DE19722834A1

DE19722834A1 - Magnetoresistive gradiometer for measuring magnetic field gradients

Info

Publication number: DE19722834A1
Application number: DE1997122834
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr Dettmann; Uwe Loreit
Original assignee: INST MIKROSTRUKTURTECHNOLOGIE
Current assignee: Sensitec GmbH
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 1998-12-03
Anticipated expiration: 2017-05-31
Also published as: DE19722834B4

Abstract

The Wheatstone bridge is made up of individual resistances (1,1',2,2',3,3'4,4'). These consist of two groups of series circuits of equal numbers of parallel magnetoresistive foil strips. The two groups are separated by the base length of the gradiometer. The groups have a barber pole structure with opposing slopes. All the magnetoresistive foil strips may be located symmetrically in two zones of a foil carrier about a central axis with their centre lines distant from one another by the base length. All the foil strips, their connecting leads and their terminal pins may lie in one plane

Description

Gradiometer dienen der Messung von räumlichen Felddifferenzen. Bei der potentialfreien Strommessung kann durch Messung der vom Strom hervorgerufenen räumlichen Felddifferenzen eine Unterscheidung des zu messenden Stromes von anderen in nicht allzu großer Nähe fließenden Strömen getroffen werden.Gradiometers are used to measure spatial field differences. With the potential-free Current measurement can be done by measuring the spatial caused by the current Field differences do not make a distinction between the current to be measured and others currents flowing in close proximity.

Ein zur potentialfreien Strommessung vorgesehenes magnetoresistives Gradiometer ist aus der DE 43 00 605 C2 oder der EP 0 607 595 A2 bekannt. Bei diesem Gradiometer werden nur magnetoresistive Schichtstreifen mit gleicher Neigung der Barber Pole Strukturen verwendet. Wegen der Gleichheit der Schichtstrukturen läßt sich bei der Herstellung eine hohe Gleichheit aller Widerstandswerte der vier als Wheatstone-Brücke verschalteten Widerstände erreichen. Damit erhält man einen geringen Nulloffset der Brücke, der auch bei variabler Temperatur des gesamten Chips erhalten bleibt. Temperaturgradienten über der Chipfläche führen allerdings zu einer Änderung der Brückenausgangsspannung und deshalb ist die potentialfreie Strommessung mit diesem Gradiometer nur mit sehr eingeschränkter Genauigkeit möglich.A magnetoresistive gradiometer provided for potential-free current measurement is off known from DE 43 00 605 C2 or EP 0 607 595 A2. At this gradiometer only magnetoresistive layer strips with the same inclination of the Barber Pole structures used. Because of the similarity of the layer structures, a high equality of all resistance values of the four interconnected as a Wheatstone bridge Reach resistance. This gives you a low zero offset of the bridge, which is also at variable temperature of the entire chip is retained. Temperature gradient over the Chip area, however, lead to a change in the bridge output voltage and therefore is the potential-free current measurement with this gradiometer only with very limited Accuracy possible.

Ein weiteres magnetoresistives Gradiometer wird in der DE 44 36 876 A1 beschrieben. Dieses weist den oben erwähnten Mangel der Abhängigkeit der Brückenausgangsspannung von einem Temperaturgradienten in der Chipfläche nicht auf.Another magnetoresistive gradiometer is described in DE 44 36 876 A1 described. This indicates the above-mentioned lack of dependency Bridge output voltage does not rise from a temperature gradient in the chip area.

Auf den magnetoresistiven Schichtstreifen werden hier jedoch Barber Pole Strukturen unterschiedlicher Neigung benutzt. Jeder einzelne Widerstand der Brücke enthält nur nach rechts geneigte oder nur nach links geneigte Barber Pole Strukturen. Durch Ungenauigkeiten in der Herstellung des jeweiligen Neigungswinkels kann die Brücke so an beiden Ausgängen eine Gleichtaktausgangsspannung aufweisen. Verbunden mit einem Gradienten der Dicke der magnetoresistiven Schicht oder der Schicht der Verbindungsleitungen auf dem Schichtträger können bei Temperaturänderungen des gesamten Chips wieder Ausgangsspannungsänderungen an der Wheatstone-Brücke auftreten, die auch hier wieder die Genauigkeit der potentialfreien Strommessung einschränken.However, barber poles become structures on the magnetoresistive layer strips different inclination used. Every single resistance of the bridge contains only after right sloping or only leaning sloping barber pole structures. By Inaccuracies in the production of the respective angle of inclination can be the bridge both outputs have a common mode output voltage. Connected to one Gradients of the thickness of the magnetoresistive layer or the layer of the Connection lines on the substrate can change the temperature of the output chips on the Wheatstone bridge again occur, which here again the accuracy of the potential-free current measurement restrict.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Anordnung eines magnetoresistiven Gradiometers anzugeben, das trotz herstellungsbedingter Toleranzen eine hohe Konstanz des Nullausgangssignales auch bei Temperaturänderungen oder Temperaturgradienten im Sensorchip aufweist, und Anordnungen zum Messen von elektrischen Strömen mit Hilfe eines solchen Gradiometers anzugeben.The object of the present invention is therefore the arrangement of a magnetoresistive Gradiometers indicate that despite manufacturing tolerances a high consistency the zero output signal even with temperature changes or temperature gradients in Has sensor chip, and arrangements for measuring electrical currents with the help of such a gradiometer.

Diese Aufgabe wird durch das im Hauptanspruch beschriebene magnetoresistive Gradiometer und für Anordnungen zum Messen von elektrischen Strömen mit Hilfe eines Gradiometers durch die in den Ansprüchen 12 bis 14 angegebenen Merkmale gelöst. In den weiteren Ansprüchen werden besondere Ausführungsformen der Erfindung angegeben.This object is achieved by the magnetoresistive described in the main claim Gradiometer and for arrangements for measuring electrical currents using a Gradiometers solved by the features specified in claims 12 to 14. In the Further claims specify special embodiments of the invention.

Jeder Widerstand der Wheatstone-Brücke besteht aus gleich vielen Anteilen von magnetoresistiven Schichtstreifen mit positiver und negativer Neigung der Barber Pole Strukturen. Damit ist eine hohe Gleichheit der Brückenwiderstände trotz herstellungsbedingter Fehler im Barber Pole Neigungswinkel gegeben, und der Nulloffset der Brücke und dessen Temperaturkoeffizient sind klein. So kann der vom zu messenden Strom erzeugte Feldgradient mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.Each resistance of the Wheatstone Bridge consists of the same proportion of magnetoresistive layer strips with positive and negative inclinations of the barber poles Structures. This is a high level of equality of bridge resistances despite manufacturing-related errors in the Barber Pole inclination angle, and the zero offset of the The bridge and its temperature coefficient are small. So can the current to be measured generated field gradient can be determined with high accuracy.

Die symmetrische Anordnung der magnetoresistiven Schichtstreifen und das Vorhandensein aller Betriebsspannungs- und Ausgangsspannungsanschlüsse der Wheatstone-Brücke auf einer Seite der symmetrischen Anordnung ist die Voraussetzung dafür, daß sich induktiv oder kapazitiv eingestreute Störsignale innerhalb der Brücke aufheben und so im Ausgangssignal der Brücke nicht mehr vorhanden sind.The symmetrical arrangement of the magnetoresistive layer strips and the presence of all operating voltage and output voltage connections of the Wheatstone bridge one side of the symmetrical arrangement is the prerequisite for being inductive or pick up capacitively interfering interference signals within the bridge and thus in the Output signal of the bridge are no longer available.

Dadurch, daß alle magnetoresistiven Schichtstreifen, die Verbindungsleitungen und die Anschlußkontakte der Wheatstone-Brücke in einer Ebene liegen, kann diese ohne elektrische Verbindung zwischen unterschiedlichen Schichtebenen hergestellt werden, was in erheblichem Maße zu einer hohen Langzeitstabilität beiträgt.The fact that all magnetoresistive layer strips, the connecting lines and the Connection contacts of the Wheatstone bridge lie in one plane, this can be without electrical connection between different layer levels are made what contributes significantly to high long-term stability.

Durch Anwendung der Kompensationsmethode dient die Wheatstone-Brücke bei der Messung des Magnetfeldgradienten lediglich als Nullinstrument. Deshalb spielen die bei magnetoresistiven Sensoren auftretenden Nichtlinearitäten und Meßbereichsbegrenzungen hier keine Rolle.By using the compensation method, the Wheatstone bridge is used by Measurement of the magnetic field gradient only as a zero instrument. That's why they play with magnetoresistive sensors occurring non-linearities and measuring range limitations doesn't matter here.

Durch Abgleichen der mindestens zwei änderbaren magnetoresistiven Widerstände in der Wheatstone-Brücke kann ein durch Herstellungstoleranzen bedingter Nulloffset der Brücke beseitigt werden.By comparing the at least two changeable magnetoresistive resistors in the Wheatstone Bridge can be a zero offset of the bridge due to manufacturing tolerances be eliminated.

Die symmetrische Anordnung der änderbaren magnetoresistiven Widerstände und der Anschlußkontakte für die Wheatstone-Brücke und die Dünnschichtstreifenleiter wird eine symmetrische Temperaturverteilung über die Chipfläche als Folge der Eigenerwärmung garantiert. Das ist Voraussetzung für einen minimalen Einfluß der Temperatur auf das Ausgangssignal des Gradiometers.The symmetrical arrangement of the changeable magnetoresistive resistors and the Connection contacts for the Wheatstone bridge and the thin-film strip line will be one symmetrical temperature distribution over the chip area as a result of self-heating guaranteed. This is a prerequisite for a minimal influence of temperature on the Output signal of the gradiometer.

Die Verwendung von Mäandern von magnetoresistiven Schichtstreifen anstelle der einzelnen magnetoresistiven Schichtstreifen führt zu einem höheren Brückenwiderstand. The use of meanders of magnetoresistive layer strips instead of the individual magnetoresistive layer strips leads to a higher bridge resistance.

Damit können ohne größeren Leistungsumsatz in der Brücke hohe Betriebsspannungen verwendet werden. Da diese dem erhaltenen Ausgangssignal direkt proportional sind, werden so auch große Ausgangssignale erhalten.This means that high operating voltages can be generated in the bridge without a large power conversion be used. Since these are directly proportional to the output signal received, large output signals are also obtained in this way.

Die Messung von elektrischen Strömen durch eine oder zwei in unmittelbarer Nähe des Gradiometers parallel zur Mittelachse des Schichtträgers gerichteten elektrischen Leitungen ist auch bei in der Umgebung vorhandenen magnetischen Störfeldern fast störungsfrei möglich, da die Gradienten der Störungen um Größenordnungen unter dem vom zu messenden Strom hervorgerufenen liegen. Die Quellen der Störmagnetfelder sind im Vergleich mit dem zu messenden Strom und mit der Basislänge des Gradiometers weit entfernt.The measurement of electrical currents through one or two in the immediate vicinity of the Gradiometers parallel to the central axis of the substrate electrical lines is almost free of interference even in the presence of magnetic interference fields in the vicinity possible because the gradients of the interference are orders of magnitude below that of measuring current caused. The sources of the interference magnetic fields are in Comparison with the current to be measured and with the base length of the gradiometer far away.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigtThe invention is explained in more detail below using exemplary embodiments. In the associated drawings

Fig. 1 die Anordnung einer Wheatstone-Brücke für die Messung von Magnetfeldgradienten gemäß der Erfindung. Fig. 1 shows the arrangement of a Wheatstone bridge for the measurement of magnetic field gradients according to the invention.

Fig. 2 gibt eine Anordnung der Bestandteile der erfindungsgemäßen Wheatstone-Brücke auf einem Schichtträger wieder. Fig. 2 shows an arrangement of the components of the Wheatstone bridge according to the invention on a support again.

Fig. 3 zeigt eine andere Anordnung der Bestandteile der erfindungsgemäßen Wheatstone-Brücke auf dem Schichtträger. Fig. 3 shows another arrangement of the components of the Wheatstone bridge according to the invention on the substrate.

In Fig. 4 ist in einem Ausschnitt die Anordnung von Dünnschichtleitern gezeigt die als Leiter für einen Kompensationsstrom dienen, der die Wirkung von außen auf die Wheatstone-Brücke einwirkender Magnetfelder aufheben kann.In FIG. 4, in a section the arrangement is shown of thin film conductors serve as conductors for a compensation current which can reverse the effects of externally acting on the Wheatstone bridge magnetic fields.

Fig. 5 zeigt die Anordnung eines erfindungsgemäßen Gradiometers zur Messung des Stromes in einer Stromleitung. Fig. 5 shows the arrangement of a gradiometer according to the invention for measuring the current in a power line.

In Fig. 1 ist eine Wheatstone-Brücke dargestellt, die aus den beiden Brückenzweigen 6 und 7 aufgebaut ist. Jeder der vier Widerstände 1; 2; 3 und 4 der Brücke besteht aus zwei Anteilen, die mit 1 und 1', 2 und 2', 3 und 3' und 4 und 4' bezeichnet sind. Die Widerstände 1 bis 4 und 1' bis 4' sind als Streifen magnetoresistiver Schichten ausgebildet. Diese magnetoresistiven Schichtstreifen tragen Barber Pole Strukturen 10. Die Winkel der Barber Pole Struktur 10 zur Längsrichtung ist auf den Widerständen 1 bis 4 und 1' bis 4' jeweils durch eine entsprechende Schraffur angegeben.In Fig. 1, a Wheatstone bridge is shown, which is constructed from the two bridge branches 6 and 7 . Each of the four resistors 1 ; 2 ; 3 and 4 of the bridge consists of two parts, which are designated with 1 and 1 ', 2 and 2 ', 3 and 3 'and 4 and 4 '. The resistors 1 to 4 and 1 'to 4 ' are designed as strips of magnetoresistive layers. These magnetoresistive layer strips carry barber pole structures 10 . The angle of the barber pole structure 10 to the longitudinal direction is indicated on the resistors 1 to 4 and 1 'to 4 ' in each case by a corresponding hatching.

Der Wert der Spannung an den Anschlußkontakten 17 wird nicht dadurch beeinflußt, ob die Winkel der beiden Richtungen der Barber Pole Struktur 10 genau den entgegengesetzt gleichen Wert besitzen, oder ob bei allen Barber Pole Strukturen gleiche Abweichungen von diesem Winkel vorhanden sind. Das ergibt sich einfach aus der Gleichheit der Summe der Widerstandswerte der jeweils beiden Widerstände 1 und 1', 2 und 2', 3 und 3' und 4 und 4'. The value of the voltage at the connecting contacts 17 is not influenced by whether the angles of the two directions of the barber pole structure 10 have exactly the same opposite value, or whether the same deviations from this angle are present in all barber pole structures. This results simply from the equality of the sum of the resistance values of the two resistors 1 and 1 ', 2 and 2 ', 3 and 3 'and 4 and 4 '.

Als Folge so eines Winkelfehlers ist also weder ein Nulloffset noch eine Gleichtaktspannung in der Wheatstone-Brücke möglich.As a result of such an angular error, there is neither a zero offset nor a common mode voltage possible in the Wheatstone Bridge.

Abhängig vom Winkel der Barber Pole Struktur 10 reagieren die Widerstände auf ein bestimmtes Magnetfeld mit einer Zunahme oder Abnahme ihres Widerstandswertes. Da jeder Widerstand aus jeweils zwei Anteilen 1 und 1', 2 und 2', 3 und 3' und 4 und 4' besteht, die gegenläufig gerichtete Barber Pole Strukturen 10 aufweisen, heben sich bei Anlegen eines homogenen Magnetfeldes in jedem Widerstand die Widerstandsänderungen jeweils auf, und die Brücke zeigt kein Ausgangssignal an.Depending on the angle of the barber pole structure 10 , the resistors react to a specific magnetic field with an increase or decrease in their resistance value. Since each resistor consists of two parts 1 and 1 ', 2 and 2 ', 3 and 3 'and 4 and 4 ', which have oppositely directed barber pole structures 10 , the changes in resistance increase in each resistor when a homogeneous magnetic field is applied and the bridge shows no output signal.

Damit Magnetfeldgradienten zu einem Ausgangssignal der Wheatstone-Brücke führen, ist eine bestimmte geometrische Anordnung der Widerstände 1 bis 4 und 1' bis 4' erforderlich.In order that magnetic field gradients lead to an output signal of the Wheatstone bridge, a certain geometric arrangement of the resistors 1 to 4 and 1 'to 4 ' is required.

So eine geometrische Anordnung von magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1 bis 9.4 und 9.1' bis 9.4', die diese Widerstände 1 bis 4 und 1' bis 4' bilden, ist in Fig. 2 dargestellt. Auf einem Schichtträger 8 sind in zwei Bereichen 11 und 12 zueinander parallele magnetoresistive Schichtstreifen 9.1 bis 9.4 bzw. 9.1' bis 9.4' vorhanden. Die beiden Bereiche 11 und 12 befinden sich symmetrisch zur Mittelachse 13 des Schichtträgers 8.A geometrical arrangement of magnetoresistive layer strips 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ', which form these resistors 1 to 4 and 1 'to 4 ', is shown in FIG. 2. Magnetoresistive layer strips 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ', respectively, are present on a layer support 8 in two areas 11 and 12 . The two regions 11 and 12 are located symmetrically to the central axis 13 of the layer support 8 .

Innerhalb des Bereiches 11 sind die magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1, 9.2, 9.3 bzw. 9.4 jeweils symmetrisch zur Mittellinie 14 des Bereiches 11 angeordnet. In gleicher Weise sind innerhalb des Bereiches 12 die magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1', 9.2', 9.3' bzw. 9.4' jeweils symmetrisch zur Mittellinie 15 des Bereiches 12 angeordnet. Die Mittellinie 14 des Bereiches 11 ist von der Mittellinie 15 des Bereiches 12 um die Basislänge 5 des Gradiometers entfernt. Die Widerstände 1 bzw. 1' der Wheatstone-Brücke werden durch die elektrische Reihenschaltung der beiden magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1 mit positiver Neigung der Barber Pole Struktur 10 aus dem Bereich 11 und durch elektrische Reihenschaltung der magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1' mit negativer Neigung der Barber Pole Struktur 10 aus dem Bereich 12 gebildet. Die beiden jeweils links in den Bereichen 11 und 12 liegenden magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1 und 9.1' sind dabei genau um die Basislänge 5 des Gradiometers voneinander entfernt. Ein gleicher Abstand ist auch für die in den Bereichen 11 und 12 rechts liegenden magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1 und 9.1' vorhanden. In entsprechender Weise sind die Widerstände 2 und 2', 3 und 3' bzw. 4 und 4' aus den magnetoresistiven Schichtstreifen 9.2 und 9.2', 9.3 und 9.3' bzw 9.4 und 9.4' gebildet. Die verschiedenen magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1 bis 9.4 und 9.1' bis 9.4' sind durch Verbindungsleitungen 16 mit hoher elektrischer Leitfähigkeit untereinander und mit den Anschlußkontakten 17 verbunden. Um durch Herstellungstoleranzen unterschiedlichster Art hervorgerufene Abweichungen im Nulloffset der Wheatstone-Brücke abgleichen zu können, ist mit dem Widerstand 1 und 1' und mit dem Widerstand 4 und 4' jeweils ein änderbarer magnetoresistiver Widerstand 20 elektrisch in Reihe geschaltet. Diese änderbaren magnetoresistiven Widerstände 20 können beispielsweise durch Laserbearbeitung so eingestellt werden, daß ein Nulloffset der Brücke nicht mehr vorhanden ist.The magnetoresistive layer strips 9.1 , 9.2 , 9.3 and 9.4 are each arranged symmetrically to the center line 14 of the region 11 within the region 11 . In the same way, the magnetoresistive layer strips 9.1 ', 9.2 ', 9.3 'and 9.4 ' are each arranged symmetrically to the center line 15 of the region 12 within the region 12 . The center line 14 of the area 11 is distant from the center line 15 of the area 12 by the base length 5 of the gradiometer. The resistors 1 and 1 'of the Wheatstone bridge are removed from the region 11 by the electrical series connection of the two magnetoresistive layer strips 9.1 with a positive inclination of the barber pole structure 10 and by electrical series connection of the magnetoresistive layer strips 9.1 ' with a negative inclination of the barber pole structure 10 formed from area 12 . The two magnetoresistive layer strips 9.1 and 9.1 'located on the left in the regions 11 and 12 are separated from one another by the base length 5 of the gradiometer. An equal distance is also present for the magnetoresistive layer strips 9.1 and 9.1 'located in the areas 11 and 12 on the right. In a corresponding manner, the resistors 2 and 2 ', 3 and 3 ' or 4 and 4 'are formed from the magnetoresistive layer strips 9.2 and 9.2 ', 9.3 and 9.3 'or 9.4 and 9.4 '. The various magnetoresistive layer strips 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ' are connected to one another and to the connecting contacts 17 by connecting lines 16 with high electrical conductivity. In order to be able to compensate for deviations in the zero offset of the Wheatstone bridge caused by manufacturing tolerances of the most varied types, a changeable magnetoresistive resistor 20 is electrically connected in series with the resistors 1 and 1 'and with the resistors 4 and 4 '. These changeable magnetoresistive resistors 20 can be set, for example, by laser processing such that a zero offset of the bridge is no longer present.

Die Wheatstone-Brücke der Gradiometeranordnung nach Fig. 2 weist keine Gleichtaktspannung und keine Offsetspannung auf, solange die Temperatur des Schichtträgers 8 homogen ist oder ein linearer Temperaturgradient über dem Schichtträger 8 besteht. Es tritt jedoch eine Offsetspannung an der Brücke auf, wenn zum Beispiel durch Eigenerwärmung durch den Betriebsstrom eine zur Mittelachse 13 symmetrische, nichtlineare Temperaturverteilung vorhanden ist. Die Anordnung eines erfindungsgemäßen Gradiometers, welches auch für diesen Fall keine Offsetspannung aufweist, ist in Fig. 3 dargestellt. Gegenüber der Anordnung nach Fig. 2 ist hier lediglich eine andere Reihenfolge der magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1 bis 9.4 und 9.1' bis 9.4' gewählt worden. Es ist jedoch in beiden Bereichen 11; 12 des Schichtträgers 8 die gleiche Reihenfolge der magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1 bis 9.4 und 9.1' bis 9.4' vorhanden, so daß sich wieder Schichtstreifenpaare mit dem Abstand der Basislänge 5 des Gradiometers ergeben.The Wheatstone bridge of the gradiometer arrangement according to FIG. 2 has no common mode voltage and no offset voltage as long as the temperature of the layer support 8 is homogeneous or there is a linear temperature gradient over the layer support 8 . However, an offset voltage occurs at the bridge if, for example due to self-heating by the operating current, there is a non-linear temperature distribution symmetrical to the central axis 13 . The arrangement of a gradiometer according to the invention, which also has no offset voltage for this case, is shown in FIG. 3. Compared to the arrangement according to FIG. 2, only a different order of the magnetoresistive layer strips 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ' has been chosen here. However, it is 11 in both areas; 12 of the layer support 8, the same order of the magnetoresistive layer strips 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ' is present, so that there are again pairs of layer strips with the spacing of the base length 5 of the gradiometer.

Die bisher dargestellten Wheatstone-Brücken weisen als Ausgangsspannung bei Anlegen eines bestimmten Magnetfeldgradienten einen Wert auf, der sowohl von der Temperatur als auch von einer in Längsrichtung der magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1 bis 9.4 und 9.1' bis 9.4' anliegenden Magnetfeldkomponente abhängig ist. Um diese Abhängigkeiten auszuschließen, wird bei Benutzung der erfindungsgemäßen Anordnungen der Wheatstone-Brücken vorteilhafterweise das bekannte Kompensationsprinzip angewendet. Beim Kompensationsprinzip wird die Ausgangsspannung der Wheatstone-Brücke auf einen Verstärker gegeben, dessen als Steuerstrom bezeichneter Ausgangsstrom durch einen Stromleiter in der Nähe der Brücke fließt und am Ort der Brücke einen Feldgradienten erzeugt, der den durch das äußere Feld bedingten Feldgradienten gerade aufhebt. Die Wheatstone-Brücke ist in dem Kompensationsregelkreis als Nullinstrument wirksam und Temperatur- und Feldabhängigkeiten sowie Nichtlinearitäten der Kennlinie spielen für die Ausgangsgröße, die durch den Steuerstrom dargestellt wird, keine Rolle. Fig. 4 zeigt in einem Ausschnitt, wie der Stromleiter für den Steuerstrom im Falle des erfindungsgemäßen Gradiometers vorteilhaft angeordnet werden kann. In dem gezeigten Ausschnitt sind über den magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1 bis 9.4 Dünnschichtstreifenleiter 18 geführt. In der realen Anordnung befinden sich solche Dünnschichtstreifenleiter über allen magnetoresistiven Schichtstreifen 9.1 bis 9.4 und 9.1' bis 9.4'. Alle diese Dünnschichtstreifen 18 sind in Reihe geschaltet, so daß ein Mäander gebildet wird. The Wheatstone bridges shown so far have an output voltage when a certain magnetic field gradient is applied, which is dependent both on the temperature and on a magnetic field component applied in the longitudinal direction of the magnetoresistive layer strips 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 '. In order to rule out these dependencies, the known compensation principle is advantageously used when the arrangements of the Wheatstone bridges are used. In the compensation principle, the output voltage of the Wheatstone bridge is passed to an amplifier whose output current, known as the control current, flows through a current conductor near the bridge and generates a field gradient at the location of the bridge, which just abolishes the field gradient caused by the external field. The Wheatstone bridge is effective as a zero instrument in the compensation control loop and temperature and field dependencies as well as non-linearities of the characteristic curve are irrelevant for the output variable which is represented by the control current. FIG. 4 shows a detail of how the current conductor for the control current can advantageously be arranged in the case of the gradiometer according to the invention. In the section shown, thin-film strip conductors 18 are guided over the magnetoresistive layer strips 9.1 to 9.4 . In the real arrangement, such thin-film strip conductors are located above all magnetoresistive film strips 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 '. All of these thin-film strips 18 are connected in series, so that a meander is formed.

Fig. 5 stellt die Verwendung des kompensierten Gradiometers für die Bestimmung eines Meßstromes 1 dar. Unterhalb des Chipträgers 8 und mit ihrer Längsrichtung parallel zur Mittelachse 13 des Chipträgers 8 sind zwei elektrische Leitungen 19 angeordnet. Der Abstand der Mitte der beiden elektrischen Leitungen 19 voneinander ist dabei vorteilhafterweise so gewählt, daß er dem Basisabstand des Gradiometers entspricht. Die beiden elektrischen Leitungen 19 sind in Reihe geschaltet und sie werden so vom gleichen Meßstrom 1 durchflossen. Wie der Fig. 5 zu entnehmen ist, sind die Meßströme I in den beiden elektrischen Leitungen 19 entgegengesetzt gerichtet. Dadurch wirkt im linken Teil des Gradiometers ein nach rechts gerichtetes Magnetfeld und im rechten Teil des Gradiometers ein nach links gerichtetes Magnetfeld. Auf diese Weise wird durch den Meßstrom I der maximale auf das Gradiometer einwirkende Magnetfeldgradient erzeugt. Fig. 5 illustrates the use of the compensated gradiometer for determining a measurement current is 1. Below the chip carrier 8 and with their longitudinal direction parallel to the central axis 13 of the chip carrier 8 are two electrical lines 19 are arranged. The distance between the center of the two electrical lines 19 is advantageously chosen so that it corresponds to the base distance of the gradiometer. The two electrical lines 19 are connected in series and the same measuring current 1 flows through them. As can be seen from FIG. 5, the measuring currents I in the two electrical lines 19 are directed in opposite directions. As a result, a magnetic field directed to the right acts in the left part of the gradiometer and a magnetic field directed to the left in the right part of the gradiometer. In this way, the maximum magnetic field gradient acting on the gradiometer is generated by the measuring current I.

Reference list

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' Widerstand
'Resistance

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Basislänge
Base length

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Brückenzweige
Bridge branches

88th

Schichtträger
Layer support

9.19.1

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9.39.3

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9.49.4

' magnetoresistiver Schichtstreifen
'' magnetoresistive layer strip

1010th

Barber Pole Struktur
Barber pole structure

1111

, ,

1212th

Bereiche
Areas

1313

Mittelachse
Central axis

1414

, ,

1515

Mittellinien
Centerlines

1616

Verbindungsleitungen
Connecting lines

1717th

Anschlußkontakte
Connection contacts

1818th

Dünnschichtstreifenleiter
Thin film strip line

1919th

elektrische Leitung
electrical line

2020th

änderbarer Widerstand
I Meßstrom
changeable resistance
I measuring current

Claims

1. Magnetoresistive gradiometer in the form of a Wheatstone bridge for measuring magnetic field gradients and associated quantities, characterized in that the individual resistors ( 1 , 1 '; 2 , 2 '; 3 , 3 '; 4 , 4 ') of the Wheatstone Bridge consist of series connections of the same number of mutually geometrically parallel magnetoresistive layer strips ( 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ') with barber pole structure ( 10 ) of opposite inclination, which are mutually geometrically parallel by the base length ( 5 ) of the gradiometer.

2. Magnetoresistive gradiometer according to claim 1, characterized in that all magnetoresistive layer strips ( 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ') of the magnetoresistive gradiometer in two areas ( 11 ; 12 ) of a layer support ( 8 ) are symmetrical to a central axis ( 13 ) .

3. Magnetoresistive gradiometer according to claim 2, characterized in that the center lines ( 14 ; 15 ) of the two areas ( 11 ; 12 ) are spaced apart from one another by the base length ( 5 ) of the gradiometer.

4. Magnetoresistive gradiometer according to Claim 3, characterized in that the magnetoresistive layer strips ( 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ') belonging to each resistor ( 1 , 1 '; 2 , 2 '; 3 , 3 '; 4 , 4 ') ) are arranged in the same order in each of the two areas ( 11 ; 12 ).

5. Magnetoresistive gradiometer according to Claim 4, characterized in that the magnetoresistive layer strips ( 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ') belonging to each resistor ( 1 , 1 '; 2 , 2 '; 3 , 3 '; 4 , 4 ') ) in each of the two areas ( 11 ; 12 ) are arranged symmetrically to the respective center line ( 14 ; 15 ).

6. Magnetoresistive gradiometer according to claim 4, or 5, characterized in that all magnetoresistive layer strips ( 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 '), the connecting lines ( 16 ) between them and the connection contacts ( 17 ) lie in one plane.

7. Magnetoresistive gradiometer according to one of claims 1 to 6, characterized in that there are above or below the magnetoresistive layer strips ( 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ') against this insulated thin-film strip line ( 18 ) through which a measurable control current can flow.

8. Magnetoresistive gradiometer according to claim 7, characterized in that the Control current can be selected so that the magnetic fields measured by the Wheatstone bridge can be compensated.

9. Magnetoresistive gradiometer according to one of claims 1 to 8, characterized in that with at least two of the resistors ( 1 , 1 '; 2 , 2 '; 3 , 3 '; 4 , 4 ') of the Wheatstone bridge changeable magnetoresistive resistors ( 20 ) are connected in series.

10. Magnetoresistive gradiometer according to claim 9, characterized in that the changeable, magnetoresistive resistors and the connecting contacts ( 17 ) for the Wheatstone bridge and for the thin-film strip line ( 18 ) symmetrical to the central axis ( 13 ) of the substrate ( 8 ) between the Regions ( 11 ; 12 ) with the magnetoresistive layer strips ( 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ') are arranged.

11. Magnetoresistive gradiometer according to one of claims 1 to 11, characterized in that instead of the magnetoresistive layer strips ( 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ') meanders of magnetoresistive layer strips with the respective layer strips ( 9.1 to 9.4 and 9.1 'to 9.4 ' ) corresponding barber pole structure ( 10 ) are present.

12. Use of a magnetoresistive gradiometer according to one of claims 1 to 11 for potential-free measurement of currents, characterized in that the currents to be measured ( 1 ) flow in an electrical line ( 19 ) which is parallel to the central axis ( 13 ) of the substrate ( 8 ) is fixed.

13. Use of a magnetoresistive gradiometer according to one of claims 1 to 11 for the potential-free measurement of currents, characterized in that the currents to be measured ( 1 ) flow in electrical lines ( 19 ) which are symmetrical to the central axis ( 13 ) of the substrate ( 8 ) arranged and fixed to this.

14. Use of a magnetoresistive gradiometer according to claim 13, characterized in that the electrical lines ( 19 ) are connected in series.