DE112018003995T5

DE112018003995T5 - Verschiebungsdetektorvorrichtung

Info

Publication number: DE112018003995T5
Application number: DE112018003995.1T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Ito
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-04-16
Also published as: CN111065881A; WO2019049652A1; US20200191882A1; US11047927B2

Abstract

Bei einem Magnetsensor wird ein erfasster Wert, wenn ein angelegtes Magnetfeld von einem Magnet null ist, in einer Korrelationsfunktion zwischen dem angelegten Magnetfeld von dem Magnet und dem erfassten Wert bei einer ersten Temperatur als ein erster Versatzwert definiert und der erfasste Wert wird, wenn das angelegte Magnetfeld von dem Magnet null ist, in einer Korrelationsfunktion zwischen dem angelegten Magnetfeld von dem Magnet und dem erfassten Wert bei einer zweiten Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, als ein zweiter Versatzwert definiert. Eine Mehrzahl von Magnetsensoren umfasst eine Gruppe von Magnetsensoren, die das angelegte Magnetfeld von dem Magnet erfassen, mit einander entgegengesetzten Polaritäten. Einer aus der einen Gruppe von Magnetsensoren ist ein erster Magnetsensor, bei dem ein Wert, der durch Subtrahieren des ersten Versatzwerts von dem zweiten Versatzwert erhalten wird, positiv ist, und der andere ist ein zweiter Magnetsensor, bei dem ein Wert, der durch Subtrahieren des ersten Versatzwerts von dem zweiten Versatzwert erhalten wird, negativ ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verschiebungsdetektorvorrichtung und insbesondere auf eine Verschiebungsdetektorvorrichtung, die eine Verschiebung eines Magnets mit Hilfe mehrerer Magnetsensoren feststellt.
Hintergrundtechnik
Beispiele für die Dokumente im Stand der Technik, die die Konfigurationen von Verschiebungsdetektorvorrichtungen offenbaren, sind die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2014-145714 (Patentdokument 1), die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-22403 (Patentdokument 2) und die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-277308 (Patentdokument 3).
Eine in Patentdokument 1 offenbarte Flüssigkeitsoberflächenpegeldetektorvorrichtung umfasst einen Magnet und mehrere Magnetsensoren. Der Magnet bewegt sich dem Oberflächenpegel einer in einem Tank gelagerten Flüssigkeit entsprechend auf und ab. Die mehreren Magnetsensoren sind in der Oben-Unten-Richtung mit einem Zwischenraum zwischen denselben angeordnet.
Bei einem in Patentdokument 2 offenbarten Verschiebungsdetektor werden mehrere Hall-Effekt-Elemente mit einem Zwischenraum zwischen denselben angeordnet, so dass dieselben zu einem Weg eines Magnets parallel werden.
Ein in Patentdokument 3 offenbarte Flüssigkeitsoberflächenpegeldetektorvorrichtung umfasst einen Schwimmer, einen Permanentmagnet und mehrere Magnetsensoren. Der Schwimmer bewegt sich auf und ab, indem er einer Flüssigkeitsoberfläche folgt. Der Permanentmagnet ist in dem Schwimmer vorgesehen. Die mehreren Magnetsensoren erfassen die Magnetflussdichte, die sich gemäß der Bewegungsposition des Permanentmagnets ändert.
Referenzliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2014-145714
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-22403
Patentdokument 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-277308

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei der in Patentdokument 1 offenbarten Flüssigkeitsoberflächenpegeldetektorvorrichtung wird die Frage bezüglich der Schwankungen der Temperaturcharakteristika der mehreren Magnetsensoren nicht behandelt.
Das Patentdokument 2 beschreibt, dass Erfassungsfehler, die durch Empfindlichkeitsschwankungen der mehreren Hall-Effekt-Elemente verursacht werden, durch ein geeignetes Korrekturverfahren reduziert werden können. Ein besonderes Korrekturverfahren wird in Patentdokument 2 jedoch nicht angesprochen.
In Patentdokument 3 werden die Temperaturcharakteristika der Magnetsensoren erörtert, jedoch werden keine Schwankungen der Temperaturcharakteristika der mehreren Magnetsensoren beschrieben.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts der oben beschriebenen Probleme. Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verschiebungsdetektorvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Erfassungsfehler zu reduzieren, die durch Schwankungen der Temperaturcharakteristika mehrerer Magnetsensoren verursacht werden.
Lösung des Problems
Eine Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst mehrere Magnetsensoren und einen Magnet. Die Magnetsensoren sind entlang einer ersten Richtung angeordnet. Der Magnet ist so angeordnet, dass er in der ersten Richtung bewegbar ist. Bei jedem der Magnetsensoren wird bezüglich einer Korrelationsfunktion zwischen einem Magnetfeld, das von dem Magnet angelegt wird, und einem Wert des Magnetfelds, der durch den Magnetsensor erfasst wird, bei einer ersten Temperatur der Wert, der durch den Magnetsensor erfasst wird, wenn das von dem Magnet angelegte Magnetfeld 0 ist, als erster Versatzwert festgelegt. Bezüglich einer Korrelationsfunktion zwischen einem Magnetfeld, das von dem Magnet angelegt wird, und einem Wert des Magnetfelds, der durch den Magnetsensor erfasst wird, wird bei einer zweiten Temperatur der Wert, der durch den Magnetsensor erfasst wird, wenn das von dem Magnet angelegte Magnetfeld 0 ist, als zweiter Versatzwert festgelegt. Die zweite Temperatur ist höher als die erste Temperatur. Die mehreren Magnetsensoren umfassen ein Paar von Magnetsensoren. Ein Wert eines angelegten Magnetfelds, der durch einen des Paars von Magnetsensoren erfasst wird, und derjenige, der durch den anderen des Paars von Magnetsensoren erfasst wird, weisen eine entgegengesetzte Polarität auf. Einer des Paars von Magnetsensoren ist ein erster Magnetsensor, während der andere des Paars von Magnetsensoren ein zweiter Magnetsensor ist. Ein Wert, der durch Subtrahieren des ersten Versatzwerts von dem zweiten Versatzwert erhalten wird, ist bei dem ersten Magnetsensor positiv und bei dem zweiten Magnetsensor negativ.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die mehreren Magnetsensoren linear angeordnet.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Verschiebungsdetektorvorrichtung ferner ein bewegbares Bauglied. Der Magnet ist in dem bewegbaren Bauglied vorgesehen.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der erste und der zweite Magnetsensor in der ersten Richtung abwechselnd angeordnet.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Verschiebungsdetektorvorrichtung ferner eine Steuerung, die eine Verschiebung des Magnets in der ersten Richtung aus den Erfassungsergebnissen des Paars von Magnetsensoren erfasst.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jeder der Werte, die durch die Magnetsensoren erfasst werden, ein Spannungswert, der von einem entsprechenden Magnetsensor ausgegeben wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Magnetsensor, wenn das angelegte Magnetfeld 0 ist, eine Position des Magnetsensors in der ersten Richtung im Wesentlichen dieselbe wie eine Position des Magnets in der ersten Richtung.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich der Magnet an einer Position zwischen dem Paar von Magnetsensoren in der ersten Richtung.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bewegt der Magnet sich nach oben und nach unten, indem derselbe einer Flüssigkeitsoberfläche folgt. Die Flüssigkeitsoberfläche befindet sich an einer Position zwischen dem Paar von Magnetsensoren in der ersten Richtung.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Erfassungsfehler einer Verschiebungsdetektorvorrichtung zu reduzieren, die durch Schwankungen der Temperaturcharakteristika mehrerer Magnetsensoren verursacht werden.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine graphische Darstellung, die die Erfassungswerte von Magnetsensoren veranschaulicht, die in einer Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind.
3 ist eine graphische Darstellung, um einen Ansatz zur Schätzung der Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche zu erläutern, indem eine lineare Näherung bezüglich der Beziehung zwischen den Werten eines Magnetfelds, das von einem Magnet angelegt und durch zwei Magnetsensoren erfasst wird, und den Höhen der zwei Magnetsensoren durchgeführt wird, wobei die Werte des Magnetfelds, die durch die zwei Magnetsensoren erfasst werden, eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
4 ist eine graphische Darstellung, die Korrelationsfunktionen zwischen einem Magnetfeld, das von einem Magnet angelegt wird, und den Werten des angelegten Magnetfelds, die durch zwei Magnetsensoren erfasst werden, bei einer ersten Temperatur veranschaulicht, wobei die durch die zwei Magnetsensoren erfassten Werte eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
5 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion zwischen einem angelegten Magnetfeld in einer Magnetfelderfassungsrichtung und dem Wert des angelegten Magnetfelds, der durch einen Magnetsensor erfasst wird, bei einer ersten Temperatur und diejenige bei einer zweiten Temperatur veranschaulicht, wobei eine Nullpunkteinstellung der Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur in dem Magnetsensor durchgeführt wurde.
6 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion zwischen einem angelegten Magnetfeld in einer Magnetfelderfassungsrichtung und dem Wert des angelegten Magnetfelds, der durch einen ersten Magnetsensor erfasst wird, bei einer ersten Temperatur und diejenige bei einer zweiten Temperatur veranschaulicht, wobei eine Nullpunkteinstellung der Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur in dem ersten Magnetsensor durchgeführt wurde.
7 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion zwischen einem angelegten Magnetfeld in einer Magnetfelderfassungsrichtung und dem Wert des angelegten Magnetfelds, der durch einen zweiten Magnetsensor erfasst wird, bei einer ersten Temperatur und diejenige bei einer zweiten Temperatur veranschaulicht, wobei eine Nullpunkteinstellung der Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur in dem zweiten Magnetsensor durchgeführt wurde.
8 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration jedes von mehreren Magnetsensoren veranschaulicht, die in einer Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind.
9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Stärke eines externen Magnetfelds und der Ausgabe jedes von mehreren Magnetsensoren veranschaulicht, die in einer Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind.
10 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei einer ersten Temperatur und diejenige bei einer zweiten Temperatur in einem von zwei Magnetsensoren mit ΔVersatz=0 veranschaulicht, wobei die Werte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung, die durch die beiden Magnetsensoren erfasst werden, eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
11 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur und diejenige bei der zweiten Temperatur in dem anderen der zwei Magnetsensoren mit ΔVersatz=0 veranschaulicht.
12 ist eine graphische Darstellung, die die Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche bei der ersten und die bei der zweiten Temperatur veranschaulicht, wobei die Höhen der Flüssigkeitsoberfläche geschätzt werden, indem eine lineare Näherung bezüglich der Beziehungen zwischen den Erfassungswerten der zwei Magnetsensoren und den Höhen der Magnetsensoren durchgeführt wird.
13 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei einer ersten Temperatur und diejenige bei einer zweiten Temperatur in einem von zwei ersten Magnetsensoren mit ΔVersatz>0 veranschaulicht, wobei die Werte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung, die durch die zwei ersten Magnetsensoren erfasst werden, eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
14 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur und diejenige bei der zweiten Temperatur in dem anderen der zwei ersten Magnetsensoren mit ΔVersatz>0 veranschaulicht.
15 ist eine graphische Darstellung, die die Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche bei der ersten und diejenige bei der zweiten Temperatur veranschaulicht, wobei die Höhen der Flüssigkeitsoberfläche geschätzt werden, indem eine lineare Näherung bezüglich der Beziehungen zwischen den Erfassungswerten der zwei ersten Magnetsensoren und den Höhen der ersten Magnetsensoren durchgeführt wird.
16 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei einer ersten Temperatur und diejenige bei einer zweiten Temperatur in einem von zwei Magnetsensoren, nämlich einem ersten Magnetsensor mit ΔVersatz>0, veranschaulicht, wobei die Werte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung, die durch die zwei Magnetsensoren erfasst werden, eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
17 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur und diejenige bei der zweiten Temperatur in dem anderen der zwei Magnetsensoren, nämlich einem zweiten Magnetsensor mit ΔVersatz<0, veranschaulicht.
18 ist eine graphische Darstellung, die die Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche bei der ersten und diejenige bei der zweiten Temperatur veranschaulicht, wobei die Höhen der Flüssigkeitsoberfläche geschätzt werden, indem eine lineare Näherung bezüglich der Beziehungen zwischen den Erfassungswerten des ersten und zweiten Magnetsensors und den Höhen des ersten und zweiten Magnetsensors durchgeführt wird.
19 ist eine partielle Draufsicht, die die Positionsbeziehung zwischen Magnetsensoren und Magneten und einem an die Magnetsensoren angelegten Magnetfeld bei einer Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im Folgenden wird eine Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels werden dasselbe Element oder zugeordnete Elemente, die in den Zeichnungen gezeigt werden, mit demselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine Erläuterung wird nicht wiederholt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Verschiebungsdetektorvorrichtung als Flüssigkeitspegelmesser verwendet, jedoch ist dieselbe nicht darauf beschränkt und kann als Detektorvorrichtung verwendet werden, die die Position eines Zylinders in einer Werkzeugmaschine erfasst.
1 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration einer Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine Verschiebungsdetektorvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Substrat 110, mehrere Magnetsensoren H0 bis H10, einen Magnet 121 und eine Steuerung 111. Die Z-Achsen-Richtung ist eine erste Richtung, und die X-Achsen-Richtung ist eine zweite Richtung.
Das Substrat 110 ist in einer äußerlich rechteckigen Form gebildet und weist eine Länge entlang der vertikalen Richtung (Z-Achsen-Richtung) und eine Breite entlang der horizontalen Richtung (X-Achsen-Richtung) auf. Auf einer ersten Oberfläche des Substrats 110 sind die Magnetsensoren H0 bis H10 und die Steuerung 111 in der Z-Achsen-Richtung angeordnet.
Die Magnetsensoren H0, H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, H8, H9 und H10 sind in dieser Reihenfolge linear von unten nach oben angeordnet. Die Steuerung 111 ist über dem Magnetsensor H10 angeordnet. Die Magnetsensoren H0 bis H10 sind jeweils mit der Steuerung 111 elektrisch verbunden und geben einen Spannungswert aus. Die Steuerung 111 erfasst den Spannungswert, der von jedem der Magnetsensoren H0 bis H10 ausgegeben wird.
Jeder der Magnetsensoren H0 bis H10 erfasst ein Magnetfeld in der Z-Achsen-Richtung. Die Magnetsensoren H0 bis H10 umfassen jeweils eine Wheatstone-Brückenschaltung, die vier AMR-Elemente (Anisotropie Magneto Resistance) umfasst. Die AMR-Elemente sind Magnetowiderstandselemente. Anstelle von AMR-Elementen kann jeder der Magnetsensoren H0 bis H10 einen anderen Typ von Magnetowiderstandselementen umfassen, beispielsweise GMR-Elemente (Giant Magneto Resistance), TMR-Elemente (Tunnel Magneto Resistance), BMR-Elemente (Ballistic Magneto Resistance) und CMR-Elemente (Colossal Magneto Resistance).
Die Magnetsensoren H0 bis H10 können jeweils eine Halbbrückenschaltung enthalten, die zwei Magnetwiderstandselemente umfasst. Alternativ kann als jeder der Magnetsensoren H0 bis H10 ein Magnetsensor mit Hall-Effekt-Elementen, ein Magnetsensor mit MI-Elementen (Magneto Impedance), der den Magnetoimpedanzeffekt nutzt, oder ein Fluxgate-Magnetsensor verwendet werden.
Das Substrat 110 ist in einem zylindrischen Gehäuse gelagert, das nicht gezeigt ist. Eine Flüssigkeit ist um das Gehäuse herum gelagert. Die Höhe der Oberfläche S dieser Flüssigkeit ändert sich. Die Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfasst die Höhe der Flüssigkeitsoberfläche S. Das Gehäuse erstreckt sich in der Z-Achsen-Richtung, so dass ein Teil des Gehäuses sich unter der zu messenden Flüssigkeitsoberfläche S befindet und ein Teil des Gehäuses sich über der Flüssigkeitsoberfläche S befindet.
Ein Schwimmer 120 weist äußerlich eine zylindrische Form auf. Ein Loch des Schwimmers 120 ist um das Gehäuse herum eingepasst. Der Schwimmer 120 ist ein bewegbares Bauglied, das sich entlang des Gehäuses nach oben und nach unten bewegt, indem dasselbe der Flüssigkeitsoberfläche S folgt. Die Magnetsensoren H0 bis H10 sind in einem Bereich positioniert, in dem der Schwimmer 120 bewegbar ist.
Der Magnet 121 ist in den Schwimmer 120 integriert. Der Magnet 121 weist äußerlich eine ringförmige Gestalt auf und ist in dem Schwimmer 120 gelagert. Der Magnet 121 ist zusammen mit der Bewegung des Schwimmers 120 entlang der Z-Achsen-Richtung, in der die Magnetsensoren H0 bis H10 angeordnet sind, nach oben und nach unten bewegbar. Der Magnet 121 bildet in einer Richtung von innen nach außen des Magnets 121 ein Magnetfeld 122 um den Magnet 121 herum.
Der Magnet 121 kann aus einem Sintermagnet, einem Verbundmagnet oder einem dünnen Film hergestellt werden. Der Magnet 121 ist nicht auf einen bestimmten Typ beschränkt und kann z. B. ein Ferritmagnet, ein Samarium-Kobalt-Magnet, ein Alnico-Magnet oder ein Neodym-Magnet sein. Die Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfasst die Verschiebung des Magnets 121 in der Z-Achsen-Richtung mit Hilfe der Magnetsensoren H0 bis H10, um die Höhe der Flüssigkeitsoberfläche S zu messen.
2 ist eine graphische Darstellung, die die Erfassungswerte der Magnetsensoren veranschaulicht, die in der Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind. In 2 zeigt die vertikale Achse die Erfassungswerte (Vout) der individuellen Magnetsensoren H0 bis H10 an, während die horizontale Achse die Position der Magnetsensoren H0 bis H10 in der Z-Achsen-Richtung anzeigt. Die Position in der Z-Achsen-Richtung wird als Höhe angenommen.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist, wenn die Höhe der Flüssigkeitsoberfläche S im Wesentlichen gleich der des Magnetsensors H5 ist, der Erfassungswert des Magnetsensors H5 nahezu 0. Der Erfassungswert des Magnetsensors H4 und der des Magnetsensors H6 weisen eine entgegengesetzte Polarität auf. Das heißt, der Wert des durch den Magnet 121 gebildeten Magnetfelds 122, nämlich der Wert des von dem Magnet 121 angelegten Magnetfelds 122, der durch den Magnetsensor H4 in einer Magnetfelderfassungsrichtung erfasst wird, und der durch den Magnetsensor H6 erfasste Wert weisen eine entgegengesetzte Polarität auf. Die Magnetfelderfassungsrichtung ist die Z-Achsen-Richtung.
In diesem Fall befindet der Magnetsensor H4 sich unter der Flüssigkeitsoberfläche S, während der Magnetsensor H6 sich über der Flüssigkeitsoberfläche S befindet. Wie oben beschrieben ist, weisen der durch den Magnetsensor H4 in der Z-Achsen-Richtung, welches die Magnetfelderfassungsrichtung ist, erfasste Wert des Magnetfelds 122, das ein von dem Magnet 121 angelegtes Magnetfeld ist, und der durch den Magnetsensor H6 erfasste Wert eine entgegengesetzte Polarität auf. Die Beziehung zwischen den Magnetsensoren H4 und H6 ist derart, dass der eine unter der Flüssigkeitsoberfläche S und der andere über der Flüssigkeitsoberfläche S positioniert ist.
Ein Ansatz zur Schätzung der Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche durch lineare Näherung zwischen den Erfassungswerten von zwei Magnetsensoren und den Höhen dieser Magnetsensoren wird nachfolgend diskutiert. Die Werte des Magnetfelds 122, das ein von dem Magnet 121 angelegtes Magnetfeld ist, die durch diese zwei Magnetsensoren in der Z-Achsen-Richtung erfasst werden, welches die Magnetfelderfassungsrichtung ist, weisen eine entgegengesetzte Polarität auf. Jedoch ist ein Algorithmus zum Schätzen der Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche aus der Beziehung zwischen den Erfassungswerten der zwei Magnetsensoren und ihren Höhen nicht auf eine lineare Näherung beschränkt, und es können verschiedene bekannte Algorithmen verwendet werden. Zusätzlich kann die Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche aus den Beziehungen zwischen den Erfassungswerten von drei oder mehr Magnetsensoren und den Höhen dieser drei oder mehr Magnetsensoren geschätzt werden.
3 ist eine graphische Darstellung, um einen Ansatz zur Schätzung der Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche zu erläutern, indem eine lineare Näherung bezüglich der Beziehung zwischen den Erfassungswerten der oben beschriebenen zwei Magnetsensoren und ihren Höhen durchgeführt wird. In 3 zeigt die vertikale Achse die Positionen der Magnetsensoren A und B in der Z-Achsen-Richtung an, während die horizontale Achse die Erfassungswerte (Vout) der Magnetsensoren A und B anzeigt.
Wie in 3 gezeigt ist, wird die Beziehung zwischen den Erfassungswerten der Magnetsensoren A und B und den Höhen der Magnetsensoren A und B durch Verwendung einer Geraden L1, die die Gleichung (1) erfüllt, genähert, um die Höhe Hp der Flüssigkeitsoberfläche S zu bestimmen. In Gleichung (1) ist Va der Erfassungswert des Magnetsensors A, Ha ist die Höhe des Magnetsensors A, Vb ist der Erfassungswert des Magnetsensors B und Hb ist die Höhe des Magnetsensors B. Der Erfassungswert Va ist ein negativer Wert, während der Erfassungswert Vb ein positiver Wert ist. $Hp = Ha - Va \times (Hb - Ha) / (Vb - Va)$
Mit Hilfe des oben beschriebenen Ansatzes erfasst die Steuerung 111 die Verschiebung des Magnets 121 in der Z-Achsen-Richtung, in der die Magnetsensoren H0 bis H10 angeordnet sind. Die Steuerung 111 erfasst die Verschiebung des Magnets 121 aus den Erfassungsergebnissen von zwei Magnetsensoren unter den Magnetsensoren H0 bis H10, deren Erfassungswerte des Magnetfelds 122 eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Das heißt, wenn die Werte des von dem Magnet 121 angelegten und durch die Magnetsensoren A und B in der Z-Achsen-Richtung, welches die Magnetfelderfassungsrichtung ist, erfassten Magnetfelds eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, bedeutet dies, dass der Magnet 121 sich auf einer Höhe zwischen den Magnetsensoren A und B befindet. Die Steuerung 111 ist somit in der Lage, die Verschiebung des Magnets 121 aus Spannungswerten zu erfassen, die von den Magnetsensoren A und B ausgegeben werden.
Die Temperaturcharakteristika der Magnetsensoren werden nachfolgend erörtert.
4 ist eine graphische Darstellung, die Korrelationsfunktionen zwischen einem von einem Magnet angelegten Magnetfeld und den Erfassungswerten von zwei Magnetsensoren bei einer ersten Temperatur veranschaulicht. Die Werte des Magnetfelds, die durch die zwei Magnetsensoren erfasst werden, weisen eine entgegengesetzte Polarität auf. Das angelegte Magnetfeld ist ein Magnetfeld in der Magnetfelderfassungsrichtung. In 4 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) jedes der Magnetsensoren A und B an, während die horizontale Achse das angelegte Magnetfeld (B) in der Magnetfelderfassungsrichtung anzeigt. In 4 ist die Korrelationsfunktion des Magnetsensors A durch die durchgezogene Linie und die des Magnetsensors B durch die gepunktete Linie angegeben. In 4 beträgt die erste Temperatur 25 °C.
4 zeigt, dass die Gerade, die die Korrelationsfunktion des Magnetsensors A darstellt, und die des Magnetsensors B bei der ersten Temperatur im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Wenn das angelegte Magnetfeld in der Magnetfelderfassungsrichtung 0 ist, ist der Erfassungswert des Magnetsensors A VoA, während der des Magnetsensors B VoB ist. Auf diese Weise haben mehrere Magnetsensoren jeweils einen eindeutigen Wert, wenn das angelegte Magnetfeld in der Magnetfelderfassungsrichtung bei der ersten Temperatur 0 ist.
Daher wird bei jedem der Magnetsensoren eine Nullpunkteinstellung vorgenommen, so dass die Korrelationsfunktion zwischen dem angelegten Magnetfeld in der Magnetfelderfassungsrichtung und dem Erfassungswert bei der ersten Temperatur durch den Nullpunkt verläuft. Um diese Nullpunkteinstellung durchzuführen, wird in jedem der mehreren Magnetsensoren ein erster Versatzwert festgelegt. Der erste Versatzwert des Magnetsensors A ist VoA, und der des Magnetsensors B ist VoB.
Ein Magnetsensor, bei dem eine Nullpunkteinstellung bezüglich der Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur vorgenommen wird, wird in einer Umgebung mit einer zweiten Temperatur platziert, die höher als die erste Temperatur ist. In diesem Fall ändert sich die Steigung der Korrelationsfunktion zwischen dem angelegten Magnetfeld und dem Erfassungswert typischerweise aufgrund der Temperaturcharakteristika eines magnetischen Materials, das den Magnetsensor bildet.
5 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion zwischen einem angelegten Magnetfeld in einer Magnetfelderfassungsrichtung und dem Wert des angelegten Magnetfelds, der durch einen Magnetsensor erfasst wird, bei einer ersten Temperatur und diejenige bei einer zweiten Temperatur veranschaulicht. In dem Magnetsensor wurde eine Nullpunkteinstellung der Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur durchgeführt. In 5 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) des Magnetsensors an, während die horizontale Achse das angelegte Magnetfeld (B) in der Magnetfelderfassungsrichtung anzeigt. In 5 wird die Korrelationsfunktion des Magnetsensors bei der ersten Temperatur durch die durchgezogene Linie angezeigt, während diejenige bei der zweiten Temperatur durch die gepunktete Linie angezeigt wird. In 5 beträgt die erste Temperatur 25 °C, während die zweite Temperatur 125 °C beträgt.
Wie in 5 gezeigt ist, ist die Steigung der Geraden, die die Korrelationsfunktion des Magnetsensors bei der zweiten Temperatur darstellt, sanfter als bei der ersten Temperatur. Das heißt, der Magnetsensor wird bei der zweiten Temperatur weniger empfindlich als bei der ersten Temperatur.
Beim Beispiel von 5 verläuft die oben beschriebene Korrelationsfunktion bei der zweiten Temperatur durch den Nullpunkt. Bei der zweiten Temperatur, wenn das angelegte Magnetfeld in der Magnetfelderfassungsrichtung 0 ist, ist der Erfassungswert des Magnetsensors 0. Wenn ein zweiter Versatzwert festgelegt wird, damit der Magnetsensor eine Nullpunkteinstellung vornimmt, so dass die Korrelationsfunktion bei der zweiten Temperatur durch den Nullpunkt verläuft, wird der zweite Versatzwert zu demselben Wert wie der erste Versatzwert. Das heißt, der Wert (ΔVersatz), der durch Subtrahieren des ersten Versatzwerts von dem zweiten Versatzwert erhalten wird, ist 0.
Wie später erörtert wird, ist es schwierig, dass bei allen mehreren Magnetsensoren der zweite Versatzwert mit dem ersten Versatzwert übereinstimmt. Die Magnetsensoren H0 bis H10 umfassen die folgenden ersten und zweiten Magnetsensoren. Bei dem ersten Magnetsensor ist der Wert (ΔVersatz), der durch Subtrahieren des ersten Versatzwerts von dem zweiten Versatzwert erhalten wird, positiv. Bei dem zweiten Magnetsensor ist der Wert (ΔVersatz), der durch Subtrahieren des ersten Versatzwerts von dem zweiten Versatzwert erhalten wird, negativ.
6 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion zwischen einem angelegten Magnetfeld in einer Magnetfelderfassungsrichtung und dem Wert des angelegten Magnetfelds, der durch den ersten Magnetsensor erfasst wird, bei einer ersten Temperatur und diejenige bei einer zweiten Temperatur veranschaulicht. Bei dem ersten Magnetsensor wurde eine Nullpunkteinstellung bezüglich der Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur durchgeführt. In 6 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) des ersten Magnetsensors an, während die horizontale Achse das angelegte Magnetfeld (B) in der Magnetfelderfassungsrichtung anzeigt. In 6 wird die Korrelationsfunktion des ersten Magnetsensors bei der ersten Temperatur durch die durchgezogene Linie angezeigt, während diejenige bei der zweiten Temperatur durch die gepunktete Linie angezeigt wird.
7 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion zwischen einem angelegten Magnetfeld in einer Magnetfelderfassungsrichtung und dem Wert des angelegten Magnetfelds, der durch den zweiten Magnetsensor erfasst wird, bei einer ersten Temperatur und diejenige bei einer zweiten Temperatur veranschaulicht. Bei dem zweiten Magnetsensor wurde eine Nullpunkteinstellung bezüglich der Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur durchgeführt. In 7 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) des zweiten Magnetsensors an, während die horizontale Achse das angelegte Magnetfeld (B) in der Magnetfelderfassungsrichtung anzeigt. In 7 wird die Korrelationsfunktion des zweiten Magnetsensors bei der ersten Temperatur durch die durchgezogene Linie angezeigt, während diejenige bei der zweiten Temperatur durch die gepunktete Linie angezeigt wird.
Wie in 6 sowie in 5 gezeigt ist, ist die Steigung der Geraden, die die Korrelationsfunktion des ersten Magnetsensors bei der zweiten Temperatur darstellt, sanfter als diejenige bei der ersten Temperatur. Das heißt, der erste Magnetsensor wird bei der zweiten Temperatur weniger empfindlich als bei der ersten Temperatur.
Bei dem ersten Magnetsensor ist der Wert (ΔVersatz), der durch Subtrahieren des ersten Versatzwerts von dem zweiten Versatzwert erhalten wird, positiv, und die Nullpunkteinstellung wurde bezüglich der oben beschriebenen Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur durchgeführt. Wenn bei dem ersten Magnetsensor das angelegte Magnetfeld in der Magnetfelderfassungsrichtung bei der zweiten Temperatur 0 ist, ist der Erfassungswert ΔVersatz.
Wie in 7 sowie in 5 gezeigt ist, ist die Steigung der Geraden, die die Korrelationsfunktion des zweiten Magnetsensors bei der zweiten Temperatur darstellt, sanfter als diejenige bei der ersten Temperatur. Das heißt, der zweite Magnetsensor wird bei der zweiten Temperatur weniger empfindlich als bei der ersten Temperatur.
Bei dem zweiten Magnetsensor ist der Wert (ΔVersatz), der durch Subtrahieren des ersten Versatzwerts von dem zweiten Versatzwert erhalten wird, negativ, und es wurde eine Nullpunkteinstellung bezüglich der oben beschriebenen Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur vorgenommen. Bei dem zweiten Magnetsensor ist, wenn das angelegte Magnetfeld in der Magnetfelderfassungsrichtung bei der zweiten Temperatur 0 ist, der Erfassungswert ΔVersatz.
Der Grund, warum der oben beschriebene Wert (ΔVersatz) unter mehreren Magnetsensoren variiert, wird an einem Beispiel erläutert.
8 ist eine Draufsicht, die die Konfiguration jedes der mehreren Magnetsensoren veranschaulicht, die in der Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind. Wie in 8 gezeigt ist, umfassen bei diesem Ausführungsbeispiel die Magnetsensoren H0 bis H10 jeweils erste bis vierte AMR-Elemente R1 bis R4, die eine Wheatstone-Brückenschaltung 1 bilden.
Dieser Magnetsensor wird ausführlicher behandelt. Eine in Reihe geschaltete Einheit des ersten und des zweiten AMR-Elements R1 und R2 und eine in Reihe geschaltete Einheit des dritten und des vierten AMR-Elements R3 und R4 sind parallel zueinander zwischen einen Energieversorgungsanschluss Vcc und einem Masseanschluss GND geschaltet. Eine erster Ausgangsanschluss V⁺ ist mit einem Knoten zwischen dem ersten und dem zweiten AMR-Element R1 und R2 verbunden. Ein zweiter Ausgangsanschluss V^- ist mit einem Knoten zwischen dem dritten und dem vierten AMR-Element R3 und R4 verbunden. Bei dieser Konfiguration kann eine Antriebsspannung (Vdd) an die Brückenschaltung 1 angelegt werden.
Jedes des ersten bis vierten AMR-Elements R1 bis R4 hat eine magnetische Struktur, die mäanderförmig ausgebildet ist, so dass die Stromwege bestimmter AMR-Elemente in der Längsrichtung parallel zueinander werden. Das erste und das vierte AMR-Element R1 und R4 sind so angeordnet, dass ihre Stromwege in Längsrichtung parallel zueinander werden. Das zweite und das dritte AMR-Element R2 und R3 sind so angeordnet, dass ihre Stromwege in Längsrichtung parallel zueinander werden. Die Stromwege des zweiten und dritten AMR-Elements R2 und R3 sind in Längsrichtung senkrecht zu denen des ersten und vierten AMR-Elements R1 und R4.
Die magnetischen Strukturen des ersten bis vierten AMR-Elements R1 bis R4 werden beispielsweise gebildet, indem ein Permalloy-Dünnfilm zu einer Struktur gebildet wird.
Der erste und der zweite Vormagnetisierungsmagnet 2a und 2b sind mit einem Zwischenraum zwischen denselben angeordnet, um die dazwischen angeordnete Brückenschaltung 1 sandwichartig anzuordnen. Der erste und zweite Vormagnetisierungsmagnet 2a und 2b sind jeweils in einem viereckigen Prisma ausgebildet. Der N-Pol des ersten Vormagnetisierungsmagnets 2a und der S-Pol des zweiten Vormagnetisierungsmagnets 2b liegen einander gegenüber. Umgekehrt können der S-Pol des ersten Vormagnetisierungsmagnets 2a und der N-Pol des zweiten Vormagnetisierungsmagnets 2b einander gegenüberliegen.
Als Material für den ersten und zweiten Vormagnetisierungsmagnet 2a und 2b können zum Beispiel isotropes Ferrit, anisotropes Ferrit, Samarium-Kobalt, Alnico oder Neodym verwendet werden. Jeder des ersten und des zweiten Vormagnetisierungsmagnets 2a und 2b kann aus einem Sintermagnet, einem Verbundmagnet oder einem Dünnfilm hergestellt sein.
Die Richtung eines Vormagnetisierungsfelds, das zwischen dem ersten und dem zweiten Vormagnetisierungsmagnet 2a und 2b erzeugt wird, kreuzt mit 45° die Längsrichtung des Stromwegs jedes des ersten bis vierten AMR-Elements R1 bis R4. Die Richtung des Vormagnetisierungsfelds, das zwischen dem ersten und dem zweiten Vormagnetisierungsmagnet 2a und 2b erzeugt wird, ist senkrecht zu der Magnetfelderfassungsrichtung des ersten bis vierten AMR-Elements R1 bis R4. Die Magnetfelderfassungsrichtung ist die Z -Achsen-Richtung.
9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Stärke eines externen Magnetfelds und der Ausgabe jedes der mehreren Magnetsensoren veranschaulicht, die in der Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet sind. In 9 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) des Magnetsensors an, während die horizontale Achse die Stärke des externen Magnetfelds (B) anzeigt. Der Erfassungswert (Vout) des Magnetsensors ist zum Beispiel der von dem Magnetsensor ausgegebene Spannungswert.
In dem Zustand, in dem ein Vormagnetisierungsfeld, das mit 45° die Längsrichtungen der Stromwege des ersten bis vierten AMR-Elements R1 bis R4 kreuzt, wie in 8 gezeigt angelegt wird, gibt der Magnetsensor den Erfassungswert (Vout) proportional zu der Stärke des externen n Magnetfelds (B) aus, wie in 9 gezeigt ist.
Wenn jedoch die Positionsbeziehung zwischen dem ersten bis vierten AMR-Element R1 bis R4 und dem ersten und dem zweiten Vormagnetisierungsmagnet 2a und 2b gestört ist, weicht der Schnittwinkel des Vormagnetisierungsfelds bezüglich der Längsrichtungen der Stromwege des ersten bis vierten AMR-Elements R1 bis R4 von 45° ab.
In diesem Fall wird die Steigung der Geraden, die das proportionale Verhältnis zwischen der Stärke des externen Magnetfelds (B) und dem Erfassungswert (Vout) des in 9 gezeigten Magnetsensors darstellt, verändert und verläuft auch nicht durch den Nullpunkt. Dies führt zu Schwankungen bei jedem des ersten und zweiten Versatzwerts unter den Magnetsensoren.
Bei dem in 6 gezeigten Beispiel beträgt der Schnittwinkel des Vormagnetisierungsfelds bezüglich der Längsrichtungen der Stromwege des ersten bis vierten AMR-Elements R1 bis R4 beispielsweise 47°. Bei dem in 7 gezeigten Beispiel beträgt der Schnittwinkel des Vormagnetisierungsfelds bezüglich der Längsrichtungen der Stromwege des ersten bis vierten AMR-Elements R1 bis R4 beispielsweise 43°.
Wenn die mehreren Magnetsensoren GMR- oder TMR-Elemente umfassen, wird jeder des ersten und zweiten Versatzwerts aufgrund von Schwankungen der Magnetisierungsrichtung der gepinnten Schicht und der freien Schicht unter den GMR- oder TMR-Elementen variiert.
Es wird nun angenommen, dass bei jedem von zwei Magnetsensoren der zweite Versatzwert denselben Wert wie der erste Versatzwert hat. Die Werte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung, die von den zwei Magnetsensoren erfasst werden, weisen eine entgegengesetzte Polarität auf. Die Beziehung zwischen der geschätzten Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche bei einer ersten Temperatur und der bei einer zweiten Temperatur wird im Folgenden erläutert.
10 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur und diejenige bei der zweiten Temperatur in einem der oben beschriebenen zwei Magnetsensoren mit ΔVersatz=0 zeigt. In 10 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) eines Magnetsensors A an, während die horizontale Achse das angelegte Magnetfeld (B) in der Magnetfelderfassungsrichtung anzeigt. In 10 ist die Korrelationsfunktion des Magnetsensors A bei der ersten Temperatur durch die durchgezogene Linie angegeben, während die bei der zweiten Temperatur durch die gepunktete Linie angegeben wird, und die Stärke des Magnetfelds122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor A angelegt wird, wird durch die lange Strich-Doppelter-Punkt-Linie angegeben.
11 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur und diejenige bei der zweiten Temperatur in dem anderen der oben beschriebenen zwei Magnetsensoren mit ΔVersatz=0 zeigt. In 11 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) eines Magnetsensors B an, während die horizontale Achse das angelegte Magnetfeld (B) in der Magnetfelderfassungsrichtung anzeigt. In 11 wird die Korrelationsfunktion des Magnetsensors B bei der ersten Temperatur durch die durchgezogene Linie angegeben, während die bei der zweiten Temperatur durch die gepunktete Linie angegeben wird, und die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor B angelegt wird, wird durch die Strich-Doppelter-Punkt-Linie angegeben.
12 ist eine graphische Darstellung, die die Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche bei der ersten Temperatur und die bei der zweiten Temperatur veranschaulicht. Die Höhen der Flüssigkeitsoberfläche werden geschätzt, indem eine lineare Näherung bezüglich der Beziehungen zwischen den Erfassungswerten der oben beschriebenen zwei Magnetsensoren und den Höhen der Magnetsensoren durchgeführt wird. In 12 zeigt die vertikale Achse die Positionen der zwei Magnetsensoren in der Z-Achsen-Richtung an, während die horizontale Achse die Erfassungswerte (Vout) der beiden Magnetsensoren anzeigt. Die Position in der Z-Achsen-Richtung wird als Höhe angenommen.
Wie in 10 und 12 gezeigt ist, ist die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor A angelegt wird, Ba, und der Erfassungswert des Magnetsensors A bei der ersten Temperatur ist Va1, während derjenige bei der zweiten Temperatur Va2 ist.
Wie in 11 und 12 gezeigt ist, ist die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor B angelegt wird, Bb, und der Erfassungswert des Magnetsensors B bei der ersten Temperatur ist Vb1, während derjenige bei der zweiten Temperatur Vb2 ist.
Wie in 12 gezeigt ist, ist der Erfassungswert des Magnetsensors A bei der ersten Temperatur Va1, die Höhe des Magnetsensors A ist Ha, der Erfassungswert des Magnetsensors B bei der ersten Temperatur ist Vb1 und die Höhe des Magnetsensors B ist Hb. Dann wird das Verhältnis zwischen den Erfassungswerten dieser zwei Magnetsensoren und den Höhen der Magnetsensoren durch Verwendung einer Geraden L2 genähert, um die Höhe Hp1 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der ersten Temperatur zu bestimmen. Auf ähnliche Weise ist der Erfassungswert des Magnetsensors A bei der zweiten Temperatur Va2, die Höhe des Magnetsensors A ist Ha, der Erfassungswert des Magnetsensors B bei der zweiten Temperatur ist Vb2 und die Höhe des Magnetsensors B ist Hb. Dann wird das Verhältnis zwischen den Erfassungswerten dieser zwei Magnetsensoren und den Höhen der Magnetsensoren durch Verwendung einer Geraden L3 genähert, um die Höhe Hp2 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der zweiten Temperatur zu bestimmen.
Wenn in jedem der Magnetsensoren A und B ΔVersatz=0 ist, sind die geschätzte Höhe Hp1 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der ersten Temperatur und die geschätzte Höhe Hp2 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der zweiten Temperatur gleich groß. Das heißt, der Wert der Flüssigkeitsoberfläche, der unter Verwendung von zwei Magnetsensoren geschätzt wird, deren Erfassungswerte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wird durch eine Temperaturänderung nicht beeinflusst. Es ist jedoch schwierig, für alle mehreren Magnetsensoren ΔVersatz=0 festzulegen. Bei den meisten Magnetsensoren ist ΔVersatz≠0.
Es wird nun angenommen, dass zwei Magnetsensoren, deren Erfassungswerte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, die ersten Magnetsensoren mit ΔVersatz>0 sind. Die Beziehung zwischen der geschätzten Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche bei der ersten Temperatur und der bei der zweiten Temperatur wird im Folgenden erläutert.
13 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur und die bei der zweiten Temperatur in einem der oben beschriebenen zwei ersten Magnetsensoren mit ΔVersatz >0 zeigt. In 13 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) eines Magnetsensors A an, während die horizontale Achse das angelegte Magnetfeld (B) in der Magnetfelderfassungsrichtung anzeigt. In 13 ist die Korrelationsfunktion des Magnetsensors A bei der ersten Temperatur durch die durchgezogene Linie angegeben, die bei der zweiten Temperatur ist durch die gepunktete Linie angegeben, und die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor A angelegt wird, wird durch die lange Strich-Doppelter-Punkt-Linie angegeben.
14 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur und die bei der zweiten Temperatur in dem anderen der oben beschriebenen zwei ersten Magnetsensoren mit ΔVersatz>0 zeigt. In 14 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) eines Magnetsensors B an, während die horizontale Achse das angelegte Magnetfeld (B) in der Magnetfelderfassungsrichtung anzeigt. In 14 ist die Korrelationsfunktion des Magnetsensors B bei der ersten Temperatur durch die durchgezogene Linie, während die bei der zweiten Temperatur durch die gepunktete Linie angegeben wird, und die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor B angelegt wird, wird durch die lange Strich-Doppelter-Punkt-Linie angegeben.
15 ist eine graphische Darstellung, die die Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche bei der ersten und diejenige bei der zweiten Temperatur veranschaulicht. Die Höhen der Flüssigkeitsoberfläche werden geschätzt, in dem eine lineare Näherung bezüglich der Beziehungen zwischen den Erfassungswerten der zwei ersten Magnetsensoren und den Höhen der ersten Magnetsensoren durchgeführt wird. In 15 zeigt die vertikale Achse die Positionen der zwei ersten Magnetsensoren in der Z-Achsen-Richtung an, während die horizontale Achse die Erfassungswerte (Vout) der zwei ersten Magnetsensoren anzeigt.
Wie in 13 und 15 gezeigt ist, ist die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor A angelegt wird, Ba, und der Erfassungswert des Magnetsensors A bei der ersten Temperatur ist Va1, während derjenige bei der zweiten Temperatur Va2 ist.
Wie in 14 und 15 gezeigt ist, ist die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor B angelegt wird, Bb, und der Erfassungswert des Magnetsensors B bei der ersten Temperatur ist Vb1, während derjenige bei der zweiten Temperatur Vb2 ist.
Wie in 15 gezeigt ist, ist der Erfassungswert des Magnetsensors A bei der ersten Temperatur Va1, die Höhe des Magnetsensors A ist Ha, der Erfassungswert des Magnetsensors B bei der ersten Temperatur ist Vb1 und die Höhe des Magnetsensors B ist Hb. Dann wird das Verhältnis zwischen den Erfassungswerten dieser zwei ersten Magnetsensoren und den Höhen der ersten Magnetsensoren durch Verwendung einer Geraden L4 genähert, um die Höhe Hp1 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der ersten Temperatur zu bestimmen. Auf ähnliche Weise ist der Erfassungswert des Magnetsensors A bei der zweiten Temperatur Va2, die Höhe des Magnetsensors A ist Ha, der Erfassungswert des Magnetsensors B bei der zweiten Temperatur ist Vb2 und die Höhe des Magnetsensors B ist Hb. Dann wird das Verhältnis zwischen den Erfassungswerten dieser zwei ersten Magnetsensoren und den Höhen der ersten Magnetsensoren durch Verwendung einer Geraden L5 genähert, um die Höhe Hp2 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der zweiten Temperatur zu bestimmen.
Wenn die Magnetsensoren A und B die ersten Magnetsensoren mit ΔVersatz>0 sind, unterscheiden sich die geschätzte Höhe Hp1 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der ersten Temperatur und die geschätzte Höhe Hp2 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der zweiten Temperatur erheblich voneinander. Das heißt, der Wert einer Flüssigkeitsoberfläche, der unter Verwendung von zwei ersten Magnetsensoren geschätzt wird, deren Erfassungswerte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wird durch eine Temperaturänderung erheblich beeinflusst. Dies gilt dann, wenn die Magnetsensoren A und B die zweiten Magnetsensoren mit ΔVersatz<0 sind. Der Wert einer Flüssigkeitsoberfläche, der unter Verwendung von zwei zweiten Magnetsensoren geschätzt wird, deren Erfassungswerte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wird durch eine Temperaturänderung erheblich beeinflusst.
Es wird nun angenommen, dass einer von zwei Magnetsensoren, deren Erfassungswerte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, der erste Magnetsensor mit ΔVersatz>0 ist und der andere der zwei Magnetsensoren der zweite Magnetsensor mit ΔVersatz<0 ist. Die Beziehung zwischen der geschätzten Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche bei der ersten Temperatur und der bei der zweiten Temperatur wird im Folgenden erläutert.
16 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur und diejenige bei der zweiten Temperatur in einem der oben beschriebenen zwei Magnetsensoren veranschaulicht, nämlich dem ersten Magnetsensor mit ΔVersatz>0. In 16 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) eines Magnetsensors A an, während die horizontale Achse das angelegte Magnetfeld (B) in der Magnetfelderfassungsrichtung anzeigt. In 16 wird die Korrelationsfunktion des Magnetsensors A bei der ersten Temperatur durch die durchgezogene Linie angegeben, während die bei der zweiten Temperatur durch die gepunktete Linie angegeben wird, und die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor A angelegt wird, wird durch die lange Strich-Doppelter-Punkt-Linie angegeben.
17 ist eine graphische Darstellung, die eine Korrelationsfunktion bei der ersten Temperatur und diejenige bei der zweiten Temperatur in dem anderen der oben beschriebenen zwei Magnetsensoren zeigt, nämlich dem zweiten Magnetsensor mit ΔVersatz<0. In 17 zeigt die vertikale Achse den Erfassungswert (Vout) eines Magnetsensors B an, während die horizontale Achse das angelegte Magnetfeld (B) in der Magnetfelderfassungsrichtung anzeigt. In 17 wird die Korrelationsfunktion des Magnetsensors B bei der ersten Temperatur durch die durchgezogene Linie angezeigt, während die bei der zweiten Temperatur durch die gepunktete Linie angegeben wird, und die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor B angelegt wird, wird durch die lange Strich-Doppelter-Punkt-Linie angegeben.
18 ist eine graphische Darstellung, die die Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche bei der ersten und diejenige bei der zweiten Temperatur veranschaulicht. Die Höhen der Flüssigkeitsoberfläche werden geschätzt, indem eine lineare Näherung bezüglich der Beziehungen zwischen den Erfassungswerten des oben beschriebenen ersten und zweiten Magnetsensors und den Höhen des ersten und zweiten Magnetsensors durchgeführt wird. In 18 zeigt die vertikale Achse die Positionen des ersten und zweiten Magnetsensors in der Z-Achsen-Richtung an, während die horizontale Achse die Erfassungswerte (Vout) des ersten und zweiten Magnetsensors anzeigt.
Wie in 16 und 18 gezeigt ist, ist die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor A angelegt wird, Ba, und der Erfassungswert des Magnetsensors A bei der ersten Temperatur ist Va1, während derjenige bei der zweiten Temperatur Va2 ist.
Wie in 17 und 18 gezeigt ist, ist die Stärke des Magnetfelds 122, das von dem Magnet 121 an den Magnetsensor B angelegt wird, Bb, und der Erfassungswert des Magnetsensors B bei der ersten Temperatur ist Vb1, während derjenige bei der zweiten Temperatur Vb2 ist.
Wie in 18 gezeigt ist, ist der Erfassungswert des Magnetsensors A bei der ersten Temperatur Va1, die Höhe des Magnetsensors A ist Ha, der Erfassungswert des Magnetsensors B bei der ersten Temperatur ist Vb1 und die Höhe des Magnetsensors B ist Hb. Dann wird das Verhältnis zwischen den Erfassungswerten des ersten und zweiten Magnetsensors und den Höhen des ersten und zweiten Magnetsensors mit Hilfe einer Geraden L6 genähert, um die Höhe Hp1 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der ersten Temperatur zu bestimmen. Auf ähnliche Weise ist der Erfassungswert des Magnetsensors A bei der zweiten Temperatur Va2, die Höhe des Magnetsensors A ist Ha, der Erfassungswert des Magnetsensors B bei der zweiten Temperatur ist Vb2 und die Höhe des Magnetsensors B ist Hb. Dann wird das Verhältnis zwischen den Erfassungswerten des ersten und zweiten Magnetsensors und den Höhen des ersten und zweiten Magnetsensors mit Hilfe einer Geraden L7 genähert, um die Höhe Hp2 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der zweiten Temperatur zu bestimmen.
Wenn der Magnetsensor A der erste Magnetsensor mit ΔVersatz>0 und der Magnetsensor B der zweite Magnetsensor mit ΔVersatz<0 ist, ist die Differenz zwischen der geschätzten Höhe Hp1 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der ersten Temperatur und der geschätzten Höhe Hp2 der Flüssigkeitsoberfläche S bei der zweiten Temperatur kleiner als die im Beispiel von 15. Das heißt, der Wert der Flüssigkeitsoberfläche, der unter Verwendung des ersten und zweiten Magnetsensors geschätzt wird, deren Erfassungswerte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wird durch eine Temperaturänderung weniger beeinflusst als bei Verwendung von zwei ersten Magnetsensoren.
Ausgehend von dem oben beschriebenen Ergebnis sind bei den Magnetsensoren H0 bis H10, die in der Verschiebungsdetektorvorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel beinhaltet sind, der erste und der zweite Magnetsensor wie folgt angeordnet. Ein Paar von Magnetsensoren, deren Erfassungswerte eines angelegten Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsrichtung eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wird durch den ersten und den zweiten Magnetsensor gebildet.
Genauer gesagt sind die Magnetsensoren H0, H1, H4, H5, H8 und H9 die ersten Magnetsensoren, während die Magnetsensoren H2, H3, H6, H7 und H10 die zweiten Magnetsensoren sind. Umgekehrt können die Magnetsensoren H0, H1, H4, H5, H8 und H9 die zweiten Magnetsensoren sein, während die Magnetsensoren H2, H3, H6, H7 und H10 die ersten Magnetsensoren sein können.
Als Ergebnis eines Bildens der Magnetsensoren H0 bis H10 durch den ersten und den zweiten Magnetsensor auf die oben beschriebene Weise können Fehler in dem geschätzten Wert der Höhe einer Flüssigkeitsoberfläche, die durch eine Temperaturänderung verursacht werden, reduziert werden. Das heißt, es ist möglich, Erfassungsfehler der Verschiebungsdetektorvorrichtung 100 zu reduzieren, die durch Schwankungen der Temperaturcharakteristika der Magnetsensoren H0 bis H10 verursacht werden. Damit kann eine Verringerung der Erfassungsgenauigkeit der Verschiebungsdetektorvorrichtung 100, die durch die Temperaturcharakteristika der Magnetsensoren H0 bis H10 verursacht wird, reguliert werden. Im Hinblick auf eine wirksame Regelung einer solchen Verringerung der Erfassungsgenauigkeit der Verschiebungsdetektorvorrichtung 100 ist es vorzuziehen, dass bei dem oben beschriebenen Paar eines ersten und zweiten Magnetsensors der absolute Wert von ΔVersatz des ersten Magnetsensors und der des zweiten Magnetsensors im Wesentlichen gleich sind.
Die Anordnung des ersten und des zweiten Magnetsensors ist nicht auf diejenige in dem oben beschriebenen Beispiel beschränkt und wird entsprechend dem Magnetfeld 122, das von dem Magnet 121 angelegt wird, in geeigneter Weise verändert. 19 ist eine partielle Draufsicht, die die Positionsbeziehung zwischen Magnetsensoren und Magneten und einem an die Magnetsensoren angelegten Magnetfeld in einer Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 19 gezeigt ist, sind in der Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß diesem modifizierten Beispiel die Magnete 121a in der Z-Achsen-Richtung verlängert, und ein Magnetsensor A und ein Magnetsensor B sind zwischen den zwei Magneten 121a angeordnet. Ein Magnetfeld 122a, das einer Seite der Z-Achsen-Richtung zugewandt ist, wird hauptsächlich an den Magnetsensor A angelegt, während ein Magnetfeld 122a, das der anderen Seite der Z-Achsen-Richtung zugewandt ist, hauptsächlich an den Magnetsensor B angelegt wird. Als Folge davon weisen das Magnetfeld, das an den Magnetsensor A angelegt wird, und das an den Magnetsensor B angelegte eine entgegengesetzte Polarität auf, was durch die durchgezogene Linie Hz angezeigt wird.
In einem Fall, in dem die Magnetsensoren A und B nebeneinander angeordnet sind, ist der Magnetsensor A der erste Magnetsensor, während der Magnetsensor B der zweite Magnetsensor ist. Alternativ ist der Magnetsensor A der zweite Magnetsensor, während der Magnetsensor B der erste Magnetsensor ist. Bei dieser Art von Anordnung werden im Fall von mehreren Magnetsensoren der erste und der zweite Magnetsensor abwechselnd angeordnet.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsbeispiel können einige der Konfigurationen innerhalb eines technisch möglichen Bereichs miteinander kombiniert werden. Mehrere Magnetsensoren können linear in der horizontalen Richtung (X-Achsen-Richtung) oder in einer bestimmten Gestalt, beispielsweise einem Bogen, anstatt linear in der Z-Achsen-Richtung angeordnet sein.
Das offenbarte Ausführungsbeispiel wird lediglich zu Veranschaulichungszwecken bereitgestellt, soll aber weder erschöpfend sein noch die Erfindung auf die genauen Formen der Offenbarung beschränken. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung nicht durch das vorstehende Ausführungsbeispiel, sondern durch die folgenden Ansprüche definiert ist. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist so weit auszulegen, dass derselbe alle derartigen Modifikationen und gleichwertigen Strukturen und Funktionen umfasst.
Bezugszeichenliste

1: Brückenschaltung
2a: erster Vormagnetisierungsmagnet
2b: zweiter Vormagnetisierungsmagnet
100: Verschiebungsdetektorvorrichtung
110: Substrat
111: Steuerung
120: Schwimmer
121, 121a: Magnet
122, 122a: Magnetfeld
A, B, H0, H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7, H8, H9, H10: Magnetsensor
GND: Masseanschluss
R1: erstes AMR-Element
R2: zweites AMR-Element
R3: drittes AMR-Element
R4: viertes AMR-Element
S: Flüssigkeitsoberfläche
V⁺: erster Ausgangsanschluss
V^-: zweiter Ausgangsanschluss
Va, Vb: Erfassungswert
Vcc: Energieversorgungsanschluss

Claims

Eine Verschiebungsdetektorvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Magnetsensoren, die entlang einer ersten Richtung angeordnet sind; und einen Magnet, der dahin gehend angeordnet ist, entlang der ersten Richtung bewegbar zu sein, wobei bei jedem der Magnetsensoren bezüglich einer Korrelationsfunktion zwischen einem Magnetfeld, das von dem Magnet angelegt wird, und einem Wert des Magnetfelds, der durch den Magnetsensor erfasst wird, bei einer ersten Temperatur der Wert, der durch den Magnetsensor erfasst wird, wenn das von dem Magnet angelegte Magnetfeld 0 ist, als erster Versatzwert festgelegt wird und bezüglich einer Korrelationsfunktion zwischen einem Magnetfeld, das von dem Magnet angelegt wird, und einem Wert des Magnetfelds, der durch den Magnetsensor erfasst wird, bei einer zweiten Temperatur der Wert, der durch den Magnetsensor erfasst wird, wenn das von dem Magnet angelegte Magnetfeld 0 ist, als zweiter Versatzwert festgelegt wird, wobei die zweite Temperatur höher als die erste Temperatur ist, und die Mehrzahl von Magnetsensoren ein Paar von Magnetsensoren umfasst, wobei ein Wert eines angelegten Magnetfelds, der durch einen des Paars von Magnetsensoren erfasst wird, und ein Wert des angelegten Magnetfelds, der durch den anderen des Paars von Magnetsensoren erfasst wird, eine entgegengesetzte Polarität aufweisen und einer des Paars von Magnetsensoren ein erster Magnetsensor ist, während der andere des Paars von Magnetsensoren ein zweiter Magnetsensor ist, wobei ein Wert, der durch Subtrahieren des ersten Versatzwerts von dem zweiten Versatzwert erhalten wird, bei dem ersten Magnetsensor positiv ist und bei dem zweiten Magnetsensor negativ ist.
Die Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Magnetsensoren linear angeordnet ist.
Die Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die ferner folgendes Merkmal aufweist: ein bewegbares Bauglied, wobei der Magnet in dem bewegbaren Bauglied vorgesehen ist.
Die Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste und der zweite Magnetsensor in der ersten Richtung abwechselnd angeordnet sind.
Die Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Steuerung, die eine Verschiebung des Magnets in der ersten Richtung aus Erfassungsergebnissen des Paars von Magnetsensoren erfasst.
Die Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder der Werte, die durch die Magnetsensoren erfasst werden, ein Spannungswert ist, der von einem entsprechenden Magnetsensor ausgegeben wird.
Die Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in dem Magnetsensor, wenn das angelegte Magnetfeld 0 ist, eine Position des Magnetsensors in der ersten Richtung im Wesentlichen dieselbe wie eine Position des Magnets in der ersten Richtung ist.
Die Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Magnet sich an einer Position zwischen dem Paar von Magnetsensoren in der ersten Richtung befindet.
Die Verschiebungsdetektorvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Magnet sich nach oben und nach unten bewegt, indem derselbe einer Flüssigkeitsoberfläche folgt, und die Flüssigkeitsoberfläche sich an einer Position zwischen dem Paar von Magnetsensoren in der ersten Richtung befindet.