CN110388905B - 传感器单元以及构造物监视装置 - Google Patents

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Abstract

一种传感器单元以及构造物监视装置，具有较高检测精度。传感器单元(100)包括：加速度传感器(18x、18y、18z)，作为物理量传感器；控制IC(19)，作为与加速度传感器(18x、18y、18z)电连接的处理部；电路基板(15)，作为搭载加速度传感器(18x、18y、18z)和控制IC(19)的基板；以及容器(1)，收容电路基板(15)。加速度传感器(18x、18y、18z)和控制IC(19)以在俯视下不重叠的方式配置于电路基板(15)。

Description

传感器单元以及构造物监视装置
技术领域
本发明关于传感器单元以及构造物监视装置。
背景技术
以往，作为物理量传感器，已知有具备例如加速度传感器或角速度传感器等的惯性传感器的传感器单元。该传感器单元能够作为运动传感器单元发挥功能，例如，能够例示出设置于建筑物或高速公路等建造物、山体倾斜面或路堤的挡土墙等的倾斜传感器单元(倾斜仪)以及检测农业机械(农机)、建设机械(建机)、汽车等移动体、无人机、机器人等运动体(被安装装置)的姿态和行为(惯性运动量)的惯性计测装置(IMU：InertialMeasurement Unit)。
作为这种传感器单元，例如在专利文献1中记载有具备三轴加速度传感器、三轴角速度传感器的作为所谓的六轴运动传感器发挥功能的传感器单元。各传感器与作为搭载于电路基板的背面侧的控制用IC的运算处理电路即微处理器单元(MPU)电连接，并通过MPU来控制。MPU根据从各传感器输出的检测信号进行运算并输出检测值。
专利文献1：日本特开2016-23931号公报
但是，在专利文献1中记载的传感器单元中，由于因MPU的发热而产生的热量传播到各传感器，因此，从各传感器输出的检测信号由于热量而产生变动，存在检测精度降低的技术问题。
发明内容
本申请的传感器单元，其特征在于，包括：基板；物理量传感器，搭载于所述基板；处理部，以在俯视下与所述物理量传感器不重叠的方式搭载于所述基板，并与所述物理量传感器电连接；感温元件，搭载于所述基板；以及容器，***述基板，所述基板包括：搭载有所述处理部的第一区域；以及搭载有所述物理量传感器的第二区域。
在上述传感器单元中，优选的是，所述感温元件搭载于所述第二区域。
在上述传感器单元中，优选的是，所述感温元件搭载于所述第二区域的搭载有所述物理量传感器一侧的面。
在上述传感器单元中，优选的是，所述基板在所述第一区域和所述第二区域之间具有连接区域，在从所述第一区域和所述第二区域排列的第一方向观察的剖视下，所述连接区域的截面积S3小于所述第一区域的截面积S1和所述第二区域的截面积S2。
在上述传感器单元中，优选的是，所述连接区域是在俯视下沿着所述第一方向的所述基板的外缘收缩的收缩部。
在上述传感器单元中，优选的是，在俯视下，所述收缩部设置于所述基板的与所述第一方向正交的第二方向上的两侧。
在上述传感器单元中，优选的是，所述传感器单元包括搭载于所述基板的所述第一区域的连接器。
在上述传感器单元中，优选的是，所述感温元件是热敏电阻或者二极管。
在上述传感器单元中，优选的是，所述物理量传感器检测加速度和角速度中的至少任一个。
本申请的构造物监视装置，其特征在于，包括：上述任一个中记载的传感器单元；接收部，接收来自安装于构造物的所述传感器单元的检测信号；以及运算部，根据从所述接收部输出的信号运算所述构造物的倾斜角度。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式涉及的传感器单元固定于被安装面的状态的立体图。
图2是示出从图1的被安装面一侧观察的传感器单元的概要的立体图。
图3是与图1相同状态的传感器单元的分解立体图。
图4是示出从与图3相同方向观察的基板(电路基板)的概略结构的外观立体图。
图5是示出基板(电路基板)的从图4的相反侧观察的概略结构的外观立体图。
图6是示出传感器单元的概要的剖视图。
图7是示出容器的概要的俯视图。
图8是说明加速度传感器元件的概略结构的立体图。
图9是说明使用加速度传感器元件的加速度检测器的概略结构的剖视图。
图10是示出本发明的第二实施方式涉及的传感器单元的基板(电路基板)的结构的外观立体图。
图11是示出本发明的第三实施方式涉及的传感器单元的基板(电路基板)的结构的外观立体图。
图12是示出本发明的第四实施方式涉及的传感器单元的基板(电路基板)的结构的外观立体图。
图13是示出本发明的第五实施方式涉及的构造物监视装置的构成图。
附图标记说明
1···容器；2···盖部；3···螺纹孔；4···固定凸起部；11···侧壁；12···底壁；12r···下面；15···作为基板的电路基板；15f···第一面；15r···第二面；16···插头式(公)的连接器；18x、18y、18z···作为物理量传感器的加速度传感器；19···作为处理部的控制IC；20···感温元件；21···开口部；22···内面；23···开口面；25、26···第二底座；27···第一底座；29···凸起部；30···固定部件；33、34···收缩部；41···密封部件；42···固定部件；70···固定螺丝；71···被安装面；72···螺丝；74···内螺纹；76···贯通孔；100···传感器单元；200···加速度传感器元件；300···加速度传感器；500···构造物监视装置；AL1···第一区域；AL2···第二区域；AL3···连接区域。
具体实施方式
以下，对本实施方式进行说明。并且，以下说明的本实施方式不会不当地限定专利申请的范围中记载的本发明的内容。另外，本实施方式中说明的所有结构不一定是本发明的必须构成要件。
[传感器单元]
<第一实施方式>
首先，参照图1以及图2，对本发明的第一实施方式涉及的传感器单元100进行说明。
图1是示出本发明的第一实施方式涉及的传感器单元固定于被安装面的状态的立体图。图2是示出从图1的被安装面一侧观察的传感器单元的概要的立体图。
如图1所示，传感器单元100是检测汽车、农业机械(农机)、建设机械(建机)、机器人以及无人机等移动体(被安装装置)的姿态和行为(惯性运动量)的惯性计测装置。传感器单元100作为物理量传感器，作为所谓的三轴运动传感器发挥功能，该三轴运动传感器具备检测分别不同的一轴的加速度的三个加速度传感器。
传感器单元100的平面形状为长方形的长方体，且为沿着第一方向(X轴方向)的长边的长度为约50mm，沿着与第一方向正交的第二方向(Y轴方向)的短边的长度为约24mm，厚度为约16mm的尺寸。在传感器单元100一个长边的各个端部附近的两个部位以及另一个长边的中央部的一个部位设置有固定凸起部4，在该固定凸起部4的每一个上形成有螺纹孔3。固定螺丝70分别穿过该三个部位的螺纹孔3的每一个，在将传感器单元100固定于作为例如桥梁或公告板等被粘接部的构造物(装置)的被安装面71的状态下使用。另外，传感器单元100涉及的上述尺寸只是一个例子，通过部件的选定或变更设计，也能够小型化到能够搭载于例如HMD(头戴式显示器、智能眼镜)、智能手机或数码相机的尺寸。另外，通过将固定凸起部4配置为引导部的盖部2而覆盖与传感器单元100的被安装面71相反侧的开口。另外，盖部2通过穿过包括三个部位的凹部(洼部)的贯通孔76内而经由密封部件41(参照图3)固定于容器1。
如图2所示，在从传感器单元100的被安装面一侧观察的表面上设置有开口部21。在开口部21的内部(内侧)配置有插头式(公)的连接器16。连接器16具有配置为两列的多个插针，在各个列中，多个插针沿着第二方向(Y轴方向)排列。在插头式(公)的连接器16上，从被安装装置连接有插座式(母)的连接器(未图示)，在两者间进行传感器单元100的驱动电压、检测数据等电信号的发送接收。另外，插头式(公)的连接器16安装于后述的作为基板的电路基板15(参照图5)。
本实施方式中的传感器单元100的结构不限定于三轴运动传感器，只要是具备物理量传感器(惯性传感器)的单元或者装置都能够适用。
另外，在以下的说明中，在俯视下，沿着长方形的传感器单元100的长边的方向为第一方向(X轴方向)。另外，在俯视下，与第一方向(X轴方向)正交的方向(沿着短边的方向)为第二方向(Y轴方向)。另外，将传感器单元100的厚度方向作为第三方向(Z轴方向)进行说明。
[传感器单元的结构]
接着，除了图1以及图2以外，参照图3、图4、图5、图6以及图7对传感器单元100的结构进行说明。
图3是与图1相同状态的传感器单元的分解立体图。图4是示出从与图3相同方向观察的基板(电路基板)的概略结构的外观立体图。图5是示出基板(电路基板)的从图4的相反侧观察的概略结构的外观立体图。图6是示出传感器单元的概要的剖视图。图7是示出容器的概要的俯视图。
如图3所示，传感器单元100由容器1、盖部2、密封部件41、作为基板的电路基板15等构成。详细来说，传感器单元100构成为将电路基板15经由固定部件30、42(参照图6以及图7)安装在容器1的内部，并通过经由密封部件41的盖部2覆盖容器1的开口。
容器1是使用例如铝成形为具有内部空间的箱状，且作为电路基板15的收容容器的部件。容器1能够通过将铝切削或者使用压铸法(模具铸造法)而形成。另外，容器1的材质不限于铝，也可以使用锌或不锈钢等其他金属、树脂或者金属和树脂的复合材料等。容器1的外形与上述传感器单元100的整体形状相同，为平面形状大致长方形的长方形，在一个长边的各个端部附近的两个部位以及另一个长边的中央部的一个部位设置有固定凸起部4，在每一个该固定凸起部4上形成有螺纹孔3。这里，设置在一个长边的各个端部附近的两个部位的固定凸起部4包含短边和长边的交叉部，在俯视下呈大致三角形状。另外，设置在另一个长边的中央部的一个部位的固定凸起部4在俯视下呈朝向容器1的内部空间侧的大致梯形形状。
另外，作为容器1的固定所涉及的构造，不限定于螺纹孔3，例如，也可以形成为通过形成能够利用螺丝进行螺丝紧固的缺口(在容器1的配置有螺纹孔3的角部的固定凸起部4或者中央部的固定凸起部4形成缺口的构造)而进行螺丝紧固的结构，或者，也可以形成为通过在容器1的侧面形成凸缘(耳)而将凸缘部分进行螺丝紧固的结构。但是，在将前者的缺口孔作为固定部进行螺丝紧固的情况下，如果缺口孔的缺口比螺丝头的直径大，则在进行螺丝紧固时螺丝头从缺口偏移而变得倾斜，存在螺丝紧固的固定容易脱落，外壳的缺口孔部分由于偏移的螺丝而变形或刮擦的风险。因此，在设置缺口孔作为固定部的情况下，优选的是，将缺口孔的缺口设计得比构成座面的螺丝头的直径小。
容器1为外形是长方体并且一侧开口的箱状。容器1的内部(内侧)成为由底壁12和侧壁11包围的内部空间(收容空间)。换而言之，容器1呈与底壁12相对的一面为开口面23的箱状，电路基板15的外缘以沿着侧壁11的内面22的方式配置(收容)，盖部2以覆盖开口的方式固定。这里，与底壁12相对的开口面23为载置盖部2的面。在开口面23上，在容器1的一个长边的各个端部附近的两个部位以及另一个长边的中央部的一个部位，直立设置有固定凸起部4。另外，固定凸起部4的上表面(向-Z方向露出的面)与容器1的上表面为同一面。
另外，如图6以及图7所示，在容器1的内部空间(收容空间)中，与设置于另一个长边的中央部的固定凸起部4相对的位置的一个长边的中央部，从底壁12至开口面23设置有从侧壁11向内部空间侧凸出的凸起部29。在凸起部29的上表面(与开口面23为同一面)，设置有用于固定盖部2的内螺纹74。这里，设置于另一个长边的中央部的固定凸起部4与凸起部29相同，也可以作为从底壁12至开口面23从侧壁11向内部空间侧凸出的结构。另外，凸起部29以及固定凸起部4设置于与后述的电路基板15的收缩部33、34(参照图4)相对的位置。
此外，在容器1的内部空间(收容空间)，从底壁12朝向开口面23一侧设置有以高出一段的台阶状凸出的第一底座27以及第二底座25、26。如图6以及图7所示，第一底座27设置于与安装于电路基板15的插头式(公)的连接器16的配置区域相对的位置，并设置有插头式(公)的连接器16所***的开口部21。第一底座27作为用于通过配设于插头式(公)的连接器16的周围的固定部件42将电路基板15固定于容器1的底座而发挥功能。另外，开口部21贯通第一底座27的内侧的面和作为容器1外面的下面12r。即，开口部21贯通容器1的内部(内侧)和外部。
第二底座25、26相对于位于长边的中央部的固定凸起部4以及凸起部29而位于第一底座27的相反侧，并设置在固定凸起部4以及凸起部29的附近。另外，第二底座25、26也可以与固定凸起部4以及凸起部29中的任一个连结。第二底座25、26作为用于在相对于固定凸起部4以及凸起部29在第一底座27的相反侧将电路基板15固定于容器1的底座而发挥功能。
另外，对容器1的外形为平面形状是大致长方形的长方体且无盖的箱状的一个例子进行了说明，但是并不限定于此，容器1的外形的平面形状也可以是正方形或者例如六边形或八边形等多边形，还可以是该多边形的顶点部分的角被倒角并且各边为曲线的平面形状。另外，容器1的内部(内侧)的平面形状不限于上述的例示形状，也可以是其他的形状。另外，容器1的外形和内部的平面形状可以是相似形状，也可以不是相似形状。
作为基板的电路基板15是形成有多个通孔的多层基板，使用玻璃环氧树脂基板。另外，不限定于玻璃环氧树脂基板，也可以是能够搭载多个物理量传感器或电子部件、连接器等的刚性基板。例如，可以使用复合基板或陶瓷基板。
如图4以及图5所示，电路基板15具有底壁12一侧的第二面15r和与第二面15r为正反关系的第一面15f。电路基板15被划分为搭载有作为处理部的控制IC19以及插头式(公)的连接器16的第一区域AL1、搭载有作为物理量传感器的加速度传感器18x、18y、18z的第二区域AL2、位于第一区域AL1和第二区域AL2之间的连接区域AL3。因此，控制IC19和加速度传感器18x、18y、18z在俯视下以不重叠的方式配置。另外，在电路基板15上设置有各种配线和端子电极等，但省略其图示及其说明。
如图4所示，电路基板15在第一区域AL1的第一面15f上搭载有控制IC19，在第二区域AL2的第一面15f上搭载有三个加速度传感器18x、18y、18z。另外，如图5所示，电路基板15在第一区域AL1的第二面15r上搭载有插头式(公)的连接器16。因此，第一面15f是搭载有控制IC19以及加速度传感器18x、18y、18z一侧的电路基板15的面。
在俯视下，电路基板15在沿着容器1的长边的第一方向(X轴方向)的中央部具备电路基板15的外缘收缩的收缩部33、34。在俯视下，收缩部33、34设置在电路基板15的与第一方向正交的第二方向(Y轴方向)上的两侧，从电路基板15的外缘朝向中央收缩，设置在与容器1的凸起部29以及固定凸起部4(参照图3)相对的位置。另外，设置有该收缩部33、34的区域是连接区域AL3。因此，连接区域AL3被设置为截面积S3(图4中示出的C-C横截面的截面积)小于在从作为第一区域AL1以及第二区域AL2的排列方向的第一方向(X轴方向)观察时的沿着与第一方向正交的第二方向(Y轴方向)的截面，即比图4所示的A-A横截面的第一区域AL1的截面积S1以及图4所示的B-B横截面的第二区域AL2的截面积S2小。明确地说，连接区域AL3能够设为电路基板15的收缩部33、34中的从第一区域AL1一侧的外缘开始收缩的位置到第二区域AL2一侧的外缘开始收缩的位置之间(图5中示出的两个双点划线之间)。
如上所述，控制IC19和加速度传感器18x、18y、18z不重叠，在电路基板15的第一区域AL1搭载控制IC19，在第二区域AL2搭载加速度传感器18x、18y、18z。因此，能够使加速度传感器18x、18y、18z离开产生热量的控制IC19，从而能够使控制IC19产生的热量难以传播到加速度传感器18x、18y、18z。因此，能够减少由于控制IC19产生的热量传播到加速度传感器18x、18y、18z而产生的传感器单元100的检测精度降低。
电路基板15将第二面15r朝向第一底座27以及第二底座25、26***容器1的内部空间。另外，电路基板15在第一底座27上通过以环状配置在安装的插头式(公)的连接器16周围的固定部件42、配置在第二底座25、26上的固定部件30安装于容器1。即，电路基板15在第一区域AL1的插头式(公)的连接器16的周围和第二区域AL2的连接区域AL3一侧的区域经由固定部件42、30安装于容器1的第一底座27以及第二底座25、26。
固定部件42通过以环状配置在连接器16的周围而能够在连接器16的周围确保容器1和电路基板15之间的气密性，因此，能够防止灰尘或尘土等异物从露出于外部的连接器16的周围进入容器1的内部。
插头式(公)的连接器16沿着Y轴方向以等间距配置，具备沿着X轴方向排列的两列连接端子。优选为一列10个插针合计20个插针的连接端子，但是端子数量也可以根据设计规范进行适当变更。
作为物理量传感器的加速度传感器18x、18y、18z分别能够检测一轴方向的加速度。加速度传感器18x、18y、18z优选使用水晶为振子并且根据通过施加于振子的力而变化的共振频率来检测加速度的振动型的加速度传感器。另外，关于该加速度传感器18x、18y、18z，在后段进行说明。
加速度传感器18x以封装的正面和背面朝向X轴方向的方式使侧面与电路基板15的第一面15f相对而直立设置，检测施加于X轴方向的加速度。加速度传感器18y以封装的正面和背面朝向Y轴方向的方式使侧面与电路基板15的第一面15f相对而直立设置，检测施加于Y轴方向的加速度。加速度传感器18z以封装的正面和背面朝向Z轴方向的方式，即封装的正面和背面与电路基板15的第一面15f正对的方式连接，检测施加于Z轴方向的加速度。
另外，加速度传感器18x、18y、18z不限定于使用水晶的振动型的加速度传感器，只要是能够检测加速度的传感器即可。作为其他的传感器，例如也可以是利用MEMS技术加工硅基板而形成的静电电容型的加速度传感器、压阻型加速度传感器或热感测型加速度传感器，另外，不限定于按照每一轴而使用三个加速度传感器18x、18y、18z的结构，只要是能够检测三轴的加速度的传感器即可，例如也可以使用能够利用一个装置(封装)检测(感测)三轴的加速度的传感器装置。
作为处理部的控制IC19，经由未图示的配线与加速度传感器18x、18y、18z电连接。另外，控制IC19是MCU(Micro Controller Unit，微控制器单元)，内置有包含非易失性存储器的储存部和A/D转换器等，控制传感器单元100的各部。在储存部中储存有规定用于检测加速度的顺序和内容的程序、将检测数据数字化并合并到分组数据中的程序、随附的数据等。另外，在电路基板15上还搭载有多个电子部件，但省略图示。
[加速度传感器的结构例]
这里，参照图8以及图9对加速度传感器18x、18y、18z的结构进行说明。
图8是说明加速度传感器元件的概略结构的立体图。图9是说明使用加速度传感器元件的加速度检测器的概略结构的(主视图)剖视图。
另外，在图8中，作为相互正交的三个轴，图示了x轴、y’轴、z’轴。关于这里的各轴，在由作为加速度传感器的基材使用的压电体材料即水晶的作为电性轴的x轴、作为机械轴的y轴、作为光学轴的z轴构成的正交坐标系中，当x轴为旋转轴、以+z侧向y轴的-y方向旋转的方式将z轴以旋转角度φ(优选的是，-5°≤φ≤15°)倾斜而成的轴设为z’轴、以+y侧向z轴的+z方向旋转的方式将y轴以旋转角度φ倾斜而成的轴设为y’轴时，对使用沿着由x轴以及y’轴规定的平面切出而加工成平板状并且在与该平面正交的z’轴方向上具有预定厚度t的所谓水晶z板(z’板)作为基材的例子进行说明。另外，z’轴是在加速度传感器18x、18y、18z中沿着重力作用的方向的轴。
[加速度传感器元件的结构]
首先，参照图8，对加速度传感器元件200的结构进行说明。加速度传感器元件200具有：基板构造体201，包括基部210等；加速度检测元件270，连接于基板构造体201并检测物理量；以及质量部280、282。
加速度传感器元件200的基板构造体201具备：基部210；可动部214，经由接头部212连结于基部210；连结部240；以及连结设置于基部210的第一支撑部220、第二支撑部230、第三支撑部250和第四支撑部260。这里，第三支撑部250和第四支撑部260连结在配置有连结部240的一侧。
基板构造体201使用由压电材料即水晶的原石等如上述以预定的角度切出而形成的水晶z板(z’板)的水晶基板。通过将该水晶基板进行图案化，将其一体地形成为基板构造体201。另外，图案化例如能够使用光刻技术以及湿法蚀刻技术。
基部210经由接头部212与可动部连接，并支撑可动部214。基部210连接于经由接头部212的可动部214、位于可动部的接头部212所位于的一侧的相反侧的连结部240、第一支撑部220以及第二支撑部230、在连结部240侧连结的第三支撑部250以及第四支撑部260。
接头部212设置在基部210和可动部214之间，并将基部210与可动部214连接。接头部212的厚度(z’轴方向的长度)设为比基部210的厚度以及可动部214的厚度薄(短)，在从x轴方向的剖视图中形成为收缩状。接头部212例如能够通过将包括接头部212的基板构造体201进行所谓的半蚀刻而形成厚度较薄的薄壁部来设置。当可动部214相对于基部210位移(转动)时，接头部212作为支点(中间铰链)而具有作为沿着x轴方向的旋转轴的功能。
可动部214经由接头部212连接于基部210。针对可动部214，其形状为板状，且具有沿着z’轴方向彼此相对并为正反关系的主面214a、214b。可动部214能够根据施加于与主面214a、214b交叉的方向(z’轴方向)的物理量即加速度，以接头部212为支点(旋转轴)沿着与主面214a、214b交叉的方向(z’轴方向)位移。
连结部240按如下方式设置：以从设置有后述第三支撑部250的+x方向侧的基部210沿着X轴方向包围可动部214的方式延伸，并且连接于设置有后述第四支撑部260的-x方向侧的基部210。
第一支撑部220以及第二支撑部230设置为以加速度检测元件270为中心而对称的结构。另外，同样地，第三支撑部250以及第四支撑部260设置以加速度检测元件270为中心而对称的结构。另外，在第一支撑部220、第二支撑部230、第三支撑部250以及第四支撑部260中，基板构造体201具有支撑被固定部(参照图9，后述的加速度检测器300的封装310)的功能。
加速度检测元件270设置为连接于基板构造体201的基部210和可动部214。换而言之，加速度检测元件270以跨过基板构造体201的基部210和可动部214的方式设置。在加速度检测元件270上具有作为振动部的振动梁部271a、271b、第一基部272a和第二基部272b。第一基部272a和第二基部272b连接于基部210的加速度检测元件270例如通过可动部214根据物理量产生位移而在振动梁部271a、271b上产生应力，从而在振动梁部271a、271b上产生的物理量检测信息发生变化。换而言之，振动梁部271a、271b的振动频率(共振频率)发生变化。另外，在本实施方式中，加速度检测元件270是具有两个振动梁部271a、271b、第一基部272a和第二基部272b的双音叉元件(双音叉型振动元件)。另外，作为振动部的振动梁部271a、271b也可以被称为振动腕、振动梁、柱状梁。
加速度检测元件270与上述的基板构造体201相同，使用由压电材料即水晶的原石等以预定的角度切出而形成的水晶z板(z’板)的水晶基板。加速度检测元件270通过光刻技术以及湿法蚀刻技术将该水晶基板进行图案化而形成。由此，能够将振动梁部271a、271b以及第一基部272a、第二基部272b一体地形成。
另外，加速度检测元件270不限定为上述的水晶基板。例如，能够使用钽酸锂(LiTaO3)、四硼酸锂(Li2B4O7)、铌酸锂(LiNbO3)、锆钛酸铅(PZT)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等压电材料。另外，能够使用具备氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)等压电体(压电材料)涂层的硅等半导体材料。但是，优选使用与基板构造体201相同的材料。
在加速度检测元件270上例如设置有引出电极(图示省略)和激励电极，但省略说明。
质量部280、282设置于可动部214的主面214a和以与主面214a为正反关系且成为背面的主面214b。更详细来说，质量部280、282经由质量接合材料(未图示)设置于主面214a以及主面214b。作为质量部280、282的材质，例如列举出铜(Cu)、金(Au)等金属。
另外，在本实施方式中，加速度检测元件270通过将振动部由振动梁部271a、271b这两个柱状梁构成的双音叉振子(双音叉型振动元件)而构成，但是，也可以将振动部由一个柱状梁(单梁)构成。
[加速度检测器的结构]
接着，参照图9，对使用上述的加速度传感器元件200的加速度检测器300的结构进行说明。另外，能够将这里说明的加速度检测器300作为上述的传感器单元100的加速度传感器18x、18y、18z使用。
如图9所示，加速度检测器300搭载(收容)有上述加速度传感器元件200。加速度检测器300具有加速度传感器元件200和封装310。另外，封装310具有封装基座320和盖330。加速度检测器300将加速度传感器元件200收容(搭载)于封装310。更详细来说，加速度传感器元件200收容(搭载)于封装基座320和盖330连接设置的空间311。
在封装基座320上具有凹部321，在该凹部321内设置有加速度传感器元件200。关于封装基座320的形状，只要能够在凹部321内设置加速度传感器元件200即可，并没有特别限定。在本实施方式中，作为封装基座320，例如使用陶瓷。但是，并不限定于此，可以使用水晶、玻璃、硅等材料。
封装基座320具有从封装基座320的内底面(凹部的内侧的底面)322向盖330侧凸出的台阶部323。台阶部323例如沿着凹部321的内壁设置。在台阶部323上设置有多个内部端子340b。
内部端子340b设置于与各固定部的固定部连接端子79b相对的位置(在俯视下重叠的位置)，所述各固定部设置于加速度传感器元件200的第一支撑部220、第二支撑部230、第三支撑部250以及第四支撑部260。内部端子340b例如使用包含金属填料等导电性物质的硅树脂类的导电性粘接剂343，并与固定部连接端子79b电连接。这样，加速度传感器元件200安装于封装基座320，并收容在封装310内。
在封装基座320的外底面(内底面322的相反侧的面)324设置有安装在外部的部件时使用的外部端子344。外部端子344经由未图示的内部配线与内部端子340b电连接。
内部端子340b以及外部端子344构成为例如由将镍(Ni)、金(Au)等涂层通过电镀等方法层压在钨(W)等金属化层上而形成的金属膜。
在封装基座320上，在凹部321的底部设置有将封装310的内部(内腔)密封的密封部350。密封部350设置在形成于封装基座320的贯通孔325内。贯通孔325从外底面324贯通到内底面322。在图9中示出的例子中，贯通孔325具有外底面324一侧的孔径比内底面322一侧的孔径大的台阶状的形状。密封部350在贯通孔325中配置有例如由金(Au)和锗(Ge)合金、焊料等构成的密封材料，通过在加热熔融后使其硬化来设置。密封部350用于将封装310的内部气密地密封。
盖330设置为覆盖封装基座320的凹部321。盖330的形状例如为板状。作为盖330，例如能够使用与封装基座320相同的材料或者铁(Fe)和镍(Ni)的合金、不锈钢等金属。盖330经由盖接合部件332接合于封装基座320。作为盖接合部件332，例如能够使用密封环、低熔点玻璃、无机类粘接剂等。
在将盖330接合于封装基座320之后，在封装310的内部减压的状态(真空度较高的状态)下，在贯通孔325内配置密封材料，并通过在加热熔融之后使其硬化来设置密封部350，从而能够将封装310内气密地密封。封装310的内部也可以填充氮气、氦气、氩气等惰性气体。
在加速度检测器300中，如果经由外部端子344、内部端子340b、固定部连接端子79b等对加速度传感器元件200的激励电极施加驱动信号，加速度传感器元件200的振动梁部271a、271b以预定的频率振动(共振)。另外，加速度检测器300能够将根据所施加的加速度而变化的加速度传感器元件200的共振频率作为输出信号而输出。
根据以上说明的传感器单元100，从搭载于电路基板15的第一区域AL1的控制IC19产生的热量由于截面积S3的连接区域AL3而传播速度延迟，难以传播到搭载于电路基板15的第二区域AL2的加速度传感器18x、18y、18z。详细来说，通过设置收缩部33、34，连接区域AL3的截面积S3比搭载有控制IC19的第一区域AL1的截面积S1以及搭载有加速度传感器18x、18y、18z的第二区域LA2的截面积小。因此，在连接区域AL3中，能够减慢从搭载于第一区域AL1的控制IC19产生的热量的传播速度，从控制IC19产生的热量难以传播到搭载于第二区域AL2的加速度传感器18x、18y、18z。因此，能够实现减少由于控制IC19产生的热量传播到加速度传感器18x、18y、18z而产生的检测精度降低的传感器单元100。
<第二实施方式>
接着，对本发明的第二实施方式涉及的传感器单元100a进行说明。
图10是示出本发明的第二实施方式涉及的传感器单元的基板(电路基板)的结构的外观立体图。
本实施方式涉及的传感器单元100a所具备的电路基板15a主要除了电路基板15a的结构不同以外，与上述第一实施方式的传感器单元100所具备的电路基板15相同。另外，在以下的说明中，关于第二实施方式的传感器单元100a所具备的电路基板15a，以与上述第一实施方式的不同点为中心进行说明，关于相同的事项，省略其说明。另外，在图10中，对与上述第一实施方式相同的结构附加相同的附图标记。
如图10所示，本实施方式涉及的传感器单元100a所具备的电路基板15a在第二区域AL2的第一面搭载有能够分别检测一个轴方向的加速度的三个加速度传感器18x、18y、18z以及感温元件20。此外，在电路基板15a的第一区域AL1的第一面上，搭载有控制IC19，在电路基板15a的与第一区域AL1的第一面为正反关系的第二面上，搭载有插头式(公)的连接器(未图示)。
感温元件20在电路基板15a的第一面上接近三个加速度传感器18x、18y、18z配置，感测传播到加速度传感器18x、18y、18z的热量。之后，伴随温度的测定结果，在控制IC19中对加速度传感器18x、18y、18z的输出特性进行温度修正。因此，通过感温元件20，能够感测向加速度传感器18x、18y、18z传播的热量，能够减少由于热量的影响而产生的传感器单元100a的检测精度降低。
另外，感温元件20例如是热敏电阻或者二极管，只要是能够检测温度的感温装置即可。
通过这样的结构，具备电路基板15a的传感器单元100a能够减少传播到加速度传感器18x、18y、18z的热量的影响，从而具有较高的检测精度。
通过以上的第二实施方式，能够发挥与上述第一实施方式相同的效果。
<第三实施方式>
接着，对本发明的第三实施方式涉及的传感器单元100b进行说明。
图11是示出本发明的第三实施方式涉及的传感器单元的基板(电路基板)的结构的外观立体图。
本实施方式涉及的传感器单元100b所具备的电路基板15g主要除了电路基板15g的结构不同以外，与上述第一实施方式的传感器单元100所具备的电路基板15相同。另外，在以下的说明中，关于第三实施方式的传感器单元100b所具备的电路基板15g，以与上述第一实施方式的不同点为中心进行说明，关于相同的事项，省略其说明。另外，在图11中，对与上述第一实施方式相同的结构附加相同的附图标记。
如图11所示，本实施方式涉及的传感器单元100b所具备的电路基板15g在第二区域AL2的第一面搭载有能够分别检测一个轴方向的加速度的三个加速度传感器18x、18y、18z以及能够检测三个轴方向的角速度的角速度传感器17作为物理量传感器。角速度传感器17能够利用一个装置检测(检测)X轴、Y轴以及Z轴的三个方向(三轴)的角速度，使用利用MEMS技术加工硅基板而形成的振动陀螺仪传感器，以根据施加于振动物体的科里奥利力来检测角速度。此外，在电路基板15g的第一区域AL1的第一面上，搭载有控制IC19，在电路基板15g的与第一区域AL1的第一面为正反关系的第二面上，搭载有插头式(公)的连接器(未图示)。
通过这样的结构，具备电路基板15g的传感器单元100b例如能够用作检测汽车、农业机械(农机)、建设机械(建机)、机器人以及无人机等移动体(被安装装置)的姿态和行为(惯性运动量)的惯性计测装置(IMU：Inertial Measurement Unit)。另外，使用电路基板15g的传感器单元100b作为具备作为物理量传感器的三个轴的加速度传感器18x、18y、18z和三轴角速度传感器17的所谓六轴运动传感器发挥功能。
另外，本实施方式涉及的传感器单元100b能够搭载作为物理量传感器的加速度传感器18x、18y、18z以及角速度传感器17中的至少任一个，检测加速度以及角速度中的至少任一个。
通过以上的第三实施方式，能够发挥与上述第一实施方式相同的效果。
<第四实施方式>
接着，对本发明的第四实施方式涉及的传感器单元100c进行说明。
图12是示出本发明的第四实施方式涉及的传感器单元的基板(电路基板)的结构的外观立体图。
本实施方式涉及的传感器单元100c所具备的电路基板15h主要除了电路基板15h的结构不同以外，与上述第一实施方式的传感器单元100所具备的电路基板15相同。另外，在以下的说明中，关于第四实施方式的传感器单元100c所具备的电路基板15h，以与上述第一实施方式的不同点为中心进行说明，关于相同的事项，省略其说明。另外，在图12中，对与上述第一实施方式相同的结构附加相同的附图标记。
如图12所示，本实施方式涉及的传感器单元100c所具备的电路基板15h在第二区域AL2的第一面搭载有能够分别检测一轴方向的角速度的三个角速度传感器17x、17y、17z以及加速度传感器18作为物理量传感器。此外，在电路基板15h的第一区域AL1的第一面上，搭载有控制IC19，在电路基板15h的与第一区域AL1的第一面为正反关系的第二面上，搭载有插头式(公)的连接器(未图示)。
角速度传感器17x、17y、17z是检测一个轴的角速度的陀螺仪传感器。作为优选例，使用水晶作为振子并使用根据施加于振动的物体的科里奥利力来检测角速度的振动陀螺仪传感器。另外，只要是能够检测角速度的传感器即可，并不限定于振动陀螺仪传感器。例如，也可以使用利用陶瓷或硅作为振子的传感器。
加速度传感器18使用能够利用一个装置检测(感测)X轴、Y轴以及Z轴的三方向(三轴)的加速度的例如利用MEMS技术加工硅基板而形成的静电电容型的加速度传感器。另外，只要是能够检测加速度的传感器即可，并不限定于该传感器。例如，也可以是压阻型加速度传感器或热感测型加速度传感器，或者，也可以是像上述角速度传感器那样每个轴设置一个加速度传感器的结构。
通过这样的结构，具备电路基板15h的传感器单元100c例如能够用作检测汽车、农业机械(农机)、建设机械(建机)、机器人以及无人机等移动体(被安装装置)的姿态和行为(惯性运动量)的惯性计测装置(IMU：Inertial Measurement Unit)。另外，使用电路基板15h的传感器单元100c作为具备作为物理量传感器的三轴加速度传感器18和三个轴的角速度传感器17x、17y、17z的所谓六轴运动传感器发挥功能。
另外，本实施方式涉及的传感器单元100c能够搭载作为物理量传感器的加速度传感器18以及角速度传感器17x、17y、17z中的至少任一个，检测加速度以及角速度中的至少任一个。
通过以上的第四实施方式，能够发挥与上述第一实施方式相同的效果。
[构造物监视装置]
<第五实施方式>
接着，对本发明的第五实施方式涉及的构造物监视装置(SHM：Structural HealthMonitoring)500进行说明。
图13是示出本发明的第五实施方式涉及的构造物监视装置的构成图。
构造物监视装置500具有传感器单元510，该传感器单元510具有与实施方式的传感器单元100(100a、100b、100c)相同的构造，并安装于成为监视对象的构造物590。传感器单元510包括发送检测信号的发送部511。发送部511可以实现为与传感器单元510分体的通信模块以及天线。
传感器单元510经由无线或者有线的通信网络580连接于例如监视计算机570。监视计算机570具有经由通信网络580连接于传感器单元510的接收部520、根据从接收部520输出的信号来运算构造物590的倾斜角度的运算部530。
在本实施方式中，运算部530由搭载于监视计算机570的ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)和FPGA(Field Programmable GateArray，现场可编程门阵列)等实现。但是，也可以感测为将运算部530作为CPU(CentralProcessing Unit，中央处理单元)等的处理器，并且通过该处理器对储存于IC存储器531的程序进行运算处理而以软件方式实现的结构。监视计算机570能够通过键盘540受理操作员的各种操作输入，并将运算处理的结果显示于触摸面板550。
根据本实施方式的构造物监视装置500，利用本实施方式的传感器单元100、100a、100b、100c监视构造物590的倾斜。因此，能够利用传感器单元100、100a、100b、100c的作用效果即高精度的加速度的检测，能够高精度地检测监视对象即构造物590的倾斜，从而能够提高构造物590的监视品质。
以下，将从上述实施方式导出的内容作为各方式进行记载。
本方式涉及的传感器单元的特征在于包括：物理量传感器；处理部，与上述物理量传感器电连接；基板，搭载所述物理量传感器以及所述处理部；以及容器，***述基板的，所述物理量传感器和所述处理部在俯视下以不重叠的方式配置于所述基板。
根据本方式，由于物理量传感器和产生热量的处理部以不重叠的方式配置，因此，由处理部产生的热量难以传播到物理量传感器。因此，从物理量传感器输出的检测信号难以由于处理部产生的热量而变动，从而能够减少传感器单元的检测精度降低。
在上述方式中记载的传感器单元中，优选的是，所述基板包括搭载所述处理部的第一区域和搭载所述物理量传感器的第二区域。
根据本方式，由于在基板的第一区域搭载处理部，在基板的第二区域搭载物理量传感器，因此，能够将处理部和物理量传感器分开，由处理部产生的热量难以传播到物理量传感器。因此，能够减少由于处理部产生的热量而产生的传感器单元的检测精度降低。
在上述方式中记载的传感器单元中，优选的是，传感器单元包括搭载于所述第二区域的感温元件。
根据本方式，由于在基板的搭载物理量传感器的第二区域搭载感温元件，因此，能够通过感温元件感测向物理量传感器传播的热量。因此，能够减少由于热量的影响而产生的传感器单元的检测精度降低。
在上述方式中记载的传感器单元中，优选的是，所述感温元件搭载于所述基板的所述第二区域的搭载所述物理量传感器一侧的面上。
根据本方式，由于感温元件搭载于基板的搭载物理量传感器的面上，因此，能够将感温元件配置为接近物理量传感器，能够更加高精度地感测向物理量传感器传播的热量。因此，能够进一步减少由于热量的影响而产生的传感器单元的检测精度降低。
在上述方式中记载的传感器单元中，优选的是，所述感温元件是热敏电阻或者二极管。
根据本方式，由于感温元件是热敏电阻或者二极管，因此，感温元件的结构简单。
在上述方式中记载的传感器单元中，优选的是，所述基板在所述第一区域和所述第二区域之间具有连接区域，中从所述第一区域和所述第二区域的排列方向观察的剖视下，所述连接区域的截面积S3小于所述第一区域的截面积S1和所述第二区域的截面积S2。
根据本方式，由于在基板的第一区域和第二区域之间包括比第一区域的截面积S1和第二区域的截面积S2小的截面积S3的连接区域，因此，热量在搭载于第一区域的处理部的热量在截面积小的连接区域中传播速度变慢，由处理部产生的热量难以传播到搭载于第二区域的物理量传感器。因此，能够进一步减少由于处理部产生的热量而产生的传感器单元的检测精度降低。
在上述方式中记载的传感器单元中，优选的是，所述连接区域是在俯视下沿着所述第一区域和所述第二区域的排列的第一方向的所述基板的外缘收缩的收缩部。
根据本方式，通过连接区域为基板的外缘收缩的所谓收腰形状，因此，在连接区域中，热量的传播速度变慢，由处理部产生的热量难以传播到搭载于第二区域的物理量传感器。因此，能够进一步减少由于处理部产生的热量而产生的传感器单元的检测精度降低。
在上述方式中记载的传感器单元中，优选的是，在俯视下，所述收缩部设置在所述基板的与所述第一方向正交的第二方向上的两侧。
根据本方式，通过收缩部设置在基板的第二方向上的两侧，能够进一步缩小连接区域。因此，在连接区域中，能够进一步使热量的传播速度变慢，由处理部产生的热量进一步难以传播到搭载于第二区域的物理量传感器。
在上述方式中记载的传感器单元中，优选的是，所述物理量传感器检测加速度和角速度中的至少任一个。
根据本方式，能够减少由处理部产生的热量的影响，能够利用高精度的检测精度检测加速度和角速度中的至少任一个。
本方式涉及的构造物监视装置的特征在于包含：上述任一个方式中记载的传感器单元；接收部，接收来自安装于构造物的所述传感器单元的检测信号；以及运算部，根据从所述接收部输出的信号来运算所述构造物的倾斜角度。
根据本方式，由于减少由处理部产生的热量的影响，并且根据高检测精度的传感器单元的检测信号来运算构造物的倾斜角度，因此，能够提供能够高精度地检测倾斜角度的构造物监视装置。

Claims (8)

1.一种传感器单元，其特征在于，包括：
基板；
物理量传感器，搭载于所述基板；
处理部，以在俯视下与所述物理量传感器不重叠的方式搭载于所述基板，并与所述物理量传感器电连接；
感温元件，搭载于所述基板；以及
容器，***述基板，
所述基板包括：
搭载有所述处理部的第一区域；以及
搭载有所述物理量传感器的第二区域，
所述感温元件搭载于所述第二区域，
所述基板在所述第一区域和所述第二区域之间具有连接区域，在从所述第一区域和所述第二区域排列的第一方向观察的剖视下，所述连接区域的截面积S3小于所述第一区域的截面积S1和所述第二区域的截面积S2。
2.根据权利要求1所述的传感器单元，其特征在于，
所述感温元件搭载于所述第二区域的搭载有所述物理量传感器一侧的面。
3.根据权利要求1所述的传感器单元，其特征在于，
所述连接区域是在俯视下沿着所述第一方向的所述基板的外缘收缩的收缩部。
4.根据权利要求3所述的传感器单元，其特征在于，
在俯视下，所述收缩部设置于所述基板的与所述第一方向正交的第二方向上两侧。
5.根据权利要求3所述的传感器单元，其特征在于，
所述传感器单元包括搭载于所述基板的所述第一区域的连接器。
6.根据权利要求3所述的传感器单元，其特征在于，
所述感温元件是热敏电阻或者二极管。
7.根据权利要求1所述的传感器单元，其特征在于，
所述物理量传感器检测加速度和角速度中的至少任一个。
8.一种构造物监视装置，其特征在于，包括：
权利要求1至7中任一项所述的传感器单元；
接收部，接收来自安装于构造物的所述传感器单元的检测信号；以及
运算部，根据从所述接收部输出的信号运算所述构造物的倾斜角度。
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