JPH0593736A - 圧電式加速度センサ - Google Patents
圧電式加速度センサInfo
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- JPH0593736A JPH0593736A JP25528491A JP25528491A JPH0593736A JP H0593736 A JPH0593736 A JP H0593736A JP 25528491 A JP25528491 A JP 25528491A JP 25528491 A JP25528491 A JP 25528491A JP H0593736 A JPH0593736 A JP H0593736A
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- Japan
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- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧電式加速度センサにおいて、簡単な構成に
より、適正な温度補償が行えるようにする。 【構成】 圧電素子１により加速度を電気信号に変換し
て検出する圧電式加速度センサにおいて、圧電素子１に
近接した位置には、これと並列接続された温度補償用コ
ンデンサ６が設けられている構成とした。
より、適正な温度補償が行えるようにする。 【構成】 圧電素子１により加速度を電気信号に変換し
て検出する圧電式加速度センサにおいて、圧電素子１に
近接した位置には、これと並列接続された温度補償用コ
ンデンサ６が設けられている構成とした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子により加速度
を電気信号に変換して検出する圧電式加速度センサに係
り、詳しくは、温度補償のための構成に関する。
を電気信号に変換して検出する圧電式加速度センサに係
り、詳しくは、温度補償のための構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の圧電式加速度センサとしては、図
２で示すように、センサ本体である圧電素子１１と、イ
ンピーダンス変換器１２と、電圧増幅器１３とを備えた
ものがあり、バイモルフ型とされた圧電素子１１は台座
１４によって片持ち支持されている。そして、この圧電
素子１１とインピーダンス変換器１２とは同一のケース
１５に収容される一方、電圧増幅器１３はケース１５か
ら離間した個所に設けられる。
２で示すように、センサ本体である圧電素子１１と、イ
ンピーダンス変換器１２と、電圧増幅器１３とを備えた
ものがあり、バイモルフ型とされた圧電素子１１は台座
１４によって片持ち支持されている。そして、この圧電
素子１１とインピーダンス変換器１２とは同一のケース
１５に収容される一方、電圧増幅器１３はケース１５か
ら離間した個所に設けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来構
成とされた圧電式加速度センサにおいては、圧電素子１
１の出力電圧が周囲温度の影響を受けることになるた
め、電圧増幅器１３によって温度補償を行うことが行わ
れている。しかしながら、この電圧増幅器１３は圧電素
子１１が収容されたケース１５から離間した個所に設け
られているため、電圧増幅器１３の周囲温度が圧電素子
１１の周囲温度と一致することになるとは限らず、適正
な温度補償を行い得ないという不都合が生じることにな
っていた。
成とされた圧電式加速度センサにおいては、圧電素子１
１の出力電圧が周囲温度の影響を受けることになるた
め、電圧増幅器１３によって温度補償を行うことが行わ
れている。しかしながら、この電圧増幅器１３は圧電素
子１１が収容されたケース１５から離間した個所に設け
られているため、電圧増幅器１３の周囲温度が圧電素子
１１の周囲温度と一致することになるとは限らず、適正
な温度補償を行い得ないという不都合が生じることにな
っていた。
【０００４】ところで、本件発明者が検討したところに
よれば、圧電素子は容量成分を有しているから、その出
力電圧が温度の影響を受けるのは、容量の温度による変
化率（ΔＣｓ／Ｃｓ）と、圧電歪定数の温度による変化
率（Δｄ31／ｄ31）とが異なるためと考えられる。そこ
で、両変化率が互いに等しければ、温度が変化したとし
ても、圧電歪定数の変化による出力変化量が容量の変化
量によって相殺されることになり、出力電圧が変化しな
いことになる。
よれば、圧電素子は容量成分を有しているから、その出
力電圧が温度の影響を受けるのは、容量の温度による変
化率（ΔＣｓ／Ｃｓ）と、圧電歪定数の温度による変化
率（Δｄ31／ｄ31）とが異なるためと考えられる。そこ
で、両変化率が互いに等しければ、温度が変化したとし
ても、圧電歪定数の変化による出力変化量が容量の変化
量によって相殺されることになり、出力電圧が変化しな
いことになる。
【０００５】すなわち、圧電素子の出力電圧をＶとし、
この出力電圧Ｖが単位温度の上昇によってΔＶだけ変化
した場合における出力電圧の変化率はΔＶ／Ｖで表され
る。そして、出力電圧Ｖが温度変化の影響を受けないと
いうのは、この変化率が０（ΔＶ／Ｖ＝０）となること
である。そこで、出力電圧の変化率（ΔＶ／Ｖ）の各項
を求めると、圧電素子の出力電圧Ｖは、そのときの加速
度Ｇにより発生した応力（αＧ）及び圧電素子の圧電歪
定数ｄ31に比例し、圧電素子の容量Ｃｓに反比例するも
のであり、 Ｖ＝αＧｄ31／Ｃｓ …………（１） となる。一方、出力電圧の変化量ΔＶは、 ΔＶ＝（Ｖ＋ΔＶ）−Ｖ …………（２） であって、 ΔＶ＝αＧ（ｄ31＋Δｄ31）／（Ｃｓ＋ΔＣｓ）−αＧｄ31／Ｃｓ ……（３） となる。なお、この式におけるΔｄ31は圧電歪定数の単
位温度当たりの変化量であり、ΔＣｓは圧電素子の容量
の単位温度当たりの変化量である。
この出力電圧Ｖが単位温度の上昇によってΔＶだけ変化
した場合における出力電圧の変化率はΔＶ／Ｖで表され
る。そして、出力電圧Ｖが温度変化の影響を受けないと
いうのは、この変化率が０（ΔＶ／Ｖ＝０）となること
である。そこで、出力電圧の変化率（ΔＶ／Ｖ）の各項
を求めると、圧電素子の出力電圧Ｖは、そのときの加速
度Ｇにより発生した応力（αＧ）及び圧電素子の圧電歪
定数ｄ31に比例し、圧電素子の容量Ｃｓに反比例するも
のであり、 Ｖ＝αＧｄ31／Ｃｓ …………（１） となる。一方、出力電圧の変化量ΔＶは、 ΔＶ＝（Ｖ＋ΔＶ）−Ｖ …………（２） であって、 ΔＶ＝αＧ（ｄ31＋Δｄ31）／（Ｃｓ＋ΔＣｓ）−αＧｄ31／Ｃｓ ……（３） となる。なお、この式におけるΔｄ31は圧電歪定数の単
位温度当たりの変化量であり、ΔＣｓは圧電素子の容量
の単位温度当たりの変化量である。
【０００６】さらに、上記（１），（３）式を出力電圧
の変化率（ΔＶ／Ｖ）の各項に代入したうえで共通項を
消去すると、 ΔＶ／Ｖ ＝〔１＋（Δｄ31／ｄ31）〕／〔１＋（ΔＣｓ／Ｃｓ）〕−１ ………（４） となり、この式において、出力電圧の変化率が０（ΔＶ
／Ｖ＝０）となるためには、 ΔＣｓ／Ｃｓ＝Δｄ31／ｄ31 …………（５） であれば、すなわち、圧電素子の容量変化率と圧電歪定
数変化率とが互いに等しければよいことが分かる。
の変化率（ΔＶ／Ｖ）の各項に代入したうえで共通項を
消去すると、 ΔＶ／Ｖ ＝〔１＋（Δｄ31／ｄ31）〕／〔１＋（ΔＣｓ／Ｃｓ）〕−１ ………（４） となり、この式において、出力電圧の変化率が０（ΔＶ
／Ｖ＝０）となるためには、 ΔＣｓ／Ｃｓ＝Δｄ31／ｄ31 …………（５） であれば、すなわち、圧電素子の容量変化率と圧電歪定
数変化率とが互いに等しければよいことが分かる。
【０００７】しかしながら、圧電素子の温度特性は、現
実には、図３の特性線図に示すように、圧電歪定数ｄ31
の変化率（Δｄ31／ｄ31）と容量Ｃｓの変化率（ΔＣｓ
／Ｃｓ）とが異なるのであるから、温度変化の影響を受
けない出力電圧は得られないことになる。
実には、図３の特性線図に示すように、圧電歪定数ｄ31
の変化率（Δｄ31／ｄ31）と容量Ｃｓの変化率（ΔＣｓ
／Ｃｓ）とが異なるのであるから、温度変化の影響を受
けない出力電圧は得られないことになる。
【０００８】本発明は、このような検討によって得られ
た知見に基づいて創案されたものであって、簡単な構成
であるにも拘わらず、適正な温度補償を行い得る構成と
された圧電式加速度センサを提供することを目的として
いる。
た知見に基づいて創案されたものであって、簡単な構成
であるにも拘わらず、適正な温度補償を行い得る構成と
された圧電式加速度センサを提供することを目的として
いる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、圧電素子により加速度を電気信号
に変換して検出する圧電式加速度センサにおいて、圧電
素子に近接した位置には、これに並列接続された温度補
償用コンデンサが設けられていることを特徴とするもの
である。
的を達成するために、圧電素子により加速度を電気信号
に変換して検出する圧電式加速度センサにおいて、圧電
素子に近接した位置には、これに並列接続された温度補
償用コンデンサが設けられていることを特徴とするもの
である。
【００１０】
【作用】上記構成によれば、加速度の検出個所で圧電素
子とコンデンサとの並列回路が形成されることになるか
ら、予めコンデンサの容量及び温度特性を適宜選択して
おけば、並列回路の圧電歪定数変化率と容量変化率とは
ほぼ等しくなり、周囲温度の影響を受けない出力電圧が
得られることになる。
子とコンデンサとの並列回路が形成されることになるか
ら、予めコンデンサの容量及び温度特性を適宜選択して
おけば、並列回路の圧電歪定数変化率と容量変化率とは
ほぼ等しくなり、周囲温度の影響を受けない出力電圧が
得られることになる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の詳細を図１に示す実施例に基
づいて説明する。図１は、本発明の一実施例に係る圧電
式加速度センサの構成図である。
づいて説明する。図１は、本発明の一実施例に係る圧電
式加速度センサの構成図である。
【００１２】図１で示すように、この実施例に係る圧電
式加速度センサが、センサ本体である圧電素子１と、イ
ンピーダンス変換器２と、電圧増幅器３とを備えたもの
である点は、従来例と同じである。また、バイモルフ型
とされた圧電素子１が台座４によって片持ち支持されて
おり、この圧電素子１とインピーダンス変換器２とが同
一のケース５に収容されている点も従来例と同じであ
る。
式加速度センサが、センサ本体である圧電素子１と、イ
ンピーダンス変換器２と、電圧増幅器３とを備えたもの
である点は、従来例と同じである。また、バイモルフ型
とされた圧電素子１が台座４によって片持ち支持されて
おり、この圧電素子１とインピーダンス変換器２とが同
一のケース５に収容されている点も従来例と同じであ
る。
【００１３】この実施例に係る加速度センサが従来例と
異なる点は、ケース５の内部において温度補償用のコン
デンサ６が圧電素子１に並列接続されており、コンデン
サ６が圧電素子１に近接した位置に設けられているとこ
ろにある。そして、この構成によれば、温度補償用の素
子であるコンデンサ６が圧電素子１の近傍に位置してい
るのであるから、常に圧電素子１とほぼ同一の温度のも
とで動作することになる。
異なる点は、ケース５の内部において温度補償用のコン
デンサ６が圧電素子１に並列接続されており、コンデン
サ６が圧電素子１に近接した位置に設けられているとこ
ろにある。そして、この構成によれば、温度補償用の素
子であるコンデンサ６が圧電素子１の近傍に位置してい
るのであるから、常に圧電素子１とほぼ同一の温度のも
とで動作することになる。
【００１４】すなわち、前記（５）式にも示したよう
に、圧電素子の容量変化率（ΔＣｓ／Ｃｓ）と圧電歪定
数変化率（Δｄ31／ｄ31）とが互いに等しければ、圧電
素子の出力電圧変化率が０（ΔＶ／Ｖ＝０）となるので
あるが、この実施例の構成においては、コンデンサ６の
基準温度での容量Ｃｔと容量の温度による変化率（ΔＣ
ｔ／Ｃｔ）とを適宜選択しておけば、並列回路の圧電歪
定数変化率と並列回路の容量変化率とがほぼ等しくな
り、周囲温度の影響を受けない出力電圧が得られること
になる。
に、圧電素子の容量変化率（ΔＣｓ／Ｃｓ）と圧電歪定
数変化率（Δｄ31／ｄ31）とが互いに等しければ、圧電
素子の出力電圧変化率が０（ΔＶ／Ｖ＝０）となるので
あるが、この実施例の構成においては、コンデンサ６の
基準温度での容量Ｃｔと容量の温度による変化率（ΔＣ
ｔ／Ｃｔ）とを適宜選択しておけば、並列回路の圧電歪
定数変化率と並列回路の容量変化率とがほぼ等しくな
り、周囲温度の影響を受けない出力電圧が得られること
になる。
【００１５】次に、コンデンサ６の必要とする容量Ｃｔ
を算出する。この実施例における出力電圧の変化率が０
（ΔＶ／Ｖ＝０）となるための条件を、前記（５）式に
即して求めると、圧電素子１とコンデンサ６との並列回
路の総容量が両素子の容量の和であることから、 （ΔＣｓ＋ΔＣｔ）／（Ｃｓ＋Ｃｔ）＝Δｄ31／ｄ31 …………（６） となる。そして、この（６）式を変形して簡略化する
と、 Ｃｔ／Ｃｓ ＝（ΔＣｓ／Ｃｓ−Δｄ31／ｄ31）／（Δｄ31／ｄ31−ΔＣｔ／Ｃｔ）…（７） となる。なお、この式の各項のうち、コンデンサ６の容
量Ｃｔとその容量変化率（ΔＣｔ／Ｃｔ）とが未知であ
るが、コンデンサ６の容量変化率（ΔＣｔ／Ｃｔ）の値
はコンデンサ６の種類に応じて定まるものであり、他の
項はすべて既知である。
を算出する。この実施例における出力電圧の変化率が０
（ΔＶ／Ｖ＝０）となるための条件を、前記（５）式に
即して求めると、圧電素子１とコンデンサ６との並列回
路の総容量が両素子の容量の和であることから、 （ΔＣｓ＋ΔＣｔ）／（Ｃｓ＋Ｃｔ）＝Δｄ31／ｄ31 …………（６） となる。そして、この（６）式を変形して簡略化する
と、 Ｃｔ／Ｃｓ ＝（ΔＣｓ／Ｃｓ−Δｄ31／ｄ31）／（Δｄ31／ｄ31−ΔＣｔ／Ｃｔ）…（７） となる。なお、この式の各項のうち、コンデンサ６の容
量Ｃｔとその容量変化率（ΔＣｔ／Ｃｔ）とが未知であ
るが、コンデンサ６の容量変化率（ΔＣｔ／Ｃｔ）の値
はコンデンサ６の種類に応じて定まるものであり、他の
項はすべて既知である。
【００１６】そこで、今、圧電素子１の容量Ｃｓ（基準
温度２０℃）＝９００ｐＦ、その容量変化率（ΔＣｓ／
Ｃｓ）＝０．００３６、圧電歪定数変化率（Δｄ31／ｄ
31）＝０．００２３であるものとし、ＵＪ，ＲＨ，ＣＧ
それぞれの特性を示すコンデンサにおける所要容量Ｃｔ
を求めてみると、 ＵＪ特性のコンデンサでは、その容量変化率（ΔＣｔ
／Ｃｔ）が−０．０００７５に設定されているから、コ
ンデンサ６の所要容量Ｃｔは、３８３．６ｐＦとなる。
温度２０℃）＝９００ｐＦ、その容量変化率（ΔＣｓ／
Ｃｓ）＝０．００３６、圧電歪定数変化率（Δｄ31／ｄ
31）＝０．００２３であるものとし、ＵＪ，ＲＨ，ＣＧ
それぞれの特性を示すコンデンサにおける所要容量Ｃｔ
を求めてみると、 ＵＪ特性のコンデンサでは、その容量変化率（ΔＣｔ
／Ｃｔ）が−０．０００７５に設定されているから、コ
ンデンサ６の所要容量Ｃｔは、３８３．６ｐＦとなる。
【００１７】ＲＨ特性のコンデンサでは、その容量変
化率（ΔＣｔ／Ｃｔ）が−０．０００２２に設定されて
いるから、コンデンサ６の所要容量Ｃｔは、４６４．３
ｐＦとなる。
化率（ΔＣｔ／Ｃｔ）が−０．０００２２に設定されて
いるから、コンデンサ６の所要容量Ｃｔは、４６４．３
ｐＦとなる。
【００１８】ＣＧ特性のコンデンサでは、その容量変
化率（ΔＣｔ／Ｃｔ）がほぼ０に設定されているから、
コンデンサ６の所要容量Ｃｔは、５０８．７ｐＦとな
る。
化率（ΔＣｔ／Ｃｔ）がほぼ０に設定されているから、
コンデンサ６の所要容量Ｃｔは、５０８．７ｐＦとな
る。
【００１９】このように、使用するコンデンサ６の種類
を適宜選択すれば、そのコンデンサ６の容量変化率（Δ
Ｃｔ／Ｃｔ）の値が分かることになり、この値と他の既
知の値とを前記（７）式に代入することにより、コンデ
ンサ６の所要容量Ｃｔが分かることになる。
を適宜選択すれば、そのコンデンサ６の容量変化率（Δ
Ｃｔ／Ｃｔ）の値が分かることになり、この値と他の既
知の値とを前記（７）式に代入することにより、コンデ
ンサ６の所要容量Ｃｔが分かることになる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電素子とコンデンサとの並列回路における圧電歪定数
変化率と容量変化率とはほぼ等しくなり、周囲温度が変
化しても、圧電歪定数の変化による出力変化量が容量の
変化量によって相殺されることになる結果、周囲温度の
影響を受けない出力電圧が得られる。そして、この場
合、コンデンサは圧電素子の近傍に設けられており、常
に圧電素子とほぼ同一の温度のもとで動作することにな
るから、正確な温度補償が可能になる。
圧電素子とコンデンサとの並列回路における圧電歪定数
変化率と容量変化率とはほぼ等しくなり、周囲温度が変
化しても、圧電歪定数の変化による出力変化量が容量の
変化量によって相殺されることになる結果、周囲温度の
影響を受けない出力電圧が得られる。そして、この場
合、コンデンサは圧電素子の近傍に設けられており、常
に圧電素子とほぼ同一の温度のもとで動作することにな
るから、正確な温度補償が可能になる。
【図１】本発明の一実施例に係る圧電式加速度センサの
構成図である。
構成図である。
【図２】従来の圧電式加速度センサの構成図である。
【図３】圧電素子の温度特性を示す特性線図である。
１ 圧電素子 ２ インピーダンス変換器 ３ 電圧増幅器 ５ ケース ６ コンデンサ
Claims (1)
- 【請求項１】 圧電素子（１）により加速度を電気信号
に変換して検出する圧電式加速度センサにおいて、 圧電素子（１）に近接した位置には、これに並列接続さ
れた温度補償用コンデンサ（６）が設けられていること
を特徴とする圧電式加速度センサ。
Priority Applications (9)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3255284A JPH0792473B2 (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 圧電式加速度センサ |
| DE69211269T DE69211269T2 (de) | 1991-09-24 | 1992-09-22 | Beschleunigungsmessaufnehmer |
| DE69232273T DE69232273T2 (de) | 1991-09-24 | 1992-09-22 | Beschleunigungsmessaufnehmer |
| DE69232272T DE69232272T2 (de) | 1991-09-24 | 1992-09-22 | Beschleunigungsmessaufnehmer |
| EP92116187A EP0534366B1 (en) | 1991-09-24 | 1992-09-22 | Acceleration sensor |
| EP94120005A EP0646799B1 (en) | 1991-09-24 | 1992-09-22 | Acceleration sensor |
| EP94120004A EP0646798B1 (en) | 1991-09-24 | 1992-09-22 | Acceleration sensor |
| US07/950,478 US5438859A (en) | 1991-09-24 | 1992-09-24 | Acceleration sensor having fault diagnosing device |
| US08/392,084 US5517845A (en) | 1991-09-24 | 1995-02-22 | Acceleration sensor having fault diagnosing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3255284A JPH0792473B2 (ja) | 1991-10-02 | 1991-10-02 | 圧電式加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0593736A true JPH0593736A (ja) | 1993-04-16 |
| JPH0792473B2 JPH0792473B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=17276623
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3255284A Expired - Lifetime JPH0792473B2 (ja) | 1991-09-24 | 1991-10-02 | 圧電式加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0792473B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000162232A (ja) * | 1998-11-25 | 2000-06-16 | Murata Mfg Co Ltd | 加速度センサモジュール |
| US6428454B1 (en) | 1999-08-05 | 2002-08-06 | Tsubakimoto Chain Co. | Tool pot separation type chain |
| US10245692B2 (en) | 2013-11-08 | 2019-04-02 | Makino Milling Machine Co., Ltd. | Chain-type tool magazine |
| JP2020030081A (ja) * | 2018-08-21 | 2020-02-27 | 株式会社富士セラミックス | 圧電型加速度センサ |
| JP2023098782A (ja) * | 2021-12-29 | 2023-07-11 | 株式会社富士セラミックス | 圧電型電圧出力加速度センサ |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02150567U (ja) * | 1989-05-24 | 1990-12-26 |
-
1991
- 1991-10-02 JP JP3255284A patent/JPH0792473B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02150567U (ja) * | 1989-05-24 | 1990-12-26 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000162232A (ja) * | 1998-11-25 | 2000-06-16 | Murata Mfg Co Ltd | 加速度センサモジュール |
| US6490926B2 (en) | 1998-11-25 | 2002-12-10 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Acceleration sensor module |
| US6428454B1 (en) | 1999-08-05 | 2002-08-06 | Tsubakimoto Chain Co. | Tool pot separation type chain |
| US10245692B2 (en) | 2013-11-08 | 2019-04-02 | Makino Milling Machine Co., Ltd. | Chain-type tool magazine |
| JP2020030081A (ja) * | 2018-08-21 | 2020-02-27 | 株式会社富士セラミックス | 圧電型加速度センサ |
| JP2023098782A (ja) * | 2021-12-29 | 2023-07-11 | 株式会社富士セラミックス | 圧電型電圧出力加速度センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0792473B2 (ja) | 1995-10-09 |
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