JPH08178950A - Acceleration sensor - Google Patents

Acceleration sensor

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Publication number
JPH08178950A
JPH08178950A JP32495794A JP32495794A JPH08178950A JP H08178950 A JPH08178950 A JP H08178950A JP 32495794 A JP32495794 A JP 32495794A JP 32495794 A JP32495794 A JP 32495794A JP H08178950 A JPH08178950 A JP H08178950A
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JP
Japan
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substrate
coil
magnetostrictive
pedestal
acceleration sensor
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Pending
Application number
JP32495794A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Asahi
俊行 朝日
Shinji Saito
紳治 斎藤
Hiroyuki Hase
裕之 長谷
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE: To provide a highly sensitive and durable dynamic quantity sensor that can measure a static acceleration, and is suitable for its scaling down and mass production and is excellent in temperature chracteristics. CONSTITUTION: A magnetostrictive layer 12 having a magnetostriction is stuck at the center of a substrate 11 and a half of the surface of the substrate 11 is fixed to the upper surface of a base 14-A. A coil 13 is wound around a part of the layer 12 and is fixed on a base 14-B. A detection circuit 15 converts the inductance of the coil into an electrical signal. When a stress is applied to the substrate 11, a compression stress or tensile stress is generated in the layer 12 and the permeability of the layer 12 is changed due to magnetostriction effect. As a result, the inductance of the coil 13 is changed and the change is detected as electrical signal by the circuit 15. Thanks to such a structure, the acceleration sensor that is highly sensitive and durable and capable of measuring static acceleration and has an excellent property suitable for scaling down and mass production.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は磁気ひずみ効果を用い
て、加速度及び応力を高感度に検出することのできる加
速度センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor which can detect acceleration and stress with high sensitivity by using a magnetostrictive effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、低価格化が進
められるに伴い、電子機器に用いられる加速度センサに
対してもより一層の小型化、低価格化、高感度化が求め
られている。現在、電子機器及び移動体等に用いられて
いる加速度センサは、圧電体型と半導体ひずみゲージ型
が一般的である。圧電体型は、圧力が加わると表面に電
荷が生じる圧電素子を利用したもので、加えられた力を
電荷の変化に変換する検出方式である。半導体ひずみゲ
ージ型は、ピエゾ抵抗効果を利用しており、加えられた
力を抵抗の変化によって検出する方式である。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of miniaturization and cost reduction of electronic devices, further miniaturization, cost reduction and high sensitivity are required for acceleration sensors used in electronic devices. There is. Currently, piezoelectric sensors and semiconductor strain gauges are generally used as acceleration sensors used in electronic devices and moving bodies. The piezoelectric type uses a piezoelectric element in which an electric charge is generated on the surface when pressure is applied, and is a detection method that converts the applied force into a change in electric charge. The semiconductor strain gauge type utilizes the piezoresistive effect and is a method of detecting an applied force by a change in resistance.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の加速度センサでは、それぞれに問題点を有してい
る。圧電体型の加速度センサは、圧電体に振動が加わら
ないと表面に電荷は現れない。そなわち、加速度の検知
には、圧電体の振動が不可欠であり、静的な加速度及び
応力は測れない。半導体ひずみゲージ型のセンサは、半
導体の温度特性が悪いことが一番の問題点である。また
製造に複雑なプロセスや真空装置等を必要とするため、
製造装置の設備投資が不可欠となっている。本発明は前
記従来の問題を解決可能な新規原理に基づくもので、加
速度及び応力を高感度に検出し、静的加速度を計測で
き、小型化、量産性、耐久性、及び温度特性に優れた加
速度センサを提供することを目的とする。
However, each of the above-described conventional acceleration sensors has its own problems. In the piezoelectric type acceleration sensor, electric charges do not appear on the surface unless vibration is applied to the piezoelectric body. That is, vibration of the piezoelectric body is indispensable for detecting acceleration, and static acceleration and stress cannot be measured. The main problem with the semiconductor strain gauge type sensor is that the temperature characteristics of the semiconductor are poor. In addition, since complicated processes and vacuum equipment are required for manufacturing,
Capital investment in manufacturing equipment is essential. The present invention is based on a new principle capable of solving the above-mentioned conventional problems, and is capable of detecting acceleration and stress with high sensitivity and measuring static acceleration, and is excellent in miniaturization, mass productivity, durability, and temperature characteristics. An object is to provide an acceleration sensor.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の加速度センサは、応力を受けることにより
変形する基板と、前記基板上の少なくとも一部に形成さ
せた磁気ひずみ部と、前記磁気ひずみ部を含む磁気回路
の応力による磁気特性の変化を検知する少なくとも1つ
のコイル手段と、これらを固定する少なくとも1つの台
座と、前記コイル手段のインダクタンスを電気信号に変
換する検出回路から構成され、応力を磁気特性の変化と
して高感度に検出することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an acceleration sensor of the present invention comprises a substrate that is deformed by receiving stress, and a magnetostrictive portion formed on at least a part of the substrate, At least one coil means for detecting a change in magnetic characteristics due to stress of a magnetic circuit including the magnetostrictive portion, at least one pedestal for fixing these, and a detection circuit for converting the inductance of the coil means into an electric signal. The stress is detected with high sensitivity as a change in magnetic characteristics.

【0005】また前記構成においては、コイル手段が、
磁気ひずみ部の少なくとも一部分の周囲に形成されてい
る構成が好ましい。
Further, in the above construction, the coil means is
A configuration formed around at least a part of the magnetostrictive portion is preferable.

【0006】また前記構成においては、台座の材料が強
磁性であり、磁気ひずみ部と閉磁気回路を形成する構成
が好ましい。
Further, in the above structure, it is preferable that the material of the pedestal is ferromagnetic and forms a closed magnetic circuit with the magnetostrictive portion.

【0007】また前記構成においては、台座の材料が非
導電性である方が好ましい。また前記構成においては、
磁気ひずみ部材料と基板材料の熱膨張率差が、±2pp
m以内であることが好ましい。
Further, in the above construction, it is preferable that the material of the pedestal is non-conductive. Further, in the above configuration,
The difference in coefficient of thermal expansion between the magnetostrictive part material and the substrate material is ± 2pp
It is preferably within m.

【0008】また前記構成においては、基板材料が非磁
性であることが好ましい。また前記構成においては、磁
気ひずみ部材料がアモルファス合金からなる方が好まし
い。
In the above construction, it is preferable that the substrate material is nonmagnetic. Further, in the above structure, it is preferable that the magnetostrictive portion material is made of an amorphous alloy.

【0009】前記構成において、磁気ひずみ部を有し、
応力を受けることにより変形する変形部分と、変形しな
い非変形部分を有する基板と、前記変形部分と前記非変
形部分の各前記磁気ひずみ部を含む磁気回路の磁気特性
の変化を検知する少なくとも2つのコイル手段と、前記
コイル手段のインダクタンスを電気信号に変換し、差動
を出力とする検出回路から構成され、前記コイル手段の
磁気特性の変化の差動として、応力を温度特性良く検出
することを特徴とする。
In the above structure, a magnetostrictive portion is provided,
A substrate having a deformed portion that is deformed by receiving stress, a non-deformed portion that is not deformed, and at least two that detect a change in magnetic characteristics of a magnetic circuit including the magnetostrictive portions of the deformed portion and the non-deformed portion. It is composed of a coil means and a detection circuit which converts the inductance of the coil means into an electric signal and outputs a differential signal. As a differential of the change in the magnetic characteristic of the coil means, the stress can be detected with good temperature characteristics. Characterize.

【0010】[0010]

【作用】前記本発明の構成によれば、磁気ひずみ部を有
する基板が、加速度及び応力を受けると変形する。この
変形により、磁気ひずみ部に圧縮応力または引っ張り応
力が生じる。磁気ひずみ部に応力が加わると、磁気ひず
み部の磁気弾性エネルギーが変化する。この変化によ
り、磁気ひずみ部の応力方向に磁気異方性が誘起され、
応力方向の透磁率が増減し、磁気ひずみ部を含む磁気回
路の磁気特性が変化する。その結果、コイル手段のイン
ダクタンスが変わり、このインダクタンス変化を電気信
号に変換することにより、応力を磁気特性の変化とし
て、検出することが可能となる。この磁気ひずみ効果
は、金属箔歪ゲージと比較すると1000倍程度、高感
度であり、小型化も容易となる。また、基板が変形する
だけで、応力を検出できるため、振動を必要とせず、静
的加速度の検出が可能となる。また、磁気ひずみ部を基
板の一部とする構成にすることにより、基板自体の材質
を任意に選択できるようになる。その結果、温度特性や
共振周波数、感度といった性能及び製造に適した基板の
材質を任意に選択することができ、感度を落とさず、耐
久性を上げることが可能となる。また、基板に磁気ひず
み部を形成するだけで、製造でき量産性につながる。以
上の結果、感度・耐久性が良く、静的加速度が計測で
き、小型化・量産性に適した加速度センサを実現でき
る。
According to the structure of the present invention, the substrate having the magnetostrictive portion is deformed when subjected to acceleration and stress. This deformation causes a compressive stress or a tensile stress in the magnetostrictive portion. When stress is applied to the magnetostrictive portion, the magnetoelastic energy of the magnetostrictive portion changes. This change induces magnetic anisotropy in the stress direction of the magnetostrictive portion,
The magnetic permeability in the stress direction increases or decreases, and the magnetic characteristics of the magnetic circuit including the magnetostrictive portion change. As a result, the inductance of the coil means changes, and by converting this inductance change into an electric signal, it becomes possible to detect the stress as a change in magnetic characteristics. The magnetostriction effect is about 1000 times higher than that of the metal foil strain gauge, and the sensitivity is high, and the miniaturization is easy. Further, since the stress can be detected only by the deformation of the substrate, it is possible to detect the static acceleration without the need for vibration. Further, by forming the magnetostrictive portion as a part of the substrate, the material of the substrate itself can be arbitrarily selected. As a result, it is possible to arbitrarily select the substrate material suitable for performance and manufacturing such as temperature characteristics, resonance frequency, and sensitivity, and it is possible to improve durability without lowering sensitivity. Further, it is possible to manufacture by only forming the magnetostrictive portion on the substrate, which leads to mass productivity. As a result, it is possible to realize an acceleration sensor which has good sensitivity and durability, can measure static acceleration, and is suitable for downsizing and mass production.

【0011】また前記において、コイル手段が磁気ひず
み部の少なくとも一部分の周囲に形成されているという
好ましい構成によると、磁気ひずみ部の応力による透磁
率変化が、閉磁気回路的にコイルのインダクタンス変化
となるために応力を高感度に検出することが可能とな
る。
Further, in the above, according to the preferable construction in which the coil means is formed around at least a part of the magnetostrictive portion, the change in the magnetic permeability due to the stress in the magnetostrictive portion causes a change in the inductance of the coil in a closed magnetic circuit. Therefore, the stress can be detected with high sensitivity.

【0012】また前記において、台座の材料が強磁性で
あり、磁気ひずみ部と閉磁気回路を形成するという好ま
しいい構成によれば、磁気ひずみ部と台座の間で閉磁気
回路が形成され、磁気ひずみによるコイル手段のインダ
クタンスの変化に加えて、磁気ひずみ部と台座間の距離
変化に起因する磁気回路の変化も検出でき、高感度化に
つながる。また、外部磁場を遮蔽することができ、加速
度センサの安定化につながる。
Further, in the above, according to a preferable construction in which the material of the pedestal is ferromagnetic and forms a closed magnetic circuit with the magnetostrictive portion, a closed magnetic circuit is formed between the magnetostrictive portion and the pedestal, In addition to changes in the inductance of the coil means due to magnetostriction, changes in the magnetic circuit due to changes in the distance between the magnetostrictive portion and the pedestal can also be detected, leading to higher sensitivity. Further, the external magnetic field can be shielded, which leads to stabilization of the acceleration sensor.

【0013】また前記において、台座の材料が非導電性
であるという好ましい構成によれば、台座をそのまま電
子回路の基板に実装でき、省スペース化、製造の簡略化
につながる。
Further, in the above, if the material of the pedestal is non-conductive, the pedestal can be mounted on the substrate of the electronic circuit as it is, leading to space saving and simplification of manufacturing.

【0014】また前記において、磁気ひずみ部材料と基
板材料の熱膨張率差が、±2ppm以内であるという好
ましい構成によれば、熱膨張による磁気ひずみ部と基板
の長さの変化に起因するひずみが少なくなり、温度特性
が向上する。
Further, in the above, according to a preferred construction in which the difference in the coefficient of thermal expansion between the material of the magnetostrictive portion and the material of the substrate is within ± 2 ppm, the strain caused by the change in the length of the magnetostrictive portion and the substrate due to thermal expansion. Is reduced and the temperature characteristics are improved.

【0015】また前記において、基板材料が非磁性であ
るという好ましい構成によれば、磁気特性の変化を検知
するコイル手段の磁気特性が、磁気ひずみ部のみによっ
て決定されるため変化率が大きくなり、高感度化につな
がる。
Further, in the above, according to the preferable configuration that the substrate material is non-magnetic, the magnetic characteristic of the coil means for detecting the change in the magnetic characteristic is determined only by the magnetostrictive portion, so that the change rate becomes large, It leads to higher sensitivity.

【0016】また前記において、磁気ひずみ部材料がア
モルファス合金からなるという好ましい構成によれば、
アモルファス合金が強靱であることを利用し、加速度セ
ンサの剛性を向上することができる。また、アモルファ
ス合金の磁気ひずみ効果が、大きいことから加速度セン
サの高感度化が容易となる。
Further, in the above, according to a preferable construction in which the magnetostrictive portion material is made of an amorphous alloy,
The rigidity of the acceleration sensor can be improved by utilizing the strength of the amorphous alloy. Further, since the magnetostriction effect of the amorphous alloy is large, it is easy to increase the sensitivity of the acceleration sensor.

【0017】また前記において、磁気ひずみ部を有し、
応力を受けることにより変形する変形部分と、変形しな
い非変形部分を有する基板と、前記変形部分と前記非変
形部分の各前記磁気ひずみ部を含む磁気回路の磁気特性
の変化を検知する少なくとも2つのコイル手段と、前記
コイルのインダクタンスを電気信号に変換し、差動を出
力とする検出回路からなる好ましい構成によると、コイ
ルのインダクタンス変化の差動をとることにより、温度
変化や外部のノイズを相殺でき、温度特性、安定性の良
い加速度センサが実現できる。
Further, in the above, a magnetostrictive portion is provided,
A substrate having a deformed portion that is deformed by receiving stress, a non-deformed portion that is not deformed, and at least two that detect a change in magnetic characteristics of a magnetic circuit including the magnetostrictive portions of the deformed portion and the non-deformed portion. According to the preferable configuration including the coil means and the detection circuit that converts the inductance of the coil into an electric signal and outputs the differential signal, the inductance change of the coil is differentiated to cancel the temperature change and the external noise. Therefore, an acceleration sensor having good temperature characteristics and stability can be realized.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0019】(実施例1)図1は、本実施例1の加速度
センサの構成図である。図2は、図1をA方向(上方
向)からみた図である。以下、これらの図を参照しなが
ら、本実施例の加速度センサの構成を説明する。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a configuration diagram of an acceleration sensor according to a first embodiment. FIG. 2 is a view of FIG. 1 viewed from the direction A (upward). The configuration of the acceleration sensor of this embodiment will be described below with reference to these drawings.

【0020】本実施例において、基板11は、厚さ50
μmのチタン薄板をエッチングにより、長辺13mm、
短辺5mmに成形したものであり、内部応力除去のため
に熱処理を施している。磁歪層12は、急冷片ロール法
により形成された、厚さ20μmのFe−Cr−Si−
B系アモルファス合金膜をエッチングにより、長辺12
mm、短辺4mm成形し、内部応力除去のために熱処理
を施している。この磁歪層12は、+22ppmの正の
飽和磁歪定数を有している。コイル13は、φ0.06
mmの被服銅線を100周巻いたものであり、被服銅線
間は接着剤で固定されている。台座は、アルミニウム製
で、長さ20mm、幅13mm、高さ5mmの直方体
(台座14−A)に長さ10mm、幅13mm、高さ2
mmの直方体(台座14−B)を持った構造をしてい
る。検出回路15は、電源、高周波発振器、フィルタ
ー、アンプ、整流回路、直流交流変換回路から構成され
ている。本実施例では、出力アンプの増幅率は10倍、
コイル13に流れる高周波の振幅は、4[V]、周波数
は16k[Hz]で測定を行った。
In this embodiment, the substrate 11 has a thickness of 50.
By etching a titanium thin plate of μm, the long side is 13 mm,
It is molded into a short side of 5 mm, and is heat-treated to remove internal stress. The magnetostrictive layer 12 is formed by the quenching piece roll method and has a thickness of 20 μm Fe—Cr—Si—.
By etching the B-based amorphous alloy film, the long side 12
mm, short side 4 mm, and heat treated to remove internal stress. This magnetostrictive layer 12 has a positive saturation magnetostriction constant of +22 ppm. The coil 13 is φ0.06
The coated copper wire having a diameter of 100 mm is wound around 100 times, and the coated copper wire is fixed with an adhesive. The pedestal is made of aluminum and has a length of 20 mm, a width of 13 mm, and a height of 5 mm, and a cuboid (pedestal 14-A) has a length of 10 mm, a width of 13 mm, and a height of 2.
It has a structure having a rectangular parallelepiped (pedestal 14-B) of mm. The detection circuit 15 includes a power supply, a high frequency oscillator, a filter, an amplifier, a rectification circuit, and a DC / AC conversion circuit. In this embodiment, the amplification factor of the output amplifier is 10 times,
The amplitude of the high frequency wave flowing through the coil 13 was 4 [V], and the frequency was 16 k [Hz].

【0021】変形部分は片持ち梁構造とし、図2に示さ
れるように前記基板11の中央部に前述の磁歪層12を
固着する事により作製した。固着は磁歪層12の片面全
面に樹脂接着剤を塗布後、温度190℃の恒温層中に3
時間挿入し、樹脂接着剤を硬化させた後、取り出し室温
で放冷する事により行った。基板11は、図2に示され
るように長辺方向の2等分線を台座14−BのB−B’
辺に揃え、基板11の面の半分を台座14−B上面に固
定した。基板11と台座14−Bの固定は、接着剤を台
座14−Bの上面に塗布し、室温で固着させた。コイル
13は磁歪層12の周囲に形成してあり、基板11、磁
歪層12に接触しないように配置し、台座14−Aに固
定され、これらをセンサユニットとした。コイル13と
台座14−Aの固定は接着剤をコイル13に塗布し、室
温で固着させた。コイル13の銅線の2端が検出回路1
5につながり、コイルのインダクタンスを電気信号に変
換している。
The deformed portion has a cantilever structure, and the magnetostrictive layer 12 is fixed to the central portion of the substrate 11 as shown in FIG. To fix, apply a resin adhesive to the entire surface of one side of the magnetostrictive layer 12, and then apply 3 in a constant temperature layer at a temperature of 190 ° C.
After inserting for a while, the resin adhesive was cured, and then taken out and allowed to cool at room temperature. As shown in FIG. 2, the substrate 11 has bisectors in the long side direction taken along the line BB ′ of the pedestal 14-B.
Aligned with the sides, half of the surface of the substrate 11 was fixed to the upper surface of the pedestal 14-B. To fix the substrate 11 and the pedestal 14-B, an adhesive was applied to the upper surface of the pedestal 14-B and fixed at room temperature. The coil 13 is formed around the magnetostrictive layer 12, is arranged so as not to contact the substrate 11 and the magnetostrictive layer 12, is fixed to the pedestal 14-A, and these are used as a sensor unit. To fix the coil 13 and the pedestal 14-A, an adhesive was applied to the coil 13 and fixed at room temperature. Two ends of the copper wire of the coil 13 are the detection circuit 1
5 and converts the inductance of the coil into an electric signal.

【0022】センサユニットは、地磁気や振動器の磁石
による外部磁化の影響を避けるために、軟磁性材料で作
製した磁気シールド内部に接着剤で固着させた。このセ
ンサユニットを振動器に取り付け測定を行った。
The sensor unit is fixed to the inside of the magnetic shield made of a soft magnetic material with an adhesive in order to avoid the influence of the earth magnetism and the external magnetization by the magnet of the vibrator. This sensor unit was attached to a vibrator and measured.

【0023】加速度の方向は、基板11の面に対する法
線方向とした。印加加速度の範囲は、0[G]〜50
[G]、正弦波の周波数は0[Hz]〜3000[H
z]にて行った。
The direction of acceleration is the direction normal to the surface of the substrate 11. The range of applied acceleration is 0 [G] to 50
[G], the frequency of the sine wave is 0 [Hz] to 3000 [H]
z].

【0024】最後に特性測定の結果について述べる。基
板11の面に対する法線方向に応力を負荷したところ0
[G]〜50[G]までの全ての範囲で0.5[V]/
[G]の高感度で、安定し、線形性の高い出力が得られ
た。また、0[Hz]〜3000[Hz]までの範囲で
周波数を変化させたところ0[Hz]の静的な状態から
共振周波数(本実施例においては1460[Hz])ま
での範囲で周波数に依存しない周波数特性の良い出力が
得られた。また、再現性も良く、50回の繰り返し測定
でも同じ出力が得られた。また500[G]相当の荷重
を加えても破損せず、高い耐久性が確認された。
Finally, the result of the characteristic measurement will be described. 0 when stress is applied in the direction normal to the surface of the substrate 11
0.5 [V] / in all ranges from [G] to 50 [G]
The output of [G] having high sensitivity, stability, and high linearity was obtained. Further, when the frequency is changed in the range of 0 [Hz] to 3000 [Hz], the frequency is changed from the static state of 0 [Hz] to the resonance frequency (1460 [Hz] in this embodiment). An output with good frequency characteristics that did not depend was obtained. Further, the reproducibility was good, and the same output was obtained even after 50 repeated measurements. Moreover, even if a load equivalent to 500 [G] was applied, it was not damaged and high durability was confirmed.

【0025】(実施例2)図3は、実施例2における加
速度センサの構成図である。図4は、図3をB方向(横
方向)からみた側面図である。以下、これらの図面を参
照しながら、本実施例の加速度センサについて説明す
る。本実施例において基板11、磁歪層12、の構成、
材料、作製プロセスは、実施例1と同じであり、片持ち
梁の構成、作製プロセスも同じである。コイル23−
A、コイル23−Bは、実施例1のコイル13と材料、
作製プロセスとも同じである。台座24はフェライトE
コアである。台座24の面24−Aをやすりで50μm
けずり、基板11の振動を妨げないようにしている。検
出回路25は、電源、高周波発振器、フィルター、アン
プ、整流回路、直流交流変換回路、差動回路から構成さ
れており、コイル23−Aとコイル23−Bのインダク
タンスを電気信号に変換し、差動を検出している。測定
条件は本実施例1と同じである。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a configuration diagram of an acceleration sensor according to a second embodiment. FIG. 4 is a side view of FIG. 3 viewed from the B direction (lateral direction). Hereinafter, the acceleration sensor of this embodiment will be described with reference to these drawings. In this embodiment, the structure of the substrate 11 and the magnetostrictive layer 12,
The material and manufacturing process are the same as those in the first embodiment, and the cantilever structure and manufacturing process are also the same. Coil 23-
A and the coil 23-B are the same as the coil 13 and the material of the first embodiment,
The manufacturing process is the same. Pedestal 24 is ferrite E
It is the core. 50 μm of the surface 24-A of the pedestal 24 with a file
It does not interfere with the vibration of the substrate 11. The detection circuit 25 includes a power supply, a high-frequency oscillator, a filter, an amplifier, a rectifier circuit, a DC / AC converter circuit, and a differential circuit, and converts the inductances of the coil 23-A and the coil 23-B into an electric signal, Motion is detected. The measurement conditions are the same as in Example 1.

【0026】基板11は、長辺方向の2等分線が面24
−Bの中心線B−B’に合うように揃え、面24−B、
面24−C上に接着剤で固着させた。この構成により磁
歪層12と強磁性体24からなる閉磁気回路が形成され
る。コイル23−Aは磁歪層12の面24−Bと面24
−C間の一部分の周囲に形成してあり、基板11、磁歪
層12に接触しないように配置し、台座24に固定され
ている。コイル23−Bは磁歪層12の面24−Aと面
24−B間の一部分の周囲に形成してあり、基板11、
磁歪層12に接触しないように配置し、台座24に固定
されている。コイル23−A、コイル23−Bと台座2
4の固定は、実施例1と同じである。コイル23−Aの
銅線の2端、コイル23−Bの銅線の2端が検出回路2
5につながり、コイルのインダクタンスを電気信号に変
換し、差動を出力とすることにより、温度変化等による
影響を相殺している。
In the substrate 11, the bisector in the long side direction is the surface 24.
Align so as to match the center line BB ′ of −B, and face 24-B,
It was fixed by an adhesive on the surface 24-C. With this configuration, a closed magnetic circuit including the magnetostrictive layer 12 and the ferromagnetic body 24 is formed. The coil 23-A includes the surface 24-B and the surface 24 of the magnetostrictive layer 12.
It is formed around a part between −C, is arranged so as not to contact the substrate 11 and the magnetostrictive layer 12, and is fixed to the pedestal 24. The coil 23-B is formed around a portion of the magnetostrictive layer 12 between the surface 24-A and the surface 24-B, and the substrate 11,
It is arranged so as not to contact the magnetostrictive layer 12, and is fixed to the pedestal 24. Coil 23-A, coil 23-B and pedestal 2
The fixing of No. 4 is the same as that of the first embodiment. The two ends of the copper wire of the coil 23-A and the two ends of the copper wire of the coil 23-B are the detection circuit 2
5, the inductance of the coil is converted into an electric signal, and the differential is output, thereby canceling the influence of temperature change and the like.

【0027】加速度の印加方法や測定方法は実施例1と
同様である。動作は、実施例1と同様の磁気ひずみ効果
による、磁歪層12の透磁率の増減に伴う閉磁気回路の
磁気特性変化に加えて、磁歪層12−面24−Aの距離
変化による磁気回路の変化に伴う、コイル23−Bのイ
ンダクタンス変化も検出することになる。このコイル2
3−Bのインダクタンス変化とコイル23−Aのインダ
クタンス変化を検出回路25によって電気信号に変換
し、その差を出力とした。
The acceleration application method and the acceleration measurement method are the same as in the first embodiment. The operation is performed by the same magnetostrictive effect as in Example 1, in addition to the change in the magnetic characteristics of the closed magnetic circuit due to the increase or decrease in the magnetic permeability of the magnetostrictive layer 12, and the change in the magnetic circuit due to the change in the distance of the magnetostrictive layer 12-face 24-A. A change in the inductance of the coil 23-B due to the change will also be detected. This coil 2
The change in the inductance of 3-B and the change in the inductance of the coil 23-A were converted into an electric signal by the detection circuit 25, and the difference was used as an output.

【0028】最後に特性測定の結果について述べる。実
施例1と同じ条件で測定を行ったところ、0[G]〜5
0[G]までの全ての範囲で1.2[V]/[G]の実
施例1の約2.4倍の高感度で、安定し、線形性の高い
出力が得られた。また、0[Hz]〜3000[Hz]
までの範囲で周波数を変化させたところ0[Hz]の静
的な状態から共振周波数(本実施例2においては160
0[Hz])までの範囲で周波数に依存しない周波数特
性の良い出力が得られた。実施例2において共振周波数
が高くなったのは、取り付け位置の違いによる片持ち梁
の振動部の長さが変化したためである。(実施例2は面
24−Bの中心に長辺の2等分線を合わしているので、
片持ち梁の振動部が短い)再現性、耐久性においても実
施例1と同じ結果が得られた。
Finally, the result of characteristic measurement will be described. When the measurement was performed under the same conditions as in Example 1, 0 [G] to 5
A stable and highly linear output was obtained with a high sensitivity of about 2.4 times that of Example 1 of 1.2 [V] / [G] in all ranges up to 0 [G]. In addition, 0 [Hz] to 3000 [Hz]
When the frequency is changed in the range up to, the resonance frequency is changed from the static state of 0 [Hz] (160 in the second embodiment).
In the range of 0 [Hz]), an output with good frequency characteristics independent of frequency was obtained. The resonance frequency was increased in Example 2 because the length of the vibrating portion of the cantilever was changed due to the difference in the mounting position. (In Example 2, since the long side bisectors are aligned with the center of the surface 24-B,
The same results as in Example 1 were obtained in terms of reproducibility and durability as well (the vibration part of the cantilever was short).

【0029】(実施例3)図5は、実施例3における加
速度センサの側面図である。以下、この図面を参照しな
がら、本実施例の加速度センサについて説明する。本実
施例において基板11、磁歪層12、の構成、材料、作
製プロセスは、実施例1と同じであり、片持ち梁の構
成、作製プロセスも同じである。コイル33−A、コイ
ル33−Bは、実施例1のコイル13の材料を台座34
に巻き付けて構成しており、接着剤で台座及び被服導線
間を固定している。台座34は、本実施例2における台
座24と材料、作製プロセスとも同じである。また検出
回路25の構成、材料、作製プロセスは実施例2と同様
である。測定条件は本実施例1と同じである。
(Third Embodiment) FIG. 5 is a side view of an acceleration sensor according to a third embodiment. Hereinafter, the acceleration sensor of the present embodiment will be described with reference to this drawing. In this embodiment, the substrate 11, the magnetostrictive layer 12 have the same configuration, material, and manufacturing process as in the first embodiment, and the cantilever configuration and manufacturing process are also the same. For the coils 33-A and 33-B, the pedestal 34 is made of the material of the coil 13 of the first embodiment.
It is wound around and is fixed between the pedestal and the clothing conducting wire with an adhesive. The pedestal 34 is the same in material and manufacturing process as the pedestal 24 in the second embodiment. The structure, material, and manufacturing process of the detection circuit 25 are the same as those in the second embodiment. The measurement conditions are the same as in Example 1.

【0030】コイルを除く、基板11、台座34等の構
成は、本実施例2と同じである。コイル33−Aは、台
座突起部34−Aの一部分の周囲に形成してあり、台座
34に固定されている。この構成により、コイルが巻安
くなり、センサユニットの製作が容易になる。コイル3
3−Bは、台座突起部34−Bの一部分の周囲に形成し
てあり、台座34に固定されている。コイル33−A、
コイル33−Bと台座34の固定は、実施例1と同じで
ある。コイル−検出回路の構成は実施例2と同様であ
る。
The structure of the substrate 11, the pedestal 34, etc., excluding the coil, is the same as that of the second embodiment. The coil 33-A is formed around a part of the pedestal protrusion 34-A and is fixed to the pedestal 34. With this configuration, the coil can be wound cheaply and the sensor unit can be easily manufactured. Coil 3
3-B is formed around a part of the pedestal protrusion 34-B and is fixed to the pedestal 34. Coil 33-A,
The fixing of the coil 33-B and the pedestal 34 is the same as that of the first embodiment. The configuration of the coil-detection circuit is similar to that of the second embodiment.

【0031】加速度の印加方法や測定方法は実施例1と
同様である。動作は、実施例2と同様であるが、コイル
33−Aは、磁歪層12〜台座突起部34−A〜台座3
4〜台座突起部34−C間の閉磁気回路の磁気特性の変
化を検出している。同様に、コイル33−Bは、磁歪層
12〜台座突起部34−B〜台座34〜台座突起部34
−C間の閉磁気回路の磁気特性の変化を検出している。
また、温度特性を評価する目的で、実施例1、2、3
のセンサユニットを恒温層に入れ、−30℃〜80℃の
範囲で加速度計測を実施し比較した。
The acceleration applying method and the measuring method are the same as in the first embodiment. The operation is similar to that of the second embodiment, but the coil 33-A includes the magnetostrictive layer 12 to the pedestal protrusion 34-A to the pedestal 3.
The change in the magnetic characteristics of the closed magnetic circuit between 4 and the pedestal protrusion 34-C is detected. Similarly, the coil 33-B includes the magnetostrictive layer 12, the pedestal protrusion 34-B, the pedestal 34, and the pedestal protrusion 34.
The change in the magnetic characteristics of the closed magnetic circuit between −C is detected.
In addition, in order to evaluate the temperature characteristics, Examples 1, 2, 3
The sensor unit of No. 1 was put in a constant temperature layer, and acceleration measurement was performed in the range of −30 ° C. to 80 ° C. for comparison.

【0032】最後に特性測定の結果について述べる。実
施例1と同じ条件で測定を行ったところ、0[G]〜5
0[G]までの全ての範囲で0.9[V]/[G]の高
感度で、安定し、線形性の高い出力が得られた。また、
0[Hz]〜3000[Hz]までの範囲で周波数を変
化させたところ0[Hz]の静的な状態から共振周波数
(本実施例2においては1600[Hz])までの範囲
で周波数に依存しない周波数特性の良い出力が得られ
た。実施例3において、感度が実施例2より低くなった
のは、台座34にコイルを巻き付けているために、イン
ダクタンスの磁歪層によるインダクタンスの変化の割合
が下がったためである。再現性、耐久性においても実施
例1と同じ結果が得られた。
Finally, the result of characteristic measurement will be described. When the measurement was performed under the same conditions as in Example 1, 0 [G] to 5
A stable and highly linear output was obtained with a high sensitivity of 0.9 [V] / [G] in all ranges up to 0 [G]. Also,
When the frequency is changed in the range of 0 [Hz] to 3000 [Hz], it depends on the frequency in the range from the static state of 0 [Hz] to the resonance frequency (1600 [Hz] in the second embodiment). An output with good frequency characteristics was obtained. The sensitivity of the third embodiment is lower than that of the second embodiment because the coil is wound around the pedestal 34, and thus the rate of change in the inductance due to the magnetostrictive layer of the inductance is reduced. Also in terms of reproducibility and durability, the same results as in Example 1 were obtained.

【0033】また、温度特性の測定では、実施例1のセ
ンサが50℃〜80℃の高温で、感度に数%の誤差が生
じたが、実施例2、3のセンサは−30℃〜80℃の範
囲で感度変化は現れず、温度特性の向上が確認できた。
Further, in the measurement of the temperature characteristics, the sensor of Example 1 had an error of several% in sensitivity at a high temperature of 50 ° C. to 80 ° C., but the sensors of Examples 2 and 3 were −30 ° C. to 80 ° C. No change in sensitivity appeared in the range of ° C, and it was confirmed that the temperature characteristics were improved.

【0034】以上実施例1においての基板11、磁歪層
12、コイル13、台座14の形状は上記のものに限定
されるわけではなく、他の形状でも同様のセンサとなる
のは明白である。
The shapes of the substrate 11, the magnetostrictive layer 12, the coil 13, and the pedestal 14 in the first embodiment are not limited to those described above, and it is obvious that other shapes will be similar sensors.

【0035】以上実施例1、2、3においては、磁歪層
12を基板11に固定しているが基板11の一部が磁気
ひずみを有していても同様のセンサとなるのは明らかで
ある。
In Examples 1, 2, and 3 described above, the magnetostrictive layer 12 is fixed to the substrate 11, but it is clear that the same sensor can be obtained even if a part of the substrate 11 has magnetostriction. .

【0036】以上実施例1,2、3においては、磁歪層
12としてFe−Cr−Si−B系アモルファス合金を
用いているが、他の磁気ひずみを有する強磁性体層でも
同様のセンサを構成できるのは明白である。
Although the Fe-Cr-Si-B type amorphous alloy is used as the magnetostrictive layer 12 in Examples 1, 2 and 3, the same sensor is constructed by using other ferromagnetic layers having magnetostriction. It is obvious that you can.

【0037】以上実施例1、2、3においては、基板1
1としてチタンを用いているが、他の材質でも同様のセ
ンサが構成できるのは明白である。
In the first, second and third embodiments described above, the substrate 1
Although titanium is used as the material 1, it is obvious that a similar sensor can be constructed with other materials.

【0038】以上実施例1、2、3においては、検出回
路15は電源、高周波発振器、フィルター、アンプ、整
流回路、直流交流変換回路から構成されているが、他の
インダクタンスを電気信号に変換する回路(例えば、マ
ルチヴァイブレーターを用い、入力信号の位相の遅れを
電気信号に変換する回路等)でも同様のセンサが構成で
きるのは、明白である。
In Embodiments 1, 2, and 3 above, the detection circuit 15 is composed of a power supply, a high-frequency oscillator, a filter, an amplifier, a rectifier circuit, and a DC / AC converter circuit. However, other inductances are converted into electric signals. It is obvious that a similar sensor can be configured by a circuit (for example, a circuit that uses a multivibrator and converts a phase delay of an input signal into an electric signal).

【0039】以上実施例1、2、3においては、加速度
範囲を0[G]〜50[G]としているが、それ以外の
範囲でも基板11が弾性変形をする範囲内で有れば、同
様の出力が得られるのは明白である。
Although the acceleration range is set to 0 [G] to 50 [G] in the first, second, and third embodiments, the same applies as long as the substrate 11 is elastically deformed in other ranges. It is clear that the output of

【0040】以上実施例1、2、3においては、周波数
範囲を0[Hz]〜3000[Hz]としているが、そ
れ以外の範囲でも共振周波数以下で有れば、同様の出力
が得られるのは明白である。
Although the frequency range is set to 0 [Hz] to 3000 [Hz] in the first, second, and third embodiments, similar outputs can be obtained in other ranges as long as the resonance frequency is lower than the resonance frequency. Is obvious.

【0041】以上実施例2においての基板11、磁歪層
12、コイル23−A、コイル23−B、台座24の形
状は上記のものに限定されるわけではなく、他の形状で
も同様のセンサとなるのは明らかである。
The shapes of the substrate 11, the magnetostrictive layer 12, the coil 23-A, the coil 23-B, and the pedestal 24 in the second embodiment are not limited to the above-mentioned ones. It is clear that

【0042】以上実施例2、3においては、台座24と
してフェライトを用いているが、他の強磁性体を用いて
も同様のセンサが構成できるのは当然である。
In Embodiments 2 and 3 above, ferrite is used as the pedestal 24, but it is natural that a similar sensor can be constructed by using other ferromagnetic materials.

【0043】以上実施例3においての基板11、磁歪層
12、コイル33−A、コイル33−B、台座34の形
状は上記のものに限定されるわけではなく、他の形状で
も同様のセンサとなるのは明らかである。
The shapes of the substrate 11, the magnetostrictive layer 12, the coil 33-A, the coil 33-B, and the pedestal 34 in the third embodiment are not limited to those described above, and other shapes may be used as the same sensor. It is clear that

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、応力を受けることによ
り変形する基板と、前記基板上の少なくとも一部に形成
させた磁気ひずみ部と、前記磁気ひずみ部を含む磁気回
路の応力による磁気特性の変化を検知する少なくとも1
つのコイル手段と、これらを固定する少なくとも1つの
台座と、前記コイル手段のインダクタンスを電気信号に
変換する検出回路からなる構成により、磁気ひずみ効果
を利用した、高感度・高耐久性、静的加速度が計測で
き、小型化・量産性に適し、温度特性の優れた性能を持
つ加速度センサが提供される。
According to the present invention, a substrate that is deformed by receiving a stress, a magnetostrictive portion formed on at least a part of the substrate, and a magnetic characteristic due to stress of a magnetic circuit including the magnetostrictive portion. At least 1 to detect changes in
High sensitivity, high durability, and static acceleration utilizing the magnetostrictive effect, which are composed of one coil means, at least one pedestal for fixing them, and a detection circuit for converting the inductance of the coil means into an electric signal. It provides an acceleration sensor that can measure the temperature, is suitable for miniaturization and mass production, and has excellent temperature characteristics.

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

【図1】本発明の第1の実施例における加速度センサの
構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1をA方向からみた上面図FIG. 2 is a top view of FIG. 1 viewed from the direction A.

【図3】本発明の第2の実施例における加速度センサの
構成図
FIG. 3 is a configuration diagram of an acceleration sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図4】図3のB方向からみた側面図FIG. 4 is a side view seen from the direction B in FIG.

【図5】本発明の第3の実施例における加速度センサの
側面図
FIG. 5 is a side view of an acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 磁歪層 13 コイル 14−A 台座 14−B 台座 15 検出回路 11 substrate 12 magnetostrictive layer 13 coil 14-A pedestal 14-B pedestal 15 detection circuit

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】応力を受けることにより変形する基板と、
前記基板上の少なくとも一部に形成させた磁気ひずみ部
と、前記磁気ひずみ部を含む磁気回路の応力による磁気
特性の変化を検知する少なくとも1つのコイル手段と、
これらを固定する少なくとも1つの台座と、前記コイル
手段のインダクタンスを電気信号に変換する検出回路か
ら構成されることを特徴とする加速度センサ。
1. A substrate which is deformed by receiving stress,
A magnetostrictive portion formed on at least a part of the substrate, and at least one coil means for detecting a change in magnetic characteristics due to stress of a magnetic circuit including the magnetostrictive portion;
An acceleration sensor comprising at least one pedestal for fixing these and a detection circuit for converting the inductance of the coil means into an electric signal.
【請求項2】コイル手段が磁気ひずみ部の少なくとも一
部分の周囲に形成されている請求項1記載の加速度セン
サ。
2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the coil means is formed around at least a part of the magnetostrictive portion.
【請求項3】台座の材料が強磁性であり、磁気ひずみ部
と閉磁気回路を形成する請求項1記載の加速度センサ。
3. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the pedestal material is ferromagnetic and forms a magnetostrictive portion and a closed magnetic circuit.
【請求項4】台座の材料が非導電性である請求項1記載
の加速度センサ。
4. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the pedestal material is non-conductive.
【請求項5】磁気ひずみ部材料と基板材料の熱膨張率差
が、±2ppm以内である請求項1記載の加速度セン
サ。
5. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the difference in coefficient of thermal expansion between the magnetostrictive portion material and the substrate material is within ± 2 ppm.
【請求項6】基板材料が非磁性である請求項1記載の加
速度センサ。
6. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the substrate material is non-magnetic.
【請求項7】磁気ひずみ部材料がアモルファス合金から
なる請求項1記載の加速度センサ。
7. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the magnetostrictive portion material is an amorphous alloy.
【請求項8】磁気ひずみ部を有し、応力を受けることに
より変形する変形部分と、変形しない非変形部分を有す
る基板と、前記変形部分と前記非変形部分のそれぞれの
前記磁気ひずみ部を含む磁気回路の磁気特性の変化を検
知する少なくとも2つのコイル手段と、前記コイル手段
のインダクタンスを電気信号に変換し、応力による前記
コイル手段の磁気特性変化を差動として出力する検出回
路から構成されることを特徴とする加速度センサ。
8. A substrate having a magnetostrictive portion, the substrate having a deformable portion that is deformed by receiving stress, a non-deformable portion that is not deformed, and the magnetostrictive portion of each of the deformable portion and the non-deformable portion. It is composed of at least two coil means for detecting a change in the magnetic characteristic of the magnetic circuit and a detection circuit for converting the inductance of the coil means into an electric signal and outputting the change in the magnetic characteristic of the coil means due to stress as a differential signal. An acceleration sensor characterized by the above.
JP32495794A 1994-12-27 1994-12-27 Acceleration sensor Pending JPH08178950A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004065967A1 (en) * 2003-01-23 2004-08-05 Tdk Corporation Shock sensor

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