RU140183U1

RU140183U1 - MAGNETIC RESISTANCE TOUCH MODULE

Info

Publication number: RU140183U1
Application number: RU2013154128/28U
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Воробьев; Александр Иванович Заико; Эрнест Айдарович Кильметов
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2013-12-05
Publication date: 2014-04-27

Abstract

Магниторезистивный сенсорный модуль, включающий датчик поля, содержащий тонкопленочные магниторезистивные полоски, соединенные в мостовую схему, отличающийся тем, что содержит в непосредственной близости от датчика поля и связанное с ним устройство подмагничивания, выполненное в виде плоской катушки индуктивности, подключенное к цифровой системе управления, и устройство вертикального смещения информационного сигнала, соединенное с датчиком поля.A magnetoresistive sensor module including a field sensor containing thin-film magnetoresistive strips connected to a bridge circuit, characterized in that it contains in the immediate vicinity of the field sensor and an associated magnetization device made in the form of a flat inductor connected to a digital control system, and a device for vertical bias of the information signal connected to the field sensor.

Description

Полезная модель относится к области электронной измерительной техники и предназначена для использования в составе магнитометрических информационно-измерительных систем в качестве датчика, регистрирующего индукцию и напряженность магнитного поля.The utility model relates to the field of electronic measuring equipment and is intended for use as part of magnetometric information-measuring systems as a sensor that registers the induction and magnetic field strength.

Известен двухкомпонентный матричный преобразователь магнитного поля (заявка №2004134463, кл. G01R 33/02, 10.05.2006 г.), включающий магниточувствительный узел, состоящий из матрицы ферромагнитных магниторезисторов, охваченных тонкопленочными обмотками строк, предварительный и разностный усилители, формирователь тока и схемы выборки-хранения, представляет из себя тонкопленочные обмотки столбцов, с двумя многоканальными формирователями тока и микропроцессорной схемой синхронизации и управления, при этом одни концы всех обмоток электрически соединены с общим проводом, а другие подключены к многоканальным формирователям тока строк и столбцов соответственно, ферромагнитные магниторезисторы соединены последовательно таким образом, что каждый (i, j)-элемент соединен с (i+1, j+1)-элементом, образуя диагональные строки, одни концы которых гальванически соединены через сопротивление на общий провод, а другие подключены к многоканальному коммутатору напряжения, подключенного к микропроцессорной схеме синхронизации и управления, к которой также подключены многоканальные формирователи тока, схемы выборки-хранения и выход разностного усилителя.Known two-component matrix magnetic field transducer (application No. 2004134463, class G01R 33/02, 05/10/2006), comprising a magnetically sensitive assembly consisting of a matrix of ferromagnetic magnetoresistors covered by thin-film windings of the rows, preliminary and difference amplifiers, current generator and sampling circuits -storage, is a thin-film windings of columns, with two multi-channel current drivers and a microprocessor-based synchronization and control circuit, while one ends of all windings are electrically connected are connected to a common wire, while others are connected to multichannel current generators of rows and columns, respectively, ferromagnetic magnetoresistors are connected in series so that each (i, j) element is connected to the (i + 1, j + 1) element, forming diagonal rows some ends of which are galvanically connected through resistance to a common wire, while others are connected to a multi-channel voltage switch connected to a microprocessor-based synchronization and control circuit, to which multi-channel current drivers are also connected, sampling-storage circuits and differential amplifier output.

Основным недостатком является отсутствие возможности управления подмагничивающим полем, а также полем вертикального смещения информационного сигнала.The main disadvantage is the inability to control the magnetizing field, as well as the field of vertical displacement of the information signal.

Известен также линейный магниторезистивный датчик (патент РФ №2007120498, кл. H01L 43/08, 10.12.2008 г.), состоящий из двух ветвей, имеющих одну общую заземленную точку, содержащих по одному магниторезистору с магнитным смещением и гальванически соединенных вторыми концами каждая со своим источником тока, представляет из себя равное число пар магниторезисторов, последовательно включенных тонкопленочных магниторезистивных полосок, одна из которых в каждой паре имеет продольную ось намагниченности и магнитное смещение одной полярности, а другая - поперечную ось намагниченности и магнитное смещение противоположной полярности, причем магниторезистивные полоски с одинаковой ориентацией из разных ветвей имеют магнитное смещение противоположного знака.Also known is a linear magnetoresistive sensor (RF patent No. 2007120498, class H01L 43/08, December 10, 2008), consisting of two branches having one common ground point, containing one magnetoresistor with magnetic bias and galvanically connected by the second ends each with its current source, it is an equal number of pairs of magnetoresistors, series-connected thin-film magnetoresistive strips, one of which in each pair has a longitudinal axis of magnetization and a magnetic displacement of one polarity, and the other one spe- axis of magnetization and the magnetic bias of the opposite polarity, the magnetoresistive strip with the same orientation of the various branches are magnetically bias the opposite sign.

Основным недостатком так же является отсутствие возможности управления подмагничивающим полем, а также полем вертикального смещения информационного сигнала.The main disadvantage is the lack of the ability to control the magnetizing field, as well as the vertical field of the information signal.

Наиболее бизким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является магниторезистивный датчик поля (заявка №2005118744, кл. H01L 43/08, 2006.01 г.), содержащий тонкопленочные магниторезистивные полоски, соединенные в мостовую схему и имеющие оси легкого намагничивания, представляет из себя магнитную систему, состоящую из четного числа микромагнитов, расположенных вблизи и в плоскости полосок, и создающих магнитные поля, перпендикулярные осям легкого намагничивания, при этом одна половина числа микромагнитов создает магнитные поля одного знака в полосках одной пары противолежащих плечей мостовой схемы, а вторая половина числа микромагнитов - противоположного знака в полосках второй пары, причем магнитные поля обеих половин числа микромагнитов направлены антипараллельно.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a magnetoresistive field sensor (application No. 2005118744, class H01L 43/08, 2006.01), containing thin-film magnetoresistive strips connected to a bridge circuit and having easy magnetization axes, is magnetic a system consisting of an even number of micromagnets located near and in the plane of the strips and creating magnetic fields perpendicular to the axes of easy magnetization, while one half of the number of micromagnets creates magnetic Proportion of the same sign in the strips of one pair of opposite arms of the bridge circuit, and the second half of micromagnet - of opposite sign in the strips of the second pair, the magnetic fields of the two halves micromagnet are antiparallel.

Основным недостатком прототипа так же является отсутствие возможности управления подмагничивающим полем, а также полем вертикального смещения информационного сигнала.The main disadvantage of the prototype is also the lack of control over the magnetizing field, as well as the field of vertical displacement of the information signal.

Задача предлагаемой полезной модели - улучшение метрологических характеристик магниторезистивных сенсорных модулей.The objective of the proposed utility model is to improve the metrological characteristics of magnetoresistive sensor modules.

Технический результат заключается в повышении показателя чувствительности магниторезистивного сенсорного модуля и степени линеаризации его выходной характеристики, за счет воздействия на рабочее тело датчика поля внешнего генерируемого магнитного поля.The technical result consists in increasing the sensitivity indicator of the magnetoresistive sensor module and the degree of linearization of its output characteristic, due to the effect of the external generated magnetic field on the sensor body.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в магниторезистивный сенсорный модуль, включающий датчик поля, содержащий тонкопленочные магниторезистивные полоски, соединенные в мостовую схему, согласно полезной модели, содержит в непосредственной близости от датчика поля и связанное с ним устройство подмагничивания, выполненное в виде плоской катушки индуктивности подключенное к цифровой системе управления и устройство вертикального смещения информационного сигнала, соединенное с датчиком поля.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in a magnetoresistive sensor module including a field sensor containing thin-film magnetoresistive strips connected to a bridge circuit, according to a utility model, it contains, in the immediate vicinity of the field sensor, a magnetization device made in in the form of a flat inductor connected to a digital control system and a device for the vertical displacement of an information signal connected to a field sensor.

Сущность магниторезистивного сенсорного модуля поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена блок-схема магниторезистивного сенсорного модуля. На фиг. 2 изображены временные диаграммы управляющих и коммутируемых через устройство подмагничивания токовых импульсов.The essence of the magnetoresistive sensor module is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a block diagram of a magnetoresistive sensor module. In FIG. 2 shows the timing diagrams of the control and commutated through the magnetization of current pulses.

Магниторезистивный сенсорный модуль содержит: устройство подмагничивания 1 связанное с датчиком поля 2, реализованное на базе плоской катушки индуктивности, расположенной в непосредственной близости к датчику поля 2, устройство вертикального смещения информационного сигнала 3 связанного с датчиком поля, и цифровую систему управления 4, соединенную с устройством подмагничивания 1.The magnetoresistive sensor module contains: a magnetization device 1 connected to a field sensor 2, implemented on the basis of a flat inductor located in close proximity to the field sensor 2, a device for vertical bias of the information signal 3 connected to the field sensor, and a digital control system 4 connected to the device bias 1.

Магниторезистивный сенсорный модуль работает следующим образом. Цифровая система управления 4, через устройство подмагничивания 1, задает прямоугольные управляющие импульсы с заданным периодом следования и скважностью (фиг. 2), которые в свою очередь поступают на плоскую катушку индуктивности устройства подмагничивания 1 и согласно законам электромагнитной индукции генерируют в ней импульсное магнитное поле, которое в свою очередь ориентирует домены рабочего тела датчика поля в соответствующем направлении,Magnetoresistive sensor module operates as follows. The digital control system 4, through the magnetization device 1, sets the rectangular control pulses with a given repetition period and duty cycle (Fig. 2), which in turn are fed to the flat inductor of the magnetization device 1 and, according to the laws of electromagnetic induction, generate a pulsed magnetic field in it, which in turn orientates the domains of the working medium of the field sensor in the corresponding direction,

где R₀ - сопротивление магниторезистивного элемента пленки вне действия магнитного поля;where R ₀ is the resistance of the magnetoresistive element of the film outside the action of a magnetic field;

I - ток, протекающий через измерительную диагональ моста Уинстона (измерительного моста);I is the current flowing through the measuring diagonal of the Winston bridge (measuring bridge);

B₀ - магнитная индукция, наводимая устройством подмагничивания;B ₀ - magnetic induction induced by the magnetization device;

µ - магнитная постоянная.µ is the magnetic constant.

Рабочим телом датчика поля является система из магниторезистивных полосок, соединенная в мостовую схему. После подмагничивающего импульса сориентированные домены находятся в неустойчивом состоянии и начинают отклоняться в сторону преобладающего магнитного поля. Это приводит к повышению чувствительности и происходит выпрямление линеаризация выходной характеристики сенсора, что позволяет регистрировать малые (до 10 нТл) значения индукции магнитного поля.The working medium of the field sensor is a system of magnetoresistive strips connected to a bridge circuit. After the magnetizing pulse, the oriented domains are in an unstable state and begin to deviate towards the prevailing magnetic field. This leads to an increase in sensitivity and linearization of the output characteristic of the sensor is rectified, which makes it possible to register small (up to 10 nT) magnetic field induction values.

Введенное устройство вертикального смещения информационного сигнала 3 задает известный ток через плоскую катушку индуктивности, в результате чего в ней генерируется магнитное моле смещения, пропорциональное амплитуде тока с заданным направлением.The introduced device for the vertical bias of the information signal 3 sets a known current through a flat inductor, as a result of which a magnetic bias is generated in it, proportional to the amplitude of the current with a given direction.

Итак, заявляемая полезная модель позволяет повысить показатель чувствительности магниторезистивного сенсорного модуля и линейность его выходной характеристики, за счет воздействия на рабочее тело датчика поля внешнего генерируемого магнитного поля.So, the claimed utility model allows to increase the sensitivity indicator of the magnetoresistive sensor module and the linearity of its output characteristics, due to the impact on the working fluid of the sensor field external generated magnetic field.

Claims

A magnetoresistive sensor module including a field sensor containing thin-film magnetoresistive strips connected to a bridge circuit, characterized in that it contains in the immediate vicinity of the field sensor and an associated magnetization device made in the form of a flat inductor connected to a digital control system, and a device for vertical bias of the information signal connected to the field sensor.