JPH0954112A - 加速度センサ装置 - Google Patents

加速度センサ装置

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JPH0954112A
JPH0954112A JP7227535A JP22753595A JPH0954112A JP H0954112 A JPH0954112 A JP H0954112A JP 7227535 A JP7227535 A JP 7227535A JP 22753595 A JP22753595 A JP 22753595A JP H0954112 A JPH0954112 A JP H0954112A
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JP
Japan
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electric conversion
strain
acceleration
acceleration sensor
directions
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Application number
JP7227535A
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English (en)
Inventor
Koji Fukuhisa
孝治 福久
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Hokuriku Electric Industry Co Ltd
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Publication date
Application filed by Hokuriku Electric Industry Co Ltd filed Critical Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Priority to JP7227535A priority Critical patent/JPH0954112A/ja
Publication of JPH0954112A publication Critical patent/JPH0954112A/ja
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

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  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で形状が単純であり、感度が高く、高周
波数の加速度変化も検知可能にする。 【構成】 加速度を受けることにより歪みを生じる円板
状の歪み検知部材10と、この歪み検知部材10の歪み
の最大応力発生部周辺の表裏等に各々4方向に独立して
設けられた4対の電気変換部21a〜24bと、この電
気変換部21a〜24bからの信号のうちこの歪み部材
10の表面と平行な方向の2方向に沿って各電気変換部
21a〜24bの信号を、その各方向毎に差動増幅する
増幅器26と、4対の電気変換部21a〜24bからの
信号を加算して増幅する増幅器28とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、加速度により生
じる歪みを電気的に検知して、その加速度を電気信号に
変換して出力する加速度センサ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば圧電型の加速度センサ装置
としては、図6〜図10に示すものが知られている。こ
の加速度センサは、円板状の圧電セラミックス板10の
表裏面に互いに対称に、図9に示すような電極12が設
けられているものである。この圧電セラミックス板10
は、ガラス基板等の起歪体14に貼り付け固定され、こ
の起歪体14の周縁部端は、固定の枠体16等に固着さ
れている。また起歪体14の裏面中央部には、重り18
が同心的に固定されている。
【0003】この加速度センサの検知方法は、水平方向
の加速度に対しては、図7に示すように、圧電セラミッ
クス板10がS字状に歪み、その歪みによる、圧電セラ
ミックス板10の表面の引張又は圧縮状態により、圧電
セラミックス板表面に電荷が発生し、その電荷を各電極
12により電位として検知するものである。図7の電位
を検知する電極12は、図9において、水平方向のY軸
方向とすると、左上方から右下の電極までの4枚の電極
12が、+−+−の電位となる。この電位は表裏で逆と
なり、これを、図10に示すような増幅器20により増
幅し、Y方向成分の電位を加速度の値として検知する。
X軸方向の加速度も、同様に検知する。又、XY軸方向
と垂直方向の加速度に対しては、図8に示すように、圧
電セラミクス10が、内側と外側で電位が+−逆にな
り、図9に示すZ軸方向の加速度検出用の電極が、Z軸
方向の加速度の大きさとその正負を検知し出力する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の加速度セン
サ装置は、XYZの3軸方向の加速度を各々独立した電
極で検知し、各電極用の配線を圧電セラミックス板表面
に形成しなければならず、配線が複雑になるとともに、
歪みによる電荷を確保する個々の電極面積も小さくなっ
てしまうものである。しかも、圧電セラミックス板10
の最大応力発生部から外れた部分にも電極を形成しなけ
ればならず、検出精度及び感度も悪く、これを上げよう
とすると比較的大きな形状となってしまうものであっ
た。さらに、検知する共振周波数を上げようとすると、
圧電セラミックス板の剛性を高めなければならず、剛性
を高めると歪みが小さくなり検出感度が落ちてしまうと
いう相反する問題があった。
【0005】この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑
みて成されたもので、形状が単純であり、感度が高く、
高周波数の加速度変化も検知可能であり、小型化も容易
な加速度センサ装置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】この発明は、加速度を受
けることにより歪みを生じる円板状の歪み検知部材と、
この歪み検知部材の歪みの最大応力発生部周辺の表裏等
に各々4方向に独立して設けられた4対の電極等の電気
変換部と、この電気変換部からの信号のうちこの歪み部
材の表面と平行な方向の2方向に沿って各電気変換部の
信号を、その各方向毎に差動増幅する増幅器と、上記4
対の電気変換部からの信号を加算して増幅する増幅器と
設けた加速度センサ装置。上記歪み検知部材は、圧電セ
ラミックス板、静電容量の変化を検知する静電容量型力
センサ、又は半導体基板表面に、4方向の拡散抵抗を形
成した半導体力センサである。上記電気変換部は、電極
や、半導体上の拡散抵抗である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図1〜図5に基づいて説明する。この実施形態の加
速度センサ装置は、図1に示すように、歪み検知部材で
ある円状の圧電セラミックス板10の表裏面に互いに対
称に、図2に示すような4分の1円弧状の電気変換部で
ある電極21a,22a,23a,24a,21b,2
2b,23b,24bが設けられているものである。圧
電セラミックス板10は、ガラス基板等の起歪体14に
貼り付け固定され、この起歪体14の周縁部は、固定の
枠体16等に固着されている。また起歪体14の裏面中
央部には、重り18が同心的に固定されている。
【0008】この加速度センサ装置は、水平方向の加速
度に対しては、従来と同様に、図7に示すように、圧電
セラミックス板10がS字状に歪み、その歪みによる、
圧電セラミックス板10の表面の引張又は圧縮状態によ
り、圧電セラミックス板10の表面に電荷が発生し、こ
の電荷を各電極により検出する。ここで、この電位があ
らわれる位置は、図3に示すように、重り18の外側か
ら半径方向にDの位置までが最も感度が良い位置であ
り、この部分が最大応力を発生している部分である。従
って、各電極21a,22a,23a,24a,21
b,22b,23b,24bを同心状に各々独立させ
て、図2に示すように、中心から半径方向に距離Rから
Dまでの範囲に各電極21a,22a,23a,24
a,21b,22b,23b,24bを設けたものであ
る。ここで、距離Rまでは、重り18が固定されている
ので、歪みが生じないものである。
【0009】この加速度センサ装置の検知方法は、水平
方向の加速度に対しては、従来と同様に、図7に示すよ
うに、水平方向に加速度が作用するとそれによる慣性力
Fが重り18に作用し、圧電セラミックス板10がS字
状に歪む。ここでは、図7の状態がX軸方向の歪みであ
るとすると、圧電セラミックス板10の電極23a側に
電荷が生じて−となり、その裏面の電極23bが+とな
る。また、この圧電セラミックス板10の180°反対
側の電極21a部分は引張側となり、その裏面が圧縮部
分となって電極21b側に電荷が生じ、電極21aが
+、電極21bが−となる。そして、この電極21b,
23aを差動アンプ26の反転入力端子に接続し、電極
21a,23bを差動アンプ26の非反転入力端子に接
続する。これにより、X軸方向の歪みによる電位がその
加速度に比例して得られ、差動アンプ26から増幅率A
で出力(X+−X-)Aが得られる。X軸方向と同じ平面
内で直交するY軸方向の加速度も、同様に検出される。
【0010】また、XY軸方向と直角のZ軸方向の加速
度は、上記と同様に、加速度Gにより慣性力Fが作用
し、圧電セラミックス板10が図8に示すように撓む。
これにより、電極21b,23b側に電荷が発生し、電
極21a,23aが+側となる。このZ軸方向の力の検
出は、図5に示す差動アンプ28により電極21a,2
2a,23a,24aの和をとって、所定の増幅率で増
幅して出力する。
【0011】この実施形態の加速度センサ装置は、電極
21b,22b,23b,24bが、重り18の側近か
ら図3に示すように、出力が急減する範囲までの、効率
の良い部分に広く形成され、検知感度が良好であり、し
かも電極数が少なく、配線パターンも少なくて良く、構
造も簡単なものである。さらに、全体の剛性を高めて共
振周波数を高いものにしても、高感度で検出が可能であ
る。また電極数が少ないので、浮遊容量が少なく、信号
漏洩等によるS/N比の悪化も防止することができ、圧
電セラミックスを利用したものの場合、従来の技術の場
合、圧電セラミックス板を2回以上分極処理しなければ
ならず、製造鋼のかかるものであったが、この実施の形
態に示すものの場合、1回の分極処理でセンサ部分とな
る圧電セラミックスを製造することができる。
【0012】尚、この発明の加速度センサ装置の上記歪
み検知部材は、圧電セラミックス板のみならず、半導体
のダイヤフラムにブリッジ状に4方向の拡散抵抗を形成
して、この半導体ダイヤフラムの加速度による歪みを、
加速度の変動として検知することができる。さらに、上
記歪み検知部材は、静電容量の変化を検知する容量セン
サであり、ダイアフラム表面に重りが固定され、上記ダ
イアフラムの裏面に4個の電気変換部である電極が取り
つけられ、この電極と対面する固定の4コの対抗電極が
設けられた加速度センサでも良い。
【0013】
【発明の効果】この発明の加速度センサ装置は、少ない
電極枚数で、高感度に加速度を検出することができ、増
幅回路も簡単なもので良く、周波数の高き加速度も高精
度に検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態の加速度センサの縦断面
図である。
【図2】この実施形態の加速度センサの平面図である。
【図3】この実施形態の加速度センサの平面図である。
【図4】この実施形態の加速度センサ装置のX、Y軸方
向の増幅回路を示す図である。
【図5】この実施形態の加速度センサ装置のZ軸方向の
増幅回路を示す図である。
【図6】従来の技術の加速度センサの縦断面図である。
【図7】加速度センサのXY軸方向の加速度の検出原理
を示す模式図である。
【図8】加速度センサのZ軸方向の加速度の検出原理を
示す模式図である。
【図9】従来の技術の加速度センサの平面図である。
【図10】従来の技術の加速度センサ装置の増幅回路を
示す図である。
【符号の説明】
10 圧電セラミックス板 12,21a,21b,22a,22b,23a,23
b,24a,24b電極 18 重り

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加速度を受けることにより歪みを生じる
    円板状の歪み検知部材と、この歪み検知部材の歪みの最
    大応力発生部周辺に各々4方向に独立して設けられた電
    気変換部と、この電気変換部からの信号のうちこの歪み
    検知部材の表面と平行な方向の2方向の各電気変換部の
    信号を、その各方向毎に差動増幅する第一、第二の増幅
    器を設けた加速度センサ装置。
  2. 【請求項2】 加速度を受けることにより歪みを生じる
    円板状の歪み検知部材と、この歪み検知部材の歪みの最
    大応力発生部周辺に各々4方向に独立して設けられた電
    気変換部と、この電気変換部からの信号のうちこの歪み
    検知部材の表面と平行な方向の2方向の各電気変換部の
    信号を、その各方向毎に差動増幅する第一、第二の増幅
    器と、上記電気変換部からの信号を加算して増幅し上記
    2方向と直交する方向の加速度の信号を得る第三の増幅
    器とを設けた加速度センサ装置。
  3. 【請求項3】 上記歪み検知部材は、圧電セラミックス
    板であり、この圧電セラミックス板の表裏に上記電気変
    換部である電極が4対形成され、この電極形成部分の直
    内側に、この圧電セラミックス板と一体の起歪体をはさ
    んで重りが設けられた請求項1又は2記載の加速度セン
    サ装置。
  4. 【請求項4】 上記歪み検知部材は、静電容量の変化を
    検知する容量センサであり、ダイアフラム表面に重りが
    固定され、上記ダイアフラムの裏面に4個の電気変換部
    である電極が取りつけられ、この電極と対面する固定の
    4コの対抗電極が設けられた請求項1又は2記載の加速
    度センサ装置。
  5. 【請求項5】 上記歪み検知部材は、半導体基板表面に
    ブリッジ状に4方向の拡散抵抗を形成したものである請
    求項1又は2記載の加速度センサ装置。
JP7227535A 1995-08-11 1995-08-11 加速度センサ装置 Pending JPH0954112A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013027736A1 (ja) * 2011-08-24 2013-02-28 日本電気株式会社 圧電振動センサ
JP2016090382A (ja) * 2014-11-05 2016-05-23 ヤマハ発動機株式会社 衝撃センサおよび部品実装装置
CN114624468A (zh) * 2022-05-17 2022-06-14 山东利恩斯智能科技有限公司 一种防水型六维振动传感器及其测量方法

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