JP2734836B2 - 力学量検出器 - Google Patents
力学量検出器Info
- Publication number
- JP2734836B2 JP2734836B2 JP3262195A JP26219591A JP2734836B2 JP 2734836 B2 JP2734836 B2 JP 2734836B2 JP 3262195 A JP3262195 A JP 3262195A JP 26219591 A JP26219591 A JP 26219591A JP 2734836 B2 JP2734836 B2 JP 2734836B2
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- Japan
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- electromotive force
- physical quantity
- signal
- failure diagnosis
- acceleration
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に故障診断機能を有
する力学量検出器に関する。
する力学量検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年のマイコンによる制御の普及に伴っ
て、種々の力学量を電気的に検出する力学量検出器の開
発が盛んである。そして、この開発においては、力学量
検出器の故障による異常検出値により不的確な制御が行
なわれることを防止するため、力学量検出器の故障診断
方法の確立が重要なテーマの一つである。
て、種々の力学量を電気的に検出する力学量検出器の開
発が盛んである。そして、この開発においては、力学量
検出器の故障による異常検出値により不的確な制御が行
なわれることを防止するため、力学量検出器の故障診断
方法の確立が重要なテーマの一つである。
【０００３】故障診断機能を有する力学量検出器として
は、従来、例えば実開平１−５１１４号公報に開示され
るものがある。この力学量検出器は、特に力学量として
加速度を検出するものであるが、梁部を所定の周波数で
強制的に振動させ、この振動に基づく信号を分離して取
出し、該信号のレベルが所定の範囲内かどうかを判別す
ることにより故障の有無を判断する構成である。
は、従来、例えば実開平１−５１１４号公報に開示され
るものがある。この力学量検出器は、特に力学量として
加速度を検出するものであるが、梁部を所定の周波数で
強制的に振動させ、この振動に基づく信号を分離して取
出し、該信号のレベルが所定の範囲内かどうかを判別す
ることにより故障の有無を判断する構成である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した力学量検出器
によれば、感度が悪化したり、完全に信号を出さないと
いった異常や故障を検出できる反面、以下の如き改善す
べき課題を有していた。すなわち、加速度を検出する周
波数領域に故障診断のため梁部に与えた振動による信号
が現れるため、検出周波数領域が狭められ、また、この
狭められる領域を抑えるには故障信号を分離、除去する
ための急峻なフィルタを必要とし、コストが高くなる。
また、梁の振幅量には限界があり、故障診断のため常に
与えられる振幅によって、本来検出しなければならない
加速度による振幅量が犠牲になり、加速度の検出レンジ
が小さくなるのである。
によれば、感度が悪化したり、完全に信号を出さないと
いった異常や故障を検出できる反面、以下の如き改善す
べき課題を有していた。すなわち、加速度を検出する周
波数領域に故障診断のため梁部に与えた振動による信号
が現れるため、検出周波数領域が狭められ、また、この
狭められる領域を抑えるには故障信号を分離、除去する
ための急峻なフィルタを必要とし、コストが高くなる。
また、梁の振幅量には限界があり、故障診断のため常に
与えられる振幅によって、本来検出しなければならない
加速度による振幅量が犠牲になり、加速度の検出レンジ
が小さくなるのである。
【０００５】本発明は上記に鑑みてなされたもので、そ
の目的としては、力学量の検出レンジに影響を与えるこ
となく的確な故障診断を行なえるようにした力学量検出
器を提供することにある。
の目的としては、力学量の検出レンジに影響を与えるこ
となく的確な故障診断を行なえるようにした力学量検出
器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、力学量を電気的な量に変換する圧電体で
構成された力学量検出手段と、この力学量検出手段に対
し静電誘導により起電力を発生させる起電力発生手段
と、前記力学量検出手段から出力された起電力発生手段
による起電力および力学量の検出に基づく起電力を分離
する起電力分離手段と、この起電力分離手段により分離
されたそれぞれの起電力に基づいて力学量検出手段の故
障診断および力学量の演算を行う演算処理手段とを有す
ることを要旨とする。
め、本発明は、力学量を電気的な量に変換する圧電体で
構成された力学量検出手段と、この力学量検出手段に対
し静電誘導により起電力を発生させる起電力発生手段
と、前記力学量検出手段から出力された起電力発生手段
による起電力および力学量の検出に基づく起電力を分離
する起電力分離手段と、この起電力分離手段により分離
されたそれぞれの起電力に基づいて力学量検出手段の故
障診断および力学量の演算を行う演算処理手段とを有す
ることを要旨とする。
【０００７】
【作用】本発明に係る力学量検出器にあっては、力学量
検出手段に対し静電誘導により力学量が加えられたとき
とは異なる周波数での振動による起電力を発生させ、こ
の起電力に対する応答に基づいて故障診断を行うように
している。
検出手段に対し静電誘導により力学量が加えられたとき
とは異なる周波数での振動による起電力を発生させ、こ
の起電力に対する応答に基づいて故障診断を行うように
している。
【０００８】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
る。
【０００９】図１は、本発明を加速度検出に適用した場
合の一実施例に係る加速度検出器の構成を示す図であ
る。同図において、１は力学量検出手段を構成する圧電
体であり、加速度が加わることで屈曲して電荷を発生す
るものである。この圧電体１は、図２に示す如く、その
一端側に配置されるスペーサ３を介して台座５により挟
持固定されている。したがって、この圧電体１にあって
は、その他端側において加速度による振動スペースが確
保され、いわゆる片持ち梁となっている。なお、上述し
た圧電体１、スペーサ３および台座５からなる構造体
は、図示しないが、ダイピングのためシリコンオイルに
つけてケースに封入される。
合の一実施例に係る加速度検出器の構成を示す図であ
る。同図において、１は力学量検出手段を構成する圧電
体であり、加速度が加わることで屈曲して電荷を発生す
るものである。この圧電体１は、図２に示す如く、その
一端側に配置されるスペーサ３を介して台座５により挟
持固定されている。したがって、この圧電体１にあって
は、その他端側において加速度による振動スペースが確
保され、いわゆる片持ち梁となっている。なお、上述し
た圧電体１、スペーサ３および台座５からなる構造体
は、図示しないが、ダイピングのためシリコンオイルに
つけてケースに封入される。
【００１０】また、圧電体１の表面には、発生した電荷
をリード線６を介してアンプ７に出力するための図３に
示す如き櫛歯状の電極９が設けられている。台座５の圧
電体側表面には電極１１が設けられており、この電極１
１は、昇圧コイル１３を介して発振器１５に接続されて
いる。なお、電極１１、昇圧コイル１３および発振器１
５は起電力発生手段を構成するものである。
をリード線６を介してアンプ７に出力するための図３に
示す如き櫛歯状の電極９が設けられている。台座５の圧
電体側表面には電極１１が設けられており、この電極１
１は、昇圧コイル１３を介して発振器１５に接続されて
いる。なお、電極１１、昇圧コイル１３および発振器１
５は起電力発生手段を構成するものである。
【００１１】一方、アンプ７の出力には、分離手段を構
成するローパスフィルタ１７およびバンドパスフィルタ
１９が並列に接続されている。
成するローパスフィルタ１７およびバンドパスフィルタ
１９が並列に接続されている。
【００１２】次に、本実施例の作用を説明する。
【００１３】圧電体１に加速度が加わると、片持ち梁の
部位の振動による圧電効果によって加速度に応じた電荷
が得られ、加速度信号としてアンプ７に出力される。な
お、この加速度信号の周波数特性としては、片持ち梁の
剛性とシリコンオイルのダンピング効果により決定さ
れ、信号周波数（検出周波数）には限界がある。
部位の振動による圧電効果によって加速度に応じた電荷
が得られ、加速度信号としてアンプ７に出力される。な
お、この加速度信号の周波数特性としては、片持ち梁の
剛性とシリコンオイルのダンピング効果により決定さ
れ、信号周波数（検出周波数）には限界がある。
【００１４】一方、発振器１５の駆動による発振器１５
からの信号は、昇圧コイル１３で増幅されると共に直流
信号分がカットされ、高周波高電圧となって台座５の電
極１１に印加される。これにより、図４に示す如く、圧
電体１が位置する場所に交番電界が作られ、この交番電
界により高い誘電率をもつ圧電体１の両電極間に電圧が
誘起される。
からの信号は、昇圧コイル１３で増幅されると共に直流
信号分がカットされ、高周波高電圧となって台座５の電
極１１に印加される。これにより、図４に示す如く、圧
電体１が位置する場所に交番電界が作られ、この交番電
界により高い誘電率をもつ圧電体１の両電極間に電圧が
誘起される。
【００１５】ところで、この誘起される電圧としては、
圧電体１の誘電率という材料特性に依存するもので、片
持ち梁の構造やヤング率には依存しない。また、誘電率
の周波数特性は一般にＭＨｚオーダに達するため、誘起
される電圧信号としては、通常、数ＫＨｚ程度の共振周
波数である片持ち梁の屈曲による加速度信号に比べて高
い周波数まで追従できる。したがって、発振器１５から
の信号周波数を例えば数十ＫＨｚまたは数百ＫＨｚ以上
で一定とすることにより、圧電体１には片持ち梁の共振
周波数に関係なく一定の電圧が誘起され、しかも、圧電
体１が破断していたり、断線、アンプ７の異常等がある
と、この一定の誘起電圧により一定であるはずのアンプ
７の出力電圧（以下「故障診断信号」と呼ぶ）が変化す
るので、この故障診断信号の変化を監視することで、故
障診断が可能となる。
圧電体１の誘電率という材料特性に依存するもので、片
持ち梁の構造やヤング率には依存しない。また、誘電率
の周波数特性は一般にＭＨｚオーダに達するため、誘起
される電圧信号としては、通常、数ＫＨｚ程度の共振周
波数である片持ち梁の屈曲による加速度信号に比べて高
い周波数まで追従できる。したがって、発振器１５から
の信号周波数を例えば数十ＫＨｚまたは数百ＫＨｚ以上
で一定とすることにより、圧電体１には片持ち梁の共振
周波数に関係なく一定の電圧が誘起され、しかも、圧電
体１が破断していたり、断線、アンプ７の異常等がある
と、この一定の誘起電圧により一定であるはずのアンプ
７の出力電圧（以下「故障診断信号」と呼ぶ）が変化す
るので、この故障診断信号の変化を監視することで、故
障診断が可能となる。
【００１６】具体的には、本実施例ではアンプ７から混
合出力される加速度信号および故障診断信号をそれぞれ
ローパスフィルタ１７およびバンドパスフィルタ１９で
分離して、演算処理手段を構成する図示しない処理部に
出力するのである。なお、ローパスフィルタ１７および
バンドパスフィルタ１９としては、図５に示す如く、数
ＫＨｚ程度の共振周波数を有する加速度信号と数十ＫＨ
ｚまたは数百ＫＨｚ以上の故障診断信号とが混合する信
号からそれぞれ加速度信号および故障診断信号のみを抽
出できればよいので、例えば図６に示す如き特性を有す
る１次の簡単なもので足りる。
合出力される加速度信号および故障診断信号をそれぞれ
ローパスフィルタ１７およびバンドパスフィルタ１９で
分離して、演算処理手段を構成する図示しない処理部に
出力するのである。なお、ローパスフィルタ１７および
バンドパスフィルタ１９としては、図５に示す如く、数
ＫＨｚ程度の共振周波数を有する加速度信号と数十ＫＨ
ｚまたは数百ＫＨｚ以上の故障診断信号とが混合する信
号からそれぞれ加速度信号および故障診断信号のみを抽
出できればよいので、例えば図６に示す如き特性を有す
る１次の簡単なもので足りる。
【００１７】したがって、本実施例によれば、静電誘導
により圧電体に対して加速度により圧電体に発生する電
圧とは無関係の電圧を誘起させ、この誘起電圧の変化に
基づいて故障診断を行うようにしたので、故障診断信号
が従来のように加速度信号の周波数領域に発生すること
がなく（図５参照）、加速度検出の周波数特性を犠牲に
することがない。また、従来のように梁を故障診断のた
めに振動させる必要がないので加速度の検出レンジを低
減することもない。さらに、従来は、加速度信号の周波
数領域内に発生する故障診断信号（図５参照）を加速度
信号になるべく影響を与えないように抽出するために、
図７に示す如き特性を有する急峻なフィルタを必要と
し、コスト高を招来するおそれがあったが、本実施例で
は、１次の簡単なフィルタでよく、コスト低減を図るこ
とができる。
により圧電体に対して加速度により圧電体に発生する電
圧とは無関係の電圧を誘起させ、この誘起電圧の変化に
基づいて故障診断を行うようにしたので、故障診断信号
が従来のように加速度信号の周波数領域に発生すること
がなく（図５参照）、加速度検出の周波数特性を犠牲に
することがない。また、従来のように梁を故障診断のた
めに振動させる必要がないので加速度の検出レンジを低
減することもない。さらに、従来は、加速度信号の周波
数領域内に発生する故障診断信号（図５参照）を加速度
信号になるべく影響を与えないように抽出するために、
図７に示す如き特性を有する急峻なフィルタを必要と
し、コスト高を招来するおそれがあったが、本実施例で
は、１次の簡単なフィルタでよく、コスト低減を図るこ
とができる。
【００１８】図８は本発明の他の実施例を示す図であ
る。その特徴としては、台座５の電極１１に印加する電
圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２１を用いて単一パルスと
し、パルスが印加されたときの出力信号の変動を監視す
ることで故障診断を行うようにしたことにある。
る。その特徴としては、台座５の電極１１に印加する電
圧をＤＣ−ＤＣコンバータ２１を用いて単一パルスと
し、パルスが印加されたときの出力信号の変動を監視す
ることで故障診断を行うようにしたことにある。
【００１９】したがって、本実施例によれば、特にマイ
クロコンピュータ２３で制御する場合に有利であり、印
加する単一パルスの幅が短くても出力信号に変化が生
じ、短時間で故障診断を行なうことができる。
クロコンピュータ２３で制御する場合に有利であり、印
加する単一パルスの幅が短くても出力信号に変化が生
じ、短時間で故障診断を行なうことができる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、力
学量検出手段に対し静電誘導により力学量が加えられた
ときとは異なる周波数での振動による起電力を発生さ
せ、この起電力に対する応答に基づいて故障診断を行う
ようにしたので、力学量の検出レンジに影響を与えるこ
となく的確な故障診断を行なうことができると共に、こ
のことから故障診断を力学量の検出中においても行なう
ことができる。
学量検出手段に対し静電誘導により力学量が加えられた
ときとは異なる周波数での振動による起電力を発生さ
せ、この起電力に対する応答に基づいて故障診断を行う
ようにしたので、力学量の検出レンジに影響を与えるこ
となく的確な故障診断を行なうことができると共に、こ
のことから故障診断を力学量の検出中においても行なう
ことができる。
【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】当該一実施例の構成を説明するための図であ
る。
る。
【図３】圧電体の構成を説明するための図である。
【図４】当該一実施例の作用を説明するための図であ
る。
る。
【図５】周波数に対する加速度信号および故障診断信号
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図６】ローパスフィルタおよびバンドパスフィルタの
特性を示す図である。
特性を示す図である。
【図７】従来のフィルタ特性を示す図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す図である。
１ 圧電体 ３ スペーサ ５ 台座 ７ アンプ ９ 電極 １１ 電極 １３ 昇圧コイル １５ 発振器 １７ ローパスフィルタ １９ バンドパスフィルタ ２１ ＤＣ−ＤＣコンバータ ２３ マイクロコンピュータ
Claims (1)
- 【請求項１】 力学量を電気的な量に変換する圧電体で
構成された力学量検出手段と、 この力学量検出手段に対し静電誘導により起電力を発生
させる起電力発生手段と、 前記力学量検出手段から出力された起電力発生手段によ
る起電力および力学量の検出に基づく起電力を分離する
起電力分離手段と、この起電力分離手段により分離され
たそれぞれの起電力に基づいて力学量検出手段の故障診
断および力学量の演算を行う演算処理手段とを有するこ
とを特徴とする力学量検出器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3262195A JP2734836B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 力学量検出器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3262195A JP2734836B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 力学量検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0599950A JPH0599950A (ja) | 1993-04-23 |
| JP2734836B2 true JP2734836B2 (ja) | 1998-04-02 |
Family
ID=17372401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3262195A Expired - Lifetime JP2734836B2 (ja) | 1991-10-09 | 1991-10-09 | 力学量検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2734836B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8099993B2 (en) | 2007-12-20 | 2012-01-24 | General Electric Company | Method and apparatus for verifying the operation of an accelerometer |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04110977U (ja) * | 1991-01-31 | 1992-09-25 | 株式会社東海理化電機製作所 | 自己診断機能を有する加速度センサ |
-
1991
- 1991-10-09 JP JP3262195A patent/JP2734836B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0599950A (ja) | 1993-04-23 |
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| JPH0445108B2 (ja) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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