JP2007132808A - Sensor configuration - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度センサや他のセンサを複数使用する場合に、センサの取り付けスペースを小さくでき、かつ、センサの入出力ケーブルの取り回しが簡略化できるセンサ構造に関するものであり、さらに詳細には、加速度センサ等の一つ一つのセンサを同じ形状、大きさの外形を有するユニットとして構成し、このユニットを組み合わせて複数の機能を有するセンサ群とし、さらに前記組み合わせたセンサ群を一つのターミナル式コネクタに結合することにより、入出力ケーブルの取り回しが簡略化できるセンサ構造に関するものである。 The present invention relates to a sensor structure that can reduce the sensor mounting space and simplify the handling of the input and output cables of the sensor when using a plurality of acceleration sensors and other sensors. Each sensor such as an acceleration sensor is configured as a unit having the same shape and size, and this unit is combined into a sensor group having a plurality of functions, and the combined sensor group is a terminal connector. It is related with the sensor structure which can simplify handling of an input-output cable by couple | bonding to.
従来測定対象物に複数の測定対象がある場合、各々の対象に合ったセンサを使用する必要があった。 Conventionally, when a measurement object has a plurality of measurement objects, it is necessary to use a sensor suitable for each object.
例えば振動計測を例にとって説明する。
被測定物の振動周波数範囲が0.1〜10kHz、振動レベルが0.01gal〜100G程度の変動を計測する場合、半導体加速度センサの一般的な性能は計測可能振動周波数範囲がDC〜300Hz、計測可能振動レベル1gal〜2G程度である。また圧電型加速度センサの一般的な計測可能範囲は電荷感度を適切に選択する必要があるが計測可能周波数範囲は1〜10kHz、計測可能振動レベルは0.01gal〜1000G程度である。
For example, vibration measurement will be described as an example.
When measuring fluctuations in the vibration frequency range of the measured object of 0.1 to 10 kHz and vibration level of about 0.01 gal to 100 G, the general performance of the semiconductor acceleration sensor is that the measurable vibration frequency range is DC to 300 Hz. The possible vibration level is about 1 gal to 2G. The general measurable range of the piezoelectric acceleration sensor needs to select the charge sensitivity appropriately, but the measurable frequency range is 1 to 10 kHz, and the measurable vibration level is about 0.01 gal to 1000 G.
そのため上記の例のように被測定物の振動周波数範囲が0.1〜10kHz、振動レベルが1gal〜100G程度の変動を計測する場合、計測可能振動周波数範囲がDC〜300Hzである一般的な半導体加速度センサと、電荷感度が2pC/G程度の圧電型加速度センサと、同電荷感度が400pC/G程度の高感度圧電型加速度センサの合計3個のセンサを組み合わせて使用する必要があった。 Therefore, as in the above example, when measuring fluctuations in the vibration frequency range of the measured object of 0.1 to 10 kHz and vibration level of about 1 gal to 100 G, a general semiconductor whose measurable vibration frequency range is DC to 300 Hz. It was necessary to use a combination of three sensors: an acceleration sensor, a piezoelectric acceleration sensor with a charge sensitivity of about 2 pC / G, and a high-sensitivity piezoelectric acceleration sensor with the same charge sensitivity of about 400 pC / G.
そのため図10の様な積み木を積んだような縦長の構成となり、またセンサケーブルもそれぞれのセンサ毎に準備する必要があるためケーブルの取り回しが複雑になる。また各々のセンサを積み重ねるために、それぞれのセンサを接着剤等で接着する必要があり、試験前後のセンサの取り付け、取外しに手間がかかる等の問題がある。また図10のように各々のセンサは、大きさや重量が違うため積み重ねることによりセンサ自体の重心やバランスが悪くなり、振動計測に悪影響を及ぼす事がある。さらに、図11の様に各々のセンサを横に並べる方法もあるが、この場合、被測定物の振動検知個所が各々違ってしまい、ピンポイントでのデータを検知できない場合がある。 Therefore, it becomes a vertically long structure as if building blocks as shown in FIG. 10 are stacked, and it is necessary to prepare a sensor cable for each sensor, so that the handling of the cable becomes complicated. Further, in order to stack each sensor, it is necessary to bond each sensor with an adhesive or the like, and there is a problem that it takes time to attach and remove the sensor before and after the test. Also, as shown in FIG. 10, the sensors are different in size and weight, and stacking them may deteriorate the center of gravity and balance of the sensors themselves, which may adversely affect vibration measurement. Furthermore, there is a method of arranging the sensors side by side as shown in FIG. 11, but in this case, the vibration detection location of the object to be measured is different, and pinpoint data may not be detected.
一方、多軸の小型センサを得るために、一軸の半導体センサを略直方体のセンサブロックに取り付け、複数のセンサブロックの角度固定面を互いに貼り合わせて固定することにより、多軸半導体センサブロックを構成したもの(特許文献1)がある。また、半導体加速度センサチップにマイクロマシニング技術により複数のセンサエレメントを形成し、異なる方向の加速度を検出することができる半導体センサ(特許文献2)等も提案されている。 On the other hand, in order to obtain a multi-axis small sensor, a multi-axis semiconductor sensor block is configured by attaching a single-axis semiconductor sensor to a substantially rectangular parallelepiped sensor block and bonding and fixing the angle fixing surfaces of a plurality of sensor blocks together. (Patent Document 1). In addition, a semiconductor sensor (Patent Document 2) that can detect accelerations in different directions by forming a plurality of sensor elements on a semiconductor acceleration sensor chip by micromachining technology has been proposed.
そこで本発明は、上記諸問題を解決するために、形状、大きさを共通にした金属ケース内に、異なる機能を有するセンサを一つずつ収納したセンサユニットを構成し、このセンサユニットを複数組み合わせ、さらに組み合わせたセンサユニットを一つのターミナル式コネクタに接続することにより、異なる測定データを一度に検出できる多機能なセンサ構造を提供せんとするものである。また、センサユニットを接続するターミナル式コネクタに、同コネクタに接続した複数のセンサユニットに同時に電力を供給できる電源供給構成を採用することにより、電源供給ケーブルを少なくし、センサの簡素化を図ることを目的とする。また、本ターミナル式コネクタを使用することで、電源を必要とするセンサユニットと、不必要とするセンサユニットを同時に使用できる構造とする。さらに、センサユニット締結ネジを非測定物にセンサを取り付けるネジと兼用化することにより、部品点数の軽減を図ることができるようにする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present invention comprises a sensor unit in which sensors having different functions are housed one by one in a metal case having a common shape and size, and a plurality of such sensor units are combined. Further, by connecting the combined sensor unit to one terminal type connector, it is intended to provide a multifunctional sensor structure that can detect different measurement data at a time. In addition, by adopting a power supply configuration that can supply power to multiple sensor units connected to the connector at the same time as the terminal type connector to which the sensor unit is connected, the number of power supply cables can be reduced and the sensor can be simplified. With the goal. In addition, by using this terminal type connector, a sensor unit that requires a power supply and a sensor unit that does not need to be used can be used at the same time. Further, the sensor unit fastening screw is also used as a screw for attaching the sensor to the non-measurement object, so that the number of parts can be reduced.
このため、本発明が採用した技術解決手段は、
材質、大きさ、形状が略同じであるケース内に、一つのセンサを収納したセンサユニットを複数連結し、これを一つのターミナル式コネクタに取り付けたことを特徴とするセンサ構造である。
また、前記センサユニットを構成するケースの材料は金属であることを特徴とするセンサ構造である。
また、前記センサユニットを構成するケースは直方体または立方体であることを特徴とするセンサ構造である。
また、前記センサユニットを連結するネジと被測定物に前記センサユニットを締結するネジとを共通のネジとしたことを特徴とするセンサ構造である。
また、前記センサユニットを被測定物に接着剤で取り付けたことを特徴とするセンサ構造である。
また、前記ターミナル式コネクタに配置した供給電源用のコネクタを共通の電源供給線に接続するとともに、グランド線用のコネクタを共通のグランド線に接続したことを特徴とするセンサ構造である。
For this reason, the technical solution means adopted by the present invention is:
A sensor structure is characterized in that a plurality of sensor units containing one sensor are connected in a case of substantially the same material, size, and shape, and are attached to one terminal connector.
In the sensor structure, the material of the case constituting the sensor unit is a metal.
Moreover, the case which comprises the said sensor unit is a rectangular parallelepiped or a cube, It is a sensor structure characterized by the above-mentioned.
The sensor structure is characterized in that a screw for connecting the sensor unit and a screw for fastening the sensor unit to an object to be measured are used as a common screw.
In the sensor structure, the sensor unit is attached to an object to be measured with an adhesive.
Further, the sensor structure is characterized in that the power supply connector disposed in the terminal connector is connected to a common power supply line, and the ground line connector is connected to the common ground line.
以上の構成からなる本発明によれば、従来の半導体加速度センサ、一般の圧電型加速度センサ、高感度圧電型加速度センサなど、機能の異なる種々のセンサの外観形状を共通形状(ユニット化)とすることで、種類の異なるセンサを複数使用する場合、各々のセンサを、接着剤等を使用することなく簡単に積み重ねることが可能となる。また、センサの外形形状が統一化されることで被測定物に複数のセンサを積み重ねてもバランス良く積み重ねることができ計測が容易となる。また各々のセンサケーブルを共通のコネクタで接続できるため、センサケーブルの処理がし易くなる等、特有の作用効果を達成することができる。 According to the present invention having the above-described configuration, the appearance shape of various sensors having different functions, such as a conventional semiconductor acceleration sensor, a general piezoelectric acceleration sensor, and a high-sensitivity piezoelectric acceleration sensor, is made a common shape (unitized). Thus, when a plurality of different types of sensors are used, each sensor can be easily stacked without using an adhesive or the like. Further, by unifying the outer shape of the sensor, even if a plurality of sensors are stacked on the object to be measured, they can be stacked in a balanced manner, and measurement becomes easy. In addition, since each sensor cable can be connected by a common connector, it is possible to achieve specific effects such as easy handling of the sensor cable.
本発明は、形状、大きさを共通にした金属ケース内に、異なる機能を有するセンサを一つずつ収納したセンサユニットを構成し、このセンサユニットを複数組み合わせ、さらに組み合わせたセンサユニットを一つのターミナル式コネクタに接続することにより、多種類のデータを一度に測定できるセンサ構造である。この構造により、またセンサケーブルの取り回しを簡略化できる。 The present invention comprises a sensor unit in which sensors having different functions are housed one by one in a metal case having a common shape and size, a plurality of sensor units are combined, and the combined sensor units are combined into one terminal. A sensor structure that can measure many types of data at once by connecting to a connector. This structure also simplifies the handling of the sensor cable.
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明すると、図1〜3は本発明に係る異なる機能を持つセンサユニットの例を示す図であり、図1は圧電型加速度センサユニットの一部破断斜視図、図2は高感度圧電型加速度センサユニットの一部破断斜視図、図3は半導体加速度センサユニットの一部破断斜視図、図4は前記センサユニットを接続するターミナル式コネクタの斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 to 3 are diagrams showing examples of sensor units having different functions according to the present invention, and FIG. 1 shows a part of a piezoelectric acceleration sensor unit. FIG. 2 is a partially broken perspective view of a high-sensitivity piezoelectric acceleration sensor unit, FIG. 3 is a partially broken perspective view of a semiconductor acceleration sensor unit, and FIG. 4 is a perspective view of a terminal-type connector for connecting the sensor unit. It is.
図1を参照して圧電型加速度センサユニットの構成を説明する。
図において、10は圧電型加速度センサユニットであり、この圧電型加速度センサユニット10は直方体あるいは立方体の金属ケース1を備えており、このケース1内に圧電素子2と錘3を有するシェア型のセンサ本体が配置されている。ケース1はアルミ、ステンレス等の金属で構成されており、圧電素子2と錘3からなるセンサ本体は支持部材4によってケース1内に支持され、この構成で一つのセンサユニット(圧電型加速度センサユニット)10が構成されている。ケース1内に収納する前記シェア型のセンサ本体は従来公知のセンサである。センサ本体の圧電素子2には信号出力のための信号出力線5が、またセンサ本体にはグランド線6が取りつけられ、信号出力線5の端部はケース1の外側の一面に取り付けた凸状のコネクタ7に、またグランド線6の端部はケース1の外側の一面に取り付けた凸状のコネクタ8に接続されている。なお、図中、符号9は供給電源用の凸状のコネクタであるが、本圧電型加速度センサユニット10は電源が不要であるのでこの凸状コネクタ9は不使用状態となっている。また前記各凸状のコネクタ7、8、9は金属ケース1と絶縁されて、金属ケース1に取りつけられている。
The configuration of the piezoelectric acceleration sensor unit will be described with reference to FIG.
In the figure,
図2を参照して高感度型圧電加速度センサユニット20の構成を説明する。
高感度圧電型加速度センサユニット20も、図1に示す圧電型加速度センサユニット20と同様に直方体あるいは立方体の金属(アルミ、ステンレス等)ケース21を備えている。このケース21の大きさは、内部に入るセンサ素子の構造および形状に関わらず、図1に示す圧電型加速度センサユニット10とすべて同じ形状、大きさで統一されている。なお、センサケースの大きさは、ケース内部におさめる種々のセンサの中で一番大きなセンサに合わせて決定することになるが、本例の場合では、組み合わせるセンサの中で、高感度圧電型加速度センサユニット20の錘23および圧電素子22の体積が一番大きくなるので、他のセンサケースの大きさはすべてセンサケース21の大きさに合わせて構成されることになる。
The configuration of the high-sensitivity piezoelectric
The high-sensitivity piezoelectric
高感度型圧電加速度センサユニット20の構造は、図1に示す圧電型加速度センサユニット10と同じであり、圧電素子22と錘23を有するシェア型であり、高感度にするため図1に示すセンサに比較して錘23と圧電素子22が大型な物になっている。また、図1と同様に、圧電素子22からの信号出力線25と、グランド線26は金属ケースの側面に取り付けた個の凸状のコネクタ27、28に接続されている。また、図中、符号29は供給電源用の凸状のコネクタであり、本高感度型圧電加速度センサユニットでは電源が不要であるのでこの凸状コネクタ29は不使用状態となる。
The structure of the high-sensitivity piezoelectric
図3を参照して半導体加速度センサユニット30の構成を説明する。
半導体加速度センサユニット30も圧電型加速度センサユニット10、高感度型圧電加速度センサユニット20のケースと同じ形、大きさの金属ケース31を備えている。ケース31内に収納するセンサは半導体加遠度センサIC32を電子基板33上に取り付けたものであり、その基板33が金属ケース31に適宜固定手段によって固定されている。半導体加速度センサIC32からの信号出力線35とグランド線36が金属ケースの側面に取り付けた2個の凸状のコネクタ37、38に結合されており、また、半導体加速度センサIC32は供給電源が必要なので本例では供給電源用のコネクタ39が半導体加速度センサICに接続されている。
The configuration of the semiconductor
The semiconductor
前述したそれぞれのセンサユニット10、20、30には、センサユニット同士を結合するためのネジを貫通する孔(図1〜3参照)41が形成されている。各センサユニット10、20、30は連結ネジ42(図5参照)を利用して組み付けられる。この連結ネジは図7、図8に示すようにセンサユニット10、20、30を被測定物43に固定するためのネジと共通のピッチを有するネジとすることができ、これによりセンサユニット10、20、30を被測定物に取り付ける作業が簡略化できる。この場合、当然被定物43に連結ネジ42を同じピッチでネジを切って置くことが必要である。なおセンサユニット10、20、30をネジ以外の手段、たとえば接着剤や両面テープで被測定物43に固定してもよい。また、図9のように組み合わせたセンサユニット体を横にして接着剤や両面テープで被測定物43に取り付けても良い。
Each of the
次に、図4を参照してターミナル式コネクタ50の構成を説明する。ターミナル式コネクタ50は、コネクタケース51を有しており、そのケース内にセンサユニットの凸型コネクタに対応して凹型のコネクタ50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g、50h、50iが取りつけられている。これらのコネクタ50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g、50h、50iは信号線、供給電源線、グランド線に接続されている。またターミナル式コネクタ50には、センサユニットを結合するためのネジを貫通する固定ネジ孔52が形成されている。
Next, the configuration of the
さらに詳細説明すると、図4に示すターミナル式コネクタ50は、上記で説明した3個のセンサユニット10、20、30(図1に示す圧電型加速度センサユニット10、図2に示す高感度圧電型加速度センサユニット20、図3に示す半導体加速度センサユニット30)を、図中上から順に取り付けることを想定して構成されている。なお、図ではターミナル式コネクタ50に取り付けるセンサユニットは上から順に半導体加速度センサユニット30、圧電型加速度センサユニット10、高感度圧電型加速度センサユニット20となっている。このため、ターミナル式コネクタ50に設けられた凹型コネクタ50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g、50h、50iのうち、上から3個のコネクタ50a、50b、50c、は半導体加速度センサユニット30のコネクタであり、中間部の3個のコネクタ50d、50e、50fは圧電型加速度センサユニット10のコネクタであり、下の3個のコネクタ50g、50h、50iは高感度圧電型加速度センサユニット20のコネクタとして配置される。
More specifically, the
上から3個のコネクタ50a、50b、50c、は半導体加速度センサユニット30のコネクタであり、3個の内の一つのコネクタ50cには半導体加速度センサ信号出力線53が接続され、また、二つめのグランド用のコネクタ50bにはグランド線56が接続され、また、三つ目の供給電源用のコネクタ50aには供給電源線57が接続されている。なお、供給電源線57およびグランド線56は後述する2個のセンサの供給電源線、グランド線と共用する構成としてある。
中間部の3個のコネクタ50d〜50fは圧電型加速度センサユニット10のコネクタであるため、3個の内の一つのコネクタ50fには圧電型加速度センサ信号出力線54が接続され、また、グランド用のコネクタ50eにはグランド線56が接続され、残りのコネクタ50dには供給電源線57が接続されている。なお、圧電型加速度センサユニット10では電源が不要であるので、3個の内の一つのコネクタ50dは不使用状態となる。
The three
Since the three
下の3個のコネクタ50g、50h、50iは高感度圧電型加速度センサユニット20のコネクタであるため、3個の内の一つのコネクタ50iには高感度圧電型加速度センサ信号出力線55が接続され、また、グランド用のコネクタ50hにはグランド線56が接続され、残りのコネクタ50gには供給電源線57が接続されている。なお、高感度圧電型加速度センサユニット20も電源が不要であるので、この供給電源用のコネクタ50gは前記圧電型加速度センサユニット20と同様に不使用状態となる。
Since the lower three
以上説明したセンサユニットとターミナル式コネクタとの使用状態を図5を参照して説明する。
図5は異なる機能を有する3個のセンサユニット30、10、20を積み上げ、これをターミナル式コネクタに接続する前の状態を示す斜視図、図6は同3個のセンサユニットをターミナル式コネクタに接続した状態を示す斜視図である。
3個のセンサユニットはケースの大きさ、形が同一であるため、図に示すように容易に積み上げることができる。積み上げた状態のセンサユニットは、ユニットに形成された孔41を利用してセンサユニット連結ネジ42により一体に固定される。なお、センサユニットの連結方法はネジに限らず、接着、溶着、両面テープのほか適宜クランプにより固定することができる。
The use state of the sensor unit and the terminal connector described above will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a perspective view showing a state before three
Since the three sensor units have the same case size and shape, they can be easily stacked as shown in the figure. The sensor units in the stacked state are integrally fixed by a sensor
ターミナル式コネクタ50は積み上げたセンサユニットの凸型のコネクタに対応した凹型のコネクタを備えている。このため、図6に示すように積み上げたセンサユニットの凸コネクタをターミナル式コネクタの凹型のコネクタに嵌合することで両者を容易に接続することができる。接続した後、両者はターミナルコネクタ連結ネジ58にしっかりと連結される。なお、この連結もネジに限らず、接着、溶着のほか適宜クランプにより固定することができる。ターミナル式ユニット側の凹型のコネクタには、上述したようにセンサユニットに対応した接続線が取り付けられているため、センサユニットをターミナル式コネクタに嵌合接続しただけで、各センサユニットはそれぞれの信号線、グランド線、供給電源線に接続されることになる。なお上述したように、グランド線、供給供給電源線は共通の線として構成することで、配線本数を少なくすることができる。
The
図7に測定物にセンサユニットを取り付けた例を示す。
センサユニット連結ネジ42を利用して予め被測定物43に取り付けた状態である。被測定物側43にユニット連結ネジ42と同じピッチでネジを切って置くことでセンサユニットの取り付けが簡略化できる。またセンサユニットのみをネジで固定し、重ね合わせたセンサユニットを接着剤や両面テープで被測定物に固定することもできる。又図9に示すように一体化したセンサユニット群を横にして接着剤や両面テープで被測定物に取り付けても良い。
FIG. 7 shows an example in which a sensor unit is attached to a measurement object.
This is a state in which the sensor
以上、本発明に係る実施例として、半導体加速度センサ、圧電型加速度センサ、高感度圧電型加速度センサを組み合わせた例を示したが、センサユニットの中身を温度センサや圧カセンサにしても良い。また本発明例では3個のセンサユニットの例について示したが、ターミナル式コネクタを2個あるいは4個以上接続可能な物にしても良い。また3個のターミナル式コネクタを使用して、1個あるいは2個のセンサユニットを接続して使用しても良い。
さらにまた、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
As described above, an example in which a semiconductor acceleration sensor, a piezoelectric acceleration sensor, and a high-sensitivity piezoelectric acceleration sensor are combined has been shown as an embodiment of the present invention, but the contents of the sensor unit may be a temperature sensor or a pressure sensor. Further, in the present invention example, an example of three sensor units has been shown, but two or more terminal type connectors may be connected. Further, one or two sensor units may be connected and used using three terminal type connectors.
Furthermore, the present invention can be implemented in any other form without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner.
本発明は、機械、建築、土木、自動車等のセンサに利用することができる。 The present invention can be used for sensors of machinery, architecture, civil engineering, automobiles and the like.
1、21、31 金属ケース
2、22、 圧電素子
3、23 錘
4 支持部材
5、25、35 信号出力線
6、26、36 グランド線
7、8、9、27、28、29 凸状のコネクタ
37、38、39 凸状のコネクタ
10 圧電型加速度センサユニット
20 高感度圧電型加速度センサユニット
30 半導体加速度センサユニット
32 半導体加速度センサIC
33 基板
50a、50b、50c、50d、50e、50f、50g、50h、50i コネクタ56 グランド線
57 供給電源線
1, 21, 31 Metal case 2, 22, Piezoelectric element 3, 23
33
Claims (6)
6. The power supply connector disposed in the terminal connector is connected to a common power supply line, and the ground line connector is connected to a common ground line. The sensor structure described.
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