一種z?x軸磁電阻傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種Z?X軸磁電阻傳感器以測量齒輪或多磁極的參數(shù)，磁電阻傳感器為單芯片Z?X軸磁電阻傳感器，包括：位于X?Y平面上的襯底，位于襯底上的長條形軟磁通量集中器，以及位于軟磁通量集中器上或者下表面上的磁敏感方向沿X向的磁電阻傳感單元串，包括位于軟磁通量集中器Y軸中心線上、Y軸中心線兩側(cè)且等距的參考、推、挽磁電阻傳感單元串、以及兩個(gè)軟磁通量間隙的敏感磁電阻傳感單元串，且推、挽磁電阻傳感單元串和參考、敏感磁電阻傳感單元串交錯(cuò)排列，并連接成參考橋式X軸傳感器和推挽橋式Z軸傳感器；本發(fā)明具有傳感器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，低功耗、小尺寸，并能夠測量任何周期間距齒輪和多磁極的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種Z-X軸磁電阻傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及磁性傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種Z-X軸磁電阻傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]磁電阻齒輪或多磁極傳感器廣泛應(yīng)用于測量速度和位移量，其中齒輪包括平面條帶形齒輪或者圓形齒輪，此時(shí)，依靠背磁和齒輪之間形成的磁路，且齒輪在運(yùn)動(dòng)時(shí)其齒根和齒頂在依次經(jīng)過背磁時(shí)在磁電阻傳感器表面所產(chǎn)生的磁場的周期的變化，形成正弦形式的輸出信號(hào);而多磁極傳感器則為增量編碼器，采用平面條帶形或者圓形NS交替自由磁極，自由磁極在磁電阻傳感器上產(chǎn)生磁場，形成正弦形式的輸出信號(hào)，通常情況下，磁電阻傳感器輸出兩路相位差為90度的正弦信號(hào)時(shí)，輸出電壓信號(hào)具有最大值，并可以決定傳感器相對(duì)于齒輪或者多磁極的位置以及后者的移動(dòng)速度。
[0003]通常情況下，磁電阻傳感器為梯度類型，包括兩組分開特征距離的X或者Z軸磁電阻傳感器單元，且特征距離為齒輪或者多磁極的周期距離的1/4時(shí)，兩者相位差為90，此時(shí)輸出信號(hào)最強(qiáng)。
[0004]但是，對(duì)于齒輪或者多磁極的周期長度較大時(shí)，相應(yīng)也要求磁電阻傳感器中兩組磁電阻傳感單元也同樣要分開較大的特征距離，這對(duì)于磁電阻傳感器的尺寸和封裝形成了挑戰(zhàn)。
[0005]最近專利CN104197828A公布了一種單芯片偏軸磁電阻Z-X角度傳感器和測量儀，包括一個(gè)磁化方向沿圓形徑向的兩極形磁編碼器碼盤，以及一個(gè)單芯片的Z-X角度傳感器，所述Z-X角度傳感器位于圓形碼盤的切線方向，包括一個(gè)沿基片的X軸磁電阻傳感器，以及一個(gè)垂直于基片的Z軸磁電阻傳感器，測試時(shí)，Z軸方向沿磁編碼器碼盤的直徑方向，而X軸方向沿磁編碼器碼盤的切線方向，從而實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)相差為90度的兩個(gè)正弦信號(hào)的輸出，其特點(diǎn)在于X軸和Z軸磁電阻傳感器位于同一芯片內(nèi)，且可以為單芯片，且沒有分開特征距離的要求。
[0006]針對(duì)齒輪或多磁極位置和速度的測量問題，本發(fā)明提出了一種新的方案，即采用X-Z磁電阻傳感器，利用磁路的X軸、Z軸分量作為磁信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)齒輪或多磁極位置和速度的測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)齒輪或多磁極位置和速度的測量問題，本發(fā)明提出了一種新的方案，即采用Z-X磁電阻傳感器，利用磁路的X軸、Z軸分量作為磁信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)齒輪或多磁極位置和速度的測量。
[0008]本發(fā)明所提出的一種Z-X軸磁電阻傳感器，用于探測被測裝置如齒輪或者多磁極的位置、運(yùn)動(dòng)方向、速度和加速度，所述Z-X軸磁電阻傳感器位于與被測裝置的切平面平行且距離所述切平面預(yù)定間隙的工作平面上，所述Z-X軸磁電阻傳感器的X軸磁場敏感方向平行于所述切平面且沿所述被測裝置的切向運(yùn)動(dòng)方向，所述Z-X軸磁電阻傳感器的Z軸磁場敏感方向垂直于所述切平面，所述被測裝置為齒輪或多磁極，所述Z-X軸磁電阻傳感器為單芯片Z-X軸磁電阻傳感器，包括:
[0009]位于X-Y平面上的襯底，位于所述襯底上的長軸、短軸分別沿Y、X方向平行排列的多個(gè)長條形軟磁通量集中器，以及位于所述軟磁通量集中器上表面或者下表面上沿Y方向平行排列的多個(gè)磁場敏感方向沿X軸的磁電阻傳感單元串；
[0010]所述磁電阻傳感單元串包括:位于所述通量集中器的Y軸中心線上的參考磁電阻傳感單元串、位于所述通量集中器的Y軸中心線間隙處的敏感磁電阻傳感單元串，以及分別位于所述通量集中器Y軸中心線兩側(cè)并與所述Y軸中心線等距離的推磁電阻傳感單元串和挽磁電阻傳感單元串，且所述推磁電阻傳感單元串電連接成推臂、所述挽磁電阻傳感單元串電連接成挽臂、所述參考磁電阻傳感單元串電連接成參考臂、所述敏感磁電阻傳感單元串電連接成敏感臂，所述推臂、挽臂和所述參考臂、敏感臂進(jìn)一步連接成參考橋式X軸傳感器和推挽橋式Z軸傳感器，分別用于探測X和Z軸磁場分量;所述參考橋式X軸傳感器的磁電阻傳感單元串與所述推挽橋式Z軸傳感器的磁電阻傳感單元串交錯(cuò)排列。
[0011 ] 優(yōu)選的，組成所述磁電阻傳感單元串的磁電阻傳感單元為GMR或TMR磁電阻傳感單元，自上而下依次包括種子層、下電極層、被釘扎層、釘扎層、隔離層、自由層、偏置層、上電極層以及覆蓋層，所述隔離層的材料為A1203、Mg0或金屬，所述偏置層為交換偏置層或者永磁偏置層。
[0012]優(yōu)選的，
[0013]所述被釘扎層位于所述釘扎層遠(yuǎn)離所述隔離層的一側(cè)；
[0014]所述交換偏置層位于所述自由層遠(yuǎn)離所述隔離層的一側(cè)；
[0015]所述自由層、所述被釘扎層、所述被釘扎層以及所述偏置層中的至少一層的鐵磁材料由包含F(xiàn)e、Co、Ni中的至少一種的高磁導(dǎo)率軟磁材料構(gòu)成。
[0016]優(yōu)選的，所述被釘扎層磁化方向?yàn)閄軸方向，所述自由層磁化方向?yàn)閅軸方向。
[0017]優(yōu)選的，所述參考磁電阻傳感單元串、推磁電阻傳感單元串、挽磁電阻傳感單元串所對(duì)應(yīng)的所述軟磁通量集中器為占據(jù)軟磁通量集中器，其余所述軟磁通量集中器為空置軟磁通量集中器，所述參考磁電阻傳感單元串、推磁電阻傳感單元串、挽磁電阻傳感單元串位于同一個(gè)所述占據(jù)軟磁通量集中器上或分別位于三個(gè)所述占據(jù)軟磁通量集中器上或分別位于兩個(gè)所述占據(jù)軟磁通量集中器上;所述敏感磁電阻傳感單元串位于兩個(gè)所述空置軟磁通量集中器之間或位于兩個(gè)所述占據(jù)軟磁通量集中器之間或位于一個(gè)所述空置軟磁通量集中器和一個(gè)所述占據(jù)軟磁通量集中器之間。
[0018]優(yōu)選的，所述推磁電阻傳感單元串和所述挽磁電阻傳感單元串占據(jù)N個(gè)推挽磁電阻傳感單元區(qū)域Rl，R2，…，RN，所述參考磁電阻傳感單元串和所述敏感磁電阻傳感單元串占據(jù)M個(gè)參考敏感磁電阻傳感單元區(qū)域Pl，Ρ2，.._ ,PM，所述交錯(cuò)排列方式為以下任一種、兩種或者三種的組合:N為整數(shù)且N多I，Μ為整數(shù)且M彡I;
[0019]l)N=]\?t，(Rl，Pl)，...(Ri，Pi)...，(RN，PM)S(Pl，Rl)，...(Pi，Ri)...，(PM，RN);
[0020]2)N=2i，M = 21-l,時(shí);
[0021]Rl，(Pl，R2)，...(P1-l，Ri)，(Pi)，(Ri+l，Pi+l)，...(R21-l，P21-l)，R2i;
[0022]或者N=21-l，M = 2i，時(shí)；
[0023]Pl，(Rl，P2)，."(R1-l，Pi)，(Ri)，(Pi+l，Ri+l)r"(P21-l，R21-l)，P2i
[0024]3)N=2j-l,M = 2j-2,
[0025](Rl，Pl)，...(Rj-l，Pj-l)，Rj，(Pj，Rj+l)，...，(P2j-2，R2j_l)
[0026]或者]?= 2」-1少=2」-2，
[0027](Pl，Rl)，."(Pj-l，Rj-l)，Pi，(Rj，Pj+l)，."，(R2j-2，P2j_l);
[0028]所述i為整數(shù)且i彡l，j為整數(shù)且j>2。
[0029]優(yōu)選的，所述推挽磁電阻傳感單元區(qū)域包含一個(gè)或多個(gè)推磁電阻傳感單元串、以及一個(gè)或多個(gè)挽磁電阻傳感單元串，所述參考敏感磁電阻傳感單元區(qū)域包含一個(gè)或多個(gè)敏感磁電阻傳感單元串、以及一個(gè)或多個(gè)敏感磁電阻傳感單元串。
[0030]優(yōu)選的，所述推挽磁電阻傳感單元區(qū)域內(nèi)的軟磁通量集中器之間間隙相同，所述參考敏感磁電阻傳感單元區(qū)域內(nèi)的軟磁通量集中器之間間隙相同。
[0031 ]優(yōu)選的，
[0032]所述多磁極包含的磁極具有平行于切線方向的磁化強(qiáng)度，且相鄰兩個(gè)所述磁極分別具有反平行的磁化強(qiáng)度或者分別具有順時(shí)針與逆時(shí)針的反向磁化強(qiáng)度，
[0033]或者包含的磁極具有垂直于所述切平面方向的磁化強(qiáng)度，且所述相鄰兩個(gè)磁極分別具有反平行的磁化強(qiáng)度或者分別具有向心與離心的反向磁化強(qiáng)度。
[0034]優(yōu)選的，所述被測裝置還包括用于提供磁場以磁化所述齒輪的背磁;其中，
[0035]所述背磁為長方體永磁合金材料，其寬度和高度方向分別沿所述X軸和Z軸磁場敏感方向，且其磁化方向沿所述Z軸磁場敏感方向；
[0036]或，
[0037 ]所述背磁為圓柱形永磁合金材料，其磁化方向和軸向方向均沿所述Z軸磁場敏感方向；
[0038]或，
[0039]所述背磁為表面開有凹形槽的方塊永磁合金材料，所述凹形槽底面垂直于所述Z軸敏感方向，且磁化方向沿所述Z軸磁場敏感方向。
[0040]優(yōu)選的，所述Z-X軸磁電阻傳感器位于所述背磁和所述齒輪之間，且位于所述背磁表面。
[0041 ]優(yōu)選的，
[0042]所述齒輪測試時(shí)，所述背磁寬度大于所述齒輪周期間距的0.5倍；
[0043]或，
[0044]所述齒輪測試時(shí)，所述Z-X軸磁電阻傳感器和所述齒輪之間的特定間隙為大于0.1倍且小于1.0倍所述齒輪周期間距。
[0045]本發(fā)明具有傳感器結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，低功耗、小尺寸，并能夠測量任何周期間距齒輪和多磁極的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0046]為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0047]圖1為長條形齒輪及傳感器測試圖；
[0048]圖2為垂直磁化的長條形多磁極及傳感器測試圖；
[0049]圖3為平行磁化的長條形多磁極及傳感器測試圖；
[0050]圖4為徑向磁化的輪形多磁極及傳感器測試圖；
[0051 ]圖5為法向磁化的輪形多磁極及傳感器測試圖；
[0052]圖6為輪形齒輪及傳感器測試圖；
[0053]圖7為傳統(tǒng)X向齒輪或多磁極傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0054]圖8為傳統(tǒng)Z向齒輪或多磁極傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0055]圖9為傳統(tǒng)X向或Z向齒輪或多磁極傳感器信號(hào)輸出圖；
[0056]圖10為單芯片Z-X齒輪或多磁極傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0057]圖11為Z-X齒輪或多磁極傳感器信號(hào)輸出圖；
[0058]圖12為單芯片Z-X磁電組傳感器結(jié)構(gòu)圖；
[0059]圖13a為磁電組傳感單元結(jié)構(gòu)圖；
[0060]圖13b為磁電組傳感單元磁化方向示意圖；
[0061 ]圖14a為X軸磁電阻傳感器為參考橋式結(jié)構(gòu)圖；
[0062]圖14b為Z軸磁電阻傳感器為推挽橋式結(jié)構(gòu)圖
[0063]圖15a為參考磁電阻傳感單元串位置關(guān)系圖；
[0064]圖15b為推或挽磁電阻傳感單元串位置關(guān)系圖；
[0065]圖15c為挽或推磁電阻傳感單元串位置關(guān)系圖；
[0066]圖16a為對(duì)應(yīng)一個(gè)軟磁通量集中器時(shí)參考、推和挽磁電阻傳感單元串位置關(guān)系圖；
[0067]圖16b為對(duì)應(yīng)三個(gè)磁電阻傳感單元串時(shí)參考、推和挽磁電阻傳感單元串位置關(guān)系圖；
[0068]圖16c為對(duì)應(yīng)兩個(gè)磁電阻傳感單元串時(shí)參考、推和挽磁電阻傳感單元串位置關(guān)系圖；
[0069]圖17a為對(duì)應(yīng)兩個(gè)空置軟磁通量集中器時(shí)敏感磁電阻傳感單元串位置關(guān)系圖；
[0070]圖17b為對(duì)應(yīng)一個(gè)空置軟磁通量集中器和一個(gè)占據(jù)軟磁通量集中器時(shí)敏感磁電阻傳感單元串位置關(guān)系圖；
[0071]圖17c為敏感磁電阻傳感單元串位于兩個(gè)占據(jù)軟磁通量集中器之間示意圖；
[0072]圖18a為空置軟磁通量集中器示意圖；
[0073]圖18b為占據(jù)軟磁通量集中器示意圖；
[0074]圖19a為4000的排列方式示意圖；
[0075]圖19b為4001的排列方式示意圖；
[0076]圖20a為4002的排列方式示意圖；
[0077]圖20b為4003的排列方式示意圖；
[0078]圖21a為4004的排列方式示意圖；
[0079]圖21b為4005的排列方式示意圖；
[0080]圖22為Z-X磁電阻傳感器上磁電阻傳感單元串排列方式一示意圖；
[0081 ]圖23為Z-X磁電阻傳感器上磁電阻傳感單元串排列方式二示意圖；
[0082]圖24為Z-X磁電阻傳感器上磁電阻傳感單元串排列方式三示意圖；
[0083]圖25為Z-X磁電阻傳感器上磁電阻傳感單元串排列方式四示意圖；
[0084]圖26為Z-X磁電阻傳感器上磁電阻傳感單元串排列方式五示意圖；
[0085]圖27為塊形背磁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0086]圖28為圓柱形背磁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0087]圖29為開槽塊形背磁結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0088]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0089]實(shí)施例一
[0090]圖1-6為常見的幾種齒輪和多磁極及磁電阻傳感器測量示意圖。圖1為長條形齒輪及磁電阻傳感器測量示意圖，其中10為長條形齒輪，包括齒頭20以及齒頭間隙21，兩者之間的距離為長條形齒輪的周期間距，40為齒輪傳感器，位于平行于長條形齒輪齒頂?shù)钠矫?1上，且距離齒頂特定間隙，此外還包括位于齒輪傳感器表面的背磁3，其中齒輪傳感器40位于背磁3和長條形齒輪10之間，其中長條形齒輪10為軟磁合金材料，而背磁3為硬磁合金材料。
[0091]圖2和圖3為長條形多磁極及磁電阻傳感器測量示意圖的兩種形式，其中圖2中長條形多磁極11和圖3中的長條形多磁極12均包括多個(gè)自由磁極，且相鄰兩個(gè)自由磁極具有相反的磁化方向，其中圖2中的相鄰自由磁極30和31分別為Z方向的磁化方向，而圖3中的相鄰自由磁極40和41分別為X方向的磁化方向，所述自由磁極均為永磁合金材料，多磁極傳感器41和42分別位于平行于長條形多磁極11和12表面的平面82和83上，且距離長條形多磁極表面特定間隙，長條形多磁極具有特定周期間距。
[0092]圖4和圖5分別為輪形多磁極及磁電阻傳感器測量示意圖的兩種形式，其中圖4中輪形自由磁極13和圖5中的輪形自由磁極14均包含多個(gè)圓弧形自由磁極，且相鄰兩個(gè)自由磁極在極坐標(biāo)下具有相反的磁化方向，即圖4中的相鄰自由磁極50和51分別為向心和離心方向，而在圖5中的相鄰自由磁極60和61分別為正theta和反theta角度方向，其周期間距為Theta所對(duì)應(yīng)的圓弧，其中多磁極傳感器43和44分別位于平行于輪形多磁極13和14切平面的平面84和85上，且距離切平面特定間隙。
[0093]圖6為輪形齒輪及磁電阻傳感器測量示意圖，其中齒頭70周期圓形分布，相鄰齒頭間隙為71，同樣，其周期間距為Theta所對(duì)應(yīng)的圓弧，所述齒輪15為軟磁合金合金材料，磁輪傳感器45位于平行于所述磁輪切平面的平面86上，且距離齒輪切平面特定間隙，此外還包括背磁7，位于齒輪傳感器45表面，背磁7為永磁合金材料。
[0094]實(shí)施例二
[0095]圖7和8分別為傳統(tǒng)的齒輪或多磁極傳感器100和101結(jié)構(gòu)圖，其中齒輪或多磁極傳感器100和101分別包括兩個(gè)分開特征間距I和特征間距的兩個(gè)傳感單元200、201和300和301，其中圖7中的兩個(gè)磁電阻傳感單元200和201具有X軸磁場敏感方向Hxl和Hx2，圖8中的兩個(gè)磁電阻傳感單元300和301具有Z軸磁場敏感方向Hzl和Hz2，以上為在長條形磁極或者齒輪下的坐標(biāo)表示方法，對(duì)于輪形齒輪或者磁極，在極坐標(biāo)下，其對(duì)應(yīng)X軸的方向?yàn)門heta角度，對(duì)應(yīng)Z軸的方向?yàn)閞方向。
[0096]圖9為對(duì)應(yīng)圖7和圖8所示的傳統(tǒng)齒輪或者多磁極傳感器的信號(hào)輸出圖，輸出信號(hào)Vl和V2為相位差為90度的兩個(gè)正弦或余弦信號(hào)時(shí)，其輸出位置信號(hào)最強(qiáng)，此時(shí)，對(duì)于傳統(tǒng)齒輪或多磁極傳感器100和101的特征間距和多磁極或者齒輪的周期間距之間必須滿足如下關(guān)系，即特征間距為周期間距的1/4，因此對(duì)于大周期間距的多磁極或者齒輪，相應(yīng)的要求兩個(gè)磁電阻傳感單元增加安裝距離，導(dǎo)致芯片尺寸過大。
[0097]實(shí)施例三
[0098]圖10為本申請(qǐng)所提出的一種單芯片Z-X磁電阻傳感器的結(jié)構(gòu)圖，其中單芯片Z-X磁電阻傳感器102，包含單個(gè)磁電阻傳感單元400，能夠?qū)軸磁場和Y軸磁場進(jìn)行響應(yīng)，包含X軸磁電阻傳感器和Z軸磁電阻傳感器，X和Z軸磁電阻傳感器具有相同的磁場敏感區(qū)域，且相互交錯(cuò)。
[0099]圖11為圖1-6所示的不同種類的齒輪或者多磁極傳感器工作時(shí)，當(dāng)齒輪或者多磁極相對(duì)于傳感器相對(duì)移動(dòng)一個(gè)周期間距時(shí)，傳感器位置上的X軸磁場分量和Z軸磁場分量的分布圖，可以看出，X軸磁場分量Bx和Z軸磁場分量Bz都具有正余弦特征，并且相位差為90度，具有和傳統(tǒng)齒輪或者多磁極傳感器相同的效果，必須強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，對(duì)于圖2-5所示的多磁極，傳感器在多磁極表面任何間隙上都能滿足工作條件，但是對(duì)于圖1和6所示的齒輪傳感器，必須滿足一定的工作間隙范圍，此外，其背磁還必須滿足一定的寬度，及沿周期間隙方向的寬度，其工作間隙范圍為，背磁寬度大于所述齒輪周期間距的0.5倍，工作間隙為大于0.1小于1.0倍所述齒輪周期間距。
[0100]其優(yōu)點(diǎn)在于，所述單芯片Z-X磁電阻傳感器不需要分開特征間距，而是對(duì)同一區(qū)域的X磁場和Z磁場分量進(jìn)行測量，因此Z-X磁電阻傳感器尺寸更小。
[0101]實(shí)施例四
[0102]圖12為本申請(qǐng)所提出的一種單芯片Z-X磁電阻傳感器900，包括位于X-Y平面上的襯底901，位于襯底上面的磁電阻傳感單元層902，以及軟磁通量集中器層903，且磁電阻傳感單元層902位于軟磁通量集中器層903上表面或者下表面，圖13為磁電阻傳感單元結(jié)構(gòu)圖，圖13a磁電組傳感單元800依次包括，種子層801，下電極層802，釘扎層803，被釘扎層804，隔離層805，自由層806，偏置層807，上電極層808以及覆蓋保護(hù)層809，其中隔離層805可為A1203，MgO或者金屬層Cu，自由層806或者被釘扎層804為包含F(xiàn)e、Co、Ni的高磁導(dǎo)率軟磁合金材料，被釘扎層為反鐵磁材料IrMn或者PtMn，或者包含鐵磁材料層/金屬中間層/鐵磁材料層，偏置層為永磁合金材料層或者交換偏置層如反鐵磁材料材料層如PtMn或者IrMn，或者包含鐵磁材料/金屬中間層/鐵磁材料層，圖13b為磁電組傳感單元磁化方向，其中自由層磁化方向沿長軸方向，釘扎層磁化方向沿短軸方向，兩者為90度夾角。
[0103]圖14為X軸磁電阻傳感器和Z軸磁電阻傳感器的橋式結(jié)構(gòu)圖，其中14a所示為X軸磁電阻傳感器為參考橋式結(jié)構(gòu)，包含參考磁電組傳感單元以及敏感磁電組傳感單元，圖14b為Z軸磁電阻傳感器為推挽橋式結(jié)構(gòu)，包含推磁電組傳感單元和挽磁電組傳感單元。
[0104]圖15為三種磁電阻傳感單元串示意圖，其特征在于，磁電阻傳感單元串位于長條形軟磁通量集中器上，其中，15a為參考磁電組傳感單元串3000，其中磁電阻傳感單元串3003位于長條形軟磁通量集中器3001的Y軸中心線3002上，圖15b和15c分別為推或挽磁電組傳感單元串3004，3008，其中磁電組傳感單元串3006和3011分別位于長條形軟磁通量集中器3007和3009的中心線3005和3010的兩側(cè)，且距離中心線相同距離。
[0105]圖16為圖15所示的參考、推、挽磁電阻傳感單元串的排列結(jié)構(gòu)圖，其中圖16a的3013中，三種磁電阻傳感單元串推、挽磁電組傳感單元串3015和3013以及參考磁電阻傳感單元串3017分別位于一個(gè)長條形軟磁通量集中器上，而圖16b的3018中，三種磁電阻傳感單元串即推磁電組傳感單元串3022、挽磁電阻傳感單元串3023、參考磁電阻傳感單元串3024分別位于三個(gè)長條形軟磁通量集中器上，圖16c的3025，3032和3038中，三種磁電阻傳感單元串位于兩個(gè)長條形軟磁通量集中器上，其中16cl的推挽磁電阻傳感單元串3029和3027占據(jù)其中一個(gè)長條形軟磁通量集中器3027，而參考磁電阻傳感單元串3028占據(jù)另一個(gè)長條形軟磁通量集中器3026，圖16c2的推磁電組傳感單元串3035和參考磁電阻傳感單元串3034占據(jù)其中一個(gè)軟磁通量集中器3034，挽磁電阻傳感單元串3037則占據(jù)另一個(gè)軟磁通量集中器3033，圖16c3中，挽磁電阻傳感單元串3043和參考磁電阻傳感單元串3042占據(jù)其中一個(gè)軟磁通量集中器3039，推磁電組傳感單元串3041占據(jù)另一個(gè)軟磁通量集中器3040。
[0106]圖17為敏感磁電阻傳感單元的位置圖，17a中3044為敏感磁電阻傳感單元串3047位于兩個(gè)空置軟磁通量集中器3045和3046之間，17b中3048為敏感磁電阻傳感單元串3051位于一個(gè)空置軟磁通量集中器3049和一個(gè)占據(jù)軟磁通量集中器3059之間，17c中3052為敏感磁電阻傳感單元串3055位于兩個(gè)占據(jù)軟磁通量集中器3052和3053之間。
[0107]圖18為長條形軟磁通量集中器類型圖，其中18a中的3056為空置軟磁通量集中器，上面沒有任何磁電阻傳感單元串，而18b為占據(jù)軟磁通量集中器，上面有磁電阻傳感單元串，空置型軟磁通量集中器的作用在于，使得磁電阻傳感單元串所處位置具有均勻磁場，或者使得磁電阻傳感單元串滿足空間對(duì)稱性分布的特征。
[0108]實(shí)施例五
[0109]圖19-21為單芯片Z-X磁電阻傳感器的典型的磁電阻傳感單元串排列圖，為了保證X軸磁電阻傳感器和Z軸磁電阻傳感器具有相同的磁場感應(yīng)區(qū)間，要求X軸磁電阻傳感單元串所對(duì)應(yīng)的參考、敏感磁電阻傳感單元串和Z軸磁電阻傳感單元串所對(duì)應(yīng)的推、挽磁電阻傳感單元串交錯(cuò)排列，假設(shè)推磁電阻傳感單元串和挽磁電阻傳感單元串占據(jù)N(N為大于等于I的整數(shù))個(gè)推挽磁電阻傳感單元區(qū)域Rl，R2，…，RN，參考磁電阻傳感單元串和敏感磁電阻傳感單元串占據(jù)M(M為大于等于I的整數(shù))個(gè)參考敏感磁電阻傳感單元區(qū)域Pl，Ρ2，.._ ,PM，則交錯(cuò)排列方式為以下任一種、兩種或者三種的組合:
[0110]l)N=]\?t，(Rl，Pl)，...(Ri，Pi)...，(RN，PM)S(Pl，Rl)，...(Pi，Ri)...，(PM，RN);
[0111]2)N=2i，M = 21-l，(i為大于等于I的整數(shù))時(shí);
[0112]Rl，(Pl，R2)，...(P1-l，Ri)，(Pi)，(Ri+l，Pi+l)，...(R21-l，P21-l)，R2i;
[0113]或者N=2i_l，M = 2i，(i為大于等于I的整數(shù))時(shí)；
[0114]Pl，(Rl，P2)，."(R1-l，Pi)，(Ri)，(Pi+l，Ri+l)r"(P21-l，R21-l)，P2i
[0115]3)N=21-l，M = 21-2，(i為大于等于2的整數(shù))時(shí)；
[0116](Rl，Pl)，...(R1-l，P1-l)，Ri，(Pi，Ri+l)，".，(P21-2，R21-l)
[0117]或者M(jìn) = 21-l，N=2i_2，(i為大于等于2的整數(shù))
[0118](Pl，Rl)，."(P1-l，R1-l)，Pi，(Ri，Pi+l)，."，(R21-2，P21-l)
[0119]其中圖19a中4000和19b中的4001分別對(duì)應(yīng)第一種排列方式，4000排列為Z1/X1/Z2/X2/Z3/X3，4001 排列為 X1/Z1/X2/Z2/X3/Z3。
[0120]圖20為對(duì)應(yīng)第二種排列方式，其中20a中的4002排列為X1/Z1/X2/Z2/Z3/X3/Z4/X4，其中，Z2和Z3構(gòu)成一個(gè)共同的區(qū)域，而20b中的4003排列為Z1/X1/Z2/X2/X3/Z3/X4/Z4，其中，X2和X3構(gòu)成一個(gè)共同的區(qū)域。
[0121]圖21為對(duì)應(yīng)第三種排列方式，其中21a中的4004排列為X1/Z1/X2/Z2/X3/Z3/X4/Z4/X5，而 21b 的 4005排列為 Z1/X1/Z2/X2/Z3/X3/Z4/X4/Z5。
[0122]圖22-26對(duì)應(yīng)為Z-X軸磁電阻傳感器的磁電阻傳感單元排列圖，圖22所示的5000為一種對(duì)應(yīng)參考、推、挽磁電阻傳感單元串位于一個(gè)長條形軟磁通量集中器上，且敏感磁電阻傳感單元串位于兩個(gè)占據(jù)軟磁通量集中器間，或者敏感磁電阻傳感單元串位于I個(gè)占據(jù)軟磁通量集中器和I個(gè)空置軟磁通量集中器之間，其磁電阻傳感單元串排列順序?yàn)榈诙N結(jié)構(gòu)。
[0123]圖23所示5001和圖24所示5002中，參考磁電阻傳感單元串對(duì)應(yīng)一個(gè)軟磁通量集中器，推、挽磁電阻傳感單元串對(duì)應(yīng)I個(gè)共同的軟磁通量集中器，敏感磁電阻傳感單元串對(duì)應(yīng)兩個(gè)占據(jù)軟磁通量集中器或者一個(gè)空置軟磁通量集中器和一個(gè)占據(jù)軟磁通量集中器，此外還有空置軟磁通量集中器位于X和Z交界處以及邊緣，作用為保證磁場均勻性，其磁電阻傳感單元串排列順序?yàn)閄11/Z11/X12，或者Z21/X22/Z22的交錯(cuò)排列方式，X和Z均對(duì)應(yīng)多個(gè)同類參考磁電阻傳感單元串，而后進(jìn)行交錯(cuò)排列。
[0124]圖25所示5003和圖26所示5004中，磁電阻傳感單元串排列順序?yàn)榱硪环N方式；Z31/X32/Z32/X32，或者X41/Z41/X42/Z42的交錯(cuò)排列方式，X和Z均對(duì)應(yīng)多個(gè)同類參考磁電阻傳感單元串，而后進(jìn)行交錯(cuò)排列。
[0125]需要指出的是，推挽磁電阻傳感單元區(qū)域包含一個(gè)或多個(gè)推磁電阻傳感單元串、以及一個(gè)或多個(gè)挽磁電阻傳感單元串，參考敏感磁電阻傳感單元區(qū)域包含一個(gè)或多個(gè)敏感磁電阻傳感單元串、以及一個(gè)或多個(gè)參考磁電阻傳感單元串。
[0126]推挽磁電阻傳感單元區(qū)域內(nèi)的軟磁通量集中器之間間隙相同，所述參考、敏感磁電阻傳感單元區(qū)域內(nèi)的軟磁通量集中器之間間隙相同。
[0127]實(shí)施例六
[0128]圖27-29分別為背磁所對(duì)應(yīng)的幾種結(jié)構(gòu)圖，其中圖27為塊形背磁，其磁化方向?yàn)檠馗叨确较颍掖烹娮鑲鞲衅魑挥谄渲幸粋€(gè)磁極N或S表面上。
[0129]圖28為柱狀背磁，其磁化方向沿軸向，且磁電阻傳感器位于其中一個(gè)磁極N或者S表面上。
[0130]圖29為表面開有凹槽的塊形背磁，其磁化方向?yàn)榇怪庇诎疾鄣撞康姆较颍掖烹娮鑲鞲衅魑挥陂_有凹槽的表面的上方。
[0131]雖然通過實(shí)施例描繪了本申請(qǐng)，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本申請(qǐng)有許多變形和變化而不脫離本申請(qǐng)的精神，希望所附的權(quán)利要求包括這些變形和變化而不脫離本申請(qǐng)的精神。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Z-X軸磁電阻傳感器，所述Z-X軸磁電阻傳感器位于與被測裝置的切平面平行且距離所述切平面預(yù)定間隙的工作平面上，所述Z-X軸磁電阻傳感器的X軸磁場敏感方向平行于所述切平面且沿所述被測裝置的切向運(yùn)動(dòng)方向，所述Z-X軸磁電阻傳感器的Z軸磁場敏感方向垂直于所述切平面，所述被測裝置為齒輪或多磁極，其特征在于，所述Z-X軸磁電阻傳感器為單芯片Z-X軸磁電阻傳感器，包括: 位于X-Y平面上的襯底，位于所述襯底上的長軸、短軸分別沿Y、X方向平行排列的多個(gè)長條形軟磁通量集中器，以及位于所述軟磁通量集中器上表面或者下表面上沿Y方向平行排列的多個(gè)磁場敏感方向沿X軸的磁電阻傳感單元串； 所述磁電阻傳感單元串包括:位于所述通量集中器的Y軸中心線上的參考磁電阻傳感單元串、位于所述通量集中器的Y軸中心線間隙處的敏感磁電阻傳感單元串，以及分別位于所述通量集中器Y軸中心線兩側(cè)并與所述Y軸中心線等距離的推磁電阻傳感單元串和挽磁電阻傳感單元串，且所述推磁電阻傳感單元串電連接成推臂、所述挽磁電阻傳感單元串電連接成挽臂、所述參考磁電阻傳感單元串電連接成參考臂、所述敏感磁電阻傳感單元串電連接成敏感臂，所述推臂、挽臂和所述參考臂、敏感臂進(jìn)一步連接成參考橋式X軸傳感器和推挽橋式Z軸傳感器，分別用于探測X和Z軸磁場分量;所述參考橋式X軸傳感器的磁電阻傳感單元串與所述推挽橋式Z軸傳感器的磁電阻傳感單元串交錯(cuò)排列。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于，組成所述磁電阻傳感單元串的磁電阻傳感單元為GMR或TMR磁電阻傳感單元，自下而上依次包括種子層、下電極層、被釘扎層、釘扎層、隔離層、自由層、偏置層、上電極層以及覆蓋層，所述隔離層的材料為Α1203、MgO或金屬，所述偏置層為交換偏置層或者永磁偏置層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于， 所述被釘扎層位于所述釘扎層遠(yuǎn)離所述隔離層的一側(cè)； 所述交換偏置層位于所述自由層遠(yuǎn)離所述隔離層的一側(cè)； 所述自由層、所述被釘扎層、所述被釘扎層以及所述偏置層中的至少一層的鐵磁材料由包含F(xiàn)e、Co、Ni中的至少一種的高磁導(dǎo)率軟磁材料構(gòu)成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于，所述被釘扎層磁化方向?yàn)閄軸方向，所述自由層磁化方向?yàn)閅軸方向。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于，所述參考磁電阻傳感單元串、推磁電阻傳感單元串、挽磁電阻傳感單元串所對(duì)應(yīng)的所述軟磁通量集中器為占據(jù)軟磁通量集中器，其余所述軟磁通量集中器為空置軟磁通量集中器，所述參考磁電阻傳感單元串、推磁電阻傳感單元串、挽磁電阻傳感單元串位于同一個(gè)所述占據(jù)軟磁通量集中器上或分別位于三個(gè)所述占據(jù)軟磁通量集中器上或分別位于兩個(gè)所述占據(jù)軟磁通量集中器上;所述敏感磁電阻傳感單元串位于兩個(gè)所述空置軟磁通量集中器之間或位于兩個(gè)所述占據(jù)軟磁通量集中器之間或位于一個(gè)所述空置軟磁通量集中器和一個(gè)所述占據(jù)軟磁通量集中器之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于，所述推磁電阻傳感單元串和所述挽磁電阻傳感單元串占據(jù)N個(gè)推挽磁電阻傳感單元區(qū)域Rl，R2，…，RN，所述參考磁電阻傳感單元串和所述敏感磁電阻傳感單元串占據(jù)M個(gè)參考敏感磁電阻傳感單元區(qū)域Pl，Ρ2，.._ ,PM，所述交錯(cuò)排列方式為以下任一種、兩種或者三種的組合:N為整數(shù)且N多1，M為整數(shù)且M>1; 1)N=]\?t，(Rl，Pl)，...(Ri，Pi)...，(RN，PM)S(Pl，Rl)，...(Pi，Ri)...，(PM，RN); 2)N=2i，M=21-l,時(shí)； Rl，(Pl，R2)，...(P1-l，Ri)，(Pi)，(Ri+l，Pi+l)，...(R21-l，P21-l)，R2i; 或者N=2i_l，M=2i，時(shí)； Pl，(R1，P2),".(R1-UPi), (Ri)，(Pi+l，Ri+l)，...(P21-l，R21-l)，P2i 3)N=2j-l，M=2j-2， (Rl，Pl)，...(Rj-l，Pj-l)，Rj，(Pj，Rj+l)，...，(P2j-2，R2j-l) 或者1=2]_-1少=2]_-2， (PI，R1)，…(Pj-1，Rj-l)，Pi，(Rj，Pj+l)，…，(R2j-2，P2j-1); 所述i為整數(shù)且i多I，j為整數(shù)且j彡2。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于，所述推挽磁電阻傳感單元區(qū)域包含一個(gè)或多個(gè)推磁電阻傳感單元串、以及一個(gè)或多個(gè)挽磁電阻傳感單元串，所述參考敏感磁電阻傳感單元區(qū)域包含一個(gè)或多個(gè)敏感磁電阻傳感單元串、以及一個(gè)或多個(gè)敏感磁電阻傳感單元串。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于，所述推挽磁電阻傳感單元區(qū)域內(nèi)的軟磁通量集中器之間間隙相同，所述參考敏感磁電阻傳感單元區(qū)域內(nèi)的軟磁通量集中器之間間隙相同。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于， 所述多磁極包含的磁極具有平行于切線方向的磁化強(qiáng)度，且相鄰兩個(gè)所述磁極分別具有反平行的磁化強(qiáng)度或者分別具有順時(shí)針與逆時(shí)針的反向磁化強(qiáng)度， 或者包含的磁極具有垂直于所述切平面方向的磁化強(qiáng)度，且相鄰兩個(gè)所述磁極分別具有反平行的磁化強(qiáng)度或者分別具有向心與離心的反向磁化強(qiáng)度。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于，所述被測裝置還包括用于提供磁場以磁化所述齒輪的背磁;其中， 所述背磁為長方體永磁合金材料，其寬度和高度方向分別沿所述X軸和Z軸磁場敏感方向，且其磁化方向沿所述Z軸磁場敏感方向； 或， 所述背磁為圓柱形永磁合金材料，其磁化方向和軸向方向均沿所述Z軸磁場敏感方向； 或， 所述背磁為表面開有凹形槽的方塊永磁合金材料，所述凹形槽底面垂直于所述Z軸敏感方向，且磁化方向沿所述Z軸磁場敏感方向。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于，所述Z-X軸磁電阻傳感器位于所述背磁和所述齒輪之間，且位于所述背磁表面。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種Z-X軸磁電阻傳感器，其特征在于， 所述背磁的寬度大于所述齒輪周期間距的0.5倍； 或， 所述Z-X軸磁電阻傳感器和所述齒輪之間的特定間隙為大于0.1倍且小于1.0倍所述齒輪周期間距。
【文檔編號(hào)】G01D5/245GK106052725SQ201610403592
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】詹姆斯·G·迪克, 周志敏
【申請(qǐng)人】江蘇多維科技有限公司