JP3030293B1 - 振動検出方法 - Google Patents
振動検出方法Info
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- JP3030293B1 JP3030293B1 JP11036139A JP3613999A JP3030293B1 JP 3030293 B1 JP3030293 B1 JP 3030293B1 JP 11036139 A JP11036139 A JP 11036139A JP 3613999 A JP3613999 A JP 3613999A JP 3030293 B1 JP3030293 B1 JP 3030293B1
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- Japan
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- vibration
- acoustic wave
- surface acoustic
- wave element
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
【要約】
【課題】本発明は従来形の加速度センサーが有するノイ
ズによる外乱を有効に除去すると共に、ケーブル布設工
事を排し、且つケーブルにより電磁気的ノイズを拾う悪
現象を除去して高信頼の振動検出を可能とする。 【解決手段】振動センサーとして振動により厚み方向に
ベンディングする弾性表面波素子１を用い、このベンデ
ィングによる弾性表面波素子１の表面に施された入力側
と出力側の電極２，３における電極間隔の拡縮変動に応
じて周波数変調動作を惹起させ、この変調周波数信号か
ら上記振動の波形を把握する振動検出方法。
ズによる外乱を有効に除去すると共に、ケーブル布設工
事を排し、且つケーブルにより電磁気的ノイズを拾う悪
現象を除去して高信頼の振動検出を可能とする。 【解決手段】振動センサーとして振動により厚み方向に
ベンディングする弾性表面波素子１を用い、このベンデ
ィングによる弾性表面波素子１の表面に施された入力側
と出力側の電極２，３における電極間隔の拡縮変動に応
じて周波数変調動作を惹起させ、この変調周波数信号か
ら上記振動の波形を把握する振動検出方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は建造物に加わる振
動、機器類に加わる振動、地殻変動により発生する振動
等を弾性表面波素子を用いて検出する振動検出方法に係
る。
動、機器類に加わる振動、地殻変動により発生する振動
等を弾性表面波素子を用いて検出する振動検出方法に係
る。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の振動を検出するための圧電
形加速度センサーは圧電素子の持つ発電機能を利用し、
機械的振動の印加時に上記発電機能により電圧を発生さ
せ、この電圧信号により上記振動の波形を把握する方法
であった。
形加速度センサーは圧電素子の持つ発電機能を利用し、
機械的振動の印加時に上記発電機能により電圧を発生さ
せ、この電圧信号により上記振動の波形を把握する方法
であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、従来の方
法は機械的振動の大きさに比例した電圧信号の振巾の大
きさとして振動の大きさをとらえるために、電磁気的な
ノイズによる振巾の乱れを来し易く、正確な振動の検出
が困難であった。電波として遠隔送信することが困難で
あり、その送信には長距離のケーブル布設工事を要し、
布設と管理コストの増大、ケーブルを介してのノイズの
流入による信頼性の欠如等の問題を有している。
法は機械的振動の大きさに比例した電圧信号の振巾の大
きさとして振動の大きさをとらえるために、電磁気的な
ノイズによる振巾の乱れを来し易く、正確な振動の検出
が困難であった。電波として遠隔送信することが困難で
あり、その送信には長距離のケーブル布設工事を要し、
布設と管理コストの増大、ケーブルを介してのノイズの
流入による信頼性の欠如等の問題を有している。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は圧電形加速度セ
ンサーの使用並びにそれが持つ上記固有の問題点を排
し、センサーエレメントとして弾性表面波素子の弾性表
面波伝播機能（共振機能）に着目し、これを周波数変調
要素として機能させ、振動の大きさを周波数の変調度に
よって把握できるようにした、全く新しいタイプの振動
検出方法を提供するものである。
ンサーの使用並びにそれが持つ上記固有の問題点を排
し、センサーエレメントとして弾性表面波素子の弾性表
面波伝播機能（共振機能）に着目し、これを周波数変調
要素として機能させ、振動の大きさを周波数の変調度に
よって把握できるようにした、全く新しいタイプの振動
検出方法を提供するものである。
【０００５】要述すると、振動センサーとして振動によ
り厚み方向にベンディングする弾性表面波素子を用い、
このベンディングによる弾性表面波素子の表面に施され
た入力側電極対と出力側電極対における電極間隔の拡縮
変動に応じて周波数変調動作を惹起させ、この変調周波
数信号から上記振動の波形を把握する振動検出方法を提
供する。
り厚み方向にベンディングする弾性表面波素子を用い、
このベンディングによる弾性表面波素子の表面に施され
た入力側電極対と出力側電極対における電極間隔の拡縮
変動に応じて周波数変調動作を惹起させ、この変調周波
数信号から上記振動の波形を把握する振動検出方法を提
供する。
【０００６】上記振動センサーを構成する弾性表面波素
子は固定端と自由端を有し、上記振動により固定端を支
点として自由端を厚み方向にベンディングさせ、上記周
波数変調出力を得る。
子は固定端と自由端を有し、上記振動により固定端を支
点として自由端を厚み方向にベンディングさせ、上記周
波数変調出力を得る。
【０００７】又は上記弾性表面波素子は両端を支点とし
て中央部においてベンディングし、上記周波数変調出力
を得る。
て中央部においてベンディングし、上記周波数変調出力
を得る。
【０００８】上記周波数変調出力は電波として発信し、
遠隔において受信して復調し、上記振動波形を得る。
遠隔において受信して復調し、上記振動波形を得る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は従来、情報機器のフィル
タとして用いられている弾性表面波素子を振動センサー
エレメントとして活用するものであり、この弾性表面波
素子１はタンタル酸リチウム単結晶やニオブ酸リチウム
単結晶等の圧電板４の表面に二対の櫛形電極２、３が設
けられた構造となっている。即ち、入力側と出力側に各
一対の櫛形電極を各並列電極が交互となるように配置
し、電極間における弾性表面波を利用し特定の信号の伝
播を行なっている。本発明は上記弾性表面波素子を振動
により厚み方向にベンディング可能な構造にする。
タとして用いられている弾性表面波素子を振動センサー
エレメントとして活用するものであり、この弾性表面波
素子１はタンタル酸リチウム単結晶やニオブ酸リチウム
単結晶等の圧電板４の表面に二対の櫛形電極２、３が設
けられた構造となっている。即ち、入力側と出力側に各
一対の櫛形電極を各並列電極が交互となるように配置
し、電極間における弾性表面波を利用し特定の信号の伝
播を行なっている。本発明は上記弾性表面波素子を振動
により厚み方向にベンディング可能な構造にする。
【００１０】詳述すると、図２に示すように前記入力側
電極対２と出力側電極対３とを表面に有する圧電板４か
ら成る弾性表面波素子１或いは同圧電板４を金属板５に
貼り合せにした弾性表面波素子１の一端を固定端とし、
他端を自由端とするような片持ち支持構造で支持する。
電極対２と出力側電極対３とを表面に有する圧電板４か
ら成る弾性表面波素子１或いは同圧電板４を金属板５に
貼り合せにした弾性表面波素子１の一端を固定端とし、
他端を自由端とするような片持ち支持構造で支持する。
【００１１】例えばベース６にスタンド７を介して上記
弾性表面波素子１の一端を片持ち支持する。上記弾性表
面波素子１の自由端に慣性質量体８を一体に設け、振動
によるベンディング性能を向上する。
弾性表面波素子１の一端を片持ち支持する。上記弾性表
面波素子１の自由端に慣性質量体８を一体に設け、振動
によるベンディング性能を向上する。
【００１２】又は図３に示すように、弾性表面波素子１
の両端を両持ち構造にて支持し、中間部においてベンデ
ィング可能な構造にする。
の両端を両持ち構造にて支持し、中間部においてベンデ
ィング可能な構造にする。
【００１３】例えばベース６に一対のスタンド７を対向
して並設し、このスタンド７間に上記弾性表面波素子１
の両端を両持ち支持する。
して並設し、このスタンド７間に上記弾性表面波素子１
の両端を両持ち支持する。
【００１４】この時、各スタンド７は弾性表面波素子１
のベンディング性能を向上するため、素子１の両端を長
さ方向に摺動可能に支持することができる。
のベンディング性能を向上するため、素子１の両端を長
さ方向に摺動可能に支持することができる。
【００１５】更に上記入力側電極対２と出力側電極対３
の間、好ましくは両電極対間の中央に慣性質量体８を設
ける。更に好ましくは上記慣性質量体８を弾性表面波素
子１の中央部に配する。
の間、好ましくは両電極対間の中央に慣性質量体８を設
ける。更に好ましくは上記慣性質量体８を弾性表面波素
子１の中央部に配する。
【００１６】上記スタンド７は好ましくは何れも金属ブ
ロック等の振動に対し剛体を用いる。上記入力側電極対
２と出力側電極対３とはベンディングの曲率半径の中心
線（ベンディング軸）と直交する方向に対称に配置す
る。
ロック等の振動に対し剛体を用いる。上記入力側電極対
２と出力側電極対３とはベンディングの曲率半径の中心
線（ベンディング軸）と直交する方向に対称に配置す
る。
【００１７】又各電極対２、３を構成する櫛歯状電極は
ベンディング軸方向と直交する方向において交互配置と
なるように設置する。
ベンディング軸方向と直交する方向において交互配置と
なるように設置する。
【００１８】上記ベース６にカップ形のカバー９を一体
に被せ、即ちカップ形カバー９の開口部をベース６で一
体に覆って気密ケースを形成し、この気密ケース内に上
記片持ち又は両持ち支持された弾性表面波素子１を封入
する。
に被せ、即ちカップ形カバー９の開口部をベース６で一
体に覆って気密ケースを形成し、この気密ケース内に上
記片持ち又は両持ち支持された弾性表面波素子１を封入
する。
【００１９】又上記ベース６に上記弾性表面波素子１の
入出力電極対２、３の入出力端子１０、１１を植設し、
この入出力端子の各内端と上記入出力電極対２、３間を
ベンディングを阻害しない柔軟性を有する導線１２にて
接続する。
入出力電極対２、３の入出力端子１０、１１を植設し、
この入出力端子の各内端と上記入出力電極対２、３間を
ベンディングを阻害しない柔軟性を有する導線１２にて
接続する。
【００２０】上記ケース内に封入した弾性表面波素子１
を配線回路基板１３に搭載し、入出力端子１０、１１を
以って同回路基板１３に接続する。
を配線回路基板１３に搭載し、入出力端子１０、１１を
以って同回路基板１３に接続する。
【００２１】上記配線回路基板１３は弾性表面波素子１
の図４に示す振動制御回路１７を構成しており、該回路
を形成するための電子部品が搭載されている。
の図４に示す振動制御回路１７を構成しており、該回路
を形成するための電子部品が搭載されている。
【００２２】上記振動制御回路１７は入力側電極対２に
入力する駆動波形と、これに応じ出力側電極対３から出
力する波形との間の位相差を検出する位相検出器と、こ
の検出された位相差に応じた信号によって所定の周波数
を発振し、この周波数を入力側電極対２の駆動波として
供給する発振器とを含んでいる。
入力する駆動波形と、これに応じ出力側電極対３から出
力する波形との間の位相差を検出する位相検出器と、こ
の検出された位相差に応じた信号によって所定の周波数
を発振し、この周波数を入力側電極対２の駆動波として
供給する発振器とを含んでいる。
【００２３】図２に示すように、上記ケースに収容され
た弾性表面波素子１及び配線回路基板１３をボックス１
４内に収納し、このボックス１４内に電源電池１５を内
蔵し、更にボックス１４にアンテナを設け、このアンテ
ナ１６を配線回路基板１３の出力ラインに接続する。
た弾性表面波素子１及び配線回路基板１３をボックス１
４内に収納し、このボックス１４内に電源電池１５を内
蔵し、更にボックス１４にアンテナを設け、このアンテ
ナ１６を配線回路基板１３の出力ラインに接続する。
【００２４】而して、振動検査場所に設置された弾性表
面波素子１は振動制御回路１７により、図５Ｂに示す一
定周波数で駆動され待機状態に置かれる。
面波素子１は振動制御回路１７により、図５Ｂに示す一
定周波数で駆動され待機状態に置かれる。
【００２５】次に図５Ａに示す検出対象から加わる振動
波により、弾性表面波素子１が図２と図３に仮想線と矢
印で示すベンディングを来し、前記入力側と出力側の各
電極対における電極間隔のベンディング方向と大きさに
応じた拡縮変動を招来する。
波により、弾性表面波素子１が図２と図３に仮想線と矢
印で示すベンディングを来し、前記入力側と出力側の各
電極対における電極間隔のベンディング方向と大きさに
応じた拡縮変動を招来する。
【００２６】振動制御回路１７はこの拡縮変動に伴なう
弾性表面波の変動を検知し、この変動に応じた周波数で
上記弾性表面波素子１を駆動する。
弾性表面波の変動を検知し、この変動に応じた周波数で
上記弾性表面波素子１を駆動する。
【００２７】即ち上記弾性表面波の変動に応じた周波数
で入力側電極対２を駆動する。これに応じた周波数の信
号を出力側電極対３から出力する。
で入力側電極対２を駆動する。これに応じた周波数の信
号を出力側電極対３から出力する。
【００２８】上記出力側電極対３から出力される信号、
及びこれに応じ振動制御回路１７から入力側電極対２に
入力する信号は弾性表面波素子１の振動（ベンディン
グ）の方向と大きさに応じた粗密を交互に有する変調信
号であり、所謂ＦＭ変調された信号である。
及びこれに応じ振動制御回路１７から入力側電極対２に
入力する信号は弾性表面波素子１の振動（ベンディン
グ）の方向と大きさに応じた粗密を交互に有する変調信
号であり、所謂ＦＭ変調された信号である。
【００２９】図４に示すように、このＦＭ変調信号、即
ち変調周波数信号をアンテナ１６を介して遠隔に存する
振動監視装置１８のアンテナ１９で受信し、これを復調
して復調振動波形を画面表示等する。これら受信信号は
メモリーに記録することができる。
ち変調周波数信号をアンテナ１６を介して遠隔に存する
振動監視装置１８のアンテナ１９で受信し、これを復調
して復調振動波形を画面表示等する。これら受信信号は
メモリーに記録することができる。
【００３０】
【発明の効果】本発明は弾性表面波素子の弾性表面波伝
播機能を利用し、これをベンディングによる周波数変調
要素として用いることにより振動波形を弾性表面波の変
調周波数信号として検出することができる振動センサー
である。
播機能を利用し、これをベンディングによる周波数変調
要素として用いることにより振動波形を弾性表面波の変
調周波数信号として検出することができる振動センサー
である。
【００３１】故に従来形の加速度センサーが有するノイ
ズによる外乱を有効に除去できると共に、ケーブル布設
工事を排し、且つケーブルにより電磁気的ノイズを拾う
悪現象を除去して高信頼の振動検出を可能とする。加え
てケーブル布設と管理に要するコストを削減できる。
ズによる外乱を有効に除去できると共に、ケーブル布設
工事を排し、且つケーブルにより電磁気的ノイズを拾う
悪現象を除去して高信頼の振動検出を可能とする。加え
てケーブル布設と管理に要するコストを削減できる。
【図１】弾性表面波素子の平面図。
【図２】上記弾性表面波素子を振動センサーとして用い
た場合の、同センサーの片持ち構造と、このセンサーに
よって形成される振動検出装置の断面図。
た場合の、同センサーの片持ち構造と、このセンサーに
よって形成される振動検出装置の断面図。
【図３】上記弾性表面波素子を振動センサーとして用い
た場合の、同センサーの両持ち構造と、このセンサーに
よって形成される振動検出装置の断面図。
た場合の、同センサーの両持ち構造と、このセンサーに
よって形成される振動検出装置の断面図。
【図４】上記振動検出装置とその制御装置の概要を示す
図。
図。
【図５】Ａは振動波形、Ｂは定常時の弾性表面波素子の
駆動波形、Ｃは振動により同素子がベンディングした時
の変調波形を夫々示す波形図。
駆動波形、Ｃは振動により同素子がベンディングした時
の変調波形を夫々示す波形図。
１ 弾性表面波素子 ２ 入力側電極対 ３ 出力側電極対 ４ 圧電板 ５ 金属板 ６ ベース ７ スタンド ８ 慣性質量体 ９ カバー １０ 入力端子 １１ 出力端子 １２ 導線 １３ 配線回路基板 １４ ボックス １５ 電源電池 １６ アンテナ １７ 周波数制御回路 １８ 振動監視装置 １９ アンテナ
Claims (4)
- 【請求項１】振動センサーとして振動により厚み方向に
ベンディングする弾性表面波素子を用い、このベンディ
ングによる弾性表面波素子の表面に施された入力側電極
対と出力側電極対における電極間隔の拡縮変動に応じて
周波数変調動作を惹起させ、この変調周波数信号から上
記振動の波形を把握することを特徴とする振動検出方
法。 - 【請求項２】上記振動センサーを構成する弾性表面波素
子は固定端と自由端を有し、上記振動により固定端を支
点として自由端を厚み方向にベンディングさせ、上記周
波数変調出力を得ることを特徴とする請求項１記載の振
動検出方法。 - 【請求項３】上記弾性表面波素子は両端を支点として中
央部においてベンディングし、上記周波数変調出力を得
ることを特徴とする請求項１記載の振動検出方法。 - 【請求項４】上記周波数変調出力を電波として発信し、
遠隔において受信して復調し、上記振動波形を得ること
を特徴とする請求項１又は２又は３記載の振動検出方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11036139A JP3030293B1 (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | 振動検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11036139A JP3030293B1 (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | 振動検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP3030293B1 true JP3030293B1 (ja) | 2000-04-10 |
| JP2000234954A JP2000234954A (ja) | 2000-08-29 |
Family
ID=12461466
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11036139A Expired - Fee Related JP3030293B1 (ja) | 1999-02-15 | 1999-02-15 | 振動検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3030293B1 (ja) |
-
1999
- 1999-02-15 JP JP11036139A patent/JP3030293B1/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000234954A (ja) | 2000-08-29 |
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