磁场传感器和传感器组件制造技术

本发明专利技术涉及一种用于检测磁场

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁场传感器和传感器组件


[0001]本专利技术涉及一种用于检测磁场的磁场传感器，该磁场传感器包括能够机械地振荡的磁电传感器元件，并且涉及一种用于确定和
/
或监测容器中的介质的至少一个过程变量和
/
或特性的传感器组件，该传感器组件包括根据本专利技术的磁场传感器
。

技术介绍

[0002]在各种实施例中从现有技术中已知用于监测和
/
或确定介质的至少一个
(
例如化学或物理
)
过程变量的现场设备
。
在本申请的框架内，在过程和供应或过程过程相关信息附近使用的所有测量设备或传感器组件原则上被称为现场设备，因此包括远程
I/O、
无线适配器和位于现场级的一般电子部件
。Endress+Hauser Group
的公司生产和分销各种各样的这种现场设备
。
[0003]许多不同的现场设备基于磁场的测量以及基于与相应磁场相关的变量的相应过程变量和
/
或特性的识别和
/
或确定
。
通常使用不同类型的磁场传感器来检测磁场
。
这种现场设备的精度很大程度上取决于磁场传感器的测量精度
。
[0004]因此，期望能够以最简单的方式尽可能精确地检测磁场
。
[0005]磁电传感器被用于检测磁场，并且基于磁致伸缩材料和压电材料的机械力耦合
。
[0006]磁致伸缩材料的特征在于，由于施加的磁场而发生材料的变形
。
在本上下文中，在焦耳磁致伸缩
(
意指由于磁化强度的变化而导致的长度变化
)、
维拉里效应
、
逆磁致伸缩效应
(
其中磁性的变化由于机械应力而发生
)
和
Δ
E
效应
(
其描述由于磁化强度的变化而导致的弹性模量的变化
)
之间进行区分
。
磁致伸缩材料例如由铁磁过渡金属
(
诸如铁
、
镍或钴
)
或其合金
(
诸如钴和铁的合金
、
镓和铁的合金或
galfenol
，或铽
、
镝和铁的合金或
terfenol)
，以及过渡金属与稀土的各种其他化合物或不同的铁磁玻璃给出
。
[0007]压电材料的特征在于电极化的变化，并且因此由于弹性变形而出现电压
。
压电材料例如由锆钛酸铅
、
聚偏二氟乙烯或氮化铝给出
。
[0008]在磁电传感器的情况下，磁致伸缩材料牢固地耦合到压电材料
。
由于施加的磁场，磁致伸缩材料在作用磁场的方向上经历长度的变化和
/
或弹性模量的变化
。
长度延伸在压电材料上施加力，这导致极化的变化，并且从而产生电气可检测的电压
。
弹性模量的变化进而导致改变的传输行为，这也是可检测的
。
例如，在本上下文中已知借助于压电材料在磁电传感器中引起机械振荡
。
在这种情况下，由于施加的磁场的弹性模量的变化导致改变的振荡行为，其能够例如基于机械振荡的频率和
/
或振幅来评估
。
[0009]对于磁电传感器的构造，已知许多不同的可能实施例
。
在许多情况下，使用多层结构，其包括至少一层磁致伸缩材料
、
一层压电材料和可选的一个用于分接电压的电极
。
层结构通常具有在一端紧固的条带的形状
。
然后，施加磁场导致条带弯曲并产生电压信号作为接收信号
。
[0010]在具有特定频率的周期性时变磁场的影响下，磁电传感器执行强制振荡
。
谐振振荡是特别有利的，因为在这种情况下，即使相对小的磁场变化也会引起相对大的电压
。
例
如，从
US2010/0015918A1、DE102011008866A1
或
WO2020/253908A1
已知设置磁电传感器的谐振频率的各种方式
。
[0011]电压相对于频率的评估通常借助于所谓的扫描方法进行，其中根据频率记录接收信号，并且寻找接收信号的振幅最大的频率
。
在这样的评估方法中，不利的是，找到谐振频率所需的持续时间随着可实现的准确度而明显增加
。
因此，谐振频率的精确检测非常耗时
。
此外，必须确定最大振幅的信号评估相对复杂
。
[0012]其他常用的评估方法，诸如光程长度测量也是，相对耗时的
。

技术实现思路

[0013]从这一点出发，本专利技术的目的是提供一种具有磁电传感器元件的磁场传感器，其中，能够以最简单且同时可能最精确的方式进行接收信号的评估以及因此传感器行为的评估
。
[0014]该目的通过根据权利要求1所述的磁场传感器和根据权利要求9所述的传感器组件来实现
。
[0015]关于磁场传感器，本专利技术的目的通过一种用于检测磁场的磁场传感器来实现，该磁场传感器包括能够机械振荡的磁电传感器元件，该传感器元件具有由磁致伸缩材料制成的至少一个第一层
、
由压电材料制成的第二层以及由导电材料
(
更具体地，金属
)
制成的至少一个电极
。
磁场传感器进一步包括电子器件
。
根据本专利技术，磁场传感器，更具体地是电子器件，被设计成借助于激励信号引起传感器元件的机械振荡
、
接收传感器元件的机械振荡并将机械振荡转换成接收信号
、
由接收信号产生激励信号，并基于接收信号确定与磁场相关的变量
。
[0016]基于作为电压信号的接收信号来评估磁场或与磁场相关的变量
。
激励信号
(
更具体地是激励信号的频率
)
直接由接收信号
(
更具体地由接收信号的频率
)
产生
。
能够产生激励信号，使得传感器元件以可指定的频率
(
更具体地是谐振频率
)
执行振荡
。
以这种方式，传感器元件以可指定的频率永久地振荡
。
因此，为了确定与磁场相关的变量，有利地仅需要评估接收信号，特别是关于接收信号的频率
。
[0017]传感器元件能够例如借助于本身已知的具有或不具有预定基板的涂覆技术来生产；例如，能够应用硅技术工艺
。
[0018]在一个实施例中，传感器元件是
MEMS
传感器元件，即微机电
(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种用于检测磁场
(B)
的磁场传感器
(6)
，包括：
‑
能够机械振荡的磁电传感器元件
(1)
，所述传感器元件
(1)
至少具有：
○
由磁致伸缩材料制成的一个第一层
(2)
，
○
由压电材料制成的第二层
(3)
，以及
○
至少一个电极
(4)
，所述至少一个电极
(4)
由导电材料制成，所述导电材料更具体地是金属，以及
‑
电子器件
(7)
，其中，所述磁场传感器
(6)
，更具体地是所述电子器件
(7)
，被设计成：
‑
借助于激励信号
(A)
引起所述传感器元件
(1)
的机械振荡，以及接收所述传感器元件
(1)
的机械振荡并且将所述机械振荡转换成接收信号
(E)
，
‑
从所述接收信号
(E)
产生所述激励信号
(A)
，以及
‑
基于所述接收信号
(E)
确定与所述磁场
(B)
相关的变量
。2.
根据权利要求1所述的磁场传感器
(6)
，其中，所述传感器元件
(1)
是
MEMS
传感器元件
。3.
根据前述权利要求中的至少一项所述的磁场传感器
(6)
，其中，能够引起所述传感器元件
(1)
谐振振荡
。4.
根据前述权利要求中的至少一项所述的磁场传感器
(6)
，其中，所述磁场传感器
(6)
，更具体地是所述电子器件
(7)
，被设计为从所述接收信号
(E)
产生所述激励信号
(A)
，使得在所述激励信号
(A)
和所述接收信号
(E)
之间存在能够指定的相移
(
ΔΦ
)。5.
根据前述权利要求中的至少一项所述的磁场传感器
(6)
，其中，所述电子器件
(7)
包括相位控制单元，更具体地是基于锁相放大器
、
移相器
、
环形缓冲器或滤波器
(8a)
，更具体地是具有能够调节的中心频率的自适应滤波器的原理的相位控制单元
。6.
根据前述权利要求中的至少一项所述的磁场传感器
(6)
，其中，所述传感器元件
(1)
包括至少两个电绝缘电极
(4a,4b)
，所述至少两个电绝缘电极
(4a,4b)
特别地在不同区域中被施加到所述第二层
(3)。7.
根据前述权利要求中的至少一项所述的磁场传感器
(6)
，其中，所述电子器件
(7)
被设计成交...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪特马尔，
申请(专利权)人：恩德莱斯和豪瑟尔欧洲两合公司，
类型：发明
国别省市：