專利名稱：磁性檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用磁阻效應(yīng)的磁性檢測裝置，更具體地說，涉及具有改進結(jié)構(gòu)的磁性檢測裝置。
背景技術(shù)：
以往，霍爾元件或磁阻元件已被廣泛地用于磁性檢測裝置。然而，這些元件中只有少數(shù)能夠達到滿意的磁性檢測靈敏度。因此，已經(jīng)提出了各種關(guān)于用高靈敏度磁性檢測元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的磁阻元件方案。這些方案包括如日本特開平6-281712(1994)號公報所公開的基于非晶線(amorphous wire)應(yīng)用的磁阻元件和如日本特開平8-075835(1996)號公報所公開的基于薄膜應(yīng)用的磁阻元件。
盡管任何形狀的任何磁阻元件都表現(xiàn)出其自身的具有高靈敏度的磁性檢測特性，但是因為元件本身的磁性檢測特性是非線性的，如在如圖14所示的非晶線的磁阻特性情況，例如日本特開平6-176930(1994)號公報和日本特開平6-347489(1994)號公報所公開的，這種設(shè)置通過施加偏磁場改進施加的磁場的阻抗變化的線性關(guān)系，或者在磁阻元件上卷繞負反饋線圈后，對負反饋線圈施加與磁阻元件兩端的電壓成比例的電流，以提供具有優(yōu)良線性度的磁檢測元件。
在常規(guī)的方法中，對卷繞于磁阻元件上的線圈施加偏磁場，必須在磁阻元件上卷繞兩種線圈，一個用于產(chǎn)生偏壓，另一個用于產(chǎn)生反饋，這增加了磁阻元件的尺寸。由于增加了尺寸，磁阻元件的磁阻和偏壓線圈和反饋線圈的磁阻分別增加，這樣需要增加饋給這些線圈的電流量，因而難以降低能耗。
作為解決該問題的手段，通過盡可能地減小磁阻元件的尺寸，可降低磁阻元件和線圈之間的磁阻。但是，在使用非晶線時，由于線的拉伸強度不同，也就是說，由于磁致伸縮效應(yīng)的不同，使輸出成為可變量。
根據(jù)磁致伸縮效應(yīng)，磁性靈敏度越小，也就是說，磁組元件越小，則磁致伸縮效應(yīng)越大。這又導(dǎo)致了各種問題。例如，當(dāng)使用減小尺寸的非晶線時，磁性檢測的精確度幾乎不能提高，而且進一步地，當(dāng)磁致伸縮效應(yīng)隨溫度和其它因素而變化時，它抗環(huán)境條件的耐用性仍然不足。圖15示范性地說明了使用非晶線的小尺寸的磁性檢測裝置。參考符號W表示非晶線，而C表示線圈。
此外，甚至當(dāng)使用具有線的或薄膜構(gòu)形的磁阻元件時，由于用于磁阻元件制造的材料的透磁率和電阻率的不一致，并且由于元件的尺寸(長度、膜厚和膜寬等)的不一致，都會使磁阻元件的磁性靈敏度變成可變量。
圖16示范性說明了常規(guī)磁阻元件的常規(guī)磁檢測電路(磁性傳感器)。在該實例中，這種設(shè)置使在由高頻電流產(chǎn)生器OSC供給磁阻元件1高頻電流時所產(chǎn)生的輸出電流，通過檢波電路A和放大電路B對外輸出，由此得到磁阻元件1的阻抗值。在執(zhí)行該過程時，通過可變電阻器VR調(diào)節(jié)輸出水平。
然而，在使用圖16所示的方法時，由于只能用可變電阻器VR來調(diào)節(jié)磁阻元件1的可變的靈敏度，這極難使靈敏度的偏差最小化。此外，為了通過使用上述檢測電路來使磁阻元件1的靈敏度偏差最小，則需要調(diào)節(jié)并校正每一個檢測電路，因而使成本大幅增加。盡管可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)和校正檢測電路，但因為無法校正由檢測電路隨使用時間產(chǎn)生的質(zhì)量退化所引起的輸出漂移效應(yīng)，該問題又使補償精度很難得到提高。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種不會因為抗環(huán)境條件的耐用性不足或隨著使用時間磁檢測電路的質(zhì)量退化而引起檢測精度降低的、改進的高精度和低成本磁檢測電路。
為了解決上述問題，根據(jù)權(quán)利要求1的本發(fā)明，其由下述特征表征設(shè)置提供磁阻效應(yīng)的磁阻元件；用于對該電阻元件的兩端施加交流(AC)電流的端子；多個用于對該磁阻元件施加偏磁場的線圈和端子；和多個用于對該磁阻元件施加負反饋磁場的線圈和端子；其中所述磁阻元件、那些用于對所述磁阻元件施加偏磁場的線圈和端子、以及那些用于對所述磁阻元件施加負反饋磁場的線圈和端子，通過樹脂模制工藝整體地組裝在一起。
根據(jù)權(quán)利要求2的本發(fā)明，其由下述特征表征設(shè)置一對分別提供磁阻效應(yīng)的磁阻元件；多個用于對一對所述磁阻元件的兩端施加交流電流的端子；多個用于對一對所述磁阻元件施加偏磁場的線圈和端子；和多個用于對一對所述磁阻元件施加負反饋磁場的線圈和端子；其中一對所述磁阻元件、多個用于施加所述偏磁場的所述線圈和端子、和多個用于施加所述負反饋磁場的所述線圈和端子通過樹脂模制工藝整體地組裝在一起。
在根據(jù)權(quán)利要求2的本發(fā)明中，關(guān)于用于對磁阻元件施加所述負反饋磁場的線圈，其允許設(shè)置成由使用一單線圈構(gòu)成，以提供一對具有相同磁場方向的所述磁阻元件(其對應(yīng)于根據(jù)權(quán)利要求3的本發(fā)明)。
根據(jù)權(quán)利要求4的本發(fā)明，其由下述特征表征設(shè)置至少兩個分別提供磁阻效應(yīng)的磁阻元件；對至少兩個磁阻元件的兩端施加交流電流的端子；用于對多個所述磁阻元件施加偏磁場的磁體；和用于對多個所述磁阻元件施加負反饋磁場的線圈和端子；其中多個所述磁阻元件、所述磁體和多個用于對多個所述磁阻元件施加所述負反饋磁場的線圈和端子通過樹脂模制工藝整體地組裝在一起。
在權(quán)利要求1-4任一項的本發(fā)明中，可整體地形成這樣的電路，該電路對磁阻元件輸出的信號與從這些元件的輸出成比例(其對應(yīng)于權(quán)利要求5的本發(fā)明)。
在權(quán)利要求1-5任一項的本發(fā)明中，允許使用上述的薄膜型磁阻元件(其對應(yīng)于權(quán)利要求6的本發(fā)明)。


在所附附圖中圖1是本發(fā)明磁性檢測裝置的第一實施方案的分解透視圖。
圖2表示連續(xù)組裝本發(fā)明磁性檢測裝置的基本元件的系列加工過程。
圖3是示范性說明構(gòu)成圖1所示磁性檢測裝置的磁性檢測電路的示意性方框圖。
圖4(a)-(d)是磁性檢測裝置中交流偏壓電流的曲線圖。
圖5是磁阻元件中磁場產(chǎn)生方向的示意圖。
圖6是磁場檢測過程中顯示本發(fā)明磁性檢測裝置特性的略圖。
圖7(a)-(b)引證了在本發(fā)明磁性檢測裝置的操作過程中的磁場檢測方向。
圖8顯示了磁性屏蔽機制。
圖9是本發(fā)明磁性檢測裝置的第二實施方案的分解透視圖。
圖10是用于消除外部干擾磁場的方法的示意圖。
圖11是本發(fā)明磁性檢測裝置的第三實施方案的分解透視圖。
圖12(a)-(f)顯示了本發(fā)明磁性檢測裝置的直流偏壓電流。
圖13是本發(fā)明磁性檢測裝置的第四實施方案的分解透視圖。
圖14是解釋非晶線的磁阻特性的略圖。
圖15顯示了使用非晶線的磁性檢測裝置的簡化構(gòu)造。
圖16顯示了常規(guī)磁性檢測電路的電路圖。
具體實施例方式
圖1是實施本發(fā)明的第一實施方案磁性檢測裝置的分解透視圖。參考數(shù)字1表示具有薄膜構(gòu)形的磁阻元件。參考數(shù)字3表示由插入模制成型工藝(insert-molding process)在磁阻元件1的外側(cè)上形成的樹脂線軸。參考數(shù)字4表示用于對磁阻元件1施加偏磁場的線圈。參考數(shù)字5表示用于對磁阻元件1施加負反饋磁場的線圈。參考數(shù)字6表示用于保護磁阻元件1及線圈4和5不受各種環(huán)境損害的樹脂殼，其中樹脂殼6通過插入模制成型工藝形成。參考數(shù)字2表示用于對磁阻元件1的兩端施加高頻電流，并且也用于對線圈4和5施加電流的端子。參考數(shù)字10表示包括以上所述元件的磁性檢測裝置。
圖2表示將上述元件連續(xù)組裝到與本發(fā)明相關(guān)的磁性檢測裝置中的一系列步驟的流程。
首先，通過包括焊接工藝(soldering process)、粘附和接合(bonding)方法的任何綜合方法(uniting methods)將磁阻元件1連接于引線框20(示于①中)一對端子之間(示于②中)。然后，如③所示，在連接有磁阻元件1的引線框20內(nèi)模塑樹脂線軸3。接著，如④所示，切除引導(dǎo)框架20后，在樹脂線軸3上分別卷繞偏壓線圈4和負反饋線圈5。接下來，如⑥所示，在帶有線圈4和5的線軸3上形成樹脂殼6。最后，折疊端子2，則完成了磁性檢測裝置10的制造過程。
因為有可能制造出尺寸為1平方毫米的薄膜磁阻元件，因此有可能將磁性檢測裝置10的外尺寸減小到約5立方毫米。這又使大幅降低磁阻元件1和線圈4和5之間的磁阻成為可能。
圖3是磁性檢測電路的簡化的示意性方框圖。
在圖3中，參考數(shù)字80表示用于對磁阻元件1施加高頻電流的元件驅(qū)動器。參考數(shù)字81表示驅(qū)動偏壓線圈4的偏壓驅(qū)動器。參考數(shù)字82表示檢波電路。參考數(shù)字83和84分別表示保持電路。參考數(shù)字85表示差分放大電路。參考數(shù)字86表示由例如電阻器組成的用于將輸出反饋到負反饋線圈5的反饋元件。參考數(shù)字87表示將差分放大電路85的電壓輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)值的電壓/數(shù)值轉(zhuǎn)換器。參考數(shù)字88表示由微電腦和其它裝置組成的補償運算操作裝置。
更具體地，首先，檢波電路82檢測由外部磁場引起的阻抗變化，然后，與施加給偏壓線圈4的波形的時間同步，保持電路83保持檢測波形的正側(cè)，而其它保持電路84保持其負側(cè)，因而使差分放大電路85檢測它們之間的差。
圖4(a)-(d)是當(dāng)對磁性檢測裝置10施加交流偏壓電流時的輸出曲線圖。該曲線圖顯示常規(guī)磁阻元件的特性。每個曲線圖顯示以零磁場為基準(zhǔn)，所得到的與磁場的方向無關(guān)的可選擇的傳感器輸出。
在圖4中，(a)和(b)涉及外部磁場保持在零狀態(tài)的情形(1)，其中當(dāng)以磁阻元件1的輸出檢測時，在正側(cè)和負側(cè)的輸出值彼此相同，這樣保持電路83和84的輸出值相等，因而差分放大電路85的輸出為零，如箭頭A所示。
在圖4中，(c)和(d)涉及施加外部磁場的情形(2)，其中當(dāng)以磁阻元件1的輸出檢測時，正側(cè)輸出和負側(cè)輸出之間的差為ΔV，這樣，保持電路83和84之間輸出值的差為ΔV。因此，差分放大電路85的輸出值為“α×ΔV”，如箭頭B所示。注意“α”表示差分放大電路85的增益。
如上所述，在施加任意磁場的狀態(tài)下，對偏壓線圈施加一已知的磁場后，通過計算實際的輸出值，則可自動計算出磁性檢測裝置的輸出靈敏度。因此，使用上述磁性檢測裝置的應(yīng)用，即使因為環(huán)境特性或隨時間質(zhì)量的退化，使磁阻元件1的磁性靈敏度產(chǎn)生變化，也能夠自動檢測出磁阻元件1的實際靈敏度，然后用圖4所示的方法自動較正磁性檢測裝置。
圖5為磁性檢測裝置中磁場產(chǎn)生方向的說明性略圖。
在圖5中，負反饋線圈5被卷繞在偏壓線圈4的外側(cè)，也允許將偏壓線圈4卷繞在負反饋線圈5的外側(cè)。如箭頭C所示，使通過負反饋線圈5的磁場方向相對于磁阻元件1的磁場檢測方向相反，能夠減少施加到磁阻元件1上的磁場，因而能夠在更大范圍內(nèi)檢測磁場。
圖6是示范性說明當(dāng)任意選擇負反饋元件86時，相對于可檢測磁場的磁性檢測裝置的輸出特性的略圖。發(fā)現(xiàn)在提供負反饋的情況下，可以檢測更大范圍的磁場。
圖7示范性說明了利用磁性檢測裝置10檢測電流的構(gòu)成，其中圖7(a)表示透視圖，圖7(b)表示俯視圖。
圖7(a)示范性說明了在裝有導(dǎo)電配線部件(current-donductivewiring unit)12的基板11上安裝磁性檢測裝置。7(b)中用虛線圓D表示由電流120產(chǎn)生的磁通。根據(jù)磁性檢測裝置10與磁通相對(against)的設(shè)置，能夠確定磁性檢測裝置10的輸出靈敏度。因此，取決于磁性檢測裝置10的怎樣設(shè)置，可以對應(yīng)于電流120的大小適當(dāng)調(diào)整磁性檢測裝置10輸出的靈敏度。
圖8示范性說明了使用磁性檢測裝置10檢測電流的過程中，磁性屏蔽結(jié)構(gòu)的構(gòu)成。將磁性屏蔽結(jié)構(gòu)13設(shè)置于圖7所示的結(jié)構(gòu)中。其形狀對應(yīng)于電流120的大小進行優(yōu)化是必要的。
圖9是本發(fā)明第二實施方案的磁性檢測裝置的分解透視圖。
與圖1所示的一個磁阻元件相反，第二實施方案的特征在于具有兩個磁阻元件1a和1b。由此，可以確定兩個磁阻元件1a和1b之間的輸出差，因此，能夠通過消除外部干擾磁場的負作用而檢測到實際的磁場。所以，有更高的檢測精度。
圖10是消除外部干擾磁場的方法的示意圖。
在圖10中，將由磁阻元件1a和1b相對于磁場S的可檢測磁場假設(shè)為Sa和Sb，并且進一步假設(shè)磁阻元件1a和1b相對于穩(wěn)定的外部干擾磁場N的可檢測磁場為N，則磁阻元件1a和1b之間的輸出差對應(yīng)于下面的等式(1)。
差分輸出＝1a的輸出-1b的輸出＝Sa+N-(Sb+N)＝Sa-Sb(1)因此，應(yīng)當(dāng)理解可以適當(dāng)?shù)貦z測磁場而不受穩(wěn)定外部干擾磁場N的負面影響。在圖10中，用箭頭N表示由外部干擾磁場N產(chǎn)生的磁通。
圖11是本發(fā)明第三實施方案的磁性檢測裝置的分解透視圖。
第三實施方案的特征在于，微磁體7取代了圖9所示的偏壓線圈4。微磁體7將DC偏壓電流施加到磁阻元件1a和1b。這意味著與使用偏壓線圈的情況相反，微磁體7不消耗電流。一般來說，需要大約30mA的電流用于偏壓線圈，因此，在用5V功率驅(qū)動微磁體7時，可節(jié)約大約150mW的驅(qū)動功率。
圖12(a)-(f)顯示利用圖11所示的微磁體7供給DC偏壓電流的特性。圖12所示的相對于外部磁場的傳感器的輸出特性顯示出常規(guī)磁阻元件的特性。這又說明了可以得到與磁場方向無關(guān)的任意的傳感器輸出，以零磁場為基準(zhǔn)。圖12(a)、(b)和(c)所示的情形(1)對應(yīng)于外部磁場為零的狀態(tài)，因而磁阻元件1a和1b的輸出相等，使保持電路83和84的輸出相等。結(jié)果，差分放大電路85的輸出值為零，如箭頭E所示。
在如圖12(d)、(e)和(f)所示的情形(2)中，在施加外部磁場ΔH的狀態(tài)下，磁阻元件1a和1b之間的輸出差為ΔV。因此，保持電路83和84之間的輸出差為ΔV，并且如箭頭F所示，差分放大電路85的輸出值對應(yīng)于下面的等式。
AxΔV(＝αx(ΔH-ΔH′))其中A表示差分放大電路85的增益。
圖13是本發(fā)明第四實施方案的磁性檢測裝置的分解透視圖。
第四實施方案的特征在于磁性檢測裝置內(nèi)的磁性檢測電路8，如圖3所示，其與圖1所示的磁性檢測裝置的構(gòu)造不同。由于這種設(shè)置，能夠提高傳感器信號的信噪比(S/N)。此外，通過內(nèi)存的用于每個磁阻元件1的由參照圖4所述的自動校準(zhǔn)得到的大量的較正數(shù)據(jù)，可以用更高的精度執(zhí)行磁性檢測操作。當(dāng)然，磁性檢測電路8也適用于圖9和圖11所示的磁性檢測裝置。
工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明，由于通過樹脂模制工藝的磁阻元件、偏壓線圈、負反饋線圈和端子的整體組件，使磁阻降低到最小成為可能，因而進一步使偏壓電流及負反饋電流減至最小。因此根據(jù)本發(fā)明能夠提供小型化的、低能耗的磁性檢測裝置。
此外，由于可以施加一已知磁場通過偏壓線圈，利用輸出自動檢測磁阻元件的實際靈敏度，因此本發(fā)明可提供具有優(yōu)良的抗環(huán)境因素的耐用的高精度磁性檢測裝置。
進一步，由于能產(chǎn)生負反饋電流以減少可檢測的磁場，因此通過增加負反饋電流，能夠調(diào)節(jié)相對于檢測的磁場的磁性檢測裝置的輸出靈敏度。所以，能夠提供一種低能耗的磁性檢測裝置，該磁性檢測裝置能夠在寬范圍內(nèi)檢測磁性，而不會引起檢測的磁場使磁性檢測裝置的輸出電勢飽和。
此外，通過檢測兩個磁阻元件的輸出差，可以消除外部干擾磁場的負作用，因而本發(fā)明能夠提供低能耗和高精度的磁性檢測裝置。
進一步，用微磁體給磁阻元件施加偏磁場，使施加給偏壓線圈的電流進一步降低，因而有利于進一步降低能耗。
又，通過在內(nèi)部提供信號處理電路(即，磁性檢測電路)，可以提高傳感器信號的信噪比(S/N)。尤其是，通過由大量的內(nèi)部儲存的較正數(shù)據(jù)的應(yīng)用提高了適當(dāng)?shù)墓δ埽商峁┛弓h(huán)境侵害的耐用性優(yōu)良、高精度和低能耗的磁性檢測裝置。
此外，由于形成了薄膜型磁阻元件，幾乎不受由磁阻效應(yīng)引起的輸出變化的影響，該磁阻效應(yīng)通常在線型磁阻元件中引起問題。因此，本發(fā)明能夠提供一種高精度且低能耗的磁性檢測裝置。
權(quán)利要求
1.一種磁性檢測裝置，其包括提供磁阻效應(yīng)的磁阻元件；用于對所述磁阻元件的兩端施加AC電流的端子；用于對所述磁阻元件施加偏磁場的線圈及端子；和用于對所述磁阻元件施加負反饋磁場的線圈及端子；其中所述磁性檢測裝置的特征在于通過樹脂模制工藝整體組合所述磁阻元件、用于對所述磁阻元件施加偏磁場的所述線圈和所述端子、以及用于對所述磁阻元件施加負反饋磁場的所述線圈和所述端子。
2.一種磁性檢測裝置，其包括分別提供磁阻效應(yīng)的一對磁阻元件；多個用于對所述磁阻元件的每一個的兩端施加AC電流的端子；多個用于對所述磁阻元件的每一個施加偏磁場的線圈和端子；和多個用于對所述磁阻元件的每一個施加負反饋磁場的線圈和端子；其中所述磁性檢測裝置的特征在于通過樹脂模制工藝整體組合所述磁阻元件、用于對每個所述磁阻元件施加偏磁場的所述線圈和所述端子、以及用于對每個所述磁阻元件施加負反饋磁場的所述線圈和所述端子。
3.如權(quán)利要求2所述的磁性檢測裝置，其特征在于，所述用于對每個所述磁阻元件施加負反饋磁場的所述線圈包括一單一線圈，該單一線圈能夠提供一對具有相同方向磁場的所述磁阻元件。
4.一種磁性檢測裝置，包括至少兩個分別提供磁阻效應(yīng)的磁阻元件；多個用于對所述磁阻元件的每一個的兩端施加AC電流的端子；用于對所述磁阻元件的每一個施加偏磁場的磁體；和用于對所述磁阻元件的每一個施加負反饋磁場的一個線圈和多個端子；其中所述磁性檢測裝置的特征在于通過樹脂模制工藝整體組合所述磁阻元件、所述磁體和用于對每個所述磁阻元件施加負反饋磁場的所述線圈和所述端子。
5.如權(quán)利要求1-4任一項所述的磁性檢測裝置，其特征在于，所述磁性檢測裝置進一步包括一電路，該電路將信號輸出給所述磁阻元件，所述信號與從這些元件的輸出成比例，其中所述電路與所述元件整體地合成一體。
6.如權(quán)利要求1-5任一項所述的磁性檢測裝置，其特征在于，所述磁阻元件的每一個磁阻元件是薄膜型。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種小型的、低成本、低能耗的磁性檢測裝置。為了達到該目的，相對于提供磁阻效應(yīng)的磁阻元件(1)通過整體地形成包括偏壓線圈(4)和負反饋線圈(5)的樹脂結(jié)構(gòu)，該磁阻檢測裝置能降低元件(1)與線圈(4)和(5)之間的磁阻，因而，能夠?qū)哂薪档湍芎牡脑?1)提供偏磁場和負反饋磁場。
文檔編號G11B5/33GK1513119SQ0281077
公開日2004年7月14日 申請日期2002年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月6日
發(fā)明者工藤隆裕, 北出雄二郎, 二郎 申請人:富士電機株式會社