JPH0363530A - Vibration sensor having mechanical resonance system - Google Patents
Vibration sensor having mechanical resonance systemInfo
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- JPH0363530A JPH0363530A JP19804489A JP19804489A JPH0363530A JP H0363530 A JPH0363530 A JP H0363530A JP 19804489 A JP19804489 A JP 19804489A JP 19804489 A JP19804489 A JP 19804489A JP H0363530 A JPH0363530 A JP H0363530A
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- vibration sensor
- elastic body
- 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
［）！ｌｌ上上利用分野］
本発明は、圧電型振動センサに関する。特に、機械共振
振動系を設けて、検査周波数帯域に改良された感度を有
する、圧電体を利用する振動センサに関する。[Detailed Description of the Invention] [)! FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a piezoelectric vibration sensor. In particular, the present invention relates to a vibration sensor using a piezoelectric material that is provided with a mechanically resonant vibration system and has improved sensitivity in a test frequency band.
［従来の技術及び発明が解決しようとする問題点］圧電
型振動センサにおいて、共振ピークを任意に設定するに
は、圧電体素子、オモリの加工上に困難があり、制約を
受けるものである。[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] In a piezoelectric vibration sensor, in order to arbitrarily set the resonance peak, there are difficulties and restrictions in processing the piezoelectric element and the weight.
特に、ある特定の周波数帯域において、微小な振動出力
信号を選択的に増幅し、検出したい場合があるが、従来
は、一定の周波数レスポンスを示す加速度センサ等の出
力を、その周波数帯域で、増幅する方法を用いていた。In particular, there are cases where it is desired to selectively amplify and detect minute vibration output signals in a certain frequency band, but conventionally, the output of an acceleration sensor, etc. that exhibits a constant frequency response is amplified in that frequency band. The method was used.
そして、その一定の周波数レスポンスを示す振動センサ
の出力を、特定の周波数帯域で、増幅させるためには、
帯域選択性を有するフィルタ及び増幅器を必要とし、セ
ンサ出力の処理系が、複雑になり、コスト、信頼性の点
で、不利である。In order to amplify the output of the vibration sensor that shows a constant frequency response in a specific frequency band,
This requires a filter and an amplifier with band selectivity, which complicates the sensor output processing system, which is disadvantageous in terms of cost and reliability.
本発明は、上記のセンサ出力信号の処理系が複雑になる
という問題点を除去し、センサ出力信号に周波数選択性
を持たせた振動センサ構造を提供することを目的とする
。即ち、本発明は、一定の周波数帯域に機械共振特性を
持たせたような共振系を持つ圧電型振動センサの構造を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vibration sensor structure in which the sensor output signal has frequency selectivity by eliminating the problem that the processing system for the sensor output signal is complicated. That is, an object of the present invention is to provide a structure of a piezoelectric vibration sensor having a resonance system having mechanical resonance characteristics in a certain frequency band.
［問題点を解決するための手段］
本発明は、Ｊ′Ｅ電体素子を用いた圧電圧縮型振動セン
サにおいて、該圧電体素子の上部及び／或いは下部に、
弾性体とオモリの組合わせによる特定の機械共振特性を
有する機械共振振動系を設けて、検査周波数特性に選択
性を持たせた構造を有する前記振動センサである。[Means for Solving the Problems] The present invention provides a piezoelectric compression type vibration sensor using a J'E electric element, in which the upper and/or lower part of the piezoelectric element is provided with:
The vibration sensor has a structure in which a mechanical resonance vibration system having a specific mechanical resonance characteristic is provided by a combination of an elastic body and a weight to give selectivity to the test frequency characteristic.
［作用］
本発明によると、圧電型振動センサの構造の中に、弾性
体とオモリの組合わせによる特定の機械共振特性を有す
る機械共振系を付加し、検査周波数特性に選択性を持た
せたものである。[Function] According to the present invention, a mechanical resonance system having a specific mechanical resonance characteristic by a combination of an elastic body and a weight is added to the structure of a piezoelectric vibration sensor, and selectivity is imparted to the test frequency characteristic. It is something.
即ち、共振周波数ｎは、ｎ−１／２π・、／Ｔフｒｉ−
によって決められる。但し、ｋは１．用いた弾性体の弾
性係数であり、ｍは、オモリの質量である。That is, the resonant frequency n is n-1/2π·, /Tfri-
determined by. However, k is 1. It is the elastic modulus of the elastic body used, and m is the mass of the weight.
本発明の振動センサにおいても、基本的には、バネ−質
量系の共振周波数は、上記の式で示されるが、本発明の
振動センサでは、複数系統のバネ−質量系であるので、
複数のこの式が成り立ち、即ち、 ｒｚ−１／２ｘ５
ｎｔ−１／２π・ｆｉ宵
というように、複数の共振周波数を有することになり、
複数の共振周波数による共振周波数帯域をなすようにで
きる。In the vibration sensor of the present invention, the resonance frequency of the spring-mass system is basically expressed by the above equation, but since the vibration sensor of the present invention has multiple systems of spring-mass systems,
If a plurality of these equations hold true, i.e., rz-1/2x5 nt-1/2π・fi yoi, there will be a plurality of resonant frequencies,
A resonant frequency band can be formed by a plurality of resonant frequencies.
本発明によると、従来の構造の圧電型振動センサでは、
加工上共振ピークの設定の困難な周波数領域に、共振を
持たせることが、新たに付加した弾性体−質量系の弾性
係数、質量を適切に選択することにより可能となる。圧
電体の構造、オモリの製造、加工が容易になるものであ
る。According to the present invention, in a piezoelectric vibration sensor having a conventional structure,
By appropriately selecting the elastic coefficient and mass of the newly added elastic body-mass system, it is possible to provide resonance in a frequency range where it is difficult to set a resonance peak during processing. This makes it easier to manufacture and process the structure of the piezoelectric body and the weight.
新たに付加した弾性体−質量系の弾性定数、質量を適切
に選択することにより、共振周波数、共振帯域幅及び共
振時の感度を調整することができる。更に、弾性体−質
量系を複数付加することにより、各共振周波数で、各々
の感度を持たせることができる。そのために、１つの振
動センサで、複数の感度を持たせることができる。By appropriately selecting the elastic constant and mass of the newly added elastic body-mass system, the resonance frequency, resonance bandwidth, and sensitivity during resonance can be adjusted. Furthermore, by adding a plurality of elastic body-mass systems, each resonance frequency can have its own sensitivity. Therefore, one vibration sensor can have multiple sensitivities.
本発明の振動センサにおいては、圧電体の共振に同期さ
せることにより、非常に感度の高いセンサを提供するこ
とができる。即ち、圧電体の共振とは、弾性体−質量系
を、付加しない従来の構造の振動センサの圧電体とオモ
リを一体化したもので、圧電体をバネ弾性体と考えたと
きに、現れる構造体が持っている固有振動数である。即
ち、圧電体の固有振動数と、弾性体−質量系の共振振動
数を合わせると、振動センサの感度を改良向上させるこ
とができる。In the vibration sensor of the present invention, by synchronizing with the resonance of the piezoelectric body, a highly sensitive sensor can be provided. In other words, the resonance of a piezoelectric body is the integration of the piezoelectric body and the weight of a vibration sensor with a conventional structure that does not include an elastic body-mass system, and the structure that appears when the piezoelectric body is considered as a spring elastic body. It is the natural frequency of the body. That is, by matching the natural frequency of the piezoelectric body and the resonance frequency of the elastic body-mass system, the sensitivity of the vibration sensor can be improved.
次に、本発明の振動センサを、具体的な実施例により、
説明するが、本発明は、その説明により限定されるもの
ではない。Next, the vibration sensor of the present invention will be explained according to a specific example.
However, the present invention is not limited by the description.
［実施例１］ 本実施例を第１図に示す。[Example 1] This embodiment is shown in FIG.
第１図に示した振動センサは、従来の振動センサに、弾
性体（４）とオモリＢ（５）による機械共振系を取り付
けた構造のものである。The vibration sensor shown in FIG. 1 has a structure in which a mechanical resonance system consisting of an elastic body (4) and a weight B (5) is attached to a conventional vibration sensor.
センサ土台（１）の上に、圧電体素子（２）を取り付け
、その上にオモリＡ（３）、弾性体（４）及びオモリＢ
（５）を図示のように、その順に取り付けた構造である
。A piezoelectric element (2) is mounted on the sensor base (1), and a weight A (3), an elastic body (4) and a weight B are placed on top of the piezoelectric element (2).
(5) are attached in that order as shown in the figure.
弾性係数ｋを有する弾性体（４）と、質量ｍのオモリＢ
（５）を、オモリＡ（３）の上に１ｉｌｆｆｉき、ネジ
Ｂ（７）で締め付けた。そこで、弾性体（４）とオモリ
Ｂ（５）の機械共振周波数ｆ。An elastic body (4) having an elastic modulus k and a weight B having a mass m
(5) was placed on top of weight A (3) and tightened with screw B (7). Therefore, the mechanical resonance frequency f of the elastic body (4) and weight B (5).
は、 ｆ、譚１／２π・ｆ［ｒｌで与えられる。teeth, f, given by 1/2π·f[rl.
振動周波数ｆ、で共振が起こり、オモリＡ（３）の振動
が増大するため、）Ｅ電体素Ｔ−（２）の出力が増大す
る。即ち、本発明の実施例１の振動センサで、周波数に
対４゛るトンサ出力電１−Ｅを測定すると、第４図Ａに
示されるグラフが得られた。このグラフからノ（振周波
数ｒ、で、感度の増大が見られ、感度の向上が得られる
。Resonance occurs at the vibration frequency f, and the vibration of weight A (3) increases, so the output of )E electric element T- (2) increases. That is, when the vibration sensor of Example 1 of the present invention measured the sensor output voltage 1-E which varied by 4 degrees with respect to frequency, the graph shown in FIG. 4A was obtained. From this graph, an increase in sensitivity can be seen at vibration frequency r, and an improvement in sensitivity can be obtained.
このような点から、弾性定数ｋ及びオモリの質量ｍを変
えることにより、共振周波数ｆ、を変化させることがで
きる。即ち、第４図Ｂ−１、Ｂ−２に示すように、弾性
体の弾性係数ｋを一定として、′！１量ｍを変化させる
と、第４図Ｂ−１に示すように、共振周波数ｒ、が変化
する。また、質量ｍを一定にし、弾性係数ｋを変化させ
ると、共振周波数ｆ、は、第４図Ｂ−２のグラフに示す
ように、変化する。From this point of view, the resonance frequency f can be changed by changing the elastic constant k and the mass m of the weight. That is, as shown in FIGS. 4B-1 and B-2, assuming that the elastic coefficient k of the elastic body is constant, '! When the amount m is changed, the resonance frequency r changes as shown in FIG. 4B-1. Further, when the mass m is kept constant and the elastic coefficient k is changed, the resonance frequency f changes as shown in the graph of FIG. 4B-2.
第１図に示した板バネの弾性体（４）の場合、ネジＢ（
７）の位置を調整し、板バネの変形量を変えることによ
り、弾性定数ｋが、変化する構造である。即ち、第４図
Ｃのグラフに示すように、板バネの変形量を変えると、
弾性定数ｋが、変化する。従って、弾性定数にの変化に
伴い、共振周波数ｆ、が、変化するため、ネジＢ（７）
の位置を調整することにより、共振周波数の調整が可能
である。In the case of the elastic body (4) of the leaf spring shown in Fig. 1, screw B (
By adjusting the position of 7) and changing the amount of deformation of the leaf spring, the elastic constant k is changed. That is, as shown in the graph of Fig. 4C, when the amount of deformation of the leaf spring is changed,
The elastic constant k changes. Therefore, as the elastic constant changes, the resonance frequency f changes, so screw B (7)
By adjusting the position of the resonant frequency, it is possible to adjust the resonance frequency.
弾性体（４）は、所定の弾性定数を有する構造とし、具
体的に辻、板バネの他に、コイルバネ（第２図Ａに示す
）、物質の体積弾性変形を利用したバルク状バネ（第２
１５＋！Ｈに示す）、板バネ（第２図Ｃ及びＤに示す）
が利用できる。The elastic body (4) has a structure having a predetermined elastic constant, and specifically includes not only a Tsuji and a plate spring, but also a coil spring (shown in Fig. 2A), and a bulk spring that utilizes the bulk elastic deformation of a substance. 2
15+! H), leaf springs (shown in Figure 2 C and D)
is available.
これらの弾性体の材質は、金属材料、高分子材料等の種
々の材料が利用できる。その中から所定の弾性定数が得
られるように選定すべきである。Various materials such as metal materials and polymer materials can be used for these elastic bodies. It should be selected from among them so that a predetermined elastic constant can be obtained.
［実施例２］ 本実施例を第３図に示す。[Example 2] This embodiment is shown in FIG.
第３図に示した振動センサは、従来の振動センサの正電
体素子（１２）の下に弾性体（１４）を置き、圧電体素
子（１２）及びオモリ（１３）による質量系との機械共
振系を構成する。The vibration sensor shown in Fig. 3 has an elastic body (14) placed under the positive electric element (12) of the conventional vibration sensor, and a mechanical connection with a mass system using a piezoelectric element (12) and a weight (13). Configure a resonant system.
センサ土台（１１）の上に、弾性体（１４）を取り付け
、その−ヒに圧電体素子（１２）を載せ、更に、その上
にオモリ（１３）を図示のように、取り付けた構造であ
る。It has a structure in which an elastic body (14) is attached on top of the sensor base (11), a piezoelectric element (12) is placed on the elastic body (14), and a weight (13) is attached on top of it as shown in the figure. .
そして、ネジ（１５）は、オモリ（１３）の振動を圧電
体素子（１２）に伝達するためと、弾性体（１４）の弾
性定数を加減し、共振周波数を所定値に調整するための
２つの目的を兼ねる。The screw (15) is used to transmit the vibration of the weight (13) to the piezoelectric element (12), and to adjust the elastic constant of the elastic body (14) to adjust the resonance frequency to a predetermined value. It serves two purposes.
弾性体（１４）は、実施例１で示したものと同様に種々
の形態構造のものが利用できる。As with the elastic body (14) shown in Example 1, various shapes and structures can be used.
［発明の効果］
本発明の振動センサにおいては、
第１に、検出周波数帯域内のある特定の周波数帯域の振
動を、選択的に増幅して出力させることが可能である。[Effects of the Invention] In the vibration sensor of the present invention, firstly, it is possible to selectively amplify and output vibrations in a specific frequency band within the detection frequency band.
第２に、このとき、検出周波数帯域の全域にわたって、
共振系を付加したことによる出力の低下をきたさない構
造になっている。Second, at this time, over the entire detection frequency band,
The structure is such that the addition of a resonant system does not cause a drop in output.
第３に、また、共振周波数帯域を調整することが可能で
あるため、広い範囲の応用が可能である。Thirdly, it is also possible to adjust the resonant frequency band, so a wide range of applications is possible.
第４に、圧電体の共振は、同期させることによって、非
常に感度の高い振動センサが提供できた。Fourth, by synchronizing the resonance of the piezoelectric material, a highly sensitive vibration sensor could be provided.
以ヒのごとき顕著な技術的な効果が得られた。The following remarkable technical effects were obtained.
第１図は、本発明の圧電型振動センサを示を断面説明図
である。
第２図Ａ、Ｂ、Ｃ％Ｄは、本発明の圧電型振動センサに
利用する弾性体に用いる各種の形態材質を示す説明図で
ある。
第３図は、本発明の圧電型振動センサの他の例を示す断
面説明図である。
第４図Ａ、Ｂ−１．２及びＣは、本発明の振動センサで
の弾性体−質量系による共振周波数について、各々、応
答性、質量調整性、弾性係数調整性及び板バネ変形量と
弾性定数との関係を示す各グラフである。
［主要部分の符号の説明］
２．１２．、、、、、、、圧電体素子
３．１３１２．１８１．１．オモリＡ
４．１４ 、、、、、、、、弾性体
５ 、、、、、、、、オモリＢ
６．７．１５ 、、、、、、、、ネジ
８．１６ 、、、、、、、、支柱FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing a piezoelectric vibration sensor of the present invention. FIGS. 2A, B, and C%D are explanatory diagrams showing various form materials used for the elastic body used in the piezoelectric vibration sensor of the present invention. FIG. 3 is an explanatory cross-sectional view showing another example of the piezoelectric vibration sensor of the present invention. Figures 4A, B-1.2, and C show the response, mass adjustability, elastic modulus adjustability, and leaf spring deformation amount, respectively, regarding the resonance frequency due to the elastic body-mass system in the vibration sensor of the present invention. 3 is a graph showing a relationship with an elastic constant. [Explanation of symbols of main parts] 2.12. , , , , , Piezoelectric element 3.1312.181.1. Weight A 4.14 , Elastic body 5 , Weight B 6.7.15 , Screw 8.16 , , pillar
Claims (1)
リの組合わせによる特定の機械共振特性を有する機械共
振振動系を設けて、検査周波数特性に選択性を持たせた
構造を有する前記振動センサ。[Claims] In a piezoelectric compression type vibration sensor using a piezoelectric element, a mechanical resonance vibration system having specific mechanical resonance characteristics by a combination of an elastic body and a weight is provided above and/or below the piezoelectric element. The vibration sensor has a structure in which the test frequency characteristics are selectively provided.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19804489A JPH0363530A (en) | 1989-08-01 | 1989-08-01 | Vibration sensor having mechanical resonance system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19804489A JPH0363530A (en) | 1989-08-01 | 1989-08-01 | Vibration sensor having mechanical resonance system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0363530A true JPH0363530A (en) | 1991-03-19 |
Family
ID=16384602
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19804489A Pending JPH0363530A (en) | 1989-08-01 | 1989-08-01 | Vibration sensor having mechanical resonance system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0363530A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014062868A (en) * | 2012-09-24 | 2014-04-10 | Sekisui Chem Co Ltd | Piezoelectric type vibration sensor and water leakage detection method |
| JP2014173852A (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-22 | Fuji Tecom Inc | Leak sound detector |
-
1989
- 1989-08-01 JP JP19804489A patent/JPH0363530A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014062868A (en) * | 2012-09-24 | 2014-04-10 | Sekisui Chem Co Ltd | Piezoelectric type vibration sensor and water leakage detection method |
| JP2014173852A (en) * | 2013-03-05 | 2014-09-22 | Fuji Tecom Inc | Leak sound detector |
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