[发明专利]强磁场误差校准的磁电阻角度传感器及其校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及在强磁场下使用的双轴磁电阻角度传感器的输出误差的校准。

背景技术

磁电阻传感器和旋转磁体相结合提供了用于各种汽车，工业和消费产品的旋转轴的方向的非接触式测量的一个有吸引力的手段。在现有技术中有许多不同类型的磁角度传感器，用于测量磁场的方向。不幸的是，它们都存在在本领域中公知的问题，例如，过大的尺寸，灵敏度不足，动态范围不足，高成本，低可靠性，以及其他问题。因此，仍然有必要对磁电阻角度传感器进一步地改进以设计具有高性能的磁电阻角度传感器，特别是可以与集成电路和现有制造方法很容易地结合使用的磁电阻角度传感器。

当外加磁场增加时，GMR或TMR磁电阻角度传感器的钉扎层的可能取得的有限值导致了增加的输出的误差是本领域的公知常识。其原因是所施加的外磁场造成被钉扎层的磁化方向的轻微的移动。为解决此问题，本发明提出了一个校正算法。本算法应用于双轴TMR/GMR角度传感器时，大大降低了和外加磁场强度强烈相关的测量误差。新算法包括简单的数学和简单的一次性校准，扩大了双轴TMR/GMR磁电阻角度传感器的磁场应用范围并极大地提高了其在高磁场中的测量的精度。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种双轴磁电阻角度传感器，包括两个检测沿相互垂直的X-轴和Y-轴方向外加磁场的正交单轴磁电阻角度传感器，

实时计算所述单轴磁电阻角度传感器的沿X-轴和Y-轴的电压输出的测量的矢量幅度的元件，

计算已知的校准矢量幅度和所述测量的矢量幅度的差值的元件，

将所述的差值用相除以计算出信号误差的元件，

分别将所述信号误差加入到所述X-轴输出和Y-轴输出或从其中减去以计算校准的X-轴输出信号和校准的Y-轴的输出信号的元件，

计算校准的Y-轴输出信号除以校准的X-轴的输出信号的商的反正切以计算所述外加磁场的旋转角度的元件。

所述沿X-轴输出和Y-轴输出分别是偏移校准的X-轴电压输出和偏移校准的Y-轴电压输出，将第一偏移校准值从所述X-轴电压输出减去获得所述偏移校准的X-轴电压输出；将第二偏移校准值从所述Y-轴电压输出减去获得所述的偏移校准的Y-轴电压输出。

所述沿X-轴电压输出被第一已知的矢量幅度校准值相除，所述沿Y-轴电压输出被第二已知的矢量幅度校准值相除，并且所述第一已知的矢量幅度校准值和第二已知的矢量幅度校准值设定为1。

所述偏移校准的X-轴电压输出被第一已知的矢量幅度校准值相除，所述偏移校准的Y-轴电压输出被第二已知的矢量幅度校准值相除，并且所述第一已知的矢量幅度校准值和第二已知的矢量幅度校准值设定为1。

所述每一个单轴磁电阻角度传感器均为GMR自旋阀或TMR传感器。

所述双轴磁电阻角度传感器还包括温度感应传感器。

所述温度传感器产生的温度信号用来相对于温度计算线性扩展峰值、所述偏移校准值和/或矢量幅度校准值。

两个正交的所述X-轴单轴磁电阻传感器和Y-轴单轴磁电阻传感器的电压输出的最大振幅近似相等。

已知的校准矢量幅度为

V_p＝{Max[Vx(θ,H)]-Min[Vx(θ,H)]+Max[Vy(θ,H)]-Min[Vy(θ,H)]}/4。

所述第一偏移校准值是Vox＝{Max[V_cos(θ,H)]+Min[V_cos(θ,H)]}/2，所述第二偏移校准值是Voy＝{Max[V_sin(θ,H)]+Min[V_sin(θ,H)]}/2。

所述双轴磁电阻角度传感器还包括储存偏移值和最大振幅的校准常数的元件，所述的最大振幅的校准常数是由每一个单轴磁电阻角度传感器在所述外加磁场旋转一个 360度时得到的最大和最小峰值计算而来，所述双轴磁电阻角传感器只需储存所述的峰值和所述每一个单轴磁电阻传感器用于校准的所述偏移值。

相应地，本发明还提供了一种磁电阻角度传感器磁场测量误差校准方法，包括：

通过两个正交的单轴磁电阻角度传感器检测沿相互垂直的X-轴和Y-轴方向的外加磁场；

实时计算所述磁电阻角度传感器的沿X-轴和Y-轴的电压输出的测量的矢量幅度；

计算已知的校准矢量幅度和所述测量的矢量幅度的差值；

将所述的差值用相除以计算出信号误差；