JPH0363530A - 機械共振系を有する振動センサ - Google Patents

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】 ［）！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。

［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。

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。

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。

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。

［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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［実施例１］ 本実施例を第１図に示す。

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。

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
。

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。

は、 ｆ、譚１／２π・ｆ［ｒｌで与えられる。

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
。

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。

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。

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。

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。

［実施例２］ 本実施例を第３図に示す。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

以ヒのごとき顕著な技術的な効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 圧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。