一种z?x轴磁电阻传感器的制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种Z?X轴磁电阻传感器以测量齿轮或多磁极的参数，磁电阻传感器为单芯片Z?X轴磁电阻传感器，包括：位于X?Y平面上的衬底，位于衬底上的长条形软磁通量集中器，以及位于软磁通量集中器上或者下表面上的磁敏感方向沿X向的磁电阻传感单元串，包括位于软磁通量集中器Y轴中心线上、Y轴中心线两侧且等距的参考、推、挽磁电阻传感单元串、以及两个软磁通量间隙的敏感磁电阻传感单元串，且推、挽磁电阻传感单元串和参考、敏感磁电阻传感单元串交错排列，并连接成参考桥式X轴传感器和推挽桥式Z轴传感器；本发明具有传感器结构简单，灵敏度高，低功耗、小尺寸，并能够测量任何周期间距齿轮和多磁极的优点。
【专利说明】
一种Z-X轴磁电阻传感器
技术领域
[0001]本发明涉及磁性传感器领域，特别涉及一种Z-X轴磁电阻传感器。
【背景技术】
[0002]磁电阻齿轮或多磁极传感器广泛应用于测量速度和位移量，其中齿轮包括平面条带形齿轮或者圆形齿轮，此时，依靠背磁和齿轮之间形成的磁路，且齿轮在运动时其齿根和齿顶在依次经过背磁时在磁电阻传感器表面所产生的磁场的周期的变化，形成正弦形式的输出信号;而多磁极传感器则为增量编码器，采用平面条带形或者圆形NS交替自由磁极，自由磁极在磁电阻传感器上产生磁场，形成正弦形式的输出信号，通常情况下，磁电阻传感器输出两路相位差为90度的正弦信号时，输出电压信号具有最大值，并可以决定传感器相对于齿轮或者多磁极的位置以及后者的移动速度。
[0003]通常情况下，磁电阻传感器为梯度类型，包括两组分开特征距离的X或者Z轴磁电阻传感器单元，且特征距离为齿轮或者多磁极的周期距离的1/4时，两者相位差为90，此时输出信号最强。
[0004]但是，对于齿轮或者多磁极的周期长度较大时，相应也要求磁电阻传感器中两组磁电阻传感单元也同样要分开较大的特征距离，这对于磁电阻传感器的尺寸和封装形成了挑战。
[0005]最近专利CN104197828A公布了一种单芯片偏轴磁电阻Z-X角度传感器和测量仪，包括一个磁化方向沿圆形径向的两极形磁编码器码盘，以及一个单芯片的Z-X角度传感器，所述Z-X角度传感器位于圆形码盘的切线方向，包括一个沿基片的X轴磁电阻传感器，以及一个垂直于基片的Z轴磁电阻传感器，测试时，Z轴方向沿磁编码器码盘的直径方向，而X轴方向沿磁编码器码盘的切线方向，从而实现了两个相差为90度的两个正弦信号的输出，其特点在于X轴和Z轴磁电阻传感器位于同一芯片内，且可以为单芯片，且没有分开特征距离的要求。
[0006]针对齿轮或多磁极位置和速度的测量问题，本发明提出了一种新的方案，即采用X-Z磁电阻传感器，利用磁路的X轴、Z轴分量作为磁信号，来实现齿轮或多磁极位置和速度的测量。
【发明内容】
[0007]针对齿轮或多磁极位置和速度的测量问题，本发明提出了一种新的方案，即采用Z-X磁电阻传感器，利用磁路的X轴、Z轴分量作为磁信号，来实现齿轮或多磁极位置和速度的测量。
[0008]本发明所提出的一种Z-X轴磁电阻传感器，用于探测被测装置如齿轮或者多磁极的位置、运动方向、速度和加速度，所述Z-X轴磁电阻传感器位于与被测装置的切平面平行且距离所述切平面预定间隙的工作平面上，所述Z-X轴磁电阻传感器的X轴磁场敏感方向平行于所述切平面且沿所述被测装置的切向运动方向，所述Z-X轴磁电阻传感器的Z轴磁场敏感方向垂直于所述切平面，所述被测装置为齿轮或多磁极，所述Z-X轴磁电阻传感器为单芯片Z-X轴磁电阻传感器，包括:
[0009]位于X-Y平面上的衬底，位于所述衬底上的长轴、短轴分别沿Y、X方向平行排列的多个长条形软磁通量集中器，以及位于所述软磁通量集中器上表面或者下表面上沿Y方向平行排列的多个磁场敏感方向沿X轴的磁电阻传感单元串；
[0010]所述磁电阻传感单元串包括:位于所述通量集中器的Y轴中心线上的参考磁电阻传感单元串、位于所述通量集中器的Y轴中心线间隙处的敏感磁电阻传感单元串，以及分别位于所述通量集中器Y轴中心线两侧并与所述Y轴中心线等距离的推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串，且所述推磁电阻传感单元串电连接成推臂、所述挽磁电阻传感单元串电连接成挽臂、所述参考磁电阻传感单元串电连接成参考臂、所述敏感磁电阻传感单元串电连接成敏感臂，所述推臂、挽臂和所述参考臂、敏感臂进一步连接成参考桥式X轴传感器和推挽桥式Z轴传感器，分别用于探测X和Z轴磁场分量;所述参考桥式X轴传感器的磁电阻传感单元串与所述推挽桥式Z轴传感器的磁电阻传感单元串交错排列。
[0011 ] 优选的，组成所述磁电阻传感单元串的磁电阻传感单元为GMR或TMR磁电阻传感单元，自上而下依次包括种子层、下电极层、被钉扎层、钉扎层、隔离层、自由层、偏置层、上电极层以及覆盖层，所述隔离层的材料为A1203、Mg0或金属，所述偏置层为交换偏置层或者永磁偏置层。
[0012]优选的，
[0013]所述被钉扎层位于所述钉扎层远离所述隔离层的一侧；
[0014]所述交换偏置层位于所述自由层远离所述隔离层的一侧；
[0015]所述自由层、所述被钉扎层、所述被钉扎层以及所述偏置层中的至少一层的铁磁材料由包含Fe、Co、Ni中的至少一种的高磁导率软磁材料构成。
[0016]优选的，所述被钉扎层磁化方向为X轴方向，所述自由层磁化方向为Y轴方向。
[0017]优选的，所述参考磁电阻传感单元串、推磁电阻传感单元串、挽磁电阻传感单元串所对应的所述软磁通量集中器为占据软磁通量集中器，其余所述软磁通量集中器为空置软磁通量集中器，所述参考磁电阻传感单元串、推磁电阻传感单元串、挽磁电阻传感单元串位于同一个所述占据软磁通量集中器上或分别位于三个所述占据软磁通量集中器上或分别位于两个所述占据软磁通量集中器上;所述敏感磁电阻传感单元串位于两个所述空置软磁通量集中器之间或位于两个所述占据软磁通量集中器之间或位于一个所述空置软磁通量集中器和一个所述占据软磁通量集中器之间。
[0018]优选的，所述推磁电阻传感单元串和所述挽磁电阻传感单元串占据N个推挽磁电阻传感单元区域Rl，R2，…，RN，所述参考磁电阻传感单元串和所述敏感磁电阻传感单元串占据M个参考敏感磁电阻传感单元区域Pl，Ρ2，.._ ,PM，所述交错排列方式为以下任一种、两种或者三种的组合:N为整数且N多I，Μ为整数且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,时;
[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，时；
[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为整数且i彡l，j为整数且j>2。
[0029]优选的，所述推挽磁电阻传感单元区域包含一个或多个推磁电阻传感单元串、以及一个或多个挽磁电阻传感单元串，所述参考敏感磁电阻传感单元区域包含一个或多个敏感磁电阻传感单元串、以及一个或多个敏感磁电阻传感单元串。
[0030]优选的，所述推挽磁电阻传感单元区域内的软磁通量集中器之间间隙相同，所述参考敏感磁电阻传感单元区域内的软磁通量集中器之间间隙相同。
[0031 ]优选的，
[0032]所述多磁极包含的磁极具有平行于切线方向的磁化强度，且相邻两个所述磁极分别具有反平行的磁化强度或者分别具有顺时针与逆时针的反向磁化强度，
[0033]或者包含的磁极具有垂直于所述切平面方向的磁化强度，且所述相邻两个磁极分别具有反平行的磁化强度或者分别具有向心与离心的反向磁化强度。
[0034]优选的，所述被测装置还包括用于提供磁场以磁化所述齿轮的背磁;其中，
[0035]所述背磁为长方体永磁合金材料，其宽度和高度方向分别沿所述X轴和Z轴磁场敏感方向，且其磁化方向沿所述Z轴磁场敏感方向；
[0036]或，
[0037 ]所述背磁为圆柱形永磁合金材料，其磁化方向和轴向方向均沿所述Z轴磁场敏感方向；
[0038]或，
[0039]所述背磁为表面开有凹形槽的方块永磁合金材料，所述凹形槽底面垂直于所述Z轴敏感方向，且磁化方向沿所述Z轴磁场敏感方向。
[0040]优选的，所述Z-X轴磁电阻传感器位于所述背磁和所述齿轮之间，且位于所述背磁表面。
[0041 ]优选的，
[0042]所述齿轮测试时，所述背磁宽度大于所述齿轮周期间距的0.5倍；
[0043]或，
[0044]所述齿轮测试时，所述Z-X轴磁电阻传感器和所述齿轮之间的特定间隙为大于0.1倍且小于1.0倍所述齿轮周期间距。
[0045]本发明具有传感器结构简单，灵敏度高，低功耗、小尺寸，并能够测量任何周期间距齿轮和多磁极的优点。
【附图说明】
[0046]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]图1为长条形齿轮及传感器测试图；
[0048]图2为垂直磁化的长条形多磁极及传感器测试图；
[0049]图3为平行磁化的长条形多磁极及传感器测试图；
[0050]图4为径向磁化的轮形多磁极及传感器测试图；
[0051 ]图5为法向磁化的轮形多磁极及传感器测试图；
[0052]图6为轮形齿轮及传感器测试图；
[0053]图7为传统X向齿轮或多磁极传感器结构图；
[0054]图8为传统Z向齿轮或多磁极传感器结构图；
[0055]图9为传统X向或Z向齿轮或多磁极传感器信号输出图；
[0056]图10为单芯片Z-X齿轮或多磁极传感器结构图；
[0057]图11为Z-X齿轮或多磁极传感器信号输出图；
[0058]图12为单芯片Z-X磁电组传感器结构图；
[0059]图13a为磁电组传感单元结构图；
[0060]图13b为磁电组传感单元磁化方向示意图；
[0061 ]图14a为X轴磁电阻传感器为参考桥式结构图；
[0062]图14b为Z轴磁电阻传感器为推挽桥式结构图
[0063]图15a为参考磁电阻传感单元串位置关系图；
[0064]图15b为推或挽磁电阻传感单元串位置关系图；
[0065]图15c为挽或推磁电阻传感单元串位置关系图；
[0066]图16a为对应一个软磁通量集中器时参考、推和挽磁电阻传感单元串位置关系图；
[0067]图16b为对应三个磁电阻传感单元串时参考、推和挽磁电阻传感单元串位置关系图；
[0068]图16c为对应两个磁电阻传感单元串时参考、推和挽磁电阻传感单元串位置关系图；
[0069]图17a为对应两个空置软磁通量集中器时敏感磁电阻传感单元串位置关系图；
[0070]图17b为对应一个空置软磁通量集中器和一个占据软磁通量集中器时敏感磁电阻传感单元串位置关系图；
[0071]图17c为敏感磁电阻传感单元串位于两个占据软磁通量集中器之间示意图；
[0072]图18a为空置软磁通量集中器示意图；
[0073]图18b为占据软磁通量集中器示意图；
[0074]图19a为4000的排列方式示意图；
[0075]图19b为4001的排列方式示意图；
[0076]图20a为4002的排列方式示意图；
[0077]图20b为4003的排列方式示意图；
[0078]图21a为4004的排列方式示意图；
[0079]图21b为4005的排列方式示意图；
[0080]图22为Z-X磁电阻传感器上磁电阻传感单元串排列方式一示意图；
[0081 ]图23为Z-X磁电阻传感器上磁电阻传感单元串排列方式二示意图；
[0082]图24为Z-X磁电阻传感器上磁电阻传感单元串排列方式三示意图；
[0083]图25为Z-X磁电阻传感器上磁电阻传感单元串排列方式四示意图；
[0084]图26为Z-X磁电阻传感器上磁电阻传感单元串排列方式五示意图；
[0085]图27为块形背磁结构示意图；
[0086]图28为圆柱形背磁结构示意图；
[0087]图29为开槽块形背磁结构示意图。
【具体实施方式】
[0088]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
[0089]实施例一
[0090]图1-6为常见的几种齿轮和多磁极及磁电阻传感器测量示意图。图1为长条形齿轮及磁电阻传感器测量示意图，其中10为长条形齿轮，包括齿头20以及齿头间隙21，两者之间的距离为长条形齿轮的周期间距，40为齿轮传感器，位于平行于长条形齿轮齿顶的平面81上，且距离齿顶特定间隙，此外还包括位于齿轮传感器表面的背磁3，其中齿轮传感器40位于背磁3和长条形齿轮10之间，其中长条形齿轮10为软磁合金材料，而背磁3为硬磁合金材料。
[0091]图2和图3为长条形多磁极及磁电阻传感器测量示意图的两种形式，其中图2中长条形多磁极11和图3中的长条形多磁极12均包括多个自由磁极，且相邻两个自由磁极具有相反的磁化方向，其中图2中的相邻自由磁极30和31分别为Z方向的磁化方向，而图3中的相邻自由磁极40和41分别为X方向的磁化方向，所述自由磁极均为永磁合金材料，多磁极传感器41和42分别位于平行于长条形多磁极11和12表面的平面82和83上，且距离长条形多磁极表面特定间隙，长条形多磁极具有特定周期间距。
[0092]图4和图5分别为轮形多磁极及磁电阻传感器测量示意图的两种形式，其中图4中轮形自由磁极13和图5中的轮形自由磁极14均包含多个圆弧形自由磁极，且相邻两个自由磁极在极坐标下具有相反的磁化方向，即图4中的相邻自由磁极50和51分别为向心和离心方向，而在图5中的相邻自由磁极60和61分别为正theta和反theta角度方向，其周期间距为Theta所对应的圆弧，其中多磁极传感器43和44分别位于平行于轮形多磁极13和14切平面的平面84和85上，且距离切平面特定间隙。
[0093]图6为轮形齿轮及磁电阻传感器测量示意图，其中齿头70周期圆形分布，相邻齿头间隙为71，同样，其周期间距为Theta所对应的圆弧，所述齿轮15为软磁合金合金材料，磁轮传感器45位于平行于所述磁轮切平面的平面86上，且距离齿轮切平面特定间隙，此外还包括背磁7，位于齿轮传感器45表面，背磁7为永磁合金材料。
[0094]实施例二
[0095]图7和8分别为传统的齿轮或多磁极传感器100和101结构图，其中齿轮或多磁极传感器100和101分别包括两个分开特征间距I和特征间距的两个传感单元200、201和300和301，其中图7中的两个磁电阻传感单元200和201具有X轴磁场敏感方向Hxl和Hx2，图8中的两个磁电阻传感单元300和301具有Z轴磁场敏感方向Hzl和Hz2，以上为在长条形磁极或者齿轮下的坐标表示方法，对于轮形齿轮或者磁极，在极坐标下，其对应X轴的方向为Theta角度，对应Z轴的方向为r方向。
[0096]图9为对应图7和图8所示的传统齿轮或者多磁极传感器的信号输出图，输出信号Vl和V2为相位差为90度的两个正弦或余弦信号时，其输出位置信号最强，此时，对于传统齿轮或多磁极传感器100和101的特征间距和多磁极或者齿轮的周期间距之间必须满足如下关系，即特征间距为周期间距的1/4，因此对于大周期间距的多磁极或者齿轮，相应的要求两个磁电阻传感单元增加安装距离，导致芯片尺寸过大。
[0097]实施例三
[0098]图10为本申请所提出的一种单芯片Z-X磁电阻传感器的结构图，其中单芯片Z-X磁电阻传感器102，包含单个磁电阻传感单元400，能够对X轴磁场和Y轴磁场进行响应，包含X轴磁电阻传感器和Z轴磁电阻传感器，X和Z轴磁电阻传感器具有相同的磁场敏感区域，且相互交错。
[0099]图11为图1-6所示的不同种类的齿轮或者多磁极传感器工作时，当齿轮或者多磁极相对于传感器相对移动一个周期间距时，传感器位置上的X轴磁场分量和Z轴磁场分量的分布图，可以看出，X轴磁场分量Bx和Z轴磁场分量Bz都具有正余弦特征，并且相位差为90度，具有和传统齿轮或者多磁极传感器相同的效果，必须强调的一点是，对于图2-5所示的多磁极，传感器在多磁极表面任何间隙上都能满足工作条件，但是对于图1和6所示的齿轮传感器，必须满足一定的工作间隙范围，此外，其背磁还必须满足一定的宽度，及沿周期间隙方向的宽度，其工作间隙范围为，背磁宽度大于所述齿轮周期间距的0.5倍，工作间隙为大于0.1小于1.0倍所述齿轮周期间距。
[0100]其优点在于，所述单芯片Z-X磁电阻传感器不需要分开特征间距，而是对同一区域的X磁场和Z磁场分量进行测量，因此Z-X磁电阻传感器尺寸更小。
[0101]实施例四
[0102]图12为本申请所提出的一种单芯片Z-X磁电阻传感器900，包括位于X-Y平面上的衬底901，位于衬底上面的磁电阻传感单元层902，以及软磁通量集中器层903，且磁电阻传感单元层902位于软磁通量集中器层903上表面或者下表面，图13为磁电阻传感单元结构图，图13a磁电组传感单元800依次包括，种子层801，下电极层802，钉扎层803，被钉扎层804，隔离层805，自由层806，偏置层807，上电极层808以及覆盖保护层809，其中隔离层805可为A1203，MgO或者金属层Cu，自由层806或者被钉扎层804为包含Fe、Co、Ni的高磁导率软磁合金材料，被钉扎层为反铁磁材料IrMn或者PtMn，或者包含铁磁材料层/金属中间层/铁磁材料层，偏置层为永磁合金材料层或者交换偏置层如反铁磁材料材料层如PtMn或者IrMn，或者包含铁磁材料/金属中间层/铁磁材料层，图13b为磁电组传感单元磁化方向，其中自由层磁化方向沿长轴方向，钉扎层磁化方向沿短轴方向，两者为90度夹角。
[0103]图14为X轴磁电阻传感器和Z轴磁电阻传感器的桥式结构图，其中14a所示为X轴磁电阻传感器为参考桥式结构，包含参考磁电组传感单元以及敏感磁电组传感单元，图14b为Z轴磁电阻传感器为推挽桥式结构，包含推磁电组传感单元和挽磁电组传感单元。
[0104]图15为三种磁电阻传感单元串示意图，其特征在于，磁电阻传感单元串位于长条形软磁通量集中器上，其中，15a为参考磁电组传感单元串3000，其中磁电阻传感单元串3003位于长条形软磁通量集中器3001的Y轴中心线3002上，图15b和15c分别为推或挽磁电组传感单元串3004，3008，其中磁电组传感单元串3006和3011分别位于长条形软磁通量集中器3007和3009的中心线3005和3010的两侧，且距离中心线相同距离。
[0105]图16为图15所示的参考、推、挽磁电阻传感单元串的排列结构图，其中图16a的3013中，三种磁电阻传感单元串推、挽磁电组传感单元串3015和3013以及参考磁电阻传感单元串3017分别位于一个长条形软磁通量集中器上，而图16b的3018中，三种磁电阻传感单元串即推磁电组传感单元串3022、挽磁电阻传感单元串3023、参考磁电阻传感单元串3024分别位于三个长条形软磁通量集中器上，图16c的3025，3032和3038中，三种磁电阻传感单元串位于两个长条形软磁通量集中器上，其中16cl的推挽磁电阻传感单元串3029和3027占据其中一个长条形软磁通量集中器3027，而参考磁电阻传感单元串3028占据另一个长条形软磁通量集中器3026，图16c2的推磁电组传感单元串3035和参考磁电阻传感单元串3034占据其中一个软磁通量集中器3034，挽磁电阻传感单元串3037则占据另一个软磁通量集中器3033，图16c3中，挽磁电阻传感单元串3043和参考磁电阻传感单元串3042占据其中一个软磁通量集中器3039，推磁电组传感单元串3041占据另一个软磁通量集中器3040。
[0106]图17为敏感磁电阻传感单元的位置图，17a中3044为敏感磁电阻传感单元串3047位于两个空置软磁通量集中器3045和3046之间，17b中3048为敏感磁电阻传感单元串3051位于一个空置软磁通量集中器3049和一个占据软磁通量集中器3059之间，17c中3052为敏感磁电阻传感单元串3055位于两个占据软磁通量集中器3052和3053之间。
[0107]图18为长条形软磁通量集中器类型图，其中18a中的3056为空置软磁通量集中器，上面没有任何磁电阻传感单元串，而18b为占据软磁通量集中器，上面有磁电阻传感单元串，空置型软磁通量集中器的作用在于，使得磁电阻传感单元串所处位置具有均匀磁场，或者使得磁电阻传感单元串满足空间对称性分布的特征。
[0108]实施例五
[0109]图19-21为单芯片Z-X磁电阻传感器的典型的磁电阻传感单元串排列图，为了保证X轴磁电阻传感器和Z轴磁电阻传感器具有相同的磁场感应区间，要求X轴磁电阻传感单元串所对应的参考、敏感磁电阻传感单元串和Z轴磁电阻传感单元串所对应的推、挽磁电阻传感单元串交错排列，假设推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串占据N(N为大于等于I的整数)个推挽磁电阻传感单元区域Rl，R2，…，RN，参考磁电阻传感单元串和敏感磁电阻传感单元串占据M(M为大于等于I的整数)个参考敏感磁电阻传感单元区域Pl，Ρ2，.._ ,PM，则交错排列方式为以下任一种、两种或者三种的组合:
[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为大于等于I的整数)时;
[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为大于等于I的整数)时；
[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为大于等于2的整数)时；
[0116](Rl，Pl)，...(R1-l，P1-l)，Ri，(Pi，Ri+l)，".，(P21-2，R21-l)
[0117]或者M = 21-l，N=2i_2，(i为大于等于2的整数)
[0118](Pl，Rl)，."(P1-l，R1-l)，Pi，(Ri，Pi+l)，."，(R21-2，P21-l)
[0119]其中图19a中4000和19b中的4001分别对应第一种排列方式，4000排列为Z1/X1/Z2/X2/Z3/X3，4001 排列为 X1/Z1/X2/Z2/X3/Z3。
[0120]图20为对应第二种排列方式，其中20a中的4002排列为X1/Z1/X2/Z2/Z3/X3/Z4/X4，其中，Z2和Z3构成一个共同的区域，而20b中的4003排列为Z1/X1/Z2/X2/X3/Z3/X4/Z4，其中，X2和X3构成一个共同的区域。
[0121]图21为对应第三种排列方式，其中21a中的4004排列为X1/Z1/X2/Z2/X3/Z3/X4/Z4/X5，而 21b 的 4005排列为 Z1/X1/Z2/X2/Z3/X3/Z4/X4/Z5。
[0122]图22-26对应为Z-X轴磁电阻传感器的磁电阻传感单元排列图，图22所示的5000为一种对应参考、推、挽磁电阻传感单元串位于一个长条形软磁通量集中器上，且敏感磁电阻传感单元串位于两个占据软磁通量集中器间，或者敏感磁电阻传感单元串位于I个占据软磁通量集中器和I个空置软磁通量集中器之间，其磁电阻传感单元串排列顺序为第二种结构。
[0123]图23所示5001和图24所示5002中，参考磁电阻传感单元串对应一个软磁通量集中器，推、挽磁电阻传感单元串对应I个共同的软磁通量集中器，敏感磁电阻传感单元串对应两个占据软磁通量集中器或者一个空置软磁通量集中器和一个占据软磁通量集中器，此外还有空置软磁通量集中器位于X和Z交界处以及边缘，作用为保证磁场均匀性，其磁电阻传感单元串排列顺序为X11/Z11/X12，或者Z21/X22/Z22的交错排列方式，X和Z均对应多个同类参考磁电阻传感单元串，而后进行交错排列。
[0124]图25所示5003和图26所示5004中，磁电阻传感单元串排列顺序为另一种方式；Z31/X32/Z32/X32，或者X41/Z41/X42/Z42的交错排列方式，X和Z均对应多个同类参考磁电阻传感单元串，而后进行交错排列。
[0125]需要指出的是，推挽磁电阻传感单元区域包含一个或多个推磁电阻传感单元串、以及一个或多个挽磁电阻传感单元串，参考敏感磁电阻传感单元区域包含一个或多个敏感磁电阻传感单元串、以及一个或多个参考磁电阻传感单元串。
[0126]推挽磁电阻传感单元区域内的软磁通量集中器之间间隙相同，所述参考、敏感磁电阻传感单元区域内的软磁通量集中器之间间隙相同。
[0127]实施例六
[0128]图27-29分别为背磁所对应的几种结构图，其中图27为块形背磁，其磁化方向为沿高度方向，且磁电阻传感器位于其中一个磁极N或S表面上。
[0129]图28为柱状背磁，其磁化方向沿轴向，且磁电阻传感器位于其中一个磁极N或者S表面上。
[0130]图29为表面开有凹槽的块形背磁，其磁化方向为垂直于凹槽底部的方向，且磁电阻传感器位于开有凹槽的表面的上方。
[0131]虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。
【主权项】
1.一种Z-X轴磁电阻传感器，所述Z-X轴磁电阻传感器位于与被测装置的切平面平行且距离所述切平面预定间隙的工作平面上，所述Z-X轴磁电阻传感器的X轴磁场敏感方向平行于所述切平面且沿所述被测装置的切向运动方向，所述Z-X轴磁电阻传感器的Z轴磁场敏感方向垂直于所述切平面，所述被测装置为齿轮或多磁极，其特征在于，所述Z-X轴磁电阻传感器为单芯片Z-X轴磁电阻传感器，包括: 位于X-Y平面上的衬底，位于所述衬底上的长轴、短轴分别沿Y、X方向平行排列的多个长条形软磁通量集中器，以及位于所述软磁通量集中器上表面或者下表面上沿Y方向平行排列的多个磁场敏感方向沿X轴的磁电阻传感单元串； 所述磁电阻传感单元串包括:位于所述通量集中器的Y轴中心线上的参考磁电阻传感单元串、位于所述通量集中器的Y轴中心线间隙处的敏感磁电阻传感单元串，以及分别位于所述通量集中器Y轴中心线两侧并与所述Y轴中心线等距离的推磁电阻传感单元串和挽磁电阻传感单元串，且所述推磁电阻传感单元串电连接成推臂、所述挽磁电阻传感单元串电连接成挽臂、所述参考磁电阻传感单元串电连接成参考臂、所述敏感磁电阻传感单元串电连接成敏感臂，所述推臂、挽臂和所述参考臂、敏感臂进一步连接成参考桥式X轴传感器和推挽桥式Z轴传感器，分别用于探测X和Z轴磁场分量;所述参考桥式X轴传感器的磁电阻传感单元串与所述推挽桥式Z轴传感器的磁电阻传感单元串交错排列。2.根据权利要求1所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于，组成所述磁电阻传感单元串的磁电阻传感单元为GMR或TMR磁电阻传感单元，自下而上依次包括种子层、下电极层、被钉扎层、钉扎层、隔离层、自由层、偏置层、上电极层以及覆盖层，所述隔离层的材料为Α1203、MgO或金属，所述偏置层为交换偏置层或者永磁偏置层。3.根据权利要求2所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于， 所述被钉扎层位于所述钉扎层远离所述隔离层的一侧； 所述交换偏置层位于所述自由层远离所述隔离层的一侧； 所述自由层、所述被钉扎层、所述被钉扎层以及所述偏置层中的至少一层的铁磁材料由包含Fe、Co、Ni中的至少一种的高磁导率软磁材料构成。4.根据权利要求3所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于，所述被钉扎层磁化方向为X轴方向，所述自由层磁化方向为Y轴方向。5.根据权利要求1所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于，所述参考磁电阻传感单元串、推磁电阻传感单元串、挽磁电阻传感单元串所对应的所述软磁通量集中器为占据软磁通量集中器，其余所述软磁通量集中器为空置软磁通量集中器，所述参考磁电阻传感单元串、推磁电阻传感单元串、挽磁电阻传感单元串位于同一个所述占据软磁通量集中器上或分别位于三个所述占据软磁通量集中器上或分别位于两个所述占据软磁通量集中器上;所述敏感磁电阻传感单元串位于两个所述空置软磁通量集中器之间或位于两个所述占据软磁通量集中器之间或位于一个所述空置软磁通量集中器和一个所述占据软磁通量集中器之间。6.根据权利要求1所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于，所述推磁电阻传感单元串和所述挽磁电阻传感单元串占据N个推挽磁电阻传感单元区域Rl，R2，…，RN，所述参考磁电阻传感单元串和所述敏感磁电阻传感单元串占据M个参考敏感磁电阻传感单元区域Pl，Ρ2，.._ ,PM，所述交错排列方式为以下任一种、两种或者三种的组合:N为整数且N多1，M为整数且M>1; 1)N=]\?t，(Rl，Pl)，...(Ri，Pi)...，(RN，PM)S(Pl，Rl)，...(Pi，Ri)...，(PM，RN); 2)N=2i，M=21-l,时； Rl，(Pl，R2)，...(P1-l，Ri)，(Pi)，(Ri+l，Pi+l)，...(R21-l，P21-l)，R2i; 或者N=2i_l，M=2i，时； 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为整数且i多I，j为整数且j彡2。7.根据权利要求6所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于，所述推挽磁电阻传感单元区域包含一个或多个推磁电阻传感单元串、以及一个或多个挽磁电阻传感单元串，所述参考敏感磁电阻传感单元区域包含一个或多个敏感磁电阻传感单元串、以及一个或多个敏感磁电阻传感单元串。8.根据权利要求7所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于，所述推挽磁电阻传感单元区域内的软磁通量集中器之间间隙相同，所述参考敏感磁电阻传感单元区域内的软磁通量集中器之间间隙相同。9.根据权利要求1所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于， 所述多磁极包含的磁极具有平行于切线方向的磁化强度，且相邻两个所述磁极分别具有反平行的磁化强度或者分别具有顺时针与逆时针的反向磁化强度， 或者包含的磁极具有垂直于所述切平面方向的磁化强度，且相邻两个所述磁极分别具有反平行的磁化强度或者分别具有向心与离心的反向磁化强度。10.根据权利要求1所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于，所述被测装置还包括用于提供磁场以磁化所述齿轮的背磁;其中， 所述背磁为长方体永磁合金材料，其宽度和高度方向分别沿所述X轴和Z轴磁场敏感方向，且其磁化方向沿所述Z轴磁场敏感方向； 或， 所述背磁为圆柱形永磁合金材料，其磁化方向和轴向方向均沿所述Z轴磁场敏感方向； 或， 所述背磁为表面开有凹形槽的方块永磁合金材料，所述凹形槽底面垂直于所述Z轴敏感方向，且磁化方向沿所述Z轴磁场敏感方向。11.根据权利要求10所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于，所述Z-X轴磁电阻传感器位于所述背磁和所述齿轮之间，且位于所述背磁表面。12.根据权利要求11所述的一种Z-X轴磁电阻传感器，其特征在于， 所述背磁的宽度大于所述齿轮周期间距的0.5倍； 或， 所述Z-X轴磁电阻传感器和所述齿轮之间的特定间隙为大于0.1倍且小于1.0倍所述齿轮周期间距。
【文档编号】G01D5/245GK106052725SQ201610403592
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】詹姆斯·G·迪克, 周志敏
【申请人】江苏多维科技有限公司