JPH05296706A - 形状計測センサ - Google Patents

形状計測センサ

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JPH05296706A
JPH05296706A JP4956792A JP4956792A JPH05296706A JP H05296706 A JPH05296706 A JP H05296706A JP 4956792 A JP4956792 A JP 4956792A JP 4956792 A JP4956792 A JP 4956792A JP H05296706 A JPH05296706 A JP H05296706A
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JP
Japan
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piezoelectric
output
piezoelectric body
pair
elastic body
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Application number
JP4956792A
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Inventor
Masahiro Yamada
昌弘 山田
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、簡単な構成により、検出素子の高
密度化を図りつつ、検出精度の高い形状計測センサを提
供することを目的とする。 【構成】 導電性を有する弾性体1と、分極方向を対向
させて前記弾性体1の表裏へ形成した一対の圧電体3,
5と、このような一対の圧電体を複数形成した圧電体群
と、弾性体を共通電極としてそれぞれの一対の圧電体の
一方の圧電体出力から他方の圧電体出力を減算する減算
手段7とを備えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシート等の変形した物体
の形状を計測するために用いられる形状計測センサに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年においては、圧電体や歪ゲージ等の
検出素子を用いた種々のセンサが開発されている。
【0003】特開平3−2668号公報には圧電型加速
度センサが示されている。この圧電型加速度センサは、
台座の感知軸に垂直な測定面に膜状圧電体を固着し、こ
の膜状圧電体上に荷重体を固着して構成される。また、
圧電型加速度センサは上記膜状圧電体を複数枚の積層構
造にして出力レベルを増大することにより、検出精度の
向上を図るようにしている。
【0004】また、図10は歪ゲージを用いた従来の形
状計測センサ101の外観斜視図であり、図11はその
回路図である。テープ状の弾性金属板103の表面へ金
属製の歪ゲージ105,107,109を張り付けると
共に、裏面へ歪ゲージ111,113,115を張り付
けている。このような形状計測センサ101を例えば、
シートの上に配置しておき、シートへ着座したときの弾
性金属板103の変形を歪ゲージで検出することによ
り、シートの形状を測定することができる。
【0005】ところで、金属製の歪ゲージを検出素子と
して用いた場合は、歪ゲージ1個当たりの検出出力が小
さいので、形状計測センサ101の検出精度の向上を図
るためには、図11に示すように複数の歪ゲージと抵抗
Rを用いてブリッジ回路を構成することにより、形状計
測センサ101の出力レベルの増大を図る必要があっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の形状計測センサにあっては、上記ブリッジ回
路用の抵抗R及び電源線を各歪ゲージの近傍へ組み付け
なければならず、回路構成が複雑化し、検出素子の高密
度化が図れないという問題点を有していた。
【0007】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、簡単な構成により、検出素子の高密度化を図りつ
つ、検出精度の高い形状計測センサを提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る形状計測センサは図1に示すように、導
電性を有する弾性体1と、この弾性体1の表裏へ分極方
向を対向させて形成される一対の圧電体3,5と、この
一対の圧電体3,5を複数形成して成る圧電体群と、こ
の圧電体群を構成するそれぞれの一対の圧電体及び前記
弾性体1とリード線を介して接続され、当該弾性体1を
共通電極としてそれぞれの一対の圧電体の一方の圧電体
出力から他方の圧電体出力を減算する減算手段7とを有
して構成した。
【0009】
【作用】本発明は、弾性体1の表裏へ形成された一対の
圧電体3,5の分極方向を対向させ、このような検出素
子としての一対の圧電体を複数形成して成り、弾性体1
を共通電極としてそれぞれの一対の圧電体の一方の圧電
体出力から他方の圧電体出力を減算することにより、簡
単な構成で不必要な応力の影響を除去することができ、
また、検出素子の高密度化を図りつつ、出力レベルの増
大により検出精度の高い形状計測センサを実現すること
ができる。
【0010】
【実施例】以下本発明に係る−実施例を図面を参照して
詳細に説明する。
【0011】まず、図2乃至図5を参照して本発明に係
る形状計測センサ11の構成を説明する。この形状計測
センサ11は従来例と同様に車両のシートの形状の計測
に用いられるものである。
【0012】シートの着座面へ設けられる導電性の弾性
金属板13の表裏には複数対の圧電体が形成されてい
る。すなわち、弾性金属板13の表面には高分子の薄膜
で成る複数の圧電体15a,15b,15c,…が形成
されている。弾性金属板13の裏面には前記圧電体15
aと対向する位置に圧電体17aが形成され、同様に圧
電体15bと対向する位置に圧電体17bが形成され、
同様に圧電体15cと対向する位置に圧電体17cが形
成されている。圧電体15aと圧電体17aとで一対の
圧電体を形成し、同様に圧電体15bと圧電体17bと
で一対の圧電体を形成し、同様に圧電体15cと圧電体
17cとで一対の圧電体を形成しており、このような複
数対の圧電体により圧電体群を構成している。従って、
圧電体群は一方対の圧電体15a,15b,15c,…
と、他方対の圧電体17a,17b,17c,…とから
形成されている。前記弾性金属板13はシートの着座面
の形状に合わせられるように、薄い金属板により形成さ
れている。
【0013】また、図4に拡大して示すように一方対の
圧電体15a,15b,15c,…の分極方向F1と、
他方対の圧電体17a,17b,17c,…の分極方向
F2とを対向させて配置している。弾性金属板13は外
部からの押圧力を受けた場合に、当該押圧力に応じて変
形する基材である。従って、弾性金属板13の変形に沿
って圧電体15a,15b,15c,…及び圧電体17
a,17b,17c,…が変形して圧電効果を生じる。
例えば、乗員がシートに着座したときに弾性金属板13
が湾曲すると、この弾性金属板13の湾曲に応じて圧電
体15a,15b,15c,…及び圧電体17a,17
b,17c,…に圧電効果を生じる。また、弾性金属板
13は圧電体15a,15b,15c,…及び圧電体1
7a,17b,17c,…の一方の面と電気的に導通
し、これらの共通電極として用いられる。従って、図5
に示すように圧電体15a,15b,15c,…の共通
電極と、圧電体17a,17b,17c,…の共通電極
とが導電性の弾性金属板13を介して相互に接続されて
いる。また、圧電体15a,15b,15c,…の他方
の面には電極19a,19b,19c,…が固着されて
いる。各電極19a,19b,19c,…からはリード
線21a,21b,21c,…が引き出され、それぞれ
のリード線21a,21b,21c,…は弾性金属板1
3の表面側に形成されている。同様に、圧電体17a,
17b,17c,…の他方の面には電極23a,23
b,23c,…が固着されている。各電極23a,23
b,23c,…からはリード線25a,25b,25
c,…が引き出され、それぞれのリード線25a,25
b,25c,…は弾性金属板13の裏面側に形成されて
いる。
【0014】従って、後述するように弾性金属板13を
共通電極として、リード線21aを介して得られる出力
と、リード線25aを介して得られる出力との差を算出
する。同様に、リード線21bを介して得られる出力
と、リード線25bを介して得られる出力との差を算出
する。また、リード線21cを介して得られる出力と、
リード線25cを介して得られる出力との差を算出す
る。
【0015】次に、図6を参照して一方対の圧電体15
aと、他方対の圧電体17aとの間に接続される回路部
の構成を説明する。
【0016】圧電体15a側の電極19aはリード線を
介してチャージアンプ27の一方の入力端子と接続さ
れ、チャージアンプ27の他方の入力端子はリード線を
介して共通電極としての弾性金属板13と接続されてい
る。同様に、圧電体17a側の電極23aはリード線を
介してチャージアンプ29の一方の入力端子と接続さ
れ、チャージアンプ29の他方の入力端子はリード線を
介して共通電極としての弾性金属板13と接続されてい
る。また、チャージアンプ27の出力端子は減算器31
の一方の入力端子と接続され、チャージアンプ29の出
力端子は減算器31の他方の入力端子と接続されてい
る。これらのチャージアンプ27,29,減算器31
は、一方対の圧電体出力から他方対の圧電体出力を減算
するための減算手段である。また、形状計測センサ11
の検出素子である圧電体の高密度化を図るために、チャ
ージアンプ27,29,減算器31は、弾性金属板13
以外の適宜の位置、例えば、シートの近傍等へ設けられ
る。
【0017】尚、他のそれぞれの一対の圧電体間に接続
される回路部、例えば、圧電体15b、17b間に接続
される回路部、及び圧電体15c、17c間に接続され
る回路部の構成も図6に示したと同様であり、詳細な説
明を省略する。
【0018】次に、図6、図7及び図8を参照して作用
を説明する。
【0019】図6は測定前の状態、すなわち乗員がシー
トへ着座していない状態を示したものであり、圧電体1
5a、17aには押圧力が加えられておらず、圧電体1
5a、17aから出力される電荷は0である。従って、
チャージアンプ27,29の出力は0であり、減算器3
1の出力も0である。
【0020】次に、弾性金属板13を設けたシートへ乗
員が着座すると、着座による押圧で弾性金属板13が変
形する。例えば、乗員の膝部分と対応するシートの先端
部等では図7に示すように弾性金属板13が湾曲する。
このような弾性金属板13の曲率変形により圧電体15
aと圧電体17aには相反する応力が発生する。すなわ
ち、圧電体15aには引張力ftが作用すると共に、圧
電体17aには圧縮力fcが作用する。このとき、圧電
体15a、17aには次式で示す電荷Qが発生する。
【0021】 Q=d31×F (1) 但し、d31:圧電定数 F:力 ここで、圧電体15aには正の電荷+Qが蓄えられ、圧
電体17aには負の電荷−Qが蓄えられる。そして、チ
ャージアンプ27は圧電体15aからの正の電荷+Qを
電圧+V1に変換し、チャージアンプ29は圧電体17
aからの負の電荷−Qを電圧−V1に変換する。減算器
31は電圧+V1から電圧−V1を減算し、電圧+2V
1を出力する。この減算器31からの出力に基づいて弾
性金属板13の変形曲率を演算し、各圧電体の変形曲率
が演算される。これにより、各圧電体の変形曲率からシ
ート等の測定対象面の形状を演算することができる。
【0022】尚、シートの先端部に位置する他のそれぞ
れの一対の圧電体間における作用も上記と同様である。
【0023】一方、乗員がシートへ着座した場合に当該
シートの着座面中央部では、図8に示すように圧電体1
5aには圧縮力fc2が加わり、同時に圧電体17aに
も等しい圧縮力fc2が加わっているので、この圧縮力
fc2は上記減算器31の減算によって除去される。こ
のとき、焦電性により圧電体15a,17aに発生する
電荷も同様に除去される。すなわち、圧電体15a,1
7aの温度上昇により、各圧電体15a,17aの表面
に分極電荷が現れる場合があるが、これらの分極電荷は
上記減算器31の減算によって除去される。
【0024】尚、シートの着座面中央部に位置する他の
それぞれの一対の圧電体間における作用も上記と同様で
ある。
【0025】以上のごとく、減算器31が一方対の圧電
体出力から他方対の圧電体出力を減算するように構成し
たので、弾性金属板13に加わる引張力、圧縮力の影
響、及び焦電性により発生した電荷の影響を除去するこ
とができる。従って、不必要な応力等の影響を除去する
ことができる。また、減算器31からの出力レベルの増
大により、検出精度の高い形状計測センサを実現するこ
とができる。
【0026】また、形状を知るために必要な引張力、圧
縮力は、前述したように2倍のVの出力であり、反対に
単なる圧縮力は出力がキャンセルされ0である。
【0027】次に、図9を参照して本発明に係る他の実
施例を説明する。
【0028】本実施例は、高分子薄膜で成る複数の圧電
体の代わりにセラミック製の圧電体を用いて構成したこ
とを特徴とする。すなわち、共通電極を兼ねる導電性の
弾性金属板33の表面にはセラミック製の圧電体35
a,35b,35c,…が形成され、弾性金属板33の
裏面にはセラミック製の圧電体37a,37b,37
c,…が形成されている。また、一方対の圧電体35
a,35b,35c,…には電極39a,39b,39
c,…が固着され、他方対の圧電体37a,37b,3
7c,…には電極41a,41b,41c,…が固着さ
れている。
【0029】尚、上記以外の構成、作用については図2
乃至図6に示した実施例と同様であり、詳細な説明を省
略する。
【0030】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、弾性体の表裏へ形成した一対の圧電体の分極方向を
対向させると共に、このような一対の圧電体を複数形成
して圧電体群を構成する。そして、弾性体を共通電極と
してそれぞれの一対の圧電体の一方の圧電体出力から他
方の圧電体出力を減算するように構成したので、簡単な
構成により検出素子の高密度化、及び出力レベルの増大
を達成することができる。また、不必要な応力の影響を
除去することができ、検出精度の高い形状計測センサを
実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】クレ−ム対応図である。
【図2】本発明に係る実施例の縦断面図である。
【図3】本発明に係る実施例の平面図である。
【図4】本発明に係る実施例の部分拡大図である。
【図5】本発明に係る実施例の回路図である。
【図6】本発明に係る実施例において測定前の状態を示
した説明図である。
【図7】本発明に係る実施例において弾性金属板の一方
の面から押圧力を加えた状態を示した説明図である。
【図8】本発明に係る実施例において圧電体へ圧縮力が
加わった場合を示した説明図である。
【図9】本発明に係る他の実施例の縦断面図である。
【図10】従来例の斜視図である。
【図11】従来例の回路図である。
【符号の説明】
1 弾性体 3,5 圧電体 7 減算手段

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性を有する弾性体と、 この弾性体の表裏へ分極方向を対向させて形成される一
    対の圧電体と、 この一対の圧電体を複数形成して成る圧電体群と、 この圧電体群を構成するそれぞれの一対の圧電体及び前
    記弾性体とリード線を介して接続され、当該弾性体を共
    通電極としてそれぞれの一対の圧電体の一方の圧電体出
    力から他方の圧電体出力を減算する減算手段と、 を有することを特徴とする形状計測センサ。
JP4956792A 1992-03-06 1992-03-06 形状計測センサ Pending JPH05296706A (ja)

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