CN101529264A - 传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由磁敏材料制成的三角形磁阻传感器，三角形的三个角各具有两个导线连接端，其中三角形的三条边具有不同的长度或者具有至少基本上相等的长度。

Description

传感器

技术领域

本发明一般涉及一种传感器，尤其涉及一种用于角度检测的磁阻传感器。另外本发明涉及一种测量角度的方法。

背景技术

磁阻传感器广泛用来检测元件的角度位置或角度移动。这种传感器当前被用于很多汽车应用，例如，用于踏板定位或节气门控制。当前使用的传感器利用了惠斯通电桥，各个电桥彼此旋转开45°的角度。如果改变了外部磁场的角度，则两个电桥发出具有45°相位差的不同信号。因此，可以确定角度位置。从DE 198 39 450A1可以获悉这种传感器。

DE 10 2004 019 238A1公开了一种尤其用于在磁阻传感器中测量磁场方向的装置以及利用分压器确定磁场方向的方法，该分压器由磁阻薄层构成的电阻器组成，布置至少三个分压器，使得在磁场旋转期间在中央触点中出现的不同分压器的信号电压具有彼此间存在偏移的相位。

EP 0 411 971B1公开了利用布置为锥体的三个磁阻传感器的装置。

上述类型的传感器元件的不足之处在于其相对较高的偏移和随温度的偏移漂移。因此，这些信号是不可再生的。这些缺点导致了消费者或者在信号调节裸片上对复杂偏移补偿的需要。

发明内容

本发明的目的在于消除现有技术的不足并且产生一种传感器，尤其是具有低偏移的磁阻传感器，其可位于磁体(例如块磁体)旋转的中央。

本发明一般涉及传感器，尤其涉及用于角度检测的磁阻传感器。

另外，本发明涉及用于测量角度的方法。

本发明的其他优点通过从属权利要求加以描述。

附图说明

根据参考附图的本发明示例实施例的以下描述，本发明的上述及其他特点和优点将是显而易见的，其中：

图1示出了本发明传感器的示意图；

图2示出了本发明传感器的示意图；

图3示出了本发明传感器的示意图；以及

图4示出了曲线图。

标号：1传感器；2三角形；3-5边；6-8角；10传感器；11内部部分；12三角形；13-15边；16-18角；20电路；21-23运算放大器；30曲线图；31-33信号曲线

具体实施方式

图1示出了新的并且有创造性的角度传感器1的原理布局的示意图。传感器1的结构由三角形2组成，三角形2的边3、4、5具有不同的长度或者至少基本上相等的长度，并且在每个角6、7、8处各具有两个导线连接端C1、C2、C3、C4、C5、C6，从而实现通过电压感测的信号调节。

为了确定磁场角度，必须将电流提供到作为流出端的一个触点，同时作为流入端的另外两个触点保持在基准电位。由于外部施加的磁场的角度确定了三角形在不同方向上的坡莫合金材料的电阻，所以不同的电流将流到两个流入端触点。两个电流相减后得到了随磁场的旋转而按照正弦波形变化的信号。通过将这种激励交替地施加到全部三个触点，可以得到三个彼此间存在相移的信号。

图2示出了本发明的传感器10的可替代结构，其中空出了三角形12的内部部分11。这种结构具有以下优点：各条边的电阻增加，从而获得较高的信号电平，然而也付出了增大了偏移的代价。传感器10的结构由中空的三角形12构成，三角形12的边13、14、15具有不同的长度或者至少基本上相等的长度，并且在每个角16、17、18处各具有两个导线连接端C1、C2、C3、C4、C5和C6。

图3示出了根据图2的上述传感器10的可行的信号调节电路20的实现。在电路20，电流源中的一个例如将电流I1提供给三角形结构10，而另外两个电流源I2和I3关断。同时，开关S1打开，从而确保全部电流I1流到坡莫合金结构10，而开关S2和S3闭合。连接到C4和C6的运算放大器22、23将坡莫合金结构10的两个其余的角保持在Ureg的电位。那么从C2流到C3的电流与从C2流到C5的电流的关系取决于所施加的外部磁场的方向。这些电流差与得到的电压差U2-U3成比例。

采用类似的方式，电流源I2接通，I1和I3关断，开关S2打开，同时S1和S3闭合并且测量电压差U1-U3。

以此方式，获得了三个信号DU12(31)＝U1-U2，DU13(32)＝U1-U3和DU23(33)＝U2-U3，这些信号取决于如图4所示具有周期为180°的外部磁场的方向。这三个差信号具有彼此相差30°磁场角度的相移。图4示出了曲线图30中作为模拟数据的电压差DU12、DU13和DU23。由三角方程可以看出磁场角度a可以通过下式根据这些信号来确定：

$\mathrm{\α}=\frac{1}{2}\·\arctan \left(\sqrt{3}\frac{\mathrm{\Δ}{U}_{12}}{\mathrm{\Δ}{U}_{13}+\mathrm{\Δ}{U}_{23}}\right)$

传感器仅利用三角形的一个坡莫合金几何结构就能确定磁场角度a，并且因此保证比位于具有彼此相邻的两个坡莫合金区域的结构更好的线性特点。另外，通过测量在获得了针对外部干扰更具鲁棒性特点的坡莫合金结构中的电流分布，可以确定磁场角度。

上述传感器可以用于角度感测应用，诸如节气门、踏板或风挡刮水器。

Claims (5)

1.一种由磁敏材料制成的三角形磁阻传感器，三角形的三个角各具有两个导线连接端，其中三角形的三条边具有不同的长度或者具有至少基本上相等的长度。

2.根据权利要求1所述的传感器，其中三角形由坡莫合金制成。

3.根据权利要求1或2所述的传感器，其中三角形是空出三角形的内部部分的中空三角形，其由三个具有不同的长度或者至少基本上相等的长度的边框组成。

4.根据权利要求1至3中任一所述的传感器，其中一个角可连接到电流源，而其他角度可连接到电流检测系统或电压检测系统。

5.一种利用三角形磁阻传感器测量磁场的角度的方法，该传感器是由磁敏材料制成，三角形的三个角在每个角上各具有两个导线连接端，其中三角形的三条边具有不同的长度或者具有至少基本上相等的长度，其中必须将电流提供到一个角上的作为流出端的一个触点，而另外两个角上的作为流入端的另外两个触点保持为基准电位，并且测量所述另外两个角的每一个角上的电流或者电压。

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