DE3148754C2

DE3148754C2 -

Info

Publication number: DE3148754C2
Application number: DE3148754A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Chiba Jp Ohkubo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-12-09
Filing date: 1981-12-09
Publication date: 1991-08-01
Also published as: GB2089514B; GB2089514A; FR2495859A1; US4492922A; CH657949A5; DE3148754A1; IT8125412A0; IT1211140B; FR2495859B1; CA1182171A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Sensor zur Ermittlung der Nähe eines magnetisch permeablen Teils, welches relativ zu dem Sensor bewegbar ist, wobei die Bewegungsachse in einer festen Ebene liegt.

Ein magnetischer Sensor der vorstehend bezeichneten Art ist generell bereits bekannt (US-Z: Elektronics/May 1, 1975, Seiten 3E-4E). Die Funktion und die Wirkungsweise des bekannten Sensors werden weiter unten anhand der Fig. 1 und 2 erläutert werden.

Im Zusammenhang mit dem Auslesen von Magnetbändern ist bereits das Prinzip der Magnetisierung eines dünnen magnetischen Widerstandselements bekannt (DE-Z: Philips techn. Rdsch. 37, Nr. 2/3, S. 47-55); in diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, daß eine durch Linearität sich auszeichnende Ausgangslinie erhalten werden kann, wenn der Winkel der Richtung einer Magnetisierung relativ zu einer Stromrichtung einen Wert von 45° hat. Über die Ermittlung der Nähe eines magnetisch permeablen Teils ist in dem betreffenden Zusammenhang indessen nichts weiter bekannt.

Im übrigen ist es generell bereits bekannt (US 40 79 360, US 40 21 728), daß in dem Fall, daß die Richtung eines ausgeübten Magnetfelds relativ zur Richtung des ein ferromagnetisches Widerstandselement durchfließenden Stroms einen Winkel von 45° hat, die Ausgangsspannungsempfindlichkeit des betreffenden Elements ein Maximum hat. Auf diese Weise wird der stabilste Zustand der Temperaturkennlinie des betreffenden Elements realisiert. Um das 45°-Magnetfeld zu realisieren, muß das ausgeübte Magnetfeld stärker sein als die Selbstmagnetisierung des ferromagnetischen Widerstandselements. Dabei ist das zu ermittelnde Teil ein Magnetismus abgebendes Teil, z. B. ein Permanentmagnet oder ein Magnetband.

Im Hinblick auf die Umsetzung eines magnetischen Felds in Elektrizität wird unter anderem auch ein Halbleiterelement mit magnetischem Widerstand oder ein Hall-Element verwendet. In herkömmlicher Weise sind das Halbleiter- Magnetwiderstands-Element und das Hall-Element unter Verwendung des Halbleiters hauptsächlich für das Element zur Umsetzung von Magnetismus in Elektrizität herangezogen worden.

Der ferromagnetische Widerstandseffekt von ferromagnetischem Metall kann generell in zwei Arten von Effekten aufgeteilt werden. Der erste Effekt ist eine Änderung des Widerstands, der sich mit einer spontanen Änderung der Magnetisierung aufgrund des externen Magnetfelds ändert und der durch die Mott-Theorie erläutert wird. Im allgemeinen ist dieser Effekt ein negativer Magnetwiderstands-Effekt, was bedeutet, daß bei Vergrößerung des Magnetfelds der Widerstand linear vermindert wird und daß dieser Effekt isotrop in Bezug auf die Richtung des Magnetfelds ist. Obwohl dieser Effekt in der Nähe des Curie-Punkts in dem Fall verstärkt ist, daß die spontane Magnetisierung gesteigert wird, kann dieser Effekt so lange vernachlässigt werden, wenn nicht starke Magnetfelder einwirken.

Auch der zweite bei einem relativ schwachen Magnetfeld beobachtete Effekt ist ein solcher Effekt, bei dem sich der Widerstand anisotropisch mit einem Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung und der Stromrichtung ändert. Dieser Effekt ist in dem Temperaturbereich stark ausgeprägt, in dem sich die spontane Magnetisierung mit der Temperatur schwach ändert und kleiner wird, wenn man sich dem Curie-Punkt nähert. Im allgemeinen weist der magnetische Widerstand des ferromagnetischen Metalls einen Maximalwert dann auf, wenn die Stromrichtung parallel zur Magnetisierungsrichtung verläuft, während ein minimaler Wert dann vorliegt, wenn die betreffenden Richtungen rechtwinklig zueinander verlaufen. Dies läßt sich durch folgende allgemeine Gleichung angeben:

R(R) = R_⟂ · sin²R + R_∥ · cos²R (1)

Die Gleichung (1) ist als Voigt-Thomson Gleichung bekannt. Bei dieser Gleichung (1) bezeichnet R den Winkel zwischen dem Strom und der Sättigungs-Magnetisierung, R_⟂ bezeichnet den Widerstand für den Fall, daß der Strom rechtwinklig zu der Sättigungs-Magnetisierung verläuft und R_∥ bezeichnet den Widerstand für den Fall, daß der Strom parallel zu der Sättigungsmagnetisierung verläuft. Die magnetischen Widerstandselemente aus ferromagnetischem Metall, die diesen zweiten Effekt ausnutzen, sind teilweise in praktischem Gebrauch. Als ferromagnetische Metalle, die den ferromagnetischen Widerstandseffekt zeigen, sind bekannt: NiCo-Legierung, NiFe-Legierung, NiAl-Legierung, NiMn-Legierung oder NiZn-Legierung.

In Fig. 1 ist das Prinzip einer herkömmlichen Ausführungsform einer magnetischen Sensor-Schaltervorrichtung gezeigt, die durch die Verwendung eines magnetischen Widerstandselements 10 gebildet ist, bei dem der ferromagnetische Widerstandseffekt ausgenutzt ist. Bei der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Ausführungsform weist das magnetische Widerstandselement 10 einen ersten Stromweg 1 und einen zweiten Stromweg 2 auf. Diese beiden Stromwege sind durch ferromagnetisches Metall gebildet und miteinander in Reihe geschaltet. An den beiden Enden sind die betreffenden Stromwege mit Anschlüssen 3, 4 für einen Stromausgleich versehen, und der Mittelpunkt der betreffenden Verbindung ist mit einem Ausgangsanschluß 5 verbunden. Dadurch ist ein drei Anschlüsse aufweisendes magnetisches Widerstandselement gebildet. Der erste Stromweg 1 und der zweite Stromweg 2 sind außerdem so angeordnet und so geformt, daß sie rechtwinklig zueinander verlaufen. Ein Sättigungs- Vormagnetisierungsfeld H_B wird von einem Vormagnetisierungs- Magneten 6 hervorgerufen, der an diesem magnetischen Widerstandselement 10 fest angebracht ist. Dieses Vormagnetisierungsfeld wird auf den ersten Stromweg 1 rechtwinklig zu dem Vorstrom und auf den zweiten Stromweg 2 parallel zu dem dort fließenden Vorstrom ausgeübt.

Das magnetische Widerstandselement 10 ist so angeordnet, daß es relativ zu einem magnetisch permeablen Stab 7 bewegt wird, der aus einem magnetisch permeablen Material besteht. Dieser Stab dient als ein zu ermittelndes Teil. Das magnetische Widerstandselement ermittelt die Änderungen in der Richtung des Vormagnetisierungsfelds H_B, bezogen auf die Stromwege. Diese Änderungen werden durch die Annäherung des magnetisch permeablen Stabs 7 hervorgerufen.

Das magnetische Widerstandselement 10 ist zwischen den Anschlüssen 3 und 4 mit Außenwiderständen 11 bzw. 12 verbunden. Dadurch ist eine Widerstands-Brückenschaltung gebildet, der der Vorstrom von einer nicht dargestellten Vorstromquelle geliefert wird. Zwischen dem Ausgangsanschluß 5 des magnetischen Widerstandselements 10 und dem Ausgangsanschluß 13, der mit dem Verbindungspunkt zwischen den Außenwiderständen 11 und 12 verbunden ist, wird über eine Differenzverstärkerschaltung 15, die durch einen Operationsverstärker 14 gebildet ist, ein unsymmetrisches bzw. nicht ausgeglichenes Ausgangssignal erhalten.

Wenn sich bei der so gebildeten herkömmlichen magnetischen Sensor-Schaltervorrichtung der magnetisch permeable Stab 7 dem magnetischen Widerstandselement 10 annähert, dann wird der magnetisch permeable Stab 7 durch das Vormagnetisierungsfeld H_B derart magnetisiert, daß ein Magnetfeld in der Richtung abgegeben wird, die rechtwinklig zu dem Vormagnetisierungsfeld H_B verläuft. Dadurch wird ein Betriebs-Magnetfeld in Richtung des in der Zeichnung dargestellten Pfeils in den Stromwegen 1 und 2 des magnetischen Widerstandselements 10 erzeugt. Damit zeigen die Stromwege 1, 2 Widerstandscharakteristiken entsprechend der Gleichung (1) auf die Änderung der Richtung eines vorgegebenen Magnetfelds hin und erzeugen zwischen den Ausgangsanschlüssen 5, 13 eine unsymmetrische Ausgangsspannung ΔV, die durch folgende Gleichung gegeben ist:

ΔV = KV_O cos2ΔR (2)

Da bei der herkömmlichen Ausführungsform die Richtung des Vormagnetisierungsfelds H_B so festgelegt ist, daß R=90° in der Gleichung (2) ist, und da die durch die Annäherung des magnetisch permeablen Stabs 7 hervorgerufene Richtungsänderung des Magnetfelds etwa ±15° bei R=90° beträgt und da darüber hinaus der tatsächliche Arbeitspunkt des Schalters auf etwa 1/3 des Ausgangspegels festgelegt ist, wird eine Änderung in der Richtung des Magnetfelds von +10° bei R=90° ermittelt, um die Schaltoperation zu ermöglichen. Die Ausgangsspannung V, die in der obigen Gleichung (2) angegeben ist, wird für diese Schaltoperation innerhalb des Bereichs ausgenutzt, der durch die voll ausgezogene Linie in der Kennlinienkurve für KV_O cos2R veranschaulicht ist, die durch die gestrichelte Linie in Fig. 2 dargestellt ist. Bei der herkömmlichen magnetischen Sensor-Schaltervorrichtung mit derartigen Betriebseigenschaften hat sich herausgestellt, daß sie eine Temperaturabhängigkeit von etwa 100-200 mV/10°C aufweist, wenn die Temperaturkennlinie der Ausgangsspannung ΔV tatsächlich in der Nachbarschaft des Schalter- Arbeitspunkts gemessen wird.

In Anbetracht des vorstehend betrachteten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie ein magnetischer Sensor der eingangs genannten Art so ausgebildet werden kann, daß ein ferromagnetisches Widerstandselement die Fähigkeit erhält, das Vorhandensein und die Position eines keinen Magnetismus abgebenden zu ermittelnden Teils festzustellen und dabei eine überlegene Ausgangsspannungs-Empfindlichkeit und ein überlegener Temperaturgang erzielt wird, und zwar insbesondere in dem Fall, daß das Betriebs-Magnetfeld weitgehend unter einem Winkel von 45° zu dem Stromweg ausgeübt wird, wenn eine Annäherung des zu ermittelnden Teils erfolgt.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 6 angegebenen Maßnahmen.

Die Erfindung zeichnet sich durch den Vorteil eines insgesamt relativ geringen Aufwands aus.

Zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstands des Anspruchs 1 ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5 sowie 11 und 12.

Zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstands des Anspruchs 6 ergeben sich aus den Ansprüchen 7 bis 12.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer bekannten Ausführungsform einer magnetischen Widerstands-Sensor- Schaltvorrichtung.

Fig. 2 zeigt in einem Kennliniendiagramm die Arbeitskennlinie der bekannten Ausführungsform.

Fig. 3 veranschaulicht schematisch das Prinzip des Aufbaus einer Ausführungsform eines magnetischen Sensors bzw. einer Sensor-Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 4 zeigt in einem Kennliniendiagramm die Arbeitskennlinie der Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Fig. 5 zeigt schematisch ein praktisches Anordnungsmuster von Stromwegen von magnetischen Widerstandselementen, die bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung angewandt werden.

Fig. 6 zeigt schematisch im Prinzip den Aufbau einer weiteren Ausführungsform der magnetischen Sensor- Schaltvorrichtung.

Fig. 7 zeigt in einem Kennliniendiagramm die Arbeitskennlinie der Ausführungsform gemäß Fig. 6.

Fig. 8 zeigt schematisch eine modifizierte Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Fig. 9 zeigt in einer Seitenansicht Hauptbereiche eines konkreten Aufbaus der Ausführungsform gemäß der Erfindung.

In Fig. 3 ist schematisch das Prinzip der magnetischen Sensor-Schaltvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß Fig. 3 weist ein magnetisches Widerstandselement 20 einen ersten Stromweg 21 und einen zweiten Stromweg 22 auf. Diese beiden Stromwege sind aus einem geradlinig angeordneten ferromagnetischen Widerstandsmaterial gebildet und miteinander in Reihe geschaltet. An beiden Enden sind die Stromwege mit Vorspannungsanschlüssen 23, 24 verbunden, und der Mittelpunkt der betreffenden Verbindung ist mit einem Ausgangsanschluß 25 verbunden. Dadurch ist ein drei Anschlüsse aufweisender Aufbau geschaffen. Eine Vorstrom- bzw. Vorspannungsquelle 26 ist zwischen den Vorspannungsanschlüssen 23, 24 des magnetischen Widerstandselements 20 derart angeschlossen, daß ein Vorstrom I_B von der Vorstromquelle 26 geliefert wird. Ein Vormagnetisierungsfeld H_B, das in Richtung eines Winkels R_O bezogen auf den Vorstrom I_B auftritt, wird auf die Stromwege 21, 22 des magnetischen Widerstandselements 20 durch einen Vormagnetisierungs-Magneten 30 ausgeübt.

Wenn die Richtung des Vormagnetisierungsfelds H_B in den entsprechenden Stromwegen 21, 22 durch die Annäherung des magnetisch permeablen Stabs 28 um eine feine Winkelauslenkung ±ΔR ausgelenkt ist und angenommen wird, daß V_O die Spannung ist, die an den beiden Anschlüssen 23, 24 des magnetischen Widerstandselements 20 von der Speisequelle 26 her angelegt wird, dann tritt als Ausgangsspannung V (ΔR), die zwischen dem Ausgangsanschluß 25 und dem erdseitigen Anschluß 24 erzeugt wird, folgende Spannung auf: In dem ersten Stromweg 21 ist der Widerstandswert R_A vorhanden, was durch die folgende Gleichung (3) zum Ausdruck kommt:

R_A(ΔR) = R_⟂ sin²(R_O + ΔR) + R_∥ cos²(R_O + ΔR) (3)

Dies entspricht der Voigt-Thomson-Gleichung (1). In dem zweiten Stromweg 22 ist der Widerstandswert R_B vorhanden, wie er durch folgende Gleichung (4) veranschaulicht ist:

R_B(ΔR) = R_⟂ sin²(R_O - ΔR) + R_∥ cos²(R_O - ΔR) (4)

Damit kann die Ausgangsspannung V(ΔR) durch folgende Gleichung (5) angegeben werden:

In der das magnetische Widerstandselement 20 verwendenden magnetischen Sensor-Schaltvorrichtung genügt die Ausgangsspannung ΔV folgender Beziehung:

ΔV = K₁V_O · sin2ΔR (6)

Diese Ausgangsspannung wird dadurch erhalten, daß als Detektor-Ausgangsspannung ΔV eine unsymmetrische Spannung, bezogen auf die Bezugsspannung V_O/2, durch eine Brückenschaltung erzeugt wird, und zwar ähnlich wie beispielsweise bei der herkömmlichen Ausführungsform. Diese Ausgangsspannung ΔV ist durch die voll ausgezogene Linie der Kennlinienkurve K₁V_O · sin2R veranschaulicht, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist. Im Prinzip weist diese Ausgangsspannung eine Null- Temperaturabweichung auf und zeigt dennoch eine maximale Änderungsrate für ΔR, wenn R auf 45° festgelegt ist, und für ΔR=0, wodurch eine Schaltoperation mit hoher Empfindlichkeit und Stabilität ermöglicht ist, vorausgesetzt, daß der tatsächliche Arbeitspunkt des Schalters auf einen Punkt P₁ festgelegt ist, wie er in Fig. 4 angedeutet ist.

Die magnetische Sensor-Schaltvorrichtung, die diesem Prinzip genügt, kann mit dem beispielsweise in Fig. 5 gezeigten konkreten Aufbau sehr einfach durch einen Vormagnetisierungs-Magneten 50 und durch ein magnetisches Widerstandselement 20 gebildet sein, welches durch mäanderartige Stromwege 41 bzw. 42 gebildet ist, die in Richtung eines Winkels von 45°, bezogen auf das Vormagnetisierungsfeld H_B, angeordnet sind, welches durch den Vormagnetisierungs-Magneten 50 hervorgerufen wird. Das magnetische Widerstandselement 40, welches auf dem Vormagnetisierungs-Magneten 30 angeordnet ist, ist in einem Gehäuse 51 aufgenommen und mit der externen Anschlußschaltung, wie einer Vorspannungsquelle und einer Detektorschaltung (nicht dargestellt) über ein Anschlußkabel 52 verbunden, welches mit den entsprechenden Anschlüssen 43, 44 und 45 verbunden ist. Außerdem ist in einem Ende des Vormagnetisierungs-Magneten 50 ein magnetisches Joch 53 angeordnet, welches parallel zu einem magnetisch permeablen Stab 48 eines zu ermittelnden Teils verläuft, so daß die Empfindlichkeit der Richtungsänderung in dem Vormagnetisierungsfeld H_B aufgrund der Annäherung des magnetisch permeablen Stabs 48 verbessert ist.

Da bei der magnetischen Sensor-Schaltvorrichtung mit diesem Aufbau die Ausgangsspannung der ΔV (R) des magnetischen Widerstandselements 40 aufgrund der Annäherung des magnetisch permeablen Stabs 48 von dem Bezugspunkt R=45° auf der Kennlinienkurve K₁V_O sin2R erzielt wird, ist die Feststellungs- bzw. Detektorempfindlichkeit verbessert, während die Temperaturdrift vermindert ist. Dies ermöglicht es, den Detektorbetrieb mit hoher Empfindlichkeit und Stabilität durchzuführen. Dieser Effekt kann darüber hinaus dann erreicht werden, wenn die Richtung des Vormagnetisierungsfelds zu dem Vorstrom in der Nähe von R=45° liegt, und zwar sogar noch dann, wenn dieser Wert nicht exakt auf R=45° festgelegt ist.

Anschließend wird die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform betrachtet, die eine verbesserte Ausführungsform darstellt, bei der der Arbeitspunkt der auf dem Betriebsprinzip basierenden magnetischen Sensor-Schaltvorrichtung auf einen Wert bzw. eine Position eingestellt werden kann, bei der eine maximale Feststellungs- Empfindlichkeit und eine Null-Temperaturdrift im Prinzip erzielt werden.

Gemäß Fig. 6 weist ein magnetisches Widerstandselement 120 einen ersten Stromweg 121 und einen zweiten Stromweg 122 auf. Diese beiden Stromwege sind durch ein ferromagnetisches Widerstandsmaterial gebildet und miteinander in Reihe geschaltet. An den beiden Enden sind Vorspannungs-Anschlüsse 123, 124 vorgesehen, und der Mittelpunkt der Reihenschaltung ist mit einem Ausgangsanschluß 125 verbunden. Dadurch ist ein drei Anschlüsse aufweisendes magnetisches Widerstandselement gebildet. Eine Vorspannungs- bzw. Vorstromquelle 126 ist zwischen den Vorspannungsanschlüssen 123, 124 des magnetischen Widerstandselements 120 angeschlossen, und ein Vorstrom I_B wird von der Vorstromquelle 26 geliefert. Wenn in den entsprechenden Stromzweigen bzw. Stromwegen 121, 122 des magnetischen Widerstandselements 120 die Richtungen der Vormagnetisierungsfelder H_B1, H_B2 und einen feinen Auslenkungswinkel ±ΔR, bezogen auf den Vorstrom I_B, geändert werden, und zwar durch eine Annäherung eines magnetisch permeablen Stabs 128, dann wird das Vormagnetisierungsfeld H_B1 in Richtung eines Winkels R_O, der nach Belieben eingestellt sein kann, zuzüglich des feinen Auslenkungswinkels ΔR_C, auf den ersten Stromweg 121 ausgeübt. Dies bedeutet, daß auf diesem ersten Stromweg das Magnetfeld R_O+ΔR_C ausgeübt wird. Das Vormagnetisierungsfeld H_B2 wird in der Richtung R_O-ΔR_C auf den zweiten Stromweg 122 ausgeübt.

Unter der Annahme, daß der Winkel R_O=45° beträgt und daß die durch die Vorspannungsquelle 126 an die Anschlüsse 123, 124 des magnetischen Widerstandselements 120 angelegte Spannung V_O beträgt, gilt für die Ausgangsspannung V(ΔR), die zwischen dem Ausgangsanschluß 125 und dem erdseitigen Anschluß 124 erzeugt wird, folgendes: In dem ersten Stromweg 121 ist ein Widerstandswert R_A vorhanden, der der folgenden Gleichung (7) entsprechend der genannten Voigt-Thomson-Gleichung (1) genügt:

R_A(ΔR) = R_⟂ sin²(45° - ΔR_C + ΔR) + R_∥ cos²(45° - ΔR_C + ΔR) (7)

In entsprechender Weise ist in dem zweiten Stromweg 122 ein Widerstandswert R_B vorhanden, der durch die folgende Gleichung (8) gegeben ist:

R_B(ΔR) = R_⟂ sin²(45° + ΔR_C - ΔR) + R_∥ cos²(45° + ΔR_C - ΔR) (8)

Demgemäß kann die Ausgangsspannung V(ΔR) durch die folgende Gleichung (9) angegeben werden:

In der magnetischen Sensor-Schaltvorrichtung, in der das magnetische Widerstandselement 120 verwendet wird, genügt die erhaltene Ausgangsspannung ΔV folgender, durch die Gleichung 10, gegebener Beziehung:

ΔV = K₁V_O · sin 2(ΔR_C - ΔR) (10)

Diese Ausgangsspannung wird dadurch erzeugt, daß als Detektor-Ausgangsspannung ΔV eine unsymmetrische bzw. nicht ausgeglichene Spannung, bezogen auf die Referenzspannung V_O/2, durch eine Brückenschaltung erzeugt wird, die ähnlich beispielsweise der bei der herkömmlichen Ausführungsform verwendeten Brückenschaltung ist. Diese Ausgangsspannung ΔV ist in der Kennlinienkurve K₁V_O sin 2R, wie sie in Fig. 7 veranschaulicht ist, durch eine voll ausgezogene Linie angedeutet. Da die Temperaturdrift im Prinzip beim Arbeitspunkt P₂ Null wird und da ferner die Änderungsrate für ΔR einen maximalen Wert dann hat, wenn R_O auf 45° und ΔR_C- ΔR=0° festgelegt sind, kann die Schaltoperation bei dieser Ausführungsform mit hoher Empfindlichkeit und Stabilität ausgeführt werden.

Obwohl bei der betreffenden Ausführungsform die Richtungen des die Stromwege 121, 122 durchfließenden Vorstroms I_B miteinander koinzidieren und obwohl die Richtungen der Vormagnetisierungsfelder H_B1, H_B2 auf einen Winkel von 45°±ΔR_C, bezogen auf die Richtung des Vorstroms I_B, eingestellt bzw. festgelegt sind, können die entsprechenden Stromwege 141, 142 so orientiert sein, daß sie voneinander abweichen, wie dies Fig. 8 veranschaulicht. Dadurch koinzidieren die Richtungen der Vormagnetisierungsfelder H_B1, H_B2 miteinander für eine ähnliche bzw. entsprechende Operation. Wenn die Vormagnetisierungsfelder H_B1, H_B2 so gebildet sind, daß ihre Richtungen miteinander koinzidieren, dann können entsprechend einem konkreten Ausführungsbeispiel des in Fig. 9 dargestellten Aufbaus die Vormagnetisierungsfelder H_B1, H_B2 auf die entsprechenden Stromwege 131, 132 durch ein Stück eines Vormagnetisierungs-Magneten 140 derart ausgeübt werden, daß der Aufbau vereinfacht ist. Gemäß Fig. 9 ist ein magnetisches Widerstandselement 130, welches auf dem Vormagnetisierungs-Magneten 140 angeordnet ist, in einem Gehäuse 151 aufgenommen und mit den externen Einrichtungen, wie einer Vorstromquelle und einer Detektorschaltung (nicht dargestellt) über ein Verbindungskabel 142 verbunden, welches an den Anschlußklemmen 133, 134, 135 angeschlossen ist. Außerdem ist der Vormagnetisierungs-Magnet 140 an dem Ende mit einem magnetischen Joch 141 versehen, welches parallel zu einem zu ermittelnden magnetisch permeablen Stab 138 vorgesehen ist.

Darüber hinaus sind bei dieser Ausführungsform im Prinzip die Vormagnetisierungsfelder H_B1, H_B2 und der Vorstrom I_B in der Richtung R=45° als einem idealen Winkel ausgerichtet, wobei die Temperaturdrift der Ausgangsspannung ΔV zu Null wird. Dabei kommt ±ΔR hinzu. Die Temperaturdrift kann jedoch reduziert werden, und die Änderungsrate der Ausgangsspannung ΔV kann auf ΔR verbessert werden, wenn R_O ungleich 45° ist.

Claims

1. Magnetischer Sensor zur Ermittlung der Nähe eines magnetisch permeablen Teils, welches relativ zu dem Sensor bewegbar ist, wobei die Bewegungsachse in einer festen Ebene liegt, umfassend folgende Merkmale:
es sind erste und zweite in einer Ebene liegende und miteinander in Reihe geschaltete magnetische Widerstandselemente (21, 22; 41, 42; 131, 132) vorgesehen, deren jedes einen Haupt-Stromleitungsweg (z. B. 21, 22) und einen anisotropen Widerstand als Funktion der Richtung eines auf ihn ausgeübten resultierenden Magnetfelds aufweist;
es ist eine Einrichtung (V_O) für die Abgabe eines Gleichstroms an die miteinander in Reihe geschalteten magnetischen Widerstandselemente vorgesehen;
es ist eine Vormagnetisierungseinrichtung (30) vorgesehen, die erste und zweite sättigende Vormagnetisierungsfelder als alleinige Vormagnetisierungsfelder lediglich an die Haupt- Stromleitungswege des ersten bzw. zweiten magnetischen Widerstandselements unter demselben Winkel R_O bei Fehlen des magnetisch permeablen Teils abgibt,
wobei der Winkel R_O nennenswert von 90° und 270° verschieden ist und wobei der Winkel, unter dem das jeweilige Vormagnetisierungsfeld ausgeübt wird, durch weitgehend gleiche und entgegengerichtete geringe Abweichungswinkel ±ΔR auf die relative Bewegung des permeablen Teils nahe des magnetischen Sensors hin geändert wird;
mit dem Verbindungsbereich zwischen den beiden miteinander in Reihe geschalteten magnetischen Widerstandselementen ist eine Signalabgabeeinrichtung verbunden, die ein Ausgangssignal abgibt, welches sich als Funktion der genannten Abweichungswinkel ändert, um die sich die Winkel der Vormagnetisierungsfelder ändern.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt-Stromleitungswege der beiden magnetischen Widerstandselemente parallel zueinander verlaufen.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal eine Ausgangsspannung ΔV ist, die in Abhängigkeit von den genannten Winkeln ΔR entsprechend der Gleichung ΔV = K₁ · V_O sin 2ΔRvariiert, wobei K₁ eine Konstante ist und V_O die Spannung bedeutet, die an den in Reihe geschalteten magnetischen Widerstandselementen durch die den Gleichstrom abgebende Einrichtung (V_O) hervorgerufen wird.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel R_O, unter dem die ersten und zweiten Magnetisierungsfelder an die magnetischen Widerstandselemente abgegeben werden, gleich 45° (R=45°) ist.

5. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungseinrichtung (30) ein Vormagnetisierungs-Magnet ist und daß die Vormagnetisierungsfelder parallel zu den in ener Ebene liegenden magnetischen Widerstandselementen gerichtet sind.

6. Magnetischer Sensor zur Ermittlung der Nähe eines magnetisch permeablen Teils, welches relativ zu dem Sensor bewegbar ist, wobei die Bewegungsachse in einer festen Ebene liegt, umfassend folgende Merkmale:
es sind erste und zweite in einer Ebene liegende magnetische Widerstandselemente (21, 22; 41, 42; 131, 132) vorgesehen, deren jedes einen Haupt-Stromleitungsweg (z. B. 21, 22) und einen anisotropen Widerstand als Funktion der Richtung eines auf ihn ausgeübten resultierenden Magnetfelds aufweist;
die beiden magnetischen Widerstandselemente (21, 22; 41, 42; 131, 132) sind in Reihe miteinander geschaltet, wobei zwischen ihnen ein Verbindungspunkt (25; 45; 125; 135) festgelegt ist;
es ist eine Gleichstromabgabeeinrichtung (V_O) vorgesehen, die einen Gleichstrom an die in Reihe geschalteten magnetischen Widerstandselemente (21, 22; 41, 42; 131, 132) abgibt; es ist eine Vormagnetisierungseinrichtung vorgesehen, die erste und zweite Sättigungs-Vormagnetisierungsfelder an die Haupt-Stromleitungswege der beiden magnetischen Widerstandselemente (21, 22; 41, 42; 131, 132) lediglich unter Winkeln R_O+ΔR_C bzw. R_O-ΔR_C bei Fehlen des magnetischen permeablen Teils abgibt,
wobei ΔR_C ein relativ kleiner Winkel in bezug auf den Winkel R_O ist und wobei der Winkel R_O nennenswert von 90° und von 270° verschieden ist;
die ersten und zweiten Sättigungs-Vormagnetisierungsfelder sind lediglich Vormagnetisierungsfelder, die dem ersten bzw. zweiten magnetischen Widerstandselement zugeführt sind;
der Winkel, unter dem das jeweilige Vormagnetisierungsfeld ausgeübt wird, wird um weitgehend gleiche und entgegengerichtete kleine Winkel von ±ΔR in Abhängigkeit von der relativen Bewegung des permeablen Teils nahe des magnetischen Sensors geändert;
mit dem genannten Verbindungspunkt ist eine Signalabgabeeinrichtung (14) verbunden, die ein Ausgangssignal erzeugt, welches sich als Funktion der Winkel ändert, um die sich die Winkel der Vormagnetisierungsfelder ändern.

7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das unter dem Winkel von R_O+ΔR_C ausgeübte Vormagnetisierungsfeld um den Winkel -ΔR und das unter dem Winkel R_O-ΔR_C ausgeübte Vormagnetisierungsfeld unter dem Winkel von +ΔR auf die relative Bewegung des permeablen Teils nahe des magnetischen Sensors geändert wird.

8. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungseinrichtung einem Vormagnetisierungs-Magneten für die Erzeugung von Vormagnetisierungsfeldern parallel zu den in einer Ebene liegenden magnetischen Widerstandselementen umfaßt und daß die entsprechenden Haupt-Stromleitungswege unter Winkeln von R_O+ΔR_C bzw. R_O-ΔR_C in bezug auf die Richtung der Vormagnetisierungsfelder angeordnet sind.

9. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß R=45° ist.

10. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal eine Ausgangsspannung ΔV ist, die sich als Funktion der Winkel ΔR entsprechend der Gleichung ΔV = K₁ · V_O · sin2 (ΔR_C - ΔR)ändert, wobei K₁ eine Konstante ist und wobei V_O die an den in Reihe geschalteten magnetischen Widerstandselementen durch die Gleichstromabgabeeinrichtung abgegebene Spannung bedeutet.

11. Sensor nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetisch permeable Teil ein magnetisch permeabler Stab (138) ist.

12. Sensor nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalabgabeeinrichtung ein Paar von in Reihe miteinander geschalteten Widerständen (11, 12) umfaßt, die den in Reihe geschalteten magnetischen Widerstandselementen unter Bildung einer Brückenschaltung parallelgeschaltet sind, und daß ein Differenzverstärker (14) vorgesehen ist, der mit einem Paar von Eingängen an den Verbindungspunkten angeschlossen ist, welche durch die betreffenden Widerstände (11, 12) und die magnetischen Widerstandselemente gegeben sind.