JPH05288774A - 加速度センサ - Google Patents

加速度センサ

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JPH05288774A
JPH05288774A JP4118353A JP11835392A JPH05288774A JP H05288774 A JPH05288774 A JP H05288774A JP 4118353 A JP4118353 A JP 4118353A JP 11835392 A JP11835392 A JP 11835392A JP H05288774 A JPH05288774 A JP H05288774A
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    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微弱な加速度を正確に測定することができる
加速度センサを得る。 【構成】 加速度センサ１０は、４角柱状の振動体１２
を含む。振動体１２は、恒弾性金属材料で形成される。
振動体１２の対向する２つの側面には、圧電素子１４，
１６が形成される。圧電素子１４の圧電体１４ａは、電
極１４ｂ側から電極１４ｃ側に向かって分極処理されて
いる。同様に、圧電素子１６の圧電体１６ａは、電極１
６ｂ側から電極１６ｃ側に向かって分極処理される。振
動体１２の圧電素子が形成されていない側面には、その
中央部に支持部材１８が取り付けられる。振動体１２の
長さ方向の振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数と
を一致させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は加速度センサに関し、
特にたとえば、圧電体を用いた加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の圧電体を用いた加速度センサとし
ては、たとえば圧電体の一端で支持した片持ちばりのも
のや、振動体の両端で支持した両持ちばりのものがあっ
た。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の加速度センサでは、たとえば０．００１Ｇ程度の
微弱な加速度を検出することができなかった。
【０００４】それゆえに、この発明の主たる目的は、微
弱な加速度を正確に測定することができる加速度センサ
を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、その軸に対
して回転対称な形状の多角柱状の振動体と、振動体の軸
に対して回転対称となる複数の側面に形成される圧電素
子とを含み、圧電素子の分極方向を振動体の軸からみて
同じ向きとなるようにした、加速度センサである。この
振動体では、長さ方向の振動の共振周波数と屈曲振動の
共振周波数とが、一致させられる。
【０００６】
【作用】複数の圧電素子に同位相の駆動信号を印加する
ことによって、振動体は長さ方向に振動し、振動体に慣
性が与えられる。この状態で振動体の側面に直交する方
向に加速度が加わると、振動体に撓みが生じる。振動体
の長さ方向の振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数
とを一致させておくことによって、振動体の撓みは大き
くなる。
【０００７】
【発明の効果】この発明によれば、振動体に加速度が加
わって、振動体に撓みが生じると、撓みの大きさに応じ
て圧電素子に電圧が発生する。これらの電圧の大きさを
測定することによって、加速度が加わった向きと、加速
度の大きさとを測定することができる。振動体の長さ方
向の振動の共振周波数と屈曲振動の共振周波数とを一致
一致させることにより、振動体の撓みが大きくなり、微
弱な加速度を測定することができる。
【０００８】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
【０００９】
【実施例】図１（Ａ）はこの発明の一実施例を示す斜視
図であり、図１（Ｂ）はその断面図である。この加速度
センサ１０は、たとえば正４角柱状の振動体１２を含
む。振動体１２は、たとえばエリンバなどの恒弾性金属
材料で形成される。振動体１２の対向する２つの側面に
は、その中央部分に圧電素子１４，１６が形成される。
圧電素子１４は、圧電セラミックなどで形成される圧電
体１４ａを含む。圧電体１４ａの両面には、電極１４
ｂ，１４ｃが形成される。そして、一方の電極１４ｃ
が、振動体１２の側面に接着される。同様に、圧電素子
１６は圧電体１６ａを含み、その両面に電極１６ｂ，１
６ｃが形成される。そして、一方の電極１６ｃが、振動
体１２の側面に接着される。これらの圧電素子１４，１
６の圧電体１４ａ，１６ａは、それぞれ外側から振動体
１２の方向に向かって、分極処理が施される。つまり、
圧電体１４ａは電極１４ｂ側から電極１４ｃ側に向かっ
て分極処理が施され、圧電体１６ａは電極１６ｂ側から
電極１６ｃ側に向かって分極処理が施される。また、振
動体１２の圧電素子が形成されていない側面には、その
中央部に振動体１２を支持するための支持部材１８が取
り付けられる。
【００１０】この振動体１０の圧電素子１４，１６に
は、図２に示すように、発振回路２０が並列接続され
る。発振回路２０からの信号は、抵抗２２，２４を介し
て、圧電素子１４，１６に印加される。圧電素子１４，
１６に印加される信号は、同位相のものである。このと
き、各圧電素子１４，１６は、外側から振動体１２側に
向かって分極処理が施されているため、図２の矢印に示
すように、振動体１２はその長さ方向に振動する。振動
体１２が長さ方向に振動することによって、振動体１２
に慣性が与えられる。
【００１１】さらに、圧電素子１４，１６は、差動増幅
するためのオペアンプ２６の入力端子に接続される。し
たがって、オペアンプ２６の出力端子からは、圧電素子
１４，１６に発生する電圧の差に対応した出力が得られ
る。したがって、振動体１２に加速度が加わっていない
場合、圧電素子１４と圧電素子１６に発生する電圧の大
きさは同じで、かつ同位相である。したがって、オペア
ンプ２６の出力は０である。
【００１２】振動体１２が振動している状態で、たとえ
ば圧電素子１４，１６の面に直交する向きに加速度が加
わると、図３に示すように、振動体１２に撓みが生じ
る。振動体１２の撓みによって、圧電素子１４，１６に
は電圧が発生するが、その電圧は逆位相となる。したが
って、オペアンプ２６から、圧電素子１４と圧電素子１
６との電圧の差に対応した出力が得られる。したがっ
て、オペアンプ２６の出力を測定すれば、加速度センサ
１０に加わった加速度を検出することができる。
【００１３】この加速度センサ１０では、圧電体１４
ａ，１６ａが外側から振動体１２側に向かって分極処理
されているため、加速度が加わったときに発生する電圧
が逆位相となる。したがって、圧電素子１４，１６の出
力電圧の差を測定すれば、大きな出力を得ることができ
る。そのため、微弱な加速度でも、正確に測定すること
ができる。さらに、振動体１２の長さ方向の振動の共振
周波数と屈曲振動の共振周波数とを一致させておけば、
加速度が加わったときの振動体１２の撓みが大きくな
る。したがって、微弱な加速度にも大きく感応し、感度
をよくすることができる。
【００１４】図４はこの発明の他の実施例を示す回路図
である。この実施例では、振動体１２の形状が正３角柱
状に形成されている。そして、振動体１２の各側面の中
央部に、圧電素子３０，３２，３４が形成されている。
これらの圧電素子３０，３２，３４の圧電体も、外側か
ら振動体１２側に向かって分極処理されている。これら
の圧電素子３０，３２，３４には、抵抗３６，３８，４
０を介して、発振回路２０が並列接続される。
【００１５】また、圧電素子３０，３２，３４の中の２
つが組み合わされて、オペアンプ４２，４４，４６の入
力端子に接続される。つまり、圧電素子３０，３２がオ
ペアンプ４６の２つの入力端子に接続され、圧電素子３
２，３４がオペアンプ４４の２つの入力端子に接続さ
れ、圧電素子３０，３４がオペアンプ４２の２つの入力
端子に接続される。
【００１６】この加速度センサ１０においても、発振回
路２０の信号によって、振動体１２はその長さ方向に振
動する。この状態で、加速度センサ１０の軸に直交する
方向に加速度が加わると、振動体１２に撓みが生じる。
振動体１２の撓みに応じて、各圧電素子３０，３２，３
４に電圧が発生する。つまり、圧電素子３０，３２，３
４には、振動体１２の各側面に直交する向きの加速度成
分に対応した電圧が発生する。そして、オペアンプ４
２，４４，４６からは、それぞれの入力端子に接続され
た圧電素子の出力電圧の差に対応した出力が得られる。
したがって、これらのオペアンプ４２，４４，４６から
の出力の大きさを測定すれば、どの方向にどれだけの加
速度が加わったかを知ることができる。
【００１７】なお、振動体１２の形状としては、たとえ
ば正５角柱状など他の形状であってもよい。この場合、
正５角柱状の振動体の各側面の中央部に、圧電素子が形
成される。そして、各圧電素子の圧電体は、外側から振
動体側に向かって分極処理される。このように、振動体
１２の形状としては、軸に対して回転対称となる角柱状
であれば、どのよう形状であってもよい。この場合、必
ずしも振動体の全ての側面に圧電素子を形成する必要は
ないが、互いに軸に対して回転対称となるように配置す
る必要がある。さらに、振動体１２の形状としては、正
多角柱状に限らず、軸に対して回転対称であればどのよ
うな多角柱状であってもよい。また、上述の各実施例で
は、圧電体を外側から振動体方向に向かって分極処理し
たが、全ての圧電体を振動体側から外側に向かって分極
処理してもよい。つまり、圧電体の分極方向は、振動体
の軸からみて同じ方向であればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、（Ｂ）はその断面図である。
【図２】図１に示す加速度センサを使用するための回路
図である。
【図３】図１に示す加速度センサに加速度が加わった状
態を示す図解図である。
【図４】この発明の他の例を示す図解図である。
【符号の説明】
１０ 加速度センサ １２ 振動体 １４，１６ 圧電素子 ３０，３２，３４ 圧電素子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 その軸に対して回転対称な形状の多角柱
    状の振動体と、前記振動体の軸に対して回転対称となる
    複数の側面に形成される圧電素子とを含み、 前記圧電素子の分極方向を前記振動体の軸からみて同じ
    向きとなるようにした、加速度センサ。
  2. 【請求項２】 前記振動体の長さ方向の振動の共振周波
    数と屈曲振動の共振周波数とを一致させた、請求項１の
    加速度センサ。
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