检测传感器和包括该检测传感器的检测装置的制作方法

1.本发明涉及检测传感器和包括该检测传感器的检测装置。


背景技术：

2.在日本公开的未审查实用新型申请s56-48189号中描述了常规的检测传感器。该检测传感器包括具有开口的壳体、热电膜、压电膜、第一场效应晶体管和第二场效应晶体管。热电膜设置在壳体中，以便面向开口。压电膜设置在距热电膜预定的间隔处，并且它们之间的空间是气密性的。压电膜具有面向热电膜的面和设置在面对面上的光反射电极。当所述热电膜经受穿过开口入射的红外线和穿过热电膜并随后被压电膜的电极反射的红外线时，检测信号被产生并被输入到第一场效应晶体管中。第一场效应晶体管被配置为对输入的检测信号执行阻抗转换并且将转换的检测信号输出为输出信号。通过开口入射的声波使热电膜振动，并且所述振动被传递到压电膜并使压电膜振动，以产生将被输入到第二场效应晶体管中的检测信号。第二场效应晶体管被配置为对输入的检测信号执行阻抗转换并且将转换的检测信号输出为输出信号。因此，常规的检测传感器能够检测红外线和声波两者。


技术实现要素：

3.技术问题
4.上述常规的检测传感器通过公共开口接收红外线和声波，该公共开口很宽，以获取红外线。因此，开口容易使污物、灰尘和/或水通过其进入常规的检测传感器中。
5.本发明提供了一种防止污物、灰尘和/或水进入的检测传感器。本发明还提供一种包括该检测传感器的检测装置。
6.技术方案
7.根据本发明的一个方面的检测传感器包括由压电膜构成的可振动膜、容纳可振动膜的壳体以及电路板。可振动膜被配置为用红外线照射并由此通过热电效应生成第一电信号，并且被配置成由声波振动并由此通过压电效应生成第二电信号。壳体包括透射部。透射部被配置为透射至少红外线，并且相对于可振动膜设置在第一方向的一侧，以面向可振动膜。第一方向是可振动膜的厚度方向。电路板固定到壳体，并相对于可振动膜设置在第一方向的另一侧。电路板具有声孔以通过声孔输入声波。
8.透射部可以不设置在壳体中，而是设置在电路板中，并且相对于可振动膜设置在第一方向的另一侧上。在这种情况下，声孔可以不设置在电路板中而是设置在壳体的顶板中。
9.出于以下原因，以上方面中的任一方面的检测传感器防止污物、灰尘和/或水进入。检测传感器被配置为使得可振动膜被穿过透射部的红外线照射。因此，检测传感器没有用于将红外线投射到检测传感器中的开口。电路板或壳体设置有声孔，但是该孔的尺寸很小。因此，污物、灰尘和/或水不可能通过声孔进入检测传感器。
10.在沿着与第一方向基本正交的第二方向的横截面中，声孔的尺寸可小于透射部的尺寸。
11.透射部可以由被配置为透射预定波长带中的红外线的光学滤波器构成。
12.可振动膜可包括膜主体以及第一电极和第二电极。膜主体可以具有在第一方向的一侧上的第一面和在第一方向的另一侧上的第二面。第一电极可以设置在膜主体的第一面上。第二电极可以设置在膜主体的第二面上。
13.以上方面中的任一方面的检测传感器还可以包括场效应晶体管。场效应晶体管可以被配置为对从可振动膜接收的第一电信号和/或第二电信号执行阻抗转换，并且将转换的第一电信号和/或转换的第二电信号作为输出信号输出。
14.根据本发明的一个方面的检测装置可以包括根据以上方面之一的检测传感器、低通滤波器和高通滤波器。低通滤波器可以被配置为接收来自场效应晶体管的输出信号，以使所接收的输出信号中的通过对第一电信号进行阻抗转换而获得的频带内的信号通过，并且使比能够穿过低通滤波器的信号的频带高的频带中的信号衰减。高通滤波器可以被配置为使输出信号中的比能够通过低通滤波器的信号的频带高的频带中的信号通过，并且使比能够通过高通滤波器的信号的频带低的频带中的信号衰减。
15.检测装置还可以包括控制器。控制器可以被配置为接收已经通过低通滤波器的信号和已经通过高通滤波器的信号，并且确定控制器是否仅从低通滤波器接收到信号。
16.控制器可以进一步被配置为使得如果控制器确定控制器仅从低通滤波器接收到信号，则控制器对来自场效应晶体管的输出信号执行信号处理，或者可选地，对已经通过低通滤波器的信号和通过高通滤波器的信号执行信号处理。
附图说明
17.图1是根据本发明的第一实施方式的检测传感器的示意性截面图。
18.图2是根据本发明的第一实施方式的检测装置的框图。
19.图3是检测传感器的变形例的示意性截面图。
20.参考符号列表
21.d：检测装置
22.s,s’：检测传感器
23.100：可振动膜
24.110：膜主体；120：第一电极；130：第二电极
25.200,200’：壳体
26.210：壳体主体；211：顶板；211a：开口；212：管状部；212a：端部220：透射部
27.230：声孔
28.300：电路板
29.310：声孔
30.320：透射部
31.400：场效应晶体管(fet)
32.500：导电环
33.600：栅极环
34.700：保持器
35.810：低通滤波器
36.820：高通滤波器
37.830：控制器
具体实施方式
38.现在将描述本发明的第一实施方式及其设计修改。应当注意的是，将描述的实施方式及其修改的组成可以以任何可能的方式组合。实施方式的各个方面及其修改的组成的材料、形状、尺寸、数量、布置等将在下面仅作为示例进行讨论，并且可以被修改，只要它们实现类似的功能即可。
39.第一实施方式
40.以下描述的是根据多个实施方式的检测传感器s，所述多个实施方式包括本发明的参照图1的第一实施方式。图1示出了根据第一实施方式的检测传感器s。图1示出了z-z’方向(第一方向)和x-x’方向(第二方向)。z-z’方向包括z方向(第一方向的一侧)和z’方向(第一方向的另一侧)。x-x’方向与z-z’方向基本正交并且包括x方向和x’方向。
41.检测传感器s包括可振动膜100。可振动膜100由展现热电性的压电膜构成。可振动膜100包括膜主体110、第一电极120和第二电极130。例如，膜主体110可以是在z-z’方向上具有约0.015mm至约0.030mm的尺寸(厚度尺寸)的合成树脂膜。膜主体110具有在z方向侧上的第一面和在z’方向侧上的第二面。第一电极120设置在膜主体110的第一面上。第二电极130设置在膜主体110的第二面上。z-z’方向是可振动膜100的厚度方向。
42.可振动膜100被配置成用红外线照射并由此通过热电效应生成第一电信号。具体地，当没有用红外线照射时，可振动膜100自发极化。当利用红外线照射可振动膜100而导致可振动膜100的温度变化时，可振动膜100的自发极化相应地改变，以引起可振动膜100的电压变化，即，产生第一电信号。
43.可振动膜100还被配置为由声波振动并由此通过压电效应生成第二电信号。具体地，可振动膜100被配置为通过振动而变形并且因此引起电压的变化，即，产生第二电信号。
44.检测传感器s还包括壳体200。壳体200容纳可振动膜100。壳体200包括壳体主体210和透射部220。壳体主体210包括顶板211和管状部212。顶板211相对于可振动膜100设置在z方向侧上。顶板211具有在z-z’方向上穿过顶板211的开口211a。管状部212在z’方向上从顶板211的周缘部延伸。管状部212在z’方向侧上具有端部212a。端部212a可以大致以l形弯曲或者可以在z-z’方向上延伸。
45.透射部220装配在开口211a中。因此，在沿着x-x’方向的横截面中，透射部220具有与开口211a的形状基本上相同的外部形状，并且具有与开口211a的尺寸相同或比开口211a的尺寸稍大的外部尺寸。透射部220相对于可振动膜100设置在z方向侧，以面对可振动膜100。透射部220被配置为透射至少红外线。例如，透射部220可以由被配置为透射仅预定波长带(例如，1.2μm至1.4μm(1200nm至1400nm))的红外线的光学滤波器、被配置为透射780nm至1mm的波长带的红外线的光学滤波器、或被配置为透射红外线和红外频带附近的一个或多个波长带的光(例如，大约400nm至780nm的波长带的可见光和/或具有从1mm至1m的波长带的微波)的光学滤波器构成。光学滤光器可以由例如由硅制成的光学透镜构成，但不限于
此。代替光学滤波器，透射部220可以由配置成透射至少红外线的透明或半透明材料(例如，合成树脂或玻璃)构成。透射通过任何上述方面的透射部220的红外线投射到可振动膜100上。
46.检测传感器s还包括电路板300。电路板300固定到壳体200。例如，电路板300可以固定到壳体200的管状部212的大致以l形弯曲的端部212a(参见图1)；壳体200的管状部212的在z-z'方向上延伸的端部212a可以牢固地收纳在电路板300的接合孔(未示出)中，并由此固定到电路板300的接合孔；或者壳体200的管状部212的在z-z'方向上延伸的端部212a可以用导电粘合剂等(未示出)结合到电路板300并由此固定到电路板300。电路板300相对于可振动膜100设置在z’方向侧上，并且与可振动膜100间隔开。
47.电路板300包括声孔310。声孔310在z-z’方向上延伸穿过电路板300。在沿着x-x’方向的横截面中，声孔310具有与透射部220的外部形状相同或不同的形状。在沿着x-x'方向的横截面中，声孔310可具有小于透射部220的外部尺寸的尺寸，但不限于此。例如，声孔310可以在沿x-x’方向的横截面中具有在0.6mm和0.8mm之间的尺寸(直径)。声孔310可面向可振动膜100，或可存在介于声孔310与可振动膜100之间的另一构件。通过声孔310输入的声波将使可振动膜100振动。防水板和/或防尘板(未示出)可以从z’方向侧固定到电路板300，以从z’方向侧闭合声孔310。可以省略这些板。
48.检测传感器s还可以包括场效应晶体管400(fet 400)。fet 400电连接到可振动膜100。fet 400可以安装在电路板300上，或者可以安装在与电路板300电连接的另一电路板(未示出)上。fet 400被配置为从可振动膜100接收第一电信号和/或第二电信号，并且对第一电信号和/或第二电信号执行阻抗转换，以将转换的第一电信号和/或转换的第二电信号输出为输出信号。
49.检测传感器s还可以包括导电环500和管状的栅极环600。导电环500介于可振动膜100的周缘部与壳体200的顶板211之间，并与可振动膜100的第一电极120接触。在这种情况下，壳体200的壳体主体210由导电材料制成。栅极环600是导电的，介于可振动膜100的周缘部与电路板300之间，并与可振动膜100的第二电极130接触。可振动膜100的第一电极120经由导电环500、壳体主体210和电路板300电连接到fet 400，而可振动膜100的第二电极130经由栅极环600和电路板300电连接到fet 400。因此，fet 400电连接到可振动膜100。
50.检测传感器s还可以包括管状的保持器700。保持器700是电绝缘的。保持器700设置在栅极环600与壳体主体210的管状部212之间。因此，在沿着x-x’方向的横截面中，保持器700具有与栅极环600的外部形状相同的内部形状，并且具有与栅极环600的外部尺寸基本相同或比栅极环600的外部尺寸稍大的内部尺寸。此外，在沿着x-x’方向的横截面中，保持器700具有与壳体主体210的管状部212的内部形状相同的外部形状，并且具有与壳体主体210的管状部212的内部尺寸基本相同或比壳体主体210的管状部212的内部尺寸稍小的外部尺寸。保持器700可以与可振动膜100的一部分接触或可以不与可振动膜100的一部分接触，所述一部分在可振动膜100的与栅极环600接触的部分的外部。另外，保持器700可以与电路板300接触或可以不与电路板300接触。
51.以下描述的是根据多个实施方式的检测装置d，所述多个实施方式包括本发明的参照图2的第一实施方式。图2示出了根据第一实施方式的检测装置d。
52.检测装置d可包括根据以上方面中的一个方面的检测传感器s、低通滤波器810和
高通滤波器820。
53.低通滤波器810可以设置在与电路板300电连接的电路板(未示出)上或电路板300上。低通滤波器810经由电路板300电连接到fet 400，并且被配置为接收来自fet 400的输出信号。低通滤波器810被配置为使所接收的输出信号中的在频带(第一频带)内的信号通过，第一频带内的信号通过将第一电信号进行阻抗转换来获得。低通滤波器810还被配置为使比第一频带(其频带信号可以通过低通滤波器810)高的频带中的信号衰减。具体地，通过阻抗转换第一电信号获得的信号落在0.35hz和5.0hz之间的频带内，并且因此，低通滤波器810被配置为使所接收的输出信号中的5.0hz和更低的频带中的信号通过，并且使高于5.0hz(不包括5.0hz)的频带中的信号衰减。
54.高通滤波器820可以设置在与电路板300电连接的电路板(未示出)上或电路板300上。高通滤波器820经由电路板300电连接到fet 400并且被配置为接收来自fet400的输出信号。高通滤波器820被配置为将使接收的输出信号中的比第一频带(其频带信号可以通过低通滤波器810)高的频带(第二频带)中的信号通过。高通滤波器820还被配置为使比第二频带(其频带信号可以通过高通滤波器820)低的频带中的信号衰减。具体地，高通滤波器820被配置为使高于10.0hz(不包括10.0hz)的频带中的信号通过并且使10.0hz和更低的频带中的信号衰减。
55.检测装置d还可以包括控制器830。控制器830可以设置在与电路板300电连接的电路板(未示出)上或者电路板300上。控制器830电连接到低通滤波器810和高通滤波器820，并且被配置为接收已经通过低通滤波器810的信号和已经通过高通滤波器820的信号。控制器830可以但不要求电连接到fet 400以接收来自fet 400的输出信号。
56.控制器830可以被配置为确定控制器830是否仅从低通滤波器810接收到信号。下文描述的是控制器830的非限制性示例配置。控制器830确定其是否已经从低通滤波器810接收到信号(第一确定)。如果控制器830确定其已经从低通滤波器810接收到信号，则控制器830使用控制器830中的定时器电路或内部存储器上的软件定时器在预定时段内进行计数，并且确定其是否已经在预定时段内从高通滤波器820接收到信号(第二确定)。如果控制器830确定其已经在预定时段内从高通滤波器820接收到信号(即，如果控制器830确定其接收到不是仅来自低通滤波器810的信号)，则控制器830返回到第一确定的处理。另一方面，如果控制器830确定其在预定时段内没有从高通滤波器820接收到任何信号，则控制器830确定其仅从低通滤波器810接收到信号。在该示例配置中，控制器830被配置为在进行第一确定之后的预定时段内进行第二确定。相反，控制器830可以被配置为在进行第二确定之后的预定时段内进行第一确定。
57.如果控制器830确定其仅从低通滤波器810接收到信号，则这意味着控制器830已经接收到通过将用红外线照射可振动膜100而来自可振动膜100的第一电信号进行阻抗转换而获得的信号。因此，控制器830确定红外线已经落在可振动膜100上，从而能够检测红外线。如果控制器830确定其接收到不是仅来自低通滤波器810的信号，则这意味着控制器830已经接收到通过将由声波振动而来自可振动膜100的第二电信号进行阻抗转换而获得的信号。因此，控制器830确定可振动膜100由声波振动，从而能够检测声波。
58.控制器830可以进一步被配置为使得如果控制器830确定其仅从低通滤波器810接收到信号，则控制器830对从fet 400接收的信号执行诸如语音识别处理之类的信号处理，
或者可选地，对从低通滤波器810接收的信号和从高通滤波器820接收的信号执行所述信号处理。控制器830可以被配置为对从fet 400接收的信号进行放大，或者可选地，对从低通滤波器810接收的信号和从高通滤波器820接收的信号进行放大，并且对放大的信号执行上述信号处理。
59.控制器830可以被配置为基于外部提供的指令信息返回到第一确定。另选地，控制器830可以被配置为使得如果控制器830确定其仅从低通滤波器810接收到信号，则控制器830使用控制器830中的定时器电路或内部存储器上的软件定时器在预定时段内进行计数，并且以上述方式之一在预定时段内执行信号处理。在这种情况下，控制器830可以被配置为在预定时段过去之后返回到第一确定的处理。控制器830可以不包括用于执行上述信号处理的配置，并且可以被配置为按顺序或按相反顺序重复对第一确定的处理和对第二确定的处理。
60.上述检测传感器s和检测装置d提供至少以下技术特征和效果。技术特征和效果(1)：出于以下原因，检测传感器s防止污物、灰尘和/或水通过声孔进入。检测传感器s和检测装置d被配置为允许红外线通过壳体200的透射部220进入壳体200。这样，壳体200没有开口用于将红外线投射到检测传感器s中。电路板300设有声孔310，但该孔尺寸较小。因此，检测传感器s防止污物、灰尘和/或水通过声孔310进入。在用防水板和/或防尘板封闭声孔310的情况下，检测传感器s进一步防止污物、灰尘和/或水通过声孔310进入。
61.技术特征和效果(2)：检测传感器s和检测装置d出于以下原因而具有改进的通用性。由于如上所述的检测传感器s是防尘和/或防水的，因此检测传感器s可以安装在具有大量灰尘和污垢的位置和/或水可能附着的地方。此外，人体发射具有约10μm(1000nm)的峰值波长的红外线。由于发射的红外线透射通过检测装置d的检测传感器s的透射部220并且被投射到可振动膜100上，因此检测装置d可以以如上所述的方式检测人体的接近(包括将人的手放置在检测装置d上)。例如，检测装置d可以结合在自动售货机或票机中。此方面的检测装置d可被配置为在通过如上文所描述的检测照射在可振动膜100上的红外线而检测到人体的接近之后执行语音识别处理。在这种情况下，在检测到人的接近之后，自动售货机或票机可以允许人通过它或她的语音购买产品，而不利用人体触摸自动售货机或票机。例如，检测装置d可结合在火灾检测器中。此方面的检测装置d可被配置为在通过如上文所描述的检测照射在可振动膜100上的红外线而检测到由火灾或其它原因引起的温度改变之后执行语音识别处理。在这种情况下，在检测到由火灾或其它原因引起的温度变化之后，火灾检测器可以通过因特网或其它线路发送经处理的语音数据。检测装置d可以结合在安全摄像机或其它警报装置中。此方面的检测装置d可被配置为在通过如上文所描述的检测照射在可振动膜100上的红外线而检测到人体的接近之后执行语音识别处理。在这种情况下，在检测到人的接近之后，警报装置可以记录经处理的语音数据(语音、声音等)和/或通过因特网或其它线路发送经处理的语音数据。
62.技术特征和效果(3)：出于以下原因，检测传感器s具有数量减少的组件。由于可振动膜100是使用展现热电性的压电膜形成的，因此检测传感器s不需要压电膜和热电膜二者(如上面讨论的常规示例的检测传感器)。此外，单个fet 400能够对来自可振动膜100的第一电信号和第二电信号两者执行阻抗转换，检测传感器s不需要两个fet(如上面讨论的常规示例的检测传感器)。
63.应了解，上文所描述的检测传感器及检测装置不限于上文所描述的实施方式，而是可在权利要求书的范围内适当地修改。下面描述了一些示例修改。
64.如上所述，检测传感器s被构造为使得透射部220设置在壳体200中，并且声孔310设置在电路板300中。然而，本发明的检测传感器可以被构造为如图3中示出的检测传感器s’。更具体地，透射部320设置在电路板300’中，并且声孔230设置在壳体200’的顶板211中。除了以下点之外，检测传感器s’具有与检测传感器s基本相同的配置。透射部320相对于可振动膜100设置在z’方向侧上并且与可振动膜100间隔开，以面向可振动膜100。检测装置d可包括代替检测传感器s的检测传感器s'，以上方面中的任一方面的检测传感器s和s'不限于设置在检测装置d中的检测传感器，而是可设置在其它检测装置或电子装置中以供使用。