JP2019056565A - Vibration detector - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、振動を検出する振動検出器に関する。 The present disclosure relates to a vibration detector that detects vibration.
従来、振動検出器として、高分子圧電素子を有し、当該高分子圧電素子からの出力に基づいて振動に関する情報を検出するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a vibration detector, one having a polymer piezoelectric element and detecting information related to vibration based on an output from the polymer piezoelectric element is known (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1には、振動検出器にて検出する振動成分の方向等について何ら記載されておらず、異なる方向に作用する振動成分を切り分けて検出することができないと考えられる。
However,
異なる方向に作用する振動成分を切り分けて検出するためには、センサ素子を3次元的に配置する構成とすることが考えられるが、この場合、振動検出器の構造が複雑することで、搭載性の悪化やコスト増加が避けられない。 In order to isolate and detect vibration components acting in different directions, it may be possible to arrange the sensor elements in a three-dimensional manner. In this case, however, the structure of the vibration detector is complicated, so Deterioration and cost increase are inevitable.
本開示は上記点に鑑みて、簡易な構造で異なる方向に作用する振動を切り分けて検出することが可能な振動検出器を提供することを目的とする。 An object of this indication is to provide the vibration detector which can isolate | separate and detect the vibration which acts in a different direction with a simple structure in view of the said point.
請求項1に記載の発明は、振動が生ずる機器(TD)を検出対象とする振動検出器を対象としている。上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、
フィルム状のピエゾ素子(121)およびピエゾ素子の厚み方向の両面に配置されたフィルム状の一対の電極(122、123)を含む複数の振動センサ部(12、14、16、18)と、
複数の振動センサ部の厚み方向の一方の面に配置された錘(40)と、
複数の振動センサ部からのセンサ出力に基づいて、機器の振動に関する情報の検出処理を行う検出処理部(50)と、を備える。
The invention described in
A plurality of vibration sensor units (12, 14, 16, 18) including a film-shaped piezoelectric element (121) and a pair of film-shaped electrodes (122, 123) disposed on both sides in the thickness direction of the piezoelectric element;
A weight (40) disposed on one surface in the thickness direction of the plurality of vibration sensor units;
A detection processing unit (50) that performs detection processing of information related to device vibration based on sensor outputs from the plurality of vibration sensor units.
複数の振動センサ部は、機器における所定の設置面(IS)に対して互いに隣り合うように配置されている。そして、検出処理部は、複数の振動センサ部それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて厚み方向の振動成分を検出し、複数の振動センサ部のセンサ出力の出力分布に基づいて厚み方向に直交する面内の少なくとも一方向の振動成分を検出する構成になっている。 The plurality of vibration sensor units are arranged adjacent to each other with respect to a predetermined installation surface (IS) in the device. The detection processing unit detects a vibration component in the thickness direction based on the sum of the sensor outputs of the plurality of vibration sensor units, and is orthogonal to the thickness direction based on the output distribution of the sensor outputs of the plurality of vibration sensor units. The vibration component in at least one direction in the plane is detected.
本開示の振動検出器では、各振動センサ部の厚み方向に機器が振動すると、当該機器の振動にともなって錘も各振動センサ部の厚み方向に振動する。この際、各振動センサ部には、錘の振動による荷重が略均等に作用する。このため、機器の振動のうち、各振動センサ部からのセンサ出力の合算値に基づいて、機器の振動のうち各振動センサ部の厚み方向の振動成分を検出することができる。 In the vibration detector of the present disclosure, when the device vibrates in the thickness direction of each vibration sensor unit, the weight vibrates in the thickness direction of each vibration sensor unit as the device vibrates. At this time, the load due to the vibration of the weight acts on each vibration sensor part substantially evenly. For this reason, the vibration component of the thickness direction of each vibration sensor part among the vibrations of the equipment can be detected based on the sum of the sensor outputs from the vibration sensor parts among the vibrations of the equipment.
また、本開示の振動検出器では、各振動センサ部の面方向に機器が振動すると、当該機器の振動にともなって錘も各振動センサ部の面方向に振動する。この際、各振動センサ部には、錘の振動による荷重が不均等に作用する。そして、各振動センサ部に作用する荷重は、機器の振動方向に応じて変化する。このため、各振動センサ部からのセンサ出力の出力分布に基づいて、機器の振動のうち各振動センサ部の面方向の振動成分を検出することができる。 In the vibration detector of the present disclosure, when the device vibrates in the surface direction of each vibration sensor unit, the weight vibrates in the surface direction of each vibration sensor unit in accordance with the vibration of the device. At this time, the load due to the vibration of the weight acts unevenly on each vibration sensor unit. And the load which acts on each vibration sensor part changes according to the vibration direction of an apparatus. For this reason, based on the output distribution of the sensor output from each vibration sensor unit, the vibration component in the surface direction of each vibration sensor unit can be detected among the vibrations of the device.
特に、本開示の振動検出器では、厚みの薄い振動センサ部を機器の設置面に対して隣り合うように配置するだけでよいので、簡易な構造で異なる方向に作用する振動を切り分けて検出可能である。 In particular, in the vibration detector of the present disclosure, it is only necessary to arrange the thin vibration sensor unit so as to be adjacent to the installation surface of the device, so vibrations acting in different directions can be separated and detected with a simple structure. It is.
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 In addition, the code | symbol in the parenthesis of each means described in this column and the claim shows an example of a correspondence relationship with the specific means described in the embodiment described later.
以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts as those described in the preceding embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted. Further, in the embodiment, when only a part of the constituent elements are described, the constituent elements described in the preceding embodiment can be applied to the other parts of the constituent elements. The following embodiments can be partially combined with each other even if they are not particularly specified as long as they do not cause any trouble in the combination.
(第1実施形態)
本実施形態について、図1〜図7を参照して説明する。本実施形態の振動検出器1は、振動が生ずる機器TDを検出対象とし、当該機器TDに生ずる振動を検出するものである。図1に示すように、振動検出器1は、機器TDにおける平坦な設置面ISに設置される。なお、振動検出器1は、機器TDの設置面ISから剥がれないように、接着剤等によって接合されている。
(First embodiment)
The present embodiment will be described with reference to FIGS. The
振動検出器1は、検出部10、錘40、および制御部50を備えている。振動検出器1を構成する検出部10および錘40は、互いに接着材等によって接合されている。
The
検出部10は、機器TDの設置面ISに対して接合されている。検出部10は、表面101と裏面102とを有する板状の基板100で構成されている。検出部10には、複数の振動センサ部12、14、16、18が設けられている。
The
複数の振動センサ部12、14、16、18は、検出部10を構成する基板100の厚み方向に作用する荷重に起因して圧電効果による起電力が発生するようになっている。本実施形態では、検出部10の厚み方向をZ軸方向と定義する。また、本実施形態では、Z軸方向に直交する面内における一方向をX軸方向とし、Z軸方向およびX軸方向の双方に直交する他方向をY軸方向と定義する。
The plurality of
図2に示すように、検出部10には、複数の振動センサ部12、14、16、18が互いに隣り合うようにマトリックス状に配置されている。換言すれば、設置面ISには、複数の振動センサ部12、14、16、18が互いに隣り合うように設置されている。なお、図2では、検出部10において振動センサ部12、14、16、18として機能する部位をドット柄のハッチングを付している。また、図2では、説明の便宜上、後述する基板100の表側保護部材120の図示を省略している。
As shown in FIG. 2, the
具体的には、本実施形態の検出部10には、第1〜第4振動センサ部12、14、16、18が、マトリックス状(すなわち、2行2列)に並ぶように、互いに適宜の間隔をあけて配置されている。
Specifically, in the
検出部10には、第1振動センサ部12と第3振動センサ部16とがX軸方向に沿って並ぶと共に、第2振動センサ部14と第4振動センサ部18とがX軸方向に沿って並ぶように、各振動センサ部12、14、16、18が配置されている。
In the
また、検出部10には、第1振動センサ部12と第2振動センサ部14とがY軸方向に沿って並ぶと共に、第3振動センサ部16と第4振動センサ部18とがY軸方向に沿って並ぶように、各振動センサ部12、14、16、18が配置されている。
Further, in the
このように、本実施形態の検出部10は、複数の振動センサ部12、14、16、18のうち一部の振動センサ部が、他の振動センサ部の一部とX軸方向およびY軸方向に重なり合うように配置されている。例えば、第1振動センサ部12は、Y軸方向において第2振動センサ部14と重なり合い、且つ、X軸方向において第3振動センサ部16と重なり合うように配置されている。
As described above, in the
本実施形態の各振動センサ部12、14、16、18は、それぞれ略正方形状となっている。そして、検出部10における各振動センサ部12、14、16、18が占める領域の形状も略正方形状となっている。
Each
また、各振動センサ部12、14、16、18それぞれは、電気的に独立している。各振動センサ部12、14、16、18それぞれは、基板100に形成された配線パターン101aおよび端子101bに接続されている。なお、各振動センサ部12、14、16、18の具体的な構造については後述する。
In addition, each of the
図1に戻り、錘40は、機器TDの振動に追従して検出部10の各振動センサ部12、14、16、18に荷重を作用させるものである。錘40は、検出部10における各振動センサ部12、14、16、18が占める領域全体を覆うことが可能な大きさを有している。錘40は、検出部10における機器TDに接する面の反対面となる表面101側に配置されている。錘40は、検出部10に対して接着剤等によって接合されている。
Returning to FIG. 1, the
制御部50は、各振動センサ部12、14、16、18それぞれのセンサ出力に基づいて、機器TDの振動に関する情報の検出処理を行う検出処理部である。制御部50は、プロセッサ、メモリを有する周知のマイクロコンピュータ、およびその周辺回路にて構成される。なお、制御部50のメモリは、非遷移的実体的記憶媒体で構成される。
The
制御部50は、センサ配線51を介して各振動センサ部12、14、16、18の端子101bに接続されている。これにより、制御部50は、各振動センサ部12、14、16、18それぞれのセンサ出力が入力される構成となっている。
The
制御部50は、各振動センサ部12、14、16、18それぞれのセンサ出力に基づいて、機器TDの振動を検出する検出処理を行う。図示しないが、制御部50は、その出力側に機器TDの振動に関する情報を表示する表示装置が接続されている。制御部50は、表示装置に対して、各振動センサ部12、14、16、18それぞれのセンサ出力に基づいて検出した機器TDの振動に関する情報を出力する構成となっている。
The
次に、検出部10の具体的な構造について、図3を参照して説明する。検出部10は、1つの基板100に対して、同様の構造を有する各振動センサ部12、14、16、18が形成されている。各振動センサ部12、14、16、18は、圧電性高分子フィルムで構成されている。なお、各振動センサ部12、14、16、18は、それぞれの内部構造が同様であるため、以下では、第1振動センサ部12の構造について説明し、第2〜第4振動センサ部14、16、18の構造についての説明を省略する。
Next, a specific structure of the
第1振動センサ部12は、図3に示すように、フィルム状のピエゾ素子121、ピエゾ素子121の厚み方向の両面に配置されたフィルム状の一対の電極122、123、各電極122、123の外側を覆う表側保護部材120および裏側保護部材130を有する。
As shown in FIG. 3, the first
ピエゾ素子121は、圧電効果により振動や圧力を電圧に変換して出力する素子である。本実施形態のピエゾ素子121は、ポリフッ化ビニリデン(すなわち、PVDF)を含む可撓性を有する圧電素子で構成されている。
The
ここで、ピエゾ素子121としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(すなわち、PZT)を含むセラミックを主体とする圧電素子等も採用可能であるが、薄型化や耐久性等を考慮すると、上述の高分子材料を主体とする圧電素子を採用することが望ましい。
Here, as the
一対の電極122、123は、ピエゾ素子121を双方の面から挟み込むように配置されている。一対の電極122、123は、銅や銀等の導電性を有する金属皮膜によって形成されている。図示しないが一対の電極122、123には、配線パターン101aが接続されている。
The pair of
表側保護部材120および裏側保護部材130は、一対の電極122、123をピエゾ素子121に当接していない側から覆う保護部材である。表側保護部材120および裏側保護部材130は、合成樹脂材料等によって可撓性を有するフィルム状に形成され、それぞれ電極122、123に接合されている。
The front-
また、本実施形態の各振動センサ部12、14、16、18を構成する電極122、123は、共通の表側保護部材120および裏側保護部材130によって覆われている。すなわち、表側保護部材120および裏側保護部材130は、各振動センサ部12、14、16、18それぞれに設けられているわけではなく、各振動センサ部12、14、16、18それぞれを保護する共通の保護部材となっている。これにより、各振動センサ部12、14、16、18は、共通の保護部材によって覆われることで互いの配置が規定される。
In addition, the
次に、機器TDが振動した際の各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力、および制御部50における振動の検出手法等について、図4〜図7を参照して説明する。
Next, sensor outputs of the
図4、図5に示すように、機器TDがZ軸方向に振動すると、機器TDの振動に伴って錘40が振動し、錘40の荷重によって各振動センサ部12、14、16、18に引張荷重および圧縮荷重が交互に作用する。
As shown in FIGS. 4 and 5, when the device TD vibrates in the Z-axis direction, the
具体的には、錘40がZ軸方向の一方側に変位する際には、図4に示すように、各振動センサ部12、14、16、18それぞれに引張荷重が作用する。また、錘40がZ軸方向の他方側に変位する際には、図5に示すように、各振動センサ部12、14、16、18それぞれに圧縮荷重が作用する。
Specifically, when the
したがって、機器TDがZ軸方向に振動すると、各振動センサ部12、14、16、18には、Z軸方向に作用する荷重によって圧電効果による起電力が発生する。この際、各振動センサ部12、14、16、18に生ずる起電力は同極性となる。すなわち、各振動センサ部12、14、16、18は、それぞれ同極性の起電力をセンサ出力として制御部50に出力する。
Therefore, when the device TD vibrates in the Z-axis direction, an electromotive force due to the piezoelectric effect is generated in each
これにより、機器TDがZ軸方向に振動すると、制御部50には、各振動センサ部12、14、16、18それぞれから同極性の起電力がセンサ出力として入力される。このため、制御部50では、各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力の合算値をZ軸方向の振動成分として検出することが可能となる。制御部50は、Z軸方向の振動成分Fzについて、例えば、図6や以下に示す数式F1により検出する。
As a result, when the device TD vibrates in the Z-axis direction, an electromotive force having the same polarity is input to the
Fz=V1+V2+V3+V4 …F1
但し、上述の数式F1では、第1振動センサ部12のセンサ出力を第1出力V1とし、第2振動センサ部14のセンサ出力を第2出力V2としている。また、上述の数式F1では、第3振動センサ部16のセンサ出力を第3出力V3とし、第4振動センサ部18のセンサ出力を第4出力V4としている。これらのことは、後述する数式F2、F3においても同様である。
Fz = V1 + V2 + V3 + V4... F1
However, in the above formula F1, the sensor output of the first
続いて、図7に示すように、機器TDがX軸方向に振動すると、機器TDの振動に伴って錘40が振動する。この際、錘40がX軸方向の一方側に変位すると、検出部10は、錘40の荷重によってX軸方向の一方側に圧縮荷重が作用し、X軸方向の他方側に引張荷重が作用する。また、錘40がX軸方向の他方側に変位すると、検出部10は、錘40の荷重によってX軸方向の一方側に引張荷重が作用し、X軸方向の他方側に圧縮荷重が作用する。
Subsequently, as shown in FIG. 7, when the device TD vibrates in the X-axis direction, the
したがって、機器TDがX軸方向に振動すると、各振動センサ部12、14、16、18には、圧電効果による起電力が発生する。この際、第1振動センサ部12および第2振動センサ部14に生ずる起電力と、第3振動センサ部16および第4振動センサ部18に生ずる起電力とが、逆極性となる。すなわち、第1振動センサ部12および第2振動センサ部14は、第3振動センサ部16および第4振動センサ部18のセンサ出力とは逆極性となるセンサ出力を制御部50に出力する。
Therefore, when the device TD vibrates in the X-axis direction, an electromotive force due to the piezoelectric effect is generated in each of the
これにより、機器TDがX軸方向に振動すると、制御部50には、第1振動センサ部12および第2振動センサ部14、並びに、第3振動センサ部16および第4振動センサ部18から逆極性の起電力がセンサ出力として入力される。すなわち、制御部50には、機器TDがX軸方向に振動すると、各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力が、機器TDがZ軸方向に振動する場合とは異なる出力分布となって入力される。
As a result, when the device TD vibrates in the X-axis direction, the
このため、制御部50では、各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力の出力分布に基づいて、X軸方向の振動成分として検出することが可能となる。制御部50は、X軸方向の振動成分Fxについて、例えば、図6や以下に示す数式F2により検出する。
For this reason, in the
Fx=(V1+V2)−(V3+V4) …F2
続いて、機器TDがY軸方向に振動すると、機器TDの振動に伴って錘40が振動する。この際、錘40がY軸方向の一方側に変位すると、検出部10は、錘40の荷重によってY軸方向の一方側に圧縮荷重が作用し、Y軸方向の他方側に引張荷重が作用する。また、錘40がY軸方向の他方側に変位すると、検出部10は、錘40の荷重によってY軸方向の一方側に引張荷重が作用し、Y軸方向の他方側に圧縮荷重が作用する。
Fx = (V1 + V2)-(V3 + V4) ... F2
Subsequently, when the device TD vibrates in the Y-axis direction, the
したがって、機器TDがY軸方向に振動すると、各振動センサ部12、14、16、18には、圧電効果による起電力が発生する。この際、第1振動センサ部12および第3振動センサ部16に生ずる起電力と、第2振動センサ部14および第4振動センサ部18に生ずる起電力とが、逆極性となる。すなわち、第1振動センサ部12および第3振動センサ部16は、第2振動センサ部14および第4振動センサ部18のセンサ出力とは逆極性となるセンサ出力を制御部50に出力する。
Therefore, when the device TD vibrates in the Y-axis direction, an electromotive force due to the piezoelectric effect is generated in each of the
これにより、機器TDがY軸方向に振動すると、制御部50には、第1振動センサ部12および第3振動センサ部16、並びに、第2振動センサ部14および第4振動センサ部18から逆極性の起電力がセンサ出力として入力される。すなわち、制御部50には、機器TDがY軸方向に振動すると、各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力が、機器TDがZ軸方向やX軸方向に振動する場合とは異なる出力分布となって入力される。
As a result, when the device TD vibrates in the Y-axis direction, the
このため、制御部50では、各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力の出力分布に基づいて、Y軸方向の振動成分として検出することが可能となる。制御部50は、X軸方向の振動成分Fxについて、例えば、図6や以下に示す数式F3により検出する。
For this reason, in the
Fy=(V1+V3)−(V2+V4) …F3
次に、本実施形態の制御部50が実行する機器TDの振動の検出処理の概要について説明する。制御部50は、まず、各振動センサ部12、14、16、18からのセンサ出力を読み込む。そして、制御部50は、各振動センサ部12、14、16、18からのセンサ出力に基づいて、X、Y、Zの3軸方向の振動成分を検出する。
Fy = (V1 + V3) − (V2 + V4)... F3
Next, an outline of the vibration detection process of the device TD executed by the
本実施形態の制御部50は、各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力の合算値に基づいて、Z軸方向の振動成分を検出する。また、制御部50は、各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力の出力分布に基づいて、X軸方向の振動成分およびY軸方向の振動成分を検出する。
The
続いて、制御部50は、3軸方向の振動成分を機器TDの振動に関する情報として表示装置に出力する。これにより、機器TDの振動に関する情報が表示装置を介してユーザに提供される。なお、制御部50は、3軸方向の振動成分から算出した機器TDの振動の方向、大きさ、加速度等を演算によって算出し、その算出結果を表示装置に出力する構成となっていてもよい。
Subsequently, the
以上説明した振動検出器1は、各振動センサ部12、14、16、18それぞれのセンサ出力の合算値およびセンサ出力の出力分布に基づいて、異なる方向に作用する機器TDの振動を同時に検出することができる。具体的には、本実施形態の振動検出器1は、互いに直交するX、Y、Zといった3軸方向の振動成分を検出することができるので、機器TDに作用する様々な振動を検出することができる。
The
特に、本実施形態の振動検出器1は、厚みの薄い振動センサ部12、14、16、18を機器TDの設置面ISに対して隣り合うように配置するだけでよいので、簡易な構造で異なる方向に作用する振動を切り分けて検出可能である。
In particular, the
また、本実施形態の振動検出器1は、各振動センサ部12、14、16、18を構成する電極122、123が表側保護部材120および裏側保護部材130といった共通の保護部材で覆われている。これによると、各振動センサ部12、14、16、18それぞれの位置関係を製造時に精度よく設定することが可能となる。この結果、各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力の校正が実施し易くなるので、各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力に基づく振動検出の精度の向上を図ることができる。
In the
ここで、本実施形態の振動検出器1は、各振動センサ部12、14、16、18のピエゾ素子121が可撓性を有する圧電素子で構成され、他の部材もフィルム状に構成されているので、全体として可撓性を有している。このため、振動検出器1は、平坦な設置面ISだけでなく、多少の凹凸のある設置面ISに対しても適用可能となっている。
Here, in the
なお、本実施形態では、制御部50において、各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力の加減算によって、X軸方向およびY軸方向の振動成分を検出する例について説明したが、これに限定されない。
In the present embodiment, an example in which the
制御部50は、例えば、予め各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力とX軸方向およびY軸方向の振動成分とを規定した制御マップを参照して、X軸方向およびY軸方向の振動成分を検出する構成となっていてもよい。なお、制御マップは、X軸方向およびY軸方向に機器TDが振動した際の各振動センサ部12、14、16、18のセンサ出力やセンサ出力の極性を測定することで作成可能である。この制御マップは、制御部50が適宜参照可能なようにデータとしてメモリに記憶しておけばよい。
For example, the
(第1実施形態の変形例)
上述の各実施形態では、検出部10の表面に、各振動センサ部12、14、16、18が占める領域全体を覆うことが可能な大きさを有する錘40が配置される例について説明したが、これに限定されない。錘40は、図8に示すように、例えば、各振動センサ部12、14、16、18それぞれの間に対応する部位に切欠部41が設けられていてもよい。但し、錘40は、独立した複数の部材で構成されていると、各振動センサ部12、14、16、18それぞれのセンサ出力特性が変化してしまうため、単一の部材で構成されていることが望ましい。
(Modification of the first embodiment)
In each of the above-described embodiments, the example in which the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について、図9を参照して説明する。本実施形態では、検出部10に、2つの振動センサ部12A、14Aが設けられている例について説明する。なお、図9では、説明の便宜上、基板100の表側保護部材120の図示を省略している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, an example in which the
図9に示すように、本実施形態の検出部10には、同様の内部構造を有する第1振動センサ部12Aおよび第2振動センサ部14Aが、互いに適宜の間隔をあけて配置されている。具体的には、検出部10には、第1振動センサ部12Aおよび第2振動センサ部14AがY軸方向に沿って並ぶように配置されている。
As shown in FIG. 9, in the
本実施形態の各振動センサ部12A、14Aは、それぞれ略長方形状となっている。そして、検出部10における各振動センサ部12A、14Aが占める領域の形状が略正方形状となっている。
Each
本実施形態の検出部10では、機器TDがZ軸方向に振動すると、各振動センサ部12A、14Aに生ずる起電力が同極性となる。すなわち、各振動センサ部12A、14Aは、それぞれ同極性の起電力をセンサ出力として制御部50に出力する。このため、制御部50では、各振動センサ部12A、14Aのセンサ出力の合算値をZ軸方向の振動成分として検出することが可能となる。
In the
また、本実施形態の検出部10では、機器TDがY軸方向に振動すると、各振動センサ部12A、14Aに生ずる起電力が逆極性となる。すなわち、各振動センサ部12A、14Aは、それぞれ逆極性の起電力をセンサ出力として制御部50に出力する。このため、制御部50では、各振動センサ部12A、14Aのセンサ出力の出力分布に基づいて、Y軸方向の振動成分として検出することが可能となる。
Further, in the
なお、本実施形態の検出部10では、機器TDがX軸方向に振動しても、各振動センサ部12A、14Aに殆ど起電力が発生しない。このため、制御部50では、X軸方向の振動成分を検出することができない。
In the
その他の構成は、第1実施形態と同様である。本実施形態の振動検出器1によれば、各振動センサ部12A、14Aの厚み方向であるZ軸方向、および厚み方向に直交する面内のY軸方向といった異なる方向に作用する機器TDの振動を同時に検出することが可能となる。
Other configurations are the same as those of the first embodiment. According to the
ここで、本実施形態では、第1振動センサ部12Aおよび第2振動センサ部14AがY軸方向に沿って並ぶように配置されている例について説明したが、これに限定されない。検出部10は、例えば、第1振動センサ部12Aおよび第2振動センサ部14AがX軸方向に沿って並ぶように配置された構成となっていてもよい。これによると、各振動センサ部12A、14Aの厚み方向であるZ軸方向、および厚み方向に直交する面内のX軸方向といった異なる方向に作用する機器TDの振動を同時に検出することが可能となる。
Here, in the present embodiment, the example in which the first
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について、図10を参照して説明する。本実施形態では、検出部10における4つの振動センサ部12B、14B、16B、18Bが占める領域の形状が略円形状となっている例について説明する。なお、図10では、説明の便宜上、基板100の表側保護部材120の図示を省略している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, an example will be described in which the shape of the region occupied by the four
図10に示すように、本実施形態の検出部10には、同様の内部構造を有する各振動センサ部12B、14B、16B、18Bが、マトリックス状(すなわち、2行2列)に並ぶように、互いに適宜の間隔をあけて配置されている。
As shown in FIG. 10, in the
具体的には、各振動センサ部12B、14B、16B、18Bは、第1振動センサ部12Bと第3振動センサ部16BとがX軸方向に沿って並ぶと共に、第2振動センサ部14Bと第4振動センサ部18BとがX軸方向に沿って並ぶように配置されている。
Specifically, in each of the
また、各振動センサ部12B、14B、16B、18Bは、第1振動センサ部12Bと第2振動センサ部14BとがY軸方向に沿って並ぶと共に、第3振動センサ部16と第4振動センサ部18とがY軸方向に沿って並ぶように配置されている。
Each of the
本実施形態の各振動センサ部12B、14B、16B、18Bは、それぞれ扇形状となっている。具体的には、各振動センサ部12B、14B、16B、18Bは、それぞれ半円をさらに半分に分割した形状となっている。そして、各振動センサ部12B、14B、16B、18Bは、検出部10における各振動センサ部12B、14B、16B、18Bが占める領域の形状が略円形状となるように配置されている。
Each
その他の構成は、第1実施形態と同様である。本実施形態の振動検出器1は、第1実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第1実施形態と同様に得ることができる。すなわち、本実施形態の如く、検出部10における4つの振動センサ部12B、14B、16B、18Bが占める領域の形状が略円形状となっている構成においても、互いに直交するX、Y、Zといった3軸方向の振動成分を同時に検出することができる。
Other configurations are the same as those of the first embodiment. The
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について、図11を参照して説明する。本実施形態では、検出部10に、3つの振動センサ部12C、14C、16Cが設けられている例について説明する。なお、図11では、説明の便宜上、基板100の表側保護部材120の図示を省略している。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, an example in which the
図11に示すように、本実施形態の検出部10には、同様の内部構造を有する第1〜第3振動センサ部12C、14C、16Cが、互いに適宜の間隔をあけて配置されている。本実施形態の各振動センサ部12C、14C、16Cは、それぞれ扇形状となっている。具体的には、各振動センサ部12C、14C、16Cは、円を略均等に3分割した形状となっている。そして、各振動センサ部12C、14C、16Cは、検出部10における各振動センサ部12C、14C、16Cが占める領域の形状が略円形状となるように配置されている。
As shown in FIG. 11, first to third
各振動センサ部12C、14C、16Cは、第1振動センサ部12Cが第2振動センサ部14Cおよび第3振動センサ部16CそれぞれとX軸方向に沿って並ぶように配置されている。また、第2振動センサ部14Cおよび第3振動センサ部16Cは、Y軸方向に沿って並ぶように配置されている。なお、第2振動センサ部14Cと第3振動センサ部16Cとの隙間がX軸方向に沿って延びている。
Each of the
本実施形態の検出部10では、機器TDがZ方向に振動すると、各振動センサ部12C、14C、16Cに生ずる起電力が同極性となる。すなわち、各振動センサ部12C、14C、16Cは、それぞれ同極性の起電力をセンサ出力として制御部50に出力する。このため、制御部50では、各振動センサ部12C、14C、16Cのセンサ出力の合算値をZ軸方向の振動成分として検出することが可能となる。
In the
また、本実施形態の検出部10では、機器TDがX軸方向やY軸方向に振動すると、各振動センサ部12C、14C、16Cに起電力が発生する。この際、各振動センサ部12C、14C、16Cに生ずる起電力の極性は、X軸方向およびY軸方向に対する各振動センサ部12C、14C、16Cの配置に依存する。
In the
このため、制御部50では、各振動センサ部12C、14C、16Cのセンサ出力に対して予め定めた係数を乗算し、その乗算結果に基づいて、X軸方向およびY軸方向の振動成分を検出する。なお、各振動センサ部12C、14C、16Cのセンサ出力における係数は、X軸方向およびY軸方向に機器TDが振動した際の各振動センサ部12C、14C、16Cのセンサ出力やセンサ出力の極性を測定し、その測定結果に基づいて設定すればよい。
For this reason, the
その他の構成は、第1実施形態と同様である。本実施形態の振動検出器1は、第1実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第1実施形態と同様に得ることができる。すなわち、本実施形態の如く、検出部10における3つの振動センサ部12C、14C、16Cが占める領域の形状が略円形状となっている構成においても、互いに直交するX、Y、Zといった3軸方向の振動成分を同時に検出することができる。
Other configurations are the same as those of the first embodiment. The
ここで、本実施形態では、第2振動センサ部14Cおよび第3振動センサ部16CがY軸方向に並ぶように配置されている例について説明したが、これに限定されない。検出部10は、例えば、第2振動センサ部14Cおよび第3振動センサ部16CがX軸方向に並ぶように配置されていてもよい。また、検出部10は、例えば、第1振動センサ部12Cと第2振動センサ部14Cまたは第3振動センサ部16CとがX軸方向またはY軸方向に並ぶように配置された構成となっていてもよい。
Here, in the present embodiment, the example in which the second
また、本実施形態では、制御部50において、各振動センサ部12C、14C、16Cのセンサ出力に対して予め定めた係数を乗算し、その乗算結果に基づいて、X軸方向およびY軸方向の振動成分を検出する例について説明したが、これに限定されない。
In the present embodiment, the
制御部50は、例えば、予め各振動センサ部12C、14C、16Cのセンサ出力とX軸方向およびY軸方向の振動成分とを規定した制御マップを参照して、X軸方向およびY軸方向の振動成分を検出する構成となっていてもよい。なお、制御マップは、X軸方向およびY軸方向に機器TDが振動した際の各振動センサ部12C、14C、16Cのセンサ出力やセンサ出力の極性を測定することで作成可能である。この制御マップは、制御部50が適宜参照可能なようにデータとしてメモリに記憶しておけばよい。
For example, the
(第5実施形態)
次に、第5実施形態について、図12、図13を参照して説明する。本実施形態では、振動検出器1が、4つの検出部10A、10B、10C、10Dを有している例について説明する。なお、図18では、説明の便宜上、基板100A、100B、100C、100Dの表側保護部材120の図示を省略している。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, an example in which the
図12、図13に示すように、各検出部10A、10B、10C、10Dは、4つに分割された基板100A、100B、100C、100Dで構成されている。各検出部10A、10B、10C、10Dそれぞれには、単一の振動センサ部12、14、16、18が設けられている。なお、各検出部10A、10B、10C、10Dの振動センサ部12、14、16、18それぞれは同様に構成されている。
As shown in FIGS. 12 and 13, each of the
本実施形態の振動検出器1は、内部構造が第1実施形態と同様に構成された各振動センサ部12、14、16、18が、異なる基板100A、100B、100C、100Dの内部に構成されている点が、第1実施形態と相違している。そして、本実施形態の振動検出器1では、各振動センサ部12、14、16、18を構成する電極122、123が異なる保護部材で覆われている。また、本実施形態の錘40は、上述した第1実施形態の変形例と同様に、各振動センサ部12、14、16、18それぞれの間に対応する部位に切欠部41が設けられている。
In the
その他の構成は、第1実施形態と同様である。本実施形態の振動検出器1は、第1実施形態と共通の構成から奏される作用効果を第1実施形態と同様に得ることができる。すなわち、本実施形態の如く、4つに分割された基板100A、100B、100C、100Dに各振動センサ部12、14、16、18が設けられた構成においても、互いに直交するX、Y、Zといった3軸方向の振動成分を同時に検出することができる。
Other configurations are the same as those of the first embodiment. The
ここで、本実施形態では、錘40に対して切欠部41を設ける例について説明したが、これに限定されない。錘40は、例えば、切欠部41が設けられていない構成となっていてもよい。
Here, although the example which provided the
(他の実施形態)
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。
(Other embodiments)
As mentioned above, although typical embodiment of this indication was described, this indication is not limited to the above-mentioned embodiment, for example, can be variously changed as follows.
上述の各実施形態では、制御部50が異なる方向の振動成分を機器TDの振動に関する情報として表示装置に出力する例について説明したが、これに限定されない。制御部50は、例えば、機器TDを制御する機器側制御装置に対して、異なる方向の振動成分を機器TDの振動に関する情報として出力する構成となっていてもよい。
In each of the above-described embodiments, the example in which the
上述の各実施形態では、振動検出部10の表面に直に錘40が配置される例について説明したが、これに限定されない。振動検出器1は、例えば、振動検出部10と錘40との間に、振動検出部10を保護するためにゴム等を介在させる構成になっていてもよい。
In each of the above-described embodiments, the example in which the
但し、振動検出部10と錘40との間にゴム等を介在させる場合、ゴム内部の粘性抵抗による焦電効果が生ずることで、振動検出部10における振動検出精度が低下することが懸念される。このため、振動検出器1は、振動検出部10と錘40との間にゴム等を介在させない構成になっていることが望ましい。
However, when rubber or the like is interposed between the
上述の各実施形態では、各振動センサ部12、14、16、18に対して、ピエゾ素子121として、ポリフッ化ビニリデンを主体とする圧電素子を採用する例について説明したが、これに限定されない。ピエゾ素子121は、振動を電圧に変換して出力可能な素子であれば、上述の素子以外のものが採用されていてもよい。
In each of the above-described embodiments, an example in which a piezoelectric element mainly composed of polyvinylidene fluoride is employed as the
上述の各実施形態では、2〜4つの振動センサ部が設けられた振動検出器1について説明したが、これに限定されない。振動検出器1は、5つ以上の振動センサ部が設けられた構成となっていてもよい。
In each of the above-described embodiments, the
上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 In the above-described embodiment, it is needless to say that elements constituting the embodiment are not necessarily indispensable except for the case where it is clearly indicated that the element is essential and the case where it is considered that it is clearly essential in principle.
上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。 In the above-described embodiment, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, it is particularly limited to a specific number when clearly indicated as essential and in principle. Except in some cases, the number is not limited.
上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。 In the above embodiment, when referring to the shape, positional relationship, etc. of the component, etc., the shape, positional relationship, etc. unless otherwise specified and in principle limited to a specific shape, positional relationship, etc. It is not limited to etc.
(まとめ)
上述の実施形態の一部または全部で示された第1の観点によれば、振動検出器は、ピエゾ素子を含む複数の振動センサ部が、機器における所定の設置面に対して互いに隣り合うように配置されている。そして、振動検出器は、複数の振動センサ部それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて厚み方向の振動成分を検出し、複数の振動センサ部のセンサ出力の出力分布に基づいて厚み方向に直交する面内の少なくとも一方向の振動成分を検出する構成になっている。
(Summary)
According to the first aspect shown in part or all of the above-described embodiments, the vibration detector includes a plurality of vibration sensor units including piezoelectric elements adjacent to each other with respect to a predetermined installation surface of the device. Is arranged. The vibration detector detects the vibration component in the thickness direction based on the sum of the sensor outputs of the plurality of vibration sensor units, and is orthogonal to the thickness direction based on the output distribution of the sensor outputs of the plurality of vibration sensor units. The vibration component in at least one direction in the plane is detected.
第2の観点によれば、振動検出器は、設置面に3つ以上の振動センサ部が隣り合うように配置されている。そして、検出処理部は、複数の振動センサ部それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて厚み方向の振動成分を検出する構成になっている。さらに、検出処理部は、複数の振動センサ部のセンサ出力の出力分布に基づいて一方向の振動成分、並びに、厚み方向および一方向の双方に直交する他方向の振動成分を検出する構成になっている。 According to the second aspect, the vibration detector is arranged such that three or more vibration sensor units are adjacent to each other on the installation surface. The detection processing unit is configured to detect a vibration component in the thickness direction based on the sum of the sensor outputs of the plurality of vibration sensor units. Further, the detection processing unit is configured to detect a vibration component in one direction and a vibration component in the other direction orthogonal to both the thickness direction and the one direction based on the output distribution of the sensor outputs of the plurality of vibration sensor units. ing.
これによると、機器の振動を互いに直交する3軸方向の振動成分に切り分けて検出することができるので、例えば、各々検出した振動成分から機器の振動の方向や大きさ等を把握することも可能になる。 According to this, the vibration of the device can be detected by dividing it into vibration components in three axial directions orthogonal to each other. For example, it is possible to grasp the direction and magnitude of the vibration of the device from each detected vibration component. become.
第3の観点によれば、振動検出器は、複数の振動センサ部のうち一部の振動センサ部が、複数の振動センサ部のうち一部の振動センサ部を除く他の振動センサ部の一部と一方向および他方向に重なり合うように配置されている。これによると、機器の振動を面方向において互いに直交する2軸方向の振動成分に切り分けて検出し易くなる。 According to the third aspect, the vibration detector is configured such that a part of the plurality of vibration sensor parts includes one vibration sensor part excluding a part of the plurality of vibration sensor parts. It is arranged so as to overlap the part in one direction and the other direction. According to this, it becomes easy to detect the vibration of the device by dividing it into two axial vibration components orthogonal to each other in the plane direction.
第4の観点によれば、振動検出器は、ピエゾ素子がポリフッ化ビニリデンを含む可撓性を有する圧電素子で構成されている。これによると、仮に、機器の設置面に段差等がある場合であっても、各振動センサ部を機器に設置し易くなるといった利点がある。 According to the fourth aspect, the vibration detector is composed of a piezoelectric element having a piezo element having flexibility including polyvinylidene fluoride. According to this, even if there is a step or the like on the installation surface of the device, there is an advantage that each vibration sensor unit can be easily installed on the device.
第5の観点によれば、振動検出器は、複数の振動センサ部が、電気絶縁性を有する保護部材を有している。そして、複数の振動センサ部を構成する電極は、共通の保護部材によって覆われている。このように、各振動センサ部を構成する電極が共通の保護部材に覆われている構成では、製造時に各振動センサ部の位置が保護部材によって規定されるので、使用時における各振動センサ部の位置ズレ等を抑えることができる。このため、各振動センサ部のセンサ出力に基づく振動検出の精度の向上を図ることができる。 According to the fifth aspect, in the vibration detector, the plurality of vibration sensor units have a protective member having electrical insulation. And the electrode which comprises a some vibration sensor part is covered with the common protective member. In this way, in the configuration in which the electrodes constituting each vibration sensor unit are covered with a common protective member, the position of each vibration sensor unit is defined by the protective member at the time of manufacture. Misalignment can be suppressed. For this reason, it is possible to improve the accuracy of vibration detection based on the sensor output of each vibration sensor unit.
12 第1振動センサ部
121 ピエゾ素子
122、123 一対の電極
14 第2振動センサ部
16 第3振動センサ部
18 第4振動センサ部
40 錘
50 制御部(検出処理部)
TD 機器
IS 設置面
DESCRIPTION OF
TD equipment IS installation surface
Claims (5)
フィルム状のピエゾ素子(121)および前記ピエゾ素子の厚み方向の両面に配置されたフィルム状の一対の電極(122、123)を含む複数の振動センサ部(12、14、16、18)と、
前記複数の振動センサ部の前記厚み方向の一方の面に配置された錘(40)と、
前記複数の振動センサ部からのセンサ出力に基づいて、前記機器の振動に関する情報の検出処理を行う検出処理部(50)と、を備え、
前記複数の振動センサ部は、前記機器における所定の設置面(IS)に対して互いに隣り合うように配置されており、
前記検出処理部は、前記複数の振動センサ部それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて前記厚み方向の振動成分を検出し、前記複数の振動センサ部のセンサ出力の出力分布に基づいて前記厚み方向に直交する面内の少なくとも一方向の振動成分を検出する構成になっている振動検出器。 A vibration detector for detecting a device (TD) in which vibration occurs;
A plurality of vibration sensor parts (12, 14, 16, 18) including a film-like piezoelectric element (121) and a pair of film-like electrodes (122, 123) disposed on both sides in the thickness direction of the piezoelectric element;
A weight (40) disposed on one surface in the thickness direction of the plurality of vibration sensor units;
A detection processing unit (50) that performs detection processing of information related to vibration of the device based on sensor outputs from the plurality of vibration sensor units,
The plurality of vibration sensor units are arranged adjacent to each other with respect to a predetermined installation surface (IS) in the device,
The detection processing unit detects a vibration component in the thickness direction based on a sum value of sensor outputs of the plurality of vibration sensor units, and the thickness direction based on an output distribution of sensor outputs of the plurality of vibration sensor units. A vibration detector configured to detect a vibration component in at least one direction within a plane orthogonal to.
前記検出処理部は、前記複数の振動センサ部それぞれのセンサ出力の合算値に基づいて前記厚み方向の振動成分を検出し、前記複数の振動センサ部のセンサ出力の出力分布に基づいて前記一方向の振動成分、並びに、前記厚み方向および前記一方向の双方に直交する他方向の振動成分を検出する構成になっている請求項1に記載の振動検出器。 On the installation surface, three or more vibration sensor units are arranged adjacent to each other,
The detection processing unit detects a vibration component in the thickness direction based on a sum value of sensor outputs of the plurality of vibration sensor units, and the one direction based on an output distribution of sensor outputs of the plurality of vibration sensor units. The vibration detector according to claim 1, which is configured to detect a vibration component in the other direction orthogonal to both the thickness direction and the one direction.
前記複数の振動センサ部を構成する前記電極は、共通の前記保護部材によって覆われている請求項1ないし4のいずれか1つに記載の振動検出器。 The plurality of vibration sensor units have protective members (120, 130) having electrical insulation,
The vibration detector according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrodes constituting the plurality of vibration sensor units are covered with the common protective member.
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2018
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