JPH09329487A - Acceleration sensor - Google Patents
Acceleration sensorInfo
- Publication number
- JPH09329487A JPH09329487A JP17308096A JP17308096A JPH09329487A JP H09329487 A JPH09329487 A JP H09329487A JP 17308096 A JP17308096 A JP 17308096A JP 17308096 A JP17308096 A JP 17308096A JP H09329487 A JPH09329487 A JP H09329487A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control voltage
- conversion element
- sharpness
- piezoelectric conversion
- acceleration sensor
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 先鋭度の抑制と感度の増大とを両立させるこ
とができ、かつ簡単な構成を有する加速度センサを提供
することにある。
【解決手段】 圧電型変換素子1の検知出力はサーボ回
路14に入力する。該サーボ回路14は、該圧電型変換
素子1の出力信号を20〜90度の間で位相進角させ、
かつ周波数伝達特性zが、z=a+jb(ただし、0<
a<1、0<b<2)である制御電圧生成回路3と、該
制御電圧生成回路3の出力を入力とするインピーダンス
2とから構成されている。また、該制御電圧生成回路3
中の抵抗および前記インピーダンス2の少なくとも一つ
にサーミスタ等の温度補償素子を用いると温度補償をす
ることができる。
(57) An object of the present invention is to provide an acceleration sensor which can achieve both suppression of sharpness and increase of sensitivity and which has a simple structure. A detection output of a piezoelectric conversion element 1 is input to a servo circuit 14. The servo circuit 14 advances the phase of the output signal of the piezoelectric conversion element 1 between 20 and 90 degrees,
And the frequency transfer characteristic z is z = a + jb (where 0 <
The control voltage generating circuit 3 has a <1 and 0 <b <2), and the impedance 2 receives the output of the control voltage generating circuit 3. Further, the control voltage generation circuit 3
Temperature compensation can be performed by using a temperature compensating element such as a thermistor for at least one of the internal resistance and the impedance 2.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は加速度センサに関
し、特に感度の向上と先鋭度の抑制とを両立させた、エ
ンジンノック振動等の検出に好適な加速度センサに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor, and more particularly to an acceleration sensor which is compatible with both improvement of sensitivity and suppression of sharpness and which is suitable for detecting engine knock vibration and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】エンジンノック振動等の検出をするため
の加速度センサの一つである共振型加速度センサは、特
定の周波数成分を有する加速度成分を検出するものであ
り、主に、圧電体を用いたものが実用化されている。周
知のように、ノックセンサはエンジン固有のノック振動
を検知するものであり、エンジンの固有振動にばらつき
があっても、高感度でノック振動を検知することが必要
である。2. Description of the Related Art A resonance type acceleration sensor, which is one of acceleration sensors for detecting engine knock vibration and the like, detects an acceleration component having a specific frequency component. What was used has been put to practical use. As is well known, the knock sensor detects knock vibration peculiar to the engine, and it is necessary to detect the knock vibration with high sensitivity even if the natural vibration of the engine varies.
【0003】従来のこの種のセンサの一つとして、例え
ば特公平2−1248号公報に開示されているものがあ
る。このセンサは、図12に示されているように、圧電
型変換素子21の出力端21aとグランド間に、C0 R
ω=0.5〜2を満足する抵抗値Rの抵抗22を接続し
て構成したものである。ここで、C0 は前記圧電型変換
素子21の静電容量、ωは共振角周波数である。このよ
うに、圧電型変換素子21に抵抗22を並列接続したノ
ックセンサによれば、該抵抗22のないものに比べて、
感度すなわち単位加速度当りの出力電圧が低下する。こ
の従来のノックセンサは、感度を犠牲にすることによ
り、その周波数特性の共振周波数近傍の先鋭度を抑制す
るものである。One of conventional sensors of this type is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 2-1248. This sensor, as shown in FIG. 12, has a C 0 R between the output end 21a of the piezoelectric conversion element 21 and the ground.
It is configured by connecting a resistor 22 having a resistance value R satisfying ω = 0.5 to 2. Here, C 0 is the capacitance of the piezoelectric conversion element 21, and ω is the resonance angular frequency. As described above, according to the knock sensor in which the resistance 22 is connected in parallel to the piezoelectric conversion element 21, as compared with the knock sensor without the resistance 22,
The sensitivity, that is, the output voltage per unit acceleration decreases. This conventional knock sensor suppresses the sharpness of its frequency characteristic near the resonance frequency by sacrificing the sensitivity.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来のノックセンサの先鋭度は、前記抵抗22のない
ものに比べてせいぜい1/2程度までしか抑制すること
ができず、エンジンノック周波数の製造ばらつきに対し
て、ほぼ一様な感度を持つようにすることができないと
いう問題点があった。また、従来技術では、ノックセン
サの先鋭度の抑制と感度の増大とは両立することができ
ず、ノックセンサの先鋭度の抑制を大きくすると、それ
に伴って感度も大きく低下してしまうという問題があっ
た。However, the sharpness of the above-described conventional knock sensor can be suppressed to about 1/2 at most as compared with the one without the resistor 22, and the engine knock frequency is manufactured. There is a problem that it is not possible to have a substantially uniform sensitivity to variations. Further, in the conventional technology, the suppression of the sharpness of the knock sensor and the increase of the sensitivity cannot be achieved at the same time, and if the suppression of the sharpness of the knock sensor is increased, the sensitivity is greatly reduced accordingly. there were.
【0005】この発明の目的は、前記した従来技術の問
題点を除去し、先鋭度の抑制と感度の増大とを両立させ
ることができ、かつ簡単な構成を有する加速度センサを
提供することにある。また、他の目的は、従来装置の先
鋭度より大きく抑制でき、エンジンノック周波数の製造
ばらつきに対して、ほぼ一様な感度を提供することので
きる加速度センサを提供することにある。An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problems of the prior art, and to provide an acceleration sensor having a simple structure which can achieve both suppression of sharpness and increase in sensitivity. . Another object of the present invention is to provide an acceleration sensor that can suppress the sharpness of the conventional device to a greater degree and can provide substantially uniform sensitivity to manufacturing variations in engine knock frequency.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、本発明は、圧電型変換素子を用いた加速度セン
サにおいて、前記圧電型変換素子の出力信号を20〜9
0度の間で位相進角させ、かつ周波数伝達特性zが、z
=a+jb(ただし、0<a<1、0<b<2)である
制御電圧生成回路を具備し、該制御電圧生成回路の出力
をインピーダンスを介して、前記圧電型変換素子の出力
端に接続するようにした点に特徴がある。 この発明に
よれば、前記制御電圧生成回路から出力された、前記圧
電型変換素子の検出電圧Vと位相が90度ずれた速度比
例成分と、同相の変位比例成分とが前記インピーダンス
を介して前記圧電型変換素子に印加される。前記速度比
例成分は、圧電型変換素子に逆圧電効果を及ぼし、圧電
型変換素子に振動減衰力を増加させる。このため、先鋭
度が低下する。一方、前記変位比例成分は、圧電型変換
素子の前記検出電圧に重畳され、感度(ゲイン)を増大
する。この結果、先鋭度の抑制と感度の増大とを両立さ
せることができるようになる。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides an acceleration sensor using a piezoelectric conversion element, in which an output signal of the piezoelectric conversion element is 20 to 9.
The phase is advanced between 0 degrees, and the frequency transfer characteristic z is z
= A + jb (where 0 <a <1, 0 <b <2) is provided, and the output of the control voltage generation circuit is connected to the output end of the piezoelectric conversion element via an impedance. The feature is that it is done. According to the present invention, the velocity proportional component, which is output from the control voltage generating circuit and is 90 degrees out of phase with the detected voltage V of the piezoelectric conversion element, and the in-phase displacement proportional component, are output via the impedance. Applied to the piezoelectric conversion element. The velocity proportional component exerts an inverse piezoelectric effect on the piezoelectric conversion element and increases the vibration damping force on the piezoelectric conversion element. Therefore, the sharpness is lowered. On the other hand, the displacement proportional component is superimposed on the detection voltage of the piezoelectric conversion element to increase the sensitivity (gain). As a result, the sharpness can be suppressed and the sensitivity can be increased at the same time.
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を詳細に説明する。まず、本発明の一実施形態の概略の
構成を図1を参照して説明する。図において、11は自
動車等のエンジン、12は該エンジンのノッキングを検
出するノックセンサ、13は電子制御装置(ECU)で
ある。該ECU13は、本発明により装着されたサーボ
回路14と、検出信号を波形処理する波形処理回路15
と、該波形処理回路15の出力によりノッキングの判定
をするマイクロコンピュータ16とから構成されてい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. First, a schematic configuration of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, 11 is an engine of an automobile or the like, 12 is a knock sensor for detecting knocking of the engine, and 13 is an electronic control unit (ECU). The ECU 13 includes a servo circuit 14 mounted according to the present invention and a waveform processing circuit 15 for waveform-processing a detection signal.
And a microcomputer 16 for determining knocking by the output of the waveform processing circuit 15.
【0008】次に、本実施形態の構成と動作を、図2を
参照してより具体的に説明する。図において、1は圧電
型変換素子、2は抵抗値Rのインピーダンス、3は該イ
ンピーダンス2と並列に接続され、かつ前記圧電型変換
素子1をサーボ制御する制御電圧生成回路、4はセンサ
出力端子、5は制御電圧帰還端子である。前記インピー
ダンス2、制御電圧生成回路3および制御電圧帰還端子
5は、前記サーボ回路14を構成している。なお、前記
インピーダンス2の虚数部分は無視できるほどに小さい
ものとする。Next, the configuration and operation of this embodiment will be described more specifically with reference to FIG. In the figure, 1 is a piezoelectric conversion element, 2 is an impedance having a resistance value R, 3 is a control voltage generation circuit which is connected in parallel with the impedance 2, and which servo-controls the piezoelectric conversion element 4, and 4 is a sensor output terminal. Reference numeral 5 is a control voltage feedback terminal. The impedance 2, the control voltage generation circuit 3, and the control voltage feedback terminal 5 form the servo circuit 14. It is assumed that the imaginary part of the impedance 2 is so small that it can be ignored.
【0009】以下に、圧電理論に基づいて、本実施形態
の動作を説明する。ノックセンサの圧電型変換素子1が
振動加速度αを受けている時の該圧電型変換素子1の変
位wは、速度をdw/dt、加速度をd2 w/dt2 と
すると、下記の(1) 式で表すことができる。The operation of this embodiment will be described below based on the piezoelectric theory. When the piezoelectric conversion element 1 of the knock sensor receives the vibration acceleration α, the displacement w of the piezoelectric conversion element 1 is given by the following (1), where velocity is dw / dt and acceleration is d 2 w / dt 2. ) Can be represented by a formula.
【0010】 md2 w/dt2 +cdw/dt+kw=mα−β0 V …(1) ここに、mは圧電型変換素子1の質量、cは機械的減
衰、kは剛性、Vは出力電圧であり、また、一般にβ0
>0である。−β0 Vは、逆圧電効果により、負の力が
発生することを示している。Md 2 w / dt 2 + cdw / dt + kw = mα−β 0 V (1) where m is the mass of the piezoelectric conversion element 1, c is mechanical damping, k is rigidity, and V is output voltage. , Also generally β0
> 0. -Β 0 V indicates that a negative force is generated due to the inverse piezoelectric effect.
【0011】次に、前記出力電圧Vは圧電効果により、
β1 を正の係数、Co をセンサ容量、Vcon を制御電圧
帰還端子5における制御電圧とすると、次の(2) 式で表
すことができる。Next, the output voltage V is
When β1 is a positive coefficient, Co is a sensor capacitance, and Vcon is a control voltage at the control voltage feedback terminal 5, it can be expressed by the following equation (2).
【0012】[0012]
【数1】 さて、圧電型変換素子1が角周波数ωで調和振動をした
とすると、前記(1) (2) 式を、複素振幅(* )を用い
て、それぞれ下記の(3) (4) 式で表すことができる。[Equation 1] Now, assuming that the piezoelectric conversion element 1 oscillates at an angular frequency ω, the equations (1) and (2) are expressed by the following equations (3) and (4) using the complex amplitude ( * ). be able to.
【0013】 {(k−mω2 )+jωc}w* =mα−β0 V* …(3) V* (1+1/jCo Rω)=β1 w* +V* con /jCo Rω …(4) ここで、角周波数ωにおける制御電圧生成回路3の電圧
伝達関数をa+jbとすると、下記の(5) 式が成立す
る。 V* con =(a+jb)V* …(5) 前記(3) 、(4) および(5) 式からV* con およびV* を
消去すると、次の(6)式で表されるセンサ振幅w* の式
を得ることができる。{(K−mω 2 ) + jωc} w * = mα−β0 V * (3) V * (1 + 1 / jCo Rω) = β1 w * + V * con / jCo Rω (4) where the angle is When the voltage transfer function of the control voltage generation circuit 3 at the frequency ω is a + jb, the following equation (5) is established. V * con = (a + jb) V * (5) If V * con and V * are deleted from the equations (3), (4) and (5), the sensor amplitude w expressed by the following equation (6) is obtained. You can get the formula of * .
【0014】[0014]
【数2】 [Equation 2]
【0015】共振角周波数では、(6) 式の実数部分は消
滅するから、次の(7) 式が成立する。At the resonance angular frequency, the real part of the equation (6) disappears, so the following equation (7) is established.
【0016】[0016]
【数3】 (7) 式より、先鋭度Qは次の(8) 式のようになる。(Equation 3) From the equation (7), the sharpness Q is given by the following equation (8).
【0017】[0017]
【数4】 また、感度(ゲイン)V* は、前記(3) 、(4) 、(5) お
よび(7) 式から求めることができ、次の(9) 式のように
なる。(Equation 4) Further, the sensitivity (gain) V * can be obtained from the equations (3), (4), (5) and (7), and is represented by the following equation (9).
【0018】[0018]
【数5】 前記(8) および(9) 式を、aを横軸にとり、bを縦軸に
とって図示すると、それぞれ図3(a) および(b) のよう
になる。ただし、諸元の一例として、ωc=0.5β0
β1 、Co Rω=1、α=1G、β1 m/ωc=0.5
VOLT/Gとした。(8) および(9) 式において、a=
b=0とすると、前記制御電圧生成回路3はなかったも
のとなり、従来技術で説明した特公平2−1248号公
報に開示されている装置と同じ特性をもつ。したがっ
て、この従来の装置の先鋭度は、図3(a) の原点での値
Q=35になり、その感度(ゲイン)は、図3(b) の原
点での値V* =180mVとなる。(Equation 5) In the equations (8) and (9), a is plotted on the abscissa and b is plotted on the ordinate, which are shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), respectively. However, as an example of specifications, ωc = 0.5β0
β1, Co Rω = 1, α = 1G, β1 m / ωc = 0.5
It was VOLT / G. In equations (8) and (9), a =
When b = 0, the control voltage generating circuit 3 is not provided and has the same characteristics as the device disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-1248 described in the prior art. Therefore, the sharpness of this conventional device is Q = 35 at the origin of FIG. 3 (a), and its sensitivity (gain) is V * = 180 mV at the origin of FIG. 3 (b). .
【0019】しかしながら、この実施形態では、制御電
圧生成回路3からなるサーボ機構を備えているので、図
3(a) から明らかなように、a<1およびb>0の範囲
で、先鋭度Qは従来の35より小さい25あるいは15
等にすることができ、従来の先鋭度より大きく抑圧する
ことができる。また、この実施形態によれば、図3(b)
から明らかなように、a<1およびb>0の範囲で、そ
の感度(ゲイン)は、例えば300mVと従来装置のゲ
イン180mVよりはるかに大きくすることができる。
以上のことから、本実施形態では、制御電圧生成回路3
からなるサーボ機構を設けているので、従来装置より、
低先鋭度でかつ高感度の加速度センサを得ることができ
る。図示から明らかなように、先鋭度Qを25以下、感
度(ゲイン)を220mV以上にするのが好適であり、
特に先鋭度Qを15以下、感度(ゲイン)を300mV
以上にするのがよい。However, in this embodiment, since the servo mechanism including the control voltage generating circuit 3 is provided, as is apparent from FIG. 3A, the sharpness Q is within the range of a <1 and b> 0. Is 25 or 15 smaller than the conventional 35
Etc., and can be suppressed to a greater degree than the conventional sharpness. Also, according to this embodiment, FIG.
As is clear from the above, the sensitivity (gain) in the range of a <1 and b> 0 can be set to, for example, 300 mV, which is much higher than the gain of 180 mV of the conventional device.
From the above, in the present embodiment, the control voltage generation circuit 3
Since a servo mechanism consisting of
An acceleration sensor with low sharpness and high sensitivity can be obtained. As is apparent from the drawing, it is preferable that the sharpness Q is 25 or less and the sensitivity (gain) is 220 mV or more,
Particularly, sharpness Q is 15 or less, sensitivity (gain) is 300 mV
The above is better.
【0020】さて、前記制御電圧伝達関数の実数部分a
および虚数部分bは、一般に周波数で変化する。特に、
共振周波数近傍の周波数における実数部分aおよび虚数
部分bの適性存在域、すなわち図3(a) 、(b) の適性域
の共通領域をナイキスト線図として概略図示すると、図
4の斜線図となり、位相を20〜90度進角させ、実数
部分aを0〜1、虚数部分bを0〜2とすればよいこと
が分かる。Now, the real part a of the control voltage transfer function
And the imaginary part b generally changes in frequency. Especially,
The suitable existence range of the real part a and the imaginary part b at frequencies near the resonance frequency, that is, the common region of the suitability ranges of FIGS. It is understood that the phase may be advanced by 20 to 90 degrees so that the real part a is 0 to 1 and the imaginary part b is 0 to 2.
【0021】次に、図4の条件を満たす制御電圧生成回
路3の一具体例を図5に示す。該制御電圧生成回路3は
コンデンサC1 と抵抗R1 とボルテージフォロワと直流
阻止コンデンサC2 とからなる、位相を進めるハイパス
フィルタから構成されている。いま、図示されているよ
うに、制御電圧生成回路3の入力電圧をVi 、前記ボル
テージフォロワの出力電圧をVo およびオペアンプの単
電源電圧Vccとすると、次の式が成立する。Next, FIG. 5 shows a specific example of the control voltage generation circuit 3 which satisfies the condition of FIG. The control voltage generating circuit 3 is composed of a high-pass filter that advances the phase and is composed of a capacitor C1, a resistor R1, a voltage follower and a DC blocking capacitor C2. Now, as shown in the figure, if the input voltage of the control voltage generation circuit 3 is Vi, the output voltage of the voltage follower is Vo, and the single power supply voltage Vcc of the operational amplifier, the following equation holds.
【0022】 (Vo −Vcc/2)/(Vi −Vcc/2) =jωC1 R1 /(1+jωC1 R1 ) =(ωC1 R1 )2 /{1+(ωC1 R1 )2 } +j×ωC1 R1 /{1+(ωC1 R1 )2 } =a+jb …(10) したがって、この具体例では、下記のようになる。 a=(ωC1 R1 )2 /{1+(ωC1 R1 )2 } b=ωC1 R1 /{1+(ωC1 R1 )2 } また、前記(10)式をナイキスト線図で表すと、図7のよ
うになる。図7の横軸は、(Vo −Vcc/2)/(Vi
−Vcc/2)の実数成分すなわちa、縦軸は虚数成分す
なわちbを表している。位相進角θは、θ=tan -1b/
aであるから、該a,b、すなわち周波数ω、C1 、R
1 を適当に設計することにより、該位相進角θを20〜
90度にすることができる。(Vo-Vcc / 2) / (Vi-Vcc / 2) = jωC1R1 / (1 + jωC1R1) = (ωC1R1) 2 / {1+ (ωC1R1) 2 } + j × ωC1R1 / {1+ (ωC1 R1) 2 } = a + jb (10) Therefore, in this specific example, it becomes as follows. a = (ωC1 R1) 2 / {1+ (ωC1 R1) 2 } b = ωC1 R1 / {1+ (ωC1 R1) 2 } Further, the above equation (10) is expressed in Nyquist diagram as shown in FIG. 7. . The horizontal axis of FIG. 7 is (Vo −Vcc / 2) / (Vi
-Vcc / 2) represents the real number component, that is, a, and the vertical axis represents the imaginary number component, that is, b. The phase advance angle θ is θ = tan −1 b /
a, b, that is, frequencies ω, C1, R
By designing 1 appropriately, the phase advance angle θ is 20 to
It can be 90 degrees.
【0023】例えば、角周波数ω=2π×12000=
75398rad/sec (周波数=2kHz)において、R
1=1100Ω、C1=約6.8nFとすると、位相進
角θは約60度(図7のA1 点)になり、また、R1 =
11KΩ、C1 =約1.2nFとすると、位相進角θは
約45度(図7のA2 点)となり、低先鋭度でかつ高感
度の加速度センサを得ることができる。ここで、C2 は
0.1μF以上の比較的大きい容量を持たせれば、交流
に対する抵抗はあまりない。For example, the angular frequency ω = 2π × 12000 =
At 75398 rad / sec (frequency = 2 kHz), R
When 1 = 1100Ω and C1 = about 6.8 nF, the phase advance angle θ becomes about 60 degrees (A1 point in FIG. 7), and R1 =
When 11 KΩ and C1 = about 1.2 nF, the phase advance angle θ becomes about 45 degrees (point A2 in FIG. 7), and an acceleration sensor with low sharpness and high sensitivity can be obtained. Here, if C2 has a relatively large capacitance of 0.1 μF or more, there is not much resistance to alternating current.
【0024】なお、この回路において、抵抗R1 および
インピーダンス2の少なくとも一方をサーミスタで構成
すると、温度補償をすることができ、加速度センサの性
能をより向上することができる。In this circuit, if at least one of the resistor R1 and the impedance 2 is a thermistor, temperature compensation can be performed and the performance of the acceleration sensor can be further improved.
【0025】次に、前記制御電圧生成回路3の他の具体
例を図6に示す。図6の制御電圧生成回路3は位相をず
らすことを特徴とするオールパスフィルタであり、図示
されているようにコンデンサCと3個の抵抗Rとオペア
ンプおよび比較的大容量をもつコンデンサ等の直流阻止
抵抗C2 から構成されている。この回路において、その
入力電圧をVi 、出力電圧をVo とすると、次の式が成
立する。Next, another specific example of the control voltage generating circuit 3 is shown in FIG. The control voltage generation circuit 3 of FIG. 6 is an all-pass filter characterized by shifting the phase, and as shown in the figure, a DC blocking of a capacitor C, three resistors R, an operational amplifier, a capacitor having a relatively large capacity, etc. It is composed of a resistor C2. In this circuit, when the input voltage is Vi and the output voltage is Vo, the following equation is established.
【0026】 (Vo −Vcc/2)/(Vi −Vcc/2) =−(1−jωCR)/(1+jωCR) =−(1−jωCR)2 /{1+(ωCR)2 } =[{(ωCR)2 −1}+j2ωCR]/{1+(ωCR)2 } =a+jb …(11) したがって、この具体例では、aおよびbの値は次のよ
うになる。 a={(ωCR)2 −1}/{1+(ωCR)2 } b=2ωCR/{1+(ωCR)2 } また、前記(11)式をナイキスト線図で表すと、図8のよ
うになる。図8の横軸は、(Vo −Vcc/2)/(Vi
−Vcc/2)の実数成分すなわちa、縦軸は虚数成分す
なわちbを表している。位相進角θは、θ=tan -1b/
aであるから、該a,b、すなわち周波数ω、C1 、R
1 を適当に設計することにより、該位相進角θを20〜
90度にすることができる。(Vo −Vcc / 2) / (Vi −Vcc / 2) = − (1-jωCR) / (1 + jωCR) = − (1-jωCR) 2 / {1+ (ωCR) 2 } = [{(ωCR ) 2 −1} + j2ωCR] / {1+ (ωCR) 2 } = a + jb (11) Therefore, in this specific example, the values of a and b are as follows. a = {(ωCR) 2 −1} / {1+ (ωCR) 2 } b = 2ωCR / {1+ (ωCR) 2 } Further, the Nyquist diagram of the equation (11) is as shown in FIG. . The horizontal axis of FIG. 8 is (Vo-Vcc / 2) / (Vi
-Vcc / 2) represents the real number component, that is, a, and the vertical axis represents the imaginary number component, that is, b. The phase advance angle θ is θ = tan −1 b /
a, b, that is, frequencies ω, C1, R
By designing 1 appropriately, the phase advance angle θ is 20 to
It can be 90 degrees.
【0027】例えば、角周波数ω=75398rad/sec
(周波数=12kHz)において、R1=47KΩ、C
=約270PFとすると、位相進角θは約90度(図8
のA1 点)になり、また、R=47KΩ、C=約470
PFとすると、位相進角θは約60度(図8のA2 点)
になり、低先鋭度でかつ高感度の加速度センサを得るこ
とができる。ここで、C2 は0.1μF以上の比較的大
きい容量を持たせれば、交流に対する抵抗はあまりな
い。For example, angular frequency ω = 75398 rad / sec
At (frequency = 12 kHz), R1 = 47 KΩ, C
= About 270 PF, the phase advance angle θ is about 90 degrees (see FIG. 8).
A1 point), and R = 47KΩ, C = approximately 470
If PF, the phase advance angle θ is about 60 degrees (A2 point in Fig. 8)
Therefore, it is possible to obtain an acceleration sensor with low sharpness and high sensitivity. Here, if C2 has a relatively large capacitance of 0.1 μF or more, there is not much resistance to alternating current.
【0028】なお、前記3個の抵抗Rおよびインピーダ
ンス2の少なくとも一方をサーミスタで構成すると、温
度補償をすることができ、加速度センサの性能をより向
上することができる。If at least one of the three resistors R and the impedance 2 is formed of a thermistor, temperature compensation can be performed and the performance of the acceleration sensor can be further improved.
【0029】ここで、前記先鋭度の定義を説明する。先
鋭度とは、共振曲線の尖り具合を示すものであり、図9
に示されているように、共振周波数f0 と、最大ゲイン
の1/21/2 倍における周波数幅Δfとの比、すなわ
ち、先鋭度Q=f0 /Δfで表される値である。Now, the definition of the sharpness will be described. The sharpness indicates the sharpness of the resonance curve.
As shown in (1), the ratio between the resonance frequency f0 and the frequency width Δf at 1/2 1/2 of the maximum gain, that is, the value represented by the sharpness Q = f0 / Δf.
【0030】次に、前記図2の構成の作用を、図10を
参照して定性的に説明する。端子4に発生した圧電型変
換素子1の検出電圧Vは制御電圧生成回路3に入力す
る。制御電圧生成回路3は前記したように、振幅が異な
りかつ位相θが20〜90度進んだ信号Vcon を出力す
る。いま、V=sin ωtとすると、該信号Vcon は次の
ようになる。Next, the operation of the configuration shown in FIG. 2 will be qualitatively described with reference to FIG. The detection voltage V of the piezoelectric conversion element 1 generated at the terminal 4 is input to the control voltage generation circuit 3. As described above, the control voltage generation circuit 3 outputs the signal Vcon having a different amplitude and a phase θ advanced by 20 to 90 degrees. Now, assuming that V = sin ωt, the signal Vcon becomes as follows.
【0031】Vcon =sin(ωt+θ) =cos θsin ωt
+sin θcos ωt この式から、信号Vcon は、検出電圧Vと同相の成分で
あるsin ωt成分、すなわち変位比例成分Vcon1と、V
と90度ずれた成分であるcos ωt成分、すなわち速度
比例成分Vcon2との合成であることがわかる。そして、
この信号Vconはインピーダンス2を介してセンサであ
る圧電型変換素子1に印加される。前記速度比例成分V
con2は圧電型変換素子1の出力電圧Vと90度ずれた成
分であるので、逆圧電効果で速度比例力を発生する。振
動減衰力は本来速度比例力であるので、逆圧電効果は振
動減衰力を増加させ、従って先鋭度が低下する。このよ
うに、図2の構成では、逆圧電効果を積極的に利用して
いるので、先鋭度を大幅に抑制することができるように
なる。なお、該逆圧電効果は、前記(1) 式の−β0Vに
相当することは明らかである。また、前記変位比例成分
Vcon1は、検出電圧Vと同相の成分であるので、該検出
電圧Vに重畳され、感度(ゲイン)が増大することとな
る。Vcon = sin (ωt + θ) = cos θsin ωt
+ Sin θcos ωt From this equation, the signal Vcon is a sin ωt component which is a component in phase with the detection voltage V, that is, the displacement proportional component Vcon1 and Vcon.
It can be seen that is a combination of the cos ωt component, which is a component deviated by 90 degrees, that is, the velocity proportional component Vcon2. And
This signal Vcon is applied to the piezoelectric conversion element 1 which is a sensor via the impedance 2. The velocity proportional component V
Since con2 is a component deviated from the output voltage V of the piezoelectric conversion element 1 by 90 degrees, a velocity proportional force is generated by the inverse piezoelectric effect. Since the vibration damping force is originally a velocity proportional force, the inverse piezoelectric effect increases the vibration damping force, and thus the sharpness is reduced. As described above, in the configuration of FIG. 2, since the inverse piezoelectric effect is positively utilized, the sharpness can be significantly suppressed. It is obvious that the inverse piezoelectric effect corresponds to −β0V in the equation (1). Further, since the displacement proportional component Vcon1 is in phase with the detection voltage V, it is superimposed on the detection voltage V, and the sensitivity (gain) is increased.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、圧電型変換素子の出力信号を20〜90度の間で
位相進角させ、かつ周波数伝達特性zが、z=a+jb
(ただし、0<a<1、0<b<2)である制御電圧生
成回路を具備し、該制御電圧生成回路の出力をインピー
ダンスを介して、前記圧電型変換素子の出力端に接続す
るようにしたので、先鋭度の抑制と感度の増大とを両立
させることができる。本発明装置と従来装置の周波数特
性a、bを図示すると、図11のようになり、本発明は
従来装置に比べて、先鋭度が抑制されかつ高感度である
ことがわかる。また、本発明による感度域d1 は従来装
置の感度域d2 に比べて広く、エンジンノック周波数の
製造ばらつきに対して、ほぼ一様な高感度を提供するこ
とができる。また、前記制御電圧生成回路中の抵抗およ
び前記インピーダンスの少なくとも一つにサーミスタ等
の温度補償素子を用いて温度補償をすると、温度の影響
を受けないより高性能な加速度センサを提供することが
できるようになる。As is apparent from the above description, in the present invention, the output signal of the piezoelectric conversion element is advanced in phase between 20 and 90 degrees, and the frequency transfer characteristic z is z = a + jb.
(Provided that 0 <a <1, 0 <b <2) is provided, and the output of the control voltage generation circuit is connected to the output end of the piezoelectric conversion element via the impedance. Therefore, the sharpness can be suppressed and the sensitivity can be increased at the same time. The frequency characteristics a and b of the device of the present invention and the conventional device are shown in FIG. 11, and it can be seen that the present invention has a higher sharpness and higher sensitivity than the conventional device. Further, the sensitivity range d1 according to the present invention is wider than the sensitivity range d2 of the conventional device, and it is possible to provide a substantially uniform high sensitivity with respect to manufacturing variation of the engine knock frequency. Further, if temperature compensation is performed using a temperature compensating element such as a thermistor for at least one of the resistance and the impedance in the control voltage generating circuit, a higher performance acceleration sensor that is not affected by temperature can be provided. Like
【図1】 本発明の概略の構成を示すブロック図であ
る。FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of the present invention.
【図2】 本発明の一実施形態の構成を示す回路図であ
る。FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
【図3】 本発明によって得られる先鋭度および感度
(ゲイン)を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing sharpness and sensitivity (gain) obtained by the present invention.
【図4】 図2の制御電圧生成回路の周波数伝達特性a
+jbのaおよびbの適性存在域を示す図である。4 is a frequency transfer characteristic a of the control voltage generation circuit of FIG.
It is a figure which shows the suitable existence area of a and b of + jb.
【図5】 図2の制御電圧生成回路の一具体例を示す回
路図である。5 is a circuit diagram showing a specific example of the control voltage generation circuit of FIG.
【図6】 図2の制御電圧生成回路の他の具体例を示す
回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing another specific example of the control voltage generation circuit of FIG.
【図7】 図5の回路のナイキスト線図である。FIG. 7 is a Nyquist diagram for the circuit of FIG.
【図8】 図6の回路のナイキスト線図である。FIG. 8 is a Nyquist diagram for the circuit of FIG.
【図9】 先鋭度の定義を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the definition of sharpness.
【図10】 本発明の作用を定性的に説明する特性図で
ある。FIG. 10 is a characteristic diagram qualitatively explaining the operation of the present invention.
【図11】 本発明の効果を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an effect of the present invention.
【図12】 従来装置の構成図である。FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional device.
1…圧電型変換素子、2…インピーダンス、3…制御電
圧生成回路、4…センサ出力端子、5…制御電圧帰還端
子、11…エンジン、12…ノックセンサ、13…電子
制御装置(ECU)、14…サーボ回路、15…波形処
理回路、16…マイクロコンピュータ。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric conversion element, 2 ... Impedance, 3 ... Control voltage generation circuit, 4 ... Sensor output terminal, 5 ... Control voltage feedback terminal, 11 ... Engine, 12 ... Knock sensor, 13 ... Electronic control unit (ECU), 14 ... Servo circuit, 15 ... Waveform processing circuit, 16 ... Microcomputer.
Claims (2)
おいて、 前記圧電型変換素子の出力信号を20〜90度の間で位
相進角させ、かつ周波数伝達特性zが、z=a+jb
(ただし、0<a<1、0<b<2)である制御電圧生
成回路を具備し、 該制御電圧生成回路の出力をインピーダンスを介して、
前記圧電型変換素子の出力端に接続するようにしたこと
を特徴とする加速度センサ。1. An acceleration sensor using a piezoelectric conversion element, wherein an output signal of the piezoelectric conversion element is phase advanced between 20 and 90 degrees, and a frequency transfer characteristic z is z = a + jb.
(Provided that 0 <a <1, 0 <b <2) is provided, and the output of the control voltage generation circuit is
An acceleration sensor characterized in that it is connected to an output end of the piezoelectric conversion element.
スの少なくとも一つにサーミスタ等の温度補償素子を用
い、温度補償をするようにしたことを特徴とする加速度
センサ。2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein a temperature compensation element such as a thermistor is used for at least one of the resistance and the impedance in the control voltage generation circuit to perform temperature compensation. Acceleration sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17308096A JPH09329487A (en) | 1996-06-12 | 1996-06-12 | Acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17308096A JPH09329487A (en) | 1996-06-12 | 1996-06-12 | Acceleration sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09329487A true JPH09329487A (en) | 1997-12-22 |
Family
ID=15953843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17308096A Pending JPH09329487A (en) | 1996-06-12 | 1996-06-12 | Acceleration sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09329487A (en) |
-
1996
- 1996-06-12 JP JP17308096A patent/JPH09329487A/en active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7028548B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
| JPS6359451B2 (en) | ||
| US6439030B2 (en) | Signal processing device for piezoelectric sensor | |
| EP1467178A2 (en) | Capacitance-sensing vibratory gyro and method for detecting change in capacitance | |
| JPH08327363A (en) | Angular velocity sensor | |
| JP3664041B2 (en) | Amplifier circuit for charge sensor | |
| JP3505197B2 (en) | Waveform shaping circuit | |
| JP2005172836A (en) | Sensor with symmetric limitation of signal | |
| EP1150125A1 (en) | Charge-type sensor amplifying circuit | |
| JPH09329487A (en) | Acceleration sensor | |
| US7343802B2 (en) | Dynamic-quantity sensor | |
| US6104120A (en) | Electric charge type sensor | |
| JPH08338781A (en) | Vibration signal processing method and apparatus for internal combustion engine for automobile | |
| US20070277614A1 (en) | Vibration sensor | |
| JP3665131B2 (en) | Tuning fork type angular velocity detection sensor | |
| JP3250085B2 (en) | Acceleration sensor | |
| JPH06148231A (en) | Yaw rate sensor temperature compensation method and temperature compensation device | |
| JPH0526506Y2 (en) | ||
| JPH07113816A (en) | Acceleration sensor | |
| JPH0850157A (en) | Resonance frequency measuring device | |
| JP2949994B2 (en) | Output torque measuring device for internal combustion engine | |
| JPS5932733B2 (en) | acceleration detector | |
| JP2026054747A (en) | Circuit devices and physical quantity detection devices | |
| JPH021248B2 (en) | ||
| JP3356888B2 (en) | Signal processing circuit of capacitance type sensor |