JP2644757B2 - Displacement detector - Google Patents

Displacement detector

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JP2644757B2
JP2644757B2 JP62180705A JP18070587A JP2644757B2 JP 2644757 B2 JP2644757 B2 JP 2644757B2 JP 62180705 A JP62180705 A JP 62180705A JP 18070587 A JP18070587 A JP 18070587A JP 2644757 B2 JP2644757 B2 JP 2644757B2
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stripe
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physical stress
stress
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立美 米田
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、磁気抵抗ストライプが物理的応力で変位す
ることによりその抵抗値が変化することを利用した変位
量検出装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a displacement detection device that utilizes the fact that the resistance value of a magnetoresistive stripe changes when it is displaced by a physical stress.

(従来の技術) 物理的な変位量の検出装置として、従来、圧力センサ
や加速度センサが知られている。
(Prior Art) Conventionally, a pressure sensor or an acceleration sensor is known as a physical displacement detecting device.

第21図、第22図は従来知られている圧力センサの例を
示すもので、シリコン単結晶の異方性エッチングにより
ダイヤフラムを作り、それに不純物を選択拡散してダイ
ヤフラムの表面の一部を歪みゲージとしたものである。
第21図、第22図において符号13は、異方性エッチングで
センサ部分のみを厚さ20μm程度に加工してダイヤフラ
ム部としたシリコンウエハであり、このダイヤフラム部
に歪みゲージとしてのピエゾレジスタ11が形成されてい
る。符号12は上記ピエゾレジスタ11の両端部に形成され
た電極、14はガラスボンディングである。ピエゾレジス
タ11の表面にかかる圧力が変化してダイヤフラム部が変
位すると、この変位量に応じてピエゾレジスタ11の抵抗
値が変化するので、この抵抗値を測定することにより圧
力を測定することができる。
FIGS. 21 and 22 show examples of a conventionally known pressure sensor, in which a diaphragm is formed by anisotropic etching of silicon single crystal, and impurities are selectively diffused into the diaphragm to partially deform the surface of the diaphragm. It is a gauge.
In FIGS. 21 and 22, reference numeral 13 denotes a silicon wafer having a diaphragm portion formed by processing only a sensor portion to a thickness of about 20 μm by anisotropic etching, and a piezoresistor 11 as a strain gauge is provided on the diaphragm portion. Is formed. Reference numeral 12 denotes electrodes formed on both ends of the piezoresistor 11, and reference numeral 14 denotes glass bonding. When the pressure applied to the surface of the piezoresistor 11 changes and the diaphragm portion is displaced, the resistance value of the piezoresistor 11 changes in accordance with the amount of displacement, so that the pressure can be measured by measuring the resistance value. .

第23図、第24図は従来知られている加速度センサを示
すもので、ガラスカバー26上に片持ち的に形成されたシ
リコンウエハ23上に歪みゲージとしてのピエゾレジスタ
21を形成したものである。符号22はピエゾレジスタ21の
電極、24はガラスカバー、25はシリコンウエハ23の先端
部に固着された重りである。センサ全体が急激に変動す
るとシリコンウエハ23に曲げ応力が作用してピエゾレジ
スタ21に引っ張り力又は圧縮力が加わりその抵抗値が変
化する。この抵抗値の変化率によって加速度を検出する
ことができる。
23 and 24 show a conventionally known acceleration sensor, in which a piezoresistor as a strain gauge is provided on a silicon wafer 23 formed cantileverly on a glass cover 26.
21 is formed. Reference numeral 22 denotes an electrode of the piezoresistor 21, reference numeral 24 denotes a glass cover, and reference numeral 25 denotes a weight fixed to the tip of the silicon wafer 23. When the entire sensor fluctuates rapidly, a bending stress acts on the silicon wafer 23, and a tensile force or a compressive force is applied to the piezoresistor 21, and the resistance value changes. The acceleration can be detected from the rate of change of the resistance value.

(発明が解決しようとする問題点) 上記従来の圧力センサや加速度センサ等の変位量検出
装置によれば、シリコンウエハ上にピエゾレジスタを形
成するのに不純物の選択拡散やエッチングを数回にわた
って行う必要があるため、製作が難しく高価であり、ま
た、センサ自身で抵抗温度係数を補正することはできな
い。そして、圧力センサでは、圧力の方向、即ち正圧か
負圧かを検出することは不可能である。
(Problems to be Solved by the Invention) According to the conventional displacement detecting devices such as the pressure sensor and the acceleration sensor, selective diffusion and etching of impurities are performed several times to form a piezo resistor on a silicon wafer. Because of the necessity, it is difficult and expensive to manufacture, and the sensor itself cannot correct the temperature coefficient of resistance. The pressure sensor cannot detect the direction of the pressure, that is, whether the pressure is positive or negative.

本発明は、かかる従来の問題点を解消するためになさ
れたもので、製作が容易で安価であり、また、必要に応
じて圧力の方向や加速度の方向を検出できるようにする
ことができ、さらに、必要なら温度補償も容易になし得
るようにした変位量検出装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made to solve such a conventional problem, is easy to manufacture and inexpensive, and can detect the direction of pressure and the direction of acceleration as necessary, Further, it is another object of the present invention to provide a displacement detecting device which can easily perform temperature compensation if necessary.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、物理的応力で変位することにより抵抗値が
変化する折り返し形成された磁気抵抗ストライプを、基
板上であって物理的応力の加わる位置と加わらない位置
とにそれぞれ設け、上記磁気抵抗ストライプにバイアス
磁界を与えるマグネットを併設し、物理的応力の加わら
ない位置に設けた磁気抵抗ストライプの抵抗値と物理的
応力の加わる位置に設けた磁気抵抗ストライプの圧縮ま
たは引っ張り応力により変化する抵抗値とに基づいて、
物理的応力の加わる位置に設けた磁気抵抗ストライプに
加わる変位量を求めることを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, a folded magnetoresistive stripe whose resistance value changes by being displaced by a physical stress is not applied to a position on a substrate where a physical stress is applied. And a magnet for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive stripe, and a resistance value of the magnetoresistive stripe provided at a position where physical stress is not applied and a resistance value of the magnetoresistive stripe provided at a position where physical stress is applied. Based on the resistance value that changes due to compression or tensile stress,
The method is characterized in that a displacement amount applied to a magnetoresistive stripe provided at a position where a physical stress is applied is obtained.

(作用) 物理的応力が加わらない平常の状態では、磁気抵抗ス
トライプの抵抗値はマグネットによるバイアス磁界によ
って決まる。物理的応力の加わる位置に設けた磁気抵抗
ストライプに物理的応力が加わって変位すると、折り返
し形成された磁気抵抗ストライプが圧縮または引っ張り
応力を受けて抵抗値が変化することを利用し、物理的応
力の加わる磁気抵抗ストライプの抵抗値と物理的応力の
加わらない磁気抵抗ストライプの抵抗値から変位量を求
めることができる。
(Operation) In a normal state where no physical stress is applied, the resistance value of the magnetoresistive stripe is determined by the bias magnetic field generated by the magnet. When the physical resistance is applied to the magnetoresistive stripe provided at the position where the physical stress is applied and the magnetic resistance is displaced, the folded magnetoresistive stripe receives a compressive or tensile stress and changes its resistance value. The displacement amount can be determined from the resistance value of the magnetoresistive stripe to which no physical stress is applied and the resistance value of the magnetoresistive stripe to which no physical stress is applied.

(実施例) 以下、図面を参照しながら本発明に係る変位量検出装
置の実施例を説明する。
(Example) Hereinafter, an example of a displacement amount detection device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図乃至第5図において、基板32は例えばシリコン
ウエハでなり、異方性エッチング等によって基板32の一
部が除去されて薄膜部32aが形成されている。基板32上
には、その板厚の厚い部分に磁気抵抗ストライプ31aが
形成され、薄膜部32a上に磁気抵抗ストライプ31bが形成
されている。磁気抵抗ストライプ31a,31bはNi−FeやNi
−Coなどの磁気抵抗効果を有する合金薄膜からなる。各
磁気抵抗ストライプ31,31bはU字状に折り返されて従復
の平行な電流通路を持つ形に形成され、かつ、各磁気抵
抗ストライプ31a,31bが同じ向きに平行に伸びるように
形成されている。基板32上にはまた、電極A,B,Cが形成
されており、磁気抵抗ストライプ31,31bは電極Bによっ
て直列に接続され、各磁気抵抗ストライプ31a,31bの他
端はそれぞれ電極A,Cに接続されている。第5図は各磁
気抵抗ストライプと各電極の接続関係を示す。磁気抵抗
ストライプ31a,31bの上からは、電極A,B,Cを除き、各磁
気抵抗ストライプ及び基板32の上面を覆うようにして保
護膜33が形成されている。保護膜33はSiO2やポリシリコ
ンなどの無機質の物質又はポリイミドなどの有機質の物
質で形成することができる。この保護膜33の上にはスペ
ーサ36の介在の下に、磁気抵抗ストライプ31a,31bにバ
イアス磁界を与えるためのマグネット34が保護膜33との
間に所定の間隔をおいて並設されている。マグネット34
は磁気抵抗ストライプ31a,31bの面に対し平行に配置さ
れ、また、第4図に示すように斜め方向から着磁してN
極とS極を斜めに形成したものを用いることにより、磁
束が磁気抵抗ストライプ31a,31bに対し斜めに横切るよ
うにしてある。
1 to 5, the substrate 32 is, for example, a silicon wafer, and a part of the substrate 32 is removed by anisotropic etching or the like to form a thin film portion 32a. On the substrate 32, a magnetoresistive stripe 31a is formed in a thick portion thereof, and a magnetoresistive stripe 31b is formed on the thin film portion 32a. The magnetoresistive stripes 31a and 31b are made of Ni-Fe or Ni
-An alloy thin film having a magnetoresistance effect such as -Co. Each of the magnetoresistive stripes 31 and 31b is folded in a U-shape to form a secondary parallel current path, and each of the magnetoresistive stripes 31a and 31b is formed so as to extend in parallel in the same direction. I have. Electrodes A, B, and C are also formed on the substrate 32, the magnetoresistive stripes 31 and 31b are connected in series by an electrode B, and the other ends of the magnetoresistive stripes 31a and 31b are connected to electrodes A and C, respectively. It is connected to the. FIG. 5 shows the connection relationship between each magnetoresistive stripe and each electrode. A protective film 33 is formed on the magnetoresistive stripes 31a and 31b so as to cover the magnetoresistive stripes and the upper surface of the substrate 32 except for the electrodes A, B and C. The protective film 33 can be formed of an inorganic substance such as SiO2 or polysilicon or an organic substance such as polyimide. On this protective film 33, magnets 34 for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive stripes 31a and 31b are arranged in parallel with a predetermined distance between the protective film 33 and the spacers 36, with the spacers 36 interposed therebetween. . Magnet 34
Are arranged in parallel to the surfaces of the magnetoresistive stripes 31a and 31b, and are magnetized from an oblique direction as shown in FIG.
By using a pole and an S pole formed obliquely, the magnetic flux crosses the magnetoresistive stripes 31a and 31b obliquely.

次に、上記実施例による変位量検出動作を説明する。 Next, a displacement amount detecting operation according to the above embodiment will be described.

いま、第6図に示すように、基板32の裏面側から物理
的応力が加わったとすると、基板32の薄膜部32aが上方
に向かって反り返る。ここで、第9図に示すように磁気
抵抗ストライプ31bの長手方向をY方向、これに直角な
幅方向をX方向とすると、基板32の薄膜部32aが上方に
反り返ることにより磁気抵抗ストライプ31bにはX方向
の引っ張り応力が加わる。一方、第7図に示すように、
基板32の表面側から物理的応力が加わったとすると基板
32の薄膜部32aが下方に向かって反り返り、磁気抵抗ス
トライプには第9図に示すようにX方向の圧縮応力が加
わる。これに対して基板32の厚い部分に物理的応力が加
わっても、この部分では基板32が変位することはないの
で、この部分に形成された磁気抵抗ストライプ31aには
引っ張り応力も圧縮応力も加わらない。
Now, as shown in FIG. 6, when a physical stress is applied from the back side of the substrate 32, the thin film portion 32a of the substrate 32 warps upward. Here, assuming that the longitudinal direction of the magnetoresistive stripe 31b is the Y direction and the width direction perpendicular thereto is the X direction, as shown in FIG. 9, the thin film portion 32a of the substrate 32 warps upward, so that the magnetoresistive stripe 31b Applies tensile stress in the X direction. On the other hand, as shown in FIG.
Assuming that physical stress is applied from the front side of the substrate 32,
The thin film portion 32a of 32 warps downward, and a compressive stress in the X direction is applied to the magnetoresistive stripe as shown in FIG. On the other hand, even if a physical stress is applied to the thick portion of the substrate 32, the substrate 32 does not displace in this portion, so that both the tensile stress and the compressive stress are applied to the magnetoresistive stripe 31a formed in this portion. Absent.

第8図は、薄い基板上の磁気抵抗ストライプに対しそ
の幅方向であるX方向に引っ張り応力及び圧縮応力を加
えて基板を変位させたときの磁気抵抗ストライプの抵抗
変化率の履歴特性を示す。ここでは、第10図に示すよう
に、バイアスマグネットから出たHbなる強さの磁界を磁
気抵抗ストライプの長手方向に対し角度θで鎖交させる
と共に、磁気抵抗ストライプに対して直交する磁界Haを
加えこの直交磁界の強さを−Haから+Haまで変化させ
た。曲線Aは物理的応力が加わらない磁気抵抗ストライ
プ、即ち前記実施例における磁気抵抗ストライプ31aに
相当するものの抵抗変化率を示し、曲線Bは引っ張り応
力の影響を受ける磁気抵抗ストライプ、即ち前記実施例
における磁気抵抗ストライプ31bに相当するものの抵抗
変化率を示し、曲線Cは圧縮応力の影響を受ける磁気抵
抗ストライプ、即ち前記実施例における磁気抵抗ストラ
イプ31bに相当するものの抵抗変化率を示す。
FIG. 8 shows the hysteresis characteristics of the resistance change rate of the magnetoresistive stripe when the substrate is displaced by applying a tensile stress and a compressive stress to the magnetoresistive stripe on the thin substrate in the X direction, which is the width direction thereof. Here, as shown in FIG. 10, a magnetic field having a strength of Hb emitted from the bias magnet is linked at an angle θ with respect to the longitudinal direction of the magnetoresistive stripe, and a magnetic field Ha orthogonal to the magnetoresistive stripe is formed. In addition, the intensity of the orthogonal magnetic field was changed from -Ha to + Ha. Curve A shows the resistance change rate of the magnetoresistive stripe to which no physical stress is applied, that is, the magnetoresistive stripe corresponding to the magnetoresistive stripe 31a in the above embodiment, and curve B shows the magnetoresistive stripe affected by the tensile stress, that is, in the above embodiment. The resistance change rate of the magnetoresistive stripe 31b is shown, and the curve C shows the resistance change rate of the magnetoresistive stripe affected by the compressive stress, that is, the magnetoresistive stripe 31b in the above embodiment.

前記実施例における磁気抵抗ストライプ31bは基板32
の薄膜部22aに形成された物理的応力の影響を受け易く
しているため、第6図の場合のように引っ張り応力を受
けると、応力を受ける前に磁気抵抗ストライプ31bが持
っているエネルギーである静磁エネルギー,異方性エネ
ルギー,弾性エネルギー,それにこれらのエネルギーを
極小にするために形成した磁区の持つ磁壁エネルギーの
バランスが崩れ、これらエネルギーの総和が応力に比例
して変化し、磁気抵抗ストライプの感度が減衰する。よ
って、磁気抵抗ストライプの履歴特性は第8図の曲線B
のようになる。逆に第7図の場合のように磁気抵抗スト
ライプが圧縮応力を受けると磁気抵抗ストライプの感度
が増加し、磁気抵抗ストライプの履歴特性は第8図の曲
線Cのようになる。
The magnetoresistive stripe 31b in the above embodiment is
6 is easily affected by the physical stress formed in the thin film portion 22a, and when a tensile stress is applied as shown in FIG. 6, the energy of the magnetoresistive stripe 31b before the stress is applied. The balance between a certain magnetostatic energy, anisotropic energy, elastic energy, and the domain wall energy of the magnetic domain formed to minimize these energies is lost, and the sum of these energies changes in proportion to the stress, and the magnetoresistance The sensitivity of the stripe decreases. Therefore, the hysteresis characteristic of the magnetoresistive stripe is represented by curve B in FIG.
become that way. Conversely, when the magnetoresistive stripe receives a compressive stress as in the case of FIG. 7, the sensitivity of the magnetoresistive stripe increases, and the hysteresis characteristic of the magnetoresistive stripe becomes as shown by a curve C in FIG.

第8図の特性曲線は、厚さ0.7mmの基板上の磁気抵抗
ストライプに対しその幅方向であるX方向に引っ張り応
力及び圧縮応力を加えて基板を0.5μm変位させること
によって得たものである。前記実施例では、磁気抵抗ス
トライプに加える磁界はバイアスマグネット34の磁界の
みであるから、Ha=0のポイントで抵抗値が変化するこ
とになる。第8図から明らかなように、平常状態で抵抗
変化率が約1.75%であるのに対し、引っ張り応力が加わ
ったときの抵抗変化率は約1.1%に減少し、圧縮応力が
加わったときの抵抗変化率は約2.6%に増加している。
そこで、磁気抵抗ストライプ31bの抵抗変化率を求めれ
ば、物理的応力に基づく変位量を検出することができ
る。
The characteristic curve shown in FIG. 8 is obtained by applying a tensile stress and a compressive stress to the magnetoresistive stripe on the 0.7 mm thick substrate in the X direction, which is the width direction, to displace the substrate by 0.5 μm. . In the above embodiment, since the magnetic field applied to the magnetoresistive stripe is only the magnetic field of the bias magnet 34, the resistance value changes at the point Ha = 0. As is clear from FIG. 8, the resistance change rate in a normal state is about 1.75%, whereas the resistance change rate when a tensile stress is applied is reduced to about 1.1%, and when a compressive stress is applied. The rate of resistance change has increased to about 2.6%.
Therefore, if the rate of change in resistance of the magnetoresistive stripe 31b is obtained, the amount of displacement based on physical stress can be detected.

第10図はこのような変位量に応じた信号を取り出すた
めの回路例を示すもので、Raは前記磁気抵抗ストライプ
31aの抵抗値を、Rbは磁気抵抗ストライプ31bの抵抗値を
示す。端子A,C間に電源電圧Vccを加え、端子B,C間で出
力電圧Voutを取り出す。物理的応力により基板32の薄膜
部32aが変位して磁気抵抗ストライプ31bの抵抗値RbがΔ
Rbだけ変化したとすると、出力Voutは、 Vout=Ra・Vcc/(Ra+Rb−ΔRb) となる。従って、出力Voutを測定することにより抵抗値
の変化分ΔRbを知ることができ、これによって変位量を
求めることができる。
FIG. 10 shows an example of a circuit for extracting a signal corresponding to such a displacement amount.
Rb indicates the resistance value of the magnetoresistive stripe 31b. The power supply voltage Vcc is applied between the terminals A and C, and the output voltage Vout is taken out between the terminals B and C. When the thin film portion 32a of the substrate 32 is displaced by physical stress, the resistance value Rb of the magnetoresistive stripe 31b becomes Δ
If it changes by Rb, the output Vout is as follows: Vout = Ra · Vcc / (Ra + Rb−ΔRb). Therefore, by measuring the output Vout, the change ΔRb in the resistance value can be known, and the displacement can be obtained.

バイアスマグネット34の磁界強度Hbを強くすれば出力
感度を上げることができる。また、磁気抵抗ストライプ
と上記磁界の向きとのなす角度θを可変にすれば、磁気
抵抗ストライプに対する磁界の平行成分Hbyと直交成分H
bxが変わり、磁気抵抗ストライプの感度を変えることが
できる。ただθ=30゜のときが感度は最大となり、これ
よりθを変えて磁界の平行成分Hbyを大きくし、あるい
は直交成分Hbxを大きくしても感度は減衰する。
The output sensitivity can be increased by increasing the magnetic field strength Hb of the bias magnet 34. Further, if the angle θ between the magnetoresistive stripe and the direction of the magnetic field is made variable, the parallel component Hby and the orthogonal component Hby of the magnetic field with respect to the magnetoresistive stripe can be obtained.
bx changes, and the sensitivity of the magnetoresistive stripe can be changed. However, the sensitivity becomes maximum when θ = 30 °, and the sensitivity is attenuated even if θ is changed to increase the parallel component Hby of the magnetic field or to increase the orthogonal component Hbx.

第10図のような二つの磁気抵抗ストライプ31a,31bの
中点から出力を取り出す構成の場合は、双方の磁気抵抗
ストライプが共に温度変化に応じて抵抗値が同じように
変化するので、抵抗温度係数を相殺することができ、特
別に温度補償回路等を設ける必要はない。ただし、二つ
の磁気抵抗ストライプの中点から出力をとる方式では、
何れか一方の磁気抵抗ストライプを変位が生じ易い構成
にし、又は一方の磁気抵抗ストライプを変位が生じ難い
構成にする必要がある。
In the case of a configuration in which the output is taken out from the midpoint between the two magnetoresistive stripes 31a and 31b as shown in FIG. 10, the resistance value of both magnetoresistive stripes changes in the same manner in accordance with the temperature change. The coefficients can be offset, and it is not necessary to provide a temperature compensation circuit or the like. However, in the method of taking output from the midpoint of two magnetoresistive stripes,
Either one of the magnetoresistive stripes needs to be configured to easily cause displacement, or one of the magnetoresistive stripes needs to be configured to prevent displacement easily.

以上述べた実施例によれば、磁気抵抗ストライプの磁
気抵抗効果のみではなく、磁気抵抗ストライプに物理的
応力を加えると抵抗値が変化する逆磁歪効果を利用して
変位量を検出するようにしたため、磁気抵抗ストライプ
を形成する基板と、磁気抵抗ストライプにバイアス磁界
を与えるマグネットがあれば足り、従来よりも構成が簡
単で安価な変位量検出装置を提供することができる。ま
た、抵抗変化率で1.5%以上の出力を得ることができる
し、定量値として出力を得ることもできる。
According to the embodiment described above, not only the magnetoresistive effect of the magnetoresistive stripe but also the displacement is detected by utilizing the reverse magnetostrictive effect in which a resistance value changes when a physical stress is applied to the magnetoresistive stripe. In addition, a substrate for forming a magnetoresistive stripe and a magnet for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive stripe are sufficient, and a displacement amount detecting device with a simpler configuration and lower cost than in the related art can be provided. Further, an output of 1.5% or more in resistance change rate can be obtained, and an output can be obtained as a quantitative value.

なお、保護膜33は磁気抵抗ストライプが破損したりす
ることのないようにするめのものであり、用途等によっ
ては省略することができる。また、スペーサ36も省略で
きる。
The protective film 33 is for preventing the magnetoresistive stripe from being damaged, and may be omitted depending on the use or the like. Further, the spacer 36 can be omitted.

次に、本発明に係る変位量検出装置に関連のある各種
応用例および各種変形実施例を説明する。
Next, various application examples and various modification examples related to the displacement amount detection device according to the present invention will be described.

第11図、第12図の例は1個の磁気抵抗ストライプ41の
みによって変位量検出装置を構成したものであり、磁気
抵抗ストライプ41は1本のストライプを折り返し状に形
成したものである。なお、この例は、特許請求の範囲に
記載した技術的範囲からは外れるものである。符号42は
基板,43は保護膜,44はバイアスマグネット,45は電極,46
はスペーサである。
11 and 12 show an example in which the displacement detecting device is constituted by only one magnetoresistive stripe 41. The magnetoresistive stripe 41 is formed by folding one stripe in a folded shape. Note that this example departs from the technical scope described in the claims. Reference numeral 42 is a substrate, 43 is a protective film, 44 is a bias magnet, 45 is an electrode, 46
Is a spacer.

第13図,第14図の例も1個の磁気抵抗ストライプ51の
みによって変位量検出装置を構成したもので、磁気抵抗
ストライプ51は1本のストライプを1直線状に形成した
ものである。符号52は基板,53は保護膜,54はバイアスマ
グネット,55は電極,56はスペーサである。この例も、特
許請求の範囲に記載した技術的範囲からは外れるもので
ある。
13 and 14, the displacement detecting device is constituted by only one magnetoresistive stripe 51, and the magnetoresistive stripe 51 is formed by forming one stripe in a straight line. Reference numeral 52 denotes a substrate, 53 denotes a protective film, 54 denotes a bias magnet, 55 denotes an electrode, and 56 denotes a spacer. This example also departs from the technical scope described in the claims.

第11図乃至第14図の例では、変位の生じていない初期
の磁気抵抗ストライプ41,「51の抵抗値を測定してお
き、次に変位時の磁気抵抗ストライプ41,51の抵抗値を
測定して初期値と比較することにより変位量を求めるこ
とができる。この例は、たとえば塗料の接着時の引っ張
り応力等を測定するための変位センサとして利用でき
る。そして、極めて簡単な構成であり、電源も必要がな
いため、使い捨てとすることもできる。
In the examples of FIGS. 11 to 14, in the initial magnetoresistive stripe 41 where no displacement occurs, the resistance value of 51 is measured, and then the resistance values of the magnetoresistive stripes 41 and 51 during displacement are measured. The displacement amount can be obtained by comparing the displacement amount with the initial value.This example can be used as a displacement sensor for measuring, for example, a tensile stress at the time of adhesion of paint, and has an extremely simple configuration. Since there is no need for a power supply, it can be disposable.

第14図乃至第16図の実施例は、物理的応力による変位
のX方向の成分とY方向の成分とを測定できるようにし
たものである。第15図の例では、基板62の物理的応力に
よって変位することのない部分に磁気抵抗ストライプ61
aを形成し、基板62の物理的応力によって変位し易い部
分に互いに直交する向きに二つの磁気抵抗ストライプ61
b,61cを形成したものである。各ストライプ61a,61b,61c
は折り返し状に形成されて電極65を通じて直列に接続さ
れている。両端のストライプ61a,61cの外側の電極間に
は電源電圧Vccが加えられ、ストライプ61aとストライプ
61b間の電極65から出力Voutが取り出される。ストライ
プ61bの抵抗値はX方向の応力によって変化し、ストラ
イプ61cの抵抗値はY方向の応力によって変化する。こ
れらの変化は出力Voutを測定することによって検出する
ことができる。
The embodiment shown in FIGS. 14 to 16 is such that the component in the X direction and the component in the Y direction of the displacement due to the physical stress can be measured. In the example of FIG. 15, a magnetoresistive stripe 61 is provided on a portion of the substrate 62 which is not displaced by physical stress.
is formed, and two magnetoresistive stripes 61 are arranged in a direction orthogonal to each other on a portion of the substrate 62 which is easily displaced by physical stress.
b, 61c. Each stripe 61a, 61b, 61c
Are formed in a folded shape and connected in series through the electrode 65. The power supply voltage Vcc is applied between the outer electrodes of the stripes 61a and 61c at both ends, and the stripe 61a and the stripe
The output Vout is extracted from the electrode 65 between 61b. The resistance value of the stripe 61b changes due to the stress in the X direction, and the resistance value of the stripe 61c changes due to the stress in the Y direction. These changes can be detected by measuring the output Vout.

第16図の実施例は、基板72の物理的応力によって変位
することのない部分に磁気抵抗ストライプ71aとこれに
直交する方向の磁気抵抗ストライプ71bを形成し、基板7
2の物理的応力によって変位し易い部分に磁気抵抗スト
ライプ71cとこれに直交する方向の磁気抵抗ストライプ7
1dを形成してなるものである。各ストライプは2回ずつ
折り返された形になっているが、1回ずつ折り返しても
よいし、1本ずつ直線状に形成したものでもよい。符号
75は電極である。第17図にも示すように、ストライプ71
a,71bは電極によって直列に接続され、ストライプ71c,7
1dも電極によって直列に接続されている。これら直列接
続されたストライプは電源電圧Vccに対して並列に接続
され、ストライプ71a,71b間からはX方向成分の出力Va
が取り出され、ストライプ71c,71d間からはY方向成分
の出力Vbが取り出される。これら出力Va,Vbはそのまま
別々に測定してもよいし、差動増幅器76により差動出力
Voutを取り出し、これを測定してもよい。
In the embodiment shown in FIG. 16, a magnetoresistive stripe 71a and a magnetoresistive stripe 71b in a direction orthogonal to the
The magneto-resistive stripes 71c and the magneto-resistive stripes 7 in the direction perpendicular to the portions where the physical stress is easily displaced by the physical stress 2
1d. Each stripe is folded twice, but may be folded once or may be formed linearly one by one. Sign
75 is an electrode. As shown in FIG. 17, stripe 71
a, 71b are connected in series by electrodes, and stripes 71c, 7
1d is also connected in series by an electrode. These serially connected stripes are connected in parallel to the power supply voltage Vcc, and the output Va of the X-direction component is output between the stripes 71a and 71b.
Is extracted, and an output Vb of the Y-direction component is extracted from between the stripes 71c and 71d. These outputs Va, Vb may be measured separately as they are, or the differential output
Vout may be taken out and measured.

第18図の実施例は、はじめに説明した実施例を発展さ
せた形の実施例であり、基板82の物理的応力によって変
位することのない部分に二つの磁気抵抗ストライプ81a,
81bを平行に形成して電極により直列に接続し、基板82
の物理的応力で変位し易い部分に二つの磁気抵抗ストラ
イプ81c,81dを平行に形成して電極により直列に接続し
たものである。符号85は各磁気抵抗ストライプの端部に
形成された電極である。直列接続されたストライプ81a,
81bと直列接続された別の直列のストライプ81c,81dには
共に電源電圧Vccが加えられ、ストライプ81a,81bの接続
点からは出力Vaが取り出され、ストライプ81c,81dの接
続点からは出力Vbが取り出される。第19図に示すよう
に、差動増幅器86によって各出力Va,Vbの差動出力Vout
をとれば、最初に述べた実施例に比べて2倍の出力が得
られる。
The embodiment of FIG. 18 is an embodiment in which the embodiment described earlier is developed, and two magnetoresistive stripes 81a, 81a,
81b is formed in parallel, connected in series by electrodes,
The two magnetoresistive stripes 81c and 81d are formed in parallel at a portion which is easily displaced by the physical stress, and are connected in series by electrodes. Reference numeral 85 denotes an electrode formed at the end of each magnetoresistive stripe. Stripes 81a connected in series,
The power supply voltage Vcc is applied to both the other series stripes 81c and 81d connected in series with 81b, the output Va is taken out from the connection point of the stripes 81a and 81b, and the output Vb is obtained from the connection point of the stripes 81c and 81d. Is taken out. As shown in FIG. 19, the differential amplifier 86 outputs a differential output Vout of each output Va and Vb.
In this case, an output twice as high as that of the first embodiment can be obtained.

第20図に示す実施例は、物理的応力によって基板を変
形させるための構成をこれまでの実施例とは異ならせた
ものである。第20図において、基板92はその中央部から
折り曲げて右半部を浮かせたもので、左半部を所定の対
象物に固定して物理的応力が加わっても変位しないよう
にし、一方、右半部は物理的応力によって変位するよう
にしておき、左半部と右半部にそれぞれ磁気抵抗ストラ
イプ91a,91bを形成してなるものである。符号95は電極
である。この実施例の場合も、ストライプ91aの抵抗値
に対してストライプ91bの抵抗値を比較することにより
変位量を求めることができる。
The embodiment shown in FIG. 20 differs from the previous embodiments in the configuration for deforming the substrate by physical stress. In FIG. 20, the substrate 92 is bent from the center thereof and the right half is lifted, and the left half is fixed to a predetermined object so as not to be displaced even when a physical stress is applied. The half part is displaced by physical stress, and the magnetoresistive stripes 91a and 91b are formed on the left half and the right half, respectively. Reference numeral 95 denotes an electrode. Also in this embodiment, the displacement can be obtained by comparing the resistance value of the stripe 91b with the resistance value of the stripe 91a.

(発明の効果) 本発明によれば、磁気抵抗ストライプの磁気抵抗効果
のみを利用するのではなく、物理的応力を加えると抵抗
値が変化する逆磁歪効果をも利用して、物理的応力の加
わる磁気抵抗ストライプの抵抗値と物理的応力の加わら
ない磁気抵抗ストライプの抵抗値とに基づいて変位量を
検出するようにしたため、磁気抵抗ストライプを形成す
る基板と、磁気抵抗ストライプにバイアス磁界を与える
マグネットがあれば足り、従来の変位量検出装置に比べ
て構成が簡単で安価な変位量検出装置を提供することが
できる。また物理的応力が加わっても変位しない部分に
磁気抵抗ストライプを形成し、この磁気抵抗ストライプ
の抵抗値と、応力によって変位する磁気抵抗ストライプ
の抵抗値とを比較して変位量を求めることにより温度補
償も可能となる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, not only the magnetoresistive effect of the magnetoresistive stripe is used, but also the inverse magnetostrictive effect in which the resistance value changes when a physical stress is applied is used to reduce the physical stress. Since the amount of displacement is detected based on the resistance value of the applied magnetoresistive stripe and the resistance value of the magnetoresistive stripe to which no physical stress is applied, a bias magnetic field is applied to the substrate on which the magnetoresistive stripe is formed and the magnetoresistive stripe. A magnet is sufficient, and it is possible to provide an inexpensive displacement amount detecting device having a simpler configuration than a conventional displacement amount detecting device. In addition, a magnetoresistive stripe is formed in a portion that is not displaced even when a physical stress is applied, and the resistance value of the magnetoresistive stripe is compared with the resistance value of the magnetoresistive stripe displaced by the stress to determine a displacement amount. Compensation is also possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係る変位検出装置の一実施例を示す平
面図、第2図は第1図中の線II−IIに沿う断面図、第3
図は同上実施例の要部の拡大断面図、第4図は同上実施
例中のバイアスマグネットを示す斜視図、第5図は同上
実施例における磁気抵抗ストライプの接続例を示す回路
図、第6図は上記実施例の動作様態を示す拡大断面図、
第7図は同じく別の動作様態を示す拡大断面図、第8図
は磁気抵抗ストライプの履歴特性を示す線図、第9図は
上記実施例における磁気抵抗ストライプに加わる応力の
例を示す斜視図、第10図は上記実施例における入出力の
関係とバイアス磁界の様子を示す回路図、第11図は本発
明に係る変位量検出装置の別の実施例を示す平面図、第
12図は同上断面図、第13図は本発明装置のさらに別の実
施例を示す平面図、第14図は同上断面図、第15図は本発
明装置のさらに別の実施例を示す平面図、第16図は本発
明装置のさらに別の実施例を示す平面図、第17図は同上
実施例に用いられる回路例を示す回路図、第18図は本発
明装置のさらに別の実施例を示す平面図、第19図は同上
実施例に用いられる回路例を示す回路図、第20図は本発
明装置のさらに別の実施例を示す斜視図、第21図は従来
の圧力センサの例を示す断面図、第22図は同上底面図、
第23図は従来の加速度センサの例を示す平面図、第24図
は同上側面図である。 31a,31b,41,51……磁気抵抗ストライプ、 61a,61b,61c,71a……磁気抵抗ストライプ、 71b,71c,71d,81a……磁気抵抗ストライプ、 81b,81c,81d,91a,91b……磁気抵抗ストライプ, 32,42,52,62,72,82,92……基板、 34,44,54……マグネット。
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of the displacement detecting device according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 4 is an enlarged sectional view of a main part of the embodiment, FIG. 4 is a perspective view showing a bias magnet in the embodiment, FIG. 5 is a circuit diagram showing a connection example of magnetoresistive stripes in the embodiment, and FIG. The figure is an enlarged sectional view showing the operation mode of the above embodiment,
FIG. 7 is an enlarged sectional view showing another operation mode, FIG. 8 is a diagram showing hysteresis characteristics of the magnetoresistive stripe, and FIG. 9 is a perspective view showing an example of stress applied to the magnetoresistive stripe in the above embodiment. FIG. 10 is a circuit diagram showing the relationship between the input and output and the state of the bias magnetic field in the above embodiment, and FIG. 11 is a plan view showing another embodiment of the displacement detection device according to the present invention.
12 is a sectional view of the same, FIG. 13 is a plan view showing still another embodiment of the device of the present invention, FIG. 14 is a sectional view of the same, and FIG. 15 is a plan view of still another embodiment of the device of the present invention. FIG. 16 is a plan view showing still another embodiment of the device of the present invention, FIG. 17 is a circuit diagram showing a circuit example used in the above embodiment, and FIG. 18 is a diagram showing still another embodiment of the device of the present invention. FIG. 19 is a circuit diagram showing an example of a circuit used in the above embodiment, FIG. 20 is a perspective view showing still another embodiment of the device of the present invention, and FIG. 21 is an example of a conventional pressure sensor. Cross-sectional view shown, FIG. 22 is a bottom view of the same,
FIG. 23 is a plan view showing an example of a conventional acceleration sensor, and FIG. 24 is an upper side view of the same. 31a, 31b, 41,51 …… Magnetoresistance stripe, 61a, 61b, 61c, 71a …… Magnetoresistance stripe, 71b, 71c, 71d, 81a …… Magnetoresistance stripe, 81b, 81c, 81d, 91a, 91b …… Magneto-resistive stripe, 32,42,52,62,72,82,92 …… Substrate, 34,44,54 …… Magnet.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】物理的応力で変位することにより抵抗値が
変化する折り返し形成された磁気抵抗ストライプを、基
板上であって物理的応力の加わる位置と加わらない位置
とにそれぞれ設け、上記磁気抵抗ストライプにバイアス
磁界を与えるマグネットを併設し、上記物理的応力の加
わらない位置に設けた磁気抵抗ストライプの抵抗値と上
記物理的応力の加わる位置に設けた磁気抵抗ストライプ
の圧縮または引っ張り応力により変化する抵抗値とに基
づいて、上記物理的応力の加わる位置に設けた磁気抵抗
ストライプに加わる変位量を求めることを特徴とする変
位量検出装置。
A folded magnetoresistive stripe whose resistance value changes by being displaced by a physical stress is provided on a substrate at a position where a physical stress is applied and a position where a physical stress is not applied, respectively. A magnet that applies a bias magnetic field to the stripe is also provided, and changes depending on the resistance value of the magnetoresistive stripe provided at the position where the physical stress is not applied and the compression or tensile stress of the magnetoresistive stripe provided at the position where the physical stress is applied. A displacement amount detecting device, wherein a displacement amount applied to a magnetoresistive stripe provided at a position where the physical stress is applied is obtained based on a resistance value.
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