JP2013044610A - Vibration detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動検知装置に関する。 The present invention relates to a vibration detection device.
発電所等において、地震計等の機器を用いてシステムの安全性を管理する必要がある。しかし、地震計等の機器では電池等の電源が必要である。このため、このような機器を常に動作状態にしておくと消費電力がかさむこととなる。よって、動作していない間は可能な限り省電力で待機状態とし、必要な時にのみ動作を開始させる必要がある。 It is necessary to manage the safety of the system using equipment such as a seismometer at a power plant. However, devices such as seismometers require a power source such as a battery. For this reason, if such a device is always in an operating state, power consumption increases. Therefore, it is necessary to set the standby state with power saving as much as possible while it is not operating, and to start the operation only when necessary.
そこで、待機時には機器をスリープ状態にして消費電力を抑制し、地震発生と同時に地震動を収録できる状態に起動させることが求められている。 Therefore, it is required to put the device in a sleep state during standby to reduce power consumption and to start up a state in which earthquake motion can be recorded simultaneously with the occurrence of an earthquake.
地震計等の機器を待機状態から収録状態に復帰動作させる手法としては、特許文献1に記載された技術があった。これは、外部からの衝撃に反応して交流電荷を発生するバイモルフ型の圧電体と、発生した電荷に整流及び充電を行う蓄電回路と、蓄電した電力で動作し蓄電電圧が予め設定した電圧になると外部信号を出力する電圧検知回路とを有する衝撃検知センサと、外部信号により待機状態から復帰し動作する待機制御の対象部と、待機制御の対象部に電力を供給する電源とを備え、待機制御の対象部は圧電素子ユニットにより検知した衝撃の信号をトリガーとして待機状態から復帰するというものである。
As a method of returning a device such as a seismometer from a standby state to a recording state, there is a technique described in
また、振動を検知する技術として、特許文献2に記載されたものがあった。これは、固定枠にその周辺部が固定された可撓性を持った円盤状の起歪体と、この起歪体の上表面に設けられた下部電極とこの電極の上に積層された圧電セラミックとこの表面に取り付けられた上部電極からなる圧電素子と、起歪体の下面中央部に取り付けられた重錘体とを備え、起歪体にはX軸方向の歪を検出する1対の素子と、Y軸方向の歪を検出する1対の素子とZ軸方向の歪を検出する2対の素子の4組の圧電素子とを設けて、XYZ軸方向の加速度を検出するというものである。
Moreover, there existed what was described in
しかし、特許文献1に記載された技術は、一方向からの衝撃を検知して待機状態の機器を収録状態に復帰させるものである。よって、XYZ軸の三方向からの衝撃を検知するには3つの衝撃検知センサが必要になり、構成が複雑化しコスト増加を招いていた。
However, the technique described in
また特許文献2に記載された技術では、XYZ軸方向の地震動を検知することが可能ではあるが3つの検知回路が必要であり、コスト増加は避けられなかった。
In the technique described in
本発明は上記事情に鑑み、XYZ軸方向の振動検知を一つのセンサ及び一つの系統の回路で行うことで、簡易な構成により容易に待機状態の機器の消費電力の抑制を行い、コスト低減が可能な振動検知装置を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention performs vibration detection in the X, Y, and Z axis directions with a single sensor and a single system circuit, so that the power consumption of the standby device can be easily suppressed with a simple configuration, and the cost can be reduced. An object is to provide a possible vibration detection device.
本発明の一態様による振動検知装置は、
可撓性及び導電性を有し、4本の平坦な梁部を含む十字形状を有する起歪体部と、
前記起歪体部の前記梁部のそれぞれの一方の表面上に2個ずつ相互に非接触の状態で、それぞれの自発分極方向が予め定められた所定方向となるように形成され、圧縮、引張が印加されると電荷を発生する圧電体部と、
導電性を有し、前記起歪体部の前記梁部のそれぞれの先端部が電気的に絶縁された状態で固定される固定枠と、
前記起歪体部における4本の前記梁部が接続する中央領域の他方の表面上に設けられた重錘体部とを有する加速度センサと、
前記圧電体部が発生した電荷を伝送する電荷伝送手段と、
前記電荷伝送手段により伝送された電荷を与えられて増幅して電圧信号を出力する増幅器と、
前記増幅器から出力された前記電圧信号と基準電圧とを与えられて比較し、前記電圧信号が前記基準電圧以上あるいは前記基準電圧より高い場合に振動を検知したことを示す振動検知信号を出力する基準電圧比較器と、
前記基準電圧比較器から出力された前記振動検知信号を与えられ、出力端子に接続された機器の待機状態を動作状態に切り替える状態切替信号を出力する状態切替装置と、
を備えたことを特徴とする。
A vibration detection device according to an aspect of the present invention includes:
A strain-generating body portion having flexibility and conductivity and having a cross shape including four flat beam portions;
Two pieces are formed on the surface of each of the beam portions of the strain generating body portion so as to be in a non-contact state with each other, and the respective spontaneous polarization directions are formed in a predetermined direction, and are compressed and tensioned. A piezoelectric body that generates an electric charge when applied,
A fixing frame that has conductivity and is fixed in a state where each tip portion of the beam portion of the strain body portion is electrically insulated;
An acceleration sensor having a weight body portion provided on the other surface of the central region to which the four beam portions in the strain body portion are connected;
Charge transmitting means for transmitting the charge generated by the piezoelectric body portion;
An amplifier that receives and amplifies the charge transmitted by the charge transmission means and outputs a voltage signal;
A reference for outputting a vibration detection signal indicating that vibration is detected when the voltage signal output from the amplifier is compared with a reference voltage and the voltage signal is equal to or higher than the reference voltage or higher than the reference voltage. A voltage comparator;
A state switching device that is provided with the vibration detection signal output from the reference voltage comparator and outputs a state switching signal for switching the standby state of the device connected to the output terminal to an operating state;
It is provided with.
本発明の振動検知装置によれば、XYZ軸方向の振動検知を一つの加速度センサ及び一つの系統の回路で行うことで、簡易な構成により容易に待機状態の機器の消費電力の抑制を行い、コストの低減が実現される。 According to the vibration detection device of the present invention, by performing vibration detection in the XYZ axial directions with one acceleration sensor and one system circuit, it is possible to easily suppress the power consumption of the standby device with a simple configuration, Cost reduction is realized.
以下、本発明の実施の形態による振動検知装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a vibration detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、後述する第1〜第3の実施の形態による振動検知装置10の構成、並びにこの振動検知装置10に接続された地震計等の機器15を示す。
FIG. 1 shows a configuration of a
この振動検知装置10は、加速度センサ11、増幅器12、基準電圧比較器13、状態切替装置14を備えている。
The
加速度センサ11は後述する構成を備え、地震等による振動が加えられて加速度が印加されると電荷を発生する。この電荷は、電荷伝送手段21を介して電流信号として増幅器12に与えられる。増幅器12は、与えられた電流信号を増幅して電圧信号を基準電圧比較器13に出力する。
The
基準電圧比較器13は、増幅器12から出力された電圧信号と、予め設定された基準電圧とを与えられて両者を比較し、電圧信号が基準電圧以上、あるいは基準電圧を超えた時に振動検知信号を出力する。即ち、加速度センサ11に印加された加速度の大きさが予め設定された閾値以上あるいは閾値を超えた時に、所定レベルの振動を検知したことを示す振動検知信号を状態切替装置14に出力する。ここで、加速度センサ11からの出力において、最大値と最少値の出力比は例えば約4〜5倍の相違が存在する。そこで、出力の最少値に対応して閾値を設定してもよい。
The
状態切替装置14は機器15に接続されており、基準電圧比較器13から振動検知信号を与えられると、待機状態の機器15を例えば地震収録が可能な動作状態に切り替える。
The
具体的な一例として、増幅器12として例えばBU7265G(ローム社:登録商標)等、基準電圧比較器6として例えばLTC1540(リニアテクノロジー社:登録商標)等を使用してもよく、この場合には消費電流を1μA以下というように低減することができる。状態切替装置14として、例えばMSP430シリーズ(Texas Instruments社:登録商標)やnanoWatt XLP(Microchip Technology社:登録商標)等のマイクロコンピュータを用いてもよい。
As a specific example, for example, BU7265G (Rohm: registered trademark) or the like may be used as the
このような構成を備えたことにより、第1〜第3の実施の形態による振動検知装置によれば、地震等による振動を検知し、予め振動強度を勘案して設定した大きさの振動値に到達したときに、消費電力低減のため待機状態にある装置を収録状態等の動作状態に復帰動作させることができる。 By providing such a configuration, according to the vibration detection apparatus according to the first to third embodiments, vibration due to an earthquake or the like is detected, and a vibration value having a magnitude set in advance in consideration of vibration intensity is obtained. When it arrives, the apparatus in a standby state can be returned to an operation state such as a recording state in order to reduce power consumption.
以下に、第1〜第3の実施の形態による振動検知装置10におけるそれぞれの加速度センサ11の具体的な構成について説明する。
Below, the concrete structure of each
(1)第1の実施の形態
本発明の第1の実施形態による振動検知装置10の加速度センサ11の構成について、図2〜図7を参照して説明する。
(1) 1st Embodiment The structure of the
図2に加速度センサ11の平面構成を示し、図3に側面から見た構成を示す。
FIG. 2 shows a planar configuration of the
この加速度センサ11は、導電性材料から成り中央部に図示されたような矩形の空間を有する固定枠1と、可撓性を有する導電性材料から成り、4本の平坦な梁部を含む十字形状の起歪体部2と、起歪体部2の一方の表面上(図中、上面)の所定領域に形成された圧電体部3a〜3hと、起歪体部2における4本の梁部が交差する中央領域の他方の表面上(図中、下面)に設けられた重錘体部4とを備えている。
The
起歪体部2は、例えば線膨張係数がセラミックスに近い42アロイ材等により形成されている。圧電体部3a〜3hは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)材、チタン酸バリウム材等の圧電セラミックス材料により形成されている。
The strain generating
起歪体部2のX軸方向に沿う梁部上に、図中左側から中央領域へ向かって圧電体部3a、3b、中央領域から右側へ向かって圧電体部3c、3dが形成され、起歪体部2のY軸方向に沿う梁部上に、図中上側から中央領域へ向かって圧電体部3e、3f、中央領域から下側へ向かって圧電体部3g、3hが形成されている。
On the beam portion along the X-axis direction of the strain generating
起歪体部2の一方の表面上に圧電体部3a〜3hを形成する手法としては、例えば線膨張係数がセラミックスに近いアルミナやシリカ等を主成分とする接着剤を用いて接着してもよい。
As a method of forming the
図4に、加速度センサ11にZ軸方向に下向きに加速度が加わったときの状態を示す。起歪体部2にひずみが生じて、X軸方向に配列された圧電体部3a、3b、3c、3dに引張又は圧縮が加わって電荷が生じる。Y軸方向に配列された圧電体部3e、3f、3g、3hにも同様に引張又は圧縮が加わって電荷が生じる。Z軸方向に上向きに加速度が加わるとそれぞれの圧電体部3a〜3hに生じる引張、圧縮が入れ替わり、電荷の極性が反転する。
FIG. 4 shows a state when acceleration is applied to the
図5に、加速度センサ11にX軸方向に図中右向きに加速度が加わったときの状態を示す。起歪体部2にひずみが生じて、X軸方向に配列された圧電体部3a、3b、3c、3dに引張又は圧縮が加わって電荷が生じる。X軸方向に図中左向きに加速度が加わると引張、圧縮が入れ替わり、電荷の極性が反転する。しかし、Y軸方向に配列された圧電体部3e、3f、3g、3hには引張、圧縮が加わらず電荷は生じない。
FIG. 5 shows a state when acceleration is applied to the
図6に、第1の実施の形態による加速度センサ11において、電荷伝送手段21により圧電体部3a〜3hが接続された構成を示す。起歪体部2が、接地端子GNDに接続され接地されている。圧電体部3a〜3hのうち、圧電体部3a及び3bが並列に相互接続され、圧電体部3c及び3dが並列に相互接続され、圧電体部3g及び3hが並列に相互接続されている。圧電体部3eと出力端子OUTとが接続され、これとそれぞれ並列に、圧電体部3a及び3b、圧電体部3c及び3d、圧電体部3g及び3hが出力端子OUTに接続されている。
FIG. 6 shows a configuration in which the
圧電体部3fは接続されておらず、この第1の実施の形態ではダミー圧電体部に相当する。このように、起歪体部2上の圧電体部3a〜3hを全て形成しておき、電荷伝送手段21による接続構成のみを変えることで、コストを低減することができる。
The
ここで、圧電体部3a〜3hは、それぞれ圧電極性(自発分極方向)を有している。第1の実施の形態では、圧電体部3a及び3hの圧電極性と、他の圧電体部3b、3c、3d、3e、3f、3gの圧電極性とが反転されている。
Here, each of the
即ち、第1の実施の形態では、圧電体部3a及び3h、又は圧電体部3d及び3h、又は圧電体部3d及び3e、又は圧電体部3a及び3eのいずれかの圧電極性が、他の圧電体部と異なるように配置されており、さらに圧電体部3b、3c、3f、3gのいずれか一つを除く他の圧電体部が出力端子Oにそれぞれ並列に接続され、起歪体部2が接地されている。
That is, in the first embodiment, the
このように圧電体部3a〜3hが接続された加速度センサ11に、XYZ軸方向に同じ大きさの加速度をそれぞれ印加すると、図7に示された極性を有する出力比が得られる。この極性は、一方を引張とすると他方は圧縮に相当する。振動の向きが変わり引張と圧縮とが入れ替わると、出力の極性が反転する。
When accelerations of the same magnitude are applied in the XYZ axis directions to the
X軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3b、3dに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3a、3cに圧縮又は引張が加わって電荷が生じ、圧電体部3e、3g、3hには電荷が生じない。ここで、圧電体部3aは圧電極性が反転されており出力が反転する。この場合の出力係数は1であり、合計した出力比は−2となる。
When acceleration is applied in the X-axis direction, tension or compression is applied to the
Y軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3e、3gに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3hに圧縮又は引張が加わって電荷が生じ、圧電体部3a、3b、3c、3dには電荷が生じない。ここで、圧電体部3hは圧電極性が反転されており出力が反転する。この場合の出力係数は1であり、合計した出力比は3となる。
When acceleration is applied in the Y-axis direction, tension or compression is applied to the
Z軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3b、3c、3gに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3a、3d、3e、3hに圧縮又は引張が加わって電荷が生じる。ここで、圧電体部3a、3hは圧電極性が反転されており出力が反転する。この場合の出力係数は1であり、合計した出力比は3となる。
When acceleration is applied in the Z-axis direction, a charge is generated by applying tension or compression to the
XY軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3a、3c、3hに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3b、3d、3e、3gに圧縮又は引張が加わって電荷が生じる。ここで、圧電体部3a、3hは圧電極性が反転されており出力が反転する。XY軸方向に加速度が印加された時は、X軸方向のみ、Y軸方向のみ、Z軸方向のみに加速度がそれぞれ印加された時と比較し、歪が抑制されることを考慮し、この場合の出力係数は0.7とし、合計した値に0.7を乗算した出力比は−3.5となる。
When acceleration is applied in the XY-axis direction, tension or compression is applied to the
YX軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3b、3d、3hに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3a、3c、3e、3gに圧縮又は引張が加わって電荷が生じる。ここで、圧電体部3a、3hは圧電極性が反転されており出力が反転する。この場合もXY軸方向に加速度が印加された時と同様に、出力係数は0.7であり、合計した値に0.7を乗算した出力比は−0.7となる。
When acceleration is applied in the YX-axis direction, tension or compression is applied to the
上述のように第1の実施の形態によれば、XYZ軸の3方向の振動検知を、一つの加速度センサ11、並びに増幅器12、基準電圧比較器13、状態切替装置14を有する一系統の回路及び一つの系統の回路で実現することで、簡易な構成により容易に待機状態の機器15を動作状態に切り替えることが可能であり、機器の消費電力を抑制しコスト低減を実現することができる。
As described above, according to the first embodiment, a single circuit having the
(2)第2の実施の形態
本発明の第2の実施形態による振動検知装置10の加速度センサ11の構成について、図8〜図9を参照して説明する。
(2) 2nd Embodiment The structure of the
加速度センサ11の構成は上記第2の実施の形態と同様であり、説明を省略する。第2の実施の形態は、加速度センサ11における圧電体部3a〜3hの接続構成が上記第1の実施の形態と異なっており、図8に示される通りである。
The configuration of the
起歪体部2が、接地端子GNDに接続され接地されている。圧電体部3a〜3hのうち、圧電体部3a及び3bが並列に相互接続され、圧電体部3c及び3dが並列に相互接続されている。圧電体部3hと出力端子OUTとが接続され、これとそれぞれ並列に、圧電体部3a及び3b、圧電体部3c及び3dが接続されて、出力端子OUTに接続されている。圧電体部3e、3f、3gは接続されておらず、ダミー圧電体部に相当する。第2の実施の形態では、圧電体部3a及び3hの圧電極性と、他の圧電体部3b、3c、3d、3e、3f、3gの圧電極性とが反転されている。
The
即ち、第2の実施の形態では、圧電体部3a及び3h、又は圧電体部3d及び3h、又は圧電体部3d及び3e、又は圧電体部3a及び3eのいずれかの圧電極性が、他の圧電体部と異なるように配置されており、さらに、圧電体部3a、3b及び3cから成る第1群、あるいは圧電体部3b、3c及び3dから成る第2群、あるいは圧電体部3e、3f及び3gから成る第3群、あるいは圧電体部3f、3g及び3hから成る第4群のいずれか一つの群であって、かつ圧電極性が他の圧電体部と異なるように配置されたものを含まない群を除く他の圧電体部が出力端子Oにそれぞれ並列に接続され、起歪体部2が接地されている。
That is, in the second embodiment, the
このように圧電体部3a〜3hが接続された加速度センサ11に、XYZ軸方向に同じ大きさの加速度を印加すると、図9に示された極性を有する出力比が得られる。この極性は、一方を引張とすると他方は圧縮に相当する。
When accelerations of the same magnitude are applied in the XYZ axis directions to the
X軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3a、3cに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3b、3dに圧縮又は引張が加わって電荷が生じ、圧電体部3hには電荷が生じない。ここで、圧電体部3a、3hは圧電極性が反転されており出力が反転する。この場合の出力係数は1であり、合計した出力比は−2となる。
When acceleration is applied in the X-axis direction, tension or compression is applied to the
Y軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3hに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3a、3b、3c、3dには電荷が生じない。ここで、圧電体部3hは圧電極性が反転されており出力が反転する。この場合の出力係数は1であり、合計した出力比は1となる。
When acceleration is applied in the Y-axis direction, tension or compression is applied to the
Z軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3b、3cに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3a、3d、3hに圧縮又は引張が加わって電荷が生じる。この場合の出力係数は1であり、合計した出力比は3となる。
When acceleration is applied in the Z-axis direction, tension or compression is applied to the
XY軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3a、3c、3hに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3b、3dに圧縮又は引張が加わって電荷が生じる。ここで、圧電体部3a、3hは圧電極性が反転されており出力が反転する。この場合の出力係数は0.7であり、合計した値に0.7を乗算した出力比は−2.1となる。
When acceleration is applied in the XY-axis direction, tension or compression is applied to the
YX軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3b、3d、3hに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3a、3cに圧縮又は引張が加わって電荷が生じる。ここで、圧電体部3a、3hは圧電極性が反転されており出力が反転する。この場合の出力係数は0.7であり、合計した値に0.7を乗算した出力比は0.7となる。
When acceleration is applied in the YX-axis direction, tension or compression is applied to the
以上のように第2の実施の形態によれば、XYZ軸の3方向の振動検知を、一つの加速度センサ11、並びに増幅器12、基準電圧比較器13、状態切替装置14を有する一系統の回路及び一つの系統の回路で実現することで、簡易な構成により容易に待機状態の機器15を動作状態に切り替えることが可能であり、機器の消費電力を抑制しコスト低減を実現することができる。
As described above, according to the second embodiment, a single circuit having the
(3)第3の実施の形態
本発明の第3の実施形態による振動検知装置10の加速度センサ11の構成について、図10〜図11を参照して説明する。
(3) 3rd Embodiment The structure of the
加速度センサ11の構成は、後述するように上記第1、第2の実施の形態と圧電極性の配置が異なるが他は同様であり、説明を省略する。第3の実施の形態における加速度センサ11における圧電体部3a〜3hの接続構成は、図10に示される通りである。
As will be described later, the configuration of the
起歪体部2が、接地端子GNDに接続され接地されている。圧電体部3a〜3hのうち、圧電体部3a及び3bが並列に相互接続され、圧電体部3c及び3dが並列に相互接続されている。圧電体部3eと出力端子OUTとが接続され、これとそれぞれ並列に、圧電体部3a及び3b、圧電体部3c及び3dが接続されて、出力端子OUTに接続されている。圧電体部3f、3g、3hは接続されておらず、ダミー圧電体部に相当する。第3の実施の形態では、圧電体部3aの圧電極性と、他の圧電体部3b、3c、3d、3e、3f、3g、3hの圧電極性とが反転されている。
The
即ち、第3の実施の形態では、圧電体部3a、3h、3d、又は3eのいずれか一つの圧電極性が、他の圧電体部と異なるように配置されており、さらに、圧電体部3a、3b及び3cから成る第1群、あるいは圧電体部3b、3c及び3dから成る第2群、あるいは圧電体部3e、3f及び3gから成る第3群、あるいは圧電体部3f、3g及び3hから成る第4群のいずれか一つの群であって、かつ圧電極性が他の圧電体部と異なるように配置されたものを含まない群を除く他の圧電体部が出力端子Oにそれぞれ並列に接続され、起歪体部2が接地されている。
That is, in the third embodiment, the piezoelectric polarity of any one of the
このように圧電体部3a〜3hが接続された加速度センサ11に、XYZ軸方向に同じ大きさの加速度を印加すると、図11に示された極性を有する出力比が得られる。この極性は、一方を引張とすると他方は圧縮に相当する。
When accelerations of the same magnitude are applied in the XYZ axis directions to the
X軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3a、3cに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3b、3dに圧縮又は引張が加わって電荷が生じ、圧電体部3eには電荷が生じない。ここで、圧電体部3aの圧電極性が反転されており出力が反転される。この場合の出力係数は1であり、合計した出力比は−2となる。
When acceleration is applied in the X-axis direction, tension or compression is applied to the
Y軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3eに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3a、3b、3c、3dには電荷が生じない。この場合の出力係数は1であり、合計した出力比は1となる。
When acceleration is applied in the Y-axis direction, tension or compression is applied to the
Z軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3b、3cに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3a、3d、3eに圧縮又は引張が加わって電荷が生じる。ここで、圧電体部3aの圧電極性が反転されており出力が反転される。この場合の出力係数は1であり、合計した出力比は1となる。
When acceleration is applied in the Z-axis direction, tension or compression is applied to the
XY軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3a、3cに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3b、3d、3eに圧縮又は引張が加わって電荷が生じる。ここで、圧電体部3aの圧電極性が反転されており出力が反転される。この場合の出力係数は0.7であり、合計した値に0.7を乗算した出力比は−2.1となる。
When acceleration is applied in the XY axis direction, tension or compression is applied to the
YX軸方向に加速度が印加された時は、圧電体部3b、3dに引張又は圧縮が加わって電荷が生じ、圧電体部3a、3c、3eに圧縮又は引張が加わって電荷が生じる。ここで、圧電体部3aの圧電極性が反転されており出力が反転される。この場合の出力係数は0.7であり、合計した値に0.7を乗算した出力比は0.7となる。
When acceleration is applied in the YX-axis direction, tension or compression is applied to the
上述したように第3の実施の形態によれば、XYZ軸の3方向の振動検知を、一つの加速度センサ11、並びに増幅器12、基準電圧比較器13、状態切替装置14を有する一系統の回路及び一つの系統の回路で実現することで、簡易な構成により容易に待機状態の機器15を動作状態に切り替えることが可能であり、機器の消費電力を抑制しコスト低減を実現することができる。
As described above, according to the third embodiment, the vibration detection in the three directions of the XYZ axes is performed by a single circuit having one
本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の技術的範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の技術的範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the technical scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the technical scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、加速度センサ11における圧電体部の接続構成は図6、図8、図10に記載されたものには限定されず、第1の方向に配置された圧電体部3a、3b、3c、3dのうち少なくともいずれか一つ、第1の方向と直交する第2の方向に配置された圧電体部3e、3f、3g、3hのうち少なくともいずれか一つが出力端子OUTに並列に接続されたものであればよい。
For example, the connection configuration of the piezoelectric body portions in the
1 固定枠
2 起歪体部
3 圧電体部
4 重錘体部
10 振動検知装置
11 加速度センサ
12 増幅器
13 基準電圧比較器
14 状態切替装置
15 機器
21 電荷伝送手段
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記起歪体部の前記梁部のそれぞれの一方の表面上に2個ずつ相互に非接触の状態で、それぞれの自発分極方向が予め定められた所定方向となるように形成され、圧縮、引張が印加されると電荷を発生する圧電体部と、
導電性を有し、前記起歪体部の前記梁部のそれぞれの先端部が電気的に絶縁された状態で固定される固定枠と、
前記起歪体部における4本の前記梁部が接続する中央領域の他方の表面上に設けられた重錘体部とを有する加速度センサと、
前記圧電体部が発生した電荷を伝送する電荷伝送手段と、
前記電荷伝送手段により伝送された電荷を与えられて増幅して電圧信号を出力する増幅器と、
前記増幅器から出力された前記電圧信号と基準電圧とを与えられて比較し、前記電圧信号が前記基準電圧以上あるいは前記基準電圧より高い場合に振動を検知したことを示す振動検知信号を出力する基準電圧比較器と、
前記基準電圧比較器から出力された前記振動検知信号を与えられ、出力端子に接続された機器の待機状態を動作状態に切り替える状態切替信号を出力する状態切替装置と、
を備えたことを特徴とする振動検知装置。 A strain-generating body portion having flexibility and conductivity and having a cross shape including four flat beam portions;
Two pieces are formed on the surface of each of the beam portions of the strain generating body portion so as to be in a non-contact state with each other, and the respective spontaneous polarization directions are formed in a predetermined direction, and are compressed and tensioned. A piezoelectric body that generates an electric charge when applied,
A fixing frame that has conductivity and is fixed in a state where each tip portion of the beam portion of the strain body portion is electrically insulated;
An acceleration sensor having a weight body portion provided on the other surface of the central region to which the four beam portions in the strain body portion are connected;
Charge transmitting means for transmitting the charge generated by the piezoelectric body portion;
An amplifier that receives and amplifies the charge transmitted by the charge transmission means and outputs a voltage signal;
A reference for outputting a vibration detection signal indicating that vibration is detected when the voltage signal output from the amplifier is compared with a reference voltage and the voltage signal is equal to or higher than the reference voltage or higher than the reference voltage. A voltage comparator;
A state switching device that is provided with the vibration detection signal output from the reference voltage comparator and outputs a state switching signal for switching the standby state of the device connected to the output terminal to an operating state;
A vibration detection apparatus comprising:
前記圧電体部として、前記第1の梁部の一方の表面上に、前記固定枠から前記中央領域に向かって、第1の圧電体部、第2の圧電体部を有し、前記第2の梁部の一方の表面上に、前記中央領域から前記固定枠に向かって、第3の圧電体部、第4の圧電体部を有し、前記第3の梁部の一方の表面上に、前記固定枠から前記中央領域に向かって、第5の圧電体部、第6の圧電体部を有し、前記第4の梁部の一方の表面上に、前記中央領域から前記固定枠に向かって、第7の圧電体部、第8の圧電体部を有し、
前記電荷伝送手段は、前記第1の圧電体部、前記第2の圧電体部、前記第3の圧電体部及び前記第4の圧電体部のうち少なくともいずれか一つと、前記第5の圧電体部、前記第6の圧電体部、前記第7の圧電体部及び前記第8の圧電体部のうち少なくともいずれか一つとを前記増幅器の入力端子にそれぞれ並列に接続したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の振動検知装置。 As the four beam portions, there are a first beam portion and a second beam portion at both ends of the central region along the first direction, and a second direction orthogonal to the first direction. A third beam portion and a fourth beam portion at both ends of the central region along
As the piezoelectric portion, the first piezoelectric portion and the second piezoelectric portion are provided on one surface of the first beam portion from the fixed frame toward the central region. On one surface of the beam portion, there is a third piezoelectric portion and a fourth piezoelectric portion from the central region toward the fixed frame, and on one surface of the third beam portion. , Having a fifth piezoelectric portion and a sixth piezoelectric portion from the fixed frame toward the central region, on one surface of the fourth beam portion, from the central region to the fixed frame Toward, it has a seventh piezoelectric part, an eighth piezoelectric part,
The charge transfer means includes at least one of the first piezoelectric portion, the second piezoelectric portion, the third piezoelectric portion, and the fourth piezoelectric portion, and the fifth piezoelectric portion. And at least one of a body part, the sixth piezoelectric part, the seventh piezoelectric part, and the eighth piezoelectric part connected in parallel to an input terminal of the amplifier. The vibration detection apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記圧電体部として、前記第1の梁部の一方の表面上に、前記固定枠から前記中央領域に向かって、第1の圧電体部、第2の圧電体部を有し、前記第2の梁部の一方の表面上に、前記中央領域から前記固定枠に向かって、第3の圧電体部、第4の圧電体部を有し、前記第3の梁部の一方の表面上に、前記固定枠から前記中央領域に向かって、第5の圧電体部、第6の圧電体部を有し、前記第4の梁部の一方の表面上に、前記中央領域から前記固定枠に向かって、第7の圧電体部、第8の圧電体部を有し、
前記第1の圧電体部及び前記第8の圧電体部、又は前記第4の圧電体部及び前記第8の圧電体部、又は前記第4の圧電体部及び第5の圧電体部、又は前記第1の圧電体部及び前記第5の圧電体部のいずれかの圧電極性が、他の前記圧電体部と異なるように配置され、
前記電荷伝送手段は、前記第2の圧電体部、前記第3の圧電体部、前記第6の圧電体部、前記第7の圧電圧部のいずれか一つを除く他の前記圧電体部を前記増幅器の入力端子にそれぞれ並列に接続し、前記起歪体部を接地したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の振動検知装置。 As the four beam portions, there are a first beam portion and a second beam portion at both ends of the central region along the first direction, and a second direction orthogonal to the first direction. A third beam portion and a fourth beam portion at both ends of the central region along
As the piezoelectric portion, the first piezoelectric portion and the second piezoelectric portion are provided on one surface of the first beam portion from the fixed frame toward the central region. On one surface of the beam portion, there is a third piezoelectric portion and a fourth piezoelectric portion from the central region toward the fixed frame, and on one surface of the third beam portion. , Having a fifth piezoelectric portion and a sixth piezoelectric portion from the fixed frame toward the central region, on one surface of the fourth beam portion, from the central region to the fixed frame Toward, it has a seventh piezoelectric part, an eighth piezoelectric part,
The first piezoelectric member and the eighth piezoelectric member, the fourth piezoelectric member and the eighth piezoelectric member, the fourth piezoelectric member and the fifth piezoelectric member, or The piezoelectric polarity of any one of the first piezoelectric part and the fifth piezoelectric part is arranged to be different from the other piezoelectric parts,
The charge transfer means includes the other piezoelectric body portions excluding any one of the second piezoelectric body portion, the third piezoelectric body portion, the sixth piezoelectric body portion, and the seventh piezoelectric voltage portion. The vibration detecting device according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the first and second amplifiers is connected in parallel to the input terminal of the amplifier, and the strain generating body portion is grounded.
前記圧電体部として、前記第1の梁部の一方の表面上に、前記固定枠から前記中央領域に向かって、第1の圧電体部、第2の圧電体部を有し、前記第2の梁部の一方の表面上に、前記中央領域から前記固定枠に向かって、第3の圧電体部、第4の圧電体部を有し、前記第3の梁部の一方の表面上に、前記固定枠から前記中央領域に向かって、第5の圧電体部、第6の圧電体部を有し、前記第4の梁部の一方の表面上に、前記中央領域から前記固定枠に向かって、第7の圧電体部、第8の圧電体部を有し、
前記第1の圧電体部及び前記第8の圧電体部、又は前記第4の圧電体部及び前記第8の圧電体部、又は前記第4の圧電体部及び第5の圧電体部、又は前記第1の圧電体部及び前記第5の圧電体部のいずれかの圧電極性が、他の前記圧電体部と異なるように配置され、
前記電荷伝送手段は、前記第1の圧電体部、前記第2の圧電体部及び前記第3の圧電体部から成る第1群、あるいは前記第2の圧電体部、前記第3の圧電体部及び前記第4の圧電体部から成る第2群、あるいは前記第5の圧電体部、前記第6の圧電体部及び前記第7の圧電体部から成る第3群、あるいは前記第6の圧電体部、前記第7の圧電体部及び前記第8の圧電体部から成る第4群のいずれか一つの群であって、かつ圧電極性が他の前記圧電体部と異なるように配置されたものを含まない群を除く他の前記圧電体部を前記増幅器の入力端子にそれぞれ並列に接続し、前記起歪体部を接地したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の振動検知装置。 As the four beam portions, there are a first beam portion and a second beam portion at both ends of the central region along the first direction, and a second direction orthogonal to the first direction. A third beam portion and a fourth beam portion at both ends of the central region along
As the piezoelectric portion, the first piezoelectric portion and the second piezoelectric portion are provided on one surface of the first beam portion from the fixed frame toward the central region. On one surface of the beam portion, there is a third piezoelectric portion and a fourth piezoelectric portion from the central region toward the fixed frame, and on one surface of the third beam portion. , Having a fifth piezoelectric portion and a sixth piezoelectric portion from the fixed frame toward the central region, on one surface of the fourth beam portion, from the central region to the fixed frame Toward, it has a seventh piezoelectric part, an eighth piezoelectric part,
The first piezoelectric member and the eighth piezoelectric member, the fourth piezoelectric member and the eighth piezoelectric member, the fourth piezoelectric member and the fifth piezoelectric member, or The piezoelectric polarity of any one of the first piezoelectric part and the fifth piezoelectric part is arranged to be different from the other piezoelectric parts,
The charge transfer means may be a first group consisting of the first piezoelectric body portion, the second piezoelectric body portion, and the third piezoelectric body portion, or the second piezoelectric body portion, the third piezoelectric body. And the second group consisting of the fourth piezoelectric part, or the third group consisting of the fifth piezoelectric part, the sixth piezoelectric part and the seventh piezoelectric part, or the sixth group. It is one group of the fourth group consisting of a piezoelectric part, the seventh piezoelectric part and the eighth piezoelectric part, and is arranged so that the piezoelectric polarity is different from the other piezoelectric parts. 4. The piezoelectric body portion other than a group not including a slab is connected in parallel to an input terminal of the amplifier, and the strain generating body portion is grounded. The vibration detection device described in 1.
前記圧電体部として、前記第1の梁部の一方の表面上に、前記固定枠から前記中央領域に向かって、第1の圧電体部、第2の圧電体部を有し、前記第2の梁部の一方の表面上に、前記中央領域から前記固定枠に向かって、第3の圧電体部、第4の圧電体部を有し、前記第3の梁部の一方の表面上に、前記固定枠から前記中央領域に向かって、第5の圧電体部、第6の圧電体部を有し、前記第4の梁部の一方の表面上に、前記中央領域から前記固定枠に向かって、第7の圧電体部、第8の圧電体部を有し、
前記第1の圧電体部、前記第4の圧電体部、前記第5の圧電体部又は前記第8の圧電体部のいずれか一つの圧電極性が、他の前記圧電体部と異なるように配置され、
前記電荷伝送手段は、前記第1の圧電体部、前記第2の圧電体部及び前記第3の圧電体部から成る第1群、あるいは前記第2の圧電体部、前記第3の圧電体部及び前記第4の圧電体部から成る第2群、あるいは前記第5の圧電体部、前記第6の圧電体部及び前記第7の圧電体部から成る第3群、あるいは前記第6の圧電体部、前記第7の圧電体部及び前記第8の圧電体部から成る第4群のいずれか一つの群であって、かつ圧電極性が他の前記圧電体部と異なるように配置されたものを含まない群を除く他の前記圧電体部を前記増幅器の入力端子にそれぞれ並列に接続し、前記起歪体部を接地したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の振動検知装置。 As the four beam portions, there are a first beam portion and a second beam portion at both ends of the central region along the first direction, and a second direction orthogonal to the first direction. A third beam portion and a fourth beam portion at both ends of the central region along
As the piezoelectric portion, the first piezoelectric portion and the second piezoelectric portion are provided on one surface of the first beam portion from the fixed frame toward the central region. On one surface of the beam portion, there is a third piezoelectric portion and a fourth piezoelectric portion from the central region toward the fixed frame, and on one surface of the third beam portion. , Having a fifth piezoelectric portion and a sixth piezoelectric portion from the fixed frame toward the central region, on one surface of the fourth beam portion, from the central region to the fixed frame Toward, it has a seventh piezoelectric part, an eighth piezoelectric part,
The piezoelectric polarity of any one of the first piezoelectric part, the fourth piezoelectric part, the fifth piezoelectric part, or the eighth piezoelectric part is different from the other piezoelectric parts. Arranged,
The charge transfer means may be a first group consisting of the first piezoelectric body portion, the second piezoelectric body portion, and the third piezoelectric body portion, or the second piezoelectric body portion, the third piezoelectric body. And the second group consisting of the fourth piezoelectric part, or the third group consisting of the fifth piezoelectric part, the sixth piezoelectric part and the seventh piezoelectric part, or the sixth group. It is one group of the fourth group consisting of a piezoelectric part, the seventh piezoelectric part and the eighth piezoelectric part, and is arranged so that the piezoelectric polarity is different from the other piezoelectric parts. 4. The piezoelectric body portion other than a group not including a slab is connected in parallel to an input terminal of the amplifier, and the strain generating body portion is grounded. The vibration detection device described in 1.
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JP2017211376A (en) * | 2016-05-23 | 2017-11-30 | ミネベア インテック アーヘン ゲーエムベーハー ウント ツェーオー カーゲー | Method for correcting long-term drift and creep phenomenon of bolt sensor in earthquake-prone area |
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CN112051795A (en) * | 2020-08-14 | 2020-12-08 | 华南理工大学 | Device and method for detecting coupling vibration of movable multi-flexible beam connected by spring |
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