振動検知装置
【課題】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。
【解決手段】可撓性及び導電性を有し十字形状の起歪体部、起歪体部の梁部の表面上に２個ずつ非接触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、導電性を有し梁部のそれぞれの先端部が電気的に絶縁されて固定される固定枠、起歪体部の中央領域の他方の表面上に設けられた重錘体部を有する加速度センサ１１、電荷伝送手段２１、増幅器１２、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１３、振動検知信号を与えられ、出力端子に接続された機器１５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１４とを備える。
【解決手段】可撓性及び導電性を有し十字形状の起歪体部、起歪体部の梁部の表面上に２個ずつ非接触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、導電性を有し梁部のそれぞれの先端部が電気的に絶縁されて固定される固定枠、起歪体部の中央領域の他方の表面上に設けられた重錘体部を有する加速度センサ１１、電荷伝送手段２１、増幅器１２、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１３、振動検知信号を与えられ、出力端子に接続された機器１５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１４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２７２１７７号公報
【特許文献２】特開平８−１２９０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１〜第３の実施の形態による振動検知装置の構成を示すブロック図。
【図２】同振動検知装置における加速度センサの構成を示す平面図。
【図３】同振動検知装置における加速度センサの構成を示す側面図。
【図４】同振動検知装置の加速度センサにおいてＺ軸方向加速度を検知するときの動作を示す側面図。
【図５】同振動検知装置の加速度センサにおいてＸ軸又はＹ軸方向加速度を検知するときの動作を示す側面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成を示す平面図。
【図７】同第１の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成により得られる電気信号出力比を示す説明図。
【図８】本発明の第２の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成を示す平面図。
【図９】同第２の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成により得られる電気信号出力比を示す説明図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成を示す平面図。
【図１１】同第３の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成により得られる電気信号出力比を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【符号の説明】
【００６５】
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２７２１７７号公報
【特許文献２】特開平８−１２９０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１〜第３の実施の形態による振動検知装置の構成を示すブロック図。
【図２】同振動検知装置における加速度センサの構成を示す平面図。
【図３】同振動検知装置における加速度センサの構成を示す側面図。
【図４】同振動検知装置の加速度センサにおいてＺ軸方向加速度を検知するときの動作を示す側面図。
【図５】同振動検知装置の加速度センサにおいてＸ軸又はＹ軸方向加速度を検知するときの動作を示す側面図。
【図６】本発明の第１の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成を示す平面図。
【図７】同第１の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成により得られる電気信号出力比を示す説明図。
【図８】本発明の第２の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成を示す平面図。
【図９】同第２の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成により得られる電気信号出力比を示す説明図。
【図１０】本発明の第３の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成を示す平面図。
【図１１】同第３の実施の形態による振動検知装置の加速度センサにおける接続構成により得られる電気信号出力比を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【符号の説明】
【００６５】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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振動検知装置。
【請求項２】
前記起歪体部は、４２アロイ材を用いて形成されたことを特徴とする請求項１記載の振動検知装置。
【請求項３】
前記圧電体部は、チタン酸ジルコン酸鉛材を用いて形成されたことを特徴とする請求項１記載の振動検知装置。
【請求項４】
４本の前記梁部として、第１の方向に沿って前記中央領域の両端に、第１の梁部と第２の梁部とを有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記中央領域の両端に、第３の梁部と第４の梁部とを有し、
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。
【請求項５】
４本の前記梁部として、第１の方向に沿って前記中央領域の両端に、第１の梁部と第２の梁部とを有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記中央領域の両端に、第３の梁部と第４の梁部とを有し、
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。
【請求項６】
４本の前記梁部として、第１の方向に沿って前記中央領域の両端に、第１の梁部と第２の梁部とを有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記中央領域の両端に、第３の梁部と第４の梁部とを有し、
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。
【請求項７】
４本の前記梁部として、第１の方向に沿って前記中央領域の両端に、第１の梁部と第２の梁部とを有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記中央領域の両端に、第３の梁部と第４の梁部とを有し、
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。
【請求項１】
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振動検知装置。
【請求項２】
前記起歪体部は、４２アロイ材を用いて形成されたことを特徴とする請求項１記載の振動検知装置。
【請求項３】
前記圧電体部は、チタン酸ジルコン酸鉛材を用いて形成されたことを特徴とする請求項１記載の振動検知装置。
【請求項４】
４本の前記梁部として、第１の方向に沿って前記中央領域の両端に、第１の梁部と第２の梁部とを有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記中央領域の両端に、第３の梁部と第４の梁部とを有し、
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。
【請求項５】
４本の前記梁部として、第１の方向に沿って前記中央領域の両端に、第１の梁部と第２の梁部とを有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記中央領域の両端に、第３の梁部と第４の梁部とを有し、
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。
【請求項６】
４本の前記梁部として、第１の方向に沿って前記中央領域の両端に、第１の梁部と第２の梁部とを有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記中央領域の両端に、第３の梁部と第４の梁部とを有し、
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。
【請求項７】
４本の前記梁部として、第１の方向に沿って前記中央領域の両端に、第１の梁部と第２の梁部とを有し、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って前記中央領域の両端に、第３の梁部と第４の梁部とを有し、
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−４４６１０（Ｐ２０１３−４４６１０Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１８７４（Ｐ２０１１−１８１８７４）
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２３日（２０１１．８．２３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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