[发明专利]集成磁力计和检测磁场的方法

说明书

本发明涉及集成磁力计和检测磁场的方法。具体而言，本公开涉及一种用于检测材料表面上的铁磁或超顺磁结构的传感器。集成磁力计(600)包括至少一个场传感器单元(604，606)，其包括第一换能器元件(R_H1，R_H2；R_H3，R_H4)，用于响应于检测到的磁场产生第一电输出信号；以及至少一个梯度传感器单元(608，610)，包括至少一对第二换能器元件(R_G1，R_G2；R_G3，R_G4)，其被布置成检测两个不同位置处的磁场，并响应于检测到的磁场产生第二电输出信号，其中所述第一和第二换能器元件形成在公共基板(616)上，并被公共保护层和/或外壳(618)包围。

技术领域

本发明涉及集成磁力计和检测磁场的方法。具体而言，本公开涉及一种用于检测材料表面上的铁磁或超顺磁结构的传感器。

背景技术

例如，当对钞票进行安全检查时，需要高灵敏度的磁力计来检测钞票的一些磁性安全特征中包含的非常弱的磁性材料。这些安全特征可以例如包括印刷彩色颜料中的磁性颜料，但也包括金属化安全线，在任何情况下都是特别设计的磁性特征。由于其高灵敏度和低噪声，各向异性磁阻(AMR)传感器可用于此目的。但是产生的电信号还是很弱。

过去，钞票行传感器阵列每个通道的读取宽度约为10毫米。现在市场上正在努力提高分辨率，以便能够分辨钞票上更多的磁性细节。由于伪钞数量的增加和伪造者纸币质量的提高，预计磁性安全特征更小。随着钞票磁性图像分辨率的提高，特征的验证当然必须更加精确。

例如，钞票验证器系统可能需要112个通道，总扫描长度为196毫米。这对应于每个通道的分辨率为1.75毫米。

通常，磁阻传感器(在本申请中也称为磁性传感器)测量磁场的方向和强度。这种布置和方法在确定磁性材料(例如钞票中的磁性标记)的领域中找到了用途，而且还通过磁力计检测角度和位置。

传感器利用磁阻效应，这是材料(例如铁磁)在外部施加的磁场中改变其电阻值的趋势。特别地，在多组分或多层系统中，观察到巨磁电阻(GMR)、隧道磁电阻(TMR)、巨型磁电阻(CMR)和非寻常磁电阻(EMR)，而各向异性磁电阻效应(AMR)仅需要一层发生。

磁性传感器具有出色的精度和对挑战性环境条件的高鲁棒性，在制造和运输等各种应用中发挥着重要作用。更详细地说，基于磁阻效应的传感器是重要的组件，因为它们具有低的固有测量误差和高稳定性。此外，有利的温度特性以及对恶劣环境条件的鲁棒性导致磁阻传感器在许多重要应用中的相关性。

磁场的强度通常用磁通量密度B来描述。磁通量密度的梯度是由沿着B的最大变化方向的每单位距离的B的变化引起的。由于B是向量，通常也是所有三个空间维度的函数，梯度是包括三个空间B场分量相对于空间坐标的所有偏导数的张量。实际上，为了测量梯度，使用了两个磁场传感器，这两个磁场传感器测量相隔明确距离的两个不同位置的磁通量密度。然后，计算两个测量的通量密度值之差并除以距离。该距离以这样的方式选择，即B场在该距离内线性变化，换句话说，通过选择与每个传感器和磁场源之间的距离相比较小的距离。

当用传统的磁阻传感器阵列读取诸如钞票之类的文件上的磁性安全结构时，已知要么检测磁场强度的绝对值，要么检测局部场梯度。每种技术都有不同的传感器设计。检测磁场绝对强度的磁场传感器具有灵敏度高的优点，特别是在较高的距离上。然而，场传感器的缺点是它们的输出信号可能被外部干扰磁场削弱。

另一方面，梯度传感器进行差分测量，因此对外部干扰磁场不敏感。然而，与场传感器相比，梯度传感器具有灵敏度低得多的缺点，特别是对于离要检测的磁性物体更远的距离。

因此，已知的钞票传感器需要在这两个概念之间进行选择，并接受各自的缺点。

发明内容