JP2626055B2 - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

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JP2626055B2 JP1126918A JP12691889A JP2626055B2 JP 2626055 B2 JP2626055 B2 JP 2626055B2 JP 1126918 A JP1126918 A JP 1126918A JP 12691889 A JP12691889 A JP 12691889A JP 2626055 B2 JP2626055 B2 JP 2626055B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は物体の移動により生じる加速度を検知する加
速度センサに関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor for detecting acceleration caused by movement of an object.

従来の技術 従来加速度センサとしては、特開昭63-148168号公報
に示す様なものが知られていた。これは密閉容器の中に
強磁性流体を封入し、その物部に磁性球体を配置し、保
持コイルでこの磁性球体を保持する構成において、磁性
球体に加速度が加えられた時、容器外部に設けられた励
磁コイルと検出コイルとにより磁性球体の変位により生
じる磁性流体の変位に基づく透磁率の変化を検出して加
速度検出を行なうものであった。
2. Description of the Related Art As a conventional acceleration sensor, a sensor as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-148168 has been known. In this configuration, a ferromagnetic fluid is sealed in an airtight container, a magnetic sphere is placed on the object, and this magnetic sphere is held by a holding coil. When acceleration is applied to the magnetic sphere, it is provided outside the container. The acceleration detection is performed by detecting a change in magnetic permeability based on the displacement of the magnetic fluid caused by the displacement of the magnetic sphere by the excitation coil and the detection coil.

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の様な構成では強磁性流体の透磁
率変化を検出するものであるため、飽和磁化の高い磁性
流体が必要となるものであった。
Problems to be Solved by the Invention However, in the above-described configuration, since a change in the magnetic permeability of the ferromagnetic fluid is detected, a magnetic fluid having a high saturation magnetization is required.

本発明は上記従来の課題を解決するもので、感度の良
い加速度センサを提供するものである。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides an acceleration sensor with high sensitivity.

課題を解決するための手段 本発明では、球面状の曲面を有する室内に磁性流体を
付着させた球形状の移動用磁石を封入し、前記室の外部
には、前記移動用磁石の保持用磁石を配置すると共に、
前記移動用磁石の移動を検知するため3対の磁気検知素
子をそれぞれの軸が互いに直角をなす様に加速度センサ
を構成したものである。
Means for Solving the Problems In the present invention, a spherical moving magnet having a magnetic fluid adhered therein is enclosed in a chamber having a spherical curved surface, and a magnet for holding the moving magnet is provided outside the chamber. Along with
In order to detect the movement of the moving magnet, an acceleration sensor is constituted by three pairs of magnetic sensing elements such that their axes are perpendicular to each other.

作用 上記した構成により、移動用磁石は磁性流体を介して
室内の曲面とは流体潤滑状態に配置され、この加速度セ
ンサに加速度が加わると磁石が移動し、これによる磁界
の変化を磁気検知素子が検知して加速度を検出するもの
である。
Operation According to the above-described configuration, the moving magnet is disposed in a fluid lubricated state with respect to the curved surface in the room via the magnetic fluid, and when acceleration is applied to the acceleration sensor, the magnet moves, and the magnetic sensing element detects a change in the magnetic field due to the acceleration. This is for detecting and detecting acceleration.

実施例 以下、本発明の一実施例を第1図〜第6図に基づいて
述べる。
Embodiment An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

第1図において、1は加速度センサである。2は球形
状の移動用磁石であり、半球はN極,他の半球がS極に
着磁されている。1はこの磁石をとり囲む様に付着した
磁性流体である。この磁石2は、非磁性体で形成された
本体4の内部にあり、球面状の室5内に配置されてい
る。球面状の室5は、磁性流体3で完全に満たされる様
な大きさである。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an acceleration sensor. Numeral 2 denotes a spherical moving magnet, with one hemisphere magnetized at the N pole and the other hemisphere magnetized at the S pole. Reference numeral 1 denotes a magnetic fluid attached so as to surround the magnet. The magnet 2 is located inside a main body 4 made of a non-magnetic material, and is arranged in a spherical chamber 5. The spherical chamber 5 is sized to be completely filled with the magnetic fluid 3.

6は室5の外部に配置された円環状の保持用磁石であ
る。この磁石6は片面がN極,他面がS極に着磁されて
いる。
Reference numeral 6 denotes an annular holding magnet arranged outside the chamber 5. This magnet 6 is magnetized on one side with an N pole and the other side with an S pole.

7x,7x′は室5の中心を通る水平面内のxx′軸上に配
置された比例型MR素子、7y,7y′は室5の中心を通り、
水平面内でxx′軸に垂直なyy′軸に配置された比例型MR
素子、7z,7z′は室5の中心を通り、xx′軸ならびにy
y′軸に垂直なzz′軸上に配置された比例型MR素子であ
る。
7x, 7x 'are proportional MR elements arranged on the xx' axis in a horizontal plane passing through the center of the chamber 5, 7y, 7y 'pass through the center of the chamber 5,
Proportional MR placed on yy 'axis perpendicular to xx' axis in horizontal plane
The elements 7z and 7z 'pass through the center of the chamber 5 and the xx' axis and y
This is a proportional MR element disposed on the zz 'axis perpendicular to the y' axis.

第3図は1例とした比例型MR素子7xに対する回路10を
示したものである。11は直流電源、12xはオペアンプ、1
3xは出力端子である。他の比例型MR素子は7x′〜7z′も
同様の回路を用いる。
FIG. 3 shows a circuit 10 for a proportional MR element 7x as an example. 11 is DC power supply, 12x is operational amplifier, 1
3x is an output terminal. Other proportional MR elements use similar circuits for 7x 'to 7z'.

第4図は信号処理部14の処理内容をブロックダイヤグ
ラムで示したものである。13x,13x′,13y,13y′,13z,13
z′は、それぞれ比例型MR素子7x,7x′,7y,7y′,7z,7z′
に対応する出力である。15x,15y,15zはそれぞれ差動増
幅器、16x,16y,16zはそれぞれx,y,z方向の加速度演算結
果である。
FIG. 4 is a block diagram showing the processing contents of the signal processing unit 14. 13x, 13x ', 13y, 13y', 13z, 13
z ′ are proportional MR elements 7x, 7x ′, 7y, 7y ′, 7z, 7z ′, respectively.
Is the output corresponding to 15x, 15y, and 15z are differential amplifiers, respectively, and 16x, 16y, and 16z are acceleration calculation results in x, y, and z directions, respectively.

次に作動を説明する。 Next, the operation will be described.

第1図は加速度センサ1に加速度が加わっていない状
態である。
FIG. 1 shows a state in which no acceleration is applied to the acceleration sensor 1.

移動用磁石2はその磁場により周囲の磁性流体3をそ
の全表面に付着させる。これにより磁石2は磁性流体3
に浮遊した状態となる。鉛直方向については磁性2の重
力と、その浮力および保持用磁石6の磁気力とがバラン
スされ、室5の中央に保持される様になっている。ま
た、この時、磁石2の磁極の方向は、磁石6の磁場の作
用により、鉛直方向に関し磁石6の磁極と反対方向の磁
極が配置される様な状態で安定する。すなわち第1図で
は、保持用磁石6の上方がS極,下方がN極に対し磁石
2の磁極は上方がN極,下方がS極となり、これらの作
用により磁石2の両極を結ぶ軸はZZ′軸と一致した状態
で安定する。鉛直以外の方向については、もし磁石2の
中心が室5の中心から外れようとすると、磁性流体3内
の磁束に非対称性を生じるため、中心に戻ろうとする復
元力が働く。すなわち、これらの作用により、磁石2は
室5の中心に保持される。
The moving magnet 2 causes the surrounding magnetic fluid 3 to adhere to the entire surface by the magnetic field. Thereby, the magnet 2 becomes the magnetic fluid 3
Floating state. In the vertical direction, the gravity of the magnet 2, its buoyancy and the magnetic force of the holding magnet 6 are balanced and held at the center of the chamber 5. At this time, the direction of the magnetic pole of the magnet 2 is stabilized by the action of the magnetic field of the magnet 6 such that the magnetic pole in the direction opposite to the magnetic pole of the magnet 6 in the vertical direction is arranged. That is, in FIG. 1, the magnetic pole of the magnet 2 is an N-pole above and a S-pole below the holding magnet 6, while the pole above the holding magnet 6 is an N pole. Stabilizes in the state of coincidence with the ZZ 'axis. In the direction other than the vertical direction, if the center of the magnet 2 tries to deviate from the center of the chamber 5, asymmetry occurs in the magnetic flux in the magnetic fluid 3, so that a restoring force for returning to the center acts. That is, by these actions, the magnet 2 is held at the center of the chamber 5.

この状態にある時、比例型MR素子7xと7x′の出力13x
と13x′、比例型MR素子7yと7y′の出力13yと13y′、お
よび比例型MR素子7zと7z′の出力13zと13z′はそれぞれ
等しい。すなわち、差動増幅器15x,15yおよび15zの出力
は生じず、x,y,z方向の加速度16x,16y,16zはゼロ出力と
なる。
In this state, the outputs 13x of the proportional MR elements 7x and 7x '
13x ', outputs 13y and 13y' of proportional MR elements 7y and 7y ', and outputs 13z and 13z' of proportional MR elements 7z and 7z ', respectively. That is, the outputs of the differential amplifiers 15x, 15y, and 15z do not occur, and the accelerations 16x, 16y, and 16z in the x, y, and z directions have zero output.

次にこの加速度センサに加速度αが加えられたとす
る。第5図,第6図に示す様にこの加速度の垂直断面へ
の投影ベクトルをαxz,水平断面への投影ベクトルをαx
yとする。
Next, it is assumed that acceleration α is applied to the acceleration sensor. As shown in FIGS. 5 and 6, the projection vector of this acceleration on the vertical section is αxz, and the projection vector on the horizontal section is αx
Let it be y.

この時磁石2には加速度αとは逆方向の力が作用し、
磁石2は加速度の方向とは反対方向に移動する。これに
より、比例型MR素子7x′の出力13x′は、7xの出力13xよ
り大きくなる。また、比例型MR素子7y′の出力13y′
は、7yの出力13yより大きくなる。また、比例型MR素子7
z′の出力13z′は、7zの出力13zより大きくなる。これ
らの出力に基づき、差動増幅器15x,15y,15zの出力が生
じ、x,y,z方向の加速度、6x,16y,16zが求められる。
At this time, a force in a direction opposite to the acceleration α acts on the magnet 2,
The magnet 2 moves in a direction opposite to the direction of the acceleration. As a result, the output 13x 'of the proportional MR element 7x' becomes larger than the output 13x of 7x. The output 13y 'of the proportional MR element 7y'
Becomes larger than the output 13y of 7y. Also, the proportional MR element 7
The output 13z 'of z' is larger than the output 13z of 7z. Based on these outputs, outputs of the differential amplifiers 15x, 15y, and 15z are generated, and accelerations in the x, y, and z directions, 6x, 16y, and 16z are obtained.

これらの出力は磁石2の中心からの移動量に応じて比
例的に生じるため、任意の大きさの加速度測定が可能と
なる。
Since these outputs are generated in proportion to the amount of movement of the magnet 2 from the center, acceleration of any magnitude can be measured.

加速度が加わった時の磁石2の移動に際しては、保持
用磁石6の磁場により、磁石2の磁極は、その方向を鉛
直方向に維持した状態で移動し、磁石2の不安定な回転
による不安定な出力を生じることはないため動作の再現
性ほ保障されるものである。
When the magnet 2 moves when an acceleration is applied, the magnetic pole of the magnet 2 moves while maintaining its direction in the vertical direction due to the magnetic field of the holding magnet 6, and becomes unstable due to the unstable rotation of the magnet 2. No reproducibility of the operation is assured since no significant output is produced.

また、加速度が加わらなくなると、前述した様に、磁
石2のまわりの磁性流体3内の磁束の非対称性が復元力
となり、磁石2は室5の中心に復帰する。
Further, when the acceleration stops being applied, the asymmetry of the magnetic flux in the magnetic fluid 3 around the magnet 2 becomes a restoring force as described above, and the magnet 2 returns to the center of the chamber 5.

次に第2の実施例について述べる。 Next, a second embodiment will be described.

第7図は、第1図における保持用磁石6を現状のコイ
ルにて形成した電磁石17におきかえたものであり、その
他の構成は第1図と同一である。
FIG. 7 is a diagram in which the holding magnet 6 in FIG. 1 is replaced with an electromagnet 17 formed by a current coil, and the other configuration is the same as FIG.

第8図において、18は電磁石17の制御回路であり、19
は直流電源、20は可変抵抗、21はスイッチである。
In FIG. 8, reference numeral 18 denotes a control circuit for the electromagnet 17;
Is a DC power supply, 20 is a variable resistor, and 21 is a switch.

次に作動を述べる。 Next, the operation will be described.

スイッチ21をオンして電磁石17を励磁し、第7図にお
いて上方がS極,下方がN極となる様にする。この様な
状態における加速度の検知動作は第1の実施例に示した
のと全く同様である。この場合には、可変抵抗20の調整
により、電磁石17の強さが調整可能となっている。これ
により、磁石2の初期位置の微調整を可能とするもので
ある。
The switch 21 is turned on to excite the electromagnet 17 so that the upper part becomes the S pole and the lower part becomes the N pole in FIG. The operation of detecting the acceleration in such a state is exactly the same as that shown in the first embodiment. In this case, the strength of the electromagnet 17 can be adjusted by adjusting the variable resistor 20. This enables fine adjustment of the initial position of the magnet 2.

なお、本実施例では移動用磁石が初期位置として室の
中心である状態について説明したが、初期位置が中心か
らずれていても、その時の比例型MR素子の出力差を基準
にとれば、加速度検知は可能となるものである。
In this embodiment, the state in which the moving magnet is the center of the room as the initial position has been described.However, even if the initial position is deviated from the center, the acceleration difference can be calculated based on the output difference of the proportional MR element at that time. Detection is possible.

また、移動用磁石の磁場検知手段として比例型MR素子
を用いた例を示したが、磁場変化を連続的に検知できる
ものであれば、他の手段でもさしつかえない。例えば励
磁コイルと検出コイルを一体化した様なものでも可能で
ある。
Also, an example in which a proportional type MR element is used as the magnetic field detecting means of the moving magnet has been described, but other means may be used as long as the magnetic field change can be continuously detected. For example, an excitation coil and a detection coil may be integrated.

発明の効果 以上述べた様に本発明によれば以下の様な効果があ
る。
Effects of the Invention As described above, the present invention has the following effects.

(1)球面状の曲面を有する室内に磁性流体を付着させ
た球形状の移動用磁石を封入し、この磁石の移動による
磁界変化を検出する構成としたため、感度の良い三次元
加速度センサの構成が可能となった。
(1) A three-dimensional acceleration sensor with high sensitivity because a spherical moving magnet with a magnetic fluid adhered is enclosed in a room having a spherical curved surface and a magnetic field change due to the movement of the magnet is detected. Became possible.

(2)保持用磁石を電磁石で構成とすることにより、移
動用磁石初期位置の微調整が可能となった。
(2) The initial position of the moving magnet can be finely adjusted by using an electromagnet as the holding magnet.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第2図は第
1図のAA′断面図、第3図は比例型MR素子の回路図、第
4図は信号処理部のブロックダイヤグラム、第5図は第
1図の異なる作動状態を示す縦断面図、第6図は第5図
のBB′断面図、第7図は本発明の第2の実施例に示す縦
断面図、第8図は同電磁石の制御回路図である。 1……加速度センサ、2……移動用磁石、3……磁性流
体、5……室、6……保持用磁石、7x,7x′,7y,7y′,7
z,7z′……比例型MR素子(磁気検知素子)、17……電磁
石。
1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA 'of FIG. 1, FIG. 3 is a circuit diagram of a proportional MR element, and FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a different operation state of FIG. 1, FIG. 6 is a sectional view taken along the line BB 'of FIG. 5, FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment of the present invention, FIG. 8 is a control circuit diagram of the electromagnet. 1 ... acceleration sensor, 2 ... magnet for movement, 3 ... magnetic fluid, 5 ... chamber, 6 ... magnet for holding, 7x, 7x ', 7y, 7y', 7
z, 7z ': Proportional MR element (magnetic sensing element); 17: Electromagnet.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−163972(JP,A) 特開 昭63−149568(JP,A) 特開 昭63−148168(JP,A) 特開 昭63−153474(JP,A) 特開 昭60−143781(JP,A) 特開 平1−202670(JP,A) 特開 平2−138875(JP,A) 特開 平2−90061(JP,A) 特開 平2−205775(JP,A) 特開 昭63−151862(JP,A) 特開 平2−212709(JP,A) 特開 昭63−218814(JP,A) 実開 平1−110373(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-62-163972 (JP, A) JP-A-63-149568 (JP, A) JP-A-63-148168 (JP, A) JP-A-63-148168 153474 (JP, A) JP-A-60-143781 (JP, A) JP-A-1-202670 (JP, A) JP-A-2-138875 (JP, A) JP-A-2-90061 (JP, A) JP-A-2-205775 (JP, A) JP-A-63-151862 (JP, A) JP-A-2-212709 (JP, A) JP-A-63-218814 (JP, A) (JP, U)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】球面状の曲面を有する室内に磁性流体を付
着させた球形状の移動用磁石を封入し、前記室の外部に
は、前記移動用磁石の保持用磁石を配置すると共に、前
記移動用磁石の移動を検知する3対の磁気検知素子をそ
れぞれの軸が互いに直角をなす様に配置した加速度セン
サ。
1. A spherical moving magnet having a magnetic fluid adhered therein is sealed in a chamber having a spherical curved surface, and a holding magnet for the moving magnet is arranged outside the chamber. An acceleration sensor in which three pairs of magnetic detecting elements for detecting the movement of the moving magnet are arranged such that their axes are perpendicular to each other.
【請求項2】前記保持用磁石が永久磁石で構成された特
許請求の範囲第(1)項記載の加速度センサ。
2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein said holding magnet comprises a permanent magnet.
【請求項3】前記保持用磁石が電磁石で構成された特許
請求の範囲第(1)項記載の加速度センサ。
3. The acceleration sensor according to claim 1, wherein said holding magnet comprises an electromagnet.
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