CN101044412B - 使用磁阻传感器测量磁场的方法和设备 - Google Patents

Abstract

用于使用磁阻传感器来测量磁场的设备，包括至少一个磁阻传感器(5)，用于测量该磁阻传感器(5)的电阻的模块(50)，用于在包含该磁阻传感器(5)的空间中生成附加磁场的生成器模块(40，6)，以及控制单元(60)，控制单元首先用于选择性地控制该生成器模块(40，6)来实施附加磁场脉冲，附加磁场脉冲具有正或负的以及可充分使该传感器(5)饱和的强度的第一极性的第一值，并且控制单元其次通过测量电阻的模块(50)选择性地控制对该磁阻传感器(5)电阻的测量。

Description

使用磁阻传感器测量磁场的方法和设备

技术领域

本发明涉及使用磁阻传感器测量外磁场值的方法和设备。

背景技术

目前已知包括基于电子自旋效应(effect of electron spin)的磁阻的多种类型的磁阻传感器。在所有情况下，构成该磁阻的材料的电阻在磁场出现时改变。

已知的磁阻特别包括：各向异性磁阻(AMR)；巨磁阻(GMR)；隧道磁阻(TMR)；以及庞磁阻(CMR)。

目前巨磁阻主要用于读取头(read heads)。

在更多目前的设计中，隧道磁阻特别用于作为磁随机存取存储器(MRAM)的构建块(building bl℃k)。

磁阻传感器可特别用于测量由永磁体(permanent magnets)产生的磁场，例如在上下文中的磁编码应用。磁阻传感器同样可用于测量诸如地球磁场的微弱磁场，或用来测量由电流产生的磁场从而能够从中推导出电流测量值。

然而由于温度导致的漂移(drift)(这种漂移是可逆的)、或其它原因诸如老化或辐射(这种漂移是不可逆的)导致的漂移，对使用磁阻元件进行测量的可靠性和精确性不利。此外，由于制造的原因，磁阻元件可表现出特性的差异。

GMR、TMP、或CMR类型的磁阻元件表现出电阻R，该电阻R按照所施加的磁场的函数而改变，对于GMR，变化范围在5％R至10％R，对于TMR，变化范围在25％R至50％R，以及对于CMR，变化可达到百分之几百。

诸如GMR、TMR、或CMR元件的磁阻元件表现出电阻的热漂移(thermal drift)，该热漂移可在一些程度上通过使用两个或更多相似的元件的桥电路进行补偿。

然而，由于这种元件中包含的磁性材料的居里温度(Curietemperature)的有限值，使得这种元件在磁场灵敏度系数(sensitivitycoefficient)上表现出漂移。这种漂移不能仅用具有大量元件的电路来进行补偿。

已经提出通过应用负反馈来补偿上面提到的磁场灵敏度系数中漂移的影响，使得该传感器总工作在同点。然而该技术本身不能解决所有问题，并且由于需要施加电流进行负反馈导致高级别(high level)的功耗。

也已经提出使用包括温度依赖(temperature dependent)元件的电子电路，来补偿灵敏度漂移。这种技术由于传感器制造引起的灵敏度的变化而难于实施。它需要大量作为温度的函数的校准点(calibrationpoints)。

例如，即使可以认为灵敏度漂移很小，也会出现磁阻表现出滞后的情况，并且可降低测量的质量。

发明内容

本发明寻求消除上面提到的缺点，并且特别能够在利用磁阻传感器时使磁场测量更精确和更可靠。

本发明特别寻求系统地和精确地校正任何该磁阻类型的传感器的灵敏度漂移。

本发明同样寻求提供校正的简单方式，可不考虑磁阻元件的历史，因此避免与任何滞后现象相关的缺点。

例如，本发明同样与已知的信号处理和桥电路技术兼容。

通过使用磁阻传感器来测量外磁场值的方法获得上面提到的目标，其中所描述的方法特征在于包括第一步骤，在每次测量外磁场前，在包含该磁阻传感器的空间中在原处施加至少一个附加磁场脉冲，附加磁场脉冲表现出具有正或负的及可充分使该传感器饱和的强度的第一极性的第一值；以及包括第二步骤，用于向所述附加磁场应用预先确定值，使得该附加磁场不使该传感器饱和，并通过测量该磁阻传感器的电阻来确定该外磁场值。

优选地，所述预先确定值等于零。

上面定义的方法特别适用于避免所有与磁阻传感器的任何滞后现象相关的缺点。

为了以系统的和精确的方式校正任何传感器灵敏度漂移，该方法的特征更特别地在于，在每次测量外磁场前在原处执行的第一步骤包括第一子步骤，第一子步骤用于施加表现出具有正极性的和充分使该传感器饱和的强度的第一值的第一附加磁场脉冲，并用在该传感器电阻的高饱和最大值(R_max)的测量中，以及包括第二子步骤，第二子步骤用于施加表现出具有负极性的和充分使该传感器饱和的强度的第二值的第二附加磁场脉冲，并用在该传感器电阻的低饱和最小值(R_min)的测量中，以及特征在于在第二步骤中，施加不使该传感器饱和的预先确定值的所述附加磁场，测量该磁阻传感器的有效电阻(R_eff)，并且使用前面测量过的高饱和最大电阻(R_max)和低饱和最小电阻(R_min)自动校准该有效电阻(R_eff)的测量，以便确定用于确定外磁场值的校正电阻(R_cor)。

第一子步骤可在第二子步骤前按时间顺序执行，或反之亦然。

优选地，不使该传感器饱和的附加磁场预先确定值等于零。

在一个特定的实施例中，该校正电阻(R_cor)从下面的方程式中获得：

$R_{\mathrm{cor}}=\frac{(R_{\mathrm{eff}}-R_{\min })}{(R_{\max }-R_{\min })}(R_{\mathrm{ref}\max }-R_{\mathrm{ref}\min })+R_{\mathrm{ref}\min }$

其中R_ref max和R_ref min分别是在选择用来校准该传感器的特定温度上的电阻的高饱和最大参考值，以及在所述校准温度上的电阻的低饱和最小参考值。

该附加磁场脉冲可由放置在该磁阻传感器附近的感应线圈生成。

在另一个可能的实施中，该附加磁场脉冲可由放置在该磁阻传感器附近的馈送电流的传导片生成。

在一个特定的实施中，该方法进一步包括预备的预校准步骤，校准值记录在校准表中，在第二步骤中，通过将实际测量的(R_eff)电阻值与校准表中存储的校准值相比较来确定该校正电阻值(R_cor)。

优选地，周期性地重复该预备的预校准步骤。

在本发明的方法的另一个可能实施中，通过在第二步骤中施加附加磁场的负反馈来测量该外磁场，其中向该磁阻传感器的该电阻R赋予预先确定值，该值处于第一步骤所确定的该磁阻传感器电阻极值R_min和R_max之间。

本发明的方法还可以包括比较步骤，其中在第一步骤中确定的该磁阻传感器电阻的低饱和最小值(R_min)和高饱和最大值(R_max)与预先确定的可接受值相比较，以及包括触发步骤，该步骤在探测到与所述预先确定的可接受值不匹配时触发警告。

本发明还提供使用磁阻传感器的磁场设备，该磁场设备特征在于包括至少一个磁阻传感器，用来测量该磁阻传感器电阻的测量装置，用于在包含该磁阻传感器的空间中生成附加磁场的生成器装置，以及控制装置，控制装置首先用于选择性地控制所述的生成器装置来施加附加磁场脉冲，该附加磁场脉冲表现出具有正或负的以及可充分使该传感器饱和的强度的第一极性的第一值，并且控制装置其次通过该测量装置选择性地控制对该磁阻传感器电阻的测量。

该设备可进一步包括用来存储磁阻传感器电阻的校准值的存储装置。

该磁阻传感器可包括下列类型中的至少一种磁阻：各向异性磁阻(AMR)；巨磁阻(GMR)；隧道磁阻(TMR)；以及庞磁阻(CMR)。

该装置可进一步包括用来验证所述生成器装置施加的附加磁场脉冲值的可接受性的验证器装置，以及响应所述验证装置的警告装置。

在一个专门的实施例中，用来测量该磁阻传感器电阻的测量装置包括用来测量电流的装置，该电流是将测量过的磁阻传感器电阻值带到在用于生成附加磁场的所述生成器装置激活时所测量的处于该磁阻传感器的磁阻的极值R_min和R_max之间的参考值R_ref之中所需的电流，所述的参考值R_ref是所述极值R_min和R_max的线性组合。

依照一个专门的实施例，该设备包括在每次测量外磁场前用于在原处使用的处理设备，所述第一处理设备包括用来施加表现出具有正极性的及可充分使该传感器饱和的强度的第一值的第一附加磁场脉冲的生成装置，以及用来测量该传感器电阻的高饱和最大值R_max的测量装置，用来施加表现出具有负极性的及可充分使该传感器饱和的强度的第二值的第二附加磁场脉冲的生成装置，以及用来测量该传感器电阻的低饱和最小值R_min的测量装置；以及包括一处理设备，该设备包含用来施加不使该传感器饱和的预先确定值的所述附加磁场的装置，用来测量该磁阻传感器的有效电阻R_eff的测量装置，以及校准装置，校准装置用来使用以前测量过的高饱和最大值R_max和低饱和最小值R_min自动校准该有效电阻测量，以便确定用于确定外磁场值的校正电阻R_cor。

附图说明

根据下面作为举例给出的并参照附图的特定实施例的描述，本发明的其它特征和优势将显而易见，其中：

图1是显示了组成GMR类型磁阻传感器的元件的概略剖视图，作为举例；

图2是显示了如图1中显示的传感器的GMR类型传感器的响应特性曲线图，作为举例；

图3是依照在使用感应线圈的本发明中用来测量磁场值的测量设备的第一种可能的实施例概略图；

图4是依照在使用集成磁阻传感器的本发明中用来测量磁场值的设备的第二种可能的实施例概略图；

图5是显示了可以由本发明的方法的上下文实施的校准过程的流程图；

图6是显示了在不使用校准表的本发明实施中能够确定外磁场值的测量图表的实例流程图；

图7是显示了在本发明的方法的特定实施的上下文中如何确定校准表的流程图；

图8是显示了根据在使用校准表的本发明特定实施中能够确定该外磁场值的测量图表的实例的流程图；

图9是显示了实施本发明方法的另一实例的流程图，其中使用了负反馈；以及

图10是显示了不需要考虑所使用的磁阻传感器的历史的本发明方法的实施步骤的流程图。

具体实施方式

本发明的方法和设备特别适用于使用各向异性磁阻(AMR)、巨磁阻(GMR)、隧道磁阻(TMR)、以及庞磁阻(CMR)来实施磁阻传感器。

本发明特定地对于具有自旋阀(spin valve)类型电阻元件的巨磁阻有很好的应用。

图1显示了具有自旋阀结构的GMR类型的磁阻传感器10的实例。

自旋阀典型地包括硬或阻挡层℃22，即，对外磁场表现出很少敏感的层，以及对该磁场高度敏感的软或自由层21。

该硬层22可由表现出高矫顽性的铁磁性层集合、或与铁磁性层相连的可选的人造反铁磁性层的混合组成。

该软层由非常软的磁性材料构成。

从它的自由表面着手，例如，该磁阻传感器10可包括由钽制成的保护层11，以及软磁层21，软磁层21包括镍铁(NiFe)层12和钴铁(CoFe)层13。该软磁层21适于在外磁场的方向上定向。

硬磁层22通过由铜制成的分离层14与软磁层21分离。从该分离层14着手，该硬磁层22可包括由CoFe制成的层15以及由IrMn制成的层16。该硬层22具有制造时设置好的磁化方向。钽层17可以作为前导(precursor)，用来生长被添加来实施该电路的上层。

如同所有的磁阻元件，图2显示了GMR类型传感器的标准响应特性曲线，表现了作为磁场的函数的电阻在测量时的标准形状曲线。

图2中显示的这种曲线表现了在达到高饱和水平(b1部分)之前的负饱和水平(level)a1，逐步的不饱和(desaturation)导致它的电阻以非线性方式增长(a2部分)，跟随的准线性部分(c1部分)，跟随的另一非线性部分(b2部分)。

在各种漂移的影响下，有三种值变化：低饱和水平的电阻a1，在准线性区c1的倾斜(与灵敏度对应)，以及高饱和水平的电阻b1。

当GMR在磁场H中，R＝f(H)，其电阻的变化方式表现出图2显示的曲线的典型外观。它处于从与平行磁化的两层21和22对应的低饱和值R_min，到与反向平行排列磁化的两层对应的高饱和值R_max。

这种类型的传感器的一种显著特性是响应与温度变化成比例变化的方式。

发明人发现超过大的温度范围，典型地为-200℃到+200℃，如果高和低电阻值是标准化的，则所有的曲线R＝f(H)是可再现的。

参考图2，可将该工作区C的宽度总量假设为常数，并且灵敏度是可以在测量区A中定位的低饱和值R_min和可以在测量区B中定位的高饱和值R_max之间的差值的结果。

本发明的该方法使用这个特性在极值R_min和R_max基础上用于自动地校准该磁场测量。

对外磁场的测量基本包括进行三种独立测量：低电阻(R_min)的测量；高电阻(R_max)的测量；有效电阻(R_eff)的测量。

该高和低电阻测量通过将正或负磁场脉冲应用到GMR中来执行。这些脉冲必须足够强(，以使传感器饱和。

该高和低电阻值可以以任何时间顺序测量。然而，如果使用的材料表现出滞后现象，则在进行测量时有必要知道其即刻地前面的状态。

最初以在此区域中表现出足够灵敏度的传感器的标准为基础选择该工作区C，即，使其灵敏度不小于该传感器最大灵敏度的x％。优选地，x％可以是大约70％。如果工作区C中磁场轴线的宽度是写作dHc，那么如下为每种类型的组件定义了饱和区：通过测量所需的精度定义区域A和B，如下面定义。

高测量点(区域B)对应于一磁场，使得测量的电阻处于以下范围：

R_max-(R_max-R_min)/(R_min+R_max)*u至R_max

以及低测量点(区域B)的值对应于一磁场，使得测量的电阻处于以下范围：

R_min至R_min+(R_max-R_min)/(R_min+R_max)*u

u的值给出了所需的精度，u等于大约0.01时给出的测量精度为1％。

当将极限磁场应用到工作区中时，区域A和区域C之间或区域B和区域C之间的差值必须足够来避免重叠，其意味着区域A和区域C之间或区域B和区域C之间的磁场差值不小于dHc/2。

用于对变化的影响进行补偿的电阻校正值R_cor使用下面的方程式获得：

$\left(I\right),R_{\mathrm{cor}}=\frac{(R_{\mathrm{eff}}-R_{\min })}{(R_{\max }-R_{\min })}(R_{\mathrm{ref}\max }-R_{\mathrm{ref}\min })+R_{\mathrm{ref}\min }$

其中R_ref max和R_ref min是在选择用于校准该传感器的特定温度上获得的值。

从R_cor着手，可通过常用的方程式来确定外磁场的值。

图3显示了用于实施本发明的设备的第一个实施例。

通过放置在磁阻末端的连接元件1和2将棒状形式的磁阻传感器5连接到用于测量传感器5电阻的设备50。

磁阻传感器放置在感应线圈6上，感应线圈6的末端3和4连接到适于用来传输各种电流脉冲的电流生成器40。与该电流生成器40相关联的该感应线圈6，构成附加磁场脉冲生成器，用来选择地向该磁阻传感器5施加与线圈6运载的电流成比例的磁场。该比例系数取决于线圈6的几何形状，并且可由电磁学的常用方程计算出。

用于测量该磁阻传感器5的电阻的电流生成器40及设备50，与可与存储器电路70及输出设备80相关联的控制及处理器电路60相连。

该控制及处理器电路60用于选择地控制电流生成器40，特别是出于测量上面定义的极限电阻值R_min和R_max的目的。出于当电流生成器40激活时测量电阻值R_min和R_max以及当电流生成器40未激活时在工作区内测量电阻R的目的，控制和处理器电路60也用于选择地控制电阻测量设备50。

在预备的校准步骤中，也有可能在存储器70中建立和存储在特定温度下磁阻传感器5的作为磁场的函数的电阻的绘制曲线。可通过使用电流生成器40获得针对测量范围中的不同磁场的传感器5的磁阻值，当获得高和低饱和水平时，该电流生成器也可用来通过线圈6发送正和负的磁场脉冲。当在传感器5的电阻值曲线的建立操作中，电流生成器40仅仅用于通过感应线圈6传输预定义的已知电流值。

为考虑传感器5的老化，可随后以规则的基础来重复该预备校准步骤。

适当的，在不修改测量方法的本质的情况下，可由在半桥或全桥中连接的大量元件组成该磁阻传感器5。

图4显示了另一实施例，其中可看到该磁阻传感器32制成集成的形式并具有几乎封闭的字母C的外形。导体轨迹31用于馈送电流，导体轨迹34用来测量电压，以及从而使用电阻测量设备(诸如图3中显示的设备50)测量该磁阻传感器32的电阻。

金属线33，例如由钛/金(Ti/Au)或铜制成，与插入的中间绝缘层(图4中未显示)构成沉积在磁阻元件32的电流片。图4显示了在传感器32本身的基底35上集成的电流片33。然而，该电流片33也能够与该传感器32独立并仅放置在其附近。该电流片33与电流生成器(诸如图3中的生成器40)相连。图3中的元件60、70、以及80同样出现在图4的实施例中，但它们没有在附图中显示。

在图4的实施例中，并且在与图3相似方式的实施例中，通过依靠电流片33的电流生成器60在传感器32上生成的磁场与所述电流片33中传输的电流成比例。

如果磁阻传感器32和电流片33之间的距离写作d，则生成的磁场由αI/2d给出，其中α具有一致的量级并由完整的电流线来计算。

这样，对于距离d为100纳米(nm)，以及传感器宽度w为5微米(μm)，必须通过50毫安(mA)的电流才可生成使磁阻饱和所需要的5毫特(mT)。该电流片3的厚度具有二阶效应(second order effect)并且可以处于50nm至几微米的范围。

上面描述的该传导片33是馈送电流的，并且以集成的方法放置在磁阻传感器32上面或下面，其间插有绝缘材料的中间层。在一个变化的实施例中，该电流馈送传导片33可放置在支撑该磁阻传感器32的基底35的对面。

图5概括了可确定R_ref max和R_ref min值的校准步骤，该值与温度对应，温度同样不需要知道，并且在上面提到的等式(I)中使用这些值来计算消除了变化影响的校正电阻值R_cor。

步骤101对应于从电流生成器40通过线圈6(图3)或电流片33(图4)发送正电流脉冲。

步骤102对应于在施加正电流脉冲时使用设备50来测量R_ref max值。

随后的步骤103对应于从电流生成器40通过线圈6(图3)或电流片33(图4)发送负电流脉冲。

步骤104对应于在施加负电流脉冲时使用设备50来测量R_ref min值。

图6概括了用来确定外磁场值的本发明的测量方法的主要步骤，包括最初施加使包含该磁阻传感器的空间饱和的附加磁场脉冲，然后使该附加磁场归零，以及通过测量该磁阻传感器的电阻值来确定该外磁场值。

在图6显示的方法中，没有做出和校准表的比较。

在步骤201中，电流生成器40将正电流脉冲施加到用于生成附加磁场脉冲(线圈6或电流片33)的元件，以使该磁阻传感器在其最大电阻值处饱和。

在步骤202中，使用电阻测量设备50来测量该传感器的高饱和最大电阻(R_max)。

在步骤203中，该电流生成器40将负电流脉冲施加到用于生成附加磁场脉冲(线圈6或电流片33)的元件，以使该磁阻传感器在其最小电阻值处饱和。

在步骤204中，使用电阻测量设备50来测量该传感器的低饱和最小电阻(R_min)。

步骤205是与可接受值做出比较的步骤。

应注意到本发明的方法操作的范围在所测量的磁场在该磁阻传感器的操作范围内。

当施加的外磁场足够强以使磁阻饱和时，磁场脉冲不再能够测量R_min和R_max。这就是为什么必须在该方法中纳入验证测量是否有效的步骤205。

例如，一种执行此验证的方式是设置比例(R_max-R_min)/(R_max+R_min)的最小值。

另一可能性是设置R_min和R_max的可接受范围，给出磁阻的温度范围的知识。

这些验证能够确保该磁阻可正确操作并且不会由整体系统故障的其它部分、或由的不期望施加的附加磁场而产生强磁场。

如果测试205显示R_max和R_min的确定值不对应于可接受值，那么该方法移动到欺骗或错误探测步骤208，并循环回步骤201的输入来尝试确定新的R_max和R_min值。

如果在几次尝试后，典型地三次尝试，该测试205显示R_max和R_min值依然不对应于可接受值，那么欺骗探测步骤208在步骤209中触发警告。

如果测试205显示R_max和R_min的确定值对应于可接受值，那么该方法在步骤206中使用测量设备50测量电阻R_eff的有效值，同时该电流生成器40不起作用并且没有向生成附加磁场的元件传输电流。

步骤207对应于使前面测量的R值标准化。在步骤207中，计算R_cor值以便给出针对变化的影响校正的电阻，然后以此R_cor值为基础确定该外磁场值。

能够对仅使用两个测量点的本发明的测量设备进行校准，首先进行这种安装了磁阻传感器的设备的校准。

然而，如果很需要，该附加磁场生成器(电流生成器40和线圈6或电流片33)的出现，能够通过制作校准表来执行良好的传感器预校准。此操作必须在没有外磁场时执行，仅通过用于校准操作的附加磁场运行。

然后使用电流生成器40来生成电流斜坡(current ramp)，使得产生磁场斜坡(magnetic field ramp)。然后测量设备50针对每个电流值测量该磁阻传感器的电阻并且绘制了表。这样能够获得作为磁场的函数的磁阻的响应曲线。

当测量外磁场时，作为磁场的函数的电阻R值的列表曲线用作温度变化的仿射校正(affine correction)之后的参照。该项仿射校正用来表示由依赖于温度的灵敏度系数加权的电阻R有效值，以及由对应于平均电阻值改变的量偏移的电阻R有效值。

可在规则的基础上自动地执行此校准步骤，从而来补偿GMR的老化。

一月一次的顺序的周期与周围的环境温度的使用相兼容。如果该传感器经历大的温度周期，超过140℃，则需要构思较短的周期。

该预校验步骤特别用于校正磁阻响应中的非线性。

图7概括了确定校准表的过程。

在步骤301中，使用电流生成器40施加最大强度的负电流。

在步骤302中，在使用测量设备40的情况下测量该磁阻传感器的电阻R的值，然后在步骤303中存储该测量的电阻值作为施加的电流强度的函数。

在步骤304中，通过该电流生成器40施加电流增量。

测试305用来确定该增加的电流是否等于该最大正电流。如果否，过程回到步骤302并且重新测量该电阻值R。否则，如果对步骤305的响应是正的，则过程移动到步骤306，在其中完成校准表。

图8是依照本发明使用基本相似于图6中显示的方法的确定外磁场值所对应的流程图，但同样实施了与按照上面描述的方式建立的校准表的比较。

图8的流程图的步骤401到406以及408和409分别类似于图6的流程图的步骤201到206以及208和209，并且不再描述它们。

相反的，在图8中，在没有附加磁场时测量电阻R值的步骤406之后，步骤407包括标准化该电阻值R，以用来确定在上面提到的等式(I)中应用的校正值R_cor，之后，在R_cor值和预校准表中记录的值之间进行比较以用来在步骤410中确定该测量的外磁场。

图9显示了本发明的不同的测量方法，其中校准方法通过测量与通过负反馈测量应用的磁场相关的极值。

图9的流程图的步骤501到505以及508和509分别类似于图6的流程图的步骤201到205以及208和209，并且不再描述它们。

在图9显示的方法中，当已经使用正磁场脉冲和负磁场脉冲测量该传感器电阻R_max和R_min时，并且已经在测试步骤505中找到可接受值，该方法移动到测量该有效电阻值的步骤506。这在步骤510中与预先确定的中间参考值(相比较，例如值：

R_ref＝(R_min+R_max)/2

然后，在步骤507中，通过电流生成器40将标称的补偿电流应用到用来施加附加磁场(线圈6或电流片33)的元件，以用来将测量的电阻R带到所述预先确定的中间值R_ref中。

重复步骤506直到在步骤510中该测量值与该预先确定的中间值的差小于要求的测量误差。由步骤510产生的步骤511用于确定被测量的磁场。

图9中的不同的描述意味着更大的电消耗和更长的响应时间，但它对温度漂移提供了极好的补偿。

图10显示了本发明的方法对表现出滞后现象的磁阻的应用。

在第一步骤601中，使用该电流生成器40施加附加磁场脉冲，例如，所述脉冲为正，但它也可能为负。

步骤602对应于送回通过电流生成器40传输的电流。

步骤603对应于使用该测量设备50测量磁阻传感器的电阻R的值。

在进行测量外磁场的步骤603之前，在步骤601中施加的该预备的磁场脉冲用于设定磁阻的磁历史(magnetic history)。

Claims (21)

1.一种通过使用磁阻传感器测量外磁场值的方法，该方法特征在于包括：

第一步骤，用于在每次测量外磁场前，在包含该磁阻传感器的空间中在原处施加至少有一个附加磁场脉冲，

所述第一步骤本身包括第一子步骤，第一子步骤用于施加表现出正极性和充分使该传感器饱和的强度的第一值的第一附加磁场脉冲，并用在该传感器电阻的高饱和最大值R_max的测量中，还包括第二子步骤，第二子步骤用于施加表现出具有负极性和充分使该传感器饱和的强度的第二值的第二附加磁场脉冲，并用在该传感器电阻的低饱和最小值R_min的测量中；以及

第二步骤，在第二步骤中施加不使该传感器饱和的预先确定值的所述附加磁场，并且测量该磁阻传感器的有效电阻R_eff以及使用前面测量过的高饱和最大电阻和低饱和最小电阻R_max、R_min自动校准该有效电阻R_eff的测量，确定用于确定外磁场值的校正电阻值R_cor。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于第一子步骤是按时间顺序先于第二子步骤执行。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于第二子步骤是按时间顺序先于第一子步骤执行。

4.如权利要求1至3任何一项所述的方法，其特征在于所述预先确定值等于零。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于该校正电阻值R_cor是从下面的方程式获得：

$R_{\mathrm{cor}}=\frac{(R_{\mathrm{eff}}-R_{\min })}{(R_{\max }-R_{\min })}(R_{\mathrm{ref}\max }-R_{\mathrm{ref}\min })+R_{\mathrm{ref}\min }$

其中R_refmax和R_refmin分别是在选择用来校准该传感器的特定温度上的高饱和最大参考电阻，和在所述校准温度上的低饱和最小参考电阻。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于该附加磁场脉冲由放置在该磁阻传感器(5)附近的感应线圈(6)产生。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于该附加磁场脉冲由放置在该磁阻传感器(32)附近的馈送电流的传导片(6)产生。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于该方法进一步包括预备的预校准步骤，校准值记录在校准表中，以及特征在于在第二步骤中，通过将实际测量的电阻值R_eff与校准表中存储的校准值相比较来确定该校正电阻值R_cor。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于周期地重复该预备的预校准步骤。

10.如权利要求1至3任何一项所述的方法，其特征在于通过在第二步骤中施加附加磁场的负反馈来测量外磁场，使得为该磁阻传感器的所述电阻R赋予预先确定值，该值在第一步骤所确定的磁阻传感器的极值R_min和R_max之间。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于该方法进一步包括比较步骤，该步骤将第一步骤中确定的该磁阻传感器的低饱和最小电阻R_min和高饱和最大电阻R_max与预先确定的可接受值相比较，并且包括触发步骤，该步骤在探测到与所述预先确定的可接受值不匹配时触发警告。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于该磁阻传感器(5；32)包括下列类型中的至少一种磁阻：各向异性磁阻、巨磁阻、隧道磁阻、以及庞磁阻。

13.一种使用磁阻传感器测量磁场的设备，其特征在于该设备包括至少一个磁阻传感器(10；5；32)，用来测量所述磁阻传感器电阻的测量装置(50)，用来在包含该磁阻传感器(10；5；32)的空间中生成附加磁场的生成器装置(40，6；33)，以及控制装置(60)，控制装置首先用于选择性地控制所述生成器装置(40，6；33)实施附加磁场脉冲，附加磁场脉冲表现出具有正或负的及可充分使该磁阻传感器(10；5；32)饱和的强度的第一极性的第一值，并且控制装置(60)其次通过所述测量装置(50)选择性地控制对该磁阻传感器(10；5；32)电阻值的测量；以及

该设备进一步包括在每次测量外磁场前用于在原处使用的第一处理设备，所述第一处理设备包括用来施加表现出具有正极性的及可充分使该传感器(10；5；32)饱和的强度的第一值的第一附加磁场脉冲的生成装置，以及用来测量该传感器(10；5；32)电阻的高饱和最大值R_max的测量装置，用来施加表现出具有负极性的及可充分使该传感器饱和的强度的第二值的第二附加磁场脉冲的生成装置，以及用来测量该传感器(10；5；32)电阻的低饱和最小值R_min的测量装置；以及包括一处理设备，该处理设备包含用来施加不使所述传感器(10；5；32)饱和的预先确定值的所述附加磁场的装置，用来测量该磁阻传感器(10；5；32)的有效电阻R_eff的测量装置，以及校准装置，校准装置用来使用以前测量过的高饱和最大值R_max和低饱和最小值R_min自动校准该有效电阻R_eff的测量，以便确定用于确定外磁场值的校正电阻R_cor。

14.如权利要求13所述的设备，其特征在于进一步包括用于存储该磁阻传感器(10；5；32)电阻的校准值的存储装置(70)。

15.如权利要求13所述的设备，其特征在于该磁阻传感器(5；32)包括下列类型中的至少一种磁阻：各向异性磁阻、巨磁阻、隧道磁阻、以及庞磁阻(CMR)。

16.如权利要求13所述的设备，其特征在于用于生成附加磁场的该生成装置包括放置在该磁阻传感器(5)附近的感应线圈(6)。

17.如权利要求13所述的设备，其特征在于用于生成附加磁场的该生成装置包括放置在该磁阻传感器(32)附近的馈送电流的传导片(33)。

18.如权利要求17所述的设备，其特征在于该馈送电流的传导片(33)使用集成的工艺放置到所述磁阻传感器(32)的上面或下面，中间插入绝缘材料中间层。

19.如权利要求17所述的设备，其特征在于该馈送电流的传导片(33)放置在基底(35)的与承载该磁阻传感器(32)的面相反的面上。

20.如权利要求13所述的设备，其特征在于该设备进一步包括用于当该生成装置(6，33)应用附加磁场脉冲时，验证该电阻值是可接受的装置，以及对应所述用于验证可接受性的装置的警告装置(80)。

21.如权利要求13所述的设备，其特征在于用于测量该磁阻传感器(5；32)电阻的测量装置(50)包括用于测量电流的装置，该电流是将所测量的该磁阻传感器(5；32)电阻带到在用于生成附加磁场的所述装置(40)激活时所测量的处于所述磁阻传感器(5；32)磁阻极值R_min、R_max之间的参考值R_ref中所需的电流，所述参考值R_ref是所述极值R_min、R_max的线性组合。

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