JP3762814B2 - Driving method of piezoelectric chopper for pyroelectric infrared sensor - Google Patents

Driving method of piezoelectric chopper for pyroelectric infrared sensor Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体から放出される赤外線を非接触で検知する焦電型赤外線センサ用圧電チョッパの駆動方法と構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、焦電型赤外線センサは、電子レンジにおける調理物の温度測定や、エアコンの温度自動調節における人体の位置検出などの幅広い分野で利用されている。焦電型赤外線センサは、LiTaO3 単結晶等の焦電体による焦電効果を利用したものである。
【0003】
上記の焦電体は自発分極を有しており常に表面電荷を発生しているが、大気中における定常状態では大気中の電荷と結びついて電気的に中性を保っている。この焦電体に赤外線が入射すると焦電体の温度が変化し、これにともない表面の電荷状態も中性状態が壊れて変化する。この表面電極に発生する電荷量の変化を検知して、赤外線入射量を測定するのが焦電型赤外線センサである。
【0004】
物体はその温度に応じた赤外線を放射しており、このセンサを用いることにより、物体の温度や位置を測定することができる。焦電効果は赤外線の入射量の変化に起因するものであり、焦電型赤外線センサとして物体の温度を検出する場合には赤外線入射量を変化させる必要がある。この手段として用いられるのがチョッパであり、入射する赤外線を強制的に断続して検出物体の温度を検出する。従来のチョッパとしては、電磁モータ及び圧電アクチュエータ等を利用したチョッパが主に用いられていた。
【0005】
このチョッパとして用いられる圧電アクチュエータは、金属等の弾性薄板に圧電セラミックを接着して貼合わせ、素子(以下、バイモルフ型素子と呼ぶ)を構成して片端を保持固定し、圧電セラミックに電圧を印加した時のひずみにより屈曲運動を発生させるようにしている。
【0006】
図23は、バイモルフ型の圧電アクチュエータをチョッパとして用いた焦電型赤外線センサの構成を示す斜視図である。図23において、10は弾性シム材、11は圧電セラミック、12は遮蔽板、13は台座、14は固定具、15は焦電型赤外線センサ素子を有する赤外線検出部、16は対象物から放射された赤外線である。
【0007】
弾性シム材10の一面には、圧電セラミック11が接着され、バイモルフ型素子よりなる駆動部10aが構成されている。圧電セラミック11は表面に電極が形成され、また厚さ方向に分極処理が施されている。
【0008】
駆動部10aの先端には変位拡大部としての振幅拡大部10bが弾性シム材10のみで形成されている。また、駆動部10aは台座13と固定具14とにより、弾性シム材10の一部分が挟み込まれることにより保持されている。振幅拡大部10bの自由端の先端部分には遮蔽部材である遮蔽板12が取り付けられている。遮蔽板12の近傍には赤外線検出部15が遮蔽板12に接触しないように配置されている。
【0009】
弾性シム材10と圧電セラミック11の間に電界が印加されると、駆動部10aは片端固定の屈曲運動を発生し、その先端に結合された振幅拡大部10bをも励振する。そして、先端に取り付けられた遮蔽板12は電界の印加方向の変化に応じて往復運動を行う。この遮蔽板12の往復運動により赤外線検出部15に入射する赤外線16が断続される。
【0010】
図24に示すように、上記構成では、駆動部10aと振幅拡大部10bの2つの共振周波数を近接させている。そのため、駆動部10aの共振特性と振幅拡大部10bの共振特性が影響し合って、駆動周波数変化に鈍感な変位の安定領域を作り出すことが可能となり、駆動周波数ー変位特性が安定な優れたチョッパを実現することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の焦電型赤外線センサ用の圧電チョッパは、2つの基本次共振周波数の間の周波数を駆動周波数に設定している。そのため、起動時において、駆動信号を急激に印加する事により、駆動周波数に含まれる他の周波数成分が、それぞれの共振周波数での振動をも励振させてしまう。
【0012】
これにより、圧電チョッパには見かけ上、駆動周波数による駆動での駆動周波数の振動と、それぞれの共振周波数の差のビート周波数の振動が励振され、図25に示すような駆動周波数にビート成分が重畳される状態(以下、暴走現象と呼ぶ)に陥る。その結果、圧電チョッパが安定状態になるまで、チョッパとして使用できなくなり、センサの高速測温機能の実現や、安定状態になるまでの消費電力が損失となり低消費電力化の大きな妨げとなっていた。
【0013】
本発明は、従来のこのような課題を考慮し、圧電チョッパの起動特性を改善し、赤外線センサの高速測温機能の向上と低消費電力化が可能な焦電型赤外線センサ用の圧電チョッパの駆動方法及び圧電チョッパを提供することを目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の本発明は、弾性体と圧電体よりなる駆動部及び弾性体のみよりなる変位拡大部を持つ片持ち梁構造のバイモルフ素子と、そのバイモルフ素子を保持する保持具と、変位拡大部の先端部に設けられ、赤外線を入射/遮断するための遮蔽部材とを備えた圧電チョッパの駆動方法であって、圧電チョッパの起動時に、駆動信号の電圧レベルを、変位拡大部の先端部の動きの変動と逆になるように変化させて駆動信号を印加する焦電型赤外線センサ用圧電チョッパの駆動方法である。
【0015】
請求項5の本発明は、弾性体と圧電体よりなる駆動部及び弾性体のみよりなる変位拡大部を持つ片持ち梁構造のバイモルフ素子と、そのバイモルフ素子を保持する保持具と、変位拡大部の先端部に設けられ、赤外線を入射/遮断するための遮蔽部材とを備えた圧電チョッパの駆動方法であって、圧電チョッパの起動時に、駆動信号の駆動周波数を時間の経過と共に、駆動部の共振周波数近傍、あるいは変位拡大部の共振周波数の近傍から所定の駆動周波数へ移動させながら駆動信号を印加する焦電型赤外線センサ用圧電チョッパの駆動方法である。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する
1は、本発明に関連する発明の第1の構成例の圧電チョッパ駆動回路のブロック図である。図1において、21は発振回路、22は整形回路、23はアンプ、24はバイモルフ型素子、25はCPUを有する演算回路である。
【0020】
発振回路21で作られた駆動周波数の小信号は、整形回路22でデューティ比を50:50に整えられる。そして、アンプ23で増幅されバイモルフ型素子24に印加される。ところで、アンプ23には演算装置25が付加されており、アンプ23の昇圧比を制御している。
【0021】
そこで、演算装置25により、素子への印加電圧を一次関数的に変化させて出力する。そのときの出力結果の一例が図2に示されている。
【0022】
これにより、起動時の高調波成分を削減し、従来問題となっていた起動時の暴走現象(図22参照)を、図3に示すように改善する事が可能となった。
【0023】
なお、本構成例では、バイモルフ素子24の印加電圧を一次関数的に起動時から増加させる事例について述べたが、印加電圧の変化の方法はこれに限定されるものではなく、例えば、所定の関数として2次関数などのべき乗関数的、あるいは指数関数的、対数関数的などの変化の仕方で起動時から増加させても同様の効果がある
4は、本発明に関連する発明の第2の構成例の圧電チョッパ駆動回路のブロック図である。尚、図1に示した第1の構成例と同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
【0024】
この第2の構成例が前述の第1の構成例と異なる点は、演算装置25外して、アンプ23の出力側に抵抗26と容量素子27が接続されている点である。
【0025】
具体的には、起動時の素子への印加信号の高調波成分除去をこの抵抗26と容量素子27よりなるローパスフィルタによって行っている。
【0026】
以上の構成により、第1の構成例と同様の効果に加えて、演算装置に代えて2素子を追加するだけで同様の効果が得られるため、低コスト化の効果も同時に得られる。
【0027】
なお、本構成例では、アンプ23の出力側にローパスフィルタを接続する構成としたが、これに代えて、アンプ23の入力側にローパスフィルタを接続する構成としても同様の効果が得られる。
〔第の実施の形態〕図5は、本発明にかかる第の実施の形態の圧電チョッパ駆動回路のブロック図である。尚、図1に示した第1の構成例と同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
【0028】
この第の実施の形態と第1の構成例とは、素子への印加電圧の制御精度の点が異なっている。
【0029】
具体的には、図5の回路ブロック図は上述の第1の構成例と同一であるが、本実施の形態では、演算装置25が制御する印加電圧パターンは、予めチェックされている起動時の素子変位挙動パターンに対応したものであり、これは演算装置25に記憶させて使用する。
【0030】
実際に、演算装置25に記憶させる信号の決定方法について説明する。
【0031】
まず、素子を未制御で駆動し、未制御時の起動特性を得る。そのときの起動特性の一例を図6に示す。
【0032】
次に、この起動特性を基にして、起動時に圧電チョッパの変位特性が一定になるような図7に示す印加信号を作成する。
【0033】
そして、その印加信号(図7参照)を演算装置25の記憶部(図示省略)に記憶させ、バイモルフ型素子24の起動時に、整形回路22の信号を記憶したパターンと同じ信号になるように制御して増幅し、その駆動信号を素子に印加する事により優れた起動特性を確保することができる。
【0034】
なお、本実施の形態では、素子を1素子づつチェックして、起動時の変位挙動パターンを得る場合について述べたが、これに限らず、例えば、製造ロット毎、同じタイプ毎などをグループとして、そのグループの代表的な素子の変位挙動パターンを得て、それで代表させてもよい。
〔第の実施の形態〕図8は、本発明にかかる第の実施の形態の圧電チョッパ駆動回路のブロック図である。尚、図5に示した第の実施の形態と同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
【0035】
前述の第の実施の形態では、演算装置に予め素子の振動挙動を記憶させ、それを基に印加電圧を制御していたのに対して、この第の実施の形態では、駆動時に素子の振動挙動を検出し、その検出結果に基づいて印加電圧の制御を行っている。
【0036】
具体的には、図8に示すように、バイモルフ型素子24と同じ電気容量の容量素子27を並列に接続し、バイモルフ型素子24と容量素子27とを抵抗30で接続し、更に抵抗30の両端部を抵抗28,29により接地する。この構成において、抵抗30の両端の電圧、あるいは抵抗30を流れる電流を検出して、これを基に制御回路31によってアンプ23の昇圧比を制御している。
【0037】
通常、素子の振動挙動と圧電セラミックのひずみ量は一定の関係を維持している。また、圧電セラミックのひずみ量と圧電セラミックの電極に印加される電荷量(圧電セラミックを流れる電流)とは比例の関係がある。従って、素子の振動挙動と圧電セラミックを流れる電流には一定の関係が存在する。
【0038】
ところが、圧電セラミックを流れる電流は機械腕電流と呼ばれる圧電セラミックのひずみに寄与する電流と電気腕電流と呼ばれる圧電セラミックの容量素子部分を流れる電流に二分され、正確に素子振動を把握するには機械腕電流の検出が必要となる。
【0039】
そこで、本実施の形態の構成では、バイモルフ型素子24と同じ電気容量の容量素子27を並列に接続する事により、容量素子27側に電気腕電流を流す。また、バイモルフ型素子24側には機械腕電流+電気腕電流が流れているため、抵抗30には機械腕電流が流れる構成になってる。そして、この機械腕電流の変化を抵抗30によって電圧変化に変換し、制御回路31に入力している。
【0040】
以上の構成により、新たに振動を検出するセンサを追加する事なしに、素子の振動状態を検出し、印加電圧を高精度で制御する事により、チョッパの起動特性を改善することが可能である。
〔第の実施の形態〕図9は、本発明の第の実施の形態における圧電チョッパ駆動回路の一例を示すブロック図である。尚、図5に示した第の実施の形態と同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
【0041】
の実施の形態では、演算装置に予め素子の振動挙動を記憶させ、それを基に印加電圧を制御していたのに対して、この第の実施の形態では、駆動時に素子の振動挙動を検出し、印加電圧の制御を行っている。
【0042】
具体的には、バイモルフ型素子24の表面電極の一部にセンサ電極40を設け、そのセンサ電極40に発生する電荷を基に素子への印加電圧を制御している。
【0043】
通常、素子の振動挙動と圧電セラミックのひずみ量は一定の関係を維持している。また、圧電セラミックのひずみ量と圧電セラミック表面電極(センサ電極)に発生する電荷は比例関係をもつ。従って、素子の振動挙動と圧電セラミックのセンサ電極40に発生する電荷は一定の関係を維持している。
【0044】
そこで、本実施の形態の構成では、バイモルフ型素子24の表面電極の一部にセンサ電極40を形成し、その電極に発生する電荷(電圧)を制御回路31に入力し、それを基にアンプ23の昇圧比を制御している
以上の構成により、新たに振動を検出するセンサを追加する事なしに、素子の振動状態を検出し、印加電圧を高精度で制御する事により、チョッパの起動特性を改善することが可能ある。
【0045】
また、図10は、同圧電チョッパのセンサ電極の第一の例を示す図である。
【0046】
具体的には、駆動部に貼り付けた圧電セラミック11の表面側の電極を幅方向に3つの部分(中央部を全体の1/3以下とし、2つの両端部を等面積にした)に分割し、中央部の電極をセンサ用電極40、両端部の電極を駆動用電極41とする。
【0047】
圧電セラミックは、電荷が印加されるとひずみを発生する。この効果を利用し、チョッパを駆動しているのが、駆動用電極41である。ところが、同時に逆の効果も起こる。つまり、ひずみが圧電セラミックに付加されれば、表面電極に電荷を発生する。この現象を利用したのがセンサ電極40であり、振動の状態を検出する事が可能である。
【0048】
センサ用電極40を必要最小限の面積でバランスよく配置することにより、センサ電極40が駆動の負荷に必要以上になるのを防ぎ、素子にねじり振動を励振してしまうことを防止している。
【0049】
同様に、図11は、同圧電チョッパのセンサ電極の第二の例を示す図である。図10とは、センサ用電極40と駆動用電極41の位置が異なっている。
【0050】
具体的には、駆動部に貼り付けた圧電セラミック11の表面側の電極を幅方向に3つの部分(中央部を全体の1/2以上とし、2つの両端部を等面積にした)に分割し、中央部の電極を駆動用電極41、両端部の電極をセンサ用電極40とする。
【0051】
図10と同様の効果に加え、センサ用電極40を駆動用電極41の両脇に設けることにより、耐湿性向上のために通常必要な圧電セラミックの電極の後退をセンサ用電極40で代用することができ、駆動面積を大きくすることができる。
【0052】
なお、センサ用電極40を長さ方向に分割しても問題は無く、分割数も3分割にこだわる必要はない。
〔第の実施の形態〕図12は、本発明の第の実施の形態における圧電チョッパ駆動回路の一例を示すブロック図である。尚、図1に示した第1の構成例と同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
【0053】
第1の構成例では、素子への印加電圧のレベルを制御していたが、この第の実施の形態では、素子への印加信号の周波数を制御している点が異なっている。
【0054】
具体的には、発振回路21に演算装置25と2つ以上の発振器(ここでは3つ)からなる発振器群32を追加し、演算装置25で発振器を切り替えることにより、駆動信号の周波数を起動時に時間的に変化させている。
【0055】
また、図13に示すように、起動時の駆動周波数は振幅拡大部の共振より、わずかに駆動周波数側に寄った周波数に設定し、徐々に本来の駆動点周波数へ移行させるように演算装置25を動作させる。これにより、起動時には振幅拡大部の共振振動のみが励振され、徐々に目標周波数の振動に移行して行くため、起動時の暴走現象を抑制することができる。図14に本実施の形態による起動時の素子変位挙動結果の一例を示す。
【0056】
以上の構成により、従来に比べて圧電チョッパの起動特性を著しく改善することが可能である。
【0057】
なお、本実施の形態では、駆動周波数の移行を、振幅拡大部の共振よりわずかに駆動周波数側に寄った周波数から行ったが、駆動部の共振よりわずかに駆動周波数側に寄った周波数から移行しても同様の効果が得られる。
〔第の実施の形態〕図15は、本発明の第の実施の形態における圧電チョッパ駆動回路の一例を示すブロック図である。尚、図12に示した第の実施の形態と同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
【0058】
この第の実施の形態が第の実施の形態と異なる点は、演算装置及び発振器群に代えて周波数可変発振器33を設けている点である。
【0059】
具体的には、発振回路21の発振器として、例えばVCOなどの周波数可変発振器33を使用している。この周波数可変発振器33は外部より出力信号の周波数を制御できるため、第の実施の形態と同様の動作を実現することができ、従って、第の実施の形態と同様の効果が得られる
16は、本発明に関連する発明の構成例における圧電チョッパの構成の第一の例を示す図である。尚、図23に示した従来例と同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。ここで、バイモルフ素子は、圧電セラミック11を有する駆動部10a及び変位拡大部である振幅拡大部10bを持つ片持ち梁構造であり、また、台座13及び固定具14が保持具を構成している。この第構成例は従来例とは、共振特性が異なっている。
【0060】
具体的には、図16のチョッパ構成において、駆動部10aの共振抵抗を振幅拡大部10bの共振抵抗に比べ、2倍以上小さくするように素子寸法を決定することにより、駆動部10aと振幅拡大部10bとの間の所定の駆動周波数での駆動においても、不要振動として従来励振されていた駆動部と振幅拡大部の共振振動が、駆動部の共振振動と非常に振幅の小さい振幅拡大部の共振振動となる。これにより、振幅拡大部の共振振動の影響は殆どなくなり、駆動周波数の振動と駆動部の共振振動の振動が起動時に励振される場合とほぼ同等の状態となる。
【0061】
その結果、新たに制御回路を付加することなしに、図19に示すように、従来の起動特性に比べて、より安定な起動特性を示す。尚、図18に、本構成例の構成の共振特性の一例を示す。
【0062】
また、本共振特性を実現するための別の構成の一例を図17に示す。図16との違いは、駆動部10aと振幅拡大部10bの結合部である。
【0063】
具体的には、結合部の幅を小さくして、結合部の曲げ剛性を弱くし、振幅拡大部10bの基本モード振動を起こりにくくすることにより、振幅拡大部10bの共振抵抗を大きくしている。
【0064】
なお、結合部の幅を小さくせずに、スリットを形成したり、板厚を薄くしたりする事などにより、曲げ剛性を低下させ、同等の効果が得られる。
【0065】
また、振幅拡大部10bの自由端に取り付けた遮蔽板12の質量を大きくすることにより、振幅拡大部10bの基本モード振動を起こりにくくすることによっても同様の効果が得られる
20は、本発明に関連する発明の構成例における圧電チョッパ構成の第一の例を示す図である。尚、図16に示した第構成例と同様の作用をなすものには同一の符号を付けて説明する。
【0066】
この第構成例は第構成例とは、共振特性が異なっている。
【0067】
具体的には、図20のチョッパ構成において、図22に示すように、駆動部10aの共振抵抗を振幅拡大部10bの共振抵抗に比べ、2倍以上大きくなるように素子寸法を決定することにより、駆動部10aと振幅拡大部10bとの間の所定の駆動周波数での駆動においても、不要振動として従来励振されていた駆動部と振幅拡大部の共振振動が、振幅拡大部の共振振動と非常に振幅の小さい駆動部の共振振動となる。
【0068】
これにより、駆動部の共振振動の影響は殆どなくなり、駆動周波数の振動と振幅拡大部の共振振動の振動が起動時に励振される場合とほぼ同等の状態となる。
【0069】
以上の構成により、第構成例と同様の効果が得られるのと、同時に、駆動部10aの共振抵抗を大きくしたため、駆動時の駆動部10aの振動を小さく抑えることができ、圧電セラミックや接着層にかかるひずみを小さくすることができ、素子の信頼性を向上することができる。
【0070】
また、本共振特性を実現するための別の構成の一例を図21に示す。図16との違いは、駆動部10aの圧電セラミック11の端から固定具14までの距離を長くしている。これにより、駆動部10aの基本モード振動を起こりにくくし、駆動部10aの共振抵抗を大きくしている。
【0071】
なお、圧電セラミック11の端から固定具14までの距離を長くせずに、圧電セラミック11の端から固定具14までの間の弾性シム材10上にスリットを形成したり、圧電セラミック11の端から固定具14までの間の板厚を薄くしたり、固定具14や台座13の少なくとも弾性シム材10を挟む部分を、例えば、シリコン、天然ゴムなどのヤング率の小さい材料で構成する事などによっても基本モード振動を起こりにくくし、同等の効果が得られる。
【0072】
また、振幅拡大部10bと遮蔽板12の質量を大きくすることにより、駆動部10aの基本モード振動を起こりにくくすることによっても同様の効果が得られる。
【0073】
以上の構成により、圧電チョッパの起動特性を改善することができ、焦電型赤外線センサの高速測温機能の向上が可能となる。更に、圧電チョッパの起動後、すぐに安定状態になるので、従来のような起動時における消費電力損失がほとんどなく、低消費電力化による電池の長寿命化が可能になる。
【0074】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように本発明は、圧電チョッパの起動時に、駆動信号の電圧レベルを、時間の経過とともに所定レベルまで変化させながら駆動信号を印加するので、赤外線センサの高速測温機能の向上と低消費電力化が可能になるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の構成例における圧電チョッパ駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1の構成例における圧電チョッパ駆動回路により、素子印加電圧を一次関数的に変化させた出力電圧の一例を示す図である。
【図3】本発明の第1の構成例における圧電チョッパ駆動回路により、圧電チョッパを駆動した結果の一例を示す図である。
【図4】本発明の第2の構成例における圧電チョッパ駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図5】本発明の第の実施の形態における圧電チョッパ駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図6】同第の実施の形態における圧電チョッパの未制御時の駆動結果を示す図である。
【図7】同第の実施の形態における圧電チョッパの印加信号の一例を示す図である。
【図8】本発明の第の実施の形態における圧電チョッパ駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図9】本発明の第の実施の形態における圧電チョッパ駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図10】同第の実施の形態における圧電チョッパのセンサ電極の第一の例を示す図である。
【図11】同第の実施の形態における圧電チョッパのセンサ電極の第二の例を示す図である。
【図12】本発明の第の実施の形態における圧電チョッパ駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図13】同第の実施の形態における圧電チョッパ駆動回路の動作説明図である。
【図14】同第の実施の形態における圧電チョッパ駆動回路により、圧電チョッパを駆動した結果の一例を示す図である。
【図15】本発明の第の実施の形態における圧電チョッパ駆動回路の一例を示すブロック図である。
【図16】本発明の第構成例における圧電チョッパの構成の第一の例を示す図である。
【図17】同第構成例における圧電チョッパ構成の第二の例を示す図である。
【図18】同第構成例における圧電チョッパの共振特性の一例を示す図である。
【図19】同第構成例における圧電チョッパを駆動した結果の一例を示す図である。
【図20】本発明の第構成例における圧電チョッパ構成の第一の例を示す図である。
【図21】同第構成例における圧電チョッパ構成の第二の例を示す図である。
【図22】同第構成例における圧電チョッパの共振特性の一例を示す図である。
【図23】従来の圧電チョッパの構成の一例を示す図である。
【図24】従来の圧電チョッパの駆動周波数と変位量の関係の一例を示す図である。
【図25】従来の圧電チョッパを駆動した結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
10 弾性シム材
10a 駆動部
10b 振幅拡大部
11 圧電セラミック
12 遮蔽板
13 台座
14 固定具
15 赤外線検出部
16 赤外線
21 発振回路
22 整形回路
23 アンプ
24 バイモルフ型素子
25 演算装置
26,28,29,30 抵抗
27 容量素子
31 制御回路
32 発振器群
33 周波数可変発振器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a driving method and a structure of a piezoelectric chopper for a pyroelectric infrared sensor that detects infrared rays emitted from an object in a non-contact manner.
[0002]
[Prior art]
In recent years, pyroelectric infrared sensors have been used in a wide range of fields such as temperature measurement of food in a microwave oven and detection of the position of a human body in automatic temperature control of an air conditioner. The pyroelectric infrared sensor uses a pyroelectric effect by a pyroelectric material such as a LiTaO3 single crystal.
[0003]
The pyroelectric material described above has spontaneous polarization and always generates a surface charge. However, in a steady state in the atmosphere, the pyroelectric material is electrically neutral in combination with the charge in the atmosphere. When infrared rays are incident on the pyroelectric body, the temperature of the pyroelectric body changes, and the charge state of the surface changes along with the neutral state. A pyroelectric infrared sensor measures the amount of incident infrared rays by detecting a change in the amount of charge generated on the surface electrode.
[0004]
The object emits infrared rays corresponding to its temperature, and the temperature and position of the object can be measured by using this sensor. The pyroelectric effect is caused by a change in the amount of incident infrared rays. When detecting the temperature of an object as a pyroelectric infrared sensor, it is necessary to change the amount of incident infrared rays. A chopper is used as this means, and the incident infrared ray is forcibly interrupted to detect the temperature of the detection object. As a conventional chopper, a chopper using an electromagnetic motor, a piezoelectric actuator or the like has been mainly used.
[0005]
Piezoelectric actuators used as choppers are made by adhering and bonding piezoelectric ceramics to an elastic thin plate such as metal, forming an element (hereinafter referred to as a bimorph type element), holding and fixing one end, and applying a voltage to the piezoelectric ceramic. The bending motion is generated by the strain caused by this.
[0006]
FIG. 23 is a perspective view showing a configuration of a pyroelectric infrared sensor using a bimorph piezoelectric actuator as a chopper. In FIG. 23, 10 is an elastic shim material, 11 is a piezoelectric ceramic, 12 is a shielding plate, 13 is a pedestal, 14 is a fixture, 15 is an infrared detector having a pyroelectric infrared sensor element, and 16 is emitted from an object. Infrared.
[0007]
A piezoelectric ceramic 11 is bonded to one surface of the elastic shim material 10 to form a drive unit 10a made of a bimorph element. An electrode is formed on the surface of the piezoelectric ceramic 11, and polarization treatment is performed in the thickness direction.
[0008]
An amplitude expanding portion 10b as a displacement expanding portion is formed of only the elastic shim material 10 at the tip of the driving portion 10a. The drive unit 10 a is held by the pedestal 13 and the fixture 14 by sandwiching a part of the elastic shim material 10. A shielding plate 12 as a shielding member is attached to the free end of the amplitude expanding portion 10b. In the vicinity of the shielding plate 12, the infrared detection unit 15 is disposed so as not to contact the shielding plate 12.
[0009]
When an electric field is applied between the elastic shim material 10 and the piezoelectric ceramic 11, the drive unit 10a generates a bending motion fixed at one end, and also excites the amplitude expanding unit 10b coupled to the tip. And the shielding board 12 attached to the front-end | tip reciprocates according to the change of the application direction of an electric field. The infrared rays 16 incident on the infrared detector 15 are intermittently caused by the reciprocating motion of the shielding plate 12.
[0010]
As shown in FIG. 24, in the above configuration, the two resonance frequencies of the driving unit 10a and the amplitude expanding unit 10b are made close to each other. Therefore, the resonance characteristic of the drive unit 10a and the resonance characteristic of the amplitude enlargement unit 10b influence each other, so that it is possible to create a stable region of displacement that is insensitive to changes in the drive frequency, and an excellent chopper with stable drive frequency-displacement characteristics. Can be realized.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the piezoelectric chopper for the pyroelectric infrared sensor described above sets a frequency between two fundamental resonance frequencies as a driving frequency. For this reason, when the drive signal is suddenly applied at the time of startup, other frequency components included in the drive frequency also excite vibrations at the respective resonance frequencies.
[0012]
As a result, the piezoelectric chopper apparently vibrates at the drive frequency driven by the drive frequency and at the beat frequency that is the difference between the resonance frequencies, and a beat component is superimposed on the drive frequency as shown in FIG. Fall into a state of being runaway (hereinafter referred to as a runaway phenomenon). As a result, the piezoelectric chopper cannot be used as a chopper until it is in a stable state, realizing a high-speed temperature measuring function of the sensor and losing power consumption until it is in a stable state, which greatly hinders low power consumption. .
[0013]
In view of such a conventional problem, the present invention provides a piezoelectric chopper for a pyroelectric infrared sensor capable of improving the startup characteristics of the piezoelectric chopper, improving the high-speed temperature measuring function of the infrared sensor, and reducing power consumption. An object of the present invention is to provide a driving method and a piezoelectric chopper.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention is a bimorph element having a cantilever structure having a drive part made of an elastic body and a piezoelectric body and a displacement enlargement part made only of an elastic body, a holder for holding the bimorph element, and a displacement enlargement part A piezoelectric chopper driving method provided with a shielding member for incident / blocking infrared rays, wherein the voltage level of the driving signal at the time of activation of the piezoelectric chopper This is a method for driving a piezoelectric chopper for a pyroelectric infrared sensor, in which a drive signal is applied while being changed so as to be opposite to fluctuations in movement.
[0015]
The invention according to claim 5 is a bimorph element having a cantilever structure having a drive part made of an elastic body and a piezoelectric body and a displacement enlargement part made only of an elastic body, a holder for holding the bimorph element, and a displacement enlargement part A piezoelectric chopper driving method provided with a shielding member for incident / blocking infrared rays, which is provided at the front end of the driving circuit, wherein when the piezoelectric chopper is activated, the driving frequency of the driving signal is increased with time. This is a method for driving a piezoelectric chopper for a pyroelectric infrared sensor in which a drive signal is applied while moving to a predetermined drive frequency from the vicinity of the resonance frequency or the vicinity of the resonance frequency of the displacement magnifying unit.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof .
FIG. 1 is a block diagram of a piezoelectric chopper drive circuit according to a first configuration example of the invention related to the present invention. In FIG. 1, 21 is an oscillation circuit, 22 is a shaping circuit, 23 is an amplifier, 24 is a bimorph element, and 25 is an arithmetic circuit having a CPU.
[0020]
The small signal of the driving frequency generated by the oscillation circuit 21 is adjusted to a duty ratio of 50:50 by the shaping circuit 22. Then, it is amplified by the amplifier 23 and applied to the bimorph element 24. By the way, an arithmetic unit 25 is added to the amplifier 23 to control the step-up ratio of the amplifier 23.
[0021]
Therefore, the calculation device 25 changes the voltage applied to the element in a linear function and outputs it. An example of the output result at that time is shown in FIG.
[0022]
As a result, the harmonic components at the time of startup are reduced, and the runaway phenomenon at startup (see FIG. 22), which has been a problem in the past, can be improved as shown in FIG.
[0023]
In this configuration example , the case where the applied voltage of the bimorph element 24 is increased linearly from the start is described. However, the method of changing the applied voltage is not limited to this, and for example, a predetermined function As a result, the same effect can be obtained by increasing the number of power functions such as a quadratic function, exponential function, or logarithmic function from the start .
FIG. 4 is a block diagram of a piezoelectric chopper drive circuit according to a second configuration example of the invention related to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to what makes the same effect | action as the 1st structural example shown in FIG.
[0024]
The second configuration example is different from the first configuration example described above in that the arithmetic unit 25 is removed and a resistor 26 and a capacitive element 27 are connected to the output side of the amplifier 23.
[0025]
Specifically, the harmonic component of the applied signal to the element at the time of activation is removed by a low-pass filter composed of the resistor 26 and the capacitive element 27.
[0026]
With the above configuration, in addition to the same effect as in the first configuration example , the same effect can be obtained by adding two elements in place of the arithmetic unit, so that the cost reduction effect can be obtained at the same time.
[0027]
In this configuration example , a low-pass filter is connected to the output side of the amplifier 23, but the same effect can be obtained by connecting a low-pass filter to the input side of the amplifier 23 instead.
First Embodiment FIG. 5 is a block diagram of a piezoelectric chopper driving circuit of the first embodiment according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to what makes the same effect | action as the 1st structural example shown in FIG.
[0028]
The first embodiment is different from the first configuration example in the accuracy of control of the voltage applied to the element.
[0029]
Specifically, the circuit block diagram of FIG. 5 is the same as the first configuration example described above, but in the present embodiment, the applied voltage pattern controlled by the arithmetic unit 25 is checked in advance at the time of startup. This corresponds to the element displacement behavior pattern, which is stored in the arithmetic unit 25 and used.
[0030]
A method for determining a signal to be actually stored in the arithmetic unit 25 will be described.
[0031]
First, the element is driven uncontrolled to obtain the starting characteristics when not controlled. An example of the starting characteristic at that time is shown in FIG.
[0032]
Next, based on this starting characteristic, an applied signal shown in FIG. 7 is created so that the displacement characteristic of the piezoelectric chopper becomes constant at the time of starting.
[0033]
Then, the applied signal (see FIG. 7) is stored in a storage unit (not shown) of the arithmetic device 25, and when the bimorph element 24 is activated, control is performed so as to be the same signal as the pattern storing the signal of the shaping circuit 22. Then, by amplifying and applying the drive signal to the element, excellent starting characteristics can be ensured.
[0034]
In the present embodiment, the case where the element is checked element by element and the displacement behavior pattern at the time of activation is obtained has been described, but not limited to this, for example, for each production lot, for each same type as a group, A displacement behavior pattern of representative elements of the group may be obtained and represented.
Second Embodiment FIG. 8 is a block diagram of a piezoelectric chopper driving circuit of the second embodiment according to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to what makes the same effect | action as 1st Embodiment shown in FIG.
[0035]
In the first embodiment described above, the vibration behavior of the element is stored in advance in the arithmetic unit, and the applied voltage is controlled based on the behavior. In the second embodiment, the element is driven at the time of driving. The vibration behavior is detected, and the applied voltage is controlled based on the detection result.
[0036]
Specifically, as shown in FIG. 8, a capacitive element 27 having the same electric capacity as that of the bimorph element 24 is connected in parallel, the bimorph element 24 and the capacitive element 27 are connected by a resistor 30, and Both ends are grounded by resistors 28 and 29. In this configuration, the voltage across the resistor 30 or the current flowing through the resistor 30 is detected, and the boosting ratio of the amplifier 23 is controlled by the control circuit 31 based on this.
[0037]
Usually, the vibration behavior of the element and the strain amount of the piezoelectric ceramic maintain a certain relationship. Further, there is a proportional relationship between the strain amount of the piezoelectric ceramic and the amount of electric charge (current flowing through the piezoelectric ceramic) applied to the electrodes of the piezoelectric ceramic. Therefore, there is a certain relationship between the vibration behavior of the element and the current flowing through the piezoelectric ceramic.
[0038]
However, the current that flows through the piezoelectric ceramic is divided into a current that contributes to the distortion of the piezoelectric ceramic called mechanical arm current and a current that flows through the capacitive element portion of the piezoelectric ceramic called electric arm current. Detection of arm current is required.
[0039]
Therefore, in the configuration of the present embodiment, the electric arm current is caused to flow to the capacitive element 27 side by connecting in parallel the capacitive element 27 having the same capacitance as that of the bimorph type element 24. Further, since the mechanical arm current + electrical arm current flows on the bimorph element 24 side, the mechanical arm current flows through the resistor 30. The mechanical arm current change is converted into a voltage change by the resistor 30 and input to the control circuit 31.
[0040]
With the above configuration, it is possible to improve the chopper start-up characteristics by detecting the vibration state of the element and controlling the applied voltage with high accuracy without adding a new sensor for detecting vibration. .
[ Third Embodiment] FIG. 9 is a block diagram showing an example of a piezoelectric chopper drive circuit according to a third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to what makes the same effect | action as 1st Embodiment shown in FIG.
[0041]
In the first embodiment, the vibration behavior of the element is stored in advance in the arithmetic device, and the applied voltage is controlled based on the behavior. In the third embodiment, the vibration of the element is driven during driving. The behavior is detected and the applied voltage is controlled.
[0042]
Specifically, a sensor electrode 40 is provided on a part of the surface electrode of the bimorph element 24, and the voltage applied to the element is controlled based on the electric charge generated at the sensor electrode 40.
[0043]
Usually, the vibration behavior of the element and the strain amount of the piezoelectric ceramic maintain a certain relationship. In addition, the amount of strain of the piezoelectric ceramic and the charge generated on the piezoelectric ceramic surface electrode (sensor electrode) have a proportional relationship. Therefore, a constant relationship is maintained between the vibration behavior of the element and the charge generated in the piezoelectric ceramic sensor electrode 40.
[0044]
Therefore, in the configuration of the present embodiment, the sensor electrode 40 is formed on a part of the surface electrode of the bimorph element 24, the electric charge (voltage) generated at the electrode is input to the control circuit 31, and the amplifier is based on the input. With the above configuration controlling the step-up ratio of 23, the chopper can be started up by detecting the vibration state of the element and controlling the applied voltage with high accuracy without adding a new sensor for detecting vibration. It is possible to improve the characteristics.
[0045]
FIG. 10 is a diagram showing a first example of sensor electrodes of the piezoelectric chopper.
[0046]
Specifically, the electrode on the surface side of the piezoelectric ceramic 11 attached to the driving unit is divided into three parts in the width direction (the central part is equal to or less than 1/3 of the whole and the two ends are equal in area). The center electrode is referred to as a sensor electrode 40, and the electrodes at both ends are referred to as drive electrodes 41.
[0047]
Piezoelectric ceramics generate strain when a charge is applied. It is the drive electrode 41 that uses this effect to drive the chopper. However, the opposite effect occurs at the same time. That is, if the strain is applied to the piezoelectric ceramic, a charge is generated in the surface electrode. The sensor electrode 40 utilizes this phenomenon, and can detect the state of vibration.
[0048]
By arranging the sensor electrode 40 in a well-balanced manner with a necessary minimum area, the sensor electrode 40 is prevented from becoming more than necessary for a driving load, and torsional vibration is prevented from being excited in the element.
[0049]
Similarly, FIG. 11 is a diagram illustrating a second example of the sensor electrode of the piezoelectric chopper. The positions of the sensor electrode 40 and the drive electrode 41 are different from those in FIG.
[0050]
Specifically, the electrode on the surface side of the piezoelectric ceramic 11 attached to the driving unit is divided into three parts in the width direction (the central part is 1/2 or more of the whole and the two end parts are equal in area). The central electrode is referred to as a driving electrode 41, and the electrodes at both ends are referred to as a sensor electrode 40.
[0051]
In addition to the same effects as in FIG. 10, the sensor electrode 40 can be used instead of the piezoelectric ceramic electrode that is usually required to improve moisture resistance by providing the sensor electrode 40 on both sides of the drive electrode 41. The driving area can be increased.
[0052]
It should be noted that there is no problem even if the sensor electrode 40 is divided in the length direction, and the number of divisions need not be limited to three.
[ Fourth Embodiment] FIG. 12 is a block diagram showing an example of a piezoelectric chopper drive circuit according to a fourth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to what makes the same effect | action as the 1st structural example shown in FIG.
[0053]
In the first configuration example , the level of the voltage applied to the element is controlled. However, the fourth embodiment is different in that the frequency of the signal applied to the element is controlled.
[0054]
More specifically, an oscillator group 32 including an arithmetic device 25 and two or more oscillators (here, three) is added to the oscillation circuit 21, and the oscillator is switched by the arithmetic device 25, so that the frequency of the drive signal is set at the time of startup. It changes with time.
[0055]
Further, as shown in FIG. 13, the driving frequency at the time of start-up is set to a frequency slightly closer to the driving frequency side than the resonance of the amplitude enlargement unit, and the arithmetic unit 25 gradually shifts to the original driving point frequency. To work. Thereby, only the resonance vibration of the amplitude expanding portion is excited at the time of startup, and gradually shifts to the vibration of the target frequency, so that the runaway phenomenon at the time of startup can be suppressed. FIG. 14 shows an example of the element displacement behavior result at the start-up according to this embodiment.
[0056]
With the above configuration, it is possible to remarkably improve the starting characteristics of the piezoelectric chopper as compared with the prior art.
[0057]
In this embodiment, the drive frequency is shifted from a frequency slightly closer to the drive frequency than the resonance of the amplitude expansion unit, but is shifted from a frequency slightly closer to the drive frequency than the resonance of the drive unit. However, the same effect can be obtained.
[ Fifth Embodiment] FIG. 15 is a block diagram showing an example of a piezoelectric chopper drive circuit according to a fifth embodiment of the present invention. In the following description, the same reference numerals are used for the same functions as those in the fourth embodiment shown in FIG.
[0058]
The fifth embodiment differs from the fourth embodiment in that a variable frequency oscillator 33 is provided in place of the arithmetic unit and the oscillator group.
[0059]
Specifically, a frequency variable oscillator 33 such as a VCO is used as the oscillator of the oscillation circuit 21. Thus variable frequency oscillator 33 is capable of controlling the frequency of the external from the output signal, it is possible to realize the same operation as the fourth embodiment, therefore, the same effect as the fourth embodiment can be obtained.
FIG. 16 is a diagram showing a first example of the configuration of the piezoelectric chopper in the third configuration example of the invention related to the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to what performs the same effect as the prior art example shown in FIG. Here, the bimorph element has a cantilever structure having a drive unit 10a having a piezoelectric ceramic 11 and an amplitude expansion unit 10b which is a displacement expansion unit, and the pedestal 13 and the fixture 14 constitute a holder. . This third configuration example is different in resonance characteristics from the conventional example.
[0060]
Specifically, in the chopper configuration of FIG. 16, the element size is determined so that the resonance resistance of the drive unit 10a is at least twice as large as the resonance resistance of the amplitude enlargement unit 10b, thereby increasing the amplitude of the drive unit 10a. In the drive with the predetermined drive frequency with the unit 10b, the resonance vibrations of the drive unit and the amplitude expansion unit that have been excited as unnecessary vibrations in the past are generated by the resonance vibration of the drive unit and the amplitude expansion unit with a very small amplitude. Resonant vibration. As a result, the influence of the resonance vibration of the amplitude expanding portion is almost eliminated, and the vibration of the drive frequency and the vibration of the resonance vibration of the drive portion are almost the same as when excited at startup.
[0061]
As a result, without adding a new control circuit, as shown in FIG. 19, a more stable start-up characteristic is exhibited as compared with the conventional start-up characteristic. FIG. 18 shows an example of the resonance characteristics of the configuration of this configuration example .
[0062]
FIG. 17 shows an example of another configuration for realizing this resonance characteristic. The difference from FIG. 16 is the coupling part of the driving part 10a and the amplitude enlarging part 10b.
[0063]
Specifically, the resonance resistance of the amplitude expanding portion 10b is increased by reducing the width of the connecting portion, weakening the bending rigidity of the connecting portion, and making the fundamental mode vibration of the amplitude expanding portion 10b less likely to occur. .
[0064]
In addition, the bending rigidity is reduced by forming a slit or reducing the plate thickness without reducing the width of the coupling portion, and the same effect can be obtained.
[0065]
Further, the same effect can be obtained by increasing the mass of the shielding plate 12 attached to the free end of the amplitude expanding portion 10b so that the fundamental mode vibration of the amplitude expanding portion 10b is less likely to occur .
FIG. 20 is a diagram showing a first example of the piezoelectric chopper configuration in the fourth configuration example of the invention related to the present invention. In the following description, the same reference numerals are given to the same components as those in the third configuration example shown in FIG.
[0066]
The fourth configuration example is different in resonance characteristics from the third configuration example .
[0067]
Specifically, in the chopper configuration of FIG. 20, as shown in FIG. 22, by determining the element dimensions so that the resonance resistance of the drive unit 10a is at least twice as large as the resonance resistance of the amplitude expansion unit 10b. Even in the drive at a predetermined drive frequency between the drive unit 10a and the amplitude expansion unit 10b, the resonance vibration of the drive unit and the amplitude expansion unit that has been conventionally excited as unnecessary vibration is significantly different from the resonance vibration of the amplitude expansion unit. Resonant vibration of the drive unit having a small amplitude.
[0068]
As a result, the influence of the resonance vibration of the drive unit is almost eliminated, and the vibration of the drive frequency and the vibration of the resonance vibration of the amplitude expansion unit are almost the same as when excited at startup.
[0069]
With the above configuration, the same effect as the third configuration example can be obtained, and at the same time, the resonance resistance of the drive unit 10a is increased, so that the vibration of the drive unit 10a during driving can be suppressed to a small level. The strain applied to the adhesive layer can be reduced, and the reliability of the element can be improved.
[0070]
FIG. 21 shows an example of another configuration for realizing this resonance characteristic. The difference from FIG. 16 is that the distance from the end of the piezoelectric ceramic 11 of the drive unit 10a to the fixture 14 is increased. Thereby, the fundamental mode vibration of the drive unit 10a is less likely to occur, and the resonance resistance of the drive unit 10a is increased.
[0071]
Note that a slit is formed on the elastic shim material 10 between the end of the piezoelectric ceramic 11 and the fixture 14 without increasing the distance from the end of the piezoelectric ceramic 11 to the fixture 14, or the end of the piezoelectric ceramic 11. Or a portion between the fixture 14 and the pedestal 13 that sandwiches at least the elastic shim material 10 is made of a material having a small Young's modulus such as silicon or natural rubber. This makes it difficult for fundamental mode vibration to occur, and the same effect can be obtained.
[0072]
Further, the same effect can be obtained by increasing the mass of the amplitude expanding portion 10b and the shielding plate 12 so that the fundamental mode vibration of the driving portion 10a is less likely to occur.
[0073]
With the above configuration, the starting characteristics of the piezoelectric chopper can be improved, and the high-speed temperature measurement function of the pyroelectric infrared sensor can be improved. Furthermore, since the piezoelectric chopper is immediately stabilized after the activation, there is almost no power consumption loss at the time of activation as in the prior art, and the battery life can be extended by reducing the power consumption.
[0074]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention applies the drive signal while changing the voltage level of the drive signal to a predetermined level with the passage of time when the piezoelectric chopper is started. It has the advantage that improvement in power consumption and reduction in power consumption are possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of a piezoelectric chopper drive circuit in a first configuration example of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of an output voltage obtained by changing a device applied voltage in a linear function by the piezoelectric chopper drive circuit in the first configuration example of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a result of driving a piezoelectric chopper by the piezoelectric chopper driving circuit according to the first configuration example of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing an example of a piezoelectric chopper drive circuit in a second configuration example of the present invention.
5 is a block diagram showing an example of the piezoelectric chopper drive circuit in the first embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing a driving result when the piezoelectric chopper is not controlled in the first embodiment; FIG.
7 is a diagram showing an example of the applied signal of the piezoelectric chopper in the first embodiment.
FIG. 8 is a block diagram illustrating an example of a piezoelectric chopper drive circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram illustrating an example of a piezoelectric chopper drive circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating a first example of sensor electrodes of the piezoelectric chopper according to the third embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a second example of the sensor electrode of the piezoelectric chopper according to the third embodiment.
FIG. 12 is a block diagram illustrating an example of a piezoelectric chopper drive circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is an operation explanatory diagram of the piezoelectric chopper drive circuit according to the fourth embodiment.
FIG. 14 is a diagram showing an example of a result of driving a piezoelectric chopper by the piezoelectric chopper drive circuit according to the fourth embodiment.
FIG. 15 is a block diagram illustrating an example of a piezoelectric chopper drive circuit according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a first example of a configuration of a piezoelectric chopper in a third configuration example of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing a second example of the piezoelectric chopper configuration in the third configuration example .
FIG. 18 is a diagram showing an example of resonance characteristics of the piezoelectric chopper in the third configuration example .
FIG. 19 is a diagram showing an example of a result of driving the piezoelectric chopper in the third configuration example .
FIG. 20 is a diagram showing a first example of a piezoelectric chopper configuration in a fourth configuration example of the present invention.
FIG. 21 is a diagram showing a second example of the piezoelectric chopper configuration in the fourth configuration example .
FIG. 22 is a diagram showing an example of resonance characteristics of the piezoelectric chopper in the fourth configuration example .
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional piezoelectric chopper.
FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a relationship between a driving frequency and a displacement amount of a conventional piezoelectric chopper.
FIG. 25 is a diagram illustrating an example of a result of driving a conventional piezoelectric chopper.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Elastic shim material 10a Drive part 10b Amplitude expansion part 11 Piezoelectric ceramic 12 Shield plate 13 Base 14 Fixture 15 Infrared detection part 16 Infrared ray 21 Oscillation circuit 22 Shaping circuit 23 Amplifier 24 Bimorph type element 25 Arithmetic devices 26, 28, 29, 30 Resistor 27 Capacitor 31 Control circuit 32 Oscillator group 33 Frequency variable oscillator

Claims (7)

弾性体と圧電体よりなる駆動部及び弾性体のみよりなる変位拡大部を持つ片持ち梁構造のバイモルフ素子と、そのバイモルフ素子を保持する保持具と、前記変位拡大部の先端部に設けられ、赤外線を入射/遮断するための遮蔽部材とを備えた圧電チョッパの駆動方法であって、前記圧電チョッパの起動時に、駆動信号の電圧レベルを、前記変位拡大部の先端部の動きの変動と逆になるように変化させて前記駆動信号を印加させることを特徴とする焦電型赤外線センサ用圧電チョッパの駆動方法。A bimorph element having a cantilever structure having a drive part made of an elastic body and a piezoelectric body and a displacement enlargement part made only of an elastic body, a holder for holding the bimorph element, and a tip of the displacement enlargement part, A method of driving a piezoelectric chopper comprising a shielding member for incident / blocking infrared rays, wherein the voltage level of the driving signal is reversed from the fluctuation of the movement of the tip of the displacement expanding portion when the piezoelectric chopper is activated. The method of driving a piezoelectric chopper for a pyroelectric infrared sensor, wherein the driving signal is applied in such a manner as to change. 起動時に印加する前記駆動信号の電圧レベル変化は、予め求めた起動時の変化パターンに基づいて行うことを特徴とする請求項の焦電型赤外線センサ用圧電チョッパの駆動方法。2. The method of driving a piezoelectric chopper for a pyroelectric infrared sensor according to claim 1 , wherein the voltage level change of the drive signal applied at startup is performed based on a previously determined change pattern at startup. 起動時に印加する前記駆動信号の電圧レベル変化は、前記バイモルフ素子に流れる電流変化を検出し、その検出した電流変化に応じて行うことを特徴とする請求項の焦電型赤外線センサ用圧電チョッパの駆動方法。The voltage level change of the driving signal to be applied on startup, said detects a change in current flowing to the bimorph element, pyroelectric infrared sensor piezoelectric chopper of claim 1, characterized in that depending on the detected current change Driving method. 圧電体は、電圧変化を検出するためのセンサ用電極を有するものであって、前記起動の際に印加する駆動信号の電圧レベル変化は、前記センサ用電極により検出された電圧変化に基づいて行うことを特徴とする請求項の焦電型赤外線センサ用圧電チョッパの駆動方法。The piezoelectric body has a sensor electrode for detecting a voltage change, and the voltage level change of the drive signal applied at the time of starting is performed based on the voltage change detected by the sensor electrode. The method of driving a piezoelectric chopper for a pyroelectric infrared sensor according to claim 1 . 弾性体と圧電体よりなる駆動部及び弾性体のみよりなる変位拡大部を持つ片持ち梁構造のバイモルフ素子と、そのバイモルフ素子を保持する保持具と、前記変位拡大部の先端部に設けられ、赤外線を入射/遮断するための遮蔽部材とを備えた圧電チョッパの駆動方法であって、前記圧電チョッパの起動時に、駆動信号の駆動周波数を時間の経過と共に、前記駆動部の共振周波数近傍、あるいは前記変位拡大部の共振周波数の近傍から所定の駆動周波数へ移動させながら前記駆動信号を印加することを特徴とする焦電型赤外線センサ用圧電チョッパの駆動方法。A bimorph element having a cantilever structure having a drive part made of an elastic body and a piezoelectric body and a displacement enlargement part made only of an elastic body, a holder for holding the bimorph element, and a tip of the displacement enlargement part, A method for driving a piezoelectric chopper comprising a shielding member for incident / blocking infrared rays, wherein when the piezoelectric chopper is activated, the driving frequency of the driving signal is increased with time, in the vicinity of the resonance frequency of the driving unit, or A method of driving a piezoelectric chopper for a pyroelectric infrared sensor, wherein the driving signal is applied while moving from a vicinity of a resonance frequency of the displacement enlarging unit to a predetermined driving frequency. 起動時に印加する前記駆動信号の前記駆動周波数の移動は、所定の関数に基づいて行うことを特徴とする請求項記載の焦電型赤外線センサ用圧電チョッパの駆動方法。6. The method of driving a piezoelectric chopper for a pyroelectric infrared sensor according to claim 5 , wherein movement of the drive frequency of the drive signal applied at startup is performed based on a predetermined function. 起動時に印加する前記駆動信号の前記駆動周波数の移動は、周波数可変型の発振器を用いて行うことを特徴とする請求項記載の焦電型赤外線センサ用圧電チョッパの駆動方法。6. The method of driving a piezoelectric chopper for a pyroelectric infrared sensor according to claim 5 , wherein movement of the drive frequency of the drive signal applied at startup is performed using a variable frequency oscillator.
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