具有高灵敏探头的高分辨磁性旋转编码器
专利汇可以提供具有高灵敏探头的高分辨磁性旋转编码器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型涉及一种磁旋转 编码器 ,特别涉及一种用来检测旋转物体的绝对旋转 位置 ,具有高的 分辨率 和灵敏度的磁 旋转编码器 。本新型是由磁鼓和 探头 构成,其特征在于编码器探头由 刻蚀 在一个绝缘衬底上具有一定图形结构的多个磁 电阻 元件构成,磁电阻元件间隔排列并相互形成桥式 电路 。上述磁电阻元件是用具有 巨磁电阻 效应的 磁性 自旋 阀 多层 薄膜 材料经微 电子 工艺加工而成。磁电阻元件具有反 铁 磁层 /铁磁层/非磁层/铁磁层结构。，下面是具有高灵敏探头的高分辨磁性旋转编码器专利的具体信息内容。
本实用新型涉及一种磁旋转编码器，特别涉及一种用来检测旋转物体的 绝对旋转位置，具有高的分辩率和灵敏度的磁旋转编码器。
利用电阻值随外加磁场的变化而产生变化，磁电阻效应元件可作为磁传 感器使用；以这种磁电阻元件为磁传感探头的磁旋转编码器主要用于控制 转速、角度和位置等物理量，这种磁旋转编码器结构简单，抗恶劣环境， 响应频率频率宽，易于实现绝对位置输出，还具有按装方便、成本便宜、 低功耗和使用寿命长等特点，因此近年来磁性编码器在高精度测量和控制 领域得到广泛的应用，特别是在数控机床、机器人、测量仪和驱动电机等 方面的应用显得尤为重要。
但目前几乎所有的磁旋转编码器的磁探头中所采用的磁电阻效应元件， 均使用的是NiFe(Co)等各向异性磁电阻薄膜材料，磁电阻变化率ΔR/R小， 只有1-3％，造成探头的读出信号弱，灵敏度低，同时，各项异性磁电阻元 件本身所固有的巴克豪森噪音，导致其输出信号的信噪比较低；上述缺点 也限制了磁鼓上面记录磁极信号密度的提高，降低了整个编码器的分辩率。
有鉴于此，如何使编码器的分辩率提高，使得其应用的领域得以进一 步的扩大，并且结构简单，在编码器成本并不会增加许多的情况下，就可 带来更大的应用范围和大幅度提高测量和控制的精确度，正是本新型研创 动机所在。
本实用新型设计人凭借多年从事各类电子测量仪器的研究生产加工等 领域的实际经验，在反复研究论证的基础上，做一全新设计构成，终得本 新型的产生。
针对现有技术的不足，本新型的目的是设计一种改进的磁旋转编码器， 以提高其分辩能力。
本实用新型的原理是选择具有高磁电阻变化率的磁性自旋阀薄膜材料作 为磁电阻元件，并以一定的间距连成桥式电路来减少谐波信号的干扰，然 后采用高记录密度的多极磁极信号的合理排列结构，使该编码器具有较高 稳定性和高分辨率及高输出信号，误码率和温度漂移都很小。
本实用新型的任务是以如下的方式完成的，本新型是由磁鼓和探头构 成，其特征在于编码器探头由刻蚀在一个绝缘衬底上具有一定图形结构的 多个磁电阻元件构成，磁电阻元件间隔排列并相互形成桥式电路。上述磁 电阻元件是用具有巨磁电阻效应的磁性自旋阀多层薄膜材料经微电子工艺 加工而成。磁电阻元件具有反铁磁层/铁磁层/非磁层/铁磁层结构。
下面结合附图进一步阐明本实用新型
图1为本实用新型结构图。
图2为本实用新型的磁鼓磁轨上记录的磁极信号示意图。
图3为本实用新型探头磁电阻元件所采用的磁性自旋阀多层薄膜材料结 构示意图。
图4为本实用新型探头磁电阻传感元件与磁轨磁极相对位置排列图。
图5为本实用新型探头磁电阻元件的桥式电路连接图。
图6为本实用新型磁鼓表面产生的有规律的泄漏磁场分布图。
图7为本实用新型探头磁电阻元件桥式电路的输出信号。
图8为本实用新型磁鼓磁轨4产生的参考信号。
本实用新型由磁鼓和探头构成，一个圆柱型的磁鼓1套在轴2上，两者 紧密结合，无相对移动，磁鼓外缘覆盖一层磁性材料制成，并形成相距为 d的多路磁极轨道3-4，一个磁传感探头5由刻蚀在一个绝缘衬底6上具有 一定图形结构的多个磁电阻元件7-8构成，磁电阻间隔排列并相互形成桥 式电路(参见图5)，探头和磁鼓相距为s，磁电阻传感元件7-8与磁极轨 道3-4的位置一一对应。
磁鼓磁轨3-4上记录有磁极信号，其中磁轨3上的磁极信号是周期性排 列的，周期长度为λ，而磁轨4只记录了一个宽度为λ的磁极信号，参见图 2。磁电阻元件7-8采用了磁性自旋阀多层薄膜材料，其结构参见图3， 在绝缘衬底6上沉积金属薄膜层7A-7D，其中7A为反铁磁层，7B为铁磁层， 7C为非磁层，7D为铁磁层。经光刻加工后，形成具有一定图形的排列，参 见图4，磁电阻条与磁轨磁极相对位置排列，其中磁电阻元件R1与R2的 间距为λ/2,R3、R4的间距为2λ/3,R3、R4的间距为λ/2,R5、R6、R7、R8 之间的间距关系照此类推，它们之间相互连成图5所示的桥式电路。
本新型的工作原理为：在磁鼓1的周围记录的周期性排列的磁极信号3- 4，在其表面产生了有规律的泄漏磁场，分布情况见图6，其中9是磁极3 的分布磁场，而10是磁极4的分布磁场；当磁鼓转动时，磁场9-10也随 着转动，这样作用于磁电阻传感元件7-8上的泄漏磁场发生周期性的变化， 由于具有巨磁电阻效应，磁电阻元件的电阻值会随磁场的变化而改变，由 其连成的桥式电路的输出信号也就随之发生变化，其中AA’与BB’输出的正 弦信号VAA’和VBB’相位差90度，见图7a，经电路进行信号处理，便可产 生图7b所示VAA’和VBB’脉冲输出信号。磁电阻元件8则用于测量磁轨4产 生的参考信号11来作为固定零位，参见图8，这样一个转角的位置，就只 有一个确定的数字代码，使角度值代码单值化，无误差的信号累加实现了 高灵敏度的精确测量。
本新型确实具有结构简单，使用方便，测量准确，灵敏度高的优点。 综上所述，本新型能利用简单的结构设计，使本新型的测量结果可大幅度 提高准确度，使用方便。显然本新型为一种新颖、进步并深具实用性的新设计。 以上所述乃是本新型的具体实施例及所运用的技术原理，若依本新型的构想所 作的等效改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时， 均应在本新型的范围内，特此说明。
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