CN104678331A - 磁场感测装置 - Google Patents
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Abstract
一种磁场感测装置，包含一磁通导引器、一第一方向感测单元、一第二方向感测单元，及一第三方向感测单元，第一方向感测单元、第二方向感测单元、第三方向感测单元分别包括四磁阻模块，每一磁阻模块具有一同一钉札场方向的钉札层，第一方向感测单元的四磁阻模块形成一惠斯通电桥用于感测第一方向的磁场分量，第二方向感测单元的四磁阻模块形成一惠斯通电桥用于感测第二方向的磁场分量，第三方向感测单元的四磁阻模块形成一惠斯通电桥用于感测第三方向的磁场分量，磁场感测装置感测三维空间的磁感应强度且彼此有良好的正交性。所有磁阻模块的钉札场方向皆为同一方向，制造流程简单，感测效果良好，大大降低制作成本，提升感测性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种感测装置，特别是涉及一种磁场感测装置。
背景技术
一般日常生活中，需得知方位或磁场方向时，可使用指南针来显示，但此种方法无法得知磁感应强度，也无法将磁场方向的讯息传递给电子装置加以运用。目前的一种解决方法是使用电子式的微型三轴磁阻传感器，分别感测磁场在空间中的三个正交分量，将磁场在三维空间中的强度与方向的讯息传递给其它电子装置加以运用，定义所述正交分量的方向分别为一第一方向、一第二方向，及一第三方向。
该三轴磁阻传感器是利用一磁通导引器将平行该第三方向的磁场偏折至平行由该第一方向及该第二方向所形成的一平面的方向，再运用多个磁阻分别感测空间中的三个正交分量，然而，该三轴磁阻传感器需要至少两种不同方向的钉札场(pinning field)所形成的磁阻，而在同一芯片上很小的范围内要产生两种不同方向的钉札场的磁阻需要复杂的制造流程，且感测的效果也不佳，因此，不利于感测性能的提升与制作成本的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制程容易且具有良好感测效果的磁场感测装置。
本发明的磁场感测装置包含：
一磁通导引器，导引通过的磁力线在其边界产生一垂直分量；及
一第一方向感测单元，包括：
串接于一驱动电源与一地电源间的一第一磁阻模块及一第二磁阻模块，且该第一磁阻模块及该第二磁阻模块具有产生一第一输出电压的一第一共同节点；
串接于该驱动电源与该地电源间的一第三磁阻模块及一第四磁阻模块，且该第三磁阻模块及该第四磁阻模块具有产生一第二输出电压的一第二共同节点；
该四磁阻模块分别具有一形成一钉札场方向的钉札层，及一随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，该四磁阻模块皆朝向同一钉札场方向且间隔设置于该磁通导引器周围，当该四磁阻模块的电阻随着通过的磁场分量而改变，来据以产生该第一输出电压及该第二输出电压间的差值，并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向，且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
本发明的磁场感测装置，该钉札场方向平行一第二方向且垂直一第一方向，一第三方向垂直该第一方向与该第二方向，该第一方向感测单元的四磁阻模块设置平行于该第一方向与该第二方向形成的平面，且所述磁阻模块分别邻近该第一方向与该第三方向形成的平面及该第二方向与该第三方向形成的平面，分别相切该磁通导引器并成角度形成的矩形的四个边角。
本发明的磁场感测装置，该第一磁阻模块电连接于该驱动电源与该第一共同节点间，该第二磁阻模块电连接于该第一共同节点与该地电源间，该第三磁阻模块电连接于该驱动电源与该第二共同节点间，该第四磁阻模块电连接于该第二共同节点与该地电源间。
本发明的磁场感测装置，该第一磁阻模块电连接于该地电源与该第一共同节点间，该第二磁阻模块电连接于该第一共同节点与该驱动电源间，该第三磁阻模块电连接于该驱动电源与该第二共同节点间，该第四磁阻模块电连接于该第二共同节点与该地电源间。
本发明的磁场感测装置，该第一方向感测单元的所述磁阻模块设置于该磁通导引器的上方。
本发明的磁场感测装置，该第一方向感测单元的所述磁阻模块设置于该磁通导引器的下方。
本发明的磁场感测装置，还包含一第二方向感测单元，该第二方向感测单元包括一串接于该驱动电源的第一磁阻模块、一串接该第一磁阻模块与该地电源间的第二磁阻模块、一串接于该驱动电源的第三磁阻模块，及一串接于该第三磁阻模块与地电源间的第四磁阻模块，该第二方向感测单元的第一磁阻模块及第二磁阻模块具有产生一第三输出电压的一第三共同节点，该第二方向感测单元的第三磁阻模块及该第四磁阻模块具有产生一第四输出电压的一第四共同节点，该第二方向感测单元的四磁阻模块分别具有一形成一钉札场方向的钉札层，及一随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，该第二方向感测单元的四磁阻模块的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元的所述磁阻模块的钉札场方向同向，该第二方向感测单元的第一磁阻模块和该第四磁阻模块分别沿着该钉札场方向位于该磁通导引器的相反两侧，该第二方向感测单元的第二磁阻模块和该第三磁阻模块分别位于该磁通导引器下方且贴近该磁通导引器，当该第二方向感测单元中四磁阻模块的电阻随着通过的磁场分量而改变，来据以产生该第三输出电压及该第四输出电压间的差值，并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向，且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
本发明的磁场感测装置，还包含一磁性薄膜及一第二方向感测单元，该第二方向感测单元包括一串接于该驱动电源的第一磁阻模块、一串接该第一磁阻模块与该地电源间的第二磁阻模块、一串接于该驱动电源的第三磁阻模块，及一串接于该第三磁阻模块与该地电源间的第四磁阻模块，该第二方向感测单元的第一磁阻模块及该第二磁阻模块具有产生一第三输出电压的一第三共同节点，该第二方向感测单元的第三磁阻模块及第四磁阻模块具有产生一第四输出电压的一第四共同节点，该第二方向感测单元的四磁阻模块分别具有一形成一钉札场方向的钉札层，及一随着平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，该第二方向感测单元的四磁阻模块的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元的所述磁阻模块的钉札场方向同向，该磁性薄膜覆盖在该第二磁阻模块及该第三磁阻模块上，当该第二方向感测单元中四磁阻模块的电阻随着通过的磁场分量而改变，来据以产生该第三输出电压及该第四输出电压间的差值，并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向，且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
本发明的磁场感测装置，还包含一第三方向感测单元，该第三方向感测单元包括串接于该驱动电源与该地电源间的一第一磁阻模块及一第二磁阻模块，及串接于该驱动电源与该地电源间的一第三磁阻模块及一第四磁阻模块，该第三方向感测单元的第一磁阻模块及第二磁阻模块具有产生一第五输出电压的一第五共同节点，该第三方向感测单元的第三磁阻模块及第四磁阻模块具有产生一第六输出电压的一第六共同节点，该第三方向感测单元的四磁阻模块分别具有一形成一钉札场方向的钉札层，及一随着平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，该第三方向感测单元的四磁阻模块的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元的所述磁阻模块的钉札场方向同向，并分别两两沿着该钉札场方向位于该磁通导引器的相反两侧，且位于该磁通导引器上方或下方，当该第三方向感测单元中四磁阻模块的电阻，随着通过的磁场分量而改变，来据以产生该第五输出电压及该第六输出电压间的差值，并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向，且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
本发明的磁场感测装置，还包含一第三方向感测单元，该第三方向感测单元包括串接于该驱动电源与该地电源间的一第一磁阻模块及一第二磁阻模块，及串接于该驱动电源与该地电源间的一第三磁阻模块及一第四磁阻模块，该第三方向感测单元的第一磁阻模块及第二磁阻模块具有产生一第五输出电压的一第五共同节点，该第三方向感测单元的第三磁阻模块及第四磁阻模块具有产生一第六输出电压的一第六共同节点，该第三方向感测单元的四磁阻模块分别具有一形成一钉札场方向的钉札层，及一随着平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，该第三方向感测单元的四磁阻模块的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元的所述磁阻模块的钉札场方向同向，并分别两两沿着该钉札场方向位于该磁通导引器的相反两侧，且位于该磁通导引器上方或下方，当该第三方向感测单元中四磁阻模块的电阻，随着通过的磁场分量而改变，来据以产生该第五输出电压及该第六输出电压间的差值，并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向，且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
本发明的有益效果在于：通过该磁通导引器导引三维空间的磁力线，使磁场经过该第一方向感测单元、该第二方向感测单元，及该第三方向感测单元产生电压差值，以感测三维空间的磁感应强度及方向，且彼此有良好的正交性，不会互相干扰，又所述感测单元的所述磁阻模块的钉札场方向皆为同一方向，故本发明确实具有降低制作成本的功效，所以确实能达成本发明的目的。
附图说明
本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：
图1是一立体图，说明本发明磁场感测装置的一第一较佳实施例；
图2是一电路图，说明该第一较佳实施例感测平行一第一方向的磁场；
图3是一电路图，说明该第一较佳实施例感测平行一第三方向的磁场；
图4是一立体图，说明本发明磁场感测装置的一第二较佳实施例；
图5是一电路图，说明该第二较佳实施例感测平行一第二方向的磁场；
图6是一立体图，说明本发明磁场感测装置的一第三较佳实施例；
图7是一立体图，说明本发明磁场感测装置的一第四较佳实施例；及
图8是一电路图，说明该第四较佳实施例感测平行一第三方向的磁场。
具体实施方式
在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示的。
参阅图1，本发明磁场感测装置的一第一较佳实施例包含一磁通导引器1，及一第一方向感测单元2。
在三维空间中，定义一第一方向、一垂直该第一方向的第二方向，及一垂直该第一方向与该第二方向的第三方向，为方便说明，以X方向、Y方向，及Z方向分别表示该第一方向、该第二方向，及该第三方向。
该磁通导引器1导引通过的磁力线在其边界产生一垂直分量，因而改变磁力线方向形成例如集中或偏折，将在下文中进一步说明。在本例中，该磁通导引器1呈长方体，且该长方体的长边平行X方向，宽边平行Y方向，高度边长平行Z方向。
该第一方向感测单元2包括一第一磁阻模块X1、一第二磁阻模块X2、一第三磁阻模块X3，及一第四磁阻模块X4，所述磁阻模块X分别具有一形成一钉札场方向(如图1的箭头所指方向)的钉札层21，及一随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，即当通过所述磁阻模块X的磁场分量与该钉札场同向时，电阻变小；当通过所述磁阻模块X的磁场分量与该钉札场反向时，电阻变大，所述磁阻模块X的钉札场皆朝向同一方向，在此为朝向Y方向，所述磁阻模块X分别平行于X方向与Y方向形成的平面并位于该磁通导引器1的下方，且设置在邻近于X方向与Z方向形成的平面，及Y方向与Z方向形成的平面分别相切该磁通导引器1并成角度形成的矩形的四个边角，即邻近二长边与二宽边成角度的四个边角位置处，在此，该四磁阻模块X以俯视顺时针方向分别为X1、X2、X4、X3，且其所对应的电阻分别以符号Rx1、Rx2、Rx4、Rx3作说明。另要补充说明的是，所述磁组模块X可以是巨磁阻，或穿隧磁阻其中任一，或是，每一磁阻模块X也可由多数巨磁阻或穿隧磁阻串联或并联形成，以增加每一磁阻模块X的电阻值Rx对磁场响应的强健性及良率。
配合参阅图2，当该第一方向感测单元2接收一驱动电源Vcc时，用于感测X方向及/或Z方向的磁感应强度。当该第一磁阻模块X1电连接于该驱动电源Vcc、该第二磁阻模块X2串接该第一磁阻模块X1与一地电源、该第三磁阻模块X3电连接于该驱动电源Vcc、该第四磁阻模块X4串接该第三磁阻模块X3与该地电源，该第一磁阻模块X1及该第二磁阻模块X2具有产生一第一输出电压Vxa的一第一共同节点，该第三磁阻模块X3及该第四磁阻模块X4具有产生一第二输出电压Vxb的一第二共同节点，而成如图2所示的惠斯通电桥时，可用于感测平行X方向的磁感应强度。此时，朝向X方向的磁场Bx其磁力线通过该磁通导引器1时，在该第一磁阻模块X1、该第四磁阻模块X4分别产生Y方向的垂直分量而使其电阻值Rx1和Rx4下降，在该第二磁阻模块X2、该第三磁阻模块X3分别产生-Y方向的垂直分量而使其电阻值Rx2和Rx3上升，因此，在该第一输出电压Vxa的电压会大于该第二输出电压Vxb的电压，该第一输出电压Vxa减该第二输出电压Vxb的差值大于零，该差值的大小正比于X方向的磁感应强度，进而可据以判断朝向X方向的磁场大小。
类似的，朝向-X方向的磁场-Bx其磁力线通过该磁通导引器1时，在该第一磁阻模块X1、该第四磁阻模块X4分别产生-Y方向的垂直分量而使其电阻值Rx1和Rx4上升，在该第二磁阻模块X2、该第三磁阻模块X3分别产生Y方向的垂直分量而使其电阻值Rx2和Rx3下降，因此，在该第一输出电压Vxa的电压会小于该第二输出电压Vxb的电压，该第一输出电压Vxa减该第二输出电压Vxb的差值小于零，该差值的大小正比于-X方向的磁感应强度，进而可据以判断朝向-X方向的磁场大小。
要特别说明的是，当该第一方向感测单元2用于感测平行X方向的磁场大小时，朝向Y方向的磁场By其磁力线仍会通过该磁通导引器1而在该第一磁阻模块X1、该第二磁阻模块X2、该第三磁阻模块X3，及该第四磁阻模块X4分别产生Y方向的分量，进而使其电阻值Rx1、Rx2、Rx3，及Rx4同时下降，所以而在该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压，同样的，朝向-Y方向的磁场By其磁力线通过该磁通导引器1时，也会使该第一输出电压Vxa的电压等于该第二输出电压Vxb的电压，也因此，平行Y方向的磁场并不会对该第一方向感测单元2造成影响。
当朝向Z方向的磁场Bz其磁力线通过该磁通导引器1时，在该第一磁阻模块X1、该第三磁阻模块X3分别产生-Y方向的垂直分量而使其电阻值Rx1和Rx3上升，在该第二磁阻模块X2、该第四磁阻模块X4分别产生Y方向的垂直分量而使其电阻值Rx2和Rx4下降，所以在该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压，同样的，朝向-Z方向的磁场-Bz其磁力线通过该磁通导引器1，在该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压，也因此，平行Z方向的磁场不会对该第一方向感测单元2造成影响。所以，当以本发明电磁感测装置的第一较佳实施例感测平行X方向的磁场时，对于沿Y方向和Z方向的磁场有良好的正交性。
配合参阅图3，当该第一磁阻模块X1电连接于该地电源、该第二磁阻模块X2串接该第一磁阻模块X1与该驱动电源Vcc、该第三磁阻模块X3电连接于该驱动电源Vcc、该第四磁阻模块X4串接该第三磁阻模块X3与该地电源，而成如图3所示的惠斯通电桥时，可用于感测平行Z方向的磁感应强度。此时，朝向Z方向的磁场Bz其磁力线通过该磁通导引器1时，在该第一磁阻模块X1、该第三磁阻模块X3分别产生-Y方向的垂直分量使其电阻值Rx1和Rx3上升，在该第二磁阻模块X2、该第四磁阻模块X4分别产生Y方向的垂直分量使其电阻值Rx2和Rx4下降，因此，在该第一输出电压Vxa的电压会大于该第二输出电压Vxb的电压，该第一输出电压Vxa减该第二输出电压Vxb的差值大于零，该差值的大小正比于Z方向的磁感应强度，进而可据以判断朝向Z方向的磁场大小；类似的，当朝向-Z方向的磁场-Bz其磁力线通过该磁通导引器1时，在该第一磁阻模块X1、该第三磁阻模块X3分别产生Y方向的垂直分量使其电阻值Rx1和Rx3下降，在该第二磁阻模块X2、该第四磁阻模块X4分别产生-Y方向的垂直分量使其电阻值Rx2和Rx4上升，因此，在该第一输出电压Vxa的电压会小于该第二输出电压Vxb的电压，该第一输出电压Vxa减该第二输出电压Vxb的差值小于零，该差值的大小正比于-Z方向的磁感应强度，进而可据以判断朝向-Z方向的磁场大小。
要特别说明的是，当该第一方向感测单元2用于感测平行Z方向的磁场大小时，朝向X方向的磁场Bx其磁力线通过该磁通导引器1，在该第一磁阻模块X1、该第四磁阻模块X4分别产生Y方向的垂直分量，使其电阻值Rx1和Rx4下降；在该第二磁阻模块X2、该第三磁阻模块X3分别产生-Y方向的垂直分量，使其电阻值Rx2和Rx3上升，则在该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压。同样的，朝向-X方向的磁场-Bx其磁力线通过该磁通导引器1，在该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压。因此，平行X方向的磁场不会对该第一方向感测单元2造成影响。
朝向Y方向的磁场By其磁力线通过该磁通导引器1，在该第一磁阻模块X1、该第二磁阻模块X2、该第三磁阻模块X3，及该第四磁阻模块X4分别产生Y方向的分量，使其电阻值Rx1、Rx2、Rx3，及Rx4同时下降，则在该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压。同样的，朝向-Y方向的磁场-By其磁力线通过该磁通导引器1，在该第一输出电压Vxa的电压会等于该第二输出电压Vxb的电压。因此，平行Y方向的磁场不会对该第一方向感测单元2造成影响。所以，当以本发明磁场感测装置的第一较佳实施例感测平行Z方向的磁场时，对于沿X方向和Y方向的磁场有良好的正交性。
需要补充说明的是，当该第一较佳实施例用于感测平行X方向的磁场分量时，所述四磁阻模块X也可以对应设置于该磁通导引器1的上方，或该磁通导引器1沿Z方向的顶面和底面间，皆可感测到平行X方向的磁场分量；当该第一较佳实施例用于感测平行X方向及Z方向的磁场分量时，所述四磁阻模块X也可以对应设置于该磁通导引器1的上方，以同时感测平行X方向和Z方向的磁场分量。
上述的磁阻模块X是由多层薄膜材料构成，薄膜制作可采用物理或化学气相沈积法于例如硅基材或其他功能类似的基材上。而设定所述磁阻模块X的钉札层21磁化方向，是在薄膜成长时在高温(约200℃)下施加均匀的强磁场，然后在磁场下冷却使钉札场方向固定。此方法相较于过去设定两个以上钉札场方向的方法，不但程序简单，且能提升所述磁阻模块X的性能并降低制作成本。
该磁通导引器1的制程可采取以下其中一方法实行：
第一、贴合切割：将低磁滞的软磁材料切割为该磁通导引器1，再与配置的所述磁阻模块X的芯片对准贴合。
第二、向上成长：在配置所述磁阻模块X的芯片上，以化学镀膜或电镀成长肥粒铁(ferrite)或镍铁合金(NiFe)等低磁滞软磁材料，达厚度约20μm以上，再以厚光阻为模具使该磁通导引器1成形。
第三、向下成长：在配置所述磁阻模块X的芯片上，以微影制程形成光阻与二氧化硅的屏蔽，再利用深反应式蚀刻(DRIE)做出深度超过20μm的孔洞，最后以化学镀膜、电镀、或溅镀来成长肥粒铁(ferrite)或镍铁合金(NiFe)等低磁滞软磁材料，使该磁通导引器1成形。
参阅图4，本发明磁场感测装置的一第二较佳实施例，与该第一较佳实施例类似，不同处在于该第二较佳实施例还包含一第二方向感测单元3，用于感测X方向、Y方向及Z方向的磁感应强度。
该第二方向感测单元3包括一第一磁阻模块Y1、一第二磁阻模块Y2、一第三磁阻模块Y3，及一第四磁阻模块Y4，所述磁阻模块Y分别具有一形成一钉札场方向(如图4的箭头所指方向)的钉札层31，及一随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，所述磁阻模块Y的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元2的所述磁阻模块X的钉札场方向相同的方向，在此为朝向Y方向，该第一磁阻模块Y1和该第四磁阻模块Y4分别沿着Y方向位于该磁通导引器1的下方相反两侧，并分别与二长边保持一间距，其所对应的电阻分别以Ry1和Ry4作说明，该第二磁阻模块Y2和该第三磁阻模块Y3分别位于该磁通导引器1下方且贴近该磁通导引器1，并以Z方向向该磁通导引器1投影，完全落入该磁通导引器1内，则该第二磁阻模块Y2、该第三磁阻模块Y3因受该磁通导引器1的遮盖产生屏蔽作用而不受磁力线影响，其所对应的电阻分别以Ry2和Ry3作说明。
配合参阅图5，当该第一磁阻模块Y1电连接于该驱动电源Vcc、该第二磁阻模块Y2串接该第一磁阻模块Y1与该地电源、该第三磁阻模块Y3电连接于该驱动电源Vcc、该第四磁阻模块Y4串接该第三磁阻模块Y3与该地电源，该第一磁阻模块Y1及该第二磁阻模块Y2具有产生一第三输出电压Vya的一第三共同节点，该第三磁阻模块Y3及该第四磁阻模块Y4具有产生一第四输出电压Vyb的一第四共同节点，而成如图5所示的惠斯通电桥时，可用于感测平行Y方向的磁感应强度。此时，朝向Y方向的磁场By其磁力线通过该磁通导引器1时，在该第一磁阻模块Y1、该第四磁阻模块Y4分别增强Y方向的分量而使其电阻值Ry1和Ry4下降，在该第二磁阻模块Y2、该第三磁阻模块Y3因受该磁通导引器1的屏蔽作用，分别降低Y方向的分量而使其电阻值Rx2和Rx3仅略微下降。因此，在该第三输出电压Vya的电压会大于该第四输出电压Vyb的电压，该第三输出电压Vya减该第四输出电压Vyb的差值大于零，该差值的大小正比于Y方向的磁感应强度，进而可据以判断朝向Y方向的磁场大小。
类似的，朝向-Y方向的磁场-By其磁力线通过该磁通导引器1时，在该第一磁阻模块Y1、该第四磁阻模块Y4分别增强-Y方向的分量而使其电阻值Ry1和Ry4上升，在该第二磁阻模块Y2、该第三磁阻模块Y3因受该磁通导引器1的屏蔽作用，分别降低-Y方向的分量而使其电阻值Ry2和Ry3仅略微上升，因此，在该第三输出电压Vya的电压会小于该第四输出电压Vyb的电压，该第三输出电压Vya减该第四输出电压Vyb的差值小于零，该差值的大小正比于-Y方向的磁感应强度，进而可据以判断朝向-Y方向的磁场大小。
要特别说明的是，当该第二方向感测单元3用于感测平行Y方向的磁场大小时，朝向X方向的磁场Bx其磁力线通过该磁通导引器1而在该第一磁阻模块Y1、该第二磁阻模块Y2、该第三磁阻模块Y3，及该第四磁阻模块Y4皆不会产生Y方向的分量，进而使其电阻值Ry1、Ry2、Ry3，及Ry4皆不改变，所以而在该第三输出电压Vya的电压会等于该第四输出电压Vyb的电压，同样的，朝向-X方向的磁场-Bx其磁力线通过该磁通导引器时，也会使得在该第三输出电压Vya的电压会等于该第四输出电压Vyb的电压，也因此，平行X方向的磁场并不会对该第二方向感测单元3造成影响。
当朝向Z方向的磁场Bz其磁力线通过该磁通导引器1，因该第一磁阻模块Y1、该第四磁阻模块Y4分别与二长边保持该间距，则在该第一磁阻模块Y1、该第四磁阻模块Y4不会产生Y方向的分量，而使其电阻值Ry1和Ry4不变；在该第二磁阻模块Y2、该第三磁阻模块Y3也不会产生Y方向的分量，而使其电阻值Ry2和Ry3不变，则该第三输出电压Vya的电压会等于该第四输出电压Vyb的电压。同样的，朝向-Z方向的磁场-Bz其磁力线通过该磁通导引器1，在该第三输出电压Vya的电压会等于该第四输出电压Vyb的电压。因此，平行Z方向的磁场不会对该第二方向感测单元3造成影响。所以，当以本发明磁场感测装置的第二较佳实施例感测平行Y方向的磁场时，对于沿X方向和Z方向的磁场有良好的正交性。
需再补充说明的是，该第一磁阻模块Y1、该第四磁阻模块Y4也可以对应设置于该磁通导引器1的上方，或该磁通导引器1沿Z方向的顶面和底面间。当该第一磁阻模块Y1、该第四磁阻模块Y4设置于该磁通导引器1的上方或下方时，因使平行Z方向的磁力线不会对该第一磁阻模块Y1和该第四磁阻模块Y4产生平行Y方向的分量，所以该第一磁阻模块Y1和该第四磁阻模块Y4分别与该磁通导引器1在平行Y方向保持该间距，若该间距足够大，可使平行Z方向的磁场其磁力线不会在该第一磁阻模块Y1和该第四磁阻模块Y4产生平行Y方向的磁场分量，以抑制对其电阻值Ry1及Ry4的影响，但该间距小时，可提高该磁通导引器1对平行Y方向磁场的磁通放大率，而对于平行Y方向的磁场分量有较佳的感测能力，因此该第二方向感测单元3用于感测平行Y方向的磁场分量时，需注意该第一磁阻模块Y1和该第四磁阻模块Y4与该磁通导引器1保持适当的间距。若当该第一磁阻模块Y1和该第四磁阻模块Y4设置于该磁通导引器1沿Z方向的顶面和底面间，则该第一磁阻模块Y1和该第四磁阻模块Y4不需与该磁通导引器1在平行Y方向保持适当间距，因平行Z方向的磁场分量不会造成影响。
参阅图6，本发明磁场感测装置的一第三较佳实施例与该第二较佳实施例类似，不同处在于该第三较佳实施例还包含一磁性薄膜5，则该第二方向感测单元3不需设置在该磁通导引器1周边，可使用该磁性薄膜5覆盖在该第二磁阻模块Y2和该第三磁阻模块Y3上，即可达到屏蔽作用，且该第一磁阻模块Y1和该第四磁阻模块Y4不需再考虑需与该磁通导引器1或该磁性薄膜5保持适当间距的问题，并该磁性薄膜5也有提高该第一磁阻模块Y1、该第四磁阻模块Y4对平行Y方向磁场的磁通放大率的能力，则可达成与该第二较佳实施例同样的效果。
参阅图7，本发明磁场感测装置的一第四较佳实施例与该第二较佳实施例类似，不同处在于，该第四较佳实施例还包含一第三方向感测单元4，用于同时感测X方向、Y方向及Z方向的磁感应强度。该第三方向感测单元4包括一第一磁阻模块Z1、一第二磁阻模块Z2、一第三磁阻模块Z3，及一第四磁阻模块Z4，所述磁阻模块Z分别具有一形成一钉札场方向(如图7的箭头所指方向)的钉札层41，及一随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，所述磁阻模块Z的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元2的所述磁阻模块X的钉札场方向相同方向，在此为朝向Y方向，所述磁阻模块Z分别两两沿着Y方向且位于该磁通导引器1的下方相反两侧，该第一磁阻模块Z1、该第四磁阻模块Z4位于该磁通导引器1同一侧，该第二磁阻模块Z2、该第三磁阻模块Z3位于该磁通导引器1另同一侧，且其所对应的电阻分别为Rz1、Rz4、Rz2、Rz3。
配合参阅图8，当该第一磁阻模块Z1电连接于该驱动电源Vcc、该第二磁阻模块Z2串接该第一磁阻模块Z1与该地电源、该第三磁阻模块Z3电连接于该驱动电源Vcc、该第四磁阻模块Z4串接该第三磁阻模块Z3与该地电源，该第一磁阻模块Z1及该第二磁阻模块Z2具有产生一第五输出电压Vza的一第五共同节点，该第三磁阻模块Z3及该第四磁阻模块Z4具有产生一第六输出电压Vzb的一第六共同节点，而成如图8所示的惠斯通电桥时，可用于感测平行Z方向的磁感应强度。则该第一方向感测单元2用于感测平行X方向的磁场，该第二方向感测单元3用于感测平行Y方向的磁场，该第三方向感测单元4用于感测平行Z方向的磁场，而不需再切换该第一方向感测单元2的电源线路，则可同时感测三维空间中的磁感应强度与方向，而增加便利性。
需要补充说明的是，该第三方向感测单元4的所述四磁阻模块Z也可以对应设置于该磁通导引器1的上方，也可感测到平行Z方向的磁力线。
综上所述，本发明磁场感测装置，通过该磁通导引器1导引三维空间的磁力线，使平行X方向的磁场经过该第一方向感测单元2形成的惠斯通电桥产生电压差值、平行Y方向的磁场经过该第二方向感测单元3形成的惠斯通电桥产生电压差值，及平行Z方向的磁场经过该第三方向感测单元4形成的惠斯通电桥产生电压差值，以感测三维空间的磁感应强度及方向，且彼此有良好的正交性，不会互相干扰，又该第一方向感测单元2的所述磁阻模块X、该第二方向感测单元3的所述磁阻模块Y，及该第三方向感测单元4的所述磁阻模块Z的钉札场方向皆为同一方向，简单的制造流程及良好的感测效果，大大降低制作成本与提升感测性能，所以确实能达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。
Claims (10)
1.一种磁场感测装置，其特征在于：该磁场感测装置包含：
一个磁通导引器，导引通过的磁力线在其边界产生一垂直分量；及
一个第一方向感测单元，包括
串接于一个驱动电源与一个地电源间的一块第一磁阻模块及一块第二磁阻模块，且该第一磁阻模块及该第二磁阻模块具有产生一个第一输出电压的一个第一共同节点，
串接于该驱动电源与该地电源间的一块第三磁阻模块及一块第四磁阻模块，且该第三磁阻模块及该第四磁阻模块具有产生一个第二输出电压的一个第二共同节点，
该四磁阻模块分别具有一层形成一钉札场方向的钉札层，及一个随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，该四磁阻模块的钉札场方向皆朝向同一方向且间隔设置于该磁通导引器周围，当该四磁阻模块的电阻随着通过的磁场分量而改变，来据以产生该第一输出电压及该第二输出电压间的一差值，并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向，且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
2.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于：该钉札场方向平行一第二方向且垂直一第一方向，一第三方向垂直该第一方向与该第二方向，该第一方向感测单元的四磁阻模块设置平行于该第一方向与该第二方向形成的平面，且所述磁阻模块分别邻近该第一方向与该第三方向形成的平面及该第二方向与该第三方向形成的平面，分别相切该磁通导引器并成角度形成的矩形的四个边角。
3.根据权利要求2所述的磁场感测装置，其特征在于：该第一磁阻模块电连接于该驱动电源与该第一共同节点间，该第二磁阻模块电连接于该第一共同节点与该地电源间，该第三磁阻模块电连接于该驱动电源与该第二共同节点间，该第四磁阻模块电连接于该第二共同节点与该地电源间。
4.根据权利要求2所述的磁场感测装置，其特征在于：该第一磁阻模块电连接于该地电源与该第一共同节点间，该第二磁阻模块电连接于该第一共同节点与该驱动电源间，该第三磁阻模块电连接于该驱动电源与该第二共同节点间，该第四磁阻模块电连接于该第二共同节点与该地电源间。
5.根据权利要求4所述的磁场感测装置，其特征在于：该第一方向感测单元的所述磁阻模块设置于该磁通导引器的上方。
6.根据权利要求4所述的磁场感测装置，其特征在于：该第一方向感测单元的所述磁阻模块设置于该磁通导引器的下方。
7.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于：还包含一个第二方向感测单元，该第二方向感测单元包括一块串接于该驱动电源的第一磁阻模块、一块串接该第一磁阻模块与该地电源间的第二磁阻模块、一块串接于该驱动电源的第三磁阻模块，及一块串接于该第三磁阻模块与地电源间的第四磁阻模块，该第二方向感测单元的第一磁阻模块及第二磁阻模块具有产生一个第三输出电压的一第三共同节点，该第二方向感测单元的第三磁阻模块及该第四磁阻模块具有产生一个第四输出电压的一第四共同节点，该第二方向感测单元的四磁阻模块分别具有一层形成一钉札场方向的钉札层，及一个随着通过平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，该第二方向感测单元的四磁阻模块的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元的所述磁阻模块的钉札场方向同向，该第二方向感测单元的第一磁阻模块和该第四磁阻模块分别沿着该钉札场方向位于该磁通导引器的相反两侧，该第二方向感测单元的第二磁阻模块和该第三磁阻模块分别位于该磁通导引器下方且贴近该磁通导引器，当该第二方向感测单元中四磁阻模块的电阻随着通过的磁场分量而改变，来据以产生该第三输出电压及该第四输出电压间的差值，并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向，且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
8.根据权利要求1所述的磁场感测装置，其特征在于：还包含一层磁性薄膜及一个第二方向感测单元，该第二方向感测单元包括一块串接于该驱动电源的第一磁阻模块、一块串接该第一磁阻模块与该地电源间的第二磁阻模块、一块串接于该驱动电源的第三磁阻模块，及一块串接于该第三磁阻模块与该地电源间的第四磁阻模块，该第二方向感测单元的第一磁阻模块及第二磁阻模块具有产生一个第三输出电压的一个第三共同节点，该第二方向感测单元的第三磁阻模块及第四磁阻模块具有产生一个第四输出电压的一个第四共同节点，该第二方向感测单元的四磁阻模块分别具有一形成一层钉札场方向的钉札层，及一个随着平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，该第二方向感测单元的四磁阻模块的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元的所述磁阻模块的钉札场方向同向，该磁性薄膜覆盖在该第二磁阻模块及该第三磁阻模块上，当该第二方向感测单元中四磁阻模块的电阻随着通过的磁场分量而改变，来据以产生该第三输出电压及该第四输出电压间的差值，并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向，且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
9.根据权利要求7所述的磁场感测装置，其特征在于：还包含一个第三方向感测单元，该第三方向感测单元包括串接于该驱动电源与该地电源间的一块第一磁阻模块及一块第二磁阻模块，及串接于该驱动电源与该地电源间的一块第三磁阻模块及一块第四磁阻模块，该第三方向感测单元的第一磁阻模块及第二磁阻模块具有产生一个第五输出电压的一个第五共同节点，该第三方向感测单元的第三磁阻模块及第四磁阻模块具有产生一个第六输出电压的一个第六共同节点，该第三方向感测单元的四磁阻模块分别具有一形成一层钉札场方向的钉札层，及一个随着平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，该第三方向感测单元的四磁阻模块的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元的所述磁阻模块的钉札场方向同向，并分别两两沿着该钉札场方向位于该磁通导引器的相反两侧，且位于该磁通导引器上方或下方，当该第三方向感测单元中四磁阻模块的电阻，随着通过的磁场分量而改变，来据以产生该第五输出电压及该第六输出电压间的差值，并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向，且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
10.根据权利要求8所述的磁场感测装置，其特征在于：还包含一个第三方向感测单元，该第三方向感测单元包括串接于该驱动电源与该地电源间的一块第一磁阻模块及一块第二磁阻模块，及串接于该驱动电源与该地电源间的一块第三磁阻模块及一块第四磁阻模块，该第三方向感测单元的第一磁阻模块及第二磁阻模块具有产生一个第五输出电压的一个第五共同节点，该第三方向感测单元的第三磁阻模块及第四磁阻模块具有产生一个第六输出电压的一个第六共同节点，该第三方向感测单元的四磁阻模块分别具有一层形成一钉札场方向的钉札层，及一个随着平行该钉札场方向的磁场分量而改变的电阻，该第三方向感测单元的四磁阻模块的钉札场方向皆朝向与该第一方向感测单元的所述磁阻模块的钉札场方向同向，并分别两两沿着该钉札场方向位于该磁通导引器的相反两侧，且位于该磁通导引器上方或下方，当该第三方向感测单元中四磁阻模块的电阻，随着通过的磁场分量而改变，来据以产生该第五输出电压及该第六输出电压间的差值，并该差值的正负相关于平行该钉札场方向的磁场方向，且该差值的大小正比于平行该钉札场方向的磁感应强度。
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