JPH0686077U - 振動センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出出力が、電源電圧の変動に影響されず、
また共振の無い比較的平坦な周波数特性をもつようにす
る。 【構成】 圧電振動子２の入力加速度に応じた出力電圧
をプリアンプ３を通し、更に低域ろ波器１０を通して出
力端子ＯＵＴに供給する。また電源端子ＰＳの電圧を３
端子電圧レギュレータ９で安定化してプリアンプ３に供
給する。プリアンプ３は入力インピーダンスが比較的高
く、出力インピーダンスが比較的低く設定され、例えば
トランジスタ１段のエミッタフォロア回路で構成され
る。低域ろ波器１０は測定周波数範囲（例えば５Ｈｚ〜
１ｋＨｚ）の上限周波数（例えば１ｋＨｚ）に等しい遮
断周波数をもち、圧電振動子２がもつ、上限周波数より
高い帯域での共振特性をキャンセルさせる。その結果セ
ンサ出力の周波数特性は図１Ｂ（イ），（ロ）に示すよ
うに、共振のない比較的平坦な特性となる。このため振
動入力に上限周波数より大きい高調波が含まれていて
も、従来のように大きな測定誤差にはならない。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は振動センサに関し、特に圧電振動子を加速度検出手段として用いた 振動センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の振動センサ１は、図２に示すように圧電振動子２の出力をインピーダン ス変換用のプリアンプ３を通じて出力端子ＯＵＴに供給するものであった。圧電 振動子２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛より成る圧電素子４と金属板５とを貼 り合せて、それらの一端を固定し、遊端に金属製のおもり６を取付け、圧電素子 ４の上面にリード線７の一端を、また金属板５の裏面にリード線８の一端をそれ ぞれ接続し、これらリード線７，８の他端をプリアンプ６の入力端に接続する。 プリアンプ３の出力より、振動する外力Ｆ＝αｍ（αは加速度、ｍは主におもり の質量）に対応する加速度αの検出信号（交流信号）が得られる。プリアンプ３ はトランジスタ１段より成る増幅器で、その入力インピーダンスは比較的高く、 その出力インピーダンスは比較的低く設定される。このようなプリアンプ３を用 いると、出力端子ＯＵＴをハイ入力インピーダンスの交流電圧測定器（図示せず ）に接続する場合、接続ケーブルの長さを比較的長くしても、測定に影響をおよ ぼすことはない。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

従来の振動センサ１は圧電振動子２の出力電圧がゼロでも、電源電圧が低い周 波数をもって変動すると、その影響を受けて、プリアンプ３の出力電圧が同じ周 波数で±ΔＥだけ変動する。一般には圧電振動子２の出力をプリアンプで増幅し た出力ｖ₀ に、この変動分±ΔＥが重畳して出力される。そのため交流電圧測定 器の測定値に±ΔＥが含まれ、誤差となる欠点があった。

【０００４】 また、従来の振動センサ１の出力電圧ｖ₀ の周波数特性は、図２Ｂに示すよう に、測定帯域（例えば５Ｈｚ〜１ｋＨｚ）内でほぼ平坦であるが、測定帯域を越 えると感度が急に大きくなり、例えば５ｋＨｚ付近に共振点が現れる。これは圧 電振動子２がほとんど機械的ダンピングを受けない状態で使用されるため、自身 が持つ共振特性が現れたためである。圧電振動子２に印加される機械的振動に例 えば１ｋＨｚの基本波とその高調波が含まれるような場合には、その高調波に対 する感度がよいため、検出出力ｖ₀ に含まれる高調波成分の基本波に対する比率 が大きくなって、測定誤差となる問題があった。また、このような共振特性をも つ振動センサ１を制御系に使用すると、制御系全体に共振現象を引き起こす恐れ があった。

【０００５】 この考案の目的は、これらの欠点を除去して、検出出力が電源電圧の変動に影 響されず、また検出出力の周波数特性が共振のない比較的平坦な特性をもつ振動 センサを提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

この考案の振動センサは、入力加速度に応じた電圧を出力する圧電振動子と、 その圧電振動子の出力端に接続され、入力インピーダンスが比較的高く、出力イ ンピーダンスが比較的低いプリアンプと、外部より供給される電源電圧を安定化 させて前記プリアンプに供給する電圧レギュレータと、測定周波数帯域の上限周 波数をカットオフ周波数にもち、前記プリアンプの出力電圧を入力して前記圧電 振動子のもつ前記上限周波数より高い帯域での共振特性をキャンセルさせて、外 部に出力する低域ろ波器とより成る。

【０００７】

【実施例】

この考案の実施例を図１に、図２と対応する部分に同じ符号を付して示す。こ の考案では、電源端子ＰＳの電源電圧を電圧レギュレータ９を通して、電源電圧 の変動分を抑圧し、安定化された電圧をプリアンプ３に供給する。またプリアン プ３の出力を、測定周波数範囲（例えば５Ｈｚ〜１ｋＨｚ）の上限周波数（例え ば１ｋＨｚ）をカットオフ周波数にもつ低域ろ波器１０を通して出力端子ＯＵＴ に供給する。低域ろ波器１０により図１Ｂの（イ）又は（ロ）に示すように、従 来の振動センサがもっていた測定帯域より高い帯域の共振特性をキャンセルさせ る。その結果、比較的平坦な特性が得られる。

【０００８】 プリアンプ３は図１Ａではバイポーラトランジスタ１段のエミッタフォロア回 路で構成している。しかしＦＥＴトランジスタを用いて構成することもできる。 電圧レギュレータ９としてはモールド型の小形な３端子レギュレータが望ましい 。低域ろ波器１０としては、最も簡単には、コンデンサをプリアンプ３の抵抗器 Ｒ₃ と並列に接続するものであってもよい。

【０００９】

【考案の効果】

以上で述べたように、この考案では、入力される電源電圧を電圧レギュレータ ９で安定化してプリアンプ３に供給したので、電源電圧の変動によって検出出力 電圧が変動することはない。 また、この考案ではプリアンプ３の出力電圧を、測定周波数範囲の上限周波数 をカットオフとする低域ろ波器１０を通じて出力端子ＯＵＴに供給したので、従 来のセンサがもつ測定帯域より高い帯域での共振特性が抑圧される。これにより 、測定帯域より高い周波数の高調波成分をもつ振動入力に対しても、従来より高 精度で検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａはこの考案の実施例を示す回路図、ＢはＡの
出力電圧の周波数特性を示す図。

【図２】Ａは従来の振動センサの回路図、ＢはＡの出力
電圧の周波数特性を示す図。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力加速度に応じた電圧を出力する圧電
   振動子と、 その圧電振動子の出力端に接続され、入力インピーダン
   スが比較的高く、出力インピーダンスが比較的低いプリ
   アンプと、 外部より供給される電源電圧を安定化させて前記プリア
   ンプに供給する電圧レギュレータと、 測定周波数帯域の上限周波数をカットオフ周波数にも
   ち、前記プリアンプの出力電圧を入力して前記圧電振動
   子のもつ前記上限周波数より高い帯域での共振特性をキ
   ャンセルさせて、外部に出力する低域ろ波器とより成る
   ことを特徴とする、 振動センサ。