JPH10319035A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一定加速度や極低周波振動の加速度の検出が
可能で、測定対象の範囲も広い加速度センサを提供す
る。 【解決手段】永久磁石の磁界を検出する検出手段を用い
た加速度センサとして、角枠状の固定部２と、その内側
に取付けられた板バネ状の可動部３と、その両面に設け
た重錘体４、４１と、重錘体、４１に重ねて接合した永
久磁石５、５１と、永久磁石５、５１に対向する位置に
配置されて直流磁界を検出する磁気センサ６、６１と、
磁気センサ６、６１の出力から加速度を算出する演算部
７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗素子、ホ
ール素子、フラックスゲート等のように直流磁界を検出
できる磁気センサを利用して加速度を検出する加速度セ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加速度センサには、加速度によっ
て生じる重錘体の変位を磁界の変化として検出する誘導
形ピックアップ方式によるものが提案されている（例え
ば、特開平５−１４２２４６号公報）。このセンサの構
造を図を用いて説明する。図７は従来の加速度センサの
一部破断斜視図である。図において２１は角枠状をした
フレームであり、その中央には薄板状のビーム２３を介
して重錘体２４が形成されている。上面に薄膜磁石２５
を固定された重錘体２４はビーム２３によって両側から
弾性支持され、上下に揺動自在となっている。フレーム
２１の上下面にはそれぞれカバー２７、ベース２２が固
定されており、カバー２７の内面には薄膜磁石２５に対
面して磁界の変化を検出するコイル２６が設けられてい
る。このような構成において、加速度センサ２０に加速
度が印加されると、全体が振動しビーム２３が弾性変形
するので薄膜磁石２５とコイル２６のエアギャップが変
化し、コイル２６に電流が誘起されて加速度に対応した
信号を得ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図７に示す
従来の加速度センサ２０は、重錘体２４が変位して生じ
るコイル２６の誘導電流を検出するので、一定加速度で
運動中の物体の加速度や重力加速度等、一定加速度の検
出ができないという欠点があった。またコイル２６に発
生する誘導電流の大きさは重錘体２４の変位速度に比例
するので、橋梁等の大型建築物や船舶等で発生する極低
周波振動に対しては出力が非常に小さくなり検出が困難
であるという欠点もあった。さらに、重錘体２４の重さ
とビーム２３の剛性が一定していて加速度センサとして
の検出感度と周波数帯域が固定されているため、測定対
象の範囲が狭いという欠点もあった。そこで、本発明
は、かかる欠点を解消するためになされたものであり、
一定加速度や極低周波振動の加速度の検出を可能とし、
測定対象の範囲が広い加速度センサを提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、本発明の加速度センサは、永久磁石の磁界を検出す
る検出手段を用いた加速度センサにおいて、角枠状の固
定部と、該固定部の内側に少なくともその一端が取付け
られた板バネ状の可動部と、該可動部の一部の両面に設
けられた重錘体と、該重錘体に重ねて接合された両面の
永久磁石と、前記固定部内側の位置であって且つ前記永
久磁石に対向する位置に配置され、前記永久磁石の直流
磁界を検出する２つの磁気センサと、該２つの磁気セン
サの信号を入力して演算し、外部から前記固定部に印加
される加速度に対応する信号を出力する演算部と、を備
えており、磁気センサは磁気抵抗素子と、ホール素子
と、フラックスゲートの何れかであること、可動部の長
さと張力の何れかを調整する調整手段を備えたこと、を
特徴としている。上記手段により、低周波振動の加速度
や一定加速度が印加されても永久磁石の磁界変化を検出
して加速度の検出をすることができ、さらに感度と検出
周波数帯域が可変のため加速度の測定対象が広がるので
ある。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は本発明の第１実施例を示す加速度
センサの構成を示す図であり、その一部が斜視図となっ
ている。図において加速度センサ１は、角枠状の固定部
２と、固定部２の内側に一端が固定された板ばね状の可
動部３と、固定部２の中央部分に位置し可動部３の両面
に取り付けられた重錘体４、４１と、重錘体４、４１に
重ねて接合された永久磁石５、５１と、固定部２の内側
の位置であって且つ永久磁石５、５１に対向する位置に
配置された磁気センサ６、６１と、磁気センサ６、６１
の信号を入力して減算する加速度演算部７から構成され
ている。磁気センサ６、６１は、それぞれ永久磁石５、
５１が作る磁界を検出して対応する信号を出力するの
で、磁気センサ６、６１の位置の磁界が変動すればその
変動に応じて出力も変動する。

【０００６】このような構成において加速度センサ１の
動作について説明する。まず、加速度センサ１の固定部
２に加速度が加わえられていないときは、重錘体４、４
１に力が作用しないため、可動部３は撓むことなく中央
の平衡点に静止しており、磁気センサ６、６１の出力が
初期値をとるのでその信号を演算する加速度演算部７の
信号は初期値すなわち加速度ゼロの信号を出力する。次
に加速度センサ１の固定部２に加速度が加わえられる
と、加速度の大きさに応じて重錘体４、４１に力が作用
し、力の方向と大きさに応じて可動部３が変位する。そ
うすると重錘体４、４１の上下面の永久磁石５、５１も
変位するので、これらから受ける磁界が変化して磁気セ
ンサ６、６１の出力信号も変化し、一方の信号は加速度
に比例して増加し、他方は加速度に比例して減少する。
これらの信号が加速度演算部７に入力されて減算される
と、加速度に比例した信号が出力される。このようにし
て固定部２に加速度が印加されると加速度演算部７から
加速度に比例した信号が出力されるのである。

【０００７】この実施例では、２つの磁気センサの信号
を減算して加速度を求めているので、同相のノイズを相
殺してセンサとしての感度が高いという特徴がある。ま
た、従来の加速度センサに比べて可動部３の剛性に対す
る重錘体４、４１の質量が大きめに設定されているの
で、大きくない加速度でも可動部３が撓むことができ、
加速度の直流成分と極低周波振動で生じる低周波の小さ
な加速度も高感度で検出することができる。以上述べた
加速度センサ１の磁気センサ６、６１については特に何
を用いるかを規定していなかったが、磁気抵抗素子と、
ホール素子、フラックスゲートの内の一つであれば何れ
を用いてもよい。磁気抵抗素子を用いる場合は、加速度
演算部７から磁気抵抗素子に電圧を印加し、電圧と流れ
る電流から抵抗を求めて加速度に換算するというのが一
般的であるが、この他の公知となっている方法を用いて
も加速度を検出することができる。ホール素子とフラッ
クスゲートについても、それぞれ広く公知となっている
方法を使うことができる。何れも本発明の加速度センサ
１に適用すると、高い精度で加速度を検出することがで
きる。

【０００８】次に本発明の第２実施例について図２を用
いて説明する。図において、第１実施例と異なるところ
は、板ばね状の可動部３を両持ち式とし、両端を固定部
２に固定している点である。その他の構成は第１実施例
と同じであり、動作も同じである。第１実施例と比べる
と、可動部３が両端で固定部２に固定されているので、
加速度が印加された時の撓みが左右対称となり、大きな
撓みに対して強いという利点を持っている。

【０００９】次に本発明の第３実施例について図３と図
５を用いて説明する。図３において第１実施例と異なる
のは、固定部２の片側に角枠が追加されて固定部２が８
の字形をしており、保持部８とネジ９からなる調整部１
０を装着した点である。可動部３は固定部２の内側の角
枠に出し入れ可能に装着され一端を保持部８に固定され
ている。保持部８の反対面はネジ９がねじ込まれており
、ネジ９は固定部２の外側角枠に回転可能に固定されて
いる。ネジ９を回転すると、図５に示されているよう
に、ネジ９が保持部８に出入りして固定部２とネジ９の
位置が変わらないので可動部３が出入りして長さが変わ
るのである。

【００１０】このようにして可動部３の長さを変えるこ
との利点について図６を用いて説明する。可動部３があ
る長さのとき、バネと質量で構成する振動系の固有振動
数は大きさが一定であり、図６のＡのような振動特性を
持つ。この加速度センサ１の検出可能な周波数範囲は矢
印で示した範囲であり、固定されている。測定しようと
する加速度がこの範囲にあれば問題無く測定できるが、
測定対象を変えた時にこの範囲より右側、すなわち高い
周波数帯域にも測定すべき加速度の周波数成分を持つ場
合は、その範囲の周波数成分を測定できないため、別の
適した加速度センサを用いる必要があり、実用上問題が
ある。ところが第３実施例によれば、ネジ９を回して可
動部３の長さを短くすることができ、固有振動数を図６
のＢやＣのように右側に移動させて周波数帯域を広げる
ことができるので、感度が下がるものの加速度の高周波
成分を測定できるように変えられるのである。これとは
逆に固有振動数が高い状態で測定しているときに、高い
周波成分の測定をする必要がなくければ、ネジ９を回し
て可動部３を長くし、固有振動数を下げると同時に感度
も上げることができるので、適した加速度センサを別途
準備する必要がないのである。

【００１１】次に本発明の第４実施例について図４を用
いて説明する。この実施例は第１実施例を第４実施例に
変えるために追加した部分を第２実施例に追加したもの
に相当している。追加した部分の機能は、第３実施例の
場合とは異なり、可動部の長さを変えるのではなく、可
動部３に与える張力を変えることである。ネジ９を回し
て調整部１０を機能させると、可動部３の張力が変わる
ので第３実施例と同様に振動系の固有振動数を変えるこ
とができ、加速度の測定可能な周波数範囲を変えること
ができるのである。これによる効果は第３実施例で示し
たものと同じになる。

【００１２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、可
動部の剛性に対する重錘体の質量の比を従来の加速度セ
ンサより大きくし、可動部両面の永久磁石と対向する２
つの磁気センサの信号の差をとって加速度を検出してい
るため、外乱磁界の影響を受けることなく、加速度の直
流成分や極低周波振動で発生する加速度も高感度で検出
することができ、測定範囲を変えることができて、加速
度センサの実用性を高めることができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の加速度センサの構成を示す図

【図２】第２実施例の加速度センサの構成を示す図

【図３】第３実施例の加速度センサの構成を示す図

【図４】第４実施例の加速度センサの構成を示す図

【図５】調整部の断面図

【図６】加速度センサの周波数特性図

【図７】従来の加速度センサの一部破断斜視図

【符号の説明】

１ 加速度センサ ２ 固定部 ３ 可動部 ４、４１ 重錘体 ５、５１ 永久磁石 ６、６１ 磁気センサ ７ 加速度演算部 ８ 保持部 ９ ねじ １０ 調整部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 角枠状の固定部と、この固定部の内側に
   少なくともその一端が固定された板バネ状の可動部と、
   この可動部の一部に設けられた重錘体と、この重錘体に
   接合された永久磁石と、この永久磁石に対向配置され前
   記可動部材の変位によって生じる前記永久磁石からの磁
   界の変化を検出する加速度検出手段と、この加速度検出
   手段の出力変化から前記永久磁石に印加される加速度を
   演算する加速度演算部と、を備えた加速度センサにおい
   て、 前記重錘体および前記永久磁石は、前記可動部の鉛直方
   向の上面および下面の両側に配設された積み重ね体から
   なり、前記加速度検出手段は、前記積み重ね体の上下方
   向の変位による直流磁界を検出する磁気センサであるこ
   とを特徴とする加速度センサ。
2. 【請求項２】永久磁石の磁界を検出する検出手段を用い
   た加速度センサにおいて、 角枠状の固定部と、 該固定部の内側に少なくともその一端が取付けられた板
   バネ状の可動部と、 該可動部の一部の両面に設けられた重錘体と、 該重錘体に重ねて接合された両面の永久磁石と、 前記固定部内側の位置であって且つ前記永久磁石に対向
   する位置に配置され、前記永久磁石の直流磁界を検出す
   る２つの磁気センサと、 該２つの磁気センサの信号を入力して演算し、外部から
   前記固定部に印加される加速度に対応する信号を出力す
   る演算部と、を備えたことを特徴とする加速度センサ。
3. 【請求項３】前記磁気センサは磁気抵抗素子、ホール素
   子、フラックスゲートの何れかであることを特徴とする
   請求項２記載の加速度センサ。
4. 【請求項４】前記可動部の長さと張力の何れかを調整す
   る調整手段を備えたことを特徴とする請求項２または３
   記載の加速度センサ。