JPH0769347B2 - 圧電加速度センサ - Google Patents
圧電加速度センサInfo
- Publication number
- JPH0769347B2 JPH0769347B2 JP60222053A JP22205385A JPH0769347B2 JP H0769347 B2 JPH0769347 B2 JP H0769347B2 JP 60222053 A JP60222053 A JP 60222053A JP 22205385 A JP22205385 A JP 22205385A JP H0769347 B2 JPH0769347 B2 JP H0769347B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric plate
- piezoelectric
- acceleration sensor
- additional mass
- thermal expansion
- 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.)
- Expired - Lifetime
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Pressure Sensors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は圧電加速度センサに関し、特に圧電素子に応
力を生じたときに発生する電荷を検出する、圧電加速度
センサに関する。
力を生じたときに発生する電荷を検出する、圧電加速度
センサに関する。
（従来技術） 第４図はこの発明の背景となる従来の圧電加速度センサ
の一例を示す構成図である。この第４図に示す例は、
「G33型」と呼ばれるものであり、圧電素子１の厚み方
向振動を利用するものである。
の一例を示す構成図である。この第４図に示す例は、
「G33型」と呼ばれるものであり、圧電素子１の厚み方
向振動を利用するものである。
圧電素子１は、矢印方向に、すなわちその主面に直交す
る方向に分極されていて、この圧電素子１の両主面には
１対の電極２および３が形成される。一方の電極２上に
質量Ｍの付加質量５が設けられ、この付加質量５に加速
度に比例した力MGが印加される。この力MGによって１対
の電極２および３上に電荷が発生し、その電荷が検出器
４によって検出される。
る方向に分極されていて、この圧電素子１の両主面には
１対の電極２および３が形成される。一方の電極２上に
質量Ｍの付加質量５が設けられ、この付加質量５に加速
度に比例した力MGが印加される。この力MGによって１対
の電極２および３上に電荷が発生し、その電荷が検出器
４によって検出される。
（発明が解決しようとする問題点） 第４図に示す従来の例では、環境温度の変化によって１
対の電極２および３上に焦電電荷が発生し、この焦電電
荷が検出器４によって検出されてしまい、それが大きな
ノイズとなってしまう。それとともに、圧電素子の厚み
方向振動を利用するため、数10Hz以上の高い周波数にお
ける利用には適するものの、低い周波数での使用の要求
には応じられないという問題点もあった。
対の電極２および３上に焦電電荷が発生し、この焦電電
荷が検出器４によって検出されてしまい、それが大きな
ノイズとなってしまう。それとともに、圧電素子の厚み
方向振動を利用するため、数10Hz以上の高い周波数にお
ける利用には適するものの、低い周波数での使用の要求
には応じられないという問題点もあった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、ノイズが少な
く、しかも低い周波数での使用に対応できる、圧電加速
度センサを提供することである。
く、しかも低い周波数での使用に対応できる、圧電加速
度センサを提供することである。
（問題点を解決するための手段） この発明は、簡単にいえば、圧電セラミックからなり、
その主面に平行な方向に分極された圧電プレート、圧電
プレートの対向する両主面に形成される１対の電極、圧
電プレートと同一もしくは近似した熱膨張係数を有する
セラミックで形成され、圧電プレートの一方主面側から
の圧電プレートを支持するためのベース、および圧電プ
レートと同一しくは近似した熱膨張係数を有するセラミ
ックからなり、圧電プレートの他方主面側に配置される
付加質量を備える、圧電加速度センサである。
その主面に平行な方向に分極された圧電プレート、圧電
プレートの対向する両主面に形成される１対の電極、圧
電プレートと同一もしくは近似した熱膨張係数を有する
セラミックで形成され、圧電プレートの一方主面側から
の圧電プレートを支持するためのベース、および圧電プ
レートと同一しくは近似した熱膨張係数を有するセラミ
ックからなり、圧電プレートの他方主面側に配置される
付加質量を備える、圧電加速度センサである。
（作用） 付加質量によって加速度に比例した力が圧電プレートに
印加され、圧電プレートの両主面上に形成された１対の
電極に電荷が生じ、それが検出器によって検出される。
他方、焦電電荷は分極方向に直交する面上すなわち圧電
プレートの側面に発生するが、その側面には電極がない
ので、焦電電荷は検出されない。さらに、圧電プレー
ト，ベースおよび付加質量の熱膨張係数が同一もしくは
近似しているため、その差による応力によって発生する
電荷も小さい。
印加され、圧電プレートの両主面上に形成された１対の
電極に電荷が生じ、それが検出器によって検出される。
他方、焦電電荷は分極方向に直交する面上すなわち圧電
プレートの側面に発生するが、その側面には電極がない
ので、焦電電荷は検出されない。さらに、圧電プレー
ト，ベースおよび付加質量の熱膨張係数が同一もしくは
近似しているため、その差による応力によって発生する
電荷も小さい。
（発明の効果） この発明によれば、焦電電荷によるノイズ成分や、圧電
プレート，ベースおよび付加質量の熱膨張係数の差によ
る応力によって発生される電荷などのノイズ成分を可及
的抑制することができる。さらに、この発明によれば、
このようなノイズ成分の影響を小さくできるので、出力
側の負荷インピーダンスを高くでき、また圧電プレート
として薄型のものを用いて容量を大きくすることができ
る。このため、充放電時間を長くして、より低い周波数
での使用の要求にも応じることができる。
プレート，ベースおよび付加質量の熱膨張係数の差によ
る応力によって発生される電荷などのノイズ成分を可及
的抑制することができる。さらに、この発明によれば、
このようなノイズ成分の影響を小さくできるので、出力
側の負荷インピーダンスを高くでき、また圧電プレート
として薄型のものを用いて容量を大きくすることができ
る。このため、充放電時間を長くして、より低い周波数
での使用の要求にも応じることができる。
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点
は、図面を参照して行なう以下の実施例の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。
は、図面を参照して行なう以下の実施例の詳細な説明か
ら一層明らかとなろう。
（実施例） 第１図はこの発明の一実施例を示す構成図である。圧電
加速度センサ10は比較的薄い圧電プレート12を含み、こ
の圧電プレート12は矢印方向すなわちその両主面に平行
な方向に分極されている。圧電プレート12の両主面上に
は、１対の電極14および16が形成される。
加速度センサ10は比較的薄い圧電プレート12を含み、こ
の圧電プレート12は矢印方向すなわちその両主面に平行
な方向に分極されている。圧電プレート12の両主面上に
は、１対の電極14および16が形成される。
圧電プレート12は、その一方主面側すなわち電極16側に
おいて、ベース18によって固定的に支持される。また、
圧電プレート12の他方主面側すなわち電極14側に付加質
量20が設けられている。
おいて、ベース18によって固定的に支持される。また、
圧電プレート12の他方主面側すなわち電極14側に付加質
量20が設けられている。
１対の電極14および16の間には、これら電極14および16
上に生じた電荷（電気量）を検出するための検出器22が
接続される。
上に生じた電荷（電気量）を検出するための検出器22が
接続される。
そして、圧電プレート12の分極方向に平行な方向に、付
加質量20に、加速度に比例した力MGが印加される。
加質量20に、加速度に比例した力MGが印加される。
加速度に比例した力MGが印加されると、圧電プレート12
上には、第２図に示すように電荷が発生する。この電荷
が検出器22によって検出され、その電気量が加速度とし
て検出される。
上には、第２図に示すように電荷が発生する。この電荷
が検出器22によって検出され、その電気量が加速度とし
て検出される。
第３図に示すように、焦電電荷は、圧電プレート12の分
極方向に直交する方向の面すなわち圧電プレート12の側
面に発生する。しかしながら、この圧電プレート12の側
面には電荷検出用の電極はないのでこの焦電電荷は検出
されることがなく、したがって焦電効果によるノイズの
影響を受けることがない。
極方向に直交する方向の面すなわち圧電プレート12の側
面に発生する。しかしながら、この圧電プレート12の側
面には電荷検出用の電極はないのでこの焦電電荷は検出
されることがなく、したがって焦電効果によるノイズの
影響を受けることがない。
第１図に示す実施例では、圧電プレート12,ベース18お
よび付加質量20を、ともに、たとえばPZTのような同じ
セラミック材料で一体焼成している。したがって、圧電
プレート12の熱膨張係数と、ベース18および付加質量20
の熱膨張係数とが同じである。そのため、環境温度の変
化による熱変形による応力によって発生する電荷を少な
くすることができ、上述のように焦電効果によるノイズ
のみならず、熱応力によるノイズもまた低減することが
できる。
よび付加質量20を、ともに、たとえばPZTのような同じ
セラミック材料で一体焼成している。したがって、圧電
プレート12の熱膨張係数と、ベース18および付加質量20
の熱膨張係数とが同じである。そのため、環境温度の変
化による熱変形による応力によって発生する電荷を少な
くすることができ、上述のように焦電効果によるノイズ
のみならず、熱応力によるノイズもまた低減することが
できる。
このように、ノイズ成分を小さくできるので、出力側の
負荷インピーダンスを高くすることができる。すなわ
ち、加速度センサの場合、S/Nは、ほぼ、力MGに対する
出力電圧とノイズとの比である。負荷インピーダンスが
高いほど感度は高くなるがノイズもまた大きくなってし
まう。ところが、この実施例のようにノイズが小さい
と、負荷インピーダンスを高くしてもノイズによる電圧
は小さくでき、したがって負荷インピーダンスは、要求
される力MGおよび周波数の最小値で十分な感度を得られ
る値に設定されればよく、結果的に、従来に比べて、そ
れをより大きくすることができるのである。さらに、圧
電プレート12を肉薄にすれば、その容量が大きくなり、
そのため負荷インピーダンスとによって決まる充放電時
間が長くなり、低い周波数で使用することができる。
負荷インピーダンスを高くすることができる。すなわ
ち、加速度センサの場合、S/Nは、ほぼ、力MGに対する
出力電圧とノイズとの比である。負荷インピーダンスが
高いほど感度は高くなるがノイズもまた大きくなってし
まう。ところが、この実施例のようにノイズが小さい
と、負荷インピーダンスを高くしてもノイズによる電圧
は小さくでき、したがって負荷インピーダンスは、要求
される力MGおよび周波数の最小値で十分な感度を得られ
る値に設定されればよく、結果的に、従来に比べて、そ
れをより大きくすることができるのである。さらに、圧
電プレート12を肉薄にすれば、その容量が大きくなり、
そのため負荷インピーダンスとによって決まる充放電時
間が長くなり、低い周波数で使用することができる。
上述の実施例では、圧電プレート12,ベース18および付
加質量20を全て同じ材料で構成してそれらの熱膨張係数
を一致させるようにした。しかしながら、たとえば圧電
プレート12をPZTで形成し、ベース18および／または付
加質量20をたとえば42Ni−Feあるいは29Ni−17Co−Feな
どの金属によって形成しても、それらの間の熱膨張係数
をほぼ近似させることができる。たとえば、PZTの熱膨
張係数は4.65×10-6／℃であり、42Ni−Feは4.2×10-6
／℃であり、また29Ni−17Co−Feは4.8×10-6／℃であ
る。このようにして、圧電プレート12とベース18および
／または付加質量20を異なる材料で構成しても、それら
の間の熱膨張係数をほぼ近似させることができる。
加質量20を全て同じ材料で構成してそれらの熱膨張係数
を一致させるようにした。しかしながら、たとえば圧電
プレート12をPZTで形成し、ベース18および／または付
加質量20をたとえば42Ni−Feあるいは29Ni−17Co−Feな
どの金属によって形成しても、それらの間の熱膨張係数
をほぼ近似させることができる。たとえば、PZTの熱膨
張係数は4.65×10-6／℃であり、42Ni−Feは4.2×10-6
／℃であり、また29Ni−17Co−Feは4.8×10-6／℃であ
る。このようにして、圧電プレート12とベース18および
／または付加質量20を異なる材料で構成しても、それら
の間の熱膨張係数をほぼ近似させることができる。
しかしながら、上述のように、同じ圧電材料たとえばPZ
Tによって一体焼成するようにすれば、圧電プレートや
ベースなどの接着工程が不要であり、しかも全体の強度
が大きいという利点がある。
Tによって一体焼成するようにすれば、圧電プレートや
ベースなどの接着工程が不要であり、しかも全体の強度
が大きいという利点がある。
なお、用いられるセラミック材料としては、上述のPZT
の他PbTiO3なども考えられる。
の他PbTiO3なども考えられる。
第１図はこの発明の一実施例を示す構成図である。 第２図および第３図は第１図実施例の動作を説明するた
めの図解図である。 第４図はこの発明の背景となる従来の圧電加速度センサ
の一例を示す構成図である。 図において、10は圧電加速度センサ、12は圧電プレー
ト、14,16は電極、18はベース、20は付加質量、22は検
出器を示す。
めの図解図である。 第４図はこの発明の背景となる従来の圧電加速度センサ
の一例を示す構成図である。 図において、10は圧電加速度センサ、12は圧電プレー
ト、14,16は電極、18はベース、20は付加質量、22は検
出器を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】圧電セラミックからなり、その主面に平行
な方向に分極された圧電プレート、 前記圧電プレートの対向する両主面に形成される１対の
電極、 前記圧電プレートと同一もしくは近似した熱膨張係数を
有するセラミックで形成され、前記圧電プレートの一方
主面側からの圧電プレートを支持するためのベース、お
よび 前記圧電プレートと同一もしくは近似した熱膨張係数を
有するセラミックからなり、前記圧電プレートの前記他
方主面側に配置される付加質量を備える、圧電加速度セ
ンサ。 - 【請求項２】前記圧電プレート，ベースおよび付加質量
は一体焼成されてなる、特許請求の範囲第１項記載の圧
電加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60222053A JPH0769347B2 (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 圧電加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60222053A JPH0769347B2 (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 圧電加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6281572A JPS6281572A (ja) | 1987-04-15 |
| JPH0769347B2 true JPH0769347B2 (ja) | 1995-07-26 |
Family
ID=16776357
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60222053A Expired - Lifetime JPH0769347B2 (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 圧電加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0769347B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH071207B2 (ja) * | 1988-05-09 | 1995-01-11 | 株式会社日立製作所 | 圧電式物理量検出装置 |
| CN106574828A (zh) | 2014-08-22 | 2017-04-19 | 株式会社村田制作所 | 压电传感器以及检测装置 |
| RU2702401C1 (ru) * | 2019-03-01 | 2019-10-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Способ реализации и устройство чувствительного элемента для контроля параметров движения в составе многоуровневого многокристального модуля |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5929820B2 (ja) * | 1977-07-12 | 1984-07-23 | 財団法人小林理学研究所 | 三方向検出型加速度ピツクアツプ |
| JPS57112962U (ja) * | 1981-01-05 | 1982-07-13 | ||
| JPS5927466U (ja) * | 1982-08-17 | 1984-02-20 | リオン株式会社 | 圧電形加速度ピツクアツプ |
-
1985
- 1985-10-04 JP JP60222053A patent/JPH0769347B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6281572A (ja) | 1987-04-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |