JP2000088871A - 衝撃・加速度検出装置及び衝撃・加速度検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動などの小さな加速度を測定する時に、衝
撃などの大きな加速度が加わった場合には出力が飽和し
て検出できない。 【解決手段】 加速度センサ１は第１の増幅回路２に接
続され、第１の増幅回路２の出力には第１の信号変換回
路４に接続され、第１の増幅回路２の出力にはさら第２
の増幅回路３が接続され、第２の増幅回路の出力には第
２の信号変換回路５を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加速度センサをも
ちいた加速度・衝撃検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化が進み、ノート
型パソコン等の携帯用電子機器が普及してきた。これら
の電子機器の衝撃に対する信頼性を確保・向上するため
に、小型で表面実装可能な高性能の加速度（衝撃）セン
サの需要が高まっている。例えば、高密度の磁気記録装
置への書き込み動作中に衝撃が加わると、ヘッドの位置
ずれが生じる。その結果、データの書き込みエラーやヘ
ッドの破損を引き起こす可能性がある。そこで、磁気記
録装置に加わった衝撃を検出し、書き込み動作を停止し
たり、ヘッドを安全な位置に退避させる必要がある。

【０００３】さらに、磁気記録装置では記録密度が高密
度化し、ディスク面におけるトラック幅が狭くなってき
ている。このため、わずかな振動でもヘッドの位置ずれ
（トラックずれ）が生じやすくなっている。磁気記録装
置の外部から加わる衝撃や振動のみならず、磁気記録装
置内部のモータなどの回転による小さな振動でも磁気ヘ
ッドがトラックずれを起こしてしまうという問題があ
る。

【０００４】今後、磁気記録装置をさらに高密度化して
いくためには、磁気記録装置内に生じる微少な振動・衝
撃をも検知して、振動・衝撃に抗して磁気ヘッドを移動
させて、目的とするトラック位置に磁気ヘッドを制御す
ることが必要になる。

【０００５】また、携帯電話などの携帯情報機器の小型
化進み、キーボードに代わる入力インターフェースのあ
り方が課題となってきた。この解決策として、加速度セ
ンサにより携帯情報機器に加わる加速度を検知して、入
力インターフェースとする方策が提案されている。

【０００６】さらに、携帯情報機器では、ユーザーが落
下させたり、ぶつけたりして衝撃を加えることが多くの
故障の原因とされている。このため、機器に加わった衝
撃を検知して記録しておくことが必要となってきた。

【０００７】加速度センサを用いて加速度を検知する場
合、図１２に示すように加速度センサ１に増幅回路３１
を接続し、加速度センサからの出力信号を増幅したの
ち、Ａ／Ｄコンバータやコンパレータなどの信号変換回
路３２によって加速度の大きさを識別した後、マイクロ
コンピュータなどの制御回路３３に入力され、加速度の
大きさにより機器の各部の動きが制御される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】磁気記録装置における
微小振動や、携帯情報機器における手の動きを検知する
場合、検知する加速度の大きさは小さいため、増幅回路
の増幅率を大きくすることにより検出する。

【０００９】一方、機器を落下させたり、ぶつけたりし
て発生する衝撃を検知する場合には、加速度の大きさは
極めて大きい。したがって、加速度センサからの出力信
号は極めて大きく、このように増幅率を大きくした増幅
回路を用いた場合、増幅回路からの出力はその増幅回路
の最大出力信号を越えて飽和してしまい、落下などの衝
撃を検出できないという問題を有している。

【００１０】逆に、落下などの大きな加速度を有する衝
撃を検知すべく増幅回路の増幅率を低くした場合には、
小さな振動を加速度センサが検知しても増幅率が低いた
め増幅回路からの出力信号が小さく、信号変換回路での
識別ができない。または、出力信号のＳ／Ｎが悪く、制
御をかけることができないという問題を生じていた。

【００１１】本発明は、上記従来の各種課題に鑑みてな
されたものであり、大きな衝撃により発生する大きな加
速度と、内部の振動などによる小さな加速度を一つの加
速度センサを用いて計測することが可能な衝撃・加速度
検出装置及び衝撃・加速度検出システムを提供すること
を目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、第１の本発明（請求項１に対応）は、加速度を
検出する加速度センサと、その加速度センサに接続さ
れ、所定の倍率の増幅を行う小加速度用増幅回路と、そ
の加速度センサに接続され、所定の倍率より小さい倍率
の増幅を行う大加速度用増幅回路と、前記小加速度用増
幅回路の出力を用いて、所定値より小さな加速度を計測
し、前記大加速度用増幅回路の出力を用いて、所定値よ
り大きな加速度を計測する計測手段とを備えたことを特
徴とする衝撃・加速度検出装置である。

【００１３】また第２の本発明（請求項２に対応）は、
前記大加速度用増幅回路の倍率は１であり、またはこの
大加速度用増幅回路は設けられていないことを特徴とす
る第１の発明に記載の衝撃・加速度検出装置である。

【００１４】また第３の本発明（請求項３に対応）は、
加速度センサと、前記大加速度用増幅回路及び小加速度
用増幅回路との間に別の増幅回路が設けられていること
を特徴とする第１の発明または第２の発明に記載の衝撃
・加速度検出装置である。

【００１５】また第４の本発明（請求項４に対応）は、
前記計測手段は、前記大加速度用増幅回路に接続された
第１コンパレータまたは第１Ａ／Ｄコンバータと、前記
小加速度用増幅回路に接続された第２コンパレータまた
は第２Ａ／Ｄコンバータと、それらの第１、第２コンパ
レータまたは第１、第２Ａ／Ｄコンバータの出力を入力
し、それらを所定の基準に基づいて適宜取捨選択して、
加速度を計測する計算手段とを有することを特徴とする
第１〜３の発明のいずれかに記載の衝撃・加速度検出装
置である。。

【００１６】また第５の本発明（請求項５に対応）は、
前記大加速度用増幅回路に接続されているのは、コンパ
レータであり、前記小加速度用増幅回路に接続されてい
るのは、Ａ／Ｄコンバータであることを特徴とする第４
の発明に記載の衝撃・加速度検出装置である。

【００１７】また第６の本発明（請求項６に対応）は、
前記大加速度用増幅回路に接続されているのは、Ａ／Ｄ
コンバータであり、前記小加速度用増幅回路に接続され
ているのは、Ａ／Ｄコンバータであることを特徴とする
第４の発明に記載の衝撃・加速度検出装置である。

【００１８】また第７の本発明（請求項７に対応）は、
前記加速度センサは、２軸または３軸方向に感度と出力
を有し、前記加速度センサの各軸方向のおのおのの出力
ごとに、第１〜６の発明のいずれかに記載の衝撃・加速
度検出装置を用いていることを特徴とする衝撃・加速度
検出システムである。

【００１９】また第８の本発明（請求項８に対応）は、
磁気記録装置に組み込まれ、前記磁気記録装置の制御に
用いられることを特徴とする第１〜７の発明のいずれか
に記載の衝撃・加速度検出装置である。

【００２０】また第９の本発明（請求項９に対応）は、
携帯型情報機器に組み込まれ、前記携帯型情報機器の制
御に用いられることを特徴とする第１〜７の発明のいず
れかに記載の衝撃・加速度検出装置である。

【００２１】また第１０の本発明（請求項１０に対応）
は、前記別の増幅回路は、電界効果型トランジスタを用
いていることを特徴とする第３の発明に記載の衝撃・加
速度検出装置である。

【００２２】また第１１の本発明（請求項１１に対応）
は、前記加速度センサは、ニオブ酸リチウムもしくはタ
ンタル酸リチウムを用いた素子で構成されていることを
特徴とする第１〜１０の発明のいずれかに記載の衝撃・
加速度検出装置である。

【００２３】次にこのような本発明の動作を説明する。

【００２４】第１〜６の本発明のいずれかに記載の衝撃
・加速度検出装置においては、大加速度用増幅回路をを
小さな利得をもつようにし、小加速度用増幅回路は大き
な利得をもつようにすることができ、一つの加速度セン
サを用いるだけで大きな加速度と小さな加速度を出力信
号が飽和することなく計測手段で検出することができ
る。

【００２５】第７の本発明記載の衝撃・加速度検出シス
テムにおいては、複数の軸方向についても、大きさが極
端に異なる加速度が加わった場合にも、信号が飽和する
ことなく、大きな加速度と小さな加速度を軸方向ごとに
検出することができる。

【００２６】第８の本発明記載の衝撃・加速度検出装置
においては、外部からの衝撃に対する磁気記録装置内の
データの保護と、微小な振動に対する磁気ヘッドの位置
制御を一つの加速度センサを用いるだけで行うことがで
きる。

【００２７】第９の本発明記載の衝撃・加速度検出装置
においては、落下衝撃などの検出と記録と、微小な振動
を検出して機器の各部の制御を一つの加速度センサを用
いるだけで行うことができる。

【００２８】第１０の本発明記載の衝撃・加速度検出装
置においては、インピーダンスの高い加速度センサであ
っても、電界効果型トランジスタの入力インピーダンス
が高いため感度を低下させることがなく、かつインピー
ダンス変換して低いインピーダンスで出力できるため、
計測手段への入力が容易となる。

【００２９】第１１の本発明記載の衝撃・加速度検出装
置においては、加速度センサのセンサ素子が単結晶であ
るため、特性ばらつきが小さく、かつ安定な加速度セン
サが得られ、高精度な測定を行うことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図１１を用いて説明する。

【００３１】（実施の形態１）図１は本発明に係る第１
の実施の形態の衝撃・加速度検知装置のブロック図であ
る。加速度センサ１はその出力が第１の増幅回路２に接
続されており、加速度を検知するセンサである。第１の
増幅回路２はその出力が第１の信号変換回路４に接続さ
れている回路である。さらに第１の信号変換回路４は制
御回路６にも接続されている回路である。さらに第１の
増幅回路２はその出力が第２の増幅回路３に接続されて
いる回路である。第２の増幅回路３はその出力が第２の
信号変換回路５に接続されている回路である。第２の信
号変換回路５はその出力が制御回路６に入力される回路
である。

【００３２】図２は本発明に係る第１の実施の形態の衝
撃・加速度検知装置の回路図である。図２において、第
１の増幅回路２は接合型の電界効果型トランジスタ（Ｆ
ＥＴ）を用いて構成されており、第１の信号変換回路４
はコンパレータで構成されている。第２の増幅回路３は
オペアンプを用いて構成されており、第２の信号変換回
路５はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータを用い
て構成されている。制御回路６はマイクロコンピュータ
で構成されている。電源電圧Ｖｃｃは、５Ｖである。

【００３３】図３は本発明に係る第１の実施の形態の衝
撃・加速度検出装置に用いた加速度センサの構造図であ
る。加速度センサ１は圧電体を貼り合わせてバイモルフ
型の梁の片端を固定して形成されたものである。センサ
素子１０１の圧電体としてはニオブ酸リチウム単結晶１
０２を直接接合して貼り合わせたものであり、梁の両面
に電極が形成されており、各電極は外部電極１０６、１
０７と接続されている。ニオブ酸リチウム単結晶１０２
は圧電単結晶であり、圧電セラミックのような特性ばら
つきや経時変化がなく、安定で高精度な加速度センサを
作成することができる。このセンサの感度は、５ｍＶ／
Ｇであり、加わった加速度と出力電圧は比例し、その直
線性は１％である。

【００３４】次に、このような本実施の形態の動作を説
明する。

【００３５】図２に示すように加速度センサの１外部電
極１０６、１０７の一端はＦＥＴに接続されており、他
端は接地されている。第１の増幅回路２は、ＦＥＴのソ
ースフォロワ回路であり、インピーダンス変換回路とな
っている。利得はほぼ０ｄＢであり、加速度センサの出
力電圧がほぼそのまま出力される。

【００３６】ＦＥＴの入力インピーダンスは高いため、
加速度センサのインピーダンスが高くとも感度を損なう
ことがなく、上述のように出力インピーダンスを低くす
ることができる。

【００３７】第１の増幅回路２に接続される第１の信号
変換回路４のコンパレータの参照電圧はマイクロコンピ
ュータにより与えられる。コンパレータを参照電圧より
高い電圧を有する信号が入力された時に信号を出力す
る。参照電圧を識別したい加速度の大きさに相当する電
圧に設定しておけば、設定した加速度より大きい加速度
が加わったことが容易に検知できる。

【００３８】本実施の形態では、１００Ｇ以上の衝撃を
検知するために加速度センサ１の感度から参照電圧を５
００ｍＶに設定した。これにより、１００Ｇ以上の衝撃
が加わったことをコンパレータからの出力信号をマイク
ロコンピュータが受けることにより認識して、衝撃を受
けた場合の指示を機器の各部に命令することができる。

【００３９】第１の増幅回路２の出力部には、第２の増
幅回路３が接続されている。第２の増幅回路３はオペア
ンプを用いた増幅回路であり、利得は抵抗Ｒ５とＲ６の
比で決まる。

【００４０】本実施の形態では、５Ｇまでの振動を精度
よく検知するために１００倍の利得をとるべく、Ｒ５と
Ｒ６の比を１００とした。すなわち、第２の増幅回路３
の利得を４０ｄＢとした。第１の増幅回路２の利得がほ
ぼ０であるため、加速度センサ１の出力信号は４０ｄＢ
増幅され、５Ｇの加速度が加わった場合、２．５Ｖの振
幅を有する信号が出力される。出力の基準電圧は電源電
圧の１／２とし、本実施の形態では２．５Ｖである。

【００４１】第２の増幅回路３の出力信号は、Ａ／Ｄコ
ンバータで構成される第２の信号変換回路５に入力さ
れ、Ａ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄコンバータは５Ｖ、１０
ビットのものを用いた。

【００４２】加速度の大きさはデジタル値に変換され、
制御回路６となるマイクロコンピュータに入力される。
マイクロコンピュータでは、加速度のデジタル値に応じ
て機器に当該加速度が入った場合の対応を指示する指令
を発する。Ａ／Ｄコンバータでは加速度信号波形をすべ
て取り込むことができるため、加速度の大きさのみなら
ず周波数まで計測することができ、高精度な測定を行う
ことができる。

【００４３】５Ｇ以下の振動による加速度について高い
分解能で検出することができた。また、１００Ｇ以上の
大きな衝撃に対する加速度に対しても、第１の信号変換
回路４で検出することができた。５Ｇ以上の加速度で
は、第２の増幅回路３は飽和してしまい検出することは
できない。

【００４４】低い加速度に対する検出範囲は、増幅回路
の利得を変更することで可変にできる。また、高い加速
度に対して検出する下限は、コンパレータに入力する参
照電圧を変更することで設定できる。

【００４５】やや強い衝撃が加わった場合、第２の増幅
回路３の出力が飽和するが、第１の増幅回路２に接続さ
れた第１の信号変換回路４の参照電圧より低い場合が起
こりうる。第２の増幅回路３の出力が飽和する電圧は、
あらかじめ制御回路６に記憶させておく。たとえば、電
源電圧まで増幅可能な増幅回路の場合は、電源電圧に相
当する電圧が飽和電圧となる。この電圧に相当する出力
が、頻繁に観測される場合には、第１の信号変換回路４
の参照電圧を制御回路６により下げて、第１の信号変換
回路４での検出する衝撃レベルを容易に変更して観測す
ることができる。

【００４６】また、第１の信号変換回路４としてコンパ
レータを２段にするなどして、大きな衝撃の検知レベル
を多段にすることも可能である。

【００４７】以上により、小さな加速度を高い精度で計
測することができ、かつ大きな加速度をも識別すること
ができる衝撃・加速度検知装置が実現できた。

【００４８】なお、第１の信号変換回路４は、コンパレ
ータに限るものではなく、図４に示すようにＡ／Ｄコン
バータを用い、第１の信号変換回路４、第２の信号変換
回路５ともにＡ／Ｄコンバータとしてもよい。この場合
には、大加速度、小加速度ともにＡ／Ｄコンバータの分
解能により高精度な計測を行うことができる。

【００４９】この２つのＡ／Ｄコンバータの出力のデジ
タル値と加速度の大きさの関係は、それぞれの増幅回路
の利得からあらかじめ、制御回路６に記憶させておく。
加速度の大きさが小さく、第２の増幅回路３の出力が飽
和するまでは、第２の信号変換回路５のＡ／Ｄコンバー
タの出力により、加速度を判定するように制御回路６を
動作させる。第２の増幅回路３の出力が飽和する電圧を
第２の信号変換回路５のＡ／Ｄコンバータを通して制御
回路６が検出した場合は、第１の増幅回路２に接続され
た第１の信号変換回路４を構成するＡ／Ｄコンバータの
出力値から制御回路６で加速度を検知することができ
る。このように、２つの信号変換回路にＡ／Ｄコンバー
タを用いることにより、第１の増幅回路２と第２の増幅
回路３で加速度を切れ目なく測定することができる。

【００５０】さらに、どちらの信号変換回路ともコンパ
レータとしてもよい。この場合、２つのレベルの判別し
かできないが簡易に測定できる。コンパレータを多段に
して、判別のレベルを各増幅回路について複数にしても
よい。また、信号変換回路は、コンパレータ、Ａ／Ｄコ
ンバータに限るものではない。また、第２の信号変換回
路は、５Ｖ、１０ビットのＡ／Ｄ変換に限るものではな
く、他の分解能のものを用いてもよい。

【００５１】さらに、第１の増幅回路２はＦＥＴに限る
ものではなく、他の能動素子を用いてもよい。たとえ
ば、図５に示すようにどちらの増幅回路にもオペアンプ
を用いる回路でもよい。

【００５２】さらに、第２の増幅回路３の構成は、図２
の構成に限るものではなく、オペアンプを用いた他の構
成でもよい。また、ディスクリート部品を用いて構成し
てもよく、ＩＣ化したものでもよい。

【００５３】さらに、加速度センサは素子のみがパッケ
ージ内に実装されたものを用いたが、これに限るもので
はなく、センサ素子１０１と第１の増幅回路２を構成す
るＦＥＴや抵抗が同一パッケージに実装されたもの、あ
るいは第１の増幅回路２、第２の増幅回路３がセンサ素
子１０１と実装されたもの、あるいは増幅回路、信号変
換回路のいずれもが同一パッケージに実装されたもので
もよい。

【００５４】さらに、加速度センサ１として、ニオブ酸
リチウムを貼り合わせた片もち梁型のセンサを用いた
が、これに限るものではなくタンタル酸リチウムや圧電
セラミックを用いてバイモルフ型素子を形成した片もち
梁型、両もち梁型、中心支持型のセンサでもよい。ある
いは、半導体式のセンサでもよい。

【００５５】計測する加速度の周波数範囲は、増幅回路
においてフィルタ回路を設ければよい。図６（ａ）は、
フィルタ回路を用い計測する加速度の周波数範囲を選択
する場合のブロック図である。フィルタ回路１（７）に
より、第１の増幅回路２の出力信号の周波数帯域が選択
され、特定の周波数範囲の加速度が第１の信号変換回路
４を通して検出される。第２の増幅回路３の後段にフィ
ルタ回路２（８）を設けることにより、第２の信号変換
回路５をとおして検出する加速度の周波数範囲を選択す
ることができる。このように、２つのフィルタを設ける
ことにより、第１の信号変換回路４と第２の信号変換回
路５で検出する加速度の周波数帯を別々に選択すること
ができる。

【００５６】図６（ｂ）はフィルタ回路を用い計測する
加速度の周波数範囲を選択する場合の他のブロック図で
ある。本ブロック図では、フィルタ回路を第１の増幅回
路２と第２の増幅回路３の間に設ける。これにより、第
１の信号変換回路４、第２の信号変換回路５ともに同じ
周波数帯の加速度を選択的に検出することができる。

【００５７】フィルタ回路の構成としては、図６（ｃ）
に示した抵抗とコンデンサを組み合わせたローパスフィ
ルタ１０や、抵抗とコンデンサの配置を逆にしたハイパ
スフィルタなどを用いてるとよい。

【００５８】なお、フィルタ回路の挿入位置は図６の位
置に限るものではなく、加速度センサ１と増幅回路の間
に設けるなどしてもよい。

【００５９】次に、本実施の形態の衝撃・加速度検出装
置を磁気記録装置に応用した場合について述べる。図７
は、磁気記録装置内に衝撃・加速度検出装置を設けた場
合のブロック図である。衝撃・加速度検出装置の構成は
図１と同様であり、図２の回路構成を用いる。磁気記録
装置に大きな衝撃が外部から加えられ、磁気ヘッド１３
に力が加わり、ディスク上の正規のトラック位置から磁
気ヘッド１３がずれてしまった時に、データを書き込む
と本来書き込む位置にデータが書き込まれないばかり
か、他の位置にデータを書きこみその位置のデータを破
壊してしまうことになる。また、データの読み込み時に
も別のデータを読み込んでしまう。このような動作を防
ぐため、磁気ヘッド１３の位置制御が不可能な大きさの
衝撃が加わった場合には、磁気ヘッドから書き込みや読
み込み動作を中止する。このような処置をすべき大きさ
の衝撃の検出を第１の信号変換回路４で行う。図２の回
路においては、コンパレータの参照電圧を弁別すべき加
速度の大きさに設定しておけば、これ以上の加速度の衝
撃が加わった場合には、第１の増幅回路２から出力され
る信号の電圧が参照電圧より高くなりコンパレータから
制御回路６に信号が入力される。この時には、制御回路
６は、アーム１２を移動させる駆動回路１１に指示を送
り、磁気ヘッド１３をディスク上から退避させるととも
に、磁気ヘッド１３によるデータの書き込みや読み込み
を中止するよう制御する。

【００６０】また、磁気記録装置内には外部からの振動
に加え、ディスクを高速回転させるモータなどの振動な
どがあり、アーム１２の先端につけられている磁気ヘッ
ド１３の位置が不安定となる。磁気ヘッド１３の位置を
安定に所定のトラックに移動させるために、磁気記録装
置内に生じている振動の大きさをモニタして、磁気ヘッ
ド１３の位置を制御する。このための振動の大きさを第
２の増幅回路３と第２の信号変換回路５で検出する。図
２におけるＡ／Ｄコンバータの出力値に応じて、制御回
路６は駆動回路１１を制御してアーム１２を移動させ
て、磁気ヘッド１３を正しい位置に常に安定に保つ。第
２の増幅回路３の利得は、磁気記録装置内の振動の大き
さに合わせて設定すればよい。

【００６１】以上のような構成を取ることにより、一つ
の加速度センサのみで大きな衝撃と通常の振動を検出す
ることができ、磁気記録装置における衝撃印加時の読み
込み、書き込みの停止と、磁気ヘッド１３の安定な位置
制御を行うことができた。

【００６２】次に、本実施の形態の衝撃・加速度検出装
置を携帯型情報機器に応用した場合について述べる。図
８は、携帯型情報機器内に衝撃・加速度検出装置を設け
た場合のブロック図である。衝撃・加速度検出装置の構
成は図１と同様であり、図４の回路構成を用いた。

【００６３】第１の増幅回路２と第１の信号変換回路４
では、携帯型情報機器の落下時などの大きな衝撃を検知
するように、増幅回路の利得を選び、Ａ／Ｄコンバータ
でデジタル変換する。落下衝撃は数１０Ｇ以上であるの
で、増幅回路の利得は飽和しないよう小さく選んだ。図
４に示す回路では、利得はほぼ０ｄＢである。落下に相
当するデジタル値が制御回路６に入力された場合、制御
回路６はその値や日時などを記憶装置１５に記録する。

【００６４】また、携帯情報機器を手で振ったり、軽く
たたいたりしたするときには、小さな振動が発生する。
この時の加速度の値は数Ｇ程度と小さいため、信号を増
幅して検知することが必要となり、このために第２の増
幅回路３と第２の信号変換回路５を用いる。第２の増幅
回路３の利得を約１００倍として、５Ｇまでを精度よく
検知し、Ａ／Ｄコンバータでデジタル値に変換し、その
大きさ、周波数を制御回路６が認識して、あらかじめ決
められた情報処理を行う。一例を挙げると、所定の大き
さの加速度を検出した場合には、制御回路６は表示器に
次ページの情報を表示させる処理を行う。

【００６５】以上のような構成をとることに、一つの加
速度センサのみで大きな衝撃と通常の振動を検出するこ
とができ、携帯情報機器の落下衝撃と手によって移動さ
せた場合の振動を検出することができた。

【００６６】以上により、加速度センサを一つ用いるだ
けで落下衝撃などの大きな加速度と、機器内部の振動な
どの小さな加速度を検出する衝撃・加速度検出装置を実
現できた。

【００６７】なお、本実施の形態の第１の増幅回路は本
発明の別の増幅回路の例であり、本実施の形態の第２の
増幅回路は本発明の小加速度用増幅回路の例であり、本
実施の形態の第１の信号変換回路、第２の信号変換回
路、制御回路は、本発明の計測手段の例であり、本実施
の形態のＡ／Ｄコンバータは本発明の第１及び第２Ａ／
Ｄコンバータの例であり、本実施の形態のコンパレータ
は本発明の第１及び第２コンパレータの例であり、本実
施の形態の制御回路は本発明の計算手段の機能を含んで
いる。

【００６８】（実施の形態２）図９に本発明の実施の形
態２における衝撃・加速度検出装置のブロック図を示
す。加速度センサ１は、その出力が第１の増幅回路１６
と第１の信号変換回路に接続され、加速度を検知するセ
ンサである。第１の増幅回路１６は、加速度センサ１か
らの信号を増幅し、その出力が第２の信号変換回路５に
接続されている回路である。第１の信号変換回路４は、
加速度センサ１からの信号を変換し、その出力が制御回
路６に接続されている回路である。第２の信号変換回路
５は、第１の増幅回路１６からの信号を変換し、その出
力が制御回路６に接続されている回路である。図１０に
具体的な回路構成の一例を示す。本実施の形態において
は、加速度センサ１の出力を抵抗により電圧に変換した
後、第１の信号変換回路４に直接入力して測定するもの
である。第１の信号変換回路４としてはＡ／Ｄコンバー
タを用い、加速度に比例した加速度センサからの出力電
圧をデジタル値に変換して、制御回路６に入力して加速
度の大きさを検出するものである。

【００６９】次に、このような構成の本実施の形態の動
作を説明する。加速度センサ１の出力は、第１の増幅回
路１６に直接入力され、出力信号が増幅される。この増
幅回路の利得は、測定したい加速度の大きさにより決定
すればよい。図１０においては、Ｒ３とＲ４の比で決め
ることができる。第１の増幅回路１６の出力は、第２の
信号変換回路５に入力される。第２の信号変換回路５と
しては、Ａ／Ｄコンバータを用いた。Ａ／Ｄコンバータ
により、増幅された信号はデジタル値に変換される。こ
のデジタル値にもとづき、制御回路６は所定の操作を衝
撃・加速度検出装置が搭載された機器の各部に指示す
る。

【００７０】第１の信号変換回路４には、加速度センサ
１の出力電圧がそのまま入力されるため、大きな加速度
まで飽和することなく測定することができる。第２の信
号信号変換回路５には、増幅された信号が入力されるた
め、小さな加速度でも精度よく検出することができる。

【００７１】加速度センサ１の出力を直接、オペアンプ
に入力するが加速度センサ１のインピーダンスが低けれ
ば問題なく測定できる。また、ＦＥＴ入力のオペアンプ
などを用いてもよい。

【００７２】第１の増幅回路１６の構成は図１０に示し
たものに限るものではなく、他の回路構成を用いてもよ
い。また、オペアンプを用いずにトランジスタのディス
クリート部品などを用いても、ＡＳＩＣなどのＩＣに組
み込まれたものを用いてもよい。

【００７３】なお、増幅回路は１段で構成したが、多段
増幅の回路を用いてもよい。

【００７４】さらに、第１の信号変換回路４、第２の信
号変換回路５としては、Ａ／Ｄコンバータを用いたがこ
れに限るものではなく、コンパレータなどを用いてもよ
い。

【００７５】以上により、加速度センサと増幅回路を一
つずつ用いるだけで落下衝撃などの大きな加速度と、機
器内部の振動などの小さな加速度を検出する衝撃・加速
度検出装置を実現できた。

【００７６】なお、本実施の形態の第１の増幅回路は本
発明の小加速度用増幅回路の例であり、本実施の形態の
第１の信号変換回路、第２の信号変換回路、制御回路
は、本発明の計測手段の例であり、本実施の形態のＡ／
Ｄコンバータは本発明の第１及び第２Ａ／Ｄコンバータ
の例であり、本実施の形態のコンパレータは本発明の第
１及び第２コンパレータの例であり、本実施の形態の制
御回路は本発明の計算手段の機能を含んでいる。

【００７７】（実施の形態３）図１１に本発明の実施の
形態３における衝撃・加速度検出装置のブロック図を示
す。実施の形態においては、加速度の検出をＸ、Ｙ、Ｚ
の３軸で行う場合の構成に関するものである。

【００７８】加速度センサ１７はＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸方
向に感度をもつよう３つのセンサ素子１８、２２、２６
で構成されている。それぞれの出力に増幅回路が接続さ
れている。第１段目の増幅回路Ｘ１（１８）、Ｙ１（２
２）、Ｚ１（２６）にはそれぞれ信号変換回路Ｘ１（２
０）、Ｙ１（２４）、Ｚ１（２８）が接続され、増幅器
からの出力を加速度に見合う値に変換したのち、制御回
路３０に入力される回路である。増幅回路Ｘ１（１
８）、Ｙ１（２２）、Ｚ１（２６）には、増幅回路Ｘ２
（１９）、Ｙ２（２３）、Ｚ２（２７）が接続されてお
り、さらに信号変換回路Ｘ２（２１）、Ｙ２（２５）、
Ｚ２（２９）が接続されている。増幅回路Ｘ２（１
９）、Ｙ２（２３）、Ｚ２（２７）の出力信号が加速度
に見合う値に変換したのち、制御回路３０に入力され
る。

【００７９】信号変換回路Ｘ２（２１）、Ｙ２（２
５）、Ｚ２（２９）へ入力される信号は、増幅回路Ｘ１
（１８）、Ｙ１（２２）、Ｚ１（２６）と増幅回路Ｘ２
（１９）、Ｙ２（２５）、Ｚ２（２９）で増幅された信
号となる。したがって、信号変換回路Ｘ２（２１）、Ｙ
２（２５）、Ｚ２（２９）で検出する加速度は、信号変
換回路Ｘ１（２０）、Ｙ１（２４）、Ｚ１（２８）で検
出する加速度より低い加速度を精度よく検出することが
できる。

【００８０】各増幅回路の利得は、測定しようとする加
速度の大きさに合わせて決定すればよい。各軸の利得
は、それぞれの軸に必要な加速度の計測範囲に合わせて
決定すればよい。

【００８１】各増幅回路は、図２、図４、図５、図１０
に示した回路構成を３軸分組み合わせることにより構成
できる。

【００８２】信号変換回路は、Ａ／Ｄコンバータ、コン
パレータなどで構成でき、制御回路３０はマイクロコン
ピュータなどで構成できる。

【００８３】なお、２軸であっても同様の構成を用いる
ことができる 以上により、２軸以上の方向それぞれについて大きな加
速度と小さな加速度を別々に検出することができる衝撃
・加速度検出装置を実現できた。

【００８４】なお、本実施の形態の増幅回路Ｘ１、Ｙ
１、Ｚ１はそれぞれが本発明の別の増幅回路の例であ
り、本実施の形態の増幅回路Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２はそれぞ
れが本発明の小加速度用増幅回路の例であり、本実施の
形態の信号変換回路Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１と、信号変換回路
Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２と、制御回路は、本発明の計測手段の
例であり、本実施の形態のＡ／Ｄコンバータは本発明の
第１及び第２Ａ／Ｄコンバータの例であり、本実施の形
態のコンパレータは本発明の第１及び第２コンパレータ
の例であり、本実施の形態の制御手段は本発明の計算手
段の機能を含んでいる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、落下などの衝撃による大きな加速度と小
さな振動による小さな加速度を一つの加速度センサのみ
で計測できる衝撃・加速度検出装置及び衝撃・加速度検
出システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における衝撃・加速
度検出装置の構成を示すブロック図

【図２】本発明の第１の実施の形態における衝撃・加速
度検出装置の構成を示す回路図

【図３】本発明の第１の実施の形態における加速度セン
サの構造を示す斜視図

【図４】本発明の第１の実施の形態における衝撃・加速
度検出装置の他の構成を示す回路図

【図５】本発明の第１の実施の形態における衝撃・加速
度検出装置の他の構成を示す回路図

【図６】本発明の第１の実施の形態における衝撃・加速
度検出装置の他の構成を示すブロック図

【図７】本発明の第１の実施の形態おける衝撃・加速度
検出装置を磁気記録装置へ応用した場合の構成を示すブ
ロック図

【図８】本発明の第１の実施の形態おける衝撃・加速度
検出装置を携帯情報機器へ応用した場合の構成を示すブ
ロック図

【図９】本発明の第２の実施の形態における衝撃・加速
度検出装置の構成を示すブロック図

【図１０】本発明の第２の実施の形態における衝撃・加
速度検出装置の構成を示す回路図

【図１１】本発明の第３の実施の形態における衝撃・加
速度検出装置の構成を示すブロック図

【図１２】従来の衝撃・加速度検出装置の構成を示すブ
ロック図

【符号の説明】

１ 加速度センサ ２ 第１の増幅回路 ３ 第２の増幅回路 ４ 第１の信号変換回路 ５ 第２の信号変換回路 ６ 制御回路 ７ フィルタ回路１ ８ フィルタ回路２ ９ フィルタ回路 １０ ローパスフィルタ １１ 駆動回路 １２ アーム １３ 磁気ヘッド １４ 表示器 １５ 記憶回路 １０１ センサ素子 １０２ ニオブ酸リチウム単結晶 １０３ 支持部 １０４ パッケージ １０５ パッケージ １０６ 外部電極 １０７ 外部電極 １０８ 導電層 １０９ 導電層 １１０ 凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 冨田 佳宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 川▲さき▼ 修 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G064 AA12 AB02 BA02 BA08 BD04 BD43 BD60 CC23 CC54 5D091 FF01 HH20

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加速度を検出する加速度センサと、 その加速度センサに接続され、所定の倍率の増幅を行う
   小加速度用増幅回路と、 その加速度センサに接続され、所定の倍率より小さい倍
   率の増幅を行う大加速度用増幅回路と、 前記小加速度用増幅回路の出力を用いて、所定値より小
   さな加速度を計測し、 前記大加速度用増幅回路の出力を用いて、所定値より大
   きな加速度を計測する計測手段とを備えたことを特徴と
   する衝撃・加速度検出装置。
2. 【請求項２】 前記大加速度用増幅回路の倍率は１であ
   り、またはこの大加速度用増幅回路は設けられていない
   ことを特徴とする請求項１記載の衝撃・加速度検出装
   置。
3. 【請求項３】 加速度センサと、前記大加速度用増幅回
   路及び小加速度用増幅回路との間に別の増幅回路が設け
   られていることを特徴とする請求項１または２記載の衝
   撃・加速度検出装置。
4. 【請求項４】 前記計測手段は、前記大加速度用増幅回
   路に接続された第１コンパレータまたは第１Ａ／Ｄコン
   バータと、 前記小加速度用増幅回路に接続された第２コンパレータ
   または第２Ａ／Ｄコンバータと、 それらの第１、第２コンパレータまたは第１、第２Ａ／
   Ｄコンバータの出力を入力し、それらを所定の基準に基
   づいて適宜取捨選択して、加速度を計測する計算手段と
   を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の衝撃・加速度検出装置。
5. 【請求項５】 前記大加速度用増幅回路に接続されてい
   るのは、コンパレータであり、前記小加速度用増幅回路
   に接続されているのは、Ａ／Ｄコンバータであることを
   特徴とする請求項４記載の衝撃・加速度検出装置。
6. 【請求項６】 前記大加速度用増幅回路に接続されてい
   るのは、Ａ／Ｄコンバータであり、前記小加速度用増幅
   回路に接続されているのは、Ａ／Ｄコンバータであるこ
   とを特徴とする請求項４記載の衝撃・加速度検出装置。
7. 【請求項７】 前記加速度センサは、２軸または３軸方
   向に感度と出力を有し、 前記加速度センサの各軸方向のおのおのの出力ごとに、
   請求項１〜６のいずれかに記載の衝撃・加速度検出装置
   を用いていることを特徴とする衝撃・加速度検出システ
   ム。
8. 【請求項８】 磁気記録装置に組み込まれ、前記磁気記
   録装置の制御に用いられることを特徴とする請求項１〜
   ７のいずれかに記載の衝撃・加速度検出装置。
9. 【請求項９】 携帯型情報機器に組み込まれ、前記携帯
   型情報機器の制御に用いられることを特徴とする請求項
   １〜７のいずれかに記載の衝撃・加速度検出装置。
10. 【請求項１０】 前記別の増幅回路は、電界効果型トラ
    ンジスタを用いていることを特徴とする請求項３記載の
    衝撃・加速度検出装置。
11. 【請求項１１】 前記加速度センサは、ニオブ酸リチウ
    ムもしくはタンタル酸リチウムを用いた素子で構成され
    ていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記
    載の衝撃・加速度検出装置。