-
Technischer
Bereich der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein einen Sensor für
schwache Magnetfelder, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird,
und ein Verfahren zu seiner Herstellung, und insbesondere einen
Sensor für
schwache Magnetfelder, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird,
und ein Verfahren zu seiner Herstellung, bei dem Erregungsschaltungsmuster und
Erfassungsschaltungsmuster um einen rechteckigen, ringförmigen magnetischen
Kern gewickelt werden und zur präzisen
Berechnung des Azimut jeweils in der Richtung der x-Achse und der
y-Achse Sensoren
für schwache
Magnetfelder implementiert sind, wodurch ein schwaches Magnetfeld
mit einer Stärke
erfaßt
werden kann, die der des Magnetfelds der Erde ähnelt.
-
Beschreibung
des Stands der Technik
-
In jüngster Zeit haben sich mit
der mit der Verbreitung von Mobiltelefonen und mobilen Anschlüssen einhergehenden
Verbreitung verschiedener Arten von Informationsdiensten Standortinformationsdienste
zu einer Grundfunktion entwickelt, in der Zukunft werden jedoch
noch genauere und zweckmäßigere Dienste
erforderlich sein. Zudem wird zur Ermittlung der gewünschten
Standortinformationen ein Sensor benötigt, der den aktuellen Standort
erfassen kann.
-
Für
eine Einrichtung zur Erzeugung von Standortinformationen wurde ein
Sensor für
schwache Magnetfelder zur Erfassung des Magnetfelds der Erde und
eines Standorts, d.h. ein magnetischer Sensor zur Erfassung des
schwachen Magnetfelds der Erde unter Verwendung magnetischer Materialien
und Spulen als hoch empfindlicher magnetischer Sensor verwendet.
-
Der herkömmliche Sensor für schwache
Magnetfelder wird durch manuelles Wickeln einer leitfähigen Spule
um einen verhältnismäßig großen, stab- oder
ringförmigern
Kern aus einem magnetischen Band hergestellt. Zudem ist eine elektronische
Schaltung erforderlich, um ein zu dem zu messenden Magnetfeld proportionales
Magnetfeld zu erhalten. Als allgemeines Bauteil eines herkömmlichen
Sensors für
schwache Magnetfelder wird beispielsweise ein Luftspalt-Magnetsensor verwendet.
Für den Luftspalt-Magnetsensor
wird ein Kern aus einem hoch durchlässigen magnetischen Material
verwendet, und er erkennt eine Richtung unter Verwendung einer von
einer primären
Spulenwicklung des magnetischen Kerns erzeugten Spannungsdifferenz,
wodurch er ein schwaches Magnetfeld erfaßt.
-
Der herkömmliche Luftspalt-Magnetsensor wird
durch Wickeln eines Kupferdrahts aus Kupfer in einer regelmäßigen Richtung
um einen ringförmigen Magnetkern
hergestellt. Genauer wird bei dem Luftspalt-Magnetsensor durch Wickeln
eines Kupferdrahts aus Kupfer in einer regelmäßigen Richtung in regelmäßigen Intervallen
und einem gleichmäßigen Zug
um den Magnetkern eine Antriebsspule (Primäurspule) zur Erzeugung eines
Magnetfelds im magnetischen Kern gebildet. Anschließend wird
eine Suchspule (eine Sekundärspule)
zur Erfassung des von der Antriebsspule im magnetischen Kern erzeugten
Magnetfelds erzeugt, und in diesem Fall wird die Suchspule ebenfalls
durch Wickeln eines Kupferdrahts in regelmäßigen Inter wallen und mit einem gleichmäßigen Zug
um den magnetischen Kern erzeugt.
-
Wie vorstehend beschrieben, umfaßt der durch
Wickeln der Kupferdrähte
erzeugte Luftspalt-Magnetsensor die Antriebsspule und die Suchspule
zur Erfassung des durch die Antriebsspule im magnetischen Kern erzeugten
Magnetfelds. Die Antriebs- und die Suchspule werden unter Verwendung
einer bereits allgemein bekannten Drahtspulentechnologie um den
magnetischen Kern gewickelt. Hierbei sollte die Sekundärspule so
gewickelt werden, daß sie
senkrecht zur Richtung der x-Achse und der y-Achse ist, da sie die
Empfindlichkeit des Magnetfelds präzise analysieren soll.
-
Bei dem herkömmlichen Luftspalt-Magnetsensor
sollten die Spulen akkurat um den Kern gewickelt sein. Es ist schwierig,
eine derartige Positionsgenauigkeit aufrechtzuerhalten, da die Drähte einen Durchmesser
von einigen zehn Mikrometern aufweisen. Da die Drähte von
der Temperatur, dem Licht und dem Oberflächenmaterial beeinflußt werden, wird
dementsprechend die Positionsgenauigkeit der Spulen verschlechtert.
-
Zudem ist der Luftspalt-Magnetsensor
dadurch problematisch, daß die
Spulen direkt um den magnetischen Kern gewickelt sind, so daß die Spulen häufig abgeschnitten
werden. Ferner wird die Größe des Sensors
gesteigert, wodurch der Sensor nicht dem Trend zur Miniaturisierung
und der Verschmälerung
elektronischer Vorrichtungen entspricht, und daher wird sein Energieverbrauch
gesteigert.
-
Zur Lösung der Probleme des herkömmlichen
Luftspalt-Magnetsensors
ist in den US-Patenten Nr. 5,936,403 und Nr. 6,270,686 ein Sensor
für schwache
Magnetfelder offenbart. Gemäß diesen Patenten
wird durch Stapeln von zwei amorphen Platten, von denen jede ein
kreisförmiges
Leitermuster aufweist, auf die gegenü berliegenden Seiten einer Basisplatte
aus Epoxid, auf die ein bestimmtes Muster geätzt ist, ein amorpher Kern
erzeugt, und die Kapazität
für die
vertikale Leitfähigkeit
und Epoxidbasen mit jeweils einer Spule X und einer Spule Y werden
auf die obere und die untere Oberfläche des amorphen Kerns gestapelt.
-
Da gemäß dem US-Patent Nr. 5,936,403
der amorphe Kern durch derartiges Stapeln der beiden amorphen Platten,
auf denen jeweils ein kreisförmiges
Muster ausgebildet ist, auf den gegenüberliegenden Seiten der Epoxidbasisplatte
erzeugt wird, daß diese
den kreisförmigen
Mustern entsprechen, ist der Herstellungsprozeß für den Sensor für schwache Magnetfelder
jedoch kompliziert, und seine Herstellungskosten werden aufgrund
der vielen Schichten des Prozessors gesteigert.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Dementsprechend wurde die vorliegende
Erfindung unter Berücksichtigung
der vorstehend erwähnten
Probleme des Stands der Technik entwickelt, und es ist eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, einen Sensor für schwache Magnetfelder, für den die
Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird, und ein
Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, bei denen ein vom Magnetfeld
der Erde beeinflußter
magnetischer Kern als rechteckige, ringförmige, geschlossene, magnetische
Schaltung ausgebildet ist, wodurch der Austritt des im erregten
magnetischen Kern erzeugten Magnetflusses minimiert wird.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, einen Sensor für
schwache Magnetfelder, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird,
und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, bei denen die
Enegerspulen so getrennt sind, daß sie jeweils um zwei Abschnitte eines
magnetischen Kerns gewickelt sind, und im magnetischen Kern erzeugte
Antriebssignale daher aufgehoben werden, wodurch die im Kern erzeugten Signale
leicht verarbeitet werden können.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, einen Sensor für
schwache Magnetfelder zu schaffen, für den die Technologie der gedruckten Leiterplatten
verwendet wird, der eine hohe Empfindlichkeit aufweist und hinsichtlich
seiner Eignung für die
Massenproduktion und seiner geringen Herstellungskosten vorteilhaft
ist.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, einen Sensor für
schwache Magnetfelder zu schaffen, für den die Technologie der gedruckten Leiterplatten
verwendet wird und der ein Magnetfeld präzise erfassen und miniaturisiert
werden kann.
-
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird
durch die vorliegende Erfindung ein Sensor für schwache Magnetfelder, für den die
Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird, mit einem ersten
magnetischen Kern mit einem ersten und zweiten Kern, die parallel
miteinander verbunden sind, ersten Erregerspulen zur Zufuhr eines
Erregungswechselstroms zum ersten magnetischen Kern, die jeweils
um den ersten und den zweiten Kern gewickelt sind, und einer ersten
Erfassungsspule zur Erfassung von Veränderungen der im ersten magnetischen
Kern erzeugten Magnetflüsse
geschaffen, die abwechselnd zusammen mit den ersten Erregerspulen
auf den gleichen Oberflächen
angeordnet ist, auf denen die ersten Erregerspulen ausgebildet sind,
und die um den ersten und den zweiten Kern gewickelt ist, wobei
die ersten Erregerspulen, die aus metallischen Werkstoffen ausgebildet
sind, damit sie zur Wechselstromerregung und zur Differenzialerregung
elektromagnetisch sind, und die erste Erfassungsspule, die aus einem
metallischen Werkstoff ausgebildet ist, damit sie zur Erfassung
der Veränderung
der im ersten magnetischen Kern erzeugten Magnetflüsse elektromagnetisch
ist, auf den selben Oberflächen
ausgebildet sind und der erste magnetische Kern in der Richtung
ausgebildet ist, in der die Magnetflüsse erfaßt werden, um entmagnetisierende
Feldkomponenten zu verringern.
-
Der erste magnetische Kern ist ein
rechteckiger, ringförmiger
Kern.
-
Die voneinander getrennten Erregerspulen und
die Erfassungsspule sind elektromagnetische Spulen, die auf den
selben Oberflächen
ausgebildet sind und den ersten magnetischen Kern umgeben.
-
Der obere und der untere Abschnitt
jeder der Erregerspulen und der Erfassungsspule sind über mit Kupfer
beschichtete Blindbohrungen verbunden.
-
Inseln jeder der Erregerspulen und
Inseln der Erfassungsspule sind so angeordnet, daß sie zwei
Linien bilden.
-
Die Erregerspulen sind jeweils von
den unteren Abschnitten des ersten und des zweiten Kerns aus gewickelt
und symmetrisch zueinander.
-
Der Sensor für schwache Magnetfelder umfaßt ferner
einen zweiten magnetischen Kern mit einem dritten und einem vierten
Kern, die parallel miteinander verbunden und auf einer Oberfläche ausgebildet
sind, die senkrecht zu der Oberfläche ist, auf der der erste
magnetische Kern ausgebildet ist, zweite Erregerspulen zum Anlegen
eines Erregerwechselstroms an den zweiten magnetischen Kern, die
jeweils um den dritten und den vierten Kern gewickelt sind, und
eine zweite Erfassungsspule, die abwechselnd mit den zweiten Erregerspulen
auf den gleichen Oberflächen
angeordnet ist, auf denen die zweiten Erregerspulen ausgebildet
sind, und die zur Erfas sung von Veränderungen der im zweiten magnetischen
Kern erzeugten Magnetflüsse
um den dritten und den vierten Kern gewickelt sind.
-
Der magnetische Kern, die Erregerspule
und die Erfassungsspule sind auf einer gedruckten Leiterplatte ausgebildet,
und die gedruckte Leiterplatte umfaßt ein mit Kupfer plattiertes
Laminat (CCL) und eine Faserplatte, die entweder aus FR-4-Epoxid,
BT-Harz, Teflon oder Polyimid ausgebildet ist.
-
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird
durch die vorliegende Erfindung ein Sensor für schwache Magnetfelder, für den die
Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird, mit einem mit
Kupfer plattierten Laminat, unter Verwendung von Erregerschaltungsmustern
durch jeweiliges Ätzen von
auf beiden Seiten des mit Kupfer plattierten Laminats angeordneten
Kupferfolien erzeugten Erregerspulen, einer unter Verwendung von
Erfassungsschaltungsmustern, die abwechselnd mit den Erregerspulen
auf den selben Oberflächen
angeordnet sind, auf denen die Erregerspulen ausgebildet sind, erzeugten
Erfassungsspule, einem zwischen den Schichten, auf denen sich jeweils
die Erreger- und Erfassungsschaltungsmuster befinden, die die Erreger-
und Erfassungsspulen bilden, ausgebildeten magnetischen Kern auf
der x-Achse und einem Bindemittel zum Befestigen der Schichten an
dem magnetischen Kern auf der x-Achse geschaffen, wobei der magnetische
Kern auf der x-Achse zur Verringerung entmagnetisierender Feldkomponenten
in der Richtung ausgebildet ist, in der die Magnetflüsse erfaßt werden.
-
Der Sensor für schwache Magnetfelder umfaßt ferner
einen magnetischen Kern auf der y-Achse, der auf einer zu der Oberfläche, auf
der der magnetische Kern auf der x-Achse ausgebildet ist, senkrechten
Oberfläche
ausgebildet ist.
-
Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird
durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines
Sensors für
schwache Magnetfelder, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird,
mit den Schritten der Erzeugung einer ersten inneren Schicht mit
an jeder von zwei Positionen unter einem oberen magnetischen Kern
und über
einem unteren magnetischen Kern auf einem mit Kupfer plattierten
Laminat, für
das auf beiden Seiten des mit Kupfer plattierten Laminats ausgebildete
Kupferfolien verwendet werden, ausgebildeten Erreger- und Erfassungsschaltungsmustern, der
Erzeugung einer zweiten inneren Schicht durch Anordnen magnetischer
Bänder
zur Erzeugung des oberen und des unteren magnetischen Kerns jeweils über einer
oberen Faserplatte und unter einer unteren Faserplatte und der jeweiligen
derartigen Befestigung der magnetischen Bänder und der Faserplatten auf
beiden Seiten der ersten inneren Schicht, daß die magnetischen Bänder mit
der ersten inneren Schicht in Verbindung stehen, der Erzeugung einer äußeren Schicht
durch jeweiliges Erzeugen einer oberen und einer unteren Faserplatte
auf beiden Seiten der zweiten inneren Schicht und der Erzeugung einer
Kupferschicht an jeder von zwei Positionen über der oberen Faserplatte
und unter der unteren Faserplatte, der Entfernung einiger Abschnitte
der Kupferschichten unter Verwendung eines Laserbohrers zur Erzeugung
von Blindbohrungen zum Verbinden der über und unter dem oberen und
dem unteren Magnetkern ausgebildeten Erregerschaltungsmuster, damit
diese elektromagnetisch sind, und zum Verbinden der über und
unter dem oberen und dem unteren magnetischen Kern ausgebildeten
Erfassungsschaltungsmuster, damit diese elektromagnetisch sind,
des Ätzens
der Abschnitte, an denen die Kupferschichten unter Verwendung eines
Laserbohrers entfernt wurden, zum derartigen Entfernen nur von Epoxid,
daß die
Schaltungsmuster der ersten inneren Schicht freiliegen und der Beschichtung
der freiliegenden Oberflächen
und der Blindbohrungen mit Metall sowie der Erzeugung von Erreger-
und Erfassungsschaltungsmustern an jeder von zwei Positionen über dem
oberen magnetischen Kern und unter dem unteren magnetischen Kern
durch Freilegungs- und Ätzprozesse
geschaffen.
-
Der Schritt der Erzeugung der zweiten
inneren Schicht wird durch die Schritte der jeweiligen Anordnung
der oberen und der unteren Faserplatte über und unter der ersten inneren
Schicht, der jeweiligen präzisen
Anordnung der magnetischen Bänder
zur Erzeugung des oberen und des unteren magnetischen Kerns über der
oberen Faserplatte und unter der unteren Faserplatte, des Auflegens
der zum Finden der präzisen
Positionen der Kupferfolien größer als
die magnetischen Bänder
gefertigten Kupferfolien, der jeweils derartigen Befestigung der
magnetischen Bänder
und der Faserplatten bei einer hohen Temperatur und unter einem
hohen Druck auf beiden Seiten der ersten inneren Schicht, daß die magnetischen
Bänder
mit der ersten inneren Schicht in Kontakt stehen, und der Erzeugung
des oberen und des unteren magnetischen Kerns durch Erzeugen, Freilegen,
Entwickeln und Ätzen
lichtempfindlicher Überzugsschichten
ausgeführt.
-
Dementsprechend umfaßt der erfindungsgemäße Sensor
für schwache
Magnetfelder, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird,
einen auf einem Substrat ausgebildeten magnetischen Kern, aus metallischen
Werkstoffen ausgebildete Erregerspulen (eine Erregerschaltung) zur Wechselstromerregung
und eine aus einem metallischen Werkstoff ausgebildete Erfassungsspule
(eine Erfassungsschaltung) zur Erfassung der Veränderung der von der Erregerspule
induzierten Magnetflüsse.
Der magnetische Kern ist zur Verringerung der entmagnetisierten
Feldkomponenten in der Richtung ausgebildet, in der die Magnetflüsse erfaßt werden.
Zudem umfaßt
der erfindungsgemäße Sensor für schwache
Magnetfelder separate Differentialerregerspulen (eine Erregerschaltung),
die jeweils um die beiden parallelen Kerne des rechteckigen, ringförmigen,
magnetischen Kerns gewickelt sind, und die auf der selben Ebene,
auf der die Erregerspulen ausgebildet sind, ausgebildete Erfassungsspule
zum Ermitteln der Summe der im magnetischen Kern erzeugten Magnetflüsse. Wenn
das externe Magnetfeld null ist, wird dementsprechend keine Schwingungsform
in der Erfassungsspule induziert.
-
Zudem enthält der Sensor für schwache
Magnetfelder eine Komponente zur Minimierung der aus dem magnetischen
Kern austretenden Magnetfeldkomponenten mit einem rechteckigen,
ringförmigen magnetischen
Kern, der auf der selben Oberfläche ausgebildet
ist, getrennt voneinander so ausgebildete Erregerspulen, daß die über und
unter dem magnetischen Kern angeordneten Erfassungsschaltungsmuster
einander jeweils entsprechen, und eine zwischen den Erregerspulen
ausgebildete Erfassungsspule, die über oder unter einer weiteren,
um 90° versetzten
Komponente mit dem gleichen Aufbau wie dem der einen Komponente
ausgebildet ist, so daß der
Sensor eine hohe Empfindlichkeit aufweisen kann.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden,
genauen Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher
hervor. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensors für schwache
Magnetfelder mit jeweils außer
auf der äußer sten
Schicht in der Richtung der x-Achse und der y-Achse ausgebildeten Sensoren;
-
2 eine
Schnittansicht der vorliegenden Erfindung entlang der Linie E-E' in 1;
-
die 3a und 3b schematische Ansichten der
magnetischen Kerne auf der x-Achse und der y-Achse des erfindungsgemäßen Sensors
für schwache
Magnetfelder, für
den die Technik der gedruckten Leiterplatten verwendet wird;
-
die 4a bis 4c schematische Ansichten von
Erregerschaltungsmustern und Erfassungsschaltungsmustern des magnetischen
Kerns auf der x-Achse des erfindungsgemäßen Sensors für schwache
Magnetfelder, für
den die Technik der gedruckten Leiterplatten verwendet wird, die
jeweils schematische Ansichten der oberen und der unteren Schaltungsmuster
und des unteren Schaltungsmusters des magnetischen Kerns auf der
x-Achse zeigen;
-
die 5a bis 5c schematische Ansichten von
Erregerschaltungsmustern und Erfassungsschaltungsmustern des magnetischen
Kerns auf der y-Achse des erfindungsgemäßen Sensors für schwache
Magnetfelder, für
den die Technik der gedruckten Leiterplatten verwendet wird, die
jeweils schematische Ansichten der oberen und der unteren Schaltungsmuster
und des unteren Schaltungsmusters des magnetischen Kerns auf der
y-Achse zeigen;
-
die 6a bis 6m Ansichten, die einen Prozeß zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Sensors
für schwache
Magnetfelder zeigen, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird;
-
die 7a bis 7f Ablaufdiagramme, die Vorgänge in der
Richtung der x-Achse oder der y-Achse bei dem erfindungsgemäßen Sensor
für schwache Magnetfelder
zeigen, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird;
-
8 ein
Beispiel einer ersten, aufgelegten Struktur des erfindungsgemäßen Sensors
für schwache
Magnetfelder, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird;
und
-
9 eine
Schnittansicht der bei einem erfindungsgemäßen Sensor für schwache
Magnetfelder, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird, über und
unter dem magnetischen Kern auf der x-Achse ausgebildeten Schaltungsmuster.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im folgenden wird auf die Zeichnungen
bezug genommen, in denen über
die unterschiedlichen Zeichnungen durchgehend die gleichen Bezugszeichen
zur Bezeichnung der gleichen oder ähnlicher Komponenten verwendet
werden.
-
Nachstehend werden unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen ein Sensor für schwache Magnetfelder, für den die
Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird, und ein
Verfahren zu seiner Herstellung anhand von Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung genau beschrieben.
-
1 ist
eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Sensors für schwache
Magnetfelder mit jeweils außer
auf der äußersten
Schicht in der Richtung der x-Achse und der y-Achse ausgebildeten
Sensoren, die den Aufbau des Sensors für schwache Magnetfelder schematisch
zeigt, der ein Magnetfeld unter Verwendung separater Erregerspulen
gleichzeitig in der Richtung der x-Achse und in der Richtung der
y-Achse erfaßt.
-
2 ist
eine Schnittansicht der vorliegenden Erfindung entlang der Linie
E-E' in 1, die den Aufbau des Sensors
für schwache
Magnetfelder im Schnitt zeigt. Hierbei bedeuten die separaten Erregerspulen,
daß sie
jeweils um die beiden parallelen Abschnitte jedes der beiden magnetischen
Kerne gewickelt sind.
-
Gemäß den 1 und 2 umfaßt der Sensor für schwache
Magnetfelder gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird,
einen magnetischen Kern 1 auf der x-Achse, einen zu dem
magnetischen Kern 1 auf der x-Achse senkrechten magnetischen
Kern 2 auf der y-Achse und Spulen, die um die magnetischen
Kerne 1 und 2 auf der x-Achse und auf der y-Achse
gewickelt sind. Dies bedeutet, daß Sensoren für schwache
Magnetfelder gemäß der Ausführungsform
der Erfindung magnetische Kerne 1 und 2 auf der
x-Achse und auf der y-Achse aufweisen, die jeweils über und
unter einem mit Kupfer plattierten Laminat 51 einer gedruckten Leiterplatte
angeordnet sind. Hierbei bezeichnen die Bezugszeichen 55a und 55b jeweils
zuerst geschichtete Faserplatten, und die Bezugszeichen 60a und 60b jeweils
als Zweites geschichtete Faserplatten. Die Spulen sind in Erregerspulen
und Erfassungsspulen unterteilt, die im Zusammenhang mit den 4a bis 5c genau beschrieben werden.
-
Die 3a und 3b sind schematische Ansichten
der magnetischen Kerne auf der x-Achse und der y-Achse des erfindungsgemäßen Sensors
für schwache
Magnetfelder, für
den die Technik der gedruckten Leiterplatten verwendet wird. In 3a bezeichnen die Bezugszeichen 3 und 4 jeweils
einen oberen magnetischen Kern auf der x-Achse (der nachstehend
als „Kern
A" bezeichnet wird)
und einen unteren magnetischen Kern auf der x-Achse (der nachstehend
als „Kern
B" bezeichnet wird).
Ferner bezeichnen die Bezugszeichen 5 und 6 in 3b jeweils einen oberen
magnetischen Kern auf der y-Achse
(der nachstehend als „Kern
C" bezeichnet wird)
und einen unteren magnetischen Kern auf der y-Achse (der nachstehend
als „Kern
D" bezeichnet wird)
. Wie in den 3a und 3b gezeigt, sind die magnetischen
Kerne, obwohl die magnetischen Kerne 1 und 2 jeweils
eine rechteckige Ringform aufweisen, nicht auf die rechteckige Ringform
begrenzt, sondern können
jede Form aufweisen, solange die Erfassungsspulen und die Erregerspulen
um zwei parallele Abschnitte jedes der miteinander verbundenen magnetischen
Kerne 1 und 2 gewickelt sind.
-
Die 4a bis 4c sind schematische Ansichten
von Erregerschaltungsmustern und Erfassungsschaltungsmustern des
magnetischen Kerns auf der x-Achse des erfindungsgemäßen Sensors
für schwache
Magnetfelder, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird. 4a zeigt eine schematische
Ansicht der oberen und unteren Schaltungsmuster des magnetischen
Kerns auf der x-Achse. 4b zeigt
eine schematische Ansicht der oberen Schaltungsmuster des magnetischen
Kerns auf der x-Achse. 4c zeigt
eine schematische Ansicht des unteren Schaltungsmusters des magnetischen
Kerns auf der x-Achse.
-
Die erfindungsgemäßen magnetischen Kerne umfassen
den magnetischen Kern 1 auf der x-Achse und den magnetischen
Kern 2 auf der y-Achse. Der magnetische Kern 1 auf
der x-Achse umfaßt den
Kern A 3 und den Kern B 4. Der zu dem magnetischen Kern 1 auf
der x-Achse senkrechte magnetische Kern 2 auf der y-Achse
umfaßt
den Kern C 5 und den Kern D 6.
-
Genauer sind Inseln 7 und 7' der oberen
Erfassungsschaltung, obere Erfassungsschaltungsmuster 8 und 8', Inseln 9 und 9' der unteren
Erfassungsschaltung, untere Erfassungsschaltungsmuster 10 und 10', Inseln 11 und 11' der oberen
Enegerschaltung, obere Erregerschaltungsmuster 12 und 12', Inseln 13 und 13' der unteren
Erfassungsschaltung und untere Enegungsschaltungsmuster 14 und 14' um den Kern
A 3 ausgebildet. Entsprechend sind auf ähnliche Weise Erfassungs- und
Enegungsschaltungsmuster und Inseln um die Kerne B, C und D 4, 5
und 6 ausgebildet. Die Bezugszeichen 15 bis 22 betreffen
den Kern B 4, die Bezugszeichen 23 bis 30 den
Kern C 5 und die Bezugszeichen 31 bis 38 den Kern
D 6.
-
Wie in den 4a und 4b gezeigt,
sind die über
und unter dem magnetischen Kern 1 auf der x-Achse ausgebildeten
Enegerschaltungsmuster über
Blindbohrungen so miteinander verbunden, daß die beiden Enegerspulen jeweils
um die beiden Kerne A und B 3 und 4 gewickelt sind.
-
Hierbei werden beim Anlegen von Enegungswechselstrom
an den magnetischen Kern 1 auf der x-Achse zwei gegenläufige Magnetflüsse in den beiden
parallel auf der selben Oberfläche
angeordneten Kernen A und B 3 und 4 erzeugt.
-
Zudem sind die über und unter dem magnetischen
Kern 1 auf der x-Achse ausgebildeten Erfassungsschaltungsmuster über Blindbohrungen
so miteinander verbunden, daß die
Erfassungsspulen zur Erfassung der Veränderungen der Magnetflüsse unter
Verwendung der Blindbohrungen um die beiden Kerne A und B 3 und
4 gewickelt sind, wie in 4b gezeigt,
um die Summe der in den beiden Kernen A und B 3 und 4 erzeugten
Magnetflüsse
zu erhalten.
-
Die erste und die zweite in der Erfassungsspule
induzierte Spannung zur Erfassung der durch die aus dem Anlegen
des Erregerwechselstromsresultierende elektromagnetische Induktion
verursachten Veränderung
der Magnetflüsse
heben einander auf, da die in den beiden Kernen A und B 3 und 4
erzeugten Magnetflüsse
entge gengesetzte Richtungen aufweisen. Da jedoch in der gleichen
Richtung ein externes Magnetfeld Hext an die beiden Kerne A und B
3 und 4 angelegt wird, wenn das externe Magnetfeld Hext in der Axialrichtung
der beiden Kerne A und B 3 und 4 angelegt wird, sind die Magnetfelder
in den beiden Kernen A und B 3 und 4 jeweils Hext + Hexc und Hext – Hexc,
wenn das Enegermagnetfeld als Hexc bezeichnet wird. Die Magnetfelder,
die Magnetdichten und die in den Kernen A und B 3 und 4 induzierten
Spannungen werden später
unter Bezugnahme auf die 7a bis 7f beschrieben.
-
Gemäß den 4a bis 4c sind
bei dem erfindungsgemäßen Sensor
für schwache
Magnetfelder, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird,
jeweils separate Enegerspulen um die elektromagnetischen Kerne A
und B 3 und 4 gewickelt, und eine Erfassungsspule zur Erfassung
der Veränderung
der Magnetflüsse
ist zur Ermittlung der Summe der Veränderungen der Magnetflüsse in den beiden
Kernen A und B 3 und 4 zwischen den elektromagnetischen Enegerspulen
angeordnet. Obwohl bei der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung in bezug auf die beiden Erregerspulen
eine Erfassungsspule zur Erfassung der Veränderung der Magnetflüsse ausgebildet
ist, ist die Anzahl der Erfassungsspulen nicht auf eine begrenzt.
-
Wie vorstehend beschrieben, wird
durch die Verwendung der Erregerspulen und der Erfassungsspule,
die durch Wicklungen um die Kerne A und B 3 und 4 auf der gedruckten
Leiterplatte erzeugt werden, der Magnetkern 1 auf der x-Achse
in Form einer geschlossenen magnetischen Schaltung hergestellt, bei
dem die in den Kernen A und B 3 und 4 induzierten Schwingungsformen
einander aufheben, wenn kein externes Magnetfeld Hext an die Kerne
A und B 3 und 4 angelegt wird. Hierbei werden über und unter den Kernen A
und B 3 und 4 jeweils Schaltungsmuster erzeugt, und die über und
unter dem Kern A erzeugten Schaltungsmuster und die über und
unter dem Kern B erzeugten Schaltungsmuster sind in bezog aufeinander
symmetrisch.
-
Zur Herstellung der Schaltungsmuster
werden Blindbohrungen zum Verbinden der über und unter den Kernen A
und B 3 und 4 ausgebildeten Schaltungsmuster verwendet. Hierbei
werden bei der Anwendung der Technologie der gedruckten Leiterplatten
zur Verringerung der Toleranzen der Positionsgenauigkeit Inseln
verwendet.
-
Die Anzahl der Inseln entspricht
der der um die Kerne A und B 3 und 4 gewickelten Schaltungsmuster.
Wenn die Abstände
zwischen den Inseln weit sind, sind die Abstände zwischen den um die Kerne A
und B 3 und 4 gewickelten Schaltungsmustern weit, wodurch die Empfindlichkeit
des Sensors gering wird.
-
Dementsprechend wird erfindungsgemäß durch
Anordnen der größtmöglichen
Anzahl an Inseln in einem konstanten Bereich ein hoch empfindlicher
Sensor geschaffen. Die Enegerspulen und die Erfassungsspule sind
jedoch elektromagnetisch, und die über und unter dem Kern A und
die über
und unter dem Kern B ausgebildeten Schaltungsmuster sind in bezog
aufeinander symmetrisch.
-
Die in 1 gezeigten
Inseln sind in zwölf Zickzacklinien
angeordnet, die in vier obere, vier mittlere und vier untere Linien
unterteilt sind. Die in den beiden oberen Linien unter den vier
oberen Linien angeordneten Inseln werden zum Verbinden der oberen und
unteren Enegerschaltungsmuster verwendet, und die in den beiden übrigen Linien
unter den vier oberen Linien werden zum Verbinden der oberen und unteren
Erfassungsschaltungsmuster verwendet. Hierbei ist die Verwendung
der in den vier unteren Linien angeordneten Inseln symmetrisch zu
der der in den vier oberen Linien angeordneten Inseln. Dies bedeutet,
daß die
in den zwei unteren Linien unter den vier unteren Linien angeordneten
Inseln zum Verbinden der oberen und unteren Erregerschaltungsmuster
und die in den beiden verbleibenden Linien unter den vier unteren
Linien angeordneten Inseln zum Verbinden der oberen und unteren
Erfassungsschaltungsmuster verwendet werden. Zudem werden die in
den vier mittleren Linien angeordneten Inseln zum Verbinden der
oberen und der unteren Erregerschaltungsmuster verwendet. Dies bedeutet,
daß die
in den beiden oberen Linien unter den vier mittleren Linien angeordneten
Inseln zum Verbinden der um einen oberen Kern angeordneten oberen
und unteren Erregerschaltungsmuster und die in den übrigen beiden
Linien angeordneten Inseln zum Verbinden der um den unteren Kern
angeordneten oberen und unteren Erregerschaltungsmuster verwendet
werden.
-
Unter Bezugnahme auf die 4b und 4c wird nachstehend ein Verfahren zum
Wickeln der Erregerspulen beschrieben. Hierbei wird zur Vereinfachung
der Beschreibung unter Bezugnahme auf die 4b und 4c der
auf der unteren linken Seite angeordnete Kern B 4 beschrieben.
-
Wie in den 4b und 4c gezeigt,
beginnt die Erzeugung der Erregerschaltungsmuster in dem Zustand,
in dem die Inseln angeordnet werden, von einer ersten unteren Erregerschaltungsinsel
L 1 nach unten.
-
Die erste untere Erregerschaltungsinsel
L 1 wird durch ein Erregerschaltungsmuster mit einer zweiten unteren
Erregerschaltungsinsel L2 verbunden, die zweite untere Erregerschaltungsinsel
L2 wird mit einer dritten oberen Erregerschaltungsinsel L3 verbunden,
und die dritte obere Erregerschaltungsinsel L3 wird über ein
Erregerschaltungsmuster mit einer vierten oberen Erregerschaltungsinsel
L4 verbunden. Die vierte obere Erregerschaltungsinsel L4 wird über eine
Blindbohrung mit einer fünften
unteren Erregerschaltungsinsel L5 verbunden, und die fünfte untere
Erregerschaltungsinsel L5 wird über
ein Erregerschaltungsmuster mit einer sechsten unteren Erregerschaltungsinsel
L6 verbunden, die sechste untere Erregerschaltungsinsel L6 wird
mit einer siebten oberen Erregerschaltungsinsel L7 verbunden, und
die siebte obere Erregerschaltungsinsel L7 wird über ein Erregerschaltungsmuster
mit einer achten oberen Erregerschaltungsinsel L8 verbunden. Dementsprechend
werden zwei Windungen der Erregerspule um den Kern B 4 gewickelt.
Hierbei wird auf ähnliche
Weise eine Erregerspule um einen dem beschriebenen Kern gegenüberliegenden
Kern gewickelt, so daß ein
Magnetfluß in
der entgegengesetzten Richtung erzeugt wird.
-
Nun wird wie folgt die Erfassungsspule
um den magnetischen Kern 1 auf der x-Achse gewickelt. Zunächst wird
von einem Anfangspunkt 39 der Erfassungsspule aus eine
erste obere Erfassungsschaltungsinsel R 1 über eine Blindbohrung mit einer
zweiten unteren Erfassungsschaltungsinsel R2 verbunden, die zweite
untere Erfassungsschaltungsinsel R2 wird über ein Erfassungsschaltungsmuster
mit einer dritten unteren Erfassungsschaltungsinsel R3 verbunden,
und die dritte untere Erfassungsschaltungsinsel R3 wird über eine
Blindbohrung mit einer vierten oberen Erfassungsschaltungsinsel
R4 verbunden. Danach wird die vierte obere Erfassungsschaltungsinsel
R4 über
ein Erfassungsschaltungsmuster mit einer fünften oberen Erfassungsschaltungsinsel
R5 verbunden, die fünfte
obere Erfassungsschaltungsinsel R5 wird über eine Blindbohrung mit einer
sechsten unteren Erfassungsschaltungsinsel R6 verbunden, und die
sechste untere Erfassungsschaltungsinsel R6 wird über ein
Erfassungsschaltungsmuster mit einer siebten unteren Erfassungsschaltungsinsel
R7 verbunden. Durch das vorstehend beschriebene Ver fahren wird die
Erfassungsspule bis zu einem Endpunkt 40 um die Kerne A und B 3
und 4 gewickelt. Hierbei können
die Positionen der oberen Erfassungs- bzw. Erregerschaltungsinseln
mit den Positionen der unteren Erfassungs- bzw. Erregerschaltungsinseln
vertauscht werden, und die Positionen der oberen Erfassungs- bzw.
Erregerschaltungsmuster können
mit den Positionen der unteren Erfassungs- bzw. Erregerschaltungsmuster
vertauscht werden.
-
Hierbei sind zur Verringerung der
Größe der gedruckten
Leiterplatte und zum Ermöglichen
der Symmetrie der Zickzackmuster der um jeden der Kerne A und B
3 und 4 gewickelten Schaltungsmuster vorzugsweise zwei Linien vorgesehen,
auf denen Inseln angeordnet sind, obwohl die Anzahl auch drei oder
mehr betragen kann. Wenn die Anzahl der Linien größer als
drei ist, wird die Länge
der gedruckten Leiterplatte lang, und es ist schwierig, die Schaltungsmuster
in symmetrischen Zickzackmustern um jeden der Kerne A und B 3 und
4 zu wickeln, wenn die Schaltungsmuster zwischen den Inseln verlaufen.
-
Die 5a bis 5c sind schematische Ansichten
von Erregerschaltungsmustern und Erfassungsschaltungsmustern, die
in dem Magnetkern auf der y-Achse des erfindungsgemäßen Sensors
für schwache
Magnetfelder ausgebildet sind, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird. 5a zeigt eine schematische
Ansicht der oberen und unteren Schaltungsmuster des magnetischen Kerns
auf der y-Achse. 5b zeigt
eine schematische Ansicht der oberen Schaltungsmuster des magnetischen
Kerns auf der y-Achse. 5c zeigt
eine schematische Ansicht der unteren Schaltungsmuster des magnetischen
Kerns auf der y-Achse. Dies bedeutet, daß die 5a bis 5c einen ähnlichen
Aufbau haben, der vergli chen mit den 4a bis 4c um 90° im Gegenuhrzeigersinn gedreht
ist.
-
Zudem wird die Erfassungsspule zur
Erfassung der Veränderung
der Magnetflüsse
zur Ermittlung der Summe der Veränderungen
der in den Kernen erzeugten Magnetflüsse durch Verbinden der über und
unter jedem der beiden magnetischen Kerne ausgebildeten oberen und
unteren Erfassungsschaltungsmuster unter Verwendung von Blindbohrungen
gewickelt. Das in den 5a bis 5c gezeigte Verfahren zur
Anordnung der Erregerspulen und der Erfassungsspule ähnelt mit
Ausnahme des Umstands, das diese senkrecht zu den in den 4a bis 4c gezeigten Erreger- und Erfassungsspulen
angeordnet sind, dem in den 4a bis 4c gezeigten Verfahren zur
Anordnung der Erregerspulen und der Erfassungsspule. Der Grund dafür, daß der Sensor
für schwache
Magnetfelder in horizontaler und vertikaler Richtung angeordnet
ist, ist die Erfassung eines schwachen Magnetfelds unter Verwendung
eines genauen Azimut.
-
Dementsprechend sind die magnetischen Kerne
auf der x-Achse und auf der y-Achse auf einer gedruckten Leiterplatte
ausgebildet, und die Erregerspulen und die Erfassungsspule sind
um jeden der magnetischen Kerne ausgebildet.
-
Der Sensor für schwache Magnetfelder enthält eine
Komponente zur Minimierung der aus dem magnetischen Kern austretenden
Magnetfeldkomponenten, die einen auf der selben Oberfläche ausgebildeten
rechteckigen, ringförmigen
magnetischen Kern umfaßt,
derart getrennt voneinander ausgebildete Erregerspulen, daß die jeweils über und
unter dem magnetischen Kern angeordneten Erregerschaltungsmuster
einander entsprechen, und eine zwischen den Erregerspulen ausgebildete
Erfassungsspule, die über
und unter einer um 90° versetzten
weiteren Komponente mit dem gleichen Aufbau wie dem der einen Komponente
ausgebildet ist, wodurch der Sensor eine hohe Empfindlichkeit aufweist.
-
Ansonsten sind die 7a bis 7f Zeitdiagramme,
die die Vorgänge
in der Richtung der x-Achse bzw. der y-Achse des erfindungsgemäßen Sensors
für schwache
Magnetfelder zeigen, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird.
-
7a zeigt
die Schwingungsform des Magnetfelds in einem ersten magnetischen
Kern. 7b zeigt die Schwingungsform
des Magnetfelds im zweiten magnetischen Kern. 7c zeigt die Schwingungsform der Magnetflußdichte
im ersten magnetischen Kern. 7d zeigt
die Schwingungsform der Magnetflußdichte im zweiten magnetischen
Kern. 7e zeigt eine
erste und eine zweite in einer Erfassungsspule induzierte Spannung. 7f zeigt die Summe der von
der Erfassungsspule induzierten ersten und zweiten Spannung. Hierbei
können
der erste und der zweite magnetische Kern jeweils die Kerne A und
B oder die Kerne C und D sein.
-
Gemäß den 7a bis 7f ist
auf der gedruckten Leiterplatte eine Struktur ausgebildet, bei der
die Erfassungsspule und die Erregerspulen um jeden der rechteckigen
ringförmigen
Kerne A und B ausgebildet sind.
-
Hierbei heben die erste und zweite
in der Erfassungsspule induzierte Spannung zur Erfassung der durch
die aus dem Anlegen des Erregerwechselstroms resultierende elektromagnetische
Induktion verursachten Veränderung
der Magnetflüsse
einander auf, da die in den beiden Kernen A und B 3 und 4 einander
entgegengesetzte Richtungen aufweisen. Die induzierten Spannungen
sind Spannungen, die erzeugt werden, indem sie von den Erregerspulen entsprechend
der Veränderung
der Magnetflüsse
induziert und erzeugt werden.
-
Da das externe Magnetfeld Hext jedoch
in der gleichen Richtung an die Kerne A und B 3 und 4 angelegt wird,
wenn das externe Magnetfeld Hext in der Axialrichtung der beiden
Kerne A und B 3 und 4 angelegt wird, sind die Magnetfelder in den
beiden Kernen A und B 3 und 4 jeweils Hext + Hexc und Hext – Hexc,
wenn das Enegermagnetfeld als Hexc bezeichnet wird. Hierbei zeigen
die 7c und 7d die Magnetflußdichten
in diesen Magnetfeldern.
-
Hierbei werden, wie in 7e gezeigt, in der Erfassungsspule
Spannungen induziert. Die Größe des externen
Magnetfelds Hext kann durch Messen der Größe der Spannungen durch eine
Signalverarbeitungsschaltung ermittelt werden.
-
Gleichzeitig zeigt 8 ein Beispiel einer ersten aufeinandergelegten
Struktur des erfindungsgemäßen Sensors
für schwache
Magnetfelder, für den
die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird, wobei
ein Beispiel des Schichtungsprozesses eines Herstellungsprozesses
für ein
Werkstück
in Form einer gedruckten Leiterplatte unter Berücksichtigung der Größe des Werkstücks dargestellt ist.
Das fertige Produkt weist bei einem tatsächlichen Herstellungsprozeß im allgemeinen
die Form eines Streifens auf, der mehrere gedruckte Leiterplatteneinheiten
zur Erfassung schwacher Magnetfelder umfaßt.
-
In 8 ist
der Schichtungsprozeß von
sieben magnetischen Bändern 48 gezeigt,
bei dem jedes der für
die Herstellung in Streifenform verwendeten magnetischen Bänder mehrere
Einheiten enthält. Dementsprechend
wird die Größe der Magnetbänder 48 unter
Berücksichtigung
der Größe des Streifens bestimmt.
Hierbei bezeichnen die Bezugszeichen 45, 46 und 47 eine
obere Kupferfolie, eine untere Kupferfolie und eine jeweils aus
einer Faserplatte, einer ersten inneren Schicht und einer Faserplatte
ausgebildete Schicht.
-
Bei der vorstehend beschriebenen
Herstellung einer gedruckten Leiterplatte in Streifenform müssen die
magnetischen Bänder
zur Herstellung mehrerer Einheiten jedoch beim Prozeß der Musterbildung
durch die magnetischen Bänder
an gewünschten
Positionen auf den Faserplatten angeordnet werden. Dementsprechend
erfolgt der Schichtungsprozeß zur
Anordnung der magnetischen Bänder
auf den obersten Abschnitten bei dem in 8 gezeigten Beispiel durch Anordnen der
als eine Art Rahmen gefertigten Kupferfolien 45 und 46.
-
Es existieren zwei Verfahren zur
Herstellung der Kupferfolien 45 und 46. Eines
ist ein Verfahren zum teilweisen Entfernen gewünschter Abschnitte durch Pressen
der Kupferfolien 45 und 46 unter Verwendung einer
Form. Das andere ist ein Verfahren zur teilweisen Entfernung gewünschter
Abschnitte durch eine drehende Verarbeitung des Materials unter
Verwendung eines Schneidprozesses gemäß den üblichen Verfahren zur Herstellung
von Substraten.
-
Hierbei sollten die hergestellten
Kupferfolien 45 und 46 größer als die magnetischen Bänder 48 sein.
Vorzugsweise werden die Kupferfolien so gefertigt, daß sie in
bezog auf jede der Achsen der Magnetbänder Ränder von ca. 0,1 bis 0, 2 mm
aufweisen, wobei Bearbeitungstoleranzen und das Problem berücksichtigt
werden sollten, daß die
magnetischen Bänder 48 mit
den Kupferfolien 45 und 46 bedeckt werden.
-
Wenn der Bereich berücksichtigt
wird, den das tatsächliche
Produkt in einem Streifen einnimmt, weist zudem die Breite des magnetischen
Bands 48 eine bestimmte Randgröße auf, so daß die Breite
des magnetischen Bands 48 der Breite des Streifens entsprechen
kann. Die Länge
des magnetischen Bands 48 wird jedoch zum Zeitpunkt des
ursprünglichen Entwurfs
der gedruckten Leiterplatte be stimmt, da ein oder mehr magnetische
Bänder
in dem Streifen angeordnet sind.
-
9 ist
eine Schnittansicht von über
und unter dem magnetischen Kern auf der x-Achse ausgebildeten Schaltungsmustern
eines erfindungsgemäßen Sensors
für schwache
Magnetfelder, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird.
-
In 9 ist
eine Schnittansicht des magnetischen Kerns zur Erfassung eines Magnetfelds
in der Richtung der x-Achse und der zur Erzeugung von Erregerspulen
und einer Erfassungsspule jeweils über und unter dem magnetischen
Kern angeordneten Schaltungsmuster gezeigt. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 71 den
magnetischen Kern. Die Bezugszeichen 72a und 72b bezeichnen
jeweils ein Erregerschaltungsmuster. Die Bezugszeichen 73a und 73b bezeichnen
jeweils ein Erfassungsschaltungsmuster. Wenn die über dem
magnetischen Kern 71 angeordneten Erregerschaltungsmuster 72a so
angeordnet sind, daß sie
den unter dem magnetischen Kern 71 angeordneten Erregerschaltungsmustern 72b entsprechen,
sind die unter dem magnetischen Kern 71 angeordneten Erregerschaltungsmuster 72b bei
einer Betrachtung von oben nicht zu sehen.
-
Die Erfassungsschaltungsmuster 73a und 73b sind
zwischen den Erregerschaltungsmustern 72b und 72b angeordnet.
Hierbei sind die über
dem magnetischen Kern 71 angeordneten Erfassungsschaltungsmuster 73a so
angeordnet, daß sie
den unter dem magnetischen Kern 71 angeordneten Erfassungsschaltungsmustern 73b entsprechen.
-
Zudem kann, anders als bei der vorstehend beschriebenen
Konstruktion, ein Magnetfeld auch erfaßt werden, wenn eine Erregerspule
und eine Erfassungsspule um einen stabförmigen Kern gewickelt sind,
doch die Schwingungsform der durch die große Erregerspule induzierten
Spannung wird in der Erfassungsspule erzeugt, ohne daß ein externes
Magnetfeld angelegt wird. Dementsprechend ist die Signalverarbeitung
zum Verstärken
und Filtern des Ausgangs der Erfassungsspule kompliziert. Dementsprechend
ist die Verwendung eines rechteckigen, ringförmigen, magnetischen Kerns
für die
Signalverarbeitung zweckmäßig.
-
Nachstehend wird unter Bezugnahme
auf die 6a bis 6m ein Verfahren zur Herstellung
eines Sensors für
schwache Magnetfelder beschrieben, für den die Technologie der gedruckten
Leiterplatten verwendet wird. Die 6a bis 6m sind Schnittansichten
entlang der Linie E – E' in 1, die den Herstellungsprozeß für den Sensor
für schwache Magnetfelder
zeigen, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird.
-
Zunächst zeigen die 6a bis 6c die Schritte der Herstellung der ersten
inneren Schicht des Sensors für
schwache Magnetfelder. Dies bedeutet, daß ein mit Kupfer plattiertes
Laminat 51 mit jeweiligen Kupferfolien 52a und 52b auf
seinen beiden Seiten erzeugt wird (siehe 6a). Danach werden auf den Kupferfolien 52a und 52b jeweils
lichtempfindliche Überzugsschichten 53a und 53b erzeugt
und belichtet (sieh 6b).
Anschließend
werden unter dem magnetischen Kern auf der x-Achse angeordnete Erreger-
und Erfassungsschaltungsmuster 54b erzeugt, dann werden
oberhalb des magnetischen Kerns auf der y-Achse angeordnete Erreger-
und Erfassungsschaltungsmuster 54a erzeugt, und zur Erzeugung
der magnetischen Kerne wird eine Oberflächenbehandlung ausgeführt (siehe 6c). Dementsprechend wird
die erste innere Schicht hergestellt, wie vorstehend beschrieben.
-
Die 6d bis 6g zeigen die Schritte zur Herstellung
der zweiten inneren Schicht des Sensors für schwache Magnetfelder. Wie vorstehend
beschrieben, werden unter und über
der ersten inneren Schicht jeweils (nachstehend als „Faserplatte" bezeichnete) duroplastische
Harze 55a und 55b der B-Stufe angeordnet, und
an präzisen
Positionen unter der Faserplatte 55a und über der
Faserplatte 55b werden zur Erzeugung magnetischer Kerne
jeweils magnetische Bänder 57a und 57b angeordnet.
Hierbei sind die Kupferfolien 56a und 56b zum
Finden der präzisen
Positionen größer als
die magnetischen Bänder 57a und 57b,
wobei dies als Schichtungsprozeß bezeichnet
wird ( siehe 6d).
-
Hierbei sind die Faserplatten 55a und 55b duroplastische
Epoxidharze, die in der Fertigungsindustrie für gedruckte Leiterplatten bekannt
sind. Zudem können
die Kupferfolien 56a und 56b 12 μm, 18 μm oder 35 μm dick sein,
doch sie sind, ähnlich
wie die magnetischen Bänder 57a und 57b,
erfindungsgemäß 18 μm dick. Hierbei
sind die Faserplatten 55a und 55b 0,03 bis 0,1
mm dick.
-
Anschließend werden die magnetischen Bänder 57a und 57b zusammen
mit den Faserplatten 55a und 55b bei einer hohen
Temperatur und unter einem hohen Druck so auf beiden Seiten der
ersten inneren Schicht befestigt, daß die magnetischen Bänder 57a und 57b jeweils
mit beiden Seiten der ersten inneren Schicht in Kontakt stehen (siehe 6e).
-
Danach werden auf den magnetischen
Bändern 57a und 57b jeweils
lichtempfindliche Überzugsschichten 58a und 58b erzeugt,
belichtet und entwickelt (siehe Fig. 6f).
Die magnetischen Bänder 57a und 57b werden
geätzt,
wodurch die magnetischen Kerne 59a und 59b erzeugt
werden, und eine Oberrlächenbehandlung
wird ausgeführt
(siehe 6g). Die Oberflächenbehandlung
betrifft einen Abriebprozeß zur
Stapelung.
-
Dementsprechend wird die zweite innere Schicht
wie vorstehend beschrieben erzeugt.
-
Die 6h bis 6m zeigen die Schritte der Herstellung
der äußeren Schicht
des Sensors für schwache
Magnetfelder. Zunächst
werden auf der zweiten inneren Schicht bei einer hohen Temperatur und
unter einem hohen Druck jeweils die Faserplatten 60a und 60b befestigt,
und über
und unter den Faserplatten 60a und 60b werden
zur Erzeugung der jeweiligen oberen und unteren Schaltungsmuster
der magnetischen Kerne 59a und 59b bei einer hohen Temperatur
und unter hohem Druck jeweils zweite Kupferfolien 61a und 61b angebracht.
Hierbei weisen die Faserplatten 60a und 60b die
gleiche Dicke wie die Faserplatten 55a und 55b der
ersten inneren Schicht auf, und die zweiten Kupferfolien 61a und 61b sind
dünner
als die Kupferfolien der ersten inneren Schicht. Erfindungsgemäß werden
Kupferfolien 61a und 61b mit einer Dicke von 12 μm verwendet. Dementsprechend
wird die äußere Schicht
erzeugt, wie vorstehend beschrieben (siehe 6h).
-
Nach der Erzeugung der äußeren Schicht werden
dann durch gleichmäßiges Ätzen der
zweiten Kupferfolien 61 und 61b unter Berücksichtigung
der später
auszuführenden
Beschichtung mit Metall aus den 12 μm dicken Kupferfolien 61 und 61b 3 – 5 μm dicke Kupferfolien 62a und 62b hergestellt
(siehe 6i). Anschließend werden
unter Verwendung eines Laserbohrers einige Abschnitte der Kupferfolie 62a entfernt,
und dann werden Blindbohrungen 63 erzeugt, wodurch die
oberen und unteren Erregerschaltungsmuster jedes der magnetischen
Kerne 59a und 59b auf der x-Achse und der y-Achse
und die oberen und unteren Erfassungsschaltungsmuster jedes der
magnetischen Kerne 59a und 59b auf der x-Achse
und der y-Achse miteinander verbunden werden, damit sie elektromagnetisch
werden.
-
Anschließendwerden die Abschnitte,
an denen die Kupferfolie 62a entfernt wurde, zur Entfernung
nur des Epoxids unter Verwendung eines Laserbohrers so geätzt, daß die Schaltungsmuster
der ersten inneren Schicht freigelegt werden, worauf eine Oberfächenbehandlung
zur Beschichtung mit Metall ausgeführt wird (siehe 6j).
-
Danach werden die mit Kupfer plattierten Schichten 64a und 64b,
die mit Kupfer beschichtet sind, mit einer Dicke von 15 und 18 μm jeweils
auf den freiliegenden Oberflächen
der gedruckten Leiterblatten und den Blindbohrungen 63 angebracht
(siehe 6k).
-
Nach der Erzeugung der mit Kupfer
plattierten Schichten 64a und 64b werden durch
Belichtungs-, Entwicklungs- und Ätzprozesse
unter Verwendung lichtempfindlicher Filme an jeder von zwei Positionen
unter dem magnetischen Kern 59a und über dem magnetischen Kern 59b Erreger-
und Erfassungsschaltungsmuster 65a und 65b erzeugt
(siehe 61).
-
Nach der Erzeugung der Schaltungsmuster 65a und 65b werden
dann Lotwiderstände
S/R 66a und 66b erzeugt, und einige, mit Gold
zu beschichtende Teile der Lotwiderstände 66a und 66b werden durch
Freilegungs- und Entwicklungsprozesse geöffnet, so daß Signalverarbeitungsverbindungen
mit Gold beschichtet werden. Dies bedeutet, daß die freiliegenden Abschnitte
nach der Erzeugung der Lotwiderstände S/R 66a und 66b mit Gold
beschichtet werden, womit die Herstellung des erfindungsgemäßen Sensors
für schwache
Magnetfelder abgeschlossen ist (siehe 6m).
-
Anschließend wird die äußere Form
des Sensors für
schwache Magnetfelder bearbeitet, um einen Sensor mit einer gewünschten
Größe herzustellen.
Dies bedeutet, wie in den 6a bis 6m gezeigt, daß die magnetischen
Kerne 59a und 59b in unterschiedlichen Schichten
und senkrecht zueinander angeordnet werden, daß die Er regerspulen und die
Erfassungsspule über
und unter jedem der magnetischen Kerne erzeugt werden und daß auf der äußersten
Schicht Plättchen
zum Leiten von Elektrizität angeordnet
werden.
-
Bei dem wie vorstehend beschrieben
aufgebauten erfindungsgemäßen Magnetfeldsensor
sind die Formen der auf der gedruckten Leiterplatte gestapelten
magnetischen Kerne 59a und 59b und die Formen
der auf der gedruckten Leiterplatte gestapelten Erreger- und Erfassungsspulen
wesentlich. Ein rechteckiger, ringförmiger Kern aus zwei parallelen, miteinander
verbundenen und unterschiedlich angetriebenen Kernen ist als geschlossene
Magnetschaltung ausgebildet und weist eine Wicklungsstruktur auf,
durch die von den Erregerspulen aufgrund der Veränderungen der in dem rechteckigen,
ringförmigen
Kern erzeugten Magnetflüsse
erzeugte, induzierte Schwingungsformen aufgehoben werden, wenn kein
externes Magnetfeld an den rechteckigen, ringförmigen Kern angelegt wird.
-
Daher enthält der erfindungsgemäße Sensor für schwache
Magnetfelder rechteckige, ringförmige, zueinander
senkrechte magnetische Kerne, die jeweils die geschlossenen magnetischen
Schaltungen zur Minimierung der aus jedem der rechteckigen, ringförmigen,
magnetischen Kerne austretenden magnetischen Komponenten bilden.
Zudem enthält
der erfindungsgemäße Sensor
für schwache
Magnetfelder jeweils separate, um die beiden Kerne des rechteckigen,
ringformigen magnetischen Kerns gewickelte, elektromagnetische Differentialerregerspulen
und die elektromagnetische Erfassungsspule zur Ermittlung der Summe
der im Kern erzeugten Magnetflüsse.
Dementsprechend wird in der Erfassungsspule keine Schwingungsform
induziert, wenn das externe Magnetfeld null ist.
-
Überdies
enthält
der Sensor für
schwache Magnetfelder gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung separate Differenti alenegerspulen, die
um zwei Abschnitte jedes der rechteckigen, ringförmigen, zueinander senkrechten
Kerne gewickelt sind, wobei jeder magnetische Kern zur Reduzierung der
entmagnetisierten Feldkomponenten in einer Richtung ausgebildet
ist, in der die Magnetflüsse
erfaßt
werden, und Erfassungsspulen zur Ermittlung der Summe der in dem
magnetischen Kern erzeugten Magnetflüsse, die zwischen den Differentialenegerspulen
ausgebildet sind. Dementsprechend wird in der Erfassungsspule keine
Schwingungsform induziert, wenn ein magnetisches Feld null ist.
-
Dementsprechend weist der der erfindungsgemäße Sensor
für schwache
Magnetfelder, obwohl er superminiaturisiert ist, eine hohe Empfindlichkeit auf
und kann ein sehr schwaches Magnetfeld erfassen. Der erfindungsgemäße Sensor
für schwache Magnetfelder
wird beispielsweise für
ein durch die Erfassung des Erdmagnetismus arbeitendes Navigationssystem,
einen Monitor zur Erdbebenvorhersage, der Veränderungen des Erdmagnetismus
anzeigt, einen Sensor zur Messung des Körpermagnetismus und einen Sensor
zur Erfassung metallischer Werkstoffe verwendet. Zudem wird der
magnetische Sensor verbreitet für
magnetische Codiervorrichtungen, kontaktlose Potentiometer, Stromsensoren,
Drehmomentsensoren und Verschiebungssensoren verwendet.
-
Wie vorstehend beschrieben, wird
durch die vorliegende Erfindung ein Sensor für schwache Magnetfelder geschaffen,
für den
die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird und
in dem ein in einem Substrat ausgebildeter, magnetischer Kern, aus
metallischen Werkstoffen ausgebildete Enegerspulen zur Erregung
durch Wechselstrom und eine aus einem metallischen Werkstoff ausgebildete
Erfassungsspule zur Erfassung von Veränderungen der durch die Erregerspule
induzierten Magnetflüsse
vorgesehen sind, wodurch aufgrund der hohen Empfindlichkeit Magnetfelder
präzise
erfaßt
werden. Zudem wird durch die vorliegende Erfindung ein Sensor für schwache
Magnetfelder geschaffen, für
den die Technologie der gedruckten Leiterplatten verwendet wird
und in dem unter Verwendung einer gedruckten Leiterplatte ein magnetischer
Kern, Erregerspulen und eine Erfassungsspule gestapelt sind, wodurch die
Integration mit einem weiteren Sensor oder Schaltungen möglich wird.
Dementsprechend kann der Sensor extrem miniaturisiert werden, sehr
empfindlich sein und preisgünstig
in Massenproduktion hergestellt werden.
-
Obwohl zu Veranschaulichungszwecken
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist für Fachleute
ersichtlich, daß unterschiedlichste
Modifikationen, Zusätze und
Abzüge
möglich
sind, ohne vom Rahmen und Geist der in den beiliegenden Ansprüchen offenbarten
Erfindung abzuweichen.