JPH11101817A - Acceleration sensor - Google Patents
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- JPH11101817A JPH11101817A JP26165797A JP26165797A JPH11101817A JP H11101817 A JPH11101817 A JP H11101817A JP 26165797 A JP26165797 A JP 26165797A JP 26165797 A JP26165797 A JP 26165797A JP H11101817 A JPH11101817 A JP H11101817A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の速度や距
離を求める加速度センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acceleration sensor for determining the speed and distance of a moving body.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、車などのインテリジェント化で多
数のセンサが使用されるようになり、特に移動体の姿
勢、速度、方位などを感知するセンサの数が急速に伸び
ている。中でも出力信号を積分することで速度や距離を
求める加速度センサは、極めて重要なセンサとして使用
されている。2. Description of the Related Art In recent years, a large number of sensors have come to be used in intelligent vehicles and the like, and in particular, the number of sensors for sensing the attitude, speed, direction, and the like of a moving object has been rapidly increasing. Among them, an acceleration sensor that obtains a speed or a distance by integrating an output signal is used as a very important sensor.
【0003】加速度センサとしては、これまで動電型と
言われる機械的な振動センサが主に使われてきた。図2
3に、動電型の加速度センサの構成の概略を示す。As an acceleration sensor, a mechanical vibration sensor called an electrodynamic type has been mainly used. FIG.
FIG. 3 schematically shows the configuration of an electrodynamic acceleration sensor.
【0004】図示するように、動電型の加速度センサ
は、筐体11内に設置されたサイズモ系振動部12と動
電型変換器部13との組み合わせからなり、機械振動を
電気出力として取り出すようにした振動センサである。
サイズモ系振動部12は、コイルバネ14と外部加速度
によって振動するマス部(おもり)9で構成されてお
り、マス部9にはコイル4が垂下されている。そして、
コイル4はマス部9の振動につれてコイルバネ14の伸
縮方向(Z方向)に移動するようになっている。また、
永久磁石5を有する動電型変換器部13には、S極がコ
イル4の内側に、N極がコイル4の外側にそれぞれ位置
する高透磁率材料7が設けられており、コイル4は高透
磁率材料7の磁束を横切る方向に移動する。そして、そ
の移動速度に比例してコイル4に発生する起電力から加
速度を求めるというもので、機械量−電気量変換器であ
る。[0004] As shown in the figure, the electro-dynamic acceleration sensor is composed of a combination of a seismic system vibration section 12 and an electro-dynamic transducer section 13 installed in a housing 11 and extracts mechanical vibration as an electric output. The vibration sensor is configured as described above.
The seismic-system vibrating part 12 includes a coil spring 14 and a mass part (weight) 9 that vibrates due to external acceleration, and the coil 4 is hung on the mass part 9. And
The coil 4 moves in the direction in which the coil spring 14 expands and contracts (Z direction) as the mass section 9 vibrates. Also,
The electrokinetic converter unit 13 having the permanent magnet 5 is provided with a high magnetic permeability material 7 in which the S pole is located inside the coil 4 and the N pole is located outside the coil 4. It moves in a direction crossing the magnetic flux of the magnetic permeability material 7. Then, the acceleration is obtained from the electromotive force generated in the coil 4 in proportion to the moving speed, and is a mechanical quantity-electric quantity converter.
【0005】しかし、最近では加速度センサの主流が動
電型から小型の静電容量型やピエゾ型へと少しずつ移り
つつある。これは、性能はもとより、取り扱い易さ、特
に小型化を使用者が重視し始めたからである。つまり、
前述した動電型の加速度センサは構造的に大きく広い空
間を必要するために、当該加速度センサが搭載される計
測対象が必然的に大きなものに限定されてしまう。これ
に対して、静電容量型やピエゾ型の加速度センサでは、
最近の半導体プロセス技術(以下、単に「プロセス技
術」という。)による構造体加工法によって極めて小型
のセンサが形成できることから、計測対象が小型のもの
まで広がるからである。[0005] However, recently, the mainstream of the acceleration sensor is gradually shifting from an electrodynamic type to a small-capacity type or a piezo type. This is because the user has begun to attach importance not only to performance but also to ease of handling, particularly downsizing. That is,
Since the above-mentioned electrodynamic acceleration sensor is structurally large and requires a large space, the measurement object on which the acceleration sensor is mounted is necessarily limited to a large object. On the other hand, in a capacitance type or piezo type acceleration sensor,
This is because an extremely small sensor can be formed by a structure processing method using a recent semiconductor process technology (hereinafter, simply referred to as “process technology”), so that the measurement target can be expanded to a small one.
【0006】静電容量型の加速度センサは、図24に示
すように、マス部9およびこのマス部9と非常に狭い隙
間を隔てた対向面の2箇所に電極10を配置したもの
で、外部からの加速度によるマス部9の振動で2つの電
極10の間隔が変動する時の静電容量の変化を検出する
構造のものである。また、ピエゾ型の加速度センサは、
図25に示すように、マス部9を支持している振動板6
の一部にピエゾ素子8を取り付けたもので、外部加速度
によってマス部9が変位したときの振動板6の歪みによ
るピエゾ素子8の出力の変化を検出するものである。As shown in FIG. 24, the capacitance type acceleration sensor has electrodes 10 arranged at two positions on a mass 9 and an opposing surface separated from the mass 9 by a very narrow gap. This structure has a structure for detecting a change in capacitance when the interval between the two electrodes 10 fluctuates due to the vibration of the mass portion 9 due to acceleration from the body. In addition, the piezo-type acceleration sensor
As shown in FIG. 25, diaphragm 6 supporting mass 9
A piezo element 8 is attached to a part of the piezo element, and detects a change in output of the piezo element 8 due to distortion of the diaphragm 6 when the mass section 9 is displaced by external acceleration.
【0007】ここで、最近では、動電型の加速度センサ
でも、前記半導体プロセス技術を用いて小型化を図った
ものがある。たとえば、特開平5−142246号公報
には、図26に示すように、マス部9の上にエピタキシ
ャル成長により薄膜状永久磁石5を形成し、それと対向
した位置にコイル4を形成した加速度センサが開示され
ている。この加速度センサによれば、外部加速度により
マス部9とともに薄膜状永久磁石5が振動するときにコ
イル4を横切る磁束の変化を検出して加速度を求めてい
る。なお、このときの薄膜状永久磁石5の着磁方向は当
該磁石の振動方向である。Here, recently, there has been an electrokinetic acceleration sensor whose size has been reduced by using the semiconductor process technology. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-142246 discloses an acceleration sensor in which a thin-film permanent magnet 5 is formed on a mass portion 9 by epitaxial growth, and a coil 4 is formed at a position facing the same, as shown in FIG. Have been. According to this acceleration sensor, when the thin film permanent magnet 5 vibrates together with the mass portion 9 due to external acceleration, a change in magnetic flux crossing the coil 4 is detected to determine the acceleration. The magnetization direction of the thin-film permanent magnet 5 at this time is the vibration direction of the magnet.
【0008】そして、加速度センサにおいては、以上の
ようにプロセス技術を用いて小型化を実現することはも
とより、その計測性能(計測精度や計測帯域など)の維
持向上が極めて重要なテーマになってきている。In the acceleration sensor, not only the miniaturization using the process technology as described above, but also the maintenance and improvement of its measurement performance (measurement accuracy, measurement band, etc.) have become extremely important themes. ing.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】従来の動電型の加速度
センサには、高精度な測定を目的とした、いわゆるサー
ボ型加速度センサが有る。これは、変位検出機能と内部
駆動機能を併用したもので、外部加速度によりマス部に
相対変位が生じたとき、変位検出部からの変位信号を内
部駆動部へフィードバックさせ、駆動機能によってマス
部を元の位置に近いところまで戻してマス部の慣性力と
駆動力が釣り合う状態となるように制御する構造を有す
るものである。そして、実際に取り出される信号は、こ
の釣り合い力を発生させる駆動部への電流をサーボ型加
速度センサの出力として扱うようにしたもので、検出精
度が高く、外部加速度の大小にかかわらずマス部の振動
を非常に小さくできるため測定帯域を広くすることがで
きるなどの利点がある。As a conventional electrodynamic acceleration sensor, there is a so-called servo acceleration sensor which aims at high-accuracy measurement. This is a combination of the displacement detection function and the internal drive function.When relative displacement occurs in the mass section due to external acceleration, the displacement signal from the displacement detection section is fed back to the internal drive section, and the mass section is driven by the drive function. It has a structure in which it is returned to a position close to the original position and is controlled so that the inertia force and the driving force of the mass portion are balanced. The signal actually taken out is such that the current to the drive unit that generates this balancing force is handled as the output of the servo-type acceleration sensor, and the detection accuracy is high and the mass of the mass unit is large regardless of the magnitude of the external acceleration. Since the vibration can be made very small, there is an advantage that the measurement band can be widened.
【0010】しかし、このサーボ型加速度センサは高価
且つ大型であるため、やはり他種の動電型の加速度セン
サと同様、計測対象が大型なものに限定される結果とな
る。However, since the servo type acceleration sensor is expensive and large, similarly to other types of electrodynamic type acceleration sensors, the measurement target is limited to a large type.
【0011】そこで、加速度センサにおいて小型化およ
び高性能化を同時に実現するには、すでに述べたとおり
プロセス技術を使うことと、サーボ機構を取り入れるこ
とが必要となる。Therefore, in order to simultaneously achieve miniaturization and high performance of the acceleration sensor, it is necessary to use the process technology and to incorporate a servo mechanism as described above.
【0012】しかし、加速度センサは各タイプごとに以
下のようないくつかの問題を持っている。However, the acceleration sensor has some problems for each type as follows.
【0013】第1に、従来の静電容量型やピエゾ型の加
速度センサは、共に内部に駆動機能をもっておらず、計
測精度に限界があるということである。First, the conventional capacitance type and piezo type acceleration sensors do not have a driving function inside, and the measurement accuracy is limited.
【0014】第2に、静電容量型の加速度センサでは、
その測定原理から電極間隔は狭くする必要があり、電極
の変位量はこの狭い電極間隔に限定されることになるの
で、外部からの加速度に対する許容計測帯域は電極の変
位量が電極間隔内に収まる範囲に限定されるということ
である。Second, in a capacitance type acceleration sensor,
From the measurement principle, it is necessary to narrow the electrode interval, and the amount of electrode displacement is limited to this narrow electrode interval. Therefore, the allowable measurement band for external acceleration is such that the electrode displacement is within the electrode interval. It is limited to the range.
【0015】第3に、ピエゾ型の加速度センサでは、外
部の温度変化によるピエゾ素子の焦電効果によって検出
特性が影響を受けるために、別に温度補償を行う必要が
あるということである。また、ピエゾ素子そのものを形
成するための焼成工程が必要になるなど、特殊な製作工
程が必要になるということである。Third, in the case of a piezo-type acceleration sensor, it is necessary to separately perform temperature compensation because the detection characteristics are affected by the pyroelectric effect of the piezo element due to an external temperature change. Further, a special manufacturing process is required, such as a firing process for forming the piezo element itself.
【0016】そして、第4に、前記した特開平5−14
2246号公報に開示された加速度センサは内部に駆動
機能を持っておらず、また、薄膜状永久磁石5では反磁
界が極めて高くなり着磁してもほとんど膜厚方向には磁
化されないということである。Fourth, Japanese Patent Application Laid-Open No.
The acceleration sensor disclosed in Japanese Patent No. 2246 has no internal driving function, and the demagnetizing field of the thin-film permanent magnet 5 is extremely high, so that it is hardly magnetized in the thickness direction even when magnetized. is there.
【0017】ここで、反磁界とは永久磁石の磁極を形成
する方向の形状寸法によって一義的に決まる磁性体内部
の磁界強度のことである。その方向は磁石両端の磁化に
よる磁界に対して反対の磁界を発生する方向になり、そ
の大きさは次式で表される。Here, the demagnetizing field refers to the magnetic field strength inside the magnetic material that is uniquely determined by the shape and size of the permanent magnet in the direction in which the magnetic pole is formed. The direction is a direction in which a magnetic field opposite to the magnetic field due to the magnetization of both ends of the magnet is generated, and the magnitude is represented by the following equation.
【0018】Hd=−N*I/μ0 (Hd:反磁界、N:反磁界係数、I:磁化の強度、
μ0:初透磁率) この式から、反磁界係数Nが1に近づけば近づくほど反
磁界Hdの強度は磁化の磁界強度Iに近づき、磁化方向
が磁界と逆であるために相互に打ち消しあって永久磁石
の機能を極端に低下させることになる。すなわち、ほと
んど永久磁石として機能しなくなる可能性が高くなる。H d = −N * I / μ 0 (H d : demagnetizing field, N: demagnetizing factor, I: magnetization intensity,
mu 0: initial permeability) From this equation, the strength of the more demagnetizing field H d demagnetizing factor N is you move closer to 1 approaches to the magnetization of the magnetic field intensity I, cancel each other because the magnetization direction is the magnetic field opposite Therefore, the function of the permanent magnet is extremely reduced. That is, there is a high possibility that the magnet hardly functions as a permanent magnet.
【0019】図27は、形状異方性と反磁界係数Nとの
関係を示すグラフである。これから分かるように、磁性
体の形状比(長軸/短軸)λが1以下の場合には、反磁
界係数Nが急激に増加するので反磁界も同様に高くな
る。したがって、結果的には磁極としての機能が低下し
外部への磁界は急激に減少することになる。FIG. 27 is a graph showing the relationship between the shape anisotropy and the demagnetizing factor N. As can be seen from the graph, when the shape ratio (major axis / minor axis) λ of the magnetic material is 1 or less, the demagnetizing field N increases rapidly, so that the demagnetizing field also increases. Therefore, as a result, the function as a magnetic pole decreases, and the magnetic field to the outside decreases sharply.
【0020】たとえば、形状比(長軸/短軸)λが1/
10以下では、反磁界係数Nは0.8以上となり、磁界
の強度は本来の磁化による大きさの20%以下まで低下
することになる。言い換えれば、薄膜状永久磁石では、
反磁界係数が極めて高くなるので当該永久磁石を膜厚方
向には磁化することは困難になり、加速度センサとして
の信号検出に必要な十分な磁界強度を得ることができな
くなる。特に、エピタキシャル法(気層成長法)は均質
な膜を形成する製法の代表例であり、膜が均質であれば
あるほど形状による反磁界係数は理論値に近いものとな
るので、薄膜状永久磁石を形成することはより困難にな
る。For example, when the shape ratio (major axis / minor axis) λ is 1 /
If it is less than 10, the demagnetizing factor N becomes 0.8 or more, and the strength of the magnetic field is reduced to 20% or less of the magnitude due to the original magnetization. In other words, in a thin film permanent magnet,
Since the demagnetizing field coefficient becomes extremely high, it becomes difficult to magnetize the permanent magnet in the film thickness direction, and it becomes impossible to obtain a sufficient magnetic field intensity necessary for signal detection as an acceleration sensor. In particular, the epitaxial method (gas layer growth method) is a typical example of a manufacturing method for forming a uniform film, and the more uniform the film, the closer the demagnetizing factor due to the shape becomes closer to the theoretical value. Forming the magnet becomes more difficult.
【0021】また、図23のような従来の動電型の加速
度センサの場合、永久磁石5と高透磁率材料7で構成さ
れた磁極N−S間の磁界強度は均一性が高く、外部振動
によってコイル4がこの磁界を横切るときに発生する起
電力の信号波形は、外部振動に比例した歪みの少ない良
好なものが得られる。しかし、小型化という目的でプロ
セス技術を用い、仮に図26のような構造で多少の出力
信号が得られたとしても、コイル4と永久磁石5をある
一定の距離だけオフセットさせた位置での変位による検
出信号は、コイル4と永久磁石5の位置関係によっては
歪が発生する場合がある。これは、磁石の移動量に対し
てコイル4を横切る磁束の量が比例していないためであ
り、これでは正確な加速度を求めることができない。In the case of a conventional electrodynamic acceleration sensor as shown in FIG. 23, the magnetic field strength between the permanent magnet 5 and the magnetic poles NS formed of the high magnetic permeability material 7 is highly uniform, and external vibration As a result, a good signal waveform of electromotive force generated when the coil 4 crosses this magnetic field with little distortion in proportion to external vibration can be obtained. However, even if a small amount of output signal is obtained with the structure shown in FIG. 26 using a process technology for the purpose of miniaturization, the displacement at the position where the coil 4 and the permanent magnet 5 are offset by a certain distance is obtained. May be distorted depending on the positional relationship between the coil 4 and the permanent magnet 5. This is because the amount of magnetic flux traversing the coil 4 is not proportional to the amount of movement of the magnet, so that accurate acceleration cannot be obtained.
【0022】そこで、本発明は、小型で高精度な動電型
の加速度センサを提供することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a small and highly accurate electrodynamic acceleration sensor.
【0023】[0023]
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の加速度センサは、ケーシング内に形成され
た第1のセンサ室および第2のセンサ室と、第1のセン
サ室と第2のセンサ室とを区画する弾性変形可能な振動
板と、第1のセンサ室における振動板に取り付けられて
振動板の振動方向に延びる長軸とこの長軸に直交する短
軸との寸法比(長軸/短軸)が1以上とされ、外部の加
速度によって変位して振動板を振動させる磁性体と、第
1のセンサ室における振動板に対向する内壁で且つ磁性
体と同軸上に設けられ、磁性体の変位により磁界が変化
する検出用コイルとを有し、検出用コイルの磁界の変化
で生じる起電力から加速度を検出するように構成したも
のである。To solve this problem, an acceleration sensor according to the present invention comprises a first sensor chamber and a second sensor chamber formed in a casing, a first sensor chamber and a second sensor chamber. A dimension ratio between an elastically deformable diaphragm partitioning the second sensor chamber, a major axis attached to the diaphragm in the first sensor chamber and extending in the vibration direction of the diaphragm, and a minor axis orthogonal to the major axis; (Long axis / short axis) is set to 1 or more, a magnetic body displaced by external acceleration to vibrate the diaphragm, and an inner wall facing the diaphragm in the first sensor chamber and provided coaxially with the magnetic body. A detection coil whose magnetic field changes due to the displacement of the magnetic material, and configured to detect acceleration from an electromotive force generated by the change in the magnetic field of the detection coil.
【0024】これにより、反磁界が抑制されて検出信号
の波形歪みが少なくなるので、小型で高精度な動電型の
加速度センサが得られる。As a result, the demagnetizing field is suppressed and the waveform distortion of the detection signal is reduced, so that a small and highly accurate electrodynamic acceleration sensor can be obtained.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、ケーシング内に形成された第1のセンサ室および第
2のセンサ室と、第1のセンサ室と第2のセンサ室とを
区画する弾性変形可能な振動板と、第1のセンサ室にお
ける振動板に取り付けられて振動板の振動方向に延びる
長軸とこの長軸に直交する短軸との寸法比(長軸/短
軸)が1以上とされ、外部の加速度によって変位して振
動板を振動させる磁性体と、第1のセンサ室における振
動板に対向する内壁で且つ磁性体と同軸上に設けられ、
磁性体の変位により磁界が変化する検出用コイルとを有
し、検出用コイルの磁界の変化で生じる起電力から加速
度を検出する加速度センサであり、反磁界が抑制されて
検出信号の波形歪みが少なくなるので、小型で高精度な
動電型の加速度センサを得ることができるという作用を
有する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention comprises a first sensor chamber and a second sensor chamber formed in a casing, a first sensor chamber and a second sensor chamber. And a dimension ratio of a major axis attached to the diaphragm in the first sensor chamber and extending in the vibration direction of the diaphragm and a minor axis orthogonal to the major axis (long axis / short axis). A magnetic body that is displaced by an external acceleration to vibrate the diaphragm, and an inner wall facing the diaphragm in the first sensor chamber and is provided coaxially with the magnetic body.
A detection coil whose magnetic field changes due to the displacement of the magnetic material; and an acceleration sensor that detects acceleration from an electromotive force generated by the change in the magnetic field of the detection coil. Since the number is reduced, a small and high-precision electrodynamic acceleration sensor can be obtained.
【0026】本発明の請求項2に記載の発明は、請求項
1記載の発明において、磁性体の検出用コイル側端面か
ら検出用コイルまでの距離aと検出用コイルの半径bと
の寸法比(b/a)が1.5〜4である加速度センサで
あり、磁性体の変位による検出信号の波形歪みがより有
効に抑制されるという作用を有する。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, a dimensional ratio of a distance a from the end surface of the magnetic material to the detection coil to the detection coil and a radius b of the detection coil is used. An acceleration sensor in which (b / a) is 1.5 to 4, which has an effect that waveform distortion of a detection signal due to displacement of a magnetic material is more effectively suppressed.
【0027】本発明の請求項3に記載の発明は、請求項
1または2記載の発明において、磁性体が、振動板の両
側で同一の質量配分となるように振動板に取り付けられ
ている加速度センサであり、振動板の本来の振動方向に
交差する方向の加速度が加わった場合でも、磁性体をそ
の方向に変位させるようなモーメントの発生がなくなる
ので、磁性体が本来の変位方向と異なる方向へ変位する
ことにより発生する検出信号の歪みを防止することがで
きるという作用を有する。According to a third aspect of the present invention, in the first or the second aspect of the invention, the acceleration is such that the magnetic material is attached to the diaphragm so that the same mass distribution is provided on both sides of the diaphragm. This is a sensor, and even if acceleration is applied in the direction intersecting the original vibration direction of the diaphragm, there is no moment to displace the magnetic material in that direction. Has the effect that distortion of the detection signal caused by the displacement can be prevented.
【0028】本発明の請求項4に記載の発明は、請求項
1、2または3記載の発明において、第1のセンサ室ま
たは第2のセンサ室における振動板との対向位置で且つ
磁性体と同軸上に、検出用コイルからの起電力に対応し
た磁界が発生され、変位した磁性体を通常位置の方向に
駆動する駆動用コイルが設けられている加速度センサで
あり、磁性体の変位量が非常に小さくなるので、広範な
帯域での加速度の測定が可能になるという作用を有す
る。According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, the first sensor chamber or the second sensor chamber is located at a position facing the vibration plate, and is provided with a magnetic material. A magnetic field corresponding to the electromotive force from the detection coil is generated coaxially, and the acceleration sensor is provided with a drive coil for driving the displaced magnetic body in the direction of the normal position. Since it is very small, it has an effect that acceleration can be measured in a wide band.
【0029】本発明の請求項5に記載の発明は、ケーシ
ング内に形成された第1のセンサ室および第2のセンサ
室と、第1のセンサ室と第2のセンサ室とを区画する弾
性変形可能な振動板と、第1のセンサ室における振動板
に取り付けられて振動板の振動方向に延びる長軸とこの
長軸に直交する短軸との寸法比(長軸/短軸)が1以上
とされ、外部の加速度によって変位して振動板を振動さ
せる磁性体と、第2のセンサ室における振動板の磁性体
に相当する位置、および当該位置と対向する位置にそれ
ぞれ取り付けられ、磁性体の変位により静電容量が変化
する一対の電極と、第1のセンサ室における振動板に対
向する内壁で且つ磁性体と同軸上に設けられ、電極の静
電容量に対応した磁界が発生され、変位した磁性体を通
常位置の方向に駆動する駆動用コイルとを有し、電極の
静電容量の変化から変位信号を検出し、その変位を基に
磁性体の振動を停止させるように駆動用コイルに信号を
フィードバックさせ、このときに駆動用コイルに流れる
電流値が加速度に対応した出力となる加速度センサであ
り、検出信号の波形歪みが少なくなり、また、広範な帯
域での加速度の測定が可能になるという作用を有する。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the first sensor chamber and the second sensor chamber formed in the casing, and the first sensor chamber and the second sensor chamber are separated from each other. The dimensional ratio (long axis / short axis) of a deformable diaphragm, a major axis attached to the diaphragm in the first sensor chamber and extending in the vibration direction of the diaphragm, and a minor axis orthogonal to the major axis is 1 The magnetic member is attached to a magnetic body that vibrates the diaphragm by being displaced by an external acceleration, a position corresponding to the magnetic body of the diaphragm in the second sensor chamber, and a position facing the position. A pair of electrodes whose capacitances change due to the displacement of the first sensor chamber and an inner wall facing the diaphragm in the first sensor chamber and provided coaxially with the magnetic body, and a magnetic field corresponding to the capacitance of the electrodes is generated; Drive the displaced magnetic body in the direction of the normal position. A displacement signal is detected from a change in the capacitance of the electrode, and a signal is fed back to the drive coil so as to stop the vibration of the magnetic body based on the displacement. This is an acceleration sensor in which the current value flowing through the coil for use is an output corresponding to the acceleration, which has the effect of reducing the waveform distortion of the detection signal and enabling the measurement of the acceleration in a wide band.
【0030】本発明の請求項6に記載の発明は、請求項
1〜5の何れか一項に記載の発明において、磁性体は永
久磁石または電磁石である加速度センサであり、常に一
定の検出用磁界を確保することが可能になるという作用
を有する。According to a sixth aspect of the present invention, in accordance with the first aspect of the present invention, the magnetic body is an acceleration sensor that is a permanent magnet or an electromagnet, and the magnetic body is always a constant detection type. It has an effect that a magnetic field can be secured.
【0031】本発明の請求項7に記載の発明は、請求項
1〜6の何れか一項に記載の発明において、第1のセン
サ室の磁性体の取り付けられた内壁およびこの内壁と対
向する内壁の少なくとも何れか一方の内壁が、高透磁性
材料により被覆されている加速度センサであり、磁気回
路全体の抵抗が低下して外部への漏れ磁束が減少するの
で、測定効率を向上させることができるという作用を有
する。According to a seventh aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the inner wall of the first sensor chamber to which the magnetic body is attached and the inner wall are opposed to the inner wall. An acceleration sensor in which at least one of the inner walls is coated with a highly magnetically permeable material, which reduces the resistance of the entire magnetic circuit and reduces magnetic flux leakage to the outside, thereby improving the measurement efficiency. Has the effect of being able to.
【0032】本発明の請求項8に記載の発明は、請求項
1〜6の何れか一項に記載の発明において、第1のセン
サ室の内壁全面が高透磁率材料により被覆されている加
速度センサであり、磁気回路抵抗がさらに低下されて測
定効率が一層向上されるという作用を有する。According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, there is provided an acceleration sensor according to any one of the first to sixth aspects, wherein the entire inner wall of the first sensor chamber is covered with a high magnetic permeability material. The sensor has the effect of further reducing the magnetic circuit resistance and further improving the measurement efficiency.
【0033】本発明の請求項9に記載の発明は、請求項
1〜8の何れか一項に記載の発明において、第2のセン
サ室の内壁全面が高透磁性材料により被覆されている加
速度センサであり、磁気回路抵抗がさらに低下されて測
定効率が一層向上されるという作用を有する。According to a ninth aspect of the present invention, in accordance with the first aspect of the present invention, there is provided an accelerometer wherein the entire inner wall of the second sensor chamber is covered with a highly permeable material. The sensor has the effect of further reducing the magnetic circuit resistance and further improving the measurement efficiency.
【0034】本発明の請求項10に記載の発明は、請求
項7、8または9記載の発明において、高透磁率材料
が、Fe系、Ni系またはCo系の合金である加速度セ
ンサである。A tenth aspect of the present invention is the acceleration sensor according to the seventh, eighth or ninth aspect, wherein the high magnetic permeability material is an alloy of Fe-based, Ni-based or Co-based.
【0035】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図22を用いて説明する。なお、これらの図面にお
いて同一の部材には同一の符号を付しており、また、重
複した説明は省略されている。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. In these drawings, the same members are denoted by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.
【0036】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1である加速度センサを一部破断して示す斜視図、図
2は図1の加速度センサの一部を拡大して示す断面図、
図3は静止状態にある図1の加速度センサを示す断面
図、図4は加速度が加わった図1の加速度センサを示す
断面図、図5は図1の加速度センサにおける検出用コイ
ルと駆動用コイルの取付構造の一例を示す説明図、図6
は図1の加速度センサにおける検出用コイルと駆動用コ
イルの取付構造の他の一例を示す説明図、図7は図1の
加速度センサの変形例を示す断面図、図8は図1の加速
度センサの他の変形例を示す断面図、図9は図1の加速
度センサにおける永久磁石と検出用コイルとの位置関係
を示す説明図、図10は図1の加速度センサにおける永
久磁石の変位と検出用コイルの出力信号との関係を示す
グラフ、図11は図1の加速度センサにおいて永久磁石
と検出用コイルとの寸法比を変えた場合における永久磁
石の変位と検出用コイルの出力信号との関係を模式的に
示すグラフ、図12は図1の加速度センサにおける永久
磁石−検出用コイルの寸法比と相対起電力比との関係を
示すグラフ、図13は永久磁石−検出用コイルの寸法比
が1.5〜4.0の範囲での最大起電力の変化を示すグ
ラフ、図14は永久磁石−検出用コイルの寸法比と相対
起電力との関係を示すグラフである。(Embodiment 1) FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an acceleration sensor according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a part of the acceleration sensor of FIG. Figure,
3 is a sectional view showing the acceleration sensor of FIG. 1 in a stationary state, FIG. 4 is a sectional view showing the acceleration sensor of FIG. 1 to which acceleration is applied, and FIG. 5 is a detection coil and a driving coil in the acceleration sensor of FIG. Explanatory drawing showing an example of the mounting structure of FIG.
Is an explanatory view showing another example of the mounting structure of the detection coil and the driving coil in the acceleration sensor of FIG. 1, FIG. 7 is a cross-sectional view showing a modification of the acceleration sensor of FIG. 1, and FIG. 8 is an acceleration sensor of FIG. FIG. 9 is an explanatory view showing a positional relationship between a permanent magnet and a detection coil in the acceleration sensor shown in FIG. 1, and FIG. 10 is a sectional view showing displacement and detection of a permanent magnet in the acceleration sensor shown in FIG. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the output signal of the coil and the output signal of the detection coil. FIG. 11 shows the relationship between the displacement of the permanent magnet and the output signal of the detection coil when the dimensional ratio between the permanent magnet and the detection coil is changed in the acceleration sensor of FIG. FIG. 12 is a graph schematically showing the relationship between the dimensional ratio of the permanent magnet-detection coil and the relative electromotive force ratio in the acceleration sensor of FIG. 1, and FIG. 13 is a graph in which the dimensional ratio of the permanent magnet-detection coil is 1 0.5-4.0 Maximum electromotive graph showing the change in the range, 14 permanent magnets - is a graph showing the relationship between the dimension ratio and the relative electromotive force of the detecting coil.
【0037】図1に示すように、本実施の形態における
加速度センサは、積層された3つの基板、つまり保護基
板1、支持基盤2およびコイル基板3によりケーシング
が構成されている。図3および図4に詳しく示すよう
に、ケーシングの内部には、支持基盤2とコイル基板3
とによって第1のセンサ室R1が、保護基板1と支持基
盤2とによって第2のセンサ室R2が形成されている。
また、第1のセンサ室R1と第2のセンサ室R2との間に
は、これらのセンサ室R1,R2を区画する弾性変形可能
な振動板6が支持基盤2と一体に設けられている。As shown in FIG. 1, in the acceleration sensor according to the present embodiment, a casing is constituted by three laminated substrates, that is, a protective substrate 1, a support substrate 2, and a coil substrate 3. As shown in detail in FIGS. 3 and 4, the support base 2 and the coil substrate 3 are provided inside the casing.
Thus, a first sensor chamber R 1 is formed, and a second sensor chamber R 2 is formed by the protection substrate 1 and the support base 2.
Further, between the first sensor chamber R 1 and the second sensor chamber R 2 , an elastically deformable diaphragm 6 that partitions the sensor chambers R 1 and R 2 is provided integrally with the support base 2. Have been.
【0038】保護基板1、支持基板2およびコイル基板
3は、前記したプロセス技術のエッチング法や成膜法を
用いて形成されており、保護基板1は振動板6を覆うよ
うに支持基板2に接合されている。そして、第2のセン
サ室R2という空間により、過度の外部加速度によって
振動板6がその限界変位量を越えて変形して破損するこ
とが防止されている。なお、振動板6はプロセス技術の
エッチング法などによる構造体加工法で支持基板2の内
部を薄膜状に形成したものからなる。The protection substrate 1, the support substrate 2, and the coil substrate 3 are formed by using the etching method or the film formation method of the above-described process technology. Are joined. Then, by the second space of the sensor chamber R 2, it is prevented from the vibration plate 6 is damaged and deformed beyond its limit displacement by excessive external acceleration. The diaphragm 6 is formed by forming the inside of the support substrate 2 into a thin film by a structure processing method such as an etching method of a process technique.
【0039】図2に示すように、第1のセンサ室に面し
た振動板6の中央には、加速度センサのマス部となる永
久磁石(磁性体)5がプロセス技術によって形成されて
いる。つまり、永久磁石5は、振動板6を形成した後、
たとえばメッキ法または蒸着法により振動板6上に形成
され、強磁界中で着磁されてなる。そして、外部から加
速度が加わるとこの永久磁石5が変位して振動板6が振
動される。永久磁石5は振動板6の振動方向Zに長軸が
延びる形状とされており、このような形状を採用するこ
とで反磁界を抑制して磁石として必要な着磁量を確保し
ている。As shown in FIG. 2, at the center of the diaphragm 6 facing the first sensor chamber, a permanent magnet (magnetic material) 5 serving as a mass portion of the acceleration sensor is formed by a process technique. That is, after the permanent magnet 5 has formed the diaphragm 6,
For example, it is formed on the diaphragm 6 by plating or vapor deposition, and is magnetized in a strong magnetic field. When acceleration is applied from the outside, the permanent magnet 5 is displaced and the diaphragm 6 is vibrated. The permanent magnet 5 has a shape in which the long axis extends in the vibration direction Z of the diaphragm 6, and by adopting such a shape, a demagnetizing field is suppressed and a necessary magnetization amount as a magnet is secured.
【0040】永久磁石5における長軸とこの長軸に直交
する短軸との形状比(長軸/短軸)λは1以上となって
いる。これは、既に説明した図27に示すように、形状
比(長軸/短軸)λが1未満では急激な反磁界係数Nの
上昇が確認され、反磁界係数Nが0.3以上では磁石の
外に磁界を発生させることができる磁化の強さ(有効磁
化強度)は70%以下にまで低下してしまうからであ
る。そして、プロセス技術を用いて製作される小型の加
速度センサのマス部である永久磁石5の変位量は極めて
微小であり、変位量が小さければ、後述する検出用コイ
ルに発生する起電力が小さくなるため、永久磁石5の有
効磁界強度を十分に確保しなければ十分な検出信号が得
られなくなる可能性があるからである。但し、形状比λ
が1の場合の反磁界係数Nは約0.30であり、十分な
有効磁化強度を確保するには形状比λは2以上であるこ
とが望ましい。The shape ratio (long axis / short axis) λ between the long axis of the permanent magnet 5 and the short axis orthogonal to the long axis is 1 or more. This is because, as shown in FIG. 27 already described, when the shape ratio (major axis / minor axis) λ is less than 1, a sharp increase in the demagnetizing factor N is confirmed. This is because the magnetization intensity (effective magnetization intensity) that can generate a magnetic field outside of the above is reduced to 70% or less. The amount of displacement of the permanent magnet 5, which is the mass of a small acceleration sensor manufactured using the process technology, is extremely small. If the amount of displacement is small, the electromotive force generated in a detection coil described later decreases. Therefore, if the effective magnetic field strength of the permanent magnet 5 is not sufficiently ensured, a sufficient detection signal may not be obtained. However, the shape ratio λ
Is 1, the demagnetizing factor N is about 0.30, and the shape ratio λ is desirably 2 or more in order to secure a sufficient effective magnetization intensity.
【0041】第1のセンサ室R1における振動板6と対
向する内壁であるコイル基板3上には、永久磁石5の変
位により磁界が変化する検出用コイル4aと、この検出
用コイル4aの磁界の変化により励起される起電力に対
応した磁界を発生して加速度により変位した永久磁石5
を通常位置の方向に駆動する駆動用コイル4bとが設け
られている。これらのコイル4a,4bは永久磁石5と
同軸上に設置されている。そして、永久磁石5の変位量
および変位方向に応じて検出用コイル4aに発生される
起電力を検出し、これから加速度が求められる。また、
駆動用コイル4bにより永久磁石5を上記のように駆動
することにより、永久磁石5の変位量を非常に小さくす
ることができて、広範な帯域での加速度の測定ができ
る。[0041] on the coil substrate 3 is an inner wall that faces the vibrating plate 6 of the first sensor chamber R 1 includes a detection coil 4a of the magnetic field is changed by the displacement of the permanent magnet 5, the magnetic field of the detecting coil 4a Magnet 5 that generates a magnetic field corresponding to the electromotive force excited by the change in
And a driving coil 4b for driving the driving coil in the direction of the normal position. These coils 4a and 4b are installed coaxially with the permanent magnet 5. Then, the electromotive force generated in the detection coil 4a is detected in accordance with the displacement amount and the displacement direction of the permanent magnet 5, and the acceleration is obtained from the detected electromotive force. Also,
By driving the permanent magnet 5 by the driving coil 4b as described above, the amount of displacement of the permanent magnet 5 can be made very small, and acceleration can be measured in a wide band.
【0042】検出用コイル4aおよび駆動用コイル4b
は、たとえば図5および図6に示すように設置される。
図5では、検出用コイル4aが外側に、駆動用コイル4
bが内側に配置されている。また、図6では、検出用コ
イル4aと駆動用コイル4bとで二重渦巻き状となって
配置されており、グランドが共通になっている。ここ
で、図5および図6において、符号10はコイル4a,
4bの両端に接続された電極である。なお、加速度セン
サとしては、駆動用コイル4bは設けられていなくても
よい。Detection coil 4a and drive coil 4b
Is installed, for example, as shown in FIGS.
In FIG. 5, the detection coil 4a is located on the outside,
b is arranged inside. In FIG. 6, the detection coil 4a and the drive coil 4b are arranged in a double spiral shape, and have a common ground. Here, in FIG. 5 and FIG.
4b are electrodes connected to both ends. Note that the driving coil 4b may not be provided as the acceleration sensor.
【0043】ここで、永久磁石5の変位について説明す
る。外部からの加速度が加わっていない静止状態では、
図3に示すように、永久磁石5は変位しておらず、した
がって振動板6の変形もない。加速度が加わった場合に
は、図4に示すように、振動板6が弾性変形して永久磁
石5には図中のZ方向に相対的な変位が発生する。そし
て、信号検出に必要な起電力は、この永久磁石5の変位
によってコイル4を横切る磁界が変化することで得られ
る。Here, the displacement of the permanent magnet 5 will be described. In a stationary state where no external acceleration is applied,
As shown in FIG. 3, the permanent magnet 5 is not displaced, and thus the diaphragm 6 is not deformed. When acceleration is applied, as shown in FIG. 4, the diaphragm 6 is elastically deformed, and the permanent magnet 5 is relatively displaced in the Z direction in the figure. The electromotive force required for signal detection is obtained by the displacement of the permanent magnet 5 changing the magnetic field crossing the coil 4.
【0044】後述する他の実施の形態を含めて、図7お
よび図8に示すように、加速度センサの内部は、たとえ
ばパーマロイ(Fe−Ni合金)からなる高透磁率材料
7で被覆することができる。図7に示す場合には、第1
のセンサ室R1の永久磁石5の取り付けられた内壁であ
る振動板6、およびこの振動板6と対向するコイル4
a,4bの取り付けられた内壁が高透磁率材料7で被覆
されている。このように高透磁率材料7で被覆すること
により磁気回路抵抗が低下し、コイル4a,4bによる
駆動と検出の効率を高めることができる。また、図8に
示す場合は、第1のセンサ室R1の内壁全面が高透磁率
材料7で被覆されている。このようにすれば、磁気回路
抵抗がさらに低下されて測定効率が一層向上する。な
お、図7に示す場合において、永久磁石5の取り付け側
の内壁またはコイル4a,4bの取り付け側の内壁の何
れか一方側のみを高透磁率材料7で被覆するようにして
もよい。さらに、第2のセンサ室R2の内壁も高透磁率
材料7で被覆するようにしてもよい。高透磁率材料7に
は、Fe系、Ni系またはCo系の合金などを用いるこ
とができる。As shown in FIGS. 7 and 8, including other embodiments to be described later, the inside of the acceleration sensor may be coated with a high magnetic permeability material 7 made of, for example, permalloy (Fe--Ni alloy). it can. In the case shown in FIG.
Diaphragm 6 is an inner wall which is mounted in the permanent magnet 5 of the sensor chamber R 1, and the coil 4 opposite to the vibration plate 6
The inner walls to which a and 4b are attached are covered with a high magnetic permeability material 7. By coating with the high magnetic permeability material 7 in this manner, the resistance of the magnetic circuit is reduced, and the efficiency of driving and detection by the coils 4a and 4b can be increased. Also, in the case shown in FIG. 8, first entire inner wall of the sensor chamber R 1 it is coated with a high magnetic permeability material 7. In this case, the resistance of the magnetic circuit is further reduced, and the measurement efficiency is further improved. In the case shown in FIG. 7, only one of the inner wall on the mounting side of the permanent magnet 5 and the inner wall on the mounting side of the coils 4a and 4b may be coated with the high magnetic permeability material 7. Further, the inner wall of the second sensor chamber R 2 may be covered with the high magnetic permeability material 7. As the high magnetic permeability material 7, an Fe-based, Ni-based or Co-based alloy or the like can be used.
【0045】ここで、永久磁石5と検出用コイル4aと
の関係について説明する。図9において、永久磁石5の
先端から検出用コイル4aまでの距離をa、検出用コイ
ル4aの半径をbとし、寸法比をb/aとする。また、
永久磁石5の片振幅をcとする。なお、検出用コイル4
aの半径とは、図9に示すように、厚みのある巻き線部
の中央からコイル中心までの距離をいう。Here, the relationship between the permanent magnet 5 and the detection coil 4a will be described. In FIG. 9, the distance from the tip of the permanent magnet 5 to the detection coil 4a is a, the radius of the detection coil 4a is b, and the dimensional ratio is b / a. Also,
One-sided amplitude of the permanent magnet 5 is assumed to be c. The detection coil 4
The radius of “a” refers to the distance from the center of the thick winding portion to the center of the coil as shown in FIG.
【0046】図10は永久磁石5の変位量と検出用コイ
ル4aからの出力信号を相対値として扱い、両者の位相
の関係を示したグラフである。理想的には、変位と出力
信号の位相は、この図に示すように、相互に90度の位
相差を有する正弦波形状となる。しかし、実際には永久
磁石5の端面からコイル平面までの距離aとコイル平均
半径bとの位置関係によっては信号波形に位相シフトが
発生して波形が歪むために、計測結果の大きな誤差要因
となっている。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the displacement of the permanent magnet 5 and the output signal from the detection coil 4a as relative values, and the phase between the two. Ideally, the displacement and the phase of the output signal have a sine wave shape having a phase difference of 90 degrees from each other, as shown in this figure. However, in practice, depending on the positional relationship between the distance a from the end face of the permanent magnet 5 to the coil plane and the coil average radius b, a phase shift occurs in the signal waveform and the waveform is distorted. ing.
【0047】図11は、寸法比(b/a)を変えて位相
シフトを発生させた状態での位相と起電力のとの関係を
示すグラフである。ここで、位相シフトとは、一周期中
の最大値と最小値との位相差が180度からずれてくる
ことを意味する。FIG. 11 is a graph showing the relationship between the phase and the electromotive force in a state where the phase shift is generated by changing the dimensional ratio (b / a). Here, the phase shift means that the phase difference between the maximum value and the minimum value in one cycle deviates from 180 degrees.
【0048】この位相シフトのレベルは、E90(位相
90度での起電力)とEmax(一周期中の最大起電
力)との出力比、すなわEmax/E90が、1からど
れだけ変化したかで波形歪みのレベルを予測することが
できる。ここで、Emax/E90を相対起電力比と定
義する。The level of this phase shift is the output ratio between E90 (electromotive force at 90 degrees of phase) and Emax (maximum electromotive force in one cycle), that is, how much Emax / E90 has changed from 1. Can predict the level of waveform distortion. Here, Emax / E90 is defined as a relative electromotive force ratio.
【0049】図12は、寸法比(b/a)を横軸に、相
対起電力比Emax/E90を縦軸として、両者の関係
をグラフにしたものである。このグラフから、寸法比
(b/a)が1.5未満では相対起電力比Emax/E
90の急激な上昇が確認できる。したがって、寸法比
(b/a)が1.5未満では急激な位相シフトによる波
形の歪みが発生することになる。これにより、寸法比
(b/a)は、1.5以上を選択することが必要である
ことがわかる。また、同図より、寸法比(b/a)が、
4.0以上でも少しずつ波形歪みが増加していることが
分かる。したがって、波形歪みの観点からみた場合、寸
法比(b/a)は、1.5〜4.0の範囲を選択する必
要がある。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the dimensional ratio (b / a) on the horizontal axis and the relative electromotive force ratio Emax / E90 on the vertical axis. From this graph, it is found that when the dimensional ratio (b / a) is less than 1.5, the relative electromotive force ratio Emax / E
A sharp rise of 90 can be seen. Therefore, when the dimensional ratio (b / a) is less than 1.5, waveform distortion due to a sudden phase shift occurs. This indicates that the dimensional ratio (b / a) needs to be 1.5 or more. From the figure, the dimensional ratio (b / a) is
It can be seen that the waveform distortion increases little by little even at 4.0 or more. Therefore, from the viewpoint of waveform distortion, it is necessary to select the dimensional ratio (b / a) in the range of 1.5 to 4.0.
【0050】次に最大起電力Emaxの観点から検討し
た場合について説明する。図13は、位相シフトが少な
い状態、すなわち寸法比(b/a)が1.5〜4.0の
範囲での最大起電力Emaxの変化を模式的に示したグ
ラフである。この図より、寸法比(b/a)が大きくな
ればなるほど、すなわち、永久磁石5の先端と検出用コ
イル4aまでの距離aが一定のときに検出用コイル4a
の半径bが増加すればするほど、最大起電力Emaxが
低下していることがわかる。Next, a case will be described in which consideration is made from the viewpoint of the maximum electromotive force Emax. FIG. 13 is a graph schematically showing a change in the maximum electromotive force Emax when the phase shift is small, that is, when the dimensional ratio (b / a) is in the range of 1.5 to 4.0. As can be seen from the figure, as the dimensional ratio (b / a) increases, that is, when the distance a between the tip of the permanent magnet 5 and the detection coil 4a is constant, the detection coil 4a
It can be seen that the maximum electromotive force Emax decreases as the radius b increases.
【0051】この関係をさらに詳しく表現したものが、
図14である。同図は、寸法比(b/a)を横軸に縦軸
は、最大起電力Emaxの変化を相対起電力で表したグ
ラフである。ここでの相対起電力とは、Emax(b/
a=1.5)の出力を基準にした起電力の相対値であ
る。A more detailed expression of this relationship is:
FIG. In this figure, the horizontal axis represents the dimensional ratio (b / a), and the vertical axis represents the change in the maximum electromotive force Emax in terms of the relative electromotive force. Here, the relative electromotive force is Emax (b /
a = 1.5) is a relative value of the electromotive force based on the output.
【0052】信号処理に用いられる電気回路の増幅率は
大きくても1000倍程度であるから、図14で求めた
寸法比(b/a)=1.5を基準に、これの1/100
0程度までが一度に取り扱える信号の処理範囲と考えら
れる。そして、図14の寸法比(b/a)=1.5を1
として相対起電力比が0.001となる寸法比は4.0
であるから、位相シフトで評価した場合と同様、最大出
力の観点からも寸法比(b/a)の上限は4.0までの
範囲を選択することが適当である。Since the amplification factor of the electric circuit used for signal processing is at most about 1000 times, it is 1/100 of the dimensional ratio (b / a) = 1.5 obtained in FIG.
It is considered that up to about 0 is a signal processing range that can be handled at a time. Then, the dimensional ratio (b / a) = 1.5 in FIG.
The dimension ratio at which the relative electromotive force ratio becomes 0.001 is 4.0
Therefore, it is appropriate to select the range of the upper limit of the dimensional ratio (b / a) up to 4.0 from the viewpoint of the maximum output as in the case of the evaluation using the phase shift.
【0053】したがって、寸法比(b/a)=1.5〜
4.0の範囲で検出用コイル4aと永久磁石5との寸法
関係を所定のように構成すれば、波形歪み(位相シフ
ト)が少なく、良好な処理を行える信号を得ることがで
きる。Therefore, the dimensional ratio (b / a) = 1.5 to
If the dimensional relationship between the detection coil 4a and the permanent magnet 5 is set to a predetermined value within the range of 4.0, a signal with less waveform distortion (phase shift) and good processing can be obtained.
【0054】(実施の形態2)図15は本発明の実施の
形態2による加速度センサを一部破断して示す斜視図、
図16は図15の加速度センサの一部を拡大して示す断
面図である。(Embodiment 2) FIG. 15 is a perspective view showing a partially cutaway acceleration sensor according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 16 is a sectional view showing a part of the acceleration sensor of FIG. 15 in an enlarged manner.
【0055】本実施の形態の加速度センサでは、永久磁
石の代わりに、第1のセンサ室R1に面して振動板6に
取り付けられた高透磁性材料15aと、第2のセンサ室
R2に面してこの高透磁性材料15aに対応した振動板
6の反対面に取り付けられた電磁石用コイル15bとか
らなる電磁石(磁性体)15が用いられている。[0055] In the acceleration sensor of this embodiment, in place of the permanent magnet, a high permeability material 15a attached to the first diaphragm 6 facing the sensor chamber R 1, the second sensor chamber R 2 (Magnetic material) 15 comprising an electromagnet coil 15b attached to the opposite surface of the diaphragm 6 corresponding to the highly permeable material 15a.
【0056】このように、磁性体には電磁石15を用い
ることもできる。なお、後述する実施の形態において
も、永久磁石5の代わりに電磁石15を用いることがで
きる。As described above, the electromagnet 15 can be used as the magnetic material. In the embodiment described later, the electromagnet 15 can be used instead of the permanent magnet 5.
【0057】(実施の形態3)図17は本発明の実施の
形態3による加速度センサを一部破断して示す斜視図、
図18は図17の加速度センサの一部を拡大して示す断
面図である。(Embodiment 3) FIG. 17 is a perspective view showing an acceleration sensor according to Embodiment 3 of the present invention, partially cut away.
FIG. 18 is an enlarged sectional view showing a part of the acceleration sensor of FIG.
【0058】本実施の形態の加速度センサでは、第2の
センサ室R2における振動板6の永久磁石5に相当する
位置、および当該位置と対向する位置には、永久磁石5
の変位により静電容量が変化する一対の電極10がそれ
ぞれ取り付けられている。[0058] In the acceleration sensor of this embodiment, the position corresponding to the permanent magnet 5 of the vibration plate 6 in the second sensor chamber R 2, and to the position facing the position is, the permanent magnets 5
A pair of electrodes 10 whose capacitances are changed by the displacement of the electrodes are respectively attached.
【0059】また、第1のセンサ室R1における振動板
6に対向する内壁で且つ永久磁石5と同軸上には、電極
10の静電容量に対応した磁界が発生されて、変位した
永久磁石5を通常位置の方向に駆動する駆動用コイルが
設けられている。A magnetic field corresponding to the capacitance of the electrode 10 is generated on the inner wall of the first sensor chamber R 1 facing the diaphragm 6 and coaxially with the permanent magnet 5. 5 is provided in the direction of the normal position.
【0060】このように、検出用コイルに代えて電極1
0を用いてもよい。 (実施の形態4)図19は本発明の実施の形態4による
加速度センサを示す断面図、図20は図19の加速度セ
ンサの動作を説明するための比較図である。As described above, the electrode 1 is used instead of the detection coil.
0 may be used. (Embodiment 4) FIG. 19 is a sectional view showing an acceleration sensor according to Embodiment 4 of the present invention, and FIG. 20 is a comparative view for explaining the operation of the acceleration sensor of FIG.
【0061】図19に示すように、本実施の形態の加速
度センサでは、永久磁石5が振動板6の両側で同一の質
量配分となるようにして振動板6に取り付けられてい
る。As shown in FIG. 19, in the acceleration sensor of the present embodiment, the permanent magnets 5 are attached to the diaphragm 6 so that the same mass distribution is provided on both sides of the diaphragm 6.
【0062】ここで、永久磁石5が振動板6の下部に垂
下されるように取り付けられている場合には、図20に
示すように、振動板6の振動方向と交差するY方向に対
して永久磁石5が比較的大きなモーメントを受ける可能
性がある。すると、検出信号が歪んで計測精度に悪影響
が及ぼされる。When the permanent magnet 5 is attached so as to hang down from the lower part of the diaphragm 6, as shown in FIG. There is a possibility that the permanent magnet 5 receives a relatively large moment. Then, the detection signal is distorted and the measurement accuracy is adversely affected.
【0063】しかし、永久磁石5を前述した図19に示
すように取り付けると、永久磁石5の重心位置が振動板
6の取り付け位置と一致するので、外部加速度で永久磁
石5にモーメントは発生せず、良好な検出信号を取り出
すことができる。However, when the permanent magnet 5 is mounted as shown in FIG. 19, the position of the center of gravity of the permanent magnet 5 matches the mounting position of the diaphragm 6, so that no moment is generated in the permanent magnet 5 by external acceleration. And a good detection signal can be taken out.
【0064】(実施の形態5)図21は本発明の実施の
形態5による加速度センサを示す断面図である。(Embodiment 5) FIG. 21 is a sectional view showing an acceleration sensor according to Embodiment 5 of the present invention.
【0065】本実施の形態においては、駆動用コイル4
bが、第2のセンサ室R2における振動板6との対向位
置で且つ永久磁石5と同軸上に設けられている。駆動用
コイル4bは、このように配することもできる。In the present embodiment, the driving coil 4
b is provided on the second sensor chamber and the permanent magnet 5 and coaxially position opposite to the vibration plate 6 in R 2. The driving coil 4b can also be arranged in this way.
【0066】なお、駆動用コイル4bと検出用コイル4
aとを図示する場合と逆に配置してもよい。また、とも
に検出用コイルとし、両コイルの差動出力を取り出すよ
うにしてもよい。The driving coil 4b and the detecting coil 4
a may be arranged reversely to the case shown in the figure. Alternatively, both may be used as detection coils, and the differential output of both coils may be taken out.
【0067】さらに、図22に示すように、このような
コイル分離構造は、永久磁石5が振動板6の両側で同一
の質量配分となるようにして振動板6に取り付けられた
加速度センサにも適用することができる。Further, as shown in FIG. 22, such a coil separation structure can be applied to an acceleration sensor attached to the diaphragm 6 such that the permanent magnets 5 have the same mass distribution on both sides of the diaphragm 6. Can be applied.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、反磁界
が抑制されて検出信号の波形歪みが少なくなるので、小
型で高精度な動電型の加速度センサを得ることができる
という有効な効果が得られる。As described above, according to the present invention, since the demagnetizing field is suppressed and the waveform distortion of the detection signal is reduced, it is possible to obtain a small and highly accurate electrodynamic acceleration sensor. Effects can be obtained.
【0069】また、磁性体の検出用コイル側端面から検
出用コイルまでの距離aと検出用コイルの半径bとの寸
法比(b/a)を1.5〜4にすることにより、磁性体
の変位による検出信号の波形歪みがより有効に抑制され
るという有効な効果が得られる。The dimensional ratio (b / a) of the distance a from the detection coil side end surface of the magnetic material to the detection coil and the radius b of the detection coil is set to 1.5 to 4, so that the magnetic material The effective effect that the waveform distortion of the detection signal due to the displacement of the detection signal is more effectively suppressed is obtained.
【0070】磁性体を、振動板の両側で同一の質量配分
となるように振動板に取り付けることにより、磁性体が
本来の変位方向と異なる方向へ変位することにより発生
する検出信号の歪みを防止することができるという有効
な効果が得られる。By mounting the magnetic body on the diaphragm so that the same mass distribution is provided on both sides of the diaphragm, distortion of the detection signal caused by displacement of the magnetic body in a direction different from the original displacement direction can be prevented. An effective effect is obtained.
【0071】加速度により変位した磁性体を通常位置の
方向に駆動する駆動用コイルを設けることにより、磁性
体の変位量が非常に小さくなるので、広範な帯域での加
速度の測定が可能になるという有効な効果が得られる。By providing a driving coil for driving the magnetic body displaced by the acceleration in the direction of the normal position, the amount of displacement of the magnetic body becomes very small, so that it is possible to measure the acceleration in a wide band. Effective effects can be obtained.
【0072】第1のセンサ室や第2のセンサ室の内壁を
高透磁性材料により被覆することにより、磁気回路全体
の抵抗が低下して外部への漏れ磁束が減少するので、測
定効率を向上させることができるという有効な効果が得
られる。By covering the inner walls of the first sensor chamber and the second sensor chamber with a highly magnetically permeable material, the resistance of the entire magnetic circuit is reduced and the leakage magnetic flux to the outside is reduced, so that the measurement efficiency is improved. An effective effect of being able to do so is obtained.
【図1】本発明の実施の形態1による加速度センサを一
部破断して示す斜視図FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1の加速度センサの一部を拡大して示す断面
図FIG. 2 is an enlarged sectional view showing a part of the acceleration sensor of FIG. 1;
【図3】静止状態にある図1の加速度センサを示す断面
図FIG. 3 is a sectional view showing the acceleration sensor of FIG. 1 in a stationary state;
【図4】加速度が加わった図1の加速度センサを示す断
面図FIG. 4 is a sectional view showing the acceleration sensor of FIG. 1 to which acceleration has been applied;
【図5】図1の加速度センサにおける検出用コイルと駆
動用コイルの取付構造の一例を示す説明図FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a mounting structure of a detection coil and a driving coil in the acceleration sensor of FIG. 1;
【図6】図1の加速度センサにおける検出用コイルと駆
動用コイルの取付構造の他の一例を示す説明図FIG. 6 is an explanatory view showing another example of the mounting structure of the detection coil and the driving coil in the acceleration sensor of FIG. 1;
【図7】図1の加速度センサの変形例を示す断面図FIG. 7 is a sectional view showing a modification of the acceleration sensor of FIG. 1;
【図8】図1の加速度センサの他の変形例を示す断面図FIG. 8 is a sectional view showing another modification of the acceleration sensor of FIG. 1;
【図9】図1の加速度センサにおける永久磁石と検出用
コイルとの位置関係を示す説明図FIG. 9 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a permanent magnet and a detection coil in the acceleration sensor of FIG. 1;
【図10】図1の加速度センサにおける永久磁石の変位
と検出用コイルの出力信号との関係を示すグラフ10 is a graph showing a relationship between a displacement of a permanent magnet and an output signal of a detection coil in the acceleration sensor of FIG.
【図11】図1の加速度センサにおいて永久磁石と検出
用コイルとの寸法比を変えた場合における永久磁石の変
位と検出用コイルの出力信号との関係を模式的に示すグ
ラフ11 is a graph schematically showing the relationship between the displacement of the permanent magnet and the output signal of the detection coil when the dimensional ratio between the permanent magnet and the detection coil is changed in the acceleration sensor of FIG.
【図12】図1の加速度センサにおける永久磁石−検出
用コイルの寸法比と相対起電力比との関係を示すグラフ12 is a graph showing a relationship between a dimensional ratio of a permanent magnet and a detection coil and a relative electromotive force ratio in the acceleration sensor of FIG. 1;
【図13】永久磁石−検出用コイルの寸法比が1.5〜
4.0の範囲での最大起電力の変化を示すグラフFIG. 13: The dimensional ratio of the permanent magnet to the detection coil is 1.5 to
Graph showing a change in maximum electromotive force in the range of 4.0
【図14】永久磁石−検出用コイルの寸法比と相対起電
力との関係を示すグラフFIG. 14 is a graph showing a relationship between a permanent magnet-detection coil dimensional ratio and a relative electromotive force.
【図15】本発明の実施の形態2による加速度センサを
一部破断して示す斜視図FIG. 15 is a perspective view showing the acceleration sensor according to the second embodiment of the present invention in a partially broken manner.
【図16】図15の加速度センサの一部を拡大して示す
断面図FIG. 16 is an enlarged sectional view showing a part of the acceleration sensor of FIG. 15;
【図17】本発明の実施の形態3による加速度センサを
一部破断して示す斜視図FIG. 17 is a perspective view showing an acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention, partially cut away;
【図18】図17の加速度センサの一部を拡大して示す
断面図FIG. 18 is an enlarged sectional view showing a part of the acceleration sensor of FIG. 17;
【図19】本発明の実施の形態4による加速度センサを
示す断面図FIG. 19 is a sectional view showing an acceleration sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図20】図19の加速度センサの動作を説明するため
の比較図20 is a comparative diagram for explaining the operation of the acceleration sensor of FIG.
【図21】本発明の実施の形態5による加速度センサを
示す断面図FIG. 21 is a sectional view showing an acceleration sensor according to a fifth embodiment of the present invention.
【図22】図21の加速度センサの閉経例を示す断面図FIG. 22 is a sectional view showing an example of menopause of the acceleration sensor of FIG. 21;
【図23】従来の動電型の加速度センサの構成を示す概
略図FIG. 23 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional electrodynamic acceleration sensor.
【図24】従来の静電容量型の加速度センサを示す断面
図FIG. 24 is a sectional view showing a conventional capacitance type acceleration sensor.
【図25】従来のピエゾ型の加速度センサを示す断面図FIG. 25 is a sectional view showing a conventional piezo-type acceleration sensor.
【図26】半導体プロセス技術を用いて作成された動電
型の加速度センサを示す断面図FIG. 26 is a cross-sectional view showing an electrodynamic acceleration sensor created by using a semiconductor process technology.
【図27】形状異方性と反磁界係数Nとの関係を示すグ
ラフFIG. 27 is a graph showing the relationship between shape anisotropy and demagnetizing factor N
4a 検出用コイル 4b 駆動用コイル 5 永久磁石(磁性体) 6 振動板 7 高透磁率材料 10 電極 15 電磁石(磁性体) R1 第1のセンサ室 R2 第2のセンサ室4a Detection coil 4b Driving coil 5 Permanent magnet (magnetic material) 6 Diaphragm 7 High permeability material 10 Electrode 15 Electromagnet (magnetic material) R 1 First sensor room R 2 Second sensor room
Claims (10)
および第2のセンサ室と、 前記第1のセンサ室と前記第2のセンサ室とを区画する
弾性変形可能な振動板と、 前記第1のセンサ室における前記振動板に取り付けられ
て前記振動板の振動方向に延びる長軸とこの長軸に直交
する短軸との寸法比(長軸/短軸)が1以上とされ、外
部の加速度によって変位して前記振動板を振動させる磁
性体と、 前記第1のセンサ室における前記振動板に対向する内壁
で且つ前記磁性体と同軸上に設けられ、前記磁性体の変
位により磁界が変化する検出用コイルとを有し、 前記検出用コイルの磁界の変化で生じる起電力から加速
度を検出することを特徴とする加速度センサ。A first sensor chamber and a second sensor chamber formed in a casing; an elastically deformable diaphragm partitioning the first sensor chamber and the second sensor chamber; The dimensional ratio (long axis / short axis) of a major axis attached to the diaphragm in the first sensor chamber and extending in the vibration direction of the diaphragm and a minor axis orthogonal to the major axis is 1 or more. A magnetic body displaced by the acceleration of the vibrating plate to vibrate the diaphragm; and an inner wall opposed to the diaphragm in the first sensor chamber and provided coaxially with the magnetic body, and a magnetic field is generated by the displacement of the magnetic body. An acceleration sensor, comprising: a detection coil that changes; and detecting acceleration from an electromotive force generated by a change in a magnetic field of the detection coil.
前記検出用コイルまでの距離aと前記検出用コイルの半
径bとの寸法比(b/a)は1.5〜4であることを特
徴とする請求項1記載の加速度センサ。2. A dimensional ratio (b / a) of a distance a from an end face of the magnetic body to the detection coil to the detection coil and a radius b of the detection coil is 1.5 to 4. The acceleration sensor according to claim 1, wherein:
質量配分となるように前記振動板に取り付けられている
ことを特徴とする請求項1または2記載の加速度セン
サ。3. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the magnetic body is attached to the diaphragm so that the same mass distribution is provided on both sides of the diaphragm.
サ室における前記振動板との対向位置で且つ前記磁性体
と同軸上には、前記検出用コイルからの起電力に対応し
た磁界が発生され、変位した前記磁性体を通常位置の方
向に駆動する駆動用コイルが設けられていることを特徴
とする請求項1、2または3記載の加速度センサ。4. A magnetic field corresponding to an electromotive force from the detection coil at a position facing the diaphragm in the first sensor chamber or the second sensor chamber and coaxial with the magnetic body. 4. The acceleration sensor according to claim 1, further comprising a driving coil for driving the generated and displaced magnetic body in a direction of a normal position.
および第2のセンサ室と、 前記第1のセンサ室と前記第2のセンサ室とを区画する
弾性変形可能な振動板と、 前記第1のセンサ室における前記振動板に取り付けられ
て前記振動板の振動方向に延びる長軸とこの長軸に直交
する短軸との寸法比(長軸/短軸)が1以上とされ、外
部の加速度によって変位して前記振動板を振動させる磁
性体と、 前記第2のセンサ室における前記振動板の前記磁性体に
相当する位置、および当該位置と対向する位置にそれぞ
れ取り付けられ、前記磁性体の変位により静電容量が変
化する一対の電極と、 前記第1のセンサ室における前記振動板に対向する内壁
で且つ前記磁性体と同軸上に設けられ、前記電極の静電
容量に対応した磁界が発生され、変位した前記磁性体を
通常位置の方向に駆動する駆動用コイルとを有し、 前記電極の静電容量の変化から変位信号を検出し、その
変位を通常位置に戻すように前記駆動用コイルに信号を
フィードバックさせたときの電流値から加速度を検出す
ることを特徴とする加速度センサ。5. A first sensor chamber and a second sensor chamber formed in a casing; an elastically deformable diaphragm partitioning the first sensor chamber and the second sensor chamber; The dimensional ratio (long axis / short axis) of a major axis attached to the diaphragm in the first sensor chamber and extending in the vibration direction of the diaphragm and a minor axis orthogonal to the major axis is 1 or more. A magnetic body displaced by the acceleration of the vibrating plate to vibrate the diaphragm; and a magnetic body attached to a position corresponding to the magnetic body of the diaphragm in the second sensor chamber and a position facing the position. A pair of electrodes whose capacitances change due to the displacement of the magnetic field provided on the inner wall of the first sensor chamber facing the diaphragm and coaxial with the magnetic body, and corresponding to the capacitance of the electrodes Is generated and displaced A driving coil for driving the magnetic body in the direction of a normal position, detecting a displacement signal from a change in capacitance of the electrode, and sending a signal to the driving coil to return the displacement to the normal position. An acceleration sensor for detecting acceleration from a current value when fed back.
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に記載の加
速度センサ。6. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the magnetic body is a permanent magnet or an electromagnet.
けられた内壁およびこの内壁と対向する内壁の少なくと
も何れか一方の内壁は、高透磁性材料により被覆されて
いることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載
の加速度センサ。7. An inner wall of the first sensor chamber to which the magnetic body is attached and at least one of an inner wall opposed to the inner wall is coated with a highly magnetically permeable material. The acceleration sensor according to claim 1.
率材料により被覆されていることを特徴とする請求項1
〜6の何れか一項に記載の加速度センサ。8. The apparatus according to claim 1, wherein the entire inner wall of said first sensor chamber is coated with a high magnetic permeability material.
The acceleration sensor according to any one of claims 6 to 6.
性材料により被覆されていることを特徴とする請求項1
〜8の何れか一項に記載の加速度センサ。9. The apparatus according to claim 1, wherein the entire inner wall of said second sensor chamber is coated with a highly permeable material.
The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 8.
たはCo系の合金であることを特徴とする請求項7、8
または9記載の加速度センサ。10. The high-permeability material is an Fe-based, Ni-based, or Co-based alloy.
Or the acceleration sensor according to 9.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26165797A JPH11101817A (en) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | Acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26165797A JPH11101817A (en) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | Acceleration sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11101817A true JPH11101817A (en) | 1999-04-13 |
Family
ID=17364962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26165797A Pending JPH11101817A (en) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | Acceleration sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11101817A (en) |
-
1997
- 1997-09-26 JP JP26165797A patent/JPH11101817A/en active Pending
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