[發明專利]磁敏傳感單元陣列及平面二維磁場方向測量的方法

在審

• 申請號: 202210282139.4
• 申請日: 2022-03-22
• 公開（公告）號: CN114720922A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 潘淼;周伯萌;付亮;李陽志;林全;王鋒;蘇子生;李淑芬;蘇建志;謝清來;陳文杰;蘇志從;陳澤強
• 申請（專利權）人: 泉州師范學院
• 主分類號: G01R33/09
• 分類號: G01R33/09;G01R33/00
• 代理公司: 泉州商正智慧專利代理事務所(特殊普通合伙) 35276
• 代理人: 周康

本發明提供了一種磁敏傳感單元陣列及平面二維磁場方向測量的方法，磁敏傳感單元陣列包括三個或者三個以上具有磁場敏感方向的磁敏傳感單元，各所述磁敏傳感單元沿著圓周方向上均勻排布設置，且各所述磁敏傳感單元的磁場敏感方向均沿著徑向方向設置。本發明優點：可通過周期為2π的余弦函數擬合來測量二維磁場方向，能夠提高二維磁場測量精度；同時在部分磁敏傳感單元損壞的情況下仍然可以正常使用，能夠提高器件魯棒性。

【技術領域】

本發明涉及磁敏傳感器技術領域，特別涉及一種磁敏傳感單元陣列的布置，以及利用該磁敏傳感單元陣列布置產生的相位信息來實現平面二維磁場方向測量的方法。

【背景技術】

現有二維磁性傳感器的核心磁敏傳感單元可基于霍爾效應器件、各向異性磁電阻器件、巨磁電阻器件或隧穿磁電阻器件進行設計。通常基于霍爾效應器件、各向異性磁電阻器件、巨磁電阻器件和隧穿磁電阻器件實現磁場在空間中兩個正交方向分量的測量，需要采用兩個(組)正交布置的核心磁敏傳感單元(此處記這兩組正交布置的核心磁敏傳感單元分別為A和B)，利用A和B磁電阻值可以確定二維磁場相對正交布置坐標系的方向。

在上述方案中，兩組核心磁敏傳感單元A和B的穩定性至關重要，任何一組核心磁敏傳感單元的損壞或嚴重性能退化都將顯著影響測量的實施和精度。換而言之，傳統采用兩組正交核心磁敏傳感單元A和B布置的二維磁場方向傳感器存在器件魯棒性不足和精度差的問題。鑒于上述存在的問題，本案發明人對該問題進行深入研究，遂有本案產生。

【發明內容】

本發明要解決的技術問題，在于提供一種磁敏傳感單元陣列及平面二維磁場方向測量的方法，解決現有采用兩組正交核心磁敏傳感單元布置的二維磁場方向傳感器存在器件魯棒性不足和精度差的技術問題。

本發明是這樣實現的：

第一方面，一種磁敏傳感單元陣列，包括三個或者三個以上具有磁場敏感方向的磁敏傳感單元，各所述磁敏傳感單元沿著圓周方向上均勻排布設置，且各所述磁敏傳感單元的磁場敏感方向均沿著徑向方向設置。

進一步的，各所述磁敏傳感單元的磁場敏感方向均沿著徑向朝向圓周內設置。

進一步的，各所述磁敏傳感單元的磁場敏感方向均沿著徑向朝向圓周外設置。

進一步的，所述磁敏傳感單元采用具有2π周期的磁敏傳感器單元。

第二方面，一種基于上述磁敏傳感單元陣列的平面二維磁場方向測量的方法，所述方法包括：

設定磁敏傳感單元陣列的外磁場參考方向，在外磁場參考方向下，測量出磁敏傳感單元陣列中各個磁敏傳感單元的磁電阻，并對測量出的各個磁敏傳感單元的磁電阻R(θ)進行擬合得到第一余弦函數曲線其中，θ表示各磁敏傳感單元與參考方向之間的夾角，是余弦函數的自變量；表示第一余弦函數曲線相對于余弦函數曲線cosθ的相位；k表示系數；

當外磁場方向改變時，測量出改變后的磁敏傳感單元陣列中各個磁敏傳感單元的磁電阻，并對測量出的各個磁敏傳感單元的磁電阻進行擬合得到第二余弦函數曲線其中，表示第二余弦函數曲線相對于余弦函數曲線cosθ的相位；

將第一余弦函數曲線的相位與第二余弦函數曲線的相位進行比較，該相位差即為改變后的外磁場方向相對于外磁場參考方向的角度Δα，即

進一步的，在測量出磁敏傳感單元陣列中各個磁敏傳感單元的磁電阻后，對各個磁敏傳感單元的磁電阻均以初始狀態值作歸一化處理得到歸一化比值，并對各個磁敏傳感單元的磁電阻的歸一化比值進行擬合得到對應的余弦函數曲線。

進一步的，所述方法還包括：將各個磁敏傳感單元的測量信號按照時間的先后順序進行記錄，并通過相位跟隨時間的變化得到外磁場方向轉動的角速度。

通過采用本發明的技術方案，至少具有如下有益效果：