DE69723960T2

DE69723960T2 - Magnetoresistiver Sensor für Dimensionsbestimmung

Info

Publication number: DE69723960T2
Application number: DE69723960T
Authority: DE
Inventors: Alex Bezinge; Jean-Luc Bolli
Original assignee: Tesa SARL
Current assignee: Tesa SARL
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-05-09
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2017-05-10
Also published as: US6191578B1; EP1329695A1; EP0877228A1; JPH10332426A; CN1199856A; EP0877228B1; HK1015870A1; CN1101542C; DE69723960D1; JP3089406B2; EP1329695B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dimensionsmessvorrichtung umfassend einen Sensor vom magnetoresistiven Typ gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung die Anordnung der magnetoresistiven Elektroden in einem Sensor vom magnetoresistiven Typ.
Elektronische Vorrichtungen zur Messung der Länge oder der Winkelposition, zum Beispiel im Industriebereich, müssen im Allgemeinen mehrere teilweise widersprechende Auflagen erfüllen. Sie müssen eine genügende Genauigkeit und Auflösung bieten und in einer Umgebung brauchbar sein, wo Vibrationen oder Schadstoffemissionen wie Staub, Öl oder Feuchtigkeit vorkommen. Zusätzlich wird von solchen Sensoren erwartet, dass sie einfach in kleine Apparate integriert werden können, ohne Regelung oder grössere Anpassungen, eine erhöhte Messgeschwindigkeit und einen möglichst verminderten Stromverbrauch.
Verschiedene, auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhende Messvorrichtungen sind entwickelt worden, um diesen diversen Anforderungen gerecht zu werden. Insbesondere wurden Messvorrichtungen, welche die durch das Verschieben eines Sensors gegenüber einem Lineal verursachten Kapazitätsveränderungen benutzen, in tragbare Vorrichtungen, wie zum Beispiel Schieblehren, reichlich eingebaut. Diese Vorrichtungen müssen sauber genug gehalten werden, um funktionieren zu können, und eignen sich daher schlecht für ein Funktionieren in einer Umgebung, die feucht ist oder Spritzern von Gleitmittel oder Kühlöl zum Beispiel ausgesetzt ist. Vorrichtungen zur Messung der Länge, die auf dem Prinzip von magnetoresistiven Elektroden beruhen, und welche eine viel bessere Resistenz gegen Unsauberkeiten bieten, wurden zum Beispiel im Patent DE 42 33 331 (IMO) vorgeschlagen. Die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung beinhaltet einen Sensor, der mit einem Netzwerk von magnetoresistiven Elektroden versehen ist, welche so verbunden sind, dass sie zwei Messbrücken bilden. Die Elektroden werden so angeordnet und verbunden, dass sich alle Bahnen auf der gleichen Ebene befinden, d. h. dass keine Kreuzung der Bahnen nötig ist. Der Sensor wird auf einem Schieber montiert und kann gegenüber einem mit einer Magnetisierungsperiode λ magnetisierten Lineal bewegt werden. Die magnetoresistiven Elektroden des Sensors sind über eine Länge, welche zwei Perioden des Lineals entspricht, verteilt. Eine Verschiebung des Sensors gegenüber dem Lineal löst eine sich auf die verschiedenen magnetoresistiven Elektroden des Sensors erstreckende Veränderung des Magnetfeldes und somit eine Veränderung ihres Widerstandes aus. Werden die Messbrücken unter Strom gesetzt, empfängt man an ihren Ausgängen ein elektronisches Signal als periodische Funktion der Position des Sensors entlang des Lineals.
Die zwei Messbrücken bestehen aus vier um λ/2 phasenverschobenen magnetoresistiven Elektroden. Die entsprechenden Elektroden jeder Brücke belegen um λ/4 phasenverschobene Positionen. Die Elektroden der zwei Brücken sind vermischt. Dieses Dokument schlägt zudem den Gebrauch von Barberpole-Strukturen vor. Die allgemeine Theorie der Barberpole-Strukturen wurde von F. Dettmann und U. Loreit anlässlich des Symposiums „Magnetoresistive Sensoren, Grundlagen, Herstellung, Anwendung", welches am 25. Juni 1992 in Dortmund stattgefundenen hat, erklärt. Barberpole-Strukturen werden erhalten, indem die magnetoresistiven Elektroden mit um 45° gegenüber der Achse der magnetoresistiven Elektroden geneigten feinen parallelen Streifen aus leitendem Material versehen werden. Diese leitenden Streifen stellen äquipotentialkurven dar; zwischen den Streifen nimmt der Strom den kürzesten Weg und fliesst also mit einer Neigung von 45° gegenüber der Achse der magnetoresistiven Elektroden. Diese Struktur erlaubt, die Richtung des Stromvektors 1 zu ändern. Da der Widerstand einer magnetoresistiven Elektrode eine Funktion des Winkels zwischen dem Magnetisierungsvektor und dem Stromvektor ist, erlauben die Barberpole-Strukturen, die Richtung und die Grösse der durch das Verschieben des Sensors herbeigeführte Variation des Widerstandes der Elektroden zu kontrollieren.
Jeder Zweig der Messbrücke besteht aus einer einzigen magnetoresistiven Elektrode von genügender Grösse, um auf die relativ kleinen vom Lineal generierten Magnetfelder zu reagieren. Der Widerstand der Zweige der Brücke ist daher vermindert, und grosse Ströme fliessen durch die Messbrücken. Der Stromverbrauch dieser Vorrichtung ist dementsprechend hoch.
Das Patent US 4,845,456 A beschreibt einen magnetischen Bewegungssensor, der eine aus magnetoresistiven Elektroden gebaute Messbrücke umfasst. Die magnetoresistiven Elektroden sind als zwei oder drei Teile ausgeführt, die mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet und durch Leiter mit niedrigem Widerstand verbunden sind.
Das Patent DE 42 33 331 A beschreibt einen magnetischen Bewegungssensor mit einer Messbrücke, die aus magnetoresistiven Elektroden besteht, welche an ihrer Oberfläche Barberpole-Strukturen tragen, die aus feinen leitenden Streifen gebildet sind, die mit einem regelmässigen Abstand und einem konstanten Winkel in Bezug auf der Länge der magnetoresistiven Elektroden angeordnet sind.
Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Sensor vom magnetoresistiven Typ für Länge- und/oder winkelmessvorrichtung zu schaffen, der gegenüber den Vorrichtungen des Standes der Technik verbessert ist. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Endung, einen Sensor vom magnetoresistiven Typ zu schaffen, der Nochpräzisionsmessungen mit einer hohen Sensitivität und einem niedrigen Energieverbrauch erlaubt. Ein anderes Ziel ist es, einen magnetoresistiven Sensor zu schaffen, der sich leicht in eine existierende Messvorrichtung integrieren lässt.
Gemäss der Erfindung werden diese Ziele durch eine Vorrichtung erreicht, welche die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 aufweist, wobei Varianten ferner in den abhängigen Ansprüchen erwähnt werden.
Die Erfindung wird besser verstanden anhand der als Beispiel angegebenen Beschreibung, welche durch die folgenden Figuren illustriert wird:
Die 1 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht eines Teils des Lineals und eines Teils des Sensors, wobei mehrere Gruppen von magnetoresistiven Elektroden auf besagtem Teil des Sensors sichtbar sind, und wobei die Figur zudem das vom Teil des Lineals auf das Teil des Sensors produzierte Magnetfeld H illustriert.
Die 2 zeigt ein elektrisches Diagramm, in welchem die Verbindungsart der verschiedenen Elektroden des Lineals zur Bildung von zwei Messbrücken illustriert wird.
Die 3 zeigt schematisch die Raumverteilung der magnetoresistiven Sensorelektroden in Gruppen.
Die 4 zeigt schematisch die Anordnung der magnetoresistiven Elektroden innerhalb einer Gruppe.
Die 5 zeigt schematisch den mittels der Elektrodengruppen erreichten Mittelungseffekt.
Die 1 zeigt schematisch einen Sensorteil 1 über einem Linealteil 2. Das Lineal weist eine periodische Magnetisierung in der horizontalen Direktion x und –x auf. Die Magnetisierungsperiode bzw. Linealperiode beträgt λ, d. h. die Länge der in einer bestimmten Direktion magnetisierten Segmente 20, 21 beträgt λ/2.
Das Lineal 2 ist vorzugsweise feststehend in Bezug auf die gesamte Messvorrichtung, während sich der magnetoresistive Sensor 1 mit kleinem Abstand über dem Lineal bewegen kann. Im Fall, wo die Messvorrichtung eine Messkolonne oder einen Messschieber darstellt, ist das Lineal 2 solidarisch mit dem Rahmen oder mit dem Lineal der Vorrichtung verbunden, während der Sensor 1 mit einem Schieber verbunden ist, der längs entlang des Rahmens oder des Lineals bewegt werden kann. Die Länge des Sensors bewegt sich typischerweise im Rahmen von einigen Zentimetern gegenüber mehreren Zehnern von Zentimetern für das Lineal. Andere Anordnungen, insbesondere eine Umkehrung von Lineal und Sensor, sind auch möglich. Im Falle einer Vorrichtung zur Messung von Winkeln oder der Rotation einer Achse, kann das Lineal aus einem Netzwerk von Elektroden auf der Peripherie einer Achse bestehen und der Sensor innerhalb eines zylindrischen Ringes um diese Achse gestellt werden.
Das Lineal kann beispielsweise als ein Aluminiumstreifen ausgeführt werden, auf dem ein Material mit hoher magnetischen Koerzitivkraft (Ferrite) abgelagert wird. Auf der Linealoberfläche ist das horizontale Magnetfeld H_x(x) eine praktisch rechteckige Funktion der Längsposition von x: H_x(x) = ±H₀ für x zwischen {0 – λ/2} Modulo λ, und H_x(x) = H₀ für x zwischen {λ/2 – λ} Modulo λ. Bei einem genügenden Abstand a vom Lineal, kann leicht gezeigt werden, das das Magnetfeld H_x(x) eine sinusförmige Funktion der Position x ist, wobei die Näherung des Sinus verbessert wird, wenn der Abstand a vergrössert wird. Die 1 zeigt mit Pfeilen die Richtung des Vektors des Magnetfelds H(x) zwischen dem Lineal und dem Sensor.
Das Magnetfeld H₀ an der Oberfläche des Lineals ist vorzugsweise im Intervall zwischen 10 bis 100 kA/m enthalten und nimmt exponentiell bei einem Abstand a der Oberfläche ab gemäss der Relation: Hx(a) = H0·e–2πa/λ
Es ist mechanisch schwierig, ein Messsystem zu realisieren mit einem Sensor, der sich sehr nahe am Lineal bewegt. Die Kosten der Vorrichtung stellen somit eine Einschränkung für den Abstand zwischen dem Sensor und dem Lineal dar. Die magnetoresistiven Vorrichtungen des Stands der Technik waren somit für teure Apparate bestimmt, wie Höhemesskolonne, Maschinenwerkzeug oder optisches Mikroskop zum Beispiel. Für diese Art von Vorrichtungen ist es möglich, eine genügend genaue Mechanik zu verwenden, um den Sensor mit einem Abstand a zum Lineal in der Grösse von 0,1 Millimeter bewegen zu können. Wir werden später sehen, dass der erfindungsgemässe Sensor mit einem Abstand a zum Lineal in der Grösse von 200 bis 700 μm, vorzugsweise 500 μm, arbeiten kann, was erlaubt, ihn in tragbaren Vorrichtungen vom Typ Schieblehre zu verwenden.
Wenn der Abstand a zwischen dem Lineal und dem Sensor der Halblinealperiode λ/2 entspricht, ist das Magnetfeld H(a) nur 4% des Wertes des Feldes H₀ an der Linealoberfläche wert. Es ist also nötig, eine genügende Linealperiode λ zu verwenden, um ein genügendes Magnetfeld auf dem Sensor 1 zu erhalten. Indem λ reduziert wird hat man jedoch den Vorteil, dass die Sinusform des bei einem Abstand a erhaltenen Magnetfelds H_x(x) verbessert wird. Die gewählte Linealperiode λ stellt demzufolge zwangsweise einen Kompromiss dar. Versuche haben gezeigt, dass für den oben erwähnten Abstand a, optimale Resultate mit einem Wert von λ zwischen 0,5 und 1,5 Millimetern, vorzugsweise von 1 Millimeter, erreicht werden.
Der Sensor 1 ist mit magnetoresistiven Elektroden 100 (sichtbar insbesondere auf 4) versehen. Die magnetoresistiven Elektroden sind mit Barberpole-Strukturen versehen, d. h. mit feinen parallelen Streifen aus leitendem Material mit einer Neigung von ca. +/–45° gegenüber der Achse der Elektroden. Die Hälfte der Elektroden ist mit auf +45% orientierten Barberpolen, die andere Hälfte mit auf –45% orientierten Barbepolen versehen. Es ist möglich zu zeigen, dass ein identisches Magnetfeld N auf eine mit einer auf +45% orientierten Barberpole-Struktur versehene magnetoresistive Elektrode eine Widerstandsvariation Δr produziert, die denen entgegengesetzt ist, die auf eine mit einer auf –45% orientierten Barberpole-Struktur versehene magnetoresistive Elektrode produziert wird.
Die magnetoresistiven Elektroden 100 sind längs auf dem Sensor 1 so verteilt, dass sie x Gruppen 10 bilden, in diesem Beispiel 24 Gruppen von aufeinanderfolgenden Gruppen von Elektroden, wovon nur einige auf 1 dargestellt sind. Die Anordnung der 24 Gruppen von magnetoresistiven Elektroden wird auf 3 illustriert. Jede Gruppe wird von y magnetoresistiven Elektroden 100, auf einer Länge w verteilt, gebildet, in diesem Beispiel 24 Elektroden auf einer Länge w von λ/4 verteilt, d. h. 0,25 Millimeter (siehe 4). Die Gesamtzahl von magnetoresistiven Elektroden 100 auf dem Sensor 1 ist somit gleich x·y = 24·24 = 576. Da zwei aufeinanderfolgende Gruppen um λ/4 phasenverschoben sind, beträgt die Phasenverschiebung zwischen den von zwei aufeinanderfolgenden Gruppen empfangenen Signalen 90°.
Die 2 zeigt die Art, mit welcher die verschiedenen magnetoresistiven Elektroden 100 auf dem Sensor verbunden sind, um zwei Messbrücken zu definieren. Jede Messbrücke umfasst vier Schenkel, wobei jeder Schenkel aus einem Satz von magnetoresistiven Elektroden A, B, C, D und A', B', C', D' besteht. Die zwei Messbrücken werden zwischen den Widerständen U_p und U_n gespeist. Jeder Elektrodensatz besteht in diesem Beispiel aus 72 seriell verbundenen Elektroden A, B, C, D, A', B', C', D'. Wenn die magnetoresistiven Elektroden 100 eine Länge von ca. 1 Millimeter und eine Breite in der Grösse von 5 μm aufweisen, ist es möglich, mit den gängigen magnetoresistiven Materialien einen hohen resultierenden Widerstand, grösser als 10 kΩ, vorzugsweise grösser als 50 kΩ, für jeden Satz von magnetoresistiven Elektroden und somit für jede Brücke zu erreichen. Die zwischen den zwei Messbrücken fliessenden Ströme sind also sehr schwach, was erlaubt, den Stromverbrauch gegenüber den Vorrichtungen des Stands der Technik einzuschränken und den Sensor beispielsweise mit Batterie zu speisen.
Die vier Sätze A' B' C' D' der zweiten Brücke A'B'C'D' stammen aus den 12 ungeraden Gruppen, d. h. diejenigen, welche Positionen entlang des Sensors gleich λ/4, 3λ/4 usw. besetzen. Die vier Sätze A B C D der ersten Brücke ABCD stammen ihrerseits aus den 12 geraden Gruppen, d. h. diejenigen, welche Positionen entlang des Sensors gleich 0, λ/2, λ, usw. besetzen. Das am Ausgang CC' der zweiten Brücke empfangene Signal ist somit um 90° in Bezug auf dem am Ausgang SS' der ersten Brücke empfangenen Signal phasenverschoben.
Die folgende Tabelle fasst die Zusammensetzung der verschiedenen Elektrodensäzte A, B, C, D der ersten Brücke und A', B', C', D' der zweiten Brücke zusammen:
Jeder Elektrodensatz besteht aus einem Halbsatz von 36 magnetoresistiven Elektroden, welche erste Positionen gleicher Phase besetzen und mit in einer ersten Richtung orientierten Barberpole-Strukturen versehen sind, und aus einem zweiten Halbsatz von 36 anderen Elektroden, welche um 180° phasenverschobenen Positionen besetzen und mit in der zweiten Richtung orientierten Barberpole-Strukturen versehen sind. Die Widerstandsvariation, die vom Magnetfeld H_x(x) auf beiden Halbsätzen verursacht wird, ist also die gleiche für eine gegebene Position x des Sensors.
Der Elektrodensatz B stammt aus den gleichen Gruppen wie der Elektrodensatz A, wobei die Orientierung der Barberpole-Strukturen jedoch entgegengesetzt ist. In der gleichen Weise stammen die Sätze B', D bzw. D' aus den gleichen Gruppen wie die Sätze A', C bzw. C', wobei die Orientierung der Barberpole-Strukturen entgegengesetzt ist. Der Spannungsteiler AB, CD und A'B', C'D' jeder Messbrücke bestehen somit aus magnetoresistiven Elektroden, die aus der gleichen Portion des Sensors stammen; lokale Magnetisierungsvariationen des Lineals sind somit innerhalb der Messbrücken selbst kompensiert.
Die Elektroden des Satzes C besetzen um 180° phasenverschobene Positionen in Bezug auf die Elektroden des Satzes A und teilen die gleiche Orientierung der Barberpole-Strukturen. Das Gleiche gilt für die Elektroden der Sätze D, C' bzw. D' in Bezug auf diejenigen der Sätze B, A' bzw. B'. Diese Anordnung ist insbesondere auf 3 sichtbar, auf welcher zwei Buchstaben und zwei Symbole / und\über jede Gruppe die sie bildenden Elektrodensätze sowie die gewählte Orientierung der Barberpole-Strukturen bezeichnen. Die Barberpole-Strukturen werden ferner direkt auf die Elektroden der auf 4 dargestellten Gruppe gekennzeichnet.
Der Widerstand jeder magnetoresistiven Elektrode ist eine Funktion des angewandten Magnetfeldes H_x(x). Wir haben gesehen, dass mit einem genügenden Abstand a (hier 0,5 Millimeter), H_x(x) eine ungefähr sinusförmige Funktion ist und somit Harmonischen enthält. Der Widerstand R(x) jeder magnetoresistiven Elektrode 100 variiert also ungefähr sinusförmig, wenn der Sensor 1 sich im durch das Lineal 2 generierten Magnetfeld bewegt. Der Widerstand jedes Satzes von Elektroden 100 in einer der Brücken ABCD oder A'B'C'D' ist gleich der Summe des Widerstandes der 72 seriellen Elektroden, welche diesen Satz bilden. Diese 72 Elektroden sind in 6 Gruppen verteilt, welche identische Phasenpositionen einnehmen (oder um 180° phasenverschoben, aber mit einer entgegengesetzten Orientierung der Barberpoles). 5 zeigt die 12 magnetoresistiven Elektroden der gleichen Gruppe 10 und des gleichen Satzes, sowie die vier Hauptharmonischen n = 1 bis n = 4 des Feldes H_x, welches vom Lineal auf jede dieser 12 Elektroden produziert wird. Der Widerstand R(x) jedes Elektrodensatzes A bis D' ist gleich dem Widerstand von 12 über eine Länge w um die Position x (Modulo λ/2) verteilten magnetoresistiven Elektroden 100, mal sechs (sechs Gruppen pro Satz). Der Widerstand eines Elektrodensates berücksichtigt also den Wert von H_x(x) zwischen den Positionen (X – w/2; X + w/2]. Man sieht auf der Zeichnung und es kann leicht nachgewiesen werden, dass diese Mittelung die Harmonischen von H_x(x) stark zu reduzieren erlaubt: Über eine Länge von w = λ/4 kompensieren sich die positiven und negativen Komponenten der hochwertigen Harmonischen. Diese Mittelung erlaubt also, die Messgenauigkeit zu verbessern. Die Reduzierung der Harmonischen hängt von der Breite der Mittelung ab: In diesem Beispiel, wenn die Gruppen aus 24 über w = λ/4 verteilten Elektroden bestehen, ist die Reduzierung der Harmonische n = 3 gleich ungefähr 10 dB.
Für eine vorgegebene Linealteilung λ und eine durch die Technologie aufgezwungene Breite der Elektroden ist es also vorteilhaft, Gruppen bestehend aus einer grossen Zahl von magnetoresistiven Elektroden zu verwenden, um die Verteilung w der Gruppen zu vergrössern und somit die Mittelung des Signals und die Reduktion der Harmonischen zu verbessern.
Die Vergrösserung der Anzahl von Elektroden pro Gruppe kann auch aus der gleichzeitigen Vergrösserung der Verteilung w der Gruppen und der Linealteilung λ resultieren. In diesem Fall, ohne die Sinusform von H_x(x) beim Abstand a zu stören, vermag die Vergrösserung von λ den Wert des Magnetfeldes H_x auf der Ebene der magnetoresistiven Elektroden und somit ihre Genauigkeit zu vergrössern.
Wenn w und λ konstant bleiben kann die Vergrösserung der Anzahl y von Elektroden pro Gruppe durch eine Verminderung ihrer Breite (im Rahmen der verwendeten Technologie) erreicht werden. So ist es möglich, ihre Resistivität zu vergrössern, was erlaubt, den Stromverbrauch des Sensors zu reduzieren. Da die Verringerung der Breite der Elektroden durch die Vergrösserung ihrer Zahl kompensiert wird, hat diese Aktion keine greifbare Konsequenz auf die Genauigkeit der Vorrichtung.
Erfindungsgemäss ist die Anzahl y von Elektroden pro Gruppe mit Absicht gross, auf jedem Fall grösser als 8, im dargestellten Beispiel gleich 24. Um zwei Messbrücken zu bilden sind 8 Elektrodensätze nötig, die aus (mindestens) 4 Gruppen stammen müssen. Im Falle wo man entscheiden sollte, n = 2 Messbrücken zu verwenden, wird man also eine Anzahl x von Gruppen als Vielfache von 4 wählen, beispielsweise 4, 8, 12, 16, 20, 24, 32, 36, 40 oder 48. Wenn man Halbsätze von Elektroden verwenden will, d. h. Sätze bestehend aus Elektroden mit zwei entgegengesetzten Orientierungen der Barberpole-Strukturen, wird man sich auf Werte von x als Vielfache von 8 beschränken.
4 illustriert als Beispiel eine Gruppe 10 von magnetoresistiven Elektroden 100, die aus einem ersten Satz A mit auf +45° orientierten Barberpoles und aus einem zweiten Satz B mit auf –45° orientierten Barberpoles stammen. Man wird beobachten, dass die gewählte Reihenfolge ABBAABBAABB... usw. erlaubt einerseits zu sichern, dass der Schwerpunkt der Elektroden von zwei Sätzen, hier A und B, übereinanderliegen, und andererseits alle Elektroden auf einer einzigen Ebene, ohne Kreuzungen, miteinander zu verbinden. Wie auf 3 illustriert, sind die Elektroden A bzw. B dieser Gruppe mit den Elektroden A bzw. B einer um λ/2 getrennten und mit zu –45° bzw. +45° orientierten Barberpoles versehenen Gruppe seriell verbunden. Keine Brücke oder Kreuzung ist nötig, um die Gruppen 10 miteinander zu verbinden.
Der Fachmann kann diese Erfindung in vielen, an verschiedene Bedürfnisse angepasste Varianten verwenden. Insbesondere kann die Anzahl n der verwendeten Messbrücken anders als 2 sein; Messungen können auch mit einer einzigen Messbrücke oder mit drei um 120° phasenverschobenen Messbrücken beispielsweise vorgenommen werden. In diesem letzten Fall ist es beispielsweise möglich, über Längen w gleich λ/3 verteilte und noch mehr Elektroden umfassende Gruppen von Elektroden zu bilden. Ferner, indem Barberpole-Strukturen mit anders als +/–45° orientierten Winkeln verwendet werden, kann eine grössere Freiheit gewonnen werden, um die Gruppen 10 auf dem Sensor und die Elektroden 100 innerhalb der Gruppen 10 zu verteilen. Schlussendlich muss auch beachtet werden, dass die Gruppen von Elektroden auch aus Elektroden aus einem einzigen Satz anstelle aus zwei vermischten Sätzen bestehen können.

Claims

Vorrichtung zur Messung von linearen oder winkligen Dimensionen, umfassend ein magnetisiertes Lineal (2), welches ein magnetisches Feld H(x) mit einer Periode λ generiert, und einen Sensor (1), welcher mit Bezug auf besagtem Lineal (2) bewegt werden kann und mit magnetoresistiven Elektroden (100) versehen ist, die zusammen verbunden sind, um mindestens zwei Messbrücken (ABCD; A'B'C'D') zu bilden, wobei jede Messbrücke aus vier Sätzen von magnetoresistiven Elektroden besteht, wobei die jeden Satz bildenden magnetoresistiven Elektroden seriell verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die jeden Satz bildenden magnetoresistiven Elektroden an verschiedenen Phasen in Bezug auf besagter Periode λ angeordnet werden, um harmonische Komponenten von besagtem magnetischen Feld H(x) zu filtrieren.
Messvorrichtung gemäss dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetoresistiven Elektroden jedes Satzes über eine Gesamtlänge gleich λ/4 verteilt sind.
Messvorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetoresistiven Elektroden (100) längs verteilt sind, so dass sie x Gruppen (10) bilden, die je aus y aufeinander folgenden magnetoresistiven Elektroden aus maximal zwei Sätzen einer gleichen Messbrücke bestehen, wobei die Anzahl y von magnetoresistiven Elektroden (100) pro Gruppe grösser als acht ist.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens gewisse magnetoresistive Elektroden (100) Barberpole-Strukturen aufweisen.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetoresistiven Elektroden (100) besagter Gruppen (10) aus zwei Sätzen (AB; A'B'; CD; C'D') stammen, und dass die Schwerpunkte der beiden Sätzen von magnetoresistiven Elektroden in einer Gruppe (10) und deren Barberpole-Strukturen so gewählt werden, dass ein gleiches, aus dem Lineal 2 entstandenes magnetisches Feld eine entgegengesetzte Widerstandsvariation in den beiden Sätzen von magnetoresistiven Elektroden induziert.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folge von magnetoresistiven Elektroden (100) beider Sätze (beispielsweise A und B) in jeder Gruppe (10) vom Typ ABBAABBAABB... ist.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anzahl n von Messbrücken umfasst, und dass die aufeinander folgenden Gruppen (10) um 180°/n phasenverschoben sind.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Messbrücke (ABCD; A'B'C'D') aus vier Sätzen von magnetoresistiven Elektroden (100) besteht, welche aus um 180° phasenverschobenen Paaren von Gruppen (10) stammen.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Satz (A, B, C, D, A', B', C', D') magnetoresistive Elektroden umfasst, welche aus mindestens zwei Gruppen (10) gleicher Phase stammen.
Messvorrichtung gemäss einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Satz magnetoresistive Elektroden (100) umfasst, welche aus mindestens zwei Gruppen (10) stammen, die um 180° phasenverschoben sind und mit Barberpole-Strukturen entgegengesetzter Richtungen versehen sind.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n von Messbrücken (ABCD; A'B'C'D') gleich zwei ist, und dass die Anzahl x von Gruppen (10) ein ganzzahliges Vielfaches von acht ist, und dass die magnetoresistiven Elektroden jedes Satzes aus mindestens zwei ersten Gruppen gleicher Phase und mit einer in einer ersten Richtung orientierten Barberpole-Struktur sowie aus mindestens zwei zweiten Gruppen, welche in Bezug auf besagter ersten Gruppe um 180° phasenverschoben sind und eine in einer zweiten Richtung orientierte Barberpole-Struktur aufweisen, stammen.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Messbrücke (ABCD; A'B'C'D') aus vier Sätzen von magnetoresistiven Elektroden (100) besteht, wobei alle magnetoresistive Elektroden (100) der beiden Sätzen in der ersten Hälfte der Elektroden verteilt sind, während alle Elektroden der zwei anderen Sätzen in der zweiten Hälfte der Elektroden verteilt sind.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl x von Gruppen (10) gleich 24 ist.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl y von magnetoresistiven Elektroden (100) pro Gruppe (10) gleich 24 ist.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode λ im Intervall {0,5 mm–1,5 mm} enthalten ist.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der resultierende Widerstand jedes Satzes (ABCD; A'B'C'D') von magnetoresistiven Elektroden grösser als 10 kΩ ist.
Messvorrichtung gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetoresistiven Elektroden über mindestens viermal die Länge der Periode λ verteilt sind.
Messvorrichtung gemäss dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Lineal und den magnetoresistiven Elektroden (100) im Intervall {200 um – 700 μm} enthalten ist.
Messvorrichtung gemäss Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie Batteriegespeist ist.