JPH0792473B2 - 圧電式加速度センサ - Google Patents

圧電式加速度センサ

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JPH0792473B2
JPH0792473B2 JP3255284A JP25528491A JPH0792473B2 JP H0792473 B2 JPH0792473 B2 JP H0792473B2 JP 3255284 A JP3255284 A JP 3255284A JP 25528491 A JP25528491 A JP 25528491A JP H0792473 B2 JPH0792473 B2 JP H0792473B2
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piezoelectric element
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piezoelectric
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宗治 山下
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電素子により加速度
を電気信号に変換して検出する圧電式加速度センサに係
り、詳しくは、温度補償のための構成に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の圧電式加速度センサとしては、図
2で示すように、センサ本体である圧電素子11と、イ
ンピーダンス変換器12と、電圧増幅器13とを備えた
ものがあり、バイモルフ型とされた圧電素子11は台座
14によって片持ち支持されている。そして、この圧電
素子11とインピーダンス変換器12とは同一のケース
15に収容される一方、電圧増幅器13はケース15か
ら離間した個所に設けられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来構
成とされた圧電式加速度センサにおいては、圧電素子1
1の出力電圧が周囲温度の影響を受けることになるた
め、電圧増幅器13によって温度補償を行うことが行わ
れている。しかしながら、この電圧増幅器13は圧電素
子11が収容されたケース15から離間した個所に設け
られているため、電圧増幅器13の周囲温度が圧電素子
11の周囲温度と一致することになるとは限らず、適正
な温度補償を行い得ないという不都合が生じることにな
っていた。
【0004】ところで、本件発明者が検討したところに
よれば、圧電素子は容量成分を有しているから、その出
力電圧が温度の影響を受けるのは、容量の温度による変
化率(ΔCs/Cs)と、圧電歪定数の温度による変化
率(Δd31/d31)とが異なるためと考えられる。そこ
で、両変化率が互いに等しければ、温度が変化したとし
ても、圧電歪定数の変化による出力変化量が容量の変化
量によって相殺されることになり、出力電圧が変化しな
いことになる。
【0005】すなわち、圧電素子の出力電圧をVとし、
この出力電圧Vが単位温度の上昇によってΔVだけ変化
した場合における出力電圧の変化率はΔV/Vで表され
る。そして、出力電圧Vが温度変化の影響を受けないと
いうのは、この変化率が0(ΔV/V=0)となること
である。そこで、出力電圧の変化率(ΔV/V)の各項
を求めると、圧電素子の出力電圧Vは、そのときの加速
度Gにより発生した応力(αG)及び圧電素子の圧電歪
定数d31に比例し、圧電素子の容量Csに反比例するも
のであり、 V=αGd31/Cs …………(1) となる。一方、出力電圧の変化量ΔVは、 ΔV=(V+ΔV)−V …………(2) であって、 ΔV=αG(d31+Δd31)/(Cs+ΔCs)−αGd31/Cs ……(3) となる。なお、この式におけるΔd31は圧電歪定数の単
位温度当たりの変化量であり、ΔCsは圧電素子の容量
の単位温度当たりの変化量である。
【0006】さらに、上記(1),(3)式を出力電圧
の変化率(ΔV/V)の各項に代入したうえで共通項を
消去すると、 ΔV/V =〔1+(Δd31/d31)〕/〔1+(ΔCs/Cs)〕−1 ………(4) となり、この式において、出力電圧の変化率が0(ΔV
/V=0)となるためには、 ΔCs/Cs=Δd31/d31 …………(5) であれば、すなわち、圧電素子の容量変化率と圧電歪定
数変化率とが互いに等しければよいことが分かる。
【0007】しかしながら、圧電素子の温度特性は、現
実には、図3の特性線図に示すように、圧電歪定数d31
の変化率(Δd31/d31に対し、周囲温度(Ta)か
ら基準温度(20℃)を差し引いた温度(T)を乗じて
得られた直線と、容量Csの変化率(ΔCs/Cs)
対し、周囲温度(Ta)から基準温度(20℃)を差し
引いた温度(T)を乗じて得られた直線とが異なってい
るのであるから、温度変化の影響を受けない出力電圧は
得られないことになる。
【0008】本発明は、このような検討によって得られ
た知見に基づいて創案されたものであって、簡単な構成
であるにも拘わらず、適正な温度補償を行い得る構成と
された圧電式加速度センサを提供することを目的として
いる。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、圧電素子により加速度を電気信号
に変換して検出する圧電式加速度センサにおいて、圧電
素子に近接した位置には、これに並列接続された温度補
償用コンデンサが設けられており、この温度補償用コン
デンサ(6)の有する容量(Ct)は、 Ct/Cs=(ΔCs/Cs−Δd 31 /d 31 )/(Δd
31 /d 31 −ΔCt/Ct) 〔但し、Csは圧電素子の有する容量、ΔCs/Csは
圧電素子の温度による容量変化率、Δd 31 /d 31 は圧電
素子の有する圧電歪定数の温度による変化率、ΔCt/
Ctは温度補償用コンデンサの種類に応じて定まる温度
による容量変化率〕の関係を満たして いることを特徴と
するものである。
【0010】
【作用】上記構成によれば、加速度の検出個所で圧電素
子とコンデンサとの並列回路が形成されることになり、
また、この際におけるコンデンサの有する容量が上記関
係を満たしているから、予めコンデンサの容量及び温度
特性を適宜選択しておけば、並列回路の圧電歪定数変化
率と容量変化率とはほぼ等しくなり、周囲温度の影響を
受けない出力電圧が得られることになる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の詳細を図1に示す実施例に基
づいて説明する。図1は、本発明の一実施例に係る圧電
式加速度センサの構成図である。
【0012】図1で示すように、この実施例に係る圧電
式加速度センサが、センサ本体である圧電素子1と、イ
ンピーダンス変換器2と、電圧増幅器3とを備えたもの
である点は、従来例と同じである。また、バイモルフ型
とされた圧電素子1が台座4によって片持ち支持されて
おり、この圧電素子1とインピーダンス変換器2とが同
一のケース5に収容されている点も従来例と同じであ
る。
【0013】この実施例に係る加速度センサが従来例と
異なる点は、ケース5の内部において温度補償用のコン
デンサ6が圧電素子1に並列接続されており、コンデン
サ6が圧電素子1に近接した位置に設けられているとこ
ろにある。そして、この構成によれば、温度補償用の素
子であるコンデンサ6が圧電素子1の近傍に位置してい
るのであるから、常に圧電素子1とほぼ同一の温度のも
とで動作することになる。
【0014】すなわち、前記(5)式にも示したよう
に、圧電素子の容量変化率(ΔCs/Cs)と圧電歪定
数変化率(Δd31/d31)とが互いに等しければ、圧電
素子の出力電圧変化率が0(ΔV/V=0)となるので
あるが、この実施例の構成においては、コンデンサ6の
基準温度での容量Ctと容量の温度による変化率(ΔC
t/Ct)とを適宜選択しておけば、並列回路の圧電歪
定数変化率と並列回路の容量変化率とがほぼ等しくな
り、周囲温度の影響を受けない出力電圧が得られること
になる。
【0015】次に、コンデンサ6の必要とする容量Ct
を算出する。この実施例における出力電圧の変化率が0
(ΔV/V=0)となるための条件を、前記(5)式に
即して求めると、圧電素子1とコンデンサ6との並列回
路の総容量が両素子の容量の和であることから、 (ΔCs+ΔCt)/(Cs+Ct)=Δd31/d31 …………(6) となる。そして、この(6)式を変形して簡略化する
と、 Ct/Cs =(ΔCs/Cs−Δd31/d31)/(Δd31/d31−ΔCt/Ct)…(7) となる。なお、この式の各項のうち、コンデンサ6の容
量Ctとその容量変化率(ΔCt/Ct)とが未知であ
るが、コンデンサ6の容量変化率(ΔCt/Ct)の値
はコンデンサ6の種類に応じて定まるものであり、他の
項はすべて既知である。
【0016】そこで、今、圧電素子1の容量Cs(基準
温度20℃)=900pF、その容量変化率(ΔCs/
Cs)=0.0036、圧電歪定数変化率(Δd31/d
31)=0.0023であるものとし、UJ,RH,CG
それぞれの特性を示すコンデンサにおける所要容量Ct
を求めてみると、 UJ特性のコンデンサでは、その容量変化率(ΔCt
/Ct)が−0.00075に設定されているから、コ
ンデンサ6の所要容量Ctは、383.6pFとなる。
【0017】RH特性のコンデンサでは、その容量変
化率(ΔCt/Ct)が−0.00022に設定されて
いるから、コンデンサ6の所要容量Ctは、464.3
pFとなる。
【0018】CG特性のコンデンサでは、その容量変
化率(ΔCt/Ct)がほぼ0に設定されているから、
コンデンサ6の所要容量Ctは、508.7pFとな
る。
【0019】このように、使用するコンデンサ6の種類
を適宜選択すれば、そのコンデンサ6の容量変化率(Δ
Ct/Ct)の値が分かることになり、この値と他の既
知の値とを前記(7)式に代入することにより、コンデ
ンサ6の所要容量Ctが分かることになる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
圧電素子とコンデンサとの並列回路における圧電歪定数
変化率と容量変化率とはほぼ等しくなり、周囲温度が変
化しても、圧電歪定数の変化による出力変化量が容量の
変化量によって相殺されることになる結果、周囲温度の
影響を受けない出力電圧が得られる。そして、この場
合、コンデンサは圧電素子の近傍に設けられており、常
に圧電素子とほぼ同一の温度のもとで動作することにな
るから、正確な温度補償が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る圧電式加速度センサの
構成図である。
【図2】従来の圧電式加速度センサの構成図である。
【図3】圧電素子の温度特性を示す特性線図である。
【符号の説明】
1 圧電素子 2 インピーダンス変換器 3 電圧増幅器 5 ケース 6 コンデンサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電素子(1)により加速度を電気信号
    に変換して検出する圧電式加速度センサにおいて、 圧電素子(1)に近接した位置には、これに並列接続さ
    れた温度補償用コンデンサ(6)が設けられており、 この温度補償用コンデンサ(6)の有する容量(Ct)
    は、 Ct/Cs=(ΔCs/Cs−Δd 31 /d 31 )/(Δd
    31 /d 31 −ΔCt/Ct) 〔但し、Csは圧電素子の有する容量、ΔCs/Csは
    圧電素子の温度による容量変化率、Δd 31 /d 31 は圧電
    素子の有する圧電歪定数の温度による変化率、ΔCt/
    Ctは温度補償用コンデンサの種類に応じて定まる温度
    による容量変化率〕 の関係を満たして いることを特徴とする圧電式加速度セ
    ンサ。
JP3255284A 1991-09-24 1991-10-02 圧電式加速度センサ Expired - Lifetime JPH0792473B2 (ja)

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EP94120004A EP0646798B1 (en) 1991-09-24 1992-09-22 Acceleration sensor
EP92116187A EP0534366B1 (en) 1991-09-24 1992-09-22 Acceleration sensor
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US07/950,478 US5438859A (en) 1991-09-24 1992-09-24 Acceleration sensor having fault diagnosing device
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JP2001038559A (ja) 1999-08-05 2001-02-13 Tsubakimoto Chain Co 工具ポット分離型チェーン
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