一种磁性压力传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁性传感器领域，特别是一种磁性压力传感器。
【背景技术】
[0002]常用的压力传感器有电阻应变式压力传感器、半导体应变式压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器等。半导体应变式压力传感器由于受晶向、杂质等因素的影响，灵敏度离散程度大，温度稳定性差并且在较大应变作用下非线性误差大，给使用带来一定困难；压阻式压力传感器是基于高掺杂硅的压阻效应实现的，高掺杂硅形成的压敏器件对温度有较强的依赖性，由压敏器件组成的电桥检测电路也会因温度变化引起灵敏度漂移；电感式压力传感器，体积比较大，很难实现微型化；电容式压力传感器精度的提高是利用增大电容面积来实现的，随着器件的微型化，其精度因有效电容面积减小而难以提高；谐振式压力传感器要求材料质量较高，加工工艺复杂，导致生产周期长，成本较高，另外，其输出频率与被测量往往是非线性关系，需进行线性化处理才能保证良好的精度。
[0003]目前市面上最主流的压力传感器产品为电阻应变式压力传感器，其采用电阻应变片为敏感元件测量。电阻应变片的测量原理为:金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之夕卜，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。但是应变式压力传感器自身存在三大缺陷:(1)应变电阻不能消除侧向压力带来的形变误差；(2)受力时产生的阻值变化较小，造成灵敏度低；(3)应变式压力传感器通常的精度只能达到0.5%，在称重计量等对精度要求高的领域并不适用；(4)应变式压力传感器的安装及维护比较复杂。
[0004]中国公开号为CN102928132A的发明专利公开了一种用磁性隧道结为敏感元件的压力传感器，采用该传感器可以大大提高测量精度。但是采用该类传感器依然有一个问题，在实际使用过程中，该传感器依然有输出信号线性区域小的问题。
[0005]不难看出，现有的压力传感器已经不能满足现代工业、军事和生活等领域的需求，尤其是在计量领域，对于压力传感器的灵敏度、精度和体积要求非常高。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种磁性压力传感器，本发明解决了采用巨磁电阻元件或磁性隧道结元件为敏感元件的压力传感器线性度窄的特点，具有高精度、小体积且易装配的优点。
[0007]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
根据本发明提出的一种磁性压力传感器，包括支架、固定在支架内的磁性传感单元和两个永磁体，所述磁性传感单元具有敏感轴，所述两个永磁体分别沿磁性传感单元敏感轴的方向设置，且位于磁性传感单元的同一侧，所述两个永磁体的大小相同且充磁方向相同。
[0008]作为本发明所述的一种磁性压力传感器进一步优化方案，所述磁性传感单元为单电阻、半桥或全桥结构。
[0009]作为本发明所述的一种磁性压力传感器进一步优化方案，所述磁性传感单元为梯度半桥或梯度全桥结构。
[0010]作为本发明所述的一种磁性压力传感器进一步优化方案，所述磁性传感单元包括敏感元件，所述敏感元件为各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件或磁性隧道结元件。
[0011 ] 作为本发明所述的一种磁性压力传感器进一步优化方案，还包括设置在支架内的电感线圈，所述电感线圈内设有磁芯，且相对于永磁体设置于磁性传感单元的另一侧。
[0012]作为本发明所述的一种磁性压力传感器进一步优化方案，所述磁性传感单元的敏感轴方向和永磁体充磁方向平行。
[0013]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:本发明解决了采用巨磁电阻元件或磁性隧道结元件为敏感元件的压力传感器线性度窄的特点，具有高精度、小体积且易装配的优点。
【附图说明】
[0014]图1是本发明提出的压力传感器的结构示意图。
[0015]图2是靠近永磁体下方区域的磁场沿4由方向的分布图。
[0016]图3是磁性压力传感器输出电压和永磁体沿4由方向位移的理想曲线图。
[0017]图4是磁性压力传感器输出电压和永磁体沿4由方向位移的实际测量曲线图。
[0018]图5是梯度半桥式传感单元的电连接示意图。
[0019]图6是梯度全桥式传感单元的电连接示意图。
[0020]图7是梯度全桥式传感单元的物理位置示意图。
[0021]图8是单个永磁体的空间磁场分布图。
[0022]图9是第一永磁体和第二永磁体的空间磁场分布图。
[0023]图中的附图标记解释为:1_磁性传感单元的敏感轴，11-磁性传感单元，12A-第一永磁体，12B-第二永磁体，31-第一永磁体和第二永磁体的充磁方向，13-电感线圈，14-磁芯，15-支架，21-第一磁电阻，22-第二磁电阻，23-第三磁电阻，24-第四磁电阻，32-磁场。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0025]如图1所示，本发明提出的磁性压力传感器包括磁性传感单元11、第一永磁体12A、第二永磁体12B、电感线圈13以及支架15。所述磁性传感单元11、第一永磁体12A、第二永磁体12B以及电感线圈13位于支架15内并固定，所述磁性传感单元11具有敏感轴1，以敏感轴I的方向为^轴，以磁性传感单元11的几何中心为原点，所述第一永磁体12A和第二永磁体12B沿^轴方向位于同侧，所述电感线圈13位于磁性传感单元11的另一侧。其中，31为第一永磁体12A和第二永磁体12B的充磁方向，该充磁方向和磁性传感单元11的敏感轴I的方向平行，支架15外部为立方体或长方体，内部是一种异形结构件，其内部形状和尺寸与传感单元11、第一永磁体12A、第二永磁体12B以及电感线圈13相匹配。支架固定第一永磁体12A和第二永磁体12B的一面为一平面，该平面与4自垂直，支架15外部与z轴垂直的两个平面为接触面，支架15沿4由方向的位移与压力近似为线性关系(如图4所示，数据标记为方块的即为压力-形变曲线图)。
[0026]本发明提出的磁性压力传感器的工作原理为:将所述磁性压力传感器的两个接触面受到待测压力的作用，由于压力导致支架15的形变，从而引起第一永磁体12A和第二永磁体12B沿z轴方向的位移，进而影响第一永磁体12A和第二永磁体12B沿z轴方向磁场32的分布，由于磁场32沿^轴方向的分布产生变化，且该场强变化和永磁体沿^轴方向位移呈线性关系(如图2所示)，且传感单元11的输出信号随磁场32的变化也为线性，同时压力与4由方向的位移也为线性关系，因此后端通过接收该输出信号可计算出磁场32的变化，进而得到待测压力的大小。
[0027]采用上述方法测量压力大小有一个缺陷，那就是磁场32并不是严格随着支架15的形变线性变化的，其线性区域非常小，在实际测量中，传感器的输出和位移(支架的形变)并不是呈线性关系，其实际测量图如图4所示，输出-位移(形变量)曲线并不是很理想的线性关系。为了克服上述问题，本发明采用了两种方式:
(I)设置电感线圈13，利用电感线圈13的自感作用以抵消磁场32的导致非线性变化的分量，使得磁场32随支架15的形变线性变化。为了进一步强化电感线圈13