[发明专利]静电电容式振动传感器

说明书

技术领域

本发明涉及静电电容式振动传感器，特别是涉及使用MEMS(MicroElectro Mechanical System)技术或微细加工技术制作的微小尺寸的振动传感器。

背景技术

(振动传感器的基本构造)

图1表示静电电容式振动传感器的基本的构造。振动传感器11在中央部具有空洞部12的基板13的上面配置有振动电极板14，由固定电极板15覆盖振动电极板14的上方。在固定电极板15上下贯通有多个声音孔16(声学孔)。另外，在空洞部12的周围，在基板13的上表面和振动电极板14的下表面之间设有通风孔17，利用通风孔17使振动电极板14及固定电极板15间的空间(以下称为气隙18)和空洞部12连通。作为这种构造的振动传感器(电容式话筒)，在专利文献1中有公开。

于是，当朝向振动传感器11空气传输声音振动19时，声音振动19通过声音孔16在气隙18内扩散，使振动电极板14振动。当振动电极板14振动时，振动电极板14与固定电极板15之间的电极间距离发生变化，因此，通过检测振动电极板14与固定电极板15之间的静电容的变化，可以将声音振动19(空气振动)转换成电信号而输出。

(通风孔的作用)

在这种振动传感器11中，以基板13的表面不与振动电极板14的振动发生干涉的方式在基板13中设有空洞部12。关于空洞部12，只要为如图1所示上下贯通基板13的情况，也可以为由基板13的下面将其堵塞而形成凹部。即使是在贯通的空洞部12的情况下，通过将振动传感器11安装于配线基板等上，贯通孔的下面多由配线基板等堵塞。因此，该空洞部12有时被称为后腔室。

空洞部12的下面实质上多被堵塞，因此，空洞部12内的压力有时与大气压不同。另外，由于声音孔16的通气阻力，从而有时气隙18内也与大气压不同。其结果是，根据周围的气压变动及温度变化等，在振动电极板14的上面侧(气隙18)和下面侧(空洞部12)产生压力差，使振动电极板14挠曲，振动传感器11可能会产生测定误差。

因此，在一般的振动传感器11中，如图1所示，在振动电极板14和基板13之间设置通风孔17，使振动电极板14的上面侧和下面侧连通。其结果可除去气隙18与空洞部12之间的压力差，振动传感器11的测定精度提高。

另外，通过设置通风孔17，可减小振动电极板14向基板13的固定部位的面积，因此，可使振动电极板14柔软，并能提高传感器灵敏度。

专利文献1：(日本)特表2004-506394号公报

(热噪音造成的干扰)

在上述那种振动传感器中，输出信号中包含干扰，使传感器输出的S/N比降低。本发明的发明者追其振动传感器的干扰的原因的结果发现，振动传感器上产生的干扰是在振动电极板与固定电极板之间的气隙的热噪音(空气分子的抖动)引起的。即、如图2(a)所示，因振动电极板14和固定电极板15之间的气隙18、即处于准封闭空间内的空气分子α抖动而与振动电极板14碰撞。振动电极板14上施加与空气分子α的碰撞引起的微小力，同时作用于振动电极板14的微小力随机变动。因此，振动电极板14因热噪音而微小振动，在振动传感器上发生电气干扰。特别是在灵敏度高的振动传感器(话筒)中，这种热噪音引起的干扰大，S/N比变差。

于是，本发明的发明者提出了，使在振动电极板与固定电极板之间的气隙内产生的热噪音(空气分子)从声音孔排出，由此减小热噪音带来的干扰(日本特愿2008-039048)。

但是，通过之后的研究，热噪音造成的干扰不仅在气隙18内发生，在通风孔17内也发生，而且，得知通风孔17内的热噪音造成干扰也占有干扰成分的相当的比例。特别是通风孔17与气隙18相比间隙小，因此，处于热噪音造成的干扰容易发生的状况。

因此，在具有通风孔的振动传感器中，需要使通风孔的热噪音造成的干扰降低。而且，作为减小该热噪音造成的干扰的方法，有加宽通风孔的间隙(间隙)、或缩短通风孔的通气方向的长度，使成为热噪音的原因的空气分子容易从通风孔17排出的方法。

(低频特性和声音阻抗的关系)