JP2006071319A - Oscillation detecting apparatus - Google Patents

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正芳 杉山
Takao Imahori
能男 今堀
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文伸 井澤
Isao Fushimi
功 伏見
Eiji Matsuyama
英司 松山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact oscillation detecting apparatus having good linearity. <P>SOLUTION: Magnets 103 and 104 constituting a magnetic circuit unit forming a DC magnetic field between a pair of magnetic poles opposed to each other at a prescribed interval; an induction coil 106, arranged adjacent to the magnetic circuit unit; and an armature 102 arranged between the magnetic poles and through the induction coil are provided for the inside of a housing 101. A weight 107 is fixed to one end of the armature 102, and the other end of the armature 102 is fixed with respect to the housing 101. When oscillations propagate to the housing 101 from the outside, the wight 107 undergoes reciprocates movement to cause flexural oscillations in the armature 102. An induced current is induced in the induction coil 106 by the oscillations of the armature 102 and outputted as the detection signals of the oscillations to signal output terminals 110 and 111. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、振動を検出する装置に係り、特に小型化しても優れたリニアリティを得ることができる構成に関する。   The present invention relates to an apparatus for detecting vibrations, and more particularly to a configuration capable of obtaining excellent linearity even when downsized.

振動検出装置(振動検出センサ)としては、圧電型や静電型のものが知られている。圧電型としては、例えば特許文献1に記載されたものが、静電型としては、例えば特許文献2に記載されたものがある。   As a vibration detection device (vibration detection sensor), a piezoelectric type or an electrostatic type is known. Examples of the piezoelectric type include those described in Patent Document 1, and examples of the electrostatic type include those described in Patent Document 2.

特開平9−304171号公報JP-A-9-304171 特開平10−9934号公報JP-A-10-9934

圧電型の振動検出装置は、圧電素子を用いる関係上、装置を小型化した場合、圧電素子の寸法を小さくしなくてはならない。しかしながら、圧電素子は外部からの応力を圧電効果により発生する電荷として出力するものであり、これを小型化した場合、圧電素子の面積が小さくなり、さらに共振周波数が高くなるため、必然的に感度が低下してしまう。なお、この感度の低下を補うには、外付けの電子回路(電荷増幅器、積分器等)が必要になり、構成が複雑化し、さらにコスト高になってしまう。また静電型の振動検出装置は、ダイヤフラムや錘の構造が複雑であり、小型化するのには限界があった。そこで、本発明は、小型化が可能で、リニアリティが良く、しかも感度の高い周波数帯域を選択することが可能な振動検出装置を提供することを目的とする。   Since the piezoelectric vibration detection device uses a piezoelectric element, the size of the piezoelectric element must be reduced when the device is downsized. However, the piezoelectric element outputs an external stress as a charge generated by the piezoelectric effect. When the piezoelectric element is reduced in size, the area of the piezoelectric element is reduced and the resonance frequency is increased. Will fall. In order to compensate for this decrease in sensitivity, an external electronic circuit (charge amplifier, integrator, etc.) is required, which complicates the configuration and further increases the cost. In addition, the electrostatic vibration detection device has a complicated structure of a diaphragm and a weight, and there is a limit to downsizing. Therefore, an object of the present invention is to provide a vibration detection device that can be downsized, has good linearity, and can select a frequency band with high sensitivity.

本発明の振動検出装置は、所定の間隔をおいて対向配置された一対の磁極間に直流磁界を形成する磁気回路ユニットと、この磁気回路ユニットに隣接して配置された誘導コイルと、前記磁極間および前記誘導コイル内を貫通して配置されたアーマチャとを備え、前記アーマチャの撓み振動を前記誘導コイルに流れる信号電流の変化として検出することを特徴とする。   The vibration detection device of the present invention includes a magnetic circuit unit that forms a DC magnetic field between a pair of magnetic poles arranged to face each other at a predetermined interval, an induction coil arranged adjacent to the magnetic circuit unit, and the magnetic poles And an armature disposed so as to penetrate through the induction coil, and detecting a flexural vibration of the armature as a change in a signal current flowing through the induction coil.

アーマチャは、振動が可能な程度の弾性および形状を有し、磁性材料から構成される。例えば、アーマチャの形状として、撓み振動が発生し易い、薄板構造を挙げることができる。アーマチャを構成する材質としては、鉄、パーマロイ等やこれら材料を混合したものや複合化したものを挙げることができる。また、これらの磁性材料を非磁性材料と複合化したものによりアーマチャを構成してもよい。   The armature has sufficient elasticity and shape to allow vibration and is made of a magnetic material. For example, the shape of the armature can be a thin plate structure in which bending vibration is likely to occur. Examples of the material constituting the armature include iron, permalloy, etc., and a mixture or composite of these materials. Moreover, you may comprise an armature by what compounded these magnetic materials with the nonmagnetic material.

外部から振動が加わらない状態において、アーマチャは、N極およびS極により構成される磁極間の直流磁界(静磁界)中において、力学的な平衡状態にある。ここで、外部から振動が加わると、アーマチャにその振動が伝わり、アーマチャが撓み振動する。アーマチャは直流磁界により帯磁状態にあるので、この振動が発生することで、誘導コイルに誘導電流が流れる。つまり、外部振動を駆動力としてアーマチャが振動すると、それが誘導コイルに流れる誘導電流として検出される。こうして、外部振動を電気信号として取り出すことができる。   In a state where no vibration is applied from the outside, the armature is in a mechanical equilibrium state in a DC magnetic field (static magnetic field) between magnetic poles constituted by N and S poles. Here, when vibration is applied from the outside, the vibration is transmitted to the armature, and the armature bends and vibrates. Since the armature is in a magnetized state due to a direct-current magnetic field, an induction current flows through the induction coil when this vibration occurs. That is, when the armature vibrates using external vibration as a driving force, it is detected as an induced current flowing in the induction coil. Thus, external vibration can be extracted as an electrical signal.

上記構成においては、磁極間および誘導コイル内を貫通してアーマチャが配置された構造であるので、装置の横幅、高さを短くしても、アーマチャの長さを確保することができる。そのため、装置を小型化してもアーマチャが外部振動を受けて振動し易い構造を実現することができる。つまり、微弱な振動であってもリニアリティ良く反応する振動系を実現することができる。   In the above configuration, since the armature is disposed between the magnetic poles and through the induction coil, the length of the armature can be ensured even if the lateral width and height of the device are shortened. Therefore, it is possible to realize a structure in which the armature easily vibrates due to external vibration even if the device is downsized. That is, it is possible to realize a vibration system that reacts with good linearity even if it is weak vibration.

また、アーマチャを含めた振動系の共振周波数は、アーマチャの形状、厚み、材質(弾性、硬度)、質量、アーマチャの振動検出装置への固定構造、アーマチャの負荷となる錘の質量、あるいはこれらの2つ以上の要素の組み合わせによって比較的自由に調整することができる。そのため、検出対象となる振動の周波数に合わせた性能を容易に実現することができる。   In addition, the resonance frequency of the vibration system including the armature is the shape, thickness, material (elasticity, hardness), mass of the armature, the structure for fixing the armature to the vibration detection device, the mass of the weight serving as the armature load, or these It can be adjusted relatively freely by a combination of two or more elements. Therefore, it is possible to easily realize performance matched to the frequency of vibration to be detected.

本発明の振動検出装置の第2の構成は、所定の間隔をおいて対向配置された一対の磁極間に直流磁界を形成する磁気回路ユニットと、この磁気回路ユニットに隣接して配置された誘導コイルと、前記磁極間および前記誘導コイル内を貫通して配置され、一端が前記磁気回路ユニットに固定されたアーマチャと、このアーマチャの他端に取り付けられた錘と、前記磁気回路ユニットおよび前記誘導コイルをその内部に固定支持するハウジングとを備えたことを特徴とする。   A second configuration of the vibration detecting apparatus of the present invention is a magnetic circuit unit that forms a DC magnetic field between a pair of magnetic poles arranged opposite to each other at a predetermined interval, and an induction that is disposed adjacent to the magnetic circuit unit. A coil, an armature disposed between the magnetic poles and through the induction coil, one end of which is fixed to the magnetic circuit unit, a weight attached to the other end of the armature, the magnetic circuit unit and the induction And a housing for fixing and supporting the coil therein.

上記第2の構成によれば、アーマチャの一端が、振動検出装置の磁気回路ユニット、さらにハウジング(筐体)に対して直接あるいは間接的に固定され、アーマチャの他端に錘が固定される。この構成においては、ハウジングに外部振動が加わると、錘が磁気回路ユニットおよびハウジングに対して相対的に振動し、その際、アーマチャに撓み振動が発生する。このアーマチャの撓み振動は、誘導コイルに誘導電流を誘起し、この誘導電流からハウジングに加わった振動を検知することができる。   According to the second configuration, one end of the armature is fixed directly or indirectly to the magnetic circuit unit of the vibration detecting device and the housing (housing), and the weight is fixed to the other end of the armature. In this configuration, when external vibration is applied to the housing, the weight vibrates relative to the magnetic circuit unit and the housing, and at that time, flexure vibration is generated in the armature. The bending vibration of the armature induces an induced current in the induction coil, and the vibration applied to the housing can be detected from the induced current.

上記第2の構成は、錘のハウジングに対する相対的な振動を検出する構造であるので、アーマチャや錘といった振動検出機構をハウジング内に納めた密閉構造とすることができる。すなわち、装置の外部に可動部分が露出しない構造とすることができる。このため、温度変化が激しい環境、高湿度な環境、塵や油が存在している環境といった劣悪な環境における信頼性を高くすることができる。また、物理的な衝撃に対しては、錘の形状、材質等の選択によりアーマチャを保護することができる。   Since the second configuration is a structure that detects relative vibration of the weight with respect to the housing, it can be a sealed structure in which a vibration detection mechanism such as an armature or weight is housed in the housing. That is, a structure in which the movable part is not exposed to the outside of the apparatus can be obtained. For this reason, it is possible to increase the reliability in an inferior environment such as an environment in which temperature change is severe, a high humidity environment, or an environment in which dust or oil exists. Also, against physical impact, the armature can be protected by selecting the shape, material, etc. of the weight.

また、上記第2の構成によれば、錘の重量や形状を調整することで、振動の検出感度や検出周波数の調整を容易に行うことができる。   Further, according to the second configuration, it is possible to easily adjust the vibration detection sensitivity and the detection frequency by adjusting the weight and shape of the weight.

本発明の振動検出装置の第3の構成は、所定の間隔をおいて対向配置された一対の磁極間に直流磁界を形成する磁気回路ユニットと、この磁気回路ユニットに隣接して配置された誘導コイルと、前記磁極間および前記誘導コイル内を貫通して配置され、一端が前記磁気回路ユニットに固定されたアーマチャと、このアーマチャの他端に取り付けられたドライブピンと、前記磁気回路ユニットおよび前記誘導コイルをその内部に固定支持するハウジングと、前記ドライブピンに接続され、前記ハウジングの表面に配置された可動接触部とを備えたことを特徴とする。   According to a third configuration of the vibration detecting apparatus of the present invention, a magnetic circuit unit that forms a DC magnetic field between a pair of magnetic poles arranged to face each other at a predetermined interval, and an induction disposed adjacent to the magnetic circuit unit. A coil, an armature disposed between the magnetic poles and through the induction coil, one end of which is fixed to the magnetic circuit unit, a drive pin attached to the other end of the armature, the magnetic circuit unit and the induction A housing for fixing and supporting a coil therein, and a movable contact portion connected to the drive pin and disposed on a surface of the housing.

第3の構成によれば、可動接触部に伝わった振動は、ドライブピンを介してアーマチャを振動させ、それにより振動の検出が行われる。   According to the third configuration, the vibration transmitted to the movable contact portion causes the armature to vibrate via the drive pin, thereby detecting the vibration.

本発明の振動検出装置の第4の構成は、所定の間隔をおいて対向配置された一対の磁極間に直流磁界を形成する磁気回路ユニットと、この磁気回路ユニットを内部に納めたハウジングと、前記磁気回路ユニットに隣接して配置された誘導コイルと、前記磁極間および前記誘導コイル内を貫通して配置され、一端が前記磁気回路ユニットに固定され、他端が前記ハウジングに固定されたアーマチャとを備え、前記磁気回路ユニットおよび前記誘導コイルは、前記アーマチャを介して前記ハウジングに支持固定されていることを特徴とする。   A fourth configuration of the vibration detection device of the present invention includes a magnetic circuit unit that forms a DC magnetic field between a pair of magnetic poles arranged to face each other at a predetermined interval, a housing in which the magnetic circuit unit is housed, An induction coil disposed adjacent to the magnetic circuit unit, an armature disposed between the magnetic poles and through the induction coil, one end fixed to the magnetic circuit unit and the other end fixed to the housing The magnetic circuit unit and the induction coil are supported and fixed to the housing via the armature.

第4の構成においては、磁気回路ユニットおよび誘導コイルがアーマチャの錘として機能する。すなわち、ハウジングに外部から振動が伝わると、アーマチャは、ハウジングへの固定部分を支点とした撓み振動を行う。この際、磁気回路ユニットおよび誘導コイルが錘として振動運動し、アーマチャに撓み振動を生じさせる。   In the fourth configuration, the magnetic circuit unit and the induction coil function as armature weights. That is, when vibration is transmitted to the housing from the outside, the armature performs flexural vibration with a fixed portion to the housing as a fulcrum. At this time, the magnetic circuit unit and the induction coil oscillate as a weight, causing the armature to bend and vibrate.

この構成においては、振動する部分(振動系)をハウジング内に収納される構造とできるので、第2の構成の場合と同様に装置としての信頼性を高くすることができる。またこの構成においては、磁気回路ユニットと誘導コイルを錘として利用するので、独立した専用の錘を配置する必要がなく、そのため、前述した第2の構造に比較して、振動検出センサの軽量化および小型化をさらに追求することができる。   In this configuration, since the vibrating portion (vibration system) can be housed in the housing, the reliability of the device can be increased as in the case of the second configuration. Further, in this configuration, since the magnetic circuit unit and the induction coil are used as weights, there is no need to provide independent dedicated weights. Therefore, the vibration detection sensor is lighter than the second structure described above. Further downsizing can be pursued.

以上説明した本発明の振動検出装置において、誘導コイルに交流バイアス電圧を加える構成とすることは好ましい。誘導コイルに交流バイアス電圧を加えることで、振動の検出感度を高くすることができる。   In the vibration detection device of the present invention described above, it is preferable to apply an AC bias voltage to the induction coil. By applying an AC bias voltage to the induction coil, vibration detection sensitivity can be increased.

誘導コイルに交流バイアス電圧を加えると、アーマチャが振動し、アーマチャのコンプライアンス(弾性体の柔らかさを表す物理量)が上昇する。その結果、アーマチャの共振周波数が低くなり、この共振周波数以下の帯域において、外部振動に対する検出感度を高くすることができる。   When an AC bias voltage is applied to the induction coil, the armature vibrates and the armature compliance (physical quantity representing the softness of the elastic body) increases. As a result, the resonance frequency of the armature is lowered, and the detection sensitivity to external vibration can be increased in a band below this resonance frequency.

交流バイアス電圧の周波数は、振動系の共振周波数に近い程、コンプライアンスの上昇が大きくなるため、感度も上昇する。したがって、誘導コイルに加える交流バイアス電圧の周波数は、測定信号に影響のない範囲で振動系の共振周波数に近い周波数を選択することが望ましい。   As the frequency of the AC bias voltage is closer to the resonance frequency of the vibration system, the increase in compliance increases, and the sensitivity also increases. Therefore, it is desirable to select a frequency of the AC bias voltage applied to the induction coil that is close to the resonance frequency of the vibration system within a range that does not affect the measurement signal.

また、交流バイアス電圧の利用は、アーマチャの共振周波数(振動系の共振周波数)を低くする作用であるので、測定信号の周波数が振動系の共振周波数よりも低い場合に特に有効となる。なお、上記の条件を満たす周波数以外の周波数の交流バイアス電圧を加えた場合でもあっても感度上昇の効果は得ることができる。   Further, the use of the AC bias voltage is an action that lowers the resonance frequency of the armature (resonance frequency of the vibration system), and thus is particularly effective when the frequency of the measurement signal is lower than the resonance frequency of the vibration system. Even when an AC bias voltage having a frequency other than the frequency satisfying the above condition is applied, the effect of increasing the sensitivity can be obtained.

この誘導コイルに交流バイアス電圧を加える方法は、交流バイアス電圧の周波数を選択することで、センサ側で高感度が得られる周波数帯域を検出対象の振動周波数帯域に近づける手法として理解することもできる。   This method of applying an AC bias voltage to the induction coil can be understood as a method of selecting a frequency of the AC bias voltage to bring the frequency band where high sensitivity is obtained on the sensor side closer to the vibration frequency band of the detection target.

上述した交流バイアス電圧を加える方法は、振動検出センサが高感度を発揮できる周波数帯域をセンサの製造後に簡便に調整することができる点で優位性がある。   The method of applying the AC bias voltage described above is advantageous in that the frequency band in which the vibration detection sensor can exhibit high sensitivity can be easily adjusted after the sensor is manufactured.

このように、誘導コイルに交流バイアス電圧を加えることで、バイアス周波数よりも低い周波数に対する振動の検出感度を高くすることができる。また、上述した原理から明らかなように、交流バイアス電圧の電圧を高くした方がその効果を高くすることができる。   In this way, by applying an AC bias voltage to the induction coil, it is possible to increase the vibration detection sensitivity for frequencies lower than the bias frequency. Further, as apparent from the principle described above, the effect can be enhanced by increasing the voltage of the AC bias voltage.

なお、直流バイアスを加えた場合は、交流バイアス電圧を加える場合とメカニズムが異なり、上述した作用効果は得られない。   Note that when a DC bias is applied, the mechanism is different from that when an AC bias voltage is applied, and the above-described effects cannot be obtained.

本発明の振動検出装置において、アーマチャを複数備えており、この複数のアーマチャは、互いに異なる共振周波数を示す構成とすることは好ましい。この態様によれば、例えば、振動系の共振周波数を複数設定することができ、広い周波数範囲における振動の検出感度を確保することができる。また例えば、特定の帯域に感度のピークを意図的に持たせるといった設定を行うことができる。   The vibration detection apparatus according to the present invention preferably includes a plurality of armatures, and the plurality of armatures have different resonance frequencies. According to this aspect, for example, a plurality of resonance frequencies of the vibration system can be set, and vibration detection sensitivity in a wide frequency range can be ensured. Further, for example, it is possible to perform setting such that a specific peak has a sensitivity peak intentionally.

本発明によれば、磁極間と隣接した誘導コイル間を貫通したアーマチャの撓み振動により振動を検出するので、小型化してもリニアリティの良い振動検出装置を提供することができる。   According to the present invention, since the vibration is detected by the flexural vibration of the armature penetrating between the adjacent induction coils and between the magnetic poles, it is possible to provide a vibration detecting device with good linearity even if it is downsized.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態である振動検出装置の概要を示す図である。図1(a)は側面方向から見た断面図であり、図1(b)のB−B’で切った断面の状態が示されている。図1(b)は、上蓋を外し、上方向から装置内部を見た様子を示す図である。図1(c)は、前方(錘の方向)から装置の内部を見た様子を示す透視図である。図2は、図1に示す振動検出装置の分解状態を示す斜視図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating an outline of a vibration detection apparatus according to the first embodiment. Fig.1 (a) is sectional drawing seen from the side surface direction, and the state of the cross section cut by BB 'of FIG.1 (b) is shown. FIG. 1B is a diagram illustrating a state in which the upper lid is removed and the inside of the apparatus is viewed from above. FIG.1 (c) is a perspective view which shows a mode that the inside of the apparatus was seen from the front (direction of a weight). FIG. 2 is a perspective view showing an exploded state of the vibration detection apparatus shown in FIG.

この振動検出装置は、蓋101aと収容ケース101bにより構成されるハウジング101、アーマチャ102、永久磁石103および104、磁石支持部材105、誘導コイル106、錘107、磁石固定部材108および109、信号出力端子110および111、フレーム112、端子保持部113を備えている。   This vibration detection apparatus includes a housing 101 constituted by a lid 101a and a housing case 101b, an armature 102, permanent magnets 103 and 104, a magnet support member 105, an induction coil 106, a weight 107, magnet fixing members 108 and 109, and a signal output terminal. 110 and 111, a frame 112, and a terminal holding portion 113.

ハウジング101は、上面が開放された収容ケース101bに蓋101aを被せた構造を有している。アーマチャ102は、磁性金属により構成された板状の構造を有し、その一端に金属材料等により構成される錘107が固定され、他端がフレーム112と一体構成となっている。錘107は、一端がフレーム112と一体化された板状のアーマチャ102によって支持されているので、フレーム112からの屈曲点を支点としてアーマチャ102が撓むことで、図1(a)における上下方向に振動ことができる。この構造においては、アーマチャ102とその一端に固定された錘107とが振動系として機能する。   The housing 101 has a structure in which a cover 101a is covered with a housing case 101b whose upper surface is open. The armature 102 has a plate-like structure made of magnetic metal, a weight 107 made of a metal material or the like is fixed to one end thereof, and the other end is integrated with the frame 112. Since one end of the weight 107 is supported by a plate-like armature 102 integrated with the frame 112, the armature 102 bends with the bending point from the frame 112 as a fulcrum, so that the vertical direction in FIG. Can vibrate. In this structure, the armature 102 and the weight 107 fixed to one end thereof function as a vibration system.

錘107を構成する材質は、金属に限定されず、樹脂や複合材料等であってもよい。また、錘107の形状、材質および質量は、(1)過振幅時にアーマチャに大きな衝撃が加わらないようにし、さらに(2)感度調整を考慮することで選択される。   The material constituting the weight 107 is not limited to metal, and may be resin, composite material, or the like. The shape, material, and mass of the weight 107 are selected by (1) preventing a large impact from being applied to the armature at the time of overamplitude, and (2) considering sensitivity adjustment.

永久磁石103および104は、互いに異なる磁極が対向するように配置された状態で、マグネット支持部材105に磁石固定部材108および109によって固定され、磁気回路ユニットを構成している。また、マグネット支持部材105には、フレーム112が固定され、さらにマグネット支持部材105は、ハウジング101の内側に固定されている。また、誘導コイル106は、磁石固定部材108および109に導線がコイル状に巻かれた構造となっている。   The permanent magnets 103 and 104 are fixed to the magnet support member 105 by the magnet fixing members 108 and 109 in a state where the different magnetic poles are opposed to each other, and constitute a magnetic circuit unit. A frame 112 is fixed to the magnet support member 105, and the magnet support member 105 is fixed inside the housing 101. The induction coil 106 has a structure in which a conducting wire is wound around the magnet fixing members 108 and 109 in a coil shape.

この構造においては、永久磁石103および104、さらに誘導コイル106がマグネット支持部材105を利用してハウジング101に対して固定されている。他方、錘107は、撓むことが可能なアーマチャ102を介して間接的に磁気回路ユニット、誘導コイル106およびハウジング101に対して固定されている。よって、錘107の振動に従うアーマチャ102の撓み振動は、永久磁石103および104を構成要素とする磁気回路ユニットおよび誘導コイル106に対する相対的な振動運動となる。   In this structure, permanent magnets 103 and 104 and an induction coil 106 are fixed to the housing 101 using a magnet support member 105. On the other hand, the weight 107 is indirectly fixed to the magnetic circuit unit, the induction coil 106 and the housing 101 via the armature 102 which can be bent. Therefore, the flexural vibration of the armature 102 according to the vibration of the weight 107 becomes a relative vibration motion with respect to the magnetic circuit unit having the permanent magnets 103 and 104 as components and the induction coil 106.

使用に際しては、適当な振動検出対象物にハウジング101をその外面の一部を接触させた状態とし、信号出力端子110および111に発生する信号電圧を検出する。   In use, the housing 101 is brought into contact with a part of the outer surface of an appropriate vibration detection object, and signal voltages generated at the signal output terminals 110 and 111 are detected.

錘107は、板状に延在し、撓むことが可能なアーマチャ102によってハウジング101に対して支持されているので、ハウジング101に外部から振動が伝わると、錘107はその3次元的な振動には追従できず、ハウジング101に対して図1(a)に示される上下方向に相対的に振動する。なお、錘107の動きは、図1(a)における上下方向に制限されているので、ハウジング101に伝わる振動の振幅成分の内、錘107の振動に寄与するのは、錘107の可動方向に一致する成分である。   Since the weight 107 extends in a plate shape and is supported by the housing 101 by the armature 102 that can be bent, when the vibration is transmitted from the outside to the housing 101, the weight 107 has its three-dimensional vibration. 1, and vibrates relatively with respect to the housing 101 in the vertical direction shown in FIG. Since the movement of the weight 107 is limited in the vertical direction in FIG. 1A, the vibration component transmitted to the housing 101 contributes to the vibration of the weight 107 in the movable direction of the weight 107. Matching components.

上述のように錘107の振動は、アーマチャ102の撓み振動を伴う。アーマチャ102は、永久磁石103および104の間における直流磁界によって帯磁しているので、アーマチャ102が振動すると、誘導コイル106内における磁界の状態がそれに応じて変動し、その変動に従い誘導コイル106に誘導電流が流れる。   As described above, the vibration of the weight 107 is accompanied by the bending vibration of the armature 102. Since the armature 102 is magnetized by a DC magnetic field between the permanent magnets 103 and 104, when the armature 102 vibrates, the state of the magnetic field in the induction coil 106 changes accordingly, and the induction coil 106 is guided according to the change. Current flows.

この誘導電流はアーマチャ102の振動に対応したものであり、またアーマチャの振動はハウジング101に加わる振動に起因するものであるから、この誘導電流からハウジング101に外部から伝わった振動を評価することができる。   Since this induced current corresponds to the vibration of the armature 102 and the vibration of the armature is caused by the vibration applied to the housing 101, it is possible to evaluate the vibration transmitted from the induced current to the housing 101 from the outside. it can.

図1および図2に示す構造は、アーマチャ102の屈曲点(振動の支点)から錘107までの長さを確保することができるので、錘107の振幅を確保することができる。そのため、装置全体を小型化した場合であっても高いリニアリティを得ることができる。   The structure shown in FIGS. 1 and 2 can secure the length from the bending point (vibration fulcrum) of the armature 102 to the weight 107, so that the amplitude of the weight 107 can be secured. Therefore, high linearity can be obtained even when the entire apparatus is downsized.

また、ハウジング101内に振動系その他を納めた密閉構造を容易に実現することができるので、水分や油分、さらには塵の進入による特性の劣化や動作不良が発生し難く、高い信頼性を得ることができる。特に装置を小型化した場合、装置内の隙間の寸法が小さくなり、塵の進入等による不都合が発生し易くなるが、ハウジングにより完全密閉構造とすることで、この不都合を回避することができる。   In addition, since a sealed structure in which the vibration system and the like are housed in the housing 101 can be easily realized, characteristics and deterioration of operation due to moisture, oil, and dust are unlikely to occur, and high reliability is obtained. be able to. In particular, when the device is downsized, the size of the gap in the device is reduced and inconvenience due to the ingress of dust and the like is likely to occur. However, this inconvenience can be avoided by providing a completely sealed structure with the housing.

また、可動部分が表面に露呈しない構造とできるので、機械的に丈夫なものとすることができる。また、物理的な衝撃等に対しては、錘の形状、材質等の選択によりアーマチャの変形を防止することができる。   Further, since the movable part can be structured so as not to be exposed on the surface, it can be mechanically strong. In addition, for physical impacts and the like, deformation of the armature can be prevented by selecting the weight shape, material, and the like.

(第2の実施形態)
本実施形態の振動検出装置は、第1の実施形態の構成における錘の代わりに、ハウジングの表面に設けられた可動接触部にアーマチャの一端を接続し、この可動接触部で受けた振動がアーマチャに伝わる構造としたものである。
(Second Embodiment)
The vibration detection device of the present embodiment has one end of an armature connected to a movable contact portion provided on the surface of a housing instead of the weight in the configuration of the first embodiment, and vibration received by the movable contact portion is the armature. It has a structure transmitted to

図3は、第2の実施形態である振動検出装置の概要を示す断面図である。図3(a)は側面方向から見た断面図であり、図3(b)のC−C’で切った断面の状態が示されている。図3(b)は、上面図である。図3(c)は、前方(可動接触部の方向)から装置の内部を見た様子を示す透視図である。図4は、図3に示す振動検出装置の分解状態を示す斜視図である。   FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an outline of a vibration detection apparatus according to the second embodiment. FIG. 3A is a cross-sectional view as viewed from the side, and shows a cross-sectional state taken along C-C ′ in FIG. FIG. 3B is a top view. FIG. 3C is a perspective view showing a state in which the inside of the apparatus is viewed from the front (in the direction of the movable contact portion). 4 is a perspective view showing an exploded state of the vibration detection apparatus shown in FIG.

この振動検出装置は、蓋301aと収容ケース301bとにより構成されるハウジング301、アーマチャ302、永久磁石303および304、磁石支持部材305、誘導コイル306、磁石固定部材308および309、信号出力端子310および311、フレーム312、端子保持部313、ドライブピン322、可動接触部321および過振幅防止部323を備えている。   This vibration detector includes a housing 301 constituted by a lid 301a and a housing case 301b, an armature 302, permanent magnets 303 and 304, a magnet support member 305, an induction coil 306, magnet fixing members 308 and 309, a signal output terminal 310 and 311, a frame 312, a terminal holding part 313, a drive pin 322, a movable contact part 321, and an overamplitude prevention part 323.

永久磁石303および304は、互いに異なる磁極が対向するように配置された状態で、マグネット支持部材305に磁石固定部材308および309によって固定されている。マグネット支持部材305には、フレーム312が固定され、この構造によりマグネット支持部材305は、ハウジング301内に固定されている。また、誘導コイル306は、磁石固定部材308および309に導線がコイル状に巻かれた構造となっている。   The permanent magnets 303 and 304 are fixed to the magnet support member 305 by magnet fixing members 308 and 309 in a state where the different magnetic poles are opposed to each other. A frame 312 is fixed to the magnet support member 305, and the magnet support member 305 is fixed in the housing 301 by this structure. The induction coil 306 has a structure in which a conducting wire is wound around the magnet fixing members 308 and 309 in a coil shape.

アーマチャ302の一端はフレーム312と一体化され、他端はドライブピン322を介して可動接触部321に接続されている。また、可動接触部321が配置されたハウジング301の開口部には、縁状に張り出した過振幅防止部323が形成されている。過振幅防止部323が存在することで、可動接触部321の可動範囲が制限され、アーマチャ302が設定された限界以上の振幅をすることが防止される。   One end of the armature 302 is integrated with the frame 312, and the other end is connected to the movable contact portion 321 via the drive pin 322. In addition, an over-amplitude prevention portion 323 protruding in an edge shape is formed at the opening of the housing 301 where the movable contact portion 321 is disposed. The presence of the over-amplitude prevention unit 323 limits the movable range of the movable contact unit 321 and prevents the armature 302 from having an amplitude exceeding the set limit.

可動接触部321に外力が加わると、ドライブピン322を介してアーマチャ302に力が加わる。この力は、アーマチャ302の固定されていない端部に加わるので、アーマチャ302は、フレーム312からの屈曲点を支点として撓み変形する。   When an external force is applied to the movable contact portion 321, a force is applied to the armature 302 via the drive pin 322. Since this force is applied to the unfixed end of the armature 302, the armature 302 bends and deforms with the bending point from the frame 312 as a fulcrum.

よって、可動接触部321に振動が加わると、ドライブピン322を介してアーマチャ302に振動が伝わり、アーマチャ302は撓み振動する。このアーマチャ302の撓み振動に起因して誘導コイル306に誘導電流が流れ、可動接触部321に加わった振動が電気的に検出される。   Therefore, when vibration is applied to the movable contact portion 321, vibration is transmitted to the armature 302 via the drive pin 322, and the armature 302 bends and vibrates. An induced current flows through the induction coil 306 due to the flexural vibration of the armature 302, and vibration applied to the movable contact portion 321 is electrically detected.

(第3の実施形態)
本実施形態の振動検出装置は、アーマチャを介してハウジングに永久磁石と誘導コイルを固定し、永久磁石と誘導コイルを錘(負荷質量)として機能させて、アーマチャを撓み振動させる構成に関する。
(Third embodiment)
The vibration detection apparatus according to the present embodiment relates to a configuration in which a permanent magnet and an induction coil are fixed to a housing via an armature, and the armature is bent and vibrated by causing the permanent magnet and the induction coil to function as a weight (load mass).

図5は、本実施形態の振動検出装置の概要を示す断面図である。図5(a)は側面方向から見た断面図であり、図5(b)のD−D’で切った断面の状態が示されている。図5(b)は、上面図であり、ハウジングの蓋部が外されて内部が見えている状態が示されている。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing an outline of the vibration detection apparatus of the present embodiment. FIG. 5A is a cross-sectional view as viewed from the side, and shows a cross-sectional state taken along D-D ′ in FIG. FIG. 5B is a top view showing a state in which the inside of the housing can be seen with the lid portion of the housing removed.

この振動検出装置は、蓋501aと収容ケース501bにより構成されるハウジング501、アーマチャ502、永久磁石503および504、磁石支持部材505、誘導コイル506、信号出力端子510、フレーム512、端子保持部513および接続配線514を備えている。   This vibration detection device includes a housing 501, an armature 502, permanent magnets 503 and 504, a magnet support member 505, an induction coil 506, a signal output terminal 510, a frame 512, a terminal holding portion 513, and a cover 501a and a housing case 501b. Connection wiring 514 is provided.

この構成において、永久磁石503、504、さらに誘導コイル506は、フレーム512に対して固定され、このフレーム512は、アーマチャ502と一体化されている。そして、アーマチャ502の他端は、ハウジング501に固定されている。つまり、フレーム512は、アーマチャ502を介してハウジング501に固定されている。つまりこの構造では、アーマチャ502の一端に錘として機能するフレーム512が一体化され、アーマチャ502の他端がハウジング501に対して固定されている。   In this configuration, the permanent magnets 503 and 504 and the induction coil 506 are fixed to the frame 512, and the frame 512 is integrated with the armature 502. The other end of the armature 502 is fixed to the housing 501. That is, the frame 512 is fixed to the housing 501 through the armature 502. That is, in this structure, a frame 512 that functions as a weight is integrated with one end of the armature 502, and the other end of the armature 502 is fixed to the housing 501.

なお、アーマチャ502のハウジング501への固定部分の形状は、永久磁石504および504、さらに誘導コイル506等の質量を支持することを考慮して決定されることが望ましい。   It is desirable that the shape of the fixed portion of the armature 502 to the housing 501 is determined in consideration of supporting the masses of the permanent magnets 504 and 504 and the induction coil 506 and the like.

ハウジング501に外部振動が伝わると、アーマチャ502のハウジング501に固定された端部を支点として、フレーム512と一体化された他端が振動する。この振動の際、アーマチャ502は撓み振動を起こす。   When external vibration is transmitted to the housing 501, the other end integrated with the frame 512 is vibrated using the end of the armature 502 fixed to the housing 501 as a fulcrum. During this vibration, the armature 502 causes flexural vibration.

この構造は、アーマチャの振動を助長する錘を別途用意する必要がなく、使用部品を少なくすることができる。これにより、構造のシンプル化、部品数の削減を追求することができ、低コスト化を実現することができる。   In this structure, it is not necessary to separately prepare a weight for promoting the armature vibration, and the number of parts used can be reduced. Thereby, simplification of the structure and reduction of the number of parts can be pursued, and cost reduction can be realized.

上記アーマチャ502の撓み振動は、誘導コイル506に誘導電流を誘起し、その誘導電流は、接続配線514を介して信号出力端子510から取り出される。この誘導電流を評価することで、ハウジング501に伝わった振動を電気信号として検出することができる。なお、図示していないが、この構造においては、信号出力端子510と組となるもう一つの信号出力端子、およびこの信号出力端子への誘導コイル506からの接続配線も備えている。   The bending vibration of the armature 502 induces an induction current in the induction coil 506, and the induction current is extracted from the signal output terminal 510 via the connection wiring 514. By evaluating this induced current, vibration transmitted to the housing 501 can be detected as an electrical signal. Although not shown, this structure also includes another signal output terminal paired with the signal output terminal 510, and a connection wiring from the induction coil 506 to the signal output terminal.

図5に示す構造は、ハウジング内にアーマチャを含む振動検出部分を密閉させた構造を実現できるので、高湿度の環境や塵が多い環境での使用における信頼性を高くすることができる。また、装置の表面がハウジングで覆われた構造とできるので、使用時や取り扱い時に不良が発生し難い振動検出装置を得ることができる。   The structure shown in FIG. 5 can realize a structure in which a vibration detection portion including an armature is sealed in a housing, so that reliability in use in a high humidity environment or a dusty environment can be increased. Further, since the surface of the device can be covered with the housing, it is possible to obtain a vibration detecting device that is less likely to be defective during use or handling.

(第4の実施形態)
本発明の振動検出装置を用いた振動検出システムの一例を説明する。図6は、振動検出システムの一例を示すブロック図である。図6に示す振動検出システムは、振動検出センサ601、発振回路602、バイアス抵抗603、ローパスフィルタ(LPF)604および出力端子605を備えている。
(Fourth embodiment)
An example of a vibration detection system using the vibration detection apparatus of the present invention will be described. FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a vibration detection system. The vibration detection system illustrated in FIG. 6 includes a vibration detection sensor 601, an oscillation circuit 602, a bias resistor 603, a low-pass filter (LPF) 604, and an output terminal 605.

振動検出センサ601は、本発明を用いた振動検出装置であり、例えば第1〜3の実施形態において説明した構成を有する。発振回路602は、振動検出センサ601の誘導コイルに交流バイアス電圧を加える機能を有する。発振回路602からは、振動検出センサ
601において検出する振動の周波数より高い周波数が出力される。バイアス抵抗603は、振動検出センサ601と発振回路602とのインピーダンス整合を行うための抵抗である。ローパスフィルタ604は、発振回路602から出力される交流バイアス信号を遮断し、出力に現れないようにする機能を有する。
The vibration detection sensor 601 is a vibration detection apparatus using the present invention, and has the configuration described in the first to third embodiments, for example. The oscillation circuit 602 has a function of applying an AC bias voltage to the induction coil of the vibration detection sensor 601. From the oscillation circuit 602, a frequency higher than the frequency of vibration detected by the vibration detection sensor 601 is output. The bias resistor 603 is a resistor for performing impedance matching between the vibration detection sensor 601 and the oscillation circuit 602. The low-pass filter 604 has a function of blocking the AC bias signal output from the oscillation circuit 602 so that it does not appear in the output.

振動検出センサ601が振動を受けると、振動検出センサ601内の誘導コイルに誘導電流が流れ、それがローパスフィルタ604を介して、出力端子605に現れる。出力端子605に現れる出力信号は、図示しない増幅アンプ等によって適時増幅され、振動の検出信号として利用される。   When the vibration detection sensor 601 receives vibration, an induced current flows through the induction coil in the vibration detection sensor 601, and it appears at the output terminal 605 via the low-pass filter 604. The output signal appearing at the output terminal 605 is amplified as appropriate by an amplification amplifier (not shown) and used as a vibration detection signal.

交流バイアス電圧の周波数は、検出対象となる振動の周波数帯域および振動検出センサ601の振動系の共振周波数よりも高い周波数から選択されることが好ましい。例えば、検出しようとする振動の周波数が100Hz〜1kHzの範囲であり、振動検出センサ601の振動系の共振周波数が2kHzである場合、交流バイアス電圧の周波数は、2kHzを超えた周波数から選択される。   The frequency of the AC bias voltage is preferably selected from a frequency band of vibration to be detected and a frequency higher than the resonance frequency of the vibration system of the vibration detection sensor 601. For example, when the frequency of vibration to be detected is in the range of 100 Hz to 1 kHz and the resonance frequency of the vibration system of the vibration detection sensor 601 is 2 kHz, the frequency of the AC bias voltage is selected from frequencies exceeding 2 kHz. .

(第5の実施形態)
例えば第1の実施形態において、アーマチャを複数に分割し、この分割された複数のアーマチャのそれぞれに錘を配置してもよい。この構成においては、各アーマチャの寸法や錘の重量を設定することで、振動系の共振周波数を複数設定でき、広い周波数範囲の振動に対応することが可能となる。
(Fifth embodiment)
For example, in the first embodiment, the armature may be divided into a plurality of pieces, and a weight may be disposed on each of the divided plurality of armatures. In this configuration, by setting the dimensions of each armature and the weight of the weight, a plurality of resonance frequencies of the vibration system can be set, and it is possible to deal with vibrations in a wide frequency range.

複数のアーマチャを配置する態様としては、独立したアーマチャを複数配置する構造、アーマチャを枝分かれ構造とし、この各枝部分に錘を固定した構造等のバリエーションを挙げることができる。   As a mode in which a plurality of armatures are arranged, variations such as a structure in which a plurality of independent armatures are arranged, a structure in which the armature has a branching structure, and a weight is fixed to each branch part can be exemplified.

本発明は、振動を電気信号として検出する必要がある用途に利用することができる。   The present invention can be used for applications where vibrations need to be detected as electrical signals.

実施形態の振動検出装置の概要を示す側断面図、上面図および正面図である。It is a sectional side view, a top view, and a front view showing an outline of a vibration detection device of an embodiment. 実施形態の振動検出装置の概要を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the outline | summary of the vibration detection apparatus of embodiment. 実施形態の振動検出装置の概要を示す側断面図、上面図および正面図である。It is a sectional side view, a top view, and a front view showing an outline of a vibration detection device of an embodiment. 実施形態の振動検出装置の概要を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the outline | summary of the vibration detection apparatus of embodiment. 実施形態の振動検出装置の概要を示す側断面図および上面図である。It is the sectional side view and top view which show the outline | summary of the vibration detection apparatus of embodiment. 振動検出システムの一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a vibration detection system.

符号の説明Explanation of symbols

101a…蓋、101b…収容ケース、101…ハウジング、102…アーマチャ、103…永久磁石、104…永久磁石、105…磁石支持部材、106…誘導コイル、107…錘、108…磁石固定部材、109…磁石固定部材、110…信号出力端子、111…信号出力端子、112…フレーム、113…端子保持部、301a…蓋、301b…収容ケース、301…ハウジング、302…アーマチャ、303…永久磁石、304…永久磁石、305…磁石支持部材、306…誘導コイル、308…磁石固定部材、309…磁石固定部材、310…信号出力端子、311…信号出力端子、312…フレーム、313…端子保持部、321…可動接触部、322…ドライブピン、323…過振幅防止部、501a…蓋、501b…収容ケース、501…ハウジング、502…アーマチャ、503…永久磁石、504…永久磁石、505…磁石支持部材、506…誘導コイル、510…信号出力端子、512…フレーム、513…端子保持部、514…接続配線、601…振動検出センサ、602…発振回路、603…バイアス抵抗、604…ローパスフィルタ、605…出力端子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101a ... Cover, 101b ... Housing case, 101 ... Housing, 102 ... Armature, 103 ... Permanent magnet, 104 ... Permanent magnet, 105 ... Magnet support member, 106 ... Inductive coil, 107 ... Weight, 108 ... Magnet fixing member, 109 ... Magnet fixing member, 110 ... signal output terminal, 111 ... signal output terminal, 112 ... frame, 113 ... terminal holding part, 301a ... lid, 301b ... housing case, 301 ... housing, 302 ... armature, 303 ... permanent magnet, 304 ... Permanent magnet, 305 ... Magnet support member, 306 ... Inductive coil, 308 ... Magnet fixing member, 309 ... Magnet fixing member, 310 ... Signal output terminal, 311 ... Signal output terminal, 312 ... Frame, 313 ... Terminal holding part, 321 ... Movable contact part, 322 ... drive pin, 323 ... over-amplitude prevention part, 501a ... lid, 501b ... housing case 501 ... housing, 502 ... armature, 503 ... permanent magnet, 504 ... permanent magnet, 505 ... magnet support member, 506 ... inductive coil, 510 ... signal output terminal, 512 ... frame, 513 ... terminal holding part, 514 ... connection Wiring, 601 ... vibration detection sensor, 602 ... oscillation circuit, 603 ... bias resistor, 604 ... low pass filter, 605 ... output terminal.

Claims (6)

所定の間隔をおいて対向配置された一対の磁極間に直流磁界を形成する磁気回路ユニットと、
この磁気回路ユニットに隣接して配置された誘導コイルと、
前記磁極間および前記誘導コイル内を貫通して配置されたアーマチャと
を備え、
前記アーマチャの撓み振動を前記誘導コイルに流れる信号電流の変化として検出することを特徴とする振動検出装置。
A magnetic circuit unit that forms a DC magnetic field between a pair of magnetic poles arranged to face each other at a predetermined interval;
An induction coil disposed adjacent to the magnetic circuit unit;
An armature disposed between the magnetic poles and through the induction coil,
A vibration detecting apparatus for detecting a flexural vibration of the armature as a change in a signal current flowing in the induction coil.
所定の間隔をおいて対向配置された一対の磁極間に直流磁界を形成する磁気回路ユニットと、
この磁気回路ユニットに隣接して配置された誘導コイルと、
前記磁極間および前記誘導コイル内を貫通して配置され、一端が前記磁気回路ユニットに固定されたアーマチャと、
このアーマチャの他端に取り付けられた錘と、
前記磁気回路ユニットおよび前記誘導コイルをその内部に固定支持するハウジングと
を備えたことを特徴とする振動検出装置。
A magnetic circuit unit that forms a DC magnetic field between a pair of magnetic poles arranged to face each other at a predetermined interval;
An induction coil disposed adjacent to the magnetic circuit unit;
An armature disposed between the magnetic poles and through the induction coil and having one end fixed to the magnetic circuit unit;
A weight attached to the other end of the armature;
A vibration detection device comprising: a housing for fixing and supporting the magnetic circuit unit and the induction coil therein.
所定の間隔をおいて対向配置された一対の磁極間に直流磁界を形成する磁気回路ユニットと、
この磁気回路ユニットに隣接して配置された誘導コイルと、
前記磁極間および前記誘導コイル内を貫通して配置され、一端が前記磁気回路ユニットに固定されたアーマチャと、
このアーマチャの他端に取り付けられたドライブピンと、
前記磁気回路ユニットおよび前記誘導コイルをその内部に固定支持するハウジングと、
前記ドライブピンに接続され、前記ハウジングの表面に配置された可動接触部と
を備えたことを特徴とする振動検出装置。
A magnetic circuit unit that forms a DC magnetic field between a pair of magnetic poles arranged to face each other at a predetermined interval;
An induction coil disposed adjacent to the magnetic circuit unit;
An armature disposed between the magnetic poles and through the induction coil and having one end fixed to the magnetic circuit unit;
A drive pin attached to the other end of the armature;
A housing for fixing and supporting the magnetic circuit unit and the induction coil therein;
And a movable contact portion connected to the drive pin and disposed on a surface of the housing.
所定の間隔をおいて対向配置された一対の磁極間に直流磁界を形成する磁気回路ユニットと、
この磁気回路ユニットを内部に納めたハウジングと、
前記磁気回路ユニットに隣接して配置された誘導コイルと、
前記磁極間および前記誘導コイル内を貫通して配置され、一端が前記磁気回路ユニットに固定され、他端が前記ハウジングに固定されたアーマチャと
を備え、
前記磁気回路ユニットおよび前記誘導コイルは、前記アーマチャを介して前記ハウジングに支持固定されていることを特徴とする振動検出装置。
A magnetic circuit unit that forms a DC magnetic field between a pair of magnetic poles arranged to face each other at a predetermined interval;
A housing containing the magnetic circuit unit inside;
An induction coil disposed adjacent to the magnetic circuit unit;
An armature disposed between the magnetic poles and through the induction coil, with one end fixed to the magnetic circuit unit and the other end fixed to the housing;
The magnetic circuit unit and the induction coil are supported and fixed to the housing via the armature.
前記誘導コイルに交流バイアス電圧を加えることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の振動検出装置。   The vibration detection apparatus according to claim 1, wherein an AC bias voltage is applied to the induction coil. 前記アーマチャを複数備えており、
前記複数のアーマチャは、互いに異なる共振周波数を示すことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の振動検出装置。
A plurality of armatures,
The vibration detection apparatus according to claim 1, wherein the plurality of armatures exhibit different resonance frequencies.
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