KR900000581B1

KR900000581B1 - Acceleration sensor

Info

Publication number: KR900000581B1
Application number: KR1019850009409A
Authority: KR
Inventors: 노부유끼 나까지마
Original assignee: 지이제루 기기 가부시기 가이샤; 모찌즈끼 가즈시게
Priority date: 1985-12-14
Filing date: 1985-12-14
Publication date: 1990-01-31
Also published as: KR870006412A

Abstract

The sensor uses at least two capacitors, each having a reference electrode and a divided measuring electrode (6) between which a magnetic fluid (8) is contained. The magnetic fluid is acted on by a magnetic field generator (9) adjacent the split between the measuring electrodes. The reference and measuring electrodes comprises reactangular flat plates, the reference electrode (5) and the measuring electrode coated with a magnetic fluid acted on by a permanent magnet or electromagnetic field.

Description

Acceleration sensor

제1도는 본 발명의 제1실시예에 있어서의 가속도 센서를 나타낸 종단면도.1 is a longitudinal sectional view showing an acceleration sensor in a first embodiment of the present invention.

제2도는 제1도의 A-A선 단면도.2 is a sectional view taken along the line A-A of FIG.

제3도는 제2실시예에 있어서의 가속도센서를 나타낸 종단면도.3 is a longitudinal sectional view showing an acceleration sensor in a second embodiment.

제4도는 제3실시예에 있어서의 가속도센서의 종단면도.4 is a longitudinal sectional view of the acceleration sensor in the third embodiment.

제5도는 제4도의 B-B선 단면도.5 is a cross-sectional view taken along the line B-B in FIG.

제6도는-제8도는 각기 여러 가지 방향으로 가속을 받았을 경우의 자성(磁性)유체의 이동상태를 나타낸 개략도.6 is a schematic diagram showing the state of movement of magnetic fluid when each is accelerated in various directions.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

5a,5b : 기준전극 6a-6d : 검출전극5a, 5b: reference electrode 6a-6d: detection electrode

7a-7d : 콘덴서 8 : 자성유체7a-7d: Capacitor 8: Magnetic Fluid

9 : 자기발생수단9: magnetic generating means

본 발명은 자동차등의 이동체의 가속도를 검출하는 가속도 센서에 관한 것이다.The present invention relates to an acceleration sensor for detecting an acceleration of a moving object such as an automobile.

종래의 가속도 센서의 하나로 일본국 특개소 57-72067호 공보에 계재된 것이 있다. 이것은, 턴성체의 비정질(非晶質)금속연자성체를 접합함과 동시에 탄성체의 일단에 추를 마련하여 중심을 구성하고, 이 중심의 타단을 속이빈 케이싱내에 고정하여 가속에 따라 비정질금속연자성체가 탄성체와 함께 변형하므로 이변형량을 전기코일에 의하여 검출한다음, 가속도를 전기신호로 측정하도록 되어 있다. 그러나, 그와같은 종래예에 있어서는 중심의 탄성체를 변형하여 그변형량으로 가속도를 검출하는 방식이기 때문에, 탄성체의 길이를 짧게하면 장치를 소형화할 수 있는 반면, 감도를 나쁘게하며, 탄성체의 길이를 길게하면 그 반대로 감도를 잘 할 수 있는 반면, 장치의 대형화를 초래한다고 하는 문제점이 있었다.One of the conventional acceleration sensors is listed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-72067. This joins the amorphous metal soft magnetic material of the turn body, forms a weight at one end of the elastic body, forms the center, and fixes the other end of the center in the hollow casing to accelerate the amorphous metal soft magnetic material. Is deformed together with the elastic body so that the amount of deformation is detected by the electric coil and then the acceleration is measured by the electric signal. However, in such a conventional example, since the center elastic body is deformed and the acceleration is detected by the amount of deformation, shortening the length of the elastic body can reduce the size of the device, while reducing the sensitivity and lengthening the length of the elastic body. On the contrary, on the contrary, the sensitivity can be made good, but there is a problem that the device is enlarged.

그래서, 본 고안은, 소형, 경량이며, 그위에 감도가 양호한 가속도 센서를 제공하는 것을 괴제로 하고 있다. 그리고, 본 발명의 요지로 하는바는, 평판상의 기준전극과 이 기준전극에 대향하여 적어도 2분할된 평판상의 검출전극으로 적어도 2개의 콘덴서를 구성하고, 이 콘덴서의 기준전극과 검출전극과의 사이에 자성유체를 이동이 자유롭게 배치함과 함께, 이 콘덴서의 검출전극의 분할부분을 중심으로 자성유체에 작용하는 자기를 발생하는 자기발생수단을 마련하여 콘덴서의 용량변화로 가속도를 전기신호로 검출함에 있다.Therefore, the present invention aims to provide an acceleration sensor that is small in size and light in weight, and has good sensitivity thereon. The gist of the present invention is that at least two capacitors are constituted by a plate-shaped reference electrode and a plate-shaped detection electrode divided at least two to face the reference electrode, and between the reference electrode and the detection electrode of the capacitor. The magnetic fluid is arranged freely in the movement, and the magnetic generating means for generating magnetism acting on the magnetic fluid is provided around the divided part of the detection electrode of the capacitor to detect the acceleration as an electric signal due to the change of the capacitor's capacity. have.

따라서, 가속을 받으면 그로인한 관성력을 받아서 자성유체가 자기발생수단의 자력에 의한 되돌아오는 힘에 저항하여 이동하고, 이 자성유체의 이동으로 평판상의 기준전극과 검출전극에 의하여 구성된 콘덴서의 용량이 변화하고, 이 용량변화에 따라 가속도를 검출하도록 되므로 가속도의 변화에 대하여 자성유체가 예민하게 이동하여 이 때문에, 소형경량이며, 감도를 양호하게 할수 있다.Therefore, upon accelerating, the magnetic fluid moves under the inertia force and resists the return force caused by the magnetic force of the magnetic generating means, and the movement of the magnetic fluid changes the capacitance of the capacitor formed by the reference electrode and the detection electrode on the plate. In addition, since the acceleration is detected in accordance with the change of the capacity, the magnetic fluid moves sensitively to the change in the acceleration, so that the light weight and the sensitivity can be improved.

다음에, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다. 제1도, 제2도에서 본 발명이 제1실시예를 나타내있는바, 하우징(1)은, 기대(2)위에 뚜껑(3)이 고정되어 구성되었으며, 이 하우징(1)내에 비자성체로된 용기(4)가 수납되어 있다. 이 용기(4)는 단면이 자형성의 용기부재(4a),(4b)의 개구부분을 맞서게하여 공기가 새지않게 밀폐하여 속이 비게한 것으로 위쪽의 용기부재(4a)의 내부저면에 2개의 기준전극(5a),(5b)이 아래쪽의 용기부재(4b)이 내부상면에 검출전극(6a),(6b)이 각기 맞보게끔 고정되어 있다. 기준전극(5a),(5b)와 검출전극(6a),(6b)는 각기 방형상의 평판으로, 용기(4)의 중심부분에서 2분할되어 2개의 콘덴서(7a),(7b)를 구성하고 있다. 또, 이콘덴서(7a),(7b)의 기준전극(5a),(5b)과 검출전극(6a),(6b)와의 사이에 다음에 기술하는자성유체(8)가 가속방향으로 이동이 자유롭게 배치되어 있다. 상술한 자성유체(8)는 주지하는 바와같이 예컨데 직경이 100°A정도의 자성체입자 Fe₃O₄를 물이나 기름등의 여러 가지 용매속에 고농도로 분산시킨 콜로이드상의 액체로서 자장을 작용시켜서도 자성체입자의 침강이가 응집이 일어나지 않고, 겉보기에 액체자신이 자성을 지니고 있는 것처럼 동작한다. 그리고, 이 자성유체(8)는 본 고안의 가속도센서가 마련되어 있는 이동체의 가속에 의한 관성력을 좌우방향으로 받으며 이에 따라 그 저성유체(8)가 이동하면, 콘덴서(7a),(7b)의 유전률(誘電率)즉, 콘댄서(7a),(7b)의 정전용량이 변화하도록 되어 있다. 또, 위쪽의 용기부재(4a)의 상부중앙부근에는 방형상의 영구자석 또는 전자석으로 되는 자기발생수단(9)은 자성유체(8)를 콘댄서(7a),(7b)의 분할부분을 중심으로 하여 접합시키도록 하고 있다. 또, 하우징(1)내에서 용기(4)의 상방에는, 전자회로의 배선기판(10)이 마련되었으며, 이 배선기관(10)에 전자회로부품(11)과 출력선(12)이 접속되어, 콘덴서(7a),(7b)의 용량변화를 전기신호(예컨데 전압)로 변환하여 출력선(12)에서 출력하도록 하고 있다.Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show the first embodiment of the present invention, the housing 1 is composed of a lid 3 fixed on a base 2 and formed of a non-magnetic material within the housing 1. The container 4 is housed. The container 4 has a cross section facing the openings of the self-forming container members 4a and 4b so that air is not leaked and hollowed out so that two standards are placed on the inner bottom of the upper container member 4a. The container members 4b at the bottom of the electrodes 5a and 5b are fixed to the inner upper surface such that the detection electrodes 6a and 6b are aligned with each other. The reference electrodes 5a and 5b and the detection electrodes 6a and 6b are rectangular flat plates, respectively, divided into two portions at the center of the container 4 to form two capacitors 7a and 7b. Doing. The magnetic fluid 8 described below is freely moved in the acceleration direction between the reference electrodes 5a and 5b of the capacitors 7a and 7b and the detection electrodes 6a and 6b. It is arranged. As described above, the magnetic fluid 8 is a colloidal liquid in which magnetic particles Fe ₃ O ₄ having a diameter of about 100 ° A are dispersed in various solvents, such as water or oil, in a high concentration. The sedimentation of the particles does not occur and acts as if the liquid itself is magnetic. The magnetic fluid 8 receives an inertial force due to the acceleration of the moving body provided with the accelerometer of the present invention in the left and right directions. In other words, the capacitances of the capacitors 7a and 7b are changed. In addition, near the upper center of the upper container member 4a, the magnetic generating means 9, which is a rectangular permanent magnet or an electromagnet, has a magnetic fluid 8 as the center of the divided parts of the condenser 7a, 7b. It is made to join. Moreover, the wiring board 10 of the electronic circuit was provided above the container 4 in the housing 1, and the electronic circuit component 11 and the output line 12 are connected to this wiring engine 10, The capacitance change of the capacitors 7a and 7b is converted into an electrical signal (for example, a voltage) so as to be output from the output line 12.

상술한 구성에서, 가속을 받고 있지않을 경우에는, 자성유체(8)는 자기발생수단(9)에 따라 용기(4)의 중앙부근에 집합하여 이동하지 않으므로 출력선(12)으로 부터의 출력은 C이다.In the above-described configuration, in the case of not being accelerated, the magnetic fluid 8 does not move in the vicinity of the center of the container 4 in accordance with the magnetic generating means 9, so that the output from the output line 12 C.

여기에서, 예컨데 제1도의 왼쪽 방향으로 가속이 가하여지면, 자성유체(8)는 가속방향과는 반대로 오른쪽방향의 관성력을 받으므로 자기발생수단(9)에 의한 자력에 저항하여 오른쪽 방향으로 이동한다. 여기서 콘덴서 (7a),(7b)의 용량을 각기 C₁,C₂라고 하면 각각의 유전률이 변화하여 C₁＞C₂로 되어, 이 용량 C₁,C₂의 대소를 비교함에 따라 가속의 방향을 검출할 수 있다. 이때의 △C=C₁-C₂를 연산함에 따라 가속도의 크기를 검출할 수 있다.Here, for example, when acceleration is applied in the left direction of FIG. 1, the magnetic fluid 8 receives the inertial force in the right direction as opposed to the acceleration direction, and thus moves in the right direction against the magnetic force by the magnetic generating means 9. . Here, when the capacitances of the capacitors 7a and 7b are C ₁ and C ₂ , respectively, the dielectric constants are changed to C ₁ > C ₂ , and the direction of acceleration is increased by comparing the magnitudes of the capacitances C ₁ and C ₂ . Can be detected. The magnitude of the acceleration can be detected by calculating ΔC = C ₁ -C ₂ at this time.

제3도에서 본 발명의 제2실시예를 나타낸 것으로, 제1실시예와 비교하면 자기발생수단(9)을 용기(4)의 상부와 하부에 마련한 점만이 다르고 동일부분에 대하여는 동일번호를 도면에 붙여서 그 설명을 생략한다. 제4도-제8도에서 본 발명의 제3실시예를 나타낸 것으로, 이 제3실시예는 상술한 2가지 실시예가 한축방향의 가속도를 검출하는 것이 있음에 대하여, XY2축 방향의 가속도를 검출할 수 있도록 한 것이므로 제1도는 제2의 실시예와 동일부분에 대하여는 그 설명을 생략한다. 즉, 하우징(1)은 원통상의 뚜껑(2)을 지녔으며, 이 뚜껑(2)내에 마찬가지로 원통상의 용기(4)가 수납되었으며, 이 용기(4)를 구성하는 상방의 용기부재(4a)의 내부저면에 기준전극(5a)이 이 기준전극(5a)에 대향하여 아래쪽의 용기부재(4b)이 내부상면에 검출전극(6a),(6b)이 각기 고정되어 있다. 이 기준전극(5a)은 원판상으로 각검출전극(6a)과 대향하는 공통전극으로 되어 있으며, 또 검출전극(6a∼6b) 은, 용기(4)의 중심에서 방사상으로 4분할되어 있으며 이 기준전극(5a)과 검출전극(6a∼6b)에 의하여 4개의 콘덴서 (7a),(7b)가 구성되어 있다. 그리고, 자성유체(8)는 콘덴서 (7a),(7b)의 기준전극(5a)과 검출전극(6a∼6b)의 사이에 배치되어 둥근모양()의 자기발생수간(9)에 의하여 용기(4)의 중심부근에 원형(원形)으로 되어 집합 하도록 되어있다.3 shows a second embodiment of the present invention. Compared to the first embodiment, only the points in which the magnetic generating means 9 are provided on the upper and lower portions of the container 4 are different, and the same reference numerals are used for the same parts. The description is omitted. 4 to 8 show a third embodiment of the present invention. In this third embodiment, the accelerations in the XY2 axis direction are detected while the above-described two embodiments detect the acceleration in one axis direction. 1, the description of the same parts as those of the second embodiment will be omitted. That is, the housing 1 has a cylindrical lid 2, in which a cylindrical container 4 is similarly housed in the lid 2, and the upper container member 4a constituting this container 4 is provided. The reference electrode 5a is opposed to the reference electrode 5a on the inner bottom surface of the bottom surface, and the lower electrode member 4b is fixed to the detection electrodes 6a and 6b on the inner upper surface, respectively. The reference electrode 5a has a disc shape and is a common electrode facing each detection electrode 6a, and the detection electrodes 6a to 6b are divided into four radially at the center of the container 4. Four capacitors 7a and 7b are formed by the electrode 5a and the detection electrodes 6a to 6b. The magnetic fluid 8 is disposed between the reference electrodes 5a of the capacitors 7a and 7b and the detection electrodes 6a to 6b, and is formed by the magnetic field between the round shaped magnets 9. It is designed to gather in a circle near the center of 4).

따라서, 예컨데 X방향, Y방향 또는 XY45°방향으로 가속이 가하여지면, 제6도∼제8도에 나타낸 바와같이 자성유체(8)는 그 가속방향과는 반대방향으로 관성력을받아서 타원상으로 변형하면서 이동하여 각 콘덴서 (7a∼7b)의 용량C₁∼C₄가 변화한다. 여기서 X방향으로 가속을 받았을 경우에는, C₃=C₄, C₁＜C₂Y방향으로 가속을 받았을 경우에는 C₁=C₂, C₁＜C₂X,Y45°방향으로 가속을 받았을 경우에는 C₁=C₂, C₃=C₄로 되므로 각각의 용량 C₁∼C₄을 비교함으로서 가속방향을 검출할 수 있다.Thus, for example, when acceleration is applied in the X, Y or XY45 ° direction, as shown in FIGS. 6 to 8, the magnetic fluid 8 receives an inertial force in a direction opposite to the acceleration direction and deforms into an ellipse shape. While moving, the capacitors C _{1 to} C ₄ of the capacitors 7a to 7b change. In this case, when accelerating in the X direction, C ₃ = C ₄ , C ₁ <C _{2 In} case of being accelerated in the Y direction, C ₁ = C ₂ , C ₁ <C ₂ When accelerating in the X, Y45 ° direction It is C ₁ = C _2, C ₃ = C _4, so as can detect the acceleration direction by comparing each of the capacitor C ₁ ~C _4.

또, 각각의 방향에 있어서의 가속도의 크기 △C는 각기 △C=C_1-C_2,△C=C_3-C_4,△C=C_1-C_4,△C=C_2-C₃에 대응하는 값으로 되어, 이로부터 검출할 수 있다.Incidentally, the magnitudes of the accelerations ΔC in the respective directions are ΔC = C ₁ -C _2, ΔC = C ₃ -C _4, ΔC = C ₁ -C _4, ΔC = C ₂ -C _{3, respectively.} It becomes a value corresponding to and can detect from it.

더우기, 상술한 제3의 실시예에 있어서는, 4개의 콘덴서를 마련하고 있으나, 최저 3개라도 XY 2축방향의 가속도의 검출이 가능하며, 또 검출전극은 4각, 3각등의 여러 가지 형상으로 할 수 있다. 또 제1-제3의 실시예에 있어서는, 콘덴서의 전극에 자성유체가 직접으로 접촉하도록 되어 있으나, 전극의 표면에 테프론(상품명)등으로 피복하여 전극의 산화를 방지함과 함께, 자성유체의 흐름을 잘할 수도 있다.Furthermore, in the above-described third embodiment, four capacitors are provided, but at least three can detect acceleration in the XY biaxial direction, and the detection electrodes have various shapes such as quadrilateral and triangular. can do. In the first to third embodiments, the magnetic fluid is in direct contact with the electrode of the capacitor. However, the surface of the electrode is covered with Teflon (trade name) or the like to prevent oxidation of the electrode and You can flow well.

이상으로 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 가속을 받아서 이동하는 부분을 자성유체로 함과 동시에, 이 자성유체의 위치를 평판상의 콘덴서의 용량으로 변환하여, 이 콘덴서의 용량변화로 가속도를 검출하도록 하였으므로, 소형경량으로,또한 감도가 양호한 가속도 센서를제공할 수 있다.As described above, according to the present invention, the portion moving under acceleration is made into a magnetic fluid, the position of the magnetic fluid is converted into a capacitance of a flat capacitor, and the acceleration is detected by the capacitance change of the capacitor. Therefore, it is possible to provide an acceleration sensor with small light weight and good sensitivity.

또, 가동부분이 자성유체로 구성하여, 검출부분에 있어서의 기계적인 지지기구을 불필요하게 하였으므로, 내구성, 신뢰성이 향상하는 등의 효과를 이루었다.In addition, since the movable part is made of magnetic fluid, and the mechanical support mechanism in the detection part is unnecessary, durability and reliability are improved.

더우기, 가속도센서를 기울게하면 자성유체 중력가속도가 작용하여 콘덴서의 용량이 변화하므로 가속도센서를 설치하고 있는 장치의 경사각도를 측정하는 것이 가능하여 경사각센서로 사용할 수도 있다.In addition, when the acceleration sensor is inclined, the magnetic fluid gravity acceleration acts to change the capacity of the condenser, so it is possible to measure the inclination angle of the device in which the acceleration sensor is installed.

Claims

At least two capacitors 7a to 7b are formed of the plate-shaped reference electrodes 5a and 5b and the plate-shaped detection electrodes 6a to 6b separated from each other by at least two portions of the plate-shaped reference electrodes 5a and 5b. The magnetic fluid 8 is disposed between the 5a and 5b and the detection electrodes 6a and 6b so as to be free to move, and the detection electrodes 6a and 6b of the capacitors 7a-7b. Magnetization means (9) for generating magnetism acting on the magnetic fluid (8) centered on the divided portion of the < RTI ID = 0.0 >), < / RTI > Acceleration sensor

2. An acceleration sensor as claimed in claim 1, wherein the detection electrodes (6a to 6b) are divided into at least three radially on the same side opposite to the reference electrodes (5a) and (5b).