JPH01212301A - ひずみセンサ - Google Patents
ひずみセンサInfo
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- JPH01212301A JPH01212301A JP63036766A JP3676688A JPH01212301A JP H01212301 A JPH01212301 A JP H01212301A JP 63036766 A JP63036766 A JP 63036766A JP 3676688 A JP3676688 A JP 3676688A JP H01212301 A JPH01212301 A JP H01212301A
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- coils
- substrate
- strain sensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
- G01B7/24—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in magnetic properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
- G01L1/125—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
- G01L1/127—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using inductive means
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- Y10S73/00—Measuring and testing
- Y10S73/02—Magnetostrictive
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的］
（産業上の利用分野）
本発明は、ひずみセンサに関する。
（従来の技術）
構造材のひずみを検出する手段としては、−般に、ひず
みに対して抵抗値が変化する金属抵抗形ひずみセンサが
使用されている。
みに対して抵抗値が変化する金属抵抗形ひずみセンサが
使用されている。
この金属抵抗形ひずみセンサは、他のセンサに比べて取
扱いが容易で、信頼性が高いことから多用されている。
扱いが容易で、信頼性が高いことから多用されている。
しかし、金属抵抗形ひずみセンサ゛は、一般に検出感度
が低い。このため、この金属抵抗形センサを使って、た
とえばロボット等′の負荷検出や駆動力検出を行なう場
合には、検出信号を大きくするために、駆動力伝達部材
の一部にひずみ量が多くなる部分、つまり機械的剛性の
低い部分を形成し、この部分にひずみセンサを貼着する
方式が採用されている。しかし、駆動力伝達系の剛性を
下げることは、ロボットの応答性能の低下を招き、好ま
しいことではない。一方、感度の高いひずみセンサとし
て、半導体ひずみセンサが知られている。しかし、この
センサは取扱う上での制限が多く、汎用性に欠ける問題
があった。
が低い。このため、この金属抵抗形センサを使って、た
とえばロボット等′の負荷検出や駆動力検出を行なう場
合には、検出信号を大きくするために、駆動力伝達部材
の一部にひずみ量が多くなる部分、つまり機械的剛性の
低い部分を形成し、この部分にひずみセンサを貼着する
方式が採用されている。しかし、駆動力伝達系の剛性を
下げることは、ロボットの応答性能の低下を招き、好ま
しいことではない。一方、感度の高いひずみセンサとし
て、半導体ひずみセンサが知られている。しかし、この
センサは取扱う上での制限が多く、汎用性に欠ける問題
があった。
このようなことから、取扱いが容易で、しかも検出感度
が高く、そのうえ信頼性に富んだひずみセンサの出現が
望まれているのが実状である。
が高く、そのうえ信頼性に富んだひずみセンサの出現が
望まれているのが実状である。
（発明が解決しようとする課題）
上述の如く、従来のひずみセンサにあっては。
検出感度、取扱性、信頼性と言った要件を全て満たすこ
とはできなかった。
とはできなかった。
そこで本発明は、上述した要件の全てを満たすことがで
き１．シかも構造が簡単で製作も容易なひずみセンサを
提供することを目的としている。
き１．シかも構造が簡単で製作も容易なひずみセンサを
提供することを目的としている。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
上記目的を達成するために１本発明に係るひずみセンサ
では、可撓性を有する絶縁性の基板と。
では、可撓性を有する絶縁性の基板と。
この基板上に渦巻き状パターンに形成されたコイルと、
このコイルとは絶縁状態に前記基板に対して固定され上
記コイルで発生した磁束の少なくとも一部の通路となる
磁歪効果を存する非晶質磁性金属体とを含んだ構成とな
っている。
このコイルとは絶縁状態に前記基板に対して固定され上
記コイルで発生した磁束の少なくとも一部の通路となる
磁歪効果を存する非晶質磁性金属体とを含んだ構成とな
っている。
コイルは１つだけでもよいが、それぞれが発生する磁束
の向きを逆向きとした一対のコイルを設け、各コイルで
発生した磁束の少なくとも一部を共通する１つの通路で
通過させる非晶質磁性金属体を１つあるいは２つ設ける
と一層好ましい。
の向きを逆向きとした一対のコイルを設け、各コイルで
発生した磁束の少なくとも一部を共通する１つの通路で
通過させる非晶質磁性金属体を１つあるいは２つ設ける
と一層好ましい。
また、対をなす各コイルは、絶縁性の基板上に渦巻き状
パターンのコイルを形成さしてなるコイルユニットを複
数積層して構成されたものでもよい。
パターンのコイルを形成さしてなるコイルユニットを複
数積層して構成されたものでもよい。
さらに、コイルの中心部に、磁芯となる強磁性体を配置
するとより効果的である。
するとより効果的である。
（作 用）
磁歪効果を有する非晶質磁性金属体は、引張力や圧縮力
を受けると透磁率が大幅に変化する。
を受けると透磁率が大幅に変化する。
すなわち、引張力を受けると透磁率が小さくなり。
圧縮力を受けると透磁率が大きくなる。磁気異方性を持
たせると、その効果は一層大きい。
たせると、その効果は一層大きい。
本発明に係るひずみセンサでは、コイルで発生した磁束
の少なくとも一部の通路となるように非晶質磁性金属体
が設けられている。このため、引張力や圧縮力によって
非晶質磁性金属体の透磁率が変化すると、この透磁率の
変化に対応してコイルのインダクタンス値が大幅に変化
する。したがって、このセンサを構造材の表面に接着材
等を使って貼着しておけば、構造材に加わる荷重をセン
サの出力、つまりコイルのインダクタンス値の変化から
知ることができ、高感度にひずみを検出できることにな
る。
の少なくとも一部の通路となるように非晶質磁性金属体
が設けられている。このため、引張力や圧縮力によって
非晶質磁性金属体の透磁率が変化すると、この透磁率の
変化に対応してコイルのインダクタンス値が大幅に変化
する。したがって、このセンサを構造材の表面に接着材
等を使って貼着しておけば、構造材に加わる荷重をセン
サの出力、つまりコイルのインダクタンス値の変化から
知ることができ、高感度にひずみを検出できることにな
る。
そして、渦巻き状パターンに形成されたコイルは、コイ
ル全体の薄肉化を可能とし、結果としてセンーサ全一体
の薄肉化を可能とする。
ル全体の薄肉化を可能とし、結果としてセンーサ全一体
の薄肉化を可能とする。
また１発生する磁束の向きを互いに逆向きとした一対の
コイルは、これらで発生した磁束のうち。
コイルは、これらで発生した磁束のうち。
ひずみ検出に供される有効磁束分の割合を大きくする。
このため、一対のコイルは、非晶質磁性金属体の透磁率
変化がインダクタンス変化へ変換される変換率を高める
ことに寄与し、検出感度の一層の向上に寄与する。
変化がインダクタンス変化へ変換される変換率を高める
ことに寄与し、検出感度の一層の向上に寄与する。
また、コイルの中央部に磁芯となる強磁性体を配置して
おくと、いわゆる漏れ磁束分を少なくでき、有効磁束分
の割合をさらに大きくできる。このため、透磁率変化が
インダクタンス変化へ変換される変換率をさらに高める
ことが可能となる。
おくと、いわゆる漏れ磁束分を少なくでき、有効磁束分
の割合をさらに大きくできる。このため、透磁率変化が
インダクタンス変化へ変換される変換率をさらに高める
ことが可能となる。
（実施例）
以下９図面を参照しながら実施例を説明する。
第１図には一実施例に係るひずみセンサ１の分解斜視図
が示されており、第２図には同センサ１の側面図が示さ
れている。
が示されており、第２図には同センサ１の側面図が示さ
れている。
このひずみセンサ１は、大きく別けて、コイル基板１１
と、このコイル基板１１の図中下面に接着された薄い絶
縁シート１２と、この絶縁シート１２の図中下面に接着
された磁歪効果を有する非晶質磁性金属板１３と、コイ
ル基板１１の図中上面に接着された絶、縁シート１４と
で構成されている。
と、このコイル基板１１の図中下面に接着された薄い絶
縁シート１２と、この絶縁シート１２の図中下面に接着
された磁歪効果を有する非晶質磁性金属板１３と、コイ
ル基板１１の図中上面に接着された絶、縁シート１４と
で構成されている。
コイル基板１１は、たとえば厚さ０３１ｊ１．幅１２ｕ
、長さ３０朋のマイラ等で形成された可撓性を有する絶
縁性の基板１５と、この基板１５の一方の面上にプリン
ト配線技術によって同一方向に渦を巻く渦巻き状パター
ンに形成され、基板１５の長手方向に配列された一対の
コイル１６ａ。
、長さ３０朋のマイラ等で形成された可撓性を有する絶
縁性の基板１５と、この基板１５の一方の面上にプリン
ト配線技術によって同一方向に渦を巻く渦巻き状パター
ンに形成され、基板１５の長手方向に配列された一対の
コイル１６ａ。
１６ｂと、これらコイル１６ａ、１６ｂを外部回路に接
続するために基板１５上にプリント配線技術によって形
成された端子１７ａ、１７ｂとで構成されている。コイ
ル１６ａの最内端は、基板１５を厚み方向に貫通して基
板１５の図中下面にプリント配線技術によって形成され
た渡り線１８の一端に接続されている。また、コイル１
６ｂの最内端は、同じく基板１５を厚み方向に貫通して
渡り線１８の他端に接続されている。コイル１６ａの最
外端は、基板１５上に形成されたプリント配線１９を介
して端子１７ａに接続されている。同様に、コイル１６
ｂの最外端も基板１５上に形成されたプリント配線２０
を介して端子１７ｂに接続されている。したがって、コ
イル１６ａ、１６ｂは、端子１７ａ、１７ｂ間に直列に
接続されており、端子１７ａ、１７ｂを介して電流を流
すと互いに逆向きの磁束を発生する。
続するために基板１５上にプリント配線技術によって形
成された端子１７ａ、１７ｂとで構成されている。コイ
ル１６ａの最内端は、基板１５を厚み方向に貫通して基
板１５の図中下面にプリント配線技術によって形成され
た渡り線１８の一端に接続されている。また、コイル１
６ｂの最内端は、同じく基板１５を厚み方向に貫通して
渡り線１８の他端に接続されている。コイル１６ａの最
外端は、基板１５上に形成されたプリント配線１９を介
して端子１７ａに接続されている。同様に、コイル１６
ｂの最外端も基板１５上に形成されたプリント配線２０
を介して端子１７ｂに接続されている。したがって、コ
イル１６ａ、１６ｂは、端子１７ａ、１７ｂ間に直列に
接続されており、端子１７ａ、１７ｂを介して電流を流
すと互いに逆向きの磁束を発生する。
絶縁シート１２．１４は、たとえば厚さ０．１１ＩＩ！
＋幅１２Ｈで、コイル１６ａ、１６ｂを覆い得る長さの
絶縁紙あるいは高分子シートによって形成されている。
＋幅１２Ｈで、コイル１６ａ、１６ｂを覆い得る長さの
絶縁紙あるいは高分子シートによって形成されている。
非晶質磁性金属板１３は１組成がたとえば（Ｆｅｔ−、
Ｃｏｘ） ｙａｓｌａ Ｂ １４のもので、厚さ０３ａ
ｍ。
Ｃｏｘ） ｙａｓｌａ Ｂ １４のもので、厚さ０３ａ
ｍ。
幅１２ｍで１．絶縁シート１２と同じ長さに形成されて
いる。そして、この非晶質磁性金属板１３には。
いる。そして、この非晶質磁性金属板１３には。
長手方向、つまりコイル１６ａ、１６ｂの配列方向を磁
化容易軸とする磁気異方性処理が施されている。
化容易軸とする磁気異方性処理が施されている。
このような構成であると、端子１７ａ、１７ｂを介して
コイル１６ａ、１６ｂに電流を流すと。
コイル１６ａ、１６ｂに電流を流すと。
コイル１６ａ、１６ｂは互いに逆向きの磁束を発生する
。したがって、各コイル１６ａ、１６ｂで発生した磁束
の大部分は、第３図中に実線矢印２１で示すように、各
コイル１６ａ、１６ｂと鎖交し、かつ非晶質磁性金属板
１３内を長手方向に進む１つの通路を通ることになる。
。したがって、各コイル１６ａ、１６ｂで発生した磁束
の大部分は、第３図中に実線矢印２１で示すように、各
コイル１６ａ、１６ｂと鎖交し、かつ非晶質磁性金属板
１３内を長手方向に進む１つの通路を通ることになる。
一方、非晶質磁性金属板１３は、長手方向に引張力が加
わったり、圧縮力が加わると、第４図に示すように透磁
率が大幅に変化する。この透磁率の変化は、コイル１６
ａ、１６ｂの合成インダクタンス値の変化となって現わ
れる。したがって、このひずみセンサ１を使って構造材
のひずみを検出するには次のようにすればよい。
わったり、圧縮力が加わると、第４図に示すように透磁
率が大幅に変化する。この透磁率の変化は、コイル１６
ａ、１６ｂの合成インダクタンス値の変化となって現わ
れる。したがって、このひずみセンサ１を使って構造材
のひずみを検出するには次のようにすればよい。
すなわち、第５図に示すように１図中実線矢印方向の荷
ＩＪＷが加わる構造材Ｐ、のひ°ずみ（すなわち荷重Ｗ
）を検出する場合には、構造材Ｐの外周面で、荷重Ｗの
方向と平行し、かつ構造材Ｐの軸心線を通る線上に一対
のびずみセンサ１，１′を対向関係に接着剤で固着する
。固着に際しては。
ＩＪＷが加わる構造材Ｐ、のひ°ずみ（すなわち荷重Ｗ
）を検出する場合には、構造材Ｐの外周面で、荷重Ｗの
方向と平行し、かつ構造材Ｐの軸心線を通る線上に一対
のびずみセンサ１，１′を対向関係に接着剤で固着する
。固着に際しては。
各ひずみセンサ１，１′共に非晶質磁性金属板１３側を
構造材Ｐ側に位置させ、かつ非晶質磁性金属板１３の長
手方向が構造材Ｐの軸心線に沿うとともに荷重Ｗの方向
と直交する関係に固着する。
構造材Ｐ側に位置させ、かつ非晶質磁性金属板１３の長
手方向が構造材Ｐの軸心線に沿うとともに荷重Ｗの方向
と直交する関係に固着する。
両ひずみセンサ１，１′を上記関係に固着すると。
構造材Ｐに荷重Ｗが加わったとき、第６図に示すように
、ひずみセンサ１例の非晶質磁性金属板１３には荷重Ｗ
に対応した長手方向への引張力Ｆが、またひずみセンサ
１′側の非晶質金属板１３には荷重Ｗに対応した長手方
向への圧縮力−Ｆが作用する。
、ひずみセンサ１例の非晶質磁性金属板１３には荷重Ｗ
に対応した長手方向への引張力Ｆが、またひずみセンサ
１′側の非晶質金属板１３には荷重Ｗに対応した長手方
向への圧縮力−Ｆが作用する。
このように、ひずみセンサ１，１′を取付け。
実際にひずみ量を信号として取出すときには、第７図に
示すような回路を用いればよい。すなわち。
示すような回路を用いればよい。すなわち。
抵抗器３１．３２と各ひずみセンサ１，１′の直列接続
された２組みのコイル１６ａ、１６ｂとでブリッジ回路
３３を構成する。そして、ブリッジ回路３３の電源入力
端を振幅一定の交流信号を出力する交流信号源３４に接
続する。一方、ブリッジ回路３３の中点間型位差を差動
増幅器３５に導入して増幅する。構造材Ｐに第５図に示
すように荷重Ｗが加わると、ひずみセンサ１側の非晶質
磁性金属板１３には引張力Ｆが作用し、これによって非
晶質磁性材１３の透磁率が小さくなるので。
された２組みのコイル１６ａ、１６ｂとでブリッジ回路
３３を構成する。そして、ブリッジ回路３３の電源入力
端を振幅一定の交流信号を出力する交流信号源３４に接
続する。一方、ブリッジ回路３３の中点間型位差を差動
増幅器３５に導入して増幅する。構造材Ｐに第５図に示
すように荷重Ｗが加わると、ひずみセンサ１側の非晶質
磁性金属板１３には引張力Ｆが作用し、これによって非
晶質磁性材１３の透磁率が小さくなるので。
このひずみセンサ１に組み込まれているコイル１６ａ、
１６ｂの合成インダクタンス値は荷重Ｗが加わる前の値
より小さくなる。一方、ひずみセンサ１′側の非晶質磁
性金属板１３には圧縮カーＦが作用し、これによって非
晶質磁性材１３の透磁率が大きくなるので、このひずみ
センサ１′に組み込まれているコイル１６ａ、１６ｂの
合成インダクタンス値は大きくなる。したがって、荷重
Ｗが零の状態でブリッジ回・路３３のバランスをとって
おくと、荷重Ｗが加わったときにはバランスがくずれ、
ブリッジ回路３３の中点間に荷重Ｗに対応した電位差が
発生する。この電位差を差動増幅器３５によって増幅す
る。そして、差動増幅器３５の出力を位相検波回路３６
に導入し、交流信号源３４゛の出力との位相差に応じて
検波整流を行なわせ、この出力をフィルタ回路３７で平
滑すると、構造材Ｐのひずみ量、つまり荷重Ｗに対応し
た直流出力電圧ｖｏを得ることができる。第８図は荷重
Ｗと直流出力電圧ｖｏとの関係を示している。
１６ｂの合成インダクタンス値は荷重Ｗが加わる前の値
より小さくなる。一方、ひずみセンサ１′側の非晶質磁
性金属板１３には圧縮カーＦが作用し、これによって非
晶質磁性材１３の透磁率が大きくなるので、このひずみ
センサ１′に組み込まれているコイル１６ａ、１６ｂの
合成インダクタンス値は大きくなる。したがって、荷重
Ｗが零の状態でブリッジ回・路３３のバランスをとって
おくと、荷重Ｗが加わったときにはバランスがくずれ、
ブリッジ回路３３の中点間に荷重Ｗに対応した電位差が
発生する。この電位差を差動増幅器３５によって増幅す
る。そして、差動増幅器３５の出力を位相検波回路３６
に導入し、交流信号源３４゛の出力との位相差に応じて
検波整流を行なわせ、この出力をフィルタ回路３７で平
滑すると、構造材Ｐのひずみ量、つまり荷重Ｗに対応し
た直流出力電圧ｖｏを得ることができる。第８図は荷重
Ｗと直流出力電圧ｖｏとの関係を示している。
このように、簡単な構成であるのも拘らず、ひずみセン
サとして十分に機能させることができる。
サとして十分に機能させることができる。
実験によると、厚さ０２１ｇの非晶質磁性金属板１３を
用い、非晶質磁性金属板１３と絶縁シート１４との間の
間隔を０．４ｎとし、コイル１６ａ。
用い、非晶質磁性金属板１３と絶縁シート１４との間の
間隔を０．４ｎとし、コイル１６ａ。
１６ｂの巻数をそれぞれ３０ターン、コイルの中心間距
離を１ＯＷ１１として、非晶質磁性金属板の長手力′向
に４００Ｘ１０’のひずみを与えたとき、端子１７ａ、
１７ｂ間でのインダクタンスの変化は５％以上であった
。この値は金属抵抗形ひずみセンサのゲージ率に変換す
ると１２５以上となる。金属抵抗形ひずみセンサのゲー
ジ率は２前後であごとからして、金属抵抗形ひずみセン
サに比べてはるかに高感度で、半導体ひずみセンサに匹
敵するほどの高感度な検出が可能となる。そして、この
場合には半導体ひずみセンサに比べて構造が簡単で、制
限条件が少ないので使い易＜、シかも信頼性に富んだも
のが得られる。
離を１ＯＷ１１として、非晶質磁性金属板の長手力′向
に４００Ｘ１０’のひずみを与えたとき、端子１７ａ、
１７ｂ間でのインダクタンスの変化は５％以上であった
。この値は金属抵抗形ひずみセンサのゲージ率に変換す
ると１２５以上となる。金属抵抗形ひずみセンサのゲー
ジ率は２前後であごとからして、金属抵抗形ひずみセン
サに比べてはるかに高感度で、半導体ひずみセンサに匹
敵するほどの高感度な検出が可能となる。そして、この
場合には半導体ひずみセンサに比べて構造が簡単で、制
限条件が少ないので使い易＜、シかも信頼性に富んだも
のが得られる。
第９図には別の実施例に係るひずみセンサ１ａが示され
ている。第１図に示したひずみセンサ１では、コイル基
板１１の片面側にだけ非晶質磁性金属板１３を設けてい
るが、この実施例に係るひずみセンサ１ａでは、コイル
基板１１の両面に非晶質磁性金属板１３．１３’を設け
ている。非晶質磁性金属板１３．１３’のひずみに対す
る透磁率変化作用は、薄膜程度の厚みでも起こる。した
がって、非晶質磁性金属板１３．１３’の厚みを十分に
薄くしても同等支障は生じない。一方、コイル１６ａ、
１６ｂを渦巻き状パターンに形成しているので、コイル
基板１１の厚みも十分薄くできる。したがって、上記の
ようにコイル基板１１の両面に非晶質磁性金属板１３．
１３’を設けてもセンサ全体の厚みが大幅に増すような
ことはない。そして、上記のように非晶質磁性金属板１
３′を付加すると、第１０図中に実線矢印４１で示すよ
うに、コイル１６ａ、１６ｂで発生した全磁束を非晶質
磁性金属板１３．１３’内の長手方向に通過させること
ができ、検出感度を一層向上させることができる。実験
によると、厚さ０１１ｍの非晶質磁性金属板１３．１３
’を用い。
ている。第１図に示したひずみセンサ１では、コイル基
板１１の片面側にだけ非晶質磁性金属板１３を設けてい
るが、この実施例に係るひずみセンサ１ａでは、コイル
基板１１の両面に非晶質磁性金属板１３．１３’を設け
ている。非晶質磁性金属板１３．１３’のひずみに対す
る透磁率変化作用は、薄膜程度の厚みでも起こる。した
がって、非晶質磁性金属板１３．１３’の厚みを十分に
薄くしても同等支障は生じない。一方、コイル１６ａ、
１６ｂを渦巻き状パターンに形成しているので、コイル
基板１１の厚みも十分薄くできる。したがって、上記の
ようにコイル基板１１の両面に非晶質磁性金属板１３．
１３’を設けてもセンサ全体の厚みが大幅に増すような
ことはない。そして、上記のように非晶質磁性金属板１
３′を付加すると、第１０図中に実線矢印４１で示すよ
うに、コイル１６ａ、１６ｂで発生した全磁束を非晶質
磁性金属板１３．１３’内の長手方向に通過させること
ができ、検出感度を一層向上させることができる。実験
によると、厚さ０１１ｍの非晶質磁性金属板１３．１３
’を用い。
両者間の間隔を０４Ｉｇとし、コイル１６ａ。
１６ｂの巻数をそれぞれ３０ターン、コイルの中心間距
離を１０ｍとして、非晶質磁性金属板の長手方向に４０
０ＸＩＯ’のひずみを与えたとき、端子１７ａ、１７ｂ
間でのインダクタンスの変化は１０％以上であった。こ
の値は金属抵抗形ひずみセンサのゲージ率に変換すると
２５０以上となる。したがって、検出感度を大幅に向上
させることができる。
離を１０ｍとして、非晶質磁性金属板の長手方向に４０
０ＸＩＯ’のひずみを与えたとき、端子１７ａ、１７ｂ
間でのインダクタンスの変化は１０％以上であった。こ
の値は金属抵抗形ひずみセンサのゲージ率に変換すると
２５０以上となる。したがって、検出感度を大幅に向上
させることができる。
第１図および第９図に示す実施例では、基板１５の片面
に一対の渦巻き状パターンのコイル１゛６ａ、１６ｂを
設けてコイル基板１１を構成しているが、第１１図およ
び第１２図に示すように。
に一対の渦巻き状パターンのコイル１゛６ａ、１６ｂを
設けてコイル基板１１を構成しているが、第１１図およ
び第１２図に示すように。
基板１５の両面に渦巻き状パターンのコイル１６ ａ
＊ １６ ａ ’および１６ｂ、１６ｂ’を設け、こ
れらコイル１６ａと１６ａ’ 、１６ｂと１６ｂ′をそ
れぞれ基板１５を貫通する渡り線４２ａ、４２ｂで直列
に接続するとともに線端をそれぞれプリント配線４３．
４４および４５゜４６を介して端子４７ ａ、 ４７
ａ’および端子４７ｂ、４７ｂ’ に接続し、直列に接
続されたコイル１６ ａ、 １６ ａ’で発生する磁
束の向きと直列に接続されたコイル１６ｂ、１６ｂ’で
発生する磁束の向きとが逆関係になるように電流を流す
ようにしてもよい。
＊ １６ ａ ’および１６ｂ、１６ｂ’を設け、こ
れらコイル１６ａと１６ａ’ 、１６ｂと１６ｂ′をそ
れぞれ基板１５を貫通する渡り線４２ａ、４２ｂで直列
に接続するとともに線端をそれぞれプリント配線４３．
４４および４５゜４６を介して端子４７ ａ、 ４７
ａ’および端子４７ｂ、４７ｂ’ に接続し、直列に接
続されたコイル１６ ａ、 １６ ａ’で発生する磁
束の向きと直列に接続されたコイル１６ｂ、１６ｂ’で
発生する磁束の向きとが逆関係になるように電流を流す
ようにしてもよい。
このように構成すると、センサの厚みを増すことなく、
またセンサの幅を広くすることなくコイルの巻数を増加
させることができる。
またセンサの幅を広くすることなくコイルの巻数を増加
させることができる。
第１３図にはさらに別の実施例に係るひずみセンサ１ｂ
が示されている。このひずみセンサ１ｂは、第９図に示
したひずみセンサをさらに改良したもので、コイル１６
ａ、１６ｂの中央部に、基板１５を貫通する形に非晶質
磁性金属材等でたとえば円柱状に形成された強磁性材５
１ａ、５１ｂを埋め込んだものとなっている。
が示されている。このひずみセンサ１ｂは、第９図に示
したひずみセンサをさらに改良したもので、コイル１６
ａ、１６ｂの中央部に、基板１５を貫通する形に非晶質
磁性金属材等でたとえば円柱状に形成された強磁性材５
１ａ、５１ｂを埋め込んだものとなっている。
このような構成であると１強磁性材５１ａ。
５１ｂの存在によって、コイル周辺での漏れ磁束を抑制
でき、コイル１６ａ、１６ｂで発生した磁束のほぼ全部
を、第１４図中実線矢印５２で示すように、非晶質磁性
金属板１３．１３’の長手方向の限られた１つの経路、
つまりひずみによって透磁率が変化する部分に集中させ
て通過させることができる。したがって、第９図に示し
′た実施例の場合より検出感度を向上させることができ
る。
でき、コイル１６ａ、１６ｂで発生した磁束のほぼ全部
を、第１４図中実線矢印５２で示すように、非晶質磁性
金属板１３．１３’の長手方向の限られた１つの経路、
つまりひずみによって透磁率が変化する部分に集中させ
て通過させることができる。したがって、第９図に示し
′た実施例の場合より検出感度を向上させることができ
る。
第１５図にはさらに異なる実施例に係るひずみセンサＩ
Ｃが模式的に示されている。この実施例に係るひずみセ
ンサ１ｃは、基板１５上にコイル１６ａ、１６ｂを渦巻
き状パターンに形成してなるコイルユニット６１を、各
コイルユニット６１のコイルの軸心線を一致させて３層
積層するとともにコイルの中央部にたとえば円柱状の強
磁性材５１ａ、５１ｂを埋め込んだものとなっている。
Ｃが模式的に示されている。この実施例に係るひずみセ
ンサ１ｃは、基板１５上にコイル１６ａ、１６ｂを渦巻
き状パターンに形成してなるコイルユニット６１を、各
コイルユニット６１のコイルの軸心線を一致させて３層
積層するとともにコイルの中央部にたとえば円柱状の強
磁性材５１ａ、５１ｂを埋め込んだものとなっている。
このような構成であると、第１３図に示したひずみセン
サ１ｂと同様な効果が得られるとともにコイルの合成イ
ンダクタンス値を大きくできるので、信号処理回路の構
成を簡単化でき、扱い易さを一層向上させることができ
る。
サ１ｂと同様な効果が得られるとともにコイルの合成イ
ンダクタンス値を大きくできるので、信号処理回路の構
成を簡単化でき、扱い易さを一層向上させることができ
る。
上述した各実施例では、磁束の発生方向を逆方向とした
。いわゆる一対のコイルを設けているが。
。いわゆる一対のコイルを設けているが。
一方のコイルだけを設けた場合でも金属抵抗形ひずみセ
ンサより感度の高いセンサを得ることができる。
ンサより感度の高いセンサを得ることができる。
［発明の効果］
本発明に係るひずみセンサは上記のように構成されてい
るので１次のような効果を奏する。
るので１次のような効果を奏する。
すなわち、請求項１に記載のセンサでは、渦巻き状パタ
ーンに形成されたコイルと磁歪効果を有する非晶質磁性
金属体とを組み合わせ、非晶質磁性金属体の透磁率変化
に伴うコイルのインダクタンス値変化からひずみを検出
するようにしているので、ひずみによって起こる非晶質
磁性金属体の大きな透磁率変化を有効に活用でき、検出
感度の高いひずみセンサを得ることができる。また、コ
イルを渦巻き状パターンに形成しているので、センサの
小型薄肉化を実現できる。また、構造が簡単であり、し
かも温度等による特性変化が少ないので、取扱い性およ
び信頼性に富んだセンサを得ることができる。
ーンに形成されたコイルと磁歪効果を有する非晶質磁性
金属体とを組み合わせ、非晶質磁性金属体の透磁率変化
に伴うコイルのインダクタンス値変化からひずみを検出
するようにしているので、ひずみによって起こる非晶質
磁性金属体の大きな透磁率変化を有効に活用でき、検出
感度の高いひずみセンサを得ることができる。また、コ
イルを渦巻き状パターンに形成しているので、センサの
小型薄肉化を実現できる。また、構造が簡単であり、し
かも温度等による特性変化が少ないので、取扱い性およ
び信頼性に富んだセンサを得ることができる。
請求項２に記載のひずみセンサでは、上述した効果が得
られることは勿論のこと１発生する磁束′の向きを互い
に逆向きとした一対のコイルが、ひ・ずみ検出に供され
る有効磁束の割合を増加させる。
られることは勿論のこと１発生する磁束′の向きを互い
に逆向きとした一対のコイルが、ひ・ずみ検出に供され
る有効磁束の割合を増加させる。
このため、非晶質磁性金属体の透磁率変化がインダクタ
ンス変化へ変換される変換率を高めることができ、検出
感度を一層向上させることができる。
ンス変化へ変換される変換率を高めることができ、検出
感度を一層向上させることができる。
請求項３に記載のひずみセンサでは、上述した効果に加
え、コイルを複数の積層構成としているので、インダク
タンス値を大きくでき、この結果。
え、コイルを複数の積層構成としているので、インダク
タンス値を大きくでき、この結果。
信号の後処理を容易化できるので、−層使い易さを向上
させることができる。
させることができる。
請求項４に記載のひずみセンサでは、コイルの中央部に
強磁性体が配置されているので、漏れ磁束をなくすこと
ができ、コイルで発生した磁束のほとんど全部を非晶質
磁性金属体内の特定の部分に通過させることができる。
強磁性体が配置されているので、漏れ磁束をなくすこと
ができ、コイルで発生した磁束のほとんど全部を非晶質
磁性金属体内の特定の部分に通過させることができる。
このため、透磁率変化がインダクタンス変化に変換され
る変換率をさらに高めることが可能となり、検出感度を
−層向上させることができる。
る変換率をさらに高めることが可能となり、検出感度を
−層向上させることができる。
第１図は一実施例に係るひずみセンサの分解斜視図、第
２図は同ひずみセンサの側面図、第３図は同ひずみセン
サにおいてコイルで発生した磁束の通過路を説明するた
めの図、第４図は磁歪効果を有する非晶質磁性金属体の
ひずみと透磁率との関係を説明するための図、第５図は
構造材に加わる荷重をひずみセンサを用いて検出すると
きのセンサ設置例を説明するための図、第６図は第５図
に示すようにひずみセンサを設置したとき各ひずみセン
サに組み込まれた非晶質磁性金属体に加わる力を説明す
るための図、第７図はひずみセンサによって得られたイ
ンダクタンス値変化を直流電圧信号に変換するための回
路の一例を示す図、第８図は同回路の出力電圧を説明す
るための図、第９図は別の実施例に係るひずみセンサの
側面図。 第１０図は同ひずみセンサにおける磁束の通路を説明す
るための図、第１１図はコイル設置の変形例を説明する
ための側面図、第１２図は第１１図におけるＡ−Ａ線矢
視図、第１３図はさらに別の実施例に係るひずみセンサ
の縦断面図、第１４図は同ひずみセンサにおける磁束の
通路を説明するための図、第１５図はさらに異なる実施
例に係るひずみセンサの模式的構成図である。 １ ｒ １ ａ 、１ ｂ 、１ ｃ ”・ひずみセ
ンサ、１１・・・コイル基板、１２．１４−・・絶縁シ
ート、１３゜１３′・・・磁歪効果を有する非晶質磁性
金属板。 １５・・・可撓性の有する絶縁性の基板、１６ａ。 １６ ａ ’ 、 １６ ｂ 、 １６ ｂ ’
−・・渦巻き状パターンに形成されたコイル、３３・・
・ブリッジ回路。 ５１ａ、１５ｂ・・・強磁性体、６１・・・コイルユニ
ット。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４蘭 第５図 第６図 第７ｒｊ！ｉ 第８図 第９図 第１０図 第１４図 第１５図 手続補正書 昭和 年 月 日 特許庁長官 吉 １）文 毅 殿 １、事件の表示 特願昭６３−３６７６６号 ２、発明の名称 ひずみセンサ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 ＋３０７）株式会社 東 芝 ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号ＵＢＥビル〒１０
０電話０３ （５０２）３１８１ （大代表）６、補正
の対象 ７、補正の内容 （１）明細書の第４頁１６行目に「形成さしてなる」と
あるのを「形成してなる」と訂正する。 （２明細書の第８頁１３行目に「厚さ０．３ｒＩａ、Ｊ
とあるのを「厚さ０．０３ｉａ、 Ｊと訂正する。 （３明細書の第８頁１７行目に「向を磁化容易軸」とあ
るのをｒ肉とは直交する方向を磁化容易軸」と訂正する
。 （４）明細書の第１２頁６行目に「厚さ０．２顛Ｊとあ
るのを「厚さ０．０３ｉａ」と訂正する。 ■明細書の第１４頁３行目に’０．１１＋１１Ｊとある
のをｒＱ、０１ｍａＪと訂正する。
２図は同ひずみセンサの側面図、第３図は同ひずみセン
サにおいてコイルで発生した磁束の通過路を説明するた
めの図、第４図は磁歪効果を有する非晶質磁性金属体の
ひずみと透磁率との関係を説明するための図、第５図は
構造材に加わる荷重をひずみセンサを用いて検出すると
きのセンサ設置例を説明するための図、第６図は第５図
に示すようにひずみセンサを設置したとき各ひずみセン
サに組み込まれた非晶質磁性金属体に加わる力を説明す
るための図、第７図はひずみセンサによって得られたイ
ンダクタンス値変化を直流電圧信号に変換するための回
路の一例を示す図、第８図は同回路の出力電圧を説明す
るための図、第９図は別の実施例に係るひずみセンサの
側面図。 第１０図は同ひずみセンサにおける磁束の通路を説明す
るための図、第１１図はコイル設置の変形例を説明する
ための側面図、第１２図は第１１図におけるＡ−Ａ線矢
視図、第１３図はさらに別の実施例に係るひずみセンサ
の縦断面図、第１４図は同ひずみセンサにおける磁束の
通路を説明するための図、第１５図はさらに異なる実施
例に係るひずみセンサの模式的構成図である。 １ ｒ １ ａ 、１ ｂ 、１ ｃ ”・ひずみセ
ンサ、１１・・・コイル基板、１２．１４−・・絶縁シ
ート、１３゜１３′・・・磁歪効果を有する非晶質磁性
金属板。 １５・・・可撓性の有する絶縁性の基板、１６ａ。 １６ ａ ’ 、 １６ ｂ 、 １６ ｂ ’
−・・渦巻き状パターンに形成されたコイル、３３・・
・ブリッジ回路。 ５１ａ、１５ｂ・・・強磁性体、６１・・・コイルユニ
ット。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４蘭 第５図 第６図 第７ｒｊ！ｉ 第８図 第９図 第１０図 第１４図 第１５図 手続補正書 昭和 年 月 日 特許庁長官 吉 １）文 毅 殿 １、事件の表示 特願昭６３−３６７６６号 ２、発明の名称 ひずみセンサ ３、補正をする者 事件との関係 特許出願人 ＋３０７）株式会社 東 芝 ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号ＵＢＥビル〒１０
０電話０３ （５０２）３１８１ （大代表）６、補正
の対象 ７、補正の内容 （１）明細書の第４頁１６行目に「形成さしてなる」と
あるのを「形成してなる」と訂正する。 （２明細書の第８頁１３行目に「厚さ０．３ｒＩａ、Ｊ
とあるのを「厚さ０．０３ｉａ、 Ｊと訂正する。 （３明細書の第８頁１７行目に「向を磁化容易軸」とあ
るのをｒ肉とは直交する方向を磁化容易軸」と訂正する
。 （４）明細書の第１２頁６行目に「厚さ０．２顛Ｊとあ
るのを「厚さ０．０３ｉａ」と訂正する。 ■明細書の第１４頁３行目に’０．１１＋１１Ｊとある
のをｒＱ、０１ｍａＪと訂正する。
Claims (4)
- （１）可撓性を有する絶縁性の基板と、この基板上に渦
巻き状パターンに形成されたコイルと、このコイルとは
絶縁状態に前記基板に対して固定され上記コイルで発生
した磁束の少なくとも一部の通路となる磁歪効果を有す
る非晶質磁性金属体とを具備してなるひずみセンサ。 - （２）可撓性を有する絶縁性の基板と、この基板上にそ
れぞれ渦巻き状パターンに形成され、それぞれが発生す
る磁束の向きを逆向きとした一対のコイルと、これらコ
イルとは絶縁状態に前記基板に対して１つまたは２つ固
定され上記各コイルで発生した磁束の少なくとも一部を
共通する１つの通路で通過させる磁歪効果を有する非晶
質磁性金属体とを具備してなるひずみセンサ。 - （３）前記対をなす各コイルは、絶縁性の基板上に渦巻
き状パターンにコイルを形成したコイルユニットを複数
積層して形成されてなる請求項２記載のひずみセンサ。 - （４）コイルの中心部に、磁芯となる強磁性体が配置さ
れてなる請求項１、２、３の何れか１項に記載のひずみ
センサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63036766A JPH01212301A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | ひずみセンサ |
| US07/311,340 US4920806A (en) | 1988-02-19 | 1989-02-16 | Strain gage |
| EP89301588A EP0329479B1 (en) | 1988-02-19 | 1989-02-17 | Strain gage |
| DE8989301588T DE68903402T2 (de) | 1988-02-19 | 1989-02-17 | Dehnungsmesser. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63036766A JPH01212301A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | ひずみセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01212301A true JPH01212301A (ja) | 1989-08-25 |
Family
ID=12478881
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63036766A Pending JPH01212301A (ja) | 1988-02-19 | 1988-02-19 | ひずみセンサ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4920806A (ja) |
| EP (1) | EP0329479B1 (ja) |
| JP (1) | JPH01212301A (ja) |
| DE (1) | DE68903402T2 (ja) |
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