JPH0235319A - Electret capacitor type vibration sensor - Google Patents
Electret capacitor type vibration sensorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、金属その他の物体等の振動を電気信号に変換
する振動センサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a vibration sensor that converts vibrations of metal or other objects into electrical signals.
(従来の技術) 従来、この種の振動センサについては電磁型。(Conventional technology) Conventionally, this type of vibration sensor has been of electromagnetic type.
圧電型等の方式が採用され、商品化されている。Methods such as piezoelectric type have been adopted and commercialized.
ここでは、電磁型を例にとり説明する。Here, the electromagnetic type will be explained as an example.
第7図は、従来の電磁型振動センサの構成例を示してい
る。同図において、11はマグネット、12はポール、
13はヨーク、14はコイル、]5は磁性振動体である
。このセンサの磁路は、磁性振動体15を通り破線の如
くとなっており、今、この振動体15が振動したとする
と、ポール12を通る磁束が変化し、コイル14に起電
力が発生することになる。FIG. 7 shows an example of the configuration of a conventional electromagnetic vibration sensor. In the same figure, 11 is a magnet, 12 is a pole,
13 is a yoke, 14 is a coil, and ]5 is a magnetic vibrator. The magnetic path of this sensor passes through the magnetic vibrating body 15 as shown by a broken line, and if this vibrating body 15 now vibrates, the magnetic flux passing through the pole 12 changes and an electromotive force is generated in the coil 14. It turns out.
このように、上記従来の電磁型振動センサでも振動体の
変化を電気的に変換することができる。In this way, the conventional electromagnetic vibration sensor described above can also electrically convert changes in the vibrating body.
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、上記第7図に示す従来の電磁型振動セン
サの構成が実際は複雑であり、例えば所定の感度を得る
には細線による特殊なコイル等も必要となるので、低コ
ス1−化が難しく、かつコイルの断線等も考えられ、信
頼性に難点があった。(Problem to be Solved by the Invention) However, the configuration of the conventional electromagnetic vibration sensor shown in FIG. However, it was difficult to reduce the cost, and there was a possibility of coil breakage, which led to problems with reliability.
また、磁界を利用しているため、逆起電力、渦電流等の
影響を受けやすいので、振動体の変化を忠実に電気信号
に変換しにくいという問題があった。Furthermore, since it uses a magnetic field, it is easily affected by back electromotive force, eddy current, etc., so there is a problem in that it is difficult to faithfully convert changes in the vibrating body into electrical signals.
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり
、低コストで高い信頼性を有し、かつ歪等の少ない電気
信号を取出せる振動センサを提供することを目的とする
ものである。The present invention solves these conventional problems, and aims to provide a vibration sensor that is low cost, has high reliability, and can extract electrical signals with little distortion. .
(課題を解決するための手段)
本発明は」−記1」的を達成するために、天面に孔を有
する筒状金属ケース内に、絶縁体により保持された金属
固定電極を有し、この金属固定電極の天面の孔側に対向
する面に高分子フィルムを熱融着等により固定して金属
固定電極をエレクlヘレソト化し、電界効果1〜ランジ
スタ(F E T)の出力端子を前記金属固定電極に接
続し、その出力端子をプリンI・基板を介して取出すよ
う構成したことを特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) In order to achieve the object "-1", the present invention has a metal fixed electrode held by an insulator in a cylindrical metal case having a hole in the top surface, A polymer film is fixed to the surface of the top surface of the metal fixed electrode facing the hole side by heat fusion, etc., and the metal fixed electrode is made into an electric wire. The device is characterized in that it is connected to the metal fixed electrode and its output terminal is taken out via the printed circuit board.
(作 用)
本発明は、上記のような構成により、次のような作用を
有する。すなわち、金属振動体等と本発明の振動センサ
を構成する金属固定電極の間にコンデンサを形成し、前
記金属振動体等の変化を容量変化とし、内蔵FETによ
り電気信号として取出すことができる。(Function) The present invention has the following effects due to the above configuration. That is, a capacitor is formed between a metal vibrating body or the like and a fixed metal electrode constituting the vibration sensor of the present invention, and a change in the metal vibrating body or the like is treated as a capacitance change, which can be extracted as an electrical signal by a built-in FET.
(実施例)
第1図は、本発明の一実施例の構成を示す断面図である
。第1図において、]は筒状金属ケースで、その天面1
aに孔]、 l)を有する。2は金属固定電極で、天面
1aの孔Tb側に高分子フィルム2aを熱融着または接
着等により貼り付は固定しである。3は絶縁体で、前記
金属固定電極2を筒状金属ケース1と絶縁保持する。4
は電界効果1〜ランジスタ(F E T)で、その入力
端子4aが金属固定電極2と接触、スボッ1〜溶接等に
より接続され、かつ出力端子4bがプリンI・基板5に
ハンダ付58等により接続されたインピーダンス変換に
用いられる。そして、これらの内部部品は筒状金属ケー
ス1の端部をカシメ]−c等により固定されている。(Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of an embodiment of the present invention. In Figure 1, ] is a cylindrical metal case, and its top surface 1
hole a], l). Reference numeral 2 denotes a metal fixed electrode, and a polymer film 2a is fixedly attached to the hole Tb side of the top surface 1a by heat fusion or adhesive. 3 is an insulator that maintains the metal fixed electrode 2 insulated from the cylindrical metal case 1. 4
is a field effect transistor (FET) whose input terminal 4a is in contact with the fixed metal electrode 2 and is connected to the socket 1 by welding or the like, and its output terminal 4b is connected to the printed circuit board 5 by soldering 58 or the like. Used for connected impedance transformation. These internal parts are fixed by caulking the ends of the cylindrical metal case 1 or the like.
」−記構成において、高分子フィルム2aはエレク1〜
レッ1〜化されている。従って、この高分子フィルムの
材料としては、FEPフィルム等が適する。プリント基
板5はFET4の出力取出し用てあり、別にプリント基
板である必要はなく、FET4の出力端子4bをそのま
ま取出す方法、または金属端子板等を介して取出す等の
方法も考えられる。”- In the structure described above, the polymer film 2a is
It has been rated 1~. Therefore, FEP film or the like is suitable as the material for this polymer film. The printed circuit board 5 is used to take out the output of the FET 4, and does not need to be a special printed circuit board.It is also possible to take out the output terminal 4b of the FET 4 as it is, or to take it out through a metal terminal plate or the like.
第2図は、第1図の電気的等価回路図であり、本発明に
よるセンサ部(A)に−例としての出力取出し回路(B
)も含まれている。同図において、Rは負荷抵抗、C0
はカップリングコンデンサを示している。本実施例では
ソース接地方式の二線式であるが、ソースフォロワ方式
の三線式も考えられる。金属固定電極2の表面には、エ
レク1−レットによりeイオンを有している。FIG. 2 is an electrical equivalent circuit diagram of FIG.
) is also included. In the same figure, R is load resistance, C0
indicates a coupling capacitor. In this embodiment, a two-wire system with a source grounding system is used, but a three-wire system with a source follower system is also conceivable. The surface of the metal fixed electrode 2 has e ions due to electron 1-lets.
第3図は、上記実施例を金属振動体に近づけ、実際に使
用する場合の電気的等価回路図である。FIG. 3 is an electrical equivalent circuit diagram when the above embodiment is brought close to a metal vibrating body and is actually used.
同図において、7は金属振動体であり、この金属振動体
7とセンサのアースを接続するり−ド6を有する。Co
は金属振動体7と金属固定電極2間に形成されるコンデ
ンサを示す。In the figure, 7 is a metal vibrating body, and has a lead 6 for connecting this metal vibrating body 7 and the ground of the sensor. Co
indicates a capacitor formed between the metal vibrating body 7 and the metal fixed electrode 2.
次に、上記実施例の動作について説明する。上記実施例
において、金属振動体7が振動することにより、コンデ
ンサC6は振動変化分だけ容量変化ΔC生じる。従って
、コンデンサの容量はc、′=co±ΔCとなる。従っ
て、V=Q/Cより(Qはエレク1−レットの電荷)、
電圧変化なる。この電圧変化は、FET4によりインピ
ーダンス変換され、電気信号として出力端子4bへ取出
される。Next, the operation of the above embodiment will be explained. In the above embodiment, when the metal vibrating body 7 vibrates, the capacitance of the capacitor C6 changes ΔC by the amount of the vibration change. Therefore, the capacitance of the capacitor is c,'=co±ΔC. Therefore, from V=Q/C (Q is the electric charge of 1-let),
Voltage changes. This voltage change is impedance-converted by the FET 4 and taken out as an electrical signal to the output terminal 4b.
る(k:比例係数、S:金属固定電極2と金属振動体7
の呈する等価的有効面積2g:金属固定電極2と金属振
動体7の等価的ギャップ Eo:エレクI〜レッ1〜の
表面電位)。なお、感度K。は浮遊容量C8,FET4
の利得Gv等にも左右される。(k: proportionality coefficient, S: metal fixed electrode 2 and metal vibrating body 7
Equivalent effective area 2g exhibited by: Equivalent gap between metal fixed electrode 2 and metal vibrating body 7 Eo: Surface potential of Elec I~Ret 1~). In addition, the sensitivity K. is stray capacitance C8, FET4
It also depends on the gain Gv, etc.
このように、」二記実施例によれば、金属振動体7の振
動を金属固定電極2との間の容量変化とし、この容量変
化をエレク1−レッ1〜の電荷(表面電位)を利用し、
電気信号として取出すことができる。In this way, according to the second embodiment, the vibration of the metal vibrating body 7 is caused by a capacitance change between the metal fixed electrode 2 and the capacitance change, and this capacitance change is made use of the electric charge (surface potential) of the electric electrode 1. death,
It can be extracted as an electrical signal.
上記第1図に示す実施例では、金属ケース]の孔]bを
有するためシールドが完全ではない。従って、誘導ノイ
ズ(ハム等)の影響を受けやすいが、金属振動体7が孔
1bに近づくことによりシールド効果が現われ、問題の
ないレベルとすることができる。また、電気回路による
フィルタでの除去方法も考えられる。即ち、二つのセン
サを並列接続し、その一方を振動検知用、他方を誘導ノ
イズキャンセル用とするよう構成してもよい。金属振動
体7としては、別に金属でなくともある程度の導電性を
有する物体、例えば皮膚等でもよいことが実験の結果確
認している。In the embodiment shown in FIG. 1, the shield is not complete because it has the hole [b] in the metal case. Therefore, although it is susceptible to the influence of induced noise (hum, etc.), a shielding effect appears as the metal vibrating body 7 approaches the hole 1b, so that it can be brought to a level that does not cause any problems. A removal method using a filter using an electric circuit may also be considered. That is, two sensors may be connected in parallel, one for vibration detection and the other for inductive noise cancellation. As a result of experiments, it has been confirmed that the metal vibrating body 7 does not have to be a metal, but may also be an object having a certain degree of conductivity, such as skin.
第4図は、本発明の他の実施例を示す部分断面図である
。これは、高分子フィルム2a、J二のエレク1ヘレッ
1−が水分、ゴミ等の付着により劣化する恐れがあるた
め、金属ケース]−の外面に防滴用等の薄膜保護フィル
ム8を貼り付は構成したものである。このフィルム8は
、導電性となるとエレクトレッ1へコンデンサマイクロ
ホンとして動作するので、絶縁性の高いフィルムが望ま
しい。また、金属振動体7と金属固定電極2の間に有効
でない容量が付加されるので、センサの感度劣化となる
。FIG. 4 is a partial sectional view showing another embodiment of the present invention. This is because the polymer film 2a and J2 Elec 1 Helle 1- may deteriorate due to adhesion of moisture, dust, etc., so a thin protective film 8 for drip-proofing etc. is pasted on the outer surface of the metal case. is constructed. When this film 8 becomes conductive, it operates as a condenser microphone for the electret 1, so a film with high insulating properties is desirable. Further, since an ineffective capacitance is added between the metal vibrating body 7 and the metal fixed electrode 2, the sensitivity of the sensor deteriorates.
従って、フィルムの材質、板厚を適切なものに選定する
ことが望ましい。Therefore, it is desirable to appropriately select the material and thickness of the film.
第5図(a)、(b)は、本発明の他の実施例を示す部
分断面図であり、第4図と同様の目的で、金属ケース」
−の内面に薄膜保護フィルム8aを配設した場合である
。このフィルム8aば、同図(c)の如く予めリング9
にある程度のテンションを与え貼り付は固定しておくと
、組立が容易となる。FIGS. 5(a) and 5(b) are partial cross-sectional views showing other embodiments of the present invention.
This is a case where a thin protective film 8a is provided on the inner surface of -. This film 8a has a ring 9 attached to it in advance as shown in FIG.
Assembling will be easier if you apply a certain amount of tension to the adhesive and keep it firmly attached.
(a)図と(b)図は、フィルム8aを固定したリング
9の挿入向きが逆に配置された場合であり、(b)図の
場合、高分子フィルム2aに保護フィルム8aが当だな
らないようスペーサ10を配設している。第5図の場合
、リング9.スペーサ〕0が金属の場合、浮遊容量C8
の増加によりセンサの感度劣化の恐れがあるので、絶縁
体が望ましい。また、第4図、第5図のような構成の場
合、内部の気室が密閉となるので、外気とのニアリーク
孔を設けることが望ましい。Figures (a) and (b) show the cases where the insertion direction of the ring 9 that fixed the film 8a is reversed, and in the case of figure (b), the protective film 8a is not attached to the polymer film 2a. A spacer 10 is provided so as to In the case of FIG. 5, ring 9. Spacer] If 0 is metal, stray capacitance C8
An insulator is preferable since there is a risk of sensor sensitivity deterioration due to an increase in . Furthermore, in the case of the configurations shown in FIGS. 4 and 5, since the internal air chamber is sealed, it is desirable to provide a near leak hole with the outside air.
第6図(a)〜(d)は、本発明の振動センサ(A)の
応用例を示す。(a)図は、ギター、ベース等の金属弦
7aを用いた楽器用としての応用例である。FIGS. 6(a) to 6(d) show application examples of the vibration sensor (A) of the present invention. The figure (a) shows an example of application to musical instruments such as guitars and basses using metal strings 7a.
4b−1はセンサ(A)の出力コーIく、6aは弦7a
とセンサのアース接続用の金属体である。弦7aは7a
−1,7a−2の如く振動するので、この容量変化を電
気信号として取出すことができる。4b-1 is the output cord of the sensor (A), and 6a is the string 7a.
and a metal body for the sensor's ground connection. String 7a is 7a
-1, 7a-2, this capacitance change can be extracted as an electrical signal.
(b)図は、金属回転体7bの回転検知用の応用例であ
る。センサ(A)と回転体7bはアース6b−1゜6b
−2で接続され、回転体7bにはその周縁7b−1の一
部に7b−2の如く凹部が形成されているので、センサ
(A)の位置を通過することにより、7a−1〜7b−
2〜7b−]の凹凸変化によって、容量変化を生ずるこ
とにより信号を取出せる。The figure (b) shows an application example for detecting the rotation of the metal rotating body 7b. Sensor (A) and rotating body 7b are grounded 6b-1°6b
-2, and the rotating body 7b has a recessed portion 7b-2 formed in a part of its peripheral edge 7b-1, so that by passing the position of the sensor (A), −
2 to 7b-], a signal can be extracted by causing a capacitance change due to the unevenness change.
(c)図は、太鼓への応用例である。太鼓の振動膜7c
には、金属蒸着等により薄膜金属7cm]を有しており
、センサ(A)のアースとり一部6cにより接続されて
いる。この場合も、振動膜7cの振動により容量変化を
生ずる。The figure (c) is an example of application to a drum. Drum vibration membrane 7c
The sensor (A) has a 7 cm thin film of metal formed by metal vapor deposition or the like, and is connected to the grounding portion 6c of the sensor (A). In this case as well, a capacitance change occurs due to the vibration of the vibrating membrane 7c.
(d)図は、皮膚7dにセンサ(A)を密着した場合で
あり、この場合、皮膚7dはある程度の導電性を有する
ため、接触子6dによりセンサ(A)とアース接続され
、皮膚7dの振動が容量変化となる。応用例としては、
咽喉マイクロホン、心音検知、血圧計等への応用が考え
られる。The figure (d) shows the case where the sensor (A) is in close contact with the skin 7d. In this case, since the skin 7d has a certain degree of conductivity, it is grounded to the sensor (A) by the contact 6d, and the skin 7d is connected to the ground. Vibration causes capacitance change. As an application example,
Possible applications include throat microphones, heart sound detection, and blood pressure monitors.
以」二のような各種の応用例が考えられるが、他にも種
々考えられる。特に本発明のセンサの場合、空気振動を
介さず直接振動体(′tX)の変化を容量変化として得
ているので、拡声が必要な場合等においてハウリングし
にくいという利点も有する。従って、MFBスピーカ用
のセンサ、ハウリング防止装置のセンサへの応用等も考
えられる。Various application examples are conceivable as shown in the following, but there are also various other examples. In particular, in the case of the sensor of the present invention, since the change in the vibrating body ('tX) is obtained directly as a capacitance change without using air vibration, it also has the advantage of being less prone to howling when amplification is required. Therefore, application to sensors for MFB speakers, sensors for howling prevention devices, etc. is also conceivable.
(発明の効果)
以」−説明したように、本発明は、天面に孔を有する筒
状金属ケース内に、高分子フィルムを熱融着等により固
定した金属固定電極をエレン1〜レツ1〜化し、かつ絶
縁体により保持するとともにF ETの入力端子に接続
し、その出力端子をプリン1一基板を介して取出すよう
構成したものである。これにより、金属振動体等と金属
固定電極の間にコンデンサを形成し、振動体の変化を容
量変化とし、内蔵FETにより電気信号として取出すこ
とができる利点を有する。そして、従来の振動型センサ
に比べ構成が簡単であり、低コストで高い信頼性を有し
、歪等の少ない信号を取出せるという効果を有する。(Effects of the Invention) - As explained above, the present invention provides fixed metal electrodes in which a polymer film is fixed by heat fusion etc. in a cylindrical metal case having a hole in the top surface. -, and is held by an insulator, connected to the input terminal of the FET, and its output terminal is taken out via the printed circuit board 1. This has the advantage that a capacitor can be formed between the metal vibrating body or the like and the fixed metal electrode, and a change in the vibrating body can be treated as a capacitance change, which can be extracted as an electrical signal using a built-in FET. Moreover, compared to conventional vibration type sensors, it has a simpler configuration, lower cost, higher reliability, and has the advantage of being able to extract signals with less distortion and the like.
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は第1
図における電気的等価回路図、第3図は本実施例を使用
する場合の電気的等価回路図、第4図および第5図(a
)、(b)は本発明の他の実施例を示す部分断面図、第
5図(c)はリンクに貼着した高分子フィルム例図、第
6図(a)〜(d)は本発明の振動センサによる各応用
例を示す図、第7図は従来の電磁型振動センサの構成例
を示す図である。
1・・・筒状金属ケース、 la・天面、 ■b・・
・孔、 」C・・カシメ部、 2・・金属固定電極、
2a・高分子フィルム、 3 ・絶縁体、 4・・電
界効果1ヘランジスタ(FET)、 4a・入力端子、
4b・・出力端子、5・・プリント基板、 5a・・
・ハンダ付は部、6・・リード、 7・金属振動体、
7a金金属、 7b・・回転体、 7c−振動膜
、7d・皮膚、 8,8a 薄膜保護フィルム、9
リング、 ]0 スペーサ。FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of the present invention, and FIG.
Figure 3 is an electrical equivalent circuit diagram when this embodiment is used, Figures 4 and 5 (a
) and (b) are partial cross-sectional views showing other embodiments of the present invention, FIG. 5(c) is an example of a polymer film attached to a link, and FIGS. 6(a) to (d) are partial cross-sectional views showing other embodiments of the present invention. FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional electromagnetic vibration sensor. 1... Cylindrical metal case, la/top surface, ■b...
・Hole, ``C...Caulking part, 2...Metal fixed electrode,
2a・Polymer film, 3・Insulator, 4・Field effect 1 helangistor (FET), 4a・Input terminal,
4b...Output terminal, 5...Printed circuit board, 5a...
・Soldering part, 6. Lead, 7. Metal vibrating body,
7a Gold metal, 7b...Rotating body, 7c-Vibration membrane, 7d-Skin, 8, 8a Thin protective film, 9
Ring, ]0 spacer.
Claims (1)
持された金属固定電極を有し、この金属固定電極の天面
の孔側に対向する面に高分子フィルムを熱融着等により
固定して金属固定電極をエレクトレット化し、電界効果
トランジスタの入力端子を前記金属固定電極に接続し、
その出力端子をプリント基板を介して取出すよう構成し
たことを特徴とするエレクトレット・コンデンサ型振動
センサ。A fixed metal electrode is held by an insulator in a cylindrical metal case with a hole on the top surface, and a polymer film is attached to the surface of the fixed metal electrode facing the hole side by heat fusion etc. fixing the metal fixed electrode to an electret, connecting an input terminal of a field effect transistor to the metal fixed electrode,
An electret capacitor type vibration sensor characterized in that the output terminal is configured to be taken out via a printed circuit board.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63184067A JPH0697184B2 (en) | 1988-07-23 | 1988-07-23 | Electret-condenser type vibration sensor |
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WO1992001909A1 (en) * | 1990-07-19 | 1992-02-06 | Guy Duchamp | Device for vibration monitoring of machines |
WO2003067924A1 (en) * | 2002-02-06 | 2003-08-14 | Hosiden Corporation | Electret capacitor microphone |
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JPS6312927A (en) * | 1986-07-04 | 1988-01-20 | Sony Corp | Acceleration sensor |
-
1988
- 1988-07-23 JP JP63184067A patent/JPH0697184B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
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JPS6312927A (en) * | 1986-07-04 | 1988-01-20 | Sony Corp | Acceleration sensor |
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