[發明專利]具有磁場補償的磁傳感器設備

無效

• 申請號: 200680037719.6
• 申請日: 2006-09-29
• 公開（公告）號: CN101283264A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: J·A·H·M·卡爾曼;H·杜里克
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06;G01N33/543;G01N35/00;G01R33/09;G01R33/12
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 陳松濤;王英

本發明涉及一種磁傳感器設備，其包括至少一個磁場發生器和至少一個相關聯的磁傳感器元件。并且，本發明包括該磁傳感器設備的使用以及用于在研究區域中檢測至少一種磁性粒子的方法。

從WO2005/010543?A1和WO2005/010542?A2中，獲知了一種微型傳感器設備，它例如可以在微流體生物傳感器中使用，該微流體生物傳感器用于對利用磁珠作標記的生物分子進行檢測。微型傳感器設備具有傳感器陣列，其包括用于產生磁場的導線以及用于檢測由磁珠產生的雜散場的巨磁電阻(GMR)。于是，GMR的信號指示傳感器附近的磁珠的數量。已知磁傳感器設備的問題在于GMR受到比較強的勵磁磁場的影響，這可能導致所需信號的損壞。

基于這種情況，本發明的目的是提供一種手段，該手段允許利用上述類型的磁傳感器設備進行更加精確的測量。

該目的由根據權利要求1所述的磁傳感器設備、根據權利要求10所述的方法、以及根據權利要求13所述的使用來實現。優選實施例在從屬權利要求中公開。

根據本發明的磁傳感器設備包括下列元件：

a)至少一個用于在研究區域中產生第一磁場的磁場發生器。該磁場發生器例如可以由微型傳感器的基板上的導線(“勵磁導線”)實現。

b)至少一個磁傳感器元件，其具有靈敏度方向，并且在它受磁場發生器的磁場的影響的意義上講，該至少一個磁傳感器元件與前述磁場發生器相關聯。該磁傳感器元件可以特別是在WO2005/010543?A1或者WO2005/010542?A2中描述的那種磁電阻元件。該磁傳感器元件的“靈敏度方向”表示該傳感器元件對磁場矢量平行于所述空間方向的元件最靈敏，或者僅對磁場矢量平行于所述空間方向的元件靈敏。通常，該磁傳感器元件僅具有一個靈敏度方向，并且基本上對磁場與該方向垂直的元件不靈敏。

c)至少一個磁場補償器，其用于產生第二磁場。該磁場補償器可以例如由微型傳感器的基板上的導線(“補償導線”)實現。

d)耦合至磁場發生器和磁場補償器的控制器，其用于控制第一和第二磁場的產生。該控制器例如可以是對流經導線的電流的幅值和方向進行控制的電路，其中所述導線構成了磁場發生器和磁場補償器。

將磁傳感器設備如此設計，使得它允許下述操作，即在該操作期間，第一和第二磁場在磁傳感器元件中相對于該磁傳感器元件的靈敏度方向基本上互相抵消。

所述磁傳感器設備的優點在于：磁場發生器產生的第一磁場的直接影響可以通過利用第二磁場對其有效補償來抵消。因此，磁傳感器元件所產生的信號僅是由我們感興趣的效應引起的，例如研究區域中的磁性粒子的雜散場。這樣，可以使來自磁場發生器的串擾所引起的信號損壞最小化。

通過對磁場發生器和磁場補償器進行恰當的布置和設計以及利用由控制器確定的恰當操作條件，可以在根本上實現第一和第二磁場在磁傳感器元件的靈敏度方向上基本抵消的狀況。根據磁傳感器設備的第一實施例，相對于磁傳感器元件的靈敏度方向，對稱布置磁場發生器和磁場補償器，其中該靈敏度方向可以被理解為是穿過磁傳感器元件(或者，更精確地，其靈敏區域)的直線或平面。并且，磁場發生器和磁場補償器優選具有相同的設計，例如相同材料和相同幾何結構的導線。磁場發生器和磁場補償器的這種對稱布局保證了它們產生的磁場可以在該布置的中心平面中完全抵消。如果所述對稱布局有偏差，那么它們可以通過在磁傳感器設備的操作期間改變導線電流之間的平衡來補償。

如已經所述的，磁場發生器和/或磁場補償器尤其可以包括至少一個導體導線。該磁傳感器元件可以特別由磁電阻元件實現，例如巨磁電阻(GMR)，TMR(隧道磁電阻)，或者AMR(各向異性磁電阻)。并且，基于在傳感器表面上或附近對要測量的粒子的磁性的檢測，磁傳感器元件可以是任何適合的傳感器元件。因此，磁傳感器元件可被設計為線圈、磁電阻傳感器、限磁傳感器、霍爾傳感器、平面霍爾傳感器、磁通門傳感器、SQUID(半導體超導量子干涉設備)、磁共振傳感器、或者被設計為由磁場激勵的另一傳感器。并且，可以將磁場發生器、磁場補償器以及磁傳感器元件實現為集成電路，例如使用CMOS技術以及附加的步驟來將磁電阻元件實現在CMOS電路的頂部。任選地，所述集成電路還可以包括磁傳感器設備的控制器。

根據磁傳感器設備的另一優選實施例，磁傳感器元件設置在數量為N(例如N＝2)的磁場發生器和相同數量的N個磁場補償器之間的中間，其中該磁場發生器的結構(即空間分布)和磁場補償器的結構相同。這樣，相對于磁傳感器元件來說，實現了發生器和磁場的對稱布置。