一種磁性壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及磁性傳感器領域，特別是一種磁性壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]常用的壓力傳感器有電阻應變式壓力傳感器、半導體應變式壓力傳感器、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。半導體應變式壓力傳感器由于受晶向、雜質等因素的影響，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實現的，高摻雜硅形成的壓敏器件對溫度有較強的依賴性，由壓敏器件組成的電橋檢測電路也會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，很難實現微型化；電容式壓力傳感器精度的提高是利用增大電容面積來實現的，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量較高，加工工藝復雜，導致生產周期長，成本較高，另外，其輸出頻率與被測量往往是非線性關系，需進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品為電阻應變式壓力傳感器，其采用電阻應變片為敏感元件測量。電阻應變片的測量原理為:金屬絲的電阻值除了與材料的性質有關之夕卜，還與金屬絲的長度，橫截面積有關。將金屬絲粘貼在構件上，當構件受力變形時，金屬絲的長度和橫截面積也隨著構件一起變化，進而發(fā)生電阻變化。但是應變式壓力傳感器自身存在三大缺陷:(1)應變電阻不能消除側向壓力帶來的形變誤差；(2)受力時產生的阻值變化較小，造成靈敏度低；(3)應變式壓力傳感器通常的精度只能達到0.5%，在稱重計量等對精度要求高的領域并不適用；(4)應變式壓力傳感器的安裝及維護比較復雜。
[0004]中國公開號為CN102928132A的發(fā)明專利公開了一種用磁性隧道結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問題，在實際使用過程中，該傳感器依然有輸出信號線性區(qū)域小的問題。
[0005]不難看出，現有的壓力傳感器已經不能滿足現代工業(yè)、軍事和生活等領域的需求，尤其是在計量領域，對于壓力傳感器的靈敏度、精度和體積要求非常高。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供一種磁性壓力傳感器，本發(fā)明解決了采用巨磁電阻元件或磁性隧道結元件為敏感元件的壓力傳感器線性度窄的特點，具有高精度、小體積且易裝配的優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
根據本發(fā)明提出的一種磁性壓力傳感器，包括支架、固定在支架內的磁性傳感單元和兩個永磁體，所述磁性傳感單元具有敏感軸，所述兩個永磁體分別沿磁性傳感單元敏感軸的方向設置，且位于磁性傳感單元的同一側，所述兩個永磁體的大小相同且充磁方向相同。
[0008]作為本發(fā)明所述的一種磁性壓力傳感器進一步優(yōu)化方案，所述磁性傳感單元為單電阻、半橋或全橋結構。
[0009]作為本發(fā)明所述的一種磁性壓力傳感器進一步優(yōu)化方案，所述磁性傳感單元為梯度半橋或梯度全橋結構。
[0010]作為本發(fā)明所述的一種磁性壓力傳感器進一步優(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元件。
[0011 ] 作為本發(fā)明所述的一種磁性壓力傳感器進一步優(yōu)化方案，還包括設置在支架內的電感線圈，所述電感線圈內設有磁芯，且相對于永磁體設置于磁性傳感單元的另一側。
[0012]作為本發(fā)明所述的一種磁性壓力傳感器進一步優(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。
[0013]本發(fā)明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:本發(fā)明解決了采用巨磁電阻元件或磁性隧道結元件為敏感元件的壓力傳感器線性度窄的特點，具有高精度、小體積且易裝配的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明提出的壓力傳感器的結構示意圖。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]圖4是磁性壓力傳感器輸出電壓和永磁體沿4由方向位移的實際測量曲線圖。
[0018]圖5是梯度半橋式傳感單元的電連接示意圖。
[0019]圖6是梯度全橋式傳感單元的電連接示意圖。
[0020]圖7是梯度全橋式傳感單元的物理位置示意圖。
[0021]圖8是單個永磁體的空間磁場分布圖。
[0022]圖9是第一永磁體和第二永磁體的空間磁場分布圖。
[0023]圖中的附圖標記解釋為: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。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明:
為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明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內并固定，所述磁性傳感單元11具有敏感軸1，以敏感軸I的方向為^軸，以磁性傳感單元11的幾何中心為原點，所述第一永磁體12A和第二永磁體12B沿^軸方向位于同側，所述電感線圈13位于磁性傳感單元11的另一側。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I的方向平行，支架15外部為立方體或長方體，內部是一種異形結構件，其內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自垂直，支架15外部與z軸垂直的兩個平面為接觸面，支架15沿4由方向的位移與壓力近似為線性關系(如圖4所示，數據標記為方塊的即為壓力-形變曲線圖)。
[0026]本發(fā)明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接觸面受到待測壓力的作用，由于壓力導致支架15的形變，從而引起第一永磁體12A和第二永磁體12B沿z軸方向的位移，進而影響第一永磁體12A和第二永磁體12B沿z軸方向磁場32的分布，由于磁場32沿^軸方向的分布產生變化，且該場強變化和永磁體沿^軸方向位移呈線性關系(如圖2所示)，且傳感單元11的輸出信號隨磁場32的變化也為線性，同時壓力與4由方向的位移也為線性關系，因此后端通過接收該輸出信號可計算出磁場32的變化，進而得到待測壓力的大小。
[0027]采用上述方法測量壓力大小有一個缺陷，那就是磁場32并不是嚴格隨著支架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)并不是呈線性關系，其實際測量圖如圖4所示，輸出-位移(形變量)曲線并不是很理想的線性關系。為了克服上述問題，本發(fā)明采用了兩種方式:
(I)設置電感線圈13，利用電感線圈13的自感作用以抵消磁場32的導致非線性變化的分量，使得磁場32隨支架15的形變線性變化。為了進一步強化電感線圈13