DE2558956C2

DE2558956C2 -

Info

Publication number: DE2558956C2
Application number: DE2558956A
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Fujisawa Kanagawa Jp Makino; Hiroyuki Chiba Jp Ookubo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-12-29
Filing date: 1975-12-29
Publication date: 1989-09-14
Also published as: US4021728A; FR2296182B1; NL191248C; JPS5178647A; GB1535197A; JPS5927115B2; DE2558956A1; CA1063207A; NL7515046A; NL191248B; FR2296182A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals abhängig von der Nähe eines Teils mit einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität.

Für viele Verwendungszwecke ist es erwünscht, ein Schaltsignal ohne die Verwendung mechanischer Kontakte zu erzeugen. Ein solcher Vorgang kann im allgemeinen durch einen kontaktlosen Schalter erzielt werden. Es sind verschiedene Arten kontaktloser Schaltvorrichtungen bekannt, wie lichtelektrische, elektrostatische und magnetisch empfindliche Schaltvorrichtungen, die verwendet werden können, um eine Schaltfunktion ohne eine mechanische Verbindung der Kontakte zu erreichen.

Ein bekanntes empfindliches Schaltelement ist der allgemein bekannte Magnetkopf, der als elektromagnetischer Wandler für Aufzeichnungs- und Wiedergabevorgänge in der Bandaufnahmetechnik verwendet wird. Bei der Verwendung als Schalter wird ein elektrisches Ausgangssignal abhängig von einem Magneten erzeugt, welche neben dem Magnetkopf angeordnet ist. Sobald die relative Lage des Magnetkopfes und eines Magnetpoles verändert wird, wird infolgedessen dieser Veränderung der Lage ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt.

Die Verwendung des Magnetkopfes als Schalter ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen verbunden. Ein Nachteil besteht in der verhältnismäßig großen Konstruktion. Der Magnetkopf erfordert ein elektromagnetisches Spulenelement, einen geeigneten Tragkern und einen Vorspannungssignaloszillator, damit der Magnetkopf die Anwesenheit und Nähe eines externen Magnetfeldes erfassen kann. Für jene Verwendungszwecke, bei welchen der Magnetkopf als kontaktloser Grenzschalter verwendet werden soll, kann ferner ein hochempfindliches Ausgangssignal nicht erreicht werden, es sei denn, daß der Magnetkopf sehr nahe an der Quelle des Magnetfeldes angeordnet ist, d. h. sehr nahe am Magnet. Ein derartig sehr enger Abstand begrenzt weitgehend die Verwendung des Magnetkopfes für kontaktlose Schaltanordnungen. Daher findet der Magnetkopf keine weite Verbreitung.

Aus der US-PS-37 77 273 ist ein Winkellage-Detektor für eine drehbare Welle zu entnehmen, bei dem zwei Magnete und zwei Magnetelemente verwendet werden, die so angeordnet sind, daß der Magnetfluß durch die Oberseiten der hierzu senkrecht angeordneten, hinsichtlich des Magnetismus empfindlichen Elemente tritt. Eine Signalerzeugung erfolgt aufgrund von Änderungen des durch das oder die Elemente tretenden Magnetflusses, die ihrerseits von Änderungen des Drehwinkels der Welle abhängen.

Die US-PS-37 31 007 beschreibt einen Magneten, mit einer Brückenschaltung aus magnetischen Widerständen, d. h. eine Brückenschaltung, die aus vier magnetischen Widerstandselementen besteht. Eines der Widerstandselemente, das als Erfassungselement dient, ist so angeordnet, daß es mit einem Magnetband oder dergleichen Teil in Kontakt kommt. Änderungen dessen magnetischen Widerstandes aufgrund eines Signal-Magnetflusses stören den Abgleich der Brücke, wodurch sich ändernde Ausgangsspannungen erzeugt werden, die dann vom Magnetkopf aufgenommen und abgegeben werden.

In der US-PS-37 16 781 ist eine Erfassungsvorrichtung beschrieben, und dargestellt, bestehend aus einem magnetischen Widerstandselement zur Erfassung des Magnetfeldes senkrecht zu einem gleichförmigen Magnetfeld. Die Erfassungsvorrichtung ist insbesondere hinsichtlich eines Entmagnetisierungseffektes kompensiert und kann daher sehr schwache Magnetsignale erfassen.

Aus der US-PS 36 13 13 000 ist eine Erfassungsvorrichtung zu entnehmen, mittels der die Drehbewegung einer Welle erfaßt werden soll. Diese bekannte Vorrichtung ist so ausgebildet, daß bei der Drehbewegung der Welle ein hinsichtlich des Magnetismus unterscheidbarer Abschnitt mittels eines Magneten und eines mit dem Magnet fest verbundenen magnetischen Widerstandselementes erfaßt wird. Änderungen im Magnetfeld der rotierenden Welle werden als Änderungen des magnetischen Widerstandswertes des magnetischen Widerstandselementes erfaßt, das in einer Brückenschaltung angeordnet ist.

Alle vorbeschriebenen bekannten Ausstaltungen ist gemeinsam, daß das zu erfassende Teil mit einem (aktiven) Magneten zu versehen ist, wobei das durch dieses aktive Element erzeugte Magnetfeld bzw. die durch dieses Magnetfeld erzeugte Änderung erfaßt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art so zu gestalten, daß es keiner Anordnung eines (aktiven) Magneten an dem Teil bedarf, abhängig von dessen Nähe ein Ausgangssignal zu erzeugen ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung des magnetoresistiven Elementes aus ferromagnetischem Metall in bestimmter Anordnung wird diesem Element eine Erfassungseigenschaft verliehen, die es ermöglicht, Teile mit einem Werkstoff magnetischer Permeabilität hinsichtlich ihrer Nähe zu erfassen, und zwar ohne an dem zu erfassenden Teil einen Magneten vorsehen zu müssen. Ein auf diese Weise geschaffener Detektor kann in kostengünstiger und insbesondere kleiner Bauweise verwirklicht werden, wodurch er sich auch für solche Verwendungszwecke eignet, bei denen eine kleine Bauweise vorgegeben ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Insbesondere sind Anwendungen als Lineargeschwindigkeits-, als Winkellage-, und als Drehdetektor möglich. Ferner können codierte Informationen abgefragt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in Zeichnungen dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines magnetoresistiven Elementes welches bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet werden kann;

Fig. 2 schematisch das Arbeitsprinzip eines magnetoresistiven Elementes bei der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine grafische Darstellung des Verhältnisses zwischen einer Veränderung des Ausgangssignals des magnetoresistiven Elementes und der Richtung eines daran angelegten Magnetfeldes;

Fig. 4 ein äquivalentes Schaltbild gem. Fig. 2;

Fig. 5 eine Ausführungsform des magnetoresistiven Elementes in Kombination mit einem Vormagnetisierungs-Magneten zum Erfassen der Nähe eines Werkstoffs mit magnetischer Permeabilität;

Fig. 6 schematisch wie die in Fig. 5 gezeigte Kombination verwendet wird, um Ausgangssignale abhängig vom hindurchgehenden Magnetfeld zu erzeugen;

Fig. 7 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen den durch das magnetoresistive Element erzeugten Ausgangssignal und dem zusammengesetzten hindurchgehenden Gesamtmagnetfeld;

Fig. 8 schematisch die Verarbeitung des durch das magnetoresistive Element erzeugten Ausgangssignals, um ein weiteres Ausgangssignal zu erzeugen;

Fig. 9A-9B die Art und Weise, in welcher Ausgangssignale von der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgeleitet werden;

Fig. 10A-10B eine weitere Anordnung, bei welcher ein Ausgangssignal abhängig von der Nähe eines magnetisch permeablen Werkstoffs erzeugt wird;

Fig. 11A und 11B schematisch die Anwendung der Erfindung als kontaktloser Schalter;

Fig. 12 und 13 die Art und Weise, in welcher die Erfindung verwendet werden kann, um die Bewegung sowie bewegungsbezogenen Bedingungen, wie z. B. Länge, Geschwindigkeit, Bewegungsrichtung u. dgl. zu erhalten;

Fig. 14, 15 und 16 die Art und Weise, in welcher die Erfindung verwendet werden kann, um die Drehung eines rotierenden Teiles zu erfassen, und zwar als Drehzahldetektor, Wellencodierers u. dgl.;

Fig. 17, 18 und 19 die Art und Weise, in welcher die Erfindung verwendet werden kann, um eine codierte Information von beispielsweise einer Datenkarte abzulesen;

Fig. 20 eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 21 eine Ausführungsform einer Signalverarbeitungsvorrichtung, welche bei der Ausführungsform gem. Fig. 20 Verwendung finden kann.

In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zur Herstellung eines magnetoresistiven Elementes 1 wird ein dünner Film aus ferromagnetischem Material beispielsweise durch herkömmliche Vakuumaufdampfungsmethoden beispielsweise auf ein Isoliersubstrat mit einer Tiefe von annähernd 600-1000 Å aufgetragen. Typische Beispiele eines Susbtrats sind eine (Dia-) Glasplatte, eine fotografische Trockenplatte oder dgl. Andere geeignete Materialien können ebenso verwendet werden. Dann wird der dünne Film geätzt, um somit die ferromagnetischen Streifen A und B in Zick-Zack- oder Serpentinenform, wie gezeigt, oder in Streifen zusammen mit Anschlüssen 5, 7 a und 7 B zu bilden. Die ferromagnetischen Streifen A und B enthalten eine Vielzahl von Hauptstromwegen 2 a und 2 B und zugeordnete Verbindungsabschnitte 3 A bzw. 3 B. Die Hauptstromwege 2 A und 2 B verlaufen im wenstlichen zueinander senkrecht. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, können die Streifen A Strom vorwiegend in vertikaler Richtung leiten, während die Streifen B vorwiegend in der horizontalen Richtung Strom leiten können. In Wirklichkeit können selbstverständlich auch andere zueinander senkrechte Stromwegrichtungen verwendet werden. Die letzte Strecke 4 A des Hauptstromweges 2 A ist mit der Strecke 4 B des Hauptstromweges 2 B in Reihe geschaltet. Der durch die letzte Strecke 4 A und die erste Strecke 4 B gebildete Verbindungsübergang ist an den Stromversorgungs-Anschluß 5 angeschlossen. Die Anschlüsse 7 a und 7 B können als Stromanschlüsse für das magnetoresistive Element 1 dienen, wobei sie mit den Hauptstromwegen 2 A bzw. 2 B durch die Abschnitte 6 A bzw. 6 B verbunden sind.

Vorzugsweise wird das magnetoresistive Element 1 bei einem Magnetfeld verwendet, welches eine genügende Intensität hat, um die ferromagnetischen Streifen A und B zu sättigen, um somit eine selbstbegrenzende Wirkung am Ausgangssignal zu erzielen, wodurch das Ausgangssignal gegenüber Veränderungen der Feldstärke im wesentlichen unempfindlich ist.

Fig. 2 zeigt, daß die Streifen A, B, die schematisch dargestellt sind, elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Stromversorgungs-Anschlüsse 7 A und 7 B befinden sich an den entgegengesetzten Enden der Streifen A und B, während der Ausgangs-Anschluß 5 mit dem Verbindungspunkt verbunden ist, die durch die Reihenschaltung der Streifen A, B gebildet ist. Eine Stromquelle 8 ist mit den Anschlüssen 7 A und 7 B verbunden. Der Anschluß 7 B ist an ein Bezugspotential, wie z. B. an Erde, angeschlossen.

Das so erhaltene magnetoresistive Element 1 bildet eine Meßfühlerschaltung zum Erfassen von Magnetfeldern.

Es sei angenommen, daß ein Magnetfeld H mit einer Stärke, welche ausreicht, um die Streifen A, B zu sättigen, an die Streifen A, B in einem Winkel R in Bezug auf die Längsrichtung des Streifens A angelegt ist. Allgemein ist der Widerstand eines gesättigten ferromagnetischen Materials anisotrop. Das heißt, der Widerstand eines derartigen Materials ist größer in der Richtung der Magnetisierung als in der dazu senkrechten Richtung. Demgemäß können die Widerstände ρ A und ρ B der Streifen A und B durch die Voight- Thomson-Formel dargestellt werden:

ρ _A ⁽ ^R ⁾ = ρ _⟂ sin²R + ρ _∥ cos²R (1)

ρ _B ⁽ ^R ⁾ = ρ _⟂ cos²R + ρ _∥ sin²R (2)

worin ρ _⟂ der Widerstand der ferromagnetischen Streifen A oder B ist, wenn sie mit einem Magnetfeld H gesättigt sind, welches senkrecht zur Längsrichtung der Streifen A oder B verläuft, während ρ _∥ der Widerstand des ferromagnetischen Streifens ist, wenn er mit einem Magnetfeld H parallel zur Längsrichtung der Streifen A bzw. B gesättigt wird.

Fig. 4 zeigt eine äquivalente Schaltung des in Fig. 2 gezeigten magnetoresistiven Elements 1. Eine Spannung V ( R ) am Ausgangs-Anschluß 5 wird durch Spannungsteilung abgeleitet und durch folgende Formel dargestellt

worin V₀ die Spannung der Stromquelle 8 ist.

Durch Substituierung der Gleichung (1) und (2) in die Gleichung (3) und durch Umformen ergibt sich

worin Δ ρ = ρ _∥ - ρ _⟂ ist.

Bei Gleichung (4) stellt der erste Ausdruck eine Konstantspannung V _s dar, welche eine Funktion der Stromquelle (V _s= ist, während der zweite Ausdruck eine Veränderung oder Abweichung Δ ( R ) von der Konstantspannung darstellt, die auf Einfluß des Magnetfeldes H zurückzuführen ist. Falls der Widerstand des ferromagnetischen Streifens A oder B in Abwesenheit des Magnetfeldes H ρ₀ ist, und falls 2ρ₀=ρ _∥+ρ _⟂ ist, ergibt sich Δ V( R )

Aus Gleichung (5) ist ersichtlich, daß Δ V( R ) ein maximaler positiver oder negativer Wert ist, das heißt, der absolute Wert der Veränderung der Ausgangsspannung maximal ist, sei Winkel R von 0°, 90°, 180° und 270° bei denen cos 2R±1.

Die Gleichung (4) kann wie in Fig. 3 gezeigt, grafisch dargestellt werden. Dabei ist das Ausgangssignal V( R ) des magnetoresistiven Elements gleich , wenn das Magnetfeld H an die Streifen in einem Winkel R=45° angelegt ist. Das heißt Δ V( R )=0 da bei R=45° gilt cos 2R=0. Auch ist die Ausgangsspannung V( R ) bei Winkeln R=0° bzw. 90° Minimun bzw. Maximum.

Die Art und Weise, in welcher das Magnetfeld H dem in Fig. 1 gezeigten magnetoresistiven Element 1 zugeführt wird, ist in Fig. 5 gezeigt. Das magnetoresistive Element 1 ist einem Vormagnetisierungsfeld H₁ ausgesetzt welches, wie ersichtlich im wesentlichen senkrecht zum Gesamtstromweg vom Anschluß 7 A zum Anschluß 7 B ist. Das heißt, die Richtung des Vormagnetisierungsfeldes H₁ ist senkrecht zu einer der Hauptstromwege, z. B. den Streifen B. Vorzugsweise ist die Quelle dieses Vormagnetisierungsfeldes H₁ ein Magnet 12 , an welchem das magnetoresistive Element 1 angebracht ist, wie beispielsweise durch herkömmliche Verbindungsmaterialien. Als Beispiel kann ein Silikonkleber oder ein Gummiblatt verwendet werden, um das magnetoresistive Element 1 mit dem Magnet 12 zu verbinden. Die hierdurch geschaffene Einheit bzw. Kombination wird nachfolgend als Detektor 10 bezeichnet.

Die Längsabmessung des Magneten 12 ist größer als die entsprechende Bemessung des magnetoresistive Elements 1, so daß er sich über die Grenzen hinaus erstreckt, die durch das magnetoresistive Element 1 gebildet sind, wie dargestellt. Um das Vormagnetisierungsfeld H₁ in der dargestellten Richtung zu erhalten, wird der Magnet 12 in der Richtung seiner Längsabmessung magnetisiert. Falls die Magnetflußlinie angenommenerweise sich vom Nordpol N zum Südpol S des Magneten 12 erstrecken, so gehen diese Linien (und somit das Vormagnetisierungsfeld H₁) durch das magnetoresistive Element 1 parallel zum Substrat.

Falls ein Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität innerhalb der Umgebung des aus dem Element 1 und dem Magneten 12 bestehenden Detektors 10 vorgesehen ist, so daß der Magnetfluß vom Magneten 12 durch den Werkstoff gestört bzw. aufgefangen wird, so geht der Magnetfluß durch den Werkstoff und beeinflußt die absolute Richtung des Vormagnetisierungsfeldes H₁ wesentlich welches durch das magnetoresistive Element 1 geht. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, worin ein Teil 13, das aus einem Werkstoff mit verhältnismäßig hoher magnetischer Permeabilität gebildet ist, wie z. B. aus Weicheisen, in der Nähe des Detektors 10 liegt. Das durch den Magneten 12 erzeugte Vormagnetisierungsfeld induziert ein Magnetfeld H₂ in das Teil 13. Somit verläuft der Magnetfluß vom Nordpol N des Magneten 12 durch zumindest einen Abschnitt des Teiles 13 und dann durch die Umgebungsatmosphäre (wie z. B. Luft) zum Südpol S des Magneten 12. Falls die Ebene des Teiles 13 im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Magneten 12 (und somit senkrecht zum Vormagnetisierungsfeld H₁) verläuft, so verläuft dann das induzierte Magnetfeld H₂ im wesentlichen senkrecht zum Vormagnetisierungsfeld H₁. Infolge dessen hat das resultierende Gesamtmagnetfeld H₀, welches durch das magnetoresistive Element 1 tritt Komponenten, welche mit der des Magnetfeldes H₀ vektoriell kombiniert sind. Das Gesamtmagnetfeld H₀ weist einen Winkel R in Bezug auf die H₁-Komponente auf. Das heißt, die Richtung des erhaltenen Gesamtmagnetfeldes H₀ ist gegenüber der Richtung des Vormagnetisierungsfeldes H₁ um eine Winkel versetzt, welches in der Abwesenheit des Teiles 13 vorhanden ist. Das resultierende Gesamtmagnetfeld H₀ und seine Richtung R durch das magnetoresistive Element 1 sind eine Funktion der Nähe oder Annäherung und der Permeabilität des Teiles 13, sowie dem Abstand d zwischen dem Teil 13 und dem magnetoresistiven Element 1.

Angenommen, daß das Teil 13 in Richtung x bewegbar ist, und daß die am weitesten links liegende Kante sowie die am weitesten rechts liegende Kante des Teiles 13 in diesem Fall die Vorder- bzw. die Hinterkante sind, so wird dann, wenn das Teil 13 in x-Richtung bewegt wird, das magnetoresistive Element 1 ein Signal am Ausgangsanschluß 5 erzeugen, welches von der Relativstellung der Vorder- bzw. Hinterkanten des Teiles 13 in Bezug auf das magnetoresistive Element 1 abhängt. Dieses Ausgangssignal ist in Übereinstimmung mit den obigen Gleichungen (4) und (5).

Das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal, das durch das magnetoresistive Element 1 erzeugt wird, und dem Magnetfeld, das dabei erfaßt wird, ist in Fig. 7 grafisch dargestellt. Der Punkt H _k entspricht der Stärke des Magnetfeldes, welches ausreicht, um die ferromagnetischen Streifen A, B des magnetoresistiven Elements 1 zu sättigen. Bei einem Beispiel ist die Feldstärke gleich 50 Oe. Die obere Kurve a stellt die Veränderung des dynamischen Bereichs des Ausgangssignals dar, die ausschließlich auf das Magnetfeld H₂ zwischen den Anschlüssen 7 A und 7 B zurückzuführen ist, das zum allgemeinen Hauptstromweg parallel ist. Die Kurve b stellt die Änderung des dynamischen Bereichs des Ausgangssignals dar infolge ausschließlich des Vormagnetisierungsfeldes H₁, das senkrecht zum allgemeinen Haupstromweg ist. Falls zunächst angenommen wird, daß das Teil 13 sich ziemlich weit vom Detektor 10 befindet, so wird das Magnetfeld H₂ im Vergleich zum senkrechten Vormagnetisierungsfeld H₁, das durch den Magneten 12 erzeugt ist, unbeachtlich. Daher hat der Vektor H₀ des Gesamtmagnetfeldes einen Winkel R=0°. Falls das Vormagnetisierungsfeld H₁ ausreicht, um das magnetoresistive Element 1 zu sättigen, wird die Ausgangsspannung Δ V _{H 1} so wie an dem Punkt P der Kurve in Fig. 7.

Wenn nun das Teil 13 in +x-Richtung bewegt wird, wie in Fig. 6 gezeigt, bis die Vorderkante des Teiles 13 mit dem magnetoresistiven Element 1 fluchtet, erfolgt die Veränderung Δ V _R in dem Ausgangssignal längs der Kurve C in Richtung auf den Punkt Q. Die Kurve C ist wie ersichtlich eine Asymptote über den Punkt Q hinaus, ähnlich und wie durch die gestrichelte Linie gezeigt und sie erstreckt sich theoretisch weiter, falls das Magnetfeld H₂ das Vormagnetisierungsfeld H₁ überschreiten könnte. Dies passiert jedoch selbstverständlich nicht, weil das Magnetfeld H₂ in dem Teil 13 durch das Vormagnetisierungsfeld H₁ induziert ist.

Fig. 8 zeigt schematisch ein Schaltbild, um ein Ausgangssignal e₀ zu erzeugen, wenn der Detektor 10 zum Erfassen der Linearbewegung des Teiles 13 verwendet wird. In Reihe geschaltete Widerstände R₁ und R₃ sind mit den Anschlüssen 7 A, 7 B des Elementes 1 verbunden, und bilden eine Brückenschaltung mit Brückenausgangs-Anschlüssen 5 und 5′. Diese Brückenschaltung wird durch die Stromquelle 8 versorgt, welche eine Vorspannung V₀ zuführt.

Die Anschlüsse 5 und 5′ sind an die Eingangs-Anschlüsse eines Differenzverstärkers 14 angeschlossen, dessen Ausgangs-Anschluß mit dem Schaltungsausgang 15 verbunden ist, von welchem das Ausgangssignal e₀ abgeleitet wird. Der Differenzverstärker ist herkömmlich und kann einen Operationsverstärker mit einem Plus-Anschluß der mit dem Brückenausgangs-Anschluß 5′ verbunden ist, sowie eine im Minus-Anschluß aufweisen, welcher mit dem Brückenausgangs-Anschluß 5 verbunden ist. Falls gewünscht, können selbstverständlich diese Anschluß-Verbindungen mit dem Differenzverstärker umgekehrt vorgesehen werden.

Der Abgleich der dargestellten Brückenschaltung wird durch die Verstellung des Widerstandes R₂ erzielt, der dementsprechend einen Potentiometer, einen Rheostaten od. dgl. aufweisen kann.

Es sei nun angenommen, daß das magnetoresistive Element 1 imstande ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches eine Funktion der Lagebeziehung zwischen dem Teil 13 und dem Detektor 10 ist. Dieses lagebezogene Ausgangssignal kann als V(x) dargestellt werden, und ist dem Signal Δ V( R ) der obigen Gleichung (5) analog. Demgemäß ist ersichtlich, daß( für das am Ausgangs-Anschluß 5 des magnetoresistiven Elements 1 anstehende Ausgangssignale e₀ gilt e₂=(1/2) V₀+V(x). Für das am Brückenausgangs-Anschluß 5′ anstehende Ausgangssignal e₁ gilt e₁=(1/2) V₀.

Der Differenzverstärker 14 subtrahiert das Signal e₂ von dem Signal e₁ und verstärkt dieses Differenzsignal geeignet. Wenn angenommen wird, daß der Differenzverstärker 14 eine Spannungsverstärkung α hat, gilt für das Ausgangssignal e₀ am Anschluß 15 e₀=a (e₁-e₂)=α V(x). Somit ist das durch die dargestellte Schaltung erzeugte Ausgangssignal e₀ eine direkte Darstellung zwischen dem Detektor 10 und dem Teil 13. Die Relativbewegung dazwischen führt zu einer entsprechenden Veränderung des Ausgangssignals e₀. Wie noch beschrieben werden wird, wird bei vielen Verwendungszwecken bevorzugt, daß der Detektor 10 stationär verbleibt.

Die in Fig. 8 gezeigte Schaltung zur Erzeugung des Ausgangssignals e₀ ist nur zur Veranschaulichung gezeigt, und verschiedene Abwandlungen und Alternativlösungen können Verwendung finden. So können z. B. Rückkopplungsschaltungen bei dem Differenzverstärker vorgesehen werden, um die gewünschte Signalverstärkung herzu stellen.

Die Fig. 9A und 9B zeigen das Verhältnis zwischen dem durch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 erzeugte Ausgangssignal e₀ und der Lage des Teiles 13 in Bezug auf den Detektor 10. In den Fig. 9A und 9B soll angenommen werden, daß das Teil 13 so bemessen ist, daß es eine Länge L in x-Richtung sowie eine Breite W und eine Dicke D hat. Es sei auch angenommen, daß das Teil 13 aus Detektor 10 liegt, in einer Ebene vorgesehen ist, welche vom Detektor 10 im Abstand d liegt. Es sei ferner angenommen, daß der Magnet 12 aus einer CuNiFe-Legierung mit einer Länge 1, einer Höhe w und einer Dicke t gebildet ist, während das magnetoresistive Element 1 eine Länge w₂ hat und die Dicke dessen Substrats t₂ ist.

In Fig. 9B ist das Ausgangssignal e₀ für folgende Parameter gezeigt:

l = 3 mm,
L = 40 mm,
W = 6 mm,
T = 6 mm,
w₁ = 2 mm,
w₂ = 1 mm,
t₁ = 0,5 mm,
t₂ = 0,7 mm,
d = 2 mm, 1,5 mm, 1 mm, 0,5 mm.

Wie gezeigt, ist der Magnet 12 in Richtung seiner Länge l magnetisiert, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel angenommen wird, daß die N-Polstirnfläche näher am Teil 13 liegt, während die S-Polstirnfläche am entgegengesetzten Ende des Magneten 12 liegt. Es ist daher ersichtlich, daß das Vormagnetisierungsfeld H₁ aus der N-Polstirnfläche austritt und in Richtung auf die S-Polstirnfläche gerichtet ist. Die Hauptkomponente diese Magnetfeldes ist senkrecht zum allgemeinen Hauptstromweg zum magnetoresistiven Element 1 und parallel zu seinem Substrat.

Es sei nun angenommen, daß zunächst das Teil 13, obwohl vom Detektor 10 im Abstand d angeordnet, sehr weit nach rechts vom Detektor 10 liegt. Somit kann die Distanz x als unendlich betrachtet werden. Bei dieser Distanz ist die Komponente des induzierten Magnetfeldes H₂ im wesentlichen Null. Daher ist der Winkel R Null und kann die Komponente V(x) ebenfalls zu Null angenommen werden. Das Ausgangssignal des magnetoresistiven Elements 1 liegt am Punkt P gem. Fig. 7, wenn es gesättigt ist. Wenn das Teil 13 näher zum Detektor 10 in x-Richtung bewegt wird, wird ein Teil des durch den Magneten 12 erzeugte Magnetflusses durch das Teil 13 abgefangen bzw. geschnitten, womit das Magnetfeld H₂ mit seiner Komponente induziert wird. Wenn das Teil 13 noch näher zum Detektor 10 bewegt wird, steigt oder vergrößert sich das induzierte Magnetfeld H₂, wobei sich auch der Winkel R auf Grund der Vektoraddition des Vormagnetisierungsfeldes H₁ und des induzierten Magnetfeldes H₂ vergrößert. Dies bewirkt, daß das Ausgangssignal e₀ (das, wie angenommen, bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel negative Polarität hat) in seiner absoluten Größe vergrößert wird.

Gem. Fig. 9B stellt die Abzisse der Länge dar, wobei der Anfangspunkt oder Ursprung für den Fall festgelegt ist, in welchem die Vorderkante 13 b des Teiles 13 mit der Lage des Detektors 10 ausgerichtet ist. Die weitere Bewegung des Teiles 13 in x-Richtung bewirkt, daß das induzierte Magnetfeld H₂ sich entsprechend vergrößert, bis ein Punkt erreicht wird, bei welchem kein weiterer Magnetfluß durch das Teil 13 tritt, selbst bei dessen weiterer Bewegung. Zu diesem Zeitpunkt ist das induzierte Magnetfeld H₂ im wesentlichen konstant, obwohl das Teil 13 sich weiter in x-Richtung bewegt. Das Ausgangssignal e₀, welches erzeugt wurde, wenn das Magnetfeld H₂ konstant ist, ist zwischen +200 mV und -500 mV, je nach dem Abstand d zwischen dem Teil 13 und dem Detektor 10. Wie jedoch ersichtlich, sind die Verläufe der verschiedenen Kurven, der sich für die verschiedenen Abstände d ergeben, im wesentlichen gleich oder ähnlich.

Wenn sich das Teil 13 weiter in x-Richtung bewegt, tritt ein Teil des Magnetflusses, der durch den Magneten 12 erzeugt wird und der zuvor durch das Teil 13 getreten ist, nicht mehr hindurch. Dies reduziert die Größe des induzierten Magnetfeldes H₂, was zu einer Veränderung des Ausgangssignals e₀, wie gezeigt, führt. Der Einfluß auf das Ausgangssignal e₀ auf Grund des induzierten Magnetfeldes H₂ verringert sich weiter, sogar über den Punkt hinaus, bei welchem die Hinterkante 13 a des Teiles 13 über den Detektor 10 hinaus gelangt (gezeigt bei der 40 mm-Marke der Abzisses in Fig. 9B) bis das induzierte Magnetfeld H₂ bzw. dessen Komponente im wesentlichen auf Null reduziert ist. Das Ausgangssignal e₀ ist dann für die Lage des Teiles 13 sehr weit links vom Detektor 10 im wesentlichen gleich, wie für die Anfangs-Lage des Teiles 13 sehr weit rechts vom Detektor 10.

Es ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal e₀ mit den in Fig. 9B gezeigten Verlauf als Anzeige für die Nähe oder Annäherung des Teiles 13 zum Detektor 10 verwendet werden kann. Darüber hinaus können diese dargestellten charakteristischen Kurven oder Kennlinien für eine Schaltfunktion bei einem kontaktlosen Schalter verwendet werden.

Die grafischen Darstellungen gem. Fig. 9B zeigen, daß der maximale Spitzenwert der Veränderung des Ausgangssignals e₀ eine verhältnismäßig negative Polarität zeigt. Da dieses Ausgangssignal e₀ jedoch durch den in Fig. 8 gezeigten Differenzverstärker 14 erzeugt ist, der wiederum mit den Ausgangssignalen e₁ und e₂ gespeist wird, die durch die Brückenschaltung erzeugt werden, ist erkenntlich, daß der maximale Spitzenwert des Ausgangssignals e₀ die entgegengesetzte Polarität (z. B. eine verhältnismäßig positive Polarität) aufweisen kann, falls die Differenzverstärker-Eingangs- Anschlüsse, welche die Brückenschaltungsausgangssignale zugeführt werden, untereinander gewechselt werden. Das heißt, ausgehend von der Schaltung gem. Fig. 8 wird dann, wenn das Brückenausgangssignal e₁ dem Minus-Anschluß und das Brückenausgangssignal e₂ dem Plus-Anschluß zugeführt werden, das in Fig. 9B gezeigte Differenzverstärkerausgangssignal e₀ invertiert.

Ein weiteres Beispiel für die Verwendung des Detektors 10 als Annäherungsdetektor ist in Fig. 10A gezeigt, wobei die charakteristischen Kurven oder Kennlinien für dieses Beispiel den in Fig. 10B gezeigten Verlauf haben. Der Magnet 12 bei diesem Ausführungsbeispiel kann aus Bariumferrit bestehen. Die Dimensionsparameter des Detektors 10 sind dieselben wie jene, die für das in Fig. 9A gezeigte Ausführungsbeispiel angenommen wurden. Das Teil 13, dessen Annäherung oder Nähe vom Detektor 10 abgeführt wird, ist hier zylinderförmig mit einem Durchmesser D und einer Länge L. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 9A ist das Teil 13 aus Weicheisen hergestellt, und weist seine Außenoberfläche vom Detektor 10 einen Abstand auf. Während das Teil 13 nach Fig. 9A in x-Richtung längs seiner Längsachse bewegt wird, wird dagegen das Teil 13 nach Fig. 10A in x-Richtung senkrecht zu seiner Längsachse bewegt.

Wenn das Teil 13 an dem Detektor 10 vorbeibewegt wird, das heißt, wenn es vor die N-Polstirnfläche des Magneten 12 und an dieser Oberfläche vorbei kommt, so ist das resultierende Ausgangssignal e₀, das von dem magnetoresistiven Element 1 abgeleitet wird, auf die Nähe oder Annäherung des Teiles 13 bezogen, wie durch die Kennlinien der Fig. 10B für die Bedinungen gezeigt, bei welchem d gleich 0,5 mm bzw. 0,8 mm ist. Infolge der zylindrischen Form des Teiles 13 liegt kein Bereich eines konstanten Feldes H _g vor, das in das Teil 13 induziert werden, könnte, wie es auch für die in den Fig. 9A, 9B gezeigte rechteckige Form der Fall war. Fig. 10B zeigt, daß ein maximaler Spitzenwert der Ausgangsspannung erhalten wird, wenn das Teil 13 in Richtung x bewegt wird, bis sein Durchmesser mit dem Detektor 10 fluchtet bzw. zu ihm ausgerichtet ist. Es ist ersichtlich, daß der Ursprung oder Anfangspunkt der Kurven in Fig. 10B so ausgewählt ist, daß er dieser Ausrichtung entspricht, bei welcher der magnetisch permeable Werkstoff am nächsten zum Detektor 10 liegt. Somit tritt der durch den Magneten 12 erzeugte maximale Magnetfluß durch das zylindrische Teil 13 gem. Fig. 10A nur dann wenn die Längsachse des Teiles 13 mit dem Detektor 10 fluchtet, wogegen der maximale Magnetfluß durch ein Teil 13 mit einer Planaroberfläche (gem. Fig. 9A) über eine wesentliche Länge des Teiles 13 tritt. Dies wird durch die Kurven der Fig. 10B bzw. 9B dargestellt.

Ein Studium der Kurven der Fig. 9B und 10B zeigt, daß die Abmessung des Teiles 13 vorzugsweise parallel zur x-Richtung ist, das heißt, der Richtung entlang welcher es sich bewegt, die größer als die Gesamtdicke des Detektors 10 ist. Falls diese Abmessung des Teiles 13 in derselben Größenordnung wie die Dicke des Detektors 10 liegt, so tritt weniger Magnetfluß durch das Teil 13 und wird somit das Magnetfeld H₁ infolge des Magneten 12 nicht bedeutsam beeinflußt. Infolgedessen wird der Winkel R, wie in Fig. 6 gezeigt, klein, da das induzierte Magnetfeld H₂ klein ist, während die Empfindlichkeit des Detektors 10 nicht voll ausgenutzt ist. Falls die Ebene des magnetoresistiven Elements 1 parallel zur Längsdimension des Teiles 13 ist, z. B. dann, wenn die Ebene des magnetoresistiven Elements 1 parallel zur Stirnfläche des Teiles 13 gem. Fig. 9A ist, wird der Einfluß des Vormagnetisierungsfeldes H₁ der durch das magnetoresistive Element 1 tritt, aufgrund des permeablen Werkstoffs des Teiles 13 ebenfalls nicht sehr groß. Dies reduziert ebenfalls die Empfindlichkeit des Detektors 10. Obwohl diese Ausgestaltungsfunktionsfähigkeit sind, sind sie demgemäß bei vielen Verwendungszwecken nicht bevorzugt.

Nun wird die Verwendung des Detektors 10 in Kombination mit dem Teil 13 zur entsprechenden Durchführung der Funktion eines kontaktlosen Schalters unter Bezugnahme auf die Fig. 11A und 11B beschrieben. Wie in Fig. 11A gezeigt, kann die Konfiguration zwischen dem Detektor 10 und dem Teil 13, das aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität hergestellt ist, derart sein, wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben wurde. Der Ausgang des magnetoresistiven Elements 1 ist an einen Differenzverstärker 16 angeschlossen, welcher beispielsweise auch die Brückenschaltungswiderstände R₁ und R₂ enthalten kann. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers wird über eine Wellenformungsschaltung 17 und einen zusätzlichen Verstärker 18 einer Betätigungsvorrichtung 19 zugeführt. Eine Stromquelle 8 ist, wie gezeigt, mit sämlichen Schaltungselementen zum Zwecke der Stromversorgung verbunden.

Die Betätigungsvorrichtung 19 weist vorzugsweise eine Anzeigeschaltung zum Zwecke der Anzeige der Lagebeziehung zwischen dem Teil 13 und dem Detektor 10 auf. Als ein Beispiel dafür, kann die Anzeigeschaltung 19 ein Relais aufweisen.

Im Betrieb, wenn sich das Teil 13 entlang eines Weges am Detektor 10 linear vorbei bewegt, wie z. B. in den Fig. 6, 8 oder 9A gezeigt, wird das durch das magnetoresistive Element 1 erzeugte Signal dem Differenzverstärker 16 zugeführt, wo das Ausgangssignal e₀ erzeugt wird, das in Fig. 11B grafisch dargestellt ist. Das Ausgangssignal e₀ wird der Wellenformungsschaltung 17 zugeführt, welche vorzugsweise einen Schwellenwertdetektor aufweist. Jeder beliebige herkömmliche Schwellenwertdetektor kann verwendet werden, wie z. B. eine Schmitt- Triggerschaltung od. dgl., so daß dann, wenn der Pegel des Ausgangssignals e₀ den vorbestimmten Schwellenwertpegel überquert, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 11B gezeigt, ein Ausgangsimpuls erzeugt wird. Dieser Ausgangsimpuls p wird durch den Verstärker 18 weiter verstärkt und dann an das Relais 19 angelegt. Bei diesem Beispiel wird der positive Übergang des Ausgangsimpules p verwendet, um das Ralais 19 einzuschalten, während der negative Übergang des Ausgangsimpulses verwendet wird, um das Relais auszuschalten. Falls gewünscht, kann durchaus das Relais so gewählt werden, daß es dabei in Abhängigkeit von einem negativen Übergang erregt und in Abhängigkeit von einem positiven Übergang entregt wird. In diesem Fall wird der Impuls p, wie in Fig. 11B gezeigt, invertiert.

Wie ersichtlich, kann die selektive Betätigung des Relais 19 verwendet werden, um eine beliebige geeignete Schaltfunktion zu erzielen. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 11A fungiert daher als kontaktloser Schalter, bei dem die Schaltfunktion ohne den tatsächlichen physischen Kontakt der Schaltkontakte mittels beispielsweise eines mechanischen Elements erzielt wird.

Eine andere Anwendung der vorliegenden Erfindung ist aus Fig. 12 zu entnehmen. Bei diesem Verwendungsfall fungiert der Detektor 10 in Kombination mit einem Streifen 20 aus einem Werkstoff verhältnismäßig hoher magnetischer Permeabilität und mit gleichmäßig in Abstand voneinander vorgesehenen Bereichen aus nichtmagnetischem Material, wie z. B. Löcher 21, als ein Geschwindigkeitsdetektor, ein Längendetektor oder dgl. Der Streifen 20 kann aus Weicheisen oder Permalloy gebildet sein und kann in +x-Richtung, wie gezeigt, bewegt werden. Der Streifen 20 kann mit einer anderen Vorrichtung verbunden, an dieser Vorrichtung angeordnet oder durch diese Vorrichtung angetrieben sein, deren Bewegung ermittelt werden soll. Die Bereiche nichtmagnetischen Materials, wie z. B. die Löcher 21, die im Streifen 20 vorgesehen sind, haben vorzugsweise rechteckige oder quadratische Form und können durch herkömmliche Methoden, wie z. B. Stanzen, Photoätzen u. dgl. gebildet werden. Wie gezeigt sind die Löcher 21 oder Ausnehmungen längs der Längserstreckung des Streifens 20 in gleichmäßigem Abstand voneinander vorgesehen und auch periodisch, wodurch eine Periode λ gebildet wird. Benachbarte Löcher 21 sind durch einen magnetischen permeablen Werkstoff einer Breite m getrennt.

Der Detektor 10 ist im Abstand d (Fig. 6) vom Streifen 20 vorgesehen. Wenn der Streifen 20 in Längsrichtung bewegt wird, kommen magnetisch permeabler Werkstoff und Löcher 21 abwechselnd vor den Detektor 10. Nun ist zu berücksichtigen, daß dann, wenn die Mittelachse einer Breitendimension m dieses Werkstoffs mit dem Detektor 10 fluchtet, maximaler Magnetfluß hindurchtritt und Magnetfeld H₂ maximaler Stärke induziert. Umgekehrt, wenn die Mittelachse einer Öffnung 21 mit dem Detektor 10 fluchtet, tritt maximaler Magnetfluß durch den magnetischen permeablen Streifen 20 und induziert ein Magnetfeld H₂ minimaler Sträke. Während sich somit das induzierte Feld H₂ mit der Bewegung des Streifens 20 ändert, ändert sich auch das Ausgangssignal, das von dem magnetoresistiven Element 1 abgeleitet wird. Falls dieses Ausgangssignal der in Fig. 8 gezeigten Schaltung oder der in Fig. 11A gezeigten Schaltung zugeführt wird, wird eine Folge von Ausgangsimpulsen erzeugt, die eine Frequenz haben, welche der Öffnungsperiode λ und der Geschwindigkeit der Bewegung des Streifens 20 proportional ist. Jeder Impuls stellt einen Bewegungsschnitt des Streifens 20 dar, während die Gesamtzahl der Impulse der Bewegungslänge des Streifens 20 entspricht. Diese Anzahl kann als Anzeige für die Streifenlänge verwendet werden. Auch kann die Impulsfrequenz als Anzeige der Streifengeschwindigkeit verwendet werden.

Falls gewünscht, können die Ausgangsimpulse einer weiteren Vorrichtung zugeführt werden, wie z. B. einem Computer, einem Zählergerät, einem Frequenzdetektor oder einem anderen Impulssignalverarbeitungsgerät.

Das in Fig. 12 gezeigte Ausführungsbeispiel kann zwar verwendet werden, um die Länge oder die Geschwindigkeit der Bewegung des Streifens 20 zu bestimmen, jedoch zeigen die Ausgangsimpulse selbst nicht an, ob der Streifen 20 in der +x-Richtung oder in der -x-Richtung bewegt worden ist. Durch das Vorsehen einer weiteren Reihe oder Spur von Bereichen aus nichtmagnetischem Material oder Löchern 21, wie in Fig. 13 gezeigt, kann die Richtung der Streifenbewegung bestimmt werden. Diese zweite Reihe T₂ aus Löchern 21 ist von der ersten Reihe T₁ um beispielsweise ein Viertel der Periode der in Abstand voneinander liegenden Löcher 21 oder Öffnungen, d. h. um λ/4 versetzt. Alternativ kann diese Versetzung λ/8 sein. Falls nun einzelne Detektoren 10 für die betreffenden Reihen oder Spuren T₁ und T₂ vorgesehen sind, wird ein Detektor 10 ein Ausgangssignal in Phasenvoreil- und Nacheilverhältnis in Bezug auf den anderen Detektor 10 erzeugen. Das heißt, dann, wenn der Streifen 20 in der -x-Richtung bewegt wird und falls die Löcher 21 oder Öffnungen in den beiden Reihen gleiche Breite und gleichen Abstand m haben, werden die Ausgangsimpulse, welche von den entsprechenden Detektoren 10 abgleitet werden, gleiche Frequenzen und Tastverhältnisse haben, während die Phase der Impumlse, die durch Abstasten der Reihe T₁ erzeugt werden, den Impulsvoreile, die die durch das Abtasten der Reihe T₂ erzeugt werden. Umgekehrt, wenn der Streifen 20 in der +x-Richtung bewegt wird, wird die Phase der Impulse, die durch Abtasten der Reihe T₂ erzeugt werden, das Impulsvoreilen, die erzeugt werden, die Reihe T₁ abgetastet wird. Geeignete Vorrichtungen können mit den Detektoren 10 verbunden werden, um diese Richtungsinformation auszuwerten.

Das in Fig. 12 dargestellte Ausführungsbeispiel zum Erfassen einer linearen Bewegung und linearen Geschwindigkeit kann abgewandelt werden, um eine Winkelbewegung und Winkelgeschwindigkeit zu erfassen. Dies ist in Fig. 14 dargestellt, worin eine Scheibe 23 aus einem magnetisch permeablen Werkstück auf einer Welle 22 drehbar vorgesehen ist. Bereiche aus nichtmagnetischem Werkstoff, wie z. B. Öffnungen bzw. Löcher 21, sind längs des Kreisumfangs in der Scheibe 23 vorgesehen und gleichmäßig im Abstand voneinander angeordnet, um so eine Periode λ zu bestimmen. Benachbarte Löcher 21 sind dabei durch eine Breite m eines Abschnitts Werkstoff magnetischer Permeabilität getrennt. Falls ein (nicht gezeigter) Detektor 10 oberhalb oder unterhalb der Scheibe 23 neben der Kreisumfangsbahn der Löcher 21 vorgesehen wird, können Ausgangsimpulse von dem Detektor 10 mit einer Frequenz abgeleitet werden, welche der Periode λ und der Drehzahl der Scheibe 23 proportional sind. Somit wird ähnlich wie im Falle des Linearbewegungs- Detektors nach Fig. 12 ein Winkelbewegungs-Detektor erhalten, Dieser Winkelbewegungs-Detektor kann als Wellencodierer oder, wenn gewünscht, für andere Zwecke verwendet werden.

Eine Abänderung des Winkelbewegungs-Detektors gemäß Fig. 14 zur Bestimmung der Richtung der Drehung ist in Fig. 15 gezeigt. Bei dieser abgewandelten Ausgestaltung sind zwei Spuren oder Reihen T₁, T₂ aus versetzten Bereichen aus nichtmagnetischem Material oder aus Löchern 21 vorgesehen. Da diese Ausgestaltung der zuvor beschriebenen Ausgestaltung gem. Fig. 13 ähnlich ist, ist keine nähere Beschreibung derselben erforderlich. Die angestrebte Richtungsinformation wird entsprechend der Ausgestaltung gemäß Fig. 13 erhalten.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Winkelbewegungs-Detektors ist in Fig. 16 gezeigt, der eine Scheibe oder einen Ring 25 aufweist, der auf einer Welle 22 gelagert und drehbar angeordnet ist. Der Ring 25 ist mit in Abstand voneinander angeordneten Zähnen 26 versehen, welche eine Periode λ definieren. Die Zähne 26 bestehen aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität mit einer Breite m. Es ist ersichtlich, daß der Ring 25 aus magnetisch permeablem Werkstoff gebildet sein kann, wobei die Zähne 26 ausgestanzt sind. Der Ring 25 kann alternativ aus einem unterschiedlichen Material bestehen, wobei die Zähne 26 am Kreisumfang des Rings 25 angesetzt sind. Bei jeder dieser Ausgestaltungen wird die Winkelbewegung der Zähne 25 durch die Anordnung eines Detektors oberhalb (oder unterhalb) der Ebene der Scheibe oder des Rings 25 neben der Kreisumfangsspur abgefühlt, die durch die Zähne 26 begrenzt bzw. gebildet ist. Es ist ersichtlich, daß dies dem Winkelbewegungs- Detektor ähnlich ist, welcher oben unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben wurde. Es ist auch möglich (nicht gezeigt) den Detektor in der Ebene des Rings 25 oder der Scheibe am Kreisumfang anzuordnen, ähnlich dem Bewegungs-Detektor gemäß Fig. 12. Da der zugehörige Winkelbewegungs-Detektor, der von der in Fig. 16 gezeigten Ausgestaltung sein kann, in seiner Arbeitsweise den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen von Bewegungs-Detektoren ähnlich ist, ist zum Verständnis desselben keine weitere Beschreibung erforderlich.

Eine weitere Verwendung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 17 dargestellt. Wie dort gezeigt, ist eine Matrix-Anordnung 10 c mit Detektor 10 auf einem geeigenten Träger 28, vorzugsweise aus nichtmagnetischem Material, vorgesehen. Jeder Detektor 10 in der Anordnung 10 c besteht aus einem magnetoresistiven Element 1, das mit einem Magneten 12 gekoppelt ist. Diese Anordnung 10 c, die als Linearmatrix dargestellt ist, kann selektive Informationsbits lesen, die durch eine Anordnung von Teilen 13 aus magnetisch permeablem Werkstoff dargestellt sind, die auf einem geeigneten Träger 27 selektiv angeordnet sind. Als ein Beispiel dafür kann der Träger 27 eine Informationskarte aufweisen, wobei die Teile 13 in Spalten (oder Zeilen) T₁, T₂, . . . T₅ selektiv angeordnet sein können, um eine Information auf dieser Karte zu definieren. Der Träger 27 besteht aus nichtmagnetischem Material.

Jeder in der Anordnung 10 c enthaltene Detektor 10 ist zu einer entsprechenden Spalte (bzw. Zeile) T₁ . . . T₅ ausgerichtet. Wenn der Träger 27 an den Detektoren 10 vorbei in Richtung des Pfeiles bewegt wird oder die Detektoren 10 über den Träger 27 in entgegengesetzter Richtung bewegt werden, so tritt der Magnetfluß, der durch bestimmte Magnete 12, erzeugt wird, durch die magnetisch permeablen Teile 13 die in den entsprechenden Spalten vorgesehen sind, wodurch induzierte Magnetfelder mit den Vormagnetisierungsfeldern vektoriell kombiniert werden, um somit die Richtung der Magnetfelder zu ändern, die durch die betreffenden magnetoresistiven Elemente 1 treten, und zwar in der erwähnten Art und Weise. Ausgangssignale werden daher (nur) von bestimmten Detektoren 10 je nachdem, ob ein Teil 13 während der Relativverschiebung des Trägers 27 und der Detektoranordnung 10 c erfaßt wird, abgeleitet. Diese Ausgangssignale können verwendet werden, um die Information darzustellen, die auf dem Träger 27 codiert ist, wobei sie auch entsprechenden, geeigneten Verarbeitungsgeräten zugeführt werden können, wie z. B. einem Computer, einem Drucker, einem Zentralverarbeitungsgerät od.dgl.

Eine Abwandlung der in Fig. 17 gezeigten Informationskarte ist in Fig. 18 dargestellt, worin ein Träger 29 ebenfalls aus hochpermeablen Werkstoff besteht und die darauf befindliche Information durch ausgewählte Öffnungen 30 dargestellt ist. Somit sind die die Information darstellenden Bits und der Träger dafür der Ausgestaltung gemäß Fig. 17 prinzipiell ähnlich.

Da auch die Anordnung der Detektoren 10 im wesentlichen die gleiche ist, kann auch eine gleiche Methode verwendet werden, um die Information, die auf dem Träger 29 codiert ist, zu erhalten und zu verwenden, bzw. zu verwerten. Zwecks Vermeidung von Wiederholungen ist eine weitere Beschreibung des Ausführungsbeispiels gem. Fig. 18 nicht erforderlich. Es ist ersichtlich, daß die vorbestimmte Anwesenheit oder Abwesenheit einer Öffnung 30 in einer Spalte T₁ bis T₅ der Informationskarte durch eine entsprechende Veränderung des Ausgangssignals dargestellt wird, das von den Detektoren 10 abgeleitet wird.

Während bei der obigen Beschreibung angenommen wurde, daß eine Relativverschiebung zwischen der Linearanordnung 10 c der Detektoren 10 und der Informationskarte besteht, weist ein alternatives Ausführungsbeispiel eine n×m-Anordnung von Detektoren 10 auf, welche den n×m-Teilen (oder Öffnungen) der Informationskarte entsprechen. Die Ausgänge sämtlicher Detektoren 10 in einer Spalte T₁ . . . T₅ sind gemeinsam beispielsweise mit einem Differenzverstärker oder einer anderen Ausgangsvorrichtung verbunden, während die Stromvergungs- Anschlüsse 7 A und 7 B einer Zeile von Detektoren 10 mit einem zugeordneten Stromversorgungs-Eingangsanschluß verbunden sind. Um die codierte Information auf einer Lage richtig eingestellten Datenkarte lesen zu können, werden die entsprechenden Stromversorgungs-Einfassungsanschlüsse in einer bestimmten Reihenfolge aktiviert, um zu ermöglichen, daß aufeinanderfolgende Zeilen von Detektoren 10 die Anwesenheit (oder Abwesenheit) von Teilen oder Öffnungen erfassen. Auf diese Weise wird die codierte Information zeilenweise ausgelesen.

Ein Ausführungsbeispiel einer geeigneten Informationskarte gemäß den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 17 und 18 ist in Fig. 19 gezeigt. Diese Informationskarte kann als eine Identifikationskarte, eine Kreditkarte od. dgl. verwendet werden. Der datentragende Träger 27 oder 29 ist zwischen nichtmagnetischen Gliedern 31 a und 31 b eingepreßt, welche zusätzlich zum Schützen und Abschirmen des Daten-Trägers 27 oder 29 dienen können.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Detektors 10 ist in Fig. 20 dargestellt und besteht aus einem magnetoresistiven Element 1, das auf einem Magnet 12 vorgesehen ist, der in seiner Längsrichtung magnetisiert und neben dem Teil 13 hoher magnetischer Permeabilität angeordnet ist. Dieser Magnet 12 steht in magnetischer Verbindung mit einem Joch 33 mit Armen 33 b und 33 c, die durch einen Schenkel 33 a verbunden sind. Das Joch 33 besteht aus einem Material verhältnismäßig hoher magnetischer Permeabilität, wie z. B. aus Permalloyl, und ergibt einen guten Magnetfluß-Weg.

Das Vormagnetisierungsfeld H₁, das durch den Magneten 12 erzeugt ist, induziert ein Magnetfeld H₂ in dem Teil 13. Somit wird zwischen dem Nordpol N und dem Südpol S des Magneten 12 ein magnetischer Kreis durch die Strecke gebildet, welche das Teil 13, den Arm 33 b und den Schenkel 33 a des Jochs 33 aufweist. Einen Parallelweg bildet das Teil 13, der Arm 33 c und der Schenkel 33 a. Durch das magnetische hochpermeable Joch 33 ergeben sich in dem Magnetfeldweg weniger Magnetflußverluste und somit ein stärkeres induziertes Magnetfeld H₂. Dies wiederum erhöht die Empfindlichkeit des Detektors 10, da der Winkel R, der durch die Vektorkombination des Vormagnetisierungsfeldes H₁ und des induzierten Magnetfeldes H₂ gebildet wird, einen größeren Bereich aufweisen kann.

Fig. 21 zeigt ein schematisches Schaltbild zur Veranschaulichung der Art und Weise, in welcher der Detektor 10 nach Fig. 20 verwendet werden kann, um ein Ausgangssignal e₀ als Anzeige der Bewegung des Teiles 13 zu erzeugen. Da diese Schaltung der zuvor beschriebenen Schaltung gem. Fig. 8 ähnlich ist, ist eine weitere Beschreibung derselben zum Verständnis ihrer Konstruktion und Arbeitsweise nicht erforderlich.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Als Beispiel soll hervorgehoben werden, daß auch dann, wenn die ferromagnetischen Film-Streifen A und B, welche das magnetoresistive Element 1 aufweisen, keine identische Charakteristiken haben, eine geeignete Kompensation erhalten werden kann. Dann, wenn die ferromagnetischen Streifen A und B auf dem Substrat vorgesehen sind, sollen die magnetischen Teilchen in dem Film zunächst in der richtigen Richtung magnetisch ausgerichtet oder orientiert werden. Diese magnetische Orientierung während des Auftragens auf das Substrat gewährleistet im wesentlichen identische Charakteristik in den Streifen A und B.

Als weiteres Beispiel kann eine Temperaturkompensation für das magnetoresistive Element vorgesehen werden. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Temperaturkompensation verwendet zwei magnetoresistive Elemente, die durch eine Brückenschaltung verbunden sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals abhängig von der Nähe eines Teils (13; 20-31) mit einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität,
gekennzeichnet durch
ein magnetoresistives Element (1) mit einem Isoliersubstrat und zueinander senkrecht angeordneten ferromagnetischen Streifen (A, B) auf dem Isoliersubstrat einschließlich erster bzw. zweiter Hauptstromwege (2 A, 2 B) zwischen einem Paar von Stromversorgungsanschlüssen (7 A, 7 B), wobei die Streifen (A, B) reihengeschaltet sind und vom Verbindungspunkt (4 A, 4 B, 5) ein Ausgangssignal abnehmbar ist, und
einen Magneten (12) zum Erzeugen eines durch das magnetoresistive Element (1) gehenden Vormagnetisierungsfeldes, das mindestens eine Komponente (H₁) in der Ebene der Streifen (A, B) und senkrecht zu entweder ersten oder zweiten Hauptstromwegen (2 A, 2 B) hat,
wobei bei Annäherung des Teils (13; 20-31) an das magnetoresistive Element (1) derart, daß ein Teil des Vormagnetisierungsfeldes wirksam ist, die Verteilung dieses wirksamen Vormagnetisierungsfeldes so verändert wird, daß ein Gesamtmagnetfeld durch das magnetoresistive Element (1) in einer Richtung tritt, die von der Nähe des Teils (13; 20-31) abhängt und das magnetoresistive Element (1) ein davon abhängiges Ausgangssignal (V _R; e₀; e₀) abgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (12) so angeordnet ist, daß seine Polachse im wesentlichen senkrecht zum Teil (13, 20 bis 31) verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das induzierte Magnetfeld im wesentlichen senkrecht zu dem Magnetisierungsfeld ist, das durch das magnetoresistive Element (1) tritt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (13, 20 bis 31) und der Magnet (12) relativ zueinander senkrecht bewegbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoresistive Element (1) von dem Magneten (12) getragen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoresistive Element (1) ein Dünnfilm-Element ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoresistive Element (1) auf ein am Magneten (12) anbringbares Substrat vakuumaufgedampft ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Vormagnetisierungsfeld eine Stärke hat, welche ausreicht, um das magnetoresistive Element (1) zu sättigen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangsschaltungseinrichtung mit dem Verbindungspunkt (4 A, 4 B, 5) verbunden ist, um das Ausgangssignal in geeigneter Weise umzuformen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Impedanzen (R₁, R₂) zu den reihengeschalteten Streifen (A, B) parallelgeschaltet sind und eine Brückenschaltung mit diesen bilden und daß ein Differenzverstärker (14; 15; 16) vorgesehen ist, dessen erster Eingang mit den Impedanzen (R₁, R₂) verbunden (5′) ist. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwellenwertdetektor (17 bis 19) mit dem Differenzverstärker (14; 15; 16) verbunden ist, um zu erfassen, wenn das Ausgangssignal des Differenzverstärkers einen vorbestimmten Schwellenwertpegel überquert, und um dies anzuzeigen. 12. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais (19) abhängig von der Überquerung des vorbestimmten Schwellenwertpegels betätigt wird.13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (20, 27) aus nichtmagnetischem Material in einer Matrixkonfiguration selektiv angeordnete einzelne Teile (13) trägt.14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (29) aus einem Werkstoff hoher magnetischer Permeabilität in einer Matrixkonfiguration selektiv angeordnete Bereichen aus nichtmagnetischem Material aufweist.15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche aus nichtmagnetischem Material Öffnungen (21, 30) sind.16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Träger (28) in linearer Anordnung mehrere magnetoresistive Elemente (1) zur Relativbewegung gegenüber dem Teil/den Teilen aufweist.17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Teile-Träger ein streifenförmiges linearbewegbarer Träger (20) ist. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Teile-Träger durch einen drehbaren Ring oder eine drehbare Scheibe (23, 25) gebildet ist.19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Teile-Träger (27, 29) zur Bildung einer Informations- oder Kreditkarte angeordnet ist.20. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen (T₁, T₂) von Teilen (13; 21) vorgesehen sind und die Teile (21) der einen Reihe (T₁) gegenüber denen der anderen Reihe (T₂) versetzt sind.