DE19628566A1 - Magnetfeldempfindlicher Sensor - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen magnetfeldempfindlichen Sen­ sor nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bereits aus der EP 0 427 882 B1 eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Permanentmagnet als bewegter Körper sich im Bereich eines magnetfeldempfindlichen Sensors be­ wegt. Die Bewegung des Körpers verläuft bei dieser be­ kannten Vorrichtung in einem konstruktiv vorgegebenen Ab­ stand parallel zur Ebene des Sensors. Als ortsfester Sen­ sor ist hier ein sog. magnetoresistiver Sensor vorhanden, der in der Ebene seiner sensitiven Schicht unter Ausnut­ zung des anisotropen magnetoresistiven Effekts (AMR) Än­ derungen der Feldstärke oder des Flusses aufgrund einer Bewegung des Magneten erfaßt.

Der Sensor der bekannten Vorrichtung besteht aus einer Anzahl jeweils zu einer Brücke verschalteten magnetfeld­ empfindlichen Widerständen, deren Widerstandswerte sich bei einem Durchtritt von magnetischen Feldlinien in ihrer sensitiven Ebene ändern und somit so einer Verstimmung der Brücke führen. Das Brückenausgangssignal ist somit als Detektionssignal heranziehbar.

Vorteile der Erfindung

Der Sensor der eingangs beschriebenen Art ist in der er­ findungsgemäßen Weiterbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch vorteilhaft, daß auf einfache Art und Weise der Feldlinienverlauf periodisch durch die Senken auf der Oberfläche des zu detektierenden Gegenstandes bei einer Vorbeibewegung verändert bzw. mo­ duliert werden kann. Vorzugsweise bei einer Anwendung als Drehwinkelsensor können die Drehgeschwindigkeit und auch die einfache Drehwinkeländerung eines Rades ermittelt werden, wenn sich die Senken auf der äußeren Oberfläche des Rades befinden und an der Feldplatte des Sensors vor­ beibewegt werden.

Ein gut zu detektierender Feldlinienverlauf ergibt sich, wenn die Schichtdicke des Substrats der Feldplatte bei Ferrit kleiner 0,2 mm oder bei Silizium ca. 0,05 mm be­ trägt. Das dünne Substrat ermöglicht einen geringen Ab­ stand des Magneten an der Feldplatte von der zu detektie­ renden Oberfläche, wodurch sich eine höhere magnetische Induktion in diesem Bereich und damit eine verbesserte Auflösung bei der Modulation der Feldlinien ergibt.

Besonders vorteilhaft ist auch eine Verwendung von weichmagnetischen Materialien als Substrat, beispielswei­ se Reineisen, Stahl, SiFe-, CoFe- oder NiFe-Legierungen. Zwischen diesem Substrat und den magnetoresistiven Wider­ standselementen befindet sich eine elektrische Isolati­ onsschicht. Bei diesem Substrat mit hoher Sättigungsfluß­ dichte steigt der Anteil des modulierten magnetischen Flusses am Gesamtfluß; der Feldhub am Ort der magnetore­ sistiven Widerstände und das Ausgangssignal der Detekto­ ranordnung ist hierdurch vorteilhaft vergrößert.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die magnetoresistiven Widerstände über eine dünne Isola­ tionsschicht direkt auf den Magneten aufgebracht. Hier­ durch ist eine weitere Abstandsreduktion erreicht und auch die Montage ist erleichtert.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Sensors wer­ den anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Sensors an ei­ nem Rad als Modulator bzw. Impulsgeber;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Sensors mit weichmagnetischem Substrat und

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit direkt auf dem Magneten angebrachten Widerständen des Sensors.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine Feldplatte 1 gezeigt, die aus, auf einem Substrat 2 aufgebrachten, magnetoresistiven Wider­ ständen 3 besteht. An der Feldplatte 1 befindet sich ein Magnet 4, dessen Feldlinien die Feldplatte 1 und einen der Feldplatte 1 gegenüberliegenden metallischen Gegen­ stand 5 schneiden. Der metallische Gegenstand 5 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Rad, das auf seiner äußeren Oberfläche mit periodisch hintereinander angeord­ neten Senken 6 versehen ist. Wenn das Rad 5 durch Drehung mit seinen Senken 6 an der Feldplatte 1 vorbeigeführt wird, wird der magnetische Fluß des Magneten 4 auch im Bereich der Feldplatte 1 beim Durchlaufen der Senken 6 moduliert, da die Feldlinien bzw. der magnetische Fluß hier einen geänderten Weg nehmen.

Die Auswertung dieser Flußänderung erfolgt in bekannter, in der EP 0 427 882 B1 beschriebenen Weise über die mä­ anderförmig auf der Feldplatte 1 befindlichen magnetore­ sistiven Widerstände 3, deren Widerstandswert sich bei einer Flußänderung ebenfalls ändert. Um die Auflösung des auszuwertenden Signals zu erhöhen eignen sich als beson­ ders dünne Materialien für das Substrat insbesondere Fer­ rite mit einer Dicke von kleiner als 0,2 mm oder Silizium mit einer Dicke von ca. 0,05 mm.

Eine erweiterte Ausführungsform der Feldplatte 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist das Substrat 2 der Feld­ platte 1 aus einem weichmagnetischen Material wie z. B. Reineisen, Stahl, SiFe-, CoFe- oder NiFe-Legierungen. Bei der hohen Sättigungsflußdichte dieses Materials steigt der Anteil des modulierten Flusses am Gesamtfluß deutlich an. Zwischen dem Substrat 2 und den Widerständen 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine elektrische Isolati­ onsschicht 9 angeordnet.

Gemäß Fig. 3 sind die magnetoresistiven Widerstände 3 über die Isolationsschicht 9 direkt an dem Magneten 4 an­ gebracht.

Claims (6)

1. Sensor zur Detektierung von Änderungen eines Magnet­ feldes, der

• - Widerstände (3) aus magnetoresistiven Material auf­ weist, deren Widerstandswert von der Stärke und der Rich­ tung des durch sie hindurchtretenden magnetischen Feldes abhängt, wobei das magnetische Feld durch einen äußeren metallischen Gegenstand (5) beeinflußbar ist und mit
• - einer Detektoranordnung deren Ausgangssignal von dem Maß der Widerstandsänderung abhängt, dadurch gekennzeich­ net, daß
• - der metallische Gegenstand (5) mit regelmäßig angeord­ neten Senken (6) versehen ist, die aufeinanderfolgend an der Feldplatte (1) vorbeiführbar sind und die die Feldli­ nien eines hinter dem Sensor angeordneten Magneten (4) schneiden.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - der metallische Gegenstand ein Rad (5) ist und die Sen­ ken (6) auf dem äußeren Umfang des Rades (5) angeordnet sind.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Widerstände (3) mäanderförmig auf ein Substrat (2) einer Feldplatte (1) aufgebracht sind, wobei das Substrat (2) Ferrit mit einer Dicke von kleiner als 0,2 mm ist.

4. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Substrat (2) Silizium mit einer Dicke von ca. 0,05 mm ist.

5. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Substrat (2) ein weichmagnetisches Material mit ei­ ner hohen Sättigungsflußdichte ist und daß
• - zwischen dem Substrat (2) und den Widerständen (3) eine elektrische Isolationsschicht (9) angeordnet ist.

6. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die mäanderförmigen Widerstände (3) über eine Isolati­ onsschicht (9) direkt auf den Magneten (4) aufgebracht sind.