CN104808157B - 一种印制电路板正交磁通门传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种印制电路板正交磁通门传感器，采用S形软磁材料铁芯，铁芯两端通电用于产生激励磁场，用印制电路板制作骨架，感应线圈直接缠绕在骨架外部，铁芯和感应线圈通过相应焊盘引出。该正交磁通门传感器的S形铁芯结构可以方便调整铁芯直线段的数量和长度，从而调整传感器的测量范围和灵敏度；以铁芯作为激励线，简化了传感器结构和制作工艺；印制电路板骨架易于加工，成本低；感应线圈在骨架外部绕制，绕线方便，可通过增加绕制匝数提高传感器的灵敏度，降低传感器的噪声。

Description

一种印制电路板正交磁通门传感器

技术领域：

本发明涉及一种磁通门传感器，特别是涉及一种印制电路板正交磁通门传感器。

背景技术：

磁通门传感器(以下简称为磁通门)是一种综合性能很好的弱磁测量传感器，具有分辨率高、温度稳定性好和剩磁误差小的特点，其中正交磁通门结构简单，线性测量范围大，但存在灵敏度低、制造成本高的问题。

文献“国际公布号是WO2007010378的专利”公开了一种集成的正交磁通门磁场传感器。铁芯材料采用覆层的形式围绕励磁杆，激励线、铁芯和感应线圈以沉积和图案化形成的多层的方式堆积于衬底上。感应线圈采用至少两层平面螺线结构，位于铁芯覆层的纵向末端附近。通过改变激励线和铁芯覆层结构的长度调节磁通门的线性测量范围，通过增加感应线圈的层数来提高磁通门的灵敏度，通过采用集成电路电路层堆积工艺降低制造成本。

然而，文献所述的正交磁通门使用改变结构长度的方式增大测量范围，会引起磁通门灵敏度的下降；平面螺线结构的感应线圈效率不高；通过增加感应线圈层数来提高灵敏度的方法增加了制作复杂度和制造成本；使用集成电路电路层堆积工艺制作的铁芯截面积小，不利于传感器灵敏度的提高。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种易于制造、高灵敏度的正交磁通门。本发明所公开的正交磁通门铁芯使用软磁带材加工，呈由多条直线段首尾相连组成的S形结构；铁芯本身作为激励线；骨架使用印制电路板(以下简称PCB)制作，用于固定铁芯、缠绕感应线圈；感应线圈呈三维螺线管结构垂直铁芯直线段缠绕在骨架外部；铁芯和感应线圈均由设置在骨架相应位置的引线焊盘引出。

本发明所公开的正交磁通门采用软磁带材铁芯材料，性能优，加工容易；S形铁芯结构可以方便调整铁芯直线段的数量和长度，从而调整传感器的线性测量范围和灵敏度，同时有利于传感器的小型化；三维螺线管结构的感应线圈直接缠绕在铁芯直线段对应的骨架外部，绕线更加方便；采用PCB加工骨架和焊盘，易于焊接，且成本低。与现有技术中的正交磁通门相比较，铁芯和骨架的加工、感应线圈的绕制、引线焊盘的连接更加方便，制作工艺相对简单，成本低，同时传感器参数调节方便，有利于灵敏度的提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

本发明包含铁芯1、上层骨架2、下层骨架3、感应线圈4、铁芯引线焊盘5和感应线圈引线焊盘6。铁芯1采用S形结构的软磁带材，作为中间层，由上层骨架2和下层骨架3包围；上层骨架2和下层骨架3用PCB加工制作，作为整体骨架为整个结构提供支撑；感应线圈4使用三维螺线管结构直接缠绕在上下层骨架外部；铁芯1和感应线圈4分别连接至骨架上的铁芯引线焊盘5和感应线圈引线焊盘6。

所述铁芯1采用由多条直线段首尾相连组成的S形结构，其中直线段部分截面积尺寸一致；同时作为激励线，两端作为引线接口，用于连接外部电路。

所述铁芯1的直线段条数和尺寸可根据研究时不同的外部参数要求进行调整。

本发明有益的效果是：软磁带材铁芯、PCB骨架的加工工艺简单，成本低；骨架的装配，感应线圈的绕制，引线焊盘的焊接较为方便，易于实现；铁芯S形结构的直线段长度和截面积、感应线圈的匝数调节更加方便，有利于灵敏度的提高。

附图说明：

图1为本发明印制电路板正交磁通门传感器实施例1的结构示意图。

图2为图1A-A’剖面示意图。

图3为图1B-B’剖面示意图。

图4为本发明印制电路板正交磁通门传感器实施例2的结构示意图。

图5为图4A-A’剖面示意图。

图6为图4B-B’剖面示意图。

图中：1-铁芯，2-上层骨架，3-下层骨架，4-感应线圈，5-铁芯引线焊盘，6-感应线圈引线焊盘。

具体实施方式：

实施例1：参照图1-3，高灵敏度正交磁通门传感器。使用钴基非晶软磁带材加工铁芯1；用玻璃纤维环氧树脂(FR-4等级材料)PCB制作上层骨架2和下层骨架3，骨架包含引线焊盘，紧紧包覆铁芯1；用圆形聚酯漆包铜线(以下简称漆包线)作为感应线圈4，直接缠绕在铁芯直线段对应的骨架外部；铁芯1和感应线圈4两端分别焊接至骨架的相应焊盘。

具体制作过程如下：

1)加工铁芯1。采用厚度为25μm的钴基非晶软磁带材，长度为14mm，宽度为7.5mm，铁芯引线接口宽度为2mm，S形结构直线段部分的宽度为0.5mm，首尾连接部分的宽度为1mm。

2)加工上层骨架2和下层骨架3。上下层PCB厚度均为0.6mm，长宽均为17.5mm，骨架呈“工”字形结构，其中间宽度略大于铁芯1的宽度，在四个角的位置制作过孔式焊盘。在下层PCB对应铁芯部分加工铁芯凹槽，凹槽尺寸相对铁芯1留一定余量以方便铁芯1安装。

3)固定铁芯1。将铁芯1用胶水固定在下层骨架3的凹槽中，并将上层骨架2和下层骨架3粘好。

4)焊接引线焊盘。用四个插针从上层骨架2的正面分别插入铁芯引线焊盘5和感应线圈引线焊盘6中，在下层骨架3的正面焊接牢固。

5)绕制感应线圈4。选择直径为0.12mm的漆包线，去掉头部漆皮，焊接在上层骨架2左边的感应线圈引线焊盘6上。按图示方向绕线，共1000匝。绕线时，尽量排绕使其平整，绕完后，去掉尾部漆皮，焊接在上层骨架2的另一个感应线圈引线焊盘6上。

实施例2：参照图4-6，大测量范围正交磁通门传感器。使用钴基非晶软磁带材加工铁芯1；用PCB制作上层骨架2和下层骨架3，骨架包含引线焊盘，紧紧包覆铁芯1；用漆包线作为感应线圈4，直接缠绕在铁芯直线段对应的骨架外部；铁芯1和感应线圈4分别连接在骨架的相应焊盘上。

具体制作过程参考实施例1，其中铁芯S形结构直线段部分的宽度为1.5mm，感应线圈绕线匝数为2000匝。

Claims (1)

1.一种印制电路板正交磁通门传感器，其特征在于包含铁芯(1)、上层骨架(2)、下层骨架(3)、感应线圈(4)、铁芯引线焊盘(5)和感应线圈引线焊盘(6)；铁芯(1)采用S形结构的软磁带材，作为中间层，由上层骨架(2)和下层骨架(3)包围；上层骨架(2)和下层骨架(3)用PCB加工制作，作为整体骨架为整个结构提供支撑；感应线圈(4)使用三维螺线管结构直接缠绕在上下层骨架外部；铁芯(1)和感应线圈(4)分别连接至骨架上的铁芯引线焊盘(5)和感应线圈引线焊盘(6)；铁芯(1)采用由多条直线段首尾相连组成的S形结构，其中直线段部分截面积尺寸一致；铁芯(1)同时作为激励线，两端作为引线接口，用于连接外部电路。