CN2658712Y - 磁性方位传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于检测外部磁场的磁性方位传感器，它具有多个磁阻抗传感元件(MI)元件和电子线路，其中所述的MI元件包括，用于检测外部磁场的由非晶体丝构成的磁感应体和在该磁感应体的周围的绝缘物质上绕制的导电性线圈；所述的电子线路包括，用于向所述的多个MI元件提供脉冲电流或者高频电流的信号发生器，对所述的多个MI元件进行交替通电的切换控制的轴输出切换电路，用于检测所述的多个MI元件的导电性线圈的输出电压的检测电路。

Description

磁性方位传感器

(1)技术领域

本实用新型涉及一种对地磁场的方位进行检测的高灵敏度、小型、薄型且耗电量小的磁性方位传感器。

(2)背景技术

作为对地磁场的方位进行检测的磁性方位传感器，采用高灵敏度的附有电磁线圈的磁阻抗传感元件(以下称为MI元件)的技术已被公开在″特開2001-296127″号公报上。在该文献中所记载的以往技术，是将MI元件设置在二维坐标轴上，并且采用负反馈电路和差动式电路进行温度补偿。为了能够检测出坐标轴方向的磁场变化，MI元件具有由胶状物质涂覆的磁感应元件和用于固定该磁感应元件的基板所组成的单个元件，和围绕在该元件周围的检测线圈。

而且作为另一种以往技术，在″特開平11-63997″号公报上公开了一种使用由带状非晶体构成的MI元件的磁性方位传感器。在该文献中所公开的以往技术，是将MI元件设置在二维坐标轴上，并且在构成各个MI元件的带状非晶体上绕上产生偏压磁场的偏压线圈并产生偏压磁场。

然而，近年，在快速发展的包括移动电话在内的移动器件领域内，从便于携性的角度看，需要超小型、薄型且耗电量小的磁性方位传感器。

而且对这种磁性方位传感器，还要求其可能输出的电压范围与磁场强度的关系，至少在±2.7高斯的范围(以下称磁探测可能范围)内，应该是呈线性关系。特别是当这种磁性方位传感器被安装在移动电话上时，因为移动电话可能在不同的地点被使用，那么根据使用地点的不同，磁场强度可能会远远大于±2.7高斯。

在″特開2001-296127″号公报中所公开的磁性方位传感器，作为磁感应元件，使用的是长3毫米、直径为30微米的的非晶体棒。但是，由于要把该磁感应元件的两端焊锡在基板的电极上，并在磁感应元件和基板之间以及磁感应元件的上部空间里用胶状物质涂覆以构成单个元件，然后还要在该单个元件的周围绕上检测线圈和负反馈线圈，所以最终的MI元件成为宽3毫米、高2毫米、长4毫米的较大元件。而且为了检测出在二维坐标轴上的变化，至少需要两个这样的单个元件，从而导致很难应用在小型电子器件上。特别是在移动电话的应用上，2毫米的厚度和48立方毫米的体积(按体积24立方毫米/个，两个坐标轴方向计算)的元件成为一个很大的问题。

并且作为磁性方位传感器，为了实现高灵敏度、高检测精度、耗电量小和小型化的特征，可以在每个坐标轴上使用两个MI元件，然后用差动式电路实现两个元件上的信号的减法运算，还可以使用负反馈电路。然而，差动式电路和负反馈电路都有碍于元件的小型化，而且为了提高检测精度而增设的负反馈电路中的电流由于总是存在的，从而会导致耗电量的增加。

另一方面，″特開平11-63997″号公报上所公开的磁性方位传感器，为了实现小型化和精密测量的目的，采用了长31毫米、宽0.1至0.2毫米、厚20毫米的由带状非晶体构成的MI元件。  但是如果在该元件上绕上用于产生偏压磁场的偏压线圈，就会变成宽2至4毫米、厚(高度)2至3毫米的较大的元件。而且在用于产生偏压磁场的线圈上，一直有数毫安培的电流流动从而会导致耗电量的增加。

因此，为了解决上述问题，就要求磁性方位传感器既要满足小型化、薄型化和体积小的要求，又要满足磁探测可能范围广和耗电量小的要求。

(3)实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磁性方位传感器，既能满足小型化、薄型化和体积小的要求，又能满足磁探测可能范围广和耗电量小的要求。

为了达到以上的目的，本实用新型提供一种检测外部磁场的方位的磁性方位传感器，它具有多个MI元件和电子线路，其中所述的MI元件包括，用于检测外部磁场的由非晶体丝构成的磁感应体和在该磁感应体的周围的绝缘物质上绕制的导电性线圈；而所述的电子线路包括，用于向所述的多个MI元件提供脉冲电流或者高频电流的信号发生器，对所述的多个MI元件进行交替通电的切换控制的轴输出切换电路，用于检测所述的多个MI元件的导电性线圈的输出电压的检测电路。

根据以上的结构，由于在电子线路当中，省去了差动式电路和负反馈电路，使得磁性方位传感器在满足更加小型化的同时，负反馈电流也不存在了，从而可以减少耗电量。在本实用新型中，由于不需要产生偏压磁场的偏压线圈，这样也减少了偏压电流的消耗。而且由于还设置了具有对多个MI元件能进行交替通电的开关功能，这样可以达到减少耗电量的目的。

而且，本实用新型的磁性方位传感器中的每个MI元件的所述的非晶体丝的直径可以是30微米以下，每个MI元件的所述的导电性线圈的内径可以是200微米以下。

根据以上的结构，由于其中的磁感应元件是由直径为30微米以下的非晶体合金磁性体构成，而绕在经过绝缘物质绝缘后的磁感应元件周围的导电性线圈的内径为200微米以下，这样能够保证使各个导电性线圈以及保持各个线圈处于导电状态的基板的整体高度在0.7毫米以下，只有以往技术的三分之一。并且保持各个导电性线圈处于导电状态的基板的宽度也只有以往技术的三分之一。而且更好的是各个导电性线圈的内径可为100微米以下，这样，基板的高度和宽度就能变为0.5微米以下，从而使其更加小型化、薄型化。

而且，本实用新型的磁性方位传感器中的每个MI元件的长度还可以为3毫米以下。

根据此结构，通过缩短磁感应元件的长度以取代电量消耗型的负反馈电路，可以使磁性方位传感器的磁探测可能范围扩大到±10高斯。在本实用新型中，磁感应元件的长度为2毫米以下，根据磁探测范围的需要，该长度可设在0.5毫米至3毫米之间。

而且，经由所述检测电路检测出来的输出电压还可以利用放大电路进行放大。

而且，本实用新型的磁性方位传感器中的每个MI元件，在所述的磁感应体和所述的导电性线圈之间，不存在固定所述的磁感应体的基板的状态下，绕在所述的磁感应体周围的绝缘物质上的导电性线圈的匝数间隔，还可以为100微米/匝以下。

根据上述结构，由于在磁感应元件的周围仅仅只添加绝缘物质绝缘后，就绕上导电性线圈，因此可以省去在电磁线圈内起固定磁感应元件作用的基板，从而使小型化成为可能。对磁感应元件来说，由于绝缘物质所起的固定作用，基板已不需要了。并且，因为缩短了导电性线圈的单位长度的匝数间隔和增加了单位长度的线圈匝数，所以输出电压得以增加。在本实用新型中，匝数间隔在100微米/匝以下，50微米/匝以下更好。在为了获得同等输出电压的时候，这样做能缩短磁感应元件的长度，从而缩短MI元件的长度。

而且，本实用新型的磁性方位传感器中的所述的多个MI元件包括用于检测第一坐标轴方向上的分量的第一MI元件和用于检测第二坐标轴方向上的分量的第二MI元件。

由于这种结构，作为磁性方位传感器，至少能够分别检测出第一坐标轴和第二坐标轴上的分量，而且使小型化还成为可能。

而且，本实用新型的磁性方位传感器的第一MI元件、第二MI元件以及电子线路都组装在宽5毫米以下、长5毫米以下的基板上。根据这种结构，使超小型化、薄型化和小体积化成为可能。

而且，本实用新型的磁性方位传感器，还包括，用于组装所述的第一MI元件和第二MI元件的基板，在将所述的第一MI元件和第二MI元件组装在基板上时，使所述的第一MI元件的非晶体丝的轴方向与第二MI元件的非晶体丝的轴方向相互垂直。

由于这种结构，作为磁性方位传感器，能够分别检测出互相垂直的方向上的分量。

而且，本实用新型的磁性方位传感器的电子线路被制成集成电路，这样能够进一步达到小型化。

而且，本实用新型的磁性方位传感器的所述的MI元件包括，用于组装所述多个MI元件的基板；在所述基板的主表面上形成的槽；在所述槽的下表面上形成的第一导电性薄膜；被填充在所述槽内作为绝缘物质的树脂；被埋入到所述树脂内的所述磁感应体；在所述树脂的上表面形成的第二导电性薄膜；所述导电性线圈，是由所述第一导电性薄膜与第二导电性薄膜，经制作布线图案成为螺旋状。

根据以上的结构，由于多个MI元件可以通过在一个基板上制作布线图案(patterning)而完成，这样就可以省去装配工序，达到传感器的小型化。

(4)附图说明

图1是本实用新型的MI元件的俯视图。

图2是本实用新型的MI元件的剖面图。

图3是本实用新型采用MI元件的磁性方位传感器的电子线路图。

图4是本实用新型的将图3所示的电子线路集成电路化后，再与MI元件一起组装到同一基板上时的实际安装图。

图5是本实用新型的采用MI元件的磁性方位传感器相对于外部磁场的传感器输出特性，与″特開2001-296127″号公报中所公开的磁场检测装置中，不采用负反馈电路时的相对于外部磁场的输出特性的对比图。

(5)具体实施方式

本实用新型的实施方式如以下图1、图2所示。

基板1的尺寸为宽0.6毫米、高0.4毫米、长2毫米。使用的磁感应元件是钴铁硅硼(CoFeSiB)合金的，直径为30微米的非晶体合金磁性体2。基板上的槽沟11的深度为50微米、宽度为70微米、长度为2毫米。导电性线圈3是由在槽沟面111上所形成的线圈一侧31和槽沟面112(树脂4的上面41)上所形成的线圈另一侧32的2层构造组成。

上述槽沟面111上所形成的线圈一侧31是这样形成的，先把构成线圈的导电性金属薄膜蒸敷在电极配线基板的长轴方向上所形成的槽沟11的整个槽沟面111上，然后利用选择蚀刻法，蚀刻所蒸敷的金属薄膜使其成为螺旋状并将间隙处的导电性金属薄膜除去，即，制作布线图案(patterning)。这样，在上述的槽沟11的槽沟面上的上下方向上形成垂直的线圈部，其两下端部与在槽沟底面的左右方向(与基板1的长轴方向垂直)上形成的平面线圈部的两端连接起来。

对于在上述的槽沟面111上所形成的线圈一侧31，为了使该线圈一侧31与导电性非晶体合金磁性体2绝缘，涂覆了氧化硅树脂层。  然后在已绝缘的槽沟11内组装上导电性非晶体合金磁性体后，仅仅把槽沟11上的的垂直线圈部的上端部分露出，再涂覆一次。

而线圈另一侧32是这样形成的，先把金属薄膜蒸敷在已形成的槽沟面112上，然后利用选择蚀刻法蚀刻所蒸敷的金属薄膜，使沿所述上端部的其中一个上端部倾斜地延伸到另一个上端部所形成的短棍状(相当于一匝)的线圈另一侧32剩下来，并将间隙处的导电性金属薄膜除去。

这样，就形成了由线圈一侧31和线圈另一侧32所构成的螺旋状的导电性线圈3。导电性线圈3的平均内径(与高和宽所形成的面积相当的圆的直径)最好为66微米，单位长度的匝数间隔最好为50微米/匝。但是，该导电性线圈的平均内径和匝数间隔不只局限于66微米和50微米，其中平均内径只要是在200微米以下，匝数间隔只要是100微米以下，就可以使用在本实用新型所采用的MI元件上。而且更好的是各个导电性线圈的内径可为100微米以下。在本实用新型中，匝数间隔在100微米/匝以下，50微米/匝以下更好。在为了获得同等输出电压的时候，这样做能缩短磁感应元件的长度，从而缩短MI元件的长度。

另一方面，为了使磁性方位传感器的磁探测可能范围扩大到4±10高斯，有种方法是可能的。那就是缩短磁感应元件的长度以取代电量消耗型的负反馈电路。在本实用新型中，磁感应元件的长度为2毫米以下，根据磁探测范围的需要，该长度可设在0.5毫米至3毫米之间。

作为电极5，是在基板上把一对电磁线圈端子51和一对磁感应元件的端子52等合计4个分别焊接起来。上述的非晶体合金磁性体2的两端和导电性线圈3的两端分别与电极5相连接。本实用新型的附有电磁线圈的磁阻抗传感元件(以下称为MI元件)10，即采用了如上的结构。也就是说，本实用新型的MI元件10的大小几乎与电极配线基板的大小一样。

接下来，在图3，示意采用所述MI元件10的磁性方位传感器的电子线路图。具有振荡功能的信号发生器7，包括X、Y两个输出端，这些输出端分别与X轴及Y轴的MI元件10相连接。信号发生器7，根据具有开关功能的轴输出切换电路6的控制信号，分别向X轴和Y轴上的MI元件交替地输出通电脉冲。这样一来，由于向两个MI元件的通电频度降为二分之一，因此可以实现省电效果。

信号发生器7产生的脉冲信号，频率为200MHz，强度为170毫安，信号间隔为1微秒。脉冲信号被输入到各个MI元件的非晶体合金磁性体10。这时，在电磁线圈3上，产生与外部磁场(地磁场)成比例的电压。

并且，本实施例的轴输出切换电路6的位置与信号发生器7的位置是可以互换的。

具有检测功能的同步检波电路8，可以检测出导电性线圈3上的，与MI元件通电时同步产生的电压。

放大器9把所检测到的电压放大到指定值后输出。在图3的信号发生器7以后的动作，是对X轴和Y轴上的MI元件交替重复进行的。

图4是把图3的电子线路集成电路化后，再与MI元件一起组装在同一基板上的装配图。如此图4所示，X、Y轴方向的MI元件10是相互垂直配置的。也就是说，二个MI元件所具有的非晶体合金磁性体2的二个轴方向是互相垂直的。图3的电子线路被作成集成电路70。磁性方位传感器100的大小，虽然没有在图上表示出来，包括设置电极所需的盒子在内，也只有3.4毫米×3.1毫米、厚度0.8毫米，是非常小、薄而且体积小。但是，本实用新型所涉及的磁性方位传感器100的基板的大小并不局限于以上的3.4毫米×3.1毫米，只要满足在5毫米×5毫米以下即可。

图5表示的是由上述电路构成的磁性方位传感器的输出。图5的横轴表示外部磁场的大小，纵轴表示磁性方位传感器的输出。图5中实线表示的是该实用新型的磁性方位传感器的输出，可以看出，在±10高斯之间呈现良好的线性。这表明本实用新型的磁性方位传感器，可以轻松地达到磁探测可能范围为±2.7高斯的要求。作为比较例，在″特開2001-296127″号公报上所公开的磁场检测装置中，不使用负反馈电路，并采用其中的MI元件，将这种情况下的传感器的输出用点线表示。而且将该以往实施例的输出的峰值设定为1。从以上的比较结果可以看出，本实用新型即使不使用负反馈电路也可以将磁探测可能范围扩大到±10高斯。因此，根据本实施方式，以往不能测定的广范围的磁探测也成为可能。而且在使MI元件小型化的同时，又能省掉负反馈线圈和负反馈电路以及差动式电路。由于省掉了负反馈电流并采用了开关功能，也同时大幅度地降低了耗电量。

Claims (11)

1.一种磁性方位传感器，具有多个磁阻抗传感元件(MI)元件和电子线路，其特征在于：

所述的MI元件，包括用于检测外部磁场的由非晶体丝构成的磁感应体和在该磁感应体的周围的绝缘物质上绕制的导电性线圈；

所述的电子线路，包括：

信号发生器，用于向所述的多个MI元件提供脉冲电流或者高频电流；

轴输出切换电路，对所述的多个MI元件进行交替通电的切换控制；

检测电路，用于检测所述的多个MI元件的导电性线圈的输出电压。

2.如权利要求1所述的磁性方位传感器，其特征在于，所述的每个MI元件的所述的非晶体丝的直径为30微米以下。

3.如权利要求1所述的磁性方位传感器，其特征在于，所述的每个MI元件的所述的导电性线圈的内径为200微米以下。

4.如权利要求1所述的磁性方位传感器，其特征在于，所述的MI元件的长度为3毫米以下。

5.如权利要求1所述的磁性方位传感器，其特征在于，所述的电子线路还包括将经由所述检测电路检测出来的输出电压进行放大的放大电路。

6.如权利要求1所述的磁性方位传感器，其特征在于，所述的每个MI元件，在所述的磁感应体和所述的导电性线圈之间，不存在固定所述的磁感应体的基板的状态下，绕在所述的磁感应体周围的绝缘物质上的导电性线圈的匝数间隔为100微米/匝以下。

7.如权利要求1所述的磁性方位传感器，其特征在于，所述的多个MI元件包括用于检测第一坐标轴方向上的分量的第一MI元件和用于检测第二坐标轴方向上的分量的第二MI元件。

8.如权利要求7所述的磁性方位传感器，其特征在于，所述的第一MI元件、第二MI元件以及所述的电子线路被组装在宽为5毫米以下，长为5毫米以下的基板上。

9.如权利要求7所述的磁性方位传感器，其特征在于，还包括，

用于组装所述的第一MI元件和第二MI元件的基板；

在将所述的第一MI元件和第二MI元件组装在基板上时，使所述的第一MI元件的非晶体丝的轴方向与第二MI元件的非晶体丝的轴方向相互垂直。

10.如权利要求1所述的磁性方位传感器，其特征在于，所述的电子线路是集成电路。

11.如权利要求1至10其中之一所述的磁性方位传感器，其特征在于还包括：

用于组装所述多个MI元件的基板；

在所述基板的主表面上形成的槽；

在所述槽的下表面上形成的第一导电性薄膜；

被填充在所述槽内作为绝缘物质的树脂；

被埋入到所述树脂内的所述磁感应体；

在所述树脂的上表面形成的第二导电性薄膜；

所述导电性线圈，是由所述第一导电性薄膜与第二导电性薄膜，经制作布线图案成为螺旋状。

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