CN101223453A - 包含磁阻系统的装置 - Google Patents

Abstract

装置(1)，包括用来检测进来的磁场的磁阻系统(2)并包括第一/第二分支，所述第一分支/第二分支具有第一/第二磁阻组件(21－22)，所述第一/第二组件具有依赖于根据第一/第二响应曲线的进来的磁场的第一/第二电阻值，为所述装置(1)提供移动装置用于将第/第二分支的第一/第二响应曲线移动到第一/第二方向以得到合适的线性性能。移动装置包括第一/第二分支的第一/第二结构，所述第一/第二结构产生所述第一/第二分支处的第一/第二本地场，从而第一/第二分支的第一/第二响应曲线移动至第一/第二方向。所述第一/第二分支进一步包括第一/第二磁阻组件(26b、26c、27b、27c)，其与第一/第二磁阻组件耦合，使流经这些第一/第二磁阻组件(26a－26c、27a－27c)的第一/第二电流在第一/第二分支处产生所述第一/第二本地场。第一/第二结构包括第一/第二弯曲结构(36、37)，其中第一/第二部分(36a－36c、37a－37c)包括不同的第一尺寸，例如交替变化的第一/第二宽度。

Description

包含磁阻系统的装置

本发明涉及包含磁阻系统的装置，用于检测进来的磁场，同时涉及磁阻系统、移动装置、以及通过磁阻系统检测进来的磁场的方法。

这样装置的例子有车辆、轮船、飞机和消费品。这样装置的其他例子有汽车产品、旋转速度传感器、角度传感器和操纵杆。这样的磁阻系统的例子有包括磁阻组件的系统，例如巨型磁阻组件和各向异性磁阻组件。

US6,580,587B1中的现有技术装置，公开了包括巨型磁阻组件的磁阻系统。如在US 6,580,587B1的第7列第48-66行公开的，为了将包括四个巨型磁阻组件的电桥用作传感器，第一组件和第四组件的阻抗值的变化应该不同于第二组件和第三组件的阻抗值的变化。这通过屏蔽一组组件或通过偏置一组组件以改变该组组件的转换曲线或通过构造不同于其他组组件的一组组件来实现。

另外，由于该设备的磁阻系统具有特定的无法改变的线性，该已知设备是有缺陷的。US6,580,587B1的图4A和4B示出这一点。

除了其他目的之外，本发明的一个目的是提供包括具有可调节线性的磁阻系统的装置。

本发明的其他目的是提供具有可调节线性的磁阻系统、提供在具有可调节线性的磁阻系统中使用的移动装置、以及提供通过具有可调节线性的磁阻系统检测进来的磁场的方法。

根据本发明的装置包括用来检测进来的磁场的磁阻系统，该磁阻系统包括第一分支和第二分支，第一分支包括至少一个第一磁阻组件，该组件具有依赖于根据第一响应曲线的进来的磁场的第一阻抗值，第二分支包括至少一个第二磁阻组件，该组件具有依赖于根据第二响应曲线的进来的磁场的第二阻抗值，该装置进一步包括用来将第一分支的第一响应曲线移动到第一方向和将第二分支的第二响应曲线移动到第二方向的移动装置，该第一方向和第二方向彼此不同。

通过引入移动装置将第一分支的第一响应曲线移动到第一方向和将第二分支的第二响应曲线移动到第二方向，磁阻系统将根据响应曲线的移动显示出线性或非线性。这有很大优势，使磁阻系统的线性增加(例如为了测量的目的)或减少(例如为了生成声音的目的)。

另外，由于基于该原理的传感器将是可调节的，该发明也很有优势。

例如这样的移动装置在每个分支包括一磁铁。由于磁铁不能无限小并且磁铁的磁场不仅到达目标分支，也将到达非目标分支，磁体形式的移动装置将使得磁阻系统需要相对大。而下面的具体实施例能使磁阻系统相对较小。

根据本发明的装置的具体实施例由移动装置定义，该移动装置包括第一分支的第一结构和第二分支的第二结构，第一结构引起第一分支处的第一本地场并且第二结构引起第二分支处的第二本地场。换句话说，根据本具体实施例，通过特定结构的分支实现该移动装置，流经该结构的偏置电流将引入本地场。再换句话说，分支结构以及经由这些结构的偏置电流定义了该移动装置。第一结构在第一分支处引起第一本地场(例如在第一磁阻组件)，从而第一分支的第一响应曲线被移到第一方向，并且第二结构在第二分支处引起第二本地场(例如在第二磁阻组件)，从而第二分支的第二响应曲线被移到第二方向。

根据本发明的装置的具体实施例如下定义：第一分支包括与第一磁阻组件耦合的至少另一第一磁阻组件，从而流经这些第一磁阻组件的第一电流在第一分支处引起第一本地场，并且由第二分支包括与第二磁阻组件耦合的至少另一第二磁阻组件，从而流经这些第二磁阻组件的第二电流在第二分支处引起第二本地场。给每个分支自己的结构的一个方法是每一分支使用相互耦合的两个或更多磁阻组件。

根据本发明的装置的具体实施例如下定义，磁阻组件包括第一磁阻带，第一导电层经由第一隔离层耦合至第一磁带，第一导电层在耦合的第一磁阻组件间传导第一电流(第一电流回路)，并且第二磁阻组件包括第二磁阻带，第二导电层经由第二隔离层耦合至第二磁阻带，第二导电层在耦合的第二磁阻组件间传导第二电流(第二电流回路)。这样，每个分支包括两个或更多相互耦合的磁阻组件，经由这两个或更多磁阻组件交换的电流将增强本地场。

根据本发明的装置的具体实施例如下定义，第一结构包括第一弯曲结构，其中至少两个第一部分包括不同的第一尺寸，并且第二结构包括第二弯曲结构，其中至少两个第二部分包括不同的第二尺寸。给每个分支其自己的结构的另一方法是对不同分支使用不同弯曲结构。例如，部分对应于磁阻带。

根据本发明的装置的具体实施例如下定义：第一部分包括交替改变的第一宽度，并且第二部分包括交替改变的第二宽度。这样，每个支路耦合两个或更多磁阻组件不会浪费面积，以及不需要额外印制。例如，部分对应于磁阻带。

根据本发明的装置的具体实施例如下定义，移动装置包括用来在产生第一电流的第一分支处发生第一信号的第一发生器，并且包括在产生第二电流的第二分支处发生第二信号的第二发生器，第一电流在第一分支处产生第一本地场并且第二电流在第二分支处产生第二本地场。换句话说，根据该具体实施例，通过引入第一和第二发生器实现移动装置，第一和第二信号不同于磁阻组件偏置信号。而换句话，第一和第二发生器定义与磁阻组件偏置独立的移动装置。第一和第二发生器可以，单个或一起，包括一个或更多用于产生电流的电流源或一个或更多用来产生电压的电压源，其电压将转换为电流。电流可以经由位于分支附近的组件或导体流动。

根据本发明的装置的具体实施例如下定义，磁阻系统进一步包括第三分支和第四分支，第三分支包括至少一个第三磁阻组件，该组件具有依赖于根据第三响应曲线的进来的磁场的第三阻抗值，第四分支包括至少一个第四磁阻组件，该组件具有依赖于根据第四响应曲线的进来的磁场的第四阻抗值，该装置进一步包括用来将第三分支的第三响应曲线移动到第二方向和将第四分支的第四响应曲线移动到第一方向的移动装置。包括四个分支的这样的磁阻系统形成惠斯通电桥。第三和第四分支可以分别对应于第二和第一分支。

根据本发明的装置的具体实施例如下定义，磁阻组件包括巨型磁阻组件或包括带有斜条(barberpole)的各向异性磁阻组件。也不排除其他类型的组件。

根据本发明的磁阻系统和根据本发明的移动装置以及根据本发明的方法的具体实施例与根据本发明的装置的具体实施例一致。

另外，本发明基于磁阻系统的线性或非线性由磁阻组件的响应曲线定义的概念，另外，基于第一分支的第一响应曲线移动到第一方向以及第二分支的第二响应曲线移动到不同的第二方向以适应磁阻系统的线性的基本思想。

除其他问题以外，本发明解决的问题是提供包括具有可调线性或可调非线性的磁阻系统的装置，并且另外由于基于该原理的传感器将示出可调节性能，所以是有益的。

本发明的这些和其他方面将由于针对下面介绍的具体实施例的介绍而清楚。

图中：

图1简要示出根据本发明的装置，其包括根据本发明的磁阻系统。

图2示出现有技术磁阻组件的现有技术响应曲线。

图3示出具有现有技术磁阻系统的现有技术弯曲结构的现有技术分支。

图4示出根据本发明的磁阻系统，该系统的形式是包括四个分支的惠斯通电桥，每个分支带有三个串联磁阻组件。

图5示出两个分支，每个分支包括磁阻带，导电层经由隔离层连接到磁阻带。

图6示出两个分支，每个分支具有根据本发明的弯曲结构。

图7示出根据本发明的惠斯通电桥形式的磁阻组件和磁阻系统的响应曲线，

图8示出根据本发明的惠斯通电桥形式的磁阻组件和磁阻系统的响应曲线，以及

图9示出根据本发明的惠斯通电桥形式的磁阻组件和磁阻系统的响应曲线。

图1中示出的根据本发明的装置1包括根据本发明的磁阻系统2。根据本发明的磁阻系统2包括例如四个分支，分支例如为惠斯通电桥。每个分支包括磁阻组件21-24。惠斯通电桥的输出经由转换器3耦合到处理器4。第一和第四磁阻组件21和24的响应曲线与第二和第三磁阻组件22和23的响应曲线大体相反(相对于进来的磁场为零处的垂直线成镜像)。

在图2中示出对于有限的进来磁场(％相对kA/m)，现有技术磁阻组件的现有技术响应曲线。对于负的进来的磁场，现有技术磁阻组件的阻抗值不变(水平线11)。在进来的磁场变为零值之前的瞬间和进来的磁场为零值处(垂直线13)，现有技术磁阻组件的阻抗值开始改变一些(0到+0.5％)。对于正的进来的磁场，现有技术磁阻组件的阻抗值增加(+0.5％到+6％)，直到达到最大值(水平线12)。

图3中示出具有现有技术磁阻系统的现有技术弯曲结构的现有技术分支25。对于包括一系列带线的该现有技术弯曲结构而言，分支的响应曲线与带线的响应曲线基本上相同。

图4示出根据本发明的磁阻系统，该系统的形式是包括四个分支26-29的惠斯通电桥，每个分支具有三个串联磁阻组件26a-26c、27a-27c、28a-28c、29a-29c。这里，对每个分支，电流以相同方向流经每个磁阻组件(对于第一和第四分支26和29从左到右，对于第二和第三分支27和28从右到左)。这通过在组件(带线)间放置电流回路实现。图3中，由于存在向后和向前流动的电流，分支响应曲线的移动基本上被平均掉了。图4中，因为每个分支中流经每个磁阻组件的电流方向相同，所以该平均效应被消除。因此，第一分支26的第一响应曲线移动到第一方向、第二分支27的第二响应曲线移动到第二方向、并且第三分支28的第二响应曲线移动到第二方向以及第四分支29的第四响应曲线移动到第一方向。第一分支26的第一结构在第一分支26处激发第一本地场，用来将第一分支26的第一响应曲线移动到第一方向。第二分支27的第二结构在第二分支27处激发第二本地场，用来将第二分支27的第二响应曲线移动到第二方向。第三分支28的第三结构在第三分支28处产生第三本地场，用来将第三分支28的第三响应曲线移动到第二方向。第四分支29的第四结构在第四分支29处产生第四本地场，用来将第四分支29的第四响应曲线移动到第一方向。更详细的，在该例子中，第一(二、三、四)本地场包括三个本地子场，每个组件一个子场。

另外，本发明基于如下的概念，为了获得更线性的磁阻系统，例如为了测量的目的，在进来的磁场为零处的磁阻组件的响应曲线的斜率应该大约是最大斜率的一半(25％到75％，优选为40％到60％，进一步优化50％)。这将通过向第一和第二方向移动各个响应曲线得到，例如这些方向之一是左方向而另一个是右方向。当然，在某处将是最优值，当移动响应曲线超过该优化值时，线性将下降。通过向相反方向移动响应曲线，可以实现非线性更差或更好的磁阻系统，例如为了生成声音的目的。所有，通常通过向不同方向移动响应曲线，磁阻系统得到合适的线性。

图5中示出两个分支26和27，每个分支包括磁阻带32和35，经由隔离层31和34将导电层30和33连接到磁阻带32和35。因此，在该具体实施例中，电流回路经由导电层30和33位于磁阻带32和35的顶层，从而增强了第一和第二分支26和27处的本地场。

图6中示出两个分支，每个分支具有根据本发明的弯曲结构。第一结构包括第一弯曲结构36，其中三个第一部分36a、36b、36c具有不同的第一尺寸，第二结构包括第二弯曲结构37，其中三个第二部分37a、37b、37c具有不同的第二尺寸。每个第一部分36a、36b、36c包括例如两个具有交替变化的第一宽度的串联带，并且每个第二部分37a、37b、37c包括例如两个具有交替变化的第二宽度的串联带。这产生了交变的电流密度和交变本地场。

所以，根据本发明，已引入移动装置，用来将第一分支的第一响应曲线移动到第一方向并将第二分支的第二响应曲线移动到第二方向。在附图中，通过选择不同的结构实现了这些移动装置，磁阻系统的偏知电流流经这些结构。或者，移动装置可以通过在产生了第一电流的第一分支处发生第一信号的第一发生器，和通过在产生了第二电流的第二分支处发生第二信号的第二发生器实现，第一电流在第一分支处产生第一本地场并且第二电流在第二分支处产生第二本地场。第一和第二发生器可以是一个发生器的部分或者可以是不同的发生器。移动装置可以进一步包括在产生了第三电流的第三分支处发生第三信号的第三发生器，和通过在产生了第四电流的第四分支处发生第四信号的第四发生器实现，第三电流在第三分支处产生第三本地场并且第四电流在第四分支处产生第四本地场。第三和第四发生器可以是一个和相同发生器的部分或者可以是不同的发生器。该第一和第二(第三和第四)信号不同于磁阻组件的偏置电流并且需要独立导体/组件。

图7、8和9中，对于有限的进入的磁场(上面图形中，％相对kA/m，在下面图形中，mV相对kA/m)，示出根据本发明的惠斯通电桥形式的磁阻组件和磁阻系统的响应曲线。清楚地，可以得到图8中的线性性能。

在最小配置下，根据本发明的磁阻系统2将包括两个分支。优选的，在扩展的情形中，其包括四个分支。磁阻组件21-24可以包括巨型磁阻组件或带有斜条的各向异性磁阻组件，不排除磁阻组件的其他类型。

应该注意的是上述具体实施例说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够不背离所附权利要求的范围设计许多其他的具体实施例。在权利要求中，任何括号内的参考标号不能解释为限制该权利要求。使用词“包括”和其变形不排除权利要求中陈述的组件或步骤之外存在其他组件或步骤。组件之前的词“一”不排除存在多个这样的组件。本发明可以通过包括几个分立组件硬件，以及通过适当编程的计算机实现。在装置权利要求中枚举了一些装置，这些装置可以由一个和相同项目的硬件实现。在不同的从属权利要求中描述的某些方法的事实不表明不能使用这些方法的结合以有所改进。

Claims (12)

1.装置(1)，包括用来检测进入的磁场的磁阻系统(2)，所述磁阻系统(2)包括第一分支和第二分支，所述第一分支包括至少一个第一磁阻组件(21)，该组件具有依赖于根据第一响应曲线的进入的磁场的第一阻抗值，所述第二分支包括至少一个第二磁阻组件(22)，该组件具有依赖于根据第二响应曲线的进入的磁场的第二阻抗值，所述装置(1)进一步包括用来将所述第一分支的第一响应曲线移动到第一方向并将所述第二分支的第二响应曲线移动到第二方向的移动装置，所述第一方向和第二方向彼此不同。

2.根据权利要求1的装置(1)，所述移动装置包括所述第一分支的第一结构和所述第二分支的第二结构，所述第一结构产生所述第一分支处的第一本地场并且所述第二结构产生所述第二分支处的第二本地场。

3.根据权利要求2的装置(1)，所述第一分支包括与所述第一磁阻组件(26a)耦合的至少另一第一磁阻组件(26b、26c)，从而流经这些第一磁阻组件(26a-26c)的第一电流在第一分支处产生所述第一本地场，并且所述第二分支包括与第二磁阻组件(27a)耦合的至少另一第二磁阻组件(27b、27c)，从而流经这些第二磁阻组件(27a-27c)的第二电流在第二分支处产生所述第二本地场。

4.根据权利要求3的装置(1)，所述第一磁阻组件(26a-26c)包括第一磁阻带(32)，第一导电层(30)经由第一隔离层(31)耦合至所述第一磁阻带(32)，所述第一导电层(30)在所述耦合的第一磁阻组件(26a-26c)间传导所述第一电流，并且所述第二磁阻组件(27a-27c)包括第二磁阻带(35)，第二导电层(33)经由第二隔离层(34)耦合至所述第二磁阻带(35)，所述第二导电层(33)在所述耦合的第二磁阻组件(27a-27c)间传导所述第二电流。

5.根据权利要求2的装置(1)，所述第一结构包括第一弯曲结构(36)，其中至少两个第一部分(36a、36b、36c)包括不同的第一尺寸，并且所述第二结构包括第二弯曲结构(37)，其中至少两个第二部分(37a、37b、37c)包括不同的第二尺寸。

6.根据权利要求5的装置(1)，所述第一部分(36a、36b、36c)包括交替改变的第一宽度，并且所述第二部分(37a、37b、37c)包括交替改变的第二宽度。

7.根据权利要求1的装置(1)，所述移动装置包括用来在产生第一电流的所述第一分支处发生第一信号的第一发生器，并且包括在产生所述第二电流的第二分支处发生第二信号的第二发生器，所述第一电流在所述第一分支处产生第一本地场并且所述第二电流在所述第二分支处产生第二本地场。

8.根据权利要求1的装置(1)，所述磁阻系统(2)进一步包括第三分支和第四分支，所述第三分支包括至少一个第三磁阻组件(23)，该组件具有依赖于根据第三响应曲线的进入的磁场的第三阻抗值，所述第四分支包括至少一个第四磁阻组件(24)，该组件具有依赖于根据第四响应曲线的进入的磁场的第四阻抗值，所述装置(1)进一步包括用来将所述第三分支的第三响应曲线移动到所述第二方向并将所述第四分支的第四响应曲线移动到所述第一方向另一个移动装置。

9.根据权利要求1的装置(1)，所述磁阻组件(21-24)包括巨型磁阻组件或包括带有斜条的各向异性磁阻组件。

10.权利要求1-9的任意一项中定义的磁阻系统(2)。

11.权利要求1-9的任意一项中定义的移动装置。

12.通过磁阻系统(2)来检测进来的磁场的方法，所述系统(2)包括第一分支和第二分支，所述第一分支包括至少一个第一磁阻组件(21)，该组件具有依赖于根据第一响应曲线的进来的磁场的第一阻抗值，所述第二分支包括至少一个第二磁阻组件(22)，该组件具有依赖于根据第二响应曲线的进来的磁场的第二阻抗值，所述方法包括如下步骤：将所述第一分支的第一响应曲线移动到第一方向和将所述第二分支的第二响应曲线移动到第二方向，所述第一方向和第二方向彼此不同。

Images