JPH0692981B2 - 圧電型加速度センサ− - Google Patents
圧電型加速度センサ−Info
- Publication number
- JPH0692981B2 JPH0692981B2 JP22672686A JP22672686A JPH0692981B2 JP H0692981 B2 JPH0692981 B2 JP H0692981B2 JP 22672686 A JP22672686 A JP 22672686A JP 22672686 A JP22672686 A JP 22672686A JP H0692981 B2 JPH0692981 B2 JP H0692981B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acceleration sensor
- piezoelectric
- charge
- voltage
- proportional
- 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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- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、物体の振動などを検出する加速度センサーに
係わり、特にピエゾ効果を応用した圧電型加速度センサ
ーに係わる。
係わり、特にピエゾ効果を応用した圧電型加速度センサ
ーに係わる。
従来の技術 物体に作用する衝撃の検出、振動の測定等のために、物
体の慣性加速度を検出する装置−加速度センサーが広く
用いられている。
体の慣性加速度を検出する装置−加速度センサーが広く
用いられている。
この加速度センサーには、動作原理、形態の違いによっ
て、動電型，圧電型，光電型，サーボ型等様々なものが
提案され、また実用されている。そのなかでも、圧電型
加速度センサーは構造が簡単で、小型軽量かつ堅牢とい
う特徴の故に、最も広く用いられているもののうちの一
つである。圧電型加速度センサーとは、チタン酸バリウ
ム、ジルコン酸塩等の強誘電体セラミクス、あるいは水
晶等が示す、機械的変形をうけると電気信号を発生する
という性質−ピエゾ効果を利用するもので、所定の重り
に加わる慣性力をピエゾ素子に作用させてその結果生じ
る電気出力を検出して、慣性加速度を求めるものであ
る。
て、動電型，圧電型，光電型，サーボ型等様々なものが
提案され、また実用されている。そのなかでも、圧電型
加速度センサーは構造が簡単で、小型軽量かつ堅牢とい
う特徴の故に、最も広く用いられているもののうちの一
つである。圧電型加速度センサーとは、チタン酸バリウ
ム、ジルコン酸塩等の強誘電体セラミクス、あるいは水
晶等が示す、機械的変形をうけると電気信号を発生する
という性質−ピエゾ効果を利用するもので、所定の重り
に加わる慣性力をピエゾ素子に作用させてその結果生じ
る電気出力を検出して、慣性加速度を求めるものであ
る。
この時、ピエゾ素子から電気信号を取り出す方法として
は開放電圧を取り出す方法と短絡電荷を取り出す方法と
があり、従来の圧電型加速度センサーにおいてはそのい
ずれかの方法を用いている。
は開放電圧を取り出す方法と短絡電荷を取り出す方法と
があり、従来の圧電型加速度センサーにおいてはそのい
ずれかの方法を用いている。
発明が解決しようとする問題点 この様に構成した圧電型加速度センサーの感度は、単位
作用力当たりに発生する開放電圧、あるいは短絡電荷に
比例することになるが、いずれの場合にもその温度依存
性が問題となる。これは主としてピエゾ素子の材料定数
の温度依存性に起因するものであるが、以下この問題に
ついて記述する。
作用力当たりに発生する開放電圧、あるいは短絡電荷に
比例することになるが、いずれの場合にもその温度依存
性が問題となる。これは主としてピエゾ素子の材料定数
の温度依存性に起因するものであるが、以下この問題に
ついて記述する。
ピエゾ素子に作用する力と発生電気出力の間には、適当
な方向成分に注目すると以下のような関係が成り立つ。
な方向成分に注目すると以下のような関係が成り立つ。
Ｑ＝Ａ・Ｖ＋Ｂ・Ｆ F:作用力 Q:発生電荷 V:発生電圧 ここでＡおよびＢはピエゾ素子の形状、材料定数等によ
って定まる比例係数である。
って定まる比例係数である。
上式でＱ＝０としたときのＶ（即ち開放電圧）とＦの
比:KV、Ｖ＝０としたときのＱ（即ち短絡電荷）とＦの
比:KOがそれぞれのセンサー感度に比例することにな
る。KV、KOをＡおよびＢで表すと、 KV＝−B/A KO＝Ｂ 従ってＡおよびＢが温度によって変動すると、センサー
感度も変わる。このとき、比例定数ＡおよびＢの決定要
素のうち、形状に関するものについては無視できるが材
料定数の温度依存性が問題となる。
比:KV、Ｖ＝０としたときのＱ（即ち短絡電荷）とＦの
比:KOがそれぞれのセンサー感度に比例することにな
る。KV、KOをＡおよびＢで表すと、 KV＝−B/A KO＝Ｂ 従ってＡおよびＢが温度によって変動すると、センサー
感度も変わる。このとき、比例定数ＡおよびＢの決定要
素のうち、形状に関するものについては無視できるが材
料定数の温度依存性が問題となる。
一般に比例定数ＡおよびＢについて支配的な材料定数は
誘電率:E33、圧電率:D31であり、それらは近似的に以下
のような比例関係で結ばれる。
誘電率:E33、圧電率:D31であり、それらは近似的に以下
のような比例関係で結ばれる。
Ａ E33 Ｂ D31 従って、 KV −D31/E33＝−G31 KO D31 この圧電定数G31,D31の温度依存性の典型例を圧電型加
速度センサーによく用いられている圧電セラミクスにつ
いて第２図に示す。
速度センサーによく用いられている圧電セラミクスにつ
いて第２図に示す。
従ってこの圧電材料を用いて加速度センサーを構成した
場合その感度は、開放電圧を取り出すような方法を用い
た場合には第２図（ａ）に示すような、また短絡電荷を
取り出すような方法を用いた場合には第２図（ｂ）に示
すような温度依存性をもつことになる。
場合その感度は、開放電圧を取り出すような方法を用い
た場合には第２図（ａ）に示すような、また短絡電荷を
取り出すような方法を用いた場合には第２図（ｂ）に示
すような温度依存性をもつことになる。
そしてこの様な温度依存性、即ちD31、G31がそれぞれ温
度依存性を持ち、しかもそれが互いに傾きが逆向きにな
るという特性はここにあげた例に特異なものでははな
く、程度の差こそあれ圧電材料一般について存在する。
度依存性を持ち、しかもそれが互いに傾きが逆向きにな
るという特性はここにあげた例に特異なものでははな
く、程度の差こそあれ圧電材料一般について存在する。
本発明は、かかる感度の温度依存性の少ない、高精度な
加速度センサーを提供することを目的とする。
加速度センサーを提供することを目的とする。
問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、感度方向を一致さ
せた一対のピエゾ素子を用い、一方のピエゾ素子からそ
の開放電圧に比例した電気信号を取り出し、他方のピエ
ゾ素子からはその短絡電荷に比例した電子信号を取り出
して、これを加算することにより上記の目的を達成する
ものである。
せた一対のピエゾ素子を用い、一方のピエゾ素子からそ
の開放電圧に比例した電気信号を取り出し、他方のピエ
ゾ素子からはその短絡電荷に比例した電子信号を取り出
して、これを加算することにより上記の目的を達成する
ものである。
作用 以上のような手段によれば、材料定数の温度依存性を相
殺して、温度の変動に対して感度の変化の小さい高精度
な加速度センサーを実現することができる。
殺して、温度の変動に対して感度の変化の小さい高精度
な加速度センサーを実現することができる。
実施例 以下本発明の圧電加速度センサーの一実施例について図
面を用いて説明する。
面を用いて説明する。
第１図は本発明の圧電加速度センサーの一実施例を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
第１図において1a,1bは感度方向が一致するように近接
して配置された一致のピエゾ素子であり、２は1aのピエ
ゾ素子の開放電圧に比例した出力を発生する電圧増幅
器、３は1bのピエゾ素子の短絡電荷に比例した出力を発
生する電荷増幅器である。
して配置された一致のピエゾ素子であり、２は1aのピエ
ゾ素子の開放電圧に比例した出力を発生する電圧増幅
器、３は1bのピエゾ素子の短絡電荷に比例した出力を発
生する電荷増幅器である。
２の電圧増幅器、３の電荷増幅器の出力は、４の加算器
によってそれぞれKa,Kbの重み付けで加算される。
によってそれぞれKa,Kbの重み付けで加算される。
以上のような構成において、加速度が作用すると一対の
ピエゾ素子はそれにみあった電気信号を発生するが、そ
の感度はこれを開放電圧として取り出した場合、および
短絡電荷として取り出した場合、それぞれ圧電定数G31,
D31の温度特性に付随して温度依存性をもつ。
ピエゾ素子はそれにみあった電気信号を発生するが、そ
の感度はこれを開放電圧として取り出した場合、および
短絡電荷として取り出した場合、それぞれ圧電定数G31,
D31の温度特性に付随して温度依存性をもつ。
この温度依存性は第２図に示したようなものになるの
で、互いにその変化を打ち消すように電圧増幅器のゲイ
ン，電荷増幅器のゲインおよび加算器の重み付けの比を
設定することによって、温度変化に対する感度変化が、
電圧増幅器または電荷増幅器を単独で用いた場合に比べ
てはるかに小さくすることができる。
で、互いにその変化を打ち消すように電圧増幅器のゲイ
ン，電荷増幅器のゲインおよび加算器の重み付けの比を
設定することによって、温度変化に対する感度変化が、
電圧増幅器または電荷増幅器を単独で用いた場合に比べ
てはるかに小さくすることができる。
例えば従来の技術の説明において例に上げた圧電セラミ
クスを用いた場合にはその傾きの絶対値が常温付近にお
いてD31の方が約1.5倍大きいので常温付近において電圧
増幅したものと電荷増幅したものの感度比が1.5:1にな
るように設定すれば、合成された感度の温度依存性は第
３図のように改善され、常温付近でほぼフラットにな
る。
クスを用いた場合にはその傾きの絶対値が常温付近にお
いてD31の方が約1.5倍大きいので常温付近において電圧
増幅したものと電荷増幅したものの感度比が1.5:1にな
るように設定すれば、合成された感度の温度依存性は第
３図のように改善され、常温付近でほぼフラットにな
る。
発明の効果 以上詳細に説明して明らかなように、本発明の圧電型加
速度センサーは、感度方向を一致させた一対のピエゾ素
子を用い、一方のピエゾ素子からその開放電圧に比例し
た電気信号を取り出し、他方のピエゾ素子からはその短
絡電荷に比例した電気信号を取り出して、これを加算す
るように構成しているので、ピエゾ素子に固有の材料特
性の温度変化を相殺して、感度の温度依存性の小さい高
精度な特性を実現することが出来る。
速度センサーは、感度方向を一致させた一対のピエゾ素
子を用い、一方のピエゾ素子からその開放電圧に比例し
た電気信号を取り出し、他方のピエゾ素子からはその短
絡電荷に比例した電気信号を取り出して、これを加算す
るように構成しているので、ピエゾ素子に固有の材料特
性の温度変化を相殺して、感度の温度依存性の小さい高
精度な特性を実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
圧電セラミクスの材料定数の温度依存性の典型例を示す
グラフ、第３図は本発明の一実施例における感度の温度
依存制を示すグラフである。 1a,1b……ピエゾ素子、２……電圧増幅器、３……電荷
増幅器、４……加算器。
圧電セラミクスの材料定数の温度依存性の典型例を示す
グラフ、第３図は本発明の一実施例における感度の温度
依存制を示すグラフである。 1a,1b……ピエゾ素子、２……電圧増幅器、３……電荷
増幅器、４……加算器。
Claims (1)
- 【請求項１】互いにその感度方向が一致するように配設
された一対のピエゾ素子と、一方のピエゾ素子の開放電
圧に比例した出力を発生する電圧増幅器と、他方のピエ
ゾ素子の短絡電荷に比例した出力を発生する電荷増幅器
と、前記電圧増幅器の出力および前記電荷増幅器の出力
を加算する加算手段とを備えたことを特徴とする圧電型
加速度センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22672686A JPH0692981B2 (ja) | 1986-09-25 | 1986-09-25 | 圧電型加速度センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22672686A JPH0692981B2 (ja) | 1986-09-25 | 1986-09-25 | 圧電型加速度センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6381273A JPS6381273A (ja) | 1988-04-12 |
| JPH0692981B2 true JPH0692981B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=16849654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22672686A Expired - Lifetime JPH0692981B2 (ja) | 1986-09-25 | 1986-09-25 | 圧電型加速度センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0692981B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7775110B2 (en) | 2006-09-22 | 2010-08-17 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor |
-
1986
- 1986-09-25 JP JP22672686A patent/JPH0692981B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6381273A (ja) | 1988-04-12 |
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