JPS618637A - Ａｌｐｏ↓４振動子 - Google Patents
Ａｌｐｏ↓４振動子Info
- Publication number
- JPS618637A JPS618637A JP12895184A JP12895184A JPS618637A JP S618637 A JPS618637 A JP S618637A JP 12895184 A JP12895184 A JP 12895184A JP 12895184 A JP12895184 A JP 12895184A JP S618637 A JPS618637 A JP S618637A
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- JP
- Japan
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- resonator
- load
- equation
- axis
- alpo4
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- Pending
Links
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- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は屈曲モードＡＬＰＯ，振動子に関する。特に、
両端部に荷重を印加する荷重センサーＡＬＰＯ番振動子
に関する。
両端部に荷重を印加する荷重センサーＡＬＰＯ番振動子
に関する。
〔従来技術および発明が解決しようとする問題点〕従来
から、荷重センサーとしてはバネ式、おるいは電磁式等
があるが、小型化、軽量化、耐衝撃性、並びに１アセン
ブルの容易性におい°Ｃは各々、一長一短ｔ″有してい
る。最近はエレクトロニクスの発達に伴ない振動子を荷
重センサーとして使用し喪荷重計が注目ｔ−１びている
。特に、水晶を材料とした荷重センサーが主力を成して
いる。しかしながら、水晶振動子は電気機械結合係数が
他の材料と比較して大変に小さいので、荷重感度を上げ
ようとすると、水晶振動子のＣ１工値（０ｙｙＳｔＧｔ
ニーａｄａｎｃｅ）が上昇してしまうという欠点があっ
た。本発明はこの欠点を改善するために、材料として水
晶より電気機械結合係数が約２倍のＡＬＰＯ，を使用し
ている。そして、本発明の目的は最大荷重感度を与える
屈曲モードＡＬＰＯ，振動子のカット角を提供すること
にるｖ１屈曲モードの両端部に荷重Ｆを印刀口したとき
の荷重感度全理論的に求めている。
から、荷重センサーとしてはバネ式、おるいは電磁式等
があるが、小型化、軽量化、耐衝撃性、並びに１アセン
ブルの容易性におい°Ｃは各々、一長一短ｔ″有してい
る。最近はエレクトロニクスの発達に伴ない振動子を荷
重センサーとして使用し喪荷重計が注目ｔ−１びている
。特に、水晶を材料とした荷重センサーが主力を成して
いる。しかしながら、水晶振動子は電気機械結合係数が
他の材料と比較して大変に小さいので、荷重感度を上げ
ようとすると、水晶振動子のＣ１工値（０ｙｙＳｔＧｔ
ニーａｄａｎｃｅ）が上昇してしまうという欠点があっ
た。本発明はこの欠点を改善するために、材料として水
晶より電気機械結合係数が約２倍のＡＬＰＯ，を使用し
ている。そして、本発明の目的は最大荷重感度を与える
屈曲モードＡＬＰＯ，振動子のカット角を提供すること
にるｖ１屈曲モードの両端部に荷重Ｆを印刀口したとき
の荷重感度全理論的に求めている。
以下、図面に沿って本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の振動子の振動鱗析をするときのモデル
図である。ＡＬＰＯ，振動子の形状は棒状で幅Ｗ１長さ
ｔ、厚みｔ、密度ρから成９、両端部は固定さｎている
。そして、外部から荷重（力）Ｆが印加さｎている。こ
のとき、振動方程式はポテンシャルエネルギー、運動エ
ネルギーを求め、変分原理を適用すること以下の様に表
現される。
図である。ＡＬＰＯ，振動子の形状は棒状で幅Ｗ１長さ
ｔ、厚みｔ、密度ρから成９、両端部は固定さｎている
。そして、外部から荷重（力）Ｆが印加さｎている。こ
のとき、振動方程式はポテンシャルエネルギー、運動エ
ネルギーを求め、変分原理を適用すること以下の様に表
現される。
但し、Ｅ：棒のヤング率 Ｆは引張り荷重Ａ：棒の断面
積 のとき正、圧縮 工：棒の二次慣性 荷重のときは一 モーメント Ｆとなる。
積 のとき正、圧縮 工：棒の二次慣性 荷重のときは一 モーメント Ｆとなる。
（１）式は近似的に解くことができ、周波数ｆについ但
し、ζは補正項である。又、αｎは振動子の境界条件に
よって決まる定数で 、両端固定の場合はｃｏｓαｎＣｏ５ｈαｎ ＝ １の
根である。
し、ζは補正項である。又、αｎは振動子の境界条件に
よって決まる定数で 、両端固定の場合はｃｏｓαｎＣｏ５ｈαｎ ＝ １の
根である。
又、荷重Ｆが印刃口さｎていないときの共振周波数奇、
両端固定棒の基本波撮動を考えると、ζは計算により、
−０，５５０５７となり、又、αｎ＝４．７８０となる
から０式は次のようになる。
両端固定棒の基本波撮動を考えると、ζは計算により、
−０，５５０５７となり、又、αｎ＝４．７８０となる
から０式は次のようになる。
■式は荷重を刃口えたときの周波数を示し、とおくと、
０５）式は荷重に対する感度を示している。即ち、Ｋが
大きいほど、単位荷重肖りの周波数の変化が大きくなる
。次に、このＫの値を詳細に検討すると、感度を大きく
するにはく０式より、振動子の長さを長くシ、二次慣性
モーメン）１−小さくシ、更に、ヤング率を小さく（弾
性コニプライアンスを大きく〕すｒば良い事が分かる。
０５）式は荷重に対する感度を示している。即ち、Ｋが
大きいほど、単位荷重肖りの周波数の変化が大きくなる
。次に、このＫの値を詳細に検討すると、感度を大きく
するにはく０式より、振動子の長さを長くシ、二次慣性
モーメン）１−小さくシ、更に、ヤング率を小さく（弾
性コニプライアンスを大きく〕すｒば良い事が分かる。
換言するならば、ｔと工は振動子の形状によって決まる
ものである。一方、ヤング率Ｅは振動子の切断方位によ
って決まる本のである。本発明は最大荷重感度を与える
カット角を理論的に求めている。即ち、カット角をパラ
メータとして、そのときの弾性コンプライアンス９１．
（ヤング率Ｅの逆数〕を求めている。第２図は弾性コン
プライアンスＥ１１ｎを計算にて求めるときの振動子と
結晶軸Ｘ、Ｙ、２との関係を示す。棒はＹ軸方向に長さ
ｔをとっている。このとき、ｘ＠を回転軸としてθ度回
転すると考えるＣ反時計方向を正〕。計算の手順として
、まず最初に、長さ方向の弾性コンプライアンスＢ＋−
は次めように表わさｎる。（９１゜；−〕 ｓ’ ａ ＝ ”ｔｔ ｍ＊ ’ ＋２ Ｊｓ ｆｌＬ
−ｎｌ” ２ Ｂ１４ＷＬ＊” ｎｌ＋８ｍｓ ？ｈ
’＋５４４ａｑ” ｓｔｍ （６）但し、 ｍ２
：６０８θ ′３１１ を日１１ ｅ ８１４ ｌ Ｓ
ｕ ｎ８鋳は各々 ｎ１＝ｓｉｎθ ＡｌＰｏ、 ｔＤ弾性ニア ｙ フラ
イアンス定数 第８図は角度θと弾性コンブ２イアンスＳ１ｕとの関係
を示す。第８図より角度θがマイナス側に行くにつ牡て
５Ｉｆｉは大きくなり （ヤング率Ｅは小さくなる〕、
約−加変で最大となる。従って、カット角θを０度から
一４０度の範囲に選ぶことＫよって振動子形状とは無関
係に最大荷重感度を提供することができる。第４図は本
発明の振動子形状の一実施例で、両端固定形状で両端部
より荷重Ｆが印刃口さｎるように設計さｎている。
ものである。一方、ヤング率Ｅは振動子の切断方位によ
って決まる本のである。本発明は最大荷重感度を与える
カット角を理論的に求めている。即ち、カット角をパラ
メータとして、そのときの弾性コンプライアンス９１．
（ヤング率Ｅの逆数〕を求めている。第２図は弾性コン
プライアンスＥ１１ｎを計算にて求めるときの振動子と
結晶軸Ｘ、Ｙ、２との関係を示す。棒はＹ軸方向に長さ
ｔをとっている。このとき、ｘ＠を回転軸としてθ度回
転すると考えるＣ反時計方向を正〕。計算の手順として
、まず最初に、長さ方向の弾性コンプライアンスＢ＋−
は次めように表わさｎる。（９１゜；−〕 ｓ’ ａ ＝ ”ｔｔ ｍ＊ ’ ＋２ Ｊｓ ｆｌＬ
−ｎｌ” ２ Ｂ１４ＷＬ＊” ｎｌ＋８ｍｓ ？ｈ
’＋５４４ａｑ” ｓｔｍ （６）但し、 ｍ２
：６０８θ ′３１１ を日１１ ｅ ８１４ ｌ Ｓ
ｕ ｎ８鋳は各々 ｎ１＝ｓｉｎθ ＡｌＰｏ、 ｔＤ弾性ニア ｙ フラ
イアンス定数 第８図は角度θと弾性コンブ２イアンスＳ１ｕとの関係
を示す。第８図より角度θがマイナス側に行くにつ牡て
５Ｉｆｉは大きくなり （ヤング率Ｅは小さくなる〕、
約−加変で最大となる。従って、カット角θを０度から
一４０度の範囲に選ぶことＫよって振動子形状とは無関
係に最大荷重感度を提供することができる。第４図は本
発明の振動子形状の一実施例で、両端固定形状で両端部
より荷重Ｆが印刃口さｎるように設計さｎている。
以上述べたように、本発明は両端固定部に荷重′Ｆ′を
加えたときの振動方程式より、振動子形状とは無関係に
最大荷重感度を与えるカット角を得ることができた。そ
ｎ故、分解能の高い荷重ＡｔＰＯ４センサーを得ること
ができるので、高精度の天秤等を得ることができる。同
時に、センサーとしてＡｔＰＯ，ｉ使用しているので、
小型化、軽量化、耐衝撃性、並びに、了センプルの容易
性に富んでいる。さらに１材料にＡｔＰＯ，’ｉｉ使用
しているので振動子としての電気機械結合係数が水晶よ
り大きく、水晶のときよりＣ２工値（ＯｒｙａｔαｌＩ
ｍｐｅｄａｎｃｅ ） ｆ小さくすることができるとい
う長所を有している。このように本発明の効果は著しく
大きく、その工業的価値は大変に大きい。
加えたときの振動方程式より、振動子形状とは無関係に
最大荷重感度を与えるカット角を得ることができた。そ
ｎ故、分解能の高い荷重ＡｔＰＯ４センサーを得ること
ができるので、高精度の天秤等を得ることができる。同
時に、センサーとしてＡｔＰＯ，ｉ使用しているので、
小型化、軽量化、耐衝撃性、並びに、了センプルの容易
性に富んでいる。さらに１材料にＡｔＰＯ，’ｉｉ使用
しているので振動子としての電気機械結合係数が水晶よ
り大きく、水晶のときよりＣ２工値（ＯｒｙａｔαｌＩ
ｍｐｅｄａｎｃｅ ） ｆ小さくすることができるとい
う長所を有している。このように本発明の効果は著しく
大きく、その工業的価値は大変に大きい。
第１図は本発明の振動子を解析するときのモデル図、
筋２図は弾性コンブ２イ了ンス”ｕｔ求めるときの本発
明のムＬ’ｐｏ番振動子と結晶軸との関係を示す斜視図
、 第８図は本発明のＡＬＰＯ，振動子の弾性コンプライア
ンスと切断角との関係を示すグラフ、第４図は本発明の
Ａ ＬＰ Ｏ，振動子の一実施例を示す斜視図である。 ｔ６．長さ ７・・幅 ｔｏ、厚み ｒｏ、荷重〔力）（張力のとき正、圧力のとき以上
明のムＬ’ｐｏ番振動子と結晶軸との関係を示す斜視図
、 第８図は本発明のＡＬＰＯ，振動子の弾性コンプライア
ンスと切断角との関係を示すグラフ、第４図は本発明の
Ａ ＬＰ Ｏ，振動子の一実施例を示す斜視図である。 ｔ６．長さ ７・・幅 ｔｏ、厚み ｒｏ、荷重〔力）（張力のとき正、圧力のとき以上
Claims (1)
- 屈曲モードの両端部に力を印加したＡＬＰＯ＿４振動子
で、前記振動子はＺ板をＸ軸を回転軸として、０度〜−
４０度回転した角度で切断されていることを特徴とする
荷重センサーＡＬＰＯ＿４振動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12895184A JPS618637A (ja) | 1984-06-22 | 1984-06-22 | Ａｌｐｏ↓４振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12895184A JPS618637A (ja) | 1984-06-22 | 1984-06-22 | Ａｌｐｏ↓４振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS618637A true JPS618637A (ja) | 1986-01-16 |
Family
ID=14997441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12895184A Pending JPS618637A (ja) | 1984-06-22 | 1984-06-22 | Ａｌｐｏ↓４振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS618637A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07154194A (ja) * | 1993-07-20 | 1995-06-16 | Avl Ges Verbrennungskraftmas & Messtech Mbh | 圧電結晶素子 |
-
1984
- 1984-06-22 JP JP12895184A patent/JPS618637A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07154194A (ja) * | 1993-07-20 | 1995-06-16 | Avl Ges Verbrennungskraftmas & Messtech Mbh | 圧電結晶素子 |
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