FR2751408A1 - MAGNETIC FIELD SENSITIVE DETECTOR - Google Patents
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Abstract
Un détecteur destiné à la détection de variations d'un champ magnétique, comprend un magnétorésistance 1 qui présente des résistances 3 en un matériau magnétorésistif, placées en forme de méandres sur un substrat 2, et dont la valeur de résistance dépend de l'intensité et de la direction du champ magnétique qui les traverse. Le champ magnétique peut être influencé par un objet métallique extérieur 5. L'objet métallique 5 est de préférence une roue pourvue de creux 6 agencés régulièrement, que l'on peut faire passer successivement au-devant de la magnétorésistance 1, les lignes de champ d'un aimant 4 disposé derrière le détecteur étant coupées à cette occasion.A detector intended for the detection of variations of a magnetic field, comprises a magnetoresistor 1 which has resistors 3 made of a magnetoresistive material, placed in the form of meanders on a substrate 2, and whose resistance value depends on the intensity and the direction of the magnetic field passing through them. The magnetic field can be influenced by an external metallic object 5. The metallic object 5 is preferably a wheel provided with hollows 6 arranged regularly, which can be made to pass successively in front of the magnetoresistance 1, the field lines a magnet 4 placed behind the detector being cut on this occasion.
Description
i L'invention concerne un détecteur sensible aux champs magnétiques,The invention relates to a detector sensitive to magnetic fields,
destiné à la détection de variations d'un champ magnétique, et comprenant - des résistances en matériau magnétorésistif, dont la valeur de résistance dépend de l'intensité et de la direction du champ magnétique qui les traverse, le champ magnétique pouvant être influencé par un objet métallique extérieur, et - un agencement de détecteur dont le signal de sortie intended for the detection of variations in a magnetic field, and comprising - resistors made of magnetoresistive material, the resistance value of which depends on the intensity and the direction of the magnetic field passing through them, the magnetic field possibly being influenced by a external metallic object, and - a detector arrangement whose output signal
dépend de la valeur de la variation de résistance. depends on the value of the resistance variation.
On connait déjà, d'après le document EP 0 427 882 B1, un dispositif dans lequel un aimant permanent se déplace en guise de corps en mouvement, dans la zone d'un détecteur sensible aux champs magnétiques. Dans ce dispositif connu, le mouvement du corps s'effectue parallèlement au plan du détecteur, à une distance prédéterminée par construction. On dispose ici en guise de détecteur en position fixe, un détecteur dit magnétorésistif, qui dans le plan de sa couche sensible, détecte, en mettant à profit l'effet anisotrope magnétorésistif, des variations de l'intensité du champ Already known from EP 0 427 882 B1, a device in which a permanent magnet moves as a moving body, in the area of a detector sensitive to magnetic fields. In this known device, the movement of the body takes place parallel to the plane of the detector, at a predetermined distance by construction. As a detector in a fixed position, there is a so-called magnetoresistive detector which, in the plane of its sensitive layer, detects, by taking advantage of the anisotropic magnetoresistive effect, variations in the intensity of the field
ou du flux, en raison d'un mouvement de l'aimant. or flux, due to a movement of the magnet.
Le détecteur du dispositif connu est constitué d'un certain nombre de résistances sensibles aux champs magnétiques, montées en pont, et dont les valeurs de résistance varient lors d'un passage de lignes de champ magnétiques dans leur plan sensible, en conduisant ainsi à un déséquilibre du pont. Le signal de sortie du pont peut ainsi être exploité en tant que signal de détection. The detector of the known device consists of a number of resistors sensitive to magnetic fields, mounted in a bridge, and whose resistance values vary during the passage of magnetic field lines in their sensitive plane, thus leading to a bridge imbalance. The output signal from the bridge can thus be used as a detection signal.
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Le but de la présente invention consiste à améliorer un détecteur du type de celui décrit en introduction. Conformément à l'invention, ce but est atteint pour un détecteur du type de celui mentionné en introduction, grâce au fait que l'objet métallique est pourvu de creux agencés régulièrement, que l'on peut faire passer successivement au-devant de la magnétorésistance et qui coupent les lignes de champ The object of the present invention is to improve a detector of the type described in the introduction. In accordance with the invention, this object is achieved for a detector of the type of that mentioned in the introduction, thanks to the fact that the metal object is provided with recesses arranged regularly, which can be passed successively past the magnetoresistance. and which cut the field lines
d'un aimant disposé derrière le détecteur. a magnet placed behind the detector.
Selon un mode de réalisation particulier, l'objet métallique est une roue et les creux sont According to a particular embodiment, the metal object is a wheel and the recesses are
agencés sur la périphérie extérieure de la roue. arranged on the outer periphery of the wheel.
D'après une autre caractéristique de l'invention, les résistances sont placées en forme de méandres sur un substrat d'une magnétorésistance, le substrat pouvant être de la ferrite d'une épaisseur inférieure à 0,2 mm, ou bien du silicium d'une épaisseur de pratiquement 0,05 m. Par ailleurs, le substrat peut être un matériau magnétique doux avec une densité de flux de saturation élevée, et entre le substrat et les résistances peut être disposée une couche d'isolation électrique. Finalement, les résistances en forme de méandres peuvent être placées directement, par According to another characteristic of the invention, the resistors are placed in the form of meanders on a substrate of a magnetoresistance, the substrate possibly being ferrite with a thickness less than 0.2 mm, or else silicon d '' a thickness of almost 0.05 m. Furthermore, the substrate can be a soft magnetic material with a high saturation flux density, and between the substrate and the resistors can be arranged an electrically insulating layer. Finally, the meandered resistors can be placed directly, by
l'intermédiaire d'une couche d'isolation, sur l'aimant. through a layer of insulation, on the magnet.
L'avantage du développement conforme à l'invention du détecteur décrit en introduction, réside dans le fait qu'il est possible de façon simple, de modifier, voire de moduler de manière périodique, l'allure des lignes de champ, par les creux sur la surface de l'objet à détecter, lors d'un mouvement de passage devant le détecteur. De préférence dans le cas The advantage of the development according to the invention of the detector described in the introduction lies in the fact that it is possible in a simple way, to modify, or even to modulate periodically, the shape of the field lines, by the hollows on the surface of the object to be detected, during a passing movement in front of the detector. Preferably in the case
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d'une utilisation en tant que capteur d'angle de rotation, il est possible de déterminer la vitesse de rotation et également la simple variation d'angle de rotation d'une roue, lorsque les creux se trouvent sur la surface extérieure de la roue et sont déplacés devant when used as a rotation angle sensor, it is possible to determine the rotation speed and also the simple variation of the rotation angle of a wheel, when the recesses are on the outer surface of the wheel and are moved in front
la magnétorésistance du détecteur. the magnetoresistance of the detector.
On obtient une allure des lignes de champ pouvant être aisément détectée, lorsque l'épaisseur de couche du substrat de la magnétorésistance, est inférieure à 0,2 mm dans le cas de la ferrite, ou est pratiquement égale 0,05 mm dans le cas du silicium. Le substrat mince autorise une faible distance d'espacement de l'aimant sur la magnétorésistance à la surface à détecter, ce qui entraîne une induction magnétique plus élevée dans cette zone et ainsi une meilleure résolution An appearance of the field lines is obtained which can be easily detected when the layer thickness of the magnetoresistance substrate is less than 0.2 mm in the case of ferrite, or is practically equal to 0.05 mm in the case silicon. The thin substrate allows a small distance between the magnet and the magnetoresistance on the surface to be detected, which results in higher magnetic induction in this area and thus better resolution.
lors de la modulation des lignes de champ. when modulating field lines.
Il est également particulièrement avantageux d'utiliser des matériaux magnétiques doux en guise de substrat, par exemple du fer pur, de l'acier, des alliages SiFe, CoFe ou NiFe. Entre ce substrat et les éléments de résistance magnétorésistifs, se trouve une couche d'isolation électrique. Dans le cas de ce substrat à densité de flux de saturation élevée, la part du flux magnétique modulée au regard du flux global, augmente; l'amplitude du champ dans la région des résistances magnétorésistives et le signal de sortie de l'agencement de détecteur sont ainsi avantageusement It is also particularly advantageous to use soft magnetic materials as a substrate, for example pure iron, steel, SiFe, CoFe or NiFe alloys. Between this substrate and the magnetoresistive resistance elements, there is a layer of electrical insulation. In the case of this substrate with a high saturation flux density, the share of the magnetic flux modulated with regard to the overall flux increases; the amplitude of the field in the region of the magnetoresistive resistors and the output signal of the detector arrangement are thus advantageously
augmentés.increased.
Selon le mode de réalisation avantageux prévoyant que les résistances magnétorésistives soient placées directement, par l'intermédiaire d'une mince couche d'isolation, sur l'aimant, on obtient une réduction supplémentaire de la distance d'espacement considérée, et le montage s'en trouve également facilité. Des exemples de réalisation d'un détecteur conforme à l'invention vont être explicités plus en détail dans la suite, au regard des dessins annexés, qui montrent: Fig. 1 une représentation de principe d'un détecteur à proximité d'une roue, en guise de modulateur ou de générateur d'impulsions; Fig. 2 un exemple de réalisation d'un détecteur comportant un substrat magnétique doux; et Fig. 3 un exemple de réalisation présentant des résistances du détecteur, placées directement According to the advantageous embodiment providing that the magnetoresistive resistors are placed directly, by means of a thin layer of insulation, on the magnet, an additional reduction in the spacing distance considered is obtained, and the mounting s also finds it easier. Examples of embodiment of a detector according to the invention will be explained in more detail below, with reference to the appended drawings, which show: FIG. 1 a principle representation of a detector near a wheel, as a modulator or pulse generator; Fig. 2 an embodiment of a detector comprising a soft magnetic substrate; and Fig. 3 an embodiment showing resistors of the detector, placed directly
sur l'aimant.on the magnet.
Sur la figure 1 est montrée une magnétorésistance 1 qui est constituée de résistances magnétorésistives 3 placées sur un substrat 2. Au niveau de la magnétorésistance 1 se trouve un aimant 4 dont les lignes de champ coupent la magnétorésistance 1 et un objet métallique 5 se trouvant en regard de la magnétorésistance 1. Dans l'exemple de réalisation représenté, l'objet métallique 5 est une roue qui est pourvue sur sa surface extérieure, de creux 6 agencés périodiquement les uns à la suite des autres. Lorsque la In FIG. 1 is shown a magnetoresistor 1 which consists of magnetoresistive resistors 3 placed on a substrate 2. At the magnetoresistor 1 is a magnet 4 whose field lines intersect the magnetoresistor 1 and a metallic object 5 located in view of the magnetoresistor 1. In the embodiment shown, the metal object 5 is a wheel which is provided on its outer surface with recesses 6 arranged periodically one after the other. When the
roue 5, par sa rotation, passe avec ses creux 6 au- wheel 5, by its rotation, passes with its recesses 6 au-
devant de la magnétorésistance 1, le flux magnétique de l'aimant 4 est également modulé dans la région de la magnétorésistance 1, lors du passage des creux 6, parce que les lignes de champ et le flux magnétique empruntent in front of the magnetoresistor 1, the magnetic flux of the magnet 4 is also modulated in the region of the magnetoresistor 1, during the passage of the troughs 6, because the field lines and the magnetic flux borrow
ici un parcours modifié.here a modified course.
Le traitement des données relatives à cette variation de flux est effectué de manière connue, tel que décrit dans le document de brevet européen EP 0 427 882 B1, par l'intermédiaire des résistances magnétorésistives 3 se trouvant en forme de méandres sur la magnétorésistance 1, et dont la valeur de résistance varie également lors d'une variation de flux. En vue d'augmenter la résolution du signal à traiter, on peut utiliser en guise de matériaux minces particulièrement bien adaptés pour le substrat, notamment des ferrites d'une épaisseur inférieure à 0,2 mm, ou du silicium The processing of the data relating to this variation in flux is carried out in a known manner, as described in the European patent document EP 0 427 882 B1, by means of the magnetoresistive resistors 3 being in the form of meanders on the magnetoresistor 1, and whose resistance value also varies during a flux variation. In order to increase the resolution of the signal to be processed, it is possible to use as thin materials particularly well suited for the substrate, in particular ferrites with a thickness of less than 0.2 mm, or silicon
d'une épaisseur de pratiquement 0,05 mm. with a thickness of almost 0.05 mm.
Un mode de réalisation étendu de la magnétorésistance 1 est représenté sur la figure 2. Dans ce cas, le substrat 2 est en un matériau magnétique doux, tel que par exemple du fer pur, de l'acier, des alliages SiFe, CoFe ou NiFe. Dans le cas de la densité de flux de saturation élevée de ce matériau, la part du flux modulée au regard du flux global augmente nettement. Dans cet exemple de réalisation, une couche d'isolation électrique 9 est disposée entre le substrat An extended embodiment of the magnetoresistor 1 is shown in FIG. 2. In this case, the substrate 2 is made of a soft magnetic material, such as for example pure iron, steel, SiFe, CoFe or NiFe alloys. . In the case of the high saturation flux density of this material, the share of the modulated flux with regard to the overall flux increases markedly. In this embodiment, an electrical insulation layer 9 is placed between the substrate
2 et les résistances 3.2 and the resistors 3.
Conformément à la figure 3, les résistances magnétorésistives 3 sont placées directement, par l'intermédiaire de la couche d'isolation 9, sur l'aimant 4. According to FIG. 3, the magnetoresistive resistors 3 are placed directly, via the insulating layer 9, on the magnet 4.
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