加速度计中压力传感器的排列制造技术

一种加速度计（102），通过电平行排列的多个压电传感器（114，302，304）响应于加速度而产生的电压来感测特定方向上的加速度。压电传感器的灵敏度的主轴被对准并指向相同的方向。平行排列使得能够控制源自并联到压电传感器的平行排列的偏置电阻器（116）的、加速度计的输出信号的热噪声电平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括以下组件的装置在装置的操作使用中经历加速度的物理组件；被配置以提供表示加速度的信号的加速度计。本专利技术还涉及ー种被配置成供装置使用并且在该装置的操作性使用中经历加速度的物理组件，其中，该物理组件容纳加速度计，本专利技术还涉及ー种加速度计以及制造加速度计的方法。
技术介绍
加速度计是熟知的器件，其被配 置为测量它们所附着的物理对象相对于自由下落(freefall)的加速度或减速度。特定类型的加速度计的操作是基于压电传感器的运行。物理对象的加速度和减速度使得机械应カ被施加到压电传感器的压电元件。该机械应カ转而引起跨过压电元件的电压。所引起的电压被用作表示加速度或减速度的信号，并可以被用于控制例如依赖于所感测到的加速度或减速度的致动器。
技术实现思路
考虑加速度计，它的操作是基于感测作为加速度结果而在压电元件中引起的电压。在这样的加速度计中使用的电子电路的典型配置使用差分放大器，该差分放大器在放大器的输出端和放大器的反相输入端之间具有电阻反馈路径，并经由压电元件和偏置电阻器的并行排列将放大器的非反相输入端连接到信号地。压电传感器可以被建模为与电容量Cp的电容串联的电压源。该电压源供应的电压是表示所感测的速度的变化率。由电容的值Cp和偏置电阻器的阻值Rb确定传感器的频率响应特性的平坦部分的低频极限。截止频率(或低频极限，或3dB截止频率)具有等于I/ (2π -Cp-Rb )的量值。实际的偏置电阻器不是理想电阻器，从该意义上说，该偏置电阻器引入了作为电荷载体的热扰动结果的噪声电压。该噪声电压由放大器放大并影响该放大器的输出电压。对于给定的频宽Af，其中希望考虑热噪声的影响，实际偏置电阻器可以被建模为噪声电压源和具有电阻值Rb的理想偏置电阻器的串联排列，该噪声电压源供应等于4-kB-T-Rb*Af的平方根的平均噪声电压。減少热噪声的ー种方式是降低电阻值Rb。但是，这在以上典型配置中具有増加截止频率的不期待的影响。因此专利技术人提出以下构想。如果阻值Rb被改变X倍，则噪声电平改变V X倍并且截止频率改变1/X倍。如果压电传感器的电容Cp改变1/X倍，则可以維持截止频率的水平。通常，压电传感器以単元销售，它们的电特性无法调整。作为压电传感器存在的结果，放大器的非反相输入端的电容值仍然可以通过在非反相输入端使用两个或更多个压电传感器来调整。例如，电阻值Rb降低1/2倍，热噪声降低V (1/2)倍。为了维持截止频率的水平，可以彼此并且与偏置电阻器并联两个压电传感器。更具体地，本专利技术的实施例涉及包括ー种装置，该装置包括物理组件，经历所述装置的操作使用时的加速度；以及加速度计，被配置为用于提供表示该加速度的信号。加速度计包括具有以下部件的电子电路电压放大器，具有输入端和输出端；多个基本相同的压电传感器；和偏置电阻器，连接在所述输入端和信号地之间。多个压电传感器中的每ー个各自具有相应的第一电极、相应的第二电极，以及相应的主灵敏度的第一轴。安装多个压电传感器使其第一轴彼此对准。安装多个压电传感器中的每ー个以响应于具有平行于各自第ー轴的特定极性的矢量分量的加速度，在各自的第一电极处生成相应的正电压并在各自的第二电极处生成相应的负电压。多个压电传感器中的姆ー个各自电连接在电并联在输入端和信号地之间的多个电流路径中相应的ー个中。多个压电传感器中的每ー个使其相应的第ー电极电连接于输入端。考虑N个数量的电流路径的平行排列，N是大于一的整数，其中，电流路径中每一个各自容纳相应的ー个压电传感器。偏置电阻器的阻值则可以降低N倍，结果，在維持相同的截止频率等级的同时，相对于加速度计中仅使用单个压电传感器的配置中的热噪声，热噪声可以被降低V N倍。下面将进ー步讨论根据专利技术的装置的示例。在本专利技术的装置的进ー步实施例中，多个电流路径中的至少ー个包括另ー压电传感器。加速度计的输入网络的电气配置是这样的不管每个平行的电流路径是否包括一个或多个压电传感器，由多个压电传感器产生的电压都在放大器的输入端处被求和。在特 定电流路径中串联排列的压电传感器使得能够使用热噪声效应的分数调整(fractionaladjustment)。例如，考虑M个数量的平行电流路径，每个都包括K个相同的压电传感器的串联排列，其中M和K是正整数。为了维持截止频率，偏置电阻器的阻值则被改变Κ/M倍且热噪声电压将被改变V Κ/M倍。为了使得热噪声电压降低，数量K要小于数量M。在专利技术的装置的进ー步实施例中，多个压电传感器的第一个具有对加速度的辅助灵敏度的第一辅助轴。该第一辅助轴朝向不同于第一压电传感器的主灵敏度的主轴。多个压电传感器的第二个具有辅助灵敏度的第二辅助轴。该第二辅助轴朝向不同于第二压电传感器的主灵敏度的主轴。安装第一压电传感器和第二压电传感器使得第一压电传感器响应于平行于第一压电传感器的第一辅助轴的加速度的另一矢量分量，在第一压电传感器的第一电极和第一压电传感器的第二电极之间生成另ー第一电压；第二压电传感器响应于加速度的该另一矢量分量，在第二压电传感器的第一电极和第二压电传感器的第二电极之间生成另ー第二电压；且该另一第一电压和另ー第二电压具有相反的极性。鉴于以下，进ー步的实施例是相关的。在加速度计中容纳的每个压电传感器可以响应于不平行于压电传感器的灵敏度的主轴的方向上的加速度的另一矢量分量，生成寄生信号。记住，压电传感器是基本相同的，压电传感器使其主轴对准，且安装压电传感器使得它们响应于平行于主轴的加速度的矢量分量，在其第一电极都生成相同极性的电压。现在考虑成对地组织压电传感器，并考虑由第一压电传感器和第二压电传感器组成的特定对。在一方向上安装第一压电传感器从而使第一压电传感器响应于具有与第一压电传感器的第一辅助轴对准的另一矢量分量的加速度，在第一电极生成特定极性的另ー第一电压。如果在一方向上安装第二压电传感器从而使第二压电传感器在其第一电极生成与该另ー第一电压的特定极性相反的极性的另ー第二电压，则第一和第二压电传感器的寄生信号基本上彼此抵消。考虑以下实施例，其中第一压电传感器和第二压电传感器中特定的每ー个的灵敏度的辅助轴的朝向相对于该特定的压电传感器的灵敏度的主轴基本垂直。则安装第一压电传感器和第二压电传感器从而使它们的辅助轴对准，但是指向相反的方向，导致抵消由加速度的另一矢量分量引起的对放大器的输入端的电压的贡献。如果以上述方式使压电传感器按对定向，则压电传感器产生的寄生信号被抵消。这适用于任意对的压电传感器，不论它们被安装在平行电流路径或是相同的电流路径中的不同电流路径中。本专利技术也涉及适于在上面所指定的装置中使用的加速度计。本专利技术也涉及ー种物理组件，该物理组件被配置用于上面所指定的装置中，并被配置为经历该装置的操作使用时的加速度，其中，该物理组件包括被配置以提供表示加速度的信号的加速度计。在下面进ー步讨论该物理组件的示例。该加速度计可以在物理上与该物理组件集成或者以其它方式与该物理组件组合。组合体则可以被作为单独的实体销售，例如，作为售后附件或对现存装置的升级，以便使得能够作为现有装置的备用部件，或作为装置制造商的模块测量物理组件的加速度。 本专利技术还涉及制造加速度计的方法。配置加速度计以提供表示加速度的信号。该加速度计包括具有以下部件的电子电路电压放大器，具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：HA莫尔，L戈莫斯，
申请(专利权)人：SKF公司，
类型：
国别省市：