JPS60187834A - 力検出装置 - Google Patents
力検出装置Info
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- JPS60187834A JPS60187834A JP4206284A JP4206284A JPS60187834A JP S60187834 A JPS60187834 A JP S60187834A JP 4206284 A JP4206284 A JP 4206284A JP 4206284 A JP4206284 A JP 4206284A JP S60187834 A JPS60187834 A JP S60187834A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric body
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- force
- external force
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- Pending
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 210000000554 iris Anatomy 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
- G01L1/162—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は圧電体を用いた力検出装置に係り、特に圧電体
としてバイモルフ型の圧電体を用いて静的な力を検出す
る検出装置に関するものである。
としてバイモルフ型の圧電体を用いて静的な力を検出す
る検出装置に関するものである。
圧電体は、印加した外力に比例して電圧を発生する材料
としてよく知られており、動的な力の検出として例えば
振動計等の検出器として変動力の検出に利用されている
。しかし、静的な力に対しては電圧が発生せず、力の検
出は難しいとされていた。そこで、圧電体を用いて、静
的な力を検出する方策として、従来、特公昭５７−５６
１．１号および特公昭５７−５６１２号に示さオシるよ
うに圧電体の共振現象を利用したものである。
としてよく知られており、動的な力の検出として例えば
振動計等の検出器として変動力の検出に利用されている
。しかし、静的な力に対しては電圧が発生せず、力の検
出は難しいとされていた。そこで、圧電体を用いて、静
的な力を検出する方策として、従来、特公昭５７−５６
１．１号および特公昭５７−５６１２号に示さオシるよ
うに圧電体の共振現象を利用したものである。
この種の検出方策は外力に対する電圧振幅差の変化が大
きいので、検出感度が高いという利点を有しているが、
検出範囲が狭いものであった。
きいので、検出感度が高いという利点を有しているが、
検出範囲が狭いものであった。
本発明の目的は、上述の事柄にもとづいてなされたもの
で、型圧電体を用いて静的な力を広い範囲にわたって検
出することができる装置を提供することにある。
で、型圧電体を用いて静的な力を広い範囲にわたって検
出することができる装置を提供することにある。
本発明は上記の目的を達成するために、圧電体を用いて
静的力を検出するものにおいて、前記圧電体をバイモル
フ型圧電体として、その一端を固定し、他端を自由端と
し、この圧電体に力を加えた時の反共振周波数を越えた
反共振周波数近傍の周波数をもつ電圧を印加する周波数
発振器を圧電体に接続し、前記圧電体に力を加えた時に
この力に関連する圧電体のインピーダンス変化量を検出
する手段を前記圧電体に接続したことを特徴とするもの
である。
静的力を検出するものにおいて、前記圧電体をバイモル
フ型圧電体として、その一端を固定し、他端を自由端と
し、この圧電体に力を加えた時の反共振周波数を越えた
反共振周波数近傍の周波数をもつ電圧を印加する周波数
発振器を圧電体に接続し、前記圧電体に力を加えた時に
この力に関連する圧電体のインピーダンス変化量を検出
する手段を前記圧電体に接続したことを特徴とするもの
である。
以下本発明の実施例を図面を参照して説明する１第１図
は本発明の装置の一実施例を示すもので、この図におい
て１はバイモルフ型圧電体でこの圧電体１は一端が固定
され、他端が自由端となっている。このバイモルフ型圧
電体１には直列インピーダンス２を介し圧電体１に外力
を与えたときに生じる反共振点の周波数ｆ２′よりみ高
い周波数ｆ、に相当する周波数を印加する周波数発振器
３が接続している。４はバイモルフ型の圧電体１の端子
電圧を取出して増幅するための増幅回路、５は直流化す
るための整流回路、６は差動増幅回路、７は基準電圧発
生器である。整流回路５からの直流化した端子電圧は圧
電体ｌへの外力が加わらない時の出力電圧である。外力
に対する変化量のみを取出すために、基準電圧発生器７
には整流後の直流電圧と柳じ値の電圧値が設定されてい
る。整流回路５および基準電圧発生器７からの電圧信号
を差動増幅回路７にそれぞれ入力すれば、その出力電圧
ｅ０は外力の加わらない時には０であり、外力が加わっ
た時にはインピーダンス変化に相当する出力電圧が得ら
れる。圧電体１に加えた力と出力電圧との直線性が問題
となるときには、第１図に示す回路に直線化回路を追加
すれば容易に直線化された信号を得ることができる。
は本発明の装置の一実施例を示すもので、この図におい
て１はバイモルフ型圧電体でこの圧電体１は一端が固定
され、他端が自由端となっている。このバイモルフ型圧
電体１には直列インピーダンス２を介し圧電体１に外力
を与えたときに生じる反共振点の周波数ｆ２′よりみ高
い周波数ｆ、に相当する周波数を印加する周波数発振器
３が接続している。４はバイモルフ型の圧電体１の端子
電圧を取出して増幅するための増幅回路、５は直流化す
るための整流回路、６は差動増幅回路、７は基準電圧発
生器である。整流回路５からの直流化した端子電圧は圧
電体ｌへの外力が加わらない時の出力電圧である。外力
に対する変化量のみを取出すために、基準電圧発生器７
には整流後の直流電圧と柳じ値の電圧値が設定されてい
る。整流回路５および基準電圧発生器７からの電圧信号
を差動増幅回路７にそれぞれ入力すれば、その出力電圧
ｅ０は外力の加わらない時には０であり、外力が加わっ
た時にはインピーダンス変化に相当する出力電圧が得ら
れる。圧電体１に加えた力と出力電圧との直線性が問題
となるときには、第１図に示す回路に直線化回路を追加
すれば容易に直線化された信号を得ることができる。
次に上述した本発明の装置の一実施例の動作を説明する
。
。
圧電体１としてバイモルフ型圧電体を用いた時の周波数
特性を第２図に示す。この図は、バイモルフ型の圧電体
１の一端を固定端とし、他端を自由端とした時に周波数
ｆを変化させ、バイモルフ型の圧電体１のインピーダン
ス■を測定した結果であり、バイモルフ型の圧電体１に
外力を加えない時の周波数特性をＸ、外力を加えた時の
周波数特性をＹ、Ｙ’で示しである６外力を加えた時の
外力の大きさはＹ＜Ｙ’の関係にある。この図から明ら
かなようにバイモルフ型の圧電体１では共振点Ｒ，Ｒ’
、Ｒ“から反共振点Ａ、Ａ’ 、Ａ”への変化は急峻
になっている。そして１本発明はこのような特性をもつ
バイモルフ型圧電体１を用いて静的な力を検出する方策
として、力の大きさに対するインピーダンスエの変化を
検出する。すなわち、圧電体１に機械的に許容できる外
力を与えた時に生ずる反共振点Ａ“の周波数ｆア′より
も高い周波数ｆ、を周波数発振器３によって圧電体１に
印加する。その時のインピーダンスＩをそれぞれの外力
に対応してＺｘｙＺｙｔＺＹ’ とするとＺｘに対する
変化分Ｚｙ Ｚｘ、Ｚｙ’ −２ｘがその時の外力に相
当するる周波数ｆ、を用いれば、力の変化とインピーダ
ンスＩ変化との符号の方向が同じであるので信号として
取扱い易い。
特性を第２図に示す。この図は、バイモルフ型の圧電体
１の一端を固定端とし、他端を自由端とした時に周波数
ｆを変化させ、バイモルフ型の圧電体１のインピーダン
ス■を測定した結果であり、バイモルフ型の圧電体１に
外力を加えない時の周波数特性をＸ、外力を加えた時の
周波数特性をＹ、Ｙ’で示しである６外力を加えた時の
外力の大きさはＹ＜Ｙ’の関係にある。この図から明ら
かなようにバイモルフ型の圧電体１では共振点Ｒ，Ｒ’
、Ｒ“から反共振点Ａ、Ａ’ 、Ａ”への変化は急峻
になっている。そして１本発明はこのような特性をもつ
バイモルフ型圧電体１を用いて静的な力を検出する方策
として、力の大きさに対するインピーダンスエの変化を
検出する。すなわち、圧電体１に機械的に許容できる外
力を与えた時に生ずる反共振点Ａ“の周波数ｆア′より
も高い周波数ｆ、を周波数発振器３によって圧電体１に
印加する。その時のインピーダンスＩをそれぞれの外力
に対応してＺｘｙＺｙｔＺＹ’ とするとＺｘに対する
変化分Ｚｙ Ｚｘ、Ｚｙ’ −２ｘがその時の外力に相
当するる周波数ｆ、を用いれば、力の変化とインピーダ
ンスＩ変化との符号の方向が同じであるので信号として
取扱い易い。
また、バイモルフ型の圧電体１への印加電圧はインピー
ダンス変化のある範囲のｆ、〜ｆ２とすることができ、
広範囲に設定することが可能で設定精度を要さないとい
う利点もある。また共振点。
ダンス変化のある範囲のｆ、〜ｆ２とすることができ、
広範囲に設定することが可能で設定精度を要さないとい
う利点もある。また共振点。
反共振点を用いる時の検出感度が高くなる反面、力検出
範囲も広くすることができる。
範囲も広くすることができる。
第３図は本発明の装置による具体的な実験例を示したも
ので、力Ｆに対するインピーダンス■の変化の測定結果
を示したものである。使用したバイモルフ型の圧電体１
は、ＰＺＴの組成を持つ厚°さ×幅×長さがそれぞれ０
、５ （ｍｍ） Ｘ ７ （ｍｍ） Ｘ ４０（ｍｍ
）のものであり、固定端から自由端までの長さ２０ｍｍ
とし、自由端に外力を加えたものである。
ので、力Ｆに対するインピーダンス■の変化の測定結果
を示したものである。使用したバイモルフ型の圧電体１
は、ＰＺＴの組成を持つ厚°さ×幅×長さがそれぞれ０
、５ （ｍｍ） Ｘ ７ （ｍｍ） Ｘ ４０（ｍｍ
）のものであり、固定端から自由端までの長さ２０ｍｍ
とし、自由端に外力を加えたものである。
この状態で外力のない時の反共振周波数ｆ、は３．７５
ｋＨｚで許容最大外力を加えた時の反振周波数は３．９
５ｋＨｚであった。したがって、バイモルフ型の圧電体
１への印加電圧の周波数ｆ１を４．０ｋＨｚに設定した
例である。バイモルフ型の圧電体１への周波数ｆ２は４
、２ ｋ Ｈｚ までの範囲に設定することができ、
この範囲であれば外力に比例したインピーダンス変化量
が得られる。
ｋＨｚで許容最大外力を加えた時の反振周波数は３．９
５ｋＨｚであった。したがって、バイモルフ型の圧電体
１への印加電圧の周波数ｆ１を４．０ｋＨｚに設定した
例である。バイモルフ型の圧電体１への周波数ｆ２は４
、２ ｋ Ｈｚ までの範囲に設定することができ、
この範囲であれば外力に比例したインピーダンス変化量
が得られる。
上述の実施例によれば、外力に対する出力変化が比例し
ているため、特別な制御回路を必要とせず、回路を簡単
に構成することができる。
ているため、特別な制御回路を必要とせず、回路を簡単
に構成することができる。
以上述べたように本発明によれば、共振点２反共振点を
用いた検出方策に比べて周波数設定が容易であり、広い
範囲の力を検出することができる。
用いた検出方策に比べて周波数設定が容易であり、広い
範囲の力を検出することができる。
第１図は本発明の装置の一実施例の回路構成図、第２図
は圧電体にバイモルフ型圧電体を用いた時の特性を示す
説明図、第３図は本発明の装置による力検出の実測値を
示す図である。 ■・・・圧電体、２・・・直列インピーダンス、３・・
・周波数発振器、４・・・増幅回路、５・・・整流回路
、６・・・差動増幅回路、７・・・基準電圧発生器。 菫 １ 図 ？ 菖２図 ′罫ｊ図 ｒ ｔｖｔｒｔ）
は圧電体にバイモルフ型圧電体を用いた時の特性を示す
説明図、第３図は本発明の装置による力検出の実測値を
示す図である。 ■・・・圧電体、２・・・直列インピーダンス、３・・
・周波数発振器、４・・・増幅回路、５・・・整流回路
、６・・・差動増幅回路、７・・・基準電圧発生器。 菫 １ 図 ？ 菖２図 ′罫ｊ図 ｒ ｔｖｔｒｔ）
Claims (1)
- １、圧電体を用いて静的な力を検出するものにおいて、
前記圧電体をバイモルフ型圧電体とし、その一端を固定
し、他端を自由端とし、この圧電体に力を加えた時の反
共振周波数を越えた反共振周波数近傍の周波数をもつ電
圧を印加する周波数発振器を、圧電体に接続し、前記圧
電体に力を加えた時にこの力に関連する圧電体のインピ
ーダンス変化量を検出する手段を前記圧電体に接続した
ことを特徴とする力検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4206284A JPS60187834A (ja) | 1984-03-07 | 1984-03-07 | 力検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4206284A JPS60187834A (ja) | 1984-03-07 | 1984-03-07 | 力検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60187834A true JPS60187834A (ja) | 1985-09-25 |
Family
ID=12625611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4206284A Pending JPS60187834A (ja) | 1984-03-07 | 1984-03-07 | 力検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60187834A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0350153A2 (en) * | 1988-05-09 | 1990-01-10 | Hitachi, Ltd. | Piezoelectric physical quantity detector |
| WO2009093727A1 (en) | 2008-01-22 | 2009-07-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric vibration type force sensor |
-
1984
- 1984-03-07 JP JP4206284A patent/JPS60187834A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0350153A2 (en) * | 1988-05-09 | 1990-01-10 | Hitachi, Ltd. | Piezoelectric physical quantity detector |
| WO2009093727A1 (en) | 2008-01-22 | 2009-07-30 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric vibration type force sensor |
| US8365615B2 (en) | 2008-01-22 | 2013-02-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric vibration type force sensor |
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