DE3308352A1 - Magnetdetektorvorrichtung - Google Patents
MagnetdetektorvorrichtungInfo
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Description
Magnetdetektorvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Magnetmeß- bzw. -detektorvorrichtung
zur Verwendung bei einem Drehwinkelgeber (rotary encoder)/ Linearweggeber (linear encoder) ο.dgl.
Es ist ein Drehwinkelgeber zur Erfassung oder Messung eines Drehwinkels einer Drehachse bekannt, welcher den
Drehwinkel durch Abgreifung magnetischer Signale mißt, die im voraus in Form eines Magnetisierungsmusters einer
konstanten Bitlänge auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger aufgezeichnet worden sind, der an einer mit der
Drehachse verbundenen kreisförmigen Scheibe oder einem Zylinder angebracht ist. Die Messung erfolgt dabei mittels
eines Magnet-Meßfühlers mit einem Magnet-Widerstandselement (magnetoresistive element). Bei der Messung des
Drehwinkels eines Motors mittels des bisherigen Dreh-Winkelgebers ergibt sich jedoch der Nachteil, daß der
Rauschabstand eines vom Meßfühler gelieferten Meßsignals abnimmt und eine fehlerhafte Arbeitsweise durch ein externes
Magnetfeld hervorgerufen wird, das zu einem großen Teil von einem Dauermagneten oder einem Anker des Motors
(nach außen) streut.
Zur Vermeidung dieses Nachteils beschreibt die JP-OS 162 556/79 einen Winkeldetektor bzw. -geber mit einem
magnetischen Abschirmelement aus einem hoch permeablen Werkstoff, welches eine einen magnetischen Aufzeichnungs-
träger aufweisende und mit einer Abtriebsachse des Motors verbundene kreisförmige Scheibe umschließt, mit einem der
Scheibe gegenüberstehend angeordneten Magnet-Meßfühler sowie mit einer Treiberschaltung und einer an den Meßfühler
angeschlossenen Signalverarbeitungsschaltung. Hierbei ist es jedoch nicht möglich, den Winkelgeber
vollständig vom externen Magnetfeld abzuschirmen. Zur Ausschaltung des Einflusses des externen Magnetfelds könnte
zudem daran gedacht werden, nur das externe Magnetfeld mittels eines getrennten Magnet-Meßfühlers zu erfassen
und das entsprechende Meßsignal sowie das vom magnetischen Aufzeichnungsträger gelieferte Ausgangssignal
elektrisch zu berechnen. Da hierbei jedoch die Magnetwiderstandskennlinie des Magnet-Widerstandselements
des Magnet-Meßfühlers nicht linear ist, entspricht das auf dem externen Magnetfeld beruhende Ausgangssignal des
getrennten Magnet-Meßfühlers nicht einem auf dem externen Magnetfeld beruhenden Teil des Ausgangssignals des anderen
Meßfühlers, so daß eine Kompensation mit hoher Genauigkeit nicht einfach zu erreichen ist. Außerdem kann ·
der Dynamikbereich des Magnet-Widerstandselements nicht effektiv zur Erfassung des Magnetmusters (magnetic pattern)
ausgenutzt werden, insbesondere unter dem großen externen Magnetfeld.
Bei dem erwähnten Drehwinkelgeber können die magnetischen Signale mittels eines einzigen Magnet-Widerstandselements
erfaßt bzw. abgegriffen werden, um eine Verschiebungsoder Bewegungsgröße zu bestimmen. Da jedoch die Ausgangs-
SO spannung klein ist und infolge von Temperaturschwankungen driftet, ist es üblich, die Ausgangsspannung durch eine
Schaltung zu liefern, bei welcher mehr als zwei Magnet-Widerstandselemente differentiell geschaltet sind. Beispielsweise
beschreibt die JP-OS 115 257/79 einen Winkeldetektor
oder -geber, bei dem zwei Magnet-Widerstands-
elemente in einem (gegenseitigen) Abstand angeordnet sind, der ein ganzzahliges Vielfaches des Teilungsabstands
(pitch) des Magnetisierungsmusters auf dem magnetischen Aufzeichnungsträger ist, wobei ein Differenzausgangssignal
zwischen beiden Widerstandselementen von einem Differentialverstärker erhalten wird. Weiterhin ist ein
in Fig.1 dargestellter Winkelgeber dieser Art in der JP-Zeitschrift "Nikkei Electronics", 22. Juni 1981, S.88,
beschrieben. Gemäß Fig. 1 sind zwei Gruppen von Magnet-Meßfühlern mit je vier Magnet-Widerstandselementen
A1 - A4 und B1 - B4 vorgesehen. Die Widerstandselemente der einen Gruppe sind in einem gegenseitigen Abstand
entsprechend der Hälfte des Teilungsabstands P des Magnetisierungsmusters auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger
M angeordnet, und die Widerstandselemente der anderen Gruppe sind gegenüber den ersteren Widerstandselementen
um P/4 versetzt. Gemäß Fig.2 sind weiterhin die vier Magnet-Widerstandselemente jeder Gruppe
als Brückenschaltung bzw. Meßbrücke geschaltet, wobei die Differenz der Ausgangsspannungen an diagonalen
Punkten jeder Brückenschaltung von zugeordneten Differentialverstärkern DA1 und DA2 geliefert wird. Mit diesem
Magnet-Meßfühler kann nicht nur die Bewegungsgröße, sondern auch die Bewegungsrichtung festgestellt werden.
Außerdem kann dabei die Ausgangsamplitude groß sein und der Drifteinfluß ausgeschaltet werden. Beim bisherigen
Winkelgeber müssen jedoch mehr als zwei Magnet-Widerstandselemente in Verschiebungs- oder Bewegungsrichtung
D, d.h. in Verlaufsrichtung des Magnetisierungsmusters, in einem gegenseitigen Abstand angeordnet sein,
der einem ganzzahligen Vielfachen des Teilungsabstands P des Magnetisierungsmusters oder seines Reziprokwerts entspricht.
Bei Verwendung verschiedener Magnetisierungsmuster unterschiedlicher Teilungsabstände müssen daher
verschiedene Magnet-Meßfühler mit Magnet-Widerstandsele-
menten vorgesehen werden, die in vorbestimmten gegenseitigen
Abständen entsprechend den verschiedenen Teilungsabständen der Magnetisierungsmuster angeordnet sind.
Hierdurch wird in nachteiliger Weise der Konstruktionsfreiheitsgrad stark eingeschränkt. Wenn außerdem der
magnetische Aufzeichnungsträger auf der Zylindermantelfläche und eine Anzahl von Magnet-Widerstandselementen
auf einem flachen Substrat angeordnet sind, sind die Abstände zwischen den einzelnen Widerstandselementen
und dem Aufzeichnungsträger nicht gleich groß. Infolgedessen
ist das Ausgangssignal jedes Widerstandselements Schwankungen aufgrund der Abstandsänderung unterworfen,
so daß demzufolge das Differentialausgangssignal einen Fehler enthält.
Mit dem Ziel der Ausschaltung der geschilderten Mängel des Standes der Technik beschreibt die JP-OS 35 011/81
einen Winkeldetektor bzw. -geber, bei dem die Breite der einzelnen Magnet-Widerstandselemente variiert; die Herstellung
von Widerstandselementen variierender Breite erweist sich jedoch als schwierig. Bei einer Änderung des
Abstands zwischen Magnet-Widerstandselement und Aufzeichnungsträger müssen außerdem die Widerstandselemente
mit jeweils verschiedener Breite entsprechend diesem Abstand angeordnet sein. Wenn zudem mehr als zwei Magnet-Widerstandselemente
in Verlaufsrichtung des Magnetisie-' rungsmusters auf dem Aufzeichnungsträger angeordnet sind,
erhält der Magnet-Meßfühler und damit die gesamte Meßvorrichtung entsprechend große Abmessungen.
Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer Magnetdetektorvorrichtung, die ein Magnetisierungsmuster
genau und ohne Beeinflussung durch ein externes Magnetfeld abzugreifen vermag, indem sie ein Signalmagnetfeld
vom externen Magnetfeld trennt.
Bei der Trennung eines von einem magnetischen Aufzeichnungsträger gelieferten Signalmagnetfelds vom externen
Magnetfeld ist es dabei nicht nötig, die Magnet-Widerstandselemente
in Richtung eines Magnetisierungsmusters auf dem Aufzeichnungsträger voneinander getrennt anzuordnen
.
Mit der erfindungsgemäßen Magnetdetektorvorrichtung soll auch auf einfache Weise ein Differentialausgangssignal
lieferbar sein.
Gegenstand der Erfindung ist damit eine Magnetdetektorvorrichtung,
die gekennzeichnet ist durch einen ersten Magnet-Meßfühler mit einem einem ersten Magnetfeld ausgesetzten
Magnet-Widerstandselement (magnetoresistive element), durch einen zweiten Magnet-Meßfühler mit einem
dem ersten und einem zweiten Magnetfeld ausgesetzten Magnet-Widerstandselement und durch eine Einrichtung
zur Gegenkopplung eines vom ersten Meßfühler gelieferten Ausgangssignals zum zweiten Meßfühler zwecks Aufhebung
oder Unterdrückung des auf den zweiten Magnetfühler einwirkenden ersten Magnetfelds, so daß das zweite Magnetfeld
vom ersten Magnetfeld getrennt bzw. unabhängig erfaßbar ist.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer bisherigen Magnetdetektorvorrichtung,
Fig. 2 ein Schaltbild einer Brückenschaltungsanordnung
bei der bisherigen Vorrichtung gemäß Fig. 1, 35
to ft «
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Magnetdetektorvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4A und 4B Schnittansichten eines Magnet-Meßfühlers gemäß der Erfindung,
Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Magnet-Meßfühler gemäß Fig.4A
und 4B,
Fig. 6 eine graphische Darstellung eines Differentialausgangssignals
der Magnetmeßfühler nach Fig. 4A und 4B,
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 8 ein Schaltbild der Vorrichtung nach Fig. 7 und
Fig. 9 und 10 Aufsichten auf verschiedene magnetische Aufzeichnungsträger zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen
Magnetdetektorvorrichtung.
Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung
sind zur Messung eines Signalmagnetfelds EL· unter der Bedingung, daß ein externes Magnetfeld IL, gleichmäßig
einwirkt, ein erster Magnet-Meßfühler 11 in einer Position, in welcher nur das externe Magnetfeld Hn einwirkt,
und ein zweiter Magnet-Meßfühler 21 in einer Stellung angeordnet, an welcher sowohl das Signalmagnetfeld Hg als
auch das externe Magnetfeld EL· einwirken. Gemäß Fig. 4A besitzt der erste Magnet-Meßfühler einen Aufbau, bei dem
auf einem Substrat 12 ein Magnet-Widerstandselement 13a,
eine Isolierschicht 14a, eine Leiterschicht 15, eine
Isolierschicht 14b und ein Magnet-Widerstandselement 13b in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Die Magnet-Wider-Standselemente
13a und 13b werden dabei durch Zufuhr eines elektrischen Stroms in vorbestimmter Richtung (Pfeile) zur Leiterschicht
15 in zueinander entgegengesetzten Richtungen magnetisch vorgespannt bzw. vormagnetisiert. Beim zweiten
Magnet-Meßfühler 21 sind gemäß Fig. 4B auf einem Substrat 22 ein Magnet-Widerstandselement 23a, eine Isolierschicht
24a, eine Leiterschicht 25, eine Isolierschicht 24b, ein Magnet-Widerstandselement 23b, eine Isolierschicht 24c
und eine Leiterschicht 26 in dieser Reihenfolge angeordnet. Wie beim ersten Meßfühler 11 sind dabei die Wider-Standselemente
23a und 23b auf die durch die Pfeile angedeutete Weise durch Zufuhr eines elektrischen Stroms in
einer vorbestimmten Richtung zur Leiterschicht 25 in zueinander entgegengesetzten Richtungen vormagnetisiert.
Wenn bei dieser entgegengesetzten Vormagnetisierung der beiden jeweiligen Magnet-Widerstandselemente 13a, 13b bzw.
23a, 23b das Magnetfeld auf die durch die Kurven 30a und 30b in Fig. 5 gezeigte Weise variiert wird, ändern sich
die Widerstandswerte R der Widerstandselemente auf die durch die Kurven 31a und 31b gezeigte Weise. In diesem
Fall werden die Vormagnetisierungsfelder -Hß bevorzugt
so bestimmt, daß zwei Arbeitspunkte der Widerstandselemente 13a, 13b bzw. 23a, 23 b in zentralen Lagen auf
einem im wesentlichen geradlinigen Abschnitt einer Magnetwiderstandskennlinie liegen. Wenn dabei die Magnet-Widerstandselemente
13a', 13b und 23a, 23b der Magnet-Meßfühler 11 bzw. 12 in entgegengesetzten Richtungen vormagnetisiert
sind, werden die Beziehungen zwischen Magnetfeld und Widerstandswert R bei diesen Magnet-Widerstandselementen
auf die durch die Kurven 31a und 31b in Fig. 5 veranschaulichte Weise zueinander gegenphasig.
Bei dieser Ausführungsform sind die Widerstandselemente
13a, 13b bzw. 23a, 23b gemäß Fig. 3 jeweils in einer Reihenschaltung angeordnet, während beide Enden mit
Plus- und Minusklemme +E bzw. -E einer Stromquelle verbunden sind, so daß an den Anschlußpunkten 32 bzw. 33
dieser Widerstandselemente ein durch die Kurve 34 in Fig. 6 dargestelltes Differentialausgangssignal abgenommen
werden kann.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird ein vom ersten Magnet-Meßfühler 11 geliefertes Differentialausgangssignal
über einen Verstärker 35 (Fig. 3) negativ zur Leiterschicht 26 des zweiten Magnet-Meßfühlers
21 rückgekoppelt, während ein invertierendes oder invertiertes Magnetfeld -Hn, welches das externe Magnetfeld
Hn aufhebt, durch einen über die Leiterschicht 26
fließenden elektrischen Strom an die Magnet-Widerstandselemente 23a, 23b angelegt wird. Da hierbei das die Widerstandselemente
23a, 23b beeinflussende externe Magnet feld Hn durch das erwähnte invertierte Magnetfeld -IL.
ausgelöscht bzw. aufgehoben wird, kann das Differentialausgangssignal
mit gutem Rauschabstand, der nur vom Signalmagnetfeld H0 abhängt, an einer Ausgangsklemme
des zweiten Magnet-Meßfühlers 21 erhalten werden. Im Fall der Erzeugung eines Vormagnetisierungsfelds durch
Hindurchleiten des elektrischen Stroms durch die Leiterschichten 15, 25 zwischen den Widerstandselementen 13a
und 13b bzw. 23a und 23b beeinflußt eine Änderung oder Schwankung der Gleichstromquelle beide Widerstandselemente
in gleicher Weise, so daß diese Änderung nicht in das Differentialausgangssignal eingeführt wird.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist ein magnetischer
Aufzeichnungsträger 40 an einem Gegenstand bzw. Bauteil angebracht, der unter dem Einfluß des externen
Magnetfelds Hn bewegt wird; die Verschiebungs- bzw. Bewegungsgröße
des Bauteils wird durch Abtastung eines Magnet- oder Magnetisierungsmusters bestimmt, das auf
dem Aufzeichnungsträger 40 in Richtung des Pfeils D in vorbestimmten Teilungsabständen P aufgezeichnet ist.
Bei dieser Ausführungsform sind zwei Magnet-Meßfühler 41 und 42 auf demselben Substrat 43 in einem solchen Abstand
voneinander angeordnet/ daß der erste Meßfühler 41 vom Aufzeichnungsträger 40 entfernt ist und der zweite
Meßfühler 42 dem Aufzeichnungsträger 40 gegenübersteht.
Der erste Magnet-Meßfühler 41 ist daher nur dem externen Magnetfeld Hn ausgesetzt, während der zweite Magnet-Meßfühler
42 sowohl durch das externe Magnetfeld HL·, als auch durch das Signalmagnetfeld Hg des Aufzeichnungsträgers
beeinflußt wird. Die beiden Magnet-Meßfühler 41 und 42 besitzen dabei jeweils denselben Aufbau. Genauer gesagt:
Magnet-Widerstandselemente 45a, 46a, 45b, 46b; 45'a,
46'a, 45'b, 46'b sind jeweils unter Zwischenfügung dünner
Isolierschichten 44a, 44b bzw. 44'a, 44'b auf demselben
Substrat 43 angeordnet. Zur Anlegung des Vorspannungsmagnetfelds bzw. Vormagnetisierungsfelds sind weiterhin
Leiterschichten 48 bzw. 48' unter Zwischenfügung dicker Isolierschichten 47a bzw. 47'a und 47b bzw. 47'b zwischen
den Widerstandselementen 46a bzw. 46'a und 45b bzw. 45'b
angeordnet. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform wird der Gleichstrom durch die Leiterschichten 48
bzw. 48' geleitet, so daß die Magnet-Widerstandselemente
45a, 46a und 45b, 46b; 45'a, 46'a und 45'b, 46'b entgegengesetzt
zueinander vormagnetisiert werden können.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind weiterhin Leiterschichten
50 und 50' unter Zwischenfügung dicker Isolierschichten 49 bzw. 49' auf den Magnet-Widerstandselementen
46b bzw. 46'b angeordnet.
Die jeweiligen vier Magnet-Widerstandselemente 45a, 45b,
46a, 46b bzw. 45'a, 45'b, 46'a, 46»b sind gemäß Fig. 8
als Brückenschaltung bzw. Meßbrücke geschaltet. Beim ersten Magnet-Meßfühler 41 ist ein Verbindungspunkt bzw.
eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 46a und 46b an eine positive Stromquelle +E angeschlossen,
während eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 45a und 45b mit einer negativen Stromquelle -E verbunden
ist. Weiterhin ist eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 45a und 46b mit einer positiven
Eingangsklemme eines Differentialverstärkers 51 verbunden, und eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen
45b und 46a ist an eine negative Eingangsklemme des Dxfferentialverstärkers 51 angeschlossen. Auf dieselbe
Weise sind beim zweiten Magnet-Meßfühler 42 ein Verbindungspunkt bzw. eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen
46'a und 46'b mit einer positiven Stromquelle
+E und eine Verzweigung zwischen den Widerstandselementen 45'a und 45'b mit einer negativen Stromquelle
-E verbunden. Eine Verzweigung zwischen den Magnet-Widerstandselementen
45'a und 46'b ist weiterhin an eine
positive Eingangsklemme eines Differentialverstärkers 51' angeschlossen, während eine Verzweigung zwischen den
Widerstandselementen 45'b und 46'a mit einer negativen
Eingangsklemme des Differentialverstärkers 51 verbunden ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 sind die die obersten
Lagen von erstem und zweitem Magnet-Meßfühler 41 und 42 bildenden Leiterschichten 50 bzw. 50' in Reihe geschal-
go tet, so daß ein Ausgangssignal des Differentialverstärkers
51 mit Gegenkopplung an diese Leiterschichten 50 und 50' angelegt wird. An den betreffenden vier Magnet-Widerstandselementen
45a, 45b, 46a, 46b bzw. 45'a, 45'b, 46 *a, 46'b liegt daher ein invertiertes Magnetfeld Hn an,
welches das externe Magnetfeld H-, aufhebt, wenn die Lei-
terschichten 50 bzw. 50' von elektrischem Strom durchflossen
werden. Auf diese Weise kann an einer Ausgangsklemme 52 des Differentialverstärkers 51' ein Differentialausgangssignal
mit gutem Rauschabstand erhalten werden, der nur vom Signalmagnetfeld He abhängt.
Da das externe Magnetfeld EL·, wie erwähnt, durch Gegenkopplung
eines Ausgangssignals des Differentialverstärkers 51 zur Leiterschicht 50 auch am ersten Magnet-Meßfühler
41 aufgehoben werden kann, können der Dynamikbereich jedes Magnet-Meßfühlers erweitert und das schwache
Signalmagnetfeld auch dann genau abgegriffen werden, wenn das starke, zur Sättigung des Magnet-Widerstandselements
ausreichende externe Magnetfeld anliegt. Da darüber hinaus die beiden Magnet-Meßfühler 41 und 42 auf
demselben Substrat und mit jeweils gleichem Aufbau ausgebildet sind, lassen sie sich auf einfache Weise herstellen.
Die Ausbildung der Magnet-Widerstandselemente 45a, 45b, 46a, 46b und 45'a, 45'b, 46'a, 46'b der beiden Magnet-Meßfühler
41 bzw. 42 erfolgt in der Weise, daß beispielsweise eine Fe-Ni-Legierung (Permalloy) mit einer Dicke
von etwa 50 nm auf ein Glas-Substrat 43 aufgedampft wird und sodann die dünnen, zwischengefügten Isolierschichten
44a, 44b bzw. 44'a, 44'b durch Aufdampfung von SiO2
bis zu einer Dicke von etwa 100 - 200 nm ausgebildet werden. Die dicken Isolierschichten 47a, 47b, 49 bzw.
47'a, 47'b, 49' werden ebenfalls durch Aufdampfung von
Si0_ mit einer Dicke von einigen Mikrometern hergestellt, während die Ausbildung der Leiterschichten 48, 50 bzw.
48', 50' durch Aufdampfung eines nicht-magnetischen Metalls,
wie Al, Au oder Cu, mit einer Dicke von mehr als 100 nm erfolgt. Da die einzelnen Schichten oder Lagen jeweils
außerordentlich dünn sind, kann vorausgesetzt werden, daß
alle Magnet-Widerstandse leinen te in derselben Lage in Bewegungsrichtung
des magnetischen Aufzeichnungsträgers 40 angeordnet sind.
Da bei der Verschiebungs- bzw» Bewegungs-Magnetdetektorvorrichtung
gemäß Fig. 7 alle dem Aufzeichnungsträger 40 gegenüberstehenden Magnet-Widerstandselemente des zweiten
Magnet-Meßfühlers 42 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers 40 angeordnet sind, braucht der
Teilungsabstand P des Magnetisierungsmusters nicht in Betracht gezogen zu werden. Es ist daher nicht nötig,
ein Magnetisierungsmuster gleichbleibenden Teilungsabstands zu verwenden. Gemäß Fig. 9 kann vielmehr ein Magne
tisierungsmuster auf einem magnetischen Aufzeichnungsträger 60 unterschiedliche Teilungsabstände P-, P2, P3
aufweisen, oder das Magnetisxerungsmuster auf einem Aufzeichnungsträger 70 kann sich gemäß Fig. 10 fortlaufend
ändern. Magnetisxerungsmuster verschiedener Teilungsabstände werden bevorzugt dann benutzt, wenn
sich die Meßgenauigkeit während der Verschiebung oder Bewegung ändert.
Die Erfindung ist keineswegs auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsfonnen beschränkt, sondern verschiedenen
Änderungen und Abwandlungen zugänglich. Beispielsweise kann anstelle des linearen bzw. geradlinigen
Aufzeichnungsträgers nach Fig. 7 auch ein kreisförmiger oder zylindrischer magnetischer Aufzeichnungsträger verwendet
werden. Außerdem kann dabei nicht nur das Signalmagnetfeld EL·, sondern auch das externe Magnetfeld EL· getrennt
erfaßt werden. Während bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 3 nur der zweite Magnet-Meßfühler 21 die Leiterschicht 26 zur Erzeugung des invertierenden bzw. invertierten
Magnetfelds aufweist, kann eine solche Leiterschicht auch im ersten Meßfühler 11 vorgesehen sein, wo-
bei die Gegenkopplung für den ersten Magnetfühler 11 auf
die anhand von Fig. 7 beschriebene Weise erfolgen kann. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind darüber hinaus
zwei Magnet-Widerstandselemente entgegengesetzt zueinander magnetisch vorgespannt bzw. vormagnetisiert, indem
elektrischer Strom durch auf beiden Seiten dieser Elemente angeordnete Leiterschichten geleitet wird/ doch können
diese Leiterschichten auch weggelassen werden. In diesem Fall können zwei Magnet-Widerstandselemente zueinander in
entgegengesetzten Richtungen vormagnetisiert werden, in-*
dem der elektrische Strom in derselben Richtung durch die beiden Widerstandselemente geleitet wird. Da in diesem
Fall die Gleichstromquelle für die Vormagnetisierung nicht nötig ist, kann die erfindungsgemäße Magnetdetektorvorrichtung
bezüglich des Aufbaus weiter vereinfacht und damit kostengünstiger zur Verfugung gestellt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 können zwei Magnet-Widerstandselemente
jedes Magnet-Meßfühlers so in der Nähe eines Dauermagneten angeordnet sein, daß sie in
zueinander entgegengesetzten Richtungen vormagnetisiert sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind die den
ersten und den zweiten Magnet-Meßfühler 41 bzw. 42 bildenden Schichten gegenüber dem Aufzeichnungsträger 40
lotrecht angeordnet, doch können sie auch waagerecht zum Aufzeichnungsträger 40 ausgerichtet sein. Sofern das
externe Magnetfeld eine bekannte Richtung besitzt, ist es darüber hinaus nicht immer nötig, die Magnet-Widerstandselemente
vorzumagnetisieren. In diesem Fall können die beiden Magnet-Meßfühler einen einfachen dreilagigen
Aufbau besitzen, bei dem das Widerstandselement und die Leiterschicht auf gegenüberliegenden Seiten der Isolierschicht
angeordnet sind; hierbei ist es dann möglich, im zweiten Meßfühler nur das Signalmagnetfeld zu erfassen,
indem ein vom ersten Magnet-Meßfühler abgegriffenes Ausgangssignal in Gegenkopplung zu beiden Magnet-Meß-
- 43- fühlern
zurückgeführt wird.
Da bei der beschriebenen Vorrichtung der zweite Meßfühler nur das in Gegenwart des ersten Magnetfelds zu
erfassende zweite Magnetfeld liefern kann, indem das Ausgangssignal des ersten Magnetfühlers zur Erfassung
des ersten Magnetfelds in Gegenkopplung zum zweiten Meßfühler zurückgeführt und damit die erste Magnetfeldkomponente
aufgehoben wird, kann ohne Beeinflussung durch das erste Magnetfeld ausschließlich das zweite
Magnetfeld genau erfaßt bzw. gemessen werden. Bei Anwendung der Erfindung auf die Vorrichtung nach Fig. 7
können mehrere Magnet-Widerstandselemente auf nahezu derselben Linie senkrecht zur Bewegungsrichtung des
magnetischen Aufzeichnungsträgers angeordnet werden, so daß die auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten
Magnetmuster bzw. Magnetisierungsmuster ohne Beeinflussung durch deren Teilungsabstand abgegriffen werden
können. Im Fall einer Änderung des abzutastenden magnetisehen Aufzeichnungsträgers ist es somit nicht nötig,
auch den betreffenden Meßfühler auszuwechseln. Bei Anwendung der Erfindung auf einen Drehwinkelgeber, bei
dem der magnetische Aufzeichnungsträgers auf einer kreisförmigen Scheibe oder an der Mantelwand eines Zylinders
angeordnet ist, ist der Abstand zwischen allen Magnet-Widerstandselementen und dem magnetischen Aufzeichnungsträger
während der Drehung jeweils gleich groß, so daß zur Gewährleistung einer genauen Messung ein gleichmäßiges
bzw. gleichbleibendes Ausgangssignal erhalten werden kann und demzufolge die Breite der einzelnen Widerstandselemente
nicht geändert zu werden braucht. Da schließlich die Erfindung auf jeden gegebenen magnetischen
Aufzeichnungsträger anwendbar ist, läßt sie sich einfach und kostensparend realisieren.
Claims (16)
- PATENTANSPRÜCHEMagnetdetektorvorrichtung, gekennzeichnet durch einen ersten Magnet-Meßfühler (z.B. 11) mit einem einem ersten Magnetfeld ausgesetzten Magnet-Widerstandselement (magnetoresistive element) (z.B. 13a, 13b), durch einen zweiten Magnet-Meßfühler (z.B. 21) mit einem dem ersten und einem zweiten Magnetfeld ausgesetzten Magnet-Widerstandselement (z.B. 23a, 23b) und durch eine Einrichtung zur Gegenkopplung eines vom ersten Meßfühler (z.B. 11) gelieferten Ausgangssignals zum zweiten Meßfühler (z.B. 21) zwecks Aufhebung oder Unterdrückung des auf den zweiten Magnetfühler (z.B. 21) einwirkenden ersten Magnetfelds, so daß das zweite Magnetfeld vom ersten Magnetfeld getrennt bzw. unabhängig erfaßbar ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungseinrichtung eine im zweiten Magnet-Meßfühler angeordnete Leiterschicht und eine elektrische Leitung zur Anschaltung eines Ausgangssignals des ersten Magnet-Meßfühlers an die Leiterschicht aufweist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschicht an der einen Seite einer Isolierschicht angeordnet ist, auf deren anderer Seite das Magnet-Widerstandselement des zweiten Magnet-Meßfühlers angeordnet ist.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Leiterschicht in Reihe in die elektrische Leitung so eingeschaltet ist, daß sie an der einen Seite einer zweiten Isolierschicht liegt, an deren anderer Seite das Magnet-Widerstandselement des ersten Magnet-Meßfühlers angeordnet ist.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Magnet-Meßfühler mindestens zwei Magnet-Widerstandselemente und eine erste Einrichtung zum Vorspannen bzw. Vormagnetisieren der beiden Widerstandselemente in zueinander entgegengesetzten Richtungen aufweist und daß der zweite Magnet-Meßfühler mindestens zwei Magnet-Widerstandselemente und eine zweite Einrichtung zum Vorspannen bzw. Vormagnetisieren der beiden Widerstandselemente in zueinander entgegengesetzten Richtungen umfaßt.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vormagnetisierungseinrichtung eine Vormagne-' tisierungs-Leiterschicht zwischen den jeweiligen beiden Magnet-Widerstandselementen und Mittel, um einen elektrischen Strom in einer vorgegebenen Richtung durch die Leiterschicht zu leiten, aufweist.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vormagnetisierungseinrichtung einen zwischen den beiden Magnet-Widerstandselementen angeordneten Dauermagneten aufweist.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vormagnetisierungseinrichtung Mittel aufweist, um einen elektrischen Strom in jeweils entgegengesetzter Richtung durch die beiden Magnet-Widerstandselemente zu leiten.
- 9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest zwei Magnet-Widerstandselemente des ersten Magnet-Meßfühlers und die zumindest zwei Magnet-Widerstandselemente des zweiten Magnet-Meßfühlers jeweils zur Bildung einer ersten bzw. zweiten Brückenschaltung bzw. Meßbrücke geschaltet sind.
- 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Magnet-Meßfühler erste und zweite Magnet-Widerstandselemente aufweist, die in Reihe miteinander zwischen positive und negative Spannungsquellen geschaltet sind.
- 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungseinrichtung eine unter Zwischenfügung von Isolierschichten zwischen erstes und zweites Magnet-Widerstandselement des ersten und des zweiten Magnet-Meßfühlers eingefügte Leiterschicht sowie Mittel, um einen elektrischen Strom in einer vorgegebenen Richtung durch die Leiterschicht zu leiten, aufweist.
- 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück- bzw. Gegenkopplungseinrichtung eine zweite, in der Weise im zweiten Magnet-Meßfühler angeordnete Leiterschicht, daß erstes und zweites Magnet-Widerstandselement auf der einen Seite der zweiten Leiterschicht liegen, und eine elektrische Leitung zur Verbindung der zweiten Leiterschicht mit einem Ausgang der ersten Brückenschaltung aufweist.
- 13. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Magnet-Meßfühler erste und zweite, miteinander in Reihe geschaltete Magnet-Widerstandselemente sowie dritte und vierte, miteinander in Reihegeschaltete Magnet-Widerstandselemente aufweist, daß erstes und zweites Widerstandselement mit einer positiven Spannungsquelle und drittes und viertes Widerstandselement mit einer negativen Spannungsquelle verbundenB sind und daß ein Differentialverstärker mit seinen Eingängen an Verbindungspunkte bzw. Verzweigungen zwischen erstem und zweitem bzw. drittem und viertem Widerstandselement angeschlossen ist.
- 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungseinrichtung jedes der beiden Magnet-Meßfühler eine unter Zwischenfügung von Isolierschichten zwischen erstem und zweitem bzw. drittem und viertem Magnet-Widerstandselement angeordnete Vormagnetisierungs-Leiterschicht und Mittel, um einen elektrischen Strom in einer vorgegebenen Richtung durch die Leiterschicht zu leiten, aufweist.
- 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück- bzw. Gegenkopplungseinrichtung eine zweite Leiterschicht, die derart im zweiten Magnet-Meßfühler angeordnet ist, daß sich alle vier Magnet-Widerstandselemente auf ihrer einen Seite befinden, und eine elektrische Leitung zur Verbindung der zweiten Leiterschicht mit einem Ausgang des Differentialverstärkers des ersten Magnet-Meßfühlers aufweist.
- 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Magnet-Meßfühler eine zweite Leiterschicht so angeordnet ist, daß alle vier Magnet-Widerstandselemente an der einen Seite dieser zweiten Leiterschicht liegen, und daß diese zweite Leiterschicht in Reihe in die elektrische Leitung eingeschaltet ist, um im ersten Magnet-Meßfühler einMagnetfeld mit einer dem ersten Magnetfeld gleichen Größe und einer zum ersten Magnetfeld entgegengesetzten Richtung zu erzeugen.
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