JP2006337194A - Acceleration detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加速度検出対象物に設置されて、その加速度を検出する加速度検出装置に関するものである。 The present invention relates to an acceleration detection device that is installed on an acceleration detection object and detects the acceleration.
従来の加速度センサとしては、例えば、加速度検出対象物の動きに合わせて揺れようとする振り子と、この振り子の位置を検出する検出装置とを備え、この検出装置により検出される振り子の位置を電磁コイルへの通電により発生する力で動かないようにフィードバック制御するものがある。そして、このとき振り子に働く力が振り子に加わる加速度(すなわち加速度検出対象物の加速度)と等しいことに着目して、加速度検出対象物の加速度を電磁コイルに流れる電流値として検出する。 As a conventional acceleration sensor, for example, a pendulum that swings in accordance with the motion of an acceleration detection target and a detection device that detects the position of the pendulum are provided, and the position of the pendulum detected by the detection device is electromagnetically detected. Some have feedback control so that they do not move with the force generated by energizing the coil. At this time, paying attention to the fact that the force acting on the pendulum is equal to the acceleration applied to the pendulum (that is, the acceleration of the acceleration detection object), the acceleration of the acceleration detection object is detected as a current value flowing through the electromagnetic coil.
従来、特許文献1に開示された加速度検出装置は、所定の感度軸方向について加速度を検出する一対の加速度センサを備え、これらの各加速度センサの感度軸が鉛直平面内で互いに平行とならないように水平軸方向に対して傾斜している。これにより、加速度検出対象物に生じる加速度に応じて一対の加速度センサから検出信号がそれぞれ出力される。
Conventionally, the acceleration detection device disclosed in
コントローラは、各加速度センサから出力される検出信号に基づいて検出すべき所定の方向の加速度を演算し、加速度検出が行われる。 The controller calculates acceleration in a predetermined direction to be detected based on the detection signal output from each acceleration sensor, and acceleration detection is performed.
一対の加速度センサは水平軸に対してそれぞれ所定の傾斜角度をもって配置され、加速度検出対象物の静止時においても、重力加速度に基づく出力をするので、コントローラはこの出力の値を、正常時に出力されるべき値と比較することにより、静止時においても加速度センサの故障検知が行われる。
しかしながら、このような従来の加速度検出装置にあっては、例えば車両に設置して車両の横揺れを検出する場合、各加速度センサの感度軸を所定位置に配置することが難しいという問題点があった。 However, such a conventional acceleration detection device has a problem that, for example, when installed in a vehicle to detect rolling of the vehicle, it is difficult to place the sensitivity axes of the acceleration sensors at predetermined positions. It was.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、加速度検出対象物に対して容易に設置できる加速度検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an acceleration detection device that can be easily installed on an acceleration detection object.
本発明の加速度検出装置は、加速度検出対象物に取り付けられる筐体と、この筐体に収められるセンサ基板と、所定の感度軸方向について加速度を検出する加速度センサチップとを備え、筐体に加速度検出対象物に固定される設置基準面と、この設置基準面に直交してセンサ基板を着座させるセンサ基板取付面とをそれぞれ形成し、センサ基板取付面と平行に延びる平面を仮想感度軸設定面とし、加速度センサチップを複数の感度軸がこの仮想感度軸設定面において互いに平行とならないようにかつ前記設置基準面に対して傾斜するように前記センサ基板に介装したことを特徴とするものとした。 An acceleration detection apparatus according to the present invention includes a housing attached to an acceleration detection object, a sensor substrate housed in the housing, and an acceleration sensor chip that detects acceleration in a predetermined sensitivity axis direction. An installation reference plane fixed to the detection target and a sensor board mounting surface on which the sensor board is seated perpendicular to the installation reference plane are formed, and a plane extending parallel to the sensor board mounting surface is a virtual sensitivity axis setting plane. And an acceleration sensor chip is provided on the sensor substrate so that a plurality of sensitivity axes are not parallel to each other on the virtual sensitivity axis setting plane and are inclined with respect to the installation reference plane. did.
本発明によると、加速度検出装置は筐体をその設置基準面が水平になるように加速度検出対象物に取り付けることにより、加速度センサチップの感度軸が鉛直平面内で水平軸に対して所定角度で傾斜するように配置されるため、筐体の取り付け作業を容易に行うことができる。 According to the present invention, the acceleration detection device is attached to the acceleration detection object so that its installation reference plane is horizontal, so that the sensitivity axis of the acceleration sensor chip is at a predetermined angle with respect to the horizontal axis in the vertical plane. Since it arrange | positions so that it may incline, the attachment operation | work of a housing | casing can be performed easily.
加速度検出装置は加速度センサチップの感度軸が水平軸に対してそれぞれ所定の傾斜角度をもって配置されることにより、加速度検出対象物の静止時においても重力加速度に基づく出力をするので、この出力の値を正常時に出力されるべき値と比較することにより、静止時においても加速度センサの故障検知が行われる。 Since the acceleration detection device is arranged with the sensitivity axis of the acceleration sensor chip at a predetermined inclination angle with respect to the horizontal axis, the acceleration detection device outputs based on the gravitational acceleration even when the acceleration detection target is stationary. Is compared with a value that should be output during normal operation, so that the acceleration sensor can be detected even when stationary.
筐体をそのセンサ基板取付面が例えば車両に対して左右方向に延びるように配置することにより、加速度検出装置は車両に生じる左右方向の加速度を検出し、この検出信号に応じて車両の横揺れを抑える制御を行うことができる。 By arranging the housing so that its sensor board mounting surface extends in the left-right direction with respect to the vehicle, for example, the acceleration detection device detects the left-right acceleration generated in the vehicle, and the vehicle rolls according to the detection signal. Can be controlled.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1の(a)〜(c)に示すように、加速度検出装置1は鉄道車両の台車(加速度検出対象物)に取り付けられ、台車の左右方向の加速度を検出し、車両の横揺れを抑える制御を行う装置を構成するものである。
As shown to (a)-(c) of FIG. 1, the
加速度検出装置1は、台車に取り付けられる筐体10と、この筐体10に収められるセンサ基板20と、このセンサ基板20に介装される一対の第一、第二加速度センサチップ2,3と、同じくセンサ基板20に接続され筐体10の外側へと延びるケーブル30とを備え、第一、第二加速度センサチップ2,3の検出信号がセンサ基板20とケーブル30を介して図示しないコントローラに出力されるようになっている。
The
筐体10は、台車の支持部材(加速度検出対象物)に固定される設置基準面11と、左右に突出する対のフランジ部15と、各フランジ部15に形成されたボルト穴16とを有する。筐体10は各ボルト穴16を挿通する図示しない3本のボルトを介して台車の支持部材に締結される。
The
筐体10は、この設置基準面11に開口してセンサ基板20等が収められる収装室12と、センサ基板20を着座させる左右対のセンサ基板取付面13と、ケーブル30を挿通させる穴14とを有する。
The
図2に示すように、センサ基板20は矩形の平板状に形成される。センサ基板20はその左右の端部21,22が各センサ基板取付面13に着座し、その左右の下端部23,24が2本のネジ9を介して筐体10に締結される。左右の下端部23,24には穴25がそれぞれ形成され、各穴25にネジ9が挿通する。
As shown in FIG. 2, the
筐体10は各センサ基板取付面13が設置基準面11に対して直交する。センサ基板20がその左右の端部21,22を各センサ基板取付面13に着座させて取り付けられることにより、センサ基板20が設置基準面11に対して直交方向に延びるように配置される。
In the
第一、第二加速度センサチップ2,3は、そのチップ本体6と、このチップ本体6から延びる複数の端子7とを有する。各端子7がセンサ基板20の回路に半田付けされる。
The first and second
センサ基板20の各穴26にケーブル30の各導線31が差し込まれ、各導線31がセンサ基板20の回路に半田付けされる。
Each conducting
センサ基板20の両面にはシリコーンが塗布された絶縁層27が設けられる。この絶縁層27は第一、第二加速度センサチップ2,3及び各導線31の接続部を完全に覆うように設けられ、熱衝撃による応力緩和がはかられる。
An
筐体10の設置基準面11に開口した収装室12には、エポキシ樹脂と硬化剤を混合したものを充填し固化させた樹脂部17が設けられる。この樹脂部17は筐体10に対してセンサ基板20及び第一、第二加速度センサチップ2,3を固定するとともに、これらの防水がはかられる。
The
チップ本体6は直方体の外形を持ち、センサ基板20に対して平行に取り付けられることにより、チップ本体6がセンサ基板取付面13と平行に配置され、設置基準面11に対して直交方向に延びるように配置される。
The
第一、第二加速度センサチップ2,3は、その感度軸方向の動きに合わせて揺れようとする振り子と、この振り子に働く力に応じた出力を発生する素子と、この素子を駆動して加速度検出信号を出力する回路とを有するものである。
The first and second
第一、第二加速度センサチップ2,3の各感度軸は、図3の(a)に白抜き矢印で示すように、チップ本体6の中央部を起点とし、直方体の外形を持つチップ本体6の側部6aと直交し、側部6bと平行となる方向に配置されている。
Each sensitivity axis of the first and second
ここで、センサ基板取付面13と平行に延びる平面を仮想感度軸設定面Cとする。図3の(b)にて、横軸Xはこの仮想感度軸設定面Cにおいて設置基準面11と平行に延び、縦軸Yは同じく仮想感度軸設定面Cにおいて設置基準面11と直交する。
Here, a plane extending in parallel with the sensor
加速度検出装置1は、第一、第二加速度センサチップ2,3の各感度軸を仮想感度軸設定面Cにおいて互いに平行とならないように設置基準面11(横軸X)に対して傾斜させる。
The
図3の(b)には、第一、第二加速度センサチップ2,3の感度軸の方向をベクトルA,Bで示している。第一、第二加速度センサチップ2,3の感度軸は横軸Xに対して所定の傾斜角度θA、θBを持つ。図1においては、反時計回りを正としているので、θAは正の値、θBは負の値となっている。本実施の形態では、θAは45°、θBは−45°に設定される。
In FIG. 3B, the directions of the sensitivity axes of the first and second
図3の(a)に示すように、第一、第二加速度センサチップ2,3は設置基準面11と直交方向(縦軸Y方向)についてオフセットされるとともに、設置基準面11と平行方向(横軸X方向)についてオフセットして基板20に介装される。
As shown in FIG. 3A, the first and second
図3の(b)に示すように、第一、第二加速度センサチップ2,3の感度軸の方向を示すベクトルA,Bはそれぞれの起点が縦軸Y方向についてオフセットされるとともに、横軸X方向についてオフセットされる。
As shown in FIG. 3B, the vectors A and B indicating the directions of the sensitivity axes of the first and second
以上のように加速度検出装置1は構成され、次に作用及び効果について説明する。
The
筐体10を設置基準面11が水平になるように台車の支持部材(加速度検出対象物)に取り付けることにより、第一、第二加速度センサチップ2,3の各感度軸が鉛直平面内において水平軸方向に対して所定角度で傾斜するように配置されるため、加速度検出装置1は筐体10の取り付け作業を容易に行うことができる。
By attaching the
コントローラは、第一、第二加速度センサチップ2,3の出力を基に横軸X方向の水平加速度と縦軸Y方向の鉛直加速度をそれぞれ演算する。
The controller calculates horizontal acceleration in the horizontal axis X direction and vertical acceleration in the vertical axis Y direction based on the outputs of the first and second
筐体10をセンサ基板取付面13が車両の台車に対して車両左右方向に延びるように配置することにより、加速度検出装置1が台車に生じる左右方向の加速度を検出し、この検出信号に応じて車両の横揺れを抑える制御を行うことができる。
By arranging the
一対の第一、第二加速度センサチップ2,3の感度軸は、仮想感度軸設定面Cにおいて、横軸Xに対して同一角度45°づつ傾斜しているため、加速度検出装置1の取り付け誤差があったとしても、加速度検出装置1の水平加速度に相当する出力は、横軸X方向の水平加速度のみを反映し、鉛直加速度の影響を受けないものとすることができ、検出精度を損なわない。
Since the sensitivity axes of the pair of first and second
コントローラは、加速度検出対象物(加速度検出装置1)の静止時において検出される縦軸Y方向の加速度を重力加速度と比較し、加速度検出装置1(第一、第二加速度センサチップ2,3)の故障を検知する。これにより、静止状態で故障検知できる加速度検出装置1が容易に構成され、装置の低コスト化をはかることができる。
The controller compares the acceleration in the vertical axis Y direction detected when the acceleration detection object (acceleration detection device 1) is stationary with the gravitational acceleration, and the acceleration detection device 1 (first and second
第一、第二加速度センサチップ2,3は設置基準面11と直交方向(縦軸Y方向)についてオフセットするとともに、設置基準面11と平行方向(横軸X方向)についてオフセットしてセンサ基板20に介装することにより、センサ基板20に占める第一、第二加速度センサチップ2,3の介装スペースを小さくし、加速度検出装置1の小型化がはかれる。
The first and second
筐体10に設置基準面11に開口してセンサ基板20が収められる収装室12を形成し、この収装室12に樹脂を充填して固化させた樹脂部17を形成することにより、この樹脂部17を介して筐体10に対してセンサ基板20及び第一、第二加速度センサチップ2,3が固定されるとともに、これらの防水がはかられる。
By forming a
次に図4に示す他の実施形態を説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。 Next, another embodiment shown in FIG. 4 will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure part as the said embodiment.
センサ基板20に2軸検出タイプの加速度センサチップ8を介装する。この加速度センサチップ8は互いに直交する2つの感度軸を有する。一方の感度軸は、図4に白抜き矢印で示すように、チップ本体6の中央部を起点とし、直方体の外形を持つチップ本体6の一方の側部6aと平行に延びる。他方の感度軸は、図4に白抜き矢印で示すように、チップ本体6の中央部を起点とし、チップ本体6の他方の側部6bと平行なものとがある。
A two-axis detection type
加速度センサチップ8はこれら各感度軸を仮想感度軸設定面Cにおいて横軸Xに対して同一角度45°づつ傾斜させるようにセンサ基板20に介装される。
The
この場合も、筐体10を設置基準面11が水平になるように台車の支持部材(加速度検出対象物)に取り付けることにより、加速度センサチップ8の感度軸が鉛直平面内において水平軸方向に対して所定角度で傾斜するように配置されるため、加速度検出装置1は筐体10の取り付け作業を容易に行うことができる。
Also in this case, the sensitivity axis of the
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
本発明の加速度検出装置は、車両や建築物の揺れを検出するものや、他の機械等に利用できる。 The acceleration detection device of the present invention can be used for a device that detects a shake of a vehicle or a building, another machine, or the like.
1 加速度検出装置
2 第一加速度センサチップ
3 第二加速度センサチップ
8 加速度センサチップ
10 筐体
11 設置基準面
12 収装室
13 センサ基板取付面
17 樹脂部
20 センサ基板
DESCRIPTION OF
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005162781A JP2006337194A (en) | 2005-06-02 | 2005-06-02 | Acceleration detector |
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- 2005-06-02 JP JP2005162781A patent/JP2006337194A/en active Pending
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