JPH0414946Y2 - - Google Patents
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- JPH0414946Y2 JPH0414946Y2 JP1984182542U JP18254284U JPH0414946Y2 JP H0414946 Y2 JPH0414946 Y2 JP H0414946Y2 JP 1984182542 U JP1984182542 U JP 1984182542U JP 18254284 U JP18254284 U JP 18254284U JP H0414946 Y2 JPH0414946 Y2 JP H0414946Y2
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- Pressure Sensors (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本考案は有機高分子系圧電体を用いて加速度を
測定する圧電型加速度センサに係り、特に焦電現
象を補償すると共に、温度変化に基づく感度変化
及び水平振動（圧電素子の厚さ方向と直角方向の
振動をいう）によるノイズを軽減して極低周波域
についても測定を可能とした圧電型加速度センサ
に関する。 〔従来の技術〕 圧電型センサは周囲温度の影響を受け、周囲温
度に比例した電荷が発生し（これを焦電現象とい
う）ノイズとなる。 正、負両電極に発生する焦電電荷を補償して焦
電現象によるノイズを防止した圧力センサが開発
されている（特開昭58−182285号）。 しかし、この圧力センサは、シリコンのような
硬い材料を基板としているため、加速度計のよう
にセンサ自体の振動によつて圧電体内部に発生す
る歪は極めて小さい。従つて周期の長い振動のよ
うな微弱な加速度の測定には適さない。 〔考案が解決しようとする課題〕 一方、圧電体として有機高分子系圧電体が知ら
れており、有機高分子系圧電体は、広い面積の圧
電膜が得られること、柔軟で可撓性があること、
強靱で繰り返しの曲げに対して強いことから、微
弱な加速度を測定する素子として適した圧電体で
ある。 しかし、有機高分子系圧電体は肉厚を厚くする
ことができないため、ケーシング内に張設すると
タルミが生じ、垂直振動の検出感度が一定しなく
なるとともに水平振動によつても圧電体内部に歪
が発生して出力されるため、垂直振動に選択的に
検出し得なくなるという課題がある。 〔課題を解決するための手段〕 本考案圧電型加速度センサは上記の課題を解決
すると共に、製造容易で長寿命であり、所望感度
のものを容易に得ることができる圧電型加速度セ
ンサを提供するため、第１図示のように有機高分
子系圧電体１の一面に同一面積の正、負電極２，
３を設け、圧電体１の他面に中立電極４を設け、
この中立電極４の表面にガラス繊維とエポキシ樹
脂又は不飽和ポリエステル樹脂との複合体からな
る繊維強化プラスチツク板５を添着した構成とす
る。 〔作用〕 このように圧電体１の一面に同一面積の正、負
電極２，３を設け、圧電体１の他面に中立電極４
を設けることにより焦電現象によるノイズ（周囲
温度に比例した電荷）の影響をなくすことができ
る。即ち、周囲温度に比例した電荷が正、負電極
２，３に発生するが、両電極２，３が同一分極面
にあり、かつ同一面積であるため、両電極２，３
に発生する出力電圧はその出力も極性も等しく両
電極間の出力電圧は変化しない。従つて焦電現象
によるノイズを検知することはなく、焦電補償効
果を奏する。 また、繊維強化プラスチツク板５は弾性率が極
めて高く、圧電体１をほぼ完全に平坦に張架でき
ると共に、熱膨張率の低いため、温度変化による
たわみが少なく、従つて温度変化に基づく感度の
変化も防止される。 〔実施例〕 第１図ａは本考案圧電型加速度センサの１実施
例を示す断面図、第１図ｂはその電極形状を示す
平面図である。 まず、その構成を説明する。 この実施例は圧電体１の一面中央部に正電極２
を、その側部に正電極２と同一面積の負電極３を
設け、圧電体１の他面に中立電極４を設けると共
に、この中立電極４の表面に繊維強化プラスチツ
ク板５を設けてなる。 圧電体１としては、PVDF、圧電セラミツク・
合成樹脂複合体等の有機高分子系のものを用いる
ことができる。 繊維強化プラスチツク板５としては、ガラス繊
維とエポキシ又は不飽和ポリエステルとから成る
複合材が用いられる。 次にその作用を説明する。 圧電体１には焦電定数Ｐ〔coul／degcm2〕とい
うものがあり、周囲温度に比例した電荷が第２図
示のように圧電体１、正、負電極２，３及び中立
電極４の表面に発生するが、両電極２，３とも同
一分極面にあり、かつ同一の面積であるため、両
電極２，３に焦電現象により発生する出力電圧Ｖ
が単位面積当たりの電荷をＱ、単位面積当たりの
静電容量をＣとすると、Ｖ＝Q/Cとなり等しく両
電極間の出力電圧は変化しないので、焦電現象に
よるノイズを検知することはなく、焦電補償効果
を奏する。 また繊維強化プラスチツク板５は接着性に富む
ので他部品との接着が容易で接着による本考案セ
ンサの製造が容易になると共に、繊維強化プラス
チツク板５の弾性率が極めて高く、かつクリープ
の少ない材料であること等により水平振動による
曲げ、ねじりを受けにくくなるので、水平振動に
よるノイズを大幅に軽減できる。 また、エポキシ樹脂又は不飽和ポリエステル樹
脂をガラス繊維で強化した繊維強化プラスチツク
板５は、熱膨張率が小さく、温度変化が生じたと
きにも膨張による歪の発生がなく、従つて振動の
測定感度が一定する。 更に、当該繊維強化プラスチツク板５の弾性率
を変えることにより圧電体１の歪量を調整できる
ので、所望感度のものを容易に得ることができ
る。 振動を受けると、圧電体１は第３図ａに示すよ
うに正電極２の部分を大きく変形させ、負電極３
の部分は殆ど変形しないか、または第３図ｂに示
すように正電極２の部分と負電極３の部分の変形
が逆になる。 第３図ａの場合は正電極２の部分の変形が負電
極３の部分の変形よりも大きいので、正、負電極
２，３に発生する電荷量に差を生じ、正、負電極
２，３間よりその差にもとづく出力電圧Voが得
られる。 また第３図ｂの場合は正電極２の部分の変形
（縮み）と負電極３の変形（伸び）が逆になるの
で、各電極２，３に逆極性の電荷が発生し、これ
らの電荷によつて正、負電極２，３間より出力電
圧Voが得られ、加速度の測定ができる。 （実験） (1) 圧電膜 圧電セラミツクス 84.4重量％ ポリアセタール 12.2 〃 塩素化ポリエチレン 3.4 〃 を溶融混練して0.1mmの厚さに製膜後、第１図に
示す形状に正、負電極を設け、分極処理した。 圧電膜の寸法 圧電膜直径 17.0mm 正電極の直径 11.2mm 負電極の内径 13.6mm 〃 外径 17.0mm (2) 加速度センサの組立 第１表に示す材質及び肉厚の裏打材を接着し、
圧電膜の電極を増幅器に連結した。 なお、裏打材は同質の内径14.5mmの環状体に接
着してダイヤフラム構造とした。 (3) 測定 加速度1Gの振動を−40℃、20℃、80℃で夫々
測定した。その出力値は次の通りであつた。
測定する圧電型加速度センサに係り、特に焦電現
象を補償すると共に、温度変化に基づく感度変化
及び水平振動（圧電素子の厚さ方向と直角方向の
振動をいう）によるノイズを軽減して極低周波域
についても測定を可能とした圧電型加速度センサ
に関する。 〔従来の技術〕 圧電型センサは周囲温度の影響を受け、周囲温
度に比例した電荷が発生し（これを焦電現象とい
う）ノイズとなる。 正、負両電極に発生する焦電電荷を補償して焦
電現象によるノイズを防止した圧力センサが開発
されている（特開昭58−182285号）。 しかし、この圧力センサは、シリコンのような
硬い材料を基板としているため、加速度計のよう
にセンサ自体の振動によつて圧電体内部に発生す
る歪は極めて小さい。従つて周期の長い振動のよ
うな微弱な加速度の測定には適さない。 〔考案が解決しようとする課題〕 一方、圧電体として有機高分子系圧電体が知ら
れており、有機高分子系圧電体は、広い面積の圧
電膜が得られること、柔軟で可撓性があること、
強靱で繰り返しの曲げに対して強いことから、微
弱な加速度を測定する素子として適した圧電体で
ある。 しかし、有機高分子系圧電体は肉厚を厚くする
ことができないため、ケーシング内に張設すると
タルミが生じ、垂直振動の検出感度が一定しなく
なるとともに水平振動によつても圧電体内部に歪
が発生して出力されるため、垂直振動に選択的に
検出し得なくなるという課題がある。 〔課題を解決するための手段〕 本考案圧電型加速度センサは上記の課題を解決
すると共に、製造容易で長寿命であり、所望感度
のものを容易に得ることができる圧電型加速度セ
ンサを提供するため、第１図示のように有機高分
子系圧電体１の一面に同一面積の正、負電極２，
３を設け、圧電体１の他面に中立電極４を設け、
この中立電極４の表面にガラス繊維とエポキシ樹
脂又は不飽和ポリエステル樹脂との複合体からな
る繊維強化プラスチツク板５を添着した構成とす
る。 〔作用〕 このように圧電体１の一面に同一面積の正、負
電極２，３を設け、圧電体１の他面に中立電極４
を設けることにより焦電現象によるノイズ（周囲
温度に比例した電荷）の影響をなくすことができ
る。即ち、周囲温度に比例した電荷が正、負電極
２，３に発生するが、両電極２，３が同一分極面
にあり、かつ同一面積であるため、両電極２，３
に発生する出力電圧はその出力も極性も等しく両
電極間の出力電圧は変化しない。従つて焦電現象
によるノイズを検知することはなく、焦電補償効
果を奏する。 また、繊維強化プラスチツク板５は弾性率が極
めて高く、圧電体１をほぼ完全に平坦に張架でき
ると共に、熱膨張率の低いため、温度変化による
たわみが少なく、従つて温度変化に基づく感度の
変化も防止される。 〔実施例〕 第１図ａは本考案圧電型加速度センサの１実施
例を示す断面図、第１図ｂはその電極形状を示す
平面図である。 まず、その構成を説明する。 この実施例は圧電体１の一面中央部に正電極２
を、その側部に正電極２と同一面積の負電極３を
設け、圧電体１の他面に中立電極４を設けると共
に、この中立電極４の表面に繊維強化プラスチツ
ク板５を設けてなる。 圧電体１としては、PVDF、圧電セラミツク・
合成樹脂複合体等の有機高分子系のものを用いる
ことができる。 繊維強化プラスチツク板５としては、ガラス繊
維とエポキシ又は不飽和ポリエステルとから成る
複合材が用いられる。 次にその作用を説明する。 圧電体１には焦電定数Ｐ〔coul／degcm2〕とい
うものがあり、周囲温度に比例した電荷が第２図
示のように圧電体１、正、負電極２，３及び中立
電極４の表面に発生するが、両電極２，３とも同
一分極面にあり、かつ同一の面積であるため、両
電極２，３に焦電現象により発生する出力電圧Ｖ
が単位面積当たりの電荷をＱ、単位面積当たりの
静電容量をＣとすると、Ｖ＝Q/Cとなり等しく両
電極間の出力電圧は変化しないので、焦電現象に
よるノイズを検知することはなく、焦電補償効果
を奏する。 また繊維強化プラスチツク板５は接着性に富む
ので他部品との接着が容易で接着による本考案セ
ンサの製造が容易になると共に、繊維強化プラス
チツク板５の弾性率が極めて高く、かつクリープ
の少ない材料であること等により水平振動による
曲げ、ねじりを受けにくくなるので、水平振動に
よるノイズを大幅に軽減できる。 また、エポキシ樹脂又は不飽和ポリエステル樹
脂をガラス繊維で強化した繊維強化プラスチツク
板５は、熱膨張率が小さく、温度変化が生じたと
きにも膨張による歪の発生がなく、従つて振動の
測定感度が一定する。 更に、当該繊維強化プラスチツク板５の弾性率
を変えることにより圧電体１の歪量を調整できる
ので、所望感度のものを容易に得ることができ
る。 振動を受けると、圧電体１は第３図ａに示すよ
うに正電極２の部分を大きく変形させ、負電極３
の部分は殆ど変形しないか、または第３図ｂに示
すように正電極２の部分と負電極３の部分の変形
が逆になる。 第３図ａの場合は正電極２の部分の変形が負電
極３の部分の変形よりも大きいので、正、負電極
２，３に発生する電荷量に差を生じ、正、負電極
２，３間よりその差にもとづく出力電圧Voが得
られる。 また第３図ｂの場合は正電極２の部分の変形
（縮み）と負電極３の変形（伸び）が逆になるの
で、各電極２，３に逆極性の電荷が発生し、これ
らの電荷によつて正、負電極２，３間より出力電
圧Voが得られ、加速度の測定ができる。 （実験） (1) 圧電膜 圧電セラミツクス 84.4重量％ ポリアセタール 12.2 〃 塩素化ポリエチレン 3.4 〃 を溶融混練して0.1mmの厚さに製膜後、第１図に
示す形状に正、負電極を設け、分極処理した。 圧電膜の寸法 圧電膜直径 17.0mm 正電極の直径 11.2mm 負電極の内径 13.6mm 〃 外径 17.0mm (2) 加速度センサの組立 第１表に示す材質及び肉厚の裏打材を接着し、
圧電膜の電極を増幅器に連結した。 なお、裏打材は同質の内径14.5mmの環状体に接
着してダイヤフラム構造とした。 (3) 測定 加速度1Gの振動を−40℃、20℃、80℃で夫々
測定した。その出力値は次の通りであつた。
【表】
＊２ 雰囲気温度
＊３ 20℃を基準とした時の出力のパーセント表示
〔考案の効果〕 上述のように本考案によれば、圧電体１の一面
に同一面積の正、負電極２，３を設け、圧電体１
の他面に中立電極４を設け、この中立電極４の表
面にガラス繊維とエポキシ樹脂又は不飽和ポリエ
ステル樹脂との複合体からなる繊維強化プラスチ
ツク板５を設けた構成にすることにより焦電現象
によるノイズの影響をなくすことができる（焦電
補償効果を奏する）ので、衝撃波の測定の如く高
周波域での測定は勿論、加速度の測定の如く低周
波域、特に0.2Hz以下の極低周波域での測定もで
き、フイルタを省略することができるばかりでな
く、接着性に富む繊維強化プラスチツク板５を使
用しているので、接着による本考案センサの製造
が容易になり、剥離のおそれも少ないから、長寿
命である。更に、この材料は弾性率が極めて高
く、熱膨脹率が低いので広い温度範囲に亘つて圧
電体１をほぼ完全に平坦に張架でき、水平方向の
振動による出力を低減できる利点をも有する。
尚、当該繊維強化プラスチツク板５の弾性率を変
えることにより所望感度のものを容易に得ること
もできる。
＊３ 20℃を基準とした時の出力のパーセント表示
〔考案の効果〕 上述のように本考案によれば、圧電体１の一面
に同一面積の正、負電極２，３を設け、圧電体１
の他面に中立電極４を設け、この中立電極４の表
面にガラス繊維とエポキシ樹脂又は不飽和ポリエ
ステル樹脂との複合体からなる繊維強化プラスチ
ツク板５を設けた構成にすることにより焦電現象
によるノイズの影響をなくすことができる（焦電
補償効果を奏する）ので、衝撃波の測定の如く高
周波域での測定は勿論、加速度の測定の如く低周
波域、特に0.2Hz以下の極低周波域での測定もで
き、フイルタを省略することができるばかりでな
く、接着性に富む繊維強化プラスチツク板５を使
用しているので、接着による本考案センサの製造
が容易になり、剥離のおそれも少ないから、長寿
命である。更に、この材料は弾性率が極めて高
く、熱膨脹率が低いので広い温度範囲に亘つて圧
電体１をほぼ完全に平坦に張架でき、水平方向の
振動による出力を低減できる利点をも有する。
尚、当該繊維強化プラスチツク板５の弾性率を変
えることにより所望感度のものを容易に得ること
もできる。
図１ａ，ｂはそれぞれ本考案圧電型加速度セン
サの１実施例を示す断面図および平面図、第２図
は本考案圧電型加速度センサによる焦電補償効果
の説明図、第３図ａ，ｂはそれぞれ本考案圧電型
加速度センサによる測定方法の説明図である。 １……圧電体、２……正電極、３……負電極、
４……中立電極、５……繊維強化プラスチツク
板。
サの１実施例を示す断面図および平面図、第２図
は本考案圧電型加速度センサによる焦電補償効果
の説明図、第３図ａ，ｂはそれぞれ本考案圧電型
加速度センサによる測定方法の説明図である。 １……圧電体、２……正電極、３……負電極、
４……中立電極、５……繊維強化プラスチツク
板。
Claims (1)
- 有機高分子系圧電体の一面に同一面積の正、負
電極を設け、圧電体の他面に中立電極を設け、こ
の中立電極の表面に、ガラス繊維とエポキシ樹脂
又は不飽和ポリエステル樹脂との複合体からなる
繊維強化プラスチツク板を添着してなることを特
徴とする圧電型加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1984182542U JPH0414946Y2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1984182542U JPH0414946Y2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6197867U JPS6197867U (ja) | 1986-06-23 |
| JPH0414946Y2 true JPH0414946Y2 (ja) | 1992-04-03 |
Family
ID=30740077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1984182542U Expired JPH0414946Y2 (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0414946Y2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5011834B2 (ja) * | 2006-06-14 | 2012-08-29 | 株式会社デンソー | 圧電型メンブレンセンサ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58182285A (ja) * | 1982-03-30 | 1983-10-25 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | 圧電気圧力センサ |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP1984182542U patent/JPH0414946Y2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58182285A (ja) * | 1982-03-30 | 1983-10-25 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | 圧電気圧力センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6197867U (ja) | 1986-06-23 |
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