1 Überblick über die Sensorik

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262 5.2 Magnetosensitive Sensoren 5.2.2 Permalloy-Sensoren 263
Bild 5.2.2-9
Verdrehung der Stromrichtung auf einem magnetoresistiven Widerstand aus der
Widerstandsachse heraus (barber-pole-Struktur, nach [5.14 und 15]):
a) Auf der relativ hochohmigen Widerstandsschicht werden streifenförmige Metalleiterbahnen
angebracht: Diese erzeugen schrägliegende Äquipotentialflächen,
so daß die (senkrecht darauf stehenden) Feldlinien relativ zur Widerstandsachse
geneigt sind. Der Stromfluß folgt dann den Feldlinien.
b) Hintereinanderschaltung von magnetoresistiven Widerstandsstreifen zur Vergrößerung
des Sensorwiderstandes
c) Zusammenschaltung von vier magnetoresistiven Sensoren zu einer Brückenschaltung.
Jeweils gegenüberliegende Widerstände haben eine gleichsinnige
Verdrehung der Stromrichtung um + 45 o oder 45 o .
Bei Brückenschaltungen wie in Bild 5.2.2-9c sind Offsetspannungen (Brückenspannungen
ungleich Null auch bei äußerem Feld H y = 0) herstellungsbedingt nicht zu vermeiden,
deshalb werden im Sensor meistens auch Korrekturwiderstände integriert, die
über eine Lasertrimmung (Veränderung der Widerstandsgeometrie durch Verdampfung
mittels eines Laserstrahls) individuell abgeglichen werden können. Zu einer noch
feineren Offsetunterdrückung kann die Abhängigkeit der Sensorkennlinie von der Richtung
der spontanen Magnetisierung nach Bild 5.2.2-8a herangezogen werden (Bild
5.2.2-10).
Bild 5.2.2-10
Bestimmung der Offsetspannungen von Meßbrücken mit Permalloy-Sensoren
durch Vorzeichenumkehr der spontanen Magnetisierung (nach [5.27])
a) Die Sensormeßbrücke wird in einer Zylinderspule angebracht. Über Strompulse
unterschiedlichen Vorzeichens kann innerhalb der Spule ein Magnetfeld unterschiedlichen
Vorzeichens erzeugt werden, das die spontane Magnetisierung der
Permalloy-Sensoren (ohne Permanentmagneten!) in kontrollierter Weise umkehrt.
b) Sensorkennlinien gemäß Bild 5.2.2-8a mit unterschiedlichen Richtungen der
spontanen Magnetisierung: Es ergibt sich nach Bild 5.2.2-8b eine Vorzeichenumkehr
der Sensorkennlinie. Aus dem Schnittpunkt oder dem Mittelwert beider
Kennlinien kann die Offsetzspannung bestimmt werden.
c) Zeitliche Abfolge der Steuergrößen (Strom und Magnetisierung) bei der periodischen
Umkehr der Magnetisierung und Bestimmung der Offsetspannung aus
dem Ausgangssignal.
Durch Offsetkorrektur kann die Meßgenauigkeit bei sehr kleinen Magnetfeldern (Anwendung
elektronischer Kompaß) außerordentlich gesteigert werden.
Eine Temperaturabhängigkeit ergibt sich in der Größe des Ausgangssignals, nicht aber
im relativen Verlauf der Sensorkennlinie, so daß eine Temperaturkompensation über die