產(chǎn)生代表在封裝108的引線110處的震動(dòng)的模擬和數(shù)字輸出。即，來(lái)自集成電路106的模擬和數(shù)字輸出提供了存在于一個(gè)震動(dòng)中的直線分量和旋轉(zhuǎn)分量。例如，輸出可用于控制至硬盤驅(qū)動(dòng)器的讀出和寫入，或者在汽車中打開(kāi)氣囊。雖然示于圖1震動(dòng)傳感器100帶有設(shè)置在封裝108中的集成電路106，但本發(fā)明不受此限制。由集成電路106進(jìn)行的運(yùn)作能夠用直接安裝在印刷電路板上的電路元件或算術(shù)邏輯單元或任何合適的模擬或數(shù)字處理器來(lái)完成。
圖3示出電路400的一個(gè)實(shí)施例，用于完成集成電路106的運(yùn)作。電路400的目的是使用震動(dòng)傳感器100來(lái)檢測(cè)對(duì)于便攜式計(jì)算機(jī)中的硬盤驅(qū)動(dòng)器的震動(dòng)。電路400的起始級(jí)包括輸入放大器404和加法器放大器402。在圖3中，壓電傳感器102的輸出用IN1來(lái)表示，而壓電傳感器104的輸出用IN2表示。輸入放大器404對(duì)壓電傳感器102和104傳遞的高阻抗信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、放大和濾波。加法器放大器402對(duì)于放大器404的輸出進(jìn)行運(yùn)作，以得出信號(hào)ROT，該信號(hào)代表在XY平面(或XZ平面)中的旋轉(zhuǎn)分量。窗比較器408以常規(guī)的方式使放大器402和404的輸出數(shù)字化。多路復(fù)用器410由邏輯控制單元414控制，并且在所有的數(shù)字和模擬信號(hào)之間進(jìn)行典型的多路復(fù)用。多路復(fù)用器410可以具有多于一個(gè)的模擬和數(shù)字輸出。在電路400外部周圍安排的觸點(diǎn)416代表向電路400輸入和輸出的觸點(diǎn)。
本發(fā)明的實(shí)施例不限于上述的極化方式。按照另外的實(shí)施例，如此改變壓電傳感器102和104的極化方式，從而主軸204的Z分量的方向倒轉(zhuǎn)，于是主軸204設(shè)置在由正交軸Y2和Z確定的平面內(nèi)。使用這種極化方式后，為了保持結(jié)合圖3描述的功能，把集成電路106的加法器放大器402用差分放大器來(lái)代替。
按照另一個(gè)實(shí)施例，能夠把按照本發(fā)明實(shí)施例的獨(dú)有的極化方式擴(kuò)展至三維。例如，如圖4所示，對(duì)于壓電傳感器102和104的主敏感軸在X、Y、和Z方向具有非零分量。
按照另一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)施加至物體的震動(dòng)的方法。用傳感器(諸如上面說(shuō)明的震動(dòng)傳感器100，但不由此限定結(jié)構(gòu))能夠?qū)嵭写朔椒?。此方法包括產(chǎn)生第一信號(hào)的起始步驟，第一信號(hào)能夠指出沿兩個(gè)正交軸的震動(dòng)。用具有沿第一方向的第一主軸的第一壓電傳感器實(shí)行這個(gè)起始步驟。在一個(gè)實(shí)施例中，第一壓電傳感器最好是示于圖1和2的壓電傳感器102。在第二步驟中，產(chǎn)生能夠指出沿兩個(gè)正交軸的震動(dòng)的第二信號(hào)。用具有沿第二方向的第二主軸的第二壓電傳感器來(lái)產(chǎn)生第二信號(hào)。在由兩個(gè)正交軸確定的平面內(nèi)，第二主軸最好偏離第一主軸180°。在一個(gè)實(shí)施例中，第二壓電傳感器最好是示于圖1和2的壓電傳感器104。
一旦產(chǎn)生了第一信號(hào)和第二信號(hào)，就根據(jù)第一和第二信號(hào)產(chǎn)生一組繼發(fā)輸出信號(hào)。第一和第二繼發(fā)輸出信號(hào)度表示沿兩個(gè)正交軸的直線震動(dòng)。這個(gè)第一繼發(fā)輸出信號(hào)由處理第一信號(hào)產(chǎn)生，以提供特殊的信號(hào)特征，而不改變由第一信號(hào)傳遞的信息的特征。例如，可以緩沖、濾波和放大第一信號(hào)，以產(chǎn)生第一繼發(fā)輸出信號(hào)。以與從第一信號(hào)產(chǎn)生第一繼發(fā)輸出信號(hào)相同的方式，從第二信號(hào)產(chǎn)生第二繼發(fā)輸出信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，接著以本領(lǐng)域公知的方法，將第一和第二繼發(fā)輸出信號(hào)數(shù)字化，以得到第一和第二數(shù)字線性輸出信號(hào)。
接著，通過(guò)組合這第一信號(hào)和第二信號(hào)而產(chǎn)生第三繼發(fā)輸出信號(hào)。第三繼發(fā)輸出信號(hào)代表在垂直于由兩個(gè)正交軸確定的平面的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)震動(dòng)。由于第一和第二信號(hào)產(chǎn)生的方式，當(dāng)?shù)谝缓偷诙盘?hào)相加時(shí)，沿兩個(gè)軸之一的分量將抵消。剩下的信號(hào)將指出沿兩個(gè)正交軸的第二個(gè)軸的分量之間的差值，并且將指出旋轉(zhuǎn)震動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，如在圖1和2中指出的，兩個(gè)正交軸是Y軸和Z軸。在這個(gè)實(shí)施例中，該方法將檢測(cè)在XY平面或XZ平面中的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，以本領(lǐng)域公知的方法將旋轉(zhuǎn)輸出數(shù)字化，以得出數(shù)字旋轉(zhuǎn)輸出信號(hào)。
按照本發(fā)明的震動(dòng)傳感器和用于檢測(cè)震動(dòng)的方法比起常規(guī)的傳感器和方法來(lái)有許多技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。例如，按照本發(fā)明的上述實(shí)施例的震動(dòng)傳感器和檢測(cè)震動(dòng)的方法以最小的傳感器復(fù)雜性提供沿多個(gè)軸的靈敏度。
雖然已經(jīng)詳述本發(fā)明，但應(yīng)該明白，能夠作出各種改變、替代、和變更而不偏離由所附的權(quán)利要求書(shū)確定的打算要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1．一種對(duì)于沿兩個(gè)正交軸的直線震動(dòng)和在所述震動(dòng)傳感器所在平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)敏感的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述震動(dòng)傳感器包括第一壓電傳感器，它沿第一方向極化，所述第一方向偏離所述震動(dòng)傳感器所在平面一個(gè)角度，所述第一壓電傳感器對(duì)于具有沿第一和第二正交軸的分量的震動(dòng)產(chǎn)生第一響應(yīng)，所述第一和第二正交軸確定一個(gè)與所述壓電傳感器所在平面垂直的平面；第二壓電傳感器，它沿第二方向極化，所述第二方向偏離所述震動(dòng)傳感器所在平面一個(gè)角度，所述第二方向偏離所述第一方向180°，所述第二壓電傳感器對(duì)于具有沿所述第一和第二正交軸的分量的震動(dòng)產(chǎn)生第二響應(yīng)；以及集成電路，它對(duì)所述第一響應(yīng)和所述第二響應(yīng)敏感，它進(jìn)行運(yùn)作，以產(chǎn)生第一信號(hào)，它指出至所述第一壓電傳感器的直線震動(dòng)；第二信號(hào)，它指出至所述第二壓電傳感器的直線震動(dòng)；以及第三信號(hào)，它指出至所述震動(dòng)傳感器的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)，它是由組合所述第一壓電傳感器的輸出和所述第二壓電傳感器的輸出產(chǎn)生的。
2．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第一方向偏離所述震動(dòng)傳感器所在平面的角度約25°。
3．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述震動(dòng)傳感器還包括一個(gè)封裝，其中，所述第一壓電傳感器、所述第二壓電傳感器、以及所述集成電路設(shè)置在所述封裝內(nèi)。
4．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第一壓電傳感器是壓電陶瓷。
5．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第一壓電傳感器是剪切模式傳感器。
6．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第一壓電傳感器是壓縮模式傳感器。
7．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第一壓電傳感器是梁型傳感器。
8．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第二壓電傳感器是壓電陶瓷。
9．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第二壓電傳感器是剪切模式傳感器。
10．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第二壓電傳感器是壓縮模式傳感器。
11．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第二壓電傳感器是梁型傳感器。
12．如權(quán)利要求3所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述封裝包括陶瓷引線封裝。
13．如權(quán)利要求3所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述封裝包括球柵封裝。
14．如權(quán)利要求3所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述封裝包括塑料封裝。
15．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述震動(dòng)傳感器進(jìn)行運(yùn)作，以檢測(cè)至硬盤驅(qū)動(dòng)器的震動(dòng)。
16．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第一信號(hào)、所述第二信號(hào)和所述第三信號(hào)是模擬信號(hào)。
17．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第一信號(hào)、所述第二信號(hào)和所述第三信號(hào)是數(shù)字信號(hào)。
18．如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述第一信號(hào)、所述第二信號(hào)和所述第三信號(hào)是模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的組合。
19．一種檢測(cè)震動(dòng)的方法，其特征在于，所述方法包括使用第一壓電傳感器產(chǎn)生第一信號(hào)，所述第一壓電傳感器具有沿第二方向的第一主軸，所述第一信號(hào)能夠指出沿兩個(gè)正交軸的震動(dòng)；使用第二壓電傳感器產(chǎn)生第二信號(hào)，所述第二壓電傳感器具有沿第二方向的第二主軸，所述第二方向偏離所述第一方向180°，所述第一信號(hào)能夠指出沿兩個(gè)正交軸的震動(dòng)；響應(yīng)于所述第一信號(hào)，產(chǎn)生第一輸出信號(hào)，它代表沿兩個(gè)正交軸的直線震動(dòng)；以及通過(guò)組合所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)而產(chǎn)生第二輸出信號(hào)，它代表在垂直于由所述兩個(gè)正交軸確定的平面的平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)。
20．如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于所述第一壓電傳感器一般在第一平而內(nèi)，并且所述第一主軸在垂直于所述第一平面的第二平面內(nèi)；以及所述第二壓電傳感器一般在所述第一平面內(nèi)，并且所述第二主軸在垂直于所述第一平面和平行于所述第二平面的第三平面內(nèi)。
21．如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述第一主軸偏離所述第一平面約25°。
22．如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述第二主軸偏離所述第一平面約25°。
23．一種用于檢測(cè)對(duì)于物體的震動(dòng)的震動(dòng)傳感器，其特征在于，所述震動(dòng)傳感器包括第一傳感器，它設(shè)置在第一平面內(nèi)并且具有第一主軸，所述第一主軸在垂直于所述第一平面的第二平面內(nèi)，并偏離所述第一平面一個(gè)角度，響應(yīng)于震動(dòng)，所述第一傳感器產(chǎn)生第一信號(hào)；第二傳感器，它設(shè)置在所述第一平面內(nèi)并且具有第二主軸，所述第二主軸在垂直于所述第一平面的第三平面內(nèi)，并偏離所述第一平面一個(gè)角度，所述第二主軸還偏離所述第一主軸一個(gè)角度，響應(yīng)于震動(dòng)，所述第二傳感器產(chǎn)生第二信號(hào)；以及集成電路，它對(duì)所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)敏感，所述集成電路產(chǎn)生代表直線震動(dòng)的信號(hào)，所述直線震動(dòng)具有沿兩個(gè)正交軸之一或兩者的分量，所述兩個(gè)正交軸平行與所述第二平面或所述第三平面；以及代表旋轉(zhuǎn)震動(dòng)的信號(hào)，它由組合所述第一信號(hào)和所述第二信號(hào)得出。
24．如權(quán)利要求23所述的傳感器，其特征在于，所述第一傳感器是壓電傳感器。
25．如權(quán)利要求23所述的傳感器，其特征在于，所述第二傳感器是壓電傳感器。
26．一種用于計(jì)算機(jī)的硬盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，所述硬盤驅(qū)動(dòng)器包括如權(quán)利要求1所述的震動(dòng)傳感器。
全文摘要
揭示了一種對(duì)于沿兩個(gè)軸的直線震動(dòng)和在給定平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)震動(dòng)敏感,并且包括兩個(gè)壓電傳感器和一個(gè)集成電路的震動(dòng)傳感器。第一壓電傳感器治偏離震動(dòng)傳感器所在平面一個(gè)角度的方向極化,并且對(duì)于具有沿第一和第二正交軸的分量的震動(dòng)產(chǎn)生第一響應(yīng),第一和第二正交軸確定一個(gè)與震動(dòng)傳感器所在平面垂直的平面。第二壓電傳感器沿偏離震動(dòng)傳感器所在平面一個(gè)角度并且偏離第一方向180°的方向極化。第二壓電傳感器對(duì)于具有沿第一和第二正交軸的分量的震動(dòng)產(chǎn)生第二響應(yīng)。集成電路對(duì)第一和第二響應(yīng)敏感,產(chǎn)生指出直線震動(dòng)的信號(hào)并通過(guò)組合第一和第二響應(yīng)而產(chǎn)生指出旋轉(zhuǎn)震動(dòng)的信號(hào)。
文檔編號(hào)G01P15/00GK1278922SQ98811170
公開(kāi)日2001年1月3日 申請(qǐng)日期1998年9月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年9月17日
發(fā)明者S·C·陳 申請(qǐng)人:依普泰克微體系股份有限公司