DE10150505A1 - Beschleunigungssensor - Google Patents

Abstract

Ein Beschleunigungssensor umfaßt ein Beschleunigungserfassungselement vom bimorphen Typ, das ein Paar von Oberflächenwellenresonatoren umfaßt, die zusammenlaminiert sind, wobei die hintere Oberfläche des einen Resonators mit der hinteren Oberfläche des anderen Resonators verbunden ist. Jeder Resonator umfaßt ein piezoelektrisches Substrat und ein Paar von IDT-Elektroden, die auf der vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats angeordnet sind. Das Beschleunigungserfassungselement ist an dem Ende desselben gehalten, so daß das Beschleunigungserfassungselement in der Dickenrichtung bei einer Beschleunigung abgelenkt wird. Die Beschleunigung wird durch Erfassen einer Differenz zwischen Frequenzänderungen der zwei Oberflächenwellenresonatoren oder einer Differenz zwischen Impedanzänderungen der zwei Oberflächenwellenresonatoren, die bei einer Beschleunigung stattfindet, erfaßt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Beschleunigungs­ sensoren und insbesondere auf einen Beschleunigungssensor, der ein Oberflächenwellenbauelement (SAW-Bauelement; SAW = Surface Acoustic Wave = akustische Oberflächenwelle) ver­ wendet.

Die japanische geprüfte Patentanmeldung mit der Veröffent­ lichungsnummer 4-79419 offenbart einen Beschleunigungssen­ sor, der ein SAW-Bauelement verwendet. Dieser Beschleuni­ gungssensor umfaßt ein Oberflächenwellenbauelement mit In­ terdigital-Elektroden (IDT-Elektroden) umfaßt, die auf den Oberflächen eines piezoelektrischen Substrats angeordnet sind. Der Beschleunigungssensor verwendet als Einrichtung zum Anlegen einer Last an das Bauelement bei einer Be­ schleunigung ein 4-Punkt-Trägersystem, das an beiden Enden desselben gehalten ist, wobei eine Beschleunigungserzeu­ gungsmasse in der Nähe der Enden desselben angebracht ist.

Das Oberflächenwellenbauelement ist an beiden Enden in ei­ nem Gehäuse gehalten. Wenn jedoch das Gehäuse und das Ober­ flächenwellenbauelement einer thermischen Ausdehnung unter­ zogen werden, wird eine Belastung in dem Oberflächenwellen­ bauelement aufgrund einer Differenz zwischen den thermi­ schen Ausdehnungskoeffizienten derselben erzeugt. Die Reso­ nanzfrequenz des Oberflächenwellenbauelements variiert an­ sprechend auf Faktoren, die keine Beschleunigung sind, bei­ spielsweise auf eine Änderung der Charakteristika des Ober­ flächenwellenbauelements aufgrund einer Änderung der Tempe­ ratur des Oberflächenwellenbauelements selbst. Diese Fakto­ ren stellen eine Schwierigkeit beim Erfassen einer Be­ schleunigung mit ausreichender Genauigkeit dar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Beschleunigungssensor mit hoher Genauigkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Beschleunigungssensor nach Patentanspruch 1, 2, 3 oder 4 gelöst.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der erfindungsgemäße Beschleunigungssensor frei von anderen Faktoren als einer Beschleunigung, wie z. B. Temperaturän­ derungen, ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beschleu­ nigungssensor und umfaßt ein Beschleunigungserfassungsele­ ment vom bimorphen Typ, das ein Paar von Oberflächenwellen­ resonatoren umfaßt, die miteinander gekoppelt sind, wobei die hintere Oberfläche eines Resonators mit der hinteren Oberfläche des anderen Resonators verbunden ist. Jeder Re­ sonator umfaßt ein piezoelektrisches Substrat und ein Paar von IDT-Elektroden, die auf der vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats angeordnet sind. Das Beschleu­ nigungserfassungselement wird an einem Ende desselben der­ art gehalten, daß das Beschleunigungserfassungselement bei einer Beschleunigung in der Dickenrichtung des piezoelek­ trischen Substrats ausgelenkt wird. Eine Beschleunigung wird durch eine Differenzerfassung einer Frequenzänderung oder einer Impedanzänderung der zwei Oberflächenwellenreso­ natoren erfaßt, die durch die Ablenkung des Beschleuni­ gungserfassungselements bewirkt wird.

Der Beschleunigungssensor hat eine bimorphe Struktur, bei der die zwei Oberflächenwellenresonatoren miteinander ge­ koppelt sind, wobei die hintere Oberfläche des einen Reso­ nators mit der hinteren Oberfläche des anderen Resonators verbunden ist. Wenn eine Beschleunigung in der Dickenrich­ tung des Beschleunigungserfassungselements wirkt, wird das Beschleunigungserfassungselement in der Dickenrichtung ab­ gelenkt. Wenn das Beschleunigungserfassungselement abge­ lenkt wird, wird eine Zugspannung in dem einen Oberflächen­ wellenresonator erzeugt, während eine Druckspannung in dem anderen Oberflächenwellenresonator erzeugt wird. Der Ober­ flächenwellenresonator erzeugt eine akustische Oberflächen­ welle (SAW) in dem piezoelektrischen Substrat, wobei ein Signal zwischen dem Paar von IDT-Elektroden eingegeben wird. Der Resonator hat eine vorbestimmte Resonanzimpedanz zwischen dem Paar von Elektroden. Die akustische Oberflä­ chenwelle breitet sich nur auf der Oberfläche des piezo­ elektrischen Substrats aus, während sie auf ihrem Weg in der Richtung der Dicke des Substrats unmittelbar gedämpft wird. Fast keine Oberflächenwelle breitet sich auf der hin­ teren Oberfläche des Substrats aus, auf der keine Elektro­ den angeordnet sind. Selbst wenn die zwei Oberflächenwel­ lenresonatoren laminiert sind, wobei die hintere Oberfläche des einen Resonators mit der hinteren Oberfläche des ande­ ren Resonators verbunden ist, sind die Schwingungen der zwei Resonatoren voneinander getrennt. Jeder Resonator ist in Resonanz bei seiner eigenen Eigenfrequenz. Die Frequenz des Oberflächenwellenresonators auf der Seite der Zugspan­ nung wird niedrig, während die Frequenz des Oberflächenwel­ lenresonators auf der Seite der Druckspannung hoch wird. Die Beschleunigung wird somit mit hohem Gewinn erfaßt, wenn die Frequenzänderungen der zwei Resonatoren oder die Impe­ danzänderungen der zwei Resonatoren differenzmäßig aufge­ nommen werden.

Da die Frequenzdifferenz oder die Impedanzdifferenz erfaßt wird, und nicht die Frequenzänderungen der zwei Resonatoren oder die Impedanzänderungen der zwei Resonatoren einzeln aufgenommen werden, heben sich Spannungen, die gemeinsam auf die beiden Oberflächenwellenresonatoren wirken (eine Spannung aufgrund einer Temperaturänderung beispielsweise) gegeneinander auf. Ein Beschleunigungssensor mit hohem Ge­ winn, der frei von Auswirkungen der Temperaturänderungen ist, wird somit geschaffen.

Wenn die Oberflächenwellenresonatoren verbunden werden, kann ein Haftmittel, das im ausgehärteten Zustand desselben hart ist, verwendet werden. Alternativ kann ein Haftmittel, das einen bestimmten Grad an Weichheit (Elastizität) in dem ausgehärteten Zustand desselben hat, verwendet werden. Die akustische Oberflächenwelle breitet sich nach innen aus, während sie gleichzeitig gedämpft wird. Um zu verhindern, daß sich die Schwingungen auf der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche gegenseitig stören, wird eine be­ stimmte Dicke des Elements benötigt. Die Dicke des Elements sollte typischerweise zweimal so groß bis zehnmal so groß wie die Wellenlänge der akustischen Oberflächenwelle sein. Wenn das Element jedoch zu dick ist, wird es schwierig, daß das Element ausgelenkt wird, wenn eine Beschleunigung an­ liegt. Unter dem Gesichtspunkt des Erfassungsgewinns bezüg­ lich der Beschleunigung ist ein dünneres Element besser. Die bimorphe Struktur, bei der die Resonatoren mit dem ela­ stischen Haftmittel, das zwischen denselben angeordnet ist, verbunden sind, dämpft eine Schwingung in der Haftschicht deutlich. Die Schwingung breitet sich nicht zwischen der vorderen Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Ele­ ments aus, selbst wenn das Element dünn ist. Das Beschleu­ nigungserfassungselement mit einer dünnen Gesamtdicke funk­ tioniert.

Das Haftmittel kann ein elastisches Haftmittel sein, wie z. B. ein Epoxidharz-basiertes Haftmittel oder ein Acryl-Haftmittel.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beschleu­ nigungssensor und umfaßt ein Beschleunigungserfassungsele­ ment vom bimorphen Typ, das zwei Oberflächenwellenresonato­ ren umfaßt, die ein einziges piezoelektrisches Substrat, und ein Paar von IDT-Elektroden, die auf sowohl der vorde­ ren als auch der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats angeordnet sind, umfassen. Das Beschleunigungser­ fassungselement wird an einem Ende desselben derart gehal­ ten, daß das Beschleunigungserfassungselement in der Dickenrichtung des piezoelektrischen Substrats abgelenkt wird, wenn eine Beschleunigung anliegt. Die Beschleunigung wird erfaßt, indem eine Frequenzänderung oder eine Impedanzände­ rung der zwei Oberflächenwellenresonatoren differenzmäßig erfaßt wird, die durch die Ablenkung des Beschleunigungser­ fassungselements bewirkt wird.

Zwei Typen von Oberflächenwellenresonatoren sind typischer­ weise verfügbar. Ein erster Typ wird aus einem piezoelek­ trischen Substrat hergestellt, das IDT-Elektroden aufweist, die auf der Oberfläche desselben angeordnet sind. Ein zwei­ ter Typ wird aus einem Glassubstrat hergestellt, das IDT-Elektroden aufweist, die auf der Oberfläche desselben ange­ ordnet sind, wobei ein piezoelektrischer Film auf die IDT-Elektroden aufgebracht ist. Bei dem ersten und zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Oberflächenwel­ lenresonator vom ersten Typ, während bei einem dritten und einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, welche später erörtert werden, der Oberflächenwellenresonator vom zweiten Typ ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beschleu­ nigungssensor und umfaßt ein Beschleunigungserfassungsele­ ment vom bimorphen Typ, das ein Paar von Oberflächenwellen­ resonatoren umfaßt, die aneinander laminiert sind, wobei die hintere Oberfläche des einen Resonators mit der hinte­ ren Oberfläche des anderen Resonators verbunden ist, wobei jeder Resonator ein Glassubstrat, ein Paar von IDT-Elektroden, die auf der vorderen Oberfläche des Glassub­ strats angeordnet sind, und einen piezoelektrischen Film umfaßt, der auf das Glassubstrat aufgebracht ist, das die IDT-Elektroden umfaßt. Das Beschleunigungserfassungselement wird an einem Ende desselben derart getragen, daß das Be­ schleunigungserfassungselement in der Dickenrichtung des Glassubstrats abgelenkt wird, wenn eine Beschleunigung an­ liegt. Die Beschleunigung wird durch differenzmäßiges Er­ fassen einer Frequenzänderung oder eine Impedanzänderung der zwei Oberflächenwellenresonatoren erfaßt, welche durch die Ablenkung des Beschleunigungserfassungselements bewirkt wird.

Das Beschleunigungserfassungselement vom bimorphen Typ wird aufgebaut, indem das Paar von Oberflächenwellenresonatoren zusammenlaminiert wird, wobei die hintere Oberfläche des einen Resonators mit der hinteren Oberfläche des anderen Resonators verbunden ist. Jeder Resonator umfaßt das Glas­ substrat, das Paar von IDT-Elektroden, die auf der vorderen Oberfläche des Resonators angebracht sind, und den piezo­ elektrischen Film, der auf das Glassubstrat aufgebracht ist, das die IDT-Elektroden trägt. In diesem Fall ist die hintere Oberfläche des Glassubstrats ebenfalls außerhalb der Reichweite der akustischen Oberflächenwelle. Selbst wenn die Oberflächenwellenresonatoren laminiert sind, wobei die hintere Oberfläche des einen Resonators mit der hinte­ ren Oberfläche des anderen Resonators verbunden ist, sind die Resonatoren bei den Eigenfrequenzen derselben in Reso­ nanz, wobei die Schwingungen derselben voneinander getrennt sind.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beschleu­ nigungssensor, der ein Beschleunigungserfassungselement vom bimorphen Typ umfaßt, das zwei Oberflächenwellenresonatoren umfaßt, die ein einzelnes Glassubstrat, ein Paar von IDT-Elektroden, die auf jeder der Vorderseite und der Rückseite des Glassubstrats angeordnet sind, und einen piezoelektri­ schen Film umfassen, der auf das Glassubstrat einschließ­ lich der IDT-Elektroden auf demselben aufgebracht ist. Das Beschleunigungserfassungselement wird an einem Ende dessel­ ben derart gehalten, daß das Beschleunigungserfassungsele­ ment bei einer Beschleunigung in der Dickenrichtung des Glassubstrats abgelenkt wird. Die Beschleunigung wird durch ein differenzmäßiges Erfassen einer Frequenzänderung oder einer Impedanzänderung der zwei Oberflächenwellenresonato­ ren, die durch die Ablenkung des Beschleunigungserfassungs­ elements bewirkt wird, erfaßt.

Das Beschleunigungserfassungselement vom bimorphen Typ ist aus zwei Oberflächenwellenresonatoren gebildet, die das einzelne Glassubstrat, das Paar von IDT-Elektroden, die auf jeder der Vorderseite und der Rückseite des Glassubstrats angeordnet sind, und dem piezoelektrischen Film, der auf dem Glassubstrat mit den IDT-Elektroden auf demselben auf­ gebracht ist, gebildet. Diese Anordnung verhindert, daß zwei Oberflächenwellen einander stören, wobei die Eigen­ schaft der Oberflächenwelle ausgenutzt wird, daß sich die Oberflächenwelle auf der Oberfläche des Glassubstrats aus­ breitet, ohne daß sich eine Komponente der Oberflächenwelle in der Dickenrichtung des Glassubstrats ausbreitet.

Das Beschleunigungserfassungselement wird wie nachfolgend erläutert zur Verwendung als eine Oberflächenbefestigungs­ komponente gehäust.

Vorzugsweise ist ein Paar von Gehäusebaugliedern auf den zwei gegenüberliegenden Seitenoberflächen des Beschleuni­ gungserfassungselements angeordnet, die in eine Richtung gewandt sind, in der eine Beschleunigung ausgeübt wird, wo­ bei jedes Gehäusebauglied eine Ausnehmung in dem Abschnitt desselben, der zumindest den IDT-Elektroden zugewandt und an beiden Enden desselben verbunden ist, aufweist, wobei ein Paar von Abdeckungsbaugliedern jeweils um die periphe­ ren Umrißabschnitte desselben mit zwei offenen Oberflächen, die durch das Beschleunigungselement und die Gehäuse­ bauglieder definiert sind, verbunden sind. Die IDT-Elektroden, die auf den beiden Oberflächenwellenresonatoren angeordnet sind, sind über Elektroden, die auf den Oberflä­ chen der Gehäusebauglieder angeordnet sind, jeweils mit ex­ ternen Elektroden verbunden, die auf den äußeren Oberflä­ chen der Abdeckungsbauglieder angeordnet sind.

Bei dieser Anordnung ist das Beschleunigungserfassungsele­ ment vollständig in die Gehäusebauglieder und die Abdeckungsbauglieder eingeschlossen, wodurch eine Oberflächenbe­ festigungskomponente gebildet ist. Da das Beschleunigungs­ erfassungselement an beiden Enden desselben gehalten wird und nicht an beiden Längsseiten desselben gehalten wird, kann das Beschleunigungserfassungselement einfach abgelenkt werden.

Vorzugsweise ist jeweils ein Paar von Gehäusebaugliedern auf zwei gegenüberliegenden Seitenoberflächen des Beschleu­ nigungserfassungselements, die in eine Richtung, in der ei­ ne Beschleunigung ausgeübt wird, gewandt sind, angeordnet, wobei jedes Gehäusebauglied eine Ausnehmung in dem Ab­ schnitt desselben aufweist, der zumindest der IDT-Elektrode zugewandt ist und auf dem gesamten peripheren Umrißab­ schnitt desselben verbunden ist, wobei die IDT-Elektroden, die auf den zwei Oberflächenwellenresonatoren angeordnet sind, mit Anschlußelektroden verbunden sind, die entlang Seitenkanten des Beschleunigungserfassungselements vorgese­ hen sind, und wobei die Anschlußelektroden jeweils mit ex­ ternen Elektroden, die auf den äußeren Oberflächen der Ge­ häusebauglieder angeordnet sind, verbunden sind.

Bei dieser Anordnung kann das Beschleunigungserfassungsele­ ment ohne weiteres als eine Oberflächenbefestigungskompo­ nente aufgebaut sein, indem die Gehäusebauglieder mit der vorderen Oberfläche bzw. der hinteren Oberfläche des Be­ schleunigungserfassungselements verbunden werden. Das Be­ schleunigungserfassungselement ist auf den vier Seiten des­ selben durch die Gehäusebauglieder umgeben.

Der Beschleunigungssensor der vorliegenden Erfindung ver­ wendet zwei Verfahren zum differenzmäßigen Aufnehmen der Signale von den Oberflächenwellenresonatoren und zum Erhal­ ten eines Signals, das proportional zu einer Beschleunigung ist, die auf die Beschleunigungserfassungselemente wirkt. Bei einem Verfahren werden die Oberflächenwellenresonatoren bei unterschiedlichen Frequenzen in Schwingung versetzt, wobei eine Differenz zwischen den Schwingfrequenzen erfaßt wird und ein Signal, das proportional zu einer Beschleuni­ gung ist, aus der Frequenzdifferenz bestimmt wird. Bei dem anderen Verfahren werden die Oberflächenwellenresonatoren mit der gleichen Frequenz in Schwingung versetzt, wobei entweder eine Phasendifferenz oder eine Amplitudendifferenz aus einer Differenz zwischen elektrischen Impedanzen der zwei Resonatoren erhalten wird und ein Signal, das propor­ tional zu einer Beschleunigung ist, aus entweder der Pha­ sendifferenz oder der Amplitudendifferenz bestimmt wird. Eine Beschleunigung wird mit hoher Genauigkeit unter Ver­ wendung eines der beiden obigen Verfahren erfaßt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine allgemeine perspektivische Ansicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel des Beschleunigungs­ sensors der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die den Beschleunigungssensor von Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die den Beschleunigungssensor von Fig. 1 zeigt, wobei ein Abdeckungsbauglied beseitigt ist;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Beschleunigungssensors von Fig. 1, der auf einer gedruckten Schaltungsplati­ ne befestigt ist;

Fig. 5 eine Querschnittansicht des Beschleunigungssen­ sors entlang der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 ist ähnlich zu der Querschnittansicht des Be­ schleunigungssensors in Fig. 4 entlang der Linie V-V, zeigt jedoch ein zweites Ausführungsbeispiel des Beschleunigungssensors der vorliegenden Er­ findung;

Fig. 7 ist ähnlich der Querschnittansicht des Beschleu­ nigungssensors in Fig. 4 entlang der Linie V-V, zeigt jedoch ein drittes Ausführungsbeispiel des Beschleunigungssensors der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 8 ist ähnlich der Querschnittansicht des Beschleu­ nigungssensors in Fig. 4 entlang der Linie V-V, zeigt jedoch ein viertes Ausführungsbeispiel des Beschleunigungssensors der vorliegenden Erfin­ dung;

Fig. 9 ist eine auseinandergezogene perspektivische An­ sicht eines fünften Ausführungsbeispiels des Be­ schleunigungssensors der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 ist eine auseinandergezogene perspektivische An­ sicht eines sechsten Ausführungsbeispiels des Be­ schleunigungssensors der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ein Schaltungsdiagramm, das eine Beschleunigungs­ erfassungsvorrichtung, die den Beschleunigungs­ sensor der vorliegenden Erfindung enthält, zeigt; und

Fig. 12 ein Schaltungsdiagramm, das eine weitere Be­ schleunigungserfassungsvorrichtung, die den Be­ schleunigungssensor der vorliegenden Erfindung enthält, zeigt.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen einen Beschleunigungssensor 1A ei­ nes ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Der Beschleunigungssensor 1A umfaßt ein Beschleunigungser­ fassungselement 2 vom bimorphen Typ, das an zwei Enden des­ selben in isolierenden Gehäusen 6 und 7, die aus Keramik hergestellt sind, gehalten ist. Das Beschleunigungserfas­ sungselement 2 ist durch Laminieren eines Paars von strei­ fenartigen Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 mit einer dazwischenliegenden Haftschicht 5, die zwischen denselben angeordnet ist, hergestellt, wobei die hintere Oberfläche des Resonators 3 mit der hinteren Oberfläche des Resonators 4 verbunden ist.

Bezug nehmend auf Fig. 3 sind die Oberflächenwellenresona­ toren 3 und 4 bei dem ersten Ausführungsbeispiel jeweils aus piezoelektrischen Substraten 3a und 4a gebildet, die aus einer Keramik auf PZT-Basis oder einem LiTaO₃-Einkristall hergestellt sind. Das piezoelektrische Substrat 3a besitzt IDT-Elektroden 3b und 3c in dem mittleren Ab­ schnitt der vorderen Oberfläche desselben und Anschlußelek­ troden 3d und 3e auf der vorderen Oberfläche in der Nähe unterschiedlicher gegenüberliegender Enden derselben, die jeweils mit den IDT-Elektroden 3b und 3c verbunden sind. Das piezoelektrische Substrat 4a besitzt IDT-Elektroden 4b und 4c in dem mittleren Abschnitt der vorderen Oberfläche desselben und Anschlußelektroden 4d und 4e auf der vorderen Oberfläche in der Nähe unterschiedlicher gegenüberliegender Enden desselben, die jeweils mit den IDT-Elektroden 4b und 4c verbunden sind. Akustikwellenabsorptionsmaterialien 3f und 4f zum Absorbieren der Oberflächenwelle, die von den IDT-Elektroden 3b und 3c und den IDT-Elektroden 4b und 4c leckt, sind jeweils auf den Substraten 3a und 4a angeord­ net. Fig. 3 zeigt lediglich die Elektroden für den Oberflä­ chenwellenresonator 3, wobei jedoch der Oberflächenwellen­ resonator 4 ebenfalls mit Elektroden versehen ist, die vollständig identisch zu denen des Oberflächenwellenresona­ tors 3 sind.

Wenn ein vorbestimmtes Signal zwischen den Anschlußelektro­ den 3d und 3e und zwischen den Anschlußelektroden 4d und 4e angelegt wird, erzeugen die piezoelektrischen Substrate 3a und 4a Oberflächenwellen auf den Oberflächen derselben. Die (akustischen) Oberflächenwellen bewegen sich in einer Rich­ tung senkrecht zu den IDT-Elektroden 3b und 3c und den IDT-Elektroden 4b und 4c und werden dann von einer Anzahl von IDT-Elektroden reflektiert. Die Oberflächenwellenresonato­ ren 3 und 4 wirken zwischen den Anschlußelektroden 3d und 3e und den Anschlußelektroden 4d und 4e als ein Resonator mit einer Resonanzimpedanz.

Die Haftschicht 5 verbindet die zwei Oberflächenwellenreso­ natoren 3 und 4 miteinander und besitzt eine Härte, um eine Biegebelastung von einem Oberflächenwellenresonator zu dem anderen Oberflächenwellenresonator zu ermöglichen. Die Haftschicht 5 kann ein elastisches Haftmittel sein. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Oberflächenwellenreso­ natoren 3 und 4 aus identisch geformten piezoelektrischen Substraten gebildet, wobei eine biegemäßig neutrale Ebene (die in Fig. 5 durch die gestrichelte Linie N dargestellt ist), die ansprechend auf eine Beschleunigung G, die auf das Beschleunigungserfassungselement 2 ausgeübt wird, auf­ tritt, in der mittleren Ebene bezüglich der Dicke der zwei Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 liegt.

Selbst wenn die zwei Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 unter Verwendung der Haftschicht 5 sicher verbunden sind, breiten sich die Oberflächenwellen, die in den Oberflächen­ wellenresonatoren 3 und 4 erzeugt werden, jeweils auf den Oberflächen der piezoelektrischen Substrate 3a und 4a aus, wobei sich beinahe keine Komponente der Oberflächenwellen in der Dickenrichtung ausbreitet. Die Schwingungen der Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 sind somit voneinander getrennt. Die Schwingung des einen Resonators beeinflußt die Schwingung des anderen Resonators nicht.

Ein Paar eines linken und eines rechten Gehäusebauglieds 6 und 6 umgibt die äußeren entgegengesetzten Seitenoberflä­ chen, die in eine Richtung gewandt sind, in der eine Be­ schleunigung G ausgeübt wird. Jedes der Gehäusebauglieder 6 besitzt einen abgeflachten U-förmigen Querschnitt, wobei beide vorspringenden Enden 6a desselben sicher mit den äu­ ßeren entgegengesetzten Seitenoberflächen des Beschleuni­ gungserfassungselements 2 verbunden sind (den Seitenober­ flächen der Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4). Eine Ausnehmung 6b von jedem der Gehäusebauglieder 6 bildet ei­ nen Zwischenraum zwischen jedem der Gehäusebauglieder 6 und dem Beschleunigungserfassungselement 2, wodurch ermöglicht wird, daß das Beschleunigungserfassungselement 2 bei einer Beschleunigung G abgelenkt wird. Die obere und die untere offene Oberfläche des Beschleunigungserfassungselements 2 und der Gehäusebauglieder 6 sind mit Abdeckungsbaugliedern 7 und 7 von oben und unten abgedeckt. Die Abdeckungs­ bauglieder 7 besitzen jeweils auf den inneren Oberflächen derselben Ausnehmungen 7a, die einen Zwischenraum bilden, um jeweils das Beschleunigungserfassungselement 2 nicht zu berühren. Die peripheren Umrißabschnitte der Abdeckungs­ bauglieder 7 sind jeweils mit den oberen und unteren offe­ nen Oberflächen des Beschleunigungserfassungselements 2 und der Gehäusebauglieder 6 verbunden. Bei einer Beschleunigung G verschiebbare Abschnitte des Beschleunigungserfassungs­ elements 2 sind vollständig in den Gehäusebaugliedern 6 und den Abdeckungsbaugliedern 7 eingeschlossen.

Die Gehäusebauglieder 6 und das Abdeckungsbauglied 7 sind aus isolierenden Materialien hergestellt. Spezieller können diese Komponenten aus Keramiksubstraten oder Harzsubstraten gebildet sein.

Die Gehäusebauglieder 6, die einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, werden bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet. Wenn ein Schwingungsraum durch die Dicke jeglicher Haft­ schicht, die zwischen einem jeweiligen Gehäusebauglied 6 und dem Beschleunigungserfassungselement 2 aufgebracht ist, sichergestellt ist, können die Gehäusebauglieder 6 aus ei­ nem ebenen Bauglied gebildet sein. Da die Ablenkung des Be­ schleunigungserfassungselements 2 bei der Beschleunigung G eine kleine Amplitude besitzt, liefert die Dicke der Haft­ schicht einen ausreichend großen Schwingungsraum.

Da ein Zwischenraum durch die Dicke einer Haftschicht, die auf die innere Oberfläche des Abdeckungsbauglieds 7 aufge­ bracht ist, gebildet sein kann, kann in ähnlicher Weise die Zwischenraumbildungsausnehmung 7a in der inneren Oberfläche des Abdeckungsbauglieds 7 weggelassen sein.

Die Anschlußelektroden 3e und 4e der Anschlußelektroden 3d und 3e und der Anschlußelektroden 4d und 4e, die in den Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 gebildet sind, sind durch ein inneres Elektrodenband 61, das auf den offenen Oberflächen des Beschleunigungserfassungselements 2 und der Gehäusebauglieder 6 angeordnet ist, elektrisch miteinander verbunden, und sind auf die äußeren Oberflächen der Gehäu­ sebauglieder 6 herausgeführt. Die Elektrode 4d ist durch eine innere Elektrode 62, die auf der oberen offenen Ober­ fläche des Beschleunigungserfassungselements 2 und der Ge­ häusebauglieder 6 angeordnet ist, auf die äußere Oberfläche des Gehäusebauglieds 6 herausgeführt. Die Elektrode 3d ist durch eine innere Elektrode 63, die auf der unteren offenen Oberfläche des Beschleunigungserfassungselements 2 und der Gehäusebauglieder 6 angeordnet ist, auf die äußeren Ober­ fläche des anderen Gehäusebauglieds 6 herausgeführt.

Bezug nehmend auf Fig. 1 umfassen die Gehäusebauglieder 6 und das Abdeckungsbauglied 7 auf den äußeren Oberflächen derselben externe Elektroden 71, 72 und 73. Die inneren Elektrodenbänder 61, 62 und 63 sind jeweils mit den äußeren Elektroden 71, 72 und 73 elektrisch verbunden. Auf diese Weise wird ein Beschleunigungssensor vom Oberflächenbefe­ stigungs-Chiptyp bereitgestellt.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die eine Elektrode 3e des Beschleunigungserfassungselements 3 mit der einen Elektrode 4e des Beschleunigungserfassungselements 4 durch das innere Elektrodenband 61 als eine gemeinsame Elektrode verbunden. Alternativ können die vier Elektroden 3d, 3e, 4d und 4e unabhängig zu jeweiligen äußeren Elektroden heraus­ geführt sein. In einem solchen Fall können vier innere Elektrodenbänder und vier äußere Elektroden verwendet wer­ den.

Fig. 4 zeigt den Beschleunigungssensor 1a, der auf einer Schaltungsstruktur Pa einer gedruckten Schaltungsplatine PCB befestigt ist.

Fig. 6 zeigt einen Beschleunigungssensor 1b eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Der Beschleunigungssensor 1b umfaßt ein Beschleunigungser­ fassungselement 2' des bimorphen Typs, das aus zwei Ober­ flächenwellenresonatoren aufgebaut ist, die aus einem ein­ zelnen streifenartigen piezoelektrischen Substrat 2a und zwei Paaren von IDT-Elektroden 3b und 3c und IDT-Elektroden 4a und 4b gebildet sind, die jeweils auf den mittleren Ab­ schnitten beider Seiten des piezoelektrischen Substrats 2a angeordnet sind. Komponenten, die identisch zu denen sind, die Bezug nehmend auf Fig. 5 beschrieben wurden, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine Erläute­ rung derselben weggelassen wird.

Eine (akustische) Oberflächenwelle breitet sich auf der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 2a aus, wobei beinahe keine Komponente der Oberflächenwelle sich in der Dickenrichtung ausbreitet. Unter Ausnutzung dieser Eigen­ schaft bildet ein einzelnes piezoelektrisches Substrat 2a zwei Oberflächenwellenresonatoren.

Da bei dieser Anordnung keine zwei verbundene piezoelektri­ schen Substrate verwendet sind, ist die Dicke des Beschleu­ nigungserfassungselements 2' gering.

Um zu verhindern, daß sich Oberflächenwellen auf der vorde­ ren Oberfläche und der hinteren Oberfläche des Substrats stören, ist die Dicke des piezoelektrischen Substrats 2a vorzugsweise zwei- bis zehnmal größer als die Wellenlänge der Oberflächenwelle.

Fig. 7 zeigt einen Beschleunigungssensor 1C eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Der Beschleunigungssensor 1C umfaßt ein Beschleunigungser­ fassungselement vom bimorphen Typ, das aus zwei Oberflä­ chenwellenresonatoren 8 und 9 aufgebaut ist. Der Oberflä­ chenwellenresonator 8 ist durch Anordnen eines Paars von IDT-Elektroden 8b auf einem streifenartigen Glassubstrat 8a und durch Aufbringen eines piezoelektrischen Films 8c, der aus ZnO hergestellt ist, auf den IDT-Elektroden 8b auf dem Glassubstrat 8a gebildet. Der Oberflächenwellenresonator 9 wird durch Anordnen eines Paars von IDT-Elektroden 9b auf einem streifenartigen Glassubstrat 9a und durch Aufbringen eines piezoelektrischen Films 9c, der aus ZnO hergestellt ist, auf den IDT-Elektroden 9b auf dem Glassubstrat 9a ge­ bildet.

Auf die gleiche Weise wie bei dem ersten Ausführungsbei­ spiel werden die Oberflächenwellenresonatoren 8 und 9 mit den piezoelektrischen Filmen 8c und 9c, die auf denselben gebildet sind, laminiert, wobei die hinteren Oberflächen derselben jeweils miteinander verbunden werden.

Da sich die Oberflächenwellen, die durch die IDT-Elektroden 8b und 9b erzeugt werden, nur auf den Oberflächen der Glas­ substrate 8a und 9a ausbreiten, stören die Oberflächenwel­ len, die sich auf den zwei Oberflächen ausbreiten, einander nicht.

Fig. 8 zeigt einen Beschleunigungssensor 1d eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Der Beschleunigungssensor 1d umfaßt ein Beschleunigungser­ fassungselement 10 vom bimorphen Typ, das aus zwei Oberflä­ chenwellenresonatoren aufgebaut ist. Die zwei Oberflächen­ wellenresonatoren werden durch Anordnen eines Paars von IDT-Elektroden 8b und eines Paars von IDT-Elektroden 9b je­ weils auf den mittleren Abschnitten beider Seiten eines einzelnen streifenartigen Glassubstrats 10a und durch Auf­ bringen von piezoelektrischen Filmen 8c und 9c jeweils auf den IDT-Elektroden 8b und 9b gebildet. Komponenten, die identisch zu denjenigen sind, die Bezug nehmend auf Fig. 7 beschrieben wurden, sind mit den gleichen Bezugszeichen be­ zeichnet, wobei eine Erörterung derselben weggelassen wird.

Auf die gleiche Weise wie bei dem dritten Ausführungsbei­ spiel werden die zwei Oberflächenwellenresonatoren unabhän­ gig voneinander in Resonanz gebracht. Die Dicke des Glas­ substrats 10a ist vorzugsweise zwei- bis zehnmal größer als die Wellenlänge der Oberflächenwelle.

Fig. 9 zeigt einen Beschleunigungssensor 1e eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Der Beschleunigungssensor 1e umfaßt ein Beschleunigungser­ fassungselement 11 vom bimorphen Typ, das aus zwei allge­ mein quadratischen Oberflächenwellenresonatoren 12 und 13, die mit einer Haftschicht 14, die zwischen denselben ange­ ordnet ist, miteinander laminiert sind, gebildet ist. Der Oberflächenwellenresonator 12 umfaßt ein piezoelektrisches Keramiksubstrat 12a, IDT-Elektroden 12b und 12c, Anschluße­ lektroden 12d und 12e, die sich zu entgegengesetzten Enden der IDT-Elektroden 12b und 12c hin erstrecken, und Akustik­ wellen-Absorptionsmaterialien 12f zum Absorbieren akusti­ scher Leckwellen. Der Oberflächenwellenresonator 13 umfaßt ein piezoelektrisches Keramiksubstrat 13a, IDT-Elektroden 13b und 13c, Anschlußelektroden 13d und 13e, die sich je­ weils zu gegenüberliegenden Enden der IDT-Elektroden 13b und 13c hin erstrecken, und Akustikwellen-Absorptionsmaterialien 13f zum Absorbieren akustischer Leckwellen. Die Anschlußelektroden 12d und 12e, 13d und 13e sind zu vier unterschiedlichen Endflächen von jedem der piezoelektrischen Keramiksubstrate 12a und 13a herausge­ führt. Fig. 9 zeigt ferner ein Elektrodenmuster des unteren Oberflächenwellenresonators 13.

Ein Paar von Gehäusebauglieder 15 und 16, die Ausnehmungen 15a und 16a (obwohl 15a nicht gezeigt ist) in den mittleren Abschnitten derselben aufweisen, sind entlang der periphe­ ren Umrißabschnitte derselben von oben und unten an dem Be­ schleunigungserfassungselement 11 angebracht. Die Gehäuse­ bauglieder 15 und 16 besitzen vier äußere Elektroden 15b bis 15e und 16b bis 16e (16c und 16e sind nicht gezeigt) auf den vier äußeren Seitenoberflächen. Die vier äußeren Elektroden sind elektrisch mit den vier Anschlußelektroden 12d, 12e, 13d bzw. 13e des Beschleunigungserfassungsele­ ments 11 verbunden.

Eine Anschlußelektrode des Oberflächenwellenresonators 12 und eine Anschlußelektrode des Oberflächenwellenresonators 13 können als eine gemeinsame Elektrode miteinander verbun­ den sein.

Wenn eine Beschleunigung G in eine vertikale Richtung wirkt, d. h. in die Dickenrichtung des Beschleunigungser­ fassungselements 11, wird ein mittlerer Abschnitt des Be­ schleunigungserfassungselements 11, dessen Ränder gehalten werden, abgelenkt. Eine Zugbelastung wird in dem einen Oberflächenwellenresonator erzeugt, während eine Druckbela­ stung in dem anderen Oberflächenwellenresonator erzeugt wird. Eine Oberflächenbefestigungskomponente wird ohne wei­ teres hergestellt, indem die zwei Oberflächenwellenresona­ toren 12 und 13 und die Gehäusebauglieder 15 und 16 lami­ niert werden.

Fig. 10 zeigt einen Beschleunigungssensor 1F eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Der Beschleunigungssensor 1F umfaßt ein Beschleunigungser­ fassungselement 20 vom bimorphen Typ, das aus Oberflächen­ wellenresonatoren 20a und 20b zusammengesetzt ist. Der Oberflächenwellenresonator 20a umfaßt ein einzelnes, allge­ mein quadratisches piezoelektrisches Keramiksubstrat 21, IDT-Elektroden 22a und 22b, die auf einer Oberfläche des Keramiksubstrats 21 angeordnet sind, Elektrodenanschlüsse 22c und 22d, die sich jeweils von den IDT-Elektroden 22a und 22b zu gegenüberliegenden Enden des Keramiksubstrats 21 erstrecken, und Akustikwellen-Absorptionsmaterialien 22e zum Absorbieren akustischer Leckwellen. Der Oberflächenwel­ lenresonator 20b umfaßt das einzelne allgemein quadrati­ sche, piezoelektrische Keramiksubstrat 21, IDT-Elektroden 23a und 23b, die auf der anderen Oberfläche des Keramiksub­ strats 21 angeordnet sind, Elektrodenanschlüsse 23c und 23d, die sich jeweils von den IDT-Elektroden 23a und 23b zu gegenüberliegenden Enden des Keramiksubstrats 21 erstrecken, und Akustikwellen-Absorptionsmaterialien 23e zum Ab­ sorbieren akustischer Leckwellen. Die Anschlußelektroden 22c, 22d, 23c und 23d sind zu den vier unterschiedlichen Endflächen des piezoelektrischen Keramiksubstrats 21 her­ ausgeführt. Fig. 10 zeigt auch das Elektrodenmuster auf der hinteren Oberfläche des Keramiksubstrats 21.

Gehäusebauglieder 24 und 25 sind jeweils mit der oberen und unteren Oberfläche des Beschleunigungserfassungselements 20 auf die gleiche Weise, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, ver­ bunden. Speziell sind die Gehäusebauglieder 24 und 25, die Ausnehmungen 24a und 25a (obwohl 24a nicht gezeigt ist) in den mittleren Abschnitten derselben aufweisen, entlang der peripheren Umrißabschnitte derselben von oben und unten an dem Beschleunigungserfassungselement 20 angebracht. Die Ge­ häusebauglieder 24 und 25 besitzen vier äußere Elektroden 24b bis 24e und 25b bis 25e (25c und 25e sind nicht ge­ zeigt) auf den vier äußeren Seitenoberflächen. Die vier äu­ ßeren Elektroden sind jeweils elektrisch mit den vier An­ schlußelektroden 22c, 22d, 23c und 23d verbunden.

Eine Anschlußelektrode des Oberflächenwellenresonators 20a und eine Anschlußelektrode des Oberflächenwellenresonators 20b können als gemeinsame Elektrode miteinander verbunden sein.

Wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel wird, wenn eine Be­ schleunigung G in eine vertikale Richtung wirkt, d. h. in die Dickenrichtung des Beschleunigungserfassungselements 11, der mittlere Abschnitt des Beschleunigungserfassungs­ elements 20, dessen Ränder gehalten werden, abgelenkt. Eine Zugbelastung wird in dem einen Oberflächenwellenresonator erzeugt, während eine Druckbelastung in dem anderen Ober­ flächenwellenresonator erzeugt wird. Eine Oberflächenbefe­ stigungskomponente wird ohne weiteres hergestellt, indem das einzelne piezoelektrische keramische Beschleunigungser­ fassungselement 20 und die Gehäusebauglieder 24 und 25 la­ miniert werden.

Fig. 11 zeigt eine Beschleunigungserfassungsvorrichtung, die den Beschleunigungssensor 1A verwendet.

Die Vorrichtung verwendet unabhängige Schwingungen der Be­ schleunigungserfassungselemente 3 und 4. Die äußeren Elek­ troden 71 und 72 des Beschleunigungssensors 1A sind mit ei­ ner Oszillatorschaltung 30 verbunden, während die äußeren Elektroden 71 und 73 mit einer Oszillatorschaltung 31 ver­ bunden sind. Die Oszillatorschaltungen 30 und 31 können be­ kannte Colpitts-Oszillatoren sein. Die Resonatoren 3 und 4 werden durch die Oszillatorschaltungen 30 und 31 unabhängig in Schwingung versetzt, wobei die Schwingfrequenzen f₁ und f₂ in einen Frequenzdifferenzzähler eingegeben werden. Der Frequenzdifferenzzähler 32 gibt ein Signal V₀ aus, das pro­ portional zu der Frequenzdifferenz ist.

Wenn keine Beschleunigung G auf den Beschleunigungssensor 1A ausgeübt wird, treten die zwei Resonatoren 3 und 4 als unabhängige Resonatoren bei konstanten Frequenzen in Reso­ nanz. Wenn die Resonatoren 3 und 4 eine vollständig identi­ sche Struktur aufweisen, schwingen sie bei der gleichen Frequenz und das Ausgangssignal V₀ des Frequenzdifferenz­ zählers 32 ist 0. Wenn eine Beschleunigung G auf den Be­ schleunigungssensor 1A ausgeübt wird, wirkt eine Trägheit in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der aus­ geübten Beschleunigung auf das Beschleunigungserfassungs­ element 2. Der mittlere Abschnitt des Beschleunigungserfas­ sungselements 2 wird in die Richtung, die entgegengesetzt zu der Richtung der ausgeübten Beschleunigung ist, abge­ lenkt. Zugeordnet zu der Ablenkung des Beschleunigungser­ fassungselements 2 wird eine Zugbelastung in dem einen Re­ sonator 4 erzeugt, während eine Druckbelastung in dem ande­ ren Resonator 3 erzeugt wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Die Schwingfrequenz des Zugresonators 4 fällt ab, während die Schwingfrequenz des Druckresonators 3 zunimmt. Die Fre­ quenzdifferenz wird von den Elektroden 3d und 3e, 4d und 4e durch die inneren Elektrodenbänder 61, 62 und 63 zu den äu­ ßeren Elektroden 71, 72 und 73 ausgegeben. Folglich wird das Signal V₀, das proportional zu der Beschleunigung G ist, erhalten.

Nicht nur die Größe der Beschleunigung G sondern auch die Richtung der Beschleunigung G werden aus dem Signal V₀ er­ halten.

Wenn der Beschleunigungssensors 1A in einer Umgebung mit veränderlicher Temperatur verwendet wird, dehnen sich die Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4, die Gehäusebauglieder 6 und die Abdeckungsbauglieder 7 thermisch aus. Wenn sich der thermische Ausdehnungskoeffizient der Oberflächenwel­ lenresonatoren 3 und 4 von dem der Gehäusebauglieder 6 und der Abdeckungsbauglieder 7 unterscheidet, werden Belastun­ gen in den Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 erzeugt. Eine Änderung der Frequenzdifferenz findet aufgrund anderer Faktoren als einer Beschleunigung statt. Wenn jedoch die Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 aus dem gleichen Mate­ rial hergestellt sind und eine identische Form aufweisen, sind auch die erzeugten Belastungen gleich. Da der Fre­ quenzzähler 32 eine Differenz zwischen den Ausgangssignalen der Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 liefert, löschen sich Änderungen, die in den Ausgangssignalen auftreten, wenn die Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 gleichermaßen einer Temperaturänderung unterzogen sind, aus. Eine Be­ schleunigungserfassungsvorrichtung, die nur für eine Be­ schleunigung G empfindlich ist, wird somit geliefert.

Fig. 12 zeigt eine weitere Beschleunigungserfassungsvor­ richtung, die den Beschleunigungssensors 1A verwendet.

Die Beschleunigungserfassungsvorrichtung verwendet die Schwingungen gleicher Frequenz der Oberflächenwellenresona­ toren 3 und 4. Die äußeren Elektroden 72 und 73 des Be­ schleunigungssensors 1A sind mit einer Impedanzdifferenzer­ fassungsschaltung 33 verbunden. Die äußere Elektrode 71 als eine gemeinsame Elektrode ist mit einer Oszillatorschaltung 34 verbunden. Die Vorrichtung enthält ferner Anpassungswi­ derstände 35 und 36. Die zwei Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 werden durch die Oszillatorschaltung 34 bei der gleichen Frequenz in Schwingung versetzt. Eine Phasendiffe­ renz oder eine Amplitudendifferenz wird von einer Differenz zwischen elektrischen Impedanzen der Oberflächenwellenreso­ natoren 3 und 4 erfaßt, wobei ein Ausgangssignal V₀, das proportional zu einer Beschleunigung G ist, von der Impe­ danzdifferenzerfassungsschaltung 33 erhalten wird. Um zu bewirken, daß die zwei Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 bei der gleichen Frequenz in Resonanz treten, ist die Os­ zillatorschaltung 34 derart angeordnet, daß einer der Aus­ gänge der zwei Resonatoren oder die Summe der Ausgänge der zwei Resonatoren zurückgeführt sind.

Bei diesem Beispiel wird wie bei dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 9 gezeigt ist, das Signal, das proportional zu einer Beschleunigung G ist, aufgenommen, während Änderungen in den Ausgangssignalen aufgrund einer Temperaturänderung einander auslöschen. Eine Beschleunigungserfassungsvorrich­ tung, die nur für die Beschleunigung G empfindlich ist, wird somit geliefert.

Die obigen Ausführungsbeispiele werden nur als veranschau­ lichend dargeboten, wobei verschiedene Änderungen und Modi­ fikationen möglich sind, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Der Beschleunigungssensor 1A des ersten Ausführungsbei­ spiels ist bei den Beschleunigungserfassungsvorrichtungen, die in Fig. 11 und Fig. 12 gezeigt sind, verwendet, wobei jeder der Beschleunigungssensoren 1B bis 1F jeweils gemäß dem zweiten bis sechsten Ausführungsbeispiel in gleicher Weise verwendet werden kann.

Jeder der Beschleunigungssensoren 1A bis 1F ist derart strukturiert, daß das Erfassungselement starr an beiden En­ den oder beiden Seitenrändern desselben durch das Gehäuse­ bauglied gehalten wird. Alternativ kann das Erfassungsele­ ment nur an einem Ende desselben gehalten werden, d. h. ei­ ne einseitig eingespannte Struktur besitzen. In diesem Fall ist eine Verschiebung des Erfassungselements an dem freien Ende desselben bei einer Beschleunigung groß, wobei eine große Frequenzänderung oder eine große Impedanzänderung er­ halten werden kann.

Die Haftschicht 5, die die Oberflächenwellenresonatoren 3 und 4 miteinander verbindet, muß hart genug sein, um eine Biegebelastung von einem Resonator zu dem anderen Resonator zu übertragen, wobei, innerhalb dieses erforderlichen Här­ tebereichs, die Haftschicht 5 vorzugsweise verhindert, daß sich eine akustische Oberflächenwelle in der Dickenrichtung ausbreitet.

Da der Beschleunigungssensor der vorliegenden Erfindung ein Beschleunigungserfassungselement vom bimorphen Typ umfaßt, bei dem die zwei Oberflächenwellenresonatoren miteinander gekoppelt sind, wobei die hintere Oberfläche des einen Re­ sonators mit der hinteren Oberfläche des anderen Resonators verbunden ist, wird eine Druckbelastung in dem einen Ober­ flächenwellenresonator erzeugt, während eine Zugbelastung in dem anderen Oberflächenwellenresonator erzeugt wird, an­ sprechend auf die Ablenkung des Beschleunigungserfassungs­ elements bei einer Beschleunigung. Der Oberflächenwellenre­ sonator erzeugt eine akustische Oberflächenwelle nur auf der Oberfläche. Selbst wenn die zwei Oberflächenwellenreso­ natoren laminiert sind, wobei die hintere Oberfläche des einen Resonators mit der hinteren Oberfläche des anderen Resonators verbunden ist, sind die Schwingungen der zwei Resonatoren voneinander isoliert. Jeder Resonator tritt bei seiner eigenen Eigenfrequenz in Schwingung. Durch ein dif­ ferenzmäßiges Aufnehmen der Frequenzänderung der zwei Reso­ natoren oder der Impedanzänderung der zwei Resonatoren wird ein Signal, das proportional zu der Beschleunigung ist, er­ halten. Somit wird ein Beschleunigungssensor mit einem ho­ hen Erfassungsgewinn geschaffen.

Wenn eine Belastung, die aus einer Temperaturänderung re­ sultiert, auf die zwei Oberflächenwellenresonatoren ausge­ übt wird, löschen sich Belastungen aufgrund anderer Fakto­ ren als einer Beschleunigung durch das differenzmäßige Auf­ nehmen der Ausgangssignale der zwei Oberflächenwellenreso­ natoren aus. Ein Beschleunigungssensor, der lediglich auf eine Beschleunigung empfindlich ist, wird somit geschaffen.

Da die Beschleunigungserfassungselemente einen einfachen Aufbau haben und das Herausführen der Elektroden einfach ist, ist ein kompakter Entwurf implementiert. Das Beschleu­ nigungselement ist somit in eine Oberflächenbefestigungs­ komponente (eine Chipkomponente) strukturiert.

Der Beschleunigungssensor der vorliegenden Erfindung umfaßt das Beschleunigungselement vom bimorphen Typ, das aus den zwei Oberflächenwellenresonatoren aufgebaut ist. Die zwei Oberflächenwellenresonatoren werden durch Anordnen eines Paars von IDT-Elektroden auf jeder von beiden Seiten des einzelnen piezoelektrischen Substrats hergestellt. Eine Zugbelastung und eine Druckbelastung werden bei einer Be­ schleunigung zuverlässig auf den zwei Oberflächen des Be­ schleunigungserfassungselements erzeugt. Durch ein diffe­ renzmäßiges Aufnehmen der Frequenzänderung der zwei Resona­ toren oder der Impedanzänderung der zwei Resonatoren wird ein Signal, das proportional zu einer Beschleunigung ist, erhalten. Somit wird ein Beschleunigungssensor mit einem hohen Erfassungsgewinn geschaffen.

Da das Beschleunigungserfassungselement aus dem einzelnen piezoelektrischen Substrat gebildet ist, ist ein kompakter und dünner Beschleunigungssensor die Folge.

Der Beschleunigungssensor der vorliegenden Erfindung umfaßt das Beschleunigungserfassungselement vom bimorphen Typ. Dieses Beschleunigungserfassungselement umfaßt die zwei Oberflächenwellenresonatoren, die zusammenlaminiert sind, wobei die hintere Oberfläche des einen Resonators mit der hinteren Oberfläche des anderen Resonators verbunden ist. Jeder Resonator ist durch Anordnen der IDT-Elektroden auf der Oberfläche des Glassubstrats und durch ein nachfolgen­ des Aufbringen des piezoelektrischen Films auf das Glassub­ strat, auf dem die IDT-Elektroden vorliegen, hergestellt. Bei dieser Anordnung liefert der Beschleunigungssensor ei­ nen hohen Erfassungsgewinn und ist frei von dem Einfluß von Temperaturänderungen und ist lediglich für eine Beschleuni­ gung empfindlich.

Da die IDT-Elektroden auf beiden Seiten des einzelnen Glas­ substrats angeordnet sind, wird der Beschleunigungssensor noch kompakter und dünner.

Claims (8)

1. Ein Beschleunigungssensor, der ein Beschleunigungser­ fassungselement (2; 11) vom bimorphen Typ umfaßt, das ein Paar von Oberflächenwellenresonatoren (3, 4; 12, 13) umfaßt, die miteinander gekoppelt sind, wobei die hintere Oberfläche eines Resonators (3; 12) mit der hinteren Oberfläche des anderen Resonators (4; 13) verbunden ist, wobei jeder Resonator (3, 4; 12, 13) ein piezoelektrisches Substrat (3a, 4a; 12a, 13a) und ein Paar von IDT-Elektroden (3b, 3c, 4b, 4c; 12b, 12c; 13b, 13c) aufweist, die auf der vorderen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats (3a, 4a; 12a, 13a) an­ geordnet sind,
wobei das Beschleunigungserfassungselement (2; 11) an einem Ende desselben gehalten ist, derart, daß das Be­ schleunigungserfassungselement bei einer Beschleuni­ gung in der Dickenrichtung des piezoelektrischen Sub­ strats (3a, 4a; 12a, 13a) abgelenkt wird, und
wobei die Beschleunigung durch ein differenzmäßiges Erfassen einer Frequenzänderung oder einer Impedanzän­ derung der zwei Oberflächenwellenresonatoren (3, 4; 12, 13), die durch die Ablenkung des Beschleunigungs­ erfassungselements (2; 11) bewirkt wird, erfaßt wird.

2. Beschleunigungssensor mit einem Beschleunigungserfas­ sungselement (2; 20) vom bimorphen Typ, das zwei Ober­ flächenwellenresonatoren aufweist, die ein einzelnes piezoelektrisches Substrat (2a; 21) und ein Paar von IDT-Elektroden (3b, 3c; 4b, 4c; 22a, 22b; 23a, 23b), das auf jeder der vorderen und der hinteren Oberfläche des piezoelektrischen Substrats (2a; 21) angeordnet ist, umfassen, wobei das Beschleunigungserfassungsele­ ment an einem Ende desselben derart gehalten ist, daß das Beschleunigungserfassungselement bei einer Be­ schleunigung in der Dickenrichtung des piezoelektri­ schen Substrats (2a; 21) abgelenkt wird, und
wobei die Beschleunigung durch ein differenzmäßiges Erfassen einer Frequenzänderung oder einer Impedanzän­ derung der zwei Oberflächenwellenresonatoren, die durch die Ablenkung des Beschleunigungserfassungsele­ ments (2; 20) bewirkt wird, erfaßt wird.

3. Beschleunigungssensor mit einem Beschleunigungserfas­ sungselement vom bimorphen Typ, das ein Paar von Ober­ flächenwellenresonatoren (8, 9) aufweist, die mitein­ ander gekoppelt sind, wobei die hintere Oberfläche des einen Resonators (8) mit der hinteren Oberfläche des anderen Resonators (9) verbunden ist, wobei jeder Re­ sonator ein Glassubstrat (8a, 9a), ein Paar von IDT-Elektroden (8b, 9b), die auf der vorderen Oberfläche des Glassubstrats (8a, 9a) angeordnet sind, und einen piezoelektrischen Film (8c, 9c), der auf das Glassub­ strat (8a, 9a) einschließlich der IDT-Elektroden (8b, 9b) aufgebracht ist, aufweist,
wobei das Beschleunigungserfassungselement an einem Ende desselben derart gehalten ist, daß das Beschleu­ nigungserfassungselement bei einer Beschleunigung in der Dickenrichtung des Glassubstrats (8a, 9a) abge­ lenkt wird, und
wobei die Beschleunigung durch ein differenzmäßiges Erfassen einer Frequenzänderung oder einer Impedanzän­ derung der zwei Oberflächenwellenresonatoren (8, 9), die durch die Ablenkung des Beschleunigungserfassungs­ element bewirkt wird, erfaßt wird.

4. Beschleunigungssensor mit einem Beschleunigungserfas­ sungselement (10) vom bimorphen Typ, das zwei Oberflä­ chenwellenresonatoren umfaßt, die ein einzelnes Glas­ substrat (10a), ein Paar von IDT-Elektroden (8b, 9b), das auf jeder der vorderen und der hinteren Oberfläche des Glassubstrats (10a) angeordnet ist, und einen pie­ zoelektrischen Film (8c, 9c), der auf das Glassubstrat (10a) einschließlich der IDT-Elektroden (8b, 9b) auf demselben aufgebracht ist, aufweisen,
wobei das Beschleunigungserfassungselement an einem Ende desselben derart gehalten ist, daß das Beschleu­ nigungserfassungselement (10) bei einer Beschleunigung in der Dickenrichtung des Glassubstrats abgelenkt wird, und
wobei die Beschleunigung durch ein differenzmäßiges Erfassen einer Frequenzänderung oder einer Impedanzän­ derung der zwei Oberflächenwellenresonatoren, die durch die Ablenkung des Beschleunigungserfassungsele­ ments (10) bewirkt wird, erfaßt wird.

5. Beschleunigungssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der folgende Merkmale aufweist:
ein Paar von Gehäusebaugliedern (6), die jeweils auf zwei gegenüberliegenden Seitenoberflächen des Be­ schleunigungserfassungselements angeordnet sind, die in eine Richtung gewandt sind, in der eine Beschleuni­ gung ausgeübt wird, wobei jedes Gehäusebauglied (6) eine Ausnehmung (6b) in dem Abschnitt desselben auf­ weist, der zumindest den IDT-Elektroden zugewandt ist und an beiden Enden desselben verbunden ist; und
ein Paar von Abdeckungsbaugliedern (7), die jeweils um periphere Umrißabschnitte derselben mit den zwei offe­ nen Oberflächen, die durch das Beschleunigungselement und die Gehäusebauglieder (6) definiert sind, verbun­ den sind,
wobei die IDT-Elektroden, die auf den zwei Oberflä­ chenwellenresonatoren angeordnet sind, jeweils über Elektroden (61, 62, 63), die auf den Oberflächen der Gehäusebauglieder (6) angeordnet sind, mit äußeren Elektroden (71, 72, 73), die auf den äußeren Oberflä­ chen der Abdeckungsbauglieder (7) angeordnet sind, verbunden sind.

6. Beschleunigungssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, der ein Paar von Gehäusebaugliedern (15, 16; 24, 25) aufweist, die jeweils auf zwei gegenüberliegenden Seitenoberflächen des Beschleunigungserfassungsele­ ments angeordnet sind, die in eine Richtung gewandt sind, in der eine Beschleunigung ausgeübt wird, wobei jedes Gehäusebauglied eine Ausnehmung (16a; 25a) in dem Abschnitt desselben aufweist, der zumindest den IDT-Elektroden zugewandt ist, und auf dem gesamten pe­ ripheren Umrißabschnitt desselben verbunden ist,
wobei die IDT-Elektroden, die auf den zwei Oberflä­ chenwellenresonatoren (22c, 22d) angeordnet sind, mit Anschlußelektroden (12d, 12e, 13d, 13e; 22c, 22d, 23c 23d) verbunden sind, die entlang Seitenrändern des Be­ schleunigungserfassungselements vorgesehen sind, wobei die Anschlußelektroden jeweils mit äußeren Elektroden (15b-15e, 16b-16e; 24b-24e, 25b-25e), die auf den äußeren Oberflächen der Gehäusebauglieder (15, 16; 24, 25) angeordnet sind, verbunden sind.

7. Beschleunigungssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die zwei Oberflächenwellenresonatoren bei unterschiedlichen Frequenzen in Schwingung versetzt werden, wobei eine Differenz zwischen den Schwingfre­ quenzen erfaßt wird und ein Signal, das proportional zu einer Beschleunigung ist, aus der Frequenzdifferenz bestimmt wird.

8. Beschleunigungssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die zwei Oberflächenwellenresonatoren bei der gleichen Frequenz in Schwingung versetzt werden, wobei entweder eine Phasendifferenz oder eine Amplitu­ dendifferenz aus einer Differenz zwischen elektrischen Impedanzen der zwei Resonatoren erhalten wird und ein Signal, das proportional zu einer Beschleunigung ist, aus entweder der Phasendifferenz oder der Amplituden­ differenz bestimmt wird.