CN214375215U - 一种磁传感系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种磁传感系统，该磁传感系统包括磁传感器和至少一个待测磁性元件；磁传感器包括基板以及多组磁传感组，多组磁传感组以偏移方式排布于基板上；每组磁传感组包括多个磁传感单元，多个磁传感单元串联或并联；待测磁性元件与磁传感器相对设置，待测磁性元件所在平面与磁传感器的扫描平面平行，待测磁性元件与磁传感器相对运动时，磁传感器检测磁场信号的变化并转化为电信号输出。本实用新型实施例的技术方案可以高效、低成本地提高磁传感器的空间分辨率。

Description

一种磁传感系统

技术领域

本实用新型实施例涉及磁传感技术领域，尤其涉及一种磁传感系统。

背景技术

磁传感器是一种能感应磁场、电流、温度、光等外界因素变化并将其变化转换成电信号的物理测试器件，广泛应用于工业工程和日常生活的多个领域。磁电阻传感器作为一种高灵敏度、低噪声和高信噪比的磁传感器，在需求高精度检测方面有极大的优势和发展前景。

在设计磁传感器的磁传感单元排布时，因为受到磁传感单元的尺寸，排线，保护层等结构因素限制，磁传感单元之间必然会存在间隙，不能完全覆盖整个空间，同时在检测时，磁传感器周围的磁场强度在空间上分布不均，在这两者的共同作用下就会产生检测的“盲区”，造成漏检，使磁传感器的空间分辨率降低。

现有技术通过磁电阻传感芯片三维堆叠的方式解决漏检问题，但该方案技术难度较大，且对后续集成的稳定性有较大的考验，成本也较高。因此，如何高效、低成本地提高磁传感器的空间分辨率是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种磁传感系统，以高效、低成本地提高磁传感器的空间分辨率。

为达到上述目的，本实用新型实施例采取以下方案：

一种磁传感系统，包括：磁传感器和至少一个待测磁性元件；

磁传感器包括基板以及多组磁传感组，多组磁传感组以偏移方式排布于基板上；每组磁传感组包括多个磁传感单元，多个磁传感单元串联或并联；

待测磁性元件与磁传感器相对设置，待测磁性元件所在平面与磁传感器的扫描平面平行，待测磁性元件与磁传感器相对运动时，磁传感器检测磁场信号的变化并转化为电信号输出。

可选的，多组磁传感组构成半桥式电路或全桥式电路。

可选的，各组磁传感组的磁传感单元在不同直线以偏移方式排布，所述直线平行于多个磁传感组的排列方向。

可选的，多组磁传感组在基板所在平面上形成多条直线，多条直线相交于同一点，且各组磁传感组的磁传感单元排布于对应磁传感组所在的直线上。

可选的，多组磁传感组在基板所在平面上形成多个圆弧，多个圆弧相交于同一点，且各组磁传感组的磁传感单元以偏移方式排布于对应磁传感组所在的圆弧上。

可选的，磁传感单元为霍尔元件、各向异性磁阻元件、巨磁阻元件或者隧道磁阻元件。

可选的，磁传感器还包括磁偏置结构，磁偏置结构位于基板远离磁传感组的一侧。

可选的，磁偏置结构为一个平整或者含凹坑的长方体磁体；或者，

磁偏置结构为两个相对设置的平整长方体磁体。

可选的，磁传感器还包括外壳，外壳包覆基板以及磁传感组。

可选的，至少一个待测磁性元件包括多个待测磁性元件，多个待测磁性元件以偏移方式排布形成待测磁性元件阵列。

本实用新型实施例提供的磁传感系统，通过将多组磁传感组以偏移方式排布于基板上形成磁传感器，可以减小磁传感单元之间的间距，从而减少了漏检区域，提高了磁传感器的空间分辨率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种磁传感系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种磁传感器的结构示意图；

图3是现有的一种磁传感器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的另一种磁传感器的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的另一种磁传感器的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的另一种磁传感系统的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的另一种磁传感系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种磁传感系统的结构示意图，图2是本实用新型实施例提供的一种磁传感器的结构示意图，参见图1和图2，本实用新型实施例提供的磁传感系统包括：磁传感器1和至少一个待测磁性元件6；磁传感器1包括基板3以及多组磁传感组10，多组磁传感组10以偏移方式排布于基板3上；每组磁传感组10包括多个磁传感单元9，多个磁传感单元9串联或并联(未示出)；待测磁性元件6与磁传感器1相对设置，待测磁性元件6所在平面与磁传感器1的扫描平面平行，待测磁性元件6与磁传感器1相对运动时，磁传感器1检测磁场信号的变化并转化为电信号输出。

如图1所示，多组磁传感组，或者说多个磁传感单元(图1未示出)构成的磁传感元件4位于基板3之上，构成磁传感器1；待测磁性元件6安置在托盘7之上，与磁传感器1的扫描平面平行。磁传感器1与待测磁性元件6发生相对运动时，磁传感器1周围的磁场发生变化，由磁传感元件4捕捉磁场变化信号并转化为电信号，通过对输出的电信号分析可以得到检测结果。示例性的，待测磁性元件6可以为已磁化的硬磁材料，能直接产生磁场信号。示例性的，磁传感组10之间可以采用串联或并联方式连接或者各自独立输出信号形成多通道输出，以捕捉磁场变化信号并转化为电信号。

示例性的，图3是现有的一种磁传感器的结构示意图，为平面扫描时磁传感器中磁传感单元常见的排布方式，如图3所示，磁传感单元9以相同间距均匀排布并以串联或者并联方式连接(未示出)构成磁传感组10。在磁传感器中，磁传感组10可以只有一组或者存在多组。如果是多组的情况下，各磁传感组10之间通常是以相同间距均匀排布的。磁传感单元9的敏感方向与磁传感器的运动方向8平行，当磁传感器与待测磁性元件发生相对运动时，磁传感器周围的磁场发生变化，此时磁传感元件4捕捉磁场变化信号并转化为电信号，通过对输出的电信号分析可以得到检测结果。但由于相邻磁传感单元9之间存在间隙，容易发生漏检情况。

为改善这种情况，本实用新型公布的一种磁传感系统提出了一个新的解决方案，图2示出了本实施例提供的一种平面扫描时磁传感器中磁传感单元的排布方式，如图2所示，本实施例将图3中原本以相同间距排布的磁传感组10以一种列偏移的方式进行排列，如此，最近的相邻磁传感单元9的间距大幅度减小，其漏检区域也大幅度减小，从而可以提高磁传感器的空间分辨率。

需要说明的是，本实施例仅基于平面扫描对磁传感组及磁传感单元的排布方式做了示例性说明，该结构并非限定，磁传感器可以根据不同的扫描场景设置不同的排布方式，后续做详细说明。

本实用新型实施例提供的磁传感系统，通过将多组磁传感组以偏移方式排布于基板上形成磁传感器，可以减小磁传感单元之间的间距，从而减少了漏检区域，提高了磁传感器的空间分辨率。

在上述实施例的基础上，可选的，多组磁传感组构成半桥式电路或全桥式电路。

示例性的，磁传感组10可以通过串联或者并联的方式形成桥式电路(半桥式电路或全桥式电路)上的一臂，本领域技术人员可自行设计，在此不作过多说明。

此外，可选的，各磁传感组10独立输出电信号。

如此，可以获得多通道输出的电信号，从而可以提高检测精度。本领域技术人员可根据需求选择磁传感组之间的连接关系，本实用新型实施例对此不作限定。

在上述实施例的基础上，下面对磁传感组，或者说磁传感单元的排布方式做进一步详细描述。

可选的，继续参见图2，各组磁传感组10的磁传感单元9在不同直线(如图2中虚线)以偏移方式排布，所述直线平行于多个磁传感组10的排列方向。

如此设置，可使最近的相邻磁传感单元9的间距大幅度减小，从而可以提高提高磁传感器的空间分辨率，详见上述实施例的描述，在此不再赘述。

优选的，磁传感器具有n组磁传感组10时，最近邻的磁传感单元9之间的间距可以为原来的1/n，由此可提高磁传感器1的空间分辨率。示例性的，图2以磁传感器具有两组磁传感组10为例进行示意，相比于图3所示现有排布方式而言，最近邻的磁传感单元9之间的距离缩短为原来的1/2，从而减少了漏检区域，提高了磁传感器的空间分辨率。

可以理解的，磁传感组10数量的增加同时也会导致芯片体积的增加，故在实际应用中需综合衡量以获得最优设计。在信号输出时，各个磁传感组10可以通过串联或者并联以形成桥式电路上的一臂。优选的，各个磁传感组10单独输出各自信号，以获得多通道输出，提高检测精度。

可选的，图4是本实用新型实施例提供的另一种磁传感器的结构示意图，为角度扫描时本发实用新型实施例中的一种磁传感单元排布方式，参见图4，多组磁传感组10在基板所在平面上形成多条直线(如图中直虚线)，多条直线相交于同一点，且各组磁传感组10的磁传感单元9排布于对应磁传感组10所在的直线上。

如图4所示，该排布方式采用了多个角度偏移的磁传感组10的排布结构，有效的减少了磁传感器在绕着旋转方向11旋转检测时的漏检情况，提高了磁传感器的空间分辨率。

从图4可以看出，该排布方式会使得内圈部分的磁传感单元9排布太过拥挤，为避免此问题，可以采用以下方案。

可选的，图5是本实用新型实施例提供的另一种磁传感器的结构示意图，为角度扫描时本实用新型磁实施例中的另一种磁传感单元排布方式，参见图5，多组磁传感组10在基板所在平面上形成多个圆弧(如图中虚线圆弧)，多个圆弧相交于同一点，且各组磁传感组10的磁传感单元9以偏移方式排布于对应磁传感组10所在的圆弧上。

如图5所示，相比于图4所示结构而言，本实施例的方案在增加角度偏移磁传感组的同时，使得原本径向规则排列的磁传感单元9变为径向偏移的错位排列，从而可以避免内圈部分的磁传感单元9排布太过拥挤。在信号输出时，各个磁传感组10可以通过串联或者并联以形成桥式电路上的一臂。优选的，各个磁传感组10单独输出各自信号，以获得多通道输出，提高检测精度。

可选的，图6是本实用新型实施例提供的另一种磁传感系统的结构示意图，为柱状侧面扫描时本实用新型实施例中磁传感单元及待测磁性元件的一种排布方式，参见图6，至少一个待测磁性元件包括多个待测磁性元件(如6a和6b)，多个待测磁性元件以偏移方式排布形成待测磁性元件阵列。

待测磁性元件和磁传感器的运动是相对的，故对于可操作的待测磁性元件进行交错排列时，同样能提高空间分辨率。如图6所示，其中6a、6b表示两组交错偏移排列的待测磁性元件，而4a，4b分为对应待检测列的磁传感元件。当柱状物绕着旋转方向12转动时，磁传感元件周围磁场发生变化，检测磁场信号变化并转化为电信号输出。优选的，不同的磁传感元件分别输出单路信号，形成多通道输出，以提高检测精度。

可选的，磁传感单元为霍尔元件、各向异性磁阻元件、巨磁阻元件或者隧道磁阻元件。以上元件具有高灵敏度、低噪声和高信噪比的优点，有利于提高磁传感器的检测精度，本领域技术人员可以根据需求选择磁传感单元，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，图7是本实用新型实施例提供的另一种磁传感系统的结构示意图，参见图7，磁传感器1还包括磁偏置结构2，磁偏置结构2位于基板3远离磁传感组(未示出)的一侧。

待测磁性元件6与磁偏置结构2之间存在着相互作用，当磁传感器1与待测磁性元件6发生相对运动时，磁传感器1周围的磁场将发生变化，由磁传感元件4捕捉磁场变化信号并转化为电信号后，可以分析磁传感器输出的电信号得到检测结果。示例性的，磁偏置结构2可以为永磁体。

进一步可选的，磁偏置结构2为一个平整或者含凹坑的长方体磁体；或者，磁偏置结构为两个相对设置的平整长方体磁体。

参见图7，图7以磁偏置结构2可以为一个含凹坑的长方体磁体为例进行示意，该结构并非限定，本领域技术人员可根据需求选择磁偏置结构的形状，本实用新型实施例对此不作限定。

可选的，继续参见图7，磁传感器1还包括外壳5，外壳5包覆基板3以及磁传感组(未示出)。

如图7所示，当磁传感器1中设置有磁偏置结构2时，外壳5还可以包覆磁偏置结构2。具体的，参见图7，多个传感单元(未示出)构成的磁传感元件4位于基板3之上，凹形永磁体作为磁偏置结构2位于基板3下方且其凹坑面直接与基板3接触，并一同安置于外壳5内构成一个完整磁传感器1。待测磁性元件6安置在托盘7之上，与磁传感器检测面平行。待测磁性元件6与永磁体存在着相互作用，磁传感器1与待测磁性元件6发生相对运动时，磁传感器1周围的磁场发生变化，由磁传感元件4捕捉磁场变化信号并转化为电信号，通过分析磁传感器输出的电信号可以得到检测结果。

总的来说，本实用新型实施例的技术方案，不再采用芯片的堆叠，而是将磁传感器中的磁传感组以阵列偏移、角度偏移或者径向偏移的方式进行排布，而后再一体封装，如此可以经济简便地提高空间分辨率。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种磁传感系统，其特征在于，包括：磁传感器和至少一个待测磁性元件；

所述磁传感器包括基板以及多组磁传感组，多组所述磁传感组以偏移方式排布于所述基板上；每组所述磁传感组包括多个磁传感单元，多个所述磁传感单元串联或并联；

所述待测磁性元件与所述磁传感器相对设置，所述待测磁性元件所在平面与所述磁传感器的扫描平面平行，所述待测磁性元件与所述磁传感器相对运动时，所述磁传感器检测磁场信号的变化并转化为电信号输出。

2.根据权利要求1所述的磁传感系统，其特征在于，多组所述磁传感组构成半桥式电路或全桥式电路。

3.根据权利要求1所述的磁传感系统，其特征在于，各组所述磁传感组的所述磁传感单元在不同直线以偏移方式排布，所述直线平行于多个所述磁传感组的排列方向。

4.根据权利要求1所述的磁传感系统，其特征在于，多组所述磁传感组在所述基板所在平面上形成多条直线，多条所述直线相交于同一点，且各组所述磁传感组的所述磁传感单元排布于对应磁传感组所在的直线上。

5.根据权利要求1所述的磁传感系统，其特征在于，多组所述磁传感组在所述基板所在平面上形成多个圆弧，多个所述圆弧相交于同一点，且各组所述磁传感组的所述磁传感单元以偏移方式排布于对应磁传感组所在的圆弧上。

6.根据权利要求1所述的磁传感系统，其特征在于，所述磁传感单元为霍尔元件、各向异性磁阻元件、巨磁阻元件或者隧道磁阻元件。

7.根据权利要求1所述的磁传感系统，其特征在于，所述磁传感器还包括磁偏置结构，所述磁偏置结构位于所述基板远离所述磁传感组的一侧。

8.根据权利要求7所述的磁传感系统，其特征在于，所述磁偏置结构为一个平整或者含凹坑的长方体磁体；或者，

所述磁偏置结构为两个相对设置的平整长方体磁体。

9.根据权利要求1所述的磁传感系统，其特征在于，所述磁传感器还包括外壳，所述外壳包覆所述基板以及所述磁传感组。

10.根据权利要求1所述的磁传感系统，其特征在于，所述至少一个待测磁性元件包括多个待测磁性元件，多个所述待测磁性元件以偏移方式排布形成待测磁性元件阵列。

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