Трехосевой преобразователь магнитного поля

Полезная модель относится к магниторезистивным датчикам магнитного поля и может быть использована для анализа магнитного поля в конструкциях таких приборов, как электронный компас, магнитометр, магнитный дефектоскоп.
Известна микросистема контроля трех компонент вектора магнитной индукции, описанная в патенте на изобретение РФ №2470410 (МПК H01L 21/77, опубл. 20.12.2012), содержащая кристалл магниторезистивного двухосевого преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям и кристалл магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению, размещенные таким образом, что оси чувствительности кристаллов магниторезистивных преобразователей магнитного поля направлены ортогонально друг другу.
Известна трехосевая микросистема анализа слабых магнитных полей, описанная в патенте на полезную модель РФ № 175590 (МПК H01L 21/77, опубл. 11.12.2017 г.), содержащая размещенные на подложке кристалл магниторезистивного двухосевого преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям и кристалл одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению, размещенные таким образом, что оси чувствительности кристаллов магниторезистивных преобразователей магнитного поля направлены ортогонально друг другу, отличающаяся тем, что дополнительно содержит промежуточный кристалл, размещенный между подложкой и кристаллом двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям с ориентацией грани к краю подложки, с расположением грани промежуточного кристалла и грани двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям в одной плоскости, причем кристалл одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению размещен с примыканием одной грани к подложке, другой грани к грани промежуточного кристалла и грани кристалла двухосевого магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х и Y направлениям, лежащим в одной плоскости, и с расположением противоположной грани кристалла одноосевого магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z направлению и грани подложки в одной плоскости.
Известен трехосевой магниторезистивный датчик (международная заявка WO 2019149197, МПК G01D 5/16, G01R 33/09,  опубл. 08.08.2019 г.), содержащий магниторезистивные преобразователи с осями чувствительности по Х, Y, Z направлениям, размещенные таким образом, что оси чувствительности кристаллов магниторезистивных преобразователей магнитного поля направлены ортогонально друг другу, на поверхности магниторезистивных преобразователей размещены концентраторы магнитного поля.
Трехосевой преобразователь магнитного поля (заявка US 2013285651, МПК G01R 33/02, G01R 33/09, опубл. 31.10.2013 г.), содержащий магниторезистивные преобразователи с осями чувствительности по Х, Y, Z направлениям таким образом, что оси чувствительности кристаллов магниторезистивных преобразователей магнитного поля направлены ортогонально друг другу, на поверхности магниторезистивных преобразователей размещены концентраторы магнитного поля.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении полезной модели, состоит в создании преобразователя магнитного поля с точным позиционированием кристаллов магниторезистивных преобразователей.
Технический результат, получаемый при реализации заявляемой полезной модели, выражается в повышении чувствительности и точности трехосевого преобразователя.
Для достижения вышеуказанного технического результата трехосевой преобразователь магнитного поля выполнен, содержащим основание корпуса, на котором размещены кристаллы магниторезистивных преобразователей с осями чувствительности по Х, Y, Z направлениям таким образом, что оси чувствительности кристаллов магниторезистивных преобразователей магнитного поля направлены ортогонально друг другу, причем кристалл магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Х размещен на одной грани основания корпуса, на грани, перпендикулярной ей, размещен кристалл магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Z, в кристалле магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Х выполнено отверстие, в котором размещен кристалл магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Y, на поверхности каждого кристалла магниторезистивного преобразователя с осями чувствительности по Х, Y, Z в области чувствительного элемента размещены концентраторы магнитного поля.
В частном случае выполнения полезной модели концентраторы магнитного поля выполнены в виде полосок на основе магнитомягких ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью.
В частном случае выполнения полезной модели основание корпуса выполнено с заглублениями, формирующими горизонтальную и вертикальную плоскости для монтажа кристаллов.
В частном случае выполнения полезной модели магниторезистивные преобразователи содержат магниторезисторы с анизотропным магниторезистивным эффектом.
Отличительными признаками являются: размещение кристаллов одноосевых преобразователей на двух взаимно перпендикулярных гранях основания корпуса, размещение кристалла магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Y в отверстии, выполненном в кристалле магниторезистивного преобразователя с осью чувствительности по Х, размещение концентраторов магнитного поля в области чувствительных элементов. Взаимное размещение кристаллов одноосевых преобразователей на основании корпуса обеспечивает точность расположения кристаллов, что в совокупности с расположением концентраторов в области чувствительных элементов повышает чувствительность до 1,4 мВ/(В×Э) и точность трехосевого преобразователя.
Полезная модель поясняется следующими чертежами.
Фиг.1 Трехосевой преобразователь магнитного поля
Фиг. 2 Трехосевой преобразователь магнитного поля, вид сверху.
Трехосевой преобразователь магнитного поля содержит основание корпуса 1, на котором смонтированы три кристалла: кристалл магниторезистивного преобразователя 2 с осью чувствительности по Х направлению, кристалл магниторезистивного преобразователя 3 с осью чувствительности по Y направлению и кристалл магниторезистивного преобразователя 4 с осью чувствительности по Z направлению (фиг. 1, 2), таким образом, что оси чувствительности кристаллов магниторезистивных преобразователей магнитного поля направлены ортогонально друг другу. Кристалл магниторезистивного преобразователя 2 с осью чувствительности по Х направлению размещен на одной грани основания корпуса 1, на перпендикулярной к ней грани основания размещен кристалл магниторезистивного преобразователя 4 с осью чувствительности по Z направлению. В кристалле магниторезистивного преобразователя 2 с осью чувствительности по Х направлению выполнено отверстие, в котором размещен кристалл магниторезистивного преобразователя 3 с осью чувствительности по Y направлению. На поверхности каждого кристалла магниторезистивных преобразователей 2, 3, 4 с осями чувствительности по Х, Y, Z в области чувствительного элемента размещены концентраторы магнитного поля 5 - 7.
Концентраторы магнитного поля 5 - 7 выполнены в виде полосок на основе магнитомягких ферромагнитных материалов с высокой магнитной проницаемостью. Концентраторы 5 - 7 изготавливаются из магнитомягкого ферромагнитного материала со значением относительной магнитной проницаемости не менее 1000. Концентраторы могут быть изготовлены, например, из холоднокатаной пермаллоевой ленты. Для монтажа кристаллов одноосевых преобразователей основание корпуса выполнено с заглублениями, формирующими горизонтальную и вертикальную плоскости. Магниторезистивные преобразователи 2 - 4 выполнены на основе магниторезисторов с анизотропным магниторезистивным эффектом.
Ортогональность приклейки кристаллов, содержащих оси чувствительности X и Z (2, 4), обеспечивается конструкцией основания корпуса 1. Кристалл магниторезистивного преобразователя 3 с осью чувствительности по Y монтируется в сквозное отверстие кристалла 2 с осью чувствительности по Х на основание корпуса. На поверхность кристаллов с осями чувствительности по X, Y и Z приклеивались концентраторы магнитного поля 5-7. Электрический контакт между кристаллами обеспечен ультразвуковой разваркой алюминиевой проволокой 8. Крышка корпуса 9 устанавливается на основание корпуса 1 в процессе герметизации методом пайки.