KR900000980B1 - 자기저항소자를 이용한 각도 측정 장치 및 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

자기저항소자를 이용한 각도 측정 장치 및 패턴 형성 방법

제1도는 종래의 회로도.

a도는 자기저항소자를 이용한 패턴형성도.

b도는 상기 a도의 등가회로도.

c도는 상기 a, b도에 의한 각도 측정회로도.

제2도는 본 발명에 따른 회로도.

a도는 자기저항소자를 이용한 패턴형성도.

b도는 상기 a도의 등가회로도.

c도는 상기 a, b도에 의한 각도측정 회로도.

제3a와 b도는 본 발명에 따른 회로도의 또다른 패턴 형성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A, B, C, D : 자기저항소자 1 : 절연기판

10, 20 : 출력단자 30, 40 : 전원입력단자

본 발명은 회전체의 각도검지용 브리지회로 구성시 절연기판내에 자기저항소자로 자기저항치부 및 고정저항치수를 구성할 수 있는 장치 및 그 패턴형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자기 저항 효과(meπetoresistive effect)라 함은 외부자계의 변화에 따라 자성물질내의 고유저항이 변화하는 현상으로, 상기의 자기저항 효과를 이용하여 강자성체 또는 반도체의 표면에 외부자계를 가하고 그 양단에 전극을 고정시킨 것을 자기저항소자라 한다. 상기 자기저항소자는 외부자계의 방향에 따라 자기 저항값이 변화하는데, 자계가 자기저항소자의 평행이면 저항값은 최대가 되고, 자계와 자기저항소자가 직교할 때 저항값은 최소가 된다.

상기 자기저항소자의 저항값은 하기 식으로 결정할 수 있는데

R : 자기저항소자의 저항값

ρ : 자기저항소자의 고유 저항

S : 자기저항소자의 단면적

I : 자기저항소자의 길이

이 된다. 따라서 자기저항소자의 저항값은 자기저항소자의 고유저항과 길이에 비례하고 단면적에 반비례한다.

또한 온도에 의한 변화는 온도가 상승할 때 자기저항소자내의 열운동이 심해져 자유전자와의 충돌횟수가 많아짐으로, 전기적 저항이 온도가 하강할때는 상기 사항과 반대 현상이 일어난다.

제1도는 종래의 회로도로서, 제1a도는 종래의 패턴형성도인데, 출력단자(4)와, 접점(2,3)과 강자성체의 자기저항소자(A,B)로 구성된 브리지(bridge)회로이다. 이때 철-니켈(Fe-Ni)이나 니켈-코발트(Ni-Co)막으로된 강자성체 자기저항소자(A,B)는 장축이 서로 직교하도록 띠(stripe) 모양으로 증착시켰으며, 제1b도에 도시했듯이 단자(2,3)사이에 직류전원을 연결하면 외부자계의 각도에 따라서 자성체의 저항이 변화하고, 상기 저항값이 단자(4)를 통해 검출 출력되는 것을 알 수 있다.

그러나 자가저항 소자(A,B)에 의해 발생되는 전압의 변화량은 수백 m 정도이므로, 외부저항(R₁,R₂)를 이용하여 브리지(bridge) 접속시켜 상기 브리지 출력을 증폭기(5)를 통하여 증폭시킨 후 출력되는 것을 제1도(c)도에 도시했다. 상기 브리지 회로의 외부저항(R₁,R₂)은 자기 저항치부(A,B)에 대한 고정저항치부로서, 기준전압 발생용으로 사용되고 있었으나, 저항온도 특성이 거의 같은 것을 사용해야만 하므로서 기저항(R₁,R₂)의 저항값을 결정하기가 어려웠으며, 외부저항(R₁,R₂)를 자기저항소자(A,B)와 함께 브리지회로를 구성하며 사용함으로서 부품수의 증가로 센서의 장치가 커지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 외부 고정 저항치부를 자기저항소자로 사용함으로서 일정한 기준전압을 발생시켜 안정된 신호를 출력검출할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 고정저항 치부를 자기저항소자로 절연기판안에 내장하여 외부 부품수를 줄이고 장치를 소형화할 수 있는 각도측정장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 고정저항 치부를 자기저항소자로 절연기판안에 내장할 수 있는 패턴 형성방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적을 수행하기 위하여 자기저항소자를 내장하는 절연기판과 절연기판에 두 개의 자기저항소자들에 전원을 공급해주는 2개의 전원 입력단자와, 자기저항소자회로의 검출출력하는 2개의 출력단자와 자기저항소자(A,B,C,D)로 구성됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제2a도는 본 발명에 따른 패턴형성도로서, 절연기판(1)의 오른쪽 부분에 자기저항소자(A,B)를 서로 장축방향이 직교하도록 2개의 띠모양의 패턴으로 증착시켜 자기저항 치부로 구성하고, 기판의 왼쪽 부분에 자기저항소자(C,D)가 서로 장축방향이 수평이 되도록 자기저항소자의 띠를 증착시켜 고정저항치부를 구성하고, 자기저항소자(A,B) 사이에 제1출력단자(10)를 연결하고, 자기저항소자(C,D) 사이에 제2출력단자(20)를 연결하며, 자기저항소자(A,C) 사이에 제1전원입력단자(30)를 설치하고 자기저항소자(B,D) 사이에 제2전원입력단자(40)를 설치하여 연결되게 구성한다.

한편 제2b도는 제2도에 대한 등가회로이며 제2c도는 제2a(b)도에 대한 각도측정회로도이다.

상술한 도면과 구성에 의거 본 발명을 상세히 설명한다.

자기저항소자는 자계의 방향과 수평일 때 저항값은 최대가 되고 직교했을 때는 저항값이 최소가 된다.

자기저항소자(A,B,C,D)는 각각 같은 강자성체이며, 동일한 단면적 길이를 갖고, 전술한 바와 같이

이므로 자기저항소자의 저항값은 모두 같고 외부 온도에 의한 저항값도 같이 변화한다.

따라서 외부자계의 방향에 따라 상기의 자기저항소자(A,B,C,D)의 저항값이 변화하며, 구성에서 도시했듯이 자기저항소자(A,C,D)의 자기저항소자(B)와는 장축의 서로 직교하도록 띠를 증착시켰다.

따라서 외부자계의 방향(θ)이 π/4이면 자기저항소자(A,C,D)와 자기저항소자(B)의 저항값은 같으며, 외부자계의 방향(θ)이 π/2이면 자기저항소자(A,B,C)는 최소가 되고 자기저항소자(B)의 저항값은 최대가 되며, 외부자계의 방향(θ)이 3/4π이면 자기저항소자(A,B,C)의 저항값과 자기저항소자(B)의 저항값은 같으며, 외부자계의 방향(θ)이 π이면 자기저항소자(A,B,C)의 저항값은 최소가 된다.

즉, 외부자계의 방향(θ)에 대한 변화를 도시하면 하기와 같다.

θ= O,π, A,C,D,B

O＜θ＜π/4, 3/4π, 5/4π＜θ＜3/2π, 3/2π＜θ＜7/4π, B＞A,C,D θ=π/4, 3/4π, 5/4π, 7/4πA,C,D=B.

상기의 사항에서 보면 외부의 자계방향(θ)이 π에 가까우면 자기저항소자(A,C,D)의 저항값이 커지고, 외부자계의 방향(θ)이 π/2에 가까우면 자기저항소자(B)의 저항값이 커진다.

따라서 외부자계의 방향이 변화하여도 자기저항소자(A,C,D)의 값은 일정한 비율로 변화하며, 자기저항소자(B)의 저항값은 상반되게 변화함을 알 수 있다. 따라서 고정자기저항지부(C,D)는 항상 일정한 비율로 자기저항치부(A)와 관계되므로, 제2b도의 등가회로내에서의 검출출력에 하등의 영향을 미치지 않는다.

제2b도는 제2a도에 대한 등가회로도로서 외부자계가 가해지지 않은 상태에서는 상기 저항(A,B,C,D)는 같은 저항값을 가지고 있다.

이때 외부자계의 방향(θ)에 따라 자기저항소자(A,C,D)와 자기저항소자(B)는 저항값을 달리하여 변화를 한다.

따라서 외부자계 방향(θ)에 따른 저항값 산출로 출력단자(10,20)를 통해 각도나 위치 또는 회전상태와 검출출력을 얻을 수 있다.

제2c도는 제2a, b도에 의한 각도측정 회로도로서, 자기저항소자(A,B,C,D)의 전압변화량 수백 m 를 증폭기(5)를 통하여 증폭시켜 실제의 회로에 이용하는 각도측정 회로도이다.

따라서 상기 자기저항소자(A,B,C,D)는 같은 소자의 고유저항과 단면적과 길이와 또한 온도에 의한 저항값 변화가 같으므로 안정된 출력을 검출할 수 있다.

제3a, b도는 본 고안에 따른 패턴 형성도의 또다른 실시예의 패턴 형성도로서, a도는 상기 제2a도와 다르게 띠를 증착시키는 방법으로 자기저항소자(A)와 (B)는 서로 장축의 방향의 띠를 직교하게 증착하고, 자기저항소자(C,D)의 장축방향의 띠를 자기저항소자(A)와 직교하게, 자기저항소자(B)와는 평행하게 증착시키는 패턴 형성도이다.

상기 패턴형성도에서 자기저항소자(A)는 외부자계 방향(θ)이 π/2일 때 최소가 되고 π일 때 최대가 되며, 자기저항소자(B,C,D)는 외부자계 방향(θ)가 π/일 때 최대가 되고 π일 때 최소가 된다. 따라서 상기 자기저항소자에 의한 패턴형성 방법을 제2a도와 같은 효과를 얻을 수 있다.

제3b도는 본 발명에 따른 또다른 패턴형성 방법으로 자기저항소자(A)와 자기저항소자(B)는 장축이 직교하게 띠를 형성하고 자기저항소자(C,D)는 도시한 바와 같이 띠의 길이를 동일하게 하여 증착시킨다.

자기저항소자(C)의 띠(C1,C1')의 길이를 같게 증착시키고 띠(C2,C2')를 같게 증착시키고 띠(C3,C3')를 같게 증착시키고 띠(C4,C4')를 같게 증착시킨다. 자기저항소자(D)의 띠를 형성하는 패턴방법도 상기 자기저항소자(C)와 같은 방법으로 한다.

상기와 같은 패턴 형성방법은 외부자계(θ)의 입사각에 따른 변화가 전혀 없으므로, 제2a도와 제3a도와 같은 효과를 얻을 수 있다.

즉, 외부의 자계방향(θ)에 의한 변화가 자기저항소자의 가로띠와 세로띠에 의해 상쇄되어 상기 자기저항소자(C,D)의 저항값은 변화하지 않는다.

따라서 자기저항소자(A,B)의 변화에 의하여 검출출력을 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이 자기저항소자(C,D)를 절연기판(1)내에 내장함으로서 외부고정 저항을 사용하지 않으며 온도특성이 좋은 자기저항소자를 사용하여 검출출력의 정밀도를 향상시키고 하나의 칩(chip)화할 수 있어 장치의 조립이 간단해지고 장치의 소형화가 가능해질 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 회전체의 각도 검지용 장치에 있어서, 절연기관(1)상에 장축들의 방향이 서로 직교하도록 띠모양으로 증착시켜 상기 회전체의 각도변화를 검지하는 제1 및 제2자기저항소자(A,B)와, 상기 동일 절연기판상에 상기 제1 또는 제2자기저항소자(A,B)중 어느 하나와 장축들의 방향이 서로 직교되도록 띠모양으로 증착시켜 기준전압을 발생하는 제3 및 제4자기저항소자(C,D)와, 상기 제1, 제3자기저항소자(A,C) 및 제2, 제4자기저항소자(B,D) 사이에 각각 연결되는 직류전원부(6)와, 상기 제1, 제2자기저항소자(A,B) 및 제3, 제4자기저항소자(C,D) 사이에서 각각 인출되는 출력을 각각 비반전단자 및 반전단자로 입력하여 증폭출력하는 증폭기(5)로 구성됨을 특징으로 하는 자기저항소자를 이용한 회전체의 각도검지 장치.
2. 자기저항소자를 이용한 각도측정 장치의 자기저항소자 패턴 형성방법에 있어서, 절연기판(1)상에 회전체의 각도를 검지하는 자기저항치부의 제1자기저항소자(A)와 제2자기저항소자(B)의 장축 방향이 서로 직교하도록 띠모양의 패턴으로 증착시키고, 기준전압을 발생하는 고정저항 치부의 제3자기저항소자(C)와 제4자기저항소자(D)의 장축방향이 서로 한 방향으로 일치되도록 띠모양의 패턴으로 증착시키며, 자기저항소자(A,B)의 중점에 제1출력단자(10)를 설치하고, 자기저항소자(C,D)의 중점에 제2출력단자(20)를 설치하며, 자기저항소자(A,C)의 중점에 제1전원 입력단자(30)를 설치하고, 자기저항소자(B,D)의 중점에 제2전원입력단자(40)를 설치한 것을 특징으로 한 자기저항소자를 이용한 각도측정 장치의 패턴 형성방법.
3. 상기 2항에 있어서, 제3자기저항소자(C)와 제4자기저항소자(D)의 장축 방향이 제1자기저항소자(A)의 장축방향과 직교하게 제2자기저항소자(B)의 장축방향과 평행하게 띠모양의 패턴을 증착시킨 것을 특징으로 하는 패턴형성 방법.
4. 상기 2항에 있어서, 제3자기저항소자(C)와 제4자기저항소자(D)의 장축방향이 가로 방향의 띠의 길이와 세로방향의 띠의 길이를 동일하게 증착시킨 것을 특징으로 하는 패턴형성 방법.

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