具有高灵敏探头的高分辩磁性旋转编码器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种磁旋转编码器，特别涉及一种用来检测旋转物体的绝对旋转位置，具有高的分辨率和灵敏度的磁旋转编码器。本新型是由磁鼓和探头构成，其特征在于编码器探头由刻蚀在一个绝缘衬底上具有一定图形结构的多个磁电阻元件构成，磁电阻元件间隔排列并相互形成桥式电路。上述磁电阻元件是用具有巨磁电阻效应的磁性自旋阀多层薄膜材料经微电子工艺加工而成。磁电阻元件具有反铁磁层／铁磁层／非磁层／铁磁层结构。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种磁旋转编码器，特别涉及一种用来检测旋转物体的绝对旋转位置，具有高的分辩率和灵敏度的磁旋转编码器。利用电阻值随外加磁场的变化而产生变化，磁电阻效应元件可作为磁传感器使用；以这种磁电阻元件为磁传感探头的磁旋转编码器主要用于控制转速、角度和位置等物理量，这种磁旋转编码器结构简单，抗恶劣环境，响应频率频率宽，易于实现绝对位置输出，还具有按装方便、成本便宜、低功耗和使用寿命长等特点，因此近年来磁性编码器在高精度测量和控制领域得到广泛的应用，特别是在数控机床、机器人、测量仪和驱动电机等方面的应用显得尤为重要。但目前几乎所有的磁旋转编码器的磁探头中所采用的磁电阻效应元件，均使用的是NiFe(Co)等各向异性磁电阻薄膜材料，磁电阻变化率ΔR/R小，只有1-3％，造成探头的读出信号弱，灵敏度低，同时，各项异性磁电阻元件本身所固有的巴克豪森噪音，导致其输出信号的信噪比较低；上述缺点也限制了磁鼓上面记录磁极信号密度的提高，降低了整个编码器的分辩率。有鉴于此，如何使编码器的分辩率提高，使得其应用的领域得以进一步的扩大，并且结构简单，在编码器成本并不会增加许多的情况下，就可带来更大的应用范围和大幅度提高测量和控制的精确度，正是本新型研创动机所在。本技术设计人凭借多年从事各类电子测量仪器的研究生产加工等领域的实际经验，在反复研究论证的基础上，做一全新设计构成，终得本新型的产生。针对现有技术的不足，本新型的目的是设计一种改进的磁旋转编码器，以提高其分辩能力。本技术的原理是选择具有高磁电阻变化率的磁性自旋阀薄膜材料作为磁电阻元件，并以一定的间距连成桥式电路来减少谐波信号的干扰，然后采用高记录密度的多极磁极信号的合理排列结构，使该编码器具有较高稳定性和高分辨率及高输出信号，误码率和温度漂移都很小。本技术的任务是以如下的方式完成的，本新型是由磁鼓和探头构成，其特征在于编码器探头由刻蚀在一个绝缘衬底上具有一定图形结构的多个磁电阻元件构成，磁电阻元件间隔排列并相互形成桥式电路。上述磁电阻元件是用具有巨磁电阻效应的磁性自旋阀多层薄膜材料经微电子工艺加工而成。磁电阻元件具有反铁磁层/铁磁层/非磁层/铁磁层结构。以下结合附图进一步阐明本技术附图说明图1为本技术结构图。图2为本技术的磁鼓磁轨上记录的磁极信号示意图。图3为本技术探头磁电阻元件所采用的磁性自旋阀多层薄膜材料结构示意图。图4为本技术探头磁电阻传感元件与磁轨磁极相对位置排列图。图5为本技术探头磁电阻元件的桥式电路连接图。图6为本技术磁鼓表面产生的有规律的泄漏磁场分布图。图7为本技术探头磁电阻元件桥式电路的输出信号。图8为本技术磁鼓磁轨4产生的参考信号。本技术由磁鼓和探头构成，一个圆柱型的磁鼓1套在轴2上，两者紧密结合，无相对移动，磁鼓外缘覆盖一层磁性材料制成，并形成相距为d的多路磁极轨道3-4，一个磁传感探头5由刻蚀在一个绝缘衬底6上具有一定图形结构的多个磁电阻元件7-8构成，磁电阻间隔排列并相互形成桥式电路(参见图5)，探头和磁鼓相距为s，磁电阻传感元件7-8与磁极轨道3-4的位置一一对应。磁鼓磁轨3-4上记录有磁极信号，其中磁轨3上的磁极信号是周期性排列的，周期长度为λ，而磁轨4只记录了一个宽度为λ的磁极信号，参见图2。磁电阻元件7-8采用了磁性自旋阀多层薄膜材料，其结构参见图3，在绝缘衬底6上沉积金属薄膜层7A-7D，其中7A为反铁磁层，7B为铁磁层，7C为非磁层，7D为铁磁层。经光刻加工后，形成具有一定图形的排列，参见图4，磁电阻条与磁轨磁极相对位置排列，其中磁电阻元件R1与R2的间距为λ/2,R3、R4的间距为2λ/3,R3、R4的间距为λ/2,R5、R6、R7、R8之间的间距关系照此类推，它们之间相互连成图5所示的桥式电路。本新型的工作原理为在磁鼓1的周围记录的周期性排列的磁极信号3-4，在其表面产生了有规律的泄漏磁场，分布情况见图6，其中9是磁极3的分布磁场，而10是磁极4的分布磁场；当磁鼓转动时，磁场9-10也随着转动，这样作用于磁电阻传感元件7-8上的泄漏磁场发生周期性的变化，由于具有巨磁电阻效应，磁电阻元件的电阻值会随磁场的变化而改变，由其连成的桥式电路的输出信号也就随之发生变化，其中AA’与BB’输出的正弦信号VAA’和VBB’相位差90度，见图7a，经电路进行信号处理，便可产生图7b所示VAA’和VBB’脉冲输出信号。磁电阻元件8则用于测量磁轨4产生的参考信号11来作为固定零位，参见图8，这样一个转角的位置，就只有一个确定的数字代码，使角度值代码单值化，无误差的信号累加实现了高灵敏度的精确测量。本新型确实具有结构简单，使用方便，测量准确，灵敏度高的优点。综上所述，本新型能利用简单的结构设计，使本新型的测量结果可大幅度提高准确度，使用方便。显然本新型为一种新颖、进步并深具实用性的新设计。以上所述乃是本新型的具体实施例及所运用的技术原理，若依本新型的构想所作的等效改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本新型的范围内，特此说明。权利要求1.一种具有高灵敏探头的高分辩磁性旋转编码器，由磁鼓和探头构成，其特征在于编码器探头由刻蚀在一个绝缘衬底上具有一定图形结构的多个磁电阻元件构成，磁电阻元件间隔排列并相互形成桥式电路。2.根据权利要求1所述的具有高灵敏探头的高分辩磁性旋转编码器，其特征在于磁电阻元件是用具有巨磁电阻效应的磁性自旋阀多层薄膜材料经微电子工艺加工而成。3.根据权利要求1所述的具有高灵敏探头的高分辨磁性旋转编码器，其特征在于磁电阻元件具有反铁磁层/铁磁层/非磁层/铁磁层结构。专利摘要本技术涉及一种磁旋转编码器,特别涉及一种用来检测旋转物体的绝对旋转位置,具有高的分辨率和灵敏度的磁旋转编码器。本新型是由磁鼓和探头构成,其特征在于编码器探头由刻蚀在一个绝缘衬底上具有一定图形结构的多个磁电阻元件构成,磁电阻元件间隔排列并相互形成桥式电路。上述磁电阻元件是用具有巨磁电阻效应的磁性自旋阀多层薄膜材料经微电子工艺加工而成。磁电阻元件具有反铁磁层/铁磁层/非磁层/铁磁层结构。文档编号G01R33/00GK2335151SQ9820566公开日1999年8月25日 申请日期1998年6月9日 优先权日1998年6月9日专利技术者赵宏武 申请人:赵宏武本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有高灵敏探头的高分辩磁性旋转编码器，由磁鼓和探头构成，其特征在于编码器探头由刻蚀在一个绝缘衬底上具有一定图形结构的多个磁电阻元件构成，磁电阻元件间隔排列并相互形成桥式电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏武，
申请(专利权)人：赵宏武，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]