JPH071207B2 - 圧電式物理量検出装置 - Google Patents
圧電式物理量検出装置Info
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- JPH071207B2 JPH071207B2 JP63110533A JP11053388A JPH071207B2 JP H071207 B2 JPH071207 B2 JP H071207B2 JP 63110533 A JP63110533 A JP 63110533A JP 11053388 A JP11053388 A JP 11053388A JP H071207 B2 JPH071207 B2 JP H071207B2
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- piezoelectric
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
- G01L1/162—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (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］ 本発明は圧電素子を用いて、運動や応力などの物理量検
出装置に係わり、特に上記物理量の周波数検出範囲を直
流成分まで測ることのできる圧電式物理量検出装置に関
する。
出装置に係わり、特に上記物理量の周波数検出範囲を直
流成分まで測ることのできる圧電式物理量検出装置に関
する。
従来より圧電素子は加速度などの検出器として用いられ
ており、従来の装置としては例えば特開昭62-81572号公
報に記載されているように、主面に平行に分極すること
により低周波数まで検出を可能にしているものがある。
また、その他の例として特開昭61-270665号公報には、
中心固定形の圧電素子を用いることにより加速度を低周
波数まで検出可能にしているものがある。
ており、従来の装置としては例えば特開昭62-81572号公
報に記載されているように、主面に平行に分極すること
により低周波数まで検出を可能にしているものがある。
また、その他の例として特開昭61-270665号公報には、
中心固定形の圧電素子を用いることにより加速度を低周
波数まで検出可能にしているものがある。
上記従来技術では、加速度の周波数成分を直流まで測る
ことは極めて困難である。それは圧電素子に応力が加っ
て生ずる電荷が素子の極間インピーダンスが有限である
ため漏洩してしまうからである。
ことは極めて困難である。それは圧電素子に応力が加っ
て生ずる電荷が素子の極間インピーダンスが有限である
ため漏洩してしまうからである。
圧電素子は耐環境性，経済性に優れているため、周波数
検出範囲を直流にまで拡張できれば、その応力範囲は極
めて大きいが、上記従来技術周波数検出範囲を直流成分
まで測るという点については配慮されていなかった。
検出範囲を直流にまで拡張できれば、その応力範囲は極
めて大きいが、上記従来技術周波数検出範囲を直流成分
まで測るという点については配慮されていなかった。
また、圧電素子は本来、応力と誘電分極の可逆現象を用
いるため高インピーダンス回路となるが、自励発振回路
やチヨツパー形の増幅回路を用いることにより外乱に強
い回路構成を実現しようとするものであるが、上記従来
技術は、簡易な駆動回路構成により複数箇所の物理量が
経済的に検出できることおよび外乱に対して強くするこ
とについては十分配慮されていなかった。
いるため高インピーダンス回路となるが、自励発振回路
やチヨツパー形の増幅回路を用いることにより外乱に強
い回路構成を実現しようとするものであるが、上記従来
技術は、簡易な駆動回路構成により複数箇所の物理量が
経済的に検出できることおよび外乱に対して強くするこ
とについては十分配慮されていなかった。
本発明の目的は、簡易な回路構成で広い周波数範囲の検
出が可能な圧電式物理検出装置を提供することにある。
出が可能な圧電式物理検出装置を提供することにある。
上記目的は、圧電素子と、前記圧電素子に機械的に結合
された重錘と、前記重錘に外部から加えられる応力また
は運動量などの物理量に関連して前記圧電素子の電極間
に得られる出力信号を取り出す検出手段とを備えた圧電
式物理量検出装置において、前記圧電素子は一方の側に
励振用電極及び該励振用電極から離れた位置に設けられ
た検出用電極を、他方の側に前記励振用電極及び前記励
振用電極の対抗電極を有し、前記検出手段は前記励振用
電極に搬送用交流電圧を印加するための励振用電源と、
前記搬送用交流が重量された出力信号を検出するための
前記検出用電極からの信号を増幅する交流増幅器と、前
記交流増幅器で増幅された信号を復調する復調器とを有
することによって達成される。
された重錘と、前記重錘に外部から加えられる応力また
は運動量などの物理量に関連して前記圧電素子の電極間
に得られる出力信号を取り出す検出手段とを備えた圧電
式物理量検出装置において、前記圧電素子は一方の側に
励振用電極及び該励振用電極から離れた位置に設けられ
た検出用電極を、他方の側に前記励振用電極及び前記励
振用電極の対抗電極を有し、前記検出手段は前記励振用
電極に搬送用交流電圧を印加するための励振用電源と、
前記搬送用交流が重量された出力信号を検出するための
前記検出用電極からの信号を増幅する交流増幅器と、前
記交流増幅器で増幅された信号を復調する復調器とを有
することによって達成される。
圧電素子を予め搬送用交流で励振する手段を設けること
によって、取り出される出力信号は励幅変調するととも
に、その後この搬送用交流を復調して、前記物理量に関
連した出力信号を取り出している。そのため、取り出さ
れる信号の周波数帯域はチヨツパー形直流増幅器のごと
く、直流から搬送用交流の１桁手前位の周波数まで検出
可能となる。
によって、取り出される出力信号は励幅変調するととも
に、その後この搬送用交流を復調して、前記物理量に関
連した出力信号を取り出している。そのため、取り出さ
れる信号の周波数帯域はチヨツパー形直流増幅器のごと
く、直流から搬送用交流の１桁手前位の周波数まで検出
可能となる。
また、外乱に対して強くするために、圧電素子を交流で
励振することにより低周波帯域における圧電電荷のドリ
フトが防止され、搬送用交流の振幅を安定化することに
より変調・復調回路から入る外乱が防止される。
励振することにより低周波帯域における圧電電荷のドリ
フトが防止され、搬送用交流の振幅を安定化することに
より変調・復調回路から入る外乱が防止される。
［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は加速度検出装置の第１の実施例を示す。検出部
11は円板状圧電素子１と重錘２とを機械的に密着して結
合する。圧電素子１は対向電極12、13を有し、搬送用交
流電圧５を励振用電源３から変調器４を通じて印加され
る。圧電素子の対抗電極間に生じる加速度のステップ信
号６変調出力信号７となり、交流増幅器８で増幅された
後に復調器９で同期検波され、結局増幅された加速度の
ステップ信号が得られる。
11は円板状圧電素子１と重錘２とを機械的に密着して結
合する。圧電素子１は対向電極12、13を有し、搬送用交
流電圧５を励振用電源３から変調器４を通じて印加され
る。圧電素子の対抗電極間に生じる加速度のステップ信
号６変調出力信号７となり、交流増幅器８で増幅された
後に復調器９で同期検波され、結局増幅された加速度の
ステップ信号が得られる。
第２図は加速度検出装置の第２の実施例で、第１の実施
例との相違点は圧電素子の電極構成である。すなわち搬
送波の励振用電極対12、13と変調された出力信号取り出
し電極対12、13を同じ圧電円板に設けた場合を示す。な
お電極13は共有させている。第２の実施例の基本的な動
作内容は第１の実施例と同じであるが、相違点は圧電素
子が励振と変調出力取り出しの機能を有するため変調器
が不要になった点である。
例との相違点は圧電素子の電極構成である。すなわち搬
送波の励振用電極対12、13と変調された出力信号取り出
し電極対12、13を同じ圧電円板に設けた場合を示す。な
お電極13は共有させている。第２の実施例の基本的な動
作内容は第１の実施例と同じであるが、相違点は圧電素
子が励振と変調出力取り出しの機能を有するため変調器
が不要になった点である。
第３図は２系統の加速度検出装置を自動車の車両に取り
付けて、車両の進行方向と鉛直方向の加速度成分から車
両の運動ベクトルをリアルタイムで求めようとする実施
例である。この装置の応用例としては、坂道を低速度で
走行中の坂道の傾斜角度と車両速度の水平水分を求めた
り、あるいは水平な道路で急な加速・減速をした時の車
両の傾斜角度と対地車速度をもとめる際に必要である。
図中、14、15はそれぞれ車両の進行方向、鉛直方向の加
速度検出部、16、17はそれらの交流増幅器18、19はそれ
らの復調器である。20は励振用電源であり、２系統の加
速度検出装置に兼用している。21は２系統の出力信号レ
ベル間の演算処理部であり、上述のように、坂道の傾斜
角度、車輌の傾斜角度や対地車速度などを求める。ま
た、図中の22は２系統の加速度検出装置の駆動回路部と
出力信号の演算処理機能部とを共通基板上に配置した状
態を図式的に表したものである。
付けて、車両の進行方向と鉛直方向の加速度成分から車
両の運動ベクトルをリアルタイムで求めようとする実施
例である。この装置の応用例としては、坂道を低速度で
走行中の坂道の傾斜角度と車両速度の水平水分を求めた
り、あるいは水平な道路で急な加速・減速をした時の車
両の傾斜角度と対地車速度をもとめる際に必要である。
図中、14、15はそれぞれ車両の進行方向、鉛直方向の加
速度検出部、16、17はそれらの交流増幅器18、19はそれ
らの復調器である。20は励振用電源であり、２系統の加
速度検出装置に兼用している。21は２系統の出力信号レ
ベル間の演算処理部であり、上述のように、坂道の傾斜
角度、車輌の傾斜角度や対地車速度などを求める。ま
た、図中の22は２系統の加速度検出装置の駆動回路部と
出力信号の演算処理機能部とを共通基板上に配置した状
態を図式的に表したものである。
第４図はRC発振などの自励発振器の周波数決定用静電容
量Ｃのところに圧電素子を用いて、加速度変化を発振周
波数の変化に変換する実施例を示す。これは圧電素子に
加速度による応力が加わったとき電極間静電容量が変わ
ることによる。この場合、発振周波数は可聴周波数帯域
より広域側へ設定することにより耳障りをなくし、さら
に共振点付近に設定することにより検出感度を高めるの
が好ましい。発振周波数の変化はＦ−Ｖ変換器を用いて
アナログ信号として出力してもよい。図中2.3は自励発
振器、24は圧電素子を含む検出部である。
量Ｃのところに圧電素子を用いて、加速度変化を発振周
波数の変化に変換する実施例を示す。これは圧電素子に
加速度による応力が加わったとき電極間静電容量が変わ
ることによる。この場合、発振周波数は可聴周波数帯域
より広域側へ設定することにより耳障りをなくし、さら
に共振点付近に設定することにより検出感度を高めるの
が好ましい。発振周波数の変化はＦ−Ｖ変換器を用いて
アナログ信号として出力してもよい。図中2.3は自励発
振器、24は圧電素子を含む検出部である。
第５図は重錘に同種の圧電素子２個をお互いに分離して
機械的に結合するとともに、両者の出力は互い相に補的
に増幅されるように、第１図と同様の変調形増幅器に接
続する。図中圧電素子25、26の出力は図示したような極
性となる。
機械的に結合するとともに、両者の出力は互い相に補的
に増幅されるように、第１図と同様の変調形増幅器に接
続する。図中圧電素子25、26の出力は図示したような極
性となる。
本実施例によれば、２個の圧電素子を相補的に接続して
両者の温度依存性を相殺することができる。
両者の温度依存性を相殺することができる。
［発明の効果］ 以上本発明によれば、運動や応力などの物理量の周波数
検出範囲を直流成分まで測ることができる。また簡易な
駆動回路構成により複数箇所の物理量が経済的に検出で
きるばかりでなく、EMIなどの外乱に強い検出装置を提
供する。
検出範囲を直流成分まで測ることができる。また簡易な
駆動回路構成により複数箇所の物理量が経済的に検出で
きるばかりでなく、EMIなどの外乱に強い検出装置を提
供する。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の代表的な一実施例を示すブロック線
図、第２図は本発明の一実施例を示すブロック線図、第
３図は本発明を適用した一実施例を示すブロック線図、
第４図は本発明の他の実施例を示すブロック線図、第５
図は本発明の他の実施例を示すブロック線図である。 １……圧電素子、２……重錘、３……励振用電源、４…
…変調器、８……増幅器、９……復調器
図、第２図は本発明の一実施例を示すブロック線図、第
３図は本発明を適用した一実施例を示すブロック線図、
第４図は本発明の他の実施例を示すブロック線図、第５
図は本発明の他の実施例を示すブロック線図である。 １……圧電素子、２……重錘、３……励振用電源、４…
…変調器、８……増幅器、９……復調器
Claims (1)
- 【請求項１】圧電素子と、前記圧電素子に機械的に結合
された重錘と、前記重錘に外部から加えられる応力また
は運動量などの物理量に関連して前記圧電素子の電極間
に得られる出力信号を取り出す検出手段とを備えた圧電
式物理量検出装置において、前記圧電素子は一方の側に
励振用電極及び該励振用電極から離れた位置に設けられ
た検出用電極を、他方の側に前記励振用電極及び前記励
振用電極の対抗電極を有し、前記検出手段は前記励振用
電極に搬送用交流電圧を印加するための励振用電源と、
前記搬送用交流が重畳された出力信号を検出するための
前記検出用電極からの信号を増幅する交流増幅器と、前
記交流増幅器で増幅された信号を復調する復調器とを有
することを特徴とする圧電式物理量検出装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63110533A JPH071207B2 (ja) | 1988-05-09 | 1988-05-09 | 圧電式物理量検出装置 |
| KR1019890006024A KR890017527A (ko) | 1988-05-09 | 1989-05-04 | 압전식 물리량 검출장치 |
| EP89304525A EP0350153B1 (en) | 1988-05-09 | 1989-05-05 | Piezoelectric physical quantity detector |
| US07/347,657 US4932259A (en) | 1988-05-09 | 1989-05-05 | Piezoelectric physical quantity detector |
| DE68923493T DE68923493T2 (de) | 1988-05-09 | 1989-05-05 | Piezoelektrischer Messaufnehmer für eine physikalische Grösse. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63110533A JPH071207B2 (ja) | 1988-05-09 | 1988-05-09 | 圧電式物理量検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01282418A JPH01282418A (ja) | 1989-11-14 |
| JPH071207B2 true JPH071207B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=14538221
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63110533A Expired - Lifetime JPH071207B2 (ja) | 1988-05-09 | 1988-05-09 | 圧電式物理量検出装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4932259A (ja) |
| EP (1) | EP0350153B1 (ja) |
| JP (1) | JPH071207B2 (ja) |
| KR (1) | KR890017527A (ja) |
| DE (1) | DE68923493T2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU3421593A (en) * | 1991-12-23 | 1993-07-28 | Elf Atochem North America, Inc. | Multi-mode accelerometer |
| SG48844A1 (en) * | 1991-12-27 | 1998-05-18 | Murata Manufacturing Co | Piezoelectric acceleration sensor |
| US5939633A (en) * | 1997-06-18 | 1999-08-17 | Analog Devices, Inc. | Apparatus and method for multi-axis capacitive sensing |
| US6332580B1 (en) * | 1998-11-30 | 2001-12-25 | Vehicle Systems Incorporated | Compact vehicle heating apparatus and method |
| EP1779121A1 (en) * | 2004-08-17 | 2007-05-02 | Analog Devices, Inc. | Multiple axis acceleration sensor |
| KR100666381B1 (ko) * | 2005-04-06 | 2007-01-10 | 김함곤 | 차종분류시스템 |
| JP2007285824A (ja) * | 2006-04-14 | 2007-11-01 | Aisin Seiki Co Ltd | 圧電センサシステム及び挟み込み検出装置 |
| US7757555B2 (en) * | 2006-08-30 | 2010-07-20 | Robert Bosch Gmbh | Tri-axis accelerometer having a single proof mass and fully differential output signals |
| US8291765B2 (en) | 2009-05-04 | 2012-10-23 | Raytheon Company | Carrier modulating accelerometer |
| US9027403B2 (en) | 2012-04-04 | 2015-05-12 | Analog Devices, Inc. | Wide G range accelerometer |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US3033043A (en) * | 1960-03-23 | 1962-05-08 | Gen Motors Corp | Digital accelerometer system |
| US3201984A (en) * | 1962-03-19 | 1965-08-24 | Bendix Corp | Electric sensors and circuits |
| US3233466A (en) * | 1963-06-24 | 1966-02-08 | Bendix Corp | Piezoelectric accelerometer |
| DE1270603B (de) * | 1963-12-31 | 1968-06-20 | Ibm | Wandler fuer analoge Druckwerte in elektrische Analogwerte |
| DE1950452B2 (de) * | 1969-10-07 | 1971-09-09 | Schwerkraftkompensierte linearbeschleunigungsgeber | |
| US3667300A (en) * | 1970-06-01 | 1972-06-06 | Us Navy | Accelerometer monitoring device |
| JPS5616664A (en) * | 1979-07-20 | 1981-02-17 | Isakobuna Zaetsu Inna | Composition for iron metal coat diffusion |
| JPS5641042A (en) * | 1979-09-12 | 1981-04-17 | Japan Steel Works Ltd:The | Forging method of long-sized dissimilar diameter ring of hollow truncated circular cone shape |
| US4409836A (en) * | 1981-11-13 | 1983-10-18 | Motorola, Inc. | Apparatus and method for detecting the cessation of motion of a body |
| JPS5892008A (ja) * | 1981-11-27 | 1983-06-01 | Amada Co Ltd | 研削盤の制御方法 |
| JPS5892908A (ja) * | 1981-11-30 | 1983-06-02 | Seikosha Co Ltd | 圧電振動子を用いた検出装置 |
| JPS6167196A (ja) * | 1984-09-10 | 1986-04-07 | 日産自動車株式会社 | 圧力計測記録装置 |
| US4694696A (en) * | 1984-10-25 | 1987-09-22 | Kabushikikaisha Tokyo Keiki | Vibration-type gyro apparatus |
| JPS61233335A (ja) * | 1985-04-08 | 1986-10-17 | Nippon Soken Inc | 圧力検出装置 |
-
1988
- 1988-05-09 JP JP63110533A patent/JPH071207B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1989
- 1989-05-04 KR KR1019890006024A patent/KR890017527A/ko not_active Withdrawn
- 1989-05-05 US US07/347,657 patent/US4932259A/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-05-05 EP EP89304525A patent/EP0350153B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-05-05 DE DE68923493T patent/DE68923493T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE68923493T2 (de) | 1996-04-04 |
| JPH01282418A (ja) | 1989-11-14 |
| EP0350153A2 (en) | 1990-01-10 |
| EP0350153B1 (en) | 1995-07-19 |
| US4932259A (en) | 1990-06-12 |
| DE68923493D1 (de) | 1995-08-24 |
| EP0350153A3 (en) | 1991-06-05 |
| KR890017527A (ko) | 1989-12-16 |
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