JP2671064B2 - 2-axis acceleration sensor - Google Patents
2-axis acceleration sensorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、2軸加速度センサに
関し、より詳しくは、自動車の衝突時の安全確保のため
のエアバック装置、あるいは悪路における乗り心地改善
のための機構などにおいて加速度の大きさや方向などの
検出のために使用される加速度センサであって、1個の
センサで2方向の加速度の検出が可能な、2軸加速度セ
ンサに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a two-axis acceleration sensor, and more particularly, to an acceleration sensor in an airbag device for ensuring safety in the event of an automobile collision or a mechanism for improving the riding comfort on a bad road. The present invention relates to an acceleration sensor used for detecting size, direction, etc., and relates to a biaxial acceleration sensor capable of detecting acceleration in two directions with a single sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】加速度の検出には種々の方式のものが実
用化されている。その中でも特に、圧電セラミックスを
用いて構成される加速度センサは、構造が簡単で、また
高温での使用が可能であるなど特長を持つため、上記の
他、各種機械における振動検出、あるいは自動車におけ
るエンジンのノッキング検出などに、広く使用されてい
る。2. Description of the Related Art Various methods of detecting acceleration have been put to practical use. Among them, an acceleration sensor made of piezoelectric ceramics has features such as simple structure and high temperature use. Widely used for detecting knocking of
【0003】図4は従来の圧電方式の加速度センサを示
したものである。図において、両端面に電極が形成され
ており、また厚さ方向に分極された圧電セラミックス円
環12,12が端子板9を介して分極の向きが逆向きに
なるように重ねられるとともに、これらが重り7ととも
にケースを兼ねたベース11にボルト8によって締め付
けられた構造が採られている。FIG. 4 shows a conventional piezoelectric acceleration sensor. In the figure, electrodes are formed on both end faces, and piezoelectric ceramic rings 12, 12 polarized in the thickness direction are overlapped via a terminal plate 9 so that the directions of polarization are opposite to each other. However, a structure is adopted in which a base 11 serving as a case together with a weight 7 is fastened by bolts 8.
【0004】この従来の加速度センサでは、圧電セラミ
ックス円環12の厚さ方向にベース11が振動した場
合、圧電セラミックス円環12には下式(1) で表される
力Fが作用し、またこの際、圧電セラミックス円環12
の電極間には下式(2) で表される電圧が発生する。In this conventional acceleration sensor, when the base 11 vibrates in the thickness direction of the piezoelectric ceramic ring 12, a force F expressed by the following formula (1) acts on the piezoelectric ceramic ring 12, and At this time, the piezoelectric ceramic ring 12
A voltage expressed by the following equation (2) is generated between the electrodes.
【0005】 F=M・α (1) V=k・F (2) 上式(1) ,(2) おいて、Mは重りの質量、αは加速度、
kは比例定数である。F = M · α (1) V = k · F (2) In the above equations (1) and (2), M is the mass of the weight, α is the acceleration,
k is a proportionality constant.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加速度センサは、圧電セラミックス円環12の厚さ
方向,即ち1方向の加速度成分だけしか検出することが
できないものである。従って、例えばX,Y軸の2方向
の加速度を検出するための2軸加速度センサを得ようと
すれば、この加速度センサを2個用いる必要があり、こ
の場合には構造的に複雑になり、またセンサが大型化す
るという問題がある。However, the conventional acceleration sensor described above can detect only the acceleration component in the thickness direction of the piezoelectric ceramic ring 12, that is, in one direction. Therefore, for example, to obtain a two-axis acceleration sensor for detecting accelerations in two directions of the X and Y axes, it is necessary to use two acceleration sensors. In this case, the structure becomes complicated, There is also a problem that the sensor becomes large.
【0007】また、この加速度センサを自動車などに取
付け時には2つの加速度センサを正確に直角に角度調整
しつつ組合せる必要があるが、この角度調整がなかなか
難しく、精度良く直角度を出すことが困難であるなどの
問題がある。Further, when this acceleration sensor is mounted on an automobile or the like, it is necessary to combine the two acceleration sensors while adjusting the angle at a right angle. However, it is difficult to adjust the angle, and it is difficult to obtain a right angle with high accuracy. There is a problem such as.
【0008】この発明は、従来の加速度センサにおける
上記のような欠点がなく、簡単な構造でしかも2つの方
向の加速度を検出することが可能な、2軸加速度センサ
を提供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a biaxial acceleration sensor which does not have the above-mentioned drawbacks of the conventional acceleration sensor and has a simple structure and is capable of detecting accelerations in two directions. .
【0009】[0009]
【問題点を解決するための手段】この発明の2軸加速度
センサは、圧電セラミックス円柱の外周面に長さ方向と
平行に形成した8の倍数個の帯状電極を、前記外周面の
円周方向において一つおきに出力電極とし、また前記帯
状電極の残りを共通アース電極とするとともに、前記帯
状電極の隣り合う電極間隙部に前記円周方向に対してそ
れぞれ逆向きに分極処理を施し、更に前記圧電セラミッ
クス円柱の一端部をベースに固定してなることを要旨と
する。In the biaxial acceleration sensor of the present invention, a plurality of strip-shaped electrodes of 8 formed on the outer peripheral surface of a piezoelectric ceramic cylinder in parallel with the length direction are arranged in the circumferential direction of the outer peripheral surface. In every other as the output electrode, and the rest of the strip-shaped electrode as a common ground electrode, the adjacent electrode gap portion of the strip-shaped electrode is subjected to polarization treatment in the opposite direction to the circumferential direction, The gist is that one end of the piezoelectric ceramic cylinder is fixed to a base.
【0010】そして上記構成において、ベースが圧電セ
ラミックス円柱の中心軸と直角な面方向に振動した時、
上記出力電極の内の上記中心軸に対して互いに向い合う
1対の電極に発生する電圧の差動電圧から上記1対の電
極を結ぶ方向の加速度成分を検出することで、上記面内
の直交する2方向の加速度成分を検出可能とすることが
できる。In the above structure, when the base vibrates in the plane direction perpendicular to the central axis of the piezoelectric ceramic cylinder,
By detecting the acceleration component in the direction connecting the pair of electrodes from the differential voltage of the voltage generated between the pair of electrodes facing each other with respect to the central axis of the output electrodes, the in-plane orthogonality is detected. It is possible to detect acceleration components in two directions.
【0011】[0011]
【作用】上記構成によれば、1つの圧電セラミックス円
柱によって2方向の加速度成分を検出することができ
る。そしてこの結果、簡単な構造で直交する2方向の加
速度を同時に検出することが可能となる。According to the above arrangement, acceleration components in two directions can be detected by one piezoelectric ceramic cylinder. As a result, it is possible to simultaneously detect accelerations in two orthogonal directions with a simple structure.
【0012】[0012]
【実施例】以下に帯状電極を8個用いて構成される、本
発明の2軸加速度センサの実施例を説明する。尚,16
個の帯状電極でも同様の効果が得られることは明白であ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a two-axis acceleration sensor according to the present invention constituted by using eight strip electrodes will be described below. In addition, 16
It is obvious that the same effect can be obtained with the individual strip electrodes.
【0013】図1(A) ,(B) において、本発明の2軸加
速度センサ1は、圧電セラミックス円柱10、並びにこ
の底部に設けられたベース11とを有して構成される。
圧電セラミック円柱10の外周面には、この圧電セラミ
ック円柱10の長さ(軸)方向と平行に8個の帯状電極
が略等間隔で形成されている。これら8個の帯状電極
は、1つおきの帯状電極がそれぞれ共通アース電極9
1,93,95,97で、また残りの1つおきの帯状電
極が出力電極92,94,96,98となっている。こ
れらの帯状電極の隣り合う電極間隙部には、円周方向に
対してそれぞれ逆向きに分極処理が施されている。1 (A) and 1 (B), a biaxial acceleration sensor 1 of the present invention comprises a piezoelectric ceramic column 10 and a base 11 provided on the bottom thereof.
Eight strip electrodes are formed on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic column 10 in parallel with the length (axis) direction of the piezoelectric ceramic column 10 at substantially equal intervals. Of these eight strip electrodes, every other strip electrode is a common ground electrode 9
1, 93, 95 and 97, and the other remaining strip electrodes are output electrodes 92, 94, 96 and 98. The adjacent electrode gaps of these strip electrodes are polarized in opposite directions to the circumferential direction.
【0014】図2はこの実施例の2軸加速度センサ1に
おける圧電セラミックス円柱10と差動増幅器4,5と
の接続状態を示したもので、差動増幅器4の(−)側端
子には出力電極92の出力が、また(+)側端子には圧
電セラミックス円柱10の中心軸に対して出力電極92
と向い合うように位置する出力電極96の出力が、それ
ぞれ接続されている。FIG. 2 shows a connection state between the piezoelectric ceramic cylinder 10 and the differential amplifiers 4 and 5 in the biaxial acceleration sensor 1 of this embodiment. An output is provided to the (-) side terminal of the differential amplifier 4. The output of the electrode 92 is output to the (+) side terminal with respect to the central axis of the piezoelectric ceramic cylinder 10.
The outputs of the output electrodes 96 located so as to face each other are connected to each other.
【0015】一方、差動増幅器5の(−)側端子には、
上記出力電極92から図において右周りに正確に90°
ずれた位置に設けられた出力電極94の出力が接続され
ている。また(+)側端子にはこの出力電極94の上記
中心軸に対して向い合う位置にある出力電極98の出力
が、それぞれ接続されている。On the other hand, at the (-) side terminal of the differential amplifier 5,
Exactly 90 ° clockwise from the output electrode 92 in the figure.
The output of the output electrode 94 provided at the shifted position is connected. The outputs of the output electrode 98 located at a position facing the center axis of the output electrode 94 are connected to the (+) side terminals, respectively.
【0016】以上の構成において、出力電極92と96
とを結ぶ方向に振動的な加速度20が加わった場合、圧
電セラミックス円柱10には同じ方向に応力25が作用
する。In the above structure, the output electrodes 92 and 96
When an oscillating acceleration 20 is applied in the direction connecting the two, a stress 25 acts on the piezoelectric ceramic cylinder 10 in the same direction.
【0017】この時、アース電極91と93から出力電
極92の方向には分極21が、またアース電極95と9
7から出力電極96の方向には分極22がそれぞれ処理
されているため、出力電極92において分極21の方向
と同じ向きに応力25が作用するとともに出力電極96
では分極21の方向と逆向きな応力25が作用し、この
結果、アース電極91,93,95,97と出力電極9
2との間には(+)電圧が、またアース電極91,9
3,95,97と出力電極96との間にはこれと逆極性
の(−)電圧がそれぞれ発生する。At this time, the polarization 21 is provided in the direction from the ground electrodes 91 and 93 to the output electrode 92, and the ground electrodes 95 and 9 are also provided.
7 is processed in the direction from the output electrode 96 to the output electrode 96, so that the stress 25 acts on the output electrode 92 in the same direction as the direction of the polarization 21, and the output electrode 96.
In this case, a stress 25 acts in a direction opposite to the direction of the polarization 21. As a result, the ground electrodes 91, 93, 95, 97 and the output electrode 9
2 and (+) voltage, and ground electrodes 91 and 9
The negative polarity (−) voltage is generated between 3, 95, 97 and the output electrode 96, respectively.
【0018】また、出力電極94の分極23の方向と出
力電圧98の分極24の方向はそれぞれ応力25の方向
と直交しているので、出力電極94,98には電圧が発
生しない。Since the direction of polarization 23 of the output electrode 94 and the direction of polarization 24 of the output voltage 98 are respectively orthogonal to the direction of stress 25, no voltage is generated at the output electrodes 94, 98.
【0019】よって、差動増幅器4による出力電極9
2,94の差動出力電圧は加えられた加速度20の大き
さにほぼ比例する。これに対し、差動増幅器5による出
力電極94,98の差動出力電圧は0となる。Therefore, the output electrode 9 of the differential amplifier 4
The 2,94 differential output voltages are approximately proportional to the magnitude of the applied acceleration 20. On the other hand, the differential output voltage of the output electrodes 94 and 98 by the differential amplifier 5 becomes zero.
【0020】一方、加えられた加速度が上記加速度20
と直交する方向の場合には、同様にして、差動増幅器5
による出力電極94,98の差動出力電圧は加えられた
加速度20の大きさにほぼ比例するのに対し、差動増幅
器4による出力電極92,96の差動出力電圧は0とな
る。On the other hand, the applied acceleration is the acceleration 20
In the case of the direction orthogonal to, the differential amplifier 5
The differential output voltage of the output electrodes 94 and 98 due to the above is substantially proportional to the magnitude of the applied acceleration 20, while the differential output voltage of the output electrodes 92 and 96 due to the differential amplifier 4 becomes zero.
【0021】従って、差動増幅器4,5の差動出力電圧
によって、圧電セラミックス円柱の中心軸と直角な面内
の直交する2方向の加速度成分を検出することができ
る。Therefore, the differential output voltages of the differential amplifiers 4 and 5 can detect acceleration components in two directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the central axis of the piezoelectric ceramic cylinder.
【0022】更に、加えられる加速度の方向が出力電極
92と96あるいは出力電極94と98の対向軸方向と
異なる場合には、これら2つの対向軸方向における上記
加速度の2つの成分が、差動増幅器4,5によってそれ
ぞれ検出される。よって、差動増幅器4,5における検
出信号値を演算処理することで、上記加速度の方向と大
きさを求めることができる。Further, when the direction of the applied acceleration is different from the opposite axial directions of the output electrodes 92 and 96 or the output electrodes 94 and 98, the two components of the acceleration in these two opposite axial directions are differential amplifiers. 4 and 5, respectively. Therefore, the direction and magnitude of the acceleration can be obtained by calculating the detection signal values in the differential amplifiers 4 and 5.
【0023】以上は、圧電セラミックス円柱10を単体
で振動系を構成した例であるが、例えば検出すべき加速
度の周波数が低い場合には図4に例示したように、圧電
セラミックス円柱10の上部に重り7を固着して負荷す
る構造とすれば良い。この重り7を負荷することで、圧
電セラミックス円柱10に対する加速度の作用が増幅さ
れる結果、出力感度を大きくすることができる。The above is an example in which the piezo-electric ceramics cylinder 10 constitutes a vibration system by itself. For example, when the frequency of the acceleration to be detected is low, as shown in FIG. The weight 7 may be fixed and loaded. By applying the weight 7, the effect of the acceleration on the piezoelectric ceramic cylinder 10 is amplified, so that the output sensitivity can be increased.
【0024】[0024]
【発明の効果】以上の通り、この発明によれば、簡単な
構造でしかも2つの方向の加速度を検出することが可能
な、2軸加速度センサを提供することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to provide a biaxial acceleration sensor having a simple structure and capable of detecting accelerations in two directions.
【図1】(A) は実施例の2軸加速度センサに用いる圧電
セラミックス円柱とベースを組合せた状態の斜視図、
(B) はこの圧電セラミックス円柱の断面図である。FIG. 1A is a perspective view showing a state in which a piezoelectric ceramic cylinder and a base used in a two-axis acceleration sensor of an embodiment are combined.
(B) is a sectional view of the piezoelectric ceramic cylinder.
【図2】実施例における圧電セラミックス円柱と差動増
幅器との接続関係を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a connection relationship between a piezoelectric ceramic cylinder and a differential amplifier in an example.
【図3】2軸加速度センサの他例の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of another example of the biaxial acceleration sensor.
【図4】加速度センサの従来例の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a conventional example of an acceleration sensor.
1 2軸加速度センサ 4,5 差動増幅器 7 重り 8 ボルト 9 端子板 10,12 圧電セラミックス円柱 11 ベース 20 加速度 21〜24 分極 25 応力 91,93,95,97 出力電極 92,94,96,98 共通アース電極 1 2-axis acceleration sensor 4,5 Differential amplifier 7 Weight 8 Volt 9 Terminal board 10, 12 Piezoelectric ceramic cylinder 11 Base 20 Acceleration 21-24 Polarization 25 Stress 91,93,95,97 Output electrode 92,94,96,98 Common ground electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−273167(JP,A) 特開 平4−188079(JP,A) 特開 平4−213068(JP,A) 特開 昭49−88573(JP,A) 特開 平4−118515(JP,A) 特開 昭61−178666(JP,A) 特開 平4−159429(JP,A) 特公 昭52−8111(JP,B2) 特公 昭54−39146(JP,B2) 特公 昭54−43905(JP,B2) 特表 平4−506407(JP,A)) ─────────────────────────────────────────────────── --Continued from the front page (56) Reference JP-A-3-273167 (JP, A) JP-A-4-188079 (JP, A) JP-A-4-213068 (JP, A) JP-A-49- 88573 (JP, A) JP 4-118515 (JP, A) JP 61-178666 (JP, A) JP 4-159429 (JP, A) JP 52-8111 (JP, B2) JP-B 54-39146 (JP, B2) JP-B 54-43905 (JP, B2) JP-A-4-506407 (JP, A))
Claims (2)
向と平行に形成した8の倍数個の帯状電極を、前記外周
面の円周方向において一つおきに出力電極とし、また前
記帯状電極の残りを共通アース電極とするとともに、前
記帯状電極の隣り合う電極間隙部に前記円周方向に対し
てそれぞれ逆向きに分極処理を施し、更に前記圧電セラ
ミックス円柱の一端部をベースに固定してなることを特
徴とする2軸加速度センサ。1. A plurality of strip-shaped electrodes, each of which is a multiple of 8, formed on the outer peripheral surface of a piezoelectric ceramic cylinder in parallel with the length direction are used as output electrodes in the circumferential direction of the outer peripheral surface. The rest is used as a common ground electrode, the adjacent electrode gaps of the strip electrodes are polarized in opposite directions to the circumferential direction, and one end of the piezoelectric ceramic cylinder is fixed to the base. A two-axis acceleration sensor characterized in that
の中心軸と直角な面方向に振動した時、前記出力電極の
内の前記中心軸に対して互いに向い合う1対の電極に発
生する電圧の差動電圧から前記1対の電極を結ぶ方向の
加速度成分を検出することで、前記面内の直交する2方
向の加速度成分を検出可能としたことを特徴とする請求
項1記載の2軸加速度センサ。2. A difference in voltage generated between a pair of electrodes of the output electrodes facing each other with respect to the central axis when the base vibrates in a plane direction perpendicular to the central axis of the piezoelectric ceramic cylinder. 2. The biaxial acceleration sensor according to claim 1, wherein an acceleration component in a direction connecting the pair of electrodes is detected from a dynamic voltage, whereby acceleration components in two orthogonal directions in the plane can be detected. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3103283A JP2671064B2 (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 2-axis acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3103283A JP2671064B2 (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 2-axis acceleration sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04282459A JPH04282459A (en) | 1992-10-07 |
| JP2671064B2 true JP2671064B2 (en) | 1997-10-29 |
Family
ID=14350001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3103283A Expired - Fee Related JP2671064B2 (en) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 2-axis acceleration sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2671064B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03273167A (en) * | 1990-03-23 | 1991-12-04 | Japan Electron Control Syst Co Ltd | Acceleration sensor |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP3103283A patent/JP2671064B2/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 特表 平4−506407(JP,A)) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04282459A (en) | 1992-10-07 |
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