JPS5911841B2 - electret sensing device - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、一般に広い範囲の感知装置に関し、更に詳細
には感知要素としてエレクトレット材料の層の複数値を
含む感知装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION TECHNICAL FIELD This invention relates generally to sensing devices in general, and more particularly to sensing devices that include multiple values of layers of electret material as sensing elements.
背景技術
エレクトレットの普通の定義は、材料を加熱し、それを
冷却時に強い電界内に置くことによつて永久的に成極さ
れた誘電材料である。BACKGROUND OF THE INVENTION The common definition of an electret is a dielectric material that has been permanently polarized by heating the material and placing it in a strong electric field as it cools.
エレクトレットは、通常はパイロ電気的或いは圧電気的
性質に基いて分類され、両者とも双極モーメント(di
poledmlrrent)の変化によつて電気的の信
号を生じる。Electrets are usually classified based on their pyroelectric or piezoelectric properties, both of which have a dipole moment (di
A change in the voltage (poledmlrrent) produces an electrical signal.
パイロ電気材料および圧電気材料は、2種の明瞭なエレ
クトレット分類としばしば考えられているが、実際には
主電気材料は、その中にパイロ電気材料が一種類として
含まれる一般分類(genevicclass)である
。従つて、非常に多くの材料が、パイロ電気的および圧
電気的特性の両方を持つている。パイロ電気的および圧
電気的特性の両方を持つているエレクトレツトを使用す
ることは、アシユキン氏他の米国特許第3769096
号明細書に、入射輻射線をパイロ電気的に感知するため
の装置が開示されているように、またエイア氏他の米国
特許第3768059号明細書に圧電気の原理を使用し
た歪みセンサを記載しているように、種々の形式の感知
装置を形成するときに行なわれている。Pyroelectric materials and piezoelectric materials are often considered to be two distinct electret classes, but in reality the primary electrical materials are a generic class within which pyroelectric materials are included as a class. be. Therefore, a large number of materials have both pyroelectric and piezoelectric properties. The use of electrets having both pyroelectric and piezoelectric properties is described in U.S. Pat. No. 3,769,096 to Asyukin et al.
No. 3,733,922 discloses an apparatus for pyroelectrically sensing incident radiation, and Eyer et al., U.S. Pat. No. 3,768,059, describes a strain sensor using piezoelectric principles. As described above, this is done when forming various types of sensing devices.
上記の両米国特許明細書に記載されているエレクトレツ
トの形式は、パイロ電気的および圧電気的の両特性を持
つている。従つて、アシユキン氏他のセンサは、圧電気
的に生じたスプリアス電気信号の結果として誤差のある
感知動作を生じることがあり、またエイア氏他のセンサ
は、パイロ電気的に生じる信号のために同様の感受性を
持つている。発明の要約
本発明の目的は温度および応力の二変量を同時に受けた
場合、両方の変量を感知できる感知媒体を用いて、選択
的に一方の変量のみを検知し他方の変量による感知を無
効化して他変量による誤差のない精密かつ正確な感知装
置を提供することにある。The types of electrets described in both of the above-mentioned US patents have both pyroelectric and piezoelectric properties. Therefore, the Asyukin et al. sensor may produce erroneous sensing behavior as a result of piezoelectrically generated spurious electrical signals, and the Eyer et al. have similar sensitivities. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to selectively detect only one variable and nullify the sensing of the other variable when two variables, temperature and stress, are received simultaneously by using a sensing medium that can sense both variables. The object of the present invention is to provide a precise and accurate sensing device free from errors caused by other variables.
この目的のため、本発明においては感知媒体として1対
層のエレクトレツト材料を使用する。これらのエレクト
レツト層は、その各層の一表面に電気的接触している内
側の導電層によつて分離される。各層の他の表面は、外
側の導電層によつて被覆される。電子感知回路は、導電
層上の電気,信号を検出するために導電層の少なくとも
2個に接続される。第1の好ましい実施例において、本
発明は、パイロ電気的に生じた電気信号を感知し、かつ
屈曲によつて圧電気的に生じたスプリアス信号を無効.
化することにより1温度変化量を検知し応力変化量を相
殺するエレクトレツト感知装置として使用されている。To this end, the present invention uses a pair of layers of electret material as the sensing medium. The electret layers are separated by an inner conductive layer in electrical contact with one surface of each layer. The other surface of each layer is covered by an outer conductive layer. An electronic sensing circuit is connected to at least two of the conductive layers to detect electrical signals on the conductive layers. In a first preferred embodiment, the present invention senses pyroelectrically generated electrical signals and cancels piezoelectrically generated spurious signals due to bending.
It is used as an electret sensing device that detects the amount of change in temperature and cancels out the amount of stress change.
従つて精密かつ正確な感知動作が得られる。この実施例
の2個のエレクトレツト層は、反対方向に極形成されて
、その感知回路装置は、内側の導電板と外側の導電板と
に跨がつて接続され、外側導電板は接地される。このよ
うに、感知媒体として2個のエレクトレツト層を使用す
ることによつて、その感知信号は温度の所定変化に対し
て1個だけのエレクトレツト層を使用するセンサの場合
の2倍となV1外側の導電板を接地することによつて、
センサは擬似的の静電変化を感知することを遮蔽される
。他の好ましい実施例においては、屈曲によつて圧電気
的に生じた電気信号を感知し、パイロ電気的に生じた信
号を無効化して、応力変化量を検知し温度変化量を相殺
するエレクトレツト感知装置として使用される。Therefore, a precise and accurate sensing operation can be obtained. The two electret layers in this embodiment are polarized in opposite directions, and the sensing circuitry is connected across the inner conductive plate and the outer conductive plate, with the outer conductive plate being grounded. . Thus, by using two electret layers as the sensing medium, the sensing signal is twice as large for a given change in temperature as in a sensor using only one electret layer. By grounding the conductive plate outside V1,
The sensor is shielded from sensing spurious electrostatic changes. In another preferred embodiment, the electret senses the piezoelectrically generated electrical signal due to bending, nullifies the pyroelectrically generated signal, detects the amount of stress change and cancels the amount of temperature change. Used as a sensing device.
従つて、この実施例はまた精密かつ正確な感知を提供す
る。本発明は、パイロ電気的および圧電気的特性の両方
を持つ重合体のエレクトレツト材料で形成した感知媒体
を使用して温度および応力変化量のいづれか一変量のみ
を選択的に検知し他の変量による誤差を排除したエレク
トレツト感知装置に関する。Therefore, this embodiment also provides precise and accurate sensing. The present invention uses a sensing medium formed of a polymeric electret material that has both pyroelectric and piezoelectric properties to selectively sense only one variable, temperature or stress change, while detecting other variables. This invention relates to an electret sensing device that eliminates errors due to
前者(バイロ電気)の特性は、感知媒体の周囲温度の変
化によつて電気信号を生じるが、後者(圧電気)の特性
は、感知媒体の軸応力変化の結果として電気信号を生じ
る。本発明は、一対のエレクトレツト層の極形成方向お
よび感知回路装置とエレクトレツト層の接続方法の組合
わせに応じて、上記特性のうちの一つによつて感知媒体
中に生じる電気的信号を検知し他の一方の特性によつて
生じる電気的信号を相殺して正確かつ精密な感知動作を
行なうように装置されている。発明の実施態様
次に第1図を参照すると、本発明の第1の好ましい実施
例は、熱センサ1の形態に示され、それは、パイロ電気
的に生じた電気的信号を感知するように装置され、かつ
屈曲によつて生じる圧電気的電荷をほとんど相殺するよ
うに補償されている。The former (biroelectric) property produces an electrical signal due to a change in the ambient temperature of the sensing medium, whereas the latter (piezoelectric) property produces an electrical signal as a result of a change in the axial stress of the sensing medium. The present invention provides an electrical signal generated in the sensing medium by one of the above characteristics, depending on the combination of the pole forming direction of the pair of electret layers and the method of connecting the sensing circuit arrangement and the electret layers. The device is configured to detect and cancel the electrical signals produced by the other characteristic to provide accurate and precise sensing operations. EMBODIMENTS OF THE INVENTION Referring now to FIG. 1, a first preferred embodiment of the invention is shown in the form of a thermal sensor 1, which is adapted to sense pyroelectrically generated electrical signals. and is compensated to substantially cancel out the piezoelectric charge caused by bending.
センサ1は、好ましくは、2個の同様の不導体のエレク
トレツト層2および3を含み、これらのエレクトレツト
層は、パイロ電気および圧電気の両特性を持つ弗化ポリ
ビニリ・デン、弗化ポリビニール、ランタン修正された
ヂルコン酸、チタン酸鉛または他のこのような非結晶性
材料で形成されることができる。エレクトレツト層2お
よび3は、センサ1内の感知媒体(ト)として作用し、
それらの内側表面と表面対表面の電気接触状態にある導
電層4によつて電気接触状態に結合される。The sensor 1 preferably comprises two similar non-conducting electret layers 2 and 3, these electret layers being polyvinylidene fluoride, polyvinylidene fluoride, which has both pyroelectric and piezoelectric properties. Can be formed of vinyl, lanthanum modified zirconate, lead titanate or other such amorphous materials. electret layers 2 and 3 act as sensing media in sensor 1;
They are coupled in electrical contact by a conductive layer 4 in surface-to-surface electrical contact with their inner surfaces.
層2および3の外側の表面は、それぞれ等しい大きさの
導電層7および8と表面対表面の電気接触状態にあつて
、それらの導電層は、エレクトレツト層2および3の外
側表面に被覆されてよい。層7および8は、導体9によ
つて、共に接地される。電圧計、電流計または他の適当
方感知回路装置kどの感知回路10は、導電層4と接地
の間に電気的に接続される。明示の目的のために、層2
,3,4,7および8の厚さは、誇張して示した。セン
サは、通常約50ミクロンの層2および3と、通常約2
0ミクロンの層4,7および8を持つている。しかし、
層2および3は、6ミクロン程度に薄くしてもよく、層
4,7および8は、1ミクロン程度に薄くしてもよい。
エレクトレツト層2および3は、好ましくは大きさに関
しては均一に極形成されるが、それぞれ層2および3に
矢符11および12で示したように、反対方向に極形成
される。The outer surfaces of layers 2 and 3 are in surface-to-surface electrical contact with equally sized conductive layers 7 and 8, respectively, which conductive layers are coated on the outer surfaces of electret layers 2 and 3. It's fine. Layers 7 and 8 are grounded together by a conductor 9. A sensing circuit 10, such as a voltmeter, ammeter or other suitable sensing circuit device, is electrically connected between the conductive layer 4 and ground. For clarity purposes, layer 2
, 3, 4, 7 and 8 are exaggerated. The sensor has layers 2 and 3, typically about 50 microns, and typically about 2
It has layers 4, 7 and 8 of 0 micron. but,
Layers 2 and 3 may be as thin as 6 microns and layers 4, 7 and 8 may be as thin as 1 micron.
The electret layers 2 and 3 are preferably uniformly polarized in terms of size, but polarized in opposite directions, as indicated by arrows 11 and 12 for layers 2 and 3, respectively.
エレクトレツト層2および3の極形成は、それらの層を
極形成温度(POllngtemperature)と
呼ばれる特殊温度以上に加熱したときに、層の平坦表面
に直角に双極を準備する。この極形成温度において、エ
レクトレツト層2および3の双極は、加えられた電界に
従つてそれらの方向に向いている。この双極方向決定の
度合は、層2,3の加熱温度と、加えられる電界強度と
電界を加える継続時間との関数である。例えば、弗化ポ
リビニリデンでは厚さ111当り少なくとも4000ボ
ルトの電界を加え、90℃より高い温度に約15分間加
熱されたときに、実質的の極形成が開始される。畠度お
よびまたは加える電界を増加することによつて、達成さ
れる極形成度合は飽和最大値まで次第に増加するであろ
う。エレクトレツト層2および3をいつたん極形成し、
しかる後にその極形成温度よ勺下に冷却した後に、加え
られた電界は除去され、層2および3の双極は加えられ
た電界によつて決められた方向に保持される。層2およ
び3の双極がでたらめの方向に戻らないようにするため
に、層2および3は、長期にわたつて極形成温度以上に
加熱されないことを確実にするため注意しなければなら
ない。極形成が完了した後には、層2および3は、その
パイロ電気特性のために、周囲温度を変化したときほそ
の平坦表面に相反する極性の静電荷を生じるであろう。
また、層2および3に軸方向の応力が加わると、層2お
よび3の圧電気特性によつて層2および3の表面に反対
極性の静電荷を生じるであろう。エレクトレツト層2お
よび3のみでなく導電層7および8は互いに同一寸法と
し、また層2および3は加熱されたときまたは応力を加
えられたときに、等しいレベルの静電荷が導電層7およ
び8上に現われるように、等しい大きさの極形成を持つ
ことが好ましい。Pole formation of the electret layers 2 and 3 prepares dipoles at right angles to the planar surfaces of the layers when those layers are heated above a special temperature called the pole formation temperature. At this pole formation temperature, the dipoles of the electret layers 2 and 3 are oriented in accordance with the applied electric field. The degree of bipolar orientation is a function of the heating temperature of the layers 2, 3, the applied electric field strength and the duration of the applied electric field. For example, in polyvinylidene fluoride, substantial pole formation begins when an electric field of at least 4000 volts per thickness 111 is applied and heated to a temperature above 90° C. for about 15 minutes. By increasing the consistency and/or the applied electric field, the degree of pole formation achieved will progressively increase up to a saturation maximum. Once the electret layers 2 and 3 are formed into poles,
Subsequently, after cooling below its pole formation temperature, the applied electric field is removed and the dipoles of layers 2 and 3 are held in the orientation determined by the applied electric field. In order to prevent the dipoles of layers 2 and 3 from returning in a haphazard direction, care must be taken to ensure that layers 2 and 3 are not heated above the pole forming temperature over an extended period of time. After pole formation is complete, layers 2 and 3, due to their pyroelectric properties, will develop electrostatic charges of opposite polarity on their planar surfaces as the ambient temperature changes.
Also, when layers 2 and 3 are subjected to axial stress, the piezoelectric properties of layers 2 and 3 will create electrostatic charges of opposite polarity on the surfaces of layers 2 and 3. The conductive layers 7 and 8 as well as the electret layers 2 and 3 are of the same size as each other, and when the layers 2 and 3 are heated or stressed, an equal level of electrostatic charge is applied to the conductive layers 7 and 8. It is preferred to have polar formations of equal size, as seen above.
しかし、このような条件は本発明に必須ではなく、その
理由は、層2,3または7,8は寸法が相違してもよい
からである。しかし、異なる程度に極形成された層2お
よび3を使用したときにも導電層7および8上には等量
の電荷が蓄積されるであろう。本発明を更によく説明す
るために、センサ1の動作について次に説明する。However, such a condition is not essential to the invention, since the layers 2, 3 or 7, 8 may differ in size. However, the same amount of charge will be stored on conductive layers 7 and 8 when using layers 2 and 3 that are polarized to different degrees. In order to better explain the invention, the operation of sensor 1 will now be described.
エレクトレツト層2および3が、同様に温度変化するよ
うに、センサ1を均一態様に温度を変化させると、第2
図に示すように、反対極性のパイロ電気的に誘起された
静電荷の均一分布が、層2および3の表面上に、層2お
よび3の極形成の大きさと表面積とに正比例して蓄積す
るであろう。層2および3の極形成方向が異なるので、
層2および3の各々の外側表面には一つの極性の静電荷
のみが現われ、層2および3の内側の表面には反対極性
の静電荷のみが現われるであろう。このように、層2と
3の外側表面と内側表面の間に認識し得る電位が存在す
る。層2および3は、実質的に非導電性であるので、電
気的に接続された外側の導電層7および8と内側の導電
層4とは、層2および3の表面から感知回路10に電荷
を導通するための装置として作用する。このように、セ
ンサ1は温度変化にさらされたときに電気的感知信号を
提供する作用をする。When the temperature of the sensor 1 is changed in a uniform manner so that the electret layers 2 and 3 change temperature similarly, the second
As shown in the figure, a uniform distribution of pyroelectrically induced electrostatic charges of opposite polarity accumulates on the surfaces of layers 2 and 3 in direct proportion to the polar formation magnitude and surface area of layers 2 and 3. Will. Since the pole formation directions of layers 2 and 3 are different,
Only one polarity of electrostatic charges will appear on the outer surface of each of layers 2 and 3, and only electrostatic charges of the opposite polarity will appear on the inner surfaces of layers 2 and 3. Thus, there is an appreciable electrical potential between the outer and inner surfaces of layers 2 and 3. Since layers 2 and 3 are substantially non-conductive, the electrically connected outer conductive layers 7 and 8 and inner conductive layer 4 transfer charges from the surfaces of layers 2 and 3 to sensing circuit 10. Acts as a device to conduct electricity. The sensor 1 thus serves to provide an electrical sensing signal when exposed to temperature changes.
センサ1は、この特性を持つているので、広い種類の適
用面を持つている。しかし、可能応用面の多くは、セン
サ1を計画的または非計画的に屈曲することが起る。し
かし、センサ1は、圧電気補償をしなければ屈曲用途に
使用することは全く望ましいとはいえないであろう0何
となれば層2および3は、屈曲モメントを受けるとスブ
リアス静電荷を生じ、このような電荷は、センサ1にか
ようなスプリアス電荷に対する補償装置を設けないなら
ば、不正確な感知を招くからである。センサ1の構造は
、精密かつ正確な動作を確保するために、屈曲に対して
固有の圧電気補償をあたえるようにされている。センサ
1が、屈曲の結果として応力を受けると、層2および3
の表面に静電荷が生じて、その電荷の大きさは層2およ
び3の引張または圧縮応力の量に正比例している。Because the sensor 1 has this property, it has a wide variety of applications. However, many of the possible applications involve intentional or unplanned bending of the sensor 1. However, sensor 1 would be completely undesirable for use in bending applications without piezoelectric compensation, since layers 2 and 3 would develop spurious electrostatic charges when subjected to bending moments. This is because such charges will lead to inaccurate sensing unless the sensor 1 is provided with a compensation device for such spurious charges. The structure of the sensor 1 is adapted to provide an inherent piezoelectric compensation for bending to ensure precise and accurate operation. When sensor 1 is stressed as a result of bending, layers 2 and 3
An electrostatic charge is created on the surface of the layer, the magnitude of which is directly proportional to the amount of tensile or compressive stress in layers 2 and 3.
この静電荷の極性は、層2および3の極形成方向によ勺
、かつ応力が引張または圧縮のいづれであるかによつて
いる。これら2つの因子を考慮に入れて、センサ1は、
その屈曲によつて生じる静電荷は互いに相殺されるけれ
ども、層2および3の温度変化は認識し得る感知電圧を
生じるようにされる。かような電荷相殺は、内側の導電
層4の強靭性を層2および3とそれぞれの導電被覆7お
よび8との合成の強靭性よ勺も大きくすることによつて
達成される。従つて、センサ1を屈曲したときに、導電
層4は、ゼロ圧縮またはゼロ引張の点として作用し、第
3図の誇張図に示したように、層3は引き延ばされ、層
2は,圧縮される。しかし、図示と反対方向にセンサ1
を屈曲すれば、層3の圧縮と層2の引き延ばしを生じる
ことは理解されるべきである。層3の引張りによつて、
その外側と内側表面にそれぞれ正電荷と負電荷とを生じ
、一方において、層2の圧縮によつて、その外側と内側
表面に負電荷と正電解とを生じる。The polarity of this electrostatic charge depends on the polar formation direction of layers 2 and 3 and on whether the stress is tensile or compressive. Taking these two factors into account, sensor 1 is
Although the electrostatic charges caused by the bending cancel each other out, temperature changes in layers 2 and 3 are made to produce an appreciable sensing voltage. Such charge cancellation is achieved by making the toughness of the inner conductive layer 4 even greater than the composite toughness of layers 2 and 3 and their respective conductive coatings 7 and 8. Therefore, when sensor 1 is bent, conductive layer 4 acts as a point of zero compression or zero tension, layer 3 is stretched and layer 2 is stretched, as shown in the exaggerated view of FIG. , compressed. However, sensor 1
It should be understood that flexing causes compression of layer 3 and stretching of layer 2. By tensioning layer 3,
Positive and negative charges are generated on its outer and inner surfaces respectively, while compression of layer 2 generates negative charges and positive electrolytes on its outer and inner surfaces.
導電層4が、層2と3の反対に課電された内側表面を互
いに連結し、また導体9が、層2および3の反対に課電
された外側表面に電気的に接触する導電層7および8を
連結しているので、センサ1の圧電的に生じた電荷は、
感知回路10に跨がつて実質的にゼロ正昧電荷となる。
或るあたえられた温度変化に対して圧電気的に生じた電
荷を補償する利点を提供する以外に、センサ1は、また
感度を増加する利点を提供する。A conductive layer 7 connects together the oppositely charged inner surfaces of layers 2 and 3 and a conductor 9 electrically contacts the oppositely charged outer surfaces of layers 2 and 3. and 8 are connected, the piezoelectrically generated charge of sensor 1 is
There is a substantially zero net charge across the sensing circuit 10.
Besides offering the advantage of compensating the piezoelectrically generated charge for a given temperature change, the sensor 1 also offers the advantage of increasing sensitivity.
何となれば、2個のエレクトレツト層形状によつて作ら
れたパイロ電気的に生じた感知電荷は、エレクトレツト
2または3の単一層を使用したセンサによつて生じる感
知電荷の倍であるからである。その土、接地された導電
性の外側の層は、センサ1の不正確な動作を生じる擬似
的の静電荷に対して反応することのないようにセンサ1
を遮蔽する。次に第4図を参照すると、本発明の第2の
実施例が熱センサ18によつて代表されている。センサ
1と同様に、センサ18は、2個のエレクトレツト層1
9および20を持ち、両エレクトレツトは内側の表面を
導電層21で接合し、その外側表面をそれぞれ導電層2
2および23で被覆される。このセンサ18は、矢符2
4,25で示したように同一方向に極形成されたエレク
トレツト層19,20を持ち、外側の導電層22,23
に跨がつて感知回路26が電気的に接続されていること
がセンサ1と異なつている。本発明のこの配列によつて
、層19および20の均一な温度変化によつて、第4図
に示すようにエレクトレツト層19および20の表面に
反対極性の静電荷の感知電位を生じる。しかし、センサ
1の動作について前に述べたように、センサ18を屈曲
すると、エレクトレツト層19,20の外側表面に一つ
の極性の電荷だけを生じ、その内側表面には反対極性の
電荷だけを生じるであろう。であるから、感知回路26
は、実質的にゼロの正昧電荷を受ける。従つて、上に説
明した実施例によつて明らかにされたように、本発明は
、熱的センサにおいて屈曲によつて生じる圧電気的電圧
電位を補償するための簡単な装置を提供する。This is because the pyroelectrically generated sense charge created by the two electret layer configuration is twice the sense charge generated by a sensor using a single layer of electrets 2 or 3. It is. The earth, grounded, conductive outer layer prevents the sensor 1 from reacting to spurious electrostatic charges that would result in inaccurate operation of the sensor 1.
to shield. Referring now to FIG. 4, a second embodiment of the present invention is represented by thermal sensor 18. As shown in FIG. Similar to sensor 1, sensor 18 includes two electret layers 1
9 and 20, the inner surfaces of both electrets are joined with a conductive layer 21, and the outer surfaces thereof are connected with a conductive layer 2, respectively.
2 and 23. This sensor 18 is
As shown in 4 and 25, it has electret layers 19 and 20 with poles formed in the same direction, and outer conductive layers 22 and 23.
This sensor differs from the sensor 1 in that a sensing circuit 26 is electrically connected across the sensor. With this arrangement of the present invention, uniform temperature changes in layers 19 and 20 produce electrostatic sensing potentials of opposite polarity at the surfaces of electret layers 19 and 20, as shown in FIG. However, as previously discussed regarding the operation of sensor 1, flexing sensor 18 produces only one polarity of charge on the outer surface of electret layers 19, 20, and only an opposite polarity of charge on its inner surface. will occur. Therefore, the sensing circuit 26
experiences essentially zero net charge. Thus, as demonstrated by the embodiments described above, the invention provides a simple device for compensating piezoelectric voltage potentials caused by bending in thermal sensors.
しかし、本発明は、このような用途に限定されるもので
はない。何となれば、それは圧電気的に生じる電圧電位
の感知に依存するセンサ内において、パイロ電気的に生
じた電圧電位を補償するためにも使用することができる
からである。第5図を参照すると、センサ28はパイロ
電気的に生じた電圧電位を補償するように示されている
。However, the present invention is not limited to such uses. This is because it can also be used to compensate for pyroelectrically generated voltage potentials in sensors that rely on the sensing of piezoelectrically generated voltage potentials. Referring to FIG. 5, sensor 28 is shown compensating for pyroelectrically generated voltage potentials.
センサ28は、2個のエレクトレツト層29および30
を含み、両層はこれより比較的強靭な導電層31によつ
てその内側表面で結合されている。層29および30の
外側表面は、それぞれ導電層32および33で被覆され
、かつ導体34によつて電気的に接地されている。導電
層31と導体34とに跨つて接続された感知回路36は
、内側導電層31と外側導電層32,33の間の電位差
を検知するためのものである。センサ28を形成する部
品の配列は、センサ1の部品配列と同一であるけれども
、これらの2個のセンサは互いに次の点を異にしている
。Sensor 28 consists of two electret layers 29 and 30.
, both layers being bonded at their inner surfaces by a relatively tough conductive layer 31. The outer surfaces of layers 29 and 30 are coated with conductive layers 32 and 33, respectively, and are electrically grounded by conductor 34. A sensing circuit 36 connected across the conductive layer 31 and the conductor 34 is for sensing the potential difference between the inner conductive layer 31 and the outer conductive layers 32 and 33. Although the arrangement of parts forming sensor 28 is the same as that of sensor 1, these two sensors differ from each other in the following points.
すなわち、センサ28のエレクトレツト層29および3
0は、矢符37および38で示したように同一方向に極
形成しているけれども、センサ1のエレクトレツト層は
、反対方向に極形成している。層29および30は、同
一方向に極が形成されているので、均一の温度変化は、
第5図に示すように層29および30の表面に静電荷の
分布を生じるが、それらの電荷は互いに相殺して感知回
路36に対してゼロ正味電位を生じる。センサ28の温
度変化の結果として生じる静電荷の相殺とは対照的に、
センサ28の屈曲によジ回路36に跨がる感知電位が生
じる。That is, the electret layers 29 and 3 of the sensor 28
0 is polarized in the same direction as shown by arrows 37 and 38, whereas the electret layer of sensor 1 is polarized in the opposite direction. Since the layers 29 and 30 have poles in the same direction, uniform temperature changes can be achieved by
As shown in FIG. 5, there is a distribution of static charges on the surfaces of layers 29 and 30, which cancel each other out to produce a zero net potential for sensing circuitry 36. In contrast to the static charge cancellation that occurs as a result of temperature changes on the sensor 28,
The bending of sensor 28 creates a sense potential across circuit 36 .
比較的強靭な導電層31は、第6図に示すようにエレク
トレツト29は圧縮され、エレクトレツト層30が引張
られるように屈曲されることによつて、センサ28は屈
曲力に対応するようされる。従つて、層29および30
の表面に、静電荷が蓄積され、センサ28の屈曲程度に
比例する感知電位を生じる。本発明の第4の実施例は、
第7図に示すようなセンサ39であつて、エレクトレツ
ト層40および41と、内側の導電層42と、外側の導
電層43,44とを含む。センサ39は、外側の導電層
43,44に跨がつて接続された感知回路45を持ち、
エレクトレツト層は矢符46,47によつて示したよう
に反対方向に極を形成したことによつて第5図のセンサ
28と異なる。センサ39の均一な温度変化は、センサ
28と同様に、第7図に示すように回路45に跨る正味
電圧電位には影響しないけれども、センサ39の屈曲は
、センサ28の前述説明のように感知電位を生じる。以
上説明したように、本発明によつてエレクトレツト層の
極形成方向の組合せ及び電子感知回路とエレクトレツト
層の接続方向を任意に選択することにより、1つの感知
装置によつて温度および応力のいずれかの変量を検知し
他の変量による誤差を相殺して正確な感知動作が可能と
なる。The relatively strong conductive layer 31 is bent so that the electret 29 is compressed and the electret layer 30 is pulled, as shown in FIG. 6, so that the sensor 28 can respond to the bending force. Ru. Therefore, layers 29 and 30
An electrostatic charge builds up on the surface of the sensor 28, creating a sensed potential that is proportional to the degree of flexion of the sensor 28. The fourth embodiment of the present invention is
A sensor 39 as shown in FIG. 7 includes electret layers 40 and 41, an inner conductive layer 42, and outer conductive layers 43 and 44. The sensor 39 has a sensing circuit 45 connected across outer conductive layers 43 and 44,
The electret layer differs from sensor 28 of FIG. 5 by forming poles in opposite directions, as indicated by arrows 46 and 47. Although uniform temperature changes in sensor 39, like sensor 28, do not affect the net voltage potential across circuit 45 as shown in FIG. Generates a potential. As explained above, according to the present invention, by arbitrarily selecting the combination of the electrode formation directions of the electret layer and the connection direction of the electronic sensing circuit and the electret layer, temperature and stress can be controlled by one sensing device. Accurate sensing operation is possible by detecting one of the variables and canceling out errors caused by other variables.
第1図は、熱的感知装置として使用される本発明の第1
実施例の略図である。
第2図は、温度変化したとき生じる静電荷を示す第1図
のセンサである。第3図は、屈曲によつて生じる静電荷
を示す第1図のセンサである。第4図は、熱的感知装置
として使用され、温度を変化したときに生じる静電荷を
示す本発明の第2実施例の略図である。第5図は、応力
感知装置として使用され、均一に温度を変化することに
よつて生じる静電荷を示す本発明の第3実施例である。
第6図は、屈曲によつて生じる静電荷を示す第5図のセ
ンサである。第7図は、応力感知装置として使用され、
均一な温度変化によつて生じる静電荷を示す本発明の第
4実施例の略図である。1・・・センサ、2,3・・・
エレクトレツト層、4,7,8・・・導電層、10・・
・感知回路、18・・・センサ、19,20・・・エレ
クトレツト層、21,22,23・・・導電層、26・
・・感知回路、28・・・センサ、29,30・・・エ
レクトレツト層、31,32,33・・・導電層、34
・・・導体、36・・・感知回路、39・・・センサ、
40,41・・・エレクトレツト層、42,43,44
・・・導電層、45・・・感知回路。FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention used as a thermal sensing device.
1 is a schematic diagram of an example. FIG. 2 is the sensor of FIG. 1 showing the electrostatic charge that occurs when the temperature changes. FIG. 3 is the sensor of FIG. 1 showing the electrostatic charge caused by bending. FIG. 4 is a schematic illustration of a second embodiment of the invention used as a thermal sensing device, showing the electrostatic charge generated when changing temperature. FIG. 5 is a third embodiment of the present invention used as a stress sensing device, illustrating the electrostatic charge generated by uniformly changing temperature.
FIG. 6 is the sensor of FIG. 5 showing the electrostatic charge caused by bending. FIG. 7 is used as a stress sensing device,
Figure 3 is a schematic diagram of a fourth embodiment of the present invention showing electrostatic charges caused by uniform temperature changes; 1...sensor, 2,3...
Electret layer, 4, 7, 8... conductive layer, 10...
- Sensing circuit, 18... Sensor, 19, 20... Electret layer, 21, 22, 23... Conductive layer, 26.
... Sensing circuit, 28... Sensor, 29, 30... Electret layer, 31, 32, 33... Conductive layer, 34
...Conductor, 36...Sensing circuit, 39...Sensor,
40, 41... electret layer, 42, 43, 44
... Conductive layer, 45... Sensing circuit.
Claims (1)
うちの一方を感知し、前記変化のうちの他方を無効化す
るようにしたエレクトレット感知装置1、18、28、
39であつて、圧電気的およびパイロ電気的特性の両方
を持ち、温度変化および応力変化に対応して表面に相反
する極性の静電荷を生じる極形成材料の第1エレクトレ
ット層2、19、29、40と、前記第1エレクトレッ
ト層の片側に表面対表面に接触している第1導電層7、
22、32、43と、前記第1エレクトレット層に対し
てほぼ平行に位置し、圧電気的およびパイロ電気的特性
の両方を持ち、温度変化および応力変化に対応して表面
に相反する極性の静電荷を生じる極形成材料の第2エレ
クトレット層3、20、30、41と、前記第2エレク
トレット層の片側に表面対表面に接触している第2導電
層8、23、33、44と、前記第1エレクトレット層
と第2エレクトレット層の他側の間に介在して、これら
と表面対表面に電気接触している第3導電層4、21、
31、42とを設けて成るものにおいて、前記装置のエ
レクトレット層の上に温度変化あるいは応力変化によつ
て生じる静電荷を検知するように前記導電層のうちの少
なくとも二つに接続された電子感知回路装置10、26
、36、45を含み、前記電子感知回路装置は、前記第
1と第2エレクトレット層が実質的に均一な温度変化お
よび背中合わせの方向に応力変化を受けたときに、前記
第1と第2エレクトレット層の極形成方向が互いに反対
方向の組合わせないしは同一方向の組合わせのいづれか
に応じて前記温度および応力の変化のうちの一方によつ
て前記エレクトレット層の上に生じる静電荷が検知され
かつ前記温度および応力の変化のうちのもう一方によつ
て前記エレクトレット層上に生じる静電荷が無効化され
るようにして前記温度変化および応力変化のうちのいづ
れか一方のみを選択的に検知できるようにしたことを特
徴とするエレクトレット感知装置。1. Electret sensing device 1, 18, 28, which receives both temperature change and stress change, senses one of the changes, and nullifies the other of the changes.
39, the first electret layer 2, 19, 29 of a pole-forming material having both piezoelectric and pyroelectric properties and generating electrostatic charges of opposite polarity on the surface in response to changes in temperature and stress; , 40 and a first conductive layer 7 in surface-to-surface contact with one side of the first electret layer.
22, 32, 43, which are located almost parallel to the first electret layer, have both piezoelectric and pyroelectric properties, and have opposite polarity statics on the surface in response to temperature and stress changes. a second electret layer 3, 20, 30, 41 of a charge-producing pole-forming material; a second conductive layer 8, 23, 33, 44 in surface-to-surface contact with one side of said second electret layer; a third conductive layer 4, 21 interposed between the first electret layer and the other side of the second electret layer and in surface-to-surface electrical contact therewith;
31, 42, an electronic sensing element connected to at least two of the conductive layers to detect electrostatic charges generated by temperature or stress changes on the electret layer of the device. Circuit devices 10, 26
. An electrostatic charge generated on the electret layer due to one of the changes in temperature and stress is detected depending on whether the polar formation directions of the layers are opposite to each other or in the same direction. Electrostatic charges generated on the electret layer are nullified by the other of the temperature and stress changes, so that only one of the temperature and stress changes can be selectively detected. An electret sensing device characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1572876A JPS5911841B2 (en) | 1976-02-16 | 1976-02-16 | electret sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1572876A JPS5911841B2 (en) | 1976-02-16 | 1976-02-16 | electret sensing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5299869A JPS5299869A (en) | 1977-08-22 |
| JPS5911841B2 true JPS5911841B2 (en) | 1984-03-19 |
Family
ID=11896808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1572876A Expired JPS5911841B2 (en) | 1976-02-16 | 1976-02-16 | electret sensing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5911841B2 (en) |
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|---|---|
| JPS5299869A (en) | 1977-08-22 |
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