Volume 68, Issue 6 - 6

Wir untersuchen Magnetfeldsensoren für Anwendungen, die im Frequenzbereich von 0.1 Hz bis 100 kHz niedrigstes Rauschen und höchste Empfindlichkeit erfordern. Als Sensoren setzen wir supraleitende Quanteninterferometer (SQUIDs), Fluxgate-Sensoren und magnetoresistive Sensoren ein. Während die Fluxgate-Sensoren und die magnetoresistiven Sensoren bei Raumtemperatur arbeiten, erfordern die SQUIDs niedrige Temperaturen mit Kühlung durch flüssigen Stickstoff oder flüssiges Helium. Die SQUIDs weisen zwar das niedrigste Rauschen auf, jedoch stellen hochempfindliche Fluxgates und magnetoresistive Sensoren für viele Anwendungen bereits heute eine preisgünstige Alternative bei Raumtemperatur dar.

Magnetoresistive Sensoren unter Nutzung des anisotropen magnetoresistiven Effekts (AMR-Effekts) finden sowohl im Automobil als auch im industriellen Bereich für vielfältige Messaufgaben Anwendung. Aufbauend auf den theoretischen Grundlagen des AMR-Effekts werden die unterschiedlichen Ausführungsformen und Messprinzipien von AMR-Sensoren dargestellt und diskutiert. Abschließend erfolgt die Vorstellung von AMR-Sensorsystemen zur berührungslosen Drehzahl- und Winkelmessung sowie zur Schwachfeldmessung für Kompassanwendungen.

Magnetsensoren finden aufgrund ihrer berührungslosen und damit verschleißfreien Arbeitsweise vermehrt Einsatz im Kraftfahrzeug zur Messung mechanischer Größen wie Weg, Winkel oder Drehzahl. Wir geben einen Überblick und vergleichen die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Dünnschicht-Technologien, einschließlich GMR.

The new angular position sensor consists of a combination of a permanent magnet attached to a shaft and of a two-axis magnetic sensor. The permanent magnet produces a magnetic field parallel with the magnetic sensor plane. As the shaft rotates, the magnetic field also rotates. The magnetic sensor is an integrated combination of a CMOS Hall integrated circuit and a thin ferromagnetic disk. The CMOS part of the system contains two or more conventional Hall devices positioned under the periphery of the disk. The ferromagnetic disk converts locally a magnetic field parallel with the chip surface into a field perpendicular to the chip surface. Therefore, a conventional Hall element can detect an external magnetic field parallel with the chip surface. As the direction of the external magnetic field rotates in the chip plane, the output voltage of the Hall element varies as the cosine of the rotation angle. By placing the Hall elements at the appropriate places under the disk periphery, we may obtain the cosine signals shifted by 90°, 120°, or by any other angle.

Es wird ein fernauslesbarer Sensor für mechanische Größen vorgestellt, der auf einer Kombination des magnetoelastischen und des Magnetoimpedanz-Effekts basiert und in der Folge eine Änderung der Radarreflektivität als Funktion der Dehnung des Sensorelements aufweist. Das entsprechende Messsystem und die Strategien der Signalverarbeitung werden am Beispiel eines Reifensensors diskutiert. Mit diesem System ist es zurzeit möglich, mit einer Bandbreite von etwa 2 kHz Dehnungen am Sensorelement bis 0,2% drahtlos zu detektieren.

This paper rewievs the modeling of magnetic field sensor microsystems with respect to the origins of offsets. We cover the modeling of silicon-based semiconductor Hall sensors in an inhomogeneous magnetic field, including 3D transport effects. In particular we discuss the automatic geometric optimization of sensor devices. The optimization strategy achieves offset reduction with simultaneous maximazation of device sensitivity. The topology optimization method changes the conductivity of a Hall plate locally, converging to an optimum conduction geometry. After showing representative results, we discuss currently available commercial and experimental software tools and their capabilities.