DE3011462C2

DE3011462C2 -

Info

Publication number: DE3011462C2
Application number: DE3011462A
Authority: DE
Inventors: Akihisa Narimatsu; Hiroyuki Tokio/Tokyo Jp Ohkubo
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1979-03-30
Filing date: 1980-03-25
Publication date: 1992-08-06
Also published as: FR2452716A1; CH656468A5; GB2052855A; FR2452716B1; IT1130374B; GB2052855B; DE3011462A1; US4361805A; IT8021051A0

Description

Die Erfindung geht aus von einem magnetischen Verschiebungsfühler, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Magnetische Fühler bzw. -Fühlerelemente, deren Ausgangsspannung sich abhängig von einem Magnetfeld ändert, werden auf dem Gebiet der Instrumente und Vorrichtungen im täglichen Leben weit verwendet, wie als Leser, wenn magnetischen Leben weit verwendet, wie als Leser, wenn magnetische Skalen oder bestimmte Punkte magnetisch sind, als Frequenzgenerator zum Steuern der Drehung eines Motors und dergleichen oder als kontaktloser Schalter und Datenträger.

Für den erwähnten Magnetfühler kann ein ferromagnetisches resistives Element (Ohmsches Element) auf der Grundlage des Erfassungsprinzips des Magnetismus verwendet werden, das den ferromagnetischen Magnetwiderstandseffekt ferromagnetischen Metalls verwendet, sowie ein Ohmsches Halbleiterelement oder jegliches Element, das auf dem Magnetismus- Erfassungsprinzip beruht, das den Halbleiter- Magnetwiderstandseffekt von Halbleitern ausnutzt. Das Halbleiter-Magnetwiderstandselement und das Hall-Element, das den Halbleiter verwendet, werden bisher hauptsächlich für den erwähnten Magnetfühler verwendet.

Der Magnetwiderstandseffekt ferromagnetischen Metalls kann in zwei Gruppen von Effekten untergliedert werden. Der erste Effekt ist die Änderung des Widerstands, der durch die Änderung der Selbstmagnetisierung erzeugt wird, die durch das äußere Magnetfeld hervorgerufen ist, was befriedigend mittels der Mott′schen Theorie erläutert werden kann. Im Allgemeinen ist dieser Effekt negativ, wobei der Widerstand mit sich erhöhendem Magnetfeld linear abnimmt, und ist isotrop bezüglich der Richtung des Magnetfeldes. Während dieser Effekt nahe der Curie-Temperatur verstärkt wird, an der die Selbstmagnetisierung intensiviert wird, kann er solange vernachlässigt werden, solange er nicht durch große Magnetfelder erreicht ist. Auch der zweite Effekt kann in einem relativ kleinen Magnetfeld beobachtet werden und ändert anisotrop den Widerstand gemäß dem Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung und der Stromflußrichtung. Dieser Effekt wird im Bereich der Temperatur erhöht, bei der die Änderung der Selbstmagnetisierung klein ist und wird in Richtung auf die Curie-Temperatur verringert. Im allgemeinen ist bei einem ferromagnetischen Metall der Widerstand maximal, wenn die Richtungen von Strom und Magnetisierung parallel werden, und minimal, wenn sie einander orthogonal schneiden. Dies ergibt sich allgemein durch folgende Gleichung:

p (R)=ρ_⟂ · sin²R + ρ_″ · cos² R (1)

Die Gleichung (1) ist als Viogt-Thomson-Gleichung bekannt. Weiter sind in Gleichung (1) R ein Winkel zwischen den Richtungen von Strom und Sättigungsmagnetisierung, ρ_⟂ der Widerstand, wenn die Richtungen von Strom und Sättigungsmagnetisierung einander orthogonal schneiden, und ρ_″ der Widerstand, wenn die Richtungen von Strom und Sättigungsmagnetisierung zueinander parallel sind. Ein aus ferromagnetischem Metall bestehendes magnetoresistives oder Magnetwiderstandselement, das diesen zweiten Effekt ausnutzt, wird zum Teil praktisch verwendet. Als ferromagnetische Metalle, die den erwähnten Magnetwiderstandseffekt besitzen, sind bekannt NiCo-Legierungen, NiFe-Legierungen, NiAl-Legierungen, NiMn-Legierungen, NiZn usw.

Nun besitzen Magnetfühler, die Halbleiter aufweisen, die bisher weit verbreitet verwendet werden, Umsetzercharakteristiken, die von der Art des verwendeten Halbleitermaterials abhängen. Beispielsweise hängt, da das Halbleiter- Magnetwiderstandselement mittels eines Halbleitermaterials wie GaAs, InSb usw. gebildet ist, die Anzahl der Träger und die Leichtigkeit des Übergangs stark von der Temperatur ab. die Elemente bzw. Fühler besitzen nachteilige Temperaturcharakteristiken und große Streuung des Widerstandswertes bezüglich jedem Fühler, so daß eine externe Kompensationsschaltung zur Kompensation der Temperatur und der Streuung des Widerstandswertes erforderlich ist. Da der Widerstand des Halbleiter-Magnetwiderstandselements auch von der Stärke des Magnetfeldes annähernd proportional dessen Quadrates abhängt, wenn das Magnetfeld klein ist, ist eine Vormagnetisierung von mindestens 1 kG üblicherweise erforderlich, und selbst im Bereich hohen Magnetfeldes kann keine ausreichende Linearität des Widerstandes erreicht werden. Es ist daher sehr schwierig, in einem Magnetfühler, der ein Halbleiter- Magnetwiderstandselement verwendet, einen Verschiebungsfühler zu erreichen zum Erfassen feiner oder kleiner Verschiebungen bzw. Wege mit ausreichender Linearität.

Aus der DE-AS 25 32 981 sind Magnetfühler bekannt, welche insbesondere nach Fig. 14 eine Vormagnetisierungseinrichtung zeigen, die zum Generatormagneten senkrecht steht. Einen Magnetisierungskörper mit zwei Bereichen, die unter sich Magnetfelder unterschiedlicher Richtung, auch in Stromrichtung erzeugen, weist diese Vorrichtung nicht auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Magnetfühler, bei dem das Magnetfeld mit hoher Empfindlichkeit mittels des Magnetwiderstandselements erfaßt wird, um ein Umsetzungsausgangssignal zu erzeugen, der mittels konstanter Spannung angesteuert werden kann, eine Umsetzcharakteristik aufweist, die kaum von der Temperatur abhängt und hervorragende Linearität besitzt.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die zu Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird durch die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch das Magnetisierungsmuster (den Magnetisierungsverlauf) von Magnetisierungsmaterial, das bei einem bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel und bei der Erfindung, verwendet ist,

Fig. 2 ein Vektordiagramm zur Erläuterung des Summen- Magnetfeldes, das auf das Magnetwiderstandselement des dritten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels einwirkt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Magnetwiderstandselementes mit zwei Strompfadabschnitten, das bei dem Magnetfühler gemäß der Erfindung verwendbar ist,

Fig. 4 schematisch eine Darstellung des Prinzips eines Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung, bei dem das Magnetwiderstandselement gemäß Fig. 3 verwendet ist,

Fig. 5 schematisch eine Darstellung des Prinzips eines zweiten Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung, bei dem das Magnetwiderstandselement gemäß Fig. 3 verwendet ist,

Fig. 6 schematisch eine Darstellung des Prinzips eines dritten Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung,

Fig. 7 ein Kennliniendiagramm, das die Widerstandscharakteristik des Magnetwiderstandselements des dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels wiedergibt,

Fig. 8 schematisch eine Darstellung des Prinzips eines vierten Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung,

Fig. 9 schematisch eine Darstellung des Prinzips eines fünften Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung,

Fig. 10 schematisch in Aufsicht ein Magnetisierungsmuster des Magnetisierungsmaterials, das beim fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel verwendet ist,

Fig. 11 ein Schaltbild eines Differenzverstärkers, der zwischen den Ausgangsanschlüssen der Magnetfühler nach Fig. 6, 8 und 9 angeschlossen ist,

Fig. 12 ein Schaltbild einer Weiterbildung bei dem dritten oder vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,

Fig. 13 schematisch den Aufbau eines Magnetwiderstandselementes mit Strompfadabschnitten, die gemäß einem gekrümmten Linienmuster ausgebildet sind und die bei dem Magnetfühler gemäß der Erfindung verwendet sind,

Fig. 14 schematisch eine Darstellung des Prinzips eines sechsten Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung, bei dem das Magnetwiderstandselement gemäß Fig. 13 verwendet ist,

Fig. 15 schematisch eine Darstellung einer Weiterbildung des Magnetwiderstandselements mit Strompfadabschnitten, das bei dem Magnetfühler gemäß der Erfindung verwendbar ist, und das durch ein gekrümmtes bzw. gebogenes Linienmuster gebildet ist,

Fig. 16 schematisch eine Darstellung eines siebten Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung, bei dem das Magnetwiderstandselement gemäß Fig. 14 verwendet ist,

Fig. 17 ein Kennliniendiagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und der Verschiebung (dem Weg), das bei dem siebten Ausführungsbeispiel erhalten wird.

Fig. 18 schematisch eine Darstellung des Aufbaus eines Magnetwiderstandselementes, das bei dem Magnetfühler gemäß der Erfindung verwendbar ist, und das durch zwei Strompfadabschnitte mit gekrümmten Linienmustern gebildet ist,

Fig. 19 schematisch eine Darstellung eines achten Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung, bei dem das Magnetwiderstandselement gemäß Fig. 18 verwendet ist,

Fig. 20 schematisch eine Darstellung einer weiteren Ausbildung des Magnetwiderstandselements, das bei dem Magnetfühler gemäß der Erfindung verwendbar ist, und das durch zwei Strompfadabschnitte mit gekrümmten Linienmustern gebildet ist,

Fig. 21 schematisch eine Darstellung eines neunten Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung, bei dem das Magnetwiderstandselement gemäß Fig. 20 verwendet ist,

Fig. 22 den Kennlinienverlauf, der schematisch die Charakteristiken des Signal-Magnetfelds bei dem neunten Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 23 in Vorderansicht ein konkretes Anordnungsbeispiel des Magnetisierungsmaterials für das bei dem neunten Ausführungsbeispiel angelegte Signal,

Fig. 24 schematisch eine Darstellung der Anordnung des Magnetwiderstandselementes, das bei dem Magnetfühler gemäß der Erfindung verwendbar ist und das durch vier Strompfadabschnitte mit gekrümmten Linienmustern gebildet ist,

Fig. 25 schematisch eine Darstellung der Anordnung einer Weiterbildung des Magnetwiderstandselements, das bei dem Magnetfühler gemäß der Erfindung verwendbar ist und das durch Strompfadabschnitte mit gekrümmten Linienmustern gebildet ist,

Fig. 26 schematisch eine Darstellung der Anordnung eines zehnten Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung, bei dem das Magnetwiderstandselement gemäß Fig. 25 verwendet ist.

Fig. 27 schematisch eine Darstellung des grundsätzlichen Aufbaus eines Magnetwiderstandselements eines Magnetfühlers,

Fig. 28 schematisch das Prinzip eines bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers, bei dem das Magnetwiderstandselement gemäß Fig. 27 verwendet ist,

Fig. 29 eine schematische Darstellung der geeigneten Bedingung für das Magnetfeld, das auf das Magnetwiderstandselement des bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels einwirkt,

Fig. 30 schematisch eine Darstellung des Prinzips eines zweiten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung, bei dem das Magnetwiderstandselement gemäß Fig. 27 verwendet ist,

Fig. 31 schematisch eine Darstellung des Prinzips eines dritten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers gemäß der Erfindung, bei dem das Magnetwiderstandselement gemäß Fig. 27 verwendet ist.

Der Magnetfühler bzw. die Magnetfühlereinrichtung gemäß der Erfindung enthält ein Magnetwiderstandselement (magnetoresistives Element), das als dem Magnetismus erfassenden Bereich Strompfadabschnitte aufweist, die prinzipiell durch ferromagnetisches Material gebildet sind, sowie eine Stromversorgungsquelle zum Zuführen eines Vorstroms zu den Strompfadabschnitten und ein Magnetisierungsmaterial, um Magnetfelder jeweils unterschiedlicher Richtungen für zumindest zwei Bereiche zu erreichen, die durch Unterteilen des den Magnetismus erfassenden Bereichs gebildet sind, wobei das Teilungsverhältnis des den Magnetismus erfassenden Bereiches, der für jedes Magnetfeld erreicht ist, sich abhängig von der relativen Verschiebung (dem relativen Weg) zwischen dem Magnetwiderstandselement und dem Magnetisierungsmaterial ändert.

Gemäß Fig. 27 ist ein Magnetwiderstandselement 1 vorgesehen, das als den Magnetismus erfassenden Bereich einen Strompfadabschnitt 2 aufweist, der durch einen langen flachen Streifen aus ferromagnetischem Material gebildet ist. Als ferromagnetisches Material, das den Strompfadabschnitt 2 bildet, ist ein ferromagnetischer Metallfilm gebildet, der ferromagnetischen Magnetwiderstandseffekt aufweist, wie NiCo-Legierungen, NiFe-Legierungen, NiAl-Legierungen, NiMn-Legierungen oder NiZn-Legierungen. Das Magnetwiderstandselement 1, das als den Magnetismus erfassenden Bereich mit dem Strompfadabschnitt 2 versehen ist, der durch das ferromagnetische Material gebildet ist, wirkt ein Magnetfeld H ein, mit einer Richtung, die einen Winkel R mit dem Vorstrom I bildet, der dem Strompfadabschnitt 2 über Stromversorgungsanschlüsse 3a, 3b zugeführt ist. Dann zeigt der Strompfadabschnitt 2 die Widerstandscharakteristiken, wie sie durch die Viogot-Thomson-Gleichung gemäß dem zweiten Effekt bei den ferromagnetischen Magnetwiderständen wiedergegeben ist.

Es sei erwähnt, daß bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen, die im folgenden erläutert werden, gleiche Komponenten bzw. Elemente mit den gleichen Symbolen bezeichnet sind.

Fig. 28 zeigt das Prinzip eines bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers, bei dem die Stromversorgungsanschlüsse 3a, 3b des Magnetwiderstandselements 1 an den beiden Enden in Längsrichtung des als flachen Streifen ausgebildeten Strompfadabschnittes 2 vorgesehen sind, der aus einem anisotropen ferromagnetischen Material mit dem ferromagnetischen Magnetwiderstandseffekt gebildet ist, wie der NiCo-Legierung, der NiFe-Legierung, der NiAl- Legierung, der NiMn-Legierung oder der NiZn-Legierung. Zwischen den Stromversorgungsanschlüssen 3a, 3b ist eine Konstantstromquelle 5 angeschlossen, von der ein Konstantstrom I zur Vorspannung bzw. als Vorstrom dem Strompfadabschnitt 2 zugeführt wird. Weiter ist einer der Stromversorgungsanschlüsse 3a, 3b, beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Stromversorgungsanschluß 3b, geerdet bzw. an Masse gelegt.

Das Magnetwiderstandselement 1 besitzt ausreichende Intensität (Stärke), um magnetisch das ferromagnetische Material zu sättigen, das den Strompfadabschnitt 2 bildet, und liegt einem Magnetisierungsmaterial 4 gegenüber, das in ein erstes Magnetfeld H₁ und ein zweites Magnetfeld H₂, die unterschiedliche Richtungen besitzen, mittels einer Grenzlinie l₀ unterteilt ist, die die Längserstreckung des Strompfadabschnittes 2 quert. Der Bereich A₁ des ersten Magnetfeldes H₁ ist durch Strichlinien dargestellt, und der Bereich A₂ des zweiten Magnetfeldes H₂ ist durch eine Strichpunktlinie in Fig. 28 dargestellt.

Das Magnetwiderstandselement 1 und das Magnetisierungsmaterial 4 sind in Längsrichtung, d. h., in Richtung der Pfeile, X, in der Zeichnung, relativ verschiebbar gegenüber dem Strompfadabschnitt 2, und die Stelle der Grenzlinie l₀, die den Strompfadabschnitt 2 überquert, wird durch die Bewegung des Magnetisierungsmaterials 4 bewegt.

Im Allgemeinen besitzt ferromagnetisches Metall den ferromagnetischen Magnetwiderstandseffekt, bei dem der maximale Widerstandswert ρ_⟂ erreicht ist, wenn, wie erwähnt, die Richtungen von Strom und Magnetisierung zueinander parallel sind, und der minimale Widerstandswert ρ erreicht ist, wenn diese Richtungen einander senkrecht schneiden. Der Widerstandswert ρ (R) pro Längeneinheit wird durch eine Funktion des Winkels R zwischen den Richtungen von Strom und Magnetisierung wiedergegeben gemäß der Viogot-t-Thomson- Gleichung.

Bei dem diese Anordnung aufweisenden Ausführungsbeispiel erreicht das ferromagnetische Material, das am Magnetwiderstandselement 1 den Strompfadabschnitt 2 bildet, einen Widerstandswert ρ₁ pro Längeneinheit gemäß der Gleichung:

ρ₁=ρ_⟂ · sin²R₁ + ρ_″ · cos² R₁ (2)

durch das erste Magnetfeld H₁ mit einer Richtung, die einen Winkel R₁ mit der Richtung des Vorstroms I einschließt, der dem Strompfadabschnitt 2 zugeführt ist, und erreicht in ähnlicher Weise einen Widerstandswert ρ₂ pro Längeneinheit, der durch die Gleichung:

ρ₂=ρ_⟂ · sin²R₂ + ρ_″ · cos² R₂ (3)

wiedergegeben ist, mittels des zweiten Magnetfeldes H₂ mit einem in ähnlicher Weise definierten Winkel R₂.

Da der konstante Vorstrom I von einer Konstantstromquelle 5 dem Strompfadabschnitt 2 auf dem Magnetwiderstandselement 1 zugeführt wird, wird eine Ausgangsspannung V_x1 über den Anschlüssen 3a, 3b erhalten, die an beiden Enden des Strompfadabschnittes 2 vorgesehen sind, gemäß:

V_x1 = i · {Δ_x1 · ρ₁ + (L - Δ_x1) · ρ₁}
=i · (α - 1) · ρ₁ · Δ_x1 + i · L · ρ₁ (4)

wobei i der Wert des Vorstromes I, L die gesamte Längserstreckung des Strompfadabschnittes 2 und Δ_x1 die Länge des Strompfadabschnittes 2 ist, der in dem zweiten Magnetfeld H₂ angeordnet ist, wobei α eine Konstante ist, gemäß:

Diese Konstante α kann entsprechend der Änderung der Richtung jedes Magnetfeldes H₁ oder H₂ mit Bezug auf die Richtung des Stroms I einen sich von 1 unterscheidenden Wert einnehmen und nimmt den Maximalwert an, wenn eines der Magnetfelder H₁, H₂ die Richtung des Stroms I senkrecht schneidet und das andere parallel dazu ist. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel, beispielsweise wie in Fig. 29 dargestellt, wenn der Strompfadabschnitt 2 magnetisch durch das erste Magnetfeld H₁ gesättigt ist, das eine Richtung senkrecht zu der des Stroms I besitzt, der dem Strompfadabschnitt 2 zugeführt ist, wobei das zweite Magnetfeld H₂ parallel zur Richtung des Stroms I ist, die Empfindlichlichkeit der Erfassung der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetisierungsmaterial 4 und dem Magnetwiderstandselement 1 maximal.

Wie sich aus Gleichung (4) ergibt, besitzt die Ausgangsspannung V_x1, die über den Anschlüssen 3a, 3b bei diesem Ausführungsbeispiel erhalten wird, einen Spannungswert proportional der Länge Δ_x1 und kann von der entsprechenden Lage der Grenzlinie l₀ erhalten werden, die den Strompfadabschnitt 2 auf dem Magnetwiderstandselement 1 zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetfeld H₁ bzw. H₂ überquert.

Eine Ausführungsbeispiel eines Magnetisierungsmaterials 4, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wird zum Erzeugen der jeweiligen Magnetfelder H₁, H₂ bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet. In Fig. 1 zeigt N₁ eine als Nordpol magnetisierte Zone zur Erzeugung des ersten Magnetfeldes H₁, eine ähnliche als Südpol magnetisierte Zone S₁, eine als Nordpol magnetisierte Zone N₂ zum Erzeugen des zweiten Magnetfeldes H₂ und eine in ähnlicher Weise als Südpol magnetisierte Zone S₂. Die magnetisierten Zonen N₁, S₁ sind parallel zueinander angeordnet und wechseln einander in Intervallen P ab. In ähnlicher Weise sind auch die jeweiligen magnetisierten Zonen N₂, S₂ parallel zueinander angeordnet und wechseln einander ab. Die magnetisierten Zonen N₁, S₁ und die magnetisierten Zonen N₂, S₂ stoßen an den Grenzlinie l₀ an den jeweiligen Längsenden aneinander unter unterschiedlichen Winkeln R₁ bzw. R₂ an. Ein solches Magnetisierungsmaterial 4 erzeugt das erste Magnetfeld H₁ mit einer Richtung senkrecht zu den magnetisierten Zonen N₁, S₁, während es das zweite Magnetfeld H₂ mit einer Richtung senkrecht zu den magnetisierten Zonen N₂, S₂ erzeugt. Da weiter das Ausmaß der Zwischenwirkung jedes Magnetfeldes in der Nähe der Grenzlinie l₀ durch das Verringern des Intervalls P zwischen den magnetisierenden Zonen N₁, S₁ und N₂, S₂ verengt bzw. verringert wird, kann die Grenze zwischen erstem und zweitem Magnetfeld H₁, H₂ deutlich erreicht werden.

Statt den Bereich A₁ des ersten Magnetfeldes H₁ und den Bereich A₂ des zweiten Magnetfeldes H₂ bei dem ersten Ausführungsbeispiel durch die deutliche Grenzlinie l₀ zu teilen bzw. zu trennen, kann ein Bereich eines Magnetfeldes mit einer Richtung, die sich von derjenigen der jeweiligen Magnetfelder H₁, H₂ unterscheidet, und das eine vorgegebene Breite besitzt, vorgesehen sein.

Bei dem zweiten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 30 ist nämlich das Magnetisierungsmaterial 14 in einen ersten Bereich A_a und einen zweiten Bereich A_b mittels eines dritten Bereiches A_c mit einer vorgegebenen Breite S₀ unterteilt, das den den Magnetismus erfassenden Bereich auf dem Magnetwiderstandselement 1 in einer Richtung überquert, die die Richtung, entsprechend der Richtung des Pfeils X- in der Zeichnung, der relativen Verschiebung bezüglich dem Magnetwiderstandselement 1 schneidet, wodurch Magnetfelder H_a, H_b, H_c erzeugt werden, die jeweils unterschiedliche Richtungen besitzen. Das Magnetwiderstandselement 1, auf dem der Strompfadabschnitt 2 mit der Gesamtlänge L durch ein ferromagnetisches Material als den den Magnetismus erfassenden Bereich gebildet ist, nimmt eine Länge Winkel R_a zum Strom I ein, der dem Strompfadabschnitt 2 zugeführt ist, nimmt eine Länge Y₂ in dem Bereich M_b des zweiten Magnetfeldes H_b mit dem Winkel R_b ein und nimmt die Länge S_o in dem Bereich M_c des dritten Magnetfeldes H_c mit dem Winkel R_c ein, wobei gilt R_a < R_c < R_b. Bei einer solchen Ausbildung wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ergibt sich der Gesamtwiderstandswert ρ_t zwischen den beiden Anschlüssen 3a und 3b des Strompfadabschnittes 2 auf dem Magnetwiderstandselement 1 gemäß:

wobei gilt X₂ = L-S₀-Y₂.

Mit R₂=0° im ersten Bereich, M_a, R_b = π/2 im zweiten Bereich M_b und 0° R_c π/2 im dritten Bereich M_c als Idealbedingungen ergibt sich aus der Gleichung (6):

Wie sich aus Gleichung (8) ergibt, ändert sich, selbst wenn der Bereich A_c mit einer vorgegebenen Breite S₀ des dritten Magnetfeldes H_c im Grenzabschnitt zwischen den jeweiligen Bereichen A_a, A_b der Magnetfelder H_a bzw. _b angeordnet ist, die die Strompfadabschnitte 2 des Magnetwiderstandselements 1 überdecken und unterschiedliche Richtungen besitzen, sich der Gesamtwiderstandswert ρ_t linear mit der Änderung der Länge X₂, d. h., der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetisierungsmaterial 14 und dem Strompfadabschnitt 2, wenn die Breite S₀ konstant ist. Jedoch müssen beide Endabschnitte des Strompfadabschnitts 2 in den Bereichen A_a, A_b der jeweiligen Magnetfelder H_a bzw. H_b angeordnet sein.

Bei einem solchen Aufbau gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann die Ausgangsspannung V_x2, die sich linear mit der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetisierungsmaterial 14 und dem Magnetwiderstandselement 1 ändert, auch über den Anschlüssen 3a, 3b erhalten werden.

Fig. 31 zeigt nun das Prinzip eines dritten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels des Magnetfühlers, wobei ein Magnetwiderstandselement 1 verwendet ist, das mit Stromversorgungsanschlüssen 3a, 3b an den beiden Längsenden eines flachen streifenförmigen Strompfadabschnittes 2 aus einem anisotropen ferromagnetischen Material, das den ferromagnetischen Magnetwiderstandseffekt aufweist, wie eine NiCo- Legierung, eine NiFe-Legierung, eine NiAl-Legierung, eine NiMn-Legierung oder eine NiZn-Legierung, versehen ist. Eine Konstantstromquelle 5 ist zwischen den Stromversorgungsanschlüssen 3a, 3b angeschlossen, und ein Konstantstrom I zur Vorspannung bzw. als Vorstrom wird von der Konstantstromquelle 5 dem Strompfadabschnitt 2 zugeführt. Weiter ist einer der Stromversorgungsanschlüsse 3a, 3b, hier der Stromversorgungsanschluß 3b, geerdet bzw. an Masse gelegt.

Das Magnetwiderstandselement 1 liegt einem Vormagnetisierungsmaterial 24 _B gegenüber, das in dem ersten Bereich A_B ein Vormagnetisierungsfeld H_B ausreichender Stärke erzeugt, um das ferromagnetische Material magnetisch zu sättigen, das den Strompfadabschnitt 2 bildet und einem Signal-Magnetisierungsmaterial 24 _S gegenüber, das ein Signalmagnetfeld H_S im zweiten Bereich A_S erzeugt. Weiter sind das Signal-Magnetisierungsmaterial 24 _S und das Magnetwiderstandselement 1 so angeordnet, daß sie relativ gegeneinander verschiebbar sind. Bei einer solchen Anordnung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich der Widerstandswert ρ_B pro Längeneinheit des Strompfadabschnittes 2 durch das Vormagnetisierungsfeld H_B mit dem Winkel R_B gemäß:

p_B = R_⟂ · sin² R_B + ρ_′′ · cos² R_B, (9)

und ergibt sich der Widerstandswert ρ_S pro Längeneinheit des Strompfadabschnittes 2 in ähnlicher Weise aufgrund des Signalmagnetfeldes H_S mit dem Winkel R_S gemäß:

ρ_S = R_⟂ · sin² R_S + ρ_′′ · cos² R_S, (10)

Unter der Annahme, daß die gesamte Längserstreckung des Strompfadabschnittes 2 auf dem Magnetwiderstandselement 1 L beträgt und daß die Länge des Strompfadabschnittes 2, die in dem Signalmagnetfeld H_S angeordnet ist, Δ_X3 beträgt, ergibt sich der Widerstandswert ρ (R) aus der folgenden Gleichung (11), die von dem sich ergebenden Magnetfeldvektor H_B + H_S des Signalmagnetfeldes H_S und des Vormagnetfeldes H_B in dem Bereich Δ_X3 abhängt:

ρ (R₀) = Δ_X3 · (ρ_⟂ · sin² R₀ + ρ_′′ · cos² R₀).(11)

Weiter ist der Winkel R₀ in der Gleichung (11) durch die Winkel R_B, R_S definiert, die zwischen den jeweiligen Richtungen des Vormagnetfeldes H_B und des Signalmagnetfeldes H_S und der Richtung des Vorstroms I gebildet ist, der dem Strompfadabschnitt 2 zugeführt ist, wie in Fig. 2 dargestellt. Durch Betrachten des Vormagnetfeldes H_B und des Signalmagnetfeldes H_S in der Gauß′schen Ebene ergibt sich nämlich die Größe des resultierenden Magnetfeldes H₀ aus dem Vormagnetfeld H_B und dem Signalmagnetfeld H_S gemäß:

Weiter ergibt sich die gegenseitige Neigung R₀ gemäß:

mit

z = x + iy; weil: x = H_B · sin R_B, y = H_B · cos R_B,

β = a + ib; weil: a = H_S · sin R_S, b = H_S · cos R_S.

Folglich ergibt sich unter Annahme eines Stromwertes i des Vorstroms I, der von den Konstantstromquelle 5 zwischen den Anschlüssen 3a, 3b des Magnetwiderstandselementes 1 zugeführt wird, die Ausgangsspannung V_x3 gemäß:

V_x3 = i · (L - Δ_x3) · (ρ_⟂ · sin² R_B + ρ_″ · cos² R_B) + i · Δ_x3 (ρ_⟂ · sin² R₀ + ρ_″ · cos² R₀)
= i · L · (ρ_⟂ · sin² R_B + ρ_″ · cos² R_B) + i · Δ_x3 {ρ_⟂ · (sin² R₀ - sin² R_B) + ρ_″ · (cos² R₀ - cos² R_B)}. (14).

Wie sich aus Gleichung (13) ergibt, wird diese Ausgangsspannung V_x3 so erhalten, daß sie proportional zur Länge Δ_X3 des Strompfadabschnittes 2 ist, der in dem Signalmagnetfeld H_S enthalten ist, wenn die Richtungen des Vormagnetfeldes H_B und des Signalmagnetfeldes H_S konstant sind.

Weiter wird bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Richtung des Vormagnetfeldes H_B parallel und die Richtung des Signalmagnetfeldes H_S senkrecht zur Richtung des dem Strompfadabschnitt 2 zugeführten Stroms I ist, die Empfindlichkeit bei der Erfassung der relativen Änderung des Magnetisierungsmaterials 24 _S für das Signal und dem Magnetwiderstandselement 1 unter dem Idealfall für H_S und H_B maximal. Bei diesen Idealbedingungen ergibt sich die Ausgangsspannung V_X3 gemäß der folgenden Gleichung (15) durch Setzen von R_B = 0 und R₀ = π/2 in Gleichung (13):

V_x = i · (L - Δ_x3) · ρ_″ + i · Δ_x3 · ρ_⟂
= i · L · ρ_″ + i · Δ_x3 · (ρ_″ - ρ_⟂). (15)

Der Magnetfühler mit dem grundsätzlichen Aufbau gemäß dem ersten, dem zweiten oder dem dritten Ausführungsbeispiel verbindet, wie in Fig. 3 dargestellt, seriell zwei Strompfadabschnitte 2A, 2B und kann so ein Potentiometer- Magnetwiderstandselement 11 bilden, das am mittleren Verbindungspunkt mit einem Ausgangsanschluß 3c versehen ist.

Gemäß Fig. 4, das ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung zeigt, das das Potentiometer auf der Grundlage des ersten und zweiten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels bildet, besitzt das Magnetwiderstandselement 11 den ersten und zweiten Strompfadabschnitt 2A, 2B, die aus einem flachen streifenförmigen ferromagnetischen Material gebildet sind, die in Reihe geschaltet sind, wobei sie in der Mitte der Verbindung mit dem Ausgangsanschluß 3c und an beiden Anschlüssen mit den Stromversorgungsanschlüssen 3a, 3b versehen sind. In diesem Magnetwiderstandselement 11 wird, wenn eine Konstantspannungsquelle 15 über die jeweiligen Stromversorgungsanschlüsse 3a, 3b geschaltet ist, das erste Magnetfeld H₁ mit einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der jeweiligen Strompfadabschnitte 2A, 2B (d. h. R₁ = 90°) in dem ersten Bereich A₁ zwischen der ersten Grenzlinie 1 _a, die den ersten Strompfadabschnitt 2A kreuzt, und der zweiten Grenzlinie 1 _b, die den zweiten Strompfadabschnitt 2B kreuzt, erzeugt und ist ein Magnetisierungsmaterial 34 zum Erzeugen des zweiten und dritten Magnetfelds H₂, H₃ mit Richtungen parallel zu den jeweiligen Strompfadabschnitten 2A, 2B (d. h., R₂ = R₃ = 0°) im zweiten bzw. dritten Abschnitt A₂, A₃ jeweils daneben über die jeweiligen Grenzlinien 1_a, 1 _b so gegenüberliegend angeordnet, daß es in Richtung der Pfeile X- in der Zeichnung verschiebbar ist.

Bei dieser Anordnung gemäß dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zeigen die ersten und zweiten Strompfadabschnitte 2A, 2B, die in den ersten bis dritten Magnetfeldern H₁, H₂, H₃ angeordnet sind, die durch das Magnetisierungsmaterial 34 erzeugt werden, unterschiedliche Änderungscharakteristiken, so daß ein Widerstandswert ρ_a ansteigt, während der andere ρ_b abnimmt, wenn die Grenzlinien 1 _a, 1 _b der jeweiligen Magnetfelder H₁, H₂, H₃ sich in Längsrichtung bewegen, wobei der Gesamtwiderstandswert (ρ_a + ρ_b) über dem Anschlüssen 3a, 3b sich nicht ändert, so daß der Konstantstrom I mit dem Stromwert i von der Konstantspannungsquelle 15 abgegeben wird, gemäß:

mit V_in = über beide Anschlüsse 3a, 3b des Magnetwiderstandselements 11 durch die Konstantspannungsquelle 15 angelegte Spannung,

ρ_a = Widerstandswert des ersten Strompfadabschnittes 2A,
ρ_b = Widerstandswert des zweiten Strompfadabschnittes 2B.

Die jeweiligen Werte ρ_a, ρ_b können aus der Voigt-Thomson- Gleichung abgeleitet werden.

Unter der Annahme einer Gesamtlängserstreckung L₁ des ersten Strompfadabschnittes 2A, der Gesamtlängserstreckung L₂ des zweiten Strompfadabschnittes 2B, des Intervalls L₃ zwischen dem ersten und zweiten Strompfadabschnitt 2A, 2B, der Gesamtlängserstreckung L₀ des Bereiches A₁ des ersten Magnetfeldes H₁, der Längserstreckung Δx_A des ersten Strompfadabschnittes 2A in dem ersten Magnetfeld H₁ und der Längserstreckung Δx_B des zweiten Strompfadabschnittes 2B in dem ersten Magnetfeld H₁ ergeben sich die jeweiligen Widerstandswerte ρ_a, ρ_b gemäß:

ρ_a = (L₁ - Δx_A) · (ρ_⟂ · sin² R₂ + ρ_″ · cos² R₂) + Δx_A · (ρ_⟂ · sin² R₁ + ρ_″ · cos² R₁) (17)

p_b = (L₂ - Δx_B) · (ρ_⟂ · sin² R₃ + ρ_″ · cos² R₃) + Δx_B · (ρ_⟂ · sin² R₁ + ρ_″ · cos² R₁) (18)

Der Gesamtwiderstandswert (ρ_a + ρ_b) über den Anschlüssen 3a, 3b des Magnetwiderstandselements 11 ergibt sich somit zu:

ρ_a + ρ_b = (L₁ - Δx_A) · (ρ_⟂ · sin² R₂ + ρ_″ · cos² R₂) + Δx_A · (ρ_⟂ · sin² R₁ + ρ_″ · cos² R₁)
= (L₂ - Δx_B) · (ρ_⟂ · sin² R₃ + ρ_″ · cos² R₃) + Δx_B · (ρ_⟂ · sin² R₁ + ρ_″ · cos² R₁)
= L₁ · (ρ_⟂ · sin² R₂ + ρ_″ · cos² R₂) + L₂ · (ρ_⟂ · sin² R₃ + ρ_″ · cos² R₃) - Δx_A · (ρ_⟂ · sin² R₂ + ρ_″ · cos² R₂)
+ Δx_B · (ρ_⟂ · sin² R₃ + ρ_″ · cos² R₃) + (Δx_A + Δx_B) · (ρ_⟂ · sin² R₁ + ρ_″ · cos² R₁). (19)

Da R₁ = 90°, R₂ = 0° und L₀-L₃ = Δx_A + Δx_B bei diesem Ausführungsbeispiel, ergibt sich der Gesamtwiderstandswert (ρ_a + ρ_b) gemäß der Gleichung (19) zu einem konstanten Wert, unabhängig von der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetisierungsmaterial 34 und dem Magnetwiderstandselement 11 gemäß:

ρ_a + ρ_b = (L₁+L₂) · (ρ_⟂ · sin² R₂ + ρ_″ · cos² R₂)
- (L₀-L₃) · (ρ_⟂ · sin² R₂ + ρ_″ · cos² R₂)
+ (L₀-L₃) · (ρ_⟂ · sin² R₁ + ρ_″ · cos² R₂)
= (L₁+L₂) · (ρ_″ - (L₀-L₃) · (ρ_″-ρ_⟂)
= (L₁+L₂+L₃-L₀) · ρ_″ + (L₀-L₃) · ρ_⟂. (20)

Dann ergibt sich unter der Annahme, daß L₁=L₂=L₀ und ΔX_A + ΔX_B = L₀-L₃=L₄ die Ausgangsspannung V_x4 gemäß:

Der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (21) gibt die Konstantspannung wieder, während der zweite Term die Spannung wiedergibt, die sich mit der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetisierungsmaterial 34 und dem Magnetwiderstandselement 11 ändert.

Auch bei dem in Fig. 5 dargestellten zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, bei dem ein Potentiometer auf der Grundlage des dritten Ausführungsbeispiels gebildet ist, ist das Magnetwiderstandselement 11 mit dem ersten Strompfadabschnitt 2A und dem zweiten Strompfadabschnitt 2B versehen, die jeweils aus flachem streifenförmigem ferromagnetischem Material gebildet sind und in Reihe miteinander verbunden sind, wobei sie an der Mitte der Verbindung mit dem Ausgangsanschluß 3c und an den beiden Enden mit den Stromversorgungsanschlüssen 3a, 3b versehen sind. Bei diesem Magnetwiderstandselement 11 sind, wobei die Konstantspannungsquelle 15 an die jeweiligen Stromversorgungsanschlüsse 3a, 3b angeschlossen ist, einander gegenüberliegend angeordnet ein Signal-Magnetisierungsmaterial 24 _S, das das Signalmagnetfeld H_S mit einer Längserstreckung senkrecht zu den jeweiligen Strompfadabschnitten 2A, 2B im Bereich A_S (d. h. R_S = 90°) erzeugt, wobei der Bereich A_S den ersten und den zweiten Strompfadabschnitt 2A, 2B überspannt und ein Vormagnetisierungsmaterial 24 _B, das das Vormagnetisierungsfeld H_B mit einer Richtung parallel zu den jeweiligen Strompfadabschnitten 2A, 2B (d. h., R_B = 0°) in einem Bereich A_B erzeugt, der die gesamten Strompfadabschnitte 2A, 2B überdeckt.

Weiter sind das Signalmagnetisierungsmaterial 24 _S und das Magnetwiderstandselement 11 so angeordnet, daß sie gegeneinander verschiebbar sind.

Bei der Ausbildung dieses Ausführungsbeispiels zeigen der erste und der zweite Strompfadabschnitt 2A, 2B ähnlich wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel eine differentielle bzw. unterschiedliche Änderungscharakteristik derart, daß ein Widerstandswert ρ_a zunimmt, während der andere Widerstandswert ρ_b abnimmt, wenn das Signal-Magnetisierungsmaterial 24 _S sich relativ dazu und in Längsrichtung bewegt. Dabei ändert sich der Gesamtwiderstandswert (ρ_a + ρ_b) zwischen den Anschlüssen 3a, 3b nicht, so daß der Konstantstrom I mit dem Konstantstrom i gemäß der Gleichung (16) durch die Konstantspannungsquelle 15 ähnlich wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel zugeführt wird.

Mit einer Gesamtlängserstreckung L₁ des ersten Strompfadabschnittes 2A, einer Gesamtlängserstreckung L₂ des zweiten Strompfadabschnittes 2B, des Intervalls L₃ zwischen dem ersten und dem zweiten Strompfadabschnitt 2A, 2B, der Gesamtlängserstreckung L₀ des Bereiches A_S des ersten Strompfadabschnittes 2A, der in dem Bereich A_S des Signalmagnetfeldes H_S angeordnet ist, und der Längserstreckung Δx_B des zweiten Strompfadabschnittes 2B, der in dem Bereich A_S angeordnet ist, ergeben sich daher die Widerstandswerte ρ_a und ρ_b gemäß:

ρ_a = (L₁-Δx_A) · (ρ_⟂ · sin² R_B + ρ_″ · cos² R_B) + Δx_A · (ρ_⟂ · sin² R₀ + ρ_″ · cos² R₀) (22)

ρ_b = (L₂-Δx_B) · (ρ_⟂ · sin² R_B + ρ_″ · cos² R_B) + Δx_B · (ρ_⟂ · sin² R₀ + ρ_″ · cos² R₀) (23)

Der Winkel R₀ in den Gleichungen (22) und (23) ist derjenige zwischen dem resultierenden Magnetfeld aus dem Signal- und dem Vormagnetfeld H_S; H_B und der Richtung des Stromes I wie gemäß der Gleichung (13). Die Gleichung (22), die den Widerstandswert ρ_a des ersten Strompfadabschnittes 2A zeigt, entspricht der Gleichung (17) mit R₂ = R_B und R₁ = R₀, und die Gleichung (23), die den Widerstandswert ρ_b des zweiten Strompfadabschnittes 2B zeigt, entspricht der Gleichung (18) mit R₃ = R_B und R₁= R₀. Daher nimmt auch bei dem fünften Ausführungsbeispiel der Gesamtwiderstandswert (ρ_a + ρ_b) zwischen den Stromversorgungsanschlüssen 3a, 3b des Magnetwiderstandselements 11 einen konstanten Wert ein, unabhängig von der relativen Verschiebung des Signal-Magnetisierungsmaterials 24 _S, wenn die jeweiligen Richtungen des Vormagnetfeldes H_B und des Signalmagnetfeldes H_S konstant sind. Ähnlich wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel kann am Ausgangsanschluß 3c eine Ausgangsspannung V_x5 erhalten werden, die proportional der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetwiderstandselement 11 und dem Signal-Magnetisierungsmaterial 24 _S ist.

Wie sich aus dem ersten und dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ergibt, ist ein Magnetfühler möglich, der mittels Konstantspannung angesteuert wird, wobei die Erfassungsempfindlichkeit durch Bilden eines Potentiometers aus dem Magnetwiderstandselement verbessert ist.

Das Potentiometer gemäß dem ersten oder zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kann auch zur Bildung einer Brückenschaltung aus zwei Paaren von Potentiometern verwendet werden.

Das in Fig. 6 dargestellte dritte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel bildet eine Brückenschaltung auf der Grundlage des ersten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels, wobei das Magnetwiderstandselement 21 aus ersten bis vierten Strompfadabschnitten 2A₁, 2B₁, 2A₂, 2B₂ gebildet ist, wobei der erste und der zweite Strompfadabschnitt 2A₁, 2B₁ reihengeschaltet sind und ein erstes Potentiometer bilden und wobei der dritte und vierte Strompfadabschnitt 2A₂, 2B₂ reihengeschaltet sind und ein zweites Potentiometer bilden, wobei die beiden Potentiometer zueinander parallel angeordnet sind. An einem Ende des ersten Strompfadabschnittes 2A₁ ist ein plusseitiger Stromversorgungsanschluß 3a1 vorgesehen und an einem Ende des zweiten Strompfadabschnittes 2B₁ ist ein minusseitiger Stromversorgungsanschluß 3b1 vorgesehen. Weiter ist an dem Mittelpunkt der Verbindung zwischen den jeweiligen anderen Enden der Strompfadabschnitte 2A₁, 2B₁ ein erster Ausgangsanschluß 3c1 vorgesehen. Weiter ist an einem Ende des dritten Strompfadabschnittes 2A₂ ein minusseitiger Stromversorgungsanschluß 3b2 und an einem Ende des vierten Strompfadabschnittes 2B₂ ein plusseitiger Stromversorgungsanschluß 3a2 vorgesehen. Weiter ist an dem Mittelpunkt der Verbindung zwischen den jeweiligen anderen Enden der Strompfadabschnitte 2A₂, 2B₂ ein zweiter Ausgangsanschluß 3c2 vorgesehen. Ein Magnetisierungsmaterial 34, das erste bis dritte Magnetfelder H₁, H₂, H₃ mit Grenzlinien 1 _a, 1 _b, die jeweils die ersten und dritten Strompfadabschnitte 2A₁, 2A₂ bzw. die dritten und vierten Strompfadabschnitte 2B₁, 2B₂ überkreuzen und unterschiedliche Richtungen zueinander haben, erzeugt, ist so angeordnet, daß es dem Magnetwiderstandselement 21 gegenüberliegend und diesem gegenüber in der Richtung des Pfeils X- in der Zeichnung verschiebbar ist.

Bei einem solchen Aufbau gemäß den dritten Ausführungsbeispiel werden, wenn die Stellen der Grenzlinien 1 _a, 1 _b, die die jeweiligen Strompfadabschnitte 2A₁, 2A₂, 2B₁, 2B₂ des Magnetwiderstandselements 21 in den jeweiligen Magnetfeldern H₁, H₂, H₃ kreuzen, die durch das Magnetisierungsmaterial 34 erzeugt sind, wobei die Strompfadabschnitte 2A₁, 2A₂, 2B₁, 2B₂ des Magnetwiderstandselements 21 zur relativen Bewegung des Magnetisierungsmaterials 34 und des Magnetwiderstandselements 21 gegeneinander verschoben werden, das erste Potentiometer, das durch den ersten und den zweiten Strompfadabschnitt 2A₁, 2B₁ gebildet ist, und das zweite Potentiometer, das durch den dritten und den vierten Strompfadabschnitt 2A₂, 2B₂ gebildet ist, differentiell betrieben, abhängig von der Verschiebung dieser Stellen zur Erzeugung einer Ausgangsspannung V_x6, die der Verschiebung zwischen dem ersten Ausgangsanschluß 3c1 und dem zweiten Ausgangsanschluß 3c2 entspricht. Mit der Gesamtlänge L der Strompfadabschnitte 2A₁, 2A₂, 2B₁, 2B₂ des Reluktanz- oder Magnetwiderstandselements 21 und deren Widerstandswerten ρ_a1, ρ_a2, ρ_b1, ρ_b2 betreibt das Magnetwiderstandselement 21 das erste und das zweite Potentiometer so, daß sie lineare Widerstandscharakteristik entsprechend der relativen Verschiebung des Magnetisierungsmaterials 34 aufweisen, wie in Fig. 12 dargestellt. Wenn ΔX_a, ΔY_a die Längen des ersten bzw. des dritten Strompfadabschnittes 2A₁, 2A₂ des Magnetwiderstandselementes 21 sind, die im Bereich A₂ des zweiten Magnetfeldes H₂ angeordnet sind, und wenn ΔX_b, ΔY_b die Längen des zweiten bzw. des vierten Strompfadabschnittes 2B₁, 2B₂, die in dem Bereich A₁ des ersten Magnetfeldes H₁ angeordnet sind, ergeben sich die Gesamtwiderstandswerte ρ_x, ρ_y jedes Potentiometers gemäß:

ρx = ρa1 + ρb1 = (ρ_″-ρ_⟂) · (ΔX_b - ΔX_a) + L · (ρ_″ + ρ_⟂) (24)

ρy = ρa2 + ρb2 = (ρ_″-ρ_⟂) · (ΔY_b - ΔY_a) + L · (ρ_″ + ρ_⟂) (25)

Mit ΔX_b-ΔX_a = ΔY_b - ΔY_a = d ergibt sich:

ρx = ρy = (ρ_″ - ρ_⟂) · d + (ρ_″ + ρ_⟂) · L (26)

um eine Konstantspannungsansteuerung zu ermöglichen.

Auch bei dem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 wird das Magnetwiderstandselement 21 so verwendet, daß der erste und der zweite Strompfadabschnitt 2A₁, 2B₁ von vier Strompfadabschnitten 2A₁, 2B₁, 2A₂, 2B₂ in Reihe geschaltet sind zur Bildung eines ersten Potentiometers, und daß der dritte und der vierte Strompfadabschnitt 2A₂, 2B₂, die dazu parallel sind, in Reihe geschaltet sind zur Bildung des zweiten Potentiometers. An einem Ende des ersten Strompfadabschnittes 2A₁ ist der plusseitige Stromversorgungsanschluß 3a1 vorgesehen, und an einem Ende des zweiten Strompfadabschnittes 2B₁ ist der minusseitige Stromversorgungsanschluß 3b1 vorgesehen. Weiter ist an dem Mittelpunkt der Verbindung zwischen den jeweiligen anderen Enden der Strompfadabschnitte 2A₁, 2B₁ der erste Ausgangsanschluß 3c1 vorgesehen. Weiter ist auch ein Ende des dritten Strompfadabschnittes 2A₂ mit dem minusseitigen Stromversorgungsanschluß 3b2 versehen und ist ein Ende des vierten Strompfadabschnittes 2B₂ mit dem plusseitigen Stromversorgungsanschluß 3a2 versehen. Weiter ist an dem Mittelpunkt der Verbindung zwischen den jeweiligen anderen Enden der Strompfadabschnitte 2A₂, 2B₂ der zweite Ausgangsanschluß 3c2 vorgesehen. Ein Signal-Magnetisierungsmaterial 24 _S, das das Signalmagnetfeld H_S für den Teilbereich A_S erreicht, der die Strompfadabschnitte 2A₁, 2A₂, 2B₁, 2B₂ übergreift, ist dem Magnetwiderstandselement 21 zur Relativverschiebung diesem gegenüber in der Richtung des Pfeils X- in der Zeichnung gegenüberliegend angeordnet. Weiter ist in einem Bereich A_B, der alle jeweiligen Strompfadabschnitte 2A₁, 2A₂, 2B₁, 2B₂ überdeckt, das Vormagnetfeld H_B erreicht von dem Vormagnetisierungsmaterial 24 _B.

Bei einer derart ausgebildeten Ausführungsform werden, wenn die Stellen des Signalmagnetfeldes H_S; das durch das Signalmagnetisierungsmaterial 24 _S erzeugt ist, die die jeweiligen Strompfadabschnitte 2A₁, 2A₂, 2B₁, 2B₂ des Magnetwiderstandselements 21 kreuzen, durch die Relativbewegung zwischen dem Signal-Magnetisierungsmaterial 24 _S und dem Magnetwiderstandselement 21 verschoben werden, das durch den ersten und den zweiten Strompfadabschnitt 2A₁, 2B₁ gebildete ersten Potentiometer und das durch den dritten und vierten Strompfadabschnitt 2A₂, 2B₂ gebildete zweite Potentiometer differentiell betrieben abhängig von der Verschiebung der Stellen zur Abgabe einer Ausgangsspannung V_x7, die der Verschiebung entspricht, über dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluß 3c1, 3c2.

Fig. 9 zeigt als fünftes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eine Brückenschaltung aufgrund des Potentiometers auf der Grundlage des Prinzips des ersten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels. Das heißt, daß bei dem fünften Ausführungsbeispiel ein Magnetwiderstandselement 31 verwendet ist, bei dem von ersten bis vierten parallel zueinander angeordneten Strompfadabschnitten 2A₁, 2B₂, 2A₂, 2B₂ der erste und der zweite Strompfadabschnitt 2A₁, 2B₁ in Reihe geschaltet sind zur Bildung des ersten Potentiometers und der dritte und der vierte Strompfadabschnitt 2A₂, 2B₂ in Reihe geschaltet sind zur Bildung des zweiten Potentiometers, wie in Fig. 9 dargestellt. An einem Ende des ersten Strompfadabschnittes 2A₁ ist der plusseitige Stromversorgungsanschluß 3a1 vorgesehen, und an einem Ende des zweiten Strompfadabschnittes 2B₁ ist der minusseitige Stromversorgungsanschluß 3b1 vorgesehen. Weiter ist an dem Mittelpunkt der Verbindung zwischen den jeweils anderen Enden der Strompfadabschnitte 2A₁, 2B₁ der erste Ausgangsanschluß 3c1 vorgesehen. Weiter ist an einem Ende des dritten Strompfadabschnittes 2A₂ der minusseitige Stromversorgungsanschluß 3b2 und ist an einem Ende des vierten Strompfadabschnittes 2B₂ der plusseitige Stromversorgungsanschluß 2a2 vorgesehen. Weiter ist an dem Mittelpunkt der Verbindung zwischen den jeweiligen anderen Enden der Strompfadabschnitte 2A₂, 2B₂ der zweite Ausgangsanschluß 3c2 vorgesehen. Das Magnetisierungsmaterial 44, das erste bis vierte Magnetfelder Ha, Hb, Hc und Hd erzeugt, die durch eine Grenzlinie l₁, die die jeweiligen Strompfadabschnitte 2A₁, 2A₂, 2B₁, 2B₂ überkreuzt, und eine Grenzlinie l₂, die den ersten Strompfadabschnitt 2A₁ von dem zweiten Strompfadabschnitt 2B₁ trennt, unterteilt sind, derart, daß sich unterschiedliche Richtungen gegeneinander ergeben, ist dem Magnetwiderstandselement 31 zur Relativverschiebung diesem gegenüber in Richtung des Pfeils X- in der Zeichnung gegenüberliegend angeordnet.

Zur Erzeugung von erstem bis viertem Magnetfeld Ha, Hb, Hc und Hd ist ein gemäß Fig. 10 ausgebildetes Magnetisierungsmaterial 44 verwendet. Das heißt, das Magnetisierungsmaterial 44 ist so aufgebaut, daß es durch die orthogonalen Grenzlinien l₁, l₂ in vier Bereiche Aa, Ab, Ac, Ad aufgeteilt ist, derart, daß die magnetisierten Nordpolzonen Nac und die magnetisierten Südpolzonen Sac abwechselnd parallel zur Grenzlinie im ersten und dritten Bereich Aa, Ac und die magnetisierten Nordpolzonen Nbd und die magnetisierte Südpolzone Sbd abwechselnd orthogonal zur Grenzlinie l₁ im ersten und vierten Bereich Ab, Ad angeordnet sind. Das in dieser Weise ausgebildete Magnetisierungsmaterial 44 kann erstes bis viertes Magnetfeld Ha, Hb, Hc, Hd erzeugen, die in den jeweiligen Bereichen Aa, Ab, Ac, Ad, wie über die Grenzlinien l₁, l₂ benachbart zueinander sind, zueinander orthogonal sind. Weiter sind jeweils die Richtung des ersten Magnetfeldes Ha und des dritten Magnetfeldes Hc sowie des zweiten und vierten Magnetfeldes Hb, Hd zueinander parallel. Weiter sind jeweils die Richtung des ersten und dritten Magnetfeldes Ha, Hc und die des zweiten und vierten Magnetfeldes Hb, Hd zueinander orthogonal.

Bei der Ausbildung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel werden, wenn die Lage der Grenzlinie l₁, die die jeweiligen Strompfadabschnitte 2A₂, 2A₁, 2B₁, 2B₂ des Magnetwiderstandselements 31 in den jeweiligen Magnetfeldern Ha, Hb, Hc, Hd, die durch das Magnetisierungsmaterial 44 erzeugt werden, durch die relative Bewegung des Magnetisierungsmaterials 44 und des Magnetwiderstandselements 31 verschoben wird, das erste Potentiometer, das durch den ersten und den zweiten Strompfadabschnitt 2A₁, 2B₁ gebildet ist, und das zweite Potentiometer, das durch den dritten und den vierten Strompfadabschnitt 2A₂, 2B₂ gebildet ist, differentiell betrieben abhängig von der Verschiebung zur Erzeugung einer Ausgangsspannung V_x8 entsprechend der Verschiebung über dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluß 3c1, 3c2.

Weiter wird zweckmäßigerweise bei den Ausführungsformen gemäß dem dritten, dem vierten und dem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ein Differenzverstärker 6 gemäß Fig. 11 zur Ausgabe des Signals von der Brückenschaltung verwendet. Weiter kann, wie in Fig. 12 dargestellt, ein Potentiometer durch dasjenige ersetzt sein, das durch die reihengeschalteten Widerstände 7A, 7B, 7C gebildet ist.

Gemäß dem Prinzip jedes dieser Ausführungsbeispiele können Magnetwiderstandselemente mit Strompfadabschnitten unterschiedlicher Formen, anstelle derjenigen mit flachen streifenförmigen Strompfadabschnitten verwendet werden.

Der Strompfadabschnitt 102 des Magnetwiderstandselements 101 gemäß Fig. 13 ist durch mäanderförmiges ferromagnetisches Material gebildet, das aus mehreren Streifen 102a, 102b, . . . 102n gebildet ist, die in Reihe geschaltet und parallel angeordnet sind. Das Magnetwiderstandselement 101 mit einem solchen mäanderförmigen Strompfadabschnitt 102 erhöht die Impedanz des Strompfadabschnittes 102, so daß die Empfindlichkeit abhängig vom Magnetismus verbessert ist.

Das sechste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 14 ist eines, das das Magnetwiderstandselement 101 gemäß Fig. 13 auf das erste bereits vorgeschlagene Ausführungsbeispiel anwendet. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel ist das Magnetwiderstandselement 101 mit dem mäanderförmigen Strompfadabschnitt 102 so angeordnet, daß die jeweiligen Streifen 102a, 102b, . . . 102n des Strompfadabschnittes 102 die Grenzlinie l₀ zwischen dem Bereich A₁ des ersten Magnetfelds H₁ und dem Bereich A₂ des zweiten Magnetfeldes H₂ des Magnetisierungsmaterials 4 senkrecht schneiden. In diesem neunten Ausführungsbeispiel ist, da die Impedanz des Strompfadabschnittes 102 durch Bilden des mäanderförmigen Strompfadabschnittes 102 des Magnetwiderstandselementes 102 erhöht ist, die Ansprechempfindlichkeit des Magnetisierungsmaterials 4 auf die jeweiligen Magnetfelder H₁, H₂ höher als die bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Magnetwiderstandselement 101 gemäß Fig. 13 trägt zur Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit auf das Magnetfeld in ähnlicher Weise, wie bei dem neunten Ausführungsbeispiel auch bei Anwendung bei dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel bei.

Bei dem neunten Ausführungsbeispiel kann, auch wenn wie dargestellt die Grenzlinie l₀, die das Magnetisierungsmaterial 4 in die jeweiligen Bereiche A₁, A₂ teilt, jeden Streifen 102a, 102b, . . . 102n des Strompfadabschnittes 102 des Magnetwiderstandselements 101 wie dargestellt senkrecht schneidet, diese auch die Streifen unter jedem Winkel schneiden. Daher kann anstelle des Magnetwiderstandselements 101 ein Magnetwiderstandselement 201 verwendet werden, das aus mehreren Teilen 202a, 202b, . . . 202n eines Strompfadabschnittes 202 besteht, der wie gemäß Fig. 15 durch mäanderförmiges ferromagnetisches Material gebildet ist, die bei irgendeiner geneigten Anordnung zueinander parallel angeordnet sind. Dieses Magnetwiderstandselement 201 ist selbstverständlich auch auf das zweite und dritte Ausführungsbeispiel anwendbar.

Fig. 16 zeigt nun ein sechstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem das Magnetwiderstandselement 101 gemäß Fig. 13 verwendet ist, das einen mäanderförmigen Strompfadabschnitt 102 aufweist, wobei ein Konstantstrom I zur Vorspannung von der Konstantstromquelle 5 über die Stromversorgungsanschlüsse 3a, 3b dem Strompfadabschnitt 102 zugeführt ist. Bei dem Magnetwiderstandselement 101 sind die jeweiligen Streifen 102a, 102b, . . . 102n des Strompfadabschnittes 102 parallel zur Grenzlinie l₀ zwischen dem Bereich A₁ des ersten Magnetfeldes H₁ und dem Bereich A₂ des zweiten Magnetfeldes H₂ im Magnetisierungsmaterial 4 angeordnet. Das Magnetwiderstandselement 101 und das Magnetisierungsmaterial 4 sind zur Gegeneinanderverschiebung in einer Richtung senkrecht zur Grenzlinie l₀ (der Richtung des Pfeiles X- in der Zeichnung) einander gegenüberliegend angeordnet. Bei einer solchen Anordnung gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel wird abhängig von der relativen Verschiebung des Magnetwiderstandselements 101 und des Magnetisierungsmaterials 4 über den Anschlüssen 3a, 3b eine Ausgangsspannung V_x10 erhalten, die in Fig. 17 dargestellt ist, und die sich stufenförmig ändert. Weiter kann anstelle des Magnetwiderstandselementes 101 das Magnetwiderstandselement 201 gemäß Fig. 15 verwendet werden. Auch bei dem sechsten Ausführungsbeispiel, das auf der Grundlage des ersten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels aufgebaut ist, können die Magnetwiderstandselemente 101, 201 den Magnetfühler bilden, der die stufenförmige Ausgangsspannung ergibt, auch auf der Grundlage des Prinzips des zweiten und des dritten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels.

Auch das Magnetwiderstandselement 111 gemäß Fig. 18 besitzt einen ersten und einen zweiten Strompfadabschnitt 102A, 102B, die durch mäanderförmiges ferromagnetisches Material gebildet sind und die in Längsrichtung angeordnet sind, und ist daher auf das Potentiometer bildende erste und zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel anwendbar.

Bei dem achten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 19 handelt es sich um eines, das das Magnetwiderstandselement 111 auf das zweite erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel zur Bildung des Potentiometers anwendet. Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 19 ist, während der erste und der zweite Strompfadabschnitt 102A, 102B, die jeweils durch mäanderförmiges ferromagnetisches Material gebildet sind, in Reihe geschaltet sind, wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel, der Ausgangsanschluß 3c an dem Mittelpunkt der Verbindung zwischen diesen Abschnitten vorgesehen, und ist ein Magnetwiderstandselement 111 verwendet, das an beiden Enden mit Stromversorgungsanschlüssen 3a, 3b versehen ist. Bei diesem Magnetwiderstandselement 111 ist eine Konstantspannungsquelle 15 zwischen den jeweiligen Stromversorgungsanschlüssen 3a, 3b angeschlossen, während das Signal- Magnetisierungsmaterial 24 _S, das das Signalmagnetfeld H_S erzeugt mit einer Richtung senkrecht zu jedem Streifen der jeweiligen Strompfadabschnitte 102A, 102B im Bereich A_S, der den ersten und den zweiten Strompfadabschnitt 102A, 102B übergreift, und das Vormagnetisierungsmaterial 24 _B, das das Vormagnetfeld H_B mit einer Richtung parallel zu jedem Streifen der jeweiligen Strompfadabschnitte 102A, 102B in dem Bereich A_B erzeugt, das die gesamten Strompfadabschnitte 102A, 102B überdeckt, einander gegenüberliegend angeordnet sind.

Das Signal-Magnetisierungsmaterial 24 _S und das Magnetwiderstandselement 111 sind so angeordnet, daß sie in Längsrichtung jedes Streifens der Strompfadabschnitte 102A, 102B relativ zueinander verschiebbar sind.

Bei einem derart ausgebildeten achten Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Strompfadabschnitte 102A, 102B, die differentiell zur Erfassung betrieben werden, mäanderförmig ausgebildet, um hohe Impedanz zu besitzen, so daß die Empfindlichkeit des Magnetwiderstandselementes 111 zum Erfassen des Signalmagnetfeldes H_S höher ist, als die bei dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Daher kann eine Ausgangsspannung V_x11 proportional der relativen Verschiebung zum Signal-Magnetisierungsmaterial 24 _S mit hoher Empfindlichkeit über dem Ausgangsanschluß 3c des Magnetwiderstandselementes 111 erhalten werden.

Bei der Bildung des Potentiometers gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel kann, wie in Fig. 20 dargestellt, ein Magnetwiderstandselement 211 verwendet werden, in dem die jeweiligen Streifen 202A, 202A₂, . . . 202A_n des ersten Strompfadabschnittes 202A und die jeweiligen Streifens 202B₁, 202B₂, . . . 202B_n des zweiten Strompfadabschnittes 202B parallel zueinander mit einer beliebigen Neigung oder Schräge angeordnet sein.

Das neunte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 21 bildet ein Potentiometer, das das Magnetwiderstandselement 211 gemäß Fig. 20 verwendet. Bei diesem neunten Ausführungsbeispiel besitzt das Signal-Magnetisierungsmaterial 124 _S parallele Bereiche A_S des Signal-Magnetfeldes, die ihre Richtung sequentiell ändern in der Reihenfolge S-N-S-N . . ., entsprechend den parallelen Polen N_A, S_A; N_B, S_B. Das Vormagnetisierungsmaterial 124 _B besitzt Bereiche A_B des Vormagnetfeldes H_B, das in einer Richtung senkrecht zur derjenigen des Signalmagnetfeldes H_S gerichtet ist, wodurch zusammengesetzte Magnetfelder HA₁, HA₂, HA₃ in den jeweiligen Magnetfeldern H_S, H_B gebildet werden, wobei diese zusammengesetzten oder Summenmagnetfelder auf den ersten und den zweiten Strompfadabschnitt 202A, 202B des Reluktanz- bzw. Magnetwiderstandselements 211 einwirken. Das Magnetwiderstandselement 211 ist parallel zu der isomagnetischen Oberfläche des Signalmagnetfeldes H_S angeordnet, das durch das Signal-Magnetisierungsmaterial 124 _S erzeugt ist, und ist relativ zu dem Signal-Magnetisierungsmaterial 124 _S verschiebbar in der Richtung des Signalmagnetfeldes H_S. Auch ist das Vormagnetisierungsmaterial 124 _B fest an dem Magnetwiderstandselement 211 gesichert, um das ferromagnetische Material ausreichend magnetisch zu sättigen, das den ersten und den zweiten Strompfadabschnitt 202A, 202B in dieser Richtung bildet. Das Magnetfeld, das durch das Signalmagnetfeld H_S und das Vormagnetfeld H_B gebildet ist, das auf die jeweiligen Strompfadabschnitte 202A, 202B des Magnetwiderstandselements 211 einwirkt, erreicht zusammengesetzte Magnetfelder HA₁, HA₂, die die gleiche Richtung zwischen den Polen S_A, N_A und zwischen den Polen S_B, N_B besitzen, sowie ein Magnetfeld HA₃, das eine Richtung besitzt, die sich von der der zusammengesetzten Magnetfelder HA₁, HA₂ unterscheidet, zwischen den Polen N_A, S_B, wie in der Zeichnung dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die jeweiligen Streifen 202A₁, 202A₂, . . . 202A_n des ersten Strompfadabschnittes 202A, und die jeweiligen Streifen 202B₁, 202B₂, . . . 202B_n des zweiten Strompfadabschnittes 202B in dem Reluktanz- bzw. Magnetwiderstandselement 211 mit einer Neigung von 45° ausgebildet, damit die Streifen 202A₁, 202A₂, . . . 202A_n und 202B₁, 202B₂, . . . 202B_n parallel zur Richtung der Summen- Magnetfelder HA₁ bzw. HA₂ sind.

Bei einer solchen Ausbildung des neunten Ausführungsbeispiels wird, wie in Fig. 22 dargestellt, ein Bereich A₀, in dem die Richtung des Signalmagnetfeldes H_S sich allmählich ändert, nahe den jeweiligen Polen S_A, N_A, S_B, N_B des Signal-Magnetisierungsmaterials 124 _S erzeugt, so daß das Signal-Magnetisierungsmaterial 124 _S und das Reluktanz- bzw. Magnetwiderstandselement 211 in einem Längenbereich L relativ verschiebbar sein sollen, der einen linearen Teil in der Richtung des Magnetfeldes besitzt, wie in der Zeichnung dargestellt. Weiter beeinflußt der Bereich A_S, in dem sich die Richtung des Signal-Magnetfeldes H_S allmählich ändert, nicht die Erfassung dieser Verschiebung, wie sie im zweiten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel erläutert ist, wenn die Breite S₀ konstant ist. Weiter sollte, um eine vollkommene Linearität des Ausgangssignals zu erhalten, das durch das Magnetwiderstandselement 211 erfaßt wird, die isomagnetische Oberfläche des Signalmagnetfeldes H_S eben sein und sollte das Magnetwiderstandselement 211 in der Lage dieser isomagnetischen Fläche angeordnet sein. Beispielsweise kann eine solche ebene isomagnetische Fläche durch Verwendung eines Signal-Magnetisierungsmaterials 124 _S erzeugt werden, das wie gemäß Fig. 23 ausgebildet ist. Das heißt, das Magnetisierungsmaterial 124 _S gemäß Fig. 22 besitzt zwei Sätze aus drei Magneten, die einander parallel gegenüberliegen, um ebene isomagnetisch Flächen zwischen den jeweiligen Magneten 9A₁, 9A₂, 9A₃, 9B₁, 9B₂, 9B₃ zu erzeugen.

Weiter ist das Magnetwiderstandselement 121 gemäß Fig. 24 mit einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Strompfadabschnitt 102A₁, 102B₁, 102A₂ und 102B₂ aus mäanderförmigem ferromagnetischen Material gebildet, die ein Paar von Potentiometern bilden. Da ein Paar von Potentiometern, das aus den jeweiligen Strompfadabschnitten 102A₁, 102B₁, 102A₂, 102B₂ des Reluktanz- bzw. Magnetwiderstandselements 121 gebildet sind, hohe Impedanz besitzen, sind sie anwendbar auf das dritte oder vierte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel zur Bildung eines hochempfindlichen Magnetfühlers, der höchstgeeignet für einen Fühler für feine Verschiebungen (kleine Wege) oder dergleichen verwendet werden kann.

Diese mäanderförmigen Strompfadabschnitte 102A₁, 102B₁, 102A₂, 102B₂ können mit sehr genauer Form und vorteilhafter Einfachheit hergestellt werden durch Aufdampfen eines ferromagnetischen Materialfilms und mittels Heiß-Ätzens. Weiter erreicht das Magnetwiderstandselement 121, bei dem die jeweiligen Strompfadabschnitte 102A₁, 102B₁, 102A₂, 102B₂ durch ferromagnetisches Material gebildet sind, eine geringe Temperaturcharakteristik und hervorragende Linerarität des Widerstandswertes im Vergleich zu einem Halbleiter- Magnetwiderstandselement. Folglich kann das Magnetwiderstandselement 121 bei Anwendung auf das sechste oder siebte Ausführungsbeispiel einen Magnetfühler bilden, der am besten geeignet ist als Fühler für kleine Verschiebungen mit hoher Empfindlichkeit, Linearität des Ausgangssignals, hervorragender Temperaturcharakteristik, geringer Fehlabgleichsspannung und ohne Notwendigkeit einer Kompensation in der Schaltung.

Das Magnetwiderstandselement 301 gemäß Fig. 25 besitzt einen mäanderförmigen Strompfadabschnitt 302, der aus mehreren Streifen 302a, 302b, . . . 302n gebildet ist mit jeweiligen Längen U_a, U_b, . . . U_n, die gemäß einer Funktion f (u) eingestellt sind, die in der Zeichnung durch eine Punktstrichlinie dargestellt ist, wobei dieses Ausführungsbeispiel auf das erste, das zweite oder dritte bereits vorgeschlagene Ausführungsbeispiel anwendbar ist.

In Fig. 26, das das zehnte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel auf der Grundlage des ersten bereits vorgeschlagenen Ausführungsbeispiels zeigt, auf das das Magnetwiderstandselement 301 angewendet ist, ist der Strompfadabschnitt 302 des Magnetwiderstandselements 301 mäanderförmig ausgebildet mittels der jeweiligen Streifen 302 _a, 302 _b, . . . 302 _n, deren Ausdehnung in Längsrichtung allmählich ansteigt. Dieser Strompfadabschnitt 302, der aus ferromagnetischem Material mit Magnetwiderstandseffekt gebildet ist, ist an beiden Enden mit den jeweiligen Stromzuführanschlüssen 3a, 3b versehen und mit einem Vorstrom I von der Konstantsstromquelle 5 versorgt, die an die Stromversorgungsanschlüsse 3a, 3b angeschlossen ist.

Dieses Magnetwiderstandselement 301 besitzt ausreichende Stärke, um das ferromagnetische Material magnetisch zu sättigen, das den Strompfadabschnitt 302 bildet, und ist dem Magnetisierungsmaterial 4 gegenüberliegend angeordnet zur Erzeugung des ersten und des zweiten Magnetfelds H₁,, H₂, die unterschiedliche Richtungen besitzen, wobei deren Grenzlinie l₀ die Längsrichtung der jeweiligen Streifen 302 _a, 302 _b, . . . 302 _n des Strompfadabschnittes 302 überquert. Der Bereich A₁ des ersten Magnetfeldes H₁ ist durch Strichlinien dargestellt, und der Bereich A₂ des zweiten Magnetfeldes H₂ ist durch Strichpunktlinien dargestellt. Weiter sind das Magnetwiderstandselement 301 und das Magnetisierungsmaterial 4 so vorgesehen, daß sie in einer Richtung orthogonal zur Grenzlinie l₀, der Richtung gemäß dem Pfeil X- in der Zeichnung, relativverschiebbar sind, und die Lage der Grenzlinie l₀, die den Strompfadabschnitt 302 kreuzt, wird durch die Bewegung des Magnetisierungsmaterials 4 bewegt. Bei einem so ausgebildeten Ausführungsbeispiel wird eine Umsetzung von Magnetismus in Elektrizität entsprechend der Verschiebung der Grenzlinie l₀, die den Strompfadabschnitt 302 kreuzt, gemäß der Charakteristik der Funktion f (u) durchgeführt, die in der Zeichnung durch eine Strichpunktlinie dargestellt ist, die durch die Änderung der Erstreckung in Längsrichtung der Streifen 302 _a, 302 _b, . . . 302 _n gegeben ist, um eine Ausgangsspannung V_u über den Anschlüssen 3a, 3b zu erhalten. Wenn die Funktion f (u) linear ist, wird eine lineare Charakteristik der Magnetimus/Elektrizitäts-Umsetzung erzeugt, und wenn sie gekrümmt ist, wird eine gekrümmte Umsetzung erzeugt, wodurch jede Umsetzungscharakteristik von Magnetismus in Elektrizität entsprechend der Funktion f(u) erzeugt werden kann.

Claims

1. Magnetischer Verschiebungsfühler mit einem Magnetwiderstandselement (11, 21, 31, 111, 121, 201, 211) mit wenigstens einem ersten und einem zweiten aus einem ferromagnetischen Material gebildeten Strompfadabschnitt (2A, 2B, 2A₁, 2B₁, 2A₂, 2B₂, 102A, 102B, 102A₁, 102A₂, 102B₁, 102B₂, 202A, 202B), bei dem ein Ende des ersten mit einem Ende des zweiten Strompfadabschnitten über einen Verbindungspunkt verbunden sind, und ein Ausgangsanschluß an dem Verbindungspunkt vorgesehen ist,
einer Stromquelle (5, 15) zur Zufuhr von Strom zu dem Magnetwiderstandselement (11, 21, 31, 111, 121, 201, 211) an den anderen Enden der Strompfadabschnitte (2A, 2B, 2A₁, 2B₁, 2A₂, 2B₂, 102A, 102B, 102A₁, 102A₂, 102B₁, 102B₂, 202A, 202B), der längs dieser fließt, und einem Magnetisierungsmaterial-Körper (4, 14, 24 _S, 24 _B, 34, 44, 124 _S, 124 _B) zum Erzeugen eines Magnetfeldes vorgegebener Richtung zwecks Beeinflussung des Magnetwiderstandselements (11, 21, 31, 111, 121, 201, 211), wobei der Magnetisierungsmaterial-Körper (4, 14, 24 _S, 24 _B, 34, 44, 124 _S, 124B) gegenüber dem Magnetwiderstandselement (11, 21, 31, 111, 121, 201, 211) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der erste als auch der zweite Strompfadabschnitt (2A, 2B, 2A₁, 2B₁, 2A₂, 2B₂, 102A, 102B, 102A₁, 102A₂, 102B₁, 102B₂, 202A, 202B) anisotrope Wirkung auf den Magnetwiderstand besitzen.
daß erster und zweiter Strompfadabschnitt (2A, 2B, 2A₁, 2B₁, 2A₂, 2B₂, 102A, 102B, 102A₁, 102A₂, 102B₁, 102B₂, 202A, 202B) im wesentlichen in zueinander paralleler oder fluchtender Lage angeordnet sind,
daß der Magnetisierungsmaterial-Körper (4, 14, 24 _S, 24 _B, 34, 44, 124 _S, 124 _S) aus wenigstens zwei Bereichen besteht, die Magnetfelder unterschiedlicher Richtungen erzeugen, die von der Stromflußrichtung abweichende Richtungen aufweisen und daß der Magnetisierungsmaterial-Körper (4, 14, 24 _S, 24 _B, 34 44, 124 _S, 124 _B) an einem Teil von erstem und zweitem Strompfadabschnitt (2A, 2B, 2A₁, 2B₁, 2A₂, 2B₂, 102A, 102B, 102A₁, 102A₂, 102B₁, 102B₂, 202A, 202B) vorgesehen ist.

2. Magnetfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetwiderstandselement mit einem ersten Strompfadabschnitt (2A) und einem zweiten Strompfadabschnitt (2B) vorgesehen ist, die zwischen Stromversorgungsanschlüssen (3a, 3b) reihengeschaltet sind, und einen Ausgangsanschluß (3c) aufweist, der an dem Mittelpunkt der Verbindung zwischen den jeweiligen Strompfadabschnitten (2A, 2B) vorgesehen ist, und daß der Magnetisierungsmaterial- Körper (34) dem Magnetwiderstandselement (11) in einer Weise gegenüberliegend angeordnet ist, daß eine Grenzlinie (l_a), die in den jeweiligen Bereichen der Magnetfelder unterschiedlicher Richtung vorhanden ist, sich über den ersten Strompfadabschnitt (2A) erstreckt und die andere Grenzlinie (l_b) sich über den zweiten Strompfadabschnitt (2B) erstreckt.

3. Magnetfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetwiderstandselement (11) vorgesehen ist, das einen ersten und einen zweiten Strompfadabschnitt, die in Reihe zwischen Stromversorgungsanschlüssen (3a, 3b) angeschlossen sind, und einen Ausgangsanschluß (3c) aufweist, der an dem Mittelpunkt der Verbindung zwischen den jeweiligen Strompfadabschnitten vorgesehen ist, und daß der Magnetisierungsmaterial-Körper (24 _S) dem Magnetwiderstandselement (11) gegenüberliegend angeordnet ist, um ein Signal-Magnetfeld in einem Bereich gegebener Breite (L₀) zu erzeugen, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Strompfadabschnitt erstreckt.

4. Magnetfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetwiderstandselement (21) aufweist:
einen ersten und einen zweiten Strompfadabschnitt (2A₁, 2B₁), die in Reihe zwischen Stromversorgungsanschlüssen (3a1, 3b1) angeschlossen sind,
einen zweiten und einen dritten Strompfadabschnitt (2A₂, 2B₂), die in Reihe miteinander zwischen den Stromversorgungsanschlüssen (3b2, 3a2) angeschlossen sind,
und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß (3c1, 3c2), die jeweils an den Mittelpunkten der Verbindungen zwischen den Strompfadabschnitten (2A1, 2B₁, 2A₂, 2B₂) vorgesehen sind.

5. Magnetfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetwiderstandselement vorgesehen ist, das aufweist:
einen ersten und einen zweiten Strompfadabschnitt (2A₁, 2B₁), die in Reihe zwischen den Stromversorgungsanschlüssen (3a1, 3b1) geschaltet sind,
einen dritten und einen vierten Strompfadabschnitt (2A₂, 2B₂), die in Reihe zwischen den Stromversorgungsanschlüssen (3b2, 3a2) geschaltet sind,
und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß (3c1, 3c2), die an den Mittelpunkten der Verbindungen zwischen den jeweiligen Strompfadabschnitten vorgesehen sind,
und daß der Magnetisierungsmaterial- Körper (34) in dem Magnetwiderstandselement (21) so gegenüberliegend angeordnet ist, daß eine Grenzlinie (l_a), die sich in dem jeweiligen Bereich der Magnetfelder unterschiedlicher Richtung ausbildet, sich über den ersten und den dritten Strompfadabschnitt (2A₁, 2A₂) erstreckt, und die andere Grenzlinie (l_b) sich über den zweiten und den vierten Strompfadabschnitt (2B₁, 2B₂) erstreckt.

6. Magnetfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetwiderstandselement (34) vorgesehen ist, das aufweist:
einen ersten und einen zweiten Strompfadabschnitt (2A₁, 2B₁), die in Reihe zwischen den Stromversorgungsanschlüssen (3a1, 3b1) vorgesehen sind,
einen dritten und einen vierten Strompfadabschnitt (2A₂, 2B₂), die in Reihe zwischen den Stromversorgungsanschlüssen (3b2, 3a2) vorgesehen sind,
und einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß (3c1, 3c2), die an den Mittelpunkten der Verbindungen zwischen den jeweiligen Strompfadabschnitten vorgesehen sind,
und daß der Magnetisierungsmaterial-Körper (24 _S) dem Magnetwiderstandselement (34) so gegenüberliegend angeordnet ist, daß ein Signal-Magnetfeld in einem Bereich gegebener Breite erzeugt, wird, der sich zwischen den jeweiligen Strompfadabschnitten erstreckt.

7. Magnetfühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetwiderstandselement aus einem ferromagnetischen Material mit mehreren Streifen vorgesehen ist, die in jeweiligen Strompfadabschnitten parallel zueinander angeordnet und miteinander reihengeschaltet sind, um so einen mäanderförmigen Verlauf zu erreichen, daß das Magnetwiderstandselement einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweist, die durch einen dritten Bereich gegebener Breite getrennt sind, der den Magnetismus- Erfassungsbereich des Magnetwiderstandselements in einer Richtung kreuzt, die die Richtung der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetwiderstandselement und dem Magnetisierungsmaterial-Körper kreuzt,
daß der Magnetisierungsmaterial-Körper Signal-Magnetfelder erzeugt, die in ihrer Richtung in dem ersten Bereich, dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich jeweils gegeneinander invertiert sind, und daß ein Vormagnetisierungsmaterial Vormagnetfelder erzeugt, deren Richtung sich von der des Signalwiderstandselement und dem Magnetisierungsmaterial- Körper kreuzt.

8. Magnetfühler nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Strompfadabschnitt (102, 202, 302) des Magnetwiderstandselements (101, 201) aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist, und aus mehreren parallelen Streifen (102a, 102b, . . . 102n; 202a, 202b, . . . 202n) besteht, die parallel angeordnet sind und die miteinander reihengeschaltet sind, wodurch ein mäanderförmiger Verlauf erreicht ist.

9. Magnetfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Verschiebung des Magnetisierungsmaterial-Körpers (4) gegenüber dem Magnetwiderstandselement (101) in einer Richtung parallel zur Längserstreckung der vielen Streifen im jeweiligen Strompfadabschnitt (102) erfolgt.

10. Magnetfühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Verschiebung zwischen dem Magnetwiderstandselement (101) und dem Magnetisierungsmaterial-Körper (4) in einer Richtung erfolgt, die die Längserstreckung der vielen Streifen des jeweiligen Strompfadabschnitts (102) kreuzt.

11. Magnetfühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Streifen (202A₁, (202A₂, . . . 202A_n, 202B₁, 202B₂, . . . 202B_n) in dem jeweiligen Strompfadabschnitt (202A, 202B) parallel zueinander angeordnet sind sowie unter einem gegebenen Winkel gegenüber der Richtung der Relativverschiebung zwischen dem Magnetwiderstandselement (211) und dem Magnetisierungsmaterial-Körper schräggestellt sind.

12. Magnetfühler nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Signal- Magnetfeldes und die des Vormagnetfeldes so angeordnet sind, daß die eine Richtung parallel zur Richtung der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetwiderstandselement und dem Magnetisierungsmaterial-Körper ist, und die andere die Richtung der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetwiderstandselement und dem Magnetisierungsmaterial- Körper kreuzt.

13. Magnetfühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Strompfadabschnitte bildenden Streifen mit einer Neigung von 45° gegenüber der Richtung der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetwiderstandselement (211) und dem Signal-Magnetisierungsmaterial (124 _S) vorgesehen sind, und daß die Richtung des Signal-Magnetfeldes und diejenige des Vormagnetfeldes so sind, daß das eine unter einem rechten Winkel die Richtung der relativen Verschiebung zwischen dem Magnetwiderstandselement (211) und dem Magnetisierungsmaterial-Körper (124 _S) schneidet und das andere parallel zu dieser Richtung der relativen Verschiebung ist.