[發(fā)明專利]一種磁電阻齒輪傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210180465.0
• 申請(qǐng)日: 2012-06-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102809665A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白建民;呂華;詹姆斯·G·迪克;沈衛(wèi)鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇多維科技有限公司
• 主分類號(hào): G01P3/44
• 分類號(hào): G01P3/44
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及齒輪傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種以MTJ元件為敏感元件的磁電阻齒輪傳感器。

背景技術(shù)

齒輪傳感器主要應(yīng)用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，以測(cè)量齒輪的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。目前，常用的齒輪傳感器為光敏傳感器和磁傳感器。在機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中，面對(duì)震動(dòng)、沖擊、油污等惡劣環(huán)境，磁傳感器比光敏傳感器具有更大的優(yōu)勢(shì)。現(xiàn)有技術(shù)中有許多不同類型的磁傳感器，例如以霍爾（Hall）元件、各向異性磁電阻（AMR）元件或巨磁電阻（GMR）元件為敏感元件的磁傳感器。

以霍爾元件為敏感元件的磁傳感器靈敏度非常低，通常需要使用聚磁環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)放大磁場(chǎng)，以提高霍爾元件的靈敏度，這增加了以霍爾元件為敏感元件的傳感器的體積和重量。此外，以霍爾元件為敏感元件的傳感器具有功耗大、線性度差的缺陷。AMR元件的靈敏度比霍爾元件高很多，但是AMR元件的線性工作區(qū)窄。以AMR元件為敏感元件的磁傳感器需要設(shè)置“set/reset”線圈對(duì)其進(jìn)行預(yù)設(shè)-復(fù)位操作，這不僅導(dǎo)致以AMR元件為敏感元件的磁傳感器的制造工藝復(fù)雜，而且使以AMR元件為敏感元件的磁傳感器的尺寸和功耗均增大。以GMR元件為敏感元件的磁傳感器較以霍爾元件為敏感元件的傳感器具有更高的靈敏度，但是以GMR元件為敏感元件的磁傳感器的線性工作區(qū)偏窄。此外，GMR元件的響應(yīng)曲線呈偶對(duì)稱，因此以GMR元件為敏感元件的磁傳感器只能測(cè)量單極性的梯度磁場(chǎng)，不能測(cè)量雙極性的梯度磁場(chǎng)。

近年來(lái)，一種新型磁電阻效應(yīng)傳感器，即以磁隧道結(jié)（MTJ,Magnetic?Tunnel?Junction）元件為敏感元件的磁傳感器開(kāi)始在工業(yè)中應(yīng)用。以MTJ元件為敏感元件的磁傳感器的工作原理是利用磁性多層膜材料的隧道磁電阻（TMR,Tunnel?Magnetoresistance）效應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行感應(yīng)。MTJ元件較之前應(yīng)用的AMR元件和GMR元件具有更大的電阻變化率。與霍爾元件相比，MTJ元件具有更好的溫度穩(wěn)定性、更高的靈敏度、更低的功耗和更好的線性度，并且不需要額外的聚磁環(huán)結(jié)構(gòu)。與AMR元件相比，MTJ元件具有更好的溫度穩(wěn)定性、更高的靈敏度和更寬的線性工作區(qū)，并且不需要額外的“set/reset”線圈結(jié)構(gòu)。與GMR元件相比，MTJ元件具有更好的溫度穩(wěn)定性、更高的靈敏度、更低的功耗和更寬的線性工作區(qū)。

通常用作齒輪傳感的磁傳感器采用的是印刷電路板（PCB）式結(jié)構(gòu)。PCB式齒輪傳感器通常由磁傳感芯片、外圍電路和永磁體構(gòu)成。磁傳感芯片感應(yīng)其所在物理位置處的由永磁體產(chǎn)生的外磁場(chǎng)H_apply的變化并輸出感應(yīng)信號(hào)，外圍電路對(duì)磁傳感芯片輸出的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換。磁傳感芯片所在物理位置處的由永磁體產(chǎn)生的外磁場(chǎng)H_apply的變化非常弱。因此，在PCB式齒輪傳感器的應(yīng)用中，能否防止除永磁體產(chǎn)生的外磁場(chǎng)H_apply之外的干擾磁場(chǎng)的干擾成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

雖然MTJ元件具有極高的靈敏度，但是以MTJ元件為敏感元件的磁傳感器仍然存在以下不足：

(1)永磁體產(chǎn)生的外磁場(chǎng)H_apply沿MTJ元件敏感方向的分量很大，導(dǎo)致MTJ元件因偏離其線性工作區(qū)而性能下降，甚至導(dǎo)致MTJ元件因達(dá)到飽和而無(wú)法工作；

(2)磁傳感芯片感應(yīng)其所在物理位置處的由永磁體產(chǎn)生的外磁場(chǎng)H_apply的變化時(shí)，容易受到除永磁體產(chǎn)生的外磁場(chǎng)H_apply之外的干擾磁場(chǎng)的干擾；

(3)不能確定齒輪中某個(gè)齒的位置，當(dāng)齒輪缺齒時(shí)，也不能確定缺齒的具體位置；

(4)無(wú)法確定齒輪的運(yùn)動(dòng)方向；

(5)難于實(shí)現(xiàn)低成本的大規(guī)模生產(chǎn)。

因此，需要一種能夠精確感測(cè)齒輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的齒輪傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種磁電阻齒輪傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的磁電阻齒輪傳感器包括磁傳感芯片和第一永磁體，所述磁傳感芯片包括至少一個(gè)電橋，該電橋的每一個(gè)橋臂包括至少一個(gè)MTJ元件組。

優(yōu)選地，所述傳感器進(jìn)一步包括設(shè)置于所述磁傳感芯片與所述第一永磁體之間的凹形的軟磁體，且所述軟磁體的開(kāi)口朝向所述磁傳感芯片。

優(yōu)選地，所述至少一個(gè)MTJ元件組是多個(gè)MTJ元件組，該多個(gè)MTJ元件組串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。

優(yōu)選地，該多個(gè)MTJ元件組以相同敏感方向串聯(lián)和/或并聯(lián)連接。

優(yōu)選地，每一包括MTJ元件組的橋臂具有相同的敏感方向。

優(yōu)選地，所述電橋?yàn)榘霕颉⑷珮蚧螂p全橋。