振动传感器、外部环境检测装置制造方法
【专利摘要】一种振动传感器，伴随由外部振动引起的第一基板和第二基板的相对位置变化，驻极体组与电极组的位置关系发生变化，由此，输出外部振动的检测信号。而且，电极组被划分为二个以上的规定相数，按照每个相形成能够生成与外部振动对应的电信号的小电极组，在电极组中，在该电极组中包含的相邻的电极间，根据规定相数设有相位差发生间隔，该相位差发生间隔使由多个小电极组生成的电信号之间分别产生规定的相位差。而且，将作为由外部振动引起的第一基板和第二基板的相对位置变化的结果而由多个小电极组生成的电信号叠加起来形成的信号作为外部振动的检测信号而输出。由此，提供利用驻极体检测外部振动的简便性高的振动传感器。
【专利说明】振动传感器、外部环境检测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测外部振动的振动传感器和检测包含外部振动的环境参数的检测
>J-U ρ?α装直。
【背景技术】 [0002]由于近年来的节能趋势，不依赖于化石燃料等的存在于日常中的环境能量开始被关注。作为环境能量，公知有太阳光、风力等产生的发电能量，但是作为具有不比它们差的能量密度的环境能量，还能够举出存在于日常周围的振动能量。
[0003]而且，开发出了利用该振动能量进行发电的振动发电装置，在该发电装置中广泛利用了能够半永久地保持电荷的驻极体(electret)(例如，参照专利文献I)。在该技术中，在利用驻极体的发电装置中，在两个以上的不同方向上设定为了发电而进行往复运动的可动基板的移动方向。由此，能够有效地将外部振动收集到发电装置，利用该振动进行发电。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开2009-284240号公报
【发明内容】
[0007]发明要解决的问题
[0008]通常，如图7所示，利用以往开发的驻极体的振动发电装置具有构成为能够在保持彼此相对的状态下进行相对移动的一对基板21、25，具有在其一方呈梳齿状地配置有驻极体22和保护电极23，在另一方配置有一对电极26、27的结构。因此，当将外部振动施加于该振动发电装置时，驻极体22相对于一对电极26、27进行相对移动，由此，驻极体22横切多对电极26、27。因此，如图8A、图8B所示，在整流器28后，得到在与外部振动周期对应的发电电压的波形上叠加了与横切的电极数对应的波纹电压的输出。在这样的现有技术中，进行了利用驻极体的振动发电装置的开发。
[0009]这里，振动发电装置的输出电压是发电输出，并且，还是包含外部振动的振动信息的振动检测信号。然而，如上所述，在利用驻极体的振动发电装置中，输出了在与外部振动周期对应的发电电压上叠加有波纹电压的电压，但是，该波纹电压的叠加程度根据由外部振动引起的驻极体与梳齿电极之间的相对移动的大小而变动。因此，无法根据叠加有波纹电压的直接发电的输出电压而立即掌握外部振动的状况，需要进行波纹电压的频率检测、从发电电压中除去波纹电压等各种电气处理。因此，需要用于进行与外部振动有关的处理的器件和用于驱动该器件的电力，在将振动发电装置直接作为振动检测装置进行使用时，不能说简便性优良。
[0010]本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供利用驻极体检测外部振动的简便性高的振动传感器。
[0011]用于解决问题的手段[0012]在本发明中，为了解决上述课题，在利用驻极体的振动传感器中，设置多个生成与外部振动对应的电信号的结构，在由该各结构所生成的电信号之间包含规定的相位差，并且，使包含该规定的相位差的来自各结构的电信号叠加，由此，作为外部振动的检测信号。通过使包含规定的相位差的电信号叠加，能够降低驻极体横切多个电极而产生的波纹电压的影响，并且，能够提高振动传感器的简便性。
[0013]详细地讲，本发明的振动传感器具有:第一基板和第二基板，它们构成为能够在保持彼此相对的同时,通过外部振动进行相对移动；驻极体组,其位于所述第一基板的一个面一侧，由在所述相对移动的方向上排列的多个驻极体构成；以及电极组，其位于所述第二基板的与所述驻极体组相对的面一侧，由在所述相对移动的方向上排列的多个电极构成，伴随由外部振动引起的所述第一基板和所述第二基板的相对位置变化，所述驻极体组与所述电极组的位置关系发生变化，由此输出外部振动的检测信号。而且，所述电极组被划分为二个以上的规定相数，按照每个相形成能够生成与外部振动对应的电信号的小电极组，在所述电极组或所述驻极体组中的任意一方，在该电极组中包含的相邻的电极间或该驻极体组中包含的相邻的驻极体间，根据所述规定相数设有相位差发生间隔，该相位差发生间隔使所述多个小电极组所生成的电信号各自之间分别产生规定的相位差。而且，在本发明的振动传感器中，将作为由外部振动引起的所述第一基板与所述第二基板的相对位置变化的结果而由所述多个小电极组生成的电信号重合起来形成的信号作为外部振动的检测信号而输出。
[0014]本发明的振动传感器利用能够半永久地保持电荷的驻极体的性质,将设于可相对移动的二个基板上的电极组与驻极体组之间的对应于外部振动的电荷容量的变动作为电信号，从电极组进行输出。这里，在上述振动传感器中，通过将电极组划分为二个以上的规定相数而形成有小电极组，通过这些规定相数的小电极组生成利用上述驻极体的性质的与外部振动对应的电信号。另外，本发明的规定相数可以是能够实际提高后述电信号重合的结果得到的外部振动的检测信号的精度的任意的数量，理论上规定相数越多越好，但是，根据振动传感器的实际设计等观点，例如根据来自电极的信号取出垫片(pad)的大小、配置、用于对所取出的信号进行整流的整流器的电力损失等观点，3?6个相左右是妥当的。当然，本发明只要不损害振动传感器的功能，也可以采用更多的相数。
[0015]这里，在上述振动传感器中，在电极组或驻极体组中的任意一方设置相位差发生间隔。该相位差发生间隔被设于电极组的情况下，该相位差发生间隔是在包含于电极组中的一个电极与和该一个电极相邻的电极之间设置的电极间隔，由于存在该相位差发生间隔，在由小电极组生成的与外部振动对应的各个电信号中，成为具有规定的相位差以使各电信号一致的电信号。S卩，通过第一基板与第二基板相对移动，驻极体组依次横切电极组中包含的多个电极而进行移动，该移动反映为由电极组生成的电信号，但是，通过在电极组中设置存在相位差发生间隔的电极间的电极间隔，由各个小电极组生成的电信号间产生时间上的偏移(即相位差)。关于利用该相位差发生间隔的配置而产生的时间上的偏移，在将相位差发生间隔配置为驻极体组中所包含的驻极体彼此的间隔的情况下也是同样的。重要的是，在相对地进行移动的电极组与驻极体组之间，为了在小电极组的生成电信号中产生相位差，在电极组与驻极体组中的任意一方配置相位差发生间隔即可。
[0016]而且，由于存在相位差发生间隔，被施加的外部振动在小电极组中生成包含相应的相位差的电信号。在本发明的振动传感器中，使该电信号叠加而作为外部振动的检测信号而输出。各小电极组产生的电信号是以依照外部振动频率的频率为基础，并叠加了通过包含于驻极体组中的驻极体横切包含于电极组中的电极而发生的波纹电压信号后的电信号。然而，各电极组产生的电信号分别包含有由相位差发生间隔引起的相位差，因此，将这些电信号叠加，由于相位差的存在，也能够避免波纹电压信号的叠加，或者局部地使波纹电压信号的叠加，结果为，能够缓和波纹电压信号对于依照外部振动的基础信号的影响程度。因此，如上所述，叠加而形成的信号缓和了在利用驻极体的外部振动的检测中现有技术无法解决的波纹电压的影响，通过将该信号作为外部振动的检测信号进行利用，能够提高振动传感器的简便性。
[0017]另外，如上所述，小电极组的生成电信号中所包含的规定的相位差是缓和波纹电压信号对于依照外部振动的基础信号的影响程度的重要要素，在实际的振动传感器中，根据电极、驻极体的具体构造和大小等，以使得上述缓和效果变得显著的方式适当设定相位差发生间隔即可。这里，举出关于产生该规定相位差的相位差发生间隔的具体结构的一例。例如，在上述的振动传感器中，将所述驻极体组和所述电极组中的一方设为该组中包含的电极间的间隔或驻极体间的间隔固定的均等配置组，将所述驻极体组和所述电极组中的另一方设为，在该组中包含的电极或驻极体的配置中包含所述相位差发生间隔的非均等配置组。该情况下，可以将所述均等配置组中的相邻电极间的间隔或相邻驻极体间的间隔设定为，与所述非均等配置组中的所述相位差发生间隔以外的、电极间的间隔或相邻驻极体间的间隔大致相同。在这样构成的振动传感器中，使上述相位差发生间隔存在于驻极体组中所包含的驻极体彼此的间隔和电极组中所包含的电极彼此的间隔中，由此，能够使由小电极组生成的与规定相数对应的电信号中包含用于缓和上述波纹电压信号的影响的规定的相位差，并且能够使这些电信号叠加而形成外部振动的检测信号。
[0018]这里，在上述的振动传感器中，在设所述电极的宽度或所述驻极体的宽度为W，所述非均等配置组中的该相位差发生间隔以外的、电极间的间隔或相邻的驻极体间的间隔为A，所述规定相数为N的情况下，所述相位差发生间隔Al也可以由Al = A土(W+A) /N的式子表示。该情况下，能够使由小电极组生成的各个电信号中平均地包含规定的相位差，能够使叠加而形成的外部振动的检测信号不易受到特定的小电极组的生成电信号的影响。
[0019]这里，更详细地对以上所述的振动传感器中的相位差发生间隔的配置进行说明。作为该配置的一例，在以上所述的振动传感器中也可以采用如下结构:在所述第二基板上，所述规定相数的小电极组分别按照该小电极组在所述相对移动的方向上依次排列，相邻的该小电极组之间的电极间隔被设定为所述相位差发生间隔。在这样的结构中，在驻极体组侧不设置相位差发生间隔，将一个小电极组与和其相邻的小电极组之间的电极间隔设为相位差发生间隔，由此，由各个小电极组生成的电信号中包含规定的相位差。
[0020]此外，作为在电极组侧配置相位差发生间隔的另一例，在以上所述的振动传感器中也可以采用如下结构:在所述第二基板上，所述规定相数的小电极组分别按照该小电极组在与所述相对移动的方向不同的方向上以小电极组彼此不叠加的方式排列，而且，在所述规定相数的小电极组中的排列方向上相邻的该小电极组的、在所述相对移动方向上的电极间隔被设定为所述相位差发生间隔。即，即使将规定相数的小电极组在与相对移动方向不同的方向上排列，只要能够沿着相对移动方向将小电极组彼此的电极间隔设定为相位差发生间隔，如以上所述的例子相同，也能够使由于外部振动而在小电极组中生成的电信号中包含规定的相位差，通过使各个生成电信号叠加，能够缓和波纹电压的影响。另外，作为与上述相对移动方向不同的方向，只要能够配置各小电极组并且设定相位差发生间隔即可，能够采用与相对移动方向不重合的任意的方向(例如，与相对移动方向垂直的方向
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[0021]关于在电极组侧的相位差发生间隔的配置，能够采用上述的结构，但也能够采用上述结构以外的结构。即，考虑振动传感器的实用性等，只要能够在按照规定相数划分的电极组中生成包含规定的相位差的与外部振动对应的电信号，则能够采用各种相位差发生间隔的配置结构。
[0022]接着，对在驻极体组侧配置相位差发生间隔的例子进行说明。例如，在以上所述的振动传感器中能够采用如下的结构:将所述驻极体组被划分为所述规定相数，形成小驻极体组，然后，在所述第一基板上，将各个所述小驻极体组按照该小驻极体组在所述相对移动的方向上依次排列，将相邻的该小驻极体组之间的驻极体间隔设定为所述相位差发生间隔。如上所述，这样构成的小驻极体组，通过相位差发生间隔而作为能够在构造上进行区分的驻极体的汇总。而且，在采用该结构的振动传感器中，在驻极体组中，隔着相位差发生间隔将小驻极体组沿着相对移动方向依次排列，由此，在与驻极体组相对配置的小电极组产生的电信号中包含规定的相位差。
[0023]这里，能够从与以上所述的振动传感器不同的侧面得到本发明。即，在以上所述的振动传感器中，通过在电极组或驻极体组中的任意一方配置相位差发生间隔，由此使小电极组的生成电信号中包含规 的相位差，但是也可以并非如此，而是使振动传感器采用具备规定相数的具有电极组和驻极体组的振动检测单元的结构，而且，以使来自各振动检测单元的输出信号包含规定的相位差的方式，调整各振动检测单元中的电极组与驻极体组的相对位置关系。由此，通过使来自各振动检测单元的输出信号重合，能够形成外部振动的检测信号，该结构有助于提高振动传感器的简便性。
[0024]更详细地讲，本发明的振动传感器具有规定相数的振动检测单元，该振动检测单元具有:第一基板和第二基板，它们构成为能够在保持彼此相对的同时，通过外部振动进行相对移动；驻极体组，其位于所述第一基板的一个面一侧，由在所述相对移动的方向上排列的多个驻极体构成；以及电极组，其位于所述第二基板的与所述驻极体组相对的面一侧，由在所述相对移动的方向上排列的多个电极构成，伴随由外部振动引起的所述第一基板和所述第二基板的相对位置变化，所述驻极体组和所述电极组的位置关系发生变化，由此，该振动检测单元输出与外部振动对应的电信号。而且，在该振动检测单元之间，在各振动检测单元具有的所述驻极体组和所述电极组的相对位置关系中，设定了沿着所述相对移动的方向的规定的位置偏移，以使得当对所述规定相数的振动检测单元施加同一外部振动时，从该规定相数的振动检测单元分别输出的电信号之间产生规定的相位差，将作为对所述振动传感器施加外部振动的结果而从所述规定相数的振动检测单元分别输出的电信号叠加起来形成的信号作为外部振动的检测信号而输出。
[0025]这里，还能够得到包含以上所述的振动传感器的外部环境检测装置作为本发明。该外部环境检测装置是用于检测与至少包含外部振动的外部环境有关的参数的装置，详细地讲，外部环境检测装置包含以上所述的振动传感器，所述振动传感器还作为将所述外部振动的检测信号作为发电输出而进行发电的振动发电装置发挥功能，该外部环境检测具有:蓄电部，其对所述振动传感器产生的发电电力进行蓄积；以及处理部，其进行与由所述振动传感器输出的所述外部振动的检测信号有关的信号处理。即，本发明的振动传感器除了外部振动的检测以外，还作为产生被蓄电部蓄积并为了处理部的信号处理而使用的电力的发电装置而发挥功能。具有这样的结构的外部环境检测装置除了外部振动的检测以外，还能够通过装置自身提供所检测到的外部信号的信号处理所需要的电力。因此，不需要来自外部的电力供给，能够将外部环境检测装置用于广泛的用途。
[0026]进而，也可以是，在上述外部环境检测装置中，还具有对外部振动以外的规定的环境参数进行检测的环境参数传感器，所述处理部利用所述蓄电部中蓄积的电力，进行所述环境参数传感器的驱动和/或与该环境参数传感器的检测信号有关的信号处理。通过这样的结构，针对外部振动以外的环境参数，也能够不依赖来自外部的供给电力而实现其检测和/或其信号处理。
[0027]发明的效果
[0028]能够提供利用驻极体检测外部振动的简便性高的振动传感器。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是示出本发明的第一实施例的振动传感器的概略结构的图。
[0030]图2A是对通过图1所示的振动传感器的各小电极组生成的电信号进行比较而示出的图。
[0031]图2B是示出使图2A所示的电信号叠加后的信号的图。
[0032]图3是示出本发明的第二实施例的振动传感器的概略结构的图。
[0033]图4A是示出本发明的第三实施例的振动传感器的概略结构的第一图。
[0034]图4B是示出本发明的第三实施例的振动传感器的概略结构的第二图。
[0035]图5是示出包含本发明的振动传感器、利用检测振动等环境参数的外部环境检测装置的可实现信息收集的系统的概略结构的图。
[0036]图6是将由图5所示的外部环境检测装置发挥的功能图像化后的功能框图。
[0037]图7是示出现有例的振动传感器的概略结构的图。
[0038]图8A是示出图7所示的振动传感器产生的外部振动的检测信号的第一图。
[0039]图SB是示出图7所示的振动传感器产生的外部振动的检测信号的第二图。
【具体实施方式】
[0040]以下参照附图对本发明的振动传感器10进行说明。另外，以下的实施方式的结构仅是例示，本发明不限于该实施方式的结构。
[0041]实施例1
[0042]图1示出本发明的振动传感器10的概略结构。另外，图1是用纵截面、即ZX平面切断振动传感器10后的截面图。振动传感器10具有收纳在未图示的壳体内部的第一基板I和第二基板5。第一基板I和第二基板5构成为能够在保持彼此相对的状态下，相对地进行移动。而且，在本实施例中，第二基板5被固定在壳体上。与此相对，第一基板I的两端分别通过弹簧与壳体连接，因此第一基板I本身构成为能够通过外部振动而相对于壳体移动(振动)。
[0043]另外，第一基板I和第二基板5构成为，能够在保持彼此相对的状态并且彼此平行的状态下，即在将相对的面的间隔保持为固定的状态下，相对地进行移动。由此，如后所述，由于第一基板I侧的驻极体2的作用，能够在第二基板5侧的一对电极6、7中生成电信号。该电信号的生成原理是现有技术，因此在本说明书中省略其详细的说明。此外，虽然保持第一基板I与第二基板5之间的间隔的结构，即用于维持两者的圆滑的相对移动的结构对于提高上述电信号的生成性能是极其重要的，但是，由于其从偏离了本申请发明的核心，因此在本说明书中不予提及。
[0044]这里，对第一基板I侧的构造进行说明。在第一基板I的与第二基板5相对的面一侧，以沿着第一基板I和第二基板5的相对的移动方向(图中的振动方向)交替排列的方式，配置有分别形成于导电体上的多个驻极体2和均未接地的多个保护电极4。该多个驻极体2相当于本发明的驻极体组。该多个驻极体2和多个保护电极4分别形成为梳状，各个驻极体2和各个保护电极4被配置成嵌套状，如上所述，图1是ZX截面图，因此，图示成驻极体2和保护电极4被交替地配置。在本实施方式中，驻极体2构成为半永久地保持负电荷。这样，在交替排列驻极体2和保护电极4的配置中，将相对移动方向上的驻极体2的宽度(以下，简称为“驻极体2的宽度”)和同样在相对移动方向上的保护电极4的宽度(以下，简称为“保护电极4的宽度”)均设为W，将相邻的驻极体2和保护电极4在相对移动方向上的间隔(以下，简称为“驻极体2与保护电极4的间隔”)设为a。
[0045]另外，关于保护电极4，在本实施例中如上所述采用了不使其接地的结构，但是也可以并非如此而采用使其接地的结构。通过使保护电极4接地，由此能够通过后述的第一电极6和第二电极7取出与外部振动对应的电信号作为以OV为中心的稳定的信号，因此，对于稳定的外部振动的检测是有用的。
[0046]接着，对第二基板5侧的构造进行说明。在第二基板5的与第一基板I相对的面侦1J,形成有将一对电极(称为第I电极6和第一电极7)作为一组的一组或多组电极构成的每个相的小电极组。另外，在本实施例中，将决定小电极组的数量的相数设为3，分别称为A相、B相、C相，并且，针对第一电极6和第二电极7，在明示它们所属的相的情况下，在参照号码(6、7)后附加表示相的A、B、C(关于这样伴随相的参照号码的记载，后述的整流器11等也相同)。此外，在图1中，为了便于说明，将一个小电极组中包含的第一电极6和第二电极7的组数设为1，沿着相对移动方向，按照A相、B相、C相的顺序重复配置小电极组。
[0047]在本实施例中，由于具有多个驻极体2的第一基板I相对于第二基板5的相对位置变动，在每个小电极组中生成与该相对的位置变动(振动)对应的电信号，分别独立地通过整流器对该电信号进行整流。具体而言，将在属于A相的小电极组(第一电极6A和第二电极7A)中生成的电信号送到整流器11A。此外，与其并行地，将在属于B相的小电极组(第一电极6B和第二电极7B)中生成的电信号送到整流器11B,将在属于C相的小电极组(第一电极6C和第二电极7C)中生成的电信号送到整流器11C。然后，将通过各整流器后的电信号P1、P2、P3叠加而成为输出P。
[0048]这样，在第二基板5上依次排列与各相对应的小电极组的配置中，将相对移动方向上的第一电极6和第二电极7的宽度(以下，简称为“电极宽度”)与上述驻极体2的宽度同样地设为W。此外,将与各相对应的一个小电极组内的第一电极6和第二电极7在相对移动方向上的间隔(以下，简称为“小电极组内的电极间隔”)与上述驻极体2和保护电极4之间的间隔同样地设为a。另一方面，与一个相对应的小电极组和与其相邻的小电极组之间的相对移动方向上的电极间隔(例如，是与A相对应的小电极组的第二电极7A和与B相对应的小电极组的第一电极6B之间的电极间隔，以下将该电极间隔称作“小电极组彼此的电极间隔”)与上述小电极组内的电极间隔a不同，设为a+Λ。S卩，相与相之间的电极被设定为与相内的电极间隔不同。
[0049]而且，在上述小电极组彼此的电极间隔a+Λ中，Λ由下式决定。
[0050]Δ = (w+a) / η
[0051]η:相数(本实施例的情况下为3)
[0052]这样，通过设定小电极组彼此的电极间隔，当由于外部振动而使第一基板I相对于第二基板5进行了相对移动时，能够使在各小电极组中生成的电信号之间包含规定的相位差(时间延迟)。即，在第一基板I侧，与小电极组所属的相无关，在哪个驻极体2与保护电极4之间的间隔都是固定的a，但是，在第二基板侧，小电极组内的电极间隔与小电极组彼此的电极间隔不同，由此，当驻极体2横切该小电极组彼此的电极间隔a+Λ时，与a+Λ和a的差分即Λ对应的相位差被反映到由各小电极组生成的电信号中，图2Α中示出其一例。图2Α的上段是与A相对应的第一电极6Α和第二电极7Α之间的生成电信号Pl,中段是与B相对应的第一电极6Β和第二电极7Β之间的生成电信号Ρ2,上段是与C相对应的第一电极6C和第二电极7C之间的生成电信号Ρ3。通过如上述那样决定Λ，能够使A相的生成电信号和B相的生成电信号之间的相位差与B相的生成电信号和C相的生成电信号之间的相位差大概相等。
[0053]然后，如图1所示，本发明的振动传感器10将生成电信号Pl?Ρ3叠加，成为作为外部振动的检测信号的输出P。图2Β中示出该叠加而生成的检测信号P。在图2Α所示的状态下波纹电压的影响较大，这样使以分别包含相位差的方式调整的各小电极组中的生成电信号叠加，由此，能够缓和该波纹电压的影响，能够形成表示与外部振动的运动极其接近的基本振动的检测信号。这样，通过输出与外部振动的运动极其接近的信号，能够不经由与波纹电压有关的信号处理，即能够直接检测外部振动，因此，能够提高作为检测外部振动的振动传感器的简便性。
[0054]另外，图1所示的小电极组彼此的电极间隔a+Λ相当于本发明的相位差发生间隔，但是，也可以将该间隔设于第一基板I侧，而并非第二基板5侧。该情况下，在第二基板5上，将全部的电极间隔相等地设定为a，并且，在第一基板I上，根据相数来设置用于区分相当于上述小电极组的驻极体2的小组的间隔，作为相位差发生间隔，将该间隔的大小设为a+Λ即可。此外，在上述的例中，将作为相位差发生间隔的小电极组彼此的电极间隔设定为了 a+Λ，但是，也可以并非设定为a+Λ而是设定为a_Λ。即使这样设定，如图2A所示，也能够使相间的生成电信号的相位差大概相等。
[0055]实施例2
[0056]根据图3对本发明的振动传感器10的第二实施例进行说明。另外，图3是示出振动传感器10的第二基板5侧的小电极组(第一电极6和第二电极7)的、在XY平面上的配置的图(另外，在图3中省略了第一基板I侧的结构)。因此，在图3中，能够确认在各小电极组中包含的第一电极6和第二电极7的梳状的形状。这里，在上述第一实施例中，如图1所示，沿着第一基板I和第二基板5的相对移动方向，按照每个相依次配置小电极组，而且，将小电极组与小电极组之间的电极间隔设定为本发明的相位差发生间隔。这样，在第一实施例采用了沿着相对移动方向配置小电极组的结构，但是，该第二实施例采用如下结构:将小电极组在与该相对移动方向不同的方向、具体而言为与其垂直的方向(Y方向)排列。
[0057]具体而言，如图3所示，与A相对应的第一电极6A和第二电极7A交替地在X方向上排列，与B相对应的第一电极6B和第二电极7B交替地在X方向上排列，与C相对应的第一电极6C和第二电极7C交替地在X方向上排列。而且，各相的由第一电极6和第二电极7构成的小电极组在Y方向上排列。另外在，各小电极组中，电极的大小、形状、电极间隔(相对移动方向的间隔)相同。也就是说，在第二实施例中，第二基板5侧的电极配置被二维地展开。相对于进行了这样的电极配置的第二基板5，第一基板I的驻极体2等的配置基本上与图1所示的结构相同，被配置成覆盖第二基板5侧的三个相的小电极组。
[0058]这里，在与A相对应的小电极组和与B相对应的小电极组之间，沿着相对移动方向设定了 △的偏移，此外，在与B相对应的小电极组和与C相对应的小电极组之间，沿着相对移动方向设定了 Λ的偏移。该Λ的定义与第一实施例中所示的定义相同。通过采用这样的结构，当通过外部振动使第一基板I相对于第二基板5进行了相对移动时，由于存在Δ的偏移，能够使通过与各相对应的小电极组生成的电信号中包含规定的相位差(参照图2Α)。然后，如图2Β所示，通过使由各小电极组生成的电信号重合，能够输出缓和了波纹电压的影响后的外部振动的检测信号。这样，第二实施例所示的振动传感器10的结构也具有与本发明的相位差发生间隔相当的△的偏移，该结构与第一实施例同样，有助于提闻振动传感器的简便性。 [0059]实施例3
[0060]根据图4Α和图4Β来说明本发明的振动传感器10的第三实施例。图4Α是示出本发明的振动传感器15的概略结构的图，振动传感器15通过使来自与A相、B相、C相对应的振动检测单元16A、16B、16C的生成信号叠加，来输出外部振动的检测信号。另外，在本实施例中，在各相中分别配置有4个振动检测单元16。
[0061]这里,本实施例的振动检测单元16自身基本上具有与图7所示的现有技术相同的驻极体2的配置和第一电极6、第二电极7的配置结构(参照图4B。其中，图4B是为了能够理解每个相的振动检测单元的不同，以第一基板I为基准按照每个相对第二基板5进行比较的图)。因此，在单一的振动检测单元16中，驻极体2的宽度、保护电极4的宽度、第一电极6和第二电极7的宽度均设为相同的W。进而，驻极体2与保护电极4的间隔、第一电极6与第二电极7的电极间隔均设为相同的a。
[0062]然而，在本实施例中，在振动检测单元之间，在各振动检测单元具有的所述驻极体2与第一电极6、第二电极7的相对位置关系中，沿着相对移动方向设定了规定的位置偏移。即，如图4B所示，当以与A相对应的振动检测单元16A的第一基板I上的驻极体2和第二基板5上的第一电极6、第二电极7的相对位置关系作为基准时,在与B相对应的振动检测单兀16B中,第二基板5上的第一电极6、第二电极7相对于第一基板I上的驻极体2在相对移动方向上位置偏移了 Δ ,在与C相对应的振动检测单兀16C中，第二基板5上的第一电极6、第二电极7相对于第一基板I上的驻极体2在相对移动方向上位置偏移了 2 Δ。另外，该△的定义与第一实施例中所示的定义相同。[0063]这样，在与各相对应的振动检测单元之间，通过使第二基板5上的第一电极6、第二电极7相对于第一基板I上的驻极体2在相对移动方向上的位置错开，在被施加外部振动时，能够使由与各相对应的振动检测单元生成的电信号中包含如图2A所示的相位差。当被施加外部振动时，使与各相对应的振动检测单元的第一基板I不区分相而同样地振动。但是，由于按照每个相设定了上述位置偏移，因此，结果是，在与各相对应的振动检测单元中生成包含如图2A所示的相位差的电信号。然后，如图4A所示，通过使各相的电信号叠加，能够输出缓和了波纹电压的影响后的外部振动的检测信号。这样，第三实施例所示的振动传感器15的结构也与第一实施例同样，有助于提高振动传感器的简便性。
[0064]实施例4
[0065]这里，以上所述的本发明的振动传感器具有能够可靠地检测外部振动的检测的结构，但是，另一方面，还能够利用因外部振动而发生的电信号作为发电输出，即将该振动传感器作为基于外部振动的发电装置而利用。另外，由于以往已经开发出利用驻极体并通过外部振动而进行发电的技术，因此省略与该发电有关的详细记载。
[0066]这里，图5示出了利用包含本发明的振动传感器的外部环境检测装置100的桥梁50的管理系统的概略结构。由于桥梁在经过长时间使用后强度等性能会劣化，因此，需要及时掌握桥梁50的性能变化。例如，与由于地震或反复通过大型车辆等而产生的桥梁50的劣化的进展对应地，与桥梁50的振动有关的振幅(振动位移)和振动频率发生变化。因此，在桥梁50上设置多个包含上述振动传感器的外部环境装置100。该外部环境检测装置100通过振动传感器10、15检测与桥梁50的振动有关的信息，并且，具有用于检测桥梁50的加速度作为其他的环境参数的加速度传感器。然后，将由振动传感器10等检测到的环境参数通过无线方式发送到基站150。该基站150与因特网160连接，将与接收到的环境参数有关的信息经由因特网160发送到服务器200。
[0067]该服务器200利用所取得的环境参数进行与桥梁50的性能有关的处理，针对桥梁50处于怎样的状态(例如，强度的降低程度等)进行判断等。此外，服务器200还可以从与因特网160连接的数据服务器170、180等取得该判断所需要的其的信息(桥梁50所在的地域的气象数据和桥梁50的交通荷重数据等)。
[0068]这里，在图6中示出将外部环境检测装置100所发挥的功能图像化而表示的功能模块。当然，外部环境检测装置100也可以具有图6所示的功能部以外的功能部。外部环境检测装置100大致具有振动传感器、加速度传感器、发送单元。而且，在振动传感器内形成蓄电部101、振动检测部102、处理部103。蓄电部101蓄积在振动传感器作为发电装置发挥功能时得到的发电电力。振动检测部102是如上所述当振动传感器10、15作为检测外部振动的装置发挥功能时的、用于检测其外部振动的功能部。处理部103是根据需要进行由振动检测部102检测到的外部振动的信息的处理的功能部。另外，在该处理部103的驱动中使用在蓄电部101中蓄积的电力。
[0069]接着，在加速度传感器内形成加速度检测部111和处理部112。加速度检测部111是用于检测与桥梁50有关的加速度的信息的功能部。关于加速度的检测，是众所周知的，因此在本说明书中省略说明。处理部112是根据需要进行由加速度检测部111检测到的加速度的信息的处理的功能部。另外，在加速度检测部111的驱动和处理部112的驱动中能够使用在蓄电部101中蓄积的电力。[0070]接着，在发送单元内形成发送部121，并且在单元内设有发送用电池122。发送部121是暂时存储振动检测部102和加速度检测部111的检测数据、处理部103和处理部112的处理结果，并将它们发送到基站150的功能部。另外，为了将数据通过无线方式发送到基站150，需要相应的电力，因此，不使用蓄电部101的蓄积电力，而从发送用电池122接收电力作为发送电力。
[0071]这样，在外部环境检测装置100中，通过利用本发明的振动传感器，通过振动传感器自身的发电电力进行桥梁50的振动检测、加速度检测以及与其关联的数据处理，因此，关于环境参数的检测，实质上可以说是无电源实现。其结果，能够简便地检测桥梁50的振动，并且，能够降低环境参数检测用的电池更换频度。
[0072]另外，在上述实施例中，从发送用电池122接收供电作为发送部121的发送电力，但是，也可以利用在振动传感器作为发电装置发挥功能时得到的发电电力、即蓄电部101中蓄积的电力，将数据通过无线方式发送到基站150。该情况下，只要蓄电部101中蓄电量足够，就能够省略发送用电池122本身，并且，作为其他方法，也可以设置发送用电池122并将蓄电部101用作其辅助电源。
[0073]标号说明
[0074]1:第一基板
[0075]2:驻极体
[0076]4:保护电极
[0077]5:第二基板
[0078]6:第一电极
[0079]7:第二电极
[0080]10:振动传感器
[0081]11:整流器
[0082]15:振动传感器
[0083]16:振动检测单元
【权利要求】
1.一种振动传感器,其具有: 第一基板和第二基板，它们构成为能够在保持彼此相对的状态的同时，通过外部振动进行相对移动； 驻极体组，其位于所述第一基板的一个面一侧，由在所述相对移动的方向上排列的多个驻极体构成；以及 电极组，其位于所述第二基板的与所述驻极体组相对的面一侧，由在所述相对移动的方向上排列的多个电极构成， 伴随由外部振动引起的所述第一基板和所述第二基板的相对位置变化，所述驻极体组与所述电极组的位置关系发生变化，由此输出外部振动的检测信号， 所述电极组被划分为二个以上的规定相数，按照每个相形成能够生成与外部振动对应的电信号的小电极组， 在所述电极组或所述驻极体组中的任意一方，在该电极组中包含的相邻的电极间或该驻极体组中包含的相邻的驻极体间，根据所述规定相数设有相位差发生间隔，该相位差发生间隔使所述多个小电极组所生成的电信号各自之间产生规定的相位差， 将作为由外部振动引起的所述第一基板与所述第二基板的相对位置变化的结果而由所述多个小电极组生成的电信号叠加起来形成的信号作为外部振动的检测信号而输出。
2.根据权利要求1所述的振动传感器,其中， 所述驻极体组和所述电极组中的一方被设为该组中包含的电极间的间隔或驻极体间的间隔固定的均等配置组， 所述驻极体组和所述电极组中的另一方被设为在该组中包含的电极或驻极体的配置中包含所述相位差发生间隔的非均等配置组， 所述均等配置组中的相邻电极间的间隔或相邻驻极体间的间隔被设定为，与所述非均等配置组中的所述相位差发生间隔以外的、电极间的间隔或相邻的驻极体间的间隔大致相同。
3.根据权利要求2所述的振动传感器，其中， 在设所述电极的宽度或所述驻极体的宽度为W，所述非均等配置组中的该相位差发生间隔以外的、电极间的间隔或相邻的驻极体间的间隔为A，所述规定相数为N的情况下，所述相位差发生间隔Al由下式表示:
Al = A土(W+A)/N。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的振动传感器，其中， 在所述第二基板上，所述规定相数的小电极组分别按照该小电极组在所述相对移动的方向上依次排列，相邻的该小电极组之间的电极间隔被设定为所述相位差发生间隔。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的振动传感器，其中， 在所述第二基板上，所述规定相数的小电极组分别按照该小电极组在与所述相对移动的方向不同的方向上以小电极组彼此不重叠的方式排列， 所述规定相数的小电极组中的在排列方向上相邻的该小电极组的、在所述相对移动方向上的电极间 隔被设定为所述相位差发生间隔。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的振动传感器，其中， 所述驻极体组被划分为所述规定相数，形成小驻极体组，在所述第一基板上，所述小驻极体组分别按照该小驻极体组在所述相对移动的方向上依次排列，相邻的该小驻极体组之间的驻极体间隔被设定为所述相位差发生间隔。
7.一种振动传感器，其包含规定相数的振动检测单元，该振动检测单元具有: 第一基板和第二基板，它们构成为能够在保持彼此相对的状态的同时，通过外部振动进行相对移动； 驻极体组，其位于所述第一基板的一个面一侧，由在所述相对移动的方向上排列的多个驻极体构成；以及 电极组，其位于所述第二基板的与所述驻极体组相对的面一侧，由在所述相对移动的方向上排列的多个电极构成， 伴随由外部振动引起的所述第一基板和所述第二基板的相对位置变化，所述驻极体组与所述电极组的位置关系发生变化，由此，该振动检测单元输出与外部振动对应的电信号，在该振动检测单元之间，在各振动检测单元具有的所述驻极体组和所述电极组的相对位置关系中，设定了沿着所述相对移动的方向的规定的位置偏移，以使得当对所述规定相数的振动检测单元施加同一外部振动时，从该规定相数的振动检测单元分别输出的电信号之间产生规定的相位差， 将作为对所述振动传感器施加了外部振动的结果而从所述规定相数的振动检测单元分别输出的电信号叠加起来形成的信号作为外部振动的检测信号而输出。
8.—种外部环境检测装置，其包含权利要求1至7中的任意一项所述的振动传感器， 所述振动传感器作为将所述外部振动的检测信号作为发电输出而进行发电的振动发电装置发挥功能， 该外部环境检测装置具有: 蓄电部，其对所述振动传感器产生的发电电力进行蓄积；以及 处理部，其进行与由所述振动传感器输出的所述外部振动的检测信号有关的信号处理。
9.根据权利要求8所述的外部环境检测装置，其中， 所述外部环境检测装置还具有对外部振动以外的规定的环境参数进行检测的环境参数传感器， 所述处理部利用所述蓄电部中蓄积的电力，进行所述环境参数传感器的驱动和/或与该环境参数传感器的检测信号有关的信号处理。
【文档编号】H04R11/04GK103988061SQ201280061353
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2012年8月16日 优先权日:2012年1月10日
【发明者】正木达章, 横山徹, 松浦圭记 申请人:欧姆龙 株式会社