JPH03188330A - Vibration detector - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To make it possible to detect vibrations in many directions by providing at least two strain sensors at the right and left positions of the connecting part of a weight which converts the vibration into the mechanical displacement and a supporting body, operating the output signals by a specified method, and obtaining the vibration data in the two directions. CONSTITUTION:A weight 3 is connected to one side of the inner part of a frame-shaped substrate 2 with a connecting part 4. Neck-in parts 5 for allowing the deflections of the weight 3 in the vertical direction and neck-in parts 6 for allowing the deflections in the right and left directions are formed in the lower surface and the right and left surfaces. Two strain sensors 11A and 11B are provided at the right and left positions of the connected part 4 in parallel. The output signals of the sensors 11A and 11B are inputted into an operating devices. The original vibrations are computed in the operating device based on the mechanical displacement of the weight 3 caused by the vibrations in the up and down directions and the right and left directions.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 この発明は、地震波などにより生じる振動、加速度等を
検出する振動検出装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vibration detection device that detects vibrations, accelerations, etc. caused by seismic waves and the like.

従来技術とその問題点 日本は地震国であり毎日数多くの有感、無感地震がおこ
っている。これらの地震による災害には、地震そのもの
による一次災害と、地震に付随して発生する二次災害と
がある。この二次災害は人為的なものが多く、地震をリ
アルタイムで正確に判定し、必要な処理をとることでか
なりの部分の二次災害を防ぐことができる。地震により
生じる地震波は振幅が数龍程度１周波数は数Ｈｚ−１０
数Ｈｚであり、その振動の方向もまちまちである。この
地震波を検出し、地震の強度を正確に測定するためには
、地振動の方向に依存しない振動検出が要求される。そ
のため従来は、一方向性の振動または加速度センサを３
個、互いに直交する方向に配置して無方向性の検出装置
として、地震波の検出に用いていた。しかしながら振動
が数嘗■程度１周波数が数Ｈｚ−１０数Ｈｚの地震波の
検出に用いるセンサは形状も大きくまた高価であるため
、センサを３個用いる従来の地震波検出装置は形状が大
きくまた高価になり、身近な装置１例えば都市ガスやプ
ロパンガスのガスメータに用いる感震遮断弁用地震波検
出器（感震器）等に取付けられないという問題点があっ
た。Conventional technology and its problems Japan is an earthquake-prone country, and many felt and insensible earthquakes occur every day. Disasters caused by these earthquakes include primary disasters caused by the earthquake itself, and secondary disasters that occur accompanying the earthquake. Many of these secondary disasters are man-made, and by accurately determining earthquakes in real time and taking the necessary actions, a significant portion of these secondary disasters can be prevented. The seismic waves generated by an earthquake have an amplitude of several dragons, and a frequency of several Hz-10.
The frequency is several Hz, and the directions of the vibrations are also different. In order to detect these seismic waves and accurately measure the intensity of the earthquake, vibration detection that does not depend on the direction of the ground vibration is required. Therefore, conventionally, three unidirectional vibration or acceleration sensors were used.
They were used to detect seismic waves by arranging them in directions perpendicular to each other and using them as non-directional detection devices. However, the sensors used to detect seismic waves with vibrations of several hundreds of Hz and frequencies of several Hz to several 10 Hz are large and expensive, so conventional seismic wave detection devices using three sensors are large and expensive. Therefore, there was a problem that it could not be attached to a familiar device 1, such as a seismic wave detector (seismic sensor) for a seismic cutoff valve used in a gas meter for city gas or propane gas.

従来の振動検出装置の一例を第６図に示す。重り３４が
下面に取付けられた振動板３３が基体３２に固定され、
振動板３３の基端部付近の上面に歪抵抗素子３５が取付
けられている。振動により振動板３３が変形することに
よって歪抵抗素子３５の抵抗値が変化し、これにより加
えられた振動の大きさが検出される。この振動検出装置
は振動板３３の変形方向が一方向（第６図においては上
下方向）のみであるため、上述のような問題点が生じて
いた。An example of a conventional vibration detection device is shown in FIG. A diaphragm 33 with a weight 34 attached to the lower surface is fixed to the base 32,
A strain resistance element 35 is attached to the upper surface of the diaphragm 33 near its base end. When the diaphragm 33 is deformed by the vibration, the resistance value of the strain resistance element 35 changes, and thereby the magnitude of the applied vibration is detected. In this vibration detection device, the diaphragm 33 is deformed in only one direction (in the vertical direction in FIG. 6), so the above-mentioned problems have arisen.

発明の概要 発明の目的 この発明は、小型、軽量であってかつ地震波等の多方向
の振動の検出が可能な振動検出装置を提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION OBJECTS OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a vibration detection device that is small, lightweight, and capable of detecting multidirectional vibrations such as seismic waves.

発明の構成１作用および効果 この発明による振動検出装置は、与えられる振動を機械
的変位に変換する重り１重りを支持する支持体１重りを
支持体に結合する細くかつ薄い結合部、結合部の左右位
置に設けられた少なくとも２つの歪センサ、および歪セ
ンサの出力信号に対して所定の演算処理を行ない、２方
向の振動に関する情報を表わす信号を出力する演算手段
を備えていることを特徴とする。Structure of the Invention 1 Operation and Effect The vibration detection device according to the present invention includes: a weight that converts applied vibration into mechanical displacement; a support that supports the weight; a thin and thin joint that connects the weight to the support; It is characterized by comprising at least two strain sensors provided at left and right positions, and a calculation means for performing predetermined calculation processing on the output signals of the strain sensors and outputting a signal representing information regarding vibration in two directions. do.

この発明によると、支持体に振動が与えられると、結合
部は細くかつ薄いので重りは与えられた振動に応じて２
方向に変位可能である。そして。According to this invention, when vibration is applied to the support, since the joint is thin and thin, the weight will change in response to the applied vibration.
It can be displaced in the direction. and.

結合部には歪センサが少なくとも２箇所に設けられてい
るので、これらの歪センサの出力信号を演算処理するこ
とにより２方向の振動を表わす信号を得ることができる
。Since strain sensors are provided at at least two locations in the joint, signals representing vibrations in two directions can be obtained by processing the output signals of these strain sensors.

この発明によると、１個の振動検出装置で２方向の振動
、加速度等が検出できるので、小型、軽量の感震器等を
実現することができる。複数個の高価なセンサを用いる
必要が無いので、安価な感震器等を供給することができ
る。According to this invention, since vibrations, accelerations, etc. in two directions can be detected with one vibration detection device, it is possible to realize a small and lightweight earthquake sensor. Since it is not necessary to use a plurality of expensive sensors, it is possible to supply an inexpensive seismic sensor or the like.

さらに支持体１重りおよび結合部をＳｉ基板等によって
一体的に形成し、さらに歪センサをこのＳｉ基板等の上
に半導体プロセスにより形成することができるので、装
置の高信頼性化、低コスト化、−層の小型化を図ること
ができる。Furthermore, the weight of the support body and the connecting portion can be integrally formed using a Si substrate or the like, and the strain sensor can be formed on this Si substrate or the like by a semiconductor process, resulting in higher reliability and lower cost of the device. , - The size of the layer can be reduced.

実施例の説明 第１図はこの発明の実施例を示すもので、振動検出装置
を示す斜視図である。また第２図は￥４１図の■−■線
に沿う断面図である。DESCRIPTION OF EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and is a perspective view showing a vibration detection device. Moreover, FIG. 2 is a sectional view taken along the line ■-■ of the ¥41 figure.

振動検出装置は内部がくりぬかれた枠状の基体２と、こ
の基体２の内部においてその一辺に一体的に形成され、
振動を機械的変位に変換する重り３とから構成されてい
る。重り３は結合部４によって基体２に結合している。The vibration detection device is formed integrally with a frame-shaped base 2 with a hollowed out interior and one side of the base 2,
It is composed of a weight 3 that converts vibration into mechanical displacement. The weight 3 is connected to the base body 2 by a connecting part 4.

結合部４には重り３の上下方向のたわみを許容するため
のくびれ５が下面に形成され１重り３の左右方向のたわ
みを許容するためのくびれ６がその左右側面に形成され
ている。さらに結合部４上の左右位置には２個の歪セン
サＩＩＡおよびＩＩＢが平行に設けられている。歪セン
サＩＩＡ、　ＩＩＢはたとえば歪抵抗素子または圧電素
子である。A constriction 5 for allowing the weight 3 to deflect in the vertical direction is formed on the lower surface of the joint portion 4, and a constriction 6 for allowing the horizontal deflection of the weight 3 is formed on the left and right side surfaces thereof. Furthermore, two strain sensors IIA and IIB are provided in parallel at left and right positions on the coupling portion 4. Strain sensors IIA, IIB are, for example, strain resistance elements or piezoelectric elements.

このような基体２１重り３および結合部４をＳｉ基板で
一体的に形成することができる。この場合には、歪セン
サＩＩＡ、　ＩＩＢを歪抵抗素子として、これを拡散抵
抗でつくることができるので。The base body 21, the weight 3, and the coupling portion 4 can be integrally formed using a Si substrate. In this case, the strain sensors IIA and IIB can be made of strain resistance elements, which can be made of diffused resistors.

装置全体をＳｉ基板等を用いて半導体プロセスにより一
括して形成することができることになる。This means that the entire device can be formed all at once by a semiconductor process using a Si substrate or the like.

第３図は歪センサＩＩＡおよびＩＩＢの出力信号に基づ
き振動信号を得る電気回路の一例を示している。歪セン
サＩＩＡ、　ＩＩＢの出力信号は加算回路２１および減
算回路２２に与えられる。この振動検出装置に上下方向
の振動が加わると重り３の先端部が上下方向に変位し１
重り３の結合部４に設けられている歪センサＩＩＡ、　
ＩＩＢに歪が加わり、この歪が電気信号に変換された振
動波形が歪センサ１１Ａ、ＩＩＢから得られる。FIG. 3 shows an example of an electric circuit that obtains vibration signals based on the output signals of strain sensors IIA and IIB. The output signals of strain sensors IIA and IIB are given to an addition circuit 21 and a subtraction circuit 22. When vertical vibration is applied to this vibration detection device, the tip of the weight 3 is displaced in the vertical direction,
a strain sensor IIA provided at the joint 4 of the weight 3;
Distortion is added to IIB, and a vibration waveform obtained by converting this distortion into an electrical signal is obtained from the strain sensors 11A and IIB.

振動検出装置に加わる振動の方向が上下方向の場合は２
個の歪センサＩＩＡ、　ＩＩＢからの出力はそれぞれ等
しくなる。したがってどちらか一方の歪センサの出力を
用いて、または加算回路２１によって２個の歪センサＩ
ＩＡ、　ＩＩＢの出力の和を取ることにより信号処理回
路２３で上下方向の振動を検知することができる。2 if the direction of vibration applied to the vibration detection device is vertical
The outputs from the strain sensors IIA and IIB are equal. Therefore, using the output of one of the strain sensors or using the adder circuit 21, the two strain sensors I
By taking the sum of the outputs of IA and IIB, the signal processing circuit 23 can detect vibrations in the vertical direction.

またこの振動検出装置に左右方向の振動が加わると重り
３はその結合部４を中心に左右方向に変位する。このと
きも重り３の結合部４に設けられている歪センサＩＩＡ
、　ＩＩＢに歪が加わり、この歪が電気信号に変換され
る。しかし振動検出装置に加わる振動の方向が左右方向
の場合は２個の歪センサＩＩＡおよびＩＩＢに加わる歪
がそれぞれ圧縮歪および引っ張り歪とになるため、２個
の歪センサ１１Ａ、　ＩＩＢからの出力は異なるものと
なる。したがって減算回路２２によって２個の歪センサ
ＩＩＡ　。Further, when vibration in the left-right direction is applied to this vibration detection device, the weight 3 is displaced in the left-right direction around the coupling portion 4 thereof. Also at this time, the strain sensor IIA provided at the joint 4 of the weight 3
, IIB is subjected to distortion, and this distortion is converted into an electrical signal. However, when the direction of vibration applied to the vibration detection device is in the left-right direction, the strain applied to the two strain sensors IIA and IIB becomes compressive strain and tensile strain, respectively, so the outputs from the two strain sensors 11A and IIB are It will be different. Therefore, the subtraction circuit 22 produces two strain sensors IIA.

１１Ｂからの出力の差を取ることにより信号処理回路２
３で左右方向の振動の検知が可能となる。By taking the difference between the outputs from 11B, the signal processing circuit 2
3 makes it possible to detect vibrations in the left and right directions.

このようにして１つの振動検出装置によって上下方向、
左右方向のいずれの方向の振動も検出することができる
こととなる。In this way, one vibration detection device can detect
This means that vibrations in either left or right direction can be detected.

また１個の歪抵抗素子の出力でなく複数の歪抵抗素子の
出力に所定の演算を施して振動検出を行なっているので
振動検出装置が高感度のものとなり、リニアリティも向
上する。したがって感度の低い歪抵抗素子を利用しても
検出感度は比較的向上することとなる。Furthermore, since vibrations are detected by performing predetermined calculations on the outputs of a plurality of strain resistance elements instead of the output of one strain resistance element, the vibration detection device becomes highly sensitive and linearity is improved. Therefore, even if a strain resistance element with low sensitivity is used, the detection sensitivity is relatively improved.

より高感度の装置とするために重り３の自由端にさらに
別の重りをつけてもよい。また上述の実施例においては
振動の検出に適用した場合について説明したが、この発
明は他の機械量の検出、たとえば加速度の検出にも適用
することができる。Another weight may be attached to the free end of the weight 3 to make the device more sensitive. Further, in the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to the detection of vibration has been described, but the present invention can also be applied to the detection of other mechanical quantities, such as the detection of acceleration.

第４図は他の実施例を示すもので、振動検出装置の一部
を示すものである。この図において第１図に示すものと
同一物には同一符号を付して説明を省略する。FIG. 4 shows another embodiment, showing a part of the vibration detection device. In this figure, the same components as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and their explanation will be omitted.

第４図に示す振動検出装置は１重り３の結合部４上に４
個の歪センサ１２Ａ、　１２Ｂ、　１３Ａおよび１３Ｂ
が設けられている。これら４個の歪センサ１２Ａ、　１
２Ｂ、　１３Ａおよび１３Ｂのうち、歪センサ１２Ａと
１３Ａとが１つの組を構成し、歪センサ１２Ｂと１３Ｂ
とが１つの組を構成し、所定距離を隔ててそれぞれ平行
となるように配置されている。The vibration detection device shown in FIG.
strain sensors 12A, 12B, 13A and 13B
is provided. These four strain sensors 12A, 1
2B, 13A and 13B, strain sensors 12A and 13A constitute one set, and strain sensors 12B and 13B
constitute one set, and are arranged parallel to each other with a predetermined distance apart.

歪センサ１２Ａ、　１２Ｂ、　１３Ａおよび１３Ｂは第
５図に示すようにそれぞれブリッジ回路を構成するよう
に接続されている。ブリッジ回路にはバッチリイ２６か
ら電圧が供給されている。またブリッジ回路に流れる電
流による抵抗Ｒの電圧降下を増幅する増幅回路２４．ブ
リッジ回路の両端の電圧を増幅する増幅回路２５が接続
されている。The strain sensors 12A, 12B, 13A and 13B are connected to each constitute a bridge circuit as shown in FIG. Voltage is supplied to the bridge circuit from the battery 26. Also, an amplifier circuit 24 that amplifies the voltage drop across the resistor R due to the current flowing through the bridge circuit. An amplifier circuit 25 that amplifies the voltage across the bridge circuit is connected.

第４図に示すような振動検出装置において１重り３が左
右方向に変位すると歪センサ１２Ａ、　１３Ａと１２Ｂ
、　１３Ｂとが互いに反対方向の歪をうける。In the vibration detection device as shown in FIG. 4, when one weight 3 is displaced in the left and right direction, strain sensors 12A, 13A and 12B are detected.
, 13B are subjected to strains in opposite directions.

これによりたとえば歪センサ１２Ａと１３Ａとの抵抗値
が増加すると歪センサ１２Ｂと１３Ｂとの抵抗値は減少
する。したがって２増幅回路２５から出力される電圧に
より、振動が左右方向であること、およびその大きさを
検出することができる。As a result, for example, when the resistance values of strain sensors 12A and 13A increase, the resistance values of strain sensors 12B and 13B decrease. Therefore, by the voltage output from the second amplifier circuit 25, it is possible to detect that the vibration is in the left-right direction and its magnitude.

また重り３が上下方向に変位すると歪センサ１２Ａ、　
１２Ｂ、　１３Ａおよび１３Ｂは、すべて同一方向に変
位する。このため増幅回路２４の出力によってブリッジ
回路に流れる電流を検出することにより、振動が上下方
向であること、およびその大きさを検出することができ
る。Also, when the weight 3 is displaced in the vertical direction, the strain sensor 12A,
12B, 13A and 13B are all displaced in the same direction. Therefore, by detecting the current flowing through the bridge circuit based on the output of the amplifier circuit 24, it is possible to detect that the vibration is in the vertical direction and its magnitude.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図はこの発明の実施例を示すもので、振動検出装置
を示す斜視図、第２図は第１図の■−■線に沿う断面図
、第３図は演算回路の電気的構成を示すブロック図であ
る。 第４図は他の実施例を示す斜視図、第５図は第４図に示
す実施例の電気的構成を示す回路図である。 第６図は従来の振動検出装置の一例を示す斜視図である
。 ３・・・重り。 ４・・・結合部。 １１Ａ、　ＩＩＢ、　１２Ａ。 １２Ｂ、１３Ａ、１３Ｂ・・・歪センサ。 ２１・・・加算回路。 ２２・・・減算回路。 ２３・・・信号処理回路。 ２４、２５・・・増幅回路。 Ｒ・・・抵抗。 以　　上Fig. 1 shows an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a perspective view showing a vibration detection device, Fig. 2 is a sectional view taken along the line ■-■ in Fig. 1, and Fig. 3 shows the electrical configuration of the arithmetic circuit. FIG. FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment, and FIG. 5 is a circuit diagram showing the electrical configuration of the embodiment shown in FIG. FIG. 6 is a perspective view showing an example of a conventional vibration detection device. 3... Weight. 4...Joining part. 11A, IIB, 12A. 12B, 13A, 13B... Strain sensors. 21...Addition circuit. 22...Subtraction circuit. 23...Signal processing circuit. 24, 25...Amplification circuit. R...Resistance. that's all

Claims (1)

【特許請求の範囲】 与えられる振動を機械的変位に変換する重り、重りを支
持する支持体、 重りを支持体に結合する細くかつ薄い結合部、結合部の
左右位置に設けられた少なくとも２つの歪センサ、およ
び 歪センサの出力信号に対して所定の演算処理を行ない、
２方向の振動に関する情報を表わす信号を出力する演算
手段、 を備えた振動検出装置。[Claims] A weight that converts applied vibrations into mechanical displacement, a support that supports the weight, a thin and thin joint that connects the weight to the support, and at least two parts provided on the left and right sides of the joint. Performing predetermined calculation processing on the strain sensor and the output signal of the strain sensor,
A vibration detection device comprising: arithmetic means for outputting a signal representing information regarding vibrations in two directions.