CN118031777A - 磁感测装置和磁感测方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种磁感测装置和磁感测方法，所述磁感测装置包括：基板，具有支撑表面，其上沿运动方向连续排布配置有第一感测区域、第三感测区域、第二感测区域，所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域在所述运动方向上分别具有第一中线、第二中线、第三中线，所述第一中线、第二中线相对于所述第三中线对称；所述第一感测区域、所述第二感测区域共同用于输出第一输出信号，所述第三感测区域用于输出第二输出信号，所述第一输出信号、所述第二输出信号的相位差为90度，共同用于确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向。本申请磁感测装置和磁感测方法，无论是在低强度被测磁场还是高强度被测磁场下，均能输出准确结果。

Description

磁感测装置和磁感测方法

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，尤其涉及一种磁感测装置和磁感测方法。

背景技术

量测一物体的旋转角度，如一齿轮或一机械装置的旋转轴；或量测一移动物件的位置与移动信息如阀门的开关行程等在工业、汽车、甚至商用领域均扮演重要的角色，该量测可实现各种系统的监测与报警，如空转滑动等、各种自动的动作回授控制，如动作或姿态控制、或各种操作的触发，如剎车打滑或安全带警示等。在上述应用领域中，多以磁感测实现各种量测，这是因为磁感测有非接触量测、优异的抗震动与抗油污特性，以及能够提供足够的精准度与反应速度等优点。但研究人员发现，现有的磁感测装置在一般较低的磁场强度下，比如50G以下，可以准确的输出结果；但在磁场强度较高的场景，比如50G以上，输出结果会异常，尤其是在700G、1000G以上，输出结果基本会出错。而在实际应用中，往往也是有很多被测场景的磁场强度达到600G以上，所以需要也能满足高强度被测磁场场景应用的感测装置。

发明内容

基于前述的背景技术缺陷，本申请的目的在于提供一种磁感测装置和磁感测方法，在低强度被测磁场和高强度被测磁场下，输出结果均不会出错。

为了实现上述目的，本申请提供了一种磁感测装置，与一物体沿一运动方向具有相对运动关系，所述物体上具有被测磁场，所述磁感测装置用于对所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向进行感测，所述磁感测装置包括：

基板，具有支撑表面，所述支撑表面平行于所述运动方向，其上沿所述运动方向连续排布配置有第一感测区域、第三感测区域、第二感测区域，所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域在所述运动方向上分别具有第一中线、第二中线、第三中线，所述第一中线、所述第二中线、所述第三中线分别穿过所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域在所述运动方向上的投影长度的中点,并均与所述运动方向相垂直，且所述第一中线、第二中线相对于所述第三中线对称；

所述第一感测区域、所述第二感测区域共同用于输出第一输出信号，所述第三感测区域用于输出第二输出信号，所述第一输出信号、所述第二输出信号的相位差为90度，共同用于确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向。

在一实施例中，所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域均为规则形状规则配置于所述支撑表面，所述第一中线、所述第二中线、所述第三中线分别为所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域的中心轴，所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域分别相对于所述第一中线、所述第二中线、所述第三中线为对称结构。

在一实施例中，所述第一感测区域、所述第二感测区域均包括第一感测单元，各所述第一感测单元在所述运动方向上均具有中线，所述第一感测区域的第一感测单元的中线与所述第一感测区域的第一中线一致，所述第二感测区域的第一感测单元的中线与所述第二感测区域的第二中线一致；两个所述第一感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，两个所述第一感测单元串联成半桥结构构成第一传感器，两个所述第一感测单元之间的连接点输出第一感测信号，所述第一感测信号用于产生所述第一输出信号。

在一实施例中，所述第三感测区域包括第一感测单元、第二感测单元，所述第一感测单元、所述第二感测单元在所述运动方向上均具有中线，并均与所述第三感测区域的第三中线一致；所述第一感测单元与所述第二感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，所述第一感测单元、所述第二感测单元串联成半桥结构构成第三传感器，所述第一感测单元、所述第二感测单元之间的连接点输出第三感测信号，所述第三感测信号用于产生所述第二输出信号。

在一实施例中，所述第一感测区域、所述第二感测区域均包括第一感测单元、第二感测单元，各所述第一感测单元、所述第二感测单元在所述运动方向上均具有中线，所述第一感测区域的第一感测单元的中线、与所述第一感测区域的第二感测单元的中线、与所述第一感测区域的第一中线一致，所述第二感测区域的第一感测单元的中线、与所述第二感测区域的第二感测单元的中线、与所述第二感测区域的第二中线一致；两个所述第一感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与两个所述第二感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反；所述第一感测区域的第一感测单元、第二感测单元串联成半桥结构构成第一传感器，所述第一感测区域的第一感测单元、第二感测单元之间的连接点输出第一感测信号；所述第二感测区域的第一感测单元、第二感测单元串联成半桥结构构成第二传感器，所述第二感测区域的第一感测单元、第二感测单元之间的连接点输出第二感测信号；所述第一感测信号、第二感测信号用于产生所述第一输出信号。

在一实施例中，所述第三感测区域包括第一感测单元、第二感测单元、第三感测单元、第四感测单元，所述第一感测单元、所述第二感测单元、所述第三感测单元、所述第四感测单元在所述运动方向上均具有中线且均与所述第三感测区域的第三中线一致；所述第一感测单元、第三感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与所述第二感测单元、第四感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反；所述第一感测单元、所述第二感测单元串联成半桥结构，两者之间的连接点输出第三感测信号；所述第三感测单元、第四感测单元串联成半桥结构，两者之间的连接点输出第四感测信号；两个所述半桥结构连接成全桥结构构成第三传感器，所述第三感测信号、第四感测信号用于产生所述第二输出信号；所述第一感测单元、所述第二感测单元、所述第三感测单元、所述第四感测单元在所述第三中线上任意排布，可选的，所述第一感测单元、第四感测单元、第三感测单元、第二感测单元在所述第三中线上依次连续排布。

在一实施例中，所述第一感测区域、所述第二感测区域均包括第一感测单元、第二感测单元，各所述第一感测单元、所述第二感测单元在所述运动方向上均具有中线，所述第一感测区域的第一感测单元的中线、与所述第一感测区域的第二感测单元的中线、与所述第一感测区域的第一中线一致，所述第二感测区域的第一感测单元的中线、与所述第二感测区域的第二感测单元的中线、与所述第二感测区域的第二中线一致；两个所述第一感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与两个所述第二感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同或相反；所述第一感测区域的第一感测单元、所述第二感测区域的第一感测单元串联成半桥结构构成第一传感器，所述第一感测区域的第一感测单元、所述第二感测区域的第一感测单元之间的连接点输出第一感测信号；所述第一感测区域的第二感测单元、所述第二感测区域的第二感测单元串联成半桥结构构成第二传感器，所述第一感测区域的第二感测单元、所述第二感测区域的第二感测单元之间的连接点输出第二感测信号；所述第一感测信号、所述第二感测信号用于产生所述第一输出信号。

在一实施例中，所述第一感测区域、所述第二感测区域和/或所述第三感测区域分别包括多个感测单元，各所述感测单元在所述运动方向上均具有中线；所述第一感测区域的感测单元的中线与所述第一感测区域的第一中线一致，各所述感测单元在所述第一中线上连续排布；所述第二感测区域的感测单元的中线与所述第二感测区域的第二中线一致，各所述感测单元在所述第二中线上连续排布；所述第一感测区域、所述第二感测区域的部分感测单元串联和/或并联，并最终所有的感测单元连接成半桥结构或全桥结构，用于产生所述第一输出信号；可选的，所述第一感测区域、所述第二感测区域的部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与另外部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，且两部分的感测单元分别在所述第一中线、第二中线上依次一一间隔穿插排布；所述第三感测区域的部分感测单元串联和/或并联，并最终所有的感测单元连接成半桥结构或全桥结构，用于产生所述第二输出信号；所述第三感测区域的部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与另外部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，且两部分的感测单元在所述第三中线上依次一一间隔穿插排布。

在一实施例中，所述磁感测装置还包括第一运算放大器、第二运算放大器，所述第一感测区域、所述第二感测区域连接至所述第一运算放大器，所述第一运算放大器输出所述第一输出信号；所述第三感测区域连接至所述第二运算放大器，所述第二运算放大器输出所述第二输出信号。

在一实施例中，所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域由异向性磁阻单元或巨磁阻传感单元或穿隧磁阻单元或霍尔传感单元构成。

本申请还提供一种磁感测方法，用于确定一磁感测装置与一物体之间相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向，所述磁感测装置与所述物体之间沿一运动方向具有相对运动关系，所述物体上具有被测磁场，所述磁感测装置采用如前所述的磁感测装置，所述磁感测方法包括：

通过第一感测区域、第二感测区域共同获取第一输出信号，通过第三感测区域获取第二输出信号，所述第一输出信号、所述第二输出信号的相位差为90度，根据所述第一输出信号、所述第二输出信号共同确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向。

本申请磁感测装置和磁感测方法，所述磁感测装置在基板的支撑表面上沿运动方向连续排布配置有第一感测区域、第三感测区域、第二感测区域，所述第一感测区域、第二感测区域、第三感测区域在所述运动方向上分别具有第一中线、第二中线、第三中线，所述第一中线、第二中线、第三中线分别穿过所述第一感测区域、第二感测区域、第三感测区域在所述运动方向上的投影长度的中点,并均与所述运动方向相垂直，且所述第一中线、第二中线相对于所述第三中线对称；通过所述第一感测区域、所述第二感测区域共同获取第一输出信号，通过所述第三感测区域获取第二输出信号，所述第一输出信号、所述第二输出信号的相位差为90度，根据所述第一输出信号、所述第二输出信号共同确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向。无论是在低强度被测磁场还是高强度被测磁场下，均能输出准确结果。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本申请公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本申请的理解，并不是具体限定本申请各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本申请的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本申请。在附图中：

图1为本申请第一实施方式提供的一种磁感测装置的第一实施例的结构示意图；

图2为本申请第一实施方式提供的一种磁感测装置的第二实施例的结构示意图；

图3为本申请第一实施方式提供的一种磁感测装置的第三实施例的结构示意图；

图4为本申请第一实施方式提供的一种磁感测装置的第四实施例的结构示意图；

图5为本申请第一实施方式提供的一种磁感测装置的第五实施例的结构示意图；

图6为图4所示磁感测装置在磁偏压场100G、被测磁场10G下各信号的波形示意图；

图7为图4所示磁感测装置在磁偏压场100G、被测磁场600G下各信号的波形示意图；

图8为图4所示磁感测装置和现有磁感测装置在磁偏压场100G、被测磁场3000G下各信号的波形示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请参阅图1至图5所示，本申请第一实施方式提供一种磁感测装置，与一物体(未图示)沿一运动方向X具有相对运动关系，所述物体上具有被测磁场，所述磁感测装置用于对所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向进行感测，所述磁感测装置包括：

基板100，具有支撑表面101，所述支撑表面平行于所述运动方向X，其上沿所述运动方向X连续排布配置有第一感测区域201、第三感测区域203、第二感测区域202，所述第一感测区域201、第二感测区域202、第三感测区域203在所述运动方向上分别具有第一中线211、第二中线212、第三中线213，所述第一中线211、第二中线212、第三中线213分别穿过所述第一感测区域201、第二感测区域202、第三感测区域203在所述运动方向X上的投影长度的中点,并均与所述运动方向X相垂直，且所述第一中线211、第二中线212相对于所述第三中线213对称；

所述第一感测区域201、第二感测区域202共同用于输出第一输出信号V1，所述第三感测区域203用于输出第二输出信号V2，所述第一输出信号V1、第二输出信号V2的相位差为90度，共同用于确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向。

其中，所述磁感测装置与所述物体沿运动方向X具有相对运动关系，可以是所述磁感测装置静止，所述物体运动；也可以是所述磁感测装置运动，所述物体静止，无论哪种情况，均可。所述相对运动可以是沿一直线进行运动，单向运动或双向往返运动均可，如此本申请所述磁感测装置则用于对所述相对运动的运动距离或运动速度和运动方向进行感测。所述相对运动也可以是旋转运动，单向运动或双向往返运动均可，如此本申请所述磁感测装置则用于对所述相对运动的运动角度或运动速度(角速度)和运动方向进行感测。所述物体上具有被测磁场，例如，所述物体上安装有磁编码器，所述磁感测装置能够对所述磁编码器的磁场进行感测，进而确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向。

所述基板100，可为硅基板，其中还包含有所述磁感测装置所需要配合工作的相关电路(比如后文即将描述到的第一运算放大器A1和第二运算放大器A2)，以实现所述磁感测装置更完整的功能，当然其亦可为仅提供机械支撑的基板，所述磁感测装置所需要配合工作的相关电路则设置于其他位置。一般而言，所述基板100呈平板状，其上的所述支撑表面101为一平面。如果所述相对运动是沿一直线进行运动，如此所述运动方向X为一直线，相应的，所述基板100的支撑表面101与所述运动方向X保持平行即可。如果所述相对运动是旋转运动，如此所述运动方向X为一曲线，因为所述磁感测装置相对于所述物体来说，体积非常小，所以此时亦可近似认为实为一平面的所述基板100的支撑表面101与一实为曲线的运动方向X相平行。当然，特定需求的情况下，所述基板100为弯曲状，其上的所述支撑表面101为一曲面也是可行的。

请参阅图1所示，在第一实施例中，所述第一感测区域201、所述第二感测区域202、所述第三感测区域203均为规则形状规则配置于所述支撑表面101，所述第一中线211、所述第二中线212、所述第三中线213分别为所述第一感测区域201、所述第二感测区域202、所述第三感测区域203的中心轴，所述第一感测区域201、所述第二感测区域202、所述第三感测区域203分别相对于所述第一中线211、所述第二中线212、所述第三中线213为对称结构。

在图1所示第一实施例中，所述第一感测区域201、所述第二感测区域202、所述第三感测区域203均为矩形形状，窄边与所述运动方向X平行，长边与所述运动方向X垂直，即与图中纵轴方向Y平行，如此所述第一中线211、所述第二中线212、所述第三中线213分别为所述第一感测区域201、所述第二感测区域202、所述第三感测区域203垂直于窄边的中心轴，相应的，所述第一感测区域201、所述第二感测区域202、所述第三感测区域203分别相对于所述第一中线211、所述第二中线212、所述第三中线213为对称结构，此时将所述第一中线211、第二中线212相对于所述第三中线213对称，从设计和制造的角度来看，可以明显降低难度。当然，所述第一感测区域201、所述第二感测区域202、所述第三感测区域203也可以是正方形或其他规则形状甚至可以是不规则形状，可以规则放置也可以不规则放置即任意放置，只需要满足后述条件即可：所述第一感测区域201、第二感测区域202、第三感测区域203在所述运动方向X上分别具有第一中线211、第二中线212、第三中线213，所述第一中线211、第二中线212、第三中线213分别穿过所述第一感测区域201、第二感测区域202、第三感测区域203在所述运动方向X上的投影长度的中点,并均与所述运动方向X相垂直，且所述第一中线211、第二中线212相对于所述第三中线213对称。为方便理解和简化描述，下文及附图均以规则形状规则放置进行展示，本领域技术人员应当容易理解，在根据需要以不规则形状不规则放置进行配置时，在上述技术内容的教导上，进行适应调整即可，而此也应当包含在本申请所欲请求保护的范围之内。

请参阅图1所示，在第一实施例中，所述第一感测区域201、第二感测区域202均包括第一感测单元R11、R21，各所述第一感测单元R11、R21在所述运动方向X上均具有中线，所述第一感测区域201的第一感测单元R11的中线与所述第一感测区域201的第一中线211一致，所述第二感测区域202的第一感测单元R21的中线与所述第二感测区域202的第二中线212一致；两个所述第一感测单元R11、R21对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，两个所述第一感测单元R11、R21串联成半桥结构构成第一传感器，两个所述第一感测单元R11、R21之间的连接点输出第一感测信号S1，所述第一感测信号S1用于产生所述第一输出信号V1。其中，两个所述第一感测单元R11、R21对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，以图1所示第一实施例中所述第一感测单元R11、R21为异向性磁阻单元为例来说，两个所述第一感测单元R11、R21在相同的被测磁场下该异向性磁阻单元的电阻较零磁场时都变大或都变小(此可以称为特性相同)。如此，所述第一感测信号S1的相位实质为所述第一感测区域201的第一感测单元R11感测到同一被测磁场时的感测信号的相位与所述第二感测区域202的第一感测单元R21感测到同一被测磁场时的感测信号的相位的差。

请参阅图1所示，在第一实施例中，所述第三感测区域203包括第一感测单元R31+、第二感测单元R31-，所述第一感测单元R31+、所述第二感测单元R31-在所述运动方向上均具有中线，并均与所述第三感测区域203的第三中线213一致；所述第一感测单元R31+与所述第二感测单元R31-对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，所述第一感测单元R31+、第二感测单元R31-串联成半桥结构构成第三传感器，所述第一感测单元R31+、第二感测单元R31-之间的连接点输出第三感测信号S3，所述第三感测信号S3用于产生所述第二输出信号V2。首先需要说明的是，本段落中的第一感测单元R31+、第二感测单元R31-均为所述第三感测区域203的，不涉及所述第一感测区域201、所述第二感测区域202。其中，所述第一感测单元R31+与所述第二感测单元R31-对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，以图1所示第一实施例中所述第一感测单元R31+、第二感测单元R31-为异向性磁阻单元为例来说，所述第一感测单元R31+在一被测磁场下该异向性磁阻单元的电阻较零磁场时变大，所述第二感测单元R31-在相同的被测磁场下该异向性磁阻单元的电阻较零磁场时变小；或者所述第一感测单元R31+在一被测磁场下该异向性磁阻单元的电阻较零磁场时变小，所述第二感测单元R31-在相同的被测磁场下该异向性磁阻单元的电阻较零磁场时变大，即所述第一感测单元R31+、第二感测单元R31-的特性相反(其中+、-号即用于表示相反)。因为所述第一感测区域201的所述第一中线211、所述第二感测区域202的第二中线212相对于所述第三感测区域203的所述第三中线213对称，所以，所述第一感测区域201、第二感测区域202共同产生的所述第一感测信号S1与所述第三感测区域203产生的所述第三感测信号S3的相位差为90度，后续经过计算，共同用于确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向，无论在低强度被测磁场或高强度被测磁场下，均可以得到准确的结果。

请参阅图1所示，在第一实施例中，所述磁感测装置还包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2，所述第一感测区域201、所述第二感测区域202连接至所述第一运算放大器A1，所述第一运算放大器A1输出所述第一输出信号V1；所述第三感测区域203连接至所述第二运算放大器A2，所述第二运算放大器A2输出所述第二输出信号V2。因为所述第一感测区域201、所述第二感测区域202共同产生所述第一感测信号S1一个信号，所述第三感测区域203产生所述第三感测信号S3一个信号，所以所述第一运算放大器A1、所述第二运算放大器A2仅分别进行放大计算，即可分别输出所述第一输出信号V1、所述第二输出信号V2。而且，图1所示第一实施例中，以各感测单元为异向性磁阻单元为例来说，所述第一感测区域201的第一感测单元R11与所述第二感测区域202的第一感测单元R21的外形大小相同，对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，所述第一运算放大器A1的计算不用考虑所述第一感测区域201的第一感测单元R11与所述第二感测区域202的第一感测单元R21之间的大小比例关系；如果所述第一感测区域201的第一感测单元R11与所述第二感测区域202的第一感测单元R21的外形大小不相同，所述第一运算放大器A1的计算则要考虑两个所述第一感测单元R11、R21之间的大小比例关系，计算会复杂些。类似的，所述第三感测区域203的第一感测单元R31+与所述第三感测区域203的第二感测单元R31-的外形大小相同，对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，所述第二运算放大器A2的计算不用考虑所述第三感测区域203的第一感测单元R31+与所述第三感测区域203的第二感测单元R31-之间的大小比例关系；如果所述第三感测区域203的第一感测单元R31+与所述第三感测区域203的第二感测单元R31-的外形大小不相同，所述第二运算放大器A2的计算则要考虑所述第三感测区域203的第一感测单元R31+与所述第三感测区域203的第二感测单元R31-之间的大小比例关系，计算会复杂些。总的来说，所述第一感测区域201的第一感测单元R11与所述第二感测区域202的第一感测单元R21对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，所述第一感测信号S1的感测度最高，有利于信号的获取；所述第三感测区域203的第一感测单元R31+与所述第三感测区域203的第二感测单元R31-对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，所述第三感测信号S3的感测度最高，有利于信号的获取。而且进一步来说，各感测单元的外形大小都可以相同，整体结构则相对简单，对于设计和制造来说，比较有帮助。如果在特定情况下，需要将各感测单元的外形大小不相同也是可以的，只要相应的设计、制造以及计算进行相应调整即可。后续实施方式将均以各感测单元的外形大小相同进行说明解释。

当然，更完整的来说，各感测区域的各感测单元的自由端还需要分别连接电源端Vdd和接地端Gnd，以让所述磁感测装置得以工作。后续实施例中，对此不再赘述。本实施方式的磁感测装置，可提高传感器阻抗，并缩小面积，达到较低的功耗与较低的成本。

请参阅图2所示，在第二实施例中，与图1所示第一实施例的区别主要在于：所述第一感测区域201、所述第二感测区域202均包括第一感测单元R11+、R21+、第二感测单元R11-、R21-，各所述第一感测单元R11+、R21+、所述第二感测单元R11-、R21-在所述运动方向X上均具有中线，所述第一感测区域201的第一感测单元R11+的中线、与所述第一感测区域201的第二感测单元R11-的中线、与所述第一感测区域201的第一中线211一致，所述第二感测区域202的第一感测单元R21+的中线、与所述第二感测区域202的第二感测单元R21-的中线、与所述第二感测区域202的第二中线212一致；两个所述第一感测单元R11+、R21+对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与两个所述第二感测单元R11-、R21-对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反；所述第一感测区域201的第一感测单元R11+、第二感测单元R11-串联成半桥结构构成第一传感器，所述第一感测区域201的第一感测单元R11+、第二感测单元R11-之间的连接点输出第一感测信号S1；所述第二感测区域202的第一感测单元R21+、第二感测单元R21-串联成半桥结构构成第二传感器，所述第二感测区域202的第一感测单元R21+、第二感测单元R21-之间的连接点输出第二感测信号S2；所述第一感测信号S1、第二感测信号S2用于产生所述第一输出信号V1。本实施方式中，所述第一感测区域201产生所述第一感测信号S1，所述第二感测区域202产生所述第二感测信号S2，相应的，所述第一运算放大器A1在进行放大计算的同时，还要进行相加或相减计算。在图2所示第二实施例中，两个所述第一感测单元R11+、R21+对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与两个所述第二感测单元R11-、R21-对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反；而且，两个所述第一感测单元R11+、R21+相对于所述第三中线213两个所述第二感测单元R11-、R21-相对于所述第三中线213对称，所述第一运算放大器A1在进行放大计算的同时，进行相减计算。如果，所述第一感测区域201的第一感测单元R11+与第二感测单元R11-的位置互换，或者所述第二感测区域202的第一感测单元R21+与第二感测单元R21-的位置互换，则所述第一运算放大器A1在进行放大计算的同时，进行相加计算。而且，如前所述，如果各感测单元的外形大小不相同，则所述第一运算放大器A1的计算还要考虑各感测单元之间的大小比例关系。本领域技术人员，在本申请的教导下，可以想到如何进行适应的调整。图2所示第二实施例相对于图1所示第一实施例，所述第一输出信号V1的获取更稳定、准确。

请参阅图3所示，在第三实施例中，与图1所示第一实施例的区别主要在于：所述第三感测区域203包括第一感测单元R31+、第二感测单元R32-、第三感测单元R33+、第四感测单元R34-，所述第一感测单元R31+、所述第二感测单元R32-、所述第三感测单元R33+、所述第四感测单元R34-在所述运动方向X上均具有中线且均与所述第三感测区域203的第三中线213一致；所述第一感测单元R31+、第三感测单元R33+对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与所述第二感测单元R32-、第四感测单元R34-对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反；所述第一感测单元R31+、所述第二感测单元R32-串联成半桥结构，两者之间的连接点输出第三感测信号S3；所述第三感测单元R33+、第四感测单元R34-串联成半桥结构，两者之间的连接点输出第四感测信号S4；两个所述半桥结构连接成全桥结构构成第三传感器，所述第三感测信号S3、第四感测信号S4用于产生所述第二输出信号V2；所述第一感测单元R31+、所述第二感测单元R32-、所述第三感测单元R33+、所述第四感测单元R34-在所述第三中线213上任意排布，可选的，所述第一感测单元R31+、第四感测单元R34-、第三感测单元R33+、第二感测单元R32-在所述第三中线213上依次连续排布。相应的，所述第二运算放大器A2在进行放大计算的同时，进行相加计算。本实施方式所述第三感测区域203采用四个感测单元，所述第二输出信号V2的获取更稳定、准确。而且，四个感测单元在所述第三中线213上的排布可以任意配置，当然，越均匀越好，因为这样对于被测磁场在所述第三中线213上的分布差异，感测得越均匀。在图3所示第三实施例中，四个感测单元的外形大小相同，而且所述第一感测单元R31+、第四感测单元R34-、第三感测单元R33+、第二感测单元R32-在所述第三中线213上依次连续排布，分布最均匀，对被测磁场的感测也最均匀，而且通过一层金属连线层即可引出，结构也很简单。当然，提醒注意的是，如前所述，如果四个感测单元的外形大小不相同，则所述第二运算放大器A2的计算也要考虑各感测单元之间的大小比例关系。

请参阅图4所示，在第四实施例中，与图3所示第三实施例的区别主要在于：所述第一感测区域201、所述第二感测区域202也是采用图2所示第二实施例中所述第一感测区域201、所述第二感测区域202的结构。所述第一感测区域201，一个半桥结构构成第一传感器，产生第一感测信号S1，具有第一相位。所述第二感测区域202，一个半桥结构构成第二传感器，产生第二感测信号S2，具有第二相位。所述第三感测区域203，一个全桥结构构成第三传感器。此全桥结构的第三传感器，也可视为是两个半桥结构的传感器，比如分别命名为第四传感器204和第五传感器205。如此，四个传感器均为半桥结构，而且相互之间保持着一定的对称关系。以图4所示第四实施例中所有感测单元均外形大小相同、均为规则形状规则放置这个简单的实例来理解，所述第四传感器204、第五传感器205实为位于所述第一传感器、所述第二传感器之间的中心轴(第三中线213)位置，而且相对于所述中心轴(第三中线213)为对称结构。所以，所述第四传感器204产生第三感测信号S3，具有第三相位，是位于所述第一相位、第二相位的中点；所述第五传感器205产生第四感测信号S4，具有第四相位，与所述第三相位反相。通过对所述第一传感器输出的所述第一感测信号S1、所述第二传感器输出的所述第二感测信号S2、所述第四传感器204输出的所述第三感测信号S3、所述第五传感器205输出的所述第四感测信号S4分别进行计算处理，得到的所述第一输出信号V1、第二输出信号V2具有相位差90度的特征，能够实现在低强度被测磁场和高强度被测磁场下均能输出正确结果。

请参阅图6所示，为图4所示第四实施例磁感测装置在磁偏压场100G、被测磁场10G下各信号的波形示意图，上图中四条线分别为所述第一感测信号S1、所述第二感测信号S2、所述第三感测信号S3、所述第四感测信号S4的波形，在被测磁场+/-10G的变化下，四个传感器的输出均落在线性区而使得所述第一感测信号S1、所述第二感测信号S2、所述第三感测信号S3、所述第四感测信号S4均呈现Sin波波形，其中所述第三感测信号S3与所述第四感测信号S4的相位相反，且位于所述第一感测信号S1与所述第二感测信号S2相位的中点。下图中两条线分别为所述第一输出信号V1、所述第二输出信号V2的波形，二者均呈现Sin波波形且具有相位差90度的特征。通过计算所述第二输出信号V2通过零点的次数，可以得到相对运动的运动距离或速度或角度；而相对运动的运动方向信息，则是通过所述第二输出信号V2通过零点的方向，配合所述第一输出信号V1为正为负的状态来决定：比如，若所述第二输出信号V2由正往负方向通过零点时，所述第一输出信号V1为正值，则代表相对运动的运动方向为某一方向；若所述第二输出信号V2由正往负方向通过零点时，所述第一输出信号V1为负值，则代表相对运动的运动方向为某一方向的反方向(注意图6中只示出了一种情况)。换言之，无论是所述第一输出信号V1处于正值或负值的阶段，应当有且只有一次所述第二输出信号V2通过零点(由正向负或由负向正)。

请参阅图7所示，为图4所示第四实施例磁感测装置在磁偏压场100G、被测磁场600G下各信号的波形示意图，上图中四条线分别为所述第一感测信号S1、所述第二感测信号S2、所述第三感测信号S3、所述第四感测信号S4的波形，在被测磁场+/-600G的变化范围内，传感器的输出特性在线性递增区与递减区之间往返，因而形成特殊波形。下图中两条线分别为所述第一输出信号V1、所述第二输出信号V2的波形，从中可以明显看到，无论是所述第一输出信号V1处于正值或负值的阶段，均只有一次所述第二输出信号V2通过零点。

请参阅图8所示，为图4所示第四实施例磁感测装置和现有磁感测装置在磁偏压场100G、被测磁场3000G下各信号的波形示意图，上图中两条线分别为本申请所述磁感测装置所述第一输出信号V1、所述第二输出信号V2的波形，从中可以明显看到，无论是所述第一输出信号V1处于正值或负值的阶段，均只有一次所述第二输出信号V2通过零点。而下图中两条线分别为现有磁感测装置第一输出信号、第二输出信号的波形，从中可以明显看到，所述第二输出信号扭曲严重，无论是所述第一输出信号处于正值或负值的阶段，均有多次所述第二输出信号通过零点，如此则影响了感测结果的准确。而本申请所述第二输出信号V2的扭曲得到很好的改善，所以感测结果(相对运动的运动距离或速度或角度)准确。

请参阅图5所示，在第五实施例中，与图4所示第四实施例的区别主要在于：所述第一感测区域201、所述第二感测区域202均包括第一感测单元R11、R21、第二感测单元R12、R22，各所述第一感测单元R11、R21、所述第二感测单元R12、R22在所述运动方向X上均具有中线，所述第一感测区域201的第一感测单元R11的中线、与所述第一感测区域201的第二感测单元R12的中线、与所述第一感测区域201的第一中线211一致，所述第二感测区域202的第一感测单元R21的中线、与所述第二感测区域202的第二感测单元R22的中线、与所述第二感测区域202的第二中线212一致；两个所述第一感测单元R11、R21对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与两个所述第二感测单元R12、R22对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同或相反；所述第一感测区域201的第一感测单元R11、所述第二感测区域202的第一感测单元R21串联成半桥结构构成第一传感器，所述第一感测区域201的第一感测单元R11、所述第二感测区域202的第一感测单元R21之间的连接点输出第一感测信号S1；所述第一感测区域201的第二感测单元R12、所述第二感测区域202的第二感测单元R22串联成半桥结构构成第二传感器，所述第一感测区域201的第二感测单元R12、所述第二感测区域202的第二感测单元R22之间的连接点输出第二感测信号S2；所述第一感测信号S1、所述第二感测信号S2用于产生所述第一输出信号V1。即，所述第一感测区域201的部分感测单元与所述第二感测区域202的部分感测单元共同构成第一传感器，产生第一感测信号S1；所述第一感测区域201的另外部分感测单元与所述第二感测区域202的另外部分感测单元共同构成第二传感器，产生第二感测信号S2。通过所述第一感测信号S1、所述第二感测信号S2计算得到的所述第一输出信号V1，在高强度被测磁场下的扭曲也能得到改善，如此可以避免相对运动的运动方向的感测结果的错误，进一步确保感测结果的准确。其中，只需要构成第一传感器的所述第一感测区域201、所述第二感测区域202的部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，构成第二传感器的所述第一感测区域201、所述第二感测区域202的另外部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，即可。至于，构成第一传感器的所述第一感测区域201、所述第二感测区域202的部分感测单元与构成第二传感器的所述第一感测区域201、所述第二感测区域202的另外部分感测单元，对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同或相反，均可。

总的来说，所述第一感测区域201、所述第二感测区域202和/或所述第三感测区域203均可以包括多个感测单元。例如，所述第一感测区域201、所述第二感测区域202包括多个感测单元，各所述感测单元在所述运动方向X上均具有中线，所述第一感测区域201的感测单元的中线与所述第一感测区域201的第一中线211一致，各所述感测单元在所述第一中线211上连续排布；所述第二感测区域202的感测单元的中线与所述第二感测区域202的第二中线212一致，各所述感测单元在所述第二中线212上连续排布。所述第一感测区域201、所述第二感测区域202的各感测单元之间可以串联，也可以并联，也可以串联并联均有，只需要最终所有的感测单元连接成半桥结构或全桥结构，然后产生所述第一输出信号V1，即可。可选的，所述第一感测区域201、所述第二感测区域202的部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与另外部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，且两部分的感测单元分别在所述第一中线211、所述第二中线212上依次一一间隔穿插排布，即特性相反的两种感测单元在所述第一中线211、所述第二中线212上的分布是一一间隔的，如此可以更加均匀的对被测磁场进行感测。当然，如果各感测单元的特性相同，则按序一一排布即可。又例如，所述第三感测区域203包括多个感测单元，各所述感测单元在所述运动方向X上均具有中线，所述第三感测区域203的各感测单元之间可以串联，也可以并联，也可以串联并联均有，只需要最终所有的感测单元连接成半桥结构或全桥结构，然后产生所述第二输出信号V2，即可。当然，所述第三感测区域203的部分感测单元与另外部分感测单元，对于相同的被测磁场产生的变化需要数值相等方向相反，而两部分的感测单元在所述第三中线213上可以任意排布，也可以有序排布，总归越均匀越好，比如一一间隔穿插排布效果最好。但需要说明的是，感测单元的数量越多，相互之间连接所需要的金属连线层则越多，对于设计和制造来说，难度会提高，材料成本以及工艺成本均会提高。总的来说，根据本申请全文技术内容的教导，让各感测区域的感测单元相互之间，部分相同、一致、对应、对称的结构，整体的效果更好一些。

最后，需要说明的是，以上实施例中均是以所述第一感测区域201、所述第二感测区域202、所述第三感测区域203由异向性磁阻单元构成为例进行说明，事实上，所述第一感测区域201、所述第二感测区域202、所述第三感测区域203也可以由巨磁阻传感单元或穿隧磁阻单元或霍尔传感单元构成，本领域技术人员在本申请的教导下，容易想到的适应调整或替换，均应当包含在本申请的保护范围之内。

本申请第二实施方式提供一种磁感测方法，用于确定一磁感测装置与一物体之间相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向，所述磁感测装置与所述物体之间沿一运动方向X具有相对运动关系，所述物体上具有被测磁场，所述磁感测装置采用如前所述的磁感测装置，所述磁感测方法包括：

通过第一感测区域201、第二感测区域202共同获取第一输出信号V1，通过第三感测区域203获取第二输出信号V2，所述第一输出信号V1、所述第二输出信号V2的相位差为90度，根据所述第一输出信号V1、所述第二输出信号V2共同确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向。

本申请磁感测装置和磁感测方法，所述磁感测装置在基板的支撑表面上沿运动方向连续排布配置有第一感测区域、第三感测区域、第二感测区域，所述第一感测区域、第二感测区域、第三感测区域在所述运动方向上分别具有第一中线、第二中线、第三中线，所述第一中线、第二中线、第三中线分别穿过所述第一感测区域、第二感测区域、第三感测区域在所述运动方向上的投影长度的中点,并均与所述运动方向相垂直，且所述第一中线、第二中线相对于所述第三中线对称；通过所述第一感测区域、所述第二感测区域共同获取第一输出信号，通过所述第三感测区域获取第二输出信号，所述第一输出信号、所述第二输出信号的相位差为90度，根据所述第一输出信号、所述第二输出信号共同确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向。无论是在低强度被测磁场还是高强度被测磁场下，均能输出准确结果。即，突破了现有磁感测装置的量测范围的限制，大幅提高量测范围至3000G以上强度，对环境磁场或信号飘移的容忍程度提高，可支持磁场信号周期的范围亦较大，显著提高装置应用方面的支持范围与灵活性。而且对信号的感度也较好，传感器输出的信号通过运算放大器计算即为装置的最终输出型态，无须后续运算，可精简电路结构，提供较低的装置功耗与成本。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述的描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (11)

1.一种磁感测装置，与一物体沿一运动方向具有相对运动关系，所述物体上具有被测磁场，所述磁感测装置用于对所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向进行感测，其特征在于，所述磁感测装置包括：

基板，具有支撑表面，所述支撑表面平行于所述运动方向，其上沿所述运动方向连续排布配置有第一感测区域、第三感测区域、第二感测区域，所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域在所述运动方向上分别具有第一中线、第二中线、第三中线，所述第一中线、所述第二中线、所述第三中线分别穿过所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域在所述运动方向上的投影长度的中点,并均与所述运动方向相垂直，且所述第一中线、第二中线相对于所述第三中线对称；

所述第一感测区域、所述第二感测区域共同用于输出第一输出信号，所述第三感测区域用于输出第二输出信号，所述第一输出信号、所述第二输出信号的相位差为90度，共同用于确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向。

2.如权利要求1所述的磁感测装置，其特征在于，所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域均为规则形状规则配置于所述支撑表面，所述第一中线、所述第二中线、所述第三中线分别为所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域的中心轴，所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域分别相对于所述第一中线、所述第二中线、所述第三中线为对称结构。

3.如权利要求1所述的磁感测装置，其特征在于，所述第一感测区域、所述第二感测区域均包括第一感测单元，各所述第一感测单元在所述运动方向上均具有中线，所述第一感测区域的第一感测单元的中线与所述第一感测区域的第一中线一致，所述第二感测区域的第一感测单元的中线与所述第二感测区域的第二中线一致；两个所述第一感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，两个所述第一感测单元串联成半桥结构构成第一传感器，两个所述第一感测单元之间的连接点输出第一感测信号，所述第一感测信号用于产生所述第一输出信号。

4.如权利要求1所述的磁感测装置，其特征在于，所述第三感测区域包括第一感测单元、第二感测单元，所述第一感测单元、所述第二感测单元在所述运动方向上均具有中线，并均与所述第三感测区域的第三中线一致；所述第一感测单元与所述第二感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，所述第一感测单元、所述第二感测单元串联成半桥结构构成第三传感器，所述第一感测单元、所述第二感测单元之间的连接点输出第三感测信号，所述第三感测信号用于产生所述第二输出信号。

5.如权利要求1所述的磁感测装置，其特征在于，所述第一感测区域、所述第二感测区域均包括第一感测单元、第二感测单元，各所述第一感测单元、所述第二感测单元在所述运动方向上均具有中线，所述第一感测区域的第一感测单元的中线、与所述第一感测区域的第二感测单元的中线、与所述第一感测区域的第一中线一致，所述第二感测区域的第一感测单元的中线、与所述第二感测区域的第二感测单元的中线、与所述第二感测区域的第二中线一致；两个所述第一感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与两个所述第二感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反；所述第一感测区域的第一感测单元、第二感测单元串联成半桥结构构成第一传感器，所述第一感测区域的第一感测单元、第二感测单元之间的连接点输出第一感测信号；所述第二感测区域的第一感测单元、第二感测单元串联成半桥结构构成第二传感器，所述第二感测区域的第一感测单元、第二感测单元之间的连接点输出第二感测信号；所述第一感测信号、第二感测信号用于产生所述第一输出信号。

6.如权利要求1所述的磁感测装置，其特征在于，所述第三感测区域包括第一感测单元、第二感测单元、第三感测单元、第四感测单元，所述第一感测单元、所述第二感测单元、所述第三感测单元、所述第四感测单元在所述运动方向上均具有中线且均与所述第三感测区域的第三中线一致；所述第一感测单元、第三感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与所述第二感测单元、第四感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反；所述第一感测单元、所述第二感测单元串联成半桥结构，两者之间的连接点输出第三感测信号；所述第三感测单元、第四感测单元串联成半桥结构，两者之间的连接点输出第四感测信号；两个所述半桥结构连接成全桥结构构成第三传感器，所述第三感测信号、第四感测信号用于产生所述第二输出信号；所述第一感测单元、所述第二感测单元、所述第三感测单元、所述第四感测单元在所述第三中线上任意排布，可选的，所述第一感测单元、第四感测单元、第三感测单元、第二感测单元在所述第三中线上依次连续排布。

7.如权利要求1所述的磁感测装置，其特征在于，所述第一感测区域、所述第二感测区域均包括第一感测单元、第二感测单元，各所述第一感测单元、所述第二感测单元在所述运动方向上均具有中线，所述第一感测区域的第一感测单元的中线、与所述第一感测区域的第二感测单元的中线、与所述第一感测区域的第一中线一致，所述第二感测区域的第一感测单元的中线、与所述第二感测区域的第二感测单元的中线、与所述第二感测区域的第二中线一致；两个所述第一感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与两个所述第二感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同或相反；所述第一感测区域的第一感测单元、所述第二感测区域的第一感测单元串联成半桥结构构成第一传感器，所述第一感测区域的第一感测单元、所述第二感测区域的第一感测单元之间的连接点输出第一感测信号；所述第一感测区域的第二感测单元、所述第二感测区域的第二感测单元串联成半桥结构构成第二传感器，所述第一感测区域的第二感测单元、所述第二感测区域的第二感测单元之间的连接点输出第二感测信号；所述第一感测信号、所述第二感测信号用于产生所述第一输出信号。

8.如权利要求1所述的磁感测装置，其特征在于，所述第一感测区域、所述第二感测区域和/或所述第三感测区域分别包括多个感测单元，各所述感测单元在所述运动方向上均具有中线；所述第一感测区域的感测单元的中线与所述第一感测区域的第一中线一致，各所述感测单元在所述第一中线上连续排布；所述第二感测区域的感测单元的中线与所述第二感测区域的第二中线一致，各所述感测单元在所述第二中线上连续排布；所述第一感测区域、所述第二感测区域的部分感测单元串联和/或并联，并最终所有的感测单元连接成半桥结构或全桥结构，用于产生所述第一输出信号；可选的，所述第一感测区域、所述第二感测区域的部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与另外部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，且两部分的感测单元分别在所述第一中线、第二中线上依次一一间隔穿插排布；所述第三感测区域的部分感测单元串联和/或并联，并最终所有的感测单元连接成半桥结构或全桥结构，用于产生所述第二输出信号；所述第三感测区域的部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相同，与另外部分感测单元对于相同的被测磁场产生的变化数值相等方向相反，且两部分的感测单元在所述第三中线上依次一一间隔穿插排布。

9.如权利要求1所述的磁感测装置，其特征在于，所述磁感测装置还包括第一运算放大器、第二运算放大器，所述第一感测区域、所述第二感测区域连接至所述第一运算放大器，所述第一运算放大器输出所述第一输出信号；所述第三感测区域连接至所述第二运算放大器，所述第二运算放大器输出所述第二输出信号。

10.如权利要求1所述的磁感测装置，其特征在于，所述第一感测区域、所述第二感测区域、所述第三感测区域由异向性磁阻单元或巨磁阻传感单元或穿隧磁阻单元或霍尔传感单元构成。

11.一种磁感测方法，用于确定一磁感测装置与一物体之间相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向，所述磁感测装置与所述物体之间沿一运动方向具有相对运动关系，所述物体上具有被测磁场，其特征在于，所述磁感测装置采用如权利要求1-10任意一项所述的磁感测装置，所述磁感测方法包括：

通过第一感测区域、第二感测区域共同获取第一输出信号，通过第三感测区域获取第二输出信号，所述第一输出信号、所述第二输出信号的相位差为90度，根据所述第一输出信号、所述第二输出信号共同确定所述相对运动的运动距离或速度或角度和运动方向。