JPH06186247A - Acceleration sensor - Google Patents
Acceleration sensorInfo
- Publication number
- JPH06186247A JPH06186247A JP33823192A JP33823192A JPH06186247A JP H06186247 A JPH06186247 A JP H06186247A JP 33823192 A JP33823192 A JP 33823192A JP 33823192 A JP33823192 A JP 33823192A JP H06186247 A JPH06186247 A JP H06186247A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- piezoelectric ceramic
- acceleration sensor
- self
- layers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、自動車の衝突時の安全
確保のために用いられるエアバックにおける加速度セン
サ、あるいは悪路における乗り心地の改善などに用いら
れる加速度センサで、特に自己診断機能を有する加速度
センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor in an airbag used for ensuring safety in the event of a collision of an automobile, or an acceleration sensor used to improve riding comfort on a bad road, and more particularly to a self-diagnosis function. The present invention relates to an acceleration sensor having the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の自己診断機能付き加速度センサの
実施例を図６に示す。加速度検出素子１ａは、バイモル
フ形圧電素子であり、金属板２ａの両面に圧電素子１１
ａ及び圧電素子１２ａを接着等により固定し、前記加速
度検出素子１ａの一端をコの字状固定部６ａによって固
定して形成される。加速度検出素子１ａは、いわゆる片
持ち梁構造となっている。又、圧電素子１１ａ及び圧電
素子１２ａには、厚み方向に互いに異なる方向（図の矢
印方向）に分極が施されている。2. Description of the Related Art FIG. 6 shows an example of a conventional acceleration sensor with a self-diagnosis function. The acceleration detecting element 1a is a bimorph type piezoelectric element, and the piezoelectric element 11 is provided on both surfaces of the metal plate 2a.
The piezoelectric element 12a and the piezoelectric element 12a are fixed by adhesion or the like, and one end of the acceleration detecting element 1a is fixed by a U-shaped fixing portion 6a. The acceleration detecting element 1a has a so-called cantilever structure. Further, the piezoelectric element 11a and the piezoelectric element 12a are polarized in different directions (directions of arrows in the drawing) in the thickness direction.
【０００３】圧電素子１１ａの上面には、自己診断のた
めの振動を圧電素子１１ａ，１２ａに与えるための圧電
素子４ａが接着等により固定されている。圧電素子４ａ
の上面、下面にはそれぞれ電極５１ａ，５２ａ（図示さ
れていない）が形成されている。加速度検出素子１ａの
厚み方向上面部であって圧電素子４ａを除く領域に電極
３１ａが接着等で固定されており、加速度検出素子１ａ
の厚み方向下面部にも電極３２ａ（図示されていない）
が接着等で固定されている。電極３１ａ，３２ａ，５１
ａ，５２ａ及び金属板２ａは信号処理回路７ａに接続さ
れている。A piezoelectric element 4a for applying vibration for self-diagnosis to the piezoelectric elements 11a and 12a is fixed to the upper surface of the piezoelectric element 11a by adhesion or the like. Piezoelectric element 4a
Electrodes 51a and 52a (not shown) are formed on the upper surface and the lower surface, respectively. The electrode 31a is fixed to the upper surface in the thickness direction of the acceleration detecting element 1a except the piezoelectric element 4a by adhesion or the like.
The electrode 32a (not shown) is also formed on the lower surface in the thickness direction of the
Are fixed by adhesion or the like. Electrodes 31a, 32a, 51
The a, 52a and the metal plate 2a are connected to the signal processing circuit 7a.
【０００４】次に加速度検出、及び自己診断の原理を以
下に説明する。外部より加速度が加わると、加速度検出
素子１ａは変動し、被検出加速度の大きさに応じた電荷
＋Ｑ1 ，−Ｑ1 がそれぞれ電極３１ａ，３２ａに発生す
る。電極３１ａ，３２ａにそれぞれ発生した電荷＋
Ｑ1 ，−Ｑ1 は、それぞれインピーダンス変換回路２２
ａ，２２ｂを通って前記電荷に応じた電圧に変換され、
差動増幅器２３ａで増幅され、その出力端には電圧Ｖ1
が発生する。Next, the principles of acceleration detection and self-diagnosis will be described below. When acceleration from the outside is applied, the acceleration detecting element 1a varies, the charge + Q 1 corresponding to the magnitude of the detected acceleration, -Q 1 is generated each electrode 31a, to 32a. Charges generated on the electrodes 31a and 32a respectively +
Q 1 and −Q 1 are impedance conversion circuits 22 respectively.
converted into a voltage corresponding to the electric charge through a and 22b,
It is amplified by the differential amplifier 23a, and the voltage V 1
Occurs.
【０００５】一方、圧電素子４ａには、常時、発振器２
１ａからの自己診断パルスが印加されている。圧電素子
４ａは前記自己診断パルスによって振動し、その振動に
よって加速度検出素子１ａが振動する。そのとき電極３
１ａ，３２ａには、それぞれこの振動の大きさに応じた
電荷±Ｑ2 が発生する。電極３１ａ，３２ａにそれぞれ
発生した電荷±Ｑ2 は、それぞれインピーダンス変換回
路２２ａ，２２ｂを通って前記電荷に応じた電圧に変換
され、差動増幅器２３ａで増幅され、その出力端には電
圧Ｖ2 が発生する。On the other hand, the piezoelectric element 4a always has the oscillator 2
The self-diagnosis pulse from 1a is applied. The piezoelectric element 4a vibrates by the self-diagnosis pulse, and the vibration causes the acceleration detecting element 1a to vibrate. Then electrode 3
Charges ± Q 2 corresponding to the magnitude of this vibration are generated in 1a and 32a, respectively. The charges ± Q 2 generated on the electrodes 31a and 32a are converted into a voltage corresponding to the charges through the impedance conversion circuits 22a and 22b, amplified by the differential amplifier 23a, and the voltage V 2 is applied to the output terminal thereof. Occurs.
【０００６】従って、差動増幅器２３ａの出力端には、
被測定加速度によって生ずる電圧Ｖ1 と発振器によって
生ずる電圧Ｖ2 とを合成した電圧Ｖ1 ＋Ｖ2 が発生す
る。なお発振器の周波数帯域は、被検出加速度の印加に
よりインピーダンス変換回路に入力される信号の周波数
帯域とは異なる帯域に設定しており、特に高域側に設定
している。Therefore, at the output terminal of the differential amplifier 23a,
Voltages V 1 + V 2 which combines the voltage V 2 generated by the voltage V 1 and the oscillator caused by the measured acceleration is generated. The frequency band of the oscillator is set to a band different from the frequency band of the signal input to the impedance conversion circuit due to the application of the acceleration to be detected, and particularly to the high frequency side.
【０００７】ハイパスフィルタ２４ａにより自己診断用
の電圧Ｖ2 が選択され、一方ローパスフィルタ２５ａに
より被検出加速度による電圧Ｖ1 が選択される。自己診
断用電圧Ｖ2 は平滑回路２６ａを通った後、レベルコン
パレータ２７ａに送出される。The high-pass filter 24a selects the voltage V 2 for self-diagnosis, while the low-pass filter 25a selects the voltage V 1 due to the detected acceleration. The self-diagnosis voltage V 2 is sent to the level comparator 27a after passing through the smoothing circuit 26a.
【０００８】レベルコンパレータ２７ａでは、入力信号
電圧があらかじめ設定されたしきい値電圧以下の場合に
加速度センサの故障と診断し、異常出力部２９ａを通し
て異常信号を出力し、故障表示等のアラームが出され
る。The level comparator 27a diagnoses a failure of the acceleration sensor when the input signal voltage is less than a preset threshold voltage, outputs an abnormal signal through the abnormal output unit 29a, and outputs an alarm such as a failure display. Be done.
【０００９】被検出加速度による電圧Ｖ1 は衝突判別回
路２８ａに入り、衝突と判別された場合、異常出力部３
０ａから異常信号が出され、エアバックの雷管を駆動さ
せる。上記のごとく、自己診断を常時行なった状態にて
加速度を検出することが可能となる。The voltage V 1 due to the detected acceleration enters the collision determination circuit 28a, and when it is determined that a collision has occurred, the abnormality output unit 3
An abnormal signal is output from 0a to drive the detonator of the airbag. As described above, the acceleration can be detected while the self-diagnosis is always performed.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】従来の加速度センサに
は以下の問題点があった。The conventional acceleration sensor has the following problems.
【００１１】 加速度検出素子１ａに自己診断駆動の
ために新たに圧電素子４ａを追加する必要がありセンサ
部分の部品点数が増え、価格が高くなるという問題点が
あった。There is a problem in that the piezoelectric element 4a needs to be newly added to the acceleration detection element 1a for self-diagnosis driving, the number of parts in the sensor portion increases, and the cost increases.
【００１２】 金属板２ａの両側に圧電素子１１ａ，
１２ａをはりつけているが、主として前記圧電素子１１
ａと１２ａの形状のバラツキにより、周囲温度変化によ
る焦電効果により発生する電荷が必ずしも同一量となら
ず（図６の例では、電極３１ａ電極３２ａに同一符号の
電荷が発生する）従って後段の回路部分（差動増幅器）
によっても完全に打消すことができず、焦電ノイズが発
生するという問題点がある。Piezoelectric elements 11a are provided on both sides of the metal plate 2a.
12a is attached, but mainly the piezoelectric element 11
Due to the variations in the shapes of a and 12a, the charges generated by the pyroelectric effect due to the ambient temperature change do not always have the same amount (in the example of FIG. 6, charges of the same sign are generated in the electrode 31a and the electrode 32a). Circuit part (differential amplifier)
However, there is a problem in that pyroelectric noise occurs because it cannot be completely canceled.
【００１３】本発明の課題は上記問題点を解決するため
の加速度センサを提供することである。An object of the present invention is to provide an acceleration sensor for solving the above problems.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
ともＮ層（Ｎは４以上の偶数）の圧電セラミックスシー
トと、Ｎ＋１個の電極層とが交互に積層されてなるバイ
モルフ型の加速度センサにおいて、前記Ｎ層の圧電セラ
ミックスシートのうち２層は、発振手段に接続されて、
自己診断用の駆動をするための自己診断用シートであ
り、残りが加速度検出用シートであることを特徴とする
加速度センサが得られる。According to the present invention, a bimorph type acceleration sensor in which at least N layers (N is an even number of 4 or more) of piezoelectric ceramic sheets and N + 1 electrode layers are alternately laminated. In, two layers of the N-layer piezoelectric ceramic sheet are connected to an oscillating means,
An acceleration sensor is obtained which is a self-diagnosis sheet for driving for self-diagnosis, and the rest is an acceleration detection sheet.
【００１５】さらに、前記発振手段は自励発振回路であ
り、前記自己診断用圧電セラミックスシートが該自励発
振回路によって駆動され、その発振周波数帯域が被検出
加速度の周波数帯域と異なる周波数帯域に設定されるこ
とを特徴とする加速度センサが得られる。Further, the oscillating means is a self-excited oscillating circuit, the piezoelectric ceramic sheet for self-diagnosis is driven by the self-excited oscillating circuit, and its oscillation frequency band is set to a frequency band different from the frequency band of the acceleration to be detected. The acceleration sensor is obtained.
【００１６】さらに、前記発振手段は他励発振回路であ
り、前記自己診断用圧電セラミックスシートが該他励発
振回路によって駆動され、その発振周波数帯域を被検出
加速度の周波数帯域と異なる周波数帯域に設定すること
を特徴とする加速度センサが得られる。Further, the oscillation means is a separately excited oscillation circuit, the piezoelectric ceramic sheet for self-diagnosis is driven by the separately excited oscillation circuit, and its oscillation frequency band is set to a frequency band different from the frequency band of the acceleration to be detected. An acceleration sensor characterized by the above is obtained.
【００１７】また、前記Ｎ層の圧電セラミックスシート
のうち、中心の２層の圧電セラミックスシートは、厚み
方向で同じ向きに分極され、これらの２層よりも外側の
圧電セラミックスシートにおいては、該圧電セラミック
スシートに施されている分極の方向がそれに隣接してい
る圧電セラミックスシートの分極方向と異なっているこ
とを特徴とする加速度センサが得られる。Of the N layers of piezoelectric ceramic sheets, the central two layers of piezoelectric ceramic sheets are polarized in the same direction in the thickness direction, and the piezoelectric ceramic sheets outside of these two layers have the piezoelectric layers. An acceleration sensor is obtained in which the direction of polarization applied to the ceramic sheet is different from the polarization direction of the piezoelectric ceramic sheet adjacent thereto.
【００１８】さらに、前記中心の２層間の電極層を正
（あるいは負）電極とし、該正電極の上下方向に関して
一つおきの電極層を並列接続して共通の負（あるいは
正）電極とし、該共通負電極以外の全ての電極層を並列
接続して共通正（あるいは負）電極とすることを特徴と
する加速度センサが得られる。Further, the center electrode layer between the two layers is a positive (or negative) electrode, and every other electrode layer in the vertical direction of the positive electrode is connected in parallel to form a common negative (or positive) electrode. An acceleration sensor is obtained in which all electrode layers other than the common negative electrode are connected in parallel to form a common positive (or negative) electrode.
【００１９】さらに、前記正電極及び前記共通正電極を
出力端子、前記共通負電極をアース端子とするか、ある
いは前記正電極及び前記共通正電極をアース端子、前記
共通負電極を出力端子とすることを特徴とする加速度セ
ンサが得られる。Further, the positive electrode and the common positive electrode are output terminals and the common negative electrode is an earth terminal, or the positive electrode and the common positive electrode are earth terminals and the common negative electrode is an output terminal. An acceleration sensor characterized by the above is obtained.
【００２０】[0020]
【作用】自己診断のための振動発生用の圧電セラミック
スシートを、自励発振回路を構成して振動させるか、あ
るいは外部発振回路によって振動させることにより、加
速度検出素子全体を振動させることができ、従来のよう
な圧電素子を新たに追加する必要がなくなる。又、加速
度検出用の圧電セラミックスシートについては、その各
層の圧電セラミックスシート及び電極形状は、印刷によ
り同一条件で形成されており、ほぼその材質、形状は均
一であり、従って各層での焦電効果により発生する電荷
も同量となり、信号処理回路によってほぼ完全に焦電効
果による電荷を打ち消すことができる。The entire acceleration detecting element can be vibrated by vibrating the piezoelectric ceramic sheet for vibration generation for self-diagnosis in a self-excited oscillation circuit or by an external oscillation circuit. There is no need to newly add a piezoelectric element as in the related art. In addition, regarding the piezoelectric ceramic sheet for acceleration detection, the piezoelectric ceramic sheet and the electrode shape of each layer are formed under the same conditions by printing, and the material and the shape are almost uniform. Therefore, the pyroelectric effect in each layer is effective. The amount of electric charges generated by the electric charges becomes the same amount, and the electric charges due to the pyroelectric effect can be almost completely canceled by the signal processing circuit.
【００２１】[0021]
【実施例】本発明による加速度センサの一実施例を図１
に、焦電効果による電荷の相殺例を図２に、センサ素子
部分の構造を図３に示す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 shows an embodiment of an acceleration sensor according to the present invention.
FIG. 2 shows an example of charge cancellation due to the pyroelectric effect, and FIG. 3 shows the structure of the sensor element portion.
【００２２】図１において、積層型圧電バイモルフ素子
１は、圧電セラミックスシートを６層重ねて形成され、
支点となる固定部６により保持された片持ち梁構造とな
っている。電極３１〜３７には所定の接続が施され、そ
れぞれ信号処理回路部７に接続されている。In FIG. 1, a laminated piezoelectric bimorph element 1 is formed by stacking six layers of piezoelectric ceramic sheets,
It has a cantilever structure in which it is held by a fixed portion 6 serving as a fulcrum. The electrodes 31 to 37 are connected to the signal processing circuit section 7 by a predetermined connection.
【００２３】積層型圧電バイモルフ素子１は、圧電セラ
ミックシート１１，１２，１３，１４，１５，１６及び
圧電セラミックスシート１１の上面、圧電セラミックス
シート１１〜１６の間、及び圧電セラミックスシート１
６の下面に形成された電極３１，３２，３３，３４，３
５，３７からなり、それぞれ交互に積層されて形成され
ている。６層の圧電セラミックスシートのうち、中心の
２層の圧電セラミックスシート１３，１４は、厚み方向
で同じ向きに分極され、これらの２層よりも外側の圧電
セラミックスシート１１，１２，１５，１６において
は、該圧電セラミックスシート１１，１２，１５，１６
に施されている分極の方向がそれに隣接している圧電セ
ラミックスシートの分極方向と異なるように分極されて
いる。The laminated piezoelectric bimorph element 1 includes the piezoelectric ceramic sheets 11, 12, 13, 14, 15, 16 and the upper surface of the piezoelectric ceramic sheet 11, between the piezoelectric ceramic sheets 11 to 16, and the piezoelectric ceramic sheet 1.
Electrodes 31, 32, 33, 34, 3 formed on the lower surface of 6
5, 37, which are alternately laminated. Of the six layers of piezoelectric ceramic sheets, the central two layers of piezoelectric ceramic sheets 13 and 14 are polarized in the same direction in the thickness direction, and the piezoelectric ceramic sheets 11, 12, 15 and 16 outside these two layers are Is the piezoelectric ceramic sheet 11, 12, 15, 16
Is polarized so that the direction of polarization applied to the piezoelectric ceramic sheet is different from that of the piezoelectric ceramic sheet adjacent thereto.
【００２４】このとき、電極３２，３４，３６をアース
電極とし、最も外側の圧電セラミックスシート１１，１
６の２層を自己診断のための振動発生用の圧電素子とし
て使用し、圧電セラミックスシート１２，１３，１４，
１５の４層を加速度検出用の圧電素子として使用してい
る。電極層を圧電セラミックスシートに形成する方法と
してはスクリーン印刷、フォトエッチング等がある。本
発明では、焼結前の圧電セラミックスシート１１〜１６
の一方の面に、金属ペーストを印刷してそれぞれ電極層
３１〜３７を形成し、この圧電セラミックスシート１１
〜１６を積層して一体として焼結する。各電極の形成は
圧電セラミックスシートの長手方向の一端側の端縁で共
通の接続を行うことができるようにするために、電極３
１，３７については圧電セラミックスシートの幅方向の
一端側において端縁まで導出し、電極３２，３４，３６
については幅方向の中央部おいて端縁まで導出し、電極
３３，３５については幅方向の他端寄りにおいて端縁ま
で導出するようにしている。At this time, the electrodes 32, 34, 36 are used as ground electrodes, and the outermost piezoelectric ceramic sheets 11, 1 are used.
The two layers 6 are used as piezoelectric elements for generating vibration for self-diagnosis, and the piezoelectric ceramic sheets 12, 13, 14,
Four layers of 15 are used as a piezoelectric element for acceleration detection. Examples of methods for forming the electrode layer on the piezoelectric ceramic sheet include screen printing and photo etching. In the present invention, the piezoelectric ceramic sheets 11 to 16 before sintering
A metal paste is printed on one surface of each of the electrodes to form electrode layers 31 to 37.
~ 16 are laminated and sintered as one body. The electrodes 3 are formed in order to make a common connection at one end of the piezoelectric ceramic sheet in the longitudinal direction.
Regarding 1, 37, the electrodes 32, 34, 36 are led out to the edge at one end side in the width direction of the piezoelectric ceramic sheet.
Is led out to the edge at the center in the width direction, and the electrodes 33 and 35 are led to the edge near the other end in the width direction.
【００２５】次に、図３に示すように、各圧電セラミッ
クスシートの端縁に、電極３１と電極３７とが接続され
るように自己診断駆動用電極とり出し口３００を、電極
３２，３４，３６がアースされるようにアース電極とり
出し口３０１を、電極３３，３５が接続されるように加
速度検出用電極とり出し口３０２を設けている。Next, as shown in FIG. 3, the self-diagnosis drive electrode lead-out port 300 is connected to the edges of each piezoelectric ceramic sheet so that the electrode 31 and the electrode 37 are connected, and the electrodes 32, 34 ,. An earth electrode take-out port 301 is provided so that 36 is grounded, and an acceleration detecting electrode take-out port 302 is provided so that the electrodes 33 and 35 are connected.
【００２６】自己診断駆動用電極とり出し口３００は、
信号処理回路部７に設けられている自己診断の振動駆動
用の発振器２１（図１参照）に接続され、加速度検出用
電極とり出し口３０２は、信号処理回路部７に設けられ
ているインピーダンス変換部２２に接続されている。こ
こで、加速度検出、及び自己診断の原理を以下に述べ
る。The electrode take-out port 300 for self-diagnosis drive is
The acceleration detecting electrode lead-out port 302 is connected to the oscillator 21 for self-diagnosis vibration drive provided in the signal processing circuit unit 7 (see FIG. 1), and the impedance conversion electrode provided in the signal processing circuit unit 7 is used for impedance conversion. It is connected to the section 22. Here, the principle of acceleration detection and self-diagnosis will be described below.
【００２７】加速度が図１に示されるように（太い矢印
の方向）印加されると、素子１全体が固定部６を支点と
し下方向に変形する。この状態にて上側の圧電セラミッ
クスシート１１，１２，１３は圧電セラミックスシート
の長手方向に伸び、下側の圧電セラミックスシート１
４，１５，１６は該長手方向に縮む。従って電極３３に
は圧電セラミックスシート１２からの電荷−ｑ1 と圧電
セラミックスシート１３からの電荷−ｑ1 とを合計した
電荷−２ｑ1 が発生し、一方電極３５には圧電セラミッ
クスシート１４からの電荷−ｑ1 と圧電セラミックス１
５からの電荷−ｑ1 とを合計した電荷−２ｑ1 が発生
し、電極３３と電極３５との接続部（インピーダンス変
換部２２の入力端）には−４ｑ1 の電荷が発生する。イ
ンピーダンス変換部２２の出力端では前記電荷に応じた
出力電圧Ｖ1 が出力される。When acceleration is applied as shown in FIG. 1 (in the direction of the thick arrow), the entire element 1 is deformed downward with the fixed portion 6 as a fulcrum. In this state, the upper piezoelectric ceramic sheets 11, 12 and 13 extend in the longitudinal direction of the piezoelectric ceramic sheet, and the lower piezoelectric ceramic sheet 1
4, 15 and 16 contract in the longitudinal direction. Thus charge -2Q 1 which is the sum of the charge -q 1 from the charge -q 1 and the piezoelectric ceramic sheet 13 of the piezoelectric ceramic sheet 12 is generated in the electrode 33, whereas the charge from the piezoelectric ceramic sheet 14 to the electrode 35 -Q 1 and piezoelectric ceramics 1
Charge -2Q 1 which is the sum of the charge -q 1 from 5 occurs, the connecting portion between the electrode 33 and the electrode 35 (the input terminal of the impedance converter 22) is a charge of -4Q 1 occurs. An output voltage V 1 according to the electric charge is output from the output terminal of the impedance conversion unit 22.
【００２８】一方、自己診断駆動用電極取り出し口３０
０に自己診断の振動駆動用の発振器２１から交流電圧が
印加されることにより、圧電セラミックスシート１１，
１６にはそれぞれ電界Ｅが図の破線矢印方向に発生し、
圧電セラミックスシート１１，１６が振動する。従っ
て、該振動が積層型圧電バイモルフ素子１全体に伝わ
り、加速度検出用圧電セラミックスシート１２，１３，
１４，１５を振動させる。このとき上述と同様の原理に
より、インピーダンス変換部２２の入力端には、電荷±
４ｑ2 が交流的に発生する。インピーダンス変換部２２
の出力端では前記電荷に応じた出力電圧Ｖ2 が出力され
る。On the other hand, the self-diagnosis driving electrode outlet 30
By applying an AC voltage from the oscillator 21 for self-diagnosis vibration drive to the piezoelectric ceramic sheet 11,
An electric field E is generated in each of 16 in the direction of the broken line arrow in the figure,
The piezoelectric ceramic sheets 11 and 16 vibrate. Therefore, the vibration is transmitted to the entire laminated piezoelectric bimorph element 1, and the acceleration detecting piezoelectric ceramic sheets 12, 13,
Vibrate 14 and 15. At this time, according to the same principle as described above, a charge ±
4q 2 is generated alternatingly. Impedance converter 22
An output voltage V 2 corresponding to the electric charge is output at the output terminal of the.
【００２９】従って、インピーダンス変換部２２の出力
端には、被測定加速度による電圧Ｖ1 と自己診断用振動
による交流出力電圧Ｖ2 とを合成した電圧Ｖ1 ＋Ｖ2 が
発生する。なお、自己診断用の発振器の発振周波数の帯
域は、被検出加速度の周波数帯域とは異なる周波数帯域
に設定されており、図１の例では自己診断用の発振器の
発振周波数を、被検出加速度の周波数帯域よりも高域側
に設定している。[0029] Therefore, the output terminal of the impedance converter 22, voltages V 1 + V 2 which combines the AC output voltage V 2 by the voltage V 1 and the self-diagnosis vibration by the measured acceleration is generated. Note that the oscillation frequency band of the self-diagnosis oscillator is set to a frequency band different from the frequency band of the detected acceleration, and in the example of FIG. 1, the oscillation frequency of the self-diagnosis oscillator is set to the detected acceleration It is set higher than the frequency band.
【００３０】インピーダンス変換部２２の出力電圧Ｖ1
＋Ｖ2 は、差動増幅器２３で増幅された後、ハイパスフ
ィルタ２４によりＶ2 成分に、ローパスフィルタ２５に
よりＶ1 成分に分けられる。自己診断振動によるＶ2 成
分は、平滑回路２６を通った後レベルコンパレーター２
７に送出される。このとき前記Ｖ2 成分が所定のしきい
値レベル以下の場合は、加速度センサの系に故障が発生
したものと判断し、異常出力部２９から異常信号を出力
し故障表示が行なわれる。一方被検出加速度によるＶ1
成分は、衝突判別回路２８にて衝突か否かを判断し、衝
突と判断された場合は、異常出力部３０から出力信号を
出しエアバック雷管駆動回路を駆動させる。Output voltage V 1 of the impedance converter 22
After being amplified by the differential amplifier 23, + V 2 is divided into a V 2 component by the high pass filter 24 and a V 1 component by the low pass filter 25. The V 2 component due to the self-diagnosis vibration passes through the smoothing circuit 26 and then the level comparator 2
7 is sent. At this time, if the V 2 component is below a predetermined threshold level, it is determined that a failure has occurred in the system of the acceleration sensor, and an abnormality signal is output from the abnormality output unit 29 to display the failure. On the other hand, V 1 due to the detected acceleration
With respect to the components, the collision determination circuit 28 determines whether or not there is a collision, and when it is determined that a collision has occurred, an output signal is output from the abnormal output unit 30 to drive the airbag detonator drive circuit.
【００３１】又、温度変化にもとづく焦電効果による発
生電荷は、加速度検出の際ノイズが生ずる原因になる。
本発明では前記焦電効果による発生電荷は相殺されるの
で、前記ノイズを除去できる。図２を参照して、焦電効
果による発生電荷の相殺の原理を以下に説明する。Further, the electric charge generated by the pyroelectric effect based on the temperature change causes noise during acceleration detection.
In the present invention, since the charges generated by the pyroelectric effect are canceled out, the noise can be removed. With reference to FIG. 2, the principle of canceling the generated charges due to the pyroelectric effect will be described below.
【００３２】焦電効果では、それぞれの圧電セラミック
スシートの分極の方向に電荷が発生する。従って電極３
３には圧電セラミックスシート１２，１３からの電荷−
ｑ1，−ｑ2 が発生し、一方、電極３５には圧電セラミ
ックシート１４，１５からの電荷＋ｑ3 ，＋ｑ4 が発生
し、電極３３と３５の接続部（インピーダンス変換部２
２の入力端）に発生する電荷は｛−（ｑ1 ＋ｑ2 ）｝＋
｛ｑ3 ＋ｑ4 ｝となる。圧電バイモルフ素子１全体は積
層型圧電バイモルフ素子であるので、圧電セラミックシ
ート１２，１３，１４，１５は同一の印刷条件で形成さ
れる。従って、材質および寸法は同一であり、同一の圧
電特性、焦電特性を持つので、ｑ1 ，ｑ2 ，ｑ3 ，ｑ4
の大きさはほぼ等しくなり、電極３３と３５の接続部分
（インピーダンス変換部２２の入力端）の電荷は零とな
り、焦電効果による電荷を打消すことができる。従来の
バイモルフ形圧電素子に生じていた素子の材質の特性バ
ラツキ、および電荷の発生量の差により発生するノイズ
は、本発明の構成により除去することができる。In the pyroelectric effect, electric charges are generated in the polarization direction of each piezoelectric ceramic sheet. Therefore electrode 3
3 is the electric charge from the piezoelectric ceramic sheets 12 and 13.
q 1 and −q 2 are generated, while charges + q 3 and + q 4 from the piezoelectric ceramic sheets 14 and 15 are generated on the electrode 35, and the connection portion (impedance conversion portion 2) of the electrodes 33 and 35 is generated.
The charge generated at the input terminal 2 is {-(q 1 + q 2 )} +
It becomes {q 3 + q 4 }. Since the entire piezoelectric bimorph element 1 is a laminated piezoelectric bimorph element, the piezoelectric ceramic sheets 12, 13, 14, and 15 are formed under the same printing conditions. Therefore, since the materials and dimensions are the same and they have the same piezoelectric characteristics and pyroelectric characteristics, q 1 , q 2 , q 3 , q 4
Are substantially equal to each other, and the electric charge at the connecting portion of the electrodes 33 and 35 (the input end of the impedance conversion unit 22) becomes zero, so that the electric charge due to the pyroelectric effect can be canceled. The noise generated due to the characteristic variation of the material of the element and the difference in the amount of generated electric charges, which has occurred in the conventional bimorph type piezoelectric element, can be removed by the configuration of the present invention.
【００３３】また上述の如く本発明によれば、Ｎ層（Ｎ
は４以上の偶数）の圧電セラミックスシートの内２層を
自己診断の振動駆動用として使用するため、従来の場合
のように自己診断のための振動駆動用として新たに圧電
素子を追加する必要がなくなり、部品点数を従来よりも
削減することができる。As described above, according to the present invention, the N layer (N
Is an even number of 4 or more), the inner two layers of the piezoelectric ceramic sheet are used for vibration driving for self-diagnosis, and therefore it is necessary to add a new piezoelectric element for vibration driving for self-diagnosis as in the conventional case. It is possible to reduce the number of parts as compared with the conventional one.
【００３４】図４は本発明による他の実施例を示す。分
極された積層型圧電バイモルフ素子１において、その電
極間の配線を変更することにより自己診断駆動用圧電セ
ラミックスシートを中心部分の１３，１４とし、加速度
検出用の圧電セラミックシートを外側部分の１１，１
２，１５，１６とする。ここで加速度を図示された方向
（太い矢印方向）に印加すると、電極３２，３６に発生
する電荷はそれぞれ＋２ｑ1 ′であり、電極３２と電極
３６の接続部には電荷＋４ｑ1 ′が生ずる。他方、自己
診断用の振動駆動により電極３２，３６に発生する電荷
はそれぞれ±２ｑ2 ′であり、電極３２と電極３６の接
続部には電荷±４ｑ2 ′が生ずる。インピーダンス変換
部２２の出力端には、被測定加速度により生ずる電荷＋
４ｑ1 ′に応じた電圧Ｖ1 ′と自己診断用振動により生
ずる電荷±４ｑ2 ′に応じた電圧Ｖ2 ′とを合成した電
圧Ｖ1 ′＋Ｖ2 ′が発生する。図１の場合と同様に、自
己診断用発振器の発振周波数帯域を、被検出加速度の周
波数帯域よりも高域側にずらし、上述の場合と同様の信
号処理を行ない、自己診断による故障検出を可能とする
ものである。FIG. 4 shows another embodiment according to the present invention. In the polarized laminated piezoelectric bimorph element 1, by changing the wiring between the electrodes, the piezoelectric ceramic sheet for self-diagnosis drive is set to the central portions 13 and 14, and the piezoelectric ceramic sheet for acceleration detection is set to the outer portion 11, 11. 1
2,15,16. When acceleration is applied in the direction shown (thick arrow direction), the charges generated on the electrodes 32 and 36 are + 2q 1 ′, respectively, and charge + 4q 1 ′ is generated at the connecting portion between the electrodes 32 and 36. On the other hand, the electric charges generated on the electrodes 32 and 36 by the vibration drive for self-diagnosis are ± 2q 2 ′, respectively, and the electric charges ± 4q 2 ′ are generated at the connecting portion between the electrodes 32 and 36. At the output end of the impedance conversion unit 22, charges generated by the measured acceleration +
4q voltages V 1 was synthesized and 'voltage V 2 corresponding to' charge ± 4q 2 caused by the self-diagnosis vibrations '+ V 2' is generated and 'voltages V 1 corresponding to the' 1. As in the case of Fig. 1, the oscillation frequency band of the self-diagnosis oscillator is shifted to a higher band than the frequency band of the acceleration to be detected, and the same signal processing as in the above case is performed to enable fault detection by self-diagnosis. It is what
【００３５】又、温度変動が生じた場合の焦電効果によ
り生ずる電荷については図５に示すように相殺してい
る。図５において、電極３２には電荷ｑ1 ′＋ｑ2 ′が
生じ、一方電極３６には電荷−ｑ3 ′−ｑ4 ′が生じ、
電極３２と３６の接続部（インピーダンス変換部２２の
入力端）には電荷（ｑ1 ′＋ｑ2 ′）−（ｑ3 ′＋
ｑ4′）となり、ここでｑ1 ′＝ｑ2 ′＝ｑ3 ′＝
ｑ4 ′であるため前記電荷は互に打ち消し合い、零とな
る。The charges generated by the pyroelectric effect when the temperature changes are offset as shown in FIG. In FIG. 5, a charge q 1 ′ + q 2 ′ is generated on the electrode 32, while a charge −q 3 ′ −q 4 ′ is generated on the electrode 36.
The charge (q 1 ′ + q 2 ′) − (q 3 ′ +) is applied to the connection between the electrodes 32 and 36 (the input end of the impedance converter 22).
q 4 ′), where q 1 ′ = q 2 ′ = q 3 ′ ＝
Since they are q 4 ′, the charges cancel each other and become zero.
【００３６】なお、図１、図４の実施例では自己診断用
の振動駆動の方法として外部発振器の出力を所定の圧電
セラミックスシートへ印加して振動させる方法としてい
るが、その他の方法として、自励発振回路を信号処理回
路に組み込んで該自励発振回路の出力を所定の圧電セラ
ミックスシートへ印加して振動させる方法でも上記と同
様の効果を得ることができる。In the embodiments of FIGS. 1 and 4, the vibration driving method for self-diagnosis is a method of applying the output of an external oscillator to a predetermined piezoelectric ceramics sheet to vibrate it. The same effect as described above can be obtained by a method of incorporating the excitation oscillation circuit into the signal processing circuit and applying the output of the self-excitation oscillation circuit to a predetermined piezoelectric ceramic sheet to vibrate.
【００３７】[0037]
【発明の効果】本発明によれば、自己診断のための振動
駆動を積層型圧電バイモルフ素子自体で行なうため、従
来のように加速度センサ素子自体に、新たに圧電素子を
追加する必要がなく従来よりも部品点数を削減できる。According to the present invention, since vibration driving for self-diagnosis is performed by the laminated piezoelectric bimorph element itself, it is not necessary to add a new piezoelectric element to the acceleration sensor element itself as in the prior art. It is possible to reduce the number of parts.
【００３８】又温度変動にもとづく焦電効果による発生
する電荷に関しては、積層型圧電バイモルフ素子を用い
ているので、各圧電セラミックスシート及び各電極形状
が均一な材質、形状であり、それぞれのシートに発生す
る電荷はほぼ同一になり、かつ、所定の接続により検出
出力端子に発生する電荷の符号は異なる。従って、ほぼ
完全に焦電効果による電荷を打消すことができ、該電荷
によって発生するノイズを除去することができる。Regarding the electric charges generated by the pyroelectric effect due to the temperature fluctuation, since the laminated piezoelectric bimorph element is used, each piezoelectric ceramic sheet and each electrode are made of a uniform material and have different shapes. The generated charges are almost the same, and the signs of the charges generated at the detection output terminal are different due to the predetermined connection. Therefore, the charges due to the pyroelectric effect can be canceled almost completely, and the noise generated by the charges can be removed.
【図１】本発明による加速度センサの一実施例を示す図
である。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an acceleration sensor according to the present invention.
【図２】図１の実施例における焦電効果による発生電荷
の相殺原理を説明するための図である。2A and 2B are diagrams for explaining the principle of canceling the generated charges due to the pyroelectric effect in the embodiment of FIG.
【図３】図１の実施例での圧電バイモルフ素子の構造を
示す分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view showing the structure of the piezoelectric bimorph element in the embodiment of FIG.
【図４】本発明による加速度センサの他の実施例を示す
図である。FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the acceleration sensor according to the present invention.
【図５】図４の実施例での焦電効果による発生電荷の相
殺原理を説明するための図である。5A and 5B are diagrams for explaining the principle of canceling the generated charges due to the pyroelectric effect in the embodiment of FIG.
【図６】従来の加速度センサの一実施例を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing an example of a conventional acceleration sensor.
１ 積層型圧電バイモルフ素子 １ａ 加速度検出素子 ２ａ 金属板 ４ａ 自己診断駆動用の圧電素子 ６，６ａ 固定部 ７，７ａ 信号処理回路部 １１，１２，１３，１４，１５，１６ 圧電セラミッ
クスシート １１ａ，１２ａ 圧電素子 ３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３１ａ，
３２ａ，５１ａ，５２ａ 電極 ３００ 自己診断駆動用電極とり出し口 ３０１ アース電極とり出し口 ３０２ 加速度検出用電極とり出し口DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multilayer piezoelectric bimorph element 1a Acceleration detecting element 2a Metal plate 4a Piezoelectric element for self-diagnosis 6,6a Fixing part 7,7a Signal processing circuit part 11,12,13,14,15,16 Piezoelectric ceramic sheet 11a, 12a Piezoelectric elements 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 31a,
32a, 51a, 52a Electrode 300 Self-diagnosis drive electrode take-out port 301 Ground electrode take-out port 302 Acceleration detection electrode take-out port
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 哲男 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Tetsuo Yoshida 6-7-1, Koriyama, Taichiro-ku, Sendai-shi, Miyagi Tokin Co., Ltd.
Claims (6)
圧電セラミックスシートと、Ｎ＋１個の電極層とが交互
に積層されてなるバイモルフ型の加速度センサにおい
て、前記Ｎ層の圧電セラミックスシートのうち２層は、
発振手段に接続されて、自己診断用の駆動をするための
自己診断用シートであり、残りが加速度検出用シートで
あることを特徴とする加速度センサ。1. A bimorph type acceleration sensor in which at least N layers (N is an even number of 4 or more) of piezoelectric ceramic sheets and N + 1 electrode layers are alternately laminated, wherein the piezoelectric ceramic sheets of N layers are Two of them are
An acceleration sensor which is connected to an oscillating means and is a self-diagnosis sheet for driving for self-diagnosis, and the rest is an acceleration detection sheet.
て、前記発振手段は自励発振回路であり、前記自己診断
用圧電セラミックスシートが該自励発振回路によって駆
動され、その発振周波数帯域が被検出加速度の周波数帯
域と異なる周波数帯域に設定されることを特徴とする加
速度センサ。2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the oscillation means is a self-excited oscillation circuit, the self-diagnosis piezoelectric ceramic sheet is driven by the self-excited oscillation circuit, and its oscillation frequency band is detected. An acceleration sensor characterized by being set in a frequency band different from the frequency band of acceleration.
て、前記発振手段は他励発振回路であり、前記自己診断
用圧電セラミックスシートが該他励発振回路によって駆
動され、その発振周波数帯域を被検出加速度の周波数帯
域と異なる周波数帯域に設定することを特徴とする加速
度センサ。3. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the oscillation means is a separately excited oscillation circuit, the piezoelectric ceramic sheet for self-diagnosis is driven by the separately excited oscillation circuit, and an oscillation frequency band thereof is detected. An acceleration sensor characterized by being set in a frequency band different from the frequency band of acceleration.
センサにおいて、前記Ｎ層の圧電セラミックスシートの
うち、中心の２層の圧電セラミックスシートは、厚み方
向で同じ向きに分極され、これらの２層よりも外側の圧
電セラミックスシートにおいては、該圧電セラミックス
シートに施されている分極の方向がそれに隣接している
圧電セラミックスシートの分極方向と異なっていること
を特徴とする加速度センサ。4. The acceleration sensor according to claim 1, wherein, of the N layers of piezoelectric ceramic sheets, the central two layers of piezoelectric ceramic sheets are polarized in the same direction in the thickness direction. In the piezoelectric ceramic sheet outside the two layers, the direction of polarization applied to the piezoelectric ceramic sheet is different from the polarization direction of the piezoelectric ceramic sheet adjacent thereto.
て、前記中心の２層間の電極層を正（あるいは負）電極
とし、該正電極の上下方向に関して一つおきの電極層を
並列接続して共通の負（あるいは正）電極とし、該共通
負電極以外の全ての電極層を並列接続して共通正（ある
いは負）電極とすることを特徴とする加速度センサ。5. The acceleration sensor according to claim 4, wherein the center two electrode layers are positive (or negative) electrodes, and every other electrode layer is connected in parallel in the vertical direction of the positive electrode. An acceleration sensor comprising a common negative (or positive) electrode and connecting all electrode layers other than the common negative electrode in parallel to form a common positive (or negative) electrode.
て、前記正電極及び前記共通正電極を出力端子、前記共
通負電極をアース端子とするか、あるいは前記正電極及
び前記共通正電極をアース端子、前記共通負電極を出力
端子とすることを特徴とする加速度センサ。6. The acceleration sensor according to claim 5, wherein the positive electrode and the common positive electrode are output terminals and the common negative electrode is an earth terminal, or the positive electrode and the common positive electrode are earth terminals. An acceleration sensor using the common negative electrode as an output terminal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33823192A JP3175031B2 (en) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | Acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33823192A JP3175031B2 (en) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | Acceleration sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06186247A true JPH06186247A (en) | 1994-07-08 |
| JP3175031B2 JP3175031B2 (en) | 2001-06-11 |
Family
ID=18316166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33823192A Expired - Fee Related JP3175031B2 (en) | 1992-12-18 | 1992-12-18 | Acceleration sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3175031B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008107108A (en) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Denso Corp | Capacitive detector for mechanical quantity |
| CN108761128A (en) * | 2018-09-05 | 2018-11-06 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | Piezoelectric vibration encourages self diagnosis mems accelerometer watch core and accelerometer |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101676340B1 (en) * | 2016-02-11 | 2016-11-15 | 주식회사 월드조인 | Improving mehtod for physical strength by putting exerciser |
-
1992
- 1992-12-18 JP JP33823192A patent/JP3175031B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008107108A (en) * | 2006-10-23 | 2008-05-08 | Denso Corp | Capacitive detector for mechanical quantity |
| CN108761128A (en) * | 2018-09-05 | 2018-11-06 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | Piezoelectric vibration encourages self diagnosis mems accelerometer watch core and accelerometer |
| CN108761128B (en) * | 2018-09-05 | 2024-04-02 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | Piezoelectric vibration excitation self-diagnosis MEMS accelerometer core and accelerometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3175031B2 (en) | 2001-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100261357B1 (en) | Angular velocity detector | |
| EP1705457B1 (en) | Angular velocity sensor | |
| US6281618B1 (en) | Vibrating gyroscope | |
| EP1020704A1 (en) | Angular velocity detector | |
| WO1998019134A1 (en) | Vibration gyroscope | |
| JP4816299B2 (en) | Surface acoustic wave angular velocity sensor | |
| US6786095B2 (en) | Acceleration sensor | |
| JP3175031B2 (en) | Acceleration sensor | |
| JP2001124563A (en) | Self-diagnosis circuit for vibration gyro | |
| US6564639B1 (en) | Angular speed sensor | |
| JP2996137B2 (en) | Vibrating gyro | |
| JP3674013B2 (en) | Angular velocity detector | |
| JP3203523B2 (en) | Acceleration sensor | |
| JP2000028444A (en) | Pressure detecting device | |
| JPH09159457A (en) | Angular velocity sensor | |
| JP3360500B2 (en) | Angular velocity sensor | |
| JPH11201758A (en) | Piezoelectric vibrator and piezoelectric vibrational angular velocity meter | |
| JP3122925B2 (en) | Piezoelectric vibrator for piezoelectric vibrating gyroscope | |
| JPH0716168U (en) | Piezoelectric acceleration sensor | |
| JP3211183B2 (en) | Piezoelectric vibratory gyroscope using energy trapped vibration mode | |
| JPH05273226A (en) | Shock detecting apparatus | |
| JP3690449B2 (en) | Piezoelectric vibrator for piezoelectric vibration gyro | |
| JP3147870B2 (en) | Gyro sensor, driving method and manufacturing method thereof | |
| JPH08101060A (en) | Acceleration sensor | |
| JPH1183496A (en) | Piezoelectric vibrator and piezoelectric-vibrative angular velocity meter using it |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010307 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |