JPS6329212A - 圧電式力学量センサ - Google Patents
圧電式力学量センサInfo
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- JPS6329212A JPS6329212A JP17168686A JP17168686A JPS6329212A JP S6329212 A JPS6329212 A JP S6329212A JP 17168686 A JP17168686 A JP 17168686A JP 17168686 A JP17168686 A JP 17168686A JP S6329212 A JPS6329212 A JP S6329212A
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- piezoelectric
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- piezoelectric elements
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- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 11
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005616 pyroelectricity Effects 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
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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】
［産業上の利用分野］
この発明は、圧電素子を用いた圧電型力学量センサに関
し、特に焦電性による影響を排して高精度に加速度、速
度、距離等の力学量を検出し得るようにしたものである
。
し、特に焦電性による影響を排して高精度に加速度、速
度、距離等の力学量を検出し得るようにしたものである
。
［従来の技術］
周知のように、圧電素子が有する圧電性を利用し、例え
ば加速度時に生ずる力を瞬間的な電流信号に変換して加
速度等の力学量を検出するようにした力学量センサが種
々提案されており（例えば、実開昭６０−７０１３３号
公報）、検出精度を高めるような各種の工夫がなされて
いる。
ば加速度時に生ずる力を瞬間的な電流信号に変換して加
速度等の力学量を検出するようにした力学量センサが種
々提案されており（例えば、実開昭６０−７０１３３号
公報）、検出精度を高めるような各種の工夫がなされて
いる。
例えば、圧電素子は圧電性に加え、外囲温度の変化に対
しても電流を流す性質（焦電性）を有しているので、２
板の圧電素子をポーリング方向を逆にして取付け、それ
らの検出電流を減算することで焦電電流を打ち消して検
出精度を高めるような工夫がなされている。
しても電流を流す性質（焦電性）を有しているので、２
板の圧電素子をポーリング方向を逆にして取付け、それ
らの検出電流を減算することで焦電電流を打ち消して検
出精度を高めるような工夫がなされている。
［発明が解決しようとする問題点］
しかしながら、このような２板の圧電素子を用いるセン
サにおいて（よ、２板の圧電素子間のバラツキによる特
性（容量、焦電係数）の違いにより、また、電荷〈電流
）／電圧変換用の外付抵抗の違いにより、完全には焦電
電流の影響を打ち消せない。そのため、低周波計測時の
精度が実用上十分な程度に得られていなかった。
サにおいて（よ、２板の圧電素子間のバラツキによる特
性（容量、焦電係数）の違いにより、また、電荷〈電流
）／電圧変換用の外付抵抗の違いにより、完全には焦電
電流の影響を打ち消せない。そのため、低周波計測時の
精度が実用上十分な程度に得られていなかった。
この発明は、以上の点を考慮してなされたもので、２板
の圧電素子による違いを補償して高精度に力学量を検出
することのできる圧電型力学量センガを提供しようとす
るものである。
の圧電素子による違いを補償して高精度に力学量を検出
することのできる圧電型力学量センガを提供しようとす
るものである。
し問題点を解決するための手段］
かかる問題点を解決するため、この発明においてｔよ、
２枚の圧電素子２，３をポーリング方向を逆にして配置
し、それら出力を合成するようにした圧電式力学量セン
サにおいて、一方又は両方の圧電素子２．３に並列に接
続する可制御容量素子Ｃｃと、一方又は両方の圧電素子
２，３に並列に接続する負伺抵抗伯を制御する負荷抵抗
調整手段ＲＣと、各圧電素子２，３０発生出力信号を制
御するゲインコントロール手段７．Ｒ７のうら少なくと
も１つを有するようにした。
２枚の圧電素子２，３をポーリング方向を逆にして配置
し、それら出力を合成するようにした圧電式力学量セン
サにおいて、一方又は両方の圧電素子２．３に並列に接
続する可制御容量素子Ｃｃと、一方又は両方の圧電素子
２，３に並列に接続する負伺抵抗伯を制御する負荷抵抗
調整手段ＲＣと、各圧電素子２，３０発生出力信号を制
御するゲインコントロール手段７．Ｒ７のうら少なくと
も１つを有するようにした。
［作用］
２枚の圧電素子２．３の僅かな違いにより、焦電性は完
全には打ち消せない。
全には打ち消せない。
検討した結甲、各圧電素子２．３の接続系列における合
成容量の比、合成抵抗の比、焦電係数比を等しくすると
各圧電素子２．３がばらつきにより特性が異なっていて
も焦電性による影響を打ち消すことができることが分か
った。
成容量の比、合成抵抗の比、焦電係数比を等しくすると
各圧電素子２．３がばらつきにより特性が異なっていて
も焦電性による影響を打ち消すことができることが分か
った。
そこで、可制御容量素子ＣＣ，負荷抵抗調整手段Ｒｅ、
ゲインコントロール手段７．Ｒ７を設けてかかる条ｆ１
を満足するようにした。
ゲインコントロール手段７．Ｒ７を設けてかかる条ｆ１
を満足するようにした。
［実施例］
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を詳述する
。
。
第１図において、アースされている金属板１の両面には
、ポーリング方向（極性）が反対になるように圧電素子
２及び３が接着されており、これら金属板１、圧電素子
２，３により力学量検出部４を構成している。
、ポーリング方向（極性）が反対になるように圧電素子
２及び３が接着されており、これら金属板１、圧電素子
２，３により力学量検出部４を構成している。
−、う −
各圧電素子２．３に蓄積された電荷は、それぞれ放電用
抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して逃がすようになされており、抵
抗ｆ３１ 、 Ｒ２の両端に生じた電圧信号がバッファ
増幅器５，６を介して差動増幅部７に与えられる。
抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して逃がすようになされており、抵
抗ｆ３１ 、 Ｒ２の両端に生じた電圧信号がバッファ
増幅器５，６を介して差動増幅部７に与えられる。
差動増幅部７は、到来する電圧信号Ｓ１及びＳ２をイれ
ぞれ、同一値の入力抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して受ける演算
増幅器ＯＰと、帰還抵抗Ｒ５と、非反転入力端とアース
間に接続された帰還抵抗Ｒ５と同一値をとる抵抗Ｒ６と
からなる。かくして、差動増幅部７は、入力信号８２．
８１の差（Ｓ２−８１）を増幅率Ｒ５／Ｒ３倍した出力
信号ＯＬＪＴを一送出する。ここで、増幅部７を差動増
幅回路で構成するようにしたのは、焦電ｆ４による影響
を減算して打ち消すためである。
ぞれ、同一値の入力抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して受ける演算
増幅器ＯＰと、帰還抵抗Ｒ５と、非反転入力端とアース
間に接続された帰還抵抗Ｒ５と同一値をとる抵抗Ｒ６と
からなる。かくして、差動増幅部７は、入力信号８２．
８１の差（Ｓ２−８１）を増幅率Ｒ５／Ｒ３倍した出力
信号ＯＬＪＴを一送出する。ここで、増幅部７を差動増
幅回路で構成するようにしたのは、焦電ｆ４による影響
を減算して打ち消すためである。
この実施例の場合、以−トの構成に加え、て各種の補償
回路素子が設けられている。すなわち、抵抗Ｒ１及びＲ
２の一方又は両方に並列に、圧電素子２及び３間の容量
差を補償するための補償用コンデンサＣＣ（第１図にお
いては、抵抗Ｒ１側に接続した場合を示す）が接続され
ている。また、抵抗Ｒ１及びＲ２の一方又は両方に並列
に、抵抗Ｒ１及びＲ２間の偏差を補償するための補償用
抵抗Ｒｃ （第１図においては、抵抗Ｒ１側に接続し
た場合を示す〉が接続されている。さらにまた、差動増
幅部７における増幅率補償用に抵抗Ｒ７が帰還抵抗Ｒ５
に並列に接続されている。
回路素子が設けられている。すなわち、抵抗Ｒ１及びＲ
２の一方又は両方に並列に、圧電素子２及び３間の容量
差を補償するための補償用コンデンサＣＣ（第１図にお
いては、抵抗Ｒ１側に接続した場合を示す）が接続され
ている。また、抵抗Ｒ１及びＲ２の一方又は両方に並列
に、抵抗Ｒ１及びＲ２間の偏差を補償するための補償用
抵抗Ｒｃ （第１図においては、抵抗Ｒ１側に接続し
た場合を示す〉が接続されている。さらにまた、差動増
幅部７における増幅率補償用に抵抗Ｒ７が帰還抵抗Ｒ５
に並列に接続されている。
上述の各補償回路素子は、以下に示す検討に基づぎ設け
られた。
られた。
温度がｄＴ変化したときに圧電素子２，３に発生する焦
電電荷ｄＱは、電極面積をＡ１焦電率を１） ｃｐ ＝
ｄ Ｐ／ｄ Ｔ ［０／ｍ ２にコ）とすルト、ｄＱ＝
ＡＸ１１（ＩＴとなり、温度変化率をβ（β−ｄＴ／ｄ
ｔ）とすると、発生する焦電流ｉは次式％式％ （αは圧電検出部の固有の定数）のようになる。
電電荷ｄＱは、電極面積をＡ１焦電率を１） ｃｐ ＝
ｄ Ｐ／ｄ Ｔ ［０／ｍ ２にコ）とすルト、ｄＱ＝
ＡＸ１１（ＩＴとなり、温度変化率をβ（β−ｄＴ／ｄ
ｔ）とすると、発生する焦電流ｉは次式％式％ （αは圧電検出部の固有の定数）のようになる。
そこで、第１図に示す検出部４を含む回路の焦電性に関
する部分の等価回路は第２図に示すようになる。ここで
、ＩＩ、＋２は、温度変化率βに比例する定電流源、Ｒ
ｉ＋、Ｒｉ２は圧電素子２゜３の絶縁抵抗Ｃｉ ＋ 、
Ｃ！ ２は圧電素子２，３の容量、ＣＣｌ 、 Ｃｃ
２はイ］加容畢（コンデンサＣＣに対応している＞、Ｒ
Ｃ＋、ＲＣ２はイ・１加抵抗（抵抗ＲＣに対応している
）である。定電流源より流れだＪ電流をｌｉｄ、ｆｉ２
とおき、（−１加抵抗（抵抗ＲＣに対応している＞Ｉ＋
、１２である。
する部分の等価回路は第２図に示すようになる。ここで
、ＩＩ、＋２は、温度変化率βに比例する定電流源、Ｒ
ｉ＋、Ｒｉ２は圧電素子２゜３の絶縁抵抗Ｃｉ ＋ 、
Ｃ！ ２は圧電素子２，３の容量、ＣＣｌ 、 Ｃｃ
２はイ］加容畢（コンデンサＣＣに対応している＞、Ｒ
Ｃ＋、ＲＣ２はイ・１加抵抗（抵抗ＲＣに対応している
）である。定電流源より流れだＪ電流をｌｉｄ、ｆｉ２
とおき、（−１加抵抗（抵抗ＲＣに対応している＞Ｉ＋
、１２である。
定電流源１＋ 、＋２より流れ出す電流を１１１゜１１
２とおき、付加抵抗ＲＯ１，ＲＣ２の両端に発牛覆る電
圧をＶ＋ 、Ｖ２とすると、Ｃｉ＋、ＣＣ＋、Ｃｉ２．
ＣＣ２に電荷が蓄えられていない時貞（この時魚を１＝
０とおく）より１秒後の電圧Ｖｌ、Ｖ２は、次式 ％式％） に示すようになる（ Ｘ ／／ Ｙは素子ＸとＹの並列
接続における合成インピーダンスを示す。）焦電負荷を
圧電素子２，３について完全に打ち消しあうには、次式 ％式％（４） を満足すれば良く、このためには、＜２＞、（３）式に
より、次式 ％式％ の関係を満足すれば良いことが分かる。この（５）。
２とおき、付加抵抗ＲＯ１，ＲＣ２の両端に発牛覆る電
圧をＶ＋ 、Ｖ２とすると、Ｃｉ＋、ＣＣ＋、Ｃｉ２．
ＣＣ２に電荷が蓄えられていない時貞（この時魚を１＝
０とおく）より１秒後の電圧Ｖｌ、Ｖ２は、次式 ％式％） に示すようになる（ Ｘ ／／ Ｙは素子ＸとＹの並列
接続における合成インピーダンスを示す。）焦電負荷を
圧電素子２，３について完全に打ち消しあうには、次式 ％式％（４） を満足すれば良く、このためには、＜２＞、（３）式に
より、次式 ％式％ の関係を満足すれば良いことが分かる。この（５）。
（６）式により従って次式
を満足することが焦電性を完全に打ち消すための条件で
あることが分かる。
あることが分かる。
次に実際の焦電流、抵抗、容量の合わせ込み方法につい
て説明する。上述の（７）式より３つの要素の比が等し
ければ良いので３つの要素のうち、２つを他の１つに合
わせれば良いことになる。（５）。
て説明する。上述の（７）式より３つの要素の比が等し
ければ良いので３つの要素のうち、２つを他の１つに合
わせれば良いことになる。（５）。
（６）式から明らかなように、抵抗値は、両式に関係し
てくるので、抵抗値の比Ｒｉ 、 ／／Ｒｅ ＋ ／Ｒ
ｉ２／／ＲＣ２を固定して、焦電流及び容量をこの抵抗
値の比に合わせるのが最も調整しやすいと考えられ、以
下では、かかる手順に従った調整方法について）ホベる
。
てくるので、抵抗値の比Ｒｉ 、 ／／Ｒｅ ＋ ／Ｒ
ｉ２／／ＲＣ２を固定して、焦電流及び容量をこの抵抗
値の比に合わせるのが最も調整しやすいと考えられ、以
下では、かかる手順に従った調整方法について）ホベる
。
例えばｆｉ２／Ｉｉ＋＝０．５、（Ｒｉ＋／／ＲＣ＋）
／ （Ｒｉ２／／Ｒｃ２ ＞−”＋、０１（Ｃ：２／／
ＣＣ２）／ （Ｃｉ ＋ ／／ＣＣ＋ ）＝０．９８の
とき圧電素子２．３を、単位時間当りの変化温度を一定
にして加熱して行くと、電ＩＦＦ Ｖ ＋ 及びＶ２は
第３図に示すように変化してゆく。焦電流１！＋。
／ （Ｒｉ２／／Ｒｃ２ ＞−”＋、０１（Ｃ：２／／
ＣＣ２）／ （Ｃｉ ＋ ／／ＣＣ＋ ）＝０．９８の
とき圧電素子２．３を、単位時間当りの変化温度を一定
にして加熱して行くと、電ＩＦＦ Ｖ ＋ 及びＶ２は
第３図に示すように変化してゆく。焦電流１！＋。
Ｊｉ２の合わせ方であるがこれら焦電流１！＋。
１ｉ２を直接会わせるのは困難である。しかし、次式
Ｖ＋ ＝ＫＶ２・・・・・・（８）のように差動増幅
部７の増幅率を決めれば１１１＝ＫＩｆ２と等価である
ことから増幅率を可変して焦電流１ｉ１．ｌｉ２を所定
比に合わせ込んだと同様の状態にし得る。第３図におい
て加熱開始後、充分時間が経過した時間ｉｏにおける電
圧Ｖ１及びＶ２の値をＶ＋ Ｔ 、Ｖ２ ｔとおくと、
Ｖ＋ｔ ／Ｖ２ ｔ ＝２．００であるから、増幅率Ｋ
を２、ＯＯとすると、電圧Ｖ＋及びＶ２は第４図のよう
になる。実際には、抵抗値偏差があるから、抵抗Ｒ７を
可変してＫを１から可変してゆき、Ｖ＋ｔ＝Ｖ２ｔなる
ようにＫを決定する。この状態で、（７）式のｆｉ２／
Ｉｉ＋＝Ｒｉ 電 ／／Ｒ０１／Ｒ：２／／ＲＣ２が満
足された。
Ｖ＋ ＝ＫＶ２・・・・・・（８）のように差動増幅
部７の増幅率を決めれば１１１＝ＫＩｆ２と等価である
ことから増幅率を可変して焦電流１ｉ１．ｌｉ２を所定
比に合わせ込んだと同様の状態にし得る。第３図におい
て加熱開始後、充分時間が経過した時間ｉｏにおける電
圧Ｖ１及びＶ２の値をＶ＋ Ｔ 、Ｖ２ ｔとおくと、
Ｖ＋ｔ ／Ｖ２ ｔ ＝２．００であるから、増幅率Ｋ
を２、ＯＯとすると、電圧Ｖ＋及びＶ２は第４図のよう
になる。実際には、抵抗値偏差があるから、抵抗Ｒ７を
可変してＫを１から可変してゆき、Ｖ＋ｔ＝Ｖ２ｔなる
ようにＫを決定する。この状態で、（７）式のｆｉ２／
Ｉｉ＋＝Ｒｉ 電 ／／Ｒ０１／Ｒ：２／／ＲＣ２が満
足された。
次に容量を補償する動作を説明する。第４図において、
電圧Ｖ１とＶ２の波形が重なるように補償容量ＣＣ＋又
はＣＣ２（ＣＣ（第１図））を付加してゆき、一致した
ときに、付加を停止する。
電圧Ｖ１とＶ２の波形が重なるように補償容量ＣＣ＋又
はＣＣ２（ＣＣ（第１図））を付加してゆき、一致した
ときに、付加を停止する。
この停什時の波形を第５図に示す。これで（７）式のＲ
ｉ １／／ＲＣ＋ ／Ｒｉ ２ ／／ＲＣ２＝Ｃｉ ２
／／ＣＣ２／ Ｃｉ ＋ ／／ Ｃｃ １ が満足さ
れ、以下より（５）式に示す条件が満足され、焦電電荷
を打ち消しあうことができたことになる。
ｉ １／／ＲＣ＋ ／Ｒｉ ２ ／／ＲＣ２＝Ｃｉ ２
／／ＣＣ２／ Ｃｉ ＋ ／／ Ｃｃ １ が満足さ
れ、以下より（５）式に示す条件が満足され、焦電電荷
を打ち消しあうことができたことになる。
因みに、圧電性による電圧信号は、電圧素子２゜３を逆
特性に接着配置しているため差動増幅部７においで加算
されるため、打ち消されることがなく、出力信号に含ま
れることになる。焦電性を打ち消すための補償用回路素
子の調整によって加算係数が変化するが、送出される出
力信号は加算係数が変化しても外部応力に対する線形性
を維持しており、調整による影響は受けない。
特性に接着配置しているため差動増幅部７においで加算
されるため、打ち消されることがなく、出力信号に含ま
れることになる。焦電性を打ち消すための補償用回路素
子の調整によって加算係数が変化するが、送出される出
力信号は加算係数が変化しても外部応力に対する線形性
を維持しており、調整による影響は受けない。
［発明の効果］
以上説明してきたように、この発明によれば、可制御回
路素子を設けて２個の電圧素子の焦電特性を一致させる
ようにしたので低周波力学量検出時、ノイズ成分となる
焦電電荷を減算することで確実に打ち消すことができ高
精度に力学量を検出できるという効果が得られる。
路素子を設けて２個の電圧素子の焦電特性を一致させる
ようにしたので低周波力学量検出時、ノイズ成分となる
焦電電荷を減算することで確実に打ち消すことができ高
精度に力学量を検出できるという効果が得られる。
第１図はこの発明により圧電式力学量センサの一実施例
を示す接続図、第２図はその等価回路図、第３図〜第５
図はその調整時における特性を示す特性曲線図である。 ２．３・・・圧電素子 ７・・・差動増幅部ＣＣ・
・・補償用コンデンサ ＲＣ・・・補償用抵抗Ｒ７・・
・増幅率補償用抵抗
を示す接続図、第２図はその等価回路図、第３図〜第５
図はその調整時における特性を示す特性曲線図である。 ２．３・・・圧電素子 ７・・・差動増幅部ＣＣ・
・・補償用コンデンサ ＲＣ・・・補償用抵抗Ｒ７・・
・増幅率補償用抵抗
Claims (2)
- （１）二枚の圧電素子をポーリング方向を逆にして配置
し、それら出力を合成するようにした圧電式力学量セン
サにおいて、一方又は両方の上記圧電素子に並列に接続
する可制御容量素子と、一方又は両方の上記圧電素子に
並列に接続する負荷抵抗値を制御する負荷抵抗調整手段
と、上記各圧電素子の発生出力信号を制御するゲインコ
ントロール手段とのうち少なくとも１つを有することを
特徴とする圧電式力学量センサ。 - （２）上記可制御容量素子、上記負荷抵抗調整手段又は
／及び上記ゲインコントロール手段は、上記各圧電素子
の接続系列における合成容量の比、合成抵抗の比、焦電
係数比が等しくなるように制御することを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の圧電式力学量センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17168686A JPS6329212A (ja) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | 圧電式力学量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17168686A JPS6329212A (ja) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | 圧電式力学量センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6329212A true JPS6329212A (ja) | 1988-02-06 |
Family
ID=15927812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17168686A Pending JPS6329212A (ja) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | 圧電式力学量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6329212A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000045181A1 (fr) * | 1999-01-26 | 2000-08-03 | Bosch Electronics Corporation | Capteur d'acceleration et systeme de detection d'acceleration |
| WO2004023571A3 (en) * | 2002-09-04 | 2004-07-22 | Triad Sensors Inc | Interface electronics for piezoelectric devices |
| JP2020143930A (ja) * | 2019-03-04 | 2020-09-10 | 富士電機株式会社 | ジャーク測定システム |
-
1986
- 1986-07-23 JP JP17168686A patent/JPS6329212A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000045181A1 (fr) * | 1999-01-26 | 2000-08-03 | Bosch Electronics Corporation | Capteur d'acceleration et systeme de detection d'acceleration |
| US6513383B1 (en) | 1999-01-26 | 2003-02-04 | Bosch Electronics Corporation | Acceleration sensor and acceleration detection system |
| WO2004023571A3 (en) * | 2002-09-04 | 2004-07-22 | Triad Sensors Inc | Interface electronics for piezoelectric devices |
| JP2020143930A (ja) * | 2019-03-04 | 2020-09-10 | 富士電機株式会社 | ジャーク測定システム |
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