JPH053984Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、物体変位の加速度を電気信号として
検出する加速度センサに関するものである。

〔従来の技術と考案が解決しようとする問題点〕

この種の典型的なセンサとしては、加速度に応
動する錘で圧電素子に直接荷重を加えるようにし
たのがある。しかし、この場合不意の衝撃に錘が
応動してセンサを破壊したり、また錘を検出方向
に薄くできないために検出方向外の加速度も誤差
として検出する問題があつた。

そこで、永久電荷を帯びたそれ自体周知のエレ
クトレツトに可動電極を対面させ、この可動電極
の加速度に対応した変位に起因する誘起電圧の変
動を加速度信号として検出するのが周知である
（特開昭59−79700及び特開昭60−228966）。これ
により、可動電極はエレクトレツトに応動接近す
るだけで済むために軽量・小形化でき、可動電極
を検出方向に薄くできる。

本考案は、このようなエレクトレツト利用の加
速度センサにおいて、より堅牢な構造下で感度等
の検出特性を改善することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段と作用〕

本考案は、この目的を達成するために、ケース
内に、同極性の２枚のエレクトレツトを固定電極
として互に離間配置された基板に対面してそれぞ
れ配置し、これらのエレクトレツト間に対面状態
で接近・離反する可動電極を介在させた。そし
て、可動電極に対する一方のエレクトレツト及び
他方のエレクトレツト間の誘起電圧をそれぞれ差
動増幅素子に入力信号として供給し、その差動増
幅出力を加速度信号とした。互に離間したエレク
トレツト用基板は、不意の衝撃に応動する可動電
極に対する双方向のストツパとしても機能する。

〔考案の実施例〕

第１図は、本考案を心音マイクに適用した場合
の実施例について説明する。

同図において、１は上方へ開放した直径20mm程
度の円筒状の金属製のケースであり、この金属ケ
ースの内周には周囲及び底面に対するスペーサと
して機能する同様に上方へ開放した円筒状合成樹
脂の内部ケース２が嵌入されている。この内部ケ
ース２内には、それぞれ対応する形状のリング状
スペーサ３、円形状のエレクトレツト用基板４、
リング状スペーサ３ａ、円板状の板ばね５、リン
グ状スペーサ３ｂ、エレクトレツト用基板６とが
順に載置されている。そして、これらは、周囲に
ねじを形成され、かつ上下面にリング状突起を備
えた円板状ねじ板８がねじ込まれることにより、
ケース１の縦軸方向に締め付けられて位置固定さ
れている。

基板４，６のそれぞれ互に対面した側の対称位
置には、同量の＋電荷を帯びた同一円形フイルム
状のエレクトレツト１０，１０ａが固定電極とし
て貼着されている。また、板ばね５は厚さ15μの
チタン膜より可動電極として形成されて、その上
下両面の対称位置にはそれぞれ導電性金属でそれ
ぞれ重量が例えば2gの同一形状の錘９，９ａが
貼着されている。エレクトレツト１０，１０ａ及
び対面する錘９，９ａの表面間には、約50μのス
ペースＳ，Saがそれぞれ形成され、したがつて
これらのスペース間にはＶ＝Ｑ／Ｃに相応する誘
起電圧が発生している（Ｖ；誘起電圧、Ｑ；エレ
クトレツト１０，１０ａのそれぞれの電荷量、
Ｃ；スペースＳ，Saに対応する静電容量）。錘
９，９ａの周囲及びスペーサ３ａ，３ｂ間の隙間
には、板ばね５の振動を抑制するダンピング用の
リング状ゴム７，７ａが装着されている。

さらに、ねじ板８には、第２図に示すように、
板ばね５を基準電位とするエレクトレツト１０及
び１０ａ間の誘起電圧を入力信号とするFET2個
より構成される高入力インピーダンスの差動増幅
器が設けられたプリント基板１２が載置され、さ
らに上方から蓋１３がねじ込まれて固定されてい
る。このために、エレクトレツト１０ａのリード
線（図示せず）は端子４ａから内部ケース２内及
びねじ板８を経由してプリント基板１２の第２図
に示すFETへ案内されている。一方、エレクト
レツト１０のリード線（図示せず）は、端子６ａ
から真上のプリント基板１２に案内され、その基
板面でエレクトレツト１０ａ側の長いリード線と
電気回路的に等価となるように所定の長さに形成
された細片状銅箔を経て、第２図のFETへ案内
される。板ばね５の端部からもコモンラインとし
てのリード線（図示せず）が内部ケース２及びね
じ板８を通してプリント基板１２に案内されてい
る。さらに、この基板からは、蓋１３及びケース
１の穿孔を通して加速度信号導出用のリード線１
４（部分的に示す）が導出されている。

このように構成された加速度センサの動作は、
次の通りである。

ケース１を胸部に当てた状態においてその心音
の休止期間では板ばね５は縦軸方向のいずれの方
向にも変位せず、スペースＳ，Saは同じ距離で
あり、したがつて誘起電圧Ｖも互に同一であり、
差動出力が生じない。心臓弁の開閉振動或は血流
により加速度が生じ、錘９，９ａの質量に相応す
る力により板ばね５が第１図においてスペースＳ
も縮小させ、スペースSaを同量だけ拡大する方
向へたわませると、エレクトレツト１０の出力信
号が減少し、一方エレクトレツト１０ａの出力信
号が増大する。したがつて、その差動出力により
加速度信号は従来の２倍の感度で検出され、同様
に板ばね５が逆方向に変位すると逆極性の出力信
号が生じる。

つまり、1/100Ｇ程度の鼓動の加速度領域にお
いて、第３図に示すように、ダンピング用ゴム
７，７ａの作用と相俟つて広い周波数帯域に亙り
平坦な応答特性Ａが得られることが確認されてい
る（図中の特性Ｂは、ゴム７，７ａが存在しない
場合である）。また、差動検出式のために、雑音
或は回路ドリフトも相殺され、高感度のみならず
高信頼度の検出が可能になる。錘９，９ａの両側
にエレクトレツト用基板４，６が配置されている
ために、板ばね５に対するストツパが不要とな
り、そのスペースを感度上昇のために有効に利用
できる。また、板ばね５にチタン膜を利用してい
るためにその変形も生じ難く、また薄いことによ
り図で見て上下方向以外の方向からの加速度に応
動し難くなる。

〔考案の効果〕

以上、本考案の差動増幅式加速度センサによれ
ば小型で高感度の加速度検出が可能となり、外部
雑音、回路ドリフト等の影響も蒙らない。また、
可動電極の薄板化により検出方向外の応動が回避
されるだけでなく、互に離間したエレクトレツト
用基板は可動電極に対する双方の検出方向のスト
ツパとしても機能するために、不意の衝撃に対す
る破壊が確実に回避される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例による加速度センサ
の断面図、第２図は同実施例の付属回路を示す図
及び第３図は同実施例の動作特性を示す図であ
る。 ５……板ばね、１０，１０ａ……エレクトレツ
ト、９，９ａ……錘、１２……プリント基板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ケース内に、互に離間配置された基板に対面し
   てそれぞれ配置された同極性の２枚のエレクトレ
   ツトと、これらのエレクトレツト間において対面
   状態で接近・離反する可動電極と、この可動電極
   に対する双方の前記エレクトレツト間のそれぞれ
   の誘起電圧を入力信号とする差動増幅素子とを収
   納し、その差動増幅出力を加速度信号として成る
   加速度センサ。