振動傳感器、外部環(huán)境檢測裝置制造方法
【專利摘要】一種振動傳感器，伴隨由外部振動引起的第一基板和第二基板的相對位置變化，駐極體組與電極組的位置關系發(fā)生變化，由此，輸出外部振動的檢測信號。而且，電極組被劃分為二個以上的規(guī)定相數，按照每個相形成能夠生成與外部振動對應的電信號的小電極組，在電極組中，在該電極組中包含的相鄰的電極間，根據規(guī)定相數設有相位差發(fā)生間隔，該相位差發(fā)生間隔使由多個小電極組生成的電信號之間分別產生規(guī)定的相位差。而且，將作為由外部振動引起的第一基板和第二基板的相對位置變化的結果而由多個小電極組生成的電信號疊加起來形成的信號作為外部振動的檢測信號而輸出。由此，提供利用駐極體檢測外部振動的簡便性高的振動傳感器。
【專利說明】振動傳感器、外部環(huán)境檢測裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測外部振動的振動傳感器和檢測包含外部振動的環(huán)境參數的檢測
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】 [0002]由于近年來的節(jié)能趨勢，不依賴于化石燃料等的存在于日常中的環(huán)境能量開始被關注。作為環(huán)境能量，公知有太陽光、風力等產生的發(fā)電能量，但是作為具有不比它們差的能量密度的環(huán)境能量，還能夠舉出存在于日常周圍的振動能量。
[0003]而且，開發(fā)出了利用該振動能量進行發(fā)電的振動發(fā)電裝置，在該發(fā)電裝置中廣泛利用了能夠半永久地保持電荷的駐極體(electret)(例如，參照專利文獻I)。在該技術中，在利用駐極體的發(fā)電裝置中，在兩個以上的不同方向上設定為了發(fā)電而進行往復運動的可動基板的移動方向。由此，能夠有效地將外部振動收集到發(fā)電裝置，利用該振動進行發(fā)電。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2009-284240號公報
【發(fā)明內容】

[0007]發(fā)明要解決的問題
[0008]通常，如圖7所示，利用以往開發(fā)的駐極體的振動發(fā)電裝置具有構成為能夠在保持彼此相對的狀態(tài)下進行相對移動的一對基板21、25，具有在其一方呈梳齒狀地配置有駐極體22和保護電極23，在另一方配置有一對電極26、27的結構。因此，當將外部振動施加于該振動發(fā)電裝置時，駐極體22相對于一對電極26、27進行相對移動，由此，駐極體22橫切多對電極26、27。因此，如圖8A、圖8B所示，在整流器28后，得到在與外部振動周期對應的發(fā)電電壓的波形上疊加了與橫切的電極數對應的波紋電壓的輸出。在這樣的現有技術中，進行了利用駐極體的振動發(fā)電裝置的開發(fā)。
[0009]這里，振動發(fā)電裝置的輸出電壓是發(fā)電輸出，并且，還是包含外部振動的振動信息的振動檢測信號。然而，如上所述，在利用駐極體的振動發(fā)電裝置中，輸出了在與外部振動周期對應的發(fā)電電壓上疊加有波紋電壓的電壓，但是，該波紋電壓的疊加程度根據由外部振動引起的駐極體與梳齒電極之間的相對移動的大小而變動。因此，無法根據疊加有波紋電壓的直接發(fā)電的輸出電壓而立即掌握外部振動的狀況，需要進行波紋電壓的頻率檢測、從發(fā)電電壓中除去波紋電壓等各種電氣處理。因此，需要用于進行與外部振動有關的處理的器件和用于驅動該器件的電力，在將振動發(fā)電裝置直接作為振動檢測裝置進行使用時，不能說簡便性優(yōu)良。
[0010]本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于，提供利用駐極體檢測外部振動的簡便性高的振動傳感器。
[0011]用于解決問題的手段[0012]在本發(fā)明中，為了解決上述課題，在利用駐極體的振動傳感器中，設置多個生成與外部振動對應的電信號的結構，在由該各結構所生成的電信號之間包含規(guī)定的相位差，并且，使包含該規(guī)定的相位差的來自各結構的電信號疊加，由此，作為外部振動的檢測信號。通過使包含規(guī)定的相位差的電信號疊加，能夠降低駐極體橫切多個電極而產生的波紋電壓的影響，并且，能夠提高振動傳感器的簡便性。
[0013]詳細地講，本發(fā)明的振動傳感器具有:第一基板和第二基板，它們構成為能夠在保持彼此相對的同時,通過外部振動進行相對移動；駐極體組,其位于所述第一基板的一個面一側，由在所述相對移動的方向上排列的多個駐極體構成；以及電極組，其位于所述第二基板的與所述駐極體組相對的面一側，由在所述相對移動的方向上排列的多個電極構成，伴隨由外部振動引起的所述第一基板和所述第二基板的相對位置變化，所述駐極體組與所述電極組的位置關系發(fā)生變化，由此輸出外部振動的檢測信號。而且，所述電極組被劃分為二個以上的規(guī)定相數，按照每個相形成能夠生成與外部振動對應的電信號的小電極組，在所述電極組或所述駐極體組中的任意一方，在該電極組中包含的相鄰的電極間或該駐極體組中包含的相鄰的駐極體間，根據所述規(guī)定相數設有相位差發(fā)生間隔，該相位差發(fā)生間隔使所述多個小電極組所生成的電信號各自之間分別產生規(guī)定的相位差。而且，在本發(fā)明的振動傳感器中，將作為由外部振動引起的所述第一基板與所述第二基板的相對位置變化的結果而由所述多個小電極組生成的電信號重合起來形成的信號作為外部振動的檢測信號而輸出。
[0014]本發(fā)明的振動傳感器利用能夠半永久地保持電荷的駐極體的性質,將設于可相對移動的二個基板上的電極組與駐極體組之間的對應于外部振動的電荷容量的變動作為電信號，從電極組進行輸出。這里，在上述振動傳感器中，通過將電極組劃分為二個以上的規(guī)定相數而形成有小電極組，通過這些規(guī)定相數的小電極組生成利用上述駐極體的性質的與外部振動對應的電信號。另外，本發(fā)明的規(guī)定相數可以是能夠實際提高后述電信號重合的結果得到的外部振動的檢測信號的精度的任意的數量，理論上規(guī)定相數越多越好，但是，根據振動傳感器的實際設計等觀點，例如根據來自電極的信號取出墊片(pad)的大小、配置、用于對所取出的信號進行整流的整流器的電力損失等觀點，3?6個相左右是妥當的。當然，本發(fā)明只要不損害振動傳感器的功能，也可以采用更多的相數。
[0015]這里，在上述振動傳感器中，在電極組或駐極體組中的任意一方設置相位差發(fā)生間隔。該相位差發(fā)生間隔被設于電極組的情況下，該相位差發(fā)生間隔是在包含于電極組中的一個電極與和該一個電極相鄰的電極之間設置的電極間隔，由于存在該相位差發(fā)生間隔，在由小電極組生成的與外部振動對應的各個電信號中，成為具有規(guī)定的相位差以使各電信號一致的電信號。S卩，通過第一基板與第二基板相對移動，駐極體組依次橫切電極組中包含的多個電極而進行移動，該移動反映為由電極組生成的電信號，但是，通過在電極組中設置存在相位差發(fā)生間隔的電極間的電極間隔，由各個小電極組生成的電信號間產生時間上的偏移(即相位差)。關于利用該相位差發(fā)生間隔的配置而產生的時間上的偏移，在將相位差發(fā)生間隔配置為駐極體組中所包含的駐極體彼此的間隔的情況下也是同樣的。重要的是，在相對地進行移動的電極組與駐極體組之間，為了在小電極組的生成電信號中產生相位差，在電極組與駐極體組中的任意一方配置相位差發(fā)生間隔即可。
[0016]而且，由于存在相位差發(fā)生間隔，被施加的外部振動在小電極組中生成包含相應的相位差的電信號。在本發(fā)明的振動傳感器中，使該電信號疊加而作為外部振動的檢測信號而輸出。各小電極組產生的電信號是以依照外部振動頻率的頻率為基礎，并疊加了通過包含于駐極體組中的駐極體橫切包含于電極組中的電極而發(fā)生的波紋電壓信號后的電信號。然而，各電極組產生的電信號分別包含有由相位差發(fā)生間隔引起的相位差，因此，將這些電信號疊加，由于相位差的存在，也能夠避免波紋電壓信號的疊加，或者局部地使波紋電壓信號的疊加，結果為，能夠緩和波紋電壓信號對于依照外部振動的基礎信號的影響程度。因此，如上所述，疊加而形成的信號緩和了在利用駐極體的外部振動的檢測中現有技術無法解決的波紋電壓的影響，通過將該信號作為外部振動的檢測信號進行利用，能夠提高振動傳感器的簡便性。
[0017]另外，如上所述，小電極組的生成電信號中所包含的規(guī)定的相位差是緩和波紋電壓信號對于依照外部振動的基礎信號的影響程度的重要要素，在實際的振動傳感器中，根據電極、駐極體的具體構造和大小等，以使得上述緩和效果變得顯著的方式適當設定相位差發(fā)生間隔即可。這里，舉出關于產生該規(guī)定相位差的相位差發(fā)生間隔的具體結構的一例。例如，在上述的振動傳感器中，將所述駐極體組和所述電極組中的一方設為該組中包含的電極間的間隔或駐極體間的間隔固定的均等配置組，將所述駐極體組和所述電極組中的另一方設為，在該組中包含的電極或駐極體的配置中包含所述相位差發(fā)生間隔的非均等配置組。該情況下，可以將所述均等配置組中的相鄰電極間的間隔或相鄰駐極體間的間隔設定為，與所述非均等配置組中的所述相位差發(fā)生間隔以外的、電極間的間隔或相鄰駐極體間的間隔大致相同。在這樣構成的振動傳感器中，使上述相位差發(fā)生間隔存在于駐極體組中所包含的駐極體彼此的間隔和電極組中所包含的電極彼此的間隔中，由此，能夠使由小電極組生成的與規(guī)定相數對應的電信號中包含用于緩和上述波紋電壓信號的影響的規(guī)定的相位差，并且能夠使這些電信號疊加而形成外部振動的檢測信號。
[0018]這里，在上述的振動傳感器中，在設所述電極的寬度或所述駐極體的寬度為W，所述非均等配置組中的該相位差發(fā)生間隔以外的、電極間的間隔或相鄰的駐極體間的間隔為A，所述規(guī)定相數為N的情況下，所述相位差發(fā)生間隔Al也可以由Al = A土(W+A) /N的式子表示。該情況下，能夠使由小電極組生成的各個電信號中平均地包含規(guī)定的相位差，能夠使疊加而形成的外部振動的檢測信號不易受到特定的小電極組的生成電信號的影響。
[0019]這里，更詳細地對以上所述的振動傳感器中的相位差發(fā)生間隔的配置進行說明。作為該配置的一例，在以上所述的振動傳感器中也可以采用如下結構:在所述第二基板上，所述規(guī)定相數的小電極組分別按照該小電極組在所述相對移動的方向上依次排列，相鄰的該小電極組之間的電極間隔被設定為所述相位差發(fā)生間隔。在這樣的結構中，在駐極體組側不設置相位差發(fā)生間隔，將一個小電極組與和其相鄰的小電極組之間的電極間隔設為相位差發(fā)生間隔，由此，由各個小電極組生成的電信號中包含規(guī)定的相位差。
[0020]此外，作為在電極組側配置相位差發(fā)生間隔的另一例，在以上所述的振動傳感器中也可以采用如下結構:在所述第二基板上，所述規(guī)定相數的小電極組分別按照該小電極組在與所述相對移動的方向不同的方向上以小電極組彼此不疊加的方式排列，而且，在所述規(guī)定相數的小電極組中的排列方向上相鄰的該小電極組的、在所述相對移動方向上的電極間隔被設定為所述相位差發(fā)生間隔。即，即使將規(guī)定相數的小電極組在與相對移動方向不同的方向上排列，只要能夠沿著相對移動方向將小電極組彼此的電極間隔設定為相位差發(fā)生間隔，如以上所述的例子相同，也能夠使由于外部振動而在小電極組中生成的電信號中包含規(guī)定的相位差，通過使各個生成電信號疊加，能夠緩和波紋電壓的影響。另外，作為與上述相對移動方向不同的方向，只要能夠配置各小電極組并且設定相位差發(fā)生間隔即可，能夠采用與相對移動方向不重合的任意的方向(例如，與相對移動方向垂直的方向
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[0021]關于在電極組側的相位差發(fā)生間隔的配置，能夠采用上述的結構，但也能夠采用上述結構以外的結構。即，考慮振動傳感器的實用性等，只要能夠在按照規(guī)定相數劃分的電極組中生成包含規(guī)定的相位差的與外部振動對應的電信號，則能夠采用各種相位差發(fā)生間隔的配置結構。
[0022]接著，對在駐極體組側配置相位差發(fā)生間隔的例子進行說明。例如，在以上所述的振動傳感器中能夠采用如下的結構:將所述駐極體組被劃分為所述規(guī)定相數，形成小駐極體組，然后，在所述第一基板上，將各個所述小駐極體組按照該小駐極體組在所述相對移動的方向上依次排列，將相鄰的該小駐極體組之間的駐極體間隔設定為所述相位差發(fā)生間隔。如上所述，這樣構成的小駐極體組，通過相位差發(fā)生間隔而作為能夠在構造上進行區(qū)分的駐極體的匯總。而且，在采用該結構的振動傳感器中，在駐極體組中，隔著相位差發(fā)生間隔將小駐極體組沿著相對移動方向依次排列，由此，在與駐極體組相對配置的小電極組產生的電信號中包含規(guī)定的相位差。
[0023]這里，能夠從與以上所述的振動傳感器不同的側面得到本發(fā)明。即，在以上所述的振動傳感器中，通過在電極組或駐極體組中的任意一方配置相位差發(fā)生間隔，由此使小電極組的生成電信號中包含規(guī) 的相位差，但是也可以并非如此，而是使振動傳感器采用具備規(guī)定相數的具有電極組和駐極體組的振動檢測單元的結構，而且，以使來自各振動檢測單元的輸出信號包含規(guī)定的相位差的方式，調整各振動檢測單元中的電極組與駐極體組的相對位置關系。由此，通過使來自各振動檢測單元的輸出信號重合，能夠形成外部振動的檢測信號，該結構有助于提高振動傳感器的簡便性。
[0024]更詳細地講，本發(fā)明的振動傳感器具有規(guī)定相數的振動檢測單元，該振動檢測單元具有:第一基板和第二基板，它們構成為能夠在保持彼此相對的同時，通過外部振動進行相對移動；駐極體組，其位于所述第一基板的一個面一側，由在所述相對移動的方向上排列的多個駐極體構成；以及電極組，其位于所述第二基板的與所述駐極體組相對的面一側，由在所述相對移動的方向上排列的多個電極構成，伴隨由外部振動引起的所述第一基板和所述第二基板的相對位置變化，所述駐極體組和所述電極組的位置關系發(fā)生變化，由此，該振動檢測單元輸出與外部振動對應的電信號。而且，在該振動檢測單元之間，在各振動檢測單元具有的所述駐極體組和所述電極組的相對位置關系中，設定了沿著所述相對移動的方向的規(guī)定的位置偏移，以使得當對所述規(guī)定相數的振動檢測單元施加同一外部振動時，從該規(guī)定相數的振動檢測單元分別輸出的電信號之間產生規(guī)定的相位差，將作為對所述振動傳感器施加外部振動的結果而從所述規(guī)定相數的振動檢測單元分別輸出的電信號疊加起來形成的信號作為外部振動的檢測信號而輸出。
[0025]這里，還能夠得到包含以上所述的振動傳感器的外部環(huán)境檢測裝置作為本發(fā)明。該外部環(huán)境檢測裝置是用于檢測與至少包含外部振動的外部環(huán)境有關的參數的裝置，詳細地講，外部環(huán)境檢測裝置包含以上所述的振動傳感器，所述振動傳感器還作為將所述外部振動的檢測信號作為發(fā)電輸出而進行發(fā)電的振動發(fā)電裝置發(fā)揮功能，該外部環(huán)境檢測具有:蓄電部，其對所述振動傳感器產生的發(fā)電電力進行蓄積；以及處理部，其進行與由所述振動傳感器輸出的所述外部振動的檢測信號有關的信號處理。即，本發(fā)明的振動傳感器除了外部振動的檢測以外，還作為產生被蓄電部蓄積并為了處理部的信號處理而使用的電力的發(fā)電裝置而發(fā)揮功能。具有這樣的結構的外部環(huán)境檢測裝置除了外部振動的檢測以外，還能夠通過裝置自身提供所檢測到的外部信號的信號處理所需要的電力。因此，不需要來自外部的電力供給，能夠將外部環(huán)境檢測裝置用于廣泛的用途。
[0026]進而，也可以是，在上述外部環(huán)境檢測裝置中，還具有對外部振動以外的規(guī)定的環(huán)境參數進行檢測的環(huán)境參數傳感器，所述處理部利用所述蓄電部中蓄積的電力，進行所述環(huán)境參數傳感器的驅動和/或與該環(huán)境參數傳感器的檢測信號有關的信號處理。通過這樣的結構，針對外部振動以外的環(huán)境參數，也能夠不依賴來自外部的供給電力而實現其檢測和/或其信號處理。
[0027]發(fā)明的效果
[0028]能夠提供利用駐極體檢測外部振動的簡便性高的振動傳感器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是示出本發(fā)明的第一實施例的振動傳感器的概略結構的圖。
[0030]圖2A是對通過圖1所示的振動傳感器的各小電極組生成的電信號進行比較而示出的圖。
[0031]圖2B是示出使圖2A所示的電信號疊加后的信號的圖。
[0032]圖3是示出本發(fā)明的第二實施例的振動傳感器的概略結構的圖。
[0033]圖4A是示出本發(fā)明的第三實施例的振動傳感器的概略結構的第一圖。
[0034]圖4B是示出本發(fā)明的第三實施例的振動傳感器的概略結構的第二圖。
[0035]圖5是示出包含本發(fā)明的振動傳感器、利用檢測振動等環(huán)境參數的外部環(huán)境檢測裝置的可實現信息收集的系統(tǒng)的概略結構的圖。
[0036]圖6是將由圖5所示的外部環(huán)境檢測裝置發(fā)揮的功能圖像化后的功能框圖。
[0037]圖7是示出現有例的振動傳感器的概略結構的圖。
[0038]圖8A是示出圖7所示的振動傳感器產生的外部振動的檢測信號的第一圖。
[0039]圖SB是示出圖7所示的振動傳感器產生的外部振動的檢測信號的第二圖。
【具體實施方式】
[0040]以下參照附圖對本發(fā)明的振動傳感器10進行說明。另外，以下的實施方式的結構僅是例示，本發(fā)明不限于該實施方式的結構。
[0041]實施例1
[0042]圖1示出本發(fā)明的振動傳感器10的概略結構。另外，圖1是用縱截面、即ZX平面切斷振動傳感器10后的截面圖。振動傳感器10具有收納在未圖示的殼體內部的第一基板I和第二基板5。第一基板I和第二基板5構成為能夠在保持彼此相對的狀態(tài)下，相對地進行移動。而且，在本實施例中，第二基板5被固定在殼體上。與此相對，第一基板I的兩端分別通過彈簧與殼體連接，因此第一基板I本身構成為能夠通過外部振動而相對于殼體移動(振動)。
[0043]另外，第一基板I和第二基板5構成為，能夠在保持彼此相對的狀態(tài)并且彼此平行的狀態(tài)下，即在將相對的面的間隔保持為固定的狀態(tài)下，相對地進行移動。由此，如后所述，由于第一基板I側的駐極體2的作用，能夠在第二基板5側的一對電極6、7中生成電信號。該電信號的生成原理是現有技術，因此在本說明書中省略其詳細的說明。此外，雖然保持第一基板I與第二基板5之間的間隔的結構，即用于維持兩者的圓滑的相對移動的結構對于提高上述電信號的生成性能是極其重要的，但是，由于其從偏離了本申請發(fā)明的核心，因此在本說明書中不予提及。
[0044]這里，對第一基板I側的構造進行說明。在第一基板I的與第二基板5相對的面一側，以沿著第一基板I和第二基板5的相對的移動方向(圖中的振動方向)交替排列的方式，配置有分別形成于導電體上的多個駐極體2和均未接地的多個保護電極4。該多個駐極體2相當于本發(fā)明的駐極體組。該多個駐極體2和多個保護電極4分別形成為梳狀，各個駐極體2和各個保護電極4被配置成嵌套狀，如上所述，圖1是ZX截面圖，因此，圖示成駐極體2和保護電極4被交替地配置。在本實施方式中，駐極體2構成為半永久地保持負電荷。這樣，在交替排列駐極體2和保護電極4的配置中，將相對移動方向上的駐極體2的寬度(以下，簡稱為“駐極體2的寬度”)和同樣在相對移動方向上的保護電極4的寬度(以下，簡稱為“保護電極4的寬度”)均設為W，將相鄰的駐極體2和保護電極4在相對移動方向上的間隔(以下，簡稱為“駐極體2與保護電極4的間隔”)設為a。
[0045]另外，關于保護電極4，在本實施例中如上所述采用了不使其接地的結構，但是也可以并非如此而采用使其接地的結構。通過使保護電極4接地，由此能夠通過后述的第一電極6和第二電極7取出與外部振動對應的電信號作為以OV為中心的穩(wěn)定的信號，因此，對于穩(wěn)定的外部振動的檢測是有用的。
[0046]接著，對第二基板5側的構造進行說明。在第二基板5的與第一基板I相對的面?zhèn)?J,形成有將一對電極(稱為第I電極6和第一電極7)作為一組的一組或多組電極構成的每個相的小電極組。另外，在本實施例中，將決定小電極組的數量的相數設為3，分別稱為A相、B相、C相，并且，針對第一電極6和第二電極7，在明示它們所屬的相的情況下，在參照號碼(6、7)后附加表示相的A、B、C(關于這樣伴隨相的參照號碼的記載，后述的整流器11等也相同)。此外，在圖1中，為了便于說明，將一個小電極組中包含的第一電極6和第二電極7的組數設為1，沿著相對移動方向，按照A相、B相、C相的順序重復配置小電極組。
[0047]在本實施例中，由于具有多個駐極體2的第一基板I相對于第二基板5的相對位置變動，在每個小電極組中生成與該相對的位置變動(振動)對應的電信號，分別獨立地通過整流器對該電信號進行整流。具體而言，將在屬于A相的小電極組(第一電極6A和第二電極7A)中生成的電信號送到整流器11A。此外，與其并行地，將在屬于B相的小電極組(第一電極6B和第二電極7B)中生成的電信號送到整流器11B,將在屬于C相的小電極組(第一電極6C和第二電極7C)中生成的電信號送到整流器11C。然后，將通過各整流器后的電信號P1、P2、P3疊加而成為輸出P。
[0048]這樣，在第二基板5上依次排列與各相對應的小電極組的配置中，將相對移動方向上的第一電極6和第二電極7的寬度(以下，簡稱為“電極寬度”)與上述駐極體2的寬度同樣地設為W。此外,將與各相對應的一個小電極組內的第一電極6和第二電極7在相對移動方向上的間隔(以下，簡稱為“小電極組內的電極間隔”)與上述駐極體2和保護電極4之間的間隔同樣地設為a。另一方面，與一個相對應的小電極組和與其相鄰的小電極組之間的相對移動方向上的電極間隔(例如，是與A相對應的小電極組的第二電極7A和與B相對應的小電極組的第一電極6B之間的電極間隔，以下將該電極間隔稱作“小電極組彼此的電極間隔”)與上述小電極組內的電極間隔a不同，設為a+Λ。S卩，相與相之間的電極被設定為與相內的電極間隔不同。
[0049]而且，在上述小電極組彼此的電極間隔a+Λ中，Λ由下式決定。
[0050]Δ = (w+a) / η
[0051]η:相數(本實施例的情況下為3)
[0052]這樣，通過設定小電極組彼此的電極間隔，當由于外部振動而使第一基板I相對于第二基板5進行了相對移動時，能夠使在各小電極組中生成的電信號之間包含規(guī)定的相位差(時間延遲)。即，在第一基板I側，與小電極組所屬的相無關，在哪個駐極體2與保護電極4之間的間隔都是固定的a，但是，在第二基板側，小電極組內的電極間隔與小電極組彼此的電極間隔不同，由此，當駐極體2橫切該小電極組彼此的電極間隔a+Λ時，與a+Λ和a的差分即Λ對應的相位差被反映到由各小電極組生成的電信號中，圖2Α中示出其一例。圖2Α的上段是與A相對應的第一電極6Α和第二電極7Α之間的生成電信號Pl,中段是與B相對應的第一電極6Β和第二電極7Β之間的生成電信號Ρ2,上段是與C相對應的第一電極6C和第二電極7C之間的生成電信號Ρ3。通過如上述那樣決定Λ，能夠使A相的生成電信號和B相的生成電信號之間的相位差與B相的生成電信號和C相的生成電信號之間的相位差大概相等。
[0053]然后，如圖1所示，本發(fā)明的振動傳感器10將生成電信號Pl?Ρ3疊加，成為作為外部振動的檢測信號的輸出P。圖2Β中示出該疊加而生成的檢測信號P。在圖2Α所示的狀態(tài)下波紋電壓的影響較大，這樣使以分別包含相位差的方式調整的各小電極組中的生成電信號疊加，由此，能夠緩和該波紋電壓的影響，能夠形成表示與外部振動的運動極其接近的基本振動的檢測信號。這樣，通過輸出與外部振動的運動極其接近的信號，能夠不經由與波紋電壓有關的信號處理，即能夠直接檢測外部振動，因此，能夠提高作為檢測外部振動的振動傳感器的簡便性。
[0054]另外，圖1所示的小電極組彼此的電極間隔a+Λ相當于本發(fā)明的相位差發(fā)生間隔，但是，也可以將該間隔設于第一基板I側，而并非第二基板5側。該情況下，在第二基板5上，將全部的電極間隔相等地設定為a，并且，在第一基板I上，根據相數來設置用于區(qū)分相當于上述小電極組的駐極體2的小組的間隔，作為相位差發(fā)生間隔，將該間隔的大小設為a+Λ即可。此外，在上述的例中，將作為相位差發(fā)生間隔的小電極組彼此的電極間隔設定為了 a+Λ，但是，也可以并非設定為a+Λ而是設定為a_Λ。即使這樣設定，如圖2A所示，也能夠使相間的生成電信號的相位差大概相等。
[0055]實施例2
[0056]根據圖3對本發(fā)明的振動傳感器10的第二實施例進行說明。另外，圖3是示出振動傳感器10的第二基板5側的小電極組(第一電極6和第二電極7)的、在XY平面上的配置的圖(另外，在圖3中省略了第一基板I側的結構)。因此，在圖3中，能夠確認在各小電極組中包含的第一電極6和第二電極7的梳狀的形狀。這里，在上述第一實施例中，如圖1所示，沿著第一基板I和第二基板5的相對移動方向，按照每個相依次配置小電極組，而且，將小電極組與小電極組之間的電極間隔設定為本發(fā)明的相位差發(fā)生間隔。這樣，在第一實施例采用了沿著相對移動方向配置小電極組的結構，但是，該第二實施例采用如下結構:將小電極組在與該相對移動方向不同的方向、具體而言為與其垂直的方向(Y方向)排列。
[0057]具體而言，如圖3所示，與A相對應的第一電極6A和第二電極7A交替地在X方向上排列，與B相對應的第一電極6B和第二電極7B交替地在X方向上排列，與C相對應的第一電極6C和第二電極7C交替地在X方向上排列。而且，各相的由第一電極6和第二電極7構成的小電極組在Y方向上排列。另外在，各小電極組中，電極的大小、形狀、電極間隔(相對移動方向的間隔)相同。也就是說，在第二實施例中，第二基板5側的電極配置被二維地展開。相對于進行了這樣的電極配置的第二基板5，第一基板I的駐極體2等的配置基本上與圖1所示的結構相同，被配置成覆蓋第二基板5側的三個相的小電極組。
[0058]這里，在與A相對應的小電極組和與B相對應的小電極組之間，沿著相對移動方向設定了 △的偏移，此外，在與B相對應的小電極組和與C相對應的小電極組之間，沿著相對移動方向設定了 Λ的偏移。該Λ的定義與第一實施例中所示的定義相同。通過采用這樣的結構，當通過外部振動使第一基板I相對于第二基板5進行了相對移動時，由于存在Δ的偏移，能夠使通過與各相對應的小電極組生成的電信號中包含規(guī)定的相位差(參照圖2Α)。然后，如圖2Β所示，通過使由各小電極組生成的電信號重合，能夠輸出緩和了波紋電壓的影響后的外部振動的檢測信號。這樣，第二實施例所示的振動傳感器10的結構也具有與本發(fā)明的相位差發(fā)生間隔相當的△的偏移，該結構與第一實施例同樣，有助于提聞振動傳感器的簡便性。 [0059]實施例3
[0060]根據圖4Α和圖4Β來說明本發(fā)明的振動傳感器10的第三實施例。圖4Α是示出本發(fā)明的振動傳感器15的概略結構的圖，振動傳感器15通過使來自與A相、B相、C相對應的振動檢測單元16A、16B、16C的生成信號疊加，來輸出外部振動的檢測信號。另外，在本實施例中，在各相中分別配置有4個振動檢測單元16。
[0061]這里,本實施例的振動檢測單元16自身基本上具有與圖7所示的現有技術相同的駐極體2的配置和第一電極6、第二電極7的配置結構(參照圖4B。其中，圖4B是為了能夠理解每個相的振動檢測單元的不同，以第一基板I為基準按照每個相對第二基板5進行比較的圖)。因此，在單一的振動檢測單元16中，駐極體2的寬度、保護電極4的寬度、第一電極6和第二電極7的寬度均設為相同的W。進而，駐極體2與保護電極4的間隔、第一電極6與第二電極7的電極間隔均設為相同的a。
[0062]然而，在本實施例中，在振動檢測單元之間，在各振動檢測單元具有的所述駐極體2與第一電極6、第二電極7的相對位置關系中，沿著相對移動方向設定了規(guī)定的位置偏移。即，如圖4B所示，當以與A相對應的振動檢測單元16A的第一基板I上的駐極體2和第二基板5上的第一電極6、第二電極7的相對位置關系作為基準時,在與B相對應的振動檢測單兀16B中,第二基板5上的第一電極6、第二電極7相對于第一基板I上的駐極體2在相對移動方向上位置偏移了 Δ ,在與C相對應的振動檢測單兀16C中，第二基板5上的第一電極6、第二電極7相對于第一基板I上的駐極體2在相對移動方向上位置偏移了 2 Δ。另外，該△的定義與第一實施例中所示的定義相同。[0063]這樣，在與各相對應的振動檢測單元之間，通過使第二基板5上的第一電極6、第二電極7相對于第一基板I上的駐極體2在相對移動方向上的位置錯開，在被施加外部振動時，能夠使由與各相對應的振動檢測單元生成的電信號中包含如圖2A所示的相位差。當被施加外部振動時，使與各相對應的振動檢測單元的第一基板I不區(qū)分相而同樣地振動。但是，由于按照每個相設定了上述位置偏移，因此，結果是，在與各相對應的振動檢測單元中生成包含如圖2A所示的相位差的電信號。然后，如圖4A所示，通過使各相的電信號疊加，能夠輸出緩和了波紋電壓的影響后的外部振動的檢測信號。這樣，第三實施例所示的振動傳感器15的結構也與第一實施例同樣，有助于提高振動傳感器的簡便性。
[0064]實施例4
[0065]這里，以上所述的本發(fā)明的振動傳感器具有能夠可靠地檢測外部振動的檢測的結構，但是，另一方面，還能夠利用因外部振動而發(fā)生的電信號作為發(fā)電輸出，即將該振動傳感器作為基于外部振動的發(fā)電裝置而利用。另外，由于以往已經開發(fā)出利用駐極體并通過外部振動而進行發(fā)電的技術，因此省略與該發(fā)電有關的詳細記載。
[0066]這里，圖5示出了利用包含本發(fā)明的振動傳感器的外部環(huán)境檢測裝置100的橋梁50的管理系統(tǒng)的概略結構。由于橋梁在經過長時間使用后強度等性能會劣化，因此，需要及時掌握橋梁50的性能變化。例如，與由于地震或反復通過大型車輛等而產生的橋梁50的劣化的進展對應地，與橋梁50的振動有關的振幅(振動位移)和振動頻率發(fā)生變化。因此，在橋梁50上設置多個包含上述振動傳感器的外部環(huán)境裝置100。該外部環(huán)境檢測裝置100通過振動傳感器10、15檢測與橋梁50的振動有關的信息，并且，具有用于檢測橋梁50的加速度作為其他的環(huán)境參數的加速度傳感器。然后，將由振動傳感器10等檢測到的環(huán)境參數通過無線方式發(fā)送到基站150。該基站150與因特網160連接，將與接收到的環(huán)境參數有關的信息經由因特網160發(fā)送到服務器200。
[0067]該服務器200利用所取得的環(huán)境參數進行與橋梁50的性能有關的處理，針對橋梁50處于怎樣的狀態(tài)(例如，強度的降低程度等)進行判斷等。此外，服務器200還可以從與因特網160連接的數據服務器170、180等取得該判斷所需要的其的信息(橋梁50所在的地域的氣象數據和橋梁50的交通荷重數據等)。
[0068]這里，在圖6中示出將外部環(huán)境檢測裝置100所發(fā)揮的功能圖像化而表示的功能模塊。當然，外部環(huán)境檢測裝置100也可以具有圖6所示的功能部以外的功能部。外部環(huán)境檢測裝置100大致具有振動傳感器、加速度傳感器、發(fā)送單元。而且，在振動傳感器內形成蓄電部101、振動檢測部102、處理部103。蓄電部101蓄積在振動傳感器作為發(fā)電裝置發(fā)揮功能時得到的發(fā)電電力。振動檢測部102是如上所述當振動傳感器10、15作為檢測外部振動的裝置發(fā)揮功能時的、用于檢測其外部振動的功能部。處理部103是根據需要進行由振動檢測部102檢測到的外部振動的信息的處理的功能部。另外，在該處理部103的驅動中使用在蓄電部101中蓄積的電力。
[0069]接著，在加速度傳感器內形成加速度檢測部111和處理部112。加速度檢測部111是用于檢測與橋梁50有關的加速度的信息的功能部。關于加速度的檢測，是眾所周知的，因此在本說明書中省略說明。處理部112是根據需要進行由加速度檢測部111檢測到的加速度的信息的處理的功能部。另外，在加速度檢測部111的驅動和處理部112的驅動中能夠使用在蓄電部101中蓄積的電力。[0070]接著，在發(fā)送單元內形成發(fā)送部121，并且在單元內設有發(fā)送用電池122。發(fā)送部121是暫時存儲振動檢測部102和加速度檢測部111的檢測數據、處理部103和處理部112的處理結果，并將它們發(fā)送到基站150的功能部。另外，為了將數據通過無線方式發(fā)送到基站150，需要相應的電力，因此，不使用蓄電部101的蓄積電力，而從發(fā)送用電池122接收電力作為發(fā)送電力。
[0071]這樣，在外部環(huán)境檢測裝置100中，通過利用本發(fā)明的振動傳感器，通過振動傳感器自身的發(fā)電電力進行橋梁50的振動檢測、加速度檢測以及與其關聯的數據處理，因此，關于環(huán)境參數的檢測，實質上可以說是無電源實現。其結果，能夠簡便地檢測橋梁50的振動，并且，能夠降低環(huán)境參數檢測用的電池更換頻度。
[0072]另外，在上述實施例中，從發(fā)送用電池122接收供電作為發(fā)送部121的發(fā)送電力，但是，也可以利用在振動傳感器作為發(fā)電裝置發(fā)揮功能時得到的發(fā)電電力、即蓄電部101中蓄積的電力，將數據通過無線方式發(fā)送到基站150。該情況下，只要蓄電部101中蓄電量足夠，就能夠省略發(fā)送用電池122本身，并且，作為其他方法，也可以設置發(fā)送用電池122并將蓄電部101用作其輔助電源。
[0073]標號說明
[0074]1:第一基板
[0075]2:駐極體
[0076]4:保護電極
[0077]5:第二基板
[0078]6:第一電極
[0079]7:第二電極
[0080]10:振動傳感器
[0081]11:整流器
[0082]15:振動傳感器
[0083]16:振動檢測單元
【權利要求】
1.一種振動傳感器,其具有: 第一基板和第二基板，它們構成為能夠在保持彼此相對的狀態(tài)的同時，通過外部振動進行相對移動； 駐極體組，其位于所述第一基板的一個面一側，由在所述相對移動的方向上排列的多個駐極體構成；以及 電極組，其位于所述第二基板的與所述駐極體組相對的面一側，由在所述相對移動的方向上排列的多個電極構成， 伴隨由外部振動引起的所述第一基板和所述第二基板的相對位置變化，所述駐極體組與所述電極組的位置關系發(fā)生變化，由此輸出外部振動的檢測信號， 所述電極組被劃分為二個以上的規(guī)定相數，按照每個相形成能夠生成與外部振動對應的電信號的小電極組， 在所述電極組或所述駐極體組中的任意一方，在該電極組中包含的相鄰的電極間或該駐極體組中包含的相鄰的駐極體間，根據所述規(guī)定相數設有相位差發(fā)生間隔，該相位差發(fā)生間隔使所述多個小電極組所生成的電信號各自之間產生規(guī)定的相位差， 將作為由外部振動引起的所述第一基板與所述第二基板的相對位置變化的結果而由所述多個小電極組生成的電信號疊加起來形成的信號作為外部振動的檢測信號而輸出。
2.根據權利要求1所述的振動傳感器,其中， 所述駐極體組和所述電極組中的一方被設為該組中包含的電極間的間隔或駐極體間的間隔固定的均等配置組， 所述駐極體組和所述電極組中的另一方被設為在該組中包含的電極或駐極體的配置中包含所述相位差發(fā)生間隔的非均等配置組， 所述均等配置組中的相鄰電極間的間隔或相鄰駐極體間的間隔被設定為，與所述非均等配置組中的所述相位差發(fā)生間隔以外的、電極間的間隔或相鄰的駐極體間的間隔大致相同。
3.根據權利要求2所述的振動傳感器，其中， 在設所述電極的寬度或所述駐極體的寬度為W，所述非均等配置組中的該相位差發(fā)生間隔以外的、電極間的間隔或相鄰的駐極體間的間隔為A，所述規(guī)定相數為N的情況下，所述相位差發(fā)生間隔Al由下式表示:
Al = A土(W+A)/N。
4.根據權利要求1至3中的任意一項所述的振動傳感器，其中， 在所述第二基板上，所述規(guī)定相數的小電極組分別按照該小電極組在所述相對移動的方向上依次排列，相鄰的該小電極組之間的電極間隔被設定為所述相位差發(fā)生間隔。
5.根據權利要求1至3中的任意一項所述的振動傳感器，其中， 在所述第二基板上，所述規(guī)定相數的小電極組分別按照該小電極組在與所述相對移動的方向不同的方向上以小電極組彼此不重疊的方式排列， 所述規(guī)定相數的小電極組中的在排列方向上相鄰的該小電極組的、在所述相對移動方向上的電極間 隔被設定為所述相位差發(fā)生間隔。
6.根據權利要求1至3中的任意一項所述的振動傳感器，其中， 所述駐極體組被劃分為所述規(guī)定相數，形成小駐極體組，在所述第一基板上，所述小駐極體組分別按照該小駐極體組在所述相對移動的方向上依次排列，相鄰的該小駐極體組之間的駐極體間隔被設定為所述相位差發(fā)生間隔。
7.一種振動傳感器，其包含規(guī)定相數的振動檢測單元，該振動檢測單元具有: 第一基板和第二基板，它們構成為能夠在保持彼此相對的狀態(tài)的同時，通過外部振動進行相對移動； 駐極體組，其位于所述第一基板的一個面一側，由在所述相對移動的方向上排列的多個駐極體構成；以及 電極組，其位于所述第二基板的與所述駐極體組相對的面一側，由在所述相對移動的方向上排列的多個電極構成， 伴隨由外部振動引起的所述第一基板和所述第二基板的相對位置變化，所述駐極體組與所述電極組的位置關系發(fā)生變化，由此，該振動檢測單元輸出與外部振動對應的電信號，在該振動檢測單元之間，在各振動檢測單元具有的所述駐極體組和所述電極組的相對位置關系中，設定了沿著所述相對移動的方向的規(guī)定的位置偏移，以使得當對所述規(guī)定相數的振動檢測單元施加同一外部振動時，從該規(guī)定相數的振動檢測單元分別輸出的電信號之間產生規(guī)定的相位差， 將作為對所述振動傳感器施加了外部振動的結果而從所述規(guī)定相數的振動檢測單元分別輸出的電信號疊加起來形成的信號作為外部振動的檢測信號而輸出。
8.—種外部環(huán)境檢測裝置，其包含權利要求1至7中的任意一項所述的振動傳感器， 所述振動傳感器作為將所述外部振動的檢測信號作為發(fā)電輸出而進行發(fā)電的振動發(fā)電裝置發(fā)揮功能， 該外部環(huán)境檢測裝置具有: 蓄電部，其對所述振動傳感器產生的發(fā)電電力進行蓄積；以及 處理部，其進行與由所述振動傳感器輸出的所述外部振動的檢測信號有關的信號處理。
9.根據權利要求8所述的外部環(huán)境檢測裝置，其中， 所述外部環(huán)境檢測裝置還具有對外部振動以外的規(guī)定的環(huán)境參數進行檢測的環(huán)境參數傳感器， 所述處理部利用所述蓄電部中蓄積的電力，進行所述環(huán)境參數傳感器的驅動和/或與該環(huán)境參數傳感器的檢測信號有關的信號處理。
【文檔編號】H04R11/04GK103988061SQ201280061353
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2012年8月16日 優(yōu)先權日:2012年1月10日
【發(fā)明者】正木達章, 橫山徹, 松浦圭記 申請人:歐姆龍 株式會社