JPH10122991A - 感圧感震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化および高性能化を図る。 【解決手段】 計測圧力面と大気圧力面を仕切る振動板
２の大気圧力面側にピエゾ抵抗３を設け、計測圧力面側
に圧力導入部５と振動検知体４を設けている。そして、
抵抗変化検出手段１２により圧力あるいは振動が印加さ
れて起こるピエゾ抵抗３の変化を検出し、さらに圧力検
出手段１３により圧力を検出し、振動検出手段１４によ
り振動加速度を検出している。これにより、小型で高性
能な感圧感震装置を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型・高性能化を
目的にした感圧感震装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の感圧感震装置は、特開平８
−６８７０７号公報に記載されているような構成が一般
的であった。即ち、ガスメータのコントロール基板に圧
力検出素子を収納する圧力センサ装着部と、振動検出素
子を収納する感震器収納部とをそれぞれ個別に設け、圧
力検出および振動検出装置としていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、圧力検出素子および振動検出素子を共に備
えているためそれぞれの容積が必要となり、したがって
全体の容積が大きくなるという課題を有していた。

【０００４】すなわち従来のものは、圧力検出素子とし
てはダイアフラム型の静電気容量タイプの素子が用いら
れ、振動検出素子としては密封された容器内に封入され
た鋼球が、振動により移動し電気接点を開閉するタイプ
の素子を用いられ、そしてこれら二種類の、検出原理が
異なる素子を用いた場合にはそれぞれに対し検出回路が
必要となり、処理回路が複雑化し、さらに容積も増大す
るという課題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、振動板に設けた歪み抵抗素子とこの歪み抵抗
素子の抵抗変化を検出し、同じ検出原理で圧力検出機能
と振動検出機能とを兼ね備えた抵抗変化検出手段を設け
ている。これにより、感圧感震装置の小型化を実現する
とともに、振動の大きさやその周期を正確に検出でき
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の感圧感震装置は計測圧力
面と大気圧力面を仕切る振動板と、前記振動板の計測圧
力面側に作用させる圧力を導入する圧力導入部と、前記
振動板の計測圧力面側に設けた振動検知体と、前記振動
板の大気圧力面側に設けた歪み抵抗素子と、前記歪み抵
抗素子の抵抗変化を検出する抵抗変化検出手段と、前記
抵抗変化検出手段の信号から圧力を検出する圧力検出手
段と、前記抵抗変化検出手段の信号から振動加速度を検
出する振動検出手段と、前記振動検出手段の信号から振
動か否かを判別する地震判別手段を有するものである。
この本発明によれば、圧力導入部の圧力が変化しても、
あるいは振動検知体が振動を検知しても、歪み抵抗素子
の抵抗が変化する。この歪み抵抗素子の抵抗変化から抵
抗変化検出手段、圧力検出手段、振動検出手段を用いる
ことにより圧力変化や、振動の大きさを検出することが
できる。さらに得られた結果をもとに地震判別手段によ
り地震か否かの判別もできる。

【０００７】また本発明の感圧感震装置は、抵抗変化検
出手段の検出信号の平均値より圧力を検出する圧力検出
手段と、前記抵抗変化検出手段の検出信号の変動成分よ
り振動加速度を検出する振動検出手段を有するものであ
る。そして、抵抗変化検出手段の同一の検出信号から圧
力変化と振動成分の情報が分離でき、圧力と振動加速度
が検出できる。

【０００８】また本発明の感圧感震装置は、第１の周期
で圧力検出手段により圧力を検出し、第２の周期で振動
検出手段により振動加速度を検出できるようにしてい
る。そして圧力検出の時間周期と振動検出の時間周期を
自由に設定でき、例えば比較的変化に時間のかかる圧力
の検出は長い時間周期、比較的短時間で変化する振動の
検出は短い時間周期とすることができる。この結果、最
適な検出時間周期がそれぞれ選択でき、消費電力を小さ
くでき、かつ正確な検出ができる。

【０００９】また本発明の感圧感震装置は、第１の特定
時間周期と第２の特定時間周期の関係を第１の特定時間
周期を第２の特定時間周期の整数倍とする。そして、第
１の特定時間周期と第２の特定時間周期は同期させるこ
とができ、例えば１つのクロックの信号数を数えること
により検出タイミングを選択することができ、回路が単
純化できる。

【００１０】また本発明の感圧感震装置は、第１の周期
と第２の特定時間周期を非同期とする。そして、圧力検
出の時間周期と振動検出の時間周期について最適な周期
が選択できるようになり、消費電力が小さくでき、かつ
正確な検出ができ安全となる。

【００１１】また本発明の感圧感震装置は、第１の特定
時間周期で電源オン、振動検出、圧力検出、電源オフの
順に検出を繰り返し行うようにしている。そして、振動
検出、圧力検出を行い安全を確保すると共に低消費電力
を図ることができる。

【００１２】また本発明の感圧感震装置は、振動検知体
を振動板の大気圧力面側に設けている。これにより、振
動検知体が直接ガスに接触することが無くなり使用でき
る材料が増え、安全性を確保しながらコスト削減ができ
る。

【００１３】また本発明の感圧感震装置は、振動板と振
動検知体と歪み抵抗素子を同一体で構成している。これ
により、振動板と歪み抵抗素子の接着工程を無くすこと
ができ、一層の小型化や信頼性および製造コストの削減
が可能となる。

【００１４】また本発明の感圧感震装置は、抵抗変化検
出手段と圧力検出手段と振動検出手段と振動判別手段を
一体構成としている。これにより、感圧感震装置の小型
化が図られ、取り扱い性が向上し、リード線で受信して
しまう雑音の低減が図られる。

【００１５】また本発明の感圧感震装置は、計測圧力面
と計測圧力空間との間に減圧手段を設けている。これに
より、非常に大きな圧力が加わる検出条件下でも歪み抵
抗素子が破壊されることなく正確に動作し圧力を検出す
ることができ、またガス漏れが防止でき安全性が向上で
きる。

【００１６】以下本発明の実施例について図を用いて説
明する。なお図中で同一符号を付しているものは同一の
ものであり、詳細な説明は省略する。

【００１７】（実施例１）図１は本発明の実施例１の感
圧感震装置の構成図である。また図２は感圧感震装置の
抵抗変化検出回路である。図１において、１は感圧感震
装置の感圧感震部の断面図を示す。２は計測圧力面と大
気圧力面を仕切るために設けた例えば直径１０ミリ、厚
さ０．１ミリの例えばＳＵＳのような金属やシリコンの
ような半導体やガラスのような絶縁体からなる薄い平板
で構成された振動板である。３は振動板２の大気圧面側
に例えばエポキシのような接着剤により接着された例え
ば直径８ミリ、厚さ０．０５ミリの圧電材料からなる歪
み抵抗素子であるピエゾ抵抗である。４は振動板２の測
定圧力面側に例えばエポキシ接着剤で接着した例えば直
径５ミリ、厚み２ミリのＳＵＳのような金属やシリコン
のような半導体やガラスのような絶縁体から成る振動検
知体である。５は振動板２に設けた圧力導入部であり、
例えばＳＵＳのような金属で形成されエポキシ接着剤等
で振動板２に接着されている。６は圧力導入部５に設け
た圧力導入孔である。７は振動板２の大気圧力面側を構
成するスペーサで、例えば厚さ０．５ミリ、高さ３ミリ
のＳＵＳのような金属で形成されエポキシ接着剤等で振
動板２に接着されている。８は振動板２とスペーサ７と
ともに大気圧力面側の空間を構成する平板で、例えば厚
さ１ミリのＳＵＳのような金属で形成した例えばエポキ
シ接着剤等でスペーサ７に接着されている。９は平板８
に設けた通気孔であり、振動板２には圧力導入孔６から
導入された圧力と９から通気される圧力との差圧が印加
される。なお、９を封じ基準圧力を封入すれば基準圧力
に対する相対圧力を検出できる。

【００１８】また１０、１１はピエゾ抵抗３に例えばハ
ンダ付けされたリード線である。１２はピエゾ抵抗３の
抵抗変化を検出する抵抗変化検出手段、１３は抵抗変化
検出手段１２の信号から圧力を検出する圧力検出手段、
１４は抵抗変化検出手段１２の信号から振動加速度を検
出する振動検出手段で、１５は振動検出手段１４の信号
から地震か否かを判別する地震判別手段である。

【００１９】図２において、１６は感圧感震部で、波線
１７で囲まれた抵抗検出部の回路図の一例である。１
８、１９、２０は基準抵抗、２１、２２、２３はオペア
ンプ、２４は定電流回路である。

【００２０】基準抵抗１８、１９、２０と感圧感震部１
６はブリッジ回路を構成しており、定電流回路部２４よ
り印加された定電流に対し基準抵抗１９、２０で基準電
圧をつくる。これに対し圧力あるいは振動が加わると感
圧感震部１６の抵抗値は変化する。このため基準抵抗１
８では基準電圧と異なる電圧を示す。オペアンプ２１で
基準電圧を増幅し、オペアンプ２２では感圧感震部１６
と基準抵抗１８側の電圧を増幅する。オペアンプ２１と
オペアンプ２２の出力電圧をオペアンプ２３で比較する
ことにより感圧感震部１６に加わった圧力あるいは振動
により変化した抵抗値を電圧に変換して出力する。

【００２１】圧力導入孔６から圧力が導入されると、振
動板２は印加された差圧に応じ変形し、この変形量に応
じてピエゾ抵抗３も変形し抵抗が変化する。また感圧感
震部１に振動が加えられると振動検知体４が上下左右に
振動し、振動板２は振動検知体４の振動に追従して振動
し変形する。この振動板２の変形に応じてピエゾ抵抗３
も変形し抵抗が変化する。

【００２２】圧力が印加された場合と振動が印加された
場合のピエゾ抵抗３の変形する速度を比較すると、圧力
が印加された場合は非常にゆっくり変形し、振動が印加
された場合は比較的早く変形する。この変形速度の違い
から抵抗変化検出手段１２の出力は、圧力が印加された
場合は低い周波数の信号となり、振動が印加された場合
は高い周波数の信号となる。そこで圧力検出手段１３で
は、抵抗変化検出手段１２の信号の平均値をとることに
より基準電圧との差から圧力が導出できる。

【００２３】また振動検出手段１４では、抵抗変化検出
手段１２の信号を例えばハイパスフィルタを用いて低周
波成分を除去し高周波成分のみを検出し、ピーク値や信
号周波数成分から振動加速度を検出する。地震判別手段
１５では、振動検出手段１４で検出された振動加速度や
時間に関する情報からあらかじめ記憶させておいた地震
情報と比較を行い地震か否かの判別する。

【００２４】（実施例２）図３は、本発明の実施例２の
感圧感震装置の動作のタイミングチャートを示す。感圧
感震装置は実施例１と同じ構成である。図において、２
５は圧力を検出する第１の周期である。２６は振動加速
度を検出する第２の特定時間周期である。

【００２５】感圧感震装置では図示していないクロック
のパルス数をカウントし、あらかじめ設定してあるパル
ス数に到達して初めて、振動検出手段１４あるいは圧力
検出手段１３を動作させるためのパルス信号を第２の周
期２６あるいは第１の周期２５のように送信する。この
パルス信号を受信した振動検出手段１４あるいは圧力検
出手段１３により振動加速度あるいは圧力が検出され
る。

【００２６】圧力変化は振動に比べ周波数が低いうえ突
然起こる可能性が少ない。そこで第２の周期２６に比べ
第１の周期２５は時間的周期が長く設定でき、圧力検出
を１回行う間に振動検出を１回以上行うことが可能とな
る。このため安全を十分確保しながら回路を少しでも休
ませることができるため、低消費電力化が可能となる。

【００２７】さらに第１の周期２５と第２の周期２６の
周期を同期させることにより、クロックが１個ですむた
め回路も小型化することが可能となる。

【００２８】なお、１回のパルス信号により圧力検出手
段１３や振動検出手段１４は圧力や振動加速度を１回検
出するだけでなく２回以上検出しても良い。また図４の
タイミングチャートのように第１の周期２７と第２の周
期２８の周期を非同期としても良い。

【００２９】（実施例３）図５は、本発明の実施例３の
感圧感震装置の動作のタイミングチャートを示す。感圧
感震装置は実施例１と同じ構成である。図において、２
９は第１の周期、３０は感圧感震装置の電源をオンにす
るパルス信号、３１、３２は振動検出手段１４を動作さ
せるパルス信号、３３は圧力検出手段１３を動作させる
パルス信号、３４は感圧感震装置の電源をオフにするパ
ルス信号である。

【００３０】実施例２では感圧感震装置の電源をオン・
オフするパルス信号は無かったが、本実施例では電源を
オン・オフするパルス信号の間に圧力検出手段１３と振
動検出手段１４を動作させるパルス信号を送信する。

【００３１】第１の周期２９において、最初のパルス信
号３０で感圧感震装置の電源をオンにする。電源がオン
になった後しばらくは回路が安定しないため低い周波数
の振動が基準電圧上に現れる。このため低い周波数で変
化する圧力はこの時間内に検出することは望ましくな
い。そこで電源をオンした後は、まずパルス信号３１で
振動検出手段１４を動作させる。振動検出を１回以上行
った後圧力検出手段１３をパルス信号３３で動作させ
る。圧力検出後パルス信号３４で感圧感震装置の電源を
オフにする。その後あらかじめ設定した時間後、再び感
圧感震装置の電源をオンして同様の検出を繰り返す。

【００３２】なお圧力を検出した後電源をオフするとし
たが、圧力検出後再び振動検出および圧力検出を行いそ
の後電源をオフしても良い。

【００３３】（実施例４）図６は本発明の実施例４の感
圧感震装置の感圧感震部の断面図である。図において、
３５はピエゾ抵抗で、３６は振動検知体であり、実施例
１で示した振動検知体４を振動板２の大気圧力面側に配
置されているピエゾ抵抗３５の平板側に設けている。そ
れ以外は、実施例１と同じ構成である。なお振動検知体
３６を大気圧力面側に設けているため、振動検知体３６
の厚みの分だけ圧力導入部の高さは低くし、反対にスペ
ーサ７は振動検知体３６の厚みの分だけ高さを高くして
いる。

【００３４】ピエゾ抵抗３５、振動検知体３６は実施例
１と同じ形状とし、ピエゾ抵抗３５が振動あるいは圧力
が加わった場合に歪み量が大きくなるように構成してい
る。振動検知体３６を大気圧力面側に構成したことによ
り、直接ガスに触れることが無いため使用できる材料の
種類が増え、安全性を確保しながらコストを削減でき
る。

【００３５】なお、ピエゾ抵抗３５の外形寸法を振動検
知体３６の外形寸法に比べて大きい構成としたが、同じ
大きさとしても良い。

【００３６】（実施例５）図７は本発明の実施例５の感
圧感震装置の感圧感震部の断面図である。図において３
７は振動体、３８はピエゾ抵抗部、３９は振動検知部で
あり、実施例１で示した振動板２とピエゾ抵抗３と振動
検知体４を同一体で構成している。それ以外は、実施例
１と同じ構成である。

【００３７】振動体３７は例えばピエゾセラミック材料
からなり、焼成する前にピエゾ抵抗部の形状が例えば厚
み０．０５ミリ、直径５ミリで、その外側に同心円状で
厚みが２ミリで内側にも外側にもテーパーのあるドーナ
ツ状の振動検知部を構成し、その後で焼成、分極処理等
を行う。一体成型した振動体３７は圧力導入部５とスペ
ーサ７にエポキシなどの接着剤で接着する。このように
ピエゾ抵抗部３８と振動検知体３９を一体化し振動体３
７としたことにより、接着工程が簡素化できるため一層
の小型化、信頼性および製造コストの削減が可能とな
る。

【００３８】なお振動体３７はピエゾセラミック材料と
したが、セラミック以外の水晶のような結晶材料、圧電
ゴム、高分子圧電材料等の圧電現象を示す材料でも良
い。また振動体３７はシリコン基板をエッチング等によ
り所望の形状にし、ピエゾ抵抗部３８のみにＺｎＯのよ
うな圧電材料を蒸着して構成しても良い。

【００３９】（実施例６）図８は本発明の実施例６の感
圧感震装置の感圧感震部の断面図である。図において４
０は集積回路で、それ以外は、実施例１と同じ構成であ
る。

【００４０】実施例１では抵抗変化検出手段１２、圧力
検出手段１３、振動検出手段１４、地震判別手段１５を
感圧感震部１の外側に設けている。本実施例では抵抗変
化検出手段１２、圧力検出手段１３、振動検出手段１
４、地震判別手段１５を集積回路４０内に設け、かつ集
積回路４０を振動板２、スペーサ７、平板８で構成され
る大気圧空間内部に設置している。このため感圧感震装
置が小型化され、取り扱い性が向上し、さらにリード線
１０、１１で受信してしまう雑音の低減が図られるとい
う効果がある。

【００４１】（実施例７）図９は本発明の実施例７の感
圧感震装置の感圧感震部の断面図である。図において４
１は圧力導入孔６に設けられ、例えば硬質ゴムのような
弾性体から成る減圧手段である。それ以外は、実施例１
と同じ構成である。弾性体４１は圧力導入部５に設けた
圧力導入孔６の１つの端面に例えばエポキシのような接
着剤で接着する。圧力導入孔６に導入された圧力の一部
は圧力導入部５と弾性体４１の接着部にかかる。残りの
圧力が弾性体４１を変形させて圧力導入部５、振動板２
で構成する計測圧力空間に圧力を導入する。圧力導入孔
５に導入される最大の圧力と計測圧力空間に導入したい
圧力により、最適な弾性体４１の厚み、硬度等は選択す
る。このため弾性体４１により減圧量を任意に設定する
ことが可能となる。

【００４２】また弾性体４１を設けることにより、不測
の事態により高い圧力が圧力導入孔６に導入されても、
減圧効果により振動板２を破損することが防止でき、ガ
スが感圧感震部１から外部に漏れる事が防止でき安全性
を向上させることもできる。なお、弾性体４１は硬質ゴ
ムとしたが、ばねやシリンダーのような構成でも良い。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば次の効果が
得られる。

【００４４】（１）計測圧力面と大気圧面を仕切る振動
板と、振動板の計測圧面側に作用させる圧力を導入する
圧力導入部と、振動板の計測圧力面側に設けた振動検知
体と、振動板の大気圧力面側に設けた歪み抵抗素子と、
歪み抵抗素子の抵抗変化を検出する抵抗変化検出手段
と、抵抗変化検出手段の信号から圧力を検出する圧力検
出手段と、抵抗変化検出手段の信号から振動加速度を検
出する振動検出手段と、振動検出手段の信号から地震か
否かを判別する地震判別手段を備えているため、同一の
検出原理を用いて圧力と振動加速度を検出することが可
能で、かつ小型な構成をとることができる。

【００４５】（２）第１の周期で圧力を検出し、第２の
周期で振動加速度を検出することにより、比較的変化の
遅い圧力は長い時間周期とし比較的変化の早い振動加速
度は早い時間周期とすることができ、安全性を確保しな
がら回路を休ませ低消費電力化を図ることができる。

【００４６】（３）第１の周期で感圧感震装置の電源を
オン、振動検出、圧力検出、電源オフの順に繰り返すこ
とにより、安全性を確保しながら低消費電力化が図れ
る。

【００４７】（４）振動検知体を大気圧力面側に構成し
たことにより、直接ガスに触れることが無いため使用で
きる材料の種類が増え、安全性を確保しながらコストを
削減できる。

【００４８】（５）ピエゾ抵抗部と振動検知体を一体化
し振動体としたことにより、接着工程が簡素化できるた
め一層の小型化が図られ、また信頼性および製造コスト
の削減が可能となる。

【００４９】（６）抵抗検出手段、圧力検出手段、振動
検出手段、振動判別手段を集積回路化し、振動板、スペ
ーサ、平板で構成される大気圧空間内部に配設したため
感圧感震装置の小型化が図られ、取り扱い性が向上し、
リード線で受信してしまう雑音が低減する。

【００５０】（７）計測圧力面と計測圧力空間の間に弾
性体を設けたことにより、弾性体の設計値を変化させる
ことにより減圧量を任意に設定することが可能となる。
また不測の事態により高い圧力が圧力導入孔に導入され
ても、減圧効果により振動板を破損することが防止で
き、ガスが感圧感震部から外部に漏れる事が防止でき安
全性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の感圧感震装置の構成図

【図２】同装置の抵抗変化検出回路図

【図３】本発明の実施例２の感圧感震装置の動作のタイ
ミングチャート

【図４】同装置の動作の別のタイミングチャート

【図５】本発明の実施例３の感圧感震装置の動作のタイ
ミングチャート

【図６】本発明の実施例４の感圧感震装置の感圧感震部
の断面図

【図７】本発明の実施例５の感圧感震装置の感圧感震部
の断面図

【図８】本発明の実施例６の感圧感震装置の感圧感震部
の断面図

【図９】本発明の実施例７の感圧感震装置の感圧感震部
の断面図

【符号の説明】

２ 振動板 ３、３５ ピエゾ抵抗 ４ 振動検知体 ５ 圧力導入部 １２ 抵抗変化検出手段 １３ 圧力検出手段 １４ 振動検出手段 １５ 地震判別手段 ３６ 振動検知体 ３７ 振動体 ３８ ピエゾ抵抗部 ３９ 振動検知部 ４０ 集積回路 ４１ 弾性体

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】計測圧力面と大気圧力面を仕切る振動板
   と、前記振動板の計測圧力面側に作用させる圧力を導入
   する圧力導入部と、前記振動板の計測圧力面側に設けた
   振動検知体と、前記振動板の大気圧力面側に設けた歪み
   抵抗素子と、前記歪み抵抗素子の抵抗変化を検出する抵
   抗変化検出手段と、前記抵抗変化検出手段の信号から圧
   力を検出する圧力検出手段と、前記抵抗変化検出手段の
   信号から振動加速度を検出する振動検出手段と、前記振
   動検出手段の信号から地震か否かを判別する地震判別手
   段を備えた感圧感震装置。
2. 【請求項２】抵抗変化検出手段の検出信号の平均値より
   圧力を検出する圧力検出手段と、前記抵抗変化検出手段
   の検出信号の変動成分より振動加速度を検出する振動検
   出手段を備えた請求項１記載の感圧感震装置。
3. 【請求項３】圧力検出手段は第１の周期で圧力を検出す
   るとともに、振動検出手段は第２の周期で振動加速度を
   検出する請求項１又は２記載の感圧感震装置。
4. 【請求項４】第１の周期は第２の周期の整数倍とした請
   求項３記載の感圧感震装置。
5. 【請求項５】第１の周期と第２の周期を非同期となるよ
   うにした請求項３記載の感圧感震装置。
6. 【請求項６】第１の周期で電源オン、振動検出、圧力検
   出、電源オフの順に検出を繰り返し行う請求項１又は２
   記載の感圧感震装置。
7. 【請求項７】振動検知体を振動板の大気圧力面側に設け
   た請求項１記載の感圧感震装置。
8. 【請求項８】振動板と振動検知体と歪み抵抗素子とを同
   一の材料で構成した請求項１記載の感圧感震装置。
9. 【請求項９】抵抗変化検出手段、圧力検出手段、振動検
   出手段及び地震判別手段とを一体構成とした請求項１、
   ２又は８記載の感圧感震装置。
10. 【請求項１０】計測圧力面と計測圧力空間との間に減圧
    手段を設けた請求項１、２、８又は９記載の感圧感震装
    置。