JP2022012661A - センサー - Google Patents

Abstract

【課題】、測定データの信頼性を保つことが可能な手段を提供すること。【解決手段】センサー１は、検出用のピエゾ素子７と、ピエゾ素子７を収容するための筐体３と、ピエゾ素子７を収容している筐体３と、筐体３以外の部材と、を収容するための筐体２と、を備える。センサー１において、筐体２と筐体３とは、分離している。筐体３は、平面視、筐体２の略中央に位置する。センサー１は、さらに、筐体３の外側に位置し、筐体２を支持するための脚部４を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、振動を検出するセンサーに関する。

振動を検出するセンサーにおいては、振動を検出するため、例えば、圧電体に加えられた力を、電圧に変換するピエゾ素子が用いられる。筐体等を含むセンサー本体と、ピエゾ素子と、が一体の場合、図７に示すように、ピエゾ素子は、センサー本体の中央であっても、端であっても、所望の場所に配置することが可能である。しかしながら、センサーを道路に設置し、センサーによって振動を測定する場合、センサー本体の振動（ノイズ）がピエゾ素子に伝わり、必要なデータ以外の値が加わるため、測定データの信頼性が低くなる可能性がある。なお、特許文献１には、ピエゾ素子（圧電素子）の破壊を防止するための発明が開示されている。

特開２０１０－２３０４５９号公報

上述のように、従来のセンサーでは、ノイズにより、測定データの信頼性が低くなる場合があるという問題がある。

本発明の目的は、測定データの信頼性を保つことが可能な手段を提供することである。

第１の発明のセンサーは、検出用の素子と、前記素子を収容するための第１筐体と、前記素子を収容している前記第１筐体と、前記第１筐体以外の部材と、を収容するための第２筐体と、を備え、前記第１筐体と前記第２筐体とは、分離していることを特徴とする。

本発明では、検出用の素子を収容するための第１筐体と、第１筐体と第１筐体以外の部材とを収容するための第２筐体とは、分離している。言い換えれば、第１筐体は、第２筐体から浮いた（フローティングした）状態となっている。このため、第２筐体からの振動（ノイズ）が、第１筐体に伝達されにくくなるため、測定データの信頼性を保つことができる。

第２の発明のセンサーは、第１の発明のセンサーにおいて、前記第１筐体は、平面視、前記第２筐体の略中央に位置し、前記第１筐体の外側に位置し、前記第２筐体を支持するための脚部をさらに備えることを特徴とする。

第３の発明のセンサーは、第２の発明のセンサーにおいて、前記脚部は、複数であることを特徴とする。

第４の発明のセンサーは、第１～第３のいずれかの発明のセンサーにおいて、前記第２筐体は、摺動することを特徴とする。

第５の発明のセンサーは、第１～第４のいずれかの発明のセンサーにおいて、前記第２筐体は、前記センサーが設置される設置面に対して、略垂直な方向に摺動することを特徴とする。

第６の発明のセンサーは、第１～第５のいずれかの発明のセンサーにおいて、前記第１筐体は、測定対象と接する部分が、略錐状であることを特徴とする。

第７の発明のセンサーは、第１～第６のいずれかの発明のセンサーにおいて、前記第２筐体は、前記センサーの略外形を構成することを特徴とする。

第８の発明のセンサーは、第１～第７のいずれかの発明のセンサーにおいて、前記第２筐体は、略円筒形状であることを特徴とする。

なお、第２筐体は、略円筒形状でなくてもよい。例えば、第２筐体は、三角柱などの角柱であってもよい。第１筐体が、平面視、第２筐体の略中央に位置し、第１筐体の外側に、第１筐体を囲むように、脚部が位置していればよい。

第９の発明のセンサーは、第１～第８のいずれかの発明のセンサーにおいて、前記第１筐体と、前記第２筐体と、の間に設けられた緩衝部材をさらに備えることを特徴とする。

センサーにおいて、振動を測定する場合、以下の２つの条件を満たしていなければ、測定値の信頼性が低くなる。
１．第１筐体は、重力方向（振動方向）に対して動くようにしなければならないため、第２筐体との隙間を狭くし、傾きを防止するようにしている。
２．第１筐体は、第２筐体の振動を受けてはならない。

しかしながら、上記２つの条件を満たすには、矛盾した構造となる。

本発明では、第１筐体と第２筐体との間に、緩衝部材が設けられている。これにより、第１筐体と第２筐体との間に、一定の隙間が設けられるため、第１筐体と第２筐体とが、接触することがない。また、第１筐体と第２筐体との間に、一定の隙間を維持することができるため、第１筐体を、傾きが生じることなく、重力方向に移動させることができるため、測定値の信頼性を確保することできる。

第１０の発明のセンサーは、検出用の素子と、前記素子と並べて配置され、前記素子に電圧を発生させるための錘と、前記錘とは別の区画に通された前記素子用の配線と、を備えることを特徴とする。

検出用の素子と並べて配置され、素子に電圧を発生させるための錘と、素子用の配線と、が干渉すると、干渉によって発生した振動が、錘から素子に伝わり、ノイズが振動として検出されてしまう。錘は、拘束するものがほとんどない状態とすることにより、地面振動時に慣性の法則でとどまろうとするが、配線と接触すると、摩擦が発生し、錘に影響を与えてしまう。

本発明では、素子用の配線は、錘とは別の区画に通されている。このため、配線が錘と接触することがないため、振動測定の信頼性を確保することができる。また、配線が、錘の移動に影響を与えることがない。

第１１の発明のセンサーは、第１０の発明のセンサーにおいて、前記素子と、前記錘と、を収容するための第１筐体をさらに備え、前記区画は、前記第１筐体内に設けられていることを特徴とする。

実開平０２－０７７６４０号公報の図１に示されているように、配線を外部に出してしまうと、防水性を保つことができない。

本発明では、配線を通すための区画が、第１筐体内に設けられている。これにより、配線が外部に露出していないため、防水性を保つことができる。

第１２の発明のセンサーは、第１０又は第１１の発明のセンサーにおいて、前記素子と反対側に、前記錘と並べて配置された回路をさらに備え、前記区画は、前記錘と平行に設けられ、前記配線は、前記区画を通って、前記回路に接続されていることを特徴とする。

素子と、素子からの信号をピックアップする回路と、を接続する配線が、長くなると、発振するため、最短で配線する必要がある。

本発明では、素子用の配線は、錘と平行に設けられた区画を通って、素子と反対側に、錘と並べて配置された回路に接続されている。従って、配線は、錘と平行な区画を通って、回路に接続されているため、配線長を短くすることができる。また、回路は、素子と反対側に錘と並べて配置され、立体的な構造となっているため、回路、錘、素子を収容するための筐体の面積を小さくすることができる。

第１３の発明のセンサーは、第１～第１２のいずれかの発明のセンサーにおいて、前記素子は、ピエゾ素子であることを特徴とする。

本発明によれば、測定データの信頼性を保つことができる。

本発明の実施形態に係るセンサーを示す断面図である。 本発明の実施形態に係るセンサーを示す斜視図である。 図１における要部拡大図である。 センサーの内部を示す透視図である。 センサーを示す断面図である。 センサーの内部を示す透視図である。 従来のセンサーを示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係るセンサー１を示す断面図である。図２は、本発明の実施形態に係るセンサーを示す斜視図である。図３は、図１における要部拡大図である。図４は、センサー１の内部を示す透視図である。図示するように、センサー１は、筐体２（第２筐体）、筐体３（第１筐体）、脚部４、クッション材５等を備える。センサー１は、例えば、測定対象である道路の上に載置され、測定対象である道路で発生する振動を検出（測定）する。

筐体２は、筐体３、筐体３以外のその他の部材等を収容するためのものである。筐体２は、略円筒形状である。また、筐体２は、センサー１の略外形を構成する。また、筐体２の下面（底面）には、下方に突出する略円筒形状の突出部が設けられている。突出部には、筐体３を下方（外部）に露出させるための孔が設けられている。筐体２は、センサー１の略外形を構成しているから、センサー１の本体筐体ともいえる。なお、筐体２は、略円筒形状でなくてもよい。例えば、筐体２は、三角柱などの角柱であってもよい。

筐体３は、ピエゾ素子（検出用の素子）を収容するためのものである。筐体３は、筐体２の突出部に設けられた孔から、下方に突出している。筐体３において、筐体２の突出部に設けられた孔から突出した部分が、略錐状となっている。筐体３における、筐体２の突出部に設けられた孔から突出した部分は、測定対象と接する部分であるから、筐体３の測定対象と接触する部分は、略錐状であるともいえる。なお、筐体３の測定対象と接触する部分は、略三角錐状であってもよいし、略円錐状であってもよい。

ここで、筐体２と筐体３とは、分離している。すなわち、筐体２と筐体３とは、接触していない。言い換えれば、筐体３は、筐体２から浮いた（フローティングした）状態となっている。筐体２と筐体３との間には、クッション材５（緩衝部材）が設けられている。クッション材５は、例えば、略長方形状に形成されている。クッション材５は、例えば、９０度間隔で、均等に４つ設けられている。クッション材５は、例えば、筐体３の外周面に貼り付けられている。なお、クッション材５は、筐体２と筐体３とに接触するように設置されていれば、筐体２に設けられていてもよいし、貼り付け以外の手段により設置されていてもよい。筐体３は、平面視、筐体２の略中央に位置する。筐体３は、センサー１が設置される設置面に対して、略垂直な方向（上下方向）に摺動する。

脚部４は、筐体２を支持するためのものである。脚部４は、筐体１の外側に位置する。脚部４は、筐体２の底面に対して、略垂直な方向（上下方向）に延びている。脚部４は、例えば、１２０度間隔で３つ設けられている。

図５、及び、図６に示すように、筐体３の内部には、ピエゾ素子７、錘６が設けられている。すなわち、筐体３は、ピエゾ素子７、錘６を収容している。ピエゾ素子７は、圧電体に加えられた力を電圧に変換する。ピエゾ素子７は、例えば、扁平な略円盤状である。ピエゾ素子７は、筐体３の内部の最下部に配置されている。錘６は、ピエゾ素子７に電圧を発生させるためのものである。錘６は、ピエゾ素子７と並べて配置されている。具体的には、錘６は、ピエゾ素子７の上に並べて配置されている。

また、筐体３の内部には、ピエゾ素子７からの信号をピックアップするための回路が設けられている。回路は、錘６と並べて配置されている。具体的には、回路は、ピエゾ素子７と反対側に錘６と並べて配置されている。すなわち、回路は、錘６の上に配置されている。ここで、ピエゾ素子７と回路とは、配線８により接続されている。配線８は、ピエゾ素子７と平行方向（水平方向）に、ピエゾ素子７の外周側に引き出され、ピエゾ素子７の外周の外側から、錘６と平行な方向（垂直方向（上下方向））に引き回され、回路の外側で、回路と平行方向（水平方向）に、円周状に引き回された後、回路の内側に引き出され、回路に接続されている。なお、ここでは、検出用の素子として、ピエゾ素子７を例示しているが、他の素子であってもよい。

筐体３の内部には、配線８を通すための、区画が設けられている。区画は、錘６の外側に設けられ、錘６とは別の区画となっている。区画は、錘６と平行に設けられている。

以上説明したように、本実施形態では、ピエゾ素子を収容するための筐体３と、筐体３と筐体３以外の部材とを収容するための筐体２とは、分離している。言い換えれば、筐体３は、筐体２から浮いた（フローティングした）状態となっている。このため、筐体２からの振動（ノイズ）が、筐体３に伝達されにくくなるため、測定データの信頼性を保つことができる。

また、センサーにおいて、振動を測定する場合、以下の２つの条件を満たしていなければ、測定値の信頼性が低くなる。
１．検出用の素子を収容する筐体は、重力方向（振動方向）に対して動くようにしなければならないため、隙間を狭くし、傾きを防止するようにしている。
２．素子を収容するための筐体は、本体筐体の振動を受けてはならない。

しかしながら、上記２つの条件を満たすには、矛盾した構造となる。

本発明では、筐体２と筐体３との間に、クッション材５が設けられている。これにより、筐体２と筐体３との間に、一定の隙間が設けられるため、筐体２と筐体３とが、接触することがない。また、筐体２と筐体３との間に、一定の隙間を維持することができるため、筐体３を、傾きが生じることなく、重力方向に移動させることができるため、測定値の信頼性を確保することできる。

また、従来技術では、検出用の素子と並べて配置され、素子に電圧を発生させるための錘と、素子用の配線と、が干渉すると、干渉によって発生した振動が、錘から素子に伝わり、ノイズが振動として検出されてしまう。錘は、拘束するものがほとんどない状態とすることにより、地面振動時に慣性の法則でとどまろうとするが、配線と接触すると、摩擦が発生し、錘に影響を与えてしまう。

本実施形態では、ピエゾ素子７用の配線８は、錘６とは別の区画に通されている。このため、配線８が錘６と接触することがないため、振動測定の信頼性を確保することができる。また、配線８が、錘６の移動に影響を与えることがない。

実開平０２－０７７６４０号公報の図１に示されているように、配線を外部に出してしまうと、防水性を保つことができない。

本実施形態では、配線８を通すための区画が、筐体３内に設けられている。このため、配線８が外部に露出していないため、防水性を保つことができる。また、区画をゴム又はボンドで封止することで、さらに防水性を増すことができる。

検出用の素子と、検出用の素子からの信号をピックアップする回路と、を接続する配線が、長くなると、発振するため、最短で配線する必要がある。

本実施形態では、ピエゾ素子７用の配線８は、錘６と平行に設けられた区画を通って、ピエゾ素子７と反対側に、錘６と並べて配置された回路に接続されている。従って、配線８は、錘６と平行な区画を通って、回路に接続されているため、配線長を短くすることができる。また、回路は、ピエゾ素子７と錘６を挟んで反対側に錘６平行に配置され、立体的な構造となっているため、回路、錘６、ピエゾ素子７を収容するための筐体３の面積を小さくすることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態には限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。

本発明は、振動を検出するセンサーに好適に採用され得る。

１ センサー
２ 筐体（第２筐体）
３ 筐体（第１筐体）
４ 脚部
５ クッション材（緩衝部材）
６ 錘
７ ピエゾ素子
８ 配線

Claims (13)

1. 検出用の素子と、
   前記素子を収容するための第１筐体と、
   前記素子を収容している前記第１筐体と、前記第１筐体以外の部材と、を収容するための第２筐体と、を備え、
   前記第１筐体と前記第２筐体とは、分離していることを特徴とするセンサー。
2. 前記第１筐体は、平面視、前記第２筐体の略中央に位置し、
   前記第１筐体の外側に位置し、前記第２筐体を支持するための脚部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のセンサー。
3. 前記脚部は、複数であることを特徴とする請求項２に記載のセンサー。
4. 前記第２筐体は、摺動することを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のセンサー。
5. 前記第２筐体は、前記センサーが設置される設置面に対して、略垂直な方向に摺動することを特徴とする請求項４に記載のセンサー。
6. 前記第１筐体は、測定対象と接する部分が、略錐状であることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のセンサー。
7. 前記第２筐体は、前記センサーの略外形を構成することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のセンサー。
8. 前記第２筐体は、略円筒形状であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のセンサー。
9. 前記第１筐体と、前記第２筐体と、の間に設けられた緩衝部材をさらに備えることを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載のセンサー。
10. 検出用の素子と、
    前記素子と並べて配置され、前記素子に電圧を発生させるための錘と、
    前記錘とは別の区画に通された前記素子用の配線と、
    を備えることを特徴とするセンサー。
11. 前記素子と、前記錘と、を収容するための第１筐体をさらに備え、
    前記区画は、前記第１筐体内に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のセンサー。
12. 前記素子と反対側に、前記錘と並べて配置された回路をさらに備え、
    前記区画は、前記錘と平行に設けられ、
    前記配線は、前記区画を通って、前記回路に接続されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のセンサー。
13. 前記素子は、ピエゾ素子であることを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載のセンサー。

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