冲击传感器

本发明涉及冲击传感器，具体地涉及汽车气囊系统等使用的冲击传感 器。

汽车的气囊系统的构成是，使用感知汽车碰撞时所施加撞击的冲击传感 器作为安全冲击传感器，利用此冲击传感器的感知输出启动气囊的动作装 置，使气囊膨胀保护驾驶员免受撞击。

作为已有的冲击传感器，例如有特开平7-198738号公报、特开平8-29444 号公报所记载的。

图14是已有的冲击传感器的构成图。

图14中，11是壳体，12、13是设置于壳体11的舌簧管，14是支承 振子15的支点部件，15是振子，16是设置于振子15顶端的永磁体，17 是与永磁体16对置并设置于壳体11的磁性体。

由于固定在由支点部件14支承的振子15的永磁体16处于舌簧管的动 作区域之外，所以设置于壳体11的舌簧管12、13断开。为了使振动子15 保持居中性，与永磁体16对置地设置例如磁性体17。

此冲击传感器中，例如从图14所示箭头方向施加使振子15失去居中性 的撞击时，振子15产生惯性力矩，沿反时针方向转动，永磁体16随此移 动至舌簧管的动作区域时，舌簧管12、13成为闭合。

但是，这种已有的舌簧管型冲击传感器存在以下问题，根据振子的动作 方式安装方向仅在垂直方向，仅能检测来自舌簧管纵轴一方向的撞击，不 能检测来自其他方向的撞击。而且，因为以舌簧管作为检出元件，所以小 型化受到限制。再有，若按图14的构成，由于舌簧管是常开的，所以传感 器输出方法受到限制。

本发明的目的在于提供一种冲击传感器，可以在水平、垂直两方向安装 传感器，同时可以实现小型化，传感输出方式多样化。

根据本发明的冲击传感器包括：固定于壳体内的磁致电阻元件；利用设 置于壳体内的支点部件可旋转地支承的振子；在振子两端配置的永磁体， 留有磁致电阻元件可动作的预定空隙；对应磁致电阻元件的输出进行预定 的信号处理的输出电路部。

所述振子也可构成为由支点部件支承的一端侧和另一端侧的惯性力矩 不同。

所述输出电路部也可构成为包括改变输出信号逻辑的逻辑门，利用逻辑 门可以选择至少两种输出方式。

所述输出电路部也可以包括调整电路特性的预定电路元件，所述电路元 件也可以是能调整或替换的外装电阻。

所述冲击传感器可以设置多个磁致电阻元件，输出电路部对应第一磁致 电阻元件的输出进行第一信号处理，同时对应第二磁致电阻元件的输出进 行第二信号处理，根据第一信号处理结果和第二信号处理结果输出信号。

根据本发明的冲击传感器，可以适用于汽车的气囊系统等所用的冲击传 感器。

图1是适用本发明第1实施例的冲击传感器的构成示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是上述冲击传感器的MR元件图形形状的示意图。

图4是上述冲击传感器的波形整形电路部的构成电路图。

图5是上述冲击传感器的波形整形电路部的加速度—输出电压的特性 图。

图6是上述冲击传感器的波形整形电路部的加速度—输出电压的特性 图。

图7是上述冲击传感器的波形整形电路部的时间—输出电压的特性图。

图8是上述冲击传感器的波形整形电路部的时间—输出电压的特性图。

图9是适用本发明第2实施例的冲击传感器的构成示意图。

图10是图9的侧视图。

图11是上述冲击传感器的波形整形电路部的构成电路图。

图12是适用本发明其他实施例的冲击传感器的波形整形电路部的构成 示意图。

图13是上述冲击传感器的波形整形电路部的磁场角度—输出电压的特 性图。

图14是已有的冲击传感器的构成示意图。

图1是本发明第1实施例的冲击传感器的构成示意图，图2是图1的侧 视图。第1实施例的冲击传感器可以代替已有的舌簧管型冲击传感器来使 用。

图1和图2中，冲击传感器20由以下部分构成：壳体21；设置于壳体 21内的MR元件22、23(磁致电阻元件)；对MR元件22、23的输出 进行波形整形的波形整形电路部24、25(输出电路部)；由支点部件26 可自由旋转地支承的振子27；在振子27两端固定的永磁体28、29。

而且，如图2所示，为了维持振子27的居中性，在与壳体21内部的永 磁体28、29对置的位置，设置例如磁性体30、31，按振子可以旋转的 方式设置MR元件22、23与永磁体28、29之间的距离。

在壳体21外部，安装电源端子32、33，输出端子34、35，接地端 子36、37。

这样，为了在撞击时失去平衡，按支点部件26的上侧和下侧重量不等 的方式构成上述振子27。为此，如图1所示，把振子27的长度A和B的 比率设定为1∶1之外，或者把两个永磁体的重量设置成不等。

上述MR元件22、23是电阻值随磁性而变化的磁致电阻效应元件，如 图3所示，由强磁性金属为主成分的合金薄膜构成的MR元件图形是折线 状。此MR元件图形因外磁场在某一方向的磁化而使得其电阻率发生变 化。

图4是上述波形整形电路部24、25的构成电路图，波形整形电路部24 和波形整形电路部25为同一构成。

图4中，R1～R4是构成图1中的MR元件22、23MR的元件，为 了感知来自相反的两方向的撞击，用4个MR元件R1～R4构成。此4个 MR元件R1～R4等间隔配置，MR元件R1和R2、MR元件R3和R4 分别相对串联连接，此串联连接电路并联连接在电源Vcc和地GND之间， 可以从MR元件R1、R2的连接点和MR元件R3、R4的连接点获得输 出A、B。

为了使输出A和输出B平衡，把各电阻值设定为R1＝R4、R2＝R3或 者R1＝R2＝R3＝R4。此时，MR元件的电阻值通常分别为2～3KΩ。

图4中，OP放大器A是进行差动放大的放大器，OP放大器B是进行 反对数放大的放大器，OP放大器C是进行电压比较的放大器，R5、R6 是构成分压电路的电阻。而且设置来自外部的电源端子Vcc、接地端子 GND、输出端子Vout。

MR元件R1、R2的输出A连接于OP放大器A的反相输入端，MR 元件R3、R4的输出B连接于OP放大器B的非反相输入端。OP放大器 A进行输出A和输出B的差动放大。

OP放大器A的输出端连接于OP放大器B的非反相输入端，OP放大 器B的反相输入端连接于电源Vcc。OP放大器B对OP放大器A的输出 电压进行反对数放大。

OP放大器B的输出端连接于OP放大器C的非反相输入端，0P放大 器C的反相输入端连接于分压电阻R5、R6。OP放大器C对由OP放大 器B做反对数放大的输出电压做比较放大，输出输出电压Vout。

所加电压范围应为考虑到OP放大器A和OP放大器B、OP放大器C 的电压范围的值。

以下，说明上述构成的冲击传感器20的动作。

如图1所示，从a或b方向施加强度可使振子27失去居中性的撞击时， 振子27因其质量在c或d各方向发生惯性力矩。此惯性力矩使振子27旋 转，随此振子27上设置的永磁体28、29也旋转，在MR元件22、23所 加的磁场强度发生变化。

一旦加在MR元件22、23上的磁场强度变化，图4电路中，MR元 件R1～R4的输出A及输出B的电压变化，此两输出A和B通过OP放 大器A做差动放大。在图4的a点，获得如图5所示的根据加速度的输出 电压变化。

而且，OP放大器A的输出被输入到OP放大器B的非反相输入端， OP放大器B对OP放大器A的输出电压做反对数放大。亦即，图4的a 点输出的电压通过OP放大器B做反对数放大，在图4的b点获得如图6 所示的根据加速度的输出电压变化。

再有，OP放大器B的输出被输入到OP放大器C的非反相输入端， OP放大器C比较基准电压和输入电压，例如设定为输入电压高于基准电压 时导通，低于基准电压时截止。对OP放大器C的输出分流，若单向原样 连接于输出端子Vout，则获得如图7所示的输出变化。

另一个输出若连接于与异-或门或者异-或非门等逻辑门连接后的输出端 子Vout，则获得图8所示输出变化。

如上所述，根据第一实施例的冲击传感器20的构成包括：固定于壳体 21内的MR元件22、23；振子27，由设置于壳体21内的支点部件26 可旋转地支承，为了在撞击时失去平衡把距支点部件26的长度A和B的 比率设定为1∶1之外；在振子27两端配置的永磁体28、29，具有MR 元件22、23可以动作的预定空隙；在与壳体21内部的永磁体28、29对 置的位置设置的磁性体30、31；对MR元件22、23的输出进行波形整 形的波形整形电路部24、25，因此通过使用作为传感元件的MR元件可 以实现小型化，传感器的安装方向可以是水平、垂直两方向以及与其相对 ±90°的方向。

特别是，由于振子27的支点处于末端以外的位置，传感器本身的安装 方向可以在水平、垂直两方向，而且也可以在相对轴向的±90°范围内安 装。

亦即，由于已有技术中，元件的支承体的支点处于末端，旋转方向限制 于仅为以该支点为中心的一种，若要检测来自避开该限制的所有方向的撞 击，必须增加元件数量等。对此，本实施例的冲击传感器，由于其构成是 在振子27两端设置永磁体28、29，在与其对应的位置设置MR元件22、 23，可以由惯性力矩不同的2个系统检测撞击，确实地检测出撞击。而且， 由于振子27构成为由支点部件26自由旋转地支承，所以可以检测来自所 有方向的撞击。

这样，由于可以检测来自所有方向的撞击，所以本冲击传感器例如用于 汽车的气囊系统中的安全传感器时，可以相对来自多方向的撞击启动气囊 装置，使气囊系统的安全性更高。

使输出路径分流，通过连接于异-或门等逻辑门，可使输出方式有两种选 择。由此，可以适用于具有各种输出方式的气囊系统。

图9是根据本发明第二实施例的冲击传感器的示意图，图10是图9的 侧视图。在本实施例的冲击传感器的说明中，与图1和图2所示冲击传感 器相同的构成部分采用同一标号。

图9和图10中，冲击传感器40的构成有：壳体21；设置于壳体21内 的MR元件22、23；对MR元件22、23的输出做波形整形的波形整形 电路部41；由支点部件26自由旋转地支承的振子27；在振子27两端固 定的永磁体28、29。

上述2个MR元件22、23的输出被输入到波形整形电路部41。

如图10所示，为了维持振子27的居中性，在与壳体21内部的永磁体 28、29对置的位置，设置例如磁性体30、31，按振子可以旋转的方式设 置MR元件22、23与永磁体28、29之间的距离。

在壳体21外部，安装电源端子32，输出端子34，接地端子36。

这里，为了在撞击时失去平衡，按支点部件26的上侧和下侧重量不等 的方式构成上述振子27。

图11是上述波形整形电路部41的构成电路图，与图4所示波形整形电 路部相同的构成部分采用相同标号，省略重复部分的说明。

图11中，波形整形电路部41由2个波形整形电路部24、25以及对其 输出做AND逻辑运算的AND逻辑门42构成。亦即，由对MR元件22的 输出进行波形整形的波形整形电路部24，对MR元件23的输出进行波形 整形的波形整形电路部25，对波形整形电路部24、25的输出进行AND 逻辑运算的AND门42构成，AND门42的输出作为输出电压Vout。而 且，用于向OP放大器C提供基准电压的分压电阻R5、R6在图中省略了。

以下说明上述构成的冲击传感器40的动作。

如图9所示，从a或b方向施加可使振子27失去居中性的撞击时，振 子27因其质量在c或d各方向发生惯性力矩。此惯性力矩使振子27位移， 随此振子27上设置的永磁体28、29也位移，在MR元件22、23所加的 磁场强度发生变化，利用与上述第一实施例相同的原理获得来自MR元件 22、23的输出。

再有，本冲击传感器40中，把来自例如2个MR元件22、23的输出 输入到数字开关例如AND门42，获得AND门42的输出作为冲击传感器 40的输出Vout。按此构成，若2个MR元件不动作，则冲击传感器也不 动作。

如上所述，根据第二实施例的冲击传感器40，在冲击传感器内内置了2 个以上的MR元件，波形整形电路部41包括：对MR元件22的输出进行 波形整形的波形整形电路部24，对MR元件23的输出进行波形整形的波 形整形电路部25，对波形整形电路部24、25的输出进行AND逻辑运算 的AND门42，由于利用AND门42使全部元件不动作时传感器无输出， 所以可以提供更高可靠性的冲击传感器。

因而，具有这些优异特长的冲击传感器适用于汽车的气囊系统等所用的 冲击传感器，则可期望提高气囊系统的安全性。

这里，第一、第二实施例中说明了本传感器作为冲击传感器的适用例。 采用此构成，在波形整形电路部中设置可以替换或者可以调节的外装电 阻，通过调节外装电阻，可以作为倾斜传感器使用。以下，参照图12和图 13说明作为倾斜传感器使用的情况。

图12是作为倾斜传感器使用时波形整形电路部51的构成一例的电路 图，与图4所示波形整形电路部相同的构成部分采用同一标号。

图12中，用于向OP放大器C提供基准电压的分压电阻R5、R6中， 电阻R6由可以调节或替换的外装电阻R6(电路元件)构成。再有，此外 装电阻R6也可是能调整电阻值的可变电阻，而且也可以采用预先设置多个 电阻选择使用的构成。

图13是磁场角度与MR元件的输出电压的关系特性图。

采用图13所示的磁场角度与输出电压的关系，例如把图13 A的点的输 出电压电平设定为通过调整图12的电路中的外装电阻R6的基准电压，这 样构成30度倾斜时传感器动作的构造。通过同样的调整也可以在其他角度 下检测，所以说可以作为倾斜传感器使用。

利用本构成，此传感器可以作为检测灵敏度可调节的冲击传感器使用。

根据上述实施例的冲击传感器可以适用于上述汽车气囊系统等使用的 冲击传感器，但是并不限于此，当然可以适用于作为冲击检测系统的全部 装置。

而且，构成上述冲击传感器的MR元件、永磁体、振子等的种类、数量 等，以及构成波形整形电路部的OP放大器等的种类、数量等当然也不限 于上述实施例。

根据本发明的冲击传感器的构成包括：固定于壳体内的磁致电阻元件； 利用设置于壳体内的支点部件可旋转地支承的振子；在振子两端配置的永 磁体，留有磁致电阻元件可动作的预定空隙；对应磁致电阻元件的输出进 行预定的信号处理的输出电路部，由此可以在水平、垂直两方向安装传感 器，同时实现小型化，传感器的输出方式可以多样化。