JPH0670579B2 - Low frequency vibration sensor - Google Patents
Low frequency vibration sensorInfo
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- JPH0670579B2 JPH0670579B2 JP63079565A JP7956588A JPH0670579B2 JP H0670579 B2 JPH0670579 B2 JP H0670579B2 JP 63079565 A JP63079565 A JP 63079565A JP 7956588 A JP7956588 A JP 7956588A JP H0670579 B2 JPH0670579 B2 JP H0670579B2
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、機械や電子機器などに外部から加えられた振
動の大きさを検出する振動センサに関し、特に振動の周
波数が数Hz以下の振動の検出に用いる低周波振動センサ
に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a vibration sensor for detecting the magnitude of vibration applied to a machine, an electronic device, or the like from the outside, and particularly to a vibration sensor having a vibration frequency of several Hz or less. The present invention relates to a low-frequency vibration sensor used for detecting.
（従来の技術） 従来、機械や電子機器に外部から加えられた振動や衝撃
の検出には色々なタイプの振動センサが用いられてい
る。第３図は従来の振動センサの（ａ）一例の構造およ
び（ｂ）出力回路例の説明図である。この図において、
振動センサは矩形の金属薄板31に、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薄板32が接着さ
れ、金属薄板31の一端が支持台33に固定されている。(Prior Art) Conventionally, various types of vibration sensors have been used to detect vibrations and impacts applied to machines and electronic devices from the outside. FIG. 3 is an explanatory diagram of (a) an example structure of a conventional vibration sensor and (b) an output circuit example. In this figure,
In the vibration sensor, a piezoelectric thin metal plate 32 having electrodes formed on both sides and polarized in the thickness direction is bonded to a rectangular thin metal plate 31, and one end of the thin metal plate 31 is fixed to a support base 33.
また前記電極からリード線34,34′が引き出されて抵抗
５と並列にトランジスタ６のベース、エミッタ間に接続
され、オープンコレクタとして出力されている。Further, lead wires 34, 34 'are drawn out from the electrodes, connected in parallel with the resistor 5 between the base and emitter of the transistor 6, and output as an open collector.
第４図は第３図に示した振動センサの−端子間の出
力特例であり、加振力を0.5Gから4Gとし、周波数範囲を
500Hzから1kHzまで変化させた時の出力電圧を示してお
り、圧電振動子の共振周波数で出力電圧が最大となって
おり、加振力ほぼ比例して最大出力電圧が増加している
ことがわかる。Fig. 4 is a special example of output between the terminals of the vibration sensor shown in Fig. 3. Excitation force was changed from 0.5G to 4G, and the frequency range was changed.
The output voltage when changing from 500Hz to 1kHz is shown, and it can be seen that the output voltage is maximum at the resonance frequency of the piezoelectric vibrator, and the maximum output voltage increases almost in proportion to the excitation force. .
第３図に示した構造の振動センサではその共振周波数に
おいて感度が最大となる。そして共振周波数は圧電振動
子の寸法によって定まり、振動子の板厚を薄くすること
および振動子の長さを長くすることにより共振周波数は
低くなる。The vibration sensor having the structure shown in FIG. 3 has the maximum sensitivity at its resonance frequency. The resonance frequency is determined by the size of the piezoelectric vibrator, and the resonance frequency becomes low by reducing the plate thickness of the vibrator and increasing the length of the vibrator.
［発明が解決しようとする課題］ しかし、共振周波数を数Hzにしようとしたとき、振動子
の板厚を0.1mmとすれば振動子の長さは100mm以上にな
り、特に重力に対しても平行な方向の振動を検出しよう
とした場合振動子を水平にセットしようとしても、振動
子自身の重さで振動子がたわんでしまい振動の正確な検
出が不可能になってしまう。[Problems to be Solved by the Invention] However, when the resonance frequency is set to several Hz, if the plate thickness of the vibrator is 0.1 mm, the length of the vibrator becomes 100 mm or more, especially against gravity. When trying to detect vibrations in parallel directions, even if the vibrators are set horizontally, the weights of the vibrators bend the vibrators, making it impossible to accurately detect vibrations.
第５図はコイルバネとおもりから構成される共振系のモ
デルである。第５図においてコイルバネ７の定数をＫ
（kg／ｍ］、おもり８の質量をＭ［kg］とすると、第５
図の共振系の共振周波数Frは次式で与えられる。FIG. 5 is a model of a resonance system composed of a coil spring and a weight. In FIG. 5, the constant of the coil spring 7 is K
(Kg / m] and the mass of the weight 8 is M [kg], the fifth
The resonance frequency Fr of the resonance system in the figure is given by the following equation.
Fr＝(K/M)1/2／（２×π）…（１） 一例としておもり８の重さを5g、バネ定数を1g／cmとす
れば（１）式より共振周波数は0.83となる。Fr = (K / M) 1/2 / (2 × π) (1) As an example, if the weight of the weight 8 is 5g and the spring constant is 1g / cm, the resonance frequency will be 0.83 from the formula (1). .
低い周波数の振動検出に第５図に示した構成の共振系を
利用した場合、前述したように共振周波数は確かに低く
できる。しかし容易に推定できるように、第５図のまま
では僅かの外部からの振動に対して共振系は振動を起こ
し、その振動はなかなか止まらない。しかも、系の共振
周波数に合った周波数の振動に対しては振動振幅は非常
に大きくなる。したがって第５図に示した構成の共振系
の特徴を活かした低周波の振動センサを得るためには第
５図に示した共振系に制動を付加する必要がある。When the resonance system having the configuration shown in FIG. 5 is used for detecting vibration of a low frequency, the resonance frequency can be certainly lowered as described above. However, as can be easily estimated, the resonance system vibrates in response to a slight external vibration as shown in FIG. 5, and the vibration does not easily stop. Moreover, the vibration amplitude becomes very large for the vibration of the frequency matching the resonance frequency of the system. Therefore, it is necessary to add damping to the resonance system shown in FIG. 5 in order to obtain a low-frequency vibration sensor that takes advantage of the characteristics of the resonance system having the configuration shown in FIG.
そこで，本発明の技術的課題は，バネ部材と質量とから
なる共振系において，流体の流れに伴う粘性抵抗を利用
して制動を加えた数Hz以下の低周波数の振動を検出でき
る振動センサを提供することにある。Therefore, a technical problem of the present invention is to provide a vibration sensor capable of detecting a low-frequency vibration of several Hz or less, which is applied with braking by using a viscous resistance associated with a fluid flow in a resonance system including a spring member and a mass. To provide.
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば，流体が満たされた箱部と，上記箱部の
内側に沿って摺動可能な柱状体と，上記箱部の一端側に
設けられた支持部材と，該支持部材と上記柱状体とを接
続するバネ部材と，上記箱部の他端側に配され，上記柱
状体の近接を検出するための近接検出部とを有し，外部
から加えられた数Hz以下の低周波数の振動を，上記柱状
体の上記バネ部材の伸縮方向の振動を測定することによ
って検出する低周波振動センサにおいて，上記柱状体と
上記箱部内側とにより形成される隙間を通る流体の粘性
抵抗によって，上記バネ部材と上記柱状体とからなる共
振系に所定の制動を加えるようにしたことを特徴とする
低周波振動センサが得られる。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, a box filled with fluid, a columnar body slidable along the inside of the box, and provided on one end side of the box A support member, a spring member that connects the support member and the columnar body, and a proximity detection unit that is disposed on the other end side of the box portion and that detects the proximity of the columnar body. A low-frequency vibration sensor for detecting applied low-frequency vibration of a few Hz or less by measuring vibration in the expansion and contraction direction of the spring member of the columnar body, which is formed by the columnar body and the inside of the box portion. A low frequency vibration sensor is obtained in which a predetermined damping is applied to the resonance system including the spring member and the columnar body by viscous resistance of the fluid passing through the gap.
本発明によれば，上記柱状体は，貫通孔を有し，該柱状
体の移動に伴い該貫通孔を通過する流体の粘性抵抗によ
り，上記バネ部材と上記柱状体とからなる共振系に所定
の制動を加えるようにしたことを特徴とする低周波振動
センサが得られる。According to the present invention, the columnar body has a through hole, and a viscous resistance of a fluid passing through the through hole as the columnar body moves causes a predetermined resonance system including the spring member and the columnar body. It is possible to obtain a low-frequency vibration sensor characterized in that the braking is applied.
［作用］ 本発明の作用について述べる。[Operation] The operation of the present invention will be described.
本発明においては、バネ部材と柱状体により、共振系が
構成される。In the present invention, the spring member and the columnar body form a resonance system.
この共振系の共振振幅は、外部から加えられる加振力に
比例し、この振幅は近接センサにより検出される。The resonance amplitude of this resonance system is proportional to the excitation force applied from the outside, and this amplitude is detected by the proximity sensor.
振動する柱状体の断面形状と箱部の内側形状がほぼ同じ
であり、若干の隙間を設け、この断面積を適当に選べば
柱状体の隙間を通過する流体の粘性抵抗により、共振率
に対する制動抵抗として作用し、粘性抵抗のない場合の
共振周波数Frより小さな周波数に対して共振する。The vibrating columnar body and the inner shape of the box are almost the same, and if a small gap is provided and the cross-sectional area is selected appropriately, damping of the resonance rate by viscous resistance of the fluid passing through the gap of the columnar body It acts as a resistance and resonates at a frequency lower than the resonance frequency Fr when there is no viscous resistance.
また、柱状体に貫通孔を設けることにより、柱状体が振
動する際の空気の粘性抵抗をコントロールすることによ
り、共振周波数をコントロールできる。Further, by providing the through hole in the columnar body, the resonance frequency can be controlled by controlling the viscous resistance of the air when the columnar body vibrates.
このような加振された柱状体端面は導体を有し振動振幅
は、近接センサにより近接センサに到達しなくとも検出
される。The end surface of the vibrated columnar body has a conductor, and the vibration amplitude can be detected by the proximity sensor without reaching the proximity sensor.
［実施例］ 以下本発明の実施例について図面を用いて詳しく説明す
る。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
実施例１ 本発明の実施例について説明する。第１図は本発明に係
る低周波振動センサの構造の一例を示す断面図である。
この図において筒９の中で、コイルバネ７の一端に柱状
のおもり８が吊り下げられ、コイルバネの他端は前記筒
の一端で支持台10に固定されている。おもり８の断面形
状は筒９の断面形状とほぼ同じ形状をしており、筒９の
中をわずかの隙間をもって摺動可能となっている。筒９
のコイルバネ７の固定部と反対の端部には、前記おもり
８が衝突したことを検出するための近接センサ11が配置
されている。近接センサとしては単に分極された圧電セ
ラミックのブロックの二個所に電極が形成され、各々の
電極からリード線が引き出された構造の圧電素子で実現
できる。また筒９の両端部はほぼ密封されている。Example 1 An example of the present invention will be described. FIG. 1 is a sectional view showing an example of the structure of a low frequency vibration sensor according to the present invention.
In this figure, a columnar weight 8 is suspended from one end of a coil spring 7 in a cylinder 9, and the other end of the coil spring is fixed to a support 10 at one end of the cylinder. The cross-sectional shape of the weight 8 is substantially the same as the cross-sectional shape of the cylinder 9, and can slide in the cylinder 9 with a slight gap. Tube 9
A proximity sensor 11 for detecting the collision of the weight 8 is arranged at an end portion of the coil spring 7 opposite to the fixed portion. The proximity sensor can be realized by a piezoelectric element having a structure in which electrodes are simply formed at two locations on a polarized piezoelectric ceramic block and lead wires are drawn out from the respective electrodes. Both ends of the cylinder 9 are almost sealed.
第１図に示した振動センサにおいて、コイルバネ７とお
もり８とにより共振系が構成される。実施例ではおもり
８の断面形状と筒９の内側形状がほぼ同じであり、それ
らの間の隙間がわずかであること、また筒９の両端はほ
ぼ密閉構造となっていることにより、おもり８が筒９の
中を摺動するときにおもり８が進もうとしている側の空
気は筒９とおもり８との隙間を通って反対側に移動す
る。このとき隙間の断面積を適当に選べば、空気の粘性
抵抗によりコイルバネ７とおもり８からなる共振系に対
する制動抵抗として作用する。In the vibration sensor shown in FIG. 1, the coil spring 7 and the weight 8 constitute a resonance system. In the embodiment, the cross-sectional shape of the weight 8 and the inner shape of the tube 9 are substantially the same, the gap between them is small, and both ends of the tube 9 have a substantially sealed structure. The air on the side where the weight 8 is going to move when sliding in the cylinder 9 moves to the opposite side through the gap between the cylinder 9 and the weight 8. At this time, if the cross-sectional area of the gap is properly selected, the viscous resistance of the air acts as a braking resistance for the resonance system including the coil spring 7 and the weight 8.
適当な大きさの制動抵抗を有する共振系では、共振時の
振動振幅は外部から加える加振力に比例することは周知
のことである。したがって筒９の端部に設けられた近接
センサ11によりおもり８の振動振幅を検出することによ
り外部から加えられた振動の大きさを検出することがで
きる。It is well known that in a resonance system having a braking resistance of an appropriate size, the vibration amplitude at resonance is proportional to the vibration force applied from the outside. Therefore, the magnitude of the vibration applied from the outside can be detected by detecting the vibration amplitude of the weight 8 with the proximity sensor 11 provided at the end of the cylinder 9.
実施例２ 本発明の実施例２について説明する。Example 2 Example 2 of the present invention will be described.
第２図は本発明に係る低周波振動センサの他の構造例で
ある。この図において柱状体のおもり8-に筒９の長さ方
向に貫通する微小孔12があけられている。この例では、
筒９の内側とおもり8-の断面形状をほぼ同じにし、隙間
もできるだけ小さくしてある。その代わり前記微小孔12
の数や孔径を変化させることにより、空気の粘性抵抗を
コントロールすることができる。第２図においては、近
接センサ11′として高周波発振型近接センサを用いてお
り、少なくともおもり8-の端面には導体部を有してい
る。したがって第２図の振動センサではおもり8-が近接
センサ11′に衝突しなくてもその振動振幅が所定の振幅
に達したかどうかを検出することができる。FIG. 2 is another structural example of the low frequency vibration sensor according to the present invention. The micropores 12 penetrating in the longitudinal direction of the cylinder 9 are opened - the weight 8 of the pillar in FIG. In this example,
Inner cylinder 9 and the weight 8 - cross-sectional shape substantially the same west, gaps also are as small as possible. Instead, the micropores 12
The viscous resistance of air can be controlled by changing the number of holes and the hole diameter. In the second diagram, it uses a high-frequency oscillation proximity sensor, at least the weight 8 as a proximity sensor 11 '- the end face of which has a conductor portion. Therefore, with the vibration sensor of FIG. 2, it is possible to detect whether or not the vibration amplitude has reached a predetermined amplitude even if the weight 8 − does not collide with the proximity sensor 11 ′.
尚、実施例1,2では筒の端部をほぼ密閉としたが、両端
部に小さな孔をあけ、この孔を通る空気の粘性抵抗を用
いて振動を加えることも本発明に含まれることは言うま
でもないことである。In addition, in Examples 1 and 2, the end portions of the cylinder are almost hermetically sealed, but small holes are formed in both end portions, and it is also included in the present invention to apply vibration using viscous resistance of air passing through these holes. Needless to say.
（発明の効果） 以上、説明したように本発明によれば、バネ部材とおも
りを用いた簡単な構造の振動センサで、周波数が数Hz以
下の振動の検出が可能となり、検出すべき周波数の調整
もバネ部材のバネ定数とおもりの質量を変えることによ
り簡単に可能となる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, with a vibration sensor having a simple structure using a spring member and a weight, it becomes possible to detect vibrations with a frequency of several Hz or less, and The adjustment can be easily performed by changing the spring constant of the spring member and the mass of the weight.
さらに本発明の振動センサではおもりにあけた孔の大き
さを変えることにより感度の調節も可能となり実用的に
その効果は大きい。Further, in the vibration sensor of the present invention, the sensitivity can be adjusted by changing the size of the hole formed in the weight, and the effect is practically great.
第１図は本発明に係る低周波振動センサの一つの構造例
の断面図、第２図は本発明に係る低周波振動センサの他
の構成例の断面図、第３図は従来の振動センサの構造例
および出力回路例の説明に供する図、第４図は第３図に
示した従来の振動センサの出力電圧特性例を示す図、第
５図はコイルバネとおもりからなる機械共振系のモデル
の説明図に供する図である。 図中５は抵抗、６はトランジスタ、７はコイルバネ、8,
8-はおもり、９は筒、10はコイルバネ支持台、11,11′
は近接センサ、12は微小孔、31は矩形金属薄板、32は圧
電セラミック薄板、33は支持台、34,34′はリード線で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view of one structural example of a low-frequency vibration sensor according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of another structural example of the low-frequency vibration sensor according to the present invention, and FIG. 3 is a conventional vibration sensor. For explaining the structural example and output circuit example of FIG. 4, FIG. 4 is a diagram showing an output voltage characteristic example of the conventional vibration sensor shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a model of a mechanical resonance system including a coil spring and a weight. FIG. In the figure, 5 is a resistor, 6 is a transistor, 7 is a coil spring, 8,
8 -- weight, 9-tube, 10-coil spring support, 11, 11 '
Is a proximity sensor, 12 is a micro hole, 31 is a rectangular thin metal plate, 32 is a piezoelectric ceramic thin plate, 33 is a support, and 34 and 34 'are lead wires.
Claims (2)
に沿って摺動可能な柱状体と，上記箱部の一端側に設け
られた支持部材と，該支持部材と上記柱状体とを接続す
るバネ部材と，上記箱部の他端側に配され，上記柱状体
の近接を検出するための近接検出部とを有し，外部から
加えられた数Hz以下の低周波数の振動を，上記柱状体の
上記バネ部材の伸縮方向の振動を測定することによって
検出する低周波振動センサにおいて， 上記柱状体と上記箱部内側とにより形成される隙間を通
る流体の粘性抵抗によって，上記バネ部材と上記柱状体
とからなる共振系に所定の制動を加えるようにしたこと
を特徴とする低周波振動センサ。1. A box filled with fluid, a columnar body slidable along the inside of the box, a support member provided at one end of the box, the support member and the column. It has a spring member for connecting to the body and a proximity detector arranged on the other end side of the box portion for detecting the proximity of the columnar body, and has a low frequency of several Hz or less applied from the outside. In a low-frequency vibration sensor that detects vibration by measuring vibration in the expansion and contraction direction of the spring member of the columnar body, a viscous resistance of a fluid passing through a gap formed by the columnar body and the inside of the box part A low frequency vibration sensor, wherein a predetermined braking is applied to a resonance system including the spring member and the columnar body.
て，上記柱状体は，貫通孔を有し，該柱状体の移動に伴
い該貫通孔を通過する流体の粘性抵抗により，上記バネ
部材と上記柱状体とからなる共振系に所定の制動を加え
るようにしたことを特徴とする低周波振動センサ。2. The low-frequency vibration sensor according to claim 1, wherein the columnar body has a through hole, and the viscous resistance of a fluid passing through the through hole as the columnar body moves causes the columnar body to contact with the spring member. A low-frequency vibration sensor, characterized in that a predetermined damping is applied to a resonance system including the columnar body.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63079565A JPH0670579B2 (en) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | Low frequency vibration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63079565A JPH0670579B2 (en) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | Low frequency vibration sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01250832A JPH01250832A (en) | 1989-10-05 |
| JPH0670579B2 true JPH0670579B2 (en) | 1994-09-07 |
Family
ID=13693533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63079565A Expired - Lifetime JPH0670579B2 (en) | 1988-03-31 | 1988-03-31 | Low frequency vibration sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0670579B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IL134470A0 (en) | 2000-02-10 | 2001-04-30 | Goldman Ilan | Data receiving device for use in an impulse-based data transmission system |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5924216A (en) * | 1982-07-30 | 1984-02-07 | Matsushita Electric Works Ltd | Vibration detector |
| JPS62145119U (en) * | 1986-03-07 | 1987-09-12 |
-
1988
- 1988-03-31 JP JP63079565A patent/JPH0670579B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH01250832A (en) | 1989-10-05 |
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