JPH05119055A - 振動センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 振動センサを被検出物から取り外したり振動
試験器等で外部から振動を加えたりすることなく、簡単
に振動センサの診断ができるようにする。 【構成】 自己診断機能付き振動センサＡが正常に動作
するかどうか診断するときには、交流信号源８により診
断用電極５と共通電極３の間に交流電圧を印加し、逆圧
電効果により圧電素子１に電気的歪を生じさせる。同時
に、この歪によって検出用電極４と共通電極３の間に圧
電効果による電圧が発生するので、この電圧信号を検出
回路６により所望の電気信号に変換して出力端子７から
出力させる。そして、この電気信号を評価することによ
り、例えば圧電素子１が劣化しているかどうかを診断す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は振動センサに関する。具
体的には、圧電素子を用いて加速度や衝撃等の振動を電
気信号に変換させるようにした振動センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】振動センサは、例えば窓ガラスや扉に取
り付けて防犯用に用いられており、また、自動車のエア
バック装置に設けて衝突時の衝撃検出用に用いられてい
る。

【０００３】図４は従来の振動センサＣを示す。従来の
振動センサＣは、圧電基板１２の表裏両面に電極１３及
び１４を設けられた圧電素子１１と、両電極１３，１４
に電気的に接続された検出回路１５とから構成されてい
る。

【０００４】しかして、被検出物に取り付けられた振動
センサＣに加速度や衝撃等の振動が加わると、その振動
の大きさに比例した力が圧電素子１１に加わるため、圧
電基板１２に機械的な歪が生じる。この時、圧電素子１
１は、圧電効果によって歪量に応じた電気信号を出力す
る。この電気信号は電極１３，１４を介して検出回路１
５へ入力され、例えば増幅等の処理を施された後、振動
の大きさを示す電圧等の電気信号として検出回路１５の
出力端子１６から出力される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
振動センサは、外部から振動が加わらないと圧電素子に
歪が生じないため、振動センサ自体が正常に動作してい
るかどうかを診断するには、振動センサを被検出物から
取り外したうえ、振動試験器等を用いて振動センサで外
部から強制的に振動を加え、正常な電気信号が出力され
るかどうかチェックする必要がある。このため、故障の
診断に振動試験器等が必要となり、診断作業も面倒であ
った。

【０００６】また、取り外し困難な場所に設置された振
動センサについては、上記のように振動センサを外して
診断するわけにいかないので、防犯用や自動車のエアバ
ック用等の特に信頼度が要求される用途では、万一の場
合の安全を見込んで複数個の振動センサを設置しなけれ
ばならなかった。

【０００７】また、振動センサの組立調整時には、振動
センサに加わる振動の大きさと検出回路の出力信号とが
一定の関係になるよう検出回路を調整しなければならな
いが、従来にあっては、振動試験機等により振動センサ
に機械的振動を与え、検出回路の出力信号が一定レベル
となるよう調整しなければならず、非常に面倒な調整作
業が必要であった。

【０００８】本発明は叙上の従来例の問題点に鑑みてな
されたものであって、その目的とするところは、振動セ
ンサを被検出物から取り外して振動試験器等で外部から
機械的振動を加えたりすることなく、振動センサ自体に
おいて故障の診断等を行なうことができるようにするこ
とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる第１の振
動センサは、圧電素子を用いて振動を電気信号に変換す
る振動センサにおいて、圧電素子が少なくとも３個の電
極を有し、そのうちの少なくとも２個の電極が圧電素子
から出力される信号を検出する回路に接続され、別な少
なくとも２個の電極が圧電素子に歪を生じさせるための
信号発生源に接続されていることを特徴としている。

【００１０】また、本発明にかかる第２の振動センサ
は、圧電素子を用いて振動を電気信号に変換する振動セ
ンサにおいて、圧電素子が少なくとも３個の電極を有
し、そのうちの少なくとも２個の電極が圧電素子から出
力される信号を検出する回路に接続され、別な少なくと
も２個の電極が前記検出回路及び圧電素子に歪を生じさ
せるための信号発生源に切り替え可能に接続されている
ことを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明の振動センサにあっては、圧電素子に歪
を生じさせるための信号発生源に接続された診断用の電
極を圧電素子に設けているので、この信号発生源から診
断用の電極に電気信号を印加して逆圧電効果により圧電
素子に歪ないし振動を生じさせることができる。この
時、圧電素子の歪を検出回路によって検出することによ
り振動センサが正常に動作しているか、劣化等により異
常が発生しているか、を判断することができる。

【００１２】従って、振動センサを被検出物に取り付け
たままで、しかも、振動試験器等を用いて外部から振動
を加えることなく、容易に振動センサの自己診断を行な
わせることができる。

【００１３】また、振動センサの組立調整時には、診断
用の電極に電気信号を印加して圧電素子に歪振動を生じ
させ、このとき検出回路から出力された信号をモニター
しながら検出回路を調整でき、振動センサの組立調整作
業を簡単かつ効率的に行なうことができる。

【００１４】加えて、診断用の電極を圧電素子に歪を生
じさせるための信号発生源と圧電素子の歪信号を検出す
る検出回路とに切り替えることができるようにした振動
センサにあっては、自己診断動作を行なっていない場合
（振動検出時）には、診断用の電極を検出回路に接続し
ておけば、全ての電極を振動検出用に用いることがで
き、検出用の電極面積を広くとることができる。従っ
て、振動センサに自己診断機能を付加したことにより、
圧電素子を大きくしたり、検出感度を低下させたりする
ことがない。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の一実施例による自己診断機能
を有する振動センサＡの概略構成図、図２はその振動セ
ンサに用いられている圧電素子１の斜視図である。な
お、図１においては、圧電素子１の電極形状は模式的に
表わしている。

【００１６】図２に示すように、圧電素子１は、セラミ
ックス等からなる円板状をした圧電基板２の下面全体に
共通電極３を設け、圧電基板２の上面中央部に丸形の検
出用電極４を設け、検出用電極４を囲むようにして上面
外周部に円環状の診断用電極５を設けたものであって、
検出用電極４と診断用電極５とは電気的に絶縁されてい
る。

【００１７】図１に示すように、上記圧電素子１の検出
用電極４及び共通電極６には圧電素子１から出力される
電気信号を検出し、振動の大きさに応じたレベルの信号
を出力端子７から出力する検出回路６が接続されてお
り、診断用電極５及び共通電極６には圧電素子１に圧電
歪を生じさせるための電気信号を入力する交流信号源８
が接続されている。

【００１８】被検出物に取り付けられている圧電素子１
に加速度や衝撃等の振動が加わると、圧電効果によって
振動の大きさに応じて圧電基板２に機械的歪が発生し、
圧電基板２の表面に分極電荷が発生する。このため、検
出用電極４及び共通電極３にチャージされる電荷量も変
化する。検出回路６はこの電気信号を検出するものであ
って、例えば、検出用電極４及び共通電極３にチャージ
されている電荷の変化量（電流値）を電圧に変換し、増
幅し、振動の大きさに応じたレベルの電圧信号を出力端
子７から出力する。

【００１９】また、交流信号源８は交流電圧信号を出力
するものであって、交流信号源８によって診断用電極５
と共通電極３の間に交流電圧を印加すると、逆圧電効果
によって圧電基板２に電気的歪が発生し、圧電素子１が
交流信号源８の周波数で強制的に振動させられる。

【００２０】しかして、通常の振動検出時においては、
交流信号源８をオフにし、検出回路６だけをオンにして
おき、振動の大きさに応じて検出用電極４及び共通電極
３から出力される電気信号を検出回路６で検出し、出力
端子７から出力させる。

【００２１】また、振動センサＡの自己診断時には、交
流信号源８及び検出回路６をオンにしておき、交流信号
源８から診断用電極５及び共通電極３に交流電圧信号を
印加して圧電素子１を振動させる。同時に、交流信号源
８によって振動させられている圧電素子１の振動を検出
回路６によって検出する。そして、検出回路６から出力
される電気信号のレベルを評価することにより、圧電素
子１が正常であるか、あるいは、劣化しているかを判別
することができる。

【００２２】また、振動センサＡの組立調整時にも、自
己診断時と同様、交流信号源８及び検出回路６をオンに
しておき、交流信号源８から励振用の一定の大きさの交
流電圧を印加する。ここで、交流信号源８によって印加
される交流信号電圧の大きさと振動の大きさとの関係を
予め調べておけば、交流信号源８によって疑似振動を発
生させながら、圧電素子１の振動と検出回路６から出力
される信号が一定の関係になるよう検出回路６を調整す
ることができる。

【００２３】図３は本発明の別な実施例による自己診断
機能を有する振動センサＢの概略構成図である。この振
動センサＢにあっては、診断用電極５を切替スイッチ９
を介して交流信号源８及び検出回路６に接続してあり、
切替スイッチ９の切替え操作によって診断用電極５を交
流信号源８または検出回路６のいずれか一方に切り替え
られるようになっている。

【００２４】しかして、切替スイッチ９を交流信号源側
ロに接続すれば、交流信号源８から診断用電極５に交流
電圧を印加して圧電素子１を振動させ、同時に、圧電素
子１の振動を検出回路６で検出し、振動センサＢの自己
診断を行なわせることができる。

【００２５】また、切替スイッチ９を検出回路側イに接
続すれば、検出電極４及び診断用電極５の両電極が検出
回路６に接続され、検出電極４及び診断用電極５の両電
極により圧電素子１の振動を検出することができる。

【００２６】図１の振動センサＡにあっては、診断用電
極５は圧電素子１の励振専用となっており、検出用電極
４のみが振動検出用に用いられている。このため、圧電
素子１の直径が同一であれば、振動検出用の電極面積が
小さくなり、振動の検出感度が低下する恐れがある。こ
れに対し、本実施例の振動センサＢにあっては、通常の
振動検出時においては、切替スイッチ９の操作により診
断用電極５も振動検出用に用いているので、圧電素子１
のほぼ全面の電極を振動検出用の電極として使用するこ
とができ、圧電素子１を大きくすることなく、高い振動
検出感度を維持することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の振動センサは、故障や調整具合
等の診断機能を有しているので、振動センサが正常に動
作しているか、劣化等により異常が発生しているかを自
己診断させることができる。また、信号発生源により圧
電素子に歪振動を生じさせながら検出回路の出力信号を
モニターすることにより、検出回路の調整作業を行な
え、振動センサの組立調整作業を簡単かつ効率的に行な
うことができる。

【００２８】従って、振動試験器等を用いることなく、
振動センサの故障診断や組立調整を行なうことができ、
また振動センサを被検出物に取り付けたままで故障診断
を行なうことができる。そして、容易に自己診断を行な
うことができるので、被検出物に取り付けたままで適時
振動センサの自己診断を繰り返すことも可能になり、振
動センサの信頼性を高めることができる。特に、信頼度
の要求される用途でも、１台の振動センサで振動や衝撃
を監視させることができる。

【００２９】加えて、診断用の電極を圧電素子に歪を生
じさせるための信号発生源と圧電素子の歪信号を検出す
る検出回路とに切り替えることができるようにした振動
センサにあっては、全ての電極を振動検出用に用いるこ
とができる。従って、検出部（圧電素子）が小さく、検
出感度が高く、自己診断機能を備えた振動センサを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による自己診断機能付きの振
動センサを示す概略構成図である。

【図２】同上の実施例に用いられている圧電素子を示す
斜視図である。

【図３】本発明の別な実施例による自己診断機能付きの
振動センサを示す概略構成図である。

【図４】従来例の振動センサを示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ 圧電素子 ２ 圧電基板 ３ 共通電極 ４ 検出用電極 ５ 診断用電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電素子を用いて振動を電気信号に変換
   する振動センサにおいて、 圧電素子が少なくとも３個の電極を有し、そのうちの少
   なくとも２個の電極が圧電素子から出力される信号を検
   出する回路に接続され、別な少なくとも２個の電極が圧
   電素子に歪を生じさせるための信号発生源に接続されて
   いることを特徴とする振動センサ。
2. 【請求項２】 圧電素子を用いて振動を電気信号に変換
   する振動センサにおいて、 圧電素子が少なくとも３個の電極を有し、そのうちの少
   なくとも１対の電極が圧電素子から出力される信号を検
   出する回路に接続され、異なる少なくとも１対の電極が
   前記検出回路及び圧電素子に歪を生じさせるための信号
   発生源に切り替え可能に接続されていることを特徴とす
   る振動センサ。