JP2007178195A - Pressure sensor and stress measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、感圧センサと、感圧センサを用いた応力測定方法とに関する。 The present invention relates to a pressure sensor and a stress measurement method using the pressure sensor.
従来、応力(または歪み)を感知するための感圧センサとしては、例えば、歪みゲージなどの、種々のセンサが知られている。
また、特許文献1には、構造の簡素化、小型化を図るための感圧センサとして、アモルファス磁性体からなるワイヤと、このアモルファスワイヤに磁界を生じさせるためのコイルとを備える応力測定センサが記載されている。
Conventionally, various sensors such as a strain gauge are known as pressure-sensitive sensors for sensing stress (or strain).
Patent Document 1 discloses a stress measurement sensor including a wire made of an amorphous magnetic material and a coil for generating a magnetic field in the amorphous wire as a pressure-sensitive sensor for simplifying and downsizing the structure. Are listed.
一方、自動車の運転者などを衝突時の衝撃から保護するためのエアバッグには、例えば、衝撃を感知する感圧センサとしての機械センサと、この機械センサで衝撃を感知したときに点火ピンを作動させるためのばねとを備える全機械式センサ、例えば、上記機械センサと、機械センサで感知された衝撃を電気信号に変換する素子と、その電気信号を所定の条件に基づいて演算し、点火ピンを作動させる着火信号を出力するための出力部とを備える電気機械式センサ、および、例えば、車両の減速度を電気信号として捉える加速度ピックアップ(例えば、ピエゾ素子など)と、その電気信号を所定の条件に基づいて演算し、上記着火信号を出力するための出力部とを備える電子式センサの、大別して3つのタイプのセンサが用いられている。
しかし、公知の感圧センサは、実際に応力が加わっているときにしか検出できず、すなわち、出力をリアルタイムで検出しなければならないことから、応力測定時に、測定機器と接続されていることが必要になる。そのため、これら公知の感圧センサは、例えば、衝突実験の実験車両に加わる応力の測定や、車両用エンジンのシリンダ内における圧力の測定のように、応力測定時に測定機器と接続することが困難な用途には不向きである。 However, the known pressure-sensitive sensor can only detect when stress is actually applied, that is, the output must be detected in real time. I need it. Therefore, it is difficult to connect these known pressure-sensitive sensors to a measuring device at the time of stress measurement, such as measurement of stress applied to a test vehicle of a collision experiment or measurement of pressure in a cylinder of a vehicle engine. Not suitable for use.
また、エアバッグに用いられている公知の各種センサは、上記したいずれのタイプについても、構造が複雑で構成部品が多く、センサ自体が大きくなるという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、構造が簡素で、小型化を実現でき、応力測定時に出力をリアルタイムで検出する必要のない感圧センサと、かかる感圧センサを用いた応力測定方法とを提供することである。
In addition, the various known sensors used in airbags have the disadvantage that the structure is complicated, there are many components, and the sensor itself is large for any of the types described above.
Therefore, an object of the present invention is to provide a pressure sensor that has a simple structure, can be miniaturized, and does not need to detect an output in real time during stress measurement, and a stress measurement method using the pressure sensor. That is.
上記目的を達成するために、本発明の感圧センサは、核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末と、前記磁性粉末が充填される充填部材とを備えていることを特徴とする。
核形成型(ニュークリエーション型)の保磁力機構を有する磁性粉末は、応力を受けたときに磁化反転核を発生させることから、受けた応力の最大値が履歴として残留する。それゆえ、本発明の感圧センサでは、応力を受けた後、充填部材から磁性粉末を取り出して、その磁気特性を測定することにより、または、磁性粉末が充填部材に充填されたままの状態で、磁性粉末の磁気特性を充填部材ごと測定することにより、感圧センサが受けた最大応力を求めることができる。
In order to achieve the above object, a pressure-sensitive sensor according to the present invention includes a magnetic powder having a nucleation type coercive force mechanism and a filling member filled with the magnetic powder.
A magnetic powder having a nucleation type (nucleation type) coercive force mechanism generates magnetization reversal nuclei when subjected to stress, and thus the maximum value of the received stress remains as a history. Therefore, in the pressure-sensitive sensor of the present invention, after receiving the stress, the magnetic powder is taken out from the filling member and the magnetic characteristics thereof are measured, or in a state where the magnetic powder is filled in the filling member. By measuring the magnetic properties of the magnetic powder for each filling member, the maximum stress received by the pressure sensor can be obtained.
しかも、本発明の感圧センサによれば、少なくとも、核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末と、前記磁性粉末が充填される充填部材とにより構成されることから、感圧センサの構造の簡素化、小型化を実現できる。
本発明に係る感圧センサにおいて、前記充填部材は、その一部が開放されており、前記開放部に設けられ、外部からの応力を前記磁性粉末に伝達するための応力感知部を備えていてもよい。
Moreover, according to the pressure-sensitive sensor of the present invention, since it is composed of at least a magnetic powder having a nucleation type coercive force mechanism and a filling member filled with the magnetic powder, the structure of the pressure-sensitive sensor is Simplification and miniaturization can be realized.
In the pressure-sensitive sensor according to the present invention, a part of the filling member is opened, and the filling member includes a stress sensing unit that is provided in the opening and transmits stress from the outside to the magnetic powder. Also good.
この場合、核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末や、かかる磁性粉末が充填される充填部材を損傷させることなく、応力感知部に対して加えられる一方向からの応力を確実に検知することができる。
本発明に係る感圧センサにおいては、前記磁性粉末が、Sm−Fe−N系粉末またはNd−Fe−B系粉末であることが好ましい。
In this case, it is possible to reliably detect stress from one direction applied to the stress sensing unit without damaging the magnetic powder having a nucleation type coercive force mechanism or a filling member filled with the magnetic powder. Can do.
In the pressure-sensitive sensor according to the present invention, it is preferable that the magnetic powder is an Sm—Fe—N-based powder or an Nd—Fe—B-based powder.
また、本発明に係る応力測定方法は、本発明に係る感圧センサを対象物の応力測定部位に設置し、前記対象物が応力を受けた後で、前記磁性粉末の磁気特性を測定することを特徴とする。
本発明の応力測定方法によれば、感圧センサが受けた応力の最大値を、上記した磁性粉末の磁気特性に基づいて、すなわち、上記磁性粉末に残留した応力の履歴より求めることができる。
Further, the stress measurement method according to the present invention is a method in which the pressure sensitive sensor according to the present invention is installed at a stress measurement site of an object, and the magnetic property of the magnetic powder is measured after the object receives stress. It is characterized by.
According to the stress measurement method of the present invention, the maximum value of the stress received by the pressure sensor can be obtained based on the magnetic characteristics of the magnetic powder, that is, from the history of stress remaining in the magnetic powder.
本発明の感圧センサによれば、構造を簡素にでき、また、小型化を図ることができる。
さらに、本発明の感圧センサによれば、感圧センサが応力を受けた後において、その応力の最大値を、上記磁性粉末に残留した履歴として測定することができる。
また、本発明の応力測定方法によれば、応力測定時に出力をリアルタイムで検出する必要がなく、感圧センサが応力を受けた後において、上記磁性粉末に残留した履歴より、感圧センサが受けた最大応力を求めることができる。そのため、本発明の応力測定方法は、応力測定時に、感圧センサに測定機器を接続することが困難な用途に、好適に用いることができる。
According to the pressure sensor of the present invention, the structure can be simplified and the size can be reduced.
Further, according to the pressure sensor of the present invention, after the pressure sensor receives stress, the maximum value of the stress can be measured as a history remaining in the magnetic powder.
Further, according to the stress measurement method of the present invention, it is not necessary to detect the output in real time during the stress measurement, and the pressure sensor receives the stress from the history remaining in the magnetic powder after the pressure sensor receives the stress. Maximum stress can be obtained. Therefore, the stress measurement method of the present invention can be suitably used for applications where it is difficult to connect a measuring device to the pressure sensor during stress measurement.
図1は、本発明の感圧センサに係る一実施形態であって、(a)は斜視図を示し、(b)は断面図を示す。
図1において、この感圧センサ1は、核形成型(ニュークリエーションタイプ)の保磁力機構を有する磁性粉末2と、磁性粉末2が充填される充填部材3とを備えている。
核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末2は、応力を受けたときに磁化反転核を発生し、その受けた応力の程度に応じて履歴が残留することを特徴としており、例えば、Sm2F17N3などのSm−Fe−N系磁性粉末、例えば、Nd2Fe14BなどのNd−Fe−B系磁性粉末などが挙げられる。
FIG. 1 shows an embodiment of the pressure-sensitive sensor according to the present invention, in which (a) shows a perspective view and (b) shows a cross-sectional view.
In FIG. 1, the pressure sensor 1 includes a magnetic powder 2 having a nucleation type (nucleation type) coercive force mechanism, and a filling member 3 filled with the magnetic powder 2.
The magnetic powder 2 having a nucleation type coercive force mechanism is characterized in that it generates magnetization reversal nuclei when subjected to stress, and a history remains depending on the degree of the received stress. For example, Sm 2 Sm—Fe—N based magnetic powder such as F 17 N 3 , for example, Nd—Fe—B based magnetic powder such as Nd 2 Fe 14 B, and the like can be mentioned.
Sm−Fe−N系磁性粉末やNd−Fe−B系磁性粉末は、磁化反転核の形成による磁気特性の変化が顕著に現れることから、これらを磁性粉末2として用いることで、感圧センサの感度や測定精度を向上させることができる。また、酸化しにくさの観点からは、上記例示の磁性粉末のなかでも、特に、Sm2F17N3が好ましい。
このようにして得られる磁性粉末2は、その粒子径が、特に限定されないが、単磁区粒子サイズであることが好ましく、具体的には、例えば、1〜30μmであることが好ましい。
In Sm-Fe-N magnetic powder and Nd-Fe-B magnetic powder, the change in magnetic properties due to the formation of magnetization reversal nuclei appears remarkably. Sensitivity and measurement accuracy can be improved. Further, from the viewpoint of difficulty in oxidation, Sm 2 F 17 N 3 is particularly preferable among the magnetic powders exemplified above.
The particle diameter of the magnetic powder 2 thus obtained is not particularly limited, but is preferably a single domain particle size, specifically, for example, preferably 1 to 30 μm.
磁性粉末2の使用量は、例えば、磁性粉末2の磁気特性を測定するための測定機器の能力に応じて、適宜設定すればよく、磁性粉末2の保磁力を計測できる使用量を確保すればよい。
充填部材3は、磁性粉末2を充填するための容器からなり、この感圧センサ1では、充填部材3は、例えば、一方が開口される有底円筒形状に形成されており、その開口部を閉鎖するように、応力感知部としての円板形状の蓋部4が設けられている。
The usage amount of the magnetic powder 2 may be appropriately set according to, for example, the ability of the measuring device for measuring the magnetic properties of the magnetic powder 2, and if the usage amount capable of measuring the coercive force of the magnetic powder 2 is ensured. Good.
The filling member 3 is composed of a container for filling the magnetic powder 2. In this pressure-sensitive sensor 1, the filling member 3 is formed, for example, in a bottomed cylindrical shape with one side opened, A disc-shaped lid portion 4 is provided as a stress sensing portion so as to be closed.
充填部材3および蓋部4の形成材料は、磁性粉末2の磁気特性の測定方法に応じて、適宜選択される。
すなわち、例えば、磁性粉末2の磁気特性を、磁性粉末2を充填部材3から取り出して測定する場合には、充填部材3および蓋部4の形成材料は、応力測定時に応力が負荷されても、磁性粉末2の充填状態を保持できる剛性があればよく、磁性材料および非磁性材料のいずれでも、用いることができる。
The forming material of the filling member 3 and the lid 4 is appropriately selected according to the method for measuring the magnetic properties of the magnetic powder 2.
That is, for example, when the magnetic properties of the magnetic powder 2 are measured by taking the magnetic powder 2 out of the filling member 3, the forming material of the filling member 3 and the lid 4 is subjected to stress during stress measurement, It is sufficient that the magnetic powder 2 is filled with sufficient rigidity, and either a magnetic material or a nonmagnetic material can be used.
この場合において、充填部材3および蓋部4の形成材料としては、具体的には、例えば、各種ステンレス鋼、各種炭素鋼、各種合金鋼、各種超硬材料(超硬合金材料)などが挙げられる。
一方、磁性粉末2の磁気特性を、磁性粉末2が充填部材3に充填されたままの状態で測定する場合、すなわち、磁性粉末2の磁気特性を充填部材3ごと測定する場合には、充填部材3および蓋部4の形成材料は、応力測定時に応力が負荷されても、磁性粉末2の充填状態を保持できる剛性があり、かつ、非磁性材料であることが要求される。
In this case, specific examples of the material for forming the filling member 3 and the lid 4 include various stainless steels, various carbon steels, various alloy steels, various cemented carbide materials (superhard alloy materials), and the like. .
On the other hand, when the magnetic properties of the magnetic powder 2 are measured in a state where the magnetic powder 2 is filled in the filling member 3, that is, when the magnetic properties of the magnetic powder 2 are measured together with the filling member 3, the filling member The material for forming the cover 3 and the lid 4 is required to be a non-magnetic material that has rigidity capable of maintaining the filled state of the magnetic powder 2 even when stress is applied during stress measurement.
このような非磁性材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼(具体的には、例えば、SUS304、SUS301、SUS304L、SUS305、SUS316など。)、非磁性超硬材料、非磁性金属材料などが挙げられる。
充填部材3および蓋部4の厚みは、感圧センサ1の用途、測定される応力の程度に応じて適宜設定され、特に限定されないが、感圧センサ1の精度を向上させる観点からは、応力測定時に破損しない範囲において、極力薄いこと(すなわち、予測応力から計算される最小肉厚であること)が好ましい。
Examples of such nonmagnetic materials include austenitic stainless steel (specifically, for example, SUS304, SUS301, SUS304L, SUS305, SUS316, etc.), nonmagnetic superhard materials, nonmagnetic metal materials, and the like. .
The thicknesses of the filling member 3 and the lid 4 are appropriately set according to the use of the pressure sensor 1 and the degree of stress to be measured, and are not particularly limited, but from the viewpoint of improving the accuracy of the pressure sensor 1, the stress It is preferable that the thickness is as thin as possible (that is, the minimum thickness calculated from the predicted stress) as long as it does not break during measurement.
充填部材3は、具体的には、例えば、円柱状(丸棒)のステンレス鋼を、所定長さに切断した後、その内部を、旋盤などの切削加工により、所定深さまで掘り抜くことにより、形成することができる。また、蓋部4は、円柱状(丸棒)のステンレス鋼を、機械加工によって、充填部材3の内径に相当する円板形状に加工することにより、形成することができる。 Specifically, the filling member 3 is, for example, by cutting a cylindrical (round bar) stainless steel into a predetermined length, and then digging the inside to a predetermined depth by cutting such as a lathe, Can be formed. The lid 4 can be formed by machining columnar (round bar) stainless steel into a disk shape corresponding to the inner diameter of the filling member 3 by machining.
そして、このような充填部材3に磁性粉末2が充填される。磁性粉末2を充填部材3に充填するには、特に制限されないが、例えば、充填部材3の内部を不活性ガス(例えば、アルゴンガス(Ar)、窒素ガス(N2)など)で置換した後、上記した磁性粉末2を充填部材3の開口部から投入し、その後、蓋部4によって充填部材3の開口部を閉鎖する。これによって、磁性粉末2は、不活性ガスが封入された充填部材3の内部に密閉され、磁性粉末2の酸化が防止される。 And such a filling member 3 is filled with the magnetic powder 2. The filling of the magnetic powder 2 into the filling member 3 is not particularly limited. For example, after the inside of the filling member 3 is replaced with an inert gas (for example, argon gas (Ar), nitrogen gas (N 2 ), etc.). The magnetic powder 2 described above is introduced from the opening of the filling member 3, and then the opening of the filling member 3 is closed by the lid 4. As a result, the magnetic powder 2 is sealed inside the filling member 3 filled with an inert gas, and oxidation of the magnetic powder 2 is prevented.
なお、このような密閉を確実にするために、充填部材3の開口部において、充填部材3の内周面と蓋部4の外周面との間に、それらの間の隙間をシールするためのOリングなどのシール部材を設けることもできる。
また、磁性粉末2として、酸化されにくい磁性粉末2、例えば、Sm2F17N3などを用いる場合であって、感圧センサ1の作製から応力測定の終了までが短時間である場合には、不活性ガスを封入せずともよく、例えば、充填部材3の開口部から、上記した磁性粉末2をそのまま投入し、その後、蓋部4によって充填部材3の開口部を閉鎖するのみでもよい。
In order to ensure such sealing, the gap between the inner peripheral surface of the filling member 3 and the outer peripheral surface of the lid portion 4 is sealed at the opening of the filling member 3. A sealing member such as an O-ring can also be provided.
Further, when the magnetic powder 2 that is not easily oxidized, such as Sm 2 F 17 N 3 , is used as the magnetic powder 2 and the time from the production of the pressure sensor 1 to the end of the stress measurement is short. For example, the above-described magnetic powder 2 may be introduced as it is from the opening of the filling member 3 and then the opening of the filling member 3 may be closed by the lid 4.
充填部材3の形状は、図1に示す円柱状に限定されるものではなく、感圧センサ1の用途に応じて、適宜設定することができる。なお、感圧センサ1の精度を向上させる観点からは(言い換えれば、感圧センサ1が外部から受けた応力を、磁性粉末2の磁気特性の変化(磁化反転核の形成)に直接的に作用させるためには)、単純な形状であることが好ましく、具体的には、上記した円柱状の他、角柱状、球状などが挙げられる。 The shape of the filling member 3 is not limited to the cylindrical shape shown in FIG. 1, and can be set as appropriate according to the application of the pressure sensor 1. From the viewpoint of improving the accuracy of the pressure-sensitive sensor 1 (in other words, the stress received by the pressure-sensitive sensor 1 directly acts on the change in the magnetic properties of the magnetic powder 2 (formation of magnetization reversal nuclei)). In order to achieve this, a simple shape is preferable, and specific examples include a prismatic shape and a spherical shape in addition to the above-described cylindrical shape.
なお、後述する応力測定方法において、磁性粉末2を充填部材3に充填したままで、磁性粉末2の磁気特性を測定する場合には、磁性粉末2は、単に充填部材3内で密閉されていればよく、それゆえ、蓋部4は設けられていなくてもよい。
そして、このようにして作製された感圧センサ1は、構造が簡素であって、小型化を図ることができる。
In the stress measurement method described later, when the magnetic characteristics of the magnetic powder 2 are measured while the magnetic powder 2 is filled in the filling member 3, the magnetic powder 2 is simply sealed in the filling member 3. Therefore, the lid 4 may not be provided.
The pressure sensor 1 manufactured in this way has a simple structure and can be downsized.
さらに、上記の感圧センサ1は、応力を受けた後において、その最大応力の値を、磁性粉末2に残留した履歴として測定することができる。それゆえ、上記感圧センサ1は、各種の応力測定に用いることができる。
次に、上記した感圧センサ1を用いる、本発明の応力測定方法の一実施形態について説明する。
Furthermore, the pressure sensor 1 can measure the value of the maximum stress as a history remaining in the magnetic powder 2 after receiving the stress. Therefore, the pressure sensor 1 can be used for various stress measurements.
Next, an embodiment of the stress measurement method of the present invention using the pressure sensor 1 described above will be described.
この方法では、まず、感圧センサ1を、応力測定の対象物に、好ましくは、上記対象物のうち、その外部から応力を受ける部位に配置する。感圧センサ1の向きは、特に限定されないが、応力が加わる方向に充填部材3の蓋部4を配置することが好ましい。
このように配置すれば、磁性粉末2や充填部材3を損傷させることなく、蓋部4に対して加えられる一方向からの応力を確実に検知することができる。
In this method, first, the pressure-sensitive sensor 1 is disposed on a stress measurement object, preferably in a part of the object that receives stress from the outside. The direction of the pressure-sensitive sensor 1 is not particularly limited, but it is preferable to dispose the lid portion 4 of the filling member 3 in a direction in which stress is applied.
If arranged in this way, stress from one direction applied to the lid 4 can be reliably detected without damaging the magnetic powder 2 and the filling member 3.
例えば、車両の衝突実験において、実験車両が受ける応力を測定する場合には、測定対象である実験車両に感圧センサ1が取り付けられる。より具体的には、感圧センサ1は、例えば、フルラップ前面衝突試験やオフセット前面衝突試験においては、車両のボンネット、フロントガラス、ダッシュボード、運転席や助手席のダミー人形などに、例えば、側面衝突試験においては、運転席側や助手席側のドア、運転席や助手席のダミー人形などに、例えば、歩行者頭部保護性能試験においては、頭部インパクタなどに、それぞれ取り付けられる。 For example, in a vehicle collision experiment, when measuring stress applied to an experimental vehicle, the pressure sensor 1 is attached to the experimental vehicle that is a measurement target. More specifically, for example, in the full-wrap frontal collision test and the offset frontal collision test, the pressure-sensitive sensor 1 is provided, for example, on a vehicle hood, windshield, dashboard, a dummy doll on a driver seat or a passenger seat, In the collision test, it is attached to a door on the driver's seat or the passenger's seat, a dummy doll on the driver's seat or the passenger's seat, etc., for example, in a head impactor in the pedestrian head protection performance test.
また、感圧センサ1の取り付けには、例えば、粘着テープなどを用いた貼付、接着剤を用いた接着などが挙げられる。
感圧センサ1の配置後、応力測定の対象物に、外部から応力を加える。
外部からの応力は、例えば、フルラップ前面衝突試験では、車両を障壁に正面衝突させることにより加えられる。オフセット前面衝突試験では、障壁に対し、車両の運転席側の一部が前面衝突するように衝突させることにより加えられる。側面衝突試験では、運転席側や助手席側のドアに対して車両を衝突させることにより加えられる。また、歩行者頭部保護性能試験では、頭部インパクタを車両のボンネットなどに発射させることにより加えられる。
Moreover, the attachment of the pressure sensor 1 includes, for example, attachment using an adhesive tape or the like, adhesion using an adhesive, and the like.
After the pressure-sensitive sensor 1 is arranged, stress is applied to the object for stress measurement from the outside.
The external stress is applied, for example, by causing the vehicle to make a frontal collision against the barrier in a full-wrap frontal collision test. In the offset frontal collision test, it is applied by causing the vehicle to collide so that a part of the driver's seat side of the vehicle collides with the barrier. In the side collision test, it is added by causing the vehicle to collide with the door on the driver's seat or passenger's seat. In the pedestrian head protection performance test, the head impactor is added to the vehicle bonnet or the like.
次いで、感圧センサ1が応力を受けた後、磁性粉末2を、充填部材3から取り出し、または、充填部材3に充填したままで、その磁気特性を測定することにより、感圧センサ1に外部から加えられた最大応力を、磁性粉末2に残留した履歴より算出する。
磁性粉末2の磁気特性は、受けた応力に応じて、特定の関数に従って変化することから、これを測定することにより、感圧センサ1が受けた最大応力を求めることができる。
Next, after the pressure-sensitive sensor 1 receives stress, the magnetic powder 2 is taken out of the filling member 3 or is measured while the filling member 3 is filled with the magnetic powder 2. Is calculated from the history remaining in the magnetic powder 2.
Since the magnetic characteristics of the magnetic powder 2 change according to a specific function according to the received stress, the maximum stress received by the pressure-sensitive sensor 1 can be obtained by measuring this.
磁性粉末2の磁気特性としては、具体的には、磁性粉末2の保磁力(OeまたはkA/m)などの磁化特性が挙げられる。
また、磁性粉末2の磁気特性は、例えば、充填部材3から取り出された磁性粉末2、または、磁性粉末2が充填された充填部材3を用いて、例えば、振動試料方磁力計(VSM)、BHトレーサなどの磁化特性測定機器や、ガウスメータなどの磁気検出回路などを用いて測定することができる。
Specific examples of the magnetic characteristics of the magnetic powder 2 include magnetization characteristics such as the coercive force (Oe or kA / m) of the magnetic powder 2.
Further, the magnetic properties of the magnetic powder 2 are, for example, the magnetic powder 2 taken out from the filling member 3 or the filling member 3 filled with the magnetic powder 2, for example, a vibrating sample magnetometer (VSM), It can be measured using a magnetization characteristic measuring device such as a BH tracer or a magnetic detection circuit such as a Gauss meter.
なお、VSMは、磁性粉末2を充填部材3から取り出して測定する場合に好ましく用いられ、BHトレーサは、磁性粉末2を充填部材3ごと測定する場合に好ましく用いられ、ガウスメータは、リアルタイムで測定する場合に好ましく用いられる。
また、これらの測定にて測定された磁気特性、例えば、保磁力は、予め作製された保持力−応力特性の相関図などの検量線から、受けた最大応力に換算することができる。
The VSM is preferably used when the magnetic powder 2 is taken out from the filling member 3 and measured, the BH tracer is preferably used when the magnetic powder 2 is measured together with the filling member 3, and the gauss meter measures in real time. It is preferably used in some cases.
Further, the magnetic characteristics measured by these measurements, for example, the coercive force, can be converted into the maximum stress received from a calibration curve such as a correlation diagram of coercive force-stress characteristics prepared in advance.
図1に示す感圧センサ1は、上述したように、感圧センサ1に外部から加えられた最大応力を、磁性粉末2に残留した履歴より算出できることから、応力測定時に、感圧センサ1と測定機器との接続が不要で、リアルタイムで測定する必要がない。
そのため、図1に示す感圧センサ1は、例えば、上記したような車両の衝突実験の他、例えば、エンジンのシリンダ内圧力の測定、さらには、閉じた空間や回転物など、感圧センサ1と、磁性粉末2の磁気特性の測定機器との接続が困難な対象物についての応力測定に用いることができる。
As described above, the pressure sensor 1 shown in FIG. 1 can calculate the maximum stress applied from the outside to the pressure sensor 1 from the history remaining in the magnetic powder 2. There is no need to connect to measuring equipment and there is no need to measure in real time.
Therefore, the pressure-sensitive sensor 1 shown in FIG. 1 includes, for example, the measurement of the pressure in the cylinder of the engine and the pressure sensor 1 such as a closed space or a rotating object in addition to the above-described vehicle collision experiment. And it can use for the stress measurement about the target object with which connection with the measuring device of the magnetic characteristic of magnetic powder 2 is difficult.
また、図1に示す感圧センサ1は、充填部材3と測定機器と接続することにより、感圧センサ1に加えられた応力をリアルタイムで測定することもできる。
そのため、図1に示す感圧センサ1は、例えば、歪みゲージの代用品、地殻変動の測定機器などの用途にも使用できる。
次に、本発明の感圧センサを、エアバッグシステムに適用した例について、説明する。
Moreover, the pressure sensor 1 shown in FIG. 1 can also measure the stress applied to the pressure sensor 1 in real time by connecting with the filling member 3 and a measuring device.
Therefore, the pressure-sensitive sensor 1 shown in FIG. 1 can be used for applications such as a strain gauge substitute and a crustal deformation measuring device, for example.
Next, an example in which the pressure sensor of the present invention is applied to an airbag system will be described.
図2は、本発明の他の実施形態に係る感圧センサ5と、かかる感圧センサ5を用いる、エアバッグシステムの概略構成図である。
図2において、この感圧センサ5は、上記した核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末2と、一部に開放部を備え、内部に磁性粉末2が充填されている充填部材6と、充填部材6の開放部に設けられる応力感知部7と、を備えている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a pressure-sensitive sensor 5 according to another embodiment of the present invention and an airbag system using the pressure-sensitive sensor 5.
In FIG. 2, this pressure-sensitive sensor 5 includes a magnetic powder 2 having the above-described nucleation type coercive force mechanism, a filling member 6 that is partially provided with an open portion and is filled with the magnetic powder 2; And a stress sensing unit 7 provided at the opening of the filling member 6.
また、感圧センサ5の充填部材6には、磁性粉末2の磁気特性の測定するための測定機器10が接続されており、さらに、測定機器10には、感圧センサ5に外部から加わった応力についての算出結果と、予め設定された上記応力についての閾値とを対比し、上記応力が予設定閾値に達した時にエアバッグ12を膨張させるための定電流ダイオードなどを備える制御部11が、接続されている。 Further, a measuring device 10 for measuring the magnetic characteristics of the magnetic powder 2 is connected to the filling member 6 of the pressure sensor 5, and the measuring device 10 is added to the pressure sensor 5 from the outside. A control unit 11 comprising a constant current diode for inflating the airbag 12 when the stress is compared with a preset threshold for the stress and the stress reaches a preset threshold, It is connected.
充填部材6は、開放部に臨む大径部6aと、その大径部6aに連続して形成され、磁性粉末2が充填される小径部6bとを備えている。
応力感知部7は、充填部材6の大径部6aおよび小径部6bに符合する、断面略T字状に形成され、大径部6aに嵌合するフランジ部7aと、小径部6bに嵌合する軸部7bとを備えている。
The filling member 6 includes a large-diameter portion 6a facing the open portion, and a small-diameter portion 6b formed continuously from the large-diameter portion 6a and filled with the magnetic powder 2.
The stress sensing portion 7 is formed in a substantially T-shaped cross section that matches the large diameter portion 6a and the small diameter portion 6b of the filling member 6, and is fitted to the flange portion 7a that fits the large diameter portion 6a and the small diameter portion 6b. Shaft portion 7b.
また、応力感知部7は、充填部材6に対し、進退自在に支持されており、充填部材6の大径部6aに応力感知部7のフランジ部7aが摺動することにより、応力感知部7の軸部7bの、充填部材6の小径部6bに対する進退がガイドされている。
測定機器10としては、上記した測定機器のうち、ガウスメータが用いられる。図2に示す感圧センサ5では、ガウスメータを用いることで、磁性粉末2の磁気特性をリアルタイムで測定することができる。
The stress sensing unit 7 is supported so as to be able to advance and retreat with respect to the filling member 6, and when the flange portion 7 a of the stress sensing unit 7 slides on the large diameter portion 6 a of the filling member 6, the stress sensing unit 7. The forward and backward movement of the shaft portion 7b with respect to the small diameter portion 6b of the filling member 6 is guided.
As the measuring device 10, a Gauss meter is used among the measuring devices described above. In the pressure-sensitive sensor 5 shown in FIG. 2, the magnetic characteristics of the magnetic powder 2 can be measured in real time by using a gauss meter.
感圧センサ5は、車両に取り付けられており、走行時において車両が衝突したときには、応力感知部7のフランジ部7aが、衝突による応力を受ける。また、フランジ部7aが、衝突による応力を受けると、応力感知部7が充填部材6に対して進出して、軸部7bが、充填部材6の小径部6aに充填された磁性粉末2を押圧する。これにより、磁性粉末2の磁気特性が、フランジ部7aで受けた応力に応じて変化する。 The pressure-sensitive sensor 5 is attached to the vehicle, and when the vehicle collides during traveling, the flange portion 7a of the stress sensing unit 7 receives stress due to the collision. Further, when the flange portion 7 a receives stress due to collision, the stress sensing portion 7 advances with respect to the filling member 6, and the shaft portion 7 b presses the magnetic powder 2 filled in the small diameter portion 6 a of the filling member 6. To do. Thereby, the magnetic characteristic of the magnetic powder 2 changes according to the stress received by the flange part 7a.
充填部材6に接続されている測定機器10は、磁性粉末2の磁気特性の変化を検知し、その変化を、制御部11に入力する。
次いで、制御部11において、磁性粉末2の磁気特性の変化に基づいて、フランジ部7aで受けた応力の大きさが算出され、上記応力が予設定閾値に達した時には、例えば、エアバッグの点火装置に着火して、エアバッグ12を膨張させる。
The measuring device 10 connected to the filling member 6 detects a change in the magnetic characteristics of the magnetic powder 2 and inputs the change to the control unit 11.
Next, the control unit 11 calculates the magnitude of the stress received at the flange portion 7a based on the change in the magnetic characteristics of the magnetic powder 2, and when the stress reaches a preset threshold, for example, ignition of an airbag The device is ignited and the airbag 12 is inflated.
なお、応力の測定精度を向上させるために、応力感知部7の軸部7bは、応力の感知方向(衝突時の衝撃を受ける方向)に沿って配置され、フランジ部7aは、上記感知方向に対して垂直に配置される。
図2に示す感圧センサ5は、その構造が簡素であり、小型化が可能である。それゆえ、図2に示すエアバッグシステムによれば、センサの簡素化、小型化を実現できる。
In order to improve the measurement accuracy of the stress, the shaft portion 7b of the stress sensing unit 7 is disposed along the stress sensing direction (the direction of receiving an impact at the time of collision), and the flange portion 7a is arranged in the sensing direction. It is arranged vertically with respect to it.
The pressure-sensitive sensor 5 shown in FIG. 2 has a simple structure and can be downsized. Therefore, according to the airbag system shown in FIG. 2, the sensor can be simplified and downsized.
図1に示す実施形態に係る感圧センサ1を作製し、核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末2に付与される応力に対する、磁性粉末2の保磁力の変化を測定した。
核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末2には、Sm2Fe17N3磁性粉末(平均粒径2.5μm)を使用した。磁性粉末2の保磁力を振動試料方磁力計(VSM)で測定したところ、525.2kA/mであった。なお、このときの保磁力を、初期値とした。
A pressure-sensitive sensor 1 according to the embodiment shown in FIG. 1 was produced, and the change in the coercive force of the magnetic powder 2 with respect to the stress applied to the magnetic powder 2 having a nucleation type coercive force mechanism was measured.
As the magnetic powder 2 having a nucleation type coercive force mechanism, Sm 2 Fe 17 N 3 magnetic powder (average particle size 2.5 μm) was used. It was 525.2 kA / m when the coercive force of the magnetic powder 2 was measured with the vibrating sample magnetometer (VSM). The coercive force at this time was set as an initial value.
また、充填部材3には、円柱状(直径20mm)の超硬材料(WC;タングステンカーバイト)を旋盤で研削して、内径3mmの空洞部が形成されたものを使用し、蓋部4には、円板形状(直径3mm、長さ10mm)の超硬材料(WC)を使用した。
上記有底略筒状の充填部材3の空洞部に、磁性粉末2を0.5g投入して、蓋部4で密閉することにより、感圧センサ1を作製した。
In addition, a cylindrical member (diameter 20 mm) of a super hard material (WC; tungsten carbide) is ground with a lathe to form a hollow portion having an inner diameter of 3 mm. Used a super hard material (WC) having a disk shape (diameter 3 mm, length 10 mm).
The pressure-sensitive sensor 1 was produced by putting 0.5 g of the magnetic powder 2 into the hollow portion of the bottomed substantially cylindrical filling member 3 and sealing it with the lid portion 4.
次いで、感圧センサ1を、重さ20kgの台車の先端に、エポキシ系接着剤で固定し、この台車を、速度5km/hで鋼板製の障壁(リジッドバリア)に衝突させた。なお、衝突の様式は、いわゆる正面衝突とし、充填部材3の軸方向に対し垂直の方向に、衝突時の応力が負荷されるように設定した。
衝突後、感圧センサ1内の磁性粉末2を取り出し、その保磁力をVSMで測定した。
Next, the pressure-sensitive sensor 1 was fixed to the tip of a carriage having a weight of 20 kg with an epoxy adhesive, and the carriage was made to collide with a steel plate barrier (rigid barrier) at a speed of 5 km / h. The collision mode was a so-called frontal collision, and was set so that the stress at the time of collision was applied in a direction perpendicular to the axial direction of the filling member 3.
After the collision, the magnetic powder 2 in the pressure sensor 1 was taken out, and its coercive force was measured by VSM.
その後、感圧センサ1に付与された応力(MPa)を、測定された磁性粉末2の保磁力から、図3に示す検量線に基づいて求めた。
その結果、VSMにて測定された保磁力が496.8kA/mであったので、これに相当する応力を検量線から読み取ると、その付与応力は、215MPaであった。また、これに、充填部材6の断面積をかけることにより、その衝撃力が6080kNであることがわかった。
Thereafter, the stress (MPa) applied to the pressure sensor 1 was obtained from the measured coercivity of the magnetic powder 2 based on the calibration curve shown in FIG.
As a result, the coercive force measured by VSM was 496.8 kA / m. Therefore, when the corresponding stress was read from the calibration curve, the applied stress was 215 MPa. Moreover, it turned out that the impact force is 6080 kN by applying the cross-sectional area of the filling member 6 to this.
なお、図3に示す検量線は、予め測定しておいた保持力−応力特性から作成することができ、具体的には、回帰計算により、付与応力(横軸)をx、保磁力(縦軸)をyとしたときに、次式(1)で示される。
y=−2×10−7x3+2×10−4x2−0.1739x+525.19 …(1)
また、磁性粉末2の初期状態(応力を負荷する前の状態)での電子顕微鏡写真を図4(a)に、磁性粉末2に対し、応力(215MPa)を負荷したときの電子顕微鏡写真を図4(b)に、それぞれ示す。
The calibration curve shown in FIG. 3 can be created from the coercive force-stress characteristics measured in advance. Specifically, the applied stress (horizontal axis) is x and the coercive force (longitudinal) by regression calculation. When the axis is y, the following equation (1) is obtained.
y = -2 × 10 −7 x 3 + 2 × 10 −4 x 2 −0.1739x + 525.19 (1)
Moreover, the electron micrograph in the initial state (state before stress is applied) of the magnetic powder 2 is shown in FIG. 4A, and the electron micrograph when stress (215 MPa) is applied to the magnetic powder 2 is shown. This is shown in 4 (b).
図4(a)と図4(b)との対比により、磁性粉末2が応力を受けることにより、磁性粉末2の割れ20や表面の荒れ(傷)21が生じるなど、磁性粉末2が損傷を受けていることがわかる。なお、磁性粉末2が応力を受けることで、磁性粉末2内に磁化反転核が形成され、図3に示したように、磁性粉末2の磁気特性が変化する。
本発明は、以上の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲において、種々の設計変更を施すことが可能である。
4 (a) and FIG. 4 (b), when the magnetic powder 2 receives stress, the magnetic powder 2 is damaged, such as cracks 20 and surface roughness (scratches) 21 occur. I understand that I am receiving it. In addition, when the magnetic powder 2 receives stress, magnetization reversal nuclei are formed in the magnetic powder 2, and the magnetic characteristics of the magnetic powder 2 change as shown in FIG.
The present invention is not limited to the above description, and various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
1 感圧センサ
2 磁性粉末
3 充填部材
5 感圧センサ
6 充填部材
7 力感知部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressure sensor 2 Magnetic powder 3 Filling member 5 Pressure sensitive sensor 6 Filling member 7 Force sensing part
Claims (4)
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JP2005375254A JP2007178195A (en) | 2005-12-27 | 2005-12-27 | Pressure sensor and stress measuring method |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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