CN102607746A - 外力检测方法和外力检测装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够高精度且容易地检测出施加在压电板上的外力的技术。在容器内悬臂支承水晶板。在水晶板的例如中央部分别在上表面和下表面形成激励电极。在水晶板的下表面一侧的前端部，形成通过引出电极与下表面一侧的激励电极连接的可动电极，与该可动电极相向地在容器的底部设置固定电极。将上表面一侧的激励电极和固定电极连接振荡电路。在水晶板上施加外力而弯曲时，可动电极与固定电极之间的电容变化，将该电容变化与水晶板的变形作为振荡电路的振荡频率的变化来掌握。另外，将外力的施加方向和沿着施加外力之前的水晶板的长度方向的可动电极的朝向所成的角度θ设定为30°～60°，优选40°～50°，然后进行测定。

Description

外力检测方法和外力检测装置
技术领域
本发明涉及一种使用压电板例如水晶板，并且通过基于振荡频率检测出作用于压电板上的外力的大小，来检测出加速度、压力、流体的流速、磁力或者静电力等这些外力的技术领域。
背景技术
作为作用于线上的外力，有基于加速度的作用于物体上的力、压力、流速、磁力、静电力等，需要正确地测定这些外力的情况很多。例如在汽车的开发阶段，进行测定在汽车碰撞物体时座椅中的冲击力。另外，为了调查地震时的振动能量和振幅，要求尽量精密地调查摇晃的加速度等。
另外，在正确地调查液体和气体的流速而使其检测值反映在控制***中的情况和测定磁铁的性能的情况等，都能够列举作为外力的测定例子。
在进行这样的测定时，要求尽量简单的构造，且要高精度地进行测定。
在专利文献1中记载了以下内容：以悬臂支承压电薄片(film)，通过周围的磁力变化而压电薄片变形，流经压电薄片的电流发生变化。
另外，在专利文献2中记载了以下内容：设置电容耦合型的压力传感器和配置于对该压力传感器的配置区域分隔出来的空间的水晶振子，并联连接这些压力传感器的可变电容和水晶振子，通过根据压力传感器中的电容发生变化而水晶振子的反谐振点变化，来检测出压力。
专利文献1、2的原理与本发明完全不同。
在专利文献3中记载了对被悬臂支承在装置内部的压电振动元件在将自由端一侧略微降低以使其自由端不会触碰内部底面的状态下进行固定的发明，但是这可以认为是为了有效利用装置的内部空间的设计，其目的与本发明不同。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2006-138852号公报(0021段落、0028段落)
专利文献2：日本特开2008-39626号公报(图1和图3)
专利文献3：日本特开2002-171152号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是在这样的背景下产生的，目的在于提供一种能够高精度且容易地检测出施加在压电板上的外力的技术。
用于解决课题的方法
本发明的使用传感器的外力检测方法，其特征在于：
该传感器包括：一端被支承在基座上的悬臂式的压电板；为了使该压电板振动，分别设置于该压电板的一面侧和另一面侧的一个激励电极和另一个激励电极；与上述一个激励电极电连接的振荡电路；设置于上述压电板中从上述一端离开的部位，且与上述另一个激励电极电连接的可变电容形成用的可动电极；和固定电极，其与上述压电板隔开间隔，按照与上述可动电极相向的方式设置并且与上述振荡电路连接，通过根据压电板的弯曲而与上述可动电极之间的电容变化，来形成可变电容，上述外力检测方法包括：按照与作为目标测定对象的外力的方向正交的面、和上述可动电极的上述压电板的长度方向所成的角度为30°～60°的方式，来设定上述传感器的工序；利用频率信息检测部检测出作为与上述振荡电路的振荡频率对应的频率信息的信号的工序；和根据在上述频率信息检测部中所检测出的频率信息，评价作用在上述压电板的外力的工序。
与作为上述目标测定对象的外力的方向正交的面、和上述可动电极中的上述压电板的长度方向所成角度优选为40°～50°。
本发明的外力检测装置，是一种检测出作用在压电板上的外力的外力检测装置，其特征在于，包括：一端被支承在基座上的悬臂式的上述压电板；为了使该压电板振动，分别设置于该压电板的一面侧和另一面侧的一个激励电极和另一个激励电极；与上述一个激励电极电连接的振荡电路；设置于上述压电板的另一端，且与上述另一个激励电极电连接的可变电容形成用的可动电极；固定电极，其与上述压电板隔开间隔，按照与上述可动电极相向的方式设置并且与上述振荡电路连接，通过根据压电板的弯曲而与上述可动电极之间的电容变化，来形成可变电容；用来检测出作为与上述振荡电路的振荡频率对应的频率信息的信号的频率信息检测部；和显示作为目标测定对象的外力的方向的方向显示部，与上述作为目标测定对象的外力的方向正交的面、和上述可动电极中的上述压电板的长度方向所成的角度被设定为30°～60°，形成从上述振荡电路经过上述一个激励电极、上述另一个激励电极、上述可动电极和上述固定电极后返回上述振荡电路的振荡环，在上述频率信息检测部检测出的频率信息用来评价作用在压电板上的外力。
另外在本发明的方法或装置中，能够采用以下结构：为了防止在外力施加在上述压电板上时设置有激励电极的部位弯曲，在上述基座设置支承上述压电板的下表面一侧的激励电极与可动电极之间的部位的支承部。在该情况下，上述支承部的前端部与压电板例如通过粘着材料相互固定。
此外也可以采用以下结构：在上述容器内的设有固定电极一侧的内壁部配备突起部，该突起部在上述压电板过度弯曲时与该压电板的一端和另一端之间的靠一端侧的部位接触以限制该部位的弯曲，由此避免压电板的另一端碰撞到容器的内壁部。在此情况下，对于上述突起部中的与上述压电板相对的面，压电板的长度方向的纵断面的形状是山形。
上述可变电容形成用的可动电极既可以设置于压电板的一面侧和另一面侧中的一个面上，也可以设置于两者上。
作为本发明的优选的一个方式，能够列举以下的结构：作为由上述压电板、激励电极、可动电极和固定电极形成的组，设置第一组和第二组，分别与第一组和第二组对应地设置振荡电路，具有上述频率信息检测部求出按照与上述第一组对应的振荡频率和与上述第二组对应的振荡频率的差的信号的功能。在该结构中，也能使振荡电路在第一组和第二组中共用，在此情况下，可以在振荡电路与回路之间设置切换开关部，使得交替地形成第一组的振荡环与第二组的振荡环。
另外，与上述作为目标测定对象的外力的方向正交的面、和上述可动电极中的上述压电板的长度方向所成的角度优选为40°～50°。
发明效果
本发明在于，在压电板上施加外力而弯曲或者弯曲的程度变化时，压电板一侧的可动电极和与该可动电极相向的固定电极之间的距离会变化，因此两个电极间的电容发生变化，将该电容变化与压电板的弯曲程度作为压电板的振荡频率的变化来掌握。另外，通过将压电板向与目标测定对象的外力方向正交的方向倾斜而进行测定，来使测定灵敏度提高。由于也能检测出压电板的略微变形来作为振荡频率的变化，所以能够高精度地测定施加在压电板上的外力，而且能够简化装置结构。
附图说明
图1是表示将本发明的外力检测装置用作加速度检测装置的基本结构的主要部分的纵断面侧视图。
图2是表示上述基本结构中使用的水晶振子的上表面和下表面的平面图。
图3是表示加速度检测装置的电路结构的块图。
图4是表示上述加速度检测装置的等效电路的电路图。
图5是表示使用上述加速度检测装置所取得的加速度与频率差的关系的特性图。
图6是表示本发明的实施方式的纵断面侧视图。
图7是表示使用图6所示的加速度检测装置，角度θ与灵敏度的关系的特性图。
图8是表示上述实施方式的变形例的纵断面侧视图。
图9是表示上述加速度检测装置的使用方法的一个例子的说明图。
图10是表示图9所示的加速度检测装置的内部的纵断面侧视图。
图11是表示本发明的实施方式的变形例的纵断面侧视图。
图12是表示将本发明的外力检测装置作为加速度检测装置应用的实施方式的纵断面侧视图。
图13是沿着图12中的A-A线的横断面平面图。
图14是表示上述实施方式中使用的水晶板的背面一侧的平面图。
图15是沿着图12中的B-B线的横断面平面图。
图16是表示在上述实施方式中，水晶板因外力而弯曲的样子和各个部分的尺寸的纵断面侧视图。
图17是表示上述实施方式的加速度检测装置的电路的块回路图。
图18是表示上述实施方式的加速度检测装置的一部分的外观的外观图。
图19是表示本发明的其他变形例的纵断面侧视图。
图20是表示本发明的其他变形例的纵断面侧视图。
图21是表示本发明的其他变形例的纵断面侧视图。
图22是表示图21所示的加速度检测装置中使用的水晶板的立体图。
图23是说明本发明中的方向显示部的示意图。
图24是说明本发明中的方向显示部的示意图。
图25是表示本发明的其他实施方式的主要部分的纵断面侧视图。
图26是沿着图25中的C-C线的横断面平面图。
图27是表示本发明的另外的其他实施方式的主要部分的平面图。
符号说明
1       容器
11      底座
12      导电路
14      振荡电路
2       水晶板
31、41  激励电极
5       可动电极
6       固定电极
7       突起部
100     频率检测部
101     数据处理部
102     频率信息检测部
具体实施方式
【发明的基本结构】
在说明将本发明应用于加速度检测装置中的实施方式之前，先对作为其前提的基本结构进行阐述。图1是表示相当于作为加速度检测装置的传感器部分的外力检测传感器的加速度传感器的图，在图1中，1是长方体形状的密闭式的例如由水晶构成的容器，在内部封入惰性气体例如氮气。该容器由构成基座的下部分和与该下部分在周缘部接合的上部分构成。另外，作为容器1未必限定于密闭式的容器。在容器1内设有由水晶构成的底座11，作为压电板的水晶板2的一端被导电性粘接剂10固定在该底座11的上表面(上表面)。即，水晶板2被悬臂支承在底座11上。水晶板2例如将X剪切(X cut)的水晶形成长方形，厚度例如设定为数十μm级，例如0.03mm。因此，通过在与水晶板2交叉的方向上施加外力，前端部(前端部)弯曲。
如图2(a)所示，水晶板2在上表面的中央部设有一个激励电极31，另外如图2(b)所示，在下表面的与上述激励电极31相向的部位还设有另一个激励电极41。在上表面一侧的激励电极31连接有带状的引出电极32，该引出电极32在水晶板2的一端向下表面折叠，与导电性粘接剂10接触。在底座11的上表面设置由金属层构成的导电路12，该导电路12借助支承容器1的绝缘基板13，与绝缘基板13上的振荡电路14的一端连接。
在下表面一侧的激励电极41上连接带状的引出电极42，该引出电极42被引出至水晶板2的另一端一侧(前端部一侧)，与可变电容形成用的可动电极5连接。另一方面，在容器1一侧设有可变电容形成用的固定电极6。在容器1的底部设置有由凸状(convex)的水晶构成的突起部7。该突起部7在平面图中看是四边形。
固定电极6在该突起部7中按照大致与可动电极5相向的方式设置。水晶板2接触过大而前端部对容器1的底部进行碰撞时，因“解理(裂开)”现象而有在结晶块中容易残缺的性质。因此，按照在水晶板2过度摇晃时与可动电极5相比水晶板2的基端一侧(一端一侧)的部位碰撞突起部7的方式来决定突起部的形状。在图1等中记载了与实际的装置形象略微改变的装置形象，实际上大幅振动容器1时，与水晶板2的前端部相比靠近中央的部位碰撞到突起部7。
固定电极6借助通过突起物7的表面和绝缘基板13而布线的导电路15与振荡电路14的另一端连接。图3表示加速度传感器的布线的连接状态，图4表示等效电路。L1是与水晶振子的质量对应的串联电感，C1是串联电容，R1的串联电阻，C0是包括电极间电容的有效并联电容，CL是振荡电路14的负载电容。上表面一侧的激励电极31和下表面一侧的激励电极41与振荡电路14连接，形成于上述可动电极5和固定电极6之间的可变电容Cv介于下表面一侧的激励电极41与振荡电路14之间。
也可以在水晶板2的前端部设置重锤，施加加速度时使弯曲量增大。在此情况下，既可以增大可变电极5的厚度来兼用重锤，也可以在水晶板2的下表面一侧单独设置不同于可变电极5的重锤，或者也可以在水晶板2的上表面一侧设置重锤。
此处，根据国际规格IEC 60122-1，水晶振荡电路的一般公式如下式(1)所示。
FL＝Fr×(1+x)
x＝(C1/2)×1/(C0+CL)        ……(1)
FL是在水晶振子上施加负载时的振荡频率，Fr是水晶振子本身的谐振频率。
在本实施方式中，如图3和图4所示，水晶板2的负载电容是在CL加上Cv。因此，取代公式(1)中的CL，代入公式(2)中所表示的y。
y＝1/(1/Cv+1/CL)        ……(2)
因此，水晶板2的弯曲量从状态1变为状态2，由此可变电容Cv从Cv1变为Cv2时，频率的变化ΔFL用公式(3)表示。
dFL＝FL1-FL2＝A×CL2×(Cv2-Cv1)/(B×C)    ……(3)
此处
A＝C1×Fr/2
B＝C0×CL+(C0+CL)×Cv1
C＝C0×CL+(C0+CL)×Cv2
另外，设在水晶板2上未施加加速度时的所谓基准状态下的可动电极5和固定电极6之间的相距距离为d1，在水晶板2上施加加速度时的上述相距距离为d2时，则公式(4)成立。
Cv1＝S×ε/d1
Cv2＝S×ε/d2        ……(4)
但是S是可动电极5和固定电极6的相向区域的面积，ε是介电常数。
由于d1已知，因此可知dFL与d2存在对应关系。
作为这样的实施方式的传感器部分的加速度传感器，在未根据加速度施加外力的状态下水晶板2也处于略微弯曲的状态。另外，水晶板2是处于弯曲状态还是被保持在水平姿势，根据水晶板2的厚度等来决定。
而且，将这种结构的加速度传感器用作例如横向摇动检测用的加速度传感器和纵向摇动检测用的加速度传感器，前者按照水晶板2为垂直的方式设置，后者按照水晶板2为水平的方式设置。
而且发生地震或者施加模拟的振动时，水晶板2按照如图1的点划线所示或者如图3中实线所示的方式弯曲。设在未施加振动的状态下由作为频率信息检测部的频率检测部100检测出的频率为FL1，施加了振动(加速度)的情况下的频率为FL2时，频率的差FL1-FL2如公式(3)表示。本发明人调查(FL1-FL2)/FL1与加速度的关系，得到图5所示的关系。因此，证实了通过测定上述频率的差来求出加速度。
在图3中101是例如由个人电脑构成的数据处理部，该数据处理部101具有以下功能：根据从频率检测部100得到的频率信息例如频率，求出未在水晶板2上施加加速度时的频率f0和施加了加速度时的频率f1之差，参照将该频率差和加速度相关联的数据表求出加速度。作为频率信息并不限于频率差，也可以是作为与频率的差对应的信息的频率的变化率[(f1-f0)/f0]。
根据图1所示的结构，在水晶板2上施加外力而弯曲或者弯曲的程度变化时，水晶板2一侧的可动电极和与该可动电极5相向的固定电极6之间的距离会变化，而且两个电极5、6间的电容变化。因此，该电容变化和水晶板2的变形表现为水晶板2的振荡频率的变化。其结果是，由于水晶板2的细微变形也能作为振荡频率的变化而检测出来，所以不仅能够高精度地测定施加在水晶板2上的外力，而且能够简化装置结构。
(发明的实施方式)
在本发明的实施方式中，如图6所示，相对与作为测定对象的、预定的(作为目标)外力的施加方向正交的面P，沿着外力施加前的水晶板2的长度方向的可动电极5的朝向(面P与可动电极5所成的角度θ)优选为30°～60°，更优选40°～50°。
图7是从15°至75°改变角度θ，而在与上述面P正交的方向对水晶板2施加了相同的加速度时的振荡频率的值。横坐标的0°是θ＝45°。由图7的结果可知，根据这些各个曲线能推测振荡频率与角度θ的关系是抛物线，因此可知角度θ是30°～60°(作为横轴的值，-15°～+15°)时灵敏度增大，角度θ是40°～50°(作为横轴的值，-5°～+5°)时灵敏度进一步增大。
按照以下的方式能推测出现这样的结果的原因。使加速度传感器200倾斜时，随着倾斜角度θ增大，外力中的使水晶板2弯曲的力成分(水晶板2的厚度方向的力成分)减少，外力中的水晶板2的长度方向的力成分增加。因此，在0°～90°之间改变角度θ而检测出相同大小的外力时，随着角度θ增大可变电容Cv的变化量变小，因此增大角度θ是振荡频率的变化量变小的主要原因。但是另一方面，由于随着角度θ增大水晶板2的长度方向的应力增加，因此增大角度θ也是振荡频率增大的主要原因。角度θ在0°～45°的范围时，根据外力中的长度方向的力成分的主要原因与根据厚度方向的力成分的主要原因相比，对检测出的振荡频率的影响大，由于角度θ在45°～90°时相反，因此角度θ与振荡频率变化量的关系可以认为当角度θ为45°时振荡频率的变化量变为极大的抛物线状。
在调查水平方向的加速度的情况下，只要在将图6的加速度传感器旋转90度后的状态下安装即可。另外如图8所示，也可以将水晶板2向上倾斜，在此情况下，水晶板2相对上述面P所成的角度θ例如被设定为30°～60°，更优选为40°～50°。
另外如图9所示，也可以安装相对容器的底部安装面水平地设置有图1所示的水晶板2的加速度传感器200，并隔着安装部件80倾斜地固定在支承部件8上，由此相对上述面P倾斜。在本例中，如图10所示，通过在相对上述面P倾斜角度θ的安装部件80的传感器安装面上固定加速度传感器200，由此相对上述面P形成角度θ。在此情况下，水晶板2与面P(与在图9中箭头所示的成为测定对象的力的施加方向垂直的面)所成的角度θ优选已经阐述的角度范围，这样能获得高的灵敏度。
面P是例如在测定垂直方向的加速度的情况下的水平面。另外，如图9所示在安装部件80上表示有箭头84，该箭头84的表示是用来指定作为测定对象的外力的方向的。例如，该箭头84所表示的方向与可动电极5的方向成45°，且按照使该箭头84所表示的方向与外力的方向一致的方式来设置支承部件8。
如图11所示，也可以借助旋转部件81将加速度传感器200固定在支承部件8上，由此形成角度θ。在此情况下，能够配合外力的施加方向而容易地调整角度θ。
图12表示加速度传感器的其他例子。该图12所示的加速度传感器200，如已经阐述的图9和图10所示，搭载于安装部件80上，相对面P倾斜角度θ地安装在支承部件8上。在本实施方式中，设有两组已经阐述的水晶板2、激励电极31、34、可变电极5、固定电极6和振荡电路14的组，这一点与上述的基本结构不同。301是构成容器1的下侧的且形成基座的下部分，302是构成容器1的上侧的盖体的上部分。对于水晶板2和振荡电路14，在其中一组的部件上添加符号“A”，在另一组的部件上添加符号“B”。在图12中表示一个水晶板2，作为从侧面看的图与图1相同。平面观察图12的压力传感器的内部时，如图13所示第一水晶板2A和第二水晶板2B横向平行地配置。
由于这些水晶板2A、2B是相同的构造，因此对一个水晶板2A进行说明时，在水晶板2A的一面侧(上表面一侧)中窄幅的引出电极32从一端一侧朝着另一端一侧延伸，在该引出电极32的前端部成角形形成一个激励电极31。而且在水晶板2A的另一面侧(下表面一侧)，如图13和图14所示，与一个激励电极31相向地形成另一个激励电极41，窄幅的引出电极42朝着该激励电极41中的水晶板2A的前端部一侧延伸。而且，在该引出电极42的上述前端部一侧还形成矩形的可变电容形成用的可动电极5。这些电极31等由导电膜例如金属膜形成。
在容器1的底部与图1同样地设置有凸状的由水晶构成的突起部7，突起部7的横宽被设定成与两片水晶板2A、2B的配置对应的大小。即，突起部7被设定成包括两片水晶板2A、2B的投影区域的大小。而且如图13和图15所示，在突起部7上按水晶板2A的可动电极5和水晶板2B的可动电极5都设有矩形的固定电极6。此外，在图12等中，为了优先便于理解构造，并未正确地记载水晶板2A(2B)的弯曲形状，但是在根据后述的尺寸制作的情况下，水晶板2A(2B)振动过大时，比水晶板2A(2B)的前端部更靠近中央的部位碰撞突起部7。
关于水晶板2A(2B)和其周边部位，参照图16对各个部分的尺寸的一个例子进行说明。水晶板2A(2B)的长度尺寸S和宽度尺寸分别是20mm和1.6mm。水晶板2A(2B)的厚度例如是30μm。与水平面平行地设定水晶板2A(2B)的一端的支承面时，在未施加加速度而放置的状态下会成为因自重而弯曲的状态，其弯曲量d1例如是151μm左右，容器1的下部分的凹部空间的深度d0例如是156μm。另外，突起部7的高度尺寸例如是105μm左右。这些尺寸仅是一个例子。
在图17中表示本实施方式的加速度检测装置的电路。另外，图18中表示加速度检测装置的一部分的外观。与上述的基本结构不同的地方是，与第一水晶板2A和第二水晶板2B分别对应地连接有第一振荡电路14A和第二振荡电路14B，在第一水晶板2A和第二水晶板2B上，均形成包括振荡电路14A(14B)、激励电极31、41、可动电极5和固定电极6的振荡环。来自这些振荡电路14A、14B的输出被发送至频率信息检测部102，此处检测出来自各个振荡电路14A、14B的振荡频率的差或者频率的变化率之差。
频率的变化率是以下的意思。在振荡电路14A中，将水晶板2A因自重而弯曲的基准状态下的频率称作基准频率时，是水晶板2A因加速度进一步弯曲而频率发生变化时用频率的变化部分/基准频率所表示的值，例如用ppb单位表示。同样地对于水晶板2B也算出频率的变化率，这些变化率的差作为与频率对应的信息对数据处理部101输出。在数据处理部101中，例如将变化率的差和加速度的大小相关联后的数据保存在存储器中，根据该数据与变化率的差能够检测出加速度。
列举水晶板2A(2B)的弯曲量(水晶板成一直线延伸的状态时与弯曲时的前端部分的高度等级的差)和频率的变化量的关系的一个例子，例如水晶板2A(2B)的前端部以10-5μm级进行变化时，振荡频率为70MHz时，频率的变化部分是0.65ppb。因此，也能正确地检测出极小的外力例如加速度。
根据上述实施方式，除了上述的基本结构的效果外，由于在相同的温度环境配置水晶板2A和水晶板2B，因此即使水晶板2A和水晶板2B的各个频率因温度发生变化，该变化部分也被消除，结果是仅能够检测出基于水晶板2A、2B的弯曲的频率的变化部分，所以具有检测精度高这样的效果。
在图13的例子中，分别与水晶板2A和水晶板2B对应地设置有固定电极6，但是对于一个水晶板2B也可以采用不设置可动电极5和固定电极6的结构。在此情况下，对于一个水晶板2B，激励电极41并不借助可变电容CV地与第二振荡电路14B连接。这样，在设置两组激励电极31、41组的结构(设置两个水晶振子的结构)中，也可以取代在各组中使用水晶板的方式，在各组中设置共用的水晶板。
【本发明的变形例和应用例】
图19～图22记载了本发明的其他的变形例。
图19所示的加速度传感器，在水晶板2的前端部一侧形成水晶板2的激励电极31、41，下表面一侧的激励电极41兼用可动电极5。
图20所示的加速度传感器采用作为包括水晶板2的水晶振子使在上述实施方式中所使用的水晶板2A(2B)的上表面与下表面相反的构造。在此情况下，水晶板2介于可动电极5与固定电极6之间，在该构造中也能获得同样的作用、效果。
图21所示的加速度传感器在上述实施方式中使用的水晶板2A(2B)中，如图22所示使下表面一侧的可动电极5转向上表面一侧，并且按照与该可动电极5相向的方式在容器1的内部空间的内壁上表面一侧设置固定电极6。在此情况下也能获得同样的作用、效果。
图25和图26表示本发明的其他实施方式。该实施方式在水晶板2中通过在相当于基座的容器1的下部分设置的支承部件来支承具有作为水晶振子的作用的部位与因外力而发生弯曲的部位之间的例子。即，水晶板2中的被该支承部所支承的部位是在设置有激励电极31、41的部位与设有可动电极5的部位之间。而且为了在外力施加在水晶板2上时使水晶板2的弯曲程度增大，也就是为了获得高的灵敏度，优选确保从上述支承部位至水晶板2的前端部的距离为较大。
图25和图26所示的加速度传感器，在容器1的底部设置角形的支承部8，利用该支承部8的上表面支承比水晶板2的下表面的激励电极41靠近水晶板2的前端部一侧例如0.1mm～数mm的部位。支承部8的横宽优选为与水晶板2的宽度尺寸相同或者比其大，但在能够发挥能充分防止设置有激励电极31、41的部位的弯曲的功能的情况下，也可以比水晶板2的宽度尺寸小。支承部8的高度尺寸被设定为，在例如水晶板2从底座11的上表面水平地伸出的状态下接触水晶板2的下表面的尺寸。
在图25中，夸张地记载了容器内的构造，因此与实际的外力传感器的一例构造略有不同。作为支承部8的尺寸的一个例子，高度例如是0.5mm～1mm，厚度是0.3mm，横宽是与水晶板2的宽度相同的1.6mm。该尺寸是一个例子，根据容器1的构造和水晶板2的设置位置等来决定。
支承部8与水晶板2的下表面(与固定电极6相向一侧的面)，例如通过导电性粘接剂或者低感应玻璃等粘着材料相互固定。此外，还可以采用支承部8与水晶板2的下表面不相互固定的结构。
作为设置支承部8的方法，例如可以列举出在制造容器1的下部分301时通过蚀刻形成的方法，但是也可以与下部分301单独地制造支承部8，利用粘接剂粘接。
另外，使用支承部8的结构也可以应用于设置两组水晶振子然后求出这些水晶振子的振荡频率的差的例子，即图13～图17所示的例子等。在此情况下，在各组水晶板2A、2B中，如图25、图26所示采用利用支承部8来支承激励电极31、41与可动电极5之间的部位的结构。作为支承部8，既可以在各水晶板2A、2B中独立地设置，也可以利用从水晶板2A的左边缘跨越延伸至水晶板2B的右边缘的共用的支承部8来支承水晶板2A、2B。图27表示相对在共用的水晶板2上形成了两组水晶振子的结构，而使用支承部8的结构。
此处，在图25所示的构造中，制作将激励电极41与振荡电路直接连接的样品，多次测定载置于水平面上时的振荡频率f0、和载置于水晶板2的前端部一侧从水平面仅低10度而倾斜的面上时的振荡频率f10。作为频率的变化率的(f0-f10)/f0的值是0.1ppb～5ppb。
对此，对于在上述样品中未设置支承部8的情况下的样品，进行了同样的试验时，作为频率的变化率的(f0-f10)/f0的值是8ppb～45ppb。由该结果可知，当水晶板2因外力而弯曲时，对于在振荡频率的变化部分中因水晶板2的振动部位(设置有激励电极31、41的部位)的弯曲而引起的频率的变化部分所占的比例，设置支承部8的构造小。即使水晶板2中的支承部8的前端一侧弯曲，因支承部8的存在，振动部位也几乎不会弯曲，该结果可以说是基于这一点的结果。
振动部位的频率的变化缺少再现性，因此如上述通过采用设置支承部8的构造，能够更加准确地得到与水晶板2的弯曲对应的频率变化。
在以上说明中，本发明并不限定于测定加速度，也能应用于磁力的测定、被测定物的倾斜程度的测定、流体的流量的测定、风速的测定等。
对测定磁力时的结构例子进行阐述。在水晶板2中的可动电极5与激励电极41之间的部位形成磁性体的膜，该磁性***于磁场中时，水晶板2会弯曲。
另外，对于被测定物的倾斜程度的测定，将支承水晶板2或2A、2B的基座预先倾斜成多种角度，得到各个倾斜角度时的频率信息，根据将该基座设置于被测定面上时的频率信息能够检测出倾斜角度。
再者，将水晶板2暴露在气体和液体等流体中，根据水晶板的弯曲量通过频率信息能够检测出流速。在此情况下，水晶板2的厚度由流速的测定范围等决定。另外，本发明也能应用于测定重力的情况。
为了按照上述的角度θ的倾斜安装外力检测装置，本发明配备显示安装方向的方向显示部。图23和图24表示该方向显示部的具体例子。在图23中，在搭载了加速度传感器200的外力检测装置的框体82上设定作为安装面的基准面83，在该基准面83中按照与测定对象接触的方式安装，由此形成上述的角度θ的倾斜。例如，在测定铅直方向的加速度的情况下，只要将该基准面83设置成水平面即可。另外，在测定流体的流速的情况下，只要按照基准面83与流体的流向正交的方式设置框体82即可。在本例中基准面83相当于方向显示部。在图24中，用于使作为测定对象的外力的方向一致的成为基准的箭头83画在上述框体82的外壁上，该箭头83相当于方向显示部。

Claims (13)

1.一种使用传感器的外力检测方法，其特征在于：
所述传感器包括：
一端被支承在基座上的悬臂式的压电板；
为了使该压电板振动，分别设置于该压电板的一面侧和另一面侧的一个激励电极和另一个激励电极；
与所述一个激励电极电连接的振荡电路；
设置于所述压电板中从所述一端离开的部位，且与所述另一个激励电极电连接的可变电容形成用的可动电极；和
固定电极，其与所述压电板隔开间隔，按照与所述可动电极相向的方式设置并且与所述振荡电路连接，通过根据压电板的弯曲而与所述可动电极之间的电容变化，来形成可变电容，
所述外力检测方法包括：
按照与作为目标测定对象的外力的方向正交的面、和所述可动电极的所述压电板的长度方向所成的角度为30°～60°的方式，来设定所述传感器的工序；
通过频率信息检测部检测出作为与所述振荡电路的振荡频率对应的频率信息的信号的工序；和
根据在所述频率信息检测部检测出的频率信息，评价作用在所述压电板上的外力的工序。
2.如权利要求1所述的外力检测方法，其特征在于：
与作为目标测定对象的外力的方向正交的面和所述可动电极的所述压电板的长度方向所成角度是40°～50°。
3.如权利要求1所述的外力检测方法，其特征在于：
为了防止外力施加在所述压电板上时设置有激励电极的部位弯曲，在所述基座上设置支承所述压电板的下表面一侧的激励电极与可动电极之间的部位的支承部。
4.如权利要求3所述的外力检测方法，其特征在于：
所述支承部的前端部与压电板被相互固定。
5.如权利要求1所述的外力检测方法，其特征在于：
在所述容器内的设有固定电极的一侧的内壁部配备突起部，该突起部在所述压电板过度弯曲时，与该压电板的一端和另一端之间的靠一端侧的部位接触以限制该部位的弯曲，由此避免压电板的另一端碰撞到容器的内壁部。
6.如权利要求5所述的外力检测方法，其特征在于：
对于所述突起部中的与所述压电板相对的面，压电板的长度方向的纵断面的形状是山形。
7.一种外力检测装置，是检测出作用在压电板上的外力的外力检测装置，其特征在于，包括：
一端被支承在基座上的悬臂式的所述压电板；
为了使该压电板振动，分别设置于该压电板的一面侧和另一面侧的一个激励电极和另一个激励电极；
与所述一个激励电极电连接的振荡电路；
设置于所述压电板的另一端，且与所述另一个激励电极电连接的可变电容形成用的可动电极；
固定电极，其与所述压电板隔开间隔，按照与所述可动电极相向的方式设置并且与所述振荡电路连接，通过根据压电板的弯曲而与所述可动电极之间的电容变化，来形成可变电容；
用来检测出作为与所述振荡电路的振荡频率对应的频率信息的信号的频率信息检测部；和
显示作为目标测定对象的外力的方向的方向显示部，
与所述作为目标测定对象的外力的方向正交的面、和所述可动电极的所述压电板的长度方向所成的角度被设定在30°～60°，
形成从所述振荡电路经过所述一个激励电极、所述另一个激励电极、所述可动电极和所述固定电极后返回所述振荡电路的振荡环，
在所述频率信息检测部检测出的频率信息用来评价作用在压电板上的外力。
8.如权利要求7所述的外力检测装置，其特征在于：
作为由所述压电板、激励电极、可动电极和固定电极形成的组，设置第一组和第二组，
分别与第一组和第二组对应地设置振荡电路，
所述频率信息检测部求出按照与所述第一组对应的振荡频率和与所述第二组对应的振荡频率的差的信号。
9.如权利要求7所述的外力检测装置，其特征在于：
与作为所述目标测定对象的外力的方向正交的面、和所述可动电极的所述压电板的长度方向所成的角度是40°～50°。
10.如权利要求7所述的外力检测装置，其特征在于：
为了防止外力施加在所述压电板上时设置有激励电极的部位弯曲，在所述基座上设置支承所述压电板的下表面一侧的激励电极与可动电极之间的部位的支承部。
11.如权利要求10所述的外力检测装置，其特征在于：
所述支承部的前端部与压电板被相互固定。
12.如权利要求7所述的外力检测装置，其特征在于：
在所述容器内的设有固定电极的一侧的内壁部配备突起部，该突起部在所述压电板过度弯曲时，与该压电板的一端和另一端之间的靠一端侧的部位接触以限制该部位的弯曲，由此避免压电板的另一端碰撞到容器的内壁部。
13.如权利要求12所述的外力检测装置，其特征在于：
对于所述突起部中的与所述压电板相对的面，压电板的长度方向的纵断面的形状是山形。
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