JPH05828Y2

JPH05828Y2 -

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Publication number: JPH05828Y2
Application number: JP5595888U
Authority: JP
Priority date: 1988-04-27
Filing date: 1988-04-27
Publication date: 1993-01-11
Anticipated expiration: 2003-01-11
Also published as: JPH01160337U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、主として低周波域の機械振動を検知
するための振動センサに関するものである。

〔従来技術〕

一般に、振動センサは、基本的には、一つの振
動系が、外部センサに対してどのように反応する
か、その反応をどのような手段によつて信号を取
出すかで、構成が決まる。

センサに用いる振動系は、質量とそれを支持す
る系の弾性係数（ステフイネス）及び質量の運動
速度に比例する抵抗の３要素が基準となる一つの
枠に取付けられるもので、サイズモ系と呼ばれて
いる。この系の固有周波数と外部振動の周波数と
大小関係において、サイズモ系の反応は、異なつ
てくる。

例えば、外部振動の周波数が、サイズモ系の固
有振動数に比べて十分大きい場合には、質量の変
位は、外部振動と振幅が同じで位相が180°異な
る。従つて、質量の変位から外部振動の変位量を
読取ることができ、変位計として作用する。これ
は、慣性によつて質量が動かず、サイズモ系の枠
の方が動いている状態であり、地震計に用いられ
ている。

一方、外部振動が、サイズモ系の固有振動数と
一致する場合、サイズモ系の変位の振幅は最大と
なり、この時の質量の運動は、外部振動の速度に
比例しており、速度系と作用する。

また、外部振動の周波数が、サイズモ系の固有
振動数に比べて十分に小さい場合は、質量の変位
は、外部振動の加速度に比例し質量の変位から、
外部振動の加速度を知ることができ、加速度計と
して作用する。

このように、系の固有振動数と外部振動の周波
数との関係により、反応は大きく異なり、それぞ
れの目的に応じて、構成される。

センサー用として、具体的なサイズモ系の構造
は、つるまきばねとおもりの組合わせ、ふりこ、
片持ちはり等が、利用される。これらのセンサー
としてのサイズモ系の反応を、電気信号として取
出すためのエネルギー変換の手段としては、電磁
誘導、作動トランス、圧電歪み抵抗及び光等を用
いる方式がある。検知する信号の明らかな場合セ
ンサのサイズモ系の固有周波数を、この周波数に
選んでおけば、サイズモ系は、外部振動により共
振を生じ、大きな振幅が得られるため、いずれの
エネルギー変換方式を用いるにしても、検知が容
易である。機械装置等に異常時に発生する特定の
周波数を検知し、異常を知る目的のセンサには、
この様な方式が、多く用いられる。構造が簡単
で、定価格で製作できる構成としては、圧電セラ
ミツクを用いたバイモルフまたはユニモルフを片
持ちはりとして用い、この自由端の振動を利用す
るものである。

第２図は従来の振動センサの構成を示す斜視図
である。

この図において、振動センサは、長尺状のリン
青銅よりなる弾性板５１と、この弾性板５１の一
端を挟持し固定する黄銅よりなる固定治具５２と
を有する。この弾性板５１の固定治具５２側の一
面には、電極を有する圧電セラミツクス５３が貼
着されており、この圧電セラミツクス５３の電極
及び弾性板５１にリード端５４が、夫々設けられ
ている。さらに、弾性板５１の他端に黄銅よりな
る錘５５が、設けられている。これに、固有振動
数と外部の振動が一致すると、大きな振幅が生
じ、圧電バイモルフ又はユニモルフに生じる歪み
によつて、発生する電圧が最大となり、検知でき
るものである。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記した振動系の固有周波数は、片持ちはりを
構成するバイモルフ又はユニモルフの材質の弾性
率及び寸法が、決める等価スラフイネス、材質の
比重と寸法が決める等価質量の２つの比によつて
決まる。従つて、固有周波数の小さい振動系を得
るためには、できる限り等価ステフイネスを小さ
く、等価質量を大きくする必要がある。ところ
が、振動センサとしての機械的強度及び安定性の
面から、厚みの幅を小さくして、ステフイネスを
下げるには、限界があり、片持ちはりの長さを大
きくする方が、設計上容易である。

この場合は、等価ステフイネスを小さく出来る
と同時に等価質量も増大し固有周波数に限界が、
生ずる欠点があつた。

本考案の技術課題は、振動センサに必要な機械
的安定性を保ち、かつ制限された寸法のなかで固
有周波数の低下した振動センサを提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕本考案によれば、固定端を有する弾性板と、こ
の弾性板の表面のこの固定端側に設けられた圧電
セラミツクス片とを有する片持ちはりの共振を用
いる振動センサにおいて、この弾性板の内側に、
この弾性板の自由端側に一端を固定された振動片
をこの弾性板の内側に形成し、この振動片の自由
端に錘を設けてなることを特徴とする振動センサ
が得られる。

〔作用〕

本考案の作用について説明する。

本考案の振動センサは、固定端を支持部とした
弾性板内に、この弾性板の自由端側に一端を固定
された振動片を形成し、この振動片の自由端に錘
を設けている。即ち、２重振子の共振系と同様の
構成を有するため、弾性板の長さを変えずに、固
有周波数が、低下する。このような、振動センサ
に外部の振動が加えられ、この振動の周波数と振
動センサの固有周波数が一致したとき、大きな振
幅が生じ、圧電バイモルフ又はユニモルフに生じ
る歪みによつて、発生する電圧の振幅が最大とな
つて、低周波領域の振動が検知できる。

〔実施例〕

本考案の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本考案の実施例に係る振動センサの
構成を示す斜視図である。

この図において、振動センサは、長尺状のりん
青銅よりなる弾性板１と、この弾性板１の一端を
挟持し固定する黄銅よりなる固定治具２とを有す
る。この弾性板１の固定治具２側の表面には、電
極を有する圧電セラミツクス３が貼着されてお
り、この圧電セラミツクス３の電極及び弾性板１
にリード端４が、夫々設けられている。

更に、弾性板１内には、弾性板１の他端の一側
部よりの位置から一端に向かつて、長さ方向に沿
つて切込みを形成し、更に、これと平行に他端の
他側部よりの位置から一端に向かつて切込みを形
成し、この２本の切込みの弾性板１の一端側を幅
方向に切込みを形成して、長さ方向２本の切込み
の一端側を接続し、合せてコの字状の切込みにな
るように、形成されている。このコの字状の切込
みにより振動片５が、形成される。この振動片５
の表面の自由端側に黄銅よりなる錘６が、設けら
れている。

ここで、本考案の実施例に係る振動センサの各
部の寸法は、片持ちはりについては、１＝30mm，
w1＝５mm，tm＝0.2mmで、圧電セラミツクス３
は、縦８mm、横５mm、厚さ0.1mmで、固定治具２
は、たて10mm、横５mm、厚さ0.17mm、重さ0.2g
で、振動片５は、w1＝５mm，１＝20mmである。
また、片持ちはりを加振機にセツトして、バイモ
ルフ素子の電極間に生ずる電圧をオシログラフで
測定した時の共振周波数（固有周波数）は、42.3
Hzであつた。

また、比較のために、第２図のような、各部の
寸法が、片持ちはりについては、１＝30mm，w1
＝５mm、tm＝0.2mmで、圧電セラミツクス３は、
縦８mm、横５mm、厚さ0.1mmで、固定治具２は、
たて10mm、横５mm、厚さ0.17mm、重さ0.2gである
従来例に係る振動センサを、片持ちはりを加振機
にセツトして、実施例と同様にオシログラフで測
定した時の共振周波数は、95.2Hzであつた。

〔考案の効果〕

以上の説明したように、本考案によれば、同一
の寸法で、また、機械的強度を損なうことなく固
有周波数の低下した振動センサを提供できるの
で、工業上極めて有益である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例に係る振動センサの構
成を示す斜視図、第２図は従来例に係る振動セン
サの構成を示す斜視図である。図中１は弾性板、２は固定治具、３は圧電セラ
ミツクス、４はリード端子、５は振動片、６は
錘、５１は弾性板、５２は固定治具、５３は圧電
セラミツクス、５４はリード端子、５５は錘であ
る。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】固定端を有する弾性板と、該弾性板の表面の該
固定端側に設けられた圧電セラミツクス片とを有
する片持ちはりの共振を用いる振動センサにおい
て、当該弾性板の自由端側に一端を固定された振動
片を該弾性板の内側に形成し、該振動片の自由端
側に錘を設けてなることを特徴とする振動セン
サ。