JP3070424B2 - Accelerometer mounting structure - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、衝撃検出用として使用
される加速度センサの取付構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mounting structure for an acceleration sensor used for detecting an impact.
【０００２】[0002]
【従来の技術】加速度センサのうちには両端固定型のバ
イモルフ素子を加速度検出素子として構成されたものが
あり、図４で簡略化して示すように、この加速度センサ
は、バイモルフ素子１と、これを位置決めして収納する
絶縁ケース２とを具備したうえで配線基板などのセンサ
取付面３上に取り付けて固定されるようになっている。2. Description of the Related Art Some acceleration sensors have a bimorph element fixed at both ends as an acceleration detecting element. As shown in simplified form in FIG. 4, this acceleration sensor comprises a bimorph element 1 and a bimorph element 1. And an insulating case 2 for positioning and storing the sensor, and is mounted and fixed on a sensor mounting surface 3 such as a wiring board.
【０００３】そして、ここでのバイモルフ素子１は、矩
形平板形状とされたうえで表裏面上に信号電極４及び中
間電極５のそれぞれが形成された２枚の圧電性セラミッ
クス板６を重ね合わせて一体化したものであり、中間電
極５を介して対面接合された圧電性セラミックス板６の
各々は、自らの厚み方向に沿いつつ他方側の圧電性セラ
ミックス板６におけるのとは逆向きに分極処理されてい
る。なお、図中の破線矢印は、これらの分極方向を示し
ている。また、この際における信号電極４のそれぞれ
は、圧電性セラミックス板６各々の長手方向に沿って形
成されたうえで互いに異なる一端部まで引き出されてい
る。The bimorph element 1 has a rectangular flat plate shape, and two piezoelectric ceramic plates 6 each having a signal electrode 4 and an intermediate electrode 5 formed on the front and back surfaces are superposed. Each of the piezoelectric ceramic plates 6, which are integrated and face-to-face joined via the intermediate electrode 5, is polarized in the direction opposite to that of the piezoelectric ceramic plate 6 on the other side while being along its own thickness direction. Have been. Note that the dashed arrows in the figure indicate these polarization directions. At this time, each of the signal electrodes 4 is formed along the longitudinal direction of each of the piezoelectric ceramic plates 6 and then drawn out to one end different from each other.
【０００４】一方、絶縁ケース２は、バイモルフ素子１
の長手方向に沿う両端部のみを厚み方向に沿って挟持す
る平面視「コ」字形状とされた一対の挟持枠７と、バイ
モルフ素子１及びこれを挟んで対向配置された挟持枠７
によって形成された開放面を閉塞する一対のケース蓋８
とから構成されている。そして、この絶縁ケース２内に
収納されたバイモルフ素子１の信号電極４それぞれは、
絶縁ケース２の互いに異なる外端面ごとに形成された外
部電極（図示していない）と接続されている。On the other hand, the insulating case 2 comprises a bimorph element 1
A pair of holding frames 7 having a “U” shape in a plan view that holds only both ends along the longitudinal direction along the thickness direction, and the bimorph element 1 and the holding frames 7 opposed to each other with the bimorph element 1 interposed therebetween.
Case lids 8 for closing the open surfaces formed by
It is composed of Each of the signal electrodes 4 of the bimorph element 1 housed in the insulating case 2 is
It is connected to external electrodes (not shown) formed for different outer end faces of the insulating case 2.
【０００５】さらにまた、この加速度センサは絶縁ケー
ス２を構成する挟持枠７もしくはケース蓋８いずれかの
外表面がセンサ取付面３上に位置決め固定されることに
よって取り付けられており、バイモルフ素子１の信号電
極４それぞれは絶縁ケース２に形成された外部電極を通
じたうえでセンサ取付面３上の配線パターン（図示して
いない）と接続されている。そして、これらの配線パタ
ーンは信号処理回路（図示していない）に対して接続さ
れており、信号処理回路においては加速度センサから出
力された電気信号を処理して衝撃に伴う加速度を検出す
ることが行われるようになっている。Further, this acceleration sensor is mounted by positioning and fixing the outer surface of either the holding frame 7 or the case lid 8 constituting the insulating case 2 on the sensor mounting surface 3. Each of the signal electrodes 4 is connected to a wiring pattern (not shown) on the sensor mounting surface 3 through an external electrode formed on the insulating case 2. These wiring patterns are connected to a signal processing circuit (not shown), and the signal processing circuit can process an electric signal output from the acceleration sensor to detect acceleration due to impact. Is being done.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、加速度検出
素子としてのバイモルフ素子１は、圧電性セラミックス
板６の表面に対する法線方向、すなわち、その厚み方向
に沿った向きの加速度が作用した際に最大の電気信号を
出力し、また、１８０度逆向きの加速度が作用した際に
も正負が逆で絶対値の等しい最大の電気信号を出力する
ものであり、これら加速度の作用する向きが最大感度の
生じる方向、つまり加速度センサの主軸といわれる最大
感度方向Ｐとなったものである。そして、圧電性セラミ
ックス板６表面の接線方向に沿った向きの加速度が作用
した際には電気信号を出力せず、つまり検出感度が零と
なる一方、法線方向及び接線方向間におけるいずれかの
向きに沿った加速度が作用した際には最大感度方向Ｐと
加速度の作用方向とがなす角度θに対応した大きさの検
出感度、つまり最大感度Ｓ×cosθ倍の検出感度を生じ
るものでもある。By the way, the bimorph element 1 as the acceleration detecting element has a maximum when the acceleration in the direction normal to the surface of the piezoelectric ceramic plate 6, that is, in the direction along its thickness acts. In addition, even when 180-degree reverse acceleration acts, a maximum electric signal having the opposite absolute value and the same absolute value is output even when 180-degree reverse acceleration acts. This is the direction of occurrence, that is, the maximum sensitivity direction P called the main axis of the acceleration sensor. When an acceleration in the tangential direction on the surface of the piezoelectric ceramic plate 6 is applied, no electric signal is output, that is, the detection sensitivity becomes zero, and any one of the normal direction and the tangential direction. When an acceleration along the direction acts, a detection sensitivity having a magnitude corresponding to the angle θ formed between the maximum sensitivity direction P and the direction of the acceleration, that is, a detection sensitivity of the maximum sensitivity S × cos θ times is generated.
【０００７】そこで、前記従来構成の加速度センサをセ
ンサ取付面３上に取り付けた場合、バイモルフ素子１の
有する最大感度方向Ｐはセンサ取付面３に対して平行も
しくは垂直となる。すなわち、図４で示したように、セ
ンサ取付面３上に直交二次元の座標軸（平面座標軸）
ｘ，ｙを設定し、このセンサ取付面３をｘｙ平面とする
直交三次元の座標軸（空間座標軸）ｘ，ｙ，ｚを設定し
たうえ、バイモルフ素子１が組み込まれた絶縁ケース２
のケース蓋８をセンサ取付面３上に取り付けた際におい
て、縦向きとなったバイモルフ素子１の最大感度方向Ｐ
がセンサ取付面３上のｙ軸と一致している場合には、ｘ
軸及びｚ軸に沿った向きの加速度、つまりｘｚ平面内に
おけるいずれの方向に沿って作用する加速度をも検出で
きないことになってしまう。Therefore, when the acceleration sensor having the conventional configuration is mounted on the sensor mounting surface 3, the maximum sensitivity direction P of the bimorph element 1 is parallel or perpendicular to the sensor mounting surface 3. That is, as shown in FIG. 4, orthogonal two-dimensional coordinate axes (plane coordinate axes) are placed on the sensor mounting surface 3.
x, y are set, and orthogonal three-dimensional coordinate axes (spatial coordinate axes) x, y, z with the sensor mounting surface 3 as the xy plane are set, and the insulating case 2 in which the bimorph element 1 is incorporated.
When the case lid 8 is mounted on the sensor mounting surface 3, the maximum sensitivity direction P
Is equal to the y-axis on the sensor mounting surface 3, x
Acceleration in the directions along the axis and the z-axis, that is, acceleration acting along any direction in the xz plane cannot be detected.
【０００８】また、図示省略しているが、直交座標軸
ｘ，ｙが設定されたセンサ取付面３上に絶縁ケース２の
挟持枠７を取り付けてバイモルフ素子１の最大感度方向
Ｐをセンサ取付面３と垂直なｚ軸に対して一致させた場
合には、ｘ軸及びｙ軸によって構成されるｘｙ平面内に
おけるいずれの方向に沿う加速度をも検出することが不
可能となる。したがって、互いに直交する座標軸ｘ，
ｙ，ｚそれぞれの方向に沿って作用するであろう加速度
の全てを検出しようとする際には、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の
各々と最大感度方向Ｐが一致した３個の加速度センサを
センサ取付面３上に取り付けておかねばならず、加速度
センサの個数及び設置スペースが多くなってコスト高を
招くことになるばかりか、３個もの加速度センサから出
力された電気信号の処理を行う信号処理回路の複雑化を
招いてしまうという不都合が生じる。Although not shown, the holding frame 7 of the insulating case 2 is mounted on the sensor mounting surface 3 on which the orthogonal coordinate axes x and y are set, and the maximum sensitivity direction P of the bimorph element 1 is changed to the sensor mounting surface 3. When it is made to coincide with the z-axis perpendicular to the above, it is impossible to detect acceleration along any direction in the xy plane constituted by the x-axis and the y-axis. Therefore, coordinate axes x,
When trying to detect all of the accelerations that will act along the y and z directions, three acceleration sensors whose maximum sensitivity direction P coincides with each of the x, y, and z axes are used. A signal that must be mounted on the sensor mounting surface 3, increases the number of acceleration sensors and the installation space, increases the cost, and also processes electric signals output from as many as three acceleration sensors. There is a disadvantage that the processing circuit becomes complicated.
【０００９】ところで、このような不都合を避けるべ
く、バイモルフ素子の最大感度方向を予めセンサ取付面
から上向きに傾けておくことによって直交座標軸ｘ，
ｙ，ｚの３つの方向に沿って作用する加速度を検出し得
る構成とされた加速度センサが提案されている。すなわ
ち、この種の加速度センサとしては、図示していない
が、特開平５−１３３９７４号で開示されたものがあ
り、これには、矩形平板状を有する加速度検出素子の最
大感度方向をセンサ取付面と４５度（°）となる向きに
傾けたうえ、この加速度検出素子の稜線をさらにセンサ
取付基板の稜線と４５°となる向きに傾けて設置するこ
とを特徴とした加速度センサが示されている。そして、
このような構成とされた加速度センサを採用した際に
は、確かにｘ軸，ｙ軸，ｚ軸（本発明に係る図２で示す
のと合致する３つの方向：以下、同じ）それぞれの方向
に沿って作用する加速度を検出し得ることになる。By the way, in order to avoid such inconveniences, the maximum sensitivity direction of the bimorph element is tilted upward from the sensor mounting surface in advance so that the orthogonal coordinate axes x,
There has been proposed an acceleration sensor configured to detect acceleration acting along three directions of y and z. That is, although not shown, an acceleration sensor of this type is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-133974. The acceleration sensor has a maximum sensitivity direction of a rectangular flat plate-like acceleration sensor. The acceleration sensor is characterized in that it is tilted in a direction of 45 degrees (°) and that the ridge line of the acceleration detection element is further tilted in a direction of 45 degrees with the ridge line of the sensor mounting board. . And
When the acceleration sensor having such a configuration is adopted, the respective directions of the x-axis, the y-axis, and the z-axis (three directions that match those shown in FIG. 2 according to the present invention: the same hereinafter) are used. Can be detected.
【００１０】しかしながら、３つの直交座標軸ｘ，ｙ，
ｚに沿って作用する加速度を検出し得るからといって全
ての方向の加速度を検出できることにはならず、その最
大感度方向に対して垂直となる平面内に作用する加速度
を検出することは不可能となってしまう。さらにまた、
上記構成を採用した場合における最大感度方向がｚ軸と
４５°をなしていることは当然であるが、この場合にお
けるｘ軸及びｙ軸の各々と最大感度方向とは実質的に６
０°をなしていることになり、やはりｘ軸，ｙ軸，ｚ軸
の方向における検出感度が略等しくなることにはならな
い。However, three orthogonal coordinate axes x, y,
Being able to detect acceleration acting along z does not mean that acceleration in all directions can be detected, and it is not possible to detect acceleration acting in a plane perpendicular to the direction of maximum sensitivity. It will be possible. Furthermore,
It is natural that the maximum sensitivity direction in the case of adopting the above configuration forms 45 ° with the z axis, but in this case, each of the x axis and the y axis and the maximum sensitivity direction are substantially 6 °.
That is, the detection sensitivities in the directions of the x-axis, the y-axis, and the z-axis do not become substantially equal.
【００１１】本発明は、これらの不都合に鑑みて創案さ
れたものであって、少ない個数でありながらも広い範囲
にわたって加速度を検出でき、しかも、直交座標軸いず
れの方向に沿って作用する加速度に対しても略等しい検
出感度を有する加速度センサの取付構造を提供しようと
するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of these inconveniences, and it is possible to detect acceleration over a wide range even though the number is small. It is an object of the present invention to provide a mounting structure for an acceleration sensor having substantially the same detection sensitivity.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明に係る加速度セン
サの取付構造は、このような目的を達成するために、セ
ンサ取付面がｘｙ平面となるように直交座標軸（ｘ，
ｙ，ｚ）を設定したうえでセンサ取付面上におけるｘ
軸，ｙ軸の各々と一致する方向に沿って取り付けられた
２個の加速度センサと、これら加速度センサの各々から
出力された電気信号の絶対値の和を算出する演算処理手
段とを備えており、加速度センサの一方に組み込まれた
加速度検出素子の最大感度方向がｙ軸からｚ軸に向かっ
て２０ないし３０度傾いた方向とされ、かつ、加速度セ
ンサの他方に組み込まれた加速度検出素子の最大感度方
向がｘ軸からｚ軸に向かって２０ないし３０度傾いた方
向とされていることを特徴とする。また、この際におけ
る加速度検出素子は、圧電性セラミックスを用いて作製
された両端固定型のバイモルフ素子である。In order to achieve such an object, the mounting structure of the acceleration sensor according to the present invention has a rectangular coordinate axis (x, x) such that the sensor mounting surface is on the xy plane.
y, z) and then x on the sensor mounting surface
It has two acceleration sensors attached along the directions coinciding with each of the axis and the y-axis, and arithmetic processing means for calculating the sum of absolute values of electric signals output from each of these acceleration sensors. The direction of maximum sensitivity of the acceleration detecting element incorporated in one of the acceleration sensors is set to a direction inclined by 20 to 30 degrees from the y axis to the z axis, and the maximum direction of the acceleration detecting element incorporated in the other of the acceleration sensors is It is characterized in that the sensitivity direction is a direction inclined by 20 to 30 degrees from the x axis toward the z axis. In this case, the acceleration detecting element is a fixed-end bimorph element manufactured using piezoelectric ceramics.
【００１３】[0013]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１４】図１は本実施例に係る加速度センサそのも
のの構成を示す一部破断斜視図、図２は加速度センサの
取付構造を簡略化して示す説明図であり、図３は本実施
例の取付構造を採用した際の動作を示す機能ブロック図
である。なお、加速度センサそのものの構成は従来例と
基本的に異ならないので、図１及び図２において図４と
同一の部品、部分には同一符号を付し、ここでの詳しい
説明は省略する。FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of the acceleration sensor according to the present embodiment, FIG. 2 is an explanatory view showing a simplified structure for mounting the acceleration sensor, and FIG. It is a functional block diagram showing operation at the time of adopting a structure. Since the configuration of the acceleration sensor itself is basically the same as that of the conventional example, the same parts and portions in FIGS. 1 and 2 as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００１５】本実施例に係る加速度センサのそれぞれ
は、図１で示すように、加速度検出素子として機能する
両端固定型のバイモルフ素子１と、これを収納する絶縁
ケース２とを具備して構成されたものであり、これらの
加速度センサは配線基板などのようなセンサ取付面３上
に取り付けられることになっている。そして、この際に
おけるバイモルフ素子１は最大感度方向Ｐがセンサ取付
面３に対して傾いた状態とされたうえで絶縁ケース２内
に位置決め収納されており、その最大感度方向Ｐはセン
サ取付面３からの傾斜角度θが２０°以上で３０°以
下、例えば、２５°となる上向きに設定されている。As shown in FIG. 1, each of the acceleration sensors according to the present embodiment includes a bimorph element 1 having both ends fixed and functioning as an acceleration detecting element, and an insulating case 2 for accommodating the bimorph element. These acceleration sensors are to be mounted on a sensor mounting surface 3 such as a wiring board. In this case, the bimorph element 1 is positioned and accommodated in the insulating case 2 after the maximum sensitivity direction P is inclined with respect to the sensor mounting surface 3. The inclination angle θ is set upward from 20 ° to 30 °, for example, 25 °.
【００１６】すなわち、ここでのバイモルフ素子１は、
共に矩形平板形状とされて表裏面上に信号電極４及び中
間電極５がそれぞれ形成された一対の圧電セラミック板
６を対面接合したうえ、これを傾斜角度θに見合う２５
°でもって切り落としたものとなっている。なお、中間
電極５を介して接合された圧電セラミック板６の各々が
自らの厚み方向に沿いつつ他方側とは逆向きに分極処理
されており、また、信号電極４の各々が各圧電セラミッ
ク板６の長手方向に沿って互いに異なる一端部にまで引
き出されていることは従来例と同じである。また、この
際における絶縁ケース２は従来例同様の挟持枠７及びケ
ース蓋８を用いて構成されたものであり、バイモルフ素
子１の信号電極４それぞれは絶縁ケース２の異なる外端
面ごとに形成された外部電極（図示していない）と接続
されている。That is, the bimorph element 1 here is
A pair of piezoelectric ceramic plates 6 each having a rectangular plate shape and having a signal electrode 4 and an intermediate electrode 5 formed on the front and back surfaces are joined face-to-face, and this is matched to the inclination angle θ.
° cut off. Each of the piezoelectric ceramic plates 6 joined via the intermediate electrode 5 is polarized in the direction of its own thickness and in the direction opposite to the other side, and each of the signal electrodes 4 is connected to each of the piezoelectric ceramic plates. 6 are drawn out to different ends along the longitudinal direction, which is the same as the conventional example. In this case, the insulating case 2 is constituted by using the holding frame 7 and the case lid 8 similar to the conventional example, and the signal electrodes 4 of the bimorph element 1 are formed on different outer end surfaces of the insulating case 2 respectively. Connected to an external electrode (not shown).
【００１７】さらにまた、本実施例に係る加速度センサ
の取付構造は、図２及び図３で示すように、同一のセン
サ取付面３上における直交座標軸ｘ，ｙの各々と一致す
る方向に沿って取り付けられた２個の加速度センサＡ，
Ｂと、これら加速度センサＡ，Ｂのそれぞれから出力さ
れた電気信号ＶA，ＶBの絶対値の和（│ＶA│＋│Ｖ
B│）を算出する演算処理手段１０と、信号処理回路１
１とを備えている。なお、上記のような演算処理を実行
する演算処理手段１０自体の構成については周知である
から、ここでの詳しい説明は省略する。Further, the mounting structure of the acceleration sensor according to the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, extends along a direction corresponding to each of the orthogonal coordinate axes x and y on the same sensor mounting surface 3. Two attached acceleration sensors A,
B and these acceleration sensors A, the electric signal V A output from each of the B, the absolute value of the sum (│V A │ of V B + │V
B |) and the signal processing circuit 1
1 is provided. Note that the configuration of the arithmetic processing means 10 itself for executing the above-described arithmetic processing is well known, and thus detailed description thereof will be omitted.
【００１８】そして、これら加速度センサＡ，Ｂの各々
は、絶縁ケース２を構成するケース蓋８の外表面が位置
決め固定されることによってセンサ取付面３上に取り付
けられており、バイモルフ素子１の信号電極４それぞれ
は絶縁ケース２に形成された外部電極（図示していな
い）を通じたうえでセンサ取付面３上に形成された配線
パターン（図示していない）の各々と半田付けなどによ
って接続されている。すなわち、この際における加速度
センサＡに組み込まれたバイモルフ素子１の最大感度方
向Ｐはｙ軸からｚ軸に向かって２５°傾いた上向きとな
っており、加速度センサＢにおけるバイモルフ素子１の
最大感度方向Ｐはｘ軸からｚ軸に向かって２５°傾いた
上向きとなっているのである。Each of the acceleration sensors A and B is mounted on the sensor mounting surface 3 by positioning and fixing the outer surface of a case lid 8 constituting the insulating case 2. Each of the electrodes 4 is connected through an external electrode (not shown) formed on the insulating case 2 to each of the wiring patterns (not shown) formed on the sensor mounting surface 3 by soldering or the like. I have. That is, at this time, the maximum sensitivity direction P of the bimorph element 1 incorporated in the acceleration sensor A is upward at an angle of 25 ° from the y axis toward the z axis, and the maximum sensitivity direction of the bimorph element 1 in the acceleration sensor B is P is upward at an angle of 25 ° from the x-axis toward the z-axis.
【００１９】つぎに、図２及び図３に基づき、本実施例
に係る加速度センサＡ，Ｂの動作を説明する。なお、以
下の説明においては、加速度センサＡ，Ｂの有する最大
感度がＳ（ｍＶ／Ｇ：Ｇは重力加速度）であるものとし
ている。Next, the operation of the acceleration sensors A and B according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, it is assumed that the maximum sensitivity of the acceleration sensors A and B is S (mV / G: G is gravitational acceleration).
【００２０】まず、図２で示した位置関係に従って配置
された２個の加速度センサＡ，Ｂからなる取付構造に対
し、直交座標軸ｘの正方向から１Ｇの加速度が作用した
場合を考えると、ｙ軸と一致する方向に沿って取り付け
られた加速度センサＡの検出感度は最大感度Ｓのcos９
０°倍として表されることになり、ｘ軸と一致する方向
に沿って取り付けられた加速度センサＢの検出感度は最
大感度Ｓのcos２５°倍として表されることになる。そ
こで、この際の加速度センサＡから出力される電気信号
ＶAはＳ×cos９０°×１（ｍＶ）、また、加速度センサ
Ｂから出力される電気信号ＶBはＳ×cos２５°×１（ｍ
Ｖ）として表されることになり、演算処理手段１０にお
いては加速度センサＡ，Ｂの各々から出力された電気信
号ＶA，ＶBの絶対値の和（│ＶA│＋│ＶB│）、つまり
│Ｓ×cos９０°│＋│Ｓ×cos２５°│＝Ｓ×０．９１
（ｍＶ）が合成信号ＶABとして算出されることになる。First, let us consider a case where 1 G of acceleration is applied from the positive direction of the orthogonal coordinate axis x to a mounting structure composed of two acceleration sensors A and B arranged in accordance with the positional relationship shown in FIG. The detection sensitivity of the acceleration sensor A mounted along the direction coinciding with the axis is cos9 of the maximum sensitivity S.
That is, the detection sensitivity of the acceleration sensor B attached along the direction coinciding with the x-axis is represented as cos 25 ° times the maximum sensitivity S. Therefore, the electric signal V A is S × cos90 ° × 1 output from the acceleration sensor A at this time (mV), The electric signal V B output from the acceleration sensor B is S × cos25 ° × 1 (m
V), and the arithmetic processing means 10 sums the absolute values of the electric signals V A and V B output from the acceleration sensors A and B (│V A │ + │V B │). │S × cos90 ° │ + │S × cos25 ° │ = S × 0.91
(MV) is calculated as the composite signal V AB .
【００２１】そして、このような手順に従って算出され
た合成信号ＶABは信号処理回路１１に対して出力される
ことになり、この信号処理回路１１においては予め設定
されたＳ0をしきい値としたうえでのコンパレータ処理
が行われる。すなわち、信号処理回路１１においては、
ＶAB＞Ｓ0ならばコンパレータ信号ＶS＝１であり、ＶAB
＜Ｓ0ならばコンパレータ信号ＶS＝０であるというよう
なコンパレータ処理が行われた後、外部へと向かってコ
ンパレータ信号ＶSが出力される。なお、以上の説明は
直交座標軸ｘの正方向から１Ｇの加速度が作用した場合
であるが、直交座標軸ｙの正方向から１Ｇの加速度が作
用した場合も同様であり、合成信号ＶABとしてＳ×０．
９１（ｍＶ）が算出されることになる。The composite signal V AB calculated in accordance with the above procedure is output to the signal processing circuit 11. In this signal processing circuit 11, a preset S 0 is set as a threshold value. After that, the comparator process is performed. That is, in the signal processing circuit 11,
If V AB > S 0 , the comparator signal V S = 1, and V AB
After the comparator process such that the comparator signal V S = 0 if <S 0 is performed, the comparator signal V S is output to the outside. Although the above description is the case where the acceleration of 1G from the positive direction of the orthogonal coordinate axes x is applied, is the same when the positive direction from the 1G acceleration of the orthogonal coordinate axis y is applied, S × a composite signal V AB 0.
91 (mV) will be calculated.
【００２２】さらにまた、図２の取付構造に対し、直交
座標軸ｚの正方向から１Ｇの加速度が作用した場合はつ
ぎのような動作が行われる。すなわち、加速度センサ
Ａ，Ｂそれぞれのｚ軸と一致する方向における検出感度
は、加速度センサＡ，Ｂのセンサ取付面３に対する傾斜
角度θが２５°であることから、最大感度Ｓのcos６５
°倍、つまり（９０°−２５°）倍として表されること
になる。そこで、この際における加速度センサＡ，Ｂの
各々から出力される電気信号ＶA，ＶBは共にＳ×cos６
５°×１（ｍＶ）として表されることになり、演算処理
手段１０においては加速度センサＡ，Ｂから出力された
電気信号ＶA，ＶBの絶対値の和であるところの│Ｓ×co
s６５°│＋│Ｓ×cos６５°│＝Ｓ×０．８５（ｍＶ）
が合成信号ＶABとして算出されることになる。Further, when an acceleration of 1 G acts on the mounting structure of FIG. 2 from the positive direction of the orthogonal coordinate axis z, the following operation is performed. That is, the detection sensitivity in the direction coinciding with the z-axis of each of the acceleration sensors A and B is the cos 65 of the maximum sensitivity S since the inclination angle θ of the acceleration sensors A and B with respect to the sensor mounting surface 3 is 25 °.
° times, that is, (90 ° -25 °) times. Therefore, the electric signals V A and V B output from each of the acceleration sensors A and B at this time are both S × cos 6
This is expressed as 5 ° × 1 (mV), and the arithmetic processing means 10 | S × co which is the sum of the absolute values of the electric signals V A and V B output from the acceleration sensors A and B.
s65 ° │ + │S × cos65 ° │ = S × 0.85 (mV)
Is calculated as the composite signal V AB .
【００２３】すなわち、本実施例に係る加速度センサの
取付構造を採用した場合には、直交座標軸ｘ，ｙ，ｚい
ずれの方向に沿っても略等しい程度の検出感度が得られ
ている。また、本実施例に係る取付構造においては、感
度の検出されない方向が両加速度センサＡ，Ｂそれぞれ
の最大感度方向Ｐと直交する方向に沿ってしか存在して
おらず、広い範囲にわたる加速度を検出できるという利
点も得られる。That is, when the mounting structure of the acceleration sensor according to the present embodiment is adopted, substantially the same detection sensitivity is obtained along any of the orthogonal coordinate axes x, y, and z. Further, in the mounting structure according to the present embodiment, the direction in which the sensitivity is not detected exists only along the direction orthogonal to the maximum sensitivity direction P of each of the acceleration sensors A and B, and the acceleration over a wide range is detected. There is also the advantage of being able to do so.
【００２４】ところで、本実施例においては、ｘ軸及び
ｙ軸に沿う加速度が作用した際の合成信号ＶABがＳ×
０．９１（ｍＶ）となり、ｚ軸に沿う加速度が作用した
際の合成信号ＶABがＳ×０．８５（ｍＶ）となっている
が、このような相違が生じるのは加速度センサＡ，Ｂそ
れぞれのセンサ取付面３に対する傾斜角度θを製作上の
都合から２５°と設定したためである。つまり、計算上
では傾斜角度θを２６．５６５……°と設定しておくこ
とにより、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸いずれの方向に沿っても完
全に一致した検出感度が得られることになる。In this embodiment, when the acceleration along the x-axis and the y-axis is applied, the synthesized signal V AB is S ×
0.91 (mV), and the composite signal V AB when the acceleration along the z-axis acts is S × 0.85 (mV). Such a difference occurs because the acceleration sensors A and B This is because the inclination angle θ with respect to each sensor mounting surface 3 was set to 25 ° for convenience in manufacturing. In other words, in the calculation, by setting the inclination angle θ to 26.565..., A detection sensitivity that is completely matched along any of the x-axis, y-axis, and z-axis directions can be obtained. .
【００２５】ところで、本発明の発明者らが検討したと
ころ、センサ取付面３上の直交座標軸ｘ，ｙと一致する
方向に沿って配置された２個の加速度センサＡ，Ｂそれ
ぞれに組み込まれたバイモルフ素子１の最大感度方向Ｐ
のセンサ取付面３からの傾斜角度θを０°から９０°の
間で変化させた際には、加速度センサＡ，Ｂから出力さ
れた電気信号ＶA，ＶBの絶対値の和（│ＶA│＋│Ｖ
B│）が表１で示すような変化を示すことが確認されて
いる。By the way, the inventors of the present invention have studied and found that they were incorporated into two acceleration sensors A and B respectively arranged along directions orthogonal to the orthogonal coordinate axes x and y on the sensor mounting surface 3. Maximum sensitivity direction P of bimorph element 1
Upon the inclination angle θ from the sensor mounting surface 3 varied between 0 ° and 90 °, the sum of the absolute value of the acceleration sensor A, output from the B electric signals V A, V B (│V A │ + │V
B |) show changes as shown in Table 1.
【００２６】[0026]
【表１】 [Table 1]
【００２７】そして、この表１によれば、加速度センサ
Ａ，Ｂの各々を構成するバイモルフ素子１の最大感度方
向Ｐが共にセンサ取付面３から２０°から３０°の範囲
間で傾斜している場合にのみ、加速度センサＡ，Ｂから
出力された電気信号ＶA，ＶBの絶対値の和を算出するこ
とにより、互いに直交する３軸方向における検出感度が
略等しい状態となることが明らかとなっている。According to Table 1, the maximum sensitivity direction P of the bimorph element 1 constituting each of the acceleration sensors A and B is inclined from the sensor mounting surface 3 in the range of 20 ° to 30 °. Only in the above case, it is apparent that the detection sensitivities in three orthogonal directions are substantially equal by calculating the sum of the absolute values of the electric signals V A and V B output from the acceleration sensors A and B. Has become.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る加速
度センサの取付構造によれば、２個の加速度センサでも
って互いに直交する３軸方向のいずれに沿って作用する
加速度をも略等しい検出感度で検出することが可能とな
り、また、広い範囲にわたって加速度を検出することが
できることになる。その結果、取付構造の簡素化のみな
らず、コストダウンを図ることができるという効果が得
られる。As described above, according to the mounting structure of the acceleration sensor according to the present invention, the accelerations acting along any of the three axial directions orthogonal to each other can be detected by the two acceleration sensors. Detection can be performed with sensitivity, and acceleration can be detected over a wide range. As a result, an effect is obtained that not only simplification of the mounting structure but also cost reduction can be achieved.
【図１】本実施例に係る加速度センサそのものの構成を
示す一部破断斜視図である。FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a configuration of an acceleration sensor itself according to the present embodiment.
【図２】本実施例に係る加速度センサの取付構造を簡略
化して示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a simplified mounting structure of the acceleration sensor according to the embodiment.
【図３】本実施例の取付構造を採用した際の動作を示す
機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram showing an operation when the mounting structure of the embodiment is adopted.
【図４】従来例に係る加速度センサの構成を示す一部破
断斜視図である。FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of an acceleration sensor according to a conventional example.
１ バイモルフ素子（加速度検出素子） ３ センサ取付面 １０ 演算処理手段 Ａ 加速度センサ Ｂ 加速度センサ Ｐ 最大感度方向 ｘ 直交座標軸 ｙ 直交座標軸 θ 傾斜角度 Reference Signs List 1 bimorph element (acceleration detection element) 3 sensor mounting surface 10 arithmetic processing means A acceleration sensor B acceleration sensor P maximum sensitivity direction x orthogonal coordinate axis y orthogonal coordinate axis θ tilt angle
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−139664（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−282371（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−112166（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−314469（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−39040（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−160422（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−22049（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−228（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/18 G01P 15/09 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-57-139664 (JP, A) JP-A-3-282371 (JP, A) JP-A-1-112166 (JP, A) JP-A 63-139 314469 (JP, A) JP-A-6-39040 (JP, A) JP-A-6-160422 (JP, A) JP-A 57-2249 (JP, U) JP-A 63-228 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01P 15/18 G01P 15/09
Claims (2)
うに直交座標軸（ｘ，ｙ，ｚ）を設定したうえでセンサ
取付面（３）上におけるｘ軸，ｙ軸の各々と一致する方
向に沿って取り付けられた２個の加速度センサ（Ａ，
Ｂ）と、これら加速度センサ（Ａ，Ｂ）の各々から出力
された電気信号（ＶA，ＶB）の絶対値の和（│ＶA│＋
│ＶB│）を算出する演算処理手段（１０）とを備えて
おり、 加速度センサ（Ａ，Ｂ）の一方に組み込まれた加速度検
出素子（１）の最大感度方向（Ｐ）がｙ軸からｚ軸に向
かって２０ないし３０度傾いた方向とされ、かつ、加速
度センサ（Ａ，Ｂ）の他方に組み込まれた加速度検出素
子（１）の最大感度方向（Ｐ）がｘ軸からｚ軸に向かっ
て２０ないし３０度傾いた方向とされていることを特徴
とする加速度センサの取付構造。An orthogonal coordinate axis (x, y, z) is set so that the sensor mounting surface (3) is on the xy plane, and then coincides with each of the x-axis and the y-axis on the sensor mounting surface (3). Two acceleration sensors (A,
B) and the sum (│V A │ +) of the absolute values of the electric signals (V A , V B ) output from each of these acceleration sensors (A, B)
| V B |), and the maximum sensitivity direction (P) of the acceleration detecting element (1) incorporated in one of the acceleration sensors (A, B) is from the y-axis. The direction of inclination is 20 to 30 degrees toward the z-axis, and the maximum sensitivity direction (P) of the acceleration detecting element (1) incorporated in the other of the acceleration sensors (A, B) is from the x-axis to the z-axis. A mounting structure for an acceleration sensor, wherein the mounting structure is inclined at an angle of 20 to 30 degrees.
ックスを用いて作製された両端固定型のバイモルフ素子
であることを特徴とする請求項１に記載した加速度セン
サの取付構造。2. The mounting structure for an acceleration sensor according to claim 1, wherein the acceleration detecting element is a fixed-end bimorph element made of piezoelectric ceramics.
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- 1995-01-23 JP JP7008392A patent/JP3070424B2/en not_active Expired - Lifetime
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