JPH077012B2 - 加速度センサ - Google Patents

加速度センサ

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JPH077012B2
JPH077012B2 JP63110882A JP11088288A JPH077012B2 JP H077012 B2 JPH077012 B2 JP H077012B2 JP 63110882 A JP63110882 A JP 63110882A JP 11088288 A JP11088288 A JP 11088288A JP H077012 B2 JPH077012 B2 JP H077012B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は電磁気的に加速度を検出できるセンサに関し、 バーバーポール型の磁気抵抗素子と永久磁石とを組合せ
た簡易な構成で確実に加速度の大きさを検出する加速度
センサを提供することを目的とし、永久磁石と、薄膜磁
気抵抗素子と、加算部を有し、 前記永久磁石は、印加された加速度によって撓むことの
できる材質の梁に取り付けられており、発する磁界が前
記薄膜磁気抵抗素子の表面を過るように配設されている
ものであり、 前記薄膜磁気抵抗素子は、少なくとも一対が、前記永久
磁石の両側の、該永久磁石を挟んだ対称位置に設けられ
ているものであり、 前記加算部は、前記薄膜磁気抵抗素子の出力を加算する
ものであり、 前記薄膜磁気抵抗素子のそれぞれは、直列接続された抵
抗素子部を有し、前記永久磁石（11）の発する外部磁界
の変化に伴う電圧変化の出力が互いに逆極性であり、か
つ該抵抗素子部が相反する電圧変化の出力となるよう
に、バーバーポール型のパターンが形成されており、か
つブリッジ接続されているものであるように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は電磁気的に加速度を検出できるセンサに関す
る。
従来の加速度センサは印加された加速度による重りの変
位を検出したり、撓みを受けた片持梁の歪みを検出する
などのため、構造が複雑な割りには感度が低い欠点があ
った。そのため構造が簡易で高感度なセンサを開発する
ことが要望された。
〔従来の技術〕
従来の加速度センサは変位型または加速度力型と言われ
るものであった。前者の例は第17図に示すように、一端
を固定した片持梁１の他端に重り２を取り付け、重り２
と略同位置に在る電極３と、梁固定部４に在る電極５を
設ける。重り２に加速度が加えられることにより、図の
上下方向に片持梁１が動き撓むため、電極3,5間の静電
容量変化を生じ、その変化により加速度の大きさを検出
する。或いは電極3,5間の直流電気抵抗を測定するよう
に接続しておくとき、片持梁が加速度のため撓んで生じ
る歪を電気抵抗の変化として検出し、加速度の大きさを
知ることができる。片持梁の材質としてシリコンを使用
する具体的な構成を第18図に示す。第18図においてシリ
コン基板の（110）面を主面として例えばｚ方向の加速
度に感ずる部分を形成する。重り部分２の質量をｍとす
ると、第18図においてセンサがｚ方向に加速度αを受け
て重り部分２にＦ＝ｍαの力が加わり、その結果板厚が
薄いなっている撓み部分が撓む。それにより発生する応
力Ｔから次式で表されるピエゾ抵抗効果により抵抗６の
抵抗値が変化する。
｜Δρ｜＝｜ρ｜π|T| ここでΔρ：応力による抵抗率変化量 ρ：無歪時の抵抗率 π：ピエゾ抵抗係数 この抵抗値の変化から加速度を感知するものが半導体加
速度センサである。第18図に示すように従来の半導体加
速度センサは重り部分２と、該重り部分２と連動し薄片
化した撓み部分から成り、該撓み部分にはその表面に形
成された拡散抵抗６の抵抗値変化で加速度を感知し、小
型化を図り感度・精度の向上を図っている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第17図に示すものは電極間静電容量の変化検出が容易で
ない。加速度の加えられる方向が一定していて、変位量
が比較的大きい場合のみ使用できるに過ぎない。
第18図に示すものは加速度が印加される方向により撓み
を起こす部分には、ｙ方向およびねじれ方向に撓み可能
性がある。そのため両方向の撓みから発する抵抗値変化
とｚ方向の撓みから発生する抵抗が混在し、ｚ方向のみ
の加速度成分を正確に感知するには問題があった。
本発明の目的は前述の欠点を改善し、バーバーポール型
の磁気抵抗素子と永久磁石を組合せた簡易な構成で確実
に加速度の大きさを検出する加速度センサを提供するこ
とにある。
〔問題点を解決するための手段〕
第１図は本発明の原理構成を示す図である。図におい
て、10は印加された加速度によって撓むことのできる
梁、11は図示のようにＮ極とＳ極を有する永久磁石、12
-1,12-2は２個のバーバーポール型の磁気抵抗素子、13-
1,13-2は磁気抵抗素子12-1,12-2の出力信号線、14は加
算部、14-1は加算部14の出力信号端子を示す。
第１、10、11、12図を参照して、例えば一端を固定し、
印加された加速度によって撓むことのできる材質の片持
梁10の他端に永久磁石11が取付けられて、その発する磁
界が薄膜磁気抵抗素子12-1、12-2の表面を過るように配
設されており、 前記永久磁石11の両側の、永久磁石11を挟んだ対称位置
に、少なくとも一対の薄膜磁気抵抗素子12-1、12-2が設
けられており、 前記薄膜磁気抵抗素子12-1、12-2のそれぞれは、直列接
続された抵抗素子部12-1a、12-1bと12-2a、12-2bを有
し、前記永久磁石11の発する外部磁界の変化に伴う電圧
変化の出力が互いに逆極性であり、かつ該抵抗素子部12
-1a、12-1b、12-2a、12-2bが相反する電圧変化の出力と
なるように、バーバーポール型のパターンが形成されて
おり、かつブリッジ接続されているものであるように構
成する。
〔作用〕
第１図において、撓むことのできる梁10に取り付けられ
た磁石11の質量をｍ、磁石11に加えられた加速度をＧ、
そのとき当初位置から磁石11が例えば磁気抵抗素子12-2
に対し変位した量をｘとするとき、ｋを比例常数として Ｇ＝kx/m で与えられる。即ち磁石11に加速度Ｇが加えられない当
初位置から、加えられた加速度のため梁10が細矢印のよ
うに撓み、磁石11が磁気抵抗素子12-2に近づいたとす
る。そのことを磁気抵抗素子12-2の出力信号線13-2にお
ける電圧変動による電気信号の変化から位置変位量とし
て読出ことができ、その変位量から加速度の値を直接知
ることができる。このとき加速度の印加方向が逆になっ
て、磁石11が磁気抵抗素子12-1に接近する方向に変位し
ても同様である。
また梁10の一方端に磁気センサ12が取り付けられ磁石11
が固定されているとき、或いは梁が両持梁であって梁の
中央部分に磁石11を取り付けても、加速度の測定できる
動作は同様である。
そして磁石11を挟んで磁気抵抗素子12-1,12-2が対称位
置に在るときを当初位置とし、加速度が印加され磁石11
が変位したとき、変位量を各磁気抵抗素子12-1,12-2に
より個別に検出する。加算部14において各磁気抵抗素子
12-1,12-2の出力を信号線13-1,13-2を介して互いに逆極
性で加算する。そのため各磁気抵抗素子の出力の略２倍
の出力が端子14-1に得られる。各磁気センサには地磁気
など外乱磁界の影響を受け易いが、この構成によると加
算部14における加算は外乱などの無用な信号を相殺し所
望信号は倍増するから高感度の、しかもバーバーポール
型磁気抵抗素子を使用することから磁界に対する出力の
直線性が良好になり、且つ該抵抗素子使用のためバイア
ス磁界を必要とせず任意の場所に配置できるなど、実用
上優れた加速度センサが得られる。
〔実施例〕
第１図に示す梁・磁石・磁気抵抗素子については変形が
あるため、実施例として順次に示す。
第２図は梁として両持梁15を使用する場合を示す図であ
る。第２図において、両持梁15はその両端が固定され、
中間部に磁石11が取り付けられ、磁石11と上述の磁気抵
抗素子が対向している。磁石11の部分が変位し、磁気抵
抗素子との間隔が広く或いは狭くなり、前述のように加
速度を検出することができる。第３図において、両持梁
15はその両端が固定されている。バーバーポール型磁気
抵抗素子は12-1乃至12-4と２個ずつ２組が磁石11の周囲
に互いに直交する位置にある。これは磁気抵抗素子12-
1,磁石11、磁気抵抗素子12-2が存在する面に平行に加速
度が印加されたとき、その加速度は磁石11と磁気抵抗素
子21-1,12-2の対向間隔の変化で直で求められるが、若
し加速度がその面とは異なる方向に印加されたとき、磁
気抵抗素子12-1,12-2の出力のみを加算する加算部14-1
の出力から加速度の正確な値が求められない。そのため
他の１組の磁気抵抗素子12-3,12-4により加算部14-2の
出力を得て、両加算部出力についてベクトル加算を行っ
ている。片持梁・両持梁については板状・丸棒状などの
変形がある。
第４図は第１図の加速度センサの１点鎖線内を、シリコ
ン基板を用いて一体化した具体例を示す斜視図である。
第４図において、20はシリコン基板、21はシリコン基板
に設けた孔、22-1〜22-4は抵抗磁気抵抗素子と加算部
（図示せず）との結合用パッドを示す。なお10は梁、11
は磁石、12-1,12-2はバーバーポール型の磁気抵抗素子
であって、磁気抵抗素子と結合用パッドがシリコン基板
20面上に形成されている。梁10の材料は例えば燐青銅
を、磁石11は例えばバリウムフェライト（プラスチック
マグネット）でBrが2000ガウス、Hcが1600エルステッド
のものを使用する。シリコン基板20の孔21の一辺に更に
凹所23を設けて、梁10を挿入固定する。そして梁10は図
の縦方向が横方向より厚い形状とする。孔21と凹所23を
設けるとき異方性エッチング技術により正確な位置に正
確な寸法で設けることができる。図の水平方向に印加さ
れる加速度を受けて磁気抵抗素子12-1,12-2の何れかの
方向へ撓むように動作する。磁気抵抗素子12-1,12-2は
それぞれが例えば第５図に示すようにブリッジ接続され
た４つの抵抗素子Ｒとしてシリコン基板上に形成され
る。そして各素子を公知のバーバーポール形状で構成し
たとき、バイアス磁界が不要で且つ外部磁界に対する出
力の直線性が良好になる。また温度変化の広い範囲で安
定という特徴もある。
そのため磁気抵抗素子は磁石が近づいたり離れたりする
ときの出力信号を加算部で検出することにより、前述し
たように加速度検出ができる。
第４図に示す梁10、磁石11との組合せとして、半硬質金
属材料例えば商品名ニブコロイを使用することにより、
一体化したものを得ることができる。
第６図は第４図に示す加速度センサの動作出力特性を示
す図である。第６図Ａ（Ｉ）は従来の加速度センサとし
て第17図に示す構成で市販されているものの出力特性を
示し、同図Ａ（II）と示すものは本発明実施例として第
４図に示すものの出力特性を示している。特性波形は共
に＋1Gまたは−1Gの大きさの加速度に対し各1Vの出力電
圧がえられている。なお加速度の大きさＧと出力電圧Ｖ
との関係は第６図に示すように、略直線性を有している
ことが実験で確認できた。
また第４図に示す磁気抵抗素子を結ぶ方向にシリコン基
板を切断した側面から見たとき、第７図に示すように梁
を他の構成とすることができる。第７図において24はシ
リコン基板20に穿けた孔、25はシリコン製梁を示し、磁
気抵抗素子12-1,12-2と磁石11が水平上となる位置に設
定する。孔24の内面は梁25の撓みが衝撃などのため、き
わめて急激であったときストッパとなる。
第８図は梁25の向きを第７図と逆方向にした場合で、梁
25の材質はシリコンまたは他のものとする。この場合加
速度測定器の製造時における磁気抵抗素子12-1,12-2と
磁石11との位置合わせを正確に行うため、凹凸26-1,26-
2……を設けておき、その凹凸を一致させて高能率のセ
ンサを得る。この凹凸は実際に使用するときに取り除い
ても良い。
なお図示しない加算部において２個の磁気抵抗素子出力
を互いに逆極性で加算する。地磁気などの外乱磁界に対
しては両磁気抵抗素子の出力が同値となるため、逆極性
で加算したとき打ち消し合い、加速度に基づく出力は加
算される。
第２図・第８図の構成は磁気抵抗素子を互いに２組直交
させて設けるときに好適である。
第９図は本発明の他の実施例による加速度センサの分解
斜視図、第10図は第９図の抵抗素子部分の拡大平面図、
第11図は第９図の抵抗素子の等価回路、第12図は第９図
の加速度センサの回路接続の概略図、第13図は第９図の
磁石の磁界分布と磁石の方向を示す図、第14図は第９図
センサの出力特性を示す図、第15図は第９図の抵抗素子
における初期磁化状態を説明する図、第16図（Ａ）
（Ｂ）（Ｃ）（Ｃ′）（Ｄ）（Ｄ′）（Ｅ）（Ｅ′）
（Ｆ）（Ｇ）は第９図のセンサ部分の形成方法を示す図
である。
第９図において、密封ケースを構成するキャップ27とベ
ース28はケイ素鋼等の磁性材料からなり、その表面には
ニッケルメッキが施されている。またキャップ27には封
入口27-1が、ベース28にはガラス封止により該ベース28
と絶縁状態で固定された外部端子29-1〜29-6と固定端子
29-7,29-8が設けられている。そして、キャップ27とベ
ース28は後述するセンサ部分を該ベース28上に実装しそ
れを内蔵するように該ベース28にキャップ27を覆せ、そ
の接合部を溶接等にて封止して磁気シールドケースを形
成した後、封入口27-1より該ケース内に防振オイルを封
入し、その後該封入口27-1を塞ぐ。
これにより、プリント板上に実装可能な本発明に係る密
封・磁気シールド型加速度センサが得られる。
第９図におけるセンサ部分は第４図とほぼ同様な構造で
あり、シリコン基板30の異方性エッチングによる31内に
磁石11を一端部に固定した片持梁10が他端を凹所33内に
嵌入させて取付けられ、且つ該シリコン基板30の枠部面
上にバーバーポール型の磁気抵抗素子12-1,12-2が設け
られている。そして、該シリコン基板30はベース28上に
接着剤にて固定されている。
また、磁気抵抗素子12-1,12-2は第10図に示す如く接合
用パッド32-1〜32-6（〜と番号付けしてある）を有
し、該パッド32-1〜32-6と外部端子29-1〜29-6の頭部と
がアルミ線によりワイヤボンディング接続（第９図参
照）される。
磁気抵抗素子12-1,12-2の実際のパターン形状は第10図
の通りであり、パーマロイ（Ni−Fe合金）等からなる蛇
行した磁性薄膜パターン34上に金（Au）等からなる複数
個の傾斜（例えば45°）した導体パターン35が被着して
バーバーポール型の磁性薄膜素子を形成しており、結合
用パッド32-1〜32-6が磁性薄膜パターン34の一部分とし
て形成されている。また磁性薄膜パターン34は第9,10図
に示す如く、その長手方向がｘ軸に平行で且つｚ軸に対
し直角となるようにパターン付けされている。
更に、磁気抵抗素子12-1,12-2は夫々直列接続された12-
1a,12-1bと12-2a,12-2bの抵抗素子部を有し、上述の如
く磁気抵抗素子12-1aと12-2bは外部磁界量の変化に伴な
う電圧変化出力が互いに逆極性となり、且つ抵抗素子部
12-1aと12-1b（12-2aと12-2b）も互いに相反する電圧変
化出力となるように、バーバーポールのパターンが形成
され、且つブリッジ接続される。
第11図には結合用パッド32-1〜326により端子出しされ
る磁気抵抗素子12-1（12a-1a,12-1b）,12-2（12-2a,12-
2b）の等価回路図を示してある。
そして第12図に示す如く、それら抵抗素子は密封ケース
外で外部端子29-1〜29-6を用してブリッジ接続され、且
つ各抵抗素子に一定電流を流すための直流電源36が該ブ
リッジ回路に接続されると共に、第１図のようにそれら
の出力が出力信号線13-1,12-2を介して出力端子14-1を
有する加算部14に接続されることにより、第９図の加速
度センサの回路接続が完成される。
第13図は第９図の磁石11の磁界分布と磁石11の方向を示
す図で磁石11がｘ軸とｚ軸の交点上にその中央部を位置
させた場合のxz平面内のシュミレーションによる磁界分
布を示している。この際、磁石11は上記したBrが2000ガ
ウス、Hcが1600エルステッド（Oe）のバリウムフェライ
トで、図中の各矢印は磁界方向と磁界強度を示してい
る。
このように磁石11の磁界分布を予め確認した上で、磁石
11に対する磁気抵抗素子12-1,12-2の位置関係を設定す
ることにより、該磁気抵抗素子12-1,12-2に所定量の初
期（イニシャライズ）磁化を特別なバイアス磁界手段を
用いずに該磁石11を利用して自動的に与えることができ
る。
第13図の例では、ｘ軸に平行な薄膜磁性パターン34を有
する磁気抵抗素子12-1（或は12-2）を図中の○印に位置
させることにより、該磁性薄膜パターン34に150Oeの初
期磁化を与えることができる。
尚、この初期磁化は矢印Ｍとして第15図に示す如く、薄
膜磁性パターン34の長手方向（ｘ軸方向）に与えられ、
それは導体パターン35間の電流方向（矢印ｍ）と約45°
異なっている。
そして、磁性薄膜パターン34にこのような初期磁化を与
えた第９図のセンサにおいては、第14図に示すように磁
気抵抗素子12-1と12-2の出力特性（磁石11による外部磁
界Ｈに対する電圧変化ΔV/Vの出力特性）が各々実線の
となり、初期磁化が与えられていない場合の出力特
性に比べ測定範囲を格段に広げることができる。
第16図の各図は第９図のセンサ部分の形成工程を示す図
である。即ち、本センサ部分は（Ａ）図の如く、面方位
が（100）のシリコンウェハ37を用いて、多数個の孔31
を有するシリコン基板30を切り出すことにより得られ
る。
具体的に説明すれば、シリコンウェハ37の表面に熱酸化
による酸化膜38を形成し（（Ｂ）図参照）、その上にレ
ジストを被膜した後露光・現像して略長方形の孔39を有
するレジスト膜40を形成する（（Ｃ）図参照）。次に孔
39の露出部分の酸化膜38を除去し、続いてレジスト膜40
を除去して、酸化膜38による孔38bを有するマスクパタ
ーン38aを形成する（（Ｄ）図参照）。しかる後、孔38b
部分のシリコンを異方性エッチングして凹所33を有する
貫通した孔31を形成する。この際のエッチング液として
は、エチレンジアミン255cc,H2O120cc,カテコール45gの
混合液を100〜110℃で使用すれば、エッチング深さは60
〜80μm/時間であり、シリコンウェハ37の厚さを280μ
ｍとしたとき、孔31は約４時間程度で形成できる。
次に、再度シリコンウェハ37の全表裏面（孔31の内面
も）に酸化膜を熱酸化により形成した後、その枠部分に
磁気抵抗素子12-1,12-2を形成する（（Ｆ）図参照）。
この磁気抵抗素子12-1,12-2は（Ｇ）図に示す如く、シ
リコンウェハの酸化膜上に磁性層41、Ta Mo等からなる
密着層42、導電層43を蒸着等にて被着し、それらをエッ
チングしてパターンニングすることにより磁性層41にて
薄膜磁性パターン34を、導電層43にて導体パターン35を
形成し、その後Si3N4等の保護膜44を被覆することによ
り形成される。そして、最後にシリコンウェハ37を
（Ｆ）図の点線の如くカッティングすることによりシリ
コンウェハ30が形成される。
尚、磁気抵抗素子12-1,12-2は別に作製したものをシリ
コンウェハ37の枠部に接着固定する手法でも良い。
〔発明の効果〕 このようにして本発明によると、加速度センサとしての
構造が極めて簡易であっても、正確な値を検出すること
ができる。即ち従来の構成では、加速度を受けた梁が歪
を起こしたことを抵抗値変化に換算したり、加速度を三
次元で測定することが困難であったのに対し、本発明で
は加速度による磁気的変化を電気出力の変化としての検
出であるから、大出力を得ることが容易である。また三
次元で測定することが容易である。更に同相外部磁界に
基づく影響を打ち消して出力を得ることができるため、
正確な値が得られる。また加速度センサとして全体的に
偏平で小型にできるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の原理構成を示す図、 第２図・第３図は本発明の変形例を示す図、 第４図は本発明の実施例として具体的構成を示す斜視
図、 第５図は磁気抵抗素子を使用する磁気センサの構成を示
す図、 第６図は第４図・第５図の構成による動作出力特性を示
す図、 第７図・第８図は他の具体例を示す図、 第９図は本発明の他の実施例による加速度センサの分解
斜視図、 第10図は第９図の抵抗素子部分の拡大図、 第11図は第９図の抵抗素子の等価回路図、 第12図は第９図センサの回路接続の概略図、 第13図は第９図の磁石の磁界分布と磁石の方向を示す
図、 第14図は第９図センサの出力特性を示す図、 第15図は第９図の抵抗素子における初期磁化状態を説明
する図、 第16図は第９図のセンサ部分の形成方法を示す図、 第17図と第18図は従来の加速度センサの例を示す図であ
る。 〔符号の説明〕 10,15……梁、11……磁石、12-1,12-2……磁気抵抗素
子、14……加算部、20,30……シリコン基板、21,31……
孔、27……キャップ、28……ベース。
フロントページの続き (72)発明者 遠藤 みち子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 田中 章 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 実開 昭49−53776（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭48−42576（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−48478（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】永久磁石（11）と、薄膜磁気抵抗素子（12
    -1）、（12-2）と、加算部（14）を有し、 前記永久磁石（11）は、印加された加速度によって撓む
    ことのできる材質の梁（10）に取り付けられており、発
    する磁界が前記薄膜磁気抵抗素子（12-1）、（12-2）の
    表面を過るように配設されているものであり、 前記薄膜磁気抵抗素子（12-1）、（12-2）は、少なくと
    も一対が、前記永久磁石（11）の両側の、該永久磁石
    （11）を挟んだ対称位置に設けられているものであり、 前記加算部（14）は、前記薄膜磁気抵抗素子（12-1）、
    （12-2）の出力を加算するものであり、 前記薄膜磁気抵抗素子（12-1）、（12-2）のそれぞれ
    は、直列接続された抵抗素子部（12-1a,12-1b）、（12-
    2a、12-2b）を有し、前記永久磁石（11）の発する外部
    磁界の変化に伴う電圧変化の出力が互いに逆極性であ
    り、かつ該抵抗素子部（12-1a、12-1b、12-2a、12-2b）
    が相反する電圧変化の出力となるように、バーバーポー
    ル型のパターンが形成されており、かつブリッジ接続さ
    れているものである ことを特徴とする加速度センサ。
  2. 【請求項２】前記梁（10）は、一端が固定された片持梁
    で、他端に前記永久磁石（11）が取り付けられているも
    のである請求項１記載の加速度センサ。
  3. 【請求項３】前記梁（10）は、両端が固定された両持梁
    で、中央部に前記永久磁石（11）が取り付けられている
    ものである請求項１記載の加速度センサ。
  4. 【請求項４】シリコン基板（20）上に設けられた少なく
    とも一対の前記薄膜磁気抵抗素子（12-1）、（12-2）
    と、該薄膜磁気抵抗素子（12-1）、（12-2）の中間部に
    異方性エッチングで形成された孔（21）と、前記永久磁
    石（11）が取り付けられ、かつ該孔（21）内に配置され
    て加速度によって撓むことのできる梁（10）とを有する
    請求項１記載の加速度センサ。
  5. 【請求項５】前記薄膜磁気抵抗素子（12-1）、（12-2）
    は、イニシャライズ方向が前記永久磁石（11）の磁界分
    布に合わせて配置されているものである請求項１記載の
    加速度センサ。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100810591B1 (ko) * 2004-04-30 2008-03-07 아이치 세이코우 가부시키가이샤 가속도 센서

Families Citing this family (79)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3929082A1 (de) * 1988-12-09 1990-06-13 Teves Gmbh Alfred Beschleunigungssensor mit einseitig eingespanntem biegebalken
US5326726A (en) * 1990-08-17 1994-07-05 Analog Devices, Inc. Method for fabricating monolithic chip containing integrated circuitry and suspended microstructure
WO1992003740A1 (en) * 1990-08-17 1992-03-05 Analog Devices, Inc. Monolithic accelerometer
US5417111A (en) * 1990-08-17 1995-05-23 Analog Devices, Inc. Monolithic chip containing integrated circuitry and suspended microstructure
US5314572A (en) * 1990-08-17 1994-05-24 Analog Devices, Inc. Method for fabricating microstructures
JPH0449867U (ja) * 1990-08-31 1992-04-27
DE4202148A1 (de) * 1992-01-27 1993-07-29 Kansei Kk Beschleunigungs-sensor-baugruppe
JPH05215505A (ja) * 1992-02-05 1993-08-24 Mitsubishi Electric Corp 位置検出装置
JPH05249137A (ja) * 1992-03-10 1993-09-28 Takata Kk 加速度センサ
DE69329669D1 (de) * 1992-08-25 2000-12-21 Seagate Technology Llc Magnetoresistiver Sensor und Herstellungsverfahren dafür
DE4229558C2 (de) * 1992-09-04 1995-10-19 Tzn Forschung & Entwicklung Beschleunigungsaufnehmer
DE4319146C2 (de) * 1993-06-09 1999-02-04 Inst Mikrostrukturtechnologie Magnetfeldsensor, aufgebaut aus einer Ummagnetisierungsleitung und einem oder mehreren magnetoresistiven Widerständen
US5737156A (en) * 1993-11-08 1998-04-07 Seagate Technology, Inc. Barberpole MR sensor having interleaved permanent magnet and magnetoresistive segments
DE4411130A1 (de) * 1994-03-30 1995-10-05 Siemens Ag Sensoreinheit mit mindestens einem Beschleunigungssensor, z. B. zur Kfz-Airbagauslösung, und Verfahren zu seiner Herstellung
JPH08511873A (ja) * 1994-04-15 1996-12-10 フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ 磁界センサ、そんなセンサを具えた装置及びそんなセンサを製造する方法
DE4436876A1 (de) * 1994-10-15 1996-04-18 Lust Antriebstechnik Gmbh Sensorchip
US5565847A (en) * 1994-11-23 1996-10-15 International Business Machines Corporation Magnetic tag using acoustic or magnetic interrogation
US5552778A (en) * 1994-11-23 1996-09-03 International Business Machines Corporation Multibit bimorph magnetic tags using acoustic or magnetic interrogation for identification of an object coupled thereto
DE19513921C2 (de) * 1995-04-12 1997-10-16 Siemens Ag Halbleiterchip
US5627315A (en) * 1995-04-18 1997-05-06 Honeywell Inc. Accelerometer with a cantilever beam formed as part of the housing structure
US7123129B1 (en) 1995-08-14 2006-10-17 Intermec Ip Corp. Modulation of the resonant frequency of a circuit using an energy field
US7002475B2 (en) * 1997-12-31 2006-02-21 Intermec Ip Corp. Combination radio frequency identification transponder (RFID tag) and magnetic electronic article surveillance (EAS) tag
US5812065A (en) 1995-08-14 1998-09-22 International Business Machines Corporation Modulation of the resonant frequency of a circuit using an energy field
JP2800112B2 (ja) * 1996-02-28 1998-09-21 株式会社エスアイアイ・アールディセンター 半導体装置
EP0793103A3 (en) * 1996-02-27 1998-10-07 Seiko Instruments R&D Center Inc. Semiconductor acceleration sensor
US5946169A (en) * 1996-11-07 1999-08-31 Seagate Technology, Inc. Soft adjacent layer vertically biased magnetoresistive sensor having improved sensor stability
JPH10160748A (ja) * 1996-12-03 1998-06-19 Oki Electric Ind Co Ltd 衝撃センサ
JPH10160747A (ja) * 1996-12-03 1998-06-19 Oki Electric Ind Co Ltd 衝撃センサ
JP3284921B2 (ja) * 1997-04-24 2002-05-27 富士電機株式会社 加速度センサならびに角加速度センサおよびそれらの製造方法
EP0877228B1 (fr) * 1997-05-09 2003-08-06 Tesa Sa Capteur de type magnétorésistif pour mesure de dimension
US6097183A (en) * 1998-04-14 2000-08-01 Honeywell International Inc. Position detection apparatus with correction for non-linear sensor regions
US6356420B1 (en) 1998-05-07 2002-03-12 Seagate Technology Llc Storage system having read head utilizing GMR and AMr effects
US6507187B1 (en) * 1999-08-24 2003-01-14 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Ultra-sensitive magnetoresistive displacement sensing device
AU6718500A (en) * 1999-09-10 2001-04-17 International Business Machines Corporation Magnetic sensing of motion in microfabricated devices
GB0007532D0 (en) * 2000-03-28 2000-05-17 Fast Technology Gmbh Magnetic-based force/torque sensing
IL139730A0 (en) * 2000-11-16 2002-02-10 Micma Engineering Ltd Silicon capacitive accelerometer
JP2002372416A (ja) 2001-04-09 2002-12-26 Nagano Fujitsu Component Kk センサユニット
US6717403B2 (en) * 2001-09-06 2004-04-06 Honeywell International Inc. Method and system for improving the efficiency of the set and offset straps on a magnetic sensor
KR100496006B1 (ko) * 2002-07-02 2005-06-20 (주)트윈 세이버 진동-전기신호 변환장치
KR100444235B1 (ko) * 2002-12-10 2004-08-16 삼성전기주식회사 자기 및 가속도 동시 검출 방법 및 장치
US8391958B2 (en) * 2003-06-19 2013-03-05 Osstell Ab Method and arrangement relating to testing objects
EP1498744B1 (en) * 2003-07-18 2011-08-10 Yamaha Corporation Magnetic sensor and manufacturing method therefor
US20070270684A1 (en) * 2004-06-21 2007-11-22 Integration Diagnostics Ltd. Method and Arrangement Relating to Testing Objects
JP4261468B2 (ja) * 2004-11-18 2009-04-30 Ｔｄｋ株式会社 加速度センサ
US7185541B1 (en) * 2005-02-03 2007-03-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army MEMS magnetic device and method
CN101151538B (zh) * 2005-04-08 2011-04-13 Nxp股份有限公司 具有传感器配置的装置
WO2006106458A1 (en) * 2005-04-08 2006-10-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multi-axis accelerometer with magnetic field detectors
KR20070120997A (ko) * 2005-04-22 2007-12-26 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 센서 장치를 지닌 디바이스
JP4229096B2 (ja) * 2005-07-21 2009-02-25 Ｔｄｋ株式会社 加速度センサ及び磁気ディスクドライブ装置
US7545602B1 (en) * 2005-07-26 2009-06-09 Sun Microsystems, Inc. Use of grating structures to control asymmetry in a magnetic sensor
JP4817747B2 (ja) * 2005-07-28 2011-11-16 新科實業有限公司 加速度センサ及びこれを装備したハードディスクドライブ並びに加速度計測方法
US7621185B2 (en) * 2005-07-28 2009-11-24 Sae Magnetics (H.K.) Ltd. Acceleration sensor and electronic device comprising the same
JP2007093448A (ja) * 2005-09-29 2007-04-12 Aichi Steel Works Ltd モーションセンサ及びこれを用いた携帯電話機
US20070209437A1 (en) * 2005-10-18 2007-09-13 Seagate Technology Llc Magnetic MEMS device
US7547480B2 (en) * 2005-10-28 2009-06-16 Everspin Technologies, Inc. Magnetic tunnel junction pressure sensors and methods
JP4222375B2 (ja) * 2006-02-09 2009-02-12 Ｔｄｋ株式会社 加速度センサ及び磁気ディスクドライブ装置
JP4285488B2 (ja) * 2006-02-16 2009-06-24 Ｔｄｋ株式会社 加速度センサ及び磁気ディスクドライブ装置
DE102006010484A1 (de) * 2006-03-07 2007-09-13 Robert Bosch Gmbh Bewegungssensor
JPWO2008105228A1 (ja) * 2007-02-26 2010-06-03 株式会社フジクラ 磁気センサモジュール及び、ピストン位置検出装置
US7541939B2 (en) * 2007-03-15 2009-06-02 Apple Inc. Mounted shock sensor
US8026719B2 (en) * 2008-10-03 2011-09-27 International Business Machines Corporation Magneto-resistance based topography sensing
JP5218988B2 (ja) * 2009-07-27 2013-06-26 株式会社ユピテル 振動検出器
US8525514B2 (en) * 2010-03-19 2013-09-03 Memsic, Inc. Magnetometer
KR20130067336A (ko) * 2011-11-28 2013-06-24 삼성전기주식회사 관성센서
US9254992B2 (en) * 2012-07-27 2016-02-09 Tao Ju Method of making a MEMS gyroscope having a magnetic source and a magnetic sensing mechanism
US9297824B2 (en) 2012-09-14 2016-03-29 Intel Corporation Techniques, systems and devices related to acceleration measurement
US9250261B2 (en) * 2012-12-28 2016-02-02 Intel Corporation Method, apparatus and system for providing metering of acceleration
US9164155B2 (en) 2013-01-29 2015-10-20 Infineon Technologies Ag Systems and methods for offset reduction in sensor devices and systems
US9605983B2 (en) 2014-06-09 2017-03-28 Infineon Technologies Ag Sensor device and sensor arrangement
US9823168B2 (en) 2014-06-27 2017-11-21 Infineon Technologies Ag Auto tire localization systems and methods utilizing a TPMS angular position index
DE102014109701A1 (de) * 2014-07-10 2016-01-14 Epcos Ag Sensor
US9632150B2 (en) * 2015-04-27 2017-04-25 Everspin Technologies, Inc. Magnetic field sensor with increased field range
CN205809273U (zh) * 2016-04-06 2016-12-14 江苏多维科技有限公司 一种无需置位/复位装置的各向异性磁电阻amr传感器
JP7112385B2 (ja) * 2017-02-28 2022-08-03 株式会社小松製作所 操作レバー
CN109941956B (zh) * 2019-02-25 2021-11-12 潍坊歌尔微电子有限公司 Mems传感器及电子设备
CN110207586B (zh) * 2019-05-23 2020-09-18 潍坊歌尔微电子有限公司 一种磁传感器芯片中磁阻的布置结构及磁传感器芯片
DE102019212091A1 (de) * 2019-08-13 2021-02-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikrosystem und verfahren zum herstellen desselben
CN110780088B (zh) * 2019-11-08 2021-08-03 中北大学 多桥路隧道磁阻双轴加速度计
CN111579818B (zh) * 2020-07-06 2021-09-28 吉林大学 一种高灵敏度低噪声加速度检测装置及方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3713343A (en) * 1957-07-30 1973-01-30 Sperry Rand Corp Device for measuring accelerations
JPS4842576U (ja) * 1971-09-20 1973-05-31
JPS4916474A (ja) * 1972-05-20 1974-02-13
JPS4948478U (ja) * 1972-08-01 1974-04-27
JPS4953776U (ja) * 1972-08-16 1974-05-13
GB1467809A (en) * 1973-12-12 1977-03-23 Russell M Apparatus for measuring angles for remote indication
US3961185A (en) * 1974-11-11 1976-06-01 The Detroit Edison Company Fiber optic displacement transducer
DE2829425C3 (de) * 1978-07-05 1981-08-06 Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V., 5000 Köln Vorrichtung zum Messen von Beschleunigungen an schwingenden Körpern
GB2052855B (en) * 1979-03-30 1983-05-18 Sony Corp Magnetoresistive transducers
DE3016001A1 (de) * 1980-04-25 1981-10-29 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Messeinrichtung fuer die verzoegerung eines fahrzeuges
US4365513A (en) * 1980-08-29 1982-12-28 Aisin Seiki Company, Limited Deceleration sensor
US4403515A (en) * 1980-08-29 1983-09-13 Aisin Seiki Company, Limited Position sensor
FR2558263B1 (fr) * 1984-01-12 1986-04-25 Commissariat Energie Atomique Accelerometre directif et son procede de fabrication par microlithographie
US4561299A (en) * 1984-02-13 1985-12-31 Fmc Corporation Apparatus for detecting changes in inclination or acceleration
KR900004780B1 (ko) * 1985-09-13 1990-07-05 후지쓰 가부시끼가이샤 자기(磁氣) 센서를 사용한 위치 검출장치
IT206728Z2 (it) * 1985-09-17 1987-10-01 Marelli Autronica Dispositivo sensore di accelerazione o di vibrazioni
GB2183040B (en) * 1985-11-19 1990-02-07 Stc Plc Transducer
US4736629A (en) * 1985-12-20 1988-04-12 Silicon Designs, Inc. Micro-miniature accelerometer
JPH0617800B2 (ja) * 1987-02-24 1994-03-09 株式会社安川電機 磁気エンコーダ
US5243769A (en) * 1992-06-26 1993-09-14 Yazaki Corporation Process for rapidly drying a wet, porous gel monolith

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100810591B1 (ko) * 2004-04-30 2008-03-07 아이치 세이코우 가부시키가이샤 가속도 센서

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