JP2001165977A - 電位センサ - Google Patents

電位センサ

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JP2001165977A
JP2001165977A JP34783199A JP34783199A JP2001165977A JP 2001165977 A JP2001165977 A JP 2001165977A JP 34783199 A JP34783199 A JP 34783199A JP 34783199 A JP34783199 A JP 34783199A JP 2001165977 A JP2001165977 A JP 2001165977A
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JP
Japan
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potential sensor
fork vibrator
tuning fork
support portion
vibration
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JP34783199A
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English (en)
Inventor
Akio Ogita
明生 荻田
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 音叉振動子に同相モードが発生しにくい電位
センサを提供する。 【解決手段】 電位センサ10は、音叉振動子12を含
む。音叉振動子12は、音叉型の振動体14を含む。振
動体14には、2つの圧電素子16aおよび16bと1
つの検知電極17とが形成される。振動体14の中央部
には、支持部18が形成される。支持部18の先端部
は、ケース22の底板24に接触され、弾性材19で固
定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は電位センサに関
し、特に音叉振動子が使用される電位センサに関する。
【0002】
【従来の技術】図1は従来の電位センサの一例を示す斜
視図であり、図2はその電位センサのブロック図であ
る。図1および図2に示す電位センサ10は、音叉振動
子12を含む。音叉振動子12は、金属からなる音叉型
の振動体14を含む。振動体14には、2つの圧電素子
16aおよび16bと1つの検知電極17とが取り付け
られる。この場合、圧電素子16aは駆動用として圧電
素子16bは帰還用として振動体14の中間部分にそれ
ぞれ取り付けられ、検知電極17は振動体14の先端部
分に取り付けられる。また、振動体14の中央部には、
金属からなる断面L字状の支持部18が形成される。支
持部18の先端部は、はんだ20で金属からなるケース
22に強固に固定される。ケース22は矩形の底板24
を含み、ケース22の底板24に音叉振動子12の支持
部18がはんだ20で強固に固定される。底板24の周
囲には、側板26が形成される。側板26において、検
知電極17に対向する部分には、検知用孔28が形成さ
れる。また、底板24の両端部には取付片30がそれぞ
れ形成され、各取付片30には取付用孔32が形成され
る。音叉振動子12の圧電素子16aおよび16bに
は、発振回路34が接続される。また、音叉振動子12
の検知電極17は、インピーダンス変換回路36の入力
端に接続される。インピーダンス変換回路36の出力端
は、検波回路38の入力端に接続される。検波回路38
の別の入力端には、発振回路34の出力端が接続され
る。検波回路38の出力端は、積分回路40の入力端に
接続される。積分回路40の出力端は、増幅回路42の
入力端に接続される。増幅回路42の出力端は、出力端
子44に接続される。
【0003】この電位センサ10では、音叉振動子12
の検知電極17ないしケース22の検知用孔28が、電
位が測定される被測定物Aの近傍に配置される。そし
て、この電位センサ10では、音叉振動子12の駆動用
の圧電素子16a、帰還用の圧電素子16bおよび発振
回路34などからなる発振ループによって、音叉振動子
12が振動する。それによって、音叉振動子12の検知
電極17と被測定物Aとの距離が周期的に変化する。そ
のため、この電位センサ10では、検知電極17から信
号が得られる。検知電極17から得られた信号は、イン
ピーダンス変換回路36を介して検波回路38におい
て、帰還用の圧電素子16bから発振回路34を介して
得られた信号に同期して検波され、その後、積分回路4
0で積分され、増幅回路42で増幅され、出力端子44
において出力となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の電位センサ10
では、音叉振動子12の振動を基準として、検知電極1
7から得られた信号を処理することによって出力を得て
いる。そのため、検知電極17および被測定物Aの間の
距離の時間変化と音叉振動子12の振動体14の左右腕
の振幅の時間変化との位相関係が、常に一定でなければ
ならない。音叉振動子12の振動モードには、図3に示
すように振動体14の左右腕が同じ方向に曲がって振動
する同相モードと、図4に示すように振動体14の左右
腕が逆の方向に曲がって振動する逆相モードとがあり、
これらのモードの周波数は、図5に示すように近い周波
数である。そして、この電位センサ10では、通常使用
している振動モードは逆相モードである。しかし、電位
センサ10をたとえばコピー機に搭載した場合、コピー
機内の振動等外的要因によって、同相モードが誘発され
る。この場合、上述の位相関係が不安定になり、出力が
乱れるという現象が発生する。すなわち、音叉振動子1
2の逆相モードにおける振動では、振動体14の左右腕
が、図6(A)に示すように開いたり、図6(B)に示
すように真っ直ぐになったり、図6(C)に示すように
閉じたりする。この場合、検知電極17および帰還用の
圧電素子16bからは、図7(A)の実線で示す出力お
よび点線で示す出力が得られ、検知電極17からの出力
を帰還用の圧電素子16bからの出力で検波すれば、図
7(B)の実線に示す出力が得られる。一方、音叉振動
子12の同相モードにおける振動では、振動体14の左
右部が、図8(A)に示すように右に曲がったり、図8
(B)に示すように真っ直ぐになったり、図8(C)に
示すように左に曲がったりする。この場合、検知電極1
7および帰還用の圧電素子16bからは、図9(A)の
実線で示す出力および点線で示す出力が得られ、検知電
極17からの出力を帰還用の圧電素子16bからの出力
で検波すれば、図9(B)の実線で示す逆の符号の出力
が得られる。したがって、この電位センサ10では、逆
相モードのみで振動する場合には出力が安定するが、同
相モードでも振動する場合には出力が不安定となる。ま
た、逆相モードの周波数と同相モードの周波数とが近い
ため、発振回路などの条件によっては、振動や衝撃とい
った外的要因がなくても、振動モードが逆相モードから
同相モードに移行してしまうことがある。そのため、音
叉振動子に同相モードが発生しにくい電位センサが望ま
れている。なお、チョッパー型の電位センサにおいて
も、同様に、音叉振動子に同相モードが発生しにくいこ
とが望まれている。
【0005】それゆえに、この発明の主たる目的は、音
叉振動子に同相モードが発生しにくい電位センサを提供
することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる電位セ
ンサは、音叉振動子が使用される電位センサにおいて、
音叉振動子の支持部が弾性材を用いて取付部材に固定さ
れることを特徴とする、電位センサである。この発明に
かかる電位センサでは、たとえば、支持部は取付部材に
接触されかつ弾性材で固定されてもよい。また、この発
明にかかる電位センサでは、たとえば、支持部は取付部
材に弾性材を介して固定されてもよい。さらに、この発
明にかかる電位センサでは、たとえば、支持部は全体が
弾性材で形成されてもよい。また、この発明にかかる電
位センサでは、たとえば、支持部は中間部分が弾性材で
形成されてもよい。
【0007】この発明にかかる電位センサでは、音叉振
動子の支持部を弾性材を用いて取付部材に固定している
ので、同相モードが発生しにくくなる。そのため、この
発明にかかる電位センサでは、出力が不安定になりにく
くなる。
【0008】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【0009】
【発明の実施の形態】図10はこの発明にかかる電位セ
ンサの一例の要部を示す図解図である。図10に示す電
位センサ10では、図1および図2に示す電位センサ1
0と比べて、支持部18が振動体14の内側にのびて形
成される。また、支持部18の先端部は、ケース22の
底板24に接触され、弾性材19で固定される。
【0010】図11はこの発明にかかる電位センサの他
の例の要部を示す図解図である。図11に示す電位セン
サ10では、図10に示す電位センサ10と比べて、支
持部18がクランク状に形成される。このように、支持
部18の形状は、任意に変更されてもよい。
【0011】図12はこの発明にかかる電位センサのさ
らに他の例の要部を示す図解図である。図12に示す電
位センサ10では、図11に示す電位センサ10と比べ
て、支持部18がL字状に形成され、支持部18の先端
部が弾性材19を介してケース22の底板24に固定さ
れる。このように、支持部18は、弾性材19を介して
ケース22の底板24などに固定されてもよい。
【0012】図13はこの発明にかかる電位センサのさ
らに他の例の要部を示す図解図である。図13に示す電
位センサ10では、上述の各電位センサ10と比べて、
支持部18は全体が弾性材でL字状に形成され、支持部
18がケース22の底板24に直接固定される。このよ
うに、支持部18は、全体が弾性材で形成され、ケース
22の底板24などに直接固定されてもよい。
【0013】図14はこの発明にかかる電位センサのさ
らに他の例の要部を示す図解図である。図14に示す電
位センサ10では、上述の各電位センサ10と比べて、
支持部18の中間部18aが弾性材で形成される。この
ように、支持部18の中間部18aが弾性材で形成され
てもよい。
【0014】ここで、上述の各電位センサ10におい
て、逆相モードにおける振動および同相モードにおける
振動などを音叉振動子12の重心Gの位置で比較してみ
る。
【0015】図1、図2、図10〜図14に示す各電位
センサ10において、逆相モードにおける振動では、そ
の振動状態を図15(A)〜(C)に示すように、音叉
振動子12の振動体14の左右腕の振動方向が左右対称
となり、重心Gの位置が左右に移動しない。
【0016】また、図1および図2に示す電位センサ1
0において、同相モードにおける振動では、その振動状
態を図16(A)〜(C)に示すように、音叉振動子1
2の振動体14の左右腕の振動方向が同一方向であるた
め、重心Gの位置が左右に移動する。このような同相モ
ードにおける振動は、音叉振動子12の支持部18をは
んだ20などで強固に固定し、強制的なノードを発生さ
せた場合にのみ発生する。
【0017】しかし、図10〜図14に示す各電位セン
サ10においては、支持部18が弾性材を用いて固定さ
れるので、すなわち、支持部18が強固に固定されない
ので、固定部の自由度が増し、強制的なノードが発生せ
ず、剛体モードにおける振動となる。そのため、図10
〜図14に示す各電位センサ10においては、音叉振動
子12の振動状態を図17(A)〜(C)に示すよう
に、自由空間内の状態とほぼ同じ状態が得られ、重心G
の位置が左右に移動せず、同相モード自体の発生を大幅
に抑制することができる。
【0018】そのため、図10〜図14に示す各電位セ
ンサ10では、音叉振動子12を固定したケース22を
たとえばコピー機に搭載すると、コピー機内の振動や衝
撃がケース22や支持部18などを介して、音叉振動子
12に伝えられるが、音叉振動子12の支持部18の自
由度が高いので、外部からの振動や衝撃が緩和され、同
相モードの誘発が抑制される。
【0019】発明者のFFT解析によれば、図1および
図2に示す電位センサ10のケース22に衝撃を印加し
た場合、図18に示す周波数特性が得られ、図12に示
す電位センサ10のケース22に衝撃を印加した場合、
図19に示す周波数特性が得られた。図18および図1
9に示す周波数特性より、衝撃を印加した場合、図1お
よび図2に示す電位センサ10では同相モードによる振
動が発生するのに対して、図12に示す電位センサ10
では同相モードによる振動が発生しないことがわかる。
【0020】
【発明の効果】この発明によれば、電位センサにおい
て、振動や衝撃が加わっても、同相モードの発生が抑制
され、同相モードが発生しにくい。そのため、電位セン
サにおいて、逆相モードでの安定な発振が可能となり、
安定な出力が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電位センサの一例を示す斜視図である。
【図2】図1に示す電位センサのブロック図である。
【図3】音叉振動子の同相モードにおける振動状態を示
す図解図である。
【図4】音叉振動子の逆相モードにおける振動状態を示
す図解図である。
【図5】音叉振動子の周波数特性を示すグラフである。
【図6】音叉振動子の逆相モードにおける振動状態を示
す図解図である。
【図7】音叉振動子の逆相モードにおける各出力を示す
グラフである。
【図8】音叉振動子の同相モードにおける振動状態を示
す図解図である。
【図9】音叉振動子の同相モードにおける各出力を示す
グラフである。
【図10】この発明にかかる電位センサの一例の要部を
示す図解図である。
【図11】この発明にかかる電位センサの他の例の要部
を示す図解図である。
【図12】この発明にかかる電位センサのさらに他の例
の要部を示す図解図である。
【図13】この発明にかかる電位センサのさらに他の例
の要部を示す図解図である。
【図14】この発明にかかる電位センサのさらに他の例
の要部を示す図解図である。
【図15】音叉振動子の逆相モードにおける振動状態を
示す図解図である。
【図16】音叉振動子の同相モードにおける振動状態を
示す図解図である。
【図17】音叉振動子の剛体モードにおける振動状態を
示す図解図である。
【図18】図1および図2に示す電位センサのケースに
衝撃を印加した場合のFFT解析による周波数特性を示
すグラフである。
【図19】図12に示す電位センサのケースに衝撃を印
加した場合のFFT解析による周波数特性を示すグラフ
である。
【符号の説明】
10 電位センサ 12 音叉振動子 14 振動体 16a、16b 圧電素子 17 検知電極 18 支持部 18a 中間部 19 弾性材 20 はんだ 22 ケース 24 底板 26 側板 28 検知用孔 30 取付片 32 取付用孔 34 発振回路 36 インピーダンス変換回路 38 検波回路 40 積分回路 42 増幅回路 44 出力端子 A 被測定物

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 音叉振動子が使用される電位センサにお
    いて、 前記音叉振動子の支持部が弾性材を用いて取付部材に固
    定されることを特徴とする、電位センサ。
  2. 【請求項2】 前記支持部は前記取付部材に接触されか
    つ前記弾性材で固定される、請求項1に記載の電位セン
    サ。
  3. 【請求項3】 前記支持部は前記取付部材に前記弾性材
    を介して固定される、請求項1に記載の電位センサ。
  4. 【請求項4】 前記支持部は全体が前記弾性材で形成さ
    れる、請求項1に記載の電位センサ。
  5. 【請求項5】 前記支持部は中間部分が前記弾性材で形
    成される、請求項1に記載の電位センサ。
JP34783199A 1999-12-07 1999-12-07 電位センサ Pending JP2001165977A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009130456A (ja) * 2007-11-20 2009-06-11 Epson Toyocom Corp 音叉型圧電振動片及び音叉型圧電振動子

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