[发明专利]加速度传感器与三轴加速度传感器

说明书

本发明涉及利用压电陶瓷来探测加速度的加速度传感器与三轴加速度传感器。

利用压电陶瓷基片与重锤可探测相互正交的X轴、Y轴与Z轴方向加速度的三轴加速度传感器，它的基本原理与基本技术已详示于国际公开WO93/02342(PCT/JP92/00882,USP5365799号)、USP5571972号等之中。

此外还知道有这样的加速度传感器，在它的结构中具备有：表面上形成了加速度探测电极、输出电极与连接此加速度探测电极和输出电极的布线图形，且在背面上至少形成有与前述加速度探测电极相对峙的电极的压电陶瓷基片；与此压电陶瓷基片背面相接合的膜片；以及与上述膜片的背面相接合，并在此压电陶瓷的基片上形成有加速度探测电极的区域中备有能产生与加速度相对应的应力的重锤。

但由于压电陶瓷基片的介电常数高，因而现有的加速度传感器在布线图形及输出电极与相对的电极图形之间当然会产生静电电容。在加速度探测电极和相对电极图形之间所发生的自发极化电荷也积累于这种静电电容中。于是，既有的这种加速度传感器就会使得从输出电极取出到外部的加速度信号(电压信号或电流信号)的输出发生某种程度的降低。为此，过去都利用放大器来把加速度信号放大到所希望的值。但是，随着放大率的加大，起因于放大器的放大特性，探测精度也就降低。

另外，在既有的三轴加速度传感器中，当把大小相等的X轴方向加速度、Y轴方向加速度或Z轴方向加速度单独施加到重锤上时，由X轴方向加速度输出电极X输出的X轴方向加速度信号、由Y轴方向加速度输出电极Y输出的Y轴加速度信号以及由Z轴方向加速度输出电极Z所求得的Z轴方向加速度信号的电平一般是不一致的。随着这种电平差的增大，探测精度将降低。这在过去是通过采用放大器来调整加速度信号的放大水平，进行校正以使各个方向的加速度信号的电平一致。然而，放大水平的调整作业复杂，从而成为降低生产率的主要原因。

本发明的第一目的在于提供能抑制由于从加速度探测电极到输出电极存在静电电容而致输出降低的加速度传感器与三轴加速度传感器。

本发明的第二目的在于提供不需使放大输出电极输出的放大器具有太大放大率的加速度传感器。

本发明的第三目的在于提供这样的三轴加速度传感器，它不需用放大器来调整信号电平，或只需进行稍许的调整作业。

本发明的第四目的在于提供这样的三轴加速度传感器，它能使各个方向上的加速度信号的信号电平尽可能地接近。

本发明的第五目的在于提供这样的加速度传感器与三轴加速度传感器，它们至少能够减小布线图形与相对电极图形之间形成的静电电容。

本发明的第六目的在于提供这样的三轴加速度传感器，它能减小因重锤的固定位置误差造成的自发极化电荷的峰值偏差。

本发明的申请人研究现有的三轴加速度传感器中各个方向上的信号电平不一致原因的结果发现，由于压电陶瓷基片的介电常数高，故在各输出电极及布线图形与相对的电极图形之间会产生静电电容，而此静电电容则成为输出降低和信号电平不一致的原因之一。于加速度探测电极处发生的自发极化电荷也聚集于加速度探测电极与输出电极间的静电电容中。随着这种聚集量的增多，由输出电极输出的加速度信号电平便减小。在三轴加速度传感器的情形，由于各输出电极和布线图形的形状与面积不同，从而X轴加速度输出电极及连接此电极的布线图形与相对电极图形之间所发生的静电电容、Y轴加速度输出电极及连接此电极的布线图形与相对电极图形之间所发生的静电电容、Z轴加速度输出电极及连接此电极的布线图形与相对电极图形之间所发生的静电电容，一般会是不同的。如前所述，由于在这些静电电容中也聚集有在对应的加速度探测电极处所产生的自发极化电荷，于是X轴方向加速度信号的、Y轴方向加速度信号的和Z轴方向加速度信号的电平便会不同。

作为本发明改进对象的加速度传感器，它的基本结构中的主要部件包括：压电陶瓷基片；形成于此压电陶瓷基片表面上的，包含着输出与加速度相对应的信号的加速度探测电极、且包含着使加速度探测电极的输出输向外部的输出电极以及使加速度探测电极与输出电极进行电连接的布线图形的表面电极图形；形成于此压电陶瓷基片背面上且至少是同加速度探测电极相对的电极图形；相对于压电陶瓷基片按固定状态配置，在加速度探测电极所形成的区域中产生与加速度相对应的应力的重锤。此外，在压电陶瓷基片的加速度探测电极和相对电极图形之间的部分进行了极化处理。