DE3852213T2 - Beschleunigungsmessaufnehmer. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungssensor zum Bestimmen einer Fahrzeugbeschleunigung, wobei der Sensor z. B. in elektronisch gesteuerten Bremssystemen von Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen eingesetzt wird.
• Ein herkömmlicher Beschleunigungssensor enthält ein magnetisches Fluid, das in einem Gehäuse dicht eingeschlossen und in der Beschleunigungsrichtung bewegbar ist, einen feststehenden Permanentmagnet, der das magnetische Fluid magnetisiert, und eine Spule zum Erfassen einer Deformation des magnetischen Fluids. Die Verlagerung des magnetischen Fluids bestimmt die Größe der elektromotorischen Kraft, die in der einen Differenz- bzw. Differentialtransformator bildenden Spule erzeugt wird, und die Größe der elektromotorischen Kraft bestimmt die Verlagerung des magnetischen Fluids und erfasst die Beschleunigung. Siehe hierzu beispielsweise die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 60-133370.
• Bei dem vorstehend beschriebenen Beschleunigungssensor des Standes der Technik vibriert jedoch das magnetische Fluid in der Luft oder einem anderen Medium und folglich werden leicht Luftblasen und Flüssigkeitsblasen oder dergleichen hervorgerufen. Weiterhin ist ein komplizierter Aufbau zur Erleichterung der Deformation des magnetischen Fluids notwendig und es tritt, da der Sensor auf dem Prinzip der Erfassung von Änderungen der Gestalt des magnetischen Fluids arbeitet, das Problem auf, daß der Sensor sehr empfindlich gegenüber den Effekten von Viskositätsänderungen und einer Volumenausdehnung aufgrund Temperaturänderungen ist.
• GB-A-793 820 offenbart einen Beschleunigungsmesser mit einem nichtmagnetischen Schwimmteil, das in einer viskosen Flüssigkeit eingetaucht und in einer geraden Linie als Reaktion auf Beschleunigungskräfte bewegbar ist. Das Schwimmteil sitzt ein kleineres spezifisches Gewicht als die Flüssigkeit, bleibt jedoch nahe der Mittelachse des Behälters zentral aufgrund einer raschen Umdrehung des Behälters und der Flüssigkeit um die Längsmittelachse des Schwimmteils gehalten.
• GB-A-1 492 142 ist auf einen Beschleunigungsmesser gerichtet, bei dem ein Stabmagnet in der zentralen Position selbst im Fall von Beschleunigungen stabilisiert ist. Jegliche Veränderung der Position des Permanentmagneten wird zwangsweise von außen unter Einsatz einer elektrischen Servoeinrichtung verhindert, so daß der Magnet stets stabil in seiner Position gehalten wird. Die Größe der Erregung, die für die stabile Beibehaltung der Position des Permanentmagneten notwendig ist, wird als Beschleunigung gemessen.
• Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend erwähnten Probleme und erfaßt eine Beschleunigung mit einfachem Aufbau und hoher Empfindlichkeit.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen Beschleunigungssensor in Übereinstimmung mit dem Patentanspruch 1. Der Sensor enthält ein magnetisches Fluid, einen Permanentmagneten, der in dem magnetischen Fluid beweglich angeordnet ist, und ein nicht magnetisches Gehäuse, in dem das magnetische Fluid und der Permanentmagnet abgedichtet sind und Luft im wesentlichen nicht eingeschlossen ist. Die Gestalt eines internen Behältnisses des Gehäuses dominiert die Gestalt des magnetischen Fluids und der Verlauf des durch den Permanentmagneten erzeugten Magnetflusses ist folglich begrenzt und der Permanentmagnet in dem magnetischen Fluid erhält eine automatische Positionierfunktion. Weiterhin ist eine Einrichtung zum Erfassen der Position des Pennanentmagneten und eine Schaltung zum Verarbeiten von Signalen von der Erfassungseinrichtung vorhanden.
• Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird der in dem magnetischen Fluid angeordnete Permanentmagnet dann, wenn keine Beschleunigung einwirkt, magnetisch in eine stabile Position (d.h. in eine zentrale Position des magnetischen Fluids) gezwungen, bei der die Verteilung der durch den Magneten erzeugten Magnetflüsse ein Gleichgewicht erreicht hat. Wenn jedoch eine Beschleunigung einwirkt, wird der Permanentmagnet aufgrund seiner Trägheit in eine relativ zur Beschleunigungsrichtung entgegengesetzte Richtung gezwungen und gleichzeitig wird der Permanentmagnet magnetisch in Richtung der stabilen Position gezwängt. Daher stabilisiert sich der Permanentmagnet in derjenigen Position, in der die beiden vorstehend genannten Kräfte im Gleichgewicht sind. Die Größe der Beschleunigung wird durch Erfassung der Position des Permanentmagneten gemessen.
• Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines Beschleunigungssensors in Übereinstimmung mit einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 zeigt eine seitliche Schnittansicht, die entlang der Linie B-B in Fig. 1 aufgenommen ist;
• Fig. 3 zeigt ein Schaltbild, das ein spezielles Beispiel einer Verarbeitungsschaltung zum Verarbeiten von Signalen von der Einrichtung zur Erfassung der Position des Permanentmagneten veranschaulicht;
• Fig. 4 zeigt eine Längsschnittansicht eines Beschleunigungssensors in Übereinstimmung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 5 zeigt eine Längsschnittansicht eines Beschleunigungssensors in Übereinstimmung mit einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 6 zeigt eine Längsschnittansicht eines Beschleunigungssensors in Übereinstimmung mit einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 7 zeigt eine seitliche Schnittansicht, die entlang der Linie A-A in Fig. 6 gesehen ist;
• Fig. 8, Fig. 9, Fig. 10 und Fig. 11 sind Darstellungen, die verschiedene Abänderungen der Gehäuseabschnitte, in denen der Permanentmagnet und das magnetische Fluid abgedichtet angeordnet sind, veranschaulichen;
• Fig. 12 zeigt eine Längsschnittansicht eines Beschleunigungssensors in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 13 ist eine Ansicht, die einen Aufbau zeigt, bei dem ein magnetisches Widerstandselement als Einrichtung zur Erfassung der Position des Permanentmagneten eingesetzt wird;
• Fig. 14 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung des Prinzips der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors;
• Fig. 15 zeigt eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Verlagerung des in dem magnetischen Fluid angeordneten Permanentmagneten und die auf den Permanentmagneten einwirkende Kraft zur Rückführung in die Gleichgewichtsposition veranschaulicht;
• Fig. 16 und Fig. 17 zeigen Ansichten, die weitere spezielle Beispiele der Verarbeitungsschaltung zur Verarbeitung von Signalen von der Einrichtung zur Erfassung der Position des Permanentmagneten veranschaulichen;
• Figuren 18(a) und 18(b) sind Darstellungen zur Erläuterung des Zustands des Magnetflusses, der von dem in dem magnetischen Fluid angeordneten Permanentmagneten erzeugt wird;
• Fig. 19 zeigt eine Ansicht zur Erläuterung des Zustands, bei dem das magnetische Fluid in natürlicher Weise um den Permanentmagneten herum angezogen ist;
• Fig. 20 ist eine Darstellung, die eine Abänderung bei dem Einsatz von Magnetowiderstandselementen als Einrichtung zur Erfassung der Position des Permanentmagneten zeigt;
• Fig. 21 ist eine Darstellung, die eine weitere Abänderung des Gehäuseabschnitts veranschaulicht, in dem der Permanentmagnet und das magnetische Fluid abgedichtet untergebracht sind;
• Fig. 22 ist eine Ansicht, die ein Beispiel des mit einer nicht magnetischen Abdeckung versehenen Permanentmagneten zeigt;
• Fig. 23 ist eine teilweise ausgebrochene Draufsicht, die den gesamten Aufbau eines Beschleunigungssensors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und
• Fig. 24 zeigt eine seitliche Schnittansicht, die entlang der Linie C-C in Fig. 23 gesehen ist.
• Figur 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines wesentlichen Abschnitts 600 des Aufbaus eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein magnetisches Fluid, während mit 2 ein zylindrischer Permanentmagnet bezeichnet ist, der durch eine Aluminiumabdeckung 410 abgedeckt ist und stabil in dem magnetischen Fluid 1 schwimmt. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet ein zylindrisches Halter-Gehäuse, das aus Aluminium hergestellt ist, und 6 bezeichnet einen zylindrischen Halter zur Einstellung der Rückführungskraft, der konzentrisch um die äußere Umfangsfläche des Permanentmagneten 2 mit geringfügigem Zwischenraum dazwischen angeordnet und an dem Halter-Gehäuse 19 befestigt ist. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Frontplatte, die aus Aluminium hergestellt und an dem Halter-Gehäuse 19 befestigt ist, während das Bezugszeichen 9 einen O-Ring für die Abdichtung bezeichnet. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Aluminium-Endplatte, die an dem Halter-Gehäuse 19 in derselben Weise wie die Frontplatte 7 befestigt ist, und das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen O-Ring. Der Magnet 2 schwimmt in der Mitte des zylindrischen Raums des Halters 6 und ist durch einen Spalt 6a von der inneren Umfangsoberfläche des Halters 6 getrennt. Der Rest des Raums in dem Gehäuse 19 ist mit dem magnetischen Fluid 1 ausgefüllt. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Eisen-Gehäuse, das die gesamte Anordnung abdeckt. Der Abstand zwischen dem in Berührung mit dem magnetischen Fluid stehenden Oberfläche der Frontplatte 7 und der Oberfläche des Gehäuses 14 parallel zu der Oberfläche der Platte 7 ist gleich groß festgelegt wie der Abstand zwischen der in Berührung mit dem magnetischen Fluid stehenden Oberfläche der Endplatte 10 und der parallel zu der Oberfläche der Platte 10 verlaufenden Oberfläche des Gehäuses 14. Löcher 411a bis d und 412a bis d sind an den beiden Enden des Halters 6 vorgesehen und stellen eine Verbindung zwischen einem zylindrischen Abschnitt 6b, der durch das Halter-Gehäuse 19 und den Halter 6 gebildet ist, und dem zylindrischen Innenraum des Halters 6 her. Die Bezugszeichen 41a und 41b bezeichnen Hallelemente, die an den Löchern 210 und 211, die in der Frontplatte 7 und der Endplatte 10 vorgesehen sind, befestigt sind; diese Hallelemente 41a und 41b sind in derselben Richtung orientiert. Wenn sich daher der Südpol des Magneten 2 dem Hallelement 41a nähert, wird das Ausgangssignal des Hallelements 41a in positiver Richtung größer und gleichzeitig wird der Abstand zwischen dem Hallelement 41b und dem Nordpol des Magneten größer, so daß das Ausgangssignal des Hallelements 41b kleiner wird, jedoch ebenfalls positiv ist. Die Zuleitungsleitungen von den Eingangs/Ausgangs-Anschlüssen der Hallelemente 41a und 41b sind nach außen über die am Abschirmgehäuse 14 vorgesehenen Lochbereiche 212 und 213 geführt und mit einem Schaltungsabschnitt 300 verbunden. Figur 2 zeigt eine seitliche Schnittansicht, die entlang der Linie B-B in Fig. 1 gesehen ist. In Fig. 1 ist dieser Zustand schematisch dargestellt. Figur 3 zeigt den Schaltungsabschnitt 300. Ein Ende von Widerständen 303 und 304 ist mit positiven Eingangsanschlüssen von Operationsverstärkern 301 und 302 mit Stromrückkoppelung verbunden und das andere Ende des Widerstands 303 ist mit der positiven Referenzspannungsquelle verbunden, während das andere Ende des Widerstands 304 auf Massepotential liegt. Die negativen Eingangsanschlüsse der Operationsverstärker 301 und 302 sind jeweils mit Widerständen 307 und 308 verbunden, deren andere Enden auf Massepotential liegen, und sind gleichzeitig mit den Emittern von Transistoren 305 und 306 verbunden. Die Basis des Transistors 305 ist mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 301 verbunden, während der Kollektor mit dem negativen Anschluß des Hallelements 41a verbunden ist. Die Basis des Transistors 306 ist mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 302 verbunden und der Kollektor ist mit dem negativen Anschluß des Hallelements 41b verbunden. Weiterhin sind die positiven Anschlüsse der Hallelemente 41a und 42b mit den positiven Referenzspannungsquellen verbunden. Die Bezugszeichen 313 und 314 bezeichnen Operationsverstärker für die Durchführung einer Differenz- bzw. Differentialverstärkung und sind mit Ausgangsanschlußpaaren der Hallelemente 41a und 41b über Widerstände 309 und 310 oder Widerstände 311 und 312 an ihren positiven und negativen Eingangsanschlüssen verbunden.
• Weiterhin ist der negative Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 313 mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 313 über einen Widerstand 315 verbunden und der negative Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 314 ist mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 314 über einen Widerstand 316 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse der Operationsverstärker 313 und 314 sind mit den Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers 320 über Widerstände 317 bzw. 318 verbunden. Das Bezugszeichen 319 bezeichnet einen veränderbaren Widerstand für die Verstärkungseinstellung, der an einem Ende mit dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 320 und mit dem anderen Ende mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 320 verbunden ist. Der positive Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 320 ist über einen Widerstand 322 mit dem Ausgangsanschluß und dem negativen Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 321 verbunden, und der positive Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 321 ist mit dem veränderbaren Anschluß bzw. Abgriff eines veränderbaren Widerstands 323 verbunden. Ein fester Anschluß des Widerstands 321 ist über einen Widerstand 324 mit der positiven Referenzspannungsquelle verschaltet und der andere feste Anschluß ist über einen Widerstand 325 mit der negativen Referenzspannungsquelle verbunden. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 320 ist über einen Widerstand 326 mit einem Ausgangsanschluß 327 verbunden.
• Ein in Fig. 1 gezeigtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das den Schaltungsabschnitt 300 enthält, ist in Fig. 23 dargestellt. Fig. 24 zeigt eine Schnittansicht, die entlang der Linie C-C in Fig. 23 aufgenommen ist. Ein kastenförmiges Gehäuse 501 aus Eisen besitzt einen halbzylindrischen Vorsprung 501a und eine Halterung 502, die an seinem Boden angeschweißt ist. Das Bezugszeichen 503 bezeichnet eine Gehäuseabdeckung, die zusammen mit dem Gehäuse 501 einen Kasten bildet und, den hauptsächlichen Abschnitt 600 des Aufbaus des Beschleunigungssensors und des Schaltungsabschnitts 300 enthält. Das Bezugszeichen 504 bezeichnet eine Sensorklammer aus Aluminium, die an den mit dem Gehäuse 501 verschweißten Stutzen 508 und 509 mit Hilfe von Schrauben 505 und 506 zur Befestigung des hauptsächlichen Abschnitts 600 an dem Gehäuse 501 befestigt ist. Das Bezugszeichen 507 bezeichnet eine Druckschaltungsplatine, die den Schaltungsabschnitt 300 trägt und mittels Schrauben und Abstandshaltern 511a bis d und den zweiten, mit dem Gehäuse 501 verschweißten Stutzen 510a bis d befestigt ist. Die Abstandshalter 512a bis d sind mit der Gehäuseabdeckung 503 mittels Schrauben 512a bis d gemeinsam befestigt und folglich sind das Gehäuse 501 und die Gehäuseabdeckung 503 festgelegt. Die Bezugszeichen 610a und b bezeichnen Zuleitungsleitungsbündel von den Hallelementen 41a und 41b, die mit der Druckschaltungsplatine 507 verbunden sind. Das Bezugszeichen 513 bezeichnet eine Gummibuchse, die zwischen dem Gehäuse 501 und der Gehäuseabdeckung 503 sandwichartig angeordnet ist. Das Zuleitungsleitungsbündel 514 ist über ein Loch in dem zentralen Abschnitt der Gummihülse 513 nach außen von der Druckschaltungsplatine 507 herausgeführt.
• Diese Vorrichtung enthält einen Permanentmagneten, der in dem magnetischen Fluid angeordnet ist, und nützt das Phänomen der Positionseinstellung des Permanentmagneten in dem magnetischen Fluid in einem begrenzten Raum auf der Basis der magnetischen Viskoelastizität aus, das aufgrund der Proportionalität der scheinbaren Dichte des magnetischen Fluids und dem magnetischen Feldgradienten auftritt, um eine eindimensionale Verlagerung des Permanentmagneten abhängig von der Größe der Beschleunigung zu realisieren. Durch Erfassung dieser Verlagerung kann ein stabile Beschleunigungserfassung in einer Achse durchgeführt wird. Fig. 14 zeigt eine schematische Ansicht des Magnetflusses, wenn das magnetische Fluid 1 und der Permanentmagnet in einem Gehäuse 100 abgedichtet untergebracht sind. Die Magnetflüsse des Permanentmagneten 2 ziehen 100 ps in gewissem Ausmaß bei dem magnetischen Fluids mit einer Permeabilität von 3 bis 5 konzentriert an, verglichen mit dem Gehäuse (nicht magnetischer Körper) 100 und der außerhalb befindlichen Luft (spezifische Permeabilität von ungefähr 1). Die magnetischen Flüsse erhalten eine Maxwell-Beanspruchung und tendieren dazu, in gleichen Räumen bzw. Abständen gebildet zu werden und entlang des kürzesten Abstands zu verlaufen. Das magnetische Fluid 1 ist sowohl eine magnetische Substanz als auch ein Fluid und kann daher jede Form annehmen. Demgemäß wirkt die Maxwell-Beanspruchung direkt auf den Permanentmagneten und der Permanentmagnet ist dann, wenn keine Beschleunigung einwirkt, wie in Fig. 14(a) gezeigt ist, an derjenigen Position stabilisiert, in der die durch den Permanentmagneten 2 erzeugten Magnetflüsse ein Gleichgewicht erreichen. Wenn in diesem Zustand eine Beschleunigung G ausgeübt wird, wie in Fig. 14(b) dargestellt ist, veranlaßt die Trägheit aufgrund der gesamten spezifischen Schwerkraft bzw. Wichte des magnetischen Fluids von beispielsweise 1,3 und bei Einsatz eines Seltenerdmagneten mit einer spezifischen Schwerkraft bzw. Dichte des Magnets von beispielsweise 8,3, ein zwangsweises Zwängen des Magnets 2 in dem Gehäuse 100 in der zu der Beschleunigung G entgegengesetzten Richtung. Der Magnet 2 erfährt eine magnetische Rückstellkraft und stabilisiert sich daher an einer Position (x), bei der die beiden vorstehend erwähnten Kräfte im Gleichgewicht stehen. Die Strecke x des Magneten entspricht der Beschleunigung G und die Beschleunigung G ist gemessen, wenn x bestimmt ist. Genauer gesagt besitzt die scheinbare Dichte Sd des magnetischen Fluids die nachstehende Beziehung mit der wahren Dichte Se des magnetischen Fluids (der Magnetisierung M des magnetischen Fluids, dem magnetischen Feldgradienten GradH und der Erdbeschleunigung g:
• Sd = Se + (M/4πg) GradH. Ferner erzeugt der Permanentmagnet ein Magnetfeld in dem umgebenden Raum, das grob umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands ist. Daher ist die scheinbare Dichte des magnetischen Fluids umso größer und der Elastizitätseffekt aufgrund der abstoßenden Kraft des oberflächenaktiven Agens in dem magnetischen Fluid umso höher, je näher es bzw. man sich dem Permanentmagneten annähert, und folglich kann man dies betrachten, als würde eine abstoßenden Kraft zwischen dem Permanentmagneten und der Gehäusewand erzeugt werden. Daher ist die Trägheitsmasse bezüglich der Beschleunigung nicht lediglich diejenige des Permanentmagneten, sondern sollte auch die Verteilungsmasse des magnetischen Fluids einschließen, das sich um den Permanentmagneten mit hoher Dichte befindet.
• Figur 4 zeigt eine Längsschnittansicht eines Beschleunigungssensors in Übereinstimmung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Halter 6 in Fig. 1 entfallen. Der innere Umfang des Halter-Gehäuses 19 ist zylindrisch und besitzt einen Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Permanentmagneten 2, aber kleiner ist als der maximale Außendurchmesser des magnetischen Fluids, das in einem natürlichen Zustand an den Permanentmagneten 2 angezogen wird. Weiterhin ist das Halter-Gehäuse 19 mit Löchern 423a und 423b versehen, die das zylindrische Loch in dem Halter-Gehäuse 19 rechtwinklig schneiden und mit dem Loch 423 kommunizieren, das parallel zu dem Loch des Halter-Gehäuses 19 vorgesehen ist. Die Bezugszeichen 422a, 42b, 424a und 424b bezeichnen alle blinde Stopfen. Die Räume in dem Gehäuse 19 einschließlich der Löcher 423a, 423b und 421 sind mit dem magnetischen Fluid 1 gefüllt. In dieser Weise ermöglicht das Bypass-Loch 421 trotz Entfall des Halters 6 gemäß Fig. 1 eine sanfte Bewegung des magnetischen Fluids zusammen mit der Verlagerung des Magneten.
• Figur 5 zeigt eine Längsschnittansicht des dritten Ausführungsbeispiels. Das Bezugszeichen 2a ist ein zylindrischer Magnet. Das Bezugszeichen 6 ist ein zylindrischer Halter mit einem Außendurchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser des zylindrischen Magneten 2a. Verglichen mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 bedeutet dies, daß der Permanentmagnet nicht massiv, sondern hohl ist, und das zylindrische Halter 6 im Innern des zylindrischen Magneten angeordnet ist. Folglich repräsentiert der Bypass-Kanal des magnetische Fluids bezüglich der Verlagerung des Permanentmagneten 2a das Innere 421 des zylindrischen Halters 6.
• Verschiedene Methoden der Erfassung der Verlagerung des Magneten in dem magnetischen Fluid sind in Betracht gezogen. Wenn beispielsweise die Permeabilität des magnetischen Fluids 3 bis 5 beträgt und die Permeabilität des Magneten ungefähr 1 ist, wird die Position des Magneten in dem magnetischen Fluid in einer Weise erfasst, die genau entgegengesetzt zu einem Differentialtransformator ist.
• Figur 6 zeigt eine Längsschnittansicht eines Beschleunigungssensors in Übereinstimmung mit einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 7 zeigt eine seitliche Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 6. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein magnetisches Fluid und 2 einen richtigen bzw. geraden zylindrischen Permanentmagneten, der stabil in dem magnetischen Fluid 1 schwimmt. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen zylindrischen Spulenkörper aus Kunststoff, um den Primärspulen 4a und 4b und Sekundärspulen 5a und 5b gewickelt sind. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Kunststoffhalter, der konzentrisch um den Permanentmagneten 2 mit einem geringfügigem Abstand bzw. Spielraum dazwischen angeordnet und an der Mitte des Spulenkörpers 3 befestigt ist. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Kunststoff-Frontplatte, die durch Schweißverbindung an dem Vorsprungsabschnitt 3a des Spulenkörpers 3 befestigt ist. Das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen O-Ring für die Abdichtung. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Kunststoff-Endplatte, die gleichartig wie die Frontplatte 7 an dem Spulenkörper 3 befestigt ist. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen O-Ring. Der Rest des Raums in dem zylindrischen Bereich, der durch den Spulenkörper 3, die Frontplatte 7 und die Endplatte 10 umgeben ist, ist mit dem magnetischen Fluid 1 gefüllt. Die das magnetische Fluid berührenden Seiten der Frontplatte 7 und der Endplatte 10 besitzen daran ausgebildete, sich verjüngende Oberflächen 7a und 10a. Das Bezugszeichen 8 ist ein in die Frontplatte 7 eingeführter Stopfen aus Kunststoff. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Schraube zur Einstellung des magnetischen Offsets und das Bezugszeichen 13 eine Mutter, die in die Endplatte 10 eingeschraubt ist. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Abschirmgehäuse aus Eisen, das die gesamte Anordnung abdeckt. Der Abstand zwischen der Oberfläche 7a und dem Abschirmgehäuse 14 ist gleich groß festgelegt wie der Abstand zwischen der Oberfläche 10a und dem Abschirmgehäuse 14. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Treiberschaltung für die Primärspulen 4a und 4b sowie eine Erfassungsschaltung für die Ausgangssignale der Sekundärspulen 5a und 5b. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen Verbinder. Drei Anschlüsse 16a, 16b und 16c (nicht gezeigt) sind vorhanden, die als ein +-Spannungsquellen-Anschluß, ein Masseanschluß und ein Sensorausgangssignal-Anschluß dienen. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Kunststoffabdeckung, die den Verbinder 16 hält und an dem Abschirmgehäuse 14 befestigt ist. Der Schaltungsabschnitt 15 ist in Fig. 16 gezeigt. Gemäß Fig. 16 besitzt der Schaltungsabschnitt 15 Anschlüsse 16a', 16b' und 16c', die jeweils mit den Anschlüssen 16a, 16b und 16c verbunden sind. Die Emitter der Transistoren 101 und 102 sind geerdet und die Basis des Transistors 101 ist über einen Kondensator 104 mit dem Kollektor des Transistors 102 verbunden. Die Basis des Transistors 102 ist über einen Kondensator 103 mit dem Kollektor des Transistors 101 verbunden. Die Basis des Transistors 101 und die Basis des Transistors 102 sind über Widerstände 105 und 106 in Reihe geschaltet. Der Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 105 und 106 ist mit der positiven Spannungsquelle VDD verbunden. Die Primärspulen 4a und 4b bilden eine einzige Spule, die in derselben Richtung gewickelt ist, wobei ein Zwischenpunkt mit VDD verbunden ist. Das andere Ende der Primärspule 4a ist mit dem Kollektor des Transistors 101 verbunden und das andere Ende der Primärspule 4b ist mit dem Kollektor des Transistors 102 verbunden. Die Kollektoren der Transistoren 101 und 102 sind über einen Kondensator 109 verbunden. Die Bezugszeichen 107 und 108 sind Rücklauf-Absorptionsdioden (flyback absorption diodes), die parallel zu den Spulen 4a und 4b geschaltet sind. Der vorstehend beschriebene Schaltungsaufbau bildet einen Multivibrator. Die Sekundärspulen 5a und 5b sind unterteilt um den Spulenkörper 3 gewickelt. Die Spulen 5a und 5b sind jeweils kontinuierlich gewickelt, haben jedoch gegenseitig unterschiedliche Wicklungsrichtungen. Ein Ende der Sekundärspule 5a ist über eine Diode 110 mit einem Widerstand 112, einem Kondensator 114, einem Kondensator 116 und einem Widerstand 117 verbunden, während ein Ende der Spule 5b über eine Diode 111 mit einem Widerstand 113, einem Kondensator 115 und dem anderen Ende des Kondensators 116 verbunden ist. Die anderen Enden der Widerstände 112 und 113 und der Kondensatoren 114 und 115 sind sämtlich mit dem anderen Ende der Spule 5a und dem anderen Ende der Spule 5b verbunden. Die Kathode der Diode 110 ist über einen Widerstand 117 mit dem negativen Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 120, einem Widerstand 118 und einem Kondensator 119 verbunden. Die anderen Enden des Widerstands 118 und des Kondensators 119 sind mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 120 verbunden. Die Kathode der Diode 111 ist zusammen mit dem positiven Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 120 mit Masse verbunden. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 120 ist über einen Widerstand 121 mit dem negativen Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 124 und einem Widerstand 122 verbunden, und das andere Ende des Widerstands 122 ist mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 124 verbunden. Der positive Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 124 ist mit dem veränderbaren Anschluß (Abgriff) eines variablen Widerstands 123 verbunden, und die beiden Enden des variablen Widerstands 123 sind mit der +-Spannungsquelle VDD bzw. mit Massepotential verbunden. Der Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 124 ist über einen Widerstand 125 mit einem Ausgangsanschluß 16c' verbunden, über den das Ausgangssignal nach außen herausgeführt wird.
• Der wichtige Punkt der vorliegenden Erfindung liegt in der Steuerung der zentralisierten Eigenschaften des Permanentmagneten. Dies bedeutet, daß die Position des Permanentmagneten 2 bei fehlender Einwirkung einer Beschleunigung G als die zentrale Position vorbestimmt ist. Weiterhin eröffnen die linearen Eigenschaften der Rückstellkraft bezüglich der Verlagerung des Magneten eine noch nützlichere Anwendung. Bei der vorliegenden Erfindung sind verschiedenartige Verfahren gezeigt und es wird zunächst der Ablauf beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 diskutiert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Gestalt des inneren Behältnisses des nicht magnetischen Gehäuses 19 gleichförmig zylindrisch. Ein zylindrischer Halter 6 ist konzentrisch mit dem Gehäuse 19 vorgesehen. Ein Permanentmagnet 2 ist in dem zylindrischen Innenraum 6a des Halters 6 angeordnet. Der zylindrische Innenraum 6a des Halters 6 und der zylindrische Raum 6b, der durch das Gehäuse 19 und den Halter 6 definiert ist, stehen an den beiden Endabschnitten miteinander in Verbindung. Der Innendurchmesser des zylindrischen Innenraums (d.h des internen Behältnisses) 6a des Halters 6 ist kleiner als der maximale Außendurchmesser des magnetischen Fluids, das in natürlichem Zustand an den Permanentmagneten 2 angezogen wird, und die Länge des zylindrischen Innenraums 6a des Halters ist kleiner als die maximale Länge des im natürlichen Zustand an den Permanentmagneten 2 angezogenen magnetischen Fluids. Hierbei bedeutet "in natürlichem Zustand" den Permanentmagneten 2 angezogenes magnetisches Fluid "das magnetische Fluid, das um den Magneten 2 herum angezogen werden kann, wenn der Magnet 2 in einem mit dem magnetischen Fluid gefüllten Behälter angeordnet und dann bei einer normalen Temperatur und normalem Druck nach oben angehoben wird". Wenn die Beschleunigung G entsprechend dem in der Figur gezeigten Pfeil einwirkt, wird der Magnet 2 nun relativ in der zu dem Pfeil entgegengesetzten Richtung bewegt und hält an einem Gleichgewichtspunkt zwischen der magnetischen Rückstellkraft und der Trägheitskraft an. Wenn die Beschleunigung G nicht einwirkt, ist der Permanentmagnet 2 im Zentrum positioniert und die Abstände zwischen dem Permanentmagneten 2 und den Hallelementen 41a und 41b sind gleich groß. Weiterhin geben die Hallelemente 41a und 41b positive Spannungen bezüglich des Südpols bzw. Nordpols ab. Daher ist das differentielle Ausgangssignal Null. Wenn die Beschleunigung G einwirkt und sich der Permanentmagnet 2 bewegt, wird ein differentielles Ausgangssignal zwischen den Hallelementen 41a und 41b hervorgerufen. Dieses differentielle Ausgangssignal wird durch den Operationsverstärker 320 verstärkt und dann ausgegeben. Wenn die Beschleunigung G aufhört, kehrt der Permanentmagnet 2 in seine ursprüngliche neutrale Position zurück und das differentielle Ausgangssignal wird erneut zu Null. Die Menge des im Inneren abgedichtet gehaltenen magnetischen Fluids soll nicht zu groß oder zu klein sein. Wenn sie zu groß wäre, würde dies eine Zone der Umempfindlichkeit hervorrufen, in der sich der Magnet unabhängig von der Beschleunigung bewegt, oder würde einen unnötigen Abschnitt hervorrufen, der überhaupt nicht benutzt wird. Wenn sie zu klein wäre, würde eine Luftschicht zwischen dem Gehäuse und dem Magneten entstehen, die einen fehlerhaften Betrieb bewirken würde oder es würde eine Reibung zwischen dem Magneten und dem Gehäuse hervorgerufen werden und es würden Hysterese-Phänomen entstehen. Die geeignete Menge des magnetischen Fluids ist die Gesamtmenge des magnetischen Fluids, das im natürlichen Zustand an den Permanentmagneten 2 angezogen wird. Der Zustand der Anziehung des magnetischen Fluids an den Magneten im natürlichen Zustand ist schematisch in Fig. 19 gezeigt. Die maximale Menge des an den Magneten im natürlichen Zustand angezogenen magnetischen Fluids ist durch das Gleichgewicht zwischen der magnetischen Anziehung na den Permanentmagneten, die Oberflächenspannung des magnetischen Fluids und die Schwerkraft bestimmt. Als Ergebnis ist gemäß Fig. 19 in dem Bereich um den Magneten 2 herum die magnetische viskoelastische Federkraft umso größer, je größer die Menge des angezogenen magnetischen Fluids ist. Daher ist der Innendurchmesser des zylindrischen Innenraums 6a des Halters 6 kleiner ausgelegt als der maximale Innendurchmesser des magnetischen Fluids, das im natürlichen Zustand an den Permanentmagneten 2 angezogen wird, wodurch die Empfindlichkeit der Bewegung des Permanentmagneten bezüglich der Beschleunigung in anderen als der radialen Richtung des Permanentmagneten verringert ist. Ferner ist die Länge des zylindrischen Innenraums 6a des Halters 6 kleiner ausgelegt als die maximale Länge des magnetischen Fluids, das im natürlichen Zustand an den Permanentmagneten 2 angezogen wird, wodurch es möglich ist, die Empfindlichkeit der Bewegung des Permanentmagneten bezüglich der Beschleunigung in der axialen Richtung des Permanentmagneten anzuheben. Weiterhin verhindert der Bypass- Kanal des magnetischen Fluids Änderungen des Drucks während der Verlagerung des Magnets. Falls kein Bypass-Kanal vorhanden wäre, würde der Sensor durch Druckänderungen, die sich in Verbindung mit Temperaturänderungen usw. ergeben, beeinträchtigt werden und es wäre nicht länger möglich, die Größe der Bewegung des Permanentmagneten bezüglich der Beschleunigung unilateral zu bestimmen.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird die Größe der Verlagerung des Permanentmagneten 2 durch Hallelemente erfasst, jedoch ist es auch möglich, wie in Fig. 6 gezeigt ist, einen Differentialtransformator einzusetzen. Gemäß Fig. 6 sind dann, wenn keine Beschleunigung G einwirkt, die Spannungssignale, die an den Sekundärspulen 5a und 5b erzeugt werdenund durch die an die Primärspulen 4a angelegten Wechselstromsignale induziert werden, gleich groß, da der Permanentmagnet und das magnetische Fluid sich relativ zu den Sekundärspulen 5a und 5b in derselben Position befinden. Daher ist das differentielle Ausgangssignal Null. Wenn die Beschleunigung G einwirkt und sich der Permanentmagnet 2 bewegt, tritt ein Unterschied zwischen den Ausgangssignalen der Sekundärspulen 5a und 5b auf, wobei dieser Unterschied durch die Operationsverstärker 120 und 124 verstärkt und dann ausgegeben wird. Wenn die Beschleunigung G verschwindet, kehrt der Permanentmagnet 2 in seine ursprüngliche neutrale Position zurück und das differentielle Ausgangssignal wird erneut zu Null.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 ist um den Permanentmagneten 2 ein nicht magnetischer Halter 6 vorgesehen, dessen innerer Umfang größer ist als der Durchmesser des Permanentmagneten 2, dessen äußerer Umfang kleiner ist als der Innenumfang eines Spulenkörpers 3, die auch als Gehäuse für das magnetische Fluid dient, und dessen Länge ein wenig kürzer ist als der Permanentmagnet, derart, daß er in der Mitte des gesamten magnetischen Fluids positioniert ist. Der Zustand der Magnetflüsse zu diesem Zeitpunkt ist schematisch in Fig. 18(b) gezeigt. Verglichen mit dem Fall eines nicht magnetischen Halters 6 (Fig. 18(a)) verlaufen die Magnetflüsse 200 in Fig. 18(b) nicht durch den nicht magnetischen Halter 6 und daher werden die Magnetflüsse gebogen und eingequetscht. Dieser Zustand ist gleichartig demjenigen, wenn Spannung auf ein Gummiband ausgeübt wird. Weiterhin ist der Magnet 2 geringfügig länger als der Halter 6 ausgebildet. In der Nähe der Magnetpole tendieren die Abschnitte hoher Dichte des magnetischen Fluids dazu, sich an den Seiten des Halters 6 anzuordnen. Daher wirkt die abstoßende Kraft nicht nur zusammen mit den Seitenwänden des Gehäuses 100, sondern auch mit den Seitenwänden 400 und 401 des Halters 6. Daher ist die bei Verlagerung des Magneten 2 auftretende Rückführungskraft größer. Ferner ist es möglich, wie in Fig. 13 gezeigt ist, beispielsweise ein magnetisches Widerstandselement (Magnetowiderstandselement) 40 bezüglich eines Gehäuses, das in dem magnetischen Fluid 1 und dem Permanentmagneten 2 abgedichtet angeordnet ist, anzuordnen und den magnetischen Leckfluß vom Permanentmagneten 2 zu erfassen. Bei Verwendung eines Brückenelements ist die Erfassungsschaltung 5 einfach aufgebaut und besitzt lediglich Eingangswiderstände 130 und 131, ein Operationsverstärker 133 und einen Rückkopplungswiderstand 132, wie in Fig. 17 gezeigt ist. Die Kennlinie der Rückstellkraft des in dem abgedichteten magnetischen Fluid angeordneten Permanentmagneten ist allgemein in Fig. 15 gezeigt. Es sei angemerkt, daß in Fig. 15 m die Masse des Permanentmagneten und G&sub1; die Beschleunigung (Beschleunigung i der axialen Richtung des Permanentmagneten) entsprechend der Verlagerung X&sub1; bezeichnen. Daher ist es durch geeignete Wahl der Position des Magnetowiderstandselement möglich, die Ausgangsspannung bezüglich der Beschleunigung linear, S-förmig gekrümmt, usw. auszulegen.
• Ferner ist in Fig. 12 eine Längsschnittansicht eines Beschleunigungssensors in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der hauptsächliche Gestaltungsabschnitt 600 des Beschleunigungssensors ist derselbe wie derjenige beim vierten Ausführungsbeispiel (jedoch besitzt der Permanetnmagnet 2 eine Abdeckung 410 gleichartig derjenigen, wie sie beim ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist). Als Einrichtung zur Positionserfassung wird beispielsweise dieselbe Art von Hallelementen wie beim ersten Ausführungsbeispiel eingesetzt.
• Wenn im Fall einer solchen Gestaltung Luft oder Gas zusätzlich zu dem magnetischen Fluid in dem Halter-Gehäuse gemischt ist, würde der Sensor durch Temperaturveränderungen nachteilig beeinflußt werden. Der Anschluß 201 zur Einführung von magnetischem Fluid gemäß Fig. 12 ist zur Lösung dieses Problems nach außen vorspringend gestaltet. Dies bedeutet, daß das Gas in dem Gehäuse 19 vorab durch eine nicht gezeigte Vakuumeinrichtung herausgezogen und dann das magnetische Fluid darin eingeschlossen wird. Dies ermöglicht die abdichtende Einbringung ausschließlich des magnetischen Fluids. Es sei angemerkt, daß das Bezugszeichen 201 eine Gummidichtung und 203 eine Aluminiumkappe, die auf das Halter-Gehäuse 19 aufgeschraubt ist, bezeichnen.
• Weiterhin ist der keilförmig verlaufende Abschnitt 7a, der an der Frontplatte 7 in Fig. 6 vorgesehen ist, zum Freisetzen von Gas beim Einschließen des magnetischen Fluids vorgesehen. Dies bedeutet, daß nach dem Aufwickeln der Spulen 4a, 4b und 5a, 5b auf den Spulenkörper 3 die Endplatte 10 und der Halter 6 zusammengebaut werden, dann der Magnet 2 eingesetzt wird und das magnetische Fluid 1 eingefüllt wird. Danach wird das Gehäuse durch die Frontplatte 7 geschlossen, jedoch bleibt der Stopfen 8 offen. Daher fließt der Überschuß des magnetischen Fluids aus der Öffnung zusammen mit dem gemischten Gas aus. Danach wird der Stopfen 8 geschlossen. Dies ermöglicht das Einschließen einer geeigneten Menge von magnetischem Fluid und die Freigabe des Gases wie etwa der Luft. Weiterhin ist es bevorzugt, daß die Endflächen des magnetischen Fluids, die den Endflächen des Magneten (magnetischen Polflächen) gegenüber liegen, die dem keilförmig verlaufenden Abschnitt 7a der Frontplatte 7 und dem keilförmig verlaufenden Abschnitt 10a der Endplatte entsprechen, dieselbe Gestalt haben. Ferner sollte der Abstand zwischen den Endflächen (7a und 10a) und dem Abschirmgehäuse 14 gleich groß sein, um eine Verschiebung der neutralen Position des Magneten 2 aus der Mitte zu vermeiden und zu verhindern, daß die Positions/Rückstellkraft-Kennlinie des Magneten 2 nicht linear wird. Eine Schraube 12, die aus Eisen hergestellt ist, bildet eine Einrichtung zur Einstellung des magnetischen Offsets, so daß die Einstellung der beiden vorstehend angesprochenen Abstände in einfacher Weise möglich ist. Ferner enthält das Basisfluid des magnetischen Fluids Wasser, Paraf fin oder andere synthetischen Öle einschließlich stabil dispergiertem Magnetit (FeO, Fe&sub2;O&sub3;) oder Manganzinkferrit, wobei das Basisfluid darüberhinaus ein Metall etwa wie Quecksilber enthält, natürlich unter Voraussetzung, daß es ein Fluid ist, das stabil dispergierte magnetische Partikel wie etwa Kobalt usw. enthält.
• Ferner kann der Permanentmagnet 2, wie in Fig. 22 gezeigt mit einer Abdeckung 410 aus Aluminium oder anderem nicht magnetischem Material (z. B. Epoxidharz) versehen sein. Wenn ein starker Magnet wie etwa ein Seltenerdmagnet zur Vergrößerung der Rückstellkraft eingesetzt wird, ist das Magnetfeld nahe dem Magneten stark, so daß die in dem magnetischen Fluid dispergierten magnetischen Partikel dazu tendieren, entgegen der Abstoßungskraft des oberflächenaktiven Agens in Abhängigkeit von der Funktion der Zeit t zusammenzuklumpen. Daher ist es durch Abdeckung des Permanetmagneten 2 mittels einer nicht magnetischen Abdeckung 410 möglich, gleichzeitig das für die Rückstellkraft erforderliche große Magnetfeld und das maximale, auf das magnetische Fluid einwirkende Magnetfeld unterhalb eines vorbestimmten Werts zu erhalten.
• Figur 8 und Figur 9 zeigen weitere Ausführungsbeispiele einschließlich der Einrichtung zum Steuern der Kennlinie der auf den Permanetmagneten 2 einwirkenden Rückstellkraft bezüglich der Verlagerung aus der Mittenposition in dem magnetischen Fluid gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 8 wird ein nicht magnetisches Element 20 zur Verringerung der Querschnittsfläche des Abschnitts zur Abdichtung des magnetischen Fluids entsprechend dem Abschnitt der Magnetseitenfläche eingesetzt. Die Querschnittsgestalt des das magnetische Fluid abdichtenden Abschnitts verläuft keilförmig, so daß die Querschnittsfläche des magnetischen Fluids um so größer ist, je größer der Abstand von den Magnetpolen ist. In Fig. 9 ist der das magnetische Fluid abdichtende Abschnitt als ein einfacher Zylinder geformt. Bei diesen Beispielen besteht die Eigenschaft darin, daß die Menge des eingeschlossenen magnetischen Fluids die maximale Menge ist, die an den Permanentmagneten 2 in dem natürlichen Zustand angezogen wird. Dies basiert, wie bereits zuvor erwähnt, auf der Idee, daß die beste Menge an magnetischen Fluid die Gesamtmenge des magnetischen Fluids, das an den verwendeten Magneten 2 im natürlichem Zustand angezogen wird, ist. Fig. 21 zeigt eine Weiterentwicklung der in Fig. 9 gezeigten Idee. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 wird eine stärkere magnetische Rückstellkraft-Kennlinie durch eine Kombination aus der optimalen Menge des magnetischen Fluids und einem einfachen Zylinder-Gehäuse, das geringfügig größer als der Außendurchmesser des Permanentmagneten ist, bereitgestellt . Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 ist zwar die Wirkung vergrößert, jedoch die Verlagerung des Permanentmagneten bezüglich der Beschleunigung umgekehrt klein und es ist erforderlich, die Erfassungsempfindlichkeit anzuheben. Dies beruht darauf, daß die in Fig. 19 gezeigten Abschnitte 1a und 1b nahe den Magnetpolen des magnetischen Fluids zusammen mit der Verlagerung des Magneten komprimiert werden und eine Abstoßungskraft erzeugt wird. Zudem besteht bei der Gestaltung gemäß Fig. 9 keine Abbaumöglichkeit für den Druck, der die Bewegung der vergrößerte scheinbare spezifische Schwerkraft bzw. Wichte die besitzenden Abschnitte (1a und 1b) des Magnetfluids begleitet. Folglich ist eine Druckfeder zwischen den Platten 7' oder 10' und dem Magneten 2 gebildet, die die Verlagerung des Magneten 2 in starkem Maße unterdrückt. Das Innere eines Gehäuses 30 ist deshalb, wie in Fig. 21 gezeigt ist, mit einem Mittelabschnitt 30c versehen, der dieselbe Länge wie die Magnetanordnung aus dem Magneten 2 und den magnetischen Polstücken 151a und 151b mit verringertem Durchmesser, und verlängerten Durchmesserabschnitten 30a und 30b besitzt, die den Abschnitt der Länge der Magnetanordnung in der axialen Richtung überschreiten. Genauer gesagt bedeutet dies, daß die Länge des internen Behältnisses des Gehäuses 30 in axialer Richtung kleiner ausgelegt ist als die maximale Länge des magnetischen Fluids, das in natürlichem Zustand an den Permanentmagneten angezogen wird, daß der Innendurchmesser des Abschnitts mit verringertem Durchmesser grob gleich groß ausgelegt ist wie der minimale Außendurchmesser des magnetischen Fluids, das an den Permanentmagneten in natürlichem Zustand angezogen wird, und daß der Innendurchmesser der Abschnitte mit verlängertem Durchmesser zumindest größer als der maximale Außendurchmesser des magnetischen Fluids, das in natürlichem Zustand an den Permanentmagneten angezogen ist, ausgelegt ist. Hierdurch werden Entlastungsbereiche für den Druck des magnetischen Fluids, der gemeinsam mit der Deformierung des Abschnitts mit vergrößerter scheinbarer spezifischer Dichte auftritt, an den Abschnitten 30a und 30b geschaffen, wobei eine gekrümmte Oberfläche gebildet wird, und es wird eine ausreichende Rückstellkraft und eine ausreichende Größe der Verlagerung des Permanentmagneten erzielt. Die in Fig. 21 gezeigten Magnetpolstücke 151a und 151b bewirken eine Vergrößerung der Trägheit, wenn der Magnet 2 aus einem Material mit niedriger spezifischer Dichte wie etwa Ferrit hergestellt ist. Darüberhinaus sind im Fall eines Seltenerdmagneten die Magnetmenge verringert und die Kosten gesenkt.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 wird die Verlagerung des Magneten 2 in anderen als der axialen Richtung zwangsweise verhindert. Eine an dem Gehäuse befestigte Stützstange 21 ist durch das Innere des zylindrischen Magneten 2 hindurchgeführt, der entlang der Achse dieser Stange 2 beweglich ist. Weiterhin sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 die beiden Stufen der Beschleunigungs/Ausgangssignal-Kennlinie dargestellt (nämlich eine große Verstärkung bei kleiner Beschleunigung und eine kleine Verstärkung bei großer Beschleunigung). Das magnetische Fluid 1 ist durch elastische, aus Gummi oder dergleichen hergestellte Membranen 22a und 22b eingeschlossen und die Außenseite ist mit Luft oder anderen Gasen oder anderen Substanzen niedriger spezifischer Dichte gefüllt. Die Bezugszeichen 25a und 25b sind Auslaßlöcher für den Fall, daß Luft als Substanz niedriger spezifischer Dichte benutzt wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verlagert sich bei kleiner Beschleunigung ein Magnet 2 mit einer spezifischen Dichte von beispielsweise 8,3 in einem magnetischen Fluid 1 mit einer spezifischen Dichte von beispielsweise 1,3 und die Verlagerung wird erfasst. Bei einer großen Beschleunigung verlagern sich der Magnet 2 und das magnetische Fluid 1 unter Überwindung der elastischen Membran 22a oder 22b und die Verlagerung wird erfasst. In dieser Weise wird ein Beschleunigungssensor mit sehr breitem Bereich geschaffen, der von extrem kleinen bis zu großen Beschleunigungen mißt.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 13 wird, wie bereits erwähnt, ein Magnetowiderstandselement 40 als Einrichtung zur Erfassung der Verlagerung des Magnets eingesetzt. Ein Magnetowiderstandselement ist ein Element, dessen Widerstand sich entlang bzw. in Abhängigkeit von einem Magnetfeld verändert. Das Element ermöglicht eine analoge magnetische Erfassung unter Ausnützung der Tatsache, daß die Widerstandsänderung im Sättigungsmagnetfeld von der Richtung des Magnetfelds abhängt. Gemäß Fig. 13 sind das magnetische Fluid 1 und der Magnet 2 in einem nicht magnetischem Gehäuse 30, das aus Glas oder Kunststoff hergestellt ist, eingeschlossen und ein Magnetowiderstandselement 40 ist an dem Außenbereich des Gehäuses 30 nahe dem Endabschnitt des Permanentmagneten 2 vorgesehen. Dieses Magnetowiderstandselement 40 kann ein einziges Element sein, das die Erfassungsschaltung aufweist, oder kann, wie in Fig. 17 gezeigt, aus einer Brückenschaltung 40a und 40b bestehen. Weiterhin kann beispielsweise, wie in Fig. 20 gezeigt ist, ein Paar Magnetowiderstandselemente 40a und 40b an punktsymmetrischen Positionen angeordnet sein, wobei der Symmetriepunkt in der Mitte des Magnets 2 liegt, und die Effekte kompensieren, die sich aufgrund der Neigung des Permanentmagneten einstellen.
• Die vorliegende Erfindung schafft einen Beschleunigungssensor mit einfachem Aufbau und hoher Empfindlichkeit unter Ausnutzung der Trägheitkraft, die der in dem magnetischen Fluid angeordnete Permanentmagnet bei Beschleunigung erfährt, und der magnetischen Rückstellkraft in Richtung zur zentralen stabilen Position.

Claims (12)

1. Beschleunigungssensor mit:

einem nichtmagnetischen Gehäuse (19), das ein magnetisches Fluid (1) dichtend enthält und aus dem Luft im wesentlichen ausgeschlossen ist,

einem Permanentmagneten (2), der beweglich innerhalb des magnetischen Fluids (1) angeordnet ist,

einer Erfassungseinrichtung (41a, 41b, 4a, 4b), die eine jeweilige Position des Permanentmagneten (2) erfaßt, und

einer Verarbeitungseinrichtung (300; Figur 3), die ein Beschleunigungssignal auf der Grundlage eines Erfassungssignals der Erfassungseinrichtung (41a, 41b, 4a, 4b) erzeugt,

dadurch gekennzeichnet, daß

das nichtmagnetische Gehäuse (19) ein internes Behältnis (6) enthält, dessen Gestalt die Gestalt des magnetischen Fluids (1) in einer solchen Weise dominiert, daß der Pfad des Magnetflusses des Permanentmagneten (2) derart begrenzt ist, daß der Permanentmagnet (2) magnetisch in eine stabile Position gezwungen wird, und daß ein Bypasskanal (421), der sich von einem Durchgang zwischen dem internen Behältnis (6) und dem Permanentmagneten (2) unterscheidet, zur Verhinderung von Veränderungen des Drucks während einer Verlagerung des Permanentmagneten (2) vorgesehen ist.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, bei dem die Gestalt des internen Behältnisses (6) des Gehäuses (19) gleichförmig zylindrisch ausgebildet ist und die beiden Enden des zylindrischen Behältnisses über einen Bypasskanal (411a-d, 412a-d, 421) miteinander in Verbindung stehen, wobei der innere Durchmesser des zylindrischen Behältnisses (6) kleiner ausgelegt ist als der maximale äußere Durchmesser des magnetischen Fluids, das in einem natürlichen Zustand an dem Permanentmagneten (2) anhaftet, und die Länge des zylindrischen Gehäuses kleiner als die maximale Länge des magnetischen Fluids, das im natürlichen Zustand an dem Permanentmagneten anhaftet, ausgelegt ist.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 2, bei dem der Bypasskanal (421) konzentrisch mit dem inneren Umfang des zylindrischen Behältnisses (6) ausgebildet ist.

4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem der Permanentmagnet durch eine nichtmagnetische Abdeckung (410) abgedeckt ist.

5. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Erfassungseinrichtung ein Magentfeld-Erfassungselement (4a, 4b; 41a, 41b) wie etwa ein Magnetwiderstandselement oder ein Hall-Element ist.

6. Beschleunigungssensor nach Anspruch 5, bei dem ein Paar von Magnetfeld-Erfassungselementen vorgesehen ist, die den Magnetpolen des Permanentmagneten zugewandt sind, um eine Brückenkonstruktion zu bilden oder das differentielle Ausgangssignal zwischen den Erfassungselementen zu erhalten.

7. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Beschleunigungssensor durch ein Gehäuse (14), das aus einem ferromagnetischen Material besteht, magnetisch abgeschirmt ist.

8. Beschleunigungssensor nach Anspruch 7, bei dem der Abstand in der axialen Richtung des Permanentmagneten zwischen einer der Innenflächen des ferromagnetischen Gehäuses (14) und einer der Magnetpol-Stirnflächen des Permanentmagneten, die der Innenfläche zugewandt ist, gleich groß ist wie der Abstand zwischen der anderen der Innenflächen des ferromagnetischen Gehäuses und der anderen der der Innenfläche zugewandten Magnetpol-Stirnflächen des Permanentmagneten.

9. Beschleunigungssensor nach Anspruch 7 oder 8, bei dem eine Einstelleinrichtung (12) für die Einstellung des magnetischen Versatzes, die aus einem ferromagnetischen Material besteht und in der Axialrichtung des Permanentmagneten (2) bewegbar ist, eingesetzt wird, um eine Einstellung der stabilen Position des Permanentmagneten im Zustand fehlender Verzögerung zu ermöglichen.

10. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, bei dem das innere Behältnis (6) des Gehäuses (19) derart geformt ist, daß die Länge in Axialrichtung des Permanentmagneten (2) kleiner ist als die maximale Länge des magnetischen Fluids (1), das an den Permanentmagneten in dem natürlichen Zustand angezogen ist, und der Innendurchmesser des Abschnitts, der der Axialrichtungslänge des Permanentmagneten zugewandt ist, grob gleich groß ist wie der minimale äußere Durchmesser des magnetischen Fluids, das an den Permanentmagneten in dem natürlichen Zustand angezogen ist, und der Innendurchmesser der beiden Enden, die den Abschnitt der Länge, der ungefähr gleich wie die Axialrichtungslänge des Permanentmagneten ist, überschreiten, zumindest größer ist als der maximale äußere Durchmesser des magnetischen Fluids, das an den Permanentmagneten in dem natürlichen Zustand angezogen ist.

11. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, der zumindest ein Paar von elastischen Membranen (22a, 22b) aufweist, wobei das magnetische Fluid und der Permanentmagnet zwischen den elastischen Membranen abgedichtet sind.

12. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Beschleunigungssensor dadurch hergestellt wird, daß zuerst das Innere des Gehäuses in einem Zustand nahezu vollständigen Vakuums angeordnet und dann das magnetische Fluid abgedichtet wird.