(57)【要約】【課題】本発明は、起歪体に荷重を加えることで生じる歪を検出する歪検出装置に関し、歪検出装置の検出精度を高めることを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために、基板４に直交配置された梁５，６から出力される検出信号８ａ，８ｂから自乗信号１４ａ，１５ａを形成するとともに、梁５，６の検出感度の比を感度比ｋとして、この感度比ｋを第２の自乗信号１５ａに積算し、この積算信号１６ａと自乗信号１４ａの差分信号１７ａを形成する構成とした。【選択図】図５
2016102649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
起歪体上に設けられる基板と、この基板内で振動可能に支持された第１の梁と、前記基板内で振動可能に支持されるとともに前記第１の梁と延伸方向が直交する第２の梁と、前記第１の梁を第１の振動周波数で基本振動させるとともに前記第２の梁を前記第１の振動周波数とは異なる第２の振動周波数で基本振動させる駆動回路と、前記第１の梁の撓みから形成される第１の検出信号と前記第２の梁の撓みから形成される第２の検出信号から前記起歪体の歪量に応じた信号を形成する検出回路とを備え、前記検出回路は前記第１の検出信号を自乗した第１の自乗信号と、前記第２の検出信号を自乗した第２の自乗信号を形成し、前記第１の梁の検出感度と前記第２の梁の検出感度の比を感度比として前記第２の自乗信号との積算信号を形成するとともに、前記積算信号と前記第１の自乗信号の差分信号を形成することを特徴とした歪検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起歪体に荷重を加えることで生じる歪を検出する歪検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の荷重検出装置は、小型化を進める上でＭＥＭＳプロセスを用いて基板内に直交する２本の梁を振動可能に形成し、それぞれの梁を固有振動数で振動させながら、歪に応じた梁の振動周変化を検出する構成が知られている。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１６４０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように一つの基板内に異なる梁を設け、それぞれを独立して振動させる場合、振動の相互干渉を避けるため２つの梁の振動周波数を異ならせる必要がある。そして、梁の振動周波数を異ならせた場合、それぞれの梁における歪に対する周波数変化や温度特性に相違が生じてしまうため、検出精度が劣化してしまうという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、このような問題を解決し、歪検出装置の検出精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そして、この目的を達成するために本発明は、基板内で直交配置された第１，２の梁から出力される検出信号から第１，２の自乗信号を形成するとともに、第１，２の梁の検出感度の比を感度比として、第２の自乗信号に積算し、この積算信号と第１の自乗信号の差分信号を形成する構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
この方法により本発明は、歪検出装置の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態における歪検出装置の斜視図
【図２】同歪検出装置の断面図
【図３】同歪検出装置を構成する歪検出素子の上面図
【図４】同歪検出素子の検出信号の出力例を示す図
【図５】同歪検出装置における検出回路の処理フローを示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態における歪検出装置について図を用いて説明する。図１は車両用ブレーキにおけるブレーキオイルの油圧を測定するための歪検出装置の斜視図であり、図２はその断面図である。その基本構造は、内部に被検出流体となるブレーキオイルを収容する有底筒状の容器１と、この容器１の側面に形成された平面部１ａに実装された歪検出素子２と、この歪検出素子２の表面に配置された制御回路素子３を配置した構造であり、容器１の平面部１ａが起歪体となりブレーキオイルの圧力増加に伴い平面部１ａが変形し、この変形を歪検出素子２で電気信号に変換して出力するものである。
【００１１】
また、歪検出素子２は、図３に示すように、シリコンからなる矩形状の基板４の中央部分に一対の梁５，６をＴ字状に配置して、各梁５，６には駆動電極７と検出電極８を配置している。なお、駆動電極７や検出電極８は、特に図示していないが、ＰＺＴからなる圧電体薄膜をＰｔ電極とＡｕ電極で挟み込んだ積層構造体からなり、Ｐｔ電極とＡｕ電極との間に電位差を与えることで伸縮動作を行い、圧電体薄膜を撓ませることによりＰｔ電極とＡｕ電極との間に電位差が生じるものである。
【００１２】
また、基板４には、梁５，６と異なる位置に制御回路素子３を配置している。この制御回路素子３は、駆動電極７に印加する駆動信号７ａ，７ｂを形成する駆動回路３ａと、検出電極８から出力される検出信号８ａ，８ｂを信号処理する検出回路３ｂを備えている。
【００１３】
次に、この歪検出装置によるブレーキオイルの油圧の検出原理について説明する。先ず、歪検出素子２に設けた梁５，６を異なる振動周波数で基本振動すべく、それぞれの梁５，６の固有共振周波数に応じた駆動信号７ａ、７ｂを駆動回路３ａから印加し梁５，６を基本振動させる。この状態でブレーキ圧印加などによりブレーキオイルの圧力が変化した場合に、容器１の平面部１ａが変形し、この変形により歪検出素子２に撓みが生じる。そして、この撓みに伴い検出電極８から出力される検出信号８ａ，８ｂの振動周波数が変化するため、この検出信号８ａ，８ｂの周波数変化によりブレーキオイルの圧力変化を導出できるのである。
【００１４】
より具体的には、歪検出素子２に対して矢印９で示すように側方からの外力が加わった場合、外力の方向と延伸方向が一致する梁５には矢印１０で示すような圧縮応力が加わるので、図４の実線１３に示すように梁５の振動周波数が外力の大きさに応じて低くなる。また、外力の方向と延伸方向が直交する梁６には矢印１２で示すような引張応力が加わり図４の実線１１に示すように梁６の振動周波数は外力の大きさに応じて高くなる。従って、それぞれの検出電極８から出力される検出信号８ａ，８ｂを差分回路で差分処理することで、ブレーキオイルの圧力変化に応じた周波数の変化を効率よく出力することができる。
【００１５】
そして、この一実施形態における歪検出装置においては、制御回路素子３における検出回路３ｂにおける処理フローを、図５に示すように、一方の梁５から出力された検出信号８ａを積算回路１４で自乗処理して自乗信号１４ａを形成し、他方の梁６から出力された検出信号８ｂを積算回路１５で自乗処理して自乗信号１５ａを形成する。また、各梁５，６に単位歪を印加した場合の自乗信号１４ａ，１５ａの変化量を各梁５，６の検出感度と定義して、各梁５，６の検出感度の比を感度比ｋで表し、この感度比ｋを一方の自乗信号１５ａに積算回路１６で積算信号１６ａを形成し、この積算信号１６ａと他方の自乗信号１４ａとを差分回路１７で差分信号１７ａを形成する処理フローとしたことで、歪検出装置の温度特性を良化し検出精度を高めることが出来るのである。
【００１６】
すなわち、検出電極８から出力される検出信号８ａ，８ｂの振動周波数ｆは（１）式で表される。
【００１７】
【数１】
2016102649.tif 000003
【００１８】
但し、Ｅは基板のヤング率、ρは基板の密度、Ｌは梁の長さ、ｈは梁の厚み、Ａは梁の断面積、εは印加歪、Ｉは梁の断面２次係数を示す。なお、Ｓは（２）式で定義する。
【００１９】
【数２】
2016102649.tif 000004
【００２０】
そして、（１）式における定数項を（３）式で示すようにＣで表わす。
【００２１】
【数３】
2016102649.tif 000005
【００２２】
この（３）式を（１）式に代入して、両辺を自乗することで、（１）式は（４）式で表わすことができる。
【００２３】
【数４】
2016102649.tif 000006
【００２４】
また、この歪検出装置は、２つの梁５，６から検出された検出信号８ａ，８ｂの振動周波数をｆ1、ｆ2、感度比をｋとして、検出信号８ａ，８ｂの差分値Δｆ2を（５）式のように定義する。
【００２５】
【数５】
2016102649.tif 000007
【００２６】
そして、この（５）式のｆ1、ｆ2に（４）式を代入すると、Δｆ2は（６）式で表される。
【００２７】
【数６】
2016102649.tif 000008
【００２８】
ここで、感度比ｋの値を（７）式で示すように（６）式における印加歪εが掛かる項が０となるように設定することで、Δｆ2は印加歪εの影響を受けない値とできる。
【００２９】
【数７】
2016102649.tif 000009
【００３０】
そして、このような感度比ｋを設定することで、２つの梁５，６から出力される検出信号８ａ，８ｂに対して、検出結果が印加歪εの影響を受けない値とできる。つまり、基板４の等方向の印加歪εの変化に対して歪感度を０とできるので、温度変化等による等方向性歪をキャンセルでき、結果として、歪検出装置の温度特性を良化し検出精度を高めることが出来るのである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る歪検出装置は、検出精度を高めることができるものであり、特に、車両用ブレーキ等の出流体圧力を測定するための歪検出装置において有用となるものである。
【符号の説明】
【００３２】
１ａ  平面部（起歪体）
３ａ  駆動回路
３ｂ  検出回路
４  基板
５，６  梁
８ａ，８ｂ  検出信号
１４ａ，１５ａ  自乗信号
１６ａ  積算信号
１７ａ  差分信号
ｋ  定数（感度比）
【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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