JPH07280830A - 加速度センサ - Google Patents
加速度センサInfo
- Publication number
- JPH07280830A JPH07280830A JP6066249A JP6624994A JPH07280830A JP H07280830 A JPH07280830 A JP H07280830A JP 6066249 A JP6066249 A JP 6066249A JP 6624994 A JP6624994 A JP 6624994A JP H07280830 A JPH07280830 A JP H07280830A
- Authority
- JP
- Japan
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- acceleration sensor
- support spring
- permanent magnet
- spring
- magnetic
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小形で高精度、かつ同時に3軸方向、及び2
軸方向の加速度検知が可能な加速度センサを提供する 【構成】 磁歪定数がゼロ近傍に設定された軟磁性材料
のばね性を有するワイヤー状支持ばね(22)と、支持
ばね(22)の上端に支持ばね(22)で支えられた永
久磁石(21)と、永久磁石(21)にそれぞれ一端を
所定の距離近接させて同一円周上に90゜の角度をもっ
て等間隔に、永久磁石(21)の外周から所定の距離の
位置に磁場センサ(24a、25a、26a)を備えて
なる加速度センサ。
軸方向の加速度検知が可能な加速度センサを提供する 【構成】 磁歪定数がゼロ近傍に設定された軟磁性材料
のばね性を有するワイヤー状支持ばね(22)と、支持
ばね(22)の上端に支持ばね(22)で支えられた永
久磁石(21)と、永久磁石(21)にそれぞれ一端を
所定の距離近接させて同一円周上に90゜の角度をもっ
て等間隔に、永久磁石(21)の外周から所定の距離の
位置に磁場センサ(24a、25a、26a)を備えて
なる加速度センサ。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、小形軽量で、3次元方
向、2次元方向の加速度を検出する事が可能な加速度セ
ンサに関する。
向、2次元方向の加速度を検出する事が可能な加速度セ
ンサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車の衝突検出等に用いるもの
として小形で軽量のセンサが必要とされ、ばねで支持し
た物体の加速度による変位を静電容量の変化として検出
するものや、圧電素子にかかる応力ひずみをピエゾ電圧
として検出するものが用いられていた。
として小形で軽量のセンサが必要とされ、ばねで支持し
た物体の加速度による変位を静電容量の変化として検出
するものや、圧電素子にかかる応力ひずみをピエゾ電圧
として検出するものが用いられていた。
【0003】これらは、いずれも一軸方向の加速度を検
出するものであり、3次元方向の加速度を検出するため
には、検出素子を3軸に組み合わせて用いる必要があっ
た。一方、飛行機の姿勢制御等には、基本的には3軸加
速度を検出必要があることから、高速回転を行うコマを
用いた機械式ジャイロが一般的であった。
出するものであり、3次元方向の加速度を検出するため
には、検出素子を3軸に組み合わせて用いる必要があっ
た。一方、飛行機の姿勢制御等には、基本的には3軸加
速度を検出必要があることから、高速回転を行うコマを
用いた機械式ジャイロが一般的であった。
【0004】また、振動している物体に回転角速度を加
えると、その振動と直角方向にコリオリの力 Fc=2
m×V×ωp 但し、Fc:コリオリの力 m:質量 V:速度 ωp:角速度 が発生することを利用し、当該コリオリの力を圧電素子
で検出する圧電ジャイロもある。
えると、その振動と直角方向にコリオリの力 Fc=2
m×V×ωp 但し、Fc:コリオリの力 m:質量 V:速度 ωp:角速度 が発生することを利用し、当該コリオリの力を圧電素子
で検出する圧電ジャイロもある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、飛行機の姿
勢制御等に用いられる機械式ジャイロでは、精度を高め
るためには、どうしてもコマの質量を大きくして回転速
度を速めることが要求され、小形化は困難である。
勢制御等に用いられる機械式ジャイロでは、精度を高め
るためには、どうしてもコマの質量を大きくして回転速
度を速めることが要求され、小形化は困難である。
【0006】また、圧電ジャイロは、カーナビゲーショ
ンや4輪操舵システム、カメラの手ぶれ防止等に使用さ
れているが、振動子の小形化が困難であった。更に、静
電容量を構成する2枚の電極の内、一方に質量を付加し
てばね支持し、加速度による微小単位を静電容量変化と
して検出する静電容量変化型加速度計が存在するが、セ
ンサ部分のインピーダンスが容量性で高いことから外来
雑音に弱く、検出回路との接続距離が制限される等、制
約が大きいという課題が存在する。
ンや4輪操舵システム、カメラの手ぶれ防止等に使用さ
れているが、振動子の小形化が困難であった。更に、静
電容量を構成する2枚の電極の内、一方に質量を付加し
てばね支持し、加速度による微小単位を静電容量変化と
して検出する静電容量変化型加速度計が存在するが、セ
ンサ部分のインピーダンスが容量性で高いことから外来
雑音に弱く、検出回路との接続距離が制限される等、制
約が大きいという課題が存在する。
【0007】本発明は、従来の技術の課題に鑑み、小形
で高精度、かつ同時に3軸方向の加速度検知が可能な加
速度センサを提供することを目的とする。
で高精度、かつ同時に3軸方向の加速度検知が可能な加
速度センサを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の加速度センサ
は、軟磁性材料でばね性を有するヤイヤー状支持ばね
と、支持ばねの上端に当該支持ばねで支えられた永久磁
石と、永久磁石の外周から所定の距離の位置に磁束変化
を検地する磁場センサを有する。
は、軟磁性材料でばね性を有するヤイヤー状支持ばね
と、支持ばねの上端に当該支持ばねで支えられた永久磁
石と、永久磁石の外周から所定の距離の位置に磁束変化
を検地する磁場センサを有する。
【0009】また、本発明の加速度センサの永久磁石
は、両端面をN極、S極の磁極を有する円筒状、あるい
は円柱形状である。本発明の3次元方向の加速度を検出
する加速度センサは、支持部材が永久磁石を上端に支持
し、下端をさらに他の弾性部材で支持する。
は、両端面をN極、S極の磁極を有する円筒状、あるい
は円柱形状である。本発明の3次元方向の加速度を検出
する加速度センサは、支持部材が永久磁石を上端に支持
し、下端をさらに他の弾性部材で支持する。
【0010】本発明の2次元方向の加速度を検出する加
速度センサは、支持部材が永久磁石を上端に支持し、下
端をさらに基台で支持する。
速度センサは、支持部材が永久磁石を上端に支持し、下
端をさらに基台で支持する。
【0011】本発明の加速度センサは、磁場センサと、
永久磁石の取り付け位置が、図2に示すGで示すギャッ
プをもっている。本発明の加速度センサは、加速度セン
サの外周に磁気シールド部材を設け、加速度センサと磁
気シールド部材を、加速度センサ支持部材で固定する。
永久磁石の取り付け位置が、図2に示すGで示すギャッ
プをもっている。本発明の加速度センサは、加速度セン
サの外周に磁気シールド部材を設け、加速度センサと磁
気シールド部材を、加速度センサ支持部材で固定する。
【0012】
【作用】本発明の3次元の加速度を検出する加速度セン
サにおいて、一端を弾性部材で支持したばね性を有する
ワイヤー状支持ばねは、他の一端に永久磁石を固定して
おり、加速度変化に対し永久磁石が3軸方向に変位す
る。
サにおいて、一端を弾性部材で支持したばね性を有する
ワイヤー状支持ばねは、他の一端に永久磁石を固定して
おり、加速度変化に対し永久磁石が3軸方向に変位す
る。
【0013】加速度の大きさと方向を磁場センサで検知
する。すなわち、2次元的な動きは、互いに対向する磁
場センサの出力差分を比較することで検知できる。ま
た、支持ばねの鉛直方向の上下の動きに対しては、4つ
の磁場センサの出力が同じように増減するので、それら
の同相成分の比較により検知する。
する。すなわち、2次元的な動きは、互いに対向する磁
場センサの出力差分を比較することで検知できる。ま
た、支持ばねの鉛直方向の上下の動きに対しては、4つ
の磁場センサの出力が同じように増減するので、それら
の同相成分の比較により検知する。
【0014】一方、本発明の2次元方向を検知する加速
度センサにおいては、一端を基台で固定し、ばね性を有
するワイヤー状支持ばねは、他の一端に永久磁石を固定
しており、加速度変化に対し永久磁石が2軸方向にしか
変位しないので、2次元的な動きのみを磁場センサで検
知する。
度センサにおいては、一端を基台で固定し、ばね性を有
するワイヤー状支持ばねは、他の一端に永久磁石を固定
しており、加速度変化に対し永久磁石が2軸方向にしか
変位しないので、2次元的な動きのみを磁場センサで検
知する。
【0015】本発明は、構造的に簡単で、高性能の加速
度センサを容易に実現出来、さらに、外部電磁ノイズ
は、磁気シールド部材に吸収されるので外部電磁ノイズ
にも影響されない。
度センサを容易に実現出来、さらに、外部電磁ノイズ
は、磁気シールド部材に吸収されるので外部電磁ノイズ
にも影響されない。
【0016】
(1)第一実施例 本発明の第一実施例を図面に基づいて説明する。図1
は、本発明の加速度センサの全体構造を説明する平面
図、図2は本発明の加速度センサの断面図である。
は、本発明の加速度センサの全体構造を説明する平面
図、図2は本発明の加速度センサの断面図である。
【0017】図2において、永久磁石21は図3に示す
様に中心穴32を有する円柱形状の磁石である。そし
て、円柱状の両端面方向にN極,S極の磁極を有する。
支持ばね22は、上端で永久磁石21を固定し、下端は
支持ばね台29に固定する。支持ばね22の材料は、磁
歪定数がゼロ近傍に設定された軟磁性材料であり、例え
ばNiFe合金、CoZr系アモルファス材料である。
様に中心穴32を有する円柱形状の磁石である。そし
て、円柱状の両端面方向にN極,S極の磁極を有する。
支持ばね22は、上端で永久磁石21を固定し、下端は
支持ばね台29に固定する。支持ばね22の材料は、磁
歪定数がゼロ近傍に設定された軟磁性材料であり、例え
ばNiFe合金、CoZr系アモルファス材料である。
【0018】支持ばね台29は、基台23と係合支持さ
れていて、上下方向に動くことが出来る。支持ばね台2
9、基台23の材質も磁気特性の優れた材料、例えば軟
磁性材料で構成する。さらに、支持ばね台29の上下に
は、ばね210、211が配されている。ばね211
は、ばね押さえ212で保持固定する。
れていて、上下方向に動くことが出来る。支持ばね台2
9、基台23の材質も磁気特性の優れた材料、例えば軟
磁性材料で構成する。さらに、支持ばね台29の上下に
は、ばね210、211が配されている。ばね211
は、ばね押さえ212で保持固定する。
【0019】磁極棒24a、24bには、検出コイル2
5a、25b、駆動コイル26a、26bが巻かれてお
り、両端を基台23と磁極棒支持リング28により固定
支持する。磁極棒の材質も軟磁性材料である。磁極棒支
持リング28の材質は、非磁性材料である。
5a、25b、駆動コイル26a、26bが巻かれてお
り、両端を基台23と磁極棒支持リング28により固定
支持する。磁極棒の材質も軟磁性材料である。磁極棒支
持リング28の材質は、非磁性材料である。
【0020】磁極棒は、図1の様に、永久磁石11を中
心として、平面内の同円上にそれぞれ内端を臨ませて、
14a、14b,14c,14dの様に互いに直交する
ように配置されている。第一実施例の加速度センサは、
図1で示す磁極棒14a、14b,14c,14d、及
び図2で示す基台23、支持ばね台29、支持ばね2
2、永久磁石21と空隙とで磁気回路を構成する構造と
なっている。
心として、平面内の同円上にそれぞれ内端を臨ませて、
14a、14b,14c,14dの様に互いに直交する
ように配置されている。第一実施例の加速度センサは、
図1で示す磁極棒14a、14b,14c,14d、及
び図2で示す基台23、支持ばね台29、支持ばね2
2、永久磁石21と空隙とで磁気回路を構成する構造と
なっている。
【0021】永久磁石21から発生する磁束は、磁極棒
24a、24b(図1では、14a、14b、14c、
14d)を通り基台23、支持ばね台29、支持ばね2
2で構成される磁気回路を通過して流れる。図1で示す
磁極棒14a、14b、14c、14dには駆動コイル
16a、16b、16c、16dと検出コイル15a、
15b、15c、15dが巻き線されている。駆動コイ
ル16a〜16dには、交流電流を通電してある。
24a、24b(図1では、14a、14b、14c、
14d)を通り基台23、支持ばね台29、支持ばね2
2で構成される磁気回路を通過して流れる。図1で示す
磁極棒14a、14b、14c、14dには駆動コイル
16a、16b、16c、16dと検出コイル15a、
15b、15c、15dが巻き線されている。駆動コイ
ル16a〜16dには、交流電流を通電してある。
【0022】つぎに、本発明の加速度センサの動作を説
明する。加速度変化に伴い永久磁石11が変位すると、
各磁極棒14a、14b、14c、14dと永久磁石1
1との距離が変化し、各磁極棒を流れる磁束が変化す
る。磁極棒14a〜14dは交流で励磁されているの
で、磁束の変化は磁極棒14a〜14dの磁気動作点を
変化させる。その結果、磁極棒14a〜14dに巻かれ
た検出コイル15a、15b、15c、15dの出力と
して、磁束変化がなければ発生しない駆動電流の周波数
の第2高調波成分が現れる。
明する。加速度変化に伴い永久磁石11が変位すると、
各磁極棒14a、14b、14c、14dと永久磁石1
1との距離が変化し、各磁極棒を流れる磁束が変化す
る。磁極棒14a〜14dは交流で励磁されているの
で、磁束の変化は磁極棒14a〜14dの磁気動作点を
変化させる。その結果、磁極棒14a〜14dに巻かれ
た検出コイル15a、15b、15c、15dの出力と
して、磁束変化がなければ発生しない駆動電流の周波数
の第2高調波成分が現れる。
【0023】図4は本実施例における各磁極棒の磁気動
作説明図である。図4(a)は、磁極棒の磁化曲線を表
すグラフで横軸は印加磁場、縦軸は磁束量を表してい
る。図4(b)は磁極棒の時間的に変化する出力磁束を
表している。検出コイルに出力される電圧は、磁束の時
間変化であるから、この時間微分波形が現れる。
作説明図である。図4(a)は、磁極棒の磁化曲線を表
すグラフで横軸は印加磁場、縦軸は磁束量を表してい
る。図4(b)は磁極棒の時間的に変化する出力磁束を
表している。検出コイルに出力される電圧は、磁束の時
間変化であるから、この時間微分波形が現れる。
【0024】図4(c)は磁極棒に印加される磁場の時
間的変化を示している。実線で示した波形は、駆動コイ
ルにる外部からの正弦波電流によって発生する磁場であ
る。点線は、計測対象である外部磁場が加わった場合の
磁場を示している。この時、図4(a)において、磁極
棒の動作点は(d)点に移り、図4(b)の出力波形
は、点線の様になる。すなわち、磁極棒の磁気飽和のた
めに、対称性が崩れて、高調波が含まれた出力波形とな
る。この高調波から偶数次高調波を取り出して、その大
きさと位相を見ると外部磁場に比例した外部磁場の大き
さと方向を表す出力がえられるので、高感度の磁場セン
サとなる。
間的変化を示している。実線で示した波形は、駆動コイ
ルにる外部からの正弦波電流によって発生する磁場であ
る。点線は、計測対象である外部磁場が加わった場合の
磁場を示している。この時、図4(a)において、磁極
棒の動作点は(d)点に移り、図4(b)の出力波形
は、点線の様になる。すなわち、磁極棒の磁気飽和のた
めに、対称性が崩れて、高調波が含まれた出力波形とな
る。この高調波から偶数次高調波を取り出して、その大
きさと位相を見ると外部磁場に比例した外部磁場の大き
さと方向を表す出力がえられるので、高感度の磁場セン
サとなる。
【0025】この様な磁場変化の検出は、フラックスゲ
ート形磁場センサと同じ原理である。図5にフラックス
ゲート形磁場センサの機能ブロック図を示す。フラック
スゲート形磁場センサは発信器51、増幅器52、高透
磁率磁心53、駆動コイル54、検出コイル55、バン
ドパスフィルター56、位相検波器57、位相変換器5
8、及び、周波数逓倍器59より構成する。
ート形磁場センサと同じ原理である。図5にフラックス
ゲート形磁場センサの機能ブロック図を示す。フラック
スゲート形磁場センサは発信器51、増幅器52、高透
磁率磁心53、駆動コイル54、検出コイル55、バン
ドパスフィルター56、位相検波器57、位相変換器5
8、及び、周波数逓倍器59より構成する。
【0026】このフラックスゲート形磁場センサの原理
を使い、平面内の各軸の第2高調波成分を比較すれば、
永久磁石11の動きとその方向をを検出できる。すなわ
ち、2次元的な動きは、互いに直角方向に配置された、
各磁極棒の組である14aと14b、14cと14dに
巻かれている検出コイルの出力差分を比較することで得
られる。例えば、図1で、永久磁石11が磁極棒14a
の方向に移動したとき、磁極棒14aの検出コイル15
aの出力が増大し、磁極棒14bの検出コイル15bの
出力は減少する。磁極棒14c,14dの検出コイル1
5c,15dの出力は変化しない。
を使い、平面内の各軸の第2高調波成分を比較すれば、
永久磁石11の動きとその方向をを検出できる。すなわ
ち、2次元的な動きは、互いに直角方向に配置された、
各磁極棒の組である14aと14b、14cと14dに
巻かれている検出コイルの出力差分を比較することで得
られる。例えば、図1で、永久磁石11が磁極棒14a
の方向に移動したとき、磁極棒14aの検出コイル15
aの出力が増大し、磁極棒14bの検出コイル15bの
出力は減少する。磁極棒14c,14dの検出コイル1
5c,15dの出力は変化しない。
【0027】また、支持ばね12の延直方向の上下の動
きに対しては、4つの磁極棒14a、14b,14c,
14dの出力が同じように増減するのでそれらの同相成
分を比較することにより変位が検出出来る。図2で示し
たGは、磁極棒の断面中心と永久磁石21の厚み方向の
中央部とのギャップであり、永久磁石の上方向の動きに
対しては、14a〜14dの磁極棒の検出コイル15a
〜15dの出力が増大し、下方向の動きに対しては検出
コイル15a〜15dの出力が減少するので、このギャ
ップGを設けることにより、上下方向の方向性も検出で
きる。
きに対しては、4つの磁極棒14a、14b,14c,
14dの出力が同じように増減するのでそれらの同相成
分を比較することにより変位が検出出来る。図2で示し
たGは、磁極棒の断面中心と永久磁石21の厚み方向の
中央部とのギャップであり、永久磁石の上方向の動きに
対しては、14a〜14dの磁極棒の検出コイル15a
〜15dの出力が増大し、下方向の動きに対しては検出
コイル15a〜15dの出力が減少するので、このギャ
ップGを設けることにより、上下方向の方向性も検出で
きる。
【0028】次に本実施例の磁場センサの製作方法を図
6に基づいて述べる。図6の磁極棒61は、線径φ15
0μm以下のアモルファス材料であり、アモルファス材
料の磁極棒61の表面には、電気的絶縁特性に秀れたコ
ーテング材62でコーテングされている。コーテング材
の材料としては、例えば、ポリウレタン材の焼き付けコ
ーテング等である。さらに、コーテング材62でコーテ
ングされた磁極棒61の外周には、平行ワイヤー63が
巻かれている。平行ワイヤー61は2本の極細線ワイヤ
ーをポリウレタン材で互いに絶縁性を確保した状態で2
本並列に結束されたものである。そして、巻線後に平行
ワイヤー61がほどけない様に、ボンデング材54で固
めて磁場センサを構成する。この様な構造にする事によ
り、磁場センサの製作が極めて容易になる。
6に基づいて述べる。図6の磁極棒61は、線径φ15
0μm以下のアモルファス材料であり、アモルファス材
料の磁極棒61の表面には、電気的絶縁特性に秀れたコ
ーテング材62でコーテングされている。コーテング材
の材料としては、例えば、ポリウレタン材の焼き付けコ
ーテング等である。さらに、コーテング材62でコーテ
ングされた磁極棒61の外周には、平行ワイヤー63が
巻かれている。平行ワイヤー61は2本の極細線ワイヤ
ーをポリウレタン材で互いに絶縁性を確保した状態で2
本並列に結束されたものである。そして、巻線後に平行
ワイヤー61がほどけない様に、ボンデング材54で固
めて磁場センサを構成する。この様な構造にする事によ
り、磁場センサの製作が極めて容易になる。
【0029】また、磁場センサの他の実施例として、前
記磁場センサの実施例において、平行ワイヤー61は、
2本の極細線ワイヤーを自己融着性ボンドメット材で互
いに絶縁性を確保した状態で2本並列に結束したものを
使用する。自己融着性ボンドメット材の特徴は、熱をか
けるとボンドメット材が軟化して、互いに融着するとい
う性質を有するものである。この平行ワイヤーを磁極棒
61に巻線後、加熱する事により、巻線後の互いのワイ
ヤーが融着しあうので、ボンデング材64が不要にな
る。
記磁場センサの実施例において、平行ワイヤー61は、
2本の極細線ワイヤーを自己融着性ボンドメット材で互
いに絶縁性を確保した状態で2本並列に結束したものを
使用する。自己融着性ボンドメット材の特徴は、熱をか
けるとボンドメット材が軟化して、互いに融着するとい
う性質を有するものである。この平行ワイヤーを磁極棒
61に巻線後、加熱する事により、巻線後の互いのワイ
ヤーが融着しあうので、ボンデング材64が不要にな
る。
【0030】図6において、平行ワイヤー63の巻き始
めの一方が駆動コイル巻き始め65となり、平行ワイヤ
ー63の巻き終わりの駆動コイル巻き始め65と電気的
導通がとれる方が駆動コイル巻き終わり66となる。同
じ様に、平行ワイヤー63の巻き始めの一方が検出コイ
ル巻き始め67となり、平行ワイヤー63の巻き終わり
の駆動コイル巻き始め65と電気的導通がとれる方が検
出コイル巻き終わり68となる。
めの一方が駆動コイル巻き始め65となり、平行ワイヤ
ー63の巻き終わりの駆動コイル巻き始め65と電気的
導通がとれる方が駆動コイル巻き終わり66となる。同
じ様に、平行ワイヤー63の巻き始めの一方が検出コイ
ル巻き始め67となり、平行ワイヤー63の巻き終わり
の駆動コイル巻き始め65と電気的導通がとれる方が検
出コイル巻き終わり68となる。
【0031】(2)第二実施例 次に、本発明の加速度センサの第二実施例を図7により
説明する。図7において、ばね710は、支持ばね72
の下端と、支持ばね締結部712で固定され、さらに、
ばね710は、ばね支持台713とばね支持台締結部7
11で固定する。ばね支持台713は、基台73と固定
する。
説明する。図7において、ばね710は、支持ばね72
の下端と、支持ばね締結部712で固定され、さらに、
ばね710は、ばね支持台713とばね支持台締結部7
11で固定する。ばね支持台713は、基台73と固定
する。
【0032】支持ばね72の延直方向、すなわち上下方
向に支持ばねが動くとき、支持ばね72の側面と基台7
3の中心穴がすべりがら動く。第一実施例では、ばね2
10、および211を関係部材と締結することを避ける
ため、2つのばねで支持ばねの動きの制動をしていた
が、第2実施例では1つのばねで実現可能である。
向に支持ばねが動くとき、支持ばね72の側面と基台7
3の中心穴がすべりがら動く。第一実施例では、ばね2
10、および211を関係部材と締結することを避ける
ため、2つのばねで支持ばねの動きの制動をしていた
が、第2実施例では1つのばねで実現可能である。
【0033】(3)第三実施例 本発明の加速度センサの第三実施例を図8により説明す
る。図8において、支持ばねの下端82は、基台83に
設けられた支持ばね固定穴87に挿入固定する。これに
より、支持ばね82に固定された永久磁石81は、支持
ばね82の鉛直方向、すなわち上下方向に動かなくな
る。永久磁石81の動きを2次元的な動きに制限したこ
とにより、2次元の加速度センサとなるが、検出回路の
構成が簡略化出来、さらに、永久磁石81の加速度変化
による挙動も安定するので安定した測定値を得ることが
出きる。
る。図8において、支持ばねの下端82は、基台83に
設けられた支持ばね固定穴87に挿入固定する。これに
より、支持ばね82に固定された永久磁石81は、支持
ばね82の鉛直方向、すなわち上下方向に動かなくな
る。永久磁石81の動きを2次元的な動きに制限したこ
とにより、2次元の加速度センサとなるが、検出回路の
構成が簡略化出来、さらに、永久磁石81の加速度変化
による挙動も安定するので安定した測定値を得ることが
出きる。
【0034】磁極棒は、図1の様に、永久磁石11を中
心として、平面内の同円上にそれぞれ内端を臨ませて、
14a、14b,14c,14dの様に互いに直交する
ように配置されている。
心として、平面内の同円上にそれぞれ内端を臨ませて、
14a、14b,14c,14dの様に互いに直交する
ように配置されている。
【0035】(4)第四実施例 本発明の加速度センサの第四実施例の平面図を図9、第
四実施例の断面図を図10に示す。磁極棒は、図9の様
に、永久磁石91を中心として、それぞれ内端を臨ませ
て、94a、94bの様に互いに直交する様に配置され
ている。
四実施例の断面図を図10に示す。磁極棒は、図9の様
に、永久磁石91を中心として、それぞれ内端を臨ませ
て、94a、94bの様に互いに直交する様に配置され
ている。
【0036】図10において、永久磁石101は、図3
に示す円柱形状の磁石である。そして円柱状両端面方向
にN極、S極の磁極を有する。支持ばね102は、上端
で永久磁石101を固定し、下端は、支持ばね固定穴1
09に打ち込み、基台103に固定する。
に示す円柱形状の磁石である。そして円柱状両端面方向
にN極、S極の磁極を有する。支持ばね102は、上端
で永久磁石101を固定し、下端は、支持ばね固定穴1
09に打ち込み、基台103に固定する。
【0037】第四実施例の加速度センサは、図9で示す
磁極棒94a、94b、及び図10で示す基台103、
支持ばね102、永久磁石101と空隙とで磁気回路を
構成する構造となっている。第四実施例においては、永
久磁石91を中心として、それぞれ内端を臨ませて互い
に直交する様に、94a、94bの2つの磁極棒よりな
っているので、第一実施例、第二実施例、第三実施例の
様に、互いに対向する磁極棒に巻かれている検出コイル
の出力差分の比較で加速度とその方向を検出するという
方法はとれないので、測定精度は劣るが、94a、94
bの2つの磁極棒に取り付けられた2つの検出コイルで
検出される信号を処理するだけでよい。
磁極棒94a、94b、及び図10で示す基台103、
支持ばね102、永久磁石101と空隙とで磁気回路を
構成する構造となっている。第四実施例においては、永
久磁石91を中心として、それぞれ内端を臨ませて互い
に直交する様に、94a、94bの2つの磁極棒よりな
っているので、第一実施例、第二実施例、第三実施例の
様に、互いに対向する磁極棒に巻かれている検出コイル
の出力差分の比較で加速度とその方向を検出するという
方法はとれないので、測定精度は劣るが、94a、94
bの2つの磁極棒に取り付けられた2つの検出コイルで
検出される信号を処理するだけでよい。
【0038】また、支持ばね102は、基台103に固
定されているため、二次元の加速度しか測定出来ない構
造である。しかしながら、第四実施例の優れている点
は、磁極棒を2本にしたこと、さらに永久磁石の動きも
二次元的な動きに制限したことにより、検出回路の構成
が大幅に簡略化出来、低コストで2次元加速度センサを
実現できる。
定されているため、二次元の加速度しか測定出来ない構
造である。しかしながら、第四実施例の優れている点
は、磁極棒を2本にしたこと、さらに永久磁石の動きも
二次元的な動きに制限したことにより、検出回路の構成
が大幅に簡略化出来、低コストで2次元加速度センサを
実現できる。
【0039】(5)第五実施例 本発明の加速度センサの第五実施例を図11に示す。磁
極棒は、図11の様に、永久磁石111を中心として、
それぞれ内端を臨ませて、114a、114b、114
cの様に同一平面上に互いに、120°の角度をもって
配置されている。その他の磁気回路上の構成は、第一実
施例、あるいは、第四実施例のいずれでも良い。
極棒は、図11の様に、永久磁石111を中心として、
それぞれ内端を臨ませて、114a、114b、114
cの様に同一平面上に互いに、120°の角度をもって
配置されている。その他の磁気回路上の構成は、第一実
施例、あるいは、第四実施例のいずれでも良い。
【0040】この様な磁場センサの配置をとることによ
り、それぞれの磁極棒に巻かれている検出コイルの出力
差分の比較で2次元的な加速度とその方向を検出するこ
とが可能であり、なおかつ、第一実施例に対して、磁極
棒が3本で済む。 (6)第六実施例 本発明の加速度センサの第六実施例を図12に示す。
り、それぞれの磁極棒に巻かれている検出コイルの出力
差分の比較で2次元的な加速度とその方向を検出するこ
とが可能であり、なおかつ、第一実施例に対して、磁極
棒が3本で済む。 (6)第六実施例 本発明の加速度センサの第六実施例を図12に示す。
【0041】図12において、加速度センサ121は、
第一実施例、第二実施例、第三実施例、第四実施例、あ
るいは、第五実施例で説明した加速度センサである。加
速度センサ121と、磁気シールド部材123は、加速
度センサ支持部材122で互いに連結固定されている。
加速度センサ支持部材122は、非磁性材料で構成す
る。また、磁気シールド部材123は、磁性材料で構成
される。磁気シールド部材123は、理想的には、なる
べく飽和磁束密度の高い材料で、さらには透磁率が高い
材料が好ましい。磁気シールド部材123は、具体的に
は、パーマロイ材、電磁純鉄、珪素鋼板、炭素鋼板等で
実施可能である。
第一実施例、第二実施例、第三実施例、第四実施例、あ
るいは、第五実施例で説明した加速度センサである。加
速度センサ121と、磁気シールド部材123は、加速
度センサ支持部材122で互いに連結固定されている。
加速度センサ支持部材122は、非磁性材料で構成す
る。また、磁気シールド部材123は、磁性材料で構成
される。磁気シールド部材123は、理想的には、なる
べく飽和磁束密度の高い材料で、さらには透磁率が高い
材料が好ましい。磁気シールド部材123は、具体的に
は、パーマロイ材、電磁純鉄、珪素鋼板、炭素鋼板等で
実施可能である。
【0042】この様な構造にすることにより、磁気シー
ルド部材123は、加速度センサ121に対する外部か
らの磁気ノイズ、あるいは地磁気の影響による測定誤差
を完全に防止する事と、加速度センサ121の保護ケー
スとを兼ねるものであり、加速度センサの実用性を向上
させている。
ルド部材123は、加速度センサ121に対する外部か
らの磁気ノイズ、あるいは地磁気の影響による測定誤差
を完全に防止する事と、加速度センサ121の保護ケー
スとを兼ねるものであり、加速度センサの実用性を向上
させている。
【0043】
【発明の効果】本発明の構造をとることにより、3軸方
向、及び2軸方向の加速度が同時に検出する支持ばね構
造が簡単になり、容易に高精度の加速度センサの製造が
実現可能となる。また、加速度の測定のときに、外部磁
気ノイズの影響もなくなる。
向、及び2軸方向の加速度が同時に検出する支持ばね構
造が簡単になり、容易に高精度の加速度センサの製造が
実現可能となる。また、加速度の測定のときに、外部磁
気ノイズの影響もなくなる。
【図1】本発明の加速度センサの第一実施例の平面図で
ある。
ある。
【図2】本発明の加速度センサの第一実施例の断面図で
ある。
ある。
【図3】本発明の加速度センサの永久磁石である。
【図4】実施例の各磁極棒の磁気動作説明図である。
【図5】フラックスゲート形磁場センサの機能ブロック
図である。
図である。
【図6】本発明の磁場センサである。
【図7】本発明の加速度センサの第二実施例の断面図で
ある。
ある。
【図8】本発明の加速度センサの第三実施例の断面図で
ある。
ある。
【図9】本発明の加速度センサの第四実施例の平面図で
ある。
ある。
【図10】本発明の加速度センサの第四実施例の断面図
である。
である。
【図11】本発明の加速度センサの第五実施例の平面図
で有る。
で有る。
【図12】本発明の加速度センサの第六実施例の断面図
である。
である。
11、21、31、71、81、91、101、111
永久磁石 12、22、72、82、92、102、112 支持
ばね 13、23、73、83、93、103、113 基台 14a、14b、14c、14d、24a、24b、6
1、74a、74b、84a、84b、94a、94
b、104a、104b、114a、114b、114
c 磁極棒 15a、15b、15c、15d、25a、25b、5
5、75a、75b、85a、85b、95a、95
b、105a、105b、115a、115b、115
c 検出コイル 16a、16b、16c、16d、26a、26b、5
4、76a、76b、86a、86b、96a、96
b、106a、116a、116b、116c駆動コイ
ル 17、27、97、107、117 中心凹部 18、28、78、88、98、108、118 磁極
棒支持リング 29 支持ばね台 32 中心穴 51 発信器 52 増幅器 53 高透磁率磁心 56 バンドパスフィルター 57 位相検出器 58 位相変換器 59 周波数逓倍器 62 コーテング材 63 平行ワイヤー 64 ボンデング材 65 駆動コイル巻き始め 66 駆動コイル巻き終わり 67 検出コイル巻き始め 68 検出コイル巻き終わり 87、109 支持ばね固定穴 121 加速度センサ 122 加速度センサ支持部材 123 磁気シールド部材 210、211、710 ばね 212 ばね押さえ 711 ばね支持台締結部 712 支持ばね締結部 713 ばね支持台
永久磁石 12、22、72、82、92、102、112 支持
ばね 13、23、73、83、93、103、113 基台 14a、14b、14c、14d、24a、24b、6
1、74a、74b、84a、84b、94a、94
b、104a、104b、114a、114b、114
c 磁極棒 15a、15b、15c、15d、25a、25b、5
5、75a、75b、85a、85b、95a、95
b、105a、105b、115a、115b、115
c 検出コイル 16a、16b、16c、16d、26a、26b、5
4、76a、76b、86a、86b、96a、96
b、106a、116a、116b、116c駆動コイ
ル 17、27、97、107、117 中心凹部 18、28、78、88、98、108、118 磁極
棒支持リング 29 支持ばね台 32 中心穴 51 発信器 52 増幅器 53 高透磁率磁心 56 バンドパスフィルター 57 位相検出器 58 位相変換器 59 周波数逓倍器 62 コーテング材 63 平行ワイヤー 64 ボンデング材 65 駆動コイル巻き始め 66 駆動コイル巻き終わり 67 検出コイル巻き始め 68 検出コイル巻き終わり 87、109 支持ばね固定穴 121 加速度センサ 122 加速度センサ支持部材 123 磁気シールド部材 210、211、710 ばね 212 ばね押さえ 711 ばね支持台締結部 712 支持ばね締結部 713 ばね支持台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 越本 泰弘 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 川田 忠通 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 板生 清 神奈川県鎌倉市浄明寺6−6−8 (72)発明者 内山 哲夫 東京都千代田区駿河台3丁目6番1号 株 式会社エイティアイ内
Claims (16)
- 【請求項1】 磁歪定数がゼロ近傍に設定された軟磁性
材料のばね性を有するワイヤー状支持ばね(22)と、 支持ばね(22)の一端に支持された永久磁石(21)
と、 支持ばね(22)で支えられた永久磁石(21)と、 それぞれの一端が同一円周上に配置され、かつ、お互い
がほぼ90゜の角度をもってほぼ等しい間隔に配置さ
れ、しかも、永久磁石(21)の外周から所定の距離に
配置した磁場センサ(24a、25a、26a)と、を
有することを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項2】 請求項1記載の加速度センサにおいて、
永久磁石(21)の両端面がN極、およびS極の磁極を
有し、その形状が円柱形状である加速度センサ。 - 【請求項3】 請求項1記載の加速度センサにおいて、
磁場センサ(24a、25a、26a)と永久磁石(2
1)の取り付け位置が、磁極棒(24a)の中心軸と永
久磁石(21)の厚さ方向の中央断面部から所定の距離
だけ離れている加速度センサ。 - 【請求項4】 請求項1記載の加速度センサにおいて、
ワイヤー状支持ばね(22)の一端を弾性部材(21
0、211)で支持する加速度センサ。 - 【請求項5】 請求項4記載の加速度センサにおいて、
ワイヤー状支持ばね(22)と磁極棒(24a)との支
持ばね(22)の長手方向の距離が変化できるようにす
るために、支持ばね(22)の長手方向の第1の方向に
加圧する第1のばね(210)と、第1の方向とは逆の
第2の方向に加圧する第2のばね(211)を有する加
速度センサ。 - 【請求項6】 請求項4記載の加速度センサにおいて、
ワイヤー状支持ばね(22)と磁極棒(24a)との支
持ばね(22)の長手方向の距離が変化できるようにす
るために、一端を支持ばね(22)に固定し、他の一端
をばね支持台(713)に固定したばね(710)を有
する加速度センサ。 - 【請求項7】 請求項1記載の加速度センサにおいて、
磁場センサ(24a、25a、26a)の磁極棒(24
a)の外周にコーテング材をコーテングし、その外周に
平行ワイヤを巻線し、駆動コイル(26a)と検出コイ
ル(25a)を形成した加速度センサ。 - 【請求項8】 請求項1記載の加速度センサにおいて、
加速度センサ(121)の外周に磁気シールド部材(1
23)を設け、加速度センサ(121)と磁気シールド
部材(123)を非磁性部材(122)で連結固定した
加速度センサ。 - 【請求項9】 請求項5記載の加速度センサにおいて、
磁気シールド部材(123)が、加速度センサ(12
1)の保護ケースの一部を構成する加速度センサ。 - 【請求項10】 請求項1記載の加速度センサにおい
て、支持ばね(22)を固定した支持ばね台(29)を
支持ばね(22)の長手方向に移動可能に支持し、か
つ、ばね(210、211)を支持ばね台(29)に所
定の圧力がかかるように保持し、しかも、磁極棒(24
a)を支持する基台(23)を有する加速度センサ。 - 【請求項11】 磁歪定数がゼロ近傍に設定された軟磁
性材料のばね性を有する磁石支持手段(22)と、 磁石支持手段(22)に固定した永久磁石(21)と、 互いにほぼ90゜の角度をもってほぼ等しい間隔に配置
され、しかも、永久磁石(21)の外周から所定の距離
に配置した4個の磁気検出手段(24a、25a、26
a)と、を有することを特徴とする加速度センサ。 - 【請求項12】 4個の磁気検出手段(24a、25
a、26a)をほぼ同一平面に配置し、この平面と永久
磁石(21)の一方の磁極の端面がほぼ平行に所定の距
離をもって配置する請求項11記載の加速度センサ。 - 【請求項13】 永久磁石(21)と4個の磁気検出手
段(24a、25a、26a)との距離を変化させる方
向に磁石支持手段(22)、弾性力を加える弾性支持手
段(210、211)を有する請求項11記載の加速度
センサ。 - 【請求項14】 4個の磁気検出手段(24a,25
a,26a)を支持し、磁石支持手段(22)を動作可
能に支持し、弾性支持手段(210、211)を支持す
るセンサ支持手段を有する請求項13記載の加速度セン
サ。 - 【請求項15】 磁歪定数がゼロ近傍に設定された軟磁
性材料のばね性を有するワイヤー状支持ばね(102)
と、支持ばね(102)の一端に支持された永久磁石
(101)と、お互いが90°の角度をもって配置さ
れ、永久磁石(91)の外周から所定の距離に配置され
た、第1の磁場センサ(94b,95b、96b)と、
ワイヤー状支持ばね(102)の一端を支持ばね固定穴
(109)により固定した基台(103)より構成され
た加速度センサ。 - 【請求項16】 磁歪定数がゼロ近傍に設定された軟磁
性材料のばね性を有するワイヤー状支持ばね(112)
と、 支持ばね(112)の一端に支持された永久磁石(11
1)と、 支持ばね(112)で支えられた永久磁石(111)
と、 それぞれの一端が同一円周上に配置され、かつ、お互い
がほぼ120゜の角度をもってほぼ等しい間隔に配置さ
れ、しかも、永久磁石(111)の外周から所定の距離
に配置した第1の磁場センサ(114a、115a、1
16a)と、第2の磁場センサ(114b、115b、
116b)と、第3の磁場センサ(114c、115
c、116c)を有することを特徴とする加速度セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066249A JPH07280830A (ja) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | 加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066249A JPH07280830A (ja) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | 加速度センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07280830A true JPH07280830A (ja) | 1995-10-27 |
Family
ID=13310410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6066249A Pending JPH07280830A (ja) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | 加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07280830A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009538473A (ja) * | 2006-05-23 | 2009-11-05 | ローズマウント インコーポレイテッド | 磁気誘導を使用する工業プロセス装置 |
-
1994
- 1994-04-04 JP JP6066249A patent/JPH07280830A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009538473A (ja) * | 2006-05-23 | 2009-11-05 | ローズマウント インコーポレイテッド | 磁気誘導を使用する工業プロセス装置 |
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