CN1680783A - 旋转和角度位置传感 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于旋转和角度位置传感的器件和方法。一种监视角度位置的器件包括介质盘和磁阻传感器。介质盘包括被编码在介质盘表面上的数据磁道。磁阻传感器位于介质盘附近，并且被放置使得磁阻传感器内的磁阻器件的电阻受介质盘旋转的影响。

Description

旋转和角度位置传感
技术领域
本发明涉及对旋转和角度位置的传感。
背景技术
巨磁阻(GMR)传感器已经与南-北极磁体一起被用于旋转位置传感。例如，GMR传感器被直接放置在磁极上方，或者被放置在由多个具有南-北磁极的磁体组成的磁盘的圆周上。为了提高位置检测的分辨率，可以增加南-北极对的数目，或者可以使用不止一个GMR传感器用于插值。可获得的分辨率受限于在磁盘上可以创建的南-北极磁体扇区的数目，和/或受限于用于检测在磁盘上创建的南-北极对的GMR传感器可以被制造的密度。
发明内容
根据本发明的实施例，一种器件监视角度位置。该器件包括介质盘和磁阻传感器。介质盘包括被编码在介质盘表面上的数据磁道。磁阻传感器位于介质盘附近，并且被放置使得磁阻传感器内的磁阻器件的电阻受带有磁性模式的介质盘旋转的影响。
附图说明
图1是根据本发明实施例的旋转和角度位置传感器的简化侧视图。
图2是根据本发明实施例的旋转和角度位置传感器内的介质盘的简化俯视图。
图3、图4、图5和图6是图示了巨磁阻传感器的操作的简化框图。
图7图示了从GMR传感器输出的电势。
图8图示了从GMR传感器输出的电势。
图9是根据本发明另一实施例的旋转和角度位置传感器的简化侧视图。
图10是根据本发明另一实施例的旋转和角度位置传感器内的介质盘的简化俯视图。
具体实施方式
图1是旋转和角度位置传感器的简化侧视图。在外壳21内，介质盘25连接到编码器轴(encoder shaft)22。举例来说，编码器轴22可被连接到旋转源17。例如，旋转源17是电动机或者是需要对旋转运动进行位置传感的其他实体。轴承23有利于编码器轴22的旋转。使用刚性支座27将仪器盘(panel)29安装在外壳21上。巨磁阻(GMR)传感器20安装在仪器盘29上，留有将GMR传感器20与磁性盘25分隔开的间隙19。例如，间隙19小于数据间距的一半。位于GMR传感器20和磁性盘25之间的媒质是非磁屏蔽材料，例如空气。其他辅助电子设备等也可以安装在仪器盘29上。电子电路18被用来从GMR传感器20接收信息，并翻译位置或位置变化。
图2是介质盘25的简化俯视图。例如，介质盘25是由带有薄膜材料涂层的金属材料和/或玻璃形成的盘。GMR传感器20的位置被示出。例如，薄膜材料是FeO或某些其他拥有磁性特性的材料。数据的磁道被模式化在介质盘25上。例如，数据磁道由单元31组成，这些单元以垂直于介质盘的表面或者在介质盘表面的平面方向中的南极取向或北极取向被磁化。当磁极取向垂直于介质表面时，使用垂直平面电流(CPP)GMR传感器。当磁极取向在介质表面的平面方向中时，使用平面内电流(CIP)GMR传感器。
例如，磁道内的相邻单元31被交替地以南极取向和北极取向磁化。在另一实施例中，单元31以垂直于介质盘25表面的变化磁场被磁化。
例如，利用伺服写入器、离子束投射或在各个单元31处创建磁极的某些其他装置来模式化数据磁道。数据磁道上的单元31的位置和大小只是示意性的，并未按照比例。本领域的普通技术人员会理解，例如，单元31的大小和密度可以被创建为与现有可用硬盘驱动器技术相一致。
介质盘25的旋转使得GMR传感器20经历变化的磁场。GMR传感器20的输出电压被馈送到电子电路18，用于位置或位置变化翻译。
例如，当单元31由沿着数据磁道的交替的南-北极模式组成时，在介质盘25旋转时，GMR传感器20检测到振荡模式。对该振荡模式进行监视使得可以判断介质盘25当前的角度位置。
例如，使用允许对振荡峰进行数字计数的半电桥电路布置来实现GMR传感器20。这允许基于单元31间距32的角度位置分辨率。或者，可以使用全电桥电路布置来实现GMR传感器20。得到的信号有助于定位的插值，并且允许比单元31的间距更高的角度位置分辨率。
在图3中，示出了示例GMR器件，包括：硬磁材料41、导电层42和软磁材料43。硬磁材料41保持固定的磁矩。固定磁矩的方向由箭头46指示。例如，硬磁材料41由钴(Co)或者能够保持固定磁矩的某些其他材料制成。
软磁材料43具有可变磁矩。可变磁矩的当前方向由箭头48指示。例如，软磁材料43由NiFe或具有可变磁矩的某些其他材料制成。例如，导电层42由铜(Cu)或能够导电的某些其他材料组成。
由框44内的箭头49表示的外电场影响软磁材料43的磁矩方向，并由此影响GMR器件的电阻率。如箭头48和49所示，软磁材料43的磁矩与外场的磁矩对准。当软磁材料43的磁矩与硬磁材料41的磁矩对准时，如指向与箭头46相同方向的箭头48所示，则导电材料42的电阻率被最小化，如欧姆表45所示。
在图4中，再次示出了GMR器件。由框44内的箭头59表示的外电场影响软磁材料43的磁矩方向，并由此影响GMR器件的电阻率。如箭头58和59所示，软磁材料43的磁矩与外场的磁矩对准。当软磁材料43的磁矩与硬磁材料41的磁矩不对准时，如指向与箭头56相反方向的箭头58所示，导电材料42的电阻率增加，如欧姆表45所示。
图5示出了示例GMR传感器60的简化框图。GMR传感器60包括GMR器件61、GMR器件62、GMR器件63和GMR器件64，它们如图所示地相对位于GMR传感器60内。GMR器件61比GMR器件63位置更接近磁场(MF)源41。GMR器件62比GMR器件64位置更接近磁场源41。
例如，GMR器件61、GMR器件63、GMR器件62和GMR器件64以惠斯顿电桥配置形式被连接在一起，如图6所示。检测引线71和引线72之间的电压/阻抗差。或者，诸如半电桥配置之类的其他连接配置也可以被用来将GMR器件61至64连接在一起。
图7示出了从使用GMR器件的全电桥配置实现的GMR传感器得到的示例波形93。轴91代表电压，轴92代表GMR传感器检测旋转介质盘上的交替磁极的时间。波形93考虑了定位信息的有效插值，这有助于使角度位置的分辨率处于比存储在介质盘上的数据的间距更高的分辨率。
图8示出了从使用GMR器件的半电桥配置实现的GMR传感器得到的示例波形83。轴81代表电压，轴82代表GMR传感器检测旋转介质盘上的交替磁极的时间。波形83有助于对介质盘的角度位置的数字监视。
可以利用多个磁道来编码单元数据，并对离散(discreet)角度旋转位置提供数字标记。例如，图9是旋转和角度位置传感器的简化侧视图。在外壳121内，介质盘125连接到编码器轴122。举例来说，编码器轴122可被连接到电动机或者是需要对旋转运动进行位置传感的其他物体。轴承123有利于编码器轴122的旋转。使用刚性支座127将仪器盘129安装在外壳121上。多个巨磁阻(GMR)传感器120被安装在仪器盘129上，留有将多个GMR传感器120与磁性盘125分隔开的间隙119。例如，间隙119小于数据间距的一半。位于多个GMR传感器120和磁性盘125之间的媒质是非磁屏蔽材料，例如空气。其他辅助电子设备等也可以安装到仪器盘129上。
图10是介质盘125的简化俯视图。例如，介质盘125是由带有薄膜材料涂层的金属材料和/或玻璃形成的盘。例如，薄膜材料是FeO或某些其他拥有磁性特性的材料。数据的多个磁道被模式化在介质盘125上。例如，图10中示出了磁道131、磁道132、磁道133、磁道134和磁道135。磁道131至135是示例性的。通常，存在不止5个磁道。例如，每一个磁道有相同数目的角向对准的单元，并且存在足够数目的磁道使得可以记录每一个离散角度旋转位置的唯一标记。例如，对每个离散角度旋转位置，多个GMR传感器120从每一个磁道读取一比特数据。在每个离散角度旋转位置从所有磁道得到的数据编码该离散角度旋转位置的唯一标记。以这种方式，由多个GMR传感器120读取的数据值给出了每个离散角度旋转位置的唯一标记，使得可以对介质盘125的角度位置进行绝对监视。
前面的讨论仅仅是公开和描述了本发明的示例方法和实施例。熟悉本领域的人员应该理解，本发明可以以其他具体形式实施，而不脱离本发明的精神或本质特性。因此，本发明的公开只是对本发明范围的示例性描述，而不是对本发明范围的限制，本发明的范围由权利要求确定。

Claims (20)

1.一种监视角度位置的器件，包括：
介质盘，所述介质盘包括：
被编码在所述介质盘表面上的数据磁道；和，
磁阻传感器，所述磁阻传感器位置与所述介质盘相邻，并且被安放使得所述磁阻传感器内的磁阻器件的电阻受所述介质盘旋转的影响。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述介质盘还包括：
被编码在所述介质盘表面上的另外的数据磁道，其中对多个离散角度旋转位置，存储对于所述多个离散角度旋转位置中的每一个的数字标记，每个数字标记由来自所述数据磁道的一比特数据以及来自所述另外的数据磁道中的每一个磁道的一比特数据组成。
3.根据权利要求1所述的器件，其中，所述磁阻传感器是巨磁阻传感器。
4.根据权利要求1所述的器件，其中，所述磁阻传感器是巨磁阻传感器，所述巨磁阻传感器包括以全电桥配置的所述磁阻器件和另外的磁阻器件。
5.根据权利要求1所述的器件，其中，所述磁阻传感器是巨磁阻传感器，所述巨磁阻传感器包括以半电桥配置的所述磁阻器件和至少一个其他磁阻器件。
6.根据权利要求1所述的器件，还包括：
电子电路，所述电子电路从所述磁阻传感器接收信息并翻译角度位置。
7.根据权利要求1所述的器件：
其中，所述介质盘还包括被编码在所述介质盘表面上的另外的数据磁道；并且，
其中，所述器件包括另外的磁阻传感器，所述另外的磁阻传感器监视所述另外的数据磁道上的数据。
8.一种用于监视角度位置的方法，包括：
将数据磁道编码在介质盘的表面上；以及，
利用与所述介质盘位置相邻的磁阻传感器检测所述介质盘的旋转，其中，所述磁阻传感器被安放使得所述磁阻传感器内的磁阻器件的电阻受所述介质盘旋转的影响。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
将另外的数据磁道编码在所述介质盘的表面上，其中对多个离散角度旋转位置，存储对于所述多个离散角度旋转位置中的每一个的数字标记，每个数字标记由来自所述数据磁道的一比特数据以及来自所述另外的数据磁道中的每一个磁道的一比特数据组成。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：
通过将所述磁阻器件和另外的磁阻器件布置为全电桥配置，形成所述磁阻传感器。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括：
通过将所述磁阻器件和至少一个其他磁阻器件布置为半电桥配置，形成所述磁阻传感器。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括：
基于来自所述磁阻传感器的信息，翻译角度位置。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括：
将另外的数据磁道编码在所述介质盘的表面上；以及，
使用另外的磁阻传感器监视所述另外的磁道上的数据。
14.一种监视角度位置的器件，包括：
用于存储被编码的数据磁道的介质装置，所述被编码的数据磁道被存储在所述介质装置的表面上；和，
用于检测所述介质装置的旋转的旋转检测装置，所述旋转检测装置位置与所述介质装置相邻，其中，所述旋转检测装置被安放使得所述旋转检测装置内的磁阻器件的电阻受所述介质装置旋转的影响。
15.根据权利要求14所述的器件，其中，所述介质装置还包括：
在所述介质装置表面上的另外的数据磁道，其中对多个离散角度旋转位置，存储对于所述多个离散角度旋转位置中的每一个的数字标记，每个数字标记由来自所述数据磁道的一比特数据以及来自所述另外的数据磁道中的每一个磁道的一比特数据组成。
16.根据权利要求14所述的器件，其中，所述旋转检测装置包括另外的磁阻器件，所述磁阻器件和所述另外的磁阻器件被布置为全电桥配置。
17.根据权利要求14所述的器件，其中，所述旋转检测装置包括至少一个另外的磁阻器件，所述磁阻器件和所述至少一个另外的磁阻器件被布置为半电桥配置。
18.根据权利要求14所述的器件，还包括：
用于从所述旋转检测装置接收信息并翻译角度位置的电路装置。
19.根据权利要求14所述的器件：
其中，所述介质装置还包括被编码在所述介质装置表面上的另外的数据磁道；以及，
其中，所述器件包括另外的旋转检测装置，所述另外的旋转检测装置用于监视所述另外的数据磁道上的数据。
20.根据权利要求14所述的器件，其中，所述旋转检测装置是巨磁阻传感器。
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