專利名稱：使用晶體振子的荷重傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用晶體振子測量荷重的荷重傳感器，特別涉及能盡可能減少晶體振子產(chǎn)生的厚度平滑振動的振動能量向外部漏損的荷重傳感器。
背景技術(shù)：
作為用于電子秤等的荷重傳感器，應變儀式測力傳感器得到普遍使用。但近年隨著電子測量技術(shù)的飛速發(fā)展，開發(fā)出比應變儀式測力傳感器精度更高的荷重傳感器。作為這樣的荷重傳感器，象音叉式，弦振動式，陀螺式等各式各樣的產(chǎn)品都已達到實用化水平。
因此，使用晶體振子的振動式的荷重傳感器作為這樣的高精度的荷重傳感器被提了出來。這種荷重傳感器，對于通過激勵裝置產(chǎn)生厚度平滑振動的AT切割的板狀的晶片，當其板面上平行地加力時，就利用晶片的振動頻率隨著其所加的力變化而變化的現(xiàn)象。晶體振子受溫度的依存性少，可實現(xiàn)穩(wěn)定頻率的起振，而且還有成本低的優(yōu)點，因此，靠利用晶體振子可以獲得比音叉式，弦振動式，陀螺式等荷重傳感器精度更高而且成本低的荷重傳感器。
圖8表示使用晶體振子的以往的荷重傳感器主要部分的立體圖，在圖8中，長板狀的晶體振子300是在長度方向產(chǎn)生厚度平滑振動的晶片，電極301，301分別設置在晶體振子300的兩面，這些電極301，301與按照著晶體振子300的振動頻率起振的振蕩電路(未圖示)相連接。
如圖8所示，在支持晶體振子300的支持體302，302的端部，形成經(jīng)過板幅方向全體部分、從剖面看呈長方形的槽，通過把晶體振子300兩端部分別嵌入這些槽里，支持體302，302把晶體振子300夾持在板厚方向上。
在這樣構(gòu)成的荷重傳感器中，當壓縮方向的荷重W經(jīng)過支持體302，302被加到晶體振子300上時，晶體振子300的振動頻率跟隨該荷重W而變化。從而，通過檢測振動頻率的變化進行荷重W的測量。
還有，在晶體振子的兩端部與形成在支持體302，302端部的槽用粘結(jié)劑粘著的情況也是有的。在這種場合，即使支持體302，302在相互背離的方向上發(fā)生變位，因為晶體振子300不脫落，所以還能測量拉伸方向的荷重。

發(fā)明內(nèi)容
但是，如上所述，當晶體振子300的兩端部被支持在支持體302，302上時，因為晶體振子300產(chǎn)生的、向長度方向的厚度平滑振動被抑制，造成振動能量的損失。因而有作為振子的Q(quality factor)值降低的問題。
還有，由于晶體振子300的厚度平滑振動向支持體302，302側(cè)傳遞，使周邊機構(gòu)產(chǎn)生共振，所以有無法進行高精度測量的問題。
本發(fā)明鑒于前述問題，其目的是提供一種使用晶體振子的荷重傳感器，它通過支持晶體振子，對晶體振子的厚度平滑振動不作抑制卻能減少傳向支持體的振動，使晶體振子的Q值提高，進而實現(xiàn)高精度的測量。
為解決上述課題，與本發(fā)明相關(guān)的使用晶體振子的荷重傳感器，包括長板狀的晶體振子，以及分別用來支持該晶體振子長度方向兩端部的支持體，根據(jù)經(jīng)該支持體作用于上述晶體振子的荷重產(chǎn)生的上述晶體振子的振動頻率的變化，測定上述荷重，具有在上述晶體振子中央部向其長度方向產(chǎn)生厚度平滑振動的激勵裝置，在上述中央部與上述兩端部之間分別設有厚度小于上述中央部厚度的中間部。
采用本發(fā)明，則因晶體振子的中央部與兩端部之間的中間部的厚度小于中央部的厚度，所以即使在晶體振子的中央部靠激勵裝置產(chǎn)生厚度平滑振動的場合，該振動也難以傳遞到兩端部。這樣，可使傳向支持其兩端部的支持體側(cè)的振動減少。因此，能抑制周邊機構(gòu)發(fā)生共振那樣的事情發(fā)生，從而實現(xiàn)比以往更高精度的測量。
此外，在上述發(fā)明中，通過以上述晶體振子厚度方向的中央位置為基準形成對稱的槽也可構(gòu)成上述中央部，在晶體振子產(chǎn)生厚度平滑振動的場合，其兩面變位最大，而晶體振子的厚度方向的中央位置不會變位，所以通過以其中央位置為基準形成對稱的槽，變位最大的地方是自由的，這樣，由于可減少晶體振子的振動能量的損失量，從而可比以往提高振子的Q值。
此外，與本發(fā)明相關(guān)的使用晶體振子的荷重傳感器，包括產(chǎn)生厚度平滑振動的平板狀的晶體振子、以及用來支持該晶體振子的支持體，根據(jù)通過該支持體作用于上述晶體振子的荷重產(chǎn)生的上述晶體振子的振動頻率的變化，測定上述荷重。
上述晶體振子由于該晶體振子對向的端面受到上述支持體從上述晶體振子的外方向的壓迫而被夾持，上述端面在構(gòu)成上應使之與上述支持體接觸的面積盡可能小。
采用本發(fā)明，則晶體振子對向的端面的構(gòu)成，能使與壓接該端面的支持體接觸的面積盡可能小，所以就能盡量減少晶體振子產(chǎn)生的厚度平滑振動向支持體的傳遞，從而可抑制周邊機構(gòu)發(fā)生共振那樣的事情，進而實現(xiàn)比以往更高精度的測量。此外，在本發(fā)明場合，晶體振子的加工也比前述的發(fā)明更容易。
還有，在上述發(fā)明中，上述端面可做成園弧狀，由此能減小晶體振子端面與壓接該端面的支持體接觸的面積，同時在晶體振子產(chǎn)生厚度平滑振動的場合可以使變位較大的地方處于自由。


圖1表示用于與本發(fā)明實施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器的晶體振子的立體圖。
圖2表示與本發(fā)明實施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器立體圖。
圖3表示使用與本發(fā)明實施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器的電子秤的結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。
圖4表示用于圖3所示電子秤的晶體振子及支持體的構(gòu)成的詳細的立體圖。
圖5表示使用與本發(fā)明實施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器的電子秤的結(jié)構(gòu)一例的功能方框圖。
圖6表示使用與本發(fā)明實施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器的電子秤的結(jié)構(gòu)一例的功能方框圖。
圖7表示使用與本發(fā)明實施形態(tài)2相關(guān)的晶體振子的荷重傳感器的結(jié)構(gòu)的立體圖。
圖8表示使用晶體振子的以往的荷重傳感器主要部分結(jié)構(gòu)的立體圖。
符號說明1晶體振子1a中央部1b端部
1c中間部2激勵用電極3支持體10電子秤11承受盤12固定柱13可動柱14梁15杠桿16開口21振蕩電路22計數(shù)器23轉(zhuǎn)換部24輸出部具體實施形態(tài)以下，就本發(fā)明的實施形態(tài)參照附圖加以說明。
(實施形態(tài)1)圖1表示應用于與本發(fā)明的實施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器中的晶體振子的立體圖，在圖1(a)～(c)中，長板狀的晶體振子1是能在該晶體振子1長度方向上產(chǎn)生厚度平滑振動的AT切割的晶片。
在這種晶體振子1的兩面的中央部，分別設置有激勵用電極2，2，當電信號經(jīng)過這些激勵用電極2，2被送往晶體振子1的中央部1a時，該中央部1a向該晶體振子1的長度方向產(chǎn)生厚度平滑振動。此外，這些激勵用電極2，2與后述的振蕩電路相連接。
如圖1(a)所示，在晶體振子1的中央部1a與兩端部1b，1b之間的中間部1c，1c，從剖面看呈溝狀的、板幅方向的槽被分別設置在兩面，這些槽是以晶體振子1的厚度方向的中央位置為基準對稱設置，采用照相蝕刻等眾所周知的蝕刻技術(shù)形成的。
由于象這樣在中間部1c，1c形成槽，中間部1c，1c的厚度小于中央部1a的厚度，因此，即使中央部1a產(chǎn)生厚度平滑振動時，它的振動也難以傳遞到兩端部1b，1b。
還有，如上面所述，由于以晶體振子1的厚度方向的中央位置為基準對稱地形成槽，在產(chǎn)生厚度平滑振動場合變位大的板面部分處在自由位置，因此，能夠使厚度平滑振動不被抑制，減少振動能量的損失量。
如上所述，在圖1(a)所示的晶體振子1的中間部1c，1c形成有剖面看上去呈溝狀的、板幅方向的槽，但這些槽的形狀不作限定，如果是以晶體振子1的厚度方向的中央位置為基準對稱地形成，那么無論怎樣的形狀都行。因此，例如圖1(b)所示，剖面看上去呈半園形也可，還有如圖1(c)所示那樣，剖面看上去呈梯形也可。
圖2表示與本發(fā)明實施形態(tài)1相關(guān)的荷重傳感器的立體圖，如圖中箭頭所示，圖2(a)和圖2(b)分別展示出只可測量壓縮方向的荷重W和壓縮及拉伸的荷重W都可測量的荷重傳感器。此外，在圖2中，展示出使用圖1(c)所示的晶體振子1的荷重傳感器，當然，使用圖1(a)，(b)所示的晶體振子1也是可以的。
在圖2(a)中，在支持體3，3的端部，形成有經(jīng)過板幅方向全體部分、從剖面看呈長方形的槽，在這些槽中分別嵌入晶體振子1的兩端部1b，1b，以支持晶體振子1，由于有這樣的支持，如箭頭所示，就可進行測量從支持體3，3側(cè)所加的壓縮方向的荷重W。
一方面，在圖2(b)中，在支持體3，3的端部同樣形成經(jīng)過板幅方向全體部分的槽，該槽的形狀適合用來嵌入晶體振子1的兩端部1b，1b以及形成于中間部1c，1 c的兩面的槽的一部分。而且，在這槽內(nèi)，通過分別嵌入兩端部1b，1b及形成于中間部1c，1c的槽的一部分來支持晶體振子1。就這樣，由于不僅嵌入兩端部1b，1b，而且使槽的一部分也一起嵌入上述槽內(nèi)，因此，在支持體3，3背離的方向上即使出現(xiàn)變位時晶體振子1也不會脫落。因此，如箭頭所示，不象以往那樣配合，也能不僅測量壓縮方向的荷重W，而且能測量拉伸方向的荷重W。
如上述那樣，振蕩電路21連接在激勵用電極2，2上，這個振蕩電路21按照晶體振子1中央部的厚度平滑振動的振動頻率起振，此時，經(jīng)支持體3，3加上荷重W時，由于中央部1a的振動頻率變化，振蕩電路21的振蕩頻率也隨之變化。
圖3表示使用與本發(fā)明實施形態(tài)相關(guān)的荷重傳感器的電子秤的側(cè)面圖，圖4是詳細地展示用于該電子秤的晶體振子1及支持體3，3的構(gòu)成的立體圖。如圖3所示，電子秤10在構(gòu)成上使用所謂的聯(lián)動機構(gòu)來支持用來加荷重W的承受盤11，這種聯(lián)動機構(gòu)由以下部分組成固定在底座b上的固定柱12，支持上述承受盤11的可動柱13，與該固定柱12和可動柱13連接、相互平行地配置的上下兩根粱14，14。
杠桿15，15分別從固定柱12的上部和可動柱13的下部向內(nèi)側(cè)伸出，在這杠桿15，15的前端分別安裝有支持晶體振子1的支持體3，3。
此外，在梁14，14上合適的位置上下分別形成半園形的凹口，該處材料厚度薄，因此，當荷重W導致可動柱13向下方變位時，梁14，14就與此變位相應地向下方彎曲，通過調(diào)整該彎曲量可使梁14，14保持平行。
在這樣構(gòu)成的電子秤10中，把荷重W加到承受盤11上時，可動柱13與該荷重W相應地向下變位，與該變位相應，設置在可動柱13側(cè)的杠桿15也向下變位，但設置在固定柱12側(cè)的杠桿15保持靜止，并不變位。這樣，與荷重W相對應的張力就作用到晶體振子1上。
如圖4所示，用于電子秤10的晶體振子1參照圖2(b)如上述那樣被支持在支持體3，3上，該支持體3，3分別與杠桿15，15連接。在該連接部形成開口16，16。由于設置開口16，16，使承受盤11上即使加上偏向的荷重，也能減低其影響。
圖5表示電子秤10構(gòu)成的功能方框圖，如上所述，振蕩電路21是按照晶體振子1的厚度平滑振動的固有振動頻率起振的，而計數(shù)器22是對規(guī)定時間內(nèi)振蕩電路21的振蕩頻率進行計數(shù)。此外，計數(shù)器22扣除承受盤11上加的荷重W為0時振蕩電路21的振蕩頻率后進行計數(shù)。這樣就可以只針對荷重W引起的變化部分進行計數(shù)。
轉(zhuǎn)換部23把22送來的計數(shù)值轉(zhuǎn)換成重量數(shù)值，此時，轉(zhuǎn)換部23通過將重力加速度及各種比例系數(shù)相乘等使演算所得結(jié)果與承受盤11上放置砝碼時的重量數(shù)值成為同一數(shù)值。
輸出部24由液晶顯示器或打印機等構(gòu)成，它將轉(zhuǎn)換部23輸出的重量數(shù)值進行顯示或打印。
不過，在這樣構(gòu)成電子秤10時，有時會發(fā)生荷重W的測量不能在實時內(nèi)完成，以及分辨率不能成為實用大小等問題，因此，最好采用如圖6所示的構(gòu)成。
在圖6中，晶體振子100是能夠以高于晶體振子1約100倍的頻率振動的晶片，它設置在當承受盤11上加上荷重W時也不受荷重W影響的適宜場所。在該晶體振子100的兩面的中央部，與晶體振子1時同樣地設置激勵用電極200，200。這些激勵用電極200，200與振蕩電路41連接，該振蕩電路41就按照晶體振子100的固有振動頻率起振的。
第1計數(shù)器31對振蕩電路21的振蕩頻率的整數(shù)周期進行計數(shù)，包括第2計數(shù)器42的門電路(未畫出)根據(jù)這個計數(shù)的整數(shù)周期進行開閉。
第2計數(shù)器42對上述門電路打開期間振蕩電路41的振蕩周期進行計數(shù)，此時，荷重W越大，即振蕩電路21的振蕩頻率越高，門電路打開的時間就越縮短。為此，第2計數(shù)器42的計數(shù)值與荷重W的大小成反比例。此外，第2計數(shù)器42與前面所述計數(shù)器22一樣，要扣除荷重W為0時計數(shù)的振蕩電路41的振蕩頻率后進行計數(shù)。
第1轉(zhuǎn)換部43計算出由第2計數(shù)器42計數(shù)的周期的倒數(shù)即頻率，而第2轉(zhuǎn)換部44與前述轉(zhuǎn)換部23同樣地進行把頻率轉(zhuǎn)換成重量數(shù)值的處理。所得結(jié)果的重量數(shù)值經(jīng)輸出部45進行顯示或打印。
這樣，由于構(gòu)成上除晶體振子1以外還備有晶體振子100，就能在實時內(nèi)獲得高分辨率的重量數(shù)值。
(實施形態(tài)2)圖7是表示與本發(fā)明實施形態(tài)2相關(guān)的使用晶體振子的荷重傳感器構(gòu)成的立體圖，在圖7(a)中，晶體振子4是矩形的AT切割的晶片。其一端及與它對向的另一端的端面由于各自從外面被正方體形的支持體6，6壓接而被夾持。在這里，該端面可用銼刀等加工成從剖面看呈圓弧狀。此外，它的其他構(gòu)成與實施形態(tài)1的場合相同，帶同一符號，所以就不說了。
借助于把端面做成園弧狀，所以與該端面是平面的場合相比，它與支持體6，6接觸的面積就小，這樣一來，晶體振子4產(chǎn)生厚度平滑振動時，可以減少振動向支持體6，6側(cè)的傳遞，所以，就能抑制周邊機構(gòu)發(fā)生共振之類的事情。此外，由于產(chǎn)生厚度平滑振動時變位較大的地方是自由的，所以能實現(xiàn)高Q值。
此外，圖7(b)所示的晶體振子7是圓形的AT切割的晶片，該晶體振子7為了形成對向的端面，端部要沿著與厚度平滑振動的振動方向垂直的適當?shù)?根平行線進行切割。這樣形成的端面與前述的場合一樣被加工成園弧狀。因此能得到與前述場合同樣的效果。
由于圓形的晶片流通面廣，所以用這樣的晶片可以方便而低成本地實現(xiàn)本發(fā)明的荷重傳感器。
與這樣構(gòu)成的本發(fā)明的實施形態(tài)2相關(guān)的荷重傳感器與實施形態(tài)1的場合相同，可適用于電子秤。
如上面詳細敘述的那樣，對于本發(fā)明的使用晶體振子的荷重傳感器，通過設置將規(guī)定的槽形成于晶體振子中央部與兩端部之間的中間部，以及盡可能減小與平板狀的晶體振子對向的端面和支持體接觸的面積，即使在上述中央部產(chǎn)生厚度平滑振動的場合，也能不抑制它的振動、封閉振動能量、實現(xiàn)高Q值。
權(quán)利要求
1.一種使用晶體振子的荷重傳感器，包括長板狀的晶體振子，以及分別用來支持該晶體振子長度方向兩端部的支持體，根據(jù)通過該支持體作用于所述晶體振子的荷重所產(chǎn)生的所述晶體振子的振動頻率的變化，測定所述荷重，其特征在于，具有在所述晶體振子中央部向其長度方向產(chǎn)生厚度平滑振動的激勵裝置，在所述中央部與所述兩端部之間，分別設有厚度小于所述中央部厚度的中間部。
2.如權(quán)利要求1所述的使用晶體振子的荷重傳感器，其特征在于，所述中間部，以所述晶體振子的厚度方向的中央位置為基準，形成對稱的槽。
3.一種使用晶體振子的荷重傳感器，包括產(chǎn)生厚度平滑振動的平板狀的晶體振子，以及用來支持該晶體振子的支持體，根據(jù)通過該支持體作用于所述晶體振子的荷重產(chǎn)生的所述晶體振子的振動頻率的變化，測定所述荷重，其特征在于，所述晶體振子由于該晶體振子對向的端面受到所述支持體從所述晶體振子的外方向來的壓迫而被夾住，并構(gòu)成所述端面使得與所述支持體相接的面積盡可能小。
4.如權(quán)利要求3所述的使用晶體振子的荷重傳感器，其特征在于，所述端面是園弧狀。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種使用晶體振子的荷重傳感器。在長板狀的AT切割的晶體振子1的兩面的中央部，分別設置有激勵用電極2，2，經(jīng)激勵用電極2，2把電信號送到晶體振子1的中央部1a時，該中央部1a向晶體振子1的長度方向產(chǎn)生厚度平滑振動，此外然后，在晶體振子1的中央部1a與兩端部1b，1b之間的中間部1c，1c上在兩面分別形成從剖面看呈溝形、半圓形，或梯形的板幅方向的槽。這些槽以晶體振子1的厚度方向的中央位置為基準對稱地用蝕刻法形成。本發(fā)明提供使用晶體振子的荷重傳感器，這種晶體振子的Q值高、并能抑制振動能量損失。
文檔編號G01G3/13GK1391089SQ0212432
公開日2003年1月15日 申請日期2002年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月11日
發(fā)明者山中正美, 安達元之, 千葉亞紀雄, 小野公三 申請人:大和制衡株式會社, 日本電波工業(yè)株式會社