JPH01262423A

JPH01262423A - 振動センサ及び振動検出装置

Info

Publication number: JPH01262423A
Application number: JP9088988A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakagawa; 士郎中川; Minoru Takahashi; 実高橋; Tsutomu Kotani; 小谷　勉
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1988-04-13
Filing date: 1988-04-13
Publication date: 1989-10-19

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〉本発明は、例えばマイクロフォン、脈波センサまたは心
機センサ等に使用し得る振動センサ及び振動検出装置に
関し、差動結線されたトランス、トランスと空隙を介し
て対向するもｎ性片及びこの磁性片を支持する振動板を
備える磁気センサを利用し、構造が堅牢で、取扱いが容
易であり、しかも微小振動をも高感度で、安定に検知し
得る振動センサ及び振動検知装置を提供できるようにし
たものである。

〈従来の技術〉従来の振動センサとしては圧電素子等を用いたものが知
られている。この振動センサは、薄い金属板に圧電素子
を貼着し、金属板の撓みにより圧電素子が伸縮する構造
になっており、振動に伴って加わる力に比例した電気信
号を生じさせて、振勅を検出する構成とな−っている。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、圧電素子を用いた振動センサは、加わる
力に比例する電圧信号より振動を検出するものであるた
め、感度の向上に限界があること、構造的には必ずしも
堅牢ではないこと等の問題点がある。

〈問題点を解決するための手段〉上述する従来の問題点を解決するため、本発明に係る振
動センサは、駆動側コイル及び出力側コイルの何れか一
方が差動結線されたトランスと、前記トランスと空隙を
介して対向する磁性片と、前記磁性片を支持し外部振動
を受けて振動する振動板とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る振動検出装置は、上記振動センサか
ら得られた差動出力を処理して振動検知出力を得ること
を特徴とする。

く作用〉振動板が外部振動を受けて振動すると、振動板と共に、
磁性片が差動結線されたトランスの磁気回路内で振動し
、トランスからは振動に応じた差動出力が得られる。振
動検出装置は、この差動出力を位相弁別等の手段によっ
て処理することにより、振動を検出することができる。

また、磁性片が重く、バネで保持された構造とすれば、
加速度を検出することも可能であることは明らかである
。

本発明に係る振動センサの主構成要素となる差動結線さ
れたトランスは、駆動側コイル及び出力側コイルを巻回
し、駆動側コイル及び出力側コイルの何れか一方を差動
結線した比較的簡単で堅牢な構造であり、取扱いが容易
で、信顆性が高く、コストが安価である。

また、トランスと空隙を介して対向配置したＥｆｔ性片
の振動を検出するものであるため、高感度であり、微小
振動をも検知できる。

上述の振動センサは、磁性片の配置等によっては、感度
が著しく高くなり、直線性出力の得られる動作幅が狭く
なり、動作点設定が困難になる。

その解決手段としては、トランスの駆動側コイルと出力
側コイルとの間２に可変容量ダイオードを接続すると共
に、この可変容量ダイオードに対し、検知出力から得ら
れた直流成分を印加する制御回路を付加する。これによ
り、動作点を自動的に制御し、高感度化した場合でも、
一定の動作点で安定に動作する振動検出装置が得られる
。

〈実施例〉第１図は本発明に係る振動センサの正面部分断面図であ
る。図において、１はトランス、２はケース、３は磁性
片、４は振動板、５は駆動回路である。トランス１は３
つのコイル１０１〜１０３をボビン１０４の外周部に軸
方向に分割して巻装すると共に、ボビン１０４の内径部
内に、磁気効率向上のために、フェライト磁性体等でな
る棒状のコア１０５を配置し、更に外周を筒状のコア１
０６で覆った構造となっている。コイル１０１〜１０３
のうち、両性側にある１０１．１０３は差動結線し、駆
動回路５から供給される適当な周波数の信号によって駆
動すると共に、中間部に配置されているコイル１０２か
ら差動出力Ｅ、を得るようになっている。図示では、駆
動側のコイル１０１．１０３を差動結線しであるが、差
動型のトランス回路には可逆性があるから、出力側のコ
イル１０２を２分割して差動結線してもよい。また、コ
ア１０５．１０６を持たない空心タイプのトランスであ
っても、そ４による磁気効率の低下が許容できる範囲で
あれば、使用できる。

ケース２はプラスチック等の非磁性筒体でなり、その内
径部内にトランス１を挿入配置しである。振動板４はシ
ートまたはフィルム等による円板状となっていて、その
周辺部をケース２の軸方向の端面に一体的に固着して支
持させると共に、コア１０５と対向する中央部付近に、
コア１０５の端面との間に空隙Ｇが生じるようにして、
磁性片３を接着等の手段によって固着しである。

トランス１が駆動回路５から供給される適当な周波数の
駆動信号を受けて励振されているとき、振動板４が外部
振動を受けて振動すると、振動板４と共に磁性片３が空
隙Ｇ内で振動する。この磁性片３の振動により、トラン
ス１の磁気回路定数が変化し、トランス１のコイル１０
２からは振動に応じた差動出力Ｅ。が得られる。振動板
４が振動した場合、コア１０４の先端面と磁性片３との
間の空隙Ｇの距離が、振動板４の振動に追従して連続的
に変化し、差動出力Ｅ０はこの距離に対応した位相情報
を持つ信号として出力されるから、差動出力Ｅ０を位相
弁別する等の手段によって、振動板４の振動を容易に検
知できる。

第２図は本発明に係る振動センサを使用した振動検出装
置の電気回路図である０図において、５は駆動回路、６
は第１図に示した振動センサ、７は処理回路である。

駆動回路５は、トランス１のコイル１０１．１０３を回
路の一部とし、インバータ５１、コンデンサ５２．５３
＆び抵抗５４を含む発振回路として構成されている。駆
動回路５の発振出力は、駆動波としてトランス１の駆動
側コイル１０１．１０３に供給すると共に、この駆動波
に同期する基準波として、処理回路７にも供給する。

処理回路７は差動トランス１の出力側コイル１０２から
出力される差動出力Ｅ０と、駆動回路５から供給される
基準信号とを位相比較し、位相差に応じた出力を発生す
るものであって、差動出力Ｅ０を充分に増幅する増幅器
７１、位相比較器７２等を備えて構成されている。７３
は帰還抵抗である。位相比較器７２は排他的論理和回路
で構成してあり、その入力端子に差動出力信号及び駆動
回路５の発振出力を入力し、両者を位相比較することに
より、位相弁別出力を生じさせる。差動出力信号の位相
は振動板４及び磁性片３の振動に伴フて変化するので、
この位相変化を位相比較器７２で弁別することにより、
振動を検知することができる。７４．７５は抵抗、７６
．７７はコンデンサで、これらは位相弁別出力を平均化
する回路を構成する。

振動センサ６を構成するトランス１が駆動回路５によっ
て励振されている状態で、振動板４が外部振動を受けて
振動すると、振動板４と共に磁性片３が空隙Ｇ内で振動
し、トランス１のコイル１０２からは振動に応−じた差
動出力Ｅ０が得られる。この差動出力Ｅ０は増幅！Ｓ７
１で充分に増幅された後、位相比較器７２に入力され、
位相比較器７２において駆動回路５から与えられる基準
波と位相比較され、位相弁別出力を生じさせる。

位相弁別出力は抵抗７４．７５及びコンデンサ７６．７
７で平均化され、出力端子１０から検知出力■。が得ら
れる。なお、第２図において、８は出力側コイル１０２
のインダクタンスと共に、同調回路を構成するコンデン
サ、９は結合コンデンサである。

第４図は振動センサ６の動作点■８が理想的に設定され
ている場合の振動変位と検知出力■。どの関係を示す図
であり、振動変位に応じた検知出力Ｖ０が得られる。

ところで、振動センサ６の動作点Ｖｓが、常に第４図に
示すような理想的な位置に設定されているとは限らない
、！１３作点■、が変動した場合、振動板４の振動に比
例した検知出力が得られなくなる。特に、この種の振動
センサは感度が極めて鋭敏で、動作幅△Ｗが非常に狭い
。代表的には５０μｍ程度の動作幅である。このため、
動作点ｖＳが僅かに変化しただけで、所定の検知出力ｖ
０が得られなくなフてしまう、しかも、感度を上げる程
、動作幅△Ｗが狭くなるので、上述した問題点が一層顕
著になる。第３図はこの問題点解決を狙った振動検出装
置の回路図を示している。第３図において、第２図と同
一の参照符号は同一性ある構成部分を示し、１１は可変
容量ダイオード、１２はコンデンサ、１３は制御回路、
１４は可変コンデンサ、１５は抵抗である。

可変容量ダイオード１１は、コンデンサ１２を介して、
トランス１の駆動側コイル１０１の一端と出力側コイル
１０２の一端との間に接続しである。可変容量ダイオー
ド１１には可変コンデンサ１４を並列に接続しである。

駆動側コイル１０１と出力側コイル１０２との間には、
更に、抵抗１５を接続しである。

制御回路１３は、検知出力ｖｏから得られた直情成分を
可変容量ダイオード１１に印加して、振動センサ６の動
作点を−１動的に制御する。実施例に示す制御回路１３
は、コンパレータ１３１とコンデンサ１４０及び抵抗１
３８．１３９で構成されたローパスフィルタを備え、処
理回路７の出力側に備えられた電圧ホロア型演算増幅器
７８から出力される検知出力ｖ０の一部を、コンパレー
タ１３１に人力して、抵抗１３５．１３６の分圧電圧と
比較し、コンパレータ１３１の出力に含まれる高周波分
を、カットして直流成分を抽出し、その直流成分を可変
容量ダイオード１１に与えるようになっている。制御回
路１３による可変容量ダイオード１１の制御方向は、動
作点Ｖｓ　（第４図参照）が所定値よりも高い場合はこ
れを低下させる方向であり、所定値よりも低い場合には
これを上昇させる方向である。第３図の参照符号１３２
．１３４．１３５及び１３６は抵抗、１３３はツェナー
ダイオード、１３７はコンデンサ、１５は駆動側コイル
１０１と出力側コイル１０２との間に接続された抵抗、
＋Ｖは外部から与えられる直流電圧を示す。

次に動作を説明する。可変コンデンサ１４の容量値、コ
ンデンサ１２の容量値、及び制御回路１３から与えられ
る電圧によって定まる可変容量ダイオード１１の容量値
により、駆動側コイル１０１から出力側コイル１０２に
同相の電圧が加算され、それによって振動センサ６の動
作点■８が、第４図に示す所定値に設定されているとす
る。この状態から、動作点ＶＳが高い方向に８動した場
合、検知出力Ｖ０も高い方向に８動し、制御回路１３か
ら可変容量ダイオード１１に印加される直流成分も高く
なり、可変容量ダイオード１１の容量値が低下する。こ
のため、駆動側コイル１０１から出力側コイル１０２に
加算される電圧が低下し、動作点Ｖ３が低くなる方向に
制御される。動作点■、が低くなる方向に変化した場合
には逆の制御作用が加わる。これにより、動作点■ｓが
一定となるように制御されるので、高感度化した場合で
も、一定の動作点で安定に動作する振動検出装置が得ら
れる。

〈発明の効果〉以上述べたように、本発明に係る振動センサは、差動結
線されたトランスと、前記トランスと空隙を介して対向
する磁性片と、前記磁性片を支持し外部振動を受けて振
動する振動板とを備えるから、堅牢な構造であり、取扱
いが容易で、信頼性が高く、コストの安価な振動センサ
及び振動検出装置を提供することができる。

また、トランスと空隙を介して対向させた磁性片の振動
を検出するものであるため、高感度の振動センサ及びＳ
動検出装置を提供できる。

更にトランスの駆動側コイルと出力側コイルとの間に可
変容量ダイオードを接続すると共に、この可変容量ダイ
オードに対し、検知出力から得られた直流成分を印加す
る制御回路を付加したから、動作点を自動的に制御し、
高感度化した場合でも、一定の動作点で安定に動作する
振動検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る振動センサの正面断面図、第２図
は本発明に係る振動検出装置の電気回路図、第３図は本
発明に係る振動検出装置の別の実施例における電気回路
図、第４図は振動変位−検知出力特性図である。１・・・トランス１０１．１０３・・・駆動側コイル１０２・・・出力側コイル３・・・磁性片　　　　４・・・振動板５・・・駆動回
路　　　６・・・振動センサ７・・・処理回路１１・・・可変容量ダイオード１３・・・制御回路第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）駆動側コイル及び出力側コイルの何れか一方が差
動結線されたトランスと、前記トランスと空隙を介して
対向する磁性片と、前記磁性片を支持し外部振動を受け
て振動する振動板とを備えることを特徴とする振動セン
サ。
（２）駆動側コイル及び出力側コイルの何れか一方が差
動結線されたトランス、前記トランスと空隙を介して対
向する磁性片及び前記磁性片を支持し外部振動を受けて
振動する振動板を有する振動センサを備え、前記振動セ
ンサから得られた差動出力を処理して振動検知出力を得
ることを特徴とする振動検出装置。
（３）特許請求の範囲第２項に記載の振動検出装置にお
いて、前記トランスの駆動側コイルと出力側コイルとの
間に接続された可変容量ダイオードと、前記振動センサ
の動作点を制御すべく、検知出力から得られた直流成分
を前記可変容量ダイオードに印加する制御回路とを備え
ることを特徴とする振動検出装置。