PCB Piezotronics 「これで圧電型加速度計の仕組みが分かる」

圧電型加速度計　技術資料 圧電型加速度計 水晶 圧電型加速度計は水晶やセラミックの自発的な圧電効果に 水晶は天然の圧電素子であるため、すべての圧電素子の中 より、加速度に比例した電気信号を出力します。これら多 で最も安定だと考えられています。そのため、水晶を使っ くの圧電型加速度計はシグナルコンディショニング回路を たセンサーは繰り返し安定した測定ができ、長期にわたっ 内蔵しており、電圧出力、低インピーダンスセンサとして て使い続けることができます。また、水晶は温度の変動に 知られています。アンプ内蔵型の圧電型加速度計は IEPE よるノイズが少なく、温度が変化する環境下での測定に有 （Integrated Electronic Piezoelectric） ま た は ICP 効です。 （Integrated Circuit Piezoelectric）と呼ばれています。ま た、回路を内蔵していない圧電型加速度計は電荷を出力し、 セラミック 高インピーダンス出力であることが知られています。圧電 セラミック素材は人工で、分極化工程により圧電体へと加 型加速度計は機器の振動や高周波衝撃などのごく短時間の 工されています。この工程は“ポーリング” と呼ばれ、素 変動も測定できます。橋梁の振動などゆっくりとした低周 材を高強度電界下におき、圧電特性をもたせています。も 波現象も感知できますが、変動しない加速度（静的または しセラミックがその仕様を超えた温度やポーリング電圧に DC加速度）は測定できません。 近づく電場にさらされると、圧電特性が変化します。一般 にセラミックは高信号出力、高分解能であり、高いS/N比 圧電型加速度計の機能 の内蔵チャージアンプ回路と使用します。また、一部のセ 上記で述べたように、圧電型加速度計は水晶やセラミック ラミックは高温対応の電荷出力型加速度計として用いられ、 の自発的な圧電効果により加速度に比例した電気信号を出 900℉ （482℃）までの温度範囲をもつモデルも用意して 力します。圧電効果は結晶格子が圧力に耐えるときに、格 おります。 子の対面に正電荷と負電荷、イオンが再整列し蓄積します。 蓄積するイオンは圧力や力の振幅にそのまま比例します。 圧電型加速度計の構造 圧電型加速度計は圧縮型、ビーム型、シェア型等の構造が （圧電効果の模式図を下記に示しています） ありますが、PCBの加速度計に利用される最新のデザイン はほとんどすべてシェア型を採用しています。下記にシェ ア型加速度計の構造について示します。 シェア型 力 力 シェア型の特長は受感する圧電素子が中心の柱と慣性マス の間に設置されていることです。プリロードリングにより、 圧電素子にあらかじめプリロードをかけています。加速度 水晶の圧電効果 が加わるとマスの慣性力により圧電素子にせん断方向の力 がかかります。この力により、圧電素子に比例した電気出 力を発生します。受感する圧電素子がベースやハウジング 圧電効果を利用した加速度計を作成する場合、圧電素子に から離れているため、過渡的な温度変動、ベースの曲げモ マスを取り付けます。ニュートンの運動方程式　 F = ma ーメントの影響を受けにくくなっています。またシェア型 に従い加速度に比例する力が発生します。蓄積したイオン の構造は小型化に適しており、試験構造に影響を与えるマ を集めるため、薄い金属電極 が使われています。信号伝達 スを最小限にすることができます。 ケーブルをつなぐために小さな導線で電極とコネクターや フィードスルーをつなぎます。 ICPセンサー回路 カバー 圧電素子 圧電材 慣性マス 加速度計に使用される圧電素子は主に水晶と多結晶セラミ プリロードリング リードワイヤ ックの 2種類です。水晶とセラミックはそれぞれ異なる特 底面ネジ穴 長があるため、計測用途に応じて選定する必要があります。 ケーブルコネクタ シェア型加速度計 機械計測センサ部 12-1 TEL 03(3279)0771( 代表 )　03(3245)1058( 直通 )　FAX 03(3246)0645　E-mail:web-car@toyo.co.jp　URL:www.toyo.co.jp/sens