特許 6087622 センサ、マルチセンサ、検出装置、荷重検出方法及び温度検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6087622

(24)【登録日】2017年2月10日

(45)【発行日】2017年3月1日

(54)【発明の名称】センサ、マルチセンサ、検出装置、荷重検出方法及び温度検出方法

(51)【国際特許分類】

   G01L 1/10 20060101AFI20170220BHJP

   G01K 5/58 20060101ALI20170220BHJP

   G01K 11/26 20060101ALI20170220BHJP

   G01P 15/097 20060101ALI20170220BHJP

【ＦＩ】

   G01L1/10 Z

   G01K5/58

   G01K11/26

   G01P15/097 Z

【請求項の数】8

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-286369(P2012-286369)

(22)【出願日】2012年12月27日

(65)【公開番号】特開2014-130012(P2014-130012A)

(43)【公開日】2014年7月10日

【審査請求日】2015年12月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】小野里 直樹

(72)【発明者】

【氏名】大山 宏治

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 特許第３０４２３３３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平１０−３１９０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２９２２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５０７２４４８（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｋ

Ｇ０１Ｌ

Ｇ０１Ｐ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷重及び温度の少なくとも一方を検出するためのセンサであって、
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、前記弾性部を振動させる加振部と、
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、を備え、
前記弾性部は、長手方向の両端が前記フレームに連結される支持部を有し、
前記加振部は、前記支持部の長手方向において、前記変形検出部と物理的に干渉しない、前記変形検出部と同じ位置に設けられることを特徴とするセンサ。

【請求項2】

前記弾性部の熱膨張係数と、前記フレームの熱膨張係数とは異なっていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。

【請求項3】

請求項１または２に記載のセンサと、
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マルチセンサ。

【請求項4】

請求項１または２に記載のセンサと、
前記センサに接続される制御部と、を備え、
前記制御部は、前記加振部により加振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検出装置。

【請求項5】

請求項１または２に記載のセンサと、
前記センサに接続される制御部と、を備え、
前記制御部は、前記加振部により加振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検出装置。

【請求項6】

前記センサは、前記弾性部の張力を調整可能な張力調整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請求項４または５に記載の検出装置。

【請求項7】

請求項４に記載の検出装置の前記センサにより荷重を検出する荷重検出方法であって、
前記加振部により加振振動数を変化させながら前記弾性部を振動させる振動工程と、
前記変形検出部の検出結果に基づいて、振動する前記弾性部の固有振動数を取得する固有振動数取得工程と、
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荷重取得工程と、を備えることを特徴とする荷重検出方法。

【請求項8】

請求項５に記載の検出装置の前記センサにより温度を検出する温度検出方法であって、
前記加振部により加振振動数を変化させながら前記弾性部を振動させる振動工程と、
前記変形検出部の検出結果に基づいて、振動する前記弾性部の固有振動数を取得する固有振動数取得工程と、
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温度取得工程と、を備えることを特徴とする温度検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサ、マルチセンサ、検出装置、荷重検出方法及び温度検出方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、温度を検出するセンサシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このセンサシステムは、圧電基板の表面に第１側面電極が設けられており、温度を感知する場合には、第１側面電極の第１端部と第２端部とに結合される信号線が用いられる。つまり、センサシステムは、第１側面電極の温度による抵抗変化を利用して温度を感知しており、具体的に、第１側面電極の第１端部及び第２端部の間の電圧と、第１側面電極を流れる電流とから得られる抵抗に基づいて、温度を感知している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−３０８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１のセンサシステムでは、第１側面電極の温度による抵抗変化を利用して温度を検出しているものの、荷重を検出する構成とはなっていない。このため、このセンサシステムにおいて荷重を検出する場合には、別途、荷重を検出するための構成を追加する必要がある。つまり、特許文献１のセンサシステムは、同様の構成を用いて、荷重及び温度を検出することは困難である。

【0005】

そこで、本発明は、荷重及び温度の少なくとも一方を検出することができる汎用性の高いセンサ、マルチセンサ、検出装置、荷重検出方法及び温度検出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】

【0006】

本発明のセンサは、荷重及び温度の少なくとも一方を検出するためのセンサであって、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、前記弾性部を振動させる加振部と、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、を備えることを特徴とする。

【0007】

この構成によれば、温度による熱膨張または荷重によって、弾性部が伸縮することで、弾性部の剛性が変更される。このため、弾性部の固有振動数が変化することから、弾性部の固有振動数が、荷重または温度に依存するパラメータとなる。よって、変形検出部により弾性部の固有振動数を検出することで、荷重及び温度をそれぞれ検出することが可能となる。以上から、センサ自体の構成を変えることなく、荷重及び温度をそれぞれ検出することができ、センサの汎用性を高めることができる。

【0008】

この場合、弾性部の熱膨張係数と、フレームの熱膨張係数とは異なっていることが好ましい。

【0009】

この構成によれば、弾性部は、弾性部自体の熱膨張と、フレームの熱膨張とによって伸縮される。このため、弾性部及びフレームの熱膨張をそれぞれ考慮して、弾性部の伸縮による、弾性部の固有振動数の変化を検出することができる。

【0010】

本発明のマルチセンサは、上記のセンサと、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。

【0011】

この構成によれば、センサに、張力調整部を設けることで、センサをマルチセンサとして機能させることができる。

【0012】

本発明の検出装置は、上記のセンサと、センサに接続される制御部と、を備え、制御部は、加振部により加振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を特徴とする。

【0013】

この構成によれば、制御部は、センサから検出される信号に基づいて、荷重を取得することができる。

【0014】

本発明の他の検出装置は、上記のセンサと、センサに接続される制御部と、を備え、制御部は、加振部により加振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を特徴とする。

【0015】

この構成によれば、制御部は、センサから検出される信号に基づいて、温度を取得することができる。

【0016】

この場合、センサは、弾性部の張力を調整可能な張力調整部をさらに備えることでマルチセンサとなり、制御部は、張力調整部によって弾性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が好ましい。

【0017】

この構成によれば、制御部は、マルチセンサから検出される信号に基づいて、加速度を取得することができる。これにより、センサに、張力調整部を設けることで、制御部は、加速度を取得することが可能となる。

【0018】

本発明の荷重検出方法は、上記の検出装置のセンサにより荷重を検出する荷重検出方法であって、加振部により加振振動数を変化させながら弾性部を振動させる振動工程と、変形検出部の検出結果に基づいて、振動する弾性部の固有振動数を取得する固有振動数取得工程と、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荷重取得工程と、を備えることを特徴とする。

【0019】

この構成によれば、振動工程において、加振振動数を変化させながら弾性部を振動させ、固有振動数取得工程において、変形検出部により振動する弾性部の固有振動数を取得し、荷重取得工程において、取得した固有振動数から荷重を取得することができる。これにより、制御部は、固有振動数から荷重を好適に検出することができる。

【0020】

本発明の温度検出方法は、上記の検出装置のセンサにより温度を検出する温度検出方法であって、加振部により加振振動数を変化させながら弾性部を振動させる振動工程と、変形検出部の検出結果に基づいて、振動する弾性部の固有振動数を取得する固有振動数取得工程と、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温度取得工程と、を備えることを特徴とする。

【0021】

この構成によれば、振動工程において、加振振動数を変化させながら弾性部を振動させ、固有振動数取得工程において、変形検出部により振動する弾性部の固有振動数を取得し、温度取得工程において、取得した固有振動数から温度を取得することができる。これにより、制御部は、固有振動数から温度を好適に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【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、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】図３は、軸圧縮力と温度との関係を示すグラフである。

【図4】図４は、荷重検出方法に関するフローチャートである。

【図5】図５は、温度検出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、加速度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】

【0023】

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】

【0024】

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、荷重及び温度の少なくとも一方を検出する装置である。つまり、検出装置１は、荷重を検出する荷重検出装置、温度を検出する温度検出装置、または荷重及び温度を検出するマルチな検出装置として構成することが可能となっている。この検出装置１は、センサ１０と、センサ１０に接続される制御部１１とを備えている。

【0025】

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、加振部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、所定のバネ定数となっている。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。

【0026】

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。

【0027】

ここで、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ている。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。

【0028】

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。

【0029】

加振部２５は、変形検出部２４と同様に、支持部２２に取り付けられている。具体的に、加振部２５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２５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２５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２５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２５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２５は、制御部１１に接続されている。このため、加振部２５は、制御部１１から周期変動する電圧が印加されることで所定の加振振動数で振動し、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。

【0030】

上記のように構成されるセンサ１０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、センサ１０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センサ１０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。

【0031】

一方で、上記のように構成されるセンサ１０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センサ１０は、フレーム２３の熱膨張係数が支持部２２の熱膨張係数に比べて小さくなる場合、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。

【0032】

制御部１１は、変形検出部２４と、加振部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、加振部２５に向けて周期変動電圧を印加することで、加振部２５を振動させる。

【0033】

次に、図２を参照して、センサ１０の軸圧縮力Ｐと固有振動数ω_０との関係について説明する。図２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２のグラフにおいて、その横軸は、固有振動数ｆ_０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。

【0034】

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、剛性が低くなり、固有振動数ｆ_０が小さくなる。

【0035】

一方で、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、軸圧縮力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ｆ_０が大きくなる。なお、図２に示すグラフは、予め実験等により求められ、固有振動数ｆ_０から荷重を求めるときに使用される荷重換算データとなっている。この荷重換算データは、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。

【0036】

次に、図３を参照して、センサ１０の軸圧縮力Ｐと温度ΔＴとの関係について説明する。図３は、軸圧縮力と温度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、軸圧縮力Ｐとなっており、その縦軸は温度ΔＴとなっている。温度ΔＴ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。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ΔＴとは比例関係となることから、図３に示す軸圧縮力Ｐと温度ΔＴとのグラフも比例関係となる。ここで、軸圧縮力Ｐは、フレーム２３の熱膨張による熱応力と、支持部２２の熱膨張による熱応力とにより変化することから、図３に示すグラフは、フレーム２３の熱膨張係数と支持部２２の熱膨張係数とを考慮したグラフとなっている。そして、制御部１１は、基準温度に温度ΔＴを加算することで、温度を取得することが可能となる。なお、図３に示すグラフも、予め実験等により求められ、軸圧縮力Ｐから温度ΔＴを求めるときに使用されるデータとなっている。つまり、固有振動数ｆ_０から温度を求める温度換算データは、荷重換算データと、図３に示すデータとを含んで構成されている。図３に示すデータは、荷重換算データと共に、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。なお、温度換算データは、荷重換算データと、図３に示すデータとを個別のデータとしたが、荷重換算データと図３に示すデータとを一体にして、固有振動数ｆ_０から温度を直接的に換算できるグラフであってもよい。

【0037】

続いて、図４を参照し、上記のセンサ１０を用いて荷重を検出する荷重検出方法について説明する。図４は、荷重検出方法に関するフローチャートである。検出装置１の制御部１１は、設置されたセンサ１０に構造物からの荷重が加えられると、この状態で、加振部２５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Ｓ１：振動工程）。このとき、制御部１１は、加振部２５の加振振動数を変化させながら、支持部２２と共に質量部２１（つまり、質量部２１及び支持部２２を含む弾性部）を振動させる。

【0038】

制御部１１は、ステップＳ１により支持部２２を介して質量部２１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の変形量に基づいて、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）の固有振動数ω_０を取得する（ステップＳ２：固有振動数取得工程）。つまり、制御部１１は、加振部２５によって振動する質量部２１が、共振によって支持部２２の変形量が最大となるときの振動数を、固有振動数ｆ_０として取得する。

【0039】

制御部１１は、ステップＳ２により固有振動数ｆ_０を取得すると、図２に示す荷重換算データに基づいて、取得した固有振動数ｆ_０から軸圧縮力Ｐを取得し、軸圧縮力Ｐを荷重として取得する（ステップＳ３：荷重取得工程）。つまり、センサ１０に荷重が加えられていない状態の軸圧縮力Ｐが、基準点Ｃにおける軸圧縮力Ｐ（＝０）である場合、制御部１１は、基準点Ｃにおける軸圧縮力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。

【0040】

次に、図５を参照し、上記のセンサ１０を用いて温度を検出する温度検出方法について説明する。図５は、温度検出方法に関するフローチャートである。検出装置１の制御部１１は、設置されたセンサ１０が加熱されると、この状態で、振動工程Ｓ１１を実行する。振動工程Ｓ１１は、荷重検出方法の振動工程Ｓ１と同様の工程となっているため、説明を省略する。

【0041】

制御部１１は、ステップＳ１１により支持部２２を介して質量部２１を振動させた状態において、固有振動数取得工程Ｓ１２を実行する。固有振動数取得工程Ｓ１２も、荷重検出方法の固有振動数取得工程Ｓ２と同様の工程となっているため、説明を省略する。

【0042】

制御部１１は、ステップＳ１２により固有振動数ｆ_０を取得すると、図２に示す荷重換算データに基づいて、取得した固有振動数ｆ_０から軸圧縮力Ｐを取得する。この後、制御部１１は、図３に示すデータに基づいて、取得した軸圧縮力Ｐから温度ΔＴを取得する。ここで、基準点Ｃにおいて軸圧縮力Ｐがゼロとなるときの温度が、基準温度である場合、制御部１１は、基準温度に温度ΔＴを加算することで、温度を取得する（ステップＳ１３：温度取得工程）。

【0043】

以上のように、実施例１の構成によれば、荷重を検出するセンサ１０の構成と、温度を検出するセンサ１０の構成を変えることがない。つまり、センサ１０の構成を変えることなく、荷重及び温度の少なくとも一方を検出することができるため、センサ１０の汎用性を高めることができる。

【0044】

また、実施例１の構成によれば、支持部２２の熱膨張係数と、フレーム２３の熱膨張係数とを異ならせることができる。このため、支持部２２は、支持部２２の熱膨張と、フレーム２３の熱膨張とによって伸縮される。以上から、支持部２２及びフレーム２３の熱膨張を考慮して、支持部２２の伸縮による、質量部２１（弾性部）の固有振動数ｆ_０の変化を検出することができる。

【実施例2】

【0045】

次に、図６及び図７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、加速度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のセンサ１０に張力調整部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。

【0046】

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に記載した荷重及び温度の少なくとも一方を検出するための機能だけでなく、加速度を検出する機能を有している。

【0047】

マルチセンサ５１は、実施例１のセンサ１０に、支持部２２の張力（軸圧縮力）を調整する張力調整部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、加振部２５と、張力調整部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及び加振部２５は、実施例１と同様の構成であるため、説明を省略する。

【0048】

張力調整部５５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Ｐを調整するものである。張力調整部５５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５５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５５は、制御部１１に接続されている。このため、張力調整部５５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Ｐ）を調整している。具体的に、張力調整部５５は、制御部１１から基準電圧が印加されている。張力調整部５５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５５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。

【0049】

上記のように構成されるマルチセンサ５１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、マルチセンサ５１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、マルチセンサ５１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。

【0050】

次に、図７を参照して、マルチセンサ５１により加速度を検出する加速度検出方法について説明する。マルチセンサ５１を用いて加速度を検出する場合、加速度をＡ、支持部２２の変位をＸ、質量部２１の固有振動数をｆ_０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ｆ_０、加振振動数及び減衰率等から決まり、所定の値となる。

【0051】

先ず、検出装置５０の制御部１１は、所定の構造物に取り付けられたマルチセンサ５１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Ｓ２１：張力取得工程）。具体的に、制御部１１は、張力調整部５５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。

【0052】

制御部１１は、ステップＳ２１の後、軸圧縮力Ｐと固有振動数ｆ_０とを関連付けた張力換算データを用いて、取得した軸圧縮力Ｐに対応する固有振動数ｆ_０を取得する（ステップＳ２２：固有振動数取得工程）。ここで、張力換算データとしては、図２に示すグラフが用いられる。

【0053】

制御部１１は、ステップＳ２２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Ｓ２３：変形量取得工程）。

【0054】

そして、制御部１１は、ステップＳ２３の後、取得した固有振動数ｆ_０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Ｓ２４：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。

【0055】

以上のように、実施例２の構成によれば、実施例１のセンサ１０に、張力調整部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、荷重及び温度だけでなく、加速度を検出することが可能となる。また、マルチセンサ５１は、センサ１０に張力調整部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。

【符号の説明】

【0056】

１ 検出装置
１０ 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 加振部
５０ 検出装置（実施例２）
５１ マルチセンサ
５５ 張力調整部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】