JPH06174742A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
- Publication number
- JPH06174742A JPH06174742A JP32800692A JP32800692A JPH06174742A JP H06174742 A JPH06174742 A JP H06174742A JP 32800692 A JP32800692 A JP 32800692A JP 32800692 A JP32800692 A JP 32800692A JP H06174742 A JPH06174742 A JP H06174742A
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- Japan
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- output
- piezoelectric element
- acceleration sensor
- self
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 比較的簡素な構成で、加速度センサの検出可
能状態か否かの自己診断を確実に行える加速度センサを
提供する。 【構成】 圧電素子２０は、印加される加速度に応じた
出力信号を出力電極２１から出力する。自励発振器５０
は、出力電極２１に信号接続器４０を介して接断可能に
接続され、信号接続器４０が接続状態のときに、圧電素
子２０と共に発振回路を構成する。
能状態か否かの自己診断を確実に行える加速度センサを
提供する。 【構成】 圧電素子２０は、印加される加速度に応じた
出力信号を出力電極２１から出力する。自励発振器５０
は、出力電極２１に信号接続器４０を介して接断可能に
接続され、信号接続器４０が接続状態のときに、圧電素
子２０と共に発振回路を構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車の衝突時におけ
る安全確保のために用いられるエアバックシステムや、
悪路における乗り心地の改善などに用いられるサスペン
ション制御装置に適する加速度センサに関する。
る安全確保のために用いられるエアバックシステムや、
悪路における乗り心地の改善などに用いられるサスペン
ション制御装置に適する加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から加速度の検出には種々の方式の
ものが実用化されている。その中でも圧電セラミックス
を用いた加速度センサは構造が比較的簡素であり、ま
た、高温下での使用が可能であることから、前述のエア
バックシステムおよびサスペンション制御装置に加え
て、エンジンのノッキング検出装置、さらには、各種機
械の振動検出装置などに広く使用されている。
ものが実用化されている。その中でも圧電セラミックス
を用いた加速度センサは構造が比較的簡素であり、ま
た、高温下での使用が可能であることから、前述のエア
バックシステムおよびサスペンション制御装置に加え
て、エンジンのノッキング検出装置、さらには、各種機
械の振動検出装置などに広く使用されている。
【０００３】図３は、従来の圧電方式の加速度センサの
圧電素子を示す斜視図である。図３において、圧電素子
２０は、円柱形を呈し、一端面に形成された出力電極２
１と、他端面に形成されたアース電極２２とを有する。
圧電素子２０は、円柱形の軸方向に振動すると、圧電素
子には、力Ｆ＝ｋ１×α（ｋ１は比例定数、αは加速
度）が作用し、出力電極２１とアース電極２２との間に
は、電圧Ｖ＝ｋ２×Ｆ（ｋ２は比例定数）が発生する。
即ち、圧電素子の出力電極に発生する電圧は加速度に比
例する。
圧電素子を示す斜視図である。図３において、圧電素子
２０は、円柱形を呈し、一端面に形成された出力電極２
１と、他端面に形成されたアース電極２２とを有する。
圧電素子２０は、円柱形の軸方向に振動すると、圧電素
子には、力Ｆ＝ｋ１×α（ｋ１は比例定数、αは加速
度）が作用し、出力電極２１とアース電極２２との間に
は、電圧Ｖ＝ｋ２×Ｆ（ｋ２は比例定数）が発生する。
即ち、圧電素子の出力電極に発生する電圧は加速度に比
例する。
【０００４】ところで、このような圧電素子を用いた加
速度センサをエアバックシステム等に搭載した場合、加
速度センサの故障や信号処理回路の断線等の有無を診断
する必要がある。従来、診断手段として、圧電素子に機
械的振動を印加し、加速度センサの出力信号を得て、そ
の出力信号が機械的振動に相当する出力量を出力してい
るか否かを診断回路により判断するもの（診断手段）
や、圧電素子に予め駆動用電極を設け、この駆動用電極
にパルス信号を入力し（他励発振）、加速度センサを他
励発振させて加速度センサの出力信号を得て、この出力
信号が該パルス信号値に相当する信号を出力しているか
否かを診断回路により判断するもの（診断手段）など
が知られている。
速度センサをエアバックシステム等に搭載した場合、加
速度センサの故障や信号処理回路の断線等の有無を診断
する必要がある。従来、診断手段として、圧電素子に機
械的振動を印加し、加速度センサの出力信号を得て、そ
の出力信号が機械的振動に相当する出力量を出力してい
るか否かを診断回路により判断するもの（診断手段）
や、圧電素子に予め駆動用電極を設け、この駆動用電極
にパルス信号を入力し（他励発振）、加速度センサを他
励発振させて加速度センサの出力信号を得て、この出力
信号が該パルス信号値に相当する信号を出力しているか
否かを診断回路により判断するもの（診断手段）など
が知られている。
【０００５】さらに、圧電素子に予め入力電極を設け、
この圧電素子を含む発振回路を構成し、入力電極とアー
ス電極との間の圧電特性を利用して発振（自励発振）さ
せて加速度センサの出力信号を得て、この出力信号が所
定値か否かを診断回路により判断するもの（診断手段
）も提案されている。
この圧電素子を含む発振回路を構成し、入力電極とアー
ス電極との間の圧電特性を利用して発振（自励発振）さ
せて加速度センサの出力信号を得て、この出力信号が所
定値か否かを診断回路により判断するもの（診断手段
）も提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した診断
手段においては、機械的振動を印加するための駆動系
（発振器、増幅器および振動台等）が必要であるから、
比較的複雑な構成となり、実装スペースの大型化やコス
ト増加を招くという問題点がある。
手段においては、機械的振動を印加するための駆動系
（発振器、増幅器および振動台等）が必要であるから、
比較的複雑な構成となり、実装スペースの大型化やコス
ト増加を招くという問題点がある。
【０００７】一方、診断手段においては、圧電素子の
共振周波数近傍以外では、圧電素子はほとんど発振せ
ず、素子の出力電圧が小さくなるため、診断回路による
診断時にノイズ等の影響を受けやすく誤動作の虞がある
という問題点がある。
共振周波数近傍以外では、圧電素子はほとんど発振せ
ず、素子の出力電圧が小さくなるため、診断回路による
診断時にノイズ等の影響を受けやすく誤動作の虞がある
という問題点がある。
【０００８】他方、診断手段においては、圧電素子に
駆動用の電極を別途設けることで本来の出力電極の面積
が小さくなり、これにより素子の出力電圧が小さくなる
ため、診断回路による診断時にノイズ等の影響を受けや
すく誤動作の虞があるという問題点がある。
駆動用の電極を別途設けることで本来の出力電極の面積
が小さくなり、これにより素子の出力電圧が小さくなる
ため、診断回路による診断時にノイズ等の影響を受けや
すく誤動作の虞があるという問題点がある。
【０００９】本発明の課題は、加速度センサの正常か異
常かの自己診断を、比較的簡素な構成で高精度に行える
加速度センサを提供することである。
常かの自己診断を、比較的簡素な構成で高精度に行える
加速度センサを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、印加さ
れる加速度に応じた出力信号を出力電極から出力する圧
電素子を有する加速度センサにおいて、前記出力電極に
信号接続器を介して接断可能に接続され、該信号接続器
が接続状態のときに、前記圧電素子と共に発振回路を構
成する自励発振器を有することを特徴とする加速度セン
サが得られる。
れる加速度に応じた出力信号を出力電極から出力する圧
電素子を有する加速度センサにおいて、前記出力電極に
信号接続器を介して接断可能に接続され、該信号接続器
が接続状態のときに、前記圧電素子と共に発振回路を構
成する自励発振器を有することを特徴とする加速度セン
サが得られる。
【００１１】即ち、本発明では、出力電極とアース電極
を有する圧電素子と、出力電極からの出力信号を電荷増
幅等を行う信号処理回路とを設けた加速度センサにおい
て、出力電極と信号処理回路との間に信号接続器を設
け、信号接続器の動作時に動作する出力電極とアース電
極との間の圧電特性を利用した自励発振器を設けること
で、前記課題を達成する。
を有する圧電素子と、出力電極からの出力信号を電荷増
幅等を行う信号処理回路とを設けた加速度センサにおい
て、出力電極と信号処理回路との間に信号接続器を設
け、信号接続器の動作時に動作する出力電極とアース電
極との間の圧電特性を利用した自励発振器を設けること
で、前記課題を達成する。
【００１２】
【作用】一般に、圧電素子の一対の電極間（例えば、図
３における出力電極２１とアース電極２２との間）は、
その共振周波数の近傍において近似的に、図４に示すよ
うに、並列等価容量Ｃ0 、等価質量Ｌ、等価コンプライ
アンスＣ、等価抵抗Ｒの諸特性（諸定数）で表わされ
る。本発明においては、加速度検出時以外に信号接続器
により出力電極と自励発振器とを接続することにより、
出力電極とアース電極と間の圧電諸特性を利用して、圧
電素子を励振させる。これにより、出力電極から自励発
振量に相当する出力電圧を発生させ、信号処理回路によ
り出力させる。つまり、自励発振によりその相当量の出
力信号が得られるか否かで、破損、電極の剥がれ、断線
等の圧電素子の故障や信号処理回路の断線の有無などを
診断できる。
３における出力電極２１とアース電極２２との間）は、
その共振周波数の近傍において近似的に、図４に示すよ
うに、並列等価容量Ｃ0 、等価質量Ｌ、等価コンプライ
アンスＣ、等価抵抗Ｒの諸特性（諸定数）で表わされ
る。本発明においては、加速度検出時以外に信号接続器
により出力電極と自励発振器とを接続することにより、
出力電極とアース電極と間の圧電諸特性を利用して、圧
電素子を励振させる。これにより、出力電極から自励発
振量に相当する出力電圧を発生させ、信号処理回路によ
り出力させる。つまり、自励発振によりその相当量の出
力信号が得られるか否かで、破損、電極の剥がれ、断線
等の圧電素子の故障や信号処理回路の断線の有無などを
診断できる。
【００１３】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例によ
る加速度センサを説明する。
る加速度センサを説明する。
【００１４】図１は、本実施例による加速度センサを示
す図である。尚、本実施例において、圧電素子は従来例
と同じであるため、図１においては図３と同符号を付し
ている。図１において、円柱形を呈する圧電素子２０の
出力電極２１には、信号処理回路３０と、信号接続器４
０とが接続されている。他方、アース電極２２は、接地
されている。
す図である。尚、本実施例において、圧電素子は従来例
と同じであるため、図１においては図３と同符号を付し
ている。図１において、円柱形を呈する圧電素子２０の
出力電極２１には、信号処理回路３０と、信号接続器４
０とが接続されている。他方、アース電極２２は、接地
されている。
【００１５】信号処理回路３０は、出力電極２１に接続
された電荷増幅器３１と、電荷増幅器３１に接続され、
出力端子３３を備える出力調整部３２とを有している。
された電荷増幅器３１と、電荷増幅器３１に接続され、
出力端子３３を備える出力調整部３２とを有している。
【００１６】また、信号接続器４０には自励発振器５０
が接続されており、信号接続器４０を開閉することで、
出力電極２１と自励発振器５０とは接断される。自励発
振器５０は、出力電極２１と接続することで圧電素子２
０と共に自励発振回路を構成するものであり、入力電極
２１とアース電極２２との間の圧電定数に基づいて自励
発振が可能な回路定数に設定されている。自励発振器５
０の回路構成の一例を図２に示す。
が接続されており、信号接続器４０を開閉することで、
出力電極２１と自励発振器５０とは接断される。自励発
振器５０は、出力電極２１と接続することで圧電素子２
０と共に自励発振回路を構成するものであり、入力電極
２１とアース電極２２との間の圧電定数に基づいて自励
発振が可能な回路定数に設定されている。自励発振器５
０の回路構成の一例を図２に示す。
【００１７】次に、本実施例による加速度センサの動作
を再び図１を参照して説明する。まず、加速度の検知動
作は、信号接続器４０は開に切替えられていて、圧電素
子２０は、その軸方向に加速度が印加されると、作用す
る圧縮力もしくは引張力に応じた電圧（電荷）を出力電
極２１から発生する。電荷増幅器３１によりインピーダ
ンス変換を行い、出力調整部３２により出力調整し出力
端子３３から出力を得る。つまり、前述したように加速
度に比例した出力が得られる。
を再び図１を参照して説明する。まず、加速度の検知動
作は、信号接続器４０は開に切替えられていて、圧電素
子２０は、その軸方向に加速度が印加されると、作用す
る圧縮力もしくは引張力に応じた電圧（電荷）を出力電
極２１から発生する。電荷増幅器３１によりインピーダ
ンス変換を行い、出力調整部３２により出力調整し出力
端子３３から出力を得る。つまり、前述したように加速
度に比例した出力が得られる。
【００１８】次に、診断動作は、圧電素子２０に加速度
が印加されていない時、例えば、自動車の運転開始前な
どに、信号接続器４０を閉とし、出力電極２１と自励発
振器５０とを接続する。この接続により自励発振器５０
が自動的にオンするか、手動的にオンさせるかすると、
圧電素子２０は、出力電極２１とアース電極２２と間の
圧電諸特性に基づいて励振し、出力電極２１からこの自
励発振に相当する出力電圧を発生する。出力電極２１か
らの出力電圧は、加速度の検知時と同様に、電荷増幅器
３１によりインピーダンス変換を行い、出力調整部３２
により出力調整し出力端子３３から出力を得る。
が印加されていない時、例えば、自動車の運転開始前な
どに、信号接続器４０を閉とし、出力電極２１と自励発
振器５０とを接続する。この接続により自励発振器５０
が自動的にオンするか、手動的にオンさせるかすると、
圧電素子２０は、出力電極２１とアース電極２２と間の
圧電諸特性に基づいて励振し、出力電極２１からこの自
励発振に相当する出力電圧を発生する。出力電極２１か
らの出力電圧は、加速度の検知時と同様に、電荷増幅器
３１によりインピーダンス変換を行い、出力調整部３２
により出力調整し出力端子３３から出力を得る。
【００１９】ここで、圧電素子２０が励振しないか、あ
るいは、励振しても出力信号（電圧）が変化したり発振
周波数が変化した場合には、圧電素子２０破損、電極の
剥離、断線などの故障が生じたと認定できる。また、信
号処理回路３０の故障についても、出力端子３３からの
出力値が変化することで認定できる。尚、出力端子３３
に比較回路を接続することで、この比較回路により認定
を行うことも可能である。
るいは、励振しても出力信号（電圧）が変化したり発振
周波数が変化した場合には、圧電素子２０破損、電極の
剥離、断線などの故障が生じたと認定できる。また、信
号処理回路３０の故障についても、出力端子３３からの
出力値が変化することで認定できる。尚、出力端子３３
に比較回路を接続することで、この比較回路により認定
を行うことも可能である。
【００２０】
【発明の効果】本発明による加速度センサは、圧電素子
の出力電極に、圧電素子と共に発振回路を構成する自励
発振器を信号接続器を介して接断可能に接続したため、
機械的振動を印加するための駆動系が不要となり、省ス
ペースかつ低コストで加速度センサの自己診断を行え
る。
の出力電極に、圧電素子と共に発振回路を構成する自励
発振器を信号接続器を介して接断可能に接続したため、
機械的振動を印加するための駆動系が不要となり、省ス
ペースかつ低コストで加速度センサの自己診断を行え
る。
【００２１】また、圧電素子の共振周波数や、環境ノイ
ズ等の影響にかかわらず、誤動作のない確実な自己診断
が行える。また、自己診断に際し、圧電素子の共振周波
数の個々のばらつきや特性変化（温度等による環境変
化）により、該パルス信号の駆動周波数を加速度センサ
個々に調整する必要がない。
ズ等の影響にかかわらず、誤動作のない確実な自己診断
が行える。また、自己診断に際し、圧電素子の共振周波
数の個々のばらつきや特性変化（温度等による環境変
化）により、該パルス信号の駆動周波数を加速度センサ
個々に調整する必要がない。
【００２２】さらに、圧電素子に診断のための駆動用電
極を別途設ける必要がなく、比較的大きな出力電極の面
積を確保できるため、出力電圧が大きく、診断時にノイ
ズ等の影響を受けずに正確な診断を行える。
極を別途設ける必要がなく、比較的大きな出力電極の面
積を確保できるため、出力電圧が大きく、診断時にノイ
ズ等の影響を受けずに正確な診断を行える。
【００２３】尚、本発明においては、自励発振器を信号
接続器を介して接断可能に接続したため、加速度検知時
のように自励発振器のインピーダンスが圧電素子のイン
ピーダンスに比べて低い場合には、信号接続器を断絶状
態にすることで、検知信号を自励発振器へ漏洩すること
無く信号処理回路へ出力でき、通常の加速度検知動作に
支障がない。
接続器を介して接断可能に接続したため、加速度検知時
のように自励発振器のインピーダンスが圧電素子のイン
ピーダンスに比べて低い場合には、信号接続器を断絶状
態にすることで、検知信号を自励発振器へ漏洩すること
無く信号処理回路へ出力でき、通常の加速度検知動作に
支障がない。
【図１】本発明の一実施例による加速度センサを示す構
成図である。
成図である。
【図２】図１に示す加速度センサの自励発振器の一例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図３】本発明および従来例の加速度センサに用いる圧
電素子の斜視図である。
電素子の斜視図である。
【図４】図３に示す圧電素子の共振点近傍での電気的等
価回路図である。
価回路図である。
２０ 圧電素子 ２１ 出力電極 ２２ アース電極 ３０ 信号処理回路 ３１ 電荷増幅器 ３２ 出力調整部 ３３ 出力端子 ４０ 信号接続器 ５０ 自励発振器
Claims (1)
- 【請求項１】 印加される加速度に応じた出力信号を出
力電極から出力する圧電素子を有する加速度センサにお
いて、前記出力電極に信号接続器を介して接断可能に接
続され、該信号接続器が接続状態のときに、前記圧電素
子と共に発振回路を構成する自励発振器を有することを
特徴とする加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32800692A JP3203525B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32800692A JP3203525B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06174742A true JPH06174742A (ja) | 1994-06-24 |
| JP3203525B2 JP3203525B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=18205461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32800692A Expired - Fee Related JP3203525B2 (ja) | 1992-12-08 | 1992-12-08 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3203525B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000509484A (ja) * | 1996-02-23 | 2000-07-25 | ローズマウント インコーポレイテッド | プロセス伝送器の圧力センサ診断方法 |
| CN108761128A (zh) * | 2018-09-05 | 2018-11-06 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 压电振动激励自诊断mems加速度计表芯及加速度计 |
-
1992
- 1992-12-08 JP JP32800692A patent/JP3203525B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000509484A (ja) * | 1996-02-23 | 2000-07-25 | ローズマウント インコーポレイテッド | プロセス伝送器の圧力センサ診断方法 |
| CN108761128A (zh) * | 2018-09-05 | 2018-11-06 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 压电振动激励自诊断mems加速度计表芯及加速度计 |
| CN108761128B (zh) * | 2018-09-05 | 2024-04-02 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 压电振动激励自诊断mems加速度计表芯及加速度计 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3203525B2 (ja) | 2001-08-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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