JPH0626852Y2 - 加速度センサー - Google Patents
加速度センサーInfo
- Publication number
- JPH0626852Y2 JPH0626852Y2 JP7579688U JP7579688U JPH0626852Y2 JP H0626852 Y2 JPH0626852 Y2 JP H0626852Y2 JP 7579688 U JP7579688 U JP 7579688U JP 7579688 U JP7579688 U JP 7579688U JP H0626852 Y2 JPH0626852 Y2 JP H0626852Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- damping coefficient
- natural frequency
- acceleration
- displacement
- vibration
- 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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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は各種機械装置・交通機関等に取りつけて動作状
態の異常の有無等を検知するための加速度センサーに関
するものである。
態の異常の有無等を検知するための加速度センサーに関
するものである。
従来この種の用途のセンサーは、振動センサーに分類さ
れ、基本的には測定対象に固定される振動系、一般にサ
イズモ系と外部振動の反応（慣性力・圧力変化・質量の
移動等）を電気信号に変換するトランスジューサーより
構成され、用途に応じて各種の構成がある。
れ、基本的には測定対象に固定される振動系、一般にサ
イズモ系と外部振動の反応（慣性力・圧力変化・質量の
移動等）を電気信号に変換するトランスジューサーより
構成され、用途に応じて各種の構成がある。
サイズモ系の固有振動数と測定対象の周波数との間の大
小関係並びに若干の条件によってサイズモ系の反応は大
きく異なり測定対象の周波数に比べてサイズモ系の周波
数が充分小さい場合サイズモ系の反応はその質点が外部
振動の変位と反対方向に運動し変位計として作用する。
また、２つの周波数が等しい場合は機械的な共振を生ず
るがこのとき系の減衰係数が１に比べて充分大きいサイ
ズモ系の質点の運動は速度に比例し速度計として動作す
る。
小関係並びに若干の条件によってサイズモ系の反応は大
きく異なり測定対象の周波数に比べてサイズモ系の周波
数が充分小さい場合サイズモ系の反応はその質点が外部
振動の変位と反対方向に運動し変位計として作用する。
また、２つの周波数が等しい場合は機械的な共振を生ず
るがこのとき系の減衰係数が１に比べて充分大きいサイ
ズモ系の質点の運動は速度に比例し速度計として動作す
る。
またサイズモ系の共振周波数が測定対象の周波数に比べ
て充分大きい場合は質点の運動は外部振動の加速度に比
例する。
て充分大きい場合は質点の運動は外部振動の加速度に比
例する。
例えば、図面を参照しながら、先ず、サイズモ系の固有
振動数と応答について説明する。
振動数と応答について説明する。
第５図はサイズモ系の力学モデルを示す図である。図に
おいてｘはを重錘の基礎わくに対する変位、ｙを基礎わ
くの空間不動点に対する変位とすれば、基礎わくに外部
から振動が加えられたとき系の運動方程式は（１）式で
与えられる。。
おいてｘはを重錘の基礎わくに対する変位、ｙを基礎わ
くの空間不動点に対する変位とすれば、基礎わくに外部
から振動が加えられたとき系の運動方程式は（１）式で
与えられる。。
または、 ここで ｆｎ：減衰のない場合の固有振動数 ｈ：系の減衰の程度を表わす係数（減衰比） いま基礎わくの振動が正弦波で ｙ＝Ｙｓｉｎωｔであるとすると、 運動方程式は 過度状態から十分時間が経過した後の状態の定常状態で
は、（２）式の解は ただし ここでｕ》１であれば、 となり(3)式は ｘ＝−Ｙｓｉｎωｔ …………(4) となる。即ち重錘の基礎わくに対する変位は基礎わくの
変位に等しくなり、変位計の機能を有する。次に(3)式
を変形して ここでｕ《１であれば であり(5)式は となる。この場合重錘の基礎わくに対する変位は基礎わ
くの加速度に等しく加速度計として機能する。
は、（２）式の解は ただし ここでｕ》１であれば、 となり(3)式は ｘ＝−Ｙｓｉｎωｔ …………(4) となる。即ち重錘の基礎わくに対する変位は基礎わくの
変位に等しくなり、変位計の機能を有する。次に(3)式
を変形して ここでｕ《１であれば であり(5)式は となる。この場合重錘の基礎わくに対する変位は基礎わ
くの加速度に等しく加速度計として機能する。
同様にして(3)式は、 ここでｈ》１ならば となり、(7)式は 重錘の基礎わくに対する変位は、基礎わくの速度に比例
速度系として作用する。
速度系として作用する。
以上のようにサイズモ系の応答をその固有振動数と減衰
比との条件からまとめると第１表となる。
比との条件からまとめると第１表となる。
一般の加速度センサーはこの原理に基づき、構成されて
いる。加速度センサーのトランスジューサーとしては圧
電セラミックスが主に利用され対象とする周波数領域や
振動の強弱の程度によって縦効果型や横効果型が考案さ
れている。微弱な振動に対しては横効果型が適してい
る。
いる。加速度センサーのトランスジューサーとしては圧
電セラミックスが主に利用され対象とする周波数領域や
振動の強弱の程度によって縦効果型や横効果型が考案さ
れている。微弱な振動に対しては横効果型が適してい
る。
〔考案が解決しようとする課題〕 微弱な振動の加速度を感度よく検知する方法としては前
述の如く片持はりを用いて横効果型の加速度センサーが
適している。しかしながら一般に片持はりを用いた構成
の固有振動数は小さくかつ後述するように加速度計とし
て作用させるためには対象周波数を固有周波数の数分の
一（３０％以下）にする必要があり加速度計として対象
とすることのできる周波数領域はきわめて低い値とな
る。
述の如く片持はりを用いて横効果型の加速度センサーが
適している。しかしながら一般に片持はりを用いた構成
の固有振動数は小さくかつ後述するように加速度計とし
て作用させるためには対象周波数を固有周波数の数分の
一（３０％以下）にする必要があり加速度計として対象
とすることのできる周波数領域はきわめて低い値とな
る。
そこで本考案の技術的課題はこの欠点を除去するため、
片持はりを用いた圧電セラミックスの横効果を利用する
方式において片持はりを２段に用いてサイズモ系を２重
に構成し各々を速度センサーとし作用させることにより
加速度センサーとして機能させ微弱な振動の加速度を感
度よく検知できる周波数領域を拡大することにある。
片持はりを用いた圧電セラミックスの横効果を利用する
方式において片持はりを２段に用いてサイズモ系を２重
に構成し各々を速度センサーとし作用させることにより
加速度センサーとして機能させ微弱な振動の加速度を感
度よく検知できる周波数領域を拡大することにある。
本考案によれば、固定端が測定対象物に固定されている
長さの等しい弾性板よりなる第１の片持ちはりを互いの
弾性板が対向するように２つ平行に重ねて配置し、該片
持ちはりの自由端同志に連結部材を連結してなる第１の
固有振動数及び第１の減衰係数をもつ第１の振動系と、
上記連結部材を固定端とし、上記弾性板と平行に配置さ
れた圧電振動片の自由端間に重錘を設けてなる第２の固
有振動数及び第２の減衰係数をもつ第２の振動系とを有
し、上記第１の固有振動数及び第２の固有振動数を実質
的に等しく選択し且つ上記第１の減衰係数及び第２の減
衰係数が１に比べて充分大きい値に選択し、上記測定対
象物の振動変位の加速度を上記重錘の位置変位として検
出し、該検出した変位を、上記圧電振動片に生ずる電気
信号として取り出すことを特徴とする加速度センサーが
得られる。
長さの等しい弾性板よりなる第１の片持ちはりを互いの
弾性板が対向するように２つ平行に重ねて配置し、該片
持ちはりの自由端同志に連結部材を連結してなる第１の
固有振動数及び第１の減衰係数をもつ第１の振動系と、
上記連結部材を固定端とし、上記弾性板と平行に配置さ
れた圧電振動片の自由端間に重錘を設けてなる第２の固
有振動数及び第２の減衰係数をもつ第２の振動系とを有
し、上記第１の固有振動数及び第２の固有振動数を実質
的に等しく選択し且つ上記第１の減衰係数及び第２の減
衰係数が１に比べて充分大きい値に選択し、上記測定対
象物の振動変位の加速度を上記重錘の位置変位として検
出し、該検出した変位を、上記圧電振動片に生ずる電気
信号として取り出すことを特徴とする加速度センサーが
得られる。
本考案の作用を図面を用いて具体的に説明する。
第１図は本考案の構成の模式図である。この図におい
て、２つの片持はり２，２をヒンジ３，３と剛体４とよ
りなる連結部材で連結した構成において、振巾が小さい
場合剛体４は片持はりの軸と垂直の方向の姿勢を保つこ
とができる。ここで連なる片持はり２，２の固定部分１
が被測物体に取付けられている場合の剛体及びこれを固
定端とする第２の片持はり５の先端の取りつけられた重
錘６の運動を例にあげて説明する。但し２つの片持はり
２，２の固有振動数は同じでωｎとし、減衰係数はｈ，
ｈ′は１に比べて充分大きく、前述の(8)式を与える条
件を満足するものとする。被測物体の運動がｙ＝Ｙｓｉ
ｎωｔである場合、 剛体の運動ｘは(8)式より 次にこの剛体を固定端とする。第２の片持はり５の先端
の重錘の運動ｘ′は 即ち、第２の片持はり５の先端の重錘の運動は被測物体
の運動の加速度に比例するため第２の片持はりが圧電バ
イモルフまたはユニモリフで構成されている場合その電
気端子から被測物体の運動の加速度に比例する電気信号
が取り出せることになる。またこの場合加速度計として
利用できる周波数の範囲はωｎの近辺が対象となり、従
来の片持はりの一つのみの構成におけるときのようなω
ｎより充分小さい領域のみが対象とならず周波数域の拡
大が可能となる。
て、２つの片持はり２，２をヒンジ３，３と剛体４とよ
りなる連結部材で連結した構成において、振巾が小さい
場合剛体４は片持はりの軸と垂直の方向の姿勢を保つこ
とができる。ここで連なる片持はり２，２の固定部分１
が被測物体に取付けられている場合の剛体及びこれを固
定端とする第２の片持はり５の先端の取りつけられた重
錘６の運動を例にあげて説明する。但し２つの片持はり
２，２の固有振動数は同じでωｎとし、減衰係数はｈ，
ｈ′は１に比べて充分大きく、前述の(8)式を与える条
件を満足するものとする。被測物体の運動がｙ＝Ｙｓｉ
ｎωｔである場合、 剛体の運動ｘは(8)式より 次にこの剛体を固定端とする。第２の片持はり５の先端
の重錘の運動ｘ′は 即ち、第２の片持はり５の先端の重錘の運動は被測物体
の運動の加速度に比例するため第２の片持はりが圧電バ
イモルフまたはユニモリフで構成されている場合その電
気端子から被測物体の運動の加速度に比例する電気信号
が取り出せることになる。またこの場合加速度計として
利用できる周波数の範囲はωｎの近辺が対象となり、従
来の片持はりの一つのみの構成におけるときのようなω
ｎより充分小さい領域のみが対象とならず周波数域の拡
大が可能となる。
本考案の実施例を図面を参照して説明する。
実施例１ 本考案の実施例１に係る加速度センサーについて説明す
る。
る。
第２図は実施例１に係る加速度センサーの具体的な構成
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
この図のように、長さ１、巾ｗ１の等しい弾性板より
なる片持はり２，２を間隔ｄを持って二枚平行に配置
し、対応する一端に固定端１を設け、他端の自由端を各
々ヒンジ３，３を介して剛体４で連結した。さらに、こ
の剛体４の固定端１側の反対側に一端に重錘６を有し且
つ各表面に端子８及び８を各々有する長さ２、巾ｗ２
の圧電バイモルフ５の他端を固定して片持はり７に連絡
した。なお、片持はり２及び５の表面に減衰調整板７，
７′が粘着されている。ここで各部の寸法及び材質は表
２の通りである。
なる片持はり２，２を間隔ｄを持って二枚平行に配置
し、対応する一端に固定端１を設け、他端の自由端を各
々ヒンジ３，３を介して剛体４で連結した。さらに、こ
の剛体４の固定端１側の反対側に一端に重錘６を有し且
つ各表面に端子８及び８を各々有する長さ２、巾ｗ２
の圧電バイモルフ５の他端を固定して片持はり７に連絡
した。なお、片持はり２及び５の表面に減衰調整板７，
７′が粘着されている。ここで各部の寸法及び材質は表
２の通りである。
このように作成した加速度センサーを、ｆ＝１．００ｋ
Hz、振幅０〜１７０μで加振し、加速度を測定した。そ
の結果を第４図に示す。この図の○印で示されるよう
に、実施例１に係る加速度センサーの読み取り値の対数
と加振器の加速の対数とは、直線関係を示した。尚、共
振周波数及び減数係数は表３に示す通りで長さ１のは
り（振動系１）の共振周波数は１．１９８ｋHz、減衰係
数（ｈ）は１２．３であり、長さ２のはり（振動系
２）の共振周波数（ωｎ／２π）は１．０６８ｋHz減衰
係数（ｈ）は１０．５であった。
Hz、振幅０〜１７０μで加振し、加速度を測定した。そ
の結果を第４図に示す。この図の○印で示されるよう
に、実施例１に係る加速度センサーの読み取り値の対数
と加振器の加速の対数とは、直線関係を示した。尚、共
振周波数及び減数係数は表３に示す通りで長さ１のは
り（振動系１）の共振周波数は１．１９８ｋHz、減衰係
数（ｈ）は１２．３であり、長さ２のはり（振動系
２）の共振周波数（ωｎ／２π）は１．０６８ｋHz減衰
係数（ｈ）は１０．５であった。
実施例２ 本考案の実施例２に係る加速度センサーについて説明す
る。
る。
第３図は実施例２に係る加速度センサーの具体的な構成
を示す斜視図である。この図のように、長さ１、巾ｗ
１の等しい弾性板よりなる片持はり２，２′を間隔ｄを
持って、二枚平行に配置し、対応する一端に固定端を設
け、他端の自由端を各々ヒンジ３及び３を介して剛体４
で連結した。
を示す斜視図である。この図のように、長さ１、巾ｗ
１の等しい弾性板よりなる片持はり２，２′を間隔ｄを
持って、二枚平行に配置し、対応する一端に固定端を設
け、他端の自由端を各々ヒンジ３及び３を介して剛体４
で連結した。
ここまでの組立ては実施例１と同様である。次に、この
剛体４の固定端１側に、一端に重錘を有し且つ各表面に
端子８及び８をそれぞれ有する長さ２、巾ｗ２の圧電
バイモルフ５の他端を固定して片持はり７に連絡した。
なお、片持はり２及び５の表面に減衰調整板７，７′が
粘着されている。ここで、１＝４０，ｗ１＝１０，ｄ
＝１０，２＝１０で各部の寸法及び材質は、実施例１
と同じく表２に示すものを用いた。
剛体４の固定端１側に、一端に重錘を有し且つ各表面に
端子８及び８をそれぞれ有する長さ２、巾ｗ２の圧電
バイモルフ５の他端を固定して片持はり７に連絡した。
なお、片持はり２及び５の表面に減衰調整板７，７′が
粘着されている。ここで、１＝４０，ｗ１＝１０，ｄ
＝１０，２＝１０で各部の寸法及び材質は、実施例１
と同じく表２に示すものを用いた。
このようにして作製した加速センサーをｆ＝１．００ｋ
Hz、振幅０〜１７０μで加振し加速度を測定した。その
結果を第４図に示す。この図の△印で示されるように、
加速度センサーの読み取り値の対数と加速度の対数とは
直線関係を示した。尚、共振周波数及び減数係数は表３
に示す通りで長さ１のはり（振動系１）の共振周波数
は（ωｎ／２π）は、１．０５８ｋHz、減衰係数（ｈ）
は１３．０であり、長さ２のはり（振動系２）の共振
周波数（ωｎ／２π）は１．０５２ｋHz減衰係数（ｈ）
は１０．３であった。
Hz、振幅０〜１７０μで加振し加速度を測定した。その
結果を第４図に示す。この図の△印で示されるように、
加速度センサーの読み取り値の対数と加速度の対数とは
直線関係を示した。尚、共振周波数及び減数係数は表３
に示す通りで長さ１のはり（振動系１）の共振周波数
は（ωｎ／２π）は、１．０５８ｋHz、減衰係数（ｈ）
は１３．０であり、長さ２のはり（振動系２）の共振
周波数（ωｎ／２π）は１．０５２ｋHz減衰係数（ｈ）
は１０．３であった。
〔考案の効果〕 以上述べたごとく本考案によれば微弱振動に対して感度
よく加速度を検知できかつその対象周波数領域が比較的
高い加速度センサーの提供が可能となりその工業的効果
はきわめて大である。
よく加速度を検知できかつその対象周波数領域が比較的
高い加速度センサーの提供が可能となりその工業的効果
はきわめて大である。
第１図は本考案の構成を模式的に示す側面図、第２図
は、本考案の一実施例に係る加速度センサーの具体的な
構成を示す斜視図、第３図は、本考案の他の実施例に係
る加速度センサーの具体的な構成を示す斜視図、第４図
は、本考案の実施例に係る加速度センサーの加速度測定
例を示す図、第５図は、サイズモ系の力学モデルを示す
図である。 図中、１は固定端、２は第１の振動系を構成する弾性
板、３はヒンジ、４は剛体、５は第２の振動系を構成す
る圧電バイモルフ、６は重錘、７，７′は減衰係数調整
用の硬質ゴム板、８及び８′はリード端子、５１は基礎
わく、５２は重錘、５３はばね、５４はダッシュポット
である。
は、本考案の一実施例に係る加速度センサーの具体的な
構成を示す斜視図、第３図は、本考案の他の実施例に係
る加速度センサーの具体的な構成を示す斜視図、第４図
は、本考案の実施例に係る加速度センサーの加速度測定
例を示す図、第５図は、サイズモ系の力学モデルを示す
図である。 図中、１は固定端、２は第１の振動系を構成する弾性
板、３はヒンジ、４は剛体、５は第２の振動系を構成す
る圧電バイモルフ、６は重錘、７，７′は減衰係数調整
用の硬質ゴム板、８及び８′はリード端子、５１は基礎
わく、５２は重錘、５３はばね、５４はダッシュポット
である。
Claims (1)
- 【請求項１】固定端が測定対象物に固定されている長さ
の等しい弾性板よりなる第１の片持ちはりを互いの弾性
板が対向するように２つ平行に重ねて配置し、該片持ち
はりの自由端同志に連結部材を連結してなる第１の固有
振動数及び第１の減衰係数をもつ第１の振動系と、上記
連結部材を固定端とし、上記弾性板と平行に配置された
圧電振動片の自由端側に重錘を設けてなる第２の固有振
動数及び第２の減衰係数をもつ第２の振動系とを有し、
上記第１の固有振動数及び第２の固有振動数を実質的に
等しく選択し且つ上記第１の減衰係数及び第２の減衰係
数が１に比べて充分大きい値に選択し、上記測定対象物
の振動変位の加速度を上記重錘の位置変位として検出
し、該検出した変位を、上記圧電振動片に生ずる電気信
号として取り出すことを特徴とする加速度センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7579688U JPH0626852Y2 (ja) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | 加速度センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7579688U JPH0626852Y2 (ja) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | 加速度センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01179270U JPH01179270U (ja) | 1989-12-22 |
| JPH0626852Y2 true JPH0626852Y2 (ja) | 1994-07-20 |
Family
ID=31300850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7579688U Expired - Lifetime JPH0626852Y2 (ja) | 1988-06-09 | 1988-06-09 | 加速度センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0626852Y2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2698320B2 (ja) * | 1993-08-31 | 1998-01-19 | 日本電信電話株式会社 | 常装着型入力システム、常装着型意図伝達システム、常装着型音楽用キーボードシステム及び常装着型点字入出力システム |
| JP6474868B1 (ja) * | 2017-08-29 | 2019-02-27 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 発電素子 |
| JP6647498B2 (ja) * | 2018-10-17 | 2020-02-14 | 株式会社トライフォース・マネジメント | 発電素子 |
-
1988
- 1988-06-09 JP JP7579688U patent/JPH0626852Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01179270U (ja) | 1989-12-22 |
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