JP2010145147A - Magnetic sensor element and magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地磁気等の磁界を検出するための磁気センサ素子およびこれを用いた磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor element for detecting a magnetic field such as geomagnetism and a magnetic sensor using the same.
磁気センサとして、フラックスゲートセンサが知られている。フラックスゲートセンサは、磁性材料のコアに励磁用コイルと検出用コイルが巻いてあり、検出感度が高く、検出できる磁界の範囲が広く、分解能も高い(例えば、特許文献1参照)。特許文献1は直流電流センサに関するものであるが、フラックスゲートセンサの基本事項が記載されている。
A fluxgate sensor is known as a magnetic sensor. A fluxgate sensor has an excitation coil and a detection coil wound around a core of magnetic material, has high detection sensitivity, a wide range of detectable magnetic fields, and high resolution (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、コアにコイルを巻くので小型化が困難である。また、コアが飽和するほどの電流で励磁する必要があるため、消費電力が大きくなる。 However, since the coil is wound around the core, it is difficult to reduce the size. In addition, since it is necessary to excite with a current enough to saturate the core, power consumption increases.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can be realized as the following forms or application examples.
[適用例1]
圧電体を備えたSAW素子と、前記SAW素子の弾性表面波の伝播方向に対して歪みを与える磁歪材料とを備えたことを特徴とする磁気センサ素子。
[Application Example 1]
A magnetic sensor element comprising: a SAW element including a piezoelectric body; and a magnetostrictive material that imparts strain to the propagation direction of the surface acoustic wave of the SAW element.
この適用例によれば、磁気センサ素子に磁界が印加されると、磁歪材料が伸びるまたは磁歪定数がマイナスの時は縮むことによって圧電体に歪みが生じて、SAW素子の弾性表面波の伝播方向の電極間距離が変化し、SAW素子の共振周波数が変化する。したがって、磁界の変化が周波数の変化に変換され、磁界の変化の検出が可能となる。
SAW素子は、圧電体表面に電極を形成することで構成され、小型で、消費電力も少ない。また、磁歪材料もSAW素子に応じて小型でよい。したがって、小型で、消費電力の少ない磁気センサ素子が得られる。
According to this application example, when a magnetic field is applied to the magnetic sensor element, the magnetostrictive material expands or contracts when the magnetostriction constant is negative, causing the piezoelectric body to be distorted, and the SAW element surface acoustic wave propagation direction. The distance between the electrodes changes, and the resonance frequency of the SAW element changes. Therefore, the change in the magnetic field is converted into the change in the frequency, and the change in the magnetic field can be detected.
The SAW element is formed by forming electrodes on the surface of the piezoelectric body, and is small and consumes little power. Also, the magnetostrictive material may be small depending on the SAW element. Therefore, a small magnetic sensor element with low power consumption can be obtained.
[適用例2]
上記磁気センサ素子であって、前記磁歪材料は、前記圧電体に接着されていることを特徴とする磁気センサ素子。
この適用例では、圧電体に磁歪材料が接着され、一体化しているので、より小型の磁気センサ素子が得られる。
[Application Example 2]
The magnetic sensor element according to
In this application example, since the magnetostrictive material is bonded and integrated with the piezoelectric body, a smaller magnetic sensor element can be obtained.
[適用例3]
上記磁気センサ素子であって、前記磁歪材料は、前記圧電体と支持部材との間に配置されていることを特徴とする磁気センサ素子。
この適用例では、弾性表面波の伝播方向に対して歪みを与えるように、磁歪材料が支持部材と圧電体との間に配置されている。磁歪材料で生じた歪みは、支持部材を支えとして、圧電体に力を加え、圧電体が歪む。したがって、前述の効果を有する磁気センサ素子が得られる。
[Application Example 3]
The magnetic sensor element, wherein the magnetostrictive material is disposed between the piezoelectric body and a support member.
In this application example, the magnetostrictive material is disposed between the support member and the piezoelectric body so as to give strain to the propagation direction of the surface acoustic wave. The strain generated in the magnetostrictive material applies a force to the piezoelectric body with the support member as a support, and the piezoelectric body is distorted. Therefore, a magnetic sensor element having the above-described effect can be obtained.
[適用例4]
上記に記載の磁気センサ素子と、前記磁気センサ素子を収める容器と発振回路とを備えたことを特徴とする磁気センサ。
[Application Example 4]
A magnetic sensor comprising: the magnetic sensor element described above; a container for housing the magnetic sensor element; and an oscillation circuit.
この適用例によれば、前述の効果を有する磁気センサが得られる。 According to this application example, a magnetic sensor having the above-described effects can be obtained.
[適用例5]
上記磁気センサであって、前記磁歪材料の前記伝播方向にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加部を備えたことを特徴とする磁気センサ。
この適用例では、バイアス磁場印加部によって、磁歪材料にバイアス磁界を印加できる。磁歪材料は、磁界がゼロ近傍では磁界の強度に対して磁歪定数が非線形で、磁界がゼロ近傍では磁歪定数が小さく、磁気センサの感度も小さくなってしまうが、バイアス磁界を与えると磁界の強度に対する磁歪定数が線形領域に達し、感度がより向上した磁気センサが得られる。
[Application Example 5]
The magnetic sensor according to
In this application example, a bias magnetic field can be applied to the magnetostrictive material by the bias magnetic field application unit. Magnetostrictive materials have a nonlinear magnetostriction constant relative to the strength of the magnetic field when the magnetic field is near zero, and the magnetostriction constant is small and the sensitivity of the magnetic sensor decreases when the magnetic field is near zero. The magnetostriction constant with respect to reaches a linear region, and a magnetic sensor with improved sensitivity can be obtained.
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
(第1実施形態)
図1に本実施形態における磁気センサ素子10の概略図を示した。(a)は磁気センサ素子10の概略平面図、(b)は概略断面図、(c)は概略底面図である。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic diagram of a
図1において、磁気センサ素子10は、SAW(Surface Acoustic Wave)素子1と磁歪材料としての磁歪材料板2とを備えている。
SAW素子1は、圧電体としての圧電体平板3と、圧電体平板3の一つの面に形成されたくし歯電極4A,4B、取り出し電極5A,5Bおよび反射電極6A,6Bを備えている。
In FIG. 1, a
The
くし歯電極4A,4Bは、くし歯41A,41Bと、くし歯41A,41Bをつなぐ基部42A,42Bとを備えている。また、くし歯電極4A,4Bは、くし歯41Aとくし歯41Bとが交互にそれぞれの歯間に入り込むように形成されている。さらに、それぞれのくし歯電極4A,4Bには、取り出し電極5A,5Bが形成されている。
本実施形態では、取り出し電極5A,5Bが、くし歯電極4A,4Bとは別の位置の同一面上に形成されているが、基部42A,42Bを取り出し電極として使用してもよいし、圧電体平板3に孔を設け、裏面から孔を介して基部42A,42Bに接続する取り出し電極を形成してもよい。
反射電極6A,6Bは格子状で、くし歯41A,41Bが並んでいる方向に、くし歯電極4A,4Bの両側に形成されている。
The
In this embodiment, the
The
くし歯電極4A,4B、取り出し電極5A,5Bおよび反射電極6A,6Bは、鏡面研磨処理が施された圧電体平板3の面上にAl、Au、Ag、Cn等の金属導体を蒸着、スパッタ等の成膜手段により形成した後、フォトリソグラフィー等の方法を用いて微細パターンを形成することによって得られる。
SAW素子1では、くし歯41A,41Bの間隔Sは、発生する弾性表面波の波長λとほぼ同じとする。また、くし歯41A,41の幅Lとくし歯41A,41Bの間隔Sの比L/Sをほぼ1とすると弾性表面波が生じやすい。
The comb-
In the
SAW素子1では、くし歯電極4A,4Bによって圧電体平板3のくし歯41A,41Bが並んでいる方向に弾性表面波を発生させ、反射電極6A,6Bで反射してきた弾性表面波の検出を行うことができる。したがって、くし歯41A,41Bが並んでいる方向は、弾性表面波の伝播方向Dになる。図中に矢印で伝播方向Dを示した。
In the
弾性表面波は、水面上を伝わっていく波と同じように弾性体の表面にエネルギーが集中して伝搬する波であり、その振幅は深さ方向に対して指数関数的に減衰する。
弾性表面波の周波数fは、弾性表面波の伝播速度をV、弾性表面波の波長λとして、f=V/λで与えられる。弾性表面波の伝播速度は圧電体平板3により異なる値をもち、例えば、STカット水晶の場合は約3,100m/secとなる。SAW素子1に最も適した周波数帯は、数十MHz〜3GHz程度であるが、その上限と下限はくし歯41A,41Bの微細電極パターンの解像度と圧電体平板3のもつ特性および大きさにより決定される。
A surface acoustic wave is a wave in which energy concentrates and propagates on the surface of an elastic body in the same manner as a wave traveling on the water surface, and its amplitude attenuates exponentially with respect to the depth direction.
The frequency f of the surface acoustic wave is given by f = V / λ where V is the propagation velocity of the surface acoustic wave and the wavelength λ of the surface acoustic wave. The propagation speed of the surface acoustic wave has a different value depending on the piezoelectric
圧電体平板3は、直方体の板状で、電極の形成される面の表面は、鏡面研磨処理が施されている。圧電体平板3には、強誘電体である水晶(SiO2)、ランガサイト(La3Ga5SiO14)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、チタン酸鉛(PbTiO3)、チタン酸ジルコン酸鉛、リチウムテトラボレート(Li2B4O7)、ダイヤモンド等が用いられる。
温度係数が小さいという点では、水晶が優れている。ダイヤモンドは、伝播速度が速く高周波数帯に用いられ、ニオブ酸リチウムなどは電気機械結合係数k2が〜5%と大きく、弾性表面波の発生効率がよい。
また、圧電体平板3の厚さH1は、弾性表面波の波長λの1.5倍〜2.0倍以上の厚さであれば、弾性表面波への影響が少ない。
The piezoelectric
Quartz is superior in that it has a small temperature coefficient. Diamond has a high propagation speed and is used in a high frequency band. Lithium niobate and the like have a large electromechanical coupling coefficient k 2 of ˜5%, and the generation efficiency of surface acoustic waves is good.
Further, if the thickness H1 of the piezoelectric
以下に、圧電体平板3が水晶の場合を中心に説明する。
図1(b)において、電極膜厚H2は圧電体平板3の材質とカット角方位により異なるが、水晶のSTカットおよびLSTカットの場合には、電極の金属がAl主体であれば、電極膜厚H2と弾性表面波の波長λの比(H2/λ)を0.01〜0.03程度に設定するのがよい。
この時、STカットの切断角度とLSTカットの切断方位は、周波数温度特性の1次温度係数を常温付近で零とするために、STカットにおいては、水晶の光軸を反時計方向に30゜〜35゜+X軸回りに回転したY板とし、LSTカットにおいては、水晶の機械軸を反時計方向に9〜15゜+X軸回りに回転したZ板とする。
Hereinafter, the case where the
In FIG. 1 (b), the electrode film thickness H2 varies depending on the material of the
At this time, the cutting angle of the ST cut and the cutting direction of the LST cut are set so that the first-order temperature coefficient of the frequency temperature characteristic is zero near room temperature. In ST cutting, the crystal optical axis is 30 ° counterclockwise. A Y plate rotated about ˜35 ° + X axis is used, and in LST cutting, a mechanical axis of quartz is a Z plate rotated about 9-15 ° + X axis counterclockwise.
磁歪材料板2に用いるアモルファス磁性材料を表1に示した。表1には、アモルファス磁性材料の組成および磁歪を示したが、使用できる磁歪材料はこれらに限るものではなく、異方性のあるものであってもよいし、磁歪定数が負のものであってもよい。
Table 1 shows the amorphous magnetic materials used for the
磁歪材料板2の形状は、直方体の板形状であり、磁歪材料板2の最も広い面は、圧電体平板1の電極の形成された面の裏面に接着されている。磁歪材料板2の接着位置は、弾性表面波の伝播方向Dに対して磁歪材料板2の長辺が平行になる位置が好ましい。
磁歪材料に異方性がある場合は、磁歪の大きい方向と、弾性表面波の伝播方向Dとを合わせて接着するのが好ましい。なお、磁歪の大きな方向と弾性表面波の伝播方向Dとがずれていても、磁歪の大きな方向が、弾性表面波の伝播方向Dの成分をもっていて、弾性表面波の伝播方向Dに対して歪みを与えればよい。
The shape of the
When the magnetostrictive material has anisotropy, it is preferable to bond the direction in which the magnetostriction is large and the propagation direction D of the surface acoustic wave together. Even if the direction of large magnetostriction and the propagation direction D of the surface acoustic wave are shifted, the direction of large magnetostriction has a component of the propagation direction D of the surface acoustic wave and is distorted with respect to the propagation direction D of the surface acoustic wave. Should be given.
磁歪材料板2の厚さH3は、圧電体平板3の厚さH1と比較して、圧電体平板3を撓ませるに十分な厚さがあればよい。
また、磁歪材料板2の表面は、圧電体平板1と同様に凹凸が少なく滑らかであることが好ましい。薄い接着剤層によって十分な密着が確保でき、結果として十分な接着強度が得られる。
The thickness H3 of the
Further, the surface of the
以下に、圧電体平板3に磁歪材料板2を接着する方法について述べる。
まず、磁歪材料がアモルファス材料である場合には、その表面粗さが製造に使用する急冷装置の回転ロールの表面状態によって左右される。表面粗さRaが5μm以上の場合には研磨紙などを利用してできるだけ不均一な応力を与えないように研磨して表面粗さRaが1μm程度になるよう仕上げる。この場合研磨仕上げは磁歪材料板2の接着する面のみで良い。接着剤の塗布厚さが、表面粗さよりも薄いと接着面積が確保できないからである。
A method for bonding the
First, when the magnetostrictive material is an amorphous material, the surface roughness depends on the surface state of the rotating roll of the quenching apparatus used for manufacturing. In the case where the surface roughness Ra is 5 μm or more, the surface roughness Ra is finished to about 1 μm by polishing using a polishing paper or the like so as not to give a nonuniform stress as much as possible. In this case, only the surface to which the
接着剤は、エポキシ樹脂系やアクリル樹脂系、オレフィン樹脂系、ウレタン樹脂系、塩化ビニル樹脂系、変性シリコン系、ポリアミド樹脂系、ポリイミド系、ポリベンズイミダソール系、ポリメタクリレート樹脂系などの有機系接着剤や、シリカ系、セラミック系などの無機系接着剤が使用できる。 Adhesives are organic such as epoxy resin, acrylic resin, olefin resin, urethane resin, vinyl chloride resin, modified silicon, polyamide resin, polyimide, polybenzimidazole, and polymethacrylate resin. An inorganic adhesive such as a silica adhesive or a ceramic adhesive can be used.
接着剤の塗布厚さを制御する方法としては、複数のローラによって接着剤をローラからローラへと転写していく装置で、ローラに付着する接着剤を段々薄くしていき、所望の厚さまで薄くなったら、接着対象物に接着剤を転写し塗布する方法がある。この方法では、接着剤の粘度に応じてローラによる転写の回数や、転写の圧力を調整する。
また、ローラの代わりにテープなどを利用して接着剤を転写することで薄くする方法もある。例えば、ローラからテープに転写する際に、始めにローラに付着していた接着剤の塗布厚さが、テープ側とローラ側に分離されるため約半分の厚さになる。さらに、テープに付着した接着剤は、次のテープに転写することでその厚さは半分になる。これを繰り返すことで所望の塗布厚さを得ることができる。
As a method of controlling the coating thickness of the adhesive, an apparatus that transfers the adhesive from one roller to another with a plurality of rollers, the adhesive that adheres to the rollers is made thinner and thinner until the desired thickness is reached. Then, there is a method of transferring and applying an adhesive to an object to be bonded. In this method, the number of times of transfer by the roller and the transfer pressure are adjusted according to the viscosity of the adhesive.
There is also a method of thinning by transferring an adhesive using a tape or the like instead of a roller. For example, when transferring from a roller to a tape, the applied thickness of the adhesive that was first attached to the roller is separated to the tape side and the roller side, so that the thickness is about half. Further, the adhesive attached to the tape is halved by transferring it to the next tape. By repeating this, a desired coating thickness can be obtained.
図2には、本実施形態における磁気センサ100の概略断面図を示した。図中には、磁界のかかる方向の一例を太い矢印で示した。
磁気センサ100は、磁気センサ素子10と、容器20と、発振回路30とを備えている。磁気センサ素子10は、支持台21によって支えられ、容器20に収められている。
容器20は、セラミックまたはコバールで構成され、本体22と蓋23とを備えている。また、本体22は、容器20をハンダ付け実装するための電極24A,24Bをその底部に備えている。
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the
The
The
本体22は、内部の電極と電極24A,24Bとを接続するために2層構造となっている。
具体的には、磁気センサ素子10の電極とワイヤー等で電気的に接続されている電極25A,25Bと、電極24A,24Bとを電気的に接続するために、本体22には孔26A,26Bが形成され、孔26A,26Bには導電性の物質27A,27Bが充填されている。
The
Specifically, in order to electrically connect the
また、磁気センサ素子10の経時的変化を最小限にするために、容器20内は窒素ガス雰囲気中または真空雰囲気で、蓋23が封止材28A,28Bによって気密封止されている。
本体22と蓋23との封止方法としては、シーム溶接、ハンダ付け、ガラス封止、Ag系又はAu-Sn系のろう材封止、エポキシ樹脂封止などが適している。
Further, in order to minimize the change with time of the
As a sealing method of the
得られる容器20のサイズは、例えば、2.5×2.0×0.86mm、4.8×5.2×1.5mm程度の大きさとなる。
The size of the obtained
図3に、発振回路として、帰還型発振回路として代表的なコルピッツ回路の例を示す。
図中の符号1は、SAW素子1を示している。また、図中のRb1、Rb2は、バイアス設定用抵抗、Reはエミッタ抵抗、Rd、Cdは電源デカップリング用の抵抗、コンデンサ、Vccは電源である。CL1、CL2は発振条件を満たすための負荷容量を示す。CL1、CL2は所望の周波数により設定する。出力はコンデンサC0を介して行う。
トランジスタTrは高周波用(遮断周波数fTが数GHz)のものを使用し、抵抗やコンデンサは100MHz以上ではチップ部品を使用する。
FIG. 3 shows an example of a typical Colpitts circuit as a feedback oscillation circuit as the oscillation circuit.
The transistor Tr is used for high frequency (the cutoff frequency fT is several GHz), and the chip and the resistor and the capacitor are used at 100 MHz or more.
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)磁気センサ素子10に磁界が印加されると、磁歪材料板2が伸びるまたは磁歪定数がマイナスの時は縮むことによって圧電体平板3に歪みが生じて、SAW素子1の弾性表面波の伝播方向Dのくし歯41A,41B間の間隔Sが変化し、SAW素子1の共振周波数fが変化する。したがって、磁界の変化が周波数の変化に変換され、磁界の変化の検出が可能となる。SAW素子1は、圧電体平板3に電極を形成することで構成され、小型で、消費電力も少なくできる。また、磁歪材料板2もSAW素子1に応じて小型にできる。したがって、小型で、消費電力の少ない磁気センサ素子10を得ることができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) When a magnetic field is applied to the
(2)圧電体平板3に磁歪材料板2が接着され、一体化しているので、より小型の磁気センサ素子10および磁気センサ100を得ることができる。
(2) Since the
(第2実施形態)
図4に、本実施形態における磁気センサ200の概略断面図を示した。発振回路、電極、配線等は第1実施形態と同様のものを用いることができる。
図4において、容器40には、SAW素子1と磁歪材料7が本体42収められ、蓋43が封止材28A,28Bによって気密封止されている。SAW素子1は、第1実施形態と同様のものを用いることができる。
ここで、磁気センサ素子50は、SAW素子1と磁歪材料7と支持部材としての本体42とで構成されているが、本体42とは別体の支持部材を用いて構成してもよい。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the
In FIG. 4, the
Here, the
磁歪材料7は、圧電体平板3と本体42の間に配置されている。また、本体42には、圧電体平板3が撓んだ場合の逃げとしての凹部9が形成されている。
容器40内にSAW素子1と磁歪材料7を隣接して入れることになるが、容器40の内寸法L1、SAW素子1の寸法L2、磁歪材料7の寸法L3のバラツキがあり、それらを調整するためにスペーサ8(厚さL4)を入れることで、隙間を小さくすることが可能になる。すなわち、L1>L2+L3であったところを、L1≒L2+L3+L4とする。スペーサ8の材料としては、狭い隙間に挿入するため、適度な柔軟性と安定した寸法が得られる金属材料が適している。例えばステンレス鋼、銅、アルミ、真鍮、などである。
また、磁歪定数が負の場合は、磁歪材料7と圧電体平板3および本体42とを接着することによって、弾性表面波の伝播方向Dに対して歪みを与えることができる。
The
The
When the magnetostriction constant is negative, the
ニッケルやコバルトの磁歪定数は、−40〜−60ppmと小さいのに対して、超磁歪材料といわれる希土類ラーベス相系Tb0.3Dy0.7Fe2.0(商品名Terfenol-D)などでは1000ppmを超える。しかしながら、薄板や線材に加工するのは難しく、アクチュエータとしてはロット型に限定される。そのため、圧電体平板3に隣接して磁歪材料7を配置できる。
磁歪材料の例としては、同じく希土類鉄系の金属間化合物TbFe2系では1000ppmを超える磁歪定数を、逆ペロブスカイト系のMn3CuNは多結晶焼結体で最大0.2%の磁歪定数を、ホイスラー型Ni2MnGa合金は単結晶で約6%(60000ppm)の磁歪定数を持つ。
The magnetostriction constants of nickel and cobalt are as small as −40 to −60 ppm, whereas the rare earth Laves phase system Tb 0.3 Dy 0.7 Fe 2.0 (trade name Terfenol-D), which is called a giant magnetostrictive material, exceeds 1000 ppm. However, it is difficult to process into a thin plate or a wire, and the actuator is limited to a lot type. Therefore, the
Examples of magnetostrictive materials include a magnetostriction constant exceeding 1000 ppm for the rare earth iron-based intermetallic compound TbFe 2 system, and a reverse perovskite-based Mn 3 CuN having a magnetostriction constant of 0.2% at maximum in a polycrystalline sintered body. Heusler type Ni 2 MnGa alloy is a single crystal and has a magnetostriction constant of about 6% (60000 ppm).
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
(3)弾性表面波の伝播方向Dに対して歪みを与えるように、磁歪材料7が本体42と圧電体平板3との間に配置されている。磁歪材料7で生じた歪みは、本体42を支えとして、圧電体平板3に力を加え、圧電体平板3が歪む。したがって、前述の効果を有する磁気センサ素子50および磁気センサ200を得ることができる。
また、薄板や線材に加工するのが難しい磁歪材料であっても圧電体平板3を歪ませることができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(3) The
Further, the piezoelectric
(第3実施形態)
図5に、本実施形態における磁気センサ300の概略図を示した。
本実施形態では、第2実施形態の磁気センサ200の外周にバイアス磁界印加部としてのコイル15を配置することによって、磁気センサ300を構成している。
なお、使用する磁気センサは第1実施形態の磁気センサ100であってもよい。
コイル15は、銅やアルミの良導体のワイヤーに絶縁被覆が施された線材を均一に巻回したソレノイドコイルであってもよいし、2つ平行に並べて均一な磁界が得られるヘルムホルツコイルでもあってもよい。
本実施形態では、磁気センサ200の外周に配置されたコイル15に電流を流して磁気センサ200全体に均一なバイアス磁界を形成する。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a schematic diagram of the
In the present embodiment, the
Note that the magnetic sensor used may be the
The
In the present embodiment, a current is passed through the
図6に磁歪材料における印加磁界と歪量(△L/L)との関係を示した。
磁歪材料7では,磁界の強度に対して磁歪定数が線形に変化せず、磁化曲線と同じ傾向をもつため、磁界がゼロ近傍では磁歪定数が小さく、結果として磁気センサ200の感度も小さくなってしまう。そのため、予め磁歪定数がある程度大きくなる領域に相当する磁界を与えておくと磁気センサ200の感度が向上することになる。また、この領域は線形領域でもある。
例えば、図に示す曲線において、磁界H1〜H2間の磁界を与えておくとよい。
FIG. 6 shows the relationship between the applied magnetic field and the strain amount (ΔL / L) in the magnetostrictive material.
In the
For example, a magnetic field between the magnetic fields H1 and H2 may be given in the curve shown in the figure.
図7に、検出磁界Hmとそれに伴う周波数変化△fの関係を示した。
検出磁界Hmが、図6で示した磁界H1〜H2間の磁界であれば、検出磁界Hmと周波数変化△fとの関係も線形となり、磁界の検出が容易になる。
また、コイル15によって印加した磁界と反対方向の磁界が加われば、基準となる発振周波数より検出される発振周波数が小さくなるので、検出磁界の方向も知ることができる。
FIG. 7 shows the relationship between the detected magnetic field Hm and the accompanying frequency change Δf.
If the detected magnetic field Hm is a magnetic field between the magnetic fields H1 and H2 shown in FIG. 6, the relationship between the detected magnetic field Hm and the frequency change Δf is also linear, and the magnetic field can be easily detected.
Further, if a magnetic field in a direction opposite to the magnetic field applied by the
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
(4)コイル15によって、磁歪材料7にバイアス磁界を印加できる。磁歪材料7は、磁界がゼロ近傍では磁界の強度に対して磁歪定数が非線形で、磁界がゼロ近傍では磁歪定数が小さく、磁気センサの感度も小さくなってしまうが、バイアス磁界を与えると磁界の強度に対する磁歪定数が線形領域に達し、感度が向上した磁気センサ300を得ることができる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(4) A bias magnetic field can be applied to the
上述した実施形態以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、第1実施形態において、圧電体は、平板でなくてもよいし、磁歪材料板2は圧電体平板3の電極の形成されていない面であれば、どこの面に接着されていてもよい。また、磁歪材料の形状も直方体の板に限らず、平面視した形状が菱形状であってもよい。
Various modifications other than the above-described embodiment can be made.
For example, in the first embodiment, the piezoelectric body may not be a flat plate, and the
また、第3実施形態におけるコイル15は、容器40の中に配置されていてもよい。
さらに、第3実施形態における磁界を与える方法としては、磁気センサ200の外周のコイル15に電流を流して磁界を与える方法の他に、バイアス磁界印加部として永久磁石とヨークを磁気センサ200に隣接して磁界を与える方法などがある。
後者の場合、ヨークとしては、飽和磁束密度が高い鉄系の材料、電磁軟鉄、低炭素鋼、珪素鋼板などが適しており、必要に応じて熱処理や防錆のためのメッキや塗装などが施される。ヨークの形状は、永久磁石からの磁束が磁気センサ200内部の磁歪材料7をできるだけ多く通るように磁気抵抗が小さくなるような形状が良い。永久磁石としては、フェライト系磁石、NdFeB系磁石、SmFe系磁石、アルニコ系磁石などが適している。永久磁石の数は1つでも2つでも良く、永久磁石のパーミアンスから適した形状を選択し、それに応じたヨーク形状を設計することができる。
In addition, the
Furthermore, as a method for applying a magnetic field in the third embodiment, a permanent magnet and a yoke are adjacent to the
In the latter case, iron-based materials with high saturation magnetic flux density, electromagnetic soft iron, low carbon steel, silicon steel plate, etc. are suitable for the yoke, and plating and coating for heat treatment and rust prevention are performed as necessary. Is done. The shape of the yoke is preferably such that the magnetic resistance becomes small so that the magnetic flux from the permanent magnet passes through the
1…SAW素子、2…磁歪材料板、3…圧電体としての圧電体平板、7…磁歪材料、10,50…磁気センサ素子、15…バイアス磁界印加部としてのコイル、20,40…容器、30…発振回路、42…支持部材としての本体、100,200,300…磁気センサ、D…弾性表面波の伝播方向。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記SAW素子の弾性表面波の伝播方向に対して歪みを与える磁歪材料とを備えた
ことを特徴とする磁気センサ素子。 A SAW element comprising a piezoelectric body;
A magnetic sensor element comprising: a magnetostrictive material that imparts strain to the propagation direction of the surface acoustic wave of the SAW element.
前記磁歪材料は、前記圧電体に接着されている
ことを特徴とする磁気センサ素子。 The magnetic sensor element according to claim 1,
The magnetic sensor element, wherein the magnetostrictive material is bonded to the piezoelectric body.
前記磁歪材料は、前記圧電体と支持部材との間に配置されている
ことを特徴とする磁気センサ素子。 The magnetic sensor element according to claim 1,
The magnetostrictive material is disposed between the piezoelectric body and a support member.
前記磁気センサ素子を収める容器と、
発振回路とを備えた
ことを特徴とする磁気センサ。 The magnetic sensor element according to any one of claims 1 to 3,
A container for housing the magnetic sensor element;
A magnetic sensor comprising an oscillation circuit.
前記磁歪材料の前記伝播方向にバイアス磁界を印加するバイアス磁界印加部を備えた
ことを特徴とする磁気センサ。 The magnetic sensor according to claim 4.
A magnetic sensor comprising: a bias magnetic field applying unit that applies a bias magnetic field in the propagation direction of the magnetostrictive material.
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