JPS6329212A - 圧電式力学量センサ - Google Patents
圧電式力学量センサInfo
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- JPS6329212A JPS6329212A JP17168686A JP17168686A JPS6329212A JP S6329212 A JPS6329212 A JP S6329212A JP 17168686 A JP17168686 A JP 17168686A JP 17168686 A JP17168686 A JP 17168686A JP S6329212 A JPS6329212 A JP S6329212A
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- elements
- piezoelectric elements
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- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 11
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000005616 pyroelectricity Effects 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
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Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
この発明は、圧電素子を用いた圧電型力学量センサに関
し、特に焦電性による影響を排して高精度に加速度、速
度、距離等の力学量を検出し得るようにしたものである
。
し、特に焦電性による影響を排して高精度に加速度、速
度、距離等の力学量を検出し得るようにしたものである
。
[従来の技術]
周知のように、圧電素子が有する圧電性を利用し、例え
ば加速度時に生ずる力を瞬間的な電流信号に変換して加
速度等の力学量を検出するようにした力学量センサが種
々提案されており(例えば、実開昭60−70133号
公報)、検出精度を高めるような各種の工夫がなされて
いる。
ば加速度時に生ずる力を瞬間的な電流信号に変換して加
速度等の力学量を検出するようにした力学量センサが種
々提案されており(例えば、実開昭60−70133号
公報)、検出精度を高めるような各種の工夫がなされて
いる。
例えば、圧電素子は圧電性に加え、外囲温度の変化に対
しても電流を流す性質(焦電性)を有しているので、2
板の圧電素子をポーリング方向を逆にして取付け、それ
らの検出電流を減算することで焦電電流を打ち消して検
出精度を高めるような工夫がなされている。
しても電流を流す性質(焦電性)を有しているので、2
板の圧電素子をポーリング方向を逆にして取付け、それ
らの検出電流を減算することで焦電電流を打ち消して検
出精度を高めるような工夫がなされている。
[発明が解決しようとする問題点]
しかしながら、このような2板の圧電素子を用いるセン
サにおいて(よ、2板の圧電素子間のバラツキによる特
性(容量、焦電係数)の違いにより、また、電荷〈電流
)/電圧変換用の外付抵抗の違いにより、完全には焦電
電流の影響を打ち消せない。そのため、低周波計測時の
精度が実用上十分な程度に得られていなかった。
サにおいて(よ、2板の圧電素子間のバラツキによる特
性(容量、焦電係数)の違いにより、また、電荷〈電流
)/電圧変換用の外付抵抗の違いにより、完全には焦電
電流の影響を打ち消せない。そのため、低周波計測時の
精度が実用上十分な程度に得られていなかった。
この発明は、以上の点を考慮してなされたもので、2板
の圧電素子による違いを補償して高精度に力学量を検出
することのできる圧電型力学量センガを提供しようとす
るものである。
の圧電素子による違いを補償して高精度に力学量を検出
することのできる圧電型力学量センガを提供しようとす
るものである。
し問題点を解決するための手段]
かかる問題点を解決するため、この発明においてtよ、
2枚の圧電素子2,3をポーリング方向を逆にして配置
し、それら出力を合成するようにした圧電式力学量セン
サにおいて、一方又は両方の圧電素子2.3に並列に接
続する可制御容量素子Ccと、一方又は両方の圧電素子
2,3に並列に接続する負伺抵抗伯を制御する負荷抵抗
調整手段RCと、各圧電素子2,30発生出力信号を制
御するゲインコントロール手段7.R7のうら少なくと
も1つを有するようにした。
2枚の圧電素子2,3をポーリング方向を逆にして配置
し、それら出力を合成するようにした圧電式力学量セン
サにおいて、一方又は両方の圧電素子2.3に並列に接
続する可制御容量素子Ccと、一方又は両方の圧電素子
2,3に並列に接続する負伺抵抗伯を制御する負荷抵抗
調整手段RCと、各圧電素子2,30発生出力信号を制
御するゲインコントロール手段7.R7のうら少なくと
も1つを有するようにした。
[作用]
2枚の圧電素子2.3の僅かな違いにより、焦電性は完
全には打ち消せない。
全には打ち消せない。
検討した結甲、各圧電素子2.3の接続系列における合
成容量の比、合成抵抗の比、焦電係数比を等しくすると
各圧電素子2.3がばらつきにより特性が異なっていて
も焦電性による影響を打ち消すことができることが分か
った。
成容量の比、合成抵抗の比、焦電係数比を等しくすると
各圧電素子2.3がばらつきにより特性が異なっていて
も焦電性による影響を打ち消すことができることが分か
った。
そこで、可制御容量素子CC,負荷抵抗調整手段Re、
ゲインコントロール手段7.R7を設けてかかる条f1
を満足するようにした。
ゲインコントロール手段7.R7を設けてかかる条f1
を満足するようにした。
[実施例]
以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を詳述する
。
。
第1図において、アースされている金属板1の両面には
、ポーリング方向(極性)が反対になるように圧電素子
2及び3が接着されており、これら金属板1、圧電素子
2,3により力学量検出部4を構成している。
、ポーリング方向(極性)が反対になるように圧電素子
2及び3が接着されており、これら金属板1、圧電素子
2,3により力学量検出部4を構成している。
−、う −
各圧電素子2.3に蓄積された電荷は、それぞれ放電用
抵抗R1,R2を介して逃がすようになされており、抵
抗f31 、 R2の両端に生じた電圧信号がバッファ
増幅器5,6を介して差動増幅部7に与えられる。
抵抗R1,R2を介して逃がすようになされており、抵
抗f31 、 R2の両端に生じた電圧信号がバッファ
増幅器5,6を介して差動増幅部7に与えられる。
差動増幅部7は、到来する電圧信号S1及びS2をイれ
ぞれ、同一値の入力抵抗R3,R4を介して受ける演算
増幅器OPと、帰還抵抗R5と、非反転入力端とアース
間に接続された帰還抵抗R5と同一値をとる抵抗R6と
からなる。かくして、差動増幅部7は、入力信号82.
81の差(S2−81)を増幅率R5/R3倍した出力
信号OLJTを一送出する。ここで、増幅部7を差動増
幅回路で構成するようにしたのは、焦電f4による影響
を減算して打ち消すためである。
ぞれ、同一値の入力抵抗R3,R4を介して受ける演算
増幅器OPと、帰還抵抗R5と、非反転入力端とアース
間に接続された帰還抵抗R5と同一値をとる抵抗R6と
からなる。かくして、差動増幅部7は、入力信号82.
81の差(S2−81)を増幅率R5/R3倍した出力
信号OLJTを一送出する。ここで、増幅部7を差動増
幅回路で構成するようにしたのは、焦電f4による影響
を減算して打ち消すためである。
この実施例の場合、以−トの構成に加え、て各種の補償
回路素子が設けられている。すなわち、抵抗R1及びR
2の一方又は両方に並列に、圧電素子2及び3間の容量
差を補償するための補償用コンデンサCC(第1図にお
いては、抵抗R1側に接続した場合を示す)が接続され
ている。また、抵抗R1及びR2の一方又は両方に並列
に、抵抗R1及びR2間の偏差を補償するための補償用
抵抗Rc (第1図においては、抵抗R1側に接続し
た場合を示す〉が接続されている。さらにまた、差動増
幅部7における増幅率補償用に抵抗R7が帰還抵抗R5
に並列に接続されている。
回路素子が設けられている。すなわち、抵抗R1及びR
2の一方又は両方に並列に、圧電素子2及び3間の容量
差を補償するための補償用コンデンサCC(第1図にお
いては、抵抗R1側に接続した場合を示す)が接続され
ている。また、抵抗R1及びR2の一方又は両方に並列
に、抵抗R1及びR2間の偏差を補償するための補償用
抵抗Rc (第1図においては、抵抗R1側に接続し
た場合を示す〉が接続されている。さらにまた、差動増
幅部7における増幅率補償用に抵抗R7が帰還抵抗R5
に並列に接続されている。
上述の各補償回路素子は、以下に示す検討に基づぎ設け
られた。
られた。
温度がdT変化したときに圧電素子2,3に発生する焦
電電荷dQは、電極面積をA1焦電率を1) cp =
d P/d T [0/m 2にコ)とすルト、dQ=
AX11(ITとなり、温度変化率をβ(β−dT/d
t)とすると、発生する焦電流iは次式%式% (αは圧電検出部の固有の定数)のようになる。
電電荷dQは、電極面積をA1焦電率を1) cp =
d P/d T [0/m 2にコ)とすルト、dQ=
AX11(ITとなり、温度変化率をβ(β−dT/d
t)とすると、発生する焦電流iは次式%式% (αは圧電検出部の固有の定数)のようになる。
そこで、第1図に示す検出部4を含む回路の焦電性に関
する部分の等価回路は第2図に示すようになる。ここで
、II、+2は、温度変化率βに比例する定電流源、R
i+、Ri2は圧電素子2゜3の絶縁抵抗Ci + 、
C! 2は圧電素子2,3の容量、CCl 、 Cc
2はイ]加容畢(コンデンサCCに対応している>、R
C+、RC2はイ・1加抵抗(抵抗RCに対応している
)である。定電流源より流れだJ電流をlid、fi2
とおき、(−1加抵抗(抵抗RCに対応している>I+
、12である。
する部分の等価回路は第2図に示すようになる。ここで
、II、+2は、温度変化率βに比例する定電流源、R
i+、Ri2は圧電素子2゜3の絶縁抵抗Ci + 、
C! 2は圧電素子2,3の容量、CCl 、 Cc
2はイ]加容畢(コンデンサCCに対応している>、R
C+、RC2はイ・1加抵抗(抵抗RCに対応している
)である。定電流源より流れだJ電流をlid、fi2
とおき、(−1加抵抗(抵抗RCに対応している>I+
、12である。
定電流源1+ 、+2より流れ出す電流を111゜11
2とおき、付加抵抗RO1,RC2の両端に発牛覆る電
圧をV+ 、V2とすると、Ci+、CC+、Ci2.
CC2に電荷が蓄えられていない時貞(この時魚を1=
0とおく)より1秒後の電圧Vl、V2は、次式 %式%) に示すようになる( X // Yは素子XとYの並列
接続における合成インピーダンスを示す。)焦電負荷を
圧電素子2,3について完全に打ち消しあうには、次式 %式%(4) を満足すれば良く、このためには、<2>、(3)式に
より、次式 %式% の関係を満足すれば良いことが分かる。この(5)。
2とおき、付加抵抗RO1,RC2の両端に発牛覆る電
圧をV+ 、V2とすると、Ci+、CC+、Ci2.
CC2に電荷が蓄えられていない時貞(この時魚を1=
0とおく)より1秒後の電圧Vl、V2は、次式 %式%) に示すようになる( X // Yは素子XとYの並列
接続における合成インピーダンスを示す。)焦電負荷を
圧電素子2,3について完全に打ち消しあうには、次式 %式%(4) を満足すれば良く、このためには、<2>、(3)式に
より、次式 %式% の関係を満足すれば良いことが分かる。この(5)。
(6)式により従って次式
を満足することが焦電性を完全に打ち消すための条件で
あることが分かる。
あることが分かる。
次に実際の焦電流、抵抗、容量の合わせ込み方法につい
て説明する。上述の(7)式より3つの要素の比が等し
ければ良いので3つの要素のうち、2つを他の1つに合
わせれば良いことになる。(5)。
て説明する。上述の(7)式より3つの要素の比が等し
ければ良いので3つの要素のうち、2つを他の1つに合
わせれば良いことになる。(5)。
(6)式から明らかなように、抵抗値は、両式に関係し
てくるので、抵抗値の比Ri 、 //Re + /R
i2//RC2を固定して、焦電流及び容量をこの抵抗
値の比に合わせるのが最も調整しやすいと考えられ、以
下では、かかる手順に従った調整方法について)ホベる
。
てくるので、抵抗値の比Ri 、 //Re + /R
i2//RC2を固定して、焦電流及び容量をこの抵抗
値の比に合わせるのが最も調整しやすいと考えられ、以
下では、かかる手順に従った調整方法について)ホベる
。
例えばfi2/Ii+=0.5、(Ri+//RC+)
/ (Ri2//Rc2 >−”+、01(C:2//
CC2)/ (Ci + //CC+ )=0.98の
とき圧電素子2.3を、単位時間当りの変化温度を一定
にして加熱して行くと、電IFF V + 及びV2は
第3図に示すように変化してゆく。焦電流1!+。
/ (Ri2//Rc2 >−”+、01(C:2//
CC2)/ (Ci + //CC+ )=0.98の
とき圧電素子2.3を、単位時間当りの変化温度を一定
にして加熱して行くと、電IFF V + 及びV2は
第3図に示すように変化してゆく。焦電流1!+。
Ji2の合わせ方であるがこれら焦電流1!+。
1i2を直接会わせるのは困難である。しかし、次式
V+ =KV2・・・・・・(8)のように差動増幅
部7の増幅率を決めれば111=KIf2と等価である
ことから増幅率を可変して焦電流1i1.li2を所定
比に合わせ込んだと同様の状態にし得る。第3図におい
て加熱開始後、充分時間が経過した時間ioにおける電
圧V1及びV2の値をV+ T 、V2 tとおくと、
V+t /V2 t =2.00であるから、増幅率K
を2、OOとすると、電圧V+及びV2は第4図のよう
になる。実際には、抵抗値偏差があるから、抵抗R7を
可変してKを1から可変してゆき、V+t=V2tなる
ようにKを決定する。この状態で、(7)式のfi2/
Ii+=Ri 電 //R01/R:2//RC2が満
足された。
V+ =KV2・・・・・・(8)のように差動増幅
部7の増幅率を決めれば111=KIf2と等価である
ことから増幅率を可変して焦電流1i1.li2を所定
比に合わせ込んだと同様の状態にし得る。第3図におい
て加熱開始後、充分時間が経過した時間ioにおける電
圧V1及びV2の値をV+ T 、V2 tとおくと、
V+t /V2 t =2.00であるから、増幅率K
を2、OOとすると、電圧V+及びV2は第4図のよう
になる。実際には、抵抗値偏差があるから、抵抗R7を
可変してKを1から可変してゆき、V+t=V2tなる
ようにKを決定する。この状態で、(7)式のfi2/
Ii+=Ri 電 //R01/R:2//RC2が満
足された。
次に容量を補償する動作を説明する。第4図において、
電圧V1とV2の波形が重なるように補償容量CC+又
はCC2(CC(第1図))を付加してゆき、一致した
ときに、付加を停止する。
電圧V1とV2の波形が重なるように補償容量CC+又
はCC2(CC(第1図))を付加してゆき、一致した
ときに、付加を停止する。
この停什時の波形を第5図に示す。これで(7)式のR
i 1//RC+ /Ri 2 //RC2=Ci 2
//CC2/ Ci + // Cc 1 が満足さ
れ、以下より(5)式に示す条件が満足され、焦電電荷
を打ち消しあうことができたことになる。
i 1//RC+ /Ri 2 //RC2=Ci 2
//CC2/ Ci + // Cc 1 が満足さ
れ、以下より(5)式に示す条件が満足され、焦電電荷
を打ち消しあうことができたことになる。
因みに、圧電性による電圧信号は、電圧素子2゜3を逆
特性に接着配置しているため差動増幅部7においで加算
されるため、打ち消されることがなく、出力信号に含ま
れることになる。焦電性を打ち消すための補償用回路素
子の調整によって加算係数が変化するが、送出される出
力信号は加算係数が変化しても外部応力に対する線形性
を維持しており、調整による影響は受けない。
特性に接着配置しているため差動増幅部7においで加算
されるため、打ち消されることがなく、出力信号に含ま
れることになる。焦電性を打ち消すための補償用回路素
子の調整によって加算係数が変化するが、送出される出
力信号は加算係数が変化しても外部応力に対する線形性
を維持しており、調整による影響は受けない。
[発明の効果]
以上説明してきたように、この発明によれば、可制御回
路素子を設けて2個の電圧素子の焦電特性を一致させる
ようにしたので低周波力学量検出時、ノイズ成分となる
焦電電荷を減算することで確実に打ち消すことができ高
精度に力学量を検出できるという効果が得られる。
路素子を設けて2個の電圧素子の焦電特性を一致させる
ようにしたので低周波力学量検出時、ノイズ成分となる
焦電電荷を減算することで確実に打ち消すことができ高
精度に力学量を検出できるという効果が得られる。
第1図はこの発明により圧電式力学量センサの一実施例
を示す接続図、第2図はその等価回路図、第3図〜第5
図はその調整時における特性を示す特性曲線図である。 2.3・・・圧電素子 7・・・差動増幅部CC・
・・補償用コンデンサ RC・・・補償用抵抗R7・・
・増幅率補償用抵抗
を示す接続図、第2図はその等価回路図、第3図〜第5
図はその調整時における特性を示す特性曲線図である。 2.3・・・圧電素子 7・・・差動増幅部CC・
・・補償用コンデンサ RC・・・補償用抵抗R7・・
・増幅率補償用抵抗
Claims (2)
- (1)二枚の圧電素子をポーリング方向を逆にして配置
し、それら出力を合成するようにした圧電式力学量セン
サにおいて、一方又は両方の上記圧電素子に並列に接続
する可制御容量素子と、一方又は両方の上記圧電素子に
並列に接続する負荷抵抗値を制御する負荷抵抗調整手段
と、上記各圧電素子の発生出力信号を制御するゲインコ
ントロール手段とのうち少なくとも1つを有することを
特徴とする圧電式力学量センサ。 - (2)上記可制御容量素子、上記負荷抵抗調整手段又は
/及び上記ゲインコントロール手段は、上記各圧電素子
の接続系列における合成容量の比、合成抵抗の比、焦電
係数比が等しくなるように制御することを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載の圧電式力学量センサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17168686A JPS6329212A (ja) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | 圧電式力学量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17168686A JPS6329212A (ja) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | 圧電式力学量センサ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6329212A true JPS6329212A (ja) | 1988-02-06 |
Family
ID=15927812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17168686A Pending JPS6329212A (ja) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | 圧電式力学量センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6329212A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000045181A1 (fr) * | 1999-01-26 | 2000-08-03 | Bosch Electronics Corporation | Capteur d'acceleration et systeme de detection d'acceleration |
WO2004023571A3 (en) * | 2002-09-04 | 2004-07-22 | Triad Sensors Inc | Interface electronics for piezoelectric devices |
JP2020143930A (ja) * | 2019-03-04 | 2020-09-10 | 富士電機株式会社 | ジャーク測定システム |
-
1986
- 1986-07-23 JP JP17168686A patent/JPS6329212A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000045181A1 (fr) * | 1999-01-26 | 2000-08-03 | Bosch Electronics Corporation | Capteur d'acceleration et systeme de detection d'acceleration |
US6513383B1 (en) | 1999-01-26 | 2003-02-04 | Bosch Electronics Corporation | Acceleration sensor and acceleration detection system |
WO2004023571A3 (en) * | 2002-09-04 | 2004-07-22 | Triad Sensors Inc | Interface electronics for piezoelectric devices |
JP2020143930A (ja) * | 2019-03-04 | 2020-09-10 | 富士電機株式会社 | ジャーク測定システム |
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