JPH10170375A - 圧力・振動検知装置 - 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】 中央部に電極４、５の有する一対の平板
２、３でコンデンサを構成し、片側に圧力導入部７と、
振動検知体１０を設け、同一の検知回路１１で、圧力と
振動をそれぞれ識別して検知する。これによって、小型
・高性能な圧力・振動検知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、特に小型・高性能
化を狙った。圧力・振動検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の圧力検知装置および振動
検知装置は、特開平８−６８７０７号公報に記載されて
いるようなものが一般的であった。即ち、ガスメ−タの
コントロ−ル基板に圧力検知素子を収納する圧力センサ
装着部と、振動検知素子を収納する感振器収納部とをそ
れぞれ別個に設け、これによって圧力および振動を検知
する検知するようにしていた。

【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、圧力検知素子および振動検知素子のそれ
ぞれの容積が必要となり、全体の容積が大きくなるとい
う課題を有していた。

【０００４】また、例えば、圧力検知素子として、一般
的なダイアフラム型の静電容量タイプの素子を用い、振
動検知素子として、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
を用いた場合、検知原理が異なるため、それぞれに対し
検知回路が必要となり、処理回路が複雑になり、容積も
増大するという課題を有していた。

【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、平行平板型の電極を有するダイアフラムから
なる簡単な構成の且つ、同じ検知原理で圧力検知と振動
検知とを兼ね備えた圧力・振動検知装置である。

【０００６】これにより、圧力・振動の検知装置の小型
化及び処理回路の共通化を実現するとともに、振動の大
きさや、振動の周期を検知することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の圧力・振動検知装置は、
片面に電極をそれぞれ有し、前記電極が互いに対向する
ように設けた一対の平板と、互いに対向する前記一対の
平板の間隙をあらかじめ定められた寸法に設定する固着
部と、一方の前記平板に作用させる圧力を導入する圧力
導入部と、前記平板に設けた振動検知体と、前記電極の
間隙の変化に対応して変化する静電容量を検出する検知
回路と、この検知回路が検知した静電容量の変化が圧力
変動によるものか、振動発生によるものかを判別する判
別回路とを備えた構成とした。

【０００８】このため、圧力導入部内の圧力が変化がし
ても、あるいは振動検知体が振動を検知しても、対向す
る電極間の静電容量は変化することになる。従って、静
電容量の変化を検知する検知回路で、それぞれを検知す
ることができる。また、判別回路を備えているので、圧
力変化によるものか、振動によるものかを、簡単に識別
できる。

【０００９】また、振動検知体を、一対の平板の内側に
設けた構成とした。これにより小型化を実現できる。

【００１０】また、振動検知体を、平板の中央部に垂直
に設けた支持部と、この支持部に支えられた重り部とか
らなる構成としている。これにより、振動を忠実に検知
したり、また増幅して検知したりできる。

【００１１】また、上記平板の片面に有する電極を複数
にした構成にした。これにより、それぞれの電極間に形
成される複数の静電容量の位相を検知し、例えば、同相
であれば、圧力変動として、位相が異なっていれば、振
動として検知できる。

【００１２】また、圧力導入部に絞り部を設けた構成と
した。これにより圧力変動が弱められ、圧力変動下でも
平均的な圧力と振動とを正確に検知できる。

【００１３】また、圧力導入部に弾性膜を設けた構成と
した。これにより導入された圧力が作用する平板が万一
破壊しても、外部にガスが漏洩しなくなり、安全性が向
上する。

【００１４】また、圧力導入部に絞り部と弾性膜とを設
けた構成とした。これにより圧力変動が弱められ、圧力
変動下でも平均的な圧力と振動とを正確に検知できると
ともに、導入された圧力が作用する平板が万一破壊して
も、外部にガスが漏洩しなくなり、安全性が向上する。

【００１５】（実施例１）以下、本発明の実施例１を図
面にもとづいて説明する。

【００１６】図１において、１は圧力・振動検知装置の
検知部の断面を示す。２、３はそれぞれの片面中央部に
円形の厚さ１ミクロン以下の薄膜からなる電極４、５を
有するアルミナなどの絶縁性の円形平板であり、板厚は
平板２は約０．１mm、平板３は約０．５mm、直径は約３
０mm、電極径は約１８mmとした。６は、封着ガラスなど
からなる接着層を示し、２枚の基板２、３を平行に、予
め決められた間隔をあけて接着している。接着層は封着
ガラスで構成し、その幅は約２mmで、厚みは約０．０５
mmとした。７は、平板２に設けた圧力導入部を示し、Ｓ
ＵＳなどの金属で形成し、エポキシ接着材で平板２に接
着した。８は、圧力導入部７に設けた圧力導入孔を示
す。９は、平板３に設けた通気孔を示し、平板２には、
圧力導入孔８から導入される圧力と、９から通気される
圧力との差圧が印加されるようになる。

【００１７】なお、９を封じ、基準圧力を封入すれば基
準圧に対する相対圧力を検知できる。１０はＳＵＳで構
成した振動検知体で、直径は約１５mm、高さは約５mmと
した。１１は、検知回路を、１２は判別回路を示す。１
３、１４は電極４、５の取り出しリ−ド線を示してい
る。

【００１８】図２に、検知回路１１の詳細を示す。図２
において、破線１５で囲まれたコンデンサ１６が電極
４、５が形成するコンデンサを示し、１７、１８はオペ
アンプを示す。１９、２０、２１は抵抗を示す。この検
知回路１１は、１６のコンデンサの静電容量４０〜８０
pFに応じ、出力端子２２から発振周波数約１０〜３０kH
zの高周波を出力する。この出力される高周波の周波数
を検知することにより、コンデンサ１６の静電容量を検
知することができる。判別回路１２は検知回路１１から
出力される高周波の周波数からコンデンサ１６の静電容
量を判別し、その変化が圧力変動によるものか、振動検
知体の振動によるものかを判別する。

【００１９】そして圧力導入孔８から圧力が導入される
と、平板２は印加される差圧に応じ変形することにな
る。例えば、差圧が０〜１０００mmAq変化させると、平
板２が変形し、、電極４と５との距離が変化し、電極４
と５とが形成するコンデンサ１６の静電容量が、約４０
〜８０pFに変化し、出力端子２２から出力される高周波
の発振周波数も、約３０〜１０kHzへと変化する。この
出力周波数を検知することによりコンデンサ１２の静電
容量の変化を検知し、平板２に印加される差圧を検知す
ることができる。

【００２０】また、圧力・振動検知装置の検知部に振動
が加えられると、振動検知体１０が、上下左右に振動す
ることになる。例えば、平板の平面方向に約０．５Ｇの
加速度を与えると、振動検知体１０が振動し、その結
果、振動検知体の動きに合わせて平板３が変動し、電極
４と５との距離が変化する。従って、電極４と５とが形
成するコンデンサ１６の静電容量が、例えば約４０から
数pFの大きさで大きくなったり、小さくなったり変化す
ることになり、出力端子２２から出力される高周波の周
波数も、それに応じて変化することになり、この周波数
変化より振動の大きさと振動の周期とが検知できる。

【００２１】判別回路１２では、検知回路１１の出力端
子２２から得られる高周波の周波数よりコンデンサ１６
の静電容量を検知し、平板２に印加される差圧、あるい
は振動検知体１０による平板３に発生する振動を同時に
検知する。また判別回路では、この変化を、例えば、１
Ｈｚ以上の早い変化であれば、振動変化であるとし、ま
た、０．１Ｈｚ以下の遅い変動であれば、圧力変動であ
ると判別する。中間の変動周期の場合、圧力変動、振動
発生のどちらか、あるいは両方が発生したと判別する。
即ち、比較的早い変動を振動とし、比較的遅い変動を圧
力変動として判別する。

【００２２】（実施例２）図３に本発明の実施例２の圧
力・振動検知装置の検知部の断面を示す。図３におい
て、２３は振動検知体を示し、実施例１で示した振動検
知体１０を、一対の平板２、３の内側に構成した。それ
以外は、実施例１と同じ構成である。なお、平板３に形
成された円形電極５と対向する円形電極２４は、導電性
の振動検知体２３の下面部で代用した。従って、この場
合電極５の径は振動検知体２３と同じ径とした。ガラス
接着層６は、振動検知体２３の厚さ分だけ厚くし、電極
５と振動検知体２３の上面部の円形電極２４との電極間
距離は、約０．０５mmと、実施例１と同じになるように
形成した。振動検知体２３を内蔵しているため、平板２
の上部空間を小さくできるので、コンパクトな構成にす
ることができる。なお、この場合も、実施例１と同様
に、圧力変動と、振動検知体の振動とを検知することが
できる。

【００２３】（実施例３）図４に本発明の実施例３の圧
力・振動検知装置の検知部の断面を示す。図４におい
て、実施例１で示した振動検知体１０を、中央部に円形
の電極４、５を持つ一対の平板２、３の外側に支持部２
６と重り部２５とからなる構成とした。この構成におい
て、支持部２６は外径約５mmの肉厚の薄い円筒状の軽
い、例えばアルミ、ＳＵＳなどの金属で構成し、重り部
２５は、プラスチックなどに比べ、比重の大きい直径約
１０mmの金属球で構成し、平板２にエポキシ樹脂などの
接着材で接着固定した。

【００２４】例えば、重り部２５が外部の振動により左
右に振動したとすると、支持部２６の平板２との接着部
が、重り部２５の動きに合わせて左右にたわむことにな
り、平板２のたわみにより、電極４と５とが形成する静
電容量が変化する。この場合、実施例１に比べ、同じ振
動であっても、本実施例３の方が、大きく振動するた
め、感度が大きく、静電容量の変化も大きくとることが
できる。即ち、重り部２５が、平板２から遠く離れるほ
ど、即ち、支持部２６の高さが高いほど、振動を増幅す
ることができるため、感度が大きくなると考えられる。
また、支持部２６の外径が細いほど、感度も大きくな
る。また、支持部２６が金属などの剛体であるため、重
り部２５の振動を、平板２に忠実に伝達すると考えられ
る。

【００２５】さらにまた、支持部２６を、コイルばね、
あるいは柔軟性に富んだナイロン系、シリコン系樹脂な
どで構成すると、外部からの振動により重り部２５がよ
り大きく振動し、さらに感度が向上した。これは柔軟性
に富んだ支持部２６と重り部２５との組合わせによる振
動の増幅作用によるものと考えられる。また、支持部２
６の弾性特性および高さ、径などの形状と重り部２５と
の組合わせにより共振特性を持たせることができるた
め、検知したい振動の特性に合わせることもできる。

【００２６】（実施例４）図５に、本発明の実施例４の
圧力・振動検知装置の検知部の断面を示し、図６に、図
５のＡ−Ａ’線断面を示す。図において、平板２に設け
られた電極を周方向に３分割した以外は、実施例１に示
した圧力・振動検知装置の検知部と同じ構成である。こ
の場合、実施例１で示した電極４と電極５とが構成する
コンデンサ１６は、電極２７と電極５からなるコンデン
サと、電極２８と電極５からなるコンデンサと、電極２
９と電極５からなるコンデンサとの３つのコンデンサに
分割されたことになる。これら３つのコンデンサの静電
容量を検知回路でそれぞれ検知すると、静電容量の変化
が圧力変動によるものか、振動によるものかを簡単に識
別できる。例えば、３つのコンデンサの静電容量が同時
に、即ち、同じ位相で変動すれば、平板２が上下方向に
変化し、圧力差による変形により３つのコンデンサの静
電容量が変化したと識別することができる。

【００２７】これは、３つのコンデンサの電極間距離が
同時に大きくなったり、小さくなったりすることに相当
する。電極間距離の変動に合わせて３つのコンデンサの
静電容量は、同時に歩調を合わせて大きくなったり、小
さくなたっりした結果である。逆に、３つのコンデンサ
の静電容量がそれぞれ独立して、つまり異なった位相で
変動すれば、振動体１０の上下左右の振動によるものと
識別することができる。

【００２８】電極２７と５とが構成するコンデンサが、
電極２８と５とが構成するコンデンサと電極２９と５と
が構成するコンデンサとに対して、逆位相で変化したと
すると、即ち、電極２７と５とが構成するコンデンサの
静電容量が大きい方に変化し、電極２８と５とが構成す
るコンデンサおよび電極２９と５とが構成するコンデン
サとが静電容量が小さくなる方へ変化したとすると、電
極２７と５の電極の間隔が短縮し、電極２８と５および
電極２９と５との電極の間隔が伸張したことになる。

【００２９】この場合、振動検知体１０は電極２８と２
９との分離線の方向に振動していることになる。即ち、
振動検知体１０が、上下方向および電極２８と２９との
分離線の方向への左右の振動が生じている結果と考える
ことができる。

【００３０】このように各コンデンサの静電容量の変化
の位相をみることにより振動の方向を検知することがで
きる。従って、静電容量の変化の大きさから振動の大き
さを検知し、変化の位相から振動の方向が解る。

【００３１】なお、検知回路はそれぞれのコンデンサに
対応して設けてもよいが、１つの検知回路を順次切換え
て用いても良い。また、上記説明では、電極を周方向に
３分割したが、２分割しても上記と同様に差圧および振
動による変動を検知できる。しかし、この場合、分割電
極の分割方向に丁度一致した方向の振動に対しては、静
電容量の変化が同相となり、差圧による変動と区別でき
ないことになる。

【００３２】なお、上記実施例において、中央部に円形
の電極を有する平板を絶縁性の平板で構成したが、コン
デンサを構成する一対の平板の内、片一方は導電性の金
属などの材料で構成されていてもよい。また、周方向に
分割した複数電極は、対向する電極の内のどちら側に構
成してもよい。

【００３３】（実施例５）図７に本発明の実施例５の圧
力・振動検知装置の検知部の圧力導入部７の断面を示
す。図において３０は圧力導入部７内の設けたオリフィ
ス状の絞り部を示し、３１は絞り部３０により形成され
た空間部分を示す。この構成により、圧力導入部７の導
入孔８に振動する圧力が導入されても、絞り部３０と空
間部３１との高周波減衰効果により、振動する圧力の高
周波成分が取り除かれ、平均的な圧力が導入される結果
となる。従って、振動する圧力下にあっても、正確な平
均的な圧力と、外部振動による振動検知体の振動を分離
して検知できる。即ち、静電容量変化の高周波成分は全
て外部の振動による振動検知体の振動による変化である
と判断することができる。

【００３４】また、図８に示すように、圧力導入部７の
側壁に共鳴箱３２を設けると、図７に示した場合と異な
り、圧力導入孔８に導入される振動する圧力の低周波成
分が取り除かれ、振動する圧力の高周波成分が導入され
る結果となる。地震などの振動は、５〜１０Ｈｚ以上の
成分は極端に少なくなるため、例えば、１０Ｈｚ以上の
高周波成分が、通過するような共鳴箱３２を設けると、
１０Ｈｚ以上の振動が検知された場合、圧力変動である
と識別することができる。また、その逆に低周波の変動
が検知された場合、外部の振動による変化であると判断
することができる。

【００３５】（実施例６）図９に本発明の実施例６の圧
力・振動検知装置の検知部の圧力導入部７の断面を示
す。図において、３３は圧力導入部７内に設けたゴムな
どの弾性体からなる膜を示す。この構成により、圧力導
入部７の導入孔８に、都市ガスなどが導入されている時
に、万一平板２が破壊されても、外部に都市ガスなどの
可燃性ガスが漏洩することがなく安全である。

【００３６】なお、都市ガスなどの圧力は、通常の場
合、約２００〜３００[mmAq]程度であり、大気圧、約１
００００[mmAq]に比較すると、約０．２〜０．３[％]程
度であるため、弾性体３３に少し余裕を与えておけば、
圧力導入孔８から導入される圧力は、弾性体からなる膜
３３により、ほとんど減衰することなしに導入される。
これは、差圧が、０．２〜０．３［％］の差であるた
め、弾性体からなる膜３３が、ほとんど変形しないため
である。

【００３７】また、弾性体３３を複数個を適当な間隔で
設けると、弾性体の弾性的性質により、圧力導入孔８か
ら導入される圧力振動に対し、帯域フィルタを構成する
こともできる。即ち、振動する圧力の内、低周波成分と
高周波成分とを取り除き、中間的な周波数成分のみを通
過させることができる。従って、特徴的な圧力変動があ
る場合、その特徴的な圧力変動の周波数に合わせておけ
ば、効率よくその圧力変動を検知できる。

【００３８】また、本発明の圧力・振動検知装置におい
て、実施例５および実施例６において説明した絞り部３
０、空間部３１および弾性体３３は、同時に圧力導入部
７び構成することもできる。この場合、それぞれの効
果、即ち、振動する圧力の内、高周波成分を除去する効
果と、万一平板２が破壊されても、外部に漏洩しない効
果との両方を期待できることは明らかである。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
圧力・振動検知装置によれば次の効果が得られる。

【００４０】（１）片面に電極をそれぞれ有し、前記電
極が互いに対向するように設けた一対の平板と、互いに
対向する前記一対の平板の間隙をあらかじめ定められた
寸法に設定する固着部と、前記平板の一方に作用させる
圧力を導入する圧力導入部と、前記平板に設けた振動検
知体と、前記一対の電極の間隙の変化に対応して変化す
る静電容量を検出する検知回路と、この検知回路が検知
した静電容量の変化が圧力変動によるものか、振動発生
によるものかを判別する判別回路とを備えた構成にした
ので、検知原理が同一で、処理回路を共通にすることが
できる。また同一の検知回路を用い、静電容量の変化の
速度から、圧力変動によるものか、外部の振動による振
動変化によるものかを判別することができる。

【００４１】（２）振動検知体を、一対の平板の内側に
設けた構成にしたので、よりコンパクトな構成にするこ
とができる。

【００４２】（３）振動検知体を、平板の中央部に垂直
に設けた支持部と、この支持部に支えられた重り部とか
ら構成したので、感度を大きく、また、振動を忠実に検
知できる。また、支持部と重り部の弾性特性などから振
動を増幅して、感度よく振動を検知できる。また、共振
特性を持たせることもでき、特性の周波数を有する振動
を効率よく検知することもできる。

【００４３】（４）平板の片面に有する電極を複数にし
たので、複数個形成されるコンデンサの静電容量の変化
の位相を検知することにより、同一位相であって、上下
方向の振動であれば、また位相が異なっていれば、平板
の平面方向の振動として振動の方向までも検知できる。
このため圧力変動によるものか、外部振動によるものか
をある程度判別して検知できる。

【００４４】（５）圧力導入部に絞り部を設けたので、
振動する圧力に対して、高周波成分を除去でき、振動す
る圧力下にあっても、正確に平均的な圧力を検知でき
る。また、検知した静電容量が変動している場合、外部
の振動による振動検知体の振動による変化と判断するこ
とができる。

【００４５】（６）圧力導入部に弾性膜を設けたので、
万一圧力が作用する平板が破壊されても、導入されたガ
スが外部に漏洩することなく安全である。

【００４６】（７）圧力導入部に絞り部と、弾性膜とを
設けたので、振動する圧力に対して、高周波成分を除去
でき、振動する圧力下にあっても、正確に平均的な圧力
を検知できる。また、万一圧力が作用する平板が破壊さ
れても、導入されたガスが外部に漏洩することなく安全
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の圧力・振動検知装置の構成
図

【図２】同装置の検知回路図

【図３】本発明の実施例２の圧力・振動検知装置の検知
部の断面図

【図４】本発明の実施例３の圧力・振動検知装置の検知
部の断面図

【図５】本発明の実施例４の圧力・振動検知装置の検知
部の断面図

【図６】図５のＡ−Ａ’線断面図

【図７】本発明の実施例５の圧力・振動検知装置の圧力
導入部の断面図

【図８】同圧力導入部の断面図

【図９】本発明の実施例６の圧力・振動検知装置の圧力
導入部の断面図

【符号の説明】

１ 検知部 ２、３ 平板 ４、５ 電極 ６ 接着層 ７ 圧力導入部 ８ 圧力導入孔 ９ 通気孔 １０ 振動検知体 １１ 検知回路 １２ 判別回路 １７、１８ オペアンプ １９、２０、２１ 抵抗 ２２ 出力端子 ２３ 振動検知体 ２４ 円形電極 ２５ 重り部 ２６ 支持部 ２７、２８、２９ 分割電極 ３０ 絞り部 ３１ 空間部 ３２ 共鳴箱 ３２ 弾性体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】片面に電極をそれぞれ有し、前記電極が互
   いに対向するように設けた一対の平板と、互いに対向す
   る前記一対の平板の間隙をあらかじめ定められた寸法に
   設定する固着部と、前記平板の一方に特定の圧力を作用
   させこの圧力を導入する為の圧力導入部と、前記一方の
   平板に設けた振動検知体と、前記一対の電極の間隙の変
   化に対応して変化する静電容量を検出する検知回路と、
   この検知回路が検知した静電容量の変化が圧力変動によ
   るものか、振動発生によるものかを判別する判別回路と
   を備えた圧力・振動検知装置。
2. 【請求項２】振動検知体を、一方の平板に設け、かつ他
   方の平板と対向するように設けた請求項１記載の圧力・
   振動検知装置。
3. 【請求項３】振動検知体を圧力導入部内に設け、かつ平
   板の中央部に垂直に設けた支持部と、この支持部に支え
   られた重り部とから構成した請求項１記載の圧力・振動
   検知装置。
4. 【請求項４】平板の一方に有する電極を複数にした請求
   項１〜３のいずれか１項に記載の圧力・振動検知装置。
5. 【請求項５】圧力導入部に絞り部を設けた請求項１〜４
   のいずれか１項に記載の圧力・振動検知装置。
6. 【請求項６】圧力導入部に弾性膜を設けた請求項１〜４
   のいずれか１項に記載の圧力・振動検知装置。
7. 【請求項７】圧力導入部に絞り部と弾性膜とを設けた請
   求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力・振動検知装
   置。