JPH052859Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH052859Y2 JPH052859Y2 JP1986065815U JP6581586U JPH052859Y2 JP H052859 Y2 JPH052859 Y2 JP H052859Y2 JP 1986065815 U JP1986065815 U JP 1986065815U JP 6581586 U JP6581586 U JP 6581586U JP H052859 Y2 JPH052859 Y2 JP H052859Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hybrid circuit
- piezoelectric
- sensor element
- positive
- backing material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本考案は圧電体を用いて衝撃波、圧力、加速度
等を測定する圧電型センサに係り、組立が容易で
小型化が容易であると共に、水平振動（圧電素子
の厚さ方向と直角方向の振動をいう）によるノイ
ズを軽減して広い周波域に亘り、かつ広い温度範
囲に亘つて一定の出力で測定を可能とした圧電型
センサに関する。
等を測定する圧電型センサに係り、組立が容易で
小型化が容易であると共に、水平振動（圧電素子
の厚さ方向と直角方向の振動をいう）によるノイ
ズを軽減して広い周波域に亘り、かつ広い温度範
囲に亘つて一定の出力で測定を可能とした圧電型
センサに関する。
従来の圧電型センサ、特に高分子系膜状圧電体
を用いたセンサは、その周囲をケーシングで挟持
して支持していた。
を用いたセンサは、その周囲をケーシングで挟持
して支持していた。
しかし、膜状圧電体はタルミが生じ易く、タル
ミのために水平振動によるノイズが大きくなる。
ミのために水平振動によるノイズが大きくなる。
膜状圧電体に剛性を有する裏打材を添着すると
水平振動に基づくノイズは軽減されるが使用温度
の変化に伴い裏打材が伸縮するため、温度によつ
て圧電型センサの感度が変化する欠点があつた。
水平振動に基づくノイズは軽減されるが使用温度
の変化に伴い裏打材が伸縮するため、温度によつ
て圧電型センサの感度が変化する欠点があつた。
また、膜状圧電体は、高インピーダンスのた
め、リード線で測定器に連結すると外部誘導を受
け易く、これを避けるためには、圧電型センサ内
にインピーダンス変換回路を内蔵させる方法が有
力であるが、この場合、圧電型センサの組立が複
雑となり、また、小型化が難しい問題があつた。
め、リード線で測定器に連結すると外部誘導を受
け易く、これを避けるためには、圧電型センサ内
にインピーダンス変換回路を内蔵させる方法が有
力であるが、この場合、圧電型センサの組立が複
雑となり、また、小型化が難しい問題があつた。
本考案圧電センサはこのような問題点も解決し
ようとするもので、第１図及び第２図示のように
圧電体１の一面に一対の正、負電極２，３を設
け、圧電体１の他面に中立電極４を設け、この中
立電極４の表面に裏打材５を設けてセンサ素子７
を構成し、この裏打材５の表面に支持リング８を
接着せしめ、絶縁板９にインピーダンス変換部、
低域信号除去部及び増幅部よりなるハイブリツト
回路１０を形成し、このハイブリツト回路１０の
入力端１１，１２と正、負電極２，３間にそれぞ
れ導電性弾性体製接続材１３，１４を圧着すると
共にハイブリツト回路１０の出力端１５、電源端
１６及びアース端１７にケーブル１８を接続せし
めてセンサ本体１９を構成し、このセンサ本体１
９をハウジング２０内に収設してなる構成とした
ものである。
ようとするもので、第１図及び第２図示のように
圧電体１の一面に一対の正、負電極２，３を設
け、圧電体１の他面に中立電極４を設け、この中
立電極４の表面に裏打材５を設けてセンサ素子７
を構成し、この裏打材５の表面に支持リング８を
接着せしめ、絶縁板９にインピーダンス変換部、
低域信号除去部及び増幅部よりなるハイブリツト
回路１０を形成し、このハイブリツト回路１０の
入力端１１，１２と正、負電極２，３間にそれぞ
れ導電性弾性体製接続材１３，１４を圧着すると
共にハイブリツト回路１０の出力端１５、電源端
１６及びアース端１７にケーブル１８を接続せし
めてセンサ本体１９を構成し、このセンサ本体１
９をハウジング２０内に収設してなる構成とした
ものである。
このようなセンサ素子７を支持リング８に接着
せしめることによりセンサ素子７の外周部が支持
リング８に支持され固定されているから、ハウジ
ング２０の中央部よりセンサ素子７の中央部に加
えられた垂直振動を妨げることがなく、振動の広
い周波域に亘つて出力低下をきたすおそれがない
（一定の出力を得ることができる）ばかりでなく、
裏打材５と支持リング８の熱膨張係数をほぼ等し
くしてあるので、温度変化に対して両者の熱膨
張、収縮に差が生じて湾曲することがなくなり、
湾曲によるノイズの影響をなくして垂直振動を一
層高精度に測定でき、かつ広い温度範囲に亘つて
一定の出力を得ることができる。
せしめることによりセンサ素子７の外周部が支持
リング８に支持され固定されているから、ハウジ
ング２０の中央部よりセンサ素子７の中央部に加
えられた垂直振動を妨げることがなく、振動の広
い周波域に亘つて出力低下をきたすおそれがない
（一定の出力を得ることができる）ばかりでなく、
裏打材５と支持リング８の熱膨張係数をほぼ等し
くしてあるので、温度変化に対して両者の熱膨
張、収縮に差が生じて湾曲することがなくなり、
湾曲によるノイズの影響をなくして垂直振動を一
層高精度に測定でき、かつ広い温度範囲に亘つて
一定の出力を得ることができる。
また、センサ素子７の正、負電極２，３間より
得られる出力電圧は、センサ素子７の出力インピ
ーダンスをハイブリツト回路１０のインピーダン
ス変換部により変換して次段の入力インピーダン
スにマツチングさせて取り出すことができるの
で、コネクタや特殊ケーブルを使用せずに済み、
かつケーブル１８の長さを長くしても信号感度が
影響を受けず、出力は低下しない。
得られる出力電圧は、センサ素子７の出力インピ
ーダンスをハイブリツト回路１０のインピーダン
ス変換部により変換して次段の入力インピーダン
スにマツチングさせて取り出すことができるの
で、コネクタや特殊ケーブルを使用せずに済み、
かつケーブル１８の長さを長くしても信号感度が
影響を受けず、出力は低下しない。
出力電圧の中にハウジング２０の熱的歪や焦電
性によるノイズが混入しても、これらのノイズを
ハイブリツト回路１０の低域信号除去部により除
去することができる。
性によるノイズが混入しても、これらのノイズを
ハイブリツト回路１０の低域信号除去部により除
去することができる。
第１図は本考案圧電型センサの一実施例を示す
部分分解斜視図、第２図はその縦断面図である。
部分分解斜視図、第２図はその縦断面図である。
まず、その構成を説明する。
この実施例は圧電体１の一面中央部に正電極２
を、その周部に正電極２と同一面積の負電極３を
設け、圧電体１の他面に中立電極４を設け、この
中立電極４の表面に裏打材５を設けてセンサ素子
７を構成すると共に、この裏打材５の表面に当該
裏打材５とほぼ等しい熱膨張係数の支持リング８
を接着せしめる。
を、その周部に正電極２と同一面積の負電極３を
設け、圧電体１の他面に中立電極４を設け、この
中立電極４の表面に裏打材５を設けてセンサ素子
７を構成すると共に、この裏打材５の表面に当該
裏打材５とほぼ等しい熱膨張係数の支持リング８
を接着せしめる。
圧電体１としてセラミツク系やPVDF、圧電セ
ラミツク、合成樹脂複合体等の有機高分子系のも
のを用いることができる。
ラミツク、合成樹脂複合体等の有機高分子系のも
のを用いることができる。
裏打材５としては、ガラスフアイバー、カーボ
ンフアイバーまたは窒化ケイ素（Si3N4）、炭化
ケイ素（SiC）、アルミナ（Al2O3）等のウイスカ
ー、ポリアセタール等の高分子ウイスカーなどと
エポキシ、不飽和ポリエステル等の高弾性率の樹
脂などから成る複合材を用いることができる。
ンフアイバーまたは窒化ケイ素（Si3N4）、炭化
ケイ素（SiC）、アルミナ（Al2O3）等のウイスカ
ー、ポリアセタール等の高分子ウイスカーなどと
エポキシ、不飽和ポリエステル等の高弾性率の樹
脂などから成る複合材を用いることができる。
また、支持リング８としては、上記裏打材５と
熱膨張係数が近似した剛性材料が用いられ、ガラ
ス−エポキシ、ガラス−不飽和ポリエステルより
なる熱硬化性樹脂複合体、フエノール、ユリアな
どの熱硬化性樹脂、ガラス−ナイロン、ガラス−
ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂
複合体、銅、黄銅、アルミなどの金属を用いるこ
とができる。
熱膨張係数が近似した剛性材料が用いられ、ガラ
ス−エポキシ、ガラス−不飽和ポリエステルより
なる熱硬化性樹脂複合体、フエノール、ユリアな
どの熱硬化性樹脂、ガラス−ナイロン、ガラス−
ポリエチレンテレフタレートなどの熱可塑性樹脂
複合体、銅、黄銅、アルミなどの金属を用いるこ
とができる。
そしてプラスチツク等の絶縁板９にインピーダ
ンス変換部、低域信号除去部及び増幅部よりなる
ハイブリツト回路１０を形成し、このハイブリツ
ト回路１０の入力端１１，１２と正、負電極２，
３間にそれぞれ導電性弾性体製接続材１３，１４
を圧着すると共に、ハイブリツト回路１０の出力
端１５、電源端１６及びアース端１７にケーブル
１８を接続せしめてセンサ本体１９を構成し、こ
のセンサ本体１９を上部、下部ハウジング２０
ａ，２０ｂを接着してなるハウジング２０内に収
設してなる。
ンス変換部、低域信号除去部及び増幅部よりなる
ハイブリツト回路１０を形成し、このハイブリツ
ト回路１０の入力端１１，１２と正、負電極２，
３間にそれぞれ導電性弾性体製接続材１３，１４
を圧着すると共に、ハイブリツト回路１０の出力
端１５、電源端１６及びアース端１７にケーブル
１８を接続せしめてセンサ本体１９を構成し、こ
のセンサ本体１９を上部、下部ハウジング２０
ａ，２０ｂを接着してなるハウジング２０内に収
設してなる。
ハウジング２０は導電性の弾性材料で形成する
のが望ましい。
のが望ましい。
導電性弾性体製の接続材１３，１４としては、
プラスチツクまたはゴムの基材にカーボン粉末、
カーボン繊維、金属粉末、金属小片などを混入し
てなるものを用いることができる。
プラスチツクまたはゴムの基材にカーボン粉末、
カーボン繊維、金属粉末、金属小片などを混入し
てなるものを用いることができる。
導電性弾性体製接続材１３，１４は圧着するだ
けでもよいが、導電性接着剤を用いて接着しても
よい。
けでもよいが、導電性接着剤を用いて接着しても
よい。
支持リング８は第２図示のようにハウジング２
０と一体であつてもよい。
０と一体であつてもよい。
次にその作用を説明する。
圧電体１には焦電常数Ｐ〔COUL／degcm2〕と
いうものがあり、周囲温度に比例した電荷が正、
負電極２，３の表面に発生するが、両電極とも同
一分極面にあるため、両電極２，３に焦電現象に
より発生する出力電圧はその極性が等しく互いに
相殺するので、焦電現象によるノイズを検知する
ことなく、焦電補償効果を奏し、低周波域から高
周波域まで周波域に亘つて垂直振動を測定するこ
とができる。
いうものがあり、周囲温度に比例した電荷が正、
負電極２，３の表面に発生するが、両電極とも同
一分極面にあるため、両電極２，３に焦電現象に
より発生する出力電圧はその極性が等しく互いに
相殺するので、焦電現象によるノイズを検知する
ことなく、焦電補償効果を奏し、低周波域から高
周波域まで周波域に亘つて垂直振動を測定するこ
とができる。
なお、正、負電極２，３を同一面積とすること
により焦電電圧を極めて小さくすることができ
る。
により焦電電圧を極めて小さくすることができ
る。
また裏打材５は他部品との接着が容易で接着に
よる本考案センサの製造が容易になると共に、裏
打材５として弾性率が高く、かつクリープの少な
い材料を用いることによつて水平振動による曲
げ、ねじれを受けにくくなるので、水平振動によ
るノイズを大幅に軽減できる。
よる本考案センサの製造が容易になると共に、裏
打材５として弾性率が高く、かつクリープの少な
い材料を用いることによつて水平振動による曲
げ、ねじれを受けにくくなるので、水平振動によ
るノイズを大幅に軽減できる。
また、当該裏打材５の弾性率を変えることによ
り圧電体１の歪量を調整できるので、所望感度の
ものを容易に得ることができる。
り圧電体１の歪量を調整できるので、所望感度の
ものを容易に得ることができる。
衝撃波、圧力、加速度等を受けると、圧電体１
は正電極２の部分を大きく変形させ、負電極３の
部分は殆ど変形しないか、または正電極２の部分
と負電極３の部分の変形が逆になるので、正、負
電極２，３に発生する電荷量に差を生じ、あるい
は正、負電極２，３に逆極性の電荷が発生し、電
荷量の差または逆極性の電荷によつて正、負電極
２，３間より出力電圧V0が得られ、加速度の測
定ができる。
は正電極２の部分を大きく変形させ、負電極３の
部分は殆ど変形しないか、または正電極２の部分
と負電極３の部分の変形が逆になるので、正、負
電極２，３に発生する電荷量に差を生じ、あるい
は正、負電極２，３に逆極性の電荷が発生し、電
荷量の差または逆極性の電荷によつて正、負電極
２，３間より出力電圧V0が得られ、加速度の測
定ができる。
この場合、センサ素子７は支持リング８により
接着されており、センサ素子７の外周部は支持リ
ング８により支持され固定されているから、セン
サ素子７の中立部に加えられた加速度等の垂直振
動を妨げることなく、振動の広い周波域に亘つて
出力低下をきたすおそれはない。
接着されており、センサ素子７の外周部は支持リ
ング８により支持され固定されているから、セン
サ素子７の中立部に加えられた加速度等の垂直振
動を妨げることなく、振動の広い周波域に亘つて
出力低下をきたすおそれはない。
また、裏打材５と支持リング８の熱膨張係数を
ほぼ等しくしてあるので、温度変化に対して両者
の熱膨張、収縮に差が生じて湾曲することがなく
なり、湾曲によるノイズが検出されることがない
から、垂直振動を一層高精度に測定でき、かつ広
い温度範囲に亘つて一定の出力を得ることができ
る。
ほぼ等しくしてあるので、温度変化に対して両者
の熱膨張、収縮に差が生じて湾曲することがなく
なり、湾曲によるノイズが検出されることがない
から、垂直振動を一層高精度に測定でき、かつ広
い温度範囲に亘つて一定の出力を得ることができ
る。
また、センサ素子７の正、負電極２，３間より
得られる出力電圧は、センサ素子７の出力インピ
ーダンスをハイブリツト回路１０のインピーダン
ス変換部により変換して次段の入力インピーダン
スにマツチングさせて取り出すことができるの
で、コネクタや特殊ケーブルを使用せずに済み、
かつケーブル１８の長さを長くしても信号感度が
影響を受けず、出力は低下しない。
得られる出力電圧は、センサ素子７の出力インピ
ーダンスをハイブリツト回路１０のインピーダン
ス変換部により変換して次段の入力インピーダン
スにマツチングさせて取り出すことができるの
で、コネクタや特殊ケーブルを使用せずに済み、
かつケーブル１８の長さを長くしても信号感度が
影響を受けず、出力は低下しない。
出力電圧の中にハウジング２０の熱的歪や焦電
性によるノイズが混入しても、これらのノイズを
ハイブリツト回路１０の低域信号除去部により除
去することができる。
性によるノイズが混入しても、これらのノイズを
ハイブリツト回路１０の低域信号除去部により除
去することができる。
センサ素子７には導電性弾性体製のハウジング
２０を用いることにより、高衝撃波に対してもハ
ウジング２０の弾性により吸収できるから耐久性
を向上することができるばかりでなく、センサ素
子７やハイブリツト回路１０は導電性のハウジン
グ２０内に収められているため、外部ノイズを遮
蔽することができる。
２０を用いることにより、高衝撃波に対してもハ
ウジング２０の弾性により吸収できるから耐久性
を向上することができるばかりでなく、センサ素
子７やハイブリツト回路１０は導電性のハウジン
グ２０内に収められているため、外部ノイズを遮
蔽することができる。
出力電圧はハイブリツト回路１０の増幅部によ
り増幅されるので、ケーブル１８に各種機器を直
接、接続することができると共にノイズの影響を
回避することができる。
り増幅されるので、ケーブル１８に各種機器を直
接、接続することができると共にノイズの影響を
回避することができる。
上述のような本考案によれば、先行技術の利点
を有することは勿論、センサ素子７を支持リング
８に接着したので、センサ素子７の外周部が支持
リング８に支持され固定されているからハウジン
グ２０の中央部よりセンサ素子７の中央部に加え
られた垂直振動を妨げることがなく、振動の広い
周波域に亘つて出力低下をきたすおそれがない
（一定の出力を得ることができる）ばかりでなく、
裏打材５と支持リング８の熱膨張係数をほぼ等し
くしてあるので、温度変化に対して両者の熱膨
張、収縮に差が生じて湾曲することがなくなり、
湾曲によるノイズの影響をなくして垂直振動を一
層高精度に測定でき、かつ広い温度範囲に亘つて
一定の出力を得ることができる。
を有することは勿論、センサ素子７を支持リング
８に接着したので、センサ素子７の外周部が支持
リング８に支持され固定されているからハウジン
グ２０の中央部よりセンサ素子７の中央部に加え
られた垂直振動を妨げることがなく、振動の広い
周波域に亘つて出力低下をきたすおそれがない
（一定の出力を得ることができる）ばかりでなく、
裏打材５と支持リング８の熱膨張係数をほぼ等し
くしてあるので、温度変化に対して両者の熱膨
張、収縮に差が生じて湾曲することがなくなり、
湾曲によるノイズの影響をなくして垂直振動を一
層高精度に測定でき、かつ広い温度範囲に亘つて
一定の出力を得ることができる。
また、ハウジング２０内にセンサ素子７と共に
インピーダンス変換部、低域信号除去部及び増幅
部よりなるハイブリツト回路１０を収めてあるの
で、インピーダンス変換部によりセンサ素子７と
のインピーダンスマツチングを図ることができ、
コネクタや特殊ケーブルを使用せずに済むので、
小型・軽量化を図ることができる。
インピーダンス変換部、低域信号除去部及び増幅
部よりなるハイブリツト回路１０を収めてあるの
で、インピーダンス変換部によりセンサ素子７と
のインピーダンスマツチングを図ることができ、
コネクタや特殊ケーブルを使用せずに済むので、
小型・軽量化を図ることができる。
更に出力電圧中にハウジング２０の熱的歪や焦
電性により混入したノイズを低域信号除去部によ
り除去でき、また増幅部により出力電圧を増幅す
ることができること等によりノイズによる影響を
回避できるばかりでなく、センサ素子７にはハウ
ジング２０を介して垂直振動が加えられるので、
高衝撃波に対してもハウジング２０の弾性により
吸収できるから、耐久性を向上することができる
等の優れた効果を奏する。
電性により混入したノイズを低域信号除去部によ
り除去でき、また増幅部により出力電圧を増幅す
ることができること等によりノイズによる影響を
回避できるばかりでなく、センサ素子７にはハウ
ジング２０を介して垂直振動が加えられるので、
高衝撃波に対してもハウジング２０の弾性により
吸収できるから、耐久性を向上することができる
等の優れた効果を奏する。
第１図は本考案圧電型センサの一実施例を示す
部分分解斜視図、第２図はその縦断面図である。 １……圧電体、２，３……正、負電極、４……
中立電極、５……裏打材、７……センサ素子、８
……支持リング、９……絶縁板、１０……ハイブ
リツト回路、１１，１２……入力端、１３，１４
……導電性弾性体製接続材、１５……出力端、１
６……電源端、１７……アース端、１８……ケー
ブル、１９……センサ本体、２０……導電性弾性
体製ハウジング。
部分分解斜視図、第２図はその縦断面図である。 １……圧電体、２，３……正、負電極、４……
中立電極、５……裏打材、７……センサ素子、８
……支持リング、９……絶縁板、１０……ハイブ
リツト回路、１１，１２……入力端、１３，１４
……導電性弾性体製接続材、１５……出力端、１
６……電源端、１７……アース端、１８……ケー
ブル、１９……センサ本体、２０……導電性弾性
体製ハウジング。
Claims (1)
- 圧電体１の一面に一対の正、負電極２，３を設
け、圧電体１の他面に中立電極４を設け、この中
立電極４の表面に裏打材５を設けてセンサ素子７
を構成し、この裏打材５の表面に支持リング８を
接着せしめ、絶縁板９にインピーダンス変換部、
低域信号除去部及び増幅部よりなるハイブリツト
回路１０を形成し、このハイブリツト回路１０の
入力端１１，１２と正、負電極２，３間にそれぞ
れ導電性弾性体製接続材１３，１４を圧着すると
共にハイブリツト回路１０の出力端１５、電源端
１６及びアース端１７にケーブル１８を接続せし
めてセンサ本体１９を構成し、このセンサ本体１
９をハウジング２０内に収設してなる圧電型セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986065815U JPH052859Y2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1986065815U JPH052859Y2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62176720U JPS62176720U (ja) | 1987-11-10 |
| JPH052859Y2 true JPH052859Y2 (ja) | 1993-01-25 |
Family
ID=30903238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1986065815U Expired - Lifetime JPH052859Y2 (ja) | 1986-04-28 | 1986-04-28 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH052859Y2 (ja) |
-
1986
- 1986-04-28 JP JP1986065815U patent/JPH052859Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62176720U (ja) | 1987-11-10 |
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