TW202041857A - 振動感測器 - Google Patents
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Abstract
振動感測器(100、100a)係包括：感測器外殼(110)，係與被檢體(200)之振動同步地與被檢體(200)一起振動；壓電基板(120)，係在一面配置第1簾狀電極(122)、第1端子(121)、第2簾狀電極(124)、以及第2端子(123)，且在被固定於感測器外殼(110)的狀態被配置於感測器外殼(110)之內部，且，與感測器外殼(110)之振動同步地與感測器外殼(110)一起振動；放大器(130)，係接收從第2端子(123)所輸出之信號，作為輸入信號，將所接收之輸入信號放大，再將放大後之輸入信號作為輸出信號，傳送至第1端子(121)；變形層(140)，係一面被黏著於壓電基板(120)之另一面，並具有彈性；以及重量物(150)，係一面被黏著於變形層(140)之另一面。
Description
本發明係有關於一種振動感測器。
有一種振動感測器，該振動感測器係使既定部位與被檢體之振動同步地與被檢體一起振動，並將既定部位之振動變換成電性信號，藉此，偵測被檢體之振動。
例如，在專利文獻1，係揭示一種振動聲檢測感測器，該振動聲檢測感測器係由壓電基板、輸入用簾狀電極、輸出用簾狀電極、隔膜、放大器、以及振動傳播體所構成，並檢測出在與振動傳播體接觸之被檢體所產生之振動聲。
[先行專利文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013－57627號公報
[發明所欲解決之課題]
可是，如在專利文獻1所揭示之振動聲檢測感測器的既定部位被固定於被檢體之以往的振動感測器係在被檢體所產生之振動是低頻振動的情況，振動感測器整體就與該振動同步地與被檢體一起移動。即，在該情況，以往的振動感測器係因為將既定部位之振動變換成電性信號的部位成為對既定部位不相對地振動的狀態，所以無法將被檢體之振動變換成電性信號。
本發明係為了解決上述之問題點者，其目的在於提供一種振動感測器，該振動感測器係可檢測出在被檢體所產生之低頻振動。
[解決課題之手段]
本發明之振動感測器係包括：感測器外殼，係與被檢體之振動同步地與被檢體一起振動；壓電基板，係在一面配置第1簾狀電極、用以向第1簾狀電極輸入信號之第1端子、第2簾狀電極、以及用以從第2簾狀電極輸出信號之第2端子，且在被固定於感測器外殼的狀態被配置於感測器外殼之內部，且，與感測器外殼之振動同步地與感測器外殼一起振動；放大器，係接收從第2端子所輸出之信號，作為輸入信號，將所接收之輸入信號放大，再將放大後之輸入信號作為輸出信號，傳送至第1端子；變形層，係一面被黏著於壓電基板之另一面，並具有彈性；以及重量物，係一面被黏著於變形層之另一面。
[發明之效果]
若依據本發明，可檢測出在被檢體所產生之低頻振動。
以下，一面參照圖面，一面詳細地說明本發明之實施形態。
實施形態1
參照圖1、圖2，說明實施形態1之振動感測器100的構成。
圖1係表示實施形態1之振動感測器100的主要部之構造之一例的剖面圖。此外，在圖1，當作重力加速度在從振動感測器100往被檢體200之方向作用。
實施形態1之振動感測器100係包括感測器外殼110、壓電基板120、放大器130、變形層140、重量物150以及輸出端子190。
感測器外殼110係由陶瓷或金屬等之剛性高的材料所構成。感測器外殼110係被固定於被檢體200。感測器外殼110係與被檢體200之振動同步地與被檢體200一起振動。
壓電基板120係由壓電體所構成。
壓電基板120係在被固定於感測器外殼110的狀態被配置於感測器外殼110之內部，且，與感測器外殼110之振動同步地與感測器外殼110一起振動。壓電基板120係藉嵌合或螺絲釘固定等之具有高剛性的構造被固定於感測器外殼110。又，壓電基板120係在一面配置第1簾狀電極122、用以向第1簾狀電極122輸入信號之第1端子121、第2簾狀電極124、以及用以從第2簾狀電極124輸出信號之第2端子123。
圖2係表示實施形態1的壓電基板120之在一面的主要部之構成之一例的構成圖。
如圖2所示，第1簾狀電極122及第2簾狀電極124係分別具有複數對電極對。在第1簾狀電極122之電極對的一方係與第1端子121連接，另一方係被接地。又，在第2簾狀電極124之電極對的一方係與第2端子123連接，另一方係被接地。圖2所示之第1簾狀電極122及第2簾狀電極124係都具有弧形的形狀，但是第1簾狀電極122及第2簾狀電極124的形狀係不是被限定為弧形的形狀，亦可是矩形的形狀等。又，圖2所示之壓電基板120係具有圓形，但是壓電基板120的形狀係不是被限定為圓形，亦可配合感測器外殼110的形狀，例如是矩形的形狀等。
放大器130係將從第2端子123所輸出之信號作為輸入信號，將所接收之輸入信號放大，再將放大後之輸入信號作為輸出信號輸出。放大器130係藉由從未圖示之驅動電源接受電力供給，將輸入信號放大。從放大器130所輸出之輸出信號的一部分係被傳送至第1端子121，剩下的部分係被傳送至輸出端子190。
輸出端子190係用以向未圖示之信號分析裝置等之外部裝置輸出從放大器130所接受之輸出信號的端子。
變形層140係一面被黏著於壓電基板120的另一面。變形層140與壓電基板120係藉樹脂系黏著劑等之黏著劑黏著。變形層140係具有彈性。變形層140係由合成樹脂等之彈性材料等所構成。變形層140係只要由因外力而變形且可傳達超音波之材料構成，構成變形層140之材料係不是被限定為合成樹脂。又，將變形層140與壓電基板120黏著之黏著劑係只要可將壓電基板120所產生之超音波傳達至變形層140，再將從變形層140所傳達之超音波傳達至壓電基板120者，不是被限定為樹脂系黏著劑。
重量物150係一面被黏著於變形層140的另一面。重量物150與變形層140係藉樹脂系黏著劑等之黏著劑黏著。重量物150係由銅、鉛、或鐵等之金屬、或不銹鋼等之合金等之比重大的物質所構成。將重量物150與變形層140黏著之黏著劑、及重量物150係由已在變形層140傳達之超音波在重量物150與變形層140之界面，即重量物150與變形層140之黏著面反射的物質所構成。
如上述所示，被檢體200振動時，感測器外殼110與被檢體200之振動同步地與被檢體200一起振動。進而。因為壓電基板120係被固定於感測器外殼110，所以壓電基板120係與感測器外殼110之振動同步地與感測器外殼110一起振動。此處，重量物150係因慣性而欲留在該處。結果，重量物150係對因被檢體200之振動而振動的壓電基板120相對地振動。因此，變形層140係因為由彈性材料所構成，所以壓電基板120與重量物150之間所夾的變形層140係配合重量物150之對壓電基板120之相對性的振動而變形。即，變形層140係被檢體200振動時，配合被檢體200之振動而變形。此外，重量物150係具有為了使變形層140配合壓電基板120之振動而變形所需的重量。
參照圖3至圖5，說明實施形態1之振動感測器100的動作。
第1簾狀電極122係經由第1端子121，被施加從未圖示之信號產生器所輸出的電性信號。從信號產生器施加於第1簾狀電極122之電性信號係例如具有與和第1簾狀電極122之電極週期長度對應的中心頻率大致相等的頻率。第1簾狀電極122係從信號產生器被施加電性信號時，對壓電基板120高效率地激振具有與第1簾狀電極122之電極週期長度大致相等之波長的洩漏藍姆波(Lamb wave)。
壓電基板120係在壓電基板120與變形層140之界面對洩漏藍姆波進行波型變換，並將是縱波的超音波照射於變形層140。
圖3係表示被照射於實施形態1的變形層140之超音波的傳達路徑之一例的圖。
變形層140係傳達從壓電基板120所照射之超音波。藉變形層140所傳達之超音波係在變形層140與重量物150之界面反射。在該界面所反射之超音波的反射波係藉變形層140所傳達，而到達壓電基板120。
到達壓電基板120之超音波的反射波係藉第2簾狀電極124，作為電性信號被檢測出，而該電性信號係具有與第2簾狀電極124之電極週期長度對應的頻率。藉第2簾狀電極124所檢測出之電性信號係經由第2端子123，作為輸入信號，被輸入放大器130。此外，第2簾狀電極124係具有與第1簾狀電極122之電極週期長度大致相等的電極週期長度。
如上述所示，放大器130係將輸入信號放大後，作為輸出信號，輸出放大後之輸入信號，從放大器130所輸出之輸出信號的一部分係被傳送至第1端子121，剩下的部分係被傳送至輸出端子190。
第1簾狀電極122係經由第1端子121，被施加從放大器130所輸出之輸出信號的一部分。
依此方式，藉第1簾狀電極122、壓電基板120、第2簾狀電極124以及放大器130構成回授型之振盪器。
圖4係在實施形態1之振動感測器100，表示在被檢體200未振動之穩態從輸出端子190所輸出之信號之一例的圖。
在圖4，橫軸係時間，縱軸係信號之振幅的大小。
如圖4所示，從輸出端子190所輸出之信號係在被檢體200未振動之穩態，具有固定的週期。
如上述所示，變形層140係被檢體200振動時，配合被檢體200之振動而變形。
藉由變形層140變形，藉變形層140所傳達之超音波的傳達距離變化。尤其，藉由被檢體200振動，在感測器外殼110在壓電基板120、變形層140以及重量物150所積層之方向(以下稱為「積層方向」)振動的情況，超音波的傳達距離變化。超音波的傳達距離變化時，超音波之反射波係因都卜勒效應而與反射前的頻率相比，頻率發生變化。
圖5係在實施形態1之振動感測器100，表示在被檢體200振動之狀態從輸出端子190所輸出之信號之一例的圖。
在圖5，橫軸係時間，縱軸係信號之振幅的大小。
如圖5所示，從輸出端子190所輸出之信號係在被檢體200振動之狀態，週期變化。
信號分析裝置等之外部裝置係藉由偵測從輸出端子190所輸出之信號的週期、頻率或相位等的變化，判定被檢體200是否振動。例如，藉振動感測器100與信號分析裝置等之外部裝置，構成偵測被檢體200之振動的振動偵測系統。
如以上所示，振動感測器100係包括：感測器外殼110，係與被檢體200之振動同步地與被檢體200一起振動；壓電基板120，係在一面配置第1簾狀電極122、用以向第1簾狀電極122輸入信號之第1端子121、第2簾狀電極124、以及用以從第2簾狀電極124輸出信號之第2端子123，且在被固定於感測器外殼110的狀態被配置於感測器外殼110之內部，且，與感測器外殼110之振動同步地與感測器外殼110一起振動；放大器130，係接收從第2端子123所輸出之信號，作為輸入信號，將所接收之輸入信號放大，再將放大後之輸入信號作為輸出信號，傳送至第1端子121；變形層140，係一面被黏著於壓電基板120之另一面，並具有彈性；以及重量物150，係一面被黏著於變形層140之另一面。
藉由依此方式構成，振動感測器100係可檢測出在被檢體200所產生之低頻振動。
實施形態2
參照圖6、圖7，說明實施形態2之振動感測器100a。
圖6係表示實施形態2之振動感測器100a的主要部之構造的剖面圖。
圖7係表示實施形態2之振動感測器100a的主要部之構造的剖面圖。
實施形態2之振動感測器100a係對實施形態1之振動感測器100追加保護層160者。
在實施形態2之振動感測器100a的構成，對與實施形態1之振動感測器100相同的構成，係附加相同的符號，並省略重複的說明。即，對附加與在圖1所記載之符號相同的符號之圖6及圖7的構成，係省略說明。
實施形態2之振動感測器100a係包括感測器外殼110、壓電基板120、放大器130、變形層140、重量物150、保護層160以及輸出端子190。
保護層160係一部分被固定於與重量物150的一面相對向之重量物150的另一面，其他部分被固定於感測器外殼110之內壁。
保護層160係具有彈性。保護層160係由樹脂等之彈性體等所構成。
圖6係作為一例，表示保護層160由樹脂等之彈性體等所構成的振動感測器100a。
圖6所示之保護層160係例如藉由保護層160的一面被黏著於重量物150的另一面而被固定，藉由與保護層160的一面相對向之保護層160的另一面被黏著於感測器外殼110之內壁而被固定。保護層160與重量物150係藉樹脂系黏著劑等之黏著劑等黏著。又，保護層160與感測器外殼110之內壁係藉樹脂系黏著劑等之黏著劑等黏著。
此外，圖6係作為一例，表示在重量物150之另一面的整個面黏著保護層160的情況，但是保護層160係不是被限定為被黏著於重量物150之另一面的整個面，亦可是被黏著於重量物150之另一面的一部分。
又，亦可保護層160係具有彈簧構造者。
圖7係作為一例，表示作為彈簧構造，利用由金屬或樹脂等構成之彈簧構成保護層160的振動感測器100a。
圖7所示之是保護層160之彈簧係一端被固定於重量物150的另一面，另一端被固定於感測器外殼110之內壁。是保護層160之彈簧與重量物150係藉樹脂系黏著劑等之黏著劑所固定。又，是保護層160之彈簧與感測器外殼110之內壁係藉樹脂系黏著劑等之黏著劑所固定。
此外，圖7係作為一例，表示是保護層160之彈簧為1個的情況，但是是保護層160之彈簧係不是被限定為1個，保護層160係只要是具有彈簧構造者，亦可是由複數個彈簧所構成者。
在被檢體200之振動振幅大的情況，或被檢體200之振動週期與和壓電基板120與重量物150所夾之變形層140的固有振動頻率對應之週期大致相等的情況等，變形層140的變形變大，而發生重量物150衝撞感測器外殼110之內壁的情況，或變形層140發生塑性變形的情況等。
保護層160係可限制重量物150之對感測器外殼110之振動的大小，結果，可限制變形層140的變形。
如以上所示，振動感測器100a係包括：感測器外殼110，係與被檢體200之振動同步地與被檢體200一起振動；壓電基板120，係在一面配置第1簾狀電極122、用以向第1簾狀電極122輸入信號之第1端子121、第2簾狀電極124、以及用以從第2簾狀電極124輸出信號之第2端子123，且在被固定於感測器外殼110的狀態被配置於感測器外殼110之內部，且，與感測器外殼110之振動同步地與感測器外殼110一起振動；放大器130，係接收從第2端子123所輸出之信號，作為輸入信號，將所接收之輸入信號放大，再將放大後之輸入信號作為輸出信號，傳送至第1端子121；變形層140，係一面被黏著於壓電基板120之另一面，並具有彈性；重量物150，係一面被黏著於變形層140之另一面；以及保護層160，係一部分被固定於與重量物150的一面相對向之重量物150的另一面，其他部分中之一部分被固定於感測器外殼110之內壁，並具有彈性。
藉由依此方式構成，振動感測器100a係可檢測出在被檢體200所產生之低頻振動。
又，藉由依此方式構成，振動感測器100a係限制重量物150之對感測器外殼110之振動的大小，結果，可限制變形層140的變形。振動感測器100a係藉由可限制重量物150之對感測器外殼110之振動的大小，而振動感測器100a係可抑制重量物150衝撞感測器外殼110之內壁。又，藉由可限制變形層140的變形，振動感測器100a係可抑制變形層140發生塑性變形。
又，藉由依此方式構成，可抑制重量物150之負載的全部作用於壓電基板120。
實施形態3
參照圖8及圖9，說明振動感測器100或振動感測器100a之對被檢體200的固定例。
圖8係表示實施形態1之振動感測器100被固定於被檢體200的狀態的一例之振動感測器100的剖面圖。
圖9係表示實施形態2之振動感測器100a被固定於被檢體200的狀態的一例之振動感測器100a的剖面圖。
此外，在圖8及圖9，當作重力加速度在從被檢體200往振動感測器100或振動感測器100a的方向作用。
圖1所示之實施形態1的振動感測器100及圖6或圖7所示之實施形態2的振動感測器100a係在積層方向之對壓電基板120有重量物150之側之感測器外殼110的外壁與被檢體200被固定者。
相對地，圖8所示之振動感測器100及圖9所示之振動感測器100a係在積層方向之對壓電基板120無重量物150之側之感測器外殼110的外壁與被檢體200被固定者。
此外，圖8所示之振動感測器100及圖9所示之振動感測器100a係為了固定該外壁與被檢體200，將輸出端子190之位置配置於與在積層方向之感測器外殼110之外壁係相異的外壁。
振動感測器100及振動感測器100a係在如圖8或圖9所示的狀態被固定於被檢體200的情況，亦可進行在實施形態1或實施形態2所說明的振動偵測。
尤其，圖9所示之振動感測器100a係藉由具備保護層160，可抑制重量物150之負載的全部作用於壓電基板120。
此外，本發明係在其發明的範圍內，可進行各實施形態或實施形態的變形例之自由的組合、在各實施形態或實施形態的變形例之任意之構成元件的變形、或在各實施形態或實施形態之變形例任意之構成元件的省略。
又，亦可振動感測器100或振動感測器100a係在感測器外殼110之外側具備放大器130。
又，振動感測器100或振動感測器100a係在感測器外殼110之內側具備放大器130的情況，施加於放大器130之驅動電力係直流電壓，因為驅動電力係與從輸出端子190所輸出之信號的頻率相異，所以可經由輸出端子190供給驅動電力。
又，亦可振動感測器100或振動感測器100a係具備以往的振動感測器所具有之限定測量之振動的方向之功能等的附帶功能者。
[產業上之可利用性]
本發明之振動感測器係可應用於振動偵測系統。
100、100a:振動感測器
110:感測器外殼
120:壓電基板
121:第1端子
122:第1簾狀電極
123:第2端子
124:第2簾狀電極
130:放大器
140:變形層
150:重量物
160:保護層
190:輸出端子
200:被檢體
[圖1] 圖1係表示實施形態1之振動感測器的主要部之構造之一例的剖面圖。
[圖2] 圖2係表示實施形態1的壓電基板之在一面的主要部之構成之一例的構成圖。
[圖3] 圖3係表示被照射於實施形態1的變形層之超音波的傳達路徑之一例的圖。
[圖4] 圖4係在實施形態1之振動感測器，表示在被檢體未振動之穩態從輸出端子所輸出之信號之一例的圖。
[圖5] 圖5係在實施形態1之振動感測器，表示在被檢體振動之狀態從輸出端子所輸出之信號之一例的圖。
[圖6] 圖6係表示實施形態2之振動感測器的主要部之構造之一例的剖面圖。
[圖7] 圖7係表示實施形態2之振動感測器的主要部之構造之一例的剖面圖。
[圖8] 圖8係表示實施形態1之振動感測器被固定於被檢體之狀態的一例之振動感測器的剖面圖。
[圖9] 圖9係表示實施形態2之振動感測器被固定於被檢體之狀態的一例之振動感測器的剖面圖。
100:振動感測器
110:感測器外殼
120:壓電基板
121:第1端子
122:第1簾狀電極
123:第2端子
124:第2簾狀電極
130:放大器
140:變形層
150:重量物
190:輸出端子
200:被檢體
Claims (5)
- 一種振動感測器，其特徵為包括： 感測器外殼，係與被檢體之振動同步地與該被檢體一起振動； 壓電基板，係在一面配置第1簾狀電極、用以向該第1簾狀電極輸入信號之第1端子、第2簾狀電極、以及用以從該第2簾狀電極輸出信號之第2端子，且在被固定於該感測器外殼的狀態被配置於該感測器外殼之內部，且，與該感測器外殼之振動同步地與該感測器外殼一起振動； 放大器，係接收從該第2端子所輸出之信號，作為輸入信號，將所接收之該輸入信號放大，再將放大後之該輸入信號作為輸出信號，傳送至該第1端子； 變形層，係一面被黏著於該壓電基板之另一面，並具有彈性；以及 重量物，係一面被黏著於該變形層之另一面。
- 如申請專利範圍第1項之振動感測器，其中該變形層係由樹脂所構成。
- 如申請專利範圍第1或2項之振動感測器，其中具備保護層，該保護層係一部分被固定於與該重量物的一面相對向之該重量物的另一面，其他部分中之一部分被固定於該感測器外殼之內壁，並具有彈性。
- 如申請專利範圍第3項之振動感測器，其中該保護層係由樹脂所構成。
- 如申請專利範圍第3項之振動感測器，其中該保護層係具有彈簧構造。
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