[go: up one dir, main page]

JP2007248134A - Strain sensor and pressure measuring device - Google Patents

Strain sensor and pressure measuring device Download PDF

Info

Publication number
JP2007248134A
JP2007248134A JP2006069355A JP2006069355A JP2007248134A JP 2007248134 A JP2007248134 A JP 2007248134A JP 2006069355 A JP2006069355 A JP 2006069355A JP 2006069355 A JP2006069355 A JP 2006069355A JP 2007248134 A JP2007248134 A JP 2007248134A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic layer
pressure
impedance
substrate
strain sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006069355A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Sato
敏郎 佐藤
Koichi Yanagisawa
浩一 柳沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinshu University NUC
Hioki EE Corp
Original Assignee
Shinshu University NUC
Hioki EE Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinshu University NUC, Hioki EE Corp filed Critical Shinshu University NUC
Priority to JP2006069355A priority Critical patent/JP2007248134A/en
Publication of JP2007248134A publication Critical patent/JP2007248134A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a strain sensor capable of classifying and measuring pressures of compressing direction and pulled direction of a magnetic layer. <P>SOLUTION: The strain sensor comprises a flexible substrate 11 formed of a glass plate, the magnetic layer 12 formed on the surface of the substrate 11 using a magnetostriction material, and a pair of electrodes 13a and 13b connected to the magnetic layer 12. In the magnetic layer 12, one-axial magnetic anisotropy is added by forming it in a uniform magnetic field, and the angle of an easy-to-magnetize axis with respect to the current direction is specified at 45°. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁歪材料で形成された磁性層を有する歪センサ、およびその歪センサを備えた圧力測定装置に関するものである。   The present invention relates to a strain sensor having a magnetic layer formed of a magnetostrictive material, and a pressure measuring device including the strain sensor.

この種の歪センサとして、特開2000−356505号公報において開示された歪センサが知られている。この歪センサは、基板と、磁歪材料を用いて基板上に形成された磁性層(強磁性体層)とを備え、磁性層の逆磁歪効果を利用して、基板が受けている圧力を検出可能に構成されている。磁性層の逆磁歪効果とは、例えば圧縮されたり、引っ張られたりしたときの圧力によって磁性層の形状が変化したときに、磁性層に予め付与された磁化方向(磁化容易軸の方向)が変化する現象をいう。また、磁性層は、磁化方向の変化によって透磁率が変化し、この透磁率の変化によってインピーダンスが変化する特性も有している。   As this type of strain sensor, a strain sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-356505 is known. This strain sensor includes a substrate and a magnetic layer (ferromagnetic material layer) formed on the substrate using a magnetostrictive material, and detects the pressure applied to the substrate by utilizing the inverse magnetostriction effect of the magnetic layer. It is configured to be possible. The inverse magnetostriction effect of a magnetic layer is, for example, when the shape of the magnetic layer changes due to pressure when it is compressed or pulled, and the magnetization direction (direction of the easy axis of magnetization) previously applied to the magnetic layer changes. Refers to the phenomenon. The magnetic layer also has a characteristic that the magnetic permeability changes with a change in magnetization direction, and the impedance changes with the change in magnetic permeability.

上記の歪センサでは、磁性層が持つ上記の効果および上記の特性を利用し、かつ磁性層をその磁化容易軸が電流方向と直交するように(または電流方向と平行となるように)に設定して、圧縮歪みまたは引っ張り歪みに対する磁性層のインピーダンスの変化を検出し、このインピーダンスの変化に基づいて圧力を検出している。
特開2000−356505号公報(第2−4頁、第2−3図)
In the strain sensor described above, the magnetic layer is set so that the easy axis of magnetization is orthogonal to the current direction (or parallel to the current direction), using the above-mentioned effects and the characteristics of the magnetic layer. Then, a change in impedance of the magnetic layer with respect to compressive strain or tensile strain is detected, and pressure is detected based on the change in impedance.
JP 2000-356505 A (page 2-4, Fig. 2-3)

ところが、上記の歪センサには、以下の問題点がある。すなわち、この歪センサでは、磁性層をその磁化容易軸が電流方向と直交するように(または電流方向と平行となるように)に設定しているため、圧縮歪みを受けたときの磁化容易軸の回転方向および回転角度と、圧縮歪みと同じ量の引っ張り歪みを受けたときの磁化容易軸の回転方向および回転角度とは、電流方向と直交する方向(または電流方向と平行な方向)を基準として、回転方向が逆向きで、回転角度がほぼ同一となる。この場合、磁性層の透磁率は、圧縮歪みを受けたときも、引っ張り歪みを受けたときもほぼ同じ値になり、この結果、磁性層のインピーダンスもそれぞれの場合においてほぼ同じ値になる。したがって、この歪センサには、磁性層が圧縮する方向の圧力と、磁性層が引っ張られる方向の圧力とを区別して測定することができないという問題点が存在している。   However, the above strain sensor has the following problems. That is, in this strain sensor, the magnetic layer is set so that its easy axis is perpendicular to the current direction (or parallel to the current direction), so that the easy axis when subjected to compressive strain is used. The rotation direction and rotation angle of the easy magnetization axis when subjected to the same amount of tensile strain as the compressive strain are based on the direction orthogonal to the current direction (or the direction parallel to the current direction). As a result, the rotation direction is opposite and the rotation angles are substantially the same. In this case, the magnetic layer has substantially the same magnetic permeability when subjected to compressive strain and tensile strain. As a result, the impedance of the magnetic layer is also approximately the same in each case. Therefore, this strain sensor has a problem that the pressure in the direction in which the magnetic layer is compressed cannot be measured separately from the pressure in the direction in which the magnetic layer is pulled.

本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、磁性層が圧縮する方向および引っ張られる方向の圧力を区別して測定し得る歪センサおよび圧力測定装置を提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and has as its main object to provide a strain sensor and a pressure measuring device capable of separately measuring the pressure in the direction in which the magnetic layer is compressed and the direction in which the magnetic layer is compressed. .

上記目的を達成すべく請求項1記載の歪センサは、可撓性を有する基板と、当該基板の表面に磁歪材料を用いて形成された磁性層と、当該磁性層に接続された一対の電極とを備え、前記磁性層は、電流方向に対する磁化容易軸の角度が45°またはほぼ45°に規定されている。   In order to achieve the above object, a strain sensor according to claim 1 includes a flexible substrate, a magnetic layer formed on the surface of the substrate using a magnetostrictive material, and a pair of electrodes connected to the magnetic layer. In the magnetic layer, the angle of the easy magnetization axis with respect to the current direction is defined to be 45 ° or approximately 45 °.

また、請求項2記載の圧力測定装置は、可撓性を有する基板と、当該基板の表面に磁歪材料を用いて形成された磁性層と、当該磁性層に接続された一対の電極と、当該一対の電極間に電流を供給すると共に電流供給時における前記一対の電極間の電位差を測定して前記電流の電流値と前記電位差とに基づいて前記磁性層のインピーダンスを算出する測定部と、当該算出されたインピーダンスと基準インピーダンスとに基づいて前記基板に印加されている圧力を算出する演算部とを備え、前記磁性層は、電流方向に対する磁化容易軸の角度が45°またはほぼ45°に規定されている。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a pressure measuring device comprising: a flexible substrate; a magnetic layer formed on the surface of the substrate using a magnetostrictive material; a pair of electrodes connected to the magnetic layer; A measurement unit for supplying a current between the pair of electrodes and measuring a potential difference between the pair of electrodes at the time of supplying the current and calculating an impedance of the magnetic layer based on a current value of the current and the potential difference; An arithmetic unit that calculates a pressure applied to the substrate based on the calculated impedance and a reference impedance, and the magnetic layer defines an angle of an easy axis of magnetization with respect to a current direction as 45 ° or approximately 45 °. Has been.

請求項1記載の歪センサおよび圧力測定装置によれば、磁性層における電流方向に対する磁化容易軸の角度を45°またはほぼ45°に規定したことにより、磁性層が圧縮する方向の圧力と、磁性層が引っ張られる方向の圧力とを区別しつつ、両方向の圧力の大きさを測定することができる。また、この歪センサおよび圧力測定装置によれば、両方向の圧力が小さい領域ではインピーダンスの変化率はほぼリニアに変化し、かつ変化の度合いも大きいため、小さい圧力を高い精度で測定することができる。   According to the strain sensor and the pressure measuring device according to claim 1, since the angle of the easy axis of magnetization with respect to the current direction in the magnetic layer is defined to be 45 ° or almost 45 °, the pressure in the direction in which the magnetic layer is compressed and the magnetic The magnitude of pressure in both directions can be measured while distinguishing from the pressure in the direction in which the layer is pulled. In addition, according to the strain sensor and the pressure measuring device, in the region where the pressure in both directions is small, the impedance change rate changes almost linearly, and the degree of change is large, so that a small pressure can be measured with high accuracy. .

以下、本発明に係る歪センサおよび圧力測定装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。   Hereinafter, the best mode of a strain sensor and a pressure measuring device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

最初に、圧力測定装置1の構成について、図面を参照して説明する。   First, the configuration of the pressure measuring device 1 will be described with reference to the drawings.

図1に示す圧力測定装置1は、歪み検出素子2、支持部3、測定部4、記憶部5、演算部6および出力部7を備え、歪み検出素子2に印加されている圧力を検出可能に構成されている。   1 includes a strain detection element 2, a support unit 3, a measurement unit 4, a storage unit 5, a calculation unit 6, and an output unit 7, and can detect the pressure applied to the strain detection element 2. It is configured.

歪み検出素子2は、本発明における歪センサであって、例えばガス管内に配設されてガスの流入圧力を検出可能に構成され、図1,2に示すように、基板11、磁性層12、および一対の電極13a,13bを備えている。この場合、基板11は、一例として、可撓性を有する扁平な直方体に形成されている。具体的には、基板11は、金属板やガラス板などで構成されている。なお、導電性のある金属板を用いるときには、表面に絶縁層が形成された金属板を用いる。   The strain detection element 2 is a strain sensor according to the present invention, and is configured, for example, in a gas pipe so as to be able to detect the inflow pressure of the gas. As shown in FIGS. And a pair of electrodes 13a and 13b. In this case, the board | substrate 11 is formed in the flat rectangular parallelepiped which has flexibility as an example. Specifically, the substrate 11 is composed of a metal plate, a glass plate, or the like. When a conductive metal plate is used, a metal plate having an insulating layer formed on the surface is used.

磁性層12は、基板11の表面に磁歪材料を用いて形成されている。また、磁性層12は、一例として平面視長方形に形成されて、その長手方向が基板11の長手方向と平行となるように形成されている。この場合、磁歪材料としては、磁歪効果を有する強磁性材料を用いるのが好ましい。また、磁歪材料は、負磁歪定数を有する磁歪材料でもよいし、正磁歪定数を有する磁歪材料でもよい。具体的には、負磁歪定数を有する磁歪材料としては、NiFe合金や、CoSiB合金を用いることができ、正磁歪定数を有する磁歪材料としては、FeSiB合金を用いることができる。本例では、一例として、負磁歪定数を有するNiFe合金によって磁性層12が形成されている。また、磁性層12は、その厚みが0.1μm前後となるように形成されている。   The magnetic layer 12 is formed on the surface of the substrate 11 using a magnetostrictive material. Further, the magnetic layer 12 is formed in a rectangular shape in plan view as an example, and is formed so that its longitudinal direction is parallel to the longitudinal direction of the substrate 11. In this case, it is preferable to use a ferromagnetic material having a magnetostrictive effect as the magnetostrictive material. The magnetostrictive material may be a magnetostrictive material having a negative magnetostriction constant or a magnetostrictive material having a positive magnetostriction constant. Specifically, a NiFe alloy or a CoSiB alloy can be used as the magnetostrictive material having a negative magnetostriction constant, and a FeSiB alloy can be used as the magnetostrictive material having a positive magnetostriction constant. In this example, as an example, the magnetic layer 12 is formed of a NiFe alloy having a negative magnetostriction constant. The magnetic layer 12 is formed so that its thickness is about 0.1 μm.

また、磁性層12は、メッキ法やスパッタリング法などの公知の作製方法によって形成されている。この場合、磁性層12は、一様な磁場中で形成されることにより、図2,3に示すように、応力がゼロの状態において、基板11と平行な平面内における長手方向(磁性層12における電流方向)に対する磁化容易軸の角度θが所定の角度θ1(45°±15°以内(本発明におけるほぼ45°):一例として45°)となるように、一軸性の磁気異方性が付与されている。   The magnetic layer 12 is formed by a known manufacturing method such as a plating method or a sputtering method. In this case, the magnetic layer 12 is formed in a uniform magnetic field, and as shown in FIGS. 2 and 3, the longitudinal direction (magnetic layer 12) in a plane parallel to the substrate 11 when the stress is zero. The uniaxial magnetic anisotropy is such that the angle θ of the easy axis with respect to the current direction in FIG. 4 is a predetermined angle θ1 (within 45 ° ± 15 ° (approximately 45 ° in the present invention: 45 ° as an example)). Has been granted.

一対の電極13a,13bは、基板11上における磁性層12の長手方向の両側にそれぞれ形成されて、磁性層12の対応する端部に電気的に接続されている。以上のように構成された歪み検出素子2は、図1に示すように、基板11の一端側が支持部3に固定されている。これにより、歪み検出素子2は、自由端としての基板11の他端側に圧力Fを受けたときに、その向きに応じて、基板11の一端側を支点として、基板11の表面側(A方向)と裏面側(B方向)の両方に撓むことが可能となっている。   The pair of electrodes 13 a and 13 b are formed on both sides of the magnetic layer 12 in the longitudinal direction on the substrate 11 and are electrically connected to corresponding end portions of the magnetic layer 12. In the strain detecting element 2 configured as described above, one end side of the substrate 11 is fixed to the support portion 3 as shown in FIG. Thereby, when the strain detection element 2 receives the pressure F on the other end side of the substrate 11 as a free end, according to the direction, the strain detection element 2 uses the one end side of the substrate 11 as a fulcrum, and the surface side (A Direction) and back side (B direction).

測定部4は、一対の電線4a,4bを介して各電極13a,13bに接続されて、磁性層12の長手方向についてのインピーダンス(各電極13a,13b間のインピーダンス)Zを測定して演算部6に出力する。一例として、測定部4は、定電流供給回路、電圧測定回路およびインピーダンス算出回路(いずれも図示せず)を備えて構成されている。この場合、定電流供給回路は、一対の電線4a,4bを介して、各電極13a,13b間、つまり磁性層12に定電流(直流定電流または交流定電流)を供給する。電圧測定回路は、この定電流によって一対の電線4a,4b間、つまり磁性層12の長手方向の両端間に発生する電圧(両端間電圧)を測定する。インピーダンス算出回路は、定電流供給回路から供給される定電流の電流値と、電圧測定回路によって測定された電圧値とに基づいて、磁性層12における長手方向の両端間のインピーダンスZを算出して出力する。   The measurement unit 4 is connected to the electrodes 13a and 13b via a pair of electric wires 4a and 4b, and measures an impedance Z (impedance between the electrodes 13a and 13b) Z in the longitudinal direction of the magnetic layer 12 to calculate the calculation unit. 6 is output. As an example, the measurement unit 4 includes a constant current supply circuit, a voltage measurement circuit, and an impedance calculation circuit (all not shown). In this case, the constant current supply circuit supplies a constant current (DC constant current or AC constant current) between the electrodes 13a and 13b, that is, to the magnetic layer 12 via the pair of electric wires 4a and 4b. The voltage measuring circuit measures a voltage (a voltage between both ends) generated between the pair of electric wires 4a and 4b by the constant current, that is, between both ends in the longitudinal direction of the magnetic layer 12. The impedance calculation circuit calculates the impedance Z between both ends of the magnetic layer 12 in the longitudinal direction based on the current value of the constant current supplied from the constant current supply circuit and the voltage value measured by the voltage measurement circuit. Output.

記憶部5は、ROMおよびRAM(いずれも図示せず)を備えて構成されている。この場合、ROMには、演算部6のための動作プログラムが記憶されている。また、ROMには、基板11の他端側に印加されている圧力Fがゼロときの磁性層12のインピーダンスZ(基準インピーダンスZo)と、インピーダンスZの変化率ΔZ/Zo(%)から圧力Fを算出するための変換データテーブルとが記憶されている。なお、ΔZは、(Z−Zo)を意味する。RAMは、演算部6により、ワークメモリとして使用される。   The storage unit 5 includes a ROM and a RAM (both not shown). In this case, the ROM stores an operation program for the calculation unit 6. Further, in the ROM, the pressure F is calculated based on the impedance Z (reference impedance Zo) of the magnetic layer 12 when the pressure F applied to the other end of the substrate 11 is zero and the change rate ΔZ / Zo (%) of the impedance Z. And a conversion data table for calculating. ΔZ means (Z−Zo). The RAM is used as a work memory by the calculation unit 6.

ここで、変換データテーブルについてその概要を説明する。まず、圧力FとインピーダンスZの変化率ΔZ/Zoとの間には、図4に示す関係が成り立つことが実験的および理論的に確認されている。つまり、負磁歪定数を有するNiFe合金で磁性層12を形成し、かつ圧力Fがゼロのときの磁性層12に流れる電流の方向(電流方向)と磁化容易軸との成す角度θを角度θ1(=45°)に規定した歪み検出素子2において、図1に示すように、基板11の他端側に圧力F(+方向の圧力)を印加してA方向に基板11を撓ませたときには、基板11の表面(同図中の上面)に形成されている磁性層12には圧縮応力が作用する。また、この圧縮応力が作用することにより、磁性層12には圧縮歪みが生じて、その磁化容易軸が、図3に示すように、C方向に回転して電流方向(応力の作用する方向)と平行な方向に近づき(角度θが角度θ1から減少し)、インピーダンスZが基準インピーダンスZoよりも大きくなることが確認されている。   Here, an outline of the conversion data table will be described. First, it has been experimentally and theoretically confirmed that the relationship shown in FIG. 4 is established between the pressure F and the rate of change ΔZ / Zo of the impedance Z. That is, the angle θ formed by the direction of the current flowing in the magnetic layer 12 (current direction) and the easy magnetization axis when the magnetic layer 12 is formed of a NiFe alloy having a negative magnetostriction constant and the pressure F is zero is expressed as an angle θ1 ( = 45 °), when the substrate 11 is bent in the A direction by applying pressure F (pressure in the + direction) to the other end of the substrate 11 as shown in FIG. A compressive stress acts on the magnetic layer 12 formed on the surface of the substrate 11 (the upper surface in the figure). Further, due to the action of this compressive stress, a compressive strain is generated in the magnetic layer 12, and its easy magnetization axis rotates in the C direction as shown in FIG. It is confirmed that the impedance Z becomes larger than the reference impedance Zo as the angle θ approaches the direction parallel to the angle (the angle θ decreases from the angle θ1).

一方、基板11の他端側に逆方向(A方向を基準として−方向の圧力)の圧力Fを印加してB方向に基板11を撓ませたときには、磁性層12には引っ張り応力が作用する。また、この引っ張り応力が作用することにより、磁性層12には引っ張り歪みが生じて、その磁化容易軸が、図3に示すように、D方向に回転して電流方向と直交する方向に近づき(角度θが角度θ1から増加し)、インピーダンスZが基準インピーダンスZoよりも小さくなることが確認されている。つまり、図4において実線で示すように、インピーダンスZの変化率ΔZ/Zoは、基板11に+方向の圧力Fが印加されたときには、圧力Fの大きさ(値)に応じて+側に増加し、逆に、基板11に−方向の圧力Fが印加されたときには、圧力Fの大きさに対応して−側に増加することが確認されている。また、図4に示すように、角度θ1が45°に規定されているため、インピーダンスZの変化率ΔZ/Zoについては、圧力Fが+側および−側のいずれにおいても小さい領域W1では、ほぼリニアに変化し、しかも変化の度合いが大きいが、圧力Fが+側および−側のいずれにおいても大きい領域W2では、圧力Fが大きくなるに従って変化の度合いが徐々に小さくなることが確認されている。   On the other hand, when the substrate 11 is bent in the B direction by applying a pressure F in the reverse direction (pressure in the negative direction with respect to the A direction) to the other end of the substrate 11, tensile stress acts on the magnetic layer 12. . Further, due to the action of the tensile stress, tensile strain is generated in the magnetic layer 12, and the easy magnetization axis rotates in the D direction and approaches a direction orthogonal to the current direction as shown in FIG. It is confirmed that the impedance θ increases from the angle θ1), and the impedance Z becomes smaller than the reference impedance Zo. That is, as indicated by the solid line in FIG. 4, the rate of change ΔZ / Zo of the impedance Z increases to the + side according to the magnitude (value) of the pressure F when the pressure F in the + direction is applied to the substrate 11. On the other hand, it has been confirmed that when a negative direction pressure F is applied to the substrate 11, it increases to the negative side corresponding to the magnitude of the pressure F. Further, as shown in FIG. 4, since the angle θ1 is defined as 45 °, the change rate ΔZ / Zo of the impedance Z is almost equal in the region W1 where the pressure F is small on both the + side and the − side. It has been confirmed that the degree of change gradually decreases as the pressure F increases in the region W2 in which the pressure F changes linearly and the degree of change is large but the pressure F is large on both the + side and the − side. .

以上のような関係が、圧力FとインピーダンスZの変化率ΔZ/Zoとの間に存在しており、変換データテーブルにはこの関係を示すデータが記憶されている。したがって、変換データテーブルを参照することにより、インピーダンスZの変化率ΔZ/Zoから圧力Fを算出可能となっている。   The relationship as described above exists between the pressure F and the rate of change ΔZ / Zo of the impedance Z, and data indicating this relationship is stored in the conversion data table. Therefore, the pressure F can be calculated from the change rate ΔZ / Zo of the impedance Z by referring to the conversion data table.

演算部6は、CPUを備えて構成されている。また、演算部6は、ROMに記憶されている動作プログラムに従って作動して、インピーダンスZの変化率ΔZ/Zoを算出する変化率算出処理、インピーダンスZの変化率ΔZ/Zoから圧力Fを算出する圧力算出処理、および算出した圧力Fを出力部7に出力させる出力処理を実行する。   The calculation unit 6 is configured with a CPU. The calculation unit 6 operates according to an operation program stored in the ROM, calculates a change rate calculation process for calculating a change rate ΔZ / Zo of the impedance Z, and calculates a pressure F from the change rate ΔZ / Zo of the impedance Z. A pressure calculation process and an output process for causing the output unit 7 to output the calculated pressure F are executed.

出力部7は、一例として、ディスプレイ装置で構成されて、圧力Fを数値表示する。なお、出力部7は、ディスプレイ装置に代えて、他の出力装置、例えば、印刷装置やプロッタなどで構成することもできる。   The output part 7 is comprised with a display apparatus as an example, and displays the pressure F numerically. Note that the output unit 7 may be configured by another output device such as a printing device or a plotter instead of the display device.

次に、圧力測定装置1の動作について説明する。   Next, the operation of the pressure measuring device 1 will be described.

この圧力測定装置1では、測定部4が、磁性層12のインピーダンスZを繰り返し測定して、演算部6に出力する。演算部6は、測定部4からインピーダンスZを入力する都度、変化率算出処理、圧力算出処理および出力処理を実行する。   In the pressure measuring device 1, the measuring unit 4 repeatedly measures the impedance Z of the magnetic layer 12 and outputs it to the calculating unit 6. The calculation unit 6 executes a change rate calculation process, a pressure calculation process, and an output process each time the impedance Z is input from the measurement unit 4.

具体的には、変化率算出処理では、演算部6は、まず、記憶部5から基準インピーダンスZoを読み出し、次いで、インピーダンスZから基準インピーダンスZoを減算してΔZ(=Z−Zo)を算出する。続いて、演算部6は、このΔZを基準インピーダンスZoで除算することにより、インピーダンスZの変化率ΔZ/Zo(%)を算出する。次の圧力算出処理では、演算部6は、記憶部5に記憶されている変換データテーブルを参照することにより、算出したインピーダンスZの変化率ΔZ/Zoに対応する圧力Fを算出する。次いで、出力処理では、演算部6は、特定した圧力Fを出力部7に表示させる。   Specifically, in the change rate calculation process, the calculation unit 6 first reads the reference impedance Zo from the storage unit 5, and then subtracts the reference impedance Zo from the impedance Z to calculate ΔZ (= Z−Zo). . Subsequently, the arithmetic unit 6 calculates the change rate ΔZ / Zo (%) of the impedance Z by dividing this ΔZ by the reference impedance Zo. In the next pressure calculation process, the calculation unit 6 refers to the conversion data table stored in the storage unit 5 to calculate the pressure F corresponding to the calculated change rate ΔZ / Zo of the impedance Z. Next, in the output process, the calculation unit 6 causes the output unit 7 to display the specified pressure F.

この場合、基板11の他端側にA方向(図1参照)の圧力Fが印加されているときには、磁性層12には圧縮応力が作用して、磁性層12の磁化容易軸と電流方向との成す角度θが角度θ1(=45°)よりも小さくなり、磁性層12のインピーダンスZが基準インピーダンスZoよりも大きくなる。このため、演算部6は、符号が正となるインピーダンスZの変化率ΔZ/Zoを算出し、このインピーダンスZの変化率ΔZ/Zoに基づいて算出した圧力F(正の値)を出力部7に表示させる。   In this case, when a pressure F in the A direction (see FIG. 1) is applied to the other end side of the substrate 11, compressive stress acts on the magnetic layer 12, and the easy axis of magnetization of the magnetic layer 12 and the current direction Becomes smaller than the angle θ1 (= 45 °), and the impedance Z of the magnetic layer 12 becomes larger than the reference impedance Zo. Therefore, the calculation unit 6 calculates the change rate ΔZ / Zo of the impedance Z having a positive sign, and outputs the pressure F (positive value) calculated based on the change rate ΔZ / Zo of the impedance Z to the output unit 7. To display.

逆に、基板11の他端側にB方向(図1参照)の圧力Fが印加されているときには、磁性層12には引っ張り応力が作用して、磁性層12の磁化容易軸と電流方向との成す角度θが角度θ1(=45°)よりも大きくなり、磁性層12のインピーダンスZが基準インピーダンスZoよりも小さくなる。このため、演算部6は、符号が負となるインピーダンスZの変化率ΔZ/Zoを算出し、このインピーダンスZの変化率ΔZ/Zoに基づいて算出した圧力F(負の値)を出力部7に表示させる。   Conversely, when a pressure F in the B direction (see FIG. 1) is applied to the other end side of the substrate 11, tensile stress acts on the magnetic layer 12, and the easy axis of magnetization of the magnetic layer 12 and the current direction are Is larger than the angle θ1 (= 45 °), and the impedance Z of the magnetic layer 12 is smaller than the reference impedance Zo. Therefore, the calculation unit 6 calculates the change rate ΔZ / Zo of the impedance Z having a negative sign, and outputs the pressure F (negative value) calculated based on the change rate ΔZ / Zo of the impedance Z to the output unit 7. To display.

このように、この圧力測定装置1および歪み検出素子2によれば、磁性層12における電流方向に対する磁化容易軸の角度を45°に規定したことにより、磁性層12が圧縮する方向の圧力Fと、磁性層12が引っ張られる方向の圧力Fとを、出力部7に表示される正・負の符号に基づいて区別しつつ、両方向の圧力Fの大きさ(値)を測定することができる。また、この圧力測定装置1によれば、図4に示すように、両方向の圧力Fが小さい領域W1ではインピーダンスZの変化率ΔZ/Zoはほぼリニアに変化し、かつ変化の度合いも大きいため、小さい圧力Fを高い精度で測定することができる。   As described above, according to the pressure measuring device 1 and the strain detection element 2, the angle of the easy axis of magnetization with respect to the current direction in the magnetic layer 12 is set to 45 °. The magnitude (value) of the pressure F in both directions can be measured while distinguishing the pressure F in the direction in which the magnetic layer 12 is pulled based on the positive and negative signs displayed on the output unit 7. Further, according to the pressure measuring device 1, as shown in FIG. 4, in the region W1 where the pressure F in both directions is small, the rate of change ΔZ / Zo of the impedance Z changes almost linearly, and the degree of change is large. A small pressure F can be measured with high accuracy.

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、歪み検出素子2における基板11の一端側を支持部3に固定した例について上記したが、基板11の両端を2つの支持部3で固定し、圧力Fを中央部に受けて基板11が撓む構成を採用することもできる。また、磁性層12のインピーダンスZを直接測定する構成を採用した例について説明したが、歪み検出素子2をブリッジ回路に組み込んでそのインピーダンスZを測定する構成を採用することもできる。また、磁性層12における電流方向に対する磁化容易軸の角度を45°に規定した例について説明したが、これに限らず、ほぼ45°(45°±15°の範囲内)に規定することができる。ただし、上記の効果をより奏するためには、45°±10°の範囲内に規定するのが好ましく、45°±5°の範囲内に規定するのがより好ましい。   In addition, this invention is not limited to said structure. For example, the example in which one end side of the substrate 11 in the strain detection element 2 is fixed to the support portion 3 has been described above, but both ends of the substrate 11 are fixed by the two support portions 3 and the pressure F is received by the central portion so that the substrate 11 A bending configuration can also be employed. Moreover, although the example which employ | adopted the structure which directly measures the impedance Z of the magnetic layer 12 was demonstrated, the structure which incorporates the distortion | strain detector 2 in a bridge circuit and measures the impedance Z can also be employ | adopted. In addition, although the example in which the angle of the easy axis of magnetization with respect to the current direction in the magnetic layer 12 is defined as 45 ° has been described, the present invention is not limited thereto, and can be defined as approximately 45 ° (within 45 ° ± 15 °). . However, in order to achieve the above effect, it is preferable to define within the range of 45 ° ± 10 °, and more preferably within the range of 45 ° ± 5 °.

圧力測定装置1の構成を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing a configuration of a pressure measuring device 1. FIG. 歪み検出素子2の斜視図である。3 is a perspective view of a strain detection element 2. FIG. 磁性層12の平面図である。2 is a plan view of a magnetic layer 12. FIG. 圧力FとインピーダンスZの変化率ΔZ/Zoとの関係を示す関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram illustrating a relationship between a pressure F and a change rate ΔZ / Zo of an impedance Z.

符号の説明Explanation of symbols

1 圧力測定装置
2 歪み検出素子
4 測定部
6 演算部
11 基板
12 磁性層
13a,13b 電極
F 圧力
Z インピーダンス
Zo 基準インピーダンス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressure measuring device 2 Strain detection element 4 Measuring part 6 Calculation part 11 Board | substrate 12 Magnetic layer 13a, 13b Electrode F Pressure Z Impedance Zo Reference impedance

Claims (2)

可撓性を有する基板と、当該基板の表面に磁歪材料を用いて形成された磁性層と、当該磁性層に接続された一対の電極とを備え、
前記磁性層は、電流方向に対する磁化容易軸の角度が45°またはほぼ45°に規定されている歪センサ。
A flexible substrate, a magnetic layer formed on the surface of the substrate using a magnetostrictive material, and a pair of electrodes connected to the magnetic layer,
The magnetic layer is a strain sensor in which an angle of an easy magnetization axis with respect to a current direction is defined as 45 ° or approximately 45 °.
可撓性を有する基板と、当該基板の表面に磁歪材料を用いて形成された磁性層と、当該磁性層に接続された一対の電極と、当該一対の電極間に電流を供給すると共に電流供給時における前記一対の電極間の電位差を測定して前記電流の電流値と前記電位差とに基づいて前記磁性層のインピーダンスを算出する測定部と、当該算出されたインピーダンスと基準インピーダンスとに基づいて前記基板に印加されている圧力を算出する演算部とを備え、
前記磁性層は、電流方向に対する磁化容易軸の角度が45°またはほぼ45°に規定されている圧力測定装置。
A flexible substrate, a magnetic layer formed using a magnetostrictive material on the surface of the substrate, a pair of electrodes connected to the magnetic layer, and supplying current between the pair of electrodes and supplying current Measuring a potential difference between the pair of electrodes at the time and calculating an impedance of the magnetic layer based on a current value of the current and the potential difference, and based on the calculated impedance and a reference impedance A calculation unit that calculates the pressure applied to the substrate,
The magnetic layer is a pressure measuring device in which an angle of an easy magnetization axis with respect to a current direction is defined as 45 ° or approximately 45 °.
JP2006069355A 2006-03-14 2006-03-14 Strain sensor and pressure measuring device Pending JP2007248134A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006069355A JP2007248134A (en) 2006-03-14 2006-03-14 Strain sensor and pressure measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006069355A JP2007248134A (en) 2006-03-14 2006-03-14 Strain sensor and pressure measuring device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007248134A true JP2007248134A (en) 2007-09-27

Family

ID=38592622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006069355A Pending JP2007248134A (en) 2006-03-14 2006-03-14 Strain sensor and pressure measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007248134A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016540983A (en) * 2013-12-13 2016-12-28 ナショナル ユニバーシティ オブ サイエンス アンド テクノロジー エムアイエスアイエス Mechanical stress sensor
CN112729622A (en) * 2020-12-17 2021-04-30 上海电气集团股份有限公司 Stress nondestructive testing method, device and equipment

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07174645A (en) * 1993-12-21 1995-07-14 Fujitsu Ltd Strain detector
JPH07209100A (en) * 1994-01-11 1995-08-11 Fujitsu Ltd Strain detector
JP2000356505A (en) * 1999-06-16 2000-12-26 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Strain detection element

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07174645A (en) * 1993-12-21 1995-07-14 Fujitsu Ltd Strain detector
JPH07209100A (en) * 1994-01-11 1995-08-11 Fujitsu Ltd Strain detector
JP2000356505A (en) * 1999-06-16 2000-12-26 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Strain detection element

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016540983A (en) * 2013-12-13 2016-12-28 ナショナル ユニバーシティ オブ サイエンス アンド テクノロジー エムアイエスアイエス Mechanical stress sensor
CN112729622A (en) * 2020-12-17 2021-04-30 上海电气集团股份有限公司 Stress nondestructive testing method, device and equipment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102087101B (en) Device and method for measuring strain
Pérez et al. High-performance giant magnetoresistive sensorics on flexible Si membranes
CN103615944B (en) A kind of ruler
JP2009250931A (en) Magnetic sensor, operation method thereof, and magnetic sensor system
JP7207560B2 (en) Heat flow sensor and heat flow measurement system
CN103149086A (en) Device and method for measuring toughness damage evolution in process of metal uniaxial tension
JP5498882B2 (en) Touch device and control method thereof
TW201022680A (en) Inspection probe
Kan et al. Design of a piezoresistive triaxial force sensor probe using the sidewall doping method
CN108387249A (en) Ultra-high sensitive Bionic flexible nano-sensor
JP2011137774A (en) Sheet resistance measurement terminal and measuring lead employing the same
CN207586316U (en) Piezoelectric modulus measuring device
JP2007248134A (en) Strain sensor and pressure measuring device
JP2006226858A (en) Fluctuating load sensor and tactile sensor using the same
JP2002328140A (en) Current sensor
JP6158961B1 (en) Steel material potential measuring method and steel material potential measuring device
CN111397789B (en) Torsion pressure sensing device and electric screwdriver
JP2005291728A (en) Goniometer with giant magnetoresistive element
JP2000356505A (en) Strain detection element
JP6370768B2 (en) Magnetic field detection sensor
CN104931899B (en) A kind of method for improving magnetic field sensor probe head sensitivity
JP6722304B2 (en) Stress sensor
CN101738345B (en) Clamp capable of detecting bending force and electric property
JPS61215931A (en) Tuning fork type piezoelectric vibrator
JP5647567B2 (en) Stress sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090306

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110617

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110628

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20111025