DE3703630A1

DE3703630A1 - Acceleration sensor

Info

Publication number: DE3703630A1
Application number: DE19873703630
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Knoll
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1988-08-18

Abstract

In an acceleration sensor (10), a piezofilm (13) is clamped tautly in a holder (11, 12). The piezofilm (13) serves as measured value sensor and at the same time also as flexural resonator. By virtue of the shape of the seismic mass (10), specific directions of acceleration can be selected or accentuated. The acceleration sensor is of simple design and has a relatively high degree of sensitivity. <IMAGE>

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Beschleunigungsaufnehmer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, bei Beschleunigungsauf nehmern auf der Biegefeder piezoelektrische Elemente anzuordnen und mit deren Hilfe die Biegung der Biegefeder zu bestimmen. Dabei wer den aber als Piezoelemente Piezokristalle verwendet, die eine hohe Steifigkeit aufweisen und leicht brechen. Ferner ist nur eine Bestimmung der Beschleunigung in einer Richtung möglich.The invention is based on an accelerometer according to the Genus of the main claim. It is known to accelerate to arrange on the spiral spring piezoelectric elements and with the help of which to determine the bending of the spiral spring. Here who but used as piezo elements piezo crystals that have a high Have rigidity and break easily. Furthermore, only one Acceleration can be determined in one direction.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Beschleunigungsaufnehmer mit den kennzeichnen den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Piezoelement zugleich als Biegefeder verwendet werden kann. Es weist eine hohe Biegeelastizität und eine hohe Zähigkeit auf, so daß das Piezoelement sehr flexibel ist und kaum bricht. Ferner hat es ein sehr geringes Gewicht. Für die Herstellung des Piezoelements ist besonders die moderne Dünnfilmtechnik verwendbar. Die Form der seis mischen Masse ist leicht den gewünschten Meßvorgängen anpaßbar. Da durch können nach allen Richtungen auftretende dynamische Beschleu nigungsvorgänge festgestellt werden, oder es kann auch nur in ausge wählten Richtungen gemessen werden. Der Beschleunigungssensor ist leicht an spezielle Anwendungsfälle anpaßbar. Er weist eine hohe Empfindlichkeit auf und liefert große und leicht bestimmbare Meß werte.The accelerometer according to the invention with the mark the features of the main claim has the advantage that the piezo element can also be used as a spiral spring. It has a high bending elasticity and a high toughness, so that the piezo element is very flexible and hardly breaks. It also has a very light weight. For the manufacture of the piezo element especially the modern thin film technology can be used. The shape of the seis Mixing mass is easily adaptable to the desired measuring processes. There due to dynamic acceleration occurring in all directions cleaning operations are determined, or it can only be done in selected directions can be measured. The acceleration sensor is easily adaptable to special applications. He has a high Sensitivity and provides large and easily determinable measuring values.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.The measures listed in the subclaims provide for partial training and improvements in the main claim specified features possible.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenAn embodiment of the invention is shown in the drawing represents and explained in more detail in the following description. It demonstrate

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Beschleunigungsauf nehmer und die Fig. 2 bis 4 je eine Abwandlung einer Einzelheit. Fig. 1 shows a longitudinal section through an acceleration accelerator and FIGS . 2 to 4 each a modification of a detail.

Description of the embodiment

In Fig. 1 ist mit 10 ein Beschleunigungssensor bezeichnet, der eine zweiteilige Halterung 11, 12 aufweist, zwischen deren Teile eine Piezofolienmembran 13 straff eingespannt ist. Die Halterung 11, 12 kann ringförmig ausgebildet sein oder nur zwei Enden einer läng lichen Piezofolie 13 umgreifen. Die Piezofolie 13 ist dabei so aus zurichten, daß sie bei mechanischer Belastung durch Druck- oder Zug spannung ein elektrisches Signal erzeugt. Entgegen den bisher ver wendeten Piezokristallen besteht die Piezofolie 13 aus einem orga nischen Material. Es wird hierzu ein Polymer, z.B. aus Polyvinyl fluoriden, verwendet. Die Piezofolie 13 dient zugleich als Biege feder und als Meßaufnehmer. Die Piezofolie 13 weist an den beiden Stirnseiten eine leitfähige Schicht 14, z.B. aus Aluminium, auf. An einem Ende der Piezofolie 13 sind die elektrischen Kontakte 17, 18 angeordnet, mit deren Hilfe die elektrische Spannung U _M von der Piezofolie 13 abgegriffen werden kann. Sind bereits die Halterungen 11, 12 aus Metall hergestellt, so können diese bereits als Kontak tierung zur Schicht 14 der Piezofolie 13 und somit zum Abgriff der Spannung U _M verwendet werden.In Fig. 1, 10 denotes an acceleration sensor, which has a two-part holder 11 , 12 , between the parts of which a piezo film membrane 13 is clamped tight. The bracket 11 , 12 may be annular or encompass only two ends of an elongated piezo film 13 . The piezo film 13 is to be trimmed out so that it generates an electrical signal when subjected to mechanical stress by pressure or tension. Contrary to the previously used piezo crystals, the piezo film 13 consists of an organic material. A polymer, for example made of polyvinyl fluorides, is used for this. The piezo film 13 also serves as a bending spring and as a sensor. The piezo film 13 has a conductive layer 14 , for example made of aluminum, on the two end faces. At one end of the piezo film 13 , the electrical contacts 17 , 18 are arranged, with the aid of which the electrical voltage U _M can be tapped from the piezo film 13 . If the brackets 11 , 12 are already made of metal, they can already be used as a contact with the layer 14 of the piezo film 13 and thus for tapping the voltage U _M.

Etwa in der Mitte zwischen den Halterungen ist in der Piezofolie 13 ein Loch 19 ausgebildet, in dem eine an den Lochrändern aufliegende seismische Masse 20 angeordnet ist. Diese ist als Kugel ausgebildet und weist eine äußere Ringnut 21 auf, in der die Piezofolie 13 auf liegt. Die seismische Masse 20 kann z.B. aus zwei Teilen bestehen, die von unten bzw. von oben in das Loch 19 eingeführt werden und an schließend zusammengeschraubt oder zusammengeklebt werden.A hole 19 is formed in the piezo film 13 approximately in the middle between the holders, in which a seismic mass 20 resting on the hole edges is arranged. This is designed as a ball and has an outer annular groove 21 in which the piezo film 13 lies. The seismic mass 20 can consist, for example, of two parts, which are inserted from below or from above into the hole 19 and are then screwed or glued together.

Wird die Halterung 11, 12 in eine beliebige Richtung beschleunigt, so wird die Piezofolie 13 durch die Trägheit der seismischen Masse 20 verformt, d.h. es treten Zug- und Druckspannungen auf. Während des Deformationsvorgangs der Piezofolie 13 entsteht aber in dieser die elektrische Spannung U _M, die über die Kontakte 17, 18 abge griffen wird. Ist die seismische Masse 20, wie in Fig. 1 darge stellt, kugelförmig ausgebildet, so sind alle drei in der Fig. 1 eingezeichneten Achsen x, y und z gleichwertig belastet. Der Sensor besitzt deshalb eine völlig symmetrische Empfindlichkeitscharakteri stik.If the holder 11 , 12 is accelerated in any direction, the piezo film 13 is deformed by the inertia of the seismic mass 20 , ie tensile and compressive stresses occur. During the deformation process of the piezo film 13 , however, this creates the electrical voltage U _M which is accessed via the contacts 17 , 18 . If the seismic mass 20 , as shown in FIG. 1, is spherical, all three axes x , y and z shown in FIG. 1 are loaded equally. The sensor therefore has a completely symmetrical sensitivity characteristic.

Hat die seismische Masse 24, wie in Fig. 2 dargestellt, eine lin senförmige, flache Ausbildung, so ist die Empfindlichkeit des Sen sors 10 in z-Richtung erhöht, und in der x-y-Ebene relativ dazu ge sehen verringert.If the seismic mass 24 , as shown in FIG. 2, has a linear, flat design, the sensitivity of the sensor 10 in the z direction is increased, and in the xy plane it is reduced relative to it.

Bei der stabförmigen Ausbildung der seismischen Masse 26 ent sprechend der Fig. 3 besitzt der Sensor 10 wegen des zusätzlichen Drehmoments der seismischen Masse 26 um seinen Verankerungspunkt in der Piezofolie 13 eine große Querbeschleunigungsempfindlichkeit in der x-y-Ebene und eine geringere Empfindlichkeit in der z-Richtung.In the rod-shaped design of the seismic mass 26 speaking ent of Fig. 3 10 has the sensor because of the additional torque of the seismic mass 26 around its anchoring point in the piezoelectric film 13 has a large cross-sensitivity to acceleration in the xy plane and a lower sensitivity in the z-direction .

Der Beschleunigungssensor 10 wird bevorzugt als Aussteuerelement von Insassenschutzvorrichtungen von Kraftfahrzeugen wie z.B. Gurtstraf fer, Airbag, Überrollbügel etc. eingesetzt. Dabei ist es durch ge eignete Auswahl der seismischen Masse möglich, bestimmte Beschleuni gungsrichtungen zu bevorzugen. Für Gurtstraffer sollte z.B. eine Auslösung in Fahrtrichtung betont sein, damit bei einem Auffahrun fall die Gurtstraffer auslösen.The acceleration sensor 10 is preferably used as a control element of occupant protection devices of motor vehicles such as belt tensioners, airbags, roll bars, etc. It is possible by ge suitable selection of the seismic mass to prefer certain directions of acceleration. For belt tensioners, for example, activation in the direction of travel should be emphasized so that the belt tensioners are triggered in the event of a rear-end collision.

Claims

1. Accelerometer ( 10 ) with a bending spring acting we bending spring with a seismic mass ( 20 ) and a piezo element ( 13 ) for generating a mechanical movement of the bending spring proportional electrical voltage ( U _M ), characterized in that Piezo element is formed as a thin film membrane ( 13 ), which also represents a spiral spring, and that the seismic mass ( 20 ) is arranged on the film membrane ( 13 ).

2. Accelerometer according to claim 1, characterized in that the film membrane ( 13 ) is clamped tightly in at least two places in egg ner holder ( 11 ).

3. Accelerometer according to claim 1 and / or 2, characterized in that the film membrane ( 13 ) consists of a piezoelectric polymer film.

4. Accelerometer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the film membrane ( 13 ) has an approximately central bore ( 19 ) for receiving the seismic mass ( 20 ).

5. Accelerometer according to one of claims 1 to 4, characterized in that the film membrane ( 13 ) is coated on both ends with a conductive layer ( 14 ).

6. Accelerometer according to one of claims 1 to 5, characterized in that the film membrane ( 13 ) is fixed in a metal holder ( 11 ).

7. Accelerometer according to one of claims 1 to 6, characterized in that the seismic mass ( 20 ) is spherical.

8. Accelerometer according to one of claims 1 to 6, characterized in that the seismic mass ( 26 ) is rod-shaped.

9. Accelerometer according to one of claims 1 to 6, characterized in that the seismic mass ( 24 ) is lenticular and flat.

10. Accelerometer according to one of claims 1 to 9, characterized in that the accelerometer ( 10 ) is the control element from an occupant protection device in motor vehicles.