DE19628566A1

DE19628566A1 - Magnetic field sensitive sensor

Info

Publication number: DE19628566A1
Application number: DE1996128566
Authority: DE
Inventors: Werner Fischer; Juergen Dr Moessinger; Matthias Schnell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1998-01-29
Also published as: GB9714035D0; JPH10115502A; GB2315333A; FR2751408A1

Abstract

The invention relates to a sensor for detecting changes in a magnetic field, the said sensor having a field plate (1) which has resistors (3) made of magnetoresistive material which are mounted on a substrate (2) in a meander-shaped manner and the resistance value of which depends upon the strength and direction of the magnetic field passing through them. The magnetic field can be influenced by an external metal object (5). The metal object (5) is preferably a wheel which is provided with regularly arranged depressions (6) which can be guided successively past the field plate (1), under which circumstances the lines of force of a magnet (4) arranged behind the sensor are intersected.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen magnetfeldempfindlichen Sen sor nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a magnetic field sensitive Sen sor according to the genus of the main claim.

Es ist bereits aus der EP 0 427 882 B1 eine Vorrichtung bekannt, bei der ein Permanentmagnet als bewegter Körper sich im Bereich eines magnetfeldempfindlichen Sensors be wegt. Die Bewegung des Körpers verläuft bei dieser be kannten Vorrichtung in einem konstruktiv vorgegebenen Ab stand parallel zur Ebene des Sensors. Als ortsfester Sen sor ist hier ein sog. magnetoresistiver Sensor vorhanden, der in der Ebene seiner sensitiven Schicht unter Ausnut zung des anisotropen magnetoresistiven Effekts (AMR) Än derungen der Feldstärke oder des Flusses aufgrund einer Bewegung des Magneten erfaßt.It is already a device from EP 0 427 882 B1 known in which a permanent magnet as a moving body be in the area of a magnetic field sensitive sensor moves. The movement of the body runs with this knew device in a constructively predetermined stood parallel to the level of the sensor. As a stationary Sen sor there is a so-called magnetoresistive sensor, the one in the plane of its sensitive layer under groove anisotropic magnetoresistive effect (AMR) Än changes in field strength or flow due to a Movement of the magnet detected.

Der Sensor der bekannten Vorrichtung besteht aus einer Anzahl jeweils zu einer Brücke verschalteten magnetfeld empfindlichen Widerständen, deren Widerstandswerte sich bei einem Durchtritt von magnetischen Feldlinien in ihrer sensitiven Ebene ändern und somit so einer Verstimmung der Brücke führen. Das Brückenausgangssignal ist somit als Detektionssignal heranziehbar.The sensor of the known device consists of a Number of magnetic fields connected to each bridge sensitive resistors, the resistance values of which when magnetic field lines pass through it change sensitive level and thus an upset lead the bridge. The bridge output signal is thus can be used as a detection signal.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der Sensor der eingangs beschriebenen Art ist in der er findungsgemäßen Weiterbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch vorteilhaft, daß auf einfache Art und Weise der Feldlinienverlauf periodisch durch die Senken auf der Oberfläche des zu detektierenden Gegenstandes bei einer Vorbeibewegung verändert bzw. mo duliert werden kann. Vorzugsweise bei einer Anwendung als Drehwinkelsensor können die Drehgeschwindigkeit und auch die einfache Drehwinkeländerung eines Rades ermittelt werden, wenn sich die Senken auf der äußeren Oberfläche des Rades befinden und an der Feldplatte des Sensors vor beibewegt werden.The sensor of the type described above is in the further education according to the invention with the characteristic Features of claim 1 advantageous in that simple way the field line course periodically through the depressions on the surface of the detected Object changed when moving past or mo can be dulated. Preferably when used as Angle of rotation sensor can change the speed of rotation and also the simple change in the angle of rotation of a wheel is determined when the sinks are on the outer surface of the wheel and on the field plate of the sensor be moved.

Ein gut zu detektierender Feldlinienverlauf ergibt sich, wenn die Schichtdicke des Substrats der Feldplatte bei Ferrit kleiner 0,2 mm oder bei Silizium ca. 0,05 mm be trägt. Das dünne Substrat ermöglicht einen geringen Ab stand des Magneten an der Feldplatte von der zu detektie renden Oberfläche, wodurch sich eine höhere magnetische Induktion in diesem Bereich und damit eine verbesserte Auflösung bei der Modulation der Feldlinien ergibt.A field line course that is easy to detect results if the layer thickness of the substrate of the field plate at Ferrite less than 0.2 mm or about 0.05 mm for silicon wearing. The thin substrate enables a low Ab position of the magnet on the field plate from the to be detected surface, which results in a higher magnetic Induction in this area and thus an improved one Resolution when modulating the field lines results.

Besonders vorteilhaft ist auch eine Verwendung von weichmagnetischen Materialien als Substrat, beispielswei se Reineisen, Stahl, SiFe-, CoFe- oder NiFe-Legierungen. Zwischen diesem Substrat und den magnetoresistiven Wider standselementen befindet sich eine elektrische Isolati onsschicht. Bei diesem Substrat mit hoher Sättigungsfluß dichte steigt der Anteil des modulierten magnetischen Flusses am Gesamtfluß; der Feldhub am Ort der magnetore sistiven Widerstände und das Ausgangssignal der Detekto ranordnung ist hierdurch vorteilhaft vergrößert.The use of is also particularly advantageous soft magnetic materials as a substrate, for example Pure iron, steel, SiFe, CoFe or NiFe alloys. Between this substrate and the magnetoresistive counter stand elements there is an electrical isolati on layer. With this substrate with high saturation flow density increases the proportion of modulated magnetic River at total river; the field lift at the location of the magnetore resistive resistors and the output signal of the detector This arrangement is advantageously enlarged.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die magnetoresistiven Widerstände über eine dünne Isola tionsschicht direkt auf den Magneten aufgebracht. Hier durch ist eine weitere Abstandsreduktion erreicht und auch die Montage ist erleichtert.According to a further advantageous embodiment the magnetoresistive resistors over a thin isola tion layer applied directly to the magnet. Here by means of a further reduction in distance and assembly is also easier.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Sensors wer den anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:Embodiments of a sensor according to the invention who the explained with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Sensors an ei nem Rad als Modulator bzw. Impulsgeber; Fig. 1 is a schematic representation of a sensor of egg nem wheel as a modulator or encoder;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Sensors mit weichmagnetischem Substrat und Fig. 2 shows an embodiment of a sensor with a soft magnetic substrate and

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel mit direkt auf dem Magneten angebrachten Widerständen des Sensors. Fig. 3 shows an embodiment with resistors of the sensor attached directly to the magnet.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

In Fig. 1 ist eine Feldplatte 1 gezeigt, die aus, auf einem Substrat 2 aufgebrachten, magnetoresistiven Wider ständen 3 besteht. An der Feldplatte 1 befindet sich ein Magnet 4, dessen Feldlinien die Feldplatte 1 und einen der Feldplatte 1 gegenüberliegenden metallischen Gegen stand 5 schneiden. Der metallische Gegenstand 5 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Rad, das auf seiner äußeren Oberfläche mit periodisch hintereinander angeord neten Senken 6 versehen ist. Wenn das Rad 5 durch Drehung mit seinen Senken 6 an der Feldplatte 1 vorbeigeführt wird, wird der magnetische Fluß des Magneten 4 auch im Bereich der Feldplatte 1 beim Durchlaufen der Senken 6 moduliert, da die Feldlinien bzw. der magnetische Fluß hier einen geänderten Weg nehmen.In Fig. 1, a field plate 1 is shown, the stands on a substrate 2 , magnetoresistive opponents 3 . At the field plate 1 there is a magnet 4 , the field lines of the field plate 1 and one of the field plate 1 opposite metal object 5 was cut. The metallic object 5 is a wheel in the illustrated embodiment, which is provided on its outer surface with periodically consecutively arranged sinks 6 . If the wheel 5 is guided past the field plate 1 by rotation with its depressions 6 , the magnetic flux of the magnet 4 is also modulated in the region of the field plate 1 when passing through the depressions 6 , since the field lines or the magnetic flux take a different path here .

Die Auswertung dieser Flußänderung erfolgt in bekannter, in der EP 0 427 882 B1 beschriebenen Weise über die mä anderförmig auf der Feldplatte 1 befindlichen magnetore sistiven Widerstände 3, deren Widerstandswert sich bei einer Flußänderung ebenfalls ändert. Um die Auflösung des auszuwertenden Signals zu erhöhen eignen sich als beson ders dünne Materialien für das Substrat insbesondere Fer rite mit einer Dicke von kleiner als 0,2 mm oder Silizium mit einer Dicke von ca. 0,05 mm.This flow change is evaluated in a known manner, which is described in EP 0 427 882 B1, via the magnetoresistive resistors 3 , which are located in a meandering manner on the field plate 1 and whose resistance value also changes when the flow changes. In order to increase the resolution of the signal to be evaluated, particularly suitable materials for the substrate are, in particular, ferrites with a thickness of less than 0.2 mm or silicon with a thickness of approximately 0.05 mm.

Eine erweiterte Ausführungsform der Feldplatte 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist das Substrat 2 der Feld platte 1 aus einem weichmagnetischen Material wie z. B. Reineisen, Stahl, SiFe-, CoFe- oder NiFe-Legierungen. Bei der hohen Sättigungsflußdichte dieses Materials steigt der Anteil des modulierten Flusses am Gesamtfluß deutlich an. Zwischen dem Substrat 2 und den Widerständen 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine elektrische Isolati onsschicht 9 angeordnet.An extended embodiment of the field plate 1 is shown in FIG. 2. Here is the substrate 2 of the field plate 1 made of a soft magnetic material such. B. pure iron, steel, SiFe, CoFe or NiFe alloys. With the high saturation flux density of this material, the proportion of the modulated flux in the total flux increases significantly. In this embodiment, an electrical insulation layer 9 is arranged between the substrate 2 and the resistors 3 .

Gemäß Fig. 3 sind die magnetoresistiven Widerstände 3 über die Isolationsschicht 9 direkt an dem Magneten 4 an gebracht.Referring to FIG. 3, the magnetoresistive resistors 3 are brought directly to the magnet 4 on via the insulating layer 9.

Claims

1. Sensor zur Detektierung von Änderungen eines Magnet feldes, der

- Widerstände (3) aus magnetoresistiven Material auf weist, deren Widerstandswert von der Stärke und der Rich tung des durch sie hindurchtretenden magnetischen Feldes abhängt, wobei das magnetische Feld durch einen äußeren metallischen Gegenstand (5) beeinflußbar ist und mit
- einer Detektoranordnung deren Ausgangssignal von dem Maß der Widerstandsänderung abhängt, dadurch gekennzeich net, daß
- der metallische Gegenstand (5) mit regelmäßig angeord neten Senken (6) versehen ist, die aufeinanderfolgend an der Feldplatte (1) vorbeiführbar sind und die die Feldli nien eines hinter dem Sensor angeordneten Magneten (4) schneiden.

1. Sensor for detecting changes in a magnetic field, the

- Resistors ( 3 ) made of magnetoresistive material, the resistance value of which depends on the strength and direction of the magnetic field passing through it, the magnetic field being able to be influenced by an external metallic object ( 5 ) and with
- A detector arrangement whose output signal depends on the degree of change in resistance, characterized in that
- The metallic object ( 5 ) with regularly angeord Neten sinks ( 6 ) is provided, which are successively past the field plate ( 1 ) and which cut the Feldli lines of a magnet arranged behind the sensor ( 4 ).

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- der metallische Gegenstand ein Rad (5) ist und die Sen ken (6) auf dem äußeren Umfang des Rades (5) angeordnet sind.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that

- The metallic object is a wheel ( 5 ) and the Sen ken ( 6 ) on the outer circumference of the wheel ( 5 ) are arranged.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Widerstände (3) mäanderförmig auf ein Substrat (2) einer Feldplatte (1) aufgebracht sind, wobei das Substrat (2) Ferrit mit einer Dicke von kleiner als 0,2 mm ist.

3. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that

- The resistors ( 3 ) are applied in a meandering shape to a substrate ( 2 ) of a field plate ( 1 ), the substrate ( 2 ) being ferrite with a thickness of less than 0.2 mm.

4. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Substrat (2) Silizium mit einer Dicke von ca. 0,05 mm ist.

4. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that

- The substrate ( 2 ) is silicon with a thickness of approximately 0.05 mm.

5. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Substrat (2) ein weichmagnetisches Material mit ei ner hohen Sättigungsflußdichte ist und daß
- zwischen dem Substrat (2) und den Widerständen (3) eine elektrische Isolationsschicht (9) angeordnet ist.

5. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that

- The substrate ( 2 ) is a soft magnetic material with egg ner high saturation flux density and that
- An electrical insulation layer ( 9 ) is arranged between the substrate ( 2 ) and the resistors ( 3 ).

6. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- die mäanderförmigen Widerstände (3) über eine Isolati onsschicht (9) direkt auf den Magneten (4) aufgebracht sind.

6. Sensor according to claim 1 or 2, characterized in that

- The meandering resistors ( 3 ) on an insulation layer ( 9 ) are applied directly to the magnet ( 4 ).