JP3139204B2 - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
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- JP3139204B2 JP3139204B2 JP6623193A JP6623193A JP3139204B2 JP 3139204 B2 JP3139204 B2 JP 3139204B2 JP 6623193 A JP6623193 A JP 6623193A JP 6623193 A JP6623193 A JP 6623193A JP 3139204 B2 JP3139204 B2 JP 3139204B2
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- JP
- Japan
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- vibrating body
- piezoelectric elements
- acceleration sensor
- piezoelectric
- acceleration
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は加速度センサに関し、
特にたとえば、圧電体を用いた加速度センサに関する。
特にたとえば、圧電体を用いた加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来の加速度センサの一例を示す
図解図である。加速度センサ１は、板体２を含む。板体
２の一端は固定され、他端には重り３が取り付けられ
る。さらに、板体２の両面には、圧電素子４が形成され
る。
図解図である。加速度センサ１は、板体２を含む。板体
２の一端は固定され、他端には重り３が取り付けられ
る。さらに、板体２の両面には、圧電素子４が形成され
る。
【０００３】この加速度センサ１の板体２の面に直交す
る向きに加速度が加わると、図４に示すように、板体２
に撓みが生じる。それにより、圧電素子４には、撓みに
応じた電圧が発生する。この電圧を測定することによ
り、加速度を検出することができる。なお、重り３を取
り付けることにより、微小加速度でも板体２の撓みを大
きくすることができ、加速度センサ２の感度を良くする
ことができる。
る向きに加速度が加わると、図４に示すように、板体２
に撓みが生じる。それにより、圧電素子４には、撓みに
応じた電圧が発生する。この電圧を測定することによ
り、加速度を検出することができる。なお、重り３を取
り付けることにより、微小加速度でも板体２の撓みを大
きくすることができ、加速度センサ２の感度を良くする
ことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
加速度センサを自動車などに搭載した場合、自動車の進
行による加速度に比べて、道路の凹凸などによる衝撃や
振動のほうが強い場合が多い。そのため、このような片
持ち梁構造の加速度センサは、道路の凹凸による衝撃の
影響が大きく、誤動作や破損などにつながる場合があっ
た。
加速度センサを自動車などに搭載した場合、自動車の進
行による加速度に比べて、道路の凹凸などによる衝撃や
振動のほうが強い場合が多い。そのため、このような片
持ち梁構造の加速度センサは、道路の凹凸による衝撃の
影響が大きく、誤動作や破損などにつながる場合があっ
た。
【０００５】それゆえに、この発明の主たる目的は、微
小加速度でも高感度で検出でき、耐衝撃性の大きい加速
度センサを提供することである。
小加速度でも高感度で検出でき、耐衝撃性の大きい加速
度センサを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、板状の振動
体と、振動体の両面に対向して形成される圧電素子と、
振動体の中央部に形成される重りと、振動体の両端を支
持するための支持手段とを含み、圧電素子に駆動信号を
印加することによって、振動体をその長さ方向の中央部
の両側で伸びと縮みとが逆となるような長さ振動をする
ようにした、加速度センサである。
体と、振動体の両面に対向して形成される圧電素子と、
振動体の中央部に形成される重りと、振動体の両端を支
持するための支持手段とを含み、圧電素子に駆動信号を
印加することによって、振動体をその長さ方向の中央部
の両側で伸びと縮みとが逆となるような長さ振動をする
ようにした、加速度センサである。
【０００７】
【作用】振動体の両面に対向して圧電素子が形成される
ため、振動体を長手方向に振動させることができ、振動
体および重りに慣性が与えられる。この状態で、振動体
の面に直交するように加速度が加わると、振動体に撓み
が生じる。振動体の中央部に重りが取り付けられること
により、加速度による振動体の撓みが大きくなる。ま
た、振動体の両端が支持されることにより、耐衝撃性が
大きくなる。さらに、振動体の中央部の両側で伸びと縮
みとが逆となるように振動するため、互いの変位が吸収
され、支持手段への振動漏れが少ない。
ため、振動体を長手方向に振動させることができ、振動
体および重りに慣性が与えられる。この状態で、振動体
の面に直交するように加速度が加わると、振動体に撓み
が生じる。振動体の中央部に重りが取り付けられること
により、加速度による振動体の撓みが大きくなる。ま
た、振動体の両端が支持されることにより、耐衝撃性が
大きくなる。さらに、振動体の中央部の両側で伸びと縮
みとが逆となるように振動するため、互いの変位が吸収
され、支持手段への振動漏れが少ない。
【０００８】
【発明の効果】この発明によれば、微小な加速度が加わ
っても、振動体が大きく撓む。そのため、圧電素子に発
生する電圧が大きくなり、検出感度を高くすることがで
きる。また、この加速度センサは両持ち梁構造であるた
め、耐衝撃性が大きく、自動車などに搭載しても、道路
の凹凸などによる衝撃で破損したりしない。さらに、振
動体の振動の漏れが少ないため、安定した振動を得るこ
とができ、特性の安定化を図ることができる。
っても、振動体が大きく撓む。そのため、圧電素子に発
生する電圧が大きくなり、検出感度を高くすることがで
きる。また、この加速度センサは両持ち梁構造であるた
め、耐衝撃性が大きく、自動車などに搭載しても、道路
の凹凸などによる衝撃で破損したりしない。さらに、振
動体の振動の漏れが少ないため、安定した振動を得るこ
とができ、特性の安定化を図ることができる。
【０００９】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【００１０】
【実施例】図１（Ａ）はこの発明の一実施例を示す平面
図であり、図１（Ｂ）はその断面図である。加速度セン
サ１０は、板状の振動体１２を含む。振動体１２は、た
とえばエリンバなどの恒弾性金属材料で形成される。振
動体１２の中央部には、重り１４が取り付けられる。重
り１４の一方側には、振動体１２の両面に、対向するよ
うにして圧電素子１６ａ，１６ｂが形成される。また、
重り１４の他方側には、振動体１２の両面に、対向する
ようにして圧電素子１８ａ，１８ｂが形成される。
図であり、図１（Ｂ）はその断面図である。加速度セン
サ１０は、板状の振動体１２を含む。振動体１２は、た
とえばエリンバなどの恒弾性金属材料で形成される。振
動体１２の中央部には、重り１４が取り付けられる。重
り１４の一方側には、振動体１２の両面に、対向するよ
うにして圧電素子１６ａ，１６ｂが形成される。また、
重り１４の他方側には、振動体１２の両面に、対向する
ようにして圧電素子１８ａ，１８ｂが形成される。
【００１１】圧電素子１６ａは、たとえば圧電セラミッ
クなどで形成される圧電板２０ａを含む。この圧電板２
０ａの両面に電極２２ａ，２４ａが形成される。そし
て、一方の電極２４ａが、振動体１２に接着される。同
様に、圧電素子１６ｂは圧電板２０ｂを含み、その両面
に電極２２ｂ，２４ｂが形成される。そして、一方の電
極２４ｂが、振動体１２に接着される。これらの圧電素
子１６ａ，１６ｂでは、圧電板２０ａは電極２２ａから
電極２４ａに向かって分極され、圧電板２０ｂは電極２
２ｂから電極２４ｂに向かって分極される。
クなどで形成される圧電板２０ａを含む。この圧電板２
０ａの両面に電極２２ａ，２４ａが形成される。そし
て、一方の電極２４ａが、振動体１２に接着される。同
様に、圧電素子１６ｂは圧電板２０ｂを含み、その両面
に電極２２ｂ，２４ｂが形成される。そして、一方の電
極２４ｂが、振動体１２に接着される。これらの圧電素
子１６ａ，１６ｂでは、圧電板２０ａは電極２２ａから
電極２４ａに向かって分極され、圧電板２０ｂは電極２
２ｂから電極２４ｂに向かって分極される。
【００１２】また、圧電素子１８ａ，１８ｂは圧電板２
６ａ，２６ｂを含み、圧電板２６ａ，２６ｂの両面には
電極２８ａ，３０ａおよび電極２８ｂ，３０ｂが形成さ
れる。そして、圧電素子１８ａ，１８ｂの一方の電極３
０ａ，３０ｂが、振動体１２に接着される。これらの圧
電素子１８ａ，１８ｂでは、圧電板２６ａは電極３０ａ
から電極２８ａに向かって分極され、圧電板２６ｂは電
極３０ｂから電極２８ｂに向かって分極される。
６ａ，２６ｂを含み、圧電板２６ａ，２６ｂの両面には
電極２８ａ，３０ａおよび電極２８ｂ，３０ｂが形成さ
れる。そして、圧電素子１８ａ，１８ｂの一方の電極３
０ａ，３０ｂが、振動体１２に接着される。これらの圧
電素子１８ａ，１８ｂでは、圧電板２６ａは電極３０ａ
から電極２８ａに向かって分極され、圧電板２６ｂは電
極３０ｂから電極２８ｂに向かって分極される。
【００１３】振動体１２の両端は、支持手段としての支
持枠３２に支持される。支持枠３２は、たとえば４角形
のループ状に形成され、その中央部に振動体１２が配置
される。なお、振動体１２の両端を支持できる手段であ
れば、支持枠以外の方法で振動体１２を支持してもよ
い。
持枠３２に支持される。支持枠３２は、たとえば４角形
のループ状に形成され、その中央部に振動体１２が配置
される。なお、振動体１２の両端を支持できる手段であ
れば、支持枠以外の方法で振動体１２を支持してもよ
い。
【００１４】この加速度センサ１０を使用するには、圧
電素子１６ａ，１６ｂおよび圧電素子１８ａ，１８ｂに
発振回路が接続される。このとき、圧電素子１６ａ，１
６ｂと圧電素子１８ａ，１８ｂには、同位相の駆動信号
が印加される。圧電素子１６ａ，１６ｂは互いに対向す
るように形成され、圧電素子１８ａ，１８ｂも互いに対
向するように形成されているため、振動体１２は長さ方
向に振動する。また、圧電素子１６ａ，１６ｂと圧電素
子１８ａ，１８ｂとは、逆方向に分極しているため、同
位相の駆動信号によって互いに逆方向に変位する。した
がって、図１（Ａ）の実線の矢印に示すように、重り１
４を中心として、振動体１２の一方側が伸びるとき、他
方側は収縮する。また、図１（Ａ）の１点鎖線の矢印に
示すように、振動体１２の一方側が収縮するとき、他方
側は伸びる。このようにして、振動体１２は、その長さ
方向に振動する。したがって、振動体１２の両側部分の
変位が吸収され、振動体１２の両端は変位しないため、
支持枠３２への振動体１２の振動漏れが少ない。そのた
め、安定した振動を得ることができる。
電素子１６ａ，１６ｂおよび圧電素子１８ａ，１８ｂに
発振回路が接続される。このとき、圧電素子１６ａ，１
６ｂと圧電素子１８ａ，１８ｂには、同位相の駆動信号
が印加される。圧電素子１６ａ，１６ｂは互いに対向す
るように形成され、圧電素子１８ａ，１８ｂも互いに対
向するように形成されているため、振動体１２は長さ方
向に振動する。また、圧電素子１６ａ，１６ｂと圧電素
子１８ａ，１８ｂとは、逆方向に分極しているため、同
位相の駆動信号によって互いに逆方向に変位する。した
がって、図１（Ａ）の実線の矢印に示すように、重り１
４を中心として、振動体１２の一方側が伸びるとき、他
方側は収縮する。また、図１（Ａ）の１点鎖線の矢印に
示すように、振動体１２の一方側が収縮するとき、他方
側は伸びる。このようにして、振動体１２は、その長さ
方向に振動する。したがって、振動体１２の両側部分の
変位が吸収され、振動体１２の両端は変位しないため、
支持枠３２への振動体１２の振動漏れが少ない。そのた
め、安定した振動を得ることができる。
【００１５】振動体１２が振動することによって、振動
体１２および重り１４に慣性が与えられる。この状態
で、振動体１２の面に直交するように加速度が加わる
と、図２に示すように、振動体１２に撓みが生じる。こ
の撓みにより、圧電素子１６ａ，１６ｂおよび圧電素子
１８ａ，１８ｂには、電圧が発生する。したがって、こ
れらの電圧を測定することにより、加速度を検出するこ
とができる。このとき、たとえば対向する圧電素子１６
ａ，１６ｂを差動回路に接続することによって、駆動信
号がキャンセルされ、加速度に応じた出力信号のみが測
定される。また、圧電素子１６ａ，１６ｂは、それぞれ
外側から内側に向かって分極しているため、振動体１２
の撓みに対して逆位相の電圧が発生する。そのため、こ
れらの圧電素子１６ａ，１６ｂの出力電圧の差をとれ
ば、差動回路から大きい出力を得ることができ、感度を
良くすることができる。また、重り１４によって加速度
による振動体１２の歪みを大きくすることができ、加速
度の検出範囲に応じて重り１４を調整すれば、さらに感
度を良くすることができる。
体１２および重り１４に慣性が与えられる。この状態
で、振動体１２の面に直交するように加速度が加わる
と、図２に示すように、振動体１２に撓みが生じる。こ
の撓みにより、圧電素子１６ａ，１６ｂおよび圧電素子
１８ａ，１８ｂには、電圧が発生する。したがって、こ
れらの電圧を測定することにより、加速度を検出するこ
とができる。このとき、たとえば対向する圧電素子１６
ａ，１６ｂを差動回路に接続することによって、駆動信
号がキャンセルされ、加速度に応じた出力信号のみが測
定される。また、圧電素子１６ａ，１６ｂは、それぞれ
外側から内側に向かって分極しているため、振動体１２
の撓みに対して逆位相の電圧が発生する。そのため、こ
れらの圧電素子１６ａ，１６ｂの出力電圧の差をとれ
ば、差動回路から大きい出力を得ることができ、感度を
良くすることができる。また、重り１４によって加速度
による振動体１２の歪みを大きくすることができ、加速
度の検出範囲に応じて重り１４を調整すれば、さらに感
度を良くすることができる。
【００１６】このように、この加速度センサ１０では、
重り１４に振動を加えているため、応答性が良く、高感
度とすることができる。また、振動体１２が両持ち梁構
造のため、耐衝撃性が大きく、破損しにくい加速度セン
サ１０を得ることができる。したがって、たとえば加速
度センサ１０を自動車などに搭載しても、道路の凹凸な
どによる衝撃で破損されず、自動車の進行による加速度
を高感度で検出することができる。また、振動体１２は
プレス打抜きやエッチングによって作製でき、低コスト
で簡単に製造可能である。
重り１４に振動を加えているため、応答性が良く、高感
度とすることができる。また、振動体１２が両持ち梁構
造のため、耐衝撃性が大きく、破損しにくい加速度セン
サ１０を得ることができる。したがって、たとえば加速
度センサ１０を自動車などに搭載しても、道路の凹凸な
どによる衝撃で破損されず、自動車の進行による加速度
を高感度で検出することができる。また、振動体１２は
プレス打抜きやエッチングによって作製でき、低コスト
で簡単に製造可能である。
【００１７】なお、上述の実施例では、圧電素子１６
ａ，１６ｂの出力電圧を差動回路に入力したが、もちろ
ん圧電素子１８ａ，１８ｂの出力電圧の差を測定しても
よい。また、同じ側に形成された圧電素子１６ａ，１８
ａの出力電圧の差または圧電素子１６ｂ，１８ｂの出力
電圧の差を測定してもよい。さらに、４つの圧電素子１
６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂをブリッジ回路などに接
続して、加速度を検出することもできる。
ａ，１６ｂの出力電圧を差動回路に入力したが、もちろ
ん圧電素子１８ａ，１８ｂの出力電圧の差を測定しても
よい。また、同じ側に形成された圧電素子１６ａ，１８
ａの出力電圧の差または圧電素子１６ｂ，１８ｂの出力
電圧の差を測定してもよい。さらに、４つの圧電素子１
６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂをブリッジ回路などに接
続して、加速度を検出することもできる。
【００１８】また、圧電素子１６ａ，１６ｂの分極方向
と圧電素子１８ａ，１８ｂの分極方向を逆にしたが、こ
れらの圧電素子を同じ方向に分極してもよい。この場
合、圧電素子１６ａ，１６ｂと圧電素子１８ａ，１８ｂ
には、互いに逆位相の駆動信号が入力される。このよう
にしても、上述の実施例と同様の振動を得ることができ
る。このような駆動方法を採用した場合、同じ側の圧電
素子１６ａ，１８ａに発生する電圧および圧電素子１６
ｂ，１８ｂに発生する電圧は同位相となる。したがっ
て、同じ側の圧電素子の出力信号を測定する場合、和動
回路を用いることによって、大きい出力を得ることがで
きる。このとき、これらの圧電素子に入力する駆動信号
は逆位相であるため、和動回路によってキャンセルする
ことができる。
と圧電素子１８ａ，１８ｂの分極方向を逆にしたが、こ
れらの圧電素子を同じ方向に分極してもよい。この場
合、圧電素子１６ａ，１６ｂと圧電素子１８ａ，１８ｂ
には、互いに逆位相の駆動信号が入力される。このよう
にしても、上述の実施例と同様の振動を得ることができ
る。このような駆動方法を採用した場合、同じ側の圧電
素子１６ａ，１８ａに発生する電圧および圧電素子１６
ｂ，１８ｂに発生する電圧は同位相となる。したがっ
て、同じ側の圧電素子の出力信号を測定する場合、和動
回路を用いることによって、大きい出力を得ることがで
きる。このとき、これらの圧電素子に入力する駆動信号
は逆位相であるため、和動回路によってキャンセルする
ことができる。
【００１９】さらに、圧電素子は必ずしも４つ必要では
なく、たとえば対向する２つの圧電素子１６ａ，１６ｂ
のみが形成されていてもよい。このように、振動体１２
の両面で対向する圧電素子が形成されていれば、上述の
ような振動を励起することができる。
なく、たとえば対向する２つの圧電素子１６ａ，１６ｂ
のみが形成されていてもよい。このように、振動体１２
の両面で対向する圧電素子が形成されていれば、上述の
ような振動を励起することができる。
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例を示す平面図であ
り、（Ｂ）はその断面図である。
り、（Ｂ）はその断面図である。
【図２】図１に示す加速度センサに加速度が加わったと
きの振動体の状態を示す図解図である。
きの振動体の状態を示す図解図である。
【図３】従来の加速度センサの一例を示す図解図であ
る。
る。
【図４】図３に示す従来の加速度センサに加速度が加わ
ったときの状態を示す図解図である。
ったときの状態を示す図解図である。
１０ 加速度センサ １２ 振動体 １４ 重り １６ａ 圧電素子 １６ｂ 圧電素子 １８ａ 圧電素子 １８ｂ 圧電素子 ３２ 支持枠
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01P 15/09 G01P 15/10 H03H 9/24
Claims (1)
- 【請求項１】 板状の振動体、 前記振動体の両面に対向して形成される圧電素子、 前記振動体の中央部に形成される重り、および前記振動
体の両端を支持するための支持手段を含み、 前記圧電素子に駆動信号を印加することによって、前記
振動体をその長さ方向の中央部の両側で伸びと縮みとが
逆となるような長さ振動をするようにした、加速度セン
サ。
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6623193A JP3139204B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 加速度センサ |
| EP94102967A EP0614087B1 (en) | 1993-03-01 | 1994-02-28 | Piezoelectric vibrator and acceleration sensor using the same |
| DE69423667T DE69423667T2 (de) | 1993-03-01 | 1994-02-28 | Piezoelektrischer Vibrator und diesen verwendenden Beschleunigungssensor |
| US08/521,426 US5652385A (en) | 1993-03-01 | 1995-08-30 | Piezoelectric vibrator and acceleration sensor using the same |
| US08/521,444 US5679896A (en) | 1993-03-01 | 1995-08-30 | Piezoelectric vibrator and acceleration sensor using the same |
| US08/521,421 US5629483A (en) | 1993-03-01 | 1995-08-30 | Piezoelectric vibrator and acceleration sensor using the same |
| US08/521,443 US5681994A (en) | 1993-03-01 | 1995-08-30 | Piezoelectric vibrator and acceleration sensor using the same |
| US08/747,247 US5824903A (en) | 1993-03-01 | 1996-11-18 | Piezoelectric vibrator and acceleration sensor using the same |
| US08/796,496 US5773916A (en) | 1993-03-01 | 1997-02-06 | Piezoelectric vibrator and acceleration sensor using the same |
| US08/833,088 US5770799A (en) | 1993-03-01 | 1997-04-04 | Piezoelectric vibrator and acceleration sensor using the same |
| US09/041,178 US5900551A (en) | 1993-03-01 | 1998-03-12 | Piezoelectric acceleration sensor having a weighted plate-shaped vibrating body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6623193A JP3139204B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06249873A JPH06249873A (ja) | 1994-09-09 |
| JP3139204B2 true JP3139204B2 (ja) | 2001-02-26 |
Family
ID=13309876
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6623193A Expired - Lifetime JP3139204B2 (ja) | 1993-03-01 | 1993-03-01 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3139204B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0614087B1 (en) * | 1993-03-01 | 2000-03-29 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric vibrator and acceleration sensor using the same |
| US20130247662A1 (en) * | 2010-12-08 | 2013-09-26 | Microfine Materials Technologies Pte Ltd | High-performance bending accelerometer |
-
1993
- 1993-03-01 JP JP6623193A patent/JP3139204B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06249873A (ja) | 1994-09-09 |
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