磁傳感器芯片、磁傳感器、測速方法及測距方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種磁傳感器芯片和磁傳感器。該磁傳感器芯片具有至少兩個惠斯通電橋電路，并且至少有兩個所述惠斯通電橋電路的對稱中心線不重合。該磁傳感器芯片體積小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于集成，便于批量生產(chǎn)，而且還具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、分辨率高、穩(wěn)定性高、可靠性高和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代社會對磁傳感器的微型化，集成化，低功耗及高性能等諸多發(fā)展要求。本發(fā)明還提供一種測量速度的方法和測量距離的方法。
【專利說明】磁傳感器芯片、磁傳感器、測速方法及測距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磁傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種磁傳感器芯片、磁傳感器、測量速度的方法以及測量距離的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]速度是在工業(yè)領(lǐng)域和日常生活中常見的參考量，例如衛(wèi)星的發(fā)射速度、火車或汽車的行駛速度、機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)速度、自行車或跑步機(jī)的速度。因此，用于測量速度的測速裝置在工業(yè)領(lǐng)域和日常生活中隨處可見。
[0003]圖1為目前常用的一種測量齒輪旋轉(zhuǎn)速度的測速裝置示意圖。如圖1所示，測速裝置包括磁感應(yīng)線圈1，磁感應(yīng)線圈I作為測速磁傳感器設(shè)置在凸形齒輪2的上方。當(dāng)凸形齒輪2的齒頂和齒槽交替地掃過磁感應(yīng)線圈I時，在磁感應(yīng)線圈I中會輸出近似正弦的脈沖信號，該脈沖信號的輸出頻率與凸形齒輪2的轉(zhuǎn)速成正比，經(jīng)計(jì)算，即可獲得凸形齒輪的轉(zhuǎn)速以及依附于該凸形齒輪的物體的運(yùn)行速度。
[0004]在實(shí)際應(yīng)用中，為滿足測速裝置的測量靈敏度和精度的要求，磁感應(yīng)線圈I必須設(shè)置足夠多匝繞組，這增加了測速裝置的體積。而且，盡管可以通過增加繞組的匝數(shù)來提高測速裝置的靈敏度和精度，然而，這種測速裝置的靈敏度仍然較低。另外，目前廣泛使用的測速裝置制作還具有成本高、工藝復(fù)雜、響應(yīng)慢、分辨率低、穩(wěn)定性和可靠性較差等諸多缺陷，越來越不能適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的需要。
[0005]因此，需要開發(fā)一種高靈敏度、高分辨率且能夠滿足小型化要求的測速裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是針對現(xiàn)有測速裝置存在的上述缺陷，提供一種磁傳感器芯片和磁傳感器，其體積小，成本低，而且響應(yīng)速度快，靈敏度、分辨率、穩(wěn)定性和可靠性高。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供一種測速方法，其能夠準(zhǔn)確地測出被測物體的速度。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供一種測距方法，其能夠準(zhǔn)確地測出兩個被測物體之間的距離。
[0009]為此，本發(fā)明提供一種磁傳感器芯片，包括N個惠斯通電橋電路，所述每個惠斯通電橋電路包括至少一對磁感應(yīng)膜，每對所述磁感應(yīng)膜在其長度方向上的對稱中心線為所述惠斯通電橋電路的對稱中心線，至少有兩個所述惠斯通電橋電路的對稱中心線不重合，其中，N為≥2的整數(shù)。
[0010]其中，至少兩個所述惠斯通電橋電路的對稱中心線平行且相距一定距離。
[0011]其中，同一所述惠斯通電橋電路所包含的所述磁感應(yīng)膜的釘扎方向相同。
[0012]其中，同一所述惠斯通電橋電路所包含的所述磁感應(yīng)膜的釘扎方向相反。
[0013]其中，所述惠斯通電橋電路包括第一磁感應(yīng)膜、第二磁感應(yīng)膜、第一電極、第二電極和公共電極，所述第一電極設(shè)置在所述第一磁感應(yīng)膜的首端，所述第二電極設(shè)置在所述第二磁感應(yīng)膜的首端，所述公共電極將所述第一磁感應(yīng)膜的尾端與所述第二磁感應(yīng)膜的尾端電連接，利用導(dǎo)線和所述第一電極、所述第二電極、所述公共電極將所述第一磁感應(yīng)膜和所述第二磁感應(yīng)膜電連接成惠斯通半橋電路，而且所述第一電極和所述第二電極分別接地和接電源，所述公共電極作為所述惠斯通電橋電路的信號輸出端。
[0014]其中，所述惠斯通電橋電路包括第一磁感應(yīng)膜、第二磁感應(yīng)膜、第三磁感應(yīng)膜、第四磁感應(yīng)膜、第一電極、第二電極、第三電極和第四電極，
[0015]其中，所述第一磁感應(yīng)膜和所述第二磁感應(yīng)膜構(gòu)成一對磁感應(yīng)膜，所述第三磁感應(yīng)膜和所述第四磁感應(yīng)膜構(gòu)成另一對磁感應(yīng)膜；
[0016]所述第一電極設(shè)置在所述第一磁感應(yīng)膜和所述第二磁感應(yīng)膜的首端，所述第二電極設(shè)置在所述第三磁感應(yīng)膜和所述第四磁感應(yīng)膜的尾端，所述第三電極設(shè)置在所述第一磁感應(yīng)膜的尾端和所述第三磁感應(yīng)膜的首端，所述第四電極設(shè)置在所述第二磁感應(yīng)膜的尾端和所述第四磁感應(yīng)膜的首端；
[0017]所述第一電極和所述第四電極分別接地和接電源，所述第二電極和所述第三電極作為所述惠斯通電橋電路的信號輸出端。
[0018]其中，N個所述惠斯通電橋電路中的所述磁感應(yīng)膜的端部齊平。
[0019]其中，M個所述惠斯通電橋電路中的所述磁感應(yīng)膜的端部不與其它N-M個所述惠斯通電橋電路中的所述磁感應(yīng)膜的端部齊平，1≤M≤ N的整數(shù)。
[0020]其中，至少有一個所述惠斯通電橋電路的一個所述磁感應(yīng)膜被設(shè)置在另一個所述惠斯通電橋電路中的兩個所述磁感應(yīng)膜之間。
[0021 ] 其中，所述磁感應(yīng)膜為連續(xù)不間斷的薄膜。
[0022]其中，所述磁感應(yīng)膜包括多段薄膜段，所述薄膜段通過導(dǎo)線依次電連接。
[0023]其中，所述磁敏感膜為霍爾效應(yīng)膜、各向異性磁電阻膜、巨磁電阻膜、隧道磁電阻膜、巨磁阻抗膜或巨霍爾效應(yīng)膜。
[0024]其中，所述磁傳感器芯片用于測量速度和距離。
[0025]本發(fā)明還提供一種磁傳感器，包括磁傳感器芯片、印刷電路板、殼體和處理單元，所述磁傳感器芯片用于感應(yīng)被測物體上的磁標(biāo)識，其固定于所述印刷電路板并與所述處理單元連接，所述磁傳感器芯片和所述印刷電路板設(shè)于所述殼體內(nèi)，且所述磁傳感器芯片與設(shè)置在所述殼體上的導(dǎo)磁孔相對，所述磁傳感器芯片采用本發(fā)明提供的所述的磁傳感器芯片，所述處理單元根據(jù)所述磁傳感器芯片獲得的差分信號以及兩個惠斯通電橋電路的對稱中心線之間的距離獲得被測物體的速度。
[0026]其中，所述殼體采用鐵氧體材料或坡莫合金材料制作，或者采用金屬材料制作，并在其表面涂覆由鐵氧體材料或坡莫合金材料制作的鍍層。
[0027]本發(fā)明還提供一種測速方法，包括以下步驟:
[0028]提供測速磁傳感器，所述測速磁傳感器本發(fā)明提供的所述磁傳感器；
[0029]被測物體經(jīng)過所述測速磁傳感器時，所述磁傳感器芯片中對稱中心線不重合的所述惠斯通電橋電路分別獲得各自的差分信號；
[0030]根據(jù)對稱中心線不重合的兩個所述惠斯通電橋電路的差分信號獲得所述被測物體經(jīng)過所述兩個惠斯通電橋電路時的時差；[0031]獲取所述對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路的對稱中心線之間的距離；
[0032]根據(jù)所述對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路的時差和距離獲得所述被測物體的運(yùn)動速度。
[0033]其中，兩個所述惠斯通電橋電路的差分信號的相位差為所述被測物體通過該兩個所述惠斯通電橋電路時的時差。
[0034]本發(fā)明還提供一種測量距離的方法，包括以下步驟:
[0035]獲取磁傳感器，所述磁傳感器采用本發(fā)明提供的所述磁傳感器；
[0036]使所述磁傳感器恒速依次經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體；
[0037]所述磁傳感器經(jīng)過第一被測物體時，根據(jù)所述磁傳感器的差分信號獲得所述磁傳感器經(jīng)過所述第一被測物體時的時間tl ；
[0038]所述磁傳感器經(jīng)過所述第二被測物體時，根據(jù)所述磁傳感器的差分信號獲得所述磁傳感器經(jīng)過所述第二被測物體時的時間t2 ；
[0039]根據(jù)磁傳感器經(jīng)過所述第一被測物體時的時間tl和經(jīng)過所述第二被測物體時的時間t2獲得磁傳感器經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體的時間差A(yù)t ;
[0040]獲得磁傳感器的速度U;
[0041]根據(jù)磁傳感器經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體的時間差A(yù)t以及磁傳感器的速度U獲得第一被測物體和第二被測物體之間的距離。
[0042]優(yōu)選地，所述磁傳感器經(jīng)過所述第一被測物體和所述第二被測物體時的時間由所述磁傳感器中同一惠斯通電橋電路的差分信號獲得。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]圖1為目前常用的一種測量齒輪旋轉(zhuǎn)速度的測速裝置示意圖；
[0044]圖2a為本發(fā)明實(shí)施例磁傳感器芯片的結(jié)構(gòu)圖；
[0045]圖2b為本發(fā)明實(shí)施例磁傳感器芯片測速的原理圖；
[0046]圖3a為本發(fā)明另一實(shí)施例磁傳感器芯片的結(jié)構(gòu)圖；
[0047]圖3b為本發(fā)明另一實(shí)施例磁傳感器芯片的原理圖；
[0048]圖4a為本發(fā)明又一實(shí)施例磁傳感器芯片的結(jié)構(gòu)圖，其中，構(gòu)成兩個惠斯通半橋的磁感應(yīng)膜的端部不齊平；
[0049]圖4b為本發(fā)明又一實(shí)施例磁傳感器芯片的結(jié)構(gòu)圖，其中，構(gòu)成兩個惠斯通全橋的磁感應(yīng)膜的端部不齊平；
[0050]圖5a為本發(fā)明又一實(shí)施例磁傳感器芯片的結(jié)構(gòu)圖，其中，第一惠斯通半橋嵌套在第二惠斯通半橋內(nèi)；
[0051]圖5b為本發(fā)明又一實(shí)施例磁傳感器芯片的結(jié)構(gòu)圖，其中，第一惠斯通全橋嵌套在第二惠斯通全橋內(nèi)；
[0052]圖6a為本發(fā)明再一實(shí)施例磁傳感器芯片的結(jié)構(gòu)圖，其中，磁傳感器芯片包括三個惠斯通半橋；
[0053]圖6b為本發(fā)明再一實(shí)施例磁傳感器芯片的結(jié)構(gòu)圖，其中，磁傳感器芯片包括三個斯通全橋；
[0054]圖7為本發(fā)明實(shí)施例利用磁傳感器芯片測量速度的波形圖；[0055]圖8a為本發(fā)明實(shí)施例磁傳感器的外形結(jié)構(gòu)圖；
[0056]圖Sb為本發(fā)明實(shí)施例磁傳感器的分解圖；
[0057]圖9為本發(fā)明實(shí)施例測速方法的流程圖；
[0058]圖10為本發(fā)明實(shí)施例測量距離的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059]為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的磁傳感器芯片、磁傳感器、測速方法和測量距離的方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0060]本實(shí)施例提供的磁傳感器芯片，包括N個惠斯通電橋電路，所述每個惠斯通電橋電路包括至少一對相互平行的磁感應(yīng)膜，而且，相互平行的一對所述磁感應(yīng)膜的對稱中心線為所述惠斯通電橋電路的對稱中心線,其中至少有兩個所述惠斯通電橋電路的對稱中心線不重合，N為≥2的整數(shù)。
[0061]圖2a為本發(fā)明實(shí)施例磁傳感器芯片的結(jié)構(gòu)圖。如圖2a所示，磁傳感器芯片包括兩個惠斯通電橋電路，每一惠斯通電橋電路均包括一對相互平行的第一磁感應(yīng)膜21a和第二磁感應(yīng)膜21b，第一磁感應(yīng)膜21a的首端設(shè)置第一電極22a，第二磁感應(yīng)膜21b的首端設(shè)置第二電極22b，第一磁感應(yīng)膜21a的尾端與第二磁感應(yīng)膜21b的尾端設(shè)置公共電極22c，即公共電極22c將第一磁感應(yīng)膜21a的尾端與第二磁感應(yīng)膜21b的尾端電連接，利用導(dǎo)線(圖中未不出)和第一電極22a、第二電極22b、公共電極22'將第一磁感應(yīng)膜21a和第二磁感應(yīng)膜21b電連接成惠 斯通半橋電路。第一電極22a和第二電極22b分別接地和接電源，例如第一電極22a接地，第二電極22b接電源；或者第一電極22a接電源，第二電極22b接地；公共電極22'作為惠斯通半橋的信號輸出端。
[0062]需要說明的是，為便于描述，上文以及下文所提及的磁感應(yīng)膜的首端和尾端均是從讀者的角度觀察，磁感應(yīng)膜的左端定義為磁感應(yīng)膜的首端，磁感應(yīng)膜的右端定義為磁感應(yīng)膜的尾端。實(shí)際上，磁感應(yīng)膜的首端和尾端僅是一個相對的概念。
[0063]圖2b為本發(fā)明實(shí)施例磁傳感器芯片的測速的原理圖。如圖2b所示，第一磁感應(yīng)膜21a和第二磁感應(yīng)膜21b的對稱中心線為惠斯通半橋的對稱中心線。本實(shí)施例兩個惠斯通半橋的對稱中心線相互平行，而且兩個惠斯通半橋的對稱中心線之間的距離為d。d值可以根據(jù)生產(chǎn)要求(如磁傳感器芯片的體積)或測量精度要求任意設(shè)定。但在磁傳感器芯片制作完成后，d值即確定。需要指出的是，即使兩個惠斯通半橋的對稱中心線不完全平行設(shè)置，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。但在實(shí)際應(yīng)用中，惠斯通半橋的對稱中心線平行的測量精度更高。
[0064]圖2b中箭頭表示磁感應(yīng)膜的釘扎方向。本實(shí)施例第一磁感應(yīng)膜21a和第二磁感應(yīng)膜21b的釘扎方向相反，但本發(fā)明并不局限于此。第一磁感應(yīng)膜21a和第二磁感應(yīng)膜21b的釘扎方向也可以相同。不難理解，當(dāng)構(gòu)成磁傳感器芯片的兩個惠斯通電橋電路中，一個惠斯通電橋電路中的磁感應(yīng)膜的釘扎方向相同，另一個惠斯通電橋電路中的磁感應(yīng)膜的釘扎方向相反，同樣屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0065]在另一實(shí)施例中，如圖3a所示，磁傳感器芯片包括兩個惠斯通電橋電路，每一惠斯通電橋電路均包括第一磁感應(yīng)膜21a、第二磁感應(yīng)膜21b、第三磁感應(yīng)膜21c、第四磁感應(yīng)膜21d、第一電極22a、第二電極22b、第三電極22c和第四電極22d，其中，第一磁感應(yīng)膜21a和第二磁感應(yīng)膜21b構(gòu)成一對磁感應(yīng)膜，第三磁感應(yīng)膜21c和第四磁感應(yīng)膜21b構(gòu)成另一對磁感應(yīng)膜。
[0066]第一電極22a設(shè)置在第一磁感應(yīng)膜21a和第二磁感應(yīng)膜21b的首端，即，第一電極22a電連接第一磁感應(yīng)膜21a和第二磁感應(yīng)膜21b的首端；第二電極22b設(shè)置在第三磁感應(yīng)膜21c和第四磁感應(yīng)膜21d的尾端，即，第二電極22b電連接第三磁感應(yīng)膜21c和第四磁感應(yīng)膜21d的尾端；第三電極22c設(shè)置在第一磁感應(yīng)膜21a的尾端和第三磁感應(yīng)膜21c的首端，即，第三電極22c電連接第一磁感應(yīng)膜21a的尾端和第三磁感應(yīng)膜21c的首端；第四電極22d設(shè)置在第二磁感應(yīng)膜21b的尾端和第四磁感應(yīng)膜21d的首端，即，第四電極22d電連接第二磁感應(yīng)膜21b的尾端和第四磁感應(yīng)膜21d的首端。利用導(dǎo)線、第一電極22a、第二電極22b、第三電極22c和第四電極22d將第一磁感應(yīng)膜2la、第二磁感應(yīng)膜2lb、第三磁感應(yīng)膜21c和第四磁感應(yīng)膜21d電連接成惠斯通全橋電路。第一電極22a和第四電極22d分別接地和接電源，例如，第一電極22a接地，第四電極22d接電源；或者，第一電極22a接電源，第四電極22d接地；第二電極和第三電極作為惠斯通電橋電路的信號輸出端。
[0067]圖3b為本發(fā)明另一實(shí)施例磁傳感器芯片的測速原理圖。在圖3b中，箭頭表示磁感應(yīng)膜的釘扎方向。兩個惠斯通全橋電路中的磁感應(yīng)膜均相反，即每一惠斯通全橋電路中，第一磁感應(yīng)膜21a和第二磁感應(yīng)膜21b的釘扎方向相反，第三磁感應(yīng)膜21c和第四磁感應(yīng)膜21d的釘扎方向相反。兩個惠斯通全橋的對稱中心線之間的距離為d。第一磁感應(yīng)膜21a和第二磁感應(yīng)膜的對稱中心線為惠斯通全橋的對稱中心線。
[0068]本實(shí)施例采用的磁敏感膜可以為霍爾效應(yīng)膜、各向異性磁電阻膜、巨磁電阻膜、隧道磁電阻膜、巨磁阻抗膜或巨霍爾效應(yīng)膜。磁敏感膜可以為連續(xù)不間斷的薄膜，也可以包括多段薄膜段，而且薄膜段依次通過導(dǎo)線電連接。
[0069]此外，磁傳感器芯片中惠斯通電橋電路的設(shè)置方式可以按照圖2a和圖3a所示方式設(shè)置，即，兩個惠斯通電橋電路中的磁感應(yīng)膜的端部在縱向(垂直于磁感應(yīng)膜的方向)齊平，但本發(fā)明并不局限于此。兩個惠斯通電橋電路中的磁感應(yīng)膜的端部可以不齊平。如圖4a所示，磁傳感器芯片包括兩個惠斯通半橋，其中，第一惠斯通半橋41的首端與第二惠斯通半橋42的首端在縱向方向不齊平，而且第一惠斯通半橋41的首端比第二惠斯通半橋42的首端偏左，當(dāng)然，第一惠斯通半橋41的首端也可以比第二惠斯通半橋42的首端偏右。如圖4b所示，磁傳感器芯片包括兩個惠斯通全橋，其中，第一惠斯通全橋41，的首端與第二惠斯通全橋42'的首端在縱向方向不齊平，即第一惠斯通全橋41'的首端比第二惠斯通全橋42'的首端偏左，當(dāng)然，第一惠斯通全橋41'的首端也可以比第二惠斯通全橋42'的首端偏右。
[0070]換言之，如果磁傳感器芯片包括N個惠斯通電橋電路，那么，其中的M個惠斯通電橋電路中的磁感應(yīng)膜的端部不與其它N-M個惠斯通電橋電路中的磁感應(yīng)膜的端部齊平，I≤M≤N的整數(shù)。
[0071]在上述實(shí)施例中，兩個惠斯通電橋電路一上一下設(shè)置，即兩個惠斯通電橋電路互不嵌套。兩個惠斯通電橋電路也可以采用以下方式設(shè)置。如圖5a所示，磁傳感器芯片包括兩個惠斯通半橋，其中，第一惠斯通半橋51的磁敏感膜設(shè)置在第二惠斯通半橋52的磁敏感膜的中間，即，將第一惠斯通半橋51嵌置在第二惠斯通半橋52內(nèi)。再如圖5b所示，磁傳感器芯片包括兩個惠斯通全橋，其中，第一惠斯通全橋51'的磁敏感膜設(shè)置在第二惠斯通全橋52'的磁敏感膜的中間，即，將第一惠斯通全橋51'嵌置在第二惠斯通全橋52'內(nèi)。
[0072]上述實(shí)施例傳感器芯片中僅設(shè)有兩個惠斯通電橋電路，傳感器芯片中也可以設(shè)置三個或更多個惠斯通電橋電路，如圖6a所示，磁傳感器芯片包括三個惠斯通半橋，三個惠斯通半橋依次平行設(shè)置。再如圖6b所示，磁傳感器芯片包括三個惠斯通全橋，三個惠斯通全橋依次平行設(shè)置。不管惠斯通電橋電路的如何設(shè)置，都要確保磁傳感器芯片中至少有兩個惠斯通電橋電路的對稱中心線不重合。
[0073]不難理解，圖4a、圖4b、圖5a、圖5b、圖6a以及圖6b僅是示例性的介紹了幾種磁傳感器芯片的設(shè)置方式，這幾種設(shè)置方式可以任意組合使用。例如，磁傳感器芯片包括四個惠斯通電橋電路，其中，第二惠斯通電橋電路和第三惠斯通電橋電路嵌套在第一惠斯通電橋電路內(nèi)，而且，第二惠斯通電橋電路和第三惠斯通電橋電路的首端不齊平，第四惠斯通電橋電路與第一惠斯通電橋電路的首端齊平。
[0074]另外，上述實(shí)施例中，磁感應(yīng)膜的長度均相等，但磁感應(yīng)膜的長度不等同樣能達(dá)到本發(fā)明測速的目的，也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0075]本實(shí)施例磁傳感器芯片的測速原理如下:當(dāng)被測物體經(jīng)過磁傳感器芯片時，磁傳感器芯片中的惠斯通電橋電路能夠感應(yīng)設(shè)置在被測物體上的磁標(biāo)記并獲得差分信號。磁傳感器芯片中設(shè)有至少兩個惠斯通電橋電路，不同的惠斯通電橋電路分別獲得各自的差分信號(電壓信號)，兩個差分信號的相位差T即是與之對應(yīng)的兩個惠斯通電橋電路的時差。兩個惠斯通電橋電路的對稱中心線之間的距離d在磁傳感器芯片制作完成后即確定。用距離d除時差T即獲得被測物體的速度。
[0076]圖7為本發(fā)明實(shí)施例磁傳感器芯片測量速度的波形圖。在圖7中，橫坐標(biāo)表不時間(t)，單位秒(S)，縱坐標(biāo)表示惠斯通的差分信號(V)，tl和t2分別表示兩個惠斯通電橋電路的差分信號達(dá)到峰值時的時間。Δt表示差分信號的時差。
[0077]本實(shí)施例磁傳感器芯片包括N個惠斯通電橋電路，N≥2，其中，至少有兩個惠斯通電橋電路的對稱中心線不重合,對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路根據(jù)被測物體磁標(biāo)識而獲得各自的差分信號，根據(jù)差分信號獲得被測物體經(jīng)過兩個惠斯通電橋電路的時差，利用該時差和兩個惠斯通電橋電路對稱中心線之間的距離獲得被測物體的速度。該磁傳感器芯片體積小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易于集成，便于批量生產(chǎn)，而且還具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、分辨率高、穩(wěn)定性高、可靠性高和功耗低等優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代社會對磁傳感器的微型化，集成化，低功耗及高性能等諸多發(fā)展要求。
[0078]本實(shí)施例還提供一種磁傳感器，如圖8a和圖8b所不,磁傳感器包括殼體81、磁傳感器芯片82、印刷電路板83和處理單元(圖中未示出)。其中，磁傳感器芯片82固定于殼體81內(nèi)并與設(shè)置在殼體81上的導(dǎo)磁孔811相對，其用于感應(yīng)被測物體上的磁標(biāo)識并輸出差分信號，磁傳感器芯片82輸出至少兩個差分信號。本實(shí)施例磁傳感器芯片82的具體結(jié)構(gòu)詳見上文磁傳感器芯片。
[0079]處理單元可以根據(jù)需要設(shè)于殼體81的內(nèi)側(cè)或殼體81的外側(cè)。當(dāng)處理單元設(shè)置在殼體81的外側(cè)時，可以通過焊針85將磁傳感器芯片82的信號輸出端與處理單元連接。處理單元用于根據(jù)磁傳感器芯片輸出的兩個差分信號以及與該差分信號對應(yīng)的兩個惠斯通電橋電路對稱中心線之間的距離獲得被測物體的速度。
[0080]殼體81采用鐵氧體材料或坡莫合金材料制作，或者采用金屬材料制作，并在其表面涂覆由鐵氧體材料或坡莫合金材料制作的鍍層。殼體81 —方面可以防止磁傳感器芯片被碰撞而損壞，另一方面可以減少外界其它磁場對磁傳感器芯片的影響，從而提高磁傳感器的精度。
[0081]本實(shí)施例提供的磁傳感器由于采用磁傳感器芯片來感應(yīng)磁標(biāo)識，因此具有體積小，成本低，易于集成的優(yōu)點(diǎn)；而且還具有響應(yīng)速度快，靈敏度、分辨率、穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0082]本實(shí)施例還提供一種測速方法，用于測量物體的運(yùn)行速度。如圖9所示，測速方法包括以下步驟:
[0083]步驟S11，提供測速磁傳感器。
[0084]測速磁傳感器采用本實(shí)施例提供的磁傳感器。使用時，將測速磁傳感器設(shè)置在能夠感應(yīng)到被測物體上磁標(biāo)識的位置。
[0085]步驟S12，被測物體經(jīng)過測速磁傳感器時，磁傳感器芯片中對稱中心線不重合的所述惠斯通電橋電路分別獲得各自的差分信號。
[0086]被測物體經(jīng)過測速磁傳感器時，磁傳感器芯片中的惠斯通電橋電路將感應(yīng)被測物體上的磁標(biāo)識，并產(chǎn)生差分信號。在磁傳感器芯片中可以設(shè)置兩個以上惠斯通電橋電路，但至少有兩個對稱中心線不重合惠斯通電橋電路。本實(shí)施例以兩個對稱中心線不重合的惠斯通電橋電路為例，磁傳感器獲得兩個對稱中心線不重合的惠斯通電橋電路的差分信號。
[0087]步驟S13，根據(jù)對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路的差分信號獲得被測物體經(jīng)過兩個惠斯通電橋電路時的時差。
[0088]兩個惠斯通電橋電路差分信號的相位差A(yù)T即為被測物體經(jīng)過兩個惠斯通電橋電路時的時差A(yù)t。
[0089]步驟S14，獲取對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路的對稱中心線之間的距離。
[0090]當(dāng)磁傳感器芯片制作完成后，對稱中心線不重合的惠斯通電橋電路的對稱中心線之間的距離即確定。因此，在使用磁傳感器測速時，對稱中心線不重合的惠斯通電橋電路的對稱中心線之間的距離是已知的。
[0091]步驟S15，根據(jù)對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路的時差和距離獲得被測物體的速度。
[0092]距離除去時差即獲得被測物體的速度。
[0093]本實(shí)施例測速方法是根據(jù)磁傳感器芯片獲得差分信號獲得被測物體的速度，該測速方法具有測速快，靈敏度、分辨率、穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0094]本發(fā)明還提供一種測量距離的方法。如圖10所示，測量距離的方法包括以下步驟:
[0095]步驟S21,獲取磁傳感器。
[0096]所述磁傳感器采用本實(shí)施例提供的所述磁傳感器。使用時，將磁傳感器設(shè)置在移動載體上，并使磁傳感器能夠感應(yīng)到被測物體上磁標(biāo)識的位置。
[0097]步驟S22，使磁傳感器恒速依次經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體。
[0098]在移動載體的承載下，磁傳感器依次經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體。當(dāng)磁傳感器經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體時，設(shè)置在磁傳感器內(nèi)的惠斯通電橋電路將感應(yīng)磁標(biāo)識而產(chǎn)生差分信號。使用者可以根據(jù)實(shí)際使用情況任意設(shè)定磁傳感器的速度。
[0099]步驟S23，當(dāng)磁傳感器經(jīng)過第一被測物體時，根據(jù)磁傳感器獲得的差分信號得到磁傳感器經(jīng)過第一被測物體時的時間(時刻)tl。
[0100]磁傳感器經(jīng)過第一被測物體時，磁傳感器中的惠斯通電橋電路將感應(yīng)第一被測物體的磁標(biāo)識而獲得差分信號，該差分信號的峰值即為磁傳感器經(jīng)過第一被測物體時的時間tl。
[0101]步驟S24，當(dāng)磁傳感器經(jīng)過第二被測物體時，根據(jù)磁傳感器獲得的差分信號得到磁傳感器經(jīng)過第二被測物體時的時間t2。
[0102]磁傳感器經(jīng)過第二被測物體時，磁傳感器中的惠斯通電橋電路將感應(yīng)第二被測物體內(nèi)的磁標(biāo)識而獲得的差分信號，該差分信號的峰值即為磁傳感器經(jīng)過第二被測物體時的時間t2。
[0103]在本實(shí)施例的磁傳感器中設(shè)有兩個以上惠斯通電橋電路，當(dāng)磁傳感器經(jīng)過被測物體時，每一惠斯通電橋電路都會輸出一個差分信號。為提高測量的精度，優(yōu)選地，在步驟S23和步驟S24中，磁傳感器經(jīng)過第一被測物體和所述第二被測物體時的時間由磁傳感器中同一惠斯通電橋電路的差分信號獲得。不難理解，如果磁傳感器中僅設(shè)置一個惠斯通電橋電路同樣可以用于實(shí)施距離的測量，這也屬于本實(shí)施例測量距離的方法的保護(hù)范圍。
[0104]步驟S25，獲得磁傳感器經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體的時間差。
[0105]根據(jù)磁傳感器經(jīng)過第 一被測物體時的時間tl和磁傳感器經(jīng)過第二被測物體時的時間t2獲得磁傳感器經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體的時間差A(yù)t=t2_tl。
[0106]步驟S26，獲取磁傳感器的速度U。
[0107]磁傳感器的速度U可以預(yù)先設(shè)定，即在測量距離之前首先設(shè)定磁傳感器的速度。當(dāng)然，磁傳感器的速度U也可以在磁傳感器的運(yùn)行過程中實(shí)時獲得，測速方法如上述實(shí)施例提供的測速方法，在此不再贅述。
[0108]需要說明的是，如果在測距之前預(yù)先設(shè)定磁傳感器的速度U，那么磁傳感器的速度U可以在步驟S22之前獲取。如果磁傳感器的速度U是在測距過程中實(shí)時獲得，那么磁傳感器的速度U可以在步驟S23或步驟S24中獲得。具體地，當(dāng)磁傳感器經(jīng)過第一被測物體時，磁傳感器中的惠斯通電橋電路輸出各自的差分信號，根據(jù)對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路獲得的差分信號獲得第一相位差Λ Tl，ATl=Ui ~t2! ,tl!和t2'為對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路差分信號達(dá)到峰值時的時間，根據(jù)第一相位差△!!和與之對應(yīng)的惠斯通電橋電路對稱中線之間的d獲得磁傳感器的速度U。
[0109]當(dāng)磁傳感器經(jīng)過第二被測物體時，磁傳感器中的惠斯通電橋電路輸出各自的差分信號，根據(jù)對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路獲得的差分信號獲得第二相位差ΔΤ2, AT2=t3/ -t4'，t3'和t4'為對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路差分信號達(dá)到峰值時的時間，根據(jù)第二相位差ΛΤ2和與之對應(yīng)的惠斯通電橋電路對稱中線之間的d獲得磁傳感器的速度U。
[0110]步驟S27，根據(jù)磁傳感器經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體的時間差以及磁傳感器的速度獲得第一被測物體和第二被測物體之間的距離。
[0111]第一被測物體和第二被測物體之間的距離S=UX (tl-t2)。
[0112]如果實(shí)時測量磁傳感器的速度，那么，第一被測物體和第二被測物體之間的距離S=UX (tr -t3')或S=UX(t2' -t4')。其中，tl'和t2'為磁傳感器中同一惠斯通電橋經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體時的時間。
[0113]本實(shí)施例提供的測量距離的方法根據(jù)磁傳感器芯片獲得差分信號獲得被測物體的速度，該距離的測量方法具有測速快，靈敏度、分辨率、穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
[0114]可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磁傳感器芯片，包括N個惠斯通電橋電路，所述每個惠斯通電橋電路包括至少一對磁感應(yīng)膜，每對所述磁感應(yīng)膜在其長度方向上的對稱中心線為所述惠斯通電橋電路的對稱中心線，其特征在于，至少有兩個所述惠斯通電橋電路的對稱中心線不重合，其中，N為≥2的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，至少兩個所述惠斯通電橋電路的對稱中心線平行且相距一定距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，同一所述惠斯通電橋電路所包含的所述磁感應(yīng)膜的釘扎方向相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，同一所述惠斯通電橋電路所包含的所述磁感應(yīng)膜的釘扎方向相反。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，所述惠斯通電橋電路包括第一磁感應(yīng)膜、第二磁感應(yīng)膜、第一電極、第二電極和公共電極，所述第一電極設(shè)置在所述第一磁感應(yīng)膜的首端，所述第二電極設(shè)置在所述第二磁感應(yīng)膜的首端，所述公共電極將所述第一磁感應(yīng)膜的尾端與所述第二磁感應(yīng)膜的尾端電連接，利用導(dǎo)線和所述第一電極、所述第二電極、所述公共電極將所述第一磁感應(yīng)膜和所述第二磁感應(yīng)膜電連接成惠斯通半橋電路，而且所述第一電極和所述第二電極分別接地和接電源，所述公共電極作為所述惠斯通電橋電路的信號輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，所述惠斯通電橋電路包括第一磁感應(yīng)膜、第二磁感 應(yīng)膜、第三磁感應(yīng)膜、第四磁感應(yīng)膜、第一電極、第二電極、第三電極和第四電極， 其中，所述第一磁感應(yīng)膜和所述第二磁感應(yīng)膜構(gòu)成一對磁感應(yīng)膜，所述第三磁感應(yīng)膜和所述第四磁感應(yīng)膜構(gòu)成另一對磁感應(yīng)膜； 所述第一電極設(shè)置在所述第一磁感應(yīng)膜和所述第二磁感應(yīng)膜的首端，所述第二電極設(shè)置在所述第三磁感應(yīng)膜和所述第四磁感應(yīng)膜的尾端，所述第三電極設(shè)置在所述第一磁感應(yīng)膜的尾端和所述第三磁感應(yīng)膜的首端，所述第四電極設(shè)置在所述第二磁感應(yīng)膜的尾端和所述第四磁感應(yīng)膜的首端； 所述第一電極和所述第四電極分別接地和接電源，所述第二電極和所述第三電極作為所述惠斯通電橋電路的信號輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，N個所述惠斯通電橋電路中的所述磁感應(yīng)膜的端部齊平。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，M個所述惠斯通電橋電路中的所述磁感應(yīng)膜的端部不與其它N-M個所述惠斯通電橋電路中的所述磁感應(yīng)膜的端部齊平，I≤M≤N的整數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，至少有一個所述惠斯通電橋電路的一個所述磁感應(yīng)膜被設(shè)置在另一個所述惠斯通電橋電路中的兩個所述磁感應(yīng)膜之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，所述磁感應(yīng)膜為連續(xù)不間斷的薄膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，所述磁感應(yīng)膜包括多段薄膜段，所述薄膜段通過導(dǎo)線依次電連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，所述磁敏感膜為霍爾效應(yīng)膜、各向異性磁電阻膜、巨磁電阻膜、隧道磁電阻膜、巨磁阻抗膜或巨霍爾效應(yīng)膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器芯片，其特征在于，所述磁傳感器芯片用于測量速度和距離。
14.一種磁傳感器，包括磁傳感器芯片、印刷電路板、殼體和處理單元，所述磁傳感器芯片用于感應(yīng)被測物體上的磁標(biāo)識，其固定于所述印刷電路板并與所述處理單元連接，所述磁傳感器芯片和所述印刷電路板設(shè)于所述殼體內(nèi)，且所述磁傳感器芯片與設(shè)置在所述殼體上的導(dǎo)磁孔相對，其特征在于，所述磁傳感器芯片采用權(quán)利要求1-12任意一項(xiàng)所述的磁傳感器芯片，所述處理單元根據(jù)所述磁傳感器芯片獲得的差分信號以及兩個惠斯通電橋電路的對稱中心線之間的距離獲得被測物體的速度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的磁傳感器，其特征在于，所述殼體采用鐵氧體材料或坡莫合金材料制作，或者采用金屬材料制作，并在其表面涂覆由鐵氧體材料或坡莫合金材料制作的鍍層。
16.一種測速方法，其特征在于，包括以下步驟: 提供測速磁傳感器，所述測速磁傳感器采用權(quán)利要求14-15任意一項(xiàng)所述磁傳感器；被測物體經(jīng)過所述測速磁傳感器時，所述磁傳感器芯片中對稱中心線不重合的所述惠斯通電橋電路分別獲得各自的差分信號； 根據(jù)對稱中心線不重合的兩個所述惠斯通電橋電路的差分信號獲得所述被測物體經(jīng)過所述兩個惠斯通電橋電路時的時差； 獲取所述對稱中心線不重合的兩個惠斯通電橋電路的對稱中心線之間的距離； 根據(jù)所述對稱中心線不重·合的兩個惠斯通電橋電路的時差和距離獲得所述被測物體的運(yùn)動速度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的測速方法，其特征在于，兩個所述惠斯通電橋電路的差分信號的相位差為所述被測物體通過該兩個所述惠斯通電橋電路時的時差。
18.—種測量距離的方法，其特征在于，包括以下步驟: 獲取磁傳感器，所述磁傳感器為權(quán)利要求14-15任意一項(xiàng)所述磁傳感器； 使所述磁傳感器恒速依次經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體； 所述磁傳感器經(jīng)過第一被測物體時，根據(jù)所述磁傳感器的差分信號獲得所述磁傳感器經(jīng)過所述第一被測物體時的時間tl ； 所述磁傳感器經(jīng)過所述第二被測物體時，根據(jù)所述磁傳感器的差分信號獲得所述磁傳感器經(jīng)過所述第二被測物體時的時間t2 ； 根據(jù)磁傳感器經(jīng)過所述第一被測物體時的時間tl和經(jīng)過所述第二被測物體時的時間t2獲得磁傳感器經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體的時間差A(yù)t ; 獲得磁傳感器的速度U ； 根據(jù)磁傳感器經(jīng)過第一被測物體和第二被測物體的時間差A(yù)t以及磁傳感器的速度U獲得第一被測物體和第二被測物體之間的距離。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的測量距離的方法，其特征在于，所述磁傳感器經(jīng)過所述第一被測物體和所述第二被測物體時的時間由所述磁傳感器中同一惠斯通電橋電路的差分信號獲得。
【文檔編號】G01B7/14GK103852592SQ201210516026
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月5日
【發(fā)明者】時啟猛, 劉樂杰, 曲炳郡 申請人:北京嘉岳同樂極電子有限公司