CN1768247A - 陀螺仪传感器 - Google Patents
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Abstract
一种陀螺仪传感器(10)，其具有：由超磁致伸缩元件构成的磁致伸缩部件(12)；通过控制向磁致伸缩部件施加的磁场的大小来使超磁致伸缩部件(12)振动的驱动线圈(18)；以及检测出超磁致伸缩部件(12)的导磁率或残留磁化量的变化的GMR元件(检测单元)(20)。并且，使得将以相对超磁致伸缩部件(12)的振动方向垂直的方向为旋转轴的角速度变化作为基于科里奥利力的超磁致伸缩部件(12)的变形引起的所述导磁率或残留磁化量的变化来进行检测。该陀螺仪传感器(10)具有小型且结构简单的特点，同时角速度变化的检测灵敏度高。
Description
技术领域
本发明涉及适用于摄像机的手抖动补正和汽车的导航系统等的陀螺仪传感器。
背景技术
现有技术中，若对振动的物体加入角速度，在相对其振动方向垂直的方向上利用产生科里奥利力的力学现象的陀螺仪传感器广泛人知(例如，参照JP特开2000-136933号公报)。另外，科里奥利力F由F＝2·m·v·ω(m：振动物体的质量、v：振动速度、ω：角速度)公式来施加，现有的陀螺仪传感器根据该科里奥利力F来检测出角速度ω的变化。
近年来，在这种陀螺仪传感器的领域中，要求小型且高灵敏度的传感器。
但是，通常，为了提高角速度变化的检测灵敏度(为变大科里奥利力F)，需要增加振动物体的振幅，或增大质量，所以现有公知的陀螺仪传感器中装置的小型化受到了限制。
发明内容
本发明目的在于提供一种陀螺仪传感器，其具有小型、且结构简单的特点，同时可以谋求提高角速度变化的检测灵敏度，以克服现有技术中存在的问题。
本发明的发明人研究的结果、通过将角速度变化作为基于科里奥利力的磁致伸缩部件的变形引起的导磁率或残留磁化量的变化来进行检测，发现了小型且结构简单、同时可以谋求提高角速度变化的检测灵敏度的陀螺仪传感器。
即，通过如下的本发明，可以实现上述目的。
(1)一种陀螺仪传感器，其特征在于，包括：磁致伸缩部件，其由磁致伸缩元件构成；驱动线圈，其通过控制向所述磁致伸缩部件施加的磁场的大小来使所述磁致伸缩部件振动；检测单元，其检测出所述磁致伸缩部件的导磁率或残留磁化量的变化；将以相对所述磁致伸缩部件的振动方向垂直的方向为旋转轴的角速度变化作为基于科里奥利力的所述磁致伸缩部件的变形引起的所述导磁率或残留磁化量的变化来进行检测。
(2)所述(1)记载的陀螺仪传感器，其特征在于：所述驱动线圈以共振频率使所述磁致伸缩部件振动。
(3)所述(1)或(2)记载的陀螺仪传感器，其特征在于：所述检测单元包含磁阻效应元件，并将所述导磁率或残留磁化量的变化作为所述磁阻效应元件的电动势变化来进行检测。
(4)所述(1)或(2)记载的陀螺仪传感器，其特征在于：所述检测单元包含包围所述磁致伸缩部件的检测线圈，并将所述导磁率或残留磁化量的变化作为所述检测线圈的电感变化来进行检测。
(5)所述(1)～(4)中任意之一记载的陀螺仪传感器，其特征在于：在所述磁致伸缩部件的一端侧紧密固定了具有磁性的偏置磁石，同时，在与所述一端侧相反的另一端侧，紧密固定了在周围配置有所述驱动线圈的软磁性部件。
(6)所述(1)～(5)中任意之一记载的陀螺仪传感器，其特征在于：由以超磁致伸缩元件为材料的超磁致伸缩部件来构成所述磁致伸缩部件。
附图说明
图1是示意地表示本发明的实施方式的例子的陀螺仪传感器的立体图；
图2是表示了图1中的陀螺仪传感器的动作原理的曲线图；
图3是示意表示了本发明实施方式的另一例子的陀螺仪传感器的立体图。
具体实施方式
下面，参照附图，详细说明本发明的实施方式的例子。
如图1所示，本发明的实施方式的例子涉及的陀螺仪传感器10主要由在图中中央配置的，由大致长方体形状的部件构成的超磁致伸缩部件12、在该超磁致伸缩部件12的左侧配置的偏置磁石14、在超磁致伸缩部件12的右侧配置的软磁性部件16、环绕该软磁性部件16的周围配置的驱动线圈18、和分别设置在超磁致伸缩部件12的上面12A以及软磁性部件16的侧面16A的GMR元件(检测单元)20A、20B构成。
图中在中央配置的超磁致伸缩部件12的两侧分别紧密固定了具有磁性的偏置磁石14和软磁性部件16。另外，经电容器22将成为超磁致伸缩部件12的驱动电力供给源的脉冲振荡器24连接到环绕该软磁性部件16的周围配置的驱动线圈18上。这样，形成除了由偏置磁石14引起的图中Z方向的磁石磁场之外，还能够向超磁致伸缩部件12施加由驱动线圈18形成的交流磁场的结构。
超磁致伸缩部件12使用超磁致伸缩元件作为材料。另外，所谓“超磁致伸缩元件”是指由以稀土类元素和/或特定的过渡金属等为主要成份(例如，铽、镝、铁等)的粉末烧结金属或单结晶合金制成的磁致伸缩元件，该超磁致伸缩元件具有一受到外部应力变形就产生大的磁化率的变化的特性。分别在超磁致伸缩部件12的上面12A以及软磁性部件16的侧面16A上设置的GMR元件20A、20B可以将由这种超磁致伸缩部件12的变形(伸缩)产生的导磁率或残留磁化量的变化作为电动势的变化来进行检测。
接着，边参照图2，边说明陀螺仪传感器10的作用。
若向驱动线圈18供给来自脉冲振荡器24的脉冲信号P，则根据该脉冲信号P的频率、施加到超磁致伸缩部件12的交流磁场的大小就变化。其结果，超磁致伸缩部件12由于磁致伸缩效应以与脉冲信号P相同的频率来进行振动(伸缩)。更具体的，在超磁致伸缩部件12沿Z方向伸长的情况下，沿X、Y方向收缩，在超磁致伸缩部件12沿Z方向收缩的情况下，沿X、Y方向伸长。这样，超磁致伸缩部件12对于X、Y、Z方向分别反复进行伸缩动作。另外，该例中，供给超磁致伸缩部件12的共振频率的信号来作为脉冲信号P，超磁致伸缩部件12以共振频率来进行振动。
接着，考虑对振动着的超磁致伸缩部件12施加以Z方向为旋转轴的角速度ω的情况。若向超磁致伸缩部件12施加角速度ω，则在与超磁致伸缩部件12的振动方向X和角速度ω的旋转轴Z两者处于正交关系的Y方向上产生科里奥利力F。并且，通过该科里奥利力F，超磁致伸缩部件12的Y方向的振动形态变化的结果是超磁致伸缩部件12的导磁率或残留磁化率变化。因此，通过将该导磁率或残留磁化率的变化作为GMR元件20A、20B的电动势变化检测出来，可以检测出以Z方向为旋转轴的角速度ω的变化。另外，对于以X、Y方向为旋转轴的角速度的变化也可通过同样的原理来进行检测。
根据本发明的实施方式的例子涉及的陀螺仪传感器10，作为振动物体，适用于由振动量(移位量)大的、对于应力的磁化率的变化大的超磁致伸缩元件构成的超磁致伸缩部件12，将角速度变化作为基于科里奥利力的超磁致伸缩部件12的变形引起的导磁率或残留磁化量的变化来进行检测，所以可以为小型且简单的结构，同时，可以谋求提高角速度变化的检测灵敏度。另外，由于超磁致伸缩元件对于应力的响应快，所以可以在短时间内检测出角速度变化，可以谋求响应性的提高。
进一步，由于以共振频率来使超磁致伸缩部件12振动，所以通过超磁致伸缩部件12的振幅的增大可以谋求检测灵敏度的提高。且，由于相对于现有的陀螺仪传感器中广泛使用的压电材料和硅等的音速为6000m/s左右，用于本发明的超磁致伸缩元件的音速为相当于约1/3的2000m/s左右，所以与现有的陀螺仪传感器相比，可以降低共振频率，可以谋求检测灵敏度的进一步提高，还可实现装置的小型化。
另外，本发明的陀螺仪传感器并不限于上述的实施方式的例子所涉及的陀螺仪传感器10的结构和形状等，也可以是具有由超磁致伸缩元件构成的超磁致伸缩部件，通过控制向其施加的磁场的大小来使所述超磁致伸缩部件振动的驱动线圈，和检测出所述超磁致伸缩部件的导磁率或残留磁化量的变化的检测单元的陀螺仪传感器。
在上述的实施方式的例子中，虽然将超磁致伸缩部件12的导磁率或残留磁化量的变化作为GMR元件20A、20B的电动势变化来进行检测，但是本发明并不限于此，例如，也可适用MR、TMR元件等的其他磁阻效应元件。或也可如图3所示的陀螺仪传感器30那样，环绕超磁致伸缩部件12的周围配置检测线圈32，并将超磁致伸缩部件12的导磁率或残留磁化量的变化作为检测线圈32的电感变化来进行检测。当然，也可通过其他检测单元来检测出超磁致伸缩部件的导磁率或残留磁化量的变化。
在上述实施方式的例子中，虽然通过超磁致伸缩部件12构成了陀螺仪传感器10，但是本发明并不限于此，也可使用由磁致伸缩元件构成的磁致伸缩部件。
工业实用性
本发明的陀螺仪传感器具有小型且结构简单的特点，同时，具有可以谋求提高角速度变化的检测灵敏度的优良效果。
Claims (6)
1.一种陀螺仪传感器，其特征在于，包括：
磁致伸缩部件，其由磁致伸缩元件构成；
驱动线圈，其通过控制向所述磁致伸缩部件施加的磁场的大小来使所述磁致伸缩部件振动；以及
检测单元，其检测出所述磁致伸缩部件的导磁率或残留磁化量的变化，
将以相对所述磁致伸缩部件的振动方向垂直的方向为旋转轴的角速度变化作为基于科里奥利力的所述磁致伸缩部件的变形引起的所述导磁率或残留磁化量的变化来进行检测。
2.如权利要求1所述的陀螺仪传感器，其特征在于：所述驱动线圈以共振频率使所述磁致伸缩部件振动。
3.如权利要求1或2所述的陀螺仪传感器，其特征在于：所述检测单元包含磁阻效应元件，并将所述导磁率或残留磁化量的变化作为所述磁阻效应元件的电动势变化来进行检测。
4.如权利要求1或2所述的陀螺仪传感器，其特征在于：所述检测单元包含包围所述磁致伸缩部件的检测线圈，并将所述导磁率或残留磁化量的变化作为所述检测线圈的电感变化来进行检测。
5.如权利要求1～4中任意之一所述的陀螺仪传感器，其特征在于：在所述磁致伸缩部件的一端侧紧密固定了具有磁性的偏置磁石，同时，在与所述一端侧相反的另一端侧，紧密固定了在周围配置有所述驱动线圈的软磁性部件。
6.如权利要求1～5中任意之一所述的陀螺仪传感器，其特征在于：由以超磁致伸缩元件为材料的超磁致伸缩部件来构成所述磁致伸缩部件。
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