JPH071215B2 - 空気圧変化検出器 - Google Patents
空気圧変化検出器Info
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- JPH071215B2 JPH071215B2 JP2294510A JP29451090A JPH071215B2 JP H071215 B2 JPH071215 B2 JP H071215B2 JP 2294510 A JP2294510 A JP 2294510A JP 29451090 A JP29451090 A JP 29451090A JP H071215 B2 JPH071215 B2 JP H071215B2
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
- G08B13/16—Actuation by interference with mechanical vibrations in air or other fluid
- G08B13/1654—Actuation by interference with mechanical vibrations in air or other fluid using passive vibration detection systems
- G08B13/1681—Actuation by interference with mechanical vibrations in air or other fluid using passive vibration detection systems using infrasonic detecting means, e.g. a microphone operating below the audible frequency range
-
- G—PHYSICS
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/08—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor
-
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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、圧電素子を用いて空気圧変化を検出し得るよ
うにした、例えば防犯装置に好適な空気圧検出器に関す
る。
うにした、例えば防犯装置に好適な空気圧検出器に関す
る。
家屋，自動車，書庫，金庫室又は冷凍倉庫等における閉
鎖空間の閉鎖状態が破壊されたか否かを検出する手段と
して従来より種々の検出器が知られている。そして、こ
れらを作動原理的に分類すると主に電磁気式，光波式，
電波式又は音波式に分けられる。
鎖空間の閉鎖状態が破壊されたか否かを検出する手段と
して従来より種々の検出器が知られている。そして、こ
れらを作動原理的に分類すると主に電磁気式，光波式，
電波式又は音波式に分けられる。
かかる検出器のうち、先ず電磁気式検出器の例として、
一対の磁石及びリードリレーから成る磁気近接スイッチ
がある。このスイッチは構造が比較的簡単で安価である
ため、家屋の部屋の扉や窓等の開閉状態の検知に使用さ
れている。ところが、かかる電磁気式検出器はこれが取
り付けられている壁，扉又は窓の中央部が破壊された場
合にこの破壊を検出するのが不可能になり、従って例え
ば窓が破壊されることが多い車荒らしの防犯用としては
適当ではない。又、光波式，電波式及び音波式の検出器
の夫々例である赤外線センサ，マイクロ波センサ及び超
音波センサは、人，動物又は機械等によって生じた破壊
であれば、その破壊位置が何処であるかに拘わらずそれ
を検出可能ではあるが、検知範囲視野角が狭いために同
一場所に複数個設置しなければならず、このため設置場
所の制限を受けざるを得ない。
一対の磁石及びリードリレーから成る磁気近接スイッチ
がある。このスイッチは構造が比較的簡単で安価である
ため、家屋の部屋の扉や窓等の開閉状態の検知に使用さ
れている。ところが、かかる電磁気式検出器はこれが取
り付けられている壁，扉又は窓の中央部が破壊された場
合にこの破壊を検出するのが不可能になり、従って例え
ば窓が破壊されることが多い車荒らしの防犯用としては
適当ではない。又、光波式，電波式及び音波式の検出器
の夫々例である赤外線センサ，マイクロ波センサ及び超
音波センサは、人，動物又は機械等によって生じた破壊
であれば、その破壊位置が何処であるかに拘わらずそれ
を検出可能ではあるが、検知範囲視野角が狭いために同
一場所に複数個設置しなければならず、このため設置場
所の制限を受けざるを得ない。
ところで、このように外界から仕切られた空間における
閉鎖状態の破壊の検出の場合ばかりでなく、室内への出
入りをコンピュータ管理するために扉の開閉の検出を行
なうことは防犯上、所謂、トレード・シークレットの管
理上の必要性から、近年、高感度で且つ簡便な検出器に
対する要求が高まっている。そして、かかる要求がある
にも拘わらず前述した電磁気式検出器，音波式検出器等
では高感度の検出を行なうことができず、このため更
に、空気の振動を検出し得るようした感圧素子及びダイ
アフラムの組合せで成る圧力センサの研究が進んで来て
いる。
閉鎖状態の破壊の検出の場合ばかりでなく、室内への出
入りをコンピュータ管理するために扉の開閉の検出を行
なうことは防犯上、所謂、トレード・シークレットの管
理上の必要性から、近年、高感度で且つ簡便な検出器に
対する要求が高まっている。そして、かかる要求がある
にも拘わらず前述した電磁気式検出器，音波式検出器等
では高感度の検出を行なうことができず、このため更
に、空気の振動を検出し得るようした感圧素子及びダイ
アフラムの組合せで成る圧力センサの研究が進んで来て
いる。
しかしながら、空気振動を検知する上記圧力センサで
は、実用上及び技術的に問題があった。即ち、例えば立
て付けの良い部屋において開き戸を開閉する際に通常、
室内には振動数数10〜0.nHzで圧力変化量0.n〜0.0nmmH2
O程度の微弱な空気振動が発生し、又、引き戸の場合に
は上記と同程度の振動数でその圧力変化量が上記よりも
更に微弱な空気振動が発生するが、このように極低周波
で極めて微小な圧力変化を伴う空気振動を正確に検出す
ることができないばかりか、構造が複雑でコストが高く
ならざるを得なかった。尚、微弱な圧力変化量の空気振
動を検出すべく音響センサの研究も進められているが、
上記のような極低周波の不可聴音波を検出することはで
きない。
は、実用上及び技術的に問題があった。即ち、例えば立
て付けの良い部屋において開き戸を開閉する際に通常、
室内には振動数数10〜0.nHzで圧力変化量0.n〜0.0nmmH2
O程度の微弱な空気振動が発生し、又、引き戸の場合に
は上記と同程度の振動数でその圧力変化量が上記よりも
更に微弱な空気振動が発生するが、このように極低周波
で極めて微小な圧力変化を伴う空気振動を正確に検出す
ることができないばかりか、構造が複雑でコストが高く
ならざるを得なかった。尚、微弱な圧力変化量の空気振
動を検出すべく音響センサの研究も進められているが、
上記のような極低周波の不可聴音波を検出することはで
きない。
本発明はかかる実情に鑑み、特に極低周波の不可聴音波
を高い精度で検出し得る空気圧変化検出器を提供するこ
とを目的とする。
を高い精度で検出し得る空気圧変化検出器を提供するこ
とを目的とする。
本発明による空気圧変化検出器は、透孔又は凹部を有す
る基板と、両面に電極が付設されると共にストリップ状
をなしていて上記基板の透孔又は凹部の内幅よりも幅狭
で且つ厚さ300μｍ以下である圧電素子と、電界効果型
トランジスタ及びリーク抵抗器から成るインピーダンス
変換回路と、通気孔を備えた導電性の収納容器とから成
り、上記圧電素子が上記基板の透孔若しくは凹部の内側
で振動し得るように該圧電素子の一端部が上記基板上に
支持され、上記圧電素子の出力端と上記インピーダンス
回路の上記電界効果型トランジスタのゲートとを接続す
ると共に該ゲート及び上記圧電素子の接地端間に上記リ
ーク抵抗器が接続されている。
る基板と、両面に電極が付設されると共にストリップ状
をなしていて上記基板の透孔又は凹部の内幅よりも幅狭
で且つ厚さ300μｍ以下である圧電素子と、電界効果型
トランジスタ及びリーク抵抗器から成るインピーダンス
変換回路と、通気孔を備えた導電性の収納容器とから成
り、上記圧電素子が上記基板の透孔若しくは凹部の内側
で振動し得るように該圧電素子の一端部が上記基板上に
支持され、上記圧電素子の出力端と上記インピーダンス
回路の上記電界効果型トランジスタのゲートとを接続す
ると共に該ゲート及び上記圧電素子の接地端間に上記リ
ーク抵抗器が接続されている。
本発明によれば、上記圧電素子は基板に片持ち式に支持
されると共にストリップ状であるため、該基板の透孔内
で振動可能になり、これにより微弱な極低周波の空気振
動に反応してその圧力変化を検出することができる。そ
してまた、かかる圧電素子をインピーダンス変換回路と
組み合わせることにより、ノイズの発生防止等を図り、
空気圧変化を正確に且つ高い精度で検出することができ
る。
されると共にストリップ状であるため、該基板の透孔内
で振動可能になり、これにより微弱な極低周波の空気振
動に反応してその圧力変化を検出することができる。そ
してまた、かかる圧電素子をインピーダンス変換回路と
組み合わせることにより、ノイズの発生防止等を図り、
空気圧変化を正確に且つ高い精度で検出することができ
る。
以下、第１図乃至第８図に基づき本発明による空気圧変
化検出器の一実施例を説明する。先ず、該空気圧検出器
の概略構成を示した第１図において、１は透孔1aを有す
るアルミナ，セラミックス又はエポキシ樹脂等で形成さ
れた基板、２はチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）又はチタ
ン酸バリウム（BaTiO3）等の圧電セラミックスを厚さ30
0μｍ以下のストリップ状に成形加工したものの両面に
金，銀又はニッケル等の金属が蒸着法等により形成され
て成る電極３が付設されて成る圧電素子である。ここ
で、圧電素子２は第２図及び第３図に示したように、基
板１の透孔1aの上側に設けられるが、その一端部2aがエ
ポキシ樹脂等の接着剤４により基板１に固着せしめられ
る。又、圧電素子２は基板１の透孔1aの内幅よりも幅狭
になっていて、上記のように基板１に固着された状態で
は圧電素子２の他端部2bが該透孔1aの内側領域に配置さ
れるようになっている。尚、上記基板１には、上記透孔
1aの代りに第４図に示したように該透孔1aと同じ大きさ
の凹部1a′を形成するようにしてもよい。更に図中、５
は基板１に連結・固着した支持脚６を介して該基板１を
固定する基盤5aと該基盤5aに冠着する通気孔5b1を有す
る蓋体5bとから成り、上記基板１及び上記圧電素子２を
収納し得る導電性の容器である。尚、第１図において、
圧電素子２の電極３のリード部3aは、基板１上に敷設さ
れた引回し用の導体７と接続されている。又、通気孔5b
1の大きさは直径1mm程度に設定され、その加工性の点か
らは0.5mm以上であることが好ましい。
化検出器の一実施例を説明する。先ず、該空気圧検出器
の概略構成を示した第１図において、１は透孔1aを有す
るアルミナ，セラミックス又はエポキシ樹脂等で形成さ
れた基板、２はチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）又はチタ
ン酸バリウム（BaTiO3）等の圧電セラミックスを厚さ30
0μｍ以下のストリップ状に成形加工したものの両面に
金，銀又はニッケル等の金属が蒸着法等により形成され
て成る電極３が付設されて成る圧電素子である。ここ
で、圧電素子２は第２図及び第３図に示したように、基
板１の透孔1aの上側に設けられるが、その一端部2aがエ
ポキシ樹脂等の接着剤４により基板１に固着せしめられ
る。又、圧電素子２は基板１の透孔1aの内幅よりも幅狭
になっていて、上記のように基板１に固着された状態で
は圧電素子２の他端部2bが該透孔1aの内側領域に配置さ
れるようになっている。尚、上記基板１には、上記透孔
1aの代りに第４図に示したように該透孔1aと同じ大きさ
の凹部1a′を形成するようにしてもよい。更に図中、５
は基板１に連結・固着した支持脚６を介して該基板１を
固定する基盤5aと該基盤5aに冠着する通気孔5b1を有す
る蓋体5bとから成り、上記基板１及び上記圧電素子２を
収納し得る導電性の容器である。尚、第１図において、
圧電素子２の電極３のリード部3aは、基板１上に敷設さ
れた引回し用の導体７と接続されている。又、通気孔5b
1の大きさは直径1mm程度に設定され、その加工性の点か
らは0.5mm以上であることが好ましい。
次に、第５図は上記空気圧変化検出器の回路構成例を示
しており、図中、８は電界効果型トランジスタ（以下、
FETと略す）９と107〜1010Ω程度のリーク抵抗器10から
成るインピーダンス変換回路である。そして、上記圧電
素子２の一方の電極３はFET9のゲート9aに接続されると
共に他方の電極３が接地されていて、更に上記ゲート9a
及び該電極３の接地側間に上記リーク抵抗器10が接続さ
れる。このように圧電素子２をインピーダンス変換回路
８と組み合わせるのは、圧電素子２の内部抵抗が大きい
ためそのままではその出力を取り出すことができないか
らであり、又、インピーダンス変換回路８等は基板１の
下側適所等に配置・収納されるが（第１図参照）、これ
らの圧電素子２及びインピーダンス変換回路８を容器５
内に収納するのは、基板1,圧電素子２等の破損防止を図
ると共に検出器外部からの電磁誘導によるノイズの影響
をなくするためである。
しており、図中、８は電界効果型トランジスタ（以下、
FETと略す）９と107〜1010Ω程度のリーク抵抗器10から
成るインピーダンス変換回路である。そして、上記圧電
素子２の一方の電極３はFET9のゲート9aに接続されると
共に他方の電極３が接地されていて、更に上記ゲート9a
及び該電極３の接地側間に上記リーク抵抗器10が接続さ
れる。このように圧電素子２をインピーダンス変換回路
８と組み合わせるのは、圧電素子２の内部抵抗が大きい
ためそのままではその出力を取り出すことができないか
らであり、又、インピーダンス変換回路８等は基板１の
下側適所等に配置・収納されるが（第１図参照）、これ
らの圧電素子２及びインピーダンス変換回路８を容器５
内に収納するのは、基板1,圧電素子２等の破損防止を図
ると共に検出器外部からの電磁誘導によるノイズの影響
をなくするためである。
本発明による空気圧変化検出器は上記のように構成され
ているから、先ず、圧電素子２はその一端部2aを介して
基板１に片持ち式に支持されると共にストリップ状をな
していて、その他端部2bは基板１の透孔1aの内側領域に
配置されているため該他端部2bは透孔1a内で振動可能で
ある。従って、通気孔5b1を介して容器５内に伝わる空
気圧変化に敏感に反応してかかる他端部2bは振動するこ
とができ、この振動に対応して変形する圧電素子２には
出力電圧が生起する。このように微弱な圧力変化を検出
することができる。
ているから、先ず、圧電素子２はその一端部2aを介して
基板１に片持ち式に支持されると共にストリップ状をな
していて、その他端部2bは基板１の透孔1aの内側領域に
配置されているため該他端部2bは透孔1a内で振動可能で
ある。従って、通気孔5b1を介して容器５内に伝わる空
気圧変化に敏感に反応してかかる他端部2bは振動するこ
とができ、この振動に対応して変形する圧電素子２には
出力電圧が生起する。このように微弱な圧力変化を検出
することができる。
次に、かかる空気圧変化検出器を用いて実際に圧力検出
を行った実施例を説明する。そして、第６図はこのため
に使用する検知装置の構成を示しており、図において、
11は上記の構成で成る空気圧変化検出器、12は該空気圧
変化検出器11の出力電圧を増幅するためのアンプ、13は
比較器で、この比較器13のしきい値電圧は1V程度に設定
され、アンプ12で増幅された出力電圧が1Vよりも大きい
場合には比較器13がONするようになっている。かかる検
知装置をコンクリート構造の建物の室内（容積170m3）
と乗用車の車内（容積2.7m3）とに設置して夫々の場
合、扉及びドアを約0.2m/secの速さで45度の開度まで開
閉することにより検出作動テストを行った。尚、上記建
物の部屋の扉の面積は1.62m2又、乗用車のドアの面積は
0.9m2である。そして、このような方法により行ったテ
スト結果を次の表１に示すが、この表１において、○印
は比較器13がONした場合を表し、又、×印はONしなかっ
た場合、即ちOFFの場合を表している。尚、更に表１
中、「比較例」として示されているものは、本発明にか
かる圧電素子２とはその厚さ，形状及び支持方法が異な
る圧電素子を用いた空気圧変化検出器の例である。
を行った実施例を説明する。そして、第６図はこのため
に使用する検知装置の構成を示しており、図において、
11は上記の構成で成る空気圧変化検出器、12は該空気圧
変化検出器11の出力電圧を増幅するためのアンプ、13は
比較器で、この比較器13のしきい値電圧は1V程度に設定
され、アンプ12で増幅された出力電圧が1Vよりも大きい
場合には比較器13がONするようになっている。かかる検
知装置をコンクリート構造の建物の室内（容積170m3）
と乗用車の車内（容積2.7m3）とに設置して夫々の場
合、扉及びドアを約0.2m/secの速さで45度の開度まで開
閉することにより検出作動テストを行った。尚、上記建
物の部屋の扉の面積は1.62m2又、乗用車のドアの面積は
0.9m2である。そして、このような方法により行ったテ
スト結果を次の表１に示すが、この表１において、○印
は比較器13がONした場合を表し、又、×印はONしなかっ
た場合、即ちOFFの場合を表している。尚、更に表１
中、「比較例」として示されているものは、本発明にか
かる圧電素子２とはその厚さ，形状及び支持方法が異な
る圧電素子を用いた空気圧変化検出器の例である。
表１から明らかなように、本発明によれば、圧電素子２
の形状をストリップ状にすると共に片持ち式に支持して
いるため該圧電素子２の他端部2bが自由に且つ敏感に振
動することができ、これによ表１中の比較例における円
形（ダイアフラム）や正方形，矩形等の形状の圧電素子
に比べて圧電素子２の他端部2bが大きな振幅が得られて
その感度は著しく高くなる。又、圧電素子２の厚さを30
0μｍ以下に設定しているので、かかる他端部2bの振動
を構造的に保証しているが、この厚さは、薄くし過ぎる
と圧電素子２が破損し易くなると共に成形加工が困難に
なるため、従って90μｍ程度が好ましい。
の形状をストリップ状にすると共に片持ち式に支持して
いるため該圧電素子２の他端部2bが自由に且つ敏感に振
動することができ、これによ表１中の比較例における円
形（ダイアフラム）や正方形，矩形等の形状の圧電素子
に比べて圧電素子２の他端部2bが大きな振幅が得られて
その感度は著しく高くなる。又、圧電素子２の厚さを30
0μｍ以下に設定しているので、かかる他端部2bの振動
を構造的に保証しているが、この厚さは、薄くし過ぎる
と圧電素子２が破損し易くなると共に成形加工が困難に
なるため、従って90μｍ程度が好ましい。
ところで、圧電素子２を構成するチタン酸ジルコン酸鉛
又はチタン酸バリウム等は圧電特性の他に焦電特性を具
備している場合が多く、このため周囲の温度変化の影響
で焦電気が発生して誤信号が生じ易い。特に、著しく急
速な温度変化の場合には大きな焦電気が瞬間的に発生し
て過剰な電荷がFET9のゲート9aに蓄積してしまい、この
場合該FET9は作動不良（この状態を飽和という）を来す
結果になる。これに対して本発明によれば、インピーダ
ンス変換回路８のリーク抵抗器10の抵抗値を、上記過剰
電荷を適切にリークせしめ且つ圧電素子２の圧電感度を
低下させないように設定したことにより、上記のような
温度変化に基づく焦電気の影響を完全になくすることが
できる。このように、リーク抵抗器10の抵抗値の選定は
重要であるが、次にかかる抵抗値と感度との関係を前記
空気圧変化検出器11を用いた検知装置の例により第７図
を参照して説明する。図において、空気圧変化検出器11
は、幅800mm,奥行400mm,高さ400mmのアルミ製ケースで
成る密閉ボックス14内に収納されると共にアンプ12を介
してオシロスコープ15に接続されている。一方、密閉ボ
ックス14の外面に密接して抵抗４オーム，出力４ワット
のスピーカ16が設置されている。上記空気圧変化検出器
11の圧電素子２は厚さ90μｍのユニモルフにより形成
し、ストリップ状にしたものを片持ち式に支持されてな
るが、かかる圧電素子２を収容する容器５の通気孔5b1
に対向するように上記スピーカ16は配置される。
又はチタン酸バリウム等は圧電特性の他に焦電特性を具
備している場合が多く、このため周囲の温度変化の影響
で焦電気が発生して誤信号が生じ易い。特に、著しく急
速な温度変化の場合には大きな焦電気が瞬間的に発生し
て過剰な電荷がFET9のゲート9aに蓄積してしまい、この
場合該FET9は作動不良（この状態を飽和という）を来す
結果になる。これに対して本発明によれば、インピーダ
ンス変換回路８のリーク抵抗器10の抵抗値を、上記過剰
電荷を適切にリークせしめ且つ圧電素子２の圧電感度を
低下させないように設定したことにより、上記のような
温度変化に基づく焦電気の影響を完全になくすることが
できる。このように、リーク抵抗器10の抵抗値の選定は
重要であるが、次にかかる抵抗値と感度との関係を前記
空気圧変化検出器11を用いた検知装置の例により第７図
を参照して説明する。図において、空気圧変化検出器11
は、幅800mm,奥行400mm,高さ400mmのアルミ製ケースで
成る密閉ボックス14内に収納されると共にアンプ12を介
してオシロスコープ15に接続されている。一方、密閉ボ
ックス14の外面に密接して抵抗４オーム，出力４ワット
のスピーカ16が設置されている。上記空気圧変化検出器
11の圧電素子２は厚さ90μｍのユニモルフにより形成
し、ストリップ状にしたものを片持ち式に支持されてな
るが、かかる圧電素子２を収容する容器５の通気孔5b1
に対向するように上記スピーカ16は配置される。
第７図に示した検知装置において、スピーカ16に電圧2.
2V,パルス幅0.7secの駆動電圧を印加して密閉ボックス1
4を振動せしめると該密閉ボックス14内の空気に圧力変
化が生じ、空気圧変化検出器11はかかる圧力変化を検知
して出力電圧を発生するが、この圧力変化信号がオシロ
スコープ15の画面に表示される。そしてこのときのリー
ク抵抗器10の抵抗値と空気圧変化検出器11に出力との関
係を示したものが次の表２である。
2V,パルス幅0.7secの駆動電圧を印加して密閉ボックス1
4を振動せしめると該密閉ボックス14内の空気に圧力変
化が生じ、空気圧変化検出器11はかかる圧力変化を検知
して出力電圧を発生するが、この圧力変化信号がオシロ
スコープ15の画面に表示される。そしてこのときのリー
ク抵抗器10の抵抗値と空気圧変化検出器11に出力との関
係を示したものが次の表２である。
表２から明らかなように、空気圧変化検出器11の感度を
実用的範囲に維持するためにはリーク抵抗器10の下限値
は107Ωである。
実用的範囲に維持するためにはリーク抵抗器10の下限値
は107Ωである。
次に、リーク抵抗器10の抵抗値と温度変化との関係を説
明する。先ず、前述した焦電気によって発生する電位は
次の（１）式で表される。
明する。先ず、前述した焦電気によって発生する電位は
次の（１）式で表される。
Ｖ＝（dPs/dT）・（dT/dt）・Ａ・Ｒ …（１） 尚、ここで上記（１）式中、Ｖは焦電効果で発生する電
圧（Ｖ）、（dPs/dT）は圧電素子の焦電係数（C/cm2・
℃）、（dT/dt）は温度の変化速度（deg/sec）、Ａは電
極面積（cm2）、Ｒは圧電素子２及びインピーダンス変
換回路８を含めた等価回路に対する等価抵抗（Ω）であ
る。
圧（Ｖ）、（dPs/dT）は圧電素子の焦電係数（C/cm2・
℃）、（dT/dt）は温度の変化速度（deg/sec）、Ａは電
極面積（cm2）、Ｒは圧電素子２及びインピーダンス変
換回路８を含めた等価回路に対する等価抵抗（Ω）であ
る。
さて、インピーダンス変換回路８のFET9が飽和しないよ
うにするためには、（１）式で与えられる発生電位が該
FET9に印加される電源電圧からその動作点の電圧を差し
引いた電圧以下であることが必要であり、好ましくはそ
の1/2以下である。従って、（１）式による発生電位小
さくするためには、（１）式中の焦電係数，電極面積及
び等価抵抗を小さくすればよいが、その場合、先ず焦電
係数はその焦電材料を変更したところで著しく変化する
ものではない。次に、電極面積を小さくすると圧電感度
が悪くなるので、電極面積は一定以下に小さくすること
ができない。それ故にかかる発生電位を小さくする有効
な手段は上記等価抵抗値を変更することである。この等
価抵抗値は圧電素子2,FET9及びリーク抵抗器10の合成抵
抗で決定され、従ってこの合成抵抗の最小値を求めれば
良いから、等価抵抗値としては実質的にリーク抵抗器10
の抵抗値と等しくなる。
うにするためには、（１）式で与えられる発生電位が該
FET9に印加される電源電圧からその動作点の電圧を差し
引いた電圧以下であることが必要であり、好ましくはそ
の1/2以下である。従って、（１）式による発生電位小
さくするためには、（１）式中の焦電係数，電極面積及
び等価抵抗を小さくすればよいが、その場合、先ず焦電
係数はその焦電材料を変更したところで著しく変化する
ものではない。次に、電極面積を小さくすると圧電感度
が悪くなるので、電極面積は一定以下に小さくすること
ができない。それ故にかかる発生電位を小さくする有効
な手段は上記等価抵抗値を変更することである。この等
価抵抗値は圧電素子2,FET9及びリーク抵抗器10の合成抵
抗で決定され、従ってこの合成抵抗の最小値を求めれば
良いから、等価抵抗値としては実質的にリーク抵抗器10
の抵抗値と等しくなる。
リーク抵抗器10の抵抗値を推定するために、焦電係数
（dPs/dT）としてチタン酸ジルコン酸鉛の典型的な数値
４×10-8C/cm2・℃を、温度の変化速度（dT/dt）として
自動車の車内での変化速度の最大値である0.167℃/sec
を、電極面積として0.02cm2を、焦電効果により発生す
る電圧Ｖとして前記動作点が2.5Vの場合のFET9への供給
電圧を5Vとして求められた許容焦電圧1.25Vを夫々
（１）式に代入し、この結果、リーク抵抗器10の抵抗値
Ｒ＝1010Ωを得た。
（dPs/dT）としてチタン酸ジルコン酸鉛の典型的な数値
４×10-8C/cm2・℃を、温度の変化速度（dT/dt）として
自動車の車内での変化速度の最大値である0.167℃/sec
を、電極面積として0.02cm2を、焦電効果により発生す
る電圧Ｖとして前記動作点が2.5Vの場合のFET9への供給
電圧を5Vとして求められた許容焦電圧1.25Vを夫々
（１）式に代入し、この結果、リーク抵抗器10の抵抗値
Ｒ＝1010Ωを得た。
更に、かくして求めたリーク抵抗器10の抵抗値の推定結
果の正否を確認するために第８図に示した装置によって
確認試験が行なわれる。即ち、図において、空気圧変化
検出器11は、幅180mm,奥行150mm及び高さ80mmの紙製の
箱17内に収納され、この箱17が２個のカラーコピー用ラ
ンプ（100V,250W）18によって加熱せしめられる。又、
箱17内の温度は熱電対19により検出され、その検出結果
が温度−電圧変換器20を介して２ペン式レコーダ21入力
されると共に、該２ペン式レコーダ21には空気圧変化検
出器11が接続されている。次の表３はかかる確認試験の
試験結果を示しており、リーク抵抗器10の抵抗値と空気
圧検出器11内のFET9が飽和する温度変化速度との関係
は、上記の推定通り抵抗値の上限がＲ＝1010Ωであるこ
とが明らかである。
果の正否を確認するために第８図に示した装置によって
確認試験が行なわれる。即ち、図において、空気圧変化
検出器11は、幅180mm,奥行150mm及び高さ80mmの紙製の
箱17内に収納され、この箱17が２個のカラーコピー用ラ
ンプ（100V,250W）18によって加熱せしめられる。又、
箱17内の温度は熱電対19により検出され、その検出結果
が温度−電圧変換器20を介して２ペン式レコーダ21入力
されると共に、該２ペン式レコーダ21には空気圧変化検
出器11が接続されている。次の表３はかかる確認試験の
試験結果を示しており、リーク抵抗器10の抵抗値と空気
圧検出器11内のFET9が飽和する温度変化速度との関係
は、上記の推定通り抵抗値の上限がＲ＝1010Ωであるこ
とが明らかである。
尚、上記圧電素子２は一枚の圧電セラミックスから成る
ユニモルフにより構成する場合の他に、二枚の圧電セラ
ミックスを分極方向が逆方向の成るように張り合わせた
所謂、バイモルフを用いることもでき、この場合にかか
るバイモルフ全体の厚みがユニモルフの場合の厚さと同
一のときは圧電素子の感度としては２倍高くなる。
ユニモルフにより構成する場合の他に、二枚の圧電セラ
ミックスを分極方向が逆方向の成るように張り合わせた
所謂、バイモルフを用いることもでき、この場合にかか
るバイモルフ全体の厚みがユニモルフの場合の厚さと同
一のときは圧電素子の感度としては２倍高くなる。
上述したように、本発明の空気圧変化検出器は、ストリ
ップ状の圧電素子を片持ち式に支持して使用するため、
それ自体の構造が簡単であるばかりか、この種検出装置
の構成を簡素化することができる。その上、従来では検
出することができなかった不可聴音領域の微弱な空気圧
の変動を高い精度で検出することができ、この結果、室
内等の閉鎖された空間の閉鎖状態が破壊されたか否かを
極めて高い精度で検出することができる。
ップ状の圧電素子を片持ち式に支持して使用するため、
それ自体の構造が簡単であるばかりか、この種検出装置
の構成を簡素化することができる。その上、従来では検
出することができなかった不可聴音領域の微弱な空気圧
の変動を高い精度で検出することができ、この結果、室
内等の閉鎖された空間の閉鎖状態が破壊されたか否かを
極めて高い精度で検出することができる。
第１図は本発明のよる空気圧変化検出器の一実施例の分
解斜視図、第２図は本発明のかかる圧電素子及び基板の
分解斜視図、第３図及び第４図は本発明の上記圧電素子
及び基板の夫々縦断面図、第５図は本発明による空気圧
変化検出器の回路構成図、第６図は本発明の空気圧検出
器を使用した検知装置の構成図、第７図は本発明の空気
圧検出器を使用した他の検知装置の構成図、第８図は本
発明にかかるリーク抵抗器の抵抗値の確認試験を行なう
ための装置の構成図である。 １……基板、２……圧電素子、３……電極、４……接着
剤、５……容器、７……導体、８……インピーダンス変
換回路、９……FET、10……リーク抵抗器、11……空気
圧変化検出器、12……アンプ、13……比較器、14……密
閉ボックス、15……オシロスコープ、16……スピーカ、
17……箱、18……ランプ、19……熱電対、21……ペンレ
コーダ。
解斜視図、第２図は本発明のかかる圧電素子及び基板の
分解斜視図、第３図及び第４図は本発明の上記圧電素子
及び基板の夫々縦断面図、第５図は本発明による空気圧
変化検出器の回路構成図、第６図は本発明の空気圧検出
器を使用した検知装置の構成図、第７図は本発明の空気
圧検出器を使用した他の検知装置の構成図、第８図は本
発明にかかるリーク抵抗器の抵抗値の確認試験を行なう
ための装置の構成図である。 １……基板、２……圧電素子、３……電極、４……接着
剤、５……容器、７……導体、８……インピーダンス変
換回路、９……FET、10……リーク抵抗器、11……空気
圧変化検出器、12……アンプ、13……比較器、14……密
閉ボックス、15……オシロスコープ、16……スピーカ、
17……箱、18……ランプ、19……熱電対、21……ペンレ
コーダ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ステフエン、ジエイ、レーン イギリス国、バークシア アールジー16 オーイーアール シヤドルワース、メイン ストリート、コピンセイ（番地ナシ)
Claims (1)
- 【請求項１】透孔又は凹部を有する基板と、両面に電極
が付設されると共にストリップ状をなしていて上記基板
の透孔又は凹部の内幅よりも幅狭で且つ厚さ300μｍ以
下である圧電素子と、電界効果型トランジスタ及びリー
ク抵抗器から成るインピーダンス変換回路と、通気孔を
備えた導電性の収納容器とから成り、上記圧電素子が上
記基板の透孔若しくは凹部の内側で振動し得るように該
圧電素子の一端部を上記基板上に支持し、上記圧電素子
の出力端と上記インピーダンス変換回路の上記電界効果
型トランジスタのゲートとを接続すると共に該ゲート及
び上記圧電素子の接地端間に上記リーク抵抗器を接続
し、上記通気孔を介して上記収納容器に導入される空気
の圧力の変化を検出し得るようにした空気圧変化検出
器。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2294510A JPH071215B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 空気圧変化検出器 |
| KR1019910007488A KR930011090B1 (ko) | 1990-10-31 | 1991-05-09 | 공기압 변화검출기 |
| EP91115519A EP0483498B1 (en) | 1990-10-31 | 1991-09-13 | Piezoelectric air pressure variation detector |
| DE69106109T DE69106109T2 (de) | 1990-10-31 | 1991-09-13 | Piezoelektrischer Luftdruckwechsel-Detektor. |
| CN91109962A CN1029172C (zh) | 1990-10-31 | 1991-10-22 | 空气压力变化探测器 |
| US07/781,991 US5293095A (en) | 1990-10-31 | 1991-10-23 | Air pressure variation detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2294510A JPH071215B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 空気圧変化検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04208827A JPH04208827A (ja) | 1992-07-30 |
| JPH071215B2 true JPH071215B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=17808713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2294510A Expired - Lifetime JPH071215B2 (ja) | 1990-10-31 | 1990-10-31 | 空気圧変化検出器 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5293095A (ja) |
| EP (1) | EP0483498B1 (ja) |
| JP (1) | JPH071215B2 (ja) |
| KR (1) | KR930011090B1 (ja) |
| CN (1) | CN1029172C (ja) |
| DE (1) | DE69106109T2 (ja) |
Cited By (5)
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| WO2013164927A1 (ja) * | 2012-05-02 | 2013-11-07 | セイコーインスツル株式会社 | 圧力センサ |
| JP2016125980A (ja) * | 2015-01-08 | 2016-07-11 | 国立大学法人 東京大学 | 圧力センサ |
| JPWO2016056419A1 (ja) * | 2014-10-06 | 2017-06-29 | 国立大学法人 東京大学 | 圧力センサ |
| JP2018063224A (ja) * | 2016-10-14 | 2018-04-19 | 株式会社フジクラ | 差圧検出素子及び流量計測装置 |
| JP2020134364A (ja) * | 2019-02-21 | 2020-08-31 | セイコーインスツル株式会社 | 圧力センサ、圧力センサ駆動方法および圧力センサ運搬方法 |
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| JP6041308B2 (ja) * | 2013-03-08 | 2016-12-07 | セイコーインスツル株式会社 | 圧力センサ |
| JP6041309B2 (ja) * | 2013-03-08 | 2016-12-07 | セイコーインスツル株式会社 | 圧力センサ |
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-
1991
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- 1991-09-13 EP EP91115519A patent/EP0483498B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-13 DE DE69106109T patent/DE69106109T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-22 CN CN91109962A patent/CN1029172C/zh not_active Expired - Lifetime
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