(57)【要約】【課題】感度を容易に変更することが可能な加速度センサ等を提供する。【解決手段】加速度センサ１０は、質量部２１と、質量部２１を支持する支持部２２と、支持部２２の両端が連結されるフレーム２３と、支持部２２に設けられ、支持部２２の変位を検出する変形検出部２４と、支持部２２の張力を調整可能な張力調整部２５と、を備える。検出装置１は、加速度センサ１０と、加速度センサ１０に接続される制御部１１と、を備え、制御部１１は、設定される感度に応じた固有振動数を取得し、張力と質量部２１の固有振動数とを関連付けた張力換算データに基づいて、取得した固有振動数から張力を取得し、取得した張力となるように張力調整部２５を制御する。【選択図】図１
2014130011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性変形する弾性部と、
前記弾性部の両端が連結されるフレームと、
前記弾性部に設けられ、前記弾性部の変形量を検出する変形検出部と、
前記弾性部の張力を調整可能な張力調整部と、を備えることを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記張力調整部は、アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の加速度センサと、
前記弾性部を振動させる加振部と、を備えることを特徴とするマルチセンサ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の加速度センサと、
前記加速度センサに接続される制御部と、を備え、
前記制御部は、前記張力調整部によって前記支持部に付与された前記張力を取得し、前記張力と前記弾性部の固有振動数とを関連付けた張力換算データに基づいて、取得した前記張力から前記固有振動数を取得し、取得した前記固有振動数と前記変形検出部から取得した前記変形量とに基づいて加速度を算出することを特徴とする検出装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の加速度センサと、
前記加速度センサに接続される制御部と、を備え、
前記制御部は、設定される前記感度に応じた前記固有振動数を取得し、前記張力と前記弾性部の固有振動数とを関連付けた張力換算データに基づいて、取得した前記固有振動数から前記張力を取得し、取得した前記張力となるように前記張力調整部を制御することを特徴する検出装置。
【請求項６】
前記加速度センサは、前記弾性部を振動させる加振部をさらに備えることでマルチセンサとなり、
前記制御部は、前記加振部により前記弾性部の振動数を変化させながら前記弾性部を振動させることで、前記変形検出部の検出結果から前記弾性部の固有振動数を取得し、前記固有振動数と温度とを関連付けた温度換算データに基づいて、取得した前記固有振動数から前記温度を取得することを特徴とする請求項４または５に記載の検出装置。
【請求項７】
前記加速度センサは、前記弾性部を振動させる加振部をさらに備えることでマルチセンサとなり、
前記制御部は、前記加振部により前記弾性部の振動数を変化させながら前記弾性部を振動させることで、前記変形検出部の検出結果から前記弾性部の固有振動数を取得し、前記固有振動数と荷重とを関連付けた荷重換算データに基づいて、取得した前記固有振動数から前記荷重を取得することを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか１項に記載の検出装置の前記加速度センサにより加速度を検出する加速度検出方法であって、
前記張力調整部によって前記弾性部に付与された前記張力を取得する張力取得工程と、
前記張力と前記弾性部の固有振動数とを関連付けた前記張力換算データに基づいて、取得した前記張力から前記固有振動数を取得する固有振動数取得工程と、
前記変形検出部により検出された前記変形量を取得する変形量取得工程と、
取得した前記固有振動数と、取得した前記変形量とに基づいて加速度を算出する加速度算出工程と、を備えることを特徴とする加速度検出方法。
【請求項９】
請求項４から７のいずれか１項に記載の検出装置における前記加速度センサの感度を調整する感度調整方法であって、
設定される前記感度に応じた前記固有振動数を取得する固有振動数取得工程と、
前記張力と前記弾性部の固有振動数とを関連付けた前記張力換算データに基づいて、取得した前記固有振動数から前記張力を取得する張力取得工程と、
取得した前記張力となるように前記張力調整部を制御する張力調整工程と、を備えることを特徴とする感度調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速度センサ、マルチセンサ、検出装置、加速度検出方法及び感度調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速度を検出する加速度センサとして、振動検出装置に設けられる圧電型加速度センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、振動検出装置は、振動により交流電荷を発生させる圧電素子電源発生部を含み、圧電素子電源発生部は、圧電型加速度センサと同様の構成となっている。この圧電素子電源発生部は、長方形振動板の両面に板状電圧素子を貼り合わせた長方形板状部材の一端をフレームに固定することで、片持ちの構造となっている。そして、長方形板状部材には、錘が固定され、錘の取付位置と重量の調整により、長方形板状部材の振動数を変更することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２６４７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的な加速度センサは、固有の周波数特性を有しており、所定の振動数が固有振動数となっている。通常、加速度センサの固有振動数は、固定されたものとなっている。このような加速度センサを用いて加速度を検出する場合、加速度をＡとし、固有振動数をｆ０とし、加速度による変位をＸとすると、加速度Ａは、「Ａ＝Ｘ／Ｇ」で求められる。Ｇは、ゲインであり、固有振動数ｆ０、加振振動数及び減衰率等から決まり、所定の値となる。ここで、検出される加速度Ａが小さければ、固有振動数は固定されていることから、変位Ｘは小さくなってしまう。変位Ｘは、圧電素子等の変位計を用いて検出することから、感度に依存するパラメータとなる。つまり、変位Ｘが小さくなってしまうと、加速度センサの感度が鈍くなってしまう。加速度センサの感度が鈍い場合には、通常、増幅器を用いて検出信号を増幅させるが、この場合、ノイズが発生する可能性がある。
【０００５】
ここで、特許文献１では、長方形板状部材に固定される錘の取付位置と重量を調整することで、圧電素子電源発生部における長方形板状部材の振動数を変更させている。しかしながら、特許文献１では、圧電素子により発生させる起電力を最大化するために、長方形板状部材の振動数が共振となるように変化させているのであって、感度を調整するために変化させているわけではない。また、特許文献１では、錘の取付位置または重量を調整することから、振動数の調整が煩雑となる。
【０００６】
そこで、本発明は、感度を容易に変更することが可能な加速度センサ、マルチセンサ、検出装置、加速度検出方法及び感度調整方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の加速度センサは、弾性変形する弾性部と、弾性部の両端が連結されるフレームと、弾性部に設けられ、弾性部の変形量を検出する変形検出部と、弾性部の張力を調整可能な張力調整部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、張力調整部により、弾性部の張力を調整することで、弾性部の剛性を変更することができる。このため、弾性部の固有振動数を変化させることができる。具体的に、張力を大きくし、弾性部を伸ばす（引っ張る）ことで、剛性を高くすることができ、これにより、弾性部を振れ難くできることから、弾性部の固有振動数を高くすることができる。一方で、張力を小さくし、弾性部を縮める（緩ませる）ことで、剛性を低くすることができ、これにより、弾性部を振れ易くできることから、弾性部の固有振動数を低くすることができる。これにより、張力調整部により張力を調整することで、固有振動数を変化させることができるため、変形検出部により検出し易い変形量に調整することができる。よって、加速度センサの感度を最適な感度とすることができ、加速度の検出精度を向上させることができる。
【０００９】
この場合、張力調整部は、アクチュエータであることが好ましい。
【００１０】
この構成によれば、アクチュエータにより弾性部の張力を調整することができる。このため、例えば、加速度センサが、人の立入りが制限されている空間に設けられている場合にも、弾性部を手動で調整する必要がなく、感度を容易に調整することが可能となる。また、加速度センサが微小な構成である場合にも、弾性部を手動で調整する必要がなく、感度を容易に調整することが可能となる。なお、アクチュエータとしては、例えば、ピエゾ素子である。
【００１１】
本発明のマルチセンサは、上記の加速度センサと、弾性部を振動させる加振部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、加速度センサに、加振部を設けることで、加速度センサをマルチセンサとして機能させることができる。
【００１３】
本発明の検出装置は、上記の加速度センサと、加速度センサに接続される制御部と、を備え、制御部は、張力調整部によって支持部に付与された張力を取得し、張力と弾性部の固有振動数とを関連付けた張力換算データに基づいて、取得した張力から固有振動数を取得し、取得した固有振動数と変形検出部から取得した変形量とに基づいて加速度を算出することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、加速度センサから検出される信号に基づいて、制御部が加速度を算出することにより、制御部は加速度を取得することができる。これにより、制御部は、検出する加速度に適した感度で加速度を検出することができるため、精度の良い加速度を検出することができる。
【００１５】
本発明の検出装置は、上記の加速度センサと、加速度センサに接続される制御部と、を備え、制御部は、設定される感度に応じた固有振動数を取得し、張力と弾性部の固有振動数とを関連付けた張力換算データに基づいて、取得した固有振動数から張力を取得し、取得した張力となるように張力調整部を制御することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、制御部は、張力調整部により弾性部に付与する張力を、検出する加速度に適した感度に調整することができる。このため、制御部は、加速度に適した感度にすることができるため、精度の良い加速度を取得することができる。
【００１７】
この場合、加速度センサは、弾性部を振動させる加振部をさらに備えることでマルチセンサとなり、制御部は、加振部により弾性部の振動数を変化させながら弾性部を振動させることで、変形検出部の検出結果から弾性部の固有振動数を取得し、固有振動数と温度とを関連付けた温度換算データに基づいて、取得した固有振動数から温度を取得することが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、マルチセンサから検出される信号に基づいて、制御部は温度を取得することができる。これにより、加速度センサに、加振部を設けることで、制御部は、温度を取得することが可能となる。
【００１９】
この場合、加速度センサは、弾性部を振動させる加振部をさらに備えることでマルチセンサとなり、制御部は、加振部により弾性部の振動数を変化させながら弾性部を振動させることで、変形検出部の検出結果から弾性部の固有振動数を取得し、固有振動数と荷重とを関連付けた荷重換算データに基づいて、取得した固有振動数から荷重を取得することが好ましい。
【００２０】
この構成によれば、マルチセンサから検出される信号に基づいて、制御部は荷重を取得することができる。これにより、加速度センサに、加振部を設けることで、制御部は、荷重を取得することが可能となる。
【００２１】
本発明の加速度検出方法は、上記の検出装置の加速度センサにより加速度を検出する加速度検出方法であって、張力調整部によって弾性部に付与された張力を取得する張力取得工程と、張力と弾性部の固有振動数とを関連付けた張力換算データに基づいて、取得した張力から固有振動数を取得する固有振動数取得工程と、変形検出部により検出された変形量を取得する変形量取得工程と、取得した固有振動数と、取得した変形量とに基づいて加速度を算出する加速度算出工程と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
この構成によれば、張力取得工程において、弾性部の張力を取得し、固有振動数取得工程において、弾性部の固有振動数を取得し、加速度算出工程において、加速度を算出することができる。これにより、制御部は、加速度に適した感度となる加速度センサによって、精度の良い加速度を取得することができる。
【００２３】
本発明の感度調整方法は、上記の検出装置における加速度センサの感度を調整する感度調整方法であって、設定される感度に応じた固有振動数を取得する固有振動数取得工程と、張力と弾性部の固有振動数とを関連付けた張力換算データに基づいて、取得した固有振動数から張力を取得する張力取得工程と、取得した張力となるように張力調整部を制御する張力調整工程と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
この構成によれば、固有振動数取得工程において、感度に応じた弾性部の固有振動数を取得し、張力取得工程において、固有振動数に応じた弾性部の張力を取得し、張力調整工程において、取得した張力となるように弾性部に張力を付与することができる。これにより、制御部は、張力調整部により弾性部に付与する張力を、加速度に応じた感度に調整することができる。このため、制御部は、加速度に適した感度にすることができるため、精度の良い加速度を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、実施例１に係る検出装置の概略構成図である。
【図２】図２は、加速度センサの周波数特性を示すグラフである。
【図３】図３は、軸圧縮力と固有振動数との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、加速度検出方法に関するフローチャートである。
【図５】図５は、感度調整方法に関するフローチャートである。
【図６】図６は、実施例２に係る検出装置の概略構成図である。
【図７】図７は、温度検出方法に関するフローチャートである。
【図８】図８は、荷重検出方法に関するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２７】
図１は、実施例１に係る検出装置の概略構成図である。図１に示す検出装置１は、加速度を検出する装置であり、加速度センサ１０と、加速度センサ１０に接続される制御部１１とを備えている。
【００２８】
加速度センサ１０は、質量部２１と、支持部２２と、フレーム２３と、変形検出部２４と、張力調整部２５とを有している。質量部２１は、いわゆる錘であり、支持部２２を介してフレーム２３に連結されている。支持部２２は、板状（プレート状）に形成されており、長手方向の中央に質量部２１が固定されている。ここで、支持部２２は、板状に形成されているが、この形状に限定されず、例えば、棒状に形成されていてもよい。この支持部２２は、弾性変形可能に構成され、所定のバネ定数を有している。つまり、実施例１では、支持部２２に質量部２１を固定することで、弾性部として機能させている。なお、実施例１では、支持部２２に質量部２１を固定しているが、この構成に限定されない。つまり、支持部２２のみの構成で、弾性部として機能させることが可能であれば、質量部２１を省いた構成であってもよい。
【００２９】
フレーム２３は、基部２３ａと、基部２３ａの両側から突出する一対の腕部２３ｂとを含んで一体に構成されている。そして、一対の腕部２３ｂの間には、支持部２２が配置されている。支持部２２の長手方向の一端は、一対の腕部２３ｂの一方に連結され、支持部２２の長手方向の他端は、一対の腕部２３ｂの他方に連結されている。
【００３０】
変形検出部２４は、支持部２２に取り付けられている。具体的に、変形検出部２４は、一方の腕部２３ｂと質量部２１との間の支持部２２に取り付けられると共に、腕部２３ｂに寄せて取り付けられている。変形検出部２４としては、例えば、圧電素子であるピエゾ素子が用いられている。この変形検出部２４は、制御部１１に接続されている。このため、変形検出部２４は、支持部２２が変形すると、支持部２２の変形量を電気信号に変換して、制御部１１に出力する。なお、変形検出部２４としてピエゾ素子を適用したが、支持部２２の変形量を検出可能なものであれば、特に限定されず、例えば、歪みゲージを適用してもよい。
【００３１】
張力調整部２５は、支持部２２の張力、つまり、支持部２２の長手方向における軸圧縮力を調整するものである。張力調整部２５は、他方の腕部２３ｂと支持部２２との間に設けられている。張力調整部２５は、ピエゾ素子を用いたアクチュエータとして構成されており、支持部２２の長手方向に伸縮可能に設けられている。この張力調整部２５は、制御部１１に接続されている。このため、張力調整部２５は、制御部１１から所定の電圧が印加されることで伸縮することにより、支持部２２の張力（軸圧縮力）を調整している。具体的に、張力調整部２５は、制御部１１から基準電圧が印加されている。張力調整部２５は、基準電圧よりも大きな電圧が印加されることで伸張し、支持部２２を長手方向に圧縮する。一方で、張力調整部２５は、基準電圧よりも小さな電圧が印加されることで圧縮し、支持部２２を長手方向に伸張する。
【００３２】
上記のように構成される加速度センサ１０は、加速度の検出対象となる構造物に取り付けられる。このとき、加速度センサ１０は、支持部２２の長手方向と、構造物の振動方向とが直交するように、構造物に取り付けられる。そして、加速度センサ１０は、構造物が振動すると、質量部２１が、支持部２２とフレーム２３との接続点を節として、構造物の振動方向と同方向に振動する。
【００３３】
制御部１１は、変形検出部２４と、張力調整部２５とに接続されている。制御部１１は、変形検出部２４から入力される電気信号に基づいて、支持部２２の変形量を取得している。また、制御部１１は、張力調整部２５に向けて所定の電圧を印加することで、張力調整部２５を支持部２２の長手方向に伸縮させる。
【００３４】
次に、図２を参照して、加速度センサ１０の周波数特性について説明する。図２は、加速度センサの周波数特性を示すグラフである。図２のグラフにおいて、その横軸は、振動数ｆとなっており、その縦軸は応答（出力）となっている。図２に示すように、加速度センサ１０が所定の振動数ｆで振動させられると、支持部２２を介してフレーム２３に連結された質量部２１は支持部２２と共に振動する。このとき、質量部２１（より具体的には、質量部２１及び支持部２２を含む弾性部）の振動は、応答が最大となる所定の振動数ｆが固有振動数ｆ０となる。つまり、加速度センサ１０の応答は、振動数ｆが固有振動数ｆ０となる場合に応答が最大（ピーク）となる一方で、振動数ｆが固有振動数ｆ０から離れるにつれて応答が小さくなっていく。この場合、加速度センサ１０は、応答が安定する振動数ｆの帯域（使用帯域）Ｒにおいて使用される。
【００３５】
次に、図３を参照して、加速度センサ１０の軸圧縮力（張力）Ｐと固有振動数ｆ０との関係について説明する。図３は、軸圧縮力と固有振動数との関係を示すグラフである。図３のグラフにおいて、その横軸は、固有振動数ｆ０となっており、その縦軸は軸圧縮力Ｐとなっている。支持部２２は、伸張も圧縮もしておらず、長手方向における変位が０である場合、軸圧縮力Ｐが０となる。軸圧縮力Ｐが０となる点を基準点Ｃとする。
【００３６】
張力調整部２５により支持部２２が長手方向に圧縮されると、長手方向における変位は、マイナス側の変位となる。このため、軸圧縮力Ｐが縦軸の図示上側に大きくなる。支持部２２が長手方向に圧縮されると、支持部２２が緩む。支持部２２が緩むと、支持部２２の剛性が低くなり、固有振動数ｆ０が小さくなる。
【００３７】
一方で、張力調整部２５により支持部２２が長手方向に伸張されると、長手方向における変位は、プラス側の変位となる。このため、軸力圧縮Ｐが縦軸の図示下側に大きくなる。支持部２２が長手方向に伸張されると、支持部２２が引っ張られる。支持部２２が引っ張られると、支持部２２の剛性が高くなり、固有振動数ｆ０が大きくなる。なお、図３に示すグラフは、予め実験等により求められ、固有振動数ｆ０から張力を求めるときに使用される張力換算データとなっている。この張力換算データは、制御部１１に予め記憶されていてもよいし、別体の記憶装置から取得してもよい。
【００３８】
図２に示す使用帯域Ｒで、加速度センサ１０を使用する場合、加速度をＡ、支持部２２の変形量をＸ、質量部２１の固有振動数をｆ０とすると、加速度Ａは、「Ａ＝Ｘ／Ｇ」の式から算出できる。Ｇは、ゲインであり、固有振動数ｆ０、加振振動数及び減衰率等から決まり、所定の値となる。ここで、固有振動数ｆ０が固定される場合、加速度センサ１０により検出される加速度Ａが小さければ、変形量Ｘは小さくなってしまう。変形検出部２４は、変形量Ｘが小さくなってしまうと、変形量Ｘが検出し難くなる。つまり、加速度センサ１０の変形検出部２４による変形量の検出の感度が鈍くなる。そこで、実施例１の検出装置１では、加速度センサ１０の感度を調整することが可能となっている。なお、加速度センサ１０の感度の調整に関する説明に先立ち、加速度センサ１０による加速度の検出方法について説明する。
【００３９】
図４は、加速度検出方法に関するフローチャートである。先ず、検出装置１の制御部１１は、所定の構造物に取り付けられた加速度センサ１０の支持部２２に付与される軸圧縮力（張力）Ｐを取得する（ステップＳ１：張力取得工程）。具体的に、制御部１１は、張力調整部２５のピエゾ素子に印加する所定の電圧に基づいて、所定の電圧に対応する軸圧縮力Ｐを取得する。
【００４０】
制御部１１は、ステップＳ１の後、図３に示す張力換算データから、取得した軸圧縮力Ｐに対応する固有振動数ｆ０を取得する（ステップＳ２：固有振動数取得工程）。
【００４１】
制御部１１は、ステップＳ２の後、変形検出部２４から入力される電気信号に基づいて、支持部２２の変形量Ｘを取得する（ステップＳ３：変形量取得工程）。
【００４２】
そして、制御部１１は、ステップＳ３の後、取得した固有振動数ｆ０と、取得した変形量Ｘとに基づいて、「Ａ＝Ｘ／Ｇ」の算出式から、加速度Ａを算出する（ステップＳ４：加速度算出工程）。以上から、制御部１１は、加速度Ａを取得することができる。
【００４３】
続いて、図５を参照し、加速度センサ１０の感度を調整する感度調整方法について説明する。図５は、感度調整方法に関するフローチャートである。先ず、検出装置１の制御部１１は、変形検出部２４により検出される変形量Ｘが、感度が良好とされる所定の変形量の範囲内であるか否かを判定する。そして、制御部１１は、変形検出部２４により検出される変形量Ｘが小さいと判定した場合、加速度センサ１０の感度が鈍いとして、感度を高くすべく、現在の固有振動数ｆ０よりも低い固有振動数ｆ０を設定する。一方で、制御部１１は、変形検出部２４により検出される変形量Ｘが大きいと判定した場合、加速度センサ１０の感度が鋭敏であるとして、感度を低くすべく、現在の固有振動数ｆ０よりも高い固有振動数ｆ０を設定する。すなわち、検出装置１の制御部１１は、設定する感度に応じた固有振動数ｆ０を設定し、これを取得する（ステップＳ１１：固有振動数取得工程）。
【００４４】
制御部１１は、ステップＳ１１の後、図３に示す張力換算データから、取得した固有振動数ｆ０に対応する軸圧縮力（張力）Ｐを取得する（ステップＳ１２：張力取得工程）。そして、制御部１１は、支持部２２に付与される軸圧縮力Ｐを、取得した軸圧縮力Ｐとなるように、張力調整部２５を制御する（ステップＳ１３：張力調整工程）。以上から、制御部１１は、張力Ｐを調整することで、適切な感度となる固有振動数ｆ０に設定することができる。
【００４５】
以上のように、実施例１の構成によれば、制御部１１は、張力調整部２５により、支持部２２の軸圧縮力Ｐを調整することで、質量部２１の振れ易さ、つまり、支持部２２の剛性を変更することができる。このため、質量部２１の固有振動数ｆ０を変化させることができる。これにより、制御部１１は、加速度センサ１０の固有振動数ｆ０を変化させることができるため、変形量Ｘを変形検出部２４により検出し易い変形量とすることができる。つまり、制御部１１は、加速度Ａが小さい場合、固有振動数ｆ０を大きくすることで、変形量Ｘを大きくできるため、加速度センサ１０の感度を向上させることができ、精度の良い測定が可能となる。よって、加速度センサ１０の感度を、加速度Ａに応じた最適な感度とすることができ、加速度の検出精度を向上させることができる。このとき、制御部１１は、固有振動数ｆ０を変化させることから、使用帯域Ｒも変更することが可能となる。
【００４６】
また、実施例１の構成によれば、張力調整部２５を、ピエゾ素子を用いたアクチュエータで構成することができる。このため、制御部１１は、張力調整部２５を制御することで、支持部２２の張力を調整することができる。以上から、例えば、加速度センサ１０が、人の立入りが制限されている空間に設けられている場合、その空間に立ち入ることなく、加速度センサ１０の感度を容易に調整することが可能となる。また、加速度センサ１０が微小な構成である場合にも、質量部２１を手動で調整する必要がなく、加速度センサ１０の感度を容易に調整することが可能となる。
【００４７】
なお、実施例１の構成では、張力調整部２５により支持部２２の張力を調整して、質量部２１の固有振動数ｆ０を変化させたが、張力調整部２５によって、支持部２２の形状を所定の曲率半径となる形状に変化させて、質量部２１の固有振動数ｆ０を変化させてもよい。
【実施例２】
【００４８】
次に、図６から図８を参照して、実施例２に係る検出装置５０について説明する。図６は、実施例２に係る検出装置の概略構成図である。図７は、温度検出方法に関するフローチャートである。図８は、荷重検出方法に関するフローチャートである。なお、実施例２では、実施例１と重複する記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例２では、実施例１の加速度センサ１０に加振部５５を設けることで、マルチセンサ５１として機能させている。先ず、図６を参照して、検出装置５０について説明する。
【００４９】
図６に示すように、実施例２に係る検出装置５０は、マルチセンサ５１と、マルチセンサ５１に接続される制御部１１とを備えている。マルチセンサ５１は、実施例１に記載した加速度を検出するための機能だけでなく、荷重及び温度の少なくとも一方を検出する機能を有している。
【００５０】
マルチセンサ５１は、実施例１の加速度センサ１０に、支持部２２を振動させる加振部５５を設けた構成である。つまり、マルチセンサ５１は、質量部２１と、支持部２２と、フレーム２３と、変形検出部２４と、張力調整部２５と、加振部５５とを有している。なお、質量部２１、支持部２２、フレーム２３、変形検出部２４及び張力調整部２５は、実施例１と同様の構成であるため、説明を省略する。
【００５１】
加振部５５は、支持部２２に取り付けられている。具体的に、加振部５５は、一方の腕部２３ｂと質量部２１との間の支持部２２に取り付けられると共に、一方の腕部２３ｂに寄せて取り付けられている。このとき、加振部５５は、支持部２２の長手方向において、変形検出部２４と同じ位置に設けられる。このため、加振部５５は、変形検出部２４と物理的に干渉しない位置に設けられる。例えば、加振部５５は、支持部２２を挟んで一方側（図示上方側）に設けられ、変形検出部２４は、支持部２２を挟んで他方側（図示下方側）に設けられる。加振部５５としては、例えば、圧電素子であるピエゾ素子が用いられている。この加振部５５は、制御部１１に接続されている。このため、加振部５５は、制御部１１から周期変動する電圧が印加されることで振動し、この振動が支持部２２に伝達されることで、支持部２２を介して質量部２１を振動させることが可能となる。
【００５２】
上記のように構成されるマルチセンサ５１は、構造物の荷重を検出する場合、構造物の重力方向と、支持部２２の長手方向とが同方向となるように設置される。つまり、マルチセンサ５１のフレーム２３の一方の腕部２３ｂ側が、設置面に設置され、この状態で、フレーム２３の他方の腕部２３ｂ側に構造物が設置される。このように設置されたマルチセンサ５１は、構造物からの荷重を受けると、支持部２２が長手方向に圧縮される。
【００５３】
一方で、上記のように構成されるマルチセンサ５１は、温度を検出する場合、温度の検出対象周りに設置されると共に、熱が支持部２２及びフレーム２３に伝達可能に設置される。このように設置されたマルチセンサ５１は、支持部２２及びフレーム２３が熱により膨張することで、支持部２２が長手方向に圧縮される。このように、マルチセンサ５１により温度を検出する場合、支持部２２及びフレーム２３は、熱膨張する伝熱部材を用いて構成されることが好ましい。このとき、支持部２２の熱膨張係数と、フレーム２３の熱膨張係数とは、異なる熱膨張係数となっている。
【００５４】
次に、図７及び図８を参照して、マルチセンサ５１により荷重を検出する荷重検出方法、及びマルチセンサ５１により温度を検出する温度検出方法について説明する。先ず、図７を参照して、荷重検出方法について説明する。なお、荷重検出方法では、張力調整部２５による支持部２２への軸圧縮力（張力）Ｐは一定となるように、例えば、軸圧縮力Ｐ（＝０）となるように維持する。
【００５５】
検出装置１の制御部１１は、設置されたマルチセンサ５１に構造物からの荷重が加えられると、この状態で、加振部５５に周期変動電圧を印加し、支持部２２を介して質量部２１を振動させる（ステップＳ２１：振動工程）。このとき、制御部１１は、加振部５５の振動数を変化させながら、質量部２１を振動させる。
【００５６】
制御部１１は、ステップＳ２１により支持部２２を振動させた状態において、変形検出部２４により検出される支持部２２の変形量Ｘに基づいて、質量部２１の固有振動数ｆ０を取得する（ステップＳ２２：固有振動数取得工程）。つまり、制御部１１は、加振部５５によって振動する質量部２１が、共振によって支持部２２の変形量Ｘが最大となるときの振動数を、固有振動数ｆ０として取得する。
【００５７】
制御部１１は、ステップＳ２２により固有振動数ｆ０を取得すると、固有振動数ｆ０と荷重とを関連付けた荷重換算データを用いて、取得した固有振動数ｆ０に対応する荷重を取得する（ステップＳ２３：荷重取得工程）。ここで、荷重換算データとしては、図３に示すグラフが用いられる。つまり、制御部１１は、荷重が加えられていないときの基準となる固有振動数ｆ０に対応する軸圧縮力Ｐ（例えば、基準点Ｃにおける軸力Ｐ＝０）と、取得した軸圧縮力Ｐとの差分を荷重として取得する。
【００５８】
次に、図８を参照して、温度検出方法について説明する。なお、荷重検出方法でも、張力調整部２５による支持部２２への軸圧縮力（張力）Ｐは一定となるように、例えば、軸圧縮力Ｐ（＝０）となるように維持する。
【００５９】
検出装置１の制御部１１は、設置されたマルチセンサ５１が加熱されると、この状態で、振動工程Ｓ３１を実行する。振動工程Ｓ３１は、荷重検出方法の振動工程Ｓ２１と同様の工程となっているため、説明を省略する。
【００６０】
制御部１１は、ステップＳ３１により支持部２２を振動させた状態において、固有振動数取得工程Ｓ３２を実行する。固有振動数取得工程Ｓ３２も、荷重検出方法の固有振動数取得工程Ｓ２２と同様の工程となっているため、説明を省略する。
【００６１】
制御部１１は、ステップＳ３２により固有振動数ｆ０を取得すると、固有振動数ｆ０と温度とを関連付けた温度換算データを用いて、取得した固有振動数ｆ０に対応する温度を取得する（ステップＳ３３：温度取得工程）。ここで、温度換算データは、例えば、図３に示すグラフと、軸圧縮力Ｐと温度とを関連付けた換算データとを含むデータである。ここで、軸圧縮力Ｐは熱応力として取り扱うことができ、熱応力と温度とは比例関係となる。このとき、温度は、軸圧縮力Ｐが０となるときの基準温度からの上昇分の温度（上昇温度）である。つまり、熱応力（軸圧縮力Ｐ）と、上昇温度とは比例関係となっていることから、軸圧縮力Ｐと上昇温度とを関連付けた換算データは、比例関係のグラフとなる。以上から、制御部１１は、図３に示すグラフから、取得した固有振動数ｆ０に対応する軸圧縮力Ｐを取得する。そして、制御部１１は、軸圧縮力Ｐと上昇温度とを関連付けた換算データに基づいて、取得した軸圧縮力Ｐから上昇温度を取得する。そして、制御部１１は、基準温度に上昇温度を加算することで、温度を取得する。
【００６２】
以上のように、実施例２の構成によれば、実施例１の加速度センサ１０に、加振部５５を設けることで、マルチセンサ５１として機能させることができる。これにより、検出装置５０は、加速度だけでなく、荷重及び温度を検出することが可能となる。また、マルチセンサ５１は、加速度センサ１０に加振部５５を設けるという簡易な構成にすることができるため、マルチセンサ５１を安価に製造することが可能となる。さらに、設置されたマルチセンサ５１は、制御部１１との接続を配線を用いて行う場合、各種センサを用いる場合に比して、配線の本数を少ないものとすることができるため、配線の取り回しが容易となる。
【００６３】
なお、実施例２の検出装置５０は、荷重及び温度の少なくとも一方を検出すればよいため、加速度に加え、荷重及び温度を検出してもよいし、荷重のみを検出してもよいし、温度のみを検出してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１  検出装置
１０  加速度センサ
１１  制御部
２１  質量部
２２  支持部
２３  フレーム
２４  変形検出部
２５  張力調整部
５０  検出装置（実施例２）
５１  マルチセンサ
５５  加振部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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