JPS6329259A - 圧電式力学量センサ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、圧電素子を用いた加速度等の力学量を検出
する圧電式力学量センサに関し、特に、焦電性による影
響を排して加速度を高精度に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応力を瞬間的な電流信号に変換して
加速度を検出するようにした加速度センサが種々提案さ
れており（例えば実開昭６０−７０１３３君公報）、検
出感度を高めるような種々の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、このような従来の加速度センサにおいて
、用いている圧電素子は、加わる外部応力によって生ず
る歪みによって電流を流す性質（圧電性）と共に、外囲
温度の変化によっても電流を流す性質をく焦電性）有し
ており、そのため温度が頻繁に変化するような所に加速
度センサを設けると、焦電性による電流分が検出値に対
してノイズとして働き、検出精度を低下させていた。

この発明は、以上の点を考慮してなされたもので、焦電
性による影響を排除して加速度等の力学量を高精度に検
出し１ｑる圧電式力学量センサを提供しようとするもの
である。

［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、この発明においては、薄
板状の圧電素子２，３に発生する電荷に基づき印加され
た加速度等の力学量を検出する圧電式力学量センサにお
いて、圧電素子２．３を表面に平行な軸を中心として回
動させる圧電素子回動手段５と、圧電素子２，３の出力
信号から回動周波数成分を濾波する濾波手段３３と、圧
電素子２．３の回動位置を検出する回動位置検出手段２
８ａ　、２８ｂ　、２９ａ　、２９ｂと、当該回動位置
検出手段２８ａ　、２８ｂ　、２９ａ　、２９ｂからの
出力信号φ１．φ２により、濾波手段３３からの出力信
号Ｓ６を圧電素子２．３が所定位置のときサンプルホー
ルドするサンプルホールド手段３４とを具えた。

［作用］ 圧電素子２，３を圧電素子回動手段５により回動させて
加速度等の力学量成分を変調させ、変調されない焦電成
分を濾波手段３３を用いて加速度等の力学量成分から分
離させ、サンプルホールド手段３４を用いて圧電素子２
，３が所定位置のときの加速度等の力学量成分だけを出
力させるようにした。

［実施例］ 以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第１図において、例えばステンレスでなる円板状の支持
板１０表裏両面に円板状の圧電素子２及び３が接着され
て加速度検出体４（第２図）を構成している。この検出
体４は、モータ５の回転軸−〇　− ５ａに溶接された支持リング部材６により圧電素子２，
３と回転軸５ａとが平行になるように支持されており、
この支持リング部材６は回転軸５ａと逆方向に延長する
中空の回転軸７を接着している。

ケース８は検出体４の回動を許容できるように中空室９
を有し、また、隔壁に設けられたベアリング１０が上述
の回転軸７を受けるようになされている。回転軸７には
、一端が支持板１、圧電素子２．３に接続され当該回転
軸７の中空部を延長するリード線１１〜１３の他端に接
続されたスリップリング１４〜１６が装着されており、
各スリップリング１４〜１６が隔壁に設けられている接
触子１７〜１９と接触し、この接触子１７〜１９に接続
したリード線２０〜２２が隔壁内に設けられた長孔を介
してプリント基板構成の電気回路部２３に接続するよう
になされている。

また、モータ５の回転軸５ａには、第３図に示すように
角度間隔で９０度離間しており、かつ回転軌道ＴＲ１，
ＴＲ２が異なる位置に設けられた２つの貫通孔２５．２
６を有する円板状の遮光板２７が同心円状に装着されて
おり、この遮光板２７を挾むようにかつ、光路が貫通孔
２５．２６の回転軌跡を交差するように２組の発光素子
と受光素子２８ａと２８ｂ　、２９ａと２９ｂがケース
８に装着されている。

なお、発光素子２８ａ、２９ａへの駆動信号用リード線
及び受光素子２８ｂ　、２９ｂによる受光信号用リード
線は、ケース８の側壁に設けられた長孔を通って電気回
路部２３に接続されている。

電気回路部２３は、第４図に示す詳細構成を有し、スリ
ップリング１４．１６及び接触子１７゜１９を介して与
えられる圧電素子２及び３による検出信号Ｓ１及びＳ２
を、先ずそれぞれインピーダンス変換回路３０．３１に
おいてインピーダンス変換して引算回路３２に与えるよ
うになされ、引算回路３２において変換後の検出信号Ｓ
３から８４を減算してその減算出力Ｓ５をバイパスフィ
ルタ３３に与えるようになされている。

ここで、圧電素子２及び３は、第４図に示すようにアー
スされている支持板１の表裏面に接着されているので、
同一の応力変化に対して互に逆相の検出信号Ｓ１及びＳ
２を送出する。

従って、引算回路３２で減算することは、加速度変化分
を足し合わせたことになり、また、焦電性による検出弁
を引いて打ち消したことになる。

しかし、両圧電素子２及び３のバラツキ等による違いに
より、減算出力Ｓ５には焦電性による影響は残ることに
なる。

検出体４は、第４図に矢印へで示すように等速回転して
いるので、例えば、矢印Ｂに示すような一方向からの加
速度による応力が与えられると、各圧電素子２，３は方
向Ｂに直交する位Ｎ（第４図に示す位置）で最大（絶対
値）の検出値を示し、方向Ｂに平行な位置でＯを内容と
する検出値を示し、その中間位置にあるとき、正弦波状
に変化する値をとる。そして、その周波数は検出体Ａの
回転速度に応じている。

そこで、上述のバイパスフィルタ３３のカットオフ周波
数を当該回転に伴なう周波数成分を通すように選定する
と、第５図に示すように減算出力Ｓ５が焦電性による変
化曲線Ｃ１を中心として振動していても、バイパスフィ
ルタ３３を通った後の出力Ｓ６は第６図（ａ）に示すよ
うに焦電性による影響が除去されたものとなる。

この出力Ｓ６はサンプルホールド回路３４に与えられる
。サンプルホールド回路３４には、サンプリング信号と
して受光素子２９ａ　、２９ｂからの検出信号ψ１．φ
２（第６図（ｂ）　、　（ｃ）　）が与えられる。サン
プリング信号φ１によるサンプルホールド出力Ｓ７（第
６図（（ｂ）　）は、ローパスフィルタ３５によりノイ
ズ成分が除去されて送出され、サンプリング信号φ２に
よるサンプルホールド出力Ｓ８（第６図（Ｃ））は、ロ
ーパスフィルタ３６によりノイズ成分が除去されて送出
される。

なお、第６図は受光素子２９ａから検出信号φ１が送出
されたときの検出体４の位置に対して外部応力が垂直に
加わる場合のサンプルホールド出力Ｓ７及びＳ８を示し
ている。この外部応力が大きくなれば、出力信号Ｓ６の
振幅Ｍも大きくなるのでサンプルホールド出力Ｓ７も大
きくなる。すなわち、サンプルホールド出力Ｓ７及びＳ
８は外部応力の大きさに応じて変化する。

また、上述のように、検出体４の位置が９０度異なる位
置でサンプリング信号φ１．φ２を送出するようにした
ので、外部応力を９０度異なる２方向に分割し、各々の
分力について検出値をサンプルホールド出力Ｓ７．Ｓ８
として得るようにしたのと等価であり、これらサンプル
ホールド出力Ｓ７．Ｓ８を合成処理することにより、外
部応力の大きさだけでなく、方向をも検出することかて
ぎる。

以上のように、上述の実施例によれば、焦電性による影
響を排した高精度の検出出力を得ることができ、しかも
、応力の加わる方向性をも検出することができる。

なお、上述においては、２板の圧電素子２，３を有する
ものを示したが、１板の圧電素子を用いた加速度センサ
にこの発明を適用することかできる。

また、上述の実施例においては、２方向について検出し
、加速度の方向をも計測できるものを示したが、印加さ
れる方向が１方向からと決っている場合には、１方向に
ついてのみ検出するようにしても良い。

さらにまた、上述の実施例においては、検出体４を回転
させるものを示したが、検出体４を揺動させることによ
り検出出力を振動させる（変調させる）ようにしても良
い。

また、本実施例では検出すべき力学量を加速度として説
明したがこれに限定されるものでないことはもちろんで
ある。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、この発明によれば、加速度等
の力学量検出体を周期的に動かし、検出出力を変化させ
るようにしたので検出出力における加速度等の力学量成
分を温度変化に基づく焦電成分から分離することができ
、高精度に加速度等の力学量を検出できるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の圧電式力学量センサを圧電型加速度
センサとして適用した場合の一実施例を示す路線的縦断
面図、第２図はその加速度検出体４を示す側面図、第３
図は遮光板２７を示す正面図、第４図は電気回路部２３
を示すブロック図、第５図及び第６図は各部の出力を示
す出力波形図である。 ２．３・・・圧電素子　　　　４・・・加速度検出体５
・・・モータ　　　　　　２７・・・遮光板２８ａ、２
８ｂ・・・発光素子 ２９ａ、２９ｂ・・・受光素子 ３２・・・引算回路　　　３３・・・バイパスフィルタ
３４・・・υンプルホールド回路 代理人　　弁理士　　三　好　　保　男第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）薄板状の圧電素子に発生する電荷に基づき印加さ
   れた加速度等の力学量を検出する圧電式力学量センサに
   おいて、 上記圧電素子を表面に平行な軸を中心として回動させる
   圧電素子回動手段と、 上記圧電素子の出力信号から回動周波数成分を濾波する
   濾波手段と、 上記圧電素子の回動位置を検出する回動位置検出手段と
   、 当該回動位置検出手段からの出力信号により、上記濾波
   手段からの出力信号を上記圧電素子が所定位置のときサ
   ンプルホールドするサンプルホールド手段とを 具えたことを特徴とする圧電式力学量センサ。
2. （２）上記サンプルホールド手段は、上記回動位置検出
   手段の出力信号に基づき、上記濾波手段からの出力信号
   を上記圧電素子が互に９０度異なる所定位置になったと
   きサンプルホールドするようにした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。