JP3136547B2 - ２軸加速度センサ - Google Patents
２軸加速度センサInfo
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- JP3136547B2 JP3136547B2 JP27191491A JP27191491A JP3136547B2 JP 3136547 B2 JP3136547 B2 JP 3136547B2 JP 27191491 A JP27191491 A JP 27191491A JP 27191491 A JP27191491 A JP 27191491A JP 3136547 B2 JP3136547 B2 JP 3136547B2
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- acceleration sensor
- piezoelectric element
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車の衝突時の安全
確保のために用いられるエアバックや悪路における乗り
心地の改善などに用いられる２軸加速度センサに関す
る。
確保のために用いられるエアバックや悪路における乗り
心地の改善などに用いられる２軸加速度センサに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から加速度の検出には種々の方式の
ものが実用化されている。その中でも、圧電セラミック
スを用いた加速度センサは構造が簡単で、高温での使用
が可能であることから、各種機械の振動検出および自動
車のエンジンのノッキング検出などに広く使用されてい
る。
ものが実用化されている。その中でも、圧電セラミック
スを用いた加速度センサは構造が簡単で、高温での使用
が可能であることから、各種機械の振動検出および自動
車のエンジンのノッキング検出などに広く使用されてい
る。
【０００３】図５は、従来の圧電方式の加速度センサの
圧電素子を示す斜視図である。図５において、圧電素子
の両端面に電極が夫々形成され、両電極のうちの一方を
検出電極２１もう一方をアース電極２３分極としてい
る。この圧電素子の円環の厚さ方向に振動させると、圧
電素子には、数１式で表される力Ｆが作用し、圧電素子
の両電極２１，２３間には、数２式で表される電圧が発
生する。
圧電素子を示す斜視図である。図５において、圧電素子
の両端面に電極が夫々形成され、両電極のうちの一方を
検出電極２１もう一方をアース電極２３分極としてい
る。この圧電素子の円環の厚さ方向に振動させると、圧
電素子には、数１式で表される力Ｆが作用し、圧電素子
の両電極２１，２３間には、数２式で表される電圧が発
生する。
【０００４】
【数１】
【数２】 ここに、ｋ１は比例定数，αは加速度，ｋ２は比例定数
である。
である。
【０００５】数１式，数２式から解るように、圧電素子
５１の検出電極２１に発生する電圧は加速度に比例す
る。
５１の検出電極２１に発生する電圧は加速度に比例す
る。
【０００６】従来、加速度センサがエアバック等の安全
装置に使用され、加速度センサの故障や信号処理回路の
断線等の有無を診断する場合、（イ）加速度センサに機
械的振動を印加し、加速度センサの出力信号を得るか、
又は、（ロ）圧電素子に駆動用電極を有し、この電極に
パルス信号を入力し、加速度センサを励振させて加速度
センサの出力信号を得ている。その出力信号がこの機械
的振動およびこのパルス信号値相当の信号を出力してい
るか否かを診断回路等により判断し、加速度センサの診
断を行なっている。
装置に使用され、加速度センサの故障や信号処理回路の
断線等の有無を診断する場合、（イ）加速度センサに機
械的振動を印加し、加速度センサの出力信号を得るか、
又は、（ロ）圧電素子に駆動用電極を有し、この電極に
パルス信号を入力し、加速度センサを励振させて加速度
センサの出力信号を得ている。その出力信号がこの機械
的振動およびこのパルス信号値相当の信号を出力してい
るか否かを診断回路等により判断し、加速度センサの診
断を行なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た（イ）の場合の診断においては、機械的振動を印加す
るための駆動系（発振器，増幅器，振動台）が必要であ
り、コスト高で、実装スペースが必要であり、上記した
（ロ）の場合の診断においては、圧電素子の共振周波数
付近以外では圧電素子はほとんど励振されず、加速度セ
ンサの出力信号値は小さくなるため診断回路による診断
時にノイズ等の影響を受けやすく誤動作の恐れがあり、
また、共振周波数点での励振については、圧電素子の共
振周波数のばらつきが大きいため、パルス信号の駆動周
波数を加速度センサ個々に調整しなければならない等の
欠点を有していた。
た（イ）の場合の診断においては、機械的振動を印加す
るための駆動系（発振器，増幅器，振動台）が必要であ
り、コスト高で、実装スペースが必要であり、上記した
（ロ）の場合の診断においては、圧電素子の共振周波数
付近以外では圧電素子はほとんど励振されず、加速度セ
ンサの出力信号値は小さくなるため診断回路による診断
時にノイズ等の影響を受けやすく誤動作の恐れがあり、
また、共振周波数点での励振については、圧電素子の共
振周波数のばらつきが大きいため、パルス信号の駆動周
波数を加速度センサ個々に調整しなければならない等の
欠点を有していた。
【０００８】そこで、本発明の技術的課題は、かかる現
状に鑑み、従来の加速度センサの欠点を除去し、簡単な
構成で加速度を検出可能状態か否かを判断できる自己診
断を行える２軸加速度センサを提供することにある。
状に鑑み、従来の加速度センサの欠点を除去し、簡単な
構成で加速度を検出可能状態か否かを判断できる自己診
断を行える２軸加速度センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明では、上記目的を
達成するために、圧電セラミックス円柱の周面に検出電
極とアース電極とを設けた２軸加速度センサにおいて、
前記周面上に交流信号を入力する入力電極を形成したこ
とを特徴としている。
達成するために、圧電セラミックス円柱の周面に検出電
極とアース電極とを設けた２軸加速度センサにおいて、
前記周面上に交流信号を入力する入力電極を形成したこ
とを特徴としている。
【００１０】また、本発明では、前記２軸加速度センサ
において、前記検出電極からの出力信号を電荷増幅する
信号処理回路と、前記交流信号を発生させる発振器とを
設けたことを特徴としている。
において、前記検出電極からの出力信号を電荷増幅する
信号処理回路と、前記交流信号を発生させる発振器とを
設けたことを特徴としている。
【００１１】
【作用】一般的に圧電素子の電極間においては、制動容
量からなる静電容量がある。
量からなる静電容量がある。
【００１２】本発明においては、検出電極とアース電極
と入力電極を形成することにより各電極間に静電容量を
持つ。そこで、発振器より入力電極に交流信号を印加す
ることにより、交流信号は静電容量結合している入力電
極−検出電極−アース電極を介して、検出電極には各容
量結合比分の信号が出力される。
と入力電極を形成することにより各電極間に静電容量を
持つ。そこで、発振器より入力電極に交流信号を印加す
ることにより、交流信号は静電容量結合している入力電
極−検出電極−アース電極を介して、検出電極には各容
量結合比分の信号が出力される。
【００１３】つまり、入力された交流信号の電圧値およ
び周波数に関係した出力信号が得られるため、圧電素子
の故障（素子の破損，電極の剥がれ，等）と信号処理回
路の断線の有無を診断できる。
び周波数に関係した出力信号が得られるため、圧電素子
の故障（素子の破損，電極の剥がれ，等）と信号処理回
路の断線の有無を診断できる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明する。まず、本発明の理解を容易にするために、比
較例に係る加速度センサについて説明する。図１は、比
較例に係る加速度センサに用いる圧電素子の斜視図およ
び信号処理回路を示す図である。図１において、円環状
の圧電素子１の一端面には、外側にリング状の検出電極
２１とこの内側にリング状の入力電極２２が同心円状に
配置され、この一端面に対向する他端面にはアース電極
（図示せず）が形成されている。また、信号処理回路３
０は電荷増幅器３１と出力調整部３２と発振器３３とか
ら構成されている。この圧電素子１の一端面の検出電極
２１は電荷増幅器３１に、一方、入力電極２２は発振器
３３に接続されている。
説明する。まず、本発明の理解を容易にするために、比
較例に係る加速度センサについて説明する。図１は、比
較例に係る加速度センサに用いる圧電素子の斜視図およ
び信号処理回路を示す図である。図１において、円環状
の圧電素子１の一端面には、外側にリング状の検出電極
２１とこの内側にリング状の入力電極２２が同心円状に
配置され、この一端面に対向する他端面にはアース電極
（図示せず）が形成されている。また、信号処理回路３
０は電荷増幅器３１と出力調整部３２と発振器３３とか
ら構成されている。この圧電素子１の一端面の検出電極
２１は電荷増幅器３１に、一方、入力電極２２は発振器
３３に接続されている。
【００１５】比較例に係る加速度センサの動作について
説明する。
説明する。
【００１６】検出電極２１とアース電極２３の方向（圧
電素子１の周面に沿う円環方向）に加速度が加わると、
圧電素子１内部では圧縮力もしくは引張力が作用し検出
電極２１には電圧（電荷）が発生し、電荷増幅器３１に
よりインピーダンス変換を行い出力調整部３２により出
力調整し所定の出力を得る。つまり、前に従来の技術の
所で述べた数１式及び数２式で示されるように、加速度
に比例した出力が得られる。
電素子１の周面に沿う円環方向）に加速度が加わると、
圧電素子１内部では圧縮力もしくは引張力が作用し検出
電極２１には電圧（電荷）が発生し、電荷増幅器３１に
よりインピーダンス変換を行い出力調整部３２により出
力調整し所定の出力を得る。つまり、前に従来の技術の
所で述べた数１式及び数２式で示されるように、加速度
に比例した出力が得られる。
【００１７】また、図２は、図１の圧電素子の各電極間
の静電容量回路図を示す。ここで、入力電極２２とアー
ス電極２３との間の静電容量をＣ22a ，入力電極２２と
検出電極２１との間の静電容量をＣ22b ，検出電極２１
とアース電極２３との間の静電容量Ｃ21とする。
の静電容量回路図を示す。ここで、入力電極２２とアー
ス電極２３との間の静電容量をＣ22a ，入力電極２２と
検出電極２１との間の静電容量をＣ22b ，検出電極２１
とアース電極２３との間の静電容量Ｃ21とする。
【００１８】つぎに、加速度センサに加速度が印加され
ていない時、例えば自動車の運転開始前などに、発振器
３３よりある所定の交流信号（交流電圧もしくはパルス
電圧）を入力電極２２へ入力すると、検出電極２１には
数３式に示されるような出力信号（電圧）Ｖ２ が出力
される。
ていない時、例えば自動車の運転開始前などに、発振器
３３よりある所定の交流信号（交流電圧もしくはパルス
電圧）を入力電極２２へ入力すると、検出電極２１には
数３式に示されるような出力信号（電圧）Ｖ２ が出力
される。
【００１９】
【数３】 ここで、ω：２×π×ｆ，ｆ：交流信号の周波数，
Ｖ１：交流信号の入力電圧である。
Ｖ１：交流信号の入力電圧である。
【００２０】もし、圧電素子１の故障（素子の破損，電
極の剥離等）が生じた場合Ｖ２ （Ｃ21，Ｃ22b ）が変
化し、また、信号処理回路３０の故障（結線の断線，機
能劣化等）が生じた場合出力調整部３２からの出力値が
変化する。
極の剥離等）が生じた場合Ｖ２ （Ｃ21，Ｃ22b ）が変
化し、また、信号処理回路３０の故障（結線の断線，機
能劣化等）が生じた場合出力調整部３２からの出力値が
変化する。
【００２１】つまり、圧電素子１および信号処理回路３
０の故障や異常があれば、加速度センサの出力電圧は異
常な値を示すためその異常を検知することが出来自己診
断が可能である。
０の故障や異常があれば、加速度センサの出力電圧は異
常な値を示すためその異常を検知することが出来自己診
断が可能である。
【００２２】また、本発明は特願平３−１０３２８３に
示されている２軸加速度センサにも適用可能である。
示されている２軸加速度センサにも適用可能である。
【００２３】それでは、本発明の実施例に係る２軸加速
度センサについて説明する。図３は本発明の一実施例に
係る加速度センサに用いる圧電素子の斜視図である。図
３（ｂ）は図３（ａ）の圧電素子のＡ−Ａ′断面図であ
る。図に示すように、圧電セラミックス円柱の外周面の
円周を４等分する位置に、このセラミックス円柱の軸に
沿う方向に、検出電極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ
が形成され、一方、この夫々検出電極４１ａ，４１ｂ，
４１ｃ，４１ｄの周りを囲むように、軸方向に沿ってす
き間を介して指部４３ａ，ｂ，・・及び指部４２ａ，
ｂ，・・を対向し、夫々の端部を周電極４２ｅ，４３ｅ
で接続した櫛歯状の入力電極及びアース電極が形成され
ている。アース電極の指部４３ａ，ｂ，・・は、入力電
極の指部４２ａ，ｂ，・・よりも長く形成されている。
度センサについて説明する。図３は本発明の一実施例に
係る加速度センサに用いる圧電素子の斜視図である。図
３（ｂ）は図３（ａ）の圧電素子のＡ−Ａ′断面図であ
る。図に示すように、圧電セラミックス円柱の外周面の
円周を４等分する位置に、このセラミックス円柱の軸に
沿う方向に、検出電極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ
が形成され、一方、この夫々検出電極４１ａ，４１ｂ，
４１ｃ，４１ｄの周りを囲むように、軸方向に沿ってす
き間を介して指部４３ａ，ｂ，・・及び指部４２ａ，
ｂ，・・を対向し、夫々の端部を周電極４２ｅ，４３ｅ
で接続した櫛歯状の入力電極及びアース電極が形成され
ている。アース電極の指部４３ａ，ｂ，・・は、入力電
極の指部４２ａ，ｂ，・・よりも長く形成されている。
【００２４】図１の比較例と同様に、図３において、検
出電極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，入力電極，ア
ース電極が夫々電荷増幅器３１，発振器３３，及びアー
スに接続され、図１の比較例と同様に加速度及び加速度
センサの異常を検出することができる。
出電極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，入力電極，ア
ース電極が夫々電荷増幅器３１，発振器３３，及びアー
スに接続され、図１の比較例と同様に加速度及び加速度
センサの異常を検出することができる。
【００２５】図４は、本発明のもう一つの実施例に係る
加速度センサに用いる圧電素子の斜視図である。図４に
おいて、図３（ａ）と同種の電極は同じ符号で示してあ
る。また、Ａ−Ａ´線に沿う断面図は、図３（ｂ）と同
様である。図に示すように、圧電セラミックス円柱の外
周面の円周を４等分する位置に、このセラミックス円柱
の軸に沿う方向に、検出電極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，
４１ｄが形成され、この検出電極間にセラミックス円柱
の一端側から指部４３ａ，ｂ，・・がセラミックス円柱
の他端側に延在するアース電極が設けられている。各指
部のセラミックス円柱の一端側の端部は周に沿う方向に
形成された一本の周電極４３ｅで接続されている。ま
た、このセラミックス円柱の一端よりにこの一本の周電
極４３ｅに隣接して周に沿って一本の入力電極４２が形
成されている。本発明のもう一つの実施例においても、
図１及び図３（ａ）で示される圧電素子と同様に、電荷
増幅器３１，発振器３３及びアースに接続され、先の実
施例と同様に加速度及び加速度センサの異常を検出する
ことができる。
加速度センサに用いる圧電素子の斜視図である。図４に
おいて、図３（ａ）と同種の電極は同じ符号で示してあ
る。また、Ａ−Ａ´線に沿う断面図は、図３（ｂ）と同
様である。図に示すように、圧電セラミックス円柱の外
周面の円周を４等分する位置に、このセラミックス円柱
の軸に沿う方向に、検出電極４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，
４１ｄが形成され、この検出電極間にセラミックス円柱
の一端側から指部４３ａ，ｂ，・・がセラミックス円柱
の他端側に延在するアース電極が設けられている。各指
部のセラミックス円柱の一端側の端部は周に沿う方向に
形成された一本の周電極４３ｅで接続されている。ま
た、このセラミックス円柱の一端よりにこの一本の周電
極４３ｅに隣接して周に沿って一本の入力電極４２が形
成されている。本発明のもう一つの実施例においても、
図１及び図３（ａ）で示される圧電素子と同様に、電荷
増幅器３１，発振器３３及びアースに接続され、先の実
施例と同様に加速度及び加速度センサの異常を検出する
ことができる。
【００２６】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、圧電素子に交流信号を入力する入力電極を形成する
ことにより、入力された交流信号の圧電値および周波数
に関係した出力信号が得られるため、圧電素子の故障
（素子の破損，電極の剥がれ，等）と信号処理回路の断
線の有無の診断が可能であり実用的に非常に効果が大き
い。
ば、圧電素子に交流信号を入力する入力電極を形成する
ことにより、入力された交流信号の圧電値および周波数
に関係した出力信号が得られるため、圧電素子の故障
（素子の破損，電極の剥がれ，等）と信号処理回路の断
線の有無の診断が可能であり実用的に非常に効果が大き
い。
【図１】比較例に係る加速度センサに用いる圧電素子の
斜視図および信号処理回路図である。
斜視図および信号処理回路図である。
【図２】図１の圧電素子の各電極間の静電容量回路図で
ある。
ある。
【図３】本発明の一実施例に係る２軸加速度センサに用
いる圧電素子の斜視図である。
いる圧電素子の斜視図である。
【図４】本発明のもう一つの実施例に係る２軸加速度セ
ンサに用いる圧電素子の斜視図である。
ンサに用いる圧電素子の斜視図である。
【図５】（ａ）は従来の圧電方式の加速度センサの一構
造例を示す斜視図である。 （ｂ）は（ａ）の加速度センサに用いられる圧電素子の
斜視図である。
造例を示す斜視図である。 （ｂ）は（ａ）の加速度センサに用いられる圧電素子の
斜視図である。
１ 圧電素子 ２１ 検出電極 ２２ 入力電極 ２３ アース電極 ３０ 信号処理回路 ３１ 電荷増幅器 ３２ 調整部 ４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ 検出電極 ４２ 入力電極 ４２ａ，４２ｂ，４２ｄ 入力電極指部 ４２ｅ 入力電極の周電極 ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ アース電極指部 ４３ｅ アース電極の周電極 ５１ 圧電素子 ５２ 端子板 ５３ おもり ５４ ネジ ５５ ベース Ｃ21 検出電極−アース電極間静電容量 Ｃ22a 入力電極−アース電極間静電容量 Ｃ22b 入力電極−検出電極間静電容量
Claims (2)
- 【請求項１】 圧電セラミックス円柱の周面に検出電極
とアース電極とを設けた２軸加速度センサにおいて、前
記周面上に交流信号を入力する入力電極を形成したこと
を特徴とする２軸加速度センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の２軸加速度センサにおい
て、前記検出電極からの出力信号を電荷増幅する信号処
理回路と、前記交流信号を発生させる発振器とを設けた
ことを特徴とする２軸加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27191491A JP3136547B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | ２軸加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27191491A JP3136547B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | ２軸加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0587826A JPH0587826A (ja) | 1993-04-06 |
| JP3136547B2 true JP3136547B2 (ja) | 2001-02-19 |
Family
ID=17506638
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27191491A Expired - Fee Related JP3136547B2 (ja) | 1991-09-25 | 1991-09-25 | ２軸加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3136547B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200479815Y1 (ko) * | 2014-05-23 | 2016-03-09 | 주식회사 한국인삼공사 | 포장용기 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3307758B2 (ja) * | 1994-01-13 | 2002-07-24 | 理化工業株式会社 | 計器類の端子構造 |
-
1991
- 1991-09-25 JP JP27191491A patent/JP3136547B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200479815Y1 (ko) * | 2014-05-23 | 2016-03-09 | 주식회사 한국인삼공사 | 포장용기 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0587826A (ja) | 1993-04-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20001108 |
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