JP3041486B2 - 圧電捩り歪センサ - Google Patents
圧電捩り歪センサInfo
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- JP3041486B2 JP3041486B2 JP2290865A JP29086590A JP3041486B2 JP 3041486 B2 JP3041486 B2 JP 3041486B2 JP 2290865 A JP2290865 A JP 2290865A JP 29086590 A JP29086590 A JP 29086590A JP 3041486 B2 JP3041486 B2 JP 3041486B2
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- strain sensor
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は，回転体の支持軸，一般構造物における柱や
板材及び電気機器・部品の構造材に発生する振動的な捩
り歪の検出に使用される捩り歪センサに関する。
板材及び電気機器・部品の構造材に発生する振動的な捩
り歪の検出に使用される捩り歪センサに関する。
［従来の技術］ 第５図は従来の捩り歪センサの構造例を示す斜視図で
ある。この例において，被測定丸棒51の側面に長さ方向
と45゜の角度をなすように伸縮歪の検出軸を有する歪ゲ
ージ52を接合したものである。一般に，捩り歪は，第６
図に示すように，捩れ軸に対して＋45゜の角度の方向の
圧縮歪と−45゜の方向の引張り歪の二つに分解すること
ができる。従って，第５図に示すように，長さ方向の伸
縮歪を検出するように構成された歪ゲージ52を被測定丸
棒51の捩れ軸と45゜の角度に接合すれば丸棒の捩り歪を
検出することができる。
ある。この例において，被測定丸棒51の側面に長さ方向
と45゜の角度をなすように伸縮歪の検出軸を有する歪ゲ
ージ52を接合したものである。一般に，捩り歪は，第６
図に示すように，捩れ軸に対して＋45゜の角度の方向の
圧縮歪と−45゜の方向の引張り歪の二つに分解すること
ができる。従って，第５図に示すように，長さ方向の伸
縮歪を検出するように構成された歪ゲージ52を被測定丸
棒51の捩れ軸と45゜の角度に接合すれば丸棒の捩り歪を
検出することができる。
第７図は従来の捩り歪センサの別の構成例を示す斜視
図である。この例において，被測定丸棒51の側面に，長
さ方向と45゜の角度に，両面に電極が形成され厚さ方向
に分極された圧電セラミックス矩形板53を接合したもの
であり，被測定棒51に捩り歪が発生したときに，前記圧
電セラミックス矩形板53に加わる長さ方向および幅方向
の伸縮歪に対応して前記圧電セラミックス矩形板53に発
生する電圧により丸棒の歪を検出するものである。
図である。この例において，被測定丸棒51の側面に，長
さ方向と45゜の角度に，両面に電極が形成され厚さ方向
に分極された圧電セラミックス矩形板53を接合したもの
であり，被測定棒51に捩り歪が発生したときに，前記圧
電セラミックス矩形板53に加わる長さ方向および幅方向
の伸縮歪に対応して前記圧電セラミックス矩形板53に発
生する電圧により丸棒の歪を検出するものである。
第５図の歪ゲージを使用した場合は，直流的な捩り歪
の検出も可能であるが，第７図の圧電セラミックス矩形
板を使用した場合には，捩り歪より発生した電荷が検出
回路の入力抵抗を通して流れてしまうため，直流的な捩
り歪の検出は不可能であり，交流的な捩り歪の検出に限
定される。
の検出も可能であるが，第７図の圧電セラミックス矩形
板を使用した場合には，捩り歪より発生した電荷が検出
回路の入力抵抗を通して流れてしまうため，直流的な捩
り歪の検出は不可能であり，交流的な捩り歪の検出に限
定される。
第５図および第７図に示した従来の捩りセンサにおい
ては，いずれの場合も，被測定丸棒51の長さ方向の伸縮
歪に対しても出力電圧を発生するため，測定精度を上げ
るためには，第８図に示すように,2個のセンサ54,54′
を捩れ軸に対して±45゜の角度に接合して，これらの２
個のセンサ出力の差動電圧を検出することにより，それ
ぞれのセンサが検出した長さ方向の伸縮歪による出力電
圧を打ち消す方法を採用する必要があった。
ては，いずれの場合も，被測定丸棒51の長さ方向の伸縮
歪に対しても出力電圧を発生するため，測定精度を上げ
るためには，第８図に示すように,2個のセンサ54,54′
を捩れ軸に対して±45゜の角度に接合して，これらの２
個のセンサ出力の差動電圧を検出することにより，それ
ぞれのセンサが検出した長さ方向の伸縮歪による出力電
圧を打ち消す方法を採用する必要があった。
そこで，本発明の技術的課題は，構造が簡単で，捩り
歪以外の歪に対する出力感度の小さい捩り歪センサを提
供することにある。
歪以外の歪に対する出力感度の小さい捩り歪センサを提
供することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、圧電セラミックス矩形板の表裏をな
す面の一方に、交差指電極を形成して２端子とし、この
交差指電極を用いて分極処理を行い、前記圧電セラミッ
クス板を被測定物の捩れ軸と平行な面に、前記交差指電
極の電極指の長さ方向が、前記被測定物の捩れ軸と実質
的に45゜の角度をなすように接合するとともに、前記２
端子をすべり歪み検出用の２端子としたことを特徴とす
る圧電捩り歪センサが得られる。
す面の一方に、交差指電極を形成して２端子とし、この
交差指電極を用いて分極処理を行い、前記圧電セラミッ
クス板を被測定物の捩れ軸と平行な面に、前記交差指電
極の電極指の長さ方向が、前記被測定物の捩れ軸と実質
的に45゜の角度をなすように接合するとともに、前記２
端子をすべり歪み検出用の２端子としたことを特徴とす
る圧電捩り歪センサが得られる。
［作用］ 本発明においては、センサは交差指電極の電極指の方
向に対して実質的に45゜をなすような捩り歪が電極指の
長さ方向に沿う伸（縮）歪と電極指の長さ方向に直角な
方向の縮（伸）歪に分解することができることを用いて
いる。電極指の長さ方向及びこれに直角な方向の伸縮歪
を与えられた場合，交差指電極はその両端に伸（縮）歪
に対応する圧電横効果による出力電圧と縮（伸）歪に対
応する圧電縦効果に伴う出力電圧とが合計されて出力さ
れる。
向に対して実質的に45゜をなすような捩り歪が電極指の
長さ方向に沿う伸（縮）歪と電極指の長さ方向に直角な
方向の縮（伸）歪に分解することができることを用いて
いる。電極指の長さ方向及びこれに直角な方向の伸縮歪
を与えられた場合，交差指電極はその両端に伸（縮）歪
に対応する圧電横効果による出力電圧と縮（伸）歪に対
応する圧電縦効果に伴う出力電圧とが合計されて出力さ
れる。
［実施例］ 以下に本発明の実施例について説明する。
第１図は本発明の圧電捩り歪センサ５の構造例を示す
正面図である。この例において，圧電セラミックス矩形
板の表裏をなす面の一方に，両側部の一辺と45゜の角度
を有する一対の電極指6a・6bからなる交差指電極６を施
して２端子とし，この交差指電極６を用いて分極処理が
施されている。この圧電捩り歪センサ５において，上下
辺が図の矢印で示すように捩れている場合，図に示すよ
うに交差指電極６の電極指の長さ方向に平行な方向の引
張り歪と電極指の長さ方向と直角な方向の圧縮歪が発生
する。この結果，交差指電極６には圧電縦効果による圧
縮歪に伴う出力電圧と，圧電横効果による引張り歪に伴
う出力電圧が合計されて出力される。
正面図である。この例において，圧電セラミックス矩形
板の表裏をなす面の一方に，両側部の一辺と45゜の角度
を有する一対の電極指6a・6bからなる交差指電極６を施
して２端子とし，この交差指電極６を用いて分極処理が
施されている。この圧電捩り歪センサ５において，上下
辺が図の矢印で示すように捩れている場合，図に示すよ
うに交差指電極６の電極指の長さ方向に平行な方向の引
張り歪と電極指の長さ方向と直角な方向の圧縮歪が発生
する。この結果，交差指電極６には圧電縦効果による圧
縮歪に伴う出力電圧と，圧電横効果による引張り歪に伴
う出力電圧が合計されて出力される。
一方，第２図に示すように，圧電捩り歪センサ５の上
下の片に引張り力あるいは圧縮力が作用し，センサ内部
に引張り歪あるいは圧縮歪が発生した場合，図に示すよ
うに，作用している力の方向と直角な方向の一定幅の部
分について，交差指電極６に発生する電圧の極性を考え
ると，各電極指6a・6bには夫々分極の向きに対応して逆
極性電圧が発生し，各電極指6a,6bは互いに一つおきに
共通電極7,7′に夫々接続されているため，夫々の電圧
が打ち消されて全体としては出力電圧は発生しないこと
になる。
下の片に引張り力あるいは圧縮力が作用し，センサ内部
に引張り歪あるいは圧縮歪が発生した場合，図に示すよ
うに，作用している力の方向と直角な方向の一定幅の部
分について，交差指電極６に発生する電圧の極性を考え
ると，各電極指6a・6bには夫々分極の向きに対応して逆
極性電圧が発生し，各電極指6a,6bは互いに一つおきに
共通電極7,7′に夫々接続されているため，夫々の電圧
が打ち消されて全体としては出力電圧は発生しないこと
になる。
従って，本発明の実施例に係る捩り歪センサ５を，被
測定丸棒51の捩れ軸に交差指電極の電極指が45゜をなす
ように，第３図に示すように被測定丸棒51の側面に接着
すれば,1個のセンサで長さ方向の伸縮歪を検出しない捩
りセンサを構成することができる。
測定丸棒51の捩れ軸に交差指電極の電極指が45゜をなす
ように，第３図に示すように被測定丸棒51の側面に接着
すれば,1個のセンサで長さ方向の伸縮歪を検出しない捩
りセンサを構成することができる。
第４図は本発明の圧電捩りセンサ５を，被測定丸棒と
して，直径50mmのアルミ棒の側面に接着し，このアルミ
棒の端部に捩り振動を加えた場合の励起される電流・電
圧の測定結果を示している。捩りトルクは直流モータを
用いて，電流値を一定にした状態で極性の切り替えで行
った。図に示すように，捩り歪によってのみ励起される
電流及び電圧が検出できることが判明した。尚，図中の
電流及び電圧の正負は，円周方向の捩り方向の一方向と
これと逆方向に夫々対応している。
して，直径50mmのアルミ棒の側面に接着し，このアルミ
棒の端部に捩り振動を加えた場合の励起される電流・電
圧の測定結果を示している。捩りトルクは直流モータを
用いて，電流値を一定にした状態で極性の切り替えで行
った。図に示すように，捩り歪によってのみ励起される
電流及び電圧が検出できることが判明した。尚，図中の
電流及び電圧の正負は，円周方向の捩り方向の一方向と
これと逆方向に夫々対応している。
以上の説明は，被測定物体として丸棒を使用した場合
について行ったが，被測定物体の形状は角棒であって
も，板材であっても良いのはいうまでもないことであ
る。
について行ったが，被測定物体の形状は角棒であって
も，板材であっても良いのはいうまでもないことであ
る。
［発明の効果］ 以上，示したように，本発明によれば,1個のセンサで
被測定物の捩り歪だけを検出することができ，構造的，
価格的に有利になるだけでなく，センサのばらつきの補
正も含めて，特性的にも非常に有利な圧電捩り歪センサ
を提供することができる。
被測定物の捩り歪だけを検出することができ，構造的，
価格的に有利になるだけでなく，センサのばらつきの補
正も含めて，特性的にも非常に有利な圧電捩り歪センサ
を提供することができる。
第１図は本発明の圧電捩り歪センサの構造を示す斜視
図，第２図は本発明の圧電捩り歪センサにおける長さ方
向の伸縮歪のキャンセル原理の説明図，第３図は本発明
の圧電捩り歪センサの実装状態図，第４図は本発明の圧
電捩り歪センサを用いた測定例を示す図，第５図は従来
の捩り歪センサの構造例を示す斜視図，第６図は捩り歪
の説明図，第７図は従来の捩り歪センサの別の構造例を
示す斜視図，第８図は長さ方向伸縮歪のキャンセル方法
の説明図である。 図中,5……本発明のセンサ,6……交差指電極,6a・6b…
…電極指,7・７′……共通電極,51……被測定丸棒,52…
…歪ゲージ,53……圧電セラミックス矩形板,54・54′…
…従来のセンサ。
図，第２図は本発明の圧電捩り歪センサにおける長さ方
向の伸縮歪のキャンセル原理の説明図，第３図は本発明
の圧電捩り歪センサの実装状態図，第４図は本発明の圧
電捩り歪センサを用いた測定例を示す図，第５図は従来
の捩り歪センサの構造例を示す斜視図，第６図は捩り歪
の説明図，第７図は従来の捩り歪センサの別の構造例を
示す斜視図，第８図は長さ方向伸縮歪のキャンセル方法
の説明図である。 図中,5……本発明のセンサ,6……交差指電極,6a・6b…
…電極指,7・７′……共通電極,51……被測定丸棒,52…
…歪ゲージ,53……圧電セラミックス矩形板,54・54′…
…従来のセンサ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 7/00 - 7/34
Claims (1)
- 【請求項１】圧電セラミックス矩形板の表裏をなす面の
一方に、交差指電極を形成して２端子とし、この交差指
電極を用いて分極処理を行い、前記圧電セラミックス板
を被測定物の捩れ軸と平行な面に、前記交差指電極の電
極指の長さ方向が、前記被測定物の捩れ軸と実質的に45
゜の角度をなすように接合するとともに、前記２端子を
すべり歪み検出用の２端子としたことを特徴とする圧電
捩り歪センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2290865A JP3041486B2 (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 圧電捩り歪センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2290865A JP3041486B2 (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 圧電捩り歪センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04166702A JPH04166702A (ja) | 1992-06-12 |
| JP3041486B2 true JP3041486B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=17761499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2290865A Expired - Fee Related JP3041486B2 (ja) | 1990-10-30 | 1990-10-30 | 圧電捩り歪センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3041486B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6064847A (en) | 1999-06-21 | 2000-05-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Developing device |
| US8672049B2 (en) | 2005-07-08 | 2014-03-18 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Vibration drill unit |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001153737A (ja) * | 1999-09-13 | 2001-06-08 | Tokin Corp | 静電容量式トルクセンサ及びトルク検出方法 |
| NO20091775L (no) * | 2009-05-05 | 2010-11-08 | Sinvent As | Energihoster |
| EP2781886B1 (en) * | 2011-04-08 | 2017-06-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Operation device including displacement sensor |
-
1990
- 1990-10-30 JP JP2290865A patent/JP3041486B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6064847A (en) | 1999-06-21 | 2000-05-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Developing device |
| US8672049B2 (en) | 2005-07-08 | 2014-03-18 | Hitachi Koki Co., Ltd. | Vibration drill unit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04166702A (ja) | 1992-06-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |