DE19919681A1

DE19919681A1 - Determining magnitude and/or direction of magnetic field involves determining time of extreme value(s) of combined field to be measured and time varying magnetic compensation field

Info

Publication number: DE19919681A1
Application number: DE1999119681
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Grothe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: DE19919681B4; GB2350901B; FR2793035A1; GB2350901A; GB0009921D0

Abstract

The method involves subjecting at least one magnetoresistive sensor (1) to a first magnetic field to be measured and to a time varying magnetic compensation field, determining a time of at least one extreme value of a combined overall field from the sensor signal and determining the magnitude and/or direction of the magnetic field to be measured from the magnitude and/or direction of the compensation field at the extreme value point(s). Independent claims are also included for the following: an arrangement for determining the magnitude and/or direction of a magnetic field.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von Betrag und/oder Richtung eines Magnetfeldes.The present invention relates to a method and a Device for determining the amount and / or direction of a magnetic field.

Anordnungen zur Durchführung einer berührungslosen Drehwinkelerfassung sind beispielsweise aus der DE-OS 195 43 562 bekannt. Bei derartigen Anordnungen ist mit einer drehbaren Welle, deren Winkelstellung ermittelt werden soll, ein Magnet verbunden. Das Magnetfeld, das sich mit dem Drehwinkel der Welle ändert, wird mit Hilfe zweier Sensorelemente gemessen. Bei diesen Sensoren handelt es sich beispielsweise um zwei Hallsensorelemente, die gegeneinander um einen Winkel von 90° verdreht sind, oder zwei magnetoresistive Sensorelemente, die gegeneinander um 45° verdreht sind. Die Sensorelemente werden mit gegeneinander in geeigneter Weise phasenverschobenen Wechselspannungssignalen versorgt. Die Überlagerung der Ausgangssignale der Sensorelemente ergibt einen Signalverlauf, der repräsentativ ist für die Winkelstellung.Arrangements to carry out a contactless Angle of rotation detection are, for example, from DE-OS 195 43 562 known. In such arrangements is with a rotatable shaft, the angular position of which are determined a magnet is connected. The magnetic field that deals with the angle of rotation of the shaft changes using two Sensor elements measured. These sensors are are, for example, two Hall sensor elements that are rotated against each other by an angle of 90 °, or two magnetoresistive sensor elements that face each other around Are rotated 45 °. The sensor elements are with mutually phase shifted in a suitable manner AC signals supplied. The overlay of the Output signals from the sensor elements gives one Signal curve that is representative of the Angular position.

Es ist ebenfalls bekannt, Magnetfeldsensoren zur Bestimmung von Magnetfeldern zu verwenden, deren Richtung statisch ist, deren Betrag sich jedoch mit der Zeit ändern kann. Als Sensoren sind neben den genannten Sensoren auch sogenannte GMR-Sensoren (englisch: giant magneto resistance) bekannt, welche im Vergleich zu herkömmlichen AMR-Sensoren (englisch: anisotropic magnetoresistance) eine in Abhängigkeit eines Magnetfeldes größere Widerstandsänderung aufweisen. Die magnetfeldabhängige Widerstandsänderung derartiger GMR-Sensoren muß jedoch, da die erzeugten Sensorsignale betriebsspannungs- und temperaturabhängig sind, in der Regel in einer relativ aufwendigen Brückenschaltung ausgewertet werden. Die Anordnung derartiger GMR-Sensoren bzw. -Widerstände in einer Brückenschaltung ist, wie gesagt aufwendig, und läßt bei sinnvoller räumlicher Nähe der einzelnen Sensorelemente nur Gradientenmessungen des Magnetfeldes zu. Die magnetische Abschirmung zweier GMR-Widerstände in einer Brücke ist ebenfalls aufwendig, und bringt, im Falle von magnetisch leitenden Dünnschichten, Probleme mit der Sättigungsfeldstärke dieser Schichten mit sich, wobei hier jedoch absolute Feldmessungen möglich sind. Die Temperaturabhängigkeit der Sensorkennlinien ist nur im abgeglichenen Zustand der Brücke kompensiert, so daß (auch wegen der geringen Stärke des Sensorsignals) eine elektronische Auswerteschaltung notwendig ist. It is also known to determine magnetic field sensors of magnetic fields to use whose direction is static but the amount of which may change over time. In addition to the sensors mentioned, the sensors are also So-called GMR sensors (English: giant magneto resistance), which is compared to conventional AMR sensors (English: anisotropic magnetoresistance) a larger one depending on a magnetic field Have change in resistance. The magnetic field dependent Resistance change of such GMR sensors must, however the generated sensor signals operating voltage and are temperature dependent, usually in a relative complex bridge circuit can be evaluated. The Arrangement of such GMR sensors or resistors in a bridge circuit is, as I said, complex, and leaves with reasonable spatial proximity of the individual sensor elements only gradient measurements of the magnetic field. The magnetic shielding of two GMR resistors in one Bridge is also expensive and, in the case of magnetically conductive thin films, problems with the Saturation field strength of these layers with itself, here here however, absolute field measurements are possible. The Temperature dependence of the sensor characteristics is only in the compensated condition of the bridge, so that (also due to the low strength of the sensor signal) electronic evaluation circuit is necessary.

Aufgabe der Erfindung ist eine möglichst einfache Bestimmung eines Betrages und/oder einer Richtung eines Magnetfeldes.The object of the invention is as simple as possible Determination of an amount and / or a direction of a Magnetic field.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.This problem is solved by a method with the Features of claim 1 and a device with the features of claim 10.

Erfindungsgemäß ist nun eine Bestimmung eines Betrages und/oder einer Richtung eines Magnetfeldes in einfacher Weise möglich. Durch die Bestimmung von Betrag und/oder Richtung eines Kompensationsfeldes, welches sich bezüglich seines Betrages und/oder seiner Richtung zeitlich ändert, zum Zeitpunkt eines Extremums des Widerstandssignals des Sensors, d. h. beispielsweise zum Zeitpunkt einer vollständigen Kompensation des zu bestimmenden Magnetfeldes (gegenseitige Aufhebung der Magnetfelder) kann vermieden werden, daß sowohl die absolute Größe des Sensorwiderstandes (welcher beispielsweise temperaturabhängig ist) als auch die absolute Größe des Sensoreffekts oder der Verlauf seiner Funktion bzw. Kennlinie einen Einfluß auf die Meßgenauigkeit ausübt. Wertet man ferner beispielsweise Hin- und Rücklauf des Kompensationsfeldes aus, kann auch eine Hysterese des Sensors kompensiert werden. Da die zu messende Größe (Sensorwiderstand zum Zeitpunkt der vollständigen Aufhebung des magnetischen Gesamtfeldes) in eine Zeit transformiert wird, läßt sie sich durch Einsatz eines Zählers in einfacher Weise digital darstellen. A determination of an amount is now according to the invention and / or a direction of a magnetic field in simple Way possible. By determining the amount and / or Direction of a compensation field, which is related to its amount and / or its direction changes over time, at the time of an extremum of the resistance signal of the Sensors, d. H. for example at the time of a complete compensation of the magnetic field to be determined (mutual cancellation of the magnetic fields) can be avoided be that both the absolute size of the Sensor resistance (which for example is temperature dependent) as well as the absolute size of the Sensor effect or the course of its function or Characteristic has an influence on the measuring accuracy. If one also evaluates for example the outward and return of the Compensation field, a hysteresis of the Sensor can be compensated. Because the size to be measured (Sensor resistance at the time of complete cancellation of the total magnetic field) transformed into a time , it can be entered by using a counter display digitally in a simple way.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention Process or the device according to the invention Subject of the subclaims.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der wenigstens eine Zeitpunkt eines Extremums des Widerstandsignals des magnetoresistiven Sensors mittels einer Feststellung eines Vorzeichenwechsels seiner zeitlichen Ableitung bestimmt. Differenzierglieder, welche einen Vorzeichenwechsel einer zeitlichen Ableitung feststellen können, sind in einfacher und preiswerter Weise verfügbar.According to a preferred embodiment of the The method according to the invention becomes the at least one Time of an extremum of the resistance signal of the magnetoresistive sensor by means of a detection of a Change of sign of its time derivative. Differentiators, which change the sign of a time derivation are easier and cheaply available.

Zweckmäßigerweise wird zur Feststellung des Vorzeichenwechsels ein in Sättigung gesteuerter Differenzierer verwendet, dessen Ausgangssignal bei Feststellung eines Extremums des Widerstandes des magnetoresistiven Sensors von einem ersten Pegel auf einen zweiten Pegel springt. Hiermit ist der Zeitpunkt eines Vorzeichenwechsels der Ableitung des Widerstandssignals des magnetoresistiven Sensors in sehr genauer Weise bestimmbar.It is useful to determine the Sign change a controlled in saturation Differentiator used whose output signal at Finding an extremum of the resistance of the magnetoresistive sensor from a first level to one second level jumps. This is the time one Sign change of the derivative of the resistance signal of the magnetoresistive sensor can be determined in a very precise manner.

Es ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß ein zur Erzeugung des Kompensationsfeldes verwendbarer Stromverlauf mittels eines Digitalzählers und eines mit diesem in Wirkverbindung stehenden Digital/Analog-Wandlers erzeugt wird. Derartige Komponenten sind in einfacher und preiswerter Weise verfügbar und erweisen sich in der Praxis als robust und zuverlässig. According to a particularly preferred embodiment of the The inventive method provided that a Generation of the compensation field usable current curve by means of a digital counter and one with this in Active connection of standing digital / analog converter generated becomes. Such components are simple and inexpensive available and prove in practice as robust and reliable.

Vorteilhafterweise wird das zu dem wenigstens einen Zeitpunkt anliegende Kompensationsfeld durch Feststellung des Zählerstandes des Digitalzählers zu diesem Zeitpunkt durchgeführt. Ein derartiger Zählerstand ist in einfacher und zuverlässiger Weise feststellbar und in einen Speicher einlesbar, wobei diese Information dann als Maß für die Größe des Kompensationsfeldes, und somit des diesem entgegengesetzt gerichteten zu bestimmenden Magnetfeldes zur Verfügung steht.This advantageously becomes the at least one Compensation field present at the time by determination the counter reading of the digital counter at this time carried out. Such a counter reading is easier and reliably detectable and in a memory readable, this information then as a measure of the Size of the compensation field, and thus this opposing magnetic field to be determined is available.

Es ist ferner möglich, das zu dem wenigstens einen Zeitpunkt anliegende Kompensationsfeld durch Feststellung der Fläche unter einer Rechteckspannung am Ausgang des Differenziergliedes durchzuführen. Eine derartige analoge Bestimmung des Kompensationsfeldes erweist sich für bestimmte Anforderungen als vorteilhaft.It is also possible to add at least one Compensation field present at the time by determination the area under a square wave voltage at the output of the Perform differentiator. Such an analog Determination of the compensation field proves to be for certain requirements as beneficial.

Für den Fall, daß eine Bestimmung des Betrages eines Magnetfeldes bekannter Richtung durchgeführt werden soll, wird zweckmäßigerweise am Ort des magnetoresistiven Sensors ein dem zu bestimmenden Magnetfeld entgegengesetzt gerichtetes, zeitlich veränderliches Kompensationsfeld erzeugt. Dies kann beispielsweise mittels einer um den Sensor gewickelte Spulte erfolgen oder mittels eines Leiters, der den Sensor, bezogen auf das zu bestimmende Feld, rechtwinklig kreuzt. Es ist ferner möglich, den Sensor derart auszubilden, daß durch ihn selbst das zu bestimmende Magnetfeld zu Null kompensierbar ist.In the event that a determination of the amount of a Magnetic field of known direction to be performed expediently at the location of the magnetoresistive sensor a opposite of the magnetic field to be determined directed, time-varying compensation field generated. This can be done, for example, by means of a Sensor wound coils are made or by means of a Conductor, which the sensor, based on the to be determined Field that crosses at right angles. It is also possible that Train the sensor in such a way that it does so by itself determining magnetic field can be compensated for zero.

Soll eine Bestimmung einer Richtung eines Magnetfeldes bekannten Betrages erfolgen, wird zweckmäßigerweise am Ort des Sensors ein magnetisches Drehfeld erzeugt, dessen Betrag demjenigen des zu bestimmenden Magnetfeldes entspricht. In diesem Falle ist es also ausreichend, ein unmoduliertes magnetisches Drehfeld, welches beispielsweise in 180°-Abständen einen Wechsel der abgeleiteten Sensorfunktion hervorruft, zu erzeugen, dies unter der Voraussetzung, daß man sich in dem feldstärkeabhängigen Teil der Sensorkennlinie befindet und keine Kompensation des Magnetfeldes zu Null stattfindet. Es sei angemerkt, daß das magnetische Drehfeld bzw. Kompensationsfeld nicht notwendigerweise den gleichen Betrag wie das zu bestimmende Feld aufweisen muß, da auch bei betragsmäßig unterschiedlichen Feldern aus den auftretenden Sensorsignalextrema die gewünschten Informationen herleitbar sind.To determine a direction of a magnetic field known amount will be conveniently on site of the sensor generates a magnetic rotating field, the Amount that of the magnetic field to be determined corresponds. In this case it is sufficient to use a unmodulated rotating magnetic field, which for example a change of the derived ones at 180 ° intervals Sensor function causes to generate this under the Prerequisite that one is in the field strength dependent Part of the sensor curve is located and no compensation of the magnetic field to zero. It should be noted that the magnetic rotating field or compensation field is not necessarily the same amount as that to be determined Field must have, since also in terms of amount different fields from the occurring Sensor signal extreme the desired information can be derived.

Für den Fall, daß eine Bestimmung sowohl des Betrages als auch der Richtung eines Magnetfeldes erfolgen soll, ist es vorgesehen, am Ort des magnetoresistiven Sensors ein betragsmäßig modulierbares magnetisches Drehfeld zu erzeugen. Ein derartiges Magnetfeld ist beispielsweise mittels zweier rechtwinklig zueinander verlaufender Sinusströme erzeugbar. Der resultierende Vektor eines so erzeugten Magnetfeldes läuft also, beispielsweise im Falle einer schnellen Drehung und einer langsamen Modulation, anschaulich gesprochen auf einer Spirale von einem Nullpunkt bis zu einem Maximalwert. Das Auswertekriterium entspricht prinzipiell dem bereits beschriebenen, wobei sich der zu bestimmende Winkel aus den Augenblickswerten der Sinusströme (d. h. der Sinusströme zum Zeitpunkt der vollständigen Aufhebung des resultierenden magnetischen Gesamtfeldes) und das Feld aus dem Betrag ihrer Vektorsumme errechnet. In the event that a determination of both the amount and the direction of a magnetic field should also be, it is provided at the location of the magnetoresistive sensor Magnetic rotating field that can be modulated in terms of amount produce. Such a magnetic field is, for example by means of two perpendicular to each other Sine currents can be generated. The resulting vector of such a generated magnetic field thus runs, for example in the case a fast rotation and a slow modulation, vividly speaking on a spiral of one Zero point up to a maximum value. The evaluation criterion corresponds in principle to that already described, whereby the angle to be determined from the instantaneous values the sinus currents (i.e. the sinus currents at the time of the complete repeal of the resulting magnetic Total field) and the field from the amount of their vector sum calculated.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. In dieser zeigt:The invention will now be described with reference to the accompanying drawings explained further. In this shows:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung zur Beaufschlagung eines GMR-Sensors mit einem magnetischen Kompensationsfeld, Fig. 1 is a diagram of an arrangement for applying a GMR sensor having a magnetic compensation field,

Fig. 2 den typischen Verlauf eines Sensor-Widerstands signals in Abhängigkeit von dem magnetischen Gesamtfeld, Fig. 2 shows the typical curve of a sensor resistance signal, a function of the total magnetic field

Fig. 3 den Verlauf des Signals eines begrenzenden Differenziergliedes, welches das Signal gemäß Fig. 2 als Eingangssignal erhält, Fig. 3 shows the course of the signal a limiting differentiating circuit which receives the signal shown in FIG. 2 as an input signal,

Fig. 4 eine explodierte perspektivische Ansicht eines GMR-Sensorelements mit Stromleitern zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes, Fig. 4 is an exploded perspective view of a GMR sensor element with current conductors for generating a rotating magnetic field,

Fig. 5 den typischen Verlauf eines Widerstands-Sensor signals im Fall eines betragsmäßig konstanten Kompensations-Drehfeldes, und Fig. 5 shows the typical course of a resistance sensor signal in the case of a constant amount of compensation rotating field, and

Fig. 6 das Sensor-Ausgangssignal eines begrenzenden Differenzierers, welcher das Signal gemäß Fig. 5 als Eingangssignal erhält. Fig. 6 is the sensor output signal of a limiting differentiator which receives the signal 5 of FIG. As an input signal.

In Fig. 1 ist ein GMR-Sensorelement 1 zusammen mit einer Isolierung 2 auf einem Substrat 3 angeordnet. Auf die Isolierung 2 ist ein als Kompensationsfeldstreifen dienender Stromleiter 4 aufgebracht. Das GMR-Sensorelement 1 wird von einem zu bestimmenden Magnetfeld M, welches mittels dreier paralleler Pfeile symbolisiert ist, beaufschlagt. Über einen entsprechenden Stromfluß durch den Kompensationsfeldstreifen 4 wird ein magnetisches Kompensationsfeld erzeugt, welches richtungsmäßig dem zu bestimmenden Magnetfeld M entgegengesetzt ist.In Fig. 1, a GMR sensor element 1 is arranged together with an insulation 2 on a substrate 3 . A current conductor 4 serving as a compensation field strip is applied to the insulation 2 . The GMR sensor element 1 is acted upon by a magnetic field M to be determined, which is symbolized by three parallel arrows. Via a corresponding current flow through the compensation field strip 4 , a magnetic compensation field is generated which is opposite in direction to the magnetic field M to be determined.

Der Stromfluß durch den Kompensationsfeldstreifen 4 wird mittels eines von einem Digitalzähler 6 beaufschlagbaren Digital/Analog-Wandlers 7 gesteuert. Der Digitalzähler 6 wird seinerseits mittels eines Takters 8 getaktet betrieben. Der Stromverlauf wird hierbei mit Hilfe der durch den Takter erzeugten Taktfrequenz in dem Digitalzähler hochgezählt und mittels des Digital/Analog- Wandlers 7 in einen zeitlich veränderlichen analogen Strom umgewandelt. Das um den Kompensationsfeldstreifen 4 herum erzeugte Magnetfeld (Kompensationsfeld) ist demnach, entsprechend dem zeitlich veränderlichen Strom, ebenfalls zwischen einem Minimum und einem Maximum zeitlich veränderlich. Das heißt, bei geeigneter Wahl des maximalen bzw. minimalen Stromes durch den Kompensationsfeldstreifen 4 ist gewährleistet, daß zu einem bestimmten definierten Zeitpunkt das mittels des Stromflusses durch den Kompensationsfeldstreifen 4 erzeugte magnetische Kompensationsfeld das zu messende magnetische Feld vollständig kompensiert, d. h. sich ein resultierendes magnetisches Gesamtfeld H von Null ergibt. Zu diesem Zeitpunkt (resultierendes magnetisches Gesamtfeld H gleich Null) ist der Widerstandswert R_Sensor des GMR-Sensorelements maximal, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. The current flow through the compensation field strip 4 is controlled by means of a digital / analog converter 7 which can be acted upon by a digital counter 6 . The digital counter 6 is in turn operated clocked by means of a clock 8 . The current profile is counted up in the digital counter using the clock frequency generated by the clock and converted into a time-varying analog current by means of the digital / analog converter 7 . The magnetic field (compensation field) generated around the compensation field strip 4 is accordingly also time-variable between a minimum and a maximum in accordance with the time-varying current. This means that with a suitable choice of the maximum or minimum current through the compensation field strip 4, it is ensured that at a certain defined point in time the magnetic compensation field generated by the current flow through the compensation field strip 4 completely compensates for the magnetic field to be measured, that is to say a resulting total magnetic field H is zero. At this point in time (resulting total magnetic field H = zero), the resistance value R _{sensor of} the GMR sensor element is at a maximum, as is shown schematically in FIG. 2.

Zur Ermittlung dieses Zeitpunktes wird das Widerstandssignal R_Sensor oder ein dem Widerstandssignal R_Sensor des GMR-Sensorelements 1 bzw. der GMR-Sensorschicht zuordnenbares Signal, beispielsweise dem Widerstandssignal proportionale Strom- bzw. Spannungswerte, auf ein Differenzierglied 5 gegeben, welches im Falle des Erreichens des Maximums des Widerstandssignals von einem H- Pegel auf einen L-Pegel springt, wie dies in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Der Zeitpunkt des Vorzeichenwechsels wird einem Triggerelement 9 mittels eines entsprechenden Signals mitgeteilt, welcher den Stand des Digitalzählers zu diesem bestimmten Zeitpunkt feststellt und in einem Digitalspeicher speichert. Da der Zählerstand des Digitalzählers eindeutig einem Strom durch den Kompensationsfeldstreifen 4 zuordnenbar ist, welcher seinerseits einem Kompensationsfeld einer bestimmten Größe entspricht, ist das zu messende Magnetfeld, welches betragsmäßig dem Kompensationsfeld entspricht, jedoch die entgegengesetzte Richtung aufweist, bestimmbar.To determine this point in time, the resistance signal R _sensor or a signal which can be assigned to the resistance signal R _{sensor of} the GMR sensor element 1 or the GMR sensor layer, for example current or voltage values proportional to the resistance signal, is applied to a differentiating element 5 which, if reached of the maximum of the resistance signal jumps from an H level to an L level, as is shown schematically in FIG. 3. The time of the change of sign is communicated to a trigger element 9 by means of a corresponding signal, which determines the status of the digital counter at this specific time and stores it in a digital memory. Since the counter reading of the digital counter can be clearly assigned to a current through the compensation field strip 4 , which in turn corresponds to a compensation field of a certain size, the magnetic field to be measured, which corresponds to the amount of the compensation field but has the opposite direction, can be determined.

Im Falle eines kombinierten Feldstärke- und 360°-Winkelsen sors müssen zwei um 90° verschobene Sinusströme zur Erzeugung eines Kompensationsfeldes moduliert werden. Eine Anordnung zweier zu diesem Zwecke senkrecht zueinander verlaufender Kompensationsfeldstreifen 4a, 4b ist in Fig. 4 dargestellt. Man erkennt in der explodierten perspektivischen Darstellung der Fig. 4 zwischen den Kompensationsfeldstreifen 4a, 4b ein mäanderförmig ausgebildetes GMR-Element 1 sowie die dieses Element umgebende Isolierung 2. Durch entsprechende Modulierung der durch die Kompensationsfeldstreifen 4a, 4b fließenden Ströme ist ein in Betrag und Richtung veränderliches Kompensationsfeld erzeugbar. Die Auswertung des Kompensationsfeldes bzw. des sich zusammen mit einem zu messenden magnetischen Feld ergebenden Gesamtfeldes erfolgt analog zu der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Verfahrensweise.In the case of a combined field strength and 360 ° angle sensor, two sine currents shifted by 90 ° must be modulated to generate a compensation field. An arrangement of two compensation field strips 4 a, 4 b running perpendicular to each other for this purpose is shown in FIG. 4. In the exploded perspective view can be seen in Fig. 4 between the compensation field strip 4 a, 4 a meander shape formed GMR element 1 and this element b surrounding insulation 2. By correspondingly modulating the currents flowing through the compensation field strips 4 a, 4 b, a compensation field that is variable in amount and direction can be generated. The compensation field or the total field resulting together with a magnetic field to be measured is evaluated analogously to the procedure described with reference to FIG. 1.

Für den Fall, daß lediglich der Winkel eines zu bestimmenden äußeren Magnetfeldes bestimmt werden soll, ist ein unmoduliertes magnetisches Drehfeld, welches in Abständen von 180° einen Vorzeichenwechsel der abgeleiteten Sensor-Widerstandsfunktion hervorruft, ausreichend. Es ist hierzu nicht notwendig, daß der Betrag des magnetischen Drehfeldes dem Betrag des zu bestimmenden äußeren Magnetfeldes entspricht. Dies sei anhand der Fig. 5 und 6 näher erläutert: In Fig. 5 seien mit E1 und E2 maximale bzw. minimale Widerstandswerte des GMR-Sensorelements gezeichnet, welche auftreten, wenn das Kompensationsfeld betragsmäßig nicht genau dem zu messenden Feld entspricht. Der Arbeitsbereich des GMR-Sensorelements ist mittels der fett eingezeichneten Kurve zwischen den Punkten E1, E2 dargestellt. Man erkennt beispielsweise, daß, da keine vollständige gegenseitige Aufhebung der Magnetfelder möglich ist, das absolute Widerstandsmaximum, welches bei einer Gesamtmagnetfeldstärke H von Null auftreten würde, hier nicht erreicht wird. Der Winkelbereich, welcher durch die Punkte E1 und E2 abgedeckt wird, entspricht hierbei 180°, wie dies in Fig. 6 eingezeichnet ist. Im Falle einer monotonen Drehung des Kompensationsfeldes ergibt sich eine Änderung des Widerstandssignals des Sensorelements 1 zwischen den Werten E1 und E2 (Hin- und Herbewegung). Bei Erreichen der Punkte E1 bzw. E2 kommt es, analog zu dem bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Fall, zu einer Vorzeichenänderung der Ableitung des Widerstandssignals, welche wiederum durch eine Differenzierer festgestellt werden kann, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. Die Zeitpunkte der jeweiligen Sprünge des Differenzierersignals erfolgen hierbei gleichzeitig mit einer parallel bzw. antiparallelen Ausrichtung des Kompensationsfeldes bezüglich des zu messenden Feldes. Wird nun beispielsweise die Winkelbewegung des Kompensationsfeldes digital gesteuert, ist es in analoger Weise möglich, ein zudem Zeitpunkt eines Signalsprungs des Differenzierers vorliegendes Winkelsignal zu erfassen, zu speichern und auszugeben.In the event that only the angle of an external magnetic field to be determined is to be determined, an unmodulated rotating magnetic field, which causes a change of sign of the derived sensor resistance function at intervals of 180 °, is sufficient. It is not necessary for this that the magnitude of the rotating magnetic field corresponds to the magnitude of the external magnetic field to be determined. This is explained in more detail with reference to FIGS. 5 and 6: In FIG. 5, maximum and minimum resistance values of the GMR sensor element are drawn with E1 and E2, which occur when the amount of the compensation field does not correspond exactly to the field to be measured. The working area of the GMR sensor element is shown by means of the bold curve between the points E1, E2. It can be seen, for example, that since no complete mutual cancellation of the magnetic fields is possible, the absolute resistance maximum, which would occur with a total magnetic field strength H of zero, is not reached here. The angular range covered by points E1 and E2 corresponds to 180 °, as shown in FIG. 6. In the case of a monotonous rotation of the compensation field, there is a change in the resistance signal of the sensor element 1 between the values E1 and E2 (back and forth movement). When points E1 or E2 are reached, analogously to the case already described with reference to FIG. 1, there is a change in the sign of the derivative of the resistance signal, which in turn can be determined by a differentiator, as shown in FIG. 6. The times of the respective jumps of the differentiator signal take place simultaneously with a parallel or anti-parallel alignment of the compensation field with respect to the field to be measured. If, for example, the angular movement of the compensation field is now controlled digitally, it is possible in an analogous manner to record, store and output an angle signal that is also present at the time of a signal jump of the differentiator.

Es sei angemerkt, daß die durch die Kompensationsfeldstreifen 4, 4a, 4b durchfließenden Ströme im Falle des Auftretens von Schwierigkeiten beispielsweise aufgrund von einer zu starken Erwärmung bei als Dünnschichtleitern ausgebildeten GMR-Elementen als gepulste Ströme ausgebildet sein können.It should be noted that the currents flowing through the compensation field strips 4 , 4 a, 4 b can be formed as pulsed currents in the event of difficulties, for example due to excessive heating in GMR elements designed as thin-film conductors.

Claims

1. Method for determining the amount and / or direction of a magnetic field with the following steps:

- applying at least one magnetoresistive sensor ( 1 ), in particular a GMR sensor element, to a first magnetic field to be determined,
- the at least one magnetoresistive sensor ( 1 ) is subjected to a time-varying magnetic compensation field,
Determining a point in time of at least one extremum of a sensor signal of the magnetoresistive sensor which is dependent on a total magnetic field composed of the magnetic field to be determined and the compensation field, and
- Determining the amount and / or direction of the magnetic field to be determined on the basis of the amount and / or direction of the compensation field at the at least one point in time.

2. The method according to claim 1, characterized in that the at least one point in time is determined by determining a change in sign of the time derivative of the sensor signal of the magnetoresistive sensor ( 1 ).

3. The method according to claim 2, characterized in that a saturation controlled differentiator ( 5 ) is used to determine the sign change of the time derivative, the output signal upon detection of an extremum of the sensor signal of the magnetoresistive sensor ( 1 ) from a first to a second level jumps.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a variable current that can be used to generate the compensation field is generated by means of a digital counter ( 6 ) and a digital / analog converter ( 7 ) that is operatively connected to the latter.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the determination of the compensation field present at the at least one point in time is carried out by ascertaining the counter reading of the digital counter ( 6 ) at the at least one point in time.

6. The method according to any one of claims 3 or 4, characterized in that the determination of the compensation field present at the at least one point in time is carried out by determining the area under a square-wave voltage at the output of the differentiating element ( 5 ).

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the event of a determination of the amount of a magnetic field of known direction at the location of the magnetoresistive sensor ( 1 ), a time-varying compensation field which is opposite to the magnetic field to be determined is generated.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the event of a determination of a direction of a magnetic field known or unknown amount at the location of the magnetoresistive sensor ( 1 ), a rotating magnetic field is generated.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the event of a determination of an amount and a direction of a magnetic field at the location of the magnetoresistive sensor ( 1 ), an amount-modulated magnetic rotating field is generated.

10. Device for determining the amount and / or direction of a magnetic field, with means for applying at least one magnetoresistive sensor element ( 1 ), in particular a GMR sensor element, with a first magnetic field to be determined, means ( 4 , 6 , 7 ) for applying the at least one magnetoresistive sensor ( 1 ) with a time-varying magnetic compensation field, means for determining at least one point in time of an extremum of the time derivative of a total magnetic field composed of the magnetic field to be determined and the compensation field, and means ( 9 ) for determining the amount and / or Direction of the magnetic field to be determined based on the amount and / or direction of the compensation field at the at least one point in time.