KR100369088B1 - 자기장측정장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 장치는, 한 평면에 배열되며 동일한 특정 자화 방향을 가지는 다수의 자기저항 센서 소자(3)를 구비하는 적어도 하나의 자기장 센서(1)를 포함하고, 상기 자기저항 센서 소자는 한 측부에 파워 서플라이 회로(9)가 접속되며 다른 측부에 신호처리회로(11)가 접속되고, 보조 자기장을 발생하도록 상기 자기장 센서 근처에 배열되는 자화 코일(13)을 또한 포함하는 자기장 측정 장치로서, 상기 자화 코일(13)은 상부에 적어도 하나의 나선형 전기 컨덕터 트랙(21)이 제공된 전기절연물질로 만들어진 기판(19)을 포함하고, 상기 트랙은 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자(23)를 포함하며, 상기 그룹은 기판의 표면과 평행하게 연장된 다수 부분의 컨덕터 트랙에 의해 형성되고, 컨덕터 트랙을 통해 흐르는 전류(25)는 모든 그룹의 능동 컨덕터 소자에서 동일한 방향을 가지며, 상기 자기장 센서(1)는 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자 근처에서 기판상에 설치되고, 상기 위치에서 센서 소자(3)의 평면은 능동 컨덕터 소자의 평면에 거의 평행하게 연장되며 센서 소자의 특정 자화 방향은 능동 컨덕터 소자의 종방향에 대해 수직하게 연장되고, 상기 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자(23)는 상기 기판(19)과 상기 자기장 센서(1) 사이에 위치되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은, 한 평면에 배열되며 동일한 특정 자화 방향을 가지는 다수의 자기저항 센서 소자를 구비한 적어도 하나의 자기장 센서를 포함하고, 상기 센서 소자는 한 측부에 파워 서플라이 회로가 접속되며 다른 측부에 신호처리회로가 접속되고, 보조 자기장을 발생하도록 상기 자기장 센서 근처에 배열되는 자화 코일을 또한 포함하는 자기장 측정 장치에 관한 것이다.
이러한 종류의 장치는 독일 연방공화국 특허 제 34 42 278(PHD 84.154)호에 공지되어 있다. 공지된 장치의 자화 코일은 역방향 전류의 전류 펄스를 교차형태로 자화 코일에 공급하기 위해 배열된 전류 펄스 발생기와 접속되고, 살기 배열은 각각의 전류 펄스가 센서 소자의 특정 자화 방향에 평행하며 센서 소자의 내부 자화 방향을 역전시키기에 충분히 강한 자화 코일에서 자기장을 발생시키도록 한다. 센서 소자의 내부자화는 측정을 방해하는 효과 예를 들어, 제조 허용오차 및 온도변화에 의한 이동편차 때문에 야기되는 효과를 제거하기 위해 반대가 된다. 그러나, 대부분의 경우에 이러한 목적에 필요한 자화 코일은 자기장 센서보다 몇배나 더 크구 무거운 소자라는 단점을 가지고 있다. 결국, 공지된 장치는 적어도, 자기장 센서를 수용하는 부분이 매우 작고 가벼워야만 하는 분야에서는 매우 부적합하다. 운송 수단 예를 들어, 자동차용 나침반이 상기 분야의 일예이다. 상기 장치는 지자기장의 방향을 결정하도록 기능하고, 일반적으로 차체가 다량의 철을 함유하여 국부적인 지자기장을 방해하는 효과를 가지기 때문에, 상기 자기장 센서를 차체의 외부에 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 운송 수단에 장착된 안테나(aerial)의 선단부가 상기 센서의 적당한 위치가 된다. 그러나, 센서 및 그 센서에 접속된 자화 코일은 매우 작고 가벼워야만 한다. 그후, 관련 회로가 운송 수단 내부에 수용될 수 있으며 그에 따라 보다 커지고 무거워질 수도 있다.
본 발명의 목적은, 자화 코일이 실질적으로 공지된 장치보다 작고 가벼우며, 또한 간단하고 저렴하게 대량 생산될 수 있는 상술한 바와 같은 종류의 장치를 제공하고자 하는 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 장치는 상기 자화 코일이 상부에 적어도 하나의 나선형 전기 컨덕터 트랙이 제공된 전기절연물질로 만들어진 기판을 포함하고, 상기 트랙은 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자를 포함하며, 상기 그룹은 기판의 표면과 평행하게 연장된 다수 부분의 컨덕터 트랙에 의해 형성되고, 컨덕터 트랙을 통해 흐르는 전류는 모든 그룹의 능동 컨덕터소자에서 동일한 방향을 가지며, 상기 자기장 센서는 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자 근처에서 기판상에 설치되고, 상기 위치에서 센서 소자의 평면은 능동 컨덕터 소자의 평면에 거의 평행하게 연장되며 센서 소자의 특정 자화 방향은 능동 컨덕터 소자의 종방향에 대해 수직하게 연장되고, 상기 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자는 상기 기판과 상기 자기장 센서 사이에 위치되는 것을 특징으로 한다. 컨덕터 트랙은 인쇄회로기판 또는 박막 또는 박막회로의 제조에 이용되는 기술로 알려진 기술에 의해 기판상에 제공될 수 있다. 이러한 기술은 제조하기에 매우 적합하며 제품을 소형 및 경량으로 제조할 수 있도록 한다. 전류가 가해질 때 능동컨덕터 소자에 의해 발생되는 자기장은 센서 소자의 특정 방향에 평행하게 연장되도록 상기와 같은 소자의 종방향을 가로지르는 방향으로 된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예는, 상기 기판이 센서 소자를 파워 서플라이 회로 및 신호처리 회로에 접속하기 위한 접속 컨덕터를 구성하는 다수의 추가 전기 컨덕터 트랙을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 실시예에서, 센서 소자를 관련 회로에 접속시킴으로써 나타나는 문제점은 센서의 체적과 무게를 증가시키지 않고도 해결될 수 있다.
센서 소자의 영역에서 자화 코일에 의해 발생된 자기장은 적어도 이용되는 자기장 센서의 유형에 따르는 최소값을 가져야만 한다. 필립스 타입 KMZ 10A인 자기장 센서의 최소값은 3kA/m 이며, 이는 필립스 기술잡지 268의 16쪽에 기술되어 있다. 자기장 센서의 크기가 매우 작기 때문에, 이러한 센서의 근처에서 한 평면에 인접하게 배열될 수 있는 능동 컨덕터 소자의 수는 비교적 작다. 발생되는 자기장의 최소값을 초과하기 위해, 컨덕터 트랙을 통과하는 비교적 큰 전류는 예를 들어, 1.2A가 요구된다. 이러한 전류 강도는, 적어도 두 개의 컨덕터 트랙이 기판상에 제공되고, 각각의 트랙은 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자를 포함하고, 다른 컨덕터 트랙들에 연관된 대응 능동 컨덕터 소자 그룹들은 그 근처에 설치된 자기장 센서의 센서 소자의 평면의 동일한 측부에 위치된 상호 평행한 평면에서 연장되는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 장치의 추가의 바람직한 실시예에 의해 감소될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기판은 다층 PCB일 수 있으며, 자기장 센서 근처의 능동 컨덕터 소자의 수는 기판상의 컨덕터 트랙의 수에 비례한다. 따라서, 이러한컨덕터 트랙에 필요한 전류 강도는 상기 기판상의 컨덕터 트랙의 수에 반비례한다.
본 발명의 추가의 개선형은, 상기 기판이 두 그룹의 능동 컨덕터 소자를 포함하는 컨덕터 트랙이 적어도 하나의 주 표면상에 제공된 제 1 부분과 적어도 하나의 주 표면상에 접속 컨덕터를 지지하는 제 2 부분을 포함하는 가요성 박판에 의해 형성되고, 상기 자기장 센서는 상기 두 그룹의 능동 컨덕터 소자 중 한 그룹의 소자 근처에서 박판의 제 1 부분상에 설치되고, 적어도 상기 박판의 제 1 부분은 제 2 그룹이 자기장 센서 근처에 위치되는 방식으로 자기장 센서에 대해 접혀지고, 하나의 동일한 컨덕터 트랙의 두 그룹의 능동 컨덕터 소자는 두 그룹중 한 그룹의 능동 컨덕터 소자 내의 컨덕터 트랙을 통해 흐르는 전류 방향이 다른 그룹의 능동 컨덕터 소자의 전류 방향과 반대로 되는 방식으로 자기장 센서가 결합된 센서 소자의 평면의 양측부로 연장되는 것을 특징으로 하는 실시예에 의해 이루어진다. 이러한 실시예에서 자기장 센서 근처의 능동 컨덕터 소자의 수는 종래의 비교예의 능동 컨덕터 소자의 수의 두배이다. 일반적으로 말해, 가요성 박판의 무게는 실질적으로 강성 기판의 무게보다 가벼우며 그 부피는 박판을 접음으로써 실질적으로 감소될 수 있다.
상술한 유형의 자기장 센서는 센서 소자의 특정 자화 방향을 가로지르는 방향으로 배향된 자기장 소자에 대해 감도가 좋다. 자기 나침반에 대해서는, 일반적으로 상호 수직한 두 방향 또는 세 방향에서 자기장을 측정하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 장치의 추가 실시예는, 상기 자기장 센서의 센서 소자의 특정 자화 방향이 상호 수직한 방향으로 연장되는 방식으로 서로에 대해 배향되는자기장 센서가 각각 상부에 장착되는 두 개 또는 세 개의 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
추가 실시예에서, 각각의 기판은 각각의 자기장 센서에 대해 제공된다. 상호 수직한 두 방향에서 자기장을 측정하기 위해 상기 장치에 대한 센서부의 추가 감소는, 상기 기판이 직사각 나선형으로 연장되며 네 그룹의 능동 컨덕터 소자를 포함하는 컨덕터 트랙을 적어도 하나의 주 표면상에 지지하는 제 1 부분과 적어도 하나와 주 표면상에 접속 컨덕터를 지지하는 제 2 부분을 포함하는 가요성 박판에 의해 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 그룹은 직사각부의 제 1 및 제 2 측부의 근처에 위치되고, 상기 제 3 및 제 4 그룹은 직사각부의 제 3 및 제 4 측부의 근처에 위치되며, 상기 제 3 및 제 4 측부는 각각 제 1 및 제 2 측부에 대향하여 위치되고, 각 그룹 내의 컨덕터 소자는 직사각부의 관련 측부에 대해 평행하게 연장되고, 제 1 및 제 2 자기장 센서는 각각 제 1 및 제 4 그룹의 능동 컨덕터 소자 근처에서 박판상에 설치되고, 적어도 박판의 제 1 부분은 제 2 그룹의 능동 컨덕터가 제 1 자기장 센서의 근처에 위치되며 제 3 그룹의 능동 컨덕터가 제 2 자기장 센서의 근처에 위치되는 방식으로 직사각부의 대각선을 따라 자기장 센서에 대해 접혀지고, 동일한 자기장 센서 근처에 위치된 하나의 동일한 컨덕터 트랙의 두 그룹의 능동 컨덕터 소자는 두 그룹 중 한 그룹의 능동 컨덕터 소자 내의 컨덕터 트랙을 통해 흐르는 전류 방향이 다른 그룹의 능동 컨덕터 소자 내의 전류 방향과 반대로 되는 방식으로 관련 자기장 센서가 결합된 센서 소자의 평면의 양 측부로 연장되는 것을 특징으로 하는 실시예를 이용함으로써 해결된다. 이러한 실시예에서, 두 개의 자기장센서에 대해 단지 하나의 기판만이 필요하다.
서로 수직한 방향에서 감도가 좋은 세 개의 자기장 센서에 대해 단지 하나의 기판만을 이용할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 것은, 상기 기판이 직사각 나선형으로 연장되며 여섯 그룹의 능동 컨덕터 소자를 포함하는 컨덕터 트랙을 적어도 하나의 주 표면상에 지지하는 제 1 부분과 적어도 하나의 주 표면에 접속 컨덕터를 지지하는 제 2 부분을 포함하는 가요성 박판에 의해 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 그룹은 직사각부의 대향 위치된 제 1 및 제 3 측부의 대향 위치점 근처에 위치되고, 제 3 및 제 4 그룹은 직사각부의 제 1 및 제 3 측부의 대향 위치점 근처에 위치되며, 제 5 및 제 6 그룹은 제 1 측부에 대해 평행하게 연장되는 직사각부의 제 1 중심선에 대해 대칭되는 방식으로 직사각부의 제 4 측은 근처에 위치되고, 각 그룹 내의 컨덕터 소자는 직사각부의 관련 측부에 대해 평행하게 연장되고, 제 1 , 제 2 및 제 3 자기장 센서는 각각 제 1, 제 3 및 제 5 그룹의 능동 컨덕터 소자의 근처에서 박판상에 설치되고, 적어도 박판의 제 1 부분은 제 2 그룹의 능동 컨덕터 소자가 제 1 자기장 센서의 근처에 위치되며 제 4 그룹의 능동 컨덕터 소자가 제 2 자기장 센서의 근처에 위치되고 제 6 그룹의 능동 컨덕터 소자가 제 3 자기장 센서의 근처에 위치되는 방식으로 직사각부의 제 1 중심선을 따라 자기장 센서에 대해 접혀지고, 동일한 자기장 센서 근처에 위치되는 하나의 동일한 컨덕터 트랙의 두 그룹의 능동 컨덕터 소자는 두 그룹 중 한 그룹의 능동 컨덕터 소자 내의 컨덕터 트랙을 통해 흐르는 전류 방향이 다른 그룹의 능동 컨덕터 소자 내의 전류 방향과 반대로 되는 방식으로 관련 자기장 센서가 결합된 센서 소자의 평면의양 측부로 연장되고, 상기 박판은 제 1 중심선에 대해 수직하게 연장되는 직사각부의 제 2 중심선을 따라 90。 각도로 접히므로, 제 2 자기장 센서의 센서 소자의 평면은 제 1 및 제 3 자기장 센서의 센서 소자의 평면에 대해 수직하게 연장되는 실시예에 의해 가능해진다.
본 발명의 이러한 양태들은 도면을 참조로 하기에서 보다 상세히 설명한다.
제 1 도는 본 발명에 따른 장치에서 이용하기에 적합한 유형의 자기장 센서의 평면도.
제 2 도는 본 발명에 따른 장치의 실시예에 대한 블록 다이어그램.
제 3 도는 본 발명의 원리를 설명하는 도면.
제 4 도는 자기장 센서와 자화 코일을 구비한 센서부의 실시예에 대한 평면도.
제 5 도는 제 4 도에 도시된 세 개의 센서부를 이용한 본 발명에 따른 장치의 부분 사시도.
제 6 도는 공통 기판상에 설치된 자화 코일을 구비한 두 개의 자기장 센서를 포함하는 실시예의 평면도.
제 7 도는 제 6 도에 도시된 센서부를 배열한 홀더를 포함하는 본 발명에 따른 장치의 부분 사시도.
제 8 도는 공통 기판상에 설치된 자화 코일을 구비한 세 개의 자기장 센서를 포함하는 실시예의 평면도.
제 9 도는 제 8 도에 도시된 센서부를 배열한 홀더를 포함하는 본 발명에 따른 장치의 부분 사시도.
제 1 도는 자기저항 효과를 이용하며 그 자체로서 공지되어 있는 자기장 센서(1)를 도시하고 있다. 상기 효과는 전도성 자기 물질의 전기 저항이 외부 자기장이 인가될 때 변화하는 현상이다. 이러한 변화는 전류방향에 대한 자화의 회전에 의해 야기된다. 예를 들어, 퍼멀로이(permalloy: 20%의 철과 80%의 니켈을 함유하는 강자성 합금)의 경우에, 90。만큼의 자화의 회전(전류 방향에 대해 수직하게 연장되는 외부 자기장에 의해 야기됨)은 2 내지 3%의 저항 변동을 초래한다. 도시된 자기장 센서(필립스 타입 KHZ 10)에서는, 네 개의 자기저항 센서 소자(3)가 실리콘 기판(2)상에 제공된다. 각각의 센서 소자(3)는 스트립의 종방향 즉, 화살표(5) 방향으로 평행하게 연장된 특정 자화 방향을 가지는 퍼멀로이의 구불구불한 형태의 스트립으로 형성된다. 센서 소자(3)의 단부는 휘스톤 브리지(Wheatstone bridge)의 네 개의 브랜치를 형성하도록 상호 접속된다. 상기 브리지의 불균형 정도는 센서 소자를 통해 흐르는 전류의 방향에 수직한 센서 소자(3)의 평면에서 자기장의 강도변화를 측정하는데 이용할 수 있다. 센서 소자(3)에 의해 형성된 브리지 회로는 접점(7)을 통해 한 측부에 파워 서플라이 회로가 접속되고 다른 측부에 신호처리 회로가 접속될 수 있다.
제 2 도는 제 1 도에 도시된 유형의 자기장 센서를 이용하는 자기장 측정용 장치의 한 실시예에 대한 블록 다이어그램이다. 센서 소자(3)에 의해 형성된 브리지 회로는 한 측부에 파워 서플라이 회로(9; 본 발명의 경우는 배터리)가 접속되고 다른 측부에 신호처리 회로(11)가 접속된다. 적절한 신호처리 회로의 예는 필립스기술잡지 268에 기술되어 있다. 상기 기술잡지와 독일 연방공화국 특허 제 34 42 278호에는 오프셋 효과의 제거를 위해 센서 소자(2)가 자화 코일(13)에 의해 발생된 자기장의 영향을 받는 방식으로 자기장 센서를 배열하는 것이 바람직하다고 기술되어 있다. 자화 코일(13)은 역방향 전류의 전류 펄스를 교차형태로 자화 코일(13)에 적용하도록 배열된 전류 펄스 발생기(15)와 접속되므로 자화 코일에서는 교대로 반대로 배향된 자기장이 발생된다. 자화 코일(13)은 상기 코일에서 발생된 자기장이 센서 소자(3)의 특정 자화 방향(5)에 평행하게 연장되도록 배열된다. 전류 펄스 발생기(15)에 의해 공급된 전류 강도와 자화 코일(13)의 비율은 발생된 자기장이 센서 소자의 내부 자화 방향을 역전시키기에 충분하도록 선택된다. 자화 코일(13)과의 결합에서, 자기장 센서는 상기 장치의 센서부(17)를 구성한다.
제 3 도는 본 발명에 따른 장치에 대한 센서부(17)의 구성 원리를 설명하기 위한 도면이다. 자화 코일(13)은 전기절연물질로 이루어진 기판(19)을 포함하며 그 기판상에는 컨덕터 트랙(21)이 제공된다. 상기 기판(19)은 강성 물질(예를 들어, 에폭시 또는 산화 알루미늄) 또는 가요성 물질(예를 들어, 캡톤 박판)로 이루어질 수 있다. 컨덕터 트랙(21)은 구리나 알루미늄과 같은 전기적으로 적당한 전도성 물질로 이루어진다. PCB 또는 박막회로의 제조기술에서 공지된 기술은 기판(19)상에 컨덕터 트랙(21)을 형성하는데 이용할 수 있다. 제 3 도에서 부분적으로 도시한 컨덕터 트랙(21)은 기판(19)의 주 표면상에서 대략 나선형으로 연장된다. 상기 표면상에서 평행하게 연장된 대부분의 컨덕터 트랙(21)은 도면에서 점선에 둘러싸인 도면번호 23으로 지시된 능동 컨덕터 소자의 그룹을 구성한다. 컨덕터 트랙(21)을 통해 흐르는 전류(25)는 상기 그룹(23)의 모든 능동 컨덕터 소자에서 동일한 방향을 가진다. 자기장 센서(1)는 적절한 접착제에 의해 능동 컨덕터 소자 그룹의 영역에서 기판(19)상에 설치된다. 자기장 센서(1)의 위치는 센서 소자(3)의 평면이 능동 컨덕터 소자의 평면에 평행하게 연장되며 센서 소자의 특정 자화 방향(5)이 능동 컨덕터 소자의 종방향에 수직하게 연장되도록 선택된다. 이러한 배열의 결과로서, 상기 전류(25)는 센서 소자(3)의 영역에서 특정 방향으로 자기장을 배향시킨다. 각각의 전류 펄스(25)에 대해, 이러한 자기장 방향은 선행 전류 펄스의 방향과 반대이므로, 센서 소자(3)의 재료의 내부 자화는 각각의 전류 펄스에 따라 역전된다. 그러나, 이러한 상태에서 충족되어야 할 조건은 발생된 자기장이 충분히 강한 즉, 적어도 3kA/m이어야만 한다는 것이다. 이러한 목적을 위해 제공된 컨덕터 트랙(21)에 필요한 전류 강도를 감소시키기 위해, 다양한 방법이 발견되었다. 제 1 해법은 각 층에 컨덕터 트랙(21)을 가지는 다층 기판을 이용하는 것으로서 모든 컨덕터 트랙은 제 3 도에 도시된 패턴에 따라 연장된다. 각각의 컨덕터 트랙(21)은 능동 컨덕터 소자(23)의 그룹을 포함하고, 이러한 그룹은 센서 소자(3)의 평면의 동일한 측부에 대해 서로 평행한 평면에 배열된다. 따라서, 능동 컨덕터 소자의 수는 n 컨덕터 트랙이 존재할 때 인자 n에 의해 증가한다. 따라서, 자기장 센서(1)의 영역에서 소정 강도의 자기장을 발생시키기 위해, 컨덕터 트랙당 n배 더 작은 전류 강도면 충분하다.
능동 컨덕터 소자(23)의 그룹을 포함하는 상기 컨덕터 트랙(21)에 더불어 추가의 전기 컨덕터 트랙(26)이 기판(19)상에 제공된다. 추가의 컨덕터 트랙은 특히센서 소자(3)를 파워 서플라이 회로(9) 및 신호 처리 회로(11)에 접속시키도록 기능할 수 있는 접속 컨덕터로 구성된다. 이러한 목적을 위해, 관련 접속 컨덕터(26)는 본드 외이어(27)에 의해 접점(7)에 접속된다. 일부 접속 컨덕터(26)는 컨덕터 트랙(21)에 접속될 수도 있다. 간략화를 위해 제 3 도에는 이러한 접속부를 도시하지 않았다. 도시한 실시예에서, 컨덕터 트랙(21)은 기판(19)의 제 1 부분(29)상에 제공되고, 접속 트랙(26)은 기판의 제 2 부분(31)상에 제공된다. 필요에 따라, 작은 전자 소자(예를 들어, 스위칭 트랜지스터, 안정화 캐패시터 또는 집적 회로)가 기판(19)상에 제공(도시되지 않음)될 수도 있다.
제 4 도는 제 3 도를 참조로 기술된 원리에 따라 작동하는 센서부(17)의 실시예를 도시한 것으로서, 상기 센서부는 컨덕터 트랙(21)과 기판(19)의 제 1 부분(29)을 전체적으로 볼 수 있게 하기 위해 축소된 크기로 도시되어 있다. 본 실시예의 기판(19)은 가요성 박판으로 형성된다. 상기 기판의 제 1 부분(29)상에 제공된 컨덕터 트랙(21)은 대칭 라인(33)에 대해 대칭으로 위치되는 두 그룹의 능동 컨덕터 소자(23)를 포함한다. 컨덕터 트랙(21)의 나선형 형상은 두 개의 그룹(23) 내의 능동 컨덕터 소자들이 서로 평행하게 연장되며 한 그룹 내의 전류 방향(25)이 다른 그룹의 전류 방향(25')과 반대로 되도록 선택된다. 자기장 센서(1)는 능동 컨덕터 소자(23)의 제 1 그룹 영역에서 기판(19)의 제 1 부분(29)상에 설치되므로, 전류가 제 3 도에서 설명한 방식으로 컨덕터 트랙(21)에 공급될 때, 자기장 센서는 센서 소자(3)의 특정 자화 방향에 평행한 방향으로 자기장을 배향시킨다. 자기장 센서(1)의 접점(7)은 제 3 도에서 설명한 방식으로 박판(19)의 제 2 부분(31)상의일부 접속 컨덕터(26)에 접속된다. 컨덕터 트랙(21)은 두 개의 다른 접속 컨덕터(26)에 접속된다. 이러한 목적을 위해, 컨덕터 트랙(21)의 제 1 단부(37)는 가장 좌측의 접속 컨덕터(26)로 직접 변화된다. 제 2 단부(39)는 기판(19)의 제 1 부분(19) 내의 금속화 개구부(41) 및 기판 후방의 추가 컨덕터 트랙(도시되지 않음)을 통해 가장 우측의 접속 컨덕터(26)와 접촉하는 금속화 개구부(43)에 접속된다.
제 4 도에 도시된 실시예는 컨덕터 트랙(21)의 전류 강도의 감소 문제에 대한 제 2 해법에 적합하다. 이러한 목적을 위해, 박판(19)의 제 1 부분(29)은 화살표(35)로 지시된 바와 같은 대칭선(33)을 따라 이중으로 접혀진다. 결국, 능동 컨덕터 소자(23)의 제 2 그룹은 자기장 센서(1)의 상부에 즉, 제 1 그룹과 비교하여 센서 소자(3)의 평면의 다른 측부에 위치된다. 따라서, 두 개의 그룹(23)은 중간 자기장 센서(1)와 결합하여 샌드위치 구조로 구성된다. 두 그룹의 능동 컨덕터 소자(23)에서의 전류 방향(25, 25')이 반대이기 때문에, 능동 컨덕터 소자는 센서 소자(3)의 영역에서 동일한 방향으로 자기장을 발생시킨다. 그러므로, 두 그룹(23)의 효과는 단일 그룹의 효과의 2배로 되므로, 컨덕터 트랙(21) 내의 전류 강도는 절반으로 될 수 있다. 분명하게, 필요에 따라 이러한 단계는 제 3 도를 참조로 설명한 바와 같이 기판(19)의 다른 층들 내에 추가의 컨덕터 트랙(21)을 제공하는 것에 적용될 수 있다. 대칭 라인(33)을 따라 박판(19)을 접는 것에 의한 추가 장점은 센서부(17)의 크기가 더욱 감소된다는 것이다.
제 4 도에 도시한 실시예에서, 컨덕터 트랙(21)은 직사각(특히, 정사각) 나선형으로 형성된다. 그러나, 이러한 형상이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 단지 두 그룹의 능등 컨덕터 소자(23)는 대칭 라인(33)에 대해 대칭으로 배열되고, 이들 그룹 내의 컨덕터 소자는 평행하게 연장되는 것이 필요하다. 두 그룹의 능동 컨덕터 소자(23)를 상호 접속하는 컨덕터 트랙(21)의 부분(제 4 도의 좌측 및 우측)은 임의의 경로 즉, 반원 형태를 취할 수 있다.
제 5 도는 세 개의 센서부(17)의 결합을 도시한 도면으로서 각각의 센서부는 제 4 도를 참조로 설명한 바와 같이 구성된다. 각각의 센서부(17)는 직사각 평행관과 같은 형상인 홀더(45)에서 박판(19)의 제 1 부분(29)에 의해 에워싸여진 자기장 센서(1)와 함께 배열된다. 박판의 두 부분(31; 제 5 도에 도시하지는 않았으나 접속 컨덕터(26)를 지지함)이 홀더(45)로부터 돌출된다. 세 개의 홀더(45)는 세 개의 자기장 센서(1)의 센서 소자(3)의 특정 자화 방향이 서로 수직한 방향으로 연장되는 방식으로 서로 접속된다. 따라서, 세 개의 자기장 센서(1)는 서로 수직한 자기장에 대해 감도가 좋다. 결국, 이러한 결합은 특히 나침반에서 이용하기에 적합하며 그에 따라 지자기장의 서로 수직한 세 개의 성분이 검출되어야만 한다. 분명히, 단지 두 개의 서로 수직한 성분이 검출되어야 하면, 그 안에 포함된 두 개의 자기장 센서의 센서 소자들의 특정 자화 방향이 서로 수직하게 연장되도록 설치된 단지 두 개의 센서부(17)를 포함하는 조합이면 충분하다. 제 5 도에 도시된 실시예에서, 세 개의 홀더(45)는 세 개의 자기장 센서(1)의 센서 소자(3)들의 평면이 서로 수직하게 연장되도록 배열된다. 분명히, 세 개의 자기장 센서 중 두 개는 서로 평행하게 배열될 수 있고, 그 센서 소자들의 특정 자화 방향이 서로 수직하게 연장되도록배향된다. 그러나, 도시된 실시예는 제 4 도에 일치하는 세 개의 센서부가 사용될 때 얻어지는 가장 컴팩트한 실시예이다.
체적은 단일 기판상에 하나 이상의 자기장 센서를 제공함으로써 더욱 감소될 수 있다. 제 6 도는 전기절연물질로 이루어진 가요성 박판으로 구성된 하나의 기판상에서 두 개의 자기장 센서를 포함하는 실시예를 도시하고 있다. 박판의 제 1 부분(29)의 하나의 주 표면상에는 도면에 도시된 외형으로 컨덕터 트랙(21)이 제공된다. 이러한 외형은 제 1 측부(47), 제 2 측부(49), 제 3 측부(51) 및 제 4 측부(53)를 가지는 직사각부(본 예의 경우에는 정사각형)로서 형성된다. 제 1 측부(47) 및 제 2 측부(49)는 서로 인접하여 있으며, 제 3 측부(51)는 제 1 측부의 반대쪽에 위치되고, 제 4 측부(53)는 제 2 측부의 반대쪽에 위치된다. 컨덕터 트랙(21)은 상술된 외형을 따라 직사각 나선형을 형성한다. 상기 외형은 각각 제 1 측부(47), 제 2 측부(49), 제 3 측부(51) 및 제 4 측부(53) 근처에 위치되는 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 그룹의 능동 컨덕터 소자(55, 57, 59 및 61)를 포함한다. 각 그룹의 능동 컨덕터 소자는 직사각부로 이루어진 관련 측부에 평행하게 연장된다. 제 1 그룹의 능동 컨덕터(55) 영역에 제 1 자기장 센서(63)가 박판(19)상에 설치되고, 제 4 그룹(61)의 영역에 제 2 자기장 센서(65)가 박판상에 설치된다. 능동 컨덕터의 관련 그룹에 대한 상기 자기장 센서들의 방향은 제 3 및 제 4 도에 도시한 바와 동일하다. 컨덕터 트랙(21)을 통해 흐르는 전류는 시계방향 또는 반시계방향으로 직사각형으로 이루어진 측부를 따라 흐르므로, 반대쪽에 위치된 능동 컨덕터 소자 그룹의 전류 방향은 항상 반대이다.
박판(19)의 제 2 부분(31)의 하나의 주 표면상에는 제 5 도를 참조로 설명된 방식으로 자기장 센서(63, 65) 및 컨덕터 트랙(21)에 접속되는 접속 컨덕터(제 6 도에는 도시되지 않음)가 제공된다. 이들 센서와 접속 컨덕터들 사이의 접속부를 가능한 짧게 유지하기 위해, 박판(19)의 제 2 부분(31)은 직사각부의 제 1 측부(47) 및 제 4 측부(53) 근처에 있는 것이 바람직하다.
박판(19)의 제 1 부분(29)은 제 2 그룹의 능동 컨덕터(57)가 제 1 자기장 센서(63)상에 위치되며 제 3 그룹(59)이 제 2 자기장 센서(65)상에 위치되는 방식으로 직사각부의 대각선(67)을 따라 접혀진다. 각각의 자기장 센서(63, 65)는 센서 소자의 평면에 평행한 두 개의 평면에서 연장되는 두 그룹의 능동 컨덕터 소자 사이에 위치된다. 두 그룹의 능동 컨덕터에서의 전류 방향은 반대가 되며, 상기 두 그룹은 관련 자기장 센서와 함께 제 4 도를 참조로 설명된 바와 같이 동일한 특성을 가지는 샌드위치 구조로 구성된다.
직사각부의 측부(47, 53)에 대한 두 개의 자기장 센서(63, 65)의 방향 때문에, 이들 센서의 센서 소자의 특정 자화 방향은 서로 수직하게 연장되므로 서로 수직한 자기장에 대해 감도가 좋다. 따라서, 상술한 결합은 지자기장의 두 개의 서로 수직한 성분을 검출하기에 매우 적합하므로 자기 나침반에 이용하기에 적합하다. 이러한 목적을 위해 박판(19)의 제 1 부분(29)은 상부에 설치되는 제 1 및 제 2 자기장 센서(63, 65)와 함께 제 7 도에 도시한 바와 같이 홀더(71) 내에 배열될 수 있다. 박판의 제 2 부분(31)은 홀더(71)로부터 돌출된다. 홀더(71)는 매우 작고 가벼우며 수 mm3의 체적과 수 그램의 무게를 가진다. 결국, 차체의 외부에 예를 들어, 운송 수단에 장착된 안테나의 선단부에 설치하기에 매우 적합하다. 접속 컨덕터(25)는 안테나를 따라 연장되는 케이블을 통해 운송 수단 내부에 수용된 파워 서플라이 및 신호 처리 회로(9, 11)에 접속될 수 있다.
제 8 및 제 9 도는 서로 수직한 세 개의 자기장 예를 들어, 세 개의 지자기장을 검출하기에 적합한 것을 제외하고는 제 6 도 및 제 7 도에 도시된 실시예와 유사한 것이다. 제 8 도는 제 6 도에 도시된 박판과 매우 유사한 제 1 및 제 2 부분(29, 31)을 가지는 박판(19)을 도시하고 있다. 제 1 부분(29)상에는, 제 1 측부(47), 제 2 측부(49), 제 3 측부(51) 및 제 4 측부(53)를 가지는 직사각부에 대해 실질적으로 제 6 도에서와 동일한 방식으로 나선형으로 연장되는 컨덕터 트랙(21)이 제공된다. 직사각부의 대향 위치된 측부들 근처로 연장되는 컨덕터 트랙(21) 부분 내의 전류 방향은 반대로 된다. 컨덕터 트랙(21)은 여섯 그룹의 능동 컨덕터 소자를 포함한다. 즉, 제 1 그룹(73) 및 제 2 그룹(75)은 직사각부의 제 1 측부(47) 및 제 3 측부(51)의 대향 위치점 근처에 위치되고, 제 3 그룹(77) 및 제 4 그룹(79)은 직사각부의 제 1 측부 및 제 3 측부의 대향 위치점 근처에 위치되며, 제 5 그룹(81) 및 제 6 그룹(83)은 제 4 측부(53) 근처에서 제 1 측부에 평행하게 연장되는 제 1 중심선(85)에 대해 대칭으로 위치된다. 직사각부의 중심선은 직사각부를 두 개의 동일한 직사각부로 분할하는 선이다. 제 1 그룹(73), 제 3 그룹(77), 제 5 그룹(81)의 영역에서, 제 1, 제 2 및 제 3 자기장 센서(87, 89, 99) 각각은박판(19)상에 설치되고, 능동 컨덕터 소자에 대한 자기장 센서의 방향은 미전의 도면들에 도시된 자기장 센서의 방향에 대응한다.
박판(19)의 제 1 부분(29)은 제 2 그룹의 능동 컨덕터 소자(75)가 제 1 자기장 센서(87)상에 위치되고, 제 4 그룹(79)이 제 2 자기장 센서(89)상에 위치되며, 제 6 그룹(83)이 제 3 자기장 센서(91)상에 위치되는 방식으로 제 1 중심선(85)을 따라 접힌다. 상기 접는 방법은 화살표(93)로 표시되어 있다. 상기 그룹들은 각각의 자기장 센서와 함께 이전의 도면들을 참조로 설명된 특성을 갖는 샌드위치 구조로 구성된다. 결국, 박판(19)의 제 1 부분(29)은 화살표(97)로 지시된 바와 같이 제 2 중심선(95)을 따라 90。로 접힌다. 제 2 중심선(95)은 제 1 중심선(85)에 대해 수직하게 연장되며, 최종 접음 동작 후에, 제 2 자기장 센서(89)의 센서 소자의 평면은 제 1 자기장 센서(87) 및 제 3 자기장 센서(91)의 센서 소자의 평면에 대해 수직하게 연장된다. 세 개의 자기장 센서(87, 89 및 91)의 방향은 서로 수직한 세개의 자기장에 대해 감도가 좋도록 설정된다. 그러므로, 상기와 같이 형성된 조립체는 지자기장의 세 개의 성분을 검출하도록 되어 있는 자기 나침반에 이용하기에 특히 적합하다.
제 9 도에는 상술한 방식으로 접혀진 박판(19)의 제 1 부분(29)이 수용되는 홀더(99)가 도시되어 있고, 접속 컨덕터를 가진 제 2 부분(31)은 홀더로부터 돌출된다. 상기 홀더(99)의 크기 및 무게는 제 7 도에 도시된 홀더보다 약간 더 크고 무겁다.
이미 상술한 바와 같이, 센서부의 크기가 작기 때문에, 상술한 장치는 운송수단 예를 들어, 자동차, 배 또는 비행기용 자기 나침반으로 이용하기에 특히 적합하다. 또한, 시계에 부착된 나침반(두 개의 자기장 성분을 감지하는 제 7 도와 같은 예) 또는 스포츠나 자동차 악세사리로서의 나침반 등에 이용될 수 있다. 추가로, 고해상도 이미지 모니터용 지자기 보상 제어 및 교통 제어 시스템(예를 들어, 노면 내에 매립된 센서 등)에 이용할 수도 있다.
Claims (7)
- 한 평면에 배열되며 동일한 특정 자화 방향을 가지는 다수의 자기저항 센서 소자(3)를 구비하는 적어도 하나의 자기장 센서(1)를 포함하고, 상기 자기 저항 센서 소자는 한 측부에 파워 서플라이 회로(9)가 접속되며 다른 측부에 신호처리회로(11)가 접속되고, 보조 자기장을 발생하도록 상기 자기장 센서 근처에 배열되는 자화 코일(13)을 또한 포함하는 자기장 측정 장치에 있어서,상기 자화 코일(13)은 상부에 적어도 하나의 나선형 전기 컨덕터 트랙(21)이 제공된 전기절연물질로 만들어진 기판(19)을 포함하고, 상기 트랙은 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자(23)를 포함하며, 상기 그룹은 기판의 표면과 평행하게 연장된 다수 부분의 컨덕터 트랙에 의해 형성되고, 컨덕터 트랙을 통해 흐르는 전류(25)는 모든 그룹의 능동 컨덕터 소자에서 동일한 방향을 가지며, 상기 자기장 센서(1)는 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자 근처에서 기판상에 설치되고, 상기 위치에서 센서 소자(3)의 평면은 능동 컨덕터 소자의 평면에 거의 평행하게 연장되며 센서 소자의 특정 자화 방향은 능동 컨덕터 소자의 종방향에 대해 수직하게 연장되고, 상기 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자(23)는 상기 기판(19)과 상기 자기장 센서(1) 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판(19)은 센서 소자(3)를 파워 서플라이 회로(9) 및 신호처리회로(11)에 접속하기 위한 접속 컨덕터를 구성하는 다수의 추가 전기 컨덕터 트랙(26)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,적어도 두 개의 컨덕터 트랙(21)이 기판(19)상에 제공되고, 각각의 트랙은 적어도 한 그룹의 능동 컨덕터 소자(23)를 포함하고, 다른 컨덕터 트랙들에 연관된 대응 능동 컨덕터 소자 그룹들은 그 근처에 설치된 자기장 센서(1)의 센서 소자(3)의 평면의 동일한 측부에 위치된 상호 평행한 평면에서 연장되는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판(19)은 두 그룹의 능동 컨덕터 소자(23)를 포함하는 컨덕터 트랙(21)이 적어도 하나의 주 표면상에 제공된 제 1 부분(29)과 적어도 하나의 주 표면상에 접속 컨덕터(26)를 지지하는 제 2 부분(31)을 포함하는 가요성 박판에 의해 형성되고, 상기 자기장 센서(1)는 상기 두 그룹의 능동 컨덕터 소자 중 한 그룹의 소자 근처에서 박판의 제 1 부분상에 설치되고, 적어도 상기 박판의 제 1 부분은 제 2 그룹이 자기장 센서 근처에 위치되는 방식으로 자기장 센서에 대해 접혀지고, 하나의 동일한 컨덕터 트랙의 두 그룹의 능동 컨덕터 소자는 두 그룹중 한 그룹의 능동 컨덕터 소자 내의 컨덕터 트랙을 통해 흐르는 전류 방향(25)이 다른 그룹의 능동 컨덕터 소자의 전류 방향(25')과 반대로 되는 방식으로 자기장 센서가결합된 센서 소자(3)의 평면의 양측부로 연장되는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 자기장 센서의 센서 소자(3)의 특정 자화 방향이 상호 수직한 방향으로 연장되는 방식으로 서로에 대해 배향되는 자기장 센서(1)가 각각 상부에 장착되는 두 개 또는 세 개의 기판(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판(19)은 직사각 나선형으로 연장되며 네 그룹의 능동 컨덕터 소자를 포함하는 컨덕터 트랙(21)을 적어도 하나의 주 표면상에 지지하는 제 1 부분(29)과 적어도 하나의 주 표면상에 접속 컨덕터(26)를 지지하는 제 2 부분(31)을 포함하는 가요성 박판에 의해 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 그룹(55, 57)은 직사각부의 제 1 및 제 2 측부(47, 49)의 근처에 위치되고, 상기 제 3 및 제 4 그룹(59, 61)은 직사각부의 제 3 및 제 4 측부(51, 53)의 근처에 위치되며, 상기 제 3 및 제 4 측부는 각각 제 1 및 제 2 측부에 대향하여 위치되고, 각 그룹 내의 컨덕터 소자는 직사각부의 관련 측부에 대해 평행하게 연장되고, 제 1 및 제 2 자기장 센서(63, 65)는 각각 제 1 및 제 4 그룹의 능동 컨덕터 소자 근처에서 박판상에 설치되고, 적어도 박판의 제 1 부분은 제 2 그룹의 능동 컨덕터(57)가 제 1 자기장 센서(63)의 근처에 위치되며 제 3 그룹의 능동 컨덕터(59)가 제 2 자기장 센서(65)의 근처에 위치되는 방식으로 직사각부의 대각선(67)을 따라 자기장 센서에 대해 접혀지고, 동일한 자기장 센서 근처에 위치된 하나의 동일한 컨덕터 트랙의 두 그룹의 능동 컨덕터 소자는 두 그룹 중 한 그룹의 능동 컨덕터 소자 내의 컨덕터 트랙을 통해 흐르는 전류 방향이 다른 그룹의 능동 컨덕터 소자 내의 전류 방향과 반대로 되는 방식으로 관련 자기장 센서가 결합된 센서 소자(3)의 평면의 양 측부로 연장되는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판(19)은 직사각 나선형으로 연장되며 여섯 그룹의 능동 컨덕터 소자를 포함하는 컨덕터 트랙(21)을 적어도 하나의 주 표면상에 지지하는 제 1 부분(29)과 적어도 하나의 주 표면에 접속 컨덕터(26)를 지지하는 제 2 부분(31)을 포함하는 가요성 박판에 의해 형성되고, 상기 제 1 및 제 2 그룹(73, 75)은 직사각부의 대향 위치된 제 1 및 제 3 측부(47, 51)의 대향 위치점 근처에 위치되고, 제 3 및 제 4 그룹(77, 79)은 직사각부의 제 1 및 제 3 측부의 대향 위치점 근처에 위치되며, 제 5 및 제 6 그룹(81, 83)은 제 1 측부(47)에 대해 평행하게 연장되는 직사각부의 제 1 중심선(85)에 대해 대칭되는 방식으로 직사각부의 제 4 측부(53) 근처에 위치되고, 각 그룹 내의 컨덕터 소자는 직사각부의 관련 측부에 대해 평행하게 연장되고, 제 1, 제 2 및 제 3 자기장 센서(87, 89, 91)는 각각 제 1, 제 3 및 제 5 그룹의 능동 컨덕터 소자(73, 77, 81)의 근처에서 박판상에 설치되고, 적어도 박판(29)의 제 1 부분은 제 2 그룹의 능동 컨덕터 소자(75)가 제 1 자기장센서(87)의 근처에 위치되며 제 4 그룹의 능동 컨덕터 소자(79)가 제 2 자기장 센서(89)의 근처에 위치되고 제 6 그룹의 능동 컨덕터 소자(83)가 제 3 자기장 센서(91)의 근처에 위치되는 방식으로 직사각부의 제 1 중심선(85)을 따라 자기장 센서에 대해 접혀지고, 동일한 자기장 센서 근처에 위치되는 하나의 동일한 컨덕터 트랙의 두 그룹의 능동 컨덕터 소자는 두 그룹 중 한 그룹의 능동 컨덕터 소자 내의 컨덕터 트랙을 통해 흐르는 전류 방향이 다른 그룹의 능동 컨덕터 소자 내의 전류 방향과 반대로 되는 방식으로 관련 자기장 센서가 결합된 센서 소자(3)의 평면의 양 측부로 연장되고, 상기 박판은 제 1 중심선(85)에 대해 수직하게 연장되는 직사각부의 제 2 중심선(95)을 따라 90。 각도로 접히므로, 제 2 자기장 센서(89)의 센서 소자의 평면은 제 1 및 제 3 자기장 센서(87, 91)의 센서 소자의 평면에 대해 수직하게 연장되는 것을 특징으로 하는 자기장 측정 장치.
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