CN107300683B - 磁传感装置及其自动校准方法、电流传感器 - Google Patents

磁传感装置及其自动校准方法、电流传感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及磁传感装置及其的自动校准方法、电流传感器。所述磁传感装置包括第一磁传感器、第二磁传感器和信号处理电路，第一磁传感器和第二磁传感器形成于同一衬底上，在任意时刻至少有一个磁传感器在外部磁场的测量，另一个磁传感器能够进行校准。确保在校准磁传感器的同时可以输出有效信号，并且提高校准精度。

Description

磁传感装置及其自动校准方法、电流传感器
技术领域
本发明涉及磁传感领域，尤其是涉及磁传感装置及其自动校准方法、电流传感器。
背景技术
磁传感器的性能指标会随环境，时间变化。在现有技术中，磁传感器通常具有自校准功能。以MR传感器为例，MR传感器可以通过Set/Reset(设置/重置)功能校准传感器零点，自检电流线圈校准灵敏度。但是在校准的时候信号输出会受影响。并且当Set/Reset过程中磁场信号发生改变会影响零点校准精度。
因此，有必要提出一种方案来解决上述问题。
发明内容
本发明提出一种磁传感装置及其自动校准方法，其使用两个磁传感器，确保在校准磁传感器的同时可以输出有效信号，并且提高校准精度。
本发明提出还提出一种电流传感器，其使用具有两个磁传感器的磁传感装置，确保在校准磁传感器的同时可以输出有效信号，并且提高校准精度。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，为解决上述问题，本发明提出一种磁传感装置的自动校准方法，所述磁传感装置包括第一磁传感器、第二磁传感器和信号处理电路，第一磁传感器和第二磁传感器形成于同一衬底上，在任意时刻至少有一个磁传感器在测量外部磁场，另一个磁传感器能够用于校准。
在一个实施例中，在第一磁传感器用于校准时，第二磁传感器进行外部磁场的测量；在第二磁传感器用于校准时，第一磁传感器进行外部磁场的测量。在第二磁传感器用于校准，第一磁传感器进行外部磁场的测量时，执行如下操作：第二磁传感器B进行设置操作；通过在第二磁传感器B的自检线圈中加载自检电流将第二磁传感器的灵敏度校准为S2，此时第一磁传感器A的输出为VA＝VA0+S2*H，其中VA0为第一磁传感器A的零点信号，H为外部磁场；通过信号处理电路将第二磁传感器B的输出调节为VA，此时第二磁传感器B的输出为VB1＝VA0+S2*H；第二磁传感器B进行重置操作，此时第二磁传感器B的输出为VB2＝VA0-S2*H，得到VA0＝(VB1+VB2)/2，H＝(VB1-VB2)/(2*S2),这样就得到了校准后的VA0，同时也得到了外部磁场的值；第二磁传感器B进行设置操作，在第一磁传感器用于校准，第二磁传感器进行外部磁场的测量时，执行如下操作：第一磁传感器A进行设置操作；通过在第一磁传感器A的自检线圈中加载自检电流将第一磁传感器的灵敏度校准为S1，此时第二磁传感器B的输出为VB＝VB0+S1*H，其中VB0为第二磁传感器B的零点信号，H为外部磁场；通过信号处理电路将第一磁传感器A的输出调节为VB，此时第一磁传感器A的输出为VA1＝VB0+S1*H；第一磁传感器A进行重置操作，此时第一磁传感器A的输出为VA2＝VB0-S1*H，得到VB0＝(VA1+VA2)/2，H＝(VA1-VA2)/(2*S1)，这样就得到了校准后的VB0，同时也得到了外部磁场的值；第一磁传感器A进行设置操作。
在另一个实施例中，第一磁传感器一直进行测量，第二磁传感器能够用于校准。在第一磁传感器进行外部磁场的测量，第二磁传感器用于校准时，执行如下操作：第二磁传感器B进行设置操作；通过在第二磁传感器B的自检线圈中加载自检电流将第二磁传感器的灵敏度校准为S2，此时第一磁传感器A的输出为VA＝VA0+S2*H，其中VA0为第一磁传感器A的零点信号，H为外部磁场；通过信号处理电路将第二磁传感器B的输出调节为VA，此时第二磁传感器B的输出为VB1＝VA0+S2*H；第二磁传感器B进行重置操作，此时第二磁传感器B的输出为VB2＝VA0-S2*H，得到VA0＝(VB1+VB2)/2，H＝(VB1-VB2)/(2*S2),这样就得到了校准后的VA0，同时也得到了外部磁场的值；第二磁传感器B进行设置操作。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种磁传感装置，所述磁传感装置包括第一磁传感器、第二磁传感器和信号处理电路，第一磁传感器和第二磁传感器形成于同一衬底上，在任意时刻至少有一个磁传感器测量外部磁场，另一个磁传感器能够用于校准。
在一个实施例中，在第一磁传感器进行校准时，第二磁传感器进行外部磁场的测量；在第二磁传感器进行校准时，第一磁传感器进行外部磁场的测量。在第二磁传感器用于校准，第一磁传感器进行外部磁场的测量时，执行如下操作：第二磁传感器B进行设置操作；通过在第二磁传感器B的自检线圈中加载自检电流将第二磁传感器的灵敏度校准为S2，此时第一磁传感器A的输出为VA＝VA0+S2*H，其中VA0为第一磁传感器A的零点信号，H为外部磁场；通过信号处理电路将第二磁传感器B的输出调节为VA，此时第二磁传感器B的输出为VB1＝VA0+S2*H；第二磁传感器B进行重置操作，此时第二磁传感器B的输出为VB2＝VA0-S2*H，得到VA0＝(VB1+VB2)/2，H＝(VB1-VB2)/(2*S2),这样就得到了校准后的VA0，同时也得到了外部磁场的值；第二磁传感器B进行设置操作，在第一磁传感器用于校准，第二磁传感器进行外部磁场的测量时，执行如下操作：第一磁传感器A进行设置操作；通过在第一磁传感器A的自检线圈中加载自检电流将第一磁传感器的灵敏度校准为S1，此时第二磁传感器B的输出为VB＝VB0+S1*H，其中VB0为第二磁传感器B的零点信号，H为外部磁场；通过信号处理电路将第一磁传感器A的输出调节为VB，此时第一磁传感器A的输出为VA1＝VB0+S1*H；第一磁传感器A进行重置操作，此时第一磁传感器A的输出为VA2＝VB0-S1*H，得到VB0＝(VA1+VA2)/2，H＝(VA1-VA2)/(2*S1)，这样就得到了校准后的VB0，同时也得到了外部磁场的值；第一磁传感器A进行设置操作。
在另一个实施例中，第一磁传感器一直进行测量，第二磁传感器能够用于校准。在第一磁传感器进行外部磁场的测量，第二磁传感器用于校准时，执行如下操作：第二磁传感器B进行设置操作；通过在第二磁传感器B的自检线圈中加载自检电流将第二磁传感器的灵敏度校准为S2，此时第一磁传感器A的输出为VA＝VA0+S2*H，其中VA0为第一磁传感器A的零点信号，H为外部磁场；通过信号处理电路将第二磁传感器B的输出调节为VA，此时第二磁传感器B的输出为VB1＝VA0+S2*H；第二磁传感器B进行重置操作，此时第二磁传感器B的输出为VB2＝VA0-S2*H，得到VA0＝(VB1+VB2)/2，H＝(VB1-VB2)/(2*S2),这样就得到了校准后的VA0，同时也得到了外部磁场的值；第二磁传感器B进行设置操作。
根据本发明的另一个方面，本发明提供一种电流传感器，其包括：U型导体，其包括第一连接部、第二连接部和连接第一连接部和第二连接部的中间部；磁传感装置；所述磁传感装置中的第一磁传感器和第二磁传感器均位于第一连接部的上方或下方；或者，所述磁传感装置中的第一磁传感器的两个磁传感单元分别位于中间部的两侧，第二磁传感器位于第一连接部和第二连接部的上方或下方。
与现有技术相比，本发明的磁传感装置采用两个磁传感器，可以交替校准两个磁传感器，或者用其中一个磁传感器校准另外一个磁传感器，保证了任意时刻至少有一个磁传感器在测量，同时通过另一个磁传感器进行灵敏度和零点校准，保证了测量的高精度。
附图说明
图1为本发明涉及的基于第一方案的磁传感装置的自动校准方法的原理示意图。
图2为本发明涉及的基于第一方案的磁传感装置的结构示意图。
图3为应用基于第一方案的磁传感装置的电流传感器的示意图。
图4为本发明涉及的基于第二方案的第一实施例的磁传感装置的原理示意图。
图5为本发明涉及的基于第二方案的第二实施例的磁传感装置的结构示意图。
图6为应用基于第二方案的磁传感装置的电流传感器的示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
请参阅图1，其示出了本发明的基于第一方案的磁传感装置的自动校准方法。所述磁传感装置包括第一磁传感器A、第二磁传感器B和信号处理电路，第一磁传感器A和第二磁传感器B形成于同一衬底上。所述自动校准方法100包括有状态1、状态2、状态3和状态4。在状态1时，第一磁传感器A测量外部磁场，第二磁传感器B校准；在状态2时，第一磁传感器A测量，第二磁传感器B测量；在状态3时，第一磁传感器A校准，第二磁传感器B测量；状态4，磁传感器A测量，磁传感器B测量。这样，保证了任意时刻至少有一个磁传感器在测量，同时利用另一个磁传感器进行灵敏度和零点校准，保证了测量的高精度。第一、第二磁传感器A和B可以是AMR(Anisotropic Magneto Resistance)传感器、GMR(Giant Magneto Resistance)传感器，或者TMR(Tunneling Magneto Resistance)传感器。
在状态1时，具体执行如下操作：
第二磁传感器B进行设置(SET)操作；
通过在第二磁传感器B的自检线圈中加载自检电流将第二磁传感器的灵敏度校准为S2，此时第一磁传感器A的输出为VA＝VA0+S2*H，其中VA0为第一磁传感器A的零点信号，H为外部磁场；
通过信号处理电路将第二磁传感器B的输出调节为VA，此时第二磁传感器B的输出为VB1＝VA0+S2*H；
第二磁传感器B进行重置(RESET)操作，此时第二磁传感器B的输出为VB2＝VA0-S2*H，得到VA0＝(VB1+VB2)/2，H＝(VB1-VB2)/(2*S2),这样就得到了校准后的VA0，同时也得到了外部磁场的值；
第二磁传感器B进行设置(SET)操作。
在状态3时，具体执行如下操作：
第一磁传感器A进行设置(SET)操作；
通过在第一磁传感器A的自检线圈中加载自检电流将第一磁传感器的灵敏度校准为S1，此时第二磁传感器B的输出为VB＝VB0+S1*H，其中VB0为第二磁传感器B的零点信号，H为外部磁场；
通过信号处理电路将第一磁传感器A的输出调节为VB，此时第一磁传感器A的输出为VA1＝VB0+S1*H；
第一磁传感器A进行重置(RESET)操作，此时第一磁传感器A的输出为VA2＝VB0-S1*H，得到VB0＝(VA1+VA2)/2，H＝(VA1-VA2)/(2*S1)，这样就得到了校准后的VB0，同时也得到了外部磁场的值；
第一磁传感器A进行设置操作。
请参阅图2，其示出了本发明的基于第一方案的磁传感装置，所述磁传感装置200包括有衬底203，第一磁传感器201和第二磁传感器202。其中第一、第二磁传感器201和202制备在同一衬底203上；第一、第二磁传感器201和202可以是AMR传感器，GMR传感器，或者TMR传感器；第一、第二磁传感器201和202交替校准，保证了任意时刻至少有一个磁传感器在测量，同时另一磁传感器进行灵敏度和零点校准，保证了测量的高精度。
请参阅图3，其示出了应用基于第一方案的磁传感装置的电流传感器，电流传感器300包括有U型导体303，第一磁传感器301和第二磁传感器302。U型导体303包括第一连接部、第二连接部和连接第一连接部和第二连接部的中间部。第一磁传感器301包括磁传感器单元301a和301b，第二磁传感器302包括磁传感器单元302a和302b。通过在U型导体303中通入电流I，在磁传感器区域产生磁场。磁传感器301和302制备在同一衬底上；磁传感器301和302分别位于U型导体的第一连接部和第二连接部正上方或者正下方；磁传感器301和302可以是AMR传感器，GMR传感器，或者TMR传感器。磁传感器301和302可以检测U型导体303中电流产生的磁场。第一磁传感器和第二磁传感器交替校准，保证了任意时刻至少有一个磁传感器在测量，同时通过另一个磁传感器进行灵敏度和零点校准，保证了测量的高精度。
请参阅图4所示，本发明的基于第二方案的磁传感装置的自动校准方法。所述磁传感装置包括第一磁传感器A、第二磁传感器B和信号处理电路，第一磁传感器A和第二磁传感器B形成于同一衬底上。所述自动校准方法400包括有状态1和状态2。在状态1时，第一磁传感器A测量外部磁场，第二磁传感器B保持；在状态2时，第一磁传感器A测量，第二磁传感器B校准。保证了任意时刻第一磁传感器A都在测量，同时通过第二磁传感器B校准第一磁传感器A的零点，保证了测量的高精度。第一磁传感器A是Hall传感器，第二磁传感器B可以是AMR传感器，GMR传感器，或者TMR传感器。
在状态2时，具体执行如下步骤：
第二磁传感器B进行设置(SET)操作；
通过在第二磁传感器B的自检线圈中加载自检电流将第二磁传感器的灵敏度校准为S2，此时第一磁传感器A的输出为VA＝VA0+S2*H，其中VA0为第一磁传感器A的零点信号，H为外部磁场；
通过信号处理电路将第二磁传感器B的输出调节为VA，此时第二磁传感器B的输出为VB1＝VA0+S2*H；
第二磁传感器B进行重置(RESET)操作，此时第二磁传感器B的输出为VB2＝VA0-S2*H，得到VA0＝(VB1+VB2)/2，H＝(VB1-VB2)/(2*S2),这样就得到了校准后的VA0，同时也得到了外部磁场的值；
第二磁传感器B进行设置(SET)操作。
请参阅图5所示，本发明的基于第二方案的磁传感装置，所述磁传感装置500包括有衬底503、第一磁传感器501和第二磁传感器502。其中第一、第二磁传感器501和502制备在同一衬底503上；第一磁传感器501是Hall传感器，第二磁传感器502可以是AMR传感器，GMR传感器，或者TMR传感器；任意时刻第一磁传感器501都在测量，同时通过第二磁传感器502校准第一磁传感器501的零点，保证了测量的高精度。
请参阅图6所示，其示出了应用基于第二方案的磁传感装置的电流传感器，电流传感器600包括有U型导体603、第一磁传感器601、第二磁传感器602。第一磁传感器601包括磁传感器单元601a和601b，和第二磁传感器602包括磁传感器单元602a和602b。U型导体603包括第一连接部、第二连接部和连接第一连接部和第二连接部的中间部。通过在U型导体603中通入电流I，在磁传感器区域产生磁场。第一、第二磁传感器601和602制备在同一衬底上；第一磁传感器中的磁传感器单元601a和磁传感器单元601b分别位于中间部的两侧，第二磁传感器602中的磁传感器单元602a和磁传感器单元602b分别位于第一连接部和第二连接部的上方或下方。第一磁传感器601是Hall传感器，第二磁传感器602可以是AMR传感器，GMR传感器，或者TMR传感器。第一磁传感器601和第二磁传感器602可以检测U型导体603中电流产生的磁场。任意时刻磁传感器601都在测量，同时通过磁传感器602校准磁传感器601的零点，保证了测量的高精度。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (9)

1.一种磁传感装置的自动校准方法，所述磁传感装置包括第一磁传感器、第二磁传感器和信号处理电路，第一磁传感器和第二磁传感器形成于同一衬底上，其特征在于，
在任意时刻至少有一个磁传感器在测量外部磁场，另一个磁传感器能够用于校准，
在第二磁传感器用于校准，第一磁传感器进行外部磁场的测量时，执行如下操作：
第二磁传感器B进行设置操作；
通过在第二磁传感器B的自检线圈中加载自检电流将第二磁传感器的灵敏度校准为S2，此时第一磁传感器A的输出为VA＝VA0+S2*H，其中VA0为第一磁传感器A的零点信号，H为外部磁场；
通过信号处理电路将第二磁传感器B的输出调节为VA，此时第二磁传感器B的输出为VB1＝VA0+S2*H；
第二磁传感器B进行重置操作，此时第二磁传感器B的输出为VB2＝VA0-S2*H，得到VA0＝(VB1+VB2)/2，H＝(VB1-VB2)/(2*S2),这样就得到了校准后的VA0，同时也得到了外部磁场的值；
第二磁传感器B进行设置操作，
在第一磁传感器用于校准，第二磁传感器进行外部磁场的测量时，执行如下操作：
第一磁传感器A进行设置操作；
通过在第一磁传感器A的自检线圈中加载自检电流将第一磁传感器的灵敏度校准为S1，此时第二磁传感器B的输出为VB＝VB0+S1*H，其中VB0为第二磁传感器B的零点信号，H为外部磁场；
通过信号处理电路将第一磁传感器A的输出调节为VB，此时第一磁传感器A的输出为VA1＝VB0+S1*H；
第一磁传感器A进行重置操作，此时第一磁传感器A的输出为VA2＝VB0-S1*H，得到VB0＝(VA1+VA2)/2，H＝(VA1-VA2)/(2*S1)，这样就得到了校准后的VB0，同时也得到了外部磁场的值；
第一磁传感器A进行设置操作。
2.如权利要求1所述的自动校准方法，其特征在于，
在第一磁传感器用于校准时，第二磁传感器进行外部磁场的测量；
在第二磁传感器用于校准时，第一磁传感器进行外部磁场的测量。
3.如权利要求2所述的自动校准方法，其特征在于，第一磁传感器和第二磁传感器是AMR传感器，GMR传感器，或者TMR传感器。
4.一种磁传感装置的自动校准方法，所述磁传感装置包括第一磁传感器、第二磁传感器和信号处理电路，第一磁传感器和第二磁传感器形成于同一衬底上，其特征在于，
在任意时刻至少有一个磁传感器在测量外部磁场，另一个磁传感器能够用于校准，
第一磁传感器一直进行测量，第二磁传感器能够用于校准，
在第一磁传感器进行外部磁场的测量，第二磁传感器用于校准时，执行如下操作：
第二磁传感器B进行设置操作；
通过在第二磁传感器B的自检线圈中加载自检电流将第二磁传感器的灵敏度校准为S2，此时第一磁传感器A的输出为VA＝VA0+S2*H，其中VA0为第一磁传感器A的零点信号，H为外部磁场；
通过信号处理电路将第二磁传感器B的输出调节为VA，此时第二磁传感器B的输出为VB1＝VA0+S2*H；
第二磁传感器B进行重置操作，此时第二磁传感器B的输出为VB2＝VA0-S2*H，得到VA0＝(VB1+VB2)/2，H＝(VB1-VB2)/(2*S2),这样就得到了校准后的VA0，同时也得到了外部磁场的值；
第二磁传感器B进行设置操作。
5.如权利要求4所述的磁传感装置的自动校准方法，其中第一磁传感器是Hall传感器，第二磁传感器是AMR传感器，GMR传感器，或者TMR传感器。
6.一种磁传感装置，其特征在于，所述磁传感装置包括第一磁传感器、第二磁传感器和信号处理电路，第一磁传感器和第二磁传感器形成于同一衬底上，在任意时刻至少有一个磁传感器测量外部磁场，另一个磁传感器能够用于校准，
在第二磁传感器用于校准，第一磁传感器进行外部磁场的测量时，执行如下操作：
第二磁传感器B进行设置操作；
通过在第二磁传感器B的自检线圈中加载自检电流将第二磁传感器的灵敏度校准为S2，此时第一磁传感器A的输出为VA＝VA0+S2*H，其中VA0为第一磁传感器A的零点信号，H为外部磁场；
通过信号处理电路将第二磁传感器B的输出调节为VA，此时第二磁传感器B的输出为VB1＝VA0+S2*H；
第二磁传感器B进行重置操作，此时第二磁传感器B的输出为VB2＝VA0-S2*H，得到VA0＝(VB1+VB2)/2，H＝(VB1-VB2)/(2*S2),这样就得到了校准后的VA0，同时也得到了外部磁场的值；
第二磁传感器B进行设置操作，
在第一磁传感器用于校准，第二磁传感器进行外部磁场的测量时，执行如下操作：
第一磁传感器A进行设置操作；
通过在第一磁传感器A的自检线圈中加载自检电流将第一磁传感器的灵敏度校准为S1，此时第二磁传感器B的输出为VB＝VB0+S1*H，其中VB0为第二磁传感器B的零点信号，H为外部磁场；
通过信号处理电路将第一磁传感器A的输出调节为VB，此时第一磁传感器A的输出为VA1＝VB0+S1*H；
第一磁传感器A进行重置操作，此时第一磁传感器A的输出为VA2＝VB0-S1*H，得到VB0＝(VA1+VA2)/2，H＝(VA1-VA2)/(2*S1)，这样就得到了校准后的VB0，同时也得到了外部磁场的值；
第一磁传感器A进行设置操作。
7.如权利要求6所述的磁传感装置，其特征在于，在第一磁传感器进行校准时，第二磁传感器进行外部磁场的测量；在第二磁传感器进行校准时，第一磁传感器进行外部磁场的测量。
8.一种磁传感装置，其特征在于，所述磁传感装置包括第一磁传感器、第二磁传感器和信号处理电路，第一磁传感器和第二磁传感器形成于同一衬底上，在任意时刻至少有一个磁传感器测量外部磁场，另一个磁传感器能够用于校准，
第一磁传感器一直进行测量，第二磁传感器能够用于校准，
在第一磁传感器进行外部磁场的测量，第二磁传感器用于校准时，执行如下操作：
第二磁传感器B进行设置操作；
通过在第二磁传感器B的自检线圈中加载自检电流将第二磁传感器的灵敏度校准为S2，此时第一磁传感器A的输出为VA＝VA0+S2*H，其中VA0为第一磁传感器A的零点信号，H为外部磁场；
通过信号处理电路将第二磁传感器B的输出调节为VA，此时第二磁传感器B的输出为VB1＝VA0+S2*H；
第二磁传感器B进行重置操作，此时第二磁传感器B的输出为VB2＝VA0-S2*H，得到VA0＝(VB1+VB2)/2，H＝(VB1-VB2)/(2*S2),这样就得到了校准后的VA0，同时也得到了外部磁场的值；
第二磁传感器B进行设置操作。
9.一种电流传感器，其特征在于，其包括：
U型导体，其包括第一连接部、第二连接部和连接第一连接部和第二连接部的中间部；
如权利要求6-8任一所述的磁传感装置；
所述磁传感装置中的第一磁传感器和第二磁传感器均位于第一连接部的上方或下方；或者
所述磁传感装置中的第一磁传感器的两个磁传感单元分别位于中间部的两侧，第二磁传感器位于第一连接部和第二连接部的上方或下方。
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