[實用新型]三軸磁場傳感器

有效

• 申請號: 201820970160.2
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN208689155U
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 錢正洪;白茹;胡亮
• 申請（專利權）人: 錢正洪;白茹
• 主分類號: G01R33/04
• 分類號: G01R33/04
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本實用新型涉及一種三軸磁場傳感器。本實用新型包括X/Y雙軸磁場傳感器和Z軸磁場傳感器。X/Y雙軸磁場傳感器和Z軸磁場傳感器均設置在襯底上，X/Y雙軸磁場傳感器與Z軸磁場傳感器位置相鄰；X/Y雙軸磁場傳感器的兩組惠斯通電橋結構形成兩個輸出，實現X/Y軸磁場測量。Z軸磁場傳感器在Z軸磁場作用下，產生兩個方向不同的水平分量漏磁磁場，通過電橋感知并輸出，實現Z軸磁場測量。本實用新型可實現單芯集成，三軸磁場傳感器可實現單芯工藝層次的集成，即所有的磁敏電阻單元可以在同一種工藝中同時制成，集成度高、穩定性好、抗干擾能力強。

技術領域

本實用新型屬于磁場傳感器技術領域，涉及一種三軸磁場傳感器。

背景技術

巨磁阻傳感器(GMR)是1988年以后發展起來的一類新型磁電阻效應傳感器，它利用的是磁性多層膜材料的巨磁阻效應，用GMR制成的磁場傳感器相比于各向異性磁電阻(AMR)、霍爾器件具有靈敏度更高，功耗更低，線性更好、動態范圍更寬、溫度特性更好、抗干擾能力更強等優點。此外GMR容易與微電子工藝集成，便于制成集成度很高的磁場傳感器。

目前三軸磁場傳感器的技術通常將三個磁敏傳感器封裝集成在一起，分別測X軸、Y軸、Z軸磁場分量。該技術方法工藝復雜、體積大、封裝成本高，且穩定性和可靠性不好。比如專利CN 102426344 B采用的是將三個相同的傳感器封裝集成的方案，一個磁場傳感器敏感軸沿X軸放置，另一個磁場傳感器敏感軸沿Y軸放置，Z軸磁場傳感器垂直平面放置來進行測量；專利CN102292773 B的三軸磁傳感器是通過分別控制材料釘扎方向和導磁層來實現測量三軸磁場的；專利US 20120299587 A1的技術是采用磁阻來測量平面內磁場，用霍爾傳感器來測量Z軸磁場。US20150309125 A1是將多個磁感應單元設置在斜坡上，磁場可以由感測單元測量。然后可以通過算法來求解磁場的三個正交軸分量。以上專利均存在工藝復雜、實現較困難、三軸傳感器的靈敏度相差較大等問題。本實用新型將克服以上傳感器的不足，器件尺寸小、制備工藝簡單。

發明內容

本實用新型的目的就是提供一種三軸磁場傳感器。

本實用新型其包括X/Y雙軸磁場傳感器和Z軸磁場傳感器。X/Y雙軸磁場傳感器和Z軸磁場傳感器均設置在襯底上，X/Y雙軸磁場傳感器與Z軸磁場傳感器位置相鄰；用于測量三軸磁場。

X/Y雙軸磁場傳感器包括雙軸磁通引導器。雙軸磁通引導器設置在襯底上，雙軸磁通引導器外部框架為方環形或圓環形結構，兩條對角線或兩條垂直的對稱軸將雙軸磁通引導器分為四個區域；每個區域均開有磁敏電阻放置間隙。每個區域設置有一對磁敏電阻，磁敏電阻均設置在襯底上，一個磁敏電阻被雙軸磁通引導器覆蓋，另一磁敏電阻設置在磁敏電阻放置間隙內。檢測同向磁場的兩對磁敏電阻連成一組惠斯通電橋結構，兩組惠斯通電橋形成兩個輸出；分別測量X軸和Y軸磁場分量。

所述的Z軸磁場傳感器包括單軸磁通引導器和兩對磁敏電阻，兩對磁敏電阻分別設置在單軸磁通引導器的兩對邊，每個磁敏電阻的敏感軸與安裝側垂直。兩對磁敏電阻連成一組惠斯通電橋結構，形成一個輸出，測量Z軸磁場分量。

在Z軸磁場作用下，單軸磁通引導器兩邊邊緣處產生具有不同方向水平分量的漏磁場，被分別位于兩側的兩對面內敏感的磁敏電阻所感知，并由惠斯通電橋進行輸出。

作為優選，所述的Z軸磁場傳感器放置在X/Y雙軸磁場傳感器的環形雙軸磁通引導器的環形內部。

所述的磁敏電阻放置間隙的兩邊與切邊呈大于0°小于90°的傾斜角；

所述的襯底為硅基。

所述的磁敏電阻為各向異性磁電阻、巨磁阻電阻、磁隧道結電阻。

所述的磁通引導器為具有高導磁率的軟磁材料制成。

所述的惠斯通電橋電路通過金屬線相連，并能夠與硅基集成信號處理電路原件相連或者在硅片上實現單芯集成。