JPH0820463B2 - 加速度センサユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、加速度を測定する加速度センサに係り、特
にその出力の温度補償を行う加速度センサユニットに関
し、 通常の温度変動にかかわらず出力変動の少ない安定性
のよい加速度センサユニットの提供を目的とし、 圧電素子と重錘とからなる加速度センサと、該加速度
センサの出力を増幅する反転増幅器回路または非反転増
幅器回路とを同一筐体に設けると共に、前記圧電素子の
温度係数に等しい正の温度係数を有する温度補償用抵抗
素子を前記加速度センサの近傍に熱的に接するように配
設し、該温度補償用抵抗素子を前記反転増幅器回路の入
力抵抗あるいは前記非反転増幅器回路のグランド抵抗と
して用い、前記加速度センサの出力の温度補償を行うよ
うに構成する。

〔産業上の利用分野〕 本発明は、加速度を測定する加速度センサに係り、特
にその出力の温度補償を行う加速度センサユニットに関
する。

〔従来の技術〕

PZT（ピエゾ）素子等の圧電素子を用いた加速度セン
サは、機械振動の計測用として広く利用されている。一
般に計測用のセンサは高価であり、その特性も安定した
ものが要求される。これに対し、最近では各種装置にセ
ンサを内蔵し、そのセンサ出力を用い各種制御を行うこ
とが試みられており、安価なセンサが要求されるように
なってきた。このような安価なセンサにおいて、特性上
最も問題となるのが温度特性である。

第４図は従来の一般的な加速度センサの温度特性を示
す。この特性曲線は横軸に温度（℃）、縦軸に出力の変
動率を％値で示している。図示するように20℃の温度変
化に対して出力変動は５％、すなわち2500ppm程度とな
る場合が多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般にこのセンサの温度係数は圧電素子そのものの温
度係数に依存するものであり、圧電素子を決定するとセ
ンサの温度係数はほぼ自動的に決定してしまい、特に低
価格のセンサの場合設計上の自由度は少ない。

温度変化により前述のような出力変動を起こすこと
は、装置の制御に用いる場合その安定性，精度の点で不
都合であり、特に加速度センサを用いて磁気ディスク装
置の磁気ヘッドの位置制御を行う場合、最も重要な制御
パラメータが変化してしまうため、うまく制御できない
という問題点を発生する。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、
通常の温度変動にかかわらず出力変動の少ない安定性の
よい加速度センサユニットの提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の加速度センサユニットは第１図の構造図およ
び第２図，第３図の回路図に示すように、圧電素子３と
重錘４とからなる加速度センサ２と、該加速度センサの
出力を増幅する反転増幅器回路６または非反転増幅器回
路７とを同一筐体に設けると共に、前記圧電素子の温度
係数に等しい正の温度係数を有する温度補償用抵抗素子
８を前記加速度センサの近傍に熱的に接するように配設
し、該温度補償用抵抗素子８を前記反転増幅器回路６の
入力抵抗あるいは前記非反転増幅器回路７のグランド抵
抗として用い、前記加速度センサ２の出力の温度補償を
行うように構成している。

〔作用〕

加速度センサ２と温度補償用抵抗素子８の温度差を少
なくするために同一温度環境位置に配設することにより
温度補償は容易となる。

加速度センサ２を構成する圧電素子の温度係数に等し
い正の温度係数を有する温度補償用抵抗素子８を、前記
反転増幅器回路６の入力抵抗あるいは前記非反転増幅器
回路７のグランド抵抗として用いることにより、加速度
センサ２の固有の温度係数による出力変動は補償され、
その他の回路素子の温度に対する安定性は十分良好なも
のが安価に入手できるので問題はない。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって詳述する。なお、
構成、動作の説明を理解し易くするために全図を通じて
同一部分には同一符号を付してその重複説明を省略す
る。

第１図は本発明の加速度センサユニットの一例構造を
示す断面図である。図において、１は上部が開口したハ
ウジング、３と４はそれぞれハウジング１に一体的に固
定された圧電素子と重錘であって高速度センサ２を構成
している。５はプリント板でハウジング１に固定されて
いる。

６はハウジング内に臨むプリント板５上に接続配設さ
れた反転増幅回路（非反転増幅回路７に代用可能）であ
る。８は同じくハウジング内に臨むプリント板５上に配
設された温度補償用抵抗素子で、圧電素子３の温度係数
と等しい正の温度係数を有する。

この抵抗素子は図示のようなプリント板により上部開
口部を閉塞されたハウジング１の内部において、加速度
センサ２と接近させて設けていて、両者間の温度差を極
力少なくするように配慮されている。９はこれらの増幅
回路の出力と電源供給回路を外部に接続するためのコネ
クタ、10は圧電素子の出力と増幅回路の入力とを接続す
るリード線を示す。

このように本発明の加速度センサユニットは、圧電素
子３と温度補償用抵抗素子８との温度差が少なくなるよ
うにハウジング内において一体構造としている。通常の
計測用センサでは増幅回路はセンサ部と別置のためこの
ような補償は不可能である。また、一体化したために温
度補償が容易となり、かつノイズの抑制に効果がある。

第２図は本発明の第１実施例の回路図であって、加速
度センサと反転増幅回路との結線図を示す。図におい
て、IC1とIC2とはFET（電界効果型トランジスタ）を用
いたオペアンプで、IC1は初段チャージアンプ（電荷増
幅器）を構成し、IC2は２段目で電圧アンプを構成し、
いずれもRs,Rfを含む抵抗とコンデンサCfを用いて反転
増幅型回路に接続されている。尚、＋VCC,−VCCは電源
供給端子（定電圧電源用）、OUTは出力端子で何れもコ
ネクタ９に接続されている。

電圧アンプのゲインAnは、An＝−Rf/Rsで定まる。し
たがって抵抗Rsの抵抗値を温度に対応して可変とすれば
温度補償増幅器を構成することができる。抵抗Rsは反転
増幅回路の入力抵抗であり、この抵抗Rsとして、加速度
センサ２すなわち圧電素子３の温度係数に等しい正の温
度係数を有する抵抗（例えば多摩電気工業（株）製の薄
膜抵抗温度センサLPシリーズ）を用いることにより加速
度センサの温度特性は補償される。

第３図は本発明の第２実施例の回路図であって、加速
度センサと非反転増幅回路との結線図を示す。図におい
て、IC3とIC4はFETを用いたオペアンプ、Rf1とRf2は抵
抗、Rs1とRs2はそれぞれグランド抵抗を示す。

IC3とIC4の各増幅器のゲインをそれぞれAn1,An2とす
ると、An1＝１＋（Rf1/Rf2）、An2＝１＋（Rf2/Rs2）で
定まる。したがって抵抗Rsの抵抗値を温度に対応して可
変とすれば温度補償増幅器を構成することができる。

第２図の場合と同様にRs1またはRs2に温度補償用抵抗
素子を用いることにより同様の効果がある。この式から
明らかなように２段の増幅器の内ゲインの大きい方で温
度補償を行う方が精度は良い。

なお、その他の回路素子の温度安定性を考察すると、
これらの回路のゲインの温度係数はFETオペアンプには
殆ど関係なく、抵抗，コンデンサの温度係数でのみ決ま
る。抵抗，コンデンサの温度係数は100ppm/℃以下のも
のが安価に入手でき、これらは実用上さほど問題になら
ない。

誤差要因で最も大きいものは温度補償用抵抗素子の温
度係数であり前述のもので例えば2500ppm±125ppm程度
である。したがって、回路素子としては合計300ppm以内
（0.6％/20℃）に入れることは容易である。

残りは圧電素子のばらつき及び圧電素子と温度補償用
抵抗素子の温度差である。これらを総合的に見て、加速
度センサユニットの出力変動率を１％/20℃以内とする
ことは十分可能である。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明の加速度センサユニ
ットによれば、温度変化による出力変動率を従来の５％
/20℃を１％/20℃以内と大幅に改善でき、これにより安
定性の良い加速度センサを安価に提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の加速度センサユニットの一例構造を示
す断面図、 第２図は本発明の第１実施例の回路図、第３図は本発明
の第２実施例の回路図、 第４図は従来の加速度センサの温度特性を示す。 第１図〜第３図において、２は加速度センサ、３は圧電
素子、４は重錘、６は反転増幅回路、７は非反転増幅回
路、８は温度補償用抵抗素子をそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電素子（３）と重錘（４）とからなる加
   速度センサ（２）と、該加速度センサの出力を増幅する
   反転増幅器回路（６）または非反転増幅器回路（７）と
   を同一筐体に設けると共に、前記圧電素子の温度係数に
   等しい正の温度係数を有する温度補償用抵抗素子（８）
   を前記加速度センサの近傍に熱的に接するように配設
   し、 該温度補償用抵抗素子（８）を前記反転増幅器回路
   （６）の入力抵抗あるいは前記非反転増幅器回路（７）
   のグランド抵抗として用い、前記加速度センサ（２）の
   出力の温度補償を行うようにしたことを特徴とする加速
   度センサユニット。