DE2532981B2 - Magnetfeldfuehlvorrichtung - Google Patents
MagnetfeldfuehlvorrichtungInfo
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- H03K17/945—Proximity switches
- H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
- H03K17/9517—Proximity switches using a magnetic detector using galvanomagnetic devices
Description
Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Erzeugung eines Ausgangssignals beim Ertasten der Nähe einer Magnetfeldquelle,
mit einem aus einem isolierenden Substrat und ersten und zweiten ferromagnetischen Streifen auf
dem Substrat zur Bildung von ersten und zweiten jeweils zueinander senkrechten Stromführungsbahnen
> gebildeten Magnetowiderstandselement, wobei die
ersten und zweiten Streifen in Reihe miteinander verbunden sind und eine Verbindung zwischen ihnen
definieren, von der ein Ausgangssignal abgeleitet wird, und mit Stromzufuhranschlüssen.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anwendung dieses Geräts als kontaktloser Schalter, der durch die
Nähe eines magnetischen Feldes betätigt wird.
Bei vielen Anwendungen soll eine Schaltfunktion als Funktion einer mechanischen Vorrichtung erzeugt
werden, ohne daß jedoch mechanische Kontakte verwendet werden, die miteinander in Eingriff gelangen
müssen und somit durch die mechanische Vorrichtung körperlich geschlossen werden müssen. Ein derartiger
Vorgang kann im allgemeinen von einem kontaktlosen Schalter ausgeführt werden. Das heißt, je nach der Lage
der fraglichen mechanischen Vorrichtung kann eine Schaltfunktion ausgeführt werden, beispielsweise die
Betätigung eines elektronischen Schalteiementes. Allgemein
sind verschiedene Arten von kontaktlosen Schaltern bekannt. Darunter befinden sich photoelektrische
Vorrichtungen, elektrostatische Vorrichtungen und Magnetfühlvorrichtungen, die alle verwendet werden
können, um eine Schaltfunktion ohne tatsächliche körperliche Berührung von mechanischen Kontakten
auszuführen.
Ein typisches kontaktloses Magnetfühlschaltelement, das bisher verwendet wurde, ist der wohlbekannte
Magnetkopf, der im allgemeinen als elektromagnetischer Wandler zur Aufnahme und Wiedergabe bei der
Technik der Bandaufnahme verwendet wird. Wenn er als kontaktloser Schalter verwendet wird, so wird ein
elektrisches Ausgangssignal als Funktion eines Magneten erzeugt, der neben dem Magnetkopf angeordnet ist.
Wenn folglich die Relativstellung zwischen dem Magnetkopf und einem magnetischen Pol geändert
wird, so erzeugt diese Stellungsänderung ein elektrisches Ausgangssignal. Je nach seiner besonderen
Anwendung kann der Magnetkopf zur Erzeugung von verschiedenen Schaltfunktionen entsprechend verwendet
werden.
Die Verwendung des Magnetkopfes als kontaktloser Schalter weist jedoch verschiedene Nachteile auf. Ein
Nachteil ist der erforderliche relativ große Aufbau. Der Magnetkopf benötigt ein elektromagnetisches Spulenelement,
einen geeigneten Trägerkern und einen Vormagnetisierungsoszillator, damit der Kopf das
Vorhandensein bzw. die Nähe eines externen magnetischen Feldes ermittelt. Ferner kann bei solchen
Anwendungen, bei denen der Magnetkopf als kontaktloser Grenzschalter verwendet werden soll, kein
hochempfindliches Ausgangssignal erzielt werden, es sei denn, daß der Kopf in einem sehr geringen Abstand von
der Quelle des Magnetfeldes, d. h. von dem Magneten, angeordnet ist. Ein derart geringer Abstand schränkt die
Anwendungen dieses Kopfes für kontaktlose Schaltanordnungen stark ein. Daher findet der Magnetkopf
keine verbreitete Anwendung und war bei gewerblichen Anwendungen nicht übermäßig erfolgreich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gerät zur
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Gerät zur
<><; Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von
der Ertastung eines Magnetfeldes anzugeben, welches geeignet ist zur Verwendung als magnetisch betätigter
kontaktloser Schalter, der die Nachteile der bekannten
Vorrichtungen nicht aufweist. Das erfindungsgemäße Gerät soll zur Verwendung als Magnetfelddetektor
geeignet sein, welcher ein Magnetowiderstandselement umfaßt, das in der Lage ist, ein Ausgangssignal in
Abhängigkeit von der Nähe einer Magnetfeldquelle zu erzeugen. Der kontaktlose Schalter soll ein Magnetowiderstandselement
umfassen. Das erfindungsgemäße Gerät soll geeignet sein zur Verwendung als miniaturisierte
hochempfindliche Magnetfühlvorrichtung, die als kontaktloser Schalter verwendet werden kann. Mit dem
erfirdungsgemäßen Gerät soll eine Anzeige der Relativstellung eines Generatormagnets ermöglicht
werden. Insbesondere soll sich durch das Gerät ermitteln lassen, wann ein bewegliches Element über
zulässige Grenzen hinaus verschoben worden ist. Ferner soll mit dem erfindungsgemäßen Gerät eine
kodierte Darstellung der Winkelstellung eines drehbaren Elements eraeugt werden, und es soll eine
Magnetfühlerkartenlesevorrichtung für eine Informationskarte verwirklicht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Gerät der eingangs beschriebenen Art, das gemäß der Erfindung
gekennzeichnet ist durch parallel mit den in Reihe verbundenen Streifen verbundene Impedanzeinrichtungen
zur Bildung einer Brückenschaltung mit den Streifen, einen von der Verbindung gebildeten Brückenausgangsanschluß
und einen Generatormagnet zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, wobei der Generatormagnet eine in einer Ebene im Abstand von
dem Magnetowiderstandselement angeordnete Oberfläche aufweist zur Erzeugung eines Ausgangssignals an
der Verbindung als Funktion der relativen Lage der Vorder- und Hinterkanten des Generatormagneten in
bezug auf eine Vorderkante des Magnetowiderstandselements.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von
Ausführungsbeispielen an Hand der Figuren. Von den Figuren zeigt
F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Magnetowiderstandsc'ement,
das bei einer Ausführungsform der Erfindung Anwendung finden kann,
F i g. 2 eine schematische Ansicht zur Darstellung der Funktionsprinzipien eines Magnetowiderstandselements,
F i g. 3 eine Draufsicht zur Darstellung der Beziehung zwischen einer Änderung des Ausgangssignals des
Magnetowiderstandselements und der Richtung eines an diesem angelegten magnetischen Feldes,
F i g. 4 ein Schaltbild entsprechend F i g. 2,
Fig.5A bis 5C schematische Darstellungen der
Verwendungsart des Magnetowiderstandselements zur Erzeugung von Ausgangssignalen in Funktion eines in
der Nahe befindlichen magnetischen Feldes,
F i g. 6 und 7 schematische Schaltbilder zur Darstellung der Ausgangssignale, die von den Magnetowiderstandselementen erzeugt und zur Erzeugung eines
weiteren Ausgangssignals weiterverarbeitet werden,
Fig.8A bis 8C graphische Darstellungen der
Ausgangssignale, die von dem erfindungsgemäßen Gerät abgeleitet werden,
Fi g- 9A bis 9C weitere Anordnungen, bei denen ein
Ausgangssignal erzeugt wird als Funktion der Nähe eines magnetischen Feldes,
F i g. 10 eine graphische Darstellung, die zeigt, wie das
von dem Magnetowiderstandselement abgeleitete Ausgangssignal sich ändert, wenn ein Schaltungsparameter
sich ändert.
Fig. 1IA und HB eine Verwendungsweise des
Erfindungsgegenstandes zur Erzeugung eines geänderten Ausgangssignals,
Fig. 12 und 13 schematische Darstellungen von Temperaturkompensationstechniken, die gemäß der
Erfindung verwendet werden können,
Fig. 14 eine schematische Darstellung einer anderen
Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 15 ein schematisches Schaltbild, das zeigt, wie
,ο dem gemäß der Erfindung verwendbaren Magnetowiderstandselement
ein zusammengesetztes Magnetfeld zugeführt wird,
Fig. 16A und 16B eine schematische Darstellung der
Verwendung des Erfindungsgegenstandes als kontaktloser Schalter,
F i g. 17A und 17B eine schematische Darstellung der
Verwendung des Erfindungsgegenstandes zur Ertastung der Rotationsverschiebung eines drehbaren Elements,
Fig. 18A und 18B eine schematische Darstellung der Verwendung des Erfindungsgegenstandes zur Ermittlung
der linearen Verschiebung eines bewegbaren Elementes,
Fig. 19 eine schematische Darstellung der Verwendung
des Erfindungsgegenstandes zur Erzeugung einer kodierten Darstellung einer Winkeldrehung und
F i g. 20 eine schematische Darstellung der Verwendung des Erfindungsgegenstandes zum Auslesen der
kodierten Information, beispielsweise aus einer Datenkarte.
Im folgenden werden bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
In den Figuren werden für entsprechende Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
F i g. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines 3j Magnetowiderstandselements 10, das gemäß der Erfindung
verwendet werden kann. Ein dünner Film eines ferromagnetischen Materials ist beispielsweise durch
eine herkömmliche Vakuumverdampfungstechnik auf ein isolierendes Substrat mit einer Höhe von ungefähr
600 bis 1000 A aufgetragen. Typische Beispiele für ein solches Substrat sind Diagläser, trockene Photoplatten
und dergleichen. Es können jedoch andere geeignete Werkstoffe verwendet werden. Daraufhin wird der Film
so geätzt, daß er ferromagnetische Streifen A und B in Zickzackform, in Schlangenform oder in Form von
Streifen zusammen mit Anschlüssen 5, TA und TBbildet.
Die ferromagnetischen Streifen A und B umfassen eine Mehrzahl von stromführenden Hauptbahnen 2A und 2ß
und jeweils zugeordnete Anschlußteile 3Λ und 3Ä Die Hauptstrombahnen 2A und 2B sind im wesentlichen
zueinander senkrecht Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind die Streifen A in der Lage, Strom hauptsächtlich in
senkrechter Richtung zu führen, und die Streifen B sind
in der Lage, Strom hauptsächlich in horizontaler Richtung zu führen. Es leuchtet ein, daß andere
zueinander senkrechte Stromfühningsrichtungen verwendet werden können. Die letzte Bahn AA der
Hauptstrombahn 2Λ ist mit der ersten Bahn AB der Hauptstrombahn 2ß in Reihe geschaltet Die Verbindungsstelle zwischen der letzten Bahn 4Λ und der ersten
Bahn AB ist mit dem Anschluß 5 verbunden. Die Anschlüsse Ta und TB sind so ausgelegt, daß sie als
Stromizuführungsanschlüsse für das Magnetowiderstandselement dienen und sind jeweils über Teile 6A und
6ß an die Bahnen 2Λ und 2B angeschlossen.
Das Magnetowiderstandselement 10 ist im einzelnen in der am 10. Juli 1974 eingereichten Patentanmeldung
4 87 282 beschrieben, welche auf den Anmelder der
933
vorliegenden Erfindung übertragen wurde. Die Verwendung dieses Magnetowiderstandselements zur Ermittlung
der Richtung eines Magnetfeldes ist ir; einer weiteren anhängigen Anmeldung beschrieben. Wie in
letzterer Anmeldung beschrieben ist, ist es vorzuziehen. das Magnetowiderstandselement 10 in einem magnetischen
Feld mit ausreichender Intensität zur Sättigung der ferromagnetischen Streifen A und B zu verwenden,
so daß ein Selbstbegrenzungseffekt des Ausgangssignals erzielt wird, wodurch das Ausgangssignal im
wesentlichen unempfindlich ist für Änderungen der Feldintensität.
Gemäß der Darstellung in F i g. 2 sind die Streifen A und B elektrisch miteinander in Serie geschaltet. Die
Stromzuführungsanschlüsse TA und TB sind mit den
entgegengesetzten Enden der Streifen A und B verbunden, und der Ausgangsanschluß 5 ist mit der
durch die Serienschaltung der Streifen definierten Verbindungsstelle verbunden. Eine Stromquelle 8 ist
zwischen die Stromzuführungsanschlüsse TA und TB geschaltet. Ein Stromzuführungsanschluß 7 ist mit einem
Referenzpotential, beispielsweise Masse, verbunden. Das sich so ergebende Magnetowiderstandselement
bildet eine Fühlschaltung 1 zur Ermittlung von magnetischen Feldern.
Es soll nun angenommen werden, daß ein magnetisches Feld H mit einer zur Sättigung der Streifen A und
B ausreichenden Intensität an die Streifen unter einem Winkel θ zur Längsrichtung des Streifens A angelegt
wird. Im allgemeinen ist der Widerstand eines gesättigten ferromagnetischen Materials anisotrop. Das
heißt, der Widerstand eines solchen Materials ist in der Richtung der Magnetisierung größer als in der dazu
senkrechten Richtung. Die Widerstände ρΛ und qb der
Streifen A und B können dementsprechend durch die Voight-Thomson- Formel:
'Jλ (^) = tv sin2 ^ + Cu cos2 (-)
n2 (-)
'Jb
sin2
(D
(2)
dargestellt werden, worin ρχ der Widerstand des
ferromagnetischen Streifens A oder B ist, wenn diese von einem magnetischen Feld gesättigt sind, das zur
Längsrichtung des Streifens senkrecht ist, und ρπ der
Widerstand des ferromagnetischen Streifens ist,'wenn
dieser von einem magnetischen Feld gesättigt ist, das 7ur Längsrichtung des Streifens parallel ist.
F i g. 4 zeigt eine äquivalente Schaltung des in F i g. 2 dargestellten Magnetowiderstandselements. Eine Spannung
\\θ) am Ausgangsanschluß 5 wird durch Spannungsteilung abgeleitet und ist gegeben durch
V(U) =
(3)
55
worin Vo die Spannung der Stromquelle 8 ist
Durch Einsetzen der Gleichungen (1) und (2) in Gleichung (3) und durch geeignete Umordnung der
Glieder erhält man
(4)
) worin 4ρ = ρΒ-&..
In Gleichung (4) stellt das erste Glied eine konstante Spannung Vädar, welche eine Funktion der Stromquelle
und das zweite Glied stellt eine Änderung bzw. eine Abweichung von der konstanten Spannung dar, welche
auf den Einfluß des magnetischen Feldes H zurückzuführen ist. Diese Änderung der Ausgangsspannung wird
als Ι^θ) dargestellt. Wenn der Widerstand der
ferromagnetischen Streifen A oder B in Abwesenheit des Feldes H durch ρο ausgedrückt wird und wenn
200 = O11 + ρχ, so kann Δ V[S) umgeschrieben wei den in
I U
cos 2 H V11
Aus Gleichung (5) ist ersichtlich, daß V[S) ein
positiver oder negativer Maximalwert ist, d. h., der Absolutwert der Änderung der Ausgangsspannung wird
bei Winkeln θ gleich 0°, 90°, 180° und 270° maximal,
wenn cos 2 θ = ±1.
Gleichung (4) kann wie in F i g. 4 gezeigt graphisch dargestellt werden. Es leuchtet ein. daß das Ausgangssignal
V[S) des Magnetowiderstandselements gleich ist
-^0, wenn das magnetische Feld H an die Streifen unter
einem Winkel θ = 45° angelegt wird. Das heißt, V[S) = 0, da bei θ = 45° cos 2 θ = 0 ist. Ferner ist die
Ausgangsspannung V[S) jeweils bei Winkeln von θ = 0° und 90° minimal bzw. maximal.
Die Art, in der das in der F i g. 1 dargestellte vorstehend mathematisch beschriebene Magnetowiderstandselement
gemäß der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gelangt, soll nun beschrieben werden. Die
F i g. 5A —5C zeigen die räumliche Beziehung zwischen einem Generatormagneten 11, der als Quelle für ein
Magnetfeld geeignet ist. und einem Magnetowiderstandselement 10. Der Generatormagnet 11 ist vorzugsweise
in Richtung seiner Dicke ί magnetisiert. Das heißt, die Oberfläche des Magneten ist mit einem Südpol Sund
die entgegengesetzte Oberfläche ist mit einem Nordpol N ausgezeichnet. Für die vorliegende Beschreibung der
Erfindung soll angenommen werden, daß die Polfläche 5 der Fig. 5A—5C in einer Ebene liegt, die von dem
Magnetowiderstandselement 10 um einen Abstand des Magnetowiderstandselements, im folgenden die Ebene
des Magnetowiderstandselements, im wesentlichen senkrecht ist zu der Südpolseite.
Der Generatormagnet besitzt eine Längendimension L und eine Höhendimension h. Der Magnet läßt sich in
zwei Richtungen, nämlich in die +-Richtung, bewegen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ersichtlich,
daß das von dem Magneten 11 erzeugte magnetische Feld //2 im wesentlichen parallel ist zur Ebene des
Magnetowiderstandselements. Wenn die Kante des Magnetowiderstandselements, die dem Generatormagnet
11 am nächsten ist, als Vorderkante des Elements angenommen wird und wenn die Kante auf
der äußersten rechten Seite des Magneten 11 als Vorderkante und die Kante ganz links als Hinterkante
angenommen werden, sieht man, daß der Magnet in der ± -Richtung bewegt wird, das Magnetowiderstandselement
ein Signal am Ausgangsanschluß 5 erzeugt, das eine Funktion der relativen Stellung der Vorder- und
709 512/453
933
Hinterkanten des Generatormagneten 11 in Beziehung
auf die Vorderkante der Magnetowiderstandselements 10 ist.
Fig. 5B zeigt eine andere Anordnung, bei der das Magnetowiderstandselement 10 neben dem Generatormagnet
11 angeordnet ist. Ähnlich wie bei der Ausführung nach F i g. 5A ist das Magnetowiderstandselement
10 durch einen Abstand d von der Südpolfläche getrennt, und der Generatormagnet 11 ist in zwei
Richtungen, nämlich in die +-Richtung, bewegbar. Man sieht Jedoch, daß in diesem Fall das Magnetowiderstandselement
10 in Uhrzeigerrichtung um 90° gedreht wurde. Mit dieser Ausbildung kann man annehmen, daß
die linke Kante des Magnetowiderstandselements 10 bei der Ausführungsform nach F i g. 5B als Vorderkante des
Magnetowiderstandselements angenommen werden kann. Somit wird in Abhängigkeit von der Beziehung
zwischen der Vorder- und der Hinterkante des Generatormagneten 11 und der Vorderkante des
Magnetowiderstandselements 10 am Ausgangsanschluß 5 ein Ausgangssignal des Elements abgeleitet.
Bei der Ausführungsform nach Fig.5C ist die
Südpolseite des Generatormagneten 11 im wesentlichen
parallel zur Ebene des Magnetowiderstandselements IC und ist von diesem durch einen Abstand dgetrennt.
Wie im einzelnen nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 8A—8C beschrieben wird, erzeugt das
M-ignetowiderstandselement 10 nach der Ausführungsform von F i g. 5 ein Ausgangssignal als Funktion des
von dem Element ermittelten magnetischen Feldes. Das von dem Generatormagneten 11 erzeugte Feld H2 sollte
eine Komponente aufweisen, die parallel zur Ebene des Magnetowiderstandselements ist. In den Fig.5A und
5B ist die Hauptkomponente des Feldes //2 so parallel
ausgerichtet. Bei der in Fig. 5C dargestellten Ausführungsform
ist jedoch nur eine geringe Komponente des Feldes H7 parallel zur Ebene des Elements 10. Selbst
diese kleine Komponente erzeugt jedoch ein Ausgangssigna! am Ausgangsanschluß 5. Die Art des erzeugten
Ausgangssignals und die räumliche Beziehung zwischen dem Element 10 und dem Magnet 11, welche das
Ausgangssignal bestimmt, soll im folgenden beschrieben werden.
In F i g. 6 ist ein schematisches Schaltbild dargestellt,
bei dem ein Ausgangssignal eo erzeugt wird, wenn das Magnetowiderstandselement 10 die Linearbewegung
des Generatormagneten 11 ertastet Es ist anzumerken,
daß die räumliche Beziehung zwischen dem Element 10 und dem Magneten 11 der vorstehend unter Bezugnahme
auf F i g. 5B beschriebenen Ausführungsform entspricht
In Serie geschaltete Widerstände /?i und R2 sind an
die Stromzuführungsanschlüsse TA und TB des Magnetowiderstandselements
10 angeschlossen, um eine Brückenschaltung zu bilden, die Brückenausgangsanschlüsse
5 und 5' aufweist Diese Brückenschaltung wird von der Stromversorgung 8 beaufschlagt, welche eine
Steuerspannung Voliefert
Die Brückenausgangsanschlüsse 5 und 5' sind an die Eingangsanschlüsse eines Differenzverstärkers 12 angeschlossen,
dessen Ausgangsanschluß mit dem Schaltausgang 13 verDu">den ist, von dem das Ausgangssignal eo
abgeleitet wird. Der Differenzverstärker 12 ist von herkömmlicher Ausführung und kann einen Operationsverstärker
umfassen, dessen positiver Eingangsanschluß an den Brückenausgangsanschluß 5' und dessen
negativer Eingangsanschluß an den Brückenausgangsanschluß 5 angeschlossen ist Die Schaltung der
Eingangsanschlüsse des Differenzverstärkers kann natürlich invertiert werden.
Das Gleichgewicht der dargestellten Brückenschaltung wird dadurch erreicht, daß der Widerstand Ri
eingestellt wird, welcher dementsprechend ein Potentiometer, einen Regelwiderstand oder dergleichen
umfassen kann.
Es soll also davon ausgegangen werden, daß das Magnetowiderstandselement 10 in der Lage ist, ein
Ausgangssignal zu erzeugen, welches eine Funktion der räumlichen Beziehung zwischen dem Gfneratormagneten
11 und dem Element 10 ist. Dieses von der Stellung bzw. räumlichen Lage abhängige Ausgangssignal kann
als V(O^ dargestellt werden. Dieses Signal V(x) ist analog
dem Signal V[ß) der oDigen Gleichung (5). Man sieht, daß dementsprechend das an den Ausgangsanschluß 5
des Magnetowiderstandselements 10 angelegte Ausgangssignal C2 ausgedrückt werden kann durch
ei = 1/2 V0 + V(x).
Das am Brückenausgangsanschluß 5' erscheinende Ausgangssignal ei ist offensichtlich nur gleich ei =
1/2 V0.
Der Differenzverstärker 12 arbeitet so, daß das Signal
ei von dem Signal ei subtrahiert wird und daß dieses
Differenzsignal in geeigneter Form verstärkt wird, Wenn angenommen wird, daß der Differenzverstärker
12 eine Spannungsverstärkung λ besitzt, so sieht man, daß das an den Anschluß 13 gelieferte Ausgangssignal
gleich
e0 = «(e, -G2) = oi
ist. Das von der dargestellten Schaltung erzeugte Ausgangssignal eo ist somit eine direkte Darstellung der
räumlichen bzw. der Stellungsbeziehung zwischen dem Magnetowiderstandselement 10 and dem Generatormagneten
11. Eine Relativbewegung zwischen diesen ergibt eine entsprechende Änderung des Ausgangssignals
eo. Wie im folgenden ersichtlich wird, wird es bei vielen Anwendungen vorgezogen, daß das Magnetowiderstandselement
10 stationär bleibt.
Eine andere Ausführungsform der in F i g. 6 schematisch
dargestellten Schaltung ist in dem schematischen Schaltbild von F i g. 7 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß
bei dieser anderen Ausführungsform der Brückenausgangsanschluß 5 über einen Widerstand /?s mit einem
Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 12 verbunden ist Ein Rückführungswiderstand Re ist vorgesehen,
um den Differenzverstärkerausgangsanschluß mit diesem Eingangsanschluß zu verbinden. Ferner ist der
Brückenausgangsanschluß 5' über einen Spannungstei-
ler, der aus den in Serie geschalteten Widerständen R3
und A4 aufgebaut ist, an den anderen Eingangsanschluß
des Differenzverstärkers angeschlossen.
In der Ausführungsform nach Fig.7 wird das
Brückenausgangssignal ei durch die Widerstände A3 und
Ra geteilt, und das Brückenäusgangssignal &i wird durch
die Widerstände A5 und R6 geteilt Die gezeigte
Anordnung des Differenzverstärkers 12 ist herkömmt Hch, und das Ausgangssignal eo kann, wie der Fachmann
weiß, dargestellt werden als:
933
Wenn Rs gleich #5 ist und Ra gleich /?& ist, so wird die
obige Gleichung zu:
Somit ist es ersichtlich, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 7 das Ausgangssignal eo eine direkte
Darstellung der räumlichen Beziehung zwischen dem Generatormagneten Il und dem Magnetowiderstandselement
10 ist. Änderungen in der Entfernung zwischen dem Magneten und dem Element, d. h. Änderungen der
jeweiligen Stellungen der Vorder- und Hinterkanten des Magneten 11 in bezug auf die Vorderkante des
Magnetowiderstandselements 10, erzeugen eine entsprechende Änderung des Ausgangssignals et>.
Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf die Fig.8A—8C, die eine graphische Darstellung des
Ausgangssignals eo wiedergeben, das bei den Ausführungsformen nach F i g. 6 und 7 erzeugt wird, wenn die
räumliche Beziehung zwischen dem Generatormagneten 11 und dem Magnetowiderstandselement 10
geändert wird. Bei jeder dieser graphischen Darstellungen soll angenommen werden, daß der Generatormagnet
11 in seiner Größe so bemessen ist, daß er eine Länge L in ± -Richtung, eine Höhe h und eine Dicke t
aufweist. Es soll ferner angenommen werden, daß die dem Magnetowiderstandselement am nächsten gelegene
Oberfläche des Generatormagneten in einer Ebene liegt, die von dem Element durch den Abstand c/entfernt
ist. Schließlich soll angenommen werden, daß jeder der Streifen A und B auf dem Substrat des Magnetowiderstandselements
eine gleiche Fläche mit einer Länge / vom Mittelpunkt des Elements zu einer gegenüberliegenden
Kante belegt.
Wie in Fig.8A gezeigt, wird das Ausgangssignal eo
dargestellt durch die folgenden Parameter:
/ = 1 mm
L = 20 mm
Λ = 6 mm
d = 1 mm
L = 20 mm
Λ = 6 mm
d = 1 mm
40
55
Gemäß der Darstellung ist der Generatormagnet 11 in Richtung seiner Dicke t magnetisiert, und es wird
angenommen, daß bei dieser Ausführungsform die S-Polfläche dem Magnetowiderstandselement 10 am
nächsten liegt und die N-Polfläche auf der entgegengesetzten Oberfläche des Magneten 11 liegt Somit geht
das Magnetfeld H2 von der N-Polfläche aus und ist auf
die S-Polfläche gerichtet Die Hauptkomponente dieses
Feldes ist parallel zu dem Element 10.
Es soll nun angenommen werden, daß anfänglich der Generatormagnet 11, welcher von dem Magnetowiderstandselement
10 durch den konstanten Abstand d getrennt ist, sehr weit links von dem Element entfernt
ist Die Entfernung -x kann somit als unendlich angesehen werden. Bei dieser Entfernung wird praktisch
nichts von dem Feld H2 von dem Magnetowiderstandselement
10 erfaßt Folglich kann die Komponente V(x) als gleich Null angenommen werden. Wenn der
Magnet 11 näher an das Magnetowiderstandselement 10 in + .^-Richtung bewegt wird, so wird ein Teil des von
dem Magneten erzeugten Flusses bald von dem Element ertastet Dies ist als Teil £der graphischen Darstellung
gezeigt Die Polarität dieses ertasteten Flusses kann in der Hauptsache auf den einen oder den anderen der
Pole zurückgeführt werdea In jedem Falle wird der ertastete Fluß sich erhöhen, und die Kurve E wird
entsprechend ansteigen, wenn der Generatormagnet 11 näher an das Magnetowiderstandselement 10 heranbewegt
wird. Es wird jedoch ein Punkt erreicht, an dem die überwiegende Polarität des von dem Element ertasteten
Flusses invertiert wird. Das heißt, wenn das Element einen Fluß ertastet hatte, der auf den N-PoI zurückzuführen
war, so wird an dem Punkt G der auf den S-PoI zurückzuführende Fluß plötzlich überwiegend. Folglich
wird aufgrund der plötzlichen Änderung der Flußpolarität, welche von dem Element 10 ertastet wird, das
Ausgangssignal eo in entsprechender Weise geändert. Wenn für die oben angenommenen Parameter die
Vorderkante Ha des Generatormagneten 11 ungefähr 12 mm von der Vorderkante des Magnetowiderstandselements
10 entfernt ist, dann erfährt das Ausgangssignal eo an dem Punkt G wie dargestellt eine scharfe
Änderung.
Das Ausgangssignal eo bleibt nun auf dem angegebenen Niveau, beispielsweise zwischen -3 und -4 Volt,
bis die Hinterkante Wb des Generatormagneten 11 etwa 10 mm hinter die Kante des Magnetowiderstandselements
10 bewegt worden ist. An dieser Stelle bewirkt eine weitere plötzliche Umkehrung der ertasteten
Flußpolarität ein schnelles Ansteigen des Ausgangssignals eo zu einem Punkt H. Wenn der Generatormagnet
11 daraufhin weiter in +x-Richtung bewegt wird, so erscheint das Ausgangssignal eo als Kurve 1. Wie
gezeigt, sinkt diese Kurve schnell unter den Null-Wert ab und steigt dann asymptomisch an, während der
Magnet noch weiter fortbewegt wird.
Es ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal eo mit der in
Fig.8A dargestellten Kurve als Anzeige für die Nähe des Generatormagneten H zu dem Magnetowiderstandselement
10 verwendet werden kann. Die dargestellte typische Kurve kann ferner als Schaltfunktion bei
einem kontaktlosen Schalter verwendet werden.
Bevor typische Anwendungen des Magnetowiderstandselements 10 in Verbindung mit dem Generatormagneten
Π beschrieben werden, sollen zusätzliche Ausgangseigenschaften des erzeugten Ausgangssignals
eo betrachtet werden. In Fig.8B sind graphische Darstellungen des Ausgangssignals eo für die in F i g. 5B
dargestellte Ausbildung gezeigt Die folgenden Parameter wurden bei der Aufnahme der gezeigten graphischen
Darstellungen verwendet:
/ = 1 mm
L = 6 mm
Λ = 6 mm
d = 1 mm; 3 mm
L = 6 mm
Λ = 6 mm
d = 1 mm; 3 mm
Die graphischen Darstellungen des Ausgangssignals eo nach F i g. 8B weisen eine gewisse Ähnlichkeit mit den
vorstehend beschriebenen Darstellungen von Fig.8A auf. Wenn der Generatormagnet 11 sich sehr weit links
von dem Magnetowiderstandselement 10 befindet, so wird der von dem Magnet erzeugte Fluß praktisch
keinen Einfluß auf das Element haben. Wird jedoch der
Magnet in -t-x-Richtung bewegt wird, so wird ein Fluß
mit einer Polarität ertastet, was zu dem dargestellten Ausgangssignal eo führt Das Ausgangssignal eo steigt an,
während sich die Vorderkante Ha des Generatormagneten
H der Vorderkante des Magnetowiderstandselements 10 nähert Wie zuvor beschrieben »urde, wird
ein Punkt erreicht, an dem die von dem Magnetowiderstandselement ertastete Flußpolarität plötzlich invertiert
wird. Von diesem Punkt an bewirkt eine weitere
933
Bewegung des Generatormagneten in +x- Richtung, daß das Ausgangssign?! eo unter die Null-Achse abfällt,
bis eine maximale Spitzenspannung von etwa - 3,5 Volt erreicht ist Diese maximale Spitzenspannung wird
erhalten, wenn die räumliche Beziehung zwischen dem Generatormagneten 11 und dem Magneto widerstandselement
10 im wesentlichen symmetrisch ist Eine weitere Bewegung des Generatormagneten in
+x-Richtung bewirkt daß das Ausgangssigna! eo über die Null-Achse ansteigt, bis ein Punkt erreicht ist, an
dem die Polarität des ertasteten Flusses sich erneut ändert Von diesem Punkt an bewirkt eine weitere
Bewegung des Generatormagneten, daß das Ausgangssignal eo sich asymptomisch der Null-Achse nähert.
Aus der graphischen Darstellung von F i g. 8B geht hervor, daß die von dem Ausgangssignal eo erreichte
maximale Spitzenspannung im wesentlichen dieselbe ist, gleich ob der Generatormagnet 11 von dem Magnetowiderstandselement
10 in einem Abstand d gleich 1 mm oder gleich 3 mm angeordnet ist Diese Änderung des
Abstandes d wirkt sich jedoch in ausgeprägter Form auf die Schnittpunkte des Ausgangssignals mit der Null-Achse
aus.
Das Ausgangssignal eo, welches erzeugt wird, wenn das Magnetowiderstandselement 10 und der Generato^-
magnet 11 die in Fig.5C dargestellte Anordnung
aufweisen, ist in Fig.8C graphisch dargestellt. Die zur
Aufnahme der dargestellten Ausgangssignale verwendeten Parameter sind:
/ = 1 mm
L = 20 mm
Λ = 6 mm
ί = 3 mm
d = 2,5 mm
L = 20 mm
Λ = 6 mm
ί = 3 mm
d = 2,5 mm
Es ist ersichtlich, daß die allgemeine Form der in Fig.8C dargestellten Kurve ähnlich derjenigen der
vorstehend an Hand der F i g. 8A und 8B beschriebenen ist. Die Übergänge bei der Kurve von Fig.8C sind
jedoch nicht so scharf, wie bei den vorstehend beschriebenen Kurven.
Ein Vergleich zwischen all diesen Kurven zeigt, daß bei Änderung der Länge L des Generatormagneten 11
sich die Null-Schnittpunkte entsprechend ändern. Wenn der Abstand zwischen diesen Null-Schnittpunkten, d. h.
der Abstand zwischen den negativen und positiven Übergängen der Null-Achse, als Anzeige für den
Dynamikbereich der Ertastungsfunktion des Magnetowiderstandselements 10 angenommen wird, so sieht
man, daß dieser Dynamikbereich durch die jeweilige Länge des Generatormagneten frei gewählt werden
kann. Wenn die Dicke t des Generatormagneten 11
erhöht wird, so kann der Generatormagnet ferner von dem Magnetowiderstandselement 10 in einem entsprechend
größeren Abstand «/angeordnet werden.
Die graphischen Darstellungen der Fig.8A—8C
zeigen an, daß der maximale Spitzenwert des Ausgangssignals eo eine negative Polarität aufweist. Da jedoch
dieses Ausgangssignal eo von einem Differenzverstärker
erzeugt wird, der seinerseits mit den Ausgangssignalen e, und e2 beaufschlagt wird, die von der Brückenschaltung
erzeugt werden, ist es ersichtlich, daß der maximale Spitzenwert des Ausgangssignals eo die umgekehrte
Polarität aufweisen kann (beispielsweise positive Polarität), wenn die Differenzverstärkereingangsanschlüsse,
an die die Brückenschaltungsausgangssignalc eeleet werden, vertauscht werden Unter Bezugnahme
auf die Schaltung von F i g. 6 bedeutet dies, daß, wenn
das Brückenausgangssignal e, an den negativen Eingangsanschluß des Differenzverstärkers und das Brükkensignal
d an den positiven Eingangsanschluß gelegt wird, das in den Fig.8A-8C gezeigte Differenzverstärkerausgangssignal
eo invertiert wird.
Bei der Aufnahme der in den F i g. 8A—8C graphisch
dargestellten Kurven wurde angenommen, daß die Längsachse des Generatormagneten 11 entweder zur
Längsachse des Magnetowiderstandselements 10 senkrecht (F i g. 8A) oder zu dieser parallel ist (F i g. 8B und
8C). Wenn die Anordnung nach Fig.5B jedoch so geändert wird, daß die Längsachse des Generatormagneten
so gewählt wird, daß die Längsachse des Generatormagneten so gewählt wird, daß sie einen
Winkel von etwa 30° mit der Längsachse des Magnetowiderstandselements 10 bildet wie in den
F i g. 9A und 9B gezeigt, so nimmt das sich ergebende
Ausgangssignal eo die Form der in F i g. 9C graphisch
dargestellten Kurve an. Obwohl die allgemeine Form dieser Kurve im wesentlichen gleich ist mit den
vorstehend t schriebenen Kurven, wird jedoch der Dynamikbereich vergrößert. Dies ist leicht ersichtlich,
indem die Kurve nach Fig.9C mit der in Fig.8B gezeigten Kurve verglichen wird, welche beide mit
derselben Magnet-Element-Konfiguration erhalten wurden, außer der bei dem Ergebnis von Fig.9
angenommenen Winkelbeziehung.
Die Größe der an das Magnetowiderstandselement angelegten Spannung besitzt auf dieses einen ausgeprägten
Einfluß. Dies wird durch die übereinander angeordneten Kurven gezeigt, welche in Fig. 10
dargestellt sind und die Ausgangsspannung eo darstellen.
Die oberste Kurve wurde beispielsweise bei der Ausführungsform nach F i g. 5B mit einer zugeführten
Spannung von 5,75 Volt aufgenommen. Bei Erniedrigung dieser Versorgungsspannung sieht man, daß die
allgemeine Form der Ausgangsspannungskurve praktisch dieselbe bleibt, daß sich jedoch die effektiven
Ausgangsspannungswerte ändern. Ferner sieht man, daß sich die Null-Schnittpunkte dieser Kurven entsprechend
ändern. Folglich wird bei einer Änderung der Versorgungsspannung V0 der Dynamikbereich des
Magnetowiderstandselements und somit seine Ermittlungsempfindlichkeit
entsprechend geändert. Diese Faktoren können somit willkürlich bestimmt werden, indem einfach eine geeignete Spannung an das
Magnetowiderstandselement angelegt wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wurde angenommen, daß das Magnetowiderstandselement
gegenüber einer Polfläche des Generatormagneten angeordnet ist. Wenn das Element 10
jedoch gegenüber der Richtung der Dicke des Magneten angeordnet wird, aber so ausgerichtet wird,
daß der von dem Magneten erzeugte Fluß im wesentlichen parallel ist zur Ebene des Magnetowiderstandselements,
wie in Fig. 11A dargestellt, so ergibt
sich das in Fig. 1IB gezeigte Ausgangssignal eo, welches erzeugt wird, wenn der Generatormagnet in
+-Richtung bewegt wird. Diese W-förmige Kurve erlaubt verschiedene Anwendungen und kann verwendet
werden, um die genaue Relativstellung des Generatormagneten zu bestimmen.
Es leuchtet ein, daß bei der in den Fig.6 und 7
gezeigten Brückenschaltung die Temperaturkoeffizienten der Widerstände R\ und Λ2 verschieden sind vom
Temperaturkoeffizient der ferromagnetischen Streifen
A und B des Magnetowiderstandsclements 10. In
Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur kann somit die Brückenschaltung während des Betriebes
außer Gleichgewicht geraten und somit eine Neueinstellung
zur Erzielung des Gle:chgewichts erforderlich
machen. Ein derartiges Brückenungleichgewicht kann ferner zu fehlerhaften Ausgangssignalen führen. Um
diese Möglichkeit auszuschalten, werden bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung 'wei Magnetowiderstandselemente
10a und lOb verwendet, die, wie in Fig-12 gezeigt, als Brückenschaltung angeschlossen .r
sind. Wenn die typischen Widerstände dieser jeweiligen Elemente nicht gleich sind, so so kann ein Einstellwiderstand,
wie beispielsweise ein Potentiometer VR, verwendet werden, um das Brückengleichgewicht
herzustellen. Die Versorgungsspannung 8 wird über den Einstellwiderstand VT? den Magnetowiderstandselementen
10a und lOJb zugeführt Brückenausgangssignale
ei und ei werden von den jeweiligen Magnetowiderstands-Ausgangsanschlüssen
5a und 5b abgeleitet und werden wie vorstehend im Zusammenhang mit den Fig.6 und 7 beschrieben verwendet, um eine Anzeige
für die räumliche Beziehung bzw. für das Stellungsverhältnis zwischen dem Generatormagneten 11 und dem
Magnetowiderstandselement 10a zu liefern.
Die Auswirkung des von dem Generatormagneten 11 erzeugten Flusses auf das Ausgangssignal ei, das von
dem Magnetowiderstandselement 106 abgeleitet wird, kann praktisch sehr klein gemacht werden, wenn das an
das Magnetowiderstandselement angelegte Feld einen Winkel von 45° mit dem Streifen A bildet. Aus den
Gleichungen (4) und (5) ergibt sich, daß, wenn θ gleich 45° ist, cos 2 θ gleich 0 ist, so daß sich die Komponente
Δ \{θ) der Gleichung (5) zu Null wird. Somit wird das
Ausgangssignal ei im wesentlichen gleich Xp, unabhängig
von der Bewegung des Generatormagneten 11. Folglich werden die Temperatureigenschaften des
Fühlerelements nach Fig. 12 praktisch stabilisiert, so daß das Ausgangssignal eo durch Temperaturänderungen
nicht beeinflußt wird.
Eine andere Ausführungsform der temperaturkompensierten Magnetowiderstand-Fühlervorrichtung ist in
Fig. 13 dargestellt. Wie dort dargestellt ist, sind die jeweiligen Magnetowiderstandselemente 10a und 10b
auf demselben Substrat angeordnet und weisen dieselben Temperaturkoeffizienten auf. Diese Anordnung
ist in der Lage, ein angelegtes Magnetfeld zu ermitteln und wurde im einzelnen in einer gleichzeitig
anhängigen Patentanmeldung beschrieben. Bei der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform weisen die an den
Ausgangsanschlüssen 5a und 5b der Magnetowider- so Standselemente erzeugten Ausgangssignale entgegengesetzte
Polarität auf. Wenn somit eines dieser Ausgangssignale zunächst invertiert und dann zu dem
anderen Ausgangssignal addiert wird, so sieht man, daß die sich ergebende Empfindlichkeit der dargestellten
Vorrichtung um einen Faktor zwei erhöht wird.
In Fig. 14 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der an das Magnetowiderstandselement
10 ein Vormagnetisierungsfeld H\ angelegt wird, das von einer Vormagnetisierungseinrichtung f>o
100 erzeugt wird. Die Vormagnetisierungseinrichtung besitzt vorzugsweise dieselbe Temperaturcharakterislik
wie der Generatormagnet 11 und kann beispielsweise auf Barium-Ferrit magnetisiert sein. Wie gezeigt, ist die
Vormagnetisierungseinrichtung 100 magnetisch so <>s polarisiert, daß das Vonnagnetisierungsfeld H\ hauptsächlich
parallel ist zu dem Stromwef!, der sich von dem Stromzuführungsanschluß 7ß/u dem Anschluß 7A des
Magnetowiderstandselements erstreckt. Wie gezeigt ist das Vormagnetisierungsfeld H\ senkrecht zu dem Feld
Hi, das von dem Generatormagneten 11 erzeugt wird.
Die Anordnung des Generatormagneten 11 und des Magnetowiderstandselements 10, wobei letzteres mit
dem Vormagnetisierungsfeld H\ versorgt wird, ist ähnlich der vorstehend unter Bezugnahme auf F i g. 5A
beschriebenen Ausführungsform. Das sich ergebende zusammengesetzte Feld W0 ist eine Funktion des
Vormagnetisierungsfeldes H] und des Feldes H2, und es
weist eine Richtung in bezug auf beispielsweise die Streifen ßauf, wie in F i g. 15 dargestellt.
Wenn das Vormagnetisierungsfeld H\ im wesentlichen gleich ist dem Feld H2, so ist ersichtlich, daß der
zusammengesetzte Vektor des Feldes H0, welches an
das Magnetowiderstandselement 10 angelegt wird, einen Winkel θ gleich 45° aufweist, wenn die
Vorderkante des Generatormagneten 11 an dem Magnetowiderstandselement vorbeibewegt wird. Das
sich ergebende, von dem Ausgangsanschluß 5 abgeleitete Ausgangssignal stimmt natürlich mit den obigen
Gleichungen (4) und (5) überein. Der Winkel θ kann soh.it eine Funktion der Intensität des ertasteten Feldes
H2 sein. Dieses ist wiederum eine Funktion des
Abstandes zwischen dem Magnetowiderstandselement und dem Generatormagneten.
Die in Fig. 14 dargestellte Ausführungsform bietet den Vorteil, daß das am Ausgangsanschluß 5 vom
Magnetowiderstandselement abgeleitete Ausgangssignal von Änderungen der Umgebungstemperatur
nicht nachteilig beeinflußt wird. Dies liegt daran, daß der Generatormagnet und die Vormagnetisierungseinrichtung
praktisch dieselben Temperatureigenschaften aufweisen, wie oben erwähnt. Wenn ferner das von der
Vormagnetisierungseinrichtung 100 erzeugte Vormagnetisierungsfeld H\ von ausreichender Intensität ist, um
das Magnetowiderstandselement zu sättigen, so wird das Ausgangssignal, das von dem Magnetowiderstandselement
als Funktion der Relativstellung der Vorder- und Hinterkanten des Generatormagneten 11 in bezug
auf die Vorderkante des Magnetowiderstandselements 10 abgeleitet wird, einen größeren Dynamikbereich
aufweisen. Dieser größere Dynamikbereich wird selbst dann erreicht, wenn Temperaturänderungen eine
Null-Abtrift bewirken, da der zusammengesetzte Feldvektor Wo einen Winkel θ aufweist, welcher im
weiten Maße gewählt werden kann.
Das unter Verwendung der Vormagnetisierungsein· richtung 100 erzielte Ergebnis kann unter Bezugnahme
auf Fig. 14A und 14B erläutert werden. Fig. 14A ist eine graphische Darstellung des Dynamikbereiches des
Ausgangssignals eo, welches als Δ V dargestellt ist, sowie
seiner Beziehung zu dem zusammengesetzten magnetischen Feld W0, welches an das Magnetowiderstandselement
10 durch den Generatormagneten 11 in Verbindung mit der Vormagnetisierungseinrichtung 100
angelegt wird. Der Punkt H» ist die Intensität des Feldes,
welche ausreicht, um die ferromagnedschen Streifen des Magnetowiderstandselements zu sättigen. Die obere
Kurve 120 stellt die Änderung des Dynamikbereiches dar, welcher allein auf das von der Vormagnetisierungseinrichlung
100 erzeugte Vormagnetisierungsfeld H1
zurückzuführen ist. In ähnlicher Weise stellt die Kurve 121 die Änderung des Dynamikbereiches dar, welche
allein auf das von dem Generatormainieten 11 erzeugte
I-'eld H2 zurückzuführen ist. Unter Bezugnahme auf
Fig. 14B soll nun zunächst angenommen werden, daß
der (jcneratorniagnet 11 ziemlich weit von dein
Magnetowiderstandselement 10 entfernt ist, welches, wie in F i g. 14 dargestellt, mit der Vormagnetisierungseinrichtung
100 verbunden ist, das Feld H2 ist dann
vernachlässigbar im Vergleich zu dem Vormagnetisierungsfeld H\. Der zusammengesetzte Feldvektor W0
besitzt somit einem Winkel 0 = 0°, wie in Fig. 15
dargestellt Wenn das Vormagnetisierungsfeld ausreicht, um das Magnetowiderstandselement zu sättigen,
so wird der Dynamikbereich wie im Punkt 122 der Kurve von F i g. 14A angezeigt.
Wenn der Generatormagnet wie in F i g. 14B gezeigt in +x-Richtung bewegt wird, bis die Vorderkante des
Generatormagneten mit der Vorderkante des Magnetowiderstandselements
10 ausgerichtet ist, so bewegt sich der Dynamikbereich des Ausgangssignals längs der
Kurve 125, bis der Punkt 1123 erreicht ist. V/enn an dieser
Stelle die Felder H\ und H2 gleich sind und wenn das
zusammengesetzte Feld ausreicht, um das Magnetowiderstandselement zu sättigen, so liegt das zusammengesetzte
Feld unter einem Winkel θ = 45° vor.
Wenn sich der Generatormagnet weiter in + x-Richtung
bewegt, so wird ein Punkt erreicht, an dem der Mittelpunkt des Generatormagneten mit der Vorderkante
des Magnetowiderstandselements 10 ausgerichtet ist. Wenn an diesem Punkt das von dem Generatormagneten
erzeugte Feld H2 wesentlich größer ist als das Vormagnetisierungsfeld H\. so erreicht der Dynamikbereich
den Punkt 124. An diesem Punkt bildet das zusammengesetzte Feld H0 einen Winkel θ = 90°, wie
in F i g. 15 dargestellt.
Wenn das Feld H2 wesentlich stärker ist als das
Vormagnetisierungsfeld Hu so leuchtet es ein, daß der Winkel θ sich von 0° nach etwa 90° dreht, während der
Generatormagnet 11 an dem Magnetowiderstandselement 10 vorbeibewegt wird.
Wenn die Vormagnetisierungsvorrichtung 100 nicht verwendet wird, so unterliegt die Kurve 121, welche das
Verhältnis zwischen dem Dynamikbsreich und dem von dem Generatormagneten 11 gelieferten Feld H2
darstellt, einer durch Temperaturänderungen verursachten Null-Abtrift. Das heißt, die Kurve 121 ändert
sich in unerwünschter Weise nach oben und nach unten aus der dargestellten Stellung und schränkt in
entsprechender Weise den Dynamikbereich des Ausgangssignals ein. Dieses Ergebnis wird durch Verwendung
der Vormagnetisierungseinrichtung 100 vermieden.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen wird ersichtlich, daß die vorstehend beschriebenen,
in den Fig. 8A—8C gezeigten Kurven neu gezeichnet werden können, indem die Abszisse
proportional dem Winkel θ gewählt wird. Null-Durchgänge treten im allgemeinen auf, wenn θ gleich 45° ist.
und die Ordinate kann von dem Punkt aus gezogen werden, wo θ gleich 90° ist. Auf diese Weise wird der
Dynamikbereich a's Änderung von θ von 0 bis 90° dargestellt.
Wenn die Größen der jeweiligen Felder H\ und H7
wunschgemäß gewählt oder entsprechend gesteuert werden und wenn die relativen Richtungen dieser
Felder in Beziehung zueinander gleichermaßen gewählt oder gesteuert werden, so kann der Winkel C-)
entsprechend wunschgemäß gebildet werden. Dies bedeutet, daß der Dynamikbereich des Ausgangssignals
eo gleichermaßen leicht gewählt werden kann. Die
magnetischen Felder H\ und H] werden nach den
Abmessungen der Magneten, ihren Temperaturkoeffizienten und dergleichen bestimmt und können somit
leicht so gewählt oder geändert werden, daß die ieweiligen besonderen Betriebscharaktensuka des Magnetowiderstandselements
seiner jeweiligen Anwendung wunschgemäß entsprechen.
Zwar kann die Vormagnetisierungsvornchtung 100 nach Fig 14 an dem Magnetowiderstandselement 10
befestigt werden, bevorzugt wird jedoch d.e Verwendung einer Siliziumverbindung 101 oder einer Gummischeibe
zur Vereinigung des Elements 10 mit der Vormagnetisierungseinrichtung 100. Der Zweck der
Siliziumverbindung bzw. der Gummischeibe hegt dann, eine Beschädigung des Magnetowiderstandselements 10
oder der Vormagnetisierungseinrichtung 100 zu vermt-iden
welche aufgrund der Ausdehnung des einen in bezug auf den anderen erfolgen könnte. Wenn die
Temperaturkoeffizienten dieser Vorrichtungen nicht dieselben sind, so kann sich eine mehr ausdehnen odor
schneller ausdehnen als die andere. Die Siliziumverbindung
bzw. die Gummischeibe 101 verhindert eine Beschädigung aufgrund der verschiedenen Ausdehnung.
Die Verwendung des Magnetowiderstandselemer's IC in Verbindung mit dem Generatormagneten Π ζ .r
Realisierung der Funktion eines kontaktlosen Schalte-s
soll nun unter Bezugnahme auf die Fig. 16A und lfcB
beschrieben werden. Wie in Fig. 16 gezeigt, kann de Anordnung des Magnetowiderstandselements und des
Generatormagneten 11 die vorstehend unter Bezugnahme
auf F i g. 5A beschriebene sein. Das Ausgangssignal des Magnetowiderstandselements 10 wird an einen
Differenzverstärker 14 gelegt, der beispielsweise ebenfalls die Brückenschaltungswiderstände Ki und R2
oder statt dessen ein zusätzliches Magnetowiderstandselement 10b enthalten kann, das mit dem Element 10 in
einer Brückenschaltung verbunden ist. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird über eine Wellenformerschaltung
15 und einen zusätzlichen Verstärker 16 einer Betätigungsvorrichutng 17 zugeführt. Eine
Stromversorgung 8 ist mit allen Schaltungselementen verbunden, um diese mit Strom zu versorgen.
Die Betätigungsvorrichtung 17 umfaßt vorzugsweise eine Anzeigeschaltung zur Anzeige der räumlichen
Beziehung zwischen dem Generatormagneten 11 und dem Magnetowiderstandselement 10. Um nur ein
Beispiel zu nennen, kann die Anzeigeschaltung 17 ein Relais umfassen.
Wenn sich der Generatormagnet 11 im Betrieb linear längs eines Weges an dem Magnetowiderstandselement
10 vorbeibewegt, wie beispielsweise in den F i g. 5A und 8A dargestellt, so wird das von dem Magnetowiderstandselement
erzeugte Signal dem Differenzverstärker 14 zugeführt, an dem das Ausgangssignal et, erzeugt
wird. Zweckmäßigerweise ist die vorherige graphische Darstellung des Ausgangssignals e0 in Fig. 16B erneut
gezeichnet. Das Ausgangssignal eo wird der Wellenformerschaltung
zugeführt, die vorzugsweise einen Schwellwertdetektor umfaßt. Jeglicher herkömmliche
Schwellenwertdetektor kann verwendet werden, beispielsweise ein Schmitt-Trigger oder dergleichen, so
daß, wenn die Höhe des Ausgangssignals en den vorbestimmten Schwellwert übersteigt, wie durch die
gestrichelte Linie in F i g. 16B dargestellt, ein Ausgangsimpuls erzeugt wird. Dieser Ausgangsimpuls P wird
ferner von dem Verstärker 16 verstärkt und an die Betätigungsvorrichtung bzw. das Relais 17 angelegt. Bei
diesem Beispiel wird der positive Übergang des Ausgangsimpulses P verwendet, um das Relais 17
einzuschalten, und der negative Übergang des Ausgangsimpulses wird verwendet, um das Relais auszu-
schalten. Natürlich kann das Relais so ausgelegt sein, daß es bei einem negativen Übergang erregt wird und
bei einem positiven Übergang abfällt In diesem Fall ist der Impuls P, wie in F i g. 16B dargestellt, invertiert.
Die wahlweise Betätigung der Betätigungsvorrichtung bzw. des Relais 17 kann verwendet werden, um
jegliche geeignete Schaltfunktion wunschgemäß auszuführen. Somit arbeitet die Schaltungsanordnung nach
Fig. 16A als kontaktloser Schalter, durch den die Schalth^ktion ausgeführt wird ohne tatsächliche
körperliche Berührung von Schaltkontakten, beispielsweise durch ein mechanisches Element.
Eine andere Anwendungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes ist in den Fig. 17A und 17B
dargestellt. Bei dieser Anwendung arbeitet das Magnetowiderstandselement
10 in Verbindung mit dem Generatormagneten 11 als Lage-Detektorsonde. Der
Generatormagnet 11 ist an einem drehbaren Element 18
befestigt, das eine Schwenkachse 19 aufweist Gleiche und einander entgegengesetzte Vorspannungsfederkräfte
werden auf das drehbare Element 18 von Vorspannungsfedern 20 und 21 ausgeübt, um das
drehbare Element in einer stabilen, ruhigen Lage zu halten, die durch die Winkelstellung 0° angegeben ist.
Die Polfläche des Generatormagneten 11 ist, wie dargestellt, in bezug auf das Magnetowiderstandselement
10 symmetrisch angeordnet Wenn keine externen Kräfte auf das drehbare Element 18 einwirken und sich
dieses in seiner ruhigen Stellung bei 0° befindet, so besitzt das von dem Differenzverstärker 14 erzeugte
Ausgangssignal a> einen maximalen Spitzenwert, wie in
Fig. 17B dargestellt
Wenn das drehbare Element 18 um die Schwenkachse 19 geschwenkt wird, beispielsweise wenn eine äußere
Kraft darauf ausgeübt wird, so bewirkt die sich daraus ergebende Bewegung des Generatormagneten 11 in
bezug auf das Magnetowiderstandselement 10, daß das Ausgangssignal et>
sich so ändert, wie in Fig. 17B dargestellt. Es leuchtet ein, daß das Ausgangssignal ee
die Null-Achse schneidet wenn die Winkelverschiebung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Wenn die
vorstehend in Verbindung mit Fig. 16A beschriebene Schaltungsanordnung verwendet wird, so wird eine
Anzeige geliefert, wenn das drehbare Element 18 aus seiner Ruhelage um mehr als einen vorbestimmten
Winkelbetraf verschoben wird. Dieser Betrag kann natürlich nach Wunsch gewählt werden, indem einfach
das Detektorschwellenniveau geändert wird, mit dem das Ausgangssignal eo verglichen wird.
Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 14 kann an ein weiteres Gerät angelegt werden, das anders sein
kann als das in Fig. 16A gezeigte, beispielsweise eine
digitale Anzeigevorrichtung, ein Rechner oder dergleichen. Ein solches Gerät kann verwendet werden, um die
von der Relativbewegung des drehbaren Elements 18 in bezug auf das Magnetowiderstandselement 10 abgeleitete
Information zu verarbeiten.
Die zur Realisierung der Ausführungsform gemäß Fig. 17A zugrundegelegten Prinzipien können auch bei
der Ausführungsform gemäß Fig. 18A Anwendung finden. Bei dieser Ausführungsform wird das Magnetowiderstandselement
10 in Verbindung mit dem Generatormagneten 11 verwendet, um zu bestimmen, wann ein
gradlinig bewegbares Element 22 über einen vorbestimmten Betrag hinaus bewegt worden ist. Das
Element 22 kann in einem geeigneten Gehäuse mit Endstiften 18a vorgesehen sein, die sich von diesem aus
erstrecken, und Vorspannungsfedern 23 und 24 aufweisen, um das Element 22 symmetrisch in bezug auf das
Magnetowiderstandselement 10 auszurichten. Insbesondere ist der Mittelpunkt des Geiieratormagneten 11, der
mit dem bewegbaren Element 22 verbunden ist, mit dem Magnetowiderstandselement ausgerichtet Wenn folglich
das Element 22 in ± -Richtung bewegt wird, so wird ein Ausgangssignal vom Differenzverstärker 14 mit der
in Fig. 18B gezeigten Wellenform erzeugt Wenn das
Element 22 über einen vorbestimmten Betrag hinaus
ίο bewegt worden ist, so schneidet die Wellenform eo ein
Referenz- oder Schwellenniveau. Es kann somit eine geeignete Schwellwertdetektorvorrichtung verwendet
werden, so daß eine Aussage dafür gebildet wird, daß das gradlinig bewegbare Element 22 aus seiner
Ruhelage um mehr als einen vorbestimmten Betrag hinaus verschoben worden ist Jegliche geeigneten
Vorrichtungen können an einen derartigen Schwellwertdetektor angeschlossen werden, um diese Information
zu verwerten und um eine geeignete Anzeige dafür zuliefern.
Es können mehrere Magnetowiderstandselemente 10 mit einer Mehrzahl von Generatormagneten verwendet
werden, um ein kodiertes Ausgangssignal zu liefern, das beispielsweise eine Winkelstellung einer drehbaren
Welle anzeigt. Diese Anwendung ist bei der Ausführungsform nach Fig. 19 dargestellt Wie dort gezeigt,
kann eine lineare Anordnung von Magnetowiderstandselementen 10 auf einem geeigneten Basisträger bzw.
Substrat 27 gebildet werden. Gegenüber dieser linearen Anordnung von Magnetowiderstandselementen kann
ein Zylinder 25 vorgesehen sein, der verschiedene Generatormagneten 26 aufweist, welche an ausgewählten
Stellen von dessen Oberfläche angeordnet sind. Insbesondere definieren die Polflächen der Generatormagneten
eine zylindrische Oberfläche. Um ein Beispiel anzuführen, können an der äußeren zylindrischen
Oberfläche nur 5-Polflächen vorgesehen sein, während N-Polflächen an der inneren, nicht dargestellten
zylindrischen Oberfläche vorgesehen sind. Diese Polflächen
sind an vorbestimmten Stellen in Spalten angeordnet, von denen jede mit einer der linearen
Anordnungen der Magnetowiderstandselemente 10 ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist die Breite jeder Spalte
gleich, die Größe der 5-Polflächen ändert sich jedoch
von Spalte zu Spalte in Abhängigkeit von der dadurch dargestellten Information.
Der Zylinder mit den an seiner Außenfläche angeordneten Generatormagneten ist mechanisch mit
einer drehbaren Welle verbunden, so daß der Zylinder gedreht wird, wenn die Welle angetrieben wird. Es
leuchtet ein, daß bei Drehung des Zylinders in bezug auf die Anordnung der Magnetowiderstandselemente verschiedene
Muster von Polflächen unter den angeordneten Elementen vorbeibewegt werden. Folglich wird ein
kodiertes Ausgangssignal parallel von allen Magnetowiderstandselementen erzeugt, in Abhängigkeit von der
Winkelmomentanstellung des drehbaren Zylinders. Dieses kodierte Informationssignal ist eine direkte
Darstellung der Winkelmomentanstellung des Zylin-
(,o ders. Somit kann die Winkeldrehung kodiert werden,
und es kann ferner digitale Information geliefert werden, um die jeweilige Stellung der drehbaren Welle
darzustellen.
Typische Anwendungen des Winkelkodierers nach
(15 Fig. 19 umfassen Kanalwählschalter, wie si», beispielsweise
bei Fernsehanwendungen verwendet werden können, wodurch die kodierte Information, die durch die
wahlweise Anordnung der Generatormagneten auf der
Oberfläche des Zylinders 25 dargestellt wird, eine direkte Anzeige für einen Fernsehkanal bilden kann.
Wenn sich die Welle dreht, um den Kanal zu ändern, auf den der Fernsehempfänger eingestellt ist, so wird von
dem kodierten Ausgangssignal aus den Magnetowiderstandselementen eine entsprechende Anzeige der
Kanalwahl gebildet. Andere Anwendungen der dargestellten Ausführungsform umfassen einen Drehschalter,
der für andere Zwecke verwendet werden kann. Erneut soll betont werden, daß Schaltfunktionen ausgeführt
werden, ohne daß das mechanische Schließen von Kontakten notwendig wäre.
Eine weitere Anwendung des Erfindungsgegenstandes ist in Fig.20 dargestellt. Wie dort gezeigt ist, kann
eine Matrixanordnung von Magnetowiderstandselementen 10 vorgesehen sein, um wählbare Informationsbits auszulesen, die von der Anordnung von Generatormagneten
29 dargestellt werden, welche auf einem geeigneten Träger 28 eine Informationskarte umfassen,
und die Anordnung der Generatormagneten 29 kann Information auf dieser Karte darstellen.
Gemäß der Darstellung sind die Generatormagneten 29 als Matrixanordnung mit mehreren Reihen und
Spalten angeordnet Die Ausgänge aller Magnetowiderstandselemente in einer Spalte sind gemeinsam an einen
Differentialverstärker angeschlossen. Bei einer Ausführungsform, bei der eine Informationskarte beispielsweise
sechs lesbare Informationsspalten aufweist, umfaßt die Matrixanordnung der Magnetowiderstandselemente
sechs Spalten von Elementen und macht somit sechs Differentialverstärker 12i —126 erforderlich. Die zweiten
Eingänge aller Differentialverstärker 12i —126 sind
gemeinsam an die durch Widerstände R\ und /?2
definierte Verbindung angeschlossen. Es ist ersichtlich, daß diese Widerstände mit den Magnetowiderstandselementen
10 verbunden sind, um so eine Brückenschaltung mit jedem Element zu bilden.
Wenn eine Informationskarte 28 mit Informationen darauf vorgelegt wird, die von den Magnetowiderstandselementen
ausgelesen werden sollen, so wird bei der in Fig.20 dargestellten Ausführungsform die
Karteninformation Reihe für Reihe ausgelesen. Dies wird erreicht durch gemeinsame Verbindung aller
Stromzufuhranschlüsse einer Reihe von Magnetowiderstandselementen 10 mit einem Stromzufuhreingang. Bei
dem gezeigten Beispiel, bei dem beispielsweise sechs Reihen von Magnetowiderstandselementen vorgesehen
sind, werden jeweils sechs getrennte Stromzufuhreingänge 30,—3O6 mit sechs Reihen von Magnetowiderstandselementen
verbunden. Wenn eine Karte 28 in bezug auf die Anordnung der Magnetowiderstandselemente
10 richtig ausgerichtet ist so wird ein Stromimpuls R zunächst an den Stromeingang 30,
geführt. Es leuchtet ein, daß dieser Eingangsimpuls die erste Reihe von Magnetowiderstandselementen erregt
Folglich erzeugen die entsprechenden Differentialverstärker 12]—12e in Abhängigkeit davon, welche Elemente
neben dem Generatormagnet 29 angeordnet sind, Ausgangssignale eo an ihren jeweiligen Ausgangsanschlüssen
311-3Ie- Es wird somit an diesen Differenzverstärkerausgängen
ein kodiertes Ausgangssigna] erzeugt, das aus wählbaren Bits gebildet wird und die
Informationsreihe darstellt, die in der ersten Reihe der
Informationskarte 28 enthalten ist
Wenn ein Stromimpulssignal R am Stromeingang 3Oi
zu Ende geht, so wird ein Stromimpulssignal R an den Stromeingang 3O2 gelegt. Zu diesem Zeitpunkt wird
somit die zweite Reihe der kodierten Information auf der Informationskarte 28 von der zweiten Reihe von
Magnetowiderstandselementen 10 ausgelesen. Es wird ein entsprechend kodiertes Ausgangssignal in paraleller
Form an den Ausgangsanschlüssen 3I1—31b der
Differentialverstärker 12i —126 erhalten.
ίο Der Stromimpuls R wird dann nach und nach an die
übrigen Stromeingänge 303-30b angelegt, um die auf
der Informationskarte 28 enthaltene kodierte Information Reihe für Reihe auszulesen, welche durch die
wahlweise Anordnung der Generatormagneten 29 dargestellt wird.
Es leuchtet ein, daß die in Fig.20 dargestellte Informationsauslesevorrichtung so abgewandelt werden
kann, daß nur eine lineare Anordnung von Magnetowiderstandselementen verwendet wird, um
eine Matrixanordnung von wahlweise angeordneten Generatormagneten auszulesen. Dies wird erreicht
durch Indexierung der Informationskarte 28, so daß nacheinander jede Reihe der kodierten Information
unter der linearen Anordnung von Magnetowider-Standselementen so angeordnet wird, daß jede dieser
Reihen nacheinander ausgelesen werden kann. Es ist zwar eine 6 χ 6-Matrix von Magnetowiderstandselementen
10 dargestellt, es leuchtet jedoch ein, daß statt dessen ein wesentlich größerer Bereich kodierter
Information auf der Informationskarte 28 ausgelesen werden kann. Somit braucht die informationskarte nur
horizontal und vertikal indexiert zu sein, um die Matrixanordnung der Magnetowiderstandselemente 10
zum Auslesen über aufeinanderfolgenden Bereichen
anzuordnen.
Es ist ersichtlich, daß die Polflächen der Generatormagneten 29, beispielsweise die S-Polflächen, auf der
Oberfläche der Informationskarte 28 vorgesehen sein können, die den Magnetowiderstandselementen 10
gegenüberliegt. Die Elemente können neben diesen Generatormagneten in irgendeiner der Gestalten
angeordnet sein, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig.5A—5C beschrieben wurden. Im Interesse
größtmöglicher Raumausnutzung und zur Erzielung
einer sehr flachen Informationslesevorrichtung sollte jedoch die Anordnung gemäß Fig.5C verwendet
werden. Es wird jedoch eine befriedigende Arbeitsweise erzielt wenn die Anordnungen nach den F i g. 5A oder
5B verwendet werden.
Die Erfindung wurde zwar anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben, es können
jedoch verschiedene Änderungen und Abwandlungen in der Form und in den Einzelheiten vorgenommen
werden. Wenn beispielsweise die das Magnetowider-
Standselement 10 bildenden ferromagnetischen Filmstreifen A und B nicht identische Eigenschaften
aufweisen, so kann eine geeignete Kompensierung erzielt werden. Wenn die ferromagnetischen Streifen A
und B auf dem Substrat aufgetragen sind, so sollten die
Magnetteilchen in dem Film anfänglich in der geeigneten Richtung magnetisch ausgerichtet seia
Diese magnetische Ausrichtung beim Auftragen auf das Substrat gewährleistet im wesentlichen identische
Eigenschaften der Streifen A und B.
Hierzu 14 Blatt Zeichnungen
933
Claims (22)
1. Gerät zur Erzeugung eines Ausgangssignals beim Ertasten der Nähe einer Magnetfeldquelle, mit
einem aus einem isolierenden Substrat und ersten und zweiten ferromagnetischen Streifen auf dem
Substrat zur Bildung von ersten und zweiten jeweils zueinander senkrechten Haupt-Stromführungsbahnen
gebildeten Magnetowiderstandselement, wobei die ersten und zweiten Streifen in Reihe miteinander
verbunden sind und eine Verbindung zwischen ihnen definieren, von der ein Ausgangssignal abgeleitet
wird, und mit Stromzufuhranschlüssen, gekennzeichnet durch parallel mit den in Reihe
verbundenen Streifen (A, B) verbundene Impedanzeinrichtursgen
(Ri, R2; ibb) zur Bildung einer
Briickenschaltung mit den Streifen (A, B), einen von
der Verbindung (5,5a) gebildeten Brückenausgangsanschluß und einen Generatormagnet (11) zur to
Erzeugung eines magnetischen Feldes (H2), wobei der Generatormagnet (11) eine in einer Ebene im
Abstand (d) von dem Magnetowiderstandseiement
(10) angeordnete Oberfläche aufweist zur Erzeugung eines Ausgangssignals fej) an der Verbindung
(5) als Funktion der relativen Lage der Vorder- und Hinterkanten (Ha, Wb) des Generatormagneten
(11) in bezug auf eine Vorderkante des Magnetowiderstandselements (10).
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, diil! der Generatormagnet (11) eine als Polfläche
(S oder N) ausgebildete, im wesentlichen senkrecht zu dem Substrat angeordnete Oberfläche aufweist
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß· die Oberfläche des Generatormagneten (11)
als Polfläche (S oder N) ausgebildet ist und im wesentlichen parallel zu dem Substrat angeordnet
ist.
4. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vormagnetisierungsmngnet
(100) vorgesehen ist zum Anlegen eines Vormagnetisierungsieldes (Hi) an das Magne
towidersitandselement (10), wobei das Vorrnagnetisierungs.feld
(Hi) im wesentlichen senkrecht zu dem von dem Generatormagnet (11) erzeugten rnagnetisehen
Feld (H2) ist.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Vormagnetisierungsfeld (H\) im
wesentlichen parallel zu dem Substrat ausgerichtet ist, so daß das Vormagnetisierungsfeld (H\) und das
von dem Generatormagnet (11) erzeugte magnetische Feld (H2) ein zusammengesetztes Feld (Hn)
unter einem Winkel (Θ) in bezug auf eine Hauptstromleitungsbahn (A oder ^ergeben, wobei
das von der Verbindung (5) abgeleitete Ausgangssignal (e?) eine Funktion dieses Winkels (Θ) ist.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des zusammengesetzten
Feldes (H0) ausreicht zur Sättigung des Magnetowiderstandselements
(10). bo
7. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des von
dem Generatormagnet (11) erzeugten magnetischen Feldes (H2) ausreicht zur Sättigung des Magnetowiderstandselements(IO).
6s
8. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an die Verbindung (5)
ingekoppelte Ausgangsschaltung (12,14,15,16, 17)
zur Erzeugung einer Ausgangssignaldarstellung (et,) des an der Verbindung (5) abgeleiteten Ausgangssignals
(ei).
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung einen Differenzverstärker
(12,14) mit einem ersten, an die Verbindung (5) angeschlossenen Eingangsanschluß (-) und
einem zweiten, an die Impedanzeinrichtung (5', 5b) angeschlossenen Eingangsanschluß( + ) umfaßt
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung einen mit dem
Differentialverstärker (14) gekoppelten Schwellendetektor (15) umfaßt zum Ermitteln, wann das
Ausgangssignal (βο) aus dem Differentialverstärker (14) einen vorbestimmten Schwellwert durchläuft
und eine Anzeigeschaltung (16, 17) vorgesehen ist zum Anzeigen des Durchlaufens des vorbestimmten
Schwellwertes durch das Ausgangssignal (eo) des Differen tialverstärkers.
11. Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzeigeschaltung ein in Abhängigkeit von dem Durchlaufen des vorbestimmten
Schwellwertes durch das Ausgangssignal (eo) des Differentialverstärkers (14) betätigtes Relais (17) ist.
12. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Generatormagnet
(U) an einem drehbaren Element (18) mit einer Ruhestellung (0) befestigt ist, die Polfläche des
Generatormagneten (11) symmetrisch in bezug auf das Magnetowiderstandselement (10) angeordnet
ist, wenn das drehbare Element (18) seine Ruhestellung (0) annimmt und ein vorbestimmtes Signal (e2)
von der Verbindung (5) abgeleitet wird, wenn das drehbare Element (18) aus seiner Ruhestellung (0)
um mehr als einen vorbestimmten Betrag (±x) verschoben wird.
13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11
dadurch gekennzeichnet, daß der Generatormagnet (11) in der Ebene gradlinig bewegbar ist (± x).
14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der gradlinig bewegbare Generatormagnet
(11) eine Ruhestellung besitzt, bei der eine Polfläche (S oder N) des Generatormagneten (11)
symmetrisch in bezug auf das Magnetowiderstandselement (10) angeordnet ist, so daß e<n vorbestimmtes
Ausgangssignal (ei) von der Verbindung (5) abgeleitet wird, wenn der gradlinig bewegbare
Generatormagnet (11) aus seiner Ruhestellung um mehr als einen vorbestimmten Betrag (± x) verschoben
wird.
15. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung von Magnetowiderstandselementen vorgesehen ist, von
denen jedes ein isolierendes Substrat, erste und zweite ferromagnetische Streifen auf dem Substrat
zur Bildung erster und zweiter jeweils zueinander senkrechter Hauptstromleitungsbahnen aufweist,
die ersten und zweiten Streifen zur Bildung einer Verbindung verbunden sind und Stromzufuhranschlüsse
aufweisen und die Anordnung der Magnetowiderstandselemente (10) neben einer Anordnung
von in vorbestimmter Weise angeordneten Generatormagneten (26, 29) mit eine gemeinsame Oberfläche
definierenden Polflächen (S oder N) angeordnet sind.
16. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Magnetowiderstandselementen
(10) eine fest eingerichtete lineare
Anordnung (27) umfaßt, die Anordnung der Generatormagneten
(26) eine zylindrische Oberfläche (25} definiert, die Generatormagneten (26) auf der
zylindrischen Oberfläche in Übereinstimmung mit kodierten Darstellungen der Winkelstellung der
zylindrischen Oberfläche angeordnet sind und die zylindrische Oberfläche dazu eingerichtet ist, sich an
der linearen Anordnung (27) von Elementen vorbeizudrehen, wodurch ein kodiertes Ausgangssignal
von der linearen Anordnung (27) von Elementen entsprechend der Winkelstellung der
zylindrischen Oberfläche abgeleitet wird.
17. Gerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung von Elementen (10)
eine Matrixanordnung umfaßt, die Anordnung von Generatormagneten (29) eine ebene Oberfläche (28)
definiert, die Generatormagneten (29) wahlweise auf der ebenen Oberfläche (28) und neben einem
Element (10) in Übereinstimmung mit kodierter Information angeordnet sind, die Verbindungen von
mehreren Elementen (10) gemeinsam an mehrere Ausgangsschaltungen (12. —126) angekoppelt sind
und die Stromzufuhranschlüsse von Gruppen der Elemente wahlweise gemeinsam erregt werden zur
Erzeugung von Ausgangssignalen an den Ausgangsschaltungen (12i — 12b) als Auslösewert der kodierten
Information.
18. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedan.£.einrichtung
in Reihe geschaltete Widerstände (R], R2)
umfaßt, von denen jeder einen Zweig der Brückenschaltung bildet, und jeder der ersten und zweiten
ferromagnetischen Streifen (A, B) einen Zweig der Brückenschaltung bildet.
19. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzeinrichtung dritte und vierte in Reihe geschaltete
ferromagnetische Streifen (10b) umfaßt, die dritten und vierten ferromagnetischen Streifen (lOty rechtwinklig
angeordnete Hauptstromleitungsbahnen bilden und die ersten, zweiten, dritten unds vierten
ferromagnetischen Streifen Brückenzweige der Brückenschaltung umfassen.
20. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten und vierten ferromagnetischen
Streifen (iOb) auf einem anderen Substrat angeordnet sind als das Substrat, auf dem die ersten
und zweiten ferromagnetischen Streifen (A, B) vorgesehen sind.
21. Gerät nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten und vierten ferromagnetischen
Stieifen (106,) mit einem magnetischen Feld so
versehen sind, daß ein Ausgangssignal an der durch die Reihenschaltung der dritten und vierten ferromagnetischen
Streifen (lOty definierter Verbindung
nicht beeinflußt wird von jeweiligen Stellungen der Vorder- und Hinterkanten des Generatormagnets
(11) in bezug auf diese.
22. Gerät nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten, dritten und vierten
ferromagnetischen Streifen auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind.
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