JPH0697184B2 - エレクトレット・コンデンサ型振動センサ - Google Patents

エレクトレット・コンデンサ型振動センサ

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JPH0697184B2
JPH0697184B2 JP63184067A JP18406788A JPH0697184B2 JP H0697184 B2 JPH0697184 B2 JP H0697184B2 JP 63184067 A JP63184067 A JP 63184067A JP 18406788 A JP18406788 A JP 18406788A JP H0697184 B2 JPH0697184 B2 JP H0697184B2
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啓之 馬場
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、金属その他の物体等の振動を電気信号に変換
する振動センサに関する。
(従来の技術) 従来、この種の振動センサについては電磁型,圧電型等
の方式が採用され、商品化されている。ここでは、電磁
型を例にとり説明する。
第7図は、従来の電磁型振動センサの構成例を示してい
る。同図において、11はマグネット、12はポール、13は
ヨーク、14はコイル、15は磁性振動体である。このセン
サの磁路は、磁性振動体15を通り破線の如くとなってお
り、今、この振動体15が振動したとすると、ポール12を
通る磁束が変化し、コイル14に起電力が発生することに
なる。
このように、上記従来の電磁型振動センサでも振動体の
変化を電気的に変換することができる。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上記第7図に示す従来の電磁型振動セン
サの構成が実際は複雑であり、例えば所定の感度を得る
には細線による特殊なコイル等も必要となるので、低コ
スト化が難しく、かつコイルの断線等も考えられ、信頼
性に難点があった。
また、磁界を利用しているため、逆起電力,渦電流等の
影響を受けやすいので、振動体の変化を忠実に電気信号
に変換しにくいという問題があった。
本発明は、このような従来の問題を解決するものであ
り、低コストで高い信頼性を有し、かつ歪等の少ない電
気信号を取出せる振動センサを提供することを目的とす
るものである。
(課題を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するために、天面に孔を有する
筒状金属ケース内に、絶縁体により保持された金属固定
電極を有し、この金属固定電極の天面の孔側に対向する
面に高分子フィルムを熱融着等により固定して金属固定
電極をエレクトレット化し、電界効果トランジスタ(FE
T)の出力端子を前記金属固定電極に接続し、その出力
端子により信号を取出すよう構成し、振動体と前記金属
固定電極によって形成されるコンデンサの振動による容
量変化を検出することを特徴とするものである。
(作 用) 本発明は、上記のような構成により、次のような作用を
有する。すなわち、金属振動体等と本発明の振動センサ
を構成する金属固定電極の間にコンデンサを形成し、前
記金属振動体等の変化を容量変化とし、内蔵FETにより
電気信号として取出すことができる。
(実施例) 第1図は、本発明の一実施例の構成を示す断面図であ
る。第1図において、1は筒状金属ケースで、その天面
1aに孔1bを有する。2は金属固定電極で、天面1aの孔1b
側に高分子フィルム2aを熱融着または接着等により貼り
付け固定してある。3は絶縁体で、前記金属固定電極2
を筒状金属ケース1と絶縁保持する。4は電界効果トラ
ンジスタ(FET)で、その入力端子4aが金属固定電極2
と接触,スポット溶接等により接続され、かつ出力端子
4bがプリント基板5にハンダ付5a等により接続されたイ
ンピーダンス変換に用いられる。そして、これらの内部
部品は筒状金属ケース1の端部をカシメ1c等により固定
されている。
上記構成において、高分子フィルム2aはエレクトレット
化されている。従って、この高分子フィルムの材料とし
ては、FEPフィルム等が適する。プリント基板5はFET4
の出力取出し用であり、別にプリント基板である必要は
なく、FET4の出力端子4bをそのまま取出す方法、または
金属端子板等を介して取出す等の方法も考えられる。
第2図は、第1図の電気的等価回路図であり、本発明に
よるセンサ部(A)に一例としての出力取出し回路
(B)も含まれている。同図において、Rは負荷抵抗、
はカップリングコンデンサを示している。本実施例
ではソース接地方式の二線式であるが、ソースフォロワ
方式の三線式も考えられる。金属固定電極2の表面に
は、エレクトレットによりイオンを有している。
第3図は、上記実施例を金属振動体に近づけ、実際に使
用する場合の電気的等価回路図である。同図において、
7は金属振動体であり、この金属振動体7とセンサのア
ースを接続するリード6を有する。C0は金属振動体7と
金属固定電極2間に形成されるコンデンサを示す。
次に、上記実施例の動作について説明する。上記実施例
において、金属振動体7が振動することにより、コンデ
ンサC0は振動変化分だけ容量変化ΔC生じる。従って、
コンデンサの容量はC0′=C0±ΔCとなる。従って、V
=Q/Cより(Qはエレクトレットの電荷)、電圧変化 となり、容量変化が電圧変化となる。この電圧変化は、
FET4によりインピーダンス変換され、電気信号として出
力端子4bへ取出される。
また、センサの感度K0は、 となる(k:比例係数,S:金属固定電極2と金属振動体7
の呈する等価的有効面積,g:金属固定電極2と金属振動
体7の等価的ギャップ,E0:エレクトレットの表面電
位)。なお、感度K0は浮遊容量C,FET4の利得G
にも左右される。
このように、上記実施例によれば、金属振動体7の振動
を金属固定電極2との間の容量変化とし、この容量変化
をエレクトレットの電荷(表面電位)を利用し、電気信
号として取出すことができる。
上記第1図に示す実施例では、金属ケース1の孔1bを有
するためシールドが完全ではない。従って、誘導ノイズ
(ハム等)の影響を受けやすいが、金属振動体7が孔1b
に近づくことによりシールド効果が現われ、問題のない
レベルとすることができる。また、電気回路によるフィ
ルタでの除去方法も考えられる。即ち、二つのセンサを
並列接続し、その一方を振動検知用、他方を誘導ノイズ
キャンセル用とするよう構成してもよい。金属振動体7
としては、別に金属でなくともある程度の導電性を有す
る物体、例えば皮膚等でもよいことが実験の結果確認し
ている。
第4図は、本発明の他の実施例を示す部分断面図であ
る。これは、高分子フィルム2a上のエレクトレットが水
分,ゴミ等の付着により劣化する恐れがあるため、金属
ケース1の外面に防滴用等の薄膜保護フィルム8を貼り
付け構成したものである。このフィルム8は、導電性と
なるとエレクトレットコンデンサマイクロホンとして動
作するので、絶縁性の高いフィルムが望ましい。また、
金属振動体7と金属固定電極2の間に有効でない容量が
付加されるので、センサの感度劣化となる。従って、フ
ィルムの材質,板厚を適切なものに選定することが望ま
しい。
第5図(a),(b)は、本発明の他の実施例を示す部
分断面図であり、第4図と同様の目的で、金属ケース1
の内面に薄膜保護フィルム8aを配設した場合である。こ
のフィルム8aは、同図(c)の如く予めリング9にある
程度のテンションを与え貼り付け固定しておくと、組立
が容易となる。(a)図と(b)図は、フィルム8aを固
定したリング9の挿入向きが逆に配置された場合であ
り、(b)図の場合、高分子フィルム2aに保護フィルム
8aが当たならないようスペーサ10を配設している。第5
図の場合、リング9,スペーサ10が金属の場合、浮遊容量
の増加によりセンサの感度劣化の恐れがあるので、
絶縁体が望ましい。また、第4図,第5図のような構成
の場合、内部の気室が密閉となるので、外気とのエアリ
ーク孔を設けることが望ましい。
第6図(a)〜(d)は、本発明の振動センサ(A)の
応用例を示す。(a)図は、ギター,ベース等の金属弦
7aを用いた楽器用としての応用例である。4b−1はセン
サ(A)の出力コード、6aは弦7aとセンサのアース接続
用の金属体である。弦7aは7a−1,7a−2の如く振動する
ので、この容量変化を電気信号として取出すことができ
る。
(b)図は、金属回転体7bの回転検知用の応用例であ
る。センサ(A)と回転体7bはアース6b−1,6b−2で接
続され、回転体7bにはその周縁7b−1の一部に7b−2の
如く凹部が形成されているので、センサ(A)の位置を
通過することにより、7a−1〜7b−2〜7b−1の凹凸変
化によって、容量変化を生ずることにより信号を取出せ
る。
(c)図は、太鼓への応用例である。太鼓の振動膜7cに
は、金属蒸着等により薄膜金属7c−1を有しており、セ
ンサ(A)のアースとリード6cにより接続されている。
この場合も、振動膜7cの振動により容量変化を生ずる。
(d)図は、皮膚7dにセンサ(A)を密着した場合であ
り、この場合、皮膚7dはある程度の導電性を有するた
め、接触子6dによりセンサ(A)とアース接続され、皮
膚7dの振動が容量変化となる。応用例としては、咽喉マ
イクロホン,心音検知,血圧計等への応用が考えられ
る。
以上のような各種の応用例が考えられるが、他にも種々
考えられる。特に本発明のセンサの場合、空気振動を介
さず直接振動体(源)の変化を容量変化として得ている
ので、拡声が必要な場合等においてハウリングしにくい
という利点も有する。従って、MFBスピーカ用のセン
サ,ハウリング防止装置のセンサへの応用等も考えられ
る。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明は、天面に孔を有する筒状
金属ケース内に、高分子フィルムを熱融着等により固定
した金属固定電極をエレクトレット化し、かつ絶縁体に
より保持するとともにFETの入力端子に接続し、その出
力端子をプリント基板を介して取出すよう構成したもの
である。これにより、金属振動体等と金属固定電極の間
にコンデンサを形成し、振動体の変化を容量変化とし、
内蔵FETにより電気信号として取出すことができる利点
を有する。そして、従来の振動型センサに比べ構成が簡
単であり、低コストで高い信頼性を有し、歪等の少ない
信号を取出せるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図は第1
図における電気的等価回路図、第3図は本実施例を使用
する場合の電気的等価回路図、第4図および第5図
(a),(b)は本発明の他の実施例を示す部分断面
図、第5図(c)はリングに貼着した高分子フィルム例
図、第6図(a)〜(d)は本発明の振動センサによる
各応用例を示す図、第7図は従来の電磁型振動センサの
構成例を示す図である。 1……筒状金属ケース、1a……天面、1b……孔、1c……
カシメ部、2……金属固定電極、2a……高分子フィル
ム、3……絶縁体、4……電界効果トランジスタ(FE
T)、4a……入力端子、4b……出力端子、5……プリン
ト基板、5a……ハンダ付け部、6……リード、7……金
属振動体、7a……金属弦、7b……回転体、7c……振動
膜、7d……皮膚、8,8a……薄膜保護フィルム、9……リ
ング、10……スペーサ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】天面に孔を有する筒状金属ケース内に、絶
    縁体により保持された金属固定電極を有し、この金属固
    定電極の天面の孔側に対向する面に高分子フィルムを熱
    融着等により固定して金属固定電極をエレクトレット化
    し、電界効果トランジスタの入力端子を前記金属固定電
    極に接続し、その出力端子により信号を取出すよう構成
    し、振動体と前記金属固定電極によって形成されるコン
    デンサの振動による容量変化を検出することを特徴とす
    るエレクトレット・コンデンサ型振動センサ。
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JP2003230195A (ja) * 2002-02-06 2003-08-15 Hosiden Corp エレクトレットコンデンサマイクロホン
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