(57)【要約】  磁界感知センサ装置は、少なくとも２つの電気的ハーフブリッジを有し、２つの前記ハーフブリッジのそれぞれが少なくとも２つのブリッジブランチを有する、第１の導体装置であって、前記ハーフブリッジの少なくとも一方が磁界感知半導体素子を含み、当該センサ装置が、前記ハーフブリッジの少なくとも一方の場所における磁界成分の磁界強度に依存する測定信号を供給し、前記磁界が測定磁界と呼ばれ、当該センサ装置の測定方向に配置される、第１の導体装置と、前記磁界強度の値を有する前記測定磁界を形成するデバイスであって、前記磁界強度が、前記センサ装置を少なくとも部分的に囲む媒体の透磁率に依存し、このため、前記測定信号が前記媒体の透磁率の測定値となる、デバイスとを備える。このため、磁界に変化をもたらす媒体を測定するためのシンプルなセンサ装置が提供される。
2007515629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの電気的ハーフブリッジを有し、２つの前記ハーフブリッジのそれぞれが少なくとも２つのブリッジブランチを有する、第１の導体装置であって、前記ハーフブリッジの少なくとも一方が磁界感知半導体素子を含み、当該センサ装置が、前記ハーフブリッジの少なくとも一方の場所における磁界成分の磁界強度に依存する測定信号を供給し、前記磁界が測定磁界と呼ばれ、当該センサ装置の測定方向に配置される、第１の導体装置と、
前記磁界強度の値を有する前記測定磁界を形成するデバイスであって、前記磁界強度が、前記センサ装置を少なくとも部分的に囲む媒体の透磁率に依存し、このため、前記測定信号が前記媒体の透磁率の測定値となる、デバイスと、
を備えることを特徴とする磁界感知センサ装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの磁界感知素子が、磁気抵抗素子として設計される、ことを特徴とする請求項１に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項３】
前記磁界を形成する前記デバイスが、安定化磁石を用いて設計される、ことを特徴とする請求項２に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項４】
前記安定化磁石は１つの表面に凹部を有し、前記凹部を介して、または前記凹部の中に前記第１の導体装置が配置されることを特徴とする、請求項３に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項５】
前記安定化磁石によって形成される磁界の磁力線が、前記凹部の底面から本質的に垂直に出てくるように、前記安定化磁石は磁化される、ことを特徴とする請求項４に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項６】
少なくとも第２の導体装置が、少なくとも第１の追加磁界成分を当該センサ装置の前記測定方向に発生させる、ことを特徴とする請求項２に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項７】
前記センサ装置に対して外部から前記測定方向に印加された磁界を、重ね合わせるために、および／または、補償するために、前記少なくとも第１の追加磁界成分が提供される、ことを特徴とする請求項６に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項８】
少なくとも第３の導体装置が、前記センサ装置の前記測定方向に対して少なくとも主として直角である方向に、少なくとも第２の追加磁界成分を発生させる、ことを特徴とする請求項２に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項９】
前記少なくとも第２の追加磁界成分が、前記センサ装置の動作点を設定するために提供される、ことを特徴とする請求項８に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項１０】
当該センサ装置の前記測定信号が供給される評価回路と、さらに、前記評価回路と結合された温度測定デバイスとを備え、前記温度測定デバイスでは、当該センサ装置および／または前記温度測定デバイスを囲む前記媒体の現在の温度の測定値である温度信号が生成され、前記温度信号も同様に、当該センサ装置の前記測定信号の、温度に起因する変化を補償するために、前記評価回路に供給されることを特徴とする、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の磁界感知センサ装置。
【請求項１１】
前記評価回路における、前記センサ装置の前記測定信号の、前記温度に起因する変化の前記補償が、前記測定磁界を形成する前記デバイスの温度依存性の補償も含むことを特徴とする、請求項１０に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項１２】
前記評価回路における、前記センサ装置の前記測定信号の、前記温度に起因する変化の前記補償が、あらかじめ定義された前記温度の関数に従って前記測定信号の値を変換することによってもたらされる、ことを特徴とする請求項１０に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項１３】
前記評価回路に結合され、あらかじめ定義された、前記温度の関数に従って、前記評価回路によって供給される、少なくとも第４の導体装置が、前記センサ装置の前記測定信号の、温度に起因する変化を補償するために、少なくとも第３の追加磁界成分を印加する、ことを特徴とする請求項１０に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項１４】
磁界に対して不感である少なくとも２つのブリッジブランチを有する少なくとも１つの電気的ハーフブリッジを備える少なくとも第５の導体装置が、前記センサ装置のあらかじめ定義された動作状態において、前記第１の導体装置またはその一部に接続され、ブリッジ回路を形成する、ことを特徴とする請求項１０に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項１５】
前記第５の導体装置が、共通モジュールを形成するために、少なくとも前記第１の導体装置と組み合わせられることを特徴とする、請求項１４に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項１６】
前記第５の導体装置が、共通モジュールを形成するために、少なくとも前記評価回路と組み合わせられることを特徴とする、請求項１４に記載の磁界感知センサ装置。
【請求項１７】
当該センサ装置を囲む前記媒体は、前記第１の導体装置のハーフブリッジ部分の領域だけを囲み、当該センサ装置の残りの部分が、前記第１の導体装置の前記ハーフブリッジの少なくとも１つについて前記媒体の透磁率の影響を抑圧する材料で囲まれることを特徴とする、請求項１乃至請求項１６のいずれかに記載の磁界感知センサ装置。
【請求項１８】
酸素含有率が可変である媒体の設計を特徴とする、請求項１乃至請求項１７のいずれかに記載の磁界感知センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁界感知センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許出願第１０１  ４１  ３７１．８号は、磁界を測定する少なくとも１つのセンサ素子と、そのセンサ素子に割り当てられた安定化磁石（stabilizing magnet）とを備える磁気抵抗センサデバイスを開示している。前記文献はさらに、磁気抵抗センサデバイスを近接センサ、動きセンサ、または位置センサとして用いることにも言及している。この場合は、検出対象物体の位置が外部磁界源に対して変化した際に、外部磁界によってセンサ素子の比例電圧信号が上昇することが利用される。そのような磁気抵抗センサデバイスは、例えば、クランクシャフトの角度を測定する際の基準マークの検出に用いられる。
【０００３】
独国特許出願第１０１  ４１  ３７１．８号に記載された内容によれば、磁界を測定するセンサ素子は、一般に、素子の飽和領域では動作せず、異方性磁気抵抗効果の原理に基づいている。そのようなセンサ素子は、ＡＭＲセンサとも呼ばれる。これらのセンサ素子に磁界をかけると伝送特性が安定することが知られているが、これは一般に、センサ素子に割り当てられた安定化磁石によってもたらされる。検出対象物体が受動型の強磁性体の場合、磁石はさらなる作用磁界（field of action）を与え、その物体の効果の下でその作用磁界の変化が検出される。この場合、磁石とセンサ素子とは、お互いに対して定められた固定位置にある。
【０００４】
独国出願公開明細書第３１  ４５  ５４２号は、他の気体と比較して顕著である酸素の常磁性に基づいて、混合気体中の酸素の選択的測定を可能にする常磁性酸素センサを開示している。酸素は、高周波コイルの磁界におけるインダクタンスの変化を大きくする。微弱な作用は、測定にあたり、混乱させる影響を小さく保つことを要求する。ハウジング内の環境から熱的にかつ機械的に遮断された、互いに良好な熱的結合を有する、いくつかの高周波コイルが設けられる。それらのコイルはブリッジ回路で動作し、その間、それらの誘導磁界が対になって測定気体および基準気体の中を通る。それらのコイルは、セラミック支持部上にプリントされた銀コイルとして、熱的に安定しているように設計されている。測定気体と基準気体とは、コイルに対して気密性を保って反射性石英管内を誘導される。１つの設計では、これらの管はコイルの内部を通る。別の設計では、回転プレートの両側にコイルが配置され、これらの管は、誘導磁界内でそのプレートを通るひものように誘導される。この酸素センサは、特に、呼吸保護具、潜水機材および医薬品に用いられるために提供される。
【０００５】
そのようなセンサの製造には、高い技術的費用がかかる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、磁界に変化をもたらす媒体を測定するシンプルなセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この目的は、
少なくとも２つの電気的ハーフブリッジを有し、２つの前記ハーフブリッジのそれぞれが少なくとも２つのブリッジブランチを有する、第１の導体装置であって、前記ハーフブリッジの少なくとも一方が磁界感知半導体素子を含み、当該センサ装置が、前記ハーフブリッジの少なくとも一方の場所における磁界成分の磁界強度に依存する測定信号を供給し、前記磁界が測定磁界と呼ばれ、当該センサ装置の測定方向に配置される、第１の導体装置と、
前記磁界強度の値を有する前記測定磁界を形成するデバイスであって、前記磁界強度が、前記センサ装置を少なくとも部分的に囲む媒体の透磁率に依存し、このため、前記測定信号が前記媒体の透磁率の測定値となる、デバイスと、
を備える磁界感知センサ装置によって達成される。
【０００８】
そのようなセンサ装置により、センサ装置を囲む媒体の中の、既知の透磁率の特定物質の含有量が、既知の組成の媒体について決定されている値との関連で、デバイスの値の評価である測定信号から容易に決定できる。特に、液体または気体の媒体は、このように、本発明によるセンサ装置を用いることによって測定可能である。好ましくは、そのような媒体の酸素濃度が決定可能である。
【０００９】
本発明による、少なくとも１つの磁界感知半導体素子を有するセンサ装置の設計は、シンプルでコンパクトで費用対効果が非常に高い製造を可能にする。機械的および熱的ストレスに対する安定度はきわめて高い。約１〜２０リットルのスペースを要する従来の大規模なセンサ装置に比べて、大幅な小型化効果が達成される。本発明により、小型、軽量、廉価であって非常に多用途であるセンサ装置が提供される。化学、物理学、生物学などの研究室向け技術、スポーツ、医学、または広い意味での呼吸保護具の分野での用途のほかに、本発明によるセンサ装置は、消費者向け技術（特に自動車技術）の分野でも用いられることが可能である。これには、特に、好ましい利用分野での、内燃機関（エンジン）への酸素供給量の測定や、また、排気ガスの酸素含有率の測定が含まれる。
【００１０】
特に、本発明による磁界感知センサ装置においては、少なくとも１つの磁界感知素子が磁気抵抗素子として設計される。このため、より高い値の測定信号が達成可能であり、且つ、より高い干渉耐性が実現されるにもかかわらず、用いられる磁気抵抗素子は、いわゆるＴＭＲ効果またはいわゆるＧＭＲ効果を磁気抵抗効果として用いる素子であることが好ましい。また、いわゆるＡＭＲ効果を磁気抵抗効果として用いる磁気抵抗素子も使用可能であり、前記磁気抵抗素子の物理特性のために、より低い値が測定信号用として設定される。用いられる磁気抵抗効果に応じて、また、場合によってはさらに別の製造用材料（例えば、ハウジング材料）に応じて、このように設計されるセンサ装置は、広い温度範囲で用いられることが可能である。例えば、−６５〜５００℃の温度範囲が可能である。ホール効果を用いる素子も原理的には使用可能である。
【００１１】
磁界を形成するデバイスは、安定化磁石を用いて設計されることが好ましい。安定化磁石は永久磁石として設計されることが好ましく、それによって、本発明によるセンサ装置の、特にシンプルで堅牢で費用対効果の高い設計が可能である。これに対し、磁界強度が調節可能である磁界が望ましい場合は、磁界を形成するデバイスの設計に、磁界を発生するために電流が流されるコイルを用いてもよい。
【００１２】
本発明のさらなる開発によれば、安定化磁石は、その１つの表面に凹部を有し、第１の導体装置は、その凹部を介して、またはその凹部の中に配置される。そのような凹部自体は既に、独国特許出願第１０１  ４１  ３７１．８号において、クレータ状のへこみとして記載されている。前記文献はさらに、それらのクレータ状のへこみが、位置決め平面に向かって延びる平坦な表面またはへこんだ表面によって形成されることを述べている。そのような設計により、前記文献に記載のセンサデバイスについて、シンプルな態様で、センサ素子の位置決め領域にある磁界が特に最適になるように最小化できることが、達成される。このように設計された、磁力線の経路は、「無発散」とも呼ばれる。無発散磁界を発生させるには、深い溝や深い穴のような凹部が特に有利である。
【００１３】
本発明による磁界感知センサ装置のさらなる開発によれば、安定化磁石は、安定化磁石によって形成される磁界の磁力線が本質的に凹部の底面から垂直に出てくるように磁化される。このように、第１の導体装置が、相対透磁率の値が少なくともほぼ１と仮定される媒体に囲まれている場合でも、第１の導体装置の場所において、少なくともほぼ無発散である磁界を達成することが有利に可能である。第１の導体装置の場所における測定磁界の磁界強度の値は、この場合では少なくともほぼゼロである。一方、磁力線経路の安定化磁石の表面をこのように設計することにより、第１の導体装置を囲む媒体の相対透磁率の値が増えるにしたがって測定磁界の磁界強度の値が増えるようにすることが達成される。結果として、測定信号の値が、媒体の透磁率の（したがって、媒体の組成の）測定値であることがシンプルに達成される。
【００１４】
別の改良によれば、本発明による磁界感知センサ装置は、センサ装置の測定方向に少なくとも第１の追加磁界成分を発生させる少なくとも第２の導体装置を有する。この第１の追加磁界成分は、測定磁界に対してかけられることが可能であり、測定磁界の特定部分または全体を補償するために用いられることが可能である。第２の導体装置は、したがって、補償導体とも呼ばれる。第１の追加磁界成分を形成するために、第２の導体装置は、補償電流とも呼ばれる電流の作用を受けることが可能である。
【００１５】
センサ装置に対して外部から測定方向に印加される磁界を重ね合わせるために、および／または、補償するために、少なくとも第１の追加磁界成分が提供されることが好ましい。これは、全測定磁界が補償されるように補償電流が測定用に設定されている場合に、そのような補償測定の過程において、補償電流の値も測定信号として評価できるからである。一方、干渉磁界の影響、または（オフセットとして知られている）測定信号の値の望ましくないシフトの影響が補償されるように、補償電流が選択されてもよい。
【００１６】
本発明による磁界感知センサ装置の別の開発は、センサ装置の測定方向に対して少なくとも主として直角である方向に、少なくとも第２の追加磁界成分を発生させる少なくとも第３の導体装置によって特徴づけられる。特に、センサ装置の特性の制御された反転、すなわち、測定磁界の磁界強度の関数としての測定信号の値の関数の制御された反転が、これにより達成できる。「フリップ」として知られたこの反転は、測定磁界の方向に対して直角である磁界成分の磁界強度のゼロ交差時に起こる。したがって、第３の導体装置は「フリップ導体」とも呼ばれ、フリップ導体を流れて、少なくとも第２の追加磁界成分を発生させる電流は「フリップ電流」とも呼ばれる。この、特性の「フリップ」によって、そのオフセットを決定することが有利に可能である。このように、少なくとも第２の追加磁界成分は、センサ装置の動作点を設定するために用いられることが可能であり、この目的のために提供されることが好ましい。
【００１７】
本発明の別の改良では、磁界感知センサ装置は、センサ装置の測定信号が供給される評価回路と、また、評価回路と結合された温度測定デバイスとによって特徴づけられ、この温度測定デバイスでは、センサ装置および／またはセンサ装置を囲む媒体の現在の温度の測定値である温度信号が生成され、この温度信号も同様に、評価回路に供給されるが、これは、センサ装置の測定信号の、温度に起因する変化を補償するためである。この温度測定デバイスは、例えば、導体装置または評価回路に外部追加される追加センサで形成されるが、評価回路に内蔵されるセンサデバイスで形成されてもよい。そのような温度測定デバイスを用いることによって、測定信号に対する温度変動の影響は、測定信号から有利に除去され、したがって、温度および透磁率の影響変数は、互いに区別される。
【００１８】
特に、評価回路内でのセンサ装置の測定信号の温度に起因する変化の補償は、測定磁界を形成するデバイスの温度依存性の補償をも有利に含む。このように、第１の導体装置の温度分布の補償が達成されるだけでなく、安定化磁石の補償、例えば、この安定化磁石が製造される材料の残留磁気誘導の補償も達成される。
【００１９】
有利なことに、第１の変形形態によれば、評価回路内でのセンサ装置の測定信号の温度に起因する変化の補償は、あらかじめ定義された、温度の関数に従って測定信号の値を変換することによってもたらされる。これは、特に、評価回路に含まれる算術ユニット内で、測定信号のさらなる信号処理の間に、数学的補償によって行われる。第２の変形形態では、評価回路に結合され、あらかじめ定義された、温度の関数に従って、評価回路によって供給される、少なくとも第４の導体装置が、センサ装置の測定信号の温度に起因する変化を補償する少なくとも第３の追加磁界成分を印加するために、設けられている。そのような温度補償は、磁界強度の値で測定磁界を形成するデバイス（すなわち、特に、安定化磁石にも）に接続された磁界生成コイルを用いて行われることが可能であることが好ましい。前記コイルは、評価回路および評価回路と結合された温度測定デバイスによって駆動される。
【００２０】
別の発展によれば、磁界感知センサ装置は、磁界に対して不感である少なくとも２つのブリッジブランチを有する少なくとも１つの電気的ハーフブリッジを備える少なくとも第５の導体装置によって特徴づけられ、この第５の導体装置は、ブリッジ回路を形成するために、センサ装置のあらかじめ定義された動作状態において、第１の導体装置またはその一部に接続される。この第５の導体装置は、磁界に依存しない基準信号を供給するために設けられ、「基準ハーフブリッジ」とも呼ばれる。
【００２１】
１つの発展では、第５の導体装置は、共通モジュールを形成するために、少なくとも第１の導体装置と組み合わせられる。この場合、「基準ハーフブリッジ」は、「センサブリッジ」とも呼ばれる導体装置と一体化される。この緊密な接続により、基準ハーフブリッジとセンサブリッジとの間の動作パラメータが最も可能な限り一致し、特に温度が少なくともほぼ一致することを、確保する。
【００２２】
別の発展では、第５の導体装置は、共通モジュールを形成するために、少なくとも評価回路と組み合わせられる。基準ハーフブリッジと評価回路とをそのように一体化することにより、特に製造許容誤差および動作温度の最大限の一致が、これらのモジュールの間で達成される。
【００２３】
本発明による磁界感知センサ装置の別の改良では、センサ装置を囲む媒体は、第１の導体装置のハーフブリッジ部分の領域だけを囲み、センサ装置の残りの部分は、第１の導体装置のハーフブリッジの少なくとも１つについて媒体の透磁率の影響を抑圧する材料で囲まれる。好ましくは、第１のハーフブリッジの少なくとも１つの磁界感知半導体素子が、透磁率（したがって、組成）を測定される媒体に囲まれ、第２のハーフブリッジの少なくとも１つの磁界感知半導体素子が、少なくとも１つの磁界感知半導体素子について媒体の透磁率の影響を抑圧する材料で囲まれる。この材料は、磁気的に伝達性であっても磁気的に非伝達性であってもよい。特に、その材料の透磁率は、第２のハーフブリッジの周囲に無発散磁界が生成されるように、その磁界強度の値を有する測定磁界を形成するデバイス（好ましくは安定化磁石）の設計と適合するように選択される。
【００２４】
好ましくは、第２および第３の導体装置は、第１の導体装置の個々のハーフブリッジに対して空間的および機能的に割り当てられた個々のセクションを有してもよく、すなわち、第２および第３の導体装置は、前記ハーフブリッジと近接して配置され、動作中に前記ハーフブリッジに作用することが好ましい。そして、第２および第３の導体装置のこれらのセクションは、測定される媒体、または測定される媒体の透磁率の影響を抑圧する材料によって、それぞれ対応するように囲まれることが好ましい。
【００２５】
本発明による磁界感知センサ装置は、特に気体媒体または液体媒体を測定するために有利に用いられる。この磁界感知センサ装置は、酸素含有率が可変である媒体の設計によって特徴づけられることが好ましい。このように、この磁界感知センサ装置は、酸素センサとして特に有利に用いられることが可能である。そのような酸素センサは、少なくとも、
−  無酸素媒体におけるゼロ以外の測定信号（すなわち、測定信号のオフセット）
−  温度および経過時間に起因するオフセット変化、測定感度および測定磁界の磁界強度、ならびに
−  外部干渉磁界
に対して、ほぼ不感である。
【００２６】
したがって、本発明による磁界感知センサ装置は、特に、自動車技術分野での使用に好適である。
【００２７】
以下、図面に示された実施例を参照しながら本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されない。
【００２８】
各図面では、一致する要素に同一の参照符号が与えられている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、四角形の外形を有する安定化磁石１の平面図を概略的に示し、安定化磁石１は、その表面２の中央に凹部３が配置され、前記凹部の中央にプレート状の半導体基板４が表面２に面平行に配置されるように設計される。半導体基板４の表面５に、安定化磁石１から離れて、４個の磁界感知半導体素子６、７、８および９という概略的表現で示される第１の導体装置がある。この実施例では、半導体素子６、７、８および９は、磁気抵抗抵抗素子として設計される。各半導体素子６、７、８および９は、第１の導体装置のブリッジブランチであり、参照符号６および７を有する第１および第２の半導体素子が、２つの電気的ハーフブリッジのうちの第１のハーフブリッジを形成し、参照符号８および９を有する第３および第４の半導体素子が、これらのハーフブリッジのうちの第２のハーフブリッジを形成する。半導体基板４の表面５におけるデカルト座標系は、そのｙ軸でセンサ装置の測定方向を示し、ｘ軸でセンサ装置の測定方向に対して直角の方向を示している。したがって、ｘ軸は、不感方向とも呼ばれる、磁気抵抗抵抗素子のいわゆる「困難軸」に垂直に延びる、センサ装置の座標方向を表す。したがって、ｙ軸は、感知方向とも呼ばれる、磁気抵抗抵抗素子のいわゆる「容易軸」に垂直に延びる、センサ装置の座標方向を表す。磁気抵抗抵抗素子は、半導体基板４の表面５の上、すなわち、前述のデカルト座標系のｘ−ｙ平面内に延びる。
【００３０】
図２は、図１に示された、本発明による磁界感知センサ装置の第１の実施例の半導体基板４の詳細な概略図を示す。半導体素子６、７、８および９が互いに電気的に接続されて、２つのハーフブリッジを形成し、これらのハーフブリッジは、第１および第２の電源電圧端子１０および１１の間に配置されている。２つのハーフブリッジの半導体素子６、７および８、９が、それぞれ、接続点１２および１３を介して、各ハーフブリッジ内で互いに接続されており、接続点１２および１３は、各ハーフブリッジにおいて、Ｖｏで示される測定信号を引き出すタップを形成する。２つの電源電圧端子の一方、例えば、第２の電源電圧端子１１は、グラウンド電位につながれることが可能である。
【００３１】
図２では、半導体素子６、７、８および９がハッチング模様の領域で示されているが、そのハッチング模様の傾きは、半導体素子６、７、８および９がいわゆるＡＭＲ素子（ＡＭＲは、ここでは「anisotropic magnetoresistive（異方性磁気抵抗）」の略）として設計されている場合の、いわゆる床屋の看板柱の構造物のアライメントを表している。これに対し、半導体素子６、７、８および９がいわゆるＧＭＲ素子（ＧＭＲは、ここでは「giant anisotropic magnetoresistive（巨大異方性磁気抵抗）」の略）として設計されている場合、半導体素子６、７、８および９の表現におけるハッチング模様の傾きは、ＧＭＲ素子のいわゆる内部「バイアス方向」の設定を表している。
【００３２】
半導体素子６、７、８および９を含む第１の導体装置とは別に、第２の導体装置１４が半導体基板４の表面５に配置されており、前記第２の導体装置は補償導体とも呼ばれる。この補償導体は、４個の半導体素子６、７、８および９のそれぞれについて、導体ストリップ１５、１６、１７、１８をそれぞれ含み、この補償導体が前記導体素子に加えられ、電気的にはそれと絶縁される。補償導体１４の導体ストリップ１５、１６、１７、１８はすべて、図示されているように、互いに直列に接続される。補償導体１４は、その端部において、端子１９および２０と接続される。補償電流とも呼ばれる電流が補償導体１４に印加された場合、対応する半導体素子６、７、８および９の場所における導体ストリップ１５、１６、１７、１８のそれぞれは、測定方向、すなわち、ｙ軸方向に磁界成分を発生させ、この磁界成分が測定磁界に重ね合わされ、それによって、外部磁界（特に干渉磁界。ただし、センサ装置の動作モードに応じて、測定磁界であることもある）が補償されることが可能である。この場合、導体ストリップ１５、１６、１７、１８の直列接続は、第１および第２の導体ストリップ１５および１６によって発生する磁界成分が、第３および第４の導体ストリップ１７および１８によって発生する磁界成分の方向と反対の方向を向くように設計される。
【００３３】
最後に、図２に示された実施例では、第１および第２の導体装置６、７、８、９および１４の上に第３の導体装置２１が加えられ、前記第３の導体装置も同様に、他の２つの導体装置と電気的に絶縁される。フリップ導体とも呼ばれる、この第３の導体装置２１は、同様に、４個の半導体素子６、７、８および９のそれぞれについて、導体ストリップ２２、２３、２４および２５をそれぞれ含み、この補償導体が前記導体素子に加えられ、電気的には前記導体素子と絶縁され、さらに、補償導体１４の導体ストリップ１５、１６、１７、１８と絶縁される。しかしながら、フリップ導体２１の導体ストリップ２２、２３、２４、および２５は、補償導体１４の導体ストリップ１５、１６、１７、１８に対して直角に配置されるが、これは、それらが、電流（いわゆるフリップ電流）の作用を受けると、センサ装置の測定方向ｙに直角である不感方向ｘに第２の追加磁界成分を発生させるためである。この第２の追加磁界成分の用途は、半導体素子６、７、８および９がＡＭＲ素子として設計された場合のセンサ装置の特性の制御されたフリッピング、または半導体素子６、７、８および９がＧＭＲ素子として設計された場合の内部バイアス方向の設定である。さらに、フリップ導体２１の導体ストリップ２２、２３、２４および２５はすべて、互いに直列に接続される。フリップ導体２１は、その端部において、端子２６および２７と接続される。この場合、導体ストリップ２２、２３、２４および２５の直列接続は、これらによって発生されるすべての磁界成分がｘ軸方向に同じように並ぶように設計される。
【００３４】
図３は、図１の図面の平面に垂直な、ｙ軸に沿って延びる平面における、図１のセンサ装置の安定化磁石１および半導体基板４の断面の概略図を示し、この図は、センサ装置、およびセンサ装置内の特に、凹部３の領域における安定化磁石１の半導体基板４および表面２を囲む媒体の相対透磁率μｒｅｌの値を１と仮定した、第１の動作状態の磁界の形で表されている。これは、無酸素媒体内の動作状態に対応する。そして、この動作状態の安定化磁石１によって形成される磁界Ｈの磁力線は、半導体基板４の領域を通り、したがって、その領域にある第１の導体装置を通り、そこでは、半導体素子６、７、８、９が、ｚ軸として示される方向において、ｘ軸およびｙ軸で形成される平面に対して少なくともほぼ排他的に直角である。したがって、半導体素子６、７、８、９を有する第１の導体装置の場所における磁界Ｈは、少なくともほぼ無発散であり、測定磁界の磁界強度Ｈｙは、少なくともほぼゼロである。
【００３５】
図４では、測定磁界の磁界強度Ｈｙの分布が、例として与えられた数値を用いて、ｙ軸に対してプロットされている。
【００３６】
図１に示されたセンサ装置の実施例では、好ましくは、図１２に別途示されているような安定化磁石１が利用される。図１２に示された安定化磁石１は、四角形状である。その四角形の表面２の上に設けられているのは凹部３であり、この凹部３も、同様に四角形状である。この凹部３に配置されているのが半導体基板４であり、半導体基板４の表面５は、このケースでは安定化磁石１から離れていて、安定化磁石１の表面２の面内にある。さらに、この面内には、ｘ軸およびｙ軸からなるデカルト座標系が配置され、これらの軸は、安定化磁石１の表面２のエッジ両側面に対して直角に延び、前記エッジ両側面は前記軸と交差する。ｘ軸およびｙ軸で形成される平面に直角に延びる座標方向は、図示された例において表面２、凹部３、および半導体４の中心を通るｚ軸によって形成され、それによって、凹部の両エッジが、座標方向ｘおよびｙの両方にあるすべての側面に同じ幅で形成される。さらに、相対透磁率定数μｒｅｌの値を１と仮定すれば、ｘ軸方向とｙ軸方向の両方において少なくともほぼ無発散である磁界が、少なくとも、半導体基板４で囲まれた、ｚ軸の直接近傍に形成されるように、安定化磁石１が磁化される。サイズの一例として、そのような安定化磁石１は、８ｍｍ×８ｍｍ×４．５ｍｍの外形寸法を有してもよい。
【００３７】
図１３において、参照符号１００は、図１２に示された安定化磁石１の変形形態を別途示しており、この磁石は円形形状を有する。その円形の表面２００の上に設けられているのは、凹部３００であり、この凹部３００も、同様に円形形状である。この凹部３００に配置されているのが半導体基板４であり、半導体基板４の表面５は、この場合では安定化磁石１００から離れていて、安定化磁石１の表面２００の面内にある。さらに、この面内には、ｘ軸およびｙ軸からなるデカルト座標系が配置され、これらの軸は、半導体基板４のエッジ両側面に対して直角に延び、前記エッジ両側面は前記軸と交差する。このケースでも、ｘ軸およびｙ軸で形成される平面に直角に延びる座標方向は、図示された例において表面２００、凹部３００、および半導体４の中心を通るｚ軸によって形成され、それによって、ｚ軸が、安定化磁石１００の円形形状の回転軸と一致する。凹部３００の両エッジは、ｘ軸およびｙ軸で形成される平面のすべての方向に同じ幅で形成される。さらに、相対透磁率定数μｒｅｌの値を１と仮定すれば、ｘ軸およびｙ軸で形成される平面の全方向において少なくともほぼ無発散である磁界が、少なくとも、半導体基板４で囲まれた、ｚ軸の直接近傍に形成されるように、安定化磁石１００が磁化される。
【００３８】
図３および４に示された動作状態から始まる、図１に示されたセンサ装置が、相対透磁率定数μｒｅｌのより高い値を有する媒体（例えば、酸素含有ガス状媒体）に対して曝された場合、図３に示された磁界Ｈの分布が、半導体基板４の領域において、ｘ軸およびｙ軸の方向に次第に発散するように変形する。磁界Ｈは、半導体基板４上に配置された第１の導体装置６を通過し、このため、この磁界Ｈはセンサ装置の感知方向の成分を有し、この成分は、相対透磁率定数μｒｅｌの値が増えるほど（すなわち、測定磁界の磁界強度Ｈｙが増えるほど）増える。この結果、測定信号Ｖｏは、センサ装置において生成され、この測定信号の値は、測定磁界の磁界強度Ｈｙに正比例する。したがって、測定信号Ｖｏの値は、センサ装置を囲む媒体の酸素含有率に正比例する。
【００３９】
図５は、センサ装置を囲む媒体の酸素含有率が１００％である動作状態の場合の、図１の図面の平面に垂直な、ｙ軸に沿って延びる平面における、図１のセンサ装置の安定化磁石１および半導体基板４の断面の概略図を示し、この図は、センサ装置、およびセンサ装置内の特に、凹部３の領域における安定化磁石１の半導体基板４および表面２を囲む媒体の相対透磁率μｒｅｌの値を１．１５と仮定した、この動作状態の磁界Ｈの形で表されている。これは、純酸素からなる媒体における動作状態に対応する。比較のために、図３の動作状態における磁力線分布のいくつかが、図５に破線で示されている。
【００４０】
図６は、図４と類似しているが、図５に示された動作状態における測定磁界の磁界強度Ｈｙを、例示的な数値を用いて、ｙ座標の関数として示す図を示しており、ｙ座標の関数として、測定磁界の磁界強度Ｈｙに明らかな上昇が見られる。
【００４１】
図７は、図１、２、３または５に示された磁気抵抗センサ装置の特性を概略的に表現した図を示す。図７では、測定信号Ｖｏの値が、測定磁界の磁界強度Ｈｙの値に対してプロットされている。測定信号Ｖｏは、基本的に、測定磁界の磁界強度Ｈｙの関数としての正弦曲線となっており、この曲線は、「ｏｆｆｓｅｔ」と示されたゼロオフセットを有し、この曲線の向きは、不感方向（すなわち、ｘ軸）の磁界の方向に依存する。図７では、例として、ｘ軸方向において、磁界の２つの方向についての２つの特性分布が示されており、実線で示される特性分布は、一方の方向を向く磁界についてのものであり、破線で示された特性分布は、この方向が反転された場合に得られる。これは、それら特性に付された矢印と、参照符号Ｍｘとで表されている。
【００４２】
センサ装置に作用する磁界の方向をｘ軸について反転すると、特性分布をフリップできる。この特性フリップは、磁界のｘ方向成分の磁界強度のゼロ交差時に発生し、例として示されたセンサ装置においては、フリップ導体２１を流れ、それによって第２の追加磁界成分を発生させる電流（フリップ電流）によって引き起こされる。ｘ軸方向の第２の追加磁界成分は、安定化磁石１の磁界に重ね合わされ、これによって、特性分布のフリップを制御する。
【００４３】
この特性フリップにより、特性におけるオフセットが有利に決定されることが可能である。この目的のために、フリップ電流は、パルス状にフリップ導体２１に流されるが、これは、センサ装置の動作点が設定可能であるようにするためと、それに対して得られる特性分布が決定可能であるようにするためである。「ｏｆｆｓｅｔ」で示されるゼロオフセットは、得られた特性分布の交点から決定される。
【００４４】
センサ装置の動作中は、安定した動作点がフリップ電流によって設定され、この動作点がここで一定に保たれ、したがって、ゼロオフセットの決定後にｘ軸方向の第２の追加磁界成分が一定に保たれる。フリップ電流がさらに流れ、それによって、センサ装置の動作点が安定した場合は、その後に補償導体１４に補償電流が流され、補償電流の値は、測定信号Ｖｏの値がゼロオフセットのあらかじめ決められた値と等しくなるように設定される。その後に流れる補償電流の値は、センサ装置を囲む媒体の相対透磁率μｒｅｌの測定値であり、したがって、媒体の酸素含有率の測定値である。
【００４５】
磁気回路のこの設計では、磁界強度のｙ方向の有効成分Ｈｙが得られるのは、センサ装置を囲む媒体の透磁率が変化したときだけである。この磁界強度のｙ方向の成分Ｈｙは、安定化磁石１の残留磁気、すなわち、安定化磁石１によって形成された磁界Ｈの磁界強度（磁気誘導）と同じ相対温度係数を有する。したがって、このようにして得られる測定信号Ｖｏの値も温度に依存し、図面には示されていない追加温度センサによって温度補償されなければならない。温度補償は評価回路において行われることが好ましく、評価回路は、第１および第２の接続点１２、１３を介して第１の導体装置６、７、８、９に接続され、センサ装置の測定信号Ｖｏが供給される。この評価回路には温度センサも接続され、温度センサにおいては、センサ装置の現在の温度の測定値である温度信号が生成される。温度信号は同様に評価回路に供給されるが、これは、センサ装置の測定信号Ｖｏの、温度に起因する変化を補償するためである。
【００４６】
図８は、磁気抵抗センサ装置のＨｙに対して特性Ｖｏが温度に依存する様子を概略的に表した図の例を示す。センサ装置、すなわち、素子が表面に配置されている半導体基板４の、Ｔで示される温度の４つの値（−２５℃、２５℃、７５℃および１２５℃）に対する特性の例がプロットされている。示された例においてこの特性が用いられる動作範囲は、ＯＲで示されており、この場合では約４ｋＡ／ｍである。前述の補償付き測定では、補償導体１４に補償電流が流され、補償電流の値は、測定信号Ｖｏの値がゼロオフセットのあらかじめ決められた値と等しくなるように設定されるが、この補償付き測定を用いた場合は、ゼロ点の周囲の非常に狭い範囲だけが、図８に示された特性で用いられる。したがって、センサの感度の温度係数は、無視されることが可能である。
【００４７】
前述のセンサ装置は、一体化された常磁性酸素センサを形成する。この場合は、第１の導体装置において組み合わせられた磁界感知半導体素子のグラジオメータ（磁場勾配計）的な設計によって、すなわち、勾配センサの構成におけるこれらの半導体素子の配置によって、均一な干渉磁界（magnetic interference fields）が抑圧される。ゼロオフセットの温度効果を含むゼロオフセットの補償は、特定のフリップによって可能になる。第１の導体装置の測定感度に対する温度の影響も、測定中に補償電流が用いられる補償原理を用いることによって、無視できる程度に小さく保たれる。
【００４８】
安定化磁石の残留磁気に対する温度の影響は、一方で、前述の態様において、評価回路による、追加の温度測定と残留磁気の温度係数の補償とによって抑圧されてもよい。この目的のために、評価回路は、残留磁気の温度係数についてのデータを供給されるか、またはそのようなデータを内蔵することが必要である。他方では、残留磁気の温度係数の補償は、安定化磁石の領域に追加配置された磁界生成コイルによって行われてもよく、このコイルは、イントロダクションにおいて、第４の導体装置として言及されていたものである。前記コイルは、同様に、センサ装置において測定された温度と、残留磁気の温度係数との関数として駆動され、温度に起因する残留磁気変動を補償する。
【００４９】
センサ装置の動作中に、媒体の酸素含有率と、温度との両方が同時に変動した場合は、前述の追加の温度測定による支援がある場合のみ、両者の区別が可能である。装置のコストを下げるために温度測定が省略される場合は、これらの同時変動が起こらないようにしなければならない。
【００５０】
図９は、本発明による磁界感知センサ装置の別の実施例を平面図で概略的に示したものである。図９に示されているセンサ装置では、四角形の安定化磁石３０１が用いられており、安定化磁石３０１は、その表面２０１の中央に凹部３０１がｘ軸方向に位置決めされ、前記凹部の中央に、プレート状の半導体基板４０１が表面２０１と面平行に配置されるように設計されている。半導体基板４０１の表面５０１に、安定化磁石１０１から離れて、４個の磁界感知半導体素子６、７、８および９という概略的表現で示される第１の導体装置があり、この第１の導体装置は、図１および２の第１の導体装置と同一である。半導体基板４０１の表面５０１におけるデカルト座標系は、そのｙ軸でセンサ装置の測定方向をポイントし、ｘ軸でセンサ装置の測定方向に対して直角の方向をポイントする。したがって、ｘ軸は、不感方向とも呼ばれる、磁気抵抗抵抗素子のいわゆる「困難軸」に垂直に延びる、センサ装置の座標方向を表す。したがって、ｙ軸は、感知方向とも呼ばれる、磁気抵抗抵抗素子のいわゆる「容易軸」に垂直に延びる、センサ装置の座標方向を表す。磁気抵抗抵抗素子は、半導体基板４０１の表面５０１の上、すなわち、前述のデカルト座標系のｘ−ｙ平面内に延びる。
【００５１】
図１に示された装置と比較して、図９には２つの変更が示されている。一方では、安定化磁石１０１の表面２０１上の凹部３０１が、安定化磁石１０１の全範囲にわたって、ｙ方向、すなわち、センサ装置の感知方向に延びている。このようにして、半導体基板４０１の場所において、ｘ方向にのみ、少なくともほぼ無発散である磁界が得られ、これに対し、ｙ方向（感知方向）の磁界は、半導体基板４０１の場所において発散する。他方では、センサ装置の半分、すなわち、安定化磁石１０１の半分と半導体基板４０１の半分とにカバー５０２が設けられ、カバー５０２のエッジが、安定化磁石１０１および半導体基板４０１の上方の中央をｘ軸に沿って延びる。カバー５０２は、第１の導体装置６、７、８、９の第２のハーフブリッジの上で測定される、媒体の透磁率の影響を抑圧する材料で作成されており、前記第２のハーフブリッジは、第３および第４の半導体素子８、９で形成され、カバー５０２は、前記第２のハーフブリッジを完全に内部に封入することが好ましい。測定対象であって、センサ装置のその他の部分を囲む媒体は、第１の導体装置６、７、８、９のうちの、第１および第２の半導体素子６、７で形成される第１のハーフブリッジの領域だけを囲む。カバー５０２の材料は、磁気的に伝達性であっても磁気的に非伝達性であってもよく、その透磁率は一定であることが好ましい。特に、この透磁率は、第２のハーフブリッジ８、９の周囲に少なくともほぼ無発散の磁界が発生するように、安定化磁石１０１の設計と適合するように選択されることが可能である。
【００５２】
図１０は、図９に示された、本発明による磁界感知センサ装置の第２の実施例の半導体基板４０１のより詳細な概略図を示す。半導体素子６、７、８および９を含む第１の導体装置は、図２に示された導体装置に対応するが、測定信号は、この場合には、個々のハーフブリッジ６、７および８、９の第１および第２の接続点１２、１３において別々に評価されることが可能であり、したがって、別個の参照符号Ｖｏ１およびＶｏ２が付されている。これは、評価回路（図示せず）への適切な接続によって達成される。
【００５３】
第１の導体装置とは別に、半導体基板４０１の表面５０１の上に第２の導体装置が配置される。前記第２の導体装置は、４個の半導体素子６、７、８および９のそれぞれについて、導体ストリップ１５、１６、１７、１８をそれぞれ含み、この導体装置が前記導体素子に加えられ、電気的にはそれと絶縁される。これらの導体ストリップのうちの第１の導体ストリップ１５および第２の導体ストリップ１６は、図示されているように互いに直列接続され、第１の補償導体１４１を形成する。第１の補償導体１４１は、その端部において、端子１４３および１４４と接続される。第２の導体装置の導体ストリップのうちの第３の導体ストリップ１７および第４の導体ストリップ１８も同様に、互いに直列接続され、第２の補償導体１４２を形成する。第２の補償導体１４２は、その端部において、端子１４５および１４６と接続される。第１および第２の補償電流Ｉｃｏｍｐ１およびＩｃｏｍｐ２とも呼ばれる電流が補償導体１４１、１４２に印加された場合、対応する半導体素子６、７、８および９の場所における導体ストリップ１５、１６、１７、１８のそれぞれは、測定方向、すなわち、ｙ軸方向に磁界成分を発生させ、この磁界成分が測定磁界にかけられ、それによって、外部磁界（特に干渉磁界。ただし、センサ装置の動作モードに応じて、測定磁界であることもある）が補償されることが可能である。この場合、補償導体１４１、１４２には異なる補償電流が印加されてもよく、したがって、測定方向における異なる磁界成分が、各種ハーフブリッジの半導体素子６、７および８、９に重ね合わされてもよい。
【００５４】
最後に、図１０に示された実施例では、第１および第２の導体装置６、７、８、９および１４１、１４２の上に第３の導体装置２１が用いられており、第３の導体装置は、その設計に関しては、図２の導体装置に対応しており、この場合でも再び、フリップ導体として用いられる。
【００５５】
図９に示された実施例による磁界感知センサ装置は、最終的には第５の導体装置を含み、第５の導体装置は、磁界を感知しない２つのブリッジブランチを有する１つの電気的ハーフブリッジを含む。この第５の導体装置は、基準ハーフブリッジとも呼ばれ、磁界に依存しない基準信号を供給するために設けられ、図には示されていない。基準ハーフブリッジは、ブリッジ回路を形成するために、センサ装置のあらかじめ定義された動作状態において第１の導体装置の個々のハーフブリッジに接続される。基準ハーフブリッジは、任意的に、第１の導体装置と一体化されるか、または好ましくは評価回路と一体化される。
【００５６】
図１４は、本発明による磁界感知センサ装置で用いられる安定化磁石の設計の第３の例として、図９および１０で示されたセンサ装置で用いられる安定化磁石１０１の別の表現を示す。サイズの一例として、そのような安定化磁石１０１は、８ｍｍ×６ｍｍ×４．５ｍｍの外形寸法を有してもよい。
【００５７】
図９および１０に示されたセンサ装置を用いると、例えば、第１のハーフブリッジ６、７を囲む媒体の酸素濃度の測定は、以下のスキームに従って行うことができる。
【００５８】
第１の操作ステップでは、第１のハーフブリッジ６、７と基準ハーフブリッジとを電気的に接続することにより、フルブリッジが形成される。補償導体１４１、１４２は、この操作ステップでは、補償電流をまったく流さない。フリップ導体２１にフリップ電流を加えると、それによって、磁界を感知する第１のハーフブリッジ６、７の特性がフリップされることが可能であり、それによって設定された、第１のハーフブリッジ６、７の２つの動作点において、ブリッジ出力電圧が測定されることが可能であり、このブリッジ出力電圧は、第１のハーフブリッジ６、７の測定信号Ｖｏ１と、磁界に依存しない基準信号とからなる。そして、ここでも「ｏｆｆｓｅｔ」で示される、測定信号Ｖｏ１の特性分布のゼロオフセットは、２つの動作点で測定されたブリッジ出力電圧の平均値に対応する。この測定は、図７と同等の条件に基づく。
【００５９】
第２の操作ステップでは、半導体基板４０１および安定化磁石１０１の上にカバー５０２が設けられた第２のハーフブリッジ８、９と、基準ハーフブリッジとを電気的に接続することによって、フルブリッジが形成される。補償導体１４１、１４２は、この操作ステップでも、補償電流をまったく流さない。フリップ導体２１にフリップ電流を加えると、それによって、磁界を感知する第２のハーフブリッジ８、９の特性がフリップされ、それによって設定された、第２のハーフブリッジ８、９の２つの動作点において、ブリッジ出力電圧が測定され、このブリッジ出力電圧は、第２のハーフブリッジ８、９の測定信号Ｖｏ２と、基準信号とからなる。そして、ここでも「ｏｆｆｓｅｔ」で示される、測定信号Ｖｏ２の特性分布のゼロオフセットは、２つの動作点で測定されたブリッジ出力電圧の平均値に対応する。この測定も、図７と同等の条件に基づく。
【００６０】
第３の操作ステップでは、第１および第２の操作ステップで決定されたゼロオフセットを考慮に入れて、第２の操作ステップで形成されたフルブリッジが、第２の補償導体１４２を介して供給される第２の補償電流Ｉｃｏｍｐ２によってバランスされることが可能である。したがって、磁界感知半導体素子８、９の感知方向の磁界強度が直接測定され、それによって、安定化磁石１０１の磁性材料の温度係数が考慮される（すなわち、測定に対する温度係数の影響が抑圧される）。
【００６１】
第４の操作ステップでは、第３の操作ステップで決定された第２の補償電流Ｉｃｏｍｐ２がさらに、カバーされた第２のハーフブリッジ８、９の第２の補償導体１４２に流される。その後、第１の補償電流Ｉｃｏｍｐ１が、カバーされていない第１のハーフブリッジ６、７の第１の補償導体１４１に流され、全ブリッジ出力信号、すなわち、測定信号Ｖｏ１およびＶｏ２の差がゼロになるように、第１の補償電流Ｉｃｏｍｐ１が設定される。したがって、磁界感知半導体素子６、７の感知方向の磁界強度Ｈｙと、これらの半導体素子６、７を囲む媒体の相対透磁率との間の線形依存が、図１１の図に示されるように用いられる。この図は、媒体（好ましくは気体媒体）の酸素含有率を変化させることによって変化する相対透磁率μｒｅｌの値の範囲での前記依存を示しており、これはすなわち、周囲の気体媒体の相対透磁率μｒｅｌを変化させることによる、感知方向の、散乱磁界（ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  ｆｉｅｌｄ）とも呼ばれる磁界成分の磁界強度Ｈｙの変化を示している。したがって、この線形依存は、酸素を測定するために用いられることが可能である。
【００６２】
第５の操作ステップでは、前の操作ステップで設定された２つの補償電流Ｉｃｏｍｐ１およびＩｃｏｍｐ２の差が決定される。これは、周囲の媒体の酸素含有率の測定値である。これに対し、カバー５０２の下の第２の補償導体１４２の導体ストリップ１７、１８を流れる第２の補償電流Ｉｃｏｍｐ２は、おそらくは温度および経過時間に依存する、磁界の磁界強度の直接の測定値である。
【００６３】
前述の第２の実施例において、第５の操作ステップが循環的に繰り返されると、前述の第１の実施例のように、半導体素子６、７、８、９のグラジオメータ的な設計によって、均一な干渉磁界がそのようなセンサ装置によって抑圧されることが可能である。この場合も特性のフリップによって、ゼロオフセットの補償の温度依存性を含む、ゼロオフセットの簡単かつ有効な決定および補償が可能になる。補償導体に流される補償電流を用いる補償原理を適用すると、センサ装置の測定感度に対する温度の影響は、無視できるほどに低く保たれることが可能である。さらに、安定化磁石の残留磁気に対する温度の影響が補償される。最後に、両方の補償導体を流れる補償電流を評価することによって、時間の経過に伴う温度および酸素含有率の変化を評価することも可能であり、その際に、追加の温度測定は不要である。
【００６４】
本発明は、常磁性酸素センサの、費用対効果の高い小型設計を提供し、これによって、信号の偏差が十分に大きく、交差感度が無視できる場合には、多くの応用分野において、必要に応じた気体混合物の酸素含有率を測定することが可能である。いわゆるＧＭＲ効果を磁気抵抗効果として用いる磁気抵抗素子を用いることが好ましいのは、それによって、本発明によるセンサ装置の特に高い測定感度が達成可能だからである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明による磁界感知センサ装置の第１の実施例の概略平面図である。
【図２】図１に示された、本発明による磁界感知センサ装置の第１の実施例の導体装置の概略平面図である。
【図３】図１の図面の平面に垂直な、ｙ軸に沿って延びる平面における、図１のセンサ装置の断面を、第１の動作状態での磁界の形で示した概略図である。
【図４】ｙ軸方向の測定磁界の磁界強度の例が、図３に示された第１の動作状態での座標ゼロ点からの距離の関数としてプロットされた図である。
【図５】図１の図面の平面に垂直な、ｙ軸に沿って延びる平面における、図１のセンサ装置の断面を、第２の動作状態での磁界の形で示した概略図である。
【図６】ｙ軸方向の測定磁界の磁界強度の例が、図５に示された第２の動作状態での座標ゼロ点からの距離の関数としてプロットされた図である。
【図７】ｘ軸方向に第２の追加磁界成分を加えることによって制御される、特性分布のオフセットおよびフリップを有する磁気抵抗センサの特性を概略的に表した図であり、測定磁界の磁界強度の値に対して測定信号の値がプロットされている。
【図８】図７に示された磁気抵抗センサの特性の温度依存を概略的に表した図である。
【図９】本発明による磁界感知センサ装置の第２の実施例の概略平面図である。
【図１０】図９に示された、本発明による磁界感知センサ装置の第２の実施例の導体装置の概略平面図である。
【図１１】測定磁界の磁界強度が相対透磁率に依存する例を示す図である。
【図１２】本発明による磁界感知センサ装置で用いられる安定化磁石の設計の第１の例である。
【図１３】本発明による磁界感知センサ装置で用いられる安定化磁石の設計の第２の例である。
【図１４】本発明による磁界感知センサ装置で用いられる安定化磁石の設計の第３の例である。
【符号の説明】
【００６６】
１  四角形状の安定化磁石
２  安定化磁石１の表面
３  安定化磁石１の表面２にある凹部
４  半導体基板
５  安定化磁石１から離れている、半導体基板４の表面
６  第１の導体装置の第１のハーフブリッジに用いられる第１の磁界感知半導体素子
７  第１の導体装置の第１のハーフブリッジに用いられる第２の磁界感知半導体素子
８  第１の導体装置の第２のハーフブリッジに用いられる第３の磁界感知半導体素子
９  第１の導体装置の第２のハーフブリッジに用いられる第４の磁界感知半導体素子
１０  第１の電源電圧端子
１１  （例えば、グラウンド電位にある）第２の電源電圧端子
１２  第１の接続点
１３  第２の接続点
１４  第２の導体装置（補償導体とも呼ばれる）
１５  第２の導体装置１４または１４１、１４２の第１の導体ストリップ（第１の半導体素子６用）
１６  第２の導体装置１４または１４１、１４２の第２の導体ストリップ（第２の半導体素子７用）
１７  第２の導体装置１４または１４１、１４２の第３の導体ストリップ（第３の半導体素子８用）
１８  第２の導体装置１４または１４１、１４２の第４の導体ストリップ（第４の半導体素子９用）
１９  第２の導体装置１４の第１の端子
２０  第２の導体装置１４の第２の端子
２１  第３の導体装置（フリップ導体とも呼ばれる）
２２  第３の導体装置２１の第１の導体ストリップ（第１の半導体素子６用）
２３  第３の導体装置２１の第２の導体ストリップ（第２の半導体素子７用）
２４  第３の導体装置２１の第３の導体ストリップ（第３の半導体素子８用）
２５  第３の導体装置２１の第４の導体ストリップ（第４の半導体素子９用）
２６  第３の導体装置２１の第１の端子
２７  第３の導体装置２１の第２の端子
１００  安定化磁石（図１３に示された変形形態）
１０１  安定化磁石（図１４に示された変形形態）
１４１  図１０に示された第１の補償導体
１４２  図１０に示された第２の補償導体
１４３  第１の補償導体１４１の第１の端子
１４４  第１の補償導体１４１の第２の端子
１４５  第２の補償導体１４２の第１の端子
１４６  第２の補償導体１４２の第２の端子
２００  安定化磁石１００の表面
２０１  安定化磁石１０１の表面
３００  安定化磁石１００の表面２００にある凹部
３０１  安定化磁石１０１の表面２０１にある凹部
４０１  半導体基板（図１０に示された変形形態）
５０１  安定化磁石１０１から離れている、半導体基板４０１の表面
５０２  半導体基板４０１および安定化磁石１０１の上のカバー
Ｈ  安定化磁石１によって形成される磁界
Ｈｙ  測定磁界の磁界強度
Ｉｃｏｍｐ１  第１の補償導体１４１内の第１の補償電流
Ｉｃｏｍｐ２  第２の補償導体１４２内の第２の補償電流
Ｍｘ  Ｈｙに対する特性分布Ｖｏの表現における、センサ装置の場所でのｘ方向の磁界の指向方向を記号化したもの
ｏｆｆｓｅｔ  Ｈｙに対する特性分布Ｖｏのゼロオフセット
ＯＲ  Ｈｙに対する特性Ｖｏが用いられる動作範囲
Ｔ  センサ装置の温度（すなわち、素子が上に配置された半導体基板４の温度）
Ｖｏ  測定信号
Ｖｏ１  第１のハーフブリッジ６、７の測定信号
Ｖｏ２  第２のハーフブリッジ８、９の測定信号
ｘ  センサ装置の半導体基板４の表面５におけるデカルト座標系の不感座標方向
ｙ  センサ装置の半導体基板４の表面５におけるデカルト座標系の感知座標方向（センサ装置の測定方向）
ｚ  ｘ軸およびｙ軸で形成される平面に直角な座標方向
μｒｅｌ  センサ装置を囲む媒体の相対透磁率
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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