JP3024558B2

JP3024558B2 - 圧力・振動検知装置

Info

Publication number: JP3024558B2
Application number: JP8189135A
Authority: JP
Inventors: 謙三黄地; 康裕梅景
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1996-07-18
Publication date: 2000-03-21
Anticipated expiration: 2016-07-18
Also published as: JPH1038723A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧力および振動検
知装置に関し、特にその小型・高性能化に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の圧力検知装置および振動
検知装置は、特開平８−６８７０７号公報に記載されて
いるようなのが一般的であった。即ち、ガスメータのコ
ントロール基板に圧力検知素子を収納する圧力センサ装
着部と、振動検知素子を収納する感振器収納部とをそれ
ぞれ別個に設け、圧力検知および振動検知装置としてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、圧力検知素子および振動検知素子のそれ
ぞれの容積が必要となり、全体の容積が大きくなるとい
う課題を有していた。

【０００４】また、例えば、圧力検知素子として、一般
的なダイアフラム型の静電容量タイプの素子を用い、振
動検知素子として、一般的な密封された容器内に封入さ
れた鋼球が振動により移動し、電気接点を開閉するタイ
プの素子を用いた場合、検知原理が異なるため、それぞ
れに対し検知回路が必要となり、処理回路が複雑にな
り、容積も増大することになるという課題も有してい
た。また、振動の大きさや、振動の周期などを正確には
検知できなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、平行平板型の電極を有するダイアフラムから
なる簡単な構成の、且つ、同じ検知原理で圧力検知と振
動検知とを兼ね備えた圧力・振動検知素子を実現し、小
型化とともに、処理回路をも共通化した。

【０００６】これにより、圧力・振動の検知装置の小型
化を実現するとともに、振動の大きさや、周期までも検
知できる高性能化も実現した。

【０００７】本発明により、容積の小さい、高性能な圧
力・振動検知装置を提供することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の圧力・振動検知装置は、
片面に電極をそれぞれ有し、前記電極が互いに対向する
ように設けた一対の平板と、互いに対向する前記一対の
平板の間隙をあらかじめ定められた寸法に設定する固着
部と、一方の前記平板に設けた圧力導入部と、他方の前
記平板に設けた振動検知体と、前記電極の間隙の変化に
対応して変化する静電容量を検出する検知回路と、この
検知回路が検知した静電容量の変化が圧力変動によるも
のか、振動発生によるものかを判別する判別回路とを備
えた構成とした。このため、圧力導入部内の圧力が変化
がしても、あるいは、振動検知体が振動を検知し振動し
ても、対向する電極間の静電容量は変化することにな
る。従って、静電容量の変化を検知する検知回路で、そ
れぞれを検知することができる。また、判別回路を備え
ているので、圧力変化によるものか、振動によるものか
は、簡単に識別できる。

【０００９】また、本発明の圧力・振動検知装置は、上
記平板の片面に有する電極を複数にした構成にした。こ
のため、それぞれの電極間に形成される複数の静電容量
の位相を検知することにより、例えば、同相であれば、
圧力変動として、位相が異なっていれば、振動として検
知できる。

【００１０】また、本発明の圧力・振動検知装置は、一
対の平板の間に設け両面に電極を有する中間平板と、こ
の中間平板と一方の平板および前記中間平板と他方の平
板と間隙を予め定められた寸法にそれぞれ設定する第１
の固着部および第２の固着部と、前記一対の平板の一方
の平板に設けた圧力導入部と、他方の平板に設けた振動
検知体と、前記一方の平板の電極と前記中間平板の電極
および前記他方の平板の電極と中間平板の電極とが構成
する静電容量を、同時にもしくは交互に検出する検知回
路とを備えた構成にした。このため、圧力導入部側の静
電容量変化は、圧力変化として、また、振動検知体側の
静電容量変化は、振動として検知できる。この場合、検
知原理が同一であるため、検知回路を共用し、例えば、
交互に検知することにより同一の回路で検知できる。ま
た、この場合は、前記の判別回路が不要となり、より小
型となる。

【００１１】また、本発明の圧力・振動検知装置は、前
記振動検知体側の平板の片面に有する電極を複数にした
構成とした。このため、それぞれの電極間に形成される
複数の静電容量の位相を検知することにより、例えば、
同相であれば、振動検知体が、電極面に対し垂直な振動
であり、位相が異なっていれば、振動検知体が電極面に
平行な振動であると判断できる。

【００１２】また、本発明の圧力・振動検知装置は、振
動検知体を、一対の平板の内側に設けた構成としてい
る。これにより小型化を実現できる。

【００１３】また、本発明の圧力・振動検知装置は、振
動検知体を、一対の平板の外側に設けた構成としてい
る。これにより、高感度な振動検知素子が実現できる。

【００１４】また、本発明の圧力・振動検知装置は、振
動検知体を、平板の中央部に垂直に設けた支持部と、こ
の支持部に支えられた重り部とからなる構成としてい
る。これにより、振動を忠実に検知したり、また増幅し
て検知したりできる。

【００１５】（実施例１）以下、本発明の実施例１を図
面に基づいて説明する。

【００１６】図１は、本発明の実施例１である。１は、
圧力・振動検知装置の検知部の断面を示す。２、３はそ
れぞれの片面中央部に円形の厚さ１ミクロン以下の薄膜
からなる電極４、５を有するアルミナなどの絶縁性の円
形平板であり、板厚は約０．１mm、直径は約３０mm、電
極径は約１８mmとした。６は、封着ガラスなどからなる
接着層を示し、２枚の基板２、３を平行に、予め決めら
れた間隔をあけて接着している。接着層は封着ガラスで
構成し、その幅は約２mmで、厚みは約０．０５mmとし
た。７は、平板２に設けた圧力導入部を示し、ＳＵＳな
どの金属で形成し、エポキシ接着材で平板２に接着し
た。８は、圧力導入部７に設けた圧力導入孔を示す。９
は、平板３に設けた通気孔を示し、平板２には、８から
導入される圧力と、９から通気される圧力との差圧が印
加されるようになる。１０はＳＵＳで構成した振動検知
体で、直径は約１５mm、高さは約５mmとした。１１は、
検知回路を、１２は判別回路を示す。１３、１４は電極
４、５の取り出しリード線を示す。

【００１７】図２に、検知回路１１の詳細を示す。破線
１５で囲まれたコンデンサ１６が電極４、５が形成する
コンデンサを示し、１７、１８はオペアンプを示す。１
９、２０、２１は抵抗を示す。この検知回路１１は、１
６のコンデンサの静電容量４０〜８０pFに応じ、出力端
子２２から発振周波数約１０〜３０KHzの高周波を出力
する。この出力される高周波の周波数を検知することに
より、コンデンサ１６の静電容量を検知することができ
る。判別回路１２は検知回路１１から出力される高周波
の周波数からコンデンサ１６の静電容量を判別し、その
変化が圧力変動よるものか、振動検知体１０の振動によ
るものかを判別する。

【００１８】圧力導入孔８から圧力が導入されると、平
板２は印加される差圧に応じ変形することになる。例え
ば、差圧が０〜１０００mmAq変化させると、平板２が変
形し、電極４と５との距離が変化し、電極４と５とが形
成するコンデンサ１６の静電容量が、約４０〜８０pF変
化し、出力端子２２から出力される高周波の発振周波数
も、約３０〜１０KHzへと変化する。この出力周波数を
検知することによりコンデンサ１２の静電容量の変化を
検知し、平板２に印加される差圧を検知することができ
る。

【００１９】また、圧力・振動検知装置の検知部１に振
動が加えられると、振動検知体１０が、上下左右に振動
することになる。例えば、平板の平面方向に約０．５Ｇ
の加速度を与えると、振動検知体１０が振動し、その結
果、振動検知体１０の動きに合わせて平板３が変動し、
電極４と５との距離が変化する。従って、電極４と５と
が形成するコンデンサ１６の静電容量が、例えば約４０
から数pFの大きさで大きくなったり、小さくなったり変
化することになり、出力端子２２から出力される高周波
の周波数も、それに応じて変化することになり、この周
波数変化より振動の大きさと振動の周期とが検知でき
る。判別回路１２では、検知回路１１の出力端子２２か
ら得られる高周波の周波数よりコンデンサ１６の静電容
量を検知し、平板２に印加される差圧、あるいは平板３
に発生する振動を同時に検知する。判別回路では、この
変化を、例えば、１Hz以上の早い変化であれば、振動変
化であるとし、また、０．１Hz以下の遅い変動であれ
ば、圧力変動であると判別する。中間の変動周期の場
合、圧力変動、振動発生のどちらか、あるいは両方が発
生したと判別する。即ち、比較的早い変動を振動とし、
比較的遅い変動を圧力変動として判別する。

【００２０】（実施例２）図３は、本発明の実施例２の
圧力・振動検知装置の検知部の断面を示す。図４に、図
３のＡ−Ａ’線断面図を示す。平板２に設けられた電極
を周方向に３分割した以外は、実施例１に示した圧力・
振動検知装置の検知部と同じ構成である。この場合、実
施例１で示した電極４と電極５とが構成するコンデンサ
１６は、電極２３と電極５からなるコンデンサ２４、電
極２５と電極５からなるコンデンサ２６、電極２７と電
極５からなるコンデンサ２８の３つのコンデンサからな
ることになる。それぞれ３つのコンデンサ２４、２６、
２８の静電容量を検知回路で検知すると、静電容量の変
化が圧力変動によるものか、振動によるものかを簡単に
識別できる。例えば、３つのコンデンサ２４、２６、２
８の静電容量が同時に、即ち、同じ位相で変動すれば、
平板２の差圧による変形によって発生したと識別するこ
とができる。

【００２１】例えば、平板２が差圧により変形したとす
ると、３個のコンデンサ、２４、２６、２８の電極間距
離が同時に大きくなったり、小さくなったりする。電極
間距離の変動に合わせて３個のコンデンサの静電容量
は、同時に歩調を合わせて大きくなったり、小さくなた
っりする。逆に、３つのコンデンサ２４、２６、２８の
静電容量がそれぞれ独立して、即ち、異なった位相で変
動すれば、振動体１０の上下左右の振動によるものと識
別することができる。コンデンサ２４が、コンデンサ２
６と２８と逆位相で変化したとすると、即ち、コンデン
サ２４の静電容量が大きい方に変化し、コンデンサ２６
と２８との静電容量が小さくなる方へ変化したとする
と、電極２３と５の間隔が短縮し、電極２５と５および
電極２７との間隔が伸張したことになる。この場合、振
動検知体１０は電極２５と２７との分離線の方向に振動
していることになる。

【００２２】このように各コンデンサの静電容量の変化
の位相をみることにより振動の方向を検知することがで
きる。

【００２３】静電容量の変化の大きさから振動の大きさ
を検知し、変化の位相から振動の方向が解る。検知回路
はそれぞれのコンデンサに対応して設けてもよいが、１
つの検知回路を順次切換えて用いても良い。なお、上記
説明では、電極を周方向に３分割したが、２分割しても
上記と同様に差圧および振動による変動を検知できる。
しかし、この場合、分割電極の分割方向に丁度一致した
方向の振動に対しては、静電容量の変化が同相となり、
差圧による変動と区別できないことになる。

【００２４】（実施例３）図５に、本発明の実施例３の
圧力・振動検知装置の検知部の断面図を示す。２９、３
０はそれぞれ片面の中央部に円形の電極を有するアルミ
ナなどの絶縁性平板を示す。３１は、両面の中央部に円
形の電極を有するアルミナなどの絶縁性平板である。そ
れぞれの平板は図に示すようにガラス接着層３２、３３
でそれぞれの電極３４と３５、電極３６と３７とが対面
するように接着されている。それぞれの電極間で２つの
コンデンサ３８（電極３４と３５）、３９（電極３６と
３７）が構成されることになる。圧力導入孔８から導入
された差圧は、平板２９を変形させ、電極３４と３５と
が構成するコンデンサ３８の静電容量を変化させる。

【００２５】また、振動検知体１０の振動により平板３
０が変形すると、電極３６と３７とが構成するコンデン
サの静電容量が変化することになる。従って、これらの
静電容量を上記で説明した検知回路で同時に、もしくは
順次切換えて交互に検知することにより、圧力変動によ
るものか、振動体の振動によるものかを、それぞれ独立
にあるいは交互に、簡単に識別して検知できる。

【００２６】（実施例４）図６に、本発明の実施例４の
圧力・振動検知装置の検知部の断面図を示す。図７に、
図６のＡ−Ａ’線断面図を示す。前述の実施例３で示し
た平板３１に設けられた電極３６を３分割し、電極４
１、４２、４３とした以外は実施例３と同じ構成であ
る。３つのコンデンサ４４（電極４１と３７）、コンデ
ンサ４５（電極４２と３７）、コデンサ４６（電極４３
と３７）のそれぞれの静電容量を検知することにより、
上記で説明したように、振動検知体１０の振動の様子、
振動の大きさと振動の方向とを検知できる。即ち、３つ
のコンデンサの静電容量が同時に、同じ位相で変化した
場合、振動検知体１０が平板３０に対して垂直に振動し
ていると識別できる。また、静電容量の変化の位相が異
なっている場合、振動検知体１０の振動が、平板３０に
平行な方向に振動していると識別できる。従って、この
場合、振動の大きさばかりでなく、上下方向か、あるい
は平面内のどの方向の振動であるかも検知することがで
きる。なお、この場合も、検知回路（図示せず）は、３
つ別々に構成しても、１つの検知回路を順次切換えて、
交互に使用しても良い。

【００２７】（実施例５）図８に、本発明の実施例５の
圧力・振動検知装置の検知部の断面図を示す。４７は、
前述の実施例１で示した振動検知体１０を、一対の平板
４８、４９の内側に構成した。それ以外は、実施例１と
同じ構成である。なお、４８に形成された円形電極５０
と対向する円形電極５１は、導電性の振動検知体４７の
上面部で代用した。従って、この場合電極径は振動検知
体４７と同じにした。ガラス接着層５８は、振動検知体
４７の厚さ分だけ厚くし、電極５０と振動検知体４７の
上面部５１との電極間距離は、約０．０５mmと、実施例
１と同じになるように形成した。また振動検知体４７を
内蔵しているため、コンパクトな構成にすることができ
た。そして、この場合も、実施例１と同様に、圧力変動
と、振動検知体の振動とを検知することができる。

【００２８】（実施例６）図９に、本発明の実施例６の
圧力・振動検知装置の検知部の断面図を示す。実施例１
で示した振動検知体１０を、中央部に円形の電極５２、
５３を有する一対の平板５４、５５の外部に支持部５６
と重り部５７とからなる構成とした。この構成におい
て、支持部５６は外径約５mmの肉厚の薄い円筒状の軽
い、例えばアルミ、ＳＵＳなど金属で構成し、重り部５
７は、プラスチックなどに比べ、比重の大きい直径約１
０mmの金属球で構成し、平板５５にエポキシ樹脂などの
接着材で接着固定した。例えば、重り部５７が外部の振
動により左右に振動したとすると、支持部５６の平板５
５との接着部が、重り部５７の動きに合わせて左右にた
わむことになり、平板５５のたわみにより、電極５２と
５３とが形成する静電容量が変化する。この場合、実施
例１に比べ、同じ振動であっても、本実施例６の方が、
感度を大きく、静電容量の変化を大きくとることができ
た。即ち、重り部５７が、平板５５から遠く離れるほど
振動を増幅することができるため、感度が大きくなると
考えられる。また、支持部５６の外径が細いほど感度が
大きくなる。また、支持部５６が金属などの剛体である
ため、重り部５７の振動を忠実に伝達すると考えられ
る。

【００２９】さらにまた、支持部５６を、コイルばね、
あるいは柔軟性に富んだナイロン系、シリコン系樹脂な
どで構成すると、外部からの振動により重り部５７がよ
り大きく振動し、さらに感度が向上した。これは柔軟性
に富んだ支持部５６と重り部５７との組合わせによる振
動の増幅作用によるものと考えられる。また、支持部５
６の弾性特性および高さ、径などの形状と重り部５７と
の組合わせにより共振特性を持たせることができるた
め、検知したい振動の特性に合わせることもできる。

【００３０】なお、上記実施例において、中央部に円形
の電極を有する平板を絶縁性の平板で構成したが、コン
デンサを構成する一対の平板の内、片一方は導電性の金
属などの材料で構成されていてもよい。また、複数電極
は、対向する電極の内のどちら側に構成してもよいもの
である。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
圧力・振動検知装置によれば次の効果が得られる。

【００３２】（１）片面に電極をそれぞれ有し、電極が
互いに対向するように設けた一対の平板と、互いに対向
する一対の平板の間隙をあらかじめ定められた寸法に設
定する固着部と、一方の前記平板に設けた圧力導入部
と、他方の平板に設けた振動検知体と、電極の間隙の変
化に対応して変化する静電容量を検出する検知回路と、
この検知回路が検知した静電容量の変化が圧力変動によ
るものか、振動発生によるものかを判別する判別回路と
を備え、また検知原理が同一であるので、処理回路を共
通にでき、また検知部がコンパクトになる。また、同一
の検知回路を用いても、静電容量の変化の速度から、圧
力変動によるものか、振動変化によるものかを判別する
ことができる。

【００３３】（２）さらに、平板の片面に有する電極を
複数に構成したので、複数個形成されるコンデンサの静
電容量変化の位相から、圧力変動か、振動による変動か
を判別することができる。

【００３４】（３）また、一対の平板の間に設け両面に
電極を有する中間平板と、この中間平板と一方の平板お
よび中間平板と他方の平板と間隙を予め定められた寸法
にそれぞれ設定する第１の固着部および第２の固着部
と、一対の平板の一方の平板に設けた圧力導入部と、他
方の平板に設けた振動検知体と、一方の平板の電極と中
間平板の電極および他方の平板の電極と中間平板の電極
とが構成する静電容量を、同時にもしくは交互に検出す
る検知回路とを備えた構成にしたので、同一の検知回路
を用いても、圧力変動によるものと、振動変化によるも
のとを区別して判別することができる。

【００３５】（４）さらに、平板の片面に有する電極を
複数に構成したので、複数個形成されるコンデンサの静
電容量の変化の位相を検知することにより、同一位相で
あれば、上下方向の振動であると、また、位相が異なっ
ていれば、平板の平面方向の振動として、振動の方向ま
でも検知できる。

【００３６】（５）振動検知体を、一対の平板の内側に
設けたことにより、全体がとしてよりコンパクトに構成
できる。

【００３７】（６）振動検知体を、一対の平板の外側に
設けたことにより、振動検知体の構成を自由度高く構成
することができる。

【００３８】（７）振動検知体を、平板の中央部に垂直
に設けた支持部と、この支持部に支えられた重り部とか
らなる構成としたので、感度を大きく、また、振動を忠
実に検知できる。また、支持部と重り部の弾性特性など
から振動を増幅して、感度よく振動を検知できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の圧力・振動検知装置の構成
図

【図２】同装置の検知回路図

【図３】本発明の実施例２の圧力・振動検知装置の検知
部の断面図

【図４】図３のＡ−Ａ’線断面図

【図５】本発明の実施例３の圧力・振動検知装置の検知
部の断面図

【図６】本発明の実施例４の圧力・振動検知装置の検知
部の断面図

【図７】図６のＡ−Ａ’線断面図

【図８】本発明の実施例５の圧力・振動検知装置の検知
部の断面図

【図９】本発明の実施例６の圧力・振動検知装置の検知
部の断面図

【符号の説明】

１検知部２、３、２９、３０、３１、４８、４９、５４、５５
平板４、５、２３、２５、２７、３４、３５、３６、３７、
４１、４２、４３、５０、５２、５３電極６、３２、３３接着層７圧力導入部８圧力導入孔９通気孔１０、４７振動検知体１１検知回路１２判別回路１７、１８オペアンプ１９、２０、２１抵抗２２出力端子５１振動検知体の上部５６支持部５７重り部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−179328（ＪＰ，Ａ) 特開平６−201502（ＪＰ，Ａ) 特開平６−58949（ＪＰ，Ａ) 特開平８−35893（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 9/12 G01L 7/00 G01H 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】片面に電極をそれぞれ有し、前記電極が互
いに対向するように設けた一対の平板と、互いに対向す
る前記一対の平板の間隙をあらかじめ定められた寸法に
設定する固着部と、前記平板の一方に設けた圧力導入部
と、前記平板の他方に設けた振動検知体と、前記電極の
間隙の変化に対応して変化する静電容量を検出する検知
回路と、この検知回路が検知した静電容量の変化が圧力
変動によるものか、振動発生によるものかを判別する判
別回路とを備えた圧力・振動検知装置。
【請求項２】平板の片面に有する電極を複数にした請求
項１記載の圧力・振動検知装置。
【請求項３】一対の平板の間に設け両面に電極を有する
中間平板と、この中間平板と一方の平板および前記中間
平板と他方の平板と間隙を予め定められた寸法にそれぞ
れ設定する第１の固着部および第２の固着部と、前記一
対の平板の一方の平板に設けた圧力導入部と、他方の平
板に設けた振動検知体と、前記一方の平板の電極と前記
中間平板の電極および前記他方の平板の電極と中間平板
の電極とが構成する静電容量を、同時にもしくは交互に
検出する検知回路とを備えた圧力・振動検知装置。
【請求項４】平板の片面に有する電極を複数にした請求
項３記載の圧力・振動検知装置。
【請求項５】振動検知体を、一対の平板の内側に設けた
請求項１または３記載の圧力・振動検知装置。
【請求項６】振動検知体を、一対の平板の外側に設けた
請求項１または３記載の圧力・振動検知装置。
【請求項７】振動検知体を、平板の中央部に垂直に設け
た支持部と、この支持部に支えられた重り部とから構成
した請求項１〜４のいづれか１項に記載の圧力・振動検
知装置。