JPH02248865A - 加速度検出装置 - Google Patents
加速度検出装置Info
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- JPH02248865A JPH02248865A JP6921589A JP6921589A JPH02248865A JP H02248865 A JPH02248865 A JP H02248865A JP 6921589 A JP6921589 A JP 6921589A JP 6921589 A JP6921589 A JP 6921589A JP H02248865 A JPH02248865 A JP H02248865A
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- piezoelectric
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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）
本発明は、圧電素子の圧電効果を利用して運動加速度を
検出する加速度検出装置に関し、更に詳しくは、振動加
速度のみならず静加速度をも検出する加速度検出装置に
関する。
検出する加速度検出装置に関し、更に詳しくは、振動加
速度のみならず静加速度をも検出する加速度検出装置に
関する。
（従来技術）
車両運動制御システムによって自動車の運動性能を高め
たり、ドライバの運転技量を補助するためのシステムが
多く開発されている。このようなシステムに必要な車体
運動検知用センサとしては加速度センサが多く用いられ
ているが、特に、小型軽量で量産性に富み、高性能なセ
ンサを容易に得ることができる圧電型加速度センサが注
目されている。圧電型加速度センサは、圧電素子の圧電
効果、すなわち、物質に外力を加えて歪みを与えると電
荷が生じ、逆に電圧を加えると機械的歪みが生じる現象
を利用したもので、加速度を受けて偏位する例えばカン
チレバー（片持ち支持梁）状の振動子に圧電素子を配設
し、圧電素子の両面に電極膜を形成したものとなってい
る。このような圧電素子の圧電効果を利用したセンサ構
造は、例えば、特開昭６１−９７５７２号公報、特開昭
６１−２２０５９６号公報等に開示されている。
たり、ドライバの運転技量を補助するためのシステムが
多く開発されている。このようなシステムに必要な車体
運動検知用センサとしては加速度センサが多く用いられ
ているが、特に、小型軽量で量産性に富み、高性能なセ
ンサを容易に得ることができる圧電型加速度センサが注
目されている。圧電型加速度センサは、圧電素子の圧電
効果、すなわち、物質に外力を加えて歪みを与えると電
荷が生じ、逆に電圧を加えると機械的歪みが生じる現象
を利用したもので、加速度を受けて偏位する例えばカン
チレバー（片持ち支持梁）状の振動子に圧電素子を配設
し、圧電素子の両面に電極膜を形成したものとなってい
る。このような圧電素子の圧電効果を利用したセンサ構
造は、例えば、特開昭６１−９７５７２号公報、特開昭
６１−２２０５９６号公報等に開示されている。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、従来の圧電型加速度検出装置すなわち加
速度センサは、圧電効果によって生ずる電荷を直接出力
として取り出すように構成されているため、周期的な振
動加速度は測定可能であるが、一定の加速度が連続的に
加わるような静加速度は測定することができない。
速度センサは、圧電効果によって生ずる電荷を直接出力
として取り出すように構成されているため、周期的な振
動加速度は測定可能であるが、一定の加速度が連続的に
加わるような静加速度は測定することができない。
したがって、本発明の目的は、簡単な構造で振動加速度
のみならず静加速度をも検出することができる加速度検
出装置を提供することある。
のみならず静加速度をも検出することができる加速度検
出装置を提供することある。
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために、本発明にあっては、加速度
検出装置を次のような構成とする。すなわち、 圧電素子を備え、加速度を受けて偏位する振動子と、 前記振動子をその共振周波数近傍の周波数で励振させる
励振手段と、 前記圧電素子の出力電圧を検出する電圧検出手段と、 を備えるような構成とする。
検出装置を次のような構成とする。すなわち、 圧電素子を備え、加速度を受けて偏位する振動子と、 前記振動子をその共振周波数近傍の周波数で励振させる
励振手段と、 前記圧電素子の出力電圧を検出する電圧検出手段と、 を備えるような構成とする。
（発明の作用、効果）
上記構成を有する加速度検出装置においては、圧電素子
を備えた振動子をその共振周波数近傍の周波数で励振さ
せた状態で、圧電素子の出力電圧を検出すると、この出
力電圧の大きさは振動子に加わる加速度の大きさに比例
することとなる。すなわち、振動子を励振させる周波数
を振動子の共振周波数近傍で変化させると振動子のイン
ピーダンスが一定の関係で変化する（インピーダンスが
極大、極小になる周波数が存在する）。一方、振動子を
その共振周波数近傍の一定の周波数で励振させた状態で
、振動子に加速度による曲げ応力、引張り応力、圧縮応
力等を生じさせると、振動子の共振周波数が変化するの
で、励振周波数に対する振動子のインピーダンスの大き
さが変化することとなる。したがって、圧電素子から取
り出される出力電圧は振動子に加わる加速度に比例した
ものとなる。
を備えた振動子をその共振周波数近傍の周波数で励振さ
せた状態で、圧電素子の出力電圧を検出すると、この出
力電圧の大きさは振動子に加わる加速度の大きさに比例
することとなる。すなわち、振動子を励振させる周波数
を振動子の共振周波数近傍で変化させると振動子のイン
ピーダンスが一定の関係で変化する（インピーダンスが
極大、極小になる周波数が存在する）。一方、振動子を
その共振周波数近傍の一定の周波数で励振させた状態で
、振動子に加速度による曲げ応力、引張り応力、圧縮応
力等を生じさせると、振動子の共振周波数が変化するの
で、励振周波数に対する振動子のインピーダンスの大き
さが変化することとなる。したがって、圧電素子から取
り出される出力電圧は振動子に加わる加速度に比例した
ものとなる。
以上の如く、本発明によれば、圧電型振動子をその共振
周波数近傍の周波数で励振させる励振手段を付加したこ
とにより、簡単な構造で、振動子に加わる振動加速度は
もとより静加速度をも検出可能な圧電型加速度検出装置
を提供できることとなる。
周波数近傍の周波数で励振させる励振手段を付加したこ
とにより、簡単な構造で、振動子に加わる振動加速度は
もとより静加速度をも検出可能な圧電型加速度検出装置
を提供できることとなる。
（実施例）
以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図及び第２図は本発明の一実施例に係る圧電型加速
度検出装置のカンチレバー型圧電振動子の縦断面図及び
平面図である。これらの図を参照すると、この圧電振動
子１０はシリコンウェハ等の基板１１に設けられており
、基板１１の上面には、半導体の微細加工技術（シリコ
ンウェハのマイクロマシニング技術）により、凹所１１
ａが形成されている。圧電振動子１０は例えばシリコン
、酸化シリコン等からなるカンチレバー（片持ち粱）１
２を備えており、カンチレバー１２は、その先端すなわ
ち自由端が凹所１１ａの上部に位置するように、基板１
１の上面に形成されている。更に、このカンチレバー１
２の上面には、上下両面をそれぞれ白金（Ｐｔ）等の金
属電極膜１４．１５を形成した圧電素子膜１３が形成さ
れている。下側及び上側金属電極１４．１５は互いに絶
縁状態に保たれており、画電極膜１４．１５の一端はそ
れぞれ、第２図に示すように、基板１１の上面に沿って
延びており、電極１４．１５の端子１４ａ。
度検出装置のカンチレバー型圧電振動子の縦断面図及び
平面図である。これらの図を参照すると、この圧電振動
子１０はシリコンウェハ等の基板１１に設けられており
、基板１１の上面には、半導体の微細加工技術（シリコ
ンウェハのマイクロマシニング技術）により、凹所１１
ａが形成されている。圧電振動子１０は例えばシリコン
、酸化シリコン等からなるカンチレバー（片持ち粱）１
２を備えており、カンチレバー１２は、その先端すなわ
ち自由端が凹所１１ａの上部に位置するように、基板１
１の上面に形成されている。更に、このカンチレバー１
２の上面には、上下両面をそれぞれ白金（Ｐｔ）等の金
属電極膜１４．１５を形成した圧電素子膜１３が形成さ
れている。下側及び上側金属電極１４．１５は互いに絶
縁状態に保たれており、画電極膜１４．１５の一端はそ
れぞれ、第２図に示すように、基板１１の上面に沿って
延びており、電極１４．１５の端子１４ａ。
１５ａがそれぞれパターン形成されている。
圧電素子膜１３の材料としては、例えば、チタン酸鉛（
ＰｂＴｉＯｓ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ） 、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を使用することができる。圧電素
子膜１３の膜厚は１〜３μｍが好適であり、このような
圧電薄膜１３はスパッタリング法、ＣＶＤ法等の薄膜形
成技術により形成することができる。
ＰｂＴｉＯｓ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ） 、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を使用することができる。圧電素
子膜１３の膜厚は１〜３μｍが好適であり、このような
圧電薄膜１３はスパッタリング法、ＣＶＤ法等の薄膜形
成技術により形成することができる。
第３図は、圧電振動子１０４こ加速度が加わって該圧電
振動子ＩＯの先端側が凹所１０ａの内方側に偏位した状
態を模式的に示している。
振動子ＩＯの先端側が凹所１０ａの内方側に偏位した状
態を模式的に示している。
第４図は、圧電振動子１０をその共振周波数近傍の周波
数で励振させるための励振回路１６を示したものである
。第４図において、１７は発振器、１８．１９は抵抗、
２０は電圧計である。圧電振動子１０は、共振周波数近
傍においては、第５図にその電気的等価回路を示すよう
に、抵抗Ｒ１，インダクタンスＬ、キャパシタンスＣ，
、Ｃ２を成分とするインピーダンスを有する。
数で励振させるための励振回路１６を示したものである
。第４図において、１７は発振器、１８．１９は抵抗、
２０は電圧計である。圧電振動子１０は、共振周波数近
傍においては、第５図にその電気的等価回路を示すよう
に、抵抗Ｒ１，インダクタンスＬ、キャパシタンスＣ，
、Ｃ２を成分とするインピーダンスを有する。
第４図に示す励振回路１６により圧電振動子１０を励振
させ、且つ、圧電振動子ＪＯの共振周波数の近傍で励振
周波数を変化させると、インピーダンスが極大、極小に
なる周波数ｆ、、ｆ、、が存在する。これを電圧として
取り出すと、第６図に示すように、電圧が極大、極小に
なる周波数ｆ＋、ｆｚが観察される。第６図において、
横軸は振動子１０に加える励振周波数、縦軸は第４図の
電圧計２０で観察される圧電振動子１０の出力電圧であ
る。
させ、且つ、圧電振動子ＪＯの共振周波数の近傍で励振
周波数を変化させると、インピーダンスが極大、極小に
なる周波数ｆ、、ｆ、、が存在する。これを電圧として
取り出すと、第６図に示すように、電圧が極大、極小に
なる周波数ｆ＋、ｆｚが観察される。第６図において、
横軸は振動子１０に加える励振周波数、縦軸は第４図の
電圧計２０で観察される圧電振動子１０の出力電圧であ
る。
上記構成を有する圧電型加速度検出装置を使用した場合
、第７図に示すように、圧電振動子１０をその共振周波
数近傍の周波数、例えば、インピーダンスが極大、極小
になる周波数ｆ１．ｆ２の間の周波数ｆ０で励振させた
状態で、圧電振動子ｌＯに加速度が加わると、圧電振動
子１０に曲げ、伸び、縮み等による応力が生じるため、
圧電振動子１０の共振周波数が変化する。このため、励
振周波数ｆ０に対するインピーダンスの値が変化し、そ
の結果、励振周波数ｆ０に対する圧電振動子１０の出力
電圧が、第７図に示すように、電圧ｖ０からＶ、へと変
化することとなる。すなわち、励振周波数を一定とした
状態では、第８図に示すように、圧電振動子ｌＯから取
り出される出力電圧の値は圧電振動子１０に加わる加速
度の大きさに比例することとなる。したがって、圧電振
動子ＩＯの出力電圧を検出することにより、圧電振動子
１０に加わる加速度、すなわち、振動加速度のみならず
静加速度をも検出することができる。
、第７図に示すように、圧電振動子１０をその共振周波
数近傍の周波数、例えば、インピーダンスが極大、極小
になる周波数ｆ１．ｆ２の間の周波数ｆ０で励振させた
状態で、圧電振動子ｌＯに加速度が加わると、圧電振動
子１０に曲げ、伸び、縮み等による応力が生じるため、
圧電振動子１０の共振周波数が変化する。このため、励
振周波数ｆ０に対するインピーダンスの値が変化し、そ
の結果、励振周波数ｆ０に対する圧電振動子１０の出力
電圧が、第７図に示すように、電圧ｖ０からＶ、へと変
化することとなる。すなわち、励振周波数を一定とした
状態では、第８図に示すように、圧電振動子ｌＯから取
り出される出力電圧の値は圧電振動子１０に加わる加速
度の大きさに比例することとなる。したがって、圧電振
動子ＩＯの出力電圧を検出することにより、圧電振動子
１０に加わる加速度、すなわち、振動加速度のみならず
静加速度をも検出することができる。
上記構成を有する圧電型加速度検出装置は、上述したよ
うに、半導体の微細加工技術及び薄膜形成技術を利用し
て製造することができるので、超小型軽量で、高精度な
加速度検出装置を比較的安価に量産することができる。
うに、半導体の微細加工技術及び薄膜形成技術を利用し
て製造することができるので、超小型軽量で、高精度な
加速度検出装置を比較的安価に量産することができる。
なお、圧電振動子１０の圧電素子膜１３及び電極膜１４
．１５は厚膜形成技術により形成してもよく、また、圧
電材料を電極と共に直接焼成したセラミック材料で形成
し、その一端を基板に固定することによりカンチレバー
型振動子を構成することもできる。これらの製法では、
薄膜技術にょる製法に比べて圧電振動子が若干大型化す
るが、圧電振動子の機械的強度が高まるという利点があ
る。
．１５は厚膜形成技術により形成してもよく、また、圧
電材料を電極と共に直接焼成したセラミック材料で形成
し、その一端を基板に固定することによりカンチレバー
型振動子を構成することもできる。これらの製法では、
薄膜技術にょる製法に比べて圧電振動子が若干大型化す
るが、圧電振動子の機械的強度が高まるという利点があ
る。
第９図はカンチレバー型圧電振動子１ｏの構造の変形例
を示している。第９図において上記実施例と同様の構成
要素には同一の参照符号が付されている。この実施例で
は、圧電振動子ＩＱの一端を支える基板１１がケーシン
グｌｌｂと一体的に形成されている。また、ケーシング
ｌｌｂ内において、圧電振動子１０の先端側には加速度
検出感度を高めるためのおもり２】が設けられている。
を示している。第９図において上記実施例と同様の構成
要素には同一の参照符号が付されている。この実施例で
は、圧電振動子ＩＱの一端を支える基板１１がケーシン
グｌｌｂと一体的に形成されている。また、ケーシング
ｌｌｂ内において、圧電振動子１０の先端側には加速度
検出感度を高めるためのおもり２】が設けられている。
このような構成の場合、上述した厚膜形成技術或いはセ
ラミック焼成による、比較的高強度の圧電振動子ＩＯと
することが好ましい。
ラミック焼成による、比較的高強度の圧電振動子ＩＯと
することが好ましい。
以上、本発明の好ましい実施例につき説明したが、本発
明は上記実施例の構造のみに限定されるものではない。
明は上記実施例の構造のみに限定されるものではない。
例えば、本発明による加速度検出装置の圧電振動子はカ
ンチレバー型のものに限られず、加速度を受けることに
よって曲がり、伸び、縮み等の変形を生じるものであれ
ば、例えば両端支持構造等、他の如何なる支持構造とし
てもよい。
ンチレバー型のものに限られず、加速度を受けることに
よって曲がり、伸び、縮み等の変形を生じるものであれ
ば、例えば両端支持構造等、他の如何なる支持構造とし
てもよい。
また、図示した圧電振動子は、圧電素子膜の両面にそれ
ぞれ電極膜を形成した所謂モノモルフ型の振動素子であ
るが、本発明による加速度検出装置にはバイモフル型圧
電振動子を用いてもよい。
ぞれ電極膜を形成した所謂モノモルフ型の振動素子であ
るが、本発明による加速度検出装置にはバイモフル型圧
電振動子を用いてもよい。
更に、圧電振動子に与える励振周波数としては、上述し
たように、インピーダンスが極大、極小となる周波数の
間の周波数とすることが、加速度に比例した出力電圧を
得る上で好ましいが、圧電振動子の共振周波数近傍の周
波数であれば、上記範囲外の周波数であっても本発明の
所期の目的を達成することができる。
たように、インピーダンスが極大、極小となる周波数の
間の周波数とすることが、加速度に比例した出力電圧を
得る上で好ましいが、圧電振動子の共振周波数近傍の周
波数であれば、上記範囲外の周波数であっても本発明の
所期の目的を達成することができる。
第１ｉｆｆｌは本発明による加速度検出装置に用いられ
る圧電振動子の一構成例を示す第２図中２−２線に沿っ
た断面図。 第２図は上記加速度検出装置の平面図。 第３図は第１図に示す圧電振動子の加速度による偏位状
態を模式的に示す第１図と類似の断面図。 第４図は本発明による加速度検出装置の励娠回路構成例
を示す回路図。 第５図は第４図に示す励振回路における圧電振動子の共
振周波数近傍における電気的等価回路を示す回路図。 第６図は圧電振動子の励振周波数を変化させたときの圧
電振動子の出力電圧特性を示すグラフ。 第７図は圧電振動子に加速度による偏位が生じたときの
出力電圧特性の変化を示すグラフ。 第８図は励振周波数を一定としたときの圧電振動子に加
わる加速度と圧電振動子の出力電圧との関係を示すグラ
フ。 第９図は本発明による加速度検出装置の圧電振動子の変
形例を示す断面図。 １０・・・圧電振動子 １１・・・基板（シリコンウェハ） １２・・・カンチレバー １３・・・圧電素子膜 １４．１５・・・電極膜 １６・・・励振回路 第４図 第５図 第１図 第２図 第３図 第６図 励１１昭ヒ周ン［秋ｆ。
る圧電振動子の一構成例を示す第２図中２−２線に沿っ
た断面図。 第２図は上記加速度検出装置の平面図。 第３図は第１図に示す圧電振動子の加速度による偏位状
態を模式的に示す第１図と類似の断面図。 第４図は本発明による加速度検出装置の励娠回路構成例
を示す回路図。 第５図は第４図に示す励振回路における圧電振動子の共
振周波数近傍における電気的等価回路を示す回路図。 第６図は圧電振動子の励振周波数を変化させたときの圧
電振動子の出力電圧特性を示すグラフ。 第７図は圧電振動子に加速度による偏位が生じたときの
出力電圧特性の変化を示すグラフ。 第８図は励振周波数を一定としたときの圧電振動子に加
わる加速度と圧電振動子の出力電圧との関係を示すグラ
フ。 第９図は本発明による加速度検出装置の圧電振動子の変
形例を示す断面図。 １０・・・圧電振動子 １１・・・基板（シリコンウェハ） １２・・・カンチレバー １３・・・圧電素子膜 １４．１５・・・電極膜 １６・・・励振回路 第４図 第５図 第１図 第２図 第３図 第６図 励１１昭ヒ周ン［秋ｆ。
Claims (1)
- （１）圧電素子を備え、加速度を受けて偏位する振動子
と、 前記振動子をその共振周波数近傍の周波数で励振させ
る励振手段と、 前記圧電素子の出力電圧を検出する電圧検出手段と、 を備えてなる加速度検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6921589A JPH02248865A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 加速度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6921589A JPH02248865A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 加速度検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02248865A true JPH02248865A (ja) | 1990-10-04 |
Family
ID=13396274
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6921589A Pending JPH02248865A (ja) | 1989-03-23 | 1989-03-23 | 加速度検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02248865A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1989
- 1989-03-23 JP JP6921589A patent/JPH02248865A/ja active Pending
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