JPH04221768A - 多要素形加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、質量の慣性力の作用が
電磁的大きさの変化を生じ、複数の単一検出器が存在し
、これらの単一検出器従ってそれらのセンサコイルも相
前後して配置され、加速過程の際に各単一検出器におい
て震性質量が磁気弾性測定層に作用し、この測定層の透
磁率（μｒ　）がセンサコイルの誘導性に影響を与え、
少なくとも１つの評価電子回路においてセンサコイルの
誘導性から、加速度状態を表す信号が得られるような（
特許請求の範囲の請求項１の上位概念部分に記載の）多
要素形加速度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる多要素形加速度センサは既に公知
である（米国特許第３７８６６７４号公報参照）。この
多要素形加速度センサは構成要素を形成する複数の単一
検出器から成っており、これらの単一検出器はすべて、
或る所定の方向における加速が単一検出器の出力信号を
同じに変化するように設けられている。その場合、各構
成要素を形成する単一検出器において磁気ひずみ鉄心の
周りにコイルが巻かれており、従って加速により鉄心が
変形し、この変形が磁気ひずみによりこの鉄心の透磁率
μｒ　を変化し、コイルの誘導性の変化を生ずる。この
コイルの誘導性の変化により、評価電子回路において加
速度が求められる。その場合加速度は、加速度センサを
感知すべき物体に支持し震性質量として作用する要素に
よって鉄心に伝達される。更に前記米国特許公報には、
コイルを外乱の作用から遮蔽する処置も記載されている
。 更にまた単一検出器を直列接続する際にどのようにして
インピーダンスをマッチングするかが記載されており、
従ってすべての単一検出器の直列回路は唯一の評価電子
回路で評価できる。

【０００３】この公知の多要素形加速度センサの場合、
次のような欠点がある。即ち、感知すべき加速に対して
規定された方向からずれた方向における加速が、単一検
出器のコイルの誘導性の変化を同じように生じてしまう
。何故ならば、この加速も機械的な応力に基づいて鉄心
の変形を生じてしまうからである。従って加速度の感知
に狂いを生ずる。

【０００４】更に各センサによって検出すべき加速の方
向が直線的に無関係となるように、複数のセンサが種々
の立体方向における加速を検出するために配置すること
も公知である（ドイツ連邦共和国特許第２４３２２２５
Ａ１号公報参照）。

【０００５】その場合も磁気ひずみ加速度センサを採用
するとき、加速度の感知に狂いを生ずる。その場合、加
速度センサによって感知すべき加速の方向から生ずる加
速が、この加速度センサによって同様に加速が感知され
るように、機械的な応力を生ずる。

【０００６】更に１９８９年５月３０日から同年６月１
日まで西ドイツの工業アカデミー、エスリンゲンが開催
したシンポジウム「センサ、測定検出器　　１９８９年
」（編集者：Ｋ．Ｗ．ボンフィッヒ、第２．４章、３章
、４章、第１０．６〜１０．２０頁参照）において、多
要素形加速度センサが知られている。そこでは「ピエゾ
　　ビーム」と呼ばれる加速度センサが、バイモルフ・
ピエゾ・セラミック・曲げ梁から能動センサ要素として
構成されている。その場合、感知すべき物体に結合され
ている加速度センサが、一つのピエゾ・セラミック・曲
げ梁の軸方向と一致しない方向に加速されたとき、ピエ
ゾ・セラミック・曲げ梁の慣性質量によりたわみが生ず
る。 このたわみは、ピエゾ・セラミック・曲げ梁の（加速方
向に関して）正面および背面に異なった充電を生ずる。 この充電差はその場合、加速度センサに一体に組み込ま
れた充電増幅器で検出される。その場合加速度センサの
共振周波数は９　ｋＨｚにされている。

【０００７】この公知の多要素形加速度センサの欠点は
、約１ｍ　の落下高さでピエゾ・セラミック・曲げ梁が
破損して加速度センサが壊れるということである。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題点】本発明の目的は、多
要素形加速度センサを、機械的な荷重に対して鈍感にし
、且つ感知すべき加速を狂いなしにできるだけ単純に検
出できるように改良することにある。

【０００９】

【問題点の解決手段】この目的は、冒頭に述べた形式の
多要素形加速度センサにおいて、複数の立体方向におけ
る加速度を検出するために複数の単一検出器が存在し、
加速度を検出すべき各立体方向においてそれぞれ２個の
単一検出器が、それらのセンサコイルが同心的に相前後
して位置するように設けられ、単一検出器が本体に、両
単一検出器のセンサコイルの軸方向に対して直角に加速
度センサが加速される際、これらの両単位検出器のセン
サコイルの誘導性が同じように変化し、両単一検出器の
センサコイルの軸方向に加速度センサが加速される際、
これらの両単一検出器のセンサコイルの誘導性が逆に変
化するように取り付けられている（特許請求の範囲の請
求項１の特徴部分に記載の）多要素形加速度センサによ
って達成される。本発明の有利な実施態様は他の請求項
に記載されている。

【００１０】本発明は、ブッシュに軟磁性で高磁気弾性
の層が設けられ、その透磁率μｒ　の変化が例えばセン
サコイルによって検出されることにより、加速度を感知
しようとしたものである。その場合透磁率μｒ　の変化
は加速度のために震性質量の慣性力の作用において生ず
る。 複数の単一検出器を組み合わせて多要素形加速度センサ
が構成される。

【００１１】

【実施例】第１図から分かるように、単一検出器は非磁
性のばね鋼あるいは特殊鋼から成る薄肉のブッシュ１．
１を有している。このブッシュ１．１は本体１．２に取
り付けられ、ボビン１．３との固い結合部を兼ねている
。そのボビン１．３はガラス繊維で強化された耐熱性の
合成樹脂で作られているか、あるいは電流が非常に流れ
難い合金で作られている。ボビン１．３には震性（ｓｅ
ｉｓｍｉｃ）質量１．４が摩擦結合されている。この摩
擦結合は例えば、ボビン１．３にねじあるいはねじ組物
が存在していることにより実現される。更にボビン１．
３は第１図の実施例においてセンサコイル１．５を収容
する溝１．３．１を有している。実験の結果、コイルの
ターン数は正確な作動にとって約１００〜１５０ターン
で十分であることが分かっている。薄肉のブッシュ１．
１の上には磁気弾性の測定層１．６が存在しており、こ
の測定層１．６は遷移元素が添加されているアモルファ
スあるいはナノ結晶の軟磁性で磁気弾性のニッケル・燐
層から成っている。その場合、ニッケルの按分量は８％
までであり、遷移元素として約１０％の按分量のコバル
トが使用される。測定層１．６は目的に適って薄肉のブ
ッシュ１．１の上に、測定層１．６と薄肉のブッシュ１
．１との間に分子結合が生ずるように設けられている。 この測定層１．６は信号レベルに関して非常に敏感であ
ることが分かっている。その理由で例えば、極めて少量
の震性質量１．４を利用すること、およびないしはセン
サコイル１．５を上述したように少数のターン数で形成
することができる。その場合震性質量１．４は交換可能
であり、種々の測定範囲が検出できる。更に第１図に示
されている実施例はカバー１．７も備えている。

【００１２】本発明に基づく多要素形加速度センサは、
第２図に示したように、第１図における単一検出器から
３要素形加速度センサとして構成されている。その場合
、第１図における６個の本体１．２は、第１図における
６個の単一検出器２．１〜２．６がそれぞれ互いに直交
して配置されるように、一つの総本体２．７の形に組み
合わされている。これによりそれぞれ３つの立体方向に
おいて２個の単一検出器のセンサコイルが互いに同心的
に相前後して位置している。その場合、加速度センサに
おいて重量および寸法についての要求に応じて、総本体
２．７には評価電子回路も一体に組み込まれている。 いま一例として、３要素形加速度センサの加速がｚ方向
に行われたときの関係について説明する。単一検出器２
．１の震性質量により、そのブッシュおよびその上に存
在する測定層が圧縮される。これにより測定層の透磁率
が高まり、従ってそのセンサコイルの誘導性も高まる。 同時に単一検出器２．２の測定層はこれに付属するブッ
シュおよび震性質量によって伸ばされる。これによりそ
の透磁率およびそのセンサコイルの誘導性は低下する。 その場合、単一検出器２．３〜２．６の測定層は、それ
らのブッシュが曲がることにより同様に相応した機械的
な張力がかかる。

【００１３】第３図に示されているように、単一検出器
２．１〜２．６に付属されているセンサコイル３．１〜
３．６は、評価電子回路３．７，３．８，３．９に結合
されている。例えばいまや、その都度２個のセンサコイ
ル３．１，３．２；３．３，３．４；３．５，３．６ご
とに差動方式で作動し、対をなして評価電子回路３．７
，３．８，３．９で評価することができる。この差動方
式によれば熱的作用により生ずるインピーダンス変化お
よび電磁的な狂いは十分に消去される。この差動方式に
よれば、単一検出器２．３〜２．６がこれらがｚ方向に
おける加速の際に同一の誘導性変化を生ずるように配置
されていると仮定した場合に、単一検出器のねじりも同
様に消去される。従ってｚ方向における加速の例におい
て、センサコイル３．１と３．２に付属する評価電子回
路３．７により加速度が検出される。何故ならば、それ
らのブッシュ１．１および測定層１．６だけが逆向きに
変形するからである。

【００１４】これらのセンサコイル３．１〜３．６は、
搬送周波数電子回路を持った誘導半ブリッジとして作動
される。センサコイル３．１〜３．６のインピーダンス
における電圧降下は、それぞれ対を成して対応した評価
電子回路３．７，３．８，３．９において減じられる。 その際の差電圧は加速度信号に直接比例している。基本
的には搬送周波数を直流電流と重畳して、所定の誘導性
作用点を形成することができる。

【００１５】それに代わって、周波数の決定によって差
動運転を実現することもできる。その場合、センサコイ
ル３．１〜３．６は順々に発振回路に結合される。しか
し同様に、各センサコイル３．１〜３．６を固有の発振
回路に組み入れることもできる。その場合、評価電子回
路３．７，３．８，３．９の一つで検出された周波数差
が、加速度に対する大きさである。

【００１６】差動方法を実施するための別の方式は、加
速度センサを能動センサとして形成することにある。そ
のために単一検出器２．１〜２．６の震性質量は永久磁
石成分を含んでいなければならない。これは、震性質量
として永久磁石が利用されるか、あるいは震性質量に永
久磁石が結合されるかによって実現できる。その場合、
単一検出器の作動点は有利な方式で、測定層の残留磁気
が飽和インダクタンスの約７０〜７５％に位置している
ように調整される。これに代えて、その作用は、各セン
サコイル３．１〜３．６を通して相応して調整された直
流電流が流れることによっても得られる。いま加速度セ
ンサの加速度の変化が生ずると、対応したセンサコイル
３．１〜３．６にアナログ電圧パルスが誘導され、これ
は更に差動方法によって評価される。

【００１７】既に上述したように震性質量は交換可能に
形成される。従って、種々の立体方向において加速度セ
ンサの異なった応答性を実現することもできる。

【００１８】基本的には、曲げにより生ずる機械的な応
力を単一検出器２．１〜２．６のその都度の測定層１．
６で評価することもでき、もっともその場合は、各セン
サコイル３．１〜３．６の誘導性を検出しなければなら
ず、大きな経費がかかる。

【００１９】

【発明の効果】従来技術に比べての本発明の利点は、震
性質量が少ないことにより、加速度センサの重量および
寸法に関して、単純な構造にできることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】単一検出器の実施例の断面図。

【図２】複数の単一検出器を組み合わせて構成した多要
素形加速度センサの側面図。

【図３】単一検出器のセンサコイルと評価回路との結線
図。

【符号の説明】

１．１　　薄肉のブッシュ １．２　　本体 １．３　　ボビン １．４　　震性質量 １．５　　センサコイル １．６　　測定層 １．７　　カバー ２．１〜２．６　　単一検出器 ２．７　　総本体　　３．１〜３．６　　センサコイル
３．７〜３．９　　評価電子回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　質量の慣性力の作用が電磁的大きさの
   変化を生じ、複数の単一検出器が存在し、これらの単一
   検出器従ってそれらのセンサコイルも相前後して配置さ
   れ、加速過程の際に各単一検出器において震性質量が磁
   気弾性測定層に作用し、この測定層の透磁率（μｒ　）
   がセンサコイルの誘導性に影響を与え、少なくとも１つ
   の評価電子回路においてセンサコイルの誘導性から、加
   速度状態を表す信号が得られるような多要素形加速度セ
   ンサにおいて、複数の立体方向における加速度を検出す
   るために複数の単一検出器（２．１〜２．６）が存在し
   、加速度を検出すべき各立体方向においてそれぞれ２個
   の単一検出器（２．１，２．２；２．３，２．４；２．
   ５，２．６）が、それらのセンサコイル（１．５，３．
   １〜３．６）が同心的に相前後して位置するように設け
   られ、単一検出器（２．１，２．２；２．３，２．４；
   ２．５，２．６）が本体（２．７）に、両単一検出器（
   ２．１，２．２；２．３，２．４；２．５，２．６）の
   センサコイル（１．５，３．１〜３．６）の軸方向に対
   して直角に加速度センサが加速される際、これらの両単
   一検出器（２．１，２．２；２．３，２．４；２．５，
   ２．６）のセンサコイル（１．５，３．１〜３．６）の
   誘導性が同じように変化し、両単一検出器（２．１，２
   ．２；２．３，２．４；２．５，２．６）のセンサコイ
   ル（１．５，３．１〜３．６）の軸方向に加速度センサ
   が加速される際、これらの両単一検出器（２．１，２．
   ２；２．３，２．４；２．５，２．６）のセンサコイル
   （１．５，３．１〜３．６）の誘導性が逆に変化するよ
   うに取り付けられていることを特徴とする多要素形加速
   度センサ。
2. 【請求項２】　　測定層（１．６）がニッケル、燐およ
   び化学的遷移元素（特にコバルト）から成り、そのニッ
   ケルの按分量が特に８％までであり、コバルトの按分量
   が特に１０％であることを特徴とする請求項１記載の多
   要素形加速度センサ。
3. 【請求項３】　　測定層（１．６）がブッシュ（１．１
   ）の上に設けられ、震性質量（１．４）が加速過程中に
   おいてブッシュ（１．１）に、このブッシュ（１．１）
   の軸方向に加速される際に測定層（１．６）の圧縮ない
   し伸長が生じ、ブッシュ（１．１）の軸方向に対して直
   角に加速される際にブッシュ（１．１）の曲げが生ずる
   ように作用し、測定層（１．６）とブッシュ（１．１）
   との分子結合が行われており、ブッシュ（１．１）の周
   りにセンサコイル（１．５，３．１〜３．６）が、ブッ
   シュ（１．１）がセンサコイル（１．５，３．１〜３．
   ６）内に同心的に位置するように設けられているように
   して、単一検出器（２．１〜２．６）が組み合わされて
   いることを特徴とする請求項１又は２記載の多要素形加
   速度センサ。
4. 【請求項４】　　２個の単一検出器（２．１，２．２；
   ２．３，２．４；２．５，２．６）のセンサコイル（１
   ．５，３．１〜３．６）が、一つの立体方向における加
   速を検出するために一つの誘導半ブリッジの形に結線さ
   れていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   １つに記載の多要素形加速度センサ。
5. 【請求項５】　　搬送周波数を供給することによって、
   センサコイル（１．５，３．１〜３．６）のインピーダ
   ンスが決定されていることを特徴とする請求項１ないし
   ４のいずれか１つに記載の多要素形加速度センサ。
6. 【請求項６】　　センサコイル（１．５，３．１〜３．
   ６）のインピーダンスが発振回路への接続によって決定
   されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
   か１つに記載の多要素形加速度センサ。
7. 【請求項７】　　震性質量（１．４）が少なくとも部分
   的に永久磁石として形成されていることを特徴とする請
   求項１ないし４のいずれか１つに記載の多要素形加速度
   センサ。