JP2000055930A - Acceleration sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、産業用機器類の制
御や振動解析等に使用されると共に、電磁気的に加速度
を検出する加速度センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor used for controlling industrial equipment and analyzing vibrations, and for detecting acceleration electromagnetically.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、工作機械やロボットその他機器類
の制御や振動解析等の分野で、電磁気的に加速度を検出
する加速度センサが用いられている。このような加速度
センサは、加速度によって撓む材質でできた片持梁の先
端部あるいは両持梁の中央部（以下、可撓梁と略す）に
永久磁石を取り付け、この永久磁石と空隙を介して対向
する対象位置に磁気抵抗素子を二つ設け、磁気抵抗素子
の出力を逆極性で加算して加速度を演算する加速度演算
部を設けている。この加速度センサに外部から加速度が
印加されると、加速度の大きさに応じて可撓梁が測定す
る加速度の方向すなわち鉛直方向に変位する。このと
き、可撓梁に装着されている永久磁石が発する漏れ磁界
により両方の磁気抵抗素子の出力が変化し、この差動出
力が加速度演算部に入力されて加速度が演算される。ま
た、磁気センサとして磁気抵抗素子の他に、ホール素子
あるいは磁気インピーダンス効果を有する素子等を永久
磁石と組み合わせたものが提案されている。ここで、磁
気インピーダンス効果とは、周方向に磁区が形成された
アモルファス線の線長さ方向に磁界をかけると透磁率の
変化に基づいて線の両端に印加している電圧が変わると
いう現象である( 例えば、精密工学会誌６２巻第３号１
９９６年３４１ページ) 。2. Description of the Related Art Conventionally, acceleration sensors for electromagnetically detecting acceleration have been used in fields such as control of machine tools, robots and other devices, and vibration analysis. In such an acceleration sensor, a permanent magnet is attached to the tip of a cantilever made of a material that bends due to acceleration or the center of a cantilever (hereinafter, abbreviated as a flexible beam), and a gap is provided between the permanent magnet and the gap. Two magnetoresistive elements are provided at opposing target positions, and an acceleration calculating unit is provided for calculating the acceleration by adding the outputs of the magnetoresistive elements in opposite polarities. When acceleration is applied to the acceleration sensor from the outside, the flexible beam is displaced in the direction of the acceleration measured by the flexible beam, that is, in the vertical direction according to the magnitude of the acceleration. At this time, the output of both magnetoresistive elements changes due to the leakage magnetic field generated by the permanent magnet mounted on the flexible beam, and the differential output is input to the acceleration calculator to calculate the acceleration. Further, as a magnetic sensor, in addition to a magnetoresistive element, a Hall element, an element having a magnetic impedance effect, or the like is combined with a permanent magnet. Here, the magneto-impedance effect is a phenomenon that when a magnetic field is applied in the line length direction of an amorphous wire having a magnetic domain formed in the circumferential direction, a voltage applied to both ends of the wire changes based on a change in magnetic permeability. Yes (For example, Journal of the Japan Society of Precision Engineering, Vol. 62, No. 3, No. 1
996, p. 341).
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は、磁気センサとして磁気抵抗素子を用いた場合には、
磁界に対する感度は優れているが、直線域が狭いために
加速度測定範囲を小さくしかとれず、広範囲の加速度の
検出を行おうとした場合、複数の構造を換えた加速度セ
ンサを作る必要があった。また、ホール素子を使用した
加速度センサは感度が低いために測定できる加速度範囲
が狭くなり、機器等の加速度を測定するときには測定範
囲の異なる複数の加速度センサを準備しなければならな
い等の問題があった。さらに、磁気インピーダンス効果
を有する素子（アモルファス線）を使用した加速度セン
サでは、上記に述べた磁気抵抗素子やホール素子に比べ
５桁程度感度がよいため、小さな加速度から大きな加速
度まで広範囲に測定することができる。しかし、その反
面外乱磁界や地磁気等も検出してしまい、加速度検出の
精度を上げることが困難であると共に、数ｍＧ程度の加
速度を検出することができないとう問題があった。さら
にまた、磁気インピーダンス効果を有する加速度センサ
は、アモルファス線の磁界―出力電圧特性において、比
較的勾配の緩やかな部分を動作点として用いており、例
えば、１ｍＧ程度以下の微少な加速度を測定するには構
造を変えたセンサ若しくは勾配の急峻な部分を動作点に
設定した別の加速度センサを準備する必要があった。そ
の結果、微小な加速度から大きな加速度まで広範囲に検
出するには、測定範囲の異なる複数の加速度センサを準
備しなければならないという問題があった。そこで、本
発明の第１の目的は、外乱磁界や地磁気等の影響を受け
ることのない、高精度の加速度検出を行うことができる
加速度センサを提供することである。また、本発明の第
２の目的は、測定範囲の異なる複数の加速度センサを用
いる必要がない、広範囲で且つ高精度の加速度検出を行
うことができる加速度センサを提供することである。However, in the prior art, when a magnetoresistive element is used as a magnetic sensor,
Although the sensitivity to a magnetic field is excellent, the acceleration measurement range can be reduced because the linear region is narrow, and when an acceleration of a wide range is to be detected, it is necessary to make an acceleration sensor having a plurality of structures. In addition, the acceleration sensor using a Hall element has a low sensitivity, so that the measurable acceleration range is narrow. When measuring the acceleration of a device or the like, it is necessary to prepare a plurality of acceleration sensors having different measurement ranges. Was. Furthermore, an acceleration sensor using an element having a magneto-impedance effect (amorphous line) has a sensitivity that is about five orders of magnitude higher than that of the above-described magnetoresistive element or Hall element. Can be. However, on the other hand, a disturbance magnetic field, terrestrial magnetism, and the like are also detected, so that it is difficult to improve the accuracy of acceleration detection, and there is a problem that an acceleration of about several mG cannot be detected. Furthermore, an acceleration sensor having a magneto-impedance effect uses a relatively gently sloped portion as an operating point in the magnetic field-output voltage characteristics of an amorphous wire, and is used to measure a small acceleration of, for example, about 1 mG or less. It was necessary to prepare a sensor with a different structure or another acceleration sensor in which a steep part was set as an operating point. As a result, there is a problem that a plurality of acceleration sensors having different measurement ranges must be prepared in order to detect a wide range from a small acceleration to a large acceleration. Therefore, a first object of the present invention is to provide an acceleration sensor that can perform high-accuracy acceleration detection without being affected by a disturbance magnetic field, geomagnetism, or the like. Further, a second object of the present invention is to provide an acceleration sensor capable of performing wide-range and high-accuracy acceleration detection without using a plurality of acceleration sensors having different measurement ranges.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、請求項１記載の本発明は、固定部の内側に少なくと
もその一端が固定されると共に鉛直方向に可動する可動
部と、前記可動部の中央の上面に接合された永久磁石
と、前記永久磁石と空隙を介して前記固定部に配置され
ると共に、前記永久磁石からの漏れ磁界の変化により出
力電圧が変化する磁気インピーダンス効果を有した磁気
センサとを備え、前記磁気センサの出力電圧の変化から
前記永久磁石に印加される加速度を検出するようにした
加速度センサにおいて、前記磁気センサは、前記永久磁
石の可動方向と直交する方向または一致する方向に向か
って前記永久磁石からの距離が異なるように所定の間隔
をおいて直列に二つ配置されると共に、それぞれのセン
サの外周に長手方向に沿ってバイアスコイルが巻回され
たものであり、前記それぞれのバイアスコイルには、前
記各々の磁気センサに同じ方向のバイアス磁界がかかる
ように電流を調整して流す電流調整手段が設けられたも
のである。また、請求項２記載の本発明は、固定部の内
側に少なくともその一端が固定されると共に鉛直方向に
可動する可動部と、前記可動部の中央の上面に接合され
た永久磁石と、前記永久磁石と空隙を介して前記固定部
に配置されると共に、前記永久磁石からの漏れ磁界の変
化により出力電圧が変化する磁気インピーダンス効果を
有した磁気センサとを備え、前記磁気センサの出力電圧
の変化から前記永久磁石に印加される加速度を検出する
ようにした加速度センサにおいて、前記磁気センサは、
前記永久磁石の可動方向と直交する方向に向かって前記
永久磁石からの距離が等しくなるように所定の間隔をお
いて直列に二つ配置されると共に、それぞれのセンサの
外周に長手方向に沿ってバイアスコイルが巻回されたも
のであり、前記それぞれのバイアスコイルには、前記各
々の磁気センサに逆方向且つ同じ強度のバイアス磁界が
かかるように前記バイアスコイルに流す電流値を切り換
えて、前記磁気センサの動作点を変更する電流調整手段
が設けられたものである。請求項１記載の上記手段によ
り、センサの外周にバイアスコイルを巻回した二つのア
モルファス線からなる磁気センサを、可動部に接合され
た永久磁石からの距離が異なるように配置し、これらの
アモルファス線に方向と強度が等しいバイアス磁界がか
かるようにバイアスコイルに電流を流すので、地磁気等
外乱磁界は二つのアモルファス線に等しくかかり差動を
とることでキャンセルされる。また、請求項２記載の上
記手段により、センサの外周にバイアスコイルを巻回し
た二つのアモルファス線からなる磁気センサを、可動部
に接合された永久磁石からの距離が等しくなるように配
置すると共に、バイアスコイルに流す電流値を予め複数
設定しておき、この設定した電流値をバイアス電流値切
り換えスイッチなどで切り換えることにより、磁気セン
サの動作点を切り換えることができるので、測定範囲の
異なる複数の加速度センサを用いる必要がなく、微小な
加速度から大きな加速度まで広範囲の加速度検出が行え
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a movable part having at least one end fixed inside a fixed part and movable in a vertical direction; A permanent magnet joined to the upper surface at the center of the part, and a magneto-impedance effect that is arranged on the fixed part via the air gap with the permanent magnet and that changes the output voltage due to a change in a leakage magnetic field from the permanent magnet. A magnetic sensor, wherein the acceleration sensor is configured to detect the acceleration applied to the permanent magnet from a change in the output voltage of the magnetic sensor, wherein the magnetic sensor has a direction orthogonal to the movable direction of the permanent magnet or Two sensors are arranged in series at a predetermined interval so that the distances from the permanent magnets are different from each other in the same direction. A bias coil is wound along the bias coil, and each of the bias coils is provided with current adjusting means for adjusting and flowing a current so that a bias magnetic field in the same direction is applied to each of the magnetic sensors. It is. Further, the present invention according to claim 2, wherein at least one end of the movable portion is fixed inside the fixed portion and movable in the vertical direction; a permanent magnet joined to the upper surface at the center of the movable portion; A magnetic sensor having a magnetic impedance effect in which an output voltage changes due to a change in a leakage magnetic field from the permanent magnet, which is disposed in the fixed portion via a magnet and a gap, and a change in an output voltage of the magnetic sensor In an acceleration sensor configured to detect the acceleration applied to the permanent magnet from the above, the magnetic sensor,
Two are arranged in series at a predetermined interval so that the distance from the permanent magnet is equal in a direction orthogonal to the movable direction of the permanent magnet, and along the longitudinal direction on the outer periphery of each sensor. A bias coil is wound, and a current value flowing through the bias coil is switched on the respective bias coils so that a bias magnetic field having the same strength and a reverse direction is applied to the respective magnetic sensors. A current adjusting means for changing the operating point of the sensor is provided. According to the above-mentioned means, a magnetic sensor composed of two amorphous wires each having a bias coil wound around the outer periphery of the sensor is arranged so as to have a different distance from a permanent magnet joined to a movable portion. Since a current is applied to the bias coil so that a bias magnetic field having the same direction and intensity is applied to the lines, a disturbance magnetic field such as a terrestrial magnetism is equally applied to the two amorphous lines and is canceled by taking a differential. According to the second aspect of the present invention, the magnetic sensor including two amorphous wires each having a bias coil wound on the outer periphery of the sensor is arranged so that the distance from the permanent magnet joined to the movable portion is equal. By setting a plurality of current values to be supplied to the bias coil in advance and switching the set current value with a bias current value switch or the like, the operating point of the magnetic sensor can be switched. It is not necessary to use an acceleration sensor, and a wide range of acceleration can be detected from a small acceleration to a large acceleration.
【０００５】[0005]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。図１は、本発明の第１の実施例を示す加速度セ
ンサであって、（ａ）は加速度センサの側断面図、
（ｂ）は加速度センサの固定部の上面を取り除いた状態
の平面図である。図において、１は加速度センサ、２は
角枠状の固定部、３は固定部２の内側にその両端が固定
された板バネからなる可動部、４は可動部３の中央に設
けられた重錘体、５は重錘体４の鉛直方向面に接着剤で
固定されたサマリウムコバルト磁石からなる永久磁石、
６、７は固定部２にセンサ基板10を介して永久磁石５と
空隙を介して設けた磁気−インピーダンス効果を有する
磁気センサであり、直径３０μｍ、長さ１ｍｍのＦｅＣ
ｏＳｉＢ系のアモルファス線である。このとき永久磁石
5 とアモルファス線６、７の間隔は距離Ｌである。ま
た、アモルファス線６、７自体はセンサ基板１０に固定
されるとともにリード線を介して図示しない加速度演算
部に接続される。次に、本発明が従来と異なる構成は以
下のとおりである。アモルファス線６、７は、可動部３
に接合された永久磁石５の表面に対して平行に、すなわ
ち永久磁石５の可動方向と直交する方向に配置され、加
速度センサ１を固定部２の上面から見ると、永久磁石５
からのアモルファス線６、７までの距離がそれぞれＬ
１、Ｌ２となっており異なっている。また、アモルファ
ス線６、７は長手方向に沿って外周にバイアスコイル
８、９を巻回したものであって、それぞれのバイアスコ
イルには、各々のアモルファス線６、７に同じ方向且つ
同じ強度のバイアス磁界がかかるように電流を調整して
流す可変抵抗１１ｂ、１２ｂと直流電源１１a 、１２a
からなる電流調整手段１１、１２を設けている。次に、
動作について説明する。図１に示す加速度センサ１に加
速度が加わっていないとき重錘体４は静止しているが、
加速度センサ１に加速度が加わると加速度の大きさに応
じて可動部３が加速度の方向（上下方向）に撓んで変位
し、可動部３に設けた重錘体４が変位する。重錘体４が
変位すると、重錘体４に接合された永久磁石５も変位す
る。このとき永久磁石５からの漏れ磁界によって、アモ
ルファス線６、７それぞれの両端に現れる出力が変化す
る。ここで、図２は磁気インピーダンス効果を有する磁
気センサの磁界−出力特性を示す。図２に示すようにア
モルファス線６、７に同じ方向かつ同じ強度のバイアス
磁界ＨBIASがかかるように、すなわち動作点が同じにな
るようにバイアスコイル８、９に電流を流す。この場
合、アモルファス線６、７には永久磁石５により予めバ
イアス磁界がかかっており、また永久磁石５からアモル
ファス線６までの距離Ｌ１とアモルファス線７までの距
離Ｌ２が異なるため、この永久磁石５によるバイアス磁
界強度は異なる。このように、二つのアモルファス線
６、７の動作点が同じになるようにバイアスコイル８、
９に流す電流を直流電源１１ａ、１２ａより供給してそ
れぞれ可変抵抗１１ｂ、１２ｂを調整しながら得るよう
にしている。永久磁石５が変位することによりアモルフ
ァス線６、７にかかる漏れ磁界はそれぞれΔＨ１、ΔＨ
２だけ変化するが、図１において、永久磁石５からそれ
ぞれのアモルファス線６、７までの距離は、アモルファ
ス線６の方が近いので、ΔＨ１＞ΔＨ２であるため、こ
の磁界変化によりアモルファス線６、７の両端にはそれ
ぞれΔＶ１、ΔＶ２の出力電圧が生じる（ΔＶ１＞ΔＶ
２）。本加速度センサには、加速度に対する電圧出力を
検出するための図示しないＣＭＯＳインバータ回路を用
いており、該回路の差動アンプによりΔＶ１、ΔＶ２の
差動をとり、これを加速度信号Ｖ（Ｖ＝Ａ（ΔＶ１−Δ
Ｖ２），Ａ：アンプゲイン）とする。ここで、地磁気等
外乱磁界はアモルファス線６、７に等しくかかるので、
上記のように差動をとることでキャンセルされる。次
に、本発明の第２の実施例について説明する。図３は、
本発明の第２の実施例を示す加速度センサであって、
（ａ）は加速度センサの側断面図、（ｂ）は加速度セン
サの固定部の上面を取り除いた状態の平面図である。第
１の実施例と異なる点は、所定の間隔をもって直列に配
置した二つのアモルファス線６、７の長手方向が可動部
３の可動方向と一致するように配置したことである。加
速度センサを側面から見ると、永久磁石５からの距離が
磁気センサ６、７でそれぞれＬ１、Ｌ２となっており異
なる。動作は第１の実施例と同じであるので省略する。
次に、本発明の第３の実施例について説明する。図４
は、本発明の第３の実施例を示す加速度センサの側断面
図である。第１の実施例と共通な点は、所定の間隔をも
って直列に配置した二つのアモルファス線６、７の長手
方向が、可動部３に接合された永久磁石５の表面に対し
て平行であって、すなわち永久磁石５の可動方向と直交
する方向に配置されている点である。しかし、第１およ
び第２の実施例と異なる点は、永久磁石５からアモルフ
ァス線６、７までの距離を等しくした点である。また、
それぞれのバイアスコイルには、各々のアモルファス線
６、７に逆方向且つ同じ強度のバイアス磁界がかかるよ
うに電流を調整して流す可変抵抗１３ｂ1、１３ｂ2、１
３ｂ3、１３ｂ4と、バイアスコイルに過大な電流が流れ
ないように電流を制限する電流制限抵抗１３ｃ1、１３
ｃ2、１３ｃ3、１３ｃ4と、バイアス電流値を切り替え
るためのバイアス電流値切り換えスイッチ１３ｄ1、１
３ｄ2と、直流電源１３aとからなる電流調整手段１３が
接続されている点である。次に、動作について説明す
る。加速度センサ１に加速度が加わっていないとき重錘
体４は静止しているが、加速度センサ１に加速度が加わ
ると加速度の大きさに応じて可動部３が加速度の方向
（上下方向）に撓んで変位し、可動部３に設けた重錘体
４が変位する。重錘体４が変位すると、重錘体４に接合
された永久磁石５も変位する。このとき永久磁石５から
の漏れ磁界によって、アモルファス線６、７両端に現れ
る出力はそれぞれ逆方向に変化する。ここで、図５は磁
気インピーダンス効果を有する磁気センサの磁界−出力
特性を示す。図４、５に示すように、バイアスコイル
８、９に流す電流は直流電源１３ａより供給する。ま
ず、バイアス電流切り換えスイッチ１３ｄ1、１３ｄ2を
１側に接続した時、アモルファス線６、７の動作点がｂ
ｂ’となるように（正負対称の位置になるように）バイ
アスコイル８、９に流す電流を可変抵抗１３ｂ1と１３
ｂ3で調整する。次に、バイアス電流切り換えスイッチ
１３ｄ1、１３ｄ2を２側に接続した時、アモルファス線
６、７の動作点がａａ’となるようにバイアスコイル
８、９に流す電流を可変抵抗１３ｂ2と１３ｂ4で調整す
る。このとき、電流制限抵抗１３ｃ1、１３ｃ2、１３ｃ
3、１３ｃ4よりバイアスコイル８、９に過大な電流が流
れないように電流を制限する状態にしておく。以上の調
整により、バイアス電流切り換えスイッチ１３ｄ1、１
３ｄ2を１側に接続すると、アモルファス線６、７の動
作点はｂｂ’となり、大きな加速度を測定することがで
き、一方、バイアス電流切り換えスイッチ１３ｄ1、１
３ｄ2を２側に接続すると、アモルファス線６、７の動
作点はａａ’となり微小加速度を測定することができ
る。したがって、第１および第２の実施例に示した本発
明では、磁気インピーダンス効果を有し且つ外周にバイ
アスコイルを巻回した二つのアモルファス線を、可動部
に接合された永久磁石からの距離が異なるように配置し
た構成にし、さらにこれらのアモルファス線に方向と強
度が等しいバイアス磁界がかかるようにバイアスコイル
に電流を流したため、地磁気等外乱磁界は二つのアモル
ファス線に等しくかかり差動をとることでキャンセルさ
れ、加速度を感度よく測定することができる。また、第
３の実施例で示した本発明では、磁気インピーダンス効
果を有し且つバイアスコイルを巻回した二つのアモルフ
ァス線を、可動部に接合された永久磁石からの距離が等
しくなるように配置し、さらにこれらのアモルファス線
に逆方向で強度が等しいバイアス磁界がかかるように、
バイアスコイルに流す電流をバイアス電流値切り換えス
イッチなどで切り換えることにより、磁気センサの動作
点を変更することができるため、測定範囲の異なる複数
の加速度センサを用いる必要がなく、1台の加速度セン
サで微小な加速度から大きな加速度まで広範囲且つ高精
度の加速度を検出することができる。なお、可動部は板
バネを用いたが、コイルバネでもかまわない。また、両
持梁に替えて一端が固定され、他端が拘束されない片持
ち梁にしても構わない。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a side sectional view of the acceleration sensor,
(B) is a plan view in a state where an upper surface of a fixed portion of the acceleration sensor is removed. In the drawing, 1 is an acceleration sensor, 2 is a square frame-shaped fixed portion, 3 is a movable portion formed of a leaf spring having both ends fixed inside the fixed portion 2, and 4 is a weight provided at the center of the movable portion 3. The weight 5 is a permanent magnet made of a samarium cobalt magnet fixed to the vertical surface of the weight 4 with an adhesive,
Reference numerals 6 and 7 denote magnetic sensors having a magnetic-impedance effect provided on the fixed portion 2 through the sensor substrate 10 and the permanent magnet 5 via a gap, and are FeC having a diameter of 30 μm and a length of 1 mm.
This is an oSiB-based amorphous wire. At this time a permanent magnet
The distance between 5 and the amorphous lines 6 and 7 is a distance L. Further, the amorphous wires 6 and 7 themselves are fixed to the sensor substrate 10 and connected to an acceleration calculation unit (not shown) via lead wires. Next, the configuration of the present invention different from the conventional one is as follows. The amorphous lines 6 and 7 are
The acceleration sensor 1 is disposed in parallel to the surface of the permanent magnet 5 joined to the fixed magnet 2, that is, in a direction perpendicular to the movable direction of the permanent magnet 5.
Distance from the amorphous lines 6 and 7 to L
1 and L2, which are different. Further, the amorphous wires 6 and 7 are formed by winding bias coils 8 and 9 around the outer circumference along the longitudinal direction. Each of the bias coils has the same direction and the same strength as the amorphous wires 6 and 7. Variable resistors 11b, 12b and DC power supplies 11a, 12a which adjust and supply current so as to apply a bias magnetic field
Are provided. next,
The operation will be described. The weight body 4 is stationary when no acceleration is applied to the acceleration sensor 1 shown in FIG.
When acceleration is applied to the acceleration sensor 1, the movable portion 3 is bent and displaced in the acceleration direction (vertical direction) according to the magnitude of the acceleration, and the weight 4 provided on the movable portion 3 is displaced. When the weight 4 is displaced, the permanent magnet 5 joined to the weight 4 is also displaced. At this time, the output appearing at both ends of each of the amorphous wires 6 and 7 is changed by the leakage magnetic field from the permanent magnet 5. Here, FIG. 2 shows a magnetic field-output characteristic of a magnetic sensor having a magnetic impedance effect. As shown in FIG. 2, current is supplied to the bias coils 8 and 9 so that the bias magnetic fields H BIAS of the same direction and the same strength are applied to the amorphous wires 6 and 7, that is, the operating points are the same. In this case, a bias magnetic field is applied to the amorphous wires 6 and 7 by the permanent magnet 5 in advance, and the distance L1 from the permanent magnet 5 to the amorphous wire 6 and the distance L2 from the amorphous wire 7 are different. , The bias magnetic field strength differs. In this way, the bias coils 8 and 7 are so set that the operating points of the two amorphous wires 6 and 7 are the same.
9 is supplied from the DC power supplies 11a and 12a to adjust and obtain the variable resistors 11b and 12b, respectively. Leakage magnetic fields applied to the amorphous wires 6 and 7 due to the displacement of the permanent magnet 5 are ΔH1 and ΔH1, respectively.
In FIG. 1, the distance from the permanent magnet 5 to each of the amorphous wires 6 and 7 is ΔH1> ΔH2 since the amorphous wire 6 is closer, so that the amorphous wires 6 and 7 7, output voltages of ΔV1 and ΔV2 are generated (ΔV1> ΔV).
2). This acceleration sensor uses a CMOS inverter circuit (not shown) for detecting a voltage output with respect to acceleration. The differential amplifier of the circuit calculates a difference of ΔV1 and ΔV2, and outputs a difference between the acceleration signal V (V = A (ΔV1−Δ
V2), A: amplifier gain). Here, the disturbance magnetic field such as the geomagnetism is equally applied to the amorphous lines 6 and 7.
Cancellation is performed by taking the differential as described above. Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG.
9 is an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention,
(A) is a side sectional view of the acceleration sensor, and (b) is a plan view in a state where an upper surface of a fixed portion of the acceleration sensor is removed. The difference from the first embodiment is that the two amorphous wires 6 and 7 arranged in series at a predetermined interval are arranged such that the longitudinal direction of the two amorphous wires 6 and 7 coincides with the movable direction of the movable portion 3. When the acceleration sensor is viewed from the side, the distance from the permanent magnet 5 is different between the magnetic sensors 6 and 7 as L1 and L2, respectively. The operation is the same as in the first embodiment, and will not be described.
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG.
FIG. 7 is a side sectional view of an acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention. The point common to the first embodiment is that the longitudinal directions of the two amorphous wires 6 and 7 arranged in series at a predetermined interval are parallel to the surface of the permanent magnet 5 joined to the movable portion 3. That is, it is arranged in a direction orthogonal to the movable direction of the permanent magnet 5. However, the difference from the first and second embodiments is that the distances from the permanent magnet 5 to the amorphous wires 6 and 7 are equal. Also,
The variable resistors 13b 1 , 13b 2 , 1 are supplied to the respective bias coils by adjusting the current so as to apply a bias magnetic field in the opposite direction and the same intensity to the respective amorphous wires 6, 7.
3b 3 , 13b 4 and current limiting resistors 13c 1 , 13c for limiting the current so that an excessive current does not flow through the bias coil.
c 2 , 13c 3 , 13c 4 and bias current value changeover switches 13d 1 , 1d for changing the bias current value
3d 2 and a current adjusting means 13 composed of a DC power supply 13a. Next, the operation will be described. When no acceleration is applied to the acceleration sensor 1, the weight body 4 is stationary, but when acceleration is applied to the acceleration sensor 1, the movable portion 3 bends in the acceleration direction (vertical direction) according to the magnitude of the acceleration. The weight body 4 provided on the movable portion 3 is displaced. When the weight 4 is displaced, the permanent magnet 5 joined to the weight 4 is also displaced. At this time, the output appearing at both ends of the amorphous wires 6 and 7 changes in opposite directions due to the leakage magnetic field from the permanent magnet 5. Here, FIG. 5 shows a magnetic field-output characteristic of a magnetic sensor having a magnetic impedance effect. As shown in FIGS. 4 and 5, the current flowing through the bias coils 8 and 9 is supplied from a DC power supply 13a. First, when the bias current changeover switches 13d 1 and 13d 2 are connected to the first side, the operating points of the amorphous lines 6 and 7 become b
The currents flowing through the bias coils 8 and 9 are set to the variable resistances 13b 1 and 13
It is adjusted in b 3. Next, when the bias current changeover switches 13d 1 and 13d 2 are connected to the two sides, the currents flowing through the bias coils 8 and 9 are passed through the variable resistors 13b 2 and 13b so that the operating points of the amorphous wires 6 and 7 become aa ′. Adjust with 4 . At this time, the current limiting resistors 13c 1 , 13c 2 , 13c
The current is limited so that excessive current does not flow through the bias coils 8 and 9 from 3 and 13c 4 . By the above adjustment, the bias current switch 13d 1 , 1
When 3d 2 is connected to the first side, the operating points of the amorphous lines 6 and 7 become bb ′, so that a large acceleration can be measured. On the other hand, the bias current changeover switches 13d 1 , 1
When 3d 2 is connected to the second side, the operating points of the amorphous lines 6 and 7 become aa ′, and the minute acceleration can be measured. Therefore, according to the present invention shown in the first and second embodiments, two amorphous wires having a magneto-impedance effect and having a bias coil wound around the outer circumference have a distance from the permanent magnet joined to the movable portion. Since the bias coils are arranged so that they are arranged differently and a bias magnetic field with the same direction and intensity is applied to these amorphous wires, a disturbance magnetic field such as terrestrial magnetism is equally applied to the two amorphous wires to obtain a differential. And acceleration can be measured with high sensitivity. Further, in the present invention shown in the third embodiment, two amorphous wires having a magneto-impedance effect and wound with a bias coil are arranged so that the distances from the permanent magnets joined to the movable portion are equal. In order to apply a bias magnetic field having the same strength in the opposite direction to these amorphous wires,
The operating point of the magnetic sensor can be changed by switching the current flowing through the bias coil using a bias current value switch or the like, eliminating the need to use multiple acceleration sensors with different measurement ranges. It is possible to detect a wide range of highly accurate acceleration from a small acceleration to a large acceleration. In addition, although a leaf spring was used for the movable part, a coil spring may be used. Further, a cantilever having one end fixed and the other end unrestricted may be used instead of the cantilever.
【０００６】[0006]
【発明の効果】以上述べたように、第１、第２の実施例
では直列に配置した二つの磁気インピーダンス効果を有
し且つバイアスコイルを巻回した二つのアモルファス線
を、永久磁石からの距離が異なるように可動部の可動方
向と直交する方向もしくは一致する方向に配置し、二つ
のアモルファス線に同じ方向で同じ強度のバイアス磁界
がかかるようにバイアスコイルに電流を流すようにした
ため、地磁気等外乱磁界の影響を受けない、高精度の加
速度センサを実現できる。また、第３の実施例では、二
つの磁気インピーダンス効果を有し且つバイアスコイル
を巻回した二つのアモルファス線を、永久磁石からの距
離が等しくなるように可動部の可動方向と直交する方向
に配置し、二つのアモルファス線に逆方向で強度が等し
いバイアス磁界がかかるようにバイアスコイルに流す電
流を、バイアス電流値切り換えスイッチなどで切り換え
ることにより、磁気センサの動作点を変更することがで
きるため、測定範囲の異なる複数の加速度センサを用い
る必要がなく、1台の加速度センサで微小な加速度から
大きな加速度まで広範囲且つ高精度の加速度検出が行え
る。As described above, in the first and second embodiments, two amorphous wires each having a magneto-impedance effect and wound with a bias coil are arranged in series at a distance from the permanent magnet. Are arranged in a direction perpendicular to or in the same direction as the moving direction of the movable part so that the bias magnetic field of the same strength is applied to the two amorphous wires in the same direction in the same direction. A highly accurate acceleration sensor which is not affected by a disturbance magnetic field can be realized. In the third embodiment, two amorphous wires having two magneto-impedance effects and wound with a bias coil are moved in a direction orthogonal to the movable direction of the movable part so that the distance from the permanent magnet is equal. The operating point of the magnetic sensor can be changed by arranging and switching the current flowing through the bias coil using a bias current value switch or the like so that a bias magnetic field having the same strength in the opposite direction is applied to the two amorphous wires. It is not necessary to use a plurality of acceleration sensors having different measurement ranges, and a single acceleration sensor can perform wide-range and high-accuracy acceleration detection from a small acceleration to a large acceleration.
【図１】本発明の第１の実施例を示す加速度センサであ
って、（ａ）は加速度センサの側断面図、（ｂ）は加速
度センサの固定部の上面を取り除いた状態の平面図であ
る。FIG. 1 is an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a side sectional view of the acceleration sensor, and (b) is a plan view of a state where an upper surface of a fixed portion of the acceleration sensor is removed. is there.
【図２】第１の実施例を示すアモルファス線の磁界−出
力特性図である。FIG. 2 is a magnetic field-output characteristic diagram of an amorphous wire according to the first embodiment.
【図３】本発明の第２の実施例を示す加速度センサであ
って、（ａ）は加速度センサの側断面図、（ｂ）は加速
度センサの固定部の上面を取り除いた状態の平面図であ
る。3A and 3B are acceleration sensors showing a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a side sectional view of the acceleration sensor, and FIG. 3B is a plan view of the acceleration sensor from which an upper surface of a fixed portion is removed. is there.
【図４】本発明の第３の実施例を示す加速度センサの側
断面図である。FIG. 4 is a side sectional view of an acceleration sensor showing a third embodiment of the present invention.
【図５】第３の実施例を示すアモルファス線の磁界−出
力特性図である。FIG. 5 is a magnetic field-output characteristic diagram of an amorphous wire according to a third embodiment.
１：加速度センサ ２：固定部 ３：可動部 ４：重錘体 ５：永久磁石 ６、７：アモルファス線（磁気センサ） ８、９：バイアスコイル １０：センサ基板 １１、１２：電流調整手段 １１a 、１２ａ：直流電源 １１ｂ、１２ｂ：可変抵抗 １３：電流調整手段 １３a ：直流電源 １３ｂ1、１３ｂ2、１３ｂ3、１３ｂ4：可変抵抗 １３ｃ1、１３ｃ2、１３ｃ3、１３ｃ4：電流制限抵抗 １３ｄ1、１３ｄ2：バイアス電流値切り換えスイッチ1: acceleration sensor 2: fixed part 3: movable part 4: weight body 5: permanent magnet 6, 7: amorphous wire (magnetic sensor) 8, 9: bias coil 10: sensor substrate 11, 12: current adjusting means 11a 12a: DC power source 11b, 12b: variable resistor 13: current adjusting means 13a: DC power source 13b 1, 13b 2, 13b 3 , 13b 4: variable resistor 13c 1, 13c 2, 13c 3 , 13c 4: current limiting resistor 13d 1 , 13d 2 : Bias current value changeover switch
Claims (2)
されると共に鉛直方向に可動する可動部と、前記可動部
の中央の上面に接合された永久磁石と、前記永久磁石と
空隙を介して前記固定部に配置されると共に、前記永久
磁石からの漏れ磁界の変化により出力電圧が変化する磁
気インピーダンス効果を有した磁気センサとを備え、前
記磁気センサの出力電圧の変化から前記永久磁石に印加
される加速度を検出するようにした加速度センサにおい
て、 前記磁気センサは、前記永久磁石の可動方向と直交する
方向または一致する方向に向かって前記永久磁石からの
距離が異なるように所定の間隔をおいて直列に二つ配置
されると共に、それぞれのセンサの外周に長手方向に沿
ってバイアスコイルが巻回されたものであり、 前記それぞれのバイアスコイルには、前記各々の磁気セ
ンサに同じ方向且つ同じ強度のバイアス磁界がかかるよ
うに電流を調整して流す電流調整手段が設けられたこと
を特徴とする加速度センサ。1. A movable part having at least one end fixed inside a fixed part and movable in a vertical direction, a permanent magnet joined to an upper surface at the center of the movable part, and a gap between the permanent magnet and the permanent magnet. And a magnetic sensor having a magnetic impedance effect in which an output voltage is changed by a change in a leakage magnetic field from the permanent magnet, and the magnetic sensor is applied to the permanent magnet from a change in the output voltage of the magnetic sensor. In the acceleration sensor configured to detect a given acceleration, the magnetic sensor has a predetermined interval so that a distance from the permanent magnet is different in a direction orthogonal to or in a direction coinciding with the movable direction of the permanent magnet. And two bias coils are wound around the outer periphery of each sensor along the longitudinal direction. The Sukoiru, an acceleration sensor, wherein a current adjusting means for flowing a bias magnetic field in the same direction and the same intensity to the magnetic sensor of the each adjusted such as current is provided.
されると共に鉛直方向に可動する可動部と、前記可動部
の中央の上面に接合された永久磁石と、前記永久磁石と
空隙を介して前記固定部に配置されると共に、前記永久
磁石からの漏れ磁界の変化により出力電圧が変化する磁
気インピーダンス効果を有した磁気センサとを備え、前
記磁気センサの出力電圧の変化から前記永久磁石に印加
される加速度を検出するようにした加速度センサにおい
て、 前記磁気センサは、前記永久磁石の可動方向と直交する
方向に向かって前記永久磁石からの距離が等しくなるよ
うに所定の間隔をおいて直列に二つ配置されると共に、
それぞれのセンサの外周に長手方向に沿ってバイアスコ
イルが巻回されたものであり、前記それぞれのバイアス
コイルには、前記各々の磁気センサに逆方向且つ同じ強
度のバイアス磁界がかかるように前記バイアスコイルに
流す電流値を切り換えて、前記磁気センサの動作点を変
更する電流調整手段が設けられたことを特徴とする加速
度センサ。2. A movable part having at least one end fixed inside the fixed part and movable in a vertical direction, a permanent magnet joined to an upper surface at the center of the movable part, and a gap between the permanent magnet and the permanent magnet. And a magnetic sensor having a magnetic impedance effect in which an output voltage is changed by a change in a leakage magnetic field from the permanent magnet, and the magnetic sensor is applied to the permanent magnet from a change in the output voltage of the magnetic sensor. In the acceleration sensor configured to detect the acceleration to be performed, the magnetic sensor is connected in series at a predetermined interval so that a distance from the permanent magnet is equal in a direction orthogonal to a movable direction of the permanent magnet. Two are arranged,
A bias coil is wound around the outer circumference of each sensor along the longitudinal direction, and the bias coils are applied to the respective bias coils so that a bias magnetic field of the same direction and in the opposite direction is applied to the respective magnetic sensors. An acceleration sensor, comprising: a current adjusting unit that changes an operating point of the magnetic sensor by switching a current value flowing through a coil.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP10331094A JP2000055930A (en) | 1998-06-03 | 1998-11-20 | Acceleration sensor |
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| JP10-154218 | 1998-06-03 | ||
| JP15421898 | 1998-06-03 | ||
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|---|---|
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ID=26482577
Family Applications (1)
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| JP10331094A Pending JP2000055930A (en) | 1998-06-03 | 1998-11-20 | Acceleration sensor |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000055930A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1998
- 1998-11-20 JP JP10331094A patent/JP2000055930A/en active Pending
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