JP2017009414A - 圧電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】電圧感度の変化率を技術的及び経済的に容易に小さくすることができる圧電センサを提供する。
【解決手段】本発明の圧電センサ１は、圧電素子１０と、圧電素子１０と同じ材質で構成されており分極されていない同材質コンデンサからなる第１フィードバックコンデンサ３１と圧電素子１０が有する電荷感度の温度変化率より小さな温度変化率の静電容量を有する第２フィードバックコンデンサ３２とを接続して構成されるフィードバックコンデンサユニット３０を有するとともに、圧電素子１０に電気的に接続されているチャージアンプ２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電センサに係り、特に、低温から高温の範囲（例えば−５０℃〜１７０℃）内全域において電圧感度の温度補償に対応する圧電式加速度センサや圧電式圧力センサなどに好適に利用できる圧電センサに関する。

従来の圧電センサは、例えば、圧電素子と、圧電素子に電気的に接続したチャージアンプと、を備える。また、チャージアンプは、フィードバックコンデンサを有する。フィードバックコンデンサとしては、圧電素子と同じ材質で構成され、かつ、分極されていないコンデンサ（以下、「同材質コンデンサ」という。）が用いられる（特許文献１を参照）。

特開平０５−６０６４３号公報

しかしながら、従来の圧電センサにおいては、フィードバックコンデンサとして同材質コンデンサを用いたとしても、フィードバックコンデンサの静電容量の変化率が圧電素子の電荷感度の変化率より大きくなってしまう。圧電センサの電圧感度Ｓｖは、圧電素子の電荷感度Ｓｑに比例し、フィードバックコンデンサの静電容量Ｃｆに反比例する（Ｓｖ＝Ｓｑ／Ｃｆ）。その結果、使用温度が室温等の基準温度に対して低温側又は高温側に変化すると、電圧感度Ｓｖの変化率が大きくなってしまうという問題があった。

また、圧電素子の電荷感度の変化率とフィードバックコンデンサの静電容量の変化率を同程度にすることは理論上可能であっても、圧電素子の製品誤差が必ず生じることを考慮すると、上記のような理想的なフィードバックコンデンサを選定又は製作することは技術的及び経済的に困難であるという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、電圧感度の温度補償を高精度かつ容易に実現することができる圧電センサを提供することを本発明の目的としている。

（１）前述した目的を達成するため、本発明の圧電センサは、圧電素子と、圧電素子と同じ材質で構成されており分極されていない同材質コンデンサからなる第１フィードバックコンデンサと圧電素子が有する電荷感度の温度変化率より小さな温度変化率の静電容量を有する第２フィードバックコンデンサとを接続して構成されるフィードバックコンデンサユニットを有するとともに、圧電素子に電気的に接続されているチャージアンプと、を備えることを特徴としている。

これにより、圧電素子が有する電荷感度の温度変化率よりも静電容量の温度変化率を大きくし、かつ温度に対して圧電素子の電荷感度と同様な傾向を有する第１フィードバックコンデンサ及び圧電素子が有する電荷感度の温度変化率より小さな温度変化率の静電容量を有する第２フィードバックコンデンサを組合せた回路をフィードバックコンデンサユニットとして使用するので、フィードバックコンデンサユニットが有する静電容量の温度変化率を圧電素子が有する電荷感度の温度変化率と同程度の値に容易に設定することができる。また、チャージアンプのゲインとの関係から第１フィードバックコンデンサ及び第２フィードバックコンデンサの静電容量は約１０〜１０００ｐＦ程度で十分であり、それらの各サイズはいずれも小さいことから、それらを組み合わせたフィードバックコンデンサユニットのサイズも小さいままである。その結果、本発明の圧電センサを従来と同程度のサイズにすることができる。

（２）また、本発明の圧電センサにおいて、第２フィードバックコンデンサの温度係数は、圧電センサの使用許容温度の範囲内において±１００ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。

これにより、第２フィードバックコンデンサの温度変化率を０に近似させてもフィードバックコンデンサユニットの温度変化率を約±５％の精度で設定することができるので、第１フィードバックコンデンサ及び第２フィードバックコンデンサの各静電容量を選択する労力を大幅に軽減することができる。

（３）また、本発明の圧電センサにおいて、第２フィードバックコンデンサは、セラミックコンデンサであることが好ましい。

これにより、第２フィードバックコンデンサとしてのセラミックコンデンサの温度係数は±約３０ｐｐｍ／℃であるから、その温度変化率を０に近似させてもフィードバックコンデンサユニットの温度変化率を約±２％の精度で設定することができるので、第１フィードバックコンデンサ及び第２フィードバックコンデンサの各静電容量の選択する労力を大幅に軽減することができる。また、市販のセラミックコンデンサは容易に入手可能であり、第２フィードバックコンデンサの選択自由度を高めることができる。また、第２フィードバックコンデンサが耐熱性に優れたセラミックコンデンサであることによって、圧電センサを従来よりも高温で使用することができる。

（４）また、本発明の圧電センサにおいて、フィードバックコンデンサユニットは、第１フィードバックコンデンサと、第２フィードバックコンデンサと、を並列に接続して構成されることが好ましい。

これにより、フィードバックコンデンサユニットの静電容量Ｃｆは第１フィードバックコンデンサの静電容量Ｃｆ１と第２フィードバックコンデンサの静電容量Ｃｆ２とを足して得た値（Ｃｆ＝Ｃｆ１＋Ｃｆ２）となるので、フィードバックコンデンサユニットの設計時にその静電容量の計算を容易にすることができる。また、並列接続時に使用する第１フィードバックコンデンサの静電容量が直列接続時に使用する第１フィードバックコンデンサの静電容量よりも小さくなり、その分だけ第１フィードバックコンデンサのサイズも小さくなるので、圧電センサを小型化させることができる。

本発明の圧電センサによれば、フィードバックコンデンサユニットが有する静電容量の温度変化率を圧電素子が有する電荷感度の温度変化率と同程度の値に設定することが容易となるので、電圧感度の温度補償を高精度かつ容易に実現することができるという効果を奏する。

本実施形態の第１フィードバックコンデンサ及び第２フィードバックコンデンサを並列接続した圧電センサの一例を示す等価回路図である。 本実施形態の第１フィードバックコンデンサ及び第２フィードバックコンデンサを直列接続した圧電センサの一例を示す等価回路図である。 本実施形態の第１フィードバックコンデンサ及び第２フィードバックコンデンサを並列接続した圧電センサの温度変化率を示すグラフである。 本実施形態の第１フィードバックコンデンサ及び第２フィードバックコンデンサを直列接続した圧電センサの温度変化率を示すグラフである。

以下、図を用いて、本実施形態の圧電センサを説明する。

［１］圧電センサ１の構成
図１は、本実施形態の第１フィードバックコンデンサ及び第２フィードバックコンデンサを並列接続した圧電センサの一例を示す等価回路図である。図２は、本実施形態の第１フィードバックコンデンサ及び第２フィードバックコンデンサを直列接続した圧電センサの一例を示す等価回路図である。

本実施形態の圧電センサは、例えば、チャージアンプ（プリアンプ）を内蔵した圧電式加速度センサや圧電式圧力センサなど、加速度や力を低インピーダンスの電気信号に変換するセンサを想定している。また、圧電センサは、例えば、フィードバックコンデンサを内蔵する圧電式加速度センサや圧電式圧力センサなど、低温から高温の範囲（例えば−５０℃〜１７０℃）内全域において電圧感度の温度補償に対応するセンサを想定している。

したがって、本実施形態の圧電センサ１は、図１又は図２に示すように、圧電素子１０と、チャージアンプ２０と、を備える。

（１）圧電素子１０
圧電素子１０は、力を受けると電荷（高インピーダンスの電気信号）を生じるといった圧電効果を生じる素子である。本実施形態の圧電素子１０は、所望の面に電極を有している。また、その電極とチャージアンプ２０とは電気的に接続されている。圧電素子の材質としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、や水晶などが用いられる。電極の材質としては、ニッケル（Ｎｉ）や金（Ａｕ）などが用いられる。

また、本実施形態の圧電センサ１が圧電式加速度センサである場合、圧電素子１０は、例えば、圧電式加速度センサの本体部となるベースと重錘の間においてネジや接着剤などの固定材を用いて固定される。そして、圧電式加速度センサが加速度を受けると、その加速により重錘に生じた力が圧電素子１０に加わり、その圧電素子１０に電荷が発生する。

（２）チャージアンプ２０
チャージアンプ２０は、圧電素子１０から得た電荷に比例した電圧を出力する増幅器である。このチャージアンプ２０は、その出力電圧の増幅率を決める帰還静電容量となるフィードバックコンデンサユニット３０と、オペアンプ又はトランジスタなどで構成される。また、このチャージアンプ２０は圧電センサ１に内蔵されている。これは、チャージアンプ２０が圧電センサ１に内蔵されていない場合に、圧電センサ１と外付用チャージアンプとを接続する外付用接続ケーブルの浮遊容量が原因となって圧電素子１０から出力された電気信号にノイズが発生することを除くためである。

（３）フィードバックコンデンサユニット３０
フィードバックコンデンサユニット３０は温度補償用コンデンサとしての役割を果たす。そのため、フィードバックコンデンサユニット３０は、圧電素子１０の温度環境と同様の温度環境になるように、圧電センサ１内において圧電素子１０の近くに配置されることが好ましい。

また、フィードバックコンデンサユニット３０は、第１フィードバックコンデンサ３１と、第２フィードバックコンデンサ３２と、を有する。第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２の接続方法としては、温度補償の観点から、図１に示すような並列接続又は図２に示すような直列接続のどちらでもよい。その一方、フィードバックコンデンサユニット３０の設計容易性の観点から、第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２の接続方法としては、図１に示すような並列接続が好ましい。

（３−１）第１フィードバックコンデンサ３１
第１フィードバックコンデンサ３１は、圧電素子１０が有する電荷感度の温度変化率より大きな温度変化率の静電容量を有する。

第１フィードバックコンデンサ３１としては、圧電素子１０と同じ材質で構成され、かつ、分極されていない同材質コンデンサであることが好ましい。

また、第１フィードバックコンデンサ３１は、１個のコンデンサで構成されていてもよいし、２個以上の合成コンデンサで構成されていてもよい。

（３−２）第２フィードバックコンデンサ３２
第２フィードバックコンデンサ３２は、圧電素子１０が有する電荷感度の温度変化率より小さな温度変化率の静電容量を有する。

第２フィードバックコンデンサ３２の温度係数は、圧電センサ１の使用許容温度の範囲内において±１００ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。このようにすれば、フィードバックコンデンサユニット３０の温度変化率を約±５％の範囲内において高精度に設定することができる。さらに、第２フィードバックコンデンサ３２としては、温度係数が±３０ｐｐｍ／℃以下のセラミックコンデンサであることが好ましい。このようにすれば、フィードバックコンデンサユニット３０の温度変化率を約±２％の範囲内において高精度で設定することができる。

また、第２フィードバックコンデンサ３２は、１個のコンデンサで構成されていてもよいし、２個以上の合成コンデンサで構成されていてもよい。

（３−３）フィードバックコンデンサユニット３０の設計原理
（３−３−１）温度補償の基本原理
式１は、基準温度２０度におけるチャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖｏ、基準温度２０度における圧電素子１０の電荷感度Ｓｑｏ及び基準温度２０度におけるフィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆｏ、並びに、任意温度におけるチャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖ、任意温度における圧電素子１０の電荷感度Ｓｑ及び任意温度におけるフィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆの関係を示す。Ｓｖの温度変化率ｚ（ｔ−２０）、Ｓｑの温度変化率ｙ（ｔ−２０）又はＣｆの温度変化率ｘ（ｔ−２０）は、Ｓｖｏ、Ｓｑｏ又はＣｆｏの各温度変化率を基準に算出されている。

式１に示す通り、チャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖは、圧電センサ１の使用温度にかかわらず、圧電素子１０の電荷感度Ｓｑに比例し、フィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆに反比例する（Ｓｖ＝Ｓｑ／Ｃｆ）。

また、式２は、式１に基づき、チャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖの温度変化率ｚ（ｔ−２０）を示している。

式２に示す通り、圧電素子１０の電荷感度Ｓｑの温度変化率ｙ（ｔ−２０）の上昇にともなってチャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖの温度変化率ｚ（ｔ−２０）は上昇し、フィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆの温度変化率ｘ（ｔ−２０）の上昇にともなってチャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖの温度変化率ｚ（ｔ−２０）は減少する（式：ｚ（ｔ−２０）＝（１＋ｙ（ｔ−２０））／（１＋ｘ（ｔ−２０））−１）。例えば、圧電素子１０の電荷感度Ｓｑの温度変化率ｙ（ｔ−２０）とフィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆの温度変化率ｘ（ｔ−２０）とが同じ場合（ｙ（ｔ−２０）＝ｘ（ｔ−２０））、チャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖの温度変化率ｚ（ｔ−２０）は０になる（式：ｚ（ｔ−２０）＝０）。しかし、上記の通り、フィードバックコンデンサとして同材質コンデンサを用いたとしても、同材質コンデンサのみでは、その静電容量Ｃｆの変化率が圧電素子１０の電荷感度Ｓｑの変化率より大きくなってしまう。

そのため、本実施形態の圧電センサ１に対して温度補償する場合、例えば以下の条件が必要になる。

（Ａ）Ｃｆとの温度変化率ｘ（ｔ−２０）とＳｑの温度変化率ｙ（ｔ−２０）との正負が同じ。

（Ｂ）ｘ（ｔ−２０）の絶対値がｙ（ｔ−２０）の絶対値より大きい。

（Ｃ）ｘ（ｔ−２０）とｙ（ｔ−２０）とがそれぞれ比例関係又はそれとの近似関係を有する。

上記条件（Ａ）〜（Ｃ）を満たす場合、圧電センサ１の使用温度が変化しても「チャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖの温度変化率ｚ（ｔ−２０）≒０」であれば「電圧感度Ｓｖ＝一定」になるため、圧電センサ１に対して温度補償をなし得る。

（３−３−２）フィードバックコンデンサユニット３０の設計原理
式３は、フィードバックコンデンサユニット３０を構成する第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２の各静電容量Ｃｆ１、Ｃｆ２と、基準温度２０度における第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２の各静電容量Ｃｆ１ｏ、Ｃｆ２ｏと、の関係を示す。Ｃｆ１の温度変化率ｘ１（ｔ−２０）又はＣｆ２の温度変化率ｘ２（ｔ−２０）は、Ｃｆ１ｏ又はＣｆ２ｏの各温度変化率を基準に算出されている。

フィードバックコンデンサユニット３０において、第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２は、上記の通り、並列又は直列に接続されている。また、フィードバックコンデンサユニット３０は第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２から構成される合成コンデンサであるため、フィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆ及びＣｆ０は第１フィードバックコンデンサ３１の静電容量Ｃｆ１及び第２フィードバックコンデンサ３２の静電容量Ｃｆ２に依存する。

ここで、第１フィードバックコンデンサ３１の静電容量Ｃｆ１及び第２フィードバックコンデンサ３２の静電容量Ｃｆ２は、式３に示すように、基準温度２０度における第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２の各静電容量Ｃｆ１ｏ、Ｃｆ２ｏ、及び、その各温度変化率ｘ１（ｔ−２０）、ｘ２（ｔ−２０）に依存する。つまり、Ｃｆ１ｏ、Ｃｆ２ｏ、ｘ１（ｔ−２０）及びｘ２（ｔ−２０）を調整することにより、フィードバックコンデンサユニット３０において所望又はそれに近い温度変化率ｘ（ｔ−２０）を得ることができる。

（３−３−３）並列接続時のフィードバックコンデンサユニット３０
図３は、本実施形態の第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２を並列接続した圧電センサ１における温度変化率を示すグラフである。

図３に示すように、圧電素子１０の電荷感度Ｓｑにおける温度変化率ｙ（ｔ−２０）は、基準温度２０℃の温度変化率を０としたとき、温度上昇に対してほぼ比例的に上昇する。

また、上記条件（Ａ）〜（Ｃ）を満たす又は上記条件に近づくように、第１フィードバックコンデンサ３１及びその静電容量Ｃｆ１を選定又は作成する。このような場合、図３に示すように、基準温度２０℃の温度変化率を０としたとき、温度上昇に対して第１フィードバックコンデンサ３１の静電容量Ｃｆ１の温度上昇率ｘ（ｔ−２０）がほぼ比例的に上昇する。また、第１フィードバックコンデンサ３１は同材質コンデンサであるため、図３に示すような温度特性のグラフが得られやすい。

フィードバックコンデンサユニット３０が第１フィードバックコンデンサ３１のみの場合、図３に示すように、基準温度２０℃の各温度変化率を０としたとき、温度上昇に対してチャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖの温度変化率ｚ（ｔ−２０）がほぼ比例的に下降する。

そして、電圧感度Ｓｖ＝一定に近づけるためには、上記の通り、「チャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖの温度変化率ｚ（ｔ−２０）≒０」、すなわち、「フィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆの温度変化率ｘ（ｔ−２０）≒圧電素子１０の電荷感度Ｓｑの温度変化率ｙ（ｔ−２０）」になればよい。

そこで、フィードバックコンデンサユニット３０において第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２を並列接続している。

ここで、式４は、式１〜３に基づき、調整可能なＣｆ１ｏ、Ｃｆ２ｏ、ｘ１（ｔ−２０）及びｘ２（ｔ−２０）を用いて並列時のフィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆの温度変化率ｘ（ｔ−２０）を算出する計算式を示す。

式４に示す通り、電荷感度Ｓｑより大きな温度変化率ｘ１（ｔ−２０）を有する第１フィードバックコンデンサ３１の静電容量Ｃｆ１を減らし、電荷感度Ｓｑより小さな温度変化率ｘ２（ｔ−２０）を有する第２フィードバックコンデンサ３２の静電容量Ｃｆ２を増やしつつ、フィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆをほぼ一定に保つことは可能である。

つまり、フィードバックコンデンサユニット３０において第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２を並列接続した場合、Ｃｆ１ｏ、Ｃｆ２ｏ、ｘ１（ｔ−２０）及びｘ２（ｔ−２０）を調整することにより「フィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆの温度変化率ｘ（ｔ−２０）≒圧電素子１０の電荷感度Ｓｑの温度変化率ｙ（ｔ−２０）」に近づけることができるので、温度変化に対してチャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖの温度変化率ｚ（ｔ−２０）を０に近似させることができる。

第１フィードバックコンデンサ３１が同材質コンデンサであるからｘ（ｔ−２０）とｙ（ｔ−２０）との温度特性が基準温度（２０℃）に対して同様な傾向であり、図３に示すように、第２フィードバックコンデンサ３２なし（＝温度補償なし）に比べ、第２フィードバックコンデンサ３２あり（＝温度補償あり）の場合には大幅に温度変化率を小さくすることができる。

なお、第２フィードバックコンデンサ３２がセラミックコンデンサである場合、温度係数が約３０ｐｐｍ以下の市販品を使用することにより、ｘ２（ｔ−２０）＝０として計算しても製品上問題がない。これにより、フィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆの温度変化率ｘ（ｔ−２０）の設定の際、変数がＣｆ１ｏ、Ｃｆ２ｏ及びｘ１（ｔ−２０）の３つに減らすことができる。

（３−３−４）直列接続時のフィードバックコンデンサユニット３０
図４は、本実施形態の第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２を直列接続した圧電センサ１における温度変化率を示すグラフである。

また、式５は、式１〜３に基づき、調整可能なＣｆ１ｏ、Ｃｆ２ｏ、ｘ１（ｔ−２０）及びｘ２（ｔ−２０）を用いて直列時のフィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆの温度変化率ｘ（ｔ−２０）を算出する計算式を示す。

直列接続時のフィードバックコンデンサユニット３０は、図４及び式５に示すように、上記した並列接続時のフィードバックコンデンサユニット３０と同様、Ｃｆ１ｏ、Ｃｆ２ｏ、ｘ１（ｔ−２０）及びｘ２（ｔ−２０）を調整することにより「フィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆｔの温度変化率ｘ（ｔ−２０）≒圧電素子１０の電荷感度Ｓｑの温度変化率ｙ（ｔ−２０）」に近づけることができる。そのため、温度変化に対してチャージアンプ２０の電圧感度Ｓｖｔの温度変化率ｚｔを０に近似させることができる。

また、上記したとおり、第１フィードバックコンデンサ３１が同材質コンデンサなので、ｘ（ｔ−２０）とｙ（ｔ−２０）との温度特性が基準温度（２０℃）に対して同様な傾向になる。そのため、図４に示すように、第２フィードバックコンデンサ３２なし（＝温度補償なし）に比べ、第２フィードバックコンデンサ３２あり（＝温度補償あり）の場合には大幅に温度変化率を小さくすることができる。

なお、第２フィードバックコンデンサ３２がセラミックコンデンサである場合、温度係数が約３０ｐｐｍ以下の市販品を使用することで、ｘ２（ｔ−２０）＝０として計算しても製品上問題がない。これにより、フィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆの温度変化率ｘ（ｔ−２０）の設定の際、変数がＣｆ１ｏ、Ｃｆ２ｏ及びｘ１（ｔ−２０）の３つに減らすことができる。特に、直列接続時の合成静電容量の計算が並列接続時の合成静電容量の計算よりも複雑である。そのため、変数が１個減少することは、フィードバックコンデンサの設計を容易にすることができる。

［２］効果
次に、本実施形態の圧電センサ１の効果を説明する。

（１）本実施形態の圧電センサ１は、圧電素子１０と、圧電素子１０と同じ材質で構成されており分極されていない同材質コンデンサからなる第１フィードバックコンデンサ３１と圧電素子１０が有する電荷感度の温度変化率より小さな温度変化率の静電容量を有する第２フィードバックコンデンサ３２とを接続して構成されるフィードバックコンデンサユニット３０を有するとともに、圧電素子１０に電気的に接続されているチャージアンプ２０と、を備えることを特徴としている。

これにより、圧電素子が有する電荷感度の温度変化率よりも静電容量の温度変化率を大きくし、かつ温度に対して圧電素子１０の電荷感度と同様な傾向を有する第１フィードバックコンデンサ３１及び圧電素子が有する電荷感度の温度変化率より小さな温度変化率の静電容量を有する第２フィードバックコンデンサ３２を組合せた回路をフィードバックコンデンサユニット３０として使用するので、フィードバックコンデンサユニット３０が有する静電容量の温度変化率を圧電素子１０が有する電荷感度の温度変化率と同程度の値に容易に設定することができる。また、チャージアンプ２０のゲインとの関係から第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２の静電容量は約１０〜１０００ｐＦ程度で十分であり、それらの各サイズはいずれも小さいことから、それらを組み合わせたフィードバックコンデンサユニット３０のサイズも小さいままである。その結果、本実施形態の圧電センサ１を従来と同程度のサイズにすることができる。

（２）また、本実施形態の圧電センサ１において、第２フィードバックコンデンサ３２の温度係数は、圧電センサ１の使用許容温度の範囲内において±１００ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。

これにより、第２フィードバックコンデンサ３２の温度変化率を０に近似させてもフィードバックコンデンサユニット３０の温度変化率を約±５％の精度で設定することができるので、第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２の各静電容量を選択する労力を大幅に軽減することができる。

（３）また、本実施形態の圧電センサ１において、第２フィードバックコンデンサ３２は、セラミックコンデンサであることが好ましい。

これにより、第２フィードバックコンデンサ３２としてのセラミックコンデンサの温度係数は±約３０ｐｐｍ／℃であるから、その温度変化率を０に近似させてもフィードバックコンデンサユニット３０の温度変化率を約±２％の精度で設定することができるので、第１フィードバックコンデンサ３１及び第２フィードバックコンデンサ３２の各静電容量の選択する労力を大幅に軽減することができる。また、市販のセラミックコンデンサは容易に入手可能であり、第２フィードバックコンデンサ３２の選択自由度を高めることができる。また、第２フィードバックコンデンサ３２が耐熱性に優れたセラミックコンデンサであることによって、圧電センサ１を従来よりも高温で使用することができる。

（４）また、本実施形態の圧電センサ１において、フィードバックコンデンサユニット３０は、第１フィードバックコンデンサ３１と、第２フィードバックコンデンサ３２と、を並列に接続して構成されることが好ましい。

これにより、フィードバックコンデンサユニット３０の静電容量Ｃｆは第１フィードバックコンデンサ３１の静電容量Ｃｆ１と第２フィードバックコンデンサ３２の静電容量Ｃｆ２とを足して得た値（Ｃｆ＝Ｃｆ１＋Ｃｆ２）となるので、フィードバックコンデンサユニット３０の設計時にその静電容量の計算を容易にすることができる。また、並列接続時に使用する第１フィードバックコンデンサ３１の静電容量が直列接続時に使用する第１フィードバックコンデンサ３１の静電容量よりも小さくなり、その分だけ第１フィードバックコンデンサ３１のサイズも小さくなるので、圧電センサ１を小型化させることができる。

すなわち、本実施形態の圧電センサ１によれば、フィードバックコンデンサユニット３０が有する静電容量の温度変化率を圧電素子１０が有する電荷感度の温度変化率と同程度の値に設定することが容易となるので、電圧感度の温度補償を高精度かつ容易に実現することができるという効果を奏する。

なお、本発明は、前述した実施形態などに限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１ 圧電センサ
１０ 圧電素子
２０ チャージアンプ
３０ フィードバックコンデンサユニット
３１ 第１フィードバックコンデンサ
３２ 第２フィードバックコンデンサ

Claims (4)

1. 圧電素子と、
   前記圧電素子と同じ材質で構成されており分極されていない同材質コンデンサからなる第１フィードバックコンデンサと前記圧電素子が有する電荷感度の温度変化率より小さな温度変化率の静電容量を有する第２フィードバックコンデンサとを接続して構成されるフィードバックコンデンサユニットを有するとともに、前記圧電素子に電気的に接続されているチャージアンプと、
   を備えることを特徴とする圧電センサ。
2. 前記第２フィードバックコンデンサの温度係数は、圧電センサの使用許容温度の範囲内において±１００ｐｐｍ／℃以下である
   ことを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ。
3. 前記第２フィードバックコンデンサは、セラミックコンデンサである
   ことを特徴とする請求項２に記載の圧電センサ。
4. 前記フィードバックコンデンサユニットは、前記第１フィードバックコンデンサと、前記第２フィードバックコンデンサと、を並列に接続して構成される
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧電センサ。