DE3407923A1

DE3407923A1 - Auf magnetfelder ansprechende vorrichtung und messgeraet mit einer derartigen vorrichtung

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Publication number: DE3407923A1
Application number: DE3407923A
Authority: DE
Inventors: Felix Cortaillod Rudolf
Original assignee: Centre Electronique Horloger Sa Neuchatel Ch; Centre Electronique Horloger SA Neuchatel; Centre Electronique Horloger SA
Current assignee: Centre Electronique Horloger Sa Neuchatel Ch; Centre Electronique Horloger SA Neuchatel; Centre Electronique Horloger SA
Priority date: 1983-03-07
Filing date: 1984-03-03
Publication date: 1984-09-13
Anticipated expiration: 2004-03-04
Also published as: FR2542453A1; DE3407923C2; GB2136581B; CH656010A5; JPS59168383A; GB2136581A; JPH0564308B2; US4680544A; GB8406015D0; FR2542453B1

Description

Auf Magnetfelder ansprechende Vorrichtung und Meßgerät mit einer derartigen Vorrichtung

Die Erfindung betrifft die Messung von Magnetfeldern und insbesondere eine Miniaturvorrichtung, die auf magnetische Felder anspricht, sowie ein Meßgerät, das eine derartige Vorrichtung umfaßt.

Magnetfeldmessungen werden in verschiedenen Bereichen wie in der Navigation, der Messung starker Ströme, der Bestimmung der Relativposition von zwei Objekten, usw. verwendet. Es sinu bereits integrierte magnetische Wandler bekannt, von denen die verbreitetsten solche Wandler sind, bei denen der Hall-Effekt ausgenutzt wird. Zahlreiche Arbeiten wurden ebenfalls in Bezug auf empfindliche elektronische Vorrichtungen vorgenommen, wie Magnetdioden oder Magnettransistoren. Die Empfindlichkeit dieser Wandler ist jedoch verhältnismäßig gering und kann zwischen etwa 0,75V pro Tesla für einen Hall-Effektwandler, der einen integrierten Verstärkerkreis aufweist, und 10V pro Tesla für einen Magnettransistor variieren. Andererseits zeigen diese elektronischen Vorrichtungen Parameter, die beträchtlich durch Temperaturänderungen beeinträchtigt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Miniaturvorrichtung zu schaffen, die auf Magnetfelder anspricht und die genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll dir· Vorrichtung funktionsstabil in Bezug auf Temperaturänderunge.n sein und mit Hilfe der Technologie der integrierten Schaltkreise realisiert werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßgerät für Magnetfelder zu schaffen.

^r^AD ORIGINAL

Die auf Magnetfelder ansprechende Miniaturvorrichtung umfaßt:

- eine Klappe, die an einem Träger über zwei gegenüber liegend angeordnete elastische Halterungen befestigt ist und um diese Halterungen unter der Wirkung einer Kraft drehbar ist, die auf die Klappe senkrecht zu ihrer Ebene ausgeübt wird, und

— auf der Klappe angebrachte Mittel zum Erzeugen der Senkrechten Kraft in Ansprache auf ein Magnetfeld.

Die auf der Klappe angebrachten Mittel werden insbesondere durch ein stromdurchflossenes Leiterband gebildet.

Auch können die auf der Klappe aufgebrachten Mittel durch eine ferromagnetische Schicht gebildet werden, deren Magnetisierungsrichtung in der Ebene der Klappe und senkrecht

1b ' zur Rotationsachse hiervon liegt.

Das Meßgerät für Magnetfelder umfaßt wenigstens eine Vorrichtung mit einer auf ein Magnetfeld ansprechenden Klappe und ferner Mittel zum Liefern eines Signals, das für die Kraft, die auf die Klappe durch das Magnetfeld ausgeübt wird, repräsentativ ist.

Insbesondere kann das Meßgerät für Magnetfelder Mittel zum Kompensieren der Wirkung des zu messenden Magnetfeldes auf die Klappe derart aufweisen, daß diese immer in der Ruhestellung gehalten wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet im Vergleich zu den vorstehend erwähnten bekannten Vorrichtungen die Vorteile einer großen Empfindlichkeit, der Möglichkeit einer Serienfabrikation und geringer Kosten aufgrund der Verwendung der Technologie integrierter Schaltkreise sowie eine große Stabilität insbesondere als Funktion der Temperatur. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer

ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen auf Magnetfelder ansprechenden Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung.

Fig. 4a bis 4c zeigen drei Methoden zur Polarisation einer ferromagnetisehen Schicht der Klappe der Vorrichtung. 15

Fig. 5 zeigt im Schnitt ein Meßgerät mit einer

auf Magnetfelder anspinnenden'Vorrichtung

Fig. 6a bis 6c zeigen verschiedene Ausführungsformen, bei denen die Wirkung des auf die

Klappe der Vorrichtung ausgeübten Magnetfeldes kompensiert wird.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform der Erfindung, die eine etwa rechteckige Klappe 1 umfaßt, die von einem Träger 2 über zwei elastische Halterungen gehalten wird. Die Halterungen 3 bilden mit einer Seite der Klappe 1 eine Rotationsachse 10, um die sich die Klappe 1 drehen kann. Der Träger 2 kann auf einem Bodenteil 4 angeordnet sein,mit dem er eine Ausnehmung 5 bildet. Die Ausnehmung 5 kann in dem Träger selbst realisiert sein, in welchem Fall er auch gleichzeitig das Bodenteil 4 bildet. Gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist ein Leiterband auf der Klappe 1 derart vorgesehen, daß es von einem Strom I

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durchflossen wird und daß dann, wenn die Vorrichtung in einem magnetischen Feld B angeordnet wird, eine Kraft F senkrecht zur Richtung des magnetischen Feldes und zur Stromrichtung auf die Klappe 1 ausgeübt wird. Wenn b und c die Länge bzw. die Breite der Klappe 1 sind, ist das mechanische Moment, dem die Klappe 1 ausgesetzt wird, gleich

M = b.c. IxB (wobei das Zeichen "." ein skalares Produkt m

und das Zeichen "x" ein vektorielles Produkt darstellt)„ Unter der Wirkung dieses mechanischen Moments dreht sich die Klappe 1 um ihre Halterungen 3, bis daß das Rückstellmoment, das durch die Halterungen 3 ausgeübt wird, das Moment ausgleicht, das durch die gekoppelte Wirkung des Stromes I und des magnetischen Feldes B erzeugt wird. Der Winkel, um den die Klappe 1 gedreht wird, ist ein Maß für die Komponente des magnetischen Feldes senkreicht zur Richtung des Stromes I einerseits und senkrecht zur Klappe andererseits. Vorausgesetzt, daß die auf die Klappe 1 ausgeübte Kraft nur von deiti matjnc tischen Feld,der Geometrie und dem Strom in der Spule abhängt, ist diese Vorrichtung sehr präzise und stabil. Eine derartige Vorrichtung kann mit -Hilfe einer Technologie analog zu derjenigen der integrierten Schaltkreise realisiert werden. Beispielsweise kann der Träger 2 in einem Siliciumsubstrat vom Typ η realisiert werden, wobei die Klappe 1 und ihre Halterungen 3 aus dem Substrat herausgeschnitten und mit einem Dotierungsstoff vom p-Typ dotiert werden, während die Platte 4 aus Glas ist, das am Träger in bekannter Weise mittels "anodischer Bindung" befestigt wird. Auf diese Weise kann man leicht folgende Abmessungen erhalten:

Klappenfläche: 500 χ 500 um²

Geometrie der Halterungen: 1,3 χ 5 χ 100 um³

Die Struktur der Klappe 1 ermöglicht es, ein sehr vorteilhaftes Verhältnis von Trägheitskraft zu Rückstellkraft zu erhalten. In der Tat kann die Rückstellkraft durch eine Verringerung des Querschnitts der Halterungen 3 reduziert

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werden, während trotzdem die Klappe 1 gut gehalten wird. Die Verringerung der Rückstellkraft der Halterungen 3 vergrößert die Empfindlichkeit der Vorrichtung. Ein weiterer Ϊ Vorteil eines derartigen Aufbaus besteht darin,

aaß er die Drehung der Klappe 1 um ihre Halterungen 3 j

bevorzugt, dagegen jeder anderen Bewegung entgegenwirkt, | die eine Verlängerung der Halterungen 3 impliziert. Dies j garantiert ein gutes Verhalten der Vorrichtung zur Messung des magnetischen Feldes in einer bevorzugten Richtung, die die Richtung in der Ebene der Klappe 1 und senkrecht zu ihrer Drehachse ist. Dies kann noch verbessert werden, wenn der Träger 2 aus monokristallinem Silicium besteht und wenn die Klappe 1 und ihre Halterungen 3 stark mit Bor dotiert sind (mit einer Konzentration typischerweise gleich

1 9
oder größer 10 Atome/cm³). Eine Bordotierung bewirkt, daß longitudinale Kräfte an den Halterungen 3 der Klappe 1 erzeugt werden, die die Klappe 1 gegenüber anderen als der bevorzugten Bewegung verfestigen.

In der nachfolgenden Beschreibung besitzen analoge Teile zu denjenigen von Fig. 1 die gleichen Bezugsziffern. Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Gemäß dieser bildet das Leiterband 6 mehrere Spiralwindungen (zweieinhalb Spiralwindungen im Falle der Fig.2) auf der Klappe 1. Die Klappe 1 von Fig. 2 besitzt eine symmetrische Form in Bezug auf ihre Rotationsachse, wodurch im Zusammenhang mit der Vergrößerung der Anzahl der Spiralwindungen eine Vergrößerung der Empfindlichkeit der Vorrichtung hervorgerufen wird. Ein weiterer Vorteil der symmetrischen Form der Klappe 1 in Bezug auf die Ausführungsform von Fig.1 besteht darin, daß sie es ermöglicht, die Wirkung einer Beschleunigung senkrecht zur Ebene der Klappe 1 zu eliminieren. In der Tat übt jede Beschleunigung gemäß einer solchen Richtung auf die asymmetrische Klappe 1 eine Kraft aus, die die Tendenz hat, sie zu drehen, während bei einer symmetrischen Form sich die auf jede Hälfte der Klappe 1 wirkenden Effekte ausgleichen.

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ς. « <» β α

/μ.

Das mechanische Moment M , das durch ein magnetisches Feld B auf eine Klappe 1 ausgeübt wird, die η Spiralwinqungen trägt, die von einem Strom I durchflossen werden, ist M = 2.n.b.c.I κ B. Eine Diffusionszone 20, die elekcrisch mit dem Leiterband 6 durch Zwischenschaltung eines Kontaktfensters 21 verbunden ist, erlaubt die Versorgung der auf diese Weise realisierten Spule über eine Stromquelle, die außerhalb der Klappe 1 angeordnet ist. Um die Länge von Verbindungen zu begrenzen, können die beiden Ausgänge der Spule an der gleichen Seite der Klappe 1 angeordnet' sein.

Pas Leiterband 6 wird durch Aufbringen und Gravierung einer Schicht aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Material hergestellt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der der Klappe 1 mit einer dünnen Schicht 30 aus einem ferromagnetischen Material bedeckt ist. Diese Schicht ist in der Ebene der Klappe 1 und längs einer Richtung magnetisiert, die senkrecht zur Rotationsachse 10 der Klappe 1 verläuft, wie durch den Pfeil auf der Klappe 1 angedeutet ist- Wie in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist die Klappe 1 symmetrisch in Bezug auf ihre Drehachse 10. Obwohl eine solche Form nicht zwingend ist, wird sie andererseits jedoch bevorzugt, da, wie bereits vorstehend ausgeführt wurde die Empfindlichkeit der Vorrichtung vergrößert und Beschleunigungseffekte ausgeglichen werden. Als ferromagnetische Schicht 30 kann man Eisen- und Nickellegierungen verwenden. Eine Schicht mit einer Stärke in der Größenordnung von 100 nm kann durch .Aufdampfen aufgebracht werden. Aufgrund des geringen Koerzitivfeldes dieses Materials ist es unerläßlich, die aufgebrachte Schicht 30 durch ein äußeres Feld zu polarisieren. Die Magnetisierung M der Schicht 30 verbleibt im wesentlichen in der Ebene, selbst für Felder senkrecht zu der Ebene, die sehr viel größer als das Polarisationsfeld sind, wodurch es ermöglicht wird, diese Vorrichtung zum Feststellen und Messen von großen magnetischen Feldern zu verwenden. Das magnetische Moment M , daß auf die Klappei durch ein magnetisches Feld B ausgeübt wird

ist M = V.M χ B; wobei V das Volumen der ferromagnetischen Schicht 30, M die Magnetisierung dieser Schult 30 und B das zu messende magnetische Feld ist.

Fig. 4a und 4b zeigen verschiedene Möglichkeiten zum Erzeugen des Polarisationsfeldes in der Ebene der Klappe 1 der aufgebrachten Schicht 30. Im Falle der Fig. 4a wird die Magnetisierung M der aufgebrachten Schicht 30 mit Hilfe eines äußeren Magneten 40 erhalten; der äußere Magnet 40 kann ein Permanentmagnet sein, wie dargestellt, oder auch ein Elektromagnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in den Spalt des äußeren Magneten 40 derart angeordnet, daß das Feld B , das von dem Magneten erzeugt wird, die Magnetisierung M der Schicht 30 in der Ebene senkrecht zur Rotationsachse der Klappe bewirkt.

15- Fig. 4b zeigt, wie es möglich ist, auf dem Träger der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst einen Elektromagneten zu integrieren, der dazu bestimmt ist, ein Polarisationsfeld B für die auf der Klappe 1 angeordnete Schicht 30 zu erzeugen. Das magnetische Feld des Elektromagneten wird durch das Aufbringen einer ferromagnetischen Schicht 50 der gleichen Art wie auf der Klappe 1 auf dem Träger 2 realisiert. Die Erregerspule wird durch parallele Leiterbänder 61 aus Aluminium gebildet, die untereinander durch Diffusionszonen 62 verbunden sind, die unter der ferromagnetischen Schicht so realisiert sind. Kontaktfenster 63 ermöglichen die elektrische Verbindung zwischen den Leiterbanden 61 und den Diffusionszonen 62. Die Versorgung der Spule 60 mit einem Strom I bewirkt die Erzeugung eines Polarisationsfeldes B , das die Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht 30 auf der Klappe 1 ermöglicht.

Fig. 4c zeigt eine weitere Art der Magnetisierung der auf der Klappe 1 aufgebrachten Schicht 30. Hierbei durchsetzt ein Leiterband 70, beispielsweise aus Aluminium, die Klappe 1 in ihrer Mitte. Wenn das Leiterband 70 von einem Strom I durchflossen wird, erzeugt es ein Feld, das dir Polarisation der Schicht 30 in der Ebene und senkrecht zur Ro-

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tationsachse der Klappe 1 ermöglicht. Diese Methode ist identisch zu derjenigen, die in Bezug auf Speicher auf den Seiten 21-2 und 21-3 des Handbuchs "Handbook of thin film technology", veröffentlicht 1970 durch McGraw-Hill Book Company, beschrieben ist. Wie im Falle von Fig. 4b können mehrere·Spiralwindungen um die Schicht 30 der Klappe 1 herum angeordnet sein.

Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Vorrichtungen können in einem Gerät zum Messen des magnetischen Feldes verwendet werden, das eine elektrische Größe liefert, die proportional zu der Kraft ist, die durch das zu messende magnetische Feld auf die Klappe ausgeübt wird.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt längs der Rotationsachse der Klappe eines solchen Meßgeräts. Die Klappe 1 ist in einem Siliciumsubstrat, das leicht n-dodiert ist, ausgebildet, das einen Träger 2 bildet, an dem die Klappe 1 durch Halterungen 3 befestigt ist. Die Klappe 1 trägt eine ferromagnetische Schicht 30 (oder eine Spule gemäß der verwendeten Variante). Die Klappe 1 selbst wird durch dotiertes silicium gebildet (beispielsweise ρ ) ; sie kann daher elektrisch über eine Leiterschicht 80 mit einem integrierten Schaltkreis 100 auf dem Träger 2 verbunden werden. Der Schaltkreis 100 dient dazu, die Kapazität des veränderlichen Kondensators zu messen, der durch die Klappe 1 einerseits und eine feststehende Gegenelektrode 91 andererseits gebildet wird. Die Gegenelektrode 91 ist auf einer Platte aufgebracht, die aus Glas sein kann und an dem Träger 2 durch "anodische Bindung" befestigt ist. Eine Ausnehmung 92 ist in der Platte 90 gegenüber von dem Messkreis 100 angeordnet.

Fig. 5 zeigt des weiteren eine Diffusionszone 82, die die elektrische Verbindung zwischen der Gegenelektrode und dem Anschluß 83 aus Aluminium realisiert und eine Diffusionszone 85, die die elektrische Verbindung zwischen dem Meßkreis 100 und dem Anschluß 86 aus Aluminium realisiert.

Außerhalb der Kontaktstellen mit den Diffusionszonen sind die Anschlüsse aus Aluminium wie die Anschlüsse 80,83 und

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3 6 auf einer isolierenden Schicht 81 aus SiO„ angeordnet. Desgleichen kann die Innenfläche des Trägers 2 durch eine Schicht 88 aus SiO- geschützt sein.

Das Verfahren zur Herstellung des Geräts von Fig. 5 umfaßt beispeilsweise die folgenden Hauptschritte:

Ätzen des Siliciums zum Bilden der Ausnehmung zwischen der Klappe und seiner Gegenelektrode,

- Integration des Messkreises und Realisierung der Spule an der Stelle der Klappe (gegebenenfalls Aufbringung und Gravierung der ferromagnetisehen Schicht),

- Angreifen des Siliciums von der Rückseite her durch anisotropes Ätzen und Behandlungen, die bezüglich des Dotierungstyps des Siliciums empfindlich sind (beispielsweise anodisches Ätzen oder anodische Passivierung), ■ - Ausschneiden der Klappe auf feuchtem Wege oder mittels Plasmas,

- Ablagerung und Gravierung des Aluminiums auf der Glasplatte zum Bilden der Gegenelektrode,

- Befestigung der Glasplatte auf dem Siliciumträger durch anodisches Schweissen.

Wie bereits erwähnt, ist die mit einer stromdurchflossenen Spule versehene (Fig. 1 und 2) oder mit einer polarisierten ferromagnetischen Schicht bedeckte (Fig. 3 und 4) Klappe eine empfindliche Vorrichtung, die sich in Anwesenheit eines magnetischen Feldes senkrecht zu ihrer Ebene um einen Winkel proportional zum angelegten Feld bewegt. Bei dem Gerät von Fig. 5 wird die Drehung der Klappe gemessen, indem die entsprechende Änderung der Kapazität des Kondensators gemessen wird, der durch die Klappe 1 einerseits und die Gegenelektrode 91 andererseits gebildet wird. Diese Messung der Änderung der Kapazität ist bekannt und beispielsweise in der GB-OS 2 101 336A beschrieben. Damit vermieden wird, daß die Klappe 1 die Gegenelektrode 91 berühren kann, ist es möglich, auf der Klappe 1 oder der Platte 90, die die Gegenelektrode 91 trägt, Anschläge aus isolierendem Material anzuordnen. Im Falle einer Vorrichtung mit symmetrischer Klappe ist es mög-

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4-β—

lieh, zwei Gegenelektroden vorzusehen, von denen jeweils eine gegenüber einem der beiden Teile der Klappe auf der einen bzw. anderen Seite der Rotationsachse angeordnet ist. Die beiden Gegenelektroden und die entsprechenden Teile

S der Klappe bilden dann zwei Kondensatoren, deren Kapazitätsänderungen gemessen werden, um den Betrag des magnetischen Feldes zu erhalten.

Bei dem vorstehend beschriebenen Meßgerät muß der Abstand zwischen der Klappe 1 und der Gegenelektrode 91 genügend gering sein (in der Größenordnung von 2μιη) , damit die Kapazität zwischen den beiden Elementen genügend groß ist. Diese Bedingung impliziert eine Begrenzung der möglichen Drehung der Klappe 1 und folglich eine Begrenzung des Meßbereichs für das magnetische Feld. Eine Lösung, um

"^ derartige Einschränkungen zu beseitigen, besteht darin, daß ein Kompensationskreis vorgesehen wird, dessen Aufgabe darin besteht, auf der Klappe 1 einen Effekt zu erzeugen, der genau entgegengesetzt zu demjenigen ist, der durch das zu messende magnetische Feld erzeugt wird derart, daß die Klappe 1 immer in ihrer Ruhestellung gehalten wird. Der Kompensationskreis wird vorzugsweise durch eine elektrische Größe gesteuert, deren Wert ein direktes Maß des zu messenden magnetischen Feldes ist. Die Fig.6a bis 6c zeigen drei mögliche Kompensationsvarianten. In diesen drei Figuren ist die Klappe 5 l in einem Schnitt senkrecht zu ihrer Rotationsachse dargestellt. Sie ist an dem Träger 2 durch die Halterungen 3 befestigt und der Träger 2 ist an einem Bodenteil 4 wie in Fig. 1 befestigt. Eine Platte 90, die ebenfalls an dem Träger 2 befestigt ist und die gleiche Rolle wie diejenige in Fig. 5 spielt, ist ebenfalls in den Ausführungsformen der drei Figuren vorgesehen,

Fig. 6a zeigt eine asymmetrische Klappe 1, die mit einem Leitband 6 versehen ist, das wie in Fig. 1 stromdurcb.flossen ist. Die Wirkung des zu messenden magnetischen Feldes kann kompensiert werden, indem ein anderes magnetisches Feld der

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gleichen Intensität aber entgegengesetzter Richtung erzeugt wird, indem beispielsweise auf der Platte 90 und gegenüber von dem Leiterband 6 ein Leiterband 94 angeordnet wird. Der Stromfluß in dem Leiterband 94 führt zur Erzeugung eines Feldes proportional zu dem Strom auf dem Niveau des Leiterbandes 6 der Klappe 1. Es ist daher möglich, die Wirkung des zu messenden magnetischen Feldes exakt zu kompensieren und dieses magnetische Feld zu messen, indem der Strom gemessen wird, der für die Kompensation notwendig ist. Offensichtlich kann dabei das Leiterband 94 eine Vielzahl von Spiralwindungen bilden, wie dies auch für das Leiterband 6 der Fall ist. Die Fig. 6b und 6c zeigen eine andere Ausführungsform zum Kompensieren des durch das zu messende magnetische Feld auf die Klappe 1 ausgeübten Effektes. Hierzu wird zwischen der Klappe 1 und einer Elektrode ein elektrisches Feld erzeugt, deren Wirkung exakt das mechanische Moment kompensieren muß, das durch das zu messende magnetische Feld auf die Klappe 1 ausgeübt wird. Diese Art der Kompensation ist besonders dann geeignet, wenn die Klappe 1 mit einer ferromagnetischen Schicht versehen ist. Wie erwähnt kann die Klappe 1 durch geeignete Dotierung leitend sein, und es ist möglich, mit Hilfe eines elektrischen Feldes eine Anziehungskraft zu erzeugen. Daher sind in dem Fall einer a sy minetrischen Klappe 1 (Fig. 6b) zwei Elektroden 95 und 96 auf der Platte 90 vorgesehen, von denen die eine oder andere entsprechend der Richtung des zu messenden magnetischen Feldes dazu dienen kann, eine Anziehungskraft zu erzeugen, die geeignet ist, die Wirkung des zu messenden magnetischen Feldes zu kompensieren. Gemäß Fig. 6c sind die beiden Elektroden 97 und 41 auf der einen bzw. anderen Seite der Klappe 1 angeordnet, die asymmetrisch ist. Die Spannung, die notwendig ist, um exakt die Wirkung des zu messenden magnetischen Feldes zu kompensieren und zwischen der Klappe und einer der Elektroden angelegt wird, ist ein Maß für das magnetische Feld.

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α & C t' 0» ft 0 φ

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Anstelle der aufgeführten Materialien können auch andere verwendet werden, ebenso wie andere Methoden zum Messen der auf die Klappe ausgeübten Kraft. Auch ist es möglich,, die Spule auf der Klappe mit einem Wechselstrom zu versorgen oder dig mechanische Resonanz der Klappe zur Erhöhung der Empfind-•Uchkeit anzuregen.

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Claims

DIPL.'ING. H. MARSCH»"™ iooo Düsseldorf ι DIPL.-ING. K. SPARING otthblstbasbe 123 » .. POSTFACH 14O2OH - DIPL.-PHYS. DR. Λ\\ H. ROHL telefon (02 id β7ΐ034 PATENTANWÄLTE TELEX 858 2512 SPHO » ,/ XtTOKL. VERTRETER BElH EUROPÄISCHEN PATENTAMT Centre Electronique 15/462 Horloger S.A. Maladiere 71 CH 2000 Neuchätel 7 Patentansprüche

1. Miniaturvorrichtung, die auf magnetische Felder anspricht und geeignet ist, mit Hilfe der Technologie der integrierten Schaltkreise hergestellt zu werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klappe (1), die an einem Träger

(2) über zwei elastische Halterungen (3), die auf der einen bzw. anderen Seite der Klappe (1) angeordnet sind, befestigt und um die Halterungen (3) unter der Wirkung einer Kraft, die senkrecht zu ihrer Ebene ausgeübt wird, drehbar ist, und Mittel (6,30) vorgesehen sind, die an ider Klappe (1) angebracht sind, um die senkrechte Kraft in Ansprache auf ein Magnetfeld zu erzeugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe (1) eine symmetrische Form in Bezug auf ihre

¹·5 Rotationsachse (10) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus wenigstens einem Leiterband (6) gebildet werden, das von einem Strom (I) durchflossen wird und auf der Klappe (1) derart angeordnet ist, daß die durch das Magnetfeld auf den Strom hervorgerufene Kraft die Drehung der Klappe (1) bewirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das stromdurchflossene Leiterband (6) eine Vielzahl vor. Spiralwindungen bildet.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch eine ferromagnetische Schicht (30) gebildet werden, die in der Ebene der Klappe (1) und senkrecht zu ihrer Rotationsachse (10) magneti-

ü siert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zum Erzeugen eines Polarisationsfeldes (B ) in der Ebene der Klappe (1) und senkrecht zu dessen Rotationsachse (10) aufweist, wobei das Polarisationsfeld die ferromagnetische Schicht (30) magnetisiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen des Polarisationsfeldes durch wenigstens ein Leiterband (70) gebildet werden, das von einem Strom durchflossen wird und auf der ferromagnetischen Schicht (30) der Klappe (1) derart angeordnet ist, daß die ferromagnetische Schicht (30) in der Ebene der Klappe (1) und senkrecht zu deren Rotationsachse (10) magnetisiert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das stromdurchflossene Leiterband (70) eine Vielzahl von Spiralwindungen aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erzeugen eines Polarisationsfeldes gebildet werden aus

- einer ferromagnetischen Schicht (50),, die auf

0 dem Träger (2) angeordnet ist und einen Magnetkreis mit der ferromagnetischen Schicht (30) der Klappe (1) bildet, und

- wenigstens eine Spiralwindung (60), die von einem Stron durchflossen ist und die ferromagnetische Schicht

(50) derart umgibt, daß sie in der Schicht (50) das Polarisationsfeld für die ferromagnetische Schicht (30) der Klappe (1) erzeugt.

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10. Meßgerät für Magnetfelder, umfassend wenigstens eine für Magnetfelder ansprechende Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie des weiteren erste Mittel zum Erzeugen eines Signals umfaßt, das repräsentativ für die Kraft ist, die auf die Klappe (1) durch ein Magnetfeld ausgeübt wird.

11. Meßgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel

- wenigstens eine Elektrode (91), die gegenüber der Klappe (1) und parallel zu deren Ruhestellung angeordnet ist und eine erste Kondensatorplatte bildet,

- zweite Mittel zum Bilden einer zweiten Kondensatorplatte auf der Klappe (1) und

- einen Schaltkreis (100) umfassen, der mit der ersten und zweiten Kondensatorplatte zur Messung der Änderung der Kapazität des Kondensators verbunden ist.

12. Meßgerät mit wenigstens einer Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Leiterband (94), das auf einer feststehenden Platte (90) gegenüber von dem Leiterband (6), das auf der Klappe (1) angeordnet ist, angeordnet ist und Mittel zum Hindurchführen eines Meßstroms durch das Leiterband (94) derart umfaßt, daß das magnetische Feld, das hiervon auf dem zweiten Leiterband (6) erzeugt wird, genau die Wirkung des zu messenden Magnetfeldes kompensiert, wobei der Wert des Stroms ein Maß für das zu messende Magnetfeld bildet.

13. Meßgerät mit wenigstens einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens zwei Elektroden (95, 96 oder 97,41) und Mittel zum Anlegen zwischen einer der beiden Elektroden und der Klappe (1) einer Spannung derart, daß das elektrische Feld, das durch diese Spannung erzeugt wird, auf'die Klappe (1) Kraft ausübt, die genau die Wirkung des zu

messenden Magnetfeldes kompensiert, wobei der Wert der angelegten Spannung ein Maß für das zu messende Magnetfeld bildet.

14. Meßgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,, daß die Klappe (1) eine symmetrische Form in Bezug auf ihre Drehachse (10) aufweist und daß die beiden Elektroden (95 und 96) auf einer Platte (90) angeordnet sind, die an dem Träger (2) und gegenüber von jedem der beweglichen Teile der Klappe (1) befestigt sind.

15. Meßgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden (97 .und 41) beidseitig der Klappe (1) angeordnet sind.

16. Meßgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in einem äliciumsubstrat realisiert und die Klappe (1) wenigstens derart dotiert ist, daß sie die zweite Kondensatorplatte bildet.

17. Meßgerät nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkreis (100) auf dem Siliciumsubstrat integriert ist.

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