JPH0715485B2 - 圧電型力学量センサ - Google Patents
圧電型力学量センサInfo
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- JPH0715485B2 JPH0715485B2 JP12240087A JP12240087A JPH0715485B2 JP H0715485 B2 JPH0715485 B2 JP H0715485B2 JP 12240087 A JP12240087 A JP 12240087A JP 12240087 A JP12240087 A JP 12240087A JP H0715485 B2 JPH0715485 B2 JP H0715485B2
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- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
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- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P1/006—Details of instruments used for thermal compensation
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- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、圧電素子を用いた力学量センサに関し、特に
車両用の加速度センサとして好適な力学量センサに関す
るものである。
車両用の加速度センサとして好適な力学量センサに関す
るものである。
〔従来技術〕 圧電素子を用いた加速度センサとしては、例えば公開実
用新案公報昭和61年187462号に示されているものがあ
る。
用新案公報昭和61年187462号に示されているものがあ
る。
第８図は上記の加速度センサの全体構成を示す断面図、
第９は圧電ダイアフラムの平面図及び断面図である。
第９は圧電ダイアフラムの平面図及び断面図である。
第８図において、１は圧電ダイアフラム、２は筺体の下
半部、３は筺体の上半部であり、圧電ダイアフラム１
は、ポリウレタン等の弾性材からなる支持部材４を介し
て筺体2,3に装着されている。
半部、３は筺体の上半部であり、圧電ダイアフラム１
は、ポリウレタン等の弾性材からなる支持部材４を介し
て筺体2,3に装着されている。
その他、５は電子部品６を載置する電子回路基板、６は
検出信号を増幅したりフイルタリングする電子回路を構
成する電子部品、７はポッティング材、８は検出信号を
外部へ取り出す外部リード線、13,14は圧電ダイアフラ
ム１の圧電素子と電子回路とを接続するリード線であ
る。
検出信号を増幅したりフイルタリングする電子回路を構
成する電子部品、７はポッティング材、８は検出信号を
外部へ取り出す外部リード線、13,14は圧電ダイアフラ
ム１の圧電素子と電子回路とを接続するリード線であ
る。
次に、第９図において、金属薄板10の両面には、それぞ
れ圧電素子11,12が接着剤によって接着されている。
れ圧電素子11,12が接着剤によって接着されている。
金属薄板10は、圧電素子11,12と熱膨張をできるだけ同
じ値にする必要があり、そのため例えば圧電素子として
P.Z.Tを用いた場合には、それと熱膨張係数の近いNi-Fe
合金を用いる。
じ値にする必要があり、そのため例えば圧電素子として
P.Z.Tを用いた場合には、それと熱膨張係数の近いNi-Fe
合金を用いる。
なお、圧電素子11,12は、金属薄板10より小面積のもの
を用い、圧電ダイアフラム１の周辺部には金属薄板10が
露出している。
を用い、圧電ダイアフラム１の周辺部には金属薄板10が
露出している。
また、圧電素子は、焦電性のために温度変化に応じて電
圧が発生するので、上記のように２枚の圧電素子を反対
の出力特性となるように張り合わせた、いわゆるバイモ
ルフ構造とすることによって焦電出力を除去している。
圧が発生するので、上記のように２枚の圧電素子を反対
の出力特性となるように張り合わせた、いわゆるバイモ
ルフ構造とすることによって焦電出力を除去している。
その他、15〜18は緩衝材、19は空気通路となる小孔であ
る。
る。
しかしながら、このような従来の圧電型力学量センサに
おいては、２枚の薄い圧電素子の分極方向を、力学量印
加方向に対して互いに逆向きになるように金属薄板に固
定し、かつ、電気的接続を直列接続にしていたため、バ
イモルフ構造とすることによって本来キャンセルされる
べきノイズ電圧、すなわち環境温度変化に対応して発生
する圧電素子固有の焦電電荷に基づいて発生するノイズ
電圧が、２枚の圧電素子間の静電容量差及び絶縁抵抗差
の影響によって大きなノイズ電圧として発生し、力学量
センサの低周波力学量検出精度を悪化させるという問題
点があった。なお、上記の影響の詳細は後述する。
おいては、２枚の薄い圧電素子の分極方向を、力学量印
加方向に対して互いに逆向きになるように金属薄板に固
定し、かつ、電気的接続を直列接続にしていたため、バ
イモルフ構造とすることによって本来キャンセルされる
べきノイズ電圧、すなわち環境温度変化に対応して発生
する圧電素子固有の焦電電荷に基づいて発生するノイズ
電圧が、２枚の圧電素子間の静電容量差及び絶縁抵抗差
の影響によって大きなノイズ電圧として発生し、力学量
センサの低周波力学量検出精度を悪化させるという問題
点があった。なお、上記の影響の詳細は後述する。
本発明は上記のごとき従来技術の問題を解決し、低周波
域における検出精度を向上させた圧電型力学量センサを
提供することを目的とする。
域における検出精度を向上させた圧電型力学量センサを
提供することを目的とする。
上記の目的を達成するため本発明においては、２枚の圧
電素子の分極方向が力学量印加方向に対して相互に同じ
方向となるように上記２枚の圧電素子をダイアフラムの
両面に固着し、かつ、上記２枚の圧電素子の電気的接続
を並列接続とするように構成している。
電素子の分極方向が力学量印加方向に対して相互に同じ
方向となるように上記２枚の圧電素子をダイアフラムの
両面に固着し、かつ、上記２枚の圧電素子の電気的接続
を並列接続とするように構成している。
上記のように構成することにより、バイモルフ構造にし
てもなおノイズがキャンセルされない主な要因であると
ころの２枚の圧電素子の電気的特性偏差（焦電電流差、
静電容量差、絶縁抵抗差）のうち、静電容量差及び絶縁
抵抗差の二つの要因を無視することができ、そのため直
列接続に比べでノイズ電圧を1/2以下に低減することが
出来る。
てもなおノイズがキャンセルされない主な要因であると
ころの２枚の圧電素子の電気的特性偏差（焦電電流差、
静電容量差、絶縁抵抗差）のうち、静電容量差及び絶縁
抵抗差の二つの要因を無視することができ、そのため直
列接続に比べでノイズ電圧を1/2以下に低減することが
出来る。
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
第１図は、本発明の一実施例図であり、（Ａ）は圧電ダ
イアフラム100の断面図、（Ｂ）は圧電ダイアフラムの
主要部分の拡大断面図、（Ｃ）は２枚の圧電素子の分極
方向を示す図である。なお、その他の部分は前記第８、
９図と同様である。
イアフラム100の断面図、（Ｂ）は圧電ダイアフラムの
主要部分の拡大断面図、（Ｃ）は２枚の圧電素子の分極
方向を示す図である。なお、その他の部分は前記第８、
９図と同様である。
第１図において、金属薄板20の両側に固着されている２
枚の圧電素子21,22は、それぞれ表面に薄い電極23,24,2
5,26が形成されている。この電極の材料としては、例え
ばNi-Cu合金が用いられ、スパッタリング、蒸着等の手
法によって形成される。これらの電極は通常0.1〜0.5μ
ｍの極めて薄い電極である。
枚の圧電素子21,22は、それぞれ表面に薄い電極23,24,2
5,26が形成されている。この電極の材料としては、例え
ばNi-Cu合金が用いられ、スパッタリング、蒸着等の手
法によって形成される。これらの電極は通常0.1〜0.5μ
ｍの極めて薄い電極である。
また、圧電ダイアフラム100から信号を取り出すための
リード線は、２枚の圧電素子21、22の外側電極23、24間
を電気的に接続する細いリード線27と、２枚の圧電素子
21、22の外側電極に発生した電荷を検出回路に導くため
のリード線29と、２枚の圧電素子21、22の接着側電極2
5、26に発生した電荷を検出回路に導くためのリード線2
8との計３本のリード線から構成される。
リード線は、２枚の圧電素子21、22の外側電極23、24間
を電気的に接続する細いリード線27と、２枚の圧電素子
21、22の外側電極に発生した電荷を検出回路に導くため
のリード線29と、２枚の圧電素子21、22の接着側電極2
5、26に発生した電荷を検出回路に導くためのリード線2
8との計３本のリード線から構成される。
なお、接着側電極25、26と金属薄板20とは、接着面にお
いて表面の凸部を介して電気的に接続されており、リー
ド線28は金属薄板20に接続されている。また、上記の各
電極及び金属薄板へのリード線の取り付け方法は、例え
ば半田付けが用いられるが、導電性接着剤を用いてもよ
い。第１図（Ｂ）の31、32は上記の半田層又は接着剤層
を示す。
いて表面の凸部を介して電気的に接続されており、リー
ド線28は金属薄板20に接続されている。また、上記の各
電極及び金属薄板へのリード線の取り付け方法は、例え
ば半田付けが用いられるが、導電性接着剤を用いてもよ
い。第１図（Ｂ）の31、32は上記の半田層又は接着剤層
を示す。
また、２枚の圧電素子21、22の固定方向は、第１図
（Ｃ）に示すごとく、２枚の圧電素子の分極方向が力学
量印加方向に対して相互に同じ方向となるように金属薄
板20の両面に固着する。
（Ｃ）に示すごとく、２枚の圧電素子の分極方向が力学
量印加方向に対して相互に同じ方向となるように金属薄
板20の両面に固着する。
次に、第２図は圧電ダイアフラム100と検出回路の電気
的接続法を示した図である。
的接続法を示した図である。
図示のごとく、圧電ダイアフラムの２枚の圧電素子21、
22は電気的に並列に接続され、その出力が演算増幅器33
を介して出力端子34から出力される。
22は電気的に並列に接続され、その出力が演算増幅器33
を介して出力端子34から出力される。
次に作用を説明する。
第４図及び第５図は、従来例の直列接続と本発明の並列
接続とを比較して説明するための図であり、第４図は従
来例の場合、第５図は本発明の場合を示す。また、両図
において、（Ａ）は圧電素子の分極方向を示す図、
（Ｂ）は力学量が印加された場合の電荷発生方向を示す
図、（Ｃ）は温度変化による焦電電荷の発生方向を示す
図、（Ｄ）は等価回路図である。
接続とを比較して説明するための図であり、第４図は従
来例の場合、第５図は本発明の場合を示す。また、両図
において、（Ａ）は圧電素子の分極方向を示す図、
（Ｂ）は力学量が印加された場合の電荷発生方向を示す
図、（Ｃ）は温度変化による焦電電荷の発生方向を示す
図、（Ｄ）は等価回路図である。
まず、第４図に基づいて、従来例の直列接続を説明す
る。
る。
直列接続においては、信号は２枚の圧電素子の外側電極
からのみ取り出され、表面凹凸を介して電気的に接続さ
れている金属薄板と圧電素子の接着側電極とは絶縁材か
らなる支持部材によって外部から絶縁されている。
からのみ取り出され、表面凹凸を介して電気的に接続さ
れている金属薄板と圧電素子の接着側電極とは絶縁材か
らなる支持部材によって外部から絶縁されている。
力学量センサとしての性能は、印加される力学量に応じ
た歪によって発生する電圧（信号電圧Ｓ）と環境温度変
化時に生じる焦電電圧（ノイズ電圧Ｎ）との比によって
決まり、これれ一般にS/N比と呼び、この比が大きいほ
どセンサとしての性能は良い。
た歪によって発生する電圧（信号電圧Ｓ）と環境温度変
化時に生じる焦電電圧（ノイズ電圧Ｎ）との比によって
決まり、これれ一般にS/N比と呼び、この比が大きいほ
どセンサとしての性能は良い。
第４図（Ｄ）に示す直列接続の等価回路において、力学
量が印加された時に発生する電圧をVFとおくと、時間領
域において、 となる。
量が印加された時に発生する電圧をVFとおくと、時間領
域において、 となる。
ここで、i1F、i2Fは２枚の圧電素子において印加力学量
に対応して発生する電流である。またC1、C2は圧電素子
の有する静電容量、IR1、IR2は圧電素子の有する絶縁抵
抗である。
に対応して発生する電流である。またC1、C2は圧電素子
の有する静電容量、IR1、IR2は圧電素子の有する絶縁抵
抗である。
次に環境温度が変化すると、圧電素子固有の問題とし
て、温度変化率に比例して発生するiT＝λＴ・dT/dtな
る焦電電流が生じる。ここでλＴは焦電係数と呼ばれ、
一定温度変化率に対する発生電流を表わす定数である。
て、温度変化率に比例して発生するiT＝λＴ・dT/dtな
る焦電電流が生じる。ここでλＴは焦電係数と呼ばれ、
一定温度変化率に対する発生電流を表わす定数である。
直列接続において発生する環境温度変化時に生じるノイ
ズ電圧VTは次式で表わされる。
ズ電圧VTは次式で表わされる。
ここで、２枚の圧電素子の電気的特性が完全に等しけれ
ば、i1F＝i2F、i1T＝i2T、C1＝C2、IR1＝IR2となるの
で、信号電圧VF、ノイズ電圧VTは次のようになる。
ば、i1F＝i2F、i1T＝i2T、C1＝C2、IR1＝IR2となるの
で、信号電圧VF、ノイズ電圧VTは次のようになる。
しかしながら、実際には、圧電素子製造時の特性偏差、
圧電素子を金属薄板へ接着するために生じる応力歪、支
持部材より生じる応力歪等により、圧電素子の電気的特
性は素子間で少しづつ異なり、このためにノイズ電圧が
発生する。更に、ノイズ電圧は上記の式からも明らかな
ように２枚の圧電素子の電気的特性の差に比例するもの
であるから、わずかな圧電素子の電気的特性の差によっ
て大きなノイズ電圧となり、S/N比を悪化させる。
圧電素子を金属薄板へ接着するために生じる応力歪、支
持部材より生じる応力歪等により、圧電素子の電気的特
性は素子間で少しづつ異なり、このためにノイズ電圧が
発生する。更に、ノイズ電圧は上記の式からも明らかな
ように２枚の圧電素子の電気的特性の差に比例するもの
であるから、わずかな圧電素子の電気的特性の差によっ
て大きなノイズ電圧となり、S/N比を悪化させる。
直列接続におけるノイズ電圧発生の要因は、焦電電流の
差（i1T−i2T）、静電容量差（C1−C2）、絶縁抵抗の差
（IR1−IR2）の３つである。
差（i1T−i2T）、静電容量差（C1−C2）、絶縁抵抗の差
（IR1−IR2）の３つである。
次に、第５図に基づいて本発明の並列接続を説明する。
並列接続においては、信号は電気的に接続されている外
側電極と、表面凹凸を介して接着側電極と導通している
金属薄板とから取り出される。
側電極と、表面凹凸を介して接着側電極と導通している
金属薄板とから取り出される。
第５図（Ｄ）に示す並列接続の等価回路においても、力
学量Ｆが印加された時に発生する電圧をVFとおくと、時
間領域において、VFは となる。また、並列接続において発生する環境温度変化
に伴うノイズ電圧VTは次式で表わされる。
学量Ｆが印加された時に発生する電圧をVFとおくと、時
間領域において、VFは となる。また、並列接続において発生する環境温度変化
に伴うノイズ電圧VTは次式で表わされる。
２枚の圧電素子の電気的特性が等しければ、 となる。
ここで、前述のように圧電素子の電気的特性が素子間で
異なる場合を考察すると、上記のVT(t)の式から判るよ
うに、ノイズ電圧VTに関して影響を与えるパラメータ
は、焦電電流の差（i1−i2）のみであり、本質的に静電
容量差（C1−C2）と絶縁抵抗差（IR1−IR2）には無関係
である。
異なる場合を考察すると、上記のVT(t)の式から判るよ
うに、ノイズ電圧VTに関して影響を与えるパラメータ
は、焦電電流の差（i1−i2）のみであり、本質的に静電
容量差（C1−C2）と絶縁抵抗差（IR1−IR2）には無関係
である。
次に信号電圧に着目すると、並列接続は直列接続に比べ
て出力電圧が1/2に低減する。
て出力電圧が1/2に低減する。
しかしながら、前述のとおり、並列接続にすると、ノイ
ズ電圧に影響を及ぼす圧電素子の３つの電気的特性偏差
（焦電電流ｉ、静電容量Ｃ、絶縁抵抗IR）のうち、２つ
の要因を無視することが可能であり、焦電電流の差のみ
が影響することになる。そのためノイズ電圧を1/2以下
に低減することが可能であることから、全体としてS/N
比を向上させることが可能となる。
ズ電圧に影響を及ぼす圧電素子の３つの電気的特性偏差
（焦電電流ｉ、静電容量Ｃ、絶縁抵抗IR）のうち、２つ
の要因を無視することが可能であり、焦電電流の差のみ
が影響することになる。そのためノイズ電圧を1/2以下
に低減することが可能であることから、全体としてS/N
比を向上させることが可能となる。
以上述べてきた本発明の効果を、出願人は実験により確
認した。
認した。
第６図は実験に使用した検出回路構成を示した図であ
る。
る。
まず、第６図（Ａ）は従来の直列接続の場合であり、リ
ーク抵抗36は5,000MΩの抵抗値を有し、圧電ダイアフラ
ム101の静電容量は20,000pFであるから、CR積は100（se
c）である。
ーク抵抗36は5,000MΩの抵抗値を有し、圧電ダイアフラ
ム101の静電容量は20,000pFであるから、CR積は100（se
c）である。
次に、第６図（Ｂ）は本発明の並列接続の場合であり、
リーク抵抗37は1,250MΩの抵抗値を有し、圧電ダイアフ
ラム102の静電容量は80,000pFであるから、CR積は第６
図（Ａ）と同じ100（sec）である。
リーク抵抗37は1,250MΩの抵抗値を有し、圧電ダイアフ
ラム102の静電容量は80,000pFであるから、CR積は第６
図（Ａ）と同じ100（sec）である。
第７図は、上記のごとく同じCR積を有する第６の検出回
路において、一定温度勾配の温度変化を付与した際に発
生する環境温度変化に伴うノイズ電圧を、各々複数の試
料について試験測定した結果のうち、代表的なデータを
示すものである。
路において、一定温度勾配の温度変化を付与した際に発
生する環境温度変化に伴うノイズ電圧を、各々複数の試
料について試験測定した結果のうち、代表的なデータを
示すものである。
第７図において、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は並列接続に
おける３個の試料の試験結果、（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）
は直列接続における３個の試料の試験結果、（Ｇ）及び
（Ｈ）は圧電素子に加えた温度変化の特性である。
おける３個の試料の試験結果、（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）
は直列接続における３個の試料の試験結果、（Ｇ）及び
（Ｈ）は圧電素子に加えた温度変化の特性である。
第７図から明らかなように、本発明の並列接続によれ
ば、ノイズ電圧が従来の直列接続に比べて遥かに小さく
なり、信号電圧が1/2になることを考慮しても、全体のS
/N比は従来より大幅に向上することが実験により確認さ
れた。
ば、ノイズ電圧が従来の直列接続に比べて遥かに小さく
なり、信号電圧が1/2になることを考慮しても、全体のS
/N比は従来より大幅に向上することが実験により確認さ
れた。
次に、通常、力学量センサとして圧電ダイアフラムを使
用し、低周波領域までの力学量を計測する場合におい
て、絶縁抵抗の高い圧電素子を使用するために極めて大
きなものとなるノイズ電圧を低減するために、第３図に
示すように検出回路（演算増幅器33）の入力端子−GND
間にリーク抵抗35を接続する方法が用いられる。
用し、低周波領域までの力学量を計測する場合におい
て、絶縁抵抗の高い圧電素子を使用するために極めて大
きなものとなるノイズ電圧を低減するために、第３図に
示すように検出回路（演算増幅器33）の入力端子−GND
間にリーク抵抗35を接続する方法が用いられる。
このリーク抵抗により、力学量センサが１次ハイパス・
フィルタを形成し、力学量センサの最低計測可能周波数
は、圧電素子の絶縁抵抗とリーク抵抗とを並列接続した
時の抵抗値と圧電素子の静電容量との積（CR積）によっ
て決定される。
フィルタを形成し、力学量センサの最低計測可能周波数
は、圧電素子の絶縁抵抗とリーク抵抗とを並列接続した
時の抵抗値と圧電素子の静電容量との積（CR積）によっ
て決定される。
例えば、3dB減衰する周波数（カットオフ周波数fc）
は、fc＝1/2πCR（Hz）で表わされる。つまりCR積を大
きくすれば、低周波領域まで減衰せずに力学量が計測可
能となるが、Ｒを大きくすることは、前記のように で決定されるノイズ電圧を増大させることになる。さら
に、実用的な圧電素子を0.01（Hz）程度の超低周波領域
までの力学量計測を可能とするには、一般に、必要とさ
れるリーク抵抗値は1000（ＭΩ）〜10,000（ＭΩ）とな
るが、このような超高抵抗は、安定性、信頼性の面で車
両の環境において使用するには不安が残る。
は、fc＝1/2πCR（Hz）で表わされる。つまりCR積を大
きくすれば、低周波領域まで減衰せずに力学量が計測可
能となるが、Ｒを大きくすることは、前記のように で決定されるノイズ電圧を増大させることになる。さら
に、実用的な圧電素子を0.01（Hz）程度の超低周波領域
までの力学量計測を可能とするには、一般に、必要とさ
れるリーク抵抗値は1000（ＭΩ）〜10,000（ＭΩ）とな
るが、このような超高抵抗は、安定性、信頼性の面で車
両の環境において使用するには不安が残る。
従って、リーク抵抗値はなるべく低くし、しかも低周波
領域まで計測可能とするには静電容量を増大するのが望
ましい。その点、本発明における並列接続は、構成部品
を増加させることなしに、静電容量を前述のように２倍
とすることが可能となり、したがって、同一CR積を確保
するのに必要なリーク抵抗値は半分で済むので、上記の
ごとき高抵抗使用時における問題を低減することが可能
となる。
領域まで計測可能とするには静電容量を増大するのが望
ましい。その点、本発明における並列接続は、構成部品
を増加させることなしに、静電容量を前述のように２倍
とすることが可能となり、したがって、同一CR積を確保
するのに必要なリーク抵抗値は半分で済むので、上記の
ごとき高抵抗使用時における問題を低減することが可能
となる。
さらに、圧電素子単体に発生する電圧に着目して、本発
明における他の効果を説明する。
明における他の効果を説明する。
焼成後の圧電素子に圧電性を付与するめには、圧電素子
に高電界を印加し、素子内の結晶配向を電界方向にそろ
える分極（ポーリング）処理を行う、つまり一定の応力
（圧電性）または温度変化（焦電性）に対して生じる電
荷は、この分極条件によって決定される。ここで、直列
接続における圧電素子単体には、急激な温度変化時に
は、数十〜数百ボルトの高い電圧が発生する。これに対
して並列接続においては、焦電電流が互いにキャンセル
されるため、圧電素子には数ボルト程度の電圧しか発生
しない。そして大きな電圧が圧電素子に印加されると、
この電圧によって生じる電界により、製造時に管理され
た結晶配向が変化し、印加力学量に対する感度の変化が
生じるという問題が生じる。
に高電界を印加し、素子内の結晶配向を電界方向にそろ
える分極（ポーリング）処理を行う、つまり一定の応力
（圧電性）または温度変化（焦電性）に対して生じる電
荷は、この分極条件によって決定される。ここで、直列
接続における圧電素子単体には、急激な温度変化時に
は、数十〜数百ボルトの高い電圧が発生する。これに対
して並列接続においては、焦電電流が互いにキャンセル
されるため、圧電素子には数ボルト程度の電圧しか発生
しない。そして大きな電圧が圧電素子に印加されると、
この電圧によって生じる電界により、製造時に管理され
た結晶配向が変化し、印加力学量に対する感度の変化が
生じるという問題が生じる。
以上の理由から圧電素子に印加される電圧は、なるべく
低い方がよく、この点でも本発明における並列接続の効
果は大きい。
低い方がよく、この点でも本発明における並列接続の効
果は大きい。
以上説明してきたように、この発明によれば、２枚の薄
い圧電素子の分極方向が力学量印加方向に対して相互に
同一の方向になるようにダイアフラムの両面に固着し、
かつ、電気的接続を並列接続とするように構成したこと
により、バイモルフ構造にしてもなおノイズがキャンセ
ルされない主な要因であるところの２枚の圧電素子の電
気的特性偏差（焦電電流差、静電容量差、絶縁抵抗差）
のうち、静電容量差及び絶縁抵抗差の二つの要因を無視
することができ、そのため直列接続に比べてノイズ電圧
を1/2以下に低減することが出来、その結果、全体のS/N
比を向上することが出来、低周波域まで良好な検出感度
を維持できるという効果が得られる。
い圧電素子の分極方向が力学量印加方向に対して相互に
同一の方向になるようにダイアフラムの両面に固着し、
かつ、電気的接続を並列接続とするように構成したこと
により、バイモルフ構造にしてもなおノイズがキャンセ
ルされない主な要因であるところの２枚の圧電素子の電
気的特性偏差（焦電電流差、静電容量差、絶縁抵抗差）
のうち、静電容量差及び絶縁抵抗差の二つの要因を無視
することができ、そのため直列接続に比べてノイズ電圧
を1/2以下に低減することが出来、その結果、全体のS/N
比を向上することが出来、低周波域まで良好な検出感度
を維持できるという効果が得られる。
第１図は本発明の一実施例図、第２図及び第３図は本発
明の接続を示す図、第４図は従来の直列接続の作用説明
図、第５図は本発明の並列接続の作用説明図、第６図は
性能試験に用いた装置の回路図、第７図は性能試験結果
を示す特性図、第８図は従来装置の一例の断面図、第９
図は従来の圧電ダイアフラムの一例の平面図及び断面図
である。 〈符号の説明〉 20……金属薄板（ダイアフラム） 21,22……圧電素子、23,24……外側電極 25,26……接着側電極、27,28,29……リード線 30……支持部材、100……圧電ダイアフラム
明の接続を示す図、第４図は従来の直列接続の作用説明
図、第５図は本発明の並列接続の作用説明図、第６図は
性能試験に用いた装置の回路図、第７図は性能試験結果
を示す特性図、第８図は従来装置の一例の断面図、第９
図は従来の圧電ダイアフラムの一例の平面図及び断面図
である。 〈符号の説明〉 20……金属薄板（ダイアフラム） 21,22……圧電素子、23,24……外側電極 25,26……接着側電極、27,28,29……リード線 30……支持部材、100……圧電ダイアフラム
Claims (1)
- 【請求項１】導電性を有する薄板の少なくとも周辺部を
除いた部分の両面のそれぞれに、電極を備えた薄板状の
圧電素子を固着してなる圧電ダイアフラムを用いた圧電
型力学量センサにおいて、上記２枚の圧電素子の分極方
向が力学量印加方向に対して相互に同じ方向となるよう
に上記２枚の圧電素子を上記薄板に固着し、かつ、上記
２枚の圧電素子の電気的接続を並列接続としたことを特
徴とする圧電型力学量センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12240087A JPH0715485B2 (ja) | 1987-05-21 | 1987-05-21 | 圧電型力学量センサ |
| DE19883817354 DE3817354A1 (de) | 1987-05-21 | 1988-05-20 | Sensor zur erfassung kinetischer energie, insbesondere piezoelektrischer sensor zur erfassung dynamischer oder kinetischer energie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12240087A JPH0715485B2 (ja) | 1987-05-21 | 1987-05-21 | 圧電型力学量センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63289460A JPS63289460A (ja) | 1988-11-25 |
| JPH0715485B2 true JPH0715485B2 (ja) | 1995-02-22 |
Family
ID=14834854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12240087A Expired - Lifetime JPH0715485B2 (ja) | 1987-05-21 | 1987-05-21 | 圧電型力学量センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0715485B2 (ja) |
| DE (1) | DE3817354A1 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5130600A (en) * | 1989-06-02 | 1992-07-14 | Mitsubishi Petrochemical Co., Ltd. | Acceleration sensor |
| JP2700929B2 (ja) * | 1989-08-28 | 1998-01-21 | 株式会社ゼクセル | 加速度センサ |
| DE4011910A1 (de) * | 1990-04-12 | 1991-10-17 | Busch Dieter & Co Prueftech | Vorrichtung und verfahren zur beschleunigungsmessung durch piezo-elektrische umformer |
| KR930009516B1 (ko) * | 1990-04-27 | 1993-10-06 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 진동검출기 및 그의 고유진동주파수 조정방법 |
| JPH049721A (ja) * | 1990-04-27 | 1992-01-14 | Mitsubishi Electric Corp | 振動検出器 |
| DE4135369A1 (de) * | 1991-10-26 | 1993-05-13 | Bosch Gmbh Robert | Testbarer piezoelektrischer beschleunigungssensor |
| JP3151927B2 (ja) * | 1992-04-10 | 2001-04-03 | 株式会社村田製作所 | 加速度センサ |
| DE69403252T2 (de) * | 1993-03-19 | 1997-09-25 | Murata Manufacturing Co | Beschleunigungsmessaufnehmer |
| WO1995024977A2 (en) * | 1994-03-15 | 1995-09-21 | Shaw Industries, Ltd. | Hydrophone bender crystal assembly |
| US6050144A (en) * | 1997-06-04 | 2000-04-18 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Acceleration sensor |
| US7856880B2 (en) | 2004-03-26 | 2010-12-28 | Conti Temic Microelectronics Gmbh | Vehicle sensor for detecting impact sound |
| DE102004015474A1 (de) * | 2004-03-26 | 2004-12-23 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Aufnehmersystem/Auslösesensor, geeignet für Diagnose-/Sicherheitsvorrichtung, insbesondere für Unfallschutzeinrichtungen in einem Fahrzeug |
| JP4756309B2 (ja) * | 2004-08-20 | 2011-08-24 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 高感度圧電素子 |
| KR20130077393A (ko) * | 2011-12-29 | 2013-07-09 | 삼성전기주식회사 | 관성센서 및 그 제조방법 |
| CN104596675B (zh) | 2013-10-31 | 2019-05-14 | 精工爱普生株式会社 | 传感器元件、力检测装置、机器人、电子部件输送装置 |
| CN104061122B (zh) * | 2014-06-30 | 2017-01-04 | 北京天源科创风电技术有限责任公司 | 一种皮带张力自动监测系统和监测方法及风电机变桨系统 |
| WO2020229696A1 (de) * | 2019-05-15 | 2020-11-19 | Tdk Electronics Ag | Piezoelektrische vorrichtung |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2605809C2 (de) * | 1976-02-12 | 1986-11-13 | Minnesota Mining And Manufacturing Co., Saint Paul, Minn. | Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Temperaturänderung oder einer Biegespannungsänderung |
| DK139085B (da) * | 1977-04-19 | 1978-12-11 | Brueel & Kjaer As | Accelerometer. |
-
1987
- 1987-05-21 JP JP12240087A patent/JPH0715485B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1988
- 1988-05-20 DE DE19883817354 patent/DE3817354A1/de not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63289460A (ja) | 1988-11-25 |
| DE3817354A1 (de) | 1988-12-01 |
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