JPH0715486B2 - 加速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、力学量、特に、自動車の自動サスペンション
コントロールシステム、衝突等の加速度（衝撃を含む）
を検出する加速度センサに関する。

従来の技術 第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来の加速度センサの
構成を示している。第３図（ａ），（ｂ）に示すように
トランスデューサ51は圧電セラミックス52の表裏両面に
電極53,54が設けられている。表側の電極53は53a〜53d
のように扇形に４分割されている。裏側の電極54が金属
製の振動板55に取り付けられ、振動板55の中央部がベー
ス56に取り付けられている。交差方向で向き合い、セン
サ部となる電極53a,53b同士はリード線57により第３図
（ｃ）に示すようにインピーダンス変換回路58に接続さ
れ、インピーダンス変換回路58はフィルタ・アンプ59に
接続されている。交差方向で向き合い、アクチュエータ
部となる電極53c,53d同士には発振器60がリード線61に
より接続され、その出力電圧はトランスデューサ51のア
クチュエータ部となる電極53c,53dとベース56の間に印
加される。ベース56はグランドになっている。そして、
ベース56が被検出物、例えばエンジンのノッキングを検
出する場合にはエンジンに固定される。

次に上記従来例の動作について説明する。

振動加速度ベース56を介して振動板55へ伝達され、たわ
みを生じる。この振動板55のたわみに伴いトランスデュ
ーサ51もたわみ、加速度に比例した電荷が発生する。こ
の発生電荷はセンサ部の電極53a,53bよりインピーダン
ス変換回路58へ送られ、このインピーダンス変換回路58
で電圧に変換され、フィルタ・アンプ59で最適な周波数
特性、出力レベルに変換され出力62が得られる。

一方、加速度センサの故障をチェックするため、発振器
60より、例えば200Hzの正弦波を出力すると、トランス
デューサ51のアクチュエータ部の電極53c,53dが圧電ブ
ザーとして働き、発振器60の出力電圧に比例したたわみ
を生じる。このたわみは上記のようにトランスデューサ
51のセンサ部の電極53a,53bも同様にたわませ、このた
わみに相当した出力62が得られる。

このように、上記従来の加速度センサは加速度（衝撃）
を与えると、それに相当する電気出力62を得ることがで
き、また、発振器60より適当な電圧を与えると、このセ
ンサが正常か否かを検出できる自己チェック機能を持つ
ことができる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記従来の加速度センサでは、発振器か
ら大きな電圧を加えても、センサ出力が小さく、センサ
が正常かどうかを検出するには、アンプを別個に用いて
センサ出力を増幅させる必要があった。また、圧電セラ
ミックス特有の焦電効果（温度変化に比例して電荷が発
生する）も大きく、急激な温度変化が生じると不要な電
気出力が発生し、検出精度に劣るなどの課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであ
り、正常であるか否かのチェックに際し、センサ出力を
大幅に増加することができ、したがって、チェックを簡
単に行なうことができ、また、焦電性を大幅に低減する
ことができ、急激な温度変化により不要な電気出力が発
生するのを防止することができ、したがって、検出精度
を向上させることができるようにした加速度センサを提
供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、圧電セラミック
スの両面に電極を設けた第１のトランスデューサと、こ
の第１のトランスデューサをベースに取り付ける金属製
の振動板と、上記圧電セラミックスと焦電性の等しい圧
電セラミックスの両面に電極を設け、上記振動板のベー
スに対する取り付け部の近傍に上記振動板に対し、上記
第１のトランスデューサと逆極性になるように取り付け
た第２のトランスデューサを備え、上記第１と第２のト
ランスデューサの電極を逆極性に結線して出力を取り出
すように構成したものである。

作用 本発明は、上記構成により次のような作用を有する。

すなわち、センサが正常か否かをチェックするため、第
１のトランスデューサをたわませると、振動板を介して
第２のトランスデューサをたわませることができるが、
この第２のトランスデューサを振動板ベースに対する取
り付け部の近傍のひずみの大きい箇所に取り付けている
ので、センサ出力を大幅に増加することができる。ま
た、第１のトランスデューサと焦電性の等しい第２のト
ランスデューサを振動板に対し、第１のトランスデュー
サと逆極性になるように取り付けて逆極性に結線してい
るので、第１と第２のトランスデューサが焦電性を相殺
するように働き、焦電性を大幅に低減することができ
る。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

まず、本発明の第１の実施例について説明する。第１図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第１の実施例におけ
る加速度センサを示し、同図（ａ）は要部の平面図、同
図（ｂ）は要部の一部破断側面図、同図（ｃ）は回路部
分の構成図である。

第１図（ａ），（ｂ）に示すように第１のトランスデュ
ーサ１は円板状に形成され、第２のトランスデューサ２
は第１のトランスデューサ１の約半分の面積でリング状
に形成され、各トランスデューサ１と２は材質と厚み、
すなわち焦電性の等しい圧電セラミックス３と４の表裏
両面に電極5,6と7,8が設けられ、第１のトランスデュー
サ１の表側の電極５のみ5a〜5dのように扇形に４分割さ
れている。第１のトランスデューサ１の裏側の電極６が
金属製の振動板９に固定状態に取り付けられ、第２のト
ランスデューサ２が第１のトランスデューサ１の反対側
の面で振動板９に固定状態に取り付けられ、振動板９の
中央部がベース10に固定状態に取り付けられている。第
２のトランスデューサ２は振動板９のベース10に対する
取り付け部近傍に取り付けられ、第１と第２のトランス
デューサ１と２はその電極5,6と7,8が振動板９に対して
逆極性になるように取り付けられている。第１のトラン
スデューサ１において交差方向で向き合い、センサ部と
なる電極5a,5b同士と、これら電極5a,5bと逆極性になる
第２のトランスデューサ２の電極７はリード線11により
第１図（ｃ）に示すようにインピーダンス変換回路12に
接続され、インピーダンス変換回路12はフィルタ・アン
プ13に接続されている。第１のトランスデューサ１にお
いて交差方向で向き合い、アクチュエータ部となる電極
5c,5d同士には発振器14がリード線15により接続され、
その出力電圧は第１のトランスデューサ１のアクチュエ
ータ部となる電極5c,5dとベース10の間に印加される。
ベース10はグランドになっている。そして、ベース10が
被検出物、例えばエンジンのノッキングを検出する場合
にはエンジンに固定される。

次に上記実施例の動作について説明する。

振動加速度はベース10を介して振動板９へ伝達され、た
わみを生じる。この振動板９のたわみに伴い第１のトラ
ンスデューサ１が径方向で圧縮、若しくは伸張方向にた
わみ、第２のトランスデューサ２が径方向で伸張、若し
くは圧縮方向にたわみ、加速度に比例した電荷が発生す
る。この発生電荷はセンサ部の電極5a,5bおよび電極８
よりインピーダンス変換回路12へ送られ、このインピー
ダンス変換回路12で電圧に変換され、フィルタ・アンプ
13で最適な周波数特性、出力レベルに変換され、出力16
が得られる。

一方、加速度センサの故障をチェックするため、発振器
14より、例えば200H_Zの正弦波を出力すると、第１のト
ランスデューサ１のアクチュエータ部の電極5c,5dが圧
電ブザーとして働き、発振器14の出力電圧に比例したた
わみを生じる。このたわみは上記のように振動板９を介
して第２のトランスデューサ２をたわませる。これに伴
い第１と第２のトランスデューサ１と２の電極5a,5bと
８からの出力はプラスされ、しかも、上記のように第２
のトランスデューサ２は振動板９のベース10に対する取
り付け部の近傍、すなわち、ひずみの大きい箇所に取り
付けられているので、発生電圧も大きくなり、大きな出
力16が得られる。また、焦電性の等しい第２のトランス
デューサ２を振動板９に対し、第１のトランスデューサ
１と逆極性になるように取り付けて逆極性に結線してい
るので、第１と第２のトランスデューサ１と２が焦電性
を相殺するように働き、焦電性を大幅に低減することが
できる。

このように、上記実施例によれば、故障のチェックの際
に大きな出力16を得ることができるので、チェックを簡
単に行なうことができる。また、焦電性を大幅に低減す
ることができるので、急激な温度変化により不要な電気
出力が発生するのを防止することができ、検出精度を向
上させることができる。

次に本発明の第２の実施例について説明する。第２図
（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施例における加速度
センサを示し、同図（ａ）は要部の平面図、同図（ｂ）
は要部の一部破断側面図である。

上記第１の実施例は、中心固定型であるが、本実施例は
周辺固定型であり、第２図（ａ），（ｂ）に示すように
第１のトランスデューサ１よりも大径のリング状の第２
のトランスデューサ２が振動板９のベース10に対する取
り付け部の近傍に取り付けられたものであり、その他の
構成は上記第１の実施例と同様である。

本実施例においても、上記第１の実施例と同様に故障の
チェックの際に大きな出力を得ることができるので、チ
ェックを簡単に行なうことができる。また、焦電性を大
幅に低減することができるので、急激な温度変化により
不要な電気出力が発生するのを防止することができ、検
出精度を向上させることができる。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、センサが正常か否か
をチェックするため、第１のトランスデューサをたわま
せると、振動板を介して第２のトランスデューサをたわ
ませることができるが、この第２のトランスデューサを
振動板のベースに対する取り付け部の近傍のひずみの大
きい箇所に取り付けているので、センサ出力を大幅に増
加することができ、したがって、チェックを簡単に行な
うことができる。また、第１のトランスデューサと焦電
性の等しい第２のトランスデューサを振動板に対し、第
１のトランスデューサと逆極性になるように取り付けて
逆極性に結線しているので、第１と第２のトランスデュ
ーサが焦電性を相殺するように働き、焦電性を大幅に低
減することができ、したがって、温度変化に影響されな
いセンサ出力を得ることができ、検出精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明の第１の実施例
における加速度センサを示し、同図（ａ）は要部の平面
図、同図（ｂ）は要部の一部破断側面図、同図（ｃ）は
回路部分の構成図、第２図（ａ），（ｂ）本発明の第２
の実施例における加速度センサを示し、同図（ａ）は要
部の平面図、同図（ｂ）は要部の一部破断側面図、第３
図（ａ），（ｂ），（ｃ）は従来の加速度センサを示
し、同図（ａ）は要部の平面図、同図（ｂ）は要部の一
部破断側面図、同図（ｃ）は回路部分の構成図である。 １…第１のトランスデューサ、２…第２のトランスデュ
ーサ、3,4…圧電セラミックス、5,6,7,8…電極、９…振
動板、10…ベース、12…インピーダンス変換回路、13…
フィルタ・アンプ、14…発振器、16…出力。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−173970（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−29212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−24154（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−270665（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−47275（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電セラミックスの両面に電極を設けた第
   １のトランスデューザと、この第１のトランスデューサ
   をベースに取り付ける金属製の振動板と、上記圧電セラ
   ミックスと焦電性の等しい圧電セラミックスの両面に電
   極を設け、上記振動板のベースに対する取り付け部の近
   傍に上記振動板に対し、上記第１のトランスデューサと
   逆極性になるように取り付けた第２のトランスデューサ
   を備え、上記第１と第２のトランスデューサの電極を逆
   極性に結線して出力を取り出すように構成したことを特
   徴とする加速度センサ。