JPS6235047B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6235047B2 JPS6235047B2 JP60184776A JP18477685A JPS6235047B2 JP S6235047 B2 JPS6235047 B2 JP S6235047B2 JP 60184776 A JP60184776 A JP 60184776A JP 18477685 A JP18477685 A JP 18477685A JP S6235047 B2 JPS6235047 B2 JP S6235047B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vibrating
- piezoelectric element
- amplifier
- coupling
- vibrator
- Prior art date
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- Expired
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 14
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 14
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 14
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 2
- 230000002463 transducing effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition 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
- G01L1/10—Measuring force or stress, in general by measuring variations of frequency of stressed vibrating elements, e.g. of stressed strings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は力を周波数に変換する機構に関するも
のである。
のである。
第１図は、従来より一般に用いられている力を
周波数に変換する機構の一実施例の原理的構成説
明図である。図において、１は両端を固定された
断面一様な棒、２は、たとえば筐体等のベースで
ある。今、棒１の両固定端にそれぞれ軸力Ｓが加
わるものとすると、軸力Ｓと棒の横方向の振動周
波数ｆとの間には１≫K2ｌ２／ＥＩＳの場合(1)式に示
す ような関係がある。
周波数に変換する機構の一実施例の原理的構成説
明図である。図において、１は両端を固定された
断面一様な棒、２は、たとえば筐体等のベースで
ある。今、棒１の両固定端にそれぞれ軸力Ｓが加
わるものとすると、軸力Ｓと棒の横方向の振動周
波数ｆとの間には１≫K2ｌ２／ＥＩＳの場合(1)式に示
す ような関係がある。
ｌ：棒１の長さ
Ｅ：棒１の縦弾性係数
Ｉ：振動方向に直角な主軸に関する断面２次モー
メント ｇ：重力加速度 ρ：棒１の密度 Ａ：棒１の断面積 Ｓ：軸力（圧縮力を正とする） K1、K2：棒１の支持条件と振動モードにより決
る定数 共振周波数ωは２πｆで表わされるので、棒１
の共振周波数ωを測定すれば、対応する軸力Ｓを
測定することができる。
メント ｇ：重力加速度 ρ：棒１の密度 Ａ：棒１の断面積 Ｓ：軸力（圧縮力を正とする） K1、K2：棒１の支持条件と振動モードにより決
る定数 共振周波数ωは２πｆで表わされるので、棒１
の共振周波数ωを測定すれば、対応する軸力Ｓを
測定することができる。
このようなトランスデユーサにおいて、高精度
の測定を実現するための条件としては以下の条件
が満足されなければならない。
の測定を実現するための条件としては以下の条件
が満足されなければならない。
(i) 周波数ｆの安定性が良い。つまり、振動子
（＝棒１）のＱが高い。
（＝棒１）のＱが高い。
(ii) 単位応力当りの周波数変化率Δｆ／ρが大き
い。
い。
（Δｆ＝ｆｓ＝ｓ−ｆｓ＝ｐ／ｆｓ＝ｐ、ρ＝Ｓ／
Ａ） 即ち、このようなトランスデユーサの良好度Ｇ
は次のような式で表わすことができる。
Ａ） 即ち、このようなトランスデユーサの良好度Ｇ
は次のような式で表わすことができる。
Ｇ＝Ｑ・Δｆ／Ｓ・Ａ (2)
而して、第１図の構成のものにおいて、棒１を
共振させ、その共振周波数ωを測定すれば、加え
られた軸力Ｓを知ることができるが、第２図に示
す如く、棒が振動している場合に、ベース２との
固定端部には反力Ｒ、モーメントＭが発生し、こ
の力はベース部が理想的な固定端でない場合損失
となり消費され、棒１のＱの低下の原因となる。
共振させ、その共振周波数ωを測定すれば、加え
られた軸力Ｓを知ることができるが、第２図に示
す如く、棒が振動している場合に、ベース２との
固定端部には反力Ｒ、モーメントＭが発生し、こ
の力はベース部が理想的な固定端でない場合損失
となり消費され、棒１のＱの低下の原因となる。
また、棒１への励振手段および検出手段の取付
け位置によつてＱは大きく変化する。
け位置によつてＱは大きく変化する。
本発明は上記の問題点を解決したものである。
本発明の目的は簡単な構成により、振動エネル
ギー損失の少く、安定性が良く、効率のよい力変
換機構を提供するにある。
ギー損失の少く、安定性が良く、効率のよい力変
換機構を提供するにある。
第３図は本発明の一実施例の構成説明図で、Ａ
は正面図、Ｂは側面図である。
は正面図、Ｂは側面図である。
図において、１は振動子本体で、振動部１１、
結合部１２と支持部１３よりなる。振動部１１は
中心軸Ａ−Ａに対称に平行して設けられ、２個の
板ビーム状をなしている。結合部１２はその両端
が振動部１１のそれぞれの一端と結合しているも
ので、振動部１１と結合部１２とによりロの字形
に構成された全体が一つの振動子として構成され
ている。支持部１３は振動子本体１の取付けられ
るベース２、たとえば筐体等から振動子本体１を
振動的に絶縁すると共に、振動子本体１をベース
２に固定する場合の取付け誤差にもとずく、中心
軸のずれによる誤差の発生を防止するようにした
もので、互に直角をなす板状のフレクシヤ１３
１，１３２よりなり、結合部１２とベース２とを
連結している。３，４は第３図に示すごとく、結
合部の側面にあるいは一部がわずかに振動部１１
にはみだして結合部の側面にそれぞれ取付けられ
た圧電素子で、この場合は、圧電素子３は励振素
子として用いられ、外部に設けられた増幅器２に
接続されている。また圧電素子４は振動のピツク
アツプ素子として用いられ、その出力は増幅器５
に帰還されるもので、振動子本体１と、圧電素子
３，４と、増幅器５とにより、第４図に示すよう
に発振回路Ｂが構成されている。６は周波数測定
器である。
結合部１２と支持部１３よりなる。振動部１１は
中心軸Ａ−Ａに対称に平行して設けられ、２個の
板ビーム状をなしている。結合部１２はその両端
が振動部１１のそれぞれの一端と結合しているも
ので、振動部１１と結合部１２とによりロの字形
に構成された全体が一つの振動子として構成され
ている。支持部１３は振動子本体１の取付けられ
るベース２、たとえば筐体等から振動子本体１を
振動的に絶縁すると共に、振動子本体１をベース
２に固定する場合の取付け誤差にもとずく、中心
軸のずれによる誤差の発生を防止するようにした
もので、互に直角をなす板状のフレクシヤ１３
１，１３２よりなり、結合部１２とベース２とを
連結している。３，４は第３図に示すごとく、結
合部の側面にあるいは一部がわずかに振動部１１
にはみだして結合部の側面にそれぞれ取付けられ
た圧電素子で、この場合は、圧電素子３は励振素
子として用いられ、外部に設けられた増幅器２に
接続されている。また圧電素子４は振動のピツク
アツプ素子として用いられ、その出力は増幅器５
に帰還されるもので、振動子本体１と、圧電素子
３，４と、増幅器５とにより、第４図に示すよう
に発振回路Ｂが構成されている。６は周波数測定
器である。
以上の構成において、第３図に示す如く、被測
定軸力Ｓが矢印方向に振動子本体１に加えられた
場合に、軸力Ｓが変化すると、前述(1)式に示す如
く振動子本体１の共振周波数は変化し、これに対
応して、発振回路Ｂの発振周波数も変化する。し
たがつて、発振回路Ｂの発振周波数を周波数測定
器６により測定すれば振動子本体１に加えられた
軸力Ｓの値を知ることができる。
定軸力Ｓが矢印方向に振動子本体１に加えられた
場合に、軸力Ｓが変化すると、前述(1)式に示す如
く振動子本体１の共振周波数は変化し、これに対
応して、発振回路Ｂの発振周波数も変化する。し
たがつて、発振回路Ｂの発振周波数を周波数測定
器６により測定すれば振動子本体１に加えられた
軸力Ｓの値を知ることができる。
この場合、第５図に示す如く、２個の振動部１
１、結合部１２が中心軸Ａ−Ａに対称に振動する
振動モードの場合、振動子本体１のベース２への
固定端部には振動部１１と結合部１２との接続点
において発生する反力Ｒ、モーメントＭが互に逆
方向で大きさが等しいため結合部１２において互
に打ち消し合い、振動子の振動に伴う力が外部に
全く発生せず、支持が理想的な状態でない場合で
も、振動子本体１から外部にエネルギーが消費さ
れることがない。
１、結合部１２が中心軸Ａ−Ａに対称に振動する
振動モードの場合、振動子本体１のベース２への
固定端部には振動部１１と結合部１２との接続点
において発生する反力Ｒ、モーメントＭが互に逆
方向で大きさが等しいため結合部１２において互
に打ち消し合い、振動子の振動に伴う力が外部に
全く発生せず、支持が理想的な状態でない場合で
も、振動子本体１から外部にエネルギーが消費さ
れることがない。
この結果、Ｑの高い（良好度Ｇの値の大きい）
振動子本体を得ることができる。
振動子本体を得ることができる。
而して、圧電素子３，４は結合部１２の側面Ｃ
に、あるいは一部がわずかに振動部１１にはみだ
して結合部１２に取付けられているので、振動部
１１のＡ又はＢに取付けられた場合に比して、よ
り良好なＱが得られる。なお、圧電素子の一部が
振動部１１にはみだして取付けられた第３図の場
合には、Ｑは、わずかに小さくなるが、信号のピ
ツクアツプ量が大きくなる利点を有する。圧着素
子の固着位置とＱとの関係を第６図Ｂに示す。
に、あるいは一部がわずかに振動部１１にはみだ
して結合部１２に取付けられているので、振動部
１１のＡ又はＢに取付けられた場合に比して、よ
り良好なＱが得られる。なお、圧電素子の一部が
振動部１１にはみだして取付けられた第３図の場
合には、Ｑは、わずかに小さくなるが、信号のピ
ツクアツプ量が大きくなる利点を有する。圧着素
子の固着位置とＱとの関係を第６図Ｂに示す。
而して、励振、振動ピツクアツプ素子として、
圧電素子を用いたので、ローパワーで動作でき、
Ｑも大で、電気回路との結合が容易であり、振動
子本体１の材料の選択に制限を受けない。
圧電素子を用いたので、ローパワーで動作でき、
Ｑも大で、電気回路との結合が容易であり、振動
子本体１の材料の選択に制限を受けない。
また、自励振回路を構成したので、連続的に測
定信号出力を得ることができ、分周、逓倍も容易
に行うことができる。
定信号出力を得ることができ、分周、逓倍も容易
に行うことができる。
第７図は本発明の他の実施例の要部構成説明図
で、Ａは正面図、Ｂは側面図である。
で、Ａは正面図、Ｂは側面図である。
本実施例においては、中心軸Ａ−Ａに対称にフ
レクシヤ１３２をはさんで、結合部１２に一面を
固定されたアイソレーシヨンマス１４を４個設け
たものである。
レクシヤ１３２をはさんで、結合部１２に一面を
固定されたアイソレーシヨンマス１４を４個設け
たものである。
この結果、発生する反力ＲモーメントＭをより
小さくすることができ、その小さな反力が互に打
消されることになるので、振動子本体１′のベー
ス２への支持点に、力がより確実に発生しないも
のが得られる。
小さくすることができ、その小さな反力が互に打
消されることになるので、振動子本体１′のベー
ス２への支持点に、力がより確実に発生しないも
のが得られる。
なお、圧電素子３，４として蒸着あるいはスパ
ツタリング等により、薄膜形圧電素子を振動子本
体１の側面に直接形成するようにすれば、圧電素
子を接着する等の場合に比して、更に高いＱを得
ることができるとともに、本体側面に直接形成す
るので、生産性のよいものが得られる。
ツタリング等により、薄膜形圧電素子を振動子本
体１の側面に直接形成するようにすれば、圧電素
子を接着する等の場合に比して、更に高いＱを得
ることができるとともに、本体側面に直接形成す
るので、生産性のよいものが得られる。
また、前述の実施例においては、振動部１１は
板ビーム状をなしていると説明したが、これにか
ぎることはなく、丸棒状でもよく、要するに、対
向する振動部が対称構造のものであればよい。
板ビーム状をなしていると説明したが、これにか
ぎることはなく、丸棒状でもよく、要するに、対
向する振動部が対称構造のものであればよい。
以上説明したように、本発明によれば、簡単な
構成により、振動エネルギー損失の少く、効率の
よい力変換機構を実現することができる。
構成により、振動エネルギー損失の少く、効率の
よい力変換機構を実現することができる。
第１図は従来公知の力−周波数変換機構の一実
施例の原理的構成説明図、第２図は第１図の動作
説明図、第３図は本発明の一実施例の構成説明図
で、Ａは正面図、Ｂは側面図、第４図は発振回路
の構成説明図、第５図、第６図は第３図の動作説
明図、第７図は本発明の他の実施例の構成説明図
で、Ａは正面図、Ｂは側面図である。 １……振動子本体、１１……振動部、１２……
結合部、１３……支持部、１３１，１３２……フ
レクシヤ、１４……アイソレーシヨンマス、２…
…ベース、３，４……圧電素子、５……増幅器、
６……周波数測定器、Ａ……中心軸。
施例の原理的構成説明図、第２図は第１図の動作
説明図、第３図は本発明の一実施例の構成説明図
で、Ａは正面図、Ｂは側面図、第４図は発振回路
の構成説明図、第５図、第６図は第３図の動作説
明図、第７図は本発明の他の実施例の構成説明図
で、Ａは正面図、Ｂは側面図である。 １……振動子本体、１１……振動部、１２……
結合部、１３……支持部、１３１，１３２……フ
レクシヤ、１４……アイソレーシヨンマス、２…
…ベース、３，４……圧電素子、５……増幅器、
６……周波数測定器、Ａ……中心軸。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 中心軸に対称に平行して設けられ変換すべき
入力軸力が軸方向に実質的に加えられる長軸状の
振動部と該振動部のそれぞれの一端を結合する結
合部と該結合部をベースに振動部に絶縁して支持
する支持部とよりなる振動子本体、増幅器と前記
振動子本体の結合部の側面にあるいは一部がわず
かに振動部にはみだして結合部の側面に配置され
前記増幅器よりの出力を受けて前記振動子本体を
共振させる励振素子として作用する圧電素子と前
記振動子本体の結合部の側面にあるいは一部がわ
ずかに振動部にはみだして結合部の側面に配置さ
れ振動ピツクアツプ素子として用いられ出力を前
記増幅器に帰還する圧電素子とからなる発振回路
を具備してなる力変換機構。 ２ 圧電素子として薄膜蒸着圧電素子を用いたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の力変
換機構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18477685A JPS61142434A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 力変換機構 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18477685A JPS61142434A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 力変換機構 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53041599A Division JPS5856422B2 (ja) | 1978-04-07 | 1978-04-07 | 力変換機構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61142434A JPS61142434A (ja) | 1986-06-30 |
| JPS6235047B2 true JPS6235047B2 (ja) | 1987-07-30 |
Family
ID=16159107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18477685A Granted JPS61142434A (ja) | 1985-08-22 | 1985-08-22 | 力変換機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61142434A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03115623A (ja) * | 1989-09-27 | 1991-05-16 | Masanori Kumai | 重心移動擁壁 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3238789A (en) * | 1961-07-14 | 1966-03-08 | Litton Systems Inc | Vibrating bar transducer |
| JPS5145568A (ja) * | 1974-10-17 | 1976-04-19 | Tokyo Shibaura Electric Co | Chikaraadenkihenkansochi |
-
1985
- 1985-08-22 JP JP18477685A patent/JPS61142434A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3238789A (en) * | 1961-07-14 | 1966-03-08 | Litton Systems Inc | Vibrating bar transducer |
| JPS5145568A (ja) * | 1974-10-17 | 1976-04-19 | Tokyo Shibaura Electric Co | Chikaraadenkihenkansochi |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03115623A (ja) * | 1989-09-27 | 1991-05-16 | Masanori Kumai | 重心移動擁壁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61142434A (ja) | 1986-06-30 |
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