[發明專利]傳感器、磁場位置測量系統和用于確定位置的方法

在審

• 申請號: 202211534704.8
• 申請日: 2022-11-29
• 公開（公告）號: CN116263316A
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 馬蒂亞斯·尼瑟默;烏爾里克·里特爾;克里斯托夫·博肯霍夫
• 申請（專利權）人: 巴魯夫公司
• 主分類號: G01B7/00
• 分類號: G01B7/00;G01B7/02;G01B11/00
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 徐金國;吳啟超

本發明涉及一種用于磁場位置測量系統的傳感器(10)，具有至少一個透明基板(11)，所述至少一個透明基板具有第一側和與所述第一側相反的第二側。使用空間分辨率的至少一個光電傳感器(12)布置在所述第二側上。至少一個光源(13a?13h)布置在至少一個側上。具有晶格缺陷的金剛石(14)布置在所述基板(11)與所述光電傳感器(12)之間并且/或者布置在所述基板(11)中。替代地，所述基板(11)是具有晶格缺陷的金剛石。

技術領域

本發明涉及一種用于磁場位置測量系統的傳感器。本發明還涉及一種具有所述傳感器的磁場位置測量系統。最后，本發明涉及一種用于借助于所述磁場位置測量系統確定位置的方法。

背景技術

在工業自動化中，位移傳感器和間距傳感器使用不同的工作原理。隨著改變的極性而磁化的磁性測量體由于其穩健性和任意位置而廣泛用于許多應用中。傳感器在這些磁性測量體之上移動，以便因此實現呈磁性編碼長度測量系統形式的磁場位置測量系統。AMR效應、GMR效應或TMR效應用于檢測傳感器與測量體之間的相對移動。AMR效應(各向異性磁阻效應)使得傳感器中的鐵磁金屬(所述金屬具有其自身的磁化)顯示出取決于外部磁場的電阻。GMR效應(巨磁阻)是量子力學效應，在由交替的磁性薄層和非磁性薄層構成的結構中觀察到，這些薄層具有以納米為單位的自身層厚度。所述結構的電阻取決于磁性層的磁化的相互取向，其中所述電阻對于在相反方向上的磁化顯著高于在相同方向上的磁化。TMR效應(隧道磁阻)用于磁隧道接觸。它們具有層疊布置的若干層，在其核心中有磁化方向可通過外部磁場相互獨立地切換的兩個鐵磁層。如果磁化以相同方式排列，則電子隧穿絕緣層的概率大于相反排列的概率。接觸件的電阻因此可在兩種不同的電阻狀態之間來回切換。當使用AMR效應、GMR效應或TMR效應時，當傳感器沿著測量體移動時，理想地生成正弦傳感器信號，其在傳感器中的信號分布隨著測量體的每個極重復。然而，如果使用霍爾傳感器，則傳感器中的信號分布隨著測量體的每個極對重復。例如借助于三角函數確定位置，其中使用信號偏移90°的兩個傳感器元件。

為了抑制公差、溫度影響和信號噪聲，并且保持傳感器信號的最大線性，這種傳感器大多針對測量體的固定極寬進行調整。若干傳感器布置成使得可在不同的位置處進行測量，因此可同時在不同的極處進行測量。然而，這種磁場位置測量系統在測量體與傳感器之間的最大間距方面受到限制。

DE?10?2020?109?477?A1描述了具有高濃度NV缺陷(氮空位)的金剛石的生產，目的是用于傳感器系統和相關聯的方法和裝置。

本發明的目的是提供一種傳感器和使用此傳感器的磁場位置測量系統，所述磁場測量系統能夠容許傳感器與測量體之間的間距比基于AMR效應、GMR效應或TMR效應或使用霍爾傳感器的常規磁場位置測量系統所能容許的間距大。與這些已知類型的傳感器相比，應另外提高傳感器的精度，并且應避免出現磁滯效應。本發明的另一個目的是提供一種用于借助于所述磁場位置測量系統確定位置的方法。

發明內容

此目的在本發明的第一方面通過具有至少一個透明基板的用于磁場位置測量系統的傳感器來解決。所述基板具有第一側和與所述第一側相反的第二側。原則上，所述基板可具有任何幾何形狀。然而，優選地，它具有若干第三側，并且特別優選地它是矩形的，使得它具有四個第三側。所述第一側設置為面向磁場位置測量系統中的磁體。使用空間分辨率的至少一個光電傳感器布置在所述第二側上。至少一個光源布置在至少一個側上。具有晶格缺陷的金剛石布置在所述基板與所述光電傳感器之間和/或所述基板中。替代地或另外，所述基板是具有晶格缺陷的金剛石。