JP2008045990A - Magnetic detection element and magnetic detection device - Google Patents
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本発明は、磁気検出素子および磁気検出装置に係り、特に振動片を用いて磁気を検出する素子および装置に関する。 The present invention relates to a magnetic detection element and a magnetic detection apparatus, and more particularly to an element and apparatus for detecting magnetism using a vibrating piece.
磁気検出素子には、同一の圧電素子の表面に磁石と非磁性金属を設けるとともに、裏面に電極(裏面電極)を設け、磁石と非磁性金属のそれぞれに発振回路を構成するためのリードを接続するとともに、裏面電極にもリードを接続した構成のものがある。この磁石に外部磁場が作用すると、磁石の磁気モーメントと外部磁場との外積方向を軸とするトルクが働くので圧電素子に応力が生じ、圧電素子の結晶が歪んで発振回路の発振周波数が変化する。そして磁気検出素子は、この発振周波数の変化を利用することにより外部磁気の値を得ている(特許文献1)。 For the magnetic detection element, a magnet and a nonmagnetic metal are provided on the surface of the same piezoelectric element, and an electrode (back electrode) is provided on the back surface, and leads for configuring an oscillation circuit are connected to the magnet and the nonmagnetic metal, respectively. In addition, there is a configuration in which a lead is connected to the back electrode. When an external magnetic field acts on this magnet, a torque is generated with the magnetic moment of the magnet and the external product direction of the magnetic field as the axis, causing stress in the piezoelectric element, distorting the crystal of the piezoelectric element and changing the oscillation frequency of the oscillation circuit. . The magnetic detection element obtains the value of external magnetism by utilizing the change in the oscillation frequency (Patent Document 1).
また磁気検出素子には、フェライトコアを有し、このフェライトコアに設けたギャップとその近傍に磁気抵抗効果素子(MR素子)を設け、これらのMR素子の直列接続点に演算回路部を接続して、地磁気を検出する構成のものがある(特許文献2)。
前述した特許文献1に記載された発明は、同一の圧電素子上に磁石と非磁性金属とを配設しているので、外部磁場が作用して圧電素子の結晶が歪むと、非磁性金属が配設されている方の圧電結晶も歪むおそれがある。これを解決するために圧電素子を2分割した場合には、2つの圧電素子が必要になるので部品点数が多くなってしまう。また圧電素子に溝を設ける場合には、圧電素子の外形を形成する工程の他に、圧電素子に溝を形成する工程が必要になる。また特許文献1に記載された発明では、外部磁場の方向を検出できない。 In the invention described in Patent Document 1 described above, since the magnet and the nonmagnetic metal are arranged on the same piezoelectric element, when the external magnetic field acts and the crystal of the piezoelectric element is distorted, the nonmagnetic metal is There is also a possibility that the piezoelectric crystal on which it is disposed is also distorted. In order to solve this problem, when the piezoelectric element is divided into two parts, two piezoelectric elements are required, and the number of parts increases. In addition, when providing a groove in the piezoelectric element, a step of forming a groove in the piezoelectric element is required in addition to the step of forming the outer shape of the piezoelectric element. In the invention described in Patent Document 1, the direction of the external magnetic field cannot be detected.
また特許文献2に記載された発明は、MR素子の温度補償をしなければならないので、温度補償用の第2のMR素子が必要になり、部品点数が多くなってしまう。また特許文献2に記載された発明は、地磁気の検出にアナログ回路が必要である。このアナログ回路を集積化したICチップの開発は、ディジタル回路のICチップに比べて費用がかかるという課題がある。また特許文献2に記載された発明は、抵抗が変化する素子(MR素子)を利用しているため、分解能が悪いという課題がある。 In the invention described in Patent Document 2, since the temperature compensation of the MR element is required, the second MR element for temperature compensation is required, and the number of parts increases. The invention described in Patent Document 2 requires an analog circuit for detecting geomagnetism. The development of an IC chip in which an analog circuit is integrated has a problem that it is more expensive than an IC chip of a digital circuit. The invention described in Patent Document 2 has a problem that the resolution is poor because an element (MR element) whose resistance is changed is used.
本発明は、高精度に磁気を検出する磁気検出素子および磁気検出装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the magnetic detection element and magnetic detection apparatus which detect magnetism with high precision.
本発明に係る磁気検出素子は、励振電極を備え、この励振電極に電気信号を供給すると励振する振動片と、振動片の一端側に設けた磁気感応部と、振動片に設けられ、励振電極に導通したパッド電極とを備えたことを特徴としている。磁気感応部は、外部磁気との作用によって反発または引張の影響を受ける。そして振動片の一端側に磁気感応部を設けているので、外部磁気との作用によって生じた反発力または引張力(応力)が振動片に加わり、この振動片が圧縮したり伸びたりする。振動片は、パッド電極を介して励振電極に電気信号を供給すると発振するが、圧縮または伸びの変形によって発振周波数が変化する。したがって磁気検出素子は、外部磁気を周波数に変換して検出できる。また磁気検出素子は、周波数を検出しているので分解能が高くなり、高精度に磁気を検出できる。 A magnetic detection element according to the present invention includes an excitation electrode, a vibration piece that is excited when an electric signal is supplied to the excitation electrode, a magnetic sensing portion that is provided at one end of the vibration piece, and the vibration piece. And a pad electrode that is electrically conductive. The magnetically sensitive part is affected by repulsion or tension by the action of external magnetism. And since the magnetic sensitive part is provided in the one end side of a vibration piece, the repulsive force or tensile force (stress) produced by the effect | action with external magnetism is added to a vibration piece, and this vibration piece compresses or extends. The vibration piece oscillates when an electric signal is supplied to the excitation electrode via the pad electrode, but the oscillation frequency changes due to compression or expansion deformation. Therefore, the magnetic detection element can detect the external magnetism by converting it into a frequency. In addition, since the magnetic detection element detects the frequency, the resolution becomes high and the magnetism can be detected with high accuracy.
そして前述した振動片は、励振電極を備えた振動腕と、この振動腕の端に設けた基部とを備え、振動片の一端側にある一方の基部に磁気感応部を設けたことを特徴としている。励振電極に電気信号を供給すると振動腕が屈曲振動する。そして磁気感応部が外部磁気と作用すると、振動腕が圧縮されたり、伸びたりする。これにより屈曲振動の周波数(振動片の発振周波数)が変わるので、磁気検出素子は外部磁気を周波数に変換して検出できる。 The vibrating piece described above includes a vibrating arm provided with an excitation electrode and a base provided at an end of the vibrating arm, and a magnetically sensitive portion is provided at one base on one end side of the vibrating piece. Yes. When an electric signal is supplied to the excitation electrode, the vibrating arm bends and vibrates. When the magnetic sensitive part acts with external magnetism, the vibrating arm is compressed or stretched. As a result, the frequency of bending vibration (oscillation frequency of the vibrating piece) changes, so that the magnetic detection element can detect the external magnetism by converting it into a frequency.
また前述した振動片は双音叉圧電振動片であり、振動片の他端にある他方の基部にパッド電極を設けたことを特徴としている。双音叉圧電振動片は、励振電極に電気信号を供給すると、振動腕同士が近づいたり離れたりする、屈曲振動をする。そして磁気感応部が外部磁気と作用すると、応力が他方の端部に働いて振動腕が圧縮されたり、伸びたりする。これにより屈曲振動の周波数(振動片の発振周波数)が変わるので、磁気検出素子は外部磁気を周波数に変換して検出できる。 Further, the above-mentioned vibrating piece is a double tuning fork piezoelectric vibrating piece, and is characterized in that a pad electrode is provided on the other base at the other end of the vibrating piece. When an electric signal is supplied to the excitation electrode, the double tuning fork piezoelectric vibrating piece performs flexural vibration in which the vibrating arms approach and separate from each other. When the magnetically sensitive part acts with external magnetism, the stress acts on the other end part and the vibrating arm is compressed or stretched. As a result, the frequency of bending vibration (oscillation frequency of the vibrating piece) changes, so that the magnetic detection element can detect the external magnetism by converting it into a frequency.
また前述した振動片は、圧電基板上に励振電極(すだれ状電極)を備え、弾性表面波(SAW)を励振するSAW素子片であることを特徴としている。SAW素子片は、励振電極に電気信号が供給されると圧電基板にSAWを励起する。そして磁気感応部が外部磁気と作用すると、圧電基板が圧縮されたり、伸びたりする。これによりSAWの周波数(振動片の発振周波数)が変わるので、磁気検出素子は外部磁気を周波数に変換して検出できる。 Further, the above-described vibrating piece is a SAW element piece that includes an excitation electrode (interdigital electrode) on a piezoelectric substrate and excites surface acoustic waves (SAW). The SAW element piece excites SAW on the piezoelectric substrate when an electric signal is supplied to the excitation electrode. When the magnetic sensitive part acts with external magnetism, the piezoelectric substrate is compressed or stretched. This changes the SAW frequency (oscillation frequency of the resonator element), so that the magnetic detection element can detect the external magnetism by converting it to a frequency.
また前述した磁気感応部は、コイル、永久磁石および磁性体のうち少なくとも1つを備えたことを特徴としている。これによりコイルに電流を供給すると磁界が生じるので、外部磁気との作用により振動片に応力を加えることができる。また永久磁石や磁性体も外部磁気と作用して、振動片に応力を加えることができる。 Further, the above-described magnetically sensitive part is characterized by including at least one of a coil, a permanent magnet, and a magnetic body. As a result, when a current is supplied to the coil, a magnetic field is generated, so that stress can be applied to the resonator element by the action of external magnetism. In addition, permanent magnets and magnetic bodies can also act on external magnetism to apply stress to the resonator element.
また本発明に係る磁気検出装置は、前述した磁気検出素子をパッケージに搭載したことを特徴としている。これにより前述した特徴を有する磁気検出素子を備えた磁気検出装置が得られる。また磁気検出装置は、温度補償用に第2の磁気検出素子を設ける必要がないので、磁気検出装置の部品点数が多くなることはない。 A magnetic detection device according to the present invention is characterized in that the above-described magnetic detection element is mounted on a package. As a result, a magnetic detection device including the magnetic detection element having the above-described characteristics can be obtained. Further, since the magnetic detection device does not need to be provided with the second magnetic detection element for temperature compensation, the number of parts of the magnetic detection device does not increase.
また本発明に係る磁気検出装置は、磁気検出素子を構成する振動片の他端側をパッケージに固着し、シリコーン系接着剤を介して振動片の一端側をパッケージに接続(支持)したことを特徴としている。振動片は、これの平面方向に一端が移動可能になっている。すなわち振動片の一端を自由端にした状態を維持して、この一端側を支えることができる。これにより磁気検出装置に落下衝撃等が加わっても振動片の一端がパッケージに触れて破損するのを防止でき、また磁気検出中においても一端が振られるのを防止できる。よって磁気検出装置の信頼性を向上でき、磁気の検出精度を向上できる。 In the magnetic detection device according to the present invention, the other end of the vibration piece constituting the magnetic detection element is fixed to the package, and one end of the vibration piece is connected (supported) to the package via a silicone adhesive. It is a feature. One end of the resonator element is movable in the planar direction. That is, it is possible to support the one end side while maintaining a state where one end of the vibrating piece is a free end. Thereby, even if a drop impact or the like is applied to the magnetic detection device, it is possible to prevent one end of the vibrating piece from touching the package and being damaged, and it is possible to prevent the one end from being shaken during the magnetic detection. Therefore, the reliability of the magnetic detection device can be improved, and the magnetic detection accuracy can be improved.
また本発明に係る磁気検出装置は、パッケージに発振回路を搭載し、磁気検出素子を構成するパッド電極と発振回路と導通したことを特徴としている。これにより外部磁気を検出できるので、部品点数が多くなることはなく、磁気検出装置を小型化できる。 The magnetic detection device according to the present invention is characterized in that an oscillation circuit is mounted on a package and is electrically connected to a pad electrode constituting the magnetic detection element and the oscillation circuit. Since external magnetism can be detected by this, the number of parts does not increase and the magnetic detection device can be miniaturized.
また本発明に係る磁気検出装置は、発振回路の後段に周波数検出手段を接続したことを特徴としている。これにより磁気検出装置を小型化できる。またディジタル回路で構成できるので、磁気検出装置を容易に開発できる。そして周波数検出手段はディジタルの信号を出力するので、データ処理が容易となる。 The magnetic detection device according to the present invention is characterized in that a frequency detection means is connected to the subsequent stage of the oscillation circuit. Thereby, a magnetic detection apparatus can be reduced in size. Further, since it can be constituted by a digital circuit, a magnetic detection device can be easily developed. Since the frequency detecting means outputs a digital signal, data processing is facilitated.
また本発明に係る磁気検出装置は、磁気検出素子を構成する磁気感応部の極性の反転動作を行い、一方の極性となったときの磁気検出素子の出力と、他方の極性となったときの磁気検出素子の出力との差分を求めてなることを特徴としている。これにより差分を求めて誤差を取り除いているので、磁気検出を高精度に行うことができる。 In addition, the magnetic detection device according to the present invention performs the reversal operation of the polarity of the magnetic sensing portion constituting the magnetic detection element, the output of the magnetic detection element when the polarity is one, and the polarity when the polarity is the other It is characterized in that a difference from the output of the magnetic detection element is obtained. Thus, the difference is obtained and the error is removed, so that the magnetic detection can be performed with high accuracy.
また本発明に係る磁気検出装置は、複数の磁気検出素子をパッケージに搭載して、各磁気検出素子を互いに平行に配設し、磁気検出素子を構成する磁気感応部の極性をそれぞれ反転しておき、一方の極性になっている磁気検出素子の出力と、他方の極性になっている磁気検出素子の出力との差分を求めてなることを特徴としている。これにより差分を求めて誤差を取り除いているので、磁気検出を高精度に行うことができる。 The magnetic detection device according to the present invention includes a plurality of magnetic detection elements mounted on a package, the magnetic detection elements are arranged in parallel to each other, and the polarities of the magnetic sensing parts constituting the magnetic detection elements are reversed. The difference between the output of the magnetic detection element having one polarity and the output of the magnetic detection element having the other polarity is obtained. Thus, the difference is obtained and the error is removed, so that the magnetic detection can be performed with high accuracy.
また本発明に係る磁気検出装置は、複数の磁気検出素子をパッケージに搭載して、各磁気検出素子の長辺方向を互いに交差させて配設したことを特徴としている。各磁気検出素子に対して斜めに外部磁気が加わっても、各磁気検出素子に圧縮または引張の応力が働くので、これをベクトルとして検出すれば、外部磁気の向きと強さを検出できる。 The magnetic detection device according to the present invention is characterized in that a plurality of magnetic detection elements are mounted on a package and the long sides of the magnetic detection elements are arranged so as to intersect each other. Even if external magnetism is applied obliquely to each magnetic detection element, a compressive or tensile stress acts on each magnetic detection element. Therefore, if this is detected as a vector, the direction and strength of external magnetism can be detected.
以下に、本発明に係る磁気検出素子および磁気検出装置の最良の実施形態について説明する。まず磁気検出素子について説明する。図1は双音叉圧電振動片を利用した磁気検出素子の説明図である。ここで図1(A)は磁気検出素子の概略平面図であり、図1(B)は同図(A)のA−A線における断面部分を示した説明図である。磁気検出素子10は、圧電体で形成した振動片(双音叉圧電振動片12)を有しており、励振電極14とパッド電極16を双音叉圧電振動片12に設けてある。この双音叉圧電振動片12は、励振電極14に電気信号を供給すると励振するものであり、図1に示す双音叉圧電振動片12であればよい。
Hereinafter, the best embodiments of a magnetic detection element and a magnetic detection device according to the present invention will be described. First, the magnetic detection element will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of a magnetic detection element using a double tuning fork piezoelectric vibrating piece. Here, FIG. 1A is a schematic plan view of the magnetic detection element, and FIG. 1B is an explanatory view showing a cross-sectional portion taken along the line AA of FIG. The
具体的には、双音叉圧電振動片12は2本の振動腕18を有しており、この振動腕18の両端に基部20を備えている。そして双音叉圧電振動片12の一端側に位置している基部20(一方の基部20a)に磁気感応部22が設けてある。また双音叉圧電振動片12の他端側に位置している基部20(他方の基部20b)にパッド電極16が設けてある。なお振動腕18と基部20との間に切り欠き部24を設けておいてもよい。
Specifically, the double tuning fork piezoelectric vibrating
そして各振動腕18には、励振電極14が各面に設けてある。図1(A)に示す場合では、各振動腕18の各面に励振電極14を3つ設けているが、各面において隣り合っている励振電極14の極性は異なっている。また各振動腕18において、隣の面に対して隣り合っている励振電極14の極性は異なっている。さらに隣り合っている振動腕18同士において、隣り合っている励振電極14の極性は異なっている。
Each vibrating
これは、例えば図1(A),(B)の上側に示す振動腕18aにおいて、この振動腕18aの上面19aおよび下面19bにおける中央に設けた励振電極14の極性がマイナスならば、その面19a,19bにおいて隣接している励振電極14の極性はプラスになっている。またこのときには、この振動腕18aの各側面19cにおける中央に設けた励振電極14の極性はプラスになり(図1(B)参照)、その側面19cにおいて隣接している励振電極14の極性がマイナスになっている。さらにこのときには、図1(A),(B)の下側に示す振動腕18bにおいて、この振動腕18bの上面19aおよび下面19bにおける中央に設けた励振電極14の極性はプラスになり、その面19a,19bにおいて隣接している励振電極14の極性がマイナスになっている。さらにまた、この振動腕18bの各側面19cにおける中央に設けた励振電極14の極性はマイナスになり(図1(B)参照)、その側面19cにおいて隣接している励振電極14の極性がプラスになっている。
For example, in the vibrating
そして各励振電極14は、同じ極性のもの同士が電極パターン(図示せず)によって導通している。また一の極性となる励振電極14と他の極性となる励振電極14は、それぞれ前記電極パターンを介してパッド電極16に接続している。
The
そして磁気感応部22は、外部磁気の影響を受けるものであり、たとえばコイル、永久磁石および磁性体のうち少なくとも1つを備えている。ここでコイルは、導線を一方の基部20aに複数回巻いて形成してもよく、薄膜のパターンを一方の基部20aに形成してなる構成であってもよい。なおコイルおよび永久磁石を用いて磁気感応部22とする場合は、S極とN極を同じ方向に向けることになる。
And the magnetic
次に、前述した磁気検出素子10をパッケージに搭載した磁気検出装置について説明する。図2は磁気検出装置の説明図である。ここで図2(A)は磁気検出装置の概略平面図であり、図2(B)は磁気検出素子を搭載した箇所の説明図である。なお図2では励振電極の記載を省略している。
Next, a magnetic detection apparatus in which the
磁気検出装置30は、パッケージベース32と蓋体(図示せず)を備えたパッケージ34を有している。パッケージベース32は、上方に向けて開口した凹陥部36を有しており、その底面32aに導通パターン38が設けてある。このパッケージベース32の裏面に外部端子(図示せず)が設けてあり、前記外部端子と導通パターン38が導通している。またパッケージベース32の底面32aに磁気検出素子10が搭載してある。具体的には、パッド電極16が設けてある他方の基部20bの下面とパッケージベース32の底面32aとを接着剤によって固着している。この固着用接着剤40には、例えばエポキシ系の接着剤を用いればよい。そして磁気検出素子10のパッド電極16と導通パターン38とにワイヤ42が接合して、これらが導通している。
The
また図2に示す場合では、磁気検出素子10の磁気感応部22がコイル22aになっており、一方の基部20aに導線を複数回巻き付けて形成してある。そしてコイル22a(前記導線)の端部は、パッド電極16と導通していない導通パターン38に接合し、導通している。
In the case shown in FIG. 2, the magnetically
この磁気感応部22が設けられている一方の基部20aは自由端になっている。ところで磁気検出装置30を落下等して衝撃が加わると、磁気検出素子10の一方の基部20a側が振れてパッケージ34に接触するおそれがある。また磁気検出素子10がパッケージ34に接触しなくても、磁気検出素子10が振れると外部磁気を高精度に検出できなくなるおそれがある。このため磁気検出素子10の一方の基部20aを自由端にした状態を維持しつつ、この一方の基部20aを支えることもできる。具体的には、磁気検出素子10の一方の基部20aとパッケージベース32とを支持用接着剤44で接合することにより、パッケージベース32の底面32aに沿って一方の基部20aを移動可能としている。すなわち支持用接着剤44を用いて一方の基部20aを柔軟に支持している。この支持用接着剤44には、前述した固着用接着剤40よりも柔らかい接着剤、例えばシリコーン系の接着剤を用いればよい。
One
このように磁気検出素子10を搭載したパッケージベース32の上面に前記蓋体を接合して、凹陥部36を気密封止している。
In this way, the lid is joined to the upper surface of the
このような磁気検出装置30では、外部からコイル22aに電流を供給すると磁界が生じる。図3は磁気検出素子と外部磁束Bと応力Fとの関係の説明図である。なお図3に示す磁気検出素子では、励振電極やパッド電極の記載を省略している。図3に示すように、他方の基部20b側から一方の基部20a側へ向けてコイル22aに電流Iを供給すると、コイル22aにおける一方の基部20a側がN極となり、他方の基部20b側がS極となる。そして磁気検出素子10に外部磁束B(外部磁気)が加わると、磁気感応部22との作用によって磁気検出素子10に圧縮または引張の応力Fが働く。例えば、図3に示すように、磁気検出素子10の一方の基部20aから他方の基部20bへ向かう方向を正とした外部磁束Bと応力Fの関係は、図4に示す関係となる。すなわち図4に示すように、外部磁束Bが大きくなると磁気検出素子10(双音叉圧電振動片12)に加わる圧縮の応力Fが大きくなる。また外部磁束Bの向きが図3に示すときと反転した場合、すなわち他方の基部20bから一方の基部20aへ外部磁束Bが向かっている場合、図4に示すように、外部磁束Bが大きくなると磁気検出素子10に加わる引張の応力が大きくなる。
In such a
また磁気検出装置30により磁気を検出する場合、図5に示すように双音叉圧電振動片12に発振回路50を接続して、発振回路50から励振電極14に電気信号を供給する。すると双音叉圧電振動片12は、振動腕18同士が接近したり離れたりする屈曲振動をする。そして図6に示すように、外部磁束Bに応じて磁気検出素子10に圧縮の応力Fが働くと振動の周波数fが低くなり、引張の応力Fが働くと周波数fが大きくなる。
When the magnetism is detected by the
そして図5に示すように発振回路50の後段に周波数カウンタまたはディジタルカウンタ(周波数測定手段52)が接続しており、双音叉圧電振動片12の発振周波数(発振回路50が出力する信号の周波数)を周波数測定手段52で計測する。これにより外部磁束Bに応じて変化する双音叉圧電振動片12の発振周波数の変化(発振回路50の周波数変化)を周波数測定手段52で計測できる。すなわち外部磁束Bを周波数で計測できる。
As shown in FIG. 5, a frequency counter or a digital counter (frequency measuring means 52) is connected to the subsequent stage of the oscillation circuit 50, and the oscillation frequency of the double tuning fork piezoelectric vibrating piece 12 (the frequency of the signal output from the oscillation circuit 50). Is measured by the frequency measuring means 52. As a result, the frequency measuring means 52 can measure the change in the oscillation frequency of the double tuning fork piezoelectric vibrating
このような磁気検出素子10および磁気検出装置30によれば、双音叉圧電振動片12を用いているので、外部磁束Bを周波数に置き換えて検出できる。そして磁気検出素子10は周波数を測定しているので、高精度に周波数(磁気)を検出することができる。
According to the
また磁気検出素子10は、一方の基部20aが柔らかい支持用接着剤44で支持してあるので、応力によって圧縮または引張の変形が可能になっている。このため磁気検出素子10は、外部磁束Bによって生じる応力が加わると圧縮または引張の変形が可能であり、また落下衝撃等が加わってもパッケージ34に接触して破損することがない。すなわち磁気検出装置30は、磁気の検出精度を向上できるととともに、信頼性を向上できる。
Moreover, since one
また磁気検出素子10の発振周波数を周波数測定手段52で測定しているので、外部磁束Bをディジタルの量に置き換えることができる。これによりデータ処理を容易に行える。
Further, since the oscillation frequency of the
また例えば、双音叉圧電振動片12の周波数温度特性を補正する温度補償回路を発振回路50に設ければ、磁気検出素子10の温度にかかわらず高精度な測定ができる。このため温度補償用に第2の双音叉圧電振動片12を設ける必要がないので、磁気検出装置30の部品点数が多くなることはない。
Further, for example, if a temperature compensation circuit for correcting the frequency temperature characteristic of the double tuning fork piezoelectric vibrating
なお磁気検出素子10のコイル22aに供給する電流には、直流または交流を用いることができる。そして交流をコイル22aに供給する場合には、コイル22a(磁気感応部22)の極性が連続して反転する。このとき一方の極性となったときの磁気検出素子10の出力と、他方の極性となったときの磁気検出素子10の出力との差分を取る、すなわち、この極性の反転に合わせて磁気検出素子10の出力(周波数)を測定して、これらの差分を取れば、正確な磁気検出を行える。
The current supplied to the
そして磁気検出装置30は、前述した磁気検出素子10を複数備えることもできる。また発振回路50や周波数測定手段52、コイル22aへ電流を供給する手段を集積化して、ICチップにすることもできる。図7は第1の変形例に係る磁気検出装置の概略平面図である。なお図7では励振電極や蓋体の記載を省略している。この変形例に係る磁気検出装置30は、パッケージ34に2つの磁気検出素子10と前述したICチップ56を搭載している。磁気検出素子10は、それぞれの長辺方向を交差させてパッケージベース32の凹陥部36に搭載してある。そして図7に示す場合では、各磁気検出素子10の長辺方向が直交している。なお磁気検出素子10をパッケージベース32に搭載する方法は、前述した磁気検出装置30と同じであればよい。
The
またICチップ56の上面には、ワイヤボンディング用のパッド(IC用パッド58)が複数設けてある。さらにパッケージベース32(凹陥部36)の底面32aに導通パターン38が設けてある。そしてIC用パッド58と磁気検出素子10のパッド電極16とは、これらにワイヤ42を接合することによって直接に導通していたり、導通パターン38とワイヤ42を介して導通していたりする。またIC用パッド58と磁気検出素子10のコイル22a(磁気感応部22)とは、導通パターン38の一端部とIC用パッド58とにワイヤ42を接合するとともに、この導通パターン38の他端部にコイル22a(前記導線)を接合することにより導通してある。
A plurality of wire bonding pads (IC pads 58) are provided on the upper surface of the
このように複数の磁気検出素子10を搭載した磁気検出装置30は、前述した実施形態で説明した磁気検出装置と同様の方法によって磁気を検出すればよい。そして図7に示すように、各磁気検出素子10に対して斜めの外部磁束Bが加わった場合は、各磁気検出素子10に圧縮または引張の応力が働くので、これをベクトルとして検出すればよい。これにより外部磁束Bの向きと強さを検出することができる。また出力をマイコン処理して方位情報として出力することもできる。また磁気検出装置30の回路(ICチップ56)をディジタル回路だけで構成できるので、ICチップ56をとても安価に開発できる。
As described above, the
なお磁気検出装置30は、複数の磁気検出素子10を1つのパッケージ34に搭載しているので、同時に全ての磁気検出素子10のコイル22aに電流を供給すると、各コイル22aに発生する磁界によって他の磁気検出素子10における外部磁束Bの検出に悪影響を及ぼしてしまう。このため磁気検出素子10のコイル22aに1個ずつ電流を供給して、磁気の検出を行えば互いに悪影響を及ぼすことを防止できる。例えば図7に示すように磁気検出装置30に2つの磁気検出素子10を搭載している場合は、一方の磁気検出素子10aのコイル22aに電流を供給しているときに、他方の磁気検出素子10bのコイル22aに電流を供給するのを停止する動作と、他方の磁気検出素子10bのコイル22aに電流を供給しているときに、一方の磁気検出素子10aのコイル22aに電流を供給するのを停止する動作とを繰り返し行えばよい。そしてコイル22aに電流が供給されている磁気検出素子10のみが外部磁束Bを行えるので、この電流が供給されている磁気検出素子10の発振周波数を周波数測定手段52で測定すればよい。このように外部磁束Bの検出を行っている磁気検出素子10のコイル22aにのみ通電すれば、他の磁気検出素子10の影響を受けるのを防止でき、正確な外部磁気の検出を行える。
Since the
そして磁気検出装置30には、3つ以上の磁気検出素子10を搭載することもできる。そして3つの磁気検出素子10を搭載した場合は、互いに直交する3軸のそれぞれに磁気検出素子10を配置することができる。
The
また図8は第2の変形例に係る磁気検出装置における磁気検出素子を拡大した概略平面図である。この第2の変形例に係る磁気検出装置30は、2つの磁気検出素子10を平行に配置しつつ、パッケージベースの底面32aに搭載したものである。そして、これらの磁気検出素子10は、磁気感応部22の極性がそれぞれ反転している。すなわち一方の磁気検出素子10a(図8の上側に示すもの)における磁気感応部22aの一端側をN極とし他端側をS極としており、他方の磁気検出素子10b(図8の下側に示すもの)における磁気感応部22bの一端側をS極とし他端側をN極としてある。なお図8では、磁気感応部22(コイル22a)に供給する電流の方向を磁気検出素子10毎にかえれば、極性を反転できる。
FIG. 8 is an enlarged schematic plan view of the magnetic detection element in the magnetic detection device according to the second modification. The
そして一方の極性になっている磁気検出素子10の出力と他方の極性になっている磁気検出素子10の出力との差分、すなわち一方の磁気検出素子10aの出力と他方の磁気検出素子10bの出力との差分を求めれば、正確な磁気検出を行える。なおこのときも前述したものと同様に、磁気検出素子10のコイル22aに1個ずつ電流を供給すればよい。
The difference between the output of the
なお前述した実施形態や変形例で説明した双音叉圧電振動片12は2本の振動腕18を備えているが、振動片は1本または3本の振動腕18を備えたものであってもよい。また前述した磁気検出素子10は、振動片を圧電体以外の材料で形成し、振動体で形成した励振電極を振動片に設けた構成であってもよい。
Although the double tuning fork piezoelectric vibrating
また磁気検出素子10の振動片には、双音叉圧電振動片12のかわりに弾性表面波(SAW)素子片を用いることもできる。図9はSAW素子片の平面図である。SAW素子片60は、すだれ状電極(励振電極14)と、この励振電極14に導通しワイヤ等が接合するパッド電極16とを備え、ワイヤ等を介して励振電極14に電気信号を供給すると、圧電基板62にSAWを励起する共振片である。そして磁気感応部22は、例えばSAWの伝搬方向における圧電基板62の一方の端部62a(一端側)に設けてあればよい。そして、このようなSAW素子片60を用いた磁気検出素子をパッケージに搭載して磁気検出装置とする場合には、SAW素子片60における圧電基板62の他方の端部62b(他端側)とパッケージベースの底面とを前記固着用接着剤で固着すればよい。なお圧電基板62の一方の端部62aを前記固着用接着剤よりも柔らかい前記支持用接着剤で接合することもできる。
A surface acoustic wave (SAW) element piece may be used instead of the double tuning fork
そしてSAW素子片60を用いた磁気検出素子や磁気検出装置は、励振電極14に電気信号が供給されると圧電基板62にSAWを励起する。そして磁気感応部22が外部磁束Bと作用すると圧電基板62の他方の端部62bに応力が加わり、圧電基板62が圧縮されたり伸びたりする。これによりSAWの周波数が変わるので、磁気検出素子は外部磁束Bを周波数に変換して検出できる。これによりSAW素子片60を用いた磁気検出素子や磁気検出装置は、双音叉圧電振動片12を用いたものと同様の効果を得ることができる。
The magnetic detection element or magnetic detection device using the
また磁気検出装置30は、磁気検出素子10や発振回路50等を半導体基板に集積化したシステムにすることもできる。すなわち磁気検出装置は、半導体の加工技術を利用して磁気検出素子10や発振回路50、周波数測定手段52等を集積化してマイクロ電気機械システム(MEMS)またはナノ電気機械システム(NEMS)にすることができる。この場合、磁気検出素子10の励振電極14は、半導体で形成された振動片を振動させるとともに、この振動の周波数を取り出せるものであればよい。これにより磁気検出装置を微細化することができる。
The
10………磁気検出素子、12………双音叉圧電振動片、14………励振電極、16………パッド電極、18………振動腕、20………基部、22………磁気感応部、30………磁気検出装置、34………パッケージ、50………発振回路、52………周波数検出手段、56………ICチップ、60………SAW素子片。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記振動片の一端側に設けた磁気感応部と、
前記振動片に設けられ、前記励振電極に導通したパッド電極と、
を備えたことを特徴とする磁気検出素子。 A vibrating piece that includes an excitation electrode and that is excited when an electric signal is supplied to the excitation electrode;
A magnetically sensitive portion provided on one end side of the vibrating piece;
A pad electrode provided on the resonator element and connected to the excitation electrode;
A magnetic detection element comprising:
一方の極性となったときの前記磁気検出素子の出力と、他方の極性となったときの前記磁気検出素子の出力との差分を求めてなる、
ことを特徴とする請求項6ないし9のいずれかに記載の磁気検出装置。 Perform the reversal operation of the polarity of the magnetic sensing part constituting the magnetic detection element,
The difference between the output of the magnetic detection element when the polarity is one and the output of the magnetic detection element when the other polarity is obtained,
The magnetic detection device according to claim 6, wherein the magnetic detection device is a magnetic detection device.
一方の極性になっている前記磁気検出素子の出力と、他方の極性になっている前記磁気検出素子の出力との差分を求めてなる、
ことを特徴とする請求項6ないし9のいずれかに記載の磁気検出装置。 A plurality of the magnetic detection elements are mounted on the package, the magnetic detection elements are arranged in parallel to each other, and the polarities of the magnetic sensitive parts constituting the magnetic detection elements are respectively reversed,
The difference between the output of the magnetic detection element having one polarity and the output of the magnetic detection element having the other polarity is obtained.
The magnetic detection device according to claim 6, wherein the magnetic detection device is a magnetic detection device.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011077942A1 (en) * | 2009-12-24 | 2011-06-30 | 株式会社村田製作所 | Magnetic sensor element, method for producing same, and magnetic sensor device |
CN107422038A (en) * | 2017-09-11 | 2017-12-01 | 重庆交通大学 | A kind of steel construction detection means and method that tuning fork resonance is instigated based on magnetic pull |
CN110793510A (en) * | 2019-09-26 | 2020-02-14 | 西安交通大学 | Magnetoelectric compass for measuring in-plane alternating current magnetic field and manufacturing method thereof |
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2006
- 2006-08-15 JP JP2006221646A patent/JP2008045990A/en active Pending
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