JPH09211018A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
- Publication number
- JPH09211018A JPH09211018A JP8020862A JP2086296A JPH09211018A JP H09211018 A JPH09211018 A JP H09211018A JP 8020862 A JP8020862 A JP 8020862A JP 2086296 A JP2086296 A JP 2086296A JP H09211018 A JPH09211018 A JP H09211018A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- acceleration
- piezoelectric element
- detecting
- acceleration sensor
- Prior art date
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 単一素子で信頼性の高い三次元系加速度セン
サの提供を目的とする。 【解決手段】 リング状圧電素子１１内にＸＹＺ各軸加
速度成分検出可能な分極処理を施し、これに対応し分割
した、加速度成分検出用電極１２，１３，１４を形成し
た。
サの提供を目的とする。 【解決手段】 リング状圧電素子１１内にＸＹＺ各軸加
速度成分検出可能な分極処理を施し、これに対応し分割
した、加速度成分検出用電極１２，１３，１４を形成し
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三軸方向の各速度
を検出する加速度センサに関する。
を検出する加速度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の、圧電素子を用いた加速度センサ
は、各軸成分個別に対応するよう分けて圧電素子を複数
配置していた。以下に図４、図５を用い、従来の加速度
センサについて説明する。
は、各軸成分個別に対応するよう分けて圧電素子を複数
配置していた。以下に図４、図５を用い、従来の加速度
センサについて説明する。
【０００３】図４はＸＹＺ各軸成分検出用に配置された
加速度センサの基本構成を示す斜視図、この図におい
て、４１ａはＸ軸方向検出用圧電素子、４１ｂはＸ軸方
向検出用電極、４１ｃはＸ軸方向検出用錘、４２ａはＹ
軸方向検出用圧電素子、４２ｂはＹ軸方向検出用電極、
４２ｃはＹ軸方向検出用錘、４３ａはＺ軸方向検出用圧
電素子、４３ｂはＺ軸検出方向用電極、４４は圧電素子
４１ａ，４２ａ，４３ａを固定する金属ベースである。
図５はＸ軸またはＹ軸方向の加速度が印加された場合の
錘の挙動を示した図である。またＸ軸およびＹ軸方向検
出用圧電素子４１ａ，４２ａは辷り方向に、Ｚ軸方向検
出用圧電素子４３ａは厚み方向に分極を施した構成にな
っている。圧電素子に加速度が加わった場合発生する電
圧は、次式のようになる。
加速度センサの基本構成を示す斜視図、この図におい
て、４１ａはＸ軸方向検出用圧電素子、４１ｂはＸ軸方
向検出用電極、４１ｃはＸ軸方向検出用錘、４２ａはＹ
軸方向検出用圧電素子、４２ｂはＹ軸方向検出用電極、
４２ｃはＹ軸方向検出用錘、４３ａはＺ軸方向検出用圧
電素子、４３ｂはＺ軸検出方向用電極、４４は圧電素子
４１ａ，４２ａ，４３ａを固定する金属ベースである。
図５はＸ軸またはＹ軸方向の加速度が印加された場合の
錘の挙動を示した図である。またＸ軸およびＹ軸方向検
出用圧電素子４１ａ，４２ａは辷り方向に、Ｚ軸方向検
出用圧電素子４３ａは厚み方向に分極を施した構成にな
っている。圧電素子に加速度が加わった場合発生する電
圧は、次式のようになる。
【０００４】 前記個々の圧電素子４１ａ，４２ａ，４３ａをＸＹＺ各
軸方向に配置し、三次元座標系における加速度の検出を
行っている。
軸方向に配置し、三次元座標系における加速度の検出を
行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の構成では、ＸＹＺ各軸方向の加速度成分を精度よく
検出するためには、各成分検出用圧電素子４１ａ，４２
ａ，４３ａ各々を各軸に対して相互に、正確に直角に配
置しなければならず、この精度が確保出来ない場合、加
速度の方向はもとより、加速度自体も正確に検出できな
いという問題を有し、また、システムの信頼性向上の為
には、各軸毎に複数の圧電素子４１ａ，４２ａ，４３ａ
を配置する必要があり、いっそう加速度センサの構成が
面倒なものとなっていた。
来の構成では、ＸＹＺ各軸方向の加速度成分を精度よく
検出するためには、各成分検出用圧電素子４１ａ，４２
ａ，４３ａ各々を各軸に対して相互に、正確に直角に配
置しなければならず、この精度が確保出来ない場合、加
速度の方向はもとより、加速度自体も正確に検出できな
いという問題を有し、また、システムの信頼性向上の為
には、各軸毎に複数の圧電素子４１ａ，４２ａ，４３ａ
を配置する必要があり、いっそう加速度センサの構成が
面倒なものとなっていた。
【０００６】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、単純な構成で、ＸＹＺ各軸方向の加速度成分を、
精度よく検出することを目的とする。
ので、単純な構成で、ＸＹＺ各軸方向の加速度成分を、
精度よく検出することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の加速度センサは、リング状の金属ベース部
に、ＸＹＺ軸方向の加速度成分検出用の複数個の電極を
有するリング状圧電素子を貼付するとともに、Ｘ，Ｙ軸
方向加速度成分検出用電極上にはそれぞれ加速度検出用
錘を貼付する構成とすることで、所期の目的を達成する
ものである。
に本発明の加速度センサは、リング状の金属ベース部
に、ＸＹＺ軸方向の加速度成分検出用の複数個の電極を
有するリング状圧電素子を貼付するとともに、Ｘ，Ｙ軸
方向加速度成分検出用電極上にはそれぞれ加速度検出用
錘を貼付する構成とすることで、所期の目的を達成する
ものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、リング状の金属ベース部と、この金属ベースに接着
剤で貼り合わされるとともに、ＸＹＺ各軸方向の加速度
成分検出用の複数個の電極を有するリング状圧電素子と
を備え、前記圧電素子のＸ軸、Ｙ軸方向加速度成分検出
用電極上にはそれぞれ加速度検出用錘を貼り合わせたも
のであり、これにより単一素子で三軸方向成分の検出が
可能になる。
は、リング状の金属ベース部と、この金属ベースに接着
剤で貼り合わされるとともに、ＸＹＺ各軸方向の加速度
成分検出用の複数個の電極を有するリング状圧電素子と
を備え、前記圧電素子のＸ軸、Ｙ軸方向加速度成分検出
用電極上にはそれぞれ加速度検出用錘を貼り合わせたも
のであり、これにより単一素子で三軸方向成分の検出が
可能になる。
【０００９】本発明の請求項２に記載の発明は、Ｘ軸、
Ｙ軸方向の加速度成分検出にはせん断応力を、Ｚ軸方向
の成分検出にはたわみ応力を利用するように分極処理を
施したものであり、したがって単一圧電素子で三軸方向
成分の検出が可能になる。
Ｙ軸方向の加速度成分検出にはせん断応力を、Ｚ軸方向
の成分検出にはたわみ応力を利用するように分極処理を
施したものであり、したがって単一圧電素子で三軸方向
成分の検出が可能になる。
【００１０】本発明の請求項３に記載の発明は、圧電素
子同一平面内に、ＸＹＺ各軸方向成分検出電極を、各々
少なくとも二個を放射状に形成したもので、これにより
加速度センサの信頼性が向上する。
子同一平面内に、ＸＹＺ各軸方向成分検出電極を、各々
少なくとも二個を放射状に形成したもので、これにより
加速度センサの信頼性が向上する。
【００１１】本発明の請求項４に記載の発明は、圧電素
子に設けたＸ軸、Ｙ軸検出用電極を、９０度に振り分け
たもので、これによりＸＹ二次元の成分検出精度が向上
する。
子に設けたＸ軸、Ｙ軸検出用電極を、９０度に振り分け
たもので、これによりＸＹ二次元の成分検出精度が向上
する。
【００１２】本発明の請求項５に記載の発明は、圧電素
子に設けるＺ軸成分検出用電極を圧電素子の外周部に形
成するもので、外周端ほど大きなたわみ応力が利用で
き、したがってＺ軸方向成分の検出精度が向上する。
子に設けるＺ軸成分検出用電極を圧電素子の外周部に形
成するもので、外周端ほど大きなたわみ応力が利用で
き、したがってＺ軸方向成分の検出精度が向上する。
【００１３】本発明の請求項６に記載の発明は、金属ベ
ースの支持を、圧電素子に設けたＸ軸、Ｙ軸検出電極の
内方にて行ったもので、Ｚ軸方向の加速度に対しＸＹ軸
の応答を制約できる。
ースの支持を、圧電素子に設けたＸ軸、Ｙ軸検出電極の
内方にて行ったもので、Ｚ軸方向の加速度に対しＸＹ軸
の応答を制約できる。
【００１４】以上のように本発明の構成により、精度が
良く、信頼性が高い加速度センサが提供できる。
良く、信頼性が高い加速度センサが提供できる。
【００１５】以下、本発明の一実施形態を図１〜図３を
用い説明する。図１〜図３において、１０は金属ベー
ス、１１は圧電素子、１２はＸ軸方向加速度成分検出用
電極、１３はＹ軸方向加速度成分検出用電極、１４はＺ
軸方向加速度成分検出電極、１２ａはＸ軸方向加速度成
分検出用錘、１３ａはＹ軸方向加速度成分検出用錘、１
６は各電極部から電位を取り出すリード、１７は絶縁筒
である。図２において１５は圧電素子１１裏面の共通電
極、１８は金属ベース１０を支持したフランジで、電極
１２，１３の外周端内方にて支持を行っている。また１
９は半田である。
用い説明する。図１〜図３において、１０は金属ベー
ス、１１は圧電素子、１２はＸ軸方向加速度成分検出用
電極、１３はＹ軸方向加速度成分検出用電極、１４はＺ
軸方向加速度成分検出電極、１２ａはＸ軸方向加速度成
分検出用錘、１３ａはＹ軸方向加速度成分検出用錘、１
６は各電極部から電位を取り出すリード、１７は絶縁筒
である。図２において１５は圧電素子１１裏面の共通電
極、１８は金属ベース１０を支持したフランジで、電極
１２，１３の外周端内方にて支持を行っている。また１
９は半田である。
【００１６】上記加速度センサに用いる圧電素子１１
は、前記圧電素子１１内周面と外周面に分極用電極を形
成した後、絶縁オイル中で直流高電圧を印加し、前記圧
電素子１１主平面に対し水平方向に分極を行う。次に前
記圧電素子１１の裏面全面には共通電極１５を、表面に
は図２に示すような、ＸＹＺ各軸成分検出用の分割電極
１２，１３，１４をメッキ等の手段で形成する。このと
きＸ軸用電極１２とＹ軸用電極１３の一対は各々９０度
ずつずらして交互に配置した。次いで前記圧電素子１１
素子のＺ軸用電極１４と前記共通電極１５間に絶縁オイ
ル中で直流高電圧を印加し、前記圧電素子１１主平面に
対し垂直方向に分極を行った。これによりＸ軸、Ｙ軸に
はせん断応力、Ｚ軸にはたわみ応力の検出が可能な分極
処理がなされたことになる。分極処理の終了した前記セ
ンサ用圧電素子１１を金属ベース１０に接着剤（図示せ
ず）で貼り合わせ、更に前記圧電素子１１のＸ軸、Ｙ軸
用電極１２および１３上に、それぞれせん断応力検出用
の錘１２ａ，１３ａを接着剤で貼り合わせる。
は、前記圧電素子１１内周面と外周面に分極用電極を形
成した後、絶縁オイル中で直流高電圧を印加し、前記圧
電素子１１主平面に対し水平方向に分極を行う。次に前
記圧電素子１１の裏面全面には共通電極１５を、表面に
は図２に示すような、ＸＹＺ各軸成分検出用の分割電極
１２，１３，１４をメッキ等の手段で形成する。このと
きＸ軸用電極１２とＹ軸用電極１３の一対は各々９０度
ずつずらして交互に配置した。次いで前記圧電素子１１
素子のＺ軸用電極１４と前記共通電極１５間に絶縁オイ
ル中で直流高電圧を印加し、前記圧電素子１１主平面に
対し垂直方向に分極を行った。これによりＸ軸、Ｙ軸に
はせん断応力、Ｚ軸にはたわみ応力の検出が可能な分極
処理がなされたことになる。分極処理の終了した前記セ
ンサ用圧電素子１１を金属ベース１０に接着剤（図示せ
ず）で貼り合わせ、更に前記圧電素子１１のＸ軸、Ｙ軸
用電極１２および１３上に、それぞれせん断応力検出用
の錘１２ａ，１３ａを接着剤で貼り合わせる。
【００１７】上記構成で加速度が加わった場合、ＸＹ軸
の二次元の加速度は、従来例の図５で示す原理のごと
く、各軸の成分検出用錘１２ａ，１３ａは加速度に対し
て逆の慣性力が働き、これにより圧電素子１１内に構成
したＸ軸およびＹ軸成分検出部にせん断応力が加わり、
その結果ＸＹ軸の電極１２，１３に電位が発生する。加
速度の大きさおよび方位は、Ｘ軸およびＹ軸に発生した
電位のベクトルを合成して求めることができる。従って
ＸＹ軸二次元成分検出用の電極１２，１３の９０度に振
り分けた対を圧電素子１１平面内に多く形成することに
より、二次元成分検出精度は更に向上する。
の二次元の加速度は、従来例の図５で示す原理のごと
く、各軸の成分検出用錘１２ａ，１３ａは加速度に対し
て逆の慣性力が働き、これにより圧電素子１１内に構成
したＸ軸およびＹ軸成分検出部にせん断応力が加わり、
その結果ＸＹ軸の電極１２，１３に電位が発生する。加
速度の大きさおよび方位は、Ｘ軸およびＹ軸に発生した
電位のベクトルを合成して求めることができる。従って
ＸＹ軸二次元成分検出用の電極１２，１３の９０度に振
り分けた対を圧電素子１１平面内に多く形成することに
より、二次元成分検出精度は更に向上する。
【００１８】Ｚ軸方向の加速度に対しては、中央部で支
持された金属ベース１０とそれに貼り合わされた圧電素
子１１は二次元成分と同様に逆の慣性力が働き、たわみ
応力が加わりその結果電極１４に電位が発生する。この
場合Ｚ軸成分検出用の電極１４は、圧電素子１１の外周
部に形成されているため、小さい加速度に対しても大き
いたわみ応力を受け、検出精度が向上する。Ｚ軸方向の
大きさと方位はＸＹ軸の二次元成分とＺ軸成分のベクト
ルを合成することにより求めることができる。
持された金属ベース１０とそれに貼り合わされた圧電素
子１１は二次元成分と同様に逆の慣性力が働き、たわみ
応力が加わりその結果電極１４に電位が発生する。この
場合Ｚ軸成分検出用の電極１４は、圧電素子１１の外周
部に形成されているため、小さい加速度に対しても大き
いたわみ応力を受け、検出精度が向上する。Ｚ軸方向の
大きさと方位はＸＹ軸の二次元成分とＺ軸成分のベクト
ルを合成することにより求めることができる。
【００１９】尚、金属ベース１０の中央部支持用のフラ
ンジ１８の端部を圧電素子１１に形成したＸＹ軸成分検
出用の電極１２，１３の外面端部に一致させることによ
り、垂直Ｚ軸方向の加速度に対する、ＸＹ軸検出部のた
わみ応力を抑制でき、単一素子を使用した三次元座標系
加速度センサの精度が向上出来る。また更に、本発明は
一枚の圧電素子１１を使用しているため圧電定数ｄにバ
ラツキがなく、検出された電位量に対し、検出素子毎の
補正の必要がなく、システム全体の信頼性が高いものに
なる。
ンジ１８の端部を圧電素子１１に形成したＸＹ軸成分検
出用の電極１２，１３の外面端部に一致させることによ
り、垂直Ｚ軸方向の加速度に対する、ＸＹ軸検出部のた
わみ応力を抑制でき、単一素子を使用した三次元座標系
加速度センサの精度が向上出来る。また更に、本発明は
一枚の圧電素子１１を使用しているため圧電定数ｄにバ
ラツキがなく、検出された電位量に対し、検出素子毎の
補正の必要がなく、システム全体の信頼性が高いものに
なる。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明は、一つの圧電素子
にＸＹＺ軸加速度成分検出用の電極を設けたものである
ので、構成が簡略化でき、精度も高いものとなる。
にＸＹＺ軸加速度成分検出用の電極を設けたものである
ので、構成が簡略化でき、精度も高いものとなる。
【図１】本発明の一実施形態における加速度センサの斜
視図
視図
【図２】同加速度センサの圧電素子の斜視図
【図３】図１の部分断面図
【図４】従来の加速度センサの斜視図
【図５】同検出原理図
１０ 金属ベース １１ 圧電素子 １２ Ｘ軸方向加速度成分検出用電極 １２ａ Ｘ軸方向加速度成分検出用錘 １３ Ｙ軸方向加速度成分検出用電極 １３ａ Ｙ軸方向加速度成分検出用錘 １４ Ｚ軸方向加速度成分検出用電極 １５ 共通電極 １６ リード部 １７ 絶縁筒 １８ フランジ １９ 半田
Claims (6)
- 【請求項１】 リング状の金属ベース部と、この金属ベ
ースに接着剤で貼り合わされるとともに、ＸＹＺ軸方向
の加速度成分検出用の複数個の電極を有するリング状圧
電素子とを備え、前記圧電素子のＸ軸、Ｙ軸方向加速度
成分検出用電極上にはそれぞれ加速度検出用錘が貼り合
わせられた加速度センサ。 - 【請求項２】 圧電素子は、Ｘ軸、Ｙ軸方向の加速度成
分の検出にはせん断応力を、Ｚ軸方向の検出にはたわみ
応力を、利用するように分極処理が施された請求項１記
載の加速度センサ。 - 【請求項３】 圧電素子は、金属ベースに貼り合わされ
る面側には共通電極を設け、反対面にはＸＹＺ各軸方向
加速度成分検出電極を、各々少なくとも二個放射状に形
成した請求項１記載の加速度センサ。 - 【請求項４】 圧電素子に設けたＸ軸、Ｙ軸検出用電極
を、９０度に振り分けて形成した請求項１記載の加速度
センサ。 - 【請求項５】 圧電素子に設けたＺ軸検出用電極は、圧
電素子の外周部に形成した請求項１記載の加速度セン
サ。 - 【請求項６】 金属ベースの支持は、圧電素子に設けら
れたＺ軸検出電極の内方にて行った請求項１記載の加速
度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8020862A JPH09211018A (ja) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8020862A JPH09211018A (ja) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | 加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09211018A true JPH09211018A (ja) | 1997-08-15 |
Family
ID=12038953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8020862A Pending JPH09211018A (ja) | 1996-02-07 | 1996-02-07 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09211018A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103604949A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-02-26 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种环状压电式微加速度传感器 |
| CN103604950A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-02-26 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种压电式微加速度传感器 |
-
1996
- 1996-02-07 JP JP8020862A patent/JPH09211018A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103604949A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-02-26 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种环状压电式微加速度传感器 |
| CN103604950A (zh) * | 2013-11-20 | 2014-02-26 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种压电式微加速度传感器 |
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