CN103376425A - 三轴磁传感器 - Google Patents

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magnetic sensor
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CN2012101204647A
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蒋乐跃
刘海东
蔡永耀
赵阳
张俊德
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Memsic Semiconductor Wuxi Co Ltd
Meixin Semiconductor Wuxi Co Ltd
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Meixin Semiconductor Wuxi Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种三轴磁传感器，其包括有衬底层。其中衬底层沿X和Y轴方向上分别设置有第一、第二斜坡，第一、第二斜坡上沿斜坡倾斜的方向上分别设置有第一、第二传感器单元。第一传感器单元和第二传感器单元分别感应水平方向以及竖直方向上的磁信号并输出探测值，从而完成对X、Y及Z轴三个方向上的磁信号的探测。本发明涉及的三轴磁传感器结构简单，成本较低。

Description

三轴磁传感器
技术领域
本发明涉及一种三轴磁传感器，尤其是，一种结构简单、成本较低的三轴磁传感器。
背景技术
随着磁传感器技术的发展，其从初期的单轴磁传感器，已发展出了双轴以及三轴磁传感器，使得其可全面检测空间X、Y、Z轴三个方向上的磁信号。这样，也使得其应用范围越来越广。例如，较为习知的有消费类电子产品领域、汽车产品领域等等。
对于磁传感器，其工作方式通常是在要探测的方向上设置传感器单元，以探测这个方向上的磁信号并输出探测结果。
以三轴磁传感器为例，业界目前采用的结构，通常是在三个方向上分别设置传感器单元，从而完成X、Y以及Z轴三个方向上的磁信号探测，并输出探测结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种三轴磁传感器，其结构更为简单，且能有效完成X、Y及Z轴三个方向上的磁信号探测，以及输出探测数值。
为了解决上述技术问题，本发明所提出的技术方案是：一种三轴磁传感器，其包括有衬底层。其中衬底层(Substrate)沿X和Y轴方向上分别设置有夹角分别为θ1和θ2的第一、第二斜坡，第一斜坡上沿斜坡倾斜的方向上设置有第一传感器单元S1，第二斜坡上沿斜坡倾斜的方向上设置有第二传感器单元S2。第一传感器单元和第二传感器单元分别感应水平方向以及竖直方向上的磁信号并输出探测值，从而完成对X、Y及Z轴三个方向上的磁信号的探测。其中涉及使用的磁传感器单元可以是AMR、GMR以及TMR等等。
进一步的，在不同实施方式中，当第一传感器单元或第二传感器单元设置有多个时，其代号可以是在指代标号S1、S2的下标1、2后，续接数字。例如，S11、S12、S13、S21、S22、S23等等。
进一步的，在不同实施方式中，其中θ1角度范围是15～75度。
进一步的，在不同实施方式中，其中θ2角度范围是15～75度。
进一步的，在不同实施方式中，其中θ1＝θ2＝θ。
进一步的，在不同实施方式中，其通过以下公式计算第一传感器单元和第二传感器单元在各轴方向上的输出：
S1xout＝Bx*cosθ；S2yout＝By*cosθ；S1zout＝-Bz*sinθ；S2zout＝-Bz*sinθ；
其中环境中X、Y及Z轴三轴方向磁场分别为Bx，By，Bz。
进一步的，在不同实施方式中，其通过以下公式计算得出探测到的磁场数值：
Bx＝S1xout/cosθ；By＝S2yout/cosθ；Bz＝(-S1zout-S2zout)/cosθ/2。
进一步的，在不同实施方式中，其中第一传感器单元是感应X轴方向上的磁信号。
进一步的，在不同实施方式中，其中第二传感器单元是感应Y轴方向上的磁信号。
进一步的，在不同实施方式中，其中衬底层上设置有两个相对设置的第一斜坡，每个斜坡上均设置有第一传感器单元。相对设置，也就是说，两个斜坡与X轴的夹角分别是θ1和(180-θ1)。
进一步的，在不同实施方式中，其中衬底层上设置有两个相对设置的第二斜坡，每个斜坡上均设置有第二传感器单元。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明涉及的三轴磁传感器，其采用斜坡设置磁传感器单元的方式，使得磁传感器单元即可探测水平方向的磁信号，又可探测竖直方向的磁信号，从而无需再在竖直方向上设置磁传感器单元，如此，即简化了结构，又降低了成本；且还能保证三轴方向上的磁信号探测及输出功能。
附图说明
图1为本发明涉及的一个实施例提供的三轴磁传感器的结构示意图，其仅图示了X轴方向上的剖面结构。
图2为本发明涉及的又一个实施例提供的三轴磁传感器的结构示意图，其仅图示了第一传感器单元与第二传感器单元间的位置设置关系。
图3为本发明涉及的又一个实施例提供的三轴磁传感器的结构示意图，其仅图示了第一传感器单元与第二传感器单元间的位置设置关系。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
请参阅图1所示，本发明的一个实施例揭示了一种三轴磁传感器，其包括有衬底层10，其中衬底层上沿X轴方向设置有两个相对设置的第一斜坡12、14，这样两个第一斜坡与X轴夹角分别为θ和(180-θ)，其中θ角度范围是15～75度。每个第一斜坡上12、14沿斜坡倾斜的方向上均设置有第一传感器单元(S11、S12)11、13。
同理，沿Y轴方向上也设置有两个相对设置的第二斜坡(由于其设置方式类似于X轴方向上的设置方式，故未图示)，且两个第二斜坡与Y轴夹角也分别是θ和(180-θ)，其中θ角度范围是15～75度。每个第二斜坡上沿斜坡倾斜的方向上也均设置有第二传感器单元(S21、S22)。
沿斜坡设置传感器单元，可使得传感器单元即可探测水平方向(X、Y方向)上的磁信号，又可探测竖直方向(Z方向)上的磁信号。从而无需额外再在竖直方向上设置传感器单元。
进一步的，对于第一传感器单元以及第二传感器单元在衬底层上的相对位置的设置方式，可以有多种，具体可随需要而定。
例如，请参阅图2所示，其图示了一种本发明涉及的又一个实施例中，第一传感器单元21、23与第二传感器单元22、24之间的相对位置设置关系。
请参阅图3所示，其也图示了一种本发明涉及的又一个实施例中，第一传感器单元31、33与第二传感器单元32、34之间的相对位置设置关系。
进一步的，这些传感器单元感应沿着斜坡方向的磁场，具体的，其中第一传感器单元(S11、S12)沿斜坡感应X轴方向的磁信号，第二传感器单元沿斜坡感应Y轴方向的磁信号。
进一步的，当X轴方向加磁场Bx时，第一传感器单元(S11、S12)的输出可通过以下公式计算得出：
S11out＝Bx*cosθ，S12out＝Bx*cosθ。
同理，当Y轴方向加磁场By时，第二传感器单元(S21、S22)的输出可通过以下公式计算得出：
S21out＝By*cosθ，S22out＝By*cosθ。
同理，当Z轴方向加磁场Bz时，第一、第二传感器单元(S11、S12、S21、S22)的Z轴方向输出可通过以下公式计算得出：
S11out＝-Bz*sinθ，S12out＝Bz*sinθ；
S21out＝-Bz*sinθ，S22out＝Bz*sinθ。
由于，第一、第二传感器单元各轴方向上的输出是可以通过元件探测得出的，因此，也就可以根据上述公式反推出X、Y以及Z轴方向上的磁场。即测得磁场：
Bx＝(S11out+S12out)/cosθ/2
By＝(S22out+S21out)/cosθ/2
Bz＝(S12out-S11out+S22out-S21out)/cosθ/4
在一个实施方式中，以上涉及的公式是第一、第二传感器单元内部处理的过程，其最后的输出可以直接表现为各方向上探测获得的磁信号数值。
进一步的，对于如何在衬底层形成斜坡，可以是通过KOH、TMAH刻蚀方式形成，然后再在斜坡上制作传感器单元。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种三轴磁传感器，其包括有衬底层，其特征在于，其中所述衬底层沿X和Y轴方向上分别设置有夹角分别为θ1和θ2的第一、第二斜坡，所述第一斜坡上沿斜坡倾斜的方向上设置有第一传感器单元S1，所述第二斜坡上沿斜坡倾斜的方向上设置有第二传感器单元S2，所述第一传感器单元和第二传感器单元分别感应水平方向以及竖直方向上的磁信号并输出探测值，从而完成对X、Y及Z轴三个方向上的磁信号的探测。
2.如权利要求1所述的三轴磁传感器，其特征在于，其中θ1角度范围是15～75度。
3.如权利要求1所述的三轴磁传感器，其特征在于，其中θ2角度范围是15～75度。
4.如权利要求1所述的三轴磁传感器，其特征在于，其中θ1＝θ2＝θ。
5.如权利要求4所述的三轴磁传感器，其特征在于，其通过以下公式计算第一传感器单元和第二传感器单元在各轴方向上的输出：
S1xout＝Bx*cosθ；S2yout＝By*cosθ；S1zout＝-Bz*sinθ；S2zout＝-Bz*sinθ；
其中环境中X、Y及Z轴三轴方向的磁场分别为Bx，By，Bz。
6.如权利要求5所述的三轴磁传感器，其特征在于，其通过以下公式计算得出探测到的磁场数值：
Bx＝S1xout/cosθ；By＝S2yout/cosθ；Bz＝(-S1zout-S2zout)/cosθ/2。
7.如权利要求1所述的三轴磁传感器，其特征在于，其中所述第一传感器单元是感应X轴方向上的磁信号。
8.如权利要求1所述的三轴磁传感器，其特征在于，其中所述第二传感器单元是感应Y轴方向上的磁信号。
9.如权利要求1所述的三轴磁传感器，其特征在于，其中所述衬底层上设置有两个相对设置的第一斜坡，每个斜坡上均设置有第一传感器单元。
10.如权利要求1所述的三轴磁传感器，其特征在于，其中所述衬底层上设置有两个相对设置的第二斜坡，每个斜坡上均设置有第二传感器单元。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106249181A (zh) * 2016-08-12 2016-12-21 上海矽睿科技有限公司 单芯片三轴磁传感器

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