JPH0566230A - 2軸加速度センサ - Google Patents

2軸加速度センサ

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JPH0566230A
JPH0566230A JP3252899A JP25289991A JPH0566230A JP H0566230 A JPH0566230 A JP H0566230A JP 3252899 A JP3252899 A JP 3252899A JP 25289991 A JP25289991 A JP 25289991A JP H0566230 A JPH0566230 A JP H0566230A
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piezoelectric ceramic
acceleration sensor
ceramic body
acceleration
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Tetsuo Yoshida
哲男 吉田
Yasunori Otsuki
靖則 大槻
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Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造の1個のセンサで、直交する2軸
方向の加速度を検出でき、かつ、特別な自己診断用の検
出端子を設けることなく加速度検出用端子を利用して自
己診断が可能な加速度センサを提供する。 【構成】 外周面を周方向に8等分する位置に帯状電極
71乃至78が形成され、所定の分極処理が施された圧
電セラミックス円柱61を有し、帯状電極は長さ方向に
検出部71乃至78及び駆動部81乃至82として2分
され、検出部の帯状電極うち4つの電極71,73,7
5,及び77をアース端子とし、圧電セラミックス円柱
を介して互いに対向する一対の電極72,76を第1の
出力端子、残りの一対の電極74,78を第2の出力端
子とし、前記ア−ス端子71,73,75,及び77に
接続されている電極80を共通ア−ス電極とし、前記駆
動部の2つの電極81,82を入力端子としたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車の安全確保のた
めに用いられるエアバッグシステムや、悪路に置ける乗
り心地の改善システム等に用いられる加速度センサに関
し、特に、一個のセンサで直交する2つの方向の加速度
の検出が可能な2軸加速度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来から加速度の検出には種々の方式の
ものが実用化されている。その中でも圧電セラミックス
を用いた加速度センサ(圧電方式の加速度センサ)は構
造が簡単で、高温での使用が可能であることから、各種
機械の振動検出及び自動車のエンジンのノッキング検出
などに広く使用されている。
【0003】図7に従来の圧電方式の加速度センサを示
す。この加速度センサは、両面に電極が形成され、厚さ
方向に分極された圧電セラミックス円環20,21を有
している。圧電セラミックス円環20,21は、端子板
22を介してその分極の向きが互いに逆になるように重
ねられ、おもり23とケースを兼ねたベース24との間
に挟まれ、ナット25で締め付けられている。
【0004】この加速度センサに、圧電セラミックス円
環20,21の厚さ方向(図の上下方向)の振動が加わ
ると、圧電セラミックス円環20,21にはそれぞれ、
F=M・α(M:おもり74の質量、α:加速度)、で
表される力Fが作用する。このとき、圧電セラミックス
円環20,21の電極間には、V=K・F(Kは比例定
数)、で表される電圧が発生する。すなわち、圧電セラ
ミックス円環20,21の電極間には加速度に比例する
電圧が発生する。その電圧を測定することによって、振
動を検出することができる。
【0005】また、通常、エアバッグシステム等の衝撃
検出装置では、高い信頼性を確保するため、加速度セン
サ及び信号処理回路の故障の有無の自己診断を行ってい
る。従来の自己診断の方式には、外部から加速度センサ
に機械的な振動を与える、加速度センサの圧電セラミッ
クスの静電容量を測定する等の方式が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
加速度センサは一軸方向の加速度成分のみしか検出する
ことができない。したがって、直交する2軸方向の加速
度成分を検出するためには2個の加速度センサを必要と
する。そのため部品点数の増加に伴い、取り付けスペー
スが増大し、加速度センサの取り付け時に2つのセンサ
を精度良く直角に設けることが難しいという問題点があ
る。
【0007】また、従来の自己診断方式では、外部から
機械的振動を加速度センサに印加すための振動発生装置
を必要とするためシステムが大きくなるという問題点が
あったり、静電容量の計測では信号線の断線は検出でき
ても圧電的特性の劣化を検出することができないという
問題点がある。さらに、特開昭63−241467号公
報には、圧電セラミックスにパルス状の歪みを発生さ
せ、その出力電圧を検出する方式が開示されているが、
1軸の加速度センサにしか適用できないという問題点が
ある。
【0008】本発明は、簡単な構造の1個のセンサで、
直交する2軸方向の加速度を検出でき、かつ、特別な自
己診断用の検出端子を設けることなく加速度検出用端子
を利用して2軸方向の加速度を検出可能か否かのいわゆ
る自己診断が可能な加速度センサを提供することを目的
とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願発明の2軸加速度セ
ンサは、圧電セラミックス体と、前記圧電セラミックス
体の外周面上で、前記圧電セラミックス体を介して互い
に対向する位置に設けられている一対の第1の出力電極
と、前記圧電セラミックス体の外周面上で前記圧電セラ
ミックス体を介して互いに対向する位置でかつ前記第1
の出力電極と異なる位置に設けられている一対の第2の
出力電極とを有し、前記圧電セラミックス体が、各出力
電極から、これと隣接する出力電極との中間点に向かう
方向に分極されていることを特徴とする。又、本願発明
の2軸加速度センサの一例は、前記圧電セラミックス体
の前記第1,第2の出力電極を有する部分と長さ方向で
隣接する該圧電セラミックス体の他の部分の外周面上に
該圧電セラミックス体の周方向に所定の間隔をおいて互
いに対向している一対の入力電極を有し、前記圧電セラ
ミックス体の前記他の部分が長さ方向に分極されている
ことを特徴とする。
【0010】
【実施例】図1から図3までを参照して本願発明の加速
度センサの実施例を説明する。図1(a)に本発明の一
実施例に使用される圧電振動子を示す。この圧電振動子
は、ベース62上に固定された圧電セラミックス円柱6
1を有している。圧電セラミックス円柱61は検出部と
駆動部から成り、圧電セラミックス円柱61の検出部の
外周面上には、図1(b)に示すように外周面を8等分
する位置に、円柱61の長さ方向に平行な帯状電極7
1,72,73,74,75,76,77,及び78が
形成され、前記帯状電極のうち一つ置きに位置している
帯状電極71,73,75,77をア−ス電極とするた
め,共通ア−ス電極80が前記帯状電極71,73,7
5,77の一端に隣接続され、かつ圧電セラミックス円
周61の周方向に延在して設けられている。
【0011】ここで、各帯状電極は、圧電セラミックス
円柱61の分極処理に使用される。分極処理は、共通ア
−ス電極80と他の帯状電極72,74,76,78と
の間に直流高電圧を印加することによって行われる。こ
の様にして検出部において得られた分極の方向を、図2
(a)に点線矢印で示す。
【0012】また、互いに対向する帯状電極72と7
6、帯状電極74と78はそれぞれ対をなし、一方の対
がX軸用、他方の対がY軸用の出力電極として使用され
る。
【0013】次に、図3を参照して本実施例の加速度セ
ンサの動作を説明する。ここで、帯状電極72と76と
を結ぶ方向をX軸方向、帯状電極74と78とを結ぶ方
向をY軸方向とする。従って、帯状電極72及び76は
X軸用、帯状電極74及び78はY軸用として使用さ
れ、それぞれ差動増幅器83、差動増幅器84の入力に
接続されている。
【0014】この加速度センサに、図3に実線の矢印で
示すようにX軸方向の振動的な加速度が加えられると、
圧電セラミックス円柱61の電極72及び76の部分に
は、圧縮力と引張り力とが交互に発生する。圧電セラミ
ックス円柱61の電極72部分と76部分から見た分極
の方向は同一方向であり、電極72部分と電極76部分
とに生じる力の向きが逆(一方が圧縮されれば、他方は
引張られ、一方が引張られれば、他方は圧縮される)な
ので、電極72と電極76とに発生する電圧は逆極性と
なる。従って、電極72と電極76とのそれぞれの出力
電圧を差動増幅器83に入力し、X軸方向に加速度が加
えられた場合、X軸方向の加速度に比例した出力が得ら
れる。同様にして、Y軸方向に加速度が加えられた場合
も、出力電極74、78から差動増幅器83、84を介
してY軸方向の加速度に比例した出力が得られる。
【0015】また、X軸方向、またはY軸方向ではない
加速度が加えられたときには、X軸方向成分、及びY軸
方向成分が求められるので、2つの差動増幅器83、8
4から出力される信号を処理すれば、その加速度の大き
さを求めることができる。なお、本実施例の加速度セン
サでは、Z軸方向(圧電セラミックス円柱の軸方向:図
3の表裏方向)の加速度については、電極72,74,
76,及び78のそれぞれに同一極性の電圧が発生する
ために検出することが出来ない。
【0016】次に、本実施例の加速度センサの自己診断
機能について説明する。図1(b)に示すように、圧電
セラミックス円柱61の駆動部の外周面上にその長さ方
向において帯状電極80から所定の間隔をもって平行
に、かつ、圧電セラミックス円柱61の周方向に互いに
所定の間隔をおいて帯状電極81,82が形成されてい
る。前記帯状電極81、82は駆動電極として使用され
る。ここで駆動電極81,82は駆動電極として使用さ
れる前に、圧電セラミックス円柱61の分極処理に使用
される。分極処理は駆動電極81,82とア−ス電極8
0との間に直流高電圧を印加することによって行われ
る。この様にして駆動部において得られた分極の方向
を、図2(b)に点線矢印で示す。次に図5(a)に示
すように、電極81及び82に駆動用交流電源を接続
し、交流電圧を印加する。すると、圧電セラミックス円
柱61の左半分と右半分が交互に伸縮する。その結果と
して圧電セラミックス円柱61は図5(a)に示した矢
印の方向(左右方向)に屈曲運動を行う。この時、入力
される交流電圧の周波数を図1に示す2軸加速度センサ
における共振周波数に等しくすると振動(屈曲運動)の
振幅は最大となり、自己診断検出感度が最も良くなる。
【0017】上記のように圧電セラミックス円柱61を
屈曲振動させた状態で、外部からの加速度が加わってい
ないときは、X軸方向及びY軸方向の加速度成分は同じ
大きさになる。したがって、差動増幅器83及び84か
ら出力される出力電圧の振幅は等しくなるはずである。
従って、差動増幅器83と差動増幅器84とからの出力
電圧の振幅に差があるとき、加速度センサ−の機能に異
常があると判断できる。以上のことから、加速度センサ
に外部から加速度が加わっていない状態で、駆動部に自
己診断用の駆動電圧を印加すれば、断線、圧電特性の劣
化等の異常を検出できる。
【0018】なお、図3に示すように、圧電セラミック
ス円柱61の一方の端部におもり63を設け、他方の端
部をベ−ス62に固定する構造とすると、加速度センサ
の感度が向上する。
【0019】又、前記圧電セラミックス円柱の代わり
に、パイプ状の圧電セラミックス体を用いても上述同様
に動作する。
【0020】又、一対の出力電極72と76とを結ぶ方
向が、一対の出力電極74と78とを結ぶ方向と直交し
ていないときでも、外部から圧電セラミックス円柱61
に加えられた(Z軸方向を除く)加速度に比例した出力
が得られる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、圧電セラミックス体を
介して互いに対向する位置に設けられている一対の電極
を第1の出力端子、前記圧電セラミックス体の外周面上
で前記圧電セラミックス体を介して互いに対向する位置
でかつ前記第1の出力電極と異なる位置に設けられてい
る一対の電極を第2の出力電極とし、前記第1,第2の
出力電極を検出電極として使用することによって、設置
の際、角度調整が要らず、設置するための場所を広くと
る必要のない2軸加速度センサが得られる。又、前記圧
電セラミックス体の前記第1,第2の出力電極を有する
部分と長さ方向で隣接する該圧電セラミックス体の他の
部分の外周面上に該圧電セラミックス体の周方向に所定
の間隔をおいて他がいに対向している一対の入力電極が
形成され、前記入力電極は、駆動電極として使用され、
前記駆動電極に交流電圧を印加することによって圧電セ
ラミックス体を振動させ、その振動に応じた出力電圧を
前記検出電極から検出することによって、加速度センサ
−の異常を検出することができる。従って、特別な自己
診断用の検出端子を設けることなく加速度センサの異常
を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示し、(a)は斜視図、
(b)は部分展開図である。
【図2】図1の2軸加速度センサに使用される圧電セラ
ミックス円柱の分極方向を示し、(a)は検出部の断面
図、(b)は駆動部の斜視図である。
【図3】図1の2軸加速度センサの動作を説明するため
の図。
【図4】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図5】図1の2軸加速度センサの自己診断動作を説明
するための図であり、(a)は全体斜視図、(b)は駆
動部、(c)は検出部の動作を説明するための図であ
る。
【図6】従来の加速度センサの斜視図である。
【図7】従来の加速度センサの側面図である。
【符号の説明】
20,21 圧電セラミックス円環 22 端子板 23 おもり 24 ベース 25 ナット 61 圧電セラミックス円柱 62 ベース 63 おもり 71乃至78 帯状電極 80 共通ア−ス電極 81,82 駆動電極 83,84 差動増幅器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電セラミックス体と、前記圧電セラミ
    ックス体の外周面上で、前記圧電セラミックス体を介し
    て互いに対向する位置に設けられている一対の第1の出
    力電極と、前記圧電セラミックス体の外周面上で前記圧
    電セラミックス体を介して互いに対向する位置でかつ前
    記第1の出力電極と異なる位置に設けられている一対の
    第2の出力電極とを有し、前記圧電セラミックス体が、
    各出力電極から、これと隣接する出力電極との中間点に
    向かう方向に分極されていることを特徴とする2軸加速
    度センサ。
  2. 【請求項2】 請求項1の2軸加速度センサにおいて、
    前記圧電セラミックス体の前記第1,第2の出力電極を
    有する部分と長さ方向で隣接する該圧電セラミックス体
    の他の部分の外周面上に該圧電セラミックス体の周方向
    に所定の間隔をおいて互いに対向している一対の入力電
    極を有し、前記圧電セラミックス体の前記他の部分が長
    さ方向に分極されていることを特徴とする2軸加速度セ
    ンサ。
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