JP7104946B2 - Vibration sensor, vibration sensor unit, and detection axis configuration change method - Google Patents
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本発明は振動センサ、振動センサユニット、および検出軸構成変更方法に係り、特に、振動センサの検出軸変更方式に関するものである。 The present invention relates to a vibration sensor, a vibration sensor unit, and a detection axis configuration changing method, and more particularly to a method for changing the detection axis of a vibration sensor.
振動センサは、走行時の鉄道車両等の振動や、振動の加速度を検出するセンサである。たとえば、衝突事故等による異常な振動を迅速に検知することで、即時に動力系に対する制動やエアバッグ作動を行なうことができる。たとえば後掲特許文献1開示の半導体加速度センサは、シリコン基板にくびれを有する重り部を形成してその上に検出配線を形成し、基板上方には検出配線と離隔させてマグネットを配設し、検出配線周囲にマグネットによる永久磁界を形成する構成である。外部振動による永久磁界―検出配線の抵抗値―電流の変化に基づき、振動加速度を計測するものである。 A vibration sensor is a sensor that detects vibration of a railway vehicle or the like during running and acceleration of the vibration. For example, by quickly detecting abnormal vibrations due to a collision accident or the like, it is possible to immediately brake the power system or activate an airbag. For example, the semiconductor acceleration sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-200001 has a silicon substrate formed with a constricted weight portion, a detection wiring formed thereon, and a magnet disposed above the substrate separated from the detection wiring, It is a configuration in which a permanent magnetic field is formed by a magnet around the detection wiring. Vibration acceleration is measured based on changes in the permanent magnetic field caused by external vibration, the resistance value of the detection wiring, and the current.
また、特許文献2には、T字状のヨークの中柱に検出コイルを巻回し、ヨーク両端に棒状マグネットを立設し、中柱および2本のマグネットの上方にダイアフラムを張り渡してそれに磁性体製の重り板を貼付した構造の加速度センサが開示されている。かかる構成により、外部振動に伴って重り板が上下に振動すると、重り板周辺の磁束が変化して検出コイルに周期的な電圧が誘起され、この起電力に基づいて外部振動の振動加速度を計測可能であるとしている。
Further, in
さて、振動センサにおいては、検出したい振動の方向(軸)が重要な場合がある。たとえば鉄道車両の走行中における、進行方向上の振動を検出したい場合、横(進行方向と直交方向)方向上の振動を検出したい場合、その両者を検出したい場合、などである。だが、従来の振動センサでは、検出軸を変更するためには、振動センサの種類を変更する必要があった。 Now, in a vibration sensor, the direction (axis) of vibration to be detected may be important. For example, when it is desired to detect vibration in the traveling direction of a railroad vehicle, to detect vibration in the lateral direction (perpendicular to the traveling direction), or to detect both. However, with conventional vibration sensors, it was necessary to change the type of vibration sensor in order to change the detection axis.
図6は、従来の振動センサの構造を示す側断面図である。また、図7は図6の振動センサを用いた振動センサユニットの構成例を示す説明図である。図7には、振動センサ62等と増幅回路66等からなる振動センサユニット610等を、3タイプ示した。図6に示すように従来の振動センサ62は、支持体64中に圧電素子63が設けられることで構成されている。圧電素子63は振動センサ62内において傾斜0°で設けられているため、水平方向の加速度を検出するが、垂直方向の加速度は検出できない。つまり、水平方向にのみ感度を持つため、可能な出力は水平加速度出力のみである。
FIG. 6 is a side sectional view showing the structure of a conventional vibration sensor. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a configuration example of a vibration sensor unit using the vibration sensor of FIG. FIG. 7 shows three types of
したがって、従来の振動センサユニット610等において、垂直加速度や、これと水平加速度の両方を検出したい場合、すなわち検出軸を変更する場合には、振動センサの種類の変更や、実装パターンの変更、また回路定数の変更が必要となる。製品構成によっては検出軸変更対応が不可能か、または相当高額になる場合もある。
Therefore, in the conventional
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、振動センサの種類・実装パターン・回路定数を変更することなく、検出軸を変更・選択することの可能な、振動センサおよび振動センサユニットを提供することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to eliminate the problems of the prior art, and to provide a vibration sensor capable of changing and selecting the detection axis without changing the type, mounting pattern, and circuit constants of the vibration sensor. and to provide a vibration sensor unit.
本願発明者は上記課題について検討した結果、単一仕様の振動センサを二個用いて、その配置の方向と結線の組合せにより、検出軸を容易に選択可能とする構成が得られることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。 As a result of studying the above problem, the inventors of the present application found that it is possible to obtain a configuration in which two vibration sensors of a single specification are used, and the detection axis can be easily selected by combining the direction of arrangement and connection. Based on this, the present invention has been completed. That is, the inventions claimed in the present application, or at least the inventions disclosed as means for solving the above problems, are as follows.
〔1〕 単一仕様の振動センサ二個が結線されてなる振動センサユニットであって、該振動センサは水平方向および垂直方向に感度を有するよう圧電素子が該振動センサ内で傾斜を有して形成されており、該二の振動センサの配置方向と該二の振動センサ間の結線関係の組合せの変更によって、回路定数変更を要することなく、垂直軸検出、水平軸検出、または垂直+水平軸検出のいずれのパターンも可能であることを特徴とする、振動センサユニット。
〔2〕 前記傾斜が40°以上50°以下であることを特徴とする、〔1〕に記載の振動センサユニット。
〔3〕 結線された増幅回路を備えることを特徴とする、〔1〕、〔2〕のいずれかに記載の振動センサユニット。
[1] A vibration sensor unit formed by connecting two single-specification vibration sensors, wherein the piezoelectric element has an inclination within the vibration sensor so that the vibration sensor has sensitivity in the horizontal and vertical directions. By changing the combination of the arrangement direction of the two vibration sensors and the connection relationship between the two vibration sensors, vertical axis detection, horizontal axis detection, or vertical + horizontal axis detection can be performed without changing circuit constants. A vibration sensor unit characterized in that any pattern of detection is possible .
[ 2 ] The vibration sensor unit according to [1] , wherein the inclination is 40° or more and 50° or less.
[ 3 ] The vibration sensor unit according to any one of [1] and [2], characterized by comprising a wired amplifier circuit.
〔4〕 鉄道車輌の状態監視用であることを特徴とする、〔1〕、〔2〕、〔3〕のいずれかに記載の振動センサユニット。
〔5〕 〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕のいずれかに記載の振動センサユニットを構成するための振動センサであって、内部の圧電素子が該振動センサ内で傾斜を有して形成されていることを特徴とする、振動センサ。
〔6〕 〔1〕、〔2〕、〔3〕、〔4〕のいずれかに記載の振動センサユニットにおいて、前記二の振動センサの配置方向と該二の振動センサ間の結線関係の組合せを変更することによって、回路定数変更を要することなく、垂直軸検出、水平軸検出、または垂直+水平軸検出のいずれのパターンも可能であることを特徴とする、振動センサユニットにおける検出軸構成変更方法。
[4] The vibration sensor unit according to any one of [1], [2], and [3], which is used for monitoring the condition of railway vehicles.
[ 5 ] A vibration sensor for constituting the vibration sensor unit according to any one of [1], [2], [3], and [4] , wherein the internal piezoelectric element tilts within the vibration sensor. A vibration sensor, characterized in that it comprises:
[ 6 ] In the vibration sensor unit according to any one of [1], [2], [3], and [4] , the combination of the arrangement direction of the two vibration sensors and the connection relationship between the two vibration sensors is A method for changing the configuration of a detection axis in a vibration sensor unit, characterized in that any pattern of vertical axis detection, horizontal axis detection, or vertical + horizontal axis detection is possible without changing circuit constants. .
本発明の振動センサ、振動センサユニット、および検出軸構成変更方法は上述のように構成されるため、これらによれば、振動センサの種類・実装パターン・回路定数を変更することなく、より簡単に、検出軸を変更・選択することができる。本発明振動センサユニット等は、特に鉄道車輌の状態監視用として有用である。
Since the vibration sensor, the vibration sensor unit, and the detection axis configuration changing method of the present invention are configured as described above, according to these, the vibration sensor type, mounting pattern, and circuit constants can be changed more easily. , the detection axis can be changed and selected. The vibration sensor unit and the like of the present invention are particularly useful for monitoring the condition of railway vehicles .
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図1は、本発明に係る振動センサの構造を示す側断面図である。また、図2は図1の振動センサを用いた振動センサユニットの構成例を示す説明図である。図2には、振動センサと増幅回路からなる振動センサユニットを、3タイプ示した。これらに図示するように本発明の振動センサユニット5は、単一仕様の振動センサ2が二個結線されてなり、振動センサ2は水平方向および垂直方向に感度を有するように構成されていることを、主たる構成とする。なお振動センサ2は、支持体4中に圧電素子3が設けられることで構成されている。また、水平方向および垂直方向に感度を有するような構成は、具体的には、振動センサ2の圧電素子3が振動センサ2内で傾斜を有して形成されている構成である。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of a vibration sensor according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a structural example of a vibration sensor unit using the vibration sensor of FIG. FIG. 2 shows three types of vibration sensor units each composed of a vibration sensor and an amplifier circuit. As shown in these drawings, the vibration sensor unit 5 of the present invention is composed of two single-
かかる構成により本発明に係る振動センサ2では、水平方向と垂直方向に感度を持ち、加速度出力はそれらの合成和として出力される。つまり;
出力=垂直加速度出力+水平加速度出力
である。そして、本発明振動センサユニット5は、かかる構成の二つの振動センサ2を用いて、その配置方向と結線の組合わせを変更することにより、検出軸の選択を可能とする。全く同一仕様の振動センサ2を用いて、垂直軸検出、水平軸検出、垂直+水平軸検出 のいずれのパターンも構成することができる。具体例は、図3により追って説明する。
With such a configuration, the
Output = vertical acceleration output + horizontal acceleration output. The vibration sensor unit 5 of the present invention uses the two
振動センサ2における圧電素子3の傾斜角度は、水平方向および垂直方向に十分な感度を有する限り任意であるが、好適には、40°以上50°以下、または図示するように45°とすることができる。なお本発明では、二の振動センサ2等が結線されてなる形態の振動センサユニットを振動センサユニット5等、結線された増幅回路6等を備える形態の振動センサユニットを振動センサユニット10等とする。
The tilt angle of the
上述の通り本発明振動センサユニットは、二の振動センサの配置方向、または二の振動センサ間の結線関係の少なくともいずれかの変更によって、回路定数変更を要することなく検出軸を変更可能であるが、図3は、本発明振動センサユニットにおける検出軸構成例を示す説明図である。図(表)では、振動センサの配置/結線方法による検出軸の相違、それぞれにおいて、Z、Y、X方向に加振した際の感度の有無を、まとめて示した。 As described above, in the vibration sensor unit of the present invention, the detection axis can be changed without changing the circuit constant by changing at least one of the arrangement direction of the two vibration sensors or the connection relationship between the two vibration sensors. 3A and 3B are explanatory diagrams showing an example of a configuration of detection axes in the vibration sensor unit of the present invention. The figure (table) summarizes the presence or absence of sensitivity when vibrating in the Z, Y, and X directions in each of the differences in the detection axis due to the arrangement/connection method of the vibration sensor.
所望の検出軸タイプを得るためには、本図に示したように、二個の振動センサの配置の向きと結線関係を変更すればよい。以下、それぞれについて説明する。
〈1〉振動センサを一個のみ(単品で)用いた場合
検出軸はZ/Y軸である。つまり、Z軸加振、Y軸加振いずれに対しても感度を有する。なおX軸加振に対しては感度を有しない。
〈2〉振動センサを二個用い、配置を逆相とし、結線方法は双方の+同士、-同士を結線する「クロス」とする。
検出軸はZ軸である。つまり、Z軸加振に対しては感度を有し、Y軸加振に対しては感度を有しない。なおX軸加振に対しては感度を有しない。
In order to obtain the desired detection axis type, it is only necessary to change the orientation of the two vibration sensors and the connection relationship, as shown in this figure. Each of these will be described below.
<1> When using only one vibration sensor (individually) The detection axis is the Z/Y axis. That is, it has sensitivity to both Z-axis excitation and Y-axis excitation. It has no sensitivity to X-axis excitation.
<2> Two vibration sensors are used, arranged in reversed phase, and the wiring method is "cross" in which both + and - are connected.
The detection axis is the Z-axis. That is, it has sensitivity to Z-axis excitation, but does not have sensitivity to Y-axis excitation. It has no sensitivity to X-axis excitation.
〈3〉振動センサを二個用い、配置を逆相とし、結線方法は双方の+と-を結線する「平行」とする。
検出軸はY軸である。つまり、Y軸加振に対しては感度を有し、Z軸加振に対しては感度を有しない。なおX軸加振に対しては感度を有しない。
〈4〉振動センサを二個用い、配置を同相とし、結線方法は「平行」とする。
検出軸はZ/Y軸である。つまり、Z軸加振、Y軸加振いずれに対しても感度を有する。なおX軸加振に対しては感度を有しない。
<3> Two vibration sensors are used, arranged in opposite phase, and connected in parallel by connecting + and - of both.
The detection axis is the Y-axis. In other words, it has sensitivity to Y-axis excitation, but does not have sensitivity to Z-axis excitation. It has no sensitivity to X-axis excitation.
<4> Two vibration sensors are used, arranged in the same phase, and connected in parallel.
The detection axis is the Z/Y axis. That is, it has sensitivity to both Z-axis excitation and Y-axis excitation. It has no sensitivity to X-axis excitation.
〈5〉振動センサを二個用い、配置を同相とし、結線方法は「クロス」とする。
検出軸はない(非検出)。つまり、Z軸加振、Y軸加振いずれに対しても感度を有しない。なおX軸加振に対しても感度を有しない。
<5> Two vibration sensors are used, arranged in the same phase, and connected in a "cross" manner.
There is no detection axis (non-detection). That is, it has no sensitivity to either Z-axis excitation or Y-axis excitation. In addition, it has no sensitivity to X-axis excitation.
図4は、図3中のZ軸検出型の振動センサユニット(〈2〉)における加振方向を示す説明図である。(a)は側面図、(b)は平面図である。
図5は、同Z軸検出型の振動センサユニットにおける各軸の感度を示すグラフである。図からも、主軸であるZ軸に良好な感度が認められる一方、他軸であるY軸とX軸では感度がほとんど認められず、適正にZ軸検出型となっていることが確認できる。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the direction of excitation in the Z-axis detection type vibration sensor unit (<2>) in FIG. (a) is a side view, and (b) is a plan view.
FIG. 5 is a graph showing the sensitivity of each axis in the same Z-axis detection type vibration sensor unit. From the figure, it can be confirmed that the Z-axis, which is the main axis, has good sensitivity, while the other axes, the Y-axis and the X-axis, have almost no sensitivity.
以上説明した振動センサユニットを構成可能な、内部の圧電素子が傾斜を有して形成されている振動センサ自体も、本発明の範囲内である。また、振動センサユニットにおいて、二の振動センサの配置方向、または二の振動センサ間の結線関係の少なくともいずれかを変更することによって、回路定数変更を要することなく検出軸を変更する、振動センサユニットの検出軸構成変更方法もまた、本発明の範囲内である。 The vibration sensor itself in which the piezoelectric element inside is formed with an inclination, which can constitute the vibration sensor unit described above, is also within the scope of the present invention. Further, in the vibration sensor unit, by changing at least one of the arrangement direction of the two vibration sensors or the connection relationship between the two vibration sensors, the detection axis can be changed without changing the circuit constant. is also within the scope of the present invention.
本発明の振動センサ、振動センサユニット、および検出軸構成変更方法によれば、振動センサの種類・実装パターン・回路定数を変更することなく、より簡単に、検出軸を変更・選択することができる。したがって、軸温振動センサを始め、振動センサ製造分野、鉄道車輌の状態監視等の振動センサ利用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。 According to the vibration sensor, the vibration sensor unit, and the detection axis configuration changing method of the present invention, the detection axis can be changed and selected more easily without changing the type, mounting pattern, or circuit constant of the vibration sensor. . Therefore, the invention has high industrial applicability in the field of manufacturing vibration sensors, the field of vibration sensor application such as condition monitoring of railway vehicles, and all related fields, including shaft temperature vibration sensors.
2、2b、2c…振動センサ
3…圧電素子
4…支持体
5、5b、5c…振動センサユニット
6、6b、6c…増幅回路
10、10b、10c、310…振動センサユニット(増幅回路を含む)
62、62b、62c…振動センサ
63…圧電素子
64…支持体
66、66b、66c…増幅回路
610、610b、610c…振動センサユニット
2, 2b,
62, 62b,
Claims (6)
該二の振動センサの配置方向と該二の振動センサ間の結線関係の組合せの変更によって、回路定数変更を要することなく、垂直軸検出、水平軸検出、または垂直+水平軸検出のいずれのパターンも可能であることを特徴とする、振動センサユニット。 A vibration sensor unit comprising two single-specification vibration sensors connected together, wherein a piezoelectric element is formed with an inclination within the vibration sensor so that the vibration sensor has sensitivity in the horizontal and vertical directions. cage,
Any pattern of vertical axis detection, horizontal axis detection, or vertical + horizontal axis detection can be achieved without changing the circuit constant by changing the combination of the arrangement direction of the two vibration sensors and the connection relationship between the two vibration sensors. A vibration sensor unit characterized in that it is also possible to
5. In the vibration sensor unit according to claim 1 , the circuit constant can be changed by changing the combination of the arrangement direction of the two vibration sensors and the connection relationship between the two vibration sensors. A detection axis configuration change method in a vibration sensor unit, characterized in that any pattern of vertical axis detection, horizontal axis detection, or vertical + horizontal axis detection is possible without requiring.
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