JP3148945B2 - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
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- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title claims description 82
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は加速度センサに関し、特
に、自動車等に用いられる加速度センサに関する。
に、自動車等に用いられる加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、加速度センサとして自動車等にお
いて衝突時における安全確保のための所謂エアバッグシ
ステムあるいは乗り心地改善等に関連して用いられる加
速度センサが知られている。この種の加速度センサには
種々のものが実用化されているが、構造が簡単である点
及び高温における使用に耐え得る点を考慮すると、圧電
セラミックスを用いた加速度センサが各種機械の振動検
出及びエンジンのノッキング検出等に広く用いられる傾
向にある。
いて衝突時における安全確保のための所謂エアバッグシ
ステムあるいは乗り心地改善等に関連して用いられる加
速度センサが知られている。この種の加速度センサには
種々のものが実用化されているが、構造が簡単である点
及び高温における使用に耐え得る点を考慮すると、圧電
セラミックスを用いた加速度センサが各種機械の振動検
出及びエンジンのノッキング検出等に広く用いられる傾
向にある。
【０００３】ここで、図３を参照して、従来の加速度セ
ンサについて概説する。
ンサについて概説する。
【０００４】図示の加速度センサは円環状の圧電素子２
０を備えており、この圧電素子の上面及び下面には電極
（図示せず）が形成されている。これら電極の一方はア
ース電極として用いられ、他方は出力電極として用いら
れる。そして、出力電極はインピーダンス変換部２１を
介して出力端子（外部端子）２２に接続されている。
０を備えており、この圧電素子の上面及び下面には電極
（図示せず）が形成されている。これら電極の一方はア
ース電極として用いられ、他方は出力電極として用いら
れる。そして、出力電極はインピーダンス変換部２１を
介して出力端子（外部端子）２２に接続されている。
【０００５】いま、圧電素子２０にその厚さ方向に振動
が加わると、つまり、圧電素子２０がその厚さ方向に振
動すると、圧電素子２０にはＦ＝ｋ１×αで示す力が作
用することになる（ここで、ｋ１は比例定数、αは加速
度である）。そして、この力Ｆによって圧電素子２０の
電極間にはＶ（Ｑ）＝ｋ２×Ｆで示す電圧（電荷）が発
生する（ここで、Ｑは電荷、ｋ２は比例定数である）。
つまり、外部端子２２には加速度αに比例する電圧が現
れることになり、この電圧の大きさによって加速度の大
きさを知ることができる。
が加わると、つまり、圧電素子２０がその厚さ方向に振
動すると、圧電素子２０にはＦ＝ｋ１×αで示す力が作
用することになる（ここで、ｋ１は比例定数、αは加速
度である）。そして、この力Ｆによって圧電素子２０の
電極間にはＶ（Ｑ）＝ｋ２×Ｆで示す電圧（電荷）が発
生する（ここで、Ｑは電荷、ｋ２は比例定数である）。
つまり、外部端子２２には加速度αに比例する電圧が現
れることになり、この電圧の大きさによって加速度の大
きさを知ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に圧電
素子には許容加速度に応じて検出可能加速度範囲が定め
られており（一般に検出可能加速度範囲は許容加速度以
下（例えば、許容加速度の９５％以上１００％以下）に
定められる）、許容加速度を越える過度の加速度が加速
度センサに加わると、圧電素子に過度の歪力が加わるこ
とになって圧電素子が破損する恐れがあり、さらに、検
出可能加速度範囲以上で許容値未満の加速度が継続して
印加されても、圧電素子が破損することがある。
素子には許容加速度に応じて検出可能加速度範囲が定め
られており（一般に検出可能加速度範囲は許容加速度以
下（例えば、許容加速度の９５％以上１００％以下）に
定められる）、許容加速度を越える過度の加速度が加速
度センサに加わると、圧電素子に過度の歪力が加わるこ
とになって圧電素子が破損する恐れがあり、さらに、検
出可能加速度範囲以上で許容値未満の加速度が継続して
印加されても、圧電素子が破損することがある。
【０００７】本発明の目的は過度の加速度が加わった際
にも圧電素子が破損することのない加速度センサを提供
することにある。
にも圧電素子が破損することのない加速度センサを提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、互いに
対向する面を有し該面上にはそれぞれ電極が形成された
第１及び第２の圧電素子を備えるとともに第１及び第２
の主面を有する金属板を備え、前記第１の圧電素子は前
記電極の一方で前記第１の主面上に配置され、前記第２
の圧電素子は前記電極の一方で前記第２の主面上に配置
されており、前記第１の圧電素子において前記電極の他
方が出力電極とされ、前記第２の圧電素子において前記
電極の他方が入力電極とされ、前記金属板が接地されて
おり、前記第１及び前記第２の圧電素子に加わる加速度
に応じて前記出力電極に現れる検出電圧に基づいて決定
された出力電圧が予め定められた設定電圧を越えた際前
記入力電極に前記加速度に応じた入力電圧を印加する印
加手段を備えていることを特徴とする加速度センサが得
られる。
対向する面を有し該面上にはそれぞれ電極が形成された
第１及び第２の圧電素子を備えるとともに第１及び第２
の主面を有する金属板を備え、前記第１の圧電素子は前
記電極の一方で前記第１の主面上に配置され、前記第２
の圧電素子は前記電極の一方で前記第２の主面上に配置
されており、前記第１の圧電素子において前記電極の他
方が出力電極とされ、前記第２の圧電素子において前記
電極の他方が入力電極とされ、前記金属板が接地されて
おり、前記第１及び前記第２の圧電素子に加わる加速度
に応じて前記出力電極に現れる検出電圧に基づいて決定
された出力電圧が予め定められた設定電圧を越えた際前
記入力電極に前記加速度に応じた入力電圧を印加する印
加手段を備えていることを特徴とする加速度センサが得
られる。
【０００９】
【作用】本発明では、第１及び第２の圧電素子と金属板
とで構成されるバイモルフ形圧電素子に対して加速度
（加速度）が加わった際、この加速度に応じた出力電圧
を得て、この出力電圧が予め定められた設定電圧（許容
加速度の上限値に対応する電圧）を越えたとき、入力電
極に加速度に応じて入力電圧を印加している。従って、
過度の加速度によって過度の歪力が加わる際、上記の入
力電圧が与えられることになり、バイモルフ形圧電素子
に逆圧電効果が生じることになる。よって、印加加速度
方向と逆方向に許容加速度を越える分に対応する歪力が
与えられることになって、印加加速度による歪力は所定
の範囲（許容上限値）内に押さえられることになる。こ
のようにして、圧電素子の破損が防止される。
とで構成されるバイモルフ形圧電素子に対して加速度
（加速度）が加わった際、この加速度に応じた出力電圧
を得て、この出力電圧が予め定められた設定電圧（許容
加速度の上限値に対応する電圧）を越えたとき、入力電
極に加速度に応じて入力電圧を印加している。従って、
過度の加速度によって過度の歪力が加わる際、上記の入
力電圧が与えられることになり、バイモルフ形圧電素子
に逆圧電効果が生じることになる。よって、印加加速度
方向と逆方向に許容加速度を越える分に対応する歪力が
与えられることになって、印加加速度による歪力は所定
の範囲（許容上限値）内に押さえられることになる。こ
のようにして、圧電素子の破損が防止される。
【００１０】
【実施例】以下本発明について実施例によって説明す
る。
る。
【００１１】図１を参照して、本実施例による加速度セ
ンサは２個の圧電素子１１及び１２を備えており、圧電
素子１１及び１２は所定の形状（例えば、リング状又は
板状）に成形されており、圧電素子１１及び１２の上面
及び下面にはそれぞれ電極１１ａ，１１ｂ，及び１２
ａ，１２ｂが形成されている。
ンサは２個の圧電素子１１及び１２を備えており、圧電
素子１１及び１２は所定の形状（例えば、リング状又は
板状）に成形されており、圧電素子１１及び１２の上面
及び下面にはそれぞれ電極１１ａ，１１ｂ，及び１２
ａ，１２ｂが形成されている。
【００１２】圧電素子１１及び１２は金属薄板１３を挟
んで配設される。その結果、図示のように電極１１ｂ及
び１２ａは金属薄板１３に当接して金属薄板１３に電気
的に接続されることになる。これら圧電素子１１及び１
２と金属薄板１３は接着剤等で電気的接続を害しないよ
うに貼り合わされ、金属薄板１３はアースされる。つま
り、アース端子として用いられることになる。そして、
圧電素子１１の電極１１ａを出力端子とし、圧電素子１
２の電極１２ｂを入力端子として所謂バイモルフ形圧電
素子が構成される。なお、圧電素子１１及び１２はその
厚み方向にしかも同一方向に分極されている。
んで配設される。その結果、図示のように電極１１ｂ及
び１２ａは金属薄板１３に当接して金属薄板１３に電気
的に接続されることになる。これら圧電素子１１及び１
２と金属薄板１３は接着剤等で電気的接続を害しないよ
うに貼り合わされ、金属薄板１３はアースされる。つま
り、アース端子として用いられることになる。そして、
圧電素子１１の電極１１ａを出力端子とし、圧電素子１
２の電極１２ｂを入力端子として所謂バイモルフ形圧電
素子が構成される。なお、圧電素子１１及び１２はその
厚み方向にしかも同一方向に分極されている。
【００１３】さらに、図１を参照して、圧電素子１１の
電極１１ａに現れる出力電圧はインピーダンス変換部１
４で増幅（電荷増幅）等されて、増幅電圧として外部端
子１５に与えられる。また、この増幅電圧は比較器１６
及び差動出力部１７に与えられる。比較器１６では予め
設定された第１の基準電圧Ｖ２１と増幅電圧を比較して
比較結果信号を送出する。一方、差動出力部１７では増
幅電圧と予め設定された第２の基準電圧Ｖ２２とを差動
増幅して差動増幅信号を送出する。この差動増幅信号は
アナログスイッチ部１８に与えられ、アナログスイッチ
部１８は後述するように比較結果信号に応じて差動増幅
信号を圧電素子１２の電極（入力電極）１２ｂに与え
る。
電極１１ａに現れる出力電圧はインピーダンス変換部１
４で増幅（電荷増幅）等されて、増幅電圧として外部端
子１５に与えられる。また、この増幅電圧は比較器１６
及び差動出力部１７に与えられる。比較器１６では予め
設定された第１の基準電圧Ｖ２１と増幅電圧を比較して
比較結果信号を送出する。一方、差動出力部１７では増
幅電圧と予め設定された第２の基準電圧Ｖ２２とを差動
増幅して差動増幅信号を送出する。この差動増幅信号は
アナログスイッチ部１８に与えられ、アナログスイッチ
部１８は後述するように比較結果信号に応じて差動増幅
信号を圧電素子１２の電極（入力電極）１２ｂに与え
る。
【００１４】ここで再び図１を参照して、上述した加速
度センサの動作について詳説する。なお、ここでは、加
速度測定範囲の上限値は許容加速度の９５％乃至１００
％の範囲に定められる。
度センサの動作について詳説する。なお、ここでは、加
速度測定範囲の上限値は許容加速度の９５％乃至１００
％の範囲に定められる。
【００１５】いま、加速度測定可能範囲の加速度Ｇ１が
加速度センサに印加されたとすると、バイモルフ形圧電
素子に加速度Ｇ１に相当する（比例する）力が加わるこ
とになる。この結果、電極（出力電極）１１ａには加速
度Ｇ１に相当する電荷、つまり、電圧が発生する。この
発生電圧はインピーダンス変換部１４で増幅されて出力
電圧Ｖ１として外部端子１５に出力される。前述のよう
にこの出力電圧Ｖ１は比較器１６及び差動出力部１７に
与えられる。ここで、第１の基準電圧Ｖ２１は加速度測
定可能範囲の上限値に対応して設定されているので、比
較器１６からはロウ（ＬＯＷ）レベル信号が送出される
ことになって、この結果、アナログスイッチ部１８はオ
フとなる。つまり、アナログスイッチ部１８から差動増
幅信号は送出されない。
加速度センサに印加されたとすると、バイモルフ形圧電
素子に加速度Ｇ１に相当する（比例する）力が加わるこ
とになる。この結果、電極（出力電極）１１ａには加速
度Ｇ１に相当する電荷、つまり、電圧が発生する。この
発生電圧はインピーダンス変換部１４で増幅されて出力
電圧Ｖ１として外部端子１５に出力される。前述のよう
にこの出力電圧Ｖ１は比較器１６及び差動出力部１７に
与えられる。ここで、第１の基準電圧Ｖ２１は加速度測
定可能範囲の上限値に対応して設定されているので、比
較器１６からはロウ（ＬＯＷ）レベル信号が送出される
ことになって、この結果、アナログスイッチ部１８はオ
フとなる。つまり、アナログスイッチ部１８から差動増
幅信号は送出されない。
【００１６】ここで、加速度測定可能範囲を越える加速
度Ｇ２が加速度センサに印加されると、出力電極１１ａ
には加速度Ｇ２に相当する電圧が発生する。この発生電
圧はインピーダンス変換部１４で増幅されて出力電圧Ｖ
２として出力される。上述のように、比較器１６には、
加速度測定可能範囲の上限値に対応した第１の基準電圧
Ｖ２１が与えられているので、出力電圧Ｖ２が与えられ
た際（Ｖ２＞Ｖ２１であるので）、比較器１６はハイ
（ＨＩＧＨ）レベル信号を出力する。
度Ｇ２が加速度センサに印加されると、出力電極１１ａ
には加速度Ｇ２に相当する電圧が発生する。この発生電
圧はインピーダンス変換部１４で増幅されて出力電圧Ｖ
２として出力される。上述のように、比較器１６には、
加速度測定可能範囲の上限値に対応した第１の基準電圧
Ｖ２１が与えられているので、出力電圧Ｖ２が与えられ
た際（Ｖ２＞Ｖ２１であるので）、比較器１６はハイ
（ＨＩＧＨ）レベル信号を出力する。
【００１７】一方、差動出力部１７では第２の基準電圧
Ｖ２２（ここで０．９５Ｖ２１≦Ｖ２２≦Ｖ２１であ
る）に基づいて、つまり、第２の基準電圧Ｖ２２を基準
として差動出力電圧Ｖ３を出力する。
Ｖ２２（ここで０．９５Ｖ２１≦Ｖ２２≦Ｖ２１であ
る）に基づいて、つまり、第２の基準電圧Ｖ２２を基準
として差動出力電圧Ｖ３を出力する。
【００１８】比較器１６から与えられる信号がハイレベ
ルであるとき，アナログスイッチ部１８はオンとなり、
その結果、差動出力電圧Ｖ３がアナログスイッチ部１８
を通って入力電極１２ｂに加えられる。これによって、
圧電素子１２は所謂逆圧電効果によって印加加速度方向
と逆方向に歪力が生じることになる。この歪力は検出可
能な加速度の上限値による歪力と加速度測定可能範囲を
越える加速度Ｇ２による歪力との差に等しい。従って、
バイモルフ形圧電素子には所定値以上の歪力（つまり、
検出可能な加速度の上限値による歪力）を越える歪力が
印加されることがなくなり、バイモルフ形圧電素子の破
損を確実に防止することができる。
ルであるとき，アナログスイッチ部１８はオンとなり、
その結果、差動出力電圧Ｖ３がアナログスイッチ部１８
を通って入力電極１２ｂに加えられる。これによって、
圧電素子１２は所謂逆圧電効果によって印加加速度方向
と逆方向に歪力が生じることになる。この歪力は検出可
能な加速度の上限値による歪力と加速度測定可能範囲を
越える加速度Ｇ２による歪力との差に等しい。従って、
バイモルフ形圧電素子には所定値以上の歪力（つまり、
検出可能な加速度の上限値による歪力）を越える歪力が
印加されることがなくなり、バイモルフ形圧電素子の破
損を確実に防止することができる。
【００１９】ここで、図２及び図４を参照して、いま、
加速度測定可能範囲の上限値をＧ３とすると、図３に示
す加速度センサの場合には、加速度の変化に応じてイン
ピーダンス変換部２１からの出力電圧が変化するが、加
速度が測定可能範囲を越える加速度Ｇ２となると、図４
に示すように、加速度Ｇ２に対応した出力電圧がインピ
ーダンス変換部２１から出力されることになる。つま
り、過度の歪力が圧電素子に加わることになる。
加速度測定可能範囲の上限値をＧ３とすると、図３に示
す加速度センサの場合には、加速度の変化に応じてイン
ピーダンス変換部２１からの出力電圧が変化するが、加
速度が測定可能範囲を越える加速度Ｇ２となると、図４
に示すように、加速度Ｇ２に対応した出力電圧がインピ
ーダンス変換部２１から出力されることになる。つま
り、過度の歪力が圧電素子に加わることになる。
【００２０】一方、図１に示す加速度センサでは、加速
度が測定可能範囲を越える加速度Ｇ２が加わると、前述
のように、歪力が加速度測定可能範囲の上限値Ｇ３に押
さえられるため、図２に示すように、インピーダンス変
換部１４からの出力電圧は上限値Ｇ３でカットされるこ
とになる。つまり、過度の歪力が圧電素子に加わること
はない。
度が測定可能範囲を越える加速度Ｇ２が加わると、前述
のように、歪力が加速度測定可能範囲の上限値Ｇ３に押
さえられるため、図２に示すように、インピーダンス変
換部１４からの出力電圧は上限値Ｇ３でカットされるこ
とになる。つまり、過度の歪力が圧電素子に加わること
はない。
【００２１】このように、図１に示す加速度センサでは
加速度測定可能範囲の上限値を越える部分について実質
的に帰還制御を行っており、この結果、バイモルフ形圧
電素子に過度の加速度が印加されることがなくなる。
加速度測定可能範囲の上限値を越える部分について実質
的に帰還制御を行っており、この結果、バイモルフ形圧
電素子に過度の加速度が印加されることがなくなる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明では所定の上
限値を越える過度の加速度が加わった際、過度の加速度
による歪力と逆方向に上記の上限値を越える部分に相当
する歪力を圧電素子に加えるようにしたから、圧電素子
に実質的に所定の上限値を越える過度の加速度が加わる
ことがなくなり，その結果、圧電素子の破損を確実に防
止できるという効果がある。
限値を越える過度の加速度が加わった際、過度の加速度
による歪力と逆方向に上記の上限値を越える部分に相当
する歪力を圧電素子に加えるようにしたから、圧電素子
に実質的に所定の上限値を越える過度の加速度が加わる
ことがなくなり，その結果、圧電素子の破損を確実に防
止できるという効果がある。
【図１】本発明による加速度センサの一実施例を説明す
るための図である。
るための図である。
【図２】図１に示す加速度センサに加わる歪力の変化を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図３】従来の加速度センサを示す図である。
【図４】図３に示す加速度センサに加わる歪力の変化を
説明するための図である。
説明するための図である。
１１，１２ 圧電素子 １１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ 電極 １３ 金属薄板 １４ インピーダンス変換部 １５ 外部端子 １６ 比較器 １７ 差動出力部 １８ アナログスイッチ部
───────────────────────────────────────────────────── 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 H01L 29/84 H01L 41/08
Claims (3)
- 【請求項１】 互いに対向する面を有し該面上にはそれ
ぞれ電極が形成された第１及び第２の圧電素子を備える
とともに第１及び第２の主面を有する金属板を備え、前
記第１の圧電素子は前記電極の一方で前記第１の主面上
に配置され、前記第２の圧電素子は前記電極の一方で前
記第２の主面上に配置されており、前記第１の圧電素子
において前記電極の他方が出力電極とされ、前記第２の
圧電素子において前記電極の他方が入力電極とされ、前
記金属板が接地されており、前記第１及び前記第２の圧
電素子に加わる加速度に応じて前記出力電極に現れる検
出電圧に基づいて決定された出力電圧が予め定められた
設定電圧を越えた際前記入力電極に前記加速度に応じた
入力電圧を印加する印加手段を備えていることを特徴と
する加速度センサ。 - 【請求項２】 請求項１に記載された加速度センサにお
いて、前記検出電圧を増幅して前記出力電圧として送出
するインピーダンス変換手段を備えていることを特徴と
する加速度センサ。 - 【請求項３】 請求項１に記載された加速度センサにお
いて、前記印加手段は前記加速度の許容上限値に応じて
定められた第１の基準電圧と前記出力電圧とを比較して
前記出力電圧が前記第１の基準電圧を越えている際駆動
信号を送出する比較手段と、前記第１の基準電圧より低
い第２の基準電圧が与えられ前記出力電圧と前記第２の
基準電圧とを差動増幅して差動増幅電圧を求める差動増
幅手段と、前記駆動信号に応答して前記差動増幅電圧を
前記入力電圧として前記入力電圧に与える出力手段とを
有することを特徴とする加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13702592A JP3148945B2 (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13702592A JP3148945B2 (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05333047A JPH05333047A (ja) | 1993-12-17 |
| JP3148945B2 true JP3148945B2 (ja) | 2001-03-26 |
Family
ID=15189087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13702592A Expired - Fee Related JP3148945B2 (ja) | 1992-05-28 | 1992-05-28 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3148945B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW546477B (en) | 2001-08-09 | 2003-08-11 | Matsushita Electric Industrial Co Ltd | Drop impact determination system and acceleration sensing element used in the drop impact determination system |
| US7275412B2 (en) | 2001-08-09 | 2007-10-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Drop shock measurement system and acceleration sensor element used in the same |
| CN108469535B (zh) * | 2018-03-26 | 2020-04-24 | 温州大学 | 基于静电吸附效应的微加速度计 |
-
1992
- 1992-05-28 JP JP13702592A patent/JP3148945B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05333047A (ja) | 1993-12-17 |
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