JP2000338129A - 加速度センサ素子の感度較正方法 - Google Patents

加速度センサ素子の感度較正方法

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JP2000338129A JP2000069885A JP2000069885A JP2000338129A JP 2000338129 A JP2000338129 A JP 2000338129A JP 2000069885 A JP2000069885 A JP 2000069885A JP 2000069885 A JP2000069885 A JP 2000069885A JP 2000338129 A JP2000338129 A JP 2000338129A
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sensitivity
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Hiroyuki Takahashi
宏幸 高橋
Kazuyoshi Shibata
和義 柴田
Hideki Ando
秀樹 安藤
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NGK Optoceramics Co Ltd
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NGK Insulators Ltd
NGK Optoceramics Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 測定対象以外の軸の感度を抑制することが可
能な加速度センサ素子の感度較正方法を提供する。 【解決手段】 1対の圧電素子14x,14x’からな
る加速度検出素子により加速度を検出する加速度センサ
素子の感度較正方法である。加速度センサ素子に振動を
加えた場合において、電気的出力の絶対値が大きい方の
圧電素子14xに対し、既存の分極とは逆極性の電圧を
印加することにより、1対の圧電素子14x,14x’
から出力される電気的出力の絶対値を近づける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、1対の圧電素子
からなる加速度検出素子により、外部から作用する加速
度を、X,Y,Zの直交する3軸のうち少なくとも1の
軸の加速度成分を検出し得る加速度センサ素子の感度を
較正する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】 自動車産業や機械産業では、力、加速
度、磁気などの物理量を正確に検出できるセンサの需要
が高まっている。特に、二次元あるいは三次元の各成分
ごとにこれらの物理量を検出し得る小型のセンサが望ま
れている。例えば、作用体を有する可撓板上に複数個の
圧電体を載置したセンサが公開されている(特開平5−
26744号公報)。
【0003】 このセンサは、外部から作用体に作用す
る物理量に対応して可撓板が変形するように構成されて
おり、当該可撓板の変形による歪みに応じて圧電体に発
生する電荷により、前記物理量の方向及び大きさを単一
のセンサ素子により三次元的に検出することができるも
のである。
【0004】 作用体を重錘とした加速度センサの例に
より説明すると、図2に示すように、センサ素子に対し
外部から加速度aが作用した場合、重錘10には加速度
aと相反する方向に慣性力fが作用するため、重錘10
−支台11間に横架された可撓板12に慣性力fに伴う
変形が生ずる。
【0005】 当該変形による歪みの方向及び大きさと
可撓板12上に載置された圧電体13の分極方向および
大きさに応じた電荷が圧電体13に発生するため、当該
電荷を上部電極17x,17y,17z及び下部電極1
8から電気的信号として出力することにより外部から作
用する加速度の方向及び大きさを検知することが可能と
なるのである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】 上述の加速度センサ
素子は、単一のセンサ素子により、外部から作用する加
速度をX,Y,Zの各軸毎の加速度成分として検出し得
るよう構成されていることに起因して、例えば図3
(b)に示すように重錘10がZ軸方向にのみ加速度を
受けている場合でも、X軸用の圧電素子14x、図3
(b)には示されないY軸用の圧電素子14yの圧電体
も変形による歪みを生じ電荷が発生している。
【0007】 しかしながら、重錘10はX軸方向,Y
軸方向に対しては加速度を受けていないのであるから、
X軸用の圧電素子14x、Y軸用の圧電素子14yの圧
電体に発生した電荷が電気的に出力されないように構成
する必要がある。そこで、上述の加速度センサ素子にお
いては、1対の圧電素子を1の加速度検出素子として構
成することにより、発生した電荷を電気的に相殺する方
法を採用している。
【0008】 具体的には、図2に示すように加速度セ
ンサ素子の各軸用の加速度検出素子は、重錘10を中心
として相対称する位置に配置された少なくとも1対の圧
電素子により構成されている。当該1対の圧電素子は重
錘10に対して相対称する位置にあるため、圧電体の歪
み量はほぼ等価である。
【0009】 当該1対の圧電素子を構成する圧電体の
うちX,Y軸用のものを互いに逆極性に、Z軸用のもの
をいずれも同極性に、同じ大きさの分極処理を施すこと
により、図3(b)に示すように重錘10がZ軸方向に
振動した場合にはX軸用の圧電素子14x及び図示され
ないY軸用の圧電素子14yに発生した逆極性の電荷は
互いに相殺されて電気的信号は出力されず、一方、図3
(c)に示すように重錘10がX,Y軸方向に振動した
場合にはZ軸用の圧電素子14zに発生した逆極性の電
荷は互いに相殺され、電気的信号は出力されないのであ
る。
【0010】 ところが、圧電素子を形成する際の不具
合、例えば圧電素子の電極面積のバラツキ、圧電体の誘
電率のバラツキ、重錘の位置ズレや可撓板の変形による
発生歪みのバラツキ、等の要因により1対の圧電素子に
発生する電荷が等価にならない場合が生じ得る。
【0011】 このような場合には、前記1対の圧電素
子に発生した電荷が完全に相殺されず、電気信号として
出力されるため、例えば加速度センサ素子がZ軸方向に
のみ加速度を受けているにも拘わらず、X軸方向の感度
を示すことになる(以下、このような感度を「ノイズ感
度」という。)。
【0012】 センサの信頼性を担保するためには、検
出すべき軸方向の感度(以下、このような感度を「主軸
感度」という。)に対するノイズ感度の比率は所定範囲
以内(例えば主軸感度を100%とした場合にノイズ感
度は5%以下など)に抑制する必要がある。一方、加速
度センサ素子の製造工程においてノイズ感度を所定範囲
以内に作り込むことは非常に困難であるため、センサ素
子を製造後にノイズ感度を抑制する感度較正方法が必要
となる。
【0013】 本発明は上記の事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、加速度検出素子を
構成する1対の圧電素子から出力される電気的出力をよ
り相殺し、上述のノイズ感度を抑制することができる加
速度センサ素子の感度較正方法を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、1対の圧電素子からなる、少なくとも1の加速度
検出素子により、外部から作用する加速度を検出し得る
加速度センサ素子の感度を較正する方法であって、前記
加速度センサ素子に振動を加えた場合において、前記1
対の圧電素子のうちの電気的出力の絶対値が大きい方の
圧電素子に対し、既存の分極とは逆極性の電圧を印加す
ることにより、前記1対の圧電素子から出力される電気
的出力の絶対値を近づけることを特徴とする加速度セン
サ素子の感度較正方法が提供される。
【0015】 本発明の感度較正方法の対象としては、
重錘と、当該重錘近傍に周設された、中空部を有する支
台と、当該支台の中空部に重錘を釣支するように支台に
横架された可撓板と、1対の圧電素子からなる、少なく
とも1の加速度検出素子と、を備えて構成された加速度
センサ素子が挙げられる。
【0016】 また、本発明の感度較正方法は、X,
Y,Zのうちの直交する2軸に対応する加速度検出素子
を備えた加速度センサ素子、或いはX,Y,Zの直交す
る3軸に対応する加速度検出素子を備えた加速度センサ
素子を感度較正の対象とする場合に特に好適に用いるこ
とができる。
【0017】 本発明の感度較正方法においては、予
め、圧電素子について、既存の分極とは逆極性の電圧を
印加した場合の電圧値及び印加時間とこれに伴って変化
する分極の大きさとの関係を算出しておき、当該関係に
基づいて印加する電圧値及び印加時間を定めることが好
ましい。
【0018】 また、本発明の感度較正方法において
は、加速度検出素子全体に通電することにより、1対の
圧電素子のうちの電気的出力の絶対値が大きい方の圧電
素子に対しては既存の分極とは逆極性の電圧を、電気的
出力の絶対値が小さい方の圧電素子に対しては既存の分
極と同極性の電圧を同時に印加することも可能である。
【0019】
【発明の実施の形態】 本発明の感度較正方法の対象と
なる加速度センサ素子(以下、単に「センサ素子」とい
う。)としては、例えば図2に示す如く、重錘10と、
重錘10近傍に周設された支台11と、重錘10を釣支
するように対向する支台11間に横架される可撓板12
と、圧電体13を1組の電極で挟持してなる圧電素子1
4と、を備えたものが挙げられる。
【0020】 前記センサ素子における重錘10とは、
上端面を可撓板12に当接するように釣支された、外部
から作用する加速度の大きさ、方向に基づいて発生した
力により、可撓板12に変形を生じさせるための部材で
ある。重錘は、可撓板12に接着剤等により接着しても
よく、或いは可撓板12と一体成形してもよい。重錘
は、対称性の面から可撓板の中心部に釣支することが好
ましい。
【0021】 重錘は、上端面を可撓板に当接するよう
に釣支できる形状である限りにおいて特に限定されず、
筒状の他、円錐台や異径円筒のように外径が連続的に或
いは不連続に変化するものも包含される。但し、X−Y
平面に対する対称性が高い点において図2に示すような
円筒状が好ましい。
【0022】 重錘の材質も特に限定されないが、十分
な質量があり密度の高いことに加えて、電磁波の影響を
受け難く、熱膨張率の低い材質であるセラミックスによ
り構成することが好ましい。
【0023】 前記センサ素子における支台11とは、
重錘10を中心として周設された、可撓板12及び重錘
10を支持するための部材である。従って、可撓板12
及び重錘10を支持し得る強度を有する限りにおいてそ
の形状、材質等は特に限定されない。
【0024】 但し、加工が容易で、X−Y平面に対す
る対称性が比較的高い点において、図2に示すような外
部形状が四角柱状で円筒状中空部16を有する形状が好
ましく、剛性が高く、電磁波の影響を受け難い材質であ
るセラミックスにより構成することが好ましい。
【0025】 前記センサ素子における可撓板12と
は、重錘10を釣支して対向する支台11間に横架され
た、圧電素子を有する板状部材であって、可撓板全体を
圧電体で構成してもよい。
【0026】 可撓板は、可撓性を有し、重錘の挙動に
より破損しない限りにおいて、形状、材質等は特に限定
されないが、ヤング率が高く、圧電体に歪みを誘起しや
すい材質であるセラミックスが好ましく、形状として
は、図2に示すように1枚の板状体12により構成する
ことが加工が容易な点において好ましい。
【0027】 可撓板には圧電体13を1組の電極で挟
持した圧電素子14が配設される。圧電体としては、P
ZT、PMN、PNN等の圧電セラミックスや有機圧電
体等を用いることができるが、圧電特性に優れるPZT
を用いることが好ましい。圧電体の形状は特に限定され
ないが、例えば図2に示すように可撓板12の上面全体
に圧電体13を形成することができる。
【0028】 本明細書において「圧電素子」というと
きは、外部から作用する加速度を電気的に検出するため
の素子であって、前記圧電体を上下面から1組の電極
(上部電極及び下部電極)で挟持した部分をいう。
【0029】 従って、必ずしも圧電素子毎に上部電
極、圧電体、下部電極を区分して形成する必要はなく、
図2に示すように下部電極18及び圧電体13を可撓板
12の上面全体に形成し、上部電極17x,17y,1
7zのみを区分して配置することによって圧電素子14
x,14y,14zを形成してもよい。
【0030】 また、本発明の感度較正方法を適用でき
るセンサ素子は、1対の圧電素子からなる、少なくとも
1の加速度検出素子を備えていることが必要である。本
発明の感度較正方法は、当該1対の圧電素子から出力さ
れる電気的出力の絶対値を近づけることにより、ノイズ
感度を抑制する方法だからである。当該1対の圧電素子
は、可撓板上における重錘10を中心として相対称する
位置に配置される。
【0031】 従って、本発明のセンサ素子は、X,
Y,Zの直交する3軸のうち少なくとも1の軸に対応す
る加速度検出素子を有するものであれば足りるが、X,
Y,Zのうちの直交する2軸に対応する加速度検出素子
を備えた加速度センサ素子(以下、このようなセンサ素
子を「2軸センサ素子」という。)、或いはX,Y,Z
の直交する3軸に対応する加速度検出素子を備えた加速
度センサ素子(以下、このようなセンサ素子を「3軸セ
ンサ素子」という。)であってもよい。
【0032】 これらのセンサ素子は、各軸毎に検出し
た加速度成分を合成することにより外部から作用する物
理量の方向及び大きさを単一のセンサ素子によって二次
元的或いは三次元的に検知することが可能である。な
お、各軸用の加速度検出素子は必ずしも1素子ずつ設け
る必要はなく、例えば各軸用の加速度検出素子が複数素
子ずつ存在しても良く、或いは各軸用の加速度検出素子
の素子数が異なっていても良い。
【0033】 以上のような構成のセンサ素子は、セン
サ素子の形状の断層形状に切断した複数のグリーンシー
トを積層し、一体に圧着した後、焼成する、グリーンシ
ート積層法により成形でき、当該成形体にスクリーン印
刷等の厚膜法の技術を用いて下部電極、圧電体、上部電
極を形成することにより小型で高感度かつ高精度のセン
サ素子を簡便に製造することが可能である。
【0034】 本発明の感度較正方法は、加速度センサ
素子に振動を加えた場合において、加速度検出素子を構
成する1対の圧電素子の各々から出力される電気的出力
の絶対値を近づけることにより、センサ素子の感度を較
正する方法である。このような較正方法を採ることによ
り、前記1対の圧電素子の各々から出力される電気的出
力がより相殺されるため、センサ素子のノイズ感度を抑
制することが可能となる。以下、本発明の感度較正方法
について詳細に説明する。
【0035】 既述のようにセンサ素子のノイズ感度の
抑制は、加振軸以外の軸用の加速度検出素子を構成する
1対の圧電素子から出力される電気的出力を相殺するこ
とにより達成される。従って、当該1対の圧電素子に発
生する電荷自体及び/又はこれに基づいて出力される電
気的出力が等しくなるような較正を施せばよい。
【0036】 具体的には、圧電素子の電極の一部を
切除する方法、圧電素子以外の部分に別体の容量成分
(例えばコンデンサ等)を接続する方法等が考えられる
が、本発明においては前記1対の圧電素子のうち一方の
圧電素子を構成する圧電体の分極率を低減することによ
り当該圧電素子に発生する電荷自体を調整する方法を採
る(以下、このような方法を「分極トリミング」とい
う。)。
【0037】 分極トリミングは、の方法と比較する
とセンサ素子を加工する必要がないため、加工に伴うク
ラックや加工傷が発生しない点において、の方法と比
較すると部品点数が少なく、容量成分を配置するスペー
スが不要であるためセンサ素子自体を小型化できる点に
おいて好ましい。
【0038】 センサ素子の分極トリミングは、以下の
工程に従って行うことができる。まず、センサ素子を、
X,Y,Zいずれかの軸を加振軸として振動を加え、当
該加振軸以外の軸用の加速度検出素子から出力される電
気的出力を測定する。このような操作により、例えばセ
ンサ素子をZ軸方向に加振した際のX軸用加速度検出素
子或いはY軸用加速度検出素子の感度、即ちノイズ感度
の有無を評価することができる。
【0039】 ノイズ感度が認められる場合には、加振
軸以外の軸用の加速度検出素子を構成する1対の圧電素
子の各々に発生する電荷量が異なっており、当該電荷が
完全には相殺されていないことを意味する。従って、前
記1対の圧電素子のうち発生する電荷の小さかった圧電
素子の分極率を上昇させ、発生する電荷を大きくするこ
とによって電荷を相殺する方法も考えられる。但し、圧
電素子を構成する圧電体は、感度をできる限り大きくす
るべく飽和分極させた状態で使用するのが一般的である
ため、本発明においては前記1対の圧電素子のうち発生
する電荷の大きかった圧電素子の分極率を低下させ、発
生する電荷を小さくすることによって電荷を相殺する方
法を採る。
【0040】 このような状況は、いわゆる2軸センサ
素子,3軸センサ素子のみならず、例えばX軸用の加速
度検出素子のみを有するセンサ素子であっても生ずる場
合がある。即ち、Z軸方向に加振した際に生ずる電荷が
完全に相殺されていなければ、当該電荷に伴った電気的
出力がなされるため、センサ素子があたかもX軸方向に
振動しているかのように感度を示してしまう。本発明の
感度較正方法は、このようなセンサ素子のノイズ感度抑
制にも使用することができる。
【0041】 なお、測定する電気的出力としては、当
該圧電素子に発生する電荷若しくは当該電荷に伴って生
ずる電圧等が挙げられる。この場合においては、リード
線等のキャパンシタンス成分の影響を受け難い点におい
ては電荷を、比較的簡便に測定できる点においては電圧
を測定することが好ましい。
【0042】 次いで、前記1対の圧電素子のうち測定
した電気的出力の絶対値が大きい方の圧電素子を構成す
る圧電体に対し、逆分極処理を行う。逆分極処理を行っ
た圧電体は、分極率が飽和分極率と比較して低下するた
め、同じ歪み量でも発生する電荷が少なくなる(即ち、
感度が低下する)。従って、測定した電気的出力の絶対
値が小さい方の圧電素子と電荷量が等しくなるように調
整することによりノイズ感度がより抑制されることにな
る。
【0043】 逆分極処理は、前記1対の圧電素子のう
ちの電気的出力の絶対値が大きい方の圧電素子に対し、
既存の分極とは逆極性の電圧を印加することにより行う
ことができる。例えば、印加時間を一定にして印加電圧
を徐々に上げていく方法、印加電圧及び印加時間を一定
にして繰り返し電圧を印加する方法等により、前記1対
の圧電素子から発生する電荷が等しくなるように分極率
を低減すればよい。
【0044】 但し、本発明においては、予め、圧電素
子について、既存の分極とは逆極性の電圧を印加した場
合の電圧値及び印加時間とこれに伴って変化する分極の
大きさとの関係を算出しておき、当該関係に基づいて印
加する電圧値及び印加時間を定めることが好ましい。
【0045】 印加する電圧の電圧値、印加時間は、分
極反転が生じない限り特に限定されないが、印加する電
圧が小さ過ぎれば所望の分極率に達するまでの時間が長
くなり生産性が低下する一方、印加する電圧が大きけれ
ば、分極反転を生じないまでも分極率の変化が大きすぎ
て、印加時間を極端に短くしなければならず制御が困難
となる場合があるからである。
【0046】 また、本発明においては、個々の圧電素
子毎ではなく、加速度検出素子全体に通電することによ
り感度を較正しても良い。こうすることにより、1対の
圧電素子のうちの電気的出力の絶対値が大きい方の圧電
素子に対しては既存の分極とは逆極性の電圧を、電気的
出力の絶対値が小さい方の圧電素子に対しては既存の分
極と同極性の電圧を同時に印加することができるからで
ある。
【0047】 なお、本発明の感度較正方法は、前記1
対の圧電素子から出力される電気的出力の絶対値を近づ
けるように分極率を低減するものであり、必ずしも発生
する電荷を完全に等価にする必要はない。即ち、前記1
対の圧電素子から出力される電気的出力の絶対値の差は
許容されるノイズ感度や経済性に応じて適宜決定される
べきである。通常は、主軸感度を100%とした場合に
ノイズ感度が5%以下に抑制できる範囲で相殺されてい
れば足りる。
【0048】 一方、上述の感度較正の後に、前記1対
の圧電素子から出力される電気的出力を再度測定し、当
該電気的出力が所望の程度まで相殺されていない場合に
は、再度同様の感度較正を行うことにより、当該電気的
出力の絶対値を更に近づけることも可能である。
【0049】 更に、本発明の感度較正方法のような分
極トリミングは、センサ素子がいわゆる2軸センサ素
子,3軸センサ素子の場合に特に好適に使用することが
できる。これらのセンサ素子は、1の可撓板上に全ての
加速度検出素子が配置されているため、一時に全ての加
速度検出素子について感度較正を行うことも可能だから
である。
【0050】 具体的には、枠状のプラスチック板に複
数の細い針状の端子が突設されてなり、電圧を印加すべ
き圧電素子の電極位置に前記端子を配置してなる1枚の
プローブカードで逆分極処理を行うことにより、X,
Y,Zの各軸を同時にトリミングすることが可能であ
る。このような方法によれば、トリミングの回数やプロ
ーブの位置合わせをする回数が少なくて済むという利点
がある。
【0051】 更にまた、本発明の感度較正方法は、
Z軸を加振軸としてセンサ素子を振動させた場合におけ
る、X軸用及び/又はY軸用の加速度検出素子のノイズ
感度の較正、X軸若しくはY軸を加振軸として振動さ
せた場合における、Z軸用の加速度検出素子のノイズ感
度の較正に特に有効である。
【0052】 例えば、X軸を加振軸として振動させ
た場合におけるY軸用の加速度検出素子のノイズ感度、
Y軸を加振軸として振動させた場合におけるX軸用の
加速度検出素子のノイズ感度と比較すると、,の場
合におけるノイズ感度の方が大きいため、効果的に感度
較正を行うことができるからである。
【0053】 なお、本発明の感度較正方法は、あくま
でノイズ感度の抑制を目的とする較正に適用するもので
あるため、本発明の方法による感度較正後においても、
X,Y,Zの各軸に対し同一加速度を加えた場合におけ
る、X,Y,Zの各軸用の加速度検出素子から出力され
る電気的出力が相互に異なる場合は生じ得る。
【0054】 このような場合には、各加速度検出素子
に接続されるアンプの増幅率を調整する、各加速度検出
素子と並列にキャパシタを接続して電気的出力を調整す
る等の方法により、X,Y,Zの各軸相互間の電気的出
力を均衡させるべく別途較正を行う必要がある。
【0055】
【実施例】 以下、本発明の感度較正方法について実施
例により更に詳細に説明する。本実施例においては、Z
軸を加振軸としてセンサ素子を振動させた場合におけ
る、X軸用加速度検出素子のノイズ感度較正の例につい
て説明する。
【0056】 まず、本実施例において使用した振動試
験機、及びセンサ素子について説明する。振動試験機と
しては、図5に示す構造の動電型振動試験機を使用し
た。センサ素子としては、図6に示すような構造のセン
サ素子20を使用した。
【0057】(実施例1)実施例1においては、加速度
検出素子を構成する1対の圧電素子の各々について電気
的出力を測定し、感度較正した例を示す。
【0058】センサ素子の固定 センサ素子20の固定は図4に示す治具22,23,2
6を使用して行った。治具22はセンサ素子20と略同
一形状の開口部22cを備えた箱状であって、同軸線2
1を引き出すための細溝22d、及び四隅にめねじ22
a、辺中央にボルト穴22bが形成されている。
【0059】 治具23は平板状であって、治具22と
同様に四隅にボルト穴23a、辺中央にボルト穴23b
が形成されている。また、治具26は治具22,23と
一辺の長さを同じくする正六面体であって、四隅にボル
ト穴26a、辺中央にめねじ26bが形成されている。
更に、振動試験機の振動体28にもめねじ28aを形成
し、めねじ28a近傍に標準加速度ピックアップ31を
瞬間接着剤で固定した。
【0060】 まず、電気的信号を出力するための同軸
線21を半田付けしたセンサ素子20を治具22に接着
剤で貼着し、ボルト25を用いて治具23との間にセン
サ素子20を挟持するように螺着して固定する(以下、
この部材を「固定用部材30」という。)。一方、ボル
ト27を用いて治具26と振動試験機の振動体28とを
螺着して固定し、治具26の水平を水準器で調整してお
く。
【0061】 次いで、固定用部材30のボルト穴22
b,23bと治具26のめねじ26bとを位置合わせ
し、ボルト24を用いて固定用部材30と治具26とを
螺着することにより、センサ素子20と振動試験機の振
動体28とを固定した。
【0062】 なお、X,Y軸方向に振動させる場合に
は固定用部材30は、治具26の側面に取り付けられる
ため、治具26の固定用部材30を取り付けた面の裏面
に固定用部材30と同一形状、同一重量のダミー治具2
9を螺着して固定し、重量を均衡させるようにする。
【0063】感度較正 まず、センサ素子20を上述の如く振動試験機に固定
し、図1(a)に示すように、X軸用加速度検出素子を
構成する1対の圧電素子14x,14x’を同軸線を介
して分極用電源に接続し、飽和分極電圧である30Vの
電圧を3回on、offを繰り返すことにより印加した
(飽和分極処理)。
【0064】 次いで、振動周波数80Hzにおいてセ
ンサ素子をZ軸方向に加振し、振動体に固定された標準
ピックアップを用いてZ軸方向の加速度が10m/s2
となるように振動試験機の振動を調整した後、前記1対
の圧電素子14x,14x’から出力される電圧を各々
測定した。その結果、出力された電圧の絶対値は、圧電
素子14xが278mV、圧電素子14x’が257m
Vであった。
【0065】 更に、図1(b)に示すように、測定し
た電圧の絶対値が大きかった圧電素子14xに対して飽
和分極させた既存の分極とは逆極性の10Vの電圧を1
秒印加する操作を3回繰り返すことにより、逆分極処理
を行った。その結果、圧電素子14xから出力される電
圧は257mVとなった。
【0066】 即ち、センサ素子をZ軸方向に加振した
場合における前記1対の圧電素子14x,14x’から
の電気的出力は完全に相殺され、Z軸方向加振時におけ
るX軸用加速度検出素子のノイズ感度は0に較正され
た。
【0067】(実施例2)通常、センサ素子は、図7に
示すように、圧電素子からの電気的信号を増幅するため
の増幅回路41の他、図示されない抵抗素子、コンデン
サその他の必要な回路部品とを備え、これらをプリント
配線基板上に配設してなるセンサ回路40に接続して用
いられる。
【0068】 本発明の感度較正方法は、センサ素子を
センサ回路に組み込んだ後にも適用できる。実施例2に
おいては、図6に示すセンサ素子20を図7に示すセン
サ回路40に組み込んだ状態で、加速度検出素子全体に
ついて電気的出力を測定し、感度較正した例を示す。
【0069】 まず、図8に示すように、実施例1と同
様の操作にてセンサ素子のX軸用加速度検出素子を構成
する1対の圧電素子14x,14x’の飽和分極処理を
行った後、図6に示すセンサ素子20を図7に示すセン
サ回路40を備えた回路基板に接着した。センサ素子2
0のボンディングパッド19はワイヤボンディングによ
りセンサ回路40の対応するボンディングパッド45に
電気的に接続した。
【0070】 次いで、センサ素子を接着した回路基板
を実施例1と同様の方法にて振動試験機に固定し、X軸
方向に加振して、X軸用加速度検出素子から出力される
電圧を測定した。X軸用加速度検出素子から出力された
電圧(即ち、圧電素子14x,14x’から出力された
電圧の和)は622mVであった(主軸感度)。
【0071】 更に、Z軸方向に加振してX軸用加速度
検出素子から出力される電圧を測定した。X軸用加速度
検出素子から出力された電圧は55mVであった(ノイ
ズ感度)。即ち、X軸用加速度検出素子の主軸感度62
2mVに対するノイズ感度55mVの比率は8.8%で
あり、一般的な目標値である5%を超えていた。
【0072】 そこで、以下の操作にて分極トリミング
を実施した。まず、図7に示すように、スイッチ42に
て回路の一部を切断し、逆分極用電源43に接続したプ
ローブ44を下部電極C側のB1と、X軸用加速度検出
素子を構成する圧電素子の上部電極X1,X2側のB2
に接触させた。
【0073】 即ち、図8(b)に示すように、個々の
圧電素子毎ではなく、加速度検出素子全体に通電するこ
とにより圧電素子14xには既存の分極とは逆極性の1
0Vの電圧が、圧電素子14x’には既存の分極とは同
極性の10Vの電圧が同時に印加されるように接続し
た。
【0074】 上述の接続状態において10Vの電圧を
1秒間,1回印加することにより逆分極処理を行った
後、再度、センサ素子を接着した回路基板を、X軸方向
に加振して、X軸用加速度検出素子から出力される電圧
を測定した。出力された電圧は614mVであった(主
軸感度)。
【0075】 更に、Z軸方向に加振してX軸用加速度
検出素子から出力される電圧を測定した。出力された電
圧は18mVであった(ノイズ感度)。即ち、X軸用加
速度検出素子の主軸感度614mVに対するノイズ感度
18mVの比率は2.9%となり、一般的な目標値であ
る5%以内に較正された。
【0076】 実施例2の方法では、圧電素子14x’
は飽和分極の状態にあるのでこれと同極性の電圧を印加
しても分極率には変化がなく、一方、圧電素子14xに
は飽和分極時と逆極性の電圧が印加されるため、分極率
を低下させることが可能となる。
【0077】 なお、実施例2におけるスイッチにて回
路の一部を切断する方法は、回路基板を構成する回路部
品の絶対最大定格以上の電圧を印加したい場合に有効で
ある。この場合においては、増幅回路41部分はスイッ
チ42のon、off等により電気的に分離可能な状態
にしておき、電圧印加時はoffに、ノイズ感度測定時
はonにする。スイッチの代わりに取り外し可能なジャ
ンパ用チップ(約0Ωのチップ抵抗)を配置しておき、
適宜脱着しても良い。
【0078】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明の感度較
正方法によれば、加速度検出素子を構成する1対の圧電
素子から出力される電気的出力の絶対値を近づけること
により、当該電気的出力をより相殺することができるた
め、加速度センサ素子のノイズ感度を抑制することが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の感度較正方法の一の実施例を示す説
明図(a)、(b)である。
【図2】 本発明に使用するセンサ素子の一の実施例を
示す概略説明図であって、(a)は上面図、(b)はA
−A’断面図である。
【図3】 本発明に使用するセンサ素子の作動状況を示
す概略説明図(a)、(b)、(c)である。
【図4】 センサ素子と振動試験機との固定方法の例を
示す概略斜視図である。
【図5】 振動試験機の例を示す概略断面図である。
【図6】 実施例1、2に使用したセンサ素子の構造を
示す概略説明図であって、(a)は上面図、(b)は概
略断面図である。
【図7】 実施例2に使用したセンサ回路の構造を示す
概略回路図である。
【図8】 本発明の感度較正方法の他の実施例を示す説
明図(a)、(b)である。
【符号の説明】
1…振動試験機、2…励磁用コイル、3…基台、4…板
バネ、5…振動体、6…駆動用コイル、10…重錘、1
1…支台、12…可撓板、13…圧電体、14…圧電素
子、16…円筒状中空部、17…上部電極、18…下部
電極、19…ボンディングパッド、20…センサ素子、
21…同軸線、22,23…治具、24,25…ボル
ト、26…治具、27…ボルト、28…振動体、29…
ダミー治具、30…固定用部材、31…標準ピックアッ
プ、40…センサ回路、41…増幅回路、42…スイッ
チ、43…逆分極用電源、44…プローブ、45…ボン
ディングパッド。
フロントページの続き (72)発明者 柴田 和義 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日 本碍子株式会社内 (72)発明者 安藤 秀樹 愛知県小牧市大字下末字五反田434番地の 3 エヌジーケイ・オプトセラミックス株 式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1対の圧電素子からなる、少なくとも1
    の加速度検出素子により、外部から作用する加速度を検
    出し得る加速度センサ素子の感度を較正する方法であっ
    て、 前記加速度センサ素子に振動を加えた場合において、前
    記1対の圧電素子のうちの電気的出力の絶対値が大きい
    方の圧電素子に対し、既存の分極とは逆極性の電圧を印
    加することにより、前記1対の圧電素子から出力される
    電気的出力の絶対値を近づけることを特徴とする加速度
    センサ素子の感度較正方法。
  2. 【請求項2】 重錘と、当該重錘近傍に周設された、中
    空部を有する支台と、当該支台の中空部に重錘を釣支す
    るように支台に横架された可撓板と、1対の圧電素子か
    らなる、少なくとも1の加速度検出素子と、を備えて構
    成された加速度センサ素子を感度較正の対象とする請求
    項1に記載の加速度センサ素子の感度較正方法。
  3. 【請求項3】 X,Y,Zのうちの直交する2軸に対応
    する加速度検出素子を備えた加速度センサ素子を感度較
    正の対象とする請求項1又は2に記載の加速度センサ素
    子の感度較正方法。
  4. 【請求項4】 X,Y,Zの直交する3軸に対応する加
    速度検出素子を備えた加速度センサ素子を感度較正の対
    象とする請求項1又は2に記載の加速度センサ素子の感
    度較正方法。
  5. 【請求項5】 予め、圧電素子について、既存の分極と
    は逆極性の電圧を印加した場合の電圧値及び印加時間と
    これに伴って変化する分極の大きさとの関係を算出して
    おき、当該関係に基づいて印加する電圧値及び印加時間
    を定める請求項1〜4のいずれか一項に記載の加速度セ
    ンサ素子の感度較正方法。
  6. 【請求項6】 加速度検出素子全体に通電することによ
    り、1対の圧電素子のうちの電気的出力の絶対値が大き
    い方の圧電素子に対しては既存の分極とは逆極性の電圧
    を、電気的出力の絶対値が小さい方の圧電素子に対して
    は既存の分極と同極性の電圧を同時に印加する請求項1
    〜5のいずれか一項に記載の加速度センサ素子の感度較
    正方法。
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