JP4786494B2

JP4786494B2 - 変形検出センサ

Info

Publication number: JP4786494B2
Application number: JP2006276317A
Authority: JP
Inventors: 能正江口; 孝博亀井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-10-10
Filing date: 2006-10-10
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2026-10-10
Also published as: US7543503B2; JP2008096186A; US20080083285A1; DE602007003421D1; EP1914531B1; EP1914531A2; EP1914531A3

Description

この発明は、変形検出センサに関するものである。

従来、例えば圧電センサの温度を検出するサーミスタ等の温度センサを備え、この温度センサの出力に応じて、圧電センサの出力特性の温度依存性を補正するセンサ（例えば、特許文献１参照）が知られている。
特開２００６−１１２８５８号公報

ところで、上記従来技術に係るセンサでは、圧電センサに加えて温度センサを備える必要があることから、センサの構成が複雑化してしまうという問題が生じる。しかも、圧電センサに付加される温度センサでは、圧電センサの温度状態を直接的に精度良く検出することが困難となる虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、圧電センサによる変形検出の検出精度および信頼性を向上させることが可能な変形検出センサを提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の変形検出センサは、変形に起因して出力信号を発する圧電素子（例えば、実施の形態でのセンサ本体１１）と、前記圧電素子に所定周期の基準信号（例えば、実施の形態での基準信号β）を入力する基準信号入力手段（例えば、実施の形態での基準信号発生部１２）と、前記圧電素子の出力信号（例えば、実施の形態での合成信号γ）から前記圧電素子の変形に起因する第１出力信号（例えば、実施の形態でのひずみ速度検知信号α）を抽出する第１信号抽出手段（例えば、実施の形態での低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３１）と、前記圧電素子の出力信号から前記基準信号に起因する第２出力信号（例えば、実施の形態での基準信号β）を抽出する第２信号抽出手段（例えば、実施の形態での帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３２）と、前記第１信号抽出手段により抽出した前記第１出力信号を評価する第１評価手段（例えば、実施の形態での電圧評価部４１）と、前記第２信号抽出手段により抽出した前記第２出力信号により前記圧電素子の温度状態を評価する第２評価手段（例えば、実施の形態での静電容量評価部４２）と、前記第２評価手段により得られた前記圧電素子の温度状態に応じて、前記第１評価手段により得られた前記圧電素子の変形状態を補正し、前記圧電素子の変形量を評価する変形量評価手段（例えば、実施の形態での変形量信号補正部４３）と、を備え、前記基準信号入力手段は前記基準信号を前記第１出力信号よりも高周波側の信号とし、前記第１信号抽出手段はローパスフィルタを備え、前記第２信号抽出手段はバンドパスフィルタまたは検波フィルタを備え、前記第１信号抽出手段の通過帯域と前記第２信号抽出手段の通過帯域とは互いに分離されていることを特徴としている。

上記構成の変形検出センサによれば、圧電素子に基準信号を入力し、圧電素子の出力信号から、変形に起因する第１出力信号と、基準信号に起因する第２出力信号とを、それぞれ評価することにより、圧電素子の変形に係る情報に加えて、圧電素子の温度等の状態量に係る情報を取得することができる。
さらに、第１出力信号に基づく圧電素子の変形状態と、第２出力信号に基づく圧電素子の温度状態とから、圧電素子の変形量の検知精度および信頼性を向上させることができる。
さらに、互いに周波数帯域の異なる第１出力信号と第２出力信号とに基づき、圧電素子の変形に係る情報と、圧電素子の温度等の状態量に係る情報との検知精度および信頼性を向上させることができる。

さらに、請求項２に記載の本発明の変形検出センサでは、前記第２評価手段は、前記圧電素子の静電容量または誘電率を評価することを特徴としている。

上記構成の変形検出センサによれば、第１出力信号に基づく圧電素子の変形に係る情報を、第２出力信号に基づく圧電素子の静電容量または誘電率に応じて調整することができ、圧電素子の変形に係る情報の検知精度および信頼性を向上させることができる。

以上説明したように、本発明の変形検出センサによれば、圧電素子の変形に係る情報に加えて、圧電素子の温度等の状態量に係る情報を取得することができる。
さらに、第１出力信号に基づく圧電素子の変形状態と、第２出力信号に基づく圧電素子の温度状態とから、圧電素子の変形量の検知精度および信頼性を向上させることができる。
さらに、互いに周波数帯域の異なる第１出力信号と第２出力信号とに基づき、圧電素子の変形に係る情報と、圧電素子の温度等の状態量に係る情報との検知精度および信頼性を向上させることができる。
さらに、請求項２に記載の本発明の変形検出センサによれば、第１出力信号に基づく圧電素子の変形に係る情報を、第２出力信号に基づく圧電素子の静電容量または誘電率に応じて調整することができ、圧電素子の変形に係る情報の検知精度および信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態に係る変形検出センサについて添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による変形検出センサ１０は、例えば車両の外表面と物体との接触および衝突に起因して車両の外表面に生じる変形等に係る変形状態量を検出するセンサ本体１１と、基準信号発生部１２と、制御部１３とを備えて構成されている。

センサ本体１１は、例えば図１に示すように、圧電フィルム２１上に形成された複数の電極２２，…，２２と、各電極２２に接続された信号配線２３とを備えて構成され、例えば車両の外表面近傍（車両前部のフロントバンパフェースの内面上等）に配置されている。

圧電フィルム２１は分極処理されたフッ化ビニリデン系樹脂等のポリマー圧電体がフィルム状に形成されて構成され、圧電フィルム２１に生じる電荷を電圧として検出する複数の電極２２，…，２２は導電性の薄板あるいは金属ペーストあるいは蒸着金属等により形成されている。
そして、この圧電フィルム２１は、例えば図２に示すように、基準信号発生部１２から所定の基準信号が入力される基準信号入力端子２１ａを介して接地されている。このため、圧電フィルム２１上に形成された複数の電極２２，…，２２からは、圧電フィルム２１を変形させる外力等の外部入力（例えば、数１００Ｈｚ未満等）に応じたひずみ速度検知信号αと、基準信号発生部１２から入力される基準信号β（例えば、数ｋＨｚ以上等）とが合成された合成信号γが出力されるようになっている。

なお、センサ本体１１は、例えば図２に示すように、圧電フィルム２１の静電容量Ｃと、接地された所定の抵抗Ｒ（例えば、１００ｋΩ等）とを備えて構成されるセンサ素子等価回路として、等価的な微分回路２４を備え、この微分回路２４から各電極２２に生じる電圧Ｖの時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）が合成信号γとして外部に出力されるようになっている。

基準信号発生部１２は、センサ本体１１において検知対象とされる電圧信号の周波数最大値（例えば、数１００Ｈｚ等）よりも高い周波数（例えば、数ｋＨｚ以上等）を有する基準信号βを発生させ、圧電フィルム２１の基準信号入力端子２１ａに入力する。

制御部１３は、例えば図１３に示すように、センサ本体１１から出力される合成信号γに対して、ひずみ速度検知信号αに相当する所定の低周波成分（例えば、数１００Ｈｚ未満等）を通過させる低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３１と、合成信号γに対して、基準信号βに相当する所定の周波数成分（例えば、数ｋＨｚ以上等）を通過させる帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３２と、変形量評価部３３とを備えて構成され、さらに、変形量評価部３３は、例えば電圧評価部４１と、静電容量評価部４２と、変形量信号補正部４３とを備えて構成されている。

変形量評価部３３の電圧評価部４１は、例えば図４に示すように、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３１から出力されるひずみ速度検知信号αを時間積分して変形量信号を生成し、変形量信号補正部４３へ出力する。
静電容量評価部４２は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３２から出力される基準信号βの出力を検出し、この検出値に基づき、例えば所定の静電容量マップをマップ検索し、静電容量を取得する。なお、所定の静電容量マップは、圧電フィルム２１の静電容量の変化に応じた、所定出力の基準信号βの出力変化を示すマップであって、この静電容量マップでは、例えば静電容量の増大に伴い、基準信号βの出力が増大傾向に変化するようになっている。

さらに、静電容量評価部４２は、静電容量マップから検索して得た静電容量の検索値に基づき、例えば所定の温度マップをマップ検索し、温度を取得する。なお、所定の温度マップは、圧電フィルム２１の温度の変化に応じた、静電容量の変化を示すマップであって、この温度マップでは、例えば温度の増大に伴い、静電容量が増大傾向に変化するようになっている。
そして、静電容量評価部４２は、温度マップから検索して得た温度の検索値を圧電フィルム２１の温度状態量として変形量信号補正部４３へ出力する。

変形量信号補正部４３は、圧電フィルム２１の温度状態に応じた出力変動を相殺するようにして、変形量評価部３３から入力される変形量信号を、静電容量評価部４２から入力される温度状態量に応じて補正し、補正後の変形量信号を出力する。
つまり、圧電フィルム２１は温度状態に応じて電気的特性（例えば、静電容量等）が変動することから、例えば図５（ａ）に示すように、変形検出センサ１０を衝突検知用のセンサとして車両に搭載した場合に、圧電フィルム２１の衝突感度は温度に応じて変化する。ここで、圧電フィルム２１から出力されるひずみ速度検知信号αとは干渉しない基準信号βを圧電フィルム２１に通電し、圧電フィルム２１の温度状態に応じた基準信号βの出力変動から圧電フィルム２１の静電容量の変動および温度状態を検知し、この温度状態に応じて圧電フィルム２１の出力変動を相殺することにより、例えば図５（ｂ）に示すように、圧電フィルム２１の衝突感度が温度に応じて変化することを抑制し、衝突状態の検知精度および信頼性を向上させることができる。

上述したように、本実施の形態による変形検出センサ１０によれば、圧電フィルム２１に基準信号βを入力し、圧電フィルム２１の出力信号（つまり合成信号γ）から、変形に起因するひずみ速度検知信号αと、基準信号βとを、それぞれ分離して検出することにより、圧電フィルム２１の変形に係る情報に加えて、圧電フィルム２１の温度状態に係る情報を取得することができ、ひずみ速度検知信号αに基づく圧電フィルム２１の変形に係る情報を、基準信号βに基づく圧電フィルム２１の温度状態に応じて補正することができ、圧電フィルム２１の変形に係る情報の検知精度および信頼性を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態において、静電容量評価部４２は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３２から出力される基準信号βの出力に基づき、圧電フィルム２１の静電容量を検出するとしたが、これに限定されず、圧電フィルム２１の誘電率を検出してもよい。この場合、静電容量評価部４２は、圧電フィルム２１の誘電率の変化に応じた、所定出力の基準信号βの出力変化を示す誘電率マップと、圧電フィルム２１の温度の変化に応じた、誘電率の変化を示す温度マップを備え、誘電率マップから検索して得た誘電率の検索値に基づき、温度マップをマップ検索し、圧電フィルム２１の温度を取得する。
なお、上述した実施の形態においては、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）３２の代わりに検波フィルタを備えてもよい。

本発明の実施形態に係るセンサ本体の要部構成図である。本発明の実施形態に係るセンサ本体の構成図である。本発明の実施形態に係る変形検出センサの構成図である。本発明の実施形態に係るセンサ本体から出力される合成信号から変形量信号を生成する一連の処理を模式的に示す図である。図５（ａ）は比較例における衝突感度の温度変化の一例を示すグラフ図であり、図５（ｂ）は実施例における衝突感度の温度変化の一例を示すグラフ図である。

符号の説明

１０変形検出センサ
１１センサ本体（圧電素子）
３１低域通過フィルタ（第１信号抽出手段）
３２帯域通過フィルタ（第２信号抽出手段）
４１電圧評価部（第１評価手段）
４２静電容量評価部（第２評価手段）
４３変形量信号補正部（調整手段、変形量評価手段）

Claims

変形に起因して出力信号を発する圧電素子と、
前記圧電素子に所定周期の基準信号を入力する基準信号入力手段と、
前記圧電素子の出力信号から前記圧電素子の変形に起因する第１出力信号を抽出する第１信号抽出手段と、
前記圧電素子の出力信号から前記基準信号に起因する第２出力信号を抽出する第２信号抽出手段と、
前記第１信号抽出手段により抽出した前記第１出力信号を評価する第１評価手段と、
前記第２信号抽出手段により抽出した前記第２出力信号により前記圧電素子の温度状態を評価する第２評価手段と、
前記第２評価手段により得られた前記圧電素子の温度状態に応じて、前記第１評価手段により得られた前記圧電素子の変形状態を補正し、前記圧電素子の変形量を評価する変形量評価手段と、
を備え、
前記基準信号入力手段は前記基準信号を前記第１出力信号よりも高周波側の信号とし、
前記第１信号抽出手段はローパスフィルタを備え、
前記第２信号抽出手段はバンドパスフィルタまたは検波フィルタを備え、
前記第１信号抽出手段の通過帯域と前記第２信号抽出手段の通過帯域とは互いに分離されていることを特徴とする変形検出センサ。
前記第２評価手段は、前記圧電素子の静電容量または誘電率を評価することを特徴とする請求項１に記載の変形検出センサ。