專利名稱：具有高靈敏探頭的高分辨磁性旋轉編碼器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種磁旋轉編碼器，特別涉及一種用來檢測旋轉物體的絕對旋轉位置，具有高的分辯率和靈敏度的磁旋轉編碼器。
利用電阻值隨外加磁場的變化而產(chǎn)生變化，磁電阻效應元件可作為磁傳感器使用；以這種磁電阻元件為磁傳感探頭的磁旋轉編碼器主要用于控制轉速、角度和位置等物理量，這種磁旋轉編碼器結構簡單，抗惡劣環(huán)境，響應頻率頻率寬，易于實現(xiàn)絕對位置輸出，還具有按裝方便、成本便宜、低功耗和使用壽命長等特點，因此近年來磁性編碼器在高精度測量和控制領域得到廣泛的應用，特別是在數(shù)控機床、機器人、測量儀和驅動電機等方面的應用顯得尤為重要。
但目前幾乎所有的磁旋轉編碼器的磁探頭中所采用的磁電阻效應元件，均使用的是NiFe(Co)等各向異性磁電阻薄膜材料，磁電阻變化率ΔR/R小，只有1-3％，造成探頭的讀出信號弱，靈敏度低，同時，各項異性磁電阻元件本身所固有的巴克豪森噪音，導致其輸出信號的信噪比較低；上述缺點也限制了磁鼓上面記錄磁極信號密度的提高，降低了整個編碼器的分辯率。
有鑒于此，如何使編碼器的分辯率提高，使得其應用的領域得以進一步的擴大，并且結構簡單，在編碼器成本并不會增加許多的情況下，就可帶來更大的應用范圍和大幅度提高測量和控制的精確度，正是本新型研創(chuàng)動機所在。
本實用新型設計人憑借多年從事各類電子測量儀器的研究生產(chǎn)加工等領域的實際經(jīng)驗，在反復研究論證的基礎上，做一全新設計構成，終得本新型的產(chǎn)生。
針對現(xiàn)有技術的不足，本新型的目的是設計一種改進的磁旋轉編碼器，以提高其分辯能力。
本實用新型的原理是選擇具有高磁電阻變化率的磁性自旋閥薄膜材料作為磁電阻元件，并以一定的間距連成橋式電路來減少諧波信號的干擾，然后采用高記錄密度的多極磁極信號的合理排列結構，使該編碼器具有較高穩(wěn)定性和高分辨率及高輸出信號，誤碼率和溫度漂移都很小。
本實用新型的任務是以如下的方式完成的，本新型是由磁鼓和探頭構成，其特征在于編碼器探頭由刻蝕在一個絕緣襯底上具有一定圖形結構的多個磁電阻元件構成，磁電阻元件間隔排列并相互形成橋式電路。上述磁電阻元件是用具有巨磁電阻效應的磁性自旋閥多層薄膜材料經(jīng)微電子工藝加工而成。磁電阻元件具有反鐵磁層/鐵磁層/非磁層/鐵磁層結構。
以下結合附圖進一步闡明本實用新型

圖1為本實用新型結構圖。
圖2為本實用新型的磁鼓磁軌上記錄的磁極信號示意圖。
圖3為本實用新型探頭磁電阻元件所采用的磁性自旋閥多層薄膜材料結構示意圖。
圖4為本實用新型探頭磁電阻傳感元件與磁軌磁極相對位置排列圖。
圖5為本實用新型探頭磁電阻元件的橋式電路連接圖。
圖6為本實用新型磁鼓表面產(chǎn)生的有規(guī)律的泄漏磁場分布圖。
圖7為本實用新型探頭磁電阻元件橋式電路的輸出信號。
圖8為本實用新型磁鼓磁軌4產(chǎn)生的參考信號。
本實用新型由磁鼓和探頭構成，一個圓柱型的磁鼓1套在軸2上，兩者緊密結合，無相對移動，磁鼓外緣覆蓋一層磁性材料制成，并形成相距為d的多路磁極軌道3-4，一個磁傳感探頭5由刻蝕在一個絕緣襯底6上具有一定圖形結構的多個磁電阻元件7-8構成，磁電阻間隔排列并相互形成橋式電路(參見圖5)，探頭和磁鼓相距為s，磁電阻傳感元件7-8與磁極軌道3-4的位置一一對應。
磁鼓磁軌3-4上記錄有磁極信號，其中磁軌3上的磁極信號是周期性排列的，周期長度為λ，而磁軌4只記錄了一個寬度為λ的磁極信號，參見圖2。磁電阻元件7-8采用了磁性自旋閥多層薄膜材料，其結構參見圖3，在絕緣襯底6上沉積金屬薄膜層7A-7D，其中7A為反鐵磁層，7B為鐵磁層，7C為非磁層，7D為鐵磁層。經(jīng)光刻加工后，形成具有一定圖形的排列，參見圖4，磁電阻條與磁軌磁極相對位置排列，其中磁電阻元件R1與R2的間距為λ/2,R3、R4的間距為2λ/3,R3、R4的間距為λ/2,R5、R6、R7、R8之間的間距關系照此類推，它們之間相互連成圖5所示的橋式電路。
本新型的工作原理為在磁鼓1的周圍記錄的周期性排列的磁極信號3-4，在其表面產(chǎn)生了有規(guī)律的泄漏磁場，分布情況見圖6，其中9是磁極3的分布磁場，而10是磁極4的分布磁場；當磁鼓轉動時，磁場9-10也隨著轉動，這樣作用于磁電阻傳感元件7-8上的泄漏磁場發(fā)生周期性的變化，由于具有巨磁電阻效應，磁電阻元件的電阻值會隨磁場的變化而改變，由其連成的橋式電路的輸出信號也就隨之發(fā)生變化，其中AA’與BB’輸出的正弦信號VAA’和VBB’相位差90度，見圖7a，經(jīng)電路進行信號處理，便可產(chǎn)生圖7b所示VAA’和VBB’脈沖輸出信號。磁電阻元件8則用于測量磁軌4產(chǎn)生的參考信號11來作為固定零位，參見圖8，這樣一個轉角的位置，就只有一個確定的數(shù)字代碼，使角度值代碼單值化，無誤差的信號累加實現(xiàn)了高靈敏度的精確測量。
本新型確實具有結構簡單，使用方便，測量準確，靈敏度高的優(yōu)點。綜上所述，本新型能利用簡單的結構設計，使本新型的測量結果可大幅度提高準確度，使用方便。顯然本新型為一種新穎、進步并深具實用性的新設計。以上所述乃是本新型的具體實施例及所運用的技術原理，若依本新型的構想所作的等效改變，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本新型的范圍內，特此說明。
權利要求1.一種具有高靈敏探頭的高分辯磁性旋轉編碼器，由磁鼓和探頭構成，其特征在于編碼器探頭由刻蝕在一個絕緣襯底上具有一定圖形結構的多個磁電阻元件構成，磁電阻元件間隔排列并相互形成橋式電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有高靈敏探頭的高分辯磁性旋轉編碼器，其特征在于磁電阻元件是用具有巨磁電阻效應的磁性自旋閥多層薄膜材料經(jīng)微電子工藝加工而成。
3.根據(jù)權利要求1所述的具有高靈敏探頭的高分辨磁性旋轉編碼器，其特征在于磁電阻元件具有反鐵磁層/鐵磁層/非磁層/鐵磁層結構。
專利摘要本實用新型涉及一種磁旋轉編碼器,特別涉及一種用來檢測旋轉物體的絕對旋轉位置,具有高的分辨率和靈敏度的磁旋轉編碼器。本新型是由磁鼓和探頭構成,其特征在于編碼器探頭由刻蝕在一個絕緣襯底上具有一定圖形結構的多個磁電阻元件構成,磁電阻元件間隔排列并相互形成橋式電路。上述磁電阻元件是用具有巨磁電阻效應的磁性自旋閥多層薄膜材料經(jīng)微電子工藝加工而成。磁電阻元件具有反鐵磁層/鐵磁層/非磁層/鐵磁層結構。
文檔編號G01R33/00GK2335151SQ9820566
公開日1999年8月25日 申請日期1998年6月9日 優(yōu)先權日1998年6月9日
發(fā)明者趙宏武 申請人:趙宏武