JP2939921B2 - Acceleration transducer - Google Patents

Acceleration transducer

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JP2939921B2
JP2939921B2 JP34114593A JP34114593A JP2939921B2 JP 2939921 B2 JP2939921 B2 JP 2939921B2 JP 34114593 A JP34114593 A JP 34114593A JP 34114593 A JP34114593 A JP 34114593A JP 2939921 B2 JP2939921 B2 JP 2939921B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、加速度変換器に関し、
より詳細には、被測定対象に附随して一体的に運動する
従動部に可撓部を介して重錘が支持され、前記従動部が
加速度を受けたとき前記重錘がその従動部に対し相対変
位するときのひずみをひずみゲージにより電気信号に変
換して当該加速度の検出を行う方式の加速度変換器に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration transducer,
More specifically, a weight is supported via a flexible portion on a driven portion that moves integrally with the measured object, and when the driven portion receives acceleration, the weight is moved relative to the driven portion. The present invention relates to an acceleration converter of a type in which a strain at the time of relative displacement is converted into an electric signal by a strain gauge to detect the acceleration.

【0002】[0002]

【従来の技術】加速度変換器は、構造物の衝撃強度を測
定したり、あるいは構造物に生じた振動における加速度
波形の解析を行うとき等、広範囲に亘って使用されてい
る。このようにして使用されている従来の加速度変換器
としては、例えば、上記従動部が加速度を受けたとき上
記重錘がその従動部に対し相対変位してひずみを生じる
部分、すなわち加速度を感知する起歪体の表面に、ひず
みによって抵抗値が変化する電気抵抗式ひずみゲージ
(箔状または線状をなす)を添着したもの(特公平4−
52899号)や、拡散型半導体ゲージを添着した形式
のもの(特開昭59−158566号)がある。
2. Description of the Related Art Acceleration transducers are widely used, for example, when measuring the impact strength of a structure or analyzing the acceleration waveform of vibration generated in the structure. As a conventional acceleration converter used in this way, for example, when the driven portion is subjected to acceleration, the weight is displaced relative to the driven portion to generate a strain, that is, the acceleration is sensed. An electric resistance type strain gauge (in the form of foil or wire) attached to the surface of a flexure element, the resistance value of which varies with strain
No. 52899) and a type to which a diffusion type semiconductor gauge is attached (Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-158566).

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】このような加速度変換
器においては、小さな加速度でも出力信号がノイズに対
して充分に大きいことと、応答性がよいこと、などが要
求される。加速度変換器の感度を向上させる一方策とし
て、重錘を大きくしビームの変位量を増大させる方法が
ある。しかしながら、この方法は、固有振動数が低く応
答周波数範囲が狭くなるという難点がある。
In such an acceleration converter, it is required that the output signal be sufficiently large with respect to noise even with a small acceleration, and that the response be good. As a measure for improving the sensitivity of the acceleration converter, there is a method of increasing the weight and increasing the beam displacement. However, this method has a drawback that the natural frequency is low and the response frequency range is narrow.

【0004】また、起歪部のばね定数を小さくすれば、
起歪部の撓みが大きくなりひずみ出力は大きくなる反
面、上記と同様に固有振動数が低下し、応答周波数範囲
が狭くなってしまう。この他、超小型の加速度変換器を
開発するためには、ひずみゲージを極小にする必要があ
るが現在の金属箔ひずみゲージ法では、一定の限界があ
り、小型で、高い抵抗値(比抵抗)のひずみゲージの製
作は困難な現状にある。
Further, if the spring constant of the strain generating portion is reduced,
Although the flexure of the strain-generating portion increases and the strain output increases, the natural frequency decreases and the response frequency range narrows as described above. In addition, in order to develop an ultra-small acceleration transducer, it is necessary to minimize the strain gauge. However, the current metal foil strain gauge method has certain limitations, and is small and has a high resistance value (resistivity). It is difficult to manufacture strain gauges.

【0005】一方、電気抵抗式ひずみゲージの他に、上
記した拡散型半導体を用いたものがあるが、これは、起
歪体を結晶シリコン基板で形成し、この基板上に拡散型
半導体を形成することによって受歪素子を構成するもの
である。
On the other hand, there is another type using the above-mentioned diffusion type semiconductor in addition to the electric resistance type strain gauge. In this type, a strain generating body is formed on a crystalline silicon substrate, and the diffusion type semiconductor is formed on this substrate. By doing so, a strain receiving element is formed.

【0006】この拡散型半導体ゲージの場合、ゲージ率
が上述の電気抵抗式ひずみゲージに比べて格段に高いも
のが得られるものの、抵抗温度係数が大きく、従って複
雑な温度補償回路を必要とし、またシリコン基板は弾性
限界が低く且つ脆いので、組立時に細心の注意を払う必
要があり、また、機械的な過負荷に対して脆性破壊しや
すいという難点がある。
[0006] In the case of this diffusion type semiconductor gauge, although the gauge factor can be obtained much higher than that of the above-mentioned electric resistance type strain gauge, it has a large temperature coefficient of resistance and therefore requires a complicated temperature compensation circuit. Since the silicon substrate has a low elasticity limit and is brittle, great care must be taken at the time of assembling, and brittle fracture is easily caused by mechanical overload.

【0007】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、比較的小型で、固有振動
数を高めつつ、ひずみ出力感度を増大させることができ
ると共に組立が容易で且つ長期に亘り安定的に使用し得
る加速度変換器を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to make it possible to increase the strain output sensitivity while increasing the natural frequency, and to facilitate the assembly. Another object of the present invention is to provide an acceleration converter that can be used stably for a long period of time.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、被測定対象に附随して一体的に運動す
る従動部に可撓部を介して重錘が支持され、前記従動部
が加速度を受けたとき前記重錘がその従動部に対し相対
変位するときのひずみをひずみゲージにより電気信号に
変換して当該加速度の検出を行う方式の加速度変換器に
おいて、矩形状断面を呈する梁の中間部に、相対する側
周面の両側から一定深さのスリットをそれぞれ形成する
ことで、基端側には剛性の大きな従動部を、先端側には
剛性の大きな重錘部を、中間部には可撓性を有する可撓
部を、それぞれ設けてなる片持梁と、この片持梁の中間
部に形成された一対のスリットを跨ぐようにして前記従
動部と前記重錘部の前記両側周面にそれぞれ接合された
薄肉で可撓性を有する1対の起歪板と、この1対の起歪
板のスリット側表層部にひずみを検出し得るようにして
それぞれ添着された少なくとも1対のひずみゲージと、
を有し、前記重錘部に作用する加速度で前記片持梁が変
形することによって前記起歪板に作用する引張・圧縮ひ
ずみと、前記起歪板に作用する加速度で前記起歪板自体
が変形することによって生ずる曲げひずみとを加えて前
記1対のひずみゲージで検出し得るように構成したこと
を特徴とするものである。
According to the present invention, in order to achieve the above object, a weight is supported via a flexible part on a driven part which moves integrally with the object to be measured. In an acceleration converter of a type in which the weight is relatively displaced relative to the driven part when the driven part receives the acceleration, the strain is converted into an electric signal by a strain gauge and the acceleration is detected. By forming slits with a fixed depth from both sides of the opposing side peripheral surface in the middle part of the presenting beam, a rigid follower with a large rigidity at the base end and a weight with a rigid rigidity at the distal end The intermediate portion has a flexible portion having flexibility, and the driven portion and the weight are arranged so as to straddle a cantilever beam and a pair of slits formed in the intermediate portion of the cantilever beam. Thin and flexible jointed to the peripheral surfaces on both sides of the 1 pair and strain inducing plate, and at least one pair of strain gauges each adapted to detect impregnated with strain slit side surface portion of the strain inducing plate of the pair that,
And the tensile and compressive strain acting on the strain plate by the deformation of the cantilever with the acceleration acting on the weight portion, and the strain plate itself by the acceleration acting on the strain plate The present invention is characterized in that it is configured to be able to detect a bending strain caused by deformation by adding the pair of strain gauges.

【0009】[0009]

【作用】上記のように構成された加速度変換器は、片持
梁の中間部に形成された可撓部が梁のヒンジの機能を果
たし、被測定対象から従動部を介して加速度を受けたと
き、可撓部に集中的に曲げひずみが発生する。しかし、
この可撓部を設けるべく形成された相対する一対のスリ
ットを跨ぐようにして従動部と重錘部の両側周面にそれ
ぞれ接合された一対の起歪板は、上記梁の曲げを阻止す
るように機能し、一方の起歪板は引張力を受け、他方の
起歪板は圧縮力を受けて、それぞれ引張ひずみまたは圧
縮ひずみを生じる。
In the acceleration converter constructed as described above, the flexible portion formed in the intermediate portion of the cantilever beam functions as a beam hinge and receives acceleration from the object to be measured via the driven portion. At this time, bending strain is intensively generated in the flexible portion. But,
The pair of strain plates, which are joined to the peripheral portions on both sides of the driven portion and the weight portion so as to straddle a pair of opposed slits formed to provide the flexible portion, respectively, prevent bending of the beam. One strain plate receives a tensile force and the other strain plate receives a compressive force to generate tensile strain or compressive strain, respectively.

【0010】一方、この起歪板には、これらの引張・圧
縮ひずみが発生するだけでなく、起歪板に作用する加速
度で起歪板自体が弯曲状に変形することによって生ずる
曲げひずみも発生する。
On the other hand, not only these tensile and compressive strains are generated on the strain generating plate, but also bending strains caused by the deformation of the strain generating plate itself by the acceleration acting on the strain generating plate are generated. I do.

【0011】そこで、1対の起歪板の内側または対向
面、換言すれば起歪板のスリット側表層部に添着された
ひずみゲージには、上記の従動部と重錘間の間隙の増減
に起因した引張ひずみまたは圧縮ひずみだけでなく、起
歪板自体が加速度を受けて弯曲する曲げひずみとが併せ
て加わったものを検出することとなり、ひずみ出力を大
幅に増大させることができるのである。
Therefore, a strain gauge attached to the inner side or the opposing surface of the pair of strain generating plates, in other words, the strain gauge attached to the slit-side surface portion of the strain generating plate, increases or decreases the gap between the driven portion and the weight. Not only the tensile strain or the compressive strain caused but also the bending strain that the flexure plate itself is bent by receiving acceleration is detected, and the strain output can be greatly increased.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の実施例につき、添付図面を参
照しつつ詳細に説明する。図1は、本発明に係る加速度
変換器の全体構成を模式的に示す側断面図、図2は、同
実施例の作用を説明するために、ケーシングを除去した
状態の加速度変換器の構成を模式的に示す側断面図、図
3は、図1の実施例における片持梁の可撓部と起歪板と
ひずみゲージの関係を示す断面図、図4は、図1の実施
例の構成を示す斜視図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a side sectional view schematically showing the entire configuration of the acceleration converter according to the present invention, and FIG. 2 is a view showing the configuration of the acceleration converter in a state where a casing is removed in order to explain the operation of the embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a relationship between a flexible portion of a cantilever, a strain plate, and a strain gauge in the embodiment of FIG. 1, and FIG. 4 is a configuration of the embodiment of FIG. FIG.

【0013】また、図5は、図1〜図4に示した実施例
の起歪板に添着されたひずみゲージをもって組まれたホ
イートストンブリッジ回路の構成を示す回路図である。
図1において、加速度変換器のケーシング1は、四角柱
状の筒体に形成され、そのケーシング1の一面側(図1
においては右端面側)が被測定対象2の壁面にねじ止め
などの固定手段(図示せず)によって取付けられる。
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of a Wheatstone bridge circuit assembled with strain gauges attached to the strain generating plates of the embodiment shown in FIGS.
In FIG. 1, a casing 1 of the acceleration converter is formed in a quadrangular prism-shaped cylindrical body, and one surface side of the casing 1 (FIG. 1).
Is attached to the wall surface of the measured object 2 by fixing means (not shown) such as screwing.

【0014】上記ケーシング1の内周壁には、片持梁3
の基端、すなわち従動部3aの基端が、図示は省略した
が、ねじ止め、溶接、その他の固定手段により強固に固
着されている。
The inner peripheral wall of the casing 1 has a cantilever 3
, That is, the base end of the driven portion 3a is firmly fixed by screwing, welding, or other fixing means, although not shown.

【0015】上記片持梁3の形成方法は、矩形状断面を
呈する梁の中間部に、相対する側周面(図1において
は、上面および下面)から一定深さのスリット3b,3
cを形成することで梁の厚み方向の中心部に所定の肉厚
hの可撓部3dを設け、その可撓部3dより先端側(自
由端側)に重錘部3eを設けるようにしている。
The method of forming the cantilever 3 is as follows. The slits 3b, 3 having a certain depth from opposing side peripheral surfaces (the upper surface and the lower surface in FIG. 1) are formed in the middle of the beam having a rectangular cross section.
By forming c, a flexible portion 3d having a predetermined thickness h is provided at the center in the thickness direction of the beam, and a weight portion 3e is provided on the tip side (free end side) of the flexible portion 3d. I have.

【0016】すなわち、可撓部3dのみが薄肉で可撓性
を有し、従動部3aに加速度が加えられたとき、ヒンジ
の機能を有するようになり、従動部3aと重錘部3eと
は、可撓部3dに比べて充分に厚肉であり、剛性が大き
く実質的に加速度を受けても撓まないようになってお
り、特に重錘部3eは、その質量が加速度変換器の固有
振動数を決める要素であると共に加速度検出感度を決め
る要素になる。
That is, only the flexible portion 3d is thin and flexible, and has a hinge function when acceleration is applied to the driven portion 3a, so that the driven portion 3a and the weight 3e are separated from each other. And the flexible portion 3d is sufficiently thicker than the flexible portion 3d, has high rigidity, and does not bend even when substantially subjected to acceleration. It is an element that determines the frequency and also an element that determines the acceleration detection sensitivity.

【0017】片持梁3の中間部に形成された一対のスリ
ット3b,3cを跨ぐ(橋絡する)ようにして従動部3
aと重錘部3eの上記両側周面にばね材、例えばベリリ
ウム銅、リン青銅等でなる帯板状の起歪板4および5が
それぞれ接着、溶着、螺着、その他の手段により、強固
に接合されている。つまり、これら起歪板4,5は、そ
の板面が可撓部3dの板面と、無負荷時(加速度が印加
されない状態のとき)においては平行な状態に設定して
ある。
The driven portion 3 is set so as to straddle (bridge) a pair of slits 3b and 3c formed in the intermediate portion of the cantilever 3.
A spring material such as beryllium copper, phosphor bronze, or the like, is formed on the peripheral surfaces of both sides of the weight portion 3e and the weight portions 3e by firmly bonding, welding, screwing, or other means, respectively. Are joined. That is, the strain plates 4 and 5 are set so that their plate surfaces are parallel to the plate surface of the flexible portion 3d when no load is applied (when no acceleration is applied).

【0018】起歪板4および5のスリット3bおよび3
cに面する各表層部、すなわち可撓部3dを間に挟んで
相対向する内側の面の各表層部には、図4において破線
で示すように、各2枚のひずみゲージSG1,SG2お
よび図には現われていないSG3,SG4が接着、CV
D等の化学蒸着、またはスパッタリング等の物理蒸着な
どの蒸着手段により添着されている。
Slits 3b and 3 of strain plates 4 and 5
As shown by broken lines in FIG. 4, each of the two surface strain portions SG1 and SG2 is provided on each surface layer portion facing c, that is, each surface layer portion on the inner surface opposed to each other with the flexible portion 3d interposed therebetween. SG3, SG4 not shown in the figure are bonded, CV
It is attached by a vapor deposition means such as chemical vapor deposition such as D or physical vapor deposition such as sputtering.

【0019】このひずみゲージSG1〜SG4は、図4
にその概略形状を示すように、片持梁3の長手方向に沿
うようにして受感軸が向けられて各2枚、並列状に且
つ、その受感部がスリット3b,3cに臨む部分の中心
部に位置するようにして添着されている。ひずみゲージ
SG1〜SG4が起歪板4,5に直接蒸着、融着等され
る場合には、本実施例の場合、起歪板4,5が導体(C
u合金)であることから、適宜な手段、例えば、SiO
2被膜のような絶縁被膜を予め起歪板4,5表面に形成
しておく必要がある。
The strain gauges SG1 to SG4 are shown in FIG.
As shown in FIG. 3A, the sensing axis is directed along the longitudinal direction of the cantilever 3 so that the two sensing pieces are arranged side by side and the sensing portions thereof face the slits 3b and 3c. It is attached so as to be located at the center. In the case of the present embodiment, when the strain gauges SG1 to SG4 are directly vapor-deposited or fused on the strain generating plates 4 and 5, in the case of the present embodiment, the strain generating plates 4 and 5
u alloy), suitable means, for example, SiO 2
(2) It is necessary to form an insulating film such as a film on the surfaces of the strain plates 4 and 5 in advance.

【0020】これらのひずみゲージSG1〜SG4の各
ゲージタブには、ゲージリードの一端がそれぞれ接続さ
れ、そのゲージリードの各他端は、ゲージ端子、リード
線等を介して加速度を計測する計測機器に導かれるが、
加速度変換器の内部またはその近傍において、起歪板4
上に添着されたひずみゲージSG1とSG2は、図5に
示すように相対向する対辺に、また起歪板5上に添着さ
れた他のひずみゲージSG3とSG4は、これと隣り合
う対辺にそれぞれ接続されホイートストンブリッジ回路
(以下「ブリッジ回路」と略称する)が構成される。
One end of a gauge lead is connected to each of the gauge tabs of the strain gauges SG1 to SG4, and the other end of the gauge lead is connected to a measuring device for measuring acceleration via a gauge terminal, a lead wire, or the like. Led,
Inside or near the acceleration transducer, the strain plate 4
As shown in FIG. 5, the strain gauges SG1 and SG2 attached on the upper side are opposite to each other, and the other strain gauges SG3 and SG4 attached on the strain generating plate 5 are on opposite sides adjacent thereto. Are connected to form a Wheatstone bridge circuit (hereinafter abbreviated as “bridge circuit”).

【0021】また、図示は省略したが、ブリッジ回路の
初期不平衡調整や温度補償をするための外部抵抗等がブ
リッジ回路に付加されるようになっている。次に、上述
のように構成された加速度変換器の動作について説明す
る。加速度変換器は、そのケーシング1が被測定対象2
にねじ止め、その他の手段により強固に固定されている
ものとする。
Although not shown, an external resistor for adjusting the initial imbalance of the bridge circuit and for compensating for the temperature is added to the bridge circuit. Next, the operation of the acceleration converter configured as described above will be described. The acceleration converter is such that its casing 1 is
And it is firmly fixed by screws or other means.

【0022】この状態で被測定対象2の振動、衝撃等に
よって、例えば図2に示すように慣性力Fが片持梁3に
作用すると、重錘部3eがケーシング1に対して相対的
に変位し、可撓部3dを撓ませると共に、上、下一対の
起歪板4および5を図2に示すように撓ませる。
In this state, when the inertial force F acts on the cantilever 3 as shown in FIG. 2, for example, due to vibration or impact of the object 2 to be measured, the weight 3e is displaced relative to the casing 1. Then, while flexing the flexible portion 3d, the pair of upper and lower strain plates 4 and 5 are flexed as shown in FIG.

【0023】このとき上側の起歪板4は、スリット3b
の開口端(上端)が開くように変形するために引張力を
受けて伸張すると共に、起歪板4自身に加速度が作用す
ることにより図2に示すように、スリット3b側(内面
側または下面側)に膨出するように撓むために、起歪板
4の反スリット側(外面側または上面側)においては、
圧縮ひずみを生じ、スリット3b側においては引張ひず
みを生じることになる。
At this time, the upper strain plate 4 is provided with the slit 3b.
As shown in FIG. 2, when the opening end (upper end) is deformed so that the opening end (upper end) is opened, it is subjected to a pulling force and acceleration is applied to the strain generating plate 4 itself, as shown in FIG. Side), on the anti-slit side (outer side or upper side) of the strain plate 4,
A compressive strain is generated, and a tensile strain is generated on the slit 3b side.

【0024】また、下側の起歪板5は、スリット3cの
開口端が閉じるように変形するために圧縮力を受けて圧
縮されると共に起歪板5自身に加速度が作用することに
より図2に示すように、スリット3cとは反対側(外面
側または下面側)に膨出するように撓むために、起歪板
5のスリット3c側においては圧縮ひずみを生じ、スリ
ット3cとは反対側(外面側または下面側)において
は、引張ひずみを生じることになる。
The lower strain plate 5 is compressed by receiving a compressive force to deform so that the opening end of the slit 3c is closed, and acceleration is applied to the strain plate 5 itself, as shown in FIG. As shown in FIG. 5, since the flexure plate 5 bends to the side opposite to the slit 3c (the outer surface side or the lower surface side), a compressive strain is generated on the slit 3c side of the strain generating plate 5, and the side opposite to the slit 3c (the outer surface). Side or the lower surface side), tensile strain occurs.

【0025】従って、起歪板4のスリット3b側の表層
部に添着された2枚のひずみゲージSG1とSG2は、
重錘部3eに作用する加速度で片持梁3が図2に示すよ
うに変形し、スリット3bの開口端(上端)の広がりに
よる引張ひずみと、起歪板4に作用する加速度で起歪板
4自体が下方に膨出する曲りによる引張ひずみとを検出
して、その抵抗値を大きく増大する。
Therefore, the two strain gauges SG1 and SG2 attached to the surface layer on the slit 3b side of the strain plate 4 are:
The cantilever 3 is deformed by the acceleration acting on the weight 3e as shown in FIG. 2, and the tensile strain caused by the expansion of the opening end (upper end) of the slit 3b and the strain acting on the strain generating plate 4 by the acceleration acting on the strain generating plate 4. 4 itself detects a tensile strain due to bending that bulges downward, and greatly increases its resistance value.

【0026】一方、起歪板5のスリット3c側の表層部
に添着された2枚のひずみゲージSG3、SG4は、重
錘部3eに作用する加速度で片持梁3が図2に示すよう
に変形し、スリット3cの開口端(下端)が狭まること
による圧縮ひずみと、起歪板5に作用する加速度で起歪
板5自体が下方に膨出する曲りによる圧縮ひずみ、とを
検出して、その抵抗値を大きく減少する。
On the other hand, the two strain gauges SG3 and SG4 attached to the surface layer on the side of the slit 3c of the strain plate 5 are configured such that the cantilever 3 is moved by the acceleration acting on the weight 3e as shown in FIG. Compressive strain due to deformation and narrowing of the opening end (lower end) of the slit 3c, and compressive strain due to bending of the flexure plate 5 itself swelling downward due to acceleration acting on the flexure plate 5 are detected, Its resistance is greatly reduced.

【0027】以上述べてきた動作説明は、ケーシング1
上方向に加速度が印加された場合のものであるが、反対
に下方向に加速度が印加された場合には、重錘部3eが
慣性力により可撓部3dをヒンジとして上方に相対的に
変位するため、起歪板4のスリット3b側表層面に添着
されたひずみゲージSG1,SG2の抵抗値は、上述し
たとは逆に大きく減少し、起歪板5のスリット3c側の
表層面に添着されたひずみゲージSG3,SG4の抵抗
値は、大きく増大することは容易に理解されるところで
ある。
The explanation of the operation described above is based on the case 1
When acceleration is applied in the upward direction, on the contrary, when acceleration is applied in the downward direction, the weight portion 3e is relatively displaced upward by the inertia force using the flexible portion 3d as a hinge. Therefore, the resistance values of the strain gauges SG1 and SG2 attached to the surface of the strain generating plate 4 on the side of the slit 3b are greatly reduced, contrary to the above, and attached to the surface of the strain generating plate 5 on the side of the slit 3c. It is easily understood that the measured resistance values of the strain gauges SG3 and SG4 greatly increase.

【0028】因に、上記実施例とは異なり、上側の起歪
板4のスリット3bとは反対側(上面側)にひずみゲー
ジを添着した場合には、片持梁3が図2のように変形し
たとすると、従動部3aと重錘部3eとの間の表層部の
間隔が離れることによって起歪板4には引張力が作用し
て引張ひずみを生ずるが、起歪板4自体が加速度を受け
て変形することにより反スリット側の表層部は、圧縮ひ
ずみを生ずるので、両者が互いに相殺し合って、結果的
に小さな引張ひずみのみをひずみゲージが検出すること
になるから、ひずみ出力が大幅に減少し、S/N比が悪
化するため、実用上望ましくない。
In contrast to the above embodiment, when a strain gauge is attached to the upper strain plate 4 on the side opposite to the slit 3b (upper side), the cantilever 3 is moved as shown in FIG. If it is deformed, a tensile force acts on the strain generating plate 4 due to the separation of the surface layer between the driven portion 3a and the weight portion 3e, and a tensile strain is generated. As a result, the surface layer on the opposite side of the slit generates a compressive strain, and the two cancel each other out, resulting in the strain gauge detecting only a small tensile strain. This is not practically desirable because it is greatly reduced and the S / N ratio is deteriorated.

【0029】また、同様に、上記実施例とは異なり下側
の起歪板5のスリット3cとは反対側(下面側)にひず
みゲージを添着した場合には、片持梁3が図2のように
変形したとすると、従動部3aと重錘部3eとの間の表
層部の間隔が接近することによって起歪板5には圧縮力
が作用して圧縮ひずみを生ずるが、起歪板5自体が加速
度を受けて変形することにより反スリット側の表層部
は、引張ひずみを生ずるので、両者が互いに相殺し合っ
て、結果的には、小さな圧縮ひずみのみを、ひずみゲー
ジが検出することになるから、ひずみ出力が大幅に減少
し、S/N比が悪化するため、実用上これも望ましくな
い。
Similarly, when a strain gauge is attached to the lower strain generating plate 5 on the opposite side (lower surface side) to the slit 3c, unlike the above embodiment, the cantilever 3 shown in FIG. If such deformation occurs, a compression force acts on the strain-generating plate 5 due to the closeness of the surface layer between the driven portion 3a and the weight portion 3e, and a compressive strain is generated. The surface layer on the opposite side of the slit generates tensile strain due to its own deformation due to acceleration, so the two cancel each other out, resulting in the strain gauge detecting only a small compressive strain. Therefore, the strain output is greatly reduced, and the S / N ratio is deteriorated.

【0030】このように上述した実施例によれば、第1
に、可撓部3dの表面にひずみゲージを添着した場合に
比べ、より大きなひずみ出力が得られるばかりでなく、
可撓性を有する薄肉の起歪板4,5をスリット3b,3
cを跨ぐようにして橋絡する構成としたから、片持梁3
を効果的に補強することができ、比較的小形でありなが
ら堅牢で高感度の加速度変換器を提供することができ
る。
According to the embodiment described above, the first
In addition, not only can a larger strain output be obtained than when a strain gauge is attached to the surface of the flexible portion 3d,
The flexible thin strain plates 4 and 5 are slit 3b and 3
Since the bridge is configured to straddle c, the cantilever 3
Can be effectively reinforced, and a relatively small, robust and highly sensitive acceleration transducer can be provided.

【0031】第2に、起歪板4,5を補強板として機能
させるだけでなく、ひずみゲージSG1〜SG4を表面
側、すなわち、スリット3b,3cとは反対側に添着し
た場合に比べ、起歪板4,5に作用する加速度で起歪板
4,5自体が変形することによって生ずる曲げひずみに
相当する引張ひずみおよび圧縮ひずみを加えて検出する
ものであるから、同じゲージ感度(ゲージ率)の場合、
より高い感度が得られ、また、重錘部3eの重量を調整
すれば、同じ感度でも高い共振周波数(固有振動数)が
得られる加速度変換器を提供することができる。
Second, not only do the strain plates 4 and 5 function as reinforcing plates, but also the strain gauges SG1 to SG4 are attached to the front side, that is, when the strain gauges SG1 to SG4 are attached to the opposite sides of the slits 3b and 3c. Since the tensile strain and the compressive strain corresponding to the bending strain caused by the deformation of the strain generating plates 4 and 5 by the acceleration acting on the strain plates 4 and 5 are added and detected, the same gauge sensitivity (gauge rate) is obtained. in the case of,
If a higher sensitivity is obtained and the weight of the weight 3e is adjusted, an acceleration converter that can obtain a high resonance frequency (natural frequency) even with the same sensitivity can be provided.

【0032】第3に、ひずみゲージとして半導体ゲージ
を用いなくても上述したように高いひずみ感度が得られ
るから、半導体ゲージに比べ温度補償が容易であり、半
導体ゲージのように脆弱でないから割れたり、剥離しに
くくその分、組立作業が容易化されると共にイニシャル
設定値がずれにくいという利点が得られると共に、半導
体ゲージは一般的に厚肉であるため、本実施例のように
構成した場合、半導体ゲージが添着された起歪板に加速
度が作用しても起歪板が図2に示すように膨出状の変形
を示さず、従って、ひずみ感度を向上させることはでき
ないが、箔また線ひずみゲージあるいはスパッタリング
や蒸着により成膜されたひずみゲージを用いることで、
上記第1の効果を奏し得る加速度変換器を提供すること
ができる。
Third, since a high strain sensitivity can be obtained as described above without using a semiconductor gauge as a strain gauge, temperature compensation is easier than that of a semiconductor gauge, and it is not brittle like a semiconductor gauge, so that cracks may occur. In addition, when the semiconductor gauge is generally thick, it is easy to assemble and the initial set value is not easily shifted. Even when acceleration is applied to the strain-generating plate to which the semiconductor gauge is attached, the strain-generating plate does not show a bulging deformation as shown in FIG. 2, and therefore, the strain sensitivity cannot be improved. By using a strain gauge or a strain gauge formed by sputtering or evaporation,
It is possible to provide an acceleration converter that can achieve the first effect.

【0033】尚、本発明は、上述し且つ図面に示した実
施例にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲内で種々の変形実施をすることができる。例え
ば、上述した実施例では、起歪板にひずみゲージを添着
しているが、起歪板に直接蒸着等によってゲージ素子パ
ターン被膜を添着する場合も、本発明の適用範囲に入る
ものである。
It should be noted that the present invention is not limited to the embodiment described above and shown in the drawings, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment, the strain gauge is attached to the strain-generating plate. However, the case where the gauge element pattern coating is directly attached to the strain-generating plate by vapor deposition or the like is also included in the applicable range of the present invention.

【0034】また、ひずみゲージは、起歪板1枚につ
き、2枚添着する場合に限らず、1枚また3枚以上であ
ってもよい。また、起歪板4,5は、片持梁3と別体に
形成せずに一体に形成するようにしてもよい。
The number of strain gauges is not limited to two when one strain gauge is attached, and one or three or more strain gauges may be used. Further, the strain plates 4 and 5 may be formed integrally with the cantilever 3 without being formed separately.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上詳述したところより明らかなよう
に、比較的小型で、固有振動数を低下させずに高いひず
み感度が得られ、衝撃、振動に対し強い靭性を有し、組
立作業および温度補償が容易で、長期に亘り安定性を維
持し得る加速度変換器を提供することができる。
As apparent from the above detailed description, it is relatively small, has a high strain sensitivity without lowering the natural frequency, has a strong toughness against shocks and vibrations, It is possible to provide an acceleration converter that can easily perform temperature compensation and maintain stability for a long time.

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

【図1】本発明に係る加速度変換器の一実施例の構成を
示す側断面図である。
FIG. 1 is a side sectional view showing a configuration of an embodiment of an acceleration converter according to the present invention.

【図2】図1に示す実施例の動作を説明するための側断
面図である。
FIG. 2 is a side sectional view for explaining the operation of the embodiment shown in FIG. 1;

【図3】図1に示す実施例の可撓部と起歪板とひずみゲ
ージの関係を示す図1のX−X線矢視方向断面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional view taken along line XX of FIG. 1 showing a relationship among a flexible portion, a strain plate, and a strain gauge of the embodiment shown in FIG.

【図4】図1に示す実施例の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of the embodiment shown in FIG.

【図5】本発明に係る加速度変換器に適用されている4
枚のひずみゲージで組まれたホイートストンブリッジ回
路の構成を示す回路図である。
FIG. 5 shows 4 applied to the acceleration transducer according to the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a Wheatstone bridge circuit assembled by a single strain gauge.

【符号の説明】 1 ケーシング 2 被測定対象 3 片持梁 3a 従動部 3b,3c スリット 3d 可撓部 3e 重錘部 4,5 起歪板[Description of Signs] 1 casing 2 object to be measured 3 cantilever 3a driven portion 3b, 3c slit 3d flexible portion 3e weight portion 4, 5 strain-generating plate

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被測定対象に附随して一体的に運動する
従動部に可撓部を介して重錘が支持され、前記従動部が
加速度を受けたとき前記重錘がその従動部に対し相対変
位するときのひずみをひずみゲージにより電気信号に変
換して当該加速度の検出を行う方式の加速度変換器にお
いて、 矩形状断面を呈する梁の中間部に、相対する側周面の両
側から一定深さのスリットをそれぞれ形成することで、
基端側には剛性の大きな従動部を、先端側には剛性の大
きな重錘部を、中間部には可撓性を有する可撓部を、そ
れぞれ設けてなる片持梁と、 この片持梁の中間部に形成された一対のスリットを跨ぐ
ようにして前記従動部と前記重錘部の前記両側周面にそ
れぞれ接合された薄肉で可撓性を有する1対の起歪板
と、 この1対の起歪板のスリット側表層部にひずみを検出し
得るようにしてそれぞれ添着された少なくとも1対のひ
ずみゲージと、 を有し、前記重錘部に作用する加速度で前記片持梁が変
形することによって前記起歪板に作用する引張・圧縮ひ
ずみと、前記起歪板に作用する加速度で前記起歪板自体
が変形することによって生ずる曲げひずみとを加えて前
記1対のひずみゲージで検出し得るように構成したこと
を特徴とする加速度変換器。
A weight is supported via a flexible part on a driven part that moves integrally with the object to be measured, and when the driven part receives an acceleration, the weight is moved relative to the driven part. An acceleration transducer that converts the strain at the time of relative displacement into an electric signal by a strain gauge and detects the acceleration is provided. By forming a slit of each,
A cantilever beam having a rigidly driven portion at the base end, a rigid weight portion at the distal end, and a flexible portion having flexibility at an intermediate portion; A pair of thin and flexible strain plates which are respectively joined to the peripheral portions of the driven portion and the weight portion so as to straddle a pair of slits formed in an intermediate portion of the beam; And at least one pair of strain gauges respectively attached to the slit-side surface portions of the pair of strain-generating plates so that strain can be detected, wherein the cantilever beam is accelerated by the weight acting on the weight portion. The tensile / compressive strain acting on the strain-generating plate by being deformed, and the bending strain caused by the deformation of the strain-generating plate itself by the acceleration acting on the strain-generating plate, are added to the pair of strain gauges. Acceleration conversion characterized by being configured to be detectable .
【請求項2】 各起歪板には、並列状に2枚のひずみゲ
ージが添着されていることを特徴とする請求項1記載の
加速度変換器。
2. The acceleration transducer according to claim 1, wherein two strain gauges are attached to each strain plate in parallel.
【請求項3】 起歪板は、ベリリューム銅、リン青銅な
どのCu合金により可撓性を有するように薄肉に形成さ
れていることを特徴とする請求項1記載の加速度変換
器。
3. The acceleration converter according to claim 1, wherein the strain plate is made of a Cu alloy such as beryllium copper or phosphor bronze so as to have flexibility.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014010021A (en) * 2012-06-29 2014-01-20 Kyowa Electron Instr Co Ltd Accelerometer

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