(57)【要約】    【課題】  振動センサの種類・実装パターン・回路定数を変更することなく、検出軸を変更・選択することの可能な、振動センサおよび振動センサユニットを提供すること。    【解決手段】  振動センサユニット５は、単一仕様の振動センサ２が二個結線されてなり、振動センサ２は水平方向および垂直方向に感度を有するように構成されている構成とする。なお振動センサ２は、支持体４中に圧電素子３が設けられることで構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一仕様の振動センサ二個が結線されてなる振動センサユニットであって、該振動センサは水平方向および垂直方向に感度を有するように構成されていることを特徴とする、振動センサユニット。
【請求項２】
前記振動センサの圧電素子が該振動センサ内で傾斜を有して形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の振動センサユニット。
【請求項３】
前記傾斜が４０°以上５０°以下であることを特徴とする、請求項２に記載の振動センサユニット。
【請求項４】
結線された増幅回路を備えることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の振動センサユニット。
【請求項５】
前記二の振動センサの配置方向、または該二の振動センサ間の結線関係の少なくともいずれかの変更によって、回路定数変更を要することなく検出軸を変更可能であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の振動センサユニット。
【請求項６】
鉄道車輌の状態監視用であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の振動センサユニット。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の振動センサユニットを構成するための振動センサであって、内部の圧電素子が該振動センサ内で傾斜を有して形成されていることを特徴とする、振動センサ。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれかに記載の振動センサユニットにおいて、前記二の振動センサの配置方向、または該二の振動センサ間の結線関係の少なくともいずれかを変更することによって、回路定数変更を要することなく検出軸を変更することを特徴とする、振動センサユニットにおける検出軸構成変更方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は振動センサ、振動センサユニット、および検出軸構成変更方法に係り、特に、振動センサの検出軸変更方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動センサは、走行時の鉄道車両等の振動や、振動の加速度を検出するセンサである。たとえば、衝突事故等による異常な振動を迅速に検知することで、即時に動力系に対する制動やエアバッグ作動を行なうことができる。たとえば後掲特許文献１開示の半導体加速度センサは、シリコン基板にくびれを有する重り部を形成してその上に検出配線を形成し、基板上方には検出配線と離隔させてマグネットを配設し、検出配線周囲にマグネットによる永久磁界を形成する構成である。外部振動による永久磁界―検出配線の抵抗値―電流の変化に基づき、振動加速度を計測するものである。
【０００３】
また、特許文献２には、Ｔ字状のヨークの中柱に検出コイルを巻回し、ヨーク両端に棒状マグネットを立設し、中柱および２本のマグネットの上方にダイアフラムを張り渡してそれに磁性体製の重り板を貼付した構造の加速度センサが開示されている。かかる構成により、外部振動に伴って重り板が上下に振動すると、重り板周辺の磁束が変化して検出コイルに周期的な電圧が誘起され、この起電力に基づいて外部振動の振動加速度を計測可能であるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２０３７４８号公報「半導体加速度センサ」
【特許文献２】特開平８−５６５５号公報「加速度センサ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、振動センサにおいては、検出したい振動の方向（軸）が重要な場合がある。たとえば鉄道車両の走行中における、進行方向上の振動を検出したい場合、横（進行方向と直交方向）方向上の振動を検出したい場合、その両者を検出したい場合、などである。だが、従来の振動センサでは、検出軸を変更するためには、振動センサの種類を変更する必要があった。
【０００６】
図６は、従来の振動センサの構造を示す側断面図である。また、図７は図６の振動センサを用いた振動センサユニットの構成例を示す説明図である。図７には、振動センサ６２等と増幅回路６６等からなる振動センサユニット６１０等を、３タイプ示した。図６に示すように従来の振動センサ６２は、支持体６４中に圧電素子６３が設けられることで構成されている。圧電素子６３は振動センサ６２内において傾斜０°で設けられているため、水平方向の加速度を検出するが、垂直方向の加速度は検出できない。つまり、水平方向にのみ感度を持つため、可能な出力は水平加速度出力のみである。
【０００７】
したがって、従来の振動センサユニット６１０等において、垂直加速度や、これと水平加速度の両方を検出したい場合、すなわち検出軸を変更する場合には、振動センサの種類の変更や、実装パターンの変更、また回路定数の変更が必要となる。製品構成によっては検出軸変更対応が不可能か、または相当高額になる場合もある。
【０００８】
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、振動センサの種類・実装パターン・回路定数を変更することなく、検出軸を変更・選択することの可能な、振動センサおよび振動センサユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は上記課題について検討した結果、単一仕様の振動センサを二個用いて、その配置の方向と結線の組合せにより、検出軸を容易に選択可能とする構成が得られることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【００１０】
〔１〕  単一仕様の振動センサ二個が結線されてなる振動センサユニットであって、該振動センサは水平方向および垂直方向に感度を有するように構成されていることを特徴とする、振動センサユニット。
〔２〕  前記振動センサの圧電素子が該振動センサ内で傾斜を有して形成されていることを特徴とする、〔１〕に記載の振動センサユニット。
〔３〕  前記傾斜が４０°以上５０°以下であることを特徴とする、〔２〕に記載の振動センサユニット。
〔４〕  結線された増幅回路を備えることを特徴とする、〔１〕ないし〔３〕のいずれかに記載の振動センサユニット。
【００１１】
〔５〕  前記二の振動センサの配置方向、または該二の振動センサ間の結線関係の少なくともいずれかの変更によって、回路定数変更を要することなく検出軸を変更可能であることを特徴とする、〔１〕ないし〔４〕のいずれかに記載の振動センサユニット。
〔６〕  鉄道車輌の状態監視用であることを特徴とする、〔１〕ないし〔５〕のいずれかに記載の振動センサユニット。
〔７〕  〔１〕ないし〔６〕のいずれかに記載の振動センサユニットを構成するための振動センサであって、内部の圧電素子が該振動センサ内で傾斜を有して形成されていることを特徴とする、振動センサ。
〔８〕  〔１〕ないし〔６〕のいずれかに記載の振動センサユニットにおいて、前記二の振動センサの配置方向、または該二の振動センサ間の結線関係の少なくともいずれかを変更することによって、回路定数変更を要することなく検出軸を変更することを特徴とする、振動センサユニットにおける検出軸構成変更方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の振動センサ、振動センサユニット、および検出軸構成変更方法は上述のように構成されるため、これらによれば、振動センサの種類・実装パターン・回路定数を変更することなく、より簡単に、検出軸を変更・選択することができる。本発明振動センサユニット等は、特に鉄道車輌の状態監視用として有用である。。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る振動センサの構造を示す側断面図である。
【図２】図１の振動センサを用いた振動センサユニットの構成例を示す説明図である。
【図３】本発明振動センサユニットにおける検出軸構成例を示す説明図である。
【図４】図３中のＺ軸検出型の振動センサユニットにおける加振方向を示す説明図である。
【図５】同Ｚ軸検出型の振動センサユニットにおける各軸の感度を示すグラフである。
【図６】従来の振動センサの構造を示す側断面図である。
【図７】図６の振動センサを用いた振動センサユニットの構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係る振動センサの構造を示す側断面図である。また、図２は図１の振動センサを用いた振動センサユニットの構成例を示す説明図である。図２には、振動センサと増幅回路からなる振動センサユニットを、３タイプ示した。これらに図示するように本発明の振動センサユニット５は、単一仕様の振動センサ２が二個結線されてなり、振動センサ２は水平方向および垂直方向に感度を有するように構成されていることを、主たる構成とする。なお振動センサ２は、支持体４中に圧電素子３が設けられることで構成されている。また、水平方向および垂直方向に感度を有するような構成は、具体的には、振動センサ２の圧電素子３が振動センサ２内で傾斜を有して形成されている構成である。
【００１５】
かかる構成により本発明に係る振動センサ２では、水平方向と垂直方向に感度を持ち、加速度出力はそれらの合成和として出力される。つまり；
出力＝垂直加速度出力＋水平加速度出力
である。そして、本発明振動センサユニット５は、かかる構成の二つの振動センサ２を用いて、その配置方向と結線の組合わせを変更することにより、検出軸の選択を可能とする。全く同一仕様の振動センサ２を用いて、垂直軸検出、水平軸検出、垂直＋水平軸検出  のいずれのパターンも構成することができる。具体例は、図３により追って説明する。
【００１６】
振動センサ２における圧電素子３の傾斜角度は、水平方向および垂直方向に十分な感度を有する限り任意であるが、好適には、４０°以上５０°以下、または図示するように４５°とすることができる。なお本発明では、二の振動センサ２等が結線されてなる形態の振動センサユニットを振動センサユニット５等、結線された増幅回路６等を備える形態の振動センサユニットを振動センサユニット１０等とする。
【００１７】
上述の通り本発明振動センサユニットは、二の振動センサの配置方向、または二の振動センサ間の結線関係の少なくともいずれかの変更によって、回路定数変更を要することなく検出軸を変更可能であるが、図３は、本発明振動センサユニットにおける検出軸構成例を示す説明図である。図（表）では、振動センサの配置／結線方法による検出軸の相違、それぞれにおいて、Ｚ、Ｙ、Ｘ方向に加振した差異の感度の有無を、まとめて示した。
【００１８】
所望の検出軸タイプを得るためには、本図に示したように、二個の振動センサの配置の向きと結線関係を変更すればよい。以下、それぞれについて説明する。
〈１〉振動センサを一個のみ（単品で）用いた場合
検出軸はＺ／Ｙ軸である。つまり、Ｚ軸加振、Ｙ軸加振いずれに対しても感度を有する。なおＸ軸加振に対しては感度を有しない。
〈２〉振動センサを二個用い、配置を逆相とし、結線方法は双方の＋同士、−同士を結線する「クロス」とする。
検出軸はＺ軸である。つまり、Ｚ軸加振に対しては感度を有し、Ｙ軸加振に対しては感度を有しない。なおＸ軸加振に対しては感度を有しない。
【００１９】
〈３〉振動センサを二個用い、配置を逆相とし、結線方法は双方の＋と−を結線する「平行」とする。
検出軸はＹ軸である。つまり、Ｙ軸加振に対しては感度を有し、Ｚ軸加振に対しては感度を有しない。なおＸ軸加振に対しては感度を有しない。
〈４〉振動センサを二個用い、配置を同相とし、結線方法は「平行」とする。
検出軸はＺ／Ｙ軸である。つまり、Ｚ軸加振、Ｙ軸加振いずれに対しても感度を有する。なおＸ軸加振に対しては感度を有しない。
【００２０】
〈５〉振動センサを二個用い、配置を同相とし、結線方法は「クロス」とする。
検出軸はない（非検出）。つまり、Ｚ軸加振、Ｙ軸加振いずれに対しても感度を有しない。なおＸ軸加振に対しても感度を有しない。
【００２１】
図４は、図３中のＺ軸検出型の振動センサユニット（〈２〉）における加振方向を示す説明図である。（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
図５は、同Ｚ軸検出型の振動センサユニットにおける各軸の感度を示すグラフである。図からも、主軸であるＺ軸に良好な感度が認められる一方、他軸であるＹ軸とＸ軸では感度がほとんど認められず、適正にＺ軸検出型となっていることが確認できる。
【００２２】
以上説明した振動センサユニットを構成可能な、内部の圧電素子が傾斜を有して形成されている振動センサ自体も、本発明の範囲内である。また、振動センサユニットにおいて、二の振動センサの配置方向、または二の振動センサ間の結線関係の少なくともいずれかを変更することによって、回路定数変更を要することなく検出軸を変更する、振動センサユニットの検出軸構成変更方法もまた、本発明の範囲内である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の振動センサ、振動センサユニット、および検出軸構成変更方法によれば、振動センサの種類・実装パターン・回路定数を変更することなく、より簡単に、検出軸を変更・選択することができる。したがって、軸温振動センサを始め、振動センサ製造分野、鉄道車輌の状態監視等の振動センサ利用分野、および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００２４】
２、２ｂ、２ｃ…振動センサ
３…圧電素子
４…支持体
５、５ｂ、５ｃ…振動センサユニット
６、６ｂ、６ｃ…増幅回路
１０、１０ｂ、１０ｃ、３１０…振動センサユニット（増幅回路を含む）
６２、６２ｂ、６２ｃ…振動センサ
６３…圧電素子
６４…支持体
６６、６６ｂ、６６ｃ…増幅回路
６１０、６１０ｂ、６１０ｃ…振動センサユニット
【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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