CN103140741A

CN103140741A - 用于检测磁场的方法和设备

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Publication number: CN103140741A
Application number: CN2011800472774A
Authority: CN
Inventors: C·普法菲格尔; J·霍弗; F·蒙德尼科夫; T·维斯培特纳; G·舒奥莫瑟
Original assignee: Micro Epsilon Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Micro Epsilon Messtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2010-08-14
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2031-08-12
Also published as: CN103140741B; DE102011110074A1; US9574865B2; RU2554592C2; US20130141081A1; WO2012022300A2; RU2013111308A; WO2012022300A3; EP2521894B1; EP2521894A2

Abstract

本发明涉及一种用于检测磁场的方法，特别用于通过连接到电子器件（5）的优选为椭圆形的软磁元件（2）来检测物体（3）的位置，其中电子器件用于测量软磁材料的阻抗，其特征在于，根据物体的位置来使用磁场，该物体位于关于软磁材料的装置中，软磁材料在其位置调整磁场，从而所述软磁材料的磁导率（μ）根据所述磁场并且从而根据所述物体（3）的位置（d）被调整。合适设计的设备（1）用于应用根据本发明的方法。

Description

用于检测磁场的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于检测磁场特别用于检测物体的位置的方法和设备。具体来说，本发明涉及一种用于检测磁场的方法，特别用于通过连接到电子器件的优选为椭圆形的软磁元件来检测物体的位置，通过所述电子器件来测量软磁材料的阻抗。此外，本发明涉及一种用于检测磁场的设备，特别用于通过连接到电子器件的优选为椭圆形的软磁材料来检测物体的位置，通过所述电子器件来确定/测量所述软磁材料的阻抗（特性），所述设备特别应用根据本发明的方法。

背景技术

在众多应用中需要解决的是测量位置的问题。在自动化技术中，有必要按照处理顺序检测物体的位置或监测移动的机器部件。在汽车领域中，特别是在机动车辆中，在发动机、离合器、变速箱、车身零件等部件的内部或在这些部件处，需要监测多个移动和位置。在航天领域也存在类似的应用，如在飞机中需要检测襟翼、门或起落架的位置。另外，在消费领域中，例如在洗衣机内需要通过位置测量来称量纺织品的重量。

在文献中已经描述了很多针对这些位置测量任务的解决方案，这些解决方案使用不同的物理测量方法来运作，例如灵敏度（sensitivity）法、电容法、电感法、光学法、或磁测量方法。这些测量方法中的一特定类别包括磁测量方法，这是因为所述方法通常将磁铁固定在要测量的物体（测量的对象）处。这里传感器代表变量，其中所述磁铁分配给传感器，可检测测量物体的反应。但是这里测量物体必须具有磁性特性，特别是铁磁特性。这些传感器的共同点是通过磁反应检测测量物体的位置，该磁反应由传感器检测。这里磁传感器特别适于必须通过固定物体来检测移动物体的移动的场合。通过磁场穿过非磁性材料扩展，例如可检测在气缸内的活塞的位置，如果所述气缸包括诸如铝的非磁性的材料。

这种利用磁性测量原理的位置传感器已经在相当长的时间内是公知的。

有几种不同的方法和材料，这些方法和材料可用于测量传感器相对于具有集成磁铁（永久磁铁和电磁铁）的测量物体的相对位置。

典型的例子包括霍尔传感器、磁阻传感器（AMR、GMR、XMR）、磁通门传感器。

专利DE19621886A1公开了一种磁性位置测量装置，所述装置使用至少一个磁通门传感器扫描在不同周期内周期性地磁化的测量分区，以确定两个移动物体相对于彼此的相对位置，磁通门传感器包括至少一个励磁线圈，以及布置在软磁性载体周围且彼此分开一定距离的至少两个传感器线圈。

对于较大的测量范围，提供多个具有线性载体的磁通门传感器，这些传感器相对于彼此并行布置，且由薄膜技术制成。

还可提供内插单元，其根据载波频率信号的振幅估计原理来运行。

专利DE102007062862A1描述了一种方法，所述方法用于确定测量物体相对于传感器的位置，该传感器包括流入交流电流的传感器线圈，其中软磁材料的磁导率在磁场的影响下发生变化。所述磁场由分配给测量物体的永久磁铁产生。

还可参考根据专利DE102007062862A1中所描述的现有技术中的其它磁性传感器。

但是，现有技术的传感器存在以下缺点：

专利DE19621886A1中所使用的磁通门传感器包括激励器和两个接收线圈，它们可用于磁化要测量的软磁性磁芯。根据专利DE102007062862A1的传感器还包括被供给交流电流的线圈。线圈是比较昂贵的组件，这是因为线圈难于缠绕，或者因为在线圈被印刷或被刻蚀在电路板上的情况下，对印刷或刻蚀工艺的精度要求很高。这些传感器的另一缺点在于，线圈或磁芯的体积比较大。因此，由于这些原因，不可能产生可用于有限的构造空间内的小型且紧凑的传感器。

现有技术的传感器的另一缺点在于，它们主要用于测量磁场的强度H。例如，在现有技术的霍尔传感器中，测量信号（即霍尔电压U_H）与磁场H之间直接线性关联。甚至在磁阻传感器中，主要的测量信号与磁场H成比例。因此，使用这些类型的传感器可以很好地测量磁场。但是，这里存在严重的缺点，即永久磁铁或电磁铁的磁场不会随着其离磁铁的距离增加而线性地减小，而是呈现出极其非线性地（经常为指数地）减小的参数，所述参数本身是已知的。因此，任何包括相对于磁场H的线性参数的传感器对检测包含磁铁的测量物体的位置而言比较有限。在技术上特别有利的是得到线性依赖于所需尺寸（在这种情况下是测量物体的位置或距离）的信号，这是因为这时可以省略任何较昂贵的线性化过程或校准过程。尽管通常是非线性的参数，但为了得到近似线性的信号，可限制测量范围，从而仅利用非线性参数在其第一近似线性的部分内的一小段。然而，该方法大大限制了可用的测量范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种设计简单、成本效益高、并且紧凑的传感器，所述传感器具有较大的测量范围和高分辨率来测量磁场，通过所述磁场可测量物体相对于传感器的位置。最后，本发明还提供一种通用设备，所述设备用于检测包括相应的特性的磁场。此外，本发明还提供了一种使用根据本发明的设备来检测磁场的相应方法。

本发明的上述目的通过并列的权利要求1和12所述的特征来实现。

根据本发明的方法的特征在于，使用磁场，根据所述方法，根据位于与软磁材料相关的装置中的物体的位置来调整在软磁材料的位置处的磁场，由此根据所述磁场并且从而根据所述物体的位置来调整软磁材料的磁导率μ。

根据本发明的设备能够实现上述目的，其中使用磁场，根据位于与软磁材料相关的装置中的测量物体的位置来调整在软磁材料的位置处的磁场，根据所述磁场继而根据所述位置改变/产生磁导率，并且所述磁导率改变在所述位置得到的可测量的阻抗。

下面将根据本发明的必要特征来类似地讨论根据本发明的方法和根据本发明的设备。

可用于新的传感器原理的软磁材料可以包括无定形结构、纳米结晶结构或结晶结构，所述软磁材料具有带状形式或者是具有玻璃绝缘或不具有玻璃绝缘的微导线。通过特定的材料组成，可以实现各种基本功能，如：

-磁限制和磁弹性效应

-GMI（巨磁阻抗）

-磁共振

这种软磁性材料可用于各种应用条件，例如用于防盗装置、压力传感器、力传感器、路径传感器（特别是基于磁限制的路径传感器）等等。

有不同方法用于制造无定形或纳米结晶微导线。例如，在Taylor-Ulitovski工艺中，微导线直接从熔体得到。该工艺的重要特征是在一个过程中，可由纯金属和合金制成成本效益高的微导线，其直径大约为1μm至40μm的且玻璃绝缘微导线。

原理上，所有软磁材料的磁导率依赖于作用在所述材料上的磁场场强。

通过使用不同材料的组合物，可根据各种磁性性质来调整本发明的各种特征。例如，由此可以影响滞后、磁滞回线的形式、以及最大磁导率。

根据本发明的传感器，特别有利的是使用显示出高磁导率和低矫顽电场强度的材料。这尤其适用于具有称为“MI”（磁感应）和主要是“GMI”（巨磁-阻抗）效应的材料组分。

GMI效应专门改变磁性材料的交流电流-电阻（阻抗Z）。当为无定形或纳米结晶微导线提供高频交流电流时，由于趋肤效应，交流电流主要流经微导线表面下方的薄层。该层的厚度由趋肤深度描述如下：

δ = \sqrt{\frac{2}{ω \cdot σ \cdot μ_{0} \cdot μ_{r}}}

其中ω：交流电流的电流频率

σ：电导率

μ_r：相对磁导率

如果在导线的位置施加外磁场，则导线的相对磁导率会改变，且磁导率会随着场强增加而减小。通过这种方式，趋肤深度增加，这使得电流也流过导线表面下方的更低层。因此，导线的有效横截面增大，从而导致电阻和/或阻抗Z减小。

通过阻抗的相对变化，可测量GMI效应的大小，如下所示：

\frac{ΔZ}{Z} = \frac{Z (H) - Z (H_{s})}{Z (H_{s})}

其中Z（H）表示磁场H中的阻抗，Z（H_s）表示饱和场强H_s下的阻抗。薄膜或导线中阻抗的相对变化特别强，这是因为这里的趋肤深度是相对于总的厚度或直径的相对较大的部分。所述相对变化可以假定为非常大的值，以产生较灵敏的磁场传感器。

这种效应可以在由无定形材料和纳米结晶铁磁材料制成的带状件、薄膜或微导线中在0.1MHz至30MHz的频率范围内观察到，并且许多出版物中已经描述描述了这种效应。

在现有技术中，使用基于具有磁感应效应（MI）的微导线的传感器和系统，可在安全系统中保护带有预设的编码模式的物体（例如US5,801,630、US5,583,333、DE60003067T2）。

本发明要求保护用于操作磁场-感应位置传感器的方法和设备，其与现有技术使用移动的磁铁或电磁铁的传感器不同的是，可达到较大的测量范围，实现高分辨率，并且同时具有良好的线性。

此外，根据本发明的方案具有较低的结构高度、较小的重量以及较低廉的价格。通过上述特征，本发明可实现用于位置测量的非常广的应用范围，例如用于洗衣机、压缩机、以及离合器路径。

附图说明

有不同的选择来以优选的方式实施和进一步开发本发明的主旨。为了实现这个目的，一方面可参考权利要求1和12的从属权利要求，另一方面可结合附图参考下面的对本发明的优选示例性实施例的说明。结合下面对本发明的优选示例性实施例的基于附图的说明，本文还大体上描述了根据本发明的优选实施例，并且进一步开发了本发明的主旨。附图中示出了：

图1a所示为根据本发明的示例性实施例的传感器，该传感器包括椭圆形软磁材料；

图1b所示为根据本发明的另一个示例性实施例的传感器，在此可采用与电路板直接接触的基本元件；

图2所示为根据本发明的另一个示例性实施例的传感器，在此可以相对于基本元件在测量物体处沿各个方向布置磁铁；

图3是软磁材料沿着轴向方向相对于场强的电感（inductivity）和相位的示意图；

图4是相对于磁场位置的电感和相位的示意图，其中在磁性距离和磁导率之间是线性相关的；

图5所示为软磁材料的磁导率的函数μ（H）和永久磁铁的磁场的距离关系H（x）之间的相干关系；

图6是包括两个测试线圈的测试装置的示意图，该两个测试线圈缠绕在管上，该管继而按压在基本元件上；

图7所示为根据本发明的传感器的操作范围，在这里显示了μ与H之间的联系；

图8a是作为导体回路的基本元件的实施例的示意图；

图8b是根据本发明的示例性实施例的软磁元件的示意图，该软磁元件安装在管中，且诸如用于双离合器；

图9是另一示例性实施例的具有曲折形状的或作为缠绕线圈的软磁元件的示意图；

图10所示为用于检测一个层面上的移动的设计成二维的基本元件的布置；

图11所示为基本元件的串联布置，根据该布置，几个基本元件之间是串联的；

图12a所示为并联布置，在这里几个基本元件是并联布置的，即以便形成增量传感器；以及

图12b所示为基本元件的并联布置的另一变形，在这里可以在几个并联布置的基本元件（多路转换器）之间进行切换。

具体实施方式

根据本发明的传感器可以包括连接到电子器件且流通有交流电流的椭圆形软磁材料。将磁铁分配给测量物体，该磁铁根据测量物体相对于传感器的位置会改变软磁材料中的磁导率（参见图1a、1b）。

通过改变磁导率，由于软磁材料形成的GMI效应，电路的复合阻抗会改变。为了简化，下面将软磁材料称为基本元件。评估阻抗中的相对变化是有利的。

使用现有技术的方法来评估阻抗可以确定测量物体相对于传感器的位置。例如，可以通过检测导线上的压降来测量阻抗，然后可以根据外场强继而测量物体的距离而得到结论：

\frac{ΔU}{U}

然而，还可以估计基本元件的电感。然后电感的相对变化可用作测量信号：

\frac{ΔL}{L} = \frac{L (H) - L (H_{s})}{L (H_{s})}

其中L（H）是在磁场H处的电感，L（H_s）是饱和场强Hs的电感。电感L（H）取决于传感器位置处的磁场H，而磁场H取决于测量物体的距离和/或位置。因此，可以通过测量电感L来确定测量物体的位置。例如，可以通过扁平线圈或缠绕线圈检测电感，或者使用附加的场传感器（诸如霍尔传感器，AMR、GMR、XMR传感器）而利用根据外磁场的反应来检测电感。

图1a和1b显示了用作基本元件2的软磁材料，即在图1a中显示为椭圆形元件2。此外，除了传感器装置1之外，图1a还显示了测量物体3、永久磁铁4以及评估电子器件/测量电桥5。

根据图1b，基本元件2显示了相对较大的线性测量范围，并且在可应用的情况下，可以将基本元件2直接施加在电路板上并且与电路板接触。除了基本元件2之外，图1b还显示了与电子器件和基本元件2装配在一起的测量物体3、永久磁铁4、评估电子器件/测量电桥5、以及电路板6。

根据图2所示，可以将磁铁4沿着相对于基本元件2的不同方向布置在测量物体处。根据测量任务的需求，可以布置磁铁4以使其接近基本元件2的表面或者与基本元件2横向对齐。可以选择磁铁4的方向以使根据测量范围产生在基本元件2中的所需的信号脉冲。在这里，不需要将磁铁4连接到测量物体。而是将磁铁4也布置为与测量物体分离，例如使磁铁4位于传感器处。只需保证的是，通过测量物体，磁铁4在基本元件2的位置处的磁场分布会改变。为实现这一目的，要求测量物体具有铁磁性。

可以使用合适的窦振荡器产生流过基本元件的正弦交流电流。但是，也可以其它形式的电源也可用于基本元件，例如使用方波脉冲或三角波脉冲。在这里，唯一的作用是电流根据时间发生变化，从而在基本元件中出现GMI效应。在这里，交流电流的频率优选为介于0.1至40MHz之间。

图3显示了相对于外磁场H的所测量的电感和相位。磁场由亥姆霍兹线圈产生，它在基本元件的位置处是均匀的，并且与基本元件的纵向方向对齐。使用测量电桥在1MHz频率测量电感。

对于软磁材料，磁导率显示出依赖于磁场场强H的特性。可以通过测量电感L来确定磁导率，如图3所示。现有技术中用于测量场强的磁场-感测传感器通常使用μ（H）曲线的上升侧边。其原因是这种传感器主要用于测量较小的磁场，例如地磁场或在磁性数据载体（硬盘驱动器）上的磁场。

此外，根据本发明，已经认识到下降侧边更有利于位置测量，这是因为这样可实现明显更大的测量范围（相对于从磁铁进行的位置/距离测量）。如图4所示，在磁铁距离和磁导率之间可以实现线性关联。另外，图4清楚地示出了μ与H之间的关联在很大程度上是非线性的。如上所述，磁铁的磁场场强H也随着距离磁铁表面的距离的增加而非线性地降低。

图4具体显示了短导线部分（50mm）的实际所测量的磁导率以及在距离磁铁距离0mm与距离磁铁约45mm之间进行测量所测得的近似线性范围。

当增加磁铁距离时，并且因此在操作范围之外操作基本元件时，由永久磁铁产生的磁场进一步降低，并且在磁场又一次增加之后使磁导率如上所述减小，继而所测得的电感减小。可以将经由软磁导线进行的测量理解为将μ（H）曲线上的一点处的理想参数折叠成磁铁的位置。从如图4所示的下降侧边的参数得到电感值，并且将电感值与如图3所示的均匀磁场中的测量结果进行比较，则可以容易地重新构建根据本发明的相关操作范围。

图5概括地显示了软磁材料的磁导率的函数μ（H）和永久磁铁的磁场的距离关系H（x）之间的相干关系。

如图5所示，在传感器中的两个非线性函数彼此交叠。例如，可以选择采用一个传感器，在第一近似中该传感器的起始信号根据磁场位置是线性的，而无需考虑其它线性化步骤。灵敏度（=参数的增加）和与其关联的分辨率在测量范围内几乎是不变的。这比传统的磁性位置传感器更有优势。基于部分参数中的距离与磁导率之间的非线性关联，这需要增加放大率，从而噪音也会被放大，而降低了分辨率。

如图5所示，可以重新进行线性化过程。该图具体显示如下：

分区I：μ（H）曲线的下降侧边

分区II：永久磁铁的场强（H=）依赖于距离磁铁表面的距离

分区III：依赖μ（d）—磁导率依赖于距离磁铁的距离d

分区IV：线性内插的依赖μ（d）。

根据图5，磁铁位置与磁导率之间呈现为相对线性的关联。

电感等效于基本元件的磁导率，并且显示了软磁材料的已知曲线进展。这等效于理想的情况，即在基本元件的每个位置处磁场是均匀的。但是，实际上磁场不会根据图5所示沿着基本元件均分分布，这是因为（永久）磁铁的实际磁场取决于离所述磁铁的距离。因此所述理想参数仅适用于基本元件分段为无限小部分的情况。总体而言，在非均匀的磁场中的基本元件的电感是与磁导率类似的曲线，该曲线原则上等效于沿基本元件的轴的单个功能的折叠。

为了确保将根据本发明的传感器的操作范围调整为对应于根据图3的参数下降的部分，可以经由位于基本元件处的测试设备来确定信号。图6中的测试装置包括两个测试线圈（6A1和6A2），这两个测试线圈（6A1和6A2）缠绕在管（7）上，该管（7）按压基本元件上。测试线圈（6）布置在点1和2处的基本元件（2）的接头A1和A2附近。为了去除测量的边缘效应，两个线圈（6）相对于接头A1和A2被移动一段距离h，例如大约2-3mm。

图7示出了对传感器的操作范围的调整。

为了确定操作范围，测量对象（3）沿着基本元件（2）的轴向方向被移动到离接头A2更远的距离d。首先，测量物体位于基本元件附近。在基本元件的位置处永久磁铁的磁场非常高。这相当于在非常高的场强H下的如图7所示的μ(H)曲线的非常平坦的部分。在这里，因为基本元件的磁导率已经几乎达到饱和，所以可以使μ基本保持不变。

经由测量电桥来检测测试线圈（6A1和6A2）的电感。在非常高的场强H下，两个测试线圈的所测量的电感都比较低并且几乎相同，因此该范围不适合用于距离测量。然后沿着基本元件（2）的纵向方向将永久磁铁轴向地移动到距离接头A2更远的位置，直到测试线圈6A1的阻抗开始在点1发生改变且测试线圈6A2在点2开始改变。这个位置等效于磁铁的最小距离，继而等效于测量范围的下限，并且可描述操作区AZ_min。

使永久磁铁沿着所述元件（2）的纵向方向进一步轴向地移动，直到所测量的测试线圈6A1的电感在点1处达到最大值L_max。该范围等效于如图7所示的μ（H）曲线在达到最大值之前的较短的非常陡峭的部分。该范围等效于所述磁铁的最大距离，继而等效于测量范围的上限，且可描述操作区AZ_max；

为了确保操作区AZ位于μ（H）曲线的下降侧边上，所述测量范围被限制在0.9×L_max内。因此为了确定操作范围，仅需要将永久磁铁移动到在μ（H）曲线的下降侧边上所确定的距离范围内。

另外，流过基本元件的交流电流还与直流电流相干。由于GMI效应是交流电流效应，因此直流电流不受外磁场影响。

通过为基本元件馈送额外的直流电流，可以产生仅对基本元件的变化做出反应而与测量物体的位置无关的信号。例如，这些变化可以是影响基本元件的直流电阻的温度变化或电磁干扰。在这里，可以通过提供直流电流来检测这些干扰的影响。例如，基本元件的欧姆直流电阻会随着温度改变。从而可以通过测量直流电阻来非常容易地实现传感器的温度补偿。

在另一优选实施例中，也可以使用直流电流来产生静态磁场，该静态磁场是在电流流经导体时根据已知方式沿着导体产生的。该直流电流磁场使得导线的磁导率改变。这相当于使基本元件处于预先的磁力下，并且改变参数。类似于使用测试线圈的方法，这可以用于调整传感器的操作范围。与上述方法相反，在这里可以进行预先设置，而不用改变永久磁铁的距离。由此，通过简单的方式可以调整操作范围，而不必改变永久磁铁本身或其位置。因此通过预设的距离，例如通过测量物体的预定的可选移动所限定的预设距离，可以调整操作范围以使得传感器在下降侧边上的最优范围内运作，而无需调整磁场的方向和场强，。

优选地，可以使用流经导线的直流电流来调整参数上的操作点。这样，就可以测量小磁场（例如在磁场传感器内的磁场）或大磁场（例如在位置传感器内的磁场）。由此，传感器可以等效于被“预先施压”。通过施加直流电流，根据直流电流的方向可以实现方向依赖。在这里，因为磁场沿着导线呈环状延伸，所以由直流电流产生的磁场可限定方向。在某些应用中，流经导线的电流可以代替必须缠绕在导线上的附加的补偿线圈。

如上所述，可以经由一个或多个分离的线圈来测量基本元件的电感。在这里，可以使用线圈来在基本元件的位置处产生磁场，该基本元件的位置与永久磁铁的外磁场的位置无关。当直流电流流经线圈时，在基本元件内会产生静态磁场。通过这种方式，可对基本元件预先施压。在这里可产生与上述的将直流电流施加到基本元件的方法等效的效果。

根据本发明的实施例的传感器可特别优选地使用玻璃绝缘的微导线，这是因为这些导线具有非常强的耐温性能。由例如聚氨酯、聚酰胺或聚酰亚胺制成的导线具有绝缘性。但是这些绝缘材料的耐高温性能是有限的。例如，通过聚酰亚胺来绝缘的导线可在最高达250°C的温度下使用。通过使用可施加在上述微导线中微导线的玻璃绝缘（例如在制造微导线最开始时由于Taylor-Ulitovski工艺而自动施加在微导线中的玻璃绝缘），可以制造耐温性能高得多的传感器。

在非常简单并且成本效益高的变形中，该实施例的传感器装置可以直接应用到合适的基底上，例如应用到电路板或陶瓷基底上（图1a）。基本元件可以通过例如绑定、硬焊或软焊而与已知的变体接触。根据基本元件的长度，可优选地通过诸如粘附的方式将基本元件固定在接触点之间。可以将电子器件应用到同一基底上。这样做的优点是首先可以进行特别紧凑的设计，其次在基本元件与电子器件之间可以有非常短的线长度。所述优点的原因在于，在相对较高的频率的基础上，可得到较短的线长度。

图8a显示了具有导体回路形式的基本元件2。根据图8b所示，该基本元件2特别适于安装在管中，例如安装在复式离合器的应用范围内。

除了传感器装置之外，图8a和8b还显示了基本元件2和评估电子器件/测量电桥5。

为了避免重新耦合或增加电感，软磁元件也可以实现信号重新耦合的功能。在该方法中，优选地只需要软磁元件的单触点。该软磁元件可安装在管中，例如安装在复式离合器中。

也可以增加灵敏度，例如通过实施具有弯曲形状的或者具有线圈形式的基本元件（图9）来增加敏感度。通过增加电感，交流电流电阻增加，由此基本元件也可以在更低频率上运作。优选地，可以以更简单的设计来实现电子器件，并且增加该布置的灵敏度。

当由于可用的触点或结构空间的原因而不可能实现椭圆形的基本元件时，基本元件也可以做成回路的形式（图9）。因此，可以在基本元件的一侧实施触点，这有利于生产并且减小所需的结构空间。例如，可以在陶瓷管中实施回路，由此允许产生尺寸很小的温度稳定、简单的传感器。通过实施回路形式，同时可增加所述布置的电感。

也可以实现另外的布置，在该另外的布置中，可自由形成基本元件且根据特定的安装条件来调整基本元件。例如，当使用微导线时，基本元件可以沿着测量物体的轨迹以几乎任何形状放置。例如可以通过沿着选择杆的行走位置布置导线，以确定自动移动的选择杆的位置。

此外，为了明确地检测二维或三维位置（图10），可以相对于彼此来布置几个基本元件。例如，对于在一个层面上对运动进行二维检测时，可优选地将几个基本元件在基底上以彼此成90°的角度布置。由此，定义了两个测量方向，允许二维检测位置。通过将三个基本元件布置为彼此成90°，这可类似地应用于三维。

根据基本元件的布置、磁场的场强和极化，基本元件提供了一定的测量范围。根据本发明，为了增大传感器的测量范围，可以将几个基本元件彼此串联或并联，所述各个元件等效于图1中显示的基本元件。在如图11所示的串联布置中，几个基本元件串联布置。当磁场沿着基本元件横向移动时，通过电压抽头，可产生线性信号。

几个基本元件可以经由触点K1到K7来互相电连接。在载体材料上，例如在电路板或陶瓷基底上，形成触点K1到K7，触点K1到K7彼此之间相隔一定的距离。测量物体包括安装在支撑物中的永久磁铁。该支撑物用于引导磁场，以使得永久磁铁的磁力线优选为仅在传感器元件的方向是有效的。在这里，磁场优选地起作用，以使有效的磁场近似等效于相邻触点的距离。触点K1和K7连接到振荡器6的输出端。经由触点K1和K7通过振荡器为传感器馈送高频补偿交流电流。触点K2…K6经由电阻R1…R6与运算放大器7的反相输入端连接。运算放大器的输出端可以对信号抽头，所述信号与测量物体2沿着传感器的位置成比例。例如，电阻R可以是激光微调电阻，可以校正参数的偏移和非线性。优选地，在该布置中，可以将传感器整个施加在具有评估电子器件的电路板上而形成一个单元。在这里，可以通过以下方式形成基本元件的串联：不仅可以通过短导线部分来连接分离的基本元件，还可以将长导线部分布置在触点K1与K7之间，而通过例如按压、软焊或硬焊长导线来实现在触点K2…K6处的接触，继而分割长导线，由此可得到多于一个的由较短基本元件构成的串联布置。

在如图12a所示的并联布置中，几个基本元件并排布置，其中使用了增量传感器。与现有技术的增量信号发射器类似，信号仅部分是确定的。在对图12b中的并联布置的一个变形中，还可以在并联设置的几个基本元件之间进行切换。

除了基本元件1之外，图12a、12b还显示了供给线2、基底3、磁铁4、以及内阻为R₀的交流电流电源5。

为了进一步提高根据本发明的传感器的分辨率，几个基本元件可相对于彼此并联布置。几个基本元件并联布置，在设于基底上的两个并行电源线之间彼此相隔相同的距离，并且所述几个基本元件在触点K1…Kn处与电源线连接，从而形成具有周期性增量的周期性结构。测量物体沿平行于基底的方向和沿垂直于基本元件的方向移动，所述测量物体包括永久磁铁。交流电流电源连接在电源线的起始触点和末尾触头K1'和Kn处。可以在电源线的另一端K1和Kn'对输出信号抽头。该布置的优点在于，电源线中的电流路径一直相同，因此沿着测量范围的压降在每个基本元件处都相同。但是通过使用该布置，只能产生一个周期性输出信号。这样，最初不能进行绝对测量。但是，可以通过已知方法来实现绝对测量，例如通过使用相对于所述第一装置偏移半个周期的第二装置来实现，或者根据游标原则相对于所述第一装置偏移更大或更小的周期的第二装置。

图12b示出了一个特定的实施例，根据该实施例，基本元件在电源线之间不是固定接触的，但是根据该实施例，为每个基本元件提供了开关。该开关由多路转换器形成。具体地，在图12b中，显示了基本元件m₁...m_n。此外，图12b显示了电源线2、基底3、永久磁铁4、交流电流源5、多路转换器6以及微控制器μC。

为了减少干扰磁场的影响，根据图12b的布置是特别优选的。类似于前面的附图，基本元件在电源线之间并不是固定接触的，但是为每个基本元件提供了开关。例如，这些开关可以由微控制器控制的多路转换器形成。一旦基本元件的信号到达一定的阈值，就可以切换下一个基本元件。在这里，该布置的优点是只有被切换的基本元件用于对当前容纳磁铁的测量物体进行测量。在这里对其他基本元件的干扰对输出信号的影响降低到最小程度或者不存在。

玻璃涂覆的微导线的优点在于不仅具有很好的电磁性质（非常高的磁导率、低矫顽电场强度、以及很小的涡流损耗），还具有良好的机械稳定性、柔韧性和耐腐蚀性，同时允许非常高的应用温度。

不再使用额外的线圈可使生产简单且成本效益高。

测量效果中所得到的参数的线性使得评估电子器件结构简单且成本效益高。

测量效果中所得到的参数的线性可使传感器具有较高的基本灵敏度。

根据本发明，传感器所使用的微导线可使传感器设计紧凑且重量轻。

由于微导线需要的空间非常小，其能够直接集成在组件中，而不会显著影响测量物体的机械特性。相反，使用导线可使设计不受限制

通过所使用的微导线的成分，根据本发明的所得到的传感器的参数可根据其应用进行优化。

关于根据本发明的设备的其它优选实施例，为了避免重复，请参考说明书的发明内容部分以及所附的权利要求书。

最后，应当明确指出的是，应用根据本发明的方法的根据本发明的设备的上述的示例性实施例仅仅用于说明本发明所要求保护的思想，而本发明并不限于这些示例性实施例。

参考符号列表

图1a

1：传感器装置

2：软磁性椭圆形元件

3：测量物体

4：永久磁铁

5：评估电子器件/测量电桥

图1b

2：基本元件

3：测量物体

4：永久磁铁

5：评估电子器件/测量电桥

6：具有电子器件和基本元件的电路板

图2

2：基本元件

4：永久磁铁

5：评估电子器件/测量电桥

图3

磁场H

磁场场强H

电感L

图4

场强H

图5

分区I：μ(H)曲线的下降侧边

分区II：永久磁铁的场强（H₌）依赖于离磁铁表面的距离

分区III：依赖关系μ（D）-磁导率依赖于离磁铁的距离d

分区IV：线性内插的依赖关系μ（d）

函数μ（H）

H（X）

分区I：μ(H)曲线的下降侧边

分区II：永久磁铁的场强（H₌）依赖于离磁铁表面的距离x

分区III：依赖关系μ（D）-磁导率依赖于离磁铁的距离

分区IV：线性内插的依赖关系μ（d）

图6

两个测试线圈，线圈6，6A1和6A2

管7

接头A1和A2

基本元件、元件2

距离h

测量物体3

操作区AZ，AZmin，AZmax

最大值Lmax

图7-

图8a：

1：传感器装置

2：基本元件

5：评估电子器件/测量电桥

图8b：

2：基本元件

5：评估电子器件/测量电桥

图9：-

图10：-

图11：

2：基本元件

4：永久磁铁

6：具有电子器件和基本元件的电路板

13：触点K1...K7

14：电阻R

15：运算放大器

16：电阻R0

17：振荡器

18：支撑物

图12a：

2：基本元件

4：永久磁铁

7：连接至基本元件的电源线

13：触点K1...Kn

19：交流电源

20：内阻Ri

21：基底

图12b

2：基本元件

4：永久磁铁

7：连接至基本元件的电源线

13：触点K1...Kn

19：交流电源

20：内阻Ri

21：基底

22：多路转换器

23：微控制器

Claims

1.一种用于检测磁场的方法，特别用于通过连接到电子器件的优选为椭圆形的软磁元件（2）来检测物体的位置，通过所述电子器件来测量软磁材料的阻抗，其特征在于，

根据物体的位置来使用磁场，该物体位于软磁材料的装置中，所述磁场在所述软磁材料的位置处扩展，所述软磁材料的磁导率μ根据所述磁场并且从而根据所述物体的位置而调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过改变磁导率来确定测量物体（3）相对于椭圆形元件（2）的相对位置，所述测量物体（3）包括永久磁铁（和/或电磁铁）（4），并且考虑沿着所述元件（2）的磁场分布。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，操作范围位于所述软磁材料的磁导率曲线的下降侧边上，并且在这里所述位置与所述阻抗之间基本上为线性关联的。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述磁场是从磁铁、永久磁铁、和/或电磁铁得到的。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述磁场是由流经所述软磁元件的直流电流产生的。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述物体包括永久磁铁或电磁铁。

7.根据权利要求1至6中任一权利要求所述的方法，其特征在于，永久磁铁或电磁铁被固定地分配于所述软磁材料，并且所述物体包括铁磁材料。

8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述测量物体（3）相对于椭圆形元件（2）的不同相对位置处的所述元件（2）的操作区（AZ）位于点1和点2之间的μ（H）曲线的下降侧边处，在参数μ（H）上，所述元件（2）的接头A1附近的磁导率点1与接头A2附近的磁导率点2是等效的。

9.根据权利要求1至8中任一权利要求所述的方法，其特征在于，通过至少一个测试线圈（6）来测量沿着所述元件（2）的磁场分布，所述测试线圈（6）的长度比所述元件（2）的长度短很多（对于美国：小于10％）。

10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下的其它处理步骤：

-制备测试装置，所述测试装置包括椭圆形元件（2），所述椭圆形元件（2）由软磁材料制成且具有两个接头A1和A2，并被放置在载体上且被插入管（7）中；和永久磁铁（4），所述永久磁铁（4）具有缠绕到所述管（7）上的两个测试线圈（6A1和6A2），所述两个测试线圈（6）布置在所述元件（2）的接头A1和A2附近；为了去除测量的边缘效应，使所述两个线圈（6）相对于点A1和A2移动而分开一段距离h；使所述测量对象（3）沿所述元件（2）的纵向方向轴向地移动到距离所述接头A2一段距离d处；

-用测量电桥来检测所述测试线圈（6A1和6A2）的电感；

-使所述永久磁铁沿着所述元件（2）的纵向方向轴向地移离所述连接A2，直到所述永久磁铁的位置使得所述测试线圈6A1和6A2的阻抗开始改变；所述位置等效于所述磁铁的最小距离继而等效于测量范围的下限，且描述操作区AZ_min；

-使所述永久磁铁沿着所述元件（2）的纵向方向进一步轴向移动，直到所述永久磁铁的位置使得所述测试线圈6A1所测量的电感达到最大值L_max；所述位置等效于所述磁铁的最大距离继而等效于所述测量范围的上限，且描述操作区AZ_max；

-为了确保操作区AZ位于所述μ（H）曲线的下降侧边上，所述测量范围限制在0.9×L_max；

-在确定特定测量物体的操作区和特定元件参数之后，现在移除所述测试装置，继而准备使用所述传感器。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为所述元件同时提供交流电流和直流电流。

12.一种用于检测磁场的设备，特别用于通过连接到电子器件的优选为椭圆形的软磁材料来检测物体的位置，通过所述电子器件来确定/测量所述软磁材料的阻抗（特性），特别应用根据权利要求1至11所述的方法，其特征在于，

使用磁场，由此使用测量物体的位置，所述测量物体位于软磁材料的装置中，在所述软磁材料的位置处对所述磁场进行调整，同时根据所述磁场继而根据所述位置来调整/产生磁导率，，所述磁导率改变此处所得到的可测量的阻抗。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述磁场是从磁铁、永久磁铁、和/或电磁铁得到的。

14.根据权利要求12或13所述的设备，其特征在于，所述测量物体相对于所述软磁材料被移动，通过移动所述测量物体来改变在所述软磁材料位置处的磁场。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述阻抗随着所述磁场继而随着距离而改变，即根据所述测量物体的移动而改变。

16.根据权利要求12至15中任一权利要求所述的设备，其特征在于，操作范围位于μ（H）曲线的下降侧边上，在所述下降侧边上所述距离与所述阻抗之间基本上为线性关联的。

17.根据权利要求12至16中任一权利要求所述的设备，其特征在于，所述软磁材料是无定形材料、纳米结晶材料或结晶材料。

18.根据权利要求12至17中任一权利要求所述的设备，其特征在于，使用椭圆形膜、或者带状或线状部分。

19.根据权利要求12至18中任一权利要求所述的设备，其特征在于，使用具有玻璃绝缘的线。

20.根据权利要求12至19中任一权利要求所述的设备，其特征在于，电源具有交流电流或交流电压。

21.根据权利要求12至20中任一权利要求所述的设备，其特征在于，提供具有直流电流的附加电源以调整操作范围。

22.根据权利要求12至21中任一权利要求所述的设备，其特征在于，提供具有直流电流的附加电源，以进行温度测量和温度补偿。

23.根据权利要求12至22中任一权利要求所述的设备，其特征在于，磁铁从不同的侧面逼近，优选为沿着导线轴的方向或者沿着平行于导线轴的方向还有沿着垂直于导线轴的方向逼近。

24.根据权利要求12至23中任一权利要求所述的设备，其特征在于，通过测试线圈在不同位置测量所述阻抗的变化。

25.根据权利要求12至24中任一权利要求所述的设备，其特征在于，为所述测试线圈提供直流电流以调整所述操作范围。

26.根据权利要求12至25中任一权利要求所述的设备，其特征在于，使用导体回路。

27.根据权利要求12至26中任一权利要求所述的设备，其特征在于，按顺序排列单个的元件以增大测量范围。