JPH07191052A - 加速度センサー - Google Patents
加速度センサーInfo
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- JPH07191052A JPH07191052A JP5329047A JP32904793A JPH07191052A JP H07191052 A JPH07191052 A JP H07191052A JP 5329047 A JP5329047 A JP 5329047A JP 32904793 A JP32904793 A JP 32904793A JP H07191052 A JPH07191052 A JP H07191052A
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- Japan
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- acceleration
- resonator
- acceleration sensor
- sensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0822—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass
- G01P2015/0825—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass
- G01P2015/0828—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration for defining out-of-plane movement of the mass for one single degree of freedom of movement of the mass the mass being of the paddle type being suspended at one of its longitudinal ends
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 加速度を検出するセンサーに関するもので、
従来の圧電型センサーの直流成分の加速度が検出できな
いという欠点を解決し、小型化が可能で優れた特性を持
つ加速度センサーの実現を目的とする。 【構成】 加速度により移動可能な慣性体１と、それを
支持する支持梁２と、支持梁上に設置された共振体３を
備え、共振体３は共振体を励振する励振部４と振動を伝
搬する伝搬部５と、振動状態を励振する励振部６とより
なり、加速度が印加された際、共振体の変形により生じ
る振動状態の変化を、励振部への入力信号と受信部の出
力信号により検出し、加速度を測定することを特徴とす
るものであり、例えば励振部受信部に圧電素子を用い、
共振体の共振周波数を検出することにより、高感度で精
度が高く、直流成分の加速度が測定可能で、小型化が容
易な加速度センサーが得られる。
従来の圧電型センサーの直流成分の加速度が検出できな
いという欠点を解決し、小型化が可能で優れた特性を持
つ加速度センサーの実現を目的とする。 【構成】 加速度により移動可能な慣性体１と、それを
支持する支持梁２と、支持梁上に設置された共振体３を
備え、共振体３は共振体を励振する励振部４と振動を伝
搬する伝搬部５と、振動状態を励振する励振部６とより
なり、加速度が印加された際、共振体の変形により生じ
る振動状態の変化を、励振部への入力信号と受信部の出
力信号により検出し、加速度を測定することを特徴とす
るものであり、例えば励振部受信部に圧電素子を用い、
共振体の共振周波数を検出することにより、高感度で精
度が高く、直流成分の加速度が測定可能で、小型化が容
易な加速度センサーが得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は車両等の加速度を検出ま
たは測定する加速度センサーに関するものである。
たは測定する加速度センサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、加速度センサーの開発が盛んであ
り、圧電型、静電容量型、抵抗歪型等種々の方式がある
が、比較的感度が良く簡単な構造のものに圧電型があ
る。図３、図４は特開昭６２−２４１５４号公報に記載
された従来の圧電型加速度センサーを示すものである。
図３は中心固定型ディスク状センサーで、８は振動板、
１１は圧電セラミックである。また、図４はバイモルフ
型の矩形状圧電セラミックを片持梁式に構成したもの
で、中央部にコの字形のスリット１１ａを入れ片持梁を
形成している。
り、圧電型、静電容量型、抵抗歪型等種々の方式がある
が、比較的感度が良く簡単な構造のものに圧電型があ
る。図３、図４は特開昭６２−２４１５４号公報に記載
された従来の圧電型加速度センサーを示すものである。
図３は中心固定型ディスク状センサーで、８は振動板、
１１は圧電セラミックである。また、図４はバイモルフ
型の矩形状圧電セラミックを片持梁式に構成したもの
で、中央部にコの字形のスリット１１ａを入れ片持梁を
形成している。
【０００３】以上のように構成された加速度センサー
は、図３は円盤状で図４は矩形状と形状は異なるが、い
ずれも、加速度が印加された際に、圧電素子の歪に起因
して発生する電荷を電圧に変換して、加速度を測定する
ものである。この方式は、構造が簡単であり、感度や加
速度測定範囲等の点で優れた方式である。
は、図３は円盤状で図４は矩形状と形状は異なるが、い
ずれも、加速度が印加された際に、圧電素子の歪に起因
して発生する電荷を電圧に変換して、加速度を測定する
ものである。この方式は、構造が簡単であり、感度や加
速度測定範囲等の点で優れた方式である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、圧電素子に発生する電荷を長時間保持で
きないため、直流成分の加速度を測定することが困難で
あった。また、圧電素子を小さくすると、静電容量が小
さくなり低周波数域でのインピーダンスが大きくなり、
自動車用などに必要とされる０．２〜２００Ｈｚ付近の
低い周波数の加速度の検出が困難となるため、小型化が
難しいという課題を有していた。
来の構成では、圧電素子に発生する電荷を長時間保持で
きないため、直流成分の加速度を測定することが困難で
あった。また、圧電素子を小さくすると、静電容量が小
さくなり低周波数域でのインピーダンスが大きくなり、
自動車用などに必要とされる０．２〜２００Ｈｚ付近の
低い周波数の加速度の検出が困難となるため、小型化が
難しいという課題を有していた。
【０００５】本発明は上記従来技術の課題を解決するも
ので、直流成分の加速度が検出でき、小型化の可能な加
速度センサーを提供することを目的とする。
ので、直流成分の加速度が検出でき、小型化の可能な加
速度センサーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、加速度により
移動可能な慣性体と、前記慣性体を支持し慣性体の移動
時に変形する支持梁と、前記支持梁上に設置された共振
体を備え、前記共振体は共振体を励振する励振部と振動
状態を検知する受信部と振動を励振部から受信部に伝搬
する伝搬部とよりなり、加速度が印加された際、支持梁
の変形に対応した共振体の変形により生じる共振体の振
動状態の変化を、前記励振部への入力信号と受信部より
の出力信号により検出して印加された加速度を測定する
加速度センサーである。
移動可能な慣性体と、前記慣性体を支持し慣性体の移動
時に変形する支持梁と、前記支持梁上に設置された共振
体を備え、前記共振体は共振体を励振する励振部と振動
状態を検知する受信部と振動を励振部から受信部に伝搬
する伝搬部とよりなり、加速度が印加された際、支持梁
の変形に対応した共振体の変形により生じる共振体の振
動状態の変化を、前記励振部への入力信号と受信部より
の出力信号により検出して印加された加速度を測定する
加速度センサーである。
【０００７】また、本発明は、共振体の共振周波数の変
化を、励振部への入力信号と受信部よりの出力信号によ
り検出して印加された加速度を測定する加速度センサー
である。
化を、励振部への入力信号と受信部よりの出力信号によ
り検出して印加された加速度を測定する加速度センサー
である。
【０００８】また、本発明は、励振部および受信部が圧
電素子により構成された加速度センサーである。
電素子により構成された加速度センサーである。
【０００９】また、本発明は、支持梁の変形が、共振体
の伸縮に変換され、共振体に張力が作用するよう構成さ
れた加速度センサーである。
の伸縮に変換され、共振体に張力が作用するよう構成さ
れた加速度センサーである。
【００１０】
【作用】本発明は上記構成によって、加速度が印加され
た際、支持梁の変形に対応した共振体の変形により生じ
る共振体の共振周波数の変化を、前記励振部への入力信
号と受信部よりの出力信号により検出して印加された加
速度を測定するものであり、共振周波数を検出する方式
のため、直流成分の加速度にも追随でき、また共振体の
共振点を高くすることによって、どの様な加速度印加時
にも感度の良い検出が可能となり、小型化した際の困難
が解消する。
た際、支持梁の変形に対応した共振体の変形により生じ
る共振体の共振周波数の変化を、前記励振部への入力信
号と受信部よりの出力信号により検出して印加された加
速度を測定するものであり、共振周波数を検出する方式
のため、直流成分の加速度にも追随でき、また共振体の
共振点を高くすることによって、どの様な加速度印加時
にも感度の良い検出が可能となり、小型化した際の困難
が解消する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００１２】図１（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例に
おける加速度センサーの平面図および断面図である。図
１において、１は慣性体、２は支持梁、３は共振体であ
り、共振体は励振部４、伝搬部５、受信部６より構成さ
れている。
おける加速度センサーの平面図および断面図である。図
１において、１は慣性体、２は支持梁、３は共振体であ
り、共振体は励振部４、伝搬部５、受信部６より構成さ
れている。
【００１３】図１において、加速度が印加されると慣性
体１が上下し、支持梁２がたわむと共に共振体３は伸び
縮みする。そのため、加速度が変化した際には、共振体
の共振周波数が変化することになり、この周波数変化を
検出することにより加速度を測定することができる。例
えば、共振体の振動が糸の振動と仮定できるとすると、
共振周波数ｆは ｆ＝ｎ／２□（Ｓ／ρ）1/2・・・・・（１） と表される。但し□は糸の長さ、Ｓは糸の張力、ρは糸
の単位長さ当りの質量、ｎは振動の次数を示す。（１）
式によれば、共振周波数ｆは糸の張力の平方根に比例し
て変化し、加速度が印加された際に、共振体の張力が変
化する構造であれば加速度が測定できることが分かる。
体１が上下し、支持梁２がたわむと共に共振体３は伸び
縮みする。そのため、加速度が変化した際には、共振体
の共振周波数が変化することになり、この周波数変化を
検出することにより加速度を測定することができる。例
えば、共振体の振動が糸の振動と仮定できるとすると、
共振周波数ｆは ｆ＝ｎ／２□（Ｓ／ρ）1/2・・・・・（１） と表される。但し□は糸の長さ、Ｓは糸の張力、ρは糸
の単位長さ当りの質量、ｎは振動の次数を示す。（１）
式によれば、共振周波数ｆは糸の張力の平方根に比例し
て変化し、加速度が印加された際に、共振体の張力が変
化する構造であれば加速度が測定できることが分かる。
【００１４】図２は図１の構成に於ける特性図である。
縦軸は共振体の共振周波数ｆであり、横軸は印加された
加速度を示す。これによると、加速度０のときの共振周
波数は２２ｋＨｚであるが、１２０Ｇの加速度が印加さ
れた場合には２７ｋＨｚに上昇する。１Ｇあたり約４０
Ｈｚの変化があり、変化率で言うと０．２％／Ｇで且つ
図にみられるように非常に大きな加速度まで測定でき、
ダイナミックレンジの広い加速度センサーが実現でき
た。なお、図１の構造では、慣性体の質量と支持梁部の
質量の比により感度が異なるが、図２のデータの場合慣
性体が支持梁部の７倍の構造のものであり、比較的微小
な支持梁のたわみが、共振体への大きな張力となって作
用し、大きな感度を出力することができたと考えられ
る。
縦軸は共振体の共振周波数ｆであり、横軸は印加された
加速度を示す。これによると、加速度０のときの共振周
波数は２２ｋＨｚであるが、１２０Ｇの加速度が印加さ
れた場合には２７ｋＨｚに上昇する。１Ｇあたり約４０
Ｈｚの変化があり、変化率で言うと０．２％／Ｇで且つ
図にみられるように非常に大きな加速度まで測定でき、
ダイナミックレンジの広い加速度センサーが実現でき
た。なお、図１の構造では、慣性体の質量と支持梁部の
質量の比により感度が異なるが、図２のデータの場合慣
性体が支持梁部の７倍の構造のものであり、比較的微小
な支持梁のたわみが、共振体への大きな張力となって作
用し、大きな感度を出力することができたと考えられ
る。
【００１５】本発明の構造的な特徴の１つは、共振体の
構造であり、励振部、伝搬部、受信部により構成されて
いる点である。一般に、圧電セラミックを共振させた場
合、圧電セラミック自体の厚み振動等の場合には、圧電
セラミック自体のインピーダンス変化を検出して共振点
を知る方法がある。しかしながら、本発明のように、共
振体が圧電セラミックと他の構造部材との接合体の場合
には、接合体の共振周波数において、必ずしも大きなイ
ンピーダンス変化があるとは限らず、感度良く共振点を
検出できない場合が多い。それに、比較して、本発明で
は前記接合体である共振体の振動を直接受信部で検出し
ているため、共振体の持つあらゆる振動を正確に検出す
ることが可能となり、適切な共振体構造の設計におい
て、寸法的な自由度が非常に大きなものとなる。
構造であり、励振部、伝搬部、受信部により構成されて
いる点である。一般に、圧電セラミックを共振させた場
合、圧電セラミック自体の厚み振動等の場合には、圧電
セラミック自体のインピーダンス変化を検出して共振点
を知る方法がある。しかしながら、本発明のように、共
振体が圧電セラミックと他の構造部材との接合体の場合
には、接合体の共振周波数において、必ずしも大きなイ
ンピーダンス変化があるとは限らず、感度良く共振点を
検出できない場合が多い。それに、比較して、本発明で
は前記接合体である共振体の振動を直接受信部で検出し
ているため、共振体の持つあらゆる振動を正確に検出す
ることが可能となり、適切な共振体構造の設計におい
て、寸法的な自由度が非常に大きなものとなる。
【００１６】また、上記にも触れたように、本発明のも
う一つの特徴は、支持梁のたわみや捻りが、共振体の伸
縮に変換される点である。共振体の伸縮は当然共振体の
張力と関連しており、共振体の材料や寸法としては支持
梁の変形に対応して、伸縮する必要はあるが、小さな伸
縮により、大きな張力を発生させる金属やシリコン等が
選択される。
う一つの特徴は、支持梁のたわみや捻りが、共振体の伸
縮に変換される点である。共振体の伸縮は当然共振体の
張力と関連しており、共振体の材料や寸法としては支持
梁の変形に対応して、伸縮する必要はあるが、小さな伸
縮により、大きな張力を発生させる金属やシリコン等が
選択される。
【００１７】以上説明のように、本発明の構成では、共
振体が常時一定の周波数で励振された状態であるので、
直流成分の加速度を測定することができ、また、常時高
い共振周波数で励振されているため、従来方式のよう
に、低周波数域でのインピーダンスを考慮する必要がな
く小型化が容易となる。
振体が常時一定の周波数で励振された状態であるので、
直流成分の加速度を測定することができ、また、常時高
い共振周波数で励振されているため、従来方式のよう
に、低周波数域でのインピーダンスを考慮する必要がな
く小型化が容易となる。
【００１８】なお、上記説明では、共振体の振動状態の
変化を共振周波数の変化で検出したが、共振体が伸び縮
みすることにより、共振体の振動の伝搬速度が変化しそ
れが共振周波数の変化となって現れることを意味してい
る。したがって、他の検出方法として、特に共振周波数
を選択しなくても、励振部と受信部の振動の時間遅れ
（位相差）の検出を行っても、加速度センサーとして動
作させることができる。ただ、受信部から信号を精度良
く出力させるという点では、共振周波数での振動の方
が、振幅が大きく出力信号を大きくできることになる。
変化を共振周波数の変化で検出したが、共振体が伸び縮
みすることにより、共振体の振動の伝搬速度が変化しそ
れが共振周波数の変化となって現れることを意味してい
る。したがって、他の検出方法として、特に共振周波数
を選択しなくても、励振部と受信部の振動の時間遅れ
（位相差）の検出を行っても、加速度センサーとして動
作させることができる。ただ、受信部から信号を精度良
く出力させるという点では、共振周波数での振動の方
が、振幅が大きく出力信号を大きくできることになる。
【００１９】さらに、本発明の共振体の構造は、何らか
の物体の変形を検出する素子であると考えられ、加速度
センサーばかりではなく、圧力センサーや、温度センサ
ー、等の他のセンサーにも適用できる。そして、複数個
の共振体を設けることにより、１方向だけではなく、２
方向、３方向の多軸センサーも可能である。この場合
は、例えば、慣性体を複数の支持梁で支え、各々の支持
梁に共振体が設置されたような構造が想定される。
の物体の変形を検出する素子であると考えられ、加速度
センサーばかりではなく、圧力センサーや、温度センサ
ー、等の他のセンサーにも適用できる。そして、複数個
の共振体を設けることにより、１方向だけではなく、２
方向、３方向の多軸センサーも可能である。この場合
は、例えば、慣性体を複数の支持梁で支え、各々の支持
梁に共振体が設置されたような構造が想定される。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明は、加速度により移
動可能な慣性体と、慣性体を支持し慣性体の移動時に変
形する支持梁と、支持梁上に設置された共振体を備え、
前記共振体は共振体を励振する励振部と振動状態を検知
する受信部と振動を励振部から受信部に伝搬する伝搬部
とよりなり、加速度が印加され際、支持梁の変形に対応
した共振体の変形により生じる共振体の振動状態のの変
化を、前記励振部への入力信号と受信部よりの出力信号
により検出して印加された加速度を測定するものであ
り、直流成分の加速度を検出でき、且つ小型化が可能な
優れた加速度センサーを実現できるものである。
動可能な慣性体と、慣性体を支持し慣性体の移動時に変
形する支持梁と、支持梁上に設置された共振体を備え、
前記共振体は共振体を励振する励振部と振動状態を検知
する受信部と振動を励振部から受信部に伝搬する伝搬部
とよりなり、加速度が印加され際、支持梁の変形に対応
した共振体の変形により生じる共振体の振動状態のの変
化を、前記励振部への入力信号と受信部よりの出力信号
により検出して印加された加速度を測定するものであ
り、直流成分の加速度を検出でき、且つ小型化が可能な
優れた加速度センサーを実現できるものである。
【図１】（ａ）本発明の第１の実施例における加速度セ
ンサーの平面図 （ｂ）同断面図
ンサーの平面図 （ｂ）同断面図
【図２】本発明の第１の実施例における加速度センサー
の特性図
の特性図
【図３】従来の加速度センサーの断面図
【図４】従来の加速度センサーの外形図
１ 慣性体 ２ 支持梁 ３ 共振体 ４ 励振部 ５ 伝搬部 ６ 受信部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 新一郎 神奈川県川崎市多摩区東三田３丁目10番１ 号 松下技研株式会社内 (72)発明者 浅野 勝吾 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 加速度により移動可能な慣性体と、前記
慣性体を支持し慣性体の移動時に変形する支持梁と、前
記支持梁上に設置された共振体を備え、前記共振体は共
振体を励振する励振部と振動状態を検知する受信部と振
動を励振部から受信部に伝搬する伝搬部とよりなり、加
速度が印加された際、支持梁の変形に対応した共振体の
変形により生じる共振体の振動状態の変化を、前記励振
部への入力信号と受信部よりの出力信号により検出して
印加された加速度を測定することを特徴とする加速度セ
ンサー。 - 【請求項２】 共振体の共振周波数の変化を、励振部へ
の入力信号と受信部よりの出力信号により検出して印加
された加速度を測定することを特徴とする請求１記載の
加速度センサー。 - 【請求項３】 励振部および受信部が圧電素子により構
成された請求項１記載の加速度センサー。 - 【請求項４】 支持梁の変形が、共振体の伸縮に変換さ
れ、共振体に張力が作用するよう構成された請求項１記
載の加速度センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32904793A JP3355739B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 加速度センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32904793A JP3355739B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 加速度センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07191052A true JPH07191052A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3355739B2 JP3355739B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=18217022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32904793A Expired - Fee Related JP3355739B2 (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 加速度センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3355739B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6895819B1 (en) | 1998-09-18 | 2005-05-24 | Fujitsu Limited | Acceleration sensor |
| JP2008197031A (ja) * | 2007-02-15 | 2008-08-28 | Epson Toyocom Corp | 加速度検知ユニット及び加速度センサ |
| US7802475B2 (en) | 2006-10-13 | 2010-09-28 | Seiko Epson Corporation | Acceleration sensor |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP32904793A patent/JP3355739B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6895819B1 (en) | 1998-09-18 | 2005-05-24 | Fujitsu Limited | Acceleration sensor |
| US7802475B2 (en) | 2006-10-13 | 2010-09-28 | Seiko Epson Corporation | Acceleration sensor |
| JP2008197031A (ja) * | 2007-02-15 | 2008-08-28 | Epson Toyocom Corp | 加速度検知ユニット及び加速度センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3355739B2 (ja) | 2002-12-09 |
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