DE3308352A1

DE3308352A1 - Magnetdetektorvorrichtung

Info

Publication number: DE3308352A1
Application number: DE19833308352
Authority: DE
Inventors: Shigekazu Ageo Saitama Nakamura
Original assignee: Nidec Copal Corp
Current assignee: Nidec Copal Corp
Priority date: 1982-03-10
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1983-09-22
Also published as: JPH0252807B2; DE3308352C2; US4603365A; JPS58154615A

Description

Magnetdetektorvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Magnetmeß- bzw. -detektorvorrichtung zur Verwendung bei einem Drehwinkelgeber (rotary encoder)/ Linearweggeber (linear encoder) ο.dgl.

Es ist ein Drehwinkelgeber zur Erfassung oder Messung eines Drehwinkels einer Drehachse bekannt, welcher den Drehwinkel durch Abgreifung magnetischer Signale mißt, die im voraus in Form eines Magnetisierungsmusters einer konstanten Bitlänge auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet worden sind, der an einer mit der Drehachse verbundenen kreisförmigen Scheibe oder einem Zylinder angebracht ist. Die Messung erfolgt dabei mittels eines Magnet-Meßfühlers mit einem Magnet-Widerstandselement (magnetoresistive element). Bei der Messung des Drehwinkels eines Motors mittels des bisherigen Dreh-Winkelgebers ergibt sich jedoch der Nachteil, daß der Rauschabstand eines vom Meßfühler gelieferten Meßsignals abnimmt und eine fehlerhafte Arbeitsweise durch ein externes Magnetfeld hervorgerufen wird, das zu einem großen Teil von einem Dauermagneten oder einem Anker des Motors (nach außen) streut.

Zur Vermeidung dieses Nachteils beschreibt die JP-OS 162 556/79 einen Winkeldetektor bzw. -geber mit einem magnetischen Abschirmelement aus einem hoch permeablen Werkstoff, welches eine einen magnetischen Aufzeichnungs-

träger aufweisende und mit einer Abtriebsachse des Motors verbundene kreisförmige Scheibe umschließt, mit einem der Scheibe gegenüberstehend angeordneten Magnet-Meßfühler sowie mit einer Treiberschaltung und einer an den Meßfühler angeschlossenen Signalverarbeitungsschaltung. Hierbei ist es jedoch nicht möglich, den Winkelgeber vollständig vom externen Magnetfeld abzuschirmen. Zur Ausschaltung des Einflusses des externen Magnetfelds könnte zudem daran gedacht werden, nur das externe Magnetfeld mittels eines getrennten Magnet-Meßfühlers zu erfassen und das entsprechende Meßsignal sowie das vom magnetischen Aufzeichnungsträger gelieferte Ausgangssignal elektrisch zu berechnen. Da hierbei jedoch die Magnetwiderstandskennlinie des Magnet-Widerstandselements des Magnet-Meßfühlers nicht linear ist, entspricht das auf dem externen Magnetfeld beruhende Ausgangssignal des getrennten Magnet-Meßfühlers nicht einem auf dem externen Magnetfeld beruhenden Teil des Ausgangssignals des anderen Meßfühlers, so daß eine Kompensation mit hoher Genauigkeit nicht einfach zu erreichen ist. Außerdem kann · der Dynamikbereich des Magnet-Widerstandselements nicht effektiv zur Erfassung des Magnetmusters (magnetic pattern) ausgenutzt werden, insbesondere unter dem großen externen Magnetfeld.

Bei dem erwähnten Drehwinkelgeber können die magnetischen Signale mittels eines einzigen Magnet-Widerstandselements erfaßt bzw. abgegriffen werden, um eine Verschiebungsoder Bewegungsgröße zu bestimmen. Da jedoch die Ausgangs-

SO spannung klein ist und infolge von Temperaturschwankungen driftet, ist es üblich, die Ausgangsspannung durch eine Schaltung zu liefern, bei welcher mehr als zwei Magnet-Widerstandselemente differentiell geschaltet sind. Beispielsweise beschreibt die JP-OS 115 257/79 einen Winkeldetektor oder -geber, bei dem zwei Magnet-Widerstands-

elemente in einem (gegenseitigen) Abstand angeordnet sind, der ein ganzzahliges Vielfaches des Teilungsabstands (pitch) des Magnetisierungsmusters auf dem magnetischen Aufzeichnungsträger ist, wobei ein Differenzausgangssignal zwischen beiden Widerstandselementen von einem Differentialverstärker erhalten wird. Weiterhin ist ein in Fig.1 dargestellter Winkelgeber dieser Art in der JP-Zeitschrift "Nikkei Electronics", 22. Juni 1981, S.88, beschrieben. Gemäß Fig. 1 sind zwei Gruppen von Magnet-Meßfühlern mit je vier Magnet-Widerstandselementen A1 - A4 und B1 - B4 vorgesehen. Die Widerstandselemente der einen Gruppe sind in einem gegenseitigen Abstand entsprechend der Hälfte des Teilungsabstands P des Magnetisierungsmusters auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger M angeordnet, und die Widerstandselemente der anderen Gruppe sind gegenüber den ersteren Widerstandselementen um P/4 versetzt. Gemäß Fig.2 sind weiterhin die vier Magnet-Widerstandselemente jeder Gruppe als Brückenschaltung bzw. Meßbrücke geschaltet, wobei die Differenz der Ausgangsspannungen an diagonalen Punkten jeder Brückenschaltung von zugeordneten Differentialverstärkern DA1 und DA2 geliefert wird. Mit diesem Magnet-Meßfühler kann nicht nur die Bewegungsgröße, sondern auch die Bewegungsrichtung festgestellt werden.

Außerdem kann dabei die Ausgangsamplitude groß sein und der Drifteinfluß ausgeschaltet werden. Beim bisherigen Winkelgeber müssen jedoch mehr als zwei Magnet-Widerstandselemente in Verschiebungs- oder Bewegungsrichtung D, d.h. in Verlaufsrichtung des Magnetisierungsmusters, in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sein, der einem ganzzahligen Vielfachen des Teilungsabstands P des Magnetisierungsmusters oder seines Reziprokwerts entspricht. Bei Verwendung verschiedener Magnetisierungsmuster unterschiedlicher Teilungsabstände müssen daher verschiedene Magnet-Meßfühler mit Magnet-Widerstandsele-

menten vorgesehen werden, die in vorbestimmten gegenseitigen Abständen entsprechend den verschiedenen Teilungsabständen der Magnetisierungsmuster angeordnet sind. Hierdurch wird in nachteiliger Weise der Konstruktionsfreiheitsgrad stark eingeschränkt. Wenn außerdem der magnetische Aufzeichnungsträger auf der Zylindermantelfläche und eine Anzahl von Magnet-Widerstandselementen auf einem flachen Substrat angeordnet sind, sind die Abstände zwischen den einzelnen Widerstandselementen und dem Aufzeichnungsträger nicht gleich groß. Infolgedessen ist das Ausgangssignal jedes Widerstandselements Schwankungen aufgrund der Abstandsänderung unterworfen, so daß demzufolge das Differentialausgangssignal einen Fehler enthält.

Mit dem Ziel der Ausschaltung der geschilderten Mängel des Standes der Technik beschreibt die JP-OS 35 011/81 einen Winkeldetektor bzw. -geber, bei dem die Breite der einzelnen Magnet-Widerstandselemente variiert; die Herstellung von Widerstandselementen variierender Breite erweist sich jedoch als schwierig. Bei einer Änderung des Abstands zwischen Magnet-Widerstandselement und Aufzeichnungsträger müssen außerdem die Widerstandselemente mit jeweils verschiedener Breite entsprechend diesem Abstand angeordnet sein. Wenn zudem mehr als zwei Magnet-Widerstandselemente in Verlaufsrichtung des Magnetisie-' rungsmusters auf dem Aufzeichnungsträger angeordnet sind, erhält der Magnet-Meßfühler und damit die gesamte Meßvorrichtung entsprechend große Abmessungen.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer Magnetdetektorvorrichtung, die ein Magnetisierungsmuster genau und ohne Beeinflussung durch ein externes Magnetfeld abzugreifen vermag, indem sie ein Signalmagnetfeld vom externen Magnetfeld trennt.

Bei der Trennung eines von einem magnetischen Aufzeichnungsträger gelieferten Signalmagnetfelds vom externen Magnetfeld ist es dabei nicht nötig, die Magnet-Widerstandselemente in Richtung eines Magnetisierungsmusters auf dem Aufzeichnungsträger voneinander getrennt anzuordnen .

Mit der erfindungsgemäßen Magnetdetektorvorrichtung soll auch auf einfache Weise ein Differentialausgangssignal lieferbar sein.

Gegenstand der Erfindung ist damit eine Magnetdetektorvorrichtung, die gekennzeichnet ist durch einen ersten Magnet-Meßfühler mit einem einem ersten Magnetfeld ausgesetzten Magnet-Widerstandselement (magnetoresistive element), durch einen zweiten Magnet-Meßfühler mit einem dem ersten und einem zweiten Magnetfeld ausgesetzten Magnet-Widerstandselement und durch eine Einrichtung zur Gegenkopplung eines vom ersten Meßfühler gelieferten Ausgangssignals zum zweiten Meßfühler zwecks Aufhebung oder Unterdrückung des auf den zweiten Magnetfühler einwirkenden ersten Magnetfelds, so daß das zweite Magnetfeld vom ersten Magnetfeld getrennt bzw. unabhängig erfaßbar ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer bisherigen Magnetdetektorvorrichtung,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Brückenschaltungsanordnung

bei der bisherigen Vorrichtung gemäß Fig. 1, 35

to ft «

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Magnetdetektorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4A und 4B Schnittansichten eines Magnet-Meßfühlers gemäß der Erfindung,

Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Magnet-Meßfühler gemäß Fig.4A und 4B,

Fig. 6 eine graphische Darstellung eines Differentialausgangssignals der Magnetmeßfühler nach Fig. 4A und 4B,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 8 ein Schaltbild der Vorrichtung nach Fig. 7 und

Fig. 9 und 10 Aufsichten auf verschiedene magnetische Aufzeichnungsträger zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Magnetdetektorvorrichtung.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind zur Messung eines Signalmagnetfelds EL· unter der Bedingung, daß ein externes Magnetfeld IL, gleichmäßig einwirkt, ein erster Magnet-Meßfühler 11 in einer Position, in welcher nur das externe Magnetfeld H_n einwirkt, und ein zweiter Magnet-Meßfühler 21 in einer Stellung angeordnet, an welcher sowohl das Signalmagnetfeld H_g als auch das externe Magnetfeld EL· einwirken. Gemäß Fig. 4A besitzt der erste Magnet-Meßfühler einen Aufbau, bei dem

auf einem Substrat 12 ein Magnet-Widerstandselement 13a, eine Isolierschicht 14a, eine Leiterschicht 15, eine Isolierschicht 14b und ein Magnet-Widerstandselement 13b in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Die Magnet-Wider-Standselemente 13a und 13b werden dabei durch Zufuhr eines elektrischen Stroms in vorbestimmter Richtung (Pfeile) zur Leiterschicht 15 in zueinander entgegengesetzten Richtungen magnetisch vorgespannt bzw. vormagnetisiert. Beim zweiten Magnet-Meßfühler 21 sind gemäß Fig. 4B auf einem Substrat 22 ein Magnet-Widerstandselement 23a, eine Isolierschicht 24a, eine Leiterschicht 25, eine Isolierschicht 24b, ein Magnet-Widerstandselement 23b, eine Isolierschicht 24c und eine Leiterschicht 26 in dieser Reihenfolge angeordnet. Wie beim ersten Meßfühler 11 sind dabei die Wider-Standselemente 23a und 23b auf die durch die Pfeile angedeutete Weise durch Zufuhr eines elektrischen Stroms in einer vorbestimmten Richtung zur Leiterschicht 25 in zueinander entgegengesetzten Richtungen vormagnetisiert. Wenn bei dieser entgegengesetzten Vormagnetisierung der beiden jeweiligen Magnet-Widerstandselemente 13a, 13b bzw. 23a, 23b das Magnetfeld auf die durch die Kurven 30a und 30b in Fig. 5 gezeigte Weise variiert wird, ändern sich die Widerstandswerte R der Widerstandselemente auf die durch die Kurven 31a und 31b gezeigte Weise. In diesem Fall werden die Vormagnetisierungsfelder -H_ß bevorzugt so bestimmt, daß zwei Arbeitspunkte der Widerstandselemente 13a, 13b bzw. 23a, 23 b in zentralen Lagen auf einem im wesentlichen geradlinigen Abschnitt einer Magnetwiderstandskennlinie liegen. Wenn dabei die Magnet-Widerstandselemente 13a', 13b und 23a, 23b der Magnet-Meßfühler 11 bzw. 12 in entgegengesetzten Richtungen vormagnetisiert sind, werden die Beziehungen zwischen Magnetfeld und Widerstandswert R bei diesen Magnet-Widerstandselementen auf die durch die Kurven 31a und 31b in Fig. 5 veranschaulichte Weise zueinander gegenphasig.

Bei dieser Ausführungsform sind die Widerstandselemente 13a, 13b bzw. 23a, 23b gemäß Fig. 3 jeweils in einer Reihenschaltung angeordnet, während beide Enden mit Plus- und Minusklemme +E bzw. -E einer Stromquelle verbunden sind, so daß an den Anschlußpunkten 32 bzw. 33 dieser Widerstandselemente ein durch die Kurve 34 in Fig. 6 dargestelltes Differentialausgangssignal abgenommen werden kann.

Bei der beschriebenen Ausführungsform wird ein vom ersten Magnet-Meßfühler 11 geliefertes Differentialausgangssignal über einen Verstärker 35 (Fig. 3) negativ zur Leiterschicht 26 des zweiten Magnet-Meßfühlers 21 rückgekoppelt, während ein invertierendes oder invertiertes Magnetfeld -H_n, welches das externe Magnetfeld H_n aufhebt, durch einen über die Leiterschicht 26 fließenden elektrischen Strom an die Magnet-Widerstandselemente 23a, 23b angelegt wird. Da hierbei das die Widerstandselemente 23a, 23b beeinflussende externe Magnet feld H_n durch das erwähnte invertierte Magnetfeld -IL.

ausgelöscht bzw. aufgehoben wird, kann das Differentialausgangssignal mit gutem Rauschabstand, der nur vom Signalmagnetfeld H₀ abhängt, an einer Ausgangsklemme des zweiten Magnet-Meßfühlers 21 erhalten werden. Im Fall der Erzeugung eines Vormagnetisierungsfelds durch Hindurchleiten des elektrischen Stroms durch die Leiterschichten 15, 25 zwischen den Widerstandselementen 13a und 13b bzw. 23a und 23b beeinflußt eine Änderung oder Schwankung der Gleichstromquelle beide Widerstandselemente in gleicher Weise, so daß diese Änderung nicht in das Differentialausgangssignal eingeführt wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist ein magnetischer Aufzeichnungsträger 40 an einem Gegenstand bzw. Bauteil angebracht, der unter dem Einfluß des externen

Magnetfelds H_n bewegt wird; die Verschiebungs- bzw. Bewegungsgröße des Bauteils wird durch Abtastung eines Magnet- oder Magnetisierungsmusters bestimmt, das auf dem Aufzeichnungsträger 40 in Richtung des Pfeils D in vorbestimmten Teilungsabständen P aufgezeichnet ist. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Magnet-Meßfühler 41 und 42 auf demselben Substrat 43 in einem solchen Abstand voneinander angeordnet/ daß der erste Meßfühler 41 vom Aufzeichnungsträger 40 entfernt ist und der zweite Meßfühler 42 dem Aufzeichnungsträger 40 gegenübersteht. Der erste Magnet-Meßfühler 41 ist daher nur dem externen Magnetfeld H_n ausgesetzt, während der zweite Magnet-Meßfühler 42 sowohl durch das externe Magnetfeld HL·, als auch durch das Signalmagnetfeld H_g des Aufzeichnungsträgers beeinflußt wird. Die beiden Magnet-Meßfühler 41 und 42 besitzen dabei jeweils denselben Aufbau. Genauer gesagt: Magnet-Widerstandselemente 45a, 46a, 45b, 46b; 45'a, 46'a, 45'b, 46'b sind jeweils unter Zwischenfügung dünner Isolierschichten 44a, 44b bzw. 44'a, 44'b auf demselben Substrat 43 angeordnet. Zur Anlegung des Vorspannungsmagnetfelds bzw. Vormagnetisierungsfelds sind weiterhin Leiterschichten 48 bzw. 48' unter Zwischenfügung dicker Isolierschichten 47a bzw. 47'a und 47b bzw. 47'b zwischen den Widerstandselementen 46a bzw. 46'a und 45b bzw. 45'b angeordnet. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform wird der Gleichstrom durch die Leiterschichten 48 bzw. 48' geleitet, so daß die Magnet-Widerstandselemente 45a, 46a und 45b, 46b; 45'a, 46'a und 45'b, 46'b entgegengesetzt zueinander vormagnetisiert werden können.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind weiterhin Leiterschichten 50 und 50' unter Zwischenfügung dicker Isolierschichten 49 bzw. 49' auf den Magnet-Widerstandselementen 46b bzw. 46'b angeordnet.

Die jeweiligen vier Magnet-Widerstandselemente 45a, 45b,

46a, 46b bzw. 45'a, 45'b, 46'a, 46»b sind gemäß Fig. 8 als Brückenschaltung bzw. Meßbrücke geschaltet. Beim ersten Magnet-Meßfühler 41 ist ein Verbindungspunkt bzw. eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 46a und 46b an eine positive Stromquelle +E angeschlossen, während eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 45a und 45b mit einer negativen Stromquelle -E verbunden ist. Weiterhin ist eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 45a und 46b mit einer positiven Eingangsklemme eines Differentialverstärkers 51 verbunden, und eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 45b und 46a ist an eine negative Eingangsklemme des Dxfferentialverstärkers 51 angeschlossen. Auf dieselbe Weise sind beim zweiten Magnet-Meßfühler 42 ein Verbindungspunkt bzw. eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 46'a und 46'b mit einer positiven Stromquelle +E und eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 45'a und 45'b mit einer negativen Stromquelle -E verbunden. Eine Verzweigung zwischen den Magnet-Widerstandselementen 45'a und 46'b ist weiterhin an eine positive Eingangsklemme eines Differentialverstärkers 51' angeschlossen, während eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 45'b und 46'a mit einer negativen Eingangsklemme des Differentialverstärkers 51 verbunden ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 sind die die obersten Lagen von erstem und zweitem Magnet-Meßfühler 41 und 42 bildenden Leiterschichten 50 bzw. 50' in Reihe geschal-

go tet, so daß ein Ausgangssignal des Differentialverstärkers 51 mit Gegenkopplung an diese Leiterschichten 50 und 50' angelegt wird. An den betreffenden vier Magnet-Widerstandselementen 45a, 45b, 46a, 46b bzw. 45'a, 45'b, 46 *a, 46'b liegt daher ein invertiertes Magnetfeld H_n an,

welches das externe Magnetfeld H-, aufhebt, wenn die Lei-

terschichten 50 bzw. 50' von elektrischem Strom durchflossen werden. Auf diese Weise kann an einer Ausgangsklemme 52 des Differentialverstärkers 51' ein Differentialausgangssignal mit gutem Rauschabstand erhalten werden, der nur vom Signalmagnetfeld H_e abhängt.

Da das externe Magnetfeld EL·, wie erwähnt, durch Gegenkopplung eines Ausgangssignals des Differentialverstärkers 51 zur Leiterschicht 50 auch am ersten Magnet-Meßfühler 41 aufgehoben werden kann, können der Dynamikbereich jedes Magnet-Meßfühlers erweitert und das schwache Signalmagnetfeld auch dann genau abgegriffen werden, wenn das starke, zur Sättigung des Magnet-Widerstandselements ausreichende externe Magnetfeld anliegt. Da darüber hinaus die beiden Magnet-Meßfühler 41 und 42 auf demselben Substrat und mit jeweils gleichem Aufbau ausgebildet sind, lassen sie sich auf einfache Weise herstellen.

Die Ausbildung der Magnet-Widerstandselemente 45a, 45b, 46a, 46b und 45'a, 45'b, 46'a, 46'b der beiden Magnet-Meßfühler 41 bzw. 42 erfolgt in der Weise, daß beispielsweise eine Fe-Ni-Legierung (Permalloy) mit einer Dicke von etwa 50 nm auf ein Glas-Substrat 43 aufgedampft wird und sodann die dünnen, zwischengefügten Isolierschichten 44a, 44b bzw. 44'a, 44'b durch Aufdampfung von SiO₂ bis zu einer Dicke von etwa 100 - 200 nm ausgebildet werden. Die dicken Isolierschichten 47a, 47b, 49 bzw. 47'a, 47'b, 49' werden ebenfalls durch Aufdampfung von Si0_ mit einer Dicke von einigen Mikrometern hergestellt, während die Ausbildung der Leiterschichten 48, 50 bzw. 48', 50' durch Aufdampfung eines nicht-magnetischen Metalls, wie Al, Au oder Cu, mit einer Dicke von mehr als 100 nm erfolgt. Da die einzelnen Schichten oder Lagen jeweils außerordentlich dünn sind, kann vorausgesetzt werden, daß

alle Magnet-Widerstandse leinen te in derselben Lage in Bewegungsrichtung des magnetischen Aufzeichnungsträgers 40 angeordnet sind.

Da bei der Verschiebungs- bzw» Bewegungs-Magnetdetektorvorrichtung gemäß Fig. 7 alle dem Aufzeichnungsträger 40 gegenüberstehenden Magnet-Widerstandselemente des zweiten Magnet-Meßfühlers 42 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers 40 angeordnet sind, braucht der Teilungsabstand P des Magnetisierungsmusters nicht in Betracht gezogen zu werden. Es ist daher nicht nötig, ein Magnetisierungsmuster gleichbleibenden Teilungsabstands zu verwenden. Gemäß Fig. 9 kann vielmehr ein Magne tisierungsmuster auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger 60 unterschiedliche Teilungsabstände P-, P₂, P₃ aufweisen, oder das Magnetisxerungsmuster auf einem Aufzeichnungsträger 70 kann sich gemäß Fig. 10 fortlaufend ändern. Magnetisxerungsmuster verschiedener Teilungsabstände werden bevorzugt dann benutzt, wenn sich die Meßgenauigkeit während der Verschiebung oder Bewegung ändert.

Die Erfindung ist keineswegs auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsfonnen beschränkt, sondern verschiedenen Änderungen und Abwandlungen zugänglich. Beispielsweise kann anstelle des linearen bzw. geradlinigen Aufzeichnungsträgers nach Fig. 7 auch ein kreisförmiger oder zylindrischer magnetischer Aufzeichnungsträger verwendet werden. Außerdem kann dabei nicht nur das Signalmagnetfeld EL·, sondern auch das externe Magnetfeld EL· getrennt erfaßt werden. Während bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 nur der zweite Magnet-Meßfühler 21 die Leiterschicht 26 zur Erzeugung des invertierenden bzw. invertierten Magnetfelds aufweist, kann eine solche Leiterschicht auch im ersten Meßfühler 11 vorgesehen sein, wo-

bei die Gegenkopplung für den ersten Magnetfühler 11 auf die anhand von Fig. 7 beschriebene Weise erfolgen kann. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind darüber hinaus zwei Magnet-Widerstandselemente entgegengesetzt zueinander magnetisch vorgespannt bzw. vormagnetisiert, indem elektrischer Strom durch auf beiden Seiten dieser Elemente angeordnete Leiterschichten geleitet wird/ doch können diese Leiterschichten auch weggelassen werden. In diesem Fall können zwei Magnet-Widerstandselemente zueinander in entgegengesetzten Richtungen vormagnetisiert werden, in-* dem der elektrische Strom in derselben Richtung durch die beiden Widerstandselemente geleitet wird. Da in diesem Fall die Gleichstromquelle für die Vormagnetisierung nicht nötig ist, kann die erfindungsgemäße Magnetdetektorvorrichtung bezüglich des Aufbaus weiter vereinfacht und damit kostengünstiger zur Verfugung gestellt werden. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 können zwei Magnet-Widerstandselemente jedes Magnet-Meßfühlers so in der Nähe eines Dauermagneten angeordnet sein, daß sie in zueinander entgegengesetzten Richtungen vormagnetisiert sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind die den ersten und den zweiten Magnet-Meßfühler 41 bzw. 42 bildenden Schichten gegenüber dem Aufzeichnungsträger 40 lotrecht angeordnet, doch können sie auch waagerecht zum Aufzeichnungsträger 40 ausgerichtet sein. Sofern das externe Magnetfeld eine bekannte Richtung besitzt, ist es darüber hinaus nicht immer nötig, die Magnet-Widerstandselemente vorzumagnetisieren. In diesem Fall können die beiden Magnet-Meßfühler einen einfachen dreilagigen Aufbau besitzen, bei dem das Widerstandselement und die Leiterschicht auf gegenüberliegenden Seiten der Isolierschicht angeordnet sind; hierbei ist es dann möglich, im zweiten Meßfühler nur das Signalmagnetfeld zu erfassen, indem ein vom ersten Magnet-Meßfühler abgegriffenes Ausgangssignal in Gegenkopplung zu beiden Magnet-Meß-

- 43- fühlern zurückgeführt wird.

Da bei der beschriebenen Vorrichtung der zweite Meßfühler nur das in Gegenwart des ersten Magnetfelds zu erfassende zweite Magnetfeld liefern kann, indem das Ausgangssignal des ersten Magnetfühlers zur Erfassung des ersten Magnetfelds in Gegenkopplung zum zweiten Meßfühler zurückgeführt und damit die erste Magnetfeldkomponente aufgehoben wird, kann ohne Beeinflussung durch das erste Magnetfeld ausschließlich das zweite Magnetfeld genau erfaßt bzw. gemessen werden. Bei Anwendung der Erfindung auf die Vorrichtung nach Fig. 7 können mehrere Magnet-Widerstandselemente auf nahezu derselben Linie senkrecht zur Bewegungsrichtung des magnetischen Aufzeichnungsträgers angeordnet werden, so daß die auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Magnetmuster bzw. Magnetisierungsmuster ohne Beeinflussung durch deren Teilungsabstand abgegriffen werden können. Im Fall einer Änderung des abzutastenden magnetisehen Aufzeichnungsträgers ist es somit nicht nötig, auch den betreffenden Meßfühler auszuwechseln. Bei Anwendung der Erfindung auf einen Drehwinkelgeber, bei dem der magnetische Aufzeichnungsträgers auf einer kreisförmigen Scheibe oder an der Mantelwand eines Zylinders angeordnet ist, ist der Abstand zwischen allen Magnet-Widerstandselementen und dem magnetischen Aufzeichnungsträger während der Drehung jeweils gleich groß, so daß zur Gewährleistung einer genauen Messung ein gleichmäßiges bzw. gleichbleibendes Ausgangssignal erhalten werden kann und demzufolge die Breite der einzelnen Widerstandselemente nicht geändert zu werden braucht. Da schließlich die Erfindung auf jeden gegebenen magnetischen Aufzeichnungsträger anwendbar ist, läßt sie sich einfach und kostensparend realisieren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Magnetdetektorvorrichtung, gekennzeichnet durch einen ersten Magnet-Meßfühler (z.B. 11) mit einem einem ersten Magnetfeld ausgesetzten Magnet-Widerstandselement (magnetoresistive element) (z.B. 13a, 13b), durch einen zweiten Magnet-Meßfühler (z.B. 21) mit einem dem ersten und einem zweiten Magnetfeld ausgesetzten Magnet-Widerstandselement (z.B. 23a, 23b) und durch eine Einrichtung zur Gegenkopplung eines vom ersten Meßfühler (z.B. 11) gelieferten Ausgangssignals zum zweiten Meßfühler (z.B. 21) zwecks Aufhebung oder Unterdrückung des auf den zweiten Magnetfühler (z.B. 21) einwirkenden ersten Magnetfelds, so daß das zweite Magnetfeld vom ersten Magnetfeld getrennt bzw. unabhängig erfaßbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungseinrichtung eine im zweiten Magnet-Meßfühler angeordnete Leiterschicht und eine elektrische Leitung zur Anschaltung eines Ausgangssignals des ersten Magnet-Meßfühlers an die Leiterschicht aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschicht an der einen Seite einer Isolierschicht angeordnet ist, auf deren anderer Seite das Magnet-Widerstandselement des zweiten Magnet-Meßfühlers angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Leiterschicht in Reihe in die elektrische Leitung so eingeschaltet ist, daß sie an der einen Seite einer zweiten Isolierschicht liegt, an deren anderer Seite das Magnet-Widerstandselement des ersten Magnet-Meßfühlers angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Magnet-Meßfühler mindestens zwei Magnet-Widerstandselemente und eine erste Einrichtung zum Vorspannen bzw. Vormagnetisieren der beiden Widerstandselemente in zueinander entgegengesetzten Richtungen aufweist und daß der zweite Magnet-Meßfühler mindestens zwei Magnet-Widerstandselemente und eine zweite Einrichtung zum Vorspannen bzw. Vormagnetisieren der beiden Widerstandselemente in zueinander entgegengesetzten Richtungen umfaßt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vormagnetisierungseinrichtung eine Vormagne-' tisierungs-Leiterschicht zwischen den jeweiligen beiden Magnet-Widerstandselementen und Mittel, um einen elektrischen Strom in einer vorgegebenen Richtung durch die Leiterschicht zu leiten, aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vormagnetisierungseinrichtung einen zwischen den beiden Magnet-Widerstandselementen angeordneten Dauermagneten aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vormagnetisierungseinrichtung Mittel aufweist, um einen elektrischen Strom in jeweils entgegengesetzter Richtung durch die beiden Magnet-Widerstandselemente zu leiten.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest zwei Magnet-Widerstandselemente des ersten Magnet-Meßfühlers und die zumindest zwei Magnet-Widerstandselemente des zweiten Magnet-Meßfühlers jeweils zur Bildung einer ersten bzw. zweiten Brückenschaltung bzw. Meßbrücke geschaltet sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Magnet-Meßfühler erste und zweite Magnet-Widerstandselemente aufweist, die in Reihe miteinander zwischen positive und negative Spannungsquellen geschaltet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungseinrichtung eine unter Zwischenfügung von Isolierschichten zwischen erstes und zweites Magnet-Widerstandselement des ersten und des zweiten Magnet-Meßfühlers eingefügte Leiterschicht sowie Mittel, um einen elektrischen Strom in einer vorgegebenen Richtung durch die Leiterschicht zu leiten, aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück- bzw. Gegenkopplungseinrichtung eine zweite, in der Weise im zweiten Magnet-Meßfühler angeordnete Leiterschicht, daß erstes und zweites Magnet-Widerstandselement auf der einen Seite der zweiten Leiterschicht liegen, und eine elektrische Leitung zur Verbindung der zweiten Leiterschicht mit einem Ausgang der ersten Brückenschaltung aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Magnet-Meßfühler erste und zweite, miteinander in Reihe geschaltete Magnet-Widerstandselemente sowie dritte und vierte, miteinander in Reihe

geschaltete Magnet-Widerstandselemente aufweist, daß erstes und zweites Widerstandselement mit einer positiven Spannungsquelle und drittes und viertes Widerstandselement mit einer negativen Spannungsquelle verbunden

B sind und daß ein Differentialverstärker mit seinen Eingängen an Verbindungspunkte bzw. Verzweigungen zwischen erstem und zweitem bzw. drittem und viertem Widerstandselement angeschlossen ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungseinrichtung jedes der beiden Magnet-Meßfühler eine unter Zwischenfügung von Isolierschichten zwischen erstem und zweitem bzw. drittem und viertem Magnet-Widerstandselement angeordnete Vormagnetisierungs-Leiterschicht und Mittel, um einen elektrischen Strom in einer vorgegebenen Richtung durch die Leiterschicht zu leiten, aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück- bzw. Gegenkopplungseinrichtung eine zweite Leiterschicht, die derart im zweiten Magnet-Meßfühler angeordnet ist, daß sich alle vier Magnet-Widerstandselemente auf ihrer einen Seite befinden, und eine elektrische Leitung zur Verbindung der zweiten Leiterschicht mit einem Ausgang des Differentialverstärkers des ersten Magnet-Meßfühlers aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Magnet-Meßfühler eine zweite Leiterschicht so angeordnet ist, daß alle vier Magnet-Widerstandselemente an der einen Seite dieser zweiten Leiterschicht liegen, und daß diese zweite Leiterschicht in Reihe in die elektrische Leitung eingeschaltet ist, um im ersten Magnet-Meßfühler ein

Magnetfeld mit einer dem ersten Magnetfeld gleichen Größe und einer zum ersten Magnetfeld entgegengesetzten Richtung zu erzeugen.