JP2003219664A - Deterioration detector of piezoelectric actuator - Google Patents

Deterioration detector of piezoelectric actuator

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JP2003219664A
JP2003219664A JP2002008931A JP2002008931A JP2003219664A JP 2003219664 A JP2003219664 A JP 2003219664A JP 2002008931 A JP2002008931 A JP 2002008931A JP 2002008931 A JP2002008931 A JP 2002008931A JP 2003219664 A JP2003219664 A JP 2003219664A
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piezoelectric actuator
circuit
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deterioration
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Takeshi Yamazaki
武志 山▲崎▼
Kiyoharu Tsujimura
清晴 辻村
Masamichi Mizukoshi
眞路 水越
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FUTO SANGYO KK
SYNERGY KK
YAMAZAKI SEISAKUSHO KK
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FUTO SANGYO KK
SYNERGY KK
YAMAZAKI SEISAKUSHO KK
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a deterioration detector in which the degree of elongation/ contraction of a piezoelectric actuator can be grasped without fixing a sensor element externally, and deterioration of the piezoelectric actuator can be detected surely in the early stage. <P>SOLUTION: The deterioration detector comprises a piezoelectric actuator A, a DC controlled power supply S, a high frequency power supply H, a circuit for applying a high frequency voltage to the piezoelectric actuator from the high frequency power supply through a capacitor circuit, a circuit for measuring a signal voltage indicating the variation in the high frequency terminal voltage between a pair of electrodes 20 and 21 generated by variation in the capacitance of the piezoelectric actuator, and a comparison/alarm circuit delivering an alarm based on a measured voltage level wherein deterioration of a piezoelectric actuator under driving is detected by blocking DC currents by means of a capacitor in the high frequency voltage applying circuit so that subsequent high frequency circuit is not affected by the DC control power supply S. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

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、ピエゾセラミッ
ク、ピエゾエレメント等の圧電素子を利用して電気エネ
ルギーを機械的な変位エネルギーに変換する圧電アクチ
ュエータの劣化検出技術に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for detecting deterioration of a piezoelectric actuator which converts electric energy into mechanical displacement energy by utilizing a piezoelectric element such as a piezo ceramic or a piezo element.

【0002】[0002]

【従来の技術】圧電アクチュエータは、小型でありなが
ら得られる推力が大きい、応答速度が速く精密な制御に
向いている等の特性を有しているため、今日、多くの産
業分野で多用されているデバイスであり、プリンタ装置
をはじめ、工作機械の微動ステージ、遺伝子操作装置、
医用マニピュレータやロボット等、その応用分野は拡大
しつつあるが、その信頼性及び寿命に関しては現在さら
なる研究の余地があり、アクチュエータの特性診断を行
って、寿命予測をすることができれば非常に有用であ
る。
2. Description of the Related Art Piezoelectric actuators are widely used in many industrial fields today because they have characteristics such as a small thrust, a large thrust that can be obtained, a fast response speed and suitable for precise control. Devices such as printers, fine movement stages of machine tools, gene manipulation devices,
Although its application fields such as medical manipulators and robots are expanding, there is still room for further research on their reliability and lifespan, and it would be extremely useful if the characteristics of actuators could be diagnosed and lifespan predicted. is there.

【0003】従来より、圧電アクチュエータの作動やそ
の機械的変位を検出測定する手段としては歪みゲージが
用いられている。しかしこのような手段では外部よりそ
の機械的変位を測定するだけであり、微少な機械的変位
を測定することは困難であった。従って、微少な機械的
変位の減少が劣化の兆しとされる圧電アクチュエータの
劣化や寿命等の検出・予測を確実に行うことができなか
った。
Conventionally, strain gauges have been used as means for detecting and measuring the operation of a piezoelectric actuator and its mechanical displacement. However, such a means only measures the mechanical displacement from the outside, and it is difficult to measure a minute mechanical displacement. Therefore, it has not been possible to reliably detect / predict the deterioration and life of the piezoelectric actuator, which is considered to be a sign of deterioration due to a slight decrease in mechanical displacement.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
のアクチュエータの機械的変位、即ち歪みを外付けの計
測器で検出測定する方式に代えて、圧電素子自体の電気
的特性の変化を直接検出監視することによって、圧電ア
クチュエータの劣化乃至寿命予測を可能ならしめる装置
を提供することにある。本発明者らは、圧電素子が元来
キャパシタである点に着目し、圧電素子自身が有するキ
ャパシタンスをセンサ素子とみなして、圧電アクチュエ
ータの劣化検出のために構成された電気回路内に取り込
み、その圧電アクチュエータの伸縮の繰り返しに伴うキ
ャパシタンスの変化を劣化検出回路の出力として読み取
ることで、新たなセンサ素子を圧電アクチュエータに対
して外付けすること無く、確実にアクチュエータの作動
を監視する装置を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to replace the conventional mechanical displacement, that is, strain of an actuator with an external measuring instrument, and to change the electrical characteristics of the piezoelectric element itself. It is an object of the present invention to provide a device that enables deterioration and life prediction of a piezoelectric actuator by directly detecting and monitoring. The present inventors have paid attention to the fact that the piezoelectric element is originally a capacitor, regard the capacitance of the piezoelectric element itself as a sensor element, and take it into an electric circuit configured for detecting the deterioration of the piezoelectric actuator, and (EN) A device that reliably monitors the operation of an actuator without externally attaching a new sensor element to the piezoelectric actuator by reading the change in capacitance due to repeated expansion and contraction of the piezoelectric actuator as the output of a deterioration detection circuit. It is a thing.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電素子に直
流電圧又は電流を印加し、逆圧電効果を利用して機械的
な変位エネルギーを発生させる圧電アクチュエータにお
いて、圧電素子の付勢電極間に高周波電圧を印加する手
段と、前記高周波電圧の印加により検出されるこの圧電
素子のキャパシタンスの変化を連続的に測定する回路
と、このキャパシタンス測定値が所定の基準レベル範囲
を外れたとき警報信号を発生及び出力する手段とを併せ
備えたことを特徴とする圧電アクチュエータの劣化検出
装置を提供するものである。
The present invention relates to a piezoelectric actuator for applying a DC voltage or current to a piezoelectric element to generate mechanical displacement energy by utilizing an inverse piezoelectric effect. Means for applying a high frequency voltage to the circuit, a circuit for continuously measuring the change in capacitance of the piezoelectric element detected by the application of the high frequency voltage, and an alarm signal when the measured capacitance value is out of a predetermined reference level range. The invention provides a deterioration detecting device for a piezoelectric actuator, characterized in that it further comprises means for generating and outputting.

【0006】さらに詳しくは、本発明は、直流制御電源
によって駆動及び制御される、圧電素子からなるアクチ
ュエータのキャパシタンスの変化を知ることによって圧
電アクチュエータの劣化を検出する装置を構成したもの
である。この装置は、電極対を有する圧電素子からな
り、一定の直流電圧を印加することによって機械的変位
を生ずるようにした圧電アクチュエータと、前記圧電ア
クチュエータの電極対間に任意に調節可能な直流電圧を
印加できるように構成された直流制御電源と、高周波電
源と、前記高周波電源からキャパシタ回路を介して前記
圧電アクチュエータの前記電極対間に高周波電圧を印加
する高周波電圧印加回路と、前記圧電アクチュエータの
前記電極対間のキャパシタンスの変化より生じた前記電
極対間の高周波端子電圧の変化を表わす信号電圧を測定
する高周波信号電圧測定回路と、前記高周波信号電圧測
定回路によって測定された前記高周波信号電圧の値が一
定の基準値を超えたときに警報を発する比較・警報手段
とを備え、前記高周波電圧印加回路中の前記キャパシタ
により直流を遮断し、それ以降の高周波回路が前記直流
制御電源から影響を受けないようにしたところに特徴を
有するものである。
More specifically, the present invention constitutes an apparatus for detecting deterioration of a piezoelectric actuator by knowing a change in capacitance of an actuator composed of a piezoelectric element, which is driven and controlled by a DC control power supply. This device is composed of a piezoelectric element having an electrode pair, and a piezoelectric actuator in which a mechanical displacement is generated by applying a constant DC voltage and a DC voltage which can be arbitrarily adjusted between the electrode pair of the piezoelectric actuator. A direct current control power supply configured to be applied, a high frequency power supply, a high frequency voltage application circuit for applying a high frequency voltage between the electrode pair of the piezoelectric actuator from the high frequency power supply via a capacitor circuit, and the piezoelectric actuator A high-frequency signal voltage measuring circuit that measures a signal voltage that represents a change in a high-frequency terminal voltage between the electrode pairs caused by a change in capacitance between the electrode pair, and a value of the high-frequency signal voltage measured by the high-frequency signal voltage measuring circuit. Is provided with a comparison / warning means for issuing an alarm when the voltage exceeds a certain reference value. Blocking the DC by the capacitor in the circuit, and it has the characteristics where the subsequent high-frequency circuit was not affected by the DC control power source.

【0007】この構成によれば、歪みゲージ等のような
外部手段に頼ることなく、圧電アクチュエータの機械的
変位量を測定できる。また、圧電アクチュエータに機械
的変位が生じることに伴って圧電アクチュエータ自身の
有するキャパシタンスも変化するという性質を用い、圧
電アクチュエータのキャパシタンスの変化量を、例え
ば、高周波端子電圧の変化量として測定することによっ
て、僅かな機械的変位量の相違までも検出することが可
能であり、圧電アクチュエータの劣化を早期、かつ確実
に外部へ警告することができる。さらに、測定対象たる
圧電アクチュエータ自身をセンサ素子として取り扱うこ
とができるため、センサのみの故障という事態はあり得
ず、センサの故障は、直ちに圧電アクチュエータ自身の
故障と取り扱えば足りるため、この圧電アクチュエータ
を適用するべき装置全体の信頼性をも高めることができ
る。
According to this structure, the mechanical displacement of the piezoelectric actuator can be measured without relying on an external means such as a strain gauge. In addition, by using the property that the capacitance of the piezoelectric actuator itself changes due to the mechanical displacement of the piezoelectric actuator, the amount of change in the capacitance of the piezoelectric actuator is measured, for example, as the amount of change in the high frequency terminal voltage. Even a slight difference in the mechanical displacement amount can be detected, and the deterioration of the piezoelectric actuator can be warned to the outside promptly and reliably. Furthermore, since the piezoelectric actuator itself to be measured can be handled as a sensor element, there is no possibility of failure of only the sensor, and a sensor failure can be treated immediately as a failure of the piezoelectric actuator itself. The reliability of the entire device to be applied can also be increased.

【0008】上記の劣化検出装置において、前記高周波
信号電圧測定回路は、前記高周波電源を電源分枝とし、
前記高周波電圧印加回路における前記圧電アクチュエー
タとそれに直結されたキャパシタとの直列回路を一辺と
し、他の三辺を前記高周波電圧印加回路中の他のキャパ
シタ及び前記高周波電圧印加回路外のキャパシタから構
成したブリッジ回路からなるような構成とすることが好
ましく、このような構成とすることで、劣化検出装置の
複雑化を回避できる。
In the above deterioration detecting device, the high frequency signal voltage measuring circuit uses the high frequency power source as a power source branch,
A series circuit of the piezoelectric actuator in the high frequency voltage applying circuit and a capacitor directly connected to the high frequency voltage applying circuit is defined as one side, and the other three sides are composed of another capacitor in the high frequency voltage applying circuit and a capacitor outside the high frequency voltage applying circuit. It is preferable to have a configuration including a bridge circuit, and with such a configuration, it is possible to avoid complication of the deterioration detection device.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電アクチュエー
タの劣化検出装置について説明する。本発明では、アク
チュエータの機械的変位測定に歪みゲージを使用せず、
アクチュエータの機械的変位に伴って生じるキャパシタ
ンスの変化量を用いており、このアクチュエータの伸縮
の繰り返しによって生じるキャパシタンスの変化を、高
周波電圧を圧電アクチュエータに印加し、それによって
得られる圧電アクチュエータの電極対間の高周波端子電
圧の電圧値の変化を読みとることで、圧電アクチュエー
タの伸縮の度合いを常時測定し、劣化を検出することが
できる。本発明の検出装置によって検出される対象は圧
電アクチュエータの機械的変位であって、駆動時におけ
るこの圧電アクチュエータの機械的変位量が、あらかじ
め定められた所定の機械的変位量に常に達しているかど
うかをモニタリングし、機械的変位量の不足をはじめと
するアクチュエータの不調を外部に対して警告すること
ができる。一方、圧電アクチュエータの機械的変位に伴
うキャパシタンスの変化量を計測するのに使用される高
周波電圧の供給源については実験用のファンクションジ
ェネレータであっても良いが、市販のOPアンプICを
利用して所望の高周波電圧を励振する発振回路を構成す
ることもできる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A deterioration detecting device for a piezoelectric actuator according to the present invention will be described below. The present invention does not use a strain gauge to measure the mechanical displacement of the actuator,
The amount of capacitance change caused by mechanical displacement of the actuator is used.The capacitance change caused by repeated expansion and contraction of this actuator is applied to the piezoelectric actuator by applying a high frequency voltage, and the resulting change between the electrode pair of the piezoelectric actuator. By reading the change in the voltage value of the high frequency terminal voltage, the degree of expansion and contraction of the piezoelectric actuator can be constantly measured to detect the deterioration. The object detected by the detection device of the present invention is the mechanical displacement of the piezoelectric actuator, and whether the mechanical displacement of the piezoelectric actuator during driving always reaches a predetermined mechanical displacement. Can be monitored to warn the outside of malfunctions of the actuator including insufficient mechanical displacement. On the other hand, the high-frequency voltage supply source used to measure the amount of change in capacitance due to mechanical displacement of the piezoelectric actuator may be a function generator for experiments, but a commercially available OP amplifier IC is used. An oscillating circuit that excites a desired high-frequency voltage can also be configured.

【0010】尚、本発明では、駆動中の圧電アクチュエ
ータの電極対間に高周波電流を通じ、その電極対間に生
じた高周波端子電圧を測定できる高周波端子電圧測定回
路において、圧電アクチュエータの機械的変位に伴うキ
ャパシタンスの変化量は、電圧値として出力されるが、
この際、測定手段である劣化検出回路としては、公知の
ブリッジ回路が使用できる。図1は、本発明の劣化検出
装置の好ましい回路構成例を示すが、本発明において使
用される劣化検出回路の構成はこれに限定されるもので
はない。
According to the present invention, in a high frequency terminal voltage measuring circuit capable of measuring a high frequency terminal voltage generated between electrode pairs of a piezoelectric actuator being driven by passing a high frequency current between the electrode pairs, the mechanical displacement of the piezoelectric actuator The amount of change in capacitance accompanying it is output as a voltage value,
At this time, a well-known bridge circuit can be used as the deterioration detecting circuit as the measuring means. Although FIG. 1 shows a preferred circuit configuration example of the deterioration detection device of the present invention, the structure of the deterioration detection circuit used in the present invention is not limited to this.

【0011】図1に示す圧電アクチュエータAの劣化検
出装置1は、圧電アクチュエータAであるピエゾバルブ
Pと、直流可変電圧源であるピエゾバルブ制御電源S
と、そのピエゾバルブ制御電源Sに駆動信号を与える制
御信号発生部8と、劣化判定警報回路Mとからなり、さ
らに劣化判定警報回路Mは、劣化検出回路2と増幅器3
からなる劣化検出部としての高周波信号電圧測定回路T
と、上記劣化検出部Tからの出力と、予め用意される基
準値とを比較し、その比較結果によって警報を発する比
較・警報回路Wとからなる。劣化検出回路2の構成は上
記に限定されず、例えば比較・警報回路Wにおける比較
結果を制御信号発生部8にフィードバックして、ピエゾ
バルブ制御電源Sを制御するための1つのパラメータと
取り扱っても良い。劣化検出回路2は図1に示す通りで
あって、圧電素子が元来キャパシタであって、電歪効果
による伸縮の度合いに従ってそれ自身が有するキャパシ
タンスが変化するという性質に着目し、このキャパシタ
ンスの変化をブリッジ回路Bの出力として把握できるよ
うに構成している。
A deterioration detecting apparatus 1 for a piezoelectric actuator A shown in FIG. 1 includes a piezoelectric valve P which is a piezoelectric actuator A and a piezoelectric valve control power source S which is a DC variable voltage source.
And a control signal generator 8 for supplying a drive signal to the piezo valve control power source S, and a deterioration determination warning circuit M. The deterioration determination warning circuit M further includes a deterioration detection circuit 2 and an amplifier 3.
Frequency signal voltage measuring circuit T as a deterioration detecting section consisting of
And a comparison / warning circuit W that compares the output from the deterioration detection unit T with a reference value prepared in advance and issues an alarm according to the comparison result. The configuration of the deterioration detection circuit 2 is not limited to the above, and for example, the comparison result in the comparison / warning circuit W may be fed back to the control signal generation unit 8 and treated as one parameter for controlling the piezo valve control power source S. . The deterioration detection circuit 2 is as shown in FIG. 1, the piezoelectric element is originally a capacitor, and its capacitance changes according to the degree of expansion and contraction due to the electrostrictive effect. Is configured as an output of the bridge circuit B.

【0012】ここで、図1に例示した劣化検出回路2
は、ブリッジ回路Bを構成する素子を全てキャパシタと
し、ブリッジ回路Bの辺11乃至14のいずれかの中に
圧電アクチュエータAの電極20、21を直列に挿入
し、このブリッジ回路Bの電源分枝としてx−y間に高
周波電源Hを接続し、これらのブリッジ辺に含まれるキ
ャパシタを通じて電極20、21間に高周波電圧を加え
るものである。このような検出回路において、a点とb
点のそれぞれの対地電位をサンプルし、それらの差電圧
を計測することによって、圧電アクチュエータAに生じ
た変位に伴うキャパシタンスの変化量を電圧変換した値
を読み取ることができ、外部にセンサ素子を外付けする
こと無く圧電アクチュエータAの機械的変位の測定を実
現できる。
Here, the deterioration detection circuit 2 illustrated in FIG.
Is a device in which all the elements constituting the bridge circuit B are capacitors, and the electrodes 20 and 21 of the piezoelectric actuator A are inserted in series into any one of the sides 11 to 14 of the bridge circuit B. As a result, a high frequency power source H is connected between xy and a high frequency voltage is applied between the electrodes 20 and 21 through capacitors included in these bridge sides. In such a detection circuit, points a and b
By sampling the ground potential of each of the points and measuring the voltage difference between them, it is possible to read the voltage-converted value of the amount of change in capacitance due to the displacement generated in the piezoelectric actuator A, and to externally connect the sensor element. It is possible to measure the mechanical displacement of the piezoelectric actuator A without attaching it.

【0013】本発明では、このようにして圧電アクチュ
エータAに高周波電圧を供給することによって劣化検出
回路上の所定の位置に得られる電圧信号をサンプルし、
処理する工程を経て出力された劣化判定のための信号電
圧は、最終的に比較・警報回路Wに誘導され、ここで圧
電アクチュエータAが正常に動作していたならば得られ
るであろう機械的変位のデータに相当する値と比較・照
合される。本発明の劣化検出装置の場合、比較の結果、
駆動中の圧電アクチュエータAの機械的変位があらかじ
め定められた規定値に達していなかったり、また信号電
圧の変化量が過大であると判断される場合には警報信号
を出力する。
In the present invention, the voltage signal obtained at a predetermined position on the deterioration detection circuit by thus supplying the high frequency voltage to the piezoelectric actuator A is sampled,
The signal voltage for deterioration determination output through the processing step is finally guided to the comparison / warning circuit W, where the mechanical voltage that would be obtained if the piezoelectric actuator A was operating normally. It is compared and collated with the value corresponding to the displacement data. In the case of the deterioration detection device of the present invention, the result of the comparison,
When it is determined that the mechanical displacement of the piezoelectric actuator A during driving has not reached a predetermined specified value or the change amount of the signal voltage is excessive, an alarm signal is output.

【0014】本発明の劣化検出装置1の劣化検出回路2
の概略は上記の通りであるが、この劣化検出回路2の詳
細な構成を説明すると以下の通りとなる。はじめに、劣
化検出回路2は、ブリッジ回路Bの各辺11乃至14の
構成要素としてキャパシタC1乃至C4を含むブリッジ
回路Bと、ブリッジ回路Bのx−y間に接続された高周
波電源Hと、ブリッジ回路Bのa点及びb点からの高周
波電圧信号の抽出、及びその後の信号処理の簡単のため
に接続される整流ダイオードD1乃至D4と、劣化検出
対象であり、ブリッジ回路Bのx点とキャパシタC1の
間に直列に挿入されるピエゾバルブPとからなってお
り、ブリッジ回路Bのx点は接地電位GNDに接続され
る。キャパシタC1乃至C4は全て同一素子として良
く、本実施形態の場合においても、全て同一容量Cを有
する同一素子を用いている。ピエゾバルブPの電極2
0、21は、図1に示す通り、例えば100KΩ乃至1
0MΩオーダの電流制限用抵抗Rを介して直流可変電圧
源であるピエゾバルブ制御電源Sに接続され、このピエ
ゾバルブ制御電源SからピエゾバルブPの電極20、2
1間に例えば0乃至150Vの直流電圧が印加されてい
る。一方、劣化検出の目的でピエゾバルブPに印加され
る高周波電圧は、周波数が例えば10KHz乃至100
kHzの正弦波形であって、ピーク対ピークの電圧値が
約5〜10Vのものである。尚、高周波電源Hと、直流
電源であるピエゾバルブ制御電源Sとは、抵抗Rとキャ
パシタC1を介して接続されていることより、ピエゾバ
ルブ制御電源Sの直流はキャパシタC1に遮られて高周
波電源Hを含む高周波回路には侵入せず、他方、高周波
電源Hは抵抗Rによりピエゾバルブ制御電源Sに向かう
高周波電流を抑制されて実質的な影響をピエゾバルブ制
御電源Sに与えない。このように、高周波電源Hとピエ
ゾバルブ制御電源Sとは互いに影響を及ぼし合わないた
め、高周波電源Hとピエゾバルブ制御電源Sとを同時に
接続したままで、すなわちピエゾバルブPを駆動状態に
維持したままで、しかもピエゾバルブ制御電源Sに影響
されることなく、高周波電源HによってピエゾバルブP
の電極20、21間に供給された高周波電圧を計測する
ことができる。さらに、ブリッジ回路Bのa点及びb点
より抽出された高周波電圧信号は、増幅器3へと入力さ
れ、引き続いて劣化判定のための信号処理が行われる。
図1に例示した回路においては、増幅器3は差動増幅器
であり、ブリッジ回路Bのa点及びb点よりサンプリン
グされた電圧信号は、それぞれ、差動増幅器3の非反転
入力端子(+)及び反転入力端子(−)に接続される。
The deterioration detecting circuit 2 of the deterioration detecting device 1 of the present invention.
Is as described above, and the detailed configuration of the deterioration detection circuit 2 will be described below. First, the deterioration detection circuit 2 includes a bridge circuit B including capacitors C1 to C4 as constituent elements of each side 11 to 14 of the bridge circuit B, a high frequency power supply H connected between xy of the bridge circuit B, and a bridge. Rectifier diodes D1 to D4 connected for extraction of high-frequency voltage signals from the points a and b of the circuit B and subsequent signal processing, and a deterioration detection target, a point x of the bridge circuit B and a capacitor. It consists of a piezo valve P inserted in series between C1 and the point x of the bridge circuit B is connected to the ground potential GND. The capacitors C1 to C4 may all be the same element, and even in the case of this embodiment, the same element having the same capacitance C is used. Electrode 2 of piezo valve P
0 and 21 are, for example, 100 KΩ to 1 as shown in FIG.
It is connected to a piezo valve control power source S, which is a DC variable voltage source, via a current limiting resistor R of the order of 0 MΩ, and from this piezo valve control power source S to the electrodes 20, 2 of the piezo valve P.
A DC voltage of, for example, 0 to 150 V is applied between 1 and. On the other hand, the high frequency voltage applied to the piezo valve P for the purpose of deterioration detection has a frequency of, for example, 10 KHz to 100 KHz.
It has a sine waveform of kHz and a peak-to-peak voltage value of about 5-10V. Since the high frequency power source H and the piezo valve control power source S which is a direct current power source are connected via the resistor R and the capacitor C1, the direct current of the piezo valve control power source S is blocked by the capacitor C1 and the high frequency power source H is supplied. The high-frequency power supply H does not enter the high-frequency circuit including the same, and the high-frequency power supply H suppresses the high-frequency current flowing to the piezo-valve control power supply S by the resistor R and does not substantially affect the piezo-valve control power supply S. In this way, since the high frequency power supply H and the piezo valve control power supply S do not affect each other, the high frequency power supply H and the piezo valve control power supply S remain connected at the same time, that is, the piezo valve P is maintained in the driven state. Moreover, the piezo valve P is controlled by the high frequency power source H without being affected by the piezo valve control power source S.
It is possible to measure the high frequency voltage supplied between the electrodes 20 and 21 of the. Further, the high frequency voltage signals extracted from the points a and b of the bridge circuit B are input to the amplifier 3, and subsequently signal processing for deterioration determination is performed.
In the circuit illustrated in FIG. 1, the amplifier 3 is a differential amplifier, and the voltage signals sampled from the points a and b of the bridge circuit B are the non-inverting input terminal (+) and the differential amplifier 3 respectively. It is connected to the inverting input terminal (-).

【0015】次に、上記構成を有する劣化検出回路2の
作用となる回路動作について説明する。本回路の説明の
簡単のため、まず、図1に示される劣化検出回路2の部
分のみを図2に示すように高周波電源Hをブリッジ回路
Bの外に出した形に描き変える。さらに、図3a乃至d
に示すように、回路動作をブリッジ回路Bのx点の上半
面に存在するキャパシタC1及びピエゾバルブPを通過
する経路と、下半面に存在するキャパシタC2を通過す
る経路とに分け、さらにその各々につき高周波電源Hよ
り印加される電圧の極性が図3に示す各図の右側が正極
となる場合と、反対に左側が正極となる場合に分け、合
わせて4つの等価回路を用いて説明する。各図において
高周波電源H、キャパシタC1乃至C4及びピエゾバル
ブPにそれぞれ記された+及び−の符号は電圧の極性を
示している。ここで、 a)図3aは、高周波電源Hの極性が図の右側で正とな
る半周期間において、高周波電流がキャパシタC1及び
ピエゾバルブPを通過する経路を示すものであり、 b)図3bは、高周波電源Hの極性が図の左側で正とな
る半周期間において、高周波電流がキャパシタC1及び
ピエゾバルブPを通過する経路を示すものであり、 c)図3cは、高周波電源Hの極性が図の右側で正とな
る半周期間において、高周波電流がキャパシタC2を通
過する経路を示すものであり、並びに d)図3dは、高周波電源Hの極性が図の左側で正とな
る半周期間において、高周波電流がキャパシタC2を通
過する経路を示すものである。
Next, the circuit operation which serves as the function of the deterioration detecting circuit 2 having the above-mentioned structure will be described. In order to simplify the description of this circuit, first, only the portion of the deterioration detection circuit 2 shown in FIG. 1 is redrawn to the form in which the high frequency power supply H is placed outside the bridge circuit B as shown in FIG. Furthermore, FIGS.
As shown in FIG. 3, the circuit operation is divided into a path passing through the capacitor C1 and the piezo valve P existing on the upper half surface of the x point of the bridge circuit B and a path passing through the capacitor C2 existing on the lower half surface, and further, for each of them. The polarity of the voltage applied from the high-frequency power source H is divided into two cases, that is, the case where the right side of each drawing shown in FIG. 3 has a positive polarity and the case where the left side has a positive polarity on the contrary, a total of four equivalent circuits will be described. In each figure, the + and − signs respectively marked on the high frequency power supply H, the capacitors C1 to C4 and the piezo valve P indicate the polarity of the voltage. Here, a) FIG. 3a shows a path through which the high-frequency current passes through the capacitor C1 and the piezo valve P during a half cycle in which the polarity of the high-frequency power supply H is positive on the right side of the figure, and b) FIG. The high frequency current passes through the capacitor C1 and the piezo valve P during a half cycle in which the polarity of the high frequency power source H is positive on the left side of the figure. C) FIG. 3c shows the polarity of the high frequency power source H on the right side of the figure. Shows the path through which the high-frequency current passes through the capacitor C2 during the positive half-cycle, and d) FIG. 3d shows that the high-frequency current changes during the half-cycle in which the polarity of the high-frequency power supply H is positive on the left side of the figure. It shows a path passing through the capacitor C2.

【0016】いま、キャパシタC1に直列にピエゾバル
ブPを接続したとき、ピエゾバルブPは上述の通りキャ
パシタンス成分を有しているため、キャパシタの直列接
続状態が形成されているのと等しくなる。これらの合成
容量は、キャパシタC1の有する容量Cよりも減少する
ので、その減少分を便宜上「−ΔC」、またキャパシタ
C1に直列にピエゾバルブPを接続したときの合成容量
を「C−ΔC」と称するものとする。キャパシタC1乃
至C4の静電容量Cは、例えば数百nF〜数μF程度、
またピエゾバルブPが取り得るキャパシタンスの範囲も
同程度であって、ピエゾバルブPに応じて適宜Cの値は
設計・調節されるものである。ところで、キャパシタC
1に直列にキャパシタンス成分を接続した場合、これら
の合成容量は元の容量C以下であって、当該直列接続さ
れたキャパシタンス成分が大きければ大きい程元の容量
Cに近付く。他方、ピエゾバルブPのキャパシタンス
は、ピエゾバルブPに生じさせようとする機械的変位が
大きければ大きい程、圧電素子の電極板間隔を拡げなけ
ればならないため小さくなり、反対にピエゾバルブPに
生じさせようとする機械的変位が小さい程大きくなる。
したがって、キャパシタC1に直列にピエゾバルブPの
キャパシタンスが接続されたときの合成容量と、キャパ
シタC1自身の容量Cとを比較したときの静電容量の差
の絶対値となるΔCの値は、ピエゾバルブPに生じる機
械的変位の大きさ(便宜上、「ΔX」と称するものとす
る。)に反比例するものとなる。
Now, when the piezo valve P is connected to the capacitor C1 in series, the piezo valve P has the capacitance component as described above, which is equivalent to the formation of the series connection of the capacitors. Since these combined capacitances are smaller than the capacitance C of the capacitor C1, the reduced amount is referred to as “−ΔC” for convenience, and the combined capacitance when the piezo valve P is connected to the capacitor C1 in series is referred to as “C−ΔC”. Shall be called. The capacitance C of the capacitors C1 to C4 is, for example, about several hundreds nF to several μF,
Also, the range of capacitance that the piezo valve P can take is about the same, and the value of C is designed and adjusted appropriately according to the piezo valve P. By the way, the capacitor C
When a capacitance component is connected in series to 1, the combined capacitance of these is less than or equal to the original capacitance C, and the larger the capacitance component connected in series, the closer to the original capacitance C. On the other hand, the capacitance of the piezo valve P becomes smaller as the mechanical displacement to be caused in the piezo valve P becomes larger, because the electrode plate interval of the piezoelectric element has to be expanded, and the capacitance of the piezo valve P tends to be made conversely. The smaller the mechanical displacement, the larger it becomes.
Therefore, the value of ΔC, which is the absolute value of the difference between the combined capacitance when the capacitance of the piezo valve P is connected in series with the capacitor C1 and the capacitance C of the capacitor C1 itself, is It is inversely proportional to the magnitude of the mechanical displacement (referred to as “ΔX” for convenience).

【0017】図3に示す各等価回路毎に本発明の劣化検
出回路2の状態を説明すると、 a)図3aの等価回路の場合、ブリッジ回路Bのa点に
おける対地電位はVa=VC1−ΔCとなり、キャパシ
タC1及びピエゾバルブPに掛かる電圧となる。 b)図3bの等価回路の場合、ブリッジ回路Bのb点に
おける対地電位はVb=−VC1−ΔCとなり、負の電
圧が発生する。 c)図3cの等価回路の場合、ブリッジ回路Bのb点に
おける対地電位はVb=VC2となり、キャパシタC2
に掛かる電圧となる。 d)図3dの等価回路の場合、ブリッジ回路Bのa点に
おける対地電位はVa=−VC2となり、負の電圧が発
生する。ところで、図3aと図3cに示す等価回路に関
しては、便宜上、ブリッジ回路Bのx点の上半面にある
キャパシタC1及びピエゾバルブPを通過する経路と、
ブリッジ回路Bのx点の下半面にあるキャパシタC2を
通過する経路に分けて示しただけであって、実際の劣化
検出回路上では同時に発生する事象である。図3bと図
3dに示す等価回路に関しても同様である。いま、増幅
器3の増幅比を簡単のため1とした場合、増幅器3の出
力電圧VoutはVa−Vbで表すことができ、したが
って、電気回路の重ねの理を用いることにより、高周波
電源Hより供給される電圧の極性が図3に示す各図の右
側が正極となる場合と、反対に左側が正極となる場合の
それぞれのVoutは、次のように表され、双方の場合
においてVoutは同一の値となる。
The state of the deterioration detection circuit 2 of the present invention will be described for each equivalent circuit shown in FIG. 3. a) In the case of the equivalent circuit of FIG. 3a, the ground potential at the point a of the bridge circuit B is Va = V C1- ΔC , which is the voltage applied to the capacitor C1 and the piezo valve P. b) In the case of the equivalent circuit of FIG. 3b, the ground potential at the point b of the bridge circuit B becomes Vb = -VC1 -AC , and a negative voltage is generated. c) In the case of the equivalent circuit of FIG. 3c, the ground potential at the point b of the bridge circuit B becomes Vb = V C2 , and the capacitor C2
Voltage. For the equivalent circuit of d) FIG. 3d, ground potential at a point of the bridge circuit B is Va = -V C2, and the negative voltage is generated. By the way, regarding the equivalent circuits shown in FIGS. 3a and 3c, for convenience sake, a path passing through the capacitor C1 and the piezo valve P on the upper half surface of the point x of the bridge circuit B,
It is only shown by dividing the path through the capacitor C2 on the lower half of the point x of the bridge circuit B, and it is an event that occurs simultaneously on the actual deterioration detection circuit. The same applies to the equivalent circuits shown in FIGS. 3b and 3d. Now, if the amplification ratio of the amplifier 3 is set to 1 for simplicity, the output voltage Vout of the amplifier 3 can be represented by Va-Vb. Therefore, the output voltage Vout is supplied from the high frequency power supply H by using the superposition principle of electric circuits. When the polarity of the generated voltage is positive on the right side of each figure shown in FIG. 3 and conversely on the left side is positive, Vout is expressed as follows, and Vout is the same in both cases. It becomes a value.

【0018】数1 Vout=Va−Vb=VC1−ΔC−VC2=(ΔC
/(2・(2C−ΔC)))・Vin
Formula 1 Vout = Va-Vb = V C1-ΔC- V C2 = (ΔC
/ (2 ・ (2C-ΔC))) ・ Vin

【0019】ここで、高周波電源Hより供給される電圧
をVinと置くと、本実施形態においてはキャパシタC
1乃至C4を同一容量Cを有する同一素子としているた
め、VC1−ΔC及びVC2のそれぞれの値は次の通り
である。
Here, if the voltage supplied from the high frequency power source H is Vin, the capacitor C is used in this embodiment.
Since 1 to C4 are the same element having the same capacitance C, the respective values of V C1-ΔC and V C2 are as follows.

【0020】数2 VC1−ΔC=(C/(2C−ΔC))・VinEquation 2 V C1-ΔC = (C / (2C-ΔC)) · Vin

【0021】数3 VC2=Vin/2Formula 3 V C2 = Vin / 2

【0022】尚、高周波電源Hが発生する高周波電圧が
正弦波形であれば、増幅器3の出力電圧Voutの波形
は、いわゆる全波整流波形として観測されるものとな
る。
If the high-frequency voltage generated by the high-frequency power supply H is a sine waveform, the waveform of the output voltage Vout of the amplifier 3 will be observed as a so-called full-wave rectified waveform.

【0023】ここで、ΔCの値がピエゾバルブPに生じ
る機械的変位の大きさΔXに反比例するという関係を用
いれば、Voutは、次のように変形される。
Here, using the relationship that the value of ΔC is inversely proportional to the magnitude ΔX of mechanical displacement occurring in the piezo valve P, Vout is transformed as follows.

【0024】数4 Vout∝1/2・(C・ΔX−1)Equation 4 Vout ∝1 / 2 ・ (C ・ ΔX-1)

【0025】したがって、増幅器3の出力は、ピエゾバ
ルブPに生じる機械的変位の大きさΔXに依存する関係
を有していることとなり、この値をモニタリングするこ
とにより、本発明が解決しようとする課題である圧電ア
クチュエータの劣化検出を実現できる。
Therefore, the output of the amplifier 3 has a relation depending on the magnitude ΔX of the mechanical displacement generated in the piezo valve P, and by monitoring this value, the problem to be solved by the present invention. It is possible to detect deterioration of the piezoelectric actuator.

【0026】こうして得られたVoutの信号は、圧電
アクチュエータ駆動時においては増幅器3より常時、出
力されている。増幅器3より出力された信号Vout
は、その後、後述する実施例に関連して静電容量−流量
変換部Eへと導かれ、圧電アクチュエータが正常に動作
している際にとり得る流量の範囲に対応した値である流
量データ7と、電圧値Voutから流量信号の形に変換
された値が、比較・警報回路Wにおいて比較される。比
較処理の結果、異常時、即ち予定範囲外であると判定さ
れた際には外部に警報が発信される。尚、信号Vout
を直接、比較・警報回路Wへ導き、当該圧電アクチュエ
ータAのキャパシタンスの範囲に対応する電圧値として
設定した値と、得られたVoutの値が比較・警報回路
W内において比較処理し、異常時、即ち予定範囲外の電
圧を検出した際に警報を発するように構成しても同様に
構わない。
The signal of Vout thus obtained is always output from the amplifier 3 when the piezoelectric actuator is driven. Signal Vout output from amplifier 3
Is then guided to the capacitance-flow rate conversion unit E in connection with an embodiment to be described later, and the flow rate data 7 is a value corresponding to the range of flow rates that can be taken when the piezoelectric actuator is operating normally. The value converted from the voltage value Vout into the form of the flow rate signal is compared in the comparison / warning circuit W. As a result of the comparison processing, an alarm is transmitted to the outside when an abnormality occurs, that is, when it is determined that it is outside the planned range. The signal Vout
Directly to the comparison / alarm circuit W, the value set as the voltage value corresponding to the capacitance range of the piezoelectric actuator A and the obtained Vout value are compared in the comparison / alarm circuit W, and when an abnormality occurs, That is, the configuration may be such that an alarm is issued when a voltage outside the expected range is detected.

【0027】このような図1の構成を有した劣化検出装
置は、駆動中の圧電アクチュエータに生じる機械的変位
の変化に伴って得られるキャパシタンスの変化を、圧電
アクチュエータに高周波電圧を印加し、それによって得
られる圧電アクチュエータの電極対間の高周波端子電圧
の電圧値の変化を計測することによって把握でき、した
がって、圧電アクチュエータの機械的変位の状況から主
に推定される圧電アクチュエータの劣化を、圧電アクチ
ュエータ自身をセンサ素子とみなして直接瞬時に計測
し、判定することができる。特に、このような構成を有
した装置は、外付けされるべきセンサ素子に頼らない圧
電アクチュエータの劣化検出に好適である。以下、本発
明による圧電アクチュエータの劣化検出装置の具体例と
して、ガス流量自動制御装置の流量制御用流路開閉バル
ブの劣化検出手段として適用した場合について説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。
The deterioration detecting apparatus having the structure shown in FIG. 1 applies a high-frequency voltage to the piezoelectric actuator by applying a high-frequency voltage to the piezoelectric actuator for the change in capacitance obtained with the change in mechanical displacement occurring in the driving piezoelectric actuator. The deterioration of the piezoelectric actuator, which can be grasped by measuring the change in the voltage value of the high-frequency terminal voltage between the electrode pair of the piezoelectric actuator obtained by the above method, is mainly estimated from the mechanical displacement of the piezoelectric actuator. The device itself can be regarded as a sensor element and directly measured instantly to make a determination. In particular, the device having such a configuration is suitable for detecting deterioration of a piezoelectric actuator that does not rely on a sensor element to be externally attached. Hereinafter, as a specific example of the deterioration detecting device for a piezoelectric actuator according to the present invention, a case where the device is applied as deterioration detecting means for a flow rate control passage opening / closing valve of a gas flow rate automatic control device will be described, but the present invention is not limited thereto. Not a thing.

【0028】[0028]

【実施例】図4は、本発明の一実施例であるガス流量自
動制御装置50の概略を示したものである。このガス流
量自動制御装置50は、バイパス30及びセンサ用流路
31を含むガス流路32を内蔵する本体33、ガス流量
センサ34、ガス流量センサ制御回路6、演算回路5及
び比較制御回路4を含む制御信号発生部8、ピエゾバル
ブ制御電源S、ピエゾバルブP、並びに劣化判定警報回
路Mからなっており、ガス流量が比較制御回路4に入力
される流量指令信号35に基づいて自動制御されるもの
である。ガスは、ガス供給源よりガス入口36へと入
り、本体33内を、ガス流路32、バイパス30又はセ
ンサ用流路31、及びピエゾバルブPの各部を順に通過
して、ガス出口37より放出される。ガス流量センサ3
4は、ガスが主として流れるバイパス30に並列して設
けられたセンサ用流路31に取り付けられており、ヒー
タ兼測温抵抗体からなるものである。バイパス30とセ
ンサ用流路31との流量比は例えば10:1であって、
バイパス30を並列接続して複列に設けることで本装置
の定格ガス流量を増量し得るものである。本実施例で
は、圧電アクチュエータAをガスの流通を制御する開閉
用ピエゾバルブPとして用い、その劣化判断を行う目的
で本発明の劣化検出装置1を圧電アクチュエータAに組
み込んで使用した。この際、ピエゾバルブPは、弁に掛
かる負荷が流路遮断時に最大となるノーマルオープンタ
イプであり、ピエゾバルブPの機械的変位が最大位置に
達したときに弁38が全閉状態となってガス流路32が
完全に遮断されるものである。圧電アクチュエータに
は、積層圧電アクチュエータ型の外、バイモルフ型も勿
論使用し得る。ここで、流路開閉用ピエゾバルブPは、
鉛直方向に作動する圧電アクチュエータAからなる変位
供給部39とその下方に設けられる弁38とが、弾性及
び可撓性を有するダイアフラム41を介して接合される
構造を有しており、ピエゾバルブPに機械的変位が生じ
ることに伴ってダイアフラム41が応動し、それによっ
て弁38が開閉する構造になっている。従って、この弁
38の開閉を制御することによってガス流量の自動制御
が実現される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 4 shows an outline of a gas flow rate automatic controller 50 which is an embodiment of the present invention. The automatic gas flow rate control device 50 includes a main body 33 having a gas flow path 32 including a bypass 30 and a sensor flow path 31, a gas flow rate sensor 34, a gas flow rate sensor control circuit 6, an arithmetic circuit 5, and a comparison control circuit 4. The control signal generator 8 includes a piezo valve control power source S, a piezo valve P, and a deterioration determination warning circuit M, and the gas flow rate is automatically controlled based on a flow rate command signal 35 input to the comparison control circuit 4. is there. The gas enters the gas inlet 36 from the gas supply source, passes through the gas passage 32, the bypass 30 or the sensor passage 31, and the piezo valve P in this order in the main body 33, and is discharged from the gas outlet 37. It Gas flow sensor 3
Reference numeral 4 is attached to a sensor passage 31 provided in parallel with a bypass 30 through which gas mainly flows, and is composed of a heater and a resistance temperature detector. The flow rate ratio between the bypass 30 and the sensor channel 31 is, for example, 10: 1,
By connecting the bypasses 30 in parallel and providing them in multiple rows, the rated gas flow rate of the present device can be increased. In this embodiment, the piezoelectric actuator A is used as an opening / closing piezo valve P that controls the flow of gas, and the deterioration detecting device 1 of the present invention is incorporated in the piezoelectric actuator A for the purpose of determining the deterioration. At this time, the piezo valve P is a normally open type in which the load applied to the valve is maximum when the flow path is blocked, and when the mechanical displacement of the piezo valve P reaches the maximum position, the valve 38 is fully closed and the gas flow is reduced. The path 32 is completely blocked. For the piezoelectric actuator, not only the laminated piezoelectric actuator type but also the bimorph type can be used. Here, the flow path opening / closing piezo valve P is
The piezo valve P has a structure in which a displacement supply unit 39 including a piezoelectric actuator A that operates in the vertical direction and a valve 38 provided below the displacement supply unit 39 are joined via a diaphragm 41 having elasticity and flexibility. The diaphragm 41 responds to the mechanical displacement, which causes the valve 38 to open and close. Therefore, automatic control of the gas flow rate is realized by controlling the opening / closing of the valve 38.

【0029】このような図4の構成を有したガス流量自
動制御装置50において、上記の図1の構成を有した本
発明の劣化検出装置1がピエゾバルブPに直接接続され
ることによって組み込まれており、したがって、本発明
の劣化検出装置によって得られる判定処理の結果を常時
モニタリングさせることで、圧電アクチュエータの伸縮
状況を常に把握することができ、また、劣化検出時には
瞬時に警報がなされるため、早期、かつ、確実に、圧電
アクチュエータの劣化状況を把握することが可能とな
る。
In the automatic gas flow rate control device 50 having the structure shown in FIG. 4, the deterioration detecting device 1 of the present invention having the structure shown in FIG. 1 is incorporated by being directly connected to the piezo valve P. Therefore, by constantly monitoring the result of the determination process obtained by the deterioration detection device of the present invention, it is possible to always grasp the expansion and contraction status of the piezoelectric actuator, and because an alarm is issued instantly when the deterioration is detected, It is possible to grasp the deterioration status of the piezoelectric actuator at an early stage and reliably.

【0030】以上、本発明による圧電アクチュエータの
劣化検出装置を、ガス流量自動制御装置の故障警報装置
の一部として組み込んだ場合について説明したが、この
ような劣化検出装置は、圧電アクチュエータであればど
のようなものについても適用可能であり、圧電アクチュ
エータの劣化や、寿命の検出に大きな効果を発揮するも
のである。
The case where the deterioration detecting device for a piezoelectric actuator according to the present invention is incorporated as a part of a failure alarm device for a gas flow rate automatic control device has been described above. It can be applied to any type of device, and exerts a great effect on the deterioration of the piezoelectric actuator and the detection of its life.

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

【図1】 劣化検出回路の一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a deterioration detection circuit.

【図2】 図1の劣化検出回路を描き換えた図である。FIG. 2 is a diagram in which the deterioration detection circuit of FIG. 1 is redrawn.

【図3】 図1の劣化検出回路の等価回路を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the deterioration detection circuit of FIG.

【図4】 本発明の1実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 劣化検出装置 2 劣化検出回路 3 増幅器 4 比較制御回路 5 演算回路 6 流量センサ制御回路 7 流量データ 8 制御信号発生部 11 ブリッジ回路の1辺 12 ブリッジ回路の1辺 13 ブリッジ回路の1辺 14 ブリッジ回路の1辺 20 電極 21 電極 30 バイパス 31 センサ用流路 32 ガス流路 33 本体 34 ガス流量センサ 35 流量指令信号 36 ガス入口 37 ガス出口 38 弁 39 変位供給部 41 ダイアフラム 50 ガス流量自動制御装置 A 圧電アクチュエータ B ブリッジ回路 C1 キャパシタ C2 キャパシタ C3 キャパシタ C4 キャパシタ D1 整流ダイオード D2 整流ダイオード D3 整流ダイオード D4 整流ダイオード E 静電容量−流量変換部 GND 接地電位 H 高周波電源 M 劣化判定警報回路 P ピエゾバルブ R 電流制限用抵抗 S ピエゾバルブ制御電源 T 劣化検出部 Vout 増幅器の出力電圧 Vin 高周波電源の供給電圧 W 比較・警報回路 1 Deterioration detection device 2 Deterioration detection circuit 3 amplifier 4 Comparison control circuit 5 arithmetic circuit 6 Flow sensor control circuit 7 Flow rate data 8 Control signal generator 11 One side of bridge circuit 12 One side of bridge circuit 13 One side of bridge circuit 14 One side of bridge circuit 20 electrodes 21 electrodes 30 bypass 31 Sensor flow path 32 gas flow paths 33 body 34 Gas flow rate sensor 35 Flow rate command signal 36 gas inlet 37 Gas outlet 38 valves 39 Displacement supply unit 41 diaphragm 50 Gas flow rate automatic control device A piezoelectric actuator B bridge circuit C1 capacitor C2 capacitor C3 capacitor C4 capacitor D1 rectifier diode D2 rectifier diode D3 rectifier diode D4 rectifier diode E Capacitance-flow rate converter GND ground potential H high frequency power supply M deterioration judgment alarm circuit P Piezo valve R Current limiting resistor S Piezo valve control power supply T deterioration detector Vout Amplifier output voltage Vin High frequency power supply voltage W comparison / alarm circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山▲崎▼ 武志 京都府京都市右京区梅ケ畑御所ノ口町16番 地 株式会社山▲崎▼製作所内 (72)発明者 辻村 清晴 滋賀県野洲郡中主町大字比留田982番地 株式会社シナジー内 (72)発明者 水越 眞路 東京都板橋区南常盤台1丁目39番2号 富 東産業株式会社内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yama-saki Takeshi             16 Umehata Goshonoguchi-cho, Ukyo-ku, Kyoto-shi, Kyoto Prefecture             Local Yamazaki Co., Ltd. (72) Inventor Kiyoharu Tsujimura             982 Hiruda, Nakasu Town, Yasu-gun, Shiga Prefecture             Synergy Inc. (72) Inventor Makoto Mizukoshi             1-39, Minami Tokiwadai, Itabashi-ku, Tokyo Wealth             Toh Sangyo Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電素子に直流電圧又は電流を印加し、
逆圧電効果を利用して機械的な変位エネルギーを発生さ
せる圧電アクチュエータにおいて、 圧電素子の付勢電極間に高周波電圧を印加する手段と、
前記高周波電圧の印加により検出されるこの圧電素子の
キャパシタンスの変化を連続的に測定する回路と、この
キャパシタンス測定値が所定の基準レベル範囲を外れた
とき警報信号を発生及び出力する手段とを併せ備えたこ
とを特徴とする圧電アクチュエータの劣化検出装置。
1. A DC voltage or current is applied to a piezoelectric element,
In a piezoelectric actuator that generates mechanical displacement energy using the inverse piezoelectric effect, means for applying a high-frequency voltage between the biasing electrodes of the piezoelectric element,
A circuit for continuously measuring a change in capacitance of the piezoelectric element detected by applying the high-frequency voltage, and means for generating and outputting an alarm signal when the measured capacitance value is out of a predetermined reference level range. A deterioration detecting device for a piezoelectric actuator, comprising:
【請求項2】 キャパシタンス変化検出回路を、その一
辺に圧電アクチュエータ素子を組み込んだ容量型ブリッ
ジ回路で構成したことを特徴とする請求項1に記載の圧
電アクチュエータの劣化検出装置。
2. The deterioration detecting device for a piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the capacitance change detecting circuit is constituted by a capacitive bridge circuit in which a piezoelectric actuator element is incorporated in one side thereof.
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