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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Magnetfeldern,
mit einer Gesamtheit aus zumindest drei Magnetfeldsensoren, von
denen jeder eine Anzahl magnetoresistiver Sensorelemente umfasst,
die in einer einzigen Ebene liegen und die die gleichen Vorzugsrichtungen
der Magnetisierung aufweisen, wobei die genannten Sensorelemente
einerseits an eine Speiseschaltung und andererseits an eine Signalverarbeitungsschaltung
angeschlossen sind, wobei die Vorzugsrichtungen der Magnetisierung
der Sensorelemente von unterschiedlichen Magnetfeldsensoren unterschiedlich
sind, wobei die Gesamtheit aus Magnetfeldsensoren innerhalb einer Magnetisierungsspule
angeordnet ist, die als elektrischer Leiter geformt ist, der in
einer Anzahl Windungen um eine zentrale Achse verläuft und
die zum Erzeugen eines Hilfsmagnetfeldes ausgebildet ist, das parallel
zu der zentralen Achse verläuft,
wobei die Magnetfeldsensoren innerhalb der Magnetisierungsspule
in solcher Weise angeordnet sind, dass der Winkel zwischen der zentralen
Achse und der Normalen zu der Ebene die Sensorelemente für jeden der
Magnetfeldsensoren der gleiche ist und dass das Hilfsmagnetfeld
am Ort jedes der Magnetfeldsensoren eine Komponente enthält, die
parallel zur Vorzugsrichtung der Magnetisierung der Sensorelemente
des betreffenden Magnetfeldsensors verläuft.
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Eine
gleichartige Einrichtung mit zwei Magnetsensoren ist aus Philips
Technical Publication 268 bekannt. Bei einer der Ausführungsformen
der bekannten Einrichtung ist die Magnetisierungsspule mit einem
Stromimpulsgenerator verbunden, der ausgebildet ist, um abwechselnd
Stromimpulse von entgegengesetzter Stromrichtung an die Magnetisierungsspule
zu liefern, wobei die Anordnung so ist, dass jeder Stromimpuls in
der Magnetisierungsspule ein Magnetfeld erzeugt, das parallel zu
den Vorzugsrichtungen der Magnetisierung der Sensorelemente verläuft und
stark genug ist, um die Richtung der inneren Magnetisierung der
Sensorelemente umzukehren. Das Umkehren der inneren Magnetisierung
der Sensorelemente dient dazu, Effekte zu beseitigen, die die Messung
stören,
beispielsweise Effekte, die durch Herstellungstoleranzen und durch
Drift infolge von Temperaturschwankungen verursacht werden. Die Gesamtheit
der bekannten Einrichtung kann zwei Magnetfeldsensoren umfassen,
die, wie in 28 der zitierten Veröffentlichung
ge zeigt, in einer zylindrischen Magnetisierungsspule senkrecht zueinander montiert
sind. Ein erster Nachteil der bekannten Einrichtung besteht darin,
dass es nicht leicht möglich ist,
einen dritten Magnetfeldsensor zu montieren, sodass die Vorzugsrichtung
der Magnetisierung der Sensorelemente des dritten Magnetfeldsensors senkrecht
zu der der Sensorelemente der ersten zwei Magnetfeldsensoren verläuft. Das
Hilfsmagnetfeld würde
dann senkrecht zur Ebene der Sensorelemente des dritten Magnetfeldsensors
verlaufen, sodass es nicht die erwünschte Wirkung hätte. Daher
wäre für den dritten
Magnetfeldsensor eine separate Magnetisierungsspule nötig, die
die Einrichtung besonders voluminös und schwer machen würde. Dennoch ist
es häufig
wünschenswert,
drei zueinander senkrechte Komponenten eines Magnetfeldes zu detektieren.
Dies ist beispielsweise bei Verwendung der Einrichtung in manchen
Magnetkompassen der Fall, bei denen die Detektion der drei Komponenten
des Erdmagnetfeldes wünschenswert
ist. Wenn nur zwei Komponenten eines Magnetfeldes gemessen werden
müssen,
ist die bekannte Einrichtung geeignet. Es kann jedoch ungünstig sein,
dass die Magnetisierungsspule verhältnismäßig voluminös und schwer ist, weil sie
das gesamte durch die zueinander senkrechten Magnetfeldsensoren
definierte Volumen umschließen
muss. Daher ist die bekannte Einrichtung für Anwendungen, bei denen zumindest
der den Magnetfeldsensor enthaltende Teil sehr klein und leicht sein
muss, nicht sehr gut geeignet. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist
ein Kompass in einem Fahrzeug, beispielsweise einem Auto. Die Einrichtung
dient dann zur Bestimmung der Richtung der horizontalen Komponenten
des Erdmagnetfeldes und es wäre
wünschenswert,
den Magnetfeldsensor außerhalb
des Fahrzeugkörpers
anzubringen, da der Fahrzeugkörper üblicherweise
eine große
Menge Eisen enthält
und somit einen störenden
Einfluss auf das lokale Erdfeld hat. Ein geeigneter Ort für den Sensor
ist beispielsweise die Spitze einer auf dem Fahrzeug angebrachten
Antenne. Der Sensor und die damit verbundene Magnetisierungsspule
sollten dann jedoch extrem klein und leicht sein. Die zugehörigen Schaltungen
können
dann im Fahrzeug untergebracht sein, sodass sie voluminöser und
schwerer sein dürfen
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen
von Magnetfeldern zu verschaffen, bei der eine wesentlich kleinere
und leichtere Magnetisierungsspule als in der bekannten Einrichtung
verwendet werden kann und bei der es auch möglich ist, die Einrichtung
für die
Messung von drei zueinander senkrechten Magnetfeldkomponenten geeignet
zu machen, ohne dass hierzu eine zusätzliche Magnetisierungsspule
benötigt
wird. Zur Lösung
dieser Aufgabe umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung eine Gesamtheit
aus zumindest drei Magnetfeldsensoren und einer Spule, die als elektrischer
Leiter geformt ist, der in einer Anzahl Windungen um eine zentrale
Achse verläuft
und die zum Erzeugen eines Hilfsmagnetfeldes ausgebildet ist, das parallel
zu der zentralen Achse verläuft,
dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Magnetfeldsensoren mehrere
magnetoresistive Sensorelemente umfasst, die in einer einzigen Ebene
liegen und die die gleichen Vorzugsrichtungen der Magnetisierung
aufweisen, wobei die genannten Sensorelemente einerseits mit einer
Speiseschaltung und andererseits mit einer Signalverarbeitungsschaltung
verbunden sind, wobei die Vorzugsrichtungen der Magnetisierung der
Sensorelemente unterschiedlicher Magnetfeldsensoren unterschiedlich
sind, wobei die Magnetfeldsensoren innerhalb der Magnetisierungsspule
in solcher Weise angeordnet sind, dass der Winkel zwischen der zentralen
Achse und der Normalen zu der Ebene, in der die Sensorelemente liegen,
für jeden
der Magnetfeldsensoren der gleiche ist und dass das Hilfsmagnetfeld
am Ort der Magnetfeldsensoren eine Komponente enthält, die
parallel zu den Vorzugsrichtungen der Magnetisierung der Sensorelemente
des betreffenden Magnetfeldsensors verläuft, und die Richtung des Hilfsmagnetfeldes
mit der Vorzugsrichtung der Magnetisierung der Sensorelemente jedes
der Magnetfeldsensoren den gleichen Winkel α bildet, wobei 0° < α < 90°. 1 >. Infolge der Schritte
der Erfindung weist das Hilfsmagnetfeld eine Komponente parallel zur
Vorzugsrichtung der Magnetisierung jedes der Sensorelemente auf,
wobei diese Komponenten für alle
Sensorelemente gleich groß sind.
Es sei bemerkt, dass eine Einrichtung zum Messen von Magnetfeldern
mit Hilfe von drei Magnetfeldsensoren in einem von einer einzigen
Magnetisierungsspule erzeugten Hilfsmagnetfeld an sich aus EP-A-0
290 811 bekannt ist. In der bekannten Einrichtung ist die Magnetisierungsspule
auf einen torusförmigen
Träger gewickelt,
der mit Aussparungen zum Aufnehmen der Magnetfeldsensoren versehen
ist, sodass das Hilfsmagnetfeld parallel zur Vorzugsrichtung der
Magnetisierung für
jeden Magnetfeldsensor verläuft.
Der so gebildete Sensorteil ist verhältnismäßig voluminös und schwer.
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EP-A-0411971
offenbart eine Einrichtung zum Messen von Magnetfeldern, die drei
magnetoresistive Sensoren umfasst, die auf den drei Seiten einer
Pyramide liegen. Eine in einer Ebene senkrecht zur Höhe der Pyramide
liegende Magnetisierungsspule wird von den drei Sensoren umgeben.
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Eine
Ausführungsform
der Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit
zwei Magnetfeldsensoren umfasst, die in solcher Weise angeordnet
sind, dass ihre Sensorelemente in der gleichen Ebene oder in zueinander
parallelen Ebenen liegen und die Vorzugsrichtungen der Magnetisierung
der Sensorelemente zueinander senkrecht verlaufen und mit der zentralen
Achse einen Winkel von 45° bilden.
Diese Ausführungsform
ist für
die Messung von zwei zueinander senkrechten Komponenten eines Magnetfeldes
geeignet. Weil die Sensorelemente der zwei Magnetfeldsensoren in
einer einzigen Ebene oder in zueinander parallelen Ebenen liegen,
füllt die
aus den zwei Magnetfeldsensoren bestehende Gesamtheit nahezu vollständig ein
sehr kleines, blockförmiges
Volumen. Die Magnetisierungsspule kann eine an die Form dieses Volumens die
angepasste Form haben, sodass sie erheblich kleiner sein kann als
die Magnetisierungsspule der bekannten Einrichtung.
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Eine
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit drei Magnetfeldsensoren
umfasst, die auf drei zueinander senkrechten Flächen eines Trägers montiert
sind, wobei die Ebene der Sensorelemente jedes der Magnetfeldsensoren
parallel zu einer der drei Flächen
verläuft,
wobei der genannte Träger
innerhalb der Magnetisierungsspule in solcher Weise angeordnet ist,
dass die Normalen zu den drei genannten Flächen mit der zentralen Achse gleiche
Winkel bilden. Diese Ausführungsform
ermöglicht
die Messung von drei zueinander senkrechten Komponenten eines Magnetfeldes.
Besonders einfaches Montieren der Magnetfeldsensoren kann bei dieser
Ausführungsform
durch Montieren der Magnetfeldsensoren auf ersten Teilen einer flexiblen
Folie aus einem elektrisch isolierenden Material erreicht werden,
die mit elektrischen Leiterbahnen versehen ist, wobei die Leiterbahnen
Anschlussleiter zum Verbinden der Sensorelemente mit der Speiseschaltung und
der Signalverarbeitungsschaltung bilden, wobei die Folie in solcher
Weise um den Träger
gefaltet ist, dass die ersten Teile der Folie gegen die genannten Flächen anliegen.
Die Speise- und Signalverarbeitungsschaltungen können auf Wunsch auf der Folie selbst
vorgesehen sein. In vielen Fällen
wird es jedoch wünschenswert
sein, ein erhöhtes
Gewicht und Volumen der Kombination der Magnetfeldsensoren und Magnetisierungsspule
infolge des Hinzufügens weiterer
Komponenten zu vermeiden. In einer weiteren Ausführungsform können die
genannten Schaltungen in einfacher Weise in gewissem Abstand zu den
Magnetfeldsensoren montiert werden, welche Ausführungsform dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Folie auch einen streifenförmigen zweiten Teil umfasst,
auf dem die Leiterbahnen sich fortsetzen und der aus der Magnetisierungsspule
herausragt.
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Bei
einer Ausführungsform,
die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Träger die Form zumindest eines
Teils eines Kubus hat, sodass die drei genannten Flächen an
den gleichen Eckpunkt des Kubus grenzen, wobei die Achse der Magnetisierungsspule
mit einer durch den genannten Eckpunkt verlaufenden Körperdiagonalen
des Kubus zusammenfällt,
kann die von den drei genannten Magnetfeldsensoren gebildete Gesamtheit
sehr kompakt sein. Das Gewicht kann weiter verringert werden, wenn
der Träger
an der dem genannten Eckpunkt gegenüber liegenden Seite durch eine
senkrecht zu der genannten Körperdiagonalen
verlaufende Grenzfläche
begrenzt wird. In den letzten beiden Ausführungsformen kann die Gesamtheit
aus Magnetfeldsensoren das Innere der Magnetisierungsspule nahezu
vollständig
füllen,
wenn die Magnetisierungsspule die Form eines rechtwinkligen Prismas
hat, das einen Querschnitt in Form eines gleichseitigen Sechsecks
aufweist.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im Folgenden näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht eines
Magnetfeldsensors von einem Typ, der zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Einrichtung
geeignet ist,
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2 ein partielles Blockschaltbild
einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung,
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5 eine Perspektivansicht
einer ersten Ausführungsform
eines Sensorteils für
eine Einrichtung, die zur Erläuterung
der Erfindung nützlich
ist,
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4a und 4b eine Folie bzw. einen Träger für eine erste
Ausführungsform
eines Sensorteils für die
erfindungsgemäße Einrichtung,
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5a und 5b verschiedene Stadien der Herstellung
der ersten Ausführungsform,
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6a und 6b eine Folie bzw. einen Träger für eine zweite
Ausführungsform
eines Sensorteils für
die erfindungsgemäße Einrichtung
und
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7a und 7b verschiedene Stadien der Herstellung
der zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt einen Magnetfeldsensor 1,
der an sich bekannt ist und der auf dem magnetoresistiven Effekt
beruht. Dies ist das Phänomen,
dass der elektrische Widerstandswert eines stromführenden magnetischen
Materials sich bei Anwesenheit eines externen Magnetfeldes ändert. Diese Änderung
wird durch eine Drehung der Magnetisierung relativ zur Stromrichtung
verursacht. Beispielsweise führt
im Fall von Permalloy (einer ferromagnetischen Legierung, die 20%
Eisen und 80% Nickel enthält)
eine Drehung der Magnetisierung um 90° (durch ein externes Feld bewirkt,
das senkrecht zur Stromrichtung verläuft) zu einer Änderung
des Widerstandswertes zwischen 2 und 3%. In dem dargestell ten Magnetfeldsensor
(Typ KMZ 10 von Philips) sind vier magnetoresistive Sensorelemente 3 auf
einem Siliciumsubstrat 2 aufgebracht. Jedes der Sensorelemente 3 ist aus
einem mäanderförmigen Streifen
aus Permalloy gebildet, mit einer Vorzugsrichtung der Magnetisierung,
die parallel zur Längsrichtung
des Streifens, d. h. in Richtung des Pfeils 5 verläuft. Die
Enden der Sensorelemente 3 sind miteinander verbunden,
sodass sie die vier Zweige einer Wheatstone-Brücke bilden. Das Ausmaß des Brückenungleichgewichts kann
als Maß für die Veränderung
der Magnetfeldstärke
in der Ebene der Sensorelemente 3 und senkrecht zur Richtung
eines durch die Sensorelemente fließenden elektrischen Stroms
verwendet werden. Die von den Sensorelementen 3 gebildete
Brückenschaltung
kann über
Anschlusspunkte 7 mit einer Speiseschaltung einerseits
und einer Signalverarbeitungsschaltung andererseits verbunden werden.
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2 zeigt ein Blockschaltbild
einer Ausführungsform
einer Einrichtung zum Messen von Magnetfeldern, in der ein Magnetfeldsensor
des in 1 gezeigten Typs
verwendet wird. Die von den Sensorelementen 3 gebildete
Brückenschaltung
ist einerseits mit einer Speiseschaltung 9 (im vorliegenden Fall
ist das eine Batterie) und andererseits einer Signalverarbeitungsschaltung 11 verbunden.
Beispiele für
geeignete Signalverarbeitungsschaltungen sind beispielsweise in
der zitierten Philips Technical Publication 268 beschrieben. In
der zitierten Veröffentlichung
wird auch mitgeteilt, dass es zur Beseitigung von Offseteffekten
wünschenswert
ist, den Magnetfeldsensor in solcher Weise zu montieren, dass die Sensorelemente 3 einem
von einer Magnetisierungsspule 13 erzeugten Magnetfeld
ausgesetzt sind. Die Magnetisierungsspule 13 ist mit einem
Stromimpulsgenerator 15 verbunden, der ausgebildet ist,
um abwechselnd Stromimpulse von entgegengesetzter Richtung an die
Magnetisierungsspule 13 anzulegen, sodass abwechselnd entgegengesetzt
gerichtete Magnetfelder in der Magnetisierungsspule erzeugt werden.
Die Magnetisierungsspule 13 ist so angeordnet, dass die
in dieser Spule erzeugten Magnetfelder parallel zur Vorzugsrichtung
der Magnetisierung 5 der Sensorelemente 3 verlaufen.
Die Eigenschaften der Magnetisierungsspule 13 und die vom
Stromimpulsgenerator 15 gelieferte Stromstärke sind
so gewählt,
dass die erzeugten Hilfsmagnetfelder stark genug sind, um die Richtung
der inneren Magnetisierung der Sensorelemente umzukehren. Der Einfachheit
halber zeigt 2 nur einen
einzigen Magnetfeldsensor. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung sind drei oder
mehr Magnetfeldsensoren kombiniert, um eine Gesamtheit zu bilden,
die einen Sensorteil 17 zusammen mit einer einzigen Magnetisierungsspule 13 bildet.
Die von der Magnetisierungsspule 13 erzeugten Hilfsmagnetfelder
enthalten Komponenten, die parallel zu den Vorzugsrichtungen der
Magnetisierung 5 der Sensorelemente 3 jedes Magnetfeldsensors
verlaufen. Diese Komponenten haben alle die gleiche Größe.
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3 zeigt eine Ausführungsform
eines Sensorteils 17 für
eine Einrichtung, die imstande ist, die Größe und Richtung zweier zueinander
senkrechter Komponenten eines Magnetfeldes zu bestimmen. Eine Einrichtung
dieser Art kann beispielsweise in einem magnetischen Kompass verwendet
werden, der für
die horizontalen Komponenten des Erdmagnetfeldes empfindlich ist.
Der Sensorteil 17 umfasst eine Gesamtheit aus zwei Magnetfeldsensoren 1a und 1b,
die zusammen in einem Gehäuse 19 aus nicht
magnetischem Material montiert sind, beispielsweise einem geeigneten
Kunststoff. Die zwei Magnetfeldsensoren 1a und 1b sind
so montiert, dass ihre Sensorelemente (in 3 nicht gesondert dargestellt) in einer
einzigen Ebene liegen und die Vorzugsrichtungen der Magnetisierung 5a und 5b senkrecht
zueinander verlaufen. Die Sensorelemente sind über Anschlussdrähte 21 mit
Anschlussstiften 23 des Gehäuses 19 verbunden.
Das Gehäuse 19 wird
von einem Spulenkörper 25 aus
einem Kunststoff umgeben, auf den die Magnetisierungsspule 13 gewickelt ist.
Die Magnetisierungsspule 13 besteht aus einem elektrisch
leitenden Draht, der um einer zentrale Achse 27 in einer
Anzahl Windungen verläuft,
wobei die zentrale Achse mit jeder der Vorzugsrichtungen 5a und 5b einen
Winkel von 45° bildet.
Die zwei Enden des die Magnetisierungsspule 13 bildenden
Drahtes sind mit zwei der Anschlussstifte 23 verbunden. Wenn
der Magnetisierungsspule 13 ein elektrischer Strom zugeführt wird,
wird in dieser Spule ein Hilfsmagnetfeld H erzeugt, das parallel
zu der zentralen Achse 27 verläuft, sodass es mit jeder der
Vorzugsrichtungen einen Winkel von 45° bildet. Wie bekannt, ist die
Größe einer
Komponente H (α)
in einer Richtung, die mit einem Magnetfeld H einen Winkel α bildet,
gleich Hcosα.
Im vorliegenden Fall ist die Größe der Komponente
des Hilfsmagnetfeldes H, das parallel zu den Vorzugsrichtungen 5a und 5b verläuft, somit
gleich Hcos45° = ½H√2. Daher
muss die Stärke des
Hilfsmagnetfeldes H√2
mal größer sein
als die Stärke
eines parallel zu den Vorzugsrichtungen verlaufenden Hilfsmagnetfeldes,
um die gleiche Wirkung zu erhalten. Dies kann in einfacher Weise
durch Anpassung der Stromstärke
in der Magnetisierungsspule 13 oder der Anzahl Windungen
dieser Spule erreicht werden.
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Weil
die beiden Magnetfeldsensoren 1a und 1b in einer
einzigen Ebene nebeneinander liegen, ist die Dicke der Gesamtheit
(das ist die Abmessung in einer Richtung senkrecht zu der genannten
Ebene) sehr klein. Daher kann die Dicke des Gehäuses 19 auch sehr
klein sein. Die Breite des Gehäuses 19 (die Abmessung
in einer Richtung senkrecht zu der genannten Richtung und senkrecht
zu der zentralen Achse 27, d. h. in der Figur von links
nach rechts) wird durch den Raum bestimmt, der für die Anschlussstifte 23 benötigt wird.
Die Abmessungen des Spulenkörpers 25 sind
so gewählt,
dass das Gehäuse 19 mit
geringem Spiel in den Hohlraum des Spulenkörpers passt. Der Raum innerhalb
des Spulenkörpers 25 wird
somit sehr wirksam verwendet und der vollständige Sensorteil 17 kann
sehr klein und leicht sein. Dies ist auch der Fall, wenn die zwei
Magnetfeldsensoren 1a und 1b nicht nebeneinander
liegen, sondern gestapelt sind, wobei die Vorzugsrichtungen 5a und 5b in
gleicher Weise wie in der Figur orientiert sind. In diesem Fall
verlaufen die Ebenen der Sensorelemente parallel zueinander und
die Gesamtheit wird eine Dicke haben, die größer ist, und eine Breite, die
kleiner ist als in dem dargestellten Fall. Der Querschnitt des Gehäuses 19 sollte
dann quadratischer sein und die Anschlussstifte 23 können dann
beispielsweise in zwei parallelen Reihen angeordnet sein. In beiden
Fällen
ist der Sensorteil für
die Messung zweier Magnetfelder geeignet, die senkrecht zu den Vorzugsrichtungen 5a und 5b in
der Ebene der Sensorelemente gerichtet sind, d. h. wie mit den Pfeilen 28a und 28b angegeben.
Diese Felder können
beispielsweise zwei Komponenten des Erdmagnetfeldes sein. Auf Wunsch
können
auch andere Komponenten, wie z. B. eine integrierte Schaltung, in
dem Gehäuse 19 untergebracht
werden.
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4a ist eine Draufsicht einer
flexiblen Folie 29 eines elektrisch isolierenden Materials,
beispielsweise Kapton, die drei erste Teile 31 und einen zweiten
Teil 33 umfasst. Auf einer Hauptfläche der Folie 29 sind
mehrere elektrische Leiterbahnen 35 vorgesehen, die beispielsweise
aus einem dünnen Kupferblech
gebildet sind, wie es bei der Herstellung von Printplatten üblich ist.
Jede Leiterbahn 35 beginnt an einem der ersten Teile 31 und
setzt sich auf dem zweiten Teil 33 fort. Die ersten Teile 31 haben quadratische
Form und der zweite Teil 33 ist streifenförmig. Auf
jedem der ersten Teile 31 ist ein Magnetsensor 1a, 1b bzw. 1c montiert,
wobei die Sensorelemente (in der Figur nicht gesondert dargestellt)
mit zugehörigen
Leiterbahnen 35, die als Anschlussleiter zum Anschließen der
Sensorelemente an externe Schaltungen dienen, elektrisch verbunden.
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Die
Form der Folie 29 ist so gewählt, dass die Folie in solcher
Weise entlang Faltlinien 37 gefaltet werden kann, mit gestreichelten
Linien angegeben, dass die drei ersten Teile 31 in zueinander
senkrechten Ebenen liegen. Die drei ersten Teile 31 entsprechen
dann drei Seitenflächen
eines Kubus, die an den gleichen Eckpunkt des Kubus grenzen. Die Folie 29 kann
dann um einen Träger 39 gefaltet
werden, wie in 4b gezeigt.
Der Träger 39 hat
die Form eines Kubus und kann beispielsweise aus einem geeigneten
Kunststoffher gestellt sein. Der Kubus kann hohl oder massiv sein.
Der Eckpunkt, an den die genannten drei Seitenflächen grenzen, wird in 4b mit dem Bezugszeichen 41 bezeichnet
und eine Körperdiagonale
des Kubus, die durch den betreffenden Eckpunkt verläuft und
die mit einer Strich-Punkt-Linie dargestellt wird, wird mit dem
Bezugszeichen 43 bezeichnet. Der Körper bildet mit den Normalen
zu den genannten drei Seitenflächen
gleiche Winkel.
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5a ist eine Perspektivansicht
des nach dem Falten der Folie 29 um den Träger 39 erhaltenen Halbfabrikats.
Die drei ersten Teile 31 berühren drei der Seitenflächen des
Trägers 39 und
der zweite Teil 33 ist entlang einer vierten Seitenfläche zurückgefaltet.
Die auf diesem Teil vorhandenen Leiterbahnen 35 (nicht
sichtbar in 5a) können direkt
oder über
ein Anschlusskabel (nicht abgebildet) mit der Speiseschaltung 9 und
der Signalverarbeitungsschaltung 11 verbunden werden (2). Auf Wunsch können zu diesen
Schaltungen gehörende
Komponenten direkt auf dem zweiten Teil 33 montiert sein.
Die Vorzugsrichtungen der Magnetisierung 5a, 5b und 5c der Sensorelemente
der drei Magnetfeldsensoren 1a, 1b und 1c bilden
mit der in 4b gezeigten
Körperdiagonale 43 gleiche
Winkel von 57,4°.
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5b ist eine Vorderansicht
eines unter Verwendung des in 5a gezeigten
Halbfabrikats hergestellten Sensorteils. Hierzu ist das Halbfabrikat in
solcher Weise in einer Magnetisierungsspule 13 angeordnet,
dass die Körperdiagonale 43 (4b) mit der zentralen Achse 27 zusammenfällt, die
senkrecht zur Zeichenebene in 5b verläuft. Die
Richtung eines von der Magnetisierungsspule 13 erzeugten
und parallel zur zentralen Achse 27 verlaufenden Hilfsmagnetfeldes
bildet somit einen Winkel von 57,4° mit jeder der Vorzugsrichtungen 5a, 5b und 5c. Die
Magnetisierungsspule 13 der vorliegenden Ausführungsform
hat die Form eines rechtwinkligen Prismas mit einem Querschnitt
in Form eines gleichseitigen Sechsecks. Wie aus 5b ersichtlich hat die Projektion der
kubischen Gesamtheit der Magnetfeldsensoren auf eine Ebene senkrecht
zu der zentralen Achse 27 (der Zeichenebene) auch die Form eines
gleichseitigen Sechsecks. Somit füllt diese Gesamtheit den Raum
innerhalb der Magnetisierungsspule 13 nahezu vollständig, sodass
die Abmessungen und das Gewicht des Sensorteils minimal sind. Wenn
etwas größere Abmessungen
und höheres Gewicht
akzeptabel sind, kann die Magnetisierungsspule natürlich auch
eine andere Form haben, beispielsweise die Form eines rechtwinkligen
Kreiszylinders. Der zweite Teil 33 der Folie 29,
in 5b nicht sichtbar,
ragt dann aus der Magnetisierungsspule 13 heraus.
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6a ist eine Draufsicht einer
flexiblen Folie 129, die der in 4a gezeigten Folie 29 in vielerlei
Hinsicht ähnelt.
Die Form der ersten Teile 131 der Folie 129 weicht
jedoch von derjenigen der ersten Teile 31 der Folie 29 ab.
Die Folie 129 ist auch mit elektrischen Leiterbahnen 135 versehen,
die Anschlussleiter für
die auf ersten Teilen 131 montierten Magnetfeldsensoren 1a, 1b und 1c bilden.
Die Folie 129 kann entlang gestrichelter Faltlinien 137 in
solcher Weise gefaltet werden, dass die ersten Teile 131 in
zueinander senkrechten Ebenen liegen, die in einem Punkt aneinander
grenzen. Die Folie 129 kann somit um einen in 6b gezeigten Träger 139 gefaltet
werden, der die Form einer Pyramide mit drei zueinander senkrechten
Flächen
hat, die in einem Punkt 141 aneinander grenzen, der die
Spitze der Pyramide bildet. Geometrisch gesehen entsprechen diese
drei Flächen
drei Flächen
eines Kubus, die in einem Eckpunkt aneinander grenzen, wobei die
Körperdiagonale
des genannten Kubus als Strich-Punkt-Linie 143 dargestellt
wird. Der Kubus ist entlang einer Grenzfläche 145, die senkrecht
zur Körperdiagonale 143 verläuft und
die Basis der Pyramide bildet, abgeschnitten.
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7a ist eine Perspektivansicht
eines Halbfabrikats, das erhalten wird, wenn die Folie 129 in
der angegebenen Weise um den Träger 139 gefaltet
wird. Die drei ersten Teile 131 liegen gegen die Seitenflächen des
Trägers 139 an
und der zweite Teil 133 ist entlang der Basis 145 zurückgefaltet.
Die auf diesem Teil vorhandenen Leiterbahnen 135 (in 7a nicht sichtbar) können wieder
mit der Speiseschaltung 9 und der Signalverarbeitungsschaltung 11 verbunden
werden (2). Die Vorzugsrichtungen der
Magnetisierung 5a, 5b und 5c der Sensorelemente
der drei Magnetfeldsensoren 1a, 1b und 1c bilden
mit der in 6b gezeigten
Körperdiagonale 143 gleiche
Winkel von 57,4°.
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7b ist eine Draufsicht eines
mit dem Halbfabrikat von 7a hergestellten
Sensorteils. Hierzu ist das Halbfabrikat in solcher Weise in einer Magnetisierungsspule 13 angeordnet,
dass die Körperdiagonale 143 (6b) mit der zentralen Achse 27 zusammenfällt, die
senkrecht zur Zeichenebene in 7b verläuft. Die
Richtung eines von der Magnetisierungsspule 13 erzeugten
und parallel zur zentralen Achse 27 verlaufenden Hilfsmagnetfeldes
bildet daher einen Winkel von 57,4° mit jeder der Vorzugsrichtungen 5a, 5b und 5c.
Die Magnetisierungsspule 13 dieser Ausführungsform hat wieder die Form
eines rechtwinkligen Prismas, das einen Querschnitt in Form eines
gleichseitigen Sechsecks hat. Um das Halbfabrikat von 7a für eine solche Spule geeignet
zu machen, ist es wünschenswert,
die Punkte 147 des Trägers 139,
die über
die ersten Teile 131 der Folie 129 hinausragen,
abzuschneiden. Der Träger
hat somit die Form einer Pyramide mit abge schnittenen Eckpunkten.
Wie in der in 5b gezeigten
Ausführungsform
sind jedoch auch andere Formen der Magnetisierungsspule 13 möglich, wobei
es zulässig
ist, dass der Träger 139 so
geformt ist, wie in 6b gezeigt.
Wie bereits erwähnt,
ist die beschriebene Einrichtung wegen der kleinen Abmessungen des
Sensorteils besonders zur Verwendung in einem magnetischen Kompass
für ein
Fahrzeug geeignet, beispielsweise ein Auto, ein Schiff oder ein Flugzeug.
Andere mögliche
Anwendungen sind beispielsweise ein in eine Armbanduhr eingebauter Kompass
(insbesondere die Version von beispielsweise 7, die für zwei Magnetfeldkomponenten empfindlich
ist) oder ein unabhängiger
Kompass als Sport- oder Autozubehör. Weitere mögliche Anwendungen
sind Erdfeldkompensationsregelung für hochlauflösende Bildmonitore und Verkehrsregelungssysteme
(beispielsweise in Straßenflächen eingebettete
Sensoren).