JP5084067B2 - Servo type sensor - Google Patents

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Description

本発明は、加速度、速度、変位等の物理量を検出するサーボ型センサに関する。   The present invention relates to a servo-type sensor that detects physical quantities such as acceleration, speed, and displacement.

従来から加速度、速度、変位等の物理量を検出するセンサとしてサーボ型センサが知られている(例えば、特許文献1を参照)。例えば加速度を検出するサーボ型センサは、図16に示すように棒状の部材からなる振子1の一端(基端部1a)が、バネ2などの弾性体を介してサーボ型センサの基板3等に係止される一方、該振子1の他端(自由端部1b)が可動自在となるように構成されている。そしてこの振子1に加わる力を検出して加速度を求めるようになっている。具体的には電磁力を用いて振子1を駆動して加速度を検出するサーボ型センサの場合、振子1の自由端部1bには、巻回したコイル4が取り付けており、この自由端部1bと所定の距離を隔てて磁石5が配設されている。このサーボ型センサには、振子1に加わる力をその変位量から検出する変位量検出部6と、この変位量検出部6が検出した変位量を受けてコイル4に電流を流して、磁石5との間に生じる電磁力により振子1に加わる力を打ち消して該振子1を平衡点に位置付けるサーボアンプ7が設けられている。   Conventionally, a servo-type sensor is known as a sensor that detects physical quantities such as acceleration, speed, and displacement (see, for example, Patent Document 1). For example, in a servo type sensor that detects acceleration, as shown in FIG. 16, one end (base end portion 1a) of a pendulum 1 made of a rod-shaped member is connected to the substrate 3 of the servo type sensor via an elastic body such as a spring 2. On the other hand, the other end (free end 1b) of the pendulum 1 is configured to be movable. The force applied to the pendulum 1 is detected to obtain the acceleration. Specifically, in the case of a servo sensor that detects the acceleration by driving the pendulum 1 using electromagnetic force, a wound coil 4 is attached to the free end 1b of the pendulum 1, and the free end 1b. And a magnet 5 are arranged at a predetermined distance from each other. The servo type sensor includes a displacement amount detection unit 6 that detects the force applied to the pendulum 1 from the displacement amount, receives a displacement amount detected by the displacement amount detection unit 6, and causes a current to flow through the coil 4 to generate a magnet 5. A servo amplifier 7 is provided to cancel the force applied to the pendulum 1 by the electromagnetic force generated between the two and the pendulum 1 and position the pendulum 1 at the equilibrium point.

ちなみに変位量検出部6は、特に図示しないが例えば一定の輝度を有する発光ダイオード等の発光部と、この発光部が発した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード等の受光部とを備え、該センサに加速度が加わっていない状態にあり、振子が所定の平衡点に位置しているとき、受光部が受光する受光量が最大になると共に振子が平衡点から移動するに従って受光部が受光する受光量が減少するスリットを設けたものとなっている。   Incidentally, the displacement amount detection unit 6 includes a light emitting unit such as a light emitting diode having a certain luminance, and a light receiving unit such as a photodiode that receives light emitted from the light emitting unit and converts it into an electric signal, although not particularly illustrated. When the sensor is not accelerated and the pendulum is positioned at a predetermined equilibrium point, the light receiving unit receives the maximum amount of light received and the light receiving unit moves as the pendulum moves from the equilibrium point. A slit for reducing the amount of received light is provided.

このように構成されたサーボ型センサは、サーボアンプ7がコイル4に流し込む電流の大きさを検出する検出部8が設けられて、この検出部8が出力する検出信号により振子1に加わる物理量、例えば加速度の大きさを検出することができるようになっている。ちなみに、この種のサーボ型センサが正常に機能しているかどうかは、該サーボ型センサに診断機能を設けて判定すればよい。   The servo sensor configured in this way is provided with a detection unit 8 that detects the magnitude of the current that the servo amplifier 7 flows into the coil 4, and the physical quantity applied to the pendulum 1 by the detection signal output from the detection unit 8, For example, the magnitude of acceleration can be detected. Incidentally, whether or not this type of servo type sensor is functioning normally may be determined by providing a diagnostic function to the servo type sensor.

この診断機能は、例えば上述したコイル4とは別の診断用コイル10を振子1の自由端部1bに設けるとともに、診断用コイル10に電流を流し込む電源部(診断電流発生部)11を備えたものとして構成される。この診断用コイル10は、診断時に電源部(診断電流発生部)11から電流が流れ込むと磁束が生じる。この磁束は、振子1の自由端部1bの近傍に配設された磁石5に作用し、振子1の自由端部1bを駆動する。すると変位量検出部6は、振子1の変位を検出してサーボアンプ7に検出信号を与える。サーボアンプ7は、この検出信号を受けて振子1に生じた変位を打ち消して、平衡点に位置付けるべくコイル4に供給する電流を制御する。つまりサーボアンプ7がコイル4に与える電流は、電源部11が診断用コイル10に流し込んだ電流と相関があることになる。したがってサーボアンプ7の電流変化を検出部8が検出し、この検出値と電源部11が診断用コイル10に流し込んだ電流値との関係を調べることでセンサの良否を診断することが可能となる。   This diagnostic function includes, for example, a diagnostic coil 10 different from the above-described coil 4 at the free end 1b of the pendulum 1, and a power supply unit (diagnostic current generating unit) 11 for supplying current to the diagnostic coil 10. Configured as a thing. The diagnostic coil 10 generates magnetic flux when current flows from the power supply unit (diagnostic current generating unit) 11 during diagnosis. This magnetic flux acts on the magnet 5 disposed in the vicinity of the free end 1b of the pendulum 1, and drives the free end 1b of the pendulum 1. Then, the displacement amount detection unit 6 detects the displacement of the pendulum 1 and gives a detection signal to the servo amplifier 7. The servo amplifier 7 receives this detection signal, cancels the displacement generated in the pendulum 1, and controls the current supplied to the coil 4 so as to be positioned at the equilibrium point. That is, the current that the servo amplifier 7 applies to the coil 4 has a correlation with the current that the power supply unit 11 flows into the diagnostic coil 10. Therefore, the detection unit 8 detects a current change of the servo amplifier 7, and it is possible to diagnose the quality of the sensor by examining the relationship between the detected value and the current value that the power source unit 11 has flowed into the diagnostic coil 10. .

特開平8−170970号公報JP-A-8-170970

しかしながら、上述した従来のサーボ型センサにあっては、診断電流発生部が診断用コイルに電流を流し、振子に対して平衡点から外れようとする力を与えたとしても、振子はサーボアンプの制御により元の平衡点に位置付けられる。このため従来のサーボ型センサは、振子を係止しているバネの劣化、変位量検出部の劣化、磁石の劣化等の不具合を検出することができないという問題があった。   However, in the above-described conventional servo type sensor, even if the diagnostic current generator sends a current to the diagnostic coil and applies a force to the pendulum to deviate from the equilibrium point, the pendulum is not connected to the servo amplifier. It is positioned at the original equilibrium point by control. For this reason, the conventional servo-type sensor has a problem that it cannot detect defects such as deterioration of the spring that holds the pendulum, deterioration of the displacement detection unit, and deterioration of the magnet.

本発明は、このような従来の事情に対処してなされたものであり、その目的は、簡易な構成で故障診断を行うことができるサーボ型センサを提供することにある。   The present invention has been made in response to such a conventional situation, and an object of the present invention is to provide a servo-type sensor capable of performing failure diagnosis with a simple configuration.

上述した目的を達成するため、本発明に係るサーボ型センサは、所定の一軸方向に変位するように一端を係止した基端部とし、他端を可動自在な自由端部とした振子と、前記振子に加わる外力の大きさを前記振子における所定の平衡点からの変位量として検出する変位量検出部と、前記振子の前記自由端部に取り付けたコイルと、前記振子の前記自由端部と所定の空隙を有して配設された磁石と、前記変位量検出部が検出した変位量を受けて前記振子に加わる外力を打ち消す電流を前記コイルに流して前記平衡点に前記振子を位置付けるサーボアンプと、前記コイルと接地極との間に介挿された抵抗器と、前記抵抗器に生ずる電圧降下の値から前記振子に作用する加速度を検出する加速度検出部と、前記変位量検出部が検出した変位量に代えて、予め設定された試験電圧を前記サーボアンプに与えるスイッチ回路と、予め設定された試験電圧が前記サーボアンプに与えられている状態で、予め設定された基準値と前記抵抗器に生ずる電圧降下の値とを対比して前記抵抗器の異常の有無を判定する判定部と、を備える。   In order to achieve the above-described object, a servo type sensor according to the present invention has a pendulum with one end locked so as to be displaced in a predetermined uniaxial direction, and the other end is a movable free end. A displacement amount detection unit for detecting a magnitude of an external force applied to the pendulum as a displacement amount from a predetermined equilibrium point in the pendulum; a coil attached to the free end portion of the pendulum; and the free end portion of the pendulum; A magnet disposed with a predetermined gap, and a servo that positions the pendulum at the equilibrium point by passing a current that cancels the external force applied to the pendulum in response to the displacement detected by the displacement detector. An amplifier, a resistor interposed between the coil and the ground electrode, an acceleration detection unit for detecting acceleration acting on the pendulum from a value of a voltage drop generated in the resistor, and the displacement amount detection unit, Instead of the detected displacement A switch circuit for supplying a preset test voltage to the servo amplifier, and a preset reference value and a voltage drop generated in the resistor in a state where the preset test voltage is applied to the servo amplifier. A determination unit that compares the value with each other to determine whether the resistor is abnormal.

或いは本発明に係るサーボ型センサは、所定の筐体に外縁を固定して対向させた一対の固定電極と、前記一対の固定電極に挟まれて前記筐体に外縁を固定した可動電極と、前記可動電極の所定位置に固定され、外力を受けて前記可動電極に撓みを与える重りと、前記重りに受けた外力を前記固定電極と前記可動電極とで形成されるコンデンサにおける静電容量の変化量として検出する静電容量検出部と、前記静電容量検出部が検出した静電容量の変化量を受けて前記固定電極と前記可動電極との間に静電力を作用させて所定の平衡点に前記可動電極を位置付ける電極駆動部と、前記コンデンサに並列に接続される抵抗器と、前記抵抗器に生ずる電圧降下の値から前記可動電極に作用する加速度を検出する加速度検出部と、前記静電容量検出部が検出した静電容量の変化量に代えて、予め設定された試験電圧を前記電極駆動部に与えるスイッチ回路と、予め設定された試験電圧が前記電極駆動部に与えられている状態で、予め設定された基準値と前記抵抗器に生ずる電圧降下の値とを対比して前記抵抗器の異常の有無を判定する判定部と、を備える。   Alternatively, the servo-type sensor according to the present invention includes a pair of fixed electrodes that are opposed to each other with an outer edge fixed to a predetermined casing, and a movable electrode that is sandwiched between the pair of fixed electrodes and has an outer edge fixed to the casing. A weight which is fixed at a predetermined position of the movable electrode and receives an external force to bend the movable electrode, and a capacitance change in a capacitor formed by the external force received by the weight by the fixed electrode and the movable electrode A capacitance detecting unit that detects the amount, and an electrostatic force acting between the fixed electrode and the movable electrode in response to the amount of change in capacitance detected by the capacitance detecting unit, and a predetermined equilibrium point An electrode driving unit for positioning the movable electrode, a resistor connected in parallel to the capacitor, an acceleration detecting unit for detecting an acceleration acting on the movable electrode from a value of a voltage drop generated in the resistor, and the static Capacitance detector In place of the detected amount of change in capacitance, a switch circuit that applies a preset test voltage to the electrode driver, and a preset test voltage that is preset to the electrode driver And a determination unit that determines whether the resistor has an abnormality by comparing the reference value thus generated with a value of a voltage drop generated in the resistor.

このように、本発明に係るサーボ型センサによれば、前記駆動部が前記検出体に加わる外力を打ち消す駆動力に代えて、別の駆動力を検出体に与えて、予め設定された基準値と前記抵抗器に生ずる電圧降下の値とを対比することにより、その抵抗器の異常の有無を容易に判定することができる等、実用上多大な効果を奏する。   As described above, according to the servo sensor according to the present invention, instead of the driving force that cancels the external force applied to the detection body by the driving unit, another driving force is applied to the detection body, and a preset reference value is set. By comparing the value of the voltage drop generated in the resistor with the value of the resistor, the presence or absence of abnormality of the resistor can be easily determined.

本発明に係るサーボ型センサを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the servo type sensor which concerns on this invention. 図1に示すサーボ型センサにおけるサーボアンプ周辺回路の一例を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a servo amplifier peripheral circuit in the servo type sensor shown in FIG. 1. 本発明の別の実施形態に係るサーボ型センサにおけるサーボアンプ周辺回路の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the servo amplifier peripheral circuit in the servo type sensor which concerns on another embodiment of this invention. 図1に示すサーボ型センサの変形例であって、サーボアンプ周辺を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a periphery of a servo amplifier, which is a modification of the servo type sensor shown in FIG. 1. 図1に示すサーボ型センサの変形例であって、変位量検出部周辺を示す回路図である。It is a modification of the servo type sensor shown in FIG. 1 and is a circuit diagram showing the periphery of a displacement amount detection unit. 図5の変形例であって、変位量検出部周辺を示す回路図である。FIG. 6 is a modification of FIG. 5, and is a circuit diagram showing the periphery of a displacement amount detection unit. ピエゾ素子を用いた検出部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the detection part using a piezoelectric element. ホール素子を用いた検出部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the detection part using a Hall element. 音波を用いた検出部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the detection part using a sound wave. 高周波発振器を用いた検出部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the detection part using a high frequency oscillator. コンデンサの静電容量変化を利用した検出部の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the detection part using the electrostatic capacitance change of a capacitor | condenser. 図11に示す検出部の感度を確認する検出回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the detection circuit which confirms the sensitivity of the detection part shown in FIG. 本発明の別の実施形態に係るサーボ型センサであって、3軸マイクロマシンニング静電容量センサの構造を示す図である。It is a servo type sensor which concerns on another embodiment of this invention, Comprising: It is a figure which shows the structure of a 3-axis micromachining electrostatic capacitance sensor. 図13に示す3軸マイクロマシンニングセンサを横から見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the triaxial micromachining sensor shown in FIG. 13 from the side. 図13に示す3軸マイクロマシンニングセンサの−x軸およびz軸方向に加速度が加わったときの変位を示す図である。It is a figure which shows the displacement when acceleration is added to the -x-axis and z-axis directions of the 3-axis micromachining sensor shown in FIG. 従来のサーボ型センサを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the conventional servo type sensor.

以下、本発明の一実施形態に係るサーボ型センサに関し、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明において、従来のサーボ型センサと同一機能を有する部位には、同符号を付してその説明を略述する。   Hereinafter, a servo sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, parts having the same functions as those of the conventional servo type sensor are denoted by the same reference numerals and the description thereof is briefly described.

図1は本発明に係るサーボ型センサを示す概略ブロックである。この図においてサーボ型センサには、図面の下向き方向に重力が働いているものとしている。尚、図1は本発明の形態の一部を示すものであって、図1によって本発明の範囲が制限されるものではない。   FIG. 1 is a schematic block diagram showing a servo type sensor according to the present invention. In this figure, it is assumed that gravity acts on the servo type sensor in the downward direction of the drawing. FIG. 1 shows a part of the embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by FIG.

ここに本発明に係るサーボ型センサが従来のサーボ型センサと異なるところは、診断用コイル10を排除した点および変位量検出部6の検出信号に代えて、電源部11が出力する電流をサーボアンプ7に与える点にある。つまり本発明に係るサーボ型センサは、サーボアンプ7の入力として、変位量検出部6が出力する検出信号(検出電流)に代えて、電源部11が出力する電流を与えることによって振子1の平衡点から振子1を変位させるものである。   Here, the servo type sensor according to the present invention is different from the conventional servo type sensor in that the current output from the power supply unit 11 is servoed in place of the point that the diagnostic coil 10 is excluded and the detection signal of the displacement detection unit 6. It is in the point given to the amplifier 7. That is, the servo-type sensor according to the present invention provides the balance of the pendulum 1 by applying the current output from the power supply unit 11 instead of the detection signal (detection current) output from the displacement detection unit 6 as the input of the servo amplifier 7. The pendulum 1 is displaced from the point.

ちなみに変位量検出部6は、特に図示しないが例えば一定の輝度を有する発光ダイオード等の発光部と、この発光部が発した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード等の受光部とを備え、振子が所定の平衡点に位置したとき、受光部が受光する受光量が最大になると共に、振子が平衡点から移動するに従って受光部が受光する受光量が減少するスリットを設けたものとなっている。詳しくはこの平衡点は、検出方向に加わる加速度が[0Gal(cm/s2)]となるときの振子1の位置であって、ゼロ平衡点とも称されるところである。   Incidentally, the displacement amount detection unit 6 includes a light emitting unit such as a light emitting diode having a certain luminance, and a light receiving unit such as a photodiode that receives light emitted from the light emitting unit and converts it into an electric signal, although not particularly illustrated. Provided with a slit that maximizes the amount of light received by the light receiving unit when the pendulum is positioned at a predetermined equilibrium point, and reduces the amount of light received by the light receiving unit as the pendulum moves from the equilibrium point. It has become. Specifically, this equilibrium point is the position of the pendulum 1 when the acceleration applied in the detection direction is [0 Gal (cm / s2)], and is also referred to as a zero equilibrium point.

尚、この振子1は、所定の一軸方向に変位するように該振子1の一端(基端部1a)を軸心(振れ軸)としてサーボ型センサの基板3等に係止されている。つまり振子1は、この図において左右方向にだけ振れて変位し、前後方向や上下方向に振れないよう構成されている。   The pendulum 1 is locked to the substrate 3 of the servo sensor with one end (base end portion 1a) of the pendulum 1 as an axis (running shaft) so as to be displaced in a predetermined uniaxial direction. In other words, the pendulum 1 is configured to be displaced by swinging only in the left-right direction in this figure, and not swinging in the front-rear direction or the vertical direction.

さて、変位量検出部6は、振子1が平衡点からずれたことを検出すると、このずれ量に応じた検出信号の電流[I3]をサーボアンプ7への入力として与える。するとサーボアンプ7は、このずれを補正すべく検出信号の電流[I3]に応じた電流[I1]を振子1に取り付けられたコイル4に流して振子1が平衡点になるように制御する(フィーバック制御)。   When the displacement amount detection unit 6 detects that the pendulum 1 has deviated from the equilibrium point, the displacement amount detection unit 6 gives a current [I3] of a detection signal corresponding to the amount of displacement as an input to the servo amplifier 7. Then, the servo amplifier 7 controls the pendulum 1 to be an equilibrium point by passing a current [I1] corresponding to the current [I3] of the detection signal to the coil 4 attached to the pendulum 1 in order to correct this deviation (see FIG. Feedback control).

ところで変位量検出部6からの検出信号に代えて、前記サーボアンプ7に電源部11が出力する電流[I2]が入力されると、フィードバック制御系から切り離されたサーボアンプ7は前記電源部11が出力する電流[I2]に見合うだけの電流を出力してコイル4に与える。すると振子1は、元の平衡点からずれた位置に移動して安定する。このときの振子1の変位量は、検出部8によって検出される。したがって、本発明に係るサーボ型センサにあっては、この検出部8の検出値に基づいてサーボ型センサが正しく機能しているかどうかを後述する判定部12により判定すればよい。   When the current [I2] output from the power supply unit 11 is input to the servo amplifier 7 instead of the detection signal from the displacement amount detection unit 6, the servo amplifier 7 disconnected from the feedback control system is connected to the power supply unit 11. Outputs a current corresponding to the current [I2] output from the current to the coil 4. Then, the pendulum 1 moves to a position shifted from the original equilibrium point and is stabilized. The displacement amount of the pendulum 1 at this time is detected by the detection unit 8. Therefore, in the servo type sensor according to the present invention, it is only necessary to determine whether the servo type sensor functions correctly based on the detection value of the detection unit 8 by the determination unit 12 described later.

概略的には上述したようにして診断するサーボ型センサについて、図2に示す具体的な回路を例示して説明する。ちなみに図1に示したサーボ型センサは、サーボアンプ7へ入力される入力信号およびサーボアンプ7から出力される出力信号のいずれも電流レベルの信号であったが、図2に示すサーボ型センサにあっては、変位量検出部6が変位量を検出して出力する検出信号、および電源部11が出力してサーボアンプ7に与える信号をそれぞれ電圧レベルの信号としている。すなわちサーボアンプ7は、電圧/電流変換を行うものであって、該サーボアンプ7に入力された電圧値に応じてコイル4に流す出力電流を制御する役割を担っている。   Schematically, the servo type sensor that is diagnosed as described above will be described with reference to a specific circuit shown in FIG. Incidentally, in the servo type sensor shown in FIG. 1, both of the input signal inputted to the servo amplifier 7 and the output signal outputted from the servo amplifier 7 are signals of current level, but the servo type sensor shown in FIG. In this case, the detection signal output by the displacement detection unit 6 after detecting the displacement and the signal output from the power supply unit 11 and applied to the servo amplifier 7 are used as voltage level signals. That is, the servo amplifier 7 performs voltage / current conversion, and plays a role of controlling an output current flowing through the coil 4 in accordance with a voltage value input to the servo amplifier 7.

さて、図2に示す回路図において破線で囲まれた部位は、上述したサーボアンプ7を示すものである。このサーボアンプ7の入力端子には、振子1の変位を検出してその変位量を電圧レベルの信号として出力する変位量検出部6と、サーボ型センサの診断を行うべくサーボアンプ7に診断用の電圧レベルの信号を与える電源部11とが接続されている。一方、サーボアンプ7の出力は、振子1の自由端部1bに取り付けられたコイル4から、このコイル4に直列に接続された抵抗器R1を介して接地極に接続されている。   In the circuit diagram shown in FIG. 2, the portion surrounded by the broken line indicates the servo amplifier 7 described above. The input terminal of the servo amplifier 7 has a displacement amount detection unit 6 that detects the displacement of the pendulum 1 and outputs the displacement amount as a voltage level signal, and the servo amplifier 7 for diagnosis to perform diagnosis of the servo type sensor. Is connected to a power supply unit 11 for supplying a signal having a voltage level of. On the other hand, the output of the servo amplifier 7 is connected from the coil 4 attached to the free end 1b of the pendulum 1 to the ground electrode via a resistor R1 connected in series to the coil 4.

詳しくはサーボアンプ7は、入力信号を増幅して出力するオペアンプ7aと、このオペアンプ7aの出力信号を該オペアンプ7aの負入力端子に帰還させる帰還抵抗器R2と、変位量検出部6および電源部11のそれぞれの出力とオペアンプ7aの負入力端子との間に介挿された抵抗器R3および抵抗器R4とからなっている。ちなみにオペアンプ7aは、正入力端子が接地されて負帰還増幅器として作動する。   Specifically, the servo amplifier 7 includes an operational amplifier 7a that amplifies and outputs an input signal, a feedback resistor R2 that feeds back an output signal of the operational amplifier 7a to the negative input terminal of the operational amplifier 7a, a displacement detection unit 6, and a power supply unit. 11 and resistors R3 and R4 inserted between the negative input terminal of the operational amplifier 7a. Incidentally, the operational amplifier 7a operates as a negative feedback amplifier with its positive input terminal grounded.

一方、コイル4と接地極との間に介挿された抵抗器R1は、サーボアンプ7から出力された電流に比例した電圧降下を生じせしめるものである。そしてこの抵抗器R1に生じた電圧降下は、スイッチS1を介して検出部8に与えられる。この検出部8は、サーボアンプ7の出力電流によって変動する抵抗器R1の電圧降下を計測するものであって、検出した電圧降下の大きさによりサーボアンプ7が出力する信号、即ち振子1の平衡点からのずれを補正すべくサーボアンプ7がコイル4に流した電流を検出するものである。つまり検出部8は、抵抗器R1に生ずる電圧降下を測定することによって、振子1に加わる外力、即ち加速度を検出する役割を担うものである。そうして検出部8が検出した信号は、電源部11から出力される電圧値と比較してサーボ型センサの良否を判定する判定部12に与えられる。   On the other hand, the resistor R1 inserted between the coil 4 and the grounding pole causes a voltage drop proportional to the current output from the servo amplifier 7. And the voltage drop which arose in this resistor R1 is given to the detection part 8 via switch S1. The detection unit 8 measures the voltage drop of the resistor R1 that varies depending on the output current of the servo amplifier 7, and the signal output from the servo amplifier 7 according to the detected voltage drop, that is, the balance of the pendulum 1 is measured. The servo amplifier 7 detects the current that flows through the coil 4 in order to correct the deviation from the point. That is, the detector 8 plays a role of detecting an external force applied to the pendulum 1, that is, an acceleration by measuring a voltage drop generated in the resistor R <b> 1. The signal detected by the detection unit 8 is given to the determination unit 12 that compares the voltage value output from the power supply unit 11 to determine whether the servo type sensor is good or bad.

具体的には電源部11が出力する電圧に比例してサーボアンプ7から出力される電流が増加してコイル4に流れる。するとコイル4に生じる磁束は、該コイル4に流れ込む電流に比例して増加する。この磁束は、コイル4の近傍に配設された磁石5に作用して、振子1を平衡点から動かす駆動力となって現れる。   Specifically, the current output from the servo amplifier 7 increases in proportion to the voltage output from the power supply unit 11 and flows through the coil 4. Then, the magnetic flux generated in the coil 4 increases in proportion to the current flowing into the coil 4. This magnetic flux acts on the magnet 5 disposed in the vicinity of the coil 4 and appears as a driving force for moving the pendulum 1 from the equilibrium point.

つまり、電源部11が出力する電圧に比例して、振子1を平衡点から動かす力が増加することになる。それ故、電源部11が出力する電圧に比例して振子1が平衡点から変位する。このため電源部11が出力する電圧値と、この電圧値に相当する振子1の変位量を判定部12の判定基準として該判定部12に予め保持しておけば、サーボ型センサの良否を判定することができる。   That is, the force for moving the pendulum 1 from the equilibrium point increases in proportion to the voltage output from the power supply unit 11. Therefore, the pendulum 1 is displaced from the equilibrium point in proportion to the voltage output from the power supply unit 11. Therefore, if the determination unit 12 holds in advance the voltage value output from the power supply unit 11 and the amount of displacement of the pendulum 1 corresponding to this voltage value as the determination reference of the determination unit 12, the quality of the servo sensor is determined. can do.

ちなみに図2に示す回路は、詳細は後述するが2回路3接点のスイッチS1,1回路2接点のスイッチS2、S3およびS7をそれぞれ切り換えることによって、通常の加速度検出モード、診断モード、抵抗器R1の検査モード、サーボアンプ7の検査モードにそれぞれ切り換えることができるようになっている。   Incidentally, although the details of the circuit shown in FIG. 2 will be described later, a normal acceleration detection mode, a diagnostic mode, and a resistor R1 can be obtained by switching a switch S2 of two circuits and three contacts and a switch S2, S3 and S7 of one circuit and two contacts, respectively. The inspection mode and the inspection mode of the servo amplifier 7 can be switched.

具体的にスイッチS1は2回路の接点が連動して切り換えられるようになっており、一方の回路の接点C1およびC3が、コイル4と抵抗器R1とを結ぶ回路に接続され、接点C2が変位量検出部6の出力と接続さている。このスイッチS1の他方の回路の接点C5およびC6は、それぞれオープン(未接続)であり、接点C7は、接地されている。ちなみにスイッチS1は、接点C1および接点C5、接点C2および接点C6、接点C3および接点C7がそれぞれ対になって切り換えられるようになっている。このようにして切り換えられるスイッチS1における一方の回路のコモン接点C4(接点C1〜C3のいずれかと接続する)は、検出部8に与えられる一方、スイッチS1の他方の回路のコモン接点C8(接点C5〜C7のいずれかと接続する)は、変位量検出部6の出力、即ちスイッチS1の接点C2と接続される。   Specifically, the switch S1 is configured such that the contacts of the two circuits are switched in conjunction with each other, the contacts C1 and C3 of one circuit are connected to a circuit connecting the coil 4 and the resistor R1, and the contact C2 is displaced. It is connected to the output of the quantity detector 6. The contacts C5 and C6 of the other circuit of the switch S1 are open (not connected), and the contact C7 is grounded. Incidentally, the switch S1 is configured such that the contact C1 and the contact C5, the contact C2 and the contact C6, the contact C3 and the contact C7 are switched in pairs. The common contact C4 (connected to any one of the contacts C1 to C3) of one circuit in the switch S1 switched in this way is provided to the detection unit 8, while the common contact C8 (contact C5) of the other circuit of the switch S1. Are connected to the output of the displacement detector 6, that is, the contact C2 of the switch S1.

スイッチS2の接点C9は、電源部11の出力に接続される一方、スイッチS2の接点C10は、オープン(未接続)となっている。また、スイッチS2のコモン接点C11は、抵抗器R4を介してオペアンプ7aの負入力端子へ接続される。   The contact C9 of the switch S2 is connected to the output of the power supply unit 11, while the contact C10 of the switch S2 is open (not connected). The common contact C11 of the switch S2 is connected to the negative input terminal of the operational amplifier 7a via the resistor R4.

スイッチS3の接点C12は、オペアンプ7aの出力端子と接続される一方、スイッチS3の接点C13は、電源部11の出力と接続される。また、スイッチS3の共通接点C14は、コイル4に接続される。   The contact C12 of the switch S3 is connected to the output terminal of the operational amplifier 7a, while the contact C13 of the switch S3 is connected to the output of the power supply unit 11. The common contact C14 of the switch S3 is connected to the coil 4.

スイッチS7の接点C101は、変位量検出部の出力に接続される一方、スイッチS7の接点C102は、接地されている。そしてスイッチS7のコモン接点C100は、抵抗器R3を介してオペアンプ7aの負入力端子と接続されるようになっている。   The contact C101 of the switch S7 is connected to the output of the displacement amount detection unit, while the contact C102 of the switch S7 is grounded. The common contact C100 of the switch S7 is connected to the negative input terminal of the operational amplifier 7a via the resistor R3.

さて、このように構成されたサーボ型センサにあっては、以下に示す動作モード毎にスイッチS1,S2,S3、S7の設定を切り換えて使用する。   In the servo type sensor configured as described above, the settings of the switches S1, S2, S3, and S7 are switched for each operation mode shown below.

(1)通常の加速度検出モード
このモードは、スイッチS1をコモン接点C4と接点C1、コモン接点C8と接点C5がそれぞれ接続されるよう切り換える。即ちスイッチS1は、抵抗器R1に生ずる電圧降下の値を検出部8が検出するように切り換える。一方、スイッチS2は、コモン接点C11と接点C10とが接続されるよう切り換える。即ち、オペアンプ7aの負入力端子には、電源部11の電圧が加わらないようにする。また、スイッチS3は、コモン接点C14と接点C12とが接続されるよう切り換える。即ちコイル4には、オペアンプ7aの出力電流が与えられる。スイッチS7は、コモン接点C100と接点101とが接続されて変位量検出部6の出力信号が抵抗器R3を介してオペアンプ7aの負入力端子に与えられるように切り換える。
(1) Normal acceleration detection mode In this mode, the switch S1 is switched so that the common contact C4 and the contact C1, and the common contact C8 and the contact C5 are respectively connected. That is, the switch S1 switches so that the detection unit 8 detects the value of the voltage drop generated in the resistor R1. On the other hand, the switch S2 switches so that the common contact C11 and the contact C10 are connected. That is, the voltage of the power supply unit 11 is not applied to the negative input terminal of the operational amplifier 7a. The switch S3 switches so that the common contact C14 and the contact C12 are connected. That is, the output current of the operational amplifier 7a is given to the coil 4. The switch S7 switches so that the common contact C100 and the contact 101 are connected and the output signal of the displacement amount detection unit 6 is applied to the negative input terminal of the operational amplifier 7a via the resistor R3.

このように各スイッチを設定することで変位量検出部6は、振子1に力が加わって生じた該振子1の平衡点からの変位を検出することができる。この変位量検出部6が検出した変位量は、抵抗器R3を介してオペアンプ7aに与えられる。オペアンプ7aは、この入力信号を受けて、所定レベルに増幅してスイッチS3を介してコイル4に出力する。するとコイル4は、オペアンプ7aから出力される電流によって磁束が発生する。この磁束は、磁石5との間に電磁力となって現れる。そして振子1は、生じた電磁力によって元の平衡点に戻ろうとする。このときオペアンプ7aが出力した電流、すなわちコイル4に流れる電流は、抵抗器R1の両端に電圧降下となって現れる。この電圧降下は、振子1を元の平衡点に移動すべく流れた電流の大きさに比例する。つまり、振子1に加わる加速度が大きいほど、振子1が平衡点から変位しようとするため、オペアンプ7aから出力される電流が増加して、抵抗器R1に生ずる電圧降下が大きくなる。検出部8は、この抵抗器R1の両端の電圧値を検出することで、振子1に受けた加速度を求めることができる。   By setting each switch in this way, the displacement detection unit 6 can detect the displacement of the pendulum 1 from the equilibrium point caused by the force applied to the pendulum 1. The displacement detected by the displacement detector 6 is given to the operational amplifier 7a via the resistor R3. The operational amplifier 7a receives this input signal, amplifies it to a predetermined level, and outputs it to the coil 4 via the switch S3. Then, the magnetic flux is generated in the coil 4 by the current output from the operational amplifier 7a. This magnetic flux appears as an electromagnetic force with the magnet 5. Then, the pendulum 1 tries to return to the original equilibrium point by the generated electromagnetic force. At this time, the current output from the operational amplifier 7a, that is, the current flowing through the coil 4, appears as a voltage drop across the resistor R1. This voltage drop is proportional to the magnitude of the current flowing to move the pendulum 1 to its original equilibrium point. That is, as the acceleration applied to the pendulum 1 increases, the pendulum 1 tends to be displaced from the equilibrium point, so that the current output from the operational amplifier 7a increases and the voltage drop generated in the resistor R1 increases. The detection unit 8 can obtain the acceleration received by the pendulum 1 by detecting the voltage value across the resistor R1.

(2)診断モード
上述した通常の加速度検出モードであっても、例えば振子1に外力が加わらないことが保証されれば、この状態で電源部11からサーボアンプ7に所定の電圧を印加したときの抵抗器R1の電圧降下を検出することで、サーボ型センサの異常の有無を検出することは可能である。しかし通常の加速度検出モードの場合、コイル4に流れる電流の変化が小さいため、より確実にサーボ型センサの良否判定を行うべく、本発明に係るサーボ型センサには診断モードが設けられている。
(2) Diagnostic mode Even in the normal acceleration detection mode described above, for example, if it is ensured that no external force is applied to the pendulum 1, a predetermined voltage is applied from the power supply unit 11 to the servo amplifier 7 in this state. By detecting the voltage drop across the resistor R1, it is possible to detect the presence or absence of an abnormality in the servo sensor. However, in the normal acceleration detection mode, since the change in the current flowing through the coil 4 is small, the servo type sensor according to the present invention is provided with a diagnosis mode in order to more reliably determine the quality of the servo type sensor.

具体的に診断モードは、スイッチS1のコモン接点C4と接点C2、コモン接点C8と接点C6がそれぞれ接続されるよう切り換える。即ち、スイッチS1は、変位量検出部6が出力する電圧値を検出部8が検出するよう切り換える。一方、スイッチS2は、コモン接点C11と接点C9とが接続されるよう切り換える。即ち、オペアンプ7aの負入力端子に電源部11が出力する電圧が与えられるようにする。また、スイッチS3は、コモン接点C14と接点C12とが接続されるよう切り換える。即ち、コイル4には、オペアンプ7aの出力電流が与えられる。スイッチS7は、コモン接点C100と接点102とが接続されて接地されるよう切り換える。つまり変位量検出部6とサーボアンプ7との接続を絶ち、サーボアンプ7には、変位量検出部6が出力した変位量検出信号が与えられないようにする。   Specifically, the diagnosis mode is switched so that the common contact C4 and the contact C2 and the common contact C8 and the contact C6 of the switch S1 are respectively connected. That is, the switch S <b> 1 switches so that the detection unit 8 detects the voltage value output from the displacement amount detection unit 6. On the other hand, the switch S2 switches so that the common contact C11 and the contact C9 are connected. That is, the voltage output from the power supply unit 11 is applied to the negative input terminal of the operational amplifier 7a. The switch S3 switches so that the common contact C14 and the contact C12 are connected. That is, the output current of the operational amplifier 7a is given to the coil 4. The switch S7 switches so that the common contact C100 and the contact 102 are connected and grounded. That is, the displacement amount detection unit 6 and the servo amplifier 7 are disconnected from each other so that the displacement amount detection signal output from the displacement amount detection unit 6 is not given to the servo amplifier 7.

このように各スイッチを設定した後、電源部11からスイッチS2および抵抗器R4を介してオペアンプ7aの負入力端子に電圧を印加する。するとオペアンプ7aは、負入力端子に加えられた電圧に比例した電流を該オペアンプ7aの出力端子から出力してコイル4に与える。コイル4は、オペアンプ7aから与えられた電流によって磁束が発生する。すると、コイル4と磁石5との間には、電磁力が発生する。この電磁力によって振子1は、平衡点から移動して電磁力と振り子の自重およびバネ2の復元力等とが釣り合ったところで静止する。このとき変位量検出部6は、振子1が元の平衡点から変位した変位量を検出信号として出力する。この検出信号、即ち変位量は、検出部8がスイッチS1を介して検出することができる。   After setting each switch in this way, a voltage is applied from the power supply unit 11 to the negative input terminal of the operational amplifier 7a via the switch S2 and the resistor R4. Then, the operational amplifier 7 a outputs a current proportional to the voltage applied to the negative input terminal from the output terminal of the operational amplifier 7 a and gives it to the coil 4. The coil 4 generates magnetic flux by the current supplied from the operational amplifier 7a. Then, an electromagnetic force is generated between the coil 4 and the magnet 5. Due to this electromagnetic force, the pendulum 1 moves from the equilibrium point and stops when the electromagnetic force balances with the weight of the pendulum and the restoring force of the spring 2. At this time, the displacement amount detection unit 6 outputs the displacement amount of the pendulum 1 displaced from the original equilibrium point as a detection signal. This detection signal, that is, the displacement amount, can be detected by the detection unit 8 via the switch S1.

診断モードにおいては、上述したようにスイッチS7を切り換えて変位量検出部6が出力した信号をサーボアンプ7に与えないようにしているので、電源部11がオペアンプ7aに与える電圧の大きさに比例して振子1の変位量が変化する。このとき電源部11が出力する電圧と、そのとき変位量検出部6が出力する検出信号との対応を判定部12に基準値として予め記憶しておけばよい。そして、変位量検出部6が検出した検出信号のレベルが、判定部12に記憶された基準値と異なる値となったとき、サーボ型センサに異常があると判定することができる。   In the diagnostic mode, as described above, the switch S7 is switched so that the signal output from the displacement detection unit 6 is not applied to the servo amplifier 7, so that the power supply unit 11 is proportional to the magnitude of the voltage applied to the operational amplifier 7a. As a result, the displacement amount of the pendulum 1 changes. At this time, the correspondence between the voltage output from the power supply unit 11 and the detection signal output from the displacement detection unit 6 at that time may be stored in the determination unit 12 in advance as a reference value. When the level of the detection signal detected by the displacement amount detection unit 6 becomes a value different from the reference value stored in the determination unit 12, it can be determined that there is an abnormality in the servo sensor.

ちなみにこの診断モードにあっては、上述したようにスイッチS7を切り換えて変位量検出部6が出力した信号をサーボアンプ7に与えないようにしているので、変位量検出部6が検出した変位量の影響を受けることなくコイル4に流れる電流、即ちスイッチS1の接点C2,C4を介して検出部8が検出する抵抗器R1の両端に生ずる電圧降下値を大きくすることができる。このため検出精度を向上させることが可能である。   Incidentally, in this diagnostic mode, as described above, the switch S7 is switched so that the signal output from the displacement detector 6 is not given to the servo amplifier 7. Therefore, the displacement detected by the displacement detector 6 The voltage drop value generated at both ends of the resistor R1 detected by the detector 8 via the contacts C2 and C4 of the switch S1 without being affected by the current can be increased. For this reason, it is possible to improve detection accuracy.

かくして、上述したように電源部11がオペアンプ7aに試験電圧を与えたときの振子1の変位量を変位量検出部6の変位として検出すると共に、予め判定部12に記憶された試験電圧と検出した変位量との関係を用いることで、サーボ型センサの良否を判定することができる。具体的には、オペアンプ7a、コイル4の劣化、変位量検出部6の異常の診断の他、実際に振子1を変位させているので、詳細は後述するが振子1を係止しているバネ2、変位量検出部6の感度劣化、磁石5の劣化も検出することが可能である。   Thus, as described above, the displacement amount of the pendulum 1 when the power supply unit 11 applies the test voltage to the operational amplifier 7a is detected as the displacement of the displacement amount detection unit 6, and the test voltage stored in the determination unit 12 in advance is detected. By using the relationship with the displacement amount, the quality of the servo type sensor can be determined. Specifically, since the pendulum 1 is actually displaced in addition to the operational amplifier 7a, the deterioration of the coil 4, and the abnormality of the displacement detection unit 6, the spring that locks the pendulum 1 will be described in detail later. 2. Sensitivity deterioration of the displacement amount detection unit 6 and deterioration of the magnet 5 can also be detected.

(3)抵抗器R1の検査モード
ところで通常の加速度検出モードの場合、コイル4に流れる電流の変化が小さく、それ故、抵抗器R1の両端に生じる電圧降下も小さくなる。そこで本発明に係るサーボ型センサは、より確実に抵抗器R1の良否を検査する抵抗器R1の検査モードを備えている。スイッチS7は、コモン接点C100と接点101とが接続されて変位量検出部6の出力信号が抵抗器R3を介してオペアンプ7aの負入力端子に与えられるように切り換える。
(3) Inspection mode of resistor R1 By the way, in the normal acceleration detection mode, the change in the current flowing through the coil 4 is small, and therefore the voltage drop generated across the resistor R1 is also small. Therefore, the servo-type sensor according to the present invention has an inspection mode of the resistor R1 that more reliably checks the quality of the resistor R1. The switch S7 switches so that the common contact C100 and the contact 101 are connected and the output signal of the displacement amount detection unit 6 is applied to the negative input terminal of the operational amplifier 7a via the resistor R3.

具体的にスイッチS1は、コモン接点C4と接点C3、コモン接点C8と接点C7がそれぞれ接続されるよう切り換える。このようにスイッチS1を切り換えることで検出部8は、抵抗器R1に生じた電圧降下の値を検出することができる。また変位量検出部6の出力は、接地されてオペアンプ7aの入力信号にならないようにしている。一方、スイッチS2は、コモン接点C11と接点C9とが接続されるよう切り換える。即ち、オペアンプ7aの負入力端子に電源部11の電圧を与えるようにする。また、スイッチS3は、コモン接点C14と接点C12とが接続されるよう切り換える。このようにスイッチS3を切り換えるとオペアンプ7aの出力電流がコイル4に与えられることになる。   Specifically, the switch S1 switches so that the common contact C4 and the contact C3, and the common contact C8 and the contact C7 are connected. By switching the switch S1 in this way, the detection unit 8 can detect the value of the voltage drop generated in the resistor R1. The output of the displacement detector 6 is grounded so that it does not become an input signal of the operational amplifier 7a. On the other hand, the switch S2 switches so that the common contact C11 and the contact C9 are connected. That is, the voltage of the power supply unit 11 is applied to the negative input terminal of the operational amplifier 7a. The switch S3 switches so that the common contact C14 and the contact C12 are connected. When the switch S3 is thus switched, the output current of the operational amplifier 7a is supplied to the coil 4.

このように各スイッチを設定することで変位量検出部6が出力する信号がオペアンプ7aに与えられなくなる。つまり、オペアンプ7aへの入力が電源部11の出力電圧のみとなる。このため電源部11の出力電圧に比例した電流がオペアンプ7aから出力されてコイル4および抵抗器R1に流れる。このとき抵抗器R1に生ずる電圧降下は、検出部8により検出することができる。そして、電源部11が出力した電圧値と抵抗器R1に生じる電圧降下の値との関係を判定部12に予め基準値として保持しておく。そうして電源部11が出力した電圧値と、抵抗器R1に生じる電圧降下の関係が判定部12に保持されている基準値と異なるとき、抵抗器R1に異常があると判定することができる。   By setting each switch in this way, the signal output from the displacement detector 6 is not given to the operational amplifier 7a. That is, the input to the operational amplifier 7 a is only the output voltage of the power supply unit 11. Therefore, a current proportional to the output voltage of the power supply unit 11 is output from the operational amplifier 7a and flows through the coil 4 and the resistor R1. At this time, the voltage drop generated in the resistor R1 can be detected by the detector 8. Then, the relationship between the voltage value output from the power supply unit 11 and the value of the voltage drop generated in the resistor R1 is held in the determination unit 12 in advance as a reference value. Thus, when the relationship between the voltage value output from the power supply unit 11 and the voltage drop generated in the resistor R1 is different from the reference value held in the determination unit 12, it can be determined that the resistor R1 is abnormal. .

ちなみに変位量検出部6の出力が接地されて、オペアンプ7aの負入力端子に与えられないようにしている。このため判定部12は、変位量検出部6の出力信号(外乱)の影響を受けることなく判定部12に予め保持した基準値と比較するので高感度に抵抗器R1の劣化を検出することができる。   Incidentally, the output of the displacement detector 6 is grounded so as not to be given to the negative input terminal of the operational amplifier 7a. For this reason, the determination unit 12 compares the reference value previously stored in the determination unit 12 without being affected by the output signal (disturbance) of the displacement amount detection unit 6, so that the deterioration of the resistor R1 can be detected with high sensitivity. it can.

(4)サーボアンプ7の検査モード
このモードでスイッチS1は、コモン接点C4と接点C3、コモン接点C8と接点C7がそれぞれ接続されるよう切り換える。即ち、スイッチS1を抵抗器R1に生ずる電圧降下の値を検出部8が検出するように切り換えると共に、変位量検出部6の出力を接地する。スイッチS2は、コモン接点C11と接点C9が接続されるよう切り換えて、オペアンプ7aの負入力端子に電源部11の電圧を与える。また、スイッチS3は、コモン接点C14と接点C12が接続されるよう切り換えてサーボアンプ7のオペアンプ7aの出力電流をコイル4に与える。スイッチS7は、コモン接点C100と接点101とが接続されて変位量検出部6の出力信号が抵抗器R3を介してオペアンプ7aの負入力端子に与えられるように切り換える。
(4) Inspection mode of servo amplifier 7 In this mode, the switch S1 switches so that the common contact C4 and the contact C3, and the common contact C8 and the contact C7 are connected. That is, the switch S1 is switched so that the detection unit 8 detects the value of the voltage drop generated in the resistor R1, and the output of the displacement detection unit 6 is grounded. The switch S2 switches so that the common contact C11 and the contact C9 are connected, and applies the voltage of the power supply unit 11 to the negative input terminal of the operational amplifier 7a. The switch S3 switches so that the common contact C14 and the contact C12 are connected, and gives the output current of the operational amplifier 7a of the servo amplifier 7 to the coil 4. The switch S7 switches so that the common contact C100 and the contact 101 are connected and the output signal of the displacement amount detection unit 6 is applied to the negative input terminal of the operational amplifier 7a via the resistor R3.

このように各スイッチを設定した後、電源部11は、所定の電圧をオペアンプ7aの負入力端子に与える。そして判定部12は、このとき検出部8が検出した抵抗器R1に生じた電圧降下の値[V1]を保持する。   After setting each switch in this way, the power supply unit 11 applies a predetermined voltage to the negative input terminal of the operational amplifier 7a. And the determination part 12 hold | maintains the value [V1] of the voltage drop which arose in resistor R1 which the detection part 8 detected at this time.

次いでスイッチS1,S2は、そのままの状態とする。一方、スイッチS3は、コモン接点C14と接点C13が接続されるよう切り換える。即ちスイッチS3は、電源部11の出力電流がコイル4に与えられるよう切り換える。このように各スイッチを設定した後、電源部11は、所定の電圧をオペアンプ7aの負入力端子に与える。このとき判定部12は、検出部8が検出した抵抗器R1に生じた電圧降下の値[V2]を保持する。そして判定部は、[V1÷V2]の演算を行い、サーボアンプ7の増幅度を求める。次いで判定部12は、予め保持されているサーボアンプ7の増幅度と、上述したようにして求めたサーボアンプ7の増幅度とを比較し、その結果、予め保持したサーボアンプ7の増幅度と異なるとき、該サーボアンプ7に異常があると判定する。   Next, the switches S1 and S2 are left as they are. On the other hand, the switch S3 switches so that the common contact C14 and the contact C13 are connected. That is, the switch S3 switches so that the output current of the power supply unit 11 is supplied to the coil 4. After setting each switch in this way, the power supply unit 11 applies a predetermined voltage to the negative input terminal of the operational amplifier 7a. At this time, the determination unit 12 holds the value [V2] of the voltage drop generated in the resistor R1 detected by the detection unit 8. Then, the determination unit calculates [V1 ÷ V2] to obtain the amplification degree of the servo amplifier 7. Next, the determination unit 12 compares the amplification degree of the servo amplifier 7 held in advance with the amplification degree of the servo amplifier 7 obtained as described above. When they are different, it is determined that the servo amplifier 7 has an abnormality.

尚、上述した検査方法は、オペアンプ7aの負入力端子に電源部11の出力電圧を印加したものを例示したが、例えば、図4に示すようにオペアンプ7aの正入力端子が接続されている接地に代えて、該正入力端子に電源部11が出力する電圧を印加するようなスイッチS4を設けてもよい。ちなみにこの図4は、上述した図3のサーボアンプ7、変位量検出部6および電源部11のみを図示するものであって、他の構成要素を省略したものである。   The above-described inspection method is exemplified by applying the output voltage of the power supply unit 11 to the negative input terminal of the operational amplifier 7a. For example, as shown in FIG. 4, the ground connected to the positive input terminal of the operational amplifier 7a is connected. Instead of this, a switch S4 for applying a voltage output from the power supply unit 11 to the positive input terminal may be provided. Incidentally, FIG. 4 shows only the servo amplifier 7, the displacement detection unit 6 and the power supply unit 11 of FIG. 3 described above, and other components are omitted.

この場合、電源部11が出力する電圧の極性は、上述した検査方法のときに該電源部11が出力した電圧と逆極性にすることで、オペアンプ7a内で演算増幅されるため上述したようなオペアンプ7aの負入力端子に電源部11の出力電圧を印加することと等価になる。したがって、サーボアンプ7から出力される電流は、電源部11が出力した電圧値に応じて変化する。このため上述したように抵抗器R1両端に生じる電圧降下の値を検出部8が検出して判定部12が判定すればサーボ型センサの良否を判定することができる。   In this case, the polarity of the voltage output from the power supply unit 11 is calculated and amplified in the operational amplifier 7a by setting the polarity opposite to the voltage output from the power supply unit 11 during the above-described inspection method. This is equivalent to applying the output voltage of the power supply unit 11 to the negative input terminal of the operational amplifier 7a. Therefore, the current output from the servo amplifier 7 changes according to the voltage value output from the power supply unit 11. For this reason, if the detection unit 8 detects the value of the voltage drop generated across the resistor R1 as described above and the determination unit 12 determines, the quality of the servo sensor can be determined.

或いは上述した検査方法の他、変位量検出部6の入力に電源部の出力を加算して検査を行ってもかまわない。例えば上述した変位量検出部6についての、より詳細な回路構成を図5に示す。この図に示すように変位量検出部6には、図5に図示しない発光部が発した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード40が設けられている。このフォトダイオード40は、カソード側が電源に接続される一方、アノード側は、該フォトダイオード40に流れる電流を制限する電流制限抵抗器R5を介して接地されている。   Alternatively, in addition to the inspection method described above, the inspection may be performed by adding the output of the power supply unit to the input of the displacement amount detection unit 6. For example, FIG. 5 shows a more detailed circuit configuration of the displacement amount detection unit 6 described above. As shown in this figure, the displacement detection unit 6 is provided with a photodiode 40 that receives light emitted from a light emitting unit (not shown in FIG. 5) and converts it into an electrical signal. The photodiode 40 is connected to the power source on the cathode side, and the anode side is grounded via a current limiting resistor R5 that limits a current flowing through the photodiode 40.

フォトダイオード40に流れる電流は、該フォトダイオード40が受光する光のレベルに応じて変化する。それ故、電流制限抵抗器R5の電圧降下のレベルがフォトダイオード40の受光レベルによって変化することになる。そしてこの電圧変化を増幅して検出すべくオペアンプ6aの負入力端子を、フォトダイオード40のアノードおよび電流制限抵抗器R5との接続点に抵抗器R6を介して接続する。このオペアンプ6aは、オペアンプ6aの正入力端子を接地すると共に、該オペアンプ6aの出力端子と負入力端子とを帰還抵抗器R7を介して接続して所定の増幅度で電流制限抵抗器R5に生じた電圧降下の電圧値を増幅する。このオペアンプ6aの出力は、次段のサーボアンプ7の入力信号として与えられるようになっている。つまりオペアンプ6aは、負帰還増幅器として作動する。   The current flowing through the photodiode 40 changes according to the level of light received by the photodiode 40. Therefore, the voltage drop level of the current limiting resistor R5 varies depending on the light receiving level of the photodiode 40. In order to amplify and detect this voltage change, the negative input terminal of the operational amplifier 6a is connected to the connection point between the anode of the photodiode 40 and the current limiting resistor R5 via the resistor R6. The operational amplifier 6a grounds the positive input terminal of the operational amplifier 6a and connects the output terminal and the negative input terminal of the operational amplifier 6a via the feedback resistor R7 to generate the current limiting resistor R5 with a predetermined amplification factor. Amplifies the voltage value of the voltage drop. The output of the operational amplifier 6a is given as an input signal of the servo amplifier 7 at the next stage. That is, the operational amplifier 6a operates as a negative feedback amplifier.

このように構成された変位量検出部6において、電流制限抵抗器R5に生じる電圧降下と逆極性となる電圧を電源部11からスイッチS5および抵抗器R8を介してオペアンプ6aの負入力端子に印加する。すると変位量検出部6のオペアンプ6aの負入力端子の電圧値が低下する。このようにすることによってフォトダイオード40に流れる電流が減少して、電流制限抵抗器R5の両端における電圧が低下したことと等価になる。即ちオペアンプ6aは、振子1を元の平衡点に位置付けるべく次段のサーボアンプ7に増幅した信号を与える。   In the displacement amount detection unit 6 configured as described above, a voltage having a polarity opposite to the voltage drop generated in the current limiting resistor R5 is applied from the power supply unit 11 to the negative input terminal of the operational amplifier 6a via the switch S5 and the resistor R8. To do. Then, the voltage value of the negative input terminal of the operational amplifier 6a of the displacement amount detection unit 6 decreases. By doing so, the current flowing through the photodiode 40 is reduced, which is equivalent to a reduction in the voltage across the current limiting resistor R5. That is, the operational amplifier 6a gives the amplified signal to the servo amplifier 7 at the next stage so as to position the pendulum 1 at the original equilibrium point.

このときサーボアンプ7から出力される電流は、電源部11が出力した電圧値に応じて変化することになる。したがって、上述したように抵抗器R1両端に生じる電圧降下の値を検出部8が検出して判定部12が判定すればサーボ型センサの良否を判定することができる。   At this time, the current output from the servo amplifier 7 changes according to the voltage value output from the power supply unit 11. Therefore, if the detection unit 8 detects the value of the voltage drop that occurs across the resistor R1 as described above and the determination unit 12 determines, the quality of the servo sensor can be determined.

或いは、上述した方法のほか、図6に示すようにオペアンプ6aの正入力端子が接続されている接地に代えて、該正入力端子に電源部11が出力する電圧を印加するようにスイッチS6を設けて構成してもよい。ちなみに、図5と同符号を付した回路要素は、上述した機能と同じ役割を担っている。   Alternatively, in addition to the above-described method, the switch S6 is applied to the positive input terminal so that the voltage output from the power supply unit 11 is applied instead of the ground to which the positive input terminal of the operational amplifier 6a is connected as shown in FIG. It may be provided. Incidentally, circuit elements having the same reference numerals as those in FIG. 5 have the same role as the above-described functions.

この場合、電源部11が出力する電圧の極性は、電流制限抵抗器R5に生じる電圧降下と同極性にする。するとオペアンプ6a内で演算増幅されて上述したようなオペアンプ6aの負入力端子に電流制限抵抗器R5と逆極性の電圧を印加することと等価になる。したがって、サーボアンプ7から出力される電流は、電源部11が出力した電圧値に応じて変化するので、上述したように抵抗器R1両端に生じる電圧降下の値を検出部8が検出して、その検出値を判定部12が判定すればサーボ型センサの良否を判定することができる。   In this case, the polarity of the voltage output from the power supply unit 11 is set to the same polarity as the voltage drop generated in the current limiting resistor R5. Then, it is equivalent to applying a voltage having a polarity opposite to that of the current limiting resistor R5 to the negative input terminal of the operational amplifier 6a as described above after being amplified in the operational amplifier 6a. Therefore, since the current output from the servo amplifier 7 changes according to the voltage value output from the power supply unit 11, the detection unit 8 detects the value of the voltage drop that occurs across the resistor R1, as described above. If the determination unit 12 determines the detection value, it is possible to determine whether the servo type sensor is good or bad.

かくして上述したように本発明に係るサーボ型センサは、サーボアンプ7を制御して振子1の自由端部1bに取り付けたコイル4へ流す電流を調整している。そしてこのコイル4に生じる磁束と、自由端部1bと所定の空隙を有して配設された磁石5との間に生じる電磁力によって振子1を所定の平衡点に位置付けた後、更にサーボアンプ7からコイル4に流す電流を可変している。このため、コイル4に流し込まれた電流の大きさに応じて振子1が変位することになる。この振子1の変位量は、コイル4に流し込む電流値に応じて変化するので、コイル4に流し込む電流に対する振子1の変位量を予め基準値として判定部12に保持させておけば、サーボ型センサの良否を判定することが可能となる。   Thus, as described above, the servo-type sensor according to the present invention controls the servo amplifier 7 to adjust the current flowing through the coil 4 attached to the free end 1b of the pendulum 1. Then, after the pendulum 1 is positioned at a predetermined equilibrium point by the magnetic force generated in the coil 4 and the electromagnetic force generated between the free end 1b and the magnet 5 provided with a predetermined gap, the servo amplifier is further moved. The current flowing from 7 to the coil 4 is varied. For this reason, the pendulum 1 is displaced according to the magnitude of the current flowing into the coil 4. Since the displacement amount of the pendulum 1 changes in accordance with the current value flowing into the coil 4, if the determination unit 12 holds the displacement amount of the pendulum 1 with respect to the current flowing into the coil 4 as a reference value in advance, the servo sensor Can be determined.

また、本発明に係るサーボ型センサは、振子1を変位させて診断しているので、詳細は後述するがサーボアンプ7、コイル4の劣化、変位量検出部6の異常の他、振子1を係止しているバネ2の劣化、変位量検出部6の検出感度の劣化および磁石5の劣化等の検出も行うことが可能である。   Further, since the servo type sensor according to the present invention is diagnosed by displacing the pendulum 1, the details will be described later. In addition to the deterioration of the servo amplifier 7, the coil 4, the abnormality of the displacement detection unit 6, It is also possible to detect deterioration of the spring 2 that is locked, deterioration of the detection sensitivity of the displacement amount detection unit 6, deterioration of the magnet 5, and the like.

尚、上述した実施形態は振子1の自由端部1bにコイルを設けると共に、その近傍に
配設した磁石5との間に生じる電磁力を用いたサーボ型センサであるが、コイル4に代えて例えば図3に示すようにコンデンサCの極板間に働く静電力により駆動するサーボ型センサであってもかまわない。この実施形態が上述した実施形態と異なるところは、コイル4の代わりに振子1の自由端部1bに極板を設けると共に、磁石5に代えてこの極板と所定の間隙を有して別の極板を対峙させてコンデンサCを形成した点にある。このような形態をとるサーボ型センサは、例えばマイクロマシンに適用するセンサとして好適なものである。この場合、振子1の自由端部1b側の極板にサーボアンプ7のオペアンプ7aの出力を接続すると共に、他の極板を接地する。すなわちこのサーボ型センサは、オペアンプ7aが出力する電圧により、コンデンサCの極板間に生ずる静電力を用いて振子1を駆動するものである。
In the above-described embodiment, a coil is provided at the free end 1b of the pendulum 1 and a servo sensor using an electromagnetic force generated between the pendulum 1 and the magnet 5 disposed in the vicinity thereof. For example, as shown in FIG. 3, it may be a servo type sensor driven by an electrostatic force acting between the plates of the capacitor C. This embodiment differs from the above-described embodiment in that a pole plate is provided at the free end 1b of the pendulum 1 instead of the coil 4, and a different gap is provided between the pole plate and the pole plate with a predetermined gap. The capacitor C is formed by facing the electrode plates. The servo-type sensor taking such a form is suitable as a sensor applied to, for example, a micromachine. In this case, the output of the operational amplifier 7a of the servo amplifier 7 is connected to the electrode plate on the free end 1b side of the pendulum 1, and the other electrode plate is grounded. That is, this servo type sensor drives the pendulum 1 using the electrostatic force generated between the plates of the capacitor C by the voltage output from the operational amplifier 7a.

このように構成したサーボ型センサであっても、上述した実施形態と同様に電源部11の電圧をオペアンプ7aの入力として与えることで、振子1が所定の平衡点から変位する。そしてこの変位量を変位量検出部6が検出し、この検出した変位量が、電源部11が出力した電圧値に応じた値になっているかを判定部12が判定すればよい。   Even in the servo-type sensor configured as described above, the pendulum 1 is displaced from a predetermined equilibrium point by applying the voltage of the power supply unit 11 as an input of the operational amplifier 7a as in the above-described embodiment. The displacement amount detection unit 6 detects the displacement amount, and the determination unit 12 may determine whether the detected displacement amount is a value corresponding to the voltage value output from the power supply unit 11.

尚、コンデンサCに生ずる駆動力を用いたサーボ型センサにあっては、駆動信号の変化が大きくなるので通常の加速度検出モードを用いてR1を検査することができる。このため、R1の検査モードを用いることなく、回路を簡易化することが可能である。   In the servo type sensor using the driving force generated in the capacitor C, the change of the driving signal becomes large, so that R1 can be inspected using the normal acceleration detection mode. Therefore, the circuit can be simplified without using the R1 inspection mode.

このように本発明に係るサーボ型センサにあっては、振子1の駆動手段によらず適用することが可能である。また、診断用コイル等、診断のための別の駆動手段を必要としないため、マイクロマシン等の超小型機器に適用されるサーボ型センサに好適である。   Thus, the servo type sensor according to the present invention can be applied regardless of the driving means of the pendulum 1. Further, since a separate driving means for diagnosis such as a diagnostic coil is not required, it is suitable for a servo-type sensor applied to a micro device such as a micromachine.

尚、上述したサーボ型センサにおいて変位量検出部6は、一定の輝度を有する発光ダイオード等の発光部と、この発光部が発した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオード等の受光部とからなり、振子が所定の平衡点に位置したとき、受光部が受光する受光量が最大になると共に、振子が平衡点から移動するに従って受光部が受光する受光量が減少するスリットを設けた光学的方法を例示した。この場合は振子1の形状が大きいサーボ型センサに用いると組み付け調整が容易であり好ましい。   In the servo-type sensor described above, the displacement amount detection unit 6 includes a light emitting unit such as a light emitting diode having a constant luminance, and a light receiving unit such as a photodiode that receives light emitted from the light emitting unit and converts it into an electrical signal. When the pendulum is located at a predetermined equilibrium point, the light receiving unit receives a maximum amount of light received, and a slit is provided that reduces the amount of light received by the light receiving unit as the pendulum moves from the equilibrium point. The optical method is illustrated. In this case, it is preferable that the pendulum 1 is used for a servo-type sensor having a large shape because assembly adjustment is easy.

もちろんこの光学的方法によらなくても、その他の検出部品を用いて振子1の変位量を検出してもよい。具体的にこの検出部品は、図7に示すように振子1の基端部1aを基板3に係止するバネ2(板バネ)に加わる応力をその抵抗値の変化から検出するピエゾ素子50を用いればよい。そしてバネ2の変位量、すなわちピエゾ素子50の抵抗値の変化を図7には図示しない変位量検出部が検出し、その変位量を示す信号として検出信号を出力するようにすればよい。このピエゾ素子50を検出素子として用いれば、マイクロマシンに好適なサーボ型センサを構成することができ効果的である。   Of course, the amount of displacement of the pendulum 1 may be detected using other detection components without using this optical method. Specifically, as shown in FIG. 7, the detection component includes a piezo element 50 that detects a stress applied to a spring 2 (plate spring) that locks the base end portion 1a of the pendulum 1 to the substrate 3 from a change in resistance value. Use it. Then, the displacement amount of the spring 2, that is, the change in the resistance value of the piezo element 50 may be detected by a displacement amount detection unit (not shown in FIG. 7), and a detection signal may be output as a signal indicating the displacement amount. If this piezo element 50 is used as a detection element, a servo type sensor suitable for a micromachine can be constructed, which is effective.

或いは、図8に示すように振子1の所定位置に取り付けた位置検出用磁石20と、この位置検出用磁石20の近傍に該位置検出用磁石20と対峙するように設けられて、位置検出用磁石20の磁力の変化によりその抵抗値が変化するホール素子21と、このホール素子21の抵抗値の変化、すなわち振子1が所定の平衡点から変位した変位量を検出する変位量検出回路22を設けて構成した変位量検出部6としてもよい。この場合、ホール素子21は、駆動用磁石5を用いて構成することも可能であり、本発明に係るサーボ型センサをより簡易に構成することが可能である。   Alternatively, as shown in FIG. 8, a position detection magnet 20 attached to a predetermined position of the pendulum 1 and a position detection magnet 20 provided near the position detection magnet 20 so as to face the position detection magnet 20. A Hall element 21 whose resistance value changes due to a change in the magnetic force of the magnet 20, and a displacement amount detection circuit 22 that detects a change in the resistance value of the Hall element 21, that is, a displacement amount where the pendulum 1 is displaced from a predetermined equilibrium point. It is good also as the displacement amount detection part 6 provided and comprised. In this case, the Hall element 21 can also be configured using the driving magnet 5, and the servo type sensor according to the present invention can be configured more simply.

または図9に示すように所定の周波数の音波(例えば超音波)を生成する音響発生部23と、振子1と所定の間隙を設けて位置付けられて音響発生部23が生成した音波を振子1に対して出力するスピーカ24と、このスピーカ24が出力して振子1により反射された音波を受けるマイク25と、このマイク25が受けた音波を増幅する音響入力部26と、音響発生部23が出力する音波を制御すると共に、スピーカ24が出力し、マイク25が受けた音波の時間遅延から振子1の平衡点からの変位量を検出する制御演算部27を備えて構成した音波検出方式の変位量検出部6であってもかまわない。   Alternatively, as shown in FIG. 9, a sound generator 23 that generates a sound wave (for example, an ultrasonic wave) having a predetermined frequency, and a sound wave generated by the sound generator 23 that is positioned with a predetermined gap from the pendulum 1 are applied to the pendulum 1. Output from the speaker 24, a microphone 25 that receives the sound wave output from the speaker 24 and reflected by the pendulum 1, an acoustic input unit 26 that amplifies the sound wave received by the microphone 25, and an output from the sound generation unit 23 Displacement amount of the sound wave detection system configured to include a control calculation unit 27 that controls the sound wave to be output and detects the displacement amount from the equilibrium point of the pendulum 1 from the time delay of the sound wave output from the speaker 24 and received by the microphone 25 The detection unit 6 may be used.

或いは、図10に示すように振子1の所定位置に取り付けられた金属板28等と、この金属板28の近傍に対峙するように設けられたインダクタンスLと、このインダクタンスLと並列に接続されて共振回路(タンク回路)を形成するコンデンサCを備えた発振器29からなる高周波近接回路を用いて変位量検出部6としてもよい。この変位量検出部6のタンク回路は、振子1に取り付けられた金属板28とインダクタンスLとの間隙が変化することにより、そのQ値が変化する。このQ値の変化は、発振器29の振幅の変化として次段の検出器30が検出する。そして検出器30の検出信号(アナログ信号)は、A/D変換器31によりディジタル信号に変換されて、次段の信号処理演算部32によって振子1が平衡点からずれた変位量を検出するものとして構成される。   Alternatively, as shown in FIG. 10, a metal plate 28 or the like attached at a predetermined position of the pendulum 1, an inductance L provided so as to face the vicinity of the metal plate 28, and the inductance L are connected in parallel. The displacement detection unit 6 may be a high-frequency proximity circuit including an oscillator 29 including a capacitor C that forms a resonance circuit (tank circuit). The tank circuit of the displacement detection unit 6 changes its Q value when the gap between the metal plate 28 attached to the pendulum 1 and the inductance L changes. The change in the Q value is detected by the next-stage detector 30 as a change in the amplitude of the oscillator 29. The detection signal (analog signal) of the detector 30 is converted into a digital signal by the A / D converter 31, and the displacement of the pendulum 1 deviating from the equilibrium point is detected by the signal processing calculation unit 32 in the next stage. Configured as

または、図11に示すように振子1の所定の位置に取り付けた金属板33と、この金属板33の近傍に例えば基板3上に該金属板33と対峙するように別の金属板34を設けて、それぞれの金属板33,34同士でコンデンサCxを形成する。そして振子1が変位する変位量を金属板33,34間(極板間)の変位、すなわちコンデンサCxの静電容量の変化を捉える容量変化検出回路35を設ける。そうして振子1が平衡点から変位した変位量を容量変化検出回路35の検出信号として出力するように構成した変位量検出部6としてもよい。このように振子1の変位をコンデンサCxの容量変化から検出するようにすれば、小型化、特に後述するようにマイクロマシンに上述したサーボ型センサを構成することができ好ましい。   Alternatively, as shown in FIG. 11, a metal plate 33 attached to a predetermined position of the pendulum 1 and another metal plate 34 is provided in the vicinity of the metal plate 33 so as to face the metal plate 33 on the substrate 3, for example. Thus, the capacitor Cx is formed by the metal plates 33 and 34. A displacement change detecting circuit 35 is provided for detecting the displacement of the pendulum 1 between the metal plates 33 and 34 (between electrode plates), that is, a change in the capacitance of the capacitor Cx. The displacement amount detection unit 6 configured to output the displacement amount of the pendulum 1 displaced from the equilibrium point as a detection signal of the capacitance change detection circuit 35 may be used. If the displacement of the pendulum 1 is detected from the change in the capacitance of the capacitor Cx as described above, it is preferable that the servo type sensor described above can be configured in a micromachine as described later.

その他、本発明に係るサーボ型センサにあっては、変位量検出部6は、振子1が所定の平衡点から変位したことを検出可能なものであれば、上述した検出方法に限定されない。   In addition, in the servo-type sensor according to the present invention, the displacement amount detection unit 6 is not limited to the above-described detection method as long as it can detect that the pendulum 1 is displaced from a predetermined equilibrium point.

また、上述したサーボ型センサは、図1に示すように該センサに下向きに重力が加わっているものとして説明したが、該センサを重力方向に対して傾けて設置したとしても診断用の出力に対して通常モードでのサーボ型センサの出力値が小さく、且つ検出精度の範囲内であれば上述したようにサーボ型センサに対して診断を行うことが可能である。具体的には、重力方向を基準として設置することが基本とされるサーボ型センサにおいて、この重力方向に対してθ度傾けてサーボ型センサが設置された場合、該センサに対して980sinθ[Gal(cm/s2)]の加速度(重力)が生じるものの、この値を設置状態における計測値を診断に係る初期値とし、このときの設置状態(姿勢)で診断すれば上述した診断方法を適用することでサーボ型センサの健全性の診断を行うことが可能である。つまり本発明のサーボ型センサは、設置状態(姿勢)によって制限を受けることなく該サーボ型センサの健全性を診断することが可能である。   Further, the servo type sensor described above has been described on the assumption that gravity is applied downward to the sensor as shown in FIG. 1. However, even if the sensor is installed at an angle with respect to the direction of gravity, the output is used for diagnosis. On the other hand, if the output value of the servo type sensor in the normal mode is small and within the range of detection accuracy, it is possible to diagnose the servo type sensor as described above. Specifically, in a servo-type sensor that is basically installed with respect to the direction of gravity, when the servo-type sensor is installed at an angle of θ with respect to the direction of gravity, 980 sin θ [Gal (Cm / s2)] acceleration (gravity) occurs, but if this value is used as an initial value for diagnosis when this value is measured in the installed state, the above-described diagnostic method is applied. Thus, it is possible to diagnose the soundness of the servo-type sensor. That is, the servo type sensor of the present invention can diagnose the soundness of the servo type sensor without being limited by the installation state (posture).

勿論、サーボ型センサを地震センサ等に用いた場合、一般には重力方向に対して直交する水平位置に設置(±3度以内)することが条件である。この場合は、上述した診断方法によらなくても、サーボ型センサから出力される検出信号(平衡点からの変位出力信号)によって該センサが正しく水平位置に設置されていないと判定することも可能である。   Of course, when a servo type sensor is used for an earthquake sensor or the like, it is generally required that the servo type sensor be installed at a horizontal position (within ± 3 degrees) perpendicular to the direction of gravity. In this case, it is also possible to determine that the sensor is not correctly installed at the horizontal position by the detection signal (displacement output signal from the equilibrium point) output from the servo type sensor without using the above-described diagnostic method. It is.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばマイクロマシンに適用される3軸マイクロマシンニングセンサは、図13に示すように所定の面積を有した例えば円盤状の導体板2枚を対向するように配置して図示しない筐体等にその外周を固定した固定電極70,74と、これらの固定電極70,74の間に挟まれるように配置して図示しない筐体等にその外周を固定した円盤状の導体板からなる可動電極(ダイヤフラム)71を備えて構成される。この可動電極71は、詳細は後述するが、その中心部下面に重り72を装着したもので、重り72に加わる外力を受けて撓みを生じるものである。また可動電極71と固定電極70,74との間に電圧を印加することによって、これらの電極間に働く静電力を用いて該可動電極71を撓ませ、任意の部位に位置付けることが可能となっている。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in a three-axis micromachining sensor applied to a micromachine, as shown in FIG. 13, two disk-shaped conductor plates having a predetermined area are arranged so as to face each other, and the outer periphery thereof is placed on a casing or the like (not shown). Fixed electrodes 70 and 74 that are fixed, and a movable electrode (diaphragm) 71 that is a disc-shaped conductor plate that is disposed so as to be sandwiched between these fixed electrodes 70 and 74 and has an outer periphery fixed to a housing or the like (not shown). It is configured with. As will be described in detail later, the movable electrode 71 has a weight 72 attached to the lower surface of the center thereof, and is bent by receiving an external force applied to the weight 72. Further, by applying a voltage between the movable electrode 71 and the fixed electrodes 70 and 74, the movable electrode 71 can be bent using an electrostatic force acting between these electrodes, and can be positioned at an arbitrary part. ing.

ちなみにこの図は、紙面の下方向を重力方向として各電極70,71,74がこの重力方向に対して直交するように描いているがその取り付け様態は、これの方向に限定されず、任意の取り付け様態をとることが可能である。   Incidentally, in this figure, the lower direction of the paper is drawn in the direction of gravity, and each electrode 70, 71, 74 is drawn so as to be orthogonal to this direction of gravity. It is possible to take an attachment mode.

ここで図13の破線に示すように可動電極71の中心Oから重力方向に対して直交する水平方向にx軸を、このx軸に直交して中心Oを貫く水平方向をy軸、中心Oを貫きx軸およびy軸とそれぞれ直交して重力方向に平行なz軸からなる直交座標を考える。そして固定電極70,74および可動電極71の各面をz軸方向に離間させ、且つ各電極面をそれぞれz軸と直交する方向、即ち水平方向に同軸に配置する。ちなみに直交座標は、4分割された可動電極71の外周における円弧の中央部とx軸、またはy軸の軸心とが一致するように位置付ける。   Here, as indicated by a broken line in FIG. 13, the x-axis in the horizontal direction perpendicular to the gravity direction from the center O of the movable electrode 71 is the y-axis, and the horizontal direction perpendicular to the x-axis and passing through the center O is the y-axis. Let us consider an orthogonal coordinate consisting of a z-axis penetrating through x and an x-axis and a y-axis and parallel to the direction of gravity. Then, the surfaces of the fixed electrodes 70 and 74 and the movable electrode 71 are separated from each other in the z-axis direction, and the electrode surfaces are coaxially arranged in a direction orthogonal to the z-axis, that is, in the horizontal direction. Incidentally, the orthogonal coordinates are positioned so that the central portion of the arc on the outer periphery of the movable electrode 71 divided into four and the axis of the x axis or the y axis coincide.

可動電極71には、この可動電極71を貫くz軸を中心として、絶縁体73により同心円状に分割された3つの電極部が形成されている。この3つの電極部は、可動電極71の中心Oから半径方向側に向かって、円形状の内側電極71a、環状の中側電極71b、最も外側に位置する環状の外側電極71cからなる。これらの電極71a,71b,71cは、絶縁体73によってそれぞれが電気的に絶縁されている。   The movable electrode 71 is formed with three electrode portions that are concentrically divided by an insulator 73 around the z-axis passing through the movable electrode 71. These three electrode portions are composed of a circular inner electrode 71a, an annular middle electrode 71b, and an outermost annular outer electrode 71c from the center O of the movable electrode 71 toward the radial direction. These electrodes 71a, 71b, 71c are electrically insulated by an insulator 73.

可動電極71の最も外側に位置する外側電極71cは、更に該可動電極71の半径方向に絶縁体73により4分割された4つの導体部位を形成している。ここに4分割された可動電極71の外側電極71cと、該可動電極71の上方に位置する円盤状の上側固定電極70とで形成される4つのコンデンサを次のように定める。   The outer electrode 71 c located on the outermost side of the movable electrode 71 further forms four conductor portions divided into four by an insulator 73 in the radial direction of the movable electrode 71. Four capacitors formed by the outer electrode 71c of the movable electrode 71 divided into four parts and the disk-shaped upper fixed electrode 70 located above the movable electrode 71 are defined as follows.

x軸の正方向に位置する4分割された可動電極71の外側電極71cと後述する上側固定電極70の外側電極71cとで形成されるコンデンサを[Cxp]、x軸の負方向に位置する4分割された可動電極71の外側電極71cと固定電極70とで形成されるコンデンサを[Cxm]、y軸の正方向に位置する4分割された可動電極71の外側電極71cと固定電極70とで形成されるコンデンサを[Cyp]、y軸の負方向に位置する4分割された可動電極71の外側電極71cと固定電極70とで形成されるコンデンサを[Cym]とする。   A capacitor formed by an outer electrode 71c of the movable electrode 71 divided into four divided in the positive direction of the x-axis and an outer electrode 71c of the upper fixed electrode 70 described later is [Cxp], and 4 is positioned in the negative direction of the x-axis. The capacitor formed by the outer electrode 71c and the fixed electrode 70 of the divided movable electrode 71 is [Cxm], and the outer electrode 71c and the fixed electrode 70 of the four-divided movable electrode 71 positioned in the positive direction of the y-axis are used. The capacitor formed is [Cyp], and the capacitor formed by the outer electrode 71c of the movable electrode 71 divided into four and positioned in the negative direction of the y-axis and the fixed electrode 70 is [Cym].

また、可動電極71の内側電極71aと対向する上側固定電極70とで形成されるコンデンサを[Cz]とする。この可動電極71の内側電極71aには、所定の重さの重り72が固定されたものとなっている。   A capacitor formed by the inner fixed electrode 70 facing the inner electrode 71a of the movable electrode 71 is represented by [Cz]. A weight 72 having a predetermined weight is fixed to the inner electrode 71a of the movable electrode 71.

一方、可動電極71の上方に位置する円盤状の上側固定電極70には、この上側固定電極70を貫くz軸を中心として、絶縁体73により同心円状に分割された3つの電極部が形成されている。この3つの電極部は、上側固定電極70の中心を貫くz軸から半径方向側に向かって、円形状の内側電極70a、環状の中側電極70b、最も外側に位置する環状の外側電極70cからなる。これらの電極70a,70b,70cは、絶縁体73によってそれぞれが電気的に絶縁されている。   On the other hand, the disc-shaped upper fixed electrode 70 positioned above the movable electrode 71 is formed with three electrode portions that are concentrically divided by an insulator 73 around the z-axis passing through the upper fixed electrode 70. ing. The three electrode portions are formed from a circular inner electrode 70a, an annular middle electrode 70b, and an outermost annular outer electrode 70c from the z axis passing through the center of the upper fixed electrode 70 toward the radial direction. Become. These electrodes 70a, 70b, and 70c are electrically insulated from each other by an insulator 73.

このうち内側電極70aは、対向する可動電極71の内側電極71aとコンデンサを形成する。ちなみにこのコンデンサは、上述したように[Cz]である。また、上側固定電極70の最も外側の外側電極70cは、4分割された可動電極71の最も外側の電極と対向して4つのコンデンサを形成している。これら4つのコンデンサは、上述したように[Cxp,Cxm,Cyp,Cym]である。   Among these, the inner electrode 70a forms a capacitor with the inner electrode 71a of the movable electrode 71 facing the inner electrode 70a. Incidentally, this capacitor is [Cz] as described above. The outermost outer electrode 70c of the upper fixed electrode 70 is opposed to the outermost electrode of the movable electrode 71 divided into four to form four capacitors. These four capacitors are [Cxp, Cxm, Cyp, Cym] as described above.

また、これらのコンデンサ[Cz,Cxp,Cxm,Cyp,Cym]の各静電容量は、特に図示しない静電容量検出部により計測されるようになっている。そして詳細は後述するがこれらのコンデンサの静電容量の変化量を静電容量検出部により検出することにより、重り72に加わる外力、即ち、重り72に加わる加速度を検出する。   The capacitances of these capacitors [Cz, Cxp, Cxm, Cyp, Cym] are measured by a capacitance detection unit (not shown). Although details will be described later, the external force applied to the weight 72, that is, the acceleration applied to the weight 72 is detected by detecting the amount of change in the capacitance of these capacitors by the capacitance detection unit.

上側固定電極70の内側電極70aと外側電極70cとの間に挟まれた環状の中側電極70bは、更に絶縁体73によりその半径方向に4分割され、それぞれの円弧の中央部がx軸、またはy軸の軸心と一致するように分割されている。   The annular middle electrode 70b sandwiched between the inner electrode 70a and the outer electrode 70c of the upper fixed electrode 70 is further divided into four in the radial direction by the insulator 73, and the central portion of each arc is the x axis, Or it is divided so as to coincide with the axis of the y-axis.

ここに4分割された中側電極70bと対向する可動電極71の中側電極71bとによって形成される4つのコンデンサを次のように定める。x軸の正方向に位置する4分割された中側電極70bと対向する可動電極71の中側電極71bとで形成されるコンデンサを[Cxpv1]、x軸の負方向に位置する4分割された中側電極70bと対向する可動電極71の中側電極71bとで形成されるコンデンサを[Cxmv1]、y軸の正方向に位置する4分割された中側電極70bと対向する可動電極71の中側電極71bとで形成されるコンデンサを[Cypv1]、y軸の負方向に位置する4分割された中側電極70bと対向する可動電極71の中側電極71bとで形成されるコンデンサを[Cymv1]とする。   Here, four capacitors formed by the middle electrode 70b divided into four parts and the middle electrode 71b facing the movable electrode 71 are defined as follows. [Cxpv1] is a capacitor formed by the middle electrode 71b divided into four in the positive direction of the x axis and the middle electrode 71b of the movable electrode 71 facing the four divided middle electrodes 70b in the negative direction of the x axis. A capacitor formed by the middle electrode 71b of the movable electrode 71 facing the middle electrode 70b is [Cxmv1], and the inside of the movable electrode 71 facing the four-divided middle electrode 70b positioned in the positive direction of the y-axis. The capacitor formed by the side electrode 71b is [Cypv1], and the capacitor formed by the middle electrode 71b divided into four in the negative y-axis direction and the middle electrode 71b facing the movable electrode 71 is [Cymv1]. ].

これら4分割された上側固定電極70の中側電極70bとそれぞれ対向する可動電極71の中側電極71bとで形成される4つのコンデンサは、図示しない直流電源により直流電圧を印加したとき生じる静電吸引力によって、可動電極71を上側固定電極70側に引きつける電極駆動部の役割を担っている。   The four capacitors formed by the middle electrode 70b of the upper divided fixed electrode 70 divided into four and the middle electrode 71b of the movable electrode 71 facing each other are electrostatic charges generated when a DC voltage is applied by a DC power source (not shown). It plays the role of the electrode drive part which attracts the movable electrode 71 to the upper fixed electrode 70 side by the attractive force.

一方、可動電極71の下方に位置する円盤状の下側固定電極74には、この下側固定電極74を貫くz軸を中心として、絶縁体73により同心円状に分割された3つの電極部が形成されている。この3つの電極部は、下側固定電極74の中心を貫くz軸から半径方向側に向かって、円形状の内側電極74a、環状の中側電極74b、最も外側に位置する環状の外側電極74cからなる。これらの電極74a,74b,74cは、絶縁体73によってそれぞれ電気的に絶縁されている。   On the other hand, the disc-shaped lower fixed electrode 74 positioned below the movable electrode 71 has three electrode portions that are concentrically divided by an insulator 73 around the z-axis passing through the lower fixed electrode 74. Is formed. The three electrode portions are formed by forming a circular inner electrode 74a, an annular middle electrode 74b, and an outermost annular outer electrode 74c from the z axis passing through the center of the lower fixed electrode 74 in the radial direction. Consists of. These electrodes 74a, 74b, and 74c are electrically insulated by an insulator 73, respectively.

このうち最も内側の内側電極74aと最も外側の外側電極74cとの間に挟まれた環状の中側電極74bは、更に絶縁体73によりその半径方向に4分割され、それぞれの円弧の中央部がx軸、またはy軸の軸心と一致するように分割されている。   Among these, the annular middle electrode 74b sandwiched between the innermost inner electrode 74a and the outermost outer electrode 74c is further divided into four in the radial direction by the insulator 73, and the central portion of each arc is formed. It is divided so as to coincide with the axis of the x axis or the y axis.

ここに4分割された下側固定電極の中側電極74bと対向する可動電極71の中側電極71bとによって形成される4つのコンデンサを次のように定める。x軸の正方向に位置する4分割された中側電極74bと対向する可動電極71の中側電極71bとで形成されるコンデンサを[Cxpv2]、x軸の負方向に位置する4分割された中側電極74bと対向する可動電極71の中側電極71bとで形成されるコンデンサを[Cxmv2]、y軸の正方向に位置する4分割された中側電極74bと対向する可動電極71の中側電極71bとで形成されるコンデンサを[Cypv2]、y軸の負方向に位置する4分割された中側電極74bと対向する可動電極71の中側電極71bとで形成されるコンデンサを[Cymv2]とする。   Here, four capacitors formed by the middle electrode 74b of the lower fixed electrode divided into four parts and the middle electrode 71b of the movable electrode 71 facing each other are defined as follows. [Cxpv2] is a capacitor formed by four middle electrodes 74b divided in the positive direction of the x-axis and the middle electrode 71b facing the movable electrode 71, and divided into four in the negative direction of the x-axis. A capacitor formed by the middle electrode 71b of the movable electrode 71 facing the middle electrode 74b is [Cxmv2], and the inside of the movable electrode 71 facing the four-divided middle electrode 74b positioned in the positive direction of the y-axis. [Cypv2] is a capacitor formed with the side electrode 71b, and [Cymv2] is a capacitor formed with the middle electrode 71b that is divided into four in the negative direction of the y-axis and the movable electrode 71 that is opposed to the movable electrode 71. ].

これら4分割された下側固定電極74の中側電極74bとそれぞれ対向する可動電極71の中側電極71bとで形成される4つのコンデンサは、図示しない直流電源により直流電圧を印加したとき生じる静電吸引力によって、可動電極71を下側固定電極74側に引きつける電極駆動部の役割を担っている。   The four capacitors formed by the middle electrode 74b of the lower fixed electrode 74 divided into four and the middle electrode 71b of the movable electrode 71 facing each other are static generated when a DC voltage is applied by a DC power source (not shown). It plays the role of the electrode drive part which attracts the movable electrode 71 to the lower fixed electrode 74 side by the electrosuction force.

このように構成された3軸マイクロマシンニングセンサにおいて、このセンサが取り付けられた装置がx軸の正方向に移動したとする。すると、このセンサに取り付けられた重り72には、x軸の負方向に加速度が加わる。このとき可動電極71は、重り72に加わる加速度を受けて、例えば図15(a)に示すように撓むので、x軸の負側に位置する電極と上側固定電極70との距離が短くなる一方、X軸の正側に位置する可動電極71と上側固定電極70との距離が長くなる。このため可動電極71と上側固定電極70との間に形成されたコンデンサのうち、x軸の負方向に位置するコンデンサ[Cxm]の静電容量は増加する一方、x軸の正方向に位置するコンデンサ[Cxp]の静電容量は減少する。   In the three-axis micromachining sensor configured as described above, it is assumed that the device to which the sensor is attached moves in the positive direction of the x axis. Then, acceleration is applied to the weight 72 attached to the sensor in the negative direction of the x-axis. At this time, the movable electrode 71 receives the acceleration applied to the weight 72 and bends as shown in FIG. 15A, for example, so that the distance between the electrode located on the negative side of the x-axis and the upper fixed electrode 70 is shortened. On the other hand, the distance between the movable electrode 71 located on the positive side of the X axis and the upper fixed electrode 70 is increased. For this reason, among the capacitors formed between the movable electrode 71 and the upper fixed electrode 70, the capacitance of the capacitor [Cxm] located in the negative x-axis direction is increased while being located in the positive x-axis direction. The capacitance of the capacitor [Cxp] decreases.

一方、y軸の正方向および負方向に位置する4分割された可動電極71と上側固定電極70との平均距離、つまり可動電極71の中側電極71bと上側固定電極70との極板間の平均距離は変化しない。したがってy軸方向およびz軸方向に形成されるコンデンサ[Cyp]、[Cym]、[Cz]の各静電容量は、変化しない。そして可動電極71の中側電極71bと、x軸の正方向に位置する上側固定電極70の中側電極70bとの間に形成されたコンデンサ[Cxpv1]、および可動電極71の中側電極71bと、x軸の負方向に位置する下側固定電極74の中側電極74bとの間に形成されたコンデンサ[Cxmv2]との間にそれぞれ直流電圧を印加する。するとこれらのコンデンサ[Cxpv1,Cxmv2]と固定電極70,74との間に静電吸引力が生じて、重り72に外力(加速度)が加わらない状態、即ち図14に示すようにxy平面に対して水平となる平衡点に変位する。   On the other hand, the average distance between the movable electrode 71 divided into four in the positive and negative directions of the y-axis and the upper fixed electrode 70, that is, between the electrode plates of the middle electrode 71 b and the upper fixed electrode 70 of the movable electrode 71. The average distance does not change. Accordingly, the capacitances of the capacitors [Cyp], [Cym], and [Cz] formed in the y-axis direction and the z-axis direction do not change. A capacitor [Cxpv1] formed between the middle electrode 71b of the movable electrode 71 and the middle electrode 70b of the upper fixed electrode 70 located in the positive direction of the x axis, and the middle electrode 71b of the movable electrode 71, A DC voltage is applied to each of the capacitors [Cxmv2] formed between the lower fixed electrode 74 and the middle electrode 74b positioned in the negative direction of the x axis. Then, an electrostatic attractive force is generated between the capacitors [Cxpv1, Cxmv2] and the fixed electrodes 70, 74, and no external force (acceleration) is applied to the weight 72, that is, as shown in FIG. To the horizontal equilibrium point.

このとき、電極駆動部がコンデンサ[Cxpv1,Cxmv2]に印加する電圧は、重り72に外力(加速度)が加わったことによって変化したコンデンサの静電容量、即ちx軸の負方向に位置するコンデンサ[Cxm]と、x軸の正方向に位置するコンデンサ[Cxp]の各静電容量が元の平衡状態にあったときの静電容量になるように制御すればよい。ちなみに、3軸マイクロマシンニングセンサは、このときコンデンサ[Cxpv1,Cxmv2]に印加した電圧値によりx軸の負方向への加わった加速度を検出する。   At this time, the voltage applied to the capacitors [Cxpv1, Cxmv2] by the electrode driving unit is the capacitance of the capacitor changed by the external force (acceleration) being applied to the weight 72, that is, the capacitor located in the negative direction of the x axis [ Cxm] and the capacitances of the capacitors [Cxp] located in the positive direction of the x-axis may be controlled so as to be the capacitances in the original equilibrium state. Incidentally, the three-axis micromachining sensor detects the acceleration applied in the negative direction of the x-axis by the voltage value applied to the capacitors [Cxpv1, Cxmv2] at this time.

次に3軸マイクロマシンニングセンサにおけるz軸の負方向に加速度が加わった場合、重り72には、z軸の正方向の外力(加速度)を受ける。このため可動電極71の中央部分が、図15(b)に示すように上方に撓み、可動電極71と上側固定電極70との極板距離が短くなる。このときの極板距離の変化量は、可動電極71の最も内側の内側電極71aが最も大きくなる。それ故、可動電極71と上側固定電極70との間に形成されるコンデンサにおいて、可動電極71の内側電極71aと固定電極70の内側電極70aとの間に形成されるコンデンサ[Cz]の静電容量の変化量が最も大きくなる。   Next, when acceleration is applied in the negative direction of the z axis in the triaxial micromachining sensor, the weight 72 receives an external force (acceleration) in the positive direction of the z axis. Therefore, the central portion of the movable electrode 71 is bent upward as shown in FIG. 15B, and the electrode plate distance between the movable electrode 71 and the upper fixed electrode 70 is shortened. The amount of change in the electrode plate distance at this time is greatest for the innermost inner electrode 71 a of the movable electrode 71. Therefore, in the capacitor formed between the movable electrode 71 and the upper fixed electrode 70, the electrostatic capacitance of the capacitor [Cz] formed between the inner electrode 71 a of the movable electrode 71 and the inner electrode 70 a of the fixed electrode 70. The amount of change in capacity is the largest.

また、可動電極71の外側の外側電極71cと上側固定電極70の外側の電極70cとの間に形成された4つのコンデンサ[Cxp,Cxm,Cyp,Cym]の極板距離は、z軸方向へ変位して変化するものの、それぞれのコンデンサにおける外側電極71cと上側固定電極70との板間の平均距離は、等しく変化して短くなる。このため可動電極71のx軸方向およびy軸方向に配置された極板とで形成されたコンデンサ[Cxp,Cxm,Cyp,Cym]における静電容量は、等しく変化する。   Further, the electrode plate distances of the four capacitors [Cxp, Cxm, Cyp, Cym] formed between the outer electrode 71c outside the movable electrode 71 and the electrode 70c outside the upper fixed electrode 70 are in the z-axis direction. Although the displacement changes, the average distance between the plates of the outer electrode 71c and the upper fixed electrode 70 in each capacitor changes equally and becomes shorter. For this reason, the capacitance in the capacitors [Cxp, Cxm, Cyp, Cym] formed by the electrode plates arranged in the x-axis direction and the y-axis direction of the movable electrode 71 changes equally.

このとき電極駆動部(図示せず)は、下側電極74の中側電極74bと可変電極71の中側電極71bとの間に形成された4つのコンデンサ[Cxpv2,Cxmv2,Cypv2,Cymv2]にそれぞれ等しい電圧を印加して重り72に加わった外力(加速度)を打ち消す静電吸引力を作用させて、可動電極71を所定の平衡点になるよう位置付ける。このとき、4つのコンデンサ[Cxpv2,Cxmv2,Cypv2,Cymv2]に印加する電圧は、重り72に外力(加速度)が加わったことによって変化したz軸方向の変位量を打ち消すだけの電圧とする。具体的にこの電圧は、可動電極71の外側の外側電極71cと上側固定電極70の外側の電極70cとの間に形成された4つのコンデンサ[Cxp,Cxm,Cyp,Cym]の各静電容量が、可動電極71が元の平衡状態にあったときの静電容量になるように制御すればよい。そして、このとき電極駆動部がコンデンサ[Cxpv2,Cxmv2,Cypv2,Cymv2]にそれぞれ印加した電圧値によりz軸の正方向への加わった加速度を検出することができる。   At this time, the electrode driver (not shown) is connected to four capacitors [Cxpv2, Cxmv2, Cypv2, Cymv2] formed between the middle electrode 74b of the lower electrode 74 and the middle electrode 71b of the variable electrode 71. By applying an equal voltage to each other and applying an electrostatic attraction force that cancels the external force (acceleration) applied to the weight 72, the movable electrode 71 is positioned at a predetermined equilibrium point. At this time, the voltage applied to the four capacitors [Cxpv2, Cxmv2, Cypv2, Cymv2] is set to a voltage that only cancels the displacement amount in the z-axis direction that has been changed by applying an external force (acceleration) to the weight 72. Specifically, this voltage is the capacitance of each of the four capacitors [Cxp, Cxm, Cyp, Cym] formed between the outer electrode 71 c outside the movable electrode 71 and the electrode 70 c outside the upper fixed electrode 70. However, what is necessary is just to control so that the movable electrode 71 may become the electrostatic capacitance when it was in the original equilibrium state. At this time, the acceleration applied in the positive direction of the z-axis can be detected based on the voltage values applied to the capacitors [Cxpv2, Cxmv2, Cypv2, Cymv2] by the electrode driver.

このように3軸マイクロマシンニングセンサは、重り72に加わる外力(加速度)によって変位した可動電極71の変位量を、可動電極71と上側固定電極70との間に形成されるコンデンサの静電容量の変化を検出すると共に、固定電極70,74と可動電極73との間に、この変位量を打ち消す静電吸引力をもたらす電圧値により加速度を検出することができる。   As described above, the three-axis micromachining sensor uses the displacement amount of the movable electrode 71 displaced by the external force (acceleration) applied to the weight 72 as the capacitance of the capacitor formed between the movable electrode 71 and the upper fixed electrode 70. While detecting the change, the acceleration can be detected by a voltage value that provides an electrostatic attraction force between the fixed electrodes 70 and 74 and the movable electrode 73 to cancel out the displacement.

このような作動原理に基づく3軸マイクロマシンニングセンサにあっても、重り72に所定の力を与えて可動電極71に撓みを生じさせ、固定電極70,74との間の静電容量を変位させるように構成すれば、前述した実施形態と同様にセンサの異常を検出することが可能である。例えば、可動電極71に固定された重り72を所定の平衡点に位置付けた後、上側固定電極70の中側電極70bと、可動電極71の中側電極71bとの間で形成されるコンデンサ[Cxpv1,Cxmv1,Cypv1,Cymv1]、或いは、下側固定電極74中側電極74と、可動電極71の中側電極71bとの間で形成されるコンデンサ[Cxpv2,Cxmv2,Cypv2,Cymv2]の任意のコンデンサに電圧を加える。このとき、電圧を印加したコンデンサ間の静電吸引力が増加する。この静電吸引力は、コンデンサに印加する電圧を変化させることによって変化する。このため重り72は、所定の位置(平衡点)から変位することになる。したがって、この変位量を可動電極71の外側の外側電極71cと上側固定電極70の外側の電極70cとの間に形成された4つのコンデンサ[Cxp,Cxm,Cyp,Cym]の静電容量の変化量として静電容量検出部が検出し、この検出した静電容量の変化量が、上述したコンデンサに印加した電圧値に応じた変化量になっているか否かを判定部12により判定すればよい。   Even in the three-axis micromachining sensor based on such an operation principle, a predetermined force is applied to the weight 72 to cause the movable electrode 71 to bend, and the capacitance between the fixed electrodes 70 and 74 is displaced. If comprised in this way, it is possible to detect abnormality of a sensor similarly to embodiment mentioned above. For example, a capacitor [Cxpv1] formed between the middle electrode 70b of the upper fixed electrode 70 and the middle electrode 71b of the movable electrode 71 after the weight 72 fixed to the movable electrode 71 is positioned at a predetermined equilibrium point. , Cxmv1, Cypv1, Cymv1], or any capacitor [Cxpv2, Cxmv2, Cypv2, Cymv2] formed between the middle electrode 74 of the lower fixed electrode 74 and the middle electrode 71b of the movable electrode 71 Apply voltage to. At this time, the electrostatic attractive force between the capacitors to which the voltage is applied increases. This electrostatic attraction force changes by changing the voltage applied to the capacitor. For this reason, the weight 72 is displaced from a predetermined position (equilibrium point). Therefore, this displacement amount is used to change the capacitance of the four capacitors [Cxp, Cxm, Cyp, Cym] formed between the outer electrode 71 c outside the movable electrode 71 and the electrode 70 c outside the upper fixed electrode 70. The capacitance detection unit detects the amount, and the determination unit 12 may determine whether the detected change amount of the capacitance is a change amount corresponding to the voltage value applied to the capacitor. .

次に本発明に係るサーボ型センサを構成する部品の劣化を検出する検出手段について説明する。   Next, detection means for detecting deterioration of components constituting the servo sensor according to the present invention will be described.

所定の輝度を有する発光ダイオード(LED)等の光源からなる発光部と、この発光部が発した光を受光して電気信号に変換するフォトトランジスタ等の受光部とを備えた光学的方法を用いた変位量検出部6において、発光部および受光部とでなす光学系の健全性を確認するには、例えばLEDに流れる電流を可変したとき、その可変したLEDが発する光量の変化を受光部で検出できるようにすればよい。より具体的には、LEDに流す電流値を複数設定できるようにし、そのとき受光部が受光して電気信号に変換した電気信号のレベルを予め保持しておく。そして、受光系の健全性を確認すべく、発光部の光源に流す電流を予め割り当てられた設定値に基づいて設定する。このとき、受光部が受光して電気信号に変換した電気信号のレベルと、予め保持されたレベルとを比較し、所定の許容範囲内にあれば光学系が健全であると判定することができる。   An optical method including a light-emitting unit composed of a light source such as a light-emitting diode (LED) having a predetermined luminance and a light-receiving unit such as a phototransistor that receives light emitted from the light-emitting unit and converts it into an electrical signal is used. In order to confirm the soundness of the optical system formed by the light emitting unit and the light receiving unit in the displacement amount detecting unit 6, for example, when the current flowing through the LED is changed, the change in the amount of light emitted by the variable LED is changed by the light receiving unit. What is necessary is just to make it detectable. More specifically, a plurality of current values to be passed through the LEDs can be set, and at that time, the level of the electric signal received by the light receiving unit and converted into an electric signal is held in advance. Then, in order to confirm the soundness of the light receiving system, a current to be supplied to the light source of the light emitting unit is set based on a preset setting value. At this time, the level of the electrical signal received by the light receiving unit and converted into an electrical signal is compared with the level held in advance, and if it is within a predetermined allowable range, it can be determined that the optical system is healthy. .

次に上述したように図11に示す振子1の所定の位置に取り付けた金属板33と、この金属板33の近傍に該金属板33と対峙するように別の金属板34を取り付けて、それぞれの金属板33,34同士でコンデンサCxを形成し、金属板33,34とで形成されたコンデンサCxの容量変化から振子1の変位を検出する変位量検出部6の感度を検査する方法を説明する。   Next, as described above, a metal plate 33 attached to a predetermined position of the pendulum 1 shown in FIG. 11 and another metal plate 34 attached to the vicinity of the metal plate 33 so as to face the metal plate 33, respectively. A method of inspecting the sensitivity of the displacement detection unit 6 that detects the displacement of the pendulum 1 from the capacitance change of the capacitor Cx formed with the metal plates 33 and 34 is described. To do.

この変位量検出部6は、図12に示すようにコンデンサCxの一端は接地され、他端には、抵抗器Rを介してパルス信号発生部60が出力するパルス信号(例えば矩形波)が与えられる。そして、この抵抗器RおよびコンデンサCxで形成される積分回路の出力電圧をローパスフィルタ(LPF)61を介して波形整形し、サーボアンプ7に与えるものとして構成される。つまり、この変位量検出部6は、コンデンサCxの静電容量の変化を電圧の変化として出力するものである。   As shown in FIG. 12, in the displacement amount detection unit 6, one end of the capacitor Cx is grounded, and the other end receives a pulse signal (for example, a rectangular wave) output from the pulse signal generation unit 60 via the resistor R. It is done. Then, the output voltage of the integrating circuit formed by the resistor R and the capacitor Cx is shaped through a low-pass filter (LPF) 61 and supplied to the servo amplifier 7. That is, the displacement detection unit 6 outputs a change in the capacitance of the capacitor Cx as a change in voltage.

このように構成された変位量検出部6にあっては、パルス信号発生部60が出力する信号波形を、例えばその出力電圧値、周波数、デューティ等を可変したとき、検出部8が検出した検出信号を予め判定部12に保持させておく。そして変位量検出部6を検査する際、予め判定部12に保持された検出信号と比較することで変位量検出部6の感度劣化を検出することが可能である。   In the displacement amount detection unit 6 configured in this way, the signal waveform output from the pulse signal generation unit 60 is detected by the detection unit 8 when, for example, its output voltage value, frequency, duty, etc. are varied. The signal is held in the determination unit 12 in advance. When the displacement amount detection unit 6 is inspected, it is possible to detect sensitivity deterioration of the displacement amount detection unit 6 by comparing with a detection signal held in advance by the determination unit 12.

次に図8に示すように振子1の所定位置に取り付けた位置検出用磁石20と、この位置検出用磁石20の近傍に該位置検出用磁石20と対峙するように設けられて、位置検出用磁石20の磁力の変化を検出してその抵抗値が変化するホール素子21と、このホール素子21の抵抗値の変化、即ち振子1が所定の平衡点から変位した変位量を検出する変位量検出回路22によって構成した変位量検出部6を検出する方法を説明する。   Next, as shown in FIG. 8, a position detection magnet 20 attached to a predetermined position of the pendulum 1 and a position detection magnet 20 provided near the position detection magnet 20 so as to face the position detection magnet 20. A Hall element 21 that detects a change in the magnetic force of the magnet 20 and changes its resistance value, and a displacement amount detection that detects a change in the resistance value of the Hall element 21, that is, a displacement amount that the pendulum 1 is displaced from a predetermined equilibrium point. A method for detecting the displacement amount detection unit 6 constituted by the circuit 22 will be described.

この場合、変位量検出回路22がホール素子21に流す電流を可変することにより電流に比例してその出力値が変化する。したがってホール素子21に流す電流を可変したとき、検出部8が検出する検出信号の値を予め判定部12に保持させておけばよい。そして変位量検出部6を検査する際、予め判定部12に保持された検出信号の値と比較すれば、変位量検出部6の感度劣化を検出することが可能である。   In this case, the output value changes in proportion to the current by varying the current that the displacement detection circuit 22 passes through the Hall element 21. Therefore, when the current flowing through the Hall element 21 is varied, the value of the detection signal detected by the detection unit 8 may be held in the determination unit 12 in advance. When the displacement amount detection unit 6 is inspected, it is possible to detect the sensitivity deterioration of the displacement amount detection unit 6 by comparing with the value of the detection signal previously held in the determination unit 12.

次にバネ2の劣化を検出する方法について説明する。ここでは上述した図3に示すサーボ型センサにおける診断モードを用いてバネ2の劣化を判定する方法を例示する。この場合、各スイッチの設定は上述した診断モードと同様であるので省略する。   Next, a method for detecting the deterioration of the spring 2 will be described. Here, a method of determining the deterioration of the spring 2 using the diagnosis mode in the servo type sensor shown in FIG. In this case, the setting of each switch is the same as in the above-described diagnosis mode, and will be omitted.

この検出方法は、電源部11から予め設定された複数の異なる正弦波交流信号を出力させてサーボアンプ7に与え、このとき検出部8が検出した検出信号の値を予め判定部12に保持しておく。そしてバネ2の劣化を診断するとき、電源部11から予め設定された複数の異なる正弦波交流信号を出力し、判定部12に予め保持されている検出信号の値と比較する。ちなみに判定部12に予め保持する検出信号の値は、検出部8が検出した検出信号の実効値、積分値、ピーク値等である。   In this detection method, a plurality of different sine wave AC signals set in advance are output from the power supply unit 11 and given to the servo amplifier 7, and the value of the detection signal detected by the detection unit 8 at this time is held in the determination unit 12 in advance. Keep it. Then, when diagnosing the deterioration of the spring 2, a plurality of different sine wave AC signals set in advance from the power supply unit 11 are output and compared with the value of the detection signal held in advance in the determination unit 12. Incidentally, the value of the detection signal previously held in the determination unit 12 is an effective value, an integral value, a peak value, or the like of the detection signal detected by the detection unit 8.

そして判定部12が比較した結果、予め保持されている検出部8が検出した検出信号と異なると判定したとき、バネ2が劣化していると判定することができる。この検出方法によれば、異なる周波数の信号をバネ2に与えているので、バネ2の周波数特性の劣化を診断することができる。   As a result of the comparison by the determination unit 12, when it is determined that the detection signal is different from the detection signal detected by the detection unit 8 held in advance, it can be determined that the spring 2 has deteriorated. According to this detection method, since signals having different frequencies are given to the spring 2, it is possible to diagnose deterioration of the frequency characteristics of the spring 2.

或いは電源部11からホワイトノイズやピンクノイズ等の種々の周波数を含んだ信号や、ステップ波(単位階段波)をサーボアンプ7へ加えてもよい。そして、図3には図示しないが検出部8が検出した検出信号をFFT(高速フーリエ変換)解析により、共振周波数の確認、または初期状態の共振周波数のパワーと比較することで、バネ2の共振劣化を判定することができる。   Alternatively, a signal including various frequencies such as white noise and pink noise and a step wave (unit step wave) may be applied to the servo amplifier 7 from the power supply unit 11. Although not shown in FIG. 3, the detection signal detected by the detection unit 8 is confirmed by the FFT (Fast Fourier Transform) analysis to confirm the resonance frequency or to be compared with the power of the resonance frequency in the initial state, thereby resonating the spring 2. Degradation can be determined.

更には図1に示すような電磁力を用いて振子1を駆動して加速度を検出するサーボ型センサの場合、上述したように振子1の自由端部1bには、巻回したコイル4が取り付けており、この自由端部1bと所定の距離を隔てて磁石5が配設されている。この磁石5の劣化を検出すべく、該磁石5の近傍にこの磁石5から生じる磁力に比例して電気抵抗値が変化する磁気抵抗素子(ホール素子)を設けてもよい。この場合、サーボ型センサの記憶部等に磁気抵抗素子が検出した磁力をその抵抗値として予め保持しておく。そして、磁石5の健全性を判定する場合、磁気抵抗素子が検出した抵抗値と、予め記憶部に保持された磁気抵抗の値を比較し、所定の共用範囲内にあれば磁石5が健全であると判定することができる。   Further, in the case of a servo sensor that detects the acceleration by driving the pendulum 1 using electromagnetic force as shown in FIG. 1, the wound coil 4 is attached to the free end 1b of the pendulum 1 as described above. A magnet 5 is disposed at a predetermined distance from the free end 1b. In order to detect the deterioration of the magnet 5, a magnetoresistive element (Hall element) whose electrical resistance value changes in proportion to the magnetic force generated from the magnet 5 may be provided in the vicinity of the magnet 5. In this case, the magnetic force detected by the magnetoresistive element is held in advance as a resistance value in the storage unit of the servo sensor. When determining the soundness of the magnet 5, the resistance value detected by the magnetoresistive element is compared with the value of the magnetic resistance previously stored in the storage unit, and if the magnet 5 is within a predetermined common range, the magnet 5 is healthy. It can be determined that there is.

かくして、上述したように電源部11がオペアンプ7aに試験電圧を与えたときの振子1の変位量を変位量検出部6の変位として検出すると共に、予め判定部12に記憶された試験電圧と検出した変位量との関係を用いることで、サーボ型センサの良否を判定することができる。さらには、オペアンプ7a、コイル4の劣化、変位量検出部6の異常の診断の他、実際に振子1を変位させているので、振子1を係止しているバネ2、変位量検出部6の感度劣化、磁石5の劣化も検出することが可能である。
尚、上述したサーボ型センサは、加速度を検出するサーボ型センサについて説明したが、例えば変位、圧力等の物理量を検出するサーボ型センサにも適用することが可能である等、実用上極めて有効である。
Thus, as described above, the displacement amount of the pendulum 1 when the power supply unit 11 applies the test voltage to the operational amplifier 7a is detected as the displacement of the displacement amount detection unit 6, and the test voltage stored in the determination unit 12 in advance is detected. By using the relationship with the displacement amount, the quality of the servo type sensor can be determined. Furthermore, since the pendulum 1 is actually displaced in addition to the operational amplifier 7a, the deterioration of the coil 4, and the abnormality of the displacement amount detection unit 6, the spring 2 that locks the pendulum 1, the displacement amount detection unit 6 It is possible to detect the deterioration of sensitivity and the deterioration of the magnet 5.
The servo type sensor described above has been described with respect to a servo type sensor that detects acceleration. However, it can be applied to a servo type sensor that detects physical quantities such as displacement and pressure. is there.

1 振子
2 バネ
3 基板
4 コイル
5 磁石
6 変位量検出部
7 サーボアンプ
8 検出部
10 診断用コイル
11 電源部
12 判定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pendulum 2 Spring 3 Board | substrate 4 Coil 5 Magnet 6 Displacement amount detection part 7 Servo amplifier 8 Detection part 10 Diagnosis coil 11 Power supply part 12 Determination part

Claims (2)

所定の一軸方向に変位するように一端を係止した基端部とし、他端を可動自在な自由端部とした振子と、
前記振子に加わる外力の大きさを前記振子における所定の平衡点からの変位量として検出する変位量検出部と、
前記振子の前記自由端部に取り付けたコイルと、
前記振子の前記自由端部と所定の空隙を有して配設された磁石と、
前記変位量検出部が検出した変位量を受けて前記振子に加わる外力を打ち消す電流を前記コイルに流して前記平衡点に前記振子を位置付けるサーボアンプと、
前記コイルと接地極との間に介挿された抵抗器と、
前記抵抗器に生ずる電圧降下の値から前記振子に作用する加速度を検出する加速度検出部と、
前記変位量検出部が検出した変位量に代えて、予め設定された試験電圧を前記サーボアンプに与えるスイッチ回路と、
予め設定された試験電圧が前記サーボアンプに与えられている状態で、予め設定された基準値と前記抵抗器に生ずる電圧降下の値とを対比して前記抵抗器の異常の有無を判定する判定部と、を備えるサーボ型センサ。
A pendulum with one end locked to displace in a predetermined uniaxial direction and the other end movable freely; and
A displacement amount detection unit for detecting the magnitude of an external force applied to the pendulum as a displacement amount from a predetermined equilibrium point in the pendulum;
A coil attached to the free end of the pendulum;
A magnet disposed with a predetermined gap from the free end of the pendulum;
A servo amplifier that receives the amount of displacement detected by the displacement amount detector and applies a current to the coil to cancel the external force applied to the pendulum and positions the pendulum at the equilibrium point;
A resistor interposed between the coil and the ground electrode;
An acceleration detecting unit for detecting an acceleration acting on the pendulum from a value of a voltage drop generated in the resistor;
Instead of the displacement detected by the displacement detector, a switch circuit that applies a preset test voltage to the servo amplifier;
Judgment of judging whether the resistor is abnormal by comparing a preset reference value with a voltage drop value generated in the resistor in a state where a preset test voltage is applied to the servo amplifier. A servo-type sensor.
所定の筐体に外縁を固定して対向させた一対の固定電極と、
前記一対の固定電極に挟まれて前記筐体に外縁を固定した可動電極と、
前記可動電極の所定位置に固定され、外力を受けて前記可動電極に撓みを与える重りと、
前記重りに受けた外力を前記固定電極と前記可動電極とで形成されるコンデンサにおける静電容量の変化量として検出する静電容量検出部と、
前記静電容量検出部が検出した静電容量の変化量を受けて前記固定電極と前記可動電極との間に静電力を作用させて所定の平衡点に前記可動電極を位置付ける電極駆動部と、
前記コンデンサに並列に接続される抵抗器と、
前記抵抗器に生ずる電圧降下の値から前記可動電極に作用する加速度を検出する加速度検出部と、
前記静電容量検出部が検出した静電容量の変化量に代えて、予め設定された試験電圧を前記電極駆動部に与えるスイッチ回路と、
予め設定された試験電圧が前記電極駆動部に与えられている状態で、予め設定された基準値と前記抵抗器に生ずる電圧降下の値とを対比して前記抵抗器の異常の有無を判定する判定部と、を備えるサーボ型センサ。
A pair of fixed electrodes that are opposed to each other with their outer edges fixed to a predetermined housing;
A movable electrode sandwiched between the pair of fixed electrodes and having an outer edge fixed to the housing;
A weight that is fixed at a predetermined position of the movable electrode and receives an external force to bend the movable electrode;
A capacitance detecting unit that detects an external force received by the weight as a change in capacitance in a capacitor formed by the fixed electrode and the movable electrode;
An electrode driving unit that receives an amount of change in capacitance detected by the capacitance detection unit and applies an electrostatic force between the fixed electrode and the movable electrode to position the movable electrode at a predetermined equilibrium point;
A resistor connected in parallel to the capacitor;
An acceleration detector for detecting an acceleration acting on the movable electrode from a value of a voltage drop generated in the resistor;
Instead of the amount of change in capacitance detected by the capacitance detection unit, a switch circuit that applies a preset test voltage to the electrode driving unit,
In a state where a preset test voltage is applied to the electrode driving unit, the presence / absence of abnormality of the resistor is determined by comparing a preset reference value with a voltage drop value generated in the resistor. A servo type sensor comprising: a determination unit;
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