单电桥磁场传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种单电桥磁场传感器，主要通过一电桥单元内所包含的第一至第四磁阻组件，再配合切换电路根据所欲测量的磁场方向进行电路切换，从而改变各磁阻组件、各输入电压源、各接地端及各电压输出端之间的电性连接关系，藉此根据各磁阻组件的磁阻值及各电压输出端的输出电压值得到各轴向的磁场测量值。由于本发明专利技术仅利用单一电桥单元便可达到测量各轴向磁场的目的，相较于现有的磁场传感器需利用至少三个电桥单元的技术方案，本发明专利技术提供的单电桥磁场传感器的整体体积可大幅缩小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种测量磁场的仪器，尤指一种单电桥磁场传感器。
技术介绍
磁场传感器可测定空间中的磁场向量，但指出磁场的方向需要在同一个位置测定三个互相正交的磁场分量。虽然目前已存在多种向量磁场传感器技术，但各种装置的磁场强度测定范围不相同，例如霍耳传感器适合测定10μT至1T的磁场，而磁阻式传感器可测定1mT至0.1μT的磁场，故不同磁场范围需要不同类型的向量传感器。此外，目前的向量传感器设计其三个分量传感器各自独立且位置不同，再加上各分量传感器分别为一电桥单元所构成，因此，三个分量传感器的配置使得整个装置的体积偏大，且测定的磁场分量并非位于同一水平基准面，因而引起磁场向量强度出现数值误差；向量磁场传感器仍有持续改进与发展的必要性。
技术实现思路
有鉴于现有技术中的不足之处，本案专利技术人提出一种单电桥磁场传感器，该单电桥磁场传感器包括：一基板。一磁通导引器(fluxguide)，该磁通导引器为一四角柱体且直接或间接设于该基板表面。一电桥单元，该电桥单元包括第一磁阻组件、第二磁阻组件、第三磁阻组件和第四磁阻组件，该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件依序绕设于该磁通导引器的各环侧面外侧且位于该基板顶面，该第一磁阻组件与该第三磁阻组件的钉札方向远离该磁通导引器，该第二磁阻组件与该第四磁阻组件的钉札方向朝向该磁通导引器。一切换电路，该切换电路电性连接两个输入电压、两个接地端、两个电压输出端及该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件，该切换电路引用根据欲测量的各轴向的磁场进行电路切换以改变各输入电压、各接地端、各电压输出端及该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件之间的电性连接关系。一测量单元，该测量单元电性连接各电压输出端及该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件，该测量单元引用测量该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件的磁阻值，配合各电压输出端的输出电压值得到一磁场测量结果。在本专利技术的一实施例中，该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件的外侧分别设有一第一磁通集中器。在本专利技术的一实施例中，该磁通导引器与该基板之间设有一第二磁通集中器。在本专利技术的一实施例中，各第一磁通集中器的形状为矩形，该第二磁通集中器的形状为方形。在本专利技术的一实施例中，该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件为巨磁阻自旋阀或穿隧磁阻自旋阀。本专利技术主要通过该磁通导引器将磁场导引至各磁阻组件，再通过该切换电路随欲测量的轴向磁场改变各磁阻组件、各电压输入源、各接地端及各电压输出端之间的电性连接关系，通过各电压输出端输出的电压值及各磁阻组件的磁阻值得到各轴向的磁场。相较于现有技术，本专利技术仅需利用单一电桥单元即可达到测量各轴向磁场的目的，进而能够缩小整体的体积，较佳可缩小体积至1mm3以内。附图说明图1为本专利技术的外观图；图2为本专利技术的俯视暨钉札方向示意图；图3为本专利技术于X轴或Y轴磁场中的磁通线分布示意图；图4为本专利技术于Z轴磁场中的磁通线分布示意图；图5为本专利技术于X轴磁场中各磁阻组件的磁阻变化示意图；图6为本专利技术于Y轴磁场中各磁阻组件的磁阻变化示意图；图7为本专利技术于Z轴磁场中各磁阻组件的磁阻变化示意图；图8为本专利技术中的切换电路与各元件电性连接示意图。附图标记说明：A-单电桥磁场传感器；1-基板；2-磁通导引器；3-电桥单元；31～34-磁阻组件；4-第二磁通集中器；51～54-第一磁通集中器；6-切换电路；61-输入电压源；62-接地端；63-电压输出端；63A～63D-电压输出端。具体实施方式以下通过图式的辅助说明本专利技术的构造、特点与实施例，以使审查员对于本专利技术有更进一步的了解。如图1所示，本专利技术涉及一种单电桥磁场传感器，该单电桥磁场传感器A包括：一基板1；如图1所示，该基板1较佳为可制作磁阻式感测组件的基板，例如但不限于为硅晶基板。一磁通导引器2；如图2所示，该磁通导引器(fluxguide)2为一四角柱体且直接或间接设于该基板1表面，该磁通导引器2的材质较佳为具有高磁透率及低磁滞率的软磁材料所制，如镍锌铁氧软磁材料(Ni-Znferrite)或镍铁合金(Ni-Fe)。如图3及图4所示，该磁通导引器2主要可将水平面(X轴方向、及Y轴方向)的外加磁场偏折至后述各磁阻组件31～34可感测的方向，并可将Z轴方向的外加磁场导引至水平方向。为了使本专利技术提供的单电桥磁场传感器A于感测时磁通密度较强且分布较为均匀，该磁通导引器2间接设于该基板1的表面，该磁通导引器2与该基板1之间设有一第二磁通集中器(fluxconcentrator)4，且为了使该第二磁通集中器4具有最佳磁场均匀化的效果，该第二磁通集中器4的形状为正方形。此外，磁通密度与沿平面方向的磁场分量强度成正比。一电桥单元3；如图1所示，该电桥单元3包括一第一至第四磁阻组件31～34，第一至第四磁阻组件31～34依序绕设于该磁通导引器2的各环侧面外侧且位于该基板1表面，该第一磁阻组件31及该第三磁阻组件33的钉札方向远离该磁通导引器2，该第二磁阻组件32及该第四磁阻组件34的钉札方向朝向该磁通导引器2。其中，各磁阻组件较佳为巨磁阻(GMR)自旋阀或穿隧磁阻(TMR)自旋阀。为了使本专利技术提供的单电桥磁场传感器A于感测时磁通密度较强且分布较为均匀，于各磁阻组件31～34的外侧分别设有一第一磁通集中器51～54，以使各磁阻组件31～34分别位于各第一磁通集中器51～54与该磁通导引器2之间，且为了使各第一磁通集中器51～54具有最佳磁场均匀化的效果，各第一磁通集中器51～54的形状为长方形，且该各第一磁通集中器51～54的长边长度及方向分别对应该第二磁通集中器4的长边长度及方向。此外，磁通密度与沿平面方向的磁场分量强度成正比。一切换电路6；如图8所示，该切换电路6电性连接两个输入电压源61、两个接地端62、两个电压输出端63及该第一至第四磁阻组件31～34，该切换电路6可根据欲测量的各轴向的磁场进行电路切换，以改变各输入电压源61、各接地端62、各电压输出端63及该第一至第四磁阻组件31～34之间的电性连接关系。该切换电路6的工作方式容后述。一测量单元7；如图8所示，该测量单元7电性连接各电压输出端63及该第一至第四磁阻组件31～34，该测量单元7可供测量各磁阻组件31～34的磁阻值，配合各电压输出端63的输出电压值得到一磁场测量结果。如图4、图1与图2所示，本专利技术提供的单电桥磁场传感器A的制造方法，可利用磁控溅镀与微影蚀刻于该基板1表面制作各磁阻组件31～34，再利用电铸法制作软磁性的Ni-Fe或Co-Fe薄膜作为各第一磁通集中器51～54及该第二磁通集中器4，完成后再利用无磁滞性的肥粒铁材料切割成形为该磁通导引器2并对准贴合固定于该第二磁通集中器4表面，构成本专利技术提供的单电桥磁场传感器A。电铸法成形的各薄膜型第一磁通集中器51～54及该第二磁通集中器4的尺寸准确、定位精度高。该磁通导引器2使出平面磁场发生磁通偏折效果需要较大的高度，但电铸法可制作的厚度因时间成本而受限，故较佳的方法为切割成形及贴合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单电桥磁场传感器，其特征在于，包括：一基板；一磁通导引器，该磁通导引器为一四角柱体且直接或间接设于该基板表面；一电桥单元，该电桥单元包括第一磁阻组件、第二磁阻组件、第三磁阻组件和第四磁阻组件，该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件依序绕设于该磁通导引器的各环侧面外侧且位于该基板表面，该第一磁阻组件与该第三磁阻组件的钉札方向远离该磁通导引器，该第二磁阻组件与该第四磁阻组件的钉札方向朝向该磁通导引器；一切换电路，该切换电路电性连接两个输入电压、两个接地端、两个电压输出端及该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件，该切换电路用于根据欲测量的各轴向的磁场进行电路切换以改变各输入电压、各接地端、各电压输出端及该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件之间的电性连接关系；一测量单元，该测量单元电性连接各电压输出端及该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件，该测量单元用于测量该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件的磁阻值，配合各电压输出端的输出电压值得到一磁场测量结果。

【技术特征摘要】
1.一种单电桥磁场传感器，其特征在于，包括：一基板；一磁通导引器，该磁通导引器为一四角柱体且直接或间接设于该基板表面；一电桥单元，该电桥单元包括第一磁阻组件、第二磁阻组件、第三磁阻组件和第四磁阻组件，该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件依序绕设于该磁通导引器的各环侧面外侧且位于该基板表面，该第一磁阻组件与该第三磁阻组件的钉札方向远离该磁通导引器，该第二磁阻组件与该第四磁阻组件的钉札方向朝向该磁通导引器；一切换电路，该切换电路电性连接两个输入电压、两个接地端、两个电压输出端及该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件，该切换电路用于根据欲测量的各轴向的磁场进行电路切换以改变各输入电压、各接地端、各电压输出端及该第一磁阻组件、该第二磁阻组件、该第三磁阻组件和该第四磁阻组件之间的电性连接关系；一测量单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆瑞，郑振宗，许仁华，吕志诚，赖柏霖，梁文史，
申请(专利权)人：张庆瑞，郑振宗，许仁华，吕志诚，赖柏霖，梁文史，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71