【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばコンピュータ及びその関連機器、ＡＶ機器、家電製品、輸送機器、産業機器等に用いられるショックセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、様々な分野において種々の目的でショックセンサが使用されている。例えば、ノートブック型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ等では、ショックッセンサを用いて落下等のショックを検出し、内部部品の駆動、データの書き込み等を停止することにより記録データ、内蔵部品等を保護するようにしたものがある。又、自動車ではエアバック等にショックセンサが用いられている。
【０００３】
このようなショックセンサとして、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の圧電セラミックを利用したものが広く知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
圧電セラミックは、ショックの加速度に応じて歪が生じ、歪の大きさに対応して電荷の分極が生じる性質を有している。この分極の電荷又は電圧を測定することによりショックを検出することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特表２００１―５１６８８４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電セラミックは、分極のための時間を要するため高速応答性という点で限界があり、微小時間内のショックを検出できないことがある。例えば、２０００Ｇ（１Ｇ＝１０−１１Ｎｍ２Ｋｇ−２）程度の加速度を検出するため、１μｓという微小時間内のショックの検出が要求されることがあるが、従来の圧電セラミックを用いたショックセンサでは、このような微小時間内のショックを確実に検出できないことがある。
【０００７】
又、圧電セラミックはインピーダンスが大きく、それだけ外乱に対して敏感であるため、ノイズを拾いやすい。更に、圧電セラミックはヒステリシスが大きい。従って、圧電セラミックを用いたショックセンサは、Ｓ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ
ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）が小さいという問題がある。
【０００８】
又、圧電セラミックには分極を検出するための一対の電極が圧電セラミックをショックの作用方向の両側から挟むように取付けられ、これら電極にはそれぞれリード部が結線される。取付作業やショックにより圧電セラミックに外力が作用すると、２本のリード部はそれぞれ圧電セラミックに追従して撓むことになるが、これらのリード部はショックの作用方向に離間して配設されて全体として見るとそれだけ剛性が高くて撓みにくくなっているため、リード部に過度の荷重が作用して、リード部と電極との接合部等が破損することがある。
【０００９】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであって、微小時間内のショックを確実に検出することができる信頼性が高いショックセンサを提供することをその課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者は、圧電素子よりもショックの加速度に対して迅速に応答し、且つ、インピーダンスが小さい磁歪素子をショックセンサに用いることで上記課題を解決するに至った。
【００１１】
即ち、次のような本発明により、上記課題の解決を図ったものである。
【００１２】
（１）ショックの加速度に応じて透磁率が変化する磁歪素子と、該磁歪素子にバイアス磁界を付与するためのバイアス磁界付与手段と、前記磁歪素子の近傍の磁界の強さを測定するための磁界測定手段と、を備えることを特徴とするショックセンサ。
【００１３】
（２）前記磁歪素子は、ランタノイド及び鉄属元素を含んでなる超磁歪素子であることを特徴とする（１）のショックセンサ。
【００１４】
（３）前記バイアス磁界付与手段は、永久磁石であることを特徴とする（１）又は（２）のショックセンサ。
【００１５】
（４）前記磁界測定手段が複数配設され、ショックによる複数の方向の加速度が測定可能とされたことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかのショックセンサ。
【００１６】
（５）前記磁界測定手段は、前記磁歪素子の近傍に配設されたコイルを備える構成であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかのショックセンサ。
【００１７】
（６）前記磁界測定手段は、磁気抵抗素子を備える構成であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかのショックセンサ。
【００１８】
（７）前記磁界測定手段は、ホール素子を備える構成であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかのショックセンサ。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係るショックセンサ１０の構造を模式的に示す斜視図である。
【００２１】
ショックセンサ１０は、ショックの加速度に応じて透磁率が変化する磁歪素子１２と、磁歪素子１２にバイアス磁界を付与するためのバイアス磁界付与手段１４と、磁歪素子１２の近傍の磁界の強さを測定するためのコイル（磁界測定手段）１６と、を備えている。
【００２２】
磁歪素子１２は、ランタノイド及び鉄属元素を含んでなる超磁歪素子であり、略直方体に成形されている。ここで、本明細書において「鉄属元素」とは、周期表第４周期第８族の元素、即ちＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの総称という意義で用いることとする。このような超磁歪素子は歪に対する透磁率の変動が４０％以上の大きな値となりうる。
【００２３】
バイアス磁界付与手段１４は、具体的には略長方形板状体のフェライトマグネット（永久磁石）であり、磁歪素子１２の底面に接着されている。又、バイアス磁界付与手段１４は、磁歪素子１２の接着面と反対側の面において基板２４に接着されて支持されている。
【００２４】
コイル１６は、具体的には複数のループが共通の平面に沿って等ピッチで連続するように線材を成形したものであり、磁歪素子１２の長手方向に沿うように、且つ、磁歪素子１２の上面に近接・対向して配設されている。又、コイル１６の両端には増幅回路１７（詳細省略）を介して電圧計１８（図示省略）が結線されている。
【００２５】
次に、ショックセンサ１０の作用について説明する。
【００２６】
バイアス磁界付与手段１４の周囲にはバイアス磁界が生じており、磁束が磁歪素子１２及びコイル１６を貫通している。
【００２７】
基板２４を介して磁歪素子１２にショックが伝達すると、ショックの加速度に応じて磁歪素子１２に歪が生じて磁歪素子１２の透磁率が変化する。このような磁歪効果は、圧電セラミックの電歪効果のような電荷の分極を伴わないので、ショックの加速度に応じて磁歪素子１２の透磁率が変化するための時間は、圧電セラミックの電荷が分極するための時間よりも短い。従って、コイル１６を貫通する磁束の大きさが迅速に変動し、コイル１６に誘導起電力が生じる。
【００２８】
コイル１６の両端の電圧を電圧計１８で測定することにより、ショックを検出することができる。磁歪素子１２は超磁歪素子で透磁率の変化が大きい。従って、誘導起電力はそれだけ大きくなり、外乱の影響を受けにくくなるので、高精度でコイル１６の誘導起電力を測定することができる。
【００２９】
このように、ショックセンサ１０は、ショックを微小時間内に確実に検出することができ、信頼性が高い。
【００３０】
又、コイル１６及びこれに結線される２本のリード部は磁歪素子１２の片側に配設すればよく、圧電セラミックを用いたショックセンサのように、２本のリード部を圧電セラミックの両側に配設する必要がないので、撓みやすく過度の荷重が作用しにくいように２本のリード部を配設することが容易である。即ち、リード部の接合部等の破損が発生しにくく、この点でもショックセンサ１０は信頼性が高い。
【００３１】
又、磁歪素子１２を構成する超磁歪素子は、粉末冶金等で多様な形状に成形可能であるので、ショックセンサ１０は生産性がよい。
【００３２】
更に、略直方体の磁歪素子１２と長方形板状体のバイアス磁界付与手段１４と、を組合わせたショックセンサ１０は構造が簡単でコンパクトであるので、チップマウンタ等により基板上に容易に装着することができ、汎用性が高い。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００３４】
図２に示されるように、本第２実施形態に係るショックセンサ２０は前記第１実施形態に係るショックセンサ１０に対しコイル１６に代えて、磁界測定手段として磁気抵抗素子２２を備えたものである。尚、電圧計１８に代えて磁気抵抗素子２２には抵抗計２４が結線されている。他の構成については前記ショックセンサ１０と同様であるので説明を省略する。
【００３５】
磁気抵抗素子２２は、具体的にはインジウム・アンチモン化合物等であり、ショックによる磁歪素子１２の近傍の磁束の変化に対応して、抵抗値が変化する性質を有している。この抵抗値の変化を抵抗計２４で測定することによりショックを検出することができる。磁歪素子１２は超磁歪素子で透磁率の変化が大きく、それだけ抵抗値が大きく変化して外乱の影響を受けにくいので、高精度で磁気抵抗素子２２の抵抗値を測定することができる。
【００３６】
即ち、ショックセンサ２０も前記ショックセンサ１０と同様にショックを微小時間内に確実に検出することができ、信頼性が高い。
【００３７】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００３８】
図３に示されるように、本第３実施形態に係るショックセンサ３０は前記第１実施形態に係るショックセンサ１０に対しコイル１６に代えて、磁界測定手段としてホール素子３２を用いたものである。他の構成についてはショックセンサ１０と同様であるので説明を省略する。
【００３９】
ホール素子３２は、具体的にはインジウム・アンチモン化合物、ガリウム・砒素化合物等であり、ショックによる磁歪素子１２の近傍の磁束の変化に対応し、ホール電圧を出力する。このホール電圧を電圧計１８で測定することによりショックを検出することができる。磁歪素子１２は超磁歪素子で透磁率の変化が大きい。従って、ホール電圧はそれだけ大きくなり、外乱の影響を受けにくくなるので、高精度でホール電圧を測定することができる。
【００４０】
即ち、ショックセンサ３０も前記ショックセンサ１０及び２０と同様にショックの伝達を微小時間内に確実に検出することができ、信頼性が高い。
【００４１】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
【００４２】
図４に示されるように、本第４実施形態に係るショックセンサ４０は、前記第１実施形態に係るショックセンサ１０に対し前記コイル１６を第１のコイルとして、更に第２のコイル４２を配設し、複数の方向の加速度を検出可能としたものである。他の構成については前記ショックセンサ１０と同様であるので説明を省略する。
【００４３】
第２のコイル４２は、第１のコイル１６と同様の形状で、磁歪素子１２の長手方向の一端面に近接して配設されている。
【００４４】
このように、２つのコイルを配設し、複数の方向の加速度を検出することで、それだけ多様な態様でショックを検出することができる。
【００４５】
例えば、複数のコイルの誘導起電力に基づいて複数の方向の磁界の変化を検出でき、各コイル毎の検出結果を処理することにより様々な方向のショックを検出することができる。又、方向により異なるショックの加速度のうち、最大値を検出することも可能である。
【００４６】
更に、後述するように、複数のコイルを適宜配設・結線して誘導起電力を合成することにより、各コイル毎の検出結果を処理することなく方向の影響を排除した、加速度の最大値を検出することも可能である。
【００４７】
更に、複数のコイルの誘導起電力を合成することにより、それだけ強い電気信号を得てノイズの影響を低減することもでき、ショックの検出精度を一層高めることができる。
【００４８】
尚、本第４実施形態は、磁界測定手段として複数（２つ）のコイルを配設しているが、前記第２実施形態に示されるような磁気抵抗素子、前記第３実施形態に示されるようなホール素子を磁界測定手段として複数配設すれば同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４９】
（実施例１）
磁歪素子１２は、３．２×２×０．４ｍｍの略直方体とし、第１のコイル１６、第２のコイル４２をそれぞれ磁歪素子１２の上面及び長手方向の一端面に配設した（図４参照）。コイル１６、４２は、いずれも巻き数を２０とした。
【００５０】
このように構成したショックセンサ４０に水平方向のショックを付与した。ショックの加速度の大きさは一定とし、方向を変えて２つのコイル１６、４２の端子電圧を測定した。図５に、ショックの加速度の方向と、２つのコイル１６、４２の端子電圧及びこれらを合成した電圧との関係を示す。
【００５１】
又、ショックの加速度の方向は一定とし、加速度の大きさを変えて２つのコイル１６、４２の端子電圧を測定した。図６に加速度の大きさと２つのコイル１６、４２の端子電圧の合成電圧との関係を示す。
【００５２】
図５から、ショックの方向により各コイル１６、４２の端子電圧が変化する一方、これらの合成電圧はショックの方向に拘らず略一定となることがわかる。即ち、各コイル毎の検出結果を処理することなく方向の影響を排除した、加速度の最大値を検出することができる。
【００５３】
又、図６から、２つのコイル１６、４２の端子電圧の合成電圧と加速度の大きさは比例し、加速度が２０００Ｇを超えるショックを確実に検出できることがわかる。
【００５４】
（実施例２）
磁歪素子１２は実施例１と等しい形状とした。一方、磁界測定手段として２つのコイル１６、４２に代えて２つのホール素子（旭化成（株）ＨＷ−１０８Ａ）をそれぞれ磁歪素子１２の上面及び長手方向の一端面に配設した（図４参照）。
【００５５】
このように構成したショックセンサに水平方向のショックを付与し、実施例１と同様に、ショックの方向を変えて２つのホール素子が出力するホール電圧を測定した。図７に、ショックの加速度の方向と、２つのホール素子のホール電圧及びこれらを合成した電圧との関係を示す。尚、加速度の大きさは一定である。又、図８に加速度の大きさと２つのホール素子のホール電圧の合成電圧との関係を示す。
【００５６】
図７から、ショックの方向により各ホール素子が出力するホール電圧が変化する一方、これらの合成電圧はショックの方向に拘らず略一定となることがわかる。
【００５７】
又、図８より、２個のホール素子のホール電圧の合成電圧と加速度の大きさは比例し、２０００Ｇを超えるショックを確実に検出できることがわかる。
【００５８】
尚、前記第１〜第４実施形態において、磁界測定手段としてコイル、磁気抵抗素子、ホール素子が示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁歪素子の近傍の磁界の大きさの変化を微小時間で測定することができる磁界測定手段であれば、その種類、構成は限定されない。
【００５９】
又、前記第１〜第４実施形態において、磁界測定手段（コイル、磁気抵抗素子、ホール素子）は磁歪素子１２に近接して配設されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁歪素子の近傍の磁界の大きさを測定できる位置であれば磁歪素子から離間するように磁界測定手段を配設してもよい。又、磁歪素子に接触するように磁界測定手段を配設してもよい。
【００６０】
又、前記第４実施形態において、２つの磁界測定手段（コイル）を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の磁界測定手段を用いてもよい。このようにすることで、一層多様な態様のショックを検出することが可能となる。
【００６１】
又、前記第１〜第３実施形態において、磁界測定手段としてコイル１６、磁気抵抗素子２２、ホール素子３２が磁歪素子１２の上面に配設され、前記第４実施形態においては更に第２のコイル４２が磁歪素子１２の長手方向の一端面に配設されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁界測定手段は検出しようとするショックの加速度方向に対応して、適宜配設すればよい。
【００６２】
又、前記第１〜第４実施形態において、バイアス磁界付与手段１４は、略長方形板状体のフェライトマグネットとされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の種類の永久磁石を用いてもよい。又、電磁石を用いてもよい。
【００６３】
又、前記第１〜第４実施形態において、磁歪素子１２は、略直方体とされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁歪素子の形状は用途に応じて適宜選択すればよく、例えば円柱形状の磁歪素子としてもよい。
【００６４】
又、前記第１〜第４実施形態において、磁歪素子１２は、ランタノイド及び鉄属元素を含んでなる超磁歪素子とされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、磁歪効果を有する素子であれば、材質は特に限定されない。尚、微小時間内のショックを確実に検出するためには、歪に対する透磁率の変化が大きい超磁歪素子を用いることが好ましい。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微小時間内のショックを確実に検出することが可能となるという優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るショックセンサの構造を模式的に示す側面図
【図２】本発明の第２実施形態に係るショックセンサの構造を模式的に示す側面図
【図３】本発明の第３実施形態に係るショックセンサの構造を模式的に示す側面図
【図４】本発明の第４実施形態に係るショックセンサの構造を模式的に示す側面図
【図５】本発明の第１実施例に係るショックセンサによるショックの加速度の方向と測定電圧との関係を示すグラフ
【図６】同ショックセンサによるショックの加速度の大きさと測定電圧との関係を示すグラフ
【図７】本発明の第２実施例に係るショックセンサによるショックの加速度の方向と測定電圧との関係を示すグラフ
【図８】同ショックセンサによるショックの加速度の方向と測定電圧との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０…ショックセンサ
１２…磁歪素子
１４…バイアス磁界付与手段
１６…（第１の）コイル（磁界測定手段）
２２…磁気抵抗素子（磁界測定手段）
３２…ホール素子（磁界測定手段）
４２…第２のコイル（磁界測定手段）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a shock sensor used for, for example, a computer and its related devices, AV devices, home appliances, transportation devices, industrial devices, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, shock sensors have been used for various purposes in various fields. For example, in a notebook personal computer, a digital camera, or the like, a shock such as a fall is detected using a shock sensor, and driving of internal components, writing of data, and the like are stopped to protect recorded data, built-in components, and the like. There is something like that. In automobiles, shock sensors are used for airbags and the like.
[0003]
As such a shock sensor, a sensor utilizing a piezoelectric ceramic such as PZT (lead zirconate titanate) is widely known (for example, see Patent Document 1).
[0004]
Piezoelectric ceramics have the property that strain is generated in accordance with the acceleration of a shock, and polarization of electric charge is generated in accordance with the magnitude of the strain. By measuring the charge or voltage of this polarization, a shock can be detected.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-516888 A
[Problems to be solved by the invention]
However, piezoelectric ceramics require time for polarization, and are limited in terms of high-speed response, and may not be able to detect a shock within a very short time. For example, in order to detect an acceleration of about 2000 G (1 G = 10 −11 Nm 2 Kg −2 ), it is sometimes required to detect a shock within a very short time of 1 μs, but a conventional shock sensor using a piezoelectric ceramic is used. In such a case, such a shock within a very short time may not be detected reliably.
[0007]
Further, since the piezoelectric ceramic has a large impedance and is sensitive to disturbance, the noise is easily picked up. Further, the piezoelectric ceramic has a large hysteresis. Therefore, a shock sensor using piezoelectric ceramic has an S / N ratio (Signal).
to Noise Ratio) is small.
[0008]
Further, a pair of electrodes for detecting polarization is attached to the piezoelectric ceramic so as to sandwich the piezoelectric ceramic from both sides in the direction of action of the shock, and leads are connected to these electrodes, respectively. When an external force acts on the piezoelectric ceramic due to mounting work or a shock, the two lead portions are each bent following the piezoelectric ceramic, but these lead portions are arranged apart from each other in the direction of action of the shock. When viewed as a whole, the rigidity is so high that it is difficult to bend. Therefore, an excessive load acts on the lead portion, and the joint portion between the lead portion and the electrode may be damaged.
[0009]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable shock sensor capable of reliably detecting a shock within a very short time.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention has solved the above-mentioned problem by using a magnetostrictive element which responds more quickly to a shock acceleration than a piezoelectric element and has a small impedance for a shock sensor.
[0011]
That is, the present invention as described below has solved the above-mentioned problem.
[0012]
(1) A magnetostrictive element whose magnetic permeability changes in accordance with the acceleration of a shock, a bias magnetic field applying means for applying a bias magnetic field to the magnetostrictive element, and a device for measuring the strength of a magnetic field near the magnetostrictive element And a magnetic field measuring means.
[0013]
(2) The shock sensor according to (1), wherein the magnetostrictive element is a giant magnetostrictive element containing a lanthanoid and an iron group element.
[0014]
(3) The shock sensor according to (1) or (2), wherein the bias magnetic field applying means is a permanent magnet.
[0015]
(4) The shock sensor according to any one of (1) to (3), wherein a plurality of the magnetic field measuring means are provided, and acceleration in a plurality of directions due to a shock can be measured.
[0016]
(5) The shock sensor according to any one of (1) to (4), wherein the magnetic field measuring means includes a coil disposed near the magnetostrictive element.
[0017]
(6) The shock sensor according to any one of (1) to (4), wherein the magnetic field measuring means includes a magnetoresistive element.
[0018]
(7) The shock sensor according to any one of (1) to (4), wherein the magnetic field measuring means includes a Hall element.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of a shock sensor 10 according to the present embodiment.
[0021]
The shock sensor 10 includes a magnetostrictive element 12 whose magnetic permeability changes in accordance with the acceleration of a shock, a bias magnetic field applying means 14 for applying a bias magnetic field to the magnetostrictive element 12, and a magnetic field intensity near the magnetostrictive element 12. And a coil (magnetic field measuring means) 16 for measurement.
[0022]
The magnetostrictive element 12 is a giant magnetostrictive element containing a lanthanoid and an iron group element, and is formed in a substantially rectangular parallelepiped. Here, in the present specification, “iron element” is used as a general term for elements belonging to Group 8 of Period 4 of the periodic table, that is, Fe, Ni, and Co. In such a giant magnetostrictive element, the variation of the magnetic permeability with respect to strain can be a large value of 40% or more.
[0023]
The bias magnetic field applying means 14 is specifically a ferrite magnet (permanent magnet) having a substantially rectangular plate shape, and is adhered to the bottom surface of the magnetostrictive element 12. The bias magnetic field applying means 14 is adhered to and supported by the substrate 24 on the surface opposite to the adhesive surface of the magnetostrictive element 12.
[0024]
Specifically, the coil 16 is formed by forming a wire so that a plurality of loops are continuously formed at a constant pitch along a common plane, and is formed along the longitudinal direction of the magnetostrictive element 12. It is arranged close to and facing the upper surface. A voltmeter 18 (not shown) is connected to both ends of the coil 16 via an amplifier circuit 17 (details omitted).
[0025]
Next, the operation of the shock sensor 10 will be described.
[0026]
A bias magnetic field is generated around the bias magnetic field applying means 14, and a magnetic flux passes through the magnetostrictive element 12 and the coil 16.
[0027]
When a shock is transmitted to the magnetostrictive element 12 via the substrate 24, distortion occurs in the magnetostrictive element 12 according to the acceleration of the shock, and the magnetic permeability of the magnetostrictive element 12 changes. Such a magnetostrictive effect does not involve the polarization of electric charges as the electrostrictive effect of a piezoelectric ceramic, and therefore, the time required for the magnetic permeability of the magnetostrictive element 12 to change in accordance with the acceleration of a shock depends on the electric charge of the piezoelectric ceramic. Less than time to do. Therefore, the magnitude of the magnetic flux passing through the coil 16 fluctuates quickly, and an induced electromotive force is generated in the coil 16.
[0028]
By measuring the voltage across the coil 16 with a voltmeter 18, a shock can be detected. The magnetostrictive element 12 is a giant magnetostrictive element and has a large change in magnetic permeability. Therefore, the induced electromotive force becomes larger and becomes less affected by disturbance, so that the induced electromotive force of the coil 16 can be measured with high accuracy.
[0029]
As described above, the shock sensor 10 can reliably detect a shock within a very short time, and has high reliability.
[0030]
Also, the coil 16 and the two leads connected thereto may be disposed on one side of the magnetostrictive element 12, and the two leads are provided on both sides of the piezoelectric ceramic like a shock sensor using piezoelectric ceramic. Since there is no need to arrange them, it is easy to arrange the two lead portions so that they are easily bent and an excessive load is hardly applied. That is, breakage of the joint portion of the lead portion is unlikely to occur, and the shock sensor 10 is also highly reliable in this regard.
[0031]
Further, since the giant magnetostrictive element constituting the magnetostrictive element 12 can be formed into various shapes by powder metallurgy or the like, the shock sensor 10 has good productivity.
[0032]
Further, since the shock sensor 10 in which the magnetostrictive element 12 having a substantially rectangular parallelepiped shape and the bias magnetic field applying means 14 having a rectangular plate shape are combined has a simple structure and is compact, it can be easily mounted on a substrate by a chip mounter or the like. And high versatility.
[0033]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0034]
As shown in FIG. 2, the shock sensor 20 according to the second embodiment is different from the shock sensor 10 according to the first embodiment in that a magnetoresistive element 22 is provided as a magnetic field measuring unit instead of the coil 16. is there. Incidentally, a resistance meter 24 is connected to the magnetoresistive element 22 in place of the voltmeter 18. The other configuration is the same as that of the shock sensor 10 and will not be described.
[0035]
The magnetoresistive element 22 is specifically an indium-antimony compound or the like, and has a property that the resistance value changes in response to a change in magnetic flux near the magnetostrictive element 12 due to a shock. Shock can be detected by measuring the change in the resistance value with the resistance meter 24. The magnetostrictive element 12 is a giant magnetostrictive element and has a large change in magnetic permeability, and the resistance value changes accordingly and is hardly affected by disturbance. Therefore, the resistance value of the magnetoresistive element 22 can be measured with high accuracy.
[0036]
That is, similarly to the shock sensor 10, the shock sensor 20 can surely detect a shock within a short time, and has high reliability.
[0037]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0038]
As shown in FIG. 3, the shock sensor 30 according to the third embodiment uses a Hall element 32 as a magnetic field measuring means in place of the coil 16 in the shock sensor 10 according to the first embodiment. . The other configuration is the same as that of the shock sensor 10, and the description is omitted.
[0039]
The Hall element 32 is specifically an indium-antimony compound, a gallium-arsenic compound, or the like, and outputs a Hall voltage in response to a change in magnetic flux near the magnetostrictive element 12 due to a shock. The shock can be detected by measuring the Hall voltage with the voltmeter 18. The magnetostrictive element 12 is a giant magnetostrictive element and has a large change in magnetic permeability. Accordingly, the Hall voltage is increased accordingly, and the Hall voltage is hardly affected by disturbance, so that the Hall voltage can be measured with high accuracy.
[0040]
That is, similarly to the shock sensors 10 and 20, the shock sensor 30 can reliably detect the transmission of the shock within a short time, and has high reliability.
[0041]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0042]
As shown in FIG. 4, the shock sensor 40 according to the fourth embodiment is different from the shock sensor 10 according to the first embodiment in that the coil 16 is used as a first coil and a second coil 42 is further provided. And acceleration in a plurality of directions can be detected. The other configuration is the same as that of the shock sensor 10 and will not be described.
[0043]
The second coil 42 has the same shape as the first coil 16, and is disposed close to one end face of the magnetostrictive element 12 in the longitudinal direction.
[0044]
Thus, by providing two coils and detecting accelerations in a plurality of directions, it is possible to detect a shock in various modes.
[0045]
For example, a change in a magnetic field in a plurality of directions can be detected based on the induced electromotive force of a plurality of coils, and a shock in various directions can be detected by processing a detection result for each coil. Further, it is also possible to detect the maximum value of the acceleration of the shock that differs depending on the direction.
[0046]
Further, as will be described later, by arranging and connecting a plurality of coils as appropriate and synthesizing the induced electromotive force, the influence of the direction is eliminated without processing the detection result for each coil, and the maximum value of the acceleration is calculated. It is also possible to detect.
[0047]
Further, by synthesizing the induced electromotive force of the plurality of coils, a stronger electric signal can be obtained, the influence of noise can be reduced, and the shock detection accuracy can be further improved.
[0048]
In the fourth embodiment, a plurality of (two) coils are provided as magnetic field measuring means. However, a magnetoresistive element as described in the second embodiment and a magnetic resistance element as described in the third embodiment are used. It is needless to say that the same effect can be obtained by disposing a plurality of such Hall elements as magnetic field measuring means.
[0049]
(Example 1)
The magnetostrictive element 12 is a substantially rectangular parallelepiped of 3.2 × 2 × 0.4 mm, and the first coil 16 and the second coil 42 are disposed on the upper surface of the magnetostrictive element 12 and one end face in the longitudinal direction, respectively (FIG. 4). reference). Each of the coils 16 and 42 had 20 turns.
[0050]
A horizontal shock was applied to the shock sensor 40 configured as described above. The magnitude of the shock acceleration was kept constant, and the terminal voltages of the two coils 16 and 42 were measured while changing the direction. FIG. 5 shows the relationship between the direction of the acceleration of the shock, the terminal voltages of the two coils 16 and 42, and the combined voltage.
[0051]
Further, the direction of the acceleration of the shock was fixed, and the terminal voltages of the two coils 16 and 42 were measured while changing the magnitude of the acceleration. FIG. 6 shows the relationship between the magnitude of the acceleration and the combined voltage of the terminal voltages of the two coils 16 and 42.
[0052]
From FIG. 5, it can be seen that the terminal voltage of each of the coils 16 and 42 changes depending on the direction of the shock, while the combined voltage of these coils is substantially constant regardless of the direction of the shock. That is, it is possible to detect the maximum value of the acceleration without processing the detection result for each coil and eliminating the influence of the direction.
[0053]
Also, FIG. 6 shows that the magnitude of the acceleration is proportional to the combined voltage of the terminal voltages of the two coils 16 and 42, and a shock with an acceleration exceeding 2000 G can be reliably detected.
[0054]
(Example 2)
The magnetostrictive element 12 has the same shape as that of the first embodiment. On the other hand, instead of the two coils 16 and 42, two Hall elements (Asahi Kasei Corporation HW-108A) are disposed on the upper surface of the magnetostrictive element 12 and one end face in the longitudinal direction, respectively, as magnetic field measuring means (see FIG. 4). .
[0055]
A shock in the horizontal direction was applied to the shock sensor configured as described above, and the Hall voltage output from the two Hall elements was measured while changing the direction of the shock in the same manner as in Example 1. FIG. 7 shows the relationship between the direction of the acceleration of the shock, the Hall voltages of the two Hall elements, and the combined voltage. Note that the magnitude of the acceleration is constant. FIG. 8 shows the relationship between the magnitude of the acceleration and the combined voltage of the Hall voltages of the two Hall elements.
[0056]
From FIG. 7, it can be seen that while the Hall voltage output by each Hall element changes depending on the direction of the shock, these combined voltages are substantially constant regardless of the direction of the shock.
[0057]
Further, FIG. 8 shows that the magnitude of the combined voltage of the Hall voltage of the two Hall elements and the magnitude of the acceleration are proportional, and it is possible to reliably detect a shock exceeding 2000 G.
[0058]
In the first to fourth embodiments, a coil, a magnetoresistive element, and a Hall element are shown as the magnetic field measuring means. However, the present invention is not limited to this. The type and configuration of the magnetic field measuring means are not limited as long as the magnetic field measuring means can measure a change in the magnitude in a very short time.
[0059]
In the first to fourth embodiments, the magnetic field measuring means (coil, magnetoresistive element, Hall element) is arranged close to the magnetostrictive element 12, but the present invention is not limited to this. Alternatively, the magnetic field measuring means may be provided so as to be separated from the magnetostrictive element at a position near the magnetostrictive element where the magnitude of the magnetic field can be measured. Further, a magnetic field measuring means may be provided so as to be in contact with the magnetostrictive element.
[0060]
Further, in the fourth embodiment, two magnetic field measuring means (coils) are used, but the present invention is not limited to this, and three or more magnetic field measuring means may be used. In this way, it is possible to detect shocks of various modes.
[0061]
In the first to third embodiments, the coil 16, the magnetoresistive element 22, and the Hall element 32 are provided on the upper surface of the magnetostrictive element 12 as the magnetic field measuring means. Although the reference numeral 42 is provided on one end surface of the magnetostrictive element 12 in the longitudinal direction, the present invention is not limited to this, and the magnetic field measuring means is appropriately provided in accordance with the acceleration direction of the shock to be detected. Just set it.
[0062]
In the first to fourth embodiments, the bias magnetic field applying means 14 is a substantially rectangular plate-shaped ferrite magnet. However, the present invention is not limited to this, and other types of permanent magnets may be used. A magnet may be used. Further, an electromagnet may be used.
[0063]
In the first to fourth embodiments, the magnetostrictive element 12 is a substantially rectangular parallelepiped. However, the present invention is not limited to this, and the shape of the magnetostrictive element may be appropriately selected according to the application. For example, a cylindrical magnetostrictive element may be used.
[0064]
In the first to fourth embodiments, the magnetostrictive element 12 is a giant magnetostrictive element containing a lanthanoid and an iron group element. However, the present invention is not limited to this. The material is not particularly limited as long as it has an element. In order to reliably detect a shock within a very short time, it is preferable to use a giant magnetostrictive element having a large change in magnetic permeability with respect to strain.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, an excellent effect that it is possible to reliably detect a shock within a very short time is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view schematically showing a structure of a shock sensor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view schematically showing a structure of a shock sensor according to a second embodiment of the present invention. 3 is a side view schematically showing a structure of a shock sensor according to a third embodiment of the present invention. FIG. 4 is a side view schematically showing a structure of a shock sensor according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the direction of shock acceleration and the measured voltage by the shock sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the magnitude of shock acceleration and the measured voltage by the shock sensor. 7 is a graph showing the relationship between the direction of the acceleration of the shock by the shock sensor according to the second embodiment of the present invention and the measured voltage. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the direction of the acceleration of the shock by the shock sensor and the measured voltage. Off DESCRIPTION OF SYMBOLS
10, 20, 30, 40 Shock sensor 12 Magnetostrictive element 14 Bias magnetic field applying means 16 (first) coil (magnetic field measuring means)
22 ... Magnetic resistance element (magnetic field measuring means)
32 ... Hall element (magnetic field measuring means)
42... Second coil (magnetic field measuring means)
