CN105319518B - 磁场测量装置 - Google Patents

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Abstract

磁场测量装置具有：第一半导体主体，具有在第一x‑y平面中构成的表面，第一半导体主体在该表面上具有两个相互间隔开的磁场传感器，磁场传感器分别测量磁场的z分量，x方向和y方向和z方向分别相互正交地构成；第一磁体，具有在第二x‑y平面中构成的平的主延伸面，沿着该主延伸面在第一磁体的对称面上，磁化的方向从北极变换成南极；第一半导体主体和第一磁体相互刚性地固定；第一半导体主体相对于第一磁体在x‑y平面中平移偏移地设置，在第一x‑y平面与第二x‑y平面之间沿z方向构成的偏移小于第一磁体沿z方向构成的厚度，两个磁场传感器之一靠近北极设置，另一靠近南极设置，从而在磁场的z分量中磁场传感器构造出具有彼此相反极性的信号。

Description

磁场测量装置
技术领域
本发明涉及一种磁场测量装置。
背景技术
由文献EP 2 607 857 A2已知霍尔传感器和磁体的布置方案，其中，通过接近铁磁板在霍尔传感器中产生出霍尔电压。此外，由文献EP 0 916 074 B1、EP 1 182 461 A2、WO2009/005237 A2、EP 2 584 304 A1、DE 199 46 935 A1、US 6 917 193 B1和WO 2012/168635 A1已知用于构成磁场测量装置的不同方案。
发明内容
在该背景下，本发明的任务在于，提出一种对现有技术进一步改进的装置。
该任务通过具有本发明特征的磁场测量装置解决
按照本发明的主题提供一种磁场测量装置，该磁场测量装置具有：第一半导体主体，其具有在第一x-y平面中构成的表面，其中，第一半导体主体在该表面上具有两个相互间隔开的磁场传感器，其中，磁场传感器分别测量磁场的z分量，并且x方向和y方向和z方向分别相互正交地构成；第一磁体，其具有在第二x-y平面中构成的平的主延伸面，其中，沿着该主延伸面在磁体的对称面上，磁化的方向从北极变换成南极；第一半导体主体与第一磁体相互刚性地固定；第一半导体主体相对于第一磁体在x-y平面中平移偏移地设置，并且，在第一x-y平面与第二x-y平面之间沿z方向构成的偏移小于第一磁体沿z方向构成的厚度，并且，上述两个磁场传感器中的一个磁场传感器靠近北极设置，上述两个磁场传感器中的另一个磁场传感器靠近南极设置，从而在磁场的z分量中这些磁场传感器构造出具有彼此相反极性的信号。
应该说明，磁场测量装置优选设计为，仅仅探测到第一磁体磁场的沿z方向构成的分量。为此，第一磁体的磁场必须借助于铁磁体(特别是板)如此调制，使得磁体的磁场线从x-y平面中的静止位置至少部分沿z方向偏移。优选的是，磁场的沿z方向出现的分量借助于沿z方向间隔开的铁磁板引起。此外优选地，在没有沿z方向间隔开的铁磁板的情况下没有或者基本上没有构成第一磁体的磁场的z分量。此外应说明，在附加铁磁体的情况下使得测量装置进一步改进成磁场测量系统。不言而喻，磁场线从x-y平面通过铁磁体偏转的大小在沿z方向间距小的情况下显著大于较大间距的情况。
按照本发明的装置的优点在于，只要磁场中的z分量通过磁场线从x-y平面中的静止位置偏移而出现，磁场测量装置借助于两个相互间隔开的磁场传感器和借助于对于磁体而言特定的位置使得信号行程加倍。为此，求取到上述两个信号的差值。此外，恒定场的偏置可以通过差值测量来尽可能地抑制。
在一种改进方案中，第一磁体具有方体的构型，该方体的构型具有两个在x-z平面中的侧面以及两个在y-z平面中构成为极面的端面。
在一种实施形式中，上述两个磁场传感器沿x方向间隔开，其中，通过上述两个磁场传感器的连接直线基本上或者精确地与第一磁体的对称面正交地设置。换言之，半导体主体的边缘与磁化方向平行或者至少基本上平行地设置。
优选地，磁场传感器的x-y平面设置在第一磁体的厚度一半上，或者换言之，沿z方向如此调整该半导体主体，使得磁场传感器的x-y平面设置在磁体的中间。
有利地，沿x方向，第一半导体主体的方向基本上或者精确地与第一磁体的延伸尺寸等大或者说相同长度。
优选地，第一半导体主体和第一磁体在x-y平面中分别具有四角的形状，其中，第一磁体和第一半导体主体沿y方向具有小于10毫米、优选小于2毫米的间距。
研究表明有利的是，上述两个磁场传感器在第一x-y平面中或附近构成霍尔板。霍尔板由此仅仅对于第一磁体的磁场的z分量是灵敏的。
在另一实施形式中，设有与第一半导体主体一致地构成的第二半导体主体。优选地，上述两个半导体主体在相同的x-y平面中如此设置，使得通过通过所述第一半导体主体和所述第二半导体主体的磁场传感器的两个连接直线相互基本上或者精确地平行，并且，特别是以到磁体相同的间距对称地设置。
在另一改进方案中，设有第二磁体，其中，第一半导体主体设置在上述两个磁体之间。有利的是，由此提高在磁场线从静止位置偏移时通过上述两个磁场传感器的磁通密度。优选地，上述两个磁体的主延伸面构成在相同的x-y平面中。
有利的是，在相应的半导体主体的表面上构造有集成式电路，其中，所述集成式电路与相应的磁场传感器处于电的作用连接。
附图说明
以下参照附图进一步阐明本发明。在此，相同部件以相同附图标表示。这些所示出的实施形式是高度示意性，也就是说，间距以及横向和垂直的延伸尺寸不是按照比例，并且，只要没有专门进行说明相互间也不具有可推导的几何关系。出于清晰的原因，在图1至4中分别示出笛卡尔坐标系。附图示出：
图1：按照本发明的第一实施形式的横截面图；
图2：图1中示出的实施形式旋转九十度的横截面视图；
图3：具有两个半导体主体的另一实施形式；
图4：具有两个磁体的另一实施形式；
图5：在x-y平面中磁场线从静止位置的偏移；
图6：磁通密度根据铁磁板与磁体的间距的变化。
具体实施方式
图1的视图示出具有第一半导体主体20的磁场测量装置10的按照本发明的第一实施形式的横截面视图。第一半导体主体20具有构造在第一x-y平面中的表面，其中，第一半导体主体20在表面上具有两个相互间隔开的磁场传感器30和40。磁场传感器30和40分别构造为霍尔板并且分别仅仅测量第一磁体50的磁场的z分量。上述两个磁场传感器30和40在此在第一x-y平面附近构成。
第一磁体50具有构造在第二x-y平面中的平的主延伸面55，其中，沿着主延伸面55在第一磁体50的对称面58上，磁化的方向从北极N变换成南极S。第一半导体主体20和第一磁体50相互刚性地固定。第一磁体50具有方体的构型，其具有两个在x-z平面中设置的侧面以及两个在y-z平面中构造为极面的端面。
在此，上述两个磁场传感器中的一个磁场传感器30靠近北极N设置，上述两个磁场传感器中的另一个磁场传感器40靠近南极S设置，从而在第一磁体50的磁场出现z分量的情况下磁场传感器30和40分别构造出具有彼此相反极性的信号，在此为霍尔电压。
上述两个磁场传感器30和40沿x方向相互间隔开。通过上述两个磁场传感器30和40的连接直线基本上或者精确地与第一磁体50的对称面58正交地设置。在此证实有利的是，沿x方向，第一半导体主体20的长度基本上或者精确地与第一磁体50的延伸长度相等。
优选地，第一半导体主体20和第一磁体50设置在未示出的金属载体(也称为铅框)上。
第一半导体主体20参照第一磁体50在x-y平面中平移偏移地设置。在此优选地，在第一x-y平面与第二x-y平面之间沿z方向所构成的偏移小于第一磁体沿z方向所构成的厚度。优选地，磁场传感器的x-y平面设置在第一磁体50的厚度一半上。
沿z方向设置与第一磁体50间隔开的铁磁板60。铁磁板60优选地实施成软磁的并且也可以称为靶(Target)。靶的位置如借助于箭头62所示那样至少沿z方向可变。不言而喻，出于清晰的原因所未示出的磁场线沿z轴的方向基于靶偏转。在图6中详细示出通过上述两个霍尔板的偏转(或者说磁通变化)的强度与距离的关系。
图2示出按照图1中所示出的实施形式旋转九十度的横截面视图。在下文中仅仅阐明与图1的视图的区别。在此证实，第一半导体主体20和第一磁体50在x-y平面中分别具有四角形的形状。第一磁体50和第一半导体主体20沿y方向间隔开。优选地，沿y方向的间距实施为小于2毫米。
图3的视图示出具有第一半导体主体20和沿y方向间隔开的第二半导体主体70的另一实施形式。在下文中仅仅阐明与前述附图的视图的区别。在上述两个半导体主体20与70之间设有第一磁体50。第二半导体主体70与第一半导体主体20一致地构成。上述两个半导体主体20和70在相同的x-y平面中如此设置，使得通过相应的磁场传感器的上述两个连接直线相互基本上或者精确地平行。值得期望的是，磁体与磁场传感器之间沿y方向的间距尽可能相同。
图4的视图示出了具有第一磁体50和沿y方向间隔开的第二磁体80的另一实施形式。在下文中仅仅阐明与前述附图的视图的区别。在上述两个磁体50与80之间设有第一半导体主体20。第二磁体80与第一磁体50一致地构成。上述两个磁体50和80在相同的x-y平面中如此设置，使得磁体50和80的侧面相互平行地设置。值得期望的是，在上述两个磁体50与80之间沿y方向的间距尽可能相同。
在图5的视图中示出了磁场线从构成为静止位置的x-y平面偏移。在静止位置中，第一磁体50和/或第二磁体80的磁场线穿过上述两个霍尔传感器30和40。只要靶从z方向接近，那么磁场线在z方向上偏移并且反之亦然。相应地适用于从z方向接近的靶。在没有沿z方向间隔开的铁磁板的情况下，在此不存在磁场的z分量。霍尔传感器30和40测量磁场的z分量。
在图6的视图中示出磁通密度ΔΦM根据靶与第一磁体50和/或第二磁体80之间的间距DTM的非正比变化。以下仅仅阐明与前述附图的视图的区别。在此证实，磁通密度ΔΦM在间距DTM小的情况下非常强地变化，而在间距DTM大的情况下非常微小地变化。

Claims (12)

1.一种磁场测量装置(10)，具有：
-第一半导体主体(20)，其具有在第一x-y平面中构成的表面，其中，所述第一半导体主体(20)在所述表面上具有两个相互间隔开的磁场传感器(30、40)，所述磁场传感器(30、40)分别测量磁场的z分量，并且，x方向和y方向和z方向分别相互正交地构成；以及
-第一磁体(50)，其具有在第二x-y平面中构成的平的主延伸面，其中，沿着该主延伸面在所述第一磁体(50)的对称面(58)上，磁化的方向从北极(N)变换成南极(S)；以及
-所述第一半导体主体(20)和所述第一磁体(50)相互刚性地固定；以及
-所述第一半导体主体(20)相对于所述第一磁体(50)在x-y平面中平移偏移地设置，并且，在第一x-y平面与第二x-y平面之间沿z方向所构成的偏移小于所述第一磁体(50)沿z方向所构成的厚度，
其特征在于，
-上述两个磁场传感器中的第一磁场传感器(30)靠近北极(N)设置，上述两个磁场传感器中的第二磁场传感器(40)靠近南极(S)设置，从而在所述第一磁体(50)的磁场的z分量中所述两个磁场传感器(30、40)构造出具有彼此相反极性的信号，
-所述两个磁场传感器(30、40)的x-y平面设置在所述第一磁体(50)的厚度一半上。
2.根据权利要求1所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，所述第一磁体(50)具有：方体的构型、两个在x-z平面中的侧面、两个在y-z平面中构成为极面的端面。
3.根据权利要求1或2所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，上述两个磁场传感器(30、40)沿x方向间隔开，并且，通过上述两个磁场传感器(30、40)的连接直线与所述第一磁体(50)的对称面正交地设置。
4.根据权利要求1或2所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，沿x方向，所述第一半导体主体(20)的长度与所述第一磁体(50)的延伸尺寸相等。
5.根据权利要求1或2所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，所述第一半导体主体(20)和所述第一磁体(50)在x-y平面中分别具有四角的形状，其中，所述第一磁体(50)和所述第一半导体主体(20)沿y方向具有小于2毫米的间距。
6.根据权利要求1或2所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，上述两个磁场传感器(30、40)在第一x-y平面中或附近构造成霍尔板。
7.根据权利要求1或2所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，设有与所述第一半导体主体(20)一致地构成的第二半导体主体(70)，其中，上述两个半导体主体(20、70)在相同的x-y平面中如此设置，从而通过所述第一半导体主体的两个磁场传感器(30、40)的连接直线和通过所述第二半导体主体的两个磁场传感器的连接直线相互平行，并且，通过所述第一半导体主体的两个磁场传感器(30、40)的连接直线和通过所述第二半导体主体的两个磁场传感器的连接直线之间的间距关于所述磁体对称地分布。
8.根据权利要求1或2所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，设有第二磁体(80)，并且，所述第一半导体主体(20)设置在上述两个磁体(50、80)之间。
9.根据权利要求8所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，上述两个磁体(50、80)的主延伸面构造在相同的x-y平面中。
10.根据权利要求1或2所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，在相应的半导体主体(20、70)的表面中构造有集成式电路，并且，所述集成式电路与相应的两个磁场传感器(30、40)处于电的作用连接。
11.根据权利要求1或2所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，所述磁场沿z方向出现的分量借助于沿z方向间隔开的铁磁板(60)引起。
12.根据权利要求11所述的磁场测量装置(10)，其特征在于，在没有沿z方向间隔开的铁磁板(60)的情况下不存在所述磁场的z分量。
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