一种磁电位器制造技术

本发明专利技术公布了一种磁电位器，其特征在于：其包括一块磁铁、驱动磁铁旋转的驱动的机械结构和至少一个传感单元；所述磁铁为电磁铁或永磁体，用于提供磁场；所述机械结构使磁铁旋转从而改变磁铁磁场的分布；所述传感单元由巨磁电阻元件或磁性隧道结元件构成，位于磁铁附近，其输出随所在位置磁场的变化而变化，从而通过其输出的变化达到改变电压和电流目的。本发明专利技术由于采用了巨磁电阻元件或磁性隧道结元件的非接触式结构，具有寿命高，体积小，精度高和温度特性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种磁电位器
本专利技术涉及了采用磁性传感器的非接触式电位器。
技术介绍
电位器是一种调节电压和电流大小的电子元件，通常的电位器通过改变电阻的大小调节电路的电压和电流。电阻器分为接触和非接触式两种:接触式一般由电阻体和可移动的电刷组成，当电刷沿电阻体移动时，在输出端即获得与位移量成一定关系的电阻值或电压，但是以这种结构的电位器存在耐磨性不高的缺点，使用寿命短；非接触式非接触式传感器是通过检测转轴的角度变化，并将这个角度变化用多种信号类型反馈输出的器件，其大致可分利用光的透射或反射的光学式与检测磁场方向变化的磁性式。光学式易受尘埃的影响，与之相对，磁性式不易受到尘埃的影响，可作为主流的电位器，具有耐磨损，适用于较恶劣的工作环境。目前主流的磁性传感元件为电感线圈或霍尔元件，两者的测量精度和灵敏度非常低，且由于灵敏度很低通常需要附加的聚磁结构从而体积很大，面对现代工业和消费电子中对电位器体积、精度以及极端工作条件的要求，现有的电位器已经不能满足要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷提供一种体积小、精度高的磁电位器。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案: 一种磁电位器，其特征在于:其包括一块磁铁、驱动磁铁旋转的驱动的机械结构和至少一个传感单元； 所述磁铁为电磁铁或永磁体，用于提供磁场； 所述机械结构使磁铁旋转从而改变磁铁磁场的分布； 所述传感单元由巨磁电阻元件或磁性隧道结元件构成，位于磁铁附近，用于检测其所在位置磁场的变化。其进一步特征在于:所述磁电位器包含两个传感单元。其进一步特征还在于:所述传感单元为单电阻、半桥或全桥结构，所述单电阻、半桥或全桥的桥臂由一个或多个磁性传感元件并联和/或串联组成。进一步的:所述传感单·元为梯度半桥或全桥结构，所述梯度半桥或梯度全桥的桥臂由一个或多个磁性传感元件并联和/或串联组成。上述巨磁电阻元件以及磁性隧道结元件包含自由层、非磁性层以及钉扎层三个纳米级薄膜层。本专利技术的电位器通过使用巨磁电阻元件或磁性隧道结元件为传感单元，采用非接触式结构，和现有的通用类电位器相比，具有使用寿命高，体积小，精度高和温度特性好等优点。【附图说明】图1是本专利技术提供的单单元磁电位器的结构示意图。图2是本专利技术提供的双单元磁电位器的结构示意图。图3是巨磁电阻元件和磁性隧道结元件的结构示意简图。图4是磁电阻元件的输出曲线示意图。图5是半桥式传感单元的电连接示意图。图6是半桥式传感单元的输出曲线示意图。图7是全桥式传感单元的电连接示意图。图8是全桥式传感单元的输出曲线示意图。图9是梯度全桥式传感单元磁电阻的物理位置图。图10是采用双单元的磁电位器的两路输出信号图。【具体实施方式】下面结合附图及实施例对本专利技术的
技术实现思路
作进一步的描述。实施例1: 如图1所示，本实施例提供的磁电位器包括传感单元11以及磁铁13。磁铁13与一个机械转轴14连接,通过机械转轴14的运动带动其转动，由于磁铁13角度的变化,其磁场21的分布也发生变化。传感单元11由巨磁电阻元件或磁性隧道结元件构成，其接入到系统中，其输出随磁场21的变化而发生变化，从而达到调节电压和电流的目的。传感单元可以是单电阻、半桥或全桥结构，单电阻结构的是两端口电位器，半桥则是三端口电位器，而全桥则是四端口电位器，其详细工作方式在下文描述。采用巨磁电阻元件或磁性隧道结元件的传感单元是有源的，即需要提供电压或电流，本专利技术提供的磁电位器由系统提供稳恒电压或电流。传感单元11、磁铁13以及转轴14都安装在外壳15内，转轴14可由外部的旋钮使其转动。实施例2: 图2是采用双传感单元的数字式磁电位器的结构示意图。其包括传感单元11、传感单元12以及磁铁13。磁铁13与一个机械转轴14连接,通过机械转轴14的运动带动其运动，由于磁铁13角度的变化，其磁场21的分布也发生变化。传感单元11和12由巨磁电阻元件或磁性隧道结元件构成，通过测量磁场21的分布的变化输出信号。上述实施例不同的是，传感单元11和传感单元12不是直接接在系统中，而是将输出信号输入到控制单元中(如单片机，图中并未标示)，然后再由控制单元调节系统的电压或电流。双单元的输出信号如图10所示，控制单元可通过输出信号的周期(频率)知道旋转的速度，从而调节电压(电流)值；可通过输出信号的相位差知道旋转的方向，从而判断电压(电流)变大或变小。对于实施例1和实施例2，传感单元11 (或两个传感单元11和12)可位于磁铁13的正下方或正上方，也可以位于磁铁13正下方或上方附近，也可以位于磁铁13的一侧。传感单元可采用单电阻、半桥或全桥结构，若测量的磁场为一梯度场，则可以设置为梯度半桥或梯度全桥结构，梯度计的优势在于抗干扰能力强。前述的单电阻、半桥或全桥的桥臂由一个或多个相同的磁性传感元件串联和/或并联组成，每个桥臂我们可以等价于一个磁电阻，每个桥臂中的磁性传感元件的磁场敏感方向都相同。单电阻结构含有一个磁电阻，半桥结构由两个物理性质相同的磁电阻串联组成，全桥结构由四个物理性质相同的磁电阻连接构成，使用时都要通入稳恒电压或电流。磁性传感单元的敏感元件为磁性传感元件，常用的磁性传感元件有电感线圈、霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件以及磁性隧道结元件。其中电感线圈是通过电磁感应测量磁场，其灵敏度和精度都非常低；霍尔元件是通过霍尔效应的原理测量磁场，其饱和场很大，测量范围宽，但是灵敏度低，精度也低，通常需要额外的聚磁环结构增加其灵敏度，从而体积也很大。面对现代工业和自动化设备以及消费电子对电位器的高精度要求，具有高精度，高灵敏度，低功耗，体积小，温度特性好等优势的以巨磁电阻元件和磁性隧道结元件为代表的磁电阻元件成为磁电位器的最优选择。图3是巨磁电阻元件和磁性隧道结元件的结构示意图。如图所示，巨磁电阻元件(磁性隧道结元件)位于基底54上，由纳米级薄膜顶电极层56、自由层51、非磁性层52、钉扎层53、底电极层55构成。自由层51由磁性材料构成,也可以是铁磁层-间隔层-铁磁层的SAF结构，其磁矩61随外场变化；非磁性层52由非磁性材料构成，如果是巨磁电阻元件，则非磁性层52为金属材料，如Cu、Al等，如果是磁性隧道结元件，则为非金属材料，如A10x、MgO等；钉扎层53的磁矩63不变，通常是铁磁层-反铁磁层复合式结构或SAF层-反铁磁层结构。顶电极层56和底电极层55由金属导体材料组成，实际应用中可通过顶电极层56和底电极层55将多个元件串联或并联，或串并混合连接为一个等效电阻来使用，同时顶电极层56和底电极层55还包含引导晶格生长的帽子层和种子层。当自由层磁矩61和钉扎层磁矩63平行时，元件的阻值R最小，为当自由层磁矩61和钉扎层磁矩63反平行时，元件的阻值R最大，为Rh。图4是巨磁电阻元件(磁性隧道结)元件的输出曲线示意图，其电阻值R随外场H在其饱和场-Hs和Hs之间线性变化，当施加的外场沿其敏感方向的场强的绝对值大于其饱和场的绝对值时，其阻值不变。对于采用单电阻结构的传感单元来说，将多个巨磁电阻元件(磁性隧道结元件)串联，并联或串并混联之后，可视为一个等效的磁电阻，如果采用实施例I，则可将其视为双端口的电位器接入系统，通过其阻值大小的变化调节电压(电流)的大小；若采用实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁电位器，其特征在于：其包括一块磁铁、驱动磁铁旋转的驱动的机械结构和至少一个传感单元；所述磁铁为电磁铁或永磁体，用于提供磁场；所述机械结构使磁铁旋转从而改变磁铁磁场的分布；所述传感单元由巨磁电阻元件或磁性隧道结元件构成，位于磁铁附近，用于检测其所在位置磁场的变化。

【技术特征摘要】
1.一种磁电位器，其特征在于:其包括一块磁铁、驱动磁铁旋转的驱动的机械结构和至少一个传感单元； 所述磁铁为电磁铁或永磁体，用于提供磁场； 所述机械结构使磁铁旋转从而改变磁铁磁场的分布； 所述传感单元由巨磁电阻元件或磁性隧道结元件构成，位于磁铁附近，用于检测其所在位置磁场的变化。2.根据权利要求1所述的磁电位器，其特征在于:所述磁电位器包含两个传感单元。3.根据权利要求1-2所述的磁电位器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：白建民，王建国，黎伟，
申请(专利权)人：无锡乐尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：