CN104574631A - 磁调制装置及磁传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁调制装置，包括导磁材料制作的本体，在所述本体上设有凹部，所述凹部的四周闭合。该磁调制装置的边际效应弱，灵敏度高，抗干扰能力强。本发明还提供一种磁传感器。

Description

磁调制装置及磁传感器

技术领域

本发明涉及一种磁传感器,具体涉及一种磁调制装置及包含该磁调制装置的磁传感器。

背景技术

磁传感器被广泛应用于金融领域，如验钞机里的磁头，利用磁传感器检测预先设于钞票中的磁防伪标识，以辨别钞票的真伪。

磁传感器包括磁芯片和永磁铁，磁芯片用于感应磁防伪标识，永磁铁用于预磁化弱磁防伪标识，磁芯片设于永磁体的上方。为了提高磁传感器辨别真伪的准确率，需要增加输出通道的数量，磁传感器的长度也就随之增加，对应地增加了永磁铁的长度。永磁铁长度的增加，加重了边际效应，严重影响磁芯片的灵敏度，而且，通道之间的一致性变差，特别是位于端部的通道的一致性明显变差。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是针对磁传感器中存在的上述缺陷，提供一种磁调制装置及磁传感器，其可以减弱边际效应，提高磁传感器一致性、灵敏度以及抗干扰能力。

为此，本发明提供一种磁调制装置，包括导磁材料制作的本体，在所述本体上设有凹部，所述凹部的四周闭合。

其中，所述本体由片状结构堆叠而成。

其中，所述本体包括第一部件和第二部件，在所述第一部件的两相对面分别设有第一凹槽和第二凹槽，在所述第二部件的两相对端分别设有朝向同侧突出的一凸部，所述第二部件嵌入所述第一部件的第二凹槽，且所述凸部向所述第一凹槽延伸，并将所述第一凹槽的端部闭合，所述第一凹槽和所述凸部形成四周闭合的所述凹部。

其中，所述凹部的内拐角为圆角。

本发明还提供一种磁传感器，包括磁芯片、永磁体、磁调制装置以及线路板，所述磁芯片用于感应磁防伪标识的磁场，所述永磁体用于预磁化弱磁防伪标识，设于所述线路板的布线与所述磁芯片的输入输出端对应电连接，所述磁调制装置用于调节所述永磁体的磁场分布，所述磁调制装置采用本发明提供的所述的磁调制装置，所述磁芯片嵌置于所述磁调制装置的凹部，所述永磁体设于所述磁调制装置的与所述磁芯片的相对侧。

其中，所述线路板为软线路板，所述软线路板自所述磁芯片的顶面与所述磁芯片的输入输出端对应电连接。

其中，还包括支架，在所述支架上设有与所述永磁体的外形相配合的第一支架凹槽以及与所述磁调制装置的外形相配合的第二支架凹槽，所述第一支架凹槽与所述第二支架凹槽上下连通，所述永磁体嵌于所述第一支架凹槽，所述磁调制装置嵌于所述第二支架凹槽。

其中，还包括壳体和焊针，所述磁芯片、所述永磁体、所述磁调制装置和所述线路板设于所述壳体内，所述焊针与设于所述线路板的线路板焊盘对应电连接。

其中，所述壳体采用非导磁的金属材料制成；或者，采用非导磁的非金属材料制成，并在所述非金属材料表面外加耐磨镀层。

其中，所述壳体采用坡莫合金材料、铁氧体材料或硅钢片制成，并在所述壳体上设置开口，设于所述壳体内的磁芯片与所述开口相对。

其中，所述磁芯片包括至少一个由磁感应膜形成的惠斯通电桥，每一所述惠斯通电桥对应一个输出通道。

其中，所述磁感应膜为巨磁阻薄膜、各向异性磁阻薄膜、隧穿效应磁阻薄膜、巨磁阻抗效应薄膜、霍尔效应薄膜或巨霍尔效应薄膜。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的磁调制装置，本体上设有凹部，而且凹部的四周闭合，即在凹部的四周不设开口，都有导磁材料，不仅使凹部四周的磁场分布均匀，削弱了凹部内磁场的水平分量，从而消除了磁调制装置的边际效应；而且，可以屏蔽外界磁场进入凹部，从而提高磁调制装置的抗干扰能力。

本发明提供的磁传感器，将磁芯片设于磁调制装置的凹部，由于凹部的四周都有导磁材料，屏蔽了永磁体的磁场的水平分量进入凹部，即使凹部的端部，永磁体的磁场的水平分量也可被屏蔽，从而提高了磁传感器的灵敏度，同时消除了磁传感器的边际效应，提高了磁传感器的一致性；而且，可以屏蔽环境中的磁场进入凹部，从而增强磁传感器的抗干扰能力。

附图说明

图1为本发明实施例磁传感器的截面图；

图2为本发明实施例磁传感器的分解图；

图3为本发明实施例磁调制装置的放大图；

图4a为本发明实施例磁调制装置和磁芯片装配后的俯视图；

图4b为本发明另一实施例磁调制装置和磁芯片装配后的俯视图；

图5为本发明实施例磁传感器局部分解的放大图；

图6a为本发明实施例磁调制装置的横向、纵向定义图；

图6b为本发明实施例磁调制装置的凹部内横向磁场水平分量的仿真图；

图6c为本发明实施例磁调制装置的凹部内纵向磁场水平分量的仿真图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的磁调制装置和磁传感器进行详细描述。

如图1和图2所示，磁传感器包括磁芯片1、永磁体2、磁调制装置3、线路板4、壳体5以及焊针6。

其中，磁芯片1用于感应磁防伪标识的磁场。永磁体2用于预磁化弱磁防伪标识（为了提高防伪能力，在钞票里不仅设有强磁防伪标识，还设有弱磁防伪标识），以使弱磁防伪标识能够产生磁芯片1能够感应的磁场。磁调制装置3用于调节永磁体2的磁场分布，以减少永磁体2的磁场对磁芯片1的干扰。线路板4用于电连接磁芯片1的输入输出端。磁芯片1、永磁体2、磁调制装置3和线路板4设于壳体5内。焊针6与线路板4对应电连接，用以将磁芯片1的感应信号输出壳体5的外侧。

本实施例磁调制装置3包括导磁材料制作的本体31，在本体31上设有凹部32，而且，凹部32的四周闭合，即凹部32的四周都有导磁材料（也可称为导磁臂）。相对于凹部32的两个相对端设有开口的磁调制装置（在本体上设有凹槽的磁调制装置）而言，由于凹部32的四周均有导磁材料，不仅使凹部四周的磁场分布均匀，削弱了凹部32内磁场的水平分量，从而消除了磁调制装置的边际效应，提高磁芯片1的一致性，尤其是提高设有多通道的磁芯片1的一致性。而且，凹部32四周的导磁材料可以屏蔽外界磁场进入凹部，从而提高磁调制装置的抗干扰能力。

磁调制装置3可以采用一体结构，即以去除材料的形式在本体31上直接形成凹部32。然而，本实施例优选采用片状结构堆叠形成本体31，以使磁调制装置3的磁场更均匀。

更优选地，如图3所示，本体31包括第一部件31a和第二部件31b，在第一部件31a的两相对面分别设有第一凹槽311和第二凹槽312，即第一部件31a的截面形成“H”型结构。在第二部件31b的两相对端部设有分别设有朝向同侧凸出的一凸部313，即第二部件31b形成“U”形结构。将第二部件31b嵌入第一部件31a上的第二凹槽312内，而且第二部件31b的凸部313朝向第一凹槽311方向延伸，并使第二部件31b上的凸部313将第一凹槽311的两个端部闭合，从而在本体31上形成四周闭合的凹部32。不难理解，第二凹槽312的深度与第二部件31b的厚度相等，以使磁调制装置获得平整的底面，有利于磁调制装置的装配。

磁芯片1嵌于第一凹槽311内，即嵌于凹部31内。由于第一凹槽311的端部也设有导磁材料，避免了永磁体2的磁场从第一凹槽311的端部进入凹部31，从而消除了磁传感器的边际效应，提高了磁传感器的一致性；磁芯片1周围的导磁材料可以屏蔽永磁体2磁场的水平分量，降低了永磁体2对磁芯片1的影响，从而提高了磁传感器的灵敏度；同时，磁芯片1周围的导磁材料可以屏蔽环境中的磁场进入凹部，从而增强磁传感器的抗干扰能力。

在本实施例中，第一部件31a和第二部件31b均采用片状结构来堆叠。但这并不表示第一部件31a和第二部件31b只能通过片状结构来堆叠。实际上，第一部件31a和第二部件31b同样可以采用一体结构。

优选地，将凹部31的四个内拐角设置成圆角。如图4a所示，将第二部件31b的凸部313的内表面设为弧面，以使凹部31的四个内拐角成圆角。如图4b所示，将第一部件31a靠近内拐角处设置成弧面，以使凹部31的四个内拐角成圆角。

在本实施例中，线路板4采用软线路板。在线路板4上设有布线和焊盘（图中未视出），每条布线的两端均设置一焊盘。焊盘用于电连接磁芯片1的输入输出端和焊针6，借助线路板4将磁芯片1的输入输出端与焊针6对应电连接。实际上，线路板4和焊针6是磁芯片1输入输出端的延伸，其目的是为了将磁芯片1获得的信号引出壳体5。线路板4覆盖磁芯片1并与磁芯片1的输入输出端对应电连接，即线路板4从磁芯片1的顶面与磁芯片1的输入输出端对应电连接。这种线路板4与磁芯片1的电连接方式，可以利用线路板4来保护磁芯片1，可以避免装配过程中磁芯片1的损伤，而且，线路板4与磁芯片1的电连接更可靠。

本实施例磁传感器还包括支架7，如图1、图2和图5所示，支架7包括第一支架凹槽71和第二支架凹槽72，第一支架凹槽71的内轮廓与永磁体2的外形相匹配，第二支架凹槽72的内轮廓与磁调制装置3的外形相匹配，永磁体2嵌于第一支架凹槽71，磁调制装置3嵌于第二支架凹槽72。第一支架凹槽71和第二支架凹槽72有利于永磁体2和磁调制装置3的定位，从而提高磁传感器的装配效率。优选第一支架凹槽71和第二支架凹槽72上下连通，相当于第一支架凹槽71和第二支架凹槽72合并为一个凹槽，只是上下尺寸不同。这样不仅有利于加工，而且可以提高装配的效率。线路板4沿支架7的外形弯折，到达支架7的底部，焊针6在支架7的底部与线路板4对应电连接。

在本实施例中，磁芯片1包括基体和磁感应膜，磁感应膜设于基体的表面，将磁感应膜连接形成至少一个惠斯通电桥，每一惠斯通电桥对应一个输出通道。当然，可以利用磁感应膜连接成惠斯通半桥或惠斯通全桥。磁感应膜为巨磁阻薄膜、各向异性磁阻薄膜、隧穿效应磁阻薄膜、巨磁阻抗效应薄膜、霍尔效应薄膜或巨霍尔效应薄膜。

在本实施例中，壳体5采用非导磁的金属材料（如铝、铜等）制成；或者，采用非导磁的非金属材料（如塑料、环氧树脂等）制成，并在非金属材料表面外加耐磨镀层。壳体5采用坡莫合金材料、铁氧体材料或硅钢片等导磁材料制成，并在壳体5上设置开口，设于壳体5内的磁芯片2与开口相对。

图6b为磁调制装置的凹部内横向（BX）磁场水平分量的仿真结果图，图6c为磁调制装置的凹部内纵向（BY）磁场水平分量的仿真结果图。图中，横轴表示水平距离，单位毫米（mm），纵轴表示磁场的水平分量，单位特斯拉（T）。图6a为本实施例磁调制装置的横向、纵向定义图。如图6b和6c所示，在磁调制装置的凹部，横向磁场水平分量基本为零，而且一致性很好；在纵向磁场水平分量尽管不为零，但一致性同样非常优越。需要说明的是，尽管在凹部的端部磁场的水平分量相对较高，但这个区域均不大于1mm，装配时完全可以不在这个区域布置磁芯片1。

本实施例提供的磁传感器，将磁芯片设于磁调制装置的凹部，由于凹部的四周都有导磁材料，屏蔽了永磁体的磁场的水平分量进入凹部，即使凹部的端部，永磁体的磁场的水平分量也可被屏蔽，从而提高了磁传感器的灵敏度，同时消除了磁传感器的边际效应，提高了磁传感器的一致性；而且，可以屏蔽环境中的磁场进入凹部，从而增强磁传感器的抗干扰能力。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种磁调制装置，包括导磁材料制作的本体，在所述本体上设有凹部，其特征在于，所述凹部的四周闭合。 

2.根据权利要求1所述的磁调制装置，其特征在于，所述本体由片状结构堆叠而成。 

3.根据权利要求1所述的磁调制装置，其特征在于，所述本体包括第一部件和第二部件，在所述第一部件的两相对面分别设有第一凹槽和第二凹槽，在所述第二部件的两相对端分别设有朝向同侧突出的一凸部，所述第二部件嵌入所述第一部件的第二凹槽，且所述凸部向所述第一凹槽延伸，并将所述第一凹槽的端部闭合，所述第一凹槽和所述凸部形成四周闭合的所述凹部。 

4.根据权利要求3所述的磁调制装置，其特征在于，所述凹部的内拐角为圆角。 

5.一种磁传感器，包括磁芯片、永磁体、磁调制装置以及线路板，所述磁芯片用于感应磁防伪标识的磁场，所述永磁体用于预磁化弱磁防伪标识，设于所述线路板的布线与所述磁芯片的输入输出端对应电连接，所述磁调制装置用于调节所述永磁体的磁场分布，其特征在于，所述磁调制装置采用权利要求1-4任意一项所述的磁调制装置，所述磁芯片嵌置于所述磁调制装置的凹部，所述永磁体设于所述磁调制装置的与所述磁芯片的相对侧。 

6.根据权利要求5所述的磁传感器，其特征在于，所述线路板为软线路板，所述软线路板自所述磁芯片的顶面与所述磁芯片的输入输出端对应电连接。 

7.根据权利要求5所述的磁传感器，其特征在于，还包括支架，在所述支架上设有与所述永磁体的外形相配合的第一支架凹槽以及与所述磁调制装置的外形相配合的第二支架凹槽，所述第一支架凹槽与所述第二支架凹槽上下连通，所述永磁体嵌于所述第一支架凹槽，所述磁调制装置嵌于所述第二支架凹槽。 

8.根据权利要求5所述的磁传感器，其特征在于，还包括壳体和焊针，所述磁芯片、所述永磁体、所述磁调制装置和所述线路板设于所述壳体内，所述焊针与设于所述线路板的线路板焊盘对应电连接。 

9.根据权利要求8所述的磁传感器，其特征在于，所述壳体采用非导磁的金属材料制成；或者，采用非导磁的非金属材料制成，并在所述非金属材料表面外加耐磨镀层。 

10.根据权利要求8所述的磁传感器，其特征在于，所述壳体采用坡莫合金材料、铁氧体材料或硅钢片制成，并在所述壳体上设置开口，设于所述壳体内的磁芯片与所述开口相对。 

11.根据权利要求5所述的磁传感器，其特征在于，所述磁芯片包括至少一个由磁感应膜形成的惠斯通电桥，每一所述惠斯通电桥对应一个输出通道。 

12.根据权利要求11所述的磁传感器，其特征在于，所述磁感应膜为巨磁阻薄膜、各向异性磁阻薄膜、隧穿效应磁阻薄膜、巨磁阻抗效应薄膜、霍尔效应薄膜或巨霍尔效应薄膜。