JPH08327653A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

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Publication number
JPH08327653A
JPH08327653A JP15544095A JP15544095A JPH08327653A JP H08327653 A JPH08327653 A JP H08327653A JP 15544095 A JP15544095 A JP 15544095A JP 15544095 A JP15544095 A JP 15544095A JP H08327653 A JPH08327653 A JP H08327653A
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JP
Japan
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acceleration
axis
piezoelectric elements
weight
circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP15544095A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tasuku Masuo
尾 翼 増
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP15544095A priority Critical patent/JPH08327653A/en
Publication of JPH08327653A publication Critical patent/JPH08327653A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08Measuring 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
    • G01P2015/0805Measuring 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
    • G01P2015/0822Measuring 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
    • G01P2015/084Measuring 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 the mass being suspended at more than one of its sides, e.g. membrane-type suspension, so as to permit multi-axis movement of the mass

Abstract

PURPOSE: To obtain an acceleration sensor which can detect the acceleration in two directions rotating about two axes. CONSTITUTION: The acceleration sensor 10 comprises an oscillator 12 provided, in the center thereof, with a square planar weight 14. The weight 14 has four sides coupled, at the central part thereof, with the central part of four oscillation plates 20a-20d of a frame body 18 through four elongated coupling parts 16a-16d. Supporting parts 22a-22d, at four corners of the frame body 18, are inserted into a board 24 and soldered to electrodes provided on the major surface of the board 24. The four oscillation plates 20a-20d of the frame body 18 are bonded with sixteen piezoelectric elements 26a1-26a4, 26b1-26b4, 26c1-26c4, and 26d1-26d4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は加速度センサに関し、
特にたとえば、外的振動によって生じる加速度を検出
し、適切な制振を行うビデオカメラの手ぶれ防止装置な
どの除振システムに応用できる加速度センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor,
In particular, for example, the present invention relates to an acceleration sensor that can be applied to a vibration isolation system such as a camera shake prevention device of a video camera that detects acceleration generated by external vibration and appropriately suppresses vibration.

【0002】[0002]

【従来の技術】加速度センサは種々の方式のものが実用
化されているが、その中でも金属からなる振動板にセラ
ミックからなる圧電素子が接着された振動子を有する振
動型の加速度センサは、高感度で0Hzに近い低周波か
ら加速度の測定が可能であるとともに構造が簡単である
などの特徴を有しているため、広く使われている。
2. Description of the Related Art Acceleration sensors of various types have been put into practical use. Among them, a vibration type acceleration sensor having a vibrator in which a piezoelectric element made of ceramic is bonded to a diaphragm made of metal is It is widely used because it has characteristics that it can measure acceleration from low frequencies close to 0 Hz and has a simple structure.

【0003】従来の振動型の加速度センサには、振動子
が片持ち梁構造で振動子の先端に重りが付けられたもの
や振動子の両端が固定され振動子の中央に重りが付けら
れたものがある。これらの加速度センサでは、それに加
速度が加わると、圧電素子を含む振動子が湾曲し、その
加速度に対応した信号が振動子の圧電素子から得られ
る。そのため、圧電素子から得られた信号を測定するこ
とによって、加速度が検出される。
In the conventional vibration type acceleration sensor, the vibrator has a cantilever structure and a weight is attached to the tip of the vibrator, or both ends of the vibrator are fixed and a weight is attached to the center of the vibrator. There is something. In these acceleration sensors, when acceleration is applied thereto, the vibrator including the piezoelectric element bends, and a signal corresponding to the acceleration is obtained from the piezoelectric element of the vibrator. Therefore, the acceleration is detected by measuring the signal obtained from the piezoelectric element.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の振動
型の加速度センサでは、構造上、振動子が振動板の主面
に直交する方向にしか湾曲しないので、1方向の加速度
しか検出することができない。
However, in the conventional vibration type acceleration sensor, since the vibrator is curved only in the direction orthogonal to the main surface of the diaphragm due to its structure, it is possible to detect the acceleration in only one direction. Can not.

【0005】一方、たとえばビデオカメラの手ぶれ防止
装置などにおいては、水平軸を中心として回転する加速
度とそれに直交する垂直軸を中心として回転する加速度
との2軸を中心として回転する2方向の加速度を検出す
る必要がある。
On the other hand, in a camera-shake preventing device for a video camera, for example, two-direction accelerations that rotate about two axes, that is, an acceleration that rotates about a horizontal axis and an acceleration that rotates about a vertical axis orthogonal to the horizontal axis, are used. Need to detect.

【0006】そのため、従来技術では、ビデオカメラの
手ぶれ防止装置などにおいて、2個の加速度センサを2
方向に配置して使用する必要があり、配置空間の増大や
部品点数の増大などの問題がある。
Therefore, in the prior art, two acceleration sensors are used in a camera shake prevention device for a video camera.
It is necessary to arrange and use in the direction, and there are problems such as an increase in arrangement space and an increase in the number of parts.

【0007】それゆえに、この発明の主たる目的は、2
軸を中心として回転する2方向の加速度を検出すること
ができる、加速度センサを提供することである。
Therefore, the main object of the present invention is to
An object of the present invention is to provide an acceleration sensor capable of detecting accelerations in two directions rotating about an axis.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】この発明は、重りと、第
1の軸上に設けられる2つの第1の結合部および第1の
軸に直交する第2の軸上に設けられる2つの第2の結合
部を介して重りに結合され、重りの周囲に配置される枠
体と、枠体において第2の結合部の近傍に設けられる第
1の圧電素子と、枠体において第1の結合部の近傍に設
けられる第2の圧電素子とを含む、加速度センサであ
る。
According to the present invention, there are provided a weight, two first coupling portions provided on a first shaft, and two first coupling portions provided on a second shaft orthogonal to the first shaft. A frame body that is coupled to the weight via the second coupling portion and is arranged around the weight, a first piezoelectric element provided near the second coupling portion in the frame body, and a first coupling in the frame body. And a second piezoelectric element provided in the vicinity of the section.

【0009】なお、この発明にかかる加速度センサおい
て、第1の軸を中心として回転する加速度に対応した信
号を検出するための第1の検出手段が第1の圧電素子に
接続され、第2の軸を中心として回転する加速度に対応
した信号を検出するための第2の検出手段が第2の圧電
素子に接続されてもよい。
In the acceleration sensor according to the present invention, the first detecting means for detecting a signal corresponding to the acceleration rotating about the first axis is connected to the first piezoelectric element, and the second detecting means is connected to the second piezoelectric element. A second detecting means for detecting a signal corresponding to the acceleration rotating about the axis may be connected to the second piezoelectric element.

【0010】[0010]

【作用】この発明にかかる加速度センサに第1の軸を中
心として回転する加速度が加わった場合、重りが2つの
第1の結合部を中心軸として回転する。そのため、枠体
において第2の結合部の近傍が、第1の圧電素子ととも
に変形する。したがって、第1の圧電素子には、第1の
軸を中心として回転する加速度に対応した信号が発生す
る。なお、第1の軸を中心として回転する加速度に対応
した信号は、たとえば上述の第1の検出手段によって検
出される。
When an acceleration that rotates about the first axis is applied to the acceleration sensor according to the present invention, the weight rotates about the two first coupling portions as the central axes. Therefore, the vicinity of the second coupling portion in the frame body is deformed together with the first piezoelectric element. Therefore, a signal corresponding to the acceleration that rotates about the first axis is generated in the first piezoelectric element. The signal corresponding to the acceleration that rotates about the first axis is detected by, for example, the above-described first detection unit.

【0011】また、この発明にかかる加速度センサに第
2の軸を中心として回転する加速度が加わった場合、重
りが2つの第2の結合部を中心軸として回転する。その
ため、枠体において第1の結合部の近傍が、第2の圧電
素子とともに変形する。したがって、第2の圧電素子に
は、第2の軸を中心として回転する加速度に対応した信
号が発生する。なお、第2の軸を中心として回転する加
速度に対応した信号は、たとえば上述の第2の検出手段
によって検出される。
Further, when an acceleration that rotates about the second axis is applied to the acceleration sensor according to the present invention, the weight rotates about the two second coupling portions as the central axes. Therefore, the vicinity of the first coupling portion in the frame body is deformed together with the second piezoelectric element. Therefore, a signal corresponding to the acceleration that rotates about the second axis is generated in the second piezoelectric element. The signal corresponding to the acceleration that rotates about the second axis is detected by, for example, the above-mentioned second detection means.

【0012】[0012]

【発明の効果】この発明によれば、第1の軸および第2
の軸を中心として回転する2方向の加速度を検出するこ
とができる、加速度センサが得られる。そのため、この
発明にかかる加速度センサでは、2個の加速度センサを
使用することなく、たとえばビデオカメラの手ぶれ防止
装置などを構成することができる。
According to the present invention, the first shaft and the second shaft
An acceleration sensor that can detect accelerations in two directions rotating about the axis of is obtained. Therefore, in the acceleration sensor according to the present invention, it is possible to configure, for example, an image stabilization device for a video camera without using two acceleration sensors.

【0013】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。
The above-mentioned objects, other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the embodiments with reference to the drawings.

【0014】[0014]

【実施例】図1はこの発明の一実施例を示す斜視図であ
り、図2は図1に示す実施例に用いられる発振回路、第
1の検出回路および第2の検出回路を示すブロック図で
ある。加速度センサ10は振動子12を含み、振動子1
2はその中央に重り14を有する。重り14は、たとえ
ば縦5mm、横5mm、厚さ0.2mmの正方形板状に
形成される。
1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an oscillator circuit, a first detecting circuit and a second detecting circuit used in the embodiment shown in FIG. Is. The acceleration sensor 10 includes a vibrator 12, and the vibrator 1
2 has a weight 14 in its center. The weight 14 is formed in a square plate shape having a length of 5 mm, a width of 5 mm, and a thickness of 0.2 mm, for example.

【0015】重り14の4辺の各中央部分は、4つの結
合部16a〜16dを介して、たとえば4角形状の枠体
18の4つの振動板20a〜20dの各中央部分に結合
される。この場合、2つの結合部16bおよび16d
は、第1の結合部として、重り14の中心を通る第1の
軸(水平軸X)上に配置される。また、2つの結合部1
6aおよび16cは、第2の結合部として、重り14の
中心を通り第1の軸(水平軸)に直交する第2の軸(垂
直軸Y)上に配置される。それによって、重り14は、
枠体18の内側に配置される。なお、結合部16a〜1
6dは、それぞれ、たとえば長さ1mm、幅0.2m
m、厚さ0.2mmに細長く形成される。また、枠体1
8は、たとえば、内側が1辺が7mmの正方形状に形成
され、外側が1辺が9mmの正方形状に形成され、厚さ
が0.2mmに形成される。
The central portions of the four sides of the weight 14 are coupled to the central portions of the four diaphragms 20a to 20d of, for example, the rectangular frame 18 via the four coupling portions 16a to 16d. In this case, the two coupling parts 16b and 16d
Are arranged on the first axis (horizontal axis X) that passes through the center of the weight 14 as the first coupling portion. Also, the two joints 1
6a and 16c are arranged as a second coupling portion on a second axis (vertical axis Y) that passes through the center of the weight 14 and is orthogonal to the first axis (horizontal axis). Thereby, the weight 14 is
It is arranged inside the frame body 18. In addition, the coupling portions 16a to 1
6d has a length of 1 mm and a width of 0.2 m, respectively.
m, and the thickness is 0.2 mm. Frame 1
For example, 8 has a square shape with one side of 7 mm on one side, a square shape with one side of 9 mm on the outer side, and has a thickness of 0.2 mm.

【0016】枠体18の4隅には、4つの支持部22a
〜22dが、振動板20a〜20dの主面に直交する方
向に延びるように形成される。なお、支持部22a〜2
2dは、それぞれ、たとえば長さ4mm、幅0.5m
m、厚さ0.2mmに形成される。これらの支持部22
a〜22dは、たとえばガラス−エポキシ系のプリント
基板などの基板24に挿通され、基板24の主面の電極
にはんだ付けされる。それによって、枠体18などが基
板24に取り付けられる。
At the four corners of the frame 18, four support portions 22a are provided.
22d are formed to extend in a direction orthogonal to the main surfaces of the diaphragms 20a to 20d. In addition, the support portions 22a to 2
2d is, for example, 4 mm long and 0.5 m wide
m and the thickness is 0.2 mm. These support portions 22
The a to 22d are inserted into a board 24 such as a glass-epoxy printed board and soldered to electrodes on the main surface of the board 24. Thereby, the frame body 18 and the like are attached to the substrate 24.

【0017】なお、重り14、結合部16a〜16d、
枠体18(振動板20a〜20d)および支持部22a
〜22dは、たとえば、Fe−Ni合金(42Ni)か
らなる厚さ0.2mmの板材をホトリソグラフィによる
エッチングおよび曲げ加工によって一体的に形成され
る。このエッチングには、たとえば、ポリビニルアルコ
ール系のレジストや塩化第2鉄からなるエッチング液が
用いられる。
The weight 14, the connecting portions 16a to 16d,
Frame 18 (vibration plates 20a to 20d) and supporting portion 22a
22d are integrally formed by, for example, etching and bending by photolithography a plate material having a thickness of 0.2 mm and made of a Fe—Ni alloy (42Ni). For this etching, for example, a polyvinyl alcohol-based resist or an etching solution containing ferric chloride is used.

【0018】枠体18の1つの振動板20aには、その
一方主面に2つの圧電素子26a1および26a2が長
手方向に間隔を隔ててたとえばエポキシ樹脂などの接着
剤で接着され、その他方主面に2つの圧電素子26a3
および26a4が長手方向に間隔を隔ててたとえばエポ
キシ樹脂などの接着剤で接着される。同様に、振動板2
0bの両主面には4つの圧電素子26b1〜26b4が
接着され、振動板20cの両主面には4つの圧電素子2
6c1〜26c4が接着され、振動板20dの両主面に
は4つの圧電素子26d1〜26d4が接着される。な
お、各圧電素子は、たとえば、チタン酸ジルコン酸鉛を
主成分とするセラミックからなる圧電体層を含み、圧電
体層の両面にたとえばAgを焼結して電極がそれぞれ形
成され、長さ2mm、幅1mm、厚さ0.2mmに形成
される。また、振動板20a〜20dの一方主面に接着
される圧電素子26a1,26a2,26b1,26b
2,26c1,26c2,26d1,26d2の圧電体
層は、外側から内側(振動板側)に向かって分極され
る。さらに、振動板20a〜20dの他方主面に接着さ
れる圧電素子26a3,26a4,26b3,26b
4,26c3,26c4,26d3,26d4の圧電体
層は、内側(振動板側)から外側(基板側)に向かって
分極される。
On one vibration plate 20a of the frame 18, two piezoelectric elements 26a1 and 26a2 are adhered to one main surface at an interval in the longitudinal direction with an adhesive such as an epoxy resin, and the other main surface. Two piezoelectric elements 26a3
And 26a4 are adhered at intervals in the longitudinal direction with an adhesive such as an epoxy resin. Similarly, the diaphragm 2
The four piezoelectric elements 26b1 to 26b4 are bonded to both main surfaces of the diaphragm 0b, and the four piezoelectric elements 2 are attached to both main surfaces of the diaphragm 20c.
6c1 to 26c4 are bonded, and four piezoelectric elements 26d1 to 26d4 are bonded to both main surfaces of the diaphragm 20d. Each piezoelectric element includes, for example, a piezoelectric layer made of a ceramic containing lead zirconate titanate as a main component, and electrodes are formed by sintering Ag on both sides of the piezoelectric layer, and each electrode has a length of 2 mm. The width is 1 mm and the thickness is 0.2 mm. Further, the piezoelectric elements 26a1, 26a2, 26b1, 26b adhered to one main surface of the vibration plates 20a-20d.
The piezoelectric layers 2, 26c1, 26c2, 26d1, 26d2 are polarized from the outer side toward the inner side (diaphragm side). Further, the piezoelectric elements 26a3, 26a4, 26b3, 26b adhered to the other main surfaces of the vibration plates 20a to 20d.
The piezoelectric layers 4, 26c3, 26c4, 26d3, 26d4 are polarized from the inner side (diaphragm side) to the outer side (substrate side).

【0019】16個の圧電素子26a1〜26a4,2
6b1〜26b4,26c1〜26c4,26d1〜2
6d4の外側の電極には、16個の抵抗28a1〜28
a4,28b1〜28b4,28c1〜28c4,28
d1〜28d4の一端がそれぞれ接続される。16個の
抵抗の他端と枠体18(16個の圧電素子の内側の電
極)との間には、駆動手段としての発振回路30が接続
される。発振回路30は、枠体18を振動するための駆
動信号を発生するためのものであって、たとえば直列接
続される増幅回路32と位相補正回路34とで構成され
る。増幅回路32は、16個の圧電素子の内側の電極か
ら得られる信号を増幅するためのものである。また、位
相補正回路34は、増幅回路32から得られる駆動信号
の位相を補正し、その位相を補正した駆動信号を16個
の圧電素子の外側の電極に与えるためのものである。
16 piezoelectric elements 26a1 to 26a4, 2
6b1-26b4, 26c1-26c4, 26d1-2
There are 16 resistors 28a1 to 28a on the outer electrode of 6d4.
a4, 28b1 to 28b4, 28c1 to 28c4, 28
One end of each of d1 to 28d4 is connected. An oscillating circuit 30 as a driving unit is connected between the other ends of the 16 resistors and the frame 18 (electrodes inside the 16 piezoelectric elements). The oscillation circuit 30 is for generating a drive signal for vibrating the frame body 18, and is composed of, for example, an amplifier circuit 32 and a phase correction circuit 34 which are connected in series. The amplifier circuit 32 is for amplifying the signals obtained from the electrodes inside the 16 piezoelectric elements. The phase correction circuit 34 is for correcting the phase of the drive signal obtained from the amplifier circuit 32 and applying the drive signal with the corrected phase to the electrodes outside the 16 piezoelectric elements.

【0020】また、第1の圧電素子として用いられる圧
電素子26a1および26c2の外側の電極には、第1
の検出手段としての第1の検出回路40が接続される。
第1の検出回路40は、第1の圧電素子から第1の軸
(水平軸X)を中心として回転する加速度に対応した信
号を検出するためのものであって、たとえば第1の差動
回路42および第1の同期検波回路44で構成される。
第1の差動回路42の2つの入力端には、圧電素子26
a1および26c2の外側の電極がそれぞれ接続され
る。第1の差動回路42の出力端は、第1の同期検波回
路44の入力端に接続される。第1の同期検波回路44
の別の入力端には、増幅回路32の出力端が接続され
る。第1の同期検波回路44は、第1の差動回路42か
ら得られる信号を、発振回路30の増幅回路32から出
力される駆動信号に同期して検波するためのものであ
る。
The electrodes outside the piezoelectric elements 26a1 and 26c2 used as the first piezoelectric elements have the first
The first detection circuit 40 as a detection means of is connected.
The first detection circuit 40 is for detecting a signal corresponding to the acceleration that rotates about the first axis (horizontal axis X) from the first piezoelectric element, and is, for example, the first differential circuit. 42 and a first synchronous detection circuit 44.
The piezoelectric element 26 is connected to the two input terminals of the first differential circuit 42.
The electrodes outside a1 and 26c2 are connected to each other. The output terminal of the first differential circuit 42 is connected to the input terminal of the first synchronous detection circuit 44. First synchronous detection circuit 44
The output end of the amplifier circuit 32 is connected to the other input end of the. The first synchronous detection circuit 44 is for detecting the signal obtained from the first differential circuit 42 in synchronization with the drive signal output from the amplification circuit 32 of the oscillation circuit 30.

【0021】さらに、第2の圧電素子として用いられる
圧電素子26b1および26d2の外側の電極には、第
2の検出手段としての第2の検出回路50が接続され
る。第2の検出回路50は、第2の圧電素子から第2の
軸(垂直軸Y)を中心として回転する加速度に対応した
信号を検出するためのものであって、たとえば第2の差
動回路52および第2の同期検波回路54で構成され
る。第2の差動回路52の2つの入力端には、圧電素子
26b1および26d2の外側の電極がそれぞれ接続さ
れる。第2の差動回路52の出力端は、第2の同期検波
回路54の入力端に接続される。第2の同期検波回路5
4の別の入力端には、増幅回路32の出力端が接続され
る。第2の同期検波回路54は、第2の差動回路52か
ら得られる信号を、発振回路30の増幅回路32から出
力される駆動信号に同期して検波するためのものであ
る。
Further, a second detection circuit 50 as second detection means is connected to the electrodes outside the piezoelectric elements 26b1 and 26d2 used as the second piezoelectric element. The second detection circuit 50 is for detecting a signal corresponding to the acceleration that rotates about the second axis (vertical axis Y) from the second piezoelectric element, and is, for example, the second differential circuit. 52 and a second synchronous detection circuit 54. Electrodes on the outside of the piezoelectric elements 26b1 and 26d2 are connected to the two input ends of the second differential circuit 52, respectively. The output terminal of the second differential circuit 52 is connected to the input terminal of the second synchronous detection circuit 54. Second synchronous detection circuit 5
The output terminal of the amplifier circuit 32 is connected to the other input terminal of 4. The second synchronous detection circuit 54 is for detecting the signal obtained from the second differential circuit 52 in synchronization with the drive signal output from the amplification circuit 32 of the oscillation circuit 30.

【0022】この実施例では、発振回路30の出力信号
が、16個の抵抗28a1〜28a4,28b1〜28
b4,28c1〜28c4,28d1〜28d4を介し
て、16個の圧電素子26a1〜26a4,26b1〜
26b4,26c1〜26c4,26d1〜26d4の
外側の電極に与えられる。そして、16個の圧電素子の
内側の電極から得られる信号が、枠体18を介して発振
回路30にフィードバックされる。それによって、振動
子12は自励振駆動により振動する。この場合、振動板
20a〜20dの一方主面側の8個の圧電素子26a
1,26a2,26b1,26b2,26c1,26c
2,26d1,26d2が伸びている場合には、振動板
20a〜20dの他方主面側の8個の圧電素子26a
3,26a4,26b3,26b4,26c3,26c
4,26d3,26d4が縮み、図3に示すように、振
動板20a〜20dの各中央部分が外側に変形するとと
もに重り14の中央部分が内側に変形する。逆に、振動
板20a〜20dの一方主面側の8個の圧電素子26a
1,26a2,26b1,26b2,26c1,26c
2,26d1,26d2が縮んでいる場合には、振動板
20a〜20dの他方主面側の8個の圧電素子26a
3,26a4,26b3,26b4,26c3,26c
4,26d3,26d4が伸び、振動板20a〜20d
の各中央部分が内側に変形するとともに重り14の中央
部分が外側に変形する。このような振動によって、枠体
18に慣性が与えられる。
In this embodiment, the output signal of the oscillation circuit 30 is 16 resistors 28a1 to 28a4 and 28b1 to 28.
16 piezoelectric elements 26a1 to 26a4, 26b1 through b4, 28c1 to 28c4, 28d1 to 28d4
26b4, 26c1 to 26c4, 26d1 to 26d4. Then, the signals obtained from the electrodes inside the 16 piezoelectric elements are fed back to the oscillation circuit 30 via the frame 18. As a result, the vibrator 12 vibrates by self-exciting drive. In this case, the eight piezoelectric elements 26a on the one main surface side of the vibration plates 20a to 20d
1,26a2,26b1,26b2,26c1,26c
When 2, 26d1 and 26d2 extend, the eight piezoelectric elements 26a on the other main surface side of the vibration plates 20a to 20d.
3,26a4,26b3,26b4,26c3,26c
4, 26d3, 26d4 contract, and as shown in FIG. 3, the central portions of the diaphragms 20a to 20d are deformed outward and the central portion of the weight 14 is deformed inward. On the contrary, the eight piezoelectric elements 26a on the one main surface side of the vibration plates 20a to 20d
1,26a2,26b1,26b2,26c1,26c
When 2, 26d1 and 26d2 are contracted, the eight piezoelectric elements 26a on the other main surface side of the vibration plates 20a to 20d.
3,26a4,26b3,26b4,26c3,26c
4, 26d3, 26d4 extend and the vibration plates 20a to 20d
The respective central portions of the weight 14 are deformed inward, and the central portion of the weight 14 is deformed outward. Due to such vibration, inertia is applied to the frame body 18.

【0023】また、この実施例では、第1の軸(水平軸
X)を中心として回転する加速度が加わった場合、重り
14が2つの結合部16bおよび16dを中心軸として
回転し、たとえば図4に示すように、振動板20aの中
央部分および振動板20cの中央部分が内側および外側
に互いに逆に変形する。そのため、圧電素子26a1お
よび26c2が互いに逆に変形し、圧電素子26a1お
よび26c2には、加速度の大きさに応じた互いに逆相
の信号が発生する。
Further, in this embodiment, when the acceleration that rotates about the first axis (horizontal axis X) is applied, the weight 14 rotates about the two coupling portions 16b and 16d as the central axes, and, for example, as shown in FIG. As shown in, the central portion of the diaphragm 20a and the central portion of the diaphragm 20c are deformed inward and outward, respectively. Therefore, the piezoelectric elements 26a1 and 26c2 are deformed in the opposite directions, and the piezoelectric elements 26a1 and 26c2 generate signals of opposite phases according to the magnitude of the acceleration.

【0024】そして、この実施例では、第1の差動回路
40によって圧電素子26a1および26c2に発生す
る信号の差が検出される。また、第1の差動回路40の
出力信号は、第1の同期検波回路42によって、駆動信
号に同期して検波される。そのため、第1の同期検波回
路42からは、第1の軸(水平軸X)を中心として回転
する加速度に対応した信号が得られる。
In this embodiment, the first differential circuit 40 detects the difference between the signals generated in the piezoelectric elements 26a1 and 26c2. The output signal of the first differential circuit 40 is detected by the first synchronous detection circuit 42 in synchronization with the drive signal. Therefore, from the first synchronous detection circuit 42, a signal corresponding to the acceleration rotating about the first axis (horizontal axis X) is obtained.

【0025】なお、圧電素子26a1および26c2に
与えられる駆動信号は同じであるため、駆動信号成分は
第1の差動回路40で相殺される。したがって、駆動信
号成分は、第1の差動回路40および第1の同期検波回
路42から出力されない。
Since the drive signals given to the piezoelectric elements 26a1 and 26c2 are the same, the drive signal components are canceled by the first differential circuit 40. Therefore, the drive signal component is not output from the first differential circuit 40 and the first synchronous detection circuit 42.

【0026】また、この実施例では、第2の軸(垂直軸
Y)を中心として回転する加速度が加わった場合、重り
14が2つの結合部16aおよび16cを中心軸として
回転し、たとえば図5に示すように、振動板20bの中
央部分および振動板20dの中央部分が外側および内側
に互いに逆に変形する。そのため、圧電素子26b1お
よび26d2が互いに逆に変形し、圧電素子26b1お
よび26d2には、加速度の大きさに応じた互いに逆相
の信号が発生する。
Further, in this embodiment, when the acceleration that rotates about the second axis (vertical axis Y) is applied, the weight 14 rotates about the two coupling portions 16a and 16c, and for example, as shown in FIG. As shown in, the central portion of the diaphragm 20b and the central portion of the diaphragm 20d are deformed outward and inward, respectively. Therefore, the piezoelectric elements 26b1 and 26d2 are deformed in the opposite directions, and the piezoelectric elements 26b1 and 26d2 generate signals having opposite phases according to the magnitude of the acceleration.

【0027】そして、この実施例では、第2の差動回路
50によって圧電素子26b1および26d2に発生す
る信号の差が検出される。また、第2の差動回路50の
出力信号は、第2の同期検波回路52によって、駆動信
号に同期して検波される。そのため、第2の同期検波回
路52からは、第2の軸(垂直軸Y)を中心として回転
する加速度に対応した信号が得られる。
In this embodiment, the second differential circuit 50 detects the difference between the signals generated in the piezoelectric elements 26b1 and 26d2. The output signal of the second differential circuit 50 is detected by the second synchronous detection circuit 52 in synchronization with the drive signal. Therefore, the second synchronous detection circuit 52 obtains a signal corresponding to the acceleration rotating about the second axis (vertical axis Y).

【0028】なお、圧電素子26b1および26d2に
与えられる駆動信号は同じであるため、駆動信号成分は
第2の差動回路50で相殺される。したがって、駆動信
号成分は、第2の差動回路50および第2の同期検波回
路52から出力されない。
Since the drive signals applied to the piezoelectric elements 26b1 and 26d2 are the same, the drive signal components are canceled by the second differential circuit 50. Therefore, the drive signal component is not output from the second differential circuit 50 and the second synchronous detection circuit 52.

【0029】また、この実施例では、厚み方向(軸Zの
方向)に加速度が加わった場合、たとえば図6に示すよ
うに、重り14が外側に突き出し、振動板20a〜20
dの各中央部分が外側に同相に変形する。そのため、圧
電素子26a1,26b2,26c1,26d2が同相
に変形し、圧電素子26a1,26b2,26c1,2
6d2には、同相の信号が発生する。したがって、圧電
素子26a1,26b2,26c1,26d2に発生し
た信号は、第1の差動回路40および第2の差動回路5
0で相殺され、第1の差動回路40および第2の差動回
路50から出力されない。
Further, in this embodiment, when acceleration is applied in the thickness direction (direction of the axis Z), the weight 14 projects outward as shown in FIG.
Each central portion of d is deformed outward in phase. Therefore, the piezoelectric elements 26a1, 26b2, 26c1, 26d2 are transformed into the same phase, and the piezoelectric elements 26a1, 26b2, 26c1, 2
An in-phase signal is generated at 6d2. Therefore, the signals generated in the piezoelectric elements 26a1, 26b2, 26c1, 26d2 are the same as those in the first differential circuit 40 and the second differential circuit 5.
They are canceled by 0 and are not output from the first differential circuit 40 and the second differential circuit 50.

【0030】したがって、この実施例では、第1の軸
(水平軸X)を中心として回転する加速度と第2の軸
(垂直軸Y)を中心として回転する加速度との2軸を中
心として回転する2方向の加速度を検出することができ
る。
Therefore, in this embodiment, the rotation about the first axis (horizontal axis X) and the acceleration about the second axis (vertical axis Y) rotate about two axes. It is possible to detect acceleration in two directions.

【0031】また、この実施例では、重り14、結合部
16a〜16dおよび枠体18が平板から形成されるた
め、全体の厚みが薄い。
Further, in this embodiment, since the weight 14, the connecting portions 16a to 16d and the frame 18 are formed of flat plates, the overall thickness is thin.

【0032】さらに、この実施例では、重り14、結合
部16a〜16dおよび枠体18をエッチングによって
高精度に形成できるため、量産性がよい。
Further, in this embodiment, the weight 14, the connecting portions 16a to 16d, and the frame 18 can be formed with high precision by etching, so that mass productivity is good.

【0033】また、この実施例では、振動子12のノー
ド点が枠体18の4隅にくるため、振動子12の振動を
ほとんど抑制することなく振動子12を支持しやすい。
Further, in this embodiment, since the node points of the vibrator 12 are located at the four corners of the frame 18, the vibrator 12 can be easily supported with almost no vibration of the vibrator 12.

【0034】なお、上述の実施例では、重り14および
枠体18などの材料としてFe−Ni合金が用いられて
いるが、恒弾性鋼やインバーなどの他の材料が用いられ
てもよい。
In the above-mentioned embodiment, the Fe-Ni alloy is used as the material for the weight 14 and the frame 18, but other materials such as constant elasticity steel and Invar may be used.

【0035】重り14は、その役割からたとえば枠体1
8などの他の部材より厚く形成されてもよい。また、重
り14は、正方形板状に限らず、長方形板状、円板状、
ブロック状、球状などの他の形状に形成されてもよい。
From the role of the weight 14, the weight 14 is, for example,
It may be formed thicker than other members such as 8. Further, the weight 14 is not limited to a square plate shape, but a rectangular plate shape, a disk shape,
It may be formed in another shape such as a block shape or a spherical shape.

【0036】枠体18は、感度を考慮すれば薄く形成さ
れるほうがよく、強度を考慮すれば厚く形成されるほう
がよく、感度および強度の両者を考慮すればたとえば
0.1mm〜1mmの厚さに形成されるのが望ましい。
また、枠体18は、縮退の影響を避けるなどの事情から
4角形状に限らずたとえば円形状や8角形状などの他の
形状に形成されてもよい。さらに、枠体18は、第1の
軸(水平軸X)の方向の加速度や第2の軸(垂直軸Y)
の方向の加速度による影響を避けるために、その幅(各
振動板20a〜20dの幅)をその厚さより十分に広く
することが望ましい。
The frame 18 is preferably made thin in consideration of sensitivity and is preferably made thick in consideration of strength. For example, the frame 18 has a thickness of 0.1 mm to 1 mm in consideration of both sensitivity and strength. It is desirable to be formed.
Further, the frame body 18 is not limited to the quadrangular shape in order to avoid the influence of degeneracy, and may be formed in other shapes such as a circular shape and an octagonal shape. Further, the frame body 18 has an acceleration in the direction of the first axis (horizontal axis X) and a second axis (vertical axis Y).
In order to avoid the influence of the acceleration in the direction of, the width (width of each of the vibration plates 20a to 20d) is preferably sufficiently wider than the thickness.

【0037】枠体18を基板24に取り付けるために
は、支持部22a〜22dを用いる代わりに、たとえば
合成樹脂やゴムなどの緩衝材が枠体18と基板24との
間に介在され、枠体18と緩衝材と基板24とがたとえ
ばねじ止め、はんだ接合、銀ろう付け、接着剤、両面接
着性テープなどで接続されてもよい。
In order to attach the frame 18 to the substrate 24, instead of using the support portions 22a to 22d, a cushioning material such as synthetic resin or rubber is interposed between the frame 18 and the substrate 24, and The 18 and the cushioning material and the substrate 24 may be connected by, for example, screwing, soldering, silver brazing, adhesive, double-sided adhesive tape, or the like.

【0038】基板24としては、ガラス−エポキシ系の
プリント基板以外に、アルミナなどからなるセラミック
基板やガラス基板なども使用できる。
As the substrate 24, a ceramic substrate made of alumina or the like or a glass substrate can be used in addition to the glass-epoxy type printed substrate.

【0039】なお、基板24を他の部材に接合するため
には、たとえば合成樹脂やゴムなどの緩衝材が基板24
と他の部材との間に介在され、基板24と緩衝材と他の
部材とがたとえばねじ止め、はんだ接合、銀ろう付け、
接着剤、両面接着性テープなどで接合されてもよい。
In order to bond the substrate 24 to other members, a buffer material such as synthetic resin or rubber is used for the substrate 24.
And other members, the substrate 24, the cushioning material, and the other members are, for example, screwed, soldered, silver brazed,
It may be joined with an adhesive, a double-sided adhesive tape, or the like.

【0040】また、上述の実施例では振動板20a〜2
0dが屈曲振動するが、この発明では、振動板20a〜
20dを他のモードで振動させてもよく、あるいは、発
振回路およびそれに関連する抵抗や圧電素子を除去する
ことによって振動板20a〜20dを振動させなくても
よい。
Further, in the above-described embodiment, the vibration plates 20a-2
Although 0d flexurally vibrates, in the present invention, the diaphragm 20a.
20d may be vibrated in other modes, or the diaphragms 20a-20d may not be vibrated by removing the oscillator circuit and its associated resistors and piezoelectric elements.

【0041】さらに、圧電素子の圧電体層の分極方向
は、駆動手段、第1の検出手段および第2の検出手段の
位相に対応して変更されてもよい。たとえば、すべての
圧電素子の圧電板層の分極方向が、上述の実施例の逆に
されてもよい。
Further, the polarization direction of the piezoelectric layer of the piezoelectric element may be changed according to the phases of the driving means, the first detecting means and the second detecting means. For example, the polarization directions of the piezoelectric plate layers of all the piezoelectric elements may be reversed from the above-mentioned embodiment.

【0042】また、第1の軸(水平軸X)を中心として
回転する加速度に対応した信号を得るためには、上述の
実施例では2つの圧電素子26a1および26c2に発
生する信号の差が検出されているが、たとえば2つの圧
電素子26a1および26c4に発生する信号の和が検
出されてもよい。同様に、第2の軸(垂直軸Y)を中心
として回転する加速度に対応した信号を得るためには、
上述の実施例では2つの圧電素子26b1および26d
2に発生する信号の差が検出されているが、たとえば2
つの圧電素子26b1および26d4に発生する信号の
和が検出されてもよい。
Further, in order to obtain a signal corresponding to the acceleration rotating about the first axis (horizontal axis X), the difference between the signals generated in the two piezoelectric elements 26a1 and 26c2 is detected in the above-mentioned embodiment. However, the sum of the signals generated in the two piezoelectric elements 26a1 and 26c4 may be detected, for example. Similarly, in order to obtain a signal corresponding to the acceleration that rotates about the second axis (vertical axis Y),
In the embodiment described above, two piezoelectric elements 26b1 and 26d
The difference between the signals generated in 2 is detected.
The sum of the signals generated by the two piezoelectric elements 26b1 and 26d4 may be detected.

【0043】さらに、上述の実施例では枠体18の各振
動板20a〜20dに4つずつの圧電素子が形成されて
いるが、振動板20a〜20dの各中央部分に1つずつ
の圧電素子が形成されてもよい。このように、枠体18
に形成される圧電素子の数や位置は、任意に変更されて
もよい。
Further, in the above-described embodiment, four piezoelectric elements are formed on each of the vibrating plates 20a to 20d of the frame body 18, but one piezoelectric element is formed on each central portion of the vibrating plates 20a to 20d. May be formed. In this way, the frame 18
The number and the position of the piezoelectric elements formed in the above may be arbitrarily changed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の一実施例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す実施例に用いられる発振回路、第1
の検出回路および第2の検出回路を示すブロック図であ
る。
FIG. 2 is a first oscillation circuit used in the embodiment shown in FIG.
3 is a block diagram showing the detection circuit and the second detection circuit of FIG.

【図3】図1に示す実施例の振動子の振動状態を示す図
解図である。
FIG. 3 is an illustrative view showing a vibration state of a vibrator of the example shown in FIG.

【図4】図1に示す実施例において、第1の軸(水平軸
X)を中心として回転する加速度が加わったときの振動
子の変形状態を示す図解図である。
FIG. 4 is an illustrative view showing a deformed state of a vibrator when an acceleration that rotates about a first axis (horizontal axis X) is applied in the embodiment shown in FIG.

【図5】図1に示す実施例において、第2の軸(垂直軸
Y)を中心として回転する加速度が加わったときの振動
子の変形状態を示す図解図である。
FIG. 5 is an illustrative view showing a deformed state of the vibrator when an acceleration that rotates about a second axis (vertical axis Y) is applied in the embodiment shown in FIG. 1;

【図6】図1に示す実施例において、厚み方向(軸Zの
方向)に加速度が加わったときの変形状態を示す図解図
である。
FIG. 6 is an illustrative view showing a deformed state when acceleration is applied in the thickness direction (direction of axis Z) in the embodiment shown in FIG. 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 加速度センサ 12 振動子 14 重り 16a〜16d 結合部 18 枠体 20a〜20d 振動板 22a〜22d 支持部 24 基板 26a1〜26a4 圧電素子 26b1〜26b4 圧電素子 26c1〜26c4 圧電素子 26d1〜26d4 圧電素子 28a1〜28a4 抵抗 28b1〜28b4 抵抗 28c1〜28c4 抵抗 28d1〜28d4 抵抗 30 発振回路 32 増幅回路 34 位相補正回路 40 第1の検出回路 42 第1の差動回路 44 第1の同期検波回路 50 第2の検出回路 52 第2の差動回路 54 第2の同期検波回路 10 Accelerometer 12 Vibrator 14 Weight 16a-16d Coupling part 18 Frame 20a-20d Vibration plate 22a-22d Support part 24 Substrate 26a1-26a4 Piezoelectric element 26b1-26b4 Piezoelectric element 26c1-26c4 Piezoelectric element 26d1-26d4 Piezoelectric element 28a1- 28a4 resistance 28b1 to 28b4 resistance 28c1 to 28c4 resistance 28d1 to 28d4 resistance 30 oscillation circuit 32 amplification circuit 34 phase correction circuit 40 first detection circuit 42 first differential circuit 44 first synchronous detection circuit 50 second detection circuit 52 Second Differential Circuit 54 Second Synchronous Detection Circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重りと、 第1の軸上に設けられる2つの第1の結合部および前記
第1の軸に直交する第2の軸上に設けられる2つの第2
の結合部を介して前記重りに結合され、前記重りの周囲
に配置される枠体と、 前記枠体において前記第2の結合部の近傍に設けられる
第1の圧電素子と、 前記枠体において前記第1の結合部の近傍に設けられる
第2の圧電素子とを含む、加速度センサ。
1. A weight, two first coupling portions provided on a first axis, and two second coupling portions provided on a second axis orthogonal to the first axis.
A frame body that is coupled to the weight via a coupling portion of the frame body and is disposed around the weight body; a first piezoelectric element provided in the frame body in the vicinity of the second coupling portion; An acceleration sensor, comprising: a second piezoelectric element provided near the first coupling portion.
【請求項2】 前記第1の圧電素子に接続され、前記第
1の軸を中心として回転する加速度に対応した信号を検
出するための第1の検出手段と、 前記第2の圧電素子に接続され、前記第2の軸を中心と
して回転する加速度に対応した信号を検出するための第
2の検出手段とを含む、請求項1に記載の加速度セン
サ。
2. A first detecting means connected to the first piezoelectric element, for detecting a signal corresponding to an acceleration rotating about the first axis, and connected to the second piezoelectric element. The acceleration sensor according to claim 1, further comprising: second detection means for detecting a signal corresponding to an acceleration that rotates about the second axis.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009002907A (en) * 2007-06-25 2009-01-08 Sumida Corporation Piezoelectric fall sensor, and method for detecting fall using the piezoelectric fall sensor
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JP4633982B2 (en) * 1999-06-22 2011-02-16 旭化成株式会社 Acceleration sensor
JP2013501941A (en) * 2009-08-13 2013-01-17 メギット (サン ファン キャピストラーノ) インコーポレイテッド Proof mass for maximized bi-directional symmetric damping in high G range acceleration sensors

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