本实用新型专利技术公开了一种单芯片偏轴磁电阻Z-X角度传感器和测量仪，传感器包括位于X-Y面上的衬底，位于衬底上的至少一个X轴和Z轴磁电阻传感器，X轴和Z轴磁电阻传感器包括磁电阻传感单元和通量集中器，磁电阻传感单元电连接成包括至少两个桥臂的磁电阻桥，Z轴磁电阻传感器为推挽桥式结构，其推臂和挽臂分别位于与软磁通量集中器Y轴中心线等距的位置上，所述X轴磁电阻传感器为参考桥式结构，其参考臂和敏感臂分别位于通量集中器Y轴中心线以及距离Y轴中心线大于一半通量集中器宽度的位置上,该单芯片偏轴Z-X角度传感器放置于永磁码盘边缘并构成角度测量仪，通过测量X轴和Z轴磁场分量实现角度测量，具有结构紧凑，高灵敏度特点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种单芯片偏轴磁电阻Z-X角度传感器和测量仪，传感器包括位于X-Y面上的衬底，位于衬底上的至少一个X轴和Z轴磁电阻传感器，X轴和Z轴磁电阻传感器包括磁电阻传感单元和通量集中器，磁电阻传感单元电连接成包括至少两个桥臂的磁电阻桥，Z轴磁电阻传感器为推挽桥式结构，其推臂和挽臂分别位于与软磁通量集中器Y轴中心线等距的位置上，所述X轴磁电阻传感器为参考桥式结构，其参考臂和敏感臂分别位于通量集中器Y轴中心线以及距离Y轴中心线大于一半通量集中器宽度的位置上,该单芯片偏轴Z-X角度传感器放置于永磁码盘边缘并构成角度测量仪，通过测量X轴和Z轴磁场分量实现角度测量，具有结构紧凑，高灵敏度特点。【专利说明】—种单芯片偏轴磁电阻Z-X角度传感器和测量仪
本技术涉及磁性传感器领域，特别涉及一种单芯片偏轴磁电阻Z-X角度传感器和基于此传感器的偏轴磁电阻Z-X角度测量仪。
技术介绍
磁电阻角度传感器和永磁码盘构成的磁电阻角度测量仪可以应用于磁编码器以及旋转位置传感器等领域，通常情况下，对于磁电阻传感器如TMR，GMR等，采用的是平面X-Y类型的磁电阻传感器芯片，通过对X、Y轴方向磁场分量的测量并对磁场夹角进行计算，实现对永磁码盘旋转角度的测量，但其主要存在如下问题: I)由于GMR，TMR磁电阻传感单元具有单向平面磁场敏感方向，所以通常采用将X敏感方向的传感器切片旋转90度得到Y敏感方向的传感器切片，两个切片之间通过绑定进行连接，并封装在同一个芯片内，这种X-Y磁电阻角度传感器芯片由于切片之间安装位置与封装时对于切片的操作相关，影响了传感器的测量精度，而且还存在切片间丝线连接的问题，工艺较为复杂； 2)对于GMR，TMR磁电阻传感器单元构成的线性X，Y磁电阻传感器的桥式结构，在采用推挽式结构时，通常将两个桥臂构成的切片中的一个相对于另一个偏转180度来实现推臂切片和挽臂切片的相反磁场敏感方向，并且需要安装于芯片上不同位置，通过绑定来实现切片之间的连接，同样会影响传感器的测量精度，增加了工艺的复杂性； 对于X-Y角度传感器芯片，其工作位置位于平行于永磁码盘的旋转面区域位置上方，因此永磁码盘安装空间小于码盘尺寸，需要增加码盘尺寸才能保证芯片具有大的安装空间和磁场均匀区。
技术实现思路
针对以上问题，本文提出了一种单芯片Z-X磁电阻角度传感器，来取代X-Y磁电阻角度传感器，在同一切片上实现Z轴磁电阻传感器和X轴磁电阻传感器的同时制造，对于X轴磁电阻传感器，采用通量集中器放置于磁电阻单元列附近位置时对磁电阻单元列的磁场集中的增强作用，以及采用通量集中器覆盖于磁电阻单元列上时对于磁电阻单元列的磁场屏蔽的衰减作用，实现参考电桥的设计和制造，从而实现高灵敏度的X轴磁电阻传感器，而同时避免了双切片的推挽式结构；对于Z轴磁电阻传感器，采用通量集中器覆盖于偏离通量集中器中心位置的磁电阻单元列时将Z磁场分量扭曲成具有X向磁场的作用，将Z磁场分量转变成沿X和-X两个方向的磁场分量，并被磁电阻传感器测量，构成了推挽桥式传感器，此外，该单芯片Z-X磁电阻角度传感器放置于永磁体码盘的边缘，通过对X和Z磁场分量的测量实现永磁码盘在Z-X平面内的磁场旋转角度的测量，相对于将X-Y角度传感器放置于在永磁码盘X-Z平面上方具有更大的空间灵活性，这些都成功解决了以上X-Y角度传感器的不足。 本技术所提出的一种单芯片偏轴磁电阻Z-X角度传感器，用于探测与衬底表面垂直的平面上的磁场旋转角，包括: 位于X-Y平面上的衬底； 位于所述衬底上的至少一个X轴磁电阻传感器，用于探测平行于所述衬底表面的X轴磁场分量； 位于所述衬底上的至少一个Z轴磁电阻传感器，用于探测垂直于所述衬底表面的Z轴磁场分量； 所述X轴磁电阻传感器和所述Z轴磁电阻传感器均包括磁电阻传感单元和通量集中器，所述通量集中器为长条形，其长轴平行于Y轴方向，短轴平行于X轴方向，所述磁电阻传感单元的敏感方向平行于X轴方向； 所述Z轴磁电阻传感器的磁电阻传感单元和X轴磁电阻传感器的磁电阻传感单元都分别电连接成包括至少两个桥臂的磁电阻桥，其中，每个桥臂为一个或多个所述磁电阻传感单元电连接而成的两端口结构，且所述桥臂中的磁电阻传感单元沿着平行于Y轴方向排列成多个磁电阻单元列； 所述Z轴磁电阻传感器的磁电阻桥为推挽式电桥，其中，推臂和挽臂分别位于所述Z轴磁电阻传感器中的通量集中器上方或下方的Y轴中心线的不同侧，且到各自对应的所述Y轴中心线的距离相等； 所述X轴磁电阻传感器的磁电阻桥为参考式电桥，其中，参考臂位于所述X轴磁电阻传感器中通量集中器的上方或下方的Y轴中心线位置上，敏感臂位于与所述X轴磁电阻传感器中通量集中器上方或下方Y轴中心线距离大于通量集中器的一半宽度的位置上。 优选的，所述通量集中器为包含N1、Fe、Co中的一种元素或多种元素的软磁合金材料。 优选的，所述磁电阻传感单元为GMR或TMR磁电阻传感单元。 优选的，所述Z轴磁电阻传感器包括两个Z轴磁电阻传感器子单元，且分别沿所述X轴方向位于所述X轴磁电阻传感器的两侧，所述Z轴磁电阻传感器和所述X轴磁电阻传感器分别对应不同的所述通量集中器。 优选的，所述X轴磁电阻传感器包括两个X轴磁电阻传感器子单元，且分别沿所述X轴方向位于所述Z轴磁电阻传感器的两侧，所述Z轴磁电阻传感器和所述X轴磁电阻传感器分别对应不同的所述通量集中器。 优选的，所述X轴、Z轴磁电阻传感器分别包括多个X轴磁电阻传感器子单元、Z轴磁电阻传感器子单元，且沿所述X轴方向交替排布，所述Z轴磁电阻传感器和所述X轴磁电阻传感器分别对应不同的所述通量集中器。 优选的，所述Z轴磁电阻传感器和所述X轴磁电阻传感器沿所述Y轴方向排列，所述Z轴磁电阻传感器和所述X轴磁电阻传感器分别对应不同的所述通量集中器。 优选的，所述Z轴磁电阻传感器的磁电阻传感单元和X轴磁电阻传感器的磁电阻传感单元沿所述X轴方向混合排列，所述Z轴磁电阻传感器和所述X轴磁电阻传感器具有共同的所述通量集中器。 优选的，所述Z轴磁电阻传感器或Z轴磁电阻传感器子单元包含I个所述通量集中器，所述磁电阻传感单元对应于所述I个所述通量集中器。 优选的，所述Z轴磁电阻传感器或Z轴磁电阻传感器子单元包含2个所述通量集中器，所述推臂和挽臂分别位于所述2个通量集中器的Y轴中心线不同侧的位置。 优选的，所述Z轴磁电阻传感器或Z轴磁电阻传感器子单元包含N+2个所述通量集中器，且所述磁电阻传感单元对应于中间N个所述通量集中器，所述N为正整数。 优选的，所述X轴磁电阻传感器或X轴磁电阻传感器子单元包括2N个磁电阻单元列，所述X轴磁电阻传感器中相邻两个所述通量集中器之间的间距为L ;当所述X轴磁电阻传感器的通量集中器数量为2N-2个时，所述X轴磁电阻传感器中间的两个所述磁电阻单元列相邻并对应于参考臂，且间距为2L ;当所述X轴磁电阻传感器的通量集中器数量为2N-1个时，所述X轴磁电阻传感器正中间的两个所述磁电阻单元列对应于敏感臂，且间距为2L，其中L为自然数，所述N为大于I的整数。 优选的，所述X轴磁电阻传感器或X轴磁电阻传感器子单元包括2N (N为正整数)个磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单芯片偏轴磁电阻Z‑X角度传感器，用于探测与衬底表面垂直的平面上的磁场旋转角，其特征在于，所述Z‑X角度传感器包括：位于X‑Y平面上的衬底；位于所述衬底上的至少一个X轴磁电阻传感器，用于探测平行于所述衬底表面的X轴磁场分量；位于所述衬底上的至少一个Z轴磁电阻传感器，用于探测垂直于所述衬底表面的Z轴磁场分量；所述X轴磁电阻传感器和所述Z轴磁电阻传感器均包括磁电阻传感单元和通量集中器，所述通量集中器为长条形，其长轴平行于Y轴方向，短轴平行于X轴方向，所述磁电阻传感单元的敏感方向平行于X轴方向；所述Z轴磁电阻传感器的磁电阻传感单元和所述X轴磁电阻传感器的磁电阻传感单元都分别电连接成包括至少两个桥臂的磁电阻桥，其中，每个所述桥臂为一个或多个所述磁电阻传感单元电连接而成的两端口结构，且所述桥臂中的磁电阻传感单元沿着平行于Y轴方向排列成多个磁电阻单元列；所述Z轴磁电阻传感器的磁电阻桥为推挽式电桥，其中，推臂和挽臂分别位于所述Z轴磁电阻传感器中的通量集中器上方或下方的Y轴中心线的不同侧，且到各自对应的所述Y轴中心线的距离相等；所述X轴磁电阻传感器的磁电阻桥为参考式电桥，其中，参考臂位于所述X轴磁电阻传感器中通量集中器的上方或下方的Y轴中心线位置上，敏感臂位于与所述X轴磁电阻传感器中通量集中器上方或下方Y轴中心线距离大于通量集中器的一半宽度的位置上。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·G·迪克，周志敏，
申请(专利权)人：江苏多维科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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