一種磁性壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及磁性傳感器領(lǐng)域，特別是一種磁性壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]常用的壓力傳感器有電阻應(yīng)變式壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器等。半導(dǎo)體應(yīng)變式壓力傳感器由于受晶向、雜質(zhì)等因素的影響，靈敏度離散程度大，溫度穩(wěn)定性差并且在較大應(yīng)變作用下非線性誤差大，給使用帶來一定困難；壓阻式壓力傳感器是基于高摻雜硅的壓阻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，高摻雜硅形成的壓敏器件對(duì)溫度有較強(qiáng)的依賴性，由壓敏器件組成的電橋檢測電路也會(huì)因溫度變化引起靈敏度漂移；電感式壓力傳感器，體積比較大，很難實(shí)現(xiàn)微型化；電容式壓力傳感器精度的提高是利用增大電容面積來實(shí)現(xiàn)的，隨著器件的微型化，其精度因有效電容面積減小而難以提高；諧振式壓力傳感器要求材料質(zhì)量較高，加工工藝復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)周期長，成本較高，另外，其輸出頻率與被測量往往是非線性關(guān)系，需進(jìn)行線性化處理才能保證良好的精度。
[0003]目前市面上最主流的壓力傳感器產(chǎn)品為電阻應(yīng)變式壓力傳感器，其采用電阻應(yīng)變片為敏感元件測量。電阻應(yīng)變片的測量原理為:金屬絲的電阻值除了與材料的性質(zhì)有關(guān)之夕卜，還與金屬絲的長度，橫截面積有關(guān)。將金屬絲粘貼在構(gòu)件上，當(dāng)構(gòu)件受力變形時(shí)，金屬絲的長度和橫截面積也隨著構(gòu)件一起變化，進(jìn)而發(fā)生電阻變化。但是應(yīng)變式壓力傳感器自身存在三大缺陷:(1)應(yīng)變電阻不能消除側(cè)向壓力帶來的形變誤差；(2)受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化較小，造成靈敏度低；(3)應(yīng)變式壓力傳感器通常的精度只能達(dá)到0.5%，在稱重計(jì)量等對(duì)精度要求高的領(lǐng)域并不適用；(4)應(yīng)變式壓力傳感器的安裝及維護(hù)比較復(fù)雜。
[0004]中國公開號(hào)為CN102928132A的實(shí)用新型專利公開了一種用磁性隧道結(jié)為敏感元件的壓力傳感器，采用該傳感器可以大大提高測量精度。但是采用該類傳感器依然有一個(gè)問題，在實(shí)際使用過程中，該傳感器依然有輸出信號(hào)線性區(qū)域小的問題。
[0005]不難看出，現(xiàn)有的壓力傳感器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)、軍事和生活等領(lǐng)域的需求，尤其是在計(jì)量領(lǐng)域，對(duì)于壓力傳感器的靈敏度、精度和體積要求非常高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種磁性壓力傳感器，本實(shí)用新型解決了采用巨磁電阻元件或磁性隧道結(jié)元件為敏感元件的壓力傳感器線性度窄的特點(diǎn)，具有高精度、小體積且易裝配的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型提出的一種磁性壓力傳感器，包括支架、固定在支架內(nèi)的磁性傳感單元和兩個(gè)永磁體，所述磁性傳感單元具有敏感軸，所述兩個(gè)永磁體分別沿磁性傳感單元敏感軸的方向設(shè)置，且位于磁性傳感單元的同一側(cè)，所述兩個(gè)永磁體的大小相同且充磁方向相同。
[0009]作為本實(shí)用新型所述的一種磁性壓力傳感器進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述磁性傳感單元為單電阻、半橋或全橋結(jié)構(gòu)。
[0010]作為本實(shí)用新型所述的一種磁性壓力傳感器進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述磁性傳感單元為梯度半橋或梯度全橋結(jié)構(gòu)。
[0011]作為本實(shí)用新型所述的一種磁性壓力傳感器進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述磁性傳感單元包括敏感元件，所述敏感元件為各向異性磁電阻元件、巨磁電阻元件或磁性隧道結(jié)元件。
[0012]作為本實(shí)用新型所述的一種磁性壓力傳感器進(jìn)一步優(yōu)化方案，還包括設(shè)置在支架內(nèi)的電感線圈，所述電感線圈內(nèi)設(shè)有磁芯，且相對(duì)于永磁體設(shè)置于磁性傳感單元的另一側(cè)。
[0013]作為本實(shí)用新型所述的一種磁性壓力傳感器進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述磁性傳感單元的敏感軸方向和永磁體充磁方向平行。
[0014]本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:本實(shí)用新型解決了采用巨磁電阻元件或磁性隧道結(jié)元件為敏感元件的壓力傳感器線性度窄的特點(diǎn)，具有尚精度、小體積且易裝配的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型提出的壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是靠近永磁體下方區(qū)域的磁場沿4由方向的分布圖。
[0017]圖3是磁性壓力傳感器輸出電壓和永磁體沿4由方向位移的理想曲線圖。
[0018]圖4是磁性壓力傳感器輸出電壓和永磁體沿4由方向位移的實(shí)際測量曲線圖。
[0019]圖5是梯度半橋式傳感單元的電連接示意圖。
[0020]圖6是梯度全橋式傳感單元的電連接示意圖。
[0021]圖7是梯度全橋式傳感單元的物理位置示意圖。
[0022]圖8是單個(gè)永磁體的空間磁場分布圖。
[0023]圖9是第一永磁體和第二永磁體的空間磁場分布圖。
[0024]圖中的附圖標(biāo)記解釋為:1_磁性傳感單元的敏感軸，11-磁性傳感單元，12A-第一永磁體，12B-第二永磁體，31-第一永磁體和第二永磁體的充磁方向，13-電感線圈，14-磁芯，15-支架，21-第一磁電阻，22-第二磁電阻，23-第三磁電阻，24-第四磁電阻，32-磁場。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
[0026]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請(qǐng)中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0027]如圖1所示，本實(shí)用新型提出的磁性壓力傳感器包括磁性傳感單元11、第一永磁體12A、第二永磁體12B、電感線圈13以及支架15。所述磁性傳感單元11、第一永磁體12A、第二永磁體12B以及電感線圈13位于支架15內(nèi)并固定，所述磁性傳感單元11具有敏感軸1，以敏感軸1的方向?yàn)閊軸，以磁性傳感單元11的幾何中心為原點(diǎn)，所述第一永磁體12A和第二永磁體12B沿z軸方向位于同側(cè)，所述電感線圈13位于磁性傳感單元11的另一側(cè)。其中，31為第一永磁體12A和第二永磁體12B的充磁方向，該充磁方向和磁性傳感單元11的敏感軸1的方向平行，支架15外部為立方體或長方體，內(nèi)部是一種異形結(jié)構(gòu)件，其內(nèi)部形狀和尺寸與傳感單元11、第一永磁體12A、第二永磁體12B以及電感線圈13相匹配。支架固定第一永磁體12A和第二永磁體12B的一面為一平面，該平面與4由垂直，支架15外部與4由垂直的兩個(gè)平面為接觸面，支架15沿4由方向的位移與壓力近似為線性關(guān)系(如圖4所示，數(shù)據(jù)標(biāo)記為方塊的即為壓力-形變曲線圖)。
[0028]本實(shí)用新型提出的磁性壓力傳感器的工作原理為:將所述磁性壓力傳感器的兩個(gè)接觸面受到待測壓力的作用，由于壓力導(dǎo)致支架15的形變，從而引起第一永磁體12A和第二永磁體12B沿4由方向的位移，進(jìn)而影響第一永磁體12A和第二永磁體12B沿4由方向磁場32的分布，由于磁場32沿z軸方向的分布產(chǎn)生變化，且該場強(qiáng)變化和永磁體沿z軸方向位移呈線性關(guān)系(如圖2所示)，且傳感單元11的輸出信號(hào)隨磁場32的變化也為線性，同時(shí)壓力與4由方向的位移也為線性關(guān)系，因此后端通過接收該輸出信號(hào)可計(jì)算出磁場32的變化，進(jìn)而得到待測壓力的大小。
[0029]采用上述方法測量壓力大小有一個(gè)缺陷，那就是磁場32并不是嚴(yán)格隨著支架15的形變線性變化的，其線性區(qū)域非常小，在實(shí)際測量中，傳感器的輸出和位移(支架的形變)并不是呈線性關(guān)系，其實(shí)際測量圖如圖4所示，輸出-位移(形變量)曲線并不是很理想的線性關(guān)系。為了克服上述問題，本實(shí)用新型采用了兩種方式:
[0030](1)設(shè)置電感線圈13，利用電感線圈13的自感作用以抵消磁場32的導(dǎo)致非線性變化的分量，使得磁場32隨支架15的形變線