磁性温度传感器、用于确定温度的方法技术

本发明专利技术涉及一种温度传感器，其包括：磁性元件（3），磁性元件包括至少一个磁性层（1），磁性层的磁性特性与温度相关，其特征在于，所述磁性层（1）具有带磁涡核（2）的漩涡状磁化分布，其中漩涡状磁化分布被构造在层平面中并且涡流核（2）被构造得垂直于层平面；激励单元（15），其被设置用于将漩涡状磁化分布激励至旋磁化运动；探测单元（16），其被设置用于探测旋磁化运动的谐振频率；和评估单元（19），其被设置用于从旋磁化运动的谐振频率中确定温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁性温度传感器、用于确定温度的方法
本专利技术涉及磁性温度传感器和用于确定温度的方法。
技术介绍
本专利技术从根据专利独立权利要求的类型的所述的磁性温度传感器和用于确定温度的方法出发。传统的温度传感器基于测辐射热的原理，其基于：材料的电阻在温度影响下变化，如其例如在DE102012216618A1中所描述的那样。电阻的变化可以借助电流或电压测量来探测并且与温度变化相关联。在EP195434A2中描述一种磁性的温度传感器，其包括磁性元件，该磁性元件包含两种不同铁磁性材料的至少两个薄层，其中对于这两个层中的每个层构造易磁化轴，以便使得其相对于大的巴克豪森效应灵敏。由于施加磁场，时间上偏移地在不同层中出现巴克豪森效应。测量在不同的层中在这些域的倾斜（UmklappenderDomänen）之间的时间差，它们与温度相关。通过与特性曲线的比较可以将时间差与温度相关联。
技术实现思路
本专利技术说明一种温度传感器和用于确定温度的方法。本专利技术的优点根据本专利技术的温度传感器包括磁性元件，其包括至少一个磁性层，该磁性层的磁性特性与温度相关，其中所述磁性层具有带磁涡核的漩涡状磁化分布，其中漩涡状磁化分布被构造在层平面中并且磁涡核被构造得垂直于层平面。此外，根据本专利技术的温度传感器包括：激励单元，其被设置用于将漩涡状磁化分布激励至旋磁化运动（gyrotropeMagnetisierungsbewegung）；探测单元，其被设置用于探测旋磁化运动的谐振频率；和评估单元，其被设置用于从旋磁化运动的谐振频率中确定温度。有利的是，根据本专利技术的温度传感器具有与已知的温度传感器相比非常小的结构大小。此外，根据本专利技术的温度传感器具有高的敏感度和测量精度，因为频率测量由于高的精度而出众。根据本专利技术的温度传感器具有小的功率消耗，因为涉及谐振激励。此外，根据本专利技术的温度传感器具有小的自发热，使得不经冷却的运行是可能的。根据本专利技术的温度传感器包括磁性元件，其在一种实施方式中包括多个磁性层，其中这些层平面横向并排地位于一个平面中。这能够实现制造薄的、扁平构造的温度传感器。优点在于：所述布置实现在温度传感器和激励单元以及温度传感器和探测单元之间的温度解耦，由此能够提高温度传感器的测量精度。在可替代的实施方式中，磁性元件被构造为磁性层堆叠，其中这些层平面在磁性层堆叠中以彼此平行的方式来布置。优点在于：磁性元件可以非常紧凑地构造并且可以以节省空间的方式来布置在一个面上。在一种实施方式中，根据本专利技术的温度传感器的探测单元包括中间层和带有固定磁化的第一层。该探测单元被施加到磁性元件上，从而该中间层构造在磁性元件上并且带有固定磁化方向的第一层布置在中间层上。有利地，在该实施例中，该旋磁化运动的谐振频率通过测量电阻的变化来确定，该电阻由磁性元件和探测单元形成。这种电阻式的测量相对电容测量能够以较少的花费来实现。在一种实施方式中，激励单元包括第一电极、第二层和第二电极，其中该第二层作为自旋极化器起作用，磁性元件布置在第一电极上，在该磁性元件上施加第二层并且在该第二层上构造第二电极。有利地，通过向激励单元施加直流电流来利用磁性元件将漩涡状磁化分布激励至旋磁化运动。在另一实施方式中，探测单元布置在磁性元件和激励单元的第一电极之间，该激励单元包括第一电极、作为自旋极化器起作用的第二层和第二电极，其中该探测单元包括中间层和带固定磁化的第一层，从而带有固定磁化的第一层布置在第一电极上并且中间层施加在带有固定磁化的第一层上。在中间层上布置磁性元件，其中在该磁性元件上施加第二层。第二电极布置在第二层上。优点在于，因此激励单元和探测单元紧凑地布置在一个堆叠中。尤其是，中间层由非传导性材料构造。包括中间层和带有固定磁化的第一层的探测单元连同磁性元件一起构成隧道磁电阻（TMR）。该构造的优点在于，在使用标准工艺尤其是薄层技术的情况下实现制造根据本专利技术的辐射传感器。可替代地，中间层由非磁性材料构造。因此，包括中间层和带固定磁化的第一层的探测单元连同磁性元件一起构成巨磁电阻（GMR）。由此，有利地，在使用标准工艺尤其是薄层技术的情况下实现制造根据本专利技术的辐射传感器。可替代地，探测单元通过微线圈来实现，其被这样布置在磁性元件上，使得它尽可能被暴露于最大的磁通量变化，该磁通量变化由于漩涡状磁化分布的旋磁化运动而局部地形成。优点在于，这里更少地形成焦耳热，因为不需要测试电流用来执行该测量。由此，温度传感器的敏感度和精度被提高。在一种实施方式中，激励单元通过激励元件来构成，该激励元件包括磁性相邻元件，该磁性相邻元件包括其磁性特性与温度相关的至少一个磁性相邻层，其中磁性相邻层具有漩涡状的磁化分布。此外，该激励元件包括激励单元，该激励单元将磁性相邻元件激励至旋磁化运动。磁性相邻元件和磁性元件的散射场耦合，使得通过磁性相邻元件的旋磁化运动的激励也间接激励磁性元件的旋磁化运动。该构造的优点在于，在磁性元件中不由于所述激励产生焦耳热，因为激励间接地进行。因此，根据本专利技术的温度传感器的测量精度被提高。在用于借助根据本专利技术的温度传感器来确定温度的方法中，磁性元件被激励至谐振的旋磁化运动并且探测该旋磁化运动。旋磁化运动的谐振频率被确定并且根据特性曲线来与温度相关联。根据本专利技术的温度传感器有利地具有高敏感度和测量精度，因为频率测量由于高精度而出众。此外，根据本专利技术的温度传感器有利地具有小的功率消耗，因为其涉及谐振激励。此外，根据本专利技术的温度传感器在用于确定温度的方法中经受小的自发热，从而实现未经冷却的运行。在一种实施方式中，旋磁化运动的探测通过如下方式来进行：确定由旋磁化运动引起的自旋动力。一般由不均匀的自旋布置的运动来产生自旋动力。优选借助第一接触部和第二接触部在平行于旋磁化运动平面的表面上进行自旋动力的测量，其中旋磁化运动作为电压被探测。在一种优选的实施方式中，为了确定自旋动力而将磁性元件施加到绝缘体上，在该磁性元件上布置这两个电接触部，第一接触部和第二接触部，所述绝缘体又布置在由交流电流流过的电极上。当磁涡核被激励至回转运动时，测量在第一接触部和第二接触部之间的电压，因为由于随时间上变化的磁化而感生出电压。在此，构成探测信号的感应电压的频率相应于旋磁化运动的谐振频率。优点在于，这里产生较少的焦耳热，因为不需要测试电流用来执行测量。由此，提高温度传感器的敏感度和精度。用于测量自旋动力的构造在“Spin-motiveforceduetogyratingmagneticvortex（由于旋转磁涡引起的自旋动力）”（Tanabe等人，“NatureCommunications（自然通信）”（2012））中被描述。可替代地，进行旋磁化运动的探测，其方式是，磁通量的变化作为对旋磁化运动的度量被探测。在优选的实施方式中，为此，在磁性元件上布置微线圈，从而使其尽可能暴露于最大的磁通量变化中。可替代地，可以将多个微线圈布置在磁性元件上。通过该磁通量变化来在微线圈中感生出电压。构成探测信号的感应电压的频率相应于旋磁化运动的谐振频率。如果探测单元连同磁性元件一起构成GMR或者TMR，那么可以探测旋磁化运动，其方式是，探测变化的电阻，所述电阻由磁性元件和探测单元形成。电阻变化的频率（探测信号）相应于旋磁化运动的谐振频率。附图说明在附图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温度传感器，所述温度传感器包括‑磁性元件（3），所述磁性元件包括至少一个磁性层（1），所述磁性层的磁性特性与温度相关，其特征在于，‑所述磁性层（1）具有带磁涡核（2）的漩涡状磁化分布，其中所述漩涡状磁化分布被构造在层平面中并且所述涡核（2）被构造得垂直于所述层平面，‑激励单元（15），所述激励单元被设置用于将漩涡状磁化分布激励至旋磁化运动，‑探测单元（16），所述探测单元被设置用于探测所述旋磁化运动的谐振频率，和‑评估单元（19），所述评估单元被设置用于从所述旋磁化运动的所述谐振频率中确定温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.19 DE 102015220271.21.一种温度传感器，所述温度传感器包括-磁性元件（3），所述磁性元件包括至少一个磁性层（1），所述磁性层的磁性特性与温度相关，其特征在于，-所述磁性层（1）具有带磁涡核（2）的漩涡状磁化分布，其中所述漩涡状磁化分布被构造在层平面中并且所述涡核（2）被构造得垂直于所述层平面，-激励单元（15），所述激励单元被设置用于将漩涡状磁化分布激励至旋磁化运动，-探测单元（16），所述探测单元被设置用于探测所述旋磁化运动的谐振频率，和-评估单元（19），所述评估单元被设置用于从所述旋磁化运动的所述谐振频率中确定温度。2.如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述磁性元件（3）包括多个磁性层（1a，1b，1c），其中所述层平面横向并排地位于一个平面中。3.如权利要求1所述的温度传感器，其特征在于，所述磁性元件（3）被构造为磁性层堆叠，其中所述层平面在所述磁性层堆叠中以彼此平行的方式来布置。4.如前述权利要求之一所述的温度传感器，其特征在于，所述探测单元（16）包括中间层（4）和带有固定磁化方向的第一层（5）并且被布置在所述磁性元件（3）上，其中-所述中间层（4）被施加到所述磁性元件（3）上并且-所述带有固定磁化方向的第一层（5）被布置在所述中间层（4）上。5.如前述权利要求之一所述的温度传感器，其特征在于，所述激励单元（15）包括第一电极（7）、第二层（8）和第二电极（6），所述第二层作为自旋极化器起作用，其中-所述磁性元件（3）被布置在所述第一电极（7）上，-在所述磁性元件（3）上施加所述第二层（8），并且-在所述第二层（5）上构造所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：M库尔齐克，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE