CZ2008163A3 - AMR magnetometr s korekcí kolmého magnetického pole - Google Patents
AMR magnetometr s korekcí kolmého magnetického pole Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2008163A3 CZ2008163A3 CZ20080163A CZ2008163A CZ2008163A3 CZ 2008163 A3 CZ2008163 A3 CZ 2008163A3 CZ 20080163 A CZ20080163 A CZ 20080163A CZ 2008163 A CZ2008163 A CZ 2008163A CZ 2008163 A3 CZ2008163 A3 CZ 2008163A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- amr
- circuit
- output
- sensor
- magnetic field
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
AMR magnetometr s korekcí kolmého magnetického pole je tvorený alespon jedním jednoosým AMR senzorem (1) pripojeným na napájecí obvod (2), kde tento alespon jeden AMR senzor (1) obsahuje magnetické jádro (1.2) a flipovací vinutí (1.1) pripojené na flipovací obvod (3). AMR magnetometr má na svém výstupu zarazenu aritmetickou jednotku (6) pro zpracování výstupního signálu AMR senzoru (1) a urcení složek magnetického pole AMR senzoru (1) a to tak, že výstup kladného výstupního napetí V.sup.+.n. a záporného výstupního napetí V.sup.-.n. každého AMR senzoru (1) je na vstup této aritmetické jednotky (6) pripojen prímo pres diferencní zesilovac (4) a analogove-císlicový prevodník (5).
Description
(57) Anotace:
AMR magnetometr s korekcí kolmého magnetického poleje tvořený alespoň jedním jednoosým AMR senzorem (1) připojeným na napájecí obvod (2), kde tento alespoň jeden AMR senzor (I) obsahuje magneti cké jádro (1.2) a flipovací vinut i (1.1) připojené na fl ipovací obvod (3). AM R magnetometr má na svém výstupu zařazenu aritmetickou jednotku (6) pro zpracování výstupního signálu AMR senzoru (1) a určení složek magnetického pole AMR senzoru (1) a to tak, žc výstup kladného výstupního napětí V+ a záporného výstupního napětí V každého AMR senzotu (1) je na vstup této aritmetické jednotky (6) připojen přímo pres diferenční zesi lovač (4) a analogovč-čís lícový převodník (5).
CZ 2008 - 163 A3
• · 4 • · · 4· • *··♦ 4 ·· • 4 ·· •4« *··
AMR magnetometr s korekci kolmého magnetického pole
Oblast techniky
Vynález se týká magnetometru s AMR senzorem, který využívá flipování ke korekci chyby způsobené kolmým magnetickým polem a případně přímo počítá dvě složky vnějšího magnetického pole. Takový magnetometr může být určen k přesnému měření jedné, dvou nebo tří složek magnetického pole.
Dosavadní stav techniky
Anizotropní magnetorezistory, označované jako AMR senzory, se používají pro měřeni magnetických polí např. v navigaci, pro měření polohy a pro bezkontaktní měření elektrických proudů. Významné je i jejich použití pro detekci vozidel a dalších feromagnetických předmětů a pro snímání otáček. Nejčastěji se používají jednoosé AMR senzory, v některých případech se skupina dvou nebo tří vzájemně kolmých jednoosých AMR senzorů integruje do jednoho pouzdra. Doposud každý jednoosý AMR senzor měří magnetické pole v jednom směru.
AMR senzory mají často integrovánu zpětnovazební a flipovací cívku. Proud zavedený do zpětnovazební cívky může kompenzovat měřené magnetické pole Hy. Proudový puls zavedený do flipovací cívky nastaví remanentní magnetizaci AMR senzoru do směru +x nebo -x. Směr této magnetizace je určen polaritou flipovacího pulsu. Změna polarity flipovacího pulsu způsobí změnu orientace remanentní magnetizace a tím také změnu polarity výstupního napětí AMR senzoru. Například flipovací puls kladné polarity orientuje remanentní magnetizaci AMR senzoru do směru +x a pro kladné měřené magnetické pole Hy je pak výstupní napětí senzoru V* kladné. Následný flipovací puls záporné polarity orientuje remanentní magnetizaci AMR senzoru do směru -x a pro kladné měřené magnetické pole Hy je pak výstupní napětí senzoru V záporné.
·«· · · · · · ·· ««·«*»* · · · · · · • · · · · · · · · · ··· · ·· ·· ·· ··
AMR magnetometr obsahuje kromě samotného AMR senzoru nebo senzorů také obvody pro jeho/jejich napájení a zpracování jeho/jejich signálu. Kromě toho AMR magnetometr může obsahovat obvody pro zpětnovazební kompenzaci a flipování a další bloky a obvody. Pokud AMR magnetometr slouží jako kompas, někdy je označován jako AMR kompas. AMR kompas může obsahovat dvojici nebo trojici AMR senzorů a navíc může rovněž obsahovat inklinoměr nebo dvojici inklinoměrů. V takovém případě říkáme, že AMR magnetometr je součástí AMR kompasu.
Jednou z hlavních nevýhod dosavadních magnetometrů s AMR senzory je crossfield chyba, to jest chyba způsobená vlivem kolmého pole, tzv. crossfield efekt nebo orthogonal field effect. Důsledkem tohoto efektu může být např. chyba přes 1 úhlový stupeň při určování azimutu, pokud se AMR senzory používají v kompasu. Další nevýhodou je nutnost použití jednoho jednoosého AMR senzoru pro každý směr měření.
V současné době existují tři metody potlačení crossfield chyby:
První metodou je kompenzování měřeného pole. Vlastní senzor je zde doplněn zpětnovazebními obvody a kompenzační cívkou. Měřené pole je automaticky kompenzováno, takže senzor pracuje jako nulový indikátor a jeho crossfield chyba se neuplatní.
Druhá metoda spočívá v numerické korekcí s využitím údaje kolmého senzoru.
Třetí metoda spočívá v analogovém odečtením výstupů senzoru
V+ a V- během flipování. Výstupy V+ a V- jsou vzorkovány a rozdílovým členem odečteny. Výsledné analogové napětí je méně zatíženo crossfield chybou než jednotlivá napětí V+ a V-.
Φ« Φ Φ
Φ · ·Φ·Φ · Φ Φ Φ ··· Φ* «Φ ΦΦ 4«
Nevýhodou metody kompenzování měřeného pole je zvýšená spotřeba magnetometru a sníženi jeho kmitočtového rozsahu. Proto tato metoda není v některých případech, například pro bateriově napájené magnetometry nebo pro měření magnetických polí rychle proměnných v čase, vhodná.
Nevýhodou metody numerické korekce s využitím údaje kolmého senzoru je nutnost použít další AMR senzor. Korekce vyžaduje iterační numerický výpočet, takže měřicí proces komplikuje a zpomaluje. Proto tato metoda není v některých případech vhodná, zejména při měření magnetického pole, které rychle mění svůj směr, jako například při umístění magnetometru na pohyblivé platformě.
Nevýhodou metody analogového odečtení výstupů senzoru V+ a V- je skutečnost, že tato metoda potlačuje crossfield chybu pouze částečně a proto pro přesnější aplikace nepostačuje.
Podstata vynálezu
Shora uvedené nedostatky AMR magnetometrů odstraňuje AMR magnetometr s korekcí kolmého magnetického pole tvořený alespoň jedním jednoosým AMR senzorem připojeným na napájecí obvod. Tento alespoň jeden AMR senzor obsahuje magnetické jádro a flipovací vinutí připojené na flipovací obvod. AMR magnetometr má na svém výstupu zařazenu aritmetickou jednotku pro zpracování výstupního signálu AMR senzoru a určení složek magnetického pole AMR senzoru. Podstatou nového řešení je, že výstup každého AMR senzoru je spojen se vstupem aritmetické jednotky přímo, takže postupným vzorkováním aritmetická jednotka načte přímo obě hodnoty kladného výstupního napětí V+ a záporného výstupního napětí V* bez analogového vzorkování. To je možno řešit zejména tak, že mezi každý senzor a aritmetickou jednotku je zařazen jeden A/D převodník, před kterým může být zařazen diferenční zesilovač. Alternativně mohou být jednotlivé senzory přepínány na vstup jednoho A/D převodníku, toto řešení však má podstatné nevýhody.
·· · · · ♦ · * ·· • · · · «···· • ··♦·*· « * « · · ·· • · · φ · · · · ·» ··♦ · φ· 4« ···*
V jednom možném provedení obsahuje aritmetická jednotka obvod součinu kladného a záporného výstupního napětí V* a V a obvody rozdílu kladného a záporného výstupního napětí V+ a V, jejíchž výstupy jsou spojeny se vstupem dělicího obvodu.
Aritmetická jednotka může také obsahovat obvod pro součet kladného a záporného výstupního napětí V* a V, jehož výstup je spojen s dělicím obvodem, který má přepínatelné vstupy.
Podstatou řešení tedy je, že aritmetická jednotka zpracovává výstupy AMR senzoru pro obě polarity remanentní magnetizace, tedy kladné a záporné výstupní napětí V+ a V. Výstupem aritmetické jednotky je pak složka pole v ose citlivosti AMR senzoru Hy a případně také složka kolmá Hx.
Zásadní výhodou AMR magnetometru s korekcí kolmého pole je skutečnost, že crossfield chyba může být potlačena s použitím jediného nekompenzovaného jednoosého AMR senzoru. Tento magnetometr také umožňuje změřit velikost kolmého pole, a tak s využitím jediného AMR senzoru měřit dvě složky magnetického pole, to jest magnetické pole ve dvou kolmých směrech.
Přehled obrázků na výkrese
Zjednodušené schéma základní funkční části AMR senzoru je na obr. 1. Na obr.2 je uveden příklad jednoduchého provedení AMR magnetometru s korekcí kolmého magnetického pole. Na obr. 3 je příklad provedení aritmetické jednotky.
Příklady provedení vynálezu
Základní částí AMR senzoru, viz obr.1, je feromagnetický proužek 0. Elektrický odpor tohoto feromagnetického proužku 0 se měří průchodem proudu mezi svorkami + a Bez přítomnosti vnějšího magnetického pole H leží vlivem anizotropie vektor magnetizace M tohoto feromagnetického proužku 0 ve směru osy +x nebo -x. Tuto magnetizaci lze bud stabilizovat nebo otočit do opačného směru impulsem flipovacího pole ve směru +x nebo -x. Jestliže na tento feromagnetický proužek 0 působí měřené magnetické pole vektor magnetizace se natočí ze směru x o úhel <£, což je provázeno snížením elektrického odporu mezi svorkami + a Jestliže zároveň působí kolmé magnetické pole H^, natočení vektoru magnetizace a tedy i měřený odpor se změní, což u nekompenzovaných magnetometrů vede k chybě určení měřeného pole Ηχ.
Ve skutečnosti bývá směr měřicího proudu odkloněn o 45°, což vede k linearizaci AMR senzoru. Pro zvýšení teplotní stability a linearity bývá AMR senzor zapojen jako Wheatstoneův můstek.
Na obr.2 je uveden příklad jednoduchého provedení AMR magnetometru s korekcí kolmého pole. AMR senzor 1 obsahuje flipovací vinutí 1.1 připojené na flipovací obvod 3 a magnetické jádro 1.2, kterým protéká měřicí proud vytvořený v napájecím obvodu 2. AMR senzor 1 je svým výstupem připojen ke vstupu diferenčního zesilovače 4, jehož výstup je přímo přes analogově-číslicový převodník 5 připojen na vstup aritmetické jednotky 6.
AMR magnetometr pracuje tak, že flipovací obvod 3 vyšle do flipovacího vinutí 1.1 impuls jedné polarity a analogově-číslicový převodník 5 následně provede odměr výstupního kladného napětí V+.
Poté flipovací obvod 3 vyšle do flipovacího vinuti 1_J_ impuls opačné polarity. Výstupní napětí AMR senzoru 1 může být zesíleno diferenčním zesilovačem 4. Analogově-číslicový převodník 5 provede odměr výstupního záporného napětí V. Aritmetická jednotka 6 pak zpracuje digitalizované kladné a záporné napětí V+ a V a vypočte hodnotu měřeného pole Hy a případně také kolmého pole Hx.
V jednoduchém provedení AMR magnetometr podle vynálezu používá zjednodušené vztahy uvedené např. v B.B. Pant, M. Caruso, Magnetic Sensor Cross-Axis Effect, AN 205, Honeywell.
H, + Ha H,-H„ kde Ho je konstanta (výsledné efektivní anizotropní pole) a k je citlivostní konstanta použitého AMR senzoru 1.
Tyto vztahy platí dostatečně přesně pro malé hodnoty magnetického pole Hx. Jsou-li změřena napětí V+ a V, mohou z těchto vztahů být jednoznačně spočtena magnetická pole Hy, Hx.
Ve výhodném provedení lze použít výpočet magnetických polí Hy, Hx podle vztahů
kde ki a k2 jsou konstanty zpravidla zjištěné při kalibraci.
V tomto případě aritmetická jednotka 6 pro výpočet magnetického pole Ηγ na obr. 3 obsahuje přepínač 6.1, který rozděluje hodnoty kladného a záporného výstupního napětí V+ a V. Na výstup přepínače 6.1 je připojen jednak vstup obvodu
6.2 součinu kladného a záporného výstupního napětí V* a V a jednak vstup obvodu
6.3 rozdílu kladného a záporného výstupního napětí V+ a V, jejichž výstupy jsou spojeny se vstupem prvního dělicího obvodu 6.4. Ten je svým výstupem připojen
..- · · * · · · • · · ·· · · · · · « *«·« * · · ·*» ·· · * · ··· ·*·· ·»» e ·· ·· ·· ·· k prvnímu obvodu 6.5 násobení konstantou odpovídající konstantě použitého vztahu. Na výstupu tohoto obvodu je pak vypočtená hodnota magnetického pole Ηγ.
V případě určení hodnoty magnetického pole Ηχ aritmetická jednotka 6 obsahuje ještě další obvod, a to obvod 6.6 součtu kladného a záporného výstupního napětí V* a V, který je připojen na výstup přepínače 6.1 a jehož výstup je spojen s druhým dělicím obvodem 6.7 majícím svůj výstup připojený na vstup druhého obvodu 6.8 násobení konstantou, která opět odpovídá konstantě použitého vztahu. Na výstupu tohoto obvodu je pak vypočtená hodnota magnetického pole Ηχ.
Místo uvedených zjednodušených vztahů mohou být použity komplikovanější vzorce, které přesněji popisují chování AMR senzoru 1 v oblastí vyšších magnetických polí. Zapojení aritmetické jednotky 6 je pak odlišné.
Průmyslová využitelnost
AMR magnetometr s korekcí kolmého pole lze použít například jako kompas k určování azimutu nebo pro bezkontaktní měření elektrických proudů.
Claims (4)
- PATENTOVÉ NÁROKY1. AMR magnetometr s korekcí kolmého magnetického pole tvořený alespoň jedním jednoosým AMR senzorem připojeným na napájecí obvod, kde tento alespoň jeden AMR senzor obsahuje magnetické jádro a fíipovací vinutí připojené na fíipovací obvod a kde tento AMR magnetometr má na svém výstupu zařazenu aritmetickou jednotku pro zpracování výstupního signálu AMR senzoru a určení složek magnetického pole AMR senzoru vyznačující se tím, že výstup kladného výstupního napětí V4 a záporného výstupního napětí V každého AMR senzoru (1) je na vstup aritmetické jednotky (6) připojen přímo přes analogově-číslicový převodník (5)
- 2. AMR magnetometr podle nároku 1 vyznačující se tím, že mezi výstup kladného výstupního napětí V4 a záporného výstupního napětí V AMR senzoru (1) a vstup analogově číslicového převodníku (5) je zařazen diferenční zesilovač (4).
- 3. AMR magnetometr podle nároku 1 nebo 2 vyznačující se tím, že aritmetická jednotka (6) obsahuje přepínač (6.1), na jehož výstup připojen jednak vstup obvodu (6.2) součinu kladného a záporného výstupního napětí V4 a V a jednak vstup obvodu (6.3) rozdílu kladného a záporného výstupního napětí V4 a W, jejichž výstupy jsou spojeny se vstupem prvního dělicího obvodu (6.4), který je svým výstupem připojen k prvnímu obvodu 6.5 násobení konstantou odpovídající konstantě použitého vztahu.
- 4. AMR magnetometr podle nároku 3 vyznačující se tím, že aritmetická jednotka (6) obsahuje obvod (6.6) součtu kladného a záporného výstupního napětí V4 a V, který je připojen na výstup přepínače (6.1) a jehož výstup je spojen s druhým dělicím obvodem (6.7) majícím svůj výstup připojený na vstup druhého obvodu (6.8) násobeni konstantou odpovídající konstantě použitého vztahu.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20080163A CZ302404B6 (cs) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | AMR magnetometr s korekcí kolmého magnetického pole |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ20080163A CZ302404B6 (cs) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | AMR magnetometr s korekcí kolmého magnetického pole |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2008163A3 true CZ2008163A3 (cs) | 2009-09-23 |
| CZ302404B6 CZ302404B6 (cs) | 2011-05-04 |
Family
ID=41078381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ20080163A CZ302404B6 (cs) | 2008-03-14 | 2008-03-14 | AMR magnetometr s korekcí kolmého magnetického pole |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ302404B6 (cs) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58151513A (ja) * | 1982-03-05 | 1983-09-08 | Alps Electric Co Ltd | 移動体の現在位置更新表示装置 |
| JPH03130804A (ja) * | 1989-10-17 | 1991-06-04 | Nec Corp | 磁気センサ |
| EP1798519A4 (en) * | 2004-10-07 | 2012-06-06 | Yamaha Corp | GEOMAGNETIC SENSOR, GEOMAGNETIC SENSOR CORRECTION METHOD, TEMPERATURE SENSOR, TEMPERATURE SENSOR CORRECTION METHOD, AND GEOMAGNETIC DETECTION DEVICE |
| JP4977378B2 (ja) * | 2006-02-23 | 2012-07-18 | 山梨日本電気株式会社 | 磁気センサ、回転検出装置及び位置検出装置 |
-
2008
- 2008-03-14 CZ CZ20080163A patent/CZ302404B6/cs not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ302404B6 (cs) | 2011-05-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9625276B2 (en) | Axial and perpendicular angle sensor in single package | |
| US9797721B2 (en) | Three-axis digital compass | |
| JP4644126B2 (ja) | 方位角計測装置及び方位角計測方法 | |
| US8519703B2 (en) | Magnetic sensor device and method of determining resistance values | |
| EP3090271B1 (en) | Circuit and method for reducing an offset component of a plurality of vertical hall elements arranged in a circle | |
| US20150042320A1 (en) | Systems and Methods for Computing a Position of a Magnetic Target | |
| EP3855127B1 (en) | Single channel magnetoresistance-based angle sensor | |
| US20190265071A1 (en) | Angular sensor system and method of stray field cancellation | |
| WO2017218214A1 (en) | Magnetic field sensor having alignment error correction | |
| CN109307793A (zh) | 偏差推定装置及方法、磁传感器的修正装置以及电流传感器 | |
| CN102620724B (zh) | 地磁传感器装置以及数字罗盘 | |
| Kubik et al. | On cross-axis effect of the anisotropic magnetoresistive sensors | |
| KR100709363B1 (ko) | 자기검출장치 및 그것을 사용한 전자방위계 | |
| EP3729119B1 (en) | Magnetoresitive magnetic field sensor bridge with compensated cross-axis effect | |
| WO2011129288A1 (ja) | 地磁気検知装置 | |
| CZ2008163A3 (cs) | AMR magnetometr s korekcí kolmého magnetického pole | |
| CN215953724U (zh) | 一种温漂误差补偿单元 | |
| US9816838B2 (en) | Magnetoresistive angle sensor with linear sensor elements | |
| JP2006126183A (ja) | 磁気検出装置及びそれを用いた電子方位計 | |
| Li et al. | Design and error analysis of geomagnetic measurement circuit based on triaxial magneto-resistive sensor | |
| US20230184865A1 (en) | Hybrid hall-effect/magnetoresistance (mr) magnetometer with self-calibration | |
| Nevzorov et al. | Calibration algorithm of Hall magnetometer in visible coordinate system | |
| Wang | Eliminating bridge offset voltage for AMR sensors | |
| García-Arribas et al. | Evaluation of a thin film giant magneto-impedance electronic compass | |
| Li et al. | Cross axis effect of amr sensors and single sensitive-axis compass |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20180314 |