JP2001133476A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、振動加速度などを
検出する圧電体を用いた加速度センサであって、一定加
速度から変動する振動加速度までを検出できる振動梁を
用いた加速度センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor using a piezoelectric body for detecting vibration acceleration and the like, and more particularly to an acceleration sensor using a vibrating beam capable of detecting from a constant acceleration to a fluctuating vibration acceleration.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、振動などの加速度を検出する加速
度センサは、圧電体に発生する歪みを電気信号に変換す
るものが知られている。以下、図7を用いて圧電体の横
効果を利用した従来の加速度センサの基本的な構成およ
び動作について説明する。2. Description of the Related Art Conventionally, an acceleration sensor for detecting acceleration such as vibration converts a distortion generated in a piezoelectric body into an electric signal. Hereinafter, the basic configuration and operation of a conventional acceleration sensor using the lateral effect of a piezoelectric body will be described with reference to FIG.
【0003】図7において、梁1の先端部には質量Mの
錘2が固定されている。圧電体3は梁1の基端部側に接
着等により取り付けられている。圧電体3の表面には電
極4、5が形成されており、電極4、5には電気信号を
取り出すためのリード線6、7が接続されている。梁1
の基端部は、ベース部材8に固定されて、片持ち梁の形
式をとっている。ベース部材8に加速度αの振動が加わ
った場合、梁1は先端部に外力F=Mαの集中荷重を受
けて撓む。これにより、梁1に取り付けられた圧電体3
の一方の表面には、梁1の撓みに伴って圧縮歪みが発生
し、他方の表面には伸張歪みが発生する。この圧縮歪み
および伸張歪みは、前記外力Fに比例し、圧電体3に形
成された電極4、5からリード線6、7を介して電圧V
として取り出すことができる。従って、圧電体3に発生
する電圧Vを測定すれば、前記振動の加速度αを知るこ
とができる。In FIG. 7, a weight 2 having a mass M is fixed to the tip of a beam 1. The piezoelectric body 3 is attached to the base end side of the beam 1 by bonding or the like. Electrodes 4 and 5 are formed on the surface of the piezoelectric body 3, and lead wires 6 and 7 for extracting electric signals are connected to the electrodes 4 and 5. Beam 1
Is fixed to the base member 8 and takes the form of a cantilever. When the vibration of the acceleration α is applied to the base member 8, the beam 1 bends under the concentrated load of the external force F = Mα at the tip. Thereby, the piezoelectric body 3 attached to the beam 1
On one surface, a compressive strain is generated along with the bending of the beam 1, and an extension strain is generated on the other surface. The compression strain and the extension strain are proportional to the external force F, and the voltage V from the electrodes 4, 5 formed on the piezoelectric body 3 via the leads 6, 7.
Can be taken out as Therefore, by measuring the voltage V generated in the piezoelectric body 3, the acceleration α of the vibration can be known.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記圧
電体の横効果を利用した加速度センサでは、周波数の低
い振動では、圧電体3の歪みによって表面に発生する電
荷が放電するため、一般的には一定加速度および低周波
数の振動加速度が測定できないという課題があった。However, in the acceleration sensor using the lateral effect of the piezoelectric body, the electric charge generated on the surface due to the distortion of the piezoelectric body 3 is discharged by the vibration of low frequency. There is a problem that the constant acceleration and the vibration acceleration at a low frequency cannot be measured.
【0005】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、一定加速度の領域から振動などの変動する領域
の加速度までを検出することのできる加速度センサを提
供するものである。The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an acceleration sensor capable of detecting a region from a region of constant acceleration to a region of fluctuation such as vibration.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の加速度センサ
は、2層の圧電体で構成されて前記2層の圧電体それぞ
れの表面と前記2層の圧電体間に電極を有する梁と、前
記梁の基端部を固定するベース部材と、前記梁の先端部
に固定された錘とを備えた構成を有している。2層の圧
電体は、その両側面および圧電体間の電極に交流電圧V
を印加することにより、片持ち梁の横振動を発生する。
この時の梁の共振周波数fは、梁に働く軸力Pによって
変化することが分かっている。従って、この梁に軸方向
に加速度が加わると、質量Mの錘の貫性力によって梁に
作用する軸力が変化するので、その時の梁の共振周波数
fが分かれば、梁に作用する軸力Pが分かり、加速度の
大きさを検出できることとなる。According to the present invention, there is provided an acceleration sensor comprising a two-layer piezoelectric body, a beam having electrodes on the surface of each of the two-layer piezoelectric bodies and an electrode between the two-layer piezoelectric bodies, It has a configuration including a base member for fixing the base end of the beam and a weight fixed to the tip of the beam. The two-layer piezoelectric body has an AC voltage V applied to both sides and electrodes between the piezoelectric bodies.
, Lateral vibration of the cantilever is generated.
It is known that the resonance frequency f of the beam at this time changes depending on the axial force P acting on the beam. Therefore, when acceleration is applied to the beam in the axial direction, the axial force acting on the beam changes due to the penetrating force of the weight of the mass M. If the resonance frequency f of the beam at that time is known, the axial force acting on the beam is obtained. P is known, and the magnitude of the acceleration can be detected.
【0007】また、本発明の加速度センサは、それぞれ
2層の圧電体で構成されて前記2層の圧電体それぞれの
表面と前記2層の圧電体間に電極を有する2組の梁と、
前記2組の梁のそれぞれの基端部を固定するベース部材
と、前記2組の梁のそれぞれ対向する先端部に共通に固
定された錘とを備えた構成を有している。2組の梁のそ
れぞれの圧電体に互いに逆位相の2次共振周波数の横振
動を与える。この時に2組の梁に軸方向の加速度が加わ
ると、2組の梁に引張り方向および圧縮方向の軸力が交
互に働くので、2組の梁の共振周波数のずれの変化を検
出し、どちらかの変化した周波数を共振周波数を中心に
反転して和をとることにより、軸方向の加速度の検出感
度を2倍にできることとなる。Further, the acceleration sensor of the present invention comprises two sets of beams each composed of two layers of piezoelectric bodies, each of which has electrodes on the surface of the two layers of piezoelectric bodies and electrodes between the two layers of piezoelectric bodies.
It has a configuration provided with a base member for fixing the base end of each of the two sets of beams, and a weight commonly fixed to the opposed front ends of the two sets of beams. Lateral vibrations of the secondary resonance frequency having opposite phases are applied to the piezoelectric bodies of the two sets of beams. At this time, when an acceleration in the axial direction is applied to the two sets of beams, the axial force in the tensile direction and the compressive direction acts alternately on the two sets of beams. Therefore, the change in the resonance frequency shift of the two sets of beams is detected. By inverting the changed frequency around the resonance frequency and taking the sum, the detection sensitivity of the acceleration in the axial direction can be doubled.
【0008】また、本発明の加速度センサは、それぞれ
2層の圧電体で構成されて前記2層の圧電体それぞれの
表面と前記2層の圧電体間に電極を有する互いに直交す
る4組の梁と、前記4組の梁のそれぞれの基端部を固定
するベース部材と、前記4組の梁のそれぞれ対向する先
端部に共通に固定された錘とを備えた構成を有してい
る。4組の振動梁構造によりX軸およびY軸方向の加速
度を検出できるとともに、中心部の錘を中心に回転させ
ることにより、Z軸回りの角速度を検出できることとな
る。Further, the acceleration sensor according to the present invention is composed of two layers of piezoelectric members, and four sets of beams orthogonal to each other having electrodes on the surfaces of the two layers of piezoelectric members and electrodes between the two layers of piezoelectric members. And a base member for fixing the base end of each of the four sets of beams, and a weight commonly fixed to the opposed front ends of the four sets of beams. With the four sets of vibrating beam structures, the acceleration in the X-axis and Y-axis directions can be detected, and the angular velocity around the Z-axis can be detected by rotating about the center weight.
【0009】また、本発明の加速度センサは、前記電極
を有する梁と前記ベース部材と前記錘とを圧電材料によ
り一体に形成して2層に積層した構成を有している。こ
の構成により、安価で量産性に優れた加速度センサを実
現できることとなる。The acceleration sensor according to the present invention has a configuration in which the beam having the electrodes, the base member, and the weight are integrally formed of a piezoelectric material and are laminated in two layers. With this configuration, an acceleration sensor that is inexpensive and has excellent mass productivity can be realized.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の実施の形態1における
振動梁軸力センサ型の加速度センサの構成を示してい
る。図1において、梁11は互いに重ね合わされた第1
の圧電体11aと第2の圧電体11bから構成されたバ
イモルフ圧電体の梁であり、その基端部はベース部材1
2に固定され、その先端部には質量Mの錘13が固定さ
れている。第1の圧電体11aの表面には第1電極14
が、第2の圧電体11bの表面には第2電極15が、そ
して互いに重ね合わされた部分には中間電極16が、そ
れぞれ焼成などの方法により形成され、それぞれにリー
ド線17、18、19が接続されている。リード線19
は、梁11に横振動を発生させるための交流の駆動電源
20の一方の側に接続され、リード線17、18は、駆
動電源20の他方の側に接続されている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 shows the configuration of a vibrating beam axial force sensor type acceleration sensor according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, a beam 11 is a first
Of the bimorph piezoelectric body composed of the piezoelectric body 11a and the second piezoelectric body 11b, the base end of which is a base member 1
2, and a weight 13 having a mass M is fixed to a tip end thereof. A first electrode 14 is provided on the surface of the first piezoelectric body 11a.
However, a second electrode 15 is formed on the surface of the second piezoelectric body 11b, and an intermediate electrode 16 is formed on a portion where the second piezoelectric body 11b overlaps each other by a method such as firing, and lead wires 17, 18, and 19 are respectively formed. It is connected. Lead wire 19
Are connected to one side of an AC drive power supply 20 for generating lateral vibration in the beam 11, and the leads 17 and 18 are connected to the other side of the drive power supply 20.
【0011】梁11の横振動のn次の共振周波数f
0nは、次式(1)で表される。The n-th resonance frequency f of the transverse vibration of the beam 11
0n is represented by the following equation (1).
【数1】 ここで、 λ:梁の支持方式と振動モードで決まる定数 L:梁の長さ E:梁を構成する圧電体のヤング率 I:梁の断面二次モーメント g:重力加速度 γ:梁を構成する圧電体の密度 A:梁の断面積(Equation 1) Here, λ: constant determined by the beam support method and vibration mode L: beam length E: Young's modulus of the piezoelectric material constituting the beam I: secondary moment of area of the beam g: gravitational acceleration γ: constituting the beam Piezoelectric density A: Beam cross-sectional area
【0012】次に、梁11に軸力Pが作用しているとき
の梁11の共振周波数fnは次式(2のようになる。Next, the resonance frequency fn of the beam 11 when the axial force P acts on the beam 11 is expressed by the following equation (2).
【数2】 ここで振動の振幅の小さい範囲では、上記(2)式は近
似的に次のようになる。(Equation 2) Here, in the range where the amplitude of vibration is small, the above equation (2) is approximately as follows.
【数3】 (Equation 3)
【0013】従って 梁11に軸力Pが作用している時
の共振周波数fを、梁11のインピーダンスの変化を測
定して検出することにより軸力Pが分かる。具体的に
は、駆動電源20により、例えば図3に示すように、梁
11に1次の共振周波数f01で振動する横振動を与えな
がら、べース部材12に梁11の軸方向に加速度αが作
用した場合、加速度αと錘13により慣性力による軸力
Pが発生する。この時の共振周波数f1を測定する。錘
13の質量がMであるから、軸力PはP=Mαとなり、
加速度αはα=P/Mで表される。従って、梁11の共振
周波数fを測定することにより、加速度αを検出するこ
とができる。Accordingly, the axial force P can be determined by measuring the change in the impedance of the beam 11 and detecting the resonance frequency f when the axial force P acts on the beam 11. Specifically, the acceleration by the driving power source 20, for example, as shown in FIG. 3, while providing lateral vibration that vibrates in the first-order resonance frequency f 01 in the beam 11, the base over scan member 12 in the axial direction of the beam 11 When α acts, the acceleration α and the weight 13 generate an axial force P due to inertial force. The resonance frequency f 1 at this time is measured. Since the mass of the weight 13 is M, the axial force P becomes P = Mα,
The acceleration α is represented by α = P / M. Therefore, by measuring the resonance frequency f of the beam 11, the acceleration α can be detected.
【0014】この加速度αの周波数が低域もしくは0H
zになっても、梁11を構成する第1の庄電体11aお
よび第2の圧電体11bは、共振周波数付近で振動して
いるため、圧電体表面力からの放電は問題とならない。
また、駆動電源20で駆動する梁11の横振動モード
は、1次以外の高次の振動モードでもよい。また、梁1
1に駆動電源20で横振動を与えながら、ベース部材1
2を梁11の軸回りに回転させれば、梁11にコリオリ
力が作用し、このコリオリ力による梁11の撓みを公知
の手段により測定すれば、角速度を測定することができ
る。When the frequency of the acceleration α is low or 0H
Even at z, the first shock absorber 11a and the second piezoelectric body 11b constituting the beam 11 vibrate around the resonance frequency, so that the discharge from the piezoelectric body surface does not matter.
Further, the lateral vibration mode of the beam 11 driven by the drive power supply 20 may be a higher-order vibration mode other than the first-order vibration mode. In addition, beam 1
1 while applying lateral vibration to the base member 1 with the driving power supply 20.
If the beam 2 is rotated around the axis of the beam 11, Coriolis force acts on the beam 11. If the deflection of the beam 11 due to this Coriolis force is measured by a known means, the angular velocity can be measured.
【0015】(実施の形態2)図2は本発明の実施の形
態2における振動梁軸力センサ型の加速度センサの構成
を示している。図2において、梁21は互いに重ね合わ
された第1の圧電体21aと第2の圧電体21bから構
成されたバイモルフ圧電体の梁である。梁22もまた、
梁21と同様の形状および構成を有し、互いに重ね合わ
された第1の圧電体22aと第2の圧電体22bから構
成されたバイモルフ圧電体の梁である。梁21および2
2は、それぞれの基端部がコ字形の共通のベース部材2
3に固定され、その対向する先端部には質量Mの錘24
が共通に固定されている。梁21の第1の圧電体21a
の表面には第1電極25が、第2の圧電体21bの表面
には第2電極26が、そして互いに重ね合わされた部分
には中間電極27が、それぞれ焼成などの方法により形
成され、それぞれにリード線28、29、30が接続さ
れている。リード線30は、梁21に横振動を発生させ
るための交流の駆動電源31の一方の側に接続され、リ
ード線28、29は、駆動電源31の他方の側に接続さ
れている。同様に、梁22の第1の圧電体22aの表面
には第1電極32が、第2の圧電体22bの表面には第
2電極33が、そして互いに重ね合わされた部分には中
間電極34が、それぞれ焼成などの方法により形成さ
れ、それぞれにリード線35、36、37が接続されて
いる。リード37は、梁22に横振動を発生させるため
の交流の駆動電源38の一方の側に接続され、リード線
35、36は、駆動電源38の他方の側に接続されてい
る。(Embodiment 2) FIG. 2 shows a configuration of a vibrating beam axial force sensor type acceleration sensor according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 2, a beam 21 is a bimorph piezoelectric body beam composed of a first piezoelectric body 21a and a second piezoelectric body 21b which are superimposed on each other. Beam 22 is also
This is a bimorph piezoelectric body beam having the same shape and configuration as the beam 21 and composed of a first piezoelectric body 22a and a second piezoelectric body 22b superimposed on each other. Beams 21 and 2
2 is a common base member 2 whose base ends are U-shaped.
3 and a weight 24 having a mass M is
Are fixed in common. First piezoelectric body 21a of beam 21
A first electrode 25 is formed on the surface of the second piezoelectric body 21b, a second electrode 26 is formed on the surface of the second piezoelectric body 21b, and an intermediate electrode 27 is formed on a portion where the first and second piezoelectric bodies 21b overlap each other by a method such as firing. Lead wires 28, 29, 30 are connected. The lead wire 30 is connected to one side of an AC drive power supply 31 for generating lateral vibration in the beam 21, and the lead wires 28 and 29 are connected to the other side of the drive power supply 31. Similarly, a first electrode 32 is provided on the surface of the first piezoelectric body 22a of the beam 22, a second electrode 33 is provided on the surface of the second piezoelectric body 22b, and an intermediate electrode 34 is provided on a portion where the beams 22 overlap each other. Are formed by a method such as baking, and lead wires 35, 36, and 37 are connected to each. The lead 37 is connected to one side of an AC drive power supply 38 for generating lateral vibration in the beam 22, and the lead wires 35 and 36 are connected to the other side of the drive power supply 38.
【0016】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。梁21に駆動電源31から2次共振周波数f02の横
振動を与え、同時に梁22に駆動電源38から梁21と
は逆位相の2次共振周波数f02の横振動を与える。この
時、べース部材23に梁21および22の軸方向に振動
が加わり、梁21および梁22には引張り方向および圧
縮方向の軸力Pが交互に働き、前記式(3)に従つて、
梁21および梁22の共振周波数f02は、Δf=f02−
f2および−Δf=f2−f02だけずれることになる。従
つて、インピーダンスの変化から検出した共振周波数
を、梁21または梁22のどちらかの変化した周波数
を、共振周波数f02を中心に反転して和をとれば、軸方
向の加速度の検出感度を2倍にすることができる。Next, the operation of this embodiment will be described. From the driving power source 31 to the beam 21 provide lateral vibration of the secondary resonance frequency f 02, simultaneously with the beam 21 from the drive power source 38 to the beam 22 provide lateral vibration of the secondary resonance frequency f 02 of the opposite phase. At this time, vibration is applied to the base member 23 in the axial direction of the beams 21 and 22, and the axial force P in the tensile direction and the compressive direction acts on the beams 21 and 22 alternately. ,
The resonance frequency f 02 of the beams 21 and 22 is Δf = f 02 −
f 2 and −Δf = f 2 −f 02 . Therefore, if the resonance frequency detected from the impedance change and the changed frequency of either the beam 21 or the beam 22 are inverted with respect to the resonance frequency f 02 and the sum is obtained, the detection sensitivity of the acceleration in the axial direction is increased. Can be doubled.
【0017】(実施の形態3)図3は本発明の実施の形
態3における振動梁軸力センサ型の加速度センサの構成
を示している。本実施の形態3における加速度センサ
は、図2に示した加速度センサを十字形に組み合わせた
ものである。図3において、梁41、42、43、44
は、それぞれ2層の圧電体41a、41bと、42a、
42bと、43a、43bと、44a、44bとから構
成されたバイモルフ圧電体の梁である。各梁41、4
2、43、44は、それぞれの基端部をベース部材45
の支柱46、47、48、49に固定されるとともに、
それぞれの対向部する先端部に共通の錘50が固定され
ている。各梁41、42、43、44のそれぞれの圧電
体の表面および中間面には、電極が焼成などの方法によ
り形成され、それぞれにリード線が接続されている。各
リード線には、梁41、42、43、44に横振動を発
生させるための交流の駆動電源51、52、53、54
が接続されている。(Embodiment 3) FIG. 3 shows a configuration of a vibration beam axial force sensor type acceleration sensor according to Embodiment 3 of the present invention. The acceleration sensor according to the third embodiment is obtained by combining the acceleration sensors shown in FIG. 2 in a cross shape. In FIG. 3, beams 41, 42, 43, 44
Are two layers of piezoelectric bodies 41a, 41b, 42a,
This is a bimorph piezoelectric body beam composed of 42b, 43a, 43b, and 44a, 44b. Each beam 41, 4
2, 43 and 44 each have a base end which is a base member 45.
And fixed to the columns 46, 47, 48, 49 of
A common weight 50 is fixed to the front end portions facing each other. Electrodes are formed on the surfaces and intermediate surfaces of the respective piezoelectric bodies of the beams 41, 42, 43, and 44 by a method such as firing, and lead wires are connected to the respective electrodes. Each lead wire has an AC drive power supply 51, 52, 53, 54 for generating lateral vibration in the beams 41, 42, 43, 44.
Is connected.
【0018】次に,本実施の形態3の動作について説明
する。梁41に駆動電源51から2次共振周波数f02の
横振動を与えるとともに、梁42に駆動電源52から梁
41とは逆位相の2次共振周波数f02の横振動を与える
と、前記実施の形態2と同様に動作し、梁41、42の
軸方向(X方向)の加速度を検出することができる。ま
た同様に、梁43に駆動電源53から2次共振周波数f
02の横振動を与えるとともに、梁44に駆動電源54か
ら梁43とは逆位相の2次共振周波数f02の横振動を与
えると、前記実施の形態2と同様に動作し、梁43、4
4の軸方向(Y方向)の加速度を検出することができ
る。Next, the operation of the third embodiment will be described. When lateral vibration of the secondary resonance frequency f 02 is given to the beam 41 from the driving power supply 51 and lateral vibration of the secondary resonance frequency f 02 having a phase opposite to that of the beam 41 is given to the beam 42 from the driving power supply 52, the above-described embodiment is performed. It operates in the same manner as in the second embodiment, and can detect the acceleration of the beams 41 and 42 in the axial direction (X direction). Similarly, the secondary resonance frequency f
When the lateral vibration of 02 and the beam 44 are subjected to the lateral vibration of the secondary resonance frequency f 02 having a phase opposite to that of the beam 43 from the driving power supply 54, the beam 44 operates in the same manner as in the second embodiment.
4 can be detected in the axial direction (Y direction).
【0019】また、梁41と42を実施の形態2と同様
に共振周波数で振動させ、錘50を梁41と42のX軸
方向に振動させながら、加速度センサ全体を鍾50を中
心とするZ軸回りに回転させると、錘50にコリオリの
力が働き、梁43および44が振動により変形する。こ
の梁43および44の変形により、梁43および44を
構成する圧電体43a、43bおよび44a、44bに
電荷が発生し、駆動電源53および54の両端から電圧
として取り出すことができる。これにより、Z軸回りの
角速度を検出することができる。Further, while vibrating the beams 41 and 42 at the resonance frequency in the same manner as in the second embodiment and vibrating the weight 50 in the X-axis direction of the beams 41 and 42, the whole acceleration sensor When rotated about the axis, Coriolis force acts on the weight 50, and the beams 43 and 44 are deformed by vibration. Due to the deformation of the beams 43 and 44, electric charges are generated in the piezoelectric bodies 43a, 43b and 44a, 44b constituting the beams 43 and 44, and can be taken out as voltages from both ends of the driving power supplies 53 and 54. Thereby, the angular velocity about the Z axis can be detected.
【0020】(実施の形態4)本発明の実施の形態4
は、上記各実施の形態1、2、3における加速度センサ
の構成を、それぞれ図4、図5、図6に示すように圧電
材料を用いて一体構造としたものである。すなわち、図
4においては、梁部111とベース部121と錘部13
1とを圧電材料により一体に形成して、梁部111の両
面に電極部141を形成した素材101を2層に積層し
たものである。また、図5においては、梁部211、2
21とベース部231と錘部241とを圧電材料により
一体に形成して、梁部211、221の両面に電極部2
51を形成した素材201を2層に積層したものであ
る。また、図6においては、梁部411、421、43
1、441とベース部451と錘部501とを圧電材料
により一体に形成して、梁部411、421、431、
441の両面に電極部601を形成した素材301を2
層に積層したものである。このような一体構造の加速度
センサは、構造が簡単で丈夫であり、安価に製造できる
利点がある。(Embodiment 4) Embodiment 4 of the present invention
Is a structure in which the configuration of the acceleration sensor according to each of the first, second, and third embodiments is integrally formed by using a piezoelectric material as shown in FIGS. 4, 5, and 6, respectively. That is, in FIG. 4, the beam 111, the base 121, and the weight 13
1 is formed integrally from a piezoelectric material, and the material 101 having the electrode portions 141 formed on both surfaces of the beam portion 111 is laminated in two layers. Also, in FIG.
21, the base portion 231 and the weight portion 241 are integrally formed of a piezoelectric material, and the electrode portions 2 are formed on both surfaces of the beam portions 211 and 221.
The material 201 on which 51 is formed is laminated in two layers. Also, in FIG. 6, the beam portions 411, 421, 43
1, 441, the base portion 451, and the weight portion 501 are integrally formed of a piezoelectric material, and the beam portions 411, 421, 431,
The material 301 in which the electrode portions 601 are formed on both surfaces of
It is a laminate of layers. Such an acceleration sensor having an integral structure has advantages that the structure is simple and robust, and that it can be manufactured at low cost.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、振動梁
の共振周波数の変化を測定することにより、振動梁に作
用する軸力が分かり、これによって梁に作用する一定加
速度領域から変動する振動加速度まで検出できるという
効果を有する。また、振動梁を2組設けたり、4組設け
ることにより、検出感度を高めたり、2方向の振動加速
度および角加速度を検出することができる。さらに、積
層構造の一体型振動梁軸力センサとすることにより、安
価で量産性に優れた加速度センサを実現することができ
る。As described above, according to the present invention, by measuring the change in the resonance frequency of the vibrating beam, the axial force acting on the vibrating beam can be determined, whereby the fluctuation from the constant acceleration region acting on the beam can be obtained. This has the effect of being able to detect up to vibration acceleration. By providing two or four sets of vibrating beams, it is possible to increase the detection sensitivity and detect vibration acceleration and angular acceleration in two directions. Further, by using a laminated vibrating beam axial force sensor having a laminated structure, an acceleration sensor which is inexpensive and excellent in mass productivity can be realized.
【図1】本発明の実施の形態1における加速度センサの
構成を示す概略斜視図FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of an acceleration sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態2における加速度センサの
構成を示す概略斜視図FIG. 2 is a schematic perspective view showing a configuration of an acceleration sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態3における加速度センサの
構成を示す概略斜視図FIG. 3 is a schematic perspective view showing a configuration of an acceleration sensor according to Embodiment 3 of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態4における加速度センサの
構成を示す概略斜視図FIG. 4 is a schematic perspective view showing a configuration of an acceleration sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施の形態4における別の加速度セン
サの構成を示す概略斜視図FIG. 5 is a schematic perspective view showing a configuration of another acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
【図6】本発明の実施の形態4における別の加速度セン
サの構成を示す概略斜視図FIG. 6 is a schematic perspective view showing the configuration of another acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention.
【図7】従来例における加速度センサの構成を示す概略
正面図FIG. 7 is a schematic front view showing a configuration of an acceleration sensor in a conventional example.
11、21、22、41、42、43、44 梁 11a、11b、21a、21b、22a、22b、4
1a、41b、42a、42b、43a、43b、44
a、44b 圧電体 12、23、45 ベース部材 13、24、50 錘 14、15、16、25、26、27、32、33、3
4 電極 101、201、301 素材 111、211、221、411、421、431、4
41 梁部 121、231、451 ベース部 131、241、501 錘部 141、251、601 電極部11, 21, 22, 41, 42, 43, 44 beams 11a, 11b, 21a, 21b, 22a, 22b, 4
1a, 41b, 42a, 42b, 43a, 43b, 44
a, 44b Piezoelectric body 12, 23, 45 Base member 13, 24, 50 Weight 14, 15, 16, 25, 26, 27, 32, 33, 3,
4 electrodes 101, 201, 301 Material 111, 211, 221, 411, 421, 431, 4
41 Beam part 121, 231, 451 Base part 131, 241, 501 Weight part 141, 251, 601 Electrode part
Claims (4)
電体それぞれの表面と前記2層の圧電体間に電極を有す
る梁と、前記梁の基端部を固定するベース部材と、前記
梁の先端部に固定された錘とを備えた加速度センサ。1. A beam composed of two layers of piezoelectric bodies and having a surface having an electrode between the two layers of piezoelectric bodies and an electrode between the two layers of piezoelectric bodies, and a base member for fixing a base end of the beam. And a weight fixed to the tip of the beam.
2層の圧電体それぞれの表面と前記2層の圧電体間に電
極を有する2組の梁と、前記2組の梁のそれぞれの基端
部を固定するベース部材と、前記2組の梁のそれぞれ対
向する先端部に共通に固定された錘とを備えた加速度セ
ンサ。2. Two sets of beams each composed of two layers of piezoelectric bodies and having electrodes between the surfaces of the two layers of piezoelectric bodies and electrodes between the two layers of piezoelectric bodies, and each of the two sets of beams. An acceleration sensor comprising: a base member for fixing a base end portion; and a weight commonly fixed to opposed end portions of the two sets of beams.
2層の圧電体それぞれの表面と前記2層の圧電体間に電
極を有する互いに直交する4組の梁と、前記4組の梁の
それぞれの基端部を固定するベース部材と、前記4組の
梁のそれぞれ対向する先端部に共通に固定された錘とを
備えた加速度センサ。3. Four orthogonal beams each comprising two layers of piezoelectric bodies and having electrodes between the two layers of piezoelectric bodies and electrodes between the two layers of piezoelectric bodies, and the four sets of beams. An acceleration sensor comprising: a base member for fixing the respective base end portions; and a weight commonly fixed to the opposed end portions of the four beams.
前記錘とを圧電材料により一体に形成して2層に積層し
たことを特徴とする請求項1または2または3記載の加
速度センサ。4. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the beam having the electrode, the base member, and the weight are integrally formed of a piezoelectric material and laminated in two layers.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31108399A JP2001133476A (en) | 1999-11-01 | 1999-11-01 | Acceleration sensor |
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- 1999-11-01 JP JP31108399A patent/JP2001133476A/en active Pending
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