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JPH06230026A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

Info

Publication number
JPH06230026A
JPH06230026A JP2005293A JP2005293A JPH06230026A JP H06230026 A JPH06230026 A JP H06230026A JP 2005293 A JP2005293 A JP 2005293A JP 2005293 A JP2005293 A JP 2005293A JP H06230026 A JPH06230026 A JP H06230026A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
capacitance
acceleration sensor
acceleration
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005293A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3250085B2 (en
Inventor
Hideo Suzuki
秀夫 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokin Corp filed Critical Tokin Corp
Priority to JP02005293A priority Critical patent/JP3250085B2/en
Publication of JPH06230026A publication Critical patent/JPH06230026A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3250085B2 publication Critical patent/JP3250085B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an acceleration sensor which is not influenced by environment temperature and can accurately self-diagnose troubles such as minute breakage of a ptezoelectric element. CONSTITUTION:Capacitance detecting electrodes 14, 16 are provided on a first plane and capacitance detecting electrodes 15, 17 are provided on a second plane of a piezoelectric body 11 made of piezoelectric ceramics, and a first and a second capacitance detecting electrode pairs in which the piezoelectric body 11 is set as dielectric substance are constituted in the opposed directions of the first and second planes, so as to enable the respective capacitance of the first and second capacitance electrode pairs to be compared with each other.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の衝突時におけ
る安全確保のために用いられるエアバックシステムや悪
路における乗り心地の改善などに用いられるサスペンシ
ョン制御装置などに適した加速度センサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor suitable for an airbag system used for ensuring safety in the event of an automobile collision, a suspension control device used for improving riding comfort on a bad road, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から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。その中でも圧電セラミックス
を用いた加速度センサは構造が比較的簡素であり、ま
た、高温下での使用が可能であることから、前述のエア
バックシステムおよびサスペンション制御装置に加え
て、エンジンのノッキング検出装置、さらには、各種機
器の振動検出装置などに広く使用されつつある。
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of acceleration detection methods have been put into practical use. Among them, the acceleration sensor using piezoelectric ceramics has a relatively simple structure and can be used at high temperatures. Therefore, in addition to the airbag system and suspension control device described above, an engine knocking detection device is also available. Furthermore, it is being widely used in vibration detection devices for various devices.

【0003】図5は、従来の加速度センサに用いられる
圧電素子を示す斜視図である。図5において、圧電素子
80は、圧電セラミックスから成る板状の圧電体81
と、その一面(図中上面)に形成された出力電極82お
よび容量検出用電極84と、他面(図中下面)に形成さ
れたアース電極83および容量検出用電極85とを有
し、ベース90に取付けられている。この圧電素子は、
出力電極82とアース電極83とが対をなす方向、即
ち、圧電体81の厚さ(分極)方向(図中矢印aで示
す)の加速度を検出するものである。
FIG. 5 is a perspective view showing a piezoelectric element used in a conventional acceleration sensor. In FIG. 5, a piezoelectric element 80 is a plate-shaped piezoelectric body 81 made of piezoelectric ceramics.
And an output electrode 82 and a capacitance detecting electrode 84 formed on one surface (the upper surface in the drawing), and a ground electrode 83 and a capacitance detecting electrode 85 formed on the other surface (the lower surface in the drawing). It is attached to 90. This piezoelectric element
The acceleration in the direction in which the output electrode 82 and the ground electrode 83 form a pair, that is, in the thickness (polarization) direction of the piezoelectric body 81 (indicated by the arrow a in the figure) is detected.

【0004】図6は、この圧電素子80を含む従来の加
速度センサを示す構成図である。図6において、従来の
加速度センサは、圧電素子80の出力電極82に接続さ
れた電荷増幅器71と、これに接続され、加速度信号出
力端子73を備えた出力調整部72と、容量検出用電極
84に接続された発振器61と、容量検出用電極85に
接続された自己診断信号出力端子64とを有している。
そして、この加速度センサは、通常の加速度検出モード
と後述する自己診断モードとの2つの動作モードを有し
ている。まず、加速度検出モードでは、圧電素子80が
圧電体81の厚さ方向(矢印a方向)に印加される加速
度(振動)に応じて出力電極82とアース電極83との
間に検出電圧を発生し、この検出電圧を電荷増幅器71
および出力調整部72でインピーダンス変換および出力
調整し、加速度検出信号を加速度信号出力端子73から
出力する。
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional acceleration sensor including the piezoelectric element 80. In FIG. 6, the conventional acceleration sensor includes a charge amplifier 71 connected to an output electrode 82 of a piezoelectric element 80, an output adjustment unit 72 connected to the same, which includes an acceleration signal output terminal 73, and a capacitance detection electrode 84. It has an oscillator 61 connected to and a self-diagnosis signal output terminal 64 connected to the capacitance detection electrode 85.
The acceleration sensor has two operation modes, which are a normal acceleration detection mode and a self-diagnosis mode described later. First, in the acceleration detection mode, the piezoelectric element 80 generates a detection voltage between the output electrode 82 and the ground electrode 83 according to the acceleration (vibration) applied in the thickness direction (direction of arrow a) of the piezoelectric body 81. , This detection voltage is applied to the charge amplifier
Then, the impedance conversion and output adjustment are performed by the output adjustment unit 72, and the acceleration detection signal is output from the acceleration signal output terminal 73.

【0005】ところで、従来の加速度センサを使用した
後、あるいは、センサの組立て工程中に、圧電素子80
に過度の加速度が印加された場合、その圧電体81が破
損したり劣化したりするなどの故障が生ずることがあ
る。従来の加速度センサは、この故障を診断する手段と
しての自己診断モードを有している。自己診断モードで
は、発振器61から容量検出用電極84に交流信号(パ
ルス信号でもよい)を入力して、圧電体81を介した容
量検出用電極84と容量検出用電極85との間の静電容
量結合により容量検出用電極85から出力される容量検
出信号を自己診断検出信号として診断信号出力端子64
から検出し、この信号が入力信号に応じた出力であるか
否かを判別することで故障を診断するものである。
By the way, the piezoelectric element 80 is used after the conventional acceleration sensor is used or during the process of assembling the sensor.
When an excessive acceleration is applied to the piezoelectric body 81, the piezoelectric body 81 may be broken or deteriorated, which may cause a failure. The conventional acceleration sensor has a self-diagnosis mode as a means for diagnosing this failure. In the self-diagnosis mode, an AC signal (or a pulse signal) may be input from the oscillator 61 to the capacitance detection electrode 84 to cause electrostatic discharge between the capacitance detection electrode 84 and the capacitance detection electrode 85 via the piezoelectric body 81. The diagnostic signal output terminal 64 uses the capacitive detection signal output from the capacitive detection electrode 85 by capacitive coupling as a self-diagnostic detection signal.
The failure is diagnosed by detecting the signal from the output and determining whether or not this signal is an output corresponding to the input signal.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の加速度
センサでは、圧電体81の静電容量の変化に基づいて自
己診断を行っているため、例えば、環境温度の影響など
圧電体81の故障以外の要因により静電容量が変化した
場合には、正確な自己診断が行えないという問題点があ
る。特に、圧電体81の微小な破損などを診断するとき
には、静電容量の微小な変化を検出しなければならず、
環境温度の影響による静電容量の変化は問題である。
However, in the conventional acceleration sensor, since the self-diagnosis is performed based on the change in the electrostatic capacity of the piezoelectric body 81, for example, other than the failure of the piezoelectric body 81 such as the influence of the environmental temperature. If the electrostatic capacitance changes due to the above factor, there is a problem that an accurate self-diagnosis cannot be performed. In particular, when diagnosing a minute breakage of the piezoelectric body 81, it is necessary to detect a minute change in the capacitance,
The change in capacitance due to the influence of environmental temperature is a problem.

【0007】本発明の課題は、環境温度に影響されず
に、圧電素子の微小な破損などの故障を精度よく診断で
きる加速度センサを提供することである。
An object of the present invention is to provide an acceleration sensor capable of accurately diagnosing a failure such as minute breakage of a piezoelectric element without being affected by environmental temperature.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電セ
ラミックスから成り、互いに対向する第1および第2の
面を備えた圧電体と、前記第1の面に備えられた出力電
極と、前記第2の面に備えられたアース電極とを有し、
前記第1および第2の面の対向方向である第1の方向に
印加される加速度に応じた加速度信号を前記出力電極か
ら出力する加速度センサにおいて、前記第1および第2
の面にそれぞれ2つの容量検出用電極を設け、前記第1
の方向に前記圧電体を誘電体とする第1および第2の容
量検出用電極対を構成し、第1および第2の容量電極対
の各容量を比較可能としたことを特徴とする加速度セン
サが得られる。
According to the present invention, a piezoelectric body made of piezoelectric ceramic and having first and second surfaces facing each other, and an output electrode provided on the first surface, And a ground electrode provided on the second surface,
An acceleration sensor which outputs an acceleration signal from the output electrode according to an acceleration applied in a first direction, which is an opposite direction of the first and second surfaces, wherein the first and second
2 electrodes for capacitance detection are provided on each surface of the
An acceleration sensor characterized in that first and second capacitance detecting electrode pairs having the piezoelectric body as a dielectric are formed in the direction of and the respective capacitances of the first and second capacitance electrode pairs can be compared. Is obtained.

【0009】本発明によればまた、前記第1および第2
の面にそれぞれ容量検出用電極を設け、前記第1の方向
に前記圧電体を誘電体とする第1の容量検出用電極対を
構成すると共に、前記圧電セラミックスから成り、互い
に対向する第2の容量電極対を備えた誘電体を該第2の
容量電極対の対向方向が前記第1の方向とは異なる第2
の方向となるように設け、前記第1および第2の電極対
の各容量を比較可能としたことを特徴とする加速度セン
サが得られる。
According to the invention, there is also provided said first and second
Surface of each of the electrodes is provided with a capacitance detecting electrode to form a first capacitance detecting electrode pair having the piezoelectric body as a dielectric in the first direction, and the second pair of piezoelectric ceramics are opposed to each other. A dielectric having a pair of capacitance electrodes is provided with a second direction in which the facing direction of the second capacitance electrode pair is different from the first direction.
It is possible to obtain an acceleration sensor characterized in that the capacitances of the first and second electrode pairs can be compared with each other.

【0010】本発明によればさらに、前記第1および第
2の電極対の各容量を比較する比較手段を有する加速度
センサであって、前記比較手段は、前記第1および第2
の電極対の各一方の容量電極にそれぞれ、互いに同波形
かつ逆位相の交流信号を印加する発振器と、前記第1お
よび第2の電極対の各他方の容量電極からの出力信号を
加算する検波整流回路とを有することを特徴とする前記
加速度センサが得られる。
According to the present invention, there is further provided an acceleration sensor having a comparing means for comparing the respective capacitances of the first and second electrode pairs, wherein the comparing means comprises the first and second electrodes.
An oscillator for applying alternating current signals having the same waveform and opposite phase to each one of the capacitive electrodes of the electrode pair, and detection for adding output signals from the other capacitive electrodes of the first and second electrode pairs. The acceleration sensor is obtained which has a rectifier circuit.

【0011】即ち、本発明は、出力電極とアース電極を
有する圧電素子からなる加速度センサにおいて、前記圧
電素子と同一の圧電素子上に、更に2つの電極により静
電容量をもつ容量検出用電極を形成し、更に同一または
他の圧電素子に2つの電極により前記静電容量とほぼ等
しい静電容量をもつ容量検出用電極を形成する。
That is, according to the present invention, in an acceleration sensor including a piezoelectric element having an output electrode and a ground electrode, a capacitance detecting electrode having a capacitance by two electrodes is further provided on the same piezoelectric element as the piezoelectric element. Further, two electrodes are formed on the same or another piezoelectric element to form a capacitance detection electrode having a capacitance substantially equal to the capacitance.

【0012】もしくは、前述の加速度センサにおいて、
該圧電素子の出力電極からの出力信号を電荷増幅等を行
う信号処理回路を設け、かつ該2組の容量検出用電極の
静電容量を比較検出する回路を設ける。
Alternatively, in the aforementioned acceleration sensor,
A signal processing circuit for performing charge amplification or the like on an output signal from the output electrode of the piezoelectric element is provided, and a circuit for comparing and detecting the electrostatic capacitances of the two sets of capacitance detection electrodes is provided.

【0013】[0013]

【作用】本発明では、対を成す容量検出用電極を圧電素
子に2組設け、各一方の容量検出用電極に発振器から同
波形の交流信号を入力する。各他方の容量検出用電極か
らは、圧電体を介した各々の容量検出用電極対間の静電
容量結合により、容量検出信号がそれぞれ出力される。
In the present invention, two pairs of capacitance detecting electrodes are provided on the piezoelectric element, and an AC signal having the same waveform is input from the oscillator to one of the capacitance detecting electrodes. A capacitance detection signal is output from each of the other capacitance detection electrodes by capacitive coupling between the capacitance detection electrode pairs via the piezoelectric body.

【0014】ここで、2組の容量検出用電極は互いに同
じ環境下におかれているため、環境温度に変化が生じて
も、圧電体の破損、電極の剥がれ、断線などのない正常
状態であれば、各信号の大きさ(波形)は互いに同じ値
となる。逆にいえば、異常状態で初めて出力差が生じる
ことになるため、これにより加速度センサの故障を診断
することができる。また、2組の容量検出用電極に互い
に同波形かつ逆位相の交流信号を入力し、各容量検出信
号を加算するようにすれば、加算後の自己診断信号が、
出力ゼロであれば正常、出力されれば異常ありと診断で
きる。
Since the two sets of capacitance detection electrodes are placed in the same environment, the piezoelectric body is not damaged, the electrodes are not peeled off, or the wire is not broken even when the ambient temperature changes. If so, the magnitude (waveform) of each signal will be the same value. Conversely speaking, the output difference will not occur until an abnormal condition occurs, so that a failure of the acceleration sensor can be diagnosed. Further, by inputting AC signals having the same waveform and opposite phases to the two sets of capacitance detection electrodes and adding the respective capacitance detection signals, the self-diagnosis signal after the addition is
If the output is zero, it can be diagnosed as normal, and if it is output, it can be diagnosed as abnormal.

【0015】[0015]

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例によ
る加速度センサを説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An acceleration sensor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】[実施例1]図1は、実施例1による加速
度センサに用いられる圧電素子を示す斜視図、図2は、
実施例1による加速度センサを示す構成図である。尚、
図1および図2において、従来例と同一部あるいは同様
部には、図5および図6と同符号を付している。図1に
おいて、ベース20に取り付けられた圧電素子10は、
圧電セラミックスから成る板状の圧電体11と、その一
面(図中上面)に形成された出力電極12、容量検出用
電極14および16と、各電極それぞれに対向して他面
(図中下面)に形成されたアース電極13、容量検出用
電極15および17とを有している。一面と他面との間
には分極処理が施されており、出力電極12とアース電
極13、容量検出用電極14と15、ならびに、容量検
出用電極16と17はそれぞれ、対を成している。容量
検出用電極14、15、16および17は全て互いに同
じ面積を有している。本圧電素子は、出力電極12とア
ース電極13とが対をなす方向、即ち、圧電体11の厚
さ(分極)方向(図中矢印aで示す)の加速度を検出す
るものである。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a perspective view showing a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to Embodiment 1, and FIG.
1 is a configuration diagram showing an acceleration sensor according to a first embodiment. still,
1 and 2, the same parts as or similar parts to those of the conventional example are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 5 and 6. In FIG. 1, the piezoelectric element 10 attached to the base 20 is
A plate-shaped piezoelectric body 11 made of piezoelectric ceramics, an output electrode 12 formed on one surface (upper surface in the drawing), electrodes 14 and 16 for capacitance detection, and another surface (lower surface in the drawing) facing each electrode. The ground electrode 13 and the capacitance detection electrodes 15 and 17 formed on the. A polarization treatment is applied between the one surface and the other surface, and the output electrode 12 and the ground electrode 13, the capacitance detection electrodes 14 and 15, and the capacitance detection electrodes 16 and 17 form a pair, respectively. There is. The capacitance detection electrodes 14, 15, 16 and 17 all have the same area. This piezoelectric element detects acceleration in the direction in which the output electrode 12 and the ground electrode 13 form a pair, that is, in the thickness (polarization) direction of the piezoelectric body 11 (indicated by the arrow a in the figure).

【0017】図2も併せ参照すると、本加速度センサ
は、従来例と同様に、圧電素子10の出力電極12に接
続された電荷増幅器71と、電荷増幅器71に接続さ
れ、加速度信号出力端子73を備えた出力調整部72と
を有している。さらに、本加速度センサは、所定の交流
信号(またはパルス信号)を出力する発振器61を有し
ており、その出力は2分岐して、一方が反転回路62を
介して容量検出用電極14に接続され、他方が容量検出
用電極16に直接接続されている。さらに、容量電極1
5および17は合流して検波整流回路63の入力側に接
続され、検波整流回路63の出力は自己診断信号出力端
子64に接続されている。
Referring also to FIG. 2, this acceleration sensor has a charge amplifier 71 connected to the output electrode 12 of the piezoelectric element 10 and the acceleration signal output terminal 73 connected to the charge amplifier 71, as in the conventional example. It has the output adjustment part 72 provided. Further, this acceleration sensor has an oscillator 61 that outputs a predetermined AC signal (or pulse signal), and its output is branched into two, one of which is connected to the capacitance detection electrode 14 via an inverting circuit 62. The other side is directly connected to the capacitance detection electrode 16. Furthermore, the capacitive electrode 1
5 and 17 join and are connected to the input side of the detection rectification circuit 63, and the output of the detection rectification circuit 63 is connected to the self-diagnosis signal output terminal 64.

【0018】次に、本実施例による加速度センサの動作
を説明する。本加速度センサも、従来例と同様に、加速
度検出モードと自己診断モードとを有している。まず、
加速度検出モードは、従来例と同様に、圧電素子10が
圧電体11の厚さ方向(矢印a方向)に印加される加速
度(振動)に応じて出力電極12とアース電極13との
間に検出電圧を発生し、この検出電圧を電荷増幅器71
および出力調整部72でインピーダンス変換および出力
調整し、加速度検出信号を加速度信号出力端子73から
出力する。
Next, the operation of the acceleration sensor according to this embodiment will be described. This acceleration sensor also has an acceleration detection mode and a self-diagnosis mode, like the conventional example. First,
In the acceleration detection mode, similarly to the conventional example, the piezoelectric element 10 detects between the output electrode 12 and the ground electrode 13 in accordance with the acceleration (vibration) applied in the thickness direction of the piezoelectric body 11 (direction of arrow a). Voltage is generated, and the detected voltage is supplied to the charge amplifier 71.
Then, the impedance conversion and output adjustment are performed by the output adjustment unit 72, and the acceleration detection signal is output from the acceleration signal output terminal 73.

【0019】他方、自己診断モードでは、加速度センサ
に加速度が印加されていない時に、発振器61から所定
の交流信号(またはパルス信号)を圧電体10の容量検
出用電極16に入力すると共に、反転回路62を通して
同波形逆位相の交流信号を容量検出用電極14に入力す
る。圧電体11を介した容量検出用電極16と容量検出
用電極17との間、ならびに、容量検出用電極14と容
量検出用電極15との間の静電容量結合により、容量検
出用電極17および15それぞれからは、互いに逆位相
の容量検出信号が出力される。さらに、両容量検出信号
を、加算する形で検波整流回路63に入力して発振器6
1の信号と検波整流することにより、自己診断信号出力
端子64から自己診断信号を得る。
On the other hand, in the self-diagnosis mode, when no acceleration is applied to the acceleration sensor, a predetermined AC signal (or pulse signal) is input from the oscillator 61 to the capacitance detecting electrode 16 of the piezoelectric body 10, and the inverting circuit is used. An AC signal having the same waveform and opposite phase is input to the capacitance detection electrode 14 through 62. Capacitance coupling between the capacitance detection electrode 16 and the capacitance detection electrode 17 via the piezoelectric body 11, and between the capacitance detection electrode 14 and the capacitance detection electrode 15 by capacitance coupling between the capacitance detection electrode 17 and the capacitance detection electrode 17 Capacitance detection signals having opposite phases are output from each of the 15 capacitors. Further, the both capacitance detection signals are input to the detection rectification circuit 63 in a form of addition and the oscillator 6
A self-diagnosis signal is obtained from the self-diagnosis signal output terminal 64 by detecting and rectifying the signal of 1.

【0020】ここで、両電極対、即ち、容量検出用電極
14と15との対および容量検出用電極16と17との
対は共に、同じ圧電体11に形成されているため、環境
温度の変化等に対しては、各々から出力される容量検出
信号に差異は生じず、加算後の自己診断信号の出力は実
質的にゼロとなる。一方、圧電体11の破損などの故障
が生じた場合には、両容量検出信号の波形に差異が生
じ、加算後の自己診断信号に出力が生じる。このよう
に、本実施例においては、自己診断信号出力端子64か
ら出力される自己診断信号によって故障を診断できる。
Here, since both the electrode pairs, that is, the pair of the capacitance detecting electrodes 14 and 15 and the pair of the capacitance detecting electrodes 16 and 17 are formed on the same piezoelectric body 11, it is possible to reduce the ambient temperature. With respect to changes and the like, there is no difference in the capacitance detection signals output from each, and the output of the self-diagnosis signal after addition is substantially zero. On the other hand, when a failure such as breakage of the piezoelectric body 11 occurs, a difference occurs in the waveforms of both capacitance detection signals, and the self-diagnosis signal after addition is output. As described above, in this embodiment, the failure can be diagnosed by the self-diagnosis signal output from the self-diagnosis signal output terminal 64.

【0021】[実施例2]図3は、実施例2による加速
度センサに用いられる圧電素子を示す斜視図、図4は、
実施例2による加速度センサを示す構成図である。尚、
図3および図4において、実施例1と同一部あるいは同
様部には、図1および図2と同符号を付している。
[Embodiment 2] FIG. 3 is a perspective view showing a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to Embodiment 2, and FIG.
6 is a configuration diagram showing an acceleration sensor according to a second embodiment. FIG. still,
In FIGS. 3 and 4, the same or similar parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2.

【0022】図3において、圧電素子30はその一部
が、容量素子40は全体がベース50に取り付けられて
いる。圧電素子30は、圧電セラミックスから成る板状
の圧電体31と、その一面(図中上面)に形成された出
力電極32および容量検出用電極34と、両電極それぞ
れに対向して他面(図中下面)に形成されたアース電極
33および容量検出用電極35とを有している。一面と
他面との間には分極処理が施されており、出力電極32
とアース電極33、ならびに、容量検出用電極34と3
5はそれぞれ、対を成している。本圧電素子は、出力電
極32とアース電極3とが対をなす方向、即ち、圧電体
31の厚さ(分極)方向(図中矢印aで示す)の加速度
を検出するものである。
In FIG. 3, a part of the piezoelectric element 30 and a whole of the capacitive element 40 are attached to the base 50. The piezoelectric element 30 includes a plate-shaped piezoelectric body 31 made of piezoelectric ceramics, an output electrode 32 and a capacitance detection electrode 34 formed on one surface (upper surface in the figure) of the piezoelectric element 30, and the other surface (FIG. It has a ground electrode 33 and a capacitance detection electrode 35 formed on the inner and lower surfaces). A polarization treatment is applied between one surface and the other surface, and the output electrode 32
And the ground electrode 33, and the capacitance detection electrodes 34 and 3
Each of the 5 is paired. This piezoelectric element detects acceleration in the direction in which the output electrode 32 and the ground electrode 3 form a pair, that is, in the thickness (polarization) direction of the piezoelectric body 31 (indicated by arrow a in the figure).

【0023】他方、容量素子40は、圧電体31と同じ
材質および厚さを有する圧電体41と、その一面(図中
左奥面)に形成された容量検出用電極42と、他面(図
中右手前面)に形成された容量検出用電極43とを有し
ている。両電極は対を成し、容量電極34および35と
同じ面積を有していて、その静電容量は、容量電極34
と容量電極35との間の静電容量と実質的に同等であ
る。さらに、圧電体40は、容量電極42と容量電極4
3との対向方向(図中矢印bで示す)が、圧電素子30
の出力電極32とアース電極33との対向方向、即ち、
加速度検出方向に直交するように、ベース50に対して
取り付けられている。
On the other hand, the capacitance element 40 includes a piezoelectric body 41 having the same material and thickness as the piezoelectric body 31, a capacitance detection electrode 42 formed on one surface (the left back surface in the drawing) and the other surface (the drawing). It has a capacitance detection electrode 43 formed on the front surface in the middle right side). Both electrodes are paired and have the same area as the capacitance electrodes 34 and 35, and their capacitance is
And the capacitance between the capacitance electrode 35 and the capacitance electrode 35 are substantially equal to each other. Further, the piezoelectric body 40 includes the capacitance electrode 42 and the capacitance electrode 4
3 is the direction opposite to the piezoelectric element 30 (indicated by arrow b in the figure).
Direction of the output electrode 32 and the ground electrode 33 of, that is,
It is attached to the base 50 so as to be orthogonal to the acceleration detection direction.

【0024】図4も併せ参照すると、本加速度センサ
は、実施例1と同様に、電荷増幅器71と、出力調整部
72と、加速度信号出力端子73と、発振器61と、反
転回路62と、検波整流回路63と、自己診断信号出力
端子64とを有している。
Referring also to FIG. 4, this acceleration sensor is similar to the first embodiment in that the charge amplifier 71, the output adjusting section 72, the acceleration signal output terminal 73, the oscillator 61, the inverting circuit 62, and the detection circuit. It has a rectifier circuit 63 and a self-diagnosis signal output terminal 64.

【0025】次に、実施例2による加速度センサの動作
を説明する。本加速度センサも、実施例1と同様に加速
度検出モードと自己診断モードとを有している。加速度
検出モードでは、実施例1と同様に、矢印a方向の加速
度に応じた圧電素子30からの検出電圧をインピーダン
ス変換および出力調整し、加速度信号出力端子73から
加速度検出信号を出力する。
Next, the operation of the acceleration sensor according to the second embodiment will be described. This acceleration sensor also has an acceleration detection mode and a self-diagnosis mode as in the first embodiment. In the acceleration detection mode, similarly to the first embodiment, the detected voltage from the piezoelectric element 30 according to the acceleration in the direction of the arrow a is subjected to impedance conversion and output adjustment, and the acceleration detection signal is output from the acceleration signal output terminal 73.

【0026】他方、自己診断モードでは、加速度センサ
に加速度が印加されていない時に、発振器61から所定
の交流信号(またはパルス信号)を容量素子40の容量
検出用電極42に入力すると共に、反転回路62を通し
て同波形逆位相の交流信号を圧電素子30の容量検出用
電極34に入力する。圧電体41を介した容量検出用電
極42と容量検出用電極43との間、ならびに、圧電体
31を介した容量検出用電極34と容量検出用電極45
との間の静電容量結合により、容量検出用電極43およ
び35それぞれからは、互いに逆位相の容量検出信号が
出力される。さらに、両容量検出信号を、加算する形で
検波整流回路63に入力して発振器61の信号と検波整
流することにより、自己診断信号出力端子64から自己
診断信号を得る。
On the other hand, in the self-diagnosis mode, when no acceleration is applied to the acceleration sensor, a predetermined AC signal (or pulse signal) is input from the oscillator 61 to the capacitance detecting electrode 42 of the capacitance element 40, and the inverting circuit is used. An AC signal having the same waveform and opposite phase is input to the capacitance detection electrode 34 of the piezoelectric element 30 through 62. Between the capacitance detection electrode 42 and the capacitance detection electrode 43 via the piezoelectric body 41, and between the capacitance detection electrode 34 and the capacitance detection electrode 45 via the piezoelectric body 31.
Due to the capacitive coupling between and, capacitance detection signals of opposite phases are output from the capacitance detection electrodes 43 and 35, respectively. Further, both capacitance detection signals are added to the detection rectification circuit 63 to be detected and rectified with the signal of the oscillator 61, thereby obtaining a self-diagnosis signal from the self-diagnosis signal output terminal 64.

【0027】ここで、圧電体31と圧電体41とが実質
的に同じ静電特性を有すると共に、容量検出用電極34
と35との対と容量検出用電極42と43との対とが等
しい静電容量値を有しているため、環境温度の変化等に
対しては、容量検出用電極35および43それぞれから
出力される容量検出信号に差異は生じず、加算後の自己
診断信号の出力は実質的にゼロとなる。一方、圧電体3
1の破損などの故障が生じた場合には、両容量検出信号
の波形に差異が生じ、加算後の自己診断信号に出力が生
じる。このように、本実施例においては、自己診断信号
出力端子64から出力される自己診断信号によって故障
を診断できる。
Here, the piezoelectric body 31 and the piezoelectric body 41 have substantially the same electrostatic characteristics, and the capacitance detection electrode 34 is used.
Since the pair of capacitance detection electrodes 35 and 35 and the pair of capacitance detection electrodes 42 and 43 have the same electrostatic capacitance value, the capacitance detection electrodes 35 and 43 output the changes with respect to the environmental temperature and the like. There is no difference in the detected capacitance detection signal, and the output of the self-diagnosis signal after addition is substantially zero. On the other hand, the piezoelectric body 3
When a failure such as breakage of 1 occurs, a difference occurs in the waveforms of both capacitance detection signals, and an output is generated in the self-diagnosis signal after addition. As described above, in this embodiment, the failure can be diagnosed by the self-diagnosis signal output from the self-diagnosis signal output terminal 64.

【0028】また、実施例2による加速度センサは、容
量素子40を圧電素子30とは別に、ベース50に対し
て全体を固定すると共に、容量検出用電極42と容量検
出用電極43との対向方向を加速度検出方向(矢印a方
向)に直交する方向(矢印b方向)に形成したため、セ
ンサを実使用(矢印a方向に加速度が印加される)して
いく上で、容量体40は圧電体30に比べて故障しにく
い。したがって、2組の容量電極対双方が故障する可能
性は実施例1に比べても低く、信頼性の高いものとな
る。
In the acceleration sensor according to the second embodiment, the capacitance element 40 is fixed to the base 50 as a whole separately from the piezoelectric element 30, and the capacitance detection electrode 42 and the capacitance detection electrode 43 are opposed to each other. Is formed in a direction (arrow b direction) orthogonal to the acceleration detection direction (arrow a direction), the capacitor 40 is used as the piezoelectric body 30 when the sensor is actually used (acceleration is applied in the arrow a direction). It is hard to break down compared to. Therefore, the possibility that both of the two capacitive electrode pairs will fail is lower than that of the first embodiment, and the reliability is high.

【0029】尚、本発明においては、加速度を検出する
ための電極対(出力電極およびアース電極)と、2組の
容量検出用電極対とを個別に設けたが、加速度を検出す
るための電極対を容量検出用電極対の1組として用いる
ことも可能である。
In the present invention, the electrode pair (output electrode and ground electrode) for detecting acceleration and the two pairs of capacitance detecting electrodes are separately provided. It is also possible to use the pair as one set of capacitance detection electrode pairs.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明による加速度センサは、ため、環
境温度に影響されずに、圧電素子の微小な破損などの故
障を精度よく診断できる。
As described above, the acceleration sensor according to the present invention is capable of accurately diagnosing a failure such as a minute breakage of a piezoelectric element without being affected by the ambient temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1による加速度センサに用いる
圧電素子を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1による加速度センサを示す構
成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例2による加速度センサに用いる
圧電素子を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例2による加速度センサを示す構
成図である。
FIG. 4 is a configuration diagram showing an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図5】従来例による加速度センサに用いる圧電素子を
示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a piezoelectric element used in an acceleration sensor according to a conventional example.

【図6】従来例による加速度センサを示す構成図であ
る。
FIG. 6 is a configuration diagram showing an acceleration sensor according to a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、30、80 圧電素子 11、31、41、81 圧電体 12、32、82 出力電極 13、33、83 アース電極 14〜17、34、35、42、43、84、85
容量検出用電極 20、50、90 ベース 40 容量体 61 発振器 62 反転回路 63 検波整流回路 64 自己診断信号出力端子 71 電荷増幅器 72 出力調整部 73 加速度信号出力端子
10, 30, 80 Piezoelectric element 11, 31, 41, 81 Piezoelectric body 12, 32, 82 Output electrode 13, 33, 83 Ground electrode 14 to 17, 34, 35, 42, 43, 84, 85
Capacitance detection electrodes 20, 50, 90 Base 40 Capacitor 61 Oscillator 62 Inversion circuit 63 Detection rectification circuit 64 Self-diagnosis signal output terminal 71 Charge amplifier 72 Output adjustment unit 73 Acceleration signal output terminal

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電セラミックスから成り、互いに対向
する第1および第2の面を備えた圧電体と、前記第1の
面に備えられた出力電極と、前記第2の面に備えられた
アース電極とを有し、前記第1および第2の面の対向方
向である第1の方向に印加される加速度に応じた加速度
信号を前記出力電極から出力する加速度センサにおい
て、前記第1および第2の面にそれぞれ2つの容量検出
用電極を設け、前記第1の方向に前記圧電体を誘電体と
する第1および第2の容量検出用電極対を構成し、第1
および第2の容量電極対の各容量を比較可能としたこと
を特徴とする加速度センサ。
1. A piezoelectric body comprising piezoelectric ceramics, having first and second surfaces facing each other, an output electrode provided on the first surface, and a ground provided on the second surface. An acceleration sensor that has an electrode and outputs an acceleration signal from the output electrode according to an acceleration applied in a first direction that is a facing direction of the first and second surfaces. Two capacitance detection electrodes are provided on each of the surfaces, and first and second capacitance detection electrode pairs having the piezoelectric body as a dielectric are formed in the first direction.
An acceleration sensor characterized in that the respective capacitances of the second capacitance electrode pair can be compared with each other.
【請求項2】 圧電セラミックスから成り、互いに対向
する第1および第2の面を備えた圧電体と、前記第1の
面に備えられた出力電極と、前記第2の面に備えられた
アース電極とを有し、前記第1および第2の面の対向方
向である第1の方向に印加される加速度に応じた加速度
信号を前記出力電極から出力する加速度センサにおい
て、前記第1および第2の面にそれぞれ容量検出用電極
を設け、前記第1の方向に前記圧電体を誘電体とする第
1の容量検出用電極対を構成すると共に、前記圧電セラ
ミックスから成り、互いに対向する第2の容量電極対を
備えた誘電体を該第2の容量電極対の対向方向が前記第
1の方向とは異なる第2の方向となるように設け、前記
第1および第2の電極対の各容量を比較可能としたこと
を特徴とする加速度センサ。
2. A piezoelectric body made of piezoelectric ceramics, having a first and a second surface facing each other, an output electrode provided on the first surface, and a ground provided on the second surface. An acceleration sensor that has an electrode and outputs an acceleration signal from the output electrode according to an acceleration applied in a first direction that is a facing direction of the first and second surfaces. Surface of each of the electrodes is provided with a capacitance detecting electrode to form a first capacitance detecting electrode pair having the piezoelectric body as a dielectric in the first direction, and the second pair of piezoelectric ceramics are opposed to each other. A dielectric provided with a capacitive electrode pair is provided such that the facing direction of the second capacitive electrode pair is a second direction different from the first direction, and the respective capacitances of the first and second electrode pairs are provided. The acceleration sensor is characterized in that Nsa.
【請求項3】 前記第1および第2の電極対の各容量を
比較する比較手段を有する加速度センサであって、前記
比較手段は、前記第1および第2の電極対の各一方の容
量電極にそれぞれ、互いに同波形かつ逆位相の交流信号
を印加する発振器と、前記第1および第2の電極対の各
他方の容量電極からの出力信号を加算する検波整流回路
とを有することを特徴とする請求項1または2記載の加
速度センサ。
3. An acceleration sensor having a comparing means for comparing the respective capacitances of the first and second electrode pairs, wherein the comparing means is one capacitance electrode of each of the first and second electrode pairs. And an oscillator for applying alternating current signals having the same waveform and opposite phases to each other, and a detection rectifier circuit for adding output signals from the other capacitive electrodes of the first and second electrode pairs, respectively. The acceleration sensor according to claim 1 or 2.
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