DE112004000934B4

DE112004000934B4 - Sensor für eine mechanische Grösse

Info

Publication number: DE112004000934B4
Application number: DE112004000934T
Authority: DE
Inventors: Muneharu Nagaokakyo Yamashita
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2024-05-28
Also published as: JPWO2005012920A1; US20070103032A1; JP4654913B2; WO2005012920A1; US7355321B2; DE112004000934T5

Abstract

Sensor für eine mechanische Größe (10), welcher umfasst:
– zwei dafür ausgelegte piezoelektrische Schwinger (Sa, Sb), durch eine mechanische Größe in entgegengesetzte Richtungen verursachte mechanische Spannungen aufzunehmen;
– einen dafür ausgelegten Spannungssignal anlegenden Schaltkreis (12), ein Spannungssignal an beiden piezoelektrischen Schwingern anzulegen;
– einen dafür ausgelegten Strom-Spannungs-Umsetzerschaltkreis (11), durch die piezoelektrischen Schwinger fließende elektrische Stromsignale in Spannungssignale umzuwandeln; und
– einen dafür ausgelegten Phasenunterschiedsignalverarbeitungsschaltkreis (13, 14), einen Phasenunterschied zwischen den Ausgangssignalen von dem Strom-Spannungs-Umsetzerschaltkreis zu detektieren und ein Detektionssignal einer mechanischen Größe auszugeben,
wobei Widerstände in die elektrischen Strompfade der beiden piezoelektrischen Schwinger eingesetzt sind und
wobei der das Spannungssignal anlegende Schaltkreis (12) umfasst:
– einen dafür ausgelegten Spannungsverstärkerschaltkreis, die Spannung eines addierten Signals zu verstärken, das einem addierten Wert von durch die beiden piezoelektrischen Schwinger fließenden Strömen entspricht, – einen dafür ausgelegten Amplitudenbegrenzerschaltkreis, die Amplitude des von dem Spannungsverstärkerschaltkreis ausgegebenen Spannungssignals auf...

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor für eine mechanische Größe, der dafür ausgelegt ist, eine mechanische Größe wie Beschleunigung, Winkelbeschleunigung, Winkelgeschwindigkeit oder Last zu detektieren.
Stand der Technik
Ein piezoelektrische Schwinger enthaltender bekannter Beschleunigungssensor wird in der von der Patentnehmerin/Anmelderin dieser Anmeldung eingereichten Patentschrift 1 offenbart.
Der bekannte Beschleunigungssensor gibt in folgender Weise ein Beschleunigungsdetektionssignal aus. Eine Brückenschaltung wird mit zwei piezoelektrischen Schwingern, die durch Beschleunigung erzeugte mechanische Spannungen in entgegengesetzte Richtungen aufnehmen, sowie mit zwei Lastimpedanzen, die jeweils einen Kondensator aufweisen, ausgelegt. Ein spannungsteilender Impedanzschaltkreis ist zwischen den Durchschnittsausgangsklemmen der Brückenschaltung vorgesehen. Ein Schwingkreis wird durch Rückführen eines Signals von dem Spannungsteilerpunkt des spannungsteilenden Impedanzschaltkreises zum Verbindungspunkt der beiden piezoelektrischen Schwinger durch einen Rückkopplungssignal-Verarbeitungsschaltkreis konfiguriert. Der Phasenunterschied zwischen den Schwingungsausgangsklemmen der Durchschnittsausgänge der Brückenschaltung wird als ein Beschleunigungsdetektionssignal detektiert.
Da der Beschleunigungssensor nach Patentschrift 1 eine mit zwei piezoelektrischen Schwingern und zwei Lastimpedanzen, die jeweils einen Kondensator aufweisen, konfigurierte Brückenschaltung aufweist, ist der Phasenunterschied zwischen den Schwingungsausgängen nicht gleich null, wenn die Brücke nicht im Gleichgewichtszustand ist. Selbst wenn die an den beiden piezoelektrischen Schwingern angelegten mechanischen Spannungen beide gleich null sind, ist der Ausgang des Beschleunigungssensors nicht gleich null. Weiterhin hat der bekannte Beschleunigungssensor ein Problem, da es schwierig ist, den Phasenschieberschaltkreis so zu steuern, dass eine Beschleunigungsempfindlichkeit maximiert wird.
Da erwartet wird, dass die piezoelektrischen Schwinger und die Schaltkreise bei mehr als 10 cm Abstand angeordnet sind, ist ein Detektionsverfahren erforderlich, das keine Probleme verursacht, selbst wenn die piezoelektrischen Schwinger und die Schaltkreise bei mehr als 10 cm Abstand angeordnet sind: Die Patentnehmerin/Anmelderin dieser Anmeldung hat einen Sensor für eine mechanische Größe offenbart, der das oben erkannte Problem in Patentschrift 2 gelöst hat. Der Sensor für eine mechanische Größe umfasst zwei piezoelektrische Schwinger, die durch Beschleunigung erzeugte mechanische Spannungen in entgegengesetzten Richtungen aufnehmen, einen ein Spannungssignal anlegenden Schaltkreis, der dafür ausgelegt ist, ein gemeinsames Spannungssignal an den beiden piezoelektrischen Schwingern anzulegen, einen Strom-Spannungs-Umsetzerschaltkreis, der dafür ausgelegt ist, die durch die piezoelektrischen Schwinger fließenden Stromsignale in Spannungssignale umzuwandeln, und einen Phasenunterschiedsignalverarbeitungsschaltkreis, der dafür ausgelegt ist, den Phasenunterschied zwischen Ausgangssignalen des Strom-Spannungs-Umsetzerschaltkreises zu detektieren und ein Signal für eine mechanische Größe auszugeben.
Der Sensor für eine mechanische Größe nach Patentschrift 2 wird unter Bezug auf 9 beschrieben.
In 9 umfasst ein Beschleunigungsdetektionselement 10 zwei piezoelektrische Schwinger Sa und Sb, die durch Beschleunigung erzeugte mechanische Spannungen, die in entgegengesetzten Richtungen angelegt werden, aufnehmen. Die piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb sind mit den Widerständen RLa bzw. RLb in Reihe geschaltet. Ein Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreis 11 wandelt die durch die piezolektrischen Schwinger Sa und Sb des Beschleunigungsdetektionselements 10 fließenden Stromsignale in Spannungssignale um, um ein Sa-Signal bzw. ein Sb-Signal auszugeben.
Weiterhin gibt der Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreis 11 ein addiertes Signal aus, das durch Addieren der Sa- und Sb-Signale erhalten wird.
Ein Spannungsverstärker-/Amplitudenbegrenzerschaltkreis 12 verstärkt die Spannung des addierten Signals, begrenzt die Amplitude und gibt ein Spannungssignal V_OSC an das Beschleunigungsdetektionselement 10 aus. Das Spannungssignal V_OSC wird an einem gemeinsamen Verbindungspunkt der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb angelegt.
Ein Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreis 13 erzeugt ein Spannungssignal, das proportional zum Phasenunterschied zwischen den in Spannungssignale umgewandelten Sa- und Sb-Signalen ist.
Ein Verstärker-/Filterschaltkreis 14 verstärkt das durch den Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreis 13 umgewandelte Spannungssignal um eine vorbestimmte Verstärkung, beseitigt unerwünschte Frequenzbandkomponenten und gibt das erhaltene Signal als Beschleunigungsdetektionssignal aus.
In dem in 9 gezeigten Schaltkreis werden die Resonanzfrequenzen der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb gleich gemacht, so dass die Frequenz V_OSC für die beiden piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb als Resonanzfrequenz fr(0) eingestellt wird. Wenn mechanische Spannungen mit umgekehrten Phasen, beispielsweise Zusammendrücken (Ziehen) und Ziehen (Zusammendrücken), an den piezoelektrischen Schwingern Sa bzw. Sb angelegt werden, kann auf diese Weise von dem Verstärker-/Filterschaltkreis 14 ein Ausgangssignal erhalten werden.
Das V_OSC ist ein Rückkopplungsspannungssignal eines selbsterregten Oszillatorkreises, der aus einer Schleife der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb, dem Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreis 11 und dem Spannungsverstärker-/Amplitudenbegrenzerschaltkreis 12 konfiguriert ist.

Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsschrift Nr. 2002-243757
Patentschrift 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsschrift Nr. 2003-254991

Ferner ist aus der DE-AS 1 296 433 bekannt, einen einachsigen digitalen Beschleunigungsmesser derart auszuführen, dass zwei träge Massen an einem Gehäuse gegen jede Bewegung senkrecht zur empfindlichen Achse fixiert sind und jede der Massen in einer anderen der beiden Axialrichtungen mit dem Gehäuse über zu messende Eigenfrequenzen sich mit mechanischer Beanspruchung ändern.
Offenbarung der Erfindung
Wie in 9 gezeigt wird, sind die Widerstände RLa und RLb in Reihe mit den piezoelektrischen Schwingern Sa bzw. Sb geschaltet. Daher nimmt das Dämpfungsverhältnis zu und dadurch kann die Änderungsrate der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit in einem breiten Temperaturbereich reduziert werden. Dadurch kann der Sensor bezüglich der Umgebungstemperatur stabilisiert werden.
10(A) zeigt die Beziehung zwischen der Größenordnung des mit den piezoelektrischen Schwingern verbundenen Widerstands und die Änderungsrate der Temperaturkennlinie der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit (G-Empfindlichkeit). Der Wert des Dämpfungsverhältnisses, das durch die horizontale Achse dargestellt wird, wird als ,Dämpfungsverhältnis=RL/Widerstand bei Resonanz' erhalten, wobei RLa=RLb=RL, wenn die Resonanz der piezoelektrischen Schwinger bei Resonanzfrequenz als der Resonanzwiderstand festgelegt wird. Die vertikale Achse stellt den Änderungsratenbereich ((Maximalwert)-(Mindestwert)) der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit für den gesamten Betriebstemperaturbereich (–40°C bis +85°C) dar. Wenn das Dämpfungsverhältnis erhöht wird, nimmt der Änderungsratenbereich der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit ab und stabilisiert sich bezüglich der Temperaturänderung.
Nach einem von dem Erfinder vorgenommenen Experiment arbeitete der Sensor normal, als das Dämpfungsverhältnis auf 2 gesetzt wurde. Als aber das Dämpfungsverhältnis auf 6 erhöht wurde, wurde eine anomale Schwingung beobachtet und der Sensor war nicht in der Lage, als Sensor für eine mechanische Größe normal zu arbeiten. Die anomale Schwingung wurde durch eine Abnahme der Reaktion bei einer vorbestimmten Schwingungsfrequenz aufgrund eines Anstiegs des Dämpfungsverhältnisses verursacht, was die Differenz zur Reaktion bei einer unerwünschten Schwingungsfrequenz reduzierte.
10(B) und 10(C) zeigen die Frequenzkennlinie der Leerlaufverstärkung eines in 9 gezeigten selbsterregenden Schwingkreises, der das Beschleunigungsdetektionselement 10, den Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreis 11 und den Spannungsverstärker-/Amplitudenbegrenzerschaltkreis 12 aufweist, wobei das Dämpfungsverhältnis 2 bzw. 6 ist. ,S' steht hier für die Reaktion bei einer vorbestimmten Schwingungsfrequenz und ,N' steht für die Reaktion bei einem unerwünschten Schwingungsfrequenzband, das höher als die Frequenz N mit hoher Verstärkung ist. Zur Verhinderung einer anomalen Schwingung muss im Allgemeinen die Differenz zwischen der Verstärkung Gs der Reaktion S bei der vorbestimmten Schwingungsfrequenz und der maximalen Verstärkung Gn der Reaktion N bei dem unerwünschten Frequenzband 10 dB oder mehr betragen. Bei diesem bekannten Bespiel betrug die Differenz 11,5 dB, als das Dämpfungsverhältnis auf 2 gesetzt war, was keine anomale Schwingung verursachte. Als aber das Dämpfungsverhältnis auf 6 gesetzt wurde, betrug die Differenz 6,3 dB, was eine anomale Schwingung verursachte.
Das oben beschriebene Problem ist nicht auf einen Sensor für das Detektieren von Beschleunigung beschränkt, sondern ist ein häufiges Problem bei Sensoren, bei denen elektrische Ströme durch piezoelektrische Schwinger gemäß einer mechanischen Größe, beispielsweise einer Winkelbeschleunigung, einer Winkelgeschwindigkeit oder einer Last, fließen.
Um die Signalintensität des unerwünschten Frequenzbands zu unterdrücken, kann ein Frequenzfilter in der Schwingungsschleife des selbsterregenden Schwingkreises vorgesehen werden. Da ein Frequenzfilter aber Phaseneigenschaften aufweist, steigt die Ratenänderung der Phase (Steigung der Phase) bezüglich einer Frequenzänderung eines Rückkopplungssignals steil an. Da zudem eine Schwankung der Phaseneigenschaften des Frequenzfilters vorliegt, ist, wenn nur der Frequenzfilter vorgesehen wird, die Wirkung der Schwankung der Phaseneigenschaften des Frequenzfilters groß, was ein neues Problem verursacht, da Schwankung und Temperaturänderungsrate der Detektionsempfindlichkeit ansteigen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Sensor für eine mechanische Größe an die Hand zu geben, der das Problem der anomalen Schwingung lösen und in einem breiten Temperaturbereich eine stabile Detektionsempfindlichkeit für eine mechanische Größe erhalten kann.
Demgemäß umfasst die vorliegende Erfindung zwei piezoelektrische Schwinger, die dafür ausgelegt sind, durch eine mechanische Größe erzeugte mechanische Spannungen in entgegengesetzten Richtungen aufzunehmen, einen ein Spannungssignal anlegenden Schaltkreis, der dafür ausgelegt ist, ein Spannungssignal an den beiden piezoelektrischen Schwingern anzulegen, einen Strom-Spannungs-Umsetzerschaltkreis, der dafür ausgelegt ist, die durch die piezoelektrischen Schwinger fließenden Stromsignale in Spannungssignale umzuwandeln, und einen Phasenunterschiedsignalverarbeitungsschaltkreis, der dafür ausgelegt ist, den Phasenunterschied zwischen Ausgangssignalen des Strom-Spannungs-Umsetzerschaltkreises zu detektieren und ein Detektionssignal für eine mechanische Größe auszugeben, wobei Widerstände in den elektrischen Strompfaden der piezoelektrischen Schwinger eingesetzt sind und wobei der ein Spannungssignal anlegende Schaltkreis umfasst: einen Spannungsverstärkerschaltkreis, der dafür ausgelegt ist, die Spannung eines addierten Signals, das einem addierten Wert von durch die piezoelektrischen Schwinger fließenden Strömen entspricht, zu verstärken, einen Amplitudenbegrenzerschaltkreis, der dafür ausgelegt ist, die Amplitude des von dem Spannungsverstärkerschaltkreis ausgegebenen Spannungssignals auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen, einen Phasensteuerschaltkreis, der dafür ausgelegt ist, den Phasenunterschied zwischen einem Rückkopplungsspannungssignal, das an den beiden piezoelektrischen Schwingern angelegt wird, und dem addierten Signal zu detektieren und die Phase des Rückkopplungsspannungssignals so zu steuern, dass der Phasenunterschied gleich einem vorbestimmten Wert ist, und einen Filterschaltkreis, der dafür ausgelegt ist, unerwünschte Frequenzkomponenten des Rückkopplungsspannungssignals zu unterdrücken, und wobei der Sensor für die mechanische Größe durch die piezoelektrischen Schwinger, den Spannungsverstärkerschaltkreis, den Amplitudenbegrenzerschaltkreis, den Phasensteuerschaltkreis und den Filterschaltkreis in Schwingung versetzt wird.
Nach diesem Aufbau werden unerwünschte Frequenzkomponenten des Rückkopplungsspannungssignals für die piezoelektrischen Schwinger durch den Filterschaltkreis unterdrückt und die Phase des Rückkopplungsspannungssignals wird so gesteuert, dass der Phasenunterschied des Rückkopplungssignals an den piezoelektrischen Schwingern und des addierten Signals, das einem addierten Wert von durch die piezoelektrischen Schwingern fließenden elektrischen Strömen entspricht, gleich einem vorbestimmten Wert ist. Daher wird aufgrund des Filterschaltkreises verhindert, dass die Steigung der Phase zu steil wird. Auf diese Weise werden die Schwankung und die Temperaturänderungsrate reduziert.
Erfindungsgemäß ist der Filterschaltkreis ein Tiefpassfilter mit einem Bandpass, das eine Schwingungsfrequenz aufweist, und der Phasensteuerschaltkreis umfasst einen Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreis, der dafür ausgelegt ist, den Phasenunterschied zwischen dem addierten Signal und dem Rückkopplungsspannungssignal in ein Spannungssignal umzuwandeln, einen Komparatorschaltkreis, der dafür ausgelegt ist, ein Ausgangssignal des Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreises und ein Bezugssignal zu vergleichen, einen spannungsgesteuerten Schaltkreis mit Widerständen, dessen Impedanz entsprechend einer von dem Komparatorschaltkreis ausgegebenen Spannung geändert wird, und einen Allpassfilter, dessen Phase entsprechend der Impedanz des spannungsgesteuerten Schaltkreises mit Widerständen geändert wird.
Durch Vorsehen eines Allpassfilters am Phasensteuerschaltkreis, Umwandeln des Phasenunterschieds des addierten Signals und des Rückkopplungsspannungssignals in ein Spannungssignal und Steuern der Phase des Allpassfilters gemäß dem Ergebnis des Vergleichs des Spannungssignals und eines Bezugssignals kann auf diese Weise eine stabile Schwingung durch Steuern der Phase bei gleichzeitigem Halten der Verstärkung bei einem konstanten Wert aufrechterhalten werden.
Erfindungsgemäß ist der Phasensteuerschaltkreis dafür ausgelegt, den Phasenunterschied zwischen dem Rückkopplungsspannungssignal und dem addierten Signal so zu steuern, dass die Detektionsempfindlichkeit für eine mechanische Größe maximiert wird.
Auf diese Weise wird die Detektionsempfindlichkeit für die mechanische Größe maximiert.
In der vorliegenden Erfindung ist die mechanische Größe zum Beispiel Beschleunigung, Winkelbeschleunigung, Winkelgeschwindigkeit oder Last.
Erfindungsgemäß wird das Dämpfungsverhältnis durch Verbinden der Widerstände mit den piezoelektrischen Schwingern erhöht, die durch eine mechanische Größe erzeugte mechanische Spannungen in entgegengesetzten Richtungen aufnehmen. Auf diese Weise nimmt der Bereich der Änderungsrate der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit ab, wobei der Sensor bezüglich der Temperaturänderung stabilisiert wird. Zudem wird der Phasenunterschied des an den beiden piezoelektrischen Schwingern angelegten Rückkopplungsspannungssignals und des addierten Signals der durch die piezoelektrischen Schwinger fließenden Ströme bei vorbestimmten Werten gehalten und unerwünschte Frequenzkomponenten des Rückkopplungsspannungssignals werden unterdrückt. Folglich wird durch Vorsehen des Filterschaltkreises verhindert, dass die Steigung der Phase zu steil wird, und die Schwankung der Detektionsempfindlichkeit und die Temperaturänderungsrate werden reduziert. Zudem wird durch Steuern der Phase die Phase des Rückkopplungsspannungssignals bezüglich des Beschleunigungsdetektionselements stabilisiert und die Schwingung wird stabilisiert, die in dem Detektionssignal der mechanischen Größe enthaltenen Rauschkomponenten werden unterdrückt. Dementsprechend kann zum Beispiel die Zeitkonstante des Tiefpassfilters für das Unterdrücken der Rauschkomponenten bei einem kleinen Wert angesetzt werden, und dadurch kann die Reaktion verbessert werden.
Erfindungsgemäß ist der Filterschaltkreis, der so ausgelegt, dass er unerwünschte Frequenzkomponenten des Rückkopplungsspannungssignals unterdrückt, ein Tiefpassfilter, der die Schwingungsfrequenz in seinem Passband aufweist, und ein Allpassfilter wird an dem Phasensteuerschaltkreis vorgesehen, der dafür ausgelegt ist, den Phasenunterschied des an beiden piezoelektrischen Schwingern angelegten Rückkopplungsspannungssignals und des addierten Signals des durch die beiden piezoelektrischen Schwinger fließenden Stroms bei einem vorbestimmten Wert zu halten. Auf diese Weise kann die Phase gesteuert werden, während die Verstärkung konstant gehalten wird. Dadurch kann eine stabile Schwingung aufrechterhalten werden.
Erfindungsgemäß wird durch den Phasensteuerschaltkreis der Phasenunterschied zwischen dem Rückkopplungsspannungssignal und dem addierten Signal so gesteuert, dass die Detektionsempfindlichkeit für die mechanische Größe maximiert wird. Daher kann eine mechanische Größe immer bei maximaler Empfindlichkeit detektiert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das den gesamten Aufbau eines Beschleunigungssensors nach einer ersten Ausführung zeigt.
2 ist ein detailliertes Schaltbild des Beschleunigungssensors.
3 zeigt die Frequenzkennlinie einer Leerlaufverstärkung eines selbsterregenden Schwingkreises des Beschleunigungssensors.
4 zeigt die Phasenstabilität eines Rückkopplungsspannungssignals, das durch Vorsehen eines Phasensteuerschaltkreises erzeugt wird.
5 zeigt die Kennlinie der Änderungsrate der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit bezüglich der Temperaturänderung.
6 zeigt Verbesserungen der Ausgangsrauscheigenschaften durch einen Phasensteuerschaltkreis.
7 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines Beschleunigungssensors nach einer zweiten Ausführung zeigt.
8 zeigt die Kennlinie eines in einem Beschleunigungssensor enthaltenen piezoelektrischen Schwingers.
9 ist ein Blockdiagramm, das den gesamten Aufbau eines bekannten Beschleunigungssensors zeigt.
10 zeigt ein Dämpfungsverhältnis und den Bereich der Änderungsrate der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit bezüglich der Temperaturänderung sowie die Frequenzkennlinie einer Leerlaufverstärkung eines selbsterregenden Schwingkreises.
Beste Art der Ausführung der Erfindung
Zuerst werden die Eigenschaften eines in einem Beschleunigungssensor nach einer erfindungsgemäßen Ausführung enthaltenen piezoelektrischen Schwingers unter Bezug auf 8 beschrieben. 8(A) zeigt eine Änderung der Phase eines elektrischen Stroms (d.h. Admittanzphase) entsprechend einer Änderung der Frequenz einer in der Zeichnung gezeigten Spannungsquelle des Schaltkreises. Die durchgehende Linie stellt einen Zustand dar, in dem keine mechanische Spannung angelegt ist, während die Strichlinie einen Zustand darstellt, in dem mechanische Spannung angelegt wird. 8(B) ist eine vergrößerte Ansicht des in 8(A) gezeigten Resonanzfrequenzbands.
In 8 sind die Frequenzen mit einer Phase von null Grad die Resonanzfrequenzen eines piezoelektrischen Schwingers. Wie aus 8 hervorgeht, ändert sich die Resonanzfrequenz bei Anlegen mechanischer Spannung von fr(0) zu fr(x). Wenn die Frequenz der Spannungsquelle bei fr(0) festgelegt wird, ändert sich die Phase bei Anlegen mechanischer Spannung von ϕ(0) zu ϕ(y).
Der Aufbau eines Beschleunigungssensors nach der ersten Ausführung wird unter Bezug auf 1 bis 6 beschrieben.
1 ein Blockdiagramm, das den gesamten Aufbau des Beschleunigungssensors zeigt. Ein Beschleunigungsdetektionselement 10 umfasst piezoelektrische Schwinger Sa und Sb, die durch Beschleunigung erzeugte mechanische Spannungen, die in entgegengesetzten Richtungen angelegt werden, aufnehmen. Ein Strom-Spannungs-Umsetzer-/Addiererschaltkreis 11 wandelt die durch die piezolektrischen Schwinger Sa und Sb des Beschleunigungsdetektionselements 10 fließenden Stromsignale in Spannungssignale um und gibt Sa- und Sb-Signale aus. Weiterhin gibt der Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreis 11 ein addiertes Signal aus, das durch Addieren der Sa- und Sb-Signale erhalten wird.
Ein Spannungsverstärker-/Amplitudenbegrenzerschaltkreis 12 verstärkt die Spannung des addierten Signals und begrenzt dessen Amplitude.
Eine Phasensteuerschaltung 20 steuert die Phase des Ausgangssignals von dem Spannungsverstärker-/Amplitudenbegrenzerschaltkreis 12. Ein Filterschaltkreis 17 dämpft Ausgangssignale von dem Phasensteuerschaltkreis 20, die Frequenzen über einer vorbestimmten Grenzfrequenz haben.
Das Ausgangssignal V_OSC von dem Filterschaltkreis 17 wird zu dem Beschleunigungsdetektionselement 10 zurückgeführt. Im Einzelnen bilden eine die piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb enthaltende Schleife, der Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreis 11, der Spannungsverstärker-/Amplitudenbegrenzerschaltkreis 12, das Phasensteuerschaltkreis 20 und der Filterschaltkreis 17 einen selbsterregenden Schwingkreis. Das Rückkopplungsspannungssignal V_OSC wird an dem gemeinsamen Verbindungspunkt der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb angelegt.
Der Phasensteuerschaltkreis 20 umfasst einen Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreis 15 und einen Phasenschieberschaltkreis 16. Der Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreis 15 erzeugt ein Spannungssignal, das dem Phasenunterschied zwischen dem addierten Signal des Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreises 11 und dem Rückkopplungsspannungssignal V_OSC, das ein Ausgangssignal des Filterschaltkreises 17 ist, entspricht. Der Phasenschieberschaltkreis 16 verschiebt die Phase des Ausgangssignals des Spannungsverstärker-/Amplitudenbegrenzerschaltkreises 12 um einen dem Spannungssignalausgang des Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreises 15 entsprechenden Betrag.
Der Filterschaltkreis 17 unterdrückt die Frequenzkomponenten in dem unerwünschten Frequenzband, wie in 10(B) gezeigt wird, durch Dämpfen von Frequenzen über einer Grenzfrequenz in der Nähe einer vorbestimmten Schwingungsfrequenz (einer Resonanzfrequenz fr des piezoelektrischen Schwingers). Dadurch wird die maximale Verstärkung Gn in dem unerwünschten Frequenzband, wie in 10(B) gezeigt wird, gesenkt, so dass der Unterschied zwischen den Verstärkungen Gs und Gn bei der vorbestimmten Resonanzfrequenz fr zunimmt.
Zwar bewirkt der Filterschaltkreis 17, dass die Phasen der Eingangs- und Ausgangssignale zueinander unterschiedlich sind, doch werden die Phasen eines addierten Signals, das dem addierten Stromwert der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb entspricht, und des Rückkopplungsspannungssignals V_OSC, das an beiden piezoelektrischen Schwingern Sa und Sb angelegt wird, durch den Phasensteuerschaltkreis 20 so gesteuert, dass der Phasenunterschied konstant bei einem vorbestimmten Wert gehalten wird. Auf diese Weise wird die Phasenänderung aufgrund des Filterschaltkreises 17 aufgehoben. Dadurch kann der selbsterregende Schwingkreis stabil in Schwingung versetzt werden, selbst wenn die Werte der Widerstände RLa und RLb erhöht werden, um das Dämpfungsverhältnis zu erhöhen.
Der Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreis 13 entspricht dem erfindungsgemäßen „Phasenunterschiedsignalverarbeitungsschaltkreis" und erzeugt ein Spannungssignal proportional zum Phasenunterschied zwischen dem Signal Sa und dem Signal Sb, welche durch Umwandeln der Stromsignale erhaltene Spannungssignale sind.
Der Verstärker-/Filterschaltkreis 14 verstärkt das durch den Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreis 13 erhaltene Spannungssignal um eine vorbestimmte Verstärkung, beseitigt unerwünschte Frequenzbandkomponenten und gibt ein Beschleunigungsdetektionssignal aus.
In dem in 1 gezeigten Schaltkreis werden die Resonanzfrequenzen der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb gleich gemacht, so dass die Frequenz V_OSC für die beiden piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb als Resonanzfrequenz fr(0) festgesetzt wird. Wenn mechanische Spannungen mit umgekehrten Phasen an den piezoelektrischen Schwingern Sa bzw. Sb angelegt werden, kann auf diese Weise von dem Verstärker-/Filterschaltkreis 14 ein Ausgangssignal ausgegeben werden, das im Wesentlichen proportional zu den angelegten mechanischen Spannungen ist.
Die Frequenz V_OSC ist nicht auf die Resonanzfrequenz für die piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb beschränkt, und solange die Frequenz V_OSC bei einer Frequenz festgelegt wird, die durch eine im Wesentlichen gerade Linie dargestellte Frequenz-zu-Phase-Eigenschaften aufweist, wie in 8 gezeigt wird, kann das Beschleunigungssignal detektiert werden. Die maximale Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit wird erhalten, wenn die Frequenz V_OSC gleich der Resonanzfrequenz der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb ist. Für den praktischen Gebrauch kann die Frequenz aber so eingestellt werden, dass die Admittanzphase innerhalb von ±45 Grad liegt.
Selbst wenn die Resonanzfrequenzen der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb nicht gleich sind, ist die Empfindlichkeit für den praktischen Gebrauch geeignet, solange die Frequenz V_OSC so eingestellt wird, dass die Admittanzphasen der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb innerhalb von ±45 Grad liegen. Bevorzugter kann die Frequenz V_OSC auf einen Wert zwischen der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Schwingers Sa und der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Schwingers Sb eingestellt werden.
Da mechanische Spannungen mit umgekehrten Phasen, beispielsweise Zusammendrücken (Ziehen) und Ziehen (Zusammendrücken), an den piezoelektrischen Schwingern Sa bzw. Sb angelegt werden, befinden sich die Änderungen der Eigenschaften der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb immer in umgekehrten Phasen. Wenn die Signale von den piezoelektrischen Schwingern Sa und Sb addiert werden, heben sie sich somit gegenseitig auf. Dementsprechend hat das von dem Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreis 11 ausgegebene addierte Signal unabhängig von der angelegten Beschleunigung immer die gleichen Eigenschaften. Selbst wenn sich die Eigenschaften der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb aufgrund der angelegten Beschleunigung ändern, ändert sich daher die Frequenz V_OSC nicht.
Wie bei den Phaseneigenschaften des piezoelektrischen Schwingers in 8 gezeigt wird, gibt es zwei Bänder (Resonanzfrequenzband und Antiresonanzfrequenzband), in denen die Admittanzphase innerhalb von ±45 Grad liegt. Da in dem Antiresonanzfrequenzband die Impedanz des piezoelektrischen Schwingers hoch ist, wird der durch den Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreis 11 fließende elektrische Strom gesenkt. Dadurch wird die Verstärkung reduziert und der piezoelektrische Schwinger schwingt nicht.
Da in dem Resonanzfrequenzband dagegen die Impedanz des piezoelektrischen Schwingers niedrig ist, wird der durch den Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreis 11 fließende elektrische Strom erhöht. Dadurch wird die Verstärkung vergrößert und das dreieckige Prisma 12 schwingt stabil.
In dem Resonanzband sind sowohl die Impedanz des piezoelektrischen Schwingers als auch die Eingangsimpedanz des Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreises 11 niedrig und können problemlos aneinander angeglichen werden. Dadurch kann das Träger-Rausch-Verhältnis mühelos verbessert werden.
2 zeigt als Nächstes spezifische Schaltkreise in dem in 1 gezeigten Beschleunigungssensor. In dem Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreis 11 umfasst ein erster Strom-Spannungs-Umsetzerschaltkreis einen Operationsverstärker OP1 und einen Rückkopplungswiderstand R21, ein zweiter Strom-Spannungs-Umsetzerschaltkreis umfasst einen Operationsverstärker OP2 und einen Rückkopplungswiderstand R22 und ein Addiererschaltkreis umfasst einen Operationsverstärker OP3 und Rückkopplungswiderstände R23, R24 und R25.
Der in 2 zeigte Filterschaltkreis 17 umfasst einen Operationsverstärker OP6, Widerstände R51 und R52 sowie Kondensatoren C3 und C4, die einen sekundären Tiefpassfilter bilden. In einem Frequenzband, das höher als die Grenzfrequenz ist, wird mit anderen Worten die Verstärkung um 40 dB gedämpft, wenn die Frequenz um das zehnfache erhöht wird.
3(A) und 3(B) zeigen die Frequenzeigenschaften einer Leerlaufverstärkung eines selbsterregenden Schaltkreises, der den Filterschaltkreis 17 umfasst, wenn die Dämpfungsverhältnisse bei 2 bzw. 6 eingestellt sind. Wenn die in 3(A) und 3(B) gezeigte Frequenzkennlinie mit der in 10(B) und 10(C) gezeigten Kennlinie verglichen wird, ist ersichtlich, dass die maximalen Verstärkungen Gn in den unerwünschten Frequenzbändern wesentlich gedämpft werden und die Unterschiede zwischen den maximalen Verstärkungen Gn und den Verstärkungen Gs in den vorbestimmten Frequenzbändern bei 25,9 dB bzw. 17,6 dB liegen. Durch Anheben der Werte der in 1 gezeigten Widerstände RLa und RLb kann dementsprechend eine anomale Schwingung verhindert werden, selbst wenn das Dämpfungsverhältnis erhöht wird. Selbst wenn im Einzelnen wie in 3(B) gezeigt das Dämpfungsverhältnis bei 6 festgelegt wird, beträgt der Unterschied zwischen der maximalen Verstärkung Gn der Reaktion N in dem unerwünschten Frequenzband und der Verstärkung Gs 17,6 dB. Dieser Wert ist 7,6 dB höher als 10dB, was ein auf anomale Schwingung hinweisender Wert bekannt ist.
In 2 umfasst der Phasenschieberschaltkreis 16 einen Komparatorschaltkreis 161, einen Bezugsspannungsschaltkreis 160 und einen Allpassfilter 162. Der Komparatorschaltkreis 161 umfasst einen Operationsverstärker OP4, einen Widerstand R30 und einen Kondensator C1. Der Komparatorschaltkreis 161 vergleicht eine durch den Bezugsspannungsschaltkreis 160 erzeugte Bezugsspannung und eine von dem Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreis 15 ausgegebene Spannung und gibt ein Spannungssignal aus, das durch Verstärken des Spannungsunterschieds mit einer vorbestimmten Spannungsverstärkung erhalten wird.
Als Eigenschaften des Allpassfilters 162 ist die Verstärkung in allen Frequenzbändern konstant und die Phase kann von 0 auf 180 Grad geändert werden.
4 zeigt die Wirkung des in 1 gezeigten Phasensteuerschaltkreises 20. Wenn die Eigenschaften des Beschleunigungsdetektionselements 10 einbezogen werden, werden die Phaseneigenschaften des gesamten Sensors komplex. Daher werden hier Eigenschaften der Schaltkreise gezeigt, die nicht das Beschleunigungsdetektionselement 10 enthalten. In einem bekannten Schaltkreis, der nicht den Phasensteuerschaltkreis 20 enthält, ist die Steigung der Phasenänderung in Bezug auf die Steigung der Frequenzänderung steil, wie in B gezeigt wird. Durch Vorsehen des Phasensteuerschaltkreises 20 wird aber die Steigung der Phasenänderung in Bezug auf die Steigung der Frequenzänderung in dem vorbestimmten Phasensteuerfrequenzband signifikant reduziert, wie in A gezeigt wird.
Ein Phasensteuerband wird durch ein auf der Schwingungsfrequenz (Resonanzfrequenz fr des piezoelektrischen Schwingers) zentriertes vorbestimmtes Frequenzband ermittelt. Wenn die Steigung der Phasenänderung in Bezug auf die Steigung der Frequenzänderung in dem Phasensteuerband nicht steil ist, kann eine Schwankung der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit klein gehalten werden, selbst wenn die Resonanzfrequenzen der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb aufgrund von Herstellungsfaktoren schwanken. Durch Vorsehen des Phasensteuerschaltkreises 20 kann die Phase des an den beiden piezoelektrischen Schwingern angelegten Rückkopplungsspannungssignals V_OSC auf eine vorbestimmte Phase gesetzt werden. Gemäß dieser Ausführung wird die Phase auf sechs Grad gesetzt. Da die Phase des selbsterregenden Schwingkreises als Ganzes null Grad ist, beträgt die Phase des Beschleunigungsdetektionselements 10 –6 Grad. Dies bedeutet, dass die Phase des durch das Beschleunigungsdetektionselement 10 fließenden elektrischen Stroms in Bezug auf die angelegte Spannung –6 Grad beträgt. Dieser Punkt ist der Punkt, an dem die Steigung der Stromphase des Beschleunigungsdetektionselements 10 nach dieser Ausführung am geradesten und steilsten wird. Durch so geartetes Steuern der Phase, dass dieser Punkt erhalten wird, wird die Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit maximiert und die Linearität verbessert. Die oben erwähnten „6 Grad" der Phase sind ein für diese Ausführung festgelegter Wert und können entsprechend den Eigenschaften des Beschleunigungsdetektionselements 10 und/oder der geplanten Verwendung des Sensors geändert werden.
5 zeigt eine Verbesserung der Änderungsrate der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit entsprechend einer Temperaturänderung. (A) zeigt die Änderungsrate der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit entsprechend einer Temperaturänderung, wenn das Dämpfungsverhältnis 2 beträgt. (B) zeigt die Änderungsrate der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit entsprechend einer Temperaturänderung, wenn das Dämpfungsverhältnis 6 beträgt. In jedem Fall wurden drei Proben für die Messung verwendet. In einem bekannten Schaltkreis kann, wenn das Dämpfungsverhältnis 6 beträgt, der Sensor aufgrund anomaler Schwingung nicht als Beschleunigungssensor funktionieren, während nach dieser Ausführung der Sensor stabil arbeitet, selbst wenn das Dämpfungsverhältnis bei 6 angesetzt wird. Zudem kann nach dieser Ausführung der Bereich der Änderungsrate der Beschleunigungsdetektionsempfindlichkeit in einem breiten Temperaturbereich von –40°C bis –90°C innerhalb von ±2% gehalten werden.
6 zeigt eine Verbesserung der Ausgangsrauscheigenschaften durch den Phasensteuerschaltkreis 20. 6(A) zeigt die Rauschkennlinie eines bekannten Schaltkreises und 6(B) zeigt die Rauschkennlinie eines erfindungsgemäßen Schaltkreises. Hier ist das Ausgangsrauschen eine im Ausgangssignal der in 1 gezeigten Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltung 13 beobachtete Rauschkomponente. In dem in 6(A) gezeigten bekannten Schaltkreis, der nicht den Phasensteuerschaltkreis 20 enthält, ist die Amplitude eines Zufallsausgangsrauschens groß, während bei dem Beschleunigungssensor nach dieser Ausführung das beobachtete Ausgangsrauschen um etwa eine Hälfte unterdrückt wird. Dies ist möglich, weil der Phasensteuerschaltkreis 20 die Phase des an dem Beschleunigungsdetektionselement 10 angelegten Rückkopplungsspannungssignals V_OSC stabilisiert, was infolgedessen die Schwingung stabilisiert. Da die Ausgangsrauschkomponente auf diese Weise reduziert wird, kann die Zeitkonstante des Niedrigpassfilters, der zur Unterdrückung der Ausgangsrauschkomponente in dem Verstärker-/Filterschaltkreis 14 ausgelegt ist, als kleiner Wert eingestellt werden. Dadurch wird die Reaktion des Sensors verbessert.
Als Nächstes wird ein Beschleunigungssensor nach einer zweiten Ausführung unter Bezug auf 7 beschrieben.
Der Aufbau des Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreises 11 des Beschleunigungssensors nach der zweiten Ausführung unterscheidet sich von dem des in 2 gezeigten Sensors. Der Aufbau des Strom-Spannungs-Umsetzer-/Signaladdiererschaltkreises 11 nach der zweiten Ausführung addiert in den Widerständen RLa und RLb erzeugte Spannungen, wenn durch die piezoelektrischen Schwinger Sa bzw. Sb des Beschleunigungsdetektionselements 10 fließende elektrische Ströme Ia und Ib durch die Widerstände RLa bzw. RLb fließen. Die Operationsverstärker OP1 und OP2 haben jeweils eine signifikant hohe Eingangsimpedanz und bilden einen Spannungsfolgerschaltkreis, dessen Verstärkung 1 ist. Ein Operationsverstärker OP3 und Widerstände R25 und R26 bilden einen nichtinvertierenden Verstärkerschaltkreis. Der nichtinvertierende Verstärkerschaltkreis und die Widerstände R23 und R24 bilden einen Addiererschaltkreis, der ein von den Ausgangsspannungen der Operationsverstärker OP1 und OP2 erzeugtes addiertes Signal empfängt.
In 2 sind die Widerstände RLa und RLb mit dem Beschleunigungsdetektionselement 10 in Reihe geschaltet, während in 7 die Widerstände RLa und RLb zwischen den Eingängen des Operationsverstärkers OP1 bzw. OP2 und der Erde angeschlossen sind.
Die ersten und zweiten Ausführungen beschreiben Beschleunigungssensoren, die dafür ausgelegt sind, eine Differenz der an den piezoelektrischen Schwingern Sa und Sb aufgrund Beschleunigung angelegten mechanischen Spannungen zu detektieren. Ein Sensor für das Detektieren anderer mechanischer Größen kann durch so geartetes Auslegen der piezoelektrischen Schwinger Sa und Sb, dass an den piezoelektrischen Schwingern Sa und Sb mechanische Spannungen in entgegengesetzten Richtungen angelegt werden, konfiguriert werden. Wenn zum Beispiel eine Differenz der an den piezoelektrischen Schwingern Sa und Sb angelegten mechanischen Spannungen aufgrund Winkelbeschleunigung erzeugt wird, kann der Sensor als Winkelbeschleunigungssensor verwendet werden. Wenn eine Differenz der an den piezoelektrischen Schwingern Sa und Sb angelegten mechanischen Spannungen aufgrund Winkelgeschwindigkeit erzeugt wird, kann der Sensor als Winkelgeschwindigkeitssensor verwendet werden. Wenn analog eine Differenz der an den piezoelektrischen Schwingern Sa und Sb angelegten mechanischen Spannungen aufgrund Last erzeugt wird, kann der Sensor als Lastsensor verwendet werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Erfindungsgemäß kann eine mechanische Größe, beispielsweise Beschleunigung, Winkelbeschleunigung, Winkelgeschwindigkeit oder Last, eines sich bewegenden Objekts detektiert werden und es können der Zustand des Objekts sowie der Zustand von mit dem Objekt in Beziehung stehenden Vorrichtungen detektiert werden.

Claims

Sensor für eine mechanische Größe (10), welcher umfasst: – zwei dafür ausgelegte piezoelektrische Schwinger (Sa, Sb), durch eine mechanische Größe in entgegengesetzte Richtungen verursachte mechanische Spannungen aufzunehmen; – einen dafür ausgelegten Spannungssignal anlegenden Schaltkreis (12), ein Spannungssignal an beiden piezoelektrischen Schwingern anzulegen; – einen dafür ausgelegten Strom-Spannungs-Umsetzerschaltkreis (11), durch die piezoelektrischen Schwinger fließende elektrische Stromsignale in Spannungssignale umzuwandeln; und – einen dafür ausgelegten Phasenunterschiedsignalverarbeitungsschaltkreis (13, 14), einen Phasenunterschied zwischen den Ausgangssignalen von dem Strom-Spannungs-Umsetzerschaltkreis zu detektieren und ein Detektionssignal einer mechanischen Größe auszugeben, wobei Widerstände in die elektrischen Strompfade der beiden piezoelektrischen Schwinger eingesetzt sind und wobei der das Spannungssignal anlegende Schaltkreis (12) umfasst: – einen dafür ausgelegten Spannungsverstärkerschaltkreis, die Spannung eines addierten Signals zu verstärken, das einem addierten Wert von durch die beiden piezoelektrischen Schwinger fließenden Strömen entspricht, – einen dafür ausgelegten Amplitudenbegrenzerschaltkreis, die Amplitude des von dem Spannungsverstärkerschaltkreis ausgegebenen Spannungssignals auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen, – einen dafür ausgelegten Phasensteuerschaltkreis (20), den Phasenunterschied zwischen einem an beiden piezoelektrischen Schwingern angelegten Rückkopplungsspannungssignal und dem addierten Signal zu detektieren und die Phase des Rückkopplungsspannungssignals so zu steuern, dass der Phasenunterschied gleich einem vorbestimmten Wert ist, und – einen dafür ausgelegten Filterschaltkreis (17), unerwünschte Frequenzkomponenten des Rückkopplungsspannungssignals zu unterdrücken, und wobei der Sensor für eine mechanische Größe (10) durch die piezoelektrischen Schwinger (Sa, Sb), den Spannungsverstärkerschaltkreis, den Amplitudenbegrenzerschaltkreis, den Phasensteuerschaltkreis (20) und den Filterschaltkreis (17) in Schwingung versetzt wird.
Sensor für eine mechanische Größe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterschaltkreis (17) ein Tiefpassfilter mit einem die Schwingungsfrequenz enthaltenden Bandpass ist und der Phasensteuerschaltkreis (20) umfasst: – einen dafür ausgelegten Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreis (15), den Phasenunterschied zwischen dem addierten Signal und dem Rückkopplungsspannungssignal in ein Spannungssignal umzuwandeln, – einen dafür ausgelegten Komparatorschaltkreis (161), ein Ausgangssignal von dem Phasenunterschied-Spannungs-Umsetzerschaltkreis und ein Bezugssignal zu vergleichen, – eine spannungsgesteuerte Widerstandschaltung, deren Impedanz gemäß einer Ausgangsspannung des Komparatorschaltkreises geändert wird, und – einen Allpassfilter (162), dessen Phase gemäß der Impedanz der spannungsgesteuerten Widerstandsschaltung geändert wird.
Sensor für eine mechanische Größe (10) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasensteuerschaltkreis (20) dafür ausgelegt ist, den Phasenunterschied zwischen dem Rückkopplungsspannungssignal und dem addierten Signal so zu steuern, dass die Detektionsempfindlichkeit für eine mechanische Größe maximiert wird.
Sensor für eine mechanische Größe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Größe Beschleunigung ist.
Sensor für eine mechanische Größe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Größe Winkelbeschleunigung ist.
Sensor für eine mechanische Größe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Größe Winkelgeschwindigkeit ist.
Sensor für eine mechanische Größe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Größe Last ist.