(57)【要約】【課題】窓ガラスの破壊、あるいは窓の開閉などにともなう振動や衝撃、機械の異常振動などを検出する、検出精度が高く、取付けが容易な振動センサを提供することを目的とする【解決手段】超音波振動子あるいは接触子を具備した超音波振動子と、支持固定具と、自励発振回路部と、微小圧力印加機構とからなる振動センサの、超音波振動子の共振の腹の部分あるいは共振の腹の部分に設けた接触子を被測定物体に押し当て、前記超音波振動子の共振周波数の変化により被測定物体の振動を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振の節の位置で支持固定された超音波振動子、あるいは共振の節で支持固定され、共振の腹の位置に接触子を有する超音波振動子と、前記超音波振動子の共振の腹の部分あるいは、前記接触子を微小な力で被測定物体に接触させる機構と、前記超音波振動子を自己の共振周波数で励振するための自励発振回路と、前記自励発振回路の発振周波数を計測する手段とを有し、前記超音波振動子の共振の腹の部分、あるいは、前記接触子を被測定物体に押し付けたときに、前記超音波振動子が前記被測定物体の振動により受ける力の大きさを前記自励発振回路の発振周波数の変化として検出することを特徴とする超音波振動を利用した振動センサ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防犯や機械の故障監視などに用いられる振動センサに関し、特に超音波振動子を利用した振動センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建築物の窓ガラスを破壊して室内に侵入する空き巣等の被害が多発している。
このような被害を防止する方法として、ガラスが破壊されたときに発生する振動を検出するガラス破壊検出装置が提供されている。
【０００３】
この種のガラス破壊検出装置は、振動検知手段として、ガラス戸の振動を、圧電センサなどの振動を電圧に変換する振動センサを用いて検出し、振動センサの出力信号の中から抽出した所定の周波数成分の大きさを基準値と比較することでガラス破壊を検知している。(例えば、特許文献１参照)
【０００４】
また、ガラスの破壊に加えて、窓の開閉を検出する装置も提供されている。(例えば、特許文献２参照)
特許文献２の装置では、ガラスの破壊を超音波マイク等の振動センサにより検出し、窓の開閉を、窓枠に取り付けたマグネットと、ガラス戸に取り付けられた検出ユニットに内蔵したリードスイッチとにより近接スイッチを構成して検出している。
【０００５】
また、超音波振動子の振動の腹の部分に設けた接触子を物体に押し付けたときの共振周波数の変化から、その物体の硬さ(ヤング率)を測定する装置を、我々は既に特許出願している。（特許文献３参照）
特許文献３の「超音波振動を利用した硬さ測定装置」は、超音波振動子に設けた接触子を物体に押し付けると、超音波振動子はその物体から、その物体のヤング率と押し付け荷重に対応したスティフネスを受けて、その結果、超音波振動子の共振周波数が変化するという原理を利用した装置で、所定の押し付け荷重を印加した場合の共振周波数の変化量からその物体のヤング率を測定する装置である。
本発明は、基本的には、この「硬さ測定装置」の原理に基づき、さらに、鋭意検討した結果到達した発明であり、物体の振動により超音波振動子に印加される荷重（力）の変化を超音波振動子の共振周波数の変化として検出しようとするものである。
【特許文献１】特開２０００−４８２６８号公報
【特許文献２】特開２００５−７８５００号公報
【特許文献３】特開２００４−３６１２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記、従来の振動センサにおいては、振動を検出するために圧電センサや超音波マイクを使用している。振動センサとして圧電センサを使用した場合には、直流あるいは低周波の振動に対する感度が極端に低いと言う欠点があり、ガラスが破壊した時の高い周波数成分の振動は検出できるが、ガラス戸を揺らしたり、ガラス戸を開閉したりする場合の振動を検出するのは困難であった。そのため、ガラス戸の開閉を検出するために、特許文献２で示されるような別の方式のセンサを必要とした。
【０００７】
また、振動センサとして超音波マイクを使用した場合、ガラス戸を揺らしたときの振動やガラス戸を開閉したりしたときの振動を検出するように、超音波マイクの感度や周波数特性を調整すると、近くでものが倒れたり、近くを自動車や自転車などが通った時の騒音により、超音波マイクが誤動作するという問題があった。
【０００８】
また、従来の圧電センサを用いて機械の振動を検出する場合には、圧電センサを、振動を検出する部分に接着するか、あるいはネジ止めする必要があり、別の部分の振動を検出する場合には、その場所にもネジ止め用の穴をあけたり、接着しなおしたりする必要があった。
【０００９】
また、従来の窓開閉センサでは、予め窓が開いているとセンサが働かないという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、共振の節の位置で支持固定された超音波振動子、あるいは共振の節で支持固定され、共振の腹の位置に接触子を有する超音波振動子と、前記超音波振動子の共振の腹の部分あるいは、前記接触子を微小な力で被測定物体に接触させる機構と、前記超音波振動子を自己の共振周波数で励振するための自励発振回路と、前記自励発振回路の発振周波数を計測する手段とを有し、前記超音波振動子の共振の腹の部分、あるいは、前記接触子を被測定物体に押し付けたときに、前記超音波振動子が前記被測定物体の振動により受ける力の大きさを前記自励発振回路の発振周波数の変化として検出することを特徴とする超音波振動を利用した振動センサが得られる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、振動センサとして超音波振動子を用い、振動により発生する力の大きさの変化を前記超音波振動子の共振周波数の変化として検出しているため、直流から数ｋＨｚの広い範囲の振動を高感度で検出することができる。したがって、本発明の振動センサひとつで、ガラスが破壊された時の衝撃はもとより、ガラス戸が強く揺らされた場合の振動やガラス戸が開閉されたときの振動、そして予めガラス戸が開いていても開閉行為があればその振動を精度良く検出することができる。  
このとき、検出される振動は、ガラス戸あるいは、窓枠の振動が前記超音波振動子に直接伝わった振動であり、近くで発生する騒音などは、前記超音波振動子に空気を通して伝わるため大きく減衰するので、これらの騒音により誤動作することは無い。
【００１２】
さらに、本発明の振動センサは、超音波振動子の共振の腹の部分あるいは、超音波振動子の共振の腹の部分に設けた接触子を、被測定物体の振動を検出する部分に、所定の力で押し付けるだけで、そのときの超音波振動子の共振周波数の変化量から振動の大きさを検出することができるので、例えば、振動センサ本体を単に被測定物の上に載せるか、あるいは、垂直な面の振動を検出する場合には、その部分に振動センサ本体を両面粘着テープにより貼り付けるだけで振動検出が可能となり、被測定物にネジ穴をあける必要は無いため、任意の場所の振動を容易に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するために特許出願人が出願時点で最良と思う本発明の実施の形態を説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の、超音波振動を利用した振動センサの実施例の構成を示すブロック図である。
図１において、超音波振動子１の端面には半球状の接触子２が接合され、超音波振動子１の共振の節の位置を支持固定具４で支持されている。支持固定具４は、バネからなる微小圧力印加機構７を介して振動センサ８のケースに固定されている。この超音波振動子１を自励発振回路５で駆動することにより、超音波振動子１を自己の有する共振周波数で励振することが可能となる。振動センサ８には、自励発振回路５の発振周波数を計測するための周波数計測手段６が内蔵されている。
【００１５】
図２および図３は、本発明の超音波振動を利用した振動センサをアルミサッシ製のガラス戸に装着した実施例の構造を説明する図で、図３は、図２の振動センサ実装部の拡大図である。
ガラス板９は、図２および図３に示すように、ガラス板固定用ゴムブッシュ１０を介してアルミサッシのガラス固定枠１１に装着されている。
振動センサ８は、接触子２がアルミサッシのガラス固定枠１１の内側に、軽く圧接さけるように装着されている。このような状態で、ガラス戸が揺らされたり、ガラス戸が開閉され、アルミサッシのレール１２の上を移動したりすると、そのときの振動がアルミサッシのガラス固定枠１１に伝わり、超音波振動子１は、アルミサッシのガラス固定枠１１からの微小な振動にともなう力を受け、その結果、超音波振動子１の共振周波数、すなわち、自励発振回路５の発振周波数が変化する。
この発振周波数の変化は、周波数計測手段６により検出され、基準の値と比較して、超音波振動子１に加わった振動が異常な振動であるかどうかを判別される。判別の結果異常と判断された場合には、振動センサ８と同じ場所に装備しているブザーやランプ（いずれも図示せず）で通報する。
もちろん無線装置（図示せず）を振動センサ８と同じ場所に装備して、室内の所定の位置にセットした受信機（図示せず）でその無線機からの信号を受信して警報やランプ（いずれも図示せず）で報知することも可能である。
【００１６】
以上の、実施例の説明では、本発明の振動センサをガラス戸の異常な振動を検出するためとガラス戸の開閉を検出するために用いた場合について説明したが、本発明の振動センサにより、ガラスが破壊されたときの衝撃振動を検出することができるのはもちろんである。
また、上記に説明したように、一般の機械の任意の場所の異常振動を容易に検出することができることは、言うまでもないことである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の超音波振動を利用した振動センサの実施例の構成ブロック図
【図２】本発明の超音波振動を利用した振動センサの取付け状態の一例の説明図
【図３】本発明の超音波振動を利用した振動センサの取付け状態の一例の説明図
【符号の説明】
【００１８】
１：超音波振動子
２：接触子
３：被測定物体
４：支持固定具
５：自励発振回路
６：周波数計測手段
７：微小圧力印加機構（バネ）
８：振動センサ
９：ガラス板
１０：ガラス固定用ゴムブッシュ
１１：アルミサッシのガラス固定枠
１２：アルミサッシのレール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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