JPH036462A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

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JPH036462A
JPH036462A JP14050889A JP14050889A JPH036462A JP H036462 A JPH036462 A JP H036462A JP 14050889 A JP14050889 A JP 14050889A JP 14050889 A JP14050889 A JP 14050889A JP H036462 A JPH036462 A JP H036462A
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JP
Japan
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backing material
circuit
linear expansion
piezoelectric body
piezoelectric
Prior art date
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Pending
Application number
JP14050889A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomonobu Tomita
冨田 知伸
Yoshinao Mukasa
武笠 由直
Masahiro Sasaki
佐々木 政弘
Fumio Ota
文夫 太田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To make temp. dependence constant by constituting a piezoelectric vibrator by bonding a backing material low in the coefficient of linear expansion to one surface of a piezoelectric body having electrodes provided to both surfaces thereof. CONSTITUTION:Electrodes 2 - 4 are provided to both surfaces of a film-like piezoelectric body 1 and a backing material 5 low in the coefficient of linear expansion is bonded to one surface thereof to constitute a piezoelectric vibrator 6 which is, in turn, bonded to one surface of a printed circuit board 7 low in the coefficient of linear expansion. A signal processing electronic circuit is formed to the other surface of the board 7 and the whole of them is covered with three layers of an internal conductive layer, a heat insulating layer and an external conductive layer. By this constitution, the drift of output due to pyroelectric properties is reduced and output stable to a temp. change is obtained. At this time, the coefficient of linear expansion is selected so as to become low in the order of piezoelectric body 1 > backing material 5 >= board 7 and the backing material is bonded to one surface of the piezoelectric body 1 by an adhesive. Therefore, the participation of the backing material 5 becomes large in relation to vibration and the piezoelectric vibrator 6 made constant in a temp. gradient of sensitivity is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は圧電振動子を用いて加速度を検出する加速度セ
ンサに係り、特に、温度変化や電圧変動、電磁ノイズな
どの影響を受けに<<、車両搭載用として優れた低周波
用の加速度センサに関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an acceleration sensor that detects acceleration using a piezoelectric vibrator, and is particularly sensitive to the effects of temperature changes, voltage fluctuations, electromagnetic noise, etc. , relates to a low-frequency acceleration sensor that is excellent for use in vehicles.

〔先行技術〕[Prior art]

加速度は変位の2重機分で得られるので、低周波になる
ほど大きな変位でも実際の加速度は小さくなってくる。
Since acceleration is obtained by double displacement, the lower the frequency, the smaller the actual acceleration even for a large displacement.

例えば160 I(z  、 10μmの変位で加速度
はI G 、 0.16Hzでは10mの変位量でIG
となる。低周波の振動測定を行う場合、実際の変位はせ
いぜい1m以下であり、例えば1.6 Hzでは、0.
1Gで、l cmの変位となる。
For example, at 160 I(z), the acceleration is IG with a displacement of 10μm, and IG with a displacement of 10m at 0.16Hz.
becomes. When making low-frequency vibration measurements, the actual displacement is at most 1 m or less; for example, at 1.6 Hz, it is 0.
1G results in a displacement of l cm.

従って、0.1〜10Hzの振動を測定するためには0
.1〜0.01Gの小さな加速度を測定できるものでな
ければならない。
Therefore, in order to measure vibrations of 0.1 to 10Hz,
.. It must be able to measure small accelerations of 1 to 0.01G.

本発明者等は低周波用の加速度センサを実願昭63−1
03602号として既に提案した。この加速度センサは
、圧電振動子を導電性樹脂、断熱体及び熱伝導体により
順次被覆し、これを絶縁性基台に取付けると共に、導電
性樹脂と導電性の熱伝導体との間に、外部誘導障害防止
用コンデンサを接続してなるもので、このように構成す
ることにより、圧電振動子を導電性樹脂により電磁シー
ルドしているので、電気的ノイズに影響されず、また断
熱体と熱伝導体により外部からの加熱あるいは冷却によ
る温度変化を大幅に緩和できるばかりでな(、絶縁性基
台により圧電振動子を被測定物から電気的に絶縁してい
るので、静電誘導やアース間電位などの誘導障害を受け
にくいと共に、導電性樹脂と導電性の熱伝導体との間に
外部誘導障害防止用コンデ、ンサを接続しているので、
外部高周波ノイズをバイパスさせることができるため、
低周波。
The inventors of the present invention applied for a low-frequency acceleration sensor in 1983-1.
It has already been proposed as No. 03602. In this acceleration sensor, a piezoelectric vibrator is sequentially coated with a conductive resin, a heat insulator, and a heat conductor, and this is mounted on an insulating base. It is made by connecting a capacitor to prevent inductive disturbances. By configuring it in this way, the piezoelectric vibrator is electromagnetically shielded by conductive resin, so it is not affected by electrical noise, and it also has excellent insulation and thermal conductivity. This not only greatly reduces temperature changes caused by external heating or cooling (the piezoelectric vibrator is electrically insulated from the object to be measured by the insulating base, so it is free from electrostatic induction and ground potential). In addition to being less susceptible to inductive disturbances such as
External high frequency noise can be bypassed,
Low-frequency.

低加速度の計測もより一層高精度に行うことができると
いう作用効果を奏する。
This has the effect that low acceleration measurements can be performed with even higher precision.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら上記先行例にあっては、外部高周波ノイズ
をバイパスさせるため、導電性樹脂と導電性の熱伝導体
との間に外部誘導障害防止用コンデンサを接続する必要
があり、それだけ構造が煩雑になるという課題があるば
かりでなく、圧電振動子の出力を別設した信号処理回路
にケーブルにより接続することになり、構造が小形、コ
ンパクトにできず、圧電振動子と電子回路間で外部誘導
障害を受けるおそれがあり、また、圧電体がこれよりも
線膨張率の小さい材料によって保持されていないので、
センサ感度の温度依存性を一定にできないという課題も
ある。
However, in the above precedent example, in order to bypass external high-frequency noise, it is necessary to connect an external inductive failure prevention capacitor between the conductive resin and the conductive thermal conductor, which makes the structure more complicated. In addition to this, the output of the piezoelectric vibrator must be connected to a separate signal processing circuit using a cable, which prevents the structure from being made smaller and more compact, and causes external induction interference between the piezoelectric vibrator and the electronic circuit. Also, since the piezoelectric body is not held by a material with a coefficient of linear expansion smaller than this,
Another problem is that the temperature dependence of sensor sensitivity cannot be made constant.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明センサは上記の課題を解決するため、図示のよう
に圧電体1の両面に電極を設け、その一面に線膨張率の
小さな裏打材5を接着して圧電振動子6を構成し、この
圧電振動子6を線膨張率の小さな回路基板7の一面に接
着し、この回路基板7の他面に、信号処理電子回路8を
形成せしめ、全体を、内部導電層10.断熱層9及び外
部導電層11の3層で被覆してなる構成としたものであ
る。
In order to solve the above problems, the sensor of the present invention has electrodes on both sides of a piezoelectric body 1 as shown in the figure, and a backing material 5 with a small coefficient of linear expansion is adhered to one side of the piezoelectric body 1 to form a piezoelectric vibrator 6. The piezoelectric vibrator 6 is adhered to one side of a circuit board 7 having a small coefficient of linear expansion, and the signal processing electronic circuit 8 is formed on the other side of the circuit board 7, and the whole is covered with an internal conductive layer 10. It has a structure in which it is coated with three layers: a heat insulating layer 9 and an external conductive layer 11.

本発明では電子回路8中に外部誘導障害防止用コンデン
サを組込むことによりそれだけ構造が簡便になり、該コ
ンデンサの設置に苦慮することがないばかりでなく、圧
電振動子6の出力を信号処理回路8に接続するに際して
ケーブルを別設する必要もないので、構造が小形、コン
パクトにでき、圧電振動子6と電子回路8間で外部誘導
障害を受けるおそれがないし、また圧電体1がこれより
線膨張率の小さい材料によって保持されているので、セ
ンサ感度の温度依存性を一定にできることになる。
In the present invention, by incorporating an external induction interference prevention capacitor into the electronic circuit 8, the structure becomes simpler and there is no need to worry about installing the capacitor. Since there is no need to separately install a cable when connecting to the piezoelectric element 1, the structure can be made small and compact, and there is no risk of external induction interference between the piezoelectric vibrator 6 and the electronic circuit 8. Since it is held by a material with a small coefficient, the temperature dependence of the sensor sensitivity can be made constant.

〔発明の詳細な説明〕[Detailed description of the invention]

以下図1面に基いて本発明の詳細な説明する。 The present invention will be described in detail below based on FIG. 1.

第1図は本発明センサの一実施例の構成を示す概略断面
図、第2図は本実施例の外観を示す斜視図、第3図は本
実施例における構成の説明用斜視図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of an embodiment of the sensor of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of this embodiment, and FIG. 3 is a perspective view for explaining the structure of this embodiment.

第3図(al 、 fb) 、第4図中、1は圧電体で
ある。
In FIG. 3 (al, fb) and FIG. 4, 1 is a piezoelectric material.

圧電体1としては体積固有抵抗が20℃で1012〜1
016Ωcmの範囲にある、厚さ10〜500μMの圧
電樹脂シートである。
The piezoelectric material 1 has a volume resistivity of 1012 to 1 at 20°C.
It is a piezoelectric resin sheet with a thickness of 10 to 500 μM and in the range of 0.016 Ωcm.

例えば、高分子圧電体では、PVDF=ポリフッカビニ
リデン樹脂やP (VDCN/VCA) −ポリ (ビ
ニリデンシアナイド/酢酸ビニル)共重合樹脂などであ
り、高分子複合系では、PZT=チタン酸ジルコン酸鉛
、POM−ポリアセタール樹脂、NBR−アクリルニト
リル・ブタジェン共重合ゴム、カーボンからなる組成物
の圧電体である。ゴムは加硫することで耐久性を向上で
きる。
For example, in polymeric piezoelectric materials, PVDF = polyfluorovinylidene resin and P (VDCN/VCA) -poly (vinylidene cyanide/vinyl acetate) copolymer resin, etc., and in polymer composite systems, PZT = zirconate titanate. It is a piezoelectric body made of a composition consisting of lead, POM-polyacetal resin, NBR-acrylonitrile-butadiene copolymer rubber, and carbon. The durability of rubber can be improved by vulcanizing it.

PCT−カルシウム置換型チタン酸鉛、 u−POM−
ウレタン変性ポリアセタール樹脂からなる組成物の圧電
体でもよい。
PCT-calcium-substituted lead titanate, u-POM-
A piezoelectric body made of a composition made of urethane-modified polyacetal resin may also be used.

圧電体の両面には、蒸着、スパッタ、導電塗料の印刷等
の手段に依って電極が設けられ、その一面に裏打材5が
接着されて圧電振動子6が構成されるが、例えば、圧電
体1の一面に一対の正、負電極2,3を設け、他面に中
立電極4を設け、これに裏打材5を設けた構造の圧電振
動子6(第3図参照)にすると、焦電性を減じるのに効
果がある。この効果は、正、負電極2.3の面積を等し
くすると更に高められる。
Electrodes are provided on both sides of the piezoelectric body by means such as vapor deposition, sputtering, or printing with conductive paint, and a backing material 5 is adhered to one side of the piezoelectric body to form a piezoelectric vibrator 6. When a piezoelectric vibrator 6 (see Fig. 3) has a structure in which a pair of positive and negative electrodes 2 and 3 are provided on one surface of the 1, a neutral electrode 4 is provided on the other surface, and a backing material 5 is provided on this (see FIG. 3), pyroelectric It is effective in reducing sex. This effect is further enhanced when the areas of the positive and negative electrodes 2.3 are made equal.

また、圧電体1の一面の中心側に正電極2を。In addition, a positive electrode 2 is placed on the center side of one surface of the piezoelectric body 1.

外側に負電極3を配置すると、電気ノイズ低減に効果が
ある。
Placing the negative electrode 3 on the outside is effective in reducing electrical noise.

尚、内側正電極2と外側負電極3の間には、電気的絶縁
帯が設けられることは勿論である。
It goes without saying that an electrically insulating band is provided between the inner positive electrode 2 and the outer negative electrode 3.

裏打材5としては線膨張率の小さい(5X10−5層℃
以下)ガラスエポキシ樹脂、ポリイミド、ポリエステル
等が用いられる。
The backing material 5 has a small coefficient of linear expansion (5 x 10-5 layers ℃
Below) Glass epoxy resin, polyimide, polyester, etc. are used.

線膨張率は圧電体〉裏打材≧基板の順に小さくなるよう
に選択される。
The coefficient of linear expansion is selected to decrease in the order of piezoelectric material>backing material>substrate.

厚さは0.01〜1.6 ml、好ましくは、0.03
〜0.5鰭が用い、られる。特に、圧電体厚さに対して
1/3から10倍の範囲が選択される。
Thickness is 0.01-1.6 ml, preferably 0.03 ml
~0.5 fins are used and processed. In particular, a range of 1/3 to 10 times the thickness of the piezoelectric body is selected.

裏打材5は接着材を用いて圧電体1の一面に接着され振
動子6が構成される。この構成に依れば、振動に関して
裏打材5の関与が大きくなるため、感度の温度勾配が一
定した振動子6を得ることができる。
The backing material 5 is adhered to one surface of the piezoelectric body 1 using an adhesive to form a vibrator 6. According to this configuration, the backing material 5 plays a large role in vibration, so it is possible to obtain a vibrator 6 with a constant temperature gradient of sensitivity.

この圧電振動子6は線膨張率の小さい回路基板7の一面
に接着されており、この回路基板7の他面には信号処理
電子回路8が形成されている。
This piezoelectric vibrator 6 is bonded to one side of a circuit board 7 having a small coefficient of linear expansion, and a signal processing electronic circuit 8 is formed on the other side of this circuit board 7.

回路基板7としては、線膨張率が5×10−5/℃以下
で厚さ0.2〜5ml程度の、きょう体31との線膨張
率差による歪に抗せる高い剛性を有するガラスエポキシ
樹脂、セラミック(アルミナ、シリコンウェハーなど)
、金属等が用いられる。
The circuit board 7 is made of a glass epoxy resin having a coefficient of linear expansion of 5 x 10-5/°C or less and a thickness of about 0.2 to 5 ml and having high rigidity that can withstand distortion due to the difference in coefficient of linear expansion with the housing 31. , ceramic (alumina, silicon wafer, etc.)
, metal, etc. are used.

圧電体1上の正、負電極2,3を回路基板7上の電子回
路8に接続するために、接続回路が形成される。接続回
路は、ワイヤーボンデングによるリード線の接続、蒸着
やスパッタ等による薄膜形成、厚膜回路印刷、導電塗装
等の方法で形成される。
A connection circuit is formed to connect the positive and negative electrodes 2, 3 on the piezoelectric body 1 to the electronic circuit 8 on the circuit board 7. The connection circuit is formed by connecting lead wires by wire bonding, forming a thin film by vapor deposition, sputtering, etc., thick film circuit printing, conductive coating, or the like.

回路形成に先だって、圧電体1の端面に露出している中
立電極4と電気的に短絡するのを避けるため、当該部分
は絶縁体12でコートされる。そして圧電振動子6の正
、負電極2.3は、それぞれ回路基板7の一面に形成さ
れた正、負電極用パターン15 、16に、正、負電極
用リードパターン13゜14で接続され、(第3図参照
)、更にこれらの正。
Prior to circuit formation, this portion is coated with an insulator 12 in order to avoid electrical short-circuiting with the neutral electrode 4 exposed on the end face of the piezoelectric body 1. The positive and negative electrodes 2.3 of the piezoelectric vibrator 6 are connected to positive and negative electrode patterns 15 and 16 formed on one surface of the circuit board 7, respectively, by positive and negative electrode lead patterns 13 and 14, (See Figure 3), and these are also correct.

負電極用パターン15 、16はスルーホール17 、
18で回路基板7の他面に形成された信号処理電子回路
8に接続されている。24は負電極用パターン16と一
体に形成された回路基準電位電極である。
Negative electrode patterns 15 and 16 are through holes 17,
At 18, it is connected to a signal processing electronic circuit 8 formed on the other side of the circuit board 7. 24 is a circuit reference potential electrode formed integrally with the negative electrode pattern 16.

信号処理電子回路8は、例えば第1図示のように回路基
板7.7aに分けて形成してもよ<、19は当該電子回
路8を構成する部品である。
The signal processing electronic circuit 8 may be formed separately on a circuit board 7.7a as shown in the first diagram, for example. Reference numeral 19 denotes a component constituting the electronic circuit 8.

信号処理電子回路8は例えば第4図示のようにインピー
ダンス変換部20.フィルタ部21.ミューティング部
22、増幅部23および電源回路30より構成されてい
る。
The signal processing electronic circuit 8 includes, for example, an impedance conversion section 20 .as shown in FIG. 4 . Filter section 21. It is composed of a muting section 22, an amplification section 23, and a power supply circuit 30.

インピーダンス変換部20の電界効果トランジスタQ1
に1〜100GΩのゲート抵抗Rを挿入することで、焦
電性による出力のドリフトが低減され、温度変化に対し
て安定した出力が得られる。
Field effect transistor Q1 of impedance conversion section 20
By inserting a gate resistor R of 1 to 100 GΩ in , output drift due to pyroelectricity is reduced, and stable output can be obtained against temperature changes.

フィルタ部21の定数は、最低測定周波数によって決定
されるバイパス・フィルタのカットオフ周波数から算出
される。
The constant of the filter section 21 is calculated from the cutoff frequency of the bypass filter determined by the lowest measured frequency.

フィルタ部21の後段にはミューティング部22を接続
し、電源投入直後の出力立ち上がりを早くする。
A muting section 22 is connected after the filter section 21 to speed up the output rise immediately after power is turned on.

回路基板7の振動子6側には回路基準電位電極24を設
け、高インピーダンスの圧電体1を電磁ノイズから保護
する。
A circuit reference potential electrode 24 is provided on the vibrator 6 side of the circuit board 7 to protect the high impedance piezoelectric body 1 from electromagnetic noise.

センサ外との接続線(電源線、信号線など)には貫通コ
ンデンサ25 、26 、27を挿入し、外部高周波ノ
イズが回路部に入らないように保護する。
Feedthrough capacitors 25, 26, and 27 are inserted into the connection lines (power supply lines, signal lines, etc.) to the outside of the sensor to protect the circuit from external high-frequency noise.

増幅部23には温度補償回路28が組み合わせられ、環
境温度の変化に対して安定な感度が得られると共に利得
調整回路29も設けられ、これにより出力信号■。の大
きさが調整される。
The amplifier section 23 is combined with a temperature compensation circuit 28 to obtain stable sensitivity to changes in environmental temperature, and is also provided with a gain adjustment circuit 29, thereby producing an output signal (2). The size of is adjusted.

電源回路30は耐逆電圧用素子を挿入、異常な逆方向電
圧に対して回路を保護する。
A reverse voltage withstand element is inserted into the power supply circuit 30 to protect the circuit against abnormal reverse voltage.

また、瞬低・瞬断対策用回路を挿入し、異常な電圧の低
下や切断に対して回路の動作を保護する。
In addition, a voltage drop/interruption countermeasure circuit is inserted to protect circuit operation against abnormal voltage drops or disconnections.

32 、33はそれぞれケーブル及びコネクタである。32 and 33 are a cable and a connector, respectively.

以上の構成によると、圧電体1が、自身よりも線膨張率
の小さい材料の回路基板7によって保持されるので、セ
ンサ感度の温度依存性を一定にすることができる。
According to the above configuration, since the piezoelectric body 1 is held by the circuit board 7 made of a material having a coefficient of linear expansion smaller than itself, the temperature dependence of the sensor sensitivity can be made constant.

回路基板7上には、振動子6を固定しない側に部品19
を実装するなど、ハイブリッド化した電子回路8を形成
することができる。
A component 19 is placed on the circuit board 7 on the side where the vibrator 6 is not fixed.
It is possible to form a hybrid electronic circuit 8 by, for example, mounting the following.

回路基板7,7aは更にきょう体と固定される。The circuit boards 7, 7a are further fixed to the housing.

固定に際して、シリコン樹脂、ウレタン樹脂などの軟質
接着剤を用いると、両者の線膨張率差による歪を吸収で
きる利点がある。
When fixing, using a soft adhesive such as silicone resin or urethane resin has the advantage of being able to absorb distortion due to the difference in linear expansion coefficient between the two.

第5図は本発明における電子回路30の一例を示す接続
図で、6は圧電振動子、Vcは回路基準電位、R,はソ
ース抵抗、Vccは電圧端、Rはゲート抵抗、Ql は
インピーダンス変換用電界効果ト0 ランジスタ、T+は直流電圧阻止用コンデンサCIと抵
抗R2,とよりなる第1時定数回路、T2は直流電圧阻
止用コンデンサC2と抵抗R5とよりなる第2時定数回
路で、これらの第1.第2時定数回路T、、T2はフィ
ルタ部を構成する。A1A2は初段、後段アンプ、R3
,R4、Rh  、R7はそれぞれ利得調整回路29を
構成する初段、後段アンプA1.A2のゲイン設定用抵
抗で、温度補償回路28は図示していない。Q2  、
Q3はそれぞれ抵抗R2、R5に並列に接続した第1.
第2スイツチング用電界効果トランジスタ、D+、Dz
はダイオード、Mcはミューティング回路22である。
FIG. 5 is a connection diagram showing an example of the electronic circuit 30 according to the present invention, where 6 is a piezoelectric vibrator, Vc is a circuit reference potential, R is a source resistance, Vcc is a voltage terminal, R is a gate resistance, and Ql is an impedance conversion. T+ is a first time constant circuit consisting of a DC voltage blocking capacitor CI and a resistor R2, T2 is a second time constant circuit consisting of a DC voltage blocking capacitor C2 and a resistor R5; 1st. The second time constant circuits T, , T2 constitute a filter section. A1A2 is the first stage, second stage amplifier, R3
, R4, Rh, and R7 are the first stage and second stage amplifiers A1 . A2 is a gain setting resistor, and the temperature compensation circuit 28 is not shown. Q2,
Q3 is connected to the first .
Second switching field effect transistor, D+, Dz
is a diode, and Mc is a muting circuit 22.

ミューティング回路Meより出力される電界効果トラン
ジスタQ2.Q3のオン、オフ用信号M。
Field effect transistor Q2 outputted from the muting circuit Me. Q3 on/off signal M.

M2は第6図示のように電源投入直後同時に出力される
が、停止する時期については先にM、が停止し、一定期
間f& M zが停止するように形成される。
As shown in FIG. 6, M2 is output at the same time immediately after the power is turned on, but the timing of stopping is such that M stops first, and then f&Mz stops for a certain period of time.

電源投入直後、基準電位Vcより高電圧に設定されたミ
ューティング信号M、、M2がミューティング回路Mc
よりダイオードD、、D2に印加すると、電界効果トラ
ンジスタQ2.Q3はダイオードリーク電流によりゲー
ト、ソース間電圧VGS−〇■となり、オンする。一定
期間1..12のあとミューティング信号M、、M2が
基準電位Vcより電界効果トランジスタピンチオフ電圧
以下に低くなると電界効果1〜ランジスタQ + 、 
Q 2はそれぞれオフする。ここで電界効果1ヘランジ
スタQ2Q3のオン設定時間tI+t2は1.<12に
設定される。
Immediately after the power is turned on, the muting signals M, , M2 set to a higher voltage than the reference potential Vc are applied to the muting circuit Mc.
When applied to the diodes D, , D2, the field effect transistors Q2, . Q3 becomes the gate-source voltage VGS-〇■ due to diode leakage current and turns on. For a certain period of time 1. .. After 12, when the muting signals M, , M2 become lower than the reference potential Vc to below the field effect transistor pinch-off voltage, the field effect 1 to transistor Q + ,
Q2 each turns off. Here, the ON setting time tI+t2 of the field effect 1 helangistor Q2Q3 is 1. <12.

このような構成において電源を投入すると、インピーダ
ンス変換用電界効果トランジスタQ1およびアンプA1
.A2に電源電圧Vccが印加される。同時に、ミュー
ティング回路Mcが作動し第1時定数回路TIの抵抗R
2に並列に接続されたスイッチング用電界効果トランジ
スタQ2がダイオードD、を介してミューティング信号
M、により設定時間1.オンし、その後オフせしめられ
る。
When the power is turned on in such a configuration, the impedance conversion field effect transistor Q1 and the amplifier A1
.. Power supply voltage Vcc is applied to A2. At the same time, the muting circuit Mc is activated and the resistance R of the first time constant circuit TI is
A switching field effect transistor Q2 connected in parallel with 1. It is turned on and then turned off.

また、第2時定数回路T2の抵抗R5に並列に接1 2 続されたスイッチング用電界効果トランジスタQ3もダ
イオ−”ドD2を介してミューティング信号M2により
設定時間t2オンし、その後オフせしめられる。
Further, the switching field effect transistor Q3 connected in parallel to the resistor R5 of the second time constant circuit T2 is also turned on for a set time t2 by the muting signal M2 via the diode D2, and then turned off. .

本動作により第1時定数回路T、にて、t5期間R2#
0Ωとなり直流阻止用コンデンサC1は速やかに所定の
電圧迄充電される。1.期間後第1時定数回路T1は正
規の時定数にてインピーダンス変換されたセンサ検出信
号出力Vsを初段アンプA、へ伝達する。
This operation causes the first time constant circuit T to have a period R2# of t5.
0Ω, and the DC blocking capacitor C1 is quickly charged to a predetermined voltage. 1. After the period, the first time constant circuit T1 transmits the impedance-converted sensor detection signal output Vs to the first stage amplifier A using a regular time constant.

同様に、第2時定数回路T2にて、t2期間尺5#0Ω
となり、直流阻止用コンデンサC2は基準電位Vcに対
する初段アンプA1の直流オフセット電圧変動に対し速
やかに充電される。t2期間後第2時定数回路T2は正
規の時定数にて初段アンプA1にて増幅されたセンサ検
出信号出力■1を後段アンプA2へ伝達する。
Similarly, in the second time constant circuit T2, the period t2 is 5#0Ω.
Therefore, the DC blocking capacitor C2 is quickly charged against the DC offset voltage fluctuation of the first stage amplifier A1 with respect to the reference potential Vc. After the period t2, the second time constant circuit T2 transmits the sensor detection signal output (1) amplified by the first stage amplifier A1 to the second stage amplifier A2 at a regular time constant.

上記の動作結果、センサアンプ出力信号V。は、電源投
入後t2期間、基準電位Vcとなり、その後安定したセ
ンサ検出信号増幅出力信号となり、入力応答のセトリン
グ時間送れを短くすることが可能となる。
As a result of the above operation, the sensor amplifier output signal V. becomes the reference potential Vc for a period t2 after the power is turned on, and then becomes a stable sensor detection signal amplified output signal, making it possible to shorten the settling time delay of the input response.

例えば、低域カットオフ周波数を0.1 Hz程度に設
定した場合、本発明センサアンプでは、出力安定に必要
となる時間は、約6秒となる。
For example, when the low cutoff frequency is set to about 0.1 Hz, the sensor amplifier of the present invention requires about 6 seconds to stabilize its output.

圧電振動子6.及び回路基板7,7aは内部導電層10
.断熱層9及び外部導電層11よりなるきょう体31内
に収納される。32ば各貫通コンデンサ25〜227に
接続されたケーブル、33はケーブル32に接続された
コネクタである。
Piezoelectric vibrator6. and the circuit board 7, 7a has an internal conductive layer 10
.. It is housed in a housing 31 consisting of a heat insulating layer 9 and an external conductive layer 11. 32 is a cable connected to each feedthrough capacitor 25 to 227, and 33 is a connector connected to the cable 32.

振動子6および電子回路8を電磁ノイズから保護するた
めに全体は内部導電層10で囲まれ、導電層10は電子
回路8の信号グランドと接続される。
In order to protect the vibrator 6 and the electronic circuit 8 from electromagnetic noise, the whole is surrounded by an internal conductive layer 10, and the conductive layer 10 is connected to the signal ground of the electronic circuit 8.

内部導電層10は、カーボンもしくは/およびカーボン
ファイバーを混合した導電樹脂、樹脂メツキ、導電塗装
などで形成される。
The internal conductive layer 10 is formed of a conductive resin mixed with carbon and/or carbon fiber, resin plating, conductive coating, or the like.

また、フェライト混合により、併せて高周波もシールド
することができる。
Furthermore, by mixing ferrite, high frequencies can also be shielded.

圧電体1の焦電効果によって出力ゼロドリフトの起こる
のを防止するために、断熱層9で全体が3 4 囲まれる。断熱層9は、ヒダのついた樹脂成型体や、発
泡樹脂体などで形成される。
In order to prevent output zero drift from occurring due to the pyroelectric effect of the piezoelectric body 1, the entire body is surrounded by a heat insulating layer 9. The heat insulating layer 9 is formed of a pleated resin molded body, a foamed resin body, or the like.

また、外部高周波ノイズの影響を除去するために、貫通
コンデンサ25〜27の接地端子と接続した、外部導電
層11が金属などで形成され被測定物に接地される。
Further, in order to eliminate the influence of external high frequency noise, an external conductive layer 11 connected to the ground terminals of the feedthrough capacitors 25 to 27 is formed of metal or the like and is grounded to the object to be measured.

本発明を具体的に示すと、圧電体1として、次の組成を
有する高分子複合系を用いた。
To specifically illustrate the present invention, a polymer composite system having the following composition was used as the piezoelectric body 1.

PZT    82.3  重量% POM    15.8  重量% NBR1,75重量% カーボン   0.13重量% この圧電体1を、厚さ100μm直径191璽の円板状
に形成した。
PZT 82.3% by weight POM 15.8% by weight NBR 1.75% by weight Carbon 0.13% by weight This piezoelectric body 1 was formed into a disk shape with a thickness of 100 μm and a diameter of 191 mm.

圧電体1の一面に直径13,5φの正電極2、内径14
φ外径19φの負電極3を他面には全面に中立電極4を
導電塗料の印刷によって設けた。
A positive electrode 2 with a diameter of 13.5φ and an inner diameter of 14 are placed on one surface of the piezoelectric body 1.
A negative electrode 3 having an outer diameter of 19φ was provided on the other side, and a neutral electrode 4 was provided on the entire surface by printing conductive paint.

厚さ200μm直径19φのガラスエポキシ樹脂製裏打
材5を、エポキシ系接着剤を用いて接着層厚さが10μ
以下となるように圧電体1の中立電極4に接着し振動子
6を形成した。
A glass epoxy resin backing material 5 with a thickness of 200 μm and a diameter of 19φ is bonded to an adhesive layer with a thickness of 10 μm using an epoxy adhesive.
A vibrator 6 was formed by adhering to the neutral electrode 4 of the piezoelectric body 1 in the following manner.

振動子6を、ハイブリッド化された電子回路8を搭載し
た厚さ0.8 mm 、 23m1角のアルミナ基板に
エポキシ系接着剤を用いて接着した。
The vibrator 6 was bonded using an epoxy adhesive to an alumina substrate having a thickness of 0.8 mm and a size of 23 square meters on which a hybrid electronic circuit 8 was mounted.

ハイブリッド化された電子回路8には、接続回路と、信
号処理回路と、電源回路とを設けた。
The hybridized electronic circuit 8 was provided with a connection circuit, a signal processing circuit, and a power supply circuit.

前記の基板を、導電性樹脂層IOと、絶縁性を有する断
熱性樹脂層9と、金属層11の3層からなるきょう体3
1に納め、本発明のセンサを完成させた。
The above-mentioned substrate is formed into a housing 3 consisting of three layers: a conductive resin layer IO, an insulating heat-insulating resin layer 9, and a metal layer 11.
1 and completed the sensor of the present invention.

〔効 果〕〔effect〕

上述の説明より理解されるように本発明によれば、圧電
体1の両面に電極を設け、その一面に線膨張率の小さな
裏打材5を接着して圧電振動子6を構成し、この圧電振
動子6を線膨張率の小さな回路基板7の一面に接着し、
この回路基板7の他面に、信号処理電子回路8を形成せ
しめ、全体を、内部導電層10.断熱層9及び外部導電
層11の3層で被覆してなるので焦電性による出力のド
リフトを低減でき、温度変化に対して安定した出力V。
As can be understood from the above description, according to the present invention, electrodes are provided on both sides of the piezoelectric body 1, and a backing material 5 with a small coefficient of linear expansion is adhered to one side of the piezoelectric body 1 to form a piezoelectric vibrator 6. The vibrator 6 is bonded to one side of a circuit board 7 with a small coefficient of linear expansion,
A signal processing electronic circuit 8 is formed on the other side of the circuit board 7, and the whole is covered with an internal conductive layer 10. Since it is coated with three layers, the heat insulating layer 9 and the external conductive layer 11, output drift due to pyroelectricity can be reduced, and the output V is stable against temperature changes.

を得ることができる。また、圧電体1よりも線膜5 6 張車の小さい回路基vi7により圧電振動子6を保持し
たので、センサ感度の温度依存性を一定にすることがで
きると共に回路基板7を内部導電層1d。
can be obtained. In addition, since the piezoelectric vibrator 6 is held by the circuit board vi7, which has a smaller wire film 56 than the piezoelectric body 1, the temperature dependence of the sensor sensitivity can be made constant, and the circuit board 7 can be connected to the inner conductive layer 1d. .

断熱層9及び外部導電層11の3層に固定するに際し軟
質接着剤を用いることにより回路基板7と3層の線膨張
率差による歪を吸収できる。更に圧電振動子6及び回路
基板7の全体が、電子回路8の信号グランドに接続され
た内部導電層10により被覆されているので、電磁ノイ
ズから保護することができるばかりでなく、貫通コンデ
ンサ25〜27の接地端子に外部導電層11を接続する
ことにより外部高周波ノイズの影響を除去することがで
きる。
By using a soft adhesive when fixing the three layers of the heat insulating layer 9 and the external conductive layer 11, it is possible to absorb distortion due to the difference in linear expansion coefficient between the circuit board 7 and the three layers. Furthermore, since the piezoelectric vibrator 6 and the circuit board 7 are entirely covered with an internal conductive layer 10 connected to the signal ground of the electronic circuit 8, they are not only protected from electromagnetic noise but also protected from feedthrough capacitors 25 to 25. By connecting the external conductive layer 11 to the ground terminal 27, the influence of external high frequency noise can be removed.

また、電子回路8中に外部誘導障害防止用コンデンサを
組込むことによりそれだけ構造が簡便になり、該コンデ
ンサの設置に苦慮することがなく小形、コンパクトにで
きる等の効果を奏する。
Further, by incorporating the external induction interference prevention capacitor into the electronic circuit 8, the structure becomes simpler, and there is no need to worry about installing the capacitor, and the electronic circuit 8 can be made smaller and more compact.

特に振動に関して裏打材5の関与が大きくなるため、感
度の温度勾配が一定した圧電振動子6を得ることができ
る。
In particular, since the backing material 5 plays a large role in vibration, it is possible to obtain a piezoelectric vibrator 6 with a constant temperature gradient of sensitivity.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明センサの一実施例の構成を示す図、第4
図は本実施例における信号処理電子回路の一構成例を示
す接続図、第5図は本発明における電子回路の一例を示
す接続図、第6図はその作動説明図である。 1・・・・・・圧電体、2,3・・・・・・正、負電極
、4・・・・・・中立電極、5・・・・・・裏打材、6
・・・・・・圧電振動子、77a・・・・・・回路基板
、8・・・・・・信号処理電子回路、9・・・・・・断
熱層、10 、11・・・・・・内、外部導電層。 7 8 468
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of the sensor of the present invention, and FIG.
FIG. 5 is a connection diagram showing an example of the configuration of the signal processing electronic circuit in this embodiment, FIG. 5 is a connection diagram showing an example of the electronic circuit in the present invention, and FIG. 6 is an explanatory diagram of its operation. 1... Piezoelectric body, 2, 3... Positive and negative electrodes, 4... Neutral electrode, 5... Backing material, 6
... Piezoelectric vibrator, 77a ... Circuit board, 8 ... Signal processing electronic circuit, 9 ... Heat insulation layer, 10 , 11 ...・Inner and outer conductive layers. 7 8 468

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 圧電体1の両面に電極を設け、その一面に線膨張率の小
さな裏打材5を接着して圧電振動子6を構成し、この圧
電振動子6を線膨張率の小さな回路基板7の一面に接着
し、この回路基板7の他面に、信号処理電子回路8を形
成せしめ、全体を、内部導電層10、断熱層9及び外部
導電層11の3層で被覆してなる加速度センサ。
Electrodes are provided on both sides of the piezoelectric body 1, and a backing material 5 with a small coefficient of linear expansion is adhered to one side of the piezoelectric body 1 to form a piezoelectric vibrator 6. This piezoelectric vibrator 6 is attached to one side of a circuit board 7 with a low coefficient of linear expansion. An acceleration sensor is formed by adhering the circuit board 7 to form a signal processing electronic circuit 8 on the other side of the circuit board 7, and covering the entire body with three layers: an inner conductive layer 10, a heat insulating layer 9, and an outer conductive layer 11.
JP14050889A 1989-06-02 1989-06-02 Acceleration sensor Pending JPH036462A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14050889A JPH036462A (en) 1989-06-02 1989-06-02 Acceleration sensor
US07/530,162 US5130600A (en) 1989-06-02 1990-05-29 Acceleration sensor
DE69012429T DE69012429T2 (en) 1989-06-02 1990-05-30 Accelerometer.
EP90110303A EP0401669B1 (en) 1989-06-02 1990-05-30 An acceleration sensor

Applications Claiming Priority (1)

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JP14050889A JPH036462A (en) 1989-06-02 1989-06-02 Acceleration sensor

Publications (1)

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ID=15270280

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JP14050889A Pending JPH036462A (en) 1989-06-02 1989-06-02 Acceleration sensor

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JP (1) JPH036462A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5375468A (en) * 1991-07-19 1994-12-27 Mitsubishi Petrochemical Co., Ltd. Acceleration sensor unit having self-checking function

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5375468A (en) * 1991-07-19 1994-12-27 Mitsubishi Petrochemical Co., Ltd. Acceleration sensor unit having self-checking function

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