JPH0327071B2

JPH0327071B2 -

Info

Publication number: JPH0327071B2
Application number: JP18562184A
Authority: JP
Inventors: Nobufumi Nakajima
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 1984-09-05
Filing date: 1984-09-05
Publication date: 1991-04-12
Also published as: JPS6162870A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、自動車等の移動体の加速度を検出
する加速度センサに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to an acceleration sensor that detects acceleration of a moving object such as an automobile.

（従来の技術）従来の加速度センサの一つに特開昭57−72067
号公報に示されたものがある。これは、弾性体に
非晶質金属軟磁性体を接合すると共に前記弾性体
の一端に重りを設けてコアを構成し、このコアの
他端を中空のケーシング内に固定し、加速により
前記非晶質金属軟磁性体が弾性体と共に歪むの
で、この歪量を電気コイルにて検出し、加速度を
電気信号として測定するようになつている。(Prior technology) One of the conventional acceleration sensors is Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-72067.
There is one shown in the publication. This involves joining an amorphous metal soft magnetic material to an elastic body and providing a weight at one end of the elastic body to form a core, fixing the other end of the core in a hollow casing, and accelerating the core. Since the crystalline metal soft magnetic material is distorted together with the elastic material, the amount of this distortion is detected by an electric coil, and the acceleration is measured as an electrical signal.

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、かかる従来例にあつては、コア
の弾性体を歪ましてその歪量で加速度を検出する
方式であるため、弾性体の長さが短くすると装置
を小型化できる反面、感度を悪くするし、弾性体
の長さを長くすればその逆に感度を良くすること
ができる反面、装置の大型化を招くという問題点
があつた。(Problem to be Solved by the Invention) However, in the conventional example, the elastic body of the core is distorted and the acceleration is detected based on the amount of distortion, so if the length of the elastic body is short, the device becomes Although it can be made smaller, it reduces the sensitivity, and while increasing the length of the elastic body can improve the sensitivity, it also increases the size of the device.

そこで、この考案は、小型、軽量であつて、し
かも感度良好である加速度センサを提供すること
を課題としている。 Therefore, the object of this invention is to provide an acceleration sensor that is small, lightweight, and has good sensitivity.

（問題点を解決するための手段）しかして、この発明の要旨とするところは、平
板状の基準電極とこの基準電極に対向して少なく
とも２分割された平板状の検出電極とから少なく
とも２つコンデンサを構成し、該コンデンサの基
準電極と検出電極との間に磁性流体を移動自在に
配置すると共に、該コンデンサの検出電極の分割
部分を中心として前記磁性流体に作用する磁気を
発生する磁気発生手段を設けて、前記コンデンサ
の容量変化にて加速度を電気信号として検出する
ことにある。(Means for Solving the Problems) Therefore, the gist of the present invention is to provide at least two detection electrodes consisting of a flat reference electrode and at least two flat detection electrodes facing the reference electrode. A magnetic generator that constitutes a capacitor, in which a magnetic fluid is movably disposed between a reference electrode and a detection electrode of the capacitor, and that generates magnetism that acts on the magnetic fluid around a divided portion of the detection electrode of the capacitor. A means is provided to detect acceleration as an electrical signal based on a change in the capacitance of the capacitor.

（作用）したがつて、加速を受けると、それによる慣性
力を受けて磁性流体が磁気発生手段の磁力による
戻し力に抗して移動し、この磁性流体の移動で平
板状の基準電極と検出電極とにより構成されたコ
ンデンサの容量が変化し、この容量変化により加
速度を検出するようになるので、加速度の変化に
対して磁性流体が鋭敏に移動し、このため、小
型、軽量であつて感度を良好なものとすることが
できるのである。(Function) Therefore, when it is accelerated, the magnetic fluid moves against the return force due to the magnetic force of the magnetism generating means due to the inertial force, and the movement of the magnetic fluid causes the flat reference electrode to be detected. The capacitance of the capacitor made up of the electrodes changes, and acceleration is detected based on this capacitance change, so the magnetic fluid moves sensitively in response to changes in acceleration. It is possible to make it good.

（実施例）以下、この発明の実施例を図面により説明す
る。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.

第１図、第２図において、この発明の第１の実
施例が示され、ハウジング１は、基台２上に蓋体
３が固定されて構成され、このハウジング１内に
非磁性体から成る容器４が収納されている。この
容器４は、断面コ字状の容器部材４ａ，４ｂの開
口部分を対向させて気密的に密閉して中空とした
もので、上方の容器部材４ａの内部底面に２つの
基準電極５ａ，５ｂが、下方の容器部材４ｂの内
部上面に検出電極６ａ，６ｂとがそれぞれ対向す
るよう固定されている。 1 and 2, a first embodiment of the present invention is shown, and a housing 1 has a cover 3 fixed on a base 2, and the housing 1 is made of a non-magnetic material. A container 4 is housed therein. This container 4 is made hollow by airtightly sealing the openings of container members 4a and 4b having U-shaped cross sections facing each other, and two reference electrodes 5a and 5b are provided on the inner bottom surface of the upper container member 4a. However, detection electrodes 6a and 6b are fixed to the inner upper surface of the lower container member 4b so as to face each other.

上記基準電極５ａ，５ｂと検出電極６ａ，６ｂ
とはそれぞれ方形状の平板で、容器４の中心部分
で２分割され、２つのコンデンサ７ａ，７ｂを構
成している。また、該コンデンサ７ａ，７ｂの基
準電極５ａ，５ｂと検出電極６ａ，６ｂとの間に
は下記する磁性流体８が加速方向へ移動自在に配
置されている。 The reference electrodes 5a, 5b and the detection electrodes 6a, 6b
are rectangular flat plates that are divided into two at the center of the container 4, forming two capacitors 7a and 7b. Further, a magnetic fluid 8 described below is arranged movably in the acceleration direction between the reference electrodes 5a, 5b and the detection electrodes 6a, 6b of the capacitors 7a, 7b.

上記磁性流体８は、周知にように、例えば直径
が100Å程度の磁性体粒子Fe₃O₄を水や油等の
種々の溶媒中に高濃度で分散させたコロイド状の
液体で、磁場を作用させても磁性体粒子の沈降や
凝集が起こらず、見掛け上液体自身が磁性をもつ
ているように振る舞うものである。そして、この
磁性流体８は、この考案の加速度センサが設けら
れる移動体の加速による慣性力を左右方向に受
け、これにより該磁性流体８が移動すると、コン
デンサ７ａ，７ｂの誘電率、即ち、コンデンサ７
ａ，７ｂの静電容量が変化するようになつてい
る。 As is well known, the magnetic fluid 8 is a colloidal liquid in which magnetic particles Fe ₃ O ₄ with a diameter of about 100 Å are dispersed at a high concentration in various solvents such as water and oil, and is used to apply a magnetic field. Even if the liquid is allowed to cool, the magnetic particles do not settle or aggregate, and the liquid apparently behaves as if it were magnetic. Then, this magnetic fluid 8 receives inertia force in the left and right direction due to the acceleration of the moving body in which the acceleration sensor of this invention is installed, and when the magnetic fluid 8 moves, the dielectric constant of the capacitors 7a and 7b, that is, the capacitor 7
The capacitances of a and 7b are changed.

また、上方の容器部材４ａの上部中央付近には
方形状の永久磁石又は電磁石から成る磁気発生手
段９が固定され、該磁気発生手段９は、前記磁性
流体８をコンデンサ７ａ，７ｂの分割部分を中心
として集合させるようにしてある。また、ハウジ
ング１内で容器４の上方には、電子回路の配線基
板１０が設けられ、この配線基板１０に電子回路
部品１１と出力線１２とが接続され、前記コンデ
ンサ７ａ，７ｂの容量変化を電気信号（例えば電
圧）に変換して出力線１２から出力するようにし
てある。 Further, a magnetism generating means 9 made of a rectangular permanent magnet or an electromagnet is fixed near the center of the upper part of the upper container member 4a, and the magnetism generating means 9 transfers the magnetic fluid 8 to the divided portions of the capacitors 7a and 7b. They are arranged to gather at the center. Further, an electronic circuit wiring board 10 is provided above the container 4 in the housing 1, and an electronic circuit component 11 and an output line 12 are connected to this wiring board 10, and changes in the capacitance of the capacitors 7a and 7b are controlled. The signal is converted into an electrical signal (eg, voltage) and output from the output line 12.

上記構成において、加速を受けていない場合に
は、磁性流体８は、磁気発生手段９により容器４
の中央付近に集合して移動しないので、出力線１
２からの出力は０である。ここで、例えば第１図
の左方向に加速が加わると、磁性流体８は加速方
向とは逆に右方向の慣性力を受けるので、磁気発
生手段９による磁力に抗して右方向に移動する。
ここで、コンデンサ７ａ，７ｂの容量をそれぞれ
C₁、C₂とすれば、それぞれの誘電率が変化して
C₁＞C₂となり、該容量C₁、C₂の大小を比較する
ことにより加速の方向を検出することができる。
また、このときのΔC＝C₁−C₂を演算することに
より加速度の大きさを検出することができるもの
である。 In the above configuration, when the magnetic fluid 8 is not accelerated, the magnetic fluid 8 is transferred to the container 4 by the magnetism generating means 9.
Since they do not gather near the center of the output line 1 and do not move,
The output from 2 is 0. Here, for example, when acceleration is applied to the left in FIG. 1, the magnetic fluid 8 receives an inertial force in the right direction opposite to the direction of acceleration, so it moves to the right against the magnetic force by the magnetism generating means 9. .
Here, the capacitances of capacitors 7a and 7b are respectively
If C ₁ and C ₂ are used, the permittivity of each changes and
C ₁ >C ₂ , and by comparing the magnitudes of the capacitances C ₁ and C ₂ , the direction of acceleration can be detected.
Furthermore, the magnitude of the acceleration can be detected by calculating ΔC=C ₁ −C ₂ at this time.

第３図において、この発明の第２の実施例が示
され、前記第１の実施例と比較すると、磁気発生
手段９を容器４の上部と下部とに設けた点のみが
異なり、同一部分については同一番号を図面に付
してその説明を省略する。 In FIG. 3, a second embodiment of the present invention is shown, and when compared with the first embodiment, the only difference is that magnetism generating means 9 are provided in the upper and lower parts of the container 4, and the same parts are The same reference numerals are used in the drawings, and the explanation thereof will be omitted.

第４図及至第８図において、この発明の第３の
実施例が示され、この第３の実施例は、上記２つ
の実施例が一軸方向の加速度を検出するものであ
つたのに対し、XY二軸方向の加速度を検出する
ことができるようにしたもので、第１又は第２の
実施例と同一部分に付いてはその説明を省略す
る。 4 to 8, a third embodiment of the present invention is shown, and while the above two embodiments detect acceleration in a uniaxial direction, this third embodiment It is designed to be able to detect acceleration in the XY two-axis directions, and descriptions of the same parts as in the first or second embodiment will be omitted.

即ち、ハウジング１は、円筒状の蓋体２を有
し、この蓋体２内に同じく円筒状の容器４が収納
され、この容器４を構成する上方の容器部材４ａ
の内部底面に基準電極５ａが、この基準電極５ａ
に対向して下方の容器部材４ｂの内部上面に検出
電極６ａ〜６ｄがそれぞれ固定されている。基準
電極５ａは、円板状で各検出電極６ａと対向する
共通電極となつており、また、検出電極６ａ〜６
ｄは、容器４の中心から放射状に４分割されてお
り、該基準電極５ａと検出電極６ａ〜６ｄにより
４つのコンデンサ７ａ〜７ｄが構成されている。
そして、磁性流体８は、コンデンサ７ａ〜７ｄの
基準電極５ａと検出電極６ａ〜６ｄの間に配置さ
れ、円状の磁気発生手段９により容器４の中心付
近に円形となつて集合するようになつている。 That is, the housing 1 has a cylindrical lid 2, and a cylindrical container 4 is housed in the lid 2, and an upper container member 4a constituting the container 4 is placed inside the lid 2.
A reference electrode 5a is provided on the inner bottom surface of the reference electrode 5a.
Detection electrodes 6a to 6d are respectively fixed to the inner upper surface of the lower container member 4b facing to. The reference electrode 5a has a disk shape and serves as a common electrode facing each of the detection electrodes 6a.
d is divided into four parts radially from the center of the container 4, and the reference electrode 5a and the detection electrodes 6a to 6d constitute four capacitors 7a to 7d.
The magnetic fluid 8 is arranged between the reference electrode 5a and the detection electrode 6a to 6d of the capacitors 7a to 7d, and is collected in a circular shape near the center of the container 4 by the circular magnetism generating means 9. ing.

したがつて、例えばＸ方向、Ｙ方向又はXY45゜
方向に加速が加わると、第６図乃至第８図に示す
ように、磁性流体８は、その加速方向とは逆の方
向へ慣性力を受けて楕円状に変形しながら移動
し、各コンデンサ７ａ〜７ｂの容量C₁〜C₄が変
化する。ここで、Ｘ方向に加速を受けた場合は、
C₃＝C₄、C₁＜C₂、Ｙ方向に加速を受けた場合は、
C₁＝C₂、C₃＜C₄、XY45゜方向に加速を受けた場
合は、C₁＝C₂、C₃＝C₄となるので、それぞれの
容量C₁〜C₄を比較することにより加速方向を検
出することができる。また、それぞれの方向にお
ける加速度の大きさΔCは、それぞれΔC＝C₁−
C₂、ΔC＝C₃−C₄、ΔC＝C₄−C₁＝C₂−C₃に対応
する値となり、これから検出することができるも
のである。 Therefore, when acceleration is applied, for example, in the X direction, Y direction, or XY45° direction, the magnetic fluid 8 receives an inertial force in the opposite direction to the acceleration direction, as shown in FIGS. 6 to 8. The capacitors 7a to 7b move while deforming into an elliptical shape, and the capacitances _C1 to _C4 of the capacitors 7a to 7b change. Here, if you receive acceleration in the X direction,
C ₃ = C ₄ , C ₁ < C ₂ , if accelerated in the Y direction,
C ₁ = C ₂ , C ₃ < C ₄ , when accelerated in the XY45° direction, C ₁ = C ₂ and C ₃ = C ₄ , so compare the respective capacitances C ₁ to C ₄ . The direction of acceleration can be detected by Also, the magnitude of acceleration ΔC in each direction is ΔC=C ₁ −
The values correspond to C ₂ , ΔC=C ₃ −C ₄ , and ΔC=C ₄ −C ₁ =C ₂ −C ₃ , and can be detected from this value.

尚、上記第３の実施例においては、４つのコン
デンサを設けているが、最低３つであつてもXY
二軸方向の加速度の検出が可能であるし、また、
検出電極は、４角、３角等の種々の形状とするこ
とができる。 Although four capacitors are provided in the third embodiment, even if there are at least three capacitors, XY
It is possible to detect acceleration in two axial directions, and
The detection electrode can have various shapes such as square, triangular, etc.

また、上記第１乃至第３の実施例にあつては、
コンデンサの電極に磁性流体が直接に接触するよ
うになつているが、前記電極の表面にテフロン
（商品名）等でコーテイングして、電極の酸化を
防止すると共に、磁性流体の流れを良くすること
もできる。 Furthermore, in the first to third embodiments above,
The magnetic fluid comes into direct contact with the electrodes of the capacitor, but the surface of the electrodes should be coated with Teflon (trade name) to prevent oxidation of the electrodes and improve the flow of the magnetic fluid. You can also do it.

（発明の効果）以上述べたように、この発明によれば、加速を
受けて移動する部分を磁性流体とすると共に、こ
の磁性流体の位置を平板状のコンデンサの容量に
変換し、このコンデンサの容量変化で加速度を検
出するようにしたので、小型、軽量で、且つ感度
が良好な加速度センサを提供することができる。
また、可動部分が磁性流体から構成して検出部分
における機械的な支持機構を不要としたので、耐
久性、信頼性が向上する等の効果を奏する。尚、
上記加速度センサを傾かせると、磁性流体に重力
加速度が作用し、コンデンサの容量が変化するの
で、加速度センサを設置している装置の傾斜角度
を測定することが可能で、傾斜角センサとして用
いることもできる。(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the part that moves under acceleration is a magnetic fluid, and the position of this magnetic fluid is converted into the capacitance of a flat capacitor. Since acceleration is detected by capacitance change, it is possible to provide an acceleration sensor that is small, lightweight, and has good sensitivity.
Furthermore, since the movable part is made of magnetic fluid and no mechanical support mechanism is required in the detection part, durability and reliability are improved. still,
When the above acceleration sensor is tilted, gravitational acceleration acts on the magnetic fluid and the capacitance of the capacitor changes, so it is possible to measure the tilt angle of the device in which the acceleration sensor is installed, and it can be used as a tilt angle sensor. You can also do it.

[Brief explanation of drawings]

第１図はこの発明の第１の実施例における加速
度センサを示す縦断面図、第２図は第１図のＡ−
Ａ線断面図、第３図は第２の実施例における加速
度センサを示す縦断面図、第４図は第３の実施例
における加速度センサの縦断面図、第５図は第４
図のＢ−Ｂ線断面図、第６図乃至第８図はそれぞ
れ種々の方向に加速を受けた場合の磁性流体の移
動状態を示す概略図である。５ａ，５ｂ……基準電極、６ａ〜６ｄ……検出
電極、７ａ〜７ｄ……コンデンサ、８……磁性流
体、９……磁気発生手段。 FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an acceleration sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
3 is a longitudinal sectional view showing the acceleration sensor in the second embodiment; FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the acceleration sensor in the third embodiment; FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing the acceleration sensor in the third embodiment.
The cross-sectional view taken along the line BB in the figure and FIGS. 6 to 8 are schematic diagrams showing the state of movement of the magnetic fluid when it is accelerated in various directions, respectively. 5a, 5b...Reference electrode, 6a-6d...Detection electrode, 7a-7d...Capacitor, 8...Magnetic fluid, 9...Magnetism generating means.

Claims

[Claims] 1. At least two capacitors are constituted by a flat reference electrode and a flat detection electrode divided into at least two parts facing the reference electrode, and the reference electrode and the detection electrode of the capacitor are A magnetic fluid is movably disposed between the capacitors, and magnetism generating means is provided to generate magnetism that acts on the magnetic fluid centering around the divided portion of the detection electrode of the capacitor, so that acceleration can be electrically controlled by changes in the capacitance of the capacitor. An acceleration sensor characterized by detecting it as a signal. 2. The acceleration sensor according to claim 1, wherein the detection electrode is radially divided into at least three parts on the same plane facing the reference electrode.