KR19980063663A - 충격센서 - Google Patents

Abstract

마그넷의 특성격차에 의한 센서특성에의 영향을 배제할 수 있고, YZ 방향으로 360°주회(周回)한 전방향으로부터의 충격을 검출할 수 있는 충격센서를 제공한다.

충격센서20은, 케이스21 내에 설치된 MR 소자22, MR 소자22 출력을 파형정형하는 파형정형회로부23, MR 소자22에 바이어스자계를 인가하기 위한 코일24, 자성유체25, 자성유체25를 봉입하기 위한 밀폐된 용기26을 구비하는 것으로 구성한다.

Description

충격센서

본 발명은 충격센서에 관한 것이며, 상세히 말하면, 자동차의 에어백 시스템 등에 사용되는 충격센서에 관한 것이다.

자동차의 에어백 시스템에서는 자동차 충돌 시에 가해지는 충격을 감지하는 충격센서를 세이핑센서로서 사용하고, 이 충격센서의 감지출력에 의해서 에어백의 작동장치를 기동시켜 에어백을 부풀게 하여 충격으로부터 드라이버를 보호하는 구성으로 되어 있다.

종래의 이런 종류의 충격센서로서는, 예를 들면 일본국 특개평7-198738호 공보, 일본국 특개평8-29444호 공보에 기재된 것이 있다.

도 11은 종래의 자동차의 에어백 시스템 등의 세이핑센서로서 사용되고 있는 리이드 스위치형 충격센서의 구조를 표시한 도면이다.

도 11에서, 11은 케이스, 12는 케이스11에 설치된 리이드 스위치, 13은 마그넷14를 고정하는 스프링, 14는 스프링13에 의해 지탱된 마그넷이다.

케이스11에 설치되어 있는 리이드 스위치12는 스프링13으로 고정되어 있는 마그넷14가 리이드 스위치 동작 영역 밖에 있기 때문에, 개방분리 되어 있다.

이 충격센서에 예를 들면 도 11에 나타내는 화살표 방향으로부터 충격이 인가되여, 그 때 마그넷14의 중량에 가해지는 가속도가 스프링13의 탄성력을 상회하면, 마그넷14가 리이드 스위치동작영역까지 이동하여, 리이드 스위치12가 폐쇄되게 된다.

그렇지만, 이러한 종래의 리이드 스위치형 충격센서에서는 예를 들면 도 11에 있어서는 화살표가 나타내는 한 방향으로부터 인가되는 충격만 이고, 다른 방향으로부터의 충격은 검출불가능하다는 문제점이 있었다. 또, 마그넷을 사용하고 있기 때문에 마그넷의 중량, 치수, 자속밀도의 격차에 의한 센서 특성의 격차 등의 문제점이 있었다. 또, 리이드 스위치를 검출소자로 하고 있기 때문에, 소형화에 한도가 있었다.

본 발명은 마그넷의 특성 변동에 의한 센서 특성의 영향이 배제할 수 있고, YZ 방향으로 360°주회(周回)한 전방향(全方向)으로부터의 충격을 검출할 수 있는 충격센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 충격센서는 케이스 내에 고정된 자기저항소자와 자기저항소자에 바이어스자계를 인가하기 위한 코일과, 밀폐된 용기에 봉입되고, 자기저항소자에의 바이어스자계를 변화시키는 자성유체와, 자기저항소자의 출력에 대하여 소정의 신호처리를 하는 출력회로부를 구비하는 것으로 구성된다.

상기 출력회로부는 회로 특성을 조정하는 소정의 회로소자를 구비한 것이라도 좋고, 상기 회로소자는 조정 또는 교체 가능한 외부 부착 저항으로서도 좋다.

상기 출력회로부는 타이머회로를 구비하며, 타이머회로에 의해 일정길이의 출력파형을 얻도록 한 것이라도 좋고, 상기 타이머회로는 모노스테이블·멀티바이브레이터라도 좋다.

도 1은 본 발명을 적용한 제 1의 실시형태에 관한 충격센서의 구성을 도시한 도면.

도 2는 상기충격센서의 MR 소자패턴 형상을 도시한 도면.

도 3은 상기 충격센서의 파형정형회로부의 구성을 나타내는 회로도면.

도 4는 상기 충격센서의 파형정형회로부의 가속도-출력 전압의 특성 도면.

도 5는 상기 충격센서의 파형정형회로부의 가속도-출력전압의 특성도면.

도 6은 본 발명을 적용한 제 2의 실시형태에 관한 충격센서의 파형정형회로부의 구성을 나타내는 회로도면.

도 7은 본 발명을 적용한 제 3의 실시형태에 관한 충격센서의 파형정형회로부의 구성을 나타내는 회로도면.

도 8은 상기 충격센서의 파형정형회로부의 각 부의 파형을 나타내는 파형도면. 도 9는 상기 충격센서의 파형정형회로부의 트리거 펄스를 나타내는 파형도면.

도 10은 상기 충격센서의 파형정형회로부의 출력파형을 나타내는 파형도면.

도 11은 종래의 충격센서의 구성을 도시한 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 충격센서 21 : 케이스

22 : MR소자(자기저항소자) 23,30,40 : 파형정형회로부(출력회로부)

24 : 코일 25 : 자성유체

26 : 용기 27 : 전원단자Vcc

28 : 출력단자 Vout 29 : 그라운드단자 GND

발명의실시의형태

본 발명에 관한 충격센서는 자동차의 에어백 시스템 등에 사용되는 충격센서에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1의 실시형태에 관한 충격센서의 구성을 표시한 도면이며, 본 실시형태에 관한 충격센서는 종래의 리이드 스위치형 충격센서로 바꾸어서 사용할 수 있다.

도 1에서, 충격센서20은 케이스21, 케이스21 내에 설치된 MR 소자22(자기저항소자), MR 소자22출력을 파형정형하는 파형정형회로부23(출력회로부), MR 소자22에 바이어스자계를 인가하기 위한 코일24, 자성유체25, 자성유체25를 봉입하기 위한 밀폐된 용기26으로 구성된다.

또, 본 충격센서20을 동작시키기 위해서는 미리 코일24에 전압을 인가해 놓는다. 그 때, 도 1에 표시한 바와 같이, 자성유체25는 코일24에 의해서 형성된 자기 곡선상에 흡인되어 용기26 중앙부에 집합한다.

또, 케이스21 외부에는 전원단자27, 출력단자28, 그라운드단자29가 부착되어 있다.

상기 MR 소자22는 자기에 의해 저항값이 변화하는 자기저항효과 소자이며, 도 2에 도시한 바와 같이, 강자성금속(强磁性金屬)을 주성분으로 하는 합금의 박막으로 이루어지는 MR 소자패턴은 구부러진 선형이다. 이 MR 소자패턴이 외부자계에 의해서 어느 방향으로 자화되는 것에 따라 저항율이 변화한다.

도 3은 상기 파형정형회로부23의 구성을 나타내는 회로도면이다.

도 3에서, R1∼R4는 도 1에서의 MR 소자22를 구성하는 MR 소자이며, 서로 역방향의 두 방향으로부터의 충격을 감지하기 위해서, 4개의 MR 소자R1∼R4로 구성된다. 이 4개의 MR 소자R1∼R4를 등간격으로 배열하고, MR 소자R1과 R2와 MR 소자R3과 R4를 각각 쌍으로 하여 직렬로 접속하고, 이들 직렬접속회로를 전원Vcc와 그라운드 GND와의 사이에 병렬로 접속하는 것으로, MR소자R1, R2의 접속점과 MR소자R3, R4의 접속점으로부터 출력A, B를 얻을 수 있다.

출력A와 출력B의 밸런스를 취하기 위해서, 각각의 저항값을 R1=R4, R2=R3 또는 R1=R2=R3=R4로 설정한다. 이때, MR 소자의 저항값은 통상 각각 2∼3KΩ정도이다.

또, 도 3에서, OP 앰프 A는 차동증폭(差動增幅)을 행하는 앰프, OP 앰프 B는 역대수증폭(逆對數增幅)을 행하는 앰프, OP 앰프 C는 전압비교를 행하는 앰프, R5, R6은 분압회로를 구성하는 저항이다. 또, 외부에서의 전원단자Vcc, 그라운드단자GND, 출력단자Vout를 설치한다.

MR 소자R1, R2의 출력A는 OP 앰프 A의 반전입력에 접속되고, MR 소자R3, R4의 출력B는 OP 앰프 B의 비반전입력에 접속된다. OP 앰프 A는 출력A와 출력B의 차동증폭을 행한다.

OP 앰프 A의 출력단은 OP 앰프 B의 비반전입력(非反轉入力)에 접속되고, OP 앰프 B의 반전입력은 전원Vcc에 접속된다. OP 앰프 B는 OP 앰프 A의 출력전압을 역대수증폭한다.

OP 앰프 B의 출력단은 OP 앰프 C의 비반전입력에 접속되고, OP 앰프 C의 반전입력은 분압저항R5, R6에 접속된다. OP 앰프 C는 OP 앰프 B에서 역대수증폭된 출력전압을 비교 증폭하여, 출력전압Vout를 출력한다.

또, 인가 전압 범위는 OP 앰프 A와 OP 앰프 B, OP 앰프 C의 전압 범위를 고려한 값으로 한다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 충격센서20의 동작을 설명한다.

도 1에 표시한 바와 같이, YZ 방향으로 360°주회한 방향으로부터, 자성유체25를 집합시키고 있는 코일의 자기흡인력을 이겨내는 충격이 인가될 경우, 자성유체25가 이동하여, MR 소자22에 인가되는 자계강도가 변화한다.

MR 소자22에 인가되는 자계강도가 변화하면, 도 3에 나타내는 회로에서, MR 소자R1∼R4의 출력A 및 출력B의 전압이 변화하여, 이 밸런스가 무너진 두 개의 출력A 및 출력B는 OP 앰프 A에 의해 차동증폭된다. 도 3의 a 점에서는 가속도에 따라서 도 4에 나타내는 출력전압변화를 얻을 수 있다.

또, OP 앰프 A의 출력은 OP 앰프 B의 비반전입력에 입력되고, OP 앰프 B는 OP 앰프 A의 출력 전압을 역대수증폭한다. 즉, 도 3의 a 점에 출력된 전압이 OP 앰프 B에 의해 역대수증폭되고, 도 3의 b 점에는 가속도에 따라서 도 5에 나타내는 출력전압변화를 얻을 수 있다.

또, OP 앰프 B의 출력은 OP 앰프 C의 비반전입력에 입력되고, OP 앰프 C는 기준전압과 입력전압을 비교하여, 예를 들면 입력전압이 기준전압보다 높은 경우ON, 낮은 경우OFF로 설정한다.

이상 설명한 바와 같이, 제 1의 실시형태에 관한 충격센서20은 케이스21 내에 설치된 MR 소자22, MR 소자22출력을 파형정형하는 파형정형회로부23, MR 소자22에 바이어스자계를 인가하기 위한 코일24, 자성유체25, 자성유체25를 봉입하기 위한 밀폐된 용기26을 구비하여 검출소자에 자계를 인가하는 수단으로서 코일24를 사용하여 자성유체25와 조합함으로써, 마그넷 자체(自體)를 사용하지 않기 때문에, 마그넷의 중량, 치수, 자속밀도 등의 특성의 격차에 의한 센서 특성에의 영향을 배제할 수 있다.

또, 도 11에 나타내는 종래 예와 같이 화살표로 나타내는 한 쪽 방향만이 아니고, 도 1에 표시한 바와 같이 YZ 방향으로 360°주회한 전방향(全方向)으로부터의 충격을 검출가능한 충격센서가 된다.

이와 같이, 모든 방향으로부터의 충격을 검출할 수 있게 되고, 본 충격센서를 예를 들면 자동차의 에어백 시스템에서의 세이핑센서로서 사용할 경우에 다방향(多方向)으로부터의 충격에 대하여 에어백 장치를 기동시킬 수 있어, 에어백 시스템의 안전성을 보다 높일 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 2의 실시형태에 관한 충격센서의 파형정형회로부의 구성을 나타내는 회로도면이다. 또, 본 실시형태인 충격센서의 설명에 있어서 도 3에 나타내는 파형정형회로부와 동일구성부분에는 동일부호를 붙이고 중복부분의 설명은 생략한다.

본 실시형태는 파형정형회로부에 교체 또는 조절 가능한 외부 부착 저항을 설치하여, 그 외부 부착 저항을 조정하도록 한 것이다.

도 6에서, 파형정형회로부30의 OP 앰프 C에 기준전압을 공급하기 위한 분압저항R5, R6 중, 저항R6은 조절 또는 교체 가능한 외부 부착 저항R6(회로 소자)에 의해 구성한다. 저항R5와 저항R6의 저항값은 예를 들면 5KΩ정도로 설정한다. 또, 이 외부 부착 저항R6은, 저항값을 조정 가능한 가변 저항이라도 좋고, 또 미리 복수의 저항을 설치하여, 선택사용하는 구성의 것이라도 좋다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 파형정형회로부30을 사용한 충격센서의 동작을 설명한다.

도 6의 회로는, OP 앰프 C의 기준 전압인 비반전입력측의 전압을 R6의 변경, 또는 교체로 설정하는 것이 가능하다. 이 외부 부착 저항R6에 의해, MR 소자의 출력이 어느 정도 변화했을 때에, 센서가 ON/OFF 동작하던가 변경가능하게 된다.

예를 들면, 도 6의 외부 부착 저항R6의 조절 또는 교체에 의하여, 출력 전압을 상기 도 5의 A점, 요컨대 OP 앰프 B의 출력변화선상(가속도가 0인 점 및 출력변화포화점을 제외하는)의 전압에 설정한다. 그 때, 상기 도 1의 센서에 있어서, YZ 방향에 360°주회한 방향으로부터 충격을 인가하며, 그 충격이 도 5의 A 점에서의 충격 가속도를 상회하고 있는 경우만, 센서가 동작하는 구조로 되어 있다.

이상 설명한 바와 같이, 제 2의 본 실시형태에 관한 충격센서는, MR 소자22의 파형정형회로부30에, 조절 또는 교체 가능한 저항R6을 설치하는 것으로, 감도를 조정하는 기구를 구비한 충격센서가 실현된다.

도 7은 본 발명의 제 3의 실시형태에 관한 충격센서의 파형정형회로부의 구성을 나타내는 회로도면이다. 또, 본 실시형태인 충격센서의 설명에 있어서 도 3에 나타내는 파형정형회로부와 동일구성 부분에는 동일부호를 붙이고 중복 부분의 설명을 생략한다.

본 실시형태는 파형정형회로부에, 모노스테이블·멀티바이브레이터 같은 타이머회로를 설치하여, 이 타이머회로에 의해 일정길이의 출력파형을 얻을 수 있도록 한 것이다.

도 7에서 파형정형회로부40의 OP 앰프 C의 출력측에, OP 앰프 C, 콘덴서 CP, CT, 다이오드 D1, D2 및 저항RT, R1, R7, R8 로 이루어지는 모노스테이블·멀티바이브레이터회로41(타이머 회로)을 부가하여 구성한다.

이하, 상술한바와 같이 구성된 파형정형회로부40을 사용한 충격센서의 동작을 설명한다.

도 7에서 MR 소자R1∼R4와 OP 앰프 A, OP 앰프 B와 OP 앰프 C는, 상기 도면3의 회로와 같이 설정한다.

다음에, 저항R5와 R6을 R5=R6에 설정한다. 그때, 상기 도면1에 나타내는 센서에 화살표 방향으로부터 충격이 인가되었다고 하면, 도 7의 회로중의 MR 소자 출력 전압차를 증폭한 OP 앰프 A에서의 입력전압이, OP 앰프 B에 의해 역대수증폭되어, OP 앰프 C의 반전입력측(부입력측)에 입력되어 그 전압이 비반전입력측(정)입력측)의 전압을 상회했을 때, 트리거 펄스가 콘덴서 CP를 통해서 가해지며, 반전입력의 전압이 비반전측을 하회하면, 출력전압Vout는 도 8의 파형에 나타내는 ＋V까지 상승한다.

CT의 반대측, 요컨대 OP 앰프 D의 비반전입력도 이에 따라서 상승하고, 저항RT의 양단에는 도 8의 VRT에 나타내는 전압이 인가된다. 이 전압VRT에 의해서 RT에 흐르는 전류로 콘덴서 CT가 충전되며, RT의 전압은 도 8의 VRT에 도시한 바와 같이 시간과 함께 내려간다. 여기서, R5=R6에 설정되어 있기 때문에, RT의 전압이 초기의 반분이 됐을 때, OP 앰프 D의 비반전입력의 전압이 반전입력을 하회하며, 재 출력은 제로가 된다.

도 7의 회로에서 콘덴서와 저항의 조절과 교체에 의하여, 예를 들면 도 9에 나타내는 어떠한 트리거 펄스가 OP 앰프 D에 인가된 경우라도, 출력으로부터는 도 10에 나타내는 파형만 얻을 수 있다.

따라서, 제 3의 본 실시형태에 관한 충격센서는 MR 소자22의 파형정형회로부40에, 모노스테이블·멀티바이브레이터회로41을 설치하는 것으로, 어떠한 형상의 트리거 펄스가 인가됐을 때도, 일정길이의 파형을 출력하는 충격센서를 실현할 수 있다.

이러한 뛰어난 특징을 가지는 충격센서를, 자동차의 에어백 시스템 등에 사용되는 충격센서에 적용하면, 이 에어백 시스템에 있어서 안전성의 향상을 도모할 수 있다.

또, 상기 실시형태에 관한 충격센서를 상술한바와 같은 자동차의 에어백 시스템 등에 사용되는 충격센서에 적용할 수 있지만, 물론 이에 한정되지 않고, 충격을 검지 하는 시스템이면 모든 장치에 적용 가능한 것이다.

또, 상기 충격센서를 구성하는 MR소자, 자성유체의 종류, 수 등, 그 위에 파형정형회로부를 구성하는 OP 앰프 등의 종류, 수 등은 전술한 실시형태에 한정되어있지 않는다.

본 발명에 관한 충격센서로서는 케이스 내에 고정된 자기 저항소자와, 자기 저항소자에 바이어스 자계를 인가하기 위한 코일과, 밀폐된 용기에 봉입되어, 자기 저항 소자에의 바이어스 자계를 변화시키는 자성유체와, 자기 저항 소자의 출력에 대하여 소정의 신호처리를 하는 출력회로부를 구비하여 구성하였기 때문에, 마그넷의 특성 격차에 의한 센서 특성에의 영향을 배제할 수 있고, YZ 방향으로 360°주회한 전방향으로부터의 충격을 검출할 수 있다.

Claims (5)

1. 케이스 내에 고정된 자기저항소자와,

   상기 자기저항소자에 바이어스자계를 인가하기 위한 코일과,

   밀폐된 용기에 봉입되고, 상기 자기저항소자의 바이어스자계를 변화시키는 자성유체와,

   상기 자기저항소자의 출력에 대하여 소정의 신호처리를 하는 출력회로부를 구비한 것을 특징으로 하는 충격센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 출력회로부는 회로 특성을 조정하는 소정의 회로소자를 구비한 것을 특징으로 하는 충격센서.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 회로소자는 조정 또는 교체 가능한 외부 부착 저항인 것을 특징으로 하는 충격센서.
4. 제 1 항 또는 제 2 항의 어느 한 항에 있어서,

   상기 출력회로부는 타이머회로를 구비하고,

   상기 타이머회로에 의해 일정길이의 출력파형을 얻도록 구성한 것을 특징으로 하는 충격센서.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 타이머회로는 모노스테이블·멀티바이브레이터인 것을 특징으로 하는 충격센서.