JP2000028444A - Pressure detecting device - Google Patents

Pressure detecting device

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JP2000028444A
JP2000028444A JP10198502A JP19850298A JP2000028444A JP 2000028444 A JP2000028444 A JP 2000028444A JP 10198502 A JP10198502 A JP 10198502A JP 19850298 A JP19850298 A JP 19850298A JP 2000028444 A JP2000028444 A JP 2000028444A
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JP
Japan
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vibration
pressure
piezoelectric body
planar piezoelectric
detecting device
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Application number
JP10198502A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Nagai
彪 長井
Hiroyuki Ogino
弘之 荻野
Katsuhiko Yamamoto
克彦 山本
Takahiro Umeda
孝裕 梅田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect pressure levels in a simple constitution by oscillating one end of plane- shaped pizoelectrics by an oscillation generating means, detecting the oscillation characteristics of the piezoelectrics which change in response to pressure when the piezoelectrics are applied with pressure by an oscillation detecting means, and computing the pressure on the basis of an output signal by a pressure computing means. SOLUTION: In an oscillation generating means 12, the part of the plane-shaped piezoelectrics 11a sandwiched by electrodes 12a and 12b is oscillated in response to an oscillation signal generated at a signal generating part 14. This oscillation is propagated to an oscillation detecting means 13 and an oscillation characteristics control means 16 via the part of the high-molecular piezoelectrics 11b to oscillate the overall plane-shaped piezoelectrics 11 with certain characteristics. A detection voltage is generated at the detecting means 13 in response to the oscillation. The oscillation of the overall piezoelectrics 11 also largely depends on the frequency of an oscillation signal. The frequency at which the detection voltage detected at the detecting means 13 first shows a local maximum is defined as the first resonance frequency. When the piezoelectrics 11 are applied with pressure or weight, the first resonance frequency is approximately determined dependently on the length L of the piezoelectrics 11 and the velocity of sound, and the distortion and stress of the piezoelectrics 11 become maximum at its center.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は圧力検出装置に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure detecting device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の圧力検出装置は以下のよ
うなものであった。
2. Description of the Related Art A conventional pressure detector of this type is as follows.

【0003】先ず、IEEE Transaction on Electron Dev
ices, vol.ED-26, No.5,p815〜p817,1979(以下、従来
例1とする)では図12のようなバイモルフ型の圧力検
出装置が提案された。これは、同図に示すように、圧電
フィルム1a及び2aの両面に電極1b、1c及び2
b、2cを設けた帯状の圧電フィルム1、2を2枚貼り
あわせ、その一端を支持部3により片持ち梁型に支持
し、圧電フィルム1に発信部4から電圧を印加して振動
させ、圧電フィルム2から前記振動による出力を取り出
す構成であった。そしてこの構成により、物体5が圧電
フィルム2に接触すると圧電フィルム2の出力信号が変
化することに基づき物体の接触を検出していた。図13
はこの際の物体5の接触位置L、発信部4の印加電圧の
周波数fをパラメ−タにして、圧電フィルム2の出力信
号Vと接触位置Lの関係を示したものである。同図か
ら、適切な周波数fを選択して、出力信号Vを監視する
ことにより、接触位置Lが検出されることは明らかであ
る。
[0003] First, IEEE Transaction on Electron Dev
Ices, vol. ED-26, No. 5, p815 to p817, 1979 (hereinafter referred to as Conventional Example 1) proposed a bimorph-type pressure detector as shown in FIG. As shown in the figure, electrodes 1b, 1c and 2 are provided on both sides of piezoelectric films 1a and 2a.
b, two belt-shaped piezoelectric films 1 and 2 provided with 2c are attached to each other, one end of which is supported in a cantilever shape by a support portion 3, and a voltage is applied to the piezoelectric film 1 from a transmitting portion 4 to vibrate; The output by the vibration was taken out from the piezoelectric film 2. With this configuration, when the object 5 comes into contact with the piezoelectric film 2, the contact of the object is detected based on a change in the output signal of the piezoelectric film 2. FIG.
4 shows the relationship between the output signal V of the piezoelectric film 2 and the contact position L, using the contact position L of the object 5 and the frequency f of the voltage applied to the transmitter 4 as parameters. It is apparent from the figure that the contact position L is detected by selecting an appropriate frequency f and monitoring the output signal V.

【0004】また、特開平8−62068号公報(以
下、従来例2とする)では指紋のような微細な山と谷の
分布を検出する圧力検出装置が開示された。これは図1
4のように圧電フィルム6の表面と裏面に複数の走査電
極6a、6bをマトリクス状に形成し、それに絶縁保護
フィルム7、絶縁フィルム8、高周波振動体9を積層し
たものであった。そして上記構成により絶縁保護フィル
ム7上に物体が接触するとその物体の山と谷による起伏
を圧電センサの多数の圧力検出ポイントで受け、マトリ
クス状の走査電極6a、6bで走査することによって前
記の山と谷の分布を検出していた。一例として図15に
指10で絶縁保護フィルム7を触れた際に指紋の山と谷
の分布を検出する様子を示した。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-62068 (hereinafter referred to as Conventional Example 2) discloses a pressure detecting device for detecting distribution of fine peaks and valleys such as fingerprints. This is Figure 1
As shown in FIG. 4, a plurality of scanning electrodes 6a and 6b were formed in a matrix on the front and back surfaces of a piezoelectric film 6, and an insulating protective film 7, an insulating film 8, and a high-frequency vibrator 9 were laminated thereon. When an object comes into contact with the insulating protective film 7 according to the above configuration, the undulations of the object due to peaks and valleys are received at a number of pressure detection points of the piezoelectric sensor, and the peaks are scanned by the matrix-shaped scanning electrodes 6a and 6b. And the valley distribution was detected. As an example, FIG. 15 shows how the distribution of peaks and valleys of a fingerprint is detected when the insulating protective film 7 is touched with the finger 10.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
1の圧力検出装置では、図11のような特性に基づき物
体5の圧電フィルム2への接触の有無や接触位置を検出
することはできるが、物体5の接触による圧力レベルを
検出することはできなという課題を有していた。
However, the pressure detecting device of the first conventional example can detect the presence or absence and the contact position of the object 5 on the piezoelectric film 2 based on the characteristics as shown in FIG. There is a problem that the pressure level due to the contact of the object 5 cannot be detected.

【0006】また、片持ち梁型の構造のため物体が繰り
返し接触すると圧電フィルムにへたりが生じて検出感度
が低下してしまうといった課題を有していた。
In addition, since the cantilever type structure is used, when an object repeatedly comes into contact, there is a problem that the piezoelectric film is set and the detection sensitivity is reduced.

【0007】また、従来例2の圧力検出装置では、上記
のような片持ち梁型の構造による耐久性の課題は無い
が、圧電センサの多数の圧力検出ポイントで検出できる
のは、例えば図14のように各交点に指紋パターンの山
の部分が当たっているのか谷の部分が当たっているのか
ということでしかない。すなわち、引例2は上記各ポイ
ントにおける物体の接触の有無を検出するものであり、
各ポイントで物体の圧力レベルを検出することはできな
いという課題を有していた。
Further, in the pressure detecting device of the conventional example 2, although there is no problem of durability due to the above-mentioned cantilever type structure, it can be detected at a number of pressure detecting points of the piezoelectric sensor, for example, as shown in FIG. It is merely a matter of whether the peak of the fingerprint pattern or the valley of the fingerprint pattern hits each intersection point. That is, Reference 2 detects the presence or absence of contact of an object at each of the above points,
There is a problem that the pressure level of the object cannot be detected at each point.

【0008】また、種々の用途で、圧力と振動を同時に
検出することが、望まれているが、両従来例ともこの種
の要望に応えることができないという課題を有してい
た。
Further, it is desired to simultaneously detect pressure and vibration in various applications, but both conventional examples have a problem that they cannot meet this kind of demand.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、面状圧電体の一端に設けられた振動発生
手段と、前記振動発生手段と分離して前記面状圧電体の
中間部に設けられた振動検出手段と、前記面状圧電体の
他端に設けられた振動特性制御手段と、前記面状圧電体
に印加される圧力を算出する圧力算出手段を備え、前記
振動発生手段により前記面状圧電体の前記一端を振動さ
せ、前記面状圧電体に圧力が印加されると前記圧力に応
じて変化する前記面状圧電体の振動特性を前記振動検出
手段により検出し、前記振動検出手段の出力信号に基づ
き前記圧力を前記圧力算出手段により算出する圧力検出
装置である。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a vibration generating means provided at one end of a planar piezoelectric body, and a vibration generating means separated from the vibration generating means. A vibration detecting unit provided at an intermediate portion, a vibration characteristic controlling unit provided at the other end of the planar piezoelectric body, and a pressure calculating unit for calculating a pressure applied to the planar piezoelectric body; The one end of the planar piezoelectric body is vibrated by a generating unit, and when a pressure is applied to the planar piezoelectric body, a vibration characteristic of the planar piezoelectric body that changes according to the pressure is detected by the vibration detecting unit. A pressure detecting device for calculating the pressure by the pressure calculating means based on an output signal of the vibration detecting means.

【0010】上記発明によれば、面状圧電体に圧力が印
加されると前記圧力に応じて変化する前記面状圧電体の
振動特性を前記振動検出手段により算出するため、簡単
な構成で圧力レベルを検出することができる。
According to the present invention, when pressure is applied to the planar piezoelectric body, the vibration detecting means calculates the vibration characteristic of the planar piezoelectric body which changes according to the pressure. Level can be detected.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の請求項1にかかる圧力検
出装置は、面状圧電体の一端に設けられた振動発生手段
と、前記振動発生手段と分離して前記面状圧電体の中間
部に設けられた振動検出手段と、前記面状圧電体の他端
に設けられた振動特性制御手段と、前記面状圧電体に印
加される圧力を算出する圧力算出手段を備え、前記振動
発生手段により前記面状圧電体の前記一端を振動させ、
前記面状圧電体に圧力が印加されると前記圧力に応じて
変化する前記面状圧電体の振動特性を前記振動検出手段
により検出し、前記振動検出手段の出力信号に基づき前
記圧力を前記圧力算出手段により算出する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a pressure detecting device comprising: a vibration generating means provided at one end of a planar piezoelectric body; A vibration detecting unit provided in the unit, a vibration characteristic controlling unit provided at the other end of the planar piezoelectric body, and a pressure calculating unit for calculating a pressure applied to the planar piezoelectric body; Means for vibrating the one end of the planar piezoelectric body,
When pressure is applied to the planar piezoelectric body, vibration characteristics of the planar piezoelectric body that change according to the pressure are detected by the vibration detecting unit, and the pressure is determined based on an output signal of the vibration detecting unit. It is calculated by the calculation means.

【0012】そして、前記面状圧電体に圧力が印加され
ると前記圧力に応じて変化する前記面状圧電体の振動特
性を前記振動検出手段により算出するため、簡単な構成
で圧力レベルを検出することができる。
When the pressure is applied to the planar piezoelectric body, the vibration detecting means calculates the vibration characteristic of the planar piezoelectric body which changes in accordance with the pressure. can do.

【0013】本発明の請求項2にかかる圧力検出装置
は、振動発生手段は面状圧電体の一端とその両面に形成
され、且つ互いに対向する振動発生用電極膜で構成さ
れ、振動検出手段は面状圧電体の中間部とその両面に形
成され、且つ互いに対向する振動検出電極膜で構成てい
る。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a pressure detecting device, wherein the vibration generating means is formed on one end of the planar piezoelectric body and on both surfaces thereof, and comprises vibration generating electrode films opposed to each other. It is composed of a vibration detecting electrode film formed on an intermediate portion of the planar piezoelectric body and on both surfaces thereof and facing each other.

【0014】そして、振動発生手段も振動検出手段も面
状圧電体を介して、互いに対向する電極膜で構成されて
いるので、面状振動体に効率的に振動を発生させると共
に面状振動体に生じた歪を効率的に検出電圧としても発
生させることができる。
Since both the vibration generating means and the vibration detecting means are composed of electrode films opposed to each other via the planar piezoelectric body, the vibration can be efficiently generated in the planar vibration body and the planar vibration body can be efficiently generated. Can be efficiently generated as a detection voltage.

【0015】本発明の請求項3にかかる圧力検出装置
は、面状圧電体の一部で振動特性制御手段は構成されて
いる。
In the pressure detecting device according to a third aspect of the present invention, the vibration characteristic control means is constituted by a part of the planar piezoelectric body.

【0016】そして、振動特性制御手段に面状圧電体と
異なる材料を用いていないので、簡単な構成で圧力検出
装置を構成できる。本発明の請求項4にかかる圧力検出
装置は、振動検出手段を面状圧電体の長さの(0.4〜
0.6)の位置に配置した構成である。
Since a material different from the planar piezoelectric material is not used for the vibration characteristic control means, the pressure detecting device can be configured with a simple configuration. In the pressure detecting device according to a fourth aspect of the present invention, the vibration detecting means is provided with a length of the planar piezoelectric body (0.4 to 0.4).
0.6).

【0017】そして、面状圧電体を振動させたとき、そ
の長さ方向の中央部に最も大きな歪が生じ、それぞれ両
端に向かうと共に歪は減衰する。従って、振動検出手段
は面状圧電体の長さの中央部近傍に配置されているの
で、大きな検出電圧を得ることができる。
When the planar piezoelectric body is vibrated, the largest strain is generated at the center in the length direction, and the strain is attenuated toward both ends. Therefore, since the vibration detecting means is disposed near the center of the length of the planar piezoelectric body, a large detection voltage can be obtained.

【0018】本発明の請求項5にかかる圧力検出装置
は、振動特性制御手段に圧力を印加する。
The pressure detecting device according to claim 5 of the present invention applies pressure to the vibration characteristic control means.

【0019】そして、振動特性制御手段に圧力を印加し
ているときでも、振動発生手段や振動検出手段に圧力を
印加しないので、安定な振動の発生や検出ができる。
Even when pressure is applied to the vibration characteristic control means, no pressure is applied to the vibration generation means and the vibration detection means, so that stable vibration can be generated and detected.

【0020】本発明の請求項6にかかる圧力検出装置で
は、振動特性として振動の振幅、共振周波数の少なくと
も1つを用いている。
In the pressure detecting device according to claim 6 of the present invention, at least one of the amplitude of vibration and the resonance frequency is used as the vibration characteristic.

【0021】そして、振動特性として振動の振幅を用い
た場合、印加圧力や重量に対する感度が大きく、また、
振動の共振周波数を用いた場合、検出電圧の変動の影響
を受け難い利点がある。
When the amplitude of the vibration is used as the vibration characteristic, the sensitivity to the applied pressure and the weight is large.
When the resonance frequency of the vibration is used, there is an advantage that it is hardly affected by the fluctuation of the detection voltage.

【0022】本発明の請求項7にかかる圧力検出装置
は、面状圧電体の一つの表面に振動発生用電極としても
振動検出用電極としても作用する共通電極膜を設けて構
成される。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a pressure detecting device comprising a common electrode film which functions as both a vibration generating electrode and a vibration detecting electrode on one surface of a planar piezoelectric body.

【0023】そして、共通電極膜は、振動発生用電極膜
の一つとしても、また、振動検出用電極膜の一つとして
も使用される。すなわち、振動発生用と振動検出用の両
者に共通な電極膜であるので、電極膜構成が簡単になる
のみならず、引き出しリ−ド線の数も低減できる。
The common electrode film is used as one of the vibration generation electrode films and also as one of the vibration detection electrode films. That is, since the electrode film is common to both vibration generation and vibration detection, not only can the electrode film configuration be simplified, but also the number of lead wires can be reduced.

【0024】本発明の請求項8にかかる圧力検出装置
は、複数の振動検出手段が設けられている。
The pressure detecting device according to claim 8 of the present invention is provided with a plurality of vibration detecting means.

【0025】そして、複数の検出信号を利用できるの
で、信頼性の高い圧力検出ができる。本発明の請求項9
にかかる圧力検出装置は、複数の振動検出手段の少なく
とも一つの振動検出手段と振動特性制御手段の両者に圧
力を印加している。
Since a plurality of detection signals can be used, highly reliable pressure detection can be performed. Claim 9 of the present invention
The pressure detecting device according to (1) applies pressure to both at least one of the plurality of vibration detecting means and the vibration characteristic control means.

【0026】そして、振動発生手段は圧力を印加されな
い、また、他の振動検出手段も圧力を印加されないの
で、安定な振動の発生や検出ができる。更に、圧力の印
加された振動検出手段により、圧力印加状態が検出でき
るので、他の振動検出手段で得られた検出信号を圧力印
加状態に応じて補正できる。
Since no pressure is applied to the vibration generating means and no pressure is applied to the other vibration detecting means, stable vibration can be generated and detected. Further, since the pressure applied state can be detected by the vibration detecting means to which the pressure is applied, the detection signal obtained by the other vibration detecting means can be corrected according to the pressure applied state.

【0027】本発明の請求項10にかかる圧力検出装置
は、面状圧電体の電気機械結合係数が、振動発生手段か
ら振動検出手段に向かう方向で最大である。
[0027] In the pressure detecting device according to claim 10 of the present invention, the electromechanical coupling coefficient of the planar piezoelectric body is maximum in the direction from the vibration generating means to the vibration detecting means.

【0028】そして、振動発生手段で発生した振動は、
振動検出手段に向かう方向で最大になるので、大きな検
出信号が振動検出手段により得られる。
The vibration generated by the vibration generating means is
Since the maximum value is obtained in the direction toward the vibration detecting means, a large detection signal is obtained by the vibration detecting means.

【0029】本発明の請求項11にかかる圧力検出装置
は、振動検出手段の出力信号から振動発生手段が発生す
る振動周波数成分のみを分離する第1の濾波部と、前記
振動検出手段の出力信号から前記振動周波数以外の成分
を分離する第2の濾波部とを備え、分離したこれらの成
分に基づき面状圧電体に印加される圧力を算出するとと
もに前記面状圧電体に印加される前記振動周波数以外の
振動成分を検出する。
A pressure detecting device according to claim 11 of the present invention comprises a first filtering section for separating only a vibration frequency component generated by the vibration generating means from an output signal of the vibration detecting means, and an output signal of the vibration detecting means. A second filtering unit that separates components other than the vibration frequency from the above, calculates the pressure applied to the planar piezoelectric body based on the separated components, and calculates the vibration applied to the planar piezoelectric body. Detects vibration components other than frequency.

【0030】そして、前記第1の濾波部の出力信号に基
づき前記面状圧電体に印加される圧力を算出し、前記第
2の濾波部の出力信号に基づき前記面状圧電体に印加さ
れる前記振動周波数以外の振動成分を検出するので、一
つの面状圧電体を用いて圧力と振動、すなわち静的な圧
力と動的な圧力の双方を同時に検出することができる。
The pressure applied to the planar piezoelectric body is calculated based on the output signal of the first filtering section, and the pressure applied to the planar piezoelectric body is calculated based on the output signal of the second filtering section. Since a vibration component other than the vibration frequency is detected, pressure and vibration, that is, both static pressure and dynamic pressure can be simultaneously detected using one planar piezoelectric body.

【0031】[0031]

【実施例】以下、本本発明の実施例について図面を用い
て説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0032】(実施例1)図1は本発明の実施例1の圧
力検出装置の構成を示す断面図である。面状圧電体11
の一端の両面に電極12aと12bが形成されている。
また、電極13aと13bが面状圧電体11の両面の中
間部に形成される。さらに、面状圧電体11の中間部か
ら他端まで面状圧電体11が延伸されている。電極12
aと12bに信号発生部14が接続され、また、電極1
3aと13bに圧力算出手段15が夫々接続される。振
動発生手段12は、互いに対向する電極12aと12b
およびこれら電極に挟さまれた部分の面状圧電体11a
とから構成される。また、振動検出手段13は、互いに
対向する電極13aと13bおよびこれら電極に挟さま
れた部分の面状圧電体11cとから構成される。電極1
2aと12bおよび電極13aと13bは、必ずしも互
いに対向する必要はない。しかし、後述するように、信
号発生部14で発生する発振信号が電極間の面状圧電体
11aに印加されたとき、互いに対向する電極12aと
12bは面状圧電体11aに最大の電界強度を与えるの
で、より効率的に面状圧電体11に振動を発生させるこ
とができる。また、互いに対向する電極13aと13b
は面状圧電体11cに生じた歪を効率よく検出電圧とし
て発生させることができる。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a pressure detecting device according to Embodiment 1 of the present invention. Planar piezoelectric body 11
The electrodes 12a and 12b are formed on both surfaces at one end of the.
Further, the electrodes 13a and 13b are formed at the intermediate portions on both sides of the planar piezoelectric element 11. Further, the planar piezoelectric body 11 extends from the middle portion of the planar piezoelectric body 11 to the other end. Electrode 12
a and 12b are connected to the signal generator 14 and
Pressure calculating means 15 is connected to 3a and 13b, respectively. The vibration generating means 12 includes electrodes 12a and 12b facing each other.
And a portion of the planar piezoelectric body 11a sandwiched between these electrodes.
It is composed of The vibration detecting means 13 includes electrodes 13a and 13b facing each other and a planar piezoelectric body 11c at a portion sandwiched between these electrodes. Electrode 1
The electrodes 2a and 12b and the electrodes 13a and 13b need not necessarily face each other. However, as will be described later, when an oscillation signal generated by the signal generator 14 is applied to the planar piezoelectric body 11a between the electrodes, the electrodes 12a and 12b facing each other exert a maximum electric field strength on the planar piezoelectric body 11a. The vibration can be generated in the planar piezoelectric body 11 more efficiently. Further, electrodes 13a and 13b facing each other
Can efficiently generate distortion generated in the planar piezoelectric body 11c as a detection voltage.

【0033】なお、面状圧電体11b部分は、振動発生
手段12と振動検出手段13を分離させている。さら
に、振動特性制御手段16は、面状圧電体11の中間部
から他端までの面状圧電体11d部分から構成される。
しかし振動特性制御手段16は、面状圧電体11と異な
る材料で構成してもよい。しかし、この場合、振動特性
制御手段16は振動検出手段13と連続して接続されな
ければならないので、複雑な構成になり、また、接続作
業も必要とする。この点で、振動特性制御手段16は、
面状圧電体11dで構成されるほうが簡素な構成とな
り、接続作業も不用になるから好ましい。
The planar piezoelectric body 11b separates the vibration generating means 12 and the vibration detecting means 13 from each other. Further, the vibration characteristic control means 16 is composed of a planar piezoelectric body 11d from the intermediate portion to the other end of the planar piezoelectric body 11.
However, the vibration characteristic control means 16 may be made of a material different from that of the planar piezoelectric body 11. However, in this case, since the vibration characteristic control means 16 must be continuously connected to the vibration detection means 13, the configuration becomes complicated, and a connection operation is also required. In this regard, the vibration characteristic control means 16
It is preferable to use the planar piezoelectric body 11d because it has a simpler configuration and connection work is unnecessary.

【0034】面状圧電体11として、例えば、ポリフッ
化ビニリデン(PVDF)などのフィルム状高分子圧電
材料、樹脂と圧電体セラミック粉末の混合物、さらには
圧電セラミック等が用いられる。電極12a、12b、
13a、13bは、例えば銀ペーストを印刷・焼成して
形成するが、銅箔を使用したり、アルミ等の金属材料を
蒸着して形成してもよい。
As the sheet-like piezoelectric member 11, for example, a film-like polymer piezoelectric material such as polyvinylidene fluoride (PVDF), a mixture of resin and piezoelectric ceramic powder, and a piezoelectric ceramic are used. Electrodes 12a, 12b,
13a and 13b are formed by printing and baking a silver paste, for example, but may be formed by using a copper foil or by evaporating a metal material such as aluminum.

【0035】次に動作、作用について説明する。振動発
生手段12では信号発生部14で発生する発振信号に応
じて、電極12aと12bに挟まれた面状圧電体11a
部分が振動する。ここで、前記発振信号の周波数をf1
とする。この振動は、電極12a、12b、13a、1
3bの形成されていない高分子圧電体11b(以下、単
に分離手段11bと記す)部分を経て、振動検出手段1
3や振動特性制御手段16に伝播し、面状圧電体11全
体がある特性をもって振動する。そしてその振動に応じ
て振動検出手段13では圧電起電力(検出電圧)が発生
する。面状圧電体11全体の振動は、発振信号の周波数
1にも大きく依存する。発振信号の周波数f1を低周波
数から高周波数へと変化させたとき、振動検出手段13
で検出される検出電圧(電極13aと13b間で得られ
る信号)が最初に極大を示す周波数を第1共振周波数と
定義する。この第1共振周波数よりもさらに高い周波数
でも、高次の共振周波数が観測される。面状圧電体11
に圧力や重量を印加しないとき、後述するように、第1
共振周波数は、ほぼ面状圧電体11の長さL(図1)と
音速に依存して決まり、そのときの面状圧電体11の歪
や応力は、面状圧電体11の中央部で最大になる。振動
特性制御手段16は、面状圧電体11d部分のみで構成
され、電極を有していないが、前述したように、共振特
性を支配している点で振動特性を制御できる。
Next, the operation and operation will be described. The vibration generating means 12 responds to the oscillating signal generated by the signal generating section 14 to produce a planar piezoelectric body 11a sandwiched between the electrodes 12a and 12b.
Parts vibrate. Here, the frequency of the oscillation signal is f 1
And This vibration is caused by the electrodes 12a, 12b, 13a, 1
The vibration detecting means 1 passes through a portion of the polymer piezoelectric body 11b (hereinafter simply referred to as a separating means 11b) on which no 3b is formed.
3 and the vibration characteristic control means 16 to vibrate with a certain characteristic. The vibration detecting means 13 generates a piezoelectric electromotive force (detection voltage) according to the vibration. Vibration of the entire planar piezoelectric body 11 depends significantly to the frequency f 1 of the oscillation signal. When the frequency f 1 of the oscillation signal is changed from a low frequency to a high frequency, the vibration detecting means 13
The frequency at which the detection voltage (the signal obtained between the electrodes 13a and 13b) detected at the first time shows a local maximum is defined as the first resonance frequency. Even at a frequency higher than the first resonance frequency, a higher-order resonance frequency is observed. Planar piezoelectric body 11
When no pressure or weight is applied to the
The resonance frequency is determined substantially depending on the length L (FIG. 1) of the planar piezoelectric body 11 and the speed of sound. At that time, the strain and stress of the planar piezoelectric body 11 are maximum at the center of the planar piezoelectric body 11. become. The vibration characteristic control means 16 is composed of only the planar piezoelectric body 11d and has no electrodes. However, as described above, the vibration characteristic can be controlled in that it governs the resonance characteristic.

【0036】面状圧電体11に圧力を印加しないとき、
第1共振周波数と面状圧電体11の長さLの関係の一例
を図2に示す。面状圧電体11として、PVDFフィル
ム(厚さ約28μm、幅約20mm)を用い、振動発生手
段12の電極膜12a、12bの長さ20mm(一定)、
分離部11bの長さ1mm(一定)、振動検出手段13の
電極膜13a、13bの長さ3mm(一定)として、振動
特性制御手段16の長さを(0〜16)mmの間で変化さ
せて、従って、面状圧電体11の長さLを(24から4
0)mmの間で変化させて、第1共振周波数を測定した。
同図から、第1共振周波数は、1/Lに対して良好な直
線関係を示すと共に、その傾きは691m/sを示し、
音速(約1.4km/s)の約1/2であった。このよ
うに、第1共振周波数は、ほぼ面状圧電体11の長さL
と音速に依存して決まることは明らかである。
When no pressure is applied to the planar piezoelectric body 11,
FIG. 2 shows an example of the relationship between the first resonance frequency and the length L of the planar piezoelectric body 11. A PVDF film (about 28 μm in thickness and about 20 mm in width) is used as the planar piezoelectric element 11, and the length of the electrode films 12 a and 12 b of the vibration generating means 12 is 20 mm (constant).
Assuming that the length of the separation part 11b is 1 mm (constant) and the length of the electrode films 13a and 13b of the vibration detecting means 13 is 3 mm (constant), the length of the vibration characteristic control means 16 is changed between (0 to 16) mm. Therefore, the length L of the planar piezoelectric body 11 is changed from (24 to 4
0) mm, the first resonance frequency was measured.
From the figure, the first resonance frequency shows a good linear relationship with 1 / L, and its slope shows 691 m / s.
It was about 1/2 of the sound speed (about 1.4 km / s). Thus, the first resonance frequency is substantially equal to the length L of the planar piezoelectric body 11.
It is clear that it depends on the sound speed.

【0037】また、面状圧電体11に圧力を印加しない
とき、振動検出手段13の位置と検出電圧の実効値[E
s(rms)]の関係の一例を図3に示す。面状圧電体
11として、PVDFフィルム(厚さ約28μm、幅約
20mm、長さ40mm)を用い、振動発生手段12の電極
膜12a、12bの長さ20mm(一定)、分離部11b
の長さ1mm(一定)、振動検出手段13の電極膜13
a、13bの長さ3mm(一定)、更に前記振動検出手段
13から長さ1mm(一定)の第2の分離部と長さ3mm
(一定)の第2振動検出手段を設けることを繰り返し
て、合計5個の振動検出手段を形成し、第1共振周波数
(約17.3kHz)で信号発生部14より実効電圧2
0Vを供給して面状圧電体11を振動させて。5個の振
動検出手段の各検出電圧を測定した。振動発生手段12
の縁端部から振動検出手段の電極の中心部の距離をL
e、面状圧電体11の長さをL(40mm)として、5個
の振動検出手段の位置をLe/Lで示した。図3から明
らかなように、振動検出手段13を面状圧電体11の中
央部近傍、面状圧電体11の長さLの(0.4〜0.
6)の位置に配置し、面状圧電体11の一方の端部に振
動発生手段12を、他方の端部に振動特性制御手段16
を配置することが好ましい。第1共振周波数近傍では他
の周波数よりも、大きな歪や応力を示し、また、その周
波数でも面状圧電体11の位置により歪や応力は異な
り、中央部で大きくなり、両端に近づくほど小さくな
る。従って、面状圧電体11の歪や応力は、面状圧電体
11の中央部近傍で大きくなるので、大きな検出電圧が
得られるからである。振動発生手段12、振動検出手段
13、分離部11b、また、振動特性制御手段16の中
の一つ以上に圧力または重量が印加されたとき、それぞ
れに応じて、検出電圧が得られるが、振動特性制御手段
16に圧力または重量を印加することが好ましい。振動
発生手段12や振動検出手段13などに圧力または重量
を印加したとき、電極12a、12b、13a、13b
を介して圧力または重量が印加されるが、このとき面状
圧電体11には歪や応力は生じているので、電極12
a、12b、13a、13bと面状圧電体11の界面に
も圧力または重量が印加された状態で歪や応力が発生す
る。このように面状圧電体11は重い電極12a、12
b、13a、13bを引きずって歪や応力を生じるの
で、両者の接着力が低下し易い。分離部11bや振動特
性制御手段16は、面状圧電体11cのみで構成され、
電極を有していないので、圧力または重量を印加しても
上述した接着力の低下は生じない。中でも振動特性制御
手段16は、分離部11bに比べ、大きな面積を得やす
い点、また、後述する3端子型電極構成でも電極を有し
ない点で、優れている。
When no pressure is applied to the planar piezoelectric body 11, the position of the vibration detecting means 13 and the effective value of the detected voltage [E
s (rms)] is shown in FIG. A PVDF film (about 28 μm in thickness, about 20 mm in width, and 40 mm in length) is used as the planar piezoelectric body 11, the length of the electrode films 12 a and 12 b of the vibration generating means 12 is 20 mm (constant), and the separation section 11 b
1 mm (constant), electrode film 13 of vibration detecting means 13
a, 13b 3 mm (constant) in length, and a second separation part 1 mm (constant) in length from the vibration detecting means 13 and 3 mm in length
By repeatedly providing (constant) second vibration detecting means, a total of five vibration detecting means are formed, and the effective voltage 2 from the signal generating unit 14 at the first resonance frequency (about 17.3 kHz).
0 V is supplied to vibrate the planar piezoelectric body 11. Each detection voltage of the five vibration detecting means was measured. Vibration generating means 12
Is the distance from the edge of the center of the electrode of the vibration detecting means to L.
e, assuming that the length of the planar piezoelectric body 11 is L (40 mm), the positions of the five vibration detecting means are indicated by Le / L. As is clear from FIG. 3, the vibration detecting means 13 is disposed near the center of the planar piezoelectric body 11 and the length L of the planar piezoelectric body 11 (from 0.4 to 0.
6), the vibration generating means 12 is provided at one end of the planar piezoelectric body 11 and the vibration characteristic controlling means 16 is provided at the other end.
Is preferably arranged. In the vicinity of the first resonance frequency, larger strains and stresses are shown than at other frequencies, and even at that frequency, the strains and stresses vary depending on the position of the planar piezoelectric body 11, become larger at the center, and become smaller toward both ends. . Therefore, the strain and stress of the planar piezoelectric body 11 increase near the center of the planar piezoelectric body 11, so that a large detection voltage can be obtained. When pressure or weight is applied to one or more of the vibration generating means 12, the vibration detecting means 13, the separating section 11b, and the vibration characteristic control means 16, a detection voltage is obtained according to each of them. It is preferable to apply pressure or weight to the characteristic control means 16. When pressure or weight is applied to the vibration generating means 12, the vibration detecting means 13, etc., the electrodes 12a, 12b, 13a, 13b
Pressure or weight is applied through the electrodes. At this time, since strain and stress are generated in the planar piezoelectric body 11,
Strain and stress are also generated at the interface between a, 12b, 13a, 13b and the planar piezoelectric body 11 in the state where pressure or weight is applied. As described above, the planar piezoelectric body 11 has the heavy electrodes 12a and 12a.
Since b and 13a and 13b are dragged to generate strain and stress, the adhesive strength between the two tends to decrease. The separating part 11b and the vibration characteristic control means 16 are constituted only by the planar piezoelectric body 11c,
Since there is no electrode, even if pressure or weight is applied, the above-described decrease in adhesive strength does not occur. Above all, the vibration characteristic control means 16 is superior to the separating portion 11b in that a large area is easily obtained, and that the three-terminal electrode configuration described later does not have an electrode.

【0038】振動特性制御手段16に重量を印加したと
きの第1共振周波数近傍における検出電圧の周波数特性
の一例を図4に示す。。面状圧電体11として、PVD
Fフィルム(厚さ約52μm、幅約40mm)を用い、振
動発生手段12の電極膜12a、12bの長さ20mm
(一定)、分離部11bの長さ2mm(一定)、振動検出
手段13の電極膜13a、13bの長さ8mm(一定)、
振動特性制御手段14の長さを25mm(一定)として、
振動発生手段12に信号発生部14より実効電圧20V
を供給し、振動特性制御手段14に重量を(0〜11)
kg印加して同周波数特性を測定した。同図から明らか
なように、共振特性は印加重量に依存して変化する。す
なわち、第1共振周波数は、重量1kg印加時に約1
1.4kHzから、重量増加と共に高くなり、重量11
kg印加時に約13.2kHzまで増加した。このこと
から明らかなように、例えば、重量1kg以上であれ
ば、共振周波数により重量を検知することもできる。共
振周波数を用いた重量検知は、重量に対する感度は低い
が、信号発生部14から供給される信号電圧の変動によ
る検出電圧の変動の影響を受けない点で優れている。こ
のとき振動検出手段13として、共振周波数検出手段を
用いればよいことは明らかである。
FIG. 4 shows an example of the frequency characteristic of the detected voltage near the first resonance frequency when a weight is applied to the vibration characteristic control means 16. . PVD as the planar piezoelectric body 11
Using an F film (about 52 μm in thickness and about 40 mm in width), the length of the electrode films 12 a and 12 b of the vibration generating means 12 is 20 mm
(Constant), 2 mm (constant) length of the separation part 11b, 8 mm (constant) length of the electrode films 13a and 13b of the vibration detecting means 13,
Assuming that the length of the vibration characteristic control means 14 is 25 mm (constant),
An effective voltage of 20 V from the signal generation unit 14 to the vibration generation means 12
And the weight is added to the vibration characteristic control means 14 (0 to 11).
The same frequency characteristic was measured by applying kg. As is clear from the figure, the resonance characteristics change depending on the applied weight. That is, the first resonance frequency is about 1 when a weight of 1 kg is applied.
From 1.4 kHz, it increases as the weight increases, and the weight 11
It increased to about 13.2 kHz when kg was applied. As is clear from this, for example, if the weight is 1 kg or more, the weight can be detected by the resonance frequency. Weight detection using the resonance frequency is low in sensitivity to weight, but is excellent in that it is not affected by fluctuations in the detection voltage due to fluctuations in the signal voltage supplied from the signal generation unit 14. At this time, it is clear that a resonance frequency detecting means may be used as the vibration detecting means 13.

【0039】また、図5は周波数f=13.7kHz
(一定)として、重量1kg以上の範囲で重量−検出電
圧の関係をプロットした特性図である。同図から明らか
なように、検出電圧により高い感度で重量検知ができ
る。この場合、図4から明らかなように、例えば、重量
検知範囲が1kgから5kgでよい場合、周波数を1
2.6kHz近傍で測定することにより、さらに高感度
で重量を検知できる。このように、検出電圧を用いた重
量検知は、必要とされる重量範囲に応じて感度を選択で
きる点で優れている。このとき振動検出手段13とし
て、検出電圧の振幅検出手段を用いればよいことは明ら
かである。
FIG. 5 shows a frequency f = 13.7 kHz.
FIG. 4 is a characteristic diagram in which a relationship between weight and detection voltage is plotted in a range of 1 kg or more as (constant). As is clear from the figure, weight detection can be performed with high sensitivity by the detection voltage. In this case, as is clear from FIG. 4, for example, if the weight detection range is 1 kg to 5 kg, the frequency is set to 1
By measuring around 2.6 kHz, weight can be detected with even higher sensitivity. As described above, the weight detection using the detection voltage is excellent in that the sensitivity can be selected according to a required weight range. At this time, it is clear that the amplitude detection means of the detection voltage may be used as the vibration detection means 13.

【0040】(実施例2)図6は本発明の実施例2の圧
力検出装置の構成を示す断面図である。本実施例では、
実施例1と以下の点で異なる。すなわち、実施例1に示
した振動発生手段12を構成する一つの電極12aと振
動検出手段13を構成する一つの電極13aとが面状圧
電体11の同じ表面上で接続されている点である。両者
の接続された共通電極17は、振動発生手段12を構成
する電極としても、振動検出手段12を構成する電極と
しても共通的に作用する。この場合、例えば、信号発生
部14や圧力算出手段15に接続するために必要な各電
極からの引き出しリ−ド線が、実施例1では4本必要と
するのに対して本実施例では3本で充分である点で優れ
ている。
(Embodiment 2) FIG. 6 is a sectional view showing the structure of a pressure detecting device according to Embodiment 2 of the present invention. In this embodiment,
It differs from the first embodiment in the following points. That is, one of the electrodes 12a constituting the vibration generating means 12 and one electrode 13a constituting the vibration detecting means 13 shown in the first embodiment are connected on the same surface of the planar piezoelectric body 11. . The common electrode 17 connected to both functions as both an electrode constituting the vibration generating means 12 and an electrode constituting the vibration detecting means 12 in common. In this case, for example, in the first embodiment, four lead wires are required to be connected to the signal generating unit 14 and the pressure calculating means 15 from each electrode, whereas in the present embodiment, three lead wires are required. The book is excellent in that it is sufficient.

【0041】なお、上記説明では断面図(図6)で説明
したが、図6に示した矢印18から見たときの平面図を
図7に示す。実施例1に示した振動発生手段12を構成
する一つの電極12aと振動検出手段13を構成する一
つの電極13aとが面状圧電体11の一つの表面上での
接続は、図7(a)に示すように面状圧電体11の全面
に亘ってもよいし、図7(b)に示すように部分的に接
続してもよい。また、部分的接続の位置も面状圧電体1
1の中央部でも端部でもよい。
Although the above description has been made with reference to the cross-sectional view (FIG. 6), FIG. 7 shows a plan view as seen from the arrow 18 shown in FIG. The connection between one electrode 12a forming the vibration generating means 12 and one electrode 13a forming the vibration detecting means 13 on one surface of the planar piezoelectric body 11 shown in FIG. 7) may cover the entire surface of the planar piezoelectric body 11 or may be partially connected as shown in FIG. 7 (b). The position of the partial connection is also determined by the planar piezoelectric body 1.
1 may be a central part or an end part.

【0042】(実施例3)図8は本発明の実施例3の圧
力検出装置のブロック図である。
(Embodiment 3) FIG. 8 is a block diagram of a pressure detecting device according to Embodiment 3 of the present invention.

【0043】実施例1や2と異なる点は、複数の検出手
段131、132を設けた点にある。第1検出手段13
1は、共通電極17と面状圧電体11cと電極131b
とから構成され、第1検出手段131で発生する検出電
圧は第1圧力算出手段151に入力される。また、第2
検出手段132は、共通電極17と面状圧電体11eと
電極132bとから構成され、第2検出手段132で発
生する検出電圧は第2圧力算出手段152に入力され
る。なお、どちらか一つの圧力算出手段のみを用いて、
第1検出手段131で発生する検出電圧と第2検出手段
132で発生する検出電圧を適切な時間間隔で交互に入
力させてもよいことは明らかである。
The difference from the first and second embodiments is that a plurality of detecting means 131 and 132 are provided. First detecting means 13
1 denotes a common electrode 17, a planar piezoelectric body 11c, and an electrode 131b.
The detection voltage generated by the first detection means 131 is input to the first pressure calculation means 151. Also, the second
The detecting means 132 includes the common electrode 17, the planar piezoelectric body 11e, and the electrode 132b, and the detection voltage generated by the second detecting means 132 is input to the second pressure calculating means 152. In addition, using only one of the pressure calculation means,
Obviously, the detection voltage generated by the first detection means 131 and the detection voltage generated by the second detection means 132 may be alternately input at appropriate time intervals.

【0044】信号発生部14で発生する発振信号に応じ
て、振動発生手段12により面状圧電体11全体がある
特性をもって振動するとき、その振動に応じて振動検出
手段131と132ではそれぞれ異なる検出電圧が発生
する。本実施例では、複数の検出信号を利用できるの
で、例えば、第1検出手段131で発生する検出電圧の
検出の際に局部的な断線が発生しても、第2検出手段1
32で発生する検出電圧を利用できる利点がある。すな
わち、断線に対して信頼性が高いという利点がある。
When the entire surface of the planar piezoelectric body 11 vibrates with certain characteristics in response to the oscillation signal generated by the signal generating section 14, the vibration detecting means 131 and 132 perform different detections according to the vibration. Voltage is generated. In the present embodiment, since a plurality of detection signals can be used, for example, even if a local disconnection occurs when the detection voltage generated by the first detection unit 131 is detected, the second detection unit 1
There is an advantage that the detection voltage generated at 32 can be used. That is, there is an advantage that the reliability with respect to disconnection is high.

【0045】さらに、例えば、第2検出手段132の電
極132bと振動特性制御手段16の両者に圧力または
重量を印加することにより、次に示す利点が得られる。
図9は、上記両者に1kgの重量を印加した時点を起点
として、第1検出手段131で発生する検出電圧の実効
値[Es1(rms)]と第2検出手段132で発生する検出
電圧の実効値[Es2(rms)]の経過時間に対する変化、
および両者の比[Es1( rms)/Es2(rms)]の経過時間に
対する変化を示した図である。検出電圧の実効値E
s1(rms)およびEs2(rms)は、約300分経過後、それぞ
れ約13%および約14%変化した。しかし、両者の比
[Es1(rms)/Es2(rms)]は、極めて安定でであり、同
時間内で±1.5%以下の変化しか示さなかった。従っ
て、両者の比を信号として用いることにより、検出電圧
の時間不安定性を解消できる利点が得られる。
Further, by applying pressure or weight to both the electrode 132b of the second detection means 132 and the vibration characteristic control means 16, for example, the following advantages can be obtained.
FIG. 9 shows the effective value [E s1 (rms) ] of the detection voltage generated by the first detection means 131 and the detection voltage of the detection voltage generated by the second detection means 132, starting from the time when a weight of 1 kg is applied to both of them. Change of the effective value [E s2 (rms) ] with respect to the elapsed time,
FIG. 7 is a diagram showing a change in elapsed time of a ratio [E s1 ( rms) / E s2 (rms) ] of the two. Effective value E of detection voltage
s1 (rms) and Es2 (rms) changed about 13% and about 14%, respectively, after about 300 minutes. However, the ratio [E s1 (rms) / E s2 (rms) ] of the two was extremely stable, and showed a change of ± 1.5% or less within the same time. Therefore, by using the ratio of the two as a signal, there is obtained an advantage that time instability of the detection voltage can be eliminated.

【0046】信号発生部14で発生する発振信号を振動
発生手段12 に印加して面状圧電体11を振動させる
とき、振動発生手段12 に印加される電気エネルギの
中で振動エネルギに変換される割合は。電気機械結合係
数として一般的に定義されている。この電気機械結合係
数は、面状圧電体11の結晶方向によっても異なる。こ
のため電気機械結合係数が振動発生手段12から振動検
出手段13に向かう方向で最大になるように面状振動体
11の方向を選ぶことが望ましい。振動検出手段13で
発生する検出電圧を大きくできるからである。
When an oscillating signal generated by the signal generating section 14 is applied to the vibration generating means 12 to vibrate the planar piezoelectric body 11, the electric energy applied to the vibration generating means 12 is converted into vibration energy. What proportion? It is generally defined as an electromechanical coupling coefficient. The electromechanical coupling coefficient differs depending on the crystal direction of the planar piezoelectric body 11. Therefore, it is desirable to select the direction of the planar vibrating body 11 so that the electromechanical coupling coefficient becomes maximum in the direction from the vibration generating means 12 to the vibration detecting means 13. This is because the detection voltage generated by the vibration detection means 13 can be increased.

【0047】(実施例4)図10は本発明の実施例4の
圧力検出装置のブロック図である。実施例1と異なる点
は圧力算出手段15が、振動検出手段13の検出電圧か
ら振動発生手段12が発生する振動周波数の成分のみを
分離する第1の濾波部15aと、振動検出手段13の検
出電圧から振動発生手段12が発生する振動周波数以外
の成分を分離する第2の濾波部15bと、分離したこれ
らの成分に基づき電極12a、12b、13a、13b
を含めた面状圧電体11に印加される圧力を算出すると
ともに面状振動体11に印加される前記振動周波数以外
の振動成分を検出する算出部15cとを有する点にあ
る。
(Embodiment 4) FIG. 10 is a block diagram of a pressure detecting device according to Embodiment 4 of the present invention. The difference from the first embodiment is that the pressure calculation means 15 separates only the component of the vibration frequency generated by the vibration generation means 12 from the detection voltage of the vibration detection means 13, and the detection of the vibration detection means 13 A second filtering unit 15b for separating components other than the vibration frequency generated by the vibration generating means 12 from the voltage, and electrodes 12a, 12b, 13a, and 13b based on the separated components.
And a calculating unit 15c that calculates the pressure applied to the planar piezoelectric body 11 including the above and detects a vibration component other than the vibration frequency applied to the planar vibrating body 11.

【0048】第1の濾波部15aと第2の濾波部15b
は共にバンドパスフィルターであり、透過特性の中心周
波数はそれぞれf1、f2である。また信号発生部14で
発生する信号の周波数はf1である。尚、実施例1と同
一符号のものは同一構造を有し、説明は省略する。
The first filtering section 15a and the second filtering section 15b
Are band-pass filters, and the center frequencies of the transmission characteristics are f 1 and f 2 , respectively. The frequency of the signal generated by the signal generator 14 is f 1. The components having the same reference numerals as those in the first embodiment have the same structure, and a description thereof will be omitted.

【0049】次に動作、作用について説明する。ここで
は重量Wの物体が振動特性制御手段16上に置かれる場
合について述べる。物体は外部から周波数f2の振動が
印加されるか、又は内部に周波数f2の振動体を有し、
物体の全体が周波数f2で振動しているものとする。実
施例1と同様に、振動発生手段12では信号発生部14
で発生する発振信号に応じて面状圧電体11が振動す
る。この発振信号の周波数はf1である。上記より、振
動発生手段12による周波数f1の振動と物体の周波数
2の振動とが合成され、電極12a、12b、13
a、13bを含めた面状振動体11全体がある特性をも
って振動する。そしてその振動に応じて振動検出手段1
3では検出電圧が発生する。発生した検出電圧は第1の
濾波部15aと第2の濾波部15bで濾波特性に基づき
濾波される。すなわち、第1の濾波部15aでは振動検
出手段13の検出電圧のうちf1成分が濾波され、第2
の濾波部15bでは振動検出手段13の検出電圧のうち
2成分が濾波される。
Next, the operation and operation will be described. Here, a case where an object having a weight W is placed on the vibration characteristic control means 16 will be described. The object is applied with a vibration of frequency f 2 from the outside, or has a vibration body of frequency f 2 inside,
Whole object is assumed to vibrate at a frequency f 2. As in the first embodiment, the vibration generation unit 12 includes the signal generation unit 14
The planar piezoelectric body 11 vibrates according to the oscillation signal generated in the step (1). The frequency of the oscillation signal is f 1. The more the vibration of the frequency f 2 of the vibration and the object of the frequency f 1 by the vibration generating means 12 are combined, the electrodes 12a, 12b, 13
The entire planar vibrator 11 including a and 13b vibrates with certain characteristics. Then, according to the vibration, the vibration detecting means 1
In No. 3, a detection voltage is generated. The generated detection voltage is filtered by the first filtering unit 15a and the second filtering unit 15b based on the filtering characteristics. That, f 1 component of the detection voltage of the first filter portion 15a in the vibration detecting means 13 is filtered, second
F 2 components are filtered out of the detection voltage of the filter section 15b in the vibration detecting means 13.

【0050】この時の信号発生部14の発振信号V0
第1の濾波部15aの出力V1、第2の濾波部15bの
出力V2の信号波形は、それぞれ図11(a)(b)の
ようになる。同図より振動発生手段12に物体が置かれ
ていない状態(t<t1)では、V1とV2の振幅はそれ
ぞれD0と0である。そして時刻t1で物体19が積層体
13上に置かれるとすると、V1とV2の振幅はD1とD2
に変化する。算出部15cでは物体の重量については実
施例1と同様にして算出される。物体の周波数f 2の振
動については例えば、算出部15cでその振幅D2の大
きさを検出して振動の強度を算出する。
At this time, the oscillation signal V of the signal generator 140,
Output V of first filtering section 15a1Of the second filtering unit 15b
Output VTwo11 (a) and 11 (b) respectively.
Become like As shown in FIG.
State (t <t1), V1And VTwoThe amplitude of it
Each D0And 0. And time t1The object 19 is a laminate
13 and put on V1And VTwoThe amplitude of D1And DTwo
Changes to The calculating unit 15c calculates the actual weight of the object.
It is calculated in the same manner as in the first embodiment. Object frequency f TwoShake
For example, the calculation unit 15c calculates the amplitude DTwoLarge
The magnitude of the vibration is calculated by detecting the magnitude.

【0051】上記作用により、圧力算出手段15が、振
動検出手段13の検出電圧から振動発生手段12が発生
する振動周波数の成分のみを分離する第1の濾波部15
aと、振動検出手段13の検出電圧から振動発生手段1
2が発生する振動周波数以外の成分を分離する第2の濾
波部15bとを有し、第1の濾波部15aの出力信号に
基づき振動発生手段12に印加される重量や圧力を算出
し、第2の濾波部15bの出力信号に基づき物体に印加
される前記振動周波数以外の振動成分を検出するので、
電極12a、12b、13a、13bを含めた面状振動
体11を用いて圧力と振動、すなわち静的な圧力と動的
な圧力の双方を同時に検出することができる。
By the above operation, the pressure calculating means 15 separates only the component of the vibration frequency generated by the vibration generating means 12 from the voltage detected by the vibration detecting means 13.
a from the detected voltage of the vibration detecting means 13
And a second filtering unit 15b for separating components other than the vibration frequency generated by the second filter unit 2. The weight and pressure applied to the vibration generating means 12 are calculated based on the output signal of the first filtering unit 15a. Since the vibration component other than the vibration frequency applied to the object is detected based on the output signal of the second filtering unit 15b,
Using the planar vibrating body 11 including the electrodes 12a, 12b, 13a, and 13b, it is possible to simultaneously detect pressure and vibration, that is, both static pressure and dynamic pressure.

【0052】また、重量と歪みとを同時に検出したが、
振動発生手段12が振動を発生している時は振動発生手
段12に印加される圧力を算出し、振動発生手段11が
振動を発生していない時は振動発生手段12や振動検出
手段13に生じる振動を算出するようにしてもよく、上
記と同様に、電極12a、12b、13a、13bを含
めた面状振動体11を用いて圧力と振動、すなわち静的
な圧力と動的な圧力の双方を同時に検出することができ
る。
Also, the weight and the distortion were detected at the same time,
When the vibration generating means 12 is generating vibration, the pressure applied to the vibration generating means 12 is calculated, and when the vibration generating means 11 is not generating vibration, the pressure is generated in the vibration generating means 12 and the vibration detecting means 13. The vibration may be calculated. Similarly to the above, both the pressure and the vibration using the planar vibrator 11 including the electrodes 12a, 12b, 13a, and 13b, that is, both the static pressure and the dynamic pressure are used. Can be detected simultaneously.

【0053】[0053]

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項1に
かかる圧力検出装置は、振動発生手段と振動検出手段と
振動特性制御手段を集積した一つの面状振動体に圧力や
重量が印加されると前記圧力や重量に応じて変化する前
記面状振動体の振動特性を前記振動検出手段により算出
しているため、簡単な構成で圧力レベルを検出すること
ができるという効果がある。
As described above, in the pressure detecting device according to the first aspect of the present invention, pressure and weight are applied to one planar vibrator in which vibration generating means, vibration detecting means and vibration characteristic controlling means are integrated. Then, since the vibration characteristic of the planar vibrating body, which changes according to the pressure and the weight, is calculated by the vibration detecting means, the pressure level can be detected with a simple configuration.

【0054】また、本発明の請求項2にかかる圧力検出
装置では、振動発生手段は面状圧電体の一端とその両面
に形成され、且つ互いに対向する振動発生用電極膜で構
成され、振動検出手段は面状圧電体の中間部とその両面
に形成され、且つ互いに対向する振動検出電極膜で構成
されているため、効率的な振動発生や振動検出ができ
る。
In the pressure detecting device according to the second aspect of the present invention, the vibration generating means is formed of one end of the planar piezoelectric body and both sides thereof, and comprises vibration generating electrode films opposed to each other. Since the means is formed on the intermediate portion of the planar piezoelectric body and on both surfaces thereof and is constituted by the vibration detecting electrode films facing each other, efficient vibration generation and vibration detection can be performed.

【0055】また、本発明の請求項3にかかる圧力検出
装置では、振動特性制御手段は、面状圧電体の一部で構
成され、面状圧電体と異なる材料を用いていないので、
簡単な構成で圧力検出装置を構成できる。
Further, in the pressure detecting device according to claim 3 of the present invention, the vibration characteristic control means is constituted by a part of the planar piezoelectric body and does not use a material different from the planar piezoelectric body.
The pressure detection device can be configured with a simple configuration.

【0056】また、本発明の請求項4にかかる圧力検出
装置では、振動検出手段を面状圧電体の長さの(0.4
〜0.6)の位置に配置した構成であるので、大きな検
出電圧を得ることができる。面状圧電体を振動させたと
き、その長さ方向の中央部に最も大きな歪が生じ、それ
ぞれ両端に向かうと共に歪は減衰するからである。
Further, in the pressure detecting device according to the fourth aspect of the present invention, the vibration detecting means is provided with a length of (0.4) of the planar piezoelectric body.
To 0.6), a large detection voltage can be obtained. This is because, when the planar piezoelectric body is vibrated, the largest strain is generated in the central portion in the length direction, and the strain is attenuated toward both ends.

【0057】また、本発明の請求項5にかかる圧力検出
装置では、振動特性制御手段に圧力を印加するので、振
動特性制御手段に圧力を印加しているときでも、振動発
生手段や振動検出手段に圧力を印加しないので、安定な
振動の発生や検出ができるまた、本発明の請求項6にか
かる圧力検出装置では、振動特性として振動の振幅、共
振周波数の少なくとも1つを用いているので、振動特性
として振動の振幅を用いた場合、印加圧力や重量に対す
る感度が大きく、また、振動の共振周波数を用いた場
合、検出電圧の変動の影響を受け難い利点がある。
In the pressure detecting device according to the fifth aspect of the present invention, since the pressure is applied to the vibration characteristic control means, even when the pressure is applied to the vibration characteristic control means, the vibration generation means and the vibration detection means are provided. Since no pressure is applied to the pressure sensor, stable generation and detection of vibration can be performed. In addition, in the pressure detection device according to claim 6 of the present invention, at least one of vibration amplitude and resonance frequency is used as the vibration characteristic. When the amplitude of the vibration is used as the vibration characteristic, there is an advantage that the sensitivity to the applied pressure and weight is large, and when the resonance frequency of the vibration is used, there is an advantage that the detection voltage is hardly affected.

【0058】また、本発明の請求項7にかかる圧力検出
装置では、面状圧電体の一つの表面に振動発生用電極と
しても振動検出用電極としても作用する共通電極膜を設
けているので、電極膜構成が簡単になるのみならず、引
き出しリ−ド線の数も低減できる。
In the pressure detecting device according to claim 7 of the present invention, a common electrode film which functions as both a vibration generation electrode and a vibration detection electrode is provided on one surface of the planar piezoelectric body. Not only the structure of the electrode film can be simplified, but also the number of lead wires can be reduced.

【0059】また、本発明の請求項8にかかる圧力検出
装置では、複数の振動検出手段が設けられているので、
信頼性の高い圧力検出ができる。
In the pressure detecting device according to claim 8 of the present invention, since a plurality of vibration detecting means are provided,
Highly reliable pressure detection is possible.

【0060】また、本発明の請求項9にかかる圧力検出
装置では、複数の振動検出手段の少なくとも一つの振動
検出手段と振動特性制御手段の両者に圧力を印加してい
るので、安定な振動の発生や検出ができると共に、圧力
の印加された振動検出手段により、圧力印加状態が検出
できるので、他の振動検出手段で得られた検出信号を圧
力印加状態に応じて補正できる。
In the pressure detecting device according to the ninth aspect of the present invention, since pressure is applied to at least one of the plurality of vibration detecting means and the vibration characteristic control means, stable vibration can be obtained. Since the pressure can be generated and detected, and the pressure applied state can be detected by the vibration detecting means to which the pressure is applied, the detection signal obtained by the other vibration detecting means can be corrected according to the pressure applied state.

【0061】また、本発明の請求項10にかかる圧力検
出装置では、面状圧電体の電気機械結合係数が、振動発
生手段から振動検出手段に向かう方向で最大であるの
で、大きな検出信号が振動検出手段により得られる。
In the pressure detecting device according to the tenth aspect of the present invention, the electromechanical coupling coefficient of the planar piezoelectric member is maximum in the direction from the vibration generating means to the vibration detecting means. Obtained by detection means.

【0062】また、本発明の請求項11にかかる圧力検
出装置では、振動検出手段の出力信号から振動発生手段
が発生する振動周波数成分のみを分離する第1の濾波部
と、前記振動検出手段の出力信号から前記振動周波数以
外の成分を分離する第2の濾波部とを備え、分離したこ
れらの成分に基づき面状圧電体に印加される圧力を算出
するとともに前記面状圧電体に印加される前記振動周波
数以外の振動成分を検出するので、一つの面状圧電体を
用いて圧力と振動、すなわち静的な圧力と動的な圧力の
双方を同時に検出することができる。
Further, in the pressure detecting device according to claim 11 of the present invention, a first filtering section for separating only a vibration frequency component generated by the vibration generating means from an output signal of the vibration detecting means, A second filtering unit that separates components other than the vibration frequency from the output signal, calculates a pressure applied to the planar piezoelectric body based on the separated components, and applies the pressure to the planar piezoelectric body. Since a vibration component other than the vibration frequency is detected, pressure and vibration, that is, both static pressure and dynamic pressure can be simultaneously detected using one planar piezoelectric body.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1における圧力検出装置の構成
FIG. 1 is a configuration diagram of a pressure detection device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同装置の面状圧電体の長さと第1共振周波数の
関係を示す特性図
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a length of a planar piezoelectric body and a first resonance frequency of the device.

【図3】同装置の振動検出手段の位置と検出電圧の関係
を示す特性図
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a position of a vibration detecting unit of the apparatus and a detected voltage.

【図4】同装置の周波数と検出電圧の関係を示す特性図FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between a frequency and a detection voltage of the device.

【図5】同装置の重量と検出電圧の関係を示す特性図FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the weight of the device and the detected voltage.

【図6】本発明の実施例2における圧力検出装置の他の
構成図
FIG. 6 is another configuration diagram of the pressure detection device according to the second embodiment of the present invention.

【図7】(a)同面状圧電体が全面にある圧力検出装置
の構成図 (b)同面状圧電体が部分的にある圧力検出装置の構成
FIG. 7A is a configuration diagram of a pressure detection device having the same surface-shaped piezoelectric material on the entire surface. FIG.

【図8】本発明の実施例3における圧力検出装置の構成
FIG. 8 is a configuration diagram of a pressure detection device according to a third embodiment of the present invention.

【図9】同装置の第1検出手段で発生する検出電圧、第
2検出手段で発生する検出電圧および両者の比の時間依
存性を示す特性図
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a time dependency of a detection voltage generated by a first detection unit, a detection voltage generated by a second detection unit, and a ratio between the two.

【図10】本発明の実施例4における圧力検出装置の他
の構成図
FIG. 10 is another configuration diagram of the pressure detection device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図11】(a)同装置の周波数f1の振動波形図 (b)同装置の第1の濾波部と第2の濾波部との濾波特
性を示す特性図
[11] (a) characteristic diagram showing a filtering characteristic of the first filter section and the second filter section of a vibration waveform of a frequency f 1 (b) the apparatus of the device

【図12】従来の圧力検出装置(従来例1)のブロック
FIG. 12 is a block diagram of a conventional pressure detecting device (conventional example 1).

【図13】同装置における物体の接触位置L、発信部の
印加電圧の周波数f、及び圧電フィルムの出力信号Vと
の関係を示した特性図
FIG. 13 is a characteristic diagram showing a relationship among a contact position L of an object, a frequency f of a voltage applied to a transmitter, and an output signal V of a piezoelectric film in the device.

【図14】従来の圧力検出装置(従来例2)の外観図FIG. 14 is an external view of a conventional pressure detecting device (conventional example 2).

【図15】同装置において指で絶縁保護フィルムを触れ
た際の様子を示した模式図
FIG. 15 is a schematic view showing a state when the insulating protective film is touched with a finger in the device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 面状圧電体 12 振動発生手段 12a、12b 電極 13 振動検出手段 13a 、13b 電極 14 信号発生部 15 圧力算出手段 15a 第1の濾波部 15b 第2の濾波部 16 振動特性制御手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Planar piezoelectric body 12 Vibration generating means 12a, 12b electrode 13 Vibration detecting means 13a, 13b electrode 14 Signal generating part 15 Pressure calculating means 15a First filtering part 15b Second filtering part 16 Vibration characteristic control means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 克彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 梅田 孝裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2F055 AA40 BB11 CC53 CC55 DD09 DD11 EE23 FF43 GG11 GG47 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Katsuhiko Yamamoto, Inventor 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Takahiro Umeda 1006 Odaka Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial F Terms (reference) 2F055 AA40 BB11 CC53 CC55 DD09 DD11 EE23 FF43 GG11 GG47

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】面状圧電体の一端に設けられた振動発生手
段と、前記振動発生手段と分離して前記面状圧電体の中
間部に設けられた振動検出手段と、前記面状圧電体の他
端に設けられた振動特性制御手段と、前記面状圧電体に
印加される圧力を算出する圧力算出手段を備え、前記振
動発生手段により前記面状圧電体の前記一端を振動さ
せ、前記面状圧電体に圧力が印加されると前記圧力に応
じて変化する前記面状圧電体の振動特性を前記振動検出
手段により検出し、前記振動検出手段の出力信号に基づ
き前記圧力を前記圧力算出手段により算出する圧力検出
装置。
A vibration generating means provided at one end of the planar piezoelectric body; a vibration detecting means provided separately from the vibration generating means at an intermediate portion of the planar piezoelectric body; Vibration characteristic control means provided at the other end of the sheet, pressure calculation means for calculating the pressure applied to the planar piezoelectric body, the vibration generating means vibrates the one end of the planar piezoelectric body, When a pressure is applied to the planar piezoelectric body, vibration characteristics of the planar piezoelectric body that change according to the pressure are detected by the vibration detecting unit, and the pressure is calculated based on an output signal of the vibration detecting unit. Pressure detecting device calculated by means.
【請求項2】振動発生手段は面状圧電体の一端とその両
面に形成され、且つ互いに対向する振動発生用電極膜で
構成され、振動検出手段は面状圧電体の中間部とその両
面に形成され、且つ互いに対向する振動検出電極膜で構
成された請求項1記載の圧力検出装置。
2. A vibration generating means is formed on one end of a planar piezoelectric body and on both sides thereof, and is constituted by vibration generating electrode films opposed to each other. The vibration detecting means is provided on an intermediate portion of the planar piezoelectric body and on both sides thereof. The pressure detecting device according to claim 1, wherein the pressure detecting device is formed of vibration detection electrode films that are formed and face each other.
【請求項3】振動特性制御手段は、面状圧電体の一部で
構成された請求項1または2記載の圧力検出装置。
3. The pressure detecting device according to claim 1, wherein the vibration characteristic control means is constituted by a part of a planar piezoelectric body.
【請求項4】振動検出手段を面状圧電体の長さの(0.
4〜0.6)の位置に配置した請求項2記載の圧力検出
装置。
4. The method according to claim 1, wherein the vibration detecting means has a length of (0.
3. The pressure detecting device according to claim 2, wherein the pressure detecting device is arranged at a position of 4 to 0.6).
【請求項5】振動特性制御手段に圧力を印加する請求項
3記載の圧力検出装置。
5. The pressure detecting device according to claim 3, wherein a pressure is applied to the vibration characteristic control means.
【請求項6】振動特性は振動の振幅、共振周波数の少な
くとも1つである請求項1から5のいずれか1項記載の
圧力検出装置。
6. The pressure detecting device according to claim 1, wherein the vibration characteristic is at least one of an amplitude of vibration and a resonance frequency.
【請求項7】面状圧電体の一つの表面に振動発生用電極
としても振動検出用電極としても作用する共通電極膜を
設けた請求項1または2記載の圧力検出装置。
7. The pressure detecting device according to claim 1, wherein a common electrode film that functions as both a vibration generating electrode and a vibration detecting electrode is provided on one surface of the planar piezoelectric body.
【請求項8】複数の振動検出手段を設けた請求項1また
は2記載の圧力検出装置。
8. The pressure detecting device according to claim 1, wherein a plurality of vibration detecting means are provided.
【請求項9】複数の振動検出手段の少なくとも一つの振
動検出手段と振動特性制御手段に圧力を印加する請求項
8記載の圧力検出装置。
9. The pressure detecting device according to claim 8, wherein a pressure is applied to at least one of the plurality of vibration detecting means and the vibration characteristic control means.
【請求項10】面状圧電体の電気機械結合係数が、振動
発生手段から振動検出手段に向かう方向で最大である請
求項1または2記載の圧力検出装置。
10. The pressure detecting device according to claim 1, wherein an electromechanical coupling coefficient of the planar piezoelectric body is maximum in a direction from the vibration generating means to the vibration detecting means.
【請求項11】圧力算出手段は、振動検出手段の出力信
号から振動発生手段が発生する振動周波数成分のみを分
離する第1の濾波部と、前記振動検出手段の出力信号か
ら前記振動周波数以外の成分を分離する第2の濾波部と
を備え、分離したこれらの成分に基づき面状圧電体に印
加される圧力を算出するとともに前記面状振動体に印加
される前記振動周波数以外の振動成分を検出する請求項
1から10のいずれか1項記載の圧力検出装置。
11. A first filter for separating only a vibration frequency component generated by a vibration generator from an output signal of the vibration detector, a pressure calculator comprising: a first filter for separating a frequency other than the vibration frequency from an output signal of the vibration detector; A second filtering section for separating the components, calculating the pressure applied to the planar piezoelectric body based on the separated components, and calculating the vibration components other than the vibration frequency applied to the planar vibration body. The pressure detecting device according to claim 1, wherein the pressure is detected.
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