JPH06213920A - 圧電型振動センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焦電ノイズを低減できる圧電型振動センサ装
置の提供。 【構成】 パッケージが収納体とこの収納体開口上部を
覆う収納覆体とから構成され、前記収納体及び収納覆体
は導電性物質から構成されて、前記収納体に設けられた
凹部には前記圧電型振動センサが収納され、前記圧電型
振動センサは小孔が設けられた信号処理回路基板に取り
付けられ、信号処理回路基板が前記収納体の開口周縁部
で支持され、かつ前記信号処理回路基板を覆う収納覆体
が収納体と一体化されてなることを特徴とする。 【効果】 焦電ノイズの低減を図り測定値の信頼性の向
上を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電型振動センサをパ
ッケージ内に収納してなる圧電型振動センサ装置に関
し、特に焦電効果によるノイズ（以下、焦電ノイズと略
記する）を低減できる圧電型振動センサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より圧電体を用いて構成される圧電
型振動センサとして各種のものが開発されている。例え
ば、センサの構造としては圧縮型、せん段型、ビーム
型、膜型などがある。また、圧電体の材料としてセラミ
ック系、プラスチック系、あるいはこれらの混合系を用
いたものがある。そして、このような圧電型振動センサ
の量産性を改善すべく、その大量生産方式として、圧電
体の両面に接着剤を塗布し、各々の電極を固着させ、使
用用途によっては前記電極と圧電体間に支持板を解した
後、これをダイシングソーなどの切断手段によってチッ
プ状に切断することにより検知部を一括大量する等、そ
の量産性に優れた圧電型振動センサの開発が進んでい
る。しかし、上記のような圧電型のセンサでは、一般に
焦電ノイズが大きな問題となる。焦電ノイズとは、検知
部温度が急激に変化した時に、圧電体に発生する出力で
ある。一般に焦電ノイズは低周波数成分を多く含むの
で、低周波振動を計測する場合には、特に大きな障壁と
なる。そこで、従来ではこの焦電ノイズを低減するため
に、圧電型振動センサを中空パッケージ内に収納した以
下に示すような圧電型振動センサ装置が提案されてい
た。

【０００３】従来の圧電型振動センサ装置の例として、
図３に示すようなものがある。図中符号１は、圧電型振
動センサであり、この圧電型振動センサ１は、円柱状
で、台座２、検知部３、および荷重体４からなるもので
ある。検知部３は、膜状圧電体５の両面を電極（図示
略）で挟み、さらに、この両面を支持板６で挟んで、固
着してなるものである。そして、この圧電型振動センサ
１はプラスチックなどの材料からなる中空筒状の中空パ
ッケージ７内に収納、固定されている。

【０００４】中空パッケージ７は、その長手方向のほぼ
中央よりやや下側に中空パッケージ７の内方に突出する
環状のセンサ取付け部８が一体に設けられている。ま
た、中空パッケージ７の基部には円板状の取付け部９が
一体に取り付けられており、この取付け部９で圧電型振
動センサ装置を被測定物に固定するようになっている。
また、中空パッケージ７のセンサ取付け部８には、圧電
型振動センサ１の台座２の周辺部のみが掛け渡すように
して乗せられ、ネジ止め等の適宜の固定手段によって固
定される。これにより、圧電型振動センサ１が中空パッ
ケージ７内で浮かせた状態で収納、固定され、台座２の
下面側には空隙が形成さてれいる。

【０００５】また、圧電型振動センサ１の台座２の下面
には検知部３からの電気的出力を処理するためのインピ
ータンス変換回路や増幅回路などを含む電気回路を搭載
した信号処理回路基板１７が取り付けられている。さら
に、この信号処理回路基板１７の電気回路を搭載した面
には検知部３からの電気的出力を温度保証用素子（図示
せず）が搭載されている。中空パッケージ７の下部に取
り付けられたコネクタのレセプタクル１１に接続ケーブ
ル１２を接続したプラグ１３を挿入すると、圧電型振動
センサ１は電源線１４、１５によって電力が供給される
とともに、前記電源線１４、１５によって信号を外部に
出力する。

【０００６】そして、このような圧電型振動センサ１で
は、膜状圧電体５に直交し、荷重体４の中心を通る軸が
振動の感知軸Ｇとなっている。このような圧電型センサ
１では、中空パッケージ７の取付け部９を被測定物に取
り付けることにより、被測定物の感知軸Ｇ方向の振動変
化を検知することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】

【０００８】しかしながら、上記装置の圧電体にＰＺＴ
（ジルコン酸チタン酸鉛）等の極めて圧電性の高い材料
を使用した場合には、焦電ノイズの消去が不充分であっ
た。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、共振を防止しながら、かつ焦電ノイズを充分低減で
きる圧電型振動センサ装置の提供を目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の圧電型
振動センサ装置は、上記課題を解決するために、圧電体
の両面に設けられた接着層を介して電極が固定された検
知部に、荷重体が取り付けられてなる圧電型振動センサ
と、前記圧電型振動センサの検知部に固定されてなる信
号処理回路基板とが、パッケージ内に収納されてなる圧
電型振動センサ装置において、前記パッケージが収納体
とこの収納体開口上部を覆う収納覆体とから構成され、
前記収納体及び収納覆体は導電性物質から構成されて、
前記収納体に設けられた凹部には前記圧電型振動センサ
が収納され、前記圧電型振動センサは小孔が設けられた
信号処理回路基板に取り付けられ、前記信号処理回路基
板が前記収納体の開口周縁部で支持され、かつ前記信号
処理回路基板を覆う収納覆体が収納体と一体化されてな
ることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】上記構成からなる本発明の圧電型振動センサ装
置は、圧電型振動センサを導電性物質からなる収納体の
凹部に収納し、前記圧電型振動センサを小孔が設けられ
た信号処理回路基板に取り付け、前記収納体の開口周縁
部で前記信号処理回路基板を支持することにより、前記
収納体の凹部をほぼ密閉状態とし、さらに前記信号処理
回路基板を覆う収納覆体と前記収納体を一体化させてな
ることにより、装置周囲の温度が急激に変化しても、検
知部の温度変化を軽減することができ、焦電ノイズの低
減を図ることができる。また、上述したように前記収納
体凹部の開口周縁部に支持された信号処理回路基板には
小孔が設けられていることから、前記小孔が空気抜け孔
として働いて、前記収納体凹部は密閉状態とされず、凹
部内の内圧変動を回避し、前記内圧変動によるセンサ出
力の加算等の誤測を完全に回避することができ、測定値
の信頼性の向上を図ることが可能である。

【００１２】

【実施例】そこで、本発明における圧電型振動センサ装
置の一実施例について、図面を参照しつつ以下に説明す
る。図１に示すように、本実施例の圧電型振動センサ装
置は、収納体２１ａと収納覆体２１ｂからなる導電性を
有するパッケージ２１の前記収納体２１ａに形成された
凹部２２に、圧電型振動センサ２３が収納され、さら
に、小孔２５ａが設けられた信号処理回路基板２５が前
記圧電型振動センサ２３に取り付けられて、前記収納体
２１ａの開口周縁部２４において支持されている。そし
て更に、前記信号処理回路基板２５を覆う収納覆体２１
ｂが、前記収納体２１ａ開口上部で嵌合された構成から
なっている。前記信号回路基板２５上の小孔２５ａは、
信号処理回路基板２５の剛性を低下させない程度であれ
ば、小孔２５ａが設けられる位置及び大きさ等は限定さ
れない。また、前記収納覆体２１ｂは、その体積固有抵
抗が５Ω・ｃｍ以下であれば、素材を選ばすプラスチッ
クでも金属でも使用できる。

【００１３】更に、前記収納覆体２１ｂの上部には、ケ
ーブル取り出し口２７が設けられ、このケーブル取り出
し口２７にはコネクタが取り付けられて、前記コネクタ
のレセプタクル２８より引出された電源線２９・・・
は、前記信号処理回路基板２５と接続されている。よっ
て、前記レセプタクル２８に接続ケープル３０が接続さ
れたプラグ３１を挿入することにより、上記構成からな
る圧電型の振動センサ２３は、電源線２９・・・によっ
て電力が供給されるとともに、前記電源線２９・・・に
よって信号が外部に出力される。なお、本実施例におい
ては、上記ケーブルの取り出し口２７は収納覆体２１ｂ
の上部に設けられているが、使用用途により前記収納覆
体２１ｂの上部に限らず側部等に設けても他の機能に影
響を与えることはない。

【００１４】また、上記圧電型振動センサ２３は、圧電
体３２の両面に接着層（図示せず）を介して電極（図示
せず）が固着され、前記電極両面に接着層を介して支持
板３３、３４がももうけられた検知部３５と、前記検知
部３５に積層された荷重体３６とから構成されており、
前記圧電型振動センサ２３は、検知部３５に設けられた
荷重体３６と反対面に取り付けられた信号処理回路基板
２５によって固定されている。そして、前記信号回路基
板２５の電気回路を搭載した面には検知部３５からの出
力を温度保証する温度補償用素子３７が設けられてい
る。なお、使用用途によっては、前記圧電型振動センサ
２３は上記構成からなる検知部３５の表裏両面の支持板
を設けないこともある。

【００１５】上記構成からなる圧電型振動センサ装置２
０は、圧電体３２の電極が、形成された面に直交し荷重
体３６の中心を通る軸が振動の感知軸Ｇ’となってい
る。よって、上記のような圧電型振動センサ装置２０で
は、パッケージ２１の収納体２１ａの底部３８に被測定
物を取り付けることにより、被測定物の感知軸Ｇ’方向
の振動変化を測定することができる。また、被測定物を
収納覆体上面３９に取り付ける場合には、ケーブル取り
出し口２７を前記収納覆体２１ｂの上面以外に設ける必
要がある。

【００１６】以上のように、本実施例の圧電型振動セン
サ装置２０は、圧電型振動センサ２３を導電性物質から
なる収納体２１ａの凹部２１に収納し、前記圧電型振動
センサ２３を小孔２５ａが設けられた信号処理回路基板
２５に取り付け、前記収納体２１ａの開口周縁部２４で
前記信号処理回路基板２５を支持することにより、前記
収納体２１ａの凹部２１をほぼ密閉状態とし、さらに前
記信号処理回路基板２５を覆う収納覆体２１ｂと前記収
納体２１ａを一体化させてなることにより、装置周囲の
温度が急激に変化しても、検知部３５の温度変化を軽減
することができ焦電ノイズの低減を図ることができる。
また、上述したように前記収納体２１ａの凹部２１の開
口周縁部２４に支持された信号処理回路基板２５には小
孔２５ａが設けられていることから、前記小孔２５ａが
空気抜け孔として働いて、前記収納体２１ａの凹部２１
は密閉状態とされず、凹部２１内の内圧変動を回避し前
記内圧変動によるセンサ出力の加算等の誤測を完全に回
避することができ測定値の信頼性の向上を図ることがで
きる。

【００１７】そしてまた、上記構成からなる本実施例の
圧電型振動センサ装置２０は、図３に示す従来の圧電型
振動センサ装置１０に比較して、その重心が低くなるの
で、耐衝撃性が向上しクロストークの低減を図ることが
できる。

【００１８】そこで、上記構成からなる本実施例の圧電
型振動センサ装置の製造例について、以下に説明する。 （製造例）本製造例においては、５ｍｍ角、０．５ｍｍ
厚のＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）からなる圧電板３
２の両面に、エポキシ樹脂からなる接着剤が塗布され、
これを介して前記圧電板３２と同様の寸法で３０μm厚
の銅箔が設けられ、この銅箔を電極として、更にこの両
電極表面にエポキシ樹脂からなる接着剤が塗布され、こ
れを介して１ｍｍ厚、１５ｍｍ角のガラスエポキシ板か
らなる支持板３３、３４が接着されて、圧電型振動セン
サ２３の検知部３５が構成されている。

【００１９】そして、前記検知部３５の両面には、上記
接着剤と同様の材料からなる接着剤が塗布され、その一
方の面に前記検知部３５が中央に位置するように、０．
８ｍｍ厚、１５ｍｍ角のセラミック基板からなる信号処
理回路基板２５が固定されている。そして、前記検知部
３５が取り付けられた面と反対側の信号処理回路基板の
表面には、イピータンス変換回路と前記電極が接続され
ている。更に、前記検知部３５の他方面には重さ１ｇの
しんちゅう製の荷重体３６が接着されている。そして、
以上構成からなる前記検知部３５及び荷重体３６からな
る圧電型振動センサ２３は、外径８ｍｍ深さ８ｍｍの凹
部２２を有する外径２５ｍｍ、高さ１０ｍｍのステンレ
ス製の収納体２１ａの前記凹部２２に収納されて、前記
検知部３５を固定する信号処理回路基板２５が収納体２
１ａの開口周縁部２４に支持されるように設置されてい
る。そして、前記信号処理基板２５を覆うように、ステ
ンレス製の収納覆体２１ｂが設けられて、前記収納覆体
２１ｂは収納体２１ａ開口上部と嵌合されて、一体化し
た構成からなっている。

【００２０】そして、前記収納覆体２１ｂの上部には、
ケーブル取り出し口２７が設けられ、このケーブル取り
出し口２７にはコネクタが取り付けられて、前記コネク
タのレセプタクル２８より引出された電源線２９・・・
は前記信号処理回路基板２５と接続されている。よっ
て、前記レセプタクル２８に接続ケープル３０が接続さ
れたプラグ３１を挿入することにより、上記構成からな
る圧電型振動センサ２３は、電源線２９・・・によって
電力が供給されるとともに、前記電源線２９・・・によ
って信号が外部に出力される。

【００２１】上記構成からなる圧電型振動センサ装置２
０は、上記圧電体３２の電極が設けられた面に直交し荷
重体３６の中心を通る軸が振動の感知軸Ｇ’となってい
る。よって、上記製造例の圧電型振動センサ装置２０に
おいては、被測定物を前記収納体２１ａの底部３８に取
り付けることにより、被測定物の振動変化を検知するこ
とができるものである。

【００２２】そして、上記製造例の圧電型振動センサ装
置２０と、上記製造例の回路処理基板２５に小孔２５ａ
を設けずに、それ以外の条件は上記製造例と同様のもの
である比較例の圧電型振動センサ装置を用いて、その出
力の比較測定を行なった。 （試験例）上記製造例の回路処理基板２５の小孔２５ａ
の大きさは０．５ｍｍ径とした。そして、上記製造例及
び比較例の圧電型振動センサ装置を８０℃の熱板上に１
０秒間載せた後、更に１０℃の冷板上に載置した後の前
記製造例及び比較例の圧電型振動センサ装置における出
力を測定した。結果を表１に示す。表１に示す出力値
は、加熱・冷却の過程で認められた出力のピーク値を感
度で除した値である。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１より、圧電型振動センサ装置の信号処
理回路基板に収納体の凹部及び収納覆体の中空部に貫通
する小孔を設けない構成からなる比較例の圧電型振動セ
ンサ装置は、前記小孔２５ａが設けられた製造例に比較
して出力値が大きくなっている。これは、前記比較例の
場合には信号処理回路基板２５により、前記収納体２１
ａの凹部２１に収納された圧電型振動センサ２３が密閉
されるため、その焦電出力に加えて前記凹部の内圧の変
動が圧電型振動センサ２３に感知され、これが測定出力
に加算されたためである。よって、本製造例の装置は、
上述した焦電ノイズの低減の他に、加熱・冷却時に生じ
る不要な出力を回避することができるものである。

【００２５】また、上記製造例の圧電型振動センサ装置
における信号処理回路基板２５上に、前記信号処理回路
基板２５の小孔２５ａと導通する開口部２６ａを有する
導電層２６を設けた構成からなる図２に示すような応用
例の圧電型振動センサ装置３０においても、上記試験例
と同様な試験を行なった結果、上記製造例と同様の効果
を得ることができた。そして、図２に示すような構成か
らなる圧電型振動センサ装置３０の場合には、上記製造
例と同様に焦電ノイズの低減効果及び、その加熱・冷却
時の不要な出力の回避効果の他に、振動センサ２３の検
知部３５が、信号処理回路基板２５上部に設けられた導
電層２６と導電性を有する物質からなる収納覆体２１ｂ
によって、等価的に２重にシールドされるため、Ｓ／Ｎ
比の向上を図ることができ、耐ノイズ性の著しい向上を
実現できるものである。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本実施例の圧電型
振動センサ装置は、圧電型振動センサを導電性物質から
なる収納体の凹部に収納し、前記圧電型振動センサを小
孔が設けられた信号処理回路基板に取り付け、前記収納
体の開口周縁部で前記信号処理回路基板を支持すること
により、前記収納体の凹部をほぼ密閉状態とし、さらに
前記信号処理回路基板を覆う収納覆体と前記収納体を一
体化させてなることにより、装置周囲の温度が急激に変
化しても、検知部の温度変化を軽減することができ、焦
電ノイズの低減を図ることができるものである。また、
上述したように前記収納体凹部の開口周縁部に支持され
た信号処理回路基板には小孔が設けられていることか
ら、前記小孔が空気抜け孔として働いて、前記収納体凹
部は密閉状態とされず、凹部内の内圧変動を回避でき、
前記内圧変動によるセンサ出力の加算等の誤測を完全に
回避することができ測定値の信頼性の向上を図ることが
できる。

【００２７】そしてまた、上記構成からなる本実施例の
圧電型振動センサ装置は、従来の圧電型振動センサ装置
に比較して、その重心が低くなるので、耐衝撃性が向上
しクロストークの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例における製造例の圧電型振動センサ
装置の概略構成図である。

【図２】 本実施例における応用例の圧電型振動センサ
装置の概略構成図である。

【図３】 従来の圧電型振動センサ装置を示す概略構成
図である。

【符号の説明】

１、２３…圧電型振動センサ ２…台座 ３、３５…検
知部 ４…荷重体 ５…膜状圧電体 ６、３３、３４…支持板 ７、２１…
パッケージ １０、２０、３０…圧電型振動センサ装置
２１ａ…収納体 ２１ｂ…収納覆体 ２２…凹部２４
…開口周縁部 １７、２５…信号処理回路基板 ２５ａ
…小孔 ２６…導電層 ２６ａ…開口部 ３２…圧電体
Ｇ、Ｇ’…感知軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体の両面に設けられた接着層を介し
   て電極が固定された検知部に、荷重体が取り付けられて
   なる圧電型振動センサと、前記圧電型振動センサの検知
   部に固定されてなる信号処理回路基板とが、パッケージ
   内に収納されてなる圧電型振動センサ装置において、 前記パッケージが収納体とこの収納体開口上部を覆う収
   納覆体とから構成され、前記収納体及び収納覆体は導電
   性物質から構成されて、前記収納体に設けられた凹部に
   は前記圧電型振動センサが収納され、前記圧電型振動セ
   ンサは小孔が設けられた信号処理回路基板に取り付けら
   れ、前記信号処理回路基板が前記収納体の開口周縁部で
   支持され、かつ前記信号処理回路基板を覆う収納覆体が
   収納体と一体化されてなることを特徴とする圧電型振動
   センサ装置。