CN104142482A - 测量系统 - Google Patents

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Abstract

一种测量系统，所述测量系统：具有用于产生磁场的磁体装置，具有用于检测所述磁场至少在第一空间方向(y)上的磁通密度(By)的磁场传感器，其中，所述磁场传感器相对于所述磁体装置固定地定位，其特征在于，所述磁体装置具有用于产生主磁场的至少两个主极和用于产生旁磁场的至少两个旁极；在所述磁场传感器中，所述磁场通过所述主磁场与所述旁磁场的叠加构成；所述磁场传感器构造用于，在所述第一空间方向(y)上测量所述叠加的磁通密度(By)；在所述磁场传感器中，所述旁磁场在所述第一空间方向(y)上至少部分地补偿所述主磁场。

Description

测量系统
技术领域
本发明涉及一种测量系统。
背景技术
由WO 2010/060607A2已知一种具有半导体芯片的IC壳体，所述半导体芯片具有集成电路和集成的磁传感器。永久磁体与所述半导体芯片的壳体隔开，永久磁体的磁通量穿过传感器。如果待测量的对象靠近半导体芯片的头侧端，则通过传感器的磁通密度发生变化。
由US 7,250,760 B2已知集成的霍尔磁传感器，其中，永久磁体一起排列在IC壳体中。在此，霍尔传感器如此相对于永久磁体的场设置，使得在没有外部的场影响的情况下产生霍尔电压。
由DE 698 27 559 T2已知一种用于磁场传感器的壳体。气隙通常定义为激发器与壳体的外表面之间的间距，所述壳体包含磁场传感器的测量元件。可以将“有效气隙”描述为激发器与测量元件自身之间的间距。磁场传感器典型地包含永久磁体和封装在壳体中的测量元件。然而，这种壳体类型不适合恶劣的周围环境、尤其是汽车的周围环境。因此，还将如此包装的测量元件包括在附加的壳体(外壳)中，所述附加的壳体提供保护免受潮湿和污物影响。这当齿(Zahn)在测量元件附近经过磁场时导致峰值磁场强度的降低。在DE 698 27 559 T2中期望，测量元件尽可能接近磁体，因为作为气隙的函数的磁场降低。低的间距能够实现具有更低的能量产品的小的磁体的使用。
由DE 10 2012 203 001 A1已知一种3D磁传感器。所述磁传感器具有平的软磁体，所述软磁体设置在衬底的表面上，所述衬底具有磁传感器阵列，所述磁传感器阵列具有空间上不同的多个磁传感器元件，所述多个磁传感器元件以预先确定的配置设置。当存在外部磁场时，平的软磁体被磁化，以便产生反作用磁场(Reaktionsmagnetfeld)。多个磁场传感器元件分别配置用于，测量所述外部磁场与所述反作用磁场沿着第一轴线(例如z轴线)叠加的磁场值，由此得到沿着第一轴线的磁场分量的多个在空间上不同的测量。多个在空间上不同的测量可以用于计算外部磁场的沿着多个轴线(例如x轴线、y轴线和z轴线)的磁场分量。
发明内容
本发明所基于的任务是，尽可能地改进测量系统。
所述任务通过具有独立权利要求1的特征的测量系统解决。有利的扩展方案是从属权利要求的主题并且包含在说明书中。
因此，测量系统设有用于产生磁场的磁体装置和用于检测磁场至少在第一空间方向上的磁通密度的磁场传感器。磁场传感器相对于磁体装置固定地定位。
磁体装置具有用于产生主磁场的至少两个主极和用于产生旁磁场(Nebenmagnetfeld)的至少两个旁极(Nebenpole)。
在磁场传感器中，磁场通过主磁场与旁磁场的叠加构成。
磁场传感器构造用于，在第一空间方向上测量叠加的磁通密度。
在磁场传感器中，旁磁场在第一空间方向上至少部分地补偿主磁场。
申请人的研究已经表明，可能的是，调整磁体的磁场，因此与没有调整的原始状态相比所述磁场在磁传感器的空间中的某些点具有明显降低的磁通密度分量。所述磁通分量作为磁场传感器的输出信号中的偏移。因此，所述偏移的减小增大信号/偏移比。在此，通过多于两个磁极实现磁通密度分量的减小。
根据一个有利的扩展方案设置，所述磁体装置具有第一永久磁体和第二永久磁体，所述第一永久磁体具有两个用于产生主磁场的主极，所述第二永久磁体具有两个用于产生旁磁场的旁极。
根据一个有利的扩展方案设置，第二永久磁体具有与第一永久磁体相反定向的极性。
根据一个有利的扩展方案设置，第二永久磁体具有比第一永久磁体更小的尺寸。优选地，第二永久磁体相对于第一永久磁体设置在中心。
根据一个有利的扩展方案设置，磁体装置仅仅具有第一永久磁体，所述第一永久磁体具有两个用于产生主磁场的主极。第一永久磁体具有至少一个凹部，所述至少一个凹部具有两个用于产生旁磁场的旁极。
根据一个有利的扩展方案设置，旁极的极面与主极的极面平行地构造。
根据一个有利的扩展方案设置，旁极的极面与主极的极面成一个角度地非平行地构造。
根据一个有利的扩展方案，测量系统具有用于改变在磁场传感器的区域中在第一空间方向上的磁通密度的探测器(Geber)。
根据一个有利的扩展方案设置，磁体装置和磁场传感器集成在组件壳体中。所述组件壳体构造用于安装在电路载体上。
先前所描述的扩展方案变型不仅单独地而且组合地特别有利。在此，可以相互组合全部的扩展方案变型。在附图的实施例的描述中阐述一些可能的组合。然而，扩展方案变型的组合的在那所描述的可能性是非穷尽的。
附图说明
以下通过实施例借助图形方面的示图进一步阐述本发明。
附图示出：
图1：具有磁体装置和磁场传感器的测量系统的第一实施例的示意性剖视图；
图2：具有磁体装置和磁场传感器的测量系统的第二实施例的示意性剖视图；
图3：具有磁体装置和磁场传感器的测量系统的第三实施例的示意性剖视图。
具体实施方式
在图1中示出测量系统的示意性剖视图。所述测量系统具有一个用于产生磁场的磁体装置20和两个磁场传感器31、32。磁体装置20是特殊成形的永久磁体20。磁场传感器31、32相对于磁体装置20、50、60固定地定位，例如通过合成材料借助形状锁合(Formschluss)。此外，在图1中示出具有空间方向x、y和z的坐标系。此外，在图1中示出磁通量B在空间方向y上的y分量By。在此，借助FEM模拟(Finite Element Method：有限单位法)确定图1中的y分量By的示图。在此，图1示出以下情况的y分量By：没有由铁磁材料制成的探测器影响磁场。图1的实施例的目的是，在没有探测器的情况下实现磁通量B在空间方向y上在每一个磁场传感器31、32的区域中的y分量By尽可能小的量值，而在具有探测器的情况下实现磁通量B在空间方向y上在每一个磁场传感器31、32的区域中的y分量By明显更高的量值。
永久磁体20在其端面具有两个用于产生主磁场的主极NH、SH。永久磁体20在x方向上磁化。通过永久磁体20中的刻槽21产生旁极SN1、NN1。旁极NN1、SN1产生旁磁场。在此，旁极NN1、SN1的极面与主极NH、SH的极面成大约45°角并且因此不平行于主极NH、SH的极面地构造。替代地，旁极NN1、SN1也可以与主极NH、SH的极面成一角度或者平行地构造。
在磁场传感器31、32中，旁磁场与主磁场叠加。在图1的实施例中，旁磁场比主磁场更弱。旁磁场与主磁场同样在磁场传感器31、32中叠加。在图1的实施例中示出，在不存在探测器的情况下在磁场传感器31、32的区域中在空间方向y上磁通密度的y分量By由于叠加而特别低。因此，所述磁通密度相对于不具有两个旁极NN1、SN1的磁体装置20显著降低。
基本上，一个唯一的磁场传感器31、32足以用于检测磁场在空间方向y上的磁通密度By。在图1的实施例中设置两个差分运行的磁场传感器31、32。两个磁场传感器31、32检测磁通密度的y分量By，其中，在两个磁场传感器31、32中y分量By具有不同的符号。
发明人的研究已经得出，通过主磁场与旁磁场的叠加可以使信号/偏移比增加六倍。
在图2中以示意性剖视图示出测量系统的第二实施例。磁体装置50具有永久磁体50，所述永久磁体具有三个凹槽51、52、53。通过凹槽51、52、53构成旁极NN1、SN1、NN2、SN2、NN3、SN3。旁极NN1、SN1、NN2、SN2、NN3、SN3的旁磁场又叠加两个主极NH和SH的主磁场。在图2的实施例中，两个磁场传感器31、32构造为霍尔传感器。两个磁场传感器31、32构造用于在第一空间方向y上测量叠加的磁通密度By。在此，通过补偿，在磁场传感器31、32的区域中的磁通密度By相对于不具有所述旁极NN1、SN1、NN2、SN2、NN3、SN3的磁体装置显著降低。
在图3中以剖视图示意性示出具有磁体装置60的另一个实施例，所述磁体装置具有两个永久磁体61、62。同样示出用于使磁体装置60的磁场线偏转的探测器40，其中，所述偏转引起磁场传感器31、32中磁通密度By的变化。因此，磁体装置60具有第一永久磁体61和第二永久磁体62，所述第一永久磁体具有两个用于产生主磁场的主极NH、SH，所述第二永久磁体具有两个用于产生旁磁场的旁极NN1、SN1。
在图3的实施例中，第二永久磁体62构造得小于第一永久磁体61。第二永久磁体62与第一永久磁体61相反地磁化。
在图3的实施例中示出，磁体装置60和磁场传感器31、32集成在组件壳体1中。所述组件壳体1构造用于安装在电路载体——例如电路板(未示出)上。例如，磁体装置60和具有磁场传感器31、32的半导体芯片30(例如具有集成电路)集成在合成材料壳体1中。
本发明不限于图1至3所示的构型变型。例如可能的是，也借助永久磁体的非直线的磁化方向实现偏移的降低。不同于图1至3的实施例同样可能的是，将磁场传感器设置在永久磁体中的凹槽内、例如在图1的实施例的缺口21中。根据图1的测量系统的功能可以特别有利地用于借助旋转的探测器的旋转测量(Rotationsmessung)。
参考标记列表
1                             壳体
20、50、60                    磁体装置、永久磁体
21、51、52、53                凹槽、刻槽、缺口
30                            半导体芯片
31、32                        磁场传感器、霍尔传感器
40                            探测器、软磁体
61、62                        永久磁体
By                            磁通密度的分量
SH、NH                        主极
SN1、SN2、SN3、NN1、NN2、NN3   旁极
x、y、z                       空间方向

Claims (9)

1.一种测量系统，所述测量系统：
具有用于产生磁场的磁体装置(20，50，60)，
具有用于检测所述磁场至少在第一空间方向(y)上的磁通密度(By)的磁场传感器(31，32)，其中，所述磁场传感器(31，32)相对于所述磁体装置(20，50，60)固定地定位，
其特征在于，
所述磁体装置(20，50，60)具有用于产生主磁场的至少两个主极(NH，SH)和用于产生旁磁场的至少两个旁极(NN1，SN1，NN2，SN2，NN3，SN3)；
在所述磁场传感器(31，32)中，所述磁场通过所述主磁场与所述旁磁场的叠加构成；
所述磁场传感器(31，32)构造用于，在所述第一空间方向(y)上测量所述叠加的磁通密度(By)；
在所述磁场传感器(31，32)中，所述旁磁场在所述第一空间方向(y)上至少部分地补偿所述主磁场。
2.根据以上权利要求中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述磁体装置(60)具有第一永久磁体(61)和第二永久磁体(62)，所述第一永久磁体具有两个用于产生所述主磁场的主极(NH，SH)，所述第二永久磁体具有两个用于产生所述旁磁场的旁极(NN1，SN1)。
3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述第二永久磁体(62)具有与所述第一永久磁体(61)相反定向的极性。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述第二永久磁体(62)具有比所述第一永久磁体(61)更小的尺寸。
5.根据以上权利要求中任一项所述的测量系统，其特征在于，
所述磁体装置(20，50)具有第一永久磁体(20，50)，所述第一永久磁体具有两个用于产生所述主磁场的主极(NH，SH)；
所述第一永久磁体(20，50)具有至少一个凹部(21，51，52，53)，所述至少一个凹部具有两个用于产生所述旁磁场的旁极(NN1，SN1，NN2，SN2，NN3，SN3)。
6.根据以上权利要求中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述旁极(NN1，SN1，NN2，SN2，NN3，SN3)的极面与所述主极(NH，SH)的极面平行地构造。
7.根据以上权利要求中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述旁极(NN1，SN1)的极面与所述主极(NH，SH)的极面成一个角度地非平行地构造。
8.根据以上权利要求中任一项所述的测量系统，其特征在于用于改变在所述磁场传感器(31，32)的区域中在所述第一空间方向(y)上的磁通密度(By)的探测器(40)。
9.根据以上权利要求中任一项所述的测量系统，其特征在于，所述磁体装置(20，50，60)与所述磁场传感器(31，32)集成在组件壳体(1)中，其中，所述组件壳体(1)构造用于安装在电路载体上。
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